本发明涉及表示视频图象的信号中的错误检测。

除了广播与存储全带宽视频信号，也已对减少用于 视频信号的传输与存储的带宽需求的技术产生关注。这 些技术除了其它优点还方便了视频信号的双向传输，导 致有条件开发电视会议设施及可视电话。

供在有限带宽传输路径上传输的压缩视频数据的问 题在于数据成为更容易出现传输错误。传输路径的性质 通常使得错误是不可避免的，并且为了改善传输的图象 的总体效果，最好能识别错误的存在及它们在视频图象 内的位置，并且在可能时采取行动来掩盖这些错误。

检测错误的一种方法包括加入一个纠错码作为开销。 循环冗余码广泛地用于错误检测，其代价为在传输信号 中的少量开销。

如果在传输中纠错码受到破坏，则在接收机上检测 到这一点而取代受破坏的数据，例如在5,150,2 10号美国专利中所描述的。

本发明寻求提供用于检测视频信号中出现的错误的 一种改进的方法与装置。

按照本发明的第一方面，提供了检测表示一个视频 图象的信号中的错误的方法，包括：

接收表示视频图象中各块的与频率的相关的系数的 块；

分析所述系数在一块内的统计分布以检测破坏的数 据的存在。

在一个较佳实施例中，所述分析步骤包含计算一块 中的所述系数的方差，方差是通过计算实际系数值与平 均值之间的差、求出所述差的平方及求出所述平方之和 而确定的，即： $\sigma =\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}{(x_i-\bar{x})}^2$

其中σ＝方差

Xi＝第i个系数的值

X＝一块内的所有系数的平均值

N＝一块中的系数的数目

方差可以与一个预定的阈值进行比较，如果方差大 于所述的阈值便识别出一个错误，作为替代或附加，可 以存储一帧的块的方差值，并且可将考虑中的一块的方 差与前一帧中相同位置上的块与/或前一帧中周围的块 的方差进行比较，可计算前一帧中的块的均方差值，如 果考虑中的方差值显著地大于或显著地小于前一帧的平 均值便检测到一个错误。

如果传输编码方案采用表示一块内的象素的实际值 的与频率相关的系数，例如该视频信号是只采用DCT( 离散余弦变换)系数帧间编码的，便可直接分析传输的 系数的数学分布，然而所采用的编码方案不一定得出表 示象素的实际值的与频率相关的系数。例如，如果传输 的信号表示当前帧与一较早的帧之间的差，则如不首先 解压接收到的信号来生成实际的象素值，然后将信号分 成块及将信号变换到频率域中以生成与频率相关的系数， 便不能得到实际象素值，并因此而不能得到所得出的频 率系数的数学分布。

在一个较佳实施例中，如果识别出一个错误，便设 法掩盖该块。这可包含用前一帧中的相同位置上的块或 者其运动补偿的块来替代检测到的块。另外，可通过求 出来自前一帧的相同位置上的块与周围的块的平均运动 矢量而计算出一个新的运动矢量，以产生用来替代当前 块的前一帧中的一块的相关运动矢量。

下面参照附图只是以示例的方式描述本发明，附图 中：

图1示出发送与接收压缩的视频数据的一个系统， 其中包含用于检测与掩盖错误的一个电路；

图2示出如何从多个块构成一个图象；

图3示出用在图1所示的系统中的检测与掩盖错误 的电路的第一实施例，其中包含一处理单元；

图4详述图3中所示的处理单元用于检测错误的存 在的操作；

图5详述图3中所示的处理单元用于掩盖错误的操 作；

图6示出包含用于检测与掩盖错误的装置的第二实 施例的一个系统；

图7更详细地示出图6所示的用于检测与掩盖错误 的装置。

图1中示出用于在从发送站16到接收站17的一 条传输路径15上传输压缩的视频数据的一个系统。一 个视频源18生成传统的视频信号，该视频源可以是一 台摄象机，一台录象带播放机或类似的设备。传输路径 15只有有限的带宽，因此要压缩视频数据以便保持在 可利用的带宽内。传输路径可以是电话线、专用数字链 路，无线链路或任何其它提供通信信道的装置。按照惯 例，压缩的视频信号是以非隔行扫描的形式的，每一个 视频帧具有288行，每行352个象素。在非压缩形 式中，各象素具有一个用8位数据表示的亮度值，而较 小的数目的位分配给表示各色差信号。

一个压缩电路19压缩视频源18生成的视频数据， 例如按照CCI TT H.261压缩建议压缩视频 数据，但本发明不限于这种压缩方式。按照H.261建 议，将待压缩的视频信号分成表示视频图象的象素块的 部分。用离散余弦变换(DCT)将各块变换到频率 域中，并传输系数。可以不参照任何其它块或帧(帧内 编码)或者参照另一块或帧来压缩这些块，在后一情况 中，DCT系数表示对比的块之间的差。原始视频数据 中包含各象素位置上的8位亮度并且该块包含8×8个 象素的一个阵列。一个系数阵列可以成相同的比例但是 分辨率为使对一特定系数可要求最小12位再加上一个 符号位。因为许多系数将具有零值且因而可被有效地忽 略，所以可以实现压缩。一个输出电路20放大并且在 必要时调制该压缩的视频信号，借此将其置于适合于在 传输路径19上传输的形式。

传输的信号所遭受的衰减程度很可能是依赖于频率 的，因此接收站上的一个均衡电路26提供补偿。然后 用末示出的装置(在必要时)解调所接收的信号，及用 一个放大电路25将其放大。

解压缩是由一个配置成执行压缩电路19提供的压 缩的逆过程的解压电路27所执行的。由于传输信道1 5上的噪声而引入信号中的任何错误可导致数据的破坏。 这会导致在显示设备28上看得见被破坏的数据，从而， 如果能以相同的方式检测出及掩盖受破坏的数据，便能 改善所显示的图象的总体完整性。

为了提供这种检测与掩盖处理，本系统包含一个错 误检测与掩盖电路29，该电路配置成识别一块受破坏 的数据并通过从前面传输的帧中选择一个等价的块而掩 盖这一受破坏的数据块。

图2中所示的一个传统的视频帧31包含288行， 每行上352个象素。作为H.261压缩过程的一部 分，将该帧分成1584块，各块中以8×8的矩阵的 形式包含64个象素。

图2中示出了一个亮度块32，并且它与其三个相 邻的块组合而提供一个宏块33。宏块33是放大显示 的，而块34显示象素35的一个满矩阵。此外，一个 全色画面还需要为每一个亮度块传输两个色差块。

图3中详示了错误检测与掩盖电路29，其中在输 入端口41上接收来自解压电路27的解压视频数据， 并将经过处理的供在显示设备28上显示的视频数据作 用在输出端口42上。电路29包含一个第一图象存储 器43及一个第二图象存储器44，各能存储一个满的 视频帧。一个视频写控制器45控制对图象存储器的视 频数据写入，使得将一个第一帧写入图象存储器43， 而在一个视频读控制器46的控制下正在从第一图象存 储器43读取第一帧的同时，将一个第二帧写入存储器 44。在将整个视频帧写入第二图象存储器44之后， 便将下一个视频帧写入第一图象存储器43，改写前面 写入的帧并通过从存储器44中读取图象而导出端口4 2的一个输出信号。

在将数据写入图象存储器43或44的同时，还处 理所述数据以检测错误的出现。当检测到错误时，便可 在一个块改写控制器47的控制下改写图象存储器43 与44中的数据块。为了识别错误的出现，还将从端口 41输入的图象数据提供给一个变换单元48，该单元 配置成将输入图象数据变换成各象素块的与频率相关的 系数。在较佳实施例中，该变换单元在图象数据块上执 行离散余弦变换(DCT)。然后将与频率相关的系数 提供给处理单元49。

为了检测传输的视频数据中出现的错误，将处理单 元49配置成计算各块内的系数值的平均值与方差。随 着这些方差值的计算，将它们提供给第一方差存储器5 5或第二方差存储器56，借此保证为前一帧计算的方 差值能供处理单元49利用。向与从存储器55与56 写与读方差值是由方差存储器控制器57控制的。

如果在传输路径15上提供的视频信息是以这样的 方式压缩的，即除了包含空间压缩系数以外，还提供表 示各压缩数据块的运动矢量的数据，则也将这些运动矢 量通过输入端50提供给错误掩盖电路29。

运动矢量是通过将当前帧中的一块象素与前一帧中 相同位置上的块及在x与y两个方向上位移了多个象素 位移的块进行比较而计算出的。运动矢量不直接与原始 图象内的目标的运动相关，但实际表示通过比较所关心 的块与前一帧中的相似块而导出的最接近的吻合。转让 给本申请人的5,083,202号美国专利中公开了 为生成运动矢量而执行这种比较的一种技术。

从而，对于各视频数据块，传输了指示来自前一帧 的最接近的吻合块的运动矢量的x与y值。将这些位移 矢量提供给矢量存储器写控制器51，其中从第一帧导 出的矢量写入第一矢量存储器52，来自下一帧的矢量 写入第二矢量存储器53，此后重写第一存储器，以此 类推。从而，处理单元49可通过一个矢量存储器读电 路54得到前一帧的矢量值。

图4中详细示出处理单元49的操作过程。作为变 换单元46所执行的变换的结果，一帧系数将可供处理 单元49利用，处理单元在步骤61启动其处理过程。 在步骤62提出关于是否能得到该帧的另一块的问题， 对于一帧的第一块，这一问题的答复是肯定的。当答复 为肯定时，在步骤63计算该块中的系数的平均值。通 过将系数值加在一起然后除以64而导出一个8×8块 的系数的平均值。

在步骤64，通过从各系数值中减去该平均值以生 成各特定系数的一个差值以供计算值的方差。求出这一 差值的平方并通过求出所有64个平方项之和而得出方 差。

在步骤65将为该特定的块计算的方差值存储在方 差存储器55或56中，这取决于考虑中的特定的帧的 相位。

在步骤66读取一个阈值T并在步骤67提出关于 在步骤64计算的方差值是否大于阈值T的问题。阈值 T可由操作员调整或选择，并可调整成适应特定类型的 传输。如果在步骤64计算的方差值大于在步骤66读 出的阈值，便认为考虑中的块包含错误，其理由是由于 出现错误而生成了一个大方差值。从而，如果对步骤6 7提出的问题答复是肯定的，便通过地在步骤68调用 一个掩盖块例程而掩盖该块。

如果对步骤67提出的问题的答复是否定的，在方 差值上执行进一步的检验来判定所述值是否表示出现错 误。前面，所述方差值是与一个阀值比较的，这对于识 别产生非常大的方差值的非常严重的错误是适用的。但 是，具有带适度方差的系数的一块仍然可能有错误，如 果该方差与包围前一帧中与考虑中的块在相同的位置上 的块的那些块的方差值明显地不同，便检测到这种错误。

从而在步骤69，处理单元访问用于前一帧的方差 存储器。如果在步骤64计算的方差值是写入存储器5 5的，步骤69便访问来自存储器56的方差值。识别 与考虑中的块等价的位置，并从存储器56中读出它的 及八个周围的块的方差值。

在步骤70，计算前一帧方差值的平均值P，在步 骤71将这一前一平均值与当前方差值进行比较。如果 考虑中的块的该值大于前一平均值P的三倍或者小于前 一平均值P的三分之一，便认为该块包含错误而再一次 调用掩盖算法。从而，如果该值大于前一平均值的三倍 或者小于所述前一平均值的三分之一，对步骤71提出 的问题的答复是肯定的，而在步骤72调用掩盖块例程。 否则，如果对步骤71提出的问题的答复是否定的，则 在步骤73认为该块无错误而控制返回到步骤62。最 终，考虑过了一个特定的帧的所有的块而对步骤62提 出的问题的答复成为否定，返回控制到步骤61并将处 理单元49置于准备好处理下一帧系数的状态中。

图5中详细示出有可能在步骤68或72调用的掩 盖例程。为了本实例的目的，假定图象数据正在写入图 象存储器43中而处理单元49已识别出包含错误的一 块图象数据。由于数据是写入图象存储器43的，便从 图象存储器44中读取前面处理过的数据，借此提供一 个视频输出信号给输出端口42。因此在输出控制器4 6选择所述数据之前，可以得到一个时间间隔。在这一 时间间隔中可对存储在存储器43中的图象数据进行修 正。由于图象数据是写入存储器43的，运动矢量便是 写入矢量存储器52的，以及类似地，随着将图象数据 的写入切换到图象存储器44，运动矢量数据的写入也 切换到存储器53。

从而，处理单元在已写入图象存储器43的一块图 象数据中检测到了一个错误，现在要求处理单元49在 将这些数据提供给输出端口42之前执行过程来掩盖错 误。

在图5的步骤81，访问矢量存储器52以便读取 前一帧的等价块的运动矢量。

在步骤82，从矢量存储52中读出8个周围的块 的运动矢量，借此向处理单元49提供总数为9个的运 动矢量。

在步骤83通过将所述9个值相加并除以9而计算 一个平均运动矢量，以生成一个用于访问前一帧的图象 数据的平均运动矢量。从而，该平均运动矢量在前一帧 中标识一块的位置，该块在X与Y方向上运动了该运动 矢量所指定的量之后，提供对当前帧中考虑中的块的紧 密匹配。

从而，平均运动矢量标识在这一时间点上保持在图 象存储器44中的前一帧中的一块数据，当前正在读取 该存储器以提供输出信号。在步骤85，块改写控制器 47响应从处理单元49接收的指令读取在存储器44 中识别的数据，并将其写到输入图象存储器43中考虑 中的块上。

注意到下述问题是重要的，即假定为象素位置指定 了运动矢量，从输出图象存储器44中读出的块不一定 位于原来的块边界之内。

改写了图象块之后，控制便返回到步骤62，以便 考虑另一块。

图6示出一个系统，其中压缩的传输信号包括表示 帧的实际象素值的与频率相关的系数。因此，在将它们 输入到处理单元49之前，只需要少量或不需要对DC T系数进行进一步处理，如图7中所示。除此以外，图 7中所示的电路的操作与图3中所示的相同。

解压电路27可包含某些传统形式的错误检验，例 如纠错码检验装置。在本例中，解压电路在识别出包含 错误的一个宏块或一个块群(GOB)上加上标记，( 一个块群包括11宏块×3宏块的一个矩阵)。只将加 标记的宏块或GOB中的块传送给错误检测与掩盖电路 29去判定宏块或GOB内哪一块包含错误。因此可以 保留末遭破坏的块，而掩盖在其中检测到错误的块。