专利名称：视频信号处理装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种视频信号处理装置及其处理方法，特别是有关于 一种在数字视频信号信号发射与接收中的视频信号处理装置及其处 理方法。
背景技术：
由于互动式视频信号系统，如视频信号会议，在商业上的地位越 来越重要，全世界正致力于改进视频信号信号质量的制作、传输。由 于数据压縮技术的发展，现在已经可以利用传统的电话线路来传送即 时影像画面。只要一部个人电脑， 一台照相机、数据机，再配合适当 软件，就能够进行场视频信号会议。
视频信号影像信号经由照相机拾取之后，以由类似MPEG、H. 261、 H. 263等特定的数据压縮协定加以处理。其中MPEG是一种由动画专 家团体所推广的视频信号压縮/解压縮标准。最近MPEG—1与MPEG —2已分别通过了国际标准组织ISO/IEC-11172及ISO/IEC-13818的认 可。每一视频信号影像的视频信号框都会被分割成8X8或16X 16块 的象素(pixel),再经过一连串的转换，以保存大部分信息内容并降 低数据元流率(data bit rate)。传统的作法是对这些区块或宏块(macro blocks)做离散余弦转换，再量化离散馀弦转换的系数。在此量化步
骤中，量化率决定了画面的粗糙程度，较大的量化程度造成画面细节 较大的失真。
如图l所示，其为传统的MPEG解压縮技术的电路方框图。其中 压縮视频信号位元流输入到一个可变长度解码器(variable length decoder),以产生控制信号，再利用一个逆向扫描器(inverse scanner), 用来回复源编码末端的zig-zag扫描器的数据格式。 一逆向量化器 (inverse quantizer)将系数解量化，一反离散馀弦转换器从解量化的 离散馀弦转换系数中产生空间性的象素数据。再对每一个影像区块进 行位移补偿，而后再将这些区块结合起来以恢复成原来的影像画面。
在现有技术中，使用移动向量于进行位移补偿的步骤中，以判定 在前一幅(或下一幅)影像中，哪一个区块对应于现行视频信号框中 的区块，在MPEG2的标准中使用了适应性位移补偿技术，其中运用 一补偿型信号以选定每一个区块的补偿方法。
由于传输频道频宽的限制，必须在画面的更新速率与画面质量间 做一取舍，如果要求画面质量高，相应于画面的更新速率低。想要每 一幅画面都有高的清晰度， 一幅画面的解码量就较大，常导致画面的 不连续性。若着眼于画面的流畅性，则会在转换的过程中漏失一些数 据而造成画面质量低劣。故有运动量大的画面会出现一些令人不悦的 人工合成痕迹，造成画面区块化，使这些画面变成一块一块的象素而 非流畅的影像。
一项处理这类区块化问题的传统技术，是利用数字信号处理技术 过滤所有的影像。所谓的"过滤处理"其实意味着将影像经由数字处 理而加以模糊处理，这样，每一区块与周围象素的边界会更平顺融洽， 而显得更为自然。当视频信号框的更新速率很快时，将利用一滤波器 对整个画面进行模糊处理，以降低区块化的程度。另外有一种技术则 把重点放在藉由设定一画面速率的上限，以确保画面的质量。
但上述技术的缺点在于，若设定了速率上限，则降低了使用者的 使用灵活性。至于对整个影像使用数个影像滤波器的缺点则是增加了
电脑的负担，甚至一些原本没有动作的画面，也因为这些不必要的模 糊处理而降低了画面质量。
本发明的目的在于提供一种检测高运动量区块的方法及装置，并 适当的运用过滤技术处理影像中的高运动量区块。
发明内容
为达到上述目的本发明采取如下措施
本发明的一种视频信号处理装置，包括 一接收装置及一解码装 置；接收装置，用以接收一压縮数字视频信号位元流；其特征在于， 还包括 一误差信号产生装置及一过滤处理装置；
接收装置至少包括一系列压縮影像视频帧存储器； 解码装置，用以对该压縮数字视频信号位元流解码而产生一系列 的解码视频帧；
误差信号产生装置，用以从一系列解码视频信号中产生一误差信
号；
过滤处理装置，因应于误差信号用以选择性过滤该系列解码视频信号。
本发明的一种压縮数字视频信号解码装置，包括 一接收装置及 一解码装置；其特征在于还包括 一过滤处理装置；
接收装置，用以接收一压縮数字视频信号位元流；
解码装置，用以对压缩数字视频信号位元流解码，产生一系列解 码视频帧和一控制信号；
过滤处理装置，因应于控制信号，用以选择性地对一系列解码视 频帧进行过滤。
本发明的一种压縮数字视频信号的处理装置，其特征在于，包括: 一解码器，用以对一视频信号信号位元流的视频帧解码，该数字 视频信号位元流至少包括压缩数字视频信号，以产生一用来表示一系 列解码视频帧的解码视频信号，该解码视频帧至少包括影像区块；
一区块差异分析器，因应于解码视频信号以产生一起始位准信号，
起始信号反应出连续解码视频帧中相对应区块间的差异水准；
一影像滤波器，用以选择性过滤上述一系列解码视频帧区块；. 一切换选择装置，电连接所述解码器与影像滤波器，因应于所述
起始位准信号，选择已过滤及未过滤的解码视频帧之一。
本发明的一种解码与过滤处理方法，用以对一压縮数字视频信号
位元流过滤与解码，并表示出一系列视频帧，其特征在于，包括下列
步骤
接收压縮数字视频信号位元流；
产生一系列反应视频信号位元流的解码视频帧，解码视频帧至少 包括影像区块；
产生一起始信号，而该起始信号反应各影像区块与一先前视频帧 中相对应区块的差值；
因应于该起始信号，选择性及适应性地过滤处理该视频帧区块。.
本发明的一种视频信号会议系统，用作显示一来自远方终端机的 压縮数字视频信号，其特征在于，包括-
一界面装置，用作接收一压縮数字视频信号位元流；
一处理装置，用于对压縮数字视频信号解码，并产生一系列解码 视频帧，视频帧包括影像区块；
一起始位准信号产生装置，因应于连续解码视频帧相对应区块间 的差异，而产生一起始位准信号；
一过滤处理装置，因应于所述起始信号用作选择性及适应性地过 滤该系列解码视频帧；
一显示装置，用作显示已过滤处理及未过滤处理的解码视频帧。
本发明具有如下效果
本发明的方法及装置，利用适应性后过滤技术，作为对视频信号 数字位元流编码及解码之用，以使影像中快速动作的部份变得平顺。 一解码器接收一压縮视读数字位元流，并将压缩视频信号位元流的画
面加以解码，形成一系列的解码画面。
根据以上所述，本发明的方法，对部份压縮视频信号位元流作适 当的过滤，改善解压縮后的影像质量，使画面变得更平顺，并减轻来 自量化时的区块化现象。
另外本方法可加快影像的速度，同时保持相似的画面质量，使得 影片中移动物体的动作看来更连续也更自然。
结合附图及实施例对本发明的具体结构特征详细说明如下
图1:现有技术中适于视频信号压縮/解压縮标准(MPEG)的解 压縮电路方框图。
图2:本发明的视频信号处理装置中的视频信号解码器及后滤波 器的电路方框图。
图3:对一解压縮视频信号位元流后过滤的演算流程图。
图4:为本发明视频信号处理装置的电路方框图。
具体实施例方式
如图2所示，本发明中的解码器(decoder) 200至少包括一视频 信号解码器(video decoder) 202、 一现行视频帧储存器(current frame store) 204、 一先前视频帧储存器(previous frame store) 206、 一区块 差异分析器(block difference analyzer) 208以及一适应性滤波器 (adaptive filter) 210。视频信号解码器202接收一包括有量化频率系 数以及位移补偿数据的压縮视频信号位元流，经解码后的帧信号输入 到现行视频帧储存器204中暂存。
当下一幅帧视频信号被解码并送入现行视频帧储存器204，原储 存在其内的视频帧将被输入到先前视频帧储存器206中，储存在现行 视频帧储存器204与先前视频帧储存器206中的影像画面，则是结束 编码后重建的原始影像视频帧。
每一个储存在现行画面储存器204中的现行画面区块，会经由信 号线216传输到区块差异分析器208中，在先前视频帧处理器206中 相对应的区块，则经由信号线218传输到区块差异分析器208中。区 块差异分析器208将比较这些区块，并且在内部产生一个误差信号D， 用来表示这些区块之间的差异。此误差信号D可由下述的方程式产 生。
<formula>formula see original document page 8</formula> ①
其中n由视频信号解码器202中所分割的区域数目决定。而误差 信号D亦可由下列计算得到 2
<formula>formula see original document page 8</formula>1 (2)<formula>formula see original document page 8</formula> (3)
由于人的眼睛对于亮度(或照度)变化的敏感程度要大于对色调 变化的敏感程度， 一般来说在方程式(i)到(3)中只亮度数据会被 拿来比较。而其中关于色调数值，也可依使用需要纳入方程式中。系
数中使用YUV三种颜色参数，此处只有Y参数(亮度)被拿来作比 较。其中X代表现行视频帧的数据，Y代表先前视频帧的数据。X (i， j)表示在座标(i， j)的象素的亮度。而X (i+io， j+jo)， 0《io《n 一l， 0《j。《n—1表示一块左上角的座标为(i， j)而大小为nXn个 象素的区块。为了描述方便，我们设屏幕左上角的象素座标为(0， 0)。 典型的分割是使用11=8，即8X8个区块；但是其他的变化(例如，16 X16巨量区块)也可依需要选用。
方程式(1)以相对应象素间亮度差绝对值的总和作为误差信号。 方程式(2)以上述差的绝对值的平方和作为误差信号。方程式(3) 以上述差的绝对值的最大值作为误差信号。
区块差异分析器208首先判断影像区块是否编码。当影像区块未
编码，则表示现行视频帧与先前视频帧中的相对应区块间并没有变
化，故其间的差值为o此区块不需过滤。当画面区块被编码，区块分
析器208则利用上述(1)式计算对应区块的差异。区块分析器208 也经由信号线224接受来自视频信号解码器202的量化信号Q。量化 信号Q为一个作为量化频率系数(MPEG， H. 162，以及H. 263中的 离散馀弦转换系数)用的参数，此为现有技术。
区域差异分析器208依照下列准则，产生一个起始信号 Q〉ThresholdQ (4) D>ThresholdD= a Q (5)
此起始位准信号反应于量化信号Q是否大于预设值Threshold^阈 值)，以及误差信号D是否大于预设值ThresholdD (阈值)。此起始位 准信号会被传送到开关(switch) 228，以控制视频信号通路的选择。 如果开关228切换到信号线226，则现行视频帧储存器204中未过滤 的区块信号会直接进入视频帧暂存器(frame buffer) 232中。如果开 关228切换到信号线230，则适应性影象滤波器210中，已过滤的区 块信号会输入到视频帧暂存器232内。
利用方程式(4)，当量化参数Q小于预定的起始值ThresholdQ， 不论误差信号D是多少，适应性滤波器210都不会被启动。当Q小于 起始值，不是表示画面质量良好，就是视频帧的速率缓慢，此时都不 须要进行后过滤。当Q大于起始值Thresholdg时，误差信号D将会被 计算出来并检查是否比预设值ThresholdD大，其中，ThresholdD= a Q， 其中a为一经验常数， 一般说来a-100。当D大于ThresholdD时， 表示现行与先前经重建的视频帧之间存有很大的差异，因此需要做后 过滤处理。
另外，对视频信号解码器202解码压縮视频信号时所用来做动态 估算的移动向量，也可作为判断是否需要执行后过滤的准则。
|Vx|〉ThresholdVor|Vy|>ThresholdV (6)
方程式(6)中，VJ卩Vy分别为移动向量的X分量及Y分量，而
ThresholdV是由经验决定的一个预设值，一般来说是2—4个象素。
以下列系数所形成的平均型滤波器(averaging filter),为适应性滤 波器210的一例
<formula>formula see original document page 10</formula>
(7)
其中入+8a^1。中央的象素乘上X，而周边的象素(此例为周 边的8个象素)乘上a，再把这些结果加起来。
参数入的值为1时相当于没有过滤，而参数入的值为1/9时，相 当于常态性平均，将造成大量模糊的情形。参数A可依使用者需要作 即时调整，此X值将经由信号线234送入适应性滤波器210中。其他 的滤波器也或可用到，如多变过滤系数的5X5平均型滤波器等等。.
后滤波器可针对区块中的每一个象素(建议使用)，或只用在区块 外部的象素(故只用区块周边的象素来调和)。后过滤达到了一种模 糊的效果，减少了画面解析度低(Q值高)时及运动速度快(D值高) 时的区块化现象。这些经过或未经过过滤的画面区块会被送到视频帧 暂存器232中储存，并且组合成一幅完整的画面，然后经由数据输出 信号线送出。
当开关228在起始位准信号控制之下切换到信号线230，这种切 换的状态将持续到区块差异分析器208判定前述的后过滤处理准则已 不被满足，此时将暂停起始位准信号线的动作。然后开关228切换到 信号线226，现行视频帧储存器204中的区块将直接传送到视频帧暂 存器232。为使描述简洁，为了同步化多种回路方块的同步回路，将 不表示在图中。同步化的回路控制，为技术中已知部份。同样，对个 别区块排序，将区块由现行与先前画面储存器送到区块差异分析器 208及适应性滤波器210的电路图，都没有表示在图中，因为这些都 属于现有技术部份。
如图3所示，其表示针对一解码视频信号位元流后过滤，以使解 码影像视频帧的区块化现象变平顺的演算流程。解码视频帧连续不断 的送入后过滤程序中，在连续画面中相对应的巨量区块的差异会被比 对出来。当后过滤程序由步骤302启动之后，每个区块将依序的在步 骤304中被分析。如果现行的巨量区块经由步骤306判断为尚未编码， 即表示现行的巨量区块相对应的先前视频帧中的巨量区块间没有差 异，此时演算的流程将由方块312来控制。如果现行区块已经过编码， 则误差信号D将被步骤308计算出来。其中误差信号D是依使用者的 喜好，可选择方程式(1)、 (2)，或(3)所计算出来的现行巨量区块 相对应的先前视频帧的巨量区块之间的误差。
当误差信号D被计算出来之后，起始值准则将依照方程式(4) 及(5)被评估出来。如果后过滤起始准则被满足，将会在步骤314 中使用一系数为入1与a 1的第一阶过滤器(first level filter),对现行 巨量区块进行一平均性过滤，以达到一种模糊的效果。其中平均性过 滤器的作法是使用如方程式(7)中的加权系数的矩阵。在步骤314 中， 一巨量区块经过滤后会对其设定一检查位元。而每一个巨量区块 的检查位元，将被储存在预留的记忆空间中。
步骤312会在现行区块未编码时(由步骤306来判断)，或者当未 满足起始准则时(由步骤310来判断)被执行。先前视频帧中相对应 的巨量编码时(由步骤310来判断)被。执行先前视频帧中相对应的 巨量区块，会在步骤312中被检査是否有动态的内容。如果不包括动 态内容，计算流程将会回到步骤304继续分析另一个新的巨量区块。 如果此一先前视频帧区块中包括有动态内容，则会在步骤316中被一 系数为X2与d2的第二阶滤波器过滤。动态内容，将由测试此先前 视频帧中相对应巨量区块的检查位元是否已被设定来加以判断。
当先前视频帧中相对应巨量区块存在着大运动量时，此第二阶滤 波器(second level filter)会继续将相邻区块的周边做进一步的揉合。 若先前区块中含有快速的运动，而现行区块中没有任何运动，则现在
区块与先前区块将有相同的内容。举个例子， 一个快速运动的物体突 然停止。如果没有使用第二阶滤过，则先前的区块将被滤过(检测到 动作)，同时现行的视频帧将不会被过滤(没有检测到动作)，此结果 将导致影像视频帧的区块化。第二阶滤波器将这样转变变得更平顺， 为肉眼所接受，而显得较为自然。
一般来说第二阶滤波器较第一阶滤波器作用弱，换言之，即入2 大于入l。两个阶段的过滤都使用在此例中。都可依使用需要调整， 只用第一阶过滤，或是超过两阶的过滤。
如图4所示，其本发明的电路方框图；其中，解码器(decoder) 400至少包括有一视频信号解码器202、 一现有画面储存器204、 一先 前视频帧储存器206、 一个一阶适应性滤波器(adaptive filter 1) 402、 一个二阶适应性滤波器404 (adaptive filter 2)、 一区块差异分析器 (block difference analyzer) 412、一检査位元储存器(checkbit store) 416、 一个三向开关(3-way switch) 410以及一视频帧暂存器232。其 中视频信号解码器202、现行视频帧储存器204、.先前视频帧储存器 206以及视频帧暂存器232以及近似于图2的方式操作。
检査位元储存器416为一用来储存数据的存储器阵列，并且不论 先前视频帧中的每一个区块是否都经过一阶适应性滤波器402的过 滤。区块差异分析器412则经由导线414，接受来自现行视频帧储存 器204的区块信号，并且经由导线218接受来自先前画面储存器中的 区块信号。此区块差异分析器412也经由导线224从视频信号解码器 202接受一量化参数Q。
区块差异分析器412会先检查来自现行视频帧储存器204的区块 是否经过编码。若经过编码，则一误差信号D将会被计算出来，用来 表示在现行区块储存器的区块与相对应的先前区块储存器中区块间 之差。误差信号D可由使用者的需求，从方程式(1)、 (2)或(3) 中产生出来。
区块差异分析器412、 一阶适应性滤波器402以及二阶适应性滤
波器404，可以分别或是共同利用一可编程数字信号处理晶片做成。 区块差异分析器412会依准则(4)与(5)是否被满足，产生一过滤 型信号(FILTER—TYPE signal)。如果准则(4)与(5)同时被满足， 则过滤型信号为第一型，表示选用一阶适应性滤波器402。在检査位 元暂存器416中，对应于目前被分析的区块的存储器位置将被设定为 1。当存在于检查位元暂存器416中的存储器位置被设定时，即表示 其相对应的区域已被一阶适应性滤波器402处理过。若方程式(4) 未被满足，则检查位元暂存器416会进行检查，以确定在先前视频帧 中相对应的区块是否已过滤。
若此先前视频帧区块确经一阶适应性滤波器402过滤，则其过滤 形式信号将变为第二型，此即表示二阶适应性滤波器将被选用。而在 检查位元暂存器416中相对应的存储器位置会被设定为0。若此先前 视频帧区块未经过滤(其在检査位元暂存器416中相对应的存储器位 置被设定为0)，则其过滤形式信号会被设定为第O型，即意味无需做 任何过滤。
现行视频帧储存器204中每一个区块的信号被送入一阶及二阶适 应性滤波器402及404。这些适应性滤波器的输出，将经由导线230 及408传送至三向开关410。而未经过滤的区块信号也会经由导线226 传送至三向开关410。三向开关410会依过滤形式信号，选取由导线 230或408传来的已过滤区域信号或选取由导线226所传来的未过滤 区域信号。
一阶适应性滤波器402以近似图2中适应性滤波器210的方式操 作，并使用如方程式(7)的加权系数入l, al。 二阶适应性滤波器 404以近似一阶适应性滤波器402的方式操作，并使用加权系数入2.， a 2。合适的作法是X2大于入l，使得二阶滤波器有一较轻微的平均 效应。二阶适应性滤波器408，惯用在使已经与未经一阶适应性滤波 器402过滤的视信画面间，实现一较平顺的转换。'
若区块差异分析器412判断在现行视频帧储存器中的影像区域未
被编码，同时在检査位元储存器416中相对应的存储器位置被设定为 1，则过滤型信号也会被设定为第2型。在此例中，三向开关410将 选取来自二阶适应性滤波器404的输出信号。
一阶适应性滤波器402接受一来自导线418的系数1 (C0EFF1) 信号。此系数1 (C0EFF1)信号来自一使用者界面，以供使用者调校 用于一阶适应性滤波器402的加权系数。同样，二阶适应性滤波器404 接受一来自导线420的系数2 (COEFF2)信号。此系数2 (COEFF2) 信号来自一使用者界面，以供使用者调校用于二阶适应性滤波器404 的加权系数。
由三向开关410所选取的已过滤及未过滤的区块信号，会送至画 面暂存器232中储存，并与其他区块组成一幅完整画面，再将这画面 由数据输出线传送出。为使描述简单，其中，为了同步化多种回路方 块的同步回路，将不表示在图中。
虽然，以上是一个特定组成系统的描述，但多种修正、选择性的 组合以及等效系统也都可加以应用。举例来说，两个适应性滤波器被 使用在所提出来的组成系统上，但是三个或更多个的滤波器也可依照 应用上的需要而被选用。信号COEFFl以及COEFF2会被自动的与由 区块差异分析器所产生的误差信号D连动(较大的误差信号，较强的 平均值等等)。
在上述例子中，现行与先前画面储存器都是在视频信号解码器之 外个别存在的方块。而这两者都可以利用视频信号解码器中相对应的 方块。所有的后过滤电路都可以被组合进视频信号解码器中，并且做 成一块单一的晶片。
以上所述仅为本发明的实施例，藉以帮助了解本发明的技术特征 而已，并非用以限定本发明的保护范围。
权利要求
1、一种压缩数字视频信号的处理装置，其特征在于，包括 一解码器，用以对一视频信号位元流的视频帧解码，该数字视频信号位元流至少包括压缩数字视频信号，以产生一用来表示一系列解码视频帧的解码视频信号，该解码视频帧至少包括影像区块； 一区块差异分析器，因应于解码视频信号以产生一起始位准信号，该起始位准信号反应出连续解码视频帧中相对应区块间的差异水准；一影像滤波器，用以选择性过滤上述一系列解码视频帧区块；一切换选择装置，电连接所述解码器与影像滤波器，因应于所述起始位准信号，选择已过滤及未过滤的解码视频帧之一，其中所述影像滤波器至少包括一用以加权平均一象素与周边象素亮度值的装置和一用以从使用者接收加权系数，判定过滤处理的强度的装置。
2、 根据权利要求1所述的处理装置，其特征在于，所述解码器遵 从一标准，对所述压縮数字视频信号位元流解码，该标准选自下述标 准其中之一一MPEG标准，一H.261及一R263标准。
3、 根据权利要求1所述的处理装置，其特征在于，所述区块差异 分析器，因应于对应的所述影像区块间象素照度差值的总和，产生起 始位准信号。
4、 根据权利要求1所述的处理装置，其特征在于，所述解码器从 所述压縮数字视频信号位元流，产生一解码量化信号，所述区块差异 分析器产生该起始位准信号，以反应量化信号水准超过第一预设值， 同时影像区块间象素照度差值的总和超过第二预设值。
全文摘要
一种视频信号处理装置及其处理方法；本装置包括接收装置、解码装置、误差信号产生装置及过滤处理装置；接收装置至少包括一视频帧存储器；解码装置用以对压缩数字视频信号位元流解码产生视频帧；误差信号产生装置用以产生误差信号；过滤处理装置因应于误差信号选择性过滤视频信号。本方法包括下列步骤接收视频信号位元流；产生解码视频帧；并产生一起始信号，因应于该起始信号，选择性处理该视频帧区块。
文档编号H04N5/14GK101365135SQ20081016102
公开日2009年2月11日 申请日期1999年7月1日 优先权日1998年7月1日
发明者雷文·欧克纳 申请人:宏碁股份有限公司;纬创资通股份有限公司