CN1287599C - 对隔行视频进行缩放和解码的方法和解码的解码器 - Google Patents

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Abstract

本发明针对缩放隔行视频的方法。根据本发明，该方法包括步骤(30)，在其中将隔行视频帧分成块；步骤(32)，用于确定在隔行视频帧中是否有对应于运动区域的块；步骤(34)，在其中对于对应于运动区域的块执行基于场的缩放；以及步骤(36)，在其中对于不对应于运动区域的块执行基于帧的缩放。

Description

对隔行视频进行缩放和解码的方法和解码的解码器
技术领域
本发明一般而言涉及视频处理，更具体而言，涉及用于隔行视频的信号自适应的空间缩放(spatial scaling)，对运动区域施加基于场的缩放，并对其他区域施加基于帧的缩放。
背景技术
结合离散余弦变换(DCT)和运动预测的视频压缩是已经在例如MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4和H.262的多种国际标准中所采用的技术。在各种DCT/运动预测视频编码方案中，MPEG-2被最广泛地应用在DVD、卫星DTV广播和用于数字电视的U.S.ATSC标准中。
在一些应用中，可能希望在显示视频之前将其缩放。这样一个应用的例子如图1所示。如图所示，解码器包括由可变长解码器(VLD)2、逆扫描和逆量化(ISIQ)单元4以及逆离散余弦变换(IDCT)单元6组成的第一路径；包括由VLD 2、1/2像素运动压缩单元10以及帧存储器12组成的第二路径；还包括加法器8，用于将来自第一和第二路径的输出合并以产生输出视频。
此外，将外部缩放器14耦合到加法器8的输出端，用以将输出视频缩放到希望的显示分辨率。这通常在水平方向或者垂直方向上进行。在大多数情况下，缩放包括滤波以及随后的次采样，然而，在一些情况下，直接次采样也是一种选择。
发明内容
本发明针对缩放隔行视频的方法。根据本发明，该方法包括将隔行视频帧分成块。确定在隔行视频帧中是否有任何对应于运动区域的块。对于对应于运动区域的块执行基于场的缩放。对于不对应于运动区域的块执行基于帧的缩放。
本发明针对解码隔行视频的方法。根据本发明，该方法包括产生残留误差帧和运动补偿帧。然后将残留误差帧和运动补偿帧合并，以产生隔行视频帧。在隔行视频帧中对于对应于运动的至少一个区域执行基于场的缩放，并且在隔行视频帧中对于不对应于运动的区域执行基于帧的缩放。
附图说明
现在参考附图，其中自始至终相同的标号代表相应的部分：
图1是具有外部缩放器的MPEG-2解码器的一个例子的框图；
图2是根据本发明的解码器的一个例子的框图；
图3是根据本发明的用于隔行视频的信号自适应的空间缩放的一个例子的流程图；
图4是代表隔行视频中运动区域的数据块的一个例子；
图5是根据本发明的用于在隔行视频中检测运动区域的伪码的一个例子；以及
图6是根据本发明的系统的一个例子的框图。
具体实施方式
如前所述，在一些应用中，可能希望在显示视频之前将其缩放。在隔行视频中，每一帧包括两个场，它们在时间上相隔一个场。因此，隔行视频的缩放可以基于场或帧来执行。
目前，已知两种对隔行视频执行缩放的方法。一种方法只对每一个隔行视频帧施加基于帧的缩放，而另一种方法只施加基于场的缩放。然而，这两种方法都存在一些问题。
在基于帧的缩放中，包括两个场的交错帧的所有行都被滤波，以消除高频分量，并且然后同时被次采样。然而，当隔行视频帧中存在运动时，这会引起问题。在包括这个运动的交错帧的区域中，两个场之间存在显著的不同，它转化为高频。因此，通过滤波每一帧的所有行，破坏了由于这些运动区域造成的高频。这是所不希望的，因为它会使得运动对象具有抖动的边缘。
在基于场的缩放中，交错帧的每一个场的行被分开滤波，并且同时被次采样。因此，这样保留了由于运动区域造成的高频分量。然而，这在静止区域中引起了问题。首先，这种方法使得其他不希望的高频分量(例如噪声)通过，这可能导致混淆。而且，这种方法还可能滤掉希望的低频分量，这可能导致模糊的图像。
为了避免上述问题，本发明针对用于隔行视频的信号自适应的空间缩放。根据本发明，将基于场的缩放施加到交错帧的区域，这些区域由于运动在两个场之间具有显著的差异，而将基于帧的缩放施加到其他区域。
根据本发明的解码器的一个例子如图2所示。如图所示，除了改进缩放器16之外，根据本发明的解码器与图1中的相同。如图1所示，解码器包括第一路径2、4和6，用于产生内部编码帧和残留误差帧；以及第二路径2、10和12，用于产生运动补偿帧；还包括加法器8，用于将第一和第二路径的输出合并，以产生隔行视频。
而且，在操作期间，改进的缩放器16将隔行视频缩放到显示分辨率。因此，改进的缩放器16将根据特殊的应用，向上缩放(up-scale)或向下缩放(down-scale)隔行视频的垂直分辨率。在一个应用中，改进的缩放器16以系数2向下缩放垂直分辨率。然而，本发明的不同在于：改进的缩放器16在每个隔行视频帧中对运动区域执行基于场的缩放，并且对其他区域执行基于帧的缩放。
由改进的缩放器16执行的信号自适应的空间缩放的一个例子如图3所示。在步骤30，每个隔行视频帧被分成块。在一个例子中，每个隔行视频帧被分成16×16块，它是MPEG-2宏块的尺寸。
在步骤32，确定在隔行视频帧中是否有任何对应于运动区域的块。如前所述，在存在运动的区域的两个场之间存在显著的差异。这样的一个例子如图4所示。在这个块中，深色排代表顶场(top field)，而浅色排代表底场(bottom field)。如图所示，在两个场之间存在显著的差异。因此，通过取得两个场之间的差异，将产生一个很大的值，来指示这个特殊区域是运动区域。
考虑到上述内容，为了在步骤32识别运动区域，计算两个场之间的差值。如果差值是很小的，则该区域不是运动区域。如果差值是很大的，则该区域是运动区域。
在步骤34，对于在步骤32被确定为对应于运动区域的块执行基于场的缩放。如前所述，在基于场的缩放中，每个场的行被分开滤波和次采样。在步骤36，对于在步骤32确定为不对应于运动区域的块执行基于帧的缩放。如前所述，在基于帧的缩放中，包括两个场的交错帧的所有行都被滤波，并且随后被次采样。
在步骤34和36，执行的滤波消除高频分量。此外，执行的次采样是以预定的速率进行的，例如系数为2、4等。
用于执行图3中步骤32的伪码的一个例子如图5所示。在第一行，将变量“diff”初始设置为0。在第四行，计算数据块的两个场之间的差值。如图所示，对于在第二行选择的数据块的每一列(i)，计算并且累加两个场的相邻像素(j，j+1)之间的差值。应该注意的是，所取的差值不是绝对差值。还应该注意的是，在第二行选择的列(i)越多，得到的检测就越精确。然而，为了减少计算，在第二行可以选择的列(i)的数量是有限的。例如，可以只选择第一列、最后一列、中间或每隔一列(i)来执行这个检测。
在第五行，随后计算差值(diff)的平均值。为了在第六行将差值(diff)缩放到阈值，这是必要的。在这个例子中，通过将差值(diff)除以所选择的列(i)的数量以及每一列中像素对(h/2)的数量，计算平均值。
在第六行，随后将差值的绝对值abs(diff)与阈值进行比较。在这个例子中，阈值可能是一对像素之间的差值，举例来说，例如二十(20)。如果abs(diff)超出该阈值，则指示出已经检测到运动区域。如果abs(diff)没有超出该阈值，则指示出没有检测到运动区域。
在其中可实现根据本发明的信号自适应的空间缩放的系统的一个例子如图6所示。通过例子，该系统可以代表电视、机顶盒、台式、膝上型或掌上型计算机、个人数字助理(PDA)、例如盒式录像机(VCR)的视频/图象存储设备、数字录像机(DVR)和TiVO设备等，以及这些和其他设备的部分或组合。该系统包括一个或多个视频源18、一个或多个输入/输出设备26、处理器20以及存储器22。
视频/图象源18可以代表例如电视接收机、VCR或其他视频/图象存储设备。源18可替换地代表一个或多个用于从一个服务器或多个服务器接收视频的网络连接，例如全球计算机通信网络，诸如因特网、广域网、城域网、局域网、地面广播系统、有线网络、卫星网络、无线网络或电话网络，以及这些和其他类型网络的部分或组合。
输入/输出设备26、处理器20和存储器22经由通信媒体24进行通信。通信媒体24可以代表例如总线、通信网络、电路、电路卡或其他设备的一个或多个内部连接，以及这些和其他通信媒体的部分或组合。来自源18的输入视频数据依照存储在存储器22中的一个或多个软件程序进行处理，并且由处理器20执行，以便产生供给显示设备28的输出视频/图象。
在一个实施例中，信号自适应的空间缩放由系统执行的计算机可读的代码实现。该代码可以存储在存储器22中，或是从例如CD-ROM或软盘的存储媒体中读出/下载。在其他实施例中，可以使用硬件电路代替软件指令或与之相结合，用以实现本发明。
虽然本发明是依据特殊例子进行描述的，但是可以理解的是，并不意味着本发明被限制或局限于这里所公开的例子。例如，本发明已经使用MPEG框架进行描述。然而，应该注意的是，这里所描述的原理和方法也适用于任何DCT/概念预测方案，并且从更普遍的意义上，适用于任何基于帧的视频压缩方案，其中允许具有不同相互依赖性的图象类型。因此，本发明意图覆盖包括在所附的权利要求书的精神和范围之内的各种结构及其修改。

Claims (6)

1.一种用于缩放隔行视频的方法，该方法包括以下步骤：
将隔行视频帧分成块；
确定在隔行视频帧中是否有任何对应于运动区域的块；
对于对应于运动区域的块执行基于场的缩放；以及
对于不对应于运动区域的块执行基于帧的缩放。
2.根据权利要求1的方法，其中块为16×16的块。
3.根据权利要求1的方法，其中所述确定是否有任何对应于运动区域的块，包括：
计算每个块的两个场之间的差值；
计算两个场之间的差值的绝对值；以及
将两个场之间的差值的绝对值与预定阈值进行比较。
4.根据权利要求3的方法，其中通过累加在块的至少一列中的两个场的相邻像素之间的差值，来计算两个场之间的差值。
5.一种用于解码隔行视频的方法，包括以下步骤：
产生残留误差帧；
产生运动补偿帧；
将残留误差帧和运动补偿帧合并，以产生隔行视频帧；以及
在隔行视频帧中对于对应于运动的至少一个区域执行基于场的缩放；以及
在隔行视频帧中对于不对应于运动的区域执行基于帧的缩放。
6.一种用于解码隔行视频的解码器，包括：
第一路径，用于产生残留误差帧；
第二路径，用于产生运动补偿帧；
加法器，用于将残留误差帧和运动补偿帧合并，以产生隔行视频帧；以及
缩放器，用于在隔行视频帧中对于对应于运动的至少一个区域执行基于场的缩放，并且用于对于不对应于运动的区域执行基于帧的缩放。
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