TWI441511B - 視訊信號之雜訊偵測方法及裝置 - Google Patents

Description

視訊信號之雜訊偵測方法及裝置

本發明是有關於一種視訊信號處理技術，特別是指一種視訊信號的雜訊偵測方法及裝置。

一般而言，雜訊偵測被廣泛地使用於視訊處理流程中，在對一視訊信號進行雜訊偵測後，其雜訊偵測結果可作為後續之視訊處理的依據。其中該視訊信號包含複數圖框(Frame)。

若後續之視訊處理為一雜訊降低處理，則可對於有雜訊信號的圖框進行雜訊降低濾波(Noise Reduction Filtering)，以提昇視訊品質。

若後續之視訊處理為一視訊編碼處理，則雜訊偵測結果可作為編碼位元配置(Bit－allocation)之依據。通常視訊編碼是在固定的位元率(Bit Rate)下，分配給每個圖框適當的位元數，以獲得較佳視訊品質。由於在有雜訊信號的圖框上，分配位元數之多寡對於整體視訊品質影響不大，所以可分配較少的位元數給有雜訊信號的圖框；相對地，就可以分配較多的位元數在沒有雜訊信號的圖框。

習知的雜訊偵測方法，如美國專利公告號US6,784,944及US7,139,035中所揭露，主要是用空間域(Spatial Domain)的資訊進行雜訊偵測，但是僅用空間域的資訊非常容易造成誤判。因為一般影像的特性是低頻成分較高頻多，高頻成分的多寡往往是空間域雜訊偵測的依據。所以當視訊中某一圖框本身高頻成分較多時，單用空間域的資訊就很可能有誤判產生。

故有必要尋求一解決之道，以解決僅用空間域的資訊所造成雜訊偵測誤判的情形。

因此，本發明之目的，即在提供一種視訊信號的雜訊偵測方法。

於是，本發明視訊信號的雜訊偵測方法是包含下列步驟：根據一目前圖框內之複數個畫素，計算一空間域差異程度；根據該目前圖框之該複數個畫素，與一相鄰圖框之複數個相對應畫素，計算一時間域差異程度；以及根據該空間域差異程度及時間域差異程度中之至少其一，來產生該目前圖框的一雜訊程度。

本發明之另一目的，即在提供一種視訊信號的雜訊偵測裝置。

於是，本發明視訊信號的雜訊偵測裝置包含一空間域雜訊計算電路、一時間域雜訊計算電路，及一雜訊程度計算電路。該空間域雜訊計算電路根據一目前圖框內之複數個畫素，計算一空間域差異程度。該時間域雜訊計算電路根據該目前圖框之該複數個畫素，與一相鄰圖框之複數個相對應畫素，計算一時間域差異程度。該雜訊程度計算電路根據該空間域差異程度及時間域差異程度中之至少其一，來產生該目前圖框的一雜訊程度。

本發明藉由該雜訊程度以判斷該視訊信號是否具有雜訊，並據以進行後續之視訊處理。

請參閱圖1與圖2，本發明視訊信號的雜訊偵測裝置1之較佳實施例係包含一空間域雜訊計算電路11、一時間域(Temporal Domain)雜訊計算單元12，及一雜訊程度計算電路13。該空間域雜訊計算電路11包括一空間域差值計算模組111及一空間域差值加總模組112。該時間域雜訊計算電路12包括一移動向量計算模組121、一時間域差值計算模組122，及一時間域差值加總模組123。該雜訊程度計算電路13包括一權重決定單元131。

該雜訊偵測裝置1接收一視訊信號3以進行雜訊偵測，其中該視訊信號3包含複數圖框31，每一圖框31包含複數畫素(Pixel)311，每一畫素311具有一畫素值(Pixel Value)。為了以下說明方便，將該等圖框31中，目前正在處理者稱為一目前圖框，而與該目前圖框相鄰者稱為一相鄰圖框。

該空間域雜訊計算電路11用於根據該目前圖框內之畫素值，計算一空間域差異程度。該時間域雜訊計算電路12用於根據該目前圖框內之畫素值，與該相鄰圖框之畫素值，計算一時間域差異程度。該權重決定單元131用於根據該空間域差異程度及時間域差異程度中之至少兩者其一來決定一空間權重與一時間權重。該雜訊程度計算電路13用於根據該空間域差異程度、時間域差異程度、空間權重與時間權重計算一雜訊程度。該雜訊偵測裝置1用於根據該雜訊程度來判斷並決定出何圖框為一具有雜訊信號的圖框(或稱之為雜訊圖框)。

請參閱圖1、圖3與圖4，本發明視訊信號的雜訊偵測方法之較佳實施例包含下列步驟。

在步驟41中，首先，該空間域雜訊計算電路11將該目前圖框分割為複數區塊(Block)312。繼而，該空間域差值計算模組111針對每一區塊312，求出該區塊312內兩相鄰畫素311的畫素值之差值，並加總該等差值以求得每一區塊312之一空間域區塊差值。最後，該空間域差值加總模組112加總該等空間域區塊差值以求得該空間域差異程度。

請參閱圖1、圖3與圖5，在步驟42中，首先，該時間域雜訊計算電路12將該目前圖框與該相鄰圖框分別分割為類似於圖4之區塊312。繼而，該移動向量計算模組121針對該目前圖框之每一區塊312，進行移動向量(Motion Vector)搜尋，以找出一移動向量(x ,y )；在該相鄰圖框之區塊312中，該移動向量(x ,y )所指的區塊312即為一最近似區塊313。繼而，該時間域差值計算模組122求出該目前圖框之每一區塊312內畫素311與該最近似區塊313內對應畫素311之畫素值的差值，並加總該等差值以求出每一區塊312之一時間域區塊差值，假設該目前圖框之區塊312內某一畫素311之座標為(a ,b )，則該最近似區塊313內對應畫素311之座標為(a ＋x ,b ＋y )。最後，該時間域差值加總模組123加總該等時間域區塊差值以求得該時間域差異程度。

在步驟43中，該權重決定單元131根據該空間域差異程度及時間域差異程度中之至少其一來決定該空間權重與時間權重。例如，當該空間域差異程度與該時間域差異程度的其一的差異程度過大(例如，大於一臨界值)時，可無須考量該空間域差異程度與該時間域差異程度的另一，即可決定出該空間權重與時間權重；反之，當該空間域差異程度與該時間域差異程度的差異程度皆未過大時，可考量該空間域差異程度與該時間域差異程度，以決定出該空間權重與時間權重。為簡化複雜度，可將該空間權重與時間權重的數值設定為數個定值，例如：該目前圖框之多數區塊312皆找不到其最近似區塊313，則表示該目前圖框與相鄰圖框間差異過大(可能為換景(Scene Change))，故將該時間權重設為0，而該空間權重設為1；該目前圖框與相鄰圖框間之差異不被認定為換景時，可將該時間權重與該空間權重設定為0.5。其中該空間權重與時間權重的數值係位於0與1之間，該空間權重與時間權重之和為1。

在步驟44中，該雜訊程度計算電路13先分別求出該空間域差異程度與該空間權重之乘積，及該時間域差異程度與該時間權重之乘積；再將上述乘積相加以求出該目前圖框的雜訊程度。

在步驟45中，該雜訊偵測裝置1用於進行以下判斷：若該目前圖框的雜訊程度大於預設之一雜訊臨界值，則判斷該目前圖框為雜訊圖框。

在經過上述步驟41~45之處理後，一後端處理單元2即可根據雜訊偵測的結果，進行對應之後續處理。例如，該後端處理單元2可用於對雜訊圖框進行雜訊降低濾波，以提昇該雜訊圖框之影像品質。該後端處理單元2亦可用於視訊編碼處理之位元配置，即分配較少位元數給雜訊圖框，並分配較多的位元數給其他沒有雜訊信號的圖框，以提昇整體視訊品質。

歸納上述，藉由整合空間域及時間域的資訊進行雜訊偵測，可解決僅用空間域的資訊所造成誤判的情形，的確可以達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

1．．．雜訊偵測裝置

2．．．後端處理單元

3．．．視訊信號

11．．．空間域雜訊計算電路

12．．．時間域雜訊計算電路

13．．．雜訊程度計算電路

31．．．圖框

41~45．．．步驟

111．．．空間域差值計算模組

112．．．空間域差值加總模組

121．．．移動向量計算模組

122．．．時間域差值計算模組

123．．．時間域差值加總模組

131．．．權重決定單元

311．．．畫素

312．．．區塊

313．．．最近似區塊

圖1是一方塊圖，說明本發明視訊信號的雜訊偵測裝置之較佳實施例及一後端處理單元；圖2是一示意圖，說明一視訊信號；圖3是一流程圖，說明本發明視訊信號的雜訊偵測方法之較佳實施例；圖4是一示意圖，說明一目前圖框；及圖5是一示意圖，說明該目前圖框及與其相鄰之一相鄰圖框。

1．．．雜訊偵測裝置

2．．．後端處理單元

11．．．空間域雜訊計算電路

12．．．時間域雜訊計算電路

13．．．雜訊程度計算電路

111．．．空間域差值計算模組

112．．．空間域差值加總模組

121．．．移動向量計算模組

122．．．時間域差值計算模組

123．．．時間域差值加總模組

131．．．權重決定單元

Claims (16)

1. 一種視訊信號之雜訊偵測方法，該方法包含：根據一目前圖框內之複數個畫素中相鄰畫素的畫素值，計算一空間域差異程度；根據該目前圖框之該複數個畫素，與一相鄰圖框之複數個相對應畫素，計算一時間域差異程度；根據該空間域差異程度及該時間域差異程度以決定一空間權重與一時間權重；以及使用該空間權重與該時間權重來對該空間域差異程度及該時間域差異程度進行加權計算，以產生該目前圖框的一雜訊程度。
2. 依據第1項所述之方法，其中當該時間域差異程度大於一臨界值時，則該空間權重大於該時間權重。
3. 依據第1項所述之方法，其中當該時間域差異程度大於一臨界值時，則該空間權重為1，該時間權重為0。
4. 依據第1項所述之方法，其中將該空間域差異程度與該空間權重之乘積，加上該時間域差異程度與該時間權重之乘積，以求出該雜訊程度。
5. 依據第1項所述之方法，其中該空間域差異程度之計算方式為：將該目前圖框分割為複數區塊，針對每一區塊求出一空間域區塊差值，並加總該等空間域區塊差值以求得該空間域差異程度。
6. 依據第1項所述之方法，其中該時間域差異程度之計算方式為：將該目前圖框與該相鄰圖框分別分割為複數區 塊，針對該目前圖框之每一區塊找出該相鄰圖框之區塊中一最近似區塊，並求出該目前圖框之每一區塊的一時間域區塊差值，且加總該等時間域區塊差值以求得該時間域差異程度。
7. 依據第6項所述之方法，其中每一時間域區塊差值之計算方式為：求出該目前圖框之每一區塊內畫素與其最近似區塊內對應畫素間的差值，並加總該等差值以求出每一時間域區塊差值。
8. 一種視訊信號之雜訊偵測裝置，該裝置包含：一空間域雜訊計算電路，用於根據一目前圖框內之複數個畫素中相鄰畫素的畫素值，計算一空間域差異程度；一時間域雜訊計算電路，用於根據該目前圖框之該複數個畫素，與一相鄰圖框之複數個相對應畫素，計算一時間域差異程度；以及一雜訊程度計算電路，用於根據該空間域差異程度及該時間域差異程度以決定一空間權重與一時間權重，並使用該空間權重與該時間權重來對該空間域差異程度及該時間域差異程度進行加權計算，以產生該目前圖框的一雜訊程度。
9. 依據第8項所述之裝置，其中當該時間域差異程度大於一臨界值時，則該空間權重大於該時間權重。
10. 依據第8項所述之裝置，其中當該時間域差異程度大於一臨界值時，則該空間權重為1，該時間權重為0。
11. 依據第8項所述之裝置，其中該雜訊程度計算電路將該空間域差異程度與該空間權重之乘積，加上該時間域差異程度與該時間權重之乘積，以求出該雜訊程度。
12. 依據第8項所述之裝置，其中該空間域雜訊計算電路更包括：一空間域差值計算模組，係將該目前圖框分割為複數區塊，並針對每一區塊求出一空間域區塊差值；以及一空間域差值加總模組，係用以加總該等空間域區塊差值，以求得該空間域差異程度。
13. 依據第12項所述之裝置，其中該空間域區塊差值係為該些區塊內兩相鄰畫素間的差值的加總。
14. 依據第8項所述之裝置，其中該時間域雜訊計算電路更包括：一移動向量計算模組，係將該目前圖框與該相鄰圖框分別分割為複數區塊，並針對該目前圖框之每一區塊找出該相鄰圖框之區塊中一最近似區塊；一時間域差值計算模組，係用於求出該目前圖框之每一區塊的一時間域區塊差值；以及一時間域差值加總模組，係用於加總該等時間域區塊差值，以求得該時間域差異程度。
15. 依據第14項所述之裝置，其中該時間域區塊差值係為該些區塊內畫素與其最近似區塊內對應畫素間的差值的加總。
16. 依據第8項所述之裝置，該雜訊偵測裝置根據該雜訊程 度以及一雜訊臨界值，來判斷該目前圖框是否為一雜訊圖框。