Abstract

Especially at low bit-rates current DCT-based video coding standards suffer from the disadvantage that coarse quantization and a rigid block structure result in noticeable blocking and ringing noise. In this paper we propose a spatially adaptive method for reduction of these coding artifacts based on the principle of constrained least-squares image restoration. A strictly local filter is developed which adapts to the spatial image characteristics as well as to the coding conditions. Due to the small filter kernel, the method can be applied to frame as well as object-based video coding and is also suited for quality improvement in arbitrarily shaped MPEG-4 coded video material. The proposal is numerically scalable and yields visually pleasing results for intra- as well as interframe coded images. This is also reflected by consistent PSNR improvements between 0.2 and 1.3 dB. As post-processing technique, it is compatible to all existing image and video coding standards.

Zusammenfassung

Insbesondere bei niedrigen Datenraten haben gängige DCT-basierte Videocodierstandards den Nachteil, dass eine grobe Quantisierung in Verbindung mit der regulären Blockstruktur deutlich sichtbare Block- und Ringartefakte hervorruft. In diesem Artikel wird ein örtlich adaptives Verfahren zur Reduktion dieser Codierartefakte vorgeschlagen, das auf dem Prinzip der “constrained least squares” Bildrestauration beruht. Dazu wird ein streng lokales Filter entwickelt, welches sich an die örtlichen Bildcharakteristiken und die Codierparameter anpasst. Aufgrund des kleinen Filterkerns lässt sich das Verfahren sowohl für frame- als auch objektbasierte Bildcodierung einsetzen und eignet sich damit gut für die Bildverbesserung von MPEG-4 codierten Videoobjekten mit einer beliebigen, nicht rechteckigen Form. Der Vorschlag ist in der Komplexität skalierbar und erzielt eine visuell überzeugende Bildqualität für intra- und interframe-codierte Bilddaten. Dies spiegelt sich auch in einer durchgängigen Verbesserung des PSNR von 0.2 bis 1.3 dB wider. Als reiner Nachverarbeitungsschritt ist der Ansatz kompatibel mit allen gängigen Bild- und Videocodierstandards.

Résumé

Tout spécialement à de bas débits, les standards actuels de codage vidéo, basés sur la DCT, présentent l'inconvénient que la quantification grossière et la structure par blocs rigide ont pour résultat un effet de bloc et un bruit de contour appréciables. Nous proposons dans cet article une méthode spatialement adaptative pour la réduction de ces artefacts de codage, basée sur le prncipe de la restauration d'images aux moindres carrés avec contraintes. Un filtre strictement local, s'adaptant au caractéristiques spatiales de l'image et aux conditions de codage, est développé. Du fait de la petite taille du noyau du filtre cette méthode peut être appliquée au codage vidéo aussi bien par trames que par objets, et elle est également appropriée pour l'amélioration de qualité de séquences vidéo MPEG-4 de forme arbitraire. Une mise à l'échelle numérique est possible, et cette méthode donne des résultats visuellement agréables pour des images codées aussi bien en inter qu'en intra. Ceci se reflète aussi par des améliorations cohérentes du PSNR entre 0.2 et 1.3 dB. En tant que technique de post-traitement cette approche est compatible avec tous les standards de codage image et vidéo existants.

Author Keywords: Deblocking; Blocking artifacts; Ringing; Image enhancement; Image and video coding; MPEG-4

Article Outline

1. Introduction

2. Image restoration using constrained least-squares estimation

3. Extension by spatial adaptation

4. Parameter setting and adaptation to coding conditions

5. Experimental results

6. Conclusions

References