專利名稱：視頻數(shù)據(jù)的濾波降噪系統(tǒng)及濾波降噪方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及視頻監(jiān)控的技術(shù)領(lǐng)域，具體說(shuō)是一種應(yīng)用于實(shí)時(shí)視頻降噪，可以同時(shí)有效濾除幀內(nèi)數(shù)據(jù)和幀間數(shù)據(jù)疊加的噪聲的濾波降噪系統(tǒng)及濾波降噪方法。
背景技術(shù)：
在圖像傳感器采集圖像信號(hào)過(guò)程中混入的噪聲主要是高斯噪聲，而視頻圖像降噪的主要目標(biāo)是濾除其中的噪聲，同時(shí)盡可能保持好細(xì)節(jié)信息，并要求在降噪后的視頻圖像中減少由于濾波弓I入的視覺降質(zhì)。視頻圖像降噪技術(shù)不但能夠?yàn)V除視頻圖像中的噪聲、提高視頻圖像主觀視覺質(zhì)量，而且對(duì)于壓縮編碼、目標(biāo)識(shí)別與跟蹤、幀頻提升等后續(xù)處理任務(wù)有重要意義?，F(xiàn)行的視頻圖像降噪算法可以分為兩類早期的像素域降噪算法和近年來(lái)的轉(zhuǎn)換域降噪算法。根據(jù)濾波器的濾波范圍，像素域降噪算法可以劃分為時(shí)域?yàn)V波算法和空時(shí)濾波算法。時(shí)域?yàn)V波算法利用視頻圖像時(shí)域上的相關(guān)性以抑制噪聲，通?；谶\(yùn)動(dòng)估計(jì)/運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償方法獲取時(shí)域預(yù)測(cè)；而空時(shí)濾波算法則是利用視頻圖像三維空間中的空時(shí)相關(guān)性濾除噪聲。像素域降噪算法的主要缺點(diǎn)就是在降噪后的視頻圖像中容易引入時(shí)域降質(zhì)、過(guò)平滑等空域降質(zhì)，到目前為止還沒(méi)有一種適合多種噪聲級(jí)別的降噪算法。另外，像素域降噪算法中多采用運(yùn)動(dòng)估計(jì)獲取時(shí)域上的相關(guān)信息，但噪聲的存在容易影響運(yùn)動(dòng)估計(jì)的準(zhǔn)確度，從而降低降噪性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種應(yīng)用于實(shí)時(shí)視頻降噪，可以同時(shí)有效濾除幀內(nèi)數(shù)據(jù)和幀間數(shù)據(jù)疊加的噪聲的濾波降噪系統(tǒng)及濾波降噪方法。本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題所采取的技術(shù)方案是
本發(fā)明的視頻數(shù)據(jù)的濾波降噪系統(tǒng)，包括2D降噪子系統(tǒng)和3D降噪子系統(tǒng)，2D降噪子系統(tǒng)與3D降噪子系統(tǒng)順序相連接，2D降噪子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)輸出端對(duì)應(yīng)連接3D降噪子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)輸入端；上述2D降噪子系統(tǒng)包括鄰域模板生成模塊、模板疊加模塊和均值計(jì)算模塊，上述三個(gè)模塊依次相連接；鄰域模板生成模塊包含四路先入先出存儲(chǔ)器FIFOl至FIF04和一路數(shù)據(jù)幀輸入Pixel_In，由數(shù)據(jù)幀輸入Pixel_In引入的連續(xù)四幀視頻圖像數(shù)據(jù)存入FIFOl 至FIF04四路先入先出存儲(chǔ)器；模板疊加模塊中包括模板參數(shù)存儲(chǔ)器Coefficient RAM、乘法器和加法器，模板參數(shù)存儲(chǔ)器Coefficient RAM記錄模板的濾波因數(shù)，而模板參數(shù)存儲(chǔ)器通過(guò)乘法器與Pixel_In和FIFOl FIF04分別連接，乘法器將濾波因數(shù)分別與Pixel_ In引入的當(dāng)前幀視頻圖像數(shù)據(jù)和FIFOl FIF04內(nèi)存儲(chǔ)的前4幀視頻圖像數(shù)據(jù)做乘法，所得五個(gè)乘積再通過(guò)加法器求和，然后將所得數(shù)據(jù)的和值引入均值計(jì)算模塊；均值計(jì)算模塊， 與模板疊加模塊相連接，存儲(chǔ)五次求和的不同和值，并將五次和值通過(guò)加法器再次求和，然后通過(guò)除法器除以常量因數(shù)取均值作為數(shù)據(jù)輸出Pixel_0Ut ;上述3D降噪子系統(tǒng)包括幀間數(shù)據(jù)處理模塊、幀數(shù)據(jù)緩存模塊和幀數(shù)據(jù)輸出控制模塊，上述三個(gè)模塊依次連接構(gòu)成數(shù)據(jù)通路，并且在幀間數(shù)據(jù)處理模塊和幀數(shù)據(jù)緩存模塊之間同樣設(shè)置一個(gè)幀數(shù)據(jù)輸出控制模塊 wr_ctrl ;由2D降噪子系統(tǒng)輸出的數(shù)據(jù)幀Pixel_0ut輸入到幀間數(shù)據(jù)處理模塊作為數(shù)據(jù)輸入pxd_i，幀數(shù)據(jù)輸出控制模塊輸出的幀數(shù)據(jù)pxd_o反饋至幀間數(shù)據(jù)處理模塊，幀間數(shù)據(jù)處理模塊中還包括減法器、乘法器和加法器，在幀間數(shù)據(jù)處理模塊中進(jìn)行相鄰幀數(shù)據(jù)之間的運(yùn)算，在前一幀數(shù)據(jù)和當(dāng)前幀之間進(jìn)行減法運(yùn)算，運(yùn)算所得結(jié)果通過(guò)乘法器乘以濾波系數(shù)再加上當(dāng)前幀得到濾波后的當(dāng)前幀數(shù)據(jù)；幀數(shù)據(jù)緩存模塊由DDR2存儲(chǔ)器構(gòu)成，具有兩個(gè)緩存區(qū)FIF05和FIF06，每個(gè)緩存區(qū)分別緩存一幀視頻圖像數(shù)據(jù)；幀數(shù)據(jù)輸出控制模塊控制濾波處理后的幀數(shù)據(jù)輸出。本發(fā)明的視頻數(shù)據(jù)的濾波降噪方法，包括以下步驟
A、由2D降噪子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)幀輸入Pixel_In引入第一幀視頻圖像數(shù)據(jù)，并將此幀視頻圖像數(shù)據(jù)存入FIF04 ;當(dāng)數(shù)據(jù)幀輸入Pixel_In引入第二幀視頻圖像數(shù)據(jù)，并將此幀視頻圖像數(shù)據(jù)存入FIF04時(shí)，原來(lái)存儲(chǔ)在FIF04中的第一幀視頻圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存至FIF03 ;繼續(xù)引入視頻圖像數(shù)據(jù)，當(dāng)?shù)谒膸曨l圖像數(shù)據(jù)引入時(shí)，上述四幀視頻圖像數(shù)據(jù)依次儲(chǔ)存于FIFOl 至 FIF04 ；
B、由數(shù)據(jù)幀輸入Pixel_In引入第五幀視頻圖像數(shù)據(jù)，此幀視頻圖像數(shù)據(jù)與四路先入先出存儲(chǔ)器FIFOl至FIF04中所存儲(chǔ)的前四幀視頻圖像數(shù)據(jù)一同構(gòu)成5X5鄰域模板中的第一列數(shù)據(jù)；
C、將濾波因數(shù)與Pixel_In引入的第五幀視頻圖像數(shù)據(jù)和FIFOl FIF04內(nèi)存儲(chǔ)的前 4幀視頻圖像數(shù)據(jù)分別通過(guò)乘法器與模板參數(shù)存儲(chǔ)器Coefficient RAM中儲(chǔ)存的濾波因數(shù)做乘法，并將所得五個(gè)乘積再通過(guò)加法器求和，其結(jié)果作為5X5鄰域模板中的第一列數(shù)據(jù)的和值，將此和值存入均值計(jì)算模塊中；
D、繼續(xù)引入視頻圖像數(shù)據(jù)，在新的四幀數(shù)據(jù)幀引入時(shí)重復(fù)四次分別依次執(zhí)行上述A、B、 C三步驟，得到5 X 5鄰域模板中后四列數(shù)據(jù)的和值，根據(jù)存儲(chǔ)器先入先出的原則，第一列數(shù)據(jù)的和值最終被存入Regl,五列數(shù)據(jù)的和值分別存為Regl、Reg2、Reg3、Reg4和Reg5 ；
E、將上述五列數(shù)據(jù)的和值通過(guò)加法器求和，即得到5X5鄰域模板中25個(gè)數(shù)據(jù)的和，存入存儲(chǔ)器REG ；
F、將REG通過(guò)除法器除以常量因數(shù)，得出濾波后的均值并存入存儲(chǔ)器reg，將reg中數(shù)據(jù)作為數(shù)據(jù)幀輸出Pixel_0ut ；
G、將2D降噪子系統(tǒng)的Pixel_0ut作為3D降噪子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)輸入pxd_i,當(dāng)pxd_i得到其第I幀視頻圖像數(shù)據(jù)輸入時(shí)，此時(shí)不對(duì)第I幀視頻圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，而直接將該幀數(shù)據(jù)輸入至DDR2存儲(chǔ)器的第一個(gè)緩存區(qū)FIF05內(nèi)，對(duì)此第I幀視頻圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存；
H、當(dāng)pxd_i得到第2巾貞視頻圖像數(shù)據(jù)輸入時(shí),巾貞數(shù)據(jù)輸出控制模塊wr_ctrI向外輸出第一個(gè)緩存區(qū)FIF05內(nèi)的第I幀視頻圖像數(shù)據(jù)，作為第一幀pxd_o，同時(shí)使用第一個(gè)緩存區(qū)內(nèi)的第I幀數(shù)據(jù)和當(dāng)前的第2幀的數(shù)據(jù)進(jìn)行減法運(yùn)算；
I、將兩幀相鄰視頻圖像數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)減法運(yùn)算后得出的結(jié)果乘以濾波系數(shù)K，Ke
;
J、乘以濾波系數(shù)K之后的結(jié)果再加上當(dāng)前的第2幀視頻圖像數(shù)據(jù)，從而得到濾波處理
后的第2幀數(shù)據(jù)，將該幀數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在幀數(shù)據(jù)緩存模塊的DDR2存儲(chǔ)器的第二個(gè)緩存區(qū)FIF06 內(nèi)；
K、當(dāng)pxd_i得到第3巾貞視頻圖像數(shù)據(jù)輸入時(shí),巾貞數(shù)據(jù)輸出控制模塊wr_ctrl模塊向外輸出第二個(gè)緩存區(qū)FIF06內(nèi)的第2幀數(shù)據(jù)作為第二幀pxd_o，同時(shí)使用第二個(gè)緩存區(qū)FIF06 的第2幀數(shù)據(jù)和當(dāng)前的第3幀數(shù)據(jù)進(jìn)行減法運(yùn)算，所得結(jié)果乘以濾波系數(shù)K再與第3幀數(shù)據(jù)之和得出濾波后的第3幀數(shù)據(jù)，將該數(shù)據(jù)存入DDR2存儲(chǔ)器的第一個(gè)緩存區(qū)FIF05 ；
L、當(dāng)有新的數(shù)據(jù)再次輸入時(shí)循環(huán)執(zhí)行上述步驟A至K。本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是
本發(fā)明的視頻數(shù)據(jù)的濾波降噪系統(tǒng)及濾波降噪方法中，將均值濾波算法和時(shí)域遞歸濾波算法相結(jié)合，先通過(guò)鄰域模板生成模塊生成5X5鄰域模板,并將5X5鄰域模板中的五列視頻圖像數(shù)據(jù)的和值求和后再除以常量因數(shù)得到幀輸出，利用空間中相鄰的25幀數(shù)據(jù)的均值替代原有的一幀數(shù)據(jù)，從而有效濾除幀內(nèi)數(shù)據(jù)疊加的噪聲，然后將均值濾波處理后的視頻圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)域遞歸濾波，將相鄰兩幀之間進(jìn)行減法運(yùn)算，運(yùn)算所得結(jié)果乘以濾波系數(shù)再加上當(dāng)前幀得到濾波后的當(dāng)前幀數(shù)據(jù)，從而能夠適應(yīng)低速移動(dòng)物體的視頻圖像的去噪，把圖像信號(hào)以幀周期做時(shí)間上的加權(quán)平均，則對(duì)圖像信號(hào)幾乎沒(méi)有影響，即可以很好地保留圖像中的邊緣，從而有效濾除幀間數(shù)據(jù)疊加的噪聲。


圖I是本發(fā)明的視頻數(shù)據(jù)的濾波降噪系統(tǒng)中2D降噪子系統(tǒng)的示意圖2是本發(fā)明的視頻數(shù)據(jù)的濾波降噪系統(tǒng)中3D降噪子系統(tǒng)的示意圖。
具體實(shí)施例方式以下參照附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明。圖I是本發(fā)明的視頻數(shù)據(jù)的濾波降噪系統(tǒng)中2D降噪子系統(tǒng)的示意圖；圖2是本發(fā)明的視頻數(shù)據(jù)的濾波降噪系統(tǒng)中3D降噪子系統(tǒng)的示意圖。對(duì)視頻圖像幀數(shù)據(jù)采用均值濾波器的基本原理為使用某點(diǎn)A空間上相鄰近的點(diǎn)的均值代替A的原值。對(duì)視頻圖像數(shù)據(jù)采用遞歸濾波的原理在數(shù)字?jǐn)z像系統(tǒng)中，由數(shù)字?jǐn)z像機(jī)采集的動(dòng)態(tài)數(shù)字圖像是按幀周期重復(fù)的，除高速切換的圖像外，兩幀之間的相關(guān)系數(shù)可達(dá)到O. 8， 即相鄰兩幀的圖像信息有80 %是相同的?；祀s在圖像中的噪聲除暗電流噪聲外，大部分的噪聲是隨機(jī)的。把圖像信號(hào)以幀周期做時(shí)間上的加權(quán)平均，則對(duì)圖像信號(hào)幾乎沒(méi)有影響，即可以很好地保留圖像中的邊緣，可大大降低噪聲，從而達(dá)到改善圖像信噪比的目的。該數(shù)學(xué)表達(dá)式為
I0Ut = Ii+K* (I0-Ii)。其中Itl:前一幀圖像山當(dāng)前幀圖像；Iwt :濾波后的當(dāng)前幀；κ :濾波系數(shù)， K e [O, I]。如圖I和圖2所示，本發(fā)明的視頻數(shù)據(jù)的濾波降噪系統(tǒng)，包括2D降噪子系統(tǒng)和3D 降噪子系統(tǒng)，2D降噪子系統(tǒng)與3D降噪子系統(tǒng)順序相連接，2D降噪子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)輸出端對(duì)應(yīng)連接3D降噪子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)輸入端；上述2D降噪子系統(tǒng)包括鄰域模板生成模塊、模板疊加模塊和均值計(jì)算模塊，上述三個(gè)模塊依次相連接；鄰域模板生成模塊包含四路先入先出存儲(chǔ)器FIFOl至FIF04和一路數(shù)據(jù)幀輸入Pixel_In，由數(shù)據(jù)幀輸入Pixel_In引入的連續(xù)四幀視頻圖像數(shù)據(jù)存入FIFOl至FIF04四路先入先出存儲(chǔ)器；模板疊加模塊中包括模板參
6數(shù)存儲(chǔ)器Coefficient RAM、乘法器和加法器,模板參數(shù)存儲(chǔ)器Coefficient RAM記錄模板的濾波因數(shù)，而模板參數(shù)存儲(chǔ)器通過(guò)乘法器與Pixel_In和FIFOl FIF04分別連接，乘法器將濾波因數(shù)分別與Pixel_In引入的當(dāng)前幀視頻圖像數(shù)據(jù)和FIFOl FIF04內(nèi)存儲(chǔ)的前 4幀視頻圖像數(shù)據(jù)做乘法，所得五個(gè)乘積再通過(guò)加法器求和，然后將所得數(shù)據(jù)的和值引入均值計(jì)算模塊；均值計(jì)算模塊，與模板疊加模塊相連接，存儲(chǔ)五次求和的不同和值，并將五次和值通過(guò)加法器再次求和，然后通過(guò)除法器除以常量因數(shù)取均值作為數(shù)據(jù)輸出Pixel_0Ut ； 上述3D降噪子系統(tǒng)包括幀間數(shù)據(jù)處理模塊、幀數(shù)據(jù)緩存模塊和幀數(shù)據(jù)輸出控制模塊，上述三個(gè)模塊依次連接構(gòu)成數(shù)據(jù)通路，并且在幀間數(shù)據(jù)處理模塊和幀數(shù)據(jù)緩存模塊之間同樣設(shè)置一個(gè)幀數(shù)據(jù)輸出控制模塊wr_ctrl ;由2D降噪子系統(tǒng)輸出的數(shù)據(jù)幀Pixel_0Ut輸入到幀間數(shù)據(jù)處理模塊作為數(shù)據(jù)輸入pxd_i，幀數(shù)據(jù)輸出控制模塊輸出的幀數(shù)據(jù)pxd_o反饋至幀間數(shù)據(jù)處理模塊，幀間數(shù)據(jù)處理模塊中還包括減法器、乘法器和加法器，在幀間數(shù)據(jù)處理模塊中進(jìn)行相鄰幀數(shù)據(jù)之間的運(yùn)算，在前一幀數(shù)據(jù)和當(dāng)前幀之間進(jìn)行減法運(yùn)算，運(yùn)算所得結(jié)果通過(guò)乘法器乘以濾波系數(shù)再加上當(dāng)前幀得到濾波后的當(dāng)前幀數(shù)據(jù)；幀數(shù)據(jù)緩存模塊由 DDR2存儲(chǔ)器構(gòu)成，具有兩個(gè)緩存區(qū)FIF05和FIF06，每個(gè)緩存區(qū)分別緩存一幀視頻圖像數(shù)據(jù)；幀數(shù)據(jù)輸出控制模塊控制濾波處理后的幀數(shù)據(jù)輸出。本發(fā)明的視頻數(shù)據(jù)的濾波降噪方法，包括以下步驟
A、由2D降噪子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)幀輸入Pixel_In引入第一幀視頻圖像數(shù)據(jù)，并將此幀視頻圖像數(shù)據(jù)存入FIF04 ;當(dāng)數(shù)據(jù)幀輸入Pixel_In引入第二幀視頻圖像數(shù)據(jù)，并將此幀視頻圖像數(shù)據(jù)存入FIF04時(shí)，原來(lái)存儲(chǔ)在FIF04中的第一幀視頻圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存至FIF03 ;繼續(xù)引入視頻圖像數(shù)據(jù)，當(dāng)?shù)谒膸曨l圖像數(shù)據(jù)引入時(shí)，上述四幀視頻圖像數(shù)據(jù)依次儲(chǔ)存于FIFOl 至 FIF04 ；
B、由數(shù)據(jù)幀輸入Pixel_In引入第五幀視頻圖像數(shù)據(jù)，此幀視頻圖像數(shù)據(jù)與四路先入先出存儲(chǔ)器FIFOl至FIF04中所存儲(chǔ)的前四幀視頻圖像數(shù)據(jù)一同構(gòu)成5X5鄰域模板中的第一列數(shù)據(jù)；
C、將濾波因數(shù)與Pixel_In引入的第五幀視頻圖像數(shù)據(jù)和FIFOl FIF04內(nèi)存儲(chǔ)的前 4幀視頻圖像數(shù)據(jù)分別通過(guò)乘法器與模板參數(shù)存儲(chǔ)器Coefficient RAM中儲(chǔ)存的濾波因數(shù)做乘法，并將所得五個(gè)乘積再通過(guò)加法器求和，其結(jié)果作為5X5鄰域模板中的第一列數(shù)據(jù)的和值，將此和值存入均值計(jì)算模塊中，而均值計(jì)算模塊中的Regl至Reg5同樣可以采用先入先出存儲(chǔ)器；
D、繼續(xù)引入視頻圖像數(shù)據(jù)，在新的四幀數(shù)據(jù)幀引入時(shí)重復(fù)四次分別依次執(zhí)行上述A、
B、C三步驟，得到5X5鄰域模板中后四列數(shù)據(jù)的和值，根據(jù)存儲(chǔ)器先入先出的原則，第一列數(shù)據(jù)的和值先被存入Reg5，然后隨著后續(xù)數(shù)據(jù)幀的引入，第一列數(shù)據(jù)的和值最終被存入 Regl,五列數(shù)據(jù)的和值分別對(duì)應(yīng)存為Regl、Reg2、Reg3、Reg4和Reg5 ；
E、將上述五列數(shù)據(jù)的和值通過(guò)加法器求和，即得到5X5鄰域模板中25個(gè)數(shù)據(jù)的和，存入存儲(chǔ)器REG ；
F、將REG通過(guò)除法器除以常量因數(shù)，得出濾波后的均值并存入存儲(chǔ)器reg，將reg中數(shù)據(jù)作為數(shù)據(jù)幀輸出Pixel_0ut ；
G、將2D降噪子系統(tǒng)的Pixel_0ut作為3D降噪子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)輸入pxd_i,當(dāng)pxd_i得到其第I幀視頻圖像數(shù)據(jù)輸入時(shí)，此時(shí)不對(duì)第I幀視頻圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，而直接將該幀數(shù)據(jù)輸入至DDR2存儲(chǔ)器的第一個(gè)緩存區(qū)FIF05內(nèi)，對(duì)此第I幀視頻圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存；
H、當(dāng)pxd_i得到第2巾貞視頻圖像數(shù)據(jù)輸入時(shí),巾貞數(shù)據(jù)輸出控制模塊wr_ctrl向外輸出第一個(gè)緩存區(qū)FIF05內(nèi)的第I幀視頻圖像數(shù)據(jù)，作為第一幀pxd_o，同時(shí)使用第一個(gè)緩存區(qū)內(nèi)的第I幀數(shù)據(jù)和當(dāng)前的第2幀的數(shù)據(jù)進(jìn)行減法運(yùn)算；
I、將兩幀相鄰視頻圖像數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)減法運(yùn)算后得出的結(jié)果乘以濾波系數(shù)K，Ke
; J、乘以濾波系數(shù)K之后的結(jié)果再加上當(dāng)前的第2幀視頻圖像數(shù)據(jù)，從而得到濾波處理
后的第2幀數(shù)據(jù)，將該幀數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在幀數(shù)據(jù)緩存模塊的DDR2存儲(chǔ)器的第二個(gè)緩存區(qū)FIF06 內(nèi)；
K、當(dāng)pxd_i得到第3巾貞視頻圖像數(shù)據(jù)輸入時(shí),巾貞數(shù)據(jù)輸出控制模塊wr_ctrl模塊向外輸出第二個(gè)緩存區(qū)FIF06內(nèi)的第2幀數(shù)據(jù)作為第二幀pxd_o，同時(shí)使用第二個(gè)緩存區(qū)FIF06 的第2幀數(shù)據(jù)和當(dāng)前的第3幀數(shù)據(jù)進(jìn)行減法運(yùn)算，所得結(jié)果乘以濾波系數(shù)K再與第3幀數(shù)據(jù)之和得出濾波后的第3幀數(shù)據(jù)，將該數(shù)據(jù)存入DDR2存儲(chǔ)器的第一個(gè)緩存區(qū)FIF05 ；
L、當(dāng)有新的數(shù)據(jù)再次輸入時(shí)循環(huán)執(zhí)行上述步驟A至K。本發(fā)明的視頻數(shù)據(jù)的濾波降噪系統(tǒng)及濾波降噪方法中，將均值濾波算法和時(shí)域遞歸濾波算法相結(jié)合，先通過(guò)鄰域模板生成模塊生成5 X 5鄰域模板，并將5 X 5鄰域模板中的五列視頻圖像數(shù)據(jù)的和值求和后再除以常量因數(shù)得到幀輸出，利用空間中相鄰的25幀數(shù)據(jù)的均值替代原有的一幀數(shù)據(jù)，從而有效濾除幀內(nèi)數(shù)據(jù)疊加的噪聲，然后將均值濾波處理后的視頻圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)域遞歸濾波，將相鄰兩幀之間進(jìn)行減法運(yùn)算，運(yùn)算所得結(jié)果乘以濾波系數(shù)再加上當(dāng)前幀得到濾波后的當(dāng)前幀數(shù)據(jù)，從而能夠適應(yīng)低速移動(dòng)物體的視頻圖像的去噪，把圖像信號(hào)以幀周期做時(shí)間上的加權(quán)平均，則對(duì)圖像信號(hào)幾乎沒(méi)有影響，即可以很好地保留圖像中的邊緣，從而有效濾除幀間數(shù)據(jù)疊加的噪聲。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制， 雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例公開如上，然而，并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)，當(dāng)然會(huì)利用揭示的技術(shù)內(nèi)容作出些許更動(dòng)或修飾，成為等同變化的等效實(shí)施例，但凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化與修飾，均屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
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權(quán)利要求
1.一種視頻數(shù)據(jù)的濾波降噪系統(tǒng)，其特征在于包括2D降噪子系統(tǒng)和3D降噪子系統(tǒng)， 2D降噪子系統(tǒng)與3D降噪子系統(tǒng)順序相連接，2D降噪子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)輸出端對(duì)應(yīng)連接3D降噪子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)輸入端；上述2D降噪子系統(tǒng)包括鄰域模板生成模塊、模板疊加模塊和均值計(jì)算模塊，上述三個(gè)模塊依次相連接；鄰域模板生成模塊包含四路先入先出存儲(chǔ)器FIFOl 至FIF04和一路數(shù)據(jù)幀輸入Pixel_In，由數(shù)據(jù)幀輸入Pixel_In引入的連續(xù)四幀視頻圖像數(shù)據(jù)存入FIFOl至FIF04四路先入先出存儲(chǔ)器；模板疊加模塊中包括模板參數(shù)存儲(chǔ)器 Coefficient RAM、乘法器和加法器,模板參數(shù)存儲(chǔ)器Coefficient RAM記錄模板的濾波因數(shù)，而模板參數(shù)存儲(chǔ)器通過(guò)乘法器與Pixel_In和FIFOl FIF04分別連接，乘法器將濾波因數(shù)分別與Pixel_In弓I入的當(dāng)前幀視頻圖像數(shù)據(jù)和FIFOl FIF04內(nèi)存儲(chǔ)的前4幀視頻圖像數(shù)據(jù)做乘法，所得五個(gè)乘積再通過(guò)加法器求和，然后將所得數(shù)據(jù)的和值引入均值計(jì)算模塊；均值計(jì)算模塊，與模板疊加模塊相連接，存儲(chǔ)五次求和的不同和值，并將五次和值通過(guò)加法器再次求和，然后通過(guò)除法器除以常量因數(shù)取均值作為數(shù)據(jù)輸出Pixel_0ut;上述3D 降噪子系統(tǒng)包括幀間數(shù)據(jù)處理模塊、幀數(shù)據(jù)緩存模塊和幀數(shù)據(jù)輸出控制模塊，上述三個(gè)模塊依次連接構(gòu)成數(shù)據(jù)通路，并且在幀間數(shù)據(jù)處理模塊和幀數(shù)據(jù)緩存模塊之間同樣設(shè)置一個(gè)幀數(shù)據(jù)輸出控制模塊wr_ctrl ;由2D降噪子系統(tǒng)輸出的數(shù)據(jù)幀Pixel_0ut輸入到幀間數(shù)據(jù)處理模塊作為數(shù)據(jù)輸入pxd_i，幀數(shù)據(jù)輸出控制模塊輸出的幀數(shù)據(jù)pxd_o反饋至幀間數(shù)據(jù)處理模塊，幀間數(shù)據(jù)處理模塊中還包括減法器、乘法器和加法器，在幀間數(shù)據(jù)處理模塊中進(jìn)行相鄰幀數(shù)據(jù)之間的運(yùn)算，在前一幀數(shù)據(jù)和當(dāng)前幀之間進(jìn)行減法運(yùn)算，運(yùn)算所得結(jié)果通過(guò)乘法器乘以濾波系數(shù)再加上當(dāng)前幀得到濾波后的當(dāng)前幀數(shù)據(jù)；幀數(shù)據(jù)緩存模塊由DDR2存儲(chǔ)器構(gòu)成，具有兩個(gè)緩存區(qū)FIF05和FIF06，每個(gè)緩存區(qū)分別緩存一幀視頻圖像數(shù)據(jù)；幀數(shù)據(jù)輸出控制模塊控制濾波處理后的幀數(shù)據(jù)輸出。
2.一種基于權(quán)利要求I所述的視頻數(shù)據(jù)的濾波降噪系統(tǒng)的濾波降噪方法，包括以下步驟A、由2D降噪子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)幀輸入Pixel_In引入第一幀視頻圖像數(shù)據(jù)，并將此幀視頻圖像數(shù)據(jù)存入FIF04 ;當(dāng)數(shù)據(jù)幀輸入Pixel_In引入第二幀視頻圖像數(shù)據(jù)，并將此幀視頻圖像數(shù)據(jù)存入FIF04時(shí)，原來(lái)存儲(chǔ)在FIF04中的第一幀視頻圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存至FIF03 ;繼續(xù)引入視頻圖像數(shù)據(jù)，當(dāng)?shù)谒膸曨l圖像數(shù)據(jù)引入時(shí)，上述四幀視頻圖像數(shù)據(jù)依次儲(chǔ)存于FIFOl 至 FIF04 ；B、由數(shù)據(jù)幀輸入Pixel_In引入第五幀視頻圖像數(shù)據(jù)，此幀視頻圖像數(shù)據(jù)與四路先入先出存儲(chǔ)器FIFOl至FIF04中所存儲(chǔ)的前四幀視頻圖像數(shù)據(jù)一同構(gòu)成5X5鄰域模板中的第一列數(shù)據(jù)；C、將濾波因數(shù)與Pixel_In引入的第五幀視頻圖像數(shù)據(jù)和FIFOl FIF04內(nèi)存儲(chǔ)的前 4幀視頻圖像數(shù)據(jù)分別通過(guò)乘法器與模板參數(shù)存儲(chǔ)器Coefficient RAM中儲(chǔ)存的濾波因數(shù)做乘法，并將所得五個(gè)乘積再通過(guò)加法器求和，其結(jié)果作為5X5鄰域模板中的第一列數(shù)據(jù)的和值，將此和值存入均值計(jì)算模塊中；D、繼續(xù)引入視頻圖像數(shù)據(jù)，在新的四幀數(shù)據(jù)幀引入時(shí)重復(fù)四次分別依次執(zhí)行上述A、B、 C三步驟，得到5X5鄰域模板中后四列數(shù)據(jù)的和值，根據(jù)存儲(chǔ)器先入先出的原則，第一列數(shù)據(jù)的和值最終被存入Regl,五列數(shù)據(jù)的和值分別存為Regl、Reg2、Reg3、Reg4和Reg5 ；E、將上述五列數(shù)據(jù)的和值通過(guò)加法器求和，即得到5X5鄰域模板中25個(gè)數(shù)據(jù)的和，存入存儲(chǔ)器REG ；F、將REG中數(shù)據(jù)通過(guò)除法器除以常量因數(shù)，得出濾波后的均值并存入存儲(chǔ)器reg，將存儲(chǔ)器reg中數(shù)據(jù)作為數(shù)據(jù)巾貞輸出Pixel_0ut ；G、將2D降噪子系統(tǒng)的Pixel_0ut作為3D降噪子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)輸入pxd_i,當(dāng)pxd_i得到其第I幀視頻圖像數(shù)據(jù)輸入時(shí)，此時(shí)不對(duì)第I幀視頻圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，而直接將該幀數(shù)據(jù)輸入至DDR2存儲(chǔ)器的第一個(gè)緩存區(qū)FIF05內(nèi)，對(duì)此第I幀視頻圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存；H、當(dāng)pxd_i得到第2巾貞視頻圖像數(shù)據(jù)輸入時(shí),巾貞數(shù)據(jù)輸出控制模塊wr_ctrl向外輸出第一個(gè)緩存區(qū)FIF05內(nèi)的第I幀視頻圖像數(shù)據(jù)，作為第一幀pxd_o，同時(shí)使用第一個(gè)緩存區(qū)內(nèi)的第I幀數(shù)據(jù)和當(dāng)前的第2幀的數(shù)據(jù)進(jìn)行減法運(yùn)算；I、將兩幀相鄰視頻圖像數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)減法運(yùn)算后得出的結(jié)果乘以濾波系數(shù)K，Ke
; J、乘以濾波系數(shù)K之后的結(jié)果再加上當(dāng)前的第2幀視頻圖像數(shù)據(jù)，從而得到濾波處理后的第2幀數(shù)據(jù)，將該幀數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在幀數(shù)據(jù)緩存模塊的DDR2存儲(chǔ)器的第二個(gè)緩存區(qū)FIF06 內(nèi)；K、當(dāng)pxd_i得到第3巾貞視頻圖像數(shù)據(jù)輸入時(shí),巾貞數(shù)據(jù)輸出控制模塊wr_ctrl模塊向外輸出第二個(gè)緩存區(qū)FIF06內(nèi)的第2幀數(shù)據(jù)作為第二幀pxd_o，同時(shí)使用第二個(gè)緩存區(qū)FIF06 的第2幀數(shù)據(jù)和當(dāng)前的第3幀數(shù)據(jù)進(jìn)行減法運(yùn)算，所得結(jié)果乘以濾波系數(shù)K再與第3幀數(shù)據(jù)之和得出濾波后的第3幀數(shù)據(jù)，將該數(shù)據(jù)存入DDR2存儲(chǔ)器的第一個(gè)緩存區(qū)FIF05 ；L、當(dāng)有新的數(shù)據(jù)再次輸入時(shí)循環(huán)執(zhí)行上述步驟A至K。
全文摘要
一種視頻數(shù)據(jù)的濾波降噪系統(tǒng)及濾波降噪方法，將均值濾波算法和時(shí)域遞歸濾波算法相結(jié)合，先通過(guò)鄰域模板生成模塊生成5×5鄰域模板，并將5×5鄰域模板中的五列視頻圖像數(shù)據(jù)的和值求和后再除以常量因數(shù)得到幀輸出，利用空間中相鄰的25幀數(shù)據(jù)的均值替代原有的一幀數(shù)據(jù)，從而有效濾除幀內(nèi)數(shù)據(jù)疊加的噪聲，然后將均值濾波處理后的視頻圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)域遞歸濾波，將相鄰兩幀之間進(jìn)行減法運(yùn)算，運(yùn)算所得結(jié)果乘以濾波系數(shù)再加上當(dāng)前幀得到濾波后的當(dāng)前幀數(shù)據(jù)，從而能夠適應(yīng)低速移動(dòng)物體的視頻圖像的去噪，把圖像信號(hào)以幀周期做時(shí)間上的加權(quán)平均，則對(duì)圖像信號(hào)幾乎沒(méi)有影響，即可以很好地保留圖像中的邊緣，從而有效濾除幀間數(shù)據(jù)疊加的噪聲。
文檔編號(hào)H04N5/21GK102595026SQ20121007006
公開日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2012年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月16日
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