CN1708101A - 用于增强图像锐度并消除噪声的视频信号处理装置及方法 - Google Patents

Abstract

在从视频信号消除噪声信号并增强边缘锐度以改善视频信号清晰度的方法中，依赖于输入象素的特性分配不同权重。为此目的，定义至少两个象素块，其包括输入象素和至少两个相邻象素。计算每个象素块中象素间的象素差，并且选择计算的象素差之一。给输入象素分配与选择的象素差对应的权重。因此，改善了视频信号的清晰度。

Description

用于增强图像锐度并消除噪声的视频信号处理装置及方法

技术领域

本发明总的构思一般涉及一种能够增强图像锐度并消除噪声的视频信号处理装置和方法。本发明总的构思尤其涉及一种用于从进来的视频信号消除噪声信号并增强图像信号的边缘的锐度以便改善图像清晰度的视频信号处理装置和方法。

背景技术

作为流行的显示设备，阴极射线管(CRT)被提供有电子枪和磷光性表面，该磷光性表面与电子枪间隔超过一定距离，以使电子束偏转到显示区域上。因此，CRT在考虑到它的屏幕大小方面，具有相对大的体积和重的重量。此外，实现平的和大尺寸的屏幕有限制，并且随着技术的快速发展，观看者对显示设备正在要求高质量和大尺寸的屏幕。

为满足观看者的要求并克服CRT的缺点，已经引入了液晶显示器(LCD)、等离子显示面板(PDP)、投影TV等。这样的显示设备可以实现薄的、重量轻的并且宽的屏幕。

然而，由于输入视频信号的带宽限制信号、噪声信号和模糊，具有宽的屏幕的诸如PDP和投影TV的显示设备，可能再现具有降低的清晰度的输出视频信号。特别地，输入视频信号中的噪声信号导致图像锐度的恶化和图像边缘处的模糊。

图1是显示用于消除噪声信号的传统视频信号处理装置的方块图。

参照图1，传统视频信号处理装置包括高通滤波器(HPF)100、核化(coring)部分102、乘法器104、信号延迟器108和加法器106。下面参照图2A到2E描述图1的传统视频信号处理装置的操作。

图2A描述了输入到HPF 100的信号A的波形。如图2A中说明的，第一和第二噪声信号n1和n2具有比正常信号S更小的幅度。HPF 100对输入信号A滤波并输出图2B中所说明的高频(HF)信号B。

核化部分102阻止HF信号B中第一和第二噪声信号n1和n2的增强。核化部分102输出核化的HF信号C，该信号关于输入信号A具有位于预先确定的阈值范围-T～+T之外的分量，即，核化部分102输出图2C中所说明的核化的HF信号C。落在预先确定的阈值范围-T～+T内的第一和第二噪声信号n1和n2的HF分量由HPF 100滤波，并如图2C中说明的由核化部分102消除。

乘法器104将从核化部分102输出的核化的HF信号C与具有正或负值的增益相乘。信号延迟器108将输入信号A延迟一定时间并输出延迟的输入信号A。

加法器106将从乘法器104输出的信号与从信号延迟器108输出的延迟的输入信号A相加，输出信号D。从加法器106输出的输出信号D具有图2D或图2E中说明的波形。图2D说明未核化的HF信号B和延迟的输入信号A的相加的信号D，而图2E说明了核化的HF信号C和延迟的输入信号A的相加的信号D’。

参照图2D，输入信号A的正常信号S被放大到正常信号S’，以便因此增强图像锐度。然而，输入信号A的第一和第二噪声信号n1和n2也被放大到噪声信号n1’和n2’。参照图2E，噪声信号n1”和n2”与正常信号S”基本上未从输入信号A的第一和第二噪声信号n1和n2和正常信号S改变。

通过阻止进入的视频信号中的具有比正常信号更小的幅度的噪声信号的增强，并且增大正常信号的幅度，上面的传统视频信号处理装置增强了视频图像的锐度。

然而，传统视频信号处理装置适合于从具有少量噪声信号的视频信号消除噪声，但是如果RF视频信号具有很多噪声信号或HF信号具有相当多的边缘分量，放大了具有当阻止噪声信号的增强并增加到最初的输入信号时增强的边缘分量的噪声信号。因此，通过阻止噪声信号的增强来改善屏幕上显示的图像的锐度和清晰度存在限制。

发明内容

本发明总的构思提供了一种视频信号处理装置，该装置能够从输入视频信号消除噪声并增强边缘锐度，以便改善视频信号的清晰度。

本发明总的构思的另外的方面和优点，部分地将在下面的说明中阐明，部分地根据描述将是显而易见的，或者可以通过本发明总的构思的实践可获知。

通过提供分配权重给包括顺序输入象素的视频信号的输入象素的方法，可以实现本发明总的构思的前述和/或其它方面和优点，该方法包括：定义至少两个象素块，该象素块包括输入象素和至少两个相邻象素；在每个象素块中计算象素间的象素差，并且选择计算的象素差之一；以及给输入象素分配与选择的象素差相对应的权重。

通过提供分配权重给包括顺序输入的象素的视频信号的输入象素的一种装置，可以实现本发明总的构思的前述和/或其它方面和优点，该装置包括：边缘计算器，用于定义至少两个象素块，该象素块包括输入象素和至少两个相邻象素，在每个象素块中计算象素间的象素差，并且选择计算的象素差之一；以及权重计算器，用于给输入象素分配与选择的象素差相对应的权重。

附图说明

从下面的实施例的描述，结合附图，本发明总的构思的这些和/或其它方面和优点将变得明显，并且更容易地被认识到，在附图中：

图1说明了传统的视频信号处理装置；

图2A到图2E说明了由图1的传统视频信号处理装置处理的信号；

图3说明了根据本发明总的构思的实施例的视频信号处理装置；

图4说明了根据本发明总的构思的实施例的用于测量边缘的象素块；

图5说明获得在图4的象素块之一中的象素间的象素差；

图6A到图6C说明从图4的象素块选择象素块以计算权重；

图7说明应用权重到平坦区域和边缘区域；

图8说明了图3的视频信号处理装置的权重计算器的操作；

图9A到图9D说明应用各种权重到输入信号的特性的情况；以及

图10A到图10E说明了由图3的视频信号处理装置处理的信号。

具体实施方式

现在将详细参照本发明总的构思的实施例，在附图中说明它的例子，其中相同的参考编号全部指相同的元件。为解释本发明总的构思，下面描述实施例，同时参照附图。

图3是根据本发明总的构思的实施例，说明用于从输入信号A消除噪声信号的视频信号处理装置的方块图。参照图3，视频信号处理装置包括：信号延迟器300、边缘计算器302、权重计算器304、第一和第二乘法器306和308、加法器310、以及高通滤波器(HPF)312。虽然为了简明，图3说明了有限数目的组件，根据本发明总的构思的视频信号处理装置可以还包括除了上面提到的组件之外的组件。

边缘计算器302确定输入象素是位于边缘区域还是平坦区域。下面参照图4到6描述边缘计算器302的操作。

图4说明了输入象素。参照图4，输入象素包括(n-8)象素到(n+8)象素。(n-8)象素是第一输入象素，而(n+8)象素是最后输入象素。边缘计算器302定义了输入象素的三个象素块，以便确定对应于定义的三个象素块中的至少一个的输入象素是位于边缘区域还是平坦区域。如图4和5中说明的，每个象素块可包括9个象素。要理解到，象素块中的象素数可以根据用户的设置变化。

如图4中说明的，第一象素块PB1包括输入象素的中间的象素，第二象素块PB2包括输入象素的左侧部分上的象素，而第三个象素块PB3包括输入象素的右侧部分上的象素。边缘相对象素块中的象素来确定。

图5说明了相对象素块中的一个中的象素确定的边缘。如上所述，象素块可以包括9个象素，但是不限于这个象素数。

边缘计算器302计算象素块中的象素间的差。图5说明了计算象素差的两种方法。第一种方法(a)计算象素块中相邻象素之间的差，而第二种方法(b)计算象素块中分离的象素之间的差。

第一种方法(a)顺序计算象素P0和P1之间的象素差、象素P1和P2之间的象素差、象素P2和P3之间的象素差等。第二种方法(b)顺序计算象素P0和P2之间的象素差、象素P1和P3之间的象素差、象素P2和P4之间的象素差等。第二种方法(b)不限于只相隔一个象素的象素。计算的象素差被用于确定边缘。根据下面的方程，边缘计算器302从在象素块PB1中获得的象素差提取值：

[方程1]

diff_max_PB1＝MAX(|diff_0|，|diff_1|，...，|diff_7|)

[方程2]

diff_sum_PB1＝|diff_0|+|diff_1|+...+|diff_7|

diff_0是象素P0和P1之间的象素差，diff_1是象素P1和P2之间的象素差，而diff_7是象素P7和P8之间的象素差。在下文中，diff_max是最大象素差，而diff_sum是象素差的和。关于每个象素块PB1、PB2或PB3，边缘计算器302根据方程1从象素差提取最大值(最大象素差)，并根据方程2提取象素差的和。

边缘计算器302关于每个象素块PB1、PB2和PB3的所有象素计算象素差，并且分别根据方程1和方程2，使用计算的象素差提取每个象素块PB1、PB2、PB3的象素差的最大值与和。

然后根据下面的方程，关于第一、第二和第三象素块PB1、PB2和PB3，边缘计算器302在象素差的最大值中选择最小的值，以及在象素差的和之中选择最小的值：

[方程3]

diff_max＝MIN(diff_max_PB1，diff_max_PB2，diff_max_PB3)

[方程4]

diff_sum＝MIN(diff_sum_PB1，diff_sum_PB2，diff_sum_PB3)

边缘计算器302根据方程3，从第一、第二和第三象素块PB1、PB2和PB3的最大象素差提取最小的象素差作为最大值中的最小的值，并且根据方程4，从第一、第二和第三象素块PB1、PB2和PB3的象素值的和提取最小的值。

图6A到6C说明了根据方程1到4选择的第一、第二和第三象素块PB1、PB2和PB3之一。具体地说，图6A说明了关于平坦区域中象素的边缘确定，而图6B和6C说明了关于在平坦区域和边缘区域的边界处的象素的边缘确定。

如图6A中说明的，形成第一、第二和第三象素块PB1、PB2和PB3，每个包括预先确定数目的象素。计算在每个象素块PB1、PB2和PB3中的象素差。位于平坦区域中的第一象素块PB1中的象素具有小的象素差。即，第一象素块PB1具有比第二和第三象素块PB2和PB3更小的最大象素差。位于平坦区域和边缘区域中的第二和第三象素块PB2和PB3中的象素具有比象素块PB1更大的象素差。因此，如图6A中说明的，根据方程3和4，边缘计算器302选择象素块PB1。

如图6B中说明的，象素块PB3具有比象素块PB1和PB2更小的最大象素差，并且边缘计算器302根据方程3和4选择象素块PB3。如图6C中说明的，象素块PB2具有比象素块PB1和PB3更小的最大象素差，并且边缘计算器302根据方程3和4选择象素块PB2。

将根据方程3和4选择的象素块的最大象素差和象素差的和的值提供给权重计算器304。权重计算器304使用提供的值产生权重。

图7说明由权重计算器304计算的权重。参照图7，平坦区域中的象素上的权重是0，而边缘区域中的象素上的权重是1。分配0到1范围内的权重给位于平坦区域和边缘区域的边界的象素。图8说明了计算权重的权重计算器304。

参照图8，权重计算器304在操作S800设置第一、第二和第三阈值TH1、TH2和TH3。第二阈值TH2大于第一阈值TH1并小于第三阈值TH3。第一、第二和第三阈值TH1、TH2和TH3可以根据用户的设置变化。

在操作S802，权重计算器304比较根据方程3得到的最大象素差(diff_max)的值和第一阈值TH1。当diff_max等于或小于第一阈值TH1时，权重计算器304前进到操作S804。当diff_max大于第一阈值TH1时，权重计算器304前进到操作S806。在操作S804，权重计算器304分配权重0。

在操作S806，权重计算器304使用根据方程4获得的象素差的和(diff_sum)计算值‘a’。即，值‘a’等于(diff_sum-TH2)/TH3。然后在操作S808，权重计算器304确定值‘a’是否等于或小于0。如果是这样的话，权重计算器304前进到操作S804，如果不是这样的话，权重计算器304前进到操作S810。

在操作S810，权重计算器304确定值‘a’是否等于或大于1。如果是这样的话，权重计算器304在操作S812分配权重1。如果不是这样的话，权重计算器304在操作S814分配权重值‘a’。

图9A到9D中，权重计算器304通过图8的操作设置不同权重给不同信号。

在图9A中，当前象素位于没有边缘的平坦区域中。注意：当确定平坦区域只有少量噪声时，分配权重0。在图9B中，当包括当前象素的区域具有小的边缘或噪声时，根据如上所述的diff_max和diff_sum分配在0到1范围内的权重。

在图9C和9D中，当目前象素位于具有小边缘或更大边缘的区域中时，分配权重1。

将由权重计算器304计算的权重提供给第一乘法器306。第一乘法器306用来自权重计算器304的权重乘以增益。为简明将省略增益的计算。

HPF 312对输入信号A滤波，并且提供高频(HF)信号B给第二乘法器308。第二乘法器308用从HPF 312提供的HF信号B乘以从第一乘法器306接收的信号。第二乘法器308提供乘积信号C给加法器310。加法器310对由信号延迟器300延迟的输入信号A信号和从第二乘法器308提供的乘积信号C相加，并输出作为结果的输出信号D。

图10A到10E说明了由图3的视频信号处理装置处理的信号。图10A说明输入信号A的波形。参照图10A，输入信号A包括正常信号S和第一和第二噪声信号n1和n2，该噪声信号与正常信号S相比具有小的幅度。图10B说明通过对输入信号A滤波，从HPF 312输出的高频(HF)信号B。

图10C说明了由边缘计算器302和权重计算器304计算的关于输入信号A的权重信号，而图10D说明了通过用图10B的HF信号B乘以图10C的权重信号，从第二乘法器308输出的乘积信号C。最后，图10E说明了通过由信号延迟器300延迟的图10A的输入信号A与图10D的乘积信号C相加输出的输出信号D。

当比较图10A的输入信号A和图10E的输出信号D时，第一和第二噪声信号n1和n2不被放大，但是正常信号S被放大，因此增强视频图像的锐度。

根据如上所述的本发明总的构思，通过根据输入象素的区域分配不同权重给输入象素，增强象素的锐度。具体地说，图像的背景(平坦区域)中的小噪声或大的边缘周围的噪声不被放大，从而增强了图像的锐度。

虽然已经显示并说明了本发明总的构思的一些实施例，但本领域的技术人员将认识到：可以在这些实施例中进行改变，而不背离本发明总的构思的原理和精神，它的范围在权利要求书及其等效中定义。

Claims (32)

1.一种分配权重给视频信号的输入象素的方法，该视频信号包括顺序输入的象素，所述方法包括：

定义至少两个象素块，该象素块包括输入象素和至少两个相邻象素；

计算每个象素块中象素间的象素差，并且选择计算的象素差之一；以及

给输入象素分配与选择的象素差相对应的权重。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述象素差的计算包括：

在每个象素块中顺序计算相邻象素间的象素差。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述选择计算的象素差中的一个包括：

为每个象素块选择最大的象素差；以及

从选择的象素块的最大象素差选择最小的象素差。

4.根据权利要求3所述的方法，其中给所述输入象素分配权重包括：

当选择的最小象素差等于或小于第一预先确定的值时，分配权重0给输入象素。

5.根据权利要求4所述的方法，其中给所述输入象素分配权重包括：

当选择的最小象素差大于第二预先确定的值时，分配权重1给输入象素。

6.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少两个象素块包括第一象素块和第二象素块，该第一象素块包括位于第一象素块中间的输入象素，该第二象素块包括位于第二象素块边缘上的输入象素。

7.一种处理视频图像信号的方法，该方法包括：

使用高通滤波器对输入信号滤波；

根据输入信号的象素的象素差，产生对应于输入信号的权重信号；

将被滤波的输入信号与产生的权重信号相乘；

延迟输入信号；以及

将乘积信号加到延迟的输入信号。

8.根据权利要求7所述的方法，其中权重信号的产生包括：

将输入信号的象素分组为交迭的象素块；

为每个象素块的每个象素确定象素差值；

为每个象素块计算最大象素差值和象素差值的和；以及

根据最小的计算的最大象素差值和最小的计算的象素差值的和，确定输入信号的每个象素的权重，使得根据确定的权重产生权重信号。

9.根据权利要求8所述的方法，其中为每个象素块的每个象素确定象素差值包括：

确定在每个象素块的每个象素和至少一个相邻象素间的象素差值。

10.根据权利要求8所述的方法，其中为每个象素块的每个象素确定象素差值包括：

在每个象素块的每个象素和象素块内间隔预先确定数目象素的至少一个其它象素间，确定象素差值。

11.根据权利要求8所述的方法，其中权重的确定包括：

确定输入信号的每个象素的权重为在0到1并包括0和1的范围内。

12.根据权利要求8所述的方法，其中权重的确定包括：

将最小的计算的最大象素值和最小的计算的象素值的和与多个阈值比较。

13.根据权利要求7所述的方法，其中权重信号的产生包括：

定义输入信号的平坦区域和边缘区域；以及

根据输入信号的每个象素是在平坦区域之一中还是在边缘区域之一中，对输入信号的每个象素加权。

14.根据权利要求13所述的方法，其中输入信号的每个象素的加权包括：

分配权重0给被确定为只在平坦区域之一中的象素；

分配权重1给被确定为只在边缘区域之一中的象素；以及

分配0和1间的权重给被确定为在平坦区域之一中和边缘区域之一中的象素。

15.根据权利要求7所述的方法，其中权重信号的产生包括：

将输入信号的象素分组为交迭的象素块；以及

当象素之一在一个以上象素块中时，比较所述象素所在的每个象素块的最大象素差以确定最小的最大象素差，比较所述象素所在的每个象素块的象素差的和以确定象素差的和的最小值，并且根据确定的最小的最大象素差和确定的象素差的和的最小值，对象素加权。

16.根据权利要求15所述的方法，其中权重信号的产生还包括：

当象素之一只在一个象素块中时，根据所述象素所在象素块的最大象素差和象素差的和，对象素加权。

17.一种用于分配权重给包括顺序输入象素的视频信号的输入象素的装置，包括：

边缘计算器，用于定义至少两个包括输入象素和至少两个相邻象素的象素块，计算每个象素块中象素间的象素差，并且选择计算的象素差之一；以及

权重计算器，用于给输入象素分配与选择的象素差对应的权重。

18.根据权利要求17所述的装置，其中所述边缘计算器在每个象素块中顺序计算相邻象素间的象素差。

19.根据权利要求17所述的装置，其中所述边缘计算器在每个象素块中选择最大的象素差，并且从选择的最大的象素差选择最小的象素差。

20.根据权利要求19所述的装置，其中当选择的最小的象素差等于或小于第一预先确定的值时，权重计算器分配0作为输入象素的权重。

21.根据权利要求20所述的装置，其中当选择的最小的象素差大于第二预先确定的值时，权重计算器分配1作为输入象素的权重。

22.根据权利要求17所述的装置，其中所述边缘计算器使象素块包括第一象素块和第二象素块，该第一象素块包括位于第一象素块中间的输入象素，该第二象素块包括位于第二象素块边缘上的输入象素。

23.一种视频信号处理装置，包括：

信号延迟器，用于延迟输入信号；

信号加权单元，用于根据输入信号的象素的象素差产生相应于输入信号的权重信号；高通滤波器，用于对所述输入信号滤波；

乘法器，用于将被滤波的信号和权重信号相乘以输出乘积信号；以及

加法器，用于对乘积信号和延迟的输入信号相加，从而输出输出信号。

24.根据权利要求23所述的视频信号处理装置，其中信号加权单元包括：

边缘计算器，用于将输入信号的象素分组为多个交迭的象素块，确定每个象素块的每个象素和每个象素块的其它象素间的象素差，并且为每个象素块计算最大象素差和象素差的和；以及

权重计算器，用于根据最小的计算的最大象素差和最小的计算的象素差的和，为输入信号的每个象素计算权重，并为输入信号的每个象素输出包括计算的权重的权重信号，使得根据计算的权重产生权重信号。

25.根据权利要求24所述的视频信号处理装置，其中为每个象素计算的权重在0到1间并包括0和1的范围内。

26.根据权利要求24所述的视频信号处理装置，其中所述加权单元还包括：

增益乘法器，用于将由权重计算器输出的权重信号与预先确定的增益相乘。

27.根据权利要求24所述的视频信号处理装置，其中边缘计算器确定每个象素块的每个象素和至少一个相邻象素间的象素差。

28.根据权利要求24所述的视频信号处理装置，其中边缘计算器确定每个象素块的每个象素和象素块内间隔预先确定数目象素的至少一个象素间的象素差。

29.根据权利要求23所述的视频信号处理装置，其中加权装置根据输入信号象素的象素差定义输入信号的平坦区域和边缘区域，并根据定义的平坦区域和边缘区域对输入信号的象素加权。

30.根据权利要求29所述的视频信号处理装置，其中当加权单元确定输入信号的象素之一只在平坦区域之一中时，加权单元设置象素的权重为0。

31.根据权利要求29所述的视频信号处理装置，其中当加权单元确定输入信号的象素之一只在边缘区域之一中时，加权单元设置象素的权重为1。

32.根据权利要求29所述的视频信号处理装置，其中当加权单元确定输入图像信号的象素之一在平坦区域之一中和在边缘区域之一中时，加权单元设置象素的权重为0到1之间。

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