專利名稱：用于減少視頻圖像處理中的運(yùn)動(dòng)失真和噪聲的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及減少視頻圖像處理過(guò)程中運(yùn)動(dòng)失真和噪聲的方法和設(shè)備，尤其是用于逐幀地在時(shí)間上以每個(gè)像素的方式濾波視頻圖像的方法和設(shè)備。
我們都知道現(xiàn)有技術(shù)采用時(shí)間濾波器(也稱為“遞歸濾波器”)對(duì)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)(它代表視頻圖像的每個(gè)幀)進(jìn)行濾波以減少視頻圖像中的噪聲。采用硬件或者軟件的方式可以實(shí)現(xiàn)時(shí)間濾波器，硬件方面主要采用乘法器或者查找表來(lái)實(shí)現(xiàn)的，查找表用于保持代表像素差值的增益系數(shù)的數(shù)據(jù)。通過(guò)運(yùn)算幀或者矩陣中每個(gè)單一像素、在時(shí)間上對(duì)每個(gè)視頻幀存儲(chǔ)每個(gè)單一像素的像素值、確定目前的或者輸入幀的像素的像素值與前鄰的或者已經(jīng)濾波的幀的像素的像素值之間的差、把這個(gè)差值一部分與前鄰的或者已經(jīng)濾波的幀的像素的像素值(依賴于濾波器或增益系數(shù))相加獲得針對(duì)幀中每個(gè)像素的新的已經(jīng)濾波的像素值、存儲(chǔ)并且顯示或者輸出這個(gè)新像素值，時(shí)間濾波器將可以進(jìn)行噪聲降低。加到前鄰的幀的像素的像素值的數(shù)量，是這個(gè)差值的分?jǐn)?shù)的部分，并且通過(guò)函數(shù)者選擇來(lái)確定這個(gè)數(shù)量。例如，函數(shù)者可能選擇四幀進(jìn)行平均，這樣使加到前鄰的幀的像素的像素值的數(shù)量，將為這個(gè)差值的0.25(或者1/4)。如果函數(shù)者選擇八幀進(jìn)行平均，這樣使加到前鄰的幀的像素的像素值的數(shù)量，將為這個(gè)差值的0.125(或者1/8)。因此要求的平均等級(jí)越高，則加到前面像素值的差值的分?jǐn)?shù)就越小。換言之，時(shí)間濾波過(guò)程就是對(duì)輸入像素值的連續(xù)(running)平均過(guò)程。
簡(jiǎn)單的時(shí)間濾波器的缺點(diǎn)在于不能夠區(qū)分活動(dòng)圖像中噪聲與運(yùn)動(dòng)，因此無(wú)論是由于不希望的噪聲所引起的還是由于可接受的運(yùn)動(dòng)所引起的像素差值的改變，都會(huì)導(dǎo)致濾波。當(dāng)對(duì)由于運(yùn)動(dòng)所引起的像素差值進(jìn)行平均時(shí)，則已經(jīng)濾波的視頻圖像在出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的地方就會(huì)有模糊和斑點(diǎn)。因此時(shí)間濾波器降低噪聲的同時(shí)也非本意地降低了活動(dòng)圖像的清晰度。
綜上所述，就希望提供隨著視頻圖像中運(yùn)動(dòng)量調(diào)整濾波量的濾波器。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供用于獲得具有減少運(yùn)動(dòng)失真和減少噪聲的得到改善了的視頻圖像的一種方法和設(shè)備。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供用于當(dāng)圖像正在運(yùn)動(dòng)或者圖像的一部分正在運(yùn)動(dòng)時(shí)減少圖像的濾波量的方法和設(shè)備。當(dāng)圖像正在運(yùn)動(dòng)時(shí)降低時(shí)間濾波就減少了圖像的運(yùn)動(dòng)的部分中的模糊和斑點(diǎn)而保持對(duì)圖像的非運(yùn)動(dòng)的部分中很好的噪聲濾波。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供這樣的方法和設(shè)備這個(gè)方法和設(shè)備可以最大地濾波靜止圖像或者圖像的靜止部分的噪聲。
通過(guò)用于減少顯示的視頻圖像的像素中的噪聲的一個(gè)方法和設(shè)備，就可以實(shí)現(xiàn)上述目的和其他未特殊提出的目的，這個(gè)方法和設(shè)備根據(jù)具有目前濾波的像素值的第一幀和具有最近剛獲取的未濾波的像素值的第二幀，來(lái)濾波視頻圖像中的像素的像素值。一個(gè)示意性的方法包括以下步驟(a)在存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，這些數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)代表了已經(jīng)濾波的幀中每個(gè)像素的 圖像濾波值或(在第一周期后)的多個(gè)濾波值，每個(gè)像素具有由數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的一組比特所表示的一個(gè)像素值；(b)獲取代表第二幀或隨后幀中每個(gè)像素的圖像值的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，每個(gè)像素具有由數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的一組比特所表示的一個(gè)未濾波的像素值；(c)根據(jù)掃描技術(shù)，在這個(gè)視頻圖像中像素之間選擇所關(guān)心的像素；(d)計(jì)算(i)這個(gè)所關(guān)心的像素或者所選擇的像素與(ii)這個(gè)所關(guān)心的像素周?chē)暮诵?kernel)或者矩陣中的像素的之間差值，這些差值的每個(gè)都是所存儲(chǔ)幀中像素的初始或者已經(jīng)濾波的像素值與下一幀中相同像素位置的輸入的或者未濾波的像素值之間的差；(e)對(duì)所關(guān)心的像素周?chē)暮诵?kernel)或者矩陣中像素的差值進(jìn)行平均(空間濾波器)，得到降低了濾波噪聲的運(yùn)動(dòng)值；(f)根據(jù)根據(jù)所關(guān)心的濾波量并且按照與每個(gè)所關(guān)心像素相關(guān)的運(yùn)動(dòng)值，計(jì)算針對(duì)在這個(gè)幀或者矩陣中所關(guān)心像素的濾波等級(jí)；以及(g)把這個(gè)計(jì)算出的所關(guān)心像素的值與所存儲(chǔ)的圖像初始的或者已經(jīng)濾波的值相加，產(chǎn)生新的存儲(chǔ)圖像的已經(jīng)濾波的值。
對(duì)輸入的幀圖像的每個(gè)未濾波的輸入像素值重復(fù)這個(gè)時(shí)間(遞歸)和運(yùn)動(dòng)濾波處理過(guò)程。
然后這個(gè)新的已經(jīng)濾波的像素值將被顯示或者輸出成為處理的圖像。這樣，就產(chǎn)生了代表了已經(jīng)濾波的像素值的新一幀數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，它代替了第二幀的未濾波的像素值。這個(gè)新幀被輸出或者顯示，并且對(duì)下一幀未濾波的像素值重復(fù)這個(gè)全部處理過(guò)程。
下面的說(shuō)明將公開(kāi)本發(fā)明的附加目的和優(yōu)點(diǎn)，并且尤其通過(guò)說(shuō)明或者通過(guò)體驗(yàn)本發(fā)明將使本發(fā)明的附加目的和優(yōu)點(diǎn)更加明顯。通過(guò)在附加權(quán)利要求中所特別聲明的方式以及組合，將可以實(shí)現(xiàn)并且獲得本發(fā)明的目的和優(yōu)點(diǎn)。
通過(guò)下面結(jié)合附圖所作的詳細(xì)地說(shuō)明，將會(huì)更加清楚本發(fā)明的上述和其他的目的、特征以及優(yōu)點(diǎn)。這些附圖是

圖1示出像素濾波模型的方框圖，這個(gè)像素濾波模型用于減少視頻圖像的每個(gè)像素中的噪聲和運(yùn)動(dòng)失真，運(yùn)動(dòng)值控制這個(gè)濾波函數(shù)；圖2示出像素濾波模型的方框圖，這個(gè)像素濾波模型用于減少視頻圖像的每個(gè)像素中的噪聲和運(yùn)動(dòng)失真，通過(guò)空間濾波器值用作輸入到時(shí)間濾波器的輸入，運(yùn)動(dòng)值也控制這個(gè)濾波函數(shù)，并且這個(gè)控制是以運(yùn)動(dòng)值控制信號(hào)為基礎(chǔ)的；圖3示出了示意性的時(shí)間或者遞歸濾波器的標(biāo)準(zhǔn)模型的方框圖，它們主要在現(xiàn)有領(lǐng)域中使用；圖4A示出濾波器函數(shù)的一個(gè)曲線圖，這個(gè)濾波器函數(shù)的曲線圖表示根據(jù)減少噪聲的運(yùn)動(dòng)控制的一個(gè)查找表的一系列輸出值的一個(gè)例子，輸入是像素差值，“D”(x軸)，而輸出(y軸)是加法器的輸入；圖4B是控制裝置的曲線選擇(x軸)與用來(lái)控制時(shí)間濾波器傳遞函數(shù)的運(yùn)動(dòng)值(y軸)的示圖；圖4C是用作被處理的像素差值的用于控制裝置的空間輸入選擇(x軸)，與用作濾波器函數(shù)裝置的輸入的運(yùn)動(dòng)值(y軸)的示圖；圖5A示出本發(fā)明的像素矩陣或者核心的一個(gè)實(shí)施例的示圖，其中示出了5×5核心；圖5B示出本發(fā)明的核心的一個(gè)實(shí)施例的示圖，其中示出了3×3核心；下面將參考示圖，在這些示圖中，為本發(fā)明的各種各樣的單元標(biāo)出數(shù)字標(biāo)記，并且將討論本發(fā)明，以便本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠制造和使用本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)明白下面說(shuō)明僅出于舉例說(shuō)明本發(fā)明，因此不能被認(rèn)為是對(duì)附屬權(quán)利要求書(shū)的局限。
本發(fā)明是用于減少視頻圖像處理中運(yùn)動(dòng)失真和噪聲的方法和裝置，其中在有運(yùn)動(dòng)的區(qū)域中一個(gè)視頻圖像中濾波的數(shù)量取決于在這個(gè)視頻圖像的那個(gè)區(qū)域中所檢測(cè)到的運(yùn)動(dòng)的數(shù)量。
從大量的畫(huà)面元素(稱為“像素”)產(chǎn)生一個(gè)視頻圖像，對(duì)這些畫(huà)面元素進(jìn)行管理以形成成像圖形。這些圖像圖形可以或者是彩色或者是灰度等級(jí)圖像，它們具有數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)所表示的像素的亮度和色度。利用來(lái)自這個(gè)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的一組比特，代表視頻圖像的每個(gè)像素，并且把每組比特稱作“像素值”。像素值確定在視頻圖像中可以從幀到幀地改變的特定像素的亮度和色度或者灰度等級(jí)。例如，當(dāng)視頻圖像是逐幀漸進(jìn)地變暗時(shí)，則在這個(gè)視頻圖像中的像素針對(duì)這個(gè)視頻圖像的每個(gè)幀將具有不同的像素值。當(dāng)一個(gè)幀中的像素位置的像素值與另外一幀相同位置的像素值相減，就得到了像素差值。
這個(gè)設(shè)備包括結(jié)合時(shí)間濾波器的空間濾波器，因此在定域的區(qū)域中，利用空間濾波器濾波所產(chǎn)生的結(jié)果，控制通過(guò)時(shí)間濾波器所進(jìn)行的濾波的數(shù)量。換言之，當(dāng)空間濾波器(處理的核心數(shù)據(jù))經(jīng)過(guò)時(shí)間(從幀到幀的時(shí)間數(shù)據(jù))檢測(cè)到在所感興趣的像素周?chē)酗@著運(yùn)動(dòng)時(shí)，則針對(duì)那個(gè)像素的時(shí)間濾波器(也稱為“遞歸濾波器”)就采用減少或最小濾波那個(gè)像素的輸入圖像的方式來(lái)過(guò)濾這個(gè)視頻圖像，這樣也減少了運(yùn)動(dòng)失真。另一方面，如果空間濾波器經(jīng)過(guò)時(shí)間檢測(cè)到在所感興趣的像素周?chē)蟹浅Ｉ龠\(yùn)動(dòng)時(shí)，則就對(duì)時(shí)間濾波器進(jìn)行調(diào)整對(duì)那個(gè)像素進(jìn)行最大噪聲濾波。這樣，隨在這個(gè)視頻圖像中所檢測(cè)到的運(yùn)動(dòng)量，調(diào)整時(shí)間濾波器所進(jìn)行的濾波量。針對(duì)每幀圖像數(shù)據(jù)的圖像矩陣的每個(gè)像素都重復(fù)這樣的處理過(guò)程。
在空間濾波器中使用來(lái)自視頻圖像中一組像素(或核心)的差值，來(lái)確定“運(yùn)動(dòng)值”，它們與對(duì)這個(gè)視頻圖像所要進(jìn)行的時(shí)間濾波量相對(duì)應(yīng)。下面是這個(gè)處理過(guò)程的詳細(xì)說(shuō)明。詳細(xì)說(shuō)明圖1示出視頻圖像濾波器10的時(shí)間像素濾波模型的方框圖，這個(gè)視頻圖像濾波器10用于減少視頻圖像中每幀的每個(gè)像素中的噪聲和運(yùn)動(dòng)失真。Xi(t)表示輸入圖像幀的像素值，而Xo(t)表示輸出圖像幀的像素值。按時(shí)間順序，Xi(t)表示濾波之前一幀視頻圖像中的像素，而Xo(t)表示已經(jīng)濾波之后的同一幀的視頻圖像中的像素。符號(hào)Xo(t-1)表示剛剛才顯示的像素值，即通過(guò)以前濾波過(guò)程得到的最近所存儲(chǔ)的像素值。當(dāng)把一幀最近得到的值的像素值Xi(t)送入視頻圖像濾波器10時(shí)，減法器14計(jì)算像素輸入值Xi(t)與最近所存儲(chǔ)的像素值Xo(t-1)之間的差，得到視頻圖像的輸入圖像幀中每個(gè)像素的像素差值“D”。然后空間濾波器18對(duì)這些差值進(jìn)行空間濾波，得到運(yùn)動(dòng)值“M”?？刂茊卧?2接收到這個(gè)運(yùn)動(dòng)值并且產(chǎn)生用于控制濾波函數(shù)26的一個(gè)信號(hào)。濾波函數(shù)26受到用戶所選擇的輸入“A”以及控制單元22基于運(yùn)動(dòng)的控制，這個(gè)輸入“A”是用戶根據(jù)所關(guān)心的視頻圖像濾波器10的濾波量進(jìn)行選擇的。然后濾波函數(shù)26向加法器30輸出得到的信號(hào)值(“輸出差值”)，加法器30把這個(gè)得到的信號(hào)值與所存儲(chǔ)的像素值Xo(t-1)相加，得到當(dāng)前輸出的一個(gè)輸出像素值Xo(t)，并且把這個(gè)輸出像素值Xo(t)存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器34中，這個(gè)輸出能夠被顯示或者用于其他處理。
圖2示出視頻圖像濾波器10的像素濾波模式的附加特性。把表示為“D”的像素差值輸入到空間濾波器18和濾波函數(shù)26。當(dāng)出現(xiàn)大量運(yùn)動(dòng)時(shí)，使用具有小濾波系數(shù)的差值將能夠把不希望的噪聲加到輸出。圖2示出了這些差值被在加權(quán)平均單元38中穿入并且與空間濾波運(yùn)動(dòng)值混合。當(dāng)空間濾波器平均核心中(或者所需要的像素)像素的差值時(shí)，空間濾波器18就產(chǎn)生了運(yùn)動(dòng)值“M”。然后把這個(gè)運(yùn)動(dòng)值“M”輸入到控制單元22和加權(quán)平均單元38。加權(quán)平均單元38從控制信號(hào)并根據(jù)運(yùn)動(dòng)值“M”和原值“D”選擇輸入的不同比例，以計(jì)算濾波器函數(shù)26的輸入。這個(gè)控制過(guò)程對(duì)差值和運(yùn)動(dòng)值進(jìn)行加權(quán)平均，包括(i)，所關(guān)心的像素(或者運(yùn)動(dòng)值“M”)周?chē)牟钪档钠骄?ii)，所關(guān)心的像素的差值；以及(iii)，(i)和(ii)的某個(gè)比例或者組和的值。當(dāng)出現(xiàn)大量運(yùn)動(dòng)時(shí)，通過(guò)調(diào)整具有小濾波系數(shù)的像素差值，加權(quán)平均單元就能夠避免把不希望的噪聲加給輸出。
圖2示出控制單元22接收來(lái)自空間濾波器18的運(yùn)動(dòng)值“M”并且確定將送到加權(quán)平均單元38和濾波函數(shù)26的控制信號(hào)。這些控制信號(hào)的一部分使加權(quán)平均單元38選擇(通過(guò)一個(gè)查找表和乘法器)從“D”和“M”輸入所得到的混合信號(hào)，并且使加權(quán)平均單元信號(hào)送到濾波函數(shù)26。根據(jù)來(lái)自空間濾波器信號(hào)的數(shù)據(jù)混合、來(lái)自控制單元的基于運(yùn)動(dòng)“M”的輸入信號(hào)以及用戶所確定的輸入“A”，濾波函數(shù)26輸出信號(hào)。這些輸入到濾波函數(shù)26的輸入信號(hào)被用來(lái)產(chǎn)生矩陣的每個(gè)像素的時(shí)間和空間濾波器的輸出值。這樣，圖2更加詳細(xì)地示出了如何利用差值“D”和空間信息“M”對(duì)時(shí)間濾波器進(jìn)行控制，以減少噪聲和運(yùn)動(dòng)失真。
圖3示出現(xiàn)有技術(shù)的時(shí)間濾波器110的方框圖，有助于理解本發(fā)明。圖3示出來(lái)自目前幀的像素值輸入Xi(t)；來(lái)自目前幀的像素值輸出Xo(t)；以及來(lái)自剛剛才顯示的幀的存儲(chǔ)的像素值Xo(t-1)。在這個(gè)時(shí)間濾波器中，減法器114取Xi(t)與Xo(t)之間的差并且把這些差值送到乘法器或者查找表118。乘法器118把這個(gè)差值與用戶所選擇的數(shù)值“A”相乘。然后，把乘法器118的輸出送到加法器122，得到輸出像素值Xo(t)。下面公式(采用上述圖3的符號(hào))示出了現(xiàn)有技術(shù)的時(shí)間濾波器的典型功能Xo(t)＝A[Xi(t)-Xo(t-1)]+Xo(t-1)如結(jié)合圖1和2所述，本發(fā)明提供了隨視頻圖像中運(yùn)動(dòng)量的不同而改變加給剛才顯示的幀的像素值Xo(t-1)的一個(gè)信號(hào)。換言之，本發(fā)明通過(guò)為時(shí)間濾波器110增加硬件來(lái)更改時(shí)間濾波器110，以便控制送到乘法器118的差值和用戶輸入“A”。隨運(yùn)動(dòng)值“M”而增加或者減少時(shí)間濾波。
通過(guò)測(cè)試和實(shí)驗(yàn)，改進(jìn)控制和濾波函數(shù)所使用的數(shù)據(jù)值，從而優(yōu)化處理過(guò)程。它們是非-線性方程和控制信息。圖4A、4B、4C是這個(gè)信息的一種形式的例子。圖4A是曲線族，每個(gè)曲線具有不同的用于各個(gè)像素差的濾波量。圖4B示出一組控制輸出，根據(jù)像素周?chē)倪\(yùn)動(dòng)量選擇不同濾波級(jí)別(圖4A)。圖4C是另外一組控制輸出，從不同的像素改變比例、經(jīng)過(guò)空間濾波的像素改變的增量以及空間濾波器大小中選擇，用于在濾波器函數(shù)中使用。
再結(jié)合圖1或2，根據(jù)所關(guān)心的像素周?chē)桶ㄟ@個(gè)像素的一組差值，計(jì)算本發(fā)明的運(yùn)動(dòng)值“M”。這組像素或者核心被用于空間濾波器中，以便產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)值“M”。圖5A和5B分別示出兩個(gè)不同大小的核心，即，5×5和3×3。每個(gè)核心代表了這樣的像素在這些像素處，所關(guān)心的像素與該所關(guān)心的像素周?chē)倪x擇出的像素之間的像素差值被存儲(chǔ)。例如，圖5A示出像素K1、K2、K3、等，其中空間濾波器18(見(jiàn)圖1和2)計(jì)算所關(guān)心的像素X(n)周?chē)袼氐钠骄南袼夭钪?，產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)值“M”。
利用圖2的設(shè)備，采用掃描技術(shù)，即按順序?yàn)V波像素的技術(shù)，對(duì)一幀的每個(gè)像素進(jìn)行濾波。用于減少將要顯示成視頻圖像的像素中噪聲的方法包括下面步驟(a)在存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，這些數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)代表了已經(jīng)濾波的視頻圖像的第一幀中每個(gè)像素的彩色或者灰度等級(jí)成像，每個(gè)像素具有由數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的一組比特所表示的一個(gè)已經(jīng)濾波的像素值；
(b)獲取代表這個(gè)視頻圖像的第二幀中每個(gè)像素的彩色或者灰度等級(jí)成像的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，每個(gè)像素具有由數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的一組比特所表示的一個(gè)未濾波的像素值；(c)根據(jù)掃描技術(shù)，在這個(gè)視頻圖像中像素之間選擇所關(guān)心的像素；(d)計(jì)算這個(gè)所關(guān)心的像素與這個(gè)所關(guān)心的像素周?chē)袼氐牟钪?，這些差值的每個(gè)都是第一幀中像素值與第二幀中相同像素的像素值之間的差；(e)對(duì)所關(guān)心的像素周?chē)南袼氐牟钪颠M(jìn)行平均，得到運(yùn)動(dòng)值；以及(f)根據(jù)這個(gè)運(yùn)動(dòng)值，時(shí)間濾波該所關(guān)心的像素的像素值。
對(duì)第二幀的每個(gè)像素重復(fù)進(jìn)行步驟(c)、(d)、(e)以及(f)，得到新的一幀顯示的像素?cái)?shù)據(jù)。
如圖2所示，步驟(f)還可以包括對(duì)差值和運(yùn)動(dòng)值進(jìn)行加權(quán)的平均的步驟，對(duì)差值和運(yùn)動(dòng)值進(jìn)行加權(quán)的該平均包括(i)，得到所關(guān)心的像素周?chē)牟钪档钠骄?ii)，計(jì)算所關(guān)心的像素的差值；以及(iii)，計(jì)算(i)和(ii)的某種組和的值。
應(yīng)當(dāng)知道，上述的安排僅用于顯示本發(fā)明的原理的應(yīng)用的目的。在不脫離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和范圍下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以提出各種各樣的更改和其他安排，并且附屬的權(quán)利要求致力于涵蓋這樣的更改和其他安排。
權(quán)利要求
1.用于減少目前輸出、顯示或者處理的視頻圖像的像素中噪聲和運(yùn)動(dòng)失真的設(shè)備，這個(gè)設(shè)備根據(jù)具有目前濾波的像素值的視頻圖像的第一幀和具有最近剛獲取的未濾波的像素值的視頻圖像的第二幀，來(lái)濾波視頻圖像中的像素的像素值，這個(gè)設(shè)備包括顯示器，用于顯示該視頻圖像的已經(jīng)濾波的像素值；存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)已經(jīng)濾波的該第一幀視頻圖像，其中該第一幀是由數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)來(lái)表示的并且這個(gè)第一幀的每個(gè)像素具有由這個(gè)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的一組比特所表示的像素值；減法器，用于通過(guò)(i)接收第一幀已經(jīng)濾波的像素值和第二幀未濾波的像素值，以及(ii)計(jì)算第一幀已經(jīng)濾波的像素值和第二幀未濾波的像素值之間的差，產(chǎn)生差值；空間濾波器裝置，用于通過(guò)平均所關(guān)心像素的周?chē)x擇出像素的差值，計(jì)算所關(guān)心像素的運(yùn)動(dòng)值；濾波函數(shù)(filter function)裝置，用于根據(jù)該運(yùn)動(dòng)值產(chǎn)生所關(guān)心像素的輸出差值；以及加法器，用于把該輸出差值與第一幀的已經(jīng)濾波的所關(guān)心像素的像素值相加。
2.權(quán)利要求1的設(shè)備，其中該濾波函數(shù)裝置包括乘法器或者存儲(chǔ)查找表，這個(gè)乘法器或者存儲(chǔ)查找表用于把所關(guān)心像素的運(yùn)動(dòng)值與由運(yùn)動(dòng)值本身所確定的一個(gè)分?jǐn)?shù)相乘，其中這個(gè)乘法器產(chǎn)生輸出差值使得隨圖像運(yùn)動(dòng)的增加而減小濾波函數(shù)乘法器。
3.權(quán)利要求1的設(shè)備，其中時(shí)間濾波器包括查找表，這個(gè)查找表用于根據(jù)所關(guān)心像素的差值和所關(guān)心像素周?chē)南袼氐暮诵牡倪\(yùn)動(dòng)值，產(chǎn)生輸出差值。
4.權(quán)利要求1的設(shè)備，其中該空間濾波器裝置所選擇的像素包括與從一組中選擇出的所關(guān)心像素相關(guān)的像素差值的核心，這組是由5×5的像素差值矩陣和3×3的像素差值矩陣或者其他最適合圖像分辨率的矩陣形式以及用于測(cè)量定位的圖像運(yùn)動(dòng)的圖像類型所構(gòu)成的。
5.權(quán)利要求4的設(shè)備，其中空間濾波器裝置平均在這個(gè)核心矩陣中像素的差值。
6.權(quán)利要求1的設(shè)備，其中所關(guān)心像素包括根據(jù)掃描技術(shù)所選擇出的視頻圖像的像素。
7.權(quán)利要求1的設(shè)備還包括控制單元和加權(quán)平均單元，這個(gè)加權(quán)平均單元接收來(lái)自控制單元的控制信號(hào)，其中控制單元所導(dǎo)出的該控制信號(hào)選擇該差值和該運(yùn)動(dòng)值的不同的加權(quán)和比例，兩個(gè)信號(hào)都已經(jīng)被以相同的相對(duì)幅度標(biāo)定。
8.權(quán)利要求7的設(shè)備，其中的加權(quán)平均單元還包括第一輸入端，用于接收由該減法器產(chǎn)生的差值；第二輸入端，用于接收由空間濾波器裝置產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)值；和根據(jù)該差值和來(lái)自該空間濾波器的運(yùn)動(dòng)值，用于計(jì)算該濾波函數(shù)裝置所用的輸入和比率的電路。
9.權(quán)利要求7的設(shè)備，還包括具有一個(gè)輸入端的濾波函數(shù)單元，其中的濾波函數(shù)單元輸入端接收由控制單元產(chǎn)生的控制信號(hào)以及由加權(quán)平均單元處理的差值。
10.用于減少在被處理顯示的視頻圖像的像素中噪聲和運(yùn)動(dòng)失真的方法，該方法根據(jù)具有目前濾波的像素值的視頻圖像的第一幀和具有最近剛獲取的未濾波的像素值的該視頻圖像的第二幀，來(lái)濾波視頻圖像中的像素的像素值，該方法包括步驟(a)在存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，這些數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)代表了第一幀中每個(gè)像素的彩色或者灰度等級(jí)成像，每個(gè)像素具有由數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的一組比特所表示的一個(gè)已經(jīng)濾波的像素值；(b)獲取代表第二幀中每個(gè)像素的彩色或者灰度等級(jí)成像的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，每個(gè)像素具有由數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的一組比特所表示的一個(gè)未濾波的像素值；(c)根據(jù)掃描技術(shù)，在這個(gè)視頻圖像中像素之間選擇所關(guān)心的像素；(d)計(jì)算(i)這個(gè)所關(guān)心的像素以及(ii)這個(gè)所關(guān)心的像素周?chē)袼氐牟钪?，這些差值的每個(gè)都是第一幀中已經(jīng)濾波的像素值與第二幀中相同像素的未濾波的像素值之間的差；(e)對(duì)所關(guān)心的像素周?chē)南袼氐牟钪登笃骄玫胶诵母淖兓蛘哌\(yùn)動(dòng)值；以及(f)根據(jù)這個(gè)運(yùn)動(dòng)值，時(shí)間濾波該所關(guān)心的像素的未濾波的像素值。
11.權(quán)利要求10的方法還包括對(duì)第二幀的每個(gè)像素重復(fù)進(jìn)行步驟(c)、(d)、(e)以及(f)，得到新的一幀已經(jīng)濾波、處理并且顯示的像素?cái)?shù)據(jù)的步驟。
12.權(quán)利要求10的方法其中步驟(f)還可以包括對(duì)該差值和運(yùn)動(dòng)值進(jìn)行加權(quán)平均的步聚。
13權(quán)利要求12的方法，其中進(jìn)行加權(quán)平均包括(i)，獲得所關(guān)心的像素周?chē)牟钪档钠骄?ii)，計(jì)算所關(guān)心的像素的差值；以及(iii)，計(jì)算(i)和(ii)的某種組和的值，從而控制信號(hào)根據(jù)該運(yùn)動(dòng)值選擇用于進(jìn)行遞歸濾波的上述信號(hào)之一。
14.權(quán)利要求10的方法，其中步驟(f)還包括產(chǎn)生所關(guān)心的像素的輸出差值并且把這個(gè)輸出差值與該第一幀的這個(gè)所關(guān)心像素已經(jīng)濾波的像素值相加的步驟。
15.權(quán)利要求14的方法，其中產(chǎn)生該輸出差值的步驟還包括以下步驟產(chǎn)生具有表列數(shù)據(jù)的查找表，這些表列數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)于涉及一定范圍的不同運(yùn)動(dòng)值的輸出差值；獲取該運(yùn)動(dòng)值作為輸入到這個(gè)查找表的輸入；以及按照這個(gè)輸入運(yùn)動(dòng)值從這個(gè)查找表中產(chǎn)生該輸出差值。
16.權(quán)利要求14的方法其中產(chǎn)生該輸出差值的步驟還包括選擇所關(guān)心的像素的差值的步驟。
17.權(quán)利要求14的方法其中產(chǎn)生該輸出差值的步驟還包括選擇所關(guān)心的像素周?chē)南袼氐钠骄钪档牟襟E。
18.權(quán)利要求14的方法其中產(chǎn)生該輸出差值的步驟還包括根據(jù)所關(guān)心像素的差值與所關(guān)心的像素周?chē)南袼氐钠骄钪档慕M合，計(jì)算一個(gè)值的步驟。
全文摘要
用于減少處理或者顯示的視頻圖像的像素中噪聲和運(yùn)動(dòng)失真的方法和設(shè)備,根據(jù)具有目前存儲(chǔ)(濾波)的像素值的第一幀和具有最近剛獲取的但還未濾波的像素值的第二幀,濾波視頻圖像的像素值,設(shè)備包括用于計(jì)算所關(guān)心像素的運(yùn)動(dòng)值的空間濾波器,用于根據(jù)該運(yùn)動(dòng)值產(chǎn)生所關(guān)心像素的輸出差值的濾波函數(shù)裝置以及加法器。根據(jù)視頻圖像中的運(yùn)動(dòng)量來(lái)濾波視頻圖像的每個(gè)像素。
文檔編號(hào)H04N5/14GK1259823SQ99127719
公開(kāi)日2000年7月12日 申請(qǐng)日期1999年11月12日 優(yōu)先權(quán)日1998年11月12日
發(fā)明者約瑟夫·阿爾利德, 拉里·安德頓, 巴里·K·漢諾威, 史蒂文·柯蒂斯 申請(qǐng)人:Oec醫(yī)療系統(tǒng)公司