CN101552922B - 信号处理设备和方法 - Google Patents

Abstract

提供了信号处理设备和方法、以及信号处理程序。所述信号处理设备使用多个滤波器对输入信号执行滤波处理操作，以生成输出信号，该信号处理设备包括：滤波处理单元，其被配置成使用滤波器对输入信号执行滤波处理操作；以及生成单元，其被配置成通过将校正值加到输入信号来生成所述输出信号，其中校正值是基于滤波输出信号中的每一个与输入信号之间的每一个差的符号和绝对值而确定的，所述滤波输出信号是使用多个上述滤波处理单元执行的滤波处理操作而获得的。

Description

信号处理设备和方法

技术领域

本发明涉及一种信号处理设备和方法、以及在其中使用的信号处理程序，更具体地，涉及一种实现更加迅速且可靠的噪声消除的信号处理设备和方法、以及在其中使用的信号处理程序。

背景技术

作为通过执行滤波处理而从输入信号消除噪声的方法，如下方法是公知的，其中多个滤波处理单元串行耦接，以便串行执行多个滤波处理操作(在下文中，被称作串行耦接多个滤波处理操作的方法)。串行耦接多个滤波处理操作在硬件方面可能导致为保存输入信号所需的存储器容量的增大，而在软件方面可能导致难以分割的处理时间的增长。另外，在多个滤波处理操作被串行耦接的情况下，由于在先前级执行的滤波处理操作所引起的输入信号的变化的影响，有时可能发生在随后级没有对输入信号执行适当的滤波处理操作。

因此，已经提出了如下方法，其中多个滤波处理单元被并行耦接，以便并行执行多个滤波处理操作(在下文中，被称作并行耦接多个滤波处理操作的方法)。作为这种方法的示例，主要地，下面三种方法是公知的。

第一种方法是这样一种方法，其通过使用输入信号计算移动平均值来实现多个滤波处理操作的并行耦接，其中已经分别使用多个滤波器对这些输入信号执行多个滤波处理操作。第二种方法是这样一种方法，其获得输入信号与针对每个滤波器已被执行滤波处理操作的输入信号之间的差，以便将针对每个滤波处理操作而获得的所述差加到该输入信号。

第三种方法是这样一种方法，其针对基于输入信号形成的输入图像的每个区域，切换用于滤波处理操作的滤波器。作为第三种方法的示例，例如，如日本公开专利公布No.2005-318614公开的那样，已经提出了这样一种方法，其中将输入图像划分为像素块，并且针对每个像素块将用于块噪声降低的滤波器切换到蚊子噪声降低的滤波器或反之亦然，以便使用这些滤波器中的任一个来执行滤波处理操作，从而减少出现在输入图像上的伪像。

发明内容

然而，对于上述并行耦接多个滤波处理操作的技术，难以从输入信号迅速且可靠地消除噪声。

例如，在第一种方法中，由于通过获得移动平均值来实现多个滤波处理操作的并行耦接，因此要并行耦接的滤波处理操作的数目增加得越多，噪声消除效果就降低得越多。在第二种方法中，由于将每个差简单地加到输入信号，因此对预定滤波处理操作的执行会抵消由另一滤波处理操作带来的效果，并且因此可能引起非期望的不利效果和伪像。

另外，在第三种方法中，由于针对每个区域切换所使用的滤波器，因此在输入图像上的相邻区域之间的边界可能变得不自然。此外，在通过第三种方法来对活动图像执行滤波处理操作的情况下，对输入图像的相同部分的区域执行因时间不同而变化的滤波处理操作，并且因此可能降低滤波处理操作的时间方向的稳定性。

本发明是鉴于上述情形而构思的，以便与现有技术相比更加迅速且可靠地消除噪声。

根据本发明的实施例，提供了一种用于使用多个滤波器对输入信号执行滤波处理操作、以生成输出信号的信号处理设备，其包括：滤波处理装置，用于使用滤波器对输入信号执行滤波处理操作；以及生成装置，用于通过将校正值加到输入信号来生成输出信号，其中，校正值是基于滤波输出信号中的每一个与输入信号之间的每一个差的符号和绝对值而确定的，该滤波输出信号是通过使用多个上述滤波处理装置执行的滤波处理操作而获得的。

在滤波输出信号中的每个和输入信号之差中，最大差值和最小差值的乘积是零或更大的情况下，所述生成装置可以将最大差值和最小差值中具有较大绝对值的一个定义为所述校正值。

在滤波输出信号中的每个和输入信号之差中，最大差值和最小差值的乘积小于零的情况下，所述生成装置可以将最大差值和最小差值之和定义为所述校正值。

所述多个滤波处理装置中的第一滤波处理装置可以使用用于执行平 滑处理的滤波器来执行滤波处理操作，以及所述多个滤波处理装置中的第二滤波处理装置可以使用具有边缘保留特性的滤波器来执行滤波处理操作。

根据本发明的实施例，提供了一种用于使用多个滤波器对输入信号执行滤波处理操作、以生成输出信号的信号处理方法或信号处理程序，包括以下步骤：借助于使用滤波器的滤波处理装置，对输入信号执行滤波处理操作；通过将校正值加到输入信号而生成输出信号，其中，校正值是基于滤波输出信号中的每一个与输入信号之间的每一个差的符号和绝对值而确定的，该滤波输出信号是通过使用多个上述滤波处理装置执行滤波处理操作而获得的。

根据本发明的实施例，由滤波处理单元使用滤波器对输入信号执行滤波处理操作；并且将校正值加到输入信号，以生成输出信号，其中校正值是基于滤波输出信号中的每一个与输入信号之间的每一个差的符号和绝对值而确定的，该滤波输出信号是通过多个滤波处理单元执行的滤波处理操作而获得的。

根据本发明的实施例，与现有技术相比，可以更迅速且可靠地消除噪声。

附图说明

图1是示出应用本发明的信号处理设备的实施例的结构示例的框图；

图2是示出混合单元的更详细的结构示例的图；

图3是图示噪声降低处理的流程图；

图4是图示沿垂直方向产生的块噪声的图；

图5是图示沿水平方向产生的块噪声的图；

图6是图示消除沿垂直和水平方向产生的块噪声的方式的图；

图7是图示基于输入信号形成的图像的示例的图；

图8是图示要经受通过用于轮廓校正处理的滤波器执行的滤波处理操作的区域的图；

图9是图示要经受通过用于图像质量(品质印象)改进处理的滤波器执行的滤波处理操作的区域的图；

图10是图示其中产生块噪声的区域的图；

图11是图示其中产生蚊子噪声的区域的图；

图12是示出根据本发明实施例的信号处理设备的另一结构示例的图；

图13是图示一个输出信号的生成的图；

图14是图示另一输出信号的生成的图；以及

图15是示出计算机的结构示例的图。

具体实施方式

接下来，将参考附图描述本发明的优选实施例。

图1是示出应用本发明的信号处理设备的一个实施例的结构示例的框图。

信号处理设备11包括缓存器21、滤波处理单元22-1、滤波处理单元22-2和混合单元23。

将要被消除噪声的输入信号提供到缓存器21。该输入信号是具有连续信号值的信号，并且可以是例如静态图像或活动图像的图像信号。在输入信号是图像信号的情况下，输入信号的信号值表示图像上的像素的像素值。

缓存器21保存所提供的输入信号，对输入信号执行缓冲，并且将所保存的输入信号提供到滤波处理单元22-1、滤波处理单元22-2和混合单元23。

滤波处理单元22-1和滤波处理单元22-2具有彼此互不相同的滤波器，并且使用其中所具有的滤波器、对从缓存器21提供来的输入信号执行滤波处理操作。然后，滤波处理单元22-1和滤波处理单元22-2将通过对输入信号执行滤波处理操作而获得的滤波输出信号提供到混合单元23。顺便提及，在下文中，在不需要区分滤波处理单元22-1和滤波处理单元22-2的情况下，将滤波处理单元简称为滤波处理单元22。

混合单元23基于从缓存器21提供的输入信号、从滤波处理单元22-1和滤波处理单元22-2提供的滤波输出信号，从输入信号消除噪声，以输出作为噪声消除结果而获得的输出信号。

更具体地说，如图2所示地构造混合单元23。也就是说，混合单元23具有减法单元51-1、减法单元51-2以及混合处理单元52。

在混合单元23中，将来自缓存器21的输入信号提供给减法单元51-1、减法单元51-2和混合处理单元52。将来自滤波处理单元22-1的滤波输出信号提供给减法单元51-1，并且将来自滤波处理单元22-2的滤波输出信号提供给减法单元51-2。

减法单元51-1获取来自缓存器21的输入信号和来自滤波处理单元22-1的经滤波的输出信号之差，并且将所获得的差信号提供给混合处理单元52。减法单元51-2获取来自缓存器21的输入信号和来自滤波处理单元22-2的经滤波的输出信号之差，并且将所获得的差信号提供到混合处理单元52。顺便提及，在下文中，在不需要区分减法单元51-1和减法单元51-2的情况下，将这些减法单元简称作减法单元51。

混合处理单元52基于来自减法单元51-1的差信号、来自减法单元51-2的差信号、以及来自缓存器21的输入信号，执行混合处理，以生成输出信号。

接下来，将参考图3中的流程图，描述用于从输入到信号处理设备11中的输入信号消除噪声的噪声降低处理。

在步骤S11，缓存器21保存向其提供的输入信号，并且将保存在其中的输入信号顺序提供到滤波处理单元22和混合单元23。也就是说，缓存器21将输入信号的连续信号值顺序提供到滤波处理单元22和混合单元23。混合单元23连续地获取输入信号，直到向信号处理设备11的输入信号的供应结束，并且将所获取的输入信号保存在其中。

在步骤S12，滤波处理单元22-1和滤波处理单元22-2使用其中具有的滤波器、对从缓存器21提供的输入信号执行滤波处理操作，并且将作为滤波处理操作的执行结果而获得的滤波输出信号提供给减法单元51-1和减法单元51-2。

例如，滤波处理单元22使用从缓存器21提供的输入信号的若干信号值，对该输入信号的目标信号值执行滤波处理操作。更具体地，在输入信号是图像信号的情况下，滤波处理单元22借助于其中具有的滤波器，对基于输入信号而形成的图像的目标像素，使用目标像素的像素值(信号值)和在该目标像素附近的若干像素的像素值(信号值)执行滤波处理操作。

在步骤S13，减法单元51-1和减法单元51-2分别计算来自滤波处理 单元22-1的滤波输出信号与来自缓存器21的输入信号之间的差，以及来自滤波处理单元22-2的滤波输出信号与来自缓存器21的输入信号之间的差，以获得差信号，并且将所获得的差信号提供到混合处理单元52。也就是说，减法单元51从输入信号的信号值中减去与输入信号的信号值相对应的滤波输出信号的信号值，以获得差，并且将所获得的差值提供给混合处理单元52。

在步骤S14，混合处理单元52执行混合处理，以生成输出信号，并且将所生成的输出信号作为消除了噪声的输入信号进行输出。假定Input表示来自缓存器21的输入信号的信号值，混合处理单元52计算下式(1)，以获得输出信号的信号值Out。

[数值公式1]

Out＝Input+dif_total    ...(1)

在式(1)中，dif_total表示通过计算下式(2)和(3)而根据来自减法单元51的差信号确定的校正值。

[数值公式2]

${\mathrm{dif}}_{\mathrm{total}}=\left\{\begin{array}{cc}{\mathrm{dif}}_1+{\mathrm{dif}}_2& ({\mathrm{dif}}_1\&CenterDot;{\mathrm{dif}}_2<0)\\ \max \_\mathrm{abs}({\mathrm{dif}}_1,{\mathrm{dif}}_2)& ({\mathrm{dif}}_1\&CenterDot;{\mathrm{dif}}_2\&GreaterEqual;0)\end{array}\right.\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(2\right)$

[数值公式3]

$\max \_\mathrm{abs}({\mathrm{dif}}_1,{\mathrm{dif}}_2)=\left\{\begin{array}{cc}{\mathrm{dif}}_1& \left(\right|{\mathrm{dif}}_1|\&GreaterEqual;|{\mathrm{dif}}_2\left|\right)\\ {\mathrm{dif}}_2& \left({|\mathrm{dif}}_1\right|<\left|{\mathrm{dif}}_2\right|)\end{array}\right.\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(3\right)$

在式(2)和(3)中，dif₁表示来自减法单元51-1的差信号的信号值，并且df₂表示来自减法单元51-2的差信号的信号值。

也就是说，混合处理单元52获得差信号的信号值dif₁和差信号的信号值dif₂的乘积。然后，在所获得的信号值的乘积的符号为负的情况下，也就是说，在乘积的值小于0的情况下，将差信号的信号值dif₁和信号值dif₂之和定义为校正值dif_total。

在差信号的信号值dif₁和差信号的信号值dif₂的乘积为正的情况下，也就是说，在乘积的值为0或更大的情况下，混合处理单元52根据方程式(3)，将信号值dif₁和信号值dif₂之中的任何一个定义为校正值dif_total。也就是说，在信号值dif₁的绝对值大于信号值dif₂的绝对值的情况下，将信号值dif₁定义为校正值dif_total。而在信号值dif₁的绝对值小于信号值dif₂的绝对值的情况下，将信号值dif₂定义为校正值dif_total。

在获得了校正值dif_total之后，混合处理单元52获得所获得的校正值dif_total与输入信号的信号值Input之和，并且将所获得的和定义为输出信号的信号值Out。

在步骤S15，信号处理设备11判断是否要结束处理。例如，当已经对提供到缓存器21的输入信号的所有信号值执行了混合处理，并且已经获得了所述输出信号的信号值时，判断是否要结束该处理。

在步骤S15，在已判断不结束处理的情况下，该处理返回步骤S12，并且重复上述的处理操作系列。也就是说，将在缓存器21中保存的输入信号的下一信号值视为要处理的对象，并且基于该下一信号值获得输出信号的信号值。

另一方面，在步骤S15判断要结束处理的情况下，信号处理设备11的每个部件结束其当前正在进行的每个处理操作的执行，由此结束噪声降低处理。

通过上述方式，信号处理设备11使用滤波输出信号中的每个与输入信号之差，生成输出信号，其中滤波输出信号是通过使用不同类型的滤波器执行滤波处理操作而获得的。

这样，通过以上述方式将校正值加到输入信号，确保了使用多个滤波器中的至少一个来执行的滤波处理操作，其中校正值是滤波输出信号中的每一个与输入信号之间的每个差的符号和绝对值而确定的。

也就是说，在一个差信号的一个信号值与另一差信号的另一信号值的乘积小于0的情况下，这些差信号的信号值的符号彼此不同，使得即使将上述信号值简单地加到输入信号，由于滤波处理操作的执行，输入信号将不会被过度加强。因此，在一个差信号的一个信号值与另一差信号的另一信号值的乘积小于0的情况下，将所述差信号的信号值之和定义为校正值，由此在输入信号中反映使用每个滤波器执行的滤波处理操作的效果。

另一方面，在一个差信号的一个信号值与另一差信号的另一信号值的 乘积为0或更大的情况下，至少一个差信号的信号值是0，或者各个差信号的信号值的符号彼此相同。这样，将差信号的信号值简单相加到输入信号可能引起输入信号的过度加强，并且由此可能一定程度地恶化输入信号的质量，例如，图像的图像质量。

因此，在一个差信号的一个信号值与另一差信号的另一信号值的乘积为0或更大的情况下，将差信号的信号值中的具有最大绝对值的信号值确定为校正值。也就是说，使用将最有效地对输入信号起作用的滤波器，对输入信号执行滤波处理操作。结果，通过使用一个滤波器执行滤波处理操作，从输入信号可靠地消除噪声而不恶化输入信号的质量。

如上所述，通过使用基于每个差信号的信号值的符号和绝对值而确定的校正值对输入信号进行校正，从输入信号更迅速且可靠地消除噪声。

顺便提及，一般而言，在安装多个滤波器的情况下，在很多情形下，水平和垂直地划分滤波处理。如果水平和垂直划分的滤波处理部分的独立性高，则可以实现滤波处理的被划分部分的并行执行。

然后，例如，可以设计用于消除在垂直方向上产生的块噪声的滤波器(在下文中，被称为VBN(垂直块噪声)滤波器)与用于消除在水平方向上产生的块噪声的滤波器(在下文中，被称为HBN(水平块噪声)滤波器)的组合，作为滤波处理单元22-1和滤波处理单元22-2中具有的滤波器的组合。更具体地，例如，可以采用使用垂直排列的像素作为待处理对象的平滑滤波器、以及使用水平排列的像素作为待处理对象的平滑滤波器，作为VBN滤波器和HBN滤波器。

顺便提及，块噪声是在执行图像压缩处理时以DCT(离散余弦变换)块为单位而产生的噪声。块噪声的产生导致在这些块的边界处的相邻DCT块之间的未对准。

例如，如图4所示，假定在附图中，在基于输入信号形成的图像的区域R11内纵向或垂直地产生了块噪声。顺便提及，在图4中，一个正方形表示一个像素，并且由箭头A11示出的横向直线表示DCT块之间的边界。

在附图中，在每个DCT块的纵向边的附近产生了垂直块噪声。在图4所示的示例中，在区域R11中产生了垂直块噪声。在垂直(纵向)方向上定向的VBN滤波器适于消除垂直块噪声。

同样，例如，如图5所示，假定在附图中，在基于输入信号形成的图 像的区域R21内横向或水平地产生了块噪声。顺便提及，在图5中，一个正方形表示一个像素，并且由箭头A21示出的纵向直线表示DCT块之间的边界。

在附图中，在每个DCT块的横边的附近产生了水平块噪声。在图5所示的示例中，在区域R21中产生了水平块噪声。在水平(横向)方向上定向的HBN滤波器适于消除水平块噪声。

因此，如图6所示，在基于输入信号形成的图像的区域R11内产生了垂直块噪声、以及在该相同的图像的区域R21内产生了水平块噪声的情况下，通过使用VBN滤波器和HBN滤波器从输入信号中有效地消除噪声。

也就是说，在上述情况下，在包含于区域R11和区域R21两者内的区域BL11中，将产生垂直和水平的块噪声。这样，为了从区域BL11内消除垂直和水平的块噪声，可以对区域BL11执行使用VBN滤波器和HBN滤波器的滤波处理操作。

因此，例如，滤波处理单元22-1使用VBN滤波器，对与基于输入信号形成的图像的区域BL11对应的部分执行滤波处理操作，并且滤波处理单元22-2使用VBN滤波器，对该部分执行滤波处理操作。然后，混合单元23获得校正值和输入信号，以生成输出信号，其中校正值是从通过执行上述滤波处理操作而获得的相应的滤波输出信号中、基于每个差信号的信号值的符号和绝对值而确定的。结果，从区域BL11可靠地消除垂直块噪声和水平块噪声中的至少一个，而不恶化图像的质量。

如上所述，滤波处理单元使用VBN滤波器和HBN滤波器，彼此并行地执行相应的滤波处理操作，以使用基于每个差信号的信号值的符号和绝对值而确定的校正值，对输入信号进行校正，由此，与串行耦接的各个滤波处理操作相比，极大程度地降低了存储器容量和处理时间。结果，降低了在信号处理设备11的生产中所涉及的生产成本和计算成本。可以不必针对输入信号的每个待处理的信号值范围，例如，针对图像的每个分割区域，改变用于噪声消除的滤波器，并且因此实现更加迅速且可靠的噪声消除。

另外，作为滤波处理单元22-1和滤波处理单元22-2中具有的滤波器的组合，可以设计用于加强图像上的对象的轮廓部分的轮廓校正处理的滤波器与用于加强图像上的对象的表面的图案(纹理)部分的图像质量(品 质印象)改进处理的滤波器的组合。

例如，如图7所示，假定将其上显示两个对象即对象OB11和对象OB12的图像的图像信号作为输入信号而输入到信号处理设备11中。还假定，用于轮廓校正处理的滤波器以及用于图像质量(品质印象)改进处理的滤波器分别保持在相应的滤波处理单元22中。

在上述情况下，如图8所示，主要使用用于轮廓校正处理的滤波器，对对象OB11和对象OB12的轮廓部分或阴影部分执行滤波处理操作。用于轮廓校正处理的滤波器是这样的滤波器，其用来在图像上对象的轮廓部分中产生预超(preover)或预冲(preshoot)，以加强对象的轮廓，从而突出对象的存在。

如图9所示，主要使用用于图像质量(品质印象)改进处理的滤波器，对对象OB11和对象OB12的图案(纹理)部分或网状部分执行滤波处理操作。用于图像质量(品质印象)改进处理的滤波器是这样的滤波器，其用来加强对象表面上的图案部分，从而改进对象的图像质量(品质印象)。

用于轮廓校正处理的滤波器以及用于图像质量(品质印象)改进处理的滤波器都是高通加强型滤波器，也就是说，用于对亮度值猛烈变化的区域进行加强的滤波器。然而，这些滤波器就目标区域的特性而言彼此不同，也就是说，例如，在于选择轮廓部分区域或图案部分区域中的哪个区域作为目标，或者选择哪个频带(亮度变化频率)的区域作为目标。

具体地，将用于轮廓校正处理和图像质量(品质印象)改进处理的高通加强型滤波器称为反锐化掩蔽滤波器。在反锐化掩蔽(un-sharp mask)中，从输入信号中减去通过对输入信号进行平滑而获得的平滑信号，以生成高通信号，并且将乘以给定增益后的高通信号加到源信号(待处理像素的像素值)，由此实现高通加强。

例如，假定待处理像素被定义为像素X1，并且在像素X1附近的、用于处理的两个像素被定义为像素X0和像素X2。还假定像素X0到X2的像素值为x0到x2。然后，通过计算下式(4)，获得经过了通过非锐掩蔽的滤波处理操作的像素X1的像素值Out。

[数值公式4]

Out＝x1+Comp_high×Gain    ...(4)

在方程式(4)中，Gain表示预定常量的高通加强增益，并且Comp_high 表示通过计算下式(5)而获得的高通信号。

[数值公式5]

${\mathrm{Comp}}_{\mathrm{high}}=x1-\frac{1}{4}(x0+2\&CenterDot;x1+x2)\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(5\right)$

这里，轮廓校正处理不同于通过方程4所示的非锐掩蔽的算术运算而获得的、根据Gain值的图像质量(品质印象)改进处理。也就是说，Gain值取决于待加强区域的特性而改变。

如上所述，将用于轮廓校正处理的滤波器与用于图像质量(品质印象)改进处理的滤波器进行组合，从滤波输出信号中的每个与输入信号之间的各个差获得校正值，并且以所获得的校正值对输入信号进行校正，由此改进基于输入信号形成的图像的质量，其中，滤波输出信号是通过使用所组合的滤波器执行滤波处理操作而获得的。

此外，例如，假定输入到信号处理设备11中的输入信号是通过对由MPEG(运动图像专家组)系统压缩(编码)的图像信号执行展开处理(解码处理)而获得的图像信号。在这种情况下，认为主要是蚊子噪声和块噪声包含在输入信号中。顺便提及，蚊子噪声是导致在图像上的对象的轮廓部分中产生假轮廓的噪声。

上述的这种蚊子噪声和块噪声被认为是由于如下原因而产生的：由于在对图像执行压缩处理时进行的DCT变换(离散余弦变换)中的量化，丢失了图像的高阶信息或高频分量。因而，例如，已知有下面的方法，作为用于降低如上所述的这种蚊子噪声和块噪声的算法。

例如，对于蚊子噪声，已经提出了这样的方法，其检测图像的边缘区域并且从所检测的边缘区域消除蚊子噪声，同时使用非线性平滑滤波器来保持图像的锐度，如公开号为2004-336651的日本公开专利所公开的那样。

例如，对于块噪声，已经提出了这样的方法，其从输入图像数据计算对块失真的判断所需的参数，并且基于该参数的计算结果、以及表示对图像进行编码的困难程度的参数的检测结果，判断是否存在块失真，如公布号为WO98/54892的国际公布小册子中所公开的那样。在该方法中，根据关于是否存在块失真的判断结果，计算用来降低块失真的校正值，并且使用算出的校正值对输入图像数据进行校正。

作为消除蚊子噪声和块噪声的方法，还提出了很多除了上面的方法之外的其它方法。

在图像上的不同区域中产生块噪声和蚊子噪声。具体地说，在很多情况下，例如，如图10所示，在图像上的相邻DCT块之间的边界周围的区域中产生块噪声。

在图10中，一个正方形表示图像上的一个DCT块，并且阴影区域是其中产生了块噪声的区域。也就是说，在相邻DCT块之间的边界周围的部分产生块噪声。

另一方面，在很多情况下，例如，如图11所示，在图像上的对象的轮廓周围的区域中产生蚊子噪声。在图11中，阴影区域表示其中产生了蚊子噪声的区域。

在图11中，在图像上存在两个对象即对象OB31和对象OB32。在诸如对象OB31和对象OB32的轮廓部分的边缘区域中产生了蚊子噪声。

因此，在很多情况下，用于消除块噪声的滤波器以及用于消除蚊子噪声的滤波器被设计成展现集中于相邻DCT块之间的边界周围的部分的区域和边缘区域上的效果。

另外，在每个噪声的特征中，为了消除块噪声，可能需要使用在稍微更宽的区域内的像素对噪声的小幅度的不连续进行校正。因此，作为用于消除块噪声的滤波器，在很多情况下，例如，使用诸如平滑滤波器的长抽头型低通滤波器。这里，所述小幅度意味着在图像上彼此相邻的像素的亮度值之差相对小。

另一方面，在要消除蚊子噪声的情况下，主要对边缘周围的像素执行处理，因此，在很多情况下，使用诸如ε滤波器的、具有边界保留特性的滤波器作为用于消除蚊子噪声的滤波器。具有边界保留特性的滤波器是这样的滤波器，通过该滤波器，即使对图像上的边缘执行滤波处理操作，该边缘即亮度阶差也不会丢失。

这样，在信号处理设备11中，在要从输入信号消除块噪声和蚊子噪声的情况下，例如，采用平滑滤波器和ε滤波器作为要在滤波处理单元22中使用的滤波器。

在如上所述的情况下，例如，如图12所示地构造信号处理设备11。也就是说，图12中示出的信号处理设备11包括缓存器21、混合单元23、BNR(块噪声降低)处理单元91和MNR(蚊子噪声降低)处理单元92。 顺便提及，在图12中，将相同标号分配给与图1的部件相对应的部件，并且将适当地省略对它们的描述。

BNR处理单元91对应于滤波处理单元22-1，并在其中具有例如平滑滤波器。也就是说，BNR处理单元91使用在其中具有的平滑滤波器，对来自缓存器21的输入信号执行滤波处理操作，并且将作为滤波处理操作的执行结果而获得的滤波输出信号提供到混合单元23的减法单元51-1。

MNR处理单元92对应于滤波处理单元22-2，并在其中具有例如ε滤波器。也就是说，MNR处理单元92使用在其中具有的ε滤波器，对来自缓存器21的输入信号执行滤波处理操作，并且将作为滤波处理操作的执行结果而获得的滤波输出信号提供到混合单元23的减法单元51-2。

也就是说，在图12示出的信号处理设备11中，在其中具有平滑滤波器的、图1中的滤波处理单元22-1充当BNR处理单元91，并且在其中具有ε滤波器的、图1中的滤波处理单元22-2充当MNR处理单元92。

如同在图1示出的信号处理设备11的情况下一样，在图12示出的信号处理设备11中，当将输入信号提供到该设备时，执行与参考图3中的流程图描述的噪声降低处理相同的处理，以生成通过从输入信号中消除块噪声和蚊子噪声而获得的输出信号。

在这种情况下，在步骤S12，BNR处理单元91使用平滑滤波器，对来自缓存器21的输入信号执行滤波处理操作，并且将作为滤波处理操作的执行结果而获得的滤波输出信号提供到混合单元23的减法单元51-1。同样，MNR处理单元92使用ε滤波器，对来自缓存器21的输入信号执行滤波处理操作，并且将作为滤波处理操作的执行结果而获得的滤波输出信号提供到混合单元23的减法单元51-2。

然后，在混合单元23中，根据来自缓存器21的输入信号、来自BNR处理单元91的滤波输出信号、以及来自MNR处理单元92的滤波输出信号，生成输出信号。也就是说，获得来自BNR处理单元91的滤波输出信号与输入信号之差，并将所获得的差定义为差信号，并且获得来自MNR处理单元92的滤波输出信号与输入信号之差，并将所获得的差定义为差信号。然后，混合处理单元52根据所获得的差信号和输入信号，计算方程式(1)到(3)，以获得输出信号的信号值。

例如，假定bnr-in表示来自BNR处理单元91的滤波输出信号的信号值，并且mnr-in表示来自MNR处理单元92的滤波输出信号的信号值。 还假定dif₁表示滤波输出信号的信号值bnr-in与输入信号的信号值Input之差，即该差信号的信号值，并且dif₂表示滤波输出信号的信号值mnr-in与输入信号的信号值Input之差，即该差信号的信号值。

在上述情形下，例如，如图13所示，在信号值dif₁和信号值dif₂的乘积为0或更大，并且信号值dif₁的绝对值大于或等于信号值dif₂的绝对值的情况下，将信号值Input与信号值dif₁之和定义为输出信号的输出值Out。

顺便提及，在图13中，输入信号的信号值Input、来自MNR处理单元92的滤波输出信号的信号值mnr-in、来自BNR处理单元91的滤波输出信号的信号值bnr-in、以及输出信号的信号值Out按该顺序横向地从左到右示出。纵轴表示上述信号值的幅值。

在图13示出的示例中，滤波输出信号的信号值mnr-in和信号值bnr-in大于输入信号的信号值Input，使得输入信号和一个滤波输出信号之差与输入信号和输入信号与另一滤波输出信号之差的乘积将为0或更大。对于滤波输出信号的信号值，信号值bnr-in大于信号值mnr-in，从而将根据来自BNR处理单元91的滤波输出信号获得的差信号的信号值dif₁定义为校正值dif_total。然后，将通过将校正值dif_total加到输入信号的信号值Input而获得的值定义为输出信号的信号值Out。

另一方面，在信号值dif₁和信号值dif₂的乘积小于0的情况下，例如，如图14所示，将信号值Input、信号值dif₁和信号值dif₂之和定义为输出信号的输出值Out。

顺便提及，在图14中，输入信号的信号值Input、来自MNR处理单元92的滤波输出信号的信号值mnr-in、来自BNR处理单元91的滤波输出信号的信号值bnr-in、以及输出信号的信号值Out按该顺序横向地从左到右示出。纵轴表示上述信号值的幅值。

在图14示出的示例中，滤波输出信号的信号值mnr-in大于输入信号的信号值Input，并且滤波输出信号的信号值bnr-in小于输入信号的信号值Input，从而输入信号和一个滤波输出信号之差与输入信号和另一滤波输出信号之差的乘积将小于0。因此，将根据来自BNR处理单元91的滤波输出信号获得的差信号的信号值dif₁和根据来自MNR处理单元92的滤波输出信号获得的差信号的信号值dif₂之和定义为校正值dif_total。然后，将通过将校正值dif_total加到输入信号的信号值Input而获得的值定义为输 出信号的信号值Out。在图14所示的示例中，输出信号的信号值Out小于输入信号的信号值Input。

通过如上所述在信号处理设备11中以组合方式使用平滑滤波器和ε滤波器，从输入信号中迅速且可靠地消除块噪声和蚊子噪声。

一般而言，在要同时从输入信号中消除块噪声和蚊子噪声的情况下，就每个滤波器将对其进行有效工作的图像上的区域而言，用于消除块噪声的滤波器与用于消除蚊子噪声的滤波器不同，但是这个事实不意味着这些滤波器将完全排他地工作。因此，在根据图像上的待处理区域而交替选择滤波器(滤波处理操作)中的任何一个的系统中，可能降低噪声消除效果。另外，由于使用不同类型的滤波器，一个滤波器对另一滤波器的替代是困难的。

另一方面，在信号处理设备11中，通过使用根据每个差信号的信号值的符号和绝对值而获得的校正值，对输入信号进行校正，从而展现每个滤波处理操作的效果，而不引起由于混合处理的执行而导致的破坏。也就是说，确保至少一个滤波处理操作，因此更可靠地从输入信号消除噪声，而不在图像上生成任何不自然的伪像。

另外，在信号处理设备11中，可以不需要安装用于为每个滤波器检测待处理的区域的机构，并且多个滤波器的使用可以不引起对由所使用的滤波器带来的效果的过度加强。此外，由于所使用的滤波器的转换可以不是必需的，因此可以不降低滤波器处理的时间方向和空间方向的稳定性。也就是说，可以不发生如下情况：对图像的相同部分的区域执行随时间不同而不同的滤波处理操作，以及由于所使用的滤波器的转换而导致在图像上出现相邻区域之间的不自然边界。

此外，在信号处理设备11中，与串行耦接各个滤波处理操作的情形相比，降低了计算成本和生产成本，并且可以不执行以下非期望操作，即由于预定滤波处理操作的执行的影响而导致没有检测到要经受另一滤波处理操作的图像上的区域，并且没有执行适当的滤波处理操作。

已经描述使用由两个滤波处理单元22(BNR处理单元91和MNR处理单元92)获得的滤波输出信号和输入信号生成输出信号的示例，然而，滤波处理单元22的数目不限于两个，而是可以将三个或更多个滤波处理单元并入到图像处理设备中。

在如上所述的情形中，在并入到信号处理设备11中的多个滤波处理 单元22中的每一个内，对输入信号执行滤波处理操作，并且获得在每个滤波处理单元22中所获得的滤波输出信号中的每一个与输入信号之间的每一个差，以生成每个差信号。然后，在所生成的差信号的信号值当中，将最大信号值定义为与方程式(2)中的信号值dif₁对应的信号值dif₁′，并且将最小信号值定义为与方程式(2)中的信号值dif₂对应的信号值dif₂′。

也就是说，混合处理单元52计算下面的方程式(6)到(8)，以获得校正值dif_total，并且根据方程式(1)计算所获得的校正值dif_total与输入信号的信号值Input之和，以获得输出信号的信号值Out。

[数值公式6]

dif₁’＝max(dif_i：i＝1，...n)    ...(6)

[数值公式7]

dif₂’＝min(dif_i：i＝1，...n)    ...(7)

[数值公式8]

${\mathrm{dif}}_{\mathrm{total}}=\left\{\begin{array}{cc}{{\mathrm{dif}}_1}^{,}+{{\mathrm{dif}}_2}^{,}& ({{\mathrm{dif}}_1}^{,}\&CenterDot;{{\mathrm{dif}}_2}^{,}<0)\\ \max \_\mathrm{abs}({{\mathrm{dif}}_1}^{,},{{\mathrm{dif}}_2}^{,})& ({{\mathrm{dif}}_1}^{,}\&CenterDot;{{\mathrm{dif}}_2}^{,}\&GreaterEqual;0)\end{array}\right.\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(8\right)$

在方程式(6)中，在根据来自n个滤波处理单元22的各个滤波输出信号而获得的差信号的信号值dif₁到dif_n之中，将最大信号值dif_i(1≤i≤n)定义为信号值dif₁′。

在方程式(7)中，在根据来自n个滤波处理单元22的各个滤波输出信号而获得的差信号的信号值dif₁到dif_n之中，将最小信号值dif_i(1≤i≤n)定义为信号值dif₂′。

然后，在方程式(8)中，获得信号值dif₁′和信号值dif₂′的乘积。在所获得的信号值dif₁′和信号值dif₂′的乘积的符号为负的情况下，也就是说，在该乘积的值小于0的情况下，将信号值dif₁′与信号值dif₂′之和定义为校正值dif_total。

在所获得的信号值dif₁′和信号值dif₂′的乘积的符号为正的情况下，也就是说，在乘积的值为0或更大的情况下，将信号值dif₁′和信号值dif₂′中的绝对值大于另一信号值的绝对值的一个信号值定义为校正值dif_total。

如上所述，在将三个或更多个滤波处理单元22并入到信号处理设备11中，并且使用三个或更多个滤波器的情况下，在差信号的信号值之中，使用最大信号值和最小信号值来获得校正值。这样，在多个滤波器中，仅仅在输入信号上展现的噪声消除效果上优于其它滤波器的滤波器用于滤波处理操作的执行。结果，可以不发生由于输入信号的过度加强而导致抵消各个滤波器的效果，并且从输入信号中更迅速且可靠地消除噪声。也就是说，确保由多个滤波器之中的一个或两个滤波器执行的一个或两个滤波处理操作。

以上述方式使用从与多个滤波器中的其它滤波器相比将对输入信号更有效地工作的某些滤波器获得的差信号来获得校正值的方法不仅应用于对通过进一步扩展由例如MPEG系统压缩的图像而获得的图像信号执行块噪声降低处理和蚊子噪声降低处理的情况，还可应用于要消除不同于块噪声和蚊子噪声的其它噪声的情况。也就是说，例如，该方法适于要在图像上以多个空间方向进行噪声消除的情况，或者要在图像上同时进行空间方向的噪声消除和时间方向的噪声消除的情况。

另外，信号处理设备11不仅可以应用于要对图像信号执行的一般图像处理如轮廓加强和锐度改进，还可以应用于要对电信号执行的一般滤波处理如从声音信号消除噪声。

虽然已经描述了在混合单元23中获得输入信号和每个滤波输出信号之间的各个差的示例，但是可以在滤波处理单元22(BNR处理单元91和MNR处理单元92)中的每个内，获得输入信号和每个滤波输出信号之差。在后者情况下，可以从混合单元23中除去减法单元51。

可以借助于硬件或软件执行上述处理操作系列。在要借助于软件执行处理操作系列的情况下，将构成软件的程序安装到被并入到专用硬件内的计算机中，或者，例如，安装到通过经由程序存储介质将各种程序安装到其中来实现各种功能的执行的通用计算机中。

图15是示出用于根据程序执行上述处理操作系列的计算机的硬件结构示例的框图。

在该计算机中，CPU(中央处理器)201、ROM(只读存储器)202和RAM(随机存取存储器)203经由总线204彼此连接。

输入/输出接口205也连接到总线204。下述部件连接到输入/输出接口205：输入单元206，包括键盘、鼠标和麦克风；输出单元207，包括 显示器和扬声器；记录单元208，包括硬盘和非易失性存储器；通信单元209，包括网络接口；以及驱动器210，用于驱动可拆卸介质211比如磁盘、光盘、磁光盘或半导体存储器。

在如上所述构造的计算机中，CPU 201经由输入/输出接口205和总线204将记录在例如记录单元208上的程序装载到RAM 203中，并且执行该程序，由此执行上述处理操作系列。

要由计算机(CPU 201)执行的程序通过记录在可拆卸介质211上来提供，或者经由诸如局域网、因特网或数字卫星广播的有线或无线传输介质来提供，其中可拆卸介质211是包括例如磁盘(包含软盘)、光盘(CD-ROM(致密盘-只读存储器)、DVD(数字通用盘)等等)、磁光盘或半导体存储器的封装介质。

程序可以通过将可拆卸介质211安装到驱动器210上而经由输入/输出接口205安装到记录单元208中。另外，程序可以通过通信单元209经由有线或无线传输介质来接收，然后可以安装到记录介质208中。此外，程序可以预先安装到ROM 202或记录单元208中。

顺便提及，要由计算机执行的程序可以是以下程序：根据该程序以本说明书中描述的次序按时间顺序执行处理操作，或者根据该程序彼此并行地执行若干处理操作或以适当的定时比如已进行调用的定时来执行处理操作。

本申请包含与2008年4月1日向日本专利局提交的日本优先权专利申请JP 2008-094846中公开的内容相关的主题，在此通过引用结合其全部内容。

本领域的技术人员应当理解，本发明的实施例不限于上述实施例，而是可以在不背离本发明的范围和要旨的范围内以各种方式对本发明进行修改和变更。

Claims (3)

1.一种信号处理设备，用于使用多个滤波器对输入信号执行滤波处理操作并对滤波后的信号执行校正处理以生成输出信号，所述信号处理设备包括：

滤波处理装置，用于使用滤波器对所述输入信号执行滤波处理操作；以及

生成装置，用于通过将校正值加到所述输入信号来生成所述输出信号，其中，所述校正值是基于滤波输出信号中的每一个与所述输入信号之间的差的符号和绝对值而确定的，所述滤波输出信号是通过使用多个所述滤波处理装置执行的滤波处理操作而获得的，

其中在所述滤波输出信号中的每个和输入信号之差当中最大差值和最小差值的乘积是零或更大的情况下，所述生成装置将所述最大差值和所述最小差值中具有较大绝对值的一个定义为所述校正值，并且

其中在所述滤波输出信号中的每个和输入信号之差当中最大差值和最小差值的乘积小于零的情况下，所速所述生成装置将最大差值和最小差值之和定义为所述校正值。

2.根据权利要求1所述的设备，其中多个所述滤波处理装置中的第一滤波处理装置使用用于执行平滑处理的滤波器来执行所述滤波处理操作，以及多个所述滤波处理装置中的第二滤波处理装置使用具有边缘保留特性的滤波器来执行所述滤波处理操作。

3.一种信号处理方法，用于使用多个滤波器对输入信号执行滤波处理操作并对滤波后的信号执行校正处理以生成输出信号，所述信号处理方法包括以下步骤：

借助于使用滤波器的滤波处理装置，对所述输入信号执行滤波处理操作；以及

通过将校正值加到所述输入信号而生成所述输出信号，其中，所述校正值是基于滤波输出信号中的每一个与所述输入信号之间的差的符号和绝对值而确定的，所述滤波输出信号是通过使用多个所述滤波处理装置执行的滤波处理操作而获得的，

其中在所述滤波输出信号中的每个和输入信号之差当中最大差值和最小差值的乘积是零或更大的情况下，将所述最大差值和所述最小差值中 具有较大绝对值的一个定义为所述校正值，并且

其中在所述滤波输出信号中的每个和输入信号之差当中最大差值和最小差值的乘积小于零的情况下，将最大差值和最小差值之和定义为所述校正值。 

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