CN105874802A - 处理视频信号以便减小块赝像的可见性的方法和装置 - Google Patents

处理视频信号以便减小块赝像的可见性的方法和装置 Download PDF

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CN105874802A CN201480071577.XA CN201480071577A CN105874802A CN 105874802 A CN105874802 A CN 105874802A CN 201480071577 A CN201480071577 A CN 201480071577A CN 105874802 A CN105874802 A CN 105874802A
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Abstract

本文公开了一种处理视频信号的方法，包括：接收包括原始帧的视频信号；生成被用来得到原始帧的相对位置的随机移位信息；使用所生成的随机移位信息，在扩展帧内复制原始帧；以及对扩展帧和随机移位信息进行编码，其中包括在视频信号中的帧的边界基于随机移位信息针对每个帧而变化。

Description

处理视频信号以便减小块赝像的可见性的方法和装置
技术领域
本发明涉及处理视频信号的方法和装置，并且更具体地，涉及一种用于减小块赝像的可见性的技术。
背景技术
视频压缩是要求计算但是需要在便宜的消费设备内支持的应用。因此，为了维持可管理水平的计算复杂性，用于视频编译的一些步骤独立地对在相对较小的方块内分组的一组像素进行操作。这样的方法已被用在现有编解码器中并且继续被使用。
然而，这样的编译是不利的原因在于当在邻近块中执行重建时生成不连续，即，所谓的块赝像(blocking artifact)。这样的赝像往往被眼睛看到，从而显著地降低重建视频的主观图片质量。
可以通过去块滤波器来减小赝像的可见性，但是往往需要更多带宽生成可以不被完全地去除的新赝像。例如，过度滤波减小分辨率并且消除细节。此外，这样的新赝像仍然在视觉上可见，从而降低重建质量。
发明内容
技术问题
存在问题的原因在于因为当在邻近块中执行重建时生成块赝像，所以重建视频的主观图片质量显著地降低。
存在问题的原因在于当执行去块滤波时生成新赝像。
存在问题的原因在于过度滤波减小分辨率并且消除图像的细节。
问题的解决方案
本发明的实施例提供减小块赝像的可见性的方法。
此外，本发明的实施例提供使用随机移位信息来扩展帧的方法。
此外，本发明的实施例提出使用随机移位信息来从扩展帧获得目标帧的方法。
此外，本发明的实施例提供对随机移位信息进行编译并发送的方法。
此外，本发明的实施例提供改进视频信号的主观图片质量的方法。
有益效果
依照本发明，能够通过使用随机移位信息扩展帧并且从扩展帧获得目标帧来减小块赝像的可见性。此外，能够通过减小块赝像的可见性来改进视频信号的主观图片质量。
此外，能够通过使块赝像出现在从扩展帧获得的目标帧的不同位置处来减小块赝像的可见性。
此外，依照本发明，能够使用简单的方法和非常低的成本来改进视频信号的图片质量，并且能够以低比特率获得更多改进的图片质量。
附图说明
图1和图2图示依照本发明被应用于的实施例的分别包括编码器和解码器的视频信号处理装置的示意框图；
图3图示依照本发明被应用于的实施例的具有固定块边界的扩展帧的块结构；
图4图示依照本发明被应用于的实施例的具有通过随机移位信息改变的块边界的扩展帧的块结构；
图5图示依照本发明被应用于的实施例的用于基于随机移位信息的不同片段来执行扩展帧之间的比较的块结构；
图6图示依照本发明被应用于的实施例的用于基于随机移位信息的不同片段来执行扩展帧的垂直块边界之间的比较的块结构；
图7图示依照本发明被应用于的实施例的用于基于随机移位信息的不同片段来执行扩展帧的水平块边界之间的比较的块结构；
图8是图示依照本发明被应用于的实施例的使用随机移位信息对视频信号进行处理的过程的流程图；
图9图示用于将使用现有方法编译的图像(a)与本发明的实施例已被应用于的图像(b)进行比较的测试图像；以及
图10至图13是依照本发明被应用于的实施例的用于使用随机移位信息基于扩展帧来对视频信号进行处理的编码器和解码器的示意框图。
具体实施方式
依照本发明的一个方面，提供了对视频信号进行处理的方法，所述方法包括：接收包括原始帧的视频信号；生成被用来得到原始帧的相对位置的随机移位信息；使用所生成的随机移位信息，在扩展帧内复制原始帧；以及对扩展帧和随机移位信息进行编码。包括在视频信号中的帧的边界基于随机移位信息针对每个帧而变化。
针对每个帧，水平地和/或垂直地生成随机移位信息。
扩展帧在原始帧的每个维度上被扩展了一个块大小或更多。
随机移位信息被***在条带头(slice header)中。
依照本发明的另一方面，提供了对视频信号进行处理的方法，所述方法包括：接收包括扩展帧和随机移位信息的视频信号；对随机移位信息和包括目标帧的扩展帧进行解码；以及输出扩展帧和随机移位信息。目标帧指示具有原始帧大小的基于随机移位信息从扩展帧裁切的帧。
随机移位信息被用来水平地和/或垂直地得到目标帧的位置。
扩展帧已在目标帧的每个维度上被扩展了一个块大小或更多。
从视频信号的条带头提取随机移位信息。
依照本发明的又一个方面，提供了用于对视频信号进行处理的装置，所述装置包括：帧扩展单元，所述帧扩展单元被配置成接收包括原始帧的视频信号，生成被用来得到原始帧的相对位置的随机移位信息，并且使用所生成的随机移位信息来在扩展帧内复制原始帧；以及编码器，所述编码器被配置成对扩展帧和随机移位信息进行编码。包括在视频信号中的帧的边界基于随机移位信息针对每个帧而变化。
针对每个帧，水平地和/或垂直地生成随机移位信息。
扩展帧在原始帧的每个维度上被扩展了一个块大小或更多。
随机移位信息被***在条带头中。
在本发明的再一个方面，提供了用于对视频信号进行解码的解码器，其中，所述解码器被配置成接收包括扩展帧和随机移位信息的视频信号，对随机移位信息和包括目标帧的扩展帧进行解码，并且输出扩展帧和随机移位信息。目标帧指示具有原始帧大小的基于随机移位信息从扩展帧裁切的帧。
随机移位信息被用来水平地和/或垂直地得到目标帧的位置。
扩展帧已在目标帧的每个维度上被扩展了一个块大小或更多。
从视频信号的条带头提取随机移位信息。
用于本发明的模式
在下文中，参考附图描述依照本发明的实施例的示例性元件和操作。然而应当注意，参考附图所描述的本发明的元件和操作仅作为实施例被提供并且本发明的技术精神以及核心配置和操作不限于此。
此外，本说明书中使用的术语是现在广泛使用的常见术语，但是在特殊情况下，使用由本申请人随机选择的术语。在这种情况下，在对应部分的详细描述中清楚地描述对应术语的含义。因此，应当注意，本发明不应该被解释为仅基于本说明书的对应描述中所使用的术语的名称，并且本发明应该通过甚至检查对应术语的含义来解释。
此外，本说明书中使用的术语是被选择来描述本发明的常见术语，但是在存在具有类似含义的这样的术语的情况下，可以为了更恰当的分析用其他术语代替。例如，可以在每个编译过程中适当地替换并解释信号、数据、样本、图片、帧和块。
在去除块赝像时的基本问题是在块赝像被去除之后生成的赝像被容易地识别，因为它相对于包括运动对象的图像保持静止。因此，本发明的实施例提出能够与可忽视复杂度的增加一道去除保持静止的赝像的技术，特别是，使赝像在较高帧速率下不可见的技术。
此外，新视频内容要求根据较高分辨率增加视频帧速率。一些新电影是按48帧/秒产生的，并且TV的一些片段是按60帧/秒记录的。具有这样的帧速率的内容正达到人类视力的可见性响应极限。为了查看具有较高图片质量的这样的内容图像，本发明提出各种实施例。
图1和图2图示依照本发明被应用于的实施例的分别包括编码器和解码器的视频信号处理装置的示意框图。
参考图1，本发明的实施例被应用于的视频信号处理装置可以包括帧扩展单元101和编码器100。
帧扩展单元101可以接收包括原始帧的视频信号。帧扩展单元101可以通过扩展原始帧来生成扩展帧。在这种情况下，可以使用用于扩展原始帧的移位信息。
移位信息可以意指被用来获得目标帧的相对位置并且可以包括水平移位信息和垂直移位信息。此外，可以针对每个帧随机地生成移位信息，其在下文中被称作随机移位信息。
目标帧可以意指要由视频信号处理装置最终输出的帧。可替换地，目标帧可以意指从扩展帧裁切的帧。
编码器100可以从帧扩展单元101接收扩展帧和移位信息。此外，编码器100可以对所接收到的扩展帧和移位信息进行编码并且输出经编码的扩展帧和移位信息。
参考图2，本发明的实施例被应用于的视频信号处理装置可以包括解码器200和帧处理单元201。
解码器200可以接收包括扩展帧和移位信息的比特流。解码器200可以对扩展帧和移位信息进行解码并且将经解码的扩展帧和移位信息发送到帧处理单元201。
帧处理单元201可以使用移位信息从扩展帧获得目标帧。可以通过凭移位信息裁切扩展帧来获得目标帧。
可以基于移位信息的每个片段来获得每个目标帧。因此，每个目标帧可以具有不同的块边界。
能够通过连续地输出如上面所描述的具有不同的块边界的帧来减小块赝像的可见性。
图3图示依照本发明被应用于的实施例的具有固定块边界的扩展帧的块结构。
参考图3，白色区域表示原始帧，并且暗区域表示帧扩展区域。在图3中，扩展帧可以像原始帧的块边界一样具有固定块边界。也就是说，扩展帧的块边界与原始帧的块边界相同。
因此，尽管基于扩展帧执行编译，但是因为扩展帧具有固定块边界，所以块赝像的可见性可以不减小。为了改进这样的问题，需要使用在每个帧中具有不同的块边界的扩展帧。
图4图示依照本发明被应用于的实施例的具有通过随机移位信息改变的块边界的扩展帧的块结构。
参考图4，白色区域表示原始帧，并且暗区域表示帧扩展区域。本发明的实施例被应用于的扩展帧可以在每个维度上扩展至少一个或多个的块大小。例如，可以凭已被水平地和/或垂直地随机确定的移位信息来扩展扩展帧。也就是说，当原始帧被复制到帧缓冲器时，可以在每个帧中使用单独的随机移位信息。
参考图4，扩展帧已从原始帧垂直地扩展了Sv并且水平地扩展了Sh。因此，原始帧具有凭移位信息移位的块边界。
如果基于这样的原理凭单独的随机移位信息扩展每个帧，则该帧具有不同的块边界。结果，如果帧被恢复，则能够减小块赝像的可见性，因为不同的块边界在同一位置处输出。
下面参考图5至图7描述在相应帧中使用随机移位信息的不同片段而具有垂直地且水平地不同的块边界的目标帧彼此进行比较的实施例。
图5图示依照本发明被应用于的实施例的用于基于随机移位信息的不同片段来执行扩展帧之间的比较的块结构。
参考图5，白色区域表示原始帧，并且暗区域表示帧扩展区域。参考图5描述移位信息的不同片段已被应用于第N个帧和第(N+1)个帧的情况。
首先，第N个扩展帧已从第N个原始帧垂直地扩展了Sv(n)并且水平地扩展了Sh(n)。在这种情况下，Sv(n)指示第N个帧的垂直移位信息，并且Sh(n)指示第N个帧的水平移位信息。
在这种情况下，第N个帧的垂直移位信息以及第N个帧的水平移位信息可以被随机确定并且可以具有相同的值或不同的值。
此外，第(N+1)个扩展帧已从第(N+1)个原始帧垂直地扩展了Sv(n+1)并且水平地扩展了Sh(n+1)。在这种情况下，Sv(n+1)指示第(N+1)个帧的垂直移位信息，并且Sh(n+1)指示第(N+1)个帧的水平移位信息。
同样地，第(N+1)个帧的垂直移位信息以及第(N+1)个帧的水平移位信息可以被随机确定并且可以具有相同的值或不同的值。
此外，第N个帧的垂直移位信息和水平移位信息以及第(N+1)个帧的垂直移位信息和水平移位信息可以根据情况具有相同的值或不同的值，因为它们被随机确定。
此外，从第N个扩展帧裁切的区域可以被定义第N个目标帧，并且从(N+1)个扩展帧裁切的区域可以被定义为第(N+1)个目标帧。
图6和图7图示依照本发明被应用于的实施例的用于基于随机移位信息的不同片段来执行扩展帧的垂直块边界与水平块边界之间的比较的块结构。
图6图示从第N个扩展帧裁切的第N个目标帧以及从第(N+1)个扩展帧裁切的第(N+1)个目标帧的块结构和垂直块边界。
从左边起的第一虚线指示第N个目标帧的垂直块边界，并且从左边起的第二虚线指示第N个目标帧的垂直块边界。
也就是说，可以看到输出的目标帧通过应用随机移位信息的不同片段而具有不同的垂直块边界。
图7图示从第N个扩展帧裁切的第N个目标帧以及从第(N+1)个扩展帧裁切的第(N+1)个目标帧的块结构和水平块边界。
从顶部起的第一虚线指示第N个目标帧的水平块边界，并且从顶部起的第二虚线指示第N个目标帧的水平块边界。
也就是说，可以看到输出的目标帧通过应用随机移位信息的不同片段而具有不同的水平块边界。
因此，能够通过连续地输出如上面所描述的具有不同的块边界的目标帧来减小块赝像的可见性。
图8是图示依照本发明被应用于的实施例的使用随机移位信息对视频信号进行处理的过程的流程图。
视频信号处理装置可以在步骤S810处接收包括原始帧的视频信号。视频信号处理装置可以扩展原始帧以便改进编译效率。在这种情况下，视频信号处理装置可以在步骤S820处生成被用来从扩展帧得到原始帧的相对位置的随机移位信息。在这种情况下，随机移位信息可以包括垂直移位信息和水平移位信息中的至少一个。此外，可以将随机移位信息包括在序列参数、图片参数、条带头以及补充增强信息(SEI)中的至少一个中。
视频信号处理装置可以在步骤S830处使用随机移位信息在扩展内复制原始帧。
视频信号处理装置可以在步骤S840处通过对扩展帧和随机移位信息进行编码来生成比特流。可以将所生成的比特流发送到另一装置。
在另一实施例中，随机移位信息可以在未被解码的情况下被从图1的帧扩展单元101直接发送到图2的解码器200或帧处理单元201。
图9图示用于将使用现有方法编译的图像(a)与本发明的实施例已被应用于的图像(b)进行比较的测试图像。
图9的(a)图示使用现有方法编译的图像，并且图9的(b)图示本发明的实施例已被应用于的图像。图9的(b)图示四个JPEG编译的图像已使用随机移位信息被移位并平均了。
根据图9的(a)与图9的(b)之间的比较，可以看到图9的(b)的图片质量好于图9的(a)的图片质量。
图10至图13是依照本发明被应用于的实施例的用于使用随机移位信息基于扩展帧来对视频信号进行处理的编码器和解码器的示意框图。
本发明可以被应用于在对视频信号进行编码或解码的过程中需要移位信息的编码器和解码器的单元。
图10是依照本发明被应用于的实施例的对视频信号执行编码的编码器的示意框图。
参考图10，编码器100包括变换单元120、量化单元125、去量化单元130、逆变换单元135、滤波单元140、解码图片缓冲器(DPB)单元150、间预测(inter-prediction)单元160、内预测(intra-prediction)单元165以及熵编码单元170。
编码器100接收视频信号并且通过将所输入的视频信号减去由间预测单元160或内预测单元165所输出的预测信号来生成残差信号。在这种情况下，视频信号包括扩展帧，并且已经从原始视频信号凭移位信息扩展了该扩展帧。
所生成的残差信号被发送到变换单元120，并且变换单元120通过对残差信号应用变换方案来生成变换系数。
量化单元125对所生成的变换系数进行量化并且将经量化的系数发送到熵编码单元170。熵编码单元170对经量化的信号执行熵编译并且输出得到的信号。
在这样的压缩过程中，可能发生块边界出现在其中的赝像，因为邻近块是通过不同的量化参数量化的。这样的现象被称作块赝像，所述块赝像是可以被人们用来评估图片质量的因素之一。
滤波单元140对重建信号应用滤波并且将经滤波的信号输出到重放设备或者将经滤波的信号发送到DPB单元150。
DPB单元150可以存储经滤波的帧以便在间预测单元160中将经滤波的帧用作参考帧。
间预测单元160参考重建图片执行时间预测和/或空间预测以便去除时间冗余和/或空间冗余。在这种情况下，用来执行预测的参考图片可以包括块赝像或振铃赝像，因为它是当参考图片先前被编译或者解码时已按照块单元量化或者去量化的信号。
内预测单元165参考与要现在编译的块相邻的样本来预测当前块。
图11图示依照本发明被应用于的实施例的被配置成对视频信号进行解码的解码器的示意框图。
图11的解码器200包括熵解码单元210、去量化单元220、逆变换单元225、滤波单元230、DPB单元240、间预测(inter-prediction)单元250以及内预测(intra-prediction)单元255。
解码器200接收由图10的编码器100输出的信号。在这种情况下，所输出的信号可以包括扩展帧，并且可以附加地包括移位信息。
所接收到的信号通过熵解码单元210经历熵解码。去量化单元220使用关于量化步长的信息从经熵解码的信号获得变换系数。逆变换单元225通过对变换系数进行逆变换来获得差分信号。重建信号是通过将所获得的差分信号加到由间预测单元250或内预测单元255所输出的预测信号来生成的。
滤波单元230对重建信号应用滤波并且将经滤波的信号输出到重放设备或DPB单元240。由DPB单元240发送的经滤波的信号可以在间预测单元250中被用作参考帧。
图12和图13图示本发明的实施例已被应用于的编码器和解码器的示意框图。
图12的编码器100包括变换单元110、量化单元120、去量化单元130、逆变换单元140、缓冲器150、预测单元160以及熵编码单元170。图13的解码器200包括熵解码单元210、去量化单元220、逆变换单元230、缓冲器240以及预测单元250。
编码器100接收视频信号并且通过将视频信号减去由预测单元160所输出的预测信号来生成预测误差。在这种情况下，视频信号包括扩展帧，并且已经从原始视频信号凭移位信息扩展了该扩展帧。
所生成的预测误差被发送到变换单元110。变换单元110通过对预测误差应用变换方案来生成变换系数。
量化单元120对所生成的变换系数进行量化并且将经量化的系数发送到熵编码单元170。
熵编码单元170对经量化的信号执行熵编译并且输出熵编译的信号。
同时，由量化单元120输出的经量化的信号可以被用来生成预测信号。例如，在编码器100的环路内的去量化单元130和逆变换单元140可以对经量化的信号执行去量化和逆变换，使得经量化的信号被重建成预测误差。可以通过将经重建的预测误差加到由预测单元160所输出的预测信号来生成重建信号。
缓冲器150存储重建信号以用于预测单元160的将来参考。预测单元160使用存储在缓冲器150中的先前重建的信号来生成预测信号。
图13的解码器200接收由图12的编码器100所输出的信号。在这种情况下，所输出的信号可以包括扩展帧，并且可以附加地包括移位信息。
熵解码单元210对所接收到的信号执行熵解码。去量化单元220基于关于量化步长的信息从经熵解码的信号获得变换系数。逆变换单元230通过对变换系数执行逆变换来获得预测误差。重建信号是通过将所获得的预测误差加到由预测单元250所输出的预测信号来生成的。
缓冲器240存储重建信号以用于预测单元250的将来参考。预测单元250使用存储在缓冲器240中的先前重建的信号来生成预测信号。
依照本发明，能够通过对扩展帧和移位信息进行编码和解码来减小块赝像的可见性。此外，能够通过减小块赝像的可见性来改进视频信号的主观图片质量。
如上所述，包括本发明被应用于的解码器和编码器的处理装置可以被包括在多媒体广播发送/接收装置、移动通信终端、家庭影院视频装置、数码影院视频装置、监视相机、视频聊天装置、实时通信(诸如视频通信)装置、移动流装置、存储介质、摄像机、VoD服务提供装置、互联网流服务提供装置、三维(3D)视频装置、电话会议视频装置以及医疗视频装置中，并且可以被用来对视频信号和数据信号进行处理。
此外，可以以程序的形式产生本发明被应用于的处理方法，所述程序将由计算机执行并且可以被存储在计算机可读记录介质中。具有根据本发明的数据结构的多媒体数据还可以被存储在计算机可读记录媒体中。计算机可读记录媒体包括可由计算机***读取的数据被存储在其中的所有类型的存储设备。例如，计算机可读记录媒体可以包括BD、USB、ROM、RAM、CD-ROM、磁带、软盘以及光学数据存储设备。此外，计算机可读记录媒体包括以载波(例如，通过互联网的传输)的形式实现的媒体。此外，通过编码方法所生成的比特流可以被存储在计算机可读记录介质中或者可以通过有线/无线通信网络来发送。
工业适应性
已经出于说明性目的公开了本发明的示例性实施例，并且本领域的技术人员可以在所附权利要求中公开的本发明的技术精神和范围内改进、改变、替换或者添加各种其他实施例。

Claims (16)

1.一种处理视频信号的方法，包括：
接收包括原始帧的视频信号；
生成被用来得到所述原始帧的相对位置的随机移位信息；
使用所生成的随机移位信息，在扩展帧内复制所述原始帧；以及对所述扩展帧和所述随机移位信息进行编码，
其中，包括在所述视频信号中的帧的边界基于所述随机移位信息针对每个帧而变化。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，针对每个帧，水平地和/或垂直地生成所述随机移位信息。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述扩展帧在所述原始帧的每个维度上被扩展了一个块大小或更多。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述随机移位信息被***在条带头中。
5.一种处理视频信号的方法，包括：
接收包括扩展帧和随机移位信息的视频信号；
对所述随机移位信息和包括目标帧的扩展帧进行解码；以及
输出所述扩展帧和所述随机移位信息，
其中，所述目标帧指示具有原始帧大小的基于所述随机移位信息从所述扩展帧裁切的帧。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述随机移位信息被用来水平地和/或垂直地得到所述目标帧的位置。
7.根据权利要求5所述的方法，其中，所述扩展帧已在所述目标帧的每个维度上被扩展了一个块大小或更多。
8.根据权利要求5所述的方法，其中，从所述视频信号的条带头提取所述随机移位信息。
9.一种用于处理视频信号的装置，包括：
帧扩展单元，所述帧扩展单元被配置成接收包括原始帧的视频信号，生成被用来得到所述原始帧的相对位置的随机移位信息，以及使用所生成的随机移位信息在扩展帧内复制所述原始帧；以及
编码器，所述编码器被配置成对所述扩展帧和所述随机移位信息进行编码，
其中，包括在所述视频信号中的帧的边界基于所述随机移位信息针对每个帧而变化。
10.根据权利要求9所述的装置，其中，针对每个帧，水平地和/或垂直地生成所述随机移位信息。
11.根据权利要求9所述的装置，其中，所述扩展帧在所述原始帧的每个维度上被扩展了一个块大小或更多。
12.根据权利要求9所述的装置，其中，所述随机移位信息被***在条带头中。
13.一种用于对视频信号进行解码的解码器，其中：
所述解码器被配置成：
接收包括扩展帧和随机移位信息的视频信号；
对所述随机移位信息和包括目标帧的扩展帧进行解码；以及
输出所述扩展帧和所述随机移位信息，
其中，所述目标帧指示具有原始帧大小的基于所述随机移位信息从所述扩展帧裁切的帧。
14.根据权利要求13所述的解码器，其中，所述随机移位信息被用来水平地和/或垂直地得到所述目标帧的位置。
15.根据权利要求13所述的解码器，其中，所述扩展帧已在所述目标帧的每个维度上被扩展了一个块大小或更多。
16.根据权利要求13所述的解码器，其中，从所述视频信号的条带头提取所述随机移位信息。
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