專利名稱：用于空間隔離的偽影剖析、分類和測量的系統和方法
技術領域：
本發明的實施例涉及視頻測試和測量，更特別地涉及視頻圖像質量(PQ)測量。
背景技術：
對于圖像質量分析，長期以來已經公認偽影的分類很重要，并且偽影的分類已被結合到諸如ITU-T J.144之類的用于圖像質量測量方法的當前國際標準中。本文提出的方法允許分析被檢測作為總損傷測量的成分的每一類偽影的比例，不管是如在PSNR中的客觀的分析還是如在預測DMOS中的主觀的分析。這種按類的損傷剖析對于視頻處理分量的診斷分析是有價值的，不管是視頻壓縮編碼器或解碼器中的分量，還是視頻廣播鏈中的分量。
諸如MPEG-2和H.264之類的視頻壓縮方法處理視頻使用有損耗壓縮方法，該方法引入理想地、肉眼看不見的誤差。由壓縮方法中的損耗引起的任何可見誤差自身展現為可能影響也可能不影響視頻的感知質量的損傷偽影。存在不同類型的損傷，每種類型具有不同水平的令人反感性。因此，偽影的識別以及按照其的令人反感性對偽影的幅值(magnitude)進行加權已經是預測主觀視頻質量評價的普遍方法，參見ITU-T J.144。
從視頻壓縮看到的偽影的示例是以其他方式的平滑梯度、沿彎曲邊緣的階梯式噪聲、“蚊式噪聲”或邊緣周圍的響聲(ringing)、和/或“繁忙”區域中的方格圖案(有時稱為絎縫(quilting)或塊狀結構(blockiness))和模糊來勾畫輪廓。除這些壓縮偽影之外，還可能發生噪聲或較少圖像相關的偽影，看起來更像單獨像素的誤差，如在來自弱模擬接收的“雪花”或“斑點”圖像中那樣。
已經提出了各種方法以減少圖像壓縮的影響。偽影減少算法常常可能引入它們自己的偽影，具有一種檢查偽影的相對比例的方法對于視頻處理HW和SW開發者是有用的。
現有技術已經需要用于每個偽影的識別的主要單獨處理，以及在計算時間及成本方面的計算上昂貴的方法以提供必需水平的計算能力，其通常還不保證所檢測的偽影種類之間的最佳正交(或分離)以及準確的相對測量。另外，從經分類的偽影的總和不一定包括參考和測試視頻之間的所有差異的意義上來說，現有技術缺乏“完整性”。
發明內容
因此，提供了本發明的實施例。一種測量測試視頻幀的方法包括基于測試視頻輸入和偽影測量控制來執行梯度變化測量。在某些實施例中，還連同測試視頻輸入一起使用參考視頻輸入。本發明的實施例提供梯度變化測量圖。另外，某些實施例提供總結測量(summarymeasurement)，或者在每個幀的層級，或者是用于一部分測試視頻輸入直至整個視頻序列的總體總結值。在某些實施例中，可以將梯度變化測量圖提供為適合于后續視頻處理或測量的掩模(mask)。
在本發明的實施例中，通過基于測試視頻對每個像素確定梯度幅度、確定梯度幅值以及梯度方向來進行梯度變化測量。
圖1是參考視頻序列的無損傷視頻幀的示例。
圖2是測試視頻序列的損傷視頻幀的示例。
圖3是舉例說明本發明的實施例的方框圖。
圖4是對應于圖1和圖2的描繪邊緣成塊的旋轉的邊緣圖的示例。
圖5是圖4的旋轉的邊緣圖的補充(compliment)的示例。
具體實施例方式
在圖3中以方框圖形式示出了本發明的實施例。此裝置處理測試下的輸入視頻，諸如圖2的(有點極端)的方塊損傷圖像。如果可用，還輸入相應的參考，例如圖1中所示。
在某些實施例中，可以直接輸出測量。圖4提供了描繪“邊緣成塊”的旋轉的邊緣圖的示例，其對應于圖1和圖2中所示的視頻幀。圖5提供對圖4中所示的旋轉邊緣圖的補充的示例。在替換實施例中，使用該測量作為另一次測量的掩模，諸如在Kevin M.Ferguson的題為Picture Quality Diagnostics for Revealing Cause of Perceptibility的美國專利No.7,102,667(‘667專利)中所述，該專利通過引用結合到本文中。
每次測量具有補充，從而使得該測量及其補充相加等于總和。例如，當按照‘667專利用作掩模時該總和是1，或者該總和是測量的最大范圍(通常在0～100％的范圍內，但可以選擇其它單位)。此補充的使用有助于保證完整性。
顯式偽影分類和測量包括根據梯度變化分類的那些。再次根據‘667專利，可以將這些顯式測量與用于客觀和主觀測量的權值相加。因此，對所有顯式測量的總和的補充是未被顯式測量涵蓋的任何偽影的隱式測量。再次地，這提供經分類的偽影的集合的完整性，盡管其并不必須徹底地剖析/描繪偽影通過到目前為止所描繪的顯式和隱式類別的進一步處理，可以進行進一步的剖析/描繪。
在3個變化類別內測量梯度(和邊緣)變化 1)添加細節響聲(ringing)、蚊式噪聲、其它噪聲 2)去除細節模糊、降低對比度、一般細節損失 3)邊緣旋轉方塊偽影，“鋸齒狀圖形”等。
對于測試和參考視頻幀兩者，該方法沿四個方向估計梯度以及具有這些取向的它們的相對覆蓋邊緣 --，|，/&\ 亦即， 對于水平為h，對于垂直為v， 對于向前傾斜為f而對于向后傾斜為b
參照圖3中所示的實施例，提供了測試視頻幀310以及參考視頻幀320。在一個替換實施例中，使用測試視頻幀和參考視頻幀來進行標稱(nominal)測量330。標稱測量可以向梯度變化測量340提供圖或其它數據。在其它實施例中，直接將測試視頻幀310連同參考視頻幀320一起提供給梯度變化測量340。可以通過提供梯度權值和補充控制的偽影測量控制350來控制梯度變化測量。所述梯度變化測量340提供測量圖和總結(summary)360。在某些實施例中，可以使用梯度測量圖和總結來提供偽影測量結果370。可替換地，例如使用‘667專利中所描述的處理，將梯度測量圖提供為用于進一步處理和測量的掩模380。
在梯度變化測量340內，對每個像素執行以下步驟 1)確定4個基本梯度取向濾波器(filter)中的每一個的梯度幅度344 2)確定梯度幅值346。梯度幅值對應于幅度的絕對值。確定4個輸出幅值中的最大幅值；以及 3)確定對應于最大幅值的梯度方向348。該梯度方向對應于在步驟1中使用的濾波器和相應幅度的符號
如下枚舉了方向 0＝沒有檢測到方向(無梯度) 1＝+h(--向右，0度) 2＝+f(/向右和向上，45度) 3＝+v(|向上，90度) 4＝+b(\向左和向上，135度) 5＝-h(--向左，180度) 6＝-f(/向左和向下，-135度) 7＝-v(|向下，-90度) 8＝-b(\向右和向下，-45度)
測量以下3個類別的梯度變化 1)添加細節if delta＝testGradMag-refGradMag＞0，delta 2)去除細節if delta＝testGradMag-refGradMag＜0，|delta| 3)邊緣旋轉 if(refGradType！＝testGradType)&&(testGradType＝＝odd)， blocking＝testGradMag
由4個取向和極性(1或-1)來表示8個梯度取向。表示4個取向的3×3濾波核的示例是 {-GRAD_SCALE，-GRAD_SCALE，-GRAD_SCALE，//Horizontal(--)Edge 0， 0， 0，GRAD_SCALE，GRAD_SCALE，GRAD_SCALE }， {-GRAD_SCALE，-GRAD_SCALE，0，//″Forward″Diagonal(/)Edge-GRAD_SCALE， 0，GRAD_SCALE， 0， GRAD_SCALE，GRAD_SCALE }， {-GRAD_SCALE， 0， GRAD_SCALE，//Vertical(|)Edge-GRAD_SCALE， 0， GRAD_SCALE，-GRAD_SCALE， 0， GRAD_SCALE }， { 0， GRAD_SCALE， GRAD_SCALE，//″Backward″Diagonal(\)Edge-GRAD_SCALE， 0，GRAD_SCALE，-GRAD_SCALE，-GRAD_SCALE， 0 } 其中，在本示例中，GRAD_SCALE＝歸一化因數＝1/(非零元素的數目)＝1/6。
然后可以將結果圖進行組合以根據例如‘667專利來為每個幀和整個視頻序列創建總結測量。
權利要求
1.一種測量測試視頻幀的方法，包括
提供測試視頻輸入；
提供偽影測量控制；
基于所述測試視頻輸入執行梯度變化測量；以及
提供梯度變化測量圖。
2.權利要求1的方法，還包括連同所述測試視頻輸入一起提供參考視頻輸入并使用所述測試視頻輸入和所述參考視頻輸入兩者來執行梯度變化測量。
3.權利要求1的方法，還包括基于所述測試視頻輸入來執行標稱測量，并基于標稱測量圖來執行梯度變化測量。
4.權利要求3的方法，還包括使用參考視頻輸入以進行標稱測量。
5.權利要求1的方法，其中，所述偽影測量控制提供梯度權值。
6.權利要求1的方法，還包括提供梯度變化測量圖作為掩模以進行進一步的視頻測量。
7.權利要求1的方法，還包括提供總結梯度變化測量。
8.權利要求1的方法，還包括提供偽影測量結果。
9.權利要求1的方法，其中，所述梯度變化測量包括
基于所述測試視頻輸入來確定梯度幅度；
基于所述測試視頻輸入來確定梯度幅值；以及
基于所述測試視頻輸入來確定梯度方向。
10.權利要求9的方法，其中，根據所述測試視頻輸入對幀的每個像素執行所述確定梯度幅度、梯度幅值和梯度方向的步驟。
11.權利要求9的方法，其中，確定梯度幅值包括確定梯度幅度的絕對值。
12.權利要求10的方法，其中，使用四個梯度濾波器的幅度的最大絕對值來確定所述梯度幅值。
13.權利要求12的方法，其中，所述梯度方向對應于在確定梯度幅值的步驟中使用的濾波器和相應梯度幅度的符號。
全文摘要
本發明的實施例涉及一種測量測試視頻幀的方法。提供測試視頻輸入以及偽影測量控制，基于該測試視頻輸入來執行梯度變化測量并提供梯度變化測量圖。
文檔編號H04N17/00GK101682768SQ200880019294
公開日2010年3月24日 申請日期2008年4月8日 優先權日2007年4月9日
發明者K·費爾古森 申請人:特克特朗尼克公司