專利名稱：有空間可縮放性的數(shù)字濾波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是針對至少要求一些按比例放大(upscale)的信號濾波。本發(fā)明尤其針對一種對輸入信號進行濾波的濾波設(shè)備和方法以及包括這樣一種濾波設(shè)備的視頻編碼設(shè)備。
本發(fā)明的背景有許多應(yīng)用需要使用濾波器把輸入信號按比例放大或縮小(upscaleand downscale)以改變輸入信號的分辨率。一個這樣的應(yīng)用是視頻。為了能夠使用不同的屏幕尺寸，在縮放(scale)視頻信息的分辨率可能是有利的，即把視頻信息的像素格式轉(zhuǎn)換成另一種像素格式以獲得更高或更低的分辨率。
在許多編碼方案，就像如MPEG-2、MPEG-4和H.263這樣一些視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)之中，這樣的縮放處理或空間可縮放性由于缺乏編碼效率所以不常使用。對于容易的縮放因子來說，就像因子為2，用來進行按比例放大和縮小的濾波器的設(shè)計是簡單的。然而，這些因子通常在視頻應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)不適用。有例為證，當(dāng)一種類型的屏幕具有720×480個像素時，而另一種屏幕具有1920×1080個像素。然后需要進行480個像素到1080個像素以及720個像素到1920個像素的縮放。如果濾波器中濾波系數(shù)的數(shù)目保持為少量，那么有這些縮放因子的濾波器將不太精確，把一些額外能量引進殘余信號中。這進而在把該信號編碼成例如MPEG-信號時將導(dǎo)致較低的編碼效率。這些編碼方案常常需要接近理想的低通濾波器。為了降低這些濾波器的復(fù)雜性和價格，還常常要求這些濾波器具有簡單的設(shè)計。用已知的濾波器設(shè)計不能把理想的低通濾波器實現(xiàn)成使用上述縮放因子(3/8和4/9)而同時保持設(shè)計簡單。對于標(biāo)準(zhǔn)濾波器，不是要求高精度，這導(dǎo)致更復(fù)雜更昂貴的濾波器，就是使用更簡單的濾波器，這因為幅度不恒定的原因而導(dǎo)致較低的精度。
US4,665,433說明了使用濾波器來壓縮圖像。該濾波器具有基于圖像比較因子而動態(tài)變化的濾波系數(shù)。如果不需要壓縮或不需要過高的壓縮，濾波器的中心權(quán)重被設(shè)定為單位量，而其他的系數(shù)被設(shè)定為零。然而如果需要壓縮，就設(shè)定濾波系數(shù)來減小分辨率。然后濾波系數(shù)在中間具有最大的權(quán)重并且旁側(cè)具有非零的權(quán)重。該濾波特性是自適應(yīng)的，權(quán)重可以根據(jù)差信號變化從而逐漸減小分辨率。這個文檔沒有說到奇數(shù)的縮放因子。
因此本發(fā)明針對提供濾波器，它在結(jié)構(gòu)上是簡單的而且對奇數(shù)縮放因子仍然具有接近最佳的頻率響應(yīng)，從而減小濾波信號中的誤差，而同時保持濾波器的簡單設(shè)計。
本發(fā)明的概述因此本發(fā)明是針對解決提供濾波器的問題，該濾波器能夠為奇數(shù)的縮放因子提供好的響應(yīng)，而不必增加濾波系數(shù)的數(shù)目。
因此本發(fā)明的一個目的是提供一種對輸入信號進行濾波的方法，這種方法能夠為奇數(shù)的轉(zhuǎn)換因子提供好的響應(yīng)，而不必增加濾波系數(shù)的數(shù)目。
按照本發(fā)明的第一方面，這個目的通過一種對輸入信號進行濾波的方法來達成，其中濾波系數(shù)被分成多于一個相位，并且該方法包括步驟用第一相位的濾波系數(shù)執(zhí)行對輸入信號抽樣的第一濾波，把第一濾波后的抽樣加到一起形成第一總和信號，執(zhí)行至少一次用另一個相位的濾波系數(shù)對輸入信號抽樣進行的進一步濾波，把每個進一步相位的濾波后的抽樣加到一起形成至少一個進一步的總和信號，并且用第一相位的濾波系數(shù)的總和來除第一總和信號以及用對應(yīng)相位的濾波系數(shù)的總和來除每個進一步的總和信號，從而輸出由此歸一化的總和信號作為該濾波器的第一和進一步的輸出信號。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種濾波設(shè)備，它能夠為奇數(shù)的縮放因子提供良好的響應(yīng)，而不必增加濾波系數(shù)的數(shù)目。
按照本發(fā)明的第二方面，這個目的通過一種對輸入信號進行濾波的濾波設(shè)備來取得，該設(shè)備包括第一組乘法單元，用第一相位的濾波系數(shù)對輸入信號的抽樣進行濾波，至少一個第一求和單元，把第一濾波后的抽樣加到一起形成第一總和信號，至少一組進一步乘法單元，用至少一個進一步相位的濾波系數(shù)對輸入信號的抽樣進行濾波，至少一個進一步求和單元，把進一步濾波后的抽樣加到一起形成至少一個進一步總和信號，以及至少一個歸一化單元，用第一相位的濾波系數(shù)的總和來除第一總和信號并且用對應(yīng)相位的濾波系數(shù)的總和來除每個進一步總和信號，從而至少輸出由此歸一化的總和信號作為濾波器的第一和進一步的輸出信號。
本發(fā)明還有另一個目的是提供一種視頻編碼設(shè)備，該設(shè)備具有增加的比特率效率。
按照本發(fā)明的第三方面，這個目的通過包括至少一個對信號進行濾波的濾波器的視頻編碼設(shè)備來取得，這種濾波器包括第一組乘法單元，用第一相位的濾波系數(shù)對輸入信號的抽樣進行濾波，至少一個第一求和單元，把第一濾波后的抽樣加到一起形成第一總和信號，至少一組進一步乘法單元，用至少一個進一步相位的濾波系數(shù)對輸入信號的抽樣進行濾波，至少一個進一步求和單元，把進一步濾波后的抽樣加到一起形成至少一個進一步總和信號，以及至少一個歸一化單元，用第一相位的濾波系數(shù)的總和來除第一總和信號并且用對應(yīng)相位的濾波系數(shù)的總和來除每個進一步總和信號，從而輸出至少由此歸一化的總和信號作為濾波器的第一和進一步的輸出信號。
按照本發(fā)明的視頻編碼設(shè)備是例如2002年3月8日提交的申請?zhí)枮?2075916.3的歐洲申請(律師案卷號PHNL020174)中所述的視頻編碼設(shè)備。
對于本發(fā)明來說進行最佳濾波的濾波系數(shù)可以被選擇，而不必提供在濾波處理中相等的不同組濾波系數(shù)的總和。因為這個原因，所以濾波系數(shù)的數(shù)目保持在少量卻對濾波器的效率無損，尤其是對奇數(shù)的轉(zhuǎn)換因子來說。這使按照本發(fā)明的濾波器比具有相同效率的標(biāo)準(zhǔn)濾波器更簡單更便宜并且使按照本發(fā)明的濾波器比具有相同數(shù)量濾波系數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)濾波器有更好的效率。當(dāng)在視頻應(yīng)用中使用時，本發(fā)明用濾波器簡單的實現(xiàn)為編碼器提供更好的編碼效率。
本發(fā)明另一個好處是它容易與視頻編碼技術(shù)結(jié)合起來而且工作良好。
視頻編碼設(shè)備在此往往既包含編碼設(shè)備又包含解碼設(shè)備。
本發(fā)明上述以及其他方面參考此后說明的實施方案將變得顯而易見并且將被闡明。
附圖簡述將把本發(fā)明與附圖聯(lián)系起來進一步說明，其中

圖1示出包含按照本發(fā)明的濾波器的視頻編碼器的框圖，圖2示出連接到抽樣單元和按比例縮小單元上的按照本發(fā)明的濾波器的示意框圖，圖3示出按照本發(fā)明的簡單濾波器的示意電路圖，以及圖4示出用來執(zhí)行按照本發(fā)明的方法的流程圖。
本發(fā)明的詳細說明在執(zhí)行信號濾波時，不時地要求對輸入信號進行按比例放大或縮小。在例如執(zhí)行對不同類型信號的編碼時，就像用例如MPEG-2、MPRBG 4和H263進行視頻壓縮時，需要在不同類型的分辨率之間縮放所用像素的數(shù)目。如果這些設(shè)備中所用的濾波器不夠好，就會發(fā)生編碼上的困難。在這些情況下適用的轉(zhuǎn)換因子的例子是從720×480到1920×1080，這使濾波器要么具有大量系數(shù)非常復(fù)雜，使濾波器結(jié)構(gòu)更復(fù)雜而且更昂貴，要么如果使用有更少系數(shù)的更加簡單的濾波器設(shè)計，那么消極結(jié)果是某些誤差在所傳遞的信號中引起差錯。按照本發(fā)明的濾波器一種可能的應(yīng)用將被說明。該應(yīng)用在MPEG編碼器中實現(xiàn)，盡管其他應(yīng)用也可行。還應(yīng)當(dāng)認識到本發(fā)明在視頻解碼器中還同樣適用。應(yīng)當(dāng)進一步認識到本發(fā)明適用于任何類型的縮放因子。然而一個先決條件是在濾波處理中執(zhí)行按比例放大。然而最終結(jié)果可能是對輸入信號進行的按比例縮小。
圖1是這樣一個視頻編碼器的示意圖。所描繪的編碼系統(tǒng)10完成分層壓縮，由此信道的一部分被用來提供一個低分辨率的基本層，其余部分用來發(fā)射邊緣增強信息，由此可以把這兩個信號重新結(jié)合起來使系統(tǒng)達到高分辨率。
編碼器10包括基本編碼器12和增強編碼器14?；揪幋a器包括低通濾波與下抽樣器20、運動估計器22、運動補償器24、正交變換(如離散余弦變換(DCT))電路30、量化器32、可變長度編碼器(VLC)34、比特率控制電路35、逆量化器38、逆變換電路40、切換開關(guān)28、44和內(nèi)插與上抽樣電路50。下抽樣電路20和上抽樣電路50包括按照本發(fā)明的濾波器。還應(yīng)當(dāng)認識到不管是上抽樣還是下抽樣電路事實上每個都包括兩個濾波器一個用于垂直方向的縮放還有一個用于水平方向的縮放，以便提供不同的像素格式。
輸入的視頻塊16被分路器18分路，既發(fā)送給基本編碼器12又發(fā)送給增強編碼器14。在基本編碼器12中，輸入塊被輸入低通濾波與下抽樣器20中。該低通濾波器減小該視頻塊的分辨率，然后該塊被饋送給運動估計器22。這個縮減的原理將稍后在這個說明書中作說明。運動估計器22把每幀的圖像數(shù)據(jù)處理成I-圖像、P-圖像，或者處理成B-圖像。在順序輸入幀的圖像中，每個圖像都以預(yù)先設(shè)定的模式被處理成I、P或B圖像之一，比如以I，B，P，B，P，...，B，P這樣的序列。也就是，運動估計器22參照幀存儲器(未示出)中以一系列圖像保存的預(yù)先設(shè)定的參考幀并且檢測宏塊的運動矢量，也就是通過宏塊和用來檢測宏塊運動矢量的參考幀之間的圖樣匹配(塊匹配)來編碼該幀16個像素乘以16行的小塊。
在MPEG中，有四種圖像預(yù)測模式，就是內(nèi)編碼(幀內(nèi)編碼)、前向預(yù)測編碼、后向預(yù)測編碼和雙向預(yù)測編碼。I圖像是內(nèi)編碼的圖像，P圖像是內(nèi)編碼或前向預(yù)測編碼或后向預(yù)測編碼的圖像，并且B圖像是內(nèi)編碼、前向預(yù)測編碼或雙向預(yù)測編碼的圖像。
運動估計器22對P圖像執(zhí)行前向預(yù)測以檢測它的運動矢量。附加地，運動估計器22對B圖像執(zhí)行前向預(yù)測、后向預(yù)測和雙向預(yù)測以檢測各個運動矢量。按已知的模式，運動估計器22在幀存儲器中搜索與當(dāng)前輸入的像素塊最相像的像素塊。各種搜索算法是本領(lǐng)域已知的。它們一般是基于計算當(dāng)前輸入塊的像素和候選塊的像素之間的絕對平均差(MAI)或均方誤差(MSE)的值。具有最小MAD或MSE的候選塊被選擇成為運動補償預(yù)測塊。它相對于當(dāng)前輸入塊位置的相對位置是運動矢量。
一旦收到來自運動估計器22的預(yù)測模式和運動矢量，運動補償器24就可以按照預(yù)測模式和運動矢量來讀出幀存儲器中保存的被編碼并已經(jīng)被本地解碼的圖像數(shù)據(jù)，而且可以把讀出的數(shù)據(jù)作為預(yù)測圖像供應(yīng)給運算單元25和切換開關(guān)44。運算單元25還接收輸入塊并計算輸入塊和來自運動補償器24的預(yù)測圖像之間的差。然后把該差值供應(yīng)給DCT電路30。
如果從運動估計器22上只接收到預(yù)測模式，也就是，如果預(yù)測模式是內(nèi)編碼模式，運動補償器24就可以不輸出預(yù)測圖像。在這樣的情形下，運算單元25可以不執(zhí)行上述處理，而改為把輸入塊直接輸出給DCT電路30。
DCT電路30對來自運算單元33的輸出信號執(zhí)行DCT處理以便獲得DCT系數(shù)，這些系數(shù)被供應(yīng)給量化器32。量化器32按照作為反饋所接收的緩存(未示出)中的數(shù)據(jù)保存量來設(shè)定量化步長(量化刻度)，而且使用該量化步長來量化來自DCT電路30的DCT系數(shù)。把量化后的DCT系數(shù)連同設(shè)定的量化步長一起供應(yīng)給VLC單元34。
VLC單元34按照從量化器32供應(yīng)來的量化步長，把從量化器32供應(yīng)來的量化系數(shù)轉(zhuǎn)換成可變長度代碼，比如霍夫曼碼。最后得到的轉(zhuǎn)換后的量化系數(shù)被輸出到緩存(未示出)。量化系數(shù)和量化步長還被供應(yīng)給逆量化器38，它按照量化步長逆量化該量化系數(shù)以便把這個系數(shù)轉(zhuǎn)換成DCT系數(shù)。該DCT系數(shù)被供應(yīng)給逆DCT單元40，它對該DCT系數(shù)執(zhí)行逆DCT。然后把得到的逆DCT系數(shù)供應(yīng)給運算單元48。
運算單元48接收來自逆DCT單元40的逆DCT系數(shù)和來自運動補償器24的數(shù)據(jù)，這取決于切換開關(guān)44的位置。運算單元48把來自逆DCT單元40的信號(預(yù)測殘余)累加到來自運動補償器24的所預(yù)測的圖像上以本地解碼原始圖像。然而，如果預(yù)測模式表明內(nèi)編碼，就可以把逆DCT單元40的輸出直接饋送到幀存儲器。運算單元40所獲得的解碼后的圖像被發(fā)送到幀存儲器并保存在其中，以便以后用作內(nèi)部編碼的圖像、前向預(yù)測編碼的圖像、后向預(yù)測編碼的圖像或雙向預(yù)測編碼的圖像的參考圖像。
增強編碼器14包括運動估計器54、運動補償器56、DCT電路68、量化器70、VLC單元72、比特率控制器74、逆量化器76、逆DCT電路78、切換開關(guān)66和82、減法器58和64、以及加法器80和88。此外，增強編碼器14還可以包括DC偏移60和84、加法器62和減法器86。這些部件中許多部件的操作類似于基本編碼器12中類似部件的操作，就不詳細描述了。
運算單元40的輸出還被供應(yīng)給上抽樣器50，它一般從被解碼的視頻流中重構(gòu)所濾出的分辨率并且提供具有與高分辨率輸入基本相同的分辨率的視頻數(shù)據(jù)流。怎樣執(zhí)行這個上抽樣將稍后在這個說明書中說明。然而，因為壓縮和解壓縮引起的濾波和損耗的原因，在被重構(gòu)的流中出現(xiàn)某些誤差。因為本發(fā)明的原因，這些誤差小于更小的現(xiàn)有技術(shù)濾波器通常所產(chǎn)生的誤差，這稍后將被說明。誤差在減法單元58中通過從原始的、未修改的高分辨率流中減去重構(gòu)的高分辨率流而確定。
原始的未修改的高分辨率流還被提供給運動估計器54。被重構(gòu)的高分辨率流還被提供給加法器88，它把逆DCT 78的輸出(有可能被運動補償器56的輸出所修改，取決于切換開關(guān)82的位置)加起來。加法器88的輸出被供應(yīng)給運動估計器54。結(jié)果，運動估計對按比例放大的基本層加增強層執(zhí)行，以代替原始的高分辨率流和被重構(gòu)的高分辨率流之間的殘余差。
進一步來說，隨后跟著削波操作的DC偏移操作可以被引入增強編碼器14中，其中DC偏移值60被加法器62加到減法單元58的殘余信號輸出上。這個可選的DC偏移和削波操作允許如MPEG這樣的現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)用于像素值在如0...225這樣的預(yù)定范圍內(nèi)的增強編碼器。殘余信號通常集中在零的周圍。通過加上DC偏移值60，抽樣的集中可以被移到該范圍的中間，例如對8比特視頻抽樣來說是128。這個加法的好處是可以使用該增強層編碼器的標(biāo)準(zhǔn)部件而且產(chǎn)生有成本效率(IP塊的重復(fù)使用)的解決方案。
圖2示出圖1的上抽樣或下抽樣電路的示意框圖。首先有對輸入信號進行抽樣的抽樣單元90，它被連接到按照本發(fā)明的濾波器92上。該濾波器最后連接到縮減單元93。在按例如3/8的比例放大信號的時候，在抽樣單元90中取出輸入信號的若干個抽樣。然后濾波器92對這些抽樣濾波并對每個抽樣產(chǎn)生若干個輸出信號，在這個范例中是八個。對于輸入給濾波器92的每個抽樣，濾波器然后生成八個輸出信號。然后把這些輸出信號發(fā)送給縮減單元93，它進而在這些輸出信號中每隔二個信號就保持一個。如果選擇濾波器的第一個輸出信號來保留，那么縮減單元93刪除隨后的兩個輸出信號并保留隨后的第四個信號。這種方案當(dāng)然不限于3/8，而是對4/9或真正使用的任何其他轉(zhuǎn)換方案來說可以應(yīng)用類似的方案。抽樣器和縮減單元被進一步示為與濾波器分開的實體，然而它們也可以是濾波器的一部分，兩者都是或者只有其中一個是。按比例縮小用類似的方式執(zhí)行。當(dāng)按3/8的比例縮小時，濾波器然后對每個抽樣產(chǎn)生3個輸出信號，縮減單元保留每八個輸出信號。
現(xiàn)在將聯(lián)系圖3說明按照本發(fā)明的濾波器，該圖示出簡單的低通濾波器的電路圖，它接近為一個理想的低通濾波器。該濾波器適合按因子為2的比例放大。挑選這個濾波器來解釋本發(fā)明的原因是對于這種類型的濾波器來說，濾波系數(shù)被保持相當(dāng)?shù)筒⑶液唵?，因此本發(fā)明更容易解釋。然而應(yīng)當(dāng)認識到本發(fā)明適用于幾種類型的濾波器，這些類型的濾波器還有別的許多濾波系數(shù)。
圖3示出按照本發(fā)明的濾波器或濾波設(shè)備92。濾波器92包括一個輸入端94連接到先前提到的抽樣單元上。第一切換開關(guān)95的第一接線端被連接到輸入端94上。切換開關(guān)95的第二接線端被接地或零電位，而第一切換開關(guān)95的第三接線端被連接到第一延遲單元96的輸入端。第一延遲單元96的輸出端被連接到第二延遲單元97的輸入端上。第二延遲單元97的輸出端被連接到第三延遲單元98的輸入端上。第四延遲單元99的輸入端被連接到第三延遲單元98的輸出端。第五延遲單元100的輸入端被連接到第四延遲單元99的輸出端。第六延遲單元101的輸入端被連接到第五延遲單元100的輸出端。具有濾波系數(shù)C6的第一乘法單元102的輸入端被連接到第一延遲單元96的輸出端，并且第一乘法單元102的輸出端被連接到第一加法單元108上。具有濾波系數(shù)C4的第二乘法單元104的輸入端被連接到第三延遲單元98的輸出端上。第二乘法單元104的輸出端還被連接到第一加法單元108上。第一加法單元108還被連接到第二加法單元110上。具有濾波系數(shù)C2的第三乘法單元106的輸入端被連接到第五延遲單元100的輸出端上。第三乘法單元106的輸出端被連接到第二加法單元110上。第二加法單元110被連接到第一歸一化單元112的輸入端上。具有濾波系數(shù)C7的第四乘法單元114的輸入端被連接到第一切換開關(guān)95的第三接線端上。第四乘法單元114的輸出端被連接到第三加法單元122上。具有濾波系數(shù)C5的第五乘法單元116的輸入端被連接到第二延時單元97的輸出端。第五乘法單元116的輸出端被連接到第三加法單元122上。第三加法單元122還被連接到第四加法單元124上。具有濾波系數(shù)C3的第六乘法單元118的輸入端被連接到第四延遲單元99的輸出端上。第六乘法單元118的輸出端被連接到第四加法單元124上。第四加法單元124還連接到第五加法單元126。具有濾波系數(shù)C1的第七乘法單元120的輸入端被連接到第六延遲單元101的輸出端上。第七乘法單元120的輸出端被連接到第五加法單元126上。第五加法單元126被連接到第二歸一化單元128的輸入端上。第一歸一化單元112的輸出端被連接到第二切換開關(guān)130的第一接線端。第二歸一化單元128的輸出端被連接到第二切換開關(guān)130的第二接線端。第二切換開關(guān)130的第三接線端被連接到濾波器的輸出端132上。濾波器包括把第一、第二和第三乘法單元102、104和106包含在內(nèi)的第一乘法單元組，它提供第一相位的濾波系數(shù)或第一組濾波系數(shù)。該濾波器還包括把第四、第五、第六和第七乘法單元114、116、118和120包含在內(nèi)的第二乘法單元組，它提供第二相位的濾波系數(shù)或第二組濾波系數(shù)。
現(xiàn)在將更詳細地說明濾波器的功能。輸入信號的若干個抽樣從圖2的抽樣單元來取并被提供到濾波器的輸入端94上。抽樣經(jīng)由延遲單元而提供給不同的乘法單元，該延遲單元由合適的時鐘(未示出)來計時。在各個抽樣之間由接地的第一切換開關(guān)95插入一個零抽樣。在某個時刻，第一抽樣從第五延遲單元100上提供，第二抽樣從第三延遲單元98上提供，第三抽樣從第一延遲單元96上提供。把第一抽樣乘上第三乘法單元106中的濾波系數(shù)C2，把第二抽樣乘上第二乘法單元104中的濾波系數(shù)C4，把第三抽樣乘上第一乘法單元102中的濾波系數(shù)C6。因為第一切換開關(guān)95所插入的零抽樣的原因，在第六延遲單元101、第四延遲單元99、第二延遲單元97的輸出端上以及在第一切換開關(guān)95的第三接線端上的抽樣在這種情況下都為零。乘完后的第三抽樣和乘完后的第二抽樣然后在第一加法單元108中彼此相加，并且這個總和在第二加法單元110中被加到第一乘完的抽樣上。由此得到第一總和信號。第一歸一化單元112把第一總和信號除以上第一組中濾波系數(shù)即系數(shù)C2、C4和C6的總和從而把它歸一化。由此第一輸出信號被生成，該信號被第二切換開關(guān)130傳遞到濾波器92的輸出端132上。一旦濾波器計時，那么第一抽樣被從第六延遲單元101上提供，第二抽樣被從第四延遲單元99上提供，第三抽樣被從第二延遲單元97上提供，并且第四抽樣然后被直接從第一切換開關(guān)95的第三接線端上提供。現(xiàn)在因為第一切換開關(guān)95所插入的零抽樣的原因，在第五、第三和第一延遲單元100、98和96的輸出端上的抽樣都為零。然后把第一抽樣乘上第七乘法單元120中的濾波系數(shù)C1，把第二抽樣乘上第六乘法單元118中的濾波系數(shù)C3，把第三抽樣乘上第五乘法單元116中的濾波系數(shù)C5，并且把第四抽樣乘上第四乘法單元114中的濾波系數(shù)C7。這些乘完后的抽樣由加法單元122、124和126加到一起以便以與生成第一總和信號相同的方式形成第二總和信號。第二歸一化單元128，收到了來自第五加法單元126的第二總和信號，通過把它除以第二組中濾波系數(shù)即系數(shù)C1、C3、C5和C7的總和從而把它歸一化。由此第二輸出信號被生成，該信號被第二切換開關(guān)130傳遞到濾波器92的輸出端132上。用這種方式確保輸出信號有相等的增益。第二、第三和第四抽樣在下一個時鐘周期期間被第一、第二和第三乘法單元102、104、106乘起來進一步產(chǎn)生要在第一歸一化單元中使用的總和信號，并且用這種方式繼續(xù)基于輸入信號抽樣來生成總和信號。通過這種方式，濾波器繼續(xù)為輸入到濾波器的輸入信號的每個新抽樣提供兩個輸出信號。因而得到因子為2的比例放大，可以隨后在先前所述的縮減單元中按比例縮小。
以前必須通過把總和信號除以所有的濾波系數(shù)而進行歸一化。在這種情況下，在選擇濾波系數(shù)以便提供的總和信號大小相等的時候就必須慎重。對于按照本發(fā)明的濾波器，這是不必要的。可以調(diào)整濾波系數(shù)的維數(shù)來進行最佳濾波，而不必考慮提供大小相等的總和信號。然后這種類型的濾波產(chǎn)生一個結(jié)果，它比現(xiàn)有的公知濾波器具有更小的輸入信號誤差。
應(yīng)當(dāng)認識到本發(fā)明只被提供了兩個加法單元用來把兩個總和信號加到一起。只有一個歸一化單元而不是兩個也是可能的。那么第二個切換開關(guān)就提供到這個單獨的歸一化單元的前面，它就在這兩個總和信號之間改變分母。使用軟件而不是不同的離散電路或單元來執(zhí)行不同的加法也是可能的。
現(xiàn)在將在下面的表1中給出一個與上述濾波器濾波系數(shù)的典型選擇有關(guān)的范例。作為對比，還給出了一個標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)有技術(shù)濾波器的系數(shù)。

表1從表1可見，對于現(xiàn)有技術(shù)濾波器來說第二總和信號C1+C3+C5+C7＝32并且第一總和信號C2+C4+C6＝32，而對于按照本發(fā)明的濾波器來說這些總和分別等于34和32。在第一組中濾波系數(shù)C4是中心系數(shù)。
所述濾波器是簡化后的濾波器，提供兩個輸出信號。本發(fā)明在能夠提供更多輸出信號的濾波器上也適用。在下面發(fā)現(xiàn)一個范例，可被用來從一個輸出信號中提供三個輸出信號。
C1＝0，C2＝8.9，C3＝17.7，C4＝0，C5＝-60.88，C6＝102.5，C7＝0，C8＝295.2，C9＝643.2，C30＝800，C11＝643.2，C12＝295.2，C13＝0，C14＝-102.5，C15＝-60.88，C16＝0，C17＝17.7，C18＝8.9 and C19＝0.
為了提供這樣一種按比例放大到三個輸出信號的濾波器，有三個濾波系數(shù)的相位或組，這里C1、C4、C7、C30、C13、C16和C19組成第一相位，C2、C5、C8、C11、C14和C17組成第二相位，并且C3、C6、C9、C12、C15和C17組成第三相位。為了提供在圖3中濾波器基礎(chǔ)上的這種類型的濾波器，必須提供更多的延遲單元，還有一個第三歸一化單元，把乘以第三組系數(shù)后的抽樣的總和提供給這個單元。進一步把兩個零抽樣插入每個“真實”抽樣之間。切換開關(guān)還必須具有三個不同的位置以便在這些位置之間切換。
還應(yīng)當(dāng)認識到本發(fā)明可以被變更的是，濾波器或抽樣單元不在輸入信號的每個抽樣之間插入零抽樣。這樣一種濾波器可以使用六個延遲單元、四個乘法單元和三個加法單元來實現(xiàn)。
為了完備性，現(xiàn)在將參照圖4來說明一種按照本發(fā)明進行濾波的方法，它示出該方法的流程圖。步驟134，首先輸入信號被抽樣。然后步驟136，對于濾波器中存在的每組濾波系數(shù)，執(zhí)行下面的步驟步驟138，輸入信號的抽樣用這組濾波系數(shù)來濾波。步驟140，被濾波因而乘上了濾波系數(shù)的抽樣然后被加到一起形成總和信號。步驟142，然后把該總和信號除以該組中濾波系數(shù)的總和并作為一個輸出信號來提供。因而步驟138-142對濾波系數(shù)所有組都執(zhí)行一次，即如果有兩組，它們就被執(zhí)行兩次，如果有三組它們就被執(zhí)行三次，等等，以便按想要的因子來比例放大。按比例放大當(dāng)然還可以與先前所述的按比例縮小結(jié)合起來。
對于本發(fā)明來說給出近似于最佳的濾波器，在奇數(shù)放大和縮小的轉(zhuǎn)換比例被應(yīng)用的時候，不必增加濾波器中濾波系數(shù)的數(shù)目。通過這種方式，濾波器的濾波系數(shù)可以被保持為低水平，而仍然把濾波器輸出端中的誤差保持為低水平。在譬如MPEG編碼器中編碼時這減小了殘余信號上的能量，這還給予編碼器更好的編碼效率。當(dāng)使用了按照本發(fā)明而設(shè)計的濾波器的時候，實驗示出了在先前所述的基本層中可以得到的比特率增益為百分之3到五，對于先前所述的增強層也是這樣。進一步來說，感覺到的圖像質(zhì)量比在使用有相同數(shù)量濾波系數(shù)的普通濾波器時更好一點。
上述好處中有許多都是聯(lián)系視頻編碼來實現(xiàn)的。與此相關(guān)，它適用于DVD領(lǐng)域。然而應(yīng)當(dāng)認識到本發(fā)明不限于視頻編碼。它在任何類型的按比例放大和縮小處理上都適用，例如用于聲音編碼。同樣可能被用來把節(jié)目在磁盤上分層保存或彈性保存。
權(quán)利要求
1.一種對輸入信號進行濾波的方法，其中濾波系數(shù)被分成多于一個相位，并且包括步驟用第一相位的濾波系數(shù)來執(zhí)行對輸入信號抽樣的第一濾波，(步驟138)，把第一濾波后的抽樣加到一起形成第一總和信號，(步驟140)，執(zhí)行至少一次用另一個相位的濾波系數(shù)對輸入信號抽樣進行的進一步濾波，(步驟138)，把每個進一步相位的濾波后的抽樣加到一起形成至少一個進一步的總和信號，(步驟140)，并且用第一相位的濾波系數(shù)的總和來除第一總和信號以及用對應(yīng)相位的濾波系數(shù)的總和來除每個進一步的總和信號，從而輸出這樣歸一化的總和信號作為該濾波器的第一和進一步的輸出信號，(步驟142)。
2.按照權(quán)利要求1的方法，其中至少一個進一步相位的濾波系數(shù)的總和可以與其他相位濾波系數(shù)的總和不同。
3.按照權(quán)利要求1的方法，進一步包含步驟每隔n-1個輸出信號就保留一個信號并刪除在兩個保留的信號之間的輸出信號從而縮減輸出信號，這里n是一個與比例縮小因子對應(yīng)的整數(shù)。
4.按照權(quán)利要求1的方法，其中被執(zhí)行的濾波是低通濾波。
5.按照權(quán)利要求1的方法，其中濾波器的頻率響應(yīng)接近最佳。
6.按照權(quán)利要求1的方法，進一步包含步驟在輸入信號的每個抽樣之間插入至少一個零抽樣。
7.按照權(quán)利要求1的方法，進一步包含步驟對輸入信號進行抽樣從而提供若干個抽樣。
8.一種用于對輸入信號進行濾波的濾波設(shè)備，該設(shè)備包括第一組乘法單元，用第一相位的濾波系數(shù)對輸入信號的抽樣進行濾波，至少一個第一求和單元，把第一濾波后的抽樣加到一起形成第一總和信號，至少一組進一步乘法單元，用至少一個進一步相位的濾波系數(shù)對輸入信號的抽樣進行濾波，至少一個進一步求和單元，把進一步濾波后的抽樣加到一起形成至少一個進一步總和信號，以及至少一個歸一化單元，用第一相位濾波系數(shù)的總和來除第一總和信號，并且用對應(yīng)相位濾波系數(shù)的總和來除每個進一步總和信號，從而至少輸出這樣歸一化的總和信號作為濾波器的第一和進一步的輸出信號。
9.按照權(quán)利要求8的濾波設(shè)備，其中至少一個進一步相位的濾波系數(shù)的總和可以與其它相位濾波系數(shù)的總和不同。
10.按照權(quán)利要求8的濾波設(shè)備，其中為每個總和信號提供有一個歸一化單元。
11.按照權(quán)利要求8的濾波設(shè)備，進一步包含一個縮減單元，它被安排以便每隔n-1個輸出信號就保留一個信號并刪除在兩個保留的信號之間的輸出信號從而縮減輸出信號，這里n是一個與比例縮小因子對應(yīng)的整數(shù)。
12.按照權(quán)利要求8的濾波設(shè)備，其中濾波設(shè)備是低通濾波器。
13.一種包含至少一個對信號進行濾波的濾波器的視頻編碼設(shè)備，該濾波器包括第一組乘法單元，用第一相位的濾波系數(shù)對輸入信號的抽樣進行濾波，至少一個第一求和單元，把第一濾波后的抽樣加到一起形成第一總和信號，至少一組進一步乘法單元，用至少一個進一步相位的濾波系數(shù)對輸入信號的抽樣進行濾波，至少一個進一步求和單元，把進一步濾波后的抽樣加到一起形成至少一個進一步總和信號，以及至少一個歸一化單元，用第一相位濾波系數(shù)的總和來除第一總和信號，并且用對應(yīng)相位濾波系數(shù)的總和來除每個進一步總和信號，從而至少輸出這樣歸一化的總和信號作為濾波器的第一和進一步的輸出信號。
14.按照權(quán)利要求13的視頻編碼設(shè)備，包含第一和第二濾波器，其中第一濾波器是一個下抽樣濾波器而第二濾波器是一個上抽樣濾波器，并且進一步包含一個減法單元，用來計算輸入信號與輸入信號被下抽樣和上抽樣后版本之間的差。
全文摘要
描述了一種對信號進行濾波的方法、濾波器和視頻編碼器。該濾波器(92)包括第一組乘法器(102，104，106)，用第一相位的濾波系數(shù)(C2，C4，C6)對信號的抽樣進行濾波，第一求和單元(108，110)，把第一濾波后的抽樣加到一起形成第一總和信號，第二組乘法器(114，116，118，120)，用第二相位的濾波系數(shù)(C1，C3，C5，C7)對該抽樣進行濾波，第二求和單元(122，124，126)，把第二濾波后的抽樣加到一起形成一個第二總和信號，以及歸一化器(112，128)，用第一相位系數(shù)的總和來除第一總和信號，并且用第二相位系數(shù)的總和來除第二總和信號，從而提供第一和第二輸出信號。這使得該系數(shù)無須使系數(shù)組的總和相等就可以最佳化。
文檔編號H04N7/26GK1729622SQ200380106897
公開日2006年2月1日 申請日期2003年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月19日
發(fā)明者R·B·M·克萊恩岡內(nèi)維克 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司