CN1418435A - 压缩编码视频的解压缩 - Google Patents

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Abstract

提供压缩编码视频信号的解压缩，其中，对压缩编码信号进行解码(7)，以获得解码信号，并且其中用时间上变频(10)对编码信号进行后处理，以及在所述时间上变频(10)之前进行空间增强(9)。压缩编码信号最好是诸如符合MPEG编码标准的SIF信号的低分辨率信号。

Description

压缩编码视频的解压缩
本发明涉及一种用于对压缩编码视频信号进行解压缩的方法和解码器。
本发明还涉及一种视频记录或再现装置。
使用所谓的隔行格式对正常标准电视信号进行压缩。这种也被称为D1模式的标准分辨率包含两个场，每场288行，每行720像素。通过压缩编码、例如按照MPEG-2编码模式，这种视频信号信息可以被编码成36片，每片45个宏块。通过使用所述隔行格式，可以为观众呈现良好的运动轨迹，这一点对例如在足球再现中允许快速摇摄是重要的。
这种MPEG-2编码/解码模式一般能够在4到5Mb的平均比特率下获得高画面品质。
为了提供较低比特率，较低比特率对例如慢放视频记录是重要的，可以采用一种仍然以隔行格式工作的所谓的1/2 D1模式来降低画面分辨率。通过水平滤波和二次采样，每行的像素数减少到360，这样通过MPEG-2编码得到36片，每片22个宏块。因此，能够在2到2.5Mb的平均比特率下获得高画面品质。然而，这样做伴随着两个副作用，即画面清晰度的降低，以及宏块数量的减小，这些宏块分别带有若干附加位。
如果需要更低的比特率，从MPEG的角度看，最直接的解决方法就是进一步减少宏块的数量，这次在垂直方向，通过利用降低了的分辨率，例如所谓的SIF(源输入格式)的逐行分辨率。因此，原则上1Mb的平均比特率是可能的。然而，这将伴随着两个问题，一是画面清晰度的降低，另一个是运动抖动增加，特别是与快速摇摄有关时，比如在再现运动赛事时。
一种克服抖动增加的问题的解决方案是利用电视机，如本领域所知的，将电视信号从比如50Hz内部转换到100Hz，从而得到所谓的固有振动处理。以这种方法再现25Hz帧的影片，可以基本上去除抖动。
除了需要使用一种特殊和相当昂贵的电视设备这一缺点以外，这种方案的另一缺点是它使固有振动电视机的运动估计降级，这可能导致额外的附加信号。
本发明的一个目的是提供一种有利的压缩编码视频信号的解压缩。具体地说，本发明的一个目的是在提供适当的高画面品质的同时，提供一种低比特率模式。因此，本发明提供一种用于对压缩编码视频信号进行解压缩的方法和解码器，以及一种视频记录或再现装置，如在独立权利要求中所定义的。在附属权利要求中定义优选
实施例。
根据本发明的第一方面，本发明提供对压缩编码视频信号的解压缩，其中，通过对压缩编码信号解码而获得的解码信号须经后处理步骤，所述后处理步骤包括时间上变频，以及在所述时间上变频之前，进行空间增强。
通过在解码链中提供要在时间上进行例如固有振动、上变频之前进行的空间增强，可以对时间上变频进行改进以降低观众看到的图像模糊。
一个主要优点是使比特率降低到大约1Mb成为可能(例如在SIF格式中)，这样将允许在诸如光盘或硬盘的用于数字视频信号的存储介质上储存真正的慢转记录，6到8小时，并且通过标准电视机以高画面品质再现这些记录。
根据本发明的优选实施例，在所述空间增强之前进行空间上变换。在本实施例中，进一步改善了画面品质。所述空间上变换最好分别包括在所述空间增强之前进行的垂直上变换，在所述时间上变频之后进行的水平空间上变换。通过在时间上变频之后进行水平空间上变换，时间上变频是在减少了一半的象素数量上进行的。这一点对软件实现特别有利，因为省去了大量的计算。
将参考下文描述的实施例进行阐述，从而使本发明的上述和其它方面变得清楚明显。
在附图中：
图1是根据本发明的一个实施例的数字视频信号压缩/解压缩链的方框图，以及
图2是本发明另一实施例的方框图，所述另一实施例对于软件实现特别有利。
在图1中，视频信号源1向去隔行器(de-interlacer)2提供隔行格式的50Hz数字视频信号，去隔行器2产生由576行，每行720像素的单帧构成的非隔行的逐行信号，该信号被称为逐行D1。这个逐行信号D1在时间下变频器3中进行时间下变频，得到仍然为576行，每行720像素的单帧25Hz信号。通过接下来在空间下变换器4中的水平和垂直空间下变换，行数降低一半变为288行，每行的像素数降低一半变为360象素，得到SIF信号。然而，原则上时间下变频也能够作为去隔行处理中不可缺少的组成部分。
现在在编码器5中利用例如Berkeley(伯克莱)软件码对信号进行诸如MPEG-2的MPEG编码，接着将编码后的信号储存在诸如光盘、CD-ROM、或者硬盘的储存介质6上。
在解压链中，从储存介质6得到的压缩信号首先在解码器7中进行MPEG解码，解码器7的输出信号为288行，每行360像素的单帧信号。通过在空间上变换器8中对该信号进行空间上变换，行数加倍到576，并且每行像素数增加到720。
根据本发明一个实施例，现在，也就是在时间上变频之前，来自空间上变换器8的信号直接在空间增强单元9中进行空间增强，以去除或降低上变换SIF逐行信号中的模糊。该空间增强最好是利用峰化滤波器的空间轮廊增强。这种峰化滤波可从出版物“Video-Signal(视频信号)verarbeitung”(Chapter 5，Informationstechnik，B.G.Teubner，Stuttgart，1998)中获知。
在本发明的一个优选实施例中，所述峰值由信号中像素的分布(spread)控制。该分布是一种基于像素值之间的差异的量度，最好用绝对差的和计算所述分布，通过用给定原始像素值减去平均像素值得到给定绝对差。以这种方式，根据处理的象素统计，可能局部地控制空间增强的强度，以避免在关键图象内容的地方、例如在轮廓上出现的人为干扰。五个像素值Pt，M1，M2，M3和M4的空间分布Sspat可以计算如下： M ave = ( P t + M 1 + M 2 + M 3 + M 4 ) 5 - - - ( 1 ) S spat = abs ( M ave - P t ) + Σ i = 1 4 abs ( M ave - M i ) 4 - - - ( 2 )
有关分布的更多信息，可参考2000年6月15日提交的非在前公开(non pre-published)的欧洲专利申请00202076.6(我们的参考号PHNL000345)。
现在在上变频器10中提供来自空间增强单元9的信号，进行时间上的，例如固有振动、上变频，其中将25Hz逐行信号通过内插转换为576行，每行720像素的50Hz信号。
时间上变频器10的输入信号最好还直接提供给隔行器11的输入(例如奇数场的输入)；隔行器11的另一个输入(例如偶数场的输入)接收来自时间上变频器10的内插输出信号。因此，其有利之处在于时间上变频器10的输入信号比来自变换器的非内插输出帧具有更高的品质。这种对时间上变频的输入信号中的信息的隔行处理以及来自时间上变频的内插输出的特殊概念为高画面品质作出了进一步贡献。在本实施例中，隔行器11的输出，具有两个场，每场288行，每行720像素的50Hz隔行信号现在可用于通过诸如标准电视机的再现设备12进行再现，这是本发明的这个实施例尤其有利的地方。
在实际实施例中，隔行器11可以获得时间上变频器10输出的两个场的信息。在这种情况下，时间上变频器10可以被配置为对非内插场的品质仅有较小影响。
通常来说，当与诸如标准电视的再现装置一起使用时，再现诸如50或60Hz隔行视频信号时，隔行处理尤其具有优越性。
在图2的方框图中示意的另一实施例中，压缩链包括信号源1，去隔行器2，时间下变频器3，空间下变换器4和MPEG编码器5，该压缩链与图1中的压缩链类似。
同样，解压缩链中模块的主要部分，比如MPEG解码器7，空间增强单元9，时间上变频器10，隔行器11和再现装置12都与图1中解压缩链中的模块类似。
但是，空间上变换分为两个步骤来执行，在垂直和水平方向分别进行。这样，在图中所示例子中，垂直空间上变换器13连接在解码器7和空间增强单元9之间，它提供逐行输出信号，在这种逐行输出信号中，只有行数加倍到576，但是每行的像素数仍为360，而水平上变换由连接在隔行器11和再现装置12之间的水平空间上变换器14执行。
因此通过这种改进，变频器10中时间上变频在一半象素数量的基础上进行，这对于软件实现是有利的，因为免去了大量的计算。
但是，图1和图2中的框图都示意了根据本发明的系统的实施例，作为诸如DVD的视频记录/再现应用，图中所示的配置同样也适用于广播应用中，但是两个图中所示的储存介质6将被适当的传输设备、传输信道和接收设备替代。
在上述和其它应用中，图1中示意的本发明的实施例提供了以下优越性：解压缩链中在空间上变换器8的输出上出现的信号与诸如DVD播放器或电视机等再现装置兼容，在所述再现装置中，没有应用本发明提供的特定隔行概念，尽管在有关低比特率压缩和解压缩方面改进画面品质这一点上来说，这样的应用可能不能受益于本发明的所有功能。
以上描述主要根据PAL电视系统和MPEG编码标准而书写。显然对于本领域的技术人员来说，本发明可以直接根据其它系统和/或标准而应用。
图1和2所示的编码和/或解码链可部分地或全部出现在视频记录或再现装置中。
应该注意，本发明并不限于上述实施例，在不背离所附权利要求的范围的情况下，本领域的技术人员可以设计许多其他的实施例。在权利要求书中，任何置于圆括弧之间的标号都不应被理解为限制权利要求。单词“包括”不排除权利要求中所列之外其他成分或步骤的出现。本发明可以通过包含若干不同部件的硬件，以及适当程序设计的计算机来实现。在设备权利要求中列举了若干装置，这些装置中的一些可以由同一个硬件实施。事实是互不相同的从属权利要求中阐述的某些量度并不表示不能有利地使用这些量度的组合。
总之，提供数字视频信号的解压缩，其中压缩编码信号被解码以获得解码信号，以及其中用时间上变频对该解码信号进行的后处理，以及在所述时间上变频之前进行空间增强。压缩编码信号最好是诸如符合MPEG编码标准的SIF信号的低分辨率信号。

Claims (10)

1.一种对压缩编码视频信号进行解压缩的方法，所述方法包括：
解码(7)所述压缩编码视频信号以获得解码视频信号；以及
用时间上变频(10)对所述解码视频信号进行后处理，并且在所述时间上变频(10)之前进行空间增强(9)。
2.如权利要求1所述方法，其特征在于，在所述空间增强(9)之前进行空间上变换(8)。
3.如权利要求2所述方法，其特征在于，所述空间上变换(8)包括分别在所述空间增强(9)之前进行的垂直上变换(13)，在所述时间上变频(10)之后进行水平空间上变换(14)。
4.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述空间增强(9)包括空间轮廓增强。
5.如权利要求4所述方法，其特征在于，通过峰化滤波执行所述空间轮廓增强(9)。
6.如权利要求5中所述方法，其特征在于，由像素值的分布控制所述峰化滤波。
7.一种用于对压缩编码视频信号进行解压缩的解码器，所述解码器包括：
解码装置(7)，用于对所述压缩编码视频信号进行解码以获得解码信号；以及
用于对所述解码信号进行后处理的装置，所述用于后处理的装置包括时间上变频装置(10)以及连接在所述解码装置(7)和所述时间上变频装置(10)之间的空间增强装置(9)。
8.如权利要求7所述的解码器，其特征在于，所述解码器还包括在所述空间增强装置(9)之前用于空间上变换的装置(8)。
9.如权利要求8所述的解码器，其特征在于，所述空间上变换装置(8)分别包括在所述空间增强装置(9)之前的垂直上变换装置(13)，所述编码器还包含在所述时间上变频装置(10)之后的水平空间上变换装置(14)。
10.一种视频记录或再现装置，它包括根据权利要求7的解码器。
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