DE19829468C2 - Verfahren zum Beseitigen von Blockbildungsartefakten in einem System zum Codieren bewegter Bilder auf niedrige Bitrate - Google Patents
Verfahren zum Beseitigen von Blockbildungsartefakten in einem System zum Codieren bewegter Bilder auf niedrige BitrateInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bearbeiten von Da
ten zu bewegten Bildern, und spezieller betrifft sie ein
Verfahren zum Beseitigen von Blockbildungsartefakten beim
Codieren bewegter Bilder in solcher Weise, dass die Daten
mit niedriger Bitrate übertragen werden können. Blockbil
dungsartefakte sind dabei Bildinhaltsstörungen, wie sie auf
treten, wenn Bilder in Blöcke unterteilt werden und jeweili
ge Videodatenblöcke verarbeitet werden, um das Kompressions
verhältnis zu erhöhen und den Codierungswirkungsgrad zu ver
bessern.
Im allgemeinen ist es zum wirkungsvollen Komprimieren einer
zeitlich variablen Videoabfolge erforderlich, Redundanz sowohl
in der Zeit- als auch der zweidimensionalen Raumdomäne
zu beseitigen.
Gemäß dem MPEG(Moving Picture Experts Group)-Standard wird
diskrete Cosinustransformation (DCT) dazu verwendet, die Re
dundanz in der zweidimensionalen Raumdomäne zu beseitigen,
wohingegen ein Bewegungskompensationsverfahren dazu verwen
det wird, die Redundanz in der Zeitdomäne zu beseitigen.
DCT ist ein Verfahren zum Entfernen der Korrelation zwischen
Daten durch zweidimensionale räumliche Transformation. Jeder
Block in einem Bild wird räumlich unter Verwendung von DCT
transformiert, nachdem das Bild in Blöcke unterteilt wurde.
Es besteht die Tendenz, dass räumlich transformierte Daten
in eine bestimmte Richtung driften. Es wird nur eine solche
Gruppe von Daten quantisiert und übertragen, die in dersel
ben Richtung driften.
Bilder, die in der Zeitdomäne aufeinanderfolgen, bilden Be
wegungen eines Menschen oder eines Gegenstands im Zentrum
eines Vollbilds ab. Diese Eigenschaft wird beim Bewegungs
kompensationsverfahren dazu verwendet, die Redundanz in der
Zeitdomäne zu verringern. Das Volumen der zu übertragenden
Daten kann dadurch minimiert werden, dass aus dem vorange
gangenen Bild ein ähnlicher Bereich entnommen wird, um einen
entsprechenden Bereich, der sich nicht geändert hat (oder
nur sehr wenig geändert hat) im aktuellen Bild aufzufüllen.
Der Vorgang des Herausfindens der ähnlichsten Blöcke zwi
schen Bildern wird als Bewegungsabschätzung bezeichnet. Die
Verschiebung, die das Ausmaß der Bewegung repräsentiert,
wird als Bewegungsvektor bezeichnet. Der MPEG-Standard ver
wendet ein Bewegungskompensations-DCT-Verfahren, bei dem die
zwei Verfahren kombiniert sind.
Wenn eine Kompressionstechnik mit einem DCT-Algorithmus kombiniert
wird, wird die DCT im allgemeinen ausgeführt, nach
dem eingegebene Daten mit einer Größeneinheit von 8 × 8 ab
getastet wurden, und die Transformationskoeffizienten werden
unter Verwendung von Quantisierungswerten aus einer Quanti
sierungstabelle hinsichtlich einer visuellen Eigenschaft
quantisiert. Dann werden die Daten durch Lauflängencodierung
(RLC = Run Length Coding) komprimiert. Die durch DCT verar
beiteten Daten werden aus der Raumdomäne in die Frequenzdo
mäne umgesetzt und durch Quantisierung bezüglich visueller
Eigenschaften des Menschen, die nicht visuell erkannt wer
den, komprimiert. Da z. B. menschliche Augen hinsichtlich
hoher Frequenz unempfindlich sind, wird ein Koeffizient für
hohe Frequenz mit großer Schrittgröße quantisiert.
Hinsichtlich der quantisierten Daten werden solche mit rela
tiv hoher Frequenz mit einem kurzen Codewort codiert. Quan
tisierte Daten mit niedriger Frequenz werden mit einem lan
gen Codewort codiert. So werden die Daten abschließend kom
primiert.
Beim Verarbeiten der Daten eines bewegten Bilds auf die oben
erörterte Weise werden Blöcke einzeln verarbeitet, um das
Kompressionsverhältnis und den Codierungswirkungsgrad zu ma
ximieren. Jedoch rufen die Einzelprozesse Blockbildungsarte
fakte hervor, die den visuellen Eindruck durch zeitliche
Differenzen an den Grenzen zwischen Blöcken stören.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 ein
herkömmliches Verfahren zum Beseitigen von Blockbildungsar
tefakten beschrieben. Dabei ist Fig. 1 eine Pixelmatrix zum
Veranschaulichen des Verfahrens, während Fig. 2 eine Pixel
matrix ist, die Blockgrenzen in horizontaler und vertikaler
Richtung zeigt.
Es sind verschiedene Algorithmen zum Beseitigen von Blockbildungsartefakten,
wie sie in einem Codierungssystem auf
treten, das Blöcke individuell verarbeitet, bekannt. Z. B.
verwendet der Standard MPEG-4 ein Blockeffekt-Beseitigungs
filter gemäß Telenor, dessen Algorithmus der folgende ist:
wenn B durch B1 und C durch C1 ersetzt wird, gelten:
wenn B durch B1 und C durch C1 ersetzt wird, gelten:
B1 = B + d1
C1 = C - d1
d1 = sign(d).(MAX(0,|d| - MAX(0,2.|d| - QP)))
Dabei gilt d = (3A - 8B + 8C - 3D)/16, und QP bezeichnet den Quan
tisierungsparameter des Makroblocks, zu dem das Pixel C ge
hört.
Beim Verarbeiten eines bewegten Bilds gemäß MPEG-4 werden
Blockbildungsartefakte unter Verwendung des obigen Algorith
mus beseitigt, um die Bildqualität zu verbessern. Jedoch ist
es schwierig, die Blockbildungsartefakte bei kleinem Funk
tionsvermögen wirkungsvoll zu beseitigen, da zum Codieren
und Decodieren eines bewegten Bilds Echtzeitbetrieb erfor
derlich ist.
Anders gesagt, ist zum vollständigen Beseitigen von Block
bildungsartefakten ein großer Rechenaufwand erforderlich,
was hinsichtlich des Wirkungsgrads unerwünscht ist.
Um Blockbildungsartefakte zu beseitigen, ist ein Verfahren
geschaffen, bei dem zwischen den Prozessen des Codierens und
Decodierens gewechselt wird. Dieses Verfahren erhöht die
Menge zu übertragender Bits.
Es ist ein anderes Verfahren zum Entfernen von Blockbil
dungsartefakten geschaffen, das auf der Theorie der Projek
tion auf konvexe Sätze (POCS = Projection onto Convex Sets)
beruht. Jedoch wird dieses Verfahren wegen seiner Iterati
onsstruktur und langen Konvergenzzeit nur bei Stehbildern
angewandt.
Das herkömmliche Verfahren zum Beseitigen von Blockbildungs
artefakten in einem System zum Codieren bewegter Bilder
weist verschiedene Probleme auf.
Erstens ist beim Abarbeiten des Algorithmus zum Beseitigen
der Blockbildungsartefakte die Berechnung kompliziert und
der Rechenaufwand und die Zeit sind entsprechend groß. Fer
ner werden Blockbildungsartefakte in komplizierten oder
gleichmäßigen Bereichen innerhalb eines Bilds nicht ent
fernt. Außerdem nimmt die Menge zu übertragender Bits zu.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum
Beseitigen von Blockbildungsartefakten in einem System zum
Codieren bewegter Bilder zu schaffen, durch das die Block
bildungsartefakte um eine Blockgrenze herum in Echtzeit be
seitigt werden, ohne dass die Bitmenge zunimmt.
Diese Aufgabe ist durch das Verfahren gemäß Anspruch 1 ge
löst. Beim erfindungsgemäßen Verfahren werden Blockbildungs
artefakte in der Frequenzdomäne und nicht der Raumdomäne
entfernt.
Zusätzliche Vorteile, Aufgaben und andere Merkmale der Er
findung werden teilweise in der folgenden Beschreibung dar
gelegt, und teilweise werden sie dem Fachmann bei der Unter
suchung des Folgenden oder beim Ausüben der Erfindung er
kennbar. Die Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden spe
ziell durch die Maßnahmen erzielt, wie sie in den beigefüg
ten Ansprüchen dargelegt sind.
Die Erfindung wird aus der nachfolgenden detaillierten Be
schreibung und den beigefügten Zeichnungen, die nur zur Ver
anschaulichung dienen und demgemäß für die Erfindung nicht
beschränkend sind, vollständiger zu verstehen sein.
Fig. 1 ist eine Pixelmatrix zum Veranschaulichen eines her
kömmlichen Verfahrens zum Beseitigen von Blockbildungsarte
fakten;
Fig. 2 ist eine Pixelmatrix zum Veranschaulichen von Block
grenzen in horizontaler und vertikaler Richtung;
Fig. 3 ist eine schematische Ansicht zum Veranschaulichen
eines 4-Punkt-DCT-Basisvektors;
Fig. 4 ist ein Flussdiagramm zum Veranschaulichen eines Aus
führungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Be
seitigen von Blockbildungsartefakten; und
Fig. 5 ist eine Tabelle zum Veranschaulichen von PSNR-Eigen
schaften durch ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Verfahrens zum Beseitigen von Blockbildungsartefakten.
Es wird nun im einzelnen auf die bevorzugten Ausführungsbei
spiele der Erfindung Bezug genommen, die in den beigefügten
Zeichnungen veranschaulicht sind.
Wie bereits angegeben, werden gemäß der Erfindung Blockbil
dungsartefakte an einer Blockgrenze in der Frequenz- statt
der Raumdomäne beseitigt.
Anders gesagt, werden Frequenzeigenschaften um die Block
grenze herum unter Verwendung eines 4-Punkt-DCT-Kerns erhal
ten, für den der Rechenaufwand klein ist. So kann ein kom
plizierter Bereich an einer Blockgrenze wirkungsvoll dadurch
verarbeitet werden, dass die Gleichmäßigkeit eines Bilds von
der Frequenz- in die Raumdomäne erstreckt wird.
Ein derartiges Verfahren unter Verwendung eines 4-Punkt-DCT-
Kerns hat Vorteile dahingehend, dass eine Frequenzanalyse
möglich ist und Blockeffektbeseitigung leicht ausgeführt
werden kann. Daher kann es bei der Beseitigung von Blockbil
dungsartefakten in bewegten Bildern in Echtzeit verwendet
werden.
Blockbildungsartefakte treten an Blockgrenzen zwischen fes
ten Blockmustern in Form einer Diskontinuitätslinie auf. So
besteht die Beseitigung von Blockbildungsartefakten in einer
Wandlung der Diskontinuität in einem Blockgrenzbereich in
Kontinuität.
Fig. 2 zeigt einen Blockgrenzbereich in horizontaler und
vertikaler Richtung. Bei einem eindimensionalen Bild aus
vier Punkten S0, S1 und S2, die um eine Blockgrenze herum
liegen, werden S1 und S2 durch ein Kompressionsverfahren,
das mit der Einheit eines Blocks arbeitet, individuell ver
arbeitet. So werden S1 und S2 nicht durch Blockbildungsarte
fakte beeinflusst. Jedoch liegt S0 über eine Blockgrenze
hinweg. So wird S0 unmittelbar durch Blockbildungsartefakte
beeinflusst.
Bei der Erfindung wird Frequenzinformation hinsichtlich S1
und S2 dazu verwendet, Blockbildungsartefakte in S0 zu ver
ringern. Wenn sich Bilder gleichmäßig ändern, sind Bildmerk
male von S0, S1 und S2 einander ähnlich. Dies bedeutet, dass
Bildmerkmale von S0, S1 und S2 einander auch in der Fre
quenzdomäne ähnlich sind.
Da die Frequenzeigenschaften von S0, S1 und S2 ähnlich sind,
werden die durch die Blockbildungsartefakte beeinflussten
Frequenzkomponenten von S0 unter Berücksichtigung der Fre
quenzkomponenten von S1, S2 eingestellt, so dass Blockbil
dungsartefakte beseitigt werden können. Hierbei wird als
Frequenzanalysewerkzeug die DCT verwendet, die in weitem Um
fang als Bildkompressionstechnik angewandt wird.
Blockbildungsartefakte können sowohl an horizontalen als
auch vertikalen Blockgrenzen auftreten. Bei der Erfindung
werden Blockbildungsartefakte an einer vertikalen Blockgren
ze beseitigt, nachdem solche an einer horizontalen Block
grenze beseitigt wurden.
Einander überlappende Pixelsätze S0, S1, S2 werden um die
horizontale Blockgrenze herum definiert. S0 ist ein 4-Punkt-
Pixelsatz, der über die Blockgrenze hinweg angeordnet ist,
während S1 und S2 4-Punkt-Pixelsätze sind, die an die Block
grenze angrenzen.
D. h., dass der Pixelsatz S0 eine Diskontinuität enthält.
Die Diskontinuität in S0 wird unter Verwendung gemeinsamer
Information hinsichtlich S0 und S2 beseitigt, die nicht un
mittelbar durch die Diskontinuität an der Blockgrenze beein
flusst sind.
Um Information um die Blockgrenze herum zu erlangen, wird
ein 4-Punkt-DCT-Basisvektor verwendet, wie es in Fig. 3 dar
gestellt ist.
Es wird darauf hingewiesen, dass 4-Punkt-DCT-Basisvektoren
symmetrische und antisymmetrische Eigenschaften haben. An
ders gesagt, ist zu beachten, dass wenn die 4-Punkt-DCT-Ko
effizienten für S0 als a0,0 (DC), a1,0, a2,0, a3,0 definiert
sind, zwar a2,0 und a3,0 hochfrequente Komponenten sind,
dass dabei jedoch a2,0 symmetrisch ist, während a3,0 anti
symmetrisch zum Zentrum ist.
Dabei ist, da das Zentrum von S0 mit der Blockgrenze zusam
menfällt, ein Faktor, der die Blockdiskontinuität unmittelbar
beeinflusst, keine symmetrische Komponente, sondern eine
antisymmetrische Komponente. So wird die Größe von a3,0 in
der Frequenzdomäne auf Grundlage der antisymmetrischen Kom
ponente so eingestellt, dass die Blockdiskontinuität einge
stellt werden kann.
Anders gesagt, steht die direkte Einstellung von a3,0 in der
Frequenzdomäne in direkter Beziehung zum Beseitigen der
Blockdiskontinuität in der Raumdomäne.
Nun wird das Beseitigen der Blockdiskontinuität im einzelnen
beschrieben.
Die Größe von a3,0 wird durch den Minimalwert hinsichtlich
a3,1 und a3,2 ersetzt. Durch diese Vorgehensweise kann ein
großes Blockbildungsartefakt, wie es auftritt, wenn eine
Seite der zu verarbeitenden Blockgrenze gleichmäßig ist, be
seitigt werden.
Hinsichtlich eines komplizierten Bereichs, bei dem sowohl S1
als auch S2 einer Bewegung unterliegen, (d. h. alle Werte
a3,0 a3,1 und a3,2 sind groß), existiert wenig Einfluss auf
die Blockgrenze.
Ein Algorithmus zum Beseitigen von Blockartefakten ist gemäß
einem Vorgabemodus der folgende:
v4' = v4 - d
v5' = v5 = d
d = CLIP(c2.(a3.0' - a3.0)//c3,0, (v4 - v5)/2).δ(|a3| < QP
a3,0' = SIGN(a3,0).MIN(|a3,0|, |a3,1|, |a3,2
a3,0 = ([c1 - c2c2 - c1].[v3v4v5v6]T)/c3
a3,1 = ([c1 - c2c2 - c1|.[v1v2v3v4]T)/c3
a3,2 = ([c1 - c2c2 - c1].[v5v6v7v8]T)/c3
Hierbei werden die an die Grenze anstoßenden Pixel v4 und v5
durch v4' bzw. v5' ersetzt. QP ist der Quantisierungsparame
ter des Makroblocks, zu dem das Pixel v5 gehört. c1, c2, c3
sind bei der 4-Punkt-DCT verwendete Kernkonstanten, wobei
die Werte von c1 und c2 durch eine ganze Zahl angenähert
sind, während der Wert von c3 durch ein Vielfaches angenä
hert ist.
Die Werte von a3,0, a3,1, a3,2 werden aus dem einfachen in
neren Produkt des DCT-Kerns und den Pixelsätzen S0, S1 und
S2 abgeschätzt.
Die Bedingung a3,0| < QP wird dazu verwendet, dem Einfluss
des Quantisierungsparameters auf die Blockbildungsartefakte
entgegenzuwirken. Die Bedingung |a3,0| < QP verhindert auch
ein übermäßiges Glätten, wenn die Blockbildungsartefakte
nicht allzu schwerwiegend sind.
Am kompensierten Wert wird ein Abschneidvorgang (CLIP) aus
geführt, um zu verhindern, dass die Richtung des Gradienten
an der Blockgrenze größer wird oder auf die entgegengesetzte
Richtung wechselt. Dieser Filterprozess wird sowohl für die
horizontale als auch die vertikale Blockgrenze ausgeführt.
Auf diese Weise können Blockbildungsartefakte im gesamten
Vollbild entfernt werden.
Im Vorgabemodus werden nur die Grenzpixelwerte v4 und v5
kompensiert. So reicht der Vorgabemodus nicht dazu aus,
Blockbildungsartefakte in einem sehr gleichmäßigen Bereich
wie einem Bildhintergrund zu beseitigen. Daher werden Block
bildungsartefakte in einem gleichmäßigen Bereich durch einen
DC-Versatzmodus beseitigt.
Ein Algorithmus zum Beseitigen von Blockbildungsartefakten
im DC-Versatzmodus ist der folgende:
Wenn der Absolutwert des maximalen Datenwerts vermindert um
den minimalen Datenwert hinsichtlich den Blockgrenzpixeln
kleiner als 2.QP ist (d. h., wenn Blockeffektbeseitigung er
forderlich ist), werden Blockbildungsartefakte im gleichmä
ßigen Bereich durch den DC-Versatzmodus beseitigt.
Die Entscheidung, ob der Vorgabemodus oder der DC-Versatzmo
dus verwendet wird, erfolgt durch den folgenden Algorithmus:
Modusentscheidungswert (eq_cnt) = Φ(v0 - v1) + Φ(v1v2) + Φ(v2 - v3) + Φ(v3 - v4) + Φ(v4 - v5) + Φ(v5 - v1) + Φ(v7 - v8) + Φ(v8 - v9), wobei Φ(γ) = 1 wenn |γ| ≦ SW1 (erster Schwellenwert) gilt, und andernfalls Φ(γ) = 0 gilt.
Modusentscheidungswert (eq_cnt) = Φ(v0 - v1) + Φ(v1v2) + Φ(v2 - v3) + Φ(v3 - v4) + Φ(v4 - v5) + Φ(v5 - v1) + Φ(v7 - v8) + Φ(v8 - v9), wobei Φ(γ) = 1 wenn |γ| ≦ SW1 (erster Schwellenwert) gilt, und andernfalls Φ(γ) = 0 gilt.
Wenn für den Modusentscheidungswert eq_cnt ≧ SW2 (zweiter
Schwellenwert) gilt, wird der DC-Versatzmodus angewandt, an
dernfalls der Vorgabemodus.
Nun wird das Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Ver
fahrens zum Entfernen von Blockbildungsartefakten zum Erzie
len der Übertragung bewegter Bilder mit niedriger Bitrate
unter Bezugnahme auf Fig. 4 im einzelnen beschrieben.
Als erstes werden in einem Schritt 410S drei Pixelsätze S0,
S1, S2 auf Grundlage der horizontalen Blockgrenze bestimmt.
Der Modusentscheidungswert wird durch den obengenannten Al
gorithmus in einem Schritt 402S erhalten. Der erhaltene Mo
dusentscheidungswert wird mit dem vom Benutzer eingestellten
zweiten Schwellenwert SW2 in einem Schritt 403S verglichen,
um einen Blockeffektbeseitigungs-Filterprozess dadurch aus
zuführen, dass der Modus abhängig vom Ausmaß der Blockbil
dungsartefakte im Bild ausgewählt wird.
Wenn bei der Modusentscheidung der Vorgabemodus festgelegt
wird, wird dieser in einem Schritt 404S eingestellt. Dann
wird unter Verwendung des 4-Punkt-DCT-Kerns in einem Schritt
405S Frequenzinformation um die Blockgrenze herum für jedes
Pixel erhalten.
Die Größe der zur Blockgrenze gehörigen Diskontinuitätskom
ponente wird durch die minimale Größe derjenigen Diskonti
nuitätskomponenten ersetzt, die zur Umgebung der Blockgrenze
in der Frequenzdomäne gehören. Dieser Einstellvorgang wird
auf die Raumdomäne angewandt. D. h., dass die Größe der zur
Blockgrenze gehörigen Diskontinuitätskomponente in einem
Schritt 406S durch die minimale Größe der Diskontinuitäts
komponenten ersetzt wird, die zur Umgebung der Blockgrenze
in der Raumdomäne gehören.
Im Vorgabemodus werden die Blockbildungsartefakte unter Ver
wendung des folgenden Algorithmus beseitigt:
v4' = v4 - d
v5' = v5 + d
d = CLIP(c2.(a3.0' - a3.0)//c3,0, (v4 - v5)/2).δ(|a3| < QP
a3,0' = SIGN(a3,0).MIN(|a3,0|, |a3,1|, |a3,2
a3,0 = ([c1 - c2c2 - c1].[v3v4v5v6]T)/c3
a3,1 = ([c1 - c2c2 - c1].[v1v2v3v4]T)/c3
a3,2 = ([c1 - c2c2 - c1].[v5v6v7v8]T)/c3
Hierbei ist QP der Quantisierungsparameter des Makroblocks,
zu dem das Pixel v5 gehört.
Im Vorgabemodus werden die Blockbildungsartefakte in einem
komplizierten Bereich wirkungsvoll entfernt. Dagegen werden
die Blockbildungsartefakte in einem gleichmäßigen Bereich
wie dem Bildhintergrund nicht ausreichend beseitigt.
Daher sollte, wenn im Schritt 403S der DC-Versatzmodus fest
gelegt wird, dieser zum Beseitigen von Blockbildungsartefak
ten eingestellt werden.
Im DC-Versatzmodus werden die Blockbildungsartefakte unter
Verwendung des folgenden Algorithmus beseitigt:
Der maximale und der minimale Datenwert für die Blockgrenz
pixel werden in einem Schritt 408S erhalten. Dann werden,
wenn der Absolutwert des maximalen Datenwerts vermindert um
den minimalen Datenwert kleiner als 2.QP ist (d. h., wenn
Blockeffektbeseitigung erforderlich ist, die Blockbildungs
artefakte im gleichmäßigen Bereich in Schritten 409S und
410S durch den DC-Versatzmodus beseitigt.
Wenn der Blockeffektbeseitigungs-Filterprozess um die hori
zontale Blockgrenze herum abgeschlossen ist, wird in einem
Schritt 411S der Blockeffektbeseitigungs-Filterprozess um
die vertikale Blockgrenze herum ausgeführt.
Die Blockeffektbeseitigungs-Filterprozesse um horizontale
und vertikale Blockgrenzen herum werden in einem Schritt
412S für das gesamte Vollbild wiederholt.
Ergebnisse zu Beispielen des erfindungsgemäßen Verfahrens
zum Beseitigen von Blockbildungsartefakten sind in Fig. 5
dargestellt.
Fig. 5 ist eine Tabelle, die PSNR-Eigenschaften entsprechend
dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Beseitigen von Blockbil
dungsartefakten veranschaulicht.
Testbedingungen bei diesem Verfahren waren die folgenden:
300 Vollbilder (nur das Anfangsvollbild wurde in intra. codiert);
fester QP;
H.263-Quantisierung;
F_Code = 1;
DC/AC-Vorhersage aktiviert; und
VOP in Rechteckform.
300 Vollbilder (nur das Anfangsvollbild wurde in intra. codiert);
fester QP;
H.263-Quantisierung;
F_Code = 1;
DC/AC-Vorhersage aktiviert; und
VOP in Rechteckform.
Es ist zu beachten, dass das Verfahren zum Beseitigen von
Blockbildungsartefakten gemäß den obigen Bedingungen gegen
über dem VM-Verfahren (ohne Filterung) gemäß MPEG-4 verbessert
ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Beseitigen von Blockbil
dungsartefakten hat die folgenden Vorteile:
- - Erstens wird der Blockeffektbeseitungs-Filterprozess unter Verwendung von Merkmalen in der Frequenzdomäne ausgeführt, so dass Blockbildungsartefakte wirkungsvoll beseitigt wer den, was Bilder hervorragender Qualität liefert.
- - Zweitens werden Blockbildungsartefakte sowohl in kompli zierten als auch gleichmäßigen Bereichen beseitigt, und so kann für eine visuell feinere Bildqualität gesorgt werden.
- - Drittens ist es möglich, dafür zu sorgen, dass die Bitmen ge nicht zunimmt.
Claims (6)
1. Verfahren zum Beseitigen von Blockbildungsartefakten in einem System
zum Codieren bewegter Bilder auf niedrige Bitrate, mit folgenden Schritten:
pm = v0 wenn (|v1 - v0| < QP) und pm = v1 wenn (|v1 - v0| ≧ QP) für m < 1
pm = vm für 1 ≦ m ≦ 8
pm = v9 wenn (|v8 - v9| < QP) und pm = v8 wenn (|v8 - v9| ≧ QP) für m < 8 und
bk = 1/16, 1/16, 2/16, 2/16, 4/16, 2/16, 2/16, 1/16, 1/16 für -4 ≦ k ≦ 4.
- - Festlegen von Pixelsätzen (S0, S1, S2) um eine Blockgrenze herum;
- - Ermitteln eines Modusentscheidungswertes (eq_cnt) auf der Grundlage der Pixelsätze (S0, S1, S2);
- - Vergleichen des Modusentscheidungswertes (eq_cnt) mit einem Schwel
lenwert (SW2), um einen ersten bzw. einen zweiten Blockeffekt-Beseitigungs
modus auszuwählen, wenn ein komplizierter bzw. ein gleichmäßiger Bereich
um die Blockgrenze herum vorliegt;
wobei im ersten Blockeffekt-Beseitigungsmodus
um die Blockgrenze herum Frequenzinformationen pro Pixel unter Ver wendung eines 4-Punkt-DCT-Kerns erhalten werden und
die Größe einer zur Blockgrenze gehörigen Diskontinuitätskomponente (a3,0') auf die minimale Größe von zur Umgebung der Blockgrenze in der Fre quenzdomäne gehörenden Diskontinuitätskomponenten (a3,0, a3,1, a3,2) ge setzt wird und dieses Setzen der Diskontinuitätskomponente (a3,0') auf die Raumdomäne angewendet wird; und
wobei nach Auswahl des zweiten Blockeffekt-Beseitigungsmodus zu nächst beurteilt wird, ob es erforderlich ist, den zweiten Blockeffekt-Beseiti gungsmodus auszuführen, und, wenn es erforderlich ist, den zweiten Blocke ffekt-Beseitigungsmodus auszuführen, Blockbildungsartefakte in einem gleichmäßigen Bereich, in dem die Bildbewegung gleichmäßig ist, unter Ver wendung der folgenden Bedingungen beseitigt werden:
pm = v0 wenn (|v1 - v0| < QP) und pm = v1 wenn (|v1 - v0| ≧ QP) für m < 1
pm = vm für 1 ≦ m ≦ 8
pm = v9 wenn (|v8 - v9| < QP) und pm = v8 wenn (|v8 - v9| ≧ QP) für m < 8 und
bk = 1/16, 1/16, 2/16, 2/16, 4/16, 2/16, 2/16, 1/16, 1/16 für -4 ≦ k ≦ 4.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe ei
ner Diskontinuitätskomponente (a3,0) zu einem Pixelsatz (S0), der über eine
Blockgrenze hinwegliegt, durch den Minimalwert der Größen von Diskontinui
tätskomponenten (a3,1, a3,2) zu Pixelsätzen (S1, S2) ersetzt wird, die an
die Blockgrenze angrenzen.
3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn
zeichnet, dass der zweite Blockeffekt-Beseitigungsmodus angewandt wird,
wenn für den Entscheidungswert eq_cnt ≧ SW2 . . . (zweiter Schwellenwert)
gilt, während anderenfalls der erste Blockeffekt-Beseitigungsmodus ausge
führt wird, wobei der Modus Entscheidungswert auf dem folgenden Algorith
mus beruht:
eq_cnt = Φ(v0 - v1) + Φ(v1 - v2) + Φ(v2 - v3) + Φ(v3 - v4) + Φ(v4 - v5) + Φ(v5 - v6) + Φ(v6 - v7) + Φ(v7 - v8) + Φ(v8 - v9)
wobei Φ(γ) = 1 wenn |γ| ≦ SW1 (erster Schwellenwert) und
Φ(γ) = 0 wenn |γ| < SW1 gilt.
eq_cnt = Φ(v0 - v1) + Φ(v1 - v2) + Φ(v2 - v3) + Φ(v3 - v4) + Φ(v4 - v5) + Φ(v5 - v6) + Φ(v6 - v7) + Φ(v7 - v8) + Φ(v8 - v9)
wobei Φ(γ) = 1 wenn |γ| ≦ SW1 (erster Schwellenwert) und
Φ(γ) = 0 wenn |γ| < SW1 gilt.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn
zeichnet, dass Blockbildungsartefakte in einem gleichmäßigen Bereich besei
tigt werden, wenn der Absolutwert der Differenz zwischen maximalem und
minimalem Datenwert hinsichtlich der Pixel an der Blockgrenze kleiner als
2QP entsprechend dem folgenden Algorithmus ist:
max = MAX(v1, v2, v3, v4, v5, v6, v7, v8)
min = MIN(v1, v2, v3, v4, v5, v6, v7, v8)
wenn (|max - min|) < 2QP dann /*Tiefpassfilterung*/.
max = MAX(v1, v2, v3, v4, v5, v6, v7, v8)
min = MIN(v1, v2, v3, v4, v5, v6, v7, v8)
wenn (|max - min|) < 2QP dann /*Tiefpassfilterung*/.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn
zeichnet, dass im ersten Blockeffekt-Beseitigungsmodus die Anwendung der
ersten Diskontinuitätskomponente (a3,0') auf die Raumdomäne dadurch ange
wandt wird, dass die Pixel (v4, v5) durch v4' bzw. v5' entsprechend dem fol
genden Algorithmus ersetzt werden:
v5 = v4 - d
v5' = v5 + d
d = CLIP(c2(a3,0' - a3,0 )/c3,0, ((v4 - v5)/2).δ(|a3,0| < QP))
a3,0' = SIGN(a3,0).MIN(|a3,0|, |a3,1|, |a3,2|)
a3,0 = ([c1 - c2c2 - c1).[v1v2v3v4]T)/c3
a3,1 = (|c1 - c2c2 - c1].[v3v4v5v6]T)/c3
a3,2 = ([c1 - c2c2 - c1].[v5v6v7v8]T)/c3
wobei QP der Quantisierungsparamenter des Makroblocks ist, zu dem das Pi xel v5 gehört und c1, c2, c3 4-DCT-Kernkonstanten sind, von denen c1 und c2 durch eine ganze Zahl angenähert sind, während c3 durch ein Vielfaches an genähert ist.
v5 = v4 - d
v5' = v5 + d
d = CLIP(c2(a3,0' - a3,0 )/c3,0, ((v4 - v5)/2).δ(|a3,0| < QP))
a3,0' = SIGN(a3,0).MIN(|a3,0|, |a3,1|, |a3,2|)
a3,0 = ([c1 - c2c2 - c1).[v1v2v3v4]T)/c3
a3,1 = (|c1 - c2c2 - c1].[v3v4v5v6]T)/c3
a3,2 = ([c1 - c2c2 - c1].[v5v6v7v8]T)/c3
wobei QP der Quantisierungsparamenter des Makroblocks ist, zu dem das Pi xel v5 gehört und c1, c2, c3 4-DCT-Kernkonstanten sind, von denen c1 und c2 durch eine ganze Zahl angenähert sind, während c3 durch ein Vielfaches an genähert ist.
6. Verfahren nach einem der vorstehende Ansprüche, dadurch gekenn
zeichnet, dass der Blockeffekt-Beseitigungsfilterprozeß um horizontale und
vertikale Blockgrenzen im gesamten Vollbild herum ausgeführt wird.
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