专利名称：视频噪声估测系统及方法
技术领域：
本发明涉及视频技术领域，特别涉及一种视频噪声估测系统及方法。
背景技术：
电视信号在传输过程中容易受到干扰产生噪声，为了减少噪声的 干扰，显示装置端一般会提供降噪处理。然而，不管是空间域的降噪 方式或是时间域的降噪方式，都可能产生不同的处理副作用。 一般而 言，较佳的降噪方式是先分析输入视频的噪声程度，再根据不同的噪 声程度进行不同强度的降噪处理。
美国专利US5，844，627公告揭露一空间降噪(spatial noise reduction)方法，其先分析空间频率的组成，再对可能是噪声成分的 频带进行抑制。然而，空间降噪的方法无法完全区分空间中的噪声成 分及视频信号成分，容易会产生视频信号模糊的副作用。美国专利 US6， 259， 489公告揭露一时间降噪(temporal noise reduction)方》去，
其利用在静态画面时，假定噪声在时间轴上属于非关联性 (uncorrelated)且平均值为零，则可以把不同时间同一空间位置的视 频点，随着时间轴进行平均，可达到降低噪声的变异值(variance), 产生较低噪声强度的视频信号。然而，时间降噪的方式虽然在静态画 面上可以达到不损失空间清晰度而执行降噪，但此方法必须配合检测 视频信号中有运动物体发生的部份，避免不当的将不同空间位置的取 样点平均，产生运动模糊或是残影的发生。
一般而言，当噪声程度大的时候，观赏者对于因降噪所引起副作 用的容许度相对也较大，当噪声程度小的时候，观赏者对于因降噪所 引起副作用的容许度相对变小。为了避免在噪声小的视频信号使用过 强的降噪滤波方法而产生无法接受的瑕疵，或是在噪声大的视频信号 中使用过小的降噪滤波方法而导致降噪程度不足，故准确的测量输入
视频信号中的噪声程度，藉此使用合适的降噪滤波强度，是一个好的 降噪处理所需具备的。
为测量输入视频信号中的噪声程度，美国专利US 5， 657， 401公告 利用时间上的差异的绝对值和(sum of temporal absolute difference) 和一组临界值比较。当此绝对值和落于该组临界值的上下临界值中， 则将一累加器加一，并统计在一个预先设定的区间中落在该区间的像 素个数是否和一期望值相同，若不同则调整该组临界值，并藉由此临 界值以反应视频信号中的噪声程度大小。然而，画面中具有运动的区 域，由于该些区域的运动比例不相同，使得要利用预先设定的点数的 期望值不易决定，噪声程度的测量也易受到画面中运动点数的影响。
针对上述问题，美国专利US 6， 307， 888公告利用已进行过运动估 测(motion estimation)的信息，将信号分成静态的区块及动态的区块， 分别和对应位置(静态)或对应运动补偿的区块(动态)做运算(如差值 的绝对值和)，而分别求出静态区块的噪声估测值和动态区块的噪声估 测值，再将两者混合得到最后的噪声估测值。这样的方式必须搭配准 确的运动估测技术，才能对动态区块的噪声程度做正确的估算。然而， 一般电视显示系统中并不包含运动估测及补偿的动作。
美国US2006/0221252公开中则分析时间上的差值绝对值的大小分 布转换成一特征值，将其和理想分布转换的特征值比较，以决定该画 面得到的噪声程度是该保留还是放弃。不同的运动程度一般会影响差 值分布的情形，然而，视频信号中可能出现不同数量的运动点数及产 生不同大小的运动时间差值，造成差值绝对值的分布随着运动的不同 而可能渐渐的改变，这会增加最后决定保留或舍弃的临界值设定的困 难度。由此可知，已知视频噪声估测系统及方法仍有改善之空间。
发明内容
本发明的目的是提供一种视频噪声估测系统及方法，以排除差值
较大的噪声估测值，而避免估测的噪声程度受到运动的干扰，以获得 一可靠的噪声估测值。
本发明的另一目的是提供一种视频噪声估测系统及方法，可避免 临界值的设定并反映一段时间内统计的噪声程度。
依据本发明的一方面，本发明提出一种视频噪声估测系统，其用 以对一视频执行噪声估测，该系统包含一储存装置、 一噪声估测装置、 一分布计算装置、 一信赖值产生装置及一递归滤波器。该储存装置储 存该视频的前一张视频；该噪声估测装置耦合至该储存装置，以对该 视频及该前一张视频的一视频子区域执行噪声估测，并产生与该视频 子区域对应的一噪声估测指标；该分布计算装置耦合至该噪声估测装 置，以计算该视频及该前一张视频在该噪声估测装置所涵盖的视频子 区域中像素差值的正负号的分布，并输出一正号数目及一负号数目； 该信赖值产生装置连接至该分布计算装置，以依据该正号数目及该负 号数目产生一信赖值；该递归滤波器连接至该噪声估测装置及该信赖 值产生装置，依据该信赖值以对该噪声估测指标进行递归滤波运算， 以产生该视频的噪声估测值。
依据本发明的另一方面，本发明提出一种视频噪声估测方法，其 用以对一视频执行噪声估测，该方法包含下列步骤 一储存步骤，其 储存该视频的前一张视频； 一噪声估测步骤，对该视频及该前一张视 频的一视频子区域执行噪声估测，并产生与该视频子区域对应的一噪 声估测指标； 一分布计算步骤，计算该视频及该前一张视频在该视频 子区域中像素差值的正负号的分布，并输出一正号数目及一负号数目； 一信赖值产生步骤，依据该正号数目及该负号数目产生一信赖值；一 递归滤波步骤，依据该信赖值以对该噪声估测指标进行递归滤波运算， 以产生该视频的噪声估测值。
图1是本发明视频噪声估测系统的方块图。
图2是本发明视频F[n]及前一张视频F[n-l]的对应区域的示意图。
图3是本发明分布计算装置的方块图。 图4是本发明递归滤波器的方块图。
主要组件符号说明
储存装置 110 噪声估测装置 120
分布计算装置130信赖值产生装置140
递归滤波器150
第一比较器310第一计数器320
第二比较器330第二计数器340
第一乘法器410加法器420
缓存器430第二乘法器440
具体实施例方式
图1是本发明视频噪声估测系统的方块图。该视频噪声估测系统
对一视频F[n]执行噪声估测，以产生该视频F[n]的噪声估测值。该系 统包含一储存装置110、 一噪声估测装置120、 一分布计算装置130、 一信赖值产生装置140及一递归滤波器150。
该储存装置110储存视频F[n]的前一张视频F[n-l]。该噪声估测 装置120耦合至该储存装置110，以对该视频F[n]及该前一张视频 F[n-l]的一视频子区域执行噪声估测，并产生与该视频子区域对应的 一噪声估测指标noise—index。
该分布计算装置130耦合至该噪声估测装置120,以计算该视频 F[n]及该前一张视频F[n-l]在该噪声估测装置120所涵盖的视频子区 域中像素差值的正负号的分布，并输出一正号数目MK+)及一负号数目 河-)。
该信赖值产生装置140连接至该分布计算装置130，以依据该正号 数目*(+)及该负号数目飾(-)产生一信赖值K及一互补信赖值1-K。
该递归滤波器150连接至该噪声估测装置120及该信赖值产生装 置140，依据该信赖值K以对该噪声估测指标noise—index进行递归滤 波(recursive filtering)运算，以产生该视频的噪声估测值 no i se—measurement 。
图2是本发明视频F[n]及该前一张视频F[n-l]的对应区域的示意 图。该噪声估测装置120对该视频F[n]的一视频子区域210及该前一 张视频F[n-l]的一视频子区域220执行噪声估测，并产生与该视频子 区域210对应的一噪声估测指标noise—index。在本实施例中，该视频 子区域210是该视频F[n]的部分视频。在其它实施例，该视频子区域
210是该视频F[n]的全部视频，其仅为了方便说明而举例而已，而并 非限制本发明所主张的权利范围。而所产生的该噪声估测指标为 noise—index:
其中i、 j为该噪声估测装置120所涵盖的视频子区域210、 220， 4G,力为该视频F[n]在该噪声估测装置120所涵盖的视频子区域210 的像素，iV,a/)为该前一张视频F[n-l]在该噪声估测装置120所涵盖 的视频子区域220的像素。
图3是本发明分布计算装置130的方块图，该分布计算装置包含 一第一比较器310、 一第一计数器320、 一第二比较器330及一第二计 数器340。
该第一比较器310的一第一输入端接收一像素值&(/，力， 一第二输
入端接收一像素值U"')，当该像素值^(U')大于像素值i^("')时， 产生一第一触发信号trigge:rl。该第一计数器320连接至该第一比较 器310，依据该第一触发信号triggerl计数以产生该正号数目iVo(+)。.
该第二比较器330其一第一输入端接收该像素值&(/，力， 一第二输 入端接收该像素值iV力',y)，当该像素值尸w(U')小于像素值时， 产生一第二触发信号trigger2。该第二计数器340连接至该第二比较 器330，依据该第二触发信号trigger2计数以产生该负号数目JVo(-)。
该信赖值产生装置140所产生的该信赖值K为 1 — fl J — I /諭/ ——，
其中iVo(+)为该正号数目，)为该负号数目，toto/ —"o为该噪声 估测装置120所涵盖的视频子区域210的所有像素数目。该信赖值产 生装置更产生一互补信赖值1-K，该互补信赖值为 I iVo卩十J 一 iV。H I / tota/ — mo 。
图4是本发明递归滤波器150的方块图，该递归滤波器150包含 一第一乘法器410、 一加法器420、 一缓存器430及一第二乘法器440。
该第一乘法器410连接至该信赖值产生装置140及该噪声估测装 置120，其一第一输入端接收该噪声估测指标noisejndex， 一第二输 入端接收该信赖值K，以将该噪声估测指标noise—index乘该信赖值K，
而产生一调整噪声估测指标adj_noise—index。
该加法器420连接至该第一乘法器410，其一第一输入端接收该调 整噪声估测指标adj—noise—index, —第二输入端接收一反馈调整噪声 估领lJ值fbk—adj_noise_index。
该缓存器430连接至该加法器420,以暂存该加法器的输出，并产 生该噪声估测值noise—measurement。
该第二乘法器440连接至该信赖值产生装置140及该缓存器430， 其一第一输入端接收该互补信赖值l-K， 一第二输入端接收该噪声估测 值noise—measurement,以将该噪声估观lj值noise—measurement乘该互 补信赖值l-K，而产生该反馈调整噪声估测值fbk—adj—noise—index。
由前述说明可知，本发明在视频F[n]及前一张视频F[n-l]中的一 预先设定的视频子区域210、 220中(例如32x32像素)，计算像素的 差值后取绝对值，再将此范围内计算的差值的绝对值相加，得到该噪 声估测指标noise一index。同时，分析在视频子区域210、 220的范围 内，像素差值为正的个数飾(+)和像素差值为负的个数iVo(-)。在一般情 形，噪声分布为正常分布且平均值为零，差值为正的个数iVo(+)和差值 为负的个数AM-)会相当接近。当视频受到运动的影响时，会造成差值 为正的个数MK+)和差值为负的个数^(-)差异变大，分析正负号分布 后，产生一信赖值K (confident level index)值。藉由信赖值K控 制递归滤波器150的响应。当信赖值K高的时候，提高该视频F[n]得 到的初始噪声估测指标noise—index占的比例，反之，则降低该视频 F[n]得到的初始噪声估测指标noisejndex占的比例，以避免估测的
噪声程度受到运动的干扰，而获得 一 可靠的噪声估测值 no i se一measurement 。
已知技术往往需要决定一临界值来区分噪声造成的差值或是运动 造成的差值，而本发明分析差值分布而产生信赖值K，再动态调整递归 滤波器的参数，可避免临界值的设定并反映一段时间内统计的噪声程 度。
本发明的噪声估测指标noisejndex的产生不局限于不同时间的 差值绝对值和，也可以为空间滤波后的结果。配合空间噪声分布信心 程度的分析(噪声或信号的可能程度)，再动态调整递归滤波器以得到一空间范围(spatial domain)的噪声程度估测。统计范围也不局限于 空间中连续的视频，可分成复数区块分别统计。
上述实施例仅为了方便说明而举例而已，本发明所主张的权利范 围应以权利要求所述为准，而非仅限于上述实施例。
权利要求
1.一种视频噪声估测系统，其用以对一视频执行噪声估测，该系统包含一储存装置，其储存该视频的前一张视频；一噪声估测装置，耦合至该储存装置，以对该视频及该前一张视频的一视频子区域执行噪声估测，并产生与该视频子区域对应的一噪声估测指标；一分布计算装置，耦合至该噪声估测装置，以计算该视频及该前一张视频在该噪声估测装置所涵盖的视频子区域中像素差值的正负号的分布，并输出一正号数目及一负号数目；一信赖值产生装置，连接至该分布计算装置，以依据该正号数目及该负号数目产生一信赖值；以及一递归滤波器，连接至该噪声估测装置及该信赖值产生装置，依据该信赖值对该噪声估测指标进行递归滤波运算，以产生该视频的一噪声估测值。
2. 如权利要求1所述的视频噪声估测系统，其中，该噪声估测指 标为<formula>formula see original document page 2</formula>其中i、 j为该噪声估测装置所涵盖的视频子区域，iy/,力为该视 频在该噪声估测装置所涵盖的视频子区域的像素，刀为该前一张 视频在该噪声估测装置所涵盖的视频子区域的像素。
3. 如权利要求2所述的视频噪声估测系统，其中，该分布计算装 置包含一第一比较器，其一第一输入端接收一像素值PJ/,力， 一第二输 入端接收一像素值iV,(/,/)，当该像素值iUU')大于像素值U/,力时，产生一第一触发信号；以及一第一计数器，连接至该第一比较器，依据该第一触发信号计数以产生该正号数目。
4. 如权利要求3所述的视频噪声估测系统，其中，该分布计算装置包含一第二比较器，其一第一输入端接收该像素值4(/，力， 一第二输入端接收该像素值iVW,力，当该像素值iUU')小于像素值^(W)时，产生一第二触发信号；以及一第二计数器，连接至该第二比较器，依据该第二触发信号计数 以产生该负号数目。
5. 如权利要求4所述的视频噪声估测系统，其中，该信赖值产生 装置所产生的该信赖值为i 一 。 ~+j - i /諭/ _朋7 ，其中iVo(+)为该正号数目，iVo(-)为该负号数目，toto/ —"o为该噪声 估测装置所涵盖的视频子区域的所有像素数目。
6. 如权利要求5所述的视频噪声估测系统，其中，该信赖值产生 装置还产生一互补信赖值，该互补信赖值为I ) _ TVo卩-」I / foto/ _ wo ，其中，7Vo(+)为该正号数目，iV。(-)为该负号数目，加"/_朋为该噪 声估测装置所涵盖的视频子区域的所有像素数目。
7. 如权利要求6所述的视频噪声估测系统，其中，该递归滤波器 包含一第一乘法器，连接至该信赖值产生装置及该噪声估测装置，其 一第一输入端接收该噪声估测指标， 一第二输入端接收该信赖值，以 将该噪声估测指标乘该信赖值，而产生一调整噪声估测指标；一加法器，连接至该第一乘法器，其一第一输入端接收该调整噪 声估测指标， 一第二输入端接收一反馈调整噪声估测值；一缓存器，连接至该加法器，以暂存该加法器的输出，并产生该 噪声估测值；以及一第二乘法器，连接至该信赖值产生装置及该缓存器，其一第一 输入端接收该互补信赖值， 一第二输入端接收该噪声估测值，以将该 噪声估测值乘该互补信赖值，而产生该反馈调整噪声估测值。
8. —种视频噪声估测方法，其用以对一视频执行噪声估测，该方法包含下列步骤一储存步骤，其储存该视频的前一张视频；一噪声估测步骤，对该视频及该前一张视频的一视频子区域执行 噪声估测，并产生与该视频子区域对应的一噪声估测指标；一分布计算步骤，计算该视频及该前一张视频在该视频子区域中 像素差值的正负号的分布，并输出一正号数目及一负号数目；一信赖值产生步骤，依据该正号数目及该负号数目产生一信赖值;以及一递归滤波步骤，依据该信赖值对该噪声估测指标进行递归滤波 运算，以产生该视频的噪声估测值。
9. 如权利要求8所述的视频噪声估测方法，其中，该噪声估测指 标为ZlW,/)-y,川，其中i、 j为该视频子区域中的像素指标，i^(/,力为该视频在该视 频子区域的像素，P^(^)为该前一张视频在该视频子区域的像素。
10. 如权利要求9所述的视频噪声估测方法，其中，该分布计算步骤包含一第一比较步骤，当该像素值/M/，y)大于像素值p^(/,力时，产生一第一触发信号；以及一第一计数步骤，依据该第一触发信号计数以产生该正号数目。
11. 如权利要求第10项所述的视频噪声估测方法，其中，该分布 计算步骤还包含一第二比较步骤，当该像素值iU/，力小于像素值/V力'，力时，产生 一第二触发信号；以及一第二计数步骤，依据该第二触发信号计数以产生该负号数目。
12. 如权利要求ll所述的视频噪声估测方法，其中，该信赖值为 1 _卩|腳+J — I /脑/——，其中飾(+)为该正号数目，iV。(—)为该负号数目，朋为该视频 子区域的所有像素数目。
13. 如权利要求12所述的视频噪声估测方法，其中，该信赖值产 生步骤还产生一互补信赖值，该互补信赖值为<formula>formula see original document page 5</formula>其中M)(+)为该正号数目，iVo(-)为该负号数目，toto/ —"o为该视频 子区域的所有像素数目。
14. 如权利要求13所述的视频噪声估测方法，其中，该递归滤波 步骤包含一第一乘法步骤，其接收该噪声估测指标及该信赖值，以将该噪 声估测指标乘该信赖值，而产生一调整噪声估测指标；一加法步骤，其接收该调整噪声估测指标及接收一反馈调整噪声 估测值；一暂存步骤，用以暂存该加法步骤的输出，并产生该噪声估测值;以及一第二乘法步骤，其接收该互补信赖值及接收该噪声估测值，以 将该噪声估测值乘该互补信赖值，而产生该反馈调整噪声估测值。
全文摘要
本发明涉及视频噪声估测系统及方法，用以对一视频执行噪声估测。一储存装置储存该视频的前一张视频。一噪声估测装置对该视频及前一张视频的一视频子区域执行噪声估测，并产生与视频子区域对应的一噪声估测指标。一分布计算装置计算该视频及前一张视频在视频子区域中像素差值的正负号的分布，并输出一正号数目及一负号数目。一信赖值产生装置依据正号数目及该负号数目产生一信赖值。一递归滤波器依据信赖值以对噪声估测指标进行递归滤波运算，以产生该视频的噪声估测值。
文档编号H04N5/21GK101355647SQ20071013905
公开日2009年1月28日 申请日期2007年7月24日 优先权日2007年7月24日
发明者彭源智 申请人:凌阳科技股份有限公司