CN101540834A - 去除视频图像噪声的方法和视频编码装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出去除视频图像噪声的方法和视频编码装置，其中一种方法包括：对视频图像当前帧中的每个宏块执行以下操作：A.对根据上一帧编码信息设置的当前帧中的宏块是否适合进行去除噪声处理进行判断，如果不适合，则对该宏块不做处理；如果适合，则判断所述宏块的相邻宏块的运动矢量(MV)是否超过门限值，如果超过，则对该宏块不做处理；如果不超过，则对该宏块进行去除噪声处理；B.对所述宏块进行编码；根据对当前帧中的每个宏块编码产生的MV设置下一帧中的每个宏块是否适合进行去除噪声处理。本发明能够简单高效地去除视频图像的噪声，并对去除噪声之后的视频图像进行编码。

Description

去除视频图像噪声的方法和视频编码装置

技术领域

本发明涉及视频图像处理技术领域，特别涉及去除视频图像噪声的方法和视频编码装置。

背景技术

视频监控系统一般都要求全天24小时进行监控，在夜间或者低照度等外界条件不好的情况下，摄像头等采集设备会由于扰动电流干扰等原因产生许多随机的噪声点，这些噪声点一方面使采集的视频图像变得模糊，降低编码图像的质量，影响监控观看效果；另一方面给视频编码装置的码率控制带来很大压力，造成码率的飙升，影响码流在网络中的正常传输及存储。

由于存在上述情况，现有技术中产生一些了去除视频图像噪声的方法，主要有以下两种：

第一种，参见图1，图1为现有技术中去除视频图像噪声的系统一的结构示意图，该系统在视频编码装置之前安装额外的数字信号处理器(DSP)或者专门的ASIC芯片，采用小波算法对YUV图像进行去噪处理。这种方式的缺点是：由于小波算法的复杂度较高，需要额外增加DSP或ASIC芯片做去噪处理，因而成本较高。

上述的YUV图像是一种彩色视频图像标准，YUV图像中，一个像素由3个分量表示：Y分量、U分量和V分量，其中，Y分量是亮度分量，U分量和V分量是色度分量。

第二种，参见图2，图2为现有技术中去除视频图像噪声的系统二的结构示意图，该系统在视频编码装置之前安装去噪声滤波器，采用领域平均等简单的滤波算法对YUV图像进行去噪处理。这种方式的缺点是：去噪效果不理想，并且对整幅图像进行处理，会引起细节模糊和丢失等问题。

可见，现有的去除视频图像噪声的方法或成本过高或去噪效果不理想，均无法达到简单高效地去除视频图像噪声的目的。

发明内容

本发明实施例提出两种去除视频图像噪声的方法，用于简单高效地去除视频图像的噪声，并对去除噪声之后的视频图像进行编码。

本发明实施例还提出两种视频编码装置，用于简单高效地去除视频图像的噪声，并对去除噪声之后的视频图像进行编码。

本发明实施例的技术方案是这样实现的：

一种去除视频图像噪声的方法，包括：对视频图像当前帧中的每个像素执行以下操作：判断像素的Y分量是否低于预先设定的门限值，如果低于，则对该像素进行去除噪声处理；如果不低于，则对该像素不做处理；

对处理后的当前帧进行编码。

一种去除视频图像噪声的方法，包括：

对视频图像当前帧中的每个宏块执行以下操作：A、对根据上一帧编码信息设置的当前帧中的宏块是否适合进行去除噪声处理进行判断，如果不适合，则对该宏块不做处理；如果适合，则判断所述宏块的相邻宏块的运动矢量(MV)是否超过门限值，如果超过，则对该宏块不做处理；如果不超过，则对该宏块进行去除噪声处理；B、对所述宏块进行编码；

根据对当前帧中的每个宏块编码产生的MV设置下一帧中的每个宏块是否适合进行去除噪声处理。

一种视频编码装置，包括：第一判断模块、第一去噪模块和编码模块；其中，

第一判断模块，用于判断视频图像当前帧中的每个像素的Y分量是否低于预先设定的门限值，如果低于，则向第一去噪模块发送第一去除噪声处理命令；

第一去噪模块，用于接收第一去除噪声处理命令，按照所述命令对所述像素进行去除噪声处理，对其余像素不做处理；将处理后的当前帧发送至编码模块；

编码模块，用于对接收的当前帧进行编码。

一种视频编码装置，包括：第二判断模块、第二去噪模块和编码模块；其中，

第二判断模块，用于对根据上一帧编码信息设置的当前帧中的宏块是否适合进行去除噪声处理进行判断；如果适合，则判断所述宏块的相邻宏块的MV是否超过门限值；如果不超过，则向第二去噪模块发送第二去除噪声处理命令；

第二去噪模块，用于接收第二去除噪声处理命令，按照该命令对该宏块进行去除噪声处理，对其余宏块不做处理；将处理后的宏块或未经处理的宏块发送至编码模块；

编码模块，用于对接收的宏块进行编码，将编码产生的MV发送至第二判断模块；还用于根据对当前帧中的每个宏块编码产生的MV设置下一帧中的每个宏块是否适合进行去除噪声处理。

可见，本发明提出的两种去除视频图像噪声的方法和视频编码装置，根据实际情况判断视频图像中的每个像素或宏块是否需要进行去除噪声处理，只有在需要时才对其作处理，并对处理之后的图像进行编码。通过这种方式，既减少了去噪处理的计算量、又排除了一些不必要的去噪声处理给视频图像带来的不利影响，因而能够简单高效地去除视频图像的噪声，并对去除噪声之后的视频图像进行编码。

附图说明

图1为现有技术中去除视频图像噪声的系统一的结构示意图；

图2为现有技术中去除视频图像噪声的系统二的结构示意图；

图3为本发明方法实施例流程图；

图4为本发明方法实施例中对每个宏块的处理流程图；

图5为本发明方法实施例中设置下一帧中宏块是否适合进行帧间滤波的流程图；

图6为本发明装置一的结构示意图；

图7为本发明装置二的结构示意图。

具体实施方式

现有技术中，存在两种较为成熟的去除视频图像噪声的方法：帧内滤波和帧间滤波。帧内滤波利用本帧中各像素的空间相关性，以像素为单位；帧间滤波利用各帧之间的时间相关性，以宏块为单位。两种方法各有缺点，其中，帧内滤波容易使图像模糊，帧间滤波利容易产生虚影现象。

鉴于上述情况，本发明提出一种视频图像噪声的方法，根据实际情况判断像素是否需要进行去除噪声处理，在需要时才进行去噪处理，从而既减少了处理的计算量，又降低了帧内滤波对图像产生的不利影响。

该方法包括：对视频图像当前帧中的每个像素执行以下操作：判断像素的Y分量是否低于预先设定的门限值，如果低于，则对该像素进行去除噪声处理；如果不低于，则对该像素不做处理；对处理后的当前帧进行编码。

其中，对像素进行去除噪声处理的方式为：分别对所述像素的Y分量、U分量和V分量采用公式 $I^{\′}(r,k)=\underset{\mathrm{\δ}\∈\mathrm{\Δ}}{\mathrm{\Σ}}C\left(\mathrm{\δ}\right)*I(r+\mathrm{\δ},k)$ 进行帧内滤波；其中，

I为Y分量、U分量或V分量；

I′为进行帧内滤波后的Y分量、U分量或V分量；

r为像素位置，k为帧序列号；

Δ为领域像素的集合，δ为Δ的子集；

C(δ)为领域像素的集合内相应子集的归一化加权值。

本发明还提出另一种视频图像噪声的方法，根据实际情况判断宏块是否适合进行去除噪声处理，在适合时才进行去噪处理，从而既减少了处理的计算量，又降低了帧间滤波对图像产生的不利影响。

参见图3，图3为本发明方法实施例流程图，该方法包括：

步骤301：对视频图像当前帧中的每个宏块执行以下操作：A、判断预先设置的当前帧中的宏块是否适合进行去除噪声处理，如果不适合，则对该宏块不做处理；如果适合，则判断所述宏块的相邻(左上、上、右上、左)宏块的MV是否超过门限值，如果超过，则对该宏块不做处理；如果不超过，则对该宏块进行去除噪声处理；B、对该宏块进行编码；

步骤302：根据对当前帧中的每个宏块编码产生的MV设置下一帧中的每个宏块是否适合进行去除噪声处理。

此处的去除噪声处理具体是指帧间滤波，进行帧间滤波的方式为：分别对宏块中每个像素的Y分量、U分量和V分量采用公式 $I^{\′}(r,k)=\underset{n\∈[0,k]}{\mathrm{\Σ}}Q\left(n\right)*I(r,k-n)$ 进行帧间滤波；其中，

I为Y分量、U分量或V分量；

I′为进行帧间滤波后的Y分量、U分量或V分量；

r为像素位置，k为帧序列号；

K为帧间滤波帧数；

Q(n)为相应帧的归一化加权值。

上述方法中，步骤301中对每个宏块执行的操作如图4所示，图4为本发明方法实施例中对每个宏块的处理流程图。包括：

步骤401：判断预先设置的该宏块是否适合进行去除噪声处理，如果适合，则执行步骤402；如果不适合，则执行步骤404。

步骤402：判断该宏块各相邻宏块的MV中是否存在超过门限值的MV，如果不存在，则执行步骤403；如果存在，则执行步骤404。

步骤403：对该宏块进行去除噪声处理，继续执行步骤404。

步骤404：对该宏块进行编码。

上述方法中，步骤302的设置方法参见图5，图5为本发明方法实施例中设置下一帧中宏块是否适合进行帧间滤波的流程图。本发明在对每一帧编码结束之后，根据编码产生的信息预先为下一帧的帧间滤波判断设置一张表，该表中的每个值对应了下一帧的一个宏块是否适合进行帧间滤波。具体过程包括：

步骤501：判断当前帧中的宏块是否为帧内(Intra)宏块，如果是，则设置所述宏块下一帧中相同位置的宏块适合进行去除噪声处理；如果不是，则执行步骤502；

步骤502：判断所述宏块的MV是否超过门限值，如果不超过，则设置所述宏块下一帧中相同位置的宏块适合进行去除噪声处理；如果超过，则执行步骤503；

步骤503：设置所述宏块下一帧中相同位置的宏块不适合进行去除噪声处理；并对相邻(左上、上、右上、左)宏块已经设置的值进行修正，即设置所述宏块下一帧中相同位置宏块的相邻宏块不适合进行去除噪声处理。

由上述步骤可见，对宏块是否执行帧间滤波的判定方式分为两个步骤：第一步，在一帧编码结束后，根据编码结果预先设置下一帧中每个宏块是否适合进行帧间滤波；第二步，在一帧滤波过程中，采用某宏块相邻宏块编码之后产生的MV对该宏块是否进行帧间滤波的设置进行修正。通过上述步骤，可以排除掉不适合进行帧间滤波的的宏块，只对适合的宏块进行帧间滤波。

另外值得指出的是，上述两种方法是分别执行帧内滤波和帧间滤波，本发明也可以对视频图像先后进行执行帧内滤波和帧间滤波，滤波之后再对图像进行编码。执行滤波的具体方式与上述方法相同，在此不赘。

本发明实施例还提出一种视频编码装置，参见图6，图6为本发明装置一的结构示意图。该装置包括：第一判断模块601、第一去噪模块602和编码模块603；其中，

第一判断模块601，用于判断视频图像当前帧中的每个像素的Y分量是否低于预先设定的门限值，如果低于，则向第一去噪模块602发送第一去除噪声处理命令；

第一去噪模块602，用于接收第一去除噪声处理命令，按照该命令对所述像素进行去除噪声处理，对其余像素不做处理；将处理后的当前帧发送至编码模块603；

编码模块603，用于对接收的当前帧进行编码。

上述装置中，第一去噪模块502，用于分别对像素的Y分量、U分量和V分量采用公式 $I^{\′}(r,k)=\underset{\mathrm{\δ}\∈\mathrm{\Δ}}{\mathrm{\Σ}}C\left(\mathrm{\δ}\right)*I(r+\mathrm{\δ},k)$ 进行帧内滤波；其中，

I为Y分量、U分量或V分量；

I′为进行帧内滤波后的Y分量、U分量或V分量；

r为像素位置，k为帧序列号；

Δ为领域像素的集合，δ为Δ的子集；

C(δ)为领域像素的集合内相应子集的归一化加权值。

本发明实施例还提出另一种视频编码装置，参见图7，图7为本发明装置二的结构示意图。该装置包括：第二判断模块701、第二去噪模块702和编码模块703；其中，

第二判断模块701，用于判断预先设置的当前帧中的宏块是否适合进行去除噪声处理；如果适合，则判断所述宏块的相邻宏块的MV是否超过门限值；如果不超过，则向第二去噪模块702发送第二去除噪声处理命令；

第二去噪模块702，用于接收第二去除噪声处理命令，按照所述命令对所述宏块进行去除噪声处理，对其余宏块不做处理；将处理后的宏块或未经处理的宏块发送至编码模块703；

编码模块703，用于对接收的宏块进行编码，将编码产生的MV发送至第二判断模块701；还用于根据对当前帧中的每个宏块编码产生的MV设置下一帧中的每个宏块是否适合进行去除噪声处理。

上述编码模块703，用于判断当前帧中的宏块是否为Intra宏块，如果是，则设置所述宏块下一帧中相同位置的宏块适合进行去除噪声处理；

如果不是，则判断当前帧中的该宏块的MV是否超过门限值，如果不超过，则设置所述宏块下一帧中相同位置的宏块适合进行去除噪声处理；如果超过，则设置所述宏块下一帧中相同位置的宏块不适合进行去除噪声处理，并设置所述宏块下一帧中相同位置宏块的相邻宏块不适合进行去除噪声处理。

上述装置中，第二去噪模块702，用于分别对宏块中每个像素的Y分量、U分量和V分量采用公式 $I^{\′}(r,k)=\underset{n\∈[0,k]}{\mathrm{\Σ}}Q\left(n\right)*I(r,k-n)$ 进行帧间滤波；其中，

I为Y分量、U分量或V分量；

I′为进行帧间滤波后的Y分量、U分量或V分量；

r为像素位置，k为帧序列号；

K为帧间滤波帧数；

Q(n)为相应帧的归一化加权值。

另外需要指出的是，本发明也可以将第一判断模块、第一去噪模块、第二判断模块、第二去噪模块和编码模块放置在一个视频编码装置中，采用该视频编码装置先后对视频图像帧进行帧内滤波和帧间滤波，滤波之后再对帧进行编码。

综上可见，本发明提出的去除视频图像噪声的方法和视频编码装置，分别能够利用像素的Y分量信息和编码过程中产生的MV信息，有选择地对像素和宏块进行帧内滤波和帧间滤波，能够简单高效地去除视频图像噪声，同时减少去除噪声的计算量，减轻滤波给图像带来的不利影响。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (10)

1、一种去除视频图像噪声的方法，其特征在于，所述方法包括：

对视频图像当前帧中的每个像素执行以下操作：判断像素的Y分量是否低于预先设定的门限值，如果低于，则对该像素进行去除噪声处理；如果不低于，则对该像素不做处理；

对处理后的当前帧进行编码。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对像素进行去除噪声处理的方式为：分别对所述像素的Y分量、U分量和V分量采用公式 $I^{\′}(r,k)=\underset{\mathrm{\δ}\∈\mathrm{\Δ}}{\mathrm{\Σ}}C\left(\mathrm{\δ}\right)*I(r+\mathrm{\δ},k)$ 进行帧内滤波；其中，

I为Y分量、U分量或V分量；

I′为进行帧内滤波后的Y分量、U分量或V分量；

r为像素位置，k为帧序列号；

Δ为领域像素的集合，δ为Δ的子集；

C(δ)为领域像素的集合内相应子集的归一化加权值。

3、一种去除视频图像噪声的方法，其特征在于，所述方法包括：

对视频图像当前帧中的每个宏块执行以下操作：A、对根据上一帧编码信息设置的当前帧中的宏块是否适合进行去除噪声处理进行判断，如果不适合，则对该宏块不做处理；如果适合，则判断所述宏块的相邻宏块的运动矢量MV是否超过门限值，如果超过，则对该宏块不做处理；如果不超过，则对该宏块进行去除噪声处理；B、对所述宏块进行编码；

根据对当前帧中的每个宏块编码产生的MV设置下一帧中的每个宏块是否适合进行去除噪声处理。

4、根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述设置下一帧中的每个宏块是否适合进行去除噪声处理的方式为：

判断所述当前帧中的宏块是否为帧内Intra宏块，如果是，则设置所述宏块下一帧中相同位置的宏块适合进行去除噪声处理；

如果不是，则判断所述宏块的MV是否超过门限值，如果不超过，则设置所述宏块下一帧中相同位置的宏块适合进行去除噪声处理；如果超过，则设置所述宏块下一帧中相同位置的宏块不适合进行去除噪声处理，并设置所述宏块下一帧中相同位置宏块的左上、上、右上和/或左宏块不适合进行去除噪声处理。

5、根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述对宏块进行去除噪声处理的方式为：分别对所述宏块中每个像素的Y分量、U分量和V分量采用公式 $I^{\′}(r,k)=\underset{n\∈[0,k]}{\mathrm{\Σ}}Q\left(n\right)*I(r,k-n)$ 进行帧间滤波；其中，

I为Y分量、U分量或V分量；

I′为进行帧间滤波后的Y分量、U分量或V分量；

r为像素位置，k为帧序列号；

K为帧间滤波帧数；

Q(n)为相应帧的归一化加权值。

6、一种视频编码装置，其特征在于，所述装置包括：第一判断模块、第一去噪模块和编码模块；其中，

所述第一判断模块，用于判断视频图像当前帧中的每个像素的Y分量是否低于预先设定的门限值，如果低于，则向第一去噪模块发送第一去除噪声处理命令；

所述第一去噪模块，用于接收第一去除噪声处理命令，按照所述命令对所述像素进行去除噪声处理，对其余像素不做处理；将处理后的当前帧发送至编码模块；

所述编码模块，用于对接收的当前帧进行编码。

7、根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第一去噪模块，用于分别对像素的Y分量、U分量和V分量采用公式 $I^{\′}(r,k)=\underset{\mathrm{\δ}\∈\mathrm{\Δ}}{\mathrm{\Σ}}C\left(\mathrm{\δ}\right)*I(r+\mathrm{\δ},k)$ 进行帧内滤波；其中，

I为Y分量、U分量或V分量；

I′为进行帧内滤波后的Y分量、U分量或V分量；

r为像素位置，k为帧序列号；

Δ为领域像素的集合，δ为Δ的子集；

C(δ)为领域像素的集合内相应子集的归一化加权值。

8、一种视频编码装置，其特征在于，所述装置包括：第二判断模块、第二去噪模块和编码模块；其中，

所述第二判断模块，用于对根据上一帧编码信息设置的当前帧中的宏块是否适合进行去除噪声处理进行判断；如果适合，则判断所述宏块的相邻宏块的MV是否超过门限值；如果不超过，则向第二去噪模块发送第二去除噪声处理命令；

所述第二去噪模块，用于接收第二去除噪声处理命令，按照所述命令对所述宏块进行去除噪声处理，对其余宏块不做处理；将处理后的宏块或未经处理的宏块发送至编码模块；

所述编码模块，用于对接收的宏块进行编码，将编码产生的MV发送至第二判断模块；还用于根据对当前帧中的每个宏块编码产生的MV设置下一帧中的每个宏块是否适合进行去除噪声处理。

9、根据权利要求8所述的装置，其特征在于，编码模块，用于判断所述当前帧中的宏块是否为Intra宏块，如果是，则设置所述宏块下一帧中相同位置的宏块适合进行去除噪声处理；

如果不是，则判断所述宏块的MV是否超过门限值，如果不超过，则设置所述宏块下一帧中相同位置的宏块适合进行去除噪声处理；如果超过，则设置所述宏块下一帧中相同位置的宏块不适合进行去除噪声处理，并设置所述宏块下一帧中相同位置宏块的左上、上、右上和/或左宏块不适合进行去除噪声处理。

10、根据权利要求8或9所述的装置，其特征在于，所述第二去噪模块，用于分别对宏块中每个像素的Y分量、U分量和V分量采用公式 $I^{\′}(r,k)=\underset{n\∈[0,k]}{\mathrm{\Σ}}Q\left(n\right)*I(r,k-n)$ 进行帧间滤波；其中，

I为Y分量、U分量或V分量；

I′为进行帧间滤波后的Y分量、U分量或V分量；

r为像素位置，k为帧序列号；

K为帧间滤波帧数；

Q(n)为相应帧的归一化加权值。

Images