專利名稱：對圖象序列的噪聲濾除的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對圖象序列的噪聲濾除。本發(fā)明還涉及編碼圖象序列，其中圖象序列被噪聲濾除。
圖象序列通常包含噪聲是熟知的，這個噪聲可能是在圖象獲取的初始階段期間，或在處理與傳輸運(yùn)行期間，或甚至在存儲階段期間引起的。這個噪聲不單惡化序列的質(zhì)量，也惡化以后可能的壓縮運(yùn)行(例如，MPEG，小波，分位數(shù)等等)的性能。為此，在盡可能多地減小噪聲而又不會不可接受地影響圖象質(zhì)量方面，有很大的興趣。
為了減小噪聲，濾波運(yùn)行是必須的。這樣的濾波運(yùn)行可以導(dǎo)致圖象的模糊和“重影”的影響，這導(dǎo)致對于觀看者的不可接受的質(zhì)量。這是由于幾乎所有的圖象都具有帶有邊緣，輪廓等等的詳細(xì)的區(qū)域。
本發(fā)明的一個目的是提供有利的濾波。為此，本發(fā)明提供用于對圖象序列進(jìn)行噪聲濾除的方法和設(shè)備，以及用于編碼圖象序列的方法和設(shè)備，正如在獨(dú)立的權(quán)利要求中被規(guī)定的。有利的實(shí)施例在所附權(quán)利要求中被限定。
在本發(fā)明的第一實(shí)施例中，確定在圖象序列的至少一個圖象中的統(tǒng)計特性，以及根據(jù)從至少一個圖象得出的一組原先的象素數(shù)值計算至少一個濾波的象素數(shù)值，其中原先的象素數(shù)值在統(tǒng)計特性的控制下被加權(quán)。本發(fā)明提供執(zhí)行自適應(yīng)濾波的簡單的方法，它優(yōu)選地被應(yīng)用于壓縮系統(tǒng)的預(yù)處理級。統(tǒng)計特性可以通過任何已知的(或還未知的)計算，例如在至少一個圖象的子組中的方差或相關(guān)(或它們的近似)，而容易地被得出。
在本發(fā)明的另一個實(shí)施例中，計算步驟包括在統(tǒng)計特性的控制下加權(quán)原先的象素數(shù)值組，得出加權(quán)的象素數(shù)值組，以及把加權(quán)的象素數(shù)值組提供給靜態(tài)濾波器，在該靜態(tài)濾波器中，至少一個濾波的象素數(shù)值從加權(quán)的象素數(shù)值組中被算出。這個實(shí)施例尤其具有優(yōu)點(diǎn)濾波的自適應(yīng)性可通過使用分開的加權(quán)步驟被得出，以及靜態(tài)濾波器與加權(quán)相組合地被使用。代替使用可變?yōu)V波器，它的實(shí)施方案是更復(fù)雜的，本發(fā)明提供簡單的象素數(shù)值的適配，它與靜態(tài)濾波器相組合導(dǎo)致自適應(yīng)濾波。
有利地，統(tǒng)計特性包括原先的象素數(shù)值組的空間和/或時間擴(kuò)散。在本實(shí)施例中，自適應(yīng)是基于為得出濾波的象素數(shù)值而被處理的象素數(shù)值的“擴(kuò)散”的計算。擴(kuò)散是基于在象素數(shù)值之間的差別的度量，擴(kuò)散優(yōu)選地是作為絕對差值的和值被計算的，給定的絕對差值是通過從給定的原先的象素值中減去平均象素值而得出的。本地“擴(kuò)散”，即，從其中計算濾波的象素數(shù)值的、原先的象素組的擴(kuò)散，是圖象的本地活動性的良好的指示。這樣，根據(jù)被處理的象素的統(tǒng)計特性，有可能本地地控制濾波器的強(qiáng)度，以避免在圖象內(nèi)容是關(guān)鍵的地方處(例如在邊緣處)的贗像。在預(yù)濾波中，即，在進(jìn)入編碼環(huán)路以前，在運(yùn)動物體附近以及特別是在運(yùn)動邊緣處的缺陷，通過根據(jù)圖象的本地統(tǒng)計性質(zhì)的自適應(yīng)性，而被消除，以便完成空間濾波以及空間時間濾波，能夠非常有效地對抗高斯噪聲，而不在圖象序列中產(chǎn)生不可接受的贗像。這在應(yīng)用平均濾波器時特別正確。中值濾波減小高斯噪聲和難對付的噪聲。
有利地，通過對于原先的象素組中的每個象素取原先的象素數(shù)值的一個部分α和中心的象素數(shù)值的一個部分1-α的組合，而得出加權(quán)象素數(shù)值。事實(shí)上，α表示原先的象素數(shù)值占中心象素數(shù)值的量。在α＝0的情形下，所有的原先的象素數(shù)值具有與中心象素數(shù)值的相同的數(shù)值，即，不考慮不同于中心象素數(shù)值的所有原先的象素數(shù)值。這是在本地擴(kuò)散很高時優(yōu)選的情形。在α＝1的情形下，所有的原先的象素數(shù)值保持它們的原先的數(shù)值。這是在本地擴(kuò)散很低時優(yōu)選的情形。通常，擴(kuò)散越高，α越低。在本實(shí)施例中，控制信號只包含一個數(shù)值，即α，這樣，實(shí)施方案可被保持為盡可能小。
本地擴(kuò)散最好配備有查找表，它的輸出控制加權(quán)。查找表提供簡單和快速的達(dá)到加權(quán)的控制。
本發(fā)明中的優(yōu)選的濾波運(yùn)行包括中值濾波和平均濾波。當(dāng)例如在空間時間平均濾波中使用時間方向上的擴(kuò)散時，最好使用第二查找表用于時間方向，因?yàn)樵跁r間方向上的象素數(shù)值常常與空間方向上的象素數(shù)值不同地互相相關(guān)。而且，在時間方向上的象素與空間方向上象素不太相關(guān)；所以，有利地在與空間方向上的象素數(shù)值相比較，在總的結(jié)果中減小在時間方向上相鄰的象素的加權(quán)。
在使用時間方向的情形下，時間移位的原先的象素數(shù)值優(yōu)選地包括在同一個幀中來自不同的區(qū)(具有不等的奇偶校驗(yàn))的兩個原先的象素數(shù)值以及先前的幀的至少一個原先的象素數(shù)值。這個實(shí)施例比起存儲在不同的幀的、具有相同的奇偶校驗(yàn)的區(qū)的象素數(shù)值來說，節(jié)省存儲器，因?yàn)樵诤竺娴那樾蜗?，至少兩個幀需要被存儲來使得兩個區(qū)是可提供的。
而且，可以使用濾波的時間移位的象素數(shù)值，而不是時間移位的原先的象素數(shù)值，來減小濾波器的實(shí)施方案的帶寬要求。
美國專利5,621,468揭示了被用作為圖象編碼設(shè)備中的預(yù)濾波的運(yùn)動自適應(yīng)空間時間濾波方法，它通過按照想要的時間截止頻率和運(yùn)動分量的速度使用具有頻帶限制特性的濾波器，而沿著運(yùn)動分量的軌跡，而不用時間折疊地處理視頻幀信號在空間時間域上時間頻帶限制。
美國專利4,682,230揭示了自適應(yīng)中值濾波系統(tǒng)，它濾波輸入信號的樣本。另一個電路估值輸入信號中噪聲的相對密度，產(chǎn)生提供給自適應(yīng)中值濾波器的控制信號。自適應(yīng)濾波器選擇地以具有自中值數(shù)值的樣本替換當(dāng)前的樣本。如果當(dāng)前的樣本/中值距離超過處理的M片內(nèi)的距離，則中值數(shù)值的樣本被耦合到輸出端，否則，當(dāng)前的樣本被耦合到輸出。M片是涉及在按照它們的數(shù)值存儲的樣本表中樣本的相對位置的通用術(shù)語。中間的以及上部的和下部的量是特定的情形，分別表示在該表中一半、四分之三和四分之一地方的數(shù)值。M片內(nèi)的距離是在上部的M片數(shù)值與下部的M片數(shù)值之間的差值，以及是在當(dāng)前樣本的地點(diǎn)處圖象的對比度的度量。
美國專利5,793,435揭示了使用可變系數(shù)空間時間濾波器的視頻的去交織。交織的視頻信號被輸入到視頻存儲器，它又提供一個參考和多個偏移視頻信號，代表要被內(nèi)插的象素以及空間上和時間上相鄰的象素。作為輔助信號連同交織的視頻被發(fā)送的、或從連同交織的視頻被發(fā)送的運(yùn)動衰落得出的、或直接從交織的視頻信號得出的、系數(shù)索引號被提供給系數(shù)存儲器，以便選擇一組濾波器系數(shù)。參考和偏移信號連同空間時間內(nèi)插濾波器(諸如FIR濾波器)的濾波器系數(shù)一起被加權(quán)，以便產(chǎn)生內(nèi)插的視頻信號。內(nèi)插的視頻信號與參考視頻信號相交織，被適當(dāng)?shù)匮訒r以補(bǔ)償濾波器處理時間，產(chǎn)生漸進(jìn)的視頻信號。
現(xiàn)在參照此后描述的實(shí)施例，將明白和闡述本發(fā)明的上述的和其它方面。
在附圖中

圖1顯示按照本發(fā)明的編碼器的實(shí)施例；圖2顯示如圖3和4所示的自適應(yīng)濾波器的輸入樣本；圖3顯示按照本發(fā)明的自適應(yīng)空間中值濾波器的實(shí)施例；圖4顯示按照本發(fā)明的自適應(yīng)空間平均濾波器的實(shí)施例；圖5顯示如圖6所示的自適應(yīng)空間時間平均濾波器的第一組輸入樣本；圖6顯示按照本發(fā)明的自適應(yīng)空間時間平均濾波器的實(shí)施例；以及圖7顯示如圖6所示的自適應(yīng)空間時間平均濾波器的第二組輸入樣本。
圖上只顯示對于了解本發(fā)明所必須的那些單元。
圖1顯示按照本發(fā)明的編碼器1的實(shí)施例，它包括輸入單元10、計算單元11、查找表12、加權(quán)級13、濾波器14和編碼單元15。輸入視頻信號V1被提供到編碼器1以及在輸入單元10中被接收。在計算單元11中，從被表示為Pt，Mi的一組原先的象素數(shù)值中得出本地擴(kuò)散S。擴(kuò)散計算的結(jié)果被提供到查找表12，得出控制信號α。在加權(quán)級13中，象素數(shù)值Pt，Mi被加權(quán)，得出加權(quán)的象素數(shù)值Pt，Ni。加權(quán)的象素數(shù)值Pt，Ni在濾波器14中被濾波，得出濾波的象素數(shù)值Pt’。多個象素數(shù)值Pt’構(gòu)成濾波的視頻信號。按照本發(fā)明的有利的實(shí)施例，濾波器14包括空間中值濾波器，空間平均濾波器，空間時間平均濾波器或它們的組合。由多個濾波的象素數(shù)值Pt’組成的濾波的視頻信號在編碼單元15中被編碼，以便得到編碼的視頻信號V2。編碼單元15優(yōu)選地是MPEG編碼器。
圖2顯示按照本發(fā)明的自適應(yīng)濾波器(諸如圖3所示的空間中值濾波器或圖4所示的空間平均濾波器)的示例性輸入樣本。這些輸入樣本也可被使用來顯示在一個場內(nèi)輸入樣本的優(yōu)選的例子。虛線表示第一場的圖象線，以及連續(xù)線表示幀的第二場的圖象線。樣本Pt處在計算的輸出樣本的位置。為了計算一個濾波的亮度樣本，五個樣本Pt，M1，M2，M3和M4被用作為輸入。在MPEG編碼器中，它是本發(fā)明的優(yōu)選的應(yīng)用領(lǐng)域，按照CCIR 4∶2∶2格式，水平的彩色子采樣通常在輸入端發(fā)生。所以，在彩色樣本(對于U和V的Ptc，M1c，M2c，M3c和M4c)之間的水平距離是亮度樣本的兩倍。因?yàn)閷?shí)驗(yàn)表明來自彩色樣本的額外的增益是最小的，彩色中值處理可以跳過，而不會很大地影響質(zhì)量。
中值濾波本身對于它的保留單值步驟邊緣的能力在技術(shù)上是已知的，所以，它廣泛地被使用于二維圖象噪聲平滑。中值濾波器的實(shí)施方案需要非常簡單的數(shù)字非線性運(yùn)算取長度n的采樣的和量化的信號；在該信號上，有一個跨越m個信號樣本點(diǎn)的窗口滑動。濾波器輸出被設(shè)置等于這些m個信號樣本的中值數(shù)值以及是與窗口的中心處的樣本有關(guān)的。M個標(biāo)量Xi(i＝1，...，m)的中值可被定義為Xmed，以使得對于所有的Y有Σi=1m|Xmed-Xi|≤Σi=1m|Y-Xi|---(1)]]>為了結(jié)果得出唯一的數(shù)值，m必須是奇數(shù)值。假設(shè)從具有由下式表示的雙指數(shù)密度函數(shù)的總體中取一個隨機(jī)樣本{X1，...，Xm}f(x)=γe-γ|x-δ|2---(2)]]>其中γ是縮放因子以及δ是最大位置參量。使得以下的或然率函數(shù)的數(shù)值最大化的δ的數(shù)值L(δ)=Πi=1mγe-γ|x1-δ|2---(3)]]>被稱為基于隨機(jī)樣本{X1，...，Xm}的、對于δ的最大或然率估值。通過取(3)式的對數(shù)，可以看到，最大或然率估值顯然等于Med[X1，...，Xm]。因此，中值是在最大或然率的意義上位置參量的最佳估值，如果輸入分布是如(2)式中的雙指數(shù)的話。同樣地，平均值是對于高斯分布的最大或然率估值。
傳統(tǒng)上，當(dāng)中值濾波器被使用于二維圖象時，在圖象的每個點(diǎn)上的強(qiáng)度用被包含在以該點(diǎn)為中心的、m*m窗口內(nèi)的那些點(diǎn)的強(qiáng)度的中值代替。大家知道，中值濾波器，比起線性濾波器來說，對于平滑帶有難對付的噪聲分布的圖象是更有效的，因?yàn)橥ㄟ^中值濾波，分離物被拒絕。按照上述的性質(zhì)，當(dāng)輸入的噪聲的分布具有較大的拖尾(例如，難對付的噪聲)，中值濾波器有助于產(chǎn)生對于濾波的噪聲的更低的方差，但具有較低的性能時，例如，在具有高斯分布的不相關(guān)的(白色)圖象噪聲的情形下的平均濾波器；另外當(dāng)存在高斯噪聲或脈沖式噪聲時，后者不能像只存在沖擊式噪聲時那樣被完全抑制。
一般認(rèn)為，中值濾波器對于它們的保留圖象的單值步驟邊緣(寬度(m+1)/2)的能力是又吸引力的，而平均濾波器不可避免地趨向于模糊的邊緣，但對抗高斯噪聲是更有效的。在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，以實(shí)際的硬件的、簡易的實(shí)施方案通過使用分開的中值濾波器而被得出。這樣的分開的濾波器通過接連地應(yīng)用沿著不同的方向的一維中值濾波而執(zhí)行中值濾波運(yùn)算。雖然結(jié)果并不等同于完全的二維中值濾波(使用m*m窗口)，但可以看到，分開的濾波器提供與二維中值濾波器可比較的性能。然而，主要的優(yōu)點(diǎn)在于，在完全的二維中值濾波器中，中心的單元是m2個點(diǎn)的中值；通過分開地沿著行和列完成m個點(diǎn)的中值，可以得到計算上節(jié)省的因子。分開的中值濾波器因此在技術(shù)上是已知的。
雖然中值具有良好的保留邊緣的能力，但如果它被直接應(yīng)用到圖象數(shù)據(jù)上時，則會出現(xiàn)奇特的影響，如模糊和在運(yùn)動部件周圍的“拖尾”和“陰影”。特別是為了使得這些不想要的影響最小化，本發(fā)明提供自適應(yīng)中值濾波器，該濾波器是基于圖象的本地統(tǒng)計特性自適應(yīng)的。
圖3顯示按照本發(fā)明的、自適應(yīng)中值濾波器的一個實(shí)施例。圖2所示的輸入樣本Pt，Mi被提供給計算單元21和加權(quán)級23。在計算單元2 1中，從輸入樣本計算空間擴(kuò)散Sspat，該擴(kuò)散Sspat被提供給查找表22。根據(jù)擴(kuò)散Sspat，從查找表22得出控制信號α?？刂菩盘枽帘惶峁┙o加權(quán)級23，在其中輸入象素數(shù)值Pt，Mi被加權(quán)，得出被調(diào)整的象素數(shù)值Pt，Ni。應(yīng)當(dāng)指出，在本實(shí)施例中，中心的象素Pt不受加權(quán)影響。在中值濾波器24中，從調(diào)整的象素數(shù)值Pt，Ni取中值，得出濾波的象素數(shù)值Pt’。中值濾波器24包括三個分開的中值濾波器240，241和242。這些分開的中值濾波器240，241，242一起形成總的中值濾波器。下面討論本實(shí)施例的運(yùn)行。
五個輸入樣本Pt，M1，M2，M3和M4的空間擴(kuò)散Sspat被如下地計算Mave=(Pt+M1+M2+M3+M4)5---(4)]]>Sspat=abs(Mave-Pt)+Σi=14abs(Mave-Mi)4---(5)]]>亮度的擴(kuò)散的輸出通過查找表22被轉(zhuǎn)換成用于加權(quán)級23的控制參量α。在優(yōu)選實(shí)施例中，查找表22的內(nèi)容是可以從外部的源下載的。示例性查找表22被給出為Sspat＞10α＝0.5Sspat＞15α＝0.35 (6)Sspat＞20α＝0.2被調(diào)整的象素數(shù)值然后被得出為N1＝αM1+(1-α)PtN2＝αM2+(1-α)PtN3＝αM3+(1-α)Pt(7)N4＝αM4+(1-α)Pt根據(jù)這些被調(diào)整的象素數(shù)值，在濾波器24中按照下式計算中值Pt′＝Med[Med(N1，N2，Pt)，Pt，Med(N3，N4，Pt)](8)正如本領(lǐng)域技術(shù)人員將會看到的，中值可以替換地由下式得出Pt′＝Med[N1，N2，Pt，N3，N4)] (10)
按照本發(fā)明的中值濾波器(例如，如上面討論的中值濾波器24)的優(yōu)點(diǎn)在于，在邊緣附近得到逐漸的濾波，這樣，序列中惱人的影響被避免，或至少被減小。當(dāng)擴(kuò)散Sspat是更大時，即，例如在邊緣附近處，高的空間活動性，則α是較小的，這樣，原先的中心象素被分配以較高的加權(quán)因子，以及中值濾波器24的濾波是較弱的。
圖4顯示按照本發(fā)明的、自適應(yīng)空間平均濾波器的一個實(shí)施例。計算單元31和查找表32類似于圖3所示的計算單元21和查找表22。查找表32被耦合到加權(quán)級33，在其中輸入樣本Pt，Mi被加權(quán)，得出調(diào)整的象素數(shù)值Pt，Ni，它們被提供給空間平均濾波器34。
如前所述，空間平均濾波器是用于高斯分布的最大或然率估值。因?yàn)樵谝曨l序列中存在的噪聲通常是由于不同的源(獲取、預(yù)放大、放大、發(fā)送和處理運(yùn)行)的影響的和值，在許多情形下可以假設(shè)，噪聲分布是高斯的(中心極限定理)。在這些情形下，平均濾波是優(yōu)選的。通過在編碼設(shè)備的預(yù)濾波級中使用按照本發(fā)明的自適應(yīng)平均濾波，達(dá)到有效的噪聲濾除，這導(dǎo)致重大的比特速率減小。然而，必須注意最終得到的圖象的質(zhì)量，因?yàn)榭臻g和時間邊緣的模糊不可避免地發(fā)生。本發(fā)明的、有關(guān)平均濾波器的一個目的是控制這樣的模糊，以便達(dá)到對于濾波序列的可接受的質(zhì)量。對于自適應(yīng)空間平均濾波器，可以利用基于圖象的本地統(tǒng)計特性(擴(kuò)散/活動性)的自適應(yīng)性，正如已對于中值濾波器描述的。結(jié)果是自適應(yīng)空間平均濾波器，它較好地保留圖象的質(zhì)量。
調(diào)整的象素數(shù)值的計算類似于前面對于自適應(yīng)中值濾波器描述的計算。在這種情形下，色度的濾波也可以跳過，因?yàn)樗鼘ψ詈蠼Y(jié)果的貢獻(xiàn)是很小的。
自適應(yīng)空間平均濾波器的輸出可被計算為Pt′′=(N1+N2+N3/2+N4/2+Pt)4---(11)]]>應(yīng)當(dāng)指出，象素N3和N4被除以因子2，減小它們在最后平均時的加權(quán)因子，因?yàn)樗鼈兊絇t的距離比起到N1和N2是加倍的，因?yàn)闉V波被應(yīng)用到一個場內(nèi)，所以，它們是“不太相關(guān)的”。
當(dāng)存在非常低的噪聲水平時，圖象看起來比起原先的平滑得多；無論如何，通過查找表的正確的調(diào)整，這個影響可以被統(tǒng)計地控制，得到在噪聲減小與視頻序列的良好的質(zhì)量之間的良好的折衷。
圖5顯示在空間和時間方向上的輸入樣本，在該圖上，t表示時間。在幀F(xiàn)0，取一組象素Pt，Mi，類似于圖2的亮度象素。另外，在本實(shí)施例中，在先前的幀F(xiàn)-1和將來的幀F(xiàn)1中，從帶有同一個奇偶校驗(yàn)的場中取象素數(shù)值Pt1和Pt2。這里，考慮七個象素的一個窗口現(xiàn)在的場的五個象素，具有相同的奇偶校驗(yàn)的先前的場的一個象素和具有相同的奇偶校驗(yàn)的將來的場的一個象素。有利地，包括在時間方向上的濾波運(yùn)行，因?yàn)榭臻g和時間噪聲經(jīng)常存在的。噪聲水平的減小對于運(yùn)動估值是有用的，倘若運(yùn)動估值本身被認(rèn)為和被認(rèn)識到與預(yù)處理部分嚴(yán)格有關(guān)的，因此不會受到濾波的圖象的增加的平滑度太大的影響，否則，運(yùn)動矢量的質(zhì)量是壞的，導(dǎo)致?lián)p害最后結(jié)果的、某些附加的編碼噪聲。
圖6顯示按照本發(fā)明的空間時間平均濾波器的實(shí)施例。為了減小惱人的影響，諸如“拖尾”，“陰影”，或只是運(yùn)動物體的模糊，使用自適應(yīng)步驟，以便執(zhí)行有效的和不圖象破壞的、平均空間時間濾波。在這種情形下，自適應(yīng)性也是基于圖象的本地統(tǒng)計特性，即使現(xiàn)在必須作出在屬于同一個場的象素與屬于具有相同的奇偶校驗(yàn)的、先前的或下一個場的象素之間的區(qū)別。本實(shí)施例包括應(yīng)用計算空間擴(kuò)散的計算單元41，它類似于圖3和4所示的計算單元21和31。計算單元41被耦合到查找表43。在本示例性實(shí)施例中，屬于同一個場(Pt，Mi)的象素的擴(kuò)散與屬于具有相同的奇偶校驗(yàn)的、不同的場的象素(Pt，Pt1，Pt2)的擴(kuò)散被分開地計算。換句話說，在空間方向上的擴(kuò)散的計算是與在時間方向上的擴(kuò)散的計算分開的。為了計算時間擴(kuò)散Stemp，實(shí)施例包括第二計算單元42。
時間擴(kuò)散被如下地計算Pt,ave=(Pt+Pt1+Pt2)3---(12)]]>Stemp=abs(Pt,ave-Pt)+Σj=12abs(Pt,ave-Pij)2---(13)]]>
時間擴(kuò)散的結(jié)果通過時間查找表44被轉(zhuǎn)換成對于執(zhí)行的時間象素數(shù)值Pt，Pt1和Pt2加的權(quán)運(yùn)算所必須的控制參量α’。
在控制參量α(空間)和α’(時間)計算后，加權(quán)運(yùn)算在空間和時間方向上被執(zhí)行，在空間方向上按照公式(5)以及在時間方向上下式執(zhí)行WP1＝α′Pt1+(1-α′)Pt(14)WP2＝α′Pt2+(1-α′)Pt最后，空間-時間平均濾波器47的輸出按照下式被計算Pt′′′=(N1+N2+N3/2+N4/2+Pt+WP1/a+WP2/a)4+2/a---(15)]]>應(yīng)當(dāng)指出，加權(quán)的象素數(shù)值WP1和WP2被除以控制參量α?？刂茀⒘喀潦菑牟檎冶?5得出的，它是≥1的數(shù)，取決于在三個象素Pt，Pt1和Pt2中的本地時間擴(kuò)散擴(kuò)散越高，α越大，這樣，先前的和下一個象素在平均時的加權(quán)是較小的。通過正確地調(diào)整查找表45，有可能控制在時間方向上濾波器的強(qiáng)度，以便得到圖象的良好的質(zhì)量，再一次利用圖象時間內(nèi)容的自適應(yīng)性，以便減小與邊緣模糊相聯(lián)系的惱人的影響。
所描述的濾波器屬于有限沖擊響應(yīng)(FIR)濾波器類別。FIR結(jié)構(gòu)需要在存儲器中保持現(xiàn)在的F0，將來的F1和以前的F-1原先的幀，用于濾波運(yùn)行。為了節(jié)省存儲器，最好使用過去的幀的、具有不等的奇偶校驗(yàn)的象素，如圖7所示。在這種情形下，只需要現(xiàn)在的F0和以前的幀F(xiàn)-1。就濾波器的實(shí)施方案而論，這允許減小存儲器尺寸，而不會很大地影響濾波圖象的最終結(jié)果的質(zhì)量。不用先前的原先的幀，可以使用以前濾波的幀。在對于圖7的先前的幀取濾波的幀的情形下，得出無限沖擊響應(yīng)(IIR)。這種結(jié)構(gòu)對于存儲器使用和帶寬具有優(yōu)點(diǎn)。
其中實(shí)施按照本發(fā)明的噪聲濾波的、編碼圖象序列的設(shè)備的例子是MPEG-2編碼器，數(shù)字視頻記錄器(例如，DVD視頻記錄，數(shù)字-VHS，HDD VCR)等等。
按照本發(fā)明的自適應(yīng)濾波器也可在運(yùn)動補(bǔ)償編碼環(huán)內(nèi)被應(yīng)用。有利地，自適應(yīng)濾波器與編碼環(huán)內(nèi)的時間濾波器相組合被使用于預(yù)濾波級。
在本發(fā)明的實(shí)施例中，至少兩個自適應(yīng)噪聲濾波器被組合，例如，空間中值濾波器和自適應(yīng)空間平均濾波器，其中濾波由圖象序列的特性被控制?？梢约由显肼暪乐灯?，用來分析現(xiàn)在的噪聲的水平。這樣的噪聲估值器是感興趣的工具，用來控制自適應(yīng)濾波器。有利地，噪聲估值器被安排來識別存在的噪聲的統(tǒng)計特性，以便在中值和空間和/或空間時間平均濾波器之間及時地動態(tài)切換。
應(yīng)當(dāng)指出，上述的實(shí)施例是說明而不是限制本發(fā)明，且本領(lǐng)域技術(shù)人員將能夠設(shè)計許多替換的實(shí)施例，而不背離所附權(quán)利要求的范圍。在權(quán)利要求中，放置在括號之間的標(biāo)號將不認(rèn)為是對權(quán)利要求的限定。詞組“包括”并不排除除權(quán)利要求中列出的以外的、其它的元件或步驟的存在。本發(fā)明可借助于包括幾個不同的元件的硬件和借助于適當(dāng)?shù)鼐幊痰挠嬎銠C(jī)來實(shí)施。在列舉幾個裝置的設(shè)備權(quán)利要求中，這些裝置的幾個裝置可以用同一種硬件項目來實(shí)施。某些方法在互相不同的從屬權(quán)利要求中被闡述的事實(shí)并不表示，這些方法的組合不具備同樣的優(yōu)點(diǎn)。
總括地，提供了對圖象序列的噪聲濾除，其中確定至少一個圖象中的統(tǒng)計特性以及根據(jù)從至少一個圖象得出的一組原先的象素數(shù)值來計算至少一個濾波的象素數(shù)值，其中原先的象素數(shù)值在統(tǒng)計特性的控制下被加權(quán)。
權(quán)利要求
1.一種對圖象序列(V1)進(jìn)行噪聲濾除的方法，其特征在于，該方法包括確定(11)圖象序列(V1)的至少一個圖象的統(tǒng)計特性；以及根據(jù)從至少一個圖象得出的一組原先的象素數(shù)值(Pt，Mi)來計算(14)至少一個濾波的象素數(shù)值(Pt’)，其中原先的象素數(shù)值(Pt，Mi)在統(tǒng)計特性(11)的控制(12，α)下被加權(quán)(13)。
2.如權(quán)利要求1的方法，其中計算步驟包括在統(tǒng)計特性(11)的控制(12，α)下加權(quán)(13)原先的象素數(shù)值(Pt，Mi)組，以得出加權(quán)的象素數(shù)值(Pt，Ni)組；以及把加權(quán)的象素數(shù)值(Pt，Ni)組提供給靜態(tài)濾波器，在該靜態(tài)濾波器中，從加權(quán)的象素數(shù)值(Pt，Ni)組中計算至少一個濾波的象素數(shù)值(Pt’)。
3.如權(quán)利要求1的方法，其中統(tǒng)計特性(11)包括原先的象素數(shù)值(Pt，Mi)組的空間和/或時間擴(kuò)散(S)。
4.如權(quán)利要求3的方法，其中空間和/或時間擴(kuò)散(S)是絕對差值的和值，給定的絕對差值是通過從給定的原先的象素數(shù)值(Pt，Mi)中減去平均象素數(shù)值而得出的。
5.如權(quán)利要求1的方法，其中原先的象素數(shù)值(Pt，Mi)組包括中心象素數(shù)值(Pt)和空間上和或時間上周圍的象素數(shù)值(Mi)，其中由于噪聲濾波，中心象素數(shù)值(Pt)被濾波的象素數(shù)值(Pt’)代替。
6.如權(quán)利要求2的方法，其中加權(quán)的象素數(shù)值(Pt，Ni)組是通過對于在原先的象素數(shù)值(Pt，Mi)組中的每個象素取原先的象素數(shù)值(Pt，Mi)組的一部分α和中心象素數(shù)值的一部分1-α的組合，而得到的。
7.如權(quán)利要求1的方法，其中統(tǒng)計特性(11)被提供給查找表(12)，從該查找表(12)得出控制信號(α)，該控制信號(α)控制加權(quán)(13)。
8.如權(quán)利要求2的方法，其中至少一個濾波的象素數(shù)值(Pt’)是通過計算(14)加權(quán)的象素數(shù)值(Pt，Ni)組的中值而得出的。
9.如權(quán)利要求2的方法，其中至少一個濾波的象素數(shù)值(Pt’)是通過計算(14)加權(quán)的象素數(shù)值(Pt，Ni)組的平均值而得出的。
10.如權(quán)利要求9的方法，該方法包括確定(41)從原先的象素數(shù)值組(Pt，Mi，Pt1，Pt2)中的空間移位的原先的象素數(shù)值(Pt，Mi)計算的空間擴(kuò)散(Sspat)；確定(42)從原先的象素數(shù)值組(Pt，Mi，Pt1，Pt2)中的時間移位的原先的象素數(shù)值(Pt，Pt1，Pt2)計算的時間擴(kuò)散(Stemp)；以及在空間擴(kuò)散(Sspat)的控制(43)下加權(quán)(46)空間移位的原先的象素數(shù)值(Pt，Mi)，以及在時間擴(kuò)散(Stemp)的控制(44，45)下加權(quán)(46)時間移位的原先的象素數(shù)值(Pt，Pt1，Pt2)。
11.如權(quán)利要求10的方法，其中加權(quán)的時間移位的原先的象素數(shù)值(WP1，WP2)被除以(a)，減小它們在濾波(47)中的加權(quán)因子。
12.如權(quán)利要求10的方法，其中時間移位的原先的象素數(shù)值包括來自同一個幀(F0)的不同的場的兩個原先的象素數(shù)值(Pt1，Pt2)和先前的幀(F-1)的至少一個原先的象素數(shù)值。
13.如權(quán)利要求12的方法，其中使用濾波的時間移位的象素數(shù)值，而不是時間移位的原先的象素數(shù)值。
14.一種編碼(1)圖象序列(V1)的方法，其中圖象序列(V1)按照如權(quán)利要求1中要求的方法被噪聲濾波。
15.一種用于對圖象序列進(jìn)行噪聲濾除的設(shè)備，設(shè)備包括計算裝置(11)，用于確定圖象序列(V1)的至少一個圖象中的統(tǒng)計特性；以及濾波裝置(14)，用于根據(jù)從至少一個圖象得出的一組原先的象素數(shù)值(Pt，Mi)來計算至少一個濾波的象素數(shù)值(Pt’)，其中原先的象素數(shù)值(Pt，Mi)在統(tǒng)計特性(11)的控制(12，α)下被加權(quán)(13)。
16.一種用于編碼(1)圖象序列(V1)的設(shè)備，該設(shè)備包括如權(quán)利要求15的用于噪聲濾波的設(shè)備。
全文摘要
提供了對圖象序列(V1)進(jìn)行的噪聲濾除,其中確定(11)圖象序列(V1)的至少一個圖象的統(tǒng)計特性(S),以及根據(jù)從至少一個圖象得出的一組原先的象素數(shù)值(P
文檔編號G06T5/00GK1383673SQ01801689
公開日2002年12月4日 申請日期2001年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2000年6月15日
發(fā)明者W·H·A·布魯爾斯, L·卡米齊奧蒂, G·德哈安, R·P·克萊霍爾斯特, A·范德維爾夫 申請人:皇家菲利浦電子有限公司