-
BEREICH DER ERFINDUNG
-
Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Messen
von Blockartefakten auf Basis von Videodaten, die entsprechend einer
Codierungstechnik auf Blockbasis codiert worden sind.
-
Die
vorliegende Erfindung findet vorwiegend Anwendung in Videokompression,
wobei die Kompressionstechnik beispielsweise auf der MPEG-Norm ("Moving Pictures Expert
Group") basiert,
zum Korrigieren der genannten Blockartefakte beispielsweise durch
einen Nachbearbeitungsvorgang oder eine adaptive Kompression von
Videodaten.
-
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
-
Die
Videokompressionsalgorithmen, wobei blockbasierte Codierungstechniken,
wie MPEG oder H.26x, angewandt werden, sind Kompressionsalgorithmen
mit Informationsverlust, was oft zu einer Degradation der sichtbaren
Qualität
der Sequenz codierter und danach decodierter Bilder gegenüber der
Sequenz ursprünglicher
Bilder führt.
-
Eines
der sichtbaren Artefakte, die mit dieser Codierungstechnik am meisten
beobachtet werden, wird als Blockartefakt bezeichnet. Dieses Artefakt
ist vorwiegend der Quantisierung von Blöcken mit Koeffizienten zuzuschreiben,
herrührend
aus der diskreten Kosinustransformation DCT, wobei diese Quantisierung
gröber ist,
je nachdem die Kompressionsrate höher ist. Dadurch kann die Degradation
der sichtbaren Qualität
von einem unbemerkbaren Pegel für
eine niedrige Kompressionsrate bis an einen Pegel reichen, der für den Zuschauer
für eine
hohe Kompressionsrate sehr belästigend
ist.
-
Die
Internationale Patentanmeldung WO 01/20912 (PHF99579) beschreibt
ein Verfahren, das Detektion und Lokalisierung eines Gitters ermöglicht,
entsprechend Blockartefakten innerhalb eines decodierten digitalen
Bildes. Dieses Verfahren benutzt eine Gradientenfilterung der Pixel
eines digitalen Bildes und erfordert aus diesem Grund eine komplette
Decodierung des codierten Datenstroms mit den digitalen Bildern,
was die Verwendung kostspielig macht, und zwar in Termen von Rechenmitteln,
insbesondere während
der Transcodierung.
-
Die
Europäische
Patentanmeldung
EP 1 202 577 (PHF000106)
beschreibt ein Verfahren zum messen von Blockartefakten, das genauer
ist als das oben genannte Verfahren. Aber dieses Verfahren erfordert
immer eine komplette Decodierung des codierten Datenstroms mit den
digitalen Bildern, sowie zusätzlich
eine direkte und eine invertierte diskrete Kosinustransformation,
was die Verwendung auch kostspieliger macht, und zwar in Termen
von Rechenmitteln, als das oben genannte Verfahren.
-
AUFGABE UND ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
-
Es
ist nun u. a. eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren
zum Messen von Blockartefakten vorzuschlagen, das weniger komplex
ist als das bekannte Verfahren, während eine gute Effizienz beibehalten
wird.
-
Dazu
weist das Verfahren zum messen von Blockartefakten nach der vorliegenden
Erfindung das Kennzeichen auf, dass es die nachfolgenden Verfahrensschritte
umfasst:
- – das
Berechnen einer eindimensionalen inversen diskreten Transformation
einer ersten Reihe eines erstes Blocks codierter Videodaten, geeignet
zum Liefern eines Wertes eines ersten virtuellen Randpixels,
- – das
Berechnen einer eindimensionalen inversen diskreten Transformation
einer ersten Reihe eines zweiten Blocks codierter Videodaten, wobei
der zweite Block an den ersten Block grenzt, geeignet zum Liefern eines
Wertes eines zweiten virtuellen Randpixels,
- – das
Berechnen eines Blockartefaktpegels auf Basis eines Absolutwertes
einer Differenz zwischen den Werten des ersten und des zweiten virtuellen
Pixels.
-
Ein
derartiges Verfahren zum Messen von Blockartefakten ist viel wirtschaftlicher
in Termen von Rechenmitteln als die bekannten Verfahren. Tatsächlich führt es nur
eine teilweise Decodierung der Daten durch, vorwiegend eine inverse
diskrete Transformation nur eines Teils, der ersten Reihe, eines
Blocks codierter Videodaten. Weiterhin ist, wie nachstehend noch
näher beschrieben
wird, das Messverfahren sehr effizient, weil es auf einer rigorosen
mathematischen Annäherung
basiert.
-
Es
ist ebenfalls eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anordnung
zum Messen von Blockartefakten zu schaffen, wodurch die Anwendung
des genannten Verfahrens zum messen von Blockartefakten in beispielsweise
einer integrierten Schaltung mit Hilfe von Hardware oder Software
ermöglicht
wird.
-
Die
vorliegende Erfindung bezieht sich ebenfalls auf ein Verfahren zum
Decodieren von Videodaten, mit einem derartigen Verfahren zum messen
von Blockartefakten, sowie auf die entsprechende Anordnung.
-
Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zum Codieren
von Videodaten mit einem derartigen Verfahren zum Messen von Blockartefakten,
sowie auf die entsprechende Anordnung.
-
Die
vorliegende Erfindung bezieht sich zum Schluss auf ein Verfahren
zum Transcodieren von Videodaten mit einem derartigen Verfahren
zum Messen von Blockartefakten, sowie auf die entsprechende Anordnung.
-
KURZE BESCHREIBUNG DER
ZEICHNUNG
-
Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung sind in der Zeichnung dargstellt und
werden im Folgenden näher
beschrieben. Es zeigen:
-
1 eine
Grenze zwischen zwei benachbarten Blöcken,
-
2 eine
Beschreibung eines herkömmlichen
Verfahrens,
-
3 eine
Beschreibung des Verfahrens zum Messen von Blockartefakten nach
der vorliegenden Erfindung,
-
4 eine
Darstellung der mathematischen Grundlage, auf der die vorliegende
Erfindung basiert,
-
5 eine
Darstellung einer Mode zum Ermitteln virtueller Randpixel,
-
6 die
Bezugsfunktion entsprechend dem Leuchtdichtemaskierungseffekt inhärent an
dem menschlichen Gesichtssystem,
-
7 eine
schematische Darstellung des Verfahrens zum decodieren von Videodaten
nach der vorliegenden Erfindung,
-
8 eine
schematische Darstellung des Verfahrens zum Codieren von Videodaten
nach der vorliegenden Erfindung,
-
9 drei
Beispiele zum Modifizieren eines Vorcodierungsparameters entsprechend
dem genannten Verfahren zum Codieren von Videodaten, und
-
10 eine
schematische Darstellung des Verfahrens zum Transcodieren von Videodaten
nach der vorliegenden Erfindung.
-
BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
-
Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum messen
von Blockartefakten. Das Verfahren wird auf jedes beliebige Videosignal
mit Videodaten angewandt, die codiert und danach entsprechend einer
blockbasierten Codierungstechnik decodiert worden sind. In unserem
Beispiel ist die Codierungstechnik die MPEG-Norm, aber sie kann
jede andere beliebige blockbasierte Codierungstechnik, wie beispielsweise
die Normen H.261, H.263 oder H.264 der "International Telecommunication Union" (ITU), oder die
JPEG-Norm sein.
-
Im
Falle der MPEG-Norm umfassen die Blöcke 8 Reihen von 8 Pixeln.
Es dürfte
aber dem Fachmann einleuchten, dass die vorliegende Erfindung auch
auf Blöcke
einer anderen Größe anwendbar
ist, wie auf Blöcke
von 4 Reihen von 4 Pixeln, wie beispielsweise in der H.264 Norm
verwendet.
-
In
der nachfolgenden Beschreibung sind die Videodaten vorzugsweise
die Leuchtdichtewerte von Pixeln, die ein digitales Bild bilden,
es dürfte
aber dem Fachmann einleuchten, dass Videodaten, wie Farbartwerte,
auch mit Hilfe des Verfahrens zum Messen von Blockartefakten verarbeitet
werden können.
-
Weiterhin
sind die Videodaten unter Anwendung einer diskreten Kosinustransformation
codiert worden. Es dürfte
aber dem Fachmann auch einleuchten, dass die vorliegende Erfindung
auf jede beliebige gleichwertige diskrete Transformation anwendbar
ist, insbesondere die diskreten Transformationen von dem Fourier-Typ.
-
Die
Grundlage des Verfahrens zum Messen von Blockartefakten nach der
vorliegenden Erfindung, sowie die Verbesserungen und Applikationen
werden in der Beschreibung der nachfolgenden Figuren beschrieben.
-
Es
werden zwei Datenblöcke
(11, 12) betrachtet, die horizontal aneinander
grenzen, wie in 1 dargestellt. Diese zwei Blöcke sind
durch eine Blockgrenze (13) voneinander getrennt. Es ist
nun u. a. eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung die vertikalen
Artefakte zu ermitteln, die an dieser Blockgrenze vorhanden sein
könnten.
Die nachfolgende Demonstration basiert auf der Detektion dieses
vertikalen Artefakts, ist aber nicht auf diese Detektion begrenzt,
weil ein horizontaler Blockartefakt auf gleiche Weise detektiert
werden kann, und zwar basiert auf zwei vertikal benachbarten Pixelblöcken.
-
2 beschreibt
ein herkömmliches
Decodierverfahren. Ein derartiges Verfahren eignet sich zum Empfangen
einer Sequenz von Bildern, die in Form einer Reihe von Blöcken codierter
Videodaten codiert sind. Das Decodierverfahren umfasst insbesondere
die nachfolgenden Verfahrensschritte:
- – Variable-Länge-Decodierung
VLD (21) von Blöcken
codierter Videodaten (1), geeignet zum Liefern eines Blocks
quantisierter Daten (2),
- – inverse
Quantisierung IQ (22) von Blöcken quantisierter Daten (2),
geeignet zum Liefern von Blöcken transformierter
Daten (3), d.h. Blocken von 64 DCT Koeffizienten in unserem
Beispiel, wobei der genannte Block einen direkten Koeffizienten
DC recht oben in dem Block aufweist, der den Mittelwert der Werte
der Pixel des genannten Blocks angibt, sowie Frequenzkoeffizienten
AC,
- – inverse
Frequenztransformation, in unserem Beispiel eine inverse diskrete
Kosinustransformation IDCT (23), geeignet zum Umwandeln
von Blöcken
transformierter Daten (3) in einen Block invers transformierter Daten
(4), d.h. in unserem Beispiel Pixelblöcke.
-
Eine
komplette Decodierung nach diesem Verfahren erfordert auf diese
Weise die Berechnung einer inversen diskreten Kosinustransformation
IDCT für
64 DCT Koeffizienten, wobei diese Berechnung den meist komplexen
Teil des Decodierverfahrens bildet. Es ist nun u. a. eine Aufgabe
der vorliegenden Erfindung eine Detektion von Blockartefakten zu
ermöglichen
ohne dass eine derartige komplexe Berechnung verwirklicht wird.
-
3 beschreibt
das Verfahren zum Messen von Blockartefakten nach der vorliegenden
Erfindung. Ein derartiges Verfahren umfasst die nachfolgenden Verfahrensschritte:
- – das
Berechnen einer eindimensionalen inversen diskreten Transformation
IDCT1 × 8
(31) der ersten horizontalen Reihe (R1t1) eines erstes
Blocks (Bt1) DCT Koeffizienten an der linken Seite der Blockgrenze (13),
an einer Stelle in der Nähe
der genannten Blockgrenze, was zu einem Wert eines ersten virtuellen Grenzpixels
(vep1),
- – das
Berechnen einer eindimensionalen inversen diskreten Kosinustransformation
IDCT1 × 8
(32) der ersten horizontalen Reihe (R1tr) des zweiten Blocks
(Btr) mit DCT Koeffizienten auf der rechten Seite der Blockgrenze
(13) und grenzend an den ersten Block (Bt1), an einer Stelle
in der Nähe
der genannten Blockgrenze, was zu einem Wert eines zweiten virtuellen
Randpixels (vep2) führt,
- – das
Berechnen BM (33) eines Blockartefaktpegels (VEP_L) auf
Basis einer Differenz zwischen den Werten der ersten und zweiten
virtuellen Pixel.
- Der vorliegenden Erfindung liegt die mathematische Annäherung,
dargestellt in 4, zugrunde. Der Wert F eines
DCT Positionskoeffizienten (u, v) innerhalb eines Blocks wird auf
Basis des entsprechenden Pixelblocks mit den Werten f(x, y) wie
folgt definiert: wobei
in unserem Beispiel N = 8 ist und wobei C(u) und C(v) vorbestimmte
Koeffizienten sind.
-
Da
die zweidimensionale diskrete Kosinustransformation eine lineare
Transformation ist, ist die erste horizontale Reihe (R1,t) eines
Blocks (Bt) der DCT Koeffizienten, die auf Basis der genannten zweidimensionalen
diskreten Kosinustransformation DCT8 × 8 des entsprechenden Pixelblocks
(B) erhalten worden sind, auf diese Weise der Mittelwert (VA) entsprechend
einer vertikalen Richtung der Daten, die von den eindimensionalen
diskreten Kosinustransformation DCT1 × 8 von 8 Reihen des Pixelblocks
(B) herrühren.
Diese erste horizontale Reihe (R1t) entspricht den horizontalen
Variationen innerhalb des genannten Blocks.
-
Es
sei bemerkt, dass die erste horizontale Reihe (R1t) eines Blocks
mit DCT Koeffizienten (Bt) entweder von einem Mittelwert (VA) erhalten
werden können,
und zwar entsprechend einer vertikalen Richtung der Pixel des Blocks
(B) mit einer nachfolgenden DCCT1 × 8 Transformation der horizontalen
Reihe (R1a) der auf diese Weise erhaltenen Mittelwerte, oder von
DCT1 × 8
Transformationen jeder Reihe des Pixelblocks mit einem nachfolgenden
Mittelwert (VSA) entsprechend einer vertikalen Richtung der auf
diese Weise erhaltenen transformierten Daten. Der direkte Koeffizient
DC ist der erste Koeffizient der auf diese Weise erhaltenen ersten
horizontalen Reihe (R1t). Der Wert des virtuellen Grenzpixels (vep)
ist beispielsweise der Wert des Pixels auf der linken oder auf der
rechten Seite der Reihe (R1a) mit Mittelwerten, in Übereinstimmung
mit der Tatsache, ob die Grenze des Blocks auf der linken oder auf
der rechten Seite liegt.
-
Der
vorliegenden Erfindung liegt die Berechnung dieses virtuellen Grenzpixels
zugrunde. Dieses virtuelle Pixel wird nur auf Basis von 8 DCT Koeffizienten
in unserem Beispiel berechnet, und zwar anstelle von 64 DCT Koeffizienten,
die zum Berechnen des echten Pixels verwendet werden. Ein virtuelles
Grenzpixel entspricht im Wesentlichen dem Mittelwert der Pixel,
die längs
der Blockgrenze vorhanden sind, und zwar für den Block auf der linken
Seite der Grenze, dem Mittelwert der Pixel an der rechten Grenze,
für den
Block an der rechten Grenze, dem Mittelwert der Pixel an der linken
Grenze. Es sind verschiedene Verfahren möglich zum Berechnen des virtuellen
Grenzpixels.
-
Nach
einer ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung werden die virtuellen Pixel auf Basis der
eindimensionalen inversen diskreten Transformationen IDCT1 × 8 der
ersten Reihe (R1t1) de Blocks, das sich an der linken Seite der
vertikalen Grenze (
13) befindet und der ersten Reihe (R1tr)
des Blocks, der sich auf der rechten Seite der genannten Grenze
befindet, und zwar an Stellen, die den Pixeln genau entsprechen, die
der Grenz am nächsten
liegen, und zwar in unserem Beispiel R1a1 (7) für den linken Block, und R1ar
(0) für
den rechten Block. Auf diese Weise haben wir:
wobei K und C (v) Konstanten
sind.
-
Nach
einer zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung werden die virtuellen Pixel auf Basis der
eindimensionalen inversen diskreten Kosinustransformation IDCT × 8 einer
Stelle ermittelt, die der Grenze zwischen dem ersten und dem zweiten
Block genau entspricht. Diese Ausführungsform, die moderner ist
als die oben beschriebene Ausführungsform,
ermöglicht
es, dass örtliche
Variationen berücksichtigt
werden. Ein Beispiel dieser zweiten Ausführungsform ist in
5 dargestellt
und ermöglicht
eine Berechnung des Wertes des virtuellen Grenzpixels vep1, an der
Stelle 7,5 gegenüber
der linken Reihe, auf Basis einer linearen Interpolation von Zwischendaten
R1a1 (6) und R1a1 (7). Ein ähnliches
Prinzip wird angewandt zum Berechnen des virtuellen Grenzpixels
vep2, an der Stelle –0,5
gegenüber
der rechten Reihe, auf Basis einer linearen Interpolation von Zwischendaten
R1ar (0) und R1ar (1), und zwar:
-
Wenn
die Koeffizienten T1(v) und Tr(v) in einer Nachschlagtabelle LUT
gespeichert werden, hat die Berechnung, die notwendig ist zum Implementieren
dieser zweiten Ausführungsform
eine Komplexität,
die der Berechnung der ersten Varianten entspricht. Auf eine mehr
allgemeine Art und Weise kann die Interpolation an einem Satz von
mehr als zwei Werten durchgeführt
werden und ist nicht unbedingt linear; sie kann beispielsweise mehrnamig
sein.
-
Dort,
wo die Lösung
oder die Lösungen
des Standes der Technik wenigstens für jeden Block die Codierung
von 8 Pixeln längs
einer Grenze notwendig machen, und zwar durch Verwendung einer zweidimensionalen
inversen diskreten Kosinustransformation, und zwar 8mal 64 Multiplikationen
und 64 Addierungen für einen
8 × 8
Block, erfordert die vorliegende Erfindung nur die Berechnung einer
eindimensionalen inversen diskreten Kosinustransformation an einer
einzigen Stelle, und zwar 8 Multiplikationen und 8 Addierungen. Folglich
ist die vorliegende Erfindung 64mal weniger komplex als die bekannten
Verfahren zum Messen von Blockartefakten, vorausgesetzt, dass das
Verfahren zum Messen von Blockartefakten Zugriff hat auf ströme codierter
Videodaten.
-
Wenn
zwei virtuelle Grenzpixel ermittelt werden, und zwar eins für jedes
der zwei aneinander grenzende Blöcke,
umfasst das Verfahren zum Messen von Artefakten nach der vorliegenden
Erfindung einen Schritt zum Berechnen eines Blockartefaktpegels
auf Basis der Werte der genannten virtuellen Pixel. Nach einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung entspricht der Blockartefaktpegel (VEP_L)
dem Absolutwert der Differenz zwischen den Werten der ersten und
der zweiten virtuellen Pixel. Diese Blockartefaktpegel werden beispielsweise
für jede
Grenze des horizontalen und vertikalen Blocks eines Bildes addiert,
was einen globalen Pegel von Blockartefakten VEP_Im je Bild ergibt,
und zwar:
wobei VEP_L
H einen
Artefaktpegel darstellt, der einer horizontalen Blockgrenze entspricht,
und wobei VEP_L
V einen Artefaktpegel darstellt,
der einer vertikalen Grenze entspricht.
-
Nach
einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird ein globaler Pegel von Blockartefakten
für die
Bilder von dem Intra-Typ berechnet, d.h. die Bilder, die ohne Bezugnahme
auf ein anderes Bild codiert werden. Nach einer ersten Abwandlung
wird dieser globale Blockartefaktpegel als repräsentativ für einen Satz von Blockartefaktpegeln
für eine
Gruppe von Bildern (GOP) betrachtet, die das genannte Intrabild enthält und die
wenigstens ein anderes Bild eines anderen Typs enthält. Nach
einer zweiten Abwandlung wird die Messung des globalen Blockartefaktpegels
durch Messungen auf Basis von Parametern in Bezug auf die anderen
Bilder der Gruppe mit Bildern wie beispielsweise die angewandten
Quantisierungsschritte, die Größe der Bewegungsvektoren,
oder die Anzahl Bits, die zum Codieren dieser Bilder notwendig sind,
vollendet.
-
Es
ist ebenfalls möglich,
das Verfahren zum Messen von Blockartefakten auf Blöcke vom
Intratyp anzuwenden oder auf Blöcke
mit einem Null-Bewegungsvektor, wobei die genannten Blöcke zu einem
Bild von dem Inter-Typ gehören,
d.h. zu einem Bild, das unter Bezugnahme wenigstens eines anderen
Bildes codiert worden ist. In diesem Fall wird das Zusammentreffen
von Blockartefakten zwischen den Bildern vom Intra-Typ und von Inter-Typ
betrachtet, beispielsweise als eine Bestätigung des Vorhandenseins der
genannten Blockartefakte, wobei ein Gewichtungskoeffizient von mehr
als 1 auf den Pegel entsprechender Blockartefakte angewandt wird.
-
Das
Verfahren zum Messen von Blockartefakten kann verschiedenartig verbessert
werden, insbesondere in Bezug auf die Erwägungen auf Basis des menschlichen
Gesichtssystems.
-
Nach
einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung berücksichtigt
das Verfahren zum Messen von Blockartefakten den die Leuchtdichte
maskierenden Effekt, was dafür
sorgt, dass die Blockeffekte in den hellen Zonen und in den sehr
dunklen Zonen des Bildes weniger sichtbar sind. Die Bezugsfunktion,
die diese Eigenschaft des menschlichen Gesichtssystems übersetzt,
ist in 6 schematisch dargestellt. Diese Funktion (f)
ist in dem Artikel von H.R. Wu und M. Yuen mit dem Titel: "A generalized block-edge
impairment metric for video coding", veröffentlicht in "IEEE Signal Processing
Letters" Heft 4,
Nr. 11, Seiten 317–320,
November 1997 beschrieben worden. Der Artikel zeigt die minimale
Differenz in den Leuchtdichtewerten, die für einen Zuschauer als Funktion
der mittleren Leuchtdichte (AvgL) einer Zone des Bildes sichtbar
(ΔL) sind.
Gleich beispielsweise der Oberfläche,
die durch ein Paar benachbarter Blöcke bedeckt ist. Diese Funktion
geht durch ein Minimum (ΔL0)
gleich etwa 1 oder 2 Einheiten, für einen Mittelwert der Leuchtdichte,
der gleich etwa 70 (L0) ist, wenn die Leuchtdichte zwischen 0 und
Lmax = 255 liegt.
-
Nach
einer ersten Abwandlung dieser Ausführungsform, wenn der Mittelwert
der Leuchtdichte eines Paares benachbarter Blöcke über der Bezugsfunktion liegt,
ist der Blockartefaktpegel (VEP_L), der für dieses Blöckepaar ermittelt wurde, nach
wie vor ungeändert;
wenn nicht, wird er auf Null gesetzt.
-
Nach
einer zweiten Abwandlung dieser Ausführungsform wird der Blockartefaktpegel
(VEP_L), ermittelt für
ein Paar benachbarter Blöcke
als eine Funktion der mittleren Leuchtdichte (AvgL) des Blöckepaares gewichtet,
wobei die Gewichtung maximal ist für einen mittleren Leuchtdichtewert,
der etwa 70 entspricht und minimal für einen mittleren Leuchtdichtewert,
der gleich 0 oder in unserem Beispiel 255 ist.
-
Nach
einer anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung berücksichtigt
das Verfahren zum Messen von Blockartefakten den Strukturmaskierungseffekt,
was dafür
sorgt, dass die Blockeffekte in den einheitlichen Zonen des Bildes
besser sichtbar sind als in den strukturierten Zonen. Dazu umfasst
das Verfahren zum messen von Blockartefakten nach der vorliegenden
Erfindung einen Schritt zum Berechnen der Energie E der Frequenzkoeffizienten
AC der DCT Koeffizientenblöcke
dadurch, dass die NF-Koeffizienten
ACbf, wie diejenigen, die beispielsweise in
2 dargestellt
sind, berücksichtigt
werden, d.h.
wobei
fmax die maximale Frequenz ist, die bei der Berechnung der Energie
eines Blocks berücksichtigt
wird. Wenn die Energie eines Paares benachbarter Blöcke geringer
ist als eine erste Schwelle T1, ist die Zone quasi einheitlich und
der Blockartefaktpegel (VEP_L), der mit der Grenze zwischen den
zwei aneinander grenzenden Blöcken
assoziiert ist, wird durch einen höheren Gewichtungskoeffizienten
c1, beispielsweise höher
als 1, gewichtet. Wenn die Energie eines Paares benachbarter Blöcke größer ist
als die erste Schwelle T1 und kleiner als eine zweite Schwelle T2,
ist die Zone weniger strukturiert und der Pegel von Blockartefakten,
der mit der Grenze zwischen den zwei aneinander grenzenden Blöcken assoziiert
ist, wird von einem kleineren Gewichtungskoeffizienten c2, beispielsweise
gleich 1, gewichtet. Zum Schluss ist, wenn die Energie eines Paares
aneinander grenzender Blöcke
größer ist
als die zweite Schwelle T2, die Zone strukturiert und der Blockartefaktpegel,
der mit der Grenze zwischen den zwei aneinander grenzenden Blöcke assoziiert
ist, wird von einem noch kleineren Gewichtungskoeffizienten c3,
beispielsweise kleiner als 1, gewichtet, weil die Blockartefakte
in diesen Zonen weniger sichtbar sind.
-
Nach
einer anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung berücksichtigt
das Verfahren zum Messen von Blockartefakten die Anzahl Grenzen
benachbarter Blöcke.
Wenn beispielsweise eine horizontale Grenze des Blocks an eine vertikale
Grenze des Blocks grenzt, so dass eine Ecke gebildet wird, und wenn
die Blockartefaktpegel, die mit diesen Grenzen assoziiert sind,
höher sind
als eine vorbestimmte Schwelle Tmin1, werden die genannten Blockartefaktpegel
von einem Gewichtungskoeffizienten c, der höher ist als 1, gewichtet. Nach
einem anderen Beispiel werden, wenn andere Blockgrenzen entsprechend
einer bestimmten Richtung aufeinander folgend sind, und wenn jede
von ihnen einen Blockartefaktpegel hat, der höher ist als eine vorbestimmte
Schwelle Tmin2, die genannten Blockartefaktpegel von einem Gewichtungskoeffizienten
c', der höher ist
als 1, gewichtet.
-
Nach
einer anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, umfasst das Verfahren zum Messen von
Blockartefakten einen Schritt zum Detektieren natürlichen
Konturen. So wird beispielsweise der Blockartefaktpegel einer Grenze
mit einer vorbestimmten Schwelle Tmax, gleich beispielsweise 30,
verglichen. Wenn der Blockartefaktpegel höher ist als diese vorbestimmte
Schwelle Tmax, wird der Wert des Blockartefaktpegels auf Null gesetzt,
weil es sich um eine natürliche
Kontur handelt, die detektiert worden ist. Nach einem anderen Beispiel
wird die vorbestimmte Schwelle Tmax als eine Funktion der Quantisierungsschritte
gewichtet, die mit den Blöcken
an beiden Seiten der Grenze assoziiert sind.
-
Das
Verfahren zum Messen von Blockartefakten kann beispielsweise in
einer integrierten Schaltung mit Hilfe von Hardware oder Software
oder mit Hilfe einer Kombination der beiden angewandt werden.
-
In
einem Beispiel einer Hardware-Implementierung umfasst die Anordnung
zum Messen von Blockartefakten Schaltungsanordnungen, die je einen
Schritt des Verfah rens zum Messen von Blockartefakten verwirklichen,
wie oben beschrieben, wobei die Schaltungsanordnungen zum Berechnen
der inversen diskreten Kosinustransformation IDCT dem Fachmann durchaus
bekannt sind. Die genannte Ano9rdnung umfasst Folgendes:
- – Mittel
zum Berechnen einer eindimensionalen inversen diskreten Transformation
einer ersten Reihe, horizontal oder vertikal, eines ersten Blocks
codierter Videodaten, geeignet zum Liefern eines Wertes eines ersten
virtuellen Randpixels,
- – Mittel
zum Berechnen einer eindimensionalen inversen diskreten Transformation
einer ersten Reihe, horizontal oder vertikal, eines zweiten Blocks
codierter Videodaten, wobei der zweite Block horizontal oder vertikal
an den ersten Block grenzt, geeignet zum Liefern eines Wertes eines
zweiten virtuellen Randpixels,
- – eine
Recheneinheit, beispielsweise ein Prozessor, geeignet zum Berechnen
eines Blockartefaktpegels auf Basis einer Differenz zwischen den
Werten des ersten und des zweiten virtuellen Pixels.
-
Es
ist auch möglich,
die Schritte des Verfahrens zum Messen von Blockartefakten mit Hilfe
einer auf geeignete Art und Weise programmierten Schaltung zu implementieren.
Ein Satz von Instruktionen in einem Programmierungsspeicher kann
dafür sorgejn,
dass die Schaltungsanordnung die jeweiligen Verfahrensschritte des
Verfahrens zum Messen von Blockartefakten, wie oben beschrieben,
durchführt.
De Satz mit Instruktionen kann auch in den Programmierungsspeicher
geladen werden, und zwar dadurch, dass ein üblicher Datenträger, beispielsweise
eine Disk mit einem Satz von Instruktionen, ausgelesen wird. Das
Auslesen kann auch mit Hilfe eines üblichen Kommunikationsnetzwerkes,
beispielsweise Internet, erfolgen. In dem Fall liefert ein Provider
dem Interessenten den Satz mit Instruktionen.
-
Das
Verfahren zum Messen von Blockartefakten findet in vielen Bereichen
Anwendung, wie zum Decodieren oder Dekomprimieren codierter Videodaten,
zum Codieren oder Komprimieren von Videodaten, und zum Transcodieren
codierter Videodaten, wie eine Transcodierung, die beispielsweise
eine dehnbare Speicherung codierter Videodaten auf einer Disk ermöglicht.
-
Ein
Verfahren zum Decodieren von Videodaten nach der vorliegenden Erfindung
wird anhand der 7 beschrieben. Dieses Verfahren
umfasst vorwiegend die nachfolgenden Schritte:
- – Variable-Länge-Decodierung
VLD (21) von Blöcken
codierter Videodaten (1), geeignet zum Liefern eines Blocks
quantisierter Daten (2),
- – inverse
Quantisierung IQ (22) von Blöcken quantisierter Daten (2),
geeignet zum Liefern von Blöcken transformierter
Daten (3), d.h. Blocken von 64 DCT Koeffizienten in unserem
Beispiel,
- – inverse
diskrete Kosinustransformation IDCT (23), geeignet zum
Umwandeln von Blöcken
transformierter Daten (3) in Blöcke invers transformierter
Daten (4), d.h. in unserem Beispiel Pixelblöcke,
- – Messung
von Blockartefakten (30), wie oben beschrieben, geeignet
zum Verwirklichen einer horizontalen und/oder vertikalen Karte von
Blockartefaktpegeln (VEP_L) auf Basis von Blöcken transformierter Daten (3),
- – Filterung
(70) geeignet zum Anwenden eines Filters aus einem Satz
von Filtern (71, 72, 73) für einen
Satz von Pixeln an beiden Seiten einer Grenze zwischen zwei Blöcken entsprechend
dem Blockartefaktpegels (VEP_L), assoziiert mit dieser Grenze, was
zu einem gefilterten Bild (5) führt.
-
In
einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung sind drei Filtertypen definiert. Ein
leichtes Filter wird verwendet für
einen Blockartefaktpegel, der niedriger ist als eine erste vorbestimmte
Schwelle TR1. Eine stärkere
Filterung wird angewandt für
einen Blockartefaktpegel zwischen der ersten vorbestimmten Schwelle TR1
und der zweiten vorbestimmten Schwelle TR2. Zum Schluss wird eine
Filterung angewandt, die noch stärker
ist, für
einen Blockartefaktpegel, der höher
ist als die zweite vorbestimmte Schwelle TR2. Vorzugsweise werden
nur die Pixel längs
einer Blockgrenze gefiltert. Es dürfte dem Fachmann einleuchten,
dass eine andere Aufteilung des Gebietes von Blockartefaktpegeln,
sowie eine andere Wahl von Filtern möglich ist.
-
Nach
einer anderen Ausführungsform
umfasst das Decodierverfahren auch einen Schritt zum Verbessern
der Kontur, wobei der genannte Schritt deaktiviert wird, wenn in
dem Messschritt ein Blockartefaktpegel zwischen einer minimalen
Begrenzung und einer maximalen Begrenzung detektiert wurde, so dass
ein Blockartefakt nicht verbessert wird.
-
Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf den Videodecoder, der
Anwendung des genannten Decodierverfahrens ermöglicht.
-
Ein
Verfahren zum Codieren von Videodaten nach der vorliegenden Erfindung
wird auch in 8 beschrieben. Dieses Verfahren
umfasst einen Schritt zum Vorcodieren PASS1 (80) von Pixelblöcken (IS),
die einem Bild entsprechen, wobei der genannte Schritt mit einem
Quantisierungsschritt q durchgeführt
wird, der für alle
Blöcke
des Bildes konstant ist, entsprechend einem Prinzip, das dem Fachmann
bekannt ist und beispielsweise in der Europäischen Patentanmeldung Nr.
1 082 855 beschrieben worden ist. Ein Zwischenstrom von vorcodierten
Videodaten (PES) und Vorcodierungsparametern (p), wie beispielsweise
die Anzahl Bits, verwendet zum Vorcodieren der Blöcke des
Bildes resultiert aus diesem Vorcodierungsschritt.
-
Nach
der vorliegenden Erfindung umfasst das Codierungsverfahren auch
die nachfolgenden Verfahrensschritte:
- – teilweise
Decodierung eines Zwischenstromes vorcodierter Videodaten (PES),
wobei der genannte Schritt nacheinander die nachfolgenden Subschritte
umfasst: Variable-Länge-Decodierung VLD (81)
und inverse Quantisierung IQ (82) geeignet zum Liefern
von Blöcken
transformierter Daten,
- – Messung
von Blockartefakten (30), wie oben beschrieben, geeignet
zum Verwirklichen einer horizontalen und/oder vertikalen Karte mit
Blockartefaktpegeln (VEP_L) auf Basis transformierter Datenblöcke,
- – Modifizierung
MOD (83) eines oder mehrerer Vorcodierungsparameter (p)
entsprechend einem Block mit Pixeln entsprechend einem Blockartefaktpegel,
der mit dem genannten Block assoziiert ist, wobei dieser Pegel beispielsweise
der Mittelwert der Blockartefaktpegel assoziiert mit 4 virtuellen
Grenzpixeln ist, möglich
für einen
Block, und zwar die linken, rechten, oberen und unteren Pixel, wobei
der genannte Schritt einen oder mehrere modifizierte Vorcodierungsparameter
(p') liefert.
-
Diese
modifizierten Vorcodierungsparameter werden daraufhin während des
Codierungsschrittes PASS2 (84) von Pixelblöcken (IS)
verwendet, was einen endlichen Strom codierter Videodaten (ES) liefert,
entsprechend einem dem Fachmann durchaus bekannten Prinzip.
-
In
einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist der Vorcodierungsparameter die Komplexität X(i,j),
gleich dem Produkt aus dem Quantisierungsschritt und der Anzahl
Bits, verwendet für
den Codierungsvorgang, und entsprechend einem Block an der Stelle
(i,j) in dem Bild. Diese Komplexität wird wie folgt modifiziert,
was zu einer modifizierten Komplexität X'(i,j) führt: X'(i,j) = C(VEP_L(i,j))·X(i,j)wobei
C ein Koeffizient ist, der von dem Blockartefaktpegel VEP_L(i,j)
abhängig
ist. 9 zeigt drei Beispiele von Variationen des Koeffizienten
C als eine Funktion des Blockartefaktpegels (VEP_L), eine lineare
Variation (91) und zwei nicht lineare Variationen (92, 93)
zwischen zwei Begrenzungen Cmin und Cmax gleich beispielsweise 1
bzw. 2.
-
Die
Codierung eines Bildes von dem Intra-Typ wird auf diese Weise verbessert
und die Codierung von Bildern, die diesem Intra-Bild in einer Gruppe
von Bildern GOP folgen, wird in Kaskade auch verbessert.
-
Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf den Videocodierer, mit
dem die Anwendung des genannten Codierungsverfahrens möglich ist.
-
Ein
Verfahren zum Transcodieren von Videodaten nach der vorliegenden
Erfindung wird anhand der 10 beschrieben.
Dieses Verfahren umfasst insbesondere die nachfolgenden Verfahrensschritte:
- – Variable-Länge-Decodierung
VLD (101) von Blöcken
codierter Videodaten, geeignet zum Liefern von Blöcken quantisierter
Daten,
- – inverse
Quantisierung IQ (102) von Blöcken quantisierter Daten, geeignet
zum Liefern von Blöcken
transformierter Daten, von Blocken von 64 DCT Koeffizienten in unserem
Beispiel, wobei diese inverse Quantisierung mit einem ersten Quantisierungsschritt
Q1 durchgeführt
wird,
- – Messung
von Blockartefakten (30), wie oben beschrieben, geeignet
zum Verwirklichen einer horizontalen und/oder vertikalen Karte von
Blockartefaktpegeln (VEP_L) auf Basis von Blöcken transformierter Daten,
- – Quantisierung
Q (103) von Blöcken
transformierter Daten, geeignet zum Liefern von Blöcken quantisierter Daten,
wobei die Quantisierung mit einem zweiten Quantisierungsschritt
Q2 durchgeführt
wird,
- – Variable-Länge-Codierung
VLC (104) der Blöcke
quantisierter Videodaten, geeignet zum Liefern von Blöcken codierter
Daten,
- – Speicherung
DISK (105) von Blöcken
codierter Daten auf einem Aufzeichnungsträger von beispielsweise dem
Festplattentyp.
-
Der
Wert des zweiten Quantisierungsschrittes Q2 eines Blocks während des
Prozesses ist eine Funktion des Raumes, der auf der Platte verfügbar ist,
sowie von dem Wert eines Blockartefaktpegels, der mit dem genannten
Block assoziiert ist.
-
In
einer Ausführungsform
de vorliegenden Erfindung hat der Strom codierter Videodaten eine
skalierbare Struktur, d.h. er umfasst eine Basisschicht und Verbesserungsschichten.
Entsprechend dem Raum, der auf der Platte verfügbar ist, und dem Blockartefaktpegel
ist es möglich,
eine oder mehrere Verbesserungsschichten zu speichern um ein gutes
Kompromiss zwischen der sichtbaren Qualität des gespeicherten Stroms, quantitativ
durch die Messung des Blockartefaktpegels nach der vorliegenden
Erfindung dargestellt, und dem Raum, der auf der Platte noch verfügbar ist.
-
Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf den Videotranscodierer,
der die Anwendung des genannten Transcodierungsverfahrens ermöglicht.
-
Eingeklammerte
Bezugszeichen in dem vorliegenden Text sollen nicht als den Anspruch
begrenzend betrachtet werden. Die Verwendung des Verbs "umfassen" schließt das Vorhandensein
von Elementen oder Verfahrensschritten anders als die in den Ansprüchen genannten
nicht aus. Verwendung des Artikels "ein" vor einem
Element oder einem Verfahrensschritt schließt das Vorhandensein einer
Anzahl derartiger Elemente oder Verfahrensschritte nicht aus.
