專利名稱：基于fpga平臺(tái)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，可以有效濾除椒鹽噪聲或高斯噪聲干擾的基于FPGA平臺(tái)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和椒鹽噪聲，其中高斯噪聲成高斯分布，主要由阻性元器件內(nèi)部產(chǎn)生，而椒鹽噪聲主要是圖像切割引起的黑圖像上的白點(diǎn)噪聲或光電轉(zhuǎn)換過(guò)程中產(chǎn)生泊松噪聲。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引入的視覺(jué)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(jué)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(lèi)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。中值濾波是基于排序統(tǒng)計(jì)理論的一種能有效抑制噪聲的非線性信號(hào)處理技術(shù)。其實(shí)現(xiàn)原理如下將某個(gè)像素鄰域中的像素按灰度值進(jìn)行排序，然后選擇該序列的中間值作為輸出的像素值，讓周?chē)袼鼗叶戎档牟畋容^大的像素改取與周?chē)南袼刂到咏闹?，從而可以消除孤立的噪聲點(diǎn)。其具體的操作是首先確定一個(gè)以某個(gè)像素為中心點(diǎn)的領(lǐng)域，一般為方形領(lǐng)域(如3 X3、5 X 5的矩形領(lǐng)域)，然后將領(lǐng)域中的各個(gè)像素的灰度值進(jìn)行排序。假設(shè)其排序?yàn)?br> 權(quán)利要求
1.一種基于FPGA平臺(tái)的濾波降噪系統(tǒng)，其特征在于包括模板生成模塊、數(shù)據(jù)分析模塊、中值濾波模塊、均值濾波模塊和數(shù)據(jù)輸出模塊；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)輸入，由數(shù)據(jù)輸入引入的連續(xù)四幀視頻圖像數(shù)據(jù)存入四路先入先出存儲(chǔ)器FIFOl至FIF04，上述四幀視頻圖像數(shù)據(jù)與由數(shù)據(jù)輸入引入的第五幀視頻圖像數(shù)據(jù)形成5X5鄰域模板；模板生成模塊與數(shù)據(jù)分析模塊相連，而數(shù)據(jù)分析模塊同時(shí)與中值濾波模塊和均值濾波模塊相連接，將五幀連續(xù)視頻圖像數(shù)據(jù)構(gòu)成的5X5鄰域模板選擇性發(fā)送至中值濾波模塊或均值濾波模塊；中值濾波模塊計(jì)算由模板生成模塊生成的5X5鄰域模板中所有數(shù)據(jù)的中值，并將上述中值發(fā)送至數(shù)據(jù)輸出模塊；均值濾波模塊計(jì)算由模板生成模塊生成的5X5鄰域模板中所有數(shù)據(jù)的均值，并將上述均值發(fā)送至數(shù)據(jù)輸出模塊；數(shù)據(jù)輸出模塊分別與中值濾波模塊和均值濾波模塊相連接，數(shù)據(jù)輸出模塊上設(shè)置一路數(shù)據(jù)輸出，將中值濾波模塊或均值濾波模塊得出的視頻圖像數(shù)據(jù)向外輸出。
2.一種基于權(quán)利要求I所述的基于FPGA平臺(tái)的濾波降噪系統(tǒng)的濾波降噪方法，包括以下步驟 A、由數(shù)據(jù)輸入向模板生成模塊中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)存入先入先出存儲(chǔ)器FIF04;當(dāng)數(shù)據(jù)輸入引入連續(xù)的第二幀視頻圖像數(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)被FIF04釋放并轉(zhuǎn)存至FIF03 ;當(dāng)數(shù)據(jù)輸入引入第三幀視頻圖像數(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中的第二幀視頻圖像數(shù)據(jù)被FIF04釋放并轉(zhuǎn)存至FIF03，而同時(shí)第一幀視頻圖像數(shù)據(jù)被FIF03釋放并轉(zhuǎn)存至FIF02 ;繼續(xù)引入視頻圖像數(shù)據(jù)，至前四幀視頻圖像數(shù)據(jù)依次儲(chǔ)存于FIFOl至FIF04 ； B、由數(shù)據(jù)輸入引入第五幀視頻圖像數(shù)據(jù)，此時(shí)FIFOl至FIF04中存儲(chǔ)的前四幀視頻圖像數(shù)據(jù)依次被釋放，第五幀視頻圖像數(shù)據(jù)與四路先入先出存儲(chǔ)器FIFOl至FIF04中所釋放出的前四幀視頻圖像數(shù)據(jù)一同構(gòu)成5X5鄰域模板； C、數(shù)據(jù)分析模塊接收到由模板生成模塊生成的5X5鄰域模板，通過(guò)對(duì)5X5鄰域模板中數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，選擇性地將5X5鄰域模板中的數(shù)據(jù)發(fā)送至中值濾波模塊或均值濾波模塊； D、當(dāng)5X5鄰域模板中的數(shù)據(jù)發(fā)送至中值濾波模塊時(shí)，中值濾波模塊計(jì)算出由模板生成模塊生成的5 X 5鄰域模板中25個(gè)數(shù)據(jù)的中值，并將上述中值發(fā)送至數(shù)據(jù)輸出模塊，相反地，當(dāng)5X5鄰域模板中的數(shù)據(jù)發(fā)送至均值濾波模塊時(shí)，均值濾波模塊計(jì)算出由模板生成模塊生成的5X5鄰域模板中25個(gè)數(shù)據(jù)的均值，并將上述均值發(fā)送至數(shù)據(jù)輸出模塊； E、數(shù)據(jù)輸出模塊接收由中值濾波模塊或均值濾波模塊發(fā)送的由運(yùn)算得出的相應(yīng)數(shù)據(jù)，并將該數(shù)據(jù)通過(guò)一路數(shù)據(jù)輸出對(duì)外進(jìn)行數(shù)據(jù)輸出，替換對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)幀的原值； F、繼續(xù)引入新的視頻圖像數(shù)據(jù)，重復(fù)執(zhí)行上述步驟A至E。
全文摘要
一種基于FPGA平臺(tái)的濾波降噪系統(tǒng)及濾波降噪方法，其中包括模板生成模塊、數(shù)據(jù)分析模塊、中值濾波模塊、均值濾波模塊和數(shù)據(jù)輸出模塊；模板生成模塊包含四路先入先出存儲(chǔ)器FIFO1至FIFO4和一路數(shù)據(jù)輸入，由數(shù)據(jù)輸入引入的連續(xù)四幀視頻圖像數(shù)據(jù)存入四路先入先出存儲(chǔ)器FIFO1至FIFO4，形成5×5鄰域模板；數(shù)據(jù)分析模塊判斷出噪聲類(lèi)型，并根據(jù)噪聲類(lèi)型將5×5鄰域模板中的數(shù)據(jù)選擇傳輸至相應(yīng)的中值濾波模塊或均值濾波模塊，通過(guò)中值濾波模塊抑制濾除椒鹽噪聲，或者通過(guò)均值濾波模塊抑制濾除高斯噪聲，本發(fā)明能夠根據(jù)視頻中存在的不同類(lèi)型的噪聲自動(dòng)選擇相應(yīng)的濾波方式，對(duì)視頻進(jìn)行實(shí)時(shí)的降噪處理。
文檔編號(hào)H04N5/21GK102752483SQ20121019134
公開(kāi)日2012年10月24日 申請(qǐng)日期2012年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月12日
發(fā)明者張立嵩, 戴林 申請(qǐng)人:天津天地偉業(yè)數(shù)碼科技有限公司