CN1868216A - 用于添加比特－精确舒适噪声的技术 - Google Patents

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Abstract

将舒适噪声添加到图像起到隐藏压缩伪像的作用。为了便利添加舒适噪声，伴随视频图像的辅助信息包含指定有关舒适噪声的属性的至少一个参数。通常，所述辅助信息包括操作用于基于所期望的压缩伪像水平来自开启和关闭舒适噪声，以及表示要添加的噪声级的参数。

Description

用于添加比特-精确舒适噪声的技术
相关申请参考
本申请根据35U.S.C.119(e)要求于2003年10月14日提交的序列号为60/511,026的美国临时专利申请的优先权，其内容结合于此作为参考。
技术领域
本发明涉及用于添加舒适噪声(comfort noise)以隐藏压缩伪像(artifacts)的技术。
背景技术
对于以低的比特率压缩的视频流的解码通常产生对于观众来说可以察觉的可视伪像。块状和结构化的噪声模式是在使用基于块的压缩技术时出现的常见的伪像。人类的视觉系统对于某种类型的伪像具有较大的敏感性，因此，这种伪像看起来更加容易察觉并且比其它伪像更令人讨厌。向解码的流添加随机噪声能够降低这种压缩伪像的可察觉性。但是通过添加随机噪声产生的较大的帧-对-帧的区别(frame-to-frame difference)本身能产生看起来可察觉和令人讨厌的伪像。
添加抖动(dither)信号能够降低人类对于图像伪像的敏感度，例如隐藏轮廓(contouring)和阻挡(blocking)伪像。一种现有技术提出向图像添加基于胶片颗粒的随机噪声抖动来掩盖块效应。用于添加这种随机噪声的基本原理在于随机错误和结构化或相互关联的错误相对具有较大的可宽容性。其它的现有技术提出了向视频流添加抖动信号来隐藏压缩伪像。一种现有技术提出了对于用于ITU/ISO H.264视频编码标准，即，通常被称作JVT编码标准的环路解块滤波器(deblocking filter)中的视频编码和解码处理中添加随机噪声抖动。要添加的抖动的量取决于像素相对于块边缘的位置。另一种现有技术提出了向视频解码添加随后的随机噪声(即，添加噪声作为“后处理”(postprocess))，以用作舒适噪声。添加的噪声的量取决于量化参数以及添加给空间上相邻像素的噪声的量。术语“舒适噪声”来自音频压缩中对噪声的使用，以表示在接收机端产生的噪声模式来避免对于收听者不舒适的完全的寂静。
以前的舒适噪声添加技术虽然有效，但是未能提供对于舒适噪声的添加以及要添加的噪声级的所期望的控制水平。
发明内容
简单地说，根据本原理的一个优选实施例，提供了一种用于在视频图像中减少伪像的技术。该方法着手于对于伴随视频图像的辅助信息的接收。辅助信息包括至少一个指定用于添加到视频图像的舒适噪声的属性。临时相关的舒适噪声被产生，并随后根据在所述辅助信息中的至少一个参数被添加到图像中。
附图说明
图1描绘了根据本原理的用于产生与图像块的处理相关的舒适噪声的装置；和
图2描绘了用于和图1的装置一起使用的用于在逐像素的基础上添加舒适噪声的装置。
具体实施方式
根据本原理，向图像添加舒适噪声起到了隐藏压缩伪像的作用。为了便利根据本原理的舒适噪声添加，伴随视频图像的辅助信息包含指定与舒适噪声属性有关的至少一个参数。通常，辅助信息包括用于开启和关闭舒适噪声，以及基于所期望的压缩伪像的水平表示所要添加的噪声级的参数。
在所说明的实施例中，视频图像通常经过根据H.264视频压缩标准的压缩。因此，包含至少一个舒适噪声参数的辅助信息由一个注册的用户数据辅助增强信息(SEI)消息来承载。
舒适噪声SEI消息
注册用户数据SEI消息的使用起到表示舒适噪声的使用的作用。该消息应用于所有跟随其的画面(picture)直到IDR画面或新的舒适噪声或胶片颗粒(film grain)SEI消息来临。舒适噪声SEI消息只能出现在I画面前，并且在特定的I画面前只能出现一个舒适噪声SEI消息。I画面由等于7的slice_type，或由等于5的nal_ref_idc来表示。下面的表1列出了和舒适噪声相关的SEI消息元素：
表1
user_data_registered_itu_t_t35(payloadSize){   C   描述符
       itu_t_t35_country_code   5   b(8)
       itu_t_t35_payload_byte   5   b(8)
       comfort_noise_flag   5   u(1)
       If(comfort_nose_flag＝＝1){
          comfort_noise_qp_offset_idc   5   ue(v)
          comfort_noise_qp_weight_offset_idc   5   ue(v)
       }
  }
comfort_noise_flag等于1表示使用了舒适噪声添加。
comfort_noise_flag等于0表示未使用舒适噪声添加。
comfort_noise_qp_offset_idc表示在计算添加舒适噪声级的计算中使用的量化参数偏移，并且该值的范围可以为从-51到52。
comfort_noise_qp_weight_offset_idc表示在计算添加舒适噪声级的计算中使用的量化参数加权偏移，并且该值的范围可以为从-6到7。
舒适噪声的比特-精确实现
根据本原理的舒适噪声的添加涉及在视频图像的块级(block level)的某种操作，以及在视频图像的像素级(pixel level)执行的操作。
块级操作
图1描绘了根据本原理的一个说明性实施例的用于执行对于控制舒适噪声添加的三个噪声值术语W0、W1和Wf的相关加权计算的8x8亮度(luma)像素块的操作的装置300。图1的装置300包括处理块302，其从舒适噪声SEI消息接收解码的亮度像素、画面QP＝(pic_init_qp_minus26+26)以及comfort_noise_qp_offset_idc和comfort_noise_qp_weight_offset_idc参数。术语t表示当前的画面号，其在舒适噪声SEI消息后的I画面被重置到0。
处理块302计算当前画面的平均8x8亮度像素块，t，作为block_avg(t)。第一阈值比较器305进行该值和例如10的阈值的比较。如果block_avg(t)＞10，则比较器305设置block_sum_level＝1，否则block_sum_level的值变成0。延迟元件304将block_avg(t)的值延迟一个画面间隔用于输入到绝对差块306，其计算来自延迟元件304的延迟的值和直接从处理块302接收的block_avg(t)的值之间的绝对差。第二比较器310比较由绝对差块306计算出的差和例如3的阈值。如果阈值比较器确定|block_avg(t)-block_sum(t-1)|＞3，则比较器310将设置术语的值block_absdiff_level＝0，否则block_absdiff_level＝1。如果t等于0，则block_absdiff_level＝1。
对于标准清晰度(SD)或更低的电视分辨率，所有的像素和块操作使用显示分辨率来发生。对于高清晰度分辨率，块操作使用2x2子-采样像素(即，使用每个2x2块的左上方像素)来发生，因此8x8亮度像素平均涉及添加8x8＝64像素值，但是这些值被分散在16x16像素的范围。对于SD分辨率，对于整个画面的block_avg(t)的存储需要帧存储大小的1/64的存储。而对于HD(高清晰度)分辨率，存储block_avg(t)的值需要帧存储大小的1/256的存储容量。
第一查找表(LUT)312从阈值比较器305和310接收block_sum_level和block_absdiff_level，使用这些值来找到三个子-噪声值sw0、sw1和swf，其将在随后详述，经过由通过第二查找表314所产生的缩放因子Wq的缩放，以产生噪声值w0、w1和wf。表2描绘了在block_sum_level和block_absdiff_level之间的关系，以及由查找表312提供的子-噪音值sw0、sw1和swf。
表2
  Block_absdiff_level  Block_avg_level   swf   Sw1   sw0
  0  0   9   16   36
  0  1   9   12   27
  1  0   23   14   20
  1  1   23   10   15
查找表314从SEI消息接收画面QP的值、以及参数comfort_noise_qp_offset_idc和comfort_noise_qp_weight_offset_idc的值，并使用这些值来计算用于缩放子-噪声值sw0、sw1和swf的缩放因子wq，以产生噪声值w0、w1和wf，它们被用于随后参考图2描述的由装置400执行的像素级操作。
表3描绘了在Q的值和作为因子wq的在前体(precursor)的加权(Q)之间的关系。
表3
 Q   0   1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11   12
 加权(Q)   0   0   0   0   0   0   0   0   0   0   0   0   0
 Q   13   14   15   16   17   18   19   20   21   22   23   24   25
 加权(Q)   0   0   0   0   0   0   0   1   1   1   2   2   2
 Q   26   27   28   29   30   31   32   33   34   35   36   37   38
 加权(Q)   3   3   3   4   4   4   4   4   4   4   5   5   5
 Q   39   40   41   42   43   44   45   46   47   48   49   50   51
 加权(Q)   5   5   5   5   5   5   5   6   6   6   6   6   6
由下面的关系给出缩放因子wq：
wq＝clip((weight(clip(QP+comfort_noise_qp_offset_idc，0，51))+
comfort_noise_qp_weight_offset_idc)，0，7)
如所述的，通过缩放因子wq对子-噪声值sw0、sw1和swf缩放产生如下的噪声值w0、w1和wf：
w0＝sw0*wq
w1＝sw1*wq
wf＝swf*Wq
注意当前画面的结构的确定取决于显示而不是编码结构。对于隔行显示，来自当前场和前一场的像素起到用于计算的基础的作用。对于逐行显示，来自当前帧和前一帧的像素起到用于计算的基础的作用。
像素级操作
图2说明了根据从图1的装置300获得的噪声值w0、w1和wf在逐个像素的基础上添加舒适噪音的装置400。如此后所描述的，装置400使用相同的预先存储的高斯随机数列表和基本多项式(primitive polynomial)生成器。装置400包括三个不同的(distinct)基本多项式统一随机数模式生成器402、404和406。对于SD分辨率，对所有的亮度像素(luminance pixel)执行像素级操作，并且所生成的亮度噪声值被应用到亮度像素和色度像素两者。在这种情况下，关系pic_width＝PicWidthInSamplesL(如在H.264建议中所定义的)适用。对于HD分辨率，使用2x2子-采样对1/4的像素应用像素级操作，并且所生成的噪声值使用2x2像素重复被应用到所有的像素。在这种情况下，关系pic_width＝PicWidthInSamplesL＞＞1将应用。
当包含舒适噪声信息的SEI消息到来时，第一统一随机数模式生成器402使用种子值seed_x0(0)＝3来初始化其种子值x0(i，seed_x0(t))。在每个新帧t，统一随机数模式变成被初始化为seed_x0(t)，其中seed_x0(t)＝seed_x0(t-1)+2。随机噪声发生器404使用种子值seed_x1(t)＝seed_x0(t-1)来初始化其种子值(i，seed_x1(t)。这意味着x1(i，seed_x1(t))＝x0(i，seed_x0(t-1))的关系。
统一随机模式数(random pattern number)生成器402和404将分别生成两个新的数UN0(t，i)和UN1(t，i)，其中，根据下面的关系，UN1(t，i)＝UN0(t-1，i)：
UN0(t，i)＝x0(i，seed_x0(t))％32-16
UN1(t，i)＝UN0(t-1，i)＝x1(i，seed_x1(t))％32-16
第三统一随机数生成器406在每个被显示的帧的开始变成被初始化为1，并且起到用于产生由随机噪声行生成器408接收的固定噪声图像的作用。随机噪声行生成器408在存储在数据库26中的Gaussian_list[]中生成偏移，以使用下列操作访问一行8个随机数，其中每8个值i递增1：
UNf＝x(i，1)
对于n＝0..7，G[n]＝(Gaussian_list[(UNf+n)％2048]+1)＞＞1
统一噪声生成器402和404的输出经过缩放块410和412的单独的一个的缩放，而随机噪声行生成器的输出经过移位寄存器414的移位。多路复用器416、418和420的每个起到将缩放块410和412的单独的一个的输出以及移位寄存器414的输出分别乘以噪声值w0、w1和wf中单独的一个的作用。第一求和块422对多路复用器418和420的输出求和，而第二求和块424对第一求和块422的输出和多路复用器416的输出求和。移位寄存器426对第二求和块426的输出信号进行移位，以在噪声图像的位置[r][s]产生等于如下的噪声值：
m＝pic_width*r+s
noise[r][s]＝(wf*G[s％8]+w0*UN0[t，m]+w1*UN0[t-1，m]+512)＞＞10
其中w0、w1和wf在块边缘改变。对于SD序列，最终的噪声luma_noise等于所添加的噪声，而对于HD序列，最终噪声luma_noise是通过使用像素重复执行对噪声的2x2上采样来生成的。
色度噪声是最终亮度噪声的值的一半
chroma_noise[r][s]＝(luma_noise[r*2][s*2]+1)＞＞1
第一求和放大器428将亮度噪声与解码的亮度像素求和，并且得到的和在[0，255]的范围经过第一削波器(clipper)430的削波以产生显示亮度像素。移位寄存器431进一步对移位寄存器426的输出信号进行移位以产生用于由求和放大器432与解码的色度像素进行求和的chroma_noise信号。得到的和在[0，255]的范围经过第二削波器436的削波以产生显示亮度像素。
前面描述了用于向视频图像添加舒适噪声的技术。
                                      附录
2048个高斯分布随机数的列表如下：
char Gaussian[2048]＝{
0xFB，0x05，0x33，0xFB，0x14，0xEF，0x06，0x1D，0x26，0x30，0xD5，0x01，0x20，0xD9，0x16，0x1B，
0xE7，0x0A，0x06，0xFB，0xF6，0xF7，0x10，0xC1，0x08，0xFE，0xCC，0x09，0x09，0x23，0x17，0xFB，
0xED，0x15，0xFF，0x25，0xDF，0x1A，0xD3，0x10，0xE9，0x0A，0xFF，0xE5，0x18，0x00，0xE4，0xEC，
0x00，0x3C，0xC1，0xCB，0xE8，0x04，0x07，0x3F，0x3D，0x36，0x19，0x3F，0x00，0x03，0x38，0x09，
0x0E，0x06，0x26，0x38，0x28，0xE2，0xC1，0x37，0xE7，0xF2，0x01，0xE8，0xF5，0x1D，0xF2，0xDC，
0x05，0x38，0x21，0x27，0xFF，0xC7，0xD5，0xFE，0xFE，0x14，0x1D，0xD8，0x18，0xF3，0xF1，0xEF，
0xCC，0x19，0x08，0xF4，0xEF，0xFA，0xF9，0xC1，0xE5，0xF5，0xE5，0xC1，0xC8，0x02，0xF4，0xDC，
0x3F，0x3F，0xFF，0x14，0x2B，0xE0，0xF9，0x1B，0x09，0x2D，0xD8，0xE0，0xE0，0x11，0xFD，0xE5，
0x31，0xFD，0x2C，0x3E，0xF3，0x2D，0x00，0x1F，0x1D，0xF9，0xF5，0x38，0xF0，0x3A，0x06，0x0C，
0x19，0xF8，0x35，0xFD，0x1A，0x13，0xEF，0x08，0xFD，0x02，0xD3，0x03，0x1F，0x1F，0xF9，0x13，
0xEE，0x09，0x1B，0x08，0xE7，0x13，0x10，0xEE，0x3E，0xED，0xC5，0x08，0xF1，0x00，0x09，0x31，
0x1E，0x32，0xFA，0xDC，0xF8，0xE7，0x31，0x01，0x01，0x1D，0x10，0xFF，0xFF，0x04，0xEC，0xCC，
0xEE，0x06，0x3F，0x07，0xC1，0xF1，0xD5，0xED，0xE5，0x16，0xEC，0x25，0x0B，0xF7，0xF5，0xDD，
0x25，0xE6，0x00，0x10，0xEA，0x08，0xD2，0x1D，0xE0，0xDF，0x1B，0xCE，0xF2，0xD5，0xEF，0xD2，
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0xE0，0xFA，0xDA，0xD8，0xD3，0x0B，0x0E，0x10，0xED，0xD5，0xF0，0x30，0xD3，0x13，0x04，0xE1，
0xFF，0xFB，0x3F，0xE8，0xEE，0xE5，0x0B，0xEF，0xEF，0xE6，0x2C，0xD3，0x00，0x18，0x26，0xFE，
0xC1，0x08，0x16，0xFE，0xDC，0x00，0xE4，0xF7，0xDC，0x0E，0x2E，0x1D，0x18，0x0A，0x08，0x37，
0xC9，0x10，0xD7，0x17，0x17，0xFB，0x11，0xD5，0x15，0x1C，0xD0，0x3F，0xF8，0x00，0x00，0xED，
0xC1，0xFF，0x00，0x1F，0x2E，0x00，0x12，0xE0，0xE2，0xF7，0x13，0xC1，0x1C，0x18，0xF8，0x3F，
0x2C，0xEB，0xCA，0xE7，0xF8，0x03，0xEE，0x22，0x17，0xF9，0x35，0x14，0x1C，0x03，0x09，0x03，
0x01，0x2B，0xD4，0xD2，0xF8，0xF6，0xF5，0x06，0x03，0xFE，0xDA，0xD3，0xFF，0x03，0xEF，0xFE，
0x09，0x01，0xC9，0x02，0xDF，0xD8，0x3C，0xF7，0xF0，0xEE，0xD6，0x3F，0x21，0x16，0x08，0x17}；

Claims (10)

1.一种用于减少在视频图像中的主观伪像的方法，包括下列步骤：
接收包括指定用于添加到图像的舒适噪声的属性的至少一个参数的辅助信息；
依此生成临时相关噪声；和
将临时相关噪声添加到图像来隐藏伪像。
2.如权利要求1所述的方法，还包括通过下列步骤生成临时相关噪声：
获取块像素平均值；
使用所述块像素平均值和画面量化参数来访问查找表以获取用于加权所添加的噪声的临时相关因子的加权。
3.如权利要求2所述的方法，其中所述访问查找表的步骤还包括访问包含高斯随机数的查找表的步骤。
4.如权利要求2所述的方法，其中所述添加临时相关噪声的步骤包括将临时相关噪声添加到亮度像素或色度像素之一的步骤。
5.如权利要求4所述的方法，还包括添加临时相关噪声包括添加噪声到亮度像素和色度像素两者的步骤。
6.一种用于在视频图像中减少主观伪像的装置，包括：
用于接收包括指定用于添加到图像的舒适噪声的属性的至少一个参数的辅助信息的装置；
用于依此生成临时相关噪声的装置；和
用于将临时相关噪声添加到图像以隐藏伪像的装置。
7.如权利要求6所述的装置，还包括：
用于获取块像素平均值的装置；
用于使用所述块像素平均值和画面量化参数来访问查找表以获取用于加权所添加的噪声的临时相关因子的加权的装置。
8.如权利要求6所述的装置，其中所述查找包括高斯随机数。
9.如权利要求6所述的装置，其中所述用于添加临时相关噪声的装置将临时相关噪声添加到亮度像素或色度像素之一。
10.如权利要求9所述的装置，其中所述用于添加临时相关噪声的装置将临时相关噪声添加到亮度像素或色度像素两者。
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