[发明专利]通过平滑块伪影改进压缩视频信号的质量的系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及数字视频信号，更具体地涉及通过将视频信号分离成去块(Deblock)区和细节区(Detail region)、以及通过平滑去块区，来提高压缩数字视频信号的质量的系统和方法。

背景技术

众所周知的是，与表示文本信息或声频信号的所需要的数字数据的量相比，视频信号由大量的数字数据所表示。因此当数字视频信号以高比特率传输时，尤其是当这些比特率必须对应于视频显示装置所需要的实时数字视频信号时，数字视频信号占据相当大的带宽。

尤其是，在例如为电缆或者光纤的通信信道上同时传输和接收大量的不同的视频信号常常是通过以在不同的通信信道中共享可用带宽的方式频分复用或者时分复用这些视频信号来实现。

数字化的视频数据通常在根据国际认同的格式标准(例如MPEG2、MPEG4、H264)的格式化的媒体文件中嵌入音频和其它数据。这些文件通常在互联网上分布和多路传输，并且分别存储在计算机的数字存储器、移动电话、数码摄像机中以及存储在光碟(CD)和数字化视频光盘(DVD)上。许多这些装置被物理上的难以察觉地结合到单个装置中。

在创建格式化的媒体文件的过程中，对文件数据进行各种级别和类型的数字压缩以降低它们再现所需要的数字数据的量，由此减少所需要的记忆存储量以及减少当与许多其它视频文件多路复用时的准确可靠的同时传输所需要的带宽。

互联网提供一个特别复杂的传输视频数据的例子，其中当终端用户从中央服务器下载视频文件的传输过程中，视频文件以许多不同的方式沿着许多不通的信道(即路径)多路传输。然而，在几乎所有的情况下，对于给定的原始数据视频源和给定的终端用户的接受和显示视频的质量，期望使获得的视频文件被压缩至最小可能的尺寸。

格式化的视频文件可以表示完全数字化的影片。影片文件可以“按需”下载以用于立即显示和实时观看，或者用于存储在终端用户的例如为数码摄像机的记录装置中，用于将来实时观看。

这些视频文件的视频部分的压缩不仅由于传输的目的而节约了带宽，还减少了存储这些影片文件所需要的总存储量。

在上述通信信道的接收终端，典型的是使用单用户计算和存储装置。这些单用户装置的目前不同的例子为个人计算机和数字机顶盒，它们中的每个或全部典型地输出连接到终端用户的视频显示装置(例如TV)，直接或间接输入连接到有线铜分布电缆线(即有线电视)。典型地，该电缆同时传输数百个实时多路传输的数字视频信号，并且常常输入连接到一个光纤电缆，该光纤电缆从视频节目的本地分发服务器传输来自地面站的视频信号。终端用户的卫星天线也用来接受广播视频信号。不论终端用户使用的是通过地球线缆还是卫星所传输的视频信号，终端用户数字机顶盒或者等同设备通常被用来接收数字视频信号，以及选择要观看的特定的视频信号(即所谓TV频道或者TV节目)。这些传输的数字视频信号常常为压缩数字格式，并且因此必须在由终端用户接收后进行实时解压缩。

大多数的视频压缩方法通过仅保留原始未压缩的视频信号的数字近似值而减少了数字视频数据的量。

因此，在压缩之前的原始视频信号与被压缩的视频信号之间存在着较大差异。该差异被定义为视频失真。对于给定的视频压缩方法，由于通过为这些方法选择不同参数而降低被压缩的视频数据的数据量，视频失真的程度几乎总是变大。即，视频失真随着压缩程度的增加而趋于增加。

随着视频压缩程度的增加，视频失真最终对于人类视觉系统(HVS)变得可视的，并且最终该失真在选择的显示装置上对于实时视频的通常观众而言变得明显的令人不愉快。被观察到的该视频失真为所谓的伪影。视频伪影是HVS所解读出的不属于原始未压缩的视频场景中的观察到的视频内容。

已有用于在压缩过程中或者在压缩之后从压缩视频中显著减少明显的令人不愉快的伪影的方法。这些方法中的大多数仅适用于使用基于块的二维(2D)离散余弦转换(DCT)或其近似法的压缩方法。下文中，我们称这些方法为基于DCT的。在这种情况下，迄今为止的最明显的令人不愉快的伪影是在显示的视频场景中出现的伪影块。

已有通常通过查找块或者通过需要块在视频的每个帧的位置的先验知识而减轻伪影块的方法。

对于视频数据已经预先被压缩和解压缩可能超过一次、或者视频数据已经预先被调整了大小、转换了格式或者再混了颜色的广泛发生的情况下，减轻视觉上令人不愉快的伪影的出现的问题尤其困难。例如，视频数据可能已经从NTSC重新被格式化为PAL格式，或者从RGB格式转换为YCrCb格式。在这些情况下，几乎肯定不知道伪影块的位置的先验知识，因此基于该知识的方法不起作用。