专利名称：数字视频用象素自适应噪声降低滤波器的利记博彩app
技术领域：
本发明是关于为降低数字视频图象中噪声的出现的设备和方法。本发明提出在压缩和传送之前作图象数据的自适应予处理以改善接收到的图象的质量。还揭示了包括有限脉冲响应(FIR)滤波器的低成本实施方案。
视频图象由多个图象元素、也称之为象素的加以定义。作为图象中一光栅扫描行的最小单元的象素具有相应的彩色空间。例如，在符合CCIR601规范的YCrCb彩色空间中，Y为亮度组分，和Cr与Cb为色差组分。Y被定义为具有16至235的范围，而Cr和Cd各自的范围为16至240，其中128表明零色差(例如白色)。已定义有各种采样格式，包括4∶4∶4、4∶2∶2和4∶1∶1。例如，在取4∶2∶2的格式时，Y组分以二倍于Cr和Cb组分的速率加以采样。以这一格式，Y、Cr和Cb组分的采样频率分别为13.5、6.75和6.75MHz。一般，对于标准视频和计算机应用，各组分包括8数据位，而高端(high-end)视频应用，例如符合D1标准的那些，则可能各组分使用10位。这样，一单个象素可由24或30位来定义。YCrCb彩色空间是YUV彩色空间的缩尺版本，通用于PAL(逐行倒相制)、NTSC(国家电视系统委员会制)和SECAM(顺序-同时制)的标准。还存在各种其他彩色空间标准。
在压缩和传送之前可能会由各种源头在象素数据中引入噪声，包括成象设备、记录设备，象素数据传送所通过的信道中的信道噪声，以及大气因素。而且，经预压缩的视频数据中的噪声还有碍随后的压缩系统的运行。具体说，噪声不必要地耗费数据位而且使得所得到的视频图象的视觉质量恶化，因为压缩处理，例如量化离散余弦变换或其他空间变换的系数，趋向于增大噪声的明显度。这样，象素噪声的存在会被放大，导致明显的噪声产物和其他的图象恶化。
压缩编码通常是在传送之前对象素数据进行以减小所需的通信信道的带宽。在本技术领域中广为公知的有各种视频数据压缩标准，包括MPEG-2标准，和这里的受让人所有的类似的Digi CipherⅡ系统。
尽管滤波可降低视频图象中的噪声，但总希望能避免的可能降低图象的分辩率(如清晰度)不必要的滤波处理。这种对象素数据的过滤波处理因使得观众更难检测到图象元素之间的变迁或边缘而降低分辩率。总的说，一个边缘是象素幅度中的变化，例如色差和/或亮度幅度变化，这可能表明一图象中物体的边缘或轮廓。例如，一绿色田野和兰色天空的视频图象将在田野与天空之间的变迁处呈现一边缘。同样，一明亮区和一阴影区的视频图象将在变迁处呈现一边缘。因而相应地要保存这种真实的边缘同时降低噪声影响也成为问题。
这样就希望提供用于降低在予压缩的数字视频信号中的噪声的方法和设备。希望能提供一种低成本设备，以通过计算一帧中一当前象素两侧的象素幅度值中的变化，和/或通过计算在一当前象素帧前面的和后随的视频帧中的象素幅值中的变化，以检测边缘存在的可能性来对视频图象中的各象素进行滤波。此系统应有效地衰减噪声但同时使图象分辩率上的任何恶化最小。本发明提出具有上述的和其他优点的系统。
按照本发明，提供一种用于降低存在于数字视频图象中的噪声的设备和方法。
被提供的视频图象数据包含至少一个具有多象素的视频帧。各象素均具有相关的亮度和色度幅度。例如，在-YCrCb彩色空间，各象素具有亮度Y幅度，色差信号Cr幅度，和色差信号Cb幅度。帧中的各象素被以将亮度和色度组分进行分开处理这样来依次进行处理。
首先，确定一当前象素。此当前象素是处于该视频帧中的第一和第二象素的中间(例如，两者之间)。例如，此第一和第二象素可以是一象素行中各自位于当前象素相邻的左和右侧。其他的帧内配置以及逐帧滤波也可采用。还可利用由插补得到的象素。这里采用的术语“中间”是表示一帧之内的和/或帧之间的象素关系。
当前象素幅度与第一象素幅度之间的差被确定为d1，而当前象素幅度与第二象素幅度之间的差同样地被确定为d2。设置多个诸如廉价的三抽头有限脉冲响应(FIR)滤波器之类的滤波器。这些滤波器具有提供对当前象素幅度的依次增强水平的低通滤波(如平均化)的相关的内核(kernel)。
按照差值d1和d2为当前象素的滤波选择一个滤波器。特别是，d1和d2的大小和符号指明象素数据表示视频帧上的彩色或亮度边缘的可能性，或者是否是更有可能象素数据受到噪声的侵蚀。通常在d1或d2的值很小时选择较强的滤波器。而且，滤波器的选择还可按照第一、当前和第二象素的幅度是否形成一单调地增加或减少的、或者连续地增加或减少的序列来加以修正。
当第一和第二象素的幅度两者都大于、或两者都小于当前象素的幅度(亦即差值d2和d2具有相同符号)时选择较之当前象素的幅度为在第一和第二象素的幅度的中间(亦即差值d1与d2符号相反)时相对较强的滤波器。而且。在当d1和d2两者的幅度均大于零或大于接近零的阀值范围时为滤波当前象素而选择较之当d1和d2之一接近于零时的相对较强的滤波器。在d1和d2之一为零或接近为零时，当前象素成为边缘的部分的可能性相对地要高，从而可采用较弱的滤波。
另外，滤波器选择可由用户可选择的控制信号加以调整以便针对正被处理的特定的视频信号提供递增地增强或减弱的滤波水平。例如，用户可在进行处理及传送之前或进行当中观察一视频节目来主观上确定该节目是否有较强的噪声干扰，如是的话就应选择递增地增强的滤波器。
为能实现采用查找表的这种廉价的实施，可将差值信号d1和d2加以量化，并按经过量化的差值来选择滤波器。
而且，在当前象素的亮度组分正被处理中时，希望能考虑视频帧中的第三和第四象素的亮度幅度。例如，第三象素可能邻接到第一象素，而第四象素可能邻接到第二象素。这样，第一、当前和第二象素即为第三和第四象素的中央。确定差值信号e1和e2，其中e1为第一和第三象素之间的幅度差，而e2为第二和第四象素之间的幅度差。这样滤波器选择过程就将兼顾到e1和e2以及d1和d2。
e1和e2被量化后输入到一查找表来设置一调整滤波器选择过程的映象值。具体说，当e1或e2之一的量化值为零，或在接近零的阀值范围内时，用户选择的控制字将被超越且采用递增地减弱的一滤波器，因为这种情况表明当前象素为一图象边缘的部分因而要避免作很强的滤波。反之，当e1和e2没有一个为零，或在一接近于零的范围内时，将不修正用户所选择的控制字。
对于色度处理不必考虑差值信号e1和e2，因为人类对色度变化不如对亮度变化那样敏感。
也可提供帧-帧(例如瞬时的)滤波。
也给出了对应的设备。
附图的简要说明
图1为按照本发明的带前端噪声抑制器的视频压缩子系统的方框图；图2为按照本发明的亮度噪声抑制器的方框图；图3为按照本发明的滤波器选择逻辑功能的方框图；和图4为按照本发明的色度噪声抑制器的方框图。
给出用于降低数字视频图象中出现噪声的方法和设备。
图1是按照本发明的带前端噪声抑制器的视频压缩子系统的方框图。噪声抑制器100包含一亮度噪声抑制器处理器200和色度噪声抑制器400。有可能单独地处理色度或亮度象素数据，但如这里所说明的由处理象素数据的亮度和色度组分两者能获得最佳结果。而且最好要处理一视频帧中的每一象素。亮度处理器200接收例如10位亮度字的输入亮度数据，而色度处理器400接收10位交错的色度信号，CbCr。Cb和Cr为色差组分。象素数据经噪声抑制器100作予处理以对编码器130提供相应的处理信号。此解码器执行通常的视频压缩编码以提供适宜于经过通讯信道140传输到一个或多个象解码器150这样的解码器的信号。例如解码器150可以是一被安装于用户家中的机顶盒，用于接收和解码数字电视信号来提供在电视上显示的输出视频信号。象素数据例如可在采用4∶2∶2采样格式的YCrCb彩色空间中被提供。
图2为按照本发明的亮度噪声抑制器的方框图。被总体指明为200的噪声抑制器通过一系列象素延迟205、210、215和220处理亮度输入信号。在所示实施例中，当前象素利用除此当前象素自身的亮度数据外还有来自总共4个相邻象素的亮度数据加以滤波。例如，在一视频扫描行中，一当前象素可应用紧接当前象素左侧的二相邻象素和紧接当前象素右侧的二相邻象素加以滤波。也可仅应用二相邻象素。
另外，在帧内滤波中，可以理解可以应用在当前象素的水平或垂直行中延伸的象素数据。而且，本发明还可适应于应用水平和垂直方向两者中的相邻象素，和/或应用在视频图象中相对于当前象素作为对角布置的相邻象素。在一优选实施例中，亮度处理器200应用一共同行中的4相邻帧内象素来对当前象素亮度数据进行滤波。
替换地，或者附加地，可以采用取自一个或多个前面帧和一个或多个后继帧的象素数据在瞬时基础上对当前象素进行滤波。在这种情况下，采用位于帧内对应位置上的象素。
在此亮度处理器200中，当前(例如第n个)象素Y(n)被定义为10位的亮度幅度值，由象素延迟210输出。因此，由象素延迟215输出的亮度组分为Y(n-1)，和由象素延迟220输出的亮度组分为Y(n-2)。同样，由象素延迟205输出的象素数据为Y(n+1)，及输入到象素延迟205的象素数据为Y(n+2)。象素延迟205、210、215和220可被实现成10位的移位寄存器。
减法器250、255、260和265各自输出差值信号e2=Y(n+1)-Y(n+2)、d2=Y(n)-Y(n+1)、d1=Y(n)-Y(n-1)和e1=Y(n-1)-Y(n-2)。最好仅将10位输入值的7个最有效位加到减法器上。各个差值信号d1、d2、e1和e2被提供到一滤波器选择逻辑功能300。差值信号为-127到127范围内的8位符号数值的整数值。滤波器选择逻辑功能300还从一主微处理器接收二位的控制字，如下面详细讨论的。
多个滤波器275、280、285和290被用来按照相关的滤波器内核对当前的象素亮度值Y(n)进行滤波。各个滤波器均可以是-3抽头低通有限脉冲响应(FIR)滤波器。所示的滤波器内核可容易地由移位和加法来完成而无需任何乘法器。总的说，一有限脉冲响应(FIR)滤波器可以差值方程y(n)=Σk=0M-1bkx(n-k+integer[M/2])]]>来描述，其中x(n-k+integer[m/2]为包括有一采样延迟的滤波器输入，y(n)为滤波器输出，bk为滤波器系数，及M为滤波器长度。应指出，例如对-3抽头滤波器，integer[3/2]=1。该组系数b0,…bM-1定义滤波器内核。例如，内核为(2/16,12/16/,2/16)，简单表示式为(2,12,2)时，具有b0=2/16,,b1=12/16和b2=2/16，和按照下式y(n)=216x(n-1)-1216x(n)+216x(n+1).]]>确定输出当前象素幅度。当前象素x(n)的乘数为12/16。
较强的滤波器具有以较小的分数乘当前象素幅度的内核。例如，滤波器275、280、285和290提供逐渐增强的滤波，因为输入到滤波器的当前象素幅度分别被乘以分数12/16、10/16、8/16和6/16。较强的滤波器提供视频图象数据的a、c成分相对较大的衰减。虽然这里所揭示的内核在本发明中成功地运行，本技术领域中的熟练技术人员将理解也可以采用其他内核和滤波器型式。而且还可采用带有可调整系数的单个的滤波器。
这样，利用亮度处理器200的符号，滤波器275的输出Yout为Yout(n)=216Y(n-1)+1216Y(n)+216Y(n+1),]]>滤波器280的输出为Yout(n)=316Y(n-1)+1016Y(n)+316Y(n+1),]]>滤波器285的输出为Yout(n)=416Y(n-1)+816Y(n)+416Y(n+1),]]>滤波器20的输出为Yout(n)=516Y(n-1)+616Y(n)+516Y(n+1).]]>滤波器选择逻辑功能300如有关到图3所说明的那样处理差值信号d1、d2、e1和e2，以将得到滤波器选择信号，它再被用来命令一多路复用器(MUX)295输出来自滤波器275、280、285和290的当前象素亮度值之一，或线路272上承载的未作滤波的值。然后利用通常的压缩技术处理此亮度输出，如结合图1的编码器130所讨论的那样。
处理器200也可适用于象素插补，在此，滤波器275、280、285和290提供输入象素组分的向上采样或向下采样。向上采样时象素数据速率增加，而向下采样时象素数据速率下降。在任一情况下，输入到滤波器的象素的采样速率与由滤波器输出的象素的采样速率均是不同的。例如，向上采样可被用于将标准的NTSC视频图象变换成高清晰度电视(HDTV)图象，在这种情况下按照本发明进行的滤波能保留图象特证并改善分辩率。在采用象素插补时滤波器可以是多相FIR滤波器。
图3为按照本发明的滤波器选择逻辑功能的方框图。
总体表示为300的此功能具有二级。第一级中，利用差值信号d1和d2生成-3位的滤波器选择指引。d1和d2的量化值分别由量化器305、310输入到11×11查找表315以便得到-3位的选择指引。滤波器选择逻辑功能300的第二级将按照差值信号e1和e2和一用户可选控制字将选择指引映射到4个滤波器选择之一或一旁路模式。
具体说，二个11级量化器305和310分别接收并将差值信号d1和d2量化到11个量级中的一个。然后被量化的差值信号被提供到11×11查找表315。量化器305和310的确定界限例如可被选成为1、2、4、8和16，以使得量化器和查找表315能以简单的组合逻辑装置实现。这样，差值信号d1和d2被分类成下列量级或值之一(-127～-16)、(-15～-8)、(-7～-4)、(-3,-2)、(-1)、(0)、(1)、(2,3)、(4～7)、(8～15)和(16～127)。
按照设置如下的表1，查找表315提供3位的滤波器选择指引。
表1
虽然以上表项通过对大量的视频源数据的实验而被优化，将会理解可以修正特定的滤波器选择指引和量化等级来提供不同环境中的最佳结果。
在设计表1中采用以下的指引。选择指引仅有5个可能的值。例如000、100、101、110和111，因为对于象素亮度数据有4个滤波器和一个旁路通路。不同选择指引的数量可根据可能的滤波选择的数量而增加或减少。另外，选择滤波器的语法可能提供信息，虽然对实现本发明这是不需要的。例如，第一位可以指明是否选择了一滤波器旁路，而第二和第三位可指明象素差值信号的大小。例如，如果第一位为“0”，则滤波器旁路被选择。如果第一位为“1”，则有效滤波器被选择。另外，指引100、101、110、111指明选择逐渐增强的滤波器，因为第二和第三位，例如00、01、10和11分别对应于递增的十进数0、1、2和3。当差值信号d1和d2表明很可能存在真实可见的亮度边缘(例如不是噪声)时选择相对较弱的滤波器。
而且在表1中，选择指引相对于差值信号d1和d2的幅度是对称的(例如相对于表1的对角线是对称的)。例如以d1=+1、d2=-2和以d1=-2、d2=+1得到选择指引110。但是，相对于d1和d2的符号此选择指引值是不对称的。此符号指明d1和d2为正数或负数。对于中等大小的d1和d2，在d1和d2具有相同符号(例如双方都为正或负)时d1和d2的选择指针较之d1和d2具有不同符号时的要大，只要d1和d2的幅度相同。例如，当d1=-5和d2=-5，或d1=+5和d2=+5时，则选择指引为101。而当d1=-5和d2=+5，或d1=+5和d2=-5时，则选择指引为100，它指明应采用较之在指引为101时较弱的滤波器。
这是因为如果象素值(例如Y(n+1)、Y(n)和Y(n-1))在连续增加或减少，此当前象素多属于亮度边缘的原故。即就是说，象素幅度中连续增加或减少是由于噪声引起的概率低于这种变化是由于表明视频图象中出现边缘区的亮度幅度和/或色度幅度中的真实变化所引起的概率。
例如，由象素序列{(Y(n+1)、Y(n)、Y(n-1)}={(10,15,20}可得到差值信号d1=-5和d2=+5，因为d1=15-20=-5和d2=15-10=+5。这种连续增长的序列多半指明图象中的实际边缘，所以应采用较弱的滤波器以避免无谓地牺牲图象的分辩率。相反，由象素序列{Y(n+1)、Y(n)、Y(n-1)}={20,15,20}得到差值信号d1=-5和d2=-5。这一序列不是连续增加或减少。而是Y(n+1)和Y(n-1)的幅度双方都大于Y(n)。同样，在序列{Y(n+1)、Y(n)、Y(n-1)}={15,20,15}时，Y(n+1)和Y(n-1)的幅度双方都小于Y(n)。后面这二个象素序列很少表明一实际的边缘。因而多半是噪声，所以应用较强的滤波器来平滑象素序列。
下面考虑的情况是，d1为零或在接近于零的范围内，d2在该范围之外；或者d1在此范围外而d2处在接近零的范围之内。例如，包含零的范围可以从(-1至+1)伸展。d1在接近零的范围内的前面这一情况，可由象素序列{Y(n+1)、Y(n)、Y(n-1}={20,15,15}得到，因为d1=15-15=0,d2=15-20=-5。这一象素序列作单调地减少。这里，当二相继象素具有相同值和第三象素具有显著不同的值时作为边缘的可能性相对地很高，所以选择指引为100，表明应采用相对柔和的滤波器。
也将理解到，在当前象素和二相邻象素都近似相同时例如象在序列{Y(n+1),Y(n),Y(n-1)}={15,15,16}时当前象素指定图象边缘的可能性很少。在这种情况中，d1和d2接近为零(例如d1=-1,d2=0)，且滤波器选择指引为111，表明应采用相对强的滤波器。但这里不会关连到分辩率的丧失因为当前象素亮度值在滤波中基本上不改变。
再来看亮度处理器300的结构，二级量化器320和325分别接收差值信号e1和e2的绝对值。利用e1和e2的绝对值(虽然是任选的)简化了实施，但不太大地恶化了滤波器选择逻辑功能300的边缘检测能力。差值信号被量化到二不同电平中之一，例如，零或非零，并被提供到一4×4查找表330，如下表2所示。
表2
此查找表330还从例如一主微处理器接收2位的控制字。这一控制字可以是用户可选择的，用来指明所希望的滤波器选择的偏向。
控制字00指明滤波应被旁路，控制字01对应于向较弱滤波器偏移，控制字10对应于中间亦即不偏向的选择，和控制字11对应于向较强的滤波器偏移。低滤波水平被设计来以可能有较多噪声进入图象的代价达到图象分辩率上的损失最小。当希望最大地抑制噪声时可采用高滤波电平，而中等水平则可用来提供适当的噪声抑制水平。
例如，记录视频图象源例如录象磁带等可能随着时间恶化，从而引起另外的噪声，或者如卫星链路这样的将定的视频数据链路是公知的多噪声的。因而可以利用事先的了解来恰当地偏向滤波器选择。换句话说，操作人员可实时地调整滤波器强度水平，例如在当观察正在被发送中的视频数据时。也可以是，操作人员可在发送前观察图象来选择合适的滤波器强度。在要保留输入图象中的每一个细节为十分关键的情况中，可利用控制字001将噪声抑制器关断或旁路。
按照本发明，差值e1和e2也可被用来偏向滤波器选择，以降低过滤波某些具有小的幅度摆动的边缘的危险。特别是，如果当前象素左边的二象素或者当前象素右边二象素具有很小的或者零差值(例如分别为很小的或零e2或e1)，则此当前象素属于一图象边缘的可能性增加。将会理解，虽然本例中谈到的是当前象素的左、右侧的象素，这些象素位置也可以是在一单个帧中或者，是在连续帧中的瞬时滤波方案中作垂直地或对角线地排列的。
因此，如表2中所示，如果e1=0或e2=0，不管控制字如何此2位的输入控制字均被映射到映射值01，因为希望有一柔和的滤波器。例如，如果控制字输入要求中间的或未加偏向的滤波器选择(例如控制字=10)但e1=0和/或e2=0，则查找表330将输出映射值01而不是10。但如果e1≠0且e2≠0，则映射选择将对应于该控制字。即就是，输入到查找表330的控制字将仅仅作为随后要提供给5×4查找表335的映射值而通过。输入到查找表330来旁路滤波的控制字00不管e1和e2为何值均不会被超越。将可理解，表2中虽然e1和e2被量化到零或非零值，但在零左右的量化区间也是可以采用。
另外亦将了解，e1和e2可被量化到多于二个电平，但作二电平量化被发现在此优选实施例中令人满意的。
滤波器选择逻辑功能300的第二级对查找表315的2位的映射值和查找表315的3位的选择指引作映射以得到滤波器选择信号。滤波器选择信号命令图2的MUX295选择滤波器275、280、295和290中之一，或旁路线272。查找表335的映射如下表3中所述。
表3<
表2指明作为3位的选择指引和2位的映射值的函数选择哪一滤波器。例如，在映射值00时，不管选择指引如何均提供旁路。在映射值01和选择指引为000或100时仍然为旁路。在此映射值为01和选择指引为101时，得到具有内核(2,12,2)的滤波器275，等等。相应地，表3提供考虑到选择指针和映射值的滤波器选择信号，用来选择降低当前象素的噪声但避免作不必要衰减的最佳滤波器。
图4为按照本发明的色度噪声抑制器的方框图。色度数据通常以与这里讨论的亮度数据同样方式处理。但由于正常情况人类对亮度中变化比对色度中变化更敏感，所以色度边缘不如图象中亮度边缘明显。因而在确定适当的滤波器中只考虑当前象素每一侧的一个相邻象素通常就足够了。当然，如果希望的话，可以考虑当前象素的每一侧多于一个的相邻象素，而在某些情况中可能较适合。或者，在应用瞬时滤波时如希望可以考虑多于一个的前面的或随后的帧。
另外，总体以400表示的色度处理器与亮度处理器200之不同在于，因色度数据流由交错的Cr和Cb采样组成而采用2象素的延迟。概念上说，Cr和Cb信号可被认为由二个以一半的亮度噪声抑制器速度运行的相同的噪声抑制器分开地处理。交错的CbCr输入被提供给象素延迟405、410、415和420。在一给定时钟周期，对象素延迟405和415的输入各自为Cb(n+1)和当前象素组分Cb(n)，而从象素延迟420的输出为Cb(n-1)。减法器455与460分别输出差值信号d2=Cb(n)-Cb(n+1)和d2=Cb(b)-Cb(n-1)。
色度滤波器选择逻辑功能500以与结合图3的亮度滤波器选择逻辑功能300所讨论的相同方式运行，不同点是无需计算和应用差值信号e1和w2。相应地，量化器320和325以及查找表330均不应用，而控制字与2位的映射值相同。再看图4，差值信号d1和d2被提供给滤波器选择逻辑功能500以获得一滤波器选择信号。此滤波器选择信号命令MUX495输出到旁路线472上不进行滤波的当前象素色度值Cb(n)，或者来自滤波器275、280、285和290之一的Cb(n)的滤波值。在交替的时钟周期中，对Cr组分Cr(n+11)、Cr(n)和Cr(n-1)重复上述处理以便自MUX995得到经滤波的当前象素色度采样Cr(n)。
完成了本发明的噪声抑制器的样机并以大量的视频源资料进行了测试。对代表性的测试序列所作观测结果如表4中所示。编码器被组构成以顺次刷新及每30帧一次的刷新速率的全分辩率模式运行。采用二B-帧并使能实现电影模式。视频位速率为3.5Mbit/sec。表4表明视频序列和在编码器的量化器的输入和输出的数据之间测得的信噪比(PSNR)。第一列表示测试序列，如Test Model Editing Committee,“TestModel 5”,ISO/IEC JTC1/SC29/WG11 MPEG93/457 (April 1993)中所描述的。第二列表明视频源的相对总噪声水平。第三列表明在噪声抑制器断开时的PSNR。第四列表明噪声抑制器工作时的PSNR。第五列表明按照本发明的噪声抑制器的对PSNR的改善。各序列的PSNR中的增加是本发明的噪声滤波器的效果尺度。例如，对于“乒乓球”序列，PSNR增加2.5dB，取得显著改善的图象。在各种其他未列举的视频序列中已取得良好的结果。
表4
由此相应地可以看到本发明提供用于降低当前象素的亮度和/或色度中的噪声的自适应予处理象素数据的方法和设备。本发明适用于为静止图象和图象的连续的帧两者作象素数据滤波。对一当前象素进行滤波是通过考虑多个相邻象素来确定此当前象素是否是一图象中亮度和/或色度边缘的部分、或此当前象素是否包含应予衰减的噪声成分来实现的。
在一优选实施例中，当前象素的亮度组分根据4个相邻象素、例如2个在左2个在右的象素被加以滤波。具体说，当前象素幅度可被作为二个象素、一个紧接右侧一个紧接左侧的象素的幅度值的函数来加以滤波，而另外两个离开当前象素一个象素的象素可被用来精细调节所希望的滤波强度。可以采用其他的相邻象素，例如排列在图象中当前象素上、下的那些，和/或相对当前象素作对角排列的那些象素。可以采用任何数量的象素，例如在当前象素每一侧的三个或更多。另外还可采用象素插补。再有也可以单独地或与帧内滤波相结合地应用瞬时滤波。对于色度象素组分，仅根据二相邻象素、例如-在左-在右的象素来对当前象素进行滤波就足够了。
已看到，通过对表明当前象素与相邻象素之间的幅度差的差值信号的量化处理，可实现查找表方案来取得为当前象素选择适宜的滤波器的滤波器选择信号。按照差值信号的各自的符号和大小来选择一滤波器选择指引，以使得所选择的滤波器的强度成为除差值信号的绝对大小外，还是一包含当前象素的序列是连续地增大或减小的、还是单调地增大或减小的、还是恒定的、或者相反的函数。可提供一用户可选控制字来偏向选择指引。在一简单的低成本结构中采用了3抽头滤波器。
另外，虽然这里说明的示例采用YCrCb色彩区间，但应理解本发明实际上适用于任何其他彩色空间。例如可采用类似的YUV彩色空间。另外也可采用RGB彩色空间，在此情况中最好通过4相邻象素进行象素滤波。因为对各当前象素不提供独立的亮度和色度组分。
虽然相对于各种具体实施例对本发明进行了说明，但本技术领域内的熟悉人员将会理解，可对之作许多修正和变型而不背离所列权利要求中确定的本发明的精神实质与范畴。
权利要求
1.一种用于对视频图象数据进行滤波的方法，所述视频图象数据至少包括一个具有许多象素的视频帧，每一所述象素均具有相关的幅度，所述方法包括步骤确定所述视频帧的当前象素所述当前象素位于所述视频帧中第一与第二象素的中间；确定所述当前象素的幅度与所述第一象素的幅度之间的差d1；确定所述当前象素的幅度与所述第二象素的幅度之间的差d2；设置多个滤波器，所述滤波器适用于对所述当前象素幅度进行逐渐增强的滤波；和按照所述差值d1和d2选择所述滤波器中特定的一个以滤波所述当前象素。
2.权利要求1所述的方法，还包括步骤按照所述第一、当前的和第二象素的幅度是否形成(a)单调地增大，(b)单调地减小，(c)连续地增大，和(d)连续地减小的序列之一，来选择所述特定的滤波器。
3.权利要求1或2所述的方法，还包括步骤当所述第一和第二象素的幅度同时均为(a)大于所述当前象素的幅度，和(b)小于所述当前象素的幅度之一时选择所述特定的滤波器以提供对所述当前象素幅度的更强的滤波。
4.前列权利要求之一所述的方法，还包括步骤当所述差d1和d2的幅度大于一预定范围时选择提供较之当所述差d1和d2的幅度之一在所述预定范围之内时对所述当前象素幅度更强的滤波的所述特定滤波器。
5.前列权利要求之一所述的方法，还包括步骤提供一用户可选控制信号，及按照所述控制信号选择所述特定滤波器以进行(a)递增地增强或(b)递增地减弱地滤波所述当前象素幅度。
6.前列权利要求之一所述的方法，还包括步骤量化所述差d1和d2；及按照经量化的差d1和d2选择所述特定的滤波器。
7.前列权利要求之一所述的方法，其中所述当前、第一和第二象素在所述视频帧中第三和第四象素中间，还包括步骤确定所述第一象素的幅度与所述第三象素的幅度之间的差e1；确定所述第三象素的幅度与所述第四象素幅度之间的差e2；及按照所述差e1和e2选择所述特定的滤波器。
8.前列权利要求之一所述的方法，其中输入到所述特定滤波器的象素的采样速率与从所述特定滤波器输出的象素的采样速率不同。
9.一种用于对视频图象数据进行滤波的方法，所述视频图象数据包括至少三个相继的视频帧当前帧、所述当前帧前面的第一帧和跟随所述当前帧之后的第二帧，每一个所述帧具有多个象素，每一个所述象素具有相关的幅度，所述方法包括步骤确定所述当前帧的一当前象素；所述当前象素在所述第一帧中的第一象素和所述第二帧中第二象素的中间；确定所述当前象素的幅度与所述第一象素的幅度之间的差d1；确定所述当前象素的幅度与所述第二象素的幅度之间的差d2；提供多个滤波器，所述滤波器适用于提供对所述当前象素幅度的逐渐增强的滤波的水平；和按照所述差d1和d2选择所述滤波器之一以对所述当前象素进行滤波。
10.权利要求9中所述方法，还包括步骤按照所述第一、当前和第二象素的幅度是否形成(a)单调地增大、(b)单调地减小、(c)连续地增大和(d)连续地减小之一的序列来选择所述特定的滤波器。
11.权利要求9或10中所述方法，还包括步骤当所述第一和第二象素的幅度两者都大于所述当前象素的幅度或所述第一和第二象素的幅度两者都小于所述当前象素的幅度时选择所述特定滤波器以提供对所述当前象素幅度的更强的滤波。
12.权利要求9至11之一所述的方法，还包括步骤在所述差d1和d2的大小大于一包含零的预定范围时选择提供对所述当前象素幅度进行较之在所述差d1和d2的大小之一在所述预定范围之内时更强的滤波的所述特定的滤波器。
13.权利要求9至12之一所述的方法，还包括步骤量化所述差d1和d2；及按照经量化的差d1和d2来选择所述特定的滤波器。
14.一种用于对视频图象数据进行滤波的设备，所述视频图象数据包括至少一个具有多个象素的视频帧，每一所述象素具有一相关的幅度，该设备包括用于确定所述视频帧的一当前象素的装置；所述当前象素在所述视频帧中的第一和第二象素的中间；用于确定所述当前象素的幅度与所述第一象素的幅度之间的差d1的减法器；用于确定所述当前象素的幅度与所述第二象素的幅度之间的差d2的减法器；多个滤波器，所述滤波器适用于提供对所述当前象素幅度进行逐渐增强水平的滤波；和用于按照所述差d1和d2选择所述滤波器之一以滤波所述当前象素的选择装置。
15.权利要求14所述的设备，其中所述选择装置按照所述第一、当前的和第二象素的幅度是否形成(a)单调地增大、(b)单调地减少、(c)连续地增大和(d)连续地减小之一的序列来选择所述特定的滤波器。
16.权利要求14至15之一所述的设备，其中当所述第一和第二象素的幅度两者均大于所述当前象素的幅度或所述第一和第二象素两者均小于所述当前象素的幅度时所述选择装置选择提供对所述当前象素幅度进行更强滤波的所述特定滤波器。
17.权利要求14至16之一所述的设备，其中当所述差d1和d2的大小大于一包含零的预定范围时所述选择装置选择提供对所述当前象素幅度进行较之当所述差d1和d2的大小之一在所述预定的范围之内时更强的滤波的所述特定的滤波器。
18.权利要求14至17之一所述的设备，还包括用于接收用户可选的控制信号的装置；其中所述选择装置按照所述控制信号选择所述特定滤波器以提供(a)逐渐增强和(b)逐渐减弱对所述当前象素幅度滤波之一。
19.权利要求14至18之一所述的设备，还包括用于量化所述差d1和d2的量化器；其中所述选择装置按照经量化的差d1和d2选择所述特定的滤波器。
20.权利要求14至19之一所述的设备，其中所述当前、第一和第二象素在所述视频帧中的第三和第四象素中间，所述设备还包括用于确定所述第一象素的幅度与所述第三象素的幅度之间的差e1的减法器；用于确定所述第二象素的幅度与这第四象素的幅度之间的差e2的减法器；其中所述选择装置按照所述差e1和e2选择所述滤波器之一以滤波所述当前象素。
21.权利要求14至20之一所述的设备，其中输入到所述特定滤波器的象素的采样速率与从所述特定滤波器输出的象素的采样速率不同。
22.一种用于对视频图象数据进行滤波的设备，所述视频图象数据包括至少三个连续的视频帧当前帧、所述当前帧前面的第一帧、和后随所述当前帧的第二帧，每一所述帧具有多个象素，每一所述象素具有相关的幅度，所述设备包括用于确定所述当前帧的一当前象素的装置；所述当前象素在所述第一帧中一第一象素和所述第二帧中一第二象素的中间；用于确定所述当前象素的幅度与所述第一象素的幅度之间的差d1的减法器；用于确定所述当前象素的幅度与所述第二象素的幅度之间的差d2的减法器；多个滤波器，所述滤波器适用于提供对所述当前象素幅度进行逐渐增强水平的滤波；及用于按照所述差值d1和d2选择所述滤波器之一以滤波所述当前象素的选择装置。
23.权利要求22所述的设备，其中所述选择装置按照所述第一、当前的和第二象素的幅度是否形成(a)单调增大、(b)单调减小、(c)连续增大和(d)连续减小之一的序列来选择所述特定的滤波器。
24.权利要求22至23之一所述的设备，其中当所述第一和第二象素的幅度两者都大于所述当前象素的幅度或所述第一和第二象素的幅度两者都小于所述当前象素的幅度时，所述选择装置选择提供对所述当前象素幅度进行更强滤波的所述特定的滤波器。
25.权利要求22至24之一所述的设备，其中当所述差d1和d2的大小大于一包含零的预定范围时所述选择装置选择提供对所述当前象素幅度进行较之在所述差d1和d2的大小之一在所述预定范围之内时更强的滤波的所述特定的滤波器。
26.权利要求22至25之一所述的设备，还包括用于量化所述差d1和d2的量化器；其中所述选择装置按照经量化的差d1和d2来选择所述特定的滤波器。
全文摘要
当出现噪声的可能性很高时视频图象的当前象素被自适应滤波以得到更强滤波。当视频图象中可能出现一彩色和/或亮度边缘时提供更弱的滤波。一当前象素在视频帧中第一和第二象素的中间。根据当前象素与第一和第二相邻象素之间的幅度差确定差值信号。多个可用的滤波器提供对当前象素幅度逐渐增强的滤波。按照差值信号选择对当前象素滤波的滤波器之一。
文档编号H04N5/21GK1210422SQ98102108
公开日1999年3月10日 申请日期1998年5月7日 优先权日1997年5月7日
发明者胡少伟, 杰伊·R·帕特尔, 罗伯特·内米沃夫, 约翰·舒梅特 申请人:通用仪器公司