用于减轻图像中的伪影的系统和方法

用于减轻图像中的伪影的系统和方法
【专利说明】
[0001] 本申请是申请日为2007年6月12日，申请号为200780049950. 1，名称为"用于减 轻图像中的伪影的系统和方法"的发明专利申请的分案申请。
技术领域
[0002] 本公开一般地涉及数字图像处理和显示系统，更具体而言涉及用于减轻图像中的 伪影（artifact)的系统和方法。
【背景技术】
[0003] 由于产生数字式采样的图像的高质量表示所需的数据文件较大，常见的做法是向 该数据文件应用各种形式的压缩，以尝试减小数据文件的大小，而不会不利地影响感知到 的图像质量。已经发展了各种公知的技术和标准来解决该需求。这些技术的代表是用于图 像编码的联合图片专家组（JPEG)。与JPEG类似但添加了帧间编码以利用运动序列中连续 帧的相似性的是运动图片专家组（MPEG)标准。基于小波变换已经开发了其他标准和专属 系统。
[0004] 在商业电影DVD/HD-DVD发行的过程中，从传统的胶片或者从计算机动画电影扫 描的数字图像通常具有10比特数据并且在某些应用中具有最多达16比特数据。该数据需 要被转换成8比特YUV格式以便进行压缩。由于比特深度精度的减小，带化伪影（banding artifact)经常出现在具有平滑的颜色变化的图像区域或图像中。抖动（dithering)和误 差扩散（error diffusion)算法常被用于减轻带化伪影。在大多数抖动算法中，具有高空 间频率的数字信号被添加到图像以掩蔽掉带化效应。然而，DVD/HD-DVD内的压缩是去除具 有高空间频率的信号的有损压缩。因此，即使在压缩之前通过抖动过程掩蔽掉了带化，在压 缩之后带化伪影也经常会出现。
[0005] 用于抖动或颜色深度减小的传统方法是用于显示应用和打印服务的。由于抖动是 处理链中的最后一步，因此所添加的高空间频率被很好地保留并且在颜色深度被减小时实 现了掩蔽带化效应的目的。误差扩散是另一种常见的方法，其中量化误差被分布在邻居像 素中以产生掩蔽效果并且保持整体图像强度。然而，这些方法没有考虑到诸如MPEG1，2,4 或H. 264之类的往往会减小或者截断高频信号的有损压缩的影响。因此，大多数误差扩散 方法将减小压缩过程中的比特率效率，这是因为压缩编码器将会使用若干个比特来表示所 添加的量化误差，从而用来表示图像的比特较少。同时，带化伪影在压缩之后易于出现，因 为掩蔽信号被减小或截断了。
[0006] 因此，需要一种用于减轻图像中的伪影的技术，其中，在有损压缩过程之后，伪影 仍然得到减轻或抑制。另外，需要一种将在维持高比特率效率的同时减轻图像中的伪影的 技术。

【发明内容】

[0007] 本公开的系统和方法提供了基于区块（block)或者说区域的误差扩散算法，用于 减轻图像中的伪影。该系统和方法允许以一种能够较容易地通过压缩过程的方式来生成并 控制掩蔽信号（例如，要应用到图像的噪声）的空间频率。基于区块的误差扩散算法生成能 够在很大程度上从压缩过程中幸存的具有低到中空间频率响应的抖动信号，例如，对于图 像的给定区块，对于该区块内的每个像素可使用相同的噪声，从而在该区块内噪声样式的 空间频率将会较低，这降低了整个图像中的噪声的整体空间频率。该系统和方法还证明，对 于具有相同比特率的压缩，提高了峰值信号噪声比（PSNR)，即，提高了压缩中的编码效率。 另外，基于区块的误差扩散算法减轻了商业DVD/HD-DVD发行过程中的带化伪影，尤其是对 于其中在具有平滑颜色转变的图像区域中带化伪影很明显的动画胶片而言更是如此。
[0008] 根据本公开的一个方面，提供了一种用于减轻图像中的伪影的方法，包括：选择图 像的像素的区块大小；将掩蔽信号添加到图像；为图像中的至少一个区块确定量化误差； 以及将量化误差分布到图像中的邻居区块以掩蔽图像中的伪影。
[0009] 在一个方面中，掩蔽信号是噪声信号。
[0010] 在另一个方面中，该方法还包括在分布步骤之后利用压缩函数对图像进行编码。 压缩函数是有损压缩，例如MPEG 1，2,4、h. 264等等。
[0011] 在另一个方面中，确定量化误差的步骤包括：截断至少一个区块中的每个像素； 为每个像素确定量化误差；以及对至少一个区块中的每个像素的量化误差求和。
[0012] 根据本公开的另一个方面，提供了一种用于减轻图像中的伪影的系统。该系统包 括：信号生成器，被配置用于生成将被应用到图像的掩蔽信号；区块选择器，被配置用于选 择图像的像素的区块大小；以及误差扩散模块，被配置用于确定图像的至少一个区块中的 量化误差并且将量化误差分布到邻居区块以减轻图像中的伪影。
[0013] 在另一个方面中，该系统包括编码器，该编码器被配置用于利用压缩函数对图像 进行编码。
[0014] 在另一个方面中，误差扩散模块还包括误差分布模块，该误差分布模块被配置为 基于加权系数将量化误差的一部分分布到邻居区块。误差分布模块还适合于以因果方式分 布量化误差。
[0015] 根据另一个方面，提供了一种可由机器读取的程序存储设备，其有形地包含着可 由该机器运行来执行用于减轻图像中的伪影的方法步骤的指令程序，该方法包括：选择图 像的像素的区块大小；将掩蔽信号添加到图像；为图像中的至少一个区块确定量化误差； 将量化误差分布到图像中的邻居区块以掩蔽图像中的伪影；以及利用压缩函数对图像进行 编码。
【附图说明】
[0016] 根据以下应当结合附图来阅读的对优选实施例的详细描述将描述或者清楚看到 本公开的这些和其他方面、特征和优点。
[0017] 在附图中，相似的标号在各幅图中指代类似的元件，其中：
[0018] 图1是示出根据本公开一个方面的基于区块的误差扩散方法的流程图；
[0019] 图2是根据本公开一个方面的用于减轻图像中的伪影的系统的示例性图示；
[0020] 图3是根据本公开一个方面的用于减轻图像中的伪影的示例性方法的流程图；
[0021] 图4是利用基于像素的误差扩散方法来处理的图像的误差图；
[0022] 图5是图4中处理的那幅图像的误差图，但现在该图像是利用根据本公开的基于 区块的误差扩散方法来处理的；以及
[0023] 图6是示出比较使用基于像素的误差扩散方法和使用基于区块的误差扩散方法 的峰值信号噪声比（PSNR)的示图。
[0024] 应当理解，附图是用于说明本公开的概念的，而不一定是用于图示出本公开的唯 一可能的配置。
【具体实施方式】
[0025] 应当理解，图中所示的要素可利用各种形式的硬件、软件或其组合来实现。优选 地，这些元件是在一个或多个适当编程的通用设备上利用硬件和软件的组合来实现的，所 述通用设备可包括处理器、存储器和输入/输出接口。
[0026] 本说明书例示了本公开的原理。因此将会明白，本领域的技术人员将能够设计出 虽然在这里没有明确描述或示出但却实现了本公开的原理并被包括在其精神和范围内的 各种布置。
[0027] 这里记载的所有示例和条件性语言意图用于教导目的以帮助读者理解本公开的 原理和发明人为推进技术而贡献的概念，并且应当被解释为并不限于这种具体记载的示例 和条件。
[0028] 另外，这里的所有记载本公开的原理、方面和实施例及其具体示例的陈述都意图 涵盖其结构和功能等同物。此外，希望这种等同物包括当前已知的等同物以及未来开发的 等同物，即，所开发的任何执行相同功能的要素，无论结构如何。
[0029] 因此，例如，本领域的技术人员将会明白，这里给出的框图表示实现本公开的原理 的示例性电路的概念视图。类似地，将会明白，任何流程图、状态转变图、伪代码等等都表示 基本上可被表示在计算机可读介质中表示并且因此可由计算机或处理器来运行的各种过 程，无论这里是否明确示出这种计算机或处理器。
[0030] 附图中示出的各种要素的功能可通过使用专用硬件以及能够联系适当软件来运 行软件的硬件来提供。当由处理器来提供时，这些功能可由单个专用处理器、由单个共享处 理器或者多个单独的处理器（其中一些可被共享）来提供。另外，对术语"处理器"或"控 制器"的明确使用不应当被解释为仅仅指能够运行软件的硬件，而是可以隐含地包括但不 限于数字信号处理器（"DSP"）硬件、用于存储软件的只读存储器（"R0M")、随机访问存储 器（"RAM"）和非易失性