TWI275042B - Method of removing noise from digital moving picture data - Google Patents

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Description

1275042 15593pif.doc 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本申凊案主張2003年12月η曰於韓國智慧財產局申 睛之韓國專利申請案2003-90032之優先權，該份文件所揭 示之内容全部併入此處以作為參考。 本發明涉及-種動晝之數位式編碼，本發明更特別涉 及一種從數位動晝資料移除雜訊的方法。 【先前技術】 因為數位動晝資料具備大量的資料，這些資料必須被 壓縮以便有效地傳送和儲存。改良視頻錢之再生影像品 質=及改良資料壓縮率所用的技術對提高相關產品的競爭 性是需要的。例如’動晝專家群(mpeg)_2之類的壓縮演算 法(fgonthm)在需要高晝f的數位多舰產品巾已被用作 壓縮方法’這些數位多媒體產品例如可為高晝質的電視 (high definition TV，即，HDTV)和數位式 (DVDs)。 由=實際影像輸入系統，各傳送頻道和處理動晝資料 用~的傳Uu接收☆ 4之技術上之限制，則在動晝資料的 獲得，傳送和接收期間會不可避免地產生雜訊。一、 雜訊可定義成-組亮度隨著時間而突然改變的像素 (plx⑷，其在空間中散亂地分佈著(其未形成_組有意義的 2形狀)。蚊子型雜訊(mosquito noise)是一種散亂雜訊之 ^式、、在使用DCT而已被壓縮的影像中沿著影像邊緣而 1275042 15593pif. d〇c ϊΐ人在暫時性的空間中在-給定的空間位置上繪出 可 ，使用某種時間平均據波技術以移的轉 "1 卜呀疋的至間位置 可被觀 訊的方 ，像亮度的強度曲線，則雜訊像素在該強度曲線中 ，成-種突然的轉雜ansitiGn)。—種直接降低雜 =種快速的移動像素(例如，螢幕中移制勿 =伤）亦顯示-類似於_之概，即，快速的移動像素 的強度在域間中會很敏舰變化著。單純之平均技術會 造成模糊或甚至使已再儲存之螢幕中之移動物件消失。^ 此，使移動效應由雜訊效應中分離已成為一種挑戰。 “原理上有三種像素需要處理：靜止像素，移動像素和 雜訊像素。基本的困雜是彡貞避免將軸像素處理成雜訊 像素。若對快速移祕素(例如，縣巾之快速移動物件） 之移動估計失敗(fail) ’騎錄素將像相關之雜訊一樣被 不正確地濾除。若吾人可正確地將像素分類成上述三個種 類，則可避免某些昂貴之計算(避免對靜止像素的移動估計） 且可使濾波效果改良。 景》像(框)序列中（其是在數位動晝資料中）已包含(例 如，已壓縮）的雜訊會使再生影像品質和壓縮率劣化，此乃 因雜訊被視為一種信號的射頻(radi〇frequency)成份。雜訊 使影像以數位方式來表示時所需的頻寬增加。由於雜訊被 視為一種資料，則有效的圖晝資料必須進一步壓縮以滿足 種已給疋的位兀速率，然而，進^一步壓縮會造成更多的 編碼技巧，例如，阻斷(blocking)技巧。 影像序列的壓縮率可大大地改良且在使用一種有效的 1275042 雜訊降低演算法以預先移除雜訊之後該影像品質可藉由資 料之壓縮(依據MPEG-2方法)來改良。傳統上有多種雜訊 降低演算法，例如，空間濾波法，時間濾波法以及空間_ 時間渡波法。 由於空間濾波法是以靜止模型為基準，則再生影像的 外形在雜訊移除之後不能保持著。雖然可使用其它的外形_ 適應式濾波，但這在鑑別一外形(c〇nt〇ur)線所需的門限 (—d)固定成-種核而與雜訊的程度無關時或產生 一種衫色斑點時不是很有效。彩色斑點的產生是由於頻道 =不同的雜所造成，賴會在電_合裝置(CCD)感測 态上建立一種彩色濾波陣列(Color Filter Array，CFA)，其 疋由不同7C度所造成且以相同的方式來處理而與亮度無
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=、’且為了移除彩色斑點和各種閃 燦現象，則除了空間之濾波處理之外 另須使用時間濾波方 在時間濾波方法中，使用一 種移動補償方法。然而， 1275042 15593pif.doc 為了考慮。亥移動補償，則在每一框中 進行更夕的計算以對該移動進行估計。 補償法為主的時間濾波法已用來降低移動 可降低計算上之負載。以移動偵測演算 、㈣紐法之效率是與該雜侧演算法之有效 ==有關係。然而，由於彩色影像中的移動依 據/、㈣移__算法是由亮度差來決定，則該淨管法 =能辨認’彩色差所指出的移動。因此，當該主體ί背 不之間的免度差不夠大時，侧該移糾即會發生誤差。 為了解決上述問題，則有一種偵測移動用之方法，其 在考濾衫色影像的向量特性時係偵測RGB向量的大小（亮 度)差和角度(彩色)差。此種方法在該系統之輸入信號是二 種RGB L號或遠消异法以軟體來處理時可被使用而與計 异上之負載和記憶體容量無關。然而，當該演算法係使用 硬體來處理時，則該方法的實用性有一種限制。 YCbCr領域(此後稱為YCbCr彩色空間)是最常用的彩 色座私系統，因為其可用來與單色視頻裝置相容且可與專 業的視頻處理I置互相操作。輝度Y(Luminance)包含大部 份的空間資訊，人類眼睛由於對細節(detail)的敏感度所形 成的重要性即加入至該空間資訊中。彩色頻道(Cb，Cr，其 分別是監色差和紅色差)可添加彩色資訊。在大部份的輸入 信號都是此種YCbCr形式之信號時，則YCbCr形式之輸 入信號必須轉換成RGB彩色空間信號以便可進行RGB向 1275042 15593pif.doc 量運算。此外，由於需要非線性之計算以計算一種餘弦或 正弦函數的反函數，使RGB向量角（彩色)之差可算出，則 硬體的複雜度會增加。 當使用RGB向量之角度(彩色)差而偵測到移動時，則 不易設定一種門限值(threshold)以作為該已偵測到的信號 鑑別時用的參考。該門限值大大地影響濾波的效能，且若 該門限值太大時，則會產生一種物件，例如，移動之殘像 (residual image);若該門限值太小，則雜訊未被移除。例 如，在使用RGB向量之角度(彩色)差而偵測一種移動之方 法中’當餘弦函數之輸入值接近於〇時，則各輸出值之間 的差值小，此時該門限值應準確地向下設定至十進位以有 效地偵測各種移動。為了在決定門限值時克服上述之困難 且有效地移除雜訊，則須處理數量較多的框(Frame)。因 此，需要大容量的記憶體，硬體的複雜度會增加。 除了上述的問題之外，以移動偵測為主之時間濾波法 中移動偵測之門限值應適當地依據螢幕偵測來改^。否 則，若只使用”移動偵測”來對一種包含螢幕資料之一般序 列進行處理，則在不同螢幕之鄰框中所包含的像素之亮度 或衫色彼此相似時，不同的螢幕可被濾出且不同的螢幕可 在已濾^的框中混合。因此，為了改良傳統上以移動偵測 為主的時間濾波法，則須另外使用一種螢幕變化偵測演算 法。 ' # 組合以上二種濾波方法的時間·空間濾波法是一種使 空間濾波法擴展至時間領域的方法。雖然雜訊可有效地移 1275042 15593pif.doc 除，但該方法包含時間濾波和空間濾波此二者所造成的限 制。 〇 【發明内容】 本發明包含一種由數位動晝資料移除雜訊的方法，使 得當移動可容易地被偵測時使用在時間濾波中的框的數目 可最小化。 在一以移動偵測為主的時間濾波中，移動偵測的門限 值應依據螢幕(變化)偵測和後序中已包含的雜訊的能量而 適當地改變。為了有效地移除雜訊，則在雜訊之能量較小 時應使職小的π限值，雜訊之能錄大時應使用較大的 門限值。在YCbCr彩色空間中，亮度/彩色移動門限值應 依據雜訊能量來決定而不增加計算上的負擔以降低濾波過 程進行時所需之框的數目。 上边已揭不的方法可劃分成空間濾波法和時間濾波 法，且較佳是首先施加空間濾波法至(輸入之影像)且然後 施加時間濾波法至空間濾波所得的結果。 依據本發明的外觀，提供一種由數位動晝資料移除雜 訊的方法，其中該數位動晝資料中所包含的雜訊經由一種 空間濾波刼作而移除，該方法包含：對一像素之彩色成份 進行一種空間濾波運算，以計算(2Ν+1)χ(2Ν+1)像素局部遮 罩中的代表值；且對該像素的亮度成份進行一種空間濾波 運异以保留一影像的邊緣。 依據本發明的另一外觀，提供一種由數位動晝資料移 除雜訊的方法’其對一影像的亮度成份Y和彩色成份Cb 11 1275042 15593pif.doc ί罢空間濾、波運算域後對該空間舰運算的 、、古、軍管，U’i’、11)，XCb(1，j，n)和 XCr(i，J，n)進行一種時間濾 久挺二I ☆包含··在各框之㈣測—種螢幕變化；在 i二日1 !τ種廣域(global)移動(例如，相機上下左右 ^ /σ者母一像素的廣域移動軌跡在時間領域上估計
的彳目對大小；計算—種加權值則貞職影像中 党度成㈣移動，· i以該螢幕偵測/移動_為主來進行一 種濾^操作，其廣域雜麵償，使用某些;Mt值或全部 的加權值以濾出某—範圍中的框，其未包含螢幕的變化， 雜机的相對大小，债測該影像中亮度成份的移動所用的加 權值，偵測該影像中彩色成份的移動所用的加權值以及正 規化用的常數。 依據本發明的另一外觀，提供一種由數位動晝資料移 除雜訊的方法，其包含：對每—像素中的亮度成份和彩色 成伤進行種二間濾、波運异，對該以移動债測為主的空間 濾波運算的結果資料進行一種時間濾波運算。
為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯 易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說 明如下。 【實施方式】 相同的參考數字在各圖中表示相似的元件。 圖1係繪示本發明的一實施例中由數位動書資料 雜訊的方法的流程圖。 $ 請參閱圖1，由數位動晝資料移除雜訊的方法包含本 12 1275042 15593pif.doc 發明的一實施例中一種處理時間濾波法（110)以及本發明 的另一實施例中一種處理空間濾波法(1 5 〇)。本發明的其它 實施例使用該二種步驟和的組合。 依據本發明的一種實施例（由數位動晝資料移除雜訊 的方法），以線性最小均方差(linear minimum mean square error，即，LMMSE)為主的濾波器用來對一種YCbCr格式 的輸入信號中的像素之亮度成份(Y)保留邊緣，且一低通濾 波器(LP)是用來對該輸入信號的彩色成份(CbCr)(改良各 影像之穩定性）。 在步驟111中，所謂”計算各彩色成份之代表值，，是 指：獲得各彩色成份之平均值或中央值。因此，”應用該低 通〉慮波器至各彩色成份是指在一局部遮罩(例如，圍繞一 給定之像素的(2N+l)x(2N+l)像素區）内計算一種平均值。 對免度成份112而言施加該以LMMSE為主的濾波器 時有5種步驟(次步驟）。 在步驟113中，使用一種預定的雜訊調整邊緣門限值 來對每一像素之亮度成份計算一種可適應於一邊緣的代表 值。此處，該代表值是每一像素(位於一局部遮罩中）的平 均值或中央值，且使用多個位於一局部遮罩中該 面上之像素來計算該適應於邊緣的代表值。 ^ 曰不同於傳統方式者是：該預定的雜訊調整邊緣門限值 不是固定成定值，而是可依據雜訊之數量來改變。 在步驟114中’使用一預定的邊緣調整加權值(其係使 用雜訊調整Π限值和邊緣雜代表騎算而得)來估計每 13 1275042 15593pif.doc i素的散亂值。該散亂值是指—種偏差值(vaH_)或標 準偏差值，且像素的偏差值(錢活性)是指影像之已改變 的程度或影像的邊緣度(edge degree)。 在ッ驟115中，计异該影像的代表值和該輸入影像之 間的相減影像。該相減影像包含該輸人影像的雜訊成份和 邊緣成份。
、在步驟116中，對該上述影像之散亂值和雜訊散亂值 進行比較以計算一種加權值。 在步驟117中，一較大的加權值施加至該影像的邊緣 成伤且一較小的加權值施加至該相減影像的雜訊成份，且 已施加該加權值之該相減影像加至邊緣調整代表值。雜訊 散亂值以雜訊偏差值和雜訊標準差來表示其特徵，且雜訊 偏差值表示雜訊之程度。
在忒景>像之平面區域上處理完上述的5個步驟(步驟 113至117)之後，濾波結果可近似地與邊緣調整代表值相 同，此乃因一較小的加權值已施加至該影像平面區域上之 相減影像。又，在該影像之一邊緣區域上，渡波作用造成 该邊緣调整代表值和該影像邊緣之和(sum)，此乃因一大的 加權值已施加至該影像邊緣區域上之相減影像。 依據本發明的另一實施例，由數位動晝資料移除雜訊 之方法150包含4個步驟(步驟151至154)。 步驟151中，偵測各框之間的螢幕變化。 步驟152中，估計各框之間的一種廣域⑻冰叫移動(例 如，相機上下左右移動），且沿著廣域移動軌跡對每一像素 14 1275042 15593pif.doc =(須對廣域移動作補償)該時間領域上的雜訊相對大 步驟153中，沿著廣域移動執跡(例如，須對廣域_ =償)，人影像+之每—像素蹄，，移的貞 :細，且適應於該雜訊的移動門限值被 J代表該影像中彩色成份之，，移動，，侧之加二 步驟154中，以螢幕偵測/移動侧為主之據波 該廣域移動已麵償)制线—範圍（相)之框（包含(整 未變化之情況)巾舰㈣全部之加#值或—些 4 ，相對大小影像中之亮度成份移動時卿二= 值，以影像中之像素之彩色成份為主來偵測 3 用的加權值等等來進行。 ，叶所 依據本發明的另-較佳實施例，由數位動晝 雜訊之方法中首紐行空間濾波操作m，對已由上心 間據波所濾、出的框(例如，3個框)以時間渡波i 5 = 行廣域移動已補償之螢幕_/_彳貞測。依據此二j 施例’百先進行空間濾波，雜因此被移除至某 然後可容祕進行”時間濾波進行時所需的移動彳貞測 ^ 此’依=難實關讀訊移除妓可料移除雜訊。 依據本發明之-實施例的雜訊移除方法中，動全 之亮度成份中之邊緣縣留著以增加彩色的明確性^像 15 1275042 15593pif.doc ’雜訊成份則被平滑 中邊緣的外形在雜訊移除時仍保留著 化以改良該影像的穩定性。 g若亮度成份γ和彩色成份Cb#nCr之空間滤波值分別 下列 = ’和W”）’則這些空嶋波值可以 方程式來計算： σ^(/；7»2 (Λ 0·，乂 ”)—少r 0,），")）(l) 1 g j 七N 2N + \^N^^(kJ，n) 1 “N j+M χ』，Μ = 77~：ΣΣν〇(ΚΚη) Ί i+M 14-Μ XCb(j，j，”) '1 I\ I I I ^__J ^ i n \m,r^mr^mm，i (2) (3)
2N 4-1 k=i~N i=j- 此處，N表示(2N+1)X(2N+1)像素局部遮罩之大小；丨和 表示該像素的二維空間座標；n表示一種框；yY(i，』，…表 示雜訊已下降之影像（即，輸入影像)之像素之γ成份； 是yY(i，j，η)之平均值；f，知)2是yY(iJ，η)之偏差 值(variance) ’〇”(’·，_；·，《)疋雜机之偏差值；％(々乂„)是雜訊已
下卜之(輸入)影像之像素之Cb成份；且％(々，/，《)是雜訊已 下降之(輸入)影像之像素之Cr成份。 在方程式1中對該亮度成份Y進行空間濾波操作時， 由於雜訊已下降之影像之平面區域中，則 該濾波器的輸出是該雜訊已下降之(輸入）影像之平均值 (代表值）h(/，加）；且由於對該雜訊已下降之(輸入)影像之 RF成份而言〇^，》2»〇^，7>)2，則一預定之加權值成份 (八(》)-3;7(0))加至該雜訊已下降之(輸入)影像之平均值 (代表值)以保持該影像的RF成份。 為了使方程式1應用至該影像的各成份’則可調整該 16 1275042 15593pif.doc 方程式1以補償該動晝之非靜止的特性。該雜訊已下降之 (輸入)影像之平均值和偏差值依據以下所示的方程式4和 方程式5來計算，其係在該(2N+l)x(2N+l)像素局部遮罩區 中該影像之一部份(其未橫越該影像之外形/邊緣）中進行 (此處係假設方程式1之雜訊偏差能量〜(/;>)2已估計出或 已知）。 (4) = j+N~-Σ
Σ Zw(^l^)k=i~Nl=J~N
k=i一N l=j—N
i+N
Σ YW{kJ^ri)k=i~Nl^j-N k-i-N l-j-N
i+N j+M rΣ Σψ(^^n)\yY 0' + 7 + Kn) -yY (/,y5^)12 -i-N 1= i-M /J (5) 此處W(k，1，n)是一種邊緣調整加權值，其決定該將被 慮出之中央像素以及周圍像素是否在以邊緣為主之相同的 (平面）區中。W(k，1，η)可與中央像素和周圍像素之間的亮 度差成反比。因此，當中央像素和周圍像素是 主之相同的(平面)區上時，該W(k，l5 η)具有—種大的 如，51)，且當中央像素和周圍像素是在以邊緣為主之不 =的(平面）區上時，該W(k，l5 η)具有一種小的值(例如， 〇) 〇 違邊緣調整加權值w(k，l5 η)可由如下所示的方程式6 來決定： ^
Jf △〈 [△一/(0] /(〇
/(〜2) C /«) -
/Κ2) 5 C <△〈/(〇 ⑹ c 〇 Λ>/(ση2) 17 1275042 15593pif.doc 士於是jf本發明之由數位動晝資料移除雜訊的方法 的時間領域中估計，且用來侧該移動所用 的冗度加杻值和彩色加權值是依據雜訊能量而作適應 變化。 假設目^將被渡出的框之中央像素之亮度成份⑺是 前—框或下—框之義向量（其是減於該廣 或t估^值而破估計)分別由垂直成份和水平成份叫和 =來表不义則雜訊在時間領域中的相對大小可藉由比較 刖-框來計f而得且能由町所*_方程式7來計算：
Var"T = IX NiJ X g^Xr (/，1 n) ~ ^ (/ - J-mh,n-1)|] ⑺ $處g[.]是一種單調遞增函數，且在當 如㈤-咖^ — ^ —如之值大於門限值叫其可由精於 此技術之人員任意地設定)時該&所具有的值是卜且當 j g[.]值小於門限值nT時該①所具有的值是〇。因此， $热雜訊之影像中假設大部份的移動之差值 永以‘从、"—％，—别大於門限值π 可用來計算崎。 ^ ^ 影像巾彳貞測亮度絲之㈣_的 ，’其決定：目前即將據出的框之中央像素和 ^相對應的像素之間的移動是否在亮度區域中產生。制 動用的加權值是與各像素之間之亮度差成反比 間之亮度差大於一預定的亮度移動門限值時 该加推值所具有的值是〇。另外，該亮度移動門限值由- 22 1275042 15593pif.doc ==移動所用的預定範圍中之雜訊之大 相對應的像素之間的移動是否在彩色區才= 色成份移動用的加權值當各像素 二 的彩色移動門限值時該加權值‘差::預:
=:;r由一與決定該彩色成份的 乾圍中之雜訊之大小成比例之函數來決定 心 ㈣恤輕域值·，j， fj(Var
Cj ο ~- Λ (VarnT ^i)fi(VarnT) ⑻
此处，Δΐ表示由像素移動所造成的亮度差且 △厂来(U心〆、，广亦且以妖 如丄其可^線性函數，指數函數或對數函數；Ci是大於1 的疋值，冗度門限值石(·)是單調遞增函數。在方程式$中， 當亮度區域巾軸整移動㈣加權值爾，』·，k)之值是〇 時，這表示相對應的像素之亮度成份Y之移動已被偵測到。 •另一方面，偵測彩色區域上之移動所用的加權值Wc(i， j，k)可以下述的方程式9來表示·· ， 23 1275042 15593pif.doc
Wc(iJ,k) K~fc(VarnT)] fc(YarnT)-M^ 0
Jf Kjlc^nr)M^1<A Cc ^^~^Ac^fc(VarnT) (9) Wc(VarnT) 此處，Δ。表示由像素移動所造成的彩色差且可由下式計算 而得： ;g(·)是單調遞增函數，例如，其可為線性函數，指數函 數或對數函數；Cc是大於1的定值，·彩色門限值fc( )是單 調遞增函數。在方程式9中，當彩色區域中該調整移動偵 測加權值Wc(i，j，k)之值是〇時，這表示相對應的像素之彩 色成份Cb和Cr之移動已被偵測到。 方程式8和9中的加權函數所具有的形狀基本上與圖 2。中所示的形狀相同，且移動伯測演算法亦依據空間濾波 刼作中像該外形偵測般一樣針對雜訊能量來調整。又，依 據傳統之方法，當使用RGB向量特性來偵測各彩色成份 之間的差異時’則各向量之間應進行内積計算和分數計算 地改變，且設定該彩色偵測門限值是容易的。 現在將描述YCbCr彩色空間中以移動偵測和螢幕(變 化)债測為主之時間濾波(其巾該廣域移動已被補償）。在傳 統的，間濾、波巾，在大部份情況下亮度成份已被滤出。當 雜訊量不是很大時，傳統方妓有效的；誠，當雜訊量 calcula㈣。細，本發明的演算法可單純地以& 絲不彩色差。又，方程式9中之^可依據彩色差而線性 24 1275042 15593pif.doc 較大且像彩色斑點這類的雜訊混合在彩色領域中時，則移 除雜訊的效能會大大地下降。 本發明中以上述之螢幕變化偵測和移動债測演算法 為主來對YCbCr彩色空間進行濾波。 iy (i，h Σ ^ ^WI ^ ^ k)Wc kX (i ~ rnvk, j - m 5 k) ⑽ icb ikWi k)wc (h j, k)xcb (/ ^mvkj^mhk, k) (11)
Cb k ^- Σ I ^Wc (75 h ^)XCr (7 ~~ mvk , j - mhk , k) (12) 此處，抡)是時間濾波之濾波結果，且Z是正規化 (normalizing)用之常數。又’ mvk和rtihk是第η框和第k框 之間的廣域移動向量。在方程式10中，Ws(k)是在一種營 幕未改變的範圍中各框濾波用的加權值，且Wl(i，j，k)和 Wc(i，j5 k)是由方程式8和9所定義的移動偵測加權值。 偵測亮度成份之移動所用的加權值W^i，j5 k)決定該 亮度成份之移動是否在一框之將被濾出的像素和另一框 (即，前一框或下一框)之像素之間產生。該加權值Wl(ij，k) 是與該二像素之間的亮度差成反比例且當該二像素之間的 亮度差大於亮度門限值時該加權值W/i，j，k)所具有的值 是〇。 亮度門限值是由一種與一預定範圍之時間領域中之 雜sfl大小成比例的函數來決定，藉此可決定該亮度差所指 出的移動。 债測該彩色成份之移動所用的加權值Wc(i，j5 k)決定 該彩色成份之移動是否在目前之框之將被濾出的像素和前 25 1275042 15593pif.doc 一框或下一框之像素之間產生。該加權值Wc(iJ，k)是與該 二像素之間的彩色差成反比例且當該二像素之間的彩色差 大於彩色門限值時該加權值Wc(i,j，k)所具有的值是〇。 彩色門限值是由一種與一預定範圍之時間領域中之 雜訊大小成比例的函數來決定，藉此可決定該彩色差所指 出的移動。 若幕變化已在某一已濾、出的框中被偵測到，則該框 之後的各框（包含該螢幕已變化的框)應由該濾波操作中排 除。另外’若在該框之某一像素中偵測到該移動，則以下 各框中同一位置上的各像素應由該濾波操作中排除。又， 在某些情況中不可使用Ws(k)和廣域移動向量於方程式1〇 至12中’且和Wc中之一不可使用。 圖5係本發明的另一實施例中在由數位動晝資料移除 雜訊的方法中所包含的每一步驟進行時顯示各計算之輸入 -和輸出的方塊圖。每一方塊中所晝的符號通常表示該方塊 的輸出’且指入每一方塊中之箭頭通常指出各個用來計算 該方塊之輪出時所需的輸入。 參考圖5，本發明的另一實施例中由數位動晝資料移 除雜訊的方法包含以下各步驟··在時間領域中估計雜訊的 相對此1 VarnT ’這是使用XY(i5 n)所決定的一預定的參考 值Nlj來進行’化化是中央像素之亮度成份γ之(上述)空 間濾波，廣域移動估計向量成份11^和mh，以及一種門限 值nT(未顯示，其可由熟悉此技術的人員依據動晝(510)中 雜訊的量來設定)等所得到的結果；使用VarnT，XY(i，j，n)， 26 1275042 15593pif.doc mv和mh和一預定的常數Q (52〇)對該亮度成份之加權值 WKi，j，k)作適應式(adaptivdy)的轉換；使用xcb(i，上⑴和 xCr(i，j，η)對該彩色成份之加權值Wc(i，上幻作適應式 (adaptively)的轉換，這是對中央像素的彩色成份Cb和Cr， VarnT ’ mv和mh以及一預定的常數Cc(53⑴作時間上的濾 波而計算出來；進行一種時間濾波操作，其獲得資料 从》w，加），其中廣域移動已被補償，在操 作時使用 xY(i，j，n)，Xcb(i j, η)，χ&(ί，上 n)，啊，上 k)， WA，j，k)，mv和mh以及該加權值Ws(k)，以便在螢幕變 化未被偵測到之一種範圍(序列）中對各框進行濾波(54〇)。 雖然本發明之空間濾波或時間濾波可獨立地用來移 除雜訊，但極優良的雜訊移除效果之獲得是首先進行空間 滤波操作且紐施加辦職波㈣至空間濾波所得的資 料依據本發明的較佳實施例由數位動晝資料移除雜訊之 方法係依序使用空間濾波操作和時間濾波操作。 依據本發明由數位動晝資料移除雜訊之方法中，使用 在時間濾波操作中的框之數目可下降且可更容易地 動之細，因此，本方法可錢施加至不關圖書感^ 中，/例如，可施加至CCDs和CMOS中以獲得高晝質的視 =影像。本發明的方法特別是可用在壓縮演算法中影像品 貝改良用的預先處理和事後(p〇st)處理中，且可改良影 質和資料壓縮率。 、叩 雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以 限定本發明’任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神 27 1275042 15593pif.doc 117 計算邊緣調整代表值+加權值X相減影像之值 151 偵測各框之間螢幕之變換 152 估計廣域移動和雜訊之相對大小 153 偵測影像之彩色成份和亮度成份移動時所需的 加權值被計算出 154 以螢幕偵測/移動偵測為主來進行濾波操作，其 中廣域移動已被補償 29

Claims (1)

  1. I2750423pm朽年丨丨月奶日修⑻正本 修正日期：95年11月30曰 ,爲第931 瀹％利範圍無劃線修止*4 十、申請專利範圍： 1. 一種從輸入影像之數位動晝資料移除雜訊的方法， 包含在數位動晝資料中的雜訊經由空間濾波操作而移除， 本方法包括： 在輸入影像之各像素之彩色成份上進行第一次空間濾 波操作；以及 在輸入影像之各像素之亮度成份上進行第二次空間濾 波操作； 其中雜訊調整邊緣門限值使用在第二次空間濾波操作 中。 2. 如申請專利範圍第1項所述之從輸入影像之數位動 畫資料移除雜訊的方法，其中更包含保留一影像中各邊緣 所需之步驟，其包括： 使用該雜訊調整邊緣門限值在一局部遮罩中計算各像 素的邊緣調整代表值； 使用一預定的雜訊調整加權值來估計該影像的散亂 值，其是使用雜訊調整邊緣門限值和邊緣調整代表值來產 生； 在該邊緣調整代表值和輸入影像之間獲得一種相減影 像； 比較該影像的散亂值和雜訊成份的散IL值以計算一種 加權值；以及 對該影像的邊緣設定一種大的加權值且對該相減影像 中的影像之雜訊設定一種小的加權值，且將該相減影像(其 30 pifl 1275042 中已施加該加權值）加至該邊緣調整代表值。 查次3:·如申凊專利範圍第2項所述之從輸入影像之數位動 旦貝，料移除雜訊的方法，其中該邊緣調整代表值是該像素 的平均值’且邊散亂值是該像素的偏差值和標準差中之一。 次4、·如申請專利範圍第1項所述之從輸入影像之數位動 ，貧料移除雜訊的方法’其中進行第—次空間濾波操作時 匕含該像素的彩色錯的代表值之計算，且在—局部遮罩 中該彩色成份Cb和Cr之代表值』，n)和㈣，』，n)滿 足 XCb〇,j\^) XCr(Uj,n): 1 I+N j+N 2AaTT Σ J^ycb(kj,n) ] 、+N j+N 2ΑΓΓ7 Σ YjycAkJ.n) ^ 1 k^~N /=/-^ 商·其中N是局部遮罩的大小；i和j是該像素的二維座 才不’ η表不一種框；ycb(k，丨，n)是輸入影像的cb成份；且 yCr (k，1，η)是輸入影像的Q，成份。 —5·如申請專利範圍第2項所述之從輸入影像之數位動 畫資料移除雜訊的方法，其中每—像素的邊緣調整代表值 滿足 i+N j+N >+Ν ι+Ν Σ ； k—i—}\f 丨=j—N 七./卞π YJw{kJ,n)k Έ Hw(kJ，n)yy(i + k，j + I，n)， NI=j~N 通.其l_N疋局部遮罩的大小；i和j是該像素的二維座 祆表不種框’外匕上幻是輸入影像的亮度成份；W(k, l，n)是邊緣調整加權值，其用來決定該座標丨和]上的像素 以及該局部遮罩内的周圍像素是否在以該邊緣為基準的同 一個領域中。 31 Ι275〇423ριη 查一 6.如申睛專利範圍第5項所述之從輸入影像之數位動 =貝料移除雜訊的方法，其中邊緣調整加權值w (k,丨，⑴ ^與座標j)上的中央像素和周圍像素之間的亮度差成反 且备6亥一像素之間的亮度差大於雜訊調整邊緣門限值 ^亥攻緣凋整加權值W(k，l，n)等於0 ;且該雜訊調整邊緣 γ 由一種在一預定的範圍中與該雜訊的大小成比例的 函數來決定。 如巾睛專利範11第5項所述之從輸人影像之數位動 3料移除雜訊的方法，其中邊緣調整加權值W (k，L η) 1 Jf W(Khi) /(〜2) C 2 c ，中A是座標(i，j)上的像素和周圍像素之間 ，△之/(%2) 且滿足△ S(\yy(hj\n)^yY (7 + yt5 / 的亮度差 數；-抽二'AM幻是等於1或大於1的常 調遞增函^％增函數；且雜訊調整邊緣門限值是單 位動或7項所述之從輸入影像之數 滿足 、 纟方去，其中所估計之影像之散亂值 °\乂】，』，丨1 丫二 g .ί+Ν Σ fw{kJ 77),Σ ^丨，丨=卜n ) 其中N是局部遮罩的大小；i和j是該像素的二維座 32 3pif] 12750似 標 * jq i _ 權值W ΓΐΤ i種1匡，'、以㈤2是對yY(i，j，n)施加邊緣調整加 7 (/y /7p5 Π)呀之偏差值，W(1(，丨，卬是邊緣調整加權值； 疋邊緣調整代表值。 晝第:項所述之從輸入影像之數位動 ^〜^隹汛的方法，其中該相減影像滿足 八…岭少“仏)。 動晝資^移2項所述之從輸入影像之數位 法，其中該加權值滿足 % 0*5.Λ/^~~~ ° 影 動晝2項所叙從輸人影像之數位 像時之“ ：δίι的方法，其中設定該加權值至該相減 少Ϊ (h j\n): 足 且知该相減影像加至該遭緣調整代表值時之步】 驟滿 Ά,λπΫ 12·—種從數位 括： 動晝資料移除雜訊的方法，本方法包 間之各像素之亮度成份γ上進行第-次空 _ =邊輪入影像之各像素之彩色成份Cb和Cr上進# g —欠空間濾波操L 上進仃弟 I275〇423Pifi 在生嶋波操作之各別所得到的結果之值χγ(ί，上中 Xcb I」，⑴和W1，j，n)上進行日Him波操作。 寸利範圍第12項所述之從數位動畫資料移 除雜汛的方法，其中更包含： 偵測各框之間的螢幕變化； 估計各框之間的廣域移動； 斗j者母—像素的廣域移動軌跡在時間上相鄰的框之間 。十4雜訊VarnT的相對大小；
    乐一加杻值(Wi(i，j，k))，以偵測該影像中每一像 素的焭度成份的移動；以及 丰算第二加權值(Wc(i，j，k))，以偵測該影像中每一像 素的彩色成份的移動。 請專利範圍第13項所述之從數位動晝資料移 示才afl幻方去’其中雜訊VarnT的相對大小滿足 ηΤ
    Var
    其中1和j是該像素的二維座標；n表示一種框；mv :叫是廣域移動向量成份；处]是單調遞增函數丨當 :Ζ’Λ‘Λν(/ι、’" —〜卜咄之值大於該門限值ηΤ時，Nij之 疋1且當g小於該門限值nT時，Nij之值是〇。 如申睛專利範圍第13項所述之從數位動晝資料移 二f訊的方法，其中偵測該影像中每一像素之亮度成份之 夕力所用的加權值w丨(i,j，k)滿足 34 I275〇4^pifl \^i~fi(VarnT)} fj(V^nT C】 f 丨(J〇~ Jf δ7( fi(Yarn MV叭T) C； C丨 ητ) L{Varnr) ^j)fj{Varnl 、 /J I \r nr J 且偵測該影像中每一像素之彩色成份之移動所用的加 權值wc(i5 j，k)滿足 σ fc(Y^rnT) WcVj，k) 其中 Cr W"7.) fc(VarnT)~- 0 ^c)fc{Varnl Δ/ ^txY (/, 7, n) ~ XY (/ - 777v 5 j - mh ? n _ △c=，(/"，,7)- f)是任意的單調遞增函數；Q* Cc是大於i的常數；每 一亮度門限值f1(.)和彩色門限值fc(.)都是單調遞增函數。 16·如申請專利範圍第12項所述之從數位動晝資料移 除=訊的方法，其中更包含：在—㈣未包含螢幕變化的 框中對各框進行時間濾波操作，其以移動偵測為主且對廣 域移動作婦以及使用：雜訊的姆大小；—種加權值’，、 翻該影像中彩色成份之移動；以及—種正規化用 、^偵測該亮度成份之移動所用的加權值是與各像素之間 成反比，且當該亮度差大於—預定的亮度移動門 ^ 加柘值等於〇，該亮度移動門限值由一種在一預 疋勺範圍中與忒雜訊的大小成比例的函數來決定；以及 35 3pifJ 12750总 偵測該彩色成份之移動所用的加權值當像素之間的彩 色差大於一預定的彩色移動門限值時等於〇，該彩色移動 門限值由一種在一預定的範圍中與該雜訊的大小成比例的 函數來決定。 17·如申明專利範圍第16項所述之從數位動晝資料移 除雜訊的方法]，其中進行時間濾波操作時之步驟滿足： 夕一：、h·)是時間濾、波之結果，· ws(k)是未包括螢幕變化 對各框作遽波用的加權值；m以口叫是第 數。 之間廣域移動之向量成份；Z是正規化用的常 括：18·—種從數位動晝資料移除雜訊的方法，本方法包 途波像素中對亮度成份和彩色成份進行第一次空間 包括次空間遽波操作，其 測為所得結果之資料以移動偵 除雜=^=^8顧述·位_料移 f其中進购間濾波操作時之步驟包括· 在母―像素中藉由仙各個沿著廣域移動執=移動 36 I27504293Pif, 來估計雜訊的相對大小； 計算一種加權值，其用來偵、測該影像中每一像素的亮 度成份的移動； 計算一種加權值，其用來4貞測該影像中每一像素的彩 色成份的移動；以及 在一系列未包含螢幕變化的框中對各框進行時間濾波 操作以濾出各框，對廣域移動作補償以及使用：雜訊的相 對大小；一種加權值，其用來偵測該影像中之亮度成份； 以及一種加權值，其用來偵測該影像中之彩色成份。 20.如申請專利範圍第18項所述之從數位動晝資料移 除雜訊的方法，其中更包括保留該影像中的邊緣所需的步 驟： 使用一預定的雜訊調整邊緣門限值來計算每一像素的 邊緣調整代表值； 使用一預定的雜訊調整加權值和該邊緣調整代表值來 估計該影像的散亂值，該預定的雜訊調整加權值使用該雜 訊調整邊緣門限值來產生； 獲得一種相減影像，該邊緣調整代表值和一輸入影像; 比較該影像的散IL值和該雜訊成份的散IL值以計算出 一種加權值，且施加該加權值至該相減值；以及 將該相減影像（其中已施加各加權值)加至邊緣調整代 表值， 其中該代表值是一種平均值，該散亂值是一種偏差值 或標準是。
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