專利名稱：濾波設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種處理預(yù)先編碼和譯碼的表示圖象序列的數(shù)據(jù)的方法。
本發(fā)明還涉及一種用于實(shí)現(xiàn)這樣一種方法的濾波設(shè)備。本發(fā)明尤其與對(duì)預(yù)先壓縮和解壓縮的低比特率視頻信號(hào)的后處理有關(guān)。
在數(shù)據(jù)傳輸中，量化是數(shù)據(jù)壓縮的一個(gè)步驟，是包含損耗的一個(gè)處理。由編碼中的DCT系數(shù)的量化引入的量化誤差的一個(gè)主要結(jié)果是出現(xiàn)了振鈴產(chǎn)物。這個(gè)振鈴噪聲是由在編碼期間通過量化截去高頻系數(shù)所引起的Gibb現(xiàn)象。因此，振鈴產(chǎn)物(artifact)出現(xiàn)在高頻區(qū)域附近，位于低活動(dòng)區(qū)，在圖象中可能會(huì)顯示為“假邊緣”。
去除這些振鈴產(chǎn)物的一種可能的方法是由Park等在1999年2月的IEEE Transation on CSVT，vol.9，no.1，第161-171頁中提出的。所公開的方法包括，對(duì)于一給定圖象，第一步驟是邊緣檢測(cè)，隨后是低通濾波。邊緣檢測(cè)步驟采用從編碼階段取得的量化因子QP。此外，所提出的濾波步驟包括通過亮度值的一個(gè)限定集合的加權(quán)裝置的求導(dǎo)來對(duì)亮度分量進(jìn)行低通濾波。因此，由現(xiàn)有技術(shù)提出的方法包括采用編碼參數(shù)，但編碼參數(shù)在邊緣檢測(cè)階段不總是可用的，而低通濾波在圖象的可以找到亮度極值的區(qū)域中會(huì)引入模糊效應(yīng)。
發(fā)明概述本發(fā)明的一個(gè)目的是提出一種處理圖象數(shù)據(jù)的有效的方法，使得圖象的質(zhì)量更好，并高度去除由于圖象的先前壓縮所引起的人工產(chǎn)物。
為此，在引言中所述的方法至少包括如下連續(xù)步驟檢測(cè)圖象內(nèi)的邊緣象素，從在前一步驟中未被檢測(cè)為邊緣的象素中確定出要濾波的象素，將要濾波的至少一個(gè)象素替換為屬于所述象素的相近鄰域的一個(gè)象素，所述相近鄰域包括所述象素和與所述象素相鄰的象素。
在依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方法中，第一步驟是邊緣檢測(cè)，以便預(yù)測(cè)圖象中可能出現(xiàn)振鈴的區(qū)域。事實(shí)上，振鈴效應(yīng)主要出現(xiàn)在沿圖象邊緣的區(qū)域?？梢栽诓黄茐膱D象邊緣的情況下對(duì)這些沿邊緣的區(qū)域進(jìn)行濾波。可以通過用相鄰象素替換來對(duì)屬于這些區(qū)域的象素進(jìn)行校正。所提出的對(duì)要濾波的象素進(jìn)行校正的優(yōu)點(diǎn)是高的圖象質(zhì)量，因?yàn)闉V波器不會(huì)象現(xiàn)有技術(shù)的低通濾波器一樣引入令人煩惱的模糊效應(yīng)。本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，與現(xiàn)有技術(shù)公開的方法不同的是，所提出的方法不需要來自運(yùn)用到圖象數(shù)據(jù)上的前一處理的任何信息。此外，在依據(jù)本發(fā)明的方法的第一步驟中未被檢測(cè)為邊緣象素的象素不需要進(jìn)行濾波。執(zhí)行第二步驟是為了根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)集合來確定哪些象素可以被濾波。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，將至少要濾波的象素用具有奇數(shù)個(gè)未被檢測(cè)為邊緣的象素的集合的中值象素來替代，所述集合包括至少一次所述象素和與所述象素相鄰的象素。
在本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施例中，為要被濾波的象素形成一個(gè)集合，該集合具有屬于所述象素的相近鄰域的奇數(shù)個(gè)象素。中值濾波器允許將未被檢測(cè)為邊緣的象素替換為與該象素相聯(lián)系的這個(gè)集合的中央象素值。因此，通過這個(gè)中值濾波步驟，去除了象素鄰域中的任何極值。在現(xiàn)有技術(shù)的文本中，在濾波中考慮象素鄰域中的極值象素，在濾波后的象素上可能會(huì)有模糊影響。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，將該方法運(yùn)用到一個(gè)圖象的象素的亮度分量上。人眼對(duì)亮度分量是非常敏感的，因此對(duì)亮度分量的濾波給出了一個(gè)非常高的處理圖象質(zhì)量。
本發(fā)明還涉及用于實(shí)現(xiàn)依據(jù)本發(fā)明的方法的濾波設(shè)備。
下面將參考后面所述的結(jié)合附圖考慮的實(shí)施例來解釋本發(fā)明的特定方面，在附圖中

圖1是依據(jù)本發(fā)明的方法的各個(gè)步驟的方框圖，圖2是一個(gè)象素鄰域的示意圖，圖3是依據(jù)本發(fā)明的邊緣檢測(cè)步驟的方框圖，圖4給出了邊緣檢測(cè)所用的矩陣，圖5顯示了五個(gè)相鄰象素塊，圖6是依據(jù)本發(fā)明的允許判定是否應(yīng)該對(duì)一個(gè)象素濾波的步驟的方框圖。
圖1中顯示了依據(jù)本發(fā)明的處理數(shù)據(jù)的方法。在這個(gè)實(shí)施例中，該方法運(yùn)用到連續(xù)象素P[i，j]上。在本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施例中，所提供的象素P[i，j]屬于空間域中的一幀，可能已經(jīng)在前面的處理中進(jìn)行了壓縮和解壓縮。在步驟ED中對(duì)每個(gè)所接收的象素P[i，j]執(zhí)行邊緣檢測(cè)，并允許確定所接收的象素P[i，j]是否是邊緣。這個(gè)邊緣檢測(cè)步驟將在下面的段落中詳細(xì)說明。對(duì)于在邊緣檢測(cè)步驟中被檢測(cè)為邊緣的象素P[i，j]給出一個(gè)為1的相關(guān)值EDG[i，j]。對(duì)于在邊緣檢測(cè)步驟中未被檢測(cè)為邊緣的象素P[i，j]給出一個(gè)為0的相關(guān)值EDG[i，j]。如果象素P[i，j]未被檢測(cè)為邊緣，這意味著EDG[i，j]＝0，則可以在空間自適應(yīng)濾波器SAF中對(duì)該象素P[i，j]濾波。事實(shí)上，當(dāng)附加條件滿足時(shí)，對(duì)未被檢測(cè)為邊緣的象素P[i，j]進(jìn)行濾波。這些附加條件將在下面的段落中限定。對(duì)未被檢測(cè)為邊緣的象素P[i，j]進(jìn)行濾波的判決是在下面參考圖6說明的步驟TEST中進(jìn)行的。如果象素P[i，j]被檢測(cè)為邊緣，不對(duì)其進(jìn)行濾波和修改。事實(shí)上，只有沿邊緣但不是邊緣的象素被濾波，以便保留圖象的輪廓。
圖2顯示了屬于要處理的圖象的一個(gè)象素P[i，j]。這個(gè)象素P[i，j]被位于象素P[i，j]的相近鄰域中的八個(gè)相鄰象素{P[i-1，j-1]，P[i-1，j]，P[i-1，j+1]，P[i，j+1]，P[i+1，j+1]，P[i+1，j]，P[i+1，j-1]，P[i，j-1]}所包圍。象素P[i，j-1]，P[i-1，j]，P[i，j+1]，P[i+1，j]以后分別被稱為P[i，j]的左象素、上象素、右象素和下象素。
圖3顯示了執(zhí)行依據(jù)本發(fā)明的邊緣檢測(cè)步驟ED的一種可能方式。在本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施例中，可以將每個(gè)圖象分成不重疊的4×4象素塊，每塊具有N[bck]個(gè)檢測(cè)到的邊緣。依據(jù)本發(fā)明，所提出的這個(gè)邊緣檢測(cè)ED的步驟是基于每個(gè)象素P[i，j]的亮度分量Y[i，j]的。本發(fā)明并不限于這一點(diǎn)，在邊緣檢測(cè)這樣的步驟所包含的計(jì)算中，任何象素分量都可以用作所謂的象素值。對(duì)于所提供的每個(gè)象素P[i，j]，估計(jì)梯度G[i，j]的水平分量GH[i，j]和垂直分量Gv[i，j]。導(dǎo)出梯度的一種可能方式是采用在圖4中給出的Sobel矩陣SH和Sv。讓我們考慮一個(gè)由如圖4所示的由象素P[i，j]的亮度分量Y[i，j]和八個(gè)相鄰象素{P[i-1，j-1]，…，P[i，j-1]}的亮度分量{Y[i-1，j-1]，…，Y[i，j-1]}組成的矩陣。然后從下面的卷積分別導(dǎo)出梯度G[i，j]的水平和垂直分量GH[i，j]，Gv[i，j]GH[i，j]＝Y(jié)*SHGv[i，j]＝Y(jié)*Sv梯度G[i，j]是兩個(gè)分量的模，相當(dāng)于GH2[i,j]+GV2[i,j]]]>。具有比它周圍的象素大的梯度的象素更易被檢測(cè)為邊緣。
因此，如圖3所示，在第一步驟1中，為圖象中的每個(gè)象素P[i，j]導(dǎo)出梯度G[i，j]，并為整個(gè)圖象導(dǎo)出所獲得的各個(gè)梯度的平均值Gm。然后，在隨后的步驟2中，對(duì)于所提供的每個(gè)象素P[i，j]，將象素P[i，j]的梯度G[i，j]與平均值Gm進(jìn)行比較。如果梯度G[i，j]低于平均值Gm的一半，則相應(yīng)的象素P[i，j]不會(huì)被檢測(cè)為邊緣，將EDG[i，j]設(shè)為0。如果梯度G[i，j]大于平均值Gm的一半，則象素P[i，j]可能被檢測(cè)為邊緣，隨后比較水平和垂直分量GH[i，j]，Gv[i，j]，這將在下面的段落中說明。
如果在步驟3中水平分量GH[i，j]大于垂直分量Gv[i，j]，并且在步驟4中梯度G[i，j]大于左象素P[i，j-1]的梯度G[i，j-1]和右象素P[i，j+1]的梯度G[i，j+1]，則象素P[i，j]屬于一個(gè)水平邊緣。在這種情況下，將P[i，j]檢測(cè)為一個(gè)邊緣，將EDG[i，j]設(shè)為1，并且將P[i，j]所屬的象素塊中的檢測(cè)到的邊緣數(shù)N[bck]遞增。
如果在步驟4中水平分量GH[i，j]大于垂直分量Gv[i，j]，并且梯度G[i，j]小于左象素P[i，j-1]的梯度G[i，j-1]或右象素P[i，j+1]的梯度G[i，j+1]中的一個(gè)，則P[i，j]未被檢測(cè)為一個(gè)邊緣，將EDG[i，j]設(shè)為0。
如果在步驟3中水平分量GH[i，j]小于垂直分量Gv[i，j]，并且在步驟5中梯度G[i，j]大于上象素P[i-1，j]的梯度G[i-1，j]和下象素P[i+1，j]的梯度G[i+1，j]，則象素P[i，j]屬于一個(gè)垂直邊緣。在這種情況下，將P[i，j]檢測(cè)為一個(gè)邊緣，將EDG[i，j]設(shè)為1，并且將P[i，j]所屬的象素塊的檢測(cè)到的邊緣數(shù)N[bck]遞增。
如果在步驟5中水平分量GH[i，j]小于垂直分量Gv[i，j]，并且梯度G[i，j]大于上象素P[i-1，j]的梯度G[i-1，j]或下象素P[i+1，j]的梯度G[i+1，j]中的一個(gè)，則P[i，j]未被檢測(cè)為一個(gè)邊緣，將EDG[i，j]設(shè)為0。所提出的邊緣檢測(cè)步驟僅僅提供了至多一個(gè)象素寬度的邊緣，因此可以執(zhí)行細(xì)微的濾波。
在圖5中，包括4×4象素P[i，j]的象素塊A由四個(gè)不重疊的4×4塊B，C，D，E包圍。讓我們考慮一個(gè)屬于塊A的象素P[i，j]，該象素P[i，j]在圖3所示的邊緣檢測(cè)步驟中未被檢測(cè)為邊緣，可以被濾波。因此，當(dāng)EDG[i，j]＝0時(shí)，象素P[i，j]可以被濾波。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，任何未被檢測(cè)為邊緣的象素P[i，j]都可以不必濾波。事實(shí)上，必須滿足附加條件，如圖6所示，其中圖6顯示了在TEST單元中執(zhí)行的操作。因此，對(duì)于屬于塊A并且EDG[i，j]值為0的任何象素P[i，j]，考慮在象素P[i，j]的限定鄰域中檢測(cè)到的邊緣的密度。因此，例如，為塊A和相鄰塊B，C，D，E中的邊緣總數(shù)設(shè)置一個(gè)條件。在步驟11中，測(cè)試第一條件塊A，B，C，D和E中的邊緣總數(shù)必須低于一個(gè)預(yù)定的最大邊緣數(shù)Nmax。因此，分別在每個(gè)塊A，B，C，D，E中的邊緣數(shù)N(A)，N(B)，N(C)，N(D)，N(E)的總和必須小于預(yù)定數(shù)Nmax。在該情況下，邊緣總數(shù)大于Nmax則在五個(gè)塊A，B，C，D，E中總共的邊緣數(shù)太多，不對(duì)象素P[i，j]濾波。如果五個(gè)塊A，B，C，D，E中的邊緣數(shù)不大于Nmax，則設(shè)置一些關(guān)于每塊中的最小邊緣數(shù)的附加條件，以便判定是否應(yīng)該對(duì)象素P[i，j]濾波。在后續(xù)步驟12，13，14，15和16中，將每塊中的邊緣數(shù)與最小閾值Nmin進(jìn)行比較。如果并且當(dāng)滿足所有這些條件時(shí)，作出向空間自適應(yīng)濾波器SAF發(fā)送象素P[i，j]的選擇，以進(jìn)行濾波。如果不是，即五個(gè)塊A，B，C，D，E中的邊緣總數(shù)大于Nmax或沒有一個(gè)塊至少包含Nmin個(gè)邊緣，則不對(duì)象素P[i，j]濾波。在這個(gè)實(shí)施例中，實(shí)現(xiàn)步驟12，13，14，15，16的順序是不重要的；可以選擇任何其他順序。預(yù)定數(shù)Nmin和Nmax允許調(diào)節(jié)該方法的精度。Nmax用于防止對(duì)太復(fù)雜并且在濾波時(shí)會(huì)導(dǎo)致質(zhì)量惡化的區(qū)域?yàn)V波。將Nmin選擇得足夠低，使得該方法的作用不會(huì)被降低。
在下面的段落中將詳細(xì)給出空間自適應(yīng)濾波步驟SAF的一個(gè)例子。應(yīng)該注意的是，術(shù)語SAF可以表示濾波步驟，也可以表示濾波器。因此，一個(gè)可能的空間自適應(yīng)濾波器SAF將象素P[i，j]的亮度值Y[i，j]替換為相應(yīng)集合S[i，j]的中間值。與象素P[i，j]相聯(lián)系的集合S[i，j]可能包括相鄰象素P[i，j]，P[i-1，j]，P[i+1，j]，P[i，j-1]和P[i，j+1]的亮度分量Y[i，j]，Y[i-1，j]，Y[i+1，j]，Y[i，j-1]和Y[i，j+1]。當(dāng)相關(guān)象素P[i，j]未被檢測(cè)為邊緣時(shí)，每個(gè)亮度分量Y[i-1，j]，Y[i+1，j]，Y[i，j-1]或Y[i，j+1]有效地屬于集合S[i，j]。集合S[i，j]也包括值Y[i，j]，該值可以被重復(fù)，使得集合S[i，j]中包括奇數(shù)個(gè)值。集合S[i，j]的偶數(shù)個(gè)元素將需要導(dǎo)出集合S[i，j]的兩個(gè)中間值的平均值，這將導(dǎo)致低通濾波。表1給出了對(duì)于要被濾波的一給定象素P[i，j]的可能集合S[i，j]的組成，這依賴于相鄰象素P[i-1，j]，P[i+1，j]，P[i，j-1]和P[i，j+1]的狀態(tài)、即這些是否是邊緣象素。
表1
在表1上應(yīng)該注意的是，如果象素P[i，j]周圍的邊緣數(shù)大于3，則所提出的濾波模式對(duì)于象素P[i，j]不起作用，該象素P[i，j]保持不變。所提出的濾波模式允許去除屬于集合S[i，j]的一個(gè)象素的亮度分量的任何可能的極值。除此之外，由于在所述濾波模式中沒有低通濾波，所以不會(huì)將模糊效應(yīng)引入圖象。
在所述編碼方法中應(yīng)該注意的是，在不偏離本發(fā)明的范圍的情況下，可以提出修改或改進(jìn)。例如，顯然，這個(gè)處理方法可以以幾種方式實(shí)施，例如通過有線電路或可替換地，通過存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)中的一組指令，所述指令至少代替部分指令，可以在計(jì)算機(jī)和數(shù)字處理器的控制下執(zhí)行，以實(shí)現(xiàn)與所述被代替的電路完成的相同的功能。本發(fā)明則還涉及一種包括用于存儲(chǔ)可在計(jì)算機(jī)或處理器的控制下執(zhí)行的用于執(zhí)行所述處理方法的至少一些步驟的一組指令的軟件模塊的存儲(chǔ)介質(zhì)。在圖1、圖3和圖6中的方框既代表依據(jù)本發(fā)明的方法的一個(gè)步驟，也代表執(zhí)行這樣一個(gè)步驟的一般濾波設(shè)備的處理電路。
應(yīng)該注意的是，在這個(gè)文本中，動(dòng)詞“包括”的使用不排除在權(quán)利要求中所列出的之外的其他元件或步驟的存在。
權(quán)利要求
1.處理預(yù)先編碼和譯碼的表示圖象序列的數(shù)據(jù)的方法，至少包括如下連續(xù)步驟-檢測(cè)圖象內(nèi)的邊緣象素，-從在前一步驟中未被檢測(cè)為邊緣的象素中確定出要被濾波的象素，-將要被濾波的至少一個(gè)象素替換為屬于所述象素的相近鄰域的一個(gè)象素，所述相近鄰域包括所述象素和與所述象素相鄰的象素。
2.如權(quán)利要求1所述的處理數(shù)據(jù)的方法，其中，將所述至少要被濾波的象素替換為一個(gè)具有奇數(shù)個(gè)未被檢測(cè)為邊緣的象素的集合的中值象素，所述集合包括至少一次所述象素和與所述象素相鄰的象素。
3.如權(quán)利要求1所述的處理數(shù)據(jù)的方法，其中，將所述方法運(yùn)用到所述圖象的象素的亮度分量上。
4.如權(quán)利要求1所述的處理數(shù)據(jù)的方法，其中，如果一個(gè)表示象素梯度的幅度大于一個(gè)預(yù)定閾值，則將象素檢測(cè)為一個(gè)邊緣象素。
5.如權(quán)利要求4所述的處理數(shù)據(jù)的方法，其中，如果一個(gè)象素的梯度的水平分量大于所述梯度的垂直分量并且如果所述梯度的模大于左邊相鄰象素的梯度的模和右邊相鄰象素的梯度的模，則將該象素檢測(cè)為一個(gè)邊緣象素。
6.如權(quán)利要求4所述的處理數(shù)據(jù)的方法，其中，如果一個(gè)象素的梯度的垂直分量大于所述梯度的水平分量并且如果所述梯度的模大于下邊相鄰象素的梯度的模和上邊相鄰象素的梯度的模，則將該象素檢測(cè)為一個(gè)邊緣象素。
7.如權(quán)利要求1所述的處理數(shù)據(jù)的方法，其中，如果象素的所定義鄰域中的邊緣象素?cái)?shù)位于一個(gè)定義的范圍內(nèi)，則對(duì)該象素濾波。
8.一種用于實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1所述的方法的濾波設(shè)備。
9.一種包括用于存儲(chǔ)可在計(jì)算機(jī)或處理器的控制下執(zhí)行的用于執(zhí)行如權(quán)利要求1所述的處理方法的至少一些步驟的一組指令的軟件模塊的存儲(chǔ)介質(zhì)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種處理數(shù)據(jù)的方法,該數(shù)據(jù)可以是預(yù)先編碼和譯碼的表示圖象序列的象素P[i,j]。該方法至少順序地包括檢測(cè)圖象內(nèi)的邊緣象素的第一步驟(ED),后面跟著后續(xù)步驟(TEST),從在前一步驟中未被檢測(cè)為邊緣的象素中對(duì)于是否對(duì)這些象素濾波作出選擇。然后,該方法包括一個(gè)濾波步驟(SAF),包括將至少要被濾波的象素替換為一個(gè)屬于所述象素的相近鄰域的象素,所述相近鄰域包括所述象素和與所述象素相鄰的象素。
文檔編號(hào)H04N5/21GK1322333SQ00802079
公開日2001年11月14日 申請(qǐng)日期2000年9月21日 優(yōu)先權(quán)日1999年9月28日
發(fā)明者A·德羅奧特 申請(qǐng)人:皇家菲利浦電子有限公司