[发明专利]对视频编码进行空间自适应滤波的方法和装置

说明书

本发明涉及视频编码，具体涉及使用空间自适应预处理滤波器，用于视频编码。

诸如H.261、MPEG1和MPEG2之类的现行标准，采用块移动补偿的离散余弦变换(DCT)方法，提供数字视频序列的压缩。这种视频编码技术采用二步的处理来消除视频序列中存在的冗余度。第一步，首先，采用块匹配(BM)运动估值和补偿算法来估算出发生在两个时间上相邻帧之间的运动。而后，对所估算的运动进行补偿和比较，以形成差值图像。通过提取两个时间上相邻帧之间的差值，消除所有存在的时间冗余度。余下来的信息是未曾在运动估值和补偿算法中补偿的新信息。这种差值图像称作“位移帧差值”(DFD)。

第二步，采用DCT将DFD图像变换到频率域。DCT具有将DFD图像的能量压缩到几个低频分量上的特性。通过限制编码的高频信息的数量可得到视频序列的进一步压缩。

如果在视频序列中出现噪声，则DFD图像也含有这种噪声的差值。由于噪声在时间方向上是不相关的，故出现在DFD图像中的噪声能量实际上是出现在任一单帧图像上噪声能量的二倍。在应用DCT之后，出现在DFD中的噪声导致出现在高频分量中的能量增加。与噪声不存在的情况相比较，上述结果的净效应是迫使压缩技术使用大量比特，以在译码的视频信号中保持有限的特定失真。换句话说，编码之前出现在视频序列中的噪声会导致极大降低任何压缩技术的压缩效率。

从视频序列中消除噪声的现行方法是不够完备的，原因有两个。第一个原因是，这些方法力图从视频序列的亮度帧中消除噪声。一般说来，这类方法将在视频序列中引入伪痕，而后转移给DFD信号，并由视频编码器解释为必须编码的新信息。换句话说，这些方法也会降低视频编码器的压缩效率。现行方法不完备的第二个原因在于，它们趋向于仅工作在时间方向上。也就是说，它们沿各帧间的单一时间方向进行滤波。如果采用平均，则会使视频序列中运动的各部分模糊。使运动物体模糊后，视频序列一般地更容易编码。然而，对观看者而言，它看起来会显著降级。为此，现行的消除噪声的方法不能够在不显著地降级译码视频序列的条件下减少必须由视频编码器编码的信息数量。

图1示出按照本发明的一种用以对视频编码进行空间自适应滤波的装置的优选实施例的方框图。

图2示出按照本发明的一种用以对视频编码进行空间自适应滤波方法的优选实施例步骤的流程图。

下文所述的方法和装置在视频序列编码过程之前先对视频序列滤波。具体地讲，所述的方法和装置应用空间为适应滤波器从位移帧差值(DFD)信号中直接消除噪声。这种新颖方法从DFD信号中消除噪声和各种高频分量时不引入现行技术的滤波伪痕特性。通过减少各种高频分量，本发明在不明显降级译码视频序列的条件下，能够减少须由视频编码器编码的信息数量。

为了描述本发明的方法和装置，作出一些有关输入视频序列的假定。具体地讲，假定视频源是一种数字格式，在处理之前已知每行的像素数、每帧的行数和每秒的帧数。每个像素既有亮度分量又有色度分量，各应用8比特整数编码，范围从0至255。如上所述地作出这些假定仅是为了有助于本方法和装置的描述，不应视为在这些假定不成立时是对应用的限制。

图1以标号100示出按照本发明的一种用以对视频编码进行空间自适应滤波的装置的优选实施例的方框图。该装置包括：一个噪声方差确定102、一个局部方差确定器104、一个噪声清晰度(noise visibility)函数确定器106、一个高斯核确定器108和一个卷积器110。利用DFD120信号由噪声方差确定器102计算噪声方差估值σ²_n(γ)126。还利用DFD(120)信号由局部方差确定器104确定局部信号方差估值σ²_f(γ)128。根据局部信号方差σ²_f(γ)128和噪声方差σ²_n(γ)126的估值及预定图像类型参数Θ130，由噪声清晰度(noise visibility)函数确定器确定噪声清晰度(noisevisibility)参数υ(Θ)132，它控制在像素位置(γ)≡(i，j)处由空间自适应处理滤波器提供的滤波数量。具体地讲，噪声可见度参数υ(Θ)132由高斯核确定器110确定高斯滤波核，它将根据局部SNR提供适当数量的局部滤波。

该装置可以由计算机软件、数字信号处理器、门阵列或专用集成电路来具体实现。