[发明专利]对视频信号进行运动自调谐时空滤波的方法和装置

说明书

本发明涉及用于视频信号的时间滤波的方法与装置；更具体地，涉及用于图象编码装置中的、能够达到瞬时带宽限制而不会导致时间重叠效应从而能获得改善的画面质量的一种运动自调谐时空滤波器(MASTF)。

在诸如电视电话、电话会议及高清晰度电视系统等数字电视系统中，已经采用了利用各种数据压缩技术来减少定义各帧视频信号的大量数据的图象编码装置，这些数据压缩技术中诸如使用离散余弦变换的变换编码，以及用于减少两个相继的帧之间的时间关系的运动补偿编码。

为了有效地进行数据压缩处理，本技术中可资利用的大多数实用图象编码装置都采用各种滤波器作为滤波与帧速降低的前端处理的一部分。这些滤波器起消除或减轻时间噪声的作用并执行带宽限制，从而改善画面质蛳与编码效率。

这种已有技术的装置之一公开在Eric Dubois等人的论文“采用运动补偿的时间滤波的图象序列中的噪声减少”中，IEEE通信学报，COM-32，第7号(1984处7月)，它利用一种非线性递归时间滤波器来减少可能在初始信号生成与输送操作中产生的噪声成分。这一时间滤波器采用运动补偿技术来执行时域中沿运动轨迹的滤波，以减弱运动区域中的噪声成分而不改变图象的细部。

另一种已有技术的装置在Wen-HsiungChen等人的论文“图象编码的递归时间滤波与帧速降低”中描述，IEEE通信选择领域期刊，SAC-5(1987年8月)，它也采用一个递归时间滤波器来执行递归滤波与帧速降低。当将这一滤波器应用在时域中时，能够消除帧间输入噪声并改善画面质量。

颁给K.J.klees的美国专利4,694,342号提出了利用一个空间滤波器的装置，该滤波器既能递归地工作又能非递归地工作而消除视频图象中的噪声，同时基本上保持其细部。这一滤波器包括一个查找表，用于存储预定义的及滤波后的输出象素值以及预定义的反馈象素值，其中一个进入图象的某些部分是经过非递归滤波以基本上保持其图象细部的，而同一图象的某些其它部分则是经过递归滤波以消除其噪声的。

虽然上述与其它已有技术的装置能通过采用沿运动轨迹执行的低通滤波技术而减弱运动区域中的噪声而不改变图象细部，但这些方法倾向于在出现相对地快速的运动的区域中引入人为的现象。从而，这些装置不具备足以应付时间频带限制或时间重叠导致的可见人为现象的能力。

如果在重复频谱中包括重叠部分，则会在图象中出现可见的人为现象。尤其是，由空间高频成分构成的运动区域有可能歪曲心理视觉效果：这便是在移动区域上感觉到的速度可能与实际速度不同。因此，为了达到有效的时间频带限制，便希望有一种不受重叠效应影响的时间滤波器。

因此，本发明的一个主要目的为提供一种运动自调谐时空滤波方法，该方法能够有效地执行视频信号的时间频带限制而不会遭受时间重叠，从而改善画面质量。

根据本发明，提供了一种用一预定的时间截止频率来滤波视频信号以使其时间频带得到限制的方法和装置，其中该视频信号包含多个帧，每一帧具有大量象素，用于获得视频信号中的一目标帧中的一目标象素的滤波结果的方法包括下述步骤：

估算多个运动矢量，每一个运动矢量表示视频信号的各帧中目标象素位置上的运动；

在目标象素的轨迹上确定作为一滤波输入函数的多组象素值，其中各组是通过使用一个对应的帧的运动矢量在该帧中目标象素轨迹上确定的；和

用一种根据时空截止频率fc确定的滤波器脉冲响应执行滤波输入函数的对合，从而得到具有预定的时间带宽并且没有时间重叠的一经过滤波器的视频信号，该时空截止频率fc为： f c = f t c L ]]>

其中f_t^c为时间截止频率；而L则是与视频信号中的运动物体的速度相关的一个预定的正整数。

从下面结合附图所作的较佳实施例的描述中，本发明的上述与其它目的与特性将是清楚明白的，其中：

图1A、1B与1C为一运动物体速率函数的基带频谱分布图；

图2为描述给使用一固定时间截止频率在时域中的传统低通滤波结果的图；

图3为用于例示时空域中的一个滤波输入函数的图；