專利名稱：無附加幀存儲器基于塊邊界的差和量化因子的去塊效應法的制作方法
技術領域：
本發明涉及頻圖象信號壓縮碼流的解碼，特別是涉及到去除視頻圖象信號高壓縮比編解碼中產生的塊效應的一種視頻圖像信號中無附加幀存儲器基于塊邊界的差和量化因子的去塊效應法。
(2)背景技術目前幾乎所有的視頻圖象信號國際壓縮標準，如VCD中所用的MPEG1、DVD中所用的MPEG2和可視手機中所用的MPEG4等，都是把一幀圖象劃分成若干塊8×8象素的所謂子塊，然后對各個子塊分別進行數據壓縮和編碼。如MPEG1的一幀圖象有352×288個象素，在進行編碼壓縮時，需要把一幀圖象劃分成44×36＝1584塊子塊(如圖1所示)。
對圖1中每一子塊進行編碼壓縮的過程可分為下列步驟1)運動估計(motion estimation)；2)離散余弦變換(DCT)；3)離散余弦變換系數的量化(quantization)；4)可變長度編碼(variable length coding)。
編碼壓縮后所產生的碼流的數據量比原圖象的數據量大為減少，從而達到數據壓縮的目的。當需要重新播放被壓縮的視頻圖象的時候，就要對碼流進行解碼解壓縮來恢復和重現原來的圖象。
參見圖2，對碼流的解碼過程可分為下列步驟1)碼流進行可變長度解碼VLD(variable length decoding)得到量化的離散余弦變換系數和量化因子；2)離散余弦變換系數的逆量化IQ(inverse quantization)產生出離散余弦變換系數；3)逆離散余弦變換IDCT(inverse discrete cosine transform)產生出象素或象素差；4)運動補償MC(motion compensation)如果上述步驟3產生出象素，則直接把象素值儲存到當前幀(第N幀)復原圖象存儲器，如果上述步驟3產生出象素差，則把象素差加到前一幀(第N-1幀)復原圖象存儲器中的某個象素上得到象素值并把此象素值儲存到當前幀(第N幀)復原圖象存儲器，然后至圖像顯示器。
當圖象的壓縮比很高的時候，這種基于子塊的編碼壓縮可能引起所謂的塊效應(Blocking)，即解碼后的復原圖象在子塊之間的邊緣處表現出基于子塊處理的痕跡，使人們能夠注意到整個圖象似乎是由很多子塊拼起來的。為了減少這種塊效應，在高壓縮比的情況下，必須對復原圖象進行去塊效應(Deblocking)的后處理。加上去塊效應的后處理，碼流的解碼過程可參見圖3的原理方框圖表示。
圖3中在當前幀(第N幀)復原圖象存儲器后加入去塊效應(Deblocking)的后處理和去塊效應之后的復原圖象幀存儲器，在去塊效應的運算中，需要用到量化因子及離散余弦變換系數。
目前已公開的去塊效應的現有技術都具有下列技術特征1、需要一附加的幀存儲器來儲存去塊效應之后的復原圖象；2、去塊效應運算中，不僅需要用到量化因子，而且需要用到離散余弦變換系數。
這些現有技術的相關專利有1)三星電子株式會社的信號自適應濾波方法，信號自適應濾波器及其存儲程序的計算機可讀介質(中國專利公開號1264482A，申請號98807265.3)；2)大宇電子株式會社的用于去除運動畫面解碼器中成塊效應的裝置及方法(中國專利公開號1174478A，申請號97104266.7)；3)大宇電子株式會社的能減小分塊效應的視頻信號解碼裝置(中國專利公開號1112335A，申請號95104750.7)。
由于需要增加一整幀，在某些情況下甚至需要增加二整幀的存儲空間，并且對離散余弦變換系數進行運算還需要另外的存儲空間和大量的運算邏輯電路，現有的去塊效應的方法不適用于在集成電路芯片上實現，特別是集成到一個片上系統(System-on-Chip即SoC)中。
(3)發明內容本發明的目的在于提出一種適用于在集成電路芯片上實現，特別是集成到一個片上系統中的視頻圖像信號中無附加幀存儲器基于塊邊界的差和量化因子的去塊效應法。
本發明的目的是這樣實現的一種無附加幀存儲器基于塊邊界的差和量化因子的去塊效應法.是一種對圖象信號壓縮碼流進行解碼的方法，所述的解碼的步驟為(1)對碼流進行可變長度解碼VLD得到量化的離散余弦變換系數和量化因子；(2)離散余弦變換系數的逆量化IQ產生出離散余弦變換系數；(3)逆離散余弦變換IDCT產生出象素或象素差；(4)運動補償MC如果上述步驟3產生出象素，則直接把象素值儲存到當前幀(第N幀)復原圖象存儲器，如果上述步驟3產生出象素差，則把象素差加到前一幀(第N-1幀)復原圖象存儲器中的某個象素上得到象素值并把此象素值儲存到當前幀(第N幀)復原圖象存儲器；(5)用去塊效應的裝置對當前幀(第N幀)復原圖象存儲器中的復原圖象進行去塊效應處理，其特征在于所述的步驟(5)中去塊效應處理的方法包括用去塊效應補償量決定器和去塊效應補償運算器根據所述的解碼后復原圖象的相鄰子塊(8×8象素為一塊子塊)的邊界象素的差值和量化因子來決定是否要對某子塊中的象素P(I，j)進行去塊效應的補償處理以及各個象素的補償量ΔP(i，j)，從而去除當前幀(第N幀)復原圖象存儲器中視頻圖象信號因高壓縮比編解碼中產生的塊效應；去除塊效應的視頻圖象信號直接至圖像顯示部。
本發明的功效提出一種適用于在集成電路芯片上實現，特別是集成到一個片上系統中的去除塊效應的方法和裝置。這種方法不需要附加的幀存儲器，只使用解碼后復原圖象的相鄰子塊的邊界象素的差值和量化因子來決定是否要對某子塊中的象素進行去塊效應的補償處理以及各個象素的補償程度。此外，本裝置中去除塊效應的視頻圖象信號直接送至圖像顯示部顯示。因此，本發明克服了現有技術中的去塊處理需要一附加的幀存儲器來儲存去塊效應之后的復原圖象以及去塊效應運算中，不僅需要用到量化因子，而且需要用到離散余弦變換系數的缺點。
為進一步說明本發明的上述目的、結構特點和效果，以下將結合附圖對本發明進行詳細的描述。
(4)


圖1為現有技術中的一幀圖像劃分成若干子塊的原理圖；圖2為現有技術中碼流的解碼過程原理方框圖；圖3為現有技術中有去塊效應的碼流的解碼過程原理方框圖；圖4為本發明的原理方框圖；圖5為本發明中子塊的原理圖；圖6為圖4中所述的去塊效應補償量決定器的組成原理圖；圖7為圖4中所述的去塊效應補償運算器的工作流程原理圖。
(5)具體實施方式
請參閱圖4，為本發明的原理方框圖，本發明中對圖象信號壓縮碼流的解碼過程可分為下列步驟1、碼流進行可變長度解碼VLD得到量化的離散余弦變換系數和量化因子；2、離散余弦變換系數的逆量化IQ產生出離散余弦變換系數；3、逆離散余弦變換IDCT產生出象素或象素差；4、運動補償MC如果上述步驟3產生出象素，則直接把象素值儲存到當前幀(第N幀)復原圖象存儲器，如果上述步驟3產生出象素差，則把象素差加到前一幀(第N-1幀)復原圖象存儲器中的某個象素上得到象素值并把此象素值儲存到當前幀(第N幀)復原圖象存儲器；5、去塊效應補償量決定器和去塊效應補償運算器使用解碼后復原圖象的相鄰子塊的邊界象素的差值和量化因子來決定是否要對某子塊中的象素P(i，j)進行去塊效應的補償處理以及各個象素的補償程度(即補償量ΔP(i，j))，從而去除當前幀(第N幀)復原圖象存儲器中視頻圖象信號因高壓縮比編解碼中產生的塊效應。
6、去除塊效應的視頻圖象信號直接至圖像顯示部。
步驟5中象素P(I，j)的去塊效應補償量ΔP(i，j)由兩部分相加而成ΔP(i，j)＝ΔPv(i，j)+ΔPh(i，j)其中ΔPv(i，j)是垂直邊界去塊效應補償量，其數值由下列三個因素決定1)離象素P(i，j)最近的垂直子塊邊界上相鄰象素的差值；2)象素P(i，j)所在的子塊的量化因子；3)象素P(i，j)與離其最近的垂直子塊邊界的距離。
其中ΔPh(i，j)是水平邊界去塊效應補償量，其數值由下列三個因素決定1)離象素P(i，j)最近的水平子塊邊界上相鄰象素的差；2)象素P(i，j)所在的子塊的量化因子；3)象素P(i，j)與離其最近的水平子塊邊界的距離。
圖4中去塊效應補償量決定器決定了該象素P(i，j)的去塊效應補償量ΔP(i，j)之后，去塊效應補償運算器進行下列加法運算求得去塊效應后的象素值P’(i，j)P’(i，j)＝P(i，j)+ΔP(i，j)＝P(i，j)+ΔPv(i，j)+ΔPh(i，j)。
參見圖5，圖5為本發明中子塊的原理圖，其中以象素P(12，11)(圖中有斜線的象素)為例其垂直邊界去塊效應補償量ΔPv(12，11)的數值由下列三個因素決定1)離P(12，11)最近的垂直子塊邊界上相鄰兩象素P(12，8)和P(12，9)的差值；2)子塊46的量化因子；3)象素P(12，11)與離其最近的垂直子塊邊界的距離，也就是3。
而象素P(12，11)的水平邊界去塊效應補償量ΔPh(12，11)的數值由下列三個因素決定1)離P(12，11)最近的水平子塊邊界上相鄰兩象素P(8，11)和P(9，11)的差值；2)子塊46的量化因子；3)象素P(12，11)與離其最近的水平子塊邊界的距離，也就是4。
去塊效應補償量決定器決定了P(12，11)的去塊效應補償量ΔP(12，11)之后，去塊效應補償運算器進行下列加法運算求得去塊效應后的象素值P’(12，11)P’(12，11)＝P(12，11)+ΔP(12，11)＝P(12，11)+ΔPv(12，11)+ΔPh(12，11)。
參見圖6，圖6是圖4中所述的去塊效應補償量決定器的組成原理圖，去塊效應補償量決定器由下列部分組成1、垂直子塊邊界相鄰象素讀取器2、垂直子塊邊界相鄰象素差計算器3、垂直象素差與量化因子比較器4、垂直子塊邊界相鄰象素差存儲器5、垂直邊界去塊效應補償量決定器
6、水平子塊邊界相鄰象素讀取器7、水平子塊邊界相鄰象素差計算器8、水平象素差與量化因子比較器9、水平子塊邊界相鄰象素差存儲器10、水平邊界去塊效應補償量決定器11、當前顯示象素位置(i，j)讀取器去塊效應補償量決定器的典型工作流程為垂直子塊邊界相鄰象素讀取器讀取當前顯示象素P(i，j)右邊最近的垂直子塊邊界上的兩相鄰象素的數值，例如，當前顯示象素P(i，j)為圖5中的象素A＝P(12，5)時，這兩相鄰象素為D＝P(12，8)和E＝P(12，9)；垂直子塊邊界相鄰象素差計算器計算兩相鄰象素數值的差(設為dv)，例如，計算dv＝D-E；垂直象素差與量化因子比較器把計算得到的象素差與量化因子(設為Q)進行比較，把此差值限制在一定范圍內if(dv＜-Q)dv＝-Qelse if(dv＞Q)dv＝Q；把此差值dv存入垂直子塊邊界相鄰象素差存儲器。這是因為dv將被多次用到。例如，dv＝D-E不但會在計算象素A＝P(12，5)的垂直邊界去塊效應補償量時被用到，而且將在計算象素B、C、D、E、F、G和H的垂直邊界去塊效應補償量時被多次用到。把dv存儲起來后，在計算象素B、C、D、E、F、G和H的垂直邊界去塊效應補償量時，就不需要重復前面的3個步驟來計算dv了；當前顯示象素位置讀取器讀取當前顯示象素的位置(i，j)；垂直邊界去塊效應補償量決定器根據當前顯示象素的位置(i，j)與離其最近的垂直子塊邊界的距離(可能的距離值為-4、-3、-2、-1、1、2、3或4)和dv的值來決定當前顯示象素P(i，j)的垂直邊界去塊效應補償量ΔPv(i，j)(補償量的可能值為-dv/8、-dv/4、-3*dv/8、-dv/2、3*dv/8、dv/4、dv/8或0)，例如，象素A、B、C、D、E、F、G和H的垂直邊界去塊效應補償量分別為-dv/8、-dv/4、-3*dv/8、-dv/2、3*dv/8、dv/4、dv/8和0；
水平子塊邊界相鄰象素讀取器讀取當前顯示象素P(i，j)下面最近的水平子塊邊界上的兩相鄰象素的數值，例如，當前顯示象素P(i，j)為前圖5中的象素I＝P(5，11)時，這兩相鄰象素為L＝P(8，11)和M＝P(9，11)；水平子塊邊界相鄰象素差計算器計算兩相鄰象素數值的差(設為dh)，例如，計算dh＝L-M；水平象素差與量化因子比較器把計算得到的象素差與量化因子Q進行比較，把此差值限制在一定范圍內if(dh＜-Q)dh＝-Qelse if(dh＞Q)dh＝Q；把此差值dh存入水平子塊邊界相鄰象素差行存儲器。這是因為dh將被多次用到。例如，dh＝L-M不但會在計算象素I＝P(5，11)的水平邊界去塊效應補償量時被用到，而且將在計算象素J、K、L、M、M、O和G的水平邊界去塊效應補償量時被多次用到。把dh存儲起來后，在計算象素J、K、L、M、M、O和G的水平邊界去塊效應補償量時，就不需要重復前面的3個步驟來計算dh了。因為圖象顯示是逐行進行的，在圖象象素I被送往圖象顯示器顯示之后，要經過一整行的時間，才是顯示圖象象素J的時候，所以一整行的水平子塊邊界相鄰象素差都必須被存儲起來，以備后用，故稱之為“行存儲器”；水平邊界去塊效應補償量決定器根據當前顯示象素的位置(i，j)與離其最近的水平子塊邊界的距離(可能的距離值為-4、-3、-2、-1、1、2、3或4)和dh的值來決定當前顯示象素P(i，j)的水平邊界去塊效應補償量ΔPh(i，j)(補償量的可能值為-dh/8、-dh/4、-3*dh/8、-dh/2、3*dh/8、dh/4、dh/8或0)，例如，象素I、J、K、L、M、M、O和G的水平邊界去塊效應補償量分別為-dh/8、-dh/4、-3*dh/8、-dh/2、3*dh/8、dh/4、dh/8和0。
對一幀圖象的最上面4行、最下面4行、最左邊4列和最右邊4列的象素不進行任何去塊效應補償，也就是ΔPh(i，j)＝ΔPv(i，j)＝0，因此P’(i，j)＝P(i，j)，以352×288象素的圖象為例，對第1、2、3、4、285、286、287和288行以及第1、2、3、4、349、350、351和352列的象素不進行去塊效應補償。
參見圖7，圖7是圖4中所述的去塊效應運算器的工作流程原理圖，去塊效應補償運算器由下列部分組成1、當前顯示象素P(i，j)讀取器；2、去塊效應補償加法器。
去塊效應補償運算器的典型工作流程為當前顯示象素讀取器從當前幀(第N幀)復原圖象存儲器中讀取當前顯示象素P(i，j)；去塊效應補償加法器把來自當前顯示象素讀取器的象素P(i，j)和來自去塊效應補償量決定器的垂直邊界去塊效應補償量ΔPv(i，j)及水平邊界去塊效應補償量ΔPh(i，j)相加起來得到去塊效應后的象素值P’(i，j)P’(i，j)＝P(i，j)+ΔPv(i，j)+ΔPh(i，j)；然后把去塊效應后的象素值P’(i，j)送往圖象顯示器顯示。
當然，本技術領域中的普通技術人員應當認識到，以上的實施例僅是用來說明本發明，而并非用作為對本發明的限定，只要在本發明的實質精神范圍內，對以上所述實施例的變化、變型都將落在本發明權利要求書的范圍內。
權利要求
1.一種無附加幀存儲器基于塊邊界的差和量化因子的去塊效應法，是一種對圖象信號壓縮碼流進行解碼的方法，所述的解碼的步驟為(1)對碼流進行可變長度解碼VLD得到量化的離散余弦變換系數和量化因子；(2)離散余弦變換系數的逆量化IQ產生出離散余弦變換系數；(3)逆離散余弦變換IDCT產生出象素或象素差；(4)運動補償MC如果上述步驟3產生出象素，則直接把象素值儲存到當前幀(第N幀)復原圖象存儲器，如果上述步驟3產生出象素差，則把象素差加到前一幀(第N-1幀)復原圖象存儲器中的某個象素上得到象素值并把此象素值儲存到當前幀(第N幀)復原圖象存儲器；(5)用去塊效應的裝置對當前幀(第N幀)復原圖象存儲器中的復原圖象進行去塊效應處理，其特征在于所述的步驟(5)中去塊效應處理的方法包括用去塊效應補償量決定器和去塊效應補償運算器根據所述的解碼后復原圖象的相鄰子塊(8×8象素為一塊子塊)的邊界象素的差值和量化因子來決定是否要對某子塊中的象素P(I，j)進行去塊效應的補償處理以及各個象素的補償量ΔP(i，j)，從而去除當前幀(第N幀)復原圖象存儲器中視頻圖象信號因高壓縮比編解碼中產生的塊效應；去除塊效應的視頻圖象信號直接至圖像顯示部。
2.如權利要求1所述的一種無附加幀存儲器基于塊邊界的差和量化因子的去塊效應法，其特征在于所述的去塊效應處理方法中的象素P(I，j)的去塊效應補償量ΔP(i，j)由兩部分相加而成ΔP(i，j)＝ΔPv(i，j)+ΔPh(i，j)。
3.如權利要求2所述的一種無附加幀存儲器基于塊邊界的差和量化因子的去塊效應法，其特征在于所述的去塊效應補償量ΔP(i，j)中的ΔPv(i，j)是垂直邊界去塊效應補償量，其數值由下列三個因素決定(1)離象素P(i，j)最近的垂直子塊邊界上相鄰象素的差值；(2)象素P(i，j)所在的子塊的量化因子；(3)象素P(i，j)與離其最近的垂直子塊邊界的距離。
4.如權利要求2所述的一種無附加幀存儲器基于塊邊界的差和量化因子的去塊效應法，其特征在于所述的去塊效應補償量ΔP(i，j)中的ΔPh(i，j)是水平邊界去塊效應補償量，其數值由下列三個因素決定(1)離象素P(i，j)最近的水平子塊邊界上相鄰象素的差；(2)象素P(i，j)所在的子塊的量化因子；(3)象素P(i，j)與離其最近的水平子塊邊界的距離。
5.如權利要求1、2所述的一種無附加幀存儲器基于塊邊界的差和量化因子的去塊效應法，其特征在于所述的去塊效應處理方法中的去塊效應補償量決定器的工作流程為垂直子塊邊界相鄰象素讀取器讀取當前顯示象素P(i，j)右邊最近的垂直子塊邊界上的兩相鄰象素的數值；垂直子塊邊界相鄰象素差計算器計算兩相鄰象素數值的差(設為dv)；垂直象素差與量化因子比較器把計算得到的象素差與量化因子(設為Q)進行比較，把此差值限制在一定范圍內if(dv＜-Q)dv＝-Qelse if(dv＞Q)dv＝Q；把此差值dv存入垂直子塊邊界相鄰象素差存儲器(這是因為dv將被多次用到)；當前顯示象素位置讀取器讀取當前顯示象素的位置(i，j)；垂直邊界去塊效應補償量決定器根據當前顯示象素的位置(i，j)與離其最近的垂直子塊邊界的距離(可能的距離值為-4、-3、-2、-1、1、2、3或4)和dv的值來決定當前顯示象素P(i，j)的垂直邊界去塊效應補償量ΔPv(i，j)(補償量的可能值為-dv/8、-dv/4、-3*dv/8、-dv/2、3*dv/8、dv/4、dv/8或0)；水平子塊邊界相鄰象素讀取器讀取當前顯示象素P(i，j)下面最近的水平子塊邊界上的兩相鄰象素的數值；水平子塊邊界相鄰象素差計算器計算兩相鄰象素數值的差(設為dh)；水平象素差與量化因子比較器把計算得到的象素差與量化因子Q進行比較，把此差值限制在一定范圍內if(dh＜-Q)dh＝-Qelse if(dh＞Q)dh＝Q；把此差值dh存入水平子塊邊界相鄰象素差行存儲器(這是因為dh將被多次用到)；水平邊界去塊效應補償量決定器根據當前顯示象素的位置(i，j)與離其最近的水平子塊邊界的距離(可能的距離值為-4、-3、-2、-1、1、2、3或4)和dh的值來決定當前顯示象素P(i，j)的水平邊界去塊效應補償量ΔPh(i，j)(補償量的可能值為-dh/8、-dh/4、-3*dh/8、-dh/2、3*dh/8、dh/4、dh/8或0)。
6.如權利要求1、2所述的一種無附加幀存儲器基于塊邊界的差和量化因子的去塊效應法，其特征在于所述的去塊效應處理方法中的去塊效應運算器的工作流程為當前顯示象素讀取器從當前幀(第N幀)復原圖象存儲器中讀取當前顯示象素P(i，j)；去塊效應補償加法器把來自當前顯示象素讀取器的象素P(i，j)和來自去塊效應補償量決定器的垂直邊界去塊效應補償量ΔPv(i，j)及水平邊界去塊效應補償量ΔPh(i，j)相加起來得到去塊效應后的象素值P’(i，j)P’(i，j)＝P(i，j)+ΔPv(i，j)+ΔPh(i，j)；然后把去塊效應后的象素值P’(i，j)直接送往圖象顯示器顯示。
全文摘要
一種無附加幀存儲器基于塊邊界的差和量化因子的去塊效應法，是一種對圖象信號壓縮碼流進行解碼的方法，用去塊效應的裝置對當前幀復原圖象存儲器中的復原圖象進行去塊效應處理。去塊效應處理是用去塊效應補償量決定器和去塊效應補償運算器根據所述的解碼后復原圖象的相鄰子塊的邊界象素的差值和量化因子來決定是否要對某子塊中的象素進行去塊效應的補償處理以及各個象素的補償程度，從而去除當前幀復原圖象存儲器中視頻圖象信號因高壓縮比編解碼中產生的塊效應。本發明提出一種適用于在集成電路芯片上實現，特別是集成到一個片上系統中的去除塊效應的方法和裝置，不需要附加的幀存儲器，去除塊效應的視頻圖象信號直接送至圖像顯示部。
文檔編號H04N5/93GK1398115SQ0213614
公開日2003年2月19日 申請日期2002年7月22日 優先權日2002年7月22日
發明者林濤, 林爭輝 申請人:上海芯華微電子有限公司