CN1937780A - 压缩视频中分块效应的消除方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种压缩视频中分块效应的消除方法,其包括以下步骤:输入图像的数据;检测并统计获取所述图像的分块效应强度向量以及分布状况数据;将分块效应强度向量作为分块效应滤波的控制参数;根据分布状况数据获得所述分块效应的位置信息;将控制参数及分块效应的位置信息送到图像滤波模块;图像滤波模块依据所述控制参数及所述分块效应的位置信息对所述图像进行分块效应滤波处理;输出该处理后的图像。本发明通过检测解码的视频图像中是否存在分块效应、分块效应的强度以及分块效应的分布状况,为控制图像滤波模块进行自适应滤波处理提供了参考,能够改善图像质量,更好的保护图像中细节。

Description

压缩视频中分块效应的消除方法
技术领域
本发明涉及一种压缩视频中分块效应的消除方法,尤其是一种用于消除视频图像分块压缩技术中由离散余弦变换系数的量化程中及信号传输过程中造成系数误差的分块效应的方法。
背景技术
目前,众多的视频压缩编码标准,如MPEG1(VCD),MPEG2(DVD),H.261,H.263,H.263+,MPEG4 AVC/H.264,MotionJPEG等,都采用了将源图像分解为8×8(或者4×4)的图像子块,然后对图像子块进行离散余弦变换(简称DCT变换)、量化变换系数、编码。采用分块方式的DCT变换压缩编码通常存在量化噪声和传输误码问题。
量化噪声问题:对每一个图像子块的DCT变换系数进行量化时,许多高频系数为0,而量化的过程就是舍去接近0的系数,因此,造成了无法挽回的量化精度损失。量化精度的损失也叫做量化效应,由量化效应所导致的量化噪声与量化步长相关,而且量化步长越大,产生的量化噪声越显著。
传输误码问题:在信号传输过程中,由于传输误码的存在,导致不同的DCT分块的量化系数出错,从而使得出错的DCT分块与相邻的DCT分块的之间的能量相差比较大,表现在图像的视觉效果上就使得相邻的DCT分块呈现出较大的阶越。
上述两个问题所引起的DCT量化系数的误差统称为DCT系数误差,也可称之为分块效应。
在现有技术中(如图1流程所示),压缩图像的处理通常经过解码步骤1、缩放处理步骤2、剪切处理步骤3和后续其他处理步骤4,而去除分块效应的方法都是直接应用于解码步骤1中或者紧跟在解码步骤1的后面,如LIU and BOVIK的“DCT域内有效的分块效应消除和盲度量方法”(原文标题:Efficient DCT-domain Blind Measurement and ReductionBlocking Antifacts)和G.A.Triantafyllidis etc.的“压缩数据中的分块效应强度检测”(原文标题:Blockness Detection in Compressed Data)等所述的方法是基于解码器中DCT变换域上的处理来减小分块效应的。WesleyF.Miaw的视频分块变换编码器中图像平滑滤波的软件实时方法实现(原文标题:Implementation of Real-Time Software-only Image Smoothing Filterfor a Block-transform Video Codec)以及K.Ramkishor等的“一种用于低比特率视频编码中简单有效的去分块效应算法”(原文标题:A Simple andEffcient Deblocking Algorithm for Low Bit-Rate Video Coding)的方法也是直接对解码后的图像进行处理而实现的。
由于在许多系统(如电视机,监视器等)中,解码得到的图像还要经过缩放、剪切等处理,现有的去除分块效应的方法由于受到其所处的去除分块效应的处理位置的限制,使得其在应用中受到了限制,因此不能达到令人满意的去除效果。
另外,现有去除分决效应的方法都是采用低通滤波器进行滤波实现的,并且不考虑分块效应在解码图像的纹理区域和平滑区域的不同特征。在解码视频图像的平滑区域,由于不同图像分块的DCT系数引入的误差不同,在相邻分块的边界处将会引入一个阶越,由于在平滑区域中高频信息并不多,所以该阶越在数值上不大,但是由于人眼的视觉特性,对于图像中平滑区域的这种变化是相当敏感的;在解码视频图像的纹理区域,由于存在丰富的高频信息,因此引入的量化误差比较大,因为这种误差存在于图像纹理区域中,由于人眼的视觉特性对于高频噪声不敏感,因此对纹理区域中的分块效应则不敏感。由此可知,现有的这种去除分块效应的技术方案不能根据分块效应所处区域的类型选择不同的滤波方式,从而无法很好的去除图像中的分块效应,保护图像的细节。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有去除分块效应的方法所存在的受到应用限制、采用低通滤波器进行滤波的方式,造成不能有效地去除图像中的分块效应,保护图像的细节的现状,而提供一种压缩视频中分块效应的消除方法,该方法能够根据视频图像中分块效应强度以及所在图像的区域,通过控制滤波处理的强度,消除分块效应,改善解码视频中的图像质量。
为实现上述目的,本发明采用的一种压缩视频中分块效应的消除方法,包括以下步骤:
步骤1、输入图像的数据;
步骤2、检测并统计获取所述图像在行、列方向上的分块效应强度向量以及该分块效应强度向量的分布状况数据;
步骤3、将所述分块效应强度向量作为分块效应滤波的控制参数;根据所述分布状况数据获得所述分块效应的位置信息;
步骤4、将所述控制参数及所述分块效应的位置信息送到图像滤波模块;
步骤5、所述图像滤波模块依据所述控制参数及所述分块效应的位置信息对所述图像进行分块效应滤波处理;
步骤6、结束图像的分块效应滤波处理,并输出该处理后的图像。
由上述技术方案可知,本发明通检测解码的视频图像中是否存在分块效应、分块效应的强度以及分块效应的分布状况,为控制图像滤波模块进行自适应滤波处理,消除分块效应,提供了参考,从而能够改善解码视频的图像质量,更好的保护图像中细节,使得去方块效应的后的图像具有很好的细节特征,并且可以设置在视频图像解码、后续图像处理过程中的任何位置。
下面结合附图和实施例,对本发明进行进一步的详细说明。
附图说明
图1为现有视频图像处理的基本过程示意图;
图2为本发明一个较佳实施例的流程图;
图3为图2所示实施例中分块效应的检测原理示意图;
图4为实现图2所示实施例的电路原理框图。
具体实施方式
本发明的基本过程为对输入的图像在行、列方向上进行分块效应的检测以及对分块效应的强度检测、分块效应的分布状况进行统计,然后根据检测统计结果控制图像滤波模块的滤波工作,从而完成对图像上所存在的分块效应的滤除。本发明可用于对单帧静止图像进行分块效应的滤除,也可以对以序列压缩图像在解码后进行分块效应的滤除,一个具体实施例的流程如图2所示,其具体步骤如下:
步骤201、开始,在对图像进行分块效应滤波处理的开始操作中,需要设定用于判断图像中的分块效应的参考阈值的上限值和下限值,同时还要设定针对序列图像进行分块效应强度向量的更新参数α;
步骤202、输入图像的数据;
步骤203、判断图像是否为单帧图像或序列图像中的第一帧,如果是,则执行步骤206;如果不是,则执行步骤204;
步骤204、获取前一帧图像的分块效应强度向量,对其进行更新,得到当前帧图像的分块效应强度向量VN,同时检测并统计获取所述当前帧图像分块效应强度向量VN的分布状况数据;更新依照公式
VN=(1-α)×VN+α×VN-1进行,其中,α为根据滤波处理要求而预先设定的更新参数,VN-1为前一帧图像的分块效应强度向量。
步骤205、将当前帧图像的分块效应强度向量VN作为分块效应滤波的控制参数,并根据分块效应强度向量VN的分布状况数据获得当前帧图像的分块效应的位置信息,然后执行步骤208;
步骤206、检测并统计获取图像分块效应强度向量以及该分块效应强度向量的分布状况数据;
步骤207、将分块效应强度向量作为分块效应滤波的控制参数;根据分布状况数据获得分块效应的位置信息;
步骤208、根据分块效应的位置信息分析分块效应是处于图像的平滑区域还是处于图像的纹理区域,并将所述分块效应所处区域的信息标注在所述分块效应的位置信息中;对于分块效应处于图像的平滑区域,则执行步骤209;对于分块效应处于图像的纹理区域,则执行步骤210;
步骤209、图像滤波模块依据控制参数及分块效应的位置信息和分块效应所处区域的信息对图像进行基于平滑区域的分块效应滤波处理;
步骤210、图像滤波模块依据控制参数及分块效应的位置信息和分块效应所处区域的信息对图像进行基于纹理区域的分块效应滤波处理;
步骤211、结束图像的分块效应滤波处理,并输出该处理后的图像。
本实施例中,检测图像在行、列方向上的分块效应强度向量的具体过程如下(参见图3所示),图3中的A、B、C、D四个点表示的图像中一行(或一列)中相邻的四个像素,A、B、C、D的高度代表了像素的幅度值。
根据如下的分块效应的判定准则:
|B-C|>|B-A|
|B-C|>|C-D|
|B-C|< ThresholdHigh
|B-C|> ThresholdLow
四个条件都满足的条件下,则认为该点在B和C之间存在分块效应。其中 ThresholdHigh ThresholdLow 分别是预先设定判断分块效应参考阈值的上限值和下限值。合理的阈值可以避免将图像的边缘信息判定为分块效应。
本实施例可以利用图4所示的电路实现,在图4中,分块效应强度检测模块11从图像输入缓冲区10中获取图像数据,分块效应强度检测模块11对输入的图像数据在行和列方向上实现分块效应强度检测,检测的结果存放在分块效应强度统计向量模块12中;同时分块效应所在区域特性检测模块15检测分块边界所在区域的特性,通过区域分类模块16对该区域进行分类,可以确定当前区域是平滑区域还是纹理区域;处理分块效应模块17根据所在区域的特性以及存放在分块效应强度统计向量模块12中的分块效应强度和分块效应强度向量的分布状况,对输入图像数据进行处理,然后向图像输出模块18输出处理后的图像。对于序列图像,分块效应所在区域特性检测的模块15使用的是当前帧图像的分块效应强度向量VN,该分块效应强度向量VN的内容采用部分更新的方法,通过分块效应强度统计向量更新模块13,对前一帧图像的分块效应强度向量VN-1进行更新,并将更新结果保存到序列图像分块效应强度统计向量模块14中。更新的方法为:VN=(1-α)×VN+α×VN-1
其中α的取值范围为0~1,取值越大更新的程度越强。当α=1时,表示完全采用上一帧的统计结果,处理当前帧的数据。由于在序列图像中存在很强的相关性,因此,α取值小于1时,会逐渐的更新VN中的统计数值,最终达到一个稳定的统计结果。
本发明的有益效果在于适用于压缩视频信号解码后的视频图像质量改善,包括MPEG1(VCD),MPEG2(DVD),H.261,H.263,H.263+,MPEG4AVC/H.264,MotionJPEG等压缩标准的解码视频信号。对于上述格式的解码信号,系统可以不做任何的改动,自动的检测编码标准的方式和格式,从而进行相应的处理,实现解码视频图像视觉效果的改善。
按照本发明设计制造的装置能够应用于各种图像显示设备中,可以有效的改善图像的显示质量,不仅能够去除压缩图像中分块效应,而且能够很好的保护图像中的细节特征,从而提供良好的视觉效果。
最后所应说明的是,以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案,尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,依然可以对本发明进行修改或者等同替换,而不脱离本发明的保护范围。

Claims (4)

1、一种压缩视频中分块效应的消除方法,其中,执行以下步骤:
步骤1、输入图像的数据;
步骤2、检测并统计获取所述图像在行、列方向上的分块效应强度向量以及该分块效应强度向量的分布状况数据;
步骤3、将所述分块效应强度向量作为分块效应滤波的控制参数;根据所述分布状况数据获得所述分块效应的位置信息;
步骤4、将所述控制参数及所述分块效应的位置信息送到图像滤波模块;
步骤5、所述图像滤波模块依据所述控制参数及所述分块效应的位置信息对所述图像进行分块效应滤波处理;
步骤6、结束图像的分块效应滤波处理,并输出该处理后的图像。
2、根据权利要求1所述的压缩视频中分块效应的消除方法,其中所述步骤1与所述步骤2之间还设有以下步骤:
步骤11、判断所述图像是否为单帧图像或序列图像中的第一帧,如果是,则执行步骤2;如果不是,则执行步骤12;
步骤12、获取前一帧图像的分块效应强度向量,并通过下式进行更新,得到当前帧图像的分块效应强度向量VN,同时检测并统计获取所述当前帧图像分块效应强度向量VN的分布状况数据
VN=(1-α)×VN+α×VN-1
上式中,α为根据滤波处理要求而预先设定的更新参数;
VN-1为前一帧图像的分块效应强度向量;
步骤13、将所述当前帧图像的分块效应强度向量VN作为分块效应滤波的控制参数,并根据所述分块效应强度向量VN的分布状况数据获得所述当前帧图像的分块效应的位置信息,然后执行步骤4。
3、根据权利要求1或2所述的压缩视频中分块效应的消除方法,其中所述步骤2中的检测所述图像在行、列方向上的分块效应强度向量的具体过程为:
步骤21、在所述图像中任意设定行或列上相邻的四个像素点,并顺序设定为第一点、第二点、第三点以及第四点;
步骤22、判断所述第二点与所述第三点之间是否存在分块效应,其判断方法为:当所述第二点与所述第三点的像素幅度值差的绝对值同时满足大于所述第二点与所述第一点的像素幅度值差的绝对值、大于所述第三点与所述第四点的像素幅度值差的绝对值、小于预先设定判断分块效应参考阈值的上限值以及大于预先设定判断分块效应参考阈值的下限值的条件,则确定所述第二点与所述第三点之间存在分块效应。
4、根据权利要求3所述的压缩视频中分块效应的消除方法,其中所述步骤4为根据所述分块效应的位置信息分析所述分块效应是处于图像的平滑区域还是处于图像的纹理区域,并将所述分块效应所处区域的信息标注在所述分块效应的位置信息中;所述步骤5为所述图像滤波模块依据所述控制参数及所述分块效应的位置信息和所述分块效应所处区域的信息对所述图像进行基于所述平滑区域和/或纹理区域的分块效应滤波处理。
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