用于视频信号解码装置中用以去除分块效应的方法
阅读：991发布：2020-12-14
专利汇可以提供用于视频信号解码装置中用以去除分块效应的方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种使用在解码一个已编码数字图象 信号 的解码系统中对当前数据 块 进行后处理的方法。包括以下步骤：(a)获得沿当前数据块与其相邻数据块之间的边界线置位的当前数据块象素的平均当前象素值；(b)利用相邻数据块中的象素值中的变化量估算在当前数据块中的平均象素值，从而产生估算的当前象素值；(c)根据该平均当前象素值、估算的当前象素值和DC量化步长来调整在当前数据块中的象素值。，下面是用于视频信号解码装置中用以去除分块效应的方法专利的具体信息内容。
1、一种使用在解码一个已编码数字图象信号的解码系统中对当 前数据块进行后处理的方法，其中已编码数字图象信号包括多个具有量化 的变换系数的编码数据块，并且该当前数据块对应着具有一量化的DC 系数和预定数目的量化AC系数的多个编码数据块之一，该已量化的 DC系数已根据DC量化步长QS而被量化，该方法包括以下步骤：
(a)获得沿当前数据块与相邻数据块之间的边界线位置的当前 数据块象素的均值MV；
(b)利用相邻数据块中的象素的象素值中的变化量估算在当前 数据块中象素的平均象素值，从而产生估算的当前数据块象素的均值 EMV；以及
(c)根据该当前数据块象素的均值MV、估算的当前数据块象素 的均值EMV和DC量化步长来调整在当前数据块中的象素的象素值，
其中所说的调整步骤(c)包括以下步骤：
(c1)：从MV中减去EMV；以及
(c2)：如果(MV-EMV)≥QS/2，把当前数据块全部象素值减 去QS/2；如果(MV-EMV)≤-QS/2，把当前数据块全部象素值 增加QS/2；以及如果-QS/2＜(MV-EMV)＜QS/2，把当前数 据块全部象素值增加MV-EMV。
技术领域
本发明涉及用于视频信号解码装置中的后处理方法，尤其涉及一 种能够去除沿着解码图象信号数据块边缘线出现的分块效应的方法。
背景技术
在例如高清晰度电视和可视电话系统之类的各种电子/电器应用 中，图象信号一般是以数字形式被发送，其中有大量的数字数据被产 生。但由于传统发送信道可用带宽是有限的，图象信号通常是被压缩 以便通过其被发送。在多种视频压缩技术中，其中将时间与空间压缩 技术与统计编码技术组合在一起的所谓的混合编码技术被已知是最为 有效的。
多数混合编码技术采用了包括自适应帧内/帧间模式编码、正交 变换、变换系数的量化、RLC(行程长度编码)以及VLC(可变 长度编码)等多种步骤。帧内/帧间模式编码是一个例如依据其变化 从当前帧的PCM(脉冲码调制)数据或DPCM(差分脉冲码调制) 数据中自适应地选择出用于随后进行正交变换的视频信号的处理过 程。帧间模式编码也称作一种根据降低相邻帧之间的冗余的原理的预 测方法，是一确定在当前帧及其一个或两个相邻帧之间的一目标运 动，并根据该目标的运动流来预测当前帧，以产生表示该当前帧及其 预测之间的差的误差信号的处理过程。这种编码的方法之描述可见如 “用于混合预测/变换编码的固定及自适应预测器”(作者staffan Ericsson，发表在IEEE Transactions on Communications，卷33、 12期的1291-1301页，1985年12月)；和“用于电视画面的运动补 偿帧间编码方案”(作者Ninomiya和Ohtsuka，发表在IEEE Transaction on Communications，卷30、1期的201-210页，1982 年1月)中的描述，此二文章均在此引作参考。
把数字图象数据的数据块变换成一组变换系数的正交变换是利用 了图象数据，例如当前帧的PCM数据或运动补偿的DPCM数据之 间的空间相关性，并降低或消除它们之间的空间冗余度。此技术被描 述在“场景自适应编码器”(作者Chen和Pratt，发表在IEEE Transactions on Communcations，卷3 2、3期的225-232页，1984 年3月)一文中。通过量化该变换系数、折线扫描、RLC和VLC， 所要被发送的数据量可被有效地压缩。
编码的图象数据是经一个传统的发送信道面被发送到在一接收机 内的图象信号解码装置的图象信号解码器的，由该解码器执行与编码 操作相反的处理，从而重建原始图象数据，但该重建的图象数据或解 码的图象数据在接收机上可展现称为分块效应的令人烦恼的人为现 象，其中数据块的边界线变得引人注目。如此的分块效应的出现，有 时是由于一个帧是在逐块的基础上被编码的这样的事实；并且随着量 化步长的加大即数据块经历越粗略的量化时而变得更为显眼。尤其 是，如果某一数据块比其相邻数据块要亮得多或暗得多，且一大的量 化步长被用于量化该数据块内DC系数的话，则该某一数据块和相邻 数据块之间的强度差可变得更为可观，导致更严重的分块效应且劣化 图象的质量。
因此，已有提出的各种类型的后处理技术以降低分块效应，以便 改善解码图象数据的质量。这些后技术一般都采用一个后处理滤波 器，以进一步处理解码图象数据。
在采用后处理滤波器的后处理技术中，利用有预定截止频率的 低通滤波器在逐象素的基础上对解码的图象数据进行滤波。采用后处 理滤波器的后处理技术根据不同的被滤波的图象数据，通过重复地对 其进行后处理，提供了降低沿着解码图象数据的数据块界线的分块效 应的一种改善性能。但此种后处理技术执行的对解码图象数据的滤波 操作并不考虑包括在一个数据块内的每一象素的位置情况，因此有可 能不能完全地降低沿着该数据块边界的分块效应。
多数混合编码技术采用了包括自适应帧内/帧间模式编码、正交 变换、变换系数的量化、RLC(行程长度编码)以及VLC(可变 长度编码)等多种步骤。帧内/帧间模式编码是一个例如依据其变化 从当前帧的PCM(脉冲码调制)数据或DPCM(差分脉冲码调制) 数据中自适应地选择出用于随后进行正交变换的视频信号的处理过 程。帧间模式编码也称作一种根据降低相邻帧之间的冗余的原理的预 测方法，是一确定在当前帧及其一个或两个相邻帧之间的一目标运 动，并根据该目标的运动流来预测当前帧，以产生表示该当前帧及其 预测之间的差的误差信号的处理过程。这种编码的方法之描述可见如 “用于混合预测/变换编码的固定及自适应预测器”(作者staffan Ericsson，发表在IEEE Transactions on Communications，卷33、 12期的1291-1301页，1985年12月)；和“用于电视画面的运动补 偿帧间编码方案”(作者Ninomiya和Ohtsuka，发表在IEEE Transaction on Communications，卷30、1期的201-210页，1982 年1月)中的描述，此二文章均在此引作参考。
把数字图象数据的数据块变换成一组变换系数的正交变换是利用 了图象数据，例如当前帧的PCM数据或运动补偿的DPCM数据之 间的空间相关性，并降低或消除它们之间的空间冗余度。此技术被描 述在“场景自适应编码器”(作者Chen和Pratt，发表在IEEE Transactions on Communcations，卷3 2、3期的225-232页，1984 年3月)一文中。通过量化该变换系数、折线扫描、RLC和VLC， 所要被发送的数据量可被有效地压缩。
编码的图象数据是经一个传统的发送信道面被发送到在一接收机 内的图象信号解码装置的图象信号解码器的，由该解码器执行与编码 操作相反的处理，从而重建原始图象数据，但该重建的图象数据或解 码的图象数据在接收机上可展现称为分块效应的令人烦恼的人为现 象，其中数据块的边界线变得引人注目。如此的分块效应的出现，有 时是由于一个帧是在逐块的基础上被编码的这样的事实；并且随着量 化步长的加大即数据块经历越粗略的量化时而变得更为显眼。尤其 是，如果某一数据块比其相邻数据块要亮得多或暗得多，且一大的量 化步长被用于量化该数据块内DC系数的话，则该某一数据块和相邻 数据块之间的强度差可变得更为可观，导致更严重的分块效应且劣化 图象的质量。
因此，已有提出的各种类型的后处理技术以降低分块效应，以便 改善解码图象数据的质量。这些后技术一般都采用一个后处理滤波 器，以进一步处理解码图象数据。
在采用后处理滤波器的后处理技术中，利用有预定截止频率的 低通滤波器在逐象素的基础上对解码的图象数据进行滤波。采用后处 理滤波器的后处理技术根据不同的被滤波的图象数据，通过重复地对 其进行后处理，提供了降低沿着解码图象数据的数据块界线的分块效 应的一种改善性能。但此种后处理技术执行的对解码图象数据的滤波 操作并不考虑包括在一个数据块内的每一象素的位置情况，因此有可 能不能完全地降低沿着该数据块边界的分块效应。
发明内容
因此，本发明主要目的是提供一种通过把当前数据块的象素值调 整或协调到与之相邻的数据块的象素值而去除沿着解码图象信号数据 块的边沿出现的分块效应的改进的方法。
按照本发明，提供一种使用在解码一个已编码数字图象信号的解 码系统中对当前数据块进行后处理的方法，其中已编码数字图象信号包 括多个具有量化的变换系数的编码数据块，并且该当前数据块对应着具 有一量化的DC系数和预定数目的量化AC系数的多个编码数据块之 一，该已量化的DC系数已根据DC量化步长QS而被量化，该方法包 括以下步骤：
(a)获得沿当前数据块与相邻数据块之间的边界线位置的当前 数据块象素的均值MV；
(b)利用相邻数据块中的象素的象素值中的变化量估算在当前 数据块中象素的平均象素值，从而产生估算的当前数据块象素的均值 EMV；以及
(c)根据该当前数据块象素的均值MV、估算的当前数据块象素 的均值EMV和DC量化步长来调整在当前数据块中的象素的象素值， 其中所说的调整步骤(c)包括以下步骤：
(c1)：从MV中减去EMV；以及
(c2)：如果(MV-EMV)≥QS/2，把当前数据块全部象素值减 去QS/2；如果(MV-EMV)≤-QS/2，把当前数据块全部象素值 增加QS/2；以及如果-QS/2＜(MV-EMV)＜QS/2，把当前数 据块全部象素值增加MV-EMV。
附图说明
本发明的上述及其它目的将在结合附图对于最佳实施例的描述中 变得显而易见，附图中：
图1是根据本发明用于去除分块效应的具有后处理单元的视频信 号解码装置的示意图：
图2示出图1中后处理单元的详细框图：
图3A和3B是描述图1的后处理单元之操作的示范帧。
按照本发明，提供一种使用在解码一个已编码数字图象信号的解 码系统中对当前数据块进行后处理的方法，其中已编码数字图象信号包 括多个具有量化的变换系数的编码数据块，并且该当前数据块对应着具 有一量化的DC系数和预定数目的量化AC系数的多个编码数据块之 一，该已量化的DC系数已根据DC量化步长QS而被量化，该方法包 括以下步骤：
(a)获得沿当前数据块与相邻数据块之间的边界线位置的当前 数据块象素的均值MV；
(b)利用相邻数据块中的象素的象素值中的变化量估算在当前 数据块中象素的平均象素值，从而产生估算的当前数据块象素的均值 EMV；以及
(c)根据该当前数据块象素的均值MV、估算的当前数据块象素 的均值EMV和DC量化步长来调整在当前数据块中的象素的象素值， 其中所说的调整步骤(c)包括以下步骤：
(c1)：从MV中减去EMV；以及
(c2)：如果(MV-EMV)≥QS/2，把当前数据块全部象素值减 去QS/2；如果(MV-EMV)≤-QS/2，把当前数据块全部象素值 增加QS/2；以及如果-QS/2＜(MV-EMV)＜QS/2，把当前数 据块全部象素值增加MV-EMV。
附图说明
本发明的上述及其它目的将在结合附图对于最佳实施例的描述中 变得显而易见，附图中：
图1是根据本发明用于去除分块效应的具有后处理单元的视频信 号解码装置的示意图：
图2示出图1中后处理单元的详细框图：
图3A和3B是描述图1的后处理单元之操作的示范帧。
具体实施方式
参考图1，示出了根据本发明的能够去除分块效应的编码视频信 号解码装置的最佳实施例。如图1所示，已编码视频比特流从相应的 传统的编码器(未示出)送到解码装置，具体地说是送入缓存器100。 缓存器100接收已编码的视频比特流并以固定的速率送到可变长度解 码器(VLD)102。
在VLD102，已编码比特流先被多路分离而产生帧内/帧间 模式信号和已编码的图象数据，即已量化变换系数和可变长度编码运 动矢量的多个已编码数据块，其中量化变换系数的多个已编码数据块 随即被解码，以提供量化的变系数(Qfs)的多个数据块及针对这 些数据块的每一个的一组量化步长，经线路L10送到逆量化器 106，同时将可变长度编码运动矢量解码以经线路L12将运动矢量 送到运动补偿器128。针对每一个数据块(例如一个8×8的数据 块)的Qfs包括一个DC系数和63个AC系数以及一组量化步 长，且该组量化步长可含两类量化步长，一类是用于DC系数，另一 类是用于AC系数。
在逆量化器106，利用经线路L4从VLD102提供的帧内/帧间 模式信号所确定的一组对应的量化步长把Qfs数据块转换成一组 DCT系数。随后将此组DCT系数送到反离散余弦变换器(IDCT)110， 并将用于DC系数的量化步长送到后处理单元124。
IDCT110将此组DCT系数反向变换成IDCT数据的数据块送 到加法器116。
同时，利用经线路L12自VLD102送来的运动矢量，运动矢量 补偿器128经线路L18从存储在帧存储器126内的先前帧提取对应 于IDCT数据的数据块的象素数据块，并把已提取的象素数据作为运 动补偿数据送到开关SW10，其中当经线路L4提供有帧间膜式信 号时，即将运动补偿的数据送到加法器116以将其加到IDCT数据上， 以便将一解码的数据信号送到后处理单元124；而且，当经L4提供 有帧内模式信号时，则开关SW10即被断开，来自IDCT110的IDCT 数据经加法器直送后处理单元124而不作任何加法操作。
在后处理单元124，从当前数据块和相邻数据块之间的显见象 素亮度差所产生的分块效应以如下方式被去除：首先，沿当前数据块 和其相邻数据块之间边界置位的当前数据块象素的亮度均值(MV) 被计算；利用相邻数据块中的象素的象素值中的变化量来估算当前数 据块中的象素的亮度均值从而产生一估算的均值(EMV)；随后， 将均值和估算均值相互比较从而提供出一个比较结果；最终，根据比 较的结果和当前数据块的DC量化步长(QS)调节当前数据块的全 部象素值。如果-QS/2＜(MV-EMV)＜QS/2，当前数 据块的全部象素值增加一个因数(MV-EMV)；如果(MV-EMV) ≥QS/2，当前数据块的全部象素值减少QS/2；如果(MV- EMV)≤-QS/2，当前数据块的全部象素值增加QS/2。后 处理单元124的细节将参考图2进行描述。
后处理单元124包括一均值计算器202和一均值估算器212；一 乘法器204，第一和第二加器206和220、第一和第二减法器208 和218，第一和第二选择器210和214以及缓存器216。经线路L13， IDCT数据从加法器116输入到均值计算器202和缓存器216。均值计 算器202存储当前数据块的象素值并计算MV。参考图3B，是图 3A放大的图，例如针对一个8×8数据块的MV计算如下： 其中C(i，j)是处于当前数据块第i行和第j列上的象素的亮度 值。如公式(1)所示，MV是沿当前数据块和其相邻数据块之间边 界所置位的当前数据块象素亮度值的平均值。
另一方面，上和左侧的相邻数据块的全部象素值都经线路L14 从帧存储器126输入到均值估计器212，在其中作EMV的计 算。参考图3B，在当前数据块的相邻数据块是在左侧和上侧的相邻 数据块的情况中，对于这两个8×8数据块的EMV可由下式计算： 其中的U(i，j)和L(i，j)分别是在上侧和左侧相邻数据块 的第i行和第j列放置的象素的亮度值。如公式(2)所示，该EMV 是利用在相邻数据块中的象素的象素值中的变化量而获得的。
为了根据均值和估算均值之间的差来调整当前数据块的象素值， 乘法器2044把从逆量化器106提供的QS乘以1/2，并将QS/ 2经线路L24送到第一加法器206，在该第一加法器中将该QS/2 加到来自均值计算器202的MV上，并把结果MV+QS/2经线路 L26送到第一选择器210。第一选择器210从这两个输入，即MMV +QS/2和EMV中选择其中较小的一个，并将所选的输入送到第二 选择器214。在第一减法器208中计算MV和QS/2之间的差值， 并将结果MV-QS/2提供给第二选择器214，第二选择器214 从两个输入，即MV-QS/2和来自第一选择器210的被选值中选 取较大的一个，并将其送到第二减法器218。第二减法器218从第二 选择器214的选择值中减去MV，产生出QS/2和MV-EMV或一 QS/2之一。在第二加法器220，第二减法器218的结果被加到在缓 存器216中延时的当前数据块的全部象素值上，以产生当前数据块的 经调整的象素值，并将这些值同时送到帧存储器126和显示单元。
虽然本发明是以特定实施例作描述的，但对熟悉本领域的技术人 员而言，在不背离所附权利要求所定义的本发明的精神和范围的前提 下可以作许多明显的修改和变化。
在VLD102，已编码比特流先被多路分离而产生帧内/帧间 模式信号和已编码的图象数据，即已量化变换系数和可变长度编码运 动矢量的多个已编码数据块，其中量化变换系数的多个已编码数据块 随即被解码，以提供量化的变系数(Qfs)的多个数据块及针对这 些数据块的每一个的一组量化步长，经线路L10送到逆量化器 106，同时将可变长度编码运动矢量解码以经线路L12将运动矢量 送到运动补偿器128。针对每一个数据块(例如一个8×8的数据 块)的Qfs包括一个DC系数和63个AC系数以及一组量化步 长，且该组量化步长可含两类量化步长，一类是用于DC系数，另一 类是用于AC系数。
在逆量化器106，利用经线路L4从VLD102提供的帧内/帧间 模式信号所确定的一组对应的量化步长把Qfs数据块转换成一组 DCT系数。随后将此组DCT系数送到反离散余弦变换器(IDCT)110， 并将用于DC系数的量化步长送到后处理单元124。
IDCT110将此组DCT系数反向变换成IDCT数据的数据块送 到加法器116。
同时，利用经线路L12自VLD102送来的运动矢量，运动矢量 补偿器128经线路L18从存储在帧存储器126内的先前帧提取对应 于IDCT数据的数据块的象素数据块，并把已提取的象素数据作为运 动补偿数据送到开关SW10，其中当经线路L4提供有帧间膜式信 号时，即将运动补偿的数据送到加法器116以将其加到IDCT数据上， 以便将一解码的数据信号送到后处理单元124；而且，当经L4提供 有帧内模式信号时，则开关SW10即被断开，来自IDCT110的IDCT 数据经加法器直送后处理单元124而不作任何加法操作。
在后处理单元124，从当前数据块和相邻数据块之间的显见象 素亮度差所产生的分块效应以如下方式被去除：首先，沿当前数据块 和其相邻数据块之间边界置位的当前数据块象素的亮度均值(MV) 被计算；利用相邻数据块中的象素的象素值中的变化量来估算当前数 据块中的象素的亮度均值从而产生一估算的均值(EMV)；随后， 将均值和估算均值相互比较从而提供出一个比较结果；最终，根据比 较的结果和当前数据块的DC量化步长(QS)调节当前数据块的全 部象素值。如果-QS/2＜(MV-EMV)＜QS/2，当前数 据块的全部象素值增加一个因数(MV-EMV)；如果(MV-EMV) ≥QS/2，当前数据块的全部象素值减少QS/2；如果(MV- EMV)≤-QS/2，当前数据块的全部象素值增加QS/2。后 处理单元124的细节将参考图2进行描述。
后处理单元124包括一均值计算器202和一均值估算器212；一 乘法器204，第一和第二加器206和220、第一和第二减法器208 和218，第一和第二选择器210和214以及缓存器216。经线路L13， IDCT数据从加法器116输入到均值计算器202和缓存器216。均值计 算器202存储当前数据块的象素值并计算MV。参考图3B，是图 3A放大的图，例如针对一个8×8数据块的MV计算如下： 其中C(i，j)是处于当前数据块第i行和第j列上的象素的亮度 值。如公式(1)所示，MV是沿当前数据块和其相邻数据块之间边 界所置位的当前数据块象素亮度值的平均值。
另一方面，上和左侧的相邻数据块的全部象素值都经线路L14 从帧存储器126输入到均值估计器212，在其中作EMV的计 算。参考图3B，在当前数据块的相邻数据块是在左侧和上侧的相邻 数据块的情况中，对于这两个8×8数据块的EMV可由下式计算： 其中的U(i，j)和L(i，j)分别是在上侧和左侧相邻数据块 的第i行和第j列放置的象素的亮度值。如公式(2)所示，该EMV 是利用在相邻数据块中的象素的象素值中的变化量而获得的。
为了根据均值和估算均值之间的差来调整当前数据块的象素值， 乘法器2044把从逆量化器106提供的QS乘以1/2，并将QS/ 2经线路L24送到第一加法器206，在该第一加法器中将该QS/2 加到来自均值计算器202的MV上，并把结果MV+QS/2经线路 L26送到第一选择器210。第一选择器210从这两个输入，即MMV +QS/2和EMV中选择其中较小的一个，并将所选的输入送到第二 选择器214。在第一减法器208中计算MV和QS/2之间的差值， 并将结果MV-QS/2提供给第二选择器214，第二选择器214 从两个输入，即MV-QS/2和来自第一选择器210的被选值中选 取较大的一个，并将其送到第二减法器218。第二减法器218从第二 选择器214的选择值中减去MV，产生出QS/2和MV-EMV或一 QS/2之一。在第二加法器220，第二减法器218的结果被加到在缓 存器216中延时的当前数据块的全部象素值上，以产生当前数据块的 经调整的象素值，并将这些值同时送到帧存储器126和显示单元。
虽然本发明是以特定实施例作描述的，但对熟悉本领域的技术人 员而言，在不背离所附权利要求所定义的本发明的精神和范围的前提 下可以作许多明显的修改和变化。
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