專利名稱：視頻圖像的分辨率的按比例縮減的制作方法
對相關(guān)申請的優(yōu)先權(quán)/交叉引用的申明本申請要求享有于2001年5月22日提交的序列號(hào)為60/292715的美國臨時(shí)專利申請的優(yōu)先權(quán)。將上述申請的內(nèi)容通過引用結(jié)合于本文中。
稱為標(biāo)準(zhǔn)清晰度電視(SDTV)的現(xiàn)有電視技術(shù)是基于在二十世紀(jì)中葉開發(fā)并標(biāo)準(zhǔn)化的模擬技術(shù)。這些早已建立的用于頻率分配、格式化等的電視廣播標(biāo)準(zhǔn)對可供傳輸、繼而被用戶觀看的信息的量加以限制。設(shè)計(jì)成克服SDTV的限制的稱為高清晰度電視(HDTV)的新型數(shù)字電視技術(shù)能夠提高所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，這是通過在傳輸前對電視信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化和壓縮來實(shí)現(xiàn)的。HDTV明顯優(yōu)于SDTV之處在于，增大的數(shù)據(jù)傳輸改善了所觀看圖像的清晰度。通過傳輸具有比SDTV傳輸更大的分辨率的圖像來提高清晰度。
由于HDTV傳輸?shù)臄?shù)量開始隨著現(xiàn)有SDTV傳輸一起增長，因此數(shù)億臺(tái)SDTV電視機(jī)必須適合于接收這種新的HDTV信號(hào)。通過增設(shè)轉(zhuǎn)換器盒、如機(jī)頂盒以使所接收的HDTV信號(hào)空間上按比例縮減到在SDTV電視機(jī)上觀看可接受的格式，就能容易地實(shí)現(xiàn)SDTV電視機(jī)與HDTV格式的適配。從HDTV到SDTV的空間上按比例縮減的技術(shù)在本領(lǐng)域中是眾所周知的。
WO97/14252-A1公開了一種采用離散余弦變換(DCT)來調(diào)整圖像大小的方法和裝置。為了縮小圖像，此方法和裝置利用DCT的卷積-乘法特性來實(shí)現(xiàn)DCT域中的抗混淆濾波器，然后對此濾波器系數(shù)進(jìn)行運(yùn)算，從而產(chǎn)生縮減大小的圖像的DCT系數(shù)。
EP0781052-A2公開了一種解碼器，用于對以任何彩色空間編碼格式編碼的MPEG視頻比特流進(jìn)行解碼，并將解碼后的視頻比特流輸出給不同大小的窗口。在同一解碼器內(nèi)在比特流上進(jìn)行MPEG解壓縮和彩色空間解碼和轉(zhuǎn)換。可對此公開的解碼器進(jìn)行編程，以便輸出包括YUV 4∶2∶0、YUV 4∶2∶2和YUV 4∶4∶4的三原色空間格式中任一格式的解碼視頻比特流。解碼器還可采用基于圖像大小調(diào)整的DCT將解碼的比特流輸出給不同大小的窗口。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，在與第一視頻信號(hào)中行方向?qū)?yīng)的第一方向(如水平方向)上進(jìn)行頻域抗混淆濾波和按比例縮減，在垂直于第一方向的第二方向(如垂直方向)上進(jìn)行空間域按比例縮減。第一方向上的按比例縮減可先于逆頻率變換操作或在其過程中執(zhí)行。本發(fā)明基于這樣的認(rèn)識(shí)在第二方向上對場型編碼像素組和幀型編碼像素組運(yùn)用的頻域抗混淆濾波器的給定類型對應(yīng)于空間域中的不同濾波器類型。這是下述事實(shí)的結(jié)果，即場型像素組通常包括兩個(gè)獨(dú)立的變換編碼場(例如頂場和底場)，而幀型像素組通常包含與混合在一幀中的兩場相對應(yīng)的信息，此幀整體地被轉(zhuǎn)換編碼。在視頻信號(hào)中同時(shí)存在場型和幀型編碼像素組的情況下，在空間域中對場型和幀型編碼像素組進(jìn)行不同濾波可能在逆運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償期間導(dǎo)致出現(xiàn)顯著的差錯(cuò)。通過在行方向上進(jìn)行頻域抗混淆濾波和按比例縮減并且在垂直方向上進(jìn)行空間域按比例縮減，可以減小這些差錯(cuò)。因此，本發(fā)明的方法和裝置適用于處理包括混合的幀/場型像素組的隔行視頻信號(hào)、未帶有混合的幀/場型編碼像素組(例如只有場型編碼像素組)的隔行信號(hào)、以及帶有幀型編碼像素組的逐行視頻信號(hào)，而不用對此方法或裝置進(jìn)行大的修改。
在一個(gè)實(shí)際實(shí)施例中，第二方向上的空間域抗混淆濾波在第二方向上的空間域按比例縮減之前執(zhí)行。
在一個(gè)實(shí)施例中，第一視頻信號(hào)在逆變換運(yùn)算、如離散余弦反變換(IDCT)之前或在其過程中進(jìn)行按比例縮減，該變換運(yùn)算之后接著是逆運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償，這在第二方向上的空間域按比例縮減之前進(jìn)行。這具有的優(yōu)點(diǎn)是第二方向上可能由運(yùn)動(dòng)矢量的按比例縮減引入的差錯(cuò)對逆運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償沒有影響。在第二方向上的空間域按比例縮減之前最好是同一方向上的抗混淆濾波?？臻g域按比例縮減最好運(yùn)用在幀級(jí)。這就使得可以在第二方向上采用具有長脈沖響應(yīng)的濾波器來得到更陡峭的頻率截止。此實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)在于，由基于塊的濾波所引起的發(fā)生于塊邊緣處的失真只出現(xiàn)在第一方向上。由于逆運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償在單向按比例縮減的圖像上進(jìn)行，因此與傳統(tǒng)的全空間域方案相比，參考場/幀存儲(chǔ)所需的存儲(chǔ)容量得以降低。存儲(chǔ)容量的降低取決于水平縮放因子。
最好是，空間域按比例縮減在逆運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償之前進(jìn)行。由于垂直空間域按比例縮減在逆運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償之前，因此在按比例縮減將場/幀的大小減小50％的情況下，存儲(chǔ)用于逆運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)膮⒖紙?幀所需的存儲(chǔ)容量降低到例如一半的大小。此存儲(chǔ)容量對應(yīng)于相當(dāng)?shù)碾p向頻域按比例縮減所需的存儲(chǔ)容量。
在另一實(shí)施例中，在頻域中的兩個(gè)方向上，而不是在頻域中的一個(gè)方向上和空間域中的另一方向上，對場型編碼像素組進(jìn)行抗混淆濾波。對于各個(gè)幀型編碼像素組來說，進(jìn)行水平的頻域抗混淆濾波和垂直的空間域抗混淆濾波。在此實(shí)施例中，可在水平方向上對場型編碼像素組和幀型編碼像素組運(yùn)用同一頻域?yàn)V波器。對幀型編碼像素組在垂直方向上使用的空間域?yàn)V波器必須與對場型編碼宏塊在垂直方向上使用的頻域?yàn)V波器相對應(yīng)。由于空間域中的垂直按比例縮減在逆運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償之前，因此存儲(chǔ)用于逆運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)膮⒖紙?幀所需的存儲(chǔ)容量對應(yīng)于相當(dāng)?shù)碾p向頻域按比例縮減所需的存儲(chǔ)容量。由于通常為緩慢過程的垂直空間域?yàn)V波只在幀型像素組而不在場型像素組上進(jìn)行，因此這個(gè)實(shí)施例的性能更高。各個(gè)幀型像素組在頻域中只在第一方向上被濾波，然后在可縮放IDCT過程中在第一方向上按比例縮減。在以此方式對所有像素組進(jìn)行解碼后，可以分開混合場信息，各像素組在運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償之前在空間域中在第二方向上進(jìn)行濾波和按比例縮減。在逆運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償之前，場型像素組在兩個(gè)方向上進(jìn)行頻域?yàn)V波，但是在頻域中的一個(gè)方向上和空間域中的另一方向上進(jìn)行按比例縮減。
像素組可以是像素塊或宏塊。在MPEG-2的情況下，各16×16宏塊構(gòu)成四個(gè)8×8的像素塊。在例如MPEG-2中可通過兩種不同模式對隔行信號(hào)進(jìn)行編碼第一種是采用場型圖像，第二種是采用幀型圖像。在第一種情況下，各圖像場單獨(dú)地進(jìn)行編碼，并且不使用混合的場/幀宏塊模式。在第二種(普遍使用的)情況中，各圖像以逐行方式編碼，即兩場混合并且一起編碼。對于這種情況，采用混合宏塊模式。因此，如果對第二種方式編碼的隔行信號(hào)使用直接的雙向頻域下變換方案，那么在運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償期間會(huì)導(dǎo)致差錯(cuò)傳播，并且損失顯著的顯示質(zhì)量。
附圖簡介圖中

圖1說明代表性HDTV的發(fā)射和接收系統(tǒng)。
圖2說明代表性HDTV和SDTV顯示格式；圖3說明代表性HDTV接收系統(tǒng)和SDTV顯示系統(tǒng)；圖4a說明代表性MPEG解碼系統(tǒng)的功能框圖；圖4b說明代表性MPEG解碼系統(tǒng)的說明性框圖；圖5說明根據(jù)本發(fā)明原理的解碼系統(tǒng)的代表性實(shí)施例；圖6a說明根據(jù)本發(fā)明原理的解碼系統(tǒng)的代表性框圖；圖6b說明圖6a所示代表性解碼系統(tǒng)的一部分的功能框圖；以及圖6c說明用于圖6a所示代表性解碼系統(tǒng)中的代表性運(yùn)動(dòng)矢量按比例縮減的功能框圖。
應(yīng)當(dāng)理解，這些附圖只是用于說明本發(fā)明的概念，并不是為了定義本發(fā)明的限制。應(yīng)當(dāng)理解，在整個(gè)附圖中使用的相同標(biāo)號(hào)以及在適當(dāng)處補(bǔ)充的符號(hào)表示相應(yīng)的部分。發(fā)明的詳細(xì)描述為了理解和評(píng)價(jià)本實(shí)施例的新穎特征，包括縮放用于在標(biāo)準(zhǔn)電視屏幕上顯示的HDTV解碼信號(hào)，首先需要討論傳統(tǒng)HDTV處理及其相關(guān)問題。圖1說明一種典型的HDTV系統(tǒng)。如圖所示，由信號(hào)發(fā)生器101產(chǎn)生的通常包括64個(gè)像素的8×8矩陣的數(shù)字電視信號(hào)由MPEG編碼器103進(jìn)行壓縮。MPEG編碼基于離散余弦變換(DCT)，這是一種與傅立葉變換類似的數(shù)學(xué)運(yùn)算，并且在本領(lǐng)域內(nèi)已眾所周知。MPEG編碼器103執(zhí)行的操作之一是將信號(hào)102所表示的代表性8×8像素矩陣轉(zhuǎn)換成信號(hào)104所表示的8×8系數(shù)矩陣。如所知的，所得的DCT變換矩陣將高頻信息存儲(chǔ)在矩陣的左上角，將低頻信息存儲(chǔ)在矩陣的右下角。然后對DCT變換矩陣進(jìn)行量化，以便采用8位、即一個(gè)字節(jié)來描述各矩陣元素的值。在此說明性示例中，量化矩陣由電視發(fā)射機(jī)105通過發(fā)射天線106來發(fā)送。數(shù)字視頻壓縮技術(shù)，比如作為運(yùn)動(dòng)圖像專家組(MPEG)指定的標(biāo)準(zhǔn)的MPEG-2、MPEG-4、MPEG-7在本領(lǐng)域內(nèi)已眾所周知，在此無須詳細(xì)討論。
回到圖1，所發(fā)送的數(shù)字信號(hào)108由接收天線110接收，并由包括調(diào)諧器125的電視接收機(jī)120進(jìn)行處理。采用調(diào)諧器125將特定的HDTV信號(hào)與所接收的多個(gè)HDTV和SDTV信號(hào)隔離。然后由解碼器140、如MPEG解碼器來處理隔離的信號(hào)，解碼器140將數(shù)字的發(fā)送信號(hào)130解碼成可顯示信號(hào)145。采用例如MPEG解碼，解碼器140對所接收的信號(hào)進(jìn)行解碼，并使發(fā)送的系數(shù)恢復(fù)成按行和列排列的像素?cái)?shù)據(jù)流。顯示驅(qū)動(dòng)器150根據(jù)所接收的數(shù)據(jù)產(chǎn)生適當(dāng)?shù)募t(R)、綠(G)和藍(lán)(B)色信號(hào)，以便在高分辨率屏幕160上顯示。
為了實(shí)現(xiàn)更高的分辨率，要以高分辨率形成HDTV圖像。在一種情況下，以各水平行中1920個(gè)像素的條件發(fā)送圖像并且有1080行，即分辨率為1920×1080。在第二種情況下，以每行1280個(gè)像素和720行來發(fā)送圖像，即1280×720。另一方面，SDTV電視的分辨率明顯小于HDTV的分辨率。例如，在美國和日本的電視傳輸系統(tǒng)中，SDTV的NTSC制式包括約720×480的分辨率，即480行中各行為720個(gè)像素。歐洲采用PAL制式，使用另一不同的分辨率，即720×576。
圖2說明疊加在HDTV圖像上的典型NTSC制式的SDTV圖像的圖像觀看區(qū)域。在此說明性示例中，所發(fā)送的HDTV圖像的觀看區(qū)域由區(qū)域205表示，而SDTV圖像由區(qū)域210表示。如圖所示，由于HDTV圖像中只有與SDTV圖像重疊的那部分可在SDTV屏幕上觀看，因此大部分HDTV圖像損失了。
為了使HDTV信號(hào)可在SDTV屏幕上顯示，應(yīng)“按比例縮減”HDTV信號(hào)以壓縮HDTV信號(hào)。圖3說明在圖1所示系統(tǒng)中引入定標(biāo)器170，以便將數(shù)字信號(hào)145縮放成可在SDTV屏幕190上觀看的縮放信號(hào)155。在這種情況下，定標(biāo)器170實(shí)際上對信號(hào)145進(jìn)行兩維縮放，從而縮小圖2中的圖像205以使適應(yīng)圖像210的邊界。也就是說，在此說明性示例中，定標(biāo)器170按照比率1920/720＝2.66來水平地劃分圖像205，按照比率1080/486＝2.22來垂直地劃分圖像205。
還可對定標(biāo)器170進(jìn)行編程以適當(dāng)?shù)匕幢壤s減到其它的HDTV分辨率。采用CPU180來對定標(biāo)器170進(jìn)行編程，使其達(dá)到適當(dāng)?shù)陌幢壤s減比率。
但是，以所公開的方式對HDTV信號(hào)進(jìn)行解碼和按比例縮減需要對HDTV信號(hào)和有效源進(jìn)行完全解碼。圖4a說明一種代表性解碼器140、如MPEG解碼器，這在本領(lǐng)域內(nèi)已眾所周知，在此只簡略地介紹。如圖所示，數(shù)字信號(hào)130由霍夫曼解碼器425進(jìn)行處理。然后由逆量化器405對霍夫曼解碼信號(hào)進(jìn)行處理。然后通過離散余弦反變換(IDCT)410對信號(hào)407進(jìn)行處理，將此典型地傳輸?shù)?4系數(shù)的8×8矩陣轉(zhuǎn)換成64個(gè)像素的8×8矩陣。然后把轉(zhuǎn)換的信號(hào)408與一個(gè)信號(hào)相結(jié)合，通過恢復(fù)靜止圖像數(shù)據(jù)來對傳輸圖像解壓，并且最初運(yùn)用的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償進(jìn)行逆運(yùn)算(436)。此時(shí)所得的組合信號(hào)為未壓縮和經(jīng)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)臄?shù)字圖像。霍夫曼解碼器425和逆運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償塊436之間的鏈接表明，霍夫曼解碼器425在運(yùn)動(dòng)矢量數(shù)據(jù)用于逆運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償之前對其進(jìn)行解碼。接著將數(shù)字圖像加到抗混淆濾波器435中，從圖像中濾去高頻分量。這種抗混淆濾波在本領(lǐng)域內(nèi)已眾所周知，可以例如用低通有限脈沖響應(yīng)濾波器來實(shí)現(xiàn)?？够煜秊V波器435對數(shù)字圖像內(nèi)的數(shù)據(jù)項(xiàng)的邊緣進(jìn)行軟化。輸出信號(hào)145包括代表用于顯示圖像的視頻行的像素信息。
圖4b說明在解碼器140中進(jìn)行逆運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償所需的視頻存儲(chǔ)器420。在此說明性示例中，各圖像存儲(chǔ)在視頻存儲(chǔ)器的“頁面”上。因此，存儲(chǔ)頁面420a包括與第一圖像相關(guān)的像素信息，存儲(chǔ)頁面420b包括與第二圖像相關(guān)的像素信息，存儲(chǔ)頁面420n包括與“第n”圖像相關(guān)的像素信息。應(yīng)當(dāng)理解，各視頻圖像的存儲(chǔ)需要大量的視頻存儲(chǔ)容量。例如，存儲(chǔ)一幅分辨率為1920×1080的圖像需要超過2兆字節(jié)的存儲(chǔ)容量。
圖5說明根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例，由全格式解碼器(AFD)505來代替解碼器140。在此說明性示例中，AFD 505接收數(shù)字信號(hào)130并將其轉(zhuǎn)換成縮放信號(hào)520。在這種情況下，AFD 505水平地縮放數(shù)字信號(hào)130以達(dá)到與SDTV圖像標(biāo)準(zhǔn)相當(dāng)?shù)姆直媛?。例如，AFD 505將數(shù)字信號(hào)130水平地按比例縮小一倍(例如分辨率從1920變?yōu)?60)。然后用定標(biāo)器170對經(jīng)過水平縮放的信號(hào)520進(jìn)行垂直縮放，以便達(dá)到與SDTV圖像標(biāo)準(zhǔn)相當(dāng)?shù)姆直媛?。例如，定?biāo)器170將水平縮放的信號(hào)520垂直地按比例縮小一倍，即分辨率從1080變到540。因此，按比例縮減的圖像的分辨率為980×540。
采用AFD 505來水平地按比例縮減數(shù)字信號(hào)130是有利的，因?yàn)閿?shù)字信號(hào)130不在全分辨率下解碼，因此只需更少的處理能力，而且存儲(chǔ)未壓縮的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償視頻數(shù)據(jù)所需的視頻存儲(chǔ)器要小得多。由于處理的是選擇性挑出的縮減數(shù)據(jù)集、如32個(gè)元素的4×8矩陣而不是傳統(tǒng)的64個(gè)元素的8×8矩陣，因此對AFD 505的處理能力的要求顯著地降低。另外，由于不存儲(chǔ)整個(gè)解碼圖像而是只存儲(chǔ)選擇性挑出的縮減數(shù)據(jù)集，因此存儲(chǔ)縮放圖像所需的視頻存儲(chǔ)器要小得多。減小的存儲(chǔ)器由圖5中的存儲(chǔ)器510a到510n來表示。在這種情況下，為了存儲(chǔ)用于逆運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)乃娇s放圖像的視頻存儲(chǔ)器要求約為一兆字節(jié)。在逆運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償器之前對宏塊進(jìn)行空間按比例縮減的情況下，甚至處理進(jìn)一步縮減的數(shù)據(jù)集，例如16個(gè)元素的4×4矩陣。在這種情況下，AFD 505的輸出是已經(jīng)在兩個(gè)方向上進(jìn)行了縮減的幀，從而使定標(biāo)器170變成多余的。在這種情況下，對存儲(chǔ)用于進(jìn)行逆運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)乃胶痛怪笨s放圖像的視頻存儲(chǔ)器要求約為一兆字節(jié)的二分之一。
圖6a說明AFD 505的一個(gè)代表性功能框圖。在此說明性框圖中，數(shù)字信號(hào)130首先由霍夫曼解碼器425進(jìn)行處理，然后由逆量化器和頻域?yàn)V波器610進(jìn)行處理。量化器/濾波器610的輸出是信號(hào)612。如圖所示，信號(hào)612具有與抗混淆濾波器435所達(dá)到的濾波特性相似的濾波特性。信號(hào)612再由可縮放IDCT 615進(jìn)行處理，將信號(hào)612的代表性64個(gè)濾波系數(shù)元素轉(zhuǎn)換為水平縮放的信號(hào)，該信號(hào)由例如選擇性挑出的32個(gè)像素元素構(gòu)成。然后在空間域垂直縮減器511中在垂直方向上對可縮放IDCT 615的輸出進(jìn)行縮放，并將其與來自可縮放運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償器650的信號(hào)合并，從而恢復(fù)圖像內(nèi)的靜止信息和使運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)男Ч喾?。在運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償器650中使用的運(yùn)動(dòng)矢量是從霍夫曼解碼器425中經(jīng)運(yùn)動(dòng)矢量定標(biāo)器513而得到的。輸出信號(hào)520是分辨率在空間上按比例縮減到與SDTV電視機(jī)基本相當(dāng)?shù)男盘?hào)。
圖6b說明圖6a的代表性解碼器的一部分的功能框圖。在解碼器的這個(gè)功能性實(shí)施例中，量化器/濾波器610產(chǎn)生的濾波信號(hào)612由IDCT和水平定標(biāo)器615來處理，水平定標(biāo)器615將系數(shù)集轉(zhuǎn)化為縮減的像素集。在隔行素材包括宏塊的混合場/幀模式的情況中，可以對解碼器編程，以便在宏塊級(jí)或幀級(jí)上對圖像垂直地進(jìn)行空間域按比例縮減。如果選擇宏塊級(jí)，那么在IDCT 630之后，如果各個(gè)經(jīng)過濾波和水平縮減的宏塊是幀型編碼的，則空間濾波器和定標(biāo)器在垂直方向上對其處理。如果宏塊是場型編碼的，則由定標(biāo)器對其處理而不進(jìn)行濾波，因?yàn)樗赡茉陬l域中在兩個(gè)方向上已經(jīng)進(jìn)行了濾波。應(yīng)當(dāng)指出，用于場型編碼宏塊的垂直頻域?yàn)V波器必須與用于幀型編碼宏塊的空間域?yàn)V波器相對應(yīng)，以便在逆運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償期間減少預(yù)測失真。如果選擇幀級(jí)的垂直空間域縮減，那么在IDCT 630中對任何類型編碼的宏塊進(jìn)行水平縮減，之后由運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償器650進(jìn)行處理。在進(jìn)行運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償后，需要用空間域?yàn)V波器和定標(biāo)器170來使圖像垂直地在空間上縮小。
圖6c說明運(yùn)動(dòng)矢量縮減器513的功能框圖。運(yùn)動(dòng)矢量122首先由霍夫曼解碼器425進(jìn)行處理，然后由水平運(yùn)動(dòng)矢量定標(biāo)器514進(jìn)行水平縮減，由垂直運(yùn)動(dòng)矢量定標(biāo)器515進(jìn)行垂直縮減，并且由運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償器650進(jìn)行處理。在幀級(jí)垂直空間縮減的情況中，運(yùn)動(dòng)矢量必須由垂直運(yùn)動(dòng)矢量定標(biāo)器515只在垂直方向上進(jìn)行按比例縮減。
頻域和相應(yīng)的空間域?yàn)V波器的選擇現(xiàn)在可表明與離散余弦變換的卷積-乘法特性相關(guān)。如本領(lǐng)域所知，DCT具有與離散傅立葉變換(DFT)類似的卷積-乘法特性。那么對于一維實(shí)序列a(n)，n＝0…N-1和一維實(shí)偶序列h(n)，n＝-N...N-1來說已知如果Fc(n)＝Ac(n)Hf(n)，對于n＝0...N-1而言 [1]其中Fc(n)為f(n)的N點(diǎn)DCT；Ac(n)為a(n)實(shí)序列的N點(diǎn)DCT；以及Hf(n)為h(n)的2N點(diǎn)DFT；那么f(k)＝a(k)*h(k)，對于k＝0...N-1而言； [2]其中*代表對稱卷積運(yùn)算符，它可視為序列h(k)的2N長的循環(huán)卷積的對稱折疊結(jié)果，序列h(k)是可通過零擴(kuò)展到偶長度的奇對稱序列，偶對稱序列a(k)可描述為 頻域中的乘法和時(shí)域中的卷積之間的關(guān)系特性可擴(kuò)展到兩維情況，例如如果Fc(n，m)＝Ac(n，m)Hf(n，m)；對于n，m＝0...N-1； [3]那么f(k，l)＝a(k，l)*h(k，l)；對于k，l＝0...N-1； [4]其中*代表兩維的對稱卷積運(yùn)算符；Fc(n，m)是f(n，m)的兩維N×N DCT，其中n，m＝0...N-1；Ac(n，m)是a(n，m)的兩維N×N DCT，n，m＝0，N-1；Hf(n，m)是h(n，m)的兩維2N×2N DFT，n，m＝-N...N-1。
不難理解，a(k，l)的實(shí)序列的兩維DCT形成了一個(gè)矩陣，其中較低頻元素包含在矩陣的左上角，較高頻元素包含在矩陣的右下角。此時(shí)，根據(jù)公式3和4，可通過把接收的DCT系數(shù)乘上一個(gè)特殊的濾波器矩陣來實(shí)現(xiàn)在DCT域內(nèi)的兩個(gè)方向上的濾波。作為示例，以下列方式可以得到在兩個(gè)方向上脈沖響應(yīng)h(n)＝{0.25，0.5，0.25}的三抽頭低通濾波器的濾波器矩陣。根據(jù)公式1，所指示的濾波器HN(n)的頻率響應(yīng)可通過計(jì)算h2N(n)的DFT來獲得，h2N(n)是可由零擴(kuò)展到2N長度的奇對稱序列。二維頻率響應(yīng)可視為HHN=HN⊗HNT,]]>其中表示克羅內(nèi)克爾乘法運(yùn)算符。因此對于濾波器h(n)，乘法矩陣為HHN=10.9620.8540.6910.50.3090.1460.0380.9620.9250.8210.6650.4810.2970.1410.0370.8540.8210.7290.590.4270.2630.1250.0320.6910.6650.590.4780.3460.2130.1010.0260.50.4810.4270.3460.250.1540.0730.0190.3090.2970.2630.2130.1540.0950.0450.0120.1460.1410.1250.1010.0730.0450.0215.574·10-30.0380.0370.0320.0260.0190.0125.574·10-31.449·10-3]]>因此，可通過先將量化矩陣和濾波器矩陣H(n，m)合并來使頻域量化器/濾波器與逆量化功能相結(jié)合。更具體地說，如果濾波器矩陣定義為如下HHN 對于n，m＝0...N-1而且量化矩陣可描述為 對于k，l＝0...N-1那么組合的量化-濾波矩陣可描述為 對于n，m＝0...N-1從上表明，對于帶有混合的場/幀型編碼宏塊的序列來說，幀型編碼宏塊必須在頻域內(nèi)只在水平方向以及在空間域內(nèi)只在垂直方向上進(jìn)行濾波。同樣，對于幀級(jí)空間垂直縮減來說，所有宏塊必須在頻域內(nèi)只在水平方向上進(jìn)行濾波。在該情況下，h(n)＝{0.25，0.5，0.25}的濾波器矩陣是Hf(n,m)=1.00.9620.8540.6910.50.3090.1460.0381.00.9620.8540.6910.50.3090.1460.0381.00.9620.8540.6910.50.3090.1460.0381.00.9620.8540.6910.50.3090.1460.0381.00.9620.8540.6910.50.3090.1460.0381.00.9620.8540.6910.50.3090.1460.0381.00.9620.8540.6910.50.3090.1460.0381.00.9620.8540.6910.50.3090.1460.038]]>雖然上文中已經(jīng)說明、描述和指出了如優(yōu)選實(shí)施例所應(yīng)用的本發(fā)明的基本的新穎特征，但是應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離本發(fā)明范圍的前提下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可在所述方法中進(jìn)行各種簡化、替代和修改。此外，雖然這里討論是的與HDTV傳輸相關(guān)的MPEG解碼，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解，這里所公開的發(fā)明概念并不僅限于MPEG編碼/解碼，而是還可適用于其它數(shù)字TV編碼/解碼技術(shù)。
特別指出，以基本上相同的方式執(zhí)行基本上相同的功能來達(dá)到相同結(jié)果的這些要素和/或方法步驟的所有組合均在本發(fā)明的范圍內(nèi)。還可完全地構(gòu)想出用一個(gè)所述實(shí)施例中的要素來代替另一實(shí)施例中的要素。
應(yīng)當(dāng)指出，上述實(shí)施例是說明而不是限定本發(fā)明，在不脫離所附權(quán)利要求的范圍的前提下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可設(shè)計(jì)出許多替代性實(shí)施例。在權(quán)利要求書中，任何置于括號(hào)之間的標(biāo)號(hào)不應(yīng)視為限定權(quán)利要求。詞語“包括”并不排除在權(quán)利要求中列出的內(nèi)容之外的其它要素或步驟的存在。本發(fā)明可通過包括若干不同元件的硬件并通過適當(dāng)編程的計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)。在列出若干裝置的裝置權(quán)利要求中，這些裝置中的若干項(xiàng)可以同一項(xiàng)硬件來實(shí)現(xiàn)。在多個(gè)不同從屬權(quán)利要求中引用的一定措施并不表示這些措施的組合不能帶來優(yōu)點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.一種用于把第一視頻信號(hào)的空間分辨率按比例縮減、以便得到空間分辨率比所述第一視頻信號(hào)的空間分辨率更低的第二視頻信號(hào)的方法，所述方法包括以下步驟在與所述第一視頻信號(hào)中的行方向?qū)?yīng)的第一方向上對所述第一視頻信號(hào)進(jìn)行頻域抗混淆濾波和按比例縮減，從而得到按比例縮減的視頻信號(hào)，以及在垂直于所述第一方向的第二方向上對所述按比例縮減的視頻信號(hào)進(jìn)行空間域按比例縮減，從而得到所述第二視頻信號(hào)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述按比例縮減在逆變換運(yùn)算、如離散余弦反變換之前或在其過程中執(zhí)行。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述逆變換運(yùn)算之后接著是在所述空間域按比例縮減之前進(jìn)行的逆運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述逆變換運(yùn)算之后接著是在逆運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償之前進(jìn)行的所述空間域按比例縮減。
5.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述第一視頻信號(hào)包括像素組并且所述方法是按像素組來進(jìn)行的。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述像素組包含在混合的場/幀型編碼像素組的序列中，以及所述場型編碼像素組在所述第一方向和第二方向上都進(jìn)行頻域抗混淆濾波，而所述幀型編碼像素組在所述第一方向上經(jīng)過頻域抗混淆濾波，在所述第二方向上經(jīng)過空間域抗混淆濾波。
7.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述第一視頻信號(hào)包括量化的頻率變換系數(shù)，所述方法還包括對所述量化的頻率變換系數(shù)進(jìn)行逆量化以得到頻率變換系數(shù)，所述抗混淆濾波在所述頻率變換系數(shù)上執(zhí)行，以及所述逆量化步驟和所述濾波步驟是通過采用組合矩陣來進(jìn)行的，所述組合矩陣是量化矩陣和濾波器矩陣的組合。
8.一種用于把第一視頻信號(hào)的空間分辨率按比例縮減、以便得到空間分辨率比所述第一視頻信號(hào)的空間分辨率更低的第二視頻信號(hào)的裝置，所述裝置包括用于在與所述第一視頻信號(hào)中的行方向?qū)?yīng)的第一方向上對所述第一視頻信號(hào)進(jìn)行頻域抗混淆濾波和按比例縮減而得到按比例縮減的視頻信號(hào)的裝置，以及用于在垂直于所述第一方向的第二方向上對所述按比例縮減的視頻信號(hào)進(jìn)行空間域按比例縮減而得到所述第二視頻信號(hào)的裝置。
全文摘要
提供一種用于將視頻圖像按比例縮減到更低分辨率(例如從HDTV到SDTV)的方法和裝置。此方法包括以下步驟在與第一視頻信號(hào)中的行方向?qū)?yīng)的第一方向上對第一視頻信號(hào)進(jìn)行頻域抗混淆濾波和按比例縮減以得到按比例縮減的視頻信號(hào)；以及在垂直于第一方向的第二方向上對按比例縮減的視頻信號(hào)進(jìn)行空間域按比例縮減以得到第二視頻信號(hào)。本發(fā)明的方法和裝置適合于有效地和高質(zhì)量地對逐行和任何類型編碼的隔行信號(hào)進(jìn)行解碼。
文檔編號(hào)H04N7/26GK1463552SQ02801764
公開日2003年12月24日 申請日期2002年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2001年5月22日
發(fā)明者K·加加林, C·C·A·M·范宗 申請人:皇家菲利浦電子有限公司