专利名称：用于去除运动画面解码器中成块效应的装置及方法
技术领域：
本发明涉及用于去除运动画面解码器中由量化误差引起的成块效应的方法及装置。
通常，与可视信息相关的数据量非常大而需要其存储器具有庞大的存储容量。尽管利用数个存储媒体的容量是相当大的，但通常访问速度却与容量成反比。这些数据的存储及传输要求大的容量和带宽。为消除对大存储容量的需要，提供有一种图象数据压缩技术，其能减少存储或传送图象所要求的比特数而不会有任何明显的数据损失。
该图象数据压缩技术去除了图象信号中包含的冗余。这些冗余包括颜色中的光谱冗余、相继屏面间的时间冗余。该屏面中相邻象素间的空间冗余、及一统计冗余。在此，一种用于去除空间冗余的图象编码方法是变换编码，其将原始输入的图象划分成数个小尺寸的块并对它们分别进行处理。
在发送机中，通过变换编码对各原始图象块进行转换并生成变换系数。这些变换数被量化并被发送给接收机。在接收机中，这些变换系数被逆量化并被转换以重新生成各原始图象块。
图1示出了常规的数字运动画面编码器/解码器的方框图，其被广泛地应用于图象处理系统中，例如高清晰度电视(HDTV)。
在图1中，运动画面编码器包括一差分图象生成器(DIG)、一离散余弦变换单元(DCT单元)。一量化器(Q)、一可变长度编码单元(VLC单元)、一逆量化器(IQ)、一逆离散余弦变换单元(IDCT单元)、一加法器(ADD)、一帧存储器、一运动估算器、及一运动补偿器。
在DIG中，输入一当前图象和一预测图象，接着生成一差分图象，该生成的差分图象被输出给DCT单元以被划分成数个块。该DCT单元将每个块处理成DCT系数。这些DCT系数然后根据量化器中的量化步长被量化。这些量化系数根据VLC单元中的Huffman表被编码。这些量化的编码系数然后被发送给信道。
输入给DIG的该预测图象是如下得到的。首先，来自量化器的量化DCT系数在逆量化器中被逆量化。这些逆量化的DCT系数在IDCT中被转换成图象数据。该被转换的图象数据被输入至加法器。在加法器中，通过使用该被转换的图象数据及来自运动补偿器的先前图象数据重新生成原始图象。这些来自加法器的重新生成的图象被存储在帧存储器中。来自帧存储器的这些先前图象通过以帧单元对它们延迟而被输出。在运动估算器中对于两帧之间的差，来自帧存储器的先前图象信号与当前图象信号被比较，并生成一运动矢量。在运动补偿器中，具有与当前帧相似的一象素值的预测图象通过将自帧存储器输出的先前图象信号移过该运动矢量而被输出。
在与上面相类似的运动画面编码器中，相间模式的帧被编码并发送。而在内部模式的帧的情况下。通过运动估算及运动补偿获得的差分信号应被编码及发送以降低传输率。为解决上述问题，在DIG及运动补偿器之间安置有一开关。这样，当相间帧被输入时开启开关，当内部帧被输入时关闭开关。
运动画面解码器包括一可变长度解码单元(VLD单元)，一逆量化器，一逆离散余弦变换单元(IDCT单元)、一加法器、一帧存储器、及一运动补偿器。
在运动画面解码器中，由VLD单元对输入图象信号进行解码。解码信号然后通过逆量化器被逆量化。该逆量化的图象数据通过IDCT单元被逆转换以输出给加法器。来自加法器的图象数据在帧存储器中被存储及被延迟。该来自帧存储器的被存储及延迟的数据被输出给运动补偿器以参照先前图象被补偿。然后这些被补偿的信号被输出给加法器。
根据安装在加法器及运动补偿器之间的开关来重新生成这些相间模式帧及内部模式帧。也就是说，在相间模式帧的情况下，来自IDCT单元的输出数据被接输出给加法器。然而，在内部模式帧的情况下，来自IDCT的输出数据与来自运动补偿器的先前图象数据相加，且结果数据被发送给加法器以重新生成一当前图象信号。
在与上面相类似的解码数字图象中，成块效应发生在块与块之间的不连续边界附近。该成块效应是在数字图象的被划分块的变换编码过程期间产生的。并且，当量化期间的量化步长被扩大时，量化误差增加且块与块之间的不连续边界上的成块效应变得更加明显。
鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种用于去除由使原始图象数据受到损失的运动画面解码器中的量化误差引起的成块效应的方法及装置。
为了实现上述目的，本发明提供了一种用于去除运动画面解码器中的成块效应的方法，包括有以下步骤抽取当前块的边界象素值，抽取各相邻块的边界象素值；抽取该当前块的边界象素值与各相邻块的边界象素值之间的差值；计算这些差值的平均值；将该平均值限定在-1/2量化步长及1/2量化步长之间；及将该限定的平均值加到该当前块的各象素值上以输出一图象。
而且，本发明还提供了一种用于去除运动画面解码器中的成块效应的装置，包括有一帧存储器，用于同时接收与存储帧单元的解码图象信号及带有被去除成块效应的一修正的反馈当前块；一当前块边界象素抽取装置，用于抽取存储在帧存储器中的这些帧的该当前块的边界象素值；一相邻块边界象素抽取装置。用于抽取存储在帧存储器中的这些帧的相邻块的边界象素值；一平均值计算装置，用于计算该当前块与相邻块的边界象素值之间的差值，及这些差值的一平均值；一平均值限定装置，用于将该平均值限定在-1/2量化步长及1/2量化步长之间，并输出该限定后的平均值；一当前块抽取装置，用于抽取存储在帧存储器中的这些帧的当前块并输出该当前块的象素值；及一相加装置，用于将来自平均值限定装置的平均值与来自当前块抽取装置的当前块的各象素值相加，输出该修正后的当前块，并将该修正后的当前块反馈给帧存储器。
在另一方面，本发明提供了一种用于去除运动画面解码器中成块效应的方法，包括有以下步骤抽取一当前块及各相邻块内的边界象素值；计算该当前块的边界象素值及各相邻块的边界象素值之间的差值的绝对值；通过相互比较这些差值、绝对值及一阈值来检测当前块的一边界是否为一边缘；及如果该当前块的边界象素值是一致的(不是一边缘)，通过过滤该当前块的边界象素及以该当前块的该边界象素为中心的多个上及下部象素的一象素值来抽取被修正的象素值，否则如果该当前块的边界象素值是不一致的(是一边缘)，则直接抽取该当前块的边界象素值。
在另一方面，本发明提供了一种用于去除成块效应的装置，包括有一帧存储器，用于接收及存储帧单元的解码图象信号及被去除成块效应的修正后的反馈当前块；一当前块边界象素抽取装置，用于序列地抽取帧存储器中存储的该当前块的边界象素值；一相邻块边界抽取装置，用于序列地抽取帧存储器中存储的相邻块的边界象素值；一边缘检测装置，用于在接收到当前块的象素值及一相邻块的边界象素值之后，如果该当前块的边界象素值不是一边缘，输出第一选择信号，而如果该当前块的边界象素值是一边缘，输出第二选择信号；一输入象素抽取装置，用于根据来自帧存储器的当前块的边界象素值的输出次序，并行地输出该当前块的一边界象素值及以该当前块的该边界象素值为中心的多个上及下象素值；一选择装置，用于根据第一选择信号，将来自输入象素抽取装置的象素值输入给一边界象素过滤装置，及根据第二选择信号，将来自输入象素抽取装置的象素值直接输入给帧存储器；及一边界象素过滤装置，用于通过过滤来自选择装置的输出象素值，将修正后的边界象素值反馈给帧存储器。
通过以下参照附图对本发明的优送实施例的描述，本发明的以上及其它目的和优点将更加显见，附图中图1是说明常规的运动画面编码器及解码器的方框图；图2A至2D是说明由于量化误差导致的信息损失的视图；图3是说明根据本发明的包括一去除成块效应的装置的运动画面解码器的方框图；图4是说明根据本发明的第一个优选实施例的用于去除成块效应的装置的方框图；图5是说明被变换的8×8象素的当前块、及上、下、左、右相邻块的视图；图6是说明根据本发明的第二个优选实施例的用于去除成块效应的装置的方框图；图7是说明自一当前块的边界象素抽取多个象素以用于描述图6中一输入象素抽取器操作。
以下将对本发明进行详细说明，实施例在附图中给出，并且附图中相同的参考数字表示同一或类似的部件。
图2A至2D示出了由于量化误差而导致的信息损失的过程。当根据一量化步长对一DCT系数进行量化时，该量化的DCT系数被表示为QF＝[F/step+1/2] ([]高斯符号)。例如，在图2B中，如果该DCT系数F的范围是1/2×step≤F≤3/2×step，则该量化的DCT系数值是QF＝1。如图2D中所示，当上述量化的系数值QF＝1被逆量化时，该被逆量化的系数值F’被确定为表达式F’＝1×step。因此，原始DCT系数值F及逆量化DCT系数值F’之间的差值(|F-F’|)可最大为1/2×step。也就是说，引起数字图象中成块效应的量化误差落入O≤|F-F’|≤1/2×step范围内。
图3示出了本发明的包括一用于去除成块效应的装置36的一运动画面解码器，该装置被连接至图1中的解码器的尾部。解码后的图象信号及一量化的步长信息被输入该用于去除成块效应的装置36以使图象信号中的成块效应被去除，且修正后的图象信号被输出。
图4示出了用于去除成块效应的装置36的第一个实施例。该用于去除成块效应的装置36包括一帧存储器40；一当前块边界象素抽取器41；一相邻块边界象素抽取器42；一平均值计算器43；一平均值限定器44；一当前块抽取器45；及一加法器46。该平均值限定吕44包括一乘法器44-1，用于将量化后的步长乘以1/2；一选择器44-2，用于选择并输出一最小值MIN；一乘法器44-3，用于将量化后的步长乘以-1/2；及一选择器44-4，用于选择并输出一最大值MAX。
图5示出了8×8象素的当前块，相邻的上、下、左及右块和各块之间的边界象素。在此，说明了用于去除成块效应的当前块。当前块的边界象素a0-a7对应于上边相邻块A的边界象素A0-A7。当前块的边界象素b0-b7对应于左边相邻块的边界象素B0-B7。当前块的边界象素c0-c7对应于下边相邻块C的边界象素C0-C7。当前块的边界象素d0-d7对应于右边相邻块D的边界象素D0-D7。
在图4中，解码后的图象信号以帧单元的形式被输入并存储在帧存储器40中。在当前块边界象素抽取器41中，位于当前块与相邻块之间的当前块的边界象素值l被从帧存储器40中抽取。也就是说，32个边界象素值a0-a7、b0-b7、c0-c7、d0-d7被序列地从当前块边界象素抽取器41中输出。
而且，通过相邻块边界象素抽取器42，位于当前块与相邻块之间的这些相邻块的边界象素值m被从帧存储器40中抽取。也就是说，32个边界象素值A0-A7、B0-B7、C0-C7、D0-D7被序列地从相邻块边界抽取器42中输出。
在平均值计算器43中，当前块的象素值l及相邻块的象素值m被序列地输入。通过平均值计算器43计算这些输入的象素值之间的差值l-m。并且，计算各差值的一平均值并自该平均值计算器43输出。该平均值是通过以下表达式得到的公式1M=132[Σi=01(li-mi)]]]>=132[Σi=01(ai-Ai)+Σi=07(bi-Bi)+Σi=07(ci-Ci)+Σi=07(di-DI)]]]>当有4个相邻块时，采用上述公式1。然而，当有2或3个相邻块时，通过分别将所有相加得到的边界象素值除以24或16而得到该平均值。
在平均值限定器44中，该平均值及一量化步长被输入。该输入的平均值通过平均值限定器44被限定在最小值-1/2×step与最大值1/2×step之间，并将限定后的平均值LIM输出。也就是说，在最小值选择器44-2中，该平均值与最大值1/2×step相比较以选择一较小值。在最大值选择器44-4中，自最小值选择器44-2得到的较小值与最小值-1/2×step相比较以选择一较大值。来自最大值选择器44-4的限定后的平均值LIM被输出给加法器46。
在当前块抽取器45中，该当前块被从帧存储器40抽取。被抽取的该当前块的64个象素值被序列地输出给加法器46。
在加法器46，来自平均值限定器44的限定后的平均值LIM被加至自当前块抽取器45输出的当前块的各象素值上。被相加及修正后的当前块被输入到一显示处理器(未示出)中。并且，该修正后的当前块被反馈回帧存储器40。在帧存储器40中，存储的当前块由来自加法器46的修正后的当前块所替换。该修正后的当前块被用于下一块的成块效应的去除。
另一种用于计算平均值的方法采用了—阈电平TH。TH防止了在成块效应的去除过程期间原始图象的边缘上的损坏。为获得该平均值M，该阈电平被确定且小于该阈值的边界象素之间的差值的绝对值被选择。例如，当一256电平图象被编码/解码，该阈值被如下获得。当采用量化步长8时，量化误差的的范围落入-4到4，及块的边界之间的绝对差值的范围可被预测为0至8。并且，如果该量化误差是均匀分布的。块边界之间的一平均绝对差值被确定为4。因此，由于该阈值必须大于边界象素值的差，选择大于4的阈电平。也就是说，当确定的阈电平为4且选择小于或等于4的边界象素值之间的差的绝对值|li-mi|以得到一平均值M时。此时，通过以下表达式得到该平均值M。
公式2若(|ll-mi|≤TH) {S＝S+(ll-mi)C＝C+1}M=SC]]>(S及C在各块被初始化成0)所获得的平均值被输入到平均值限定器44中以用于将该平均值限定在量化误差范围内。
图6示出了用于去除成块效应的装置的第二实施例。当在当前块的边界象素值与相邻块的边界象素值之间有一较大差时，该差由在变换编码期间发生的量化误差或非一致(包含边缘)当前块所表证。由于该差的存在，不加选择地采用成块效应去除过程是所不期望的，因为包含一边缘的当前块将通过该过程而被畸变。用于去除成块效应的该装置的第二个实施例提供了用于区分非一致块及一致块的系统以有选择地去除由量化误差引起的成块效应。该用于去除成块效应的装置包括一帧存储器60、一当前块边界象素抽取器61、一相邻块边界象素抽取器62、一边缘检测器63、一边界象素抽取器64、一选择器65、及一边界象素过滤器66。
在帧存储器60中，解码后的图象信号被存储在帧单元中。帧存储器60中的存储象素值由反馈回的当前块的边界象素值所修正。当对应块被修正时，修正后的帧被从帧存储器60中输出给一显示处理器(未示出)。
当前块边界象素抽取器61及相邻块边界象素抽取器62的作用及操作与第一优选实施例的当前块边界象素抽取器41及相邻块边界象素抽取器42的作用及操作相同。
在边缘检测器63中，当前块的边界象素值l和相邻块的边界象素值m被输入。根据量化步长，如果当前块的边界是一致的(不是一边缘)，第一选择信号被输出，而如果当前块的边界是不一致的(是一边缘)，则第二选择信号被输出。在抽取了当前块的边界象素值与相邻块的边界象素值之间的绝对差值后，由边缘检测器63对边缘进行检测，如果所有的绝对差值小于或等于阈电平，边缘检测器63确定当前块是一致的(没有边缘)及需要去除成块效应。如果该绝对差值大于该阈值，当前块被确定为非一致的(包含有边缘)及不需要去除成块效应。
例如，如图5中所示，鉴于当前块有4个相邻块及阈电平为4，在边缘检测器63中，来自当前块边界象素抽取器61的32个边界象素值li、a0-a7、b0-b7、c0-c7、d0-d7被序列输入。并且，在边缘检测器63中，32个边界象素值mi、A0-A7、B0-B7、C0-C7、D0-D7自相邻块边界象素抽取器62被序列输入。通过该边缘检测器63得到各输入象素之间的绝对差值|li-mi|。在将32个绝对差值与该阈电平分别比较后，当各32个绝对差值为|li-mi|≤4时，输出第一选择信号，而当任一32个绝对差值为|li-mi|＞4时，输出第二选择信号。
在边界象素抽取器64中，来自帧存储器60的当前块的边界象素值a0-a7、b0-b7、c0-c7、d0-d7及该边界象素的较高和较低象素值被抽取。这些抽取的象素值被并行地序列输出。例如如图7中所示，假设当前块的一边界象素值A3。以A3为中心的两个上边的象素和两个下边的象素被附加地抽取。然后，假定A3＝n3，总共5个象素n1、n2、n3、n4、n5被并行地输出。
在选择器65中，根据第一选择信号，来自边界象素抽取器64的象素值被输入给边界象素过滤器66。根据第二选择信号，自边界象素抽取器64输出的象素值被直接反馈给帧存储器60。并且，如果这些象素被确定为不具有一边缘，多个相邻象素被输出给边界象素过滤器66，而如果这些象素被确定为具有一边缘，则这些象素被反馈给帧存储器60。
在边界象素过滤器66，多个自选择器65输出的边界象素被修正。这些修正后的象素值被输入进帧存储器60。也就是说，这些边界象素值被分别乘以过滤系数。且这些相乘后值的和就是该经修正后的象素值。例如，通过采用具有滤波器系数[1/5，1/5，1/5，1/5，1/5]的5-抽头平均滤波器，该边界象素过滤器起到低通滤波器的作用。当从边界象素抽取器64抽取当前块的边界象素值n3(＝A3)及象素值n1、n2、n4、n5时，通过边界象素过滤器66修正的边界象素值为[1/5.n1，1/5.n2，1/5.n3，1/5.n4，1/5.n5]。
如上所述，不具有一边缘的块被过滤，而被检测具有一边缘的块未被过滤。因此，不使原始图象畸变可选择地执行去除成块效应。
尽管参照优选实施例对本发明进行了描述，但应理解到本发明并不局限于所公开的实施例。而更广义地，旨在覆盖由所附权利要求的精神及范围所包括的各种改型与等效配置。
权利要求
1.一种用于去除成块效应的方法，包括有以下步骤a)抽取一当前块及所述当前块的各相邻块的边界象素值，这些边界象素值位于所述当前块与所述各相邻块的边界之间；b)抽取所述当前块的边界象素值与所述各相邻块的边界象素值之间的差值，并计算这些差值的平均值；c)将该平均值限定在-1/2量化步长和1/2量化步长之间；及d)将该限定后的平均值加至所述当前块的所述各象素值上，并输出修正后的图象。
2.权利要求1所述的用于去除一运动画面解码器中成块效应的方法，其中所述计算平均值的步骤包括以下步骤计算所述当前块及所述相邻块的边界象素值之间的差值；及计算这些差值的一平均值。
3.权利要求1所述的用于去除一运动画面解码器中成块效应的方法，其中所述计算平均值的步骤包括以下步骤抽取所述当前块及所述相邻块的边界象素值之间的差值；在将所述差值同所述绝对值与一阈电平分别比较后，当所述绝对值小于所述阈电平时，选择并累计边界象素差值；及计算所述累计差值的平均值。
4.一种用于去除一运动画面解码器中成块效应的装置，包括有a)一帧存储器，用于接收并存储帧单元的解码后的图象信号及一修正后的反馈当前块；b)一当前块边界象素抽取装置，用于序列地抽取存储在帧存储器中的所述当前块的边界象素值；c)一相邻块边界象素抽取装置，用于序列地抽取存储在帧存储器中的与所述当前块相邻的块的边界象素值；d)一平均值计算装置，用于计算所述当前块及所述相邻块的边界象素值之间的差值的一平均值，并输出该平均值；e)一平均值限定装置，用于将该平均值限定在-1/2量化步长与1/2量化步长之间，并输出该限定后的平均值；f)一当前块抽取装置，用于抽取存储在帧存储器中的一当前块，并输出所述当前块的象素值；及g)一相加装置，用于将来自所述平均值限定装置的该平均值加至来自所述当前块抽取装置的所述当前块的各象素值上以输出该经修正后的当前块，及将所述修正后的当前块反馈给所述帧存储器。
5.权利要求4所述的用于去除运动画面解码器中成块效应的装置，其中该平均值限定装置包括有一乘法装置，用于将量化后的步长乘以1/2；一选择装置，用于选择并输出一最小值；一乘法装置，用于将量化后的步长乘以-1/2；及一选择装置，用于选择并输出一最大值。
6.一种用于去除运动画面解码器中成块效应的方法，包括有以下步骤a)抽取一当前块及与所述当前块相邻的各块的边界象素值，这些边界象素值位于所述当前块与所述各相邻块的边界之间；b)计算所述当前块的边界象素值与所述各相邻块的边界象素值之间的差值的绝对值；c)通过将这些差值，绝对值与一阈电平比较来检测所述当前块的一边界是否包含一边缘；及d)如果所述当前块的该边界不具有一边缘，通过过滤所述当前块的边界象素的一象素值及以所述边界象值为中心的多个上边及下边的象素来抽取修正后的象素值，而如果所述当前块的该边界具有一边缘，则直接抽取所述当前块的边界象素值。
7.权利要求6所述的用于去除运动画面解码器中的成块效应的方法，其中如果所述全部绝对差值小于或等于一阈电平，该块被确定不包含一边缘，但当任一所述绝对差值大于该阈电平时，该块被确定包含一边缘。
8.一种用于去除一运动画面解码器中的成块效应的装置，包括有a)一帧存储器，用于接收并存储帧单元的解码后的图象信号及一修正后的反馈当前块；b)一当前块边界象素抽取装置，用于序列地抽取该帧存储器中存储的一当前块的边界象素值；c)一相邻块边界象素抽取装置，用于序列地抽取与所述当前块相邻的块的边界象素值；d)一边缘检测装置，用于在接收到所述当前块的象素值及一相邻块的边界象素值后，如果该当前块不包含一边缘，输出第一选择信号，而如果所述当前块包含一边缘则输出第二选择信号；e)一边界象素抽取装置，用于根据来自所述帧存储器的所述当前块的边界象素值的一输出次序，抽取及并行地输出一象素值及多个以所述象素值为中心的较高的和较低的象素值；f)一选择装置，用于根据第一选择信号，将来自所述边界象素抽取装置的象素值输入给一边界象素过滤装置，及根据第二选择信号，将来自所述边界象素抽取装置的象素值直接输入给所述帧存储器；及g)一边界象素过滤装置，用于过滤来自所述选择装置的象素值，并将修正后的边界象素值反馈给所述帧存储器。
9.权利要求8所述的用于去除一运动画面解码器中的成块效应的装置，其中所述边缘检测装置包括一减法装置，用于计算所述当前块与所述相邻块的边界象素值之间的差值；一绝对值计算装置，用于计算这些差值的绝对值；及一选择信号生成装置，用于通过将这些绝对差值与一阈电平进行比较，如果所有的绝对差值小于或等于一阈电平，输出第一选择信号，而如果全部绝对差值中的任何一个大于该阈电平，输出第二选择信号。
10.权利要求8所述的用于去除一运动画面解码器中的成块效应的装置，其中所述边界象素过滤装置为一低通滤波器。
全文摘要
去除一运动画面解码器中成块效应的方法和装置。抽取一当前块和对应相邻块的象素值;计算这些象素值间的差值的一平均值;将该平均值限定在－1/2和1/2量化步长之间;并加至该当前块的各象素值上以产生一最后的输出值。另一方面,计算上述差值的绝对值;将该绝对值与各差值及阈电平相比较以确定当前块是否包括一边缘;选择、过滤并输出没有边缘的当前块,其中不使原始数据畸变而去除了由量化误差所致的成块效应。
文档编号G06T5/00GK1174478SQ9710426
公开日1998年2月25日 申请日期1997年5月14日 优先权日1996年5月14日
发明者金相昊 申请人:大宇电子株式会社