CN1939063A - 利用来自压缩比特流的编码信息来增强视频质量和/或减少伪像 - Google Patents

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Abstract

一种处理数字视频信号以用于在显示装置上进行显示的系统和方法，包括：对已编码数字视频信号进行解码，以便产生具有视频源格式的已解码数字视频信号；从该已编码数字视频信号中提取编码信息；利用所提取的编码信息对具有所述视频源格式的该已解码数字视频信号执行视频质量改进算法，以便产生具有该视频源格式的经过处理的已解码数字视频信号；以及将该经过处理的已解码数字视频信号从该视频源格式转换为适于在该显示装置上进行显示的视频显示格式。在所述视频信号被解码之后并且在该显示装置上进行显示之前，所述系统和方法增强其质量和/或减少该视频信号中的视频伪像。

Description

利用来自压缩比特流的编码信息来 增强视频质量和/或减少伪像
本申请依据35U.S.C.§120和35USC§365(c)要求以下专利申请的优先权：Boroczky等人于2003年1 2月4日提交的题目方“A Unified Metric For DigitalVideo Processing(UMDVP)”的国际专利申请系列号IB2003/0057；Boroczky等人于2003年11月28日提交的题目为“System and Method for Joint VideoEnhancement and Artifact Reduction for Coded Digital Video”的国际专利申请系列号IB2003/0055；以及美国专利申请10/029,828。这里引用所有这些申请的全部内容以作参考。
本发明涉及数字视频信号处理，特别是涉及一种利用来自已编码视频信号的编码数据来增强视频质量和/或减少已解码视频信号中的编码伪像的系统和方法。
由于要求较少的存储空间和较小的带宽，运动画面专家组(MPEG)视频压缩或编码技术促进了许多当前和新兴的视频产品(例如DVD播放器、高清晰度电视解码器和视频会议)。然而，众所周知的是，这种有损压缩技术(MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4、H.26x等等)会导致编码伪像的引入并且会降低视频信号的画面质量。
有时选择低比特率以实现带宽效率。比特率越低，由压缩编码和解码处理引入的缺陷就更令人不快。例如，对于标准清晰度视频的数字地面电视广播来说，认为6Mbit/s左右的比特率是在画面质量和传输带宽效率之间的良好的折衷(参见P.N.Tudor的“MPEG-2 Video Compressions”，IEEE Electronics&Communication Engineering Journal，1995年12月，第257-264页)。然而，广播商经常广播比特率远低于6Mbit/s的数字视频信号，以便能够在每个数字电视频道中提供更多节目。因此就产生了伪像并且降低了画面质量。
因此，正如在2003年11月28日提交的题目为“system and Method for JointVideo Enhancement and Artifact Reduction for Coded Digital Video”的国际专利申请号IB2003/0055中所讨论的那样，近来已经为视频显示装置提供了用于对已解码视频信号进行后处理的系统和方法以便进行显示，从而增强了画面质量和/或减少了视频伪像。
同时，数字视频源(例如DVD、视频磁带、广播信号等)经常提供这样的已编码数字视频信号，其被数字压缩或编码的视频格式不同于将对其进行显示的视频格式。例如，通常按照已经使用了数十年的24帧/秒的帧速率以逐行扫描格式对运动画面/影片序列进行编码或压缩。另一方面，许多视频显示装置(例如电视接收机)利用50或60场每秒的隔行扫描视频显示格式来显示视频信号。
图1示出用于说明利用来自已编码数字视频信号的编码信息来增强视频质量和/或减少伪像的系统和方法的示例性框图。该已编码数字视频信号可能是利用MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4、H.26x或任何其他所需视频编码标准经行编码的。为了易于解释说明，在下文中将假设该已编码数字视频信号是根据MPEG-2标准进行编码的。此外，在图1的例子中，该已编码数字视频信号表示以24帧/秒的源帧速率编码的影片序列。
在方框110中，视频解码器对该已编码或已压缩数字视频信号进行解码。方框110根据已被用于编码该已编码数字视频信号的任何标准提供适当的解码。方框110输出具有视频源格式(例如24帧/钞的逐行扫描)的已解码数字视频信号。对于本领域技术人员来说，这样的视频解码器的操作和构造是很容易理解的。
然后，在方框120中，格式转换器将该已解码数字视频信号的视频源格式转换为用于通过特定电视接收机或显示装置进行显示的适当的视频显示格式。在图1的例子中，采用标准3∶2下拉算法将该已解码数字视频信号从24帧/秒的逐行扫描的视频源格式转换为大约60场每秒的隔行扫描视频显示格式。或者，该显示格式可以是大约50场/秒的隔行扫描，在这种情况下将替换地执行2∶2下拉。方框120输出具有视频显示格式(例如60场/钞的隔行扫描)的经过格式转换的已解码数字视频信号。同样地，对于本领域技术人员来说，实施3∶2或2∶2下拉算法的所述格式转换器的操作和构造是很容易理解的。
同时，在方框130中，视频编码量度计算模块利用已编码数字视频信号的编码信息和/或其他特征为该已编码数字视频信号计算一个或多个视频编码量度。例如，当该已编码数字视频信号是MPEG-2视频数据流时，该编码信息可能包括量化参数(q_scale)和用于编码亮度块的比特数量(num_bits)等等。可以在已编码数字视频信号的比特流中提供这种编码信息。例如在2003年12月4日提交的题目为“A Unified Metric For Digital Video Processing(UMDVP)”的国际专利申请序列号IB2003/0057中描述了示例性算法。方框130输出对应于具有视频源格式(例如对于影片序列来说是24帧/钞)的已解码数字视频信号的视频编码量度。
接下来，在方框140中，视频编码量度转换模块将由方框130输出的视频编码量度信息转换为与在方框120中由格式转换器输出的经过格式转换的已解码数字视频信号相对应的格式。也就是说，方框140：在其输入端接收与具有视频源格式(例如对于影片序列来说是24帧/秒)的已解码数字视频信号相应的一个或多个视频编码量度的输出；对所接收的一个或多个视频编码量度执行转换算法；以及输出经过转换的一个或多个视频编码量度，其与由方框120输出的具有视频显示格式(例如60场/秒的隔行扫描)的经过格式转换的已解码数字视频信号相对应。
最后，在方框150中，所述经过转换的一个或多个视频编码量度被用在一种算法中，以便在经过格式转换的已解码数字视频信号中增强画面质量(例如锐度增强、分辨率增强等等)和/或减少视频压缩伪像。
因此，在解码之后并且在显示装置上进行显示之前的视频信号中，上述系统和方法可以增强质量和/或减少视频伪像。
然而，这样的系统和方法存在几个缺点。为使其能应用于具有视频显示格式的经过格式转换的已解码数字视频信号而转换视频编码量度(或多个量度)在计算上负担较重。此外，伪像减少算法往往会在空间上相邻的像素中寻找伪像。将这些算法应用于隔行扫描视频数据是相当复杂的。此外，由画面质量增强和/或视频压缩伪像减少算法产生的结果的质量被削弱。必须关于如何将用于帧速率为24帧/秒的逐行扫描信号的视频编码量度(或多个量度)应用于例如视频显示速率为50或60场/秒的隔行扫描信号的各场作出假设。
因比，希望提供一种利用从已编码数字视频信号的编码信息和/或其他特征得出的一个或多个视频编码量度来增强视频质量和/或减少伪像的改进的系统和方法。本发明旨在解决这些问题当中的一个或多个。
在本发明的一个方面中，一种处理数字视频信号的方法包括：对已编码数字视频信号进行解码，以便产生具有帧速率大约为24帧/钞的逐行扫描格式的已解码数字视频信号；从该已编码数字视频信号中计算至少一个视频编码量度；利用所计算出的视频编码量度，对该具有帧速率大约为24帧/秒的逐行扫描格式的已解码数字视频信号执行视频质量改进算法，以便产生具有帧速率大约为24帧/秒的逐行扫描格式的经过处理的已解码数字视频信号；已经将该经过处理的已解码数字视频信号从帧速率大约为24帧/秒的逐行扫描格式转换为大约50场/秒或大约60场/秒的隔行扫描格式。
在本发明的另一个方面中，一种处理数字视频信号以便在显示装置上进行显示的方法包括：对已编码数字视频信号进行解码，以便产生具有视频源格式的已解码数字视频信号；从该已编码数字视频信号中计算至少一个视频编码量度；利用所计算出的视频编码量度对具有所述视频源格式的该已解码数字视频信号执行视频质量改进算法，以便产生具有该视频源格式的经过处理的已解码数字视频信号；以及将该经过处理的已解码数字视频信号从该视频源格式转换为适于在该显示装置上进行显示的视频显示格式。
在本发明的另一个方面中，一种用于处理数字视频信号以便在显示装置上进行显示的系统包括：解码器，其用于对已编码数字视频信号进行解码，以便产生具有源帧速率的已解码数字视频信号；视频编码量度计算模块，其用于从该已编码数字视频信号中计算视频编码量度；后处理器，其利用所计算出的视频编码量度对具有所述源帧速率的该已解码数字视频信号执行视频质量改进算法，以便产生经过处理的已解码数字视频信号；以及格式转换器，其用于将该经过处理的已解码数字视频信号从该源帧速率转换为适于在该显示装置上进行显示的显示帧速率。
图1示出用于说明利用来自已编码视频信号的编码信息来增强视频信号和/或减少伪像的系统和方法的示例性框图。
图2示出用于说明根据本发明的一个或多个方面的利用来自已编码视频信号的编码信息来增强视频信号和/或减少伪像的系统和方法的示例性框图。
图2示出用于说明根据本发明的一个或多个方面的利用来自已编码视频信号的编码信息来增强视频信号和/或减少伪像的系统和方法的示例性框图。
该已编码数字视频信号可以是利用MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4、H.26x或任何其他所需的视频编码标准经行了编码的。为了易于解释说明，在下文中将假设该已编码视频信号已经根据MPEG-2标准进行了编码。此外，在图2的例子中，该数字视频信号表示以24帧/秒的源帧速率进行了编码的影片序列。
在方框210中，视频解码器对该已编码或已压缩数字视频信号进行解码。方框210根据已被用于编码该数字视频信号的任何标准提供适当的解码。方框210输出具有视频源格式(例如24帧/秒的逐行扫描)的已解码数字视频信号。对于本领域技术人员来说，这样的视频解码器的操作和构造是很容易理解的。
同时，在方框220中，视频编码量度计算模块利用该已编码数字视频信号的编码信息和/或其他特征为该已编码数字视频信号计算一个或多个视频编码量度。例如，当该已编码数字视频信号是MPEG-2视频数据流时，所述编码信息可能包括量化参数(q_scale)和用于编码亮度块的比特数量(num_bits)等等。可以在该已编码数字视频信号的比特流中提供这种编码信息。例如在2003年12月4日提交的题目为“A Unified Metric For Digital Video Processing(UMDVP)”的国际专利申请序列号IB2003/0057中描述了示例性算法。方框220输出对应于具有该视频源格式(例如对于影片序列来说是24帧/秒)的已解码数字视频信号的所述一个或多个视频编码量度。
然后，在方框230中，通过在一个或多个画面质量增强和/或视频压缩伪像减少算法中采用所述量度(或多个量度)，后处理器利用所计算出的视频编码量度(或多个度量)来增强画面质量(例如锐度增强、分辨率增强等等)和/或减少已解码数字视频信号中的视频压缩伪像。有利的是，在该已解码数字视频信号仍然具有原来的视频源格式时，该后处理器230对该已解码数字视频信号进行操作。因此，在空间相邻的像素中识别伪像的操作被简化。此外，由于例如不必关于如何将对于帧速率为24帧/秒的逐行扫描信号获得的量度(或多个量度)应用于例如视频显示速率为50或60场/秒的隔行扫描信号的各场作出假设，因而由所述画面质量增强和/或视频压缩伪像减少算法(或多个算法)产生的结果的质量得到了改善。
最后，在方框240中，格式转换器将该经过处理的已解码数字视频信号的该视频源格式转换为用于通过特定电视接收机或显示装置进行显示的适当的视频显示格式。在图2的例子中，采用标准3∶2下拉算法将该经过处理的已解码数字视频信号从24帧/秒的逐行扫描的视频源格式转换为大约60场/秒的隔行扫描视频显示格式。或者，该显示格式可以是大约50场/秒的隔行扫描，在这种情况下将替换地执行2∶2下拉。方框240输出具有视频显示格式(例如大约60场/秒或大约50场/佬的隔行扫描)的经过格式转换的、经过处理的已解码数字视频信号。同样地，对于本领域技术人员来说，实施3∶2或2∶2下拉算法的所述格式转换器的操作和构造是很容易理解的。
因此，上面描述的系统和方法能够在视频信号被解码之后并且在显示装置上进行显示之前增强质量和/或减少视频信号中的视频伪像。与图1所示的系统和方法相比，显著减轻了计算上的负担。
虽然这里揭示了各实施例，但是在本发明的概念和范围内可以有多种变型。在阅读了说明书、附图和权利要求书后，对本领域普通技术人员来说，这些变型是显而易见的。因此，除了在所附权利要求书的精神和范围之内，不对本发明进行限制。

Claims (20)

1、一种处理数字视频信号的方法，包括：
对已编码数字视频信号进行解码(210)，以便产生具有帧速率大约为24帧/秒的逐行扫描格式的已解码数字视频信号；
从该已编码数字视频信号中计算(220)至少一个视频编码量度；
利用所计算出的视频编码量度对具有帧速率大约为24帧/秒的逐行扫描格式的该已解码数字视频信号执行视频质量改进算法(230)，以便产生具有帧速率大约为24帧/秒的逐行扫描格式的经过处理的已解码数字视频信号；以及
将该经过处理的已解码数字视频信号从帧速率大约为24帧/秒的逐行扫描格式转换(240)为大约50场/秒或大约60场/秒的其中之一的隔行扫描格式。
2、如权利要求1所述的方法，其中，计算(220)至少一个视频编码量度包括计算用于数字视频处理的统一量度(UMDVP)值。
3、如权利要求1所述的方法，其中，所述视频编码量度是利用量化参数或用于对所述已编码数字视频信号的亮度块进行编码的比特数量当中的至少一个来计算的。
4、如权利要求1所述的方法，其中，将所述经过处理的已解码视频信号从帧速率大约为24帧/秒的逐行扫描格式转换(240)为大约60场/秒的隔行扫描格式包括执行3:2下拉算法。
5、如权利要求1所述的方法，其中，将所述经过处理的已解码视频信号从帧速率大约为24帧/秒的逐行扫描格式转换(240)为大约50场/秒的隔行扫描格式包括执行2:2下拉算法。
6、一种处理数字视频信号以用于在显示装置上进行显示的方法，包括：
对已编码数字视频信号进行解码(210)，以便产生具有视频源格式的已解码数字视频信号；
从该已编码数字视频信号中计算(220)至少一个视频编码量度；
利用所计算出的视频编码量度对具有所述视频源格式的该已解码数字视频信号执行视频质量改进算法(230)，以便产生具有该视频源格式的经过处理的已解码数字视频信号；以及
将该经过处理的已解码数字视频信号从该视频源格式转换(240)为适于在该显示装置上进行显示的视频显示格式。
7、如权利要求6所述的方法，其中，所述视频源格式是大约24帧/秒的逐行扫描。
8、如权利要求6所述的方法，其中，所述视频显示格式是大约60场/秒的隔行扫描。
9、如权利要求6所述的方法，其中，所述视频显示格式是大约50场/秒的隔行扫描。
10、如权利要求6所述的方法，其中，计算(220)至少一个视频编码量度包括计算用于数字视频处理的统一量度(UMDVP)值。
11、如权利要求6所述的方法，其中，所述视频编码量度是利用量化参数或用于对所述已编码数字视频信号的亮度块进行编码的比特数量当中的至少一个来计算的。
12、如权利要求6所述的方法，其中，将所述经过处理的已解码视频信号从所述视频源格式转换(240)为所述视频显示格式包括执行3:2下拉算法。
13、如权利要求6所述的方法，其中，将所述经过处理的已解码视频信号从所述视频源格式转换(240)为所述视频显示格式包括执行2:2下拉算法。
14、一种用于处理数字视频信号以便在显示装置上进行显示的系统，包括：
解码器(210)，其用于对已编码数字视频信号进行解码，以便产生具有源帧速率的已解码数字视频信号；
视频编码量度计算模块(220)，其用于从该已编码数字视频信号中计算视频编码量度；
后处理器(230)，其利用所计算出的视频编码量度对具有所述源帧速率的该已解码数字视频信号执行视频质量改进算法，以便产生经过处理的已解码数字视频信号；以及
格式转换器(240)，其用于将该经过处理的已解码视频信号从该源帧速率转换为适于在该显示装置上进行显示的显示帧速率。
15、如权利要求14所述的系统，其中，所述视频源格式是大约24帧/秒的逐行扫描。
16、如权利要求14所述的系统，其中，所述视频显示格式是大约50场/秒或大约60场/秒的隔行扫描。
17、如权利要求14所述的系统，其中，所述视频编码量度计算模块(220)计算用于数字视频处理的统一量度(UMDVP)值。
18、如权利要求14所述的系统，其中，所述提取的编码信息包括量化参数或用于对所述已编码数字视频信号的亮度块进行编码的比特数量当中的至少一个。
19、如权利要求14所述的系统，其中，所述格式转换器(240)执行3:2下拉算法。
20、如权利要求14所述的系统，其中，所述格式转换器(240)执行2:2下拉算法。
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