TWI401944B - 用於視訊處理系統之雜訊消除裝置 - Google Patents

Description

用於視訊處理系統之雜訊消除裝置

本發明係指一種用於視訊處理系統之雜訊消除裝置，尤指一種可根據畫面的移動程度，對視訊訊號進行適當的濾波運算，以消除雜訊，改善影像品質，並保持靜態畫面原有清晰度的雜訊消除裝置。

隨著通訊技術及電腦技術的快速演進，影像應用變得越來越多樣化。不論是何種影像應用，簡單來說，其架構可視為由一影像資料源及一播放裝置所組成。影像資料源可以是電腦、DVD播放器、有線或無線電視訊號發射站、電視遊樂器等各種可輸出視訊訊號的裝置，用以透過有線(纜線)或無線(地面波)傳輸方式，輸出視訊訊號至播放裝置，以顯示影像。在訊號傳輸的過程，訊號或多或少都會受到雜訊或地形、地物等干擾，甚至影像資料源或播放裝置在處理視訊訊號時，亦會因電路瑕疵或環境(如溫、濕度)等的影響，造成視訊訊號夾雜無法分析的雜訊成份，影響播放裝置所輸出的影像品質。

因此，本發明之主要目的即在於提供一種用於一視訊處理系統之雜訊消除裝置。

本發明揭露一種用於一視訊處理系統之雜訊消除裝置，包含有一接收端，用來接收一視訊訊號；一三維濾波單元，用來根據一移動估測值來調整一濾波係數，並對該視訊與一先前濾波結果進行濾波，以產生一當前濾波結果；一動態偵測單元，用來比較該先前濾波結果及該接收端所接收之該視訊訊號，以根據一先前移動係數，產生一當前移動係數及該移動估測值；一記憶單元，用來接收該三維濾波單元所輸出之該當前濾波結果及該動態偵測單元所輸出之該當前移動係數，以儲存為該先前濾波結果及該先前移動係數；以及一輸出端，用來輸出該三維濾波單元所產生之該當前濾波結果。

請參考第1圖，第1圖為本發明實施例一雜訊消除裝置10之功能方塊圖。雜訊消除裝置10用於一視訊處理系統中消除三維雜訊，其包含一接收端100、一三維濾波單元102、一動態偵測單元104、一記憶單元106及一輸出端108。雜訊消除裝置10透過接收端100接收當前畫面的視訊訊號x(n)，經過三維濾波單元102、動態偵測單元104及記憶單元106的處理後，由輸出端108輸出濾波結果y(n)。在第1圖中，y(n)表示當前畫面的濾波結果，而y(n－1)則表示先前畫面的濾波結果；mf(n)表示當前畫面的移動係數，而mf(n－1)則表示先前畫面的移動係數；此外，k表示一移動估測值，詳細定義於後說明。其中，移動係數與移動估測值與視訊訊號x(n)所對應之畫面的移動程度正相關，即畫面的動態程度越明顯時，移動係數mf(n)越大，k值越大。

記憶單元106用來儲存濾波結果y(n)及對應的移動係數mf(n)，經過適當延遲後，待下一畫面時再輸出至三維濾波單元102及動態偵測單元104。動態偵測單元104用以判斷當前畫面的動態程度，其係透過比較濾波結果y(n－1)及視訊訊號x(n)，並根據先前畫面的移動係數mf(n－1)，產生當前畫面的移動係數mf(n)及移動估測值k。根據移動估測值k及濾波結果y(n－1)，三維濾波單元102可對視訊訊號x(n)進行適當濾波，以產生濾波結果y(n)；較佳地，當畫面為動態時，三維濾波單元102對視訊訊號x(n)進行二維低通濾波運算，而當畫面為靜態時，對視訊訊號x(n)進行無限脈衝響應(Infinite Impulse Response，IIR)運算。換句話說，動態偵測單元104可判斷畫面的動態程度，而三維濾波單元102則根據畫面的動態程度對視訊訊號x(n)進行適當的濾波。如此一來，雜訊消除裝置10除可有效的消除雜訊，改善影像的品質，又可保持靜態畫面原有的清晰度。

簡單來說，記憶單元106係儲存先前畫面的濾波結果及移動係數，而三維濾波單元102及動態偵測單元104則可根據記憶單元106所儲存之濾波結果及移動係數，判斷畫面的移動程度，以對視訊訊號x(n)進行適當的濾波，產生當前畫面的濾波結果及移動係數。在此情形下，雜訊消除裝置10可根據畫面的移動程度，對視訊訊號x(n)進行適當的濾波運算，除可有效的消除雜訊，改善影像的品質，又可以保持靜態畫面原有的清晰度。特別注意的是，第1圖僅為雜訊消除裝置10的功能方塊圖，凡能實現三維濾波單元102、動態偵測單元104及記憶單元106之電路或裝置等皆適用於本發明，且各元件間之訊號連結線的數量、種類、型式等亦不限於圖中所示之例。

舉例來說，請參考第2圖，第2圖為一三維濾波單元20之示意圖。三維濾波單元20用來實現第1圖中三維濾波單元102，其包含有一二維低通濾波器200、一第一訊號混合器202及一第二訊號混合器204。二維低通濾波器200耦接於接收端100，用來對視訊訊號x(n)進行二維低通濾波，以輸出一二維低通濾波結果x₁ (n)。第一訊號混合器202由乘法器206、208及一加法器210所組成，用來根據移動估測值k，調整二維低通濾波結果x₁ (n)及視訊訊號x(n)之權重，以產生一混合訊號x₂ (n)，其關係為x₂ (n)＝k * x₁ (n)＋(1－k)* x(n)。第二訊號混合器204由乘法器212、214及一加法器216所組成，用來根據移動估測值k，調整先前之濾波結果y(n－1)及混合訊號x2(n)之權重，以產生當前濾波結果y(n)，其關係為y(n)＝k * x₂ (n)＋(1－k)* y(n－1)。因此，當畫面為動態時，k值越大，y(n)趨近於x₂ (n)，且x₂ (n)趨近於x₁ (n)，亦即濾波結果y(n)趨近於二維低通濾波器200的二維低通濾波結果x₁ (n)。相反地，當畫面為靜態時，k值越小，y(n)趨近於(k * x(n)＋(1－k)y(n－1))，即為視訊訊號x(n)與先前濾波結果y(n－1)的混合，可視為無限脈衝響應濾波結果。

因此，根據畫面的動態程度，三維濾波單元20可調整濾波方式，以提升動態畫面的品質，並保持靜態畫面原有的清晰度。

請參考第3圖，第3圖為一動態偵測單元30之示意圖。動態偵測單元30用來實現第1圖中動態偵測單元104，其包含有一比較單元300、一運算單元302、一移動估測值決定單元304、一低通濾波器306及一擴展器308。比較單元300用來比較視訊訊號x(n)與先前濾波結果y(n－1)，其係由一減法器310及一絕對值運算器312所組成。比較單元300所輸出的比較結果會經過低通濾波器306濾除高頻部分使畫面更圓滑，並經過擴展器308擴大範圍後，輸出訊號cmf至運算單元302。特別注意的是，在此例中，低通濾波器306及擴展器308係加強動態偵測單元30所輸出之移動係數mf(n)及移動估測值k的準確度，即使不使用低通濾波器306及擴展器308亦能達成相同目的。運算單元302可對訊號cmf及先前之移動係數mf(n－1)進行一運算方程式，以輸出當前移動係數mf(n)。在此例中，運算單元302由一衰減器314及一最大值選擇器316所組成，其所對應的運算方程式為mf(n)＝max(a*mf(n－1),cmf)，其中，a表示衰減器314的衰減參數。移動估測值決定單元304則根據當前移動係數mf(n)，依據特定規則輸出移動估測值k。

特別注意的是，第3圖之動態偵測單元30僅為實現第1圖中動態偵測單元104之一實施例，本領域具通常知識者當可做適當之變化而不限於第3圖所示之例。例如，估測值決定單元304可以第4圖所示之一查詢表實現；當移動係數mf(n)大於一臨限值th2時，移動估測值k為1，當移動係數mf(n)小於一臨限值th1時，移動估測值k為k1，而當移動係數mf(n)介於臨限值th1與臨限值th2之間，則移動估測值k為1與k1的線性內插的結果。

在本發明之較佳實施例中，雜訊消除裝置10係根據前一畫面的濾波結果及移動係數，產生當前畫面的濾波結果及移動係數。在此情形下，記憶單元106係儲存一畫面的濾波結果及移動係數。當然，本發明亦可根據先前數個畫面的濾波結果及移動係數，產生當前畫面的濾波結果及移動係數。舉例來說，請參考第5圖，第5圖為本發明實施例一雜訊消除裝置50之功能方塊圖。雜訊消除裝置50可根據先前數個畫面的濾波結果及移動係數，產生當前畫面的濾波結果及移動係數，其運作方式及架構類似於第1圖之雜訊消除裝置10，不再贅述。在第5圖中，雜訊消除裝置50的記憶單元506係由複數個子記憶單元所組成，每一子記憶單元可儲存一畫面的濾波結果及移動係數。如此一來，雜訊消除裝置50可根據先前數個畫面的濾波結果y(m)~y(n－1)及移動係數mf(m)~mf(n－1)，產生當前畫面的濾波結果y(n)及移動係數mf(n)。

綜上所述，本發明係根據畫面的移動程度，對視訊訊號進行適當的濾波運算，除可有效的消除雜訊，改善影像的品質，又可保持靜態畫面原有的清晰度。

以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

10、50．．．雜訊消除裝置

100．．．接收端

102、20．．．三維濾波單元

104、30．．．動態偵測單元

106、506．．．記憶單元

108．．．輸出端

x(n)．．．視訊訊號

y(n)、y(m)~y(n－1)．．．濾波結果

mf(n)、mf(m)~mf(n－1)．．．移動係數

k．．．移動估測值

200．．．二維低通濾波器

202．．．第一訊號混合器

204．．．第二訊號混合器

206、208、212、214．．．乘法器

210、216．．．加法器

300．．．比較單元

302．．．運算單元

304．．．移動估測值決定單元

306．．．低通濾波器

308．．．擴展器

x₁ (n)．．．二維低通濾波結果

x2(n)．．．混合訊號

cmf．．．訊號

第1圖為本發明實施例一雜訊消除裝置之功能方塊圖。

第2圖為一三維濾波單元之示意圖。

第3圖為一動態偵測單元之示意圖。

第4圖為一估測值決定單元之示意圖。

第5圖為本發明實施例一雜訊消除裝置之功能方塊圖。

10．．．雜訊消除裝置

100．．．接收端

102．．．三維濾波單元

104．．．動態偵測單元

106．．．記憶單元

108．．．輸出端

x(n)．．．視訊訊號

y(n)、y(n－1)．．．濾波結果

mf(n)、mf(n－1)．．．移動係數

k．．．移動估測值

Claims (19)

1. 一種用於一視訊處理系統之雜訊消除裝置，包含有：一接收端，用來接收一視訊訊號；一三維濾波單元，用來根據一移動估測值來調整一濾波係數，並對該視訊訊號與一先前濾波結果進行濾波，以產生一當前濾波結果；一動態偵測單元，用來比較該先前濾波結果及該接收端所接收之該視訊訊號，以根據一先前移動係數，產生一當前移動係數及該移動估測值；一記憶單元，用來接收該三維濾波單元所輸出之該當前濾波結果及該動態偵測單元所輸出之該當前移動係數，以儲存為該先前濾波結果及該先前移動係數；以及一輸出端，用來輸出該三維濾波單元所產生之該當前濾波結果。
2. 如請求項1所述之雜訊消除裝置，其中該三維濾波單元包含有：一二維低通濾波器，耦接於該接收端，用來對該視訊訊號進行二維低通濾波，以輸出一二維低通濾波結果；一第一訊號混合器，耦接於該接收端及該二維低通濾波器，用來根據該移動估測值，調整該二維低通濾波結果及該視訊訊號之權重，以產生一混合訊號；以及一第二訊號混合器，耦接於該記憶單元及該第一訊號混合器，用來根據該移動估測值，調整該先前濾波結果及該混合訊號之權重，以產生該當前濾波結果。
3. 如請求項2所述之雜訊消除裝置，其中該第一訊號混合器係於該移動估測值較大時，增加該二維低通濾波結果之權重，及於該移動估測值較小時，降低該二維低通濾波結果之權重。
4. 如請求項2所述之雜訊消除裝置，其中該第一訊號混合器包含有：一第一乘法器，耦接於該二維低通濾波器，用來計算該二維低通濾波結果與該移動估測值之乘法結果，以產生一第一乘法結果；一第二乘法器，耦接於該接收端，用來計算該視訊訊號與該移動估測值之補數的乘法結果，以產生一第二乘法結果；以及一加法器，耦接於該第一乘法器及該第二乘法器，用來累加該第一乘法結果及該第二乘法結果，以產生該混合訊號。
5. 如請求項4所述之雜訊消除裝置，其中該移動估測值之補數係為1與該移動估測值之差。
6. 如請求項2所述之雜訊消除裝置，其中該第二訊號混合器係於該移動估測值較大時，增加該混合訊號之權重，及於該移動估測值較小時，降低該混合訊號之權重。
7. 如請求項2所述之雜訊消除裝置，其中該第二訊號混合器包含有：一第一乘法器，耦接於該第一訊號混合器，用來計算該混合訊號與該移動估測值之乘法結果，以產生一第一乘法結果；一第二乘法器，耦接於該記憶單元，用來計算該視訊訊號與該移動估測值之補數的乘法結果，以產生一第二乘法結果；以及一加法器，耦接於該第一乘法器及該第二乘法器，用來累加該第一乘法結果及該第二乘法結果，以產生該當前濾波結果。
8. 如請求項7所述之雜訊消除裝置，其中該移動估測值之補數係為1與該移動估測值之差。
9. 如請求項1所述之雜訊消除裝置，其中該動態偵測單元包含有：一比較單元，耦接於該接收端及該記憶單元，用來比較該視訊訊號與該記憶單元所儲存之該先前濾波結果，以輸出一比較結果；一運算單元，耦接於該比較單元及該記憶單元，用來根據該記憶單元所儲存之該先前移動係數，對該比較單元所輸出之該比較結果進行一運算方程式，以輸出該當前移動係數；以及一移動估測值決定單元，耦接於該運算單元，用來根據該當前移動係數，輸出該移動估測值。
10. 如請求項9所述之雜訊消除裝置，其中該比較單元包含有：一減法器，耦接於該接收端及該記憶單元，用來計算該視訊訊號與該記憶單元所儲存之該先前濾波結果的差值，以產生一減法結果；以及一絕對值運算器，耦接於該減法器與該運算單元之間，用來計算該減法結果的絕對值，以產生該比較結果。
11. 如請求項9所述之雜訊消除裝置，其中該運算單元包含有：一衰減器，耦接於該記憶單元，用來衰減該記憶單元所儲存之該先前濾波結果，以產生一衰減結果；以及一最大值選擇器，耦接於該衰減器及該比較單元，用來取得該衰減結果與該比較結果的最大值，以產生該當前移動係數。
12. 如請求項9所述之雜訊消除裝置，其中該移動估測值決定單元係一查詢表。
13. 如請求項9所述之雜訊消除裝置，其另包含一低通濾波器，耦接於該比較單元與該運算單元之間，用來計算該比較結果的低通濾波結果。
14. 如請求項9所述之雜訊消除裝置，其另包含一擴展器，耦接於該比較單元與該運算單元之間，用來擴展該比較結果的範圍。
15. 如請求項1所述之雜訊消除裝置，其中該記憶單元係儲存一畫面的濾波結果及移動係數。
16. 如請求項1所述之雜訊消除裝置，其中該記憶單元係儲存複數個畫面的濾波結果及移動係數。
17. 如請求項16所述之雜訊消除裝置，其中該記憶單元包含有：一訊號接收端，用來接收該當前濾波結果及該當前移動係數；一訊號輸出端，用來輸出該先前濾波結果及該先前移動係數；以及一序列子記憶單元，耦接於該訊號接收端與該訊號輸出端之間，該序列子記憶單元之每一子記憶單元用來儲存一畫面的濾波結果及移動係數。
18. 如請求項1所述之雜訊消除裝置，其中該移動估測值與該視訊訊號所對應之畫面的移動程度正相關。
19. 如請求項1所述之雜訊消除裝置，其中該移動係數與該視訊訊號所對應之畫面的移動程度正相關。