一種數字視頻降噪系統與方法
2023-09-14 18:18:00 1
專利名稱：一種數字視頻降噪系統與方法
技術領域：
本發明屬於數字視頻處理技術領域，具體涉及一種新的數字視頻自動降噪系統與方法。
背景技術：
高清時代對監控攝像機提出了更高的要求，低照度環境下噪點的多少直接影響了一臺攝像機的清晰度和圖像質量，甚至它所提供的監控圖像的價值，特別是需要判斷人臉、車輛是否被噪點汙染從而無法辨認。隨著各安防廠家對高清監控系統的大力宣傳和推廣，客戶對高清攝像機也有了更多的認識，客戶對高清的認識不再停留在單純的追求高解析度(線數)，低照度指標等書面的宣傳，而是更多關注攝像機在不同光照度下實際使用所表現的圖像質量(清晰度、色彩還原、動態範圍、運動物體、亮度和噪點)等。換言之，這對高清攝像機提出了更高的要求，不僅是在線數方面超越模擬，而且要求在圖像處理方面有更多的優勢，幫助客戶在不同的照度環境下都能實現清晰監控。目前各公司採用的開發方式比較依賴於SENSOR、ISP、SOC晶片自身的性能，採用這種方式大多數廠家都能實現相似的圖像質量，同質化將越來越嚴重，而缺少自主圖像處理的實力。而擁有核心的圖像處理優勢的品牌，將逐漸得到市場的品牌認可，從而佔領市場的領先地位。另外，市場上攝像機常用的降噪功能都出現空域降噪帶來的邊緣模糊及三維降噪帶來的嚴重拖影問題。
發明內容
本發明的目的在於提供一種基於灰度差值的數字視頻降噪系統，旨在解決空域降噪帶來的邊緣模糊及降低三維降噪帶來的運動拖影現象。本發明提供一種基於灰度差值數字視頻降噪方法，所述方法包括以下步驟:第一降噪步驟:執行時域遞歸濾波進行降噪，生成降噪幀；緩存步驟:對產生的降噪幀進行緩存；取出步驟:從幀緩存器裡面同時取出若干幀數字視頻；第二降噪步驟:對所述取出的若干幀數字視頻逐像素對齊輸入時域雙邊濾波器進行降噪；輸出步驟:輸出降噪後的視頻數據。本發明還提供一種基於灰度差值數字視頻降噪系統，所述系統包括:時域遞歸濾波器，所述時域遞歸濾波器將當前輸入的含噪視頻幀與來自緩存的先前經過降噪處理的視頻幀執行時域遞歸濾波，生成降噪幀；圖像幀緩存器，所述幀緩存器對產生的所述降噪幀進行緩存；時域雙邊濾波器，所述時域雙邊濾波器從所述幀緩存器裡面同時取出若干幀數字視頻，對輸入的所述若干幀數字視頻逐像素對齊後進行降噪，並輸出降噪後的視頻數據。
本發明的有益效果是藉助雙邊濾波思想設計遞歸濾波的係數集合，用時域降噪替代空域降噪，在取得比空域降噪效果好的同時幾乎不產生運動拖影，而且幾乎沒有引入空域降噪帶來的邊緣模糊問題；在時域引入空域雙邊濾波設計思想，只在時間軸上進行視頻幀濾波，在降低了運動拖影的同時取得良好的降噪效果。
圖1是本發明的數字視頻降噪系統；圖2是時域遞歸濾波的示意性框圖；圖3是K係數濾波器的原理框圖；圖4是時域雙邊濾波的原理框圖。
具體實施例方式以下結合說明書附圖詳細說明本發明的具體實施方式
。本發明提供了一種基於灰度差值的數字視頻降噪方法，所述方法包括以下步驟:步驟1，對輸入數字視頻幀執行時域遞歸降噪，生成降噪幀；步驟2，對步驟I產生的降噪幀進行緩存，經過此步驟之後，視頻幀緩存空間裡面存放的均是經過步驟I產生的降噪幀；步驟3，從步驟2的幀緩存空間裡面同時取出若干幀數字視頻；
步驟4，步驟3中取出的若干幀數字視頻數據逐像素對齊輸入到時域雙邊濾波器，視頻數據經過此步驟濾波降噪之後完成了整個降噪流程，直接輸出視頻數據。上述步驟I中的時域遞歸濾波參與降噪只需兩幀視頻數據:一幀是當前輸入的含噪視頻幀，另一幀是來自緩存的先前經過降噪處理的視頻幀。時域遞歸濾波是美國哥倫比亞廣播公司(CBS)實驗室於1971年提出的，其用於降低動態圖像的隨機噪聲，改善圖像質量，提高信噪比具有良好的效果。其數學表達式為:Γ !=I^K(I1-10)其中=Itl表示經過濾波的先前幀；^表示當前含噪圖像幀，Γ I表示濾波過後的當前圖像幀，K表示濾波器係數，範圍為K e (O, I) O就時域遞歸濾波算法而言，關鍵在於如何確定濾波算法中的係數K，係數的選擇對於濾波的效果有顯著的影響。藉助雙邊濾波器的設計思想，本發明設計出基於Il1-1cJ大小的K係數集合，SPI1-1o越大，說明兩幀數據的關聯性比較小，那麼相應的K係數就越小，反之，K係數越大。
實施了這樣的K係數之後，遞歸濾波器具有了自適應的功能，能自動根據Ii1-1ciI (即運動量)的大小實施相應的濾波程度，對於快速場景，濾波強度低，對於低速場景，濾波強度大。在實時視頻流降噪中取得了良好的濾波效果。下面給出K係數的參考設計公式:
權利要求
1.一種基於灰度差值數字視頻降噪方法，其特徵在於，所述方法包括以下步驟: 1)第一降噪步驟:執行時域遞歸濾波進行降噪，生成降噪幀； 2)緩存步驟:對產生的降噪幀進行緩存； 3)取出步驟:從幀緩存器裡面同時取出若干幀數字視頻； 4)第二降噪步驟:對所述取出的若干幀數字視頻逐像素對齊輸入時域雙邊濾波器進行降噪； 5)輸出步驟:輸出經步驟4)降噪後的視頻數據。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，步驟I)中時域遞歸濾波參與降噪只需兩幀視頻數據:一幀是當前輸入的含噪視頻幀，另一幀是來自緩存的先前經過降噪處理的視頻幀。
3.根據權利要求2所述的方法，其特徵在於，在步驟I)中對於快速場景，濾波強度低；對於低速場景，濾波強度大。
4.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，步驟4)中的時域雙邊濾波中參與濾波的像素是相鄰所述若干幀圖像在同一物理位置上的像素點，不同時間出現的若干個像素點輸入到雙邊濾波器中進行自適應濾波。
5.根據權利要求4所述的方法，其特徵在於，所述若干幀為5幀或5幀以上的視頻圖像。
6.一種基於灰度差值數字視頻降噪系統，其特徵在於，所述系統包括: 時域遞歸濾波器，所述時域遞歸濾波器將當前輸入的含噪視頻幀與來自緩存的先前經過降噪處理的視頻幀執行時域遞歸濾波，生成降噪幀； 圖像幀緩存器，所述幀緩存器對產生的所述降噪幀進行緩存； 時域雙邊濾波器，所述時域雙邊濾波器從所述幀緩存器裡面同時取出若干幀數字視頻，對輸入的所述若干幀數字視頻逐像素對齊後進行降噪，並輸出降噪後的視頻數據。
7.根據權利要求6所述的降噪系統，其特徵在於，在所述時域雙邊濾波器中參與濾波的像素是相鄰所述若干幀圖像在同一物理位置上的像素點。
8.根據權利要求6所述的方法，其特徵在於，所述若干幀為5幀或5幀以上的視頻圖像。
全文摘要
本發明提供一種基於灰度差值數字視頻降噪方法及系統，時域遞歸濾波器執行時域遞歸濾波，生成降噪幀；幀緩存器對產生的所述降噪幀進行緩存；時域雙邊濾波器從所述幀緩存器裡面同時取出若干幀數字視頻，對輸入的所述若干幀數字視頻逐像素對齊後進行降噪，並輸出降噪後的視頻數據。本發明的有益效果是藉助雙邊濾波思想設計遞歸濾波的係數集合，用時域降噪替代空域降噪，在取得比空域降噪效果好的同時幾乎不產生運動拖影，而且沒有引入空域降噪帶來的邊緣模糊問題；在時域引入空域雙邊濾波設計思想，只在時間軸上進行視頻幀濾波，在降低了運動拖影的同時取得良好的降噪效果。
文檔編號H04N5/21GK103108109SQ20131003631
公開日2013年5月15日 申請日期2013年1月31日 優先權日2013年1月31日
發明者劉付輝生, 李保霖, 張豔玲 申請人:深圳英飛拓科技股份有限公司