用於進行快速和有效噪聲減小的方法和設備的製作方法

2023-09-19 07:01:45 3

專利名稱：用於進行快速和有效噪聲減小的方法和設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及噪聲減小領域.本發明具體地涉及用於時域噪聲減小 的濾波器以及涉及用於圖像序列的時域噪聲減小的方法、設備和計 算機軟體，
背景技術：
在給定圖像序列後，時域噪聲減小可以超過空域噪聲減小。這樣 的圖像序列例如可以通過視頻信號的圖像幀序列被給出。術語'圖像 幀，或簡稱為'幀，，在下面被利用來表示'圖像序列的一個圖像，以及不 應當限於通常的視頻信號的上下文.雖然空間濾波往往使得圖像模 糊，但時間濾波不會造成圖像模糊。這提供時間濾波超過空間濾波 的優點。通常，通過時間濾波得到的噪聲減小效果遠高於通過空間 濾波得到的效果.然而，當出現情景改變時或當在圖像序列中存在 運動時，時域噪聲減小遇到問題。情景改變的概念作為空間情形可 包括圖像序列的開始.亊實上，三種情形一情景開始、情景改變和 運動一都導致圖像之間減小的相關性。在技術上，情景改變可被看 作為或多或少影響整個圖像的運動.以下的例子將闡述現有技術時 域噪聲減小技術遇到的問題.
遞歸濾波器廣泛地被利用於時域噪聲減小，圖1顯示一階遞歸濾
波器，在圖1上，T代表延遲時間，T例如可以具有一半的幀/場周 期的值。延遲可以通過幀/場存儲器被實現。變量c具有在零與l之 間的值，它是遞歸濾波器的零階係數。l-c是遞歸濾波器的一階系 數.由於在一階遞歸濾波器的情形下一階係數完全由零階係數確 定，所以只要規定零階係數就足以完全確定濾波器.係數c越小， 這個濾波器的平滑效果或噪聲減小效果或噪聲減小能力越強，以及 反之亦然。圖l顯示以下的濾波器公式的圖形表示， y(t)-c*x(t) + (l-c)*y(t-T) (1) 其中y(t)是在時間t的濾波器輸出，y(t-T)時間t-T的濾波器輸出， x(t)是在時間t的濾波器輸入，t-l，T，2T, 3T，..以及ce[O，l]。在噪
聲減小實踐中，不採用零，而是小的正值被設置為C的下限，顯然， 對於序列的第 一 圖像可以不進行時間噪聲減小，通常濾波器通過設
置y(O)-x(O)而被初始化. 一階遞歸濾波器的輸出是實際的輸入與以 前的濾波器輸出的混合，在高階遞歸濾波器的情形下，輸出是實際 的輸入與以前的輸出的混合，因此，在當前的輸出與以前的輸出之 間的改變比起在當前的輸入與以前的輸入之間的改變被減小，結果 噪聲被減小。
濾波是按像素進行的，因此，對於圖像的每個像素，實行如公式 (l)描述的濾波操作.由多個x(t)給出的每個輸入圖像，與由多個 y(t)給出的對應的輸出圖像關聯。輸入圖像也稱為'原先的圖像'或 '未濾波的圖像，，對應的輸出圖像被稱為4濾波的圖像，。當提及像素， 即'未濾波的像素，，"濾波的像素，等等時，利用對應的概念.
使用時間噪聲減小濾波器，如果不實行運動補償，不應當試圖減 小在運動區域中的噪聲一否則，將出現運動偽像。為了處理運動， 時間遞歸濾波器通常被自適應地實現，即，係數c被適配於例如在 兩個接連的圖像上兩個像素的差值，並把所討論的像素的差值與閾 值相比較，如果這個差值小於預定的閾值，則假設差值是由於噪聲 而不是由於運動造成的，因此選擇小的係數c,以使得達到強的噪聲 減小。如果差值變為更大的，具體地大於預定的閾值，則假設差值 多半不是或不僅僅是由噪聲而還是由於運動造成的。在這種情形 下，選擇較大的係數c，以使得實際的輸入被減少地濾波.如杲選擇 係數c的上限l(即，c-l)，則輸入x(t)實際上沒有被濾波以及保持 y(t)-x(t)，即，濾波的圖像是與未濾波的圖像相同的.
自適應時間遞歸濾波器的缺點在於，在達到噪聲減小效果之前, 即，在濾波器收斂之前，需要許多圖像。這即使在圖像序列中沒有 運動或沒有情景改變的情形下也成立。時間遞歸濾波器的慢的收斂 速度在模擬時代不是主要關心的問題.在數字時代，慢的收斂速度 直接影響編碼效率，這又影響傳輸頻率.對於醫學應用，低的收斂 速度意味著將要避免的增加的輻射。對於某些應用，甚至目前技術 水平的自適應時間遞歸濾波器也完全不能應用，
本發明的目的是與現有技術相比較能夠達到更好的時域噪聲減 小.本發明的其它目的可以從本發明的詳細說明獲知.

發明內容
這個目的是通過按照獨立的權利要求1， 20和36的、用於對視 頻信號進行時域噪聲減小的設備、方法、和軟體產品和通過按照權 利要求2的、用於時域噪聲減小的濾波器而達到的.
用於對包括按幀索引排序的圖像幀的視頻信號進行時域噪聲減 小的設備包括用於接連地濾波視頻信號的圖像幀的濾波器，其中濾 波器的濾波係數是幀計數索引的函數，所述幀計數索引對應於被移 位一個偏移量的幀索引，濾波器係數對於幀計數索引的相關性允許 自適應時間濾波器的更快速的收斂。
用於時域噪聲減小的濾波器用來在有限脈沖響應濾波器特性與 無限脈沖響應濾波器特性之間進行切換.有利地，有限脈沖響應濾 波器特性是平均濾波器的脈衝響應特性。用於時域噪聲減小的濾波
噪聲減小的設備中被利用，其中濾波器用來接連地濾;視頻信號的 圖像幀，濾波器的濾波係數是幀計數索引的函數，以及所述幀計數 索引對應於被移位一個偏移量的幀索引。
有利地，濾波器係數的相關性是如此的以使得濾波器的噪聲減小 能力是非恆定的，隨幀計數索引單調地增加。這提供達到高的噪聲 減小的優點。濾波器的高的適應性對應於高的瞬時收斂速度。由於 濾波器的噪聲減小能力和適應性是沖突的特性，濾波器的收斂速度 在開始端可以是高的，並且用於對視頻信號進行時域噪聲減小的設 備有利地特徵在於，濾波器係數的相關性是如此的以使得濾波器的 適應性是非恆定的，並隨幀計數索引單調地減小.
有利地，濾波器係數是零階濾波器係數.
有利地，濾波器係數是非恆定的，並且是幀計數索引的單調遞減 函數.熟知的數學概念'非恆定的，允許部分恆定性。熟知的數學概念 '單調遞減，被理解為具有'不增加，的意義，
有利地，除非根據不同於幀計數索引相關性的濾波器係數的相關 性將濾波器係數設置為零值，濾波器係數的絕對值大於預定的正 值，濾波器係數的這個限制意味著，保證濾波器的最小適應性，即， 濾波器能夠跟隨輸入信號，因此，需要對於幀計數索引的相關性來 保證最小適應性.然而，可能希望沒有或非常弱的適應性，所以， 允許濾波器係數的絕對值變為小於預定的正值。
有利地，濾波器係數包括與幀計數索引無關的第一因子，和第二 因子，該第二因子是非恆定的以及是幀計數索引的單調遞減函數. 在這種情形下，第二因子的絕對值有利地大於預定的正值。
有利地，濾波器係數，直到幀計數索引的最大值，反比於幀計數 索引。在這種情形下，有利地，從最大值開始，濾波器係數與幀計 數索引無關。濾波器係數的這個特定的相關性提供以上教導在計算 上有效的實施方案，
有利地，用於對視頻信號進行時域噪聲減小的設備包括用於檢測 情景改變的情景改變檢測設備，其中濾波器適配於當檢測到情景改 變時復位幀計數索引，
有利地，用於對視頻信號進行時域噪聲減小的設備包括用於檢測 運動的運動檢測設備，其中濾波器適配於當檢測到情景改變時復位 幀計數索引。運動檢測可以對於非運動補償的和運動補償的圖像序 列實行。在這種情形下，有利地，濾波器係數依賴於由運動檢測設 備提供的運動檢測信息，其中濾波器係數對於相對較高的運動概率 取相對較高的值，或替換地，濾波器係數對於相對較高的運動概率 取相對較低的值。替換例對應於不同的應用例。在包括運動檢測的 設備的情形下，設備還有利地包括圖像分析器，用於確定多個運動 向量，每個運動向量表徵在圖像序列中出現的運動類型，處理設備 適配於對於每個運動向量操作單獨的幀計數索引，計算在第一圖像
幀的第一像素與第二圖像幀的對應像素之間的差值，其中對應像素 的每個像素相對於笫一像素移位一個不同的運動向量，以及選擇與
產生最小的像素值差值的運動向量相對應的幀計數索引，其中濾波 器係數是選擇的幀計數索引的函數以及濾波器適配於濾波第 一 像 素。
有利地，濾波器是遞歸濾波器，
本發明同樣地可以在用於對視頻信號進行時域噪聲減小的方法 中看到，其中視頻信號的圖像幀按幀索引被排序以及由濾波器接連 地濾波，由此濾波器的濾波器係數是幀計數索引的函數，所述幀計 數索引對應於被移位一個偏移量的幀索引。用於對視頻信號進行時
域噪聲減小的方法的有利的實施例在各個從屬權利要求中被規定.
本發明同樣地可以在包括當在計算設備上被執行時用來實行用 於時域噪聲減小的發明性方法的程序信息的軟體產品中看到，


圖l顯示現有技術時域遞歸濾波器的圖形表示.
圖2顯示由遞歸濾波器實施的平均濾波器的圖形表示. 圖3顯示構成本發明的實施例的依賴於時間的自適應遞歸濾波 器的圖形表示。
圖4顯示描繪確定圖3的遞歸濾波器的濾波器係數c的處理過程 的流程圖，
圖5顯示本發明的實施例的功能塊組.
具體實施例方式
用來平均圖像序列中的圖像的濾波器，即平均濾波器，可以由遞 歸濾波器實施，如果公式(1)中的係數c被定義為1/l!的話，其中 n從l開始計數圖像幀，以及被稱為幀計數索引。這裡應當指出，幀 計數索引不一定取整數值，而可以例如由幀時間給出.以下的實施 例的、藉助於線性變換對於非整數情形的適配，是對於本領域技術 人員直觀的，在下面不作進一步考慮.而且，應當指出，平均濾波 器是有限脈沖響應(FIR)濾波器，而遞歸濾波器是無限脈沖響應(IIR) 濾波器。藉助於濾波器係數對於幀索引或時間的相關性，有可能用 IIR濾波器實施FIR濾波器。圖2顯示具有c-l/n的圖1的遞歸濾波
器，其中顯示不同的但數學上等價的實施方案，它消除一階濾波器 係數l-c，由此具有僅僅需要計算上一個強度的乘法的優點。圖2的
濾波器由以下公式代表
y(t)=c*x(t) + (l-c)*y(t-T)
=y(t-T)+c*[x(t)-y(t-T)]其中c=l/n (2) FIR濾波器的噪聲減小效果比起遞歸濾波器的噪聲減小效果是 不重要的，然而，遞歸濾波器收斂得很慢.FIR濾波器可以比起遞歸 濾波器更快地達到噪聲減小效果；例如，約7dB的噪聲減小可以在5 幀後達到，現在，如果不允許n增加到超過給定的n "，但在達到nn 後保持為恆定的，則由公式(2)描述的濾波器在圖像序列的開始端實 施平均濾波器，而在達到n^"後對於序列的其餘部分實施遞歸濾波 器。因此，把平均濾波器的快速收斂與遞歸濾波器的強的噪聲減小 能力相組合.濾波器係數c對於幀計數索引n的相關性c-l/n具有 適應性和瞬時收斂速度隨幀計數索引而減小以及噪聲減小能力隨幀 計數索引n而增加的效果.利用公式(2)的遞歸濾波器和從1開始 計數圖像幀和上限由n,"限制的n的用於時域噪聲減小的方法構成本 發明的第一實施例。
為了應付情景改變和運動，濾波器係數c-l/n被做成經由因子k 的取決於情景和運動檢測結果，這樣，c=k/n。這個自適應濾波器由 以下公式代表
y (t) -y (t-T) +k/n* [x (t) -y (t-T) ] (3) 它可被看作為平均濾波器與自適應遞歸濾波器的組合。圖3示出按 照公式(3)的濾波器。濾波器係數c包括兩個因子. 一個因子與幀 計數索引無關，而另一個因子是非恆定的以及它是幀計數索引的單 調遞減函數。通常，濾波是按像素進行的，且是對於對應像素實行 的。'對應的，可以是指'位於相同的圖像位置，，例如由水平和垂直坐 標x和y表示，但不限於這個意義，下面描述的第七實施例提供在 不同的圖像位置處對應像素的例子，
運動檢測可以通過在兩個接連的圖像幀中取兩個對應像素的差 值而被實施。由此，時間上在前面的圖像可以是未濾波的或對應的 濾波圖像，但有利地被取為濾波的圖像. 一個優點在於，濾波的圖 像包含較少的噪聲，這樣，得到的差值是對於真正的(無噪聲的) 像素值差值的更好的估值，這個差值信號在圖2和3上被表示為 'diff，。對應的兩個像素由此可以位於相同的圖像位置，但也可以位 於不同的圖像位置.下面描述的第七實施例通過在不同的圖像位置 處的對應像素的例子。通常，運動檢測可以對於非運動補償的和運 動補償的圖像序列實行.
利用公式(3)的遞歸濾波器和從1開始計數圖像幀和上限由n " 限制的n的用於時域噪聲減小的方法構成本發明的第二實施例.
接著，更詳細地說明用於噪聲減小的公式(3)的組合濾波器的 某些應用例。I，
所考慮的第一應用例是對諸如電影圖像序列那樣的圖像序列進 行時間噪聲減小，這個應用例對應於本發明的第三實施例，這裡， 所有的圖像以相同的著重點被顯示，在這個意義上，可以看作為相
等的.在這種情形下，k從範圍[l，n]中間進行選擇，即，k可以取 其間除了l和n以外的所有的值，由此n從1開始計數圖像幀和上 限由n,限制。
首先，說明k對於情景改變和運動檢測結果的相關性.在沒有情 景改變和沒有運動的情形下，選擇k=l意味著--見公式(3)--最強的噪聲減小。在情景改變的情形下和運動的情形下，選擇k=n。 k=n意味著一見公式(3) —沒有噪聲減小.由於問題'是否發生情景改 變，和問題'是否出現運動，不是總能肯定地判斷，k也可以取其間所有 的值。因此，對於發生情景改變或運動的相對較高的概率，k取相對 較高的值，以及對於發生情景改變或運動的相對較低的概率，k取相 對較低的值。k的選擇過程可以通過查找表來實施.查找表為情景改 變檢測和運動檢測的給定的結果提供k的值.
其次，說明n對於情景改變和運動檢測的相關性。正如上面說明 的，n從l開始計數圖像幀，但上限由n。"限制，以及在達到iu"後 保持為恆定的(ne[l,n,]),當檢測到情景改變或運動時，n被復位 到它的初始值，即，n=l.因此，幀計數索引n對應於被移位一個偏 移量的總幀計數索引。幀計數索引可被看作為相對幀索引。由於n 在情景改變和運動的情形下被復位，所以該偏移量是可變的.偏移 量可以取零值.如上所述，情景改變或運動檢測可以僅僅表示情景 改變或運動的概率。所以，如果情景改變或運動的概率高於給定的 閾值，則幀計數索引n被設置為它的初始值，即，n=l.否則，不採 取動作，即，n按以上所述地變化或者增大1或者保持為恆定的。 n可以由寄存器實現.三位寄存器提供達的n。"，四位寄存器 提供達2A4=16的n肌，以及五位寄存器提供高達2A5=32的nn",因 此，具有在[5,8], [9，16],或[17，32]的範圍內的n"'的n分別有利地 由三、四和五位寄存器實現。nn"=16的值表明為對於許多應用例如 電影有良好的值。
儘管說明了 k和n對於情景改變和運動檢測的結果的相關性，實 際上和理論上有價值的是考慮其中k和/或n僅僅依賴於情景改變的 情形，這裡，k和/或n的行為僅僅是好像沒有檢測到運動那樣.當 然，這個減小行為的技術實施方案比起對於情景改變和運動的完全 相關性的實施方案具有較小的複雜性，因為不需要實施運動檢測以 及k和/或n對於運動檢測結果的相關性。
因此，首先考慮純情景改變情形一對應於第四實施例。如果例如 在序列開始端發生情景改變，則k等於n。所以，y(t)-x(t)，這意 味著沒有噪聲減小，以及避免運動偽像。另外，n被復位到它的初始 值。假設沒有發生另外的情景改變，k等於l.所以，在達到nm之 前濾波器就像平均濾波器那樣工作，噪聲減小的起動是快速的。換 句話說，濾波器快速收斂，比起具有恆定的濾波器係數1/n^"的遞歸 濾波器收斂得更快。當達到n,時，濾波器就像具有時不變係數 c-l/n "的遞歸濾波器那樣工作，以及遞歸濾波器的高的噪聲減小能 力是可以看到的。在濾波器輸出信號中的穩態噪聲被稱為殘餘噪 聲。在未濾波的圖像中存在的噪聲與濾波的圖像的殘餘噪聲的比值 由係數c給出，在四位寄存器的情形下，nm可以取16的值。在這 種情形下，噪聲被減小1/16的因子，對應於原先的噪聲電平的 6. 25%。
純情景改變情形通過圖4的流程圖以至今考慮的細節水平進行 概述。步驟S2表示圖像序列的開始。方法從步驟S4從初始化幀計 數索引n開始，即，把n設置為1。另外的k被設置為n，所以c-l， 在圖像序列的第一圖像上，沒有噪聲減小。此後，方法進到步驟S6， 在其中判斷是否發生情景改變.如果是的話，則方法回到步驟S4。 然而，如果不是的話，則方法進到步驟S8.在步驟S8， n被增大l， 以及確定濾波器係數c-k/n-l/n。此後，方法進到步驟SIO，其中當 前的圖像用在步驟S8確定的係數c限定的遞歸濾波器進行濾波.此 後，方法進到步驟S12，在其中判斷幀計數索引n是否達到nn"。如 果不是的話，方法回到步驟S6，如果是的話，方法進到步驟S14, 在步驟S14，判斷是否發生情景改變.如果是的話，方法回到步驟S4， 如果不是的話，方法進到步驟S16。在步驟S16，確定c的數值，由 於n-n^且k-l，所以c-l/n。"以及方法進到步驟S18,在步驟S18， 當前的圖像用在步驟S16確定的係數c限定的遞歸濾波器進行濾
波.此後，方法進到步驟S20，在其中確定是否發生情景改變，如果 不是的話，方法回到步驟S8，如果是的話，方法返回到步驟S4。每 個分支步驟S6， S14和S20表示在接連地濾波圖像幀序列的處理過 程中從一個圖像幀到下一個圖像幀的進程.
正如已經提到的，是否發生情景改變的判斷不總是清楚的.因 此，實際上，k不是突然從1改變到n，或反之亦然，而是在[l,n] 範圍內平滑地變化，這取決於情景改變檢測結果，其中對於情景改 變的相對較高的概率，選擇相對較高的k值。通過選擇k的適當的 中間值，考慮判斷的不確定性。n的行為不受不確定性影響--k單獨 承受情景檢測過程的不確定性.流程圖的結構由此保持為同樣的一 只有步驟S6， S14和S20被修改，另外，在範圍[l，n]中的k值根據 情景改變檢測結果被選擇。因此，在步驟S8和S16, k不一定是1 並且c分另'J由k/n和k/iw給出。
現在其次地，且對應於第五實施例，考慮其中k依賴於運動檢測 結果和n不依賴於它的情形。在這種情形下，保存幀計數索引的寄 存器如在圖4顯示的純情景改變情形下那樣工作.在靜止圖像區域 中，組合濾波器的全部優點保持不變。然而，在運動區域中，組合 濾波器的優點將消失。無論如何，濾波器以與現有技術自適應時間 遞歸濾波器相類似的方式來減小噪聲和避免運動偽像。
現在在第三方面，考慮k和n依賴於運動檢測結果的情形，為了 處理運動情形，硬體複雜性將變為較高的，因為有靜止的和活動的 圖像區域以及在原理上，每個像素需要單獨的幀計數索引n。每個n 例如由一個寄存器實現.幀計數索引n不再等於相對於最後的情景 改變的圖像幀號在靜止區域中，n等於相對圖像幀號，在運動區域 中，n小於相對圖像幀號，
處理運動的最直接方法一對應於第六實施例一是為圖像的每個 像素提供幀計數索引n.對於情景改變影響整個圖像的差值，而運動 僅僅影響檢測到運動的像素，k和n適配於運動與在以上的純情景改 變改變情形中描述的k和n適配於情景改變是相同的.也就是，對 於相對較高的運動概率，選擇相對較高的k值，以及在檢測到運動 (具有相當高的概率)的情形下，n被復位.然而，這個直接方法是 存儲器密集的.例如，給定四位寄存器來實施每個幀計數索引n和8
位像素深度，將需要圖像存儲器的2728-1/16的部分來實現所有的 像素的幀計數索引n。本發明的第七實施例也考慮運動，但需要較少 的存儲器。
如在下面描述的第七實施例使用比起像素更少的幀計數索引.幀 計數索引的數目由圖像序列中運動類型的實際的或預期的數目判 斷。運動類型由運動速度和運動方向表徵.通過運動方向和對應的 運動速度的組合給出的信息被稱為'運動向量，，以及例如可以由水平 位移dx和垂直位移dy給出。具有相同的運動速度和運動方向的所 有運動物體屬於相同的運動類型.除了對應於實際的運動的運動類 型以外，有對應於不運動的運動類型.這種運動類型對應於長度為 零的運動向量。對於運動類型m，有幀計數索引n。，
現在，對於每個像素選擇一個n 。在n 中間的選擇由以下事實 監管，即所確定的那種運動類型提供最好的噪聲抑制效果。也就是， nn將被選擇為使對應的運動向量引起在對應的兩個像素之間的最小 差值。對應的兩個像素在位置上被描述運動類型的運動向量移位。 這明顯地包括在相同的空間位置處的像素，因為運動類型包括對應 於不運動的運動類型。
按照經驗，在圖像序列中的運動類型常常不超過4。除了這種適 當的運動類型以外，還有不運動區域.所以，對應於五種運動類型 的五個幀計數索引通常對於描述圖像序列的運動是足夠的。II.
要被考慮的第二應用例一對應於第八實施例一是對於從其得到 單個圖像的圖像序列進行時間噪聲減小。這樣的序列例如在診斷或 監視時遇到.
在這種情形下，單個圖像是通過濾波圖像序列或通過濾波圖像序 列的一部分而得到的。在後者的情形下，'多個的單個圖像，可以從整 個序列得到。典型地，被稱為參考幀的圖像幀是突出的，而序列的 其它圖像幀支持參考圖像，以便通過時間噪聲減小來提高它的質 量。
因為如由公式(1)描述的現有技術自適應時間遞歸濾波器跟隨 實際的輸入，所以如果圖像不直接互相接著的話，它不能減小參考 圖像的噪聲。例如，如果幀j是參考幀和在幀j-l中出現運動，但
幀j-J(Wl)反映與幀J相同的情景，現有技術自適應時間濾波器不 能利用在幀j與幀j-J之間的相關性.它只能利用在直接相鄰的幀 之間的相關性，用於時間噪聲減小. 一個例子是在圖像序列中出現 覆蓋的和未覆蓋的背景(封閉區域).如果利用現有技術自適應時 間遞歸濾波器，由於不是所有的圖像都可被利用來減小噪聲，這阻 止有效地減小噪聲。
為了處理這樣的圖像序列，可以再次利用由公式(3)描述的濾 波器.在這個第二應用例中，k是從範圍[O，n]選擇的。正如在第一 應用例中那樣，大的k值導致弱的噪聲減小，小的k值導致強的噪 聲減小.這裡，具體地，k-n對應於沒有噪聲減小以及k-O對應於最 強的噪聲減小.在後者的情形下，y(t)-y(t-N)成立，即，信號被凍 結。然而，與第一應用例相比較，k的選擇過程是相反的。即，如果 運動被檢測，則選擇k-0。如果沒有運動被檢測，則選擇k-n。當運 動檢測沒有提供清楚的結果時，k取中間值.即，對於相對較高的運 動的概率，k取相對較小的數值。所以，濾波器輸出被保持且不是像 在現有技術自適應時間遞歸濾波器那樣被丟棄或改變。結果，如果 以下的圖像是與參考圖像相關的，則它們將有助於參考圖像的噪聲 減小，不管它們具有哪個幀號碼，即，不管幀是否直接相鄰。這與 需要幀是直接相鄰的現有技術自適應時間遞歸濾波器相反.對於第 二應用例，整個圖像序列通常被存儲。所以，不但進入的圖像，而 且以前的圖像都可以有助於參考圖像的噪聲減小，只要它們是與參 考圖像相關的。
在本實施例中，k對於情景改變檢測結果的相關性可以是與對應 於第一應用例的任何實施例相同的，即，在對於相對較高的情景改 變的概率的情形下，選擇相對較大的k值，在本實施例中，幀計數 索引n對於情景改變檢測結果和/或運動檢測結果的相關性可以是與 對應於第一應用例的任何實施例相同的。這顯然包括幀計數索引n 與檢測的運動無關的情形，即，在檢測的運動的情形下不復位n的 情形；以及包括在檢測的運動的情形下復位幀計數索引n的情形。 這也包括在檢測的情景改變的情形下復位幀計數索引n的情形。然 而，存在這些應用方案，其中在檢測的情景改變的情形下不復位n 的應用方案以及其中在相對較大的情景改變的概率的情形下選擇k
的相對較小的數值的應用方案。然而，其它的或修改的相關性方案 也是可能的.
本發明的實際的實施方案顯示於圖5。圖5顯示用於對視頻信號 進行時域噪聲減小的設備，用來實施上述的第一到第七實施例的任 何方法。設備包括濾波器l，用於選擇地濾波視頻信號的圖像幀；情 景檢測設備2，用於檢測情景改變；運動檢測設備3，用於檢測運動； 圖像分析器4，用於確定多個運動向量，每個運動向量表徵在情景改 變中存在的運動類型；以及處理設備5。由於設備配備有情景檢測設 備2、運動檢測設備3、圖像分析器4和處理設備5，因此設備5從 情景檢測設備2、運動檢測設備3和圖像分析器4收集必要的信息， 以便選擇k和n的值，和由此確定濾波器1的濾波器係數c。濾波器 1、情景檢測設備2、運動檢測設備3、圖像分析器4和處理設備5 例如可以通過例如在可編程DSP處理器上或在通用處理器上的軟 件，通過專用或或硬連線的分立電路或集成電路，或通過它們的組 合被實施。設備10的部件l-5可以共享資源(例如，幀存儲器)以 及可以共享各種中間計算結果(例如，像素差值)。
本發明和本發明的實施例可以與空間濾波方案相組合。雖然本發 明是參照遞歸濾波器說明的，但可以利用非遞歸濾波器來實施本發 明。雖然本發明是參照一階遞歸濾波器說明的，但也可以利用任何 更高階的遞歸濾波器來實施本發明。雖然本發明是參照具體實施例 說明的，但這僅僅是說明性的，以及本領域技術人員將會看到，可 以作出各種修改而不背離以下的權利要求的範圍，
權利要求
1.一種用於對包括按幀索引排序的圖像幀的視頻信號進行時域噪聲減小的設備(10)，該設備包括濾波器(1)，用於接連地濾波視頻信號的圖像幀，其中濾波器(1)的濾波係數是幀計數索引的函數，其中所述幀計數索引對應於被移位一個偏移量的幀索引。
2. —種用於時域噪聲減小的濾波器(1),用來在有限脈衝 響應濾波器特性與無限脈衝響應濾波器特性之間切換。
3. 按照權利要求2的用於時域噪聲減小的濾波器(1)，其 中有限脈沖響應濾波器特性是平均濾波器的脈衝響應特性，
4. 一種用於對包括按幀索引排序的圖像幀的視頻信號進行 時域噪聲減小的設備(10)，該設備包括按照權利要求2或3的濾波器(1)，用於接連地濾波視頻 信號的圖像幀，其中濾波器(1)的濾波係數是幀計數索引的函數，其中所述幀計 數索引對應於被移位一個偏移量的幀索引。
5. 按照權利要求1或4的用於對視頻信號進行時域噪聲減 小的設備(10)，其中濾波器係數的相關性是如此的以使得濾波器(1)的噪聲減小 能力是非恆定的，並隨幀計數索引單調地增加.
6. 按照權利要求l， 4或5的用於對視頻信號進行時域噪聲 減小的設備(10)，其中濾波器係數的相關性是如此的以使得濾波器(1)的適應性是 非恆定的，並隨幀計數索引單調地減小.
7. 按照權利要求1， 4， 5或6的用於對視頻信號進行時域 噪聲減小的設備(10)，其中濾波器係數是零階濾波器係數.
8. 按照權利要求1和4到7的任一項的用於對視頻信號進 行時域噪聲減小的設備(10)，其中濾波器係數是非恆定的以及是幀計數索引的單調遞減函數，
9. 按照權利要求1和4到8的任一項的用於對視頻信號進 行時域噪聲減小的設備(10),其中除非根據不同於幀計數索引相關性的濾波器係數的相關性 將濾波器係數設置為零值，濾波器係數的絕對值大於預定的正 值.
10. 按照權利要求1和4到9的任一項的用於對視頻信號進 行時域噪聲減小的設備(10),其中濾波器係數包括笫一因子和第二因子，該第一因子與幀計數 索引無關；該第二因子是非恆定的以及是幀計數索引的單調遞減 函數。
11. 按照權利要求10的用於對視頻信號進行時域噪聲減小 的設備(10),其中第二因子的絕對值大於預定的正值。
12. 按照權利要求1和4到11的任一項的用於對視頻信號 進行時域噪聲減小的設備(10)，其中濾波器係數，直到幀計數索引的最大值，反比於幀計數索引。
13. 按照權利要求12的用於對視頻信號進行時域噪聲減小 的設備(10)，其中從最大值開始，濾波器係數與幀計數索引無關。
14. 按照權利要求1和4到13的任一項的用於對視頻信號 進行時域噪聲減小的設備(10)，其中情景改變檢測設備(2)，用於檢測情景改變，其中 濾波器適配於當檢測到情景改變時復位幀計數索引。
15. 按照權利要求1和4到14的任一項的用於對視頻信號 進行時域噪聲減小的設備(10)，包括用於檢測運動的運動檢測設備(3)，其中濾波器適配於當檢測到運動時復位幀計數索引，
16. 按照權利要求15的用於對視頻信號進行時域噪聲減小 的設備(10)，其中濾波器係數依賴於由運動檢測設備(3)提供的運動檢測信 息，其中濾波器係數對於相對較高的運動概率取相對較高的值.
17. 按照權利要求15的用於對視頻信號進行時域噪聲減小 的設備(10)，其中濾波器係數依賴於由運動檢測設備(3)提供的運動檢測信 息，其中濾波器係數對於相對較高的運動概率取相對較低的值.
18. 按照權利要求15， 16或17的用於對視頻信號進行時域 噪聲減小的設備(10)，包括圖像分析器(4)，用於確定多個運動向量，每個運動向量 表徵在圖像序列中出現的運動類型，處理設備(5)，適配於對於每個運動向量操作單獨的幀計數索引，計算在第一圖像幀的第一像素與第二圖像幀的對應像素之間的差值，其中對應像素的每個像素相對於第一像素移位一個不同的運動向量，以及選擇與產生最小的像素值差值的運動向量相對應的幀計數索引，其中濾波器係數是所選擇的幀計數索引的函數以及濾波器(1 ) 適配於濾波第一像素，
19. 按照權利要求1和4到18的任一項的用於對視頻信號 進行時域噪聲減小的設備(IO)，其中濾波器(l)是遞歸濾波器。
20. —種用於對視頻信號進行時域噪聲減小的方法，其中視 頻信號的圖像幀按幀索引被排序以及由濾波器接連地濾波，其中濾波器的濾波器係數是幀計數索引的函數，其中所述幀計數 索引對應於被移位一個偏移量的幀索引。
21. 按照權利要求20的用於對視頻信號進行時域噪聲減小 的方法，其中濾波器係數對於幀索引的相關性是如此的以使得濾波器的 噪聲減小能力是非恆定的，並隨幀計數索引單調地增加.
22. 按照權利要求20或21的用於對視頻信號進行時域噪聲 減小的方法，其中濾波器係數對於幀計數索引的相關性是如此的以使得濾波 器的適應性是非恆定的，並隨幀計數索引單調地減小，
23. 按照權利要求20， 21或22的用於對視頻信號進行時域 噪聲減小的方法，其中　濾波器係數是零階濾波器係數。
24. 按照權利要求20到23的任一項的用於對視頻信號進行 時域噪聲減小的方法，其中濾波器係數是非恆定的以及是幀計數索引的單調遞減函數。
25. 按照權利要求20到24的任一項的用於對視頻信號進行 時域噪聲減小的方法，其中除非根據不同於幀計數索引相關性的濾波器係數的相關性 將濾波器係數設置為零值，濾波器係數的絕對值大於預定的正 值。
26. 按照權利要求20到25的任一項的用於對視頻信號進行 時域噪聲減小的方法，其中濾波器係數包括第一因子和笫二因子，該第一因子與幀計數 索引無關；該第二因子是非恆定的以及是幀計數索引的單調遞減 函數。
27. 按照權利要求26的用於對視頻信號進行時域噪聲減小的方法，其中第二因子的絕對值大於預定的正值.
28. 按照權利要求20到27的任一項的舟 於對視頻信號進行 時域噪聲減小的方法，其中濾波器係數，直到幀計數索引的最大值，反比於幀計數索引。
29. 按照權利要求28的用於對視頻信號進行時域噪聲減小 的方法，其中從最大值開始，濾波器係數與幀計數索引無關，
30. 按照權利要求20到29的任一項的用於對視頻信號進行 時域噪聲減小的方法，包括以下步驟檢測情景改變，以及 當檢測到情景改變時復位幀計數索引，
31. 按照權利要求20到30的任一項的用於對視頻信號進行 時域噪聲減小的方法，包括以下步驟檢測運動，以及　當檢測到運動時復位幀計數索引，
32. 按照權利要求31的用於對視頻信號進行時域噪聲減小 的方法，其中濾波器係數依賴於運動檢測的結果，其中濾波器係數對於相 對較高的運動概率取相對較高的值，
33. 按照權利要求32的用於對視頻信號進行時域噪聲減小 的方法，其中濾波器係數依賴於運動檢測的結果，其中濾波器係數對於相 對較高的運動概率取相對較低的值.
34. 按照權利要求31， 32或33的用於對視頻信號進行時域 噪聲減小的方法，包括以下步驟確定多個運動向量，每個運動向量表徵在圖像序列中出現的 運動類型，對於每個運動向量操作單獨的幀計數索引，計算在笫一圖像幀的第一像素與第二圖像幀的對應像素之 間的差值，其中對應像素的每個像素相對於第一像素移位一個不 同的運動向量，以及選擇與產生最小的像素值差值的運動向量相對應的幀計數索引，其中濾波器係數是所選擇的幀計數索引的函數以及濾波器 被利用來濾波第一像素.
35. 按照權利要求20到34的任一項的用於對視頻信號進行 時域噪聲減小的方法，其中濾波器(1)是遞歸濾波器，
36. —種軟體產品，包括程序信息，當在計算設備上被執行時用 來實行按照權利要求20到35的任一項的用於對視頻信號進行時域噪 聲減小的發明性方法。
全文摘要
本發明涉及噪聲減小領域。本發明具體地涉及用於時域噪聲減小的濾波器以及涉及用於圖像序列的時域噪聲減小的方法、設備和計算機軟體。用於時域噪聲減小的濾波器用來在有限脈衝響應濾波器特性與無限脈衝響應濾波器特性之間切換。有利地，有限脈衝響應濾波器特性是平均濾波器的脈衝響應特性。用於時域噪聲減小的濾波器有利地在用於對包括按幀索引排序的圖像幀的視頻信號進行時域噪聲減小的設備包括濾波器，用於接連地濾波視頻信號的圖像幀，其中濾波器的濾波係數是幀計數索引的函數，幀計數索引對應於被移位一個偏移量的幀索引。
文檔編號H04N5/21GK101175151SQ20071018497
公開日2008年5月7日 申請日期2007年10月31日 優先權日2006年10月31日
發明者C·昂魯, 雷志春 申請人:索尼德國有限責任公司