CN101321234A - 一种基于运动检测对视频图像进行滤波的控制装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种在数字视频处理设备中对视频图像进行滤波处理的控制方法，通过运动搜索方式确定当前帧视频图像的运动状态，并对运动的当前帧进行空域滤波处理。还提供一种用于数字视频处理设备中对视频图像进行滤波处理的控制装置，其包括用于判断当前帧的运动状态的判断装置以及用于当所述当前帧处于运动状态时对当前帧进行空域滤波处理的第一处理装置。该控制装置还可以包括用于当所述当前帧处于运动状态和静止状态之间的临界状态时对当前帧进行空域滤波与时域滤波的混合处理的第二处理装置。还提供一种包括所述控制装置的数字视频处理设备。本发明使得对视频图像的滤波处理过程更加完善，而且有效地减少视频图像的噪声。

Description

一种基于运动检测对视频图像进行滤波的控制装置及方法

技术领域

本发明涉及数字视频图像，具体而言，涉及在数字视频处理设备中对视频图像进行滤波处理以减少噪声的控制方法以及相应的控制装置。

背景技术

近年来，随着数字视频的广泛应用，对视频质量要求越来越高，对降噪滤波算法的效果也提出更高的要求。一个视频序列中所出现的噪声不仅降低了视频质量，而且降低了视频序列的压缩比率。

通常，时域滤波和空域滤波是降噪的常用方法，时域滤波考虑到视频在时间轴上的相关性，滤波的时候利用当前图像和当前图像之前的若干图像的相关性进行滤波；空域滤波是利用当前图像空间上的相关性，在滤波时采用空间上相邻的若干点进行滤波。

对于图像时空域滤波，近年来出现一些相关的研究和方法，例如公开号为6281942、发明名称为“Spatial and Temporal filteringmechanism for digital motion video signals”的美国专利，该专利提出的方法首先以一定的准则对图像进行不同强度的空域滤波，然后再对空域滤波以后的图像根据一定的准则进行不同强度的时域滤波，此方法对噪声小的静止图像序列能获得较好的效果，但难以区分噪声较小的小运动区域和噪声较大的静止区域，适应性较差。又如，发明名称为“视频编码的时域滤波方法”(公开号为CN1770880)的中国专利申请，该专利中利用SAD(绝对差值之和)值将图像划分为静止宏块和运动宏块，对于静止的宏块进行时域滤波，运动的宏块不做处理，该方法计算量小，使用简单，但是对于运动宏块没有处理，并且仅仅使用SAD值来区分运动宏块和静止宏块会带来一定的误判或者漏判。

因此，有必要提出一种解决方案，来对上述处于运动状态的帧(或块)进行滤波处理。

发明内容

针对现有技术中存在的没有对处于运动状态的一帧视频图像或一帧图像中处于运动状态的块进行滤波处理，本发明提出一种对处于运动状态的块或帧进行空域滤波的处理方法，以提高降噪的效果。

根据本发明的一个方面，提供一种在数字视频处理设备中对视频图像进行滤波处理的控制方法，包括步骤：a.判断当前帧的运动状态；b.若当前帧处于运动状态，则对当前帧进行空域滤波处理。

优选地，所述步骤a包括步骤：a1.以块为单位对所述当前帧的亮度分量分别在当前帧的前N帧图像中进行运动搜索，其中N≥1；a2.根据所述运动搜索结果判断所述当前帧的运动状态。

优选地，所述步骤a2包括步骤：a21.分别确定所述当前帧的前N帧图像相对于所述当前帧图像的运动状态，其中N≥1；a22.判断所述前N帧图像中相对于当前帧图像处于静止状态的帧数量是否不小于第三阈值；a23.若所述前N帧图像中相对于当前帧图像处于静止状态的帧数量不小于第三阈值，则确定所述当前帧处于静止状态。

优选地，所述第三阈值为1。

优选地，所述步骤a2还包括步骤：a24.若所述前N帧图像中相对于当前帧图像处于静止状态的帧数量小于第三阈值，则判断所述前N帧图像中相对于当前帧图像处于运动状态和静止状态之间的临界状态的帧数量是否不小于第四阈值；a25.若所述前N帧图像中相对于当前帧图像处于运动状态和静止状态之间的临界状态的帧数量不小于第四阈值，则确定所述当前帧处于运动状态和静止状态之间的临界状态。

优选地，所述第四阈值为1。

优选地，所述步骤a21还包括步骤：i.判断所述当前帧之前第N帧图像与所述当前帧图像相比较，处于运动状态的块占所有块的比例是否不小于第五阈值；ii.若所述处于运动状态的块占所有块的比例不小于第五阈值，则所述当前帧之前第N帧图像与所述当前帧图像相比处于运动状态。

优选地，所述第五阈值为80％。

优选地，所述步骤a21还包括步骤：iii.若所述当前帧之前第N帧图像与所述当前帧图像相比较，处于运动状态的块占所有块的比例小于第五阈值，则判断所述处于运动状态的块占所有块的比例是否不大于第六阈值；iv.若所述处于运动状态的块占所有块的比例是大于第六阈值，则所述当前帧之前第N帧图像与所述当前帧图像相比处于静止状态。

优选地，所述第五阈值为80％，所述第六阈值为0。

优选地，所述步骤a1包括步骤：以块为单位采用SAD最小原则对所述当前帧的亮度分量分别在所述当前帧的前N帧图像中进行运动搜索，其中N≥1。

优选地，上述运动搜索的范围为[-1，1]。

优选地，所述判断当前帧的当前块与所述当前帧之前第N帧的当前块相比较是否处于运动状态的步骤包括如下步骤：判断所述当前帧的当前块的亮度分量的运动矢量是否不为(0，0)或所述当前帧的当前块的亮度分量与所述当前帧之前第N帧的当前块的SAD值是否大于第一阈值；若所述当前帧的当前块的亮度分量的运动矢量不为(0，0)或所述SAD值大于第一阈值，则所述当前块处于运动状态。

优选地，所述第一阈值为192。

优选地，所述判断当前帧的当前块与所述当前帧之前第N帧的当前块相比较是否处于静止状态的步骤还包括如下步骤：判断所述当前帧的当前块的亮度分量的运动矢量是否为(0，0)且所述当前帧的当前块的亮度分量与所述当前帧之前第N帧的当前块的亮度分量SAD值是否小于第二阈值；若所述当前帧的当前块的亮度分量的运动矢量为(0，0)且所述SAD值小于第二阈值，则所述当前块处于静止状态。

优选地，所述第二阈值为160。

优选地，所述对当前帧进行空域滤波处理的步骤可以包括：对当前帧进行十字滤波处理。所述对当前帧进行空域滤波处理的步骤还可以包括：对当前帧进行低通高斯滤波处理。

优选地，所述对当前帧进行时域滤波处理的步骤包括步骤： $Y_i=\frac{1}{L+1}(\underset{k=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Pre}{Y}_k^i+Y_i),$ 其中，Y_i表示所述当前帧当前块的第i个亮度分量，PreY_k ⁱ表示参与时域滤波第K帧图像对应块的第i个亮度分量，L表示当前帧之前参与时域滤波的帧数；以及， ${\mathrm{UV}}_i=\frac{1}{L+1}(\underset{k=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Pre}{\mathrm{UV}}_k^i+{\mathrm{UV}}_i),$ 其中，UV_i表示所述当前帧当前块的第i个色度分量，PreUV_k ⁱ表示参与时域滤波第K帧图像对应块的第i个色度分量，L表示当前帧之前参与时域滤波的帧数。

根据本发明的又一个方面，提供一种用于数字视频处理设备中对视频图像进行滤波处理的控制装置，其中，该装置用于对处于运动状态的帧进行空域滤波处理。

优选地，所述控制装置包括：判断装置，用于判断当前帧的运动状态；以及第一处理装置，用于当所述当前帧处于运动状态时对当前帧进行空域滤波处理。

优选地，所述控制装置还包括：第二处理装置，用于当所述当前帧处于运动状态和静止状态之间的临界状态时对当前帧进行空域滤波与时域滤波的混合处理。

通过本发明提供的控制方法以及控制装置，可以对处于运动状态的一帧图像或一帧图像中处于运动状态的块进行空域滤波处理，从而使得对视频图像的滤波处理过程更加完善，而且可以大大地提高降噪效果。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1示出了根据本发明的一个具体实施方式的，在数字视频处理设备中对视频图像进行滤波处理的控制方法的流程图；

图2示出了根据本发明的第一实施例的，根据当前帧图像与当前帧的前N帧图像进行比较以确定当前帧的运动状态的流程图；

图3示出了根据本发明的第一实施例的，当前帧图像与另一帧图像进行比较以确定当前帧的运动状态的流程图；

图4示出了根据本发明的第一实施例的，当前帧的当前块与另一帧图像的当前块进行比较以确定当前帧的当前块的运动状态的流程图；

图5示出了根据本发明的一个具体实施方式的，一种用于数字视频处理设备中对视频图像进行滤波处理的控制装置的结构示意图；

图6示出了根据本发明的第二实施例的，图5所示控制装置5中的判断装置51的结构示意图；

图7示出了根据本发明的第二实施例的，图6所示判断装置51中的第一判断装置512的结构示意图；

图8示出了根据本发明的第二实施例的，图7所示第一判断装置512中的第一确定装置5121的结构示意图；

图9示出了根据本发明的第二实施例的，图8所示第一确定装置5121中的第四判断装置51211的结构示意图；以及

图10示出了根据本发明的一个具体实施方式的，采用十字滤波方式进行空域滤波的示意图。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的一个具体实施方式的，在数字视频处理设备中对视频图像进行滤波处理的控制方法的流程图。在本实施例中，描述了在数字视频处理设备中对视频图像进行滤波处理的控制方法的整体流程。具体地，首先执行步骤S101，判断当前帧是否处于运动状态，若所述步骤S101的判断结果是肯定的，即当前帧处于运动状态，则进入步骤S102，对当前帧进行空域滤波处理；若所述步骤S101的判断结果是否定的，则进入步骤S103，继续判断当前帧是否处于静止状态，该步骤的目的是为了在所述步骤S101确定所述当前帧不处于运动状态后进一步确定所述当前帧是处于静止状态还是其他状态(例如临界状态)。若所述步骤S103的判断结果是肯定的，即所述当前帧处于静止状态，则执行步骤S104，对当前帧进行时域滤波处理；否则，若所述步骤S103的判断结果是否定的，则进入步骤S105，即对当前帧进行空域滤波和时域滤波的混合处理。具体地，本领域技术人员理解，所述步骤S105可以通过多种方式实现，例如在本实施例中，对当前帧中的处于运动状态的块进行空域滤波，对当前帧中的处于静止状态的块进行时域滤波，在此不予赘述。

参考图1，本领域技术人员可以理解，上述步骤S101、S103都是用来判断所述当前帧的运动状态；相应地，在步骤S102中，若确定当前帧是运动的，则进行空域滤波处理。同时，本领域技术人员也理解，图1所示步骤S101、S102已经构成本发明的一个实施例，即对处于运动状态的帧进行空域滤波处理的实施例。在这样的实施例中，则所述图1所示的其他步骤(例如步骤S103至S105)均可以省略，此时，则不考虑当前帧处于运动状态以外的降噪处理，这是可行的；在一个变化例中，所述步骤S103、S104也可以采用其他方式实现，这并不影响本发明的实质内容。类似地，所述步骤S101、S103和S105也构成本发明的一个实施例，即对当前帧处于临界状态时的降噪处理过程，此时，则所述步骤S104可以省略或者采用其他方式实现，在此不予赘述。

上述图1中步骤S101、S103均判断当前帧图像所处运动状态的情况，本领域技术人员可以理解，当前帧图像必须与其他帧图像进行比较才能确定当前帧的运动状态，否则是没有意义的。例如，可以将当前帧图像与当前帧的上一帧图像进行比较来确定当前帧的运动状态，也可以与当前帧之前的多帧图像一起比较来确定当前帧的运动状态。下面结合当前帧的前N帧图像进行比较的方式来说明如何确定当前帧的运动状态，其中N≥1。具体地，首先执行第一步骤，以块为单位对所述当前帧的亮度分量分别在当前帧的前N帧图像中进行运动搜索，其中N≥1；然后执行第二步骤，根据所述运动搜索结果判断所述当前帧的运动状态。在这样的实施方式中，通过运动搜索的方式分别对当前帧图像与当前帧的前N帧图像中的某一帧图像进行处理，最终确定当前帧的运动状态。

根据本发明的第一实施例，上述第二步骤可以按照图2所示步骤实现。具体地，图2示出了根据本发明的第一实施例的，根据当前帧图像与当前帧的前N帧图像进行比较以确定当前帧的运动状态的流程图。下面，结合图1并参考图2来对此过程详细地描述。首先执行步骤S111，分别确定所述当前帧的前N帧图像相对于所述当前帧图像的运动状态，其中N≥1，本领域技术人员可以理解，这样的过程通过将当前帧分别与所述前N帧图像中的每一帧进行比较处理，从而分别确定所述当前帧的前N帧图像相对于所述当前帧图像的运动状态，例如在一个实施例中，确定前第3、5帧图像相对于当前帧图像是运动的，前第2、4、7帧图像相对于当前帧图像是静止的，而前第1、6帧图像相对于当前帧图像是处于运动状态与静止状态之间的临界状态。而且，当N＝1时，就是将当前帧视频图像与当前帧的上一帧图像进行比较来确定当前帧运动状态的过程。然后进入步骤S112，判断所述前N帧图像中相对于当前帧图像处于静止状态的帧数量是否不小于1(即第一阈值)，若所述步骤S112的判断结果是肯定的，即所述前N帧图像中存在不小于1(第一阈值)帧的图像是静止的，则执行步骤S113，确定当前帧图像相对于所述前N帧图像是静止的，也就是说当前帧图像是静止的。若所述步骤S112的判断结果是否定的，则进入步骤S114，继续判断所述前N帧图像中相对于当前帧图像处于运动状态和静止状态之间的临界状态的帧数量是否不小于1(即第二阈值)，执行此步骤的目的是在所述步骤S112确定当前帧图像不是静止的之后进一步确定当前帧图像是运动的还是处于临界状态。若所述步骤S114的判断结果是肯定的，即所述前N帧图像中存在不小于1(第二阈值)帧图像处于运动状态与静止状态之间的临界状态，则执行步骤S115，确定所述当前帧处于运动状态和静止状态之间的临界状态；相反，若所述步骤S114的判断结果是否定的，则进入步骤S116，确定所述当前帧处于运动状态。

本领域技术人员可以理解，上述步骤S112中的数值1实际表示第一阈值，该阈值可以被预先设定且通过该第一阈值的调整可以控制判断当前帧是否处于静止状态的标准。例如，在一个变化例中，所述第一阈值也可以是2或者其他数值。类似地，所述步骤S114中的数值1实际表示第二阈值，该阈值可以被预先设定且通过该第二阈值的调整与上述第一阈值共同控制判断当前帧是否处于临界状态的标准。这属于本领域技术人员的公知常识，在此不作详细描述。

再参考图2，本领域技术人员可以理解，实际上，上述步骤S111、S112以及S113已经构成本发明的一个实施例，换句话说，在这样的实施例中图2所示其他步骤(步骤S114～S116)可以被省略，此时，则这样的实施例只解决如何确定当前帧是否处于静止状态的技术问题；或者，在这样的实施例中，所述步骤S114～S116也可以使用其他替代步骤作为变化例，例如所述步骤S114的判断标准可以适当地变化，这属于本领域技术人员的公知常识，在此不予赘述。

类似地，本领域技术人员可以理解，图2所示步骤S111至步骤S115也可以单独构成本发明的另一个实施例，在这样的实施例中，图2所述步骤S116可以被省略或者以其他步骤替代，例如可以对步骤S116进一步细化以区别更多的运动状态或者其他状态(例如更复杂的临界状态)，在此不予赘述。

图3示出了根据本发明的第一实施例的，当前帧图像与另一帧图像进行比较以确定当前帧运动状态的流程图。图2描述了通过将当前帧图像与多帧图像进行比较处理以确定当前帧运动状态的过程，其中涉及到将当前帧图像与另一帧图像(例如当前帧的前N帧图像中的某一帧图像)进行比较以确定当前帧运动状态的过程而没有详细地描述，下面参考图2并结合图3对该过程进行描述。

具体地，首先执行步骤S121，判断所述当前帧之前第N帧图像(例如之前第2帧)与所述当前帧图像相比较，处于运动状态的块占所有块的比例是否不小于第三阈值，在此步骤中，将一帧图像划分为多块，然后通过整体地审视每一块所处的运动状态来确定当前帧与另一帧图像相比较后的运动状态。若所述步骤S121的判断结果是肯定的，即当前帧之前的第N帧图像与当前帧图像相比较，处于运动状态的块占所有块的比例不小于第三阈值，则进入步骤S122，确定所述当前帧之前第N帧图像与所述当前帧图像相比处于运动状态；若所述步骤S121的判断结果是否定的，则进入步骤S123，继续判断所述处于运动状态的块占所有块的比例是否不大于第四阈值。本领域技术人员可以理解，执行步骤S123的目的是在确定当前帧图像不处于运动状态后进一步确定其处于临界状态还是静止状态。若所述步骤S123的判断结果是肯定的，即所述处于运动状态的块占所有块的比例不大于第四阈值，则执行步骤S124，确定所述当前帧之前第N帧图像与所述当前帧图像相比处于静止状态；否则，执行步骤S125，确定所述当前帧之前第N帧图像与所述当前帧图像相比处于临界状态。

本领域技术人员可以理解，上述步骤S121中的第三阈值可以被预先设定且通过对该第三阈值的调整可以控制判断当前帧是否处于运动状态的标准。例如，在本实施例中，所述第三阈值可以是80％，即当前帧图像中的80％及80％以上的块与另一帧图像的相应块相比较处于运动状态，则认为当前帧图像与另一帧图像相比处于运动状态。而在一个变化例中，所述第三阈值也可以是其他数值，例如70％，这取决于具体的实施需要，在此不予赘述。类似地，所述步骤S123中的第四阈值也可以被预先设定且通过该第四阈值的调整与上述第三阈值共同控制判断当前帧是否处于静止状态的标准，例如在本实施例中，所述第四阈值可以是0，此时判断静止状态的标准非常严格；而在一个变化例中，所述第四阈值可以是其他数值，例如5％，这取决于具体实施的需要，并不影响本发明的实质内容。这属于本领域技术人员的公知常识，在此不作详细描述。

再参考图3，本领域技术人员可以理解，实际上，上述步骤S121、S122已经构成本发明的一个实施例，换句话说，在这样的实施例中图3所示其他步骤(步骤S123～S125)可以被省略，此时，则这样的实施例只解决如何确定当前帧是否处于运动状态的技术问题；或者，在这样的实施例中，所述步骤S123～S125也可以使用其他替代步骤作为变化例，例如所述步骤S123的判断标准可以适当地变化，这属于本领域技术人员的公知常识，在此不予赘述。类似地，图3所示步骤S121至步骤S124也可以单独构成本发明的另一个实施例，在这样的实施例中，图3所述步骤S125可以被省略或者以其他步骤替代，这属于本领域技术人员的公知常识，在此不予赘述。

图4示出了根据本发明的第一实施例的，当前帧的当前块与另一帧图像的当前块进行比较以确定当前帧的当前块的运动状态的流程图。作为一个重要问题，我们要讨论如何确定当前帧的当前块与另一帧图像的当前块相比处于何种运动状态的过程，这是上述图3中的步骤S121、S123均需要的。下面，参考图3并结合图4具体地描述该过程。首先执行步骤S131，以块为单位采用SAD最小原则对所述当前帧的亮度分量分别在所述当前帧的前N帧图像中进行运动搜索，其中N≥1。由于要对一帧图像中的每一块与另一帧图像中的相应块进行比较，所以将一帧图像划分为若干块后在步骤S131中以块为单位进行运动搜索。本领域技术人员理解，在一个变化例中，所述步骤S131可以适当地变化，例如不是采用SAD原则进行运动搜索，或者采用运动搜索以外的方式进行比较处理，这属于本领域技术人员的公知常识，在此不予赘述。然后，进入步骤S132，判断所述当前帧的当前块的亮度分量的运动矢量是否不为(0，0)，这是判断当前帧的当前块与当前帧的前第N帧图像相比较是否处于运动状态的一个条件。若所述步骤S132的判断结果是肯定的，即当前帧的当前块的亮度分量的运动矢量不为(0，0)，则执行步骤S133，确定所述当前帧的当前块与所述当前帧之前第N帧的当前块相比处于运动状态；若所述步骤S132的判断结果是否定的，则执行步骤S134，继续判断所述当前帧的当前块的亮度分量与所述当前帧之前第N帧的当前块的亮度分量的SAD值是否大于第五阈值，类似地，若所述步骤S134的判断结果是肯定的，同样执行步骤S133，确定所述当前帧的当前块与所述当前帧之前第N帧的当前块相比处于运动状态；若所述步骤S134的判断结果是否定的，则执行步骤S135，继续判断所述当前帧的当前块的亮度分量的运动矢量是否为(0，0)且所述当前帧的当前块的亮度分量与所述当前帧之前第N帧的当前块的亮度分量SAD值是否小于第六阈值。本领域技术人员可以理解，在步骤S135中，是在确定所述当前帧的当前块与所述当前帧之前第N帧的当前块相比不处于运动状态之后进一步确定当前帧的当前块的状态，即判断其处于静止状态还是临界状态。若所述步骤S135的判断结果是肯定的，即所述当前帧的当前块的亮度分量的运动矢量为(0，0)且所述SAD值小于第六阈值，则执行步骤S136，确定所述当前帧的当前块与所述当前帧之前第N帧的当前块相比处于静止状态；否则，若所述步骤S135的判断结果是否定的，则确定所述当前帧的当前块与所述当前帧之前第N帧的当前块相比处于运动状态与静止状态之间的临界状态。

本领域技术人员可以理解，上述步骤S134中的第五阈值可以被预先设定且通过对该第五阈值的调整可以控制判断当前帧是否处于运动状态的标准。例如，在本实施例中，所述第五阈值可以是192。而在一个变化例中，所述第五阈值也可以是其他数值，在此不予赘述。类似地，所述步骤S135中的第六阈值也可以被预先设定且通过该第六阈值的调整可以控制判断当前帧是否处于静止状态的标准，例如在本实施例中，所述第六阈值为160，这属于本领域技术人员的公知常识，在此不作详细描述。

再参考图4，本领域技术人员可以理解，实际上，上述步骤S131～S134构成本发明的一个实施例，即用于判断当前帧的当前块与所述当前帧之前第N帧的当前块相比较是否处于运动状态的实施例。类似地，所述步骤S135、S136也可以构成本发明的一个实施例，即用于判断当前帧的当前块与所述当前帧之前第N帧的当前块相比较是否处于静止状态的实施例。这属于本领域技术人员的公知常识，在此不予赘述。

图5示出了根据本发明的一个具体实施方式的，一种用于数字视频处理设备中对视频图像进行滤波处理的控制装置的结构示意图。具体地，在本实施例中，所述控制装置5用于对处于运动状态的帧进行空域滤波处理。该控制装置5包括判断装置51、第一处理装置52以及第二处理装置53，其中，所述判断装置51分别与第一处理装置52以及第二处理装置53相连接。具体地，所述判断装置51用于判断当前帧的运动状态；所述第一处理装置52用于当所述当前帧处于运动状态时对当前帧进行空域滤波处理；所述第二处理装置53用于当所述当前帧处于运动状态和静止状态之间的临界状态时对当前帧进行空域滤波与时域滤波的混合处理，例如在本实施例中，对当前帧中的处于运动状态的块进行空域滤波，对当前帧中的处于静止状态的块进行时域滤波；而在一个变化例中，也可以采取其他滤波方式或多种滤波方式的组合对当前帧进行滤波操作，这取决于具体实现的需要，并不影响本发明的实质内容。

本领域技术人员可以理解，在图5所示实施例的一个变化例中，所述第二处理装置53可以省略，在这样的变化例中，仅实现对处于运动状态的帧进行空域滤波处理的实施例，不考虑当前帧处于运动状态以外的降噪处理，这是可行的。在又一个变化例中，则所述第二处理装置53也可以采用其他方式实现，这并不影响本发明的实质内容。

再参考图5，在另一个变化例中，所述控制装置5还可以包括第三处理装置(图5中未示出)，其用于当前帧处于静止状态时对当前帧进行时域滤波处理，这是本领域技术人员结合现有技术以及上述对本发明的实施例、变化例的描述可以实现的，在此不予赘述。

图6示出了根据本发明的第二实施例的，图5所示控制装置5中的判断装置51的结构示意图。具体地，在本实施例中，所述判断装置51包括运动搜索装置511以及第一判断装置512，该两个装置互相连接。其中，所述运动搜索装置511用于以块为单位对所述当前帧的亮度分量分别在当前帧的前N帧图像中进行运动搜索，其中N≥1，可以理解，当N＝1时，就是将当前帧视频图像与当前帧的上一帧图像进行比较来确定当前帧运动状态；所述第一判断装置512用于根据所述运动搜索结果判断所述当前帧的运动状态。具体地，在本实施例中，所述运动搜索装置511还包括第一搜索装置5111，其用于以块为单位采用SAD最小原则对所述当前帧的亮度分量分别在所述当前帧的前N帧图像中进行运动搜索。在本实施例中，通过运动搜索的方式分别对当前帧图像与当前帧的前N帧图像中的某一帧图像进行处理，最终确定当前帧的运动状态，例如所述运动搜索的范围为[-1，1]。

本领域技术人员可以理解，由于要对一帧图像中的每一块与另一帧图像中的相应块进行比较，所以将一帧图像划分为若干块后所述第一搜索装置5111以块为单位进行运动搜索，当然，所述将一帧图像划分为若干块的工作也可以由所述第一搜索装置5111完成。本领域技术人员理解，在一个变化例中，所述第一搜索装置5111可以适当地变化，例如不是采用SAD原则进行运动搜索，或者采用运动搜索以外的方式进行比较处理，这属于本领域技术人员的公知常识，在此不予赘述。

图7示出了根据本发明的第二实施例的，图6所示判断装置51中的第一判断装置512的结构示意图。下面参考图6并结合图7对所述第一判断装置512的结构进行描述。具体地，在本实施例中，所述第一判断装置512包括第一确定装置5121、第二判断装置5122以及第二确定装置5123，其中，所述第二判断装置5122分别与第一确定装置5121以及第二确定装置5123相连接。具体地，所述第一确定装置5121用于分别确定所述当前帧的前N帧图像相对于所述当前帧图像的运动状态，其中N≥1；所述第二判断装置5122用于判断所述N帧图像中相对于当前帧图像处于静止状态的帧数量是否不小于第一阈值；所述第二确定装置5123用于当所述前N帧图像中相对于当前帧图像处于静止状态的帧数量不小于第一阈值时确定所述当前帧处于静止状态。

本领域技术人员可以理解，所述第一确定装置5121通过将当前帧分别与所述前N帧图像中的每一帧进行比较处理，从而分别确定所述当前帧的前N帧图像相对于所述当前帧图像的运动状态，例如在一个实施例中，确定前第3、5帧图像相对于当前帧图像是运动的，前第2、4、7帧图像相对于当前帧图像是静止的，而前第1、6帧图像相对于当前帧图像是处于运动状态与静止状态之间的临界状态。

本领域技术人员可以理解，在图7所示实施例的一个变化例中，所述第一判断装置512还可以包括第三判断装置(图7中未示出)，其用于当所述前N帧图像中相对于当前帧图像处于静止状态的帧数量小于第一阈值时判断所述前N帧图像中相对于当前帧图像处于运动状态和静止状态之间的临界状态的帧数量是否不小于第二阈值；以及第三确定装置(图7中未示出)，其用于当所述前N帧图像中相对于当前帧图像处于运动状态和静止状态之间的临界状态的帧数量不小于第二阈值时确定所述当前帧处于运动状态和静止状态之间的临界状态。其中，第三判断装置的目的是通过所述第二判断装置5122确定当前帧图像不是静止的之后进一步确定当前帧图像是运动的还是处于临界状态；若经所述第三确定装置确定所述当前帧不是处于运动状态和静止状态之间的临界状态，则可以通过其他装置确定所述当前帧处于运动状态，在此不予赘述。

本领域技术人员可以理解，所述第一阈值、第二阈值在不同的实施例中可以不同，这些阈值可以被预先设定且通过对阈值的调整来控制判断当前帧所处运动状态的标准。例如，在本实施例中，所述第一阈值为1，所述第二阈值也为1。而在一个变化例中，所述第一阈值也可以是2或者其他数值。这属于本领域技术人员的公知常识，在此不作详细描述。

图8示出了根据本发明的第二实施例的，图7所示第一判断装置512中的第一确定装置5121的结构示意图。下面参考图7并结合图8对所述第一确定装置5121的结构进行描述。具体地，在本实施例中，所述第一确定装置5121包括第四判断装置51211以及第四确定装置51212，两者相连接。具体地，所述第四判断装置51211用于判断所述当前帧之前第N帧图像与所述当前帧图像相比较，处于运动状态的块占所有块的比例是否不小于第三阈值，在该装置中将一帧图像划分为多块，然后通过整体地审视每一块所处的运动状态来确定当前帧与另一帧图像相比较后的运动状态。所述第四确定装置51212用于当所述处于运动状态的块占所有块的比例不小于第三阈值时确定所述当前帧之前第N帧图像与所述当前帧图像相比处于运动状态。

本领域技术人员可以理解，在上述图8所示实施例的一个变化例中，所述第一确定装置5121还可以包括第五判断装置(图8中未示出)，其用于当所述当前帧之前第N帧图像与所述当前帧图像相比较处于运动状态的块占所有块的比例小于第三阈值时判断所述处于运动状态的块占所有块的比例是否不大于第四阈值，该装置的目的是在确定当前帧图像不处于运动状态后进一步确定其处于临界状态还是静止状态；以及第五确定装置(图8中未示出)，其用于当所述处于运动状态的块占所有块的比例不大于第四阈值时确定所述当前帧之前第N帧图像与所述当前帧图像相比处于静止状态。

本领域技术人员可以理解，图8中所述第四判断装置51211所控制的第三阈值可以被预先设定且通过对该第三阈值的调整可以控制判断当前帧是否处于运动状态的标准。例如，在本实施例中，所述第三阈值可以是80％，即当前帧图像中的80％及80％以上的块与另一帧图像的相应块相比较处于运动状态，则认为当前帧图像与另一帧图像相比处于运动状态。而在一个变化例中，所述第三阈值也可以是其他数值，例如70％，这取决于具体的实施需要，在此不予赘述。类似地，所述第五判断装置中控制的第四阈值也可以被预先设定且通过该第四阈值的调整与上述第三阈值共同控制判断当前帧是否处于静止状态的标准，例如在本实施例中，所述第四阈值可以是0，此时的判断静止状态的标准非常地严格。这属于本领域技术人员的公知常识，在此不作详细描述。

图9示出了根据本发明的第二实施例的，图8所示第一确定装置5121中的第四判断装置51211的结构示意图。下面参考图8并结合图9对所述第四判断装置51211的结构进行描述。具体地，在本实施例中，所述第四判断装置51211包括第六判断装置6，其用于判断当前帧的当前块与所述当前帧之前第N帧的当前块相比较是否处于运动状态。具体地，在本实施例中，所述第六判断装置6还包括第七判断装置61以及第七确定装置，其中，所述第七判断装置61用于判断所述当前帧的当前块的亮度分量的运动矢量是否不为(0，0)或所述当前帧的当前块的亮度分量与所述当前帧之前第N帧的当前块的亮度分量的SAD值是否大于第五阈值；所述第七确定装置62用于当所述当前帧的当前块的亮度分量的运动矢量不为(0，0)或所述SAD值大于第五阈值时确定所述当前帧的当前块与所述当前帧之前第N帧的当前块相比处于运动状态。在本实施例中，所述第五阈值为192，而在其他变化例中，该第五阈值也可以适当地变化，在此不予赘述。该第五阈值可以被预先设定且通过对该第五阈值的调整可以控制判断当前帧是否处于运动状态的标准。

本领域技术人员可以理解，在图9所示实施例的一个变化例中，所述第四判断装置还包括第八判断装置(图9中未示出)，其用于判断当前帧的当前块与所述当前帧之前第N帧的当前块相比较是否处于静止状态。在这样的变化例中，所述该第八判断装置还包括第九判断装置(图9中未示出)，其用于判断所述当前帧的当前块的亮度分量的运动矢量是否为(0，0)且所述当前帧的当前块的亮度分量与所述当前帧之前第N帧的当前块的亮度分量SAD值是否小于第六阈值；以及第九确定装置(图9中未示出)，其用于当所述当前帧的当前块的亮度分量的运动矢量为(0，0)且所述SAD值小于第六阈值时确定所述当前帧的当前块与所述当前帧之前第N帧的当前块相比处于静止状态。其中，所述第九判断装置是在确定所述当前帧的当前块与所述当前帧之前第N帧的当前块相比不处于运动状态之后进一步确定当前帧的当前块的状态，即判断其处于静止状态还是临界状态。类似地，所述第六阈值也可以被预先设定且通过该第六阈值的调整可以控制判断当前帧是否处于静止状态的标准，例如在本实施例中，所述第六阈值为160，这属于本领域技术人员的公知常识，在此不作详细描述。

上述图1至图9所示实施例及变化例示出对一帧图像进行空域滤波和/或时域滤波的处理方式。可以理解，所述空域滤波和/或时域滤波可参考现有技术实现。图10示出根据本发明的一具体实施方式采用十字滤波方式进行空域滤波的示意图，例如由图5所示第一处理装置52中包括的第一滤波装置(图5中未示出)来完成。本实施例中，空域滤波方法以块为单位进行，其中亮度分量的块大小为8×8，色度分量的块大小为4×4。例如以亮度分量为例，对图10所示的像素点202进行空域滤波，对像素点202和与202相邻像素点202N、202S、202E和202W加权求和代替像素点202的像素值，令Y₂₀₂表示亮度分量像素点202的像素值，Y_202N表示亮度分量像素点202N的像素值，Y_202S表示亮度分量像素点202S的像素值，Y_202E表示亮度分量像素点202E的像素值，Y_202W表示亮度分量像素点202W的像素值，则滤波后的数值为Y₂₀₂＝(4*Y₂₀₂+Y_202N+Y_202S+Y_202E+Y_202W)/8，如果像素点202处于图像的边缘时，不存在的相邻像素点用像素点202代替。类似地，可以参考对亮度分量的处理方式实现对色度分量的滤波处理，不予赘述。

一个变化例中采用其他方式实现空域滤波，如图5所示第一处理装置52中包括第二滤波装置(图5中未示出)，其以低通高斯滤波方式对当前帧进行滤波，这是本领域技术人员的公知常识，不予赘述。

相应地，本发明也提供时域滤波的方式。例如，图5所示第二处理装置53可包括第三滤波装置(图中未示出)，其对于亮度分量，使得 $Y_i=\frac{1}{L+1}\left(\underset{k=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Pre}{Y}_k^i{Y}_i\right),$ 其中，Y_i表示所述当前帧当前块的第i个亮度分量，PreY_k ⁱ表示参与时域滤波第K帧图像对应块的第i个亮度分量，L表示当前帧之前参与时域滤波的帧数；相应地，对于色度分量，使得 ${\mathrm{UV}}_i=\frac{1}{L+1}(\underset{k=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Pre}{\mathrm{UV}}_k^i+{\mathrm{UV}}_i),$ 其中，UV_i表示所述当前帧当前块的第i个色度分量，PreUV_k ⁱ表示参与时域滤波第K帧图像对应块的第i个色度分量，L表示当前帧之前参与时域滤波的帧数。本领域技术人员理解，在上述公式中假设所述L帧对当前帧亮度分量或色度分量的影响相同，而在一个变化例中可以对不同帧分配不同的权重系数以表示各帧对当前帧的影响不同，例如为离当前帧近的帧分配大一些的权重系数。这属于本领域技术人员的公知常识，在此不予赘述。

本领域技术人员可以理解，上述图1至图10所示实施例所描述的对视频图像进行运动搜索，确定当前帧视频图像的运动状态，以及具体地进行空域滤波、时域滤波处理，均可以参考众多的参考资料来实现，例如至少可以参考：《H.264和MPEG-4视频压缩——新一代多媒体的视频编码技术》，Iain E.G.Richardson著，欧阳合、韩军译，国防科技大学出版社；以及《最佳零块判决准则下的运动搜索算法》，王熹微、粟强、崔慧娟、唐昆著，清华大学学报(自然科学版)2003年第43卷第7期，在此不予赘述。

再参考上述图1至图10，其重点描述了对当前帧图像进行降噪滤波处理的方式，特别是对处于运动状态的当前帧图像进行空域滤波处理。但本领域技术人员理解，上述图1至图10所示实施例以及变化例，也可以应用于对一帧图像中处于运动状态的块进行空域滤波处理的降噪处理，例如上述的对处于临界状态的一帧视频图像进行空域滤波、时域滤波的混合处理就是这种滤波方式的一种体现，这属于本领域技术人员的公知常识，在此不予赘述。

在本发明的另一个实施例中，还提供了一种数字视频处理设备，该数字视频处理设备包括上述图5至图9所示实施例中的控制装置5，并可以应用上述图1至图4所示的控制方法。本领域技术人员对此可以理解，在此不予赘述。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在所附权利要求的范围内做出各种变形或修改。

Claims (29)

1.一种在数字视频处理设备中对视频图像进行滤波处理的控制方法，其中，对处于运动状态的帧进行空域滤波处理。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述对处于运动状态的帧进行空域滤波处理的步骤包括如下步骤：

a.判断当前帧的运动状态；

b.若当前帧处于运动状态，则对当前帧进行空域滤波处理。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，还包括步骤：

-若当前帧处于运动状态和静止状态之间的临界状态，则对当前帧进行空域滤波与时域滤波的混合处理。

4.根据权利要求2或3所述的方法，其中，所述步骤a包括如下步骤：

a1.以块为单位对所述当前帧的亮度分量分别在当前帧的前N帧图像中进行运动搜索，其中N≥1；

a2.根据所述运动搜索结果判断所述当前帧的运动状态。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述步骤a2包括如下步骤：

a21.分别确定所述当前帧的前N帧图像相对于所述当前帧图像的运动状态，其中N≥1；

a22.判断所述前N帧图像中相对于当前帧图像处于静止状态的帧数量是否不小于第一阈值；

a23.若所述前N帧图像中相对于当前帧图像处于静止状态的帧数量不小于第一阈值，则确定所述当前帧处于静止状态；

a24.若所述前N帧图像中相对于当前帧图像处于静止状态的帧数量小于第一阈值，则判断所述前N帧图像中相对于当前帧图像处于运动状态和静止状态之间的临界状态的帧数量是否不小于第二阈值；

a25.若所述前N帧图像中相对于当前帧图像处于运动状态和静止状态之间的临界状态的帧数量不小于第二阈值，则确定所述当前帧处于运动状态和静止状态之间的临界状态。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述步骤a21还包括如下步骤：

i.判断所述当前帧之前第N帧图像与所述当前帧图像相比较，处于运动状态的块占所有块的比例是否不小于第三阈值；

ii.若所述处于运动状态的块占所有块的比例不小于第三阈值，则所述当前帧之前第N帧图像与所述当前帧图像相比处于运动状态；

iii.若所述当前帧之前第N帧图像与所述当前帧图像相比较，处于运动状态的块占所有块的比例小于第三阈值，则判断所述处于运动状态的块占所有块的比例是否不大于第四阈值；

iv.若所述处于运动状态的块占所有块的比例不大于第四阈值，则所述当前帧之前第N帧图像与所述当前帧图像相比处于静止状态。

7.根据权利要求4至6中任一项所述的方法，其中，所述步骤a1包括如下步骤：

-以块为单位采用SAD最小原则对所述当前帧的亮度分量分别在所述当前帧的前N帧图像中进行运动搜索，其中N≥1。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述判断当前帧的当前块与所述当前帧之前第N帧的当前块相比较是否处于运动状态的步骤包括如下步骤：

-判断所述当前帧的当前块的亮度分量的运动矢量是否不为(0，0)或所述当前帧的当前块的亮度分量与所述当前帧之前第N帧的当前块的亮度分量的SAD值是否大于第五阈值；

-若所述当前帧的当前块的亮度分量的运动矢量不为(0，0)或所述SAD值大于第五阈值，则所述当前帧的当前块与所述当前帧之前第N帧的当前块相比处于运动状态。

9.根据权利要求7或8所述的方法，其中，所述判断当前帧的当前块与所述当前帧之前第N帧的当前块相比较是否处于静止状态的步骤包括如下步骤：

-判断所述当前帧的当前块的亮度分量的运动矢量是否为(0，0)且所述当前帧的当前块的亮度分量与所述当前帧之前第N帧的当前块的亮度分量SAD值是否小于第六阈值；

-若所述当前帧的当前块的亮度分量的运动矢量为(0，0)且所述SAD值小于第六阈值，则所述当前帧的当前块与所述当前帧之前第N帧的当前块相比处于静止状态。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述第一阈值为1，所述第二阈值为1，所述第三阈值为80％，所述第四阈值为0，所述第五阈值为192，所述第六阈值为160。

11.一种用于数字视频处理设备中对视频图像进行滤波处理的控制装置，其中，该装置用于对处于运动状态的帧进行空域滤波处理。

12.根据权利要求11所述的控制装置，其中，包括：

判断装置，用于判断当前帧的运动状态；

第一处理装置，用于当所述当前帧处于运动状态时对当前帧进行空域滤波处理。

13.根据权利要求12所述的控制装置，其中，还包括：

第二处理装置，用于当所述当前帧处于运动状态和静止状态之间的临界状态时对当前帧进行空域滤波与时域滤波的混合处理。

14.根据权利要求12或13所述的控制装置，其中，所述判断装置包括：

运动搜索装置，用于以块为单位对所述当前帧的亮度分量分别在当前帧的前N帧图像中进行运动搜索，其中N≥1；以及

第一判断装置，用于根据所述运动搜索结果判断所述当前帧的运动状态。

15.根据权利要求14所述的控制装置，其中，所述第一判断装置包括：

第一确定装置，用于分别确定所述当前帧的前N帧图像相对于所述当前帧图像的运动状态，其中N≥1；

第二判断装置，用于判断所述前N帧图像中相对于当前帧图像处于静止状态的帧数量是否不小于第一阈值；以及

第二确定装置，用于当所述前N帧图像中相对于当前帧图像处于静止状态的帧数量不小于第一阈值时确定所述当前帧处于静止状态。

16.根据权利要求15所述的控制装置，其中，所述第一判断装置还包括：

第三判断装置，用于当所述前N帧图像中相对于当前帧图像处于静止状态的帧数量小于第一阈值时判断所述前N帧图像中相对于当前帧图像处于运动状态和静止状态之间的临界状态的帧数量是否不小于第二阈值；以及

第三确定装置，用于当所述前N帧图像中相对于当前帧图像处于运动状态和静止状态之间的临界状态的帧数量不小于第二阈值时确定所述当前帧处于运动状态和静止状态之间的临界状态。

17.根据权利要求16所述的控制装置，其中，所述第一阈值为1，所述第二阈值为1。

18.根据权利要求15至17中任一项所述的控制装置，其中，所述第一确定装置包括：

第四判断装置，用于判断所述当前帧之前第N帧图像与所述当前帧图像相比较，处于运动状态的块占所有块的比例是否不小于第三阈值；以及

第四确定装置，用于当所述处于运动状态的块占所有块的比例不小于第三阈值时确定所述当前帧之前第N帧图像与所述当前帧图像相比处于运动状态。

19.根据权利要求18所述的控制装置，其中，所述第一确定装置还包括：

第五判断装置，用于当所述当前帧之前第N帧图像与所述当前帧图像相比较处于运动状态的块占所有块的比例小于第三阈值时判断所述处于运动状态的块占所有块的比例是否不大于第四阈值；以及

第五确定装置，用于当所述处于运动状态的块占所有块的比例不大于第四阈值时确定所述当前帧之前第N帧图像与所述当前帧图像相比处于静止状态。

20.根据权利要求19所述的控制装置，其中，所述第三阈值为80％，所述第四阈值为0。

21.根据权利要求14至20中任一项所述的控制装置，其中，所述运动搜索装置包括：

第一搜索装置，用于以块为单位采用SAD最小原则对所述当前帧的亮度分量分别在所述当前帧的前N帧图像中进行运动搜索，其中N≥1。

22.根据权利要求14至21中任一项所述的控制装置，其中，所述运动搜索的范围为[-1，1]。

23.根据权利要求21或22所述的控制装置，其中，所述第四判断装置和/或第五判断装置包括第六判断装置，用于判断当前帧的当前块与所述当前帧之前第N帧的当前块相比较是否处于运动状态，其中，该第六判断装置包括：

第七判断装置，用于判断所述当前帧的当前块的亮度分量的运动矢量是否不为(0，0)或所述当前帧的当前块的亮度分量与所述当前帧之前第N帧的当前块的亮度分量的SAD值是否大于第五阈值；以及

第七确定装置，用于当所述当前帧的当前块的亮度分量的运动矢量不为(0，0)或所述SAD值大于第五阈值时确定所述当前帧的当前块与所述当前帧之前第N帧的当前块相比处于运动状态。

24.根据权利要求23所述的控制装置，其中，所述第五阈值为192。

25.根据权利要求21至24中任一项所述的控制装置，其中，所述第四判断装置和/或第五判断装置还包括第八判断装置，用于判断当前帧的当前块与所述当前帧之前第N帧的当前块相比较是否处于静止状态，其中，该第八判断装置包括：

第九判断装置，用于判断所述当前帧的当前块的亮度分量的运动矢量是否为(0，0)且所述当前帧的当前块的亮度分量与所述当前帧之前第N帧的当前块的亮度分量SAD值是否小于第六阈值；以及

第九确定装置，用于当所述当前帧的当前块的亮度分量的运动矢量为(0，0)且所述SAD值小于第六阈值时确定所述当前帧的当前块与所述当前帧之前第N帧的当前块相比处于静止状态。

26.根据权利要求25所述的控制装置，其中，所述第六阈值为160。

27.根据权利要求12至26中任一项所述的控制装置，其中，所述第一处理装置包括如下装置中的任一个：

-第一滤波装置，用于对当前帧进行十字滤波处理；或者

-第二滤波装置，用于对当前帧进行低通高斯滤波处理。

28.根据权利要求12至27中任一项所述的控制装置，其中，所述第二处理装置包括时域滤波处理装置，用于进行时域滤波处理，其中，所述时域滤波处理装置包括：

-第三滤波装置，用于执行操作： $Y_i=\frac{1}{L+1}(\underset{k=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Pre}{Y}_k^i+Y_i),$ 其中，Y_i表示所述当前帧当前块的第i个亮度分量，PreY_k ⁱ表示参与时域滤波第K帧图像对应块的第i个亮度分量，L表示当前帧之前参与时域滤波的帧数；以及

-第四滤波装置，用于执行操作： ${\mathrm{UV}}_i=\frac{1}{L+1}(\underset{k=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Pre}{\mathrm{UV}}_k^i+{\mathrm{UV}}_i),$ 其中，UV_i表示所述当前帧当前块的第i个色度分量，PreUV_k ⁱ表示参与时域滤波第K帧图像对应块的第i个色度分量，L表示当前帧之前参与时域滤波的帧数。

29.一种数字视频处理设备，其特征在于，包括如上述权利要求11至28中任一项所述的控制装置。

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