专利名称：用自适应滤波器补偿解码视频信号量化误差的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明是关于用于对被编码的视频信号进行解码的方法和设备，更具体说是关于能够由根据在推衍当前帧数据之前解码的多个先前帧的象素值的标准离差自适应地滤除当前帧数据的高频成份来补偿解码视频信号的量化误差的方法和设备。
在例如视频电话、电视会议和高分辨率电视系统的数字电视系统中，需要大量的数字数据来定义各视频帧信号，因为视频信号中的视频行信号包括有一系列的被称作象素值的数字数据。但由于通常的传输通道可用的带宽有限，为了要通过它的发送大量数字数据，不可避免地要采用各种数字压缩技术来压缩或即减少数据量，特别是在象电视电话和电视会议系统这样的低比特率的视频信号编码器的情况下。
正常情况视频信号可被压缩而不致严重影响其完整性，因为在一个帧中的一些象素中以及在相邻帧的象素当中通常总存在一定的相关性即冗余。在各种视频压缩技术中，将时间和空间压缩压缩技术统计编码技术结合在一起的所谓混合编码技术是公认为最有效的。
大部分混合编码技术采用自适应帧间/帧内模式编码，正交变换，变换系数量化，和可变长编码(VLC)。自适应帧间/帧内模式编码是一由当前帧的脉码调制(PCM)数据或由差分脉码调制(DPCM)数据，例如根据它们的方差，自适应地选择用于作随后的正交变换的视频信号的过程。帧间模式编码也称之为预测法，是基于减小相邻帧的冗余这一观念，它是一确定一目标在当前帧与它的一或二个相邻帧之间的运动，按照该目标的运动流而预测当前帧，和生成一代表此当前帧与它的预测间的差的差分信号的过程。这一编码方法在例如Staffan Exicssn的“用于混合预测/变换编码的固定和自适应预测器”(IEEE-Transactions on Communicatians，COM-33，No.12，(1985年12月))和Ninomiya和Ohtsuka的“电视图象的运动补偿帧间编码方案”(IEEETransactions on Communications，COM-30，No.1，(1982年1月))中有所披露，该二文在此被引用作为参考。
正交变换利用如当前帧的PCM数据和运动补偿的DPCM数据这样的图象数据间的空间相关性减少或去除它们间的空间冗余，它被用来将一数字图象数据的块变换成一组变换系数。这一技术在Chen和Pratt的“场景自适应编码器”(IEEE Transactions on Communications，COM-32，No.3，(1984年3月))中被介绍。通过以量化和VLC来处理这种变换系数数据，要被传送的数据量能得到有效的压缩。
具体说，在如离散余弦变换(DCT)等的正交变换中，图象数据被分成相等大小的数据块，例如8×8象素的数据块，每一个数据块被由空间域变换成频域。块的DC系数反映数据块中的平均象素密度。通常，帧内模式输入视频信号中的象素具有由0至255范围内的值，而得到此帧内块DC变换系数的由0至2040(可以11比特表示)的动态范围，和对任一帧内块AC变换系数的约-1000至1000的最大动态范围。在帧间模式输入视频信号的象素值为-255至255的情况中，对任意AC或DC变换系数的最大动态范围约为-2000至2000。
然后将由正交变换得到的正交变换系数加以量化。在进行量化时，显然一较小的量化器步长会带来一较大量要求较大数量的用来表示它的代码位的数据，而一较大量化器步长的结果则是较少量的需较少的用来表示它的代码位的数据。而较大数量的代码位能比较少代码位更精确地表现一图象。因而在数据量或加在传送通道上的负担与被传送图象的质量之间要有一个折衷。
有各种量化步长控制方案。在这些方案中，量化器步长控制常常意指对进行帧间块AC和DC以及帧内块AC系数的量化中所用的步长的控制。这样的量化器步长控制按当前存储在缓冲存储器中的数据量和输入视频信号的复杂性来确定。在帧间块AC和DC，以及帧内块DC系数的情况下，以相对小的固定步长例如16或8进行量化，如MPEG-2标准中所揭示的；而在帧内块AC系数的情况下，较高频率的量化器步长要大于较低频率的量化器步长。
分块效应是一种数据块的边缘在接收端成为可见的现象。这种分块效应的发生是由于一帧按数据块单元进行编码的事实；而且在量化器步长较大，亦即数据块经受较粗糙的量化时可能更为严重。因而，在帧内块AC系数中，由于较高频率的量化器步长大于较低频率的量化器步长，一给定块与它的相邻块的亮度差成为更加明显，由此导致更严重的分块效应和降低图象质量。即使在以运动补偿帧预测帧间模式编码的情况中，虽然分块效应可能没有这样明显，它仍然可被看到。
因此，本发明的主要目的就是提供一种通过根据在推衍当前帧数据前解码的多个先前帧的象素值的标准离差自适应地滤除当前帧数据的高频分量来补偿解码视频信号的量化误差的视频信号解码方法和设备。
按照本发明的一个方面，提供了一种用于由对编码视频信号进行解码来产生解码视频信号的方法，其中被解码信号包含有多个帧，这一方法包括步骤(a)采用可变长解码处理编码视频信号由此来得出对应于当前帧的一组被量化的离散余弦变换系数；(b)将这组量化离散余弦变换系数变换成一组离散余弦变换系数；(c)根据在得到当前帧数据之前解码的先前帧数据检测当前帧数据的空间特性；(d)根据这组离散余弦变换系数和当前帧数据的空间特性滤除一预定区域内的该组离散余弦变换系数的高频成份，由此产生一组经过滤波的离散余弦变换系数；(e)将该组经滤波的离散余弦变换系数变换成为一组逆离散余弦变换数据；(f)根据这组逆离散余弦变换数据和先前帧数据通过利用运动补偿生成当前帧数据；和(g)将当前帧数据作为被解码的视频数据。
按照本发明的另一个方面，提供了一种用于由对编码视频数据解码来产生解码视频数据的设备，其中解码视频信号包含多个帧，该设备包括帧存储器，用于存放在得到当前帧数据之前解码的先前帧的数据；可变长解码器，用于利用可变长解码来处理编码视频数据，由此得出一组经量化的离散余弦变系数；逆量化器，用于将该组量化离散余弦系统变化成一组离散余弦变换系数；滤波器，用于根据该组离散余弦变换系数和先前帧的数据对一预定区域内的该组离散余弦变换系数高频成份加以屏蔽，由此来产生一组经滤波的离散余弦变换系数；逆离散余弦变换器，用于将该组经滤波的离散余弦变换系数变换为一组逆离散余弦变换数据，运动补偿器，用于基于该组逆离散余弦变换数据和先前帧数据通过利用运动补偿生成当前帧数据；和馈送器，用于将当前帧数据作为一新的先前帧数据送到帧存储器并将当前帧数据提供作为经解码的视频信号。
本发明的上述和其他目的和特点由以下结合附图对优选实施例所作说明将很清楚，附图中
图1示出按照本发明的用于产生解码视频信号的视频信号解码设备的方框图；图2为图1中的自适应滤波器150的详细方框图；和图3表示按照本发明的8×8象素块的滤波区间。
参见图1，所示方框图为按照本发明的优选实施例的产生解码视频信号的视频信号解码设备100。
如图1中可看到，来自相应的普通编码器(图中未示出)的被编码的比特流被耦合到解码设备100中的缓存器110。缓存器110接收此编码的比特流并将其以一固定速率提供给一多路分配器(DEMUX)120，在此将被编码比特流作信号分离以产生解码信息信号，例如一帧间/帧内模式信号，量化步长，和被编码的图象数据，亦即一组可变长编码的变换系数和编码的运动矢量。帧间/帧内模式信号通过连线L12被耦合到逆量化器140和加法器180；量化步长通过连线L10提供给逆量化器140；且该组可变长编码的变换系数及编码的运动矢量被提供给一可变长解码器(VLD)130。
可变长解码器130利用公知的可变长解码技术对该组可变长编码的变换系数和编码的运动矢量进行解码，由此提供一组经量化的离散余弦变换系数给逆量化器140和运动矢量给运动补偿器170。
在逆量化器140，按照由多路分配器120分别通过连线L10和L12耦合来的量化步长和帧间/帧内模式信号将该组量化的离散余弦变换系数变换成一组离散余弦变换系数。该组离散余弦变换系数通过连线L20被供给自适应滤波器150。
按照本发明，自适应滤波器150接收通过连线L20顺序偶合到其的该组离散余弦变系数；计算通过连线L14由帧存储器190提供的当前帧数据的标准离差将其作为先前标准离差加以存储；根据对应于在得到当前帧之前被解码的多个不同的标准离差计算当前帧数据的空间特性；和根据当前帧的空间特性自适应地滤波该组离散余弦变换系数的高频成份，由此将一组经滤波的离散余弦变换系数通过连线L22提供给逆离散余弦变换器(IDCT)160。自适应滤波器150的操作参照图2和3作详细说明。
图2中示出自适应滤波器150的详细方框图，包括有一标准离差计算部分152，控制信号发生部分154，和一滤波部分156。
通过连线L14馈送给自适应滤波器150的当前帧数据被耦合到标准离差计算部分152。标准离差计算部分152对自帧存储器190耦合到它的帧数据(例如当前帧数据)的标准离差加以运算，以通过利用其标准离差表示帧数据的统计特征。
例如，帧数据含有象M×N象素值(M和N分别为正整数)的情况下，其平均值和标准离差按如下确定
式中，MIp表示平值；Ip(x，y)为位于一帧的座标(x，y)的象素值；而ACT表明标准离差。
上式中，所计算得的标准离差的相对地大的值就意味着对应帧数据的视频图象很复杂。
按上述确定的标准离差被提供给控制信号发生部分154并作为先前标准离差存储在其中的一存储器(未图示)中。
控制信号发生部分154根据存放在其存储器中的多个先前标准离差产生此当前帧的空间特性，其中这些先前标准离差对应于得出当前帧数据之前解码的各先前帧数据。详细点说，当前帧数据的空间特性由对例如一秒钟内处理的30个先前帧的标准离差加以平均来确定。
一经计算出作为当前帧的空间特性的平均标准离差，控制信号发生部分154即提供一滤波控制信号FC1到滤波部分156，其中滤波控制信号FC1由将空间特性另一预定的阈值TH1相比较来确定。
按照本发明的一个实施例，该控制信号产生部分154产生滤波控制信号FC1如下FC1＝1 如果MACT≤TH1+0.5×Se2 如果TH1+0.5×Se＜MACT≤TH1+1×Se3 如果TH1+1×Se＜MACT≤TH1+1.5×Se4 如果MACT＞TH1+1.5×Se 式3其中MACT表示当前帧的空间特性；TH1为预定的阈值；和Se表明自适应滤波参数。
按照式3，滤波控制信号FC1是由考虑空间特性，预定阈值TH1，和自适应滤波参数Se之间的相关性来确定的。自适应滤波参数Se为一试验值，给定为确定滤波控制信号的不同值的权重。所产生的滤波控制信号FC1被加给滤波部分156。
根据滤波控制信号FC1，滤波部分156选择欲予滤波的区域和对所选区域内的离散余弦变换系数进行屏蔽。
参看图3，其示出用于频域内离散余弦变换系数的滤波区域，其中Z(u，v)为一频域中的离散余弦变换系数，u，V为1到K(例如8)；Z(0，0)表示DC成分；Z(u，V)的频率随u或V的增大而增加。如果滤波控制信号FC具有数字“1”，滤波部分156即不对该组离散余弦变换系数进行滤波操作；如果它具有数字“2”，在虚线B1以下区域内的高频成分即被设置为数字值“0”；如果它具有数字“3”，虚线B2以下的高频成分被设置为数字值“0”；而如果它具有一数字“4”，虚线B3以下的高频成分被设置为数字值“0”。如以上所确定的这组经滤波的离散余弦变换系数被输入到逆离散余弦变换器160。
在上述过程中，滤波区域和滤波控制信号FC1可根据本发明另一实施例加以调整。
再回头参看图1，逆离散余弦变换器160将该组通过连线L22由自适应滤波器馈给的经滤波的离散余弦变换系数变换成一组逆离散余弦变换数据，然后将这组逆离散余弦变换系数提供给加法器180。
与此同时，运动补偿器170根据由可变长解码器130传送的运动矢量由存放在一帧存储器190中的先前帧数据提取对应的象素数据，并将所提取的象素数据作为运动补偿的数据提供给加法器180。
在加法器180，按照线路L12上的帧间/帧内模式信号将来自逆离散余弦变换器160的该组逆离散余弦变换数据加到或不加到来自运动补偿器170的运动补偿的数据上，由此生成被解码的图象。如为帧间模式，该组逆余弦变换数据就被加到运动补偿的数据上；而如为帧内模式，就将该组逆离散余弦变换数据通过加法器180送到帧存储器190而不作任何加法运算。
被解码图象被作为先前帧数据存放进帧存储器190，并作为被解码的视频信号送往数-模(D/A)变换器200。此解码图象还作为当前帧数据被通过线路L14传送到自适应滤波器150以便被用来产生它的标准离差。
数-模变换器200将被解码的视频信号变换成模拟视频信号，由此将其提供到一显示单元(未图示)以显示之。
按照本发明，当前帧数据的复杂性由对在得到当前帧数据之前解码的多个不同帧的象素值的标准离差进行平均来确定。即，按照平均标准离差确定当前帧数据为复杂的且对人类视觉特性不灵敏的当前帧数据的高频成分被加以滤除，由此有效地减少因量化误差引起的图象质量的降低。
虽然对本发明的描述仅仅是针对某些优选实施例，但也可以作其它的修改和变型而不背离在所列的权利要求中提出的精神实质和范围。
权利要求
1.用于由对被编码视频信号进行解码产生解码视频信号的方法，其中该解码视频信号包含多个帧，所述方法包括步骤(a)采用可变长解码处理被编码视频信号由此来得到一组对应于当前帧数据的被量化的离散余弦变换系数；(b)将该组量化的离散余弦变换系数变换成一组离散余弦变换系数；(c)根据在得到当前帧数据之前被解码的先前帧数据检测当前帧数据的空间特性；(d)根据该组离散余弦变换系数和当前帧数据的空间特性滤除一预定区域内的该组离散余弦变换系数的高频成分，由此来产生一组经滤波的离散余弦变换系数；(e)将该组经滤波的离散余弦变换系数变换成一组逆离散余弦变换数据；(f)根据该组逆离散余弦变换数据和先前帧数据通过应用运动补偿来生成当前帧数据；和(g)将当前帧数据作为被解码的视频信号提供。
2.权利要求1中所述方法，其特征是步骤(c)包括有步骤(c1)计算先前帧数据的标准离差；(c2)对相应于在得到当前帧之前被处理的多个先前帧的标准离差进行平均；和(c3)将平均标准离差作为当前帧数据的空间特性。
3.权利要求2中所述方法，其特征是步骤(d)包括步骤(d1)将空间特性与一预定阈值作比较以产生滤波控制信号；和(d2)为生成该组被滤波的离散余弦变换系数，按照滤波控制信号滤除预定区域内的该组离散余弦变换系数的高频成分。
4.权利要求3中所述方法，其特征是在于该预定区域内的离散余弦变换系数的高频成分被设置为数字值“0”。
5.权利要求4中所述方法，其特征是为自适应滤除该组离散余弦变换系数的高频成分，滤波控制信号具有多于二个逻辑电平。
6.权利要求5中所述方法，其特征是滤波控制信号被决定为FC1＝1 如果MACT≤TH1+0.5×Se2 如果TH1+0.5×Se＜MACT≤TH1+1×Se3 如果TH1+1×Se＜MACT≤TH1+1.5×Se4 如果MACT＞TH1+1.5×Se其中FC1为滤波控制信号；MACT表示当前帧数据的空间特性；TH1为预定的阈值；且Se表示被用作为确定滤波控制信号的不同值的权的自适应滤波参数。
7.权利要求6中所述方法，其特征是预定区域按照滤波控制信号改变，在滤波控制信号的值增加时此预定区域变成为较大。
8.对被编码视频信号进行解码产生解码视频信号的设备，其中解码视频信号包含多个帧，包括用于存储在得出当前帧数据前解码的先前帧数据的装置；利用可变长解码处理被编码视频数据以由此得到一组经量化的离散余弦变换余数的装置；用于将该组量化离散余弦变换系数变换成一组离散余弦变换系数的装置；根据该组离散余弦变换系数和先前帧数据滤除一预定区域内的该组离散余弦变换系数的高频成分，由此产生一组经滤波的离散余弦变换系数的装置；用于将该组经滤波的离散余弦变换系数变换成一组逆离散余弦变换数据的装置；根据该组逆离散余弦变换数据和先前帧数据利用运动补偿以生成当前帧数据的装置；和用于将当前帧数据作为新的先前帧数据送到存储装置并提供此当前帧数据作为解码视频信号的装置。
9.按照权利要求8的设备，其特征是滤波装置包含根据先前帧数据检测表示当前帧数据的复杂性的空间特性的装置；将该空间特性与一预定阈值作比较以产生滤波控制信号的装置；和为生成一组经滤波的离散余弦变换系数，按照滤波控制信号滤除预定区域内该组离散余弦变换系数的高频成分的装置。
10.按照权利要求9的设备，其特征是该检测装置包含用于计算先前帧数据的标准离差的装置；存储标准离差的存贮器装置；对存放在存储器装置中的标准离差进行平均的装置，其中，标准离差对应于多个在得到当前帧之前处理的先前帧；和提供平均标准离差作为当前帧数据的空间特性的装置。
11.按照权利要求10的设备，其特征是预定区域内的该组离散余弦变换系数的高频成分被设置为一数字值“0”。
12.按照权利要求11的设备，其特征是为自适应地滤除该组离散余弦变换系数的高频分量，滤波控制信号具有多于二个的逻辑电平。
13.按照权利要求12的设备，其特征是滤波控制信号被确定为FC1＝1 如果MACT≤TH1+0.5×Se2 如果TH1+0.5×Se＜MACT≤TH1+1×Se3 如果TH1+1×Se＜MACT≤TH1+1.5×Se4 如果MACT＞TH1+1.5×Se其中FC1为滤波控制信号；MACT表示当前帧数据的空间特性；TH1为预定的阈值；且Se表示一用作为确定滤波控制信号的不同值的权的自适应滤波参数。
14.按照权利要求13的设备，其特征是预定区域随滤波控制信号增大，在滤波控制信号增加时此预定区域的宽度变大。
全文摘要
通过利用可变长解码和逆量化技术将编码视频信号变换为一组对应于当前帧数据的离散余弦变换系数。根据由利用在得出当前帧数据之前被解码的先前帧数据确定的当前帧数据的空间特性自适应地滤除该组离散余弦变换系数的高频成分。然后该组经滤波的系数被变换成一组逆离散余弦变换数据。该组数据和先前帧数据被用来通过采用运动补偿产生当前帧数据。此当前帧数据被用作为新的先前帧数据和解码视频信号。
文档编号H04N7/50GK1175855SQ9711686
公开日1998年3月11日 申请日期1997年9月1日 优先权日1996年8月30日
发明者金钟一 申请人:大宇电子株式会社