用于減輕圖像中的偽影的系統(tǒng)和方法
【專利說明】
[0001] 本申請是申請日為2007年6月12日，申請?zhí)枮?00780049950. 1，名稱為"用于減 輕圖像中的偽影的系統(tǒng)和方法"的發(fā)明專利申請的分案申請。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本公開一般地涉及數(shù)字圖像處理和顯示系統(tǒng)，更具體而言涉及用于減輕圖像中的 偽影（artifact)的系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0003] 由于產(chǎn)生數(shù)字式采樣的圖像的高質(zhì)量表示所需的數(shù)據(jù)文件較大，常見的做法是向 該數(shù)據(jù)文件應(yīng)用各種形式的壓縮，以嘗試減小數(shù)據(jù)文件的大小，而不會不利地影響感知到 的圖像質(zhì)量。已經(jīng)發(fā)展了各種公知的技術(shù)和標準來解決該需求。這些技術(shù)的代表是用于圖 像編碼的聯(lián)合圖片專家組（JPEG)。與JPEG類似但添加了幀間編碼以利用運動序列中連續(xù) 幀的相似性的是運動圖片專家組（MPEG)標準?；谛〔ㄗ儞Q已經(jīng)開發(fā)了其他標準和專屬 系統(tǒng)。
[0004] 在商業(yè)電影DVD/HD-DVD發(fā)行的過程中，從傳統(tǒng)的膠片或者從計算機動畫電影掃 描的數(shù)字圖像通常具有10比特數(shù)據(jù)并且在某些應(yīng)用中具有最多達16比特數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)需 要被轉(zhuǎn)換成8比特YUV格式以便進行壓縮。由于比特深度精度的減小，帶化偽影（banding artifact)經(jīng)常出現(xiàn)在具有平滑的顏色變化的圖像區(qū)域或圖像中。抖動（dithering)和誤 差擴散（error diffusion)算法常被用于減輕帶化偽影。在大多數(shù)抖動算法中，具有高空 間頻率的數(shù)字信號被添加到圖像以掩蔽掉帶化效應(yīng)。然而，DVD/HD-DVD內(nèi)的壓縮是去除具 有高空間頻率的信號的有損壓縮。因此，即使在壓縮之前通過抖動過程掩蔽掉了帶化，在壓 縮之后帶化偽影也經(jīng)常會出現(xiàn)。
[0005] 用于抖動或顏色深度減小的傳統(tǒng)方法是用于顯示應(yīng)用和打印服務(wù)的。由于抖動是 處理鏈中的最后一步，因此所添加的高空間頻率被很好地保留并且在顏色深度被減小時實 現(xiàn)了掩蔽帶化效應(yīng)的目的。誤差擴散是另一種常見的方法，其中量化誤差被分布在鄰居像 素中以產(chǎn)生掩蔽效果并且保持整體圖像強度。然而，這些方法沒有考慮到諸如MPEG1，2,4 或H. 264之類的往往會減小或者截斷高頻信號的有損壓縮的影響。因此，大多數(shù)誤差擴散 方法將減小壓縮過程中的比特率效率，這是因為壓縮編碼器將會使用若干個比特來表示所 添加的量化誤差，從而用來表示圖像的比特較少。同時，帶化偽影在壓縮之后易于出現(xiàn)，因 為掩蔽信號被減小或截斷了。
[0006] 因此，需要一種用于減輕圖像中的偽影的技術(shù)，其中，在有損壓縮過程之后，偽影 仍然得到減輕或抑制。另外，需要一種將在維持高比特率效率的同時減輕圖像中的偽影的 技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本公開的系統(tǒng)和方法提供了基于區(qū)塊（block)或者說區(qū)域的誤差擴散算法，用于 減輕圖像中的偽影。該系統(tǒng)和方法允許以一種能夠較容易地通過壓縮過程的方式來生成并 控制掩蔽信號（例如，要應(yīng)用到圖像的噪聲）的空間頻率?；趨^(qū)塊的誤差擴散算法生成能 夠在很大程度上從壓縮過程中幸存的具有低到中空間頻率響應(yīng)的抖動信號，例如，對于圖 像的給定區(qū)塊，對于該區(qū)塊內(nèi)的每個像素可使用相同的噪聲，從而在該區(qū)塊內(nèi)噪聲樣式的 空間頻率將會較低，這降低了整個圖像中的噪聲的整體空間頻率。該系統(tǒng)和方法還證明，對 于具有相同比特率的壓縮，提高了峰值信號噪聲比（PSNR)，即，提高了壓縮中的編碼效率。 另外，基于區(qū)塊的誤差擴散算法減輕了商業(yè)DVD/HD-DVD發(fā)行過程中的帶化偽影，尤其是對 于其中在具有平滑顏色轉(zhuǎn)變的圖像區(qū)域中帶化偽影很明顯的動畫膠片而言更是如此。
[0008] 根據(jù)本公開的一個方面，提供了一種用于減輕圖像中的偽影的方法，包括：選擇圖 像的像素的區(qū)塊大?。粚⒀诒涡盘柼砑拥綀D像；為圖像中的至少一個區(qū)塊確定量化誤差； 以及將量化誤差分布到圖像中的鄰居區(qū)塊以掩蔽圖像中的偽影。
[0009] 在一個方面中，掩蔽信號是噪聲信號。
[0010] 在另一個方面中，該方法還包括在分布步驟之后利用壓縮函數(shù)對圖像進行編碼。 壓縮函數(shù)是有損壓縮，例如MPEG 1，2,4、h. 264等等。
[0011] 在另一個方面中，確定量化誤差的步驟包括：截斷至少一個區(qū)塊中的每個像素； 為每個像素確定量化誤差；以及對至少一個區(qū)塊中的每個像素的量化誤差求和。
[0012] 根據(jù)本公開的另一個方面，提供了一種用于減輕圖像中的偽影的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包 括：信號生成器，被配置用于生成將被應(yīng)用到圖像的掩蔽信號；區(qū)塊選擇器，被配置用于選 擇圖像的像素的區(qū)塊大??；以及誤差擴散模塊，被配置用于確定圖像的至少一個區(qū)塊中的 量化誤差并且將量化誤差分布到鄰居區(qū)塊以減輕圖像中的偽影。
[0013] 在另一個方面中，該系統(tǒng)包括編碼器，該編碼器被配置用于利用壓縮函數(shù)對圖像 進行編碼。
[0014] 在另一個方面中，誤差擴散模塊還包括誤差分布模塊，該誤差分布模塊被配置為 基于加權(quán)系數(shù)將量化誤差的一部分分布到鄰居區(qū)塊。誤差分布模塊還適合于以因果方式分 布量化誤差。
[0015] 根據(jù)另一個方面，提供了一種可由機器讀取的程序存儲設(shè)備，其有形地包含著可 由該機器運行來執(zhí)行用于減輕圖像中的偽影的方法步驟的指令程序，該方法包括：選擇圖 像的像素的區(qū)塊大??；將掩蔽信號添加到圖像；為圖像中的至少一個區(qū)塊確定量化誤差； 將量化誤差分布到圖像中的鄰居區(qū)塊以掩蔽圖像中的偽影；以及利用壓縮函數(shù)對圖像進行 編碼。
【附圖說明】
[0016] 根據(jù)以下應(yīng)當結(jié)合附圖來閱讀的對優(yōu)選實施例的詳細描述將描述或者清楚看到 本公開的這些和其他方面、特征和優(yōu)點。
[0017] 在附圖中，相似的標號在各幅圖中指代類似的元件，其中：
[0018] 圖1是示出根據(jù)本公開一個方面的基于區(qū)塊的誤差擴散方法的流程圖；
[0019] 圖2是根據(jù)本公開一個方面的用于減輕圖像中的偽影的系統(tǒng)的示例性圖示；
[0020] 圖3是根據(jù)本公開一個方面的用于減輕圖像中的偽影的示例性方法的流程圖；
[0021] 圖4是利用基于像素的誤差擴散方法來處理的圖像的誤差圖；
[0022] 圖5是圖4中處理的那幅圖像的誤差圖，但現(xiàn)在該圖像是利用根據(jù)本公開的基于 區(qū)塊的誤差擴散方法來處理的；以及
[0023] 圖6是示出比較使用基于像素的誤差擴散方法和使用基于區(qū)塊的誤差擴散方法 的峰值信號噪聲比（PSNR)的示圖。
[0024] 應(yīng)當理解，附圖是用于說明本公開的概念的，而不一定是用于圖示出本公開的唯 一可能的配置。
【具體實施方式】
[0025] 應(yīng)當理解，圖中所示的要素可利用各種形式的硬件、軟件或其組合來實現(xiàn)。優(yōu)選 地，這些元件是在一個或多個適當編程的通用設(shè)備上利用硬件和軟件的組合來實現(xiàn)的，所 述通用設(shè)備可包括處理器、存儲器和輸入/輸出接口。
[0026] 本說明書例示了本公開的原理。因此將會明白，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將能夠設(shè)計出 雖然在這里沒有明確描述或示出但卻實現(xiàn)了本公開的原理并被包括在其精神和范圍內(nèi)的 各種布置。
[0027] 這里記載的所有示例和條件性語言意圖用于教導(dǎo)目的以幫助讀者理解本公開的 原理和發(fā)明人為推進技術(shù)而貢獻的概念，并且應(yīng)當被解釋為并不限于這種具體記載的示例 和條件。
[0028] 另外，這里的所有記載本公開的原理、方面和實施例及其具體示例的陳述都意圖 涵蓋其結(jié)構(gòu)和功能等同物。此外，希望這種等同物包括當前已知的等同物以及未來開發(fā)的 等同物，即，所開發(fā)的任何執(zhí)行相同功能的要素，無論結(jié)構(gòu)如何。
[0029] 因此，例如，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會明白，這里給出的框圖表示實現(xiàn)本公開的原理 的示例性電路的概念視圖。類似地，將會明白，任何流程圖、狀態(tài)轉(zhuǎn)變圖、偽代碼等等都表示 基本上可被表示在計算機可讀介質(zhì)中表示并且因此可由計算機或處理器來運行的各種過 程，無論這里是否明確示出這種計算機或處理器。
[0030] 附圖中示出的各種要素的功能可通過使用專用硬件以及能夠聯(lián)系適當軟件來運 行軟件的硬件來提供。當由處理器來提供時，這些功能可由單個專用處理器、由單個共享處 理器或者多個單獨的處理器（其中一些可被共享）來提供。另外，對術(shù)語"處理器"或"控 制器"的明確使用不應(yīng)當被解釋為僅僅指能夠運行軟件的硬件，而是可以隱含地包括但不 限于數(shù)字信號處理器（"DSP"）硬件、用于存儲軟件的只讀存儲器（"R0M")、隨機訪問存儲 器（"RAM"）和非易失性