CN103516958B - 影像锐利化装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种影像锐利化装置及其方法，该影像锐利化装置包括一直流移除单元、至少一滤波器、至少一噪声估测单元、至少一软阈值处理单元以及一加法单元。该直流移除单元接收一图框之一图场的亮度信号并移除该亮度信号之一直流成分。该滤波器将该直流移除单元之一输出中，位于一特定频带内的成分予以通过。该噪声估测单元估测该图场中之一噪声值。该软阈值处理单元根据该噪声值形成一锐利化信号。该加法单元将该亮度信号与该锐利化信号相加以输出一结果亮度信号。本发明能避免该亮度信号中的噪声被增强。

Description

影像锐利化装置及其方法

【技术领域】

本发明涉及一种装置，特别涉及一种影像锐利化装置及其方法。

【背景技术】

模拟电视中，一复合视频信号(composite video signal)包括一亮度信号(Y)以及一色度信号(C)。梳形滤波器通常用于将该复合视频信号分离出亮度信号以及色度信号，分离出亮度信号以及色度信号的过程称为Y/C分离(Y/C separation)。

对亮度信号作影像锐利化处理能增强一影像的边缘，亦即使影像更清晰。一般而言，影像锐利化处理是将一锐利化信号加到亮度信号，锐利化信号是根据亮度信号而得。然而，当影像的边缘增强时，噪声也会随之增强而影响影像质量。

因此，需要提出解决方法来避免影像的边缘增强时，噪声也随之增强的问题。

【发明内容】

本发明之一目的是提供一种影像锐利化装置及其方法。

本发明之一种影像锐利化装置包括一直流移除单元、至少一滤波器、至少一噪声估测单元、至少一软阈值处理单元以及一加法单元。在一图框之一图场中之一复合视频信号具有一亮度信号。该直流移除单元接收该亮度信号并移除该亮度信号之一直流成分。该滤波器将该直流移除单元之一输出中，位于一特定频带内的成分予以通过，并滤除该直流移除单元之该输出的其它成分。该噪声估测单元估测该图框之该图场中之一噪声值。当该滤波器之一输出之一绝对值大于该噪声值时，该软阈值处理单元将该滤波器之该输出之一正成分减去该噪声值并将该噪声值加至该滤波器之该输出之一负成分以形成一锐利化信号，或者当该滤波器之该输出之该绝对值小于该噪声值时，该软阈值处理单元将该滤波器之该输出设为零作为该锐利化信号。该加法单元将该亮度信号与该锐利化信号相加以输出一结果亮度信号。

于本发明之一种影像锐利化方法中，在一图框之一图场中之一复合视频信号具有一亮度信号。该影像锐利化方法包括：接收该亮度信号；移除该亮度信号之一直流成分；将该亮度信号中，位于一特定频带内的成分予以通过，并滤除该亮度信号的其它成分；估测该图框之该图场中之一噪声值；当该亮度信号在该特定频带内的一绝对值大于该噪声值时，将该亮度信号在该特定频带内的一正成分减去该噪声值并将该噪声值加至该亮度信号在该特定频带内的一负成分以形成一锐利化信号；当该亮度信号在该特定频带内的该绝对值小于该噪声值时，将该特定频带内的亮度信号设为零作为该锐利化信号；以及将该亮度信号与该锐利化信号相加以输出一结果亮度信号。

根据本发明之影像锐利化装置及其方法在增强亮度信号时，能藉由适应性地估测噪声来避免亮度信号中的噪声被增强。

为让本发明的上述内容能更明显易懂，下文特举优选实施例，并配合所附图式，作详细说明如下：

【附图说明】

图1绘示根据本发明第一实施例之影像锐利化装置；

图2绘示美国国家电视标准协会标准之垂直空白时间；

图3A绘示一不具有噪声的空白线；

图3B绘示一具有噪声的空白线；

图4绘示相位交互线标准之垂直空白时间；

图5绘示图1之第一噪声估测单元的方块图；

图6A绘示不具有噪声的亮度信号的波形；

图6B绘示具有噪声的亮度信号的波形；

图7A绘示不具有噪声的亮度信号的低频带成分波形；

图7B绘示不具有噪声的亮度信号的高频带成分波形；

图8A绘示具有噪声的亮度信号的低频带成分波形；

图8B绘示具有噪声的亮度信号的高频带成分波形；

图9A绘示具有噪声的亮度信号的低频带成分经过图1之第一软阈值处理单元处理后的波形；

图9B绘示具有噪声的亮度信号的高频带成分经过图1之第二软阈值处理单元处理后的波形；

图10绘示根据本发明第二实施例之影像锐利化装置；以及

图11绘示根据本发明实施例之影像锐利化方法的流程图。

【具体实施方式】

以下各实施例的说明是参考附加的图式，用以例示本发明可用以实施的特定实施例。

图1绘示根据本发明第一实施例之影像锐利化装置。该影像锐利化装置包括一直流移除单元100、一第一滤波器102、一第二滤波器104、一第一噪声估测单元106、一第二噪声估测单元108、一第一软阈值处理单元110、一第二软阈值处理单元112以及一加法单元114。

直流移除单元100接收一亮度信号LU并移除该亮度信号LU之一直流(directcurrent)成分。在一图框之一图场中之一复合视频信号具有该亮度信号LU以及一色度信号(未图示)。亮度信号LU可以为一三维梳型滤波器(3D comb filter)产生的三维亮度信号或一非三维梳型滤波器(non-3D comb filter)产生的非三维亮度信号。三维与非三维梳型滤波器为本领域技术人员所熟知，此不多加赘述。直流移除单元100可以为一带通滤波器或一高通滤波器。

第一滤波器102将该直流移除单元100之一输出中，位于一第一频带(frequencyband)内的成分予以通过，并滤除该直流移除单元100之该输出的其它成分。第二滤波器104将该直流移除单元100之该输出中，位于一第二频带内的成分予以通过，并滤除该直流移除单元100之该输出的其它成分。于本实施例中，第一滤波器102为一低通滤波器，用于通过该直流移除单元100之该输出的低频成分，第二滤波器104为一高通滤波器，用于通过该直流移除单元100之该输出的高频成分。为了便于描述，第一滤波器102之一输出以第一滤波信号F1表示，第二滤波器104之一输出以第二滤波信号F2表示。于现有技术中，第一滤波信号F1是直接加至亮度信号LU来增强亮度信号LU的低频成分，第二滤波信号F2是直接加至亮度信号LU来增强亮度信号LU的高频成分。然而，由于第一与第二滤波信号F1、F2包括噪声，因此第一与第二滤波信号F1、F2中的噪声也被加至亮度信号LU，也就是说，第一与第二滤波信号F1、F2直接加至亮度信号LU之后，亮度信号LU与噪声同时被增强。本发明提出一种噪声估测机制来避免噪声被增强的问题。

第一噪声估测单元106估测并输出该图框之该图场中之一第一噪声值N1，第二噪声估测单元108估测并输出该图框之该图场中之一第二噪声值N2，更明确地说，该第一噪声值N1为一信号S之低频成分的噪声，而该第二噪声值N2为该信号S之高频成分的噪声，该信号S与该亮度信号LU是在同图框同图场，该信号S将于稍后详述。

该第一软阈值处理单元110电性耦接至第一滤波器102与第一噪声估测单元106，用于根据该第一噪声值N1对该第一滤波信号F1执行一软阈值操作并输出一第一锐利化信号S1。软阈值操作是指当该第一滤波信号F1之一绝对值大于该第一噪声值N1时，将该第一滤波信号F1之一正成分(positive component)减去该第一噪声值N1并将该第一噪声值N1加至该第一滤波信号F1之一负成分(negative component)以形成该第一锐利化信号S1；当该第一滤波信号F1之该绝对值小于该第一噪声值N1时，将该第一滤波信号F1设为零作为该第一锐利化信号S1。该第一锐利化信号S1是用于增强该亮度信号LU在该第一频带内的成分。

更明确地说，当该第一滤波信号F1大于该第一噪声值N1时，该第一软阈值处理单元110藉由将该第一滤波信号F1之该正成分减去该第一噪声值N1并将该第一噪声值N1加至该第一滤波信号F1之该负成分来降低该第一噪声值N1的增强。当该第一滤波信号F1小于该第一噪声值N1时，该第一软阈值处理单元110藉由将该第一滤波信号F1设为零来降低该第一噪声值N1的增强，亦即该第一锐利化信号S1为零。

同样的方式，该第二软阈值处理单元112电性耦接至该第二滤波器104与该第二噪声估测单元108，用于根据该第二噪声值N2对该第二滤波信号F2执行一软阈值操作并输出一第二锐利化信号S2。当该第二滤波信号F2之一绝对值大于该第二噪声值N2时，将该第二滤波信号F2之一正成分减去该第二噪声值N2并将该第二噪声值N2加至该第二滤波信号F2之一负成分以形成该第二锐利化信号S2；当该第二滤波信号F2之该绝对值小于该第二噪声值N2时，将该第二滤波信号F2设为零作为该第二锐利化信号S2。该第二锐利化信号S2是用于增强该亮度信号LU在该第二频带内的成分。

更明确地说，当该第二滤波信号F2大于该第二噪声值N2时，该第二软阈值处理单元112藉由将该第二滤波信号F2之该正成分减去该第二噪声值N2并将该第二噪声值N2加至该第二滤波信号F2之该负成分来降低该第二噪声值N2的增强。当该第二滤波信号F2小于该第二噪声值N2时，该第二软阈值处理单元112藉由将该第二滤波信号F2设为零来降低该第二噪声值N2的增强，亦即该第二锐利化信号S2为零。

总而言之，该第一软阈值处理单元110与该第二软阈值处理单元112是分别用于迫使该第一噪声值N1与该第二噪声值N2逼近为零，这表示可以降低该第一噪声值N1与该第二噪声值N2的增强。

该加法单元114将该亮度信号LU、该第一锐利化信号S1与该第二锐利化信号S2相加以产生并输出一结果亮度信号R。当该第一锐利化信号S1不是为零且该第二锐利化信号S2不是为零时，表示该第一滤波信号F1大于该第一噪声值N1且该第二滤波信号F2大于该第二噪声值N2，因此该第一与该第二锐利化信号S1、S2用于增强该亮度信号LU在该第一与该第二频带内的成分，但是该亮度信号LU中的噪声不会增强。

当该第一与该第二锐利化信号S1、S2之其中一者不是为零时，表示该第一与该第二滤波信号F1、F2只有其中一者大于其对应的噪声值，因此该第一与该第二锐利化信号S1、S2只有其中一者用于增强该亮度信号LU在对应频带内的成分，该第一与该第二锐利化信号S1、S2中的另一者不会用于增强该亮度信号LU在对应频带内的成分。

当该第一与该第二锐利化信号S1、S2两者都为零时，表示该第一与该第二滤波信号F1、F2分别小于该第一与该第二噪声值N1、N2，由于该第一与该第二滤波信号F1、F2分别小于该第一与该第二噪声值N1、N2，因此该第一与该第二锐利化信号S1、S2不适合用于增强该亮度信号LU在该第一与该第二频带内的成分，该亮度信号LU直接作为该结果亮度信号R。更明确地说，该结果亮度信号R并未被增强，且噪声也未被增强，也就是说，该亮度信号LU也未恶化。

请参阅图2，图2绘示美国国家电视标准协会(National Television SystemCommittee；NTSC)标准之垂直空白时间(vertical blank timing)。根据美国国家电视标准协会标准，该图框(frame)由两个图场(field)组成，且该两个图场分别包括262条与263条扫描线。此外，美国国家电视标准协会标准定义某些扫描线是未包含数据(数据包括图1之亮度信号LU)的。举例来说，在一空白线区域A中，某些扫描线是未包含数据的，这些未包含数据的扫描线包括垂直同步(vertical-sync)、等化脉波(equalizing pulses)等等。为了便于描述，未包含数据的扫描线称为空白线(blank lines)。要说明的是，垂直遮没期(Vertical Blanking Interval；VBI)信号可能会出现在该空白线区域A的某些扫描线，而在某些扫描线的垂直遮没期信号不能用于本发明中。

请参阅图3A以及图3B，图3A绘示一不具有噪声的空白线(即空白线的理想情况)，图3B绘示一具有噪声N的空白线。当空白线不具有噪声时，空白线应如图3A所示呈平坦状，相反地，当空白线具有噪声时，空白线应如图3B所示呈不平坦状，也就是说，可以在空白线中发现其它信号存在。本发明藉由观测空白线是否呈平坦状来估测图1之该第一与该第二噪声值N1、N2。

请参阅图4，图4绘示相位交互线(Phase Alternation by Line；PAL)标准之垂直空白时间。与美国国家电视标准协会标准相同，在一相位交互线标准的空白线区域B中，某些扫描线是未包含数据的，因此，本发明能藉由观测相位交互线标准之这些某些扫描线的至少一者是否呈平坦状来估测图1之该第一与该第二噪声值N1、N2。

请参阅图1以及图5，图5绘示图1之第一噪声估测单元106的方块图。该第一噪声估测单元106包括一第一噪声估测直流移除单元1060、一第一噪声估测滤波器1062以及一第一噪声估测处理单元1064。

该第一噪声估测直流移除单元1060接收该图场的至少一空白线中的该信号S，如上所述，该空白线为不具有该亮度信号LU的扫描线，更明确地说，该信号S是位于图2空白线区域A的空白线或图4空白线区域B的空白线。该第一噪声估测直流移除单元1060移除该信号S之一直流成分。

该第一噪声估测滤波器1062电性耦接至该第一噪声估测直流移除单元1060，该第一噪声估测滤波器1062将该第一噪声估测直流移除单元1060之一输出中，位于该第一频带内的成分予以通过，并滤除该第一噪声估测直流移除单元1060之该输出的其它成分。

该第一噪声估测处理单元1064电性耦接至该第一噪声估测滤波器1062，该第一噪声估测处理单元1064估测该第一噪声估测滤波器1062之一输出的噪声以产生并输出该第一噪声值N1，亦即估测该空白线的噪声。例如该第一噪声估测处理单元1064产生若干个该第一噪声估测滤波器1062之该输出的绝对值，找出该图场一个N点循环(N-point cycle)中的一个最大值，并累积该图场若干个N点循环的若干个最大值，N为正整数，该亮度信号LU的取样频率(sampling frequency)通常设定为N×Fsc，N点是取决于N×Fsc的取样频率而定，Fsc为该亮度信号LU的载波频率。找出该图场N点循环中的最大值的目的在于避免绝对值过小，当绝对值过小时，估测的第一噪声值N1会不准确。于一实施例中，无限脉冲响应滤波器(infinite impulse response filter)可以用于累积该图场的最大值。

第1图之第二噪声估测单元108与第5图之第一噪声估测单元106具有相同组件，此不多加赘述。该第一噪声估测单元106与该第二噪声估测单元108的差异在于该第一噪声估测单元106处理该信号S在该第一频带内的成分，而该第二噪声估测单元108处理该信号S在该第二频带内的成分。图5之第一噪声估测滤波器1062对应至图1之第一滤波器102，也就是说，图5之第一噪声估测滤波器1062与图1之第一滤波器102操作在相同频带(即第一频带)，同理，该第二噪声估测单元108的第二噪声估测滤波器(未图示)与图1之第二滤波器104操作在相同频带(即第二频带)。

请参阅图6A至图9B，图6A绘示不具有噪声的亮度信号的波形，图6B绘示具有噪声的亮度信号的波形，图7A绘示不具有噪声的亮度信号的低频带成分波形，图7B绘示不具有噪声的亮度信号的高频带成分波形，图8A绘示具有噪声的亮度信号的低频带成分波形(亦即亮度信号未经过图1之第一软阈值处理单元110处理)，图8B绘示具有噪声的亮度信号的高频带成分波形(亦即亮度信号未经过图1之第二软阈值处理单元112处理)，图9A绘示具有噪声的亮度信号的低频带成分经过图1之第一软阈值处理单元110处理后的波形，图9B绘示具有噪声的亮度信号的高频带成分经过图1之第二软阈值处理单元112处理后的波形。对于低频带成分而言，图9A部分取样点的振幅小于图8A部分取样点的振幅，表示这些部分取样点的噪声未被增强。对于高频带成分而言，图9B部分取样点的振幅小于图8B部分取样点的振幅，表示这些部分取样点的噪声未被增强。

请参阅图10，图10绘示根据本发明第二实施例之影像锐利化装置。与图1之第一实施例的影像锐利化装置相比，第二实施例之影像锐利化装置进一步包括一第一增益单元116以及一第二增益单元118。

该第一增益单元116电性耦接至该第一软阈值处理单元110且能够控制该第一锐利化信号S1中黑成分(black component)与白成分(white component)的至少一者的强度。该第二增益单元118电性耦接至该第二软阈值处理单元112且能够控制该第二锐利化信号S2中黑成分与白成分的至少一者的强度。

要说明的是，图1的第一实施例与图10的第二实施例包括两个滤波器102、104，于另一实施例中，本发明的影像锐利化装置可以包括三个或更多个滤波器，各滤波器可以根据需要操作特定的频带。

请参阅图11，图11绘示根据本发明实施例之影像锐利化方法的流程图。

于该影像锐利化方法中，在一图框之一图场中之一复合视频信号具有一亮度信号以及一色度信号。本发明之影像锐利化方法包括下列步骤。

于步骤S1100中，接收该亮度信号。

于步骤S1110中，移除该亮度信号之一直流成分。

于步骤S1120中，将该亮度信号中位于一特定频带内的成分予以通过，并滤除该亮度信号的其它成分。要说明的是，本步骤中所述的亮度信号其直流成分已移除。

于步骤S1130中，估测该图框之该图场中之一噪声值，于一实施例中，估测该噪声值的步骤包括：接收该图场中至少一空白线之一信号并移除该信号之一直流成分，其中该图场的该空白线为不具有该亮度信号的扫描线；将该信号中位于该特定频带内的成分予以通过，并滤除该信号的其它成分；以及估测该信号在该特定频带内的成分的噪声以产生并输出该噪声值。如上所述，空白线是根据美国国家电视标准协会标准或相位交互线标准而定。

于估测该信号在该特定频带内的成分的噪声以产生并输出该噪声值的步骤包括：产生若干个该信号在该特定频带内的成分的绝对值；找出该图场一个N点循环中的一个最大值；以及累积该图场若干个N点循环的若干个最大值，N为正整数，N点是取决于该亮度信号的取样频率而定。要说明的是，本步骤中所述的信号其直流成分已移除。

于步骤S1140中，当该亮度信号在该特定频带内的一绝对值大于该噪声值时，将该亮度信号在该特定频带内的一正成分减去该噪声值并将该噪声值加至该亮度信号在该特定频带内的一负成分以形成一锐利化信号。要说明的是，本步骤中所述的亮度信号其直流成分已移除。

于步骤S1150中，当该亮度信号在该特定频带内的该绝对值小于该噪声值时，将该特定频带内的亮度信号设为零作为该锐利化信号。要说明的是，本步骤中所述的亮度信号其直流成分已移除。

于步骤S1160中，将该亮度信号与该锐利化信号相加以产生并输出一结果亮度信号。要说明的是，本步骤中所述的亮度信号其直流成分已移除。

于一实施例中，本发明之影像锐利化方法在步骤S1160之前，进一步包括控制该锐利化信号中黑成分与白成分的至少一者的强度。

根据本发明之影像锐利化装置及其方法在增强亮度信号时，能藉由适应性地估测噪声来避免亮度信号中的噪声被增强，在最差的情况下，亦即当噪声大于亮度信号时，不增强亮度信号，而噪声也不会增强。

综上所述，虽然本发明已以优选实施例揭露如上，但上述优选实施例并非用以限制本发明，本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与润饰，因此本发明的保护范围以权利要求界定的范围为准。

Claims (11)

1.一种影像锐利化装置，在一图框之一图场中之一复合视频信号具有一亮度信号，其特征在于，该影像锐利化装置包括：

一直流移除单元，接收该亮度信号并移除该亮度信号之一直流成分；

至少一滤波器，将该直流移除单元之一输出中，位于一特定频带内的成分予以通过，并滤除该直流移除单元之该输出的其它成分；

至少一噪声估测单元，估测该图框之该图场中之一噪声值；

至少一软阈值处理单元，当该滤波器之一输出之一绝对值大于该噪声值时，将该滤波器之该输出之一正成分减去该噪声值并将该噪声值加至该滤波器之该输出之一负成分以形成一锐利化信号，或者当该滤波器之该输出之该绝对值小于该噪声值时，将该滤波器之该输出设为零作为该锐利化信号；以及

一加法单元，将该亮度信号与该锐利化信号相加以输出一结果亮度信号，

其中该噪声估测单元包括：

一噪声估测直流移除单元，接收该图场的至少一空白线中的一信号并移除该信号之一直流成分，其中该图场的该空白线为不具有该亮度信号的扫描线；

一噪声估测滤波器，将该噪声估测直流移除单元之一输出中，位于该特定频带内的成分予以通过，并滤除该噪声估测直流移除单元之该输出的其它成分；以及

一噪声估测处理单元，估测该噪声估测滤波器之一输出的噪声以产生该噪声值。

2.根据权利要求1所述的影像锐利化装置，其特征在于，该直流移除单元为一带通滤波器或一高通滤波器。

3.根据权利要求1所述的影像锐利化装置，其特征在于，该空白线根据美国国家电视标准协会标准或相位交互线标准而定。

4.根据权利要求1所述的影像锐利化装置，其特征在于，该噪声估测处理单元藉由产生若干个该噪声估测滤波器之该输出的绝对值，找出该图场一个N点循环中的一个最大值，并累积该图场若干个N点循环的若干个最大值来估测该噪声估测滤波器之该输出的噪声，N为正整数。

5.根据权利要求4所述的影像锐利化装置，其特征在于，该N点取决于该亮度信号之一取样频率。

6.根据权利要求1所述的影像锐利化装置，其特征在于，进一步包括至少一增益单元，用于控制该锐利化信号中一黑成分与一白成分的至少一者的强度。

7.一种影像锐利化方法，在一图框之一图场中之一复合视频信号具有一亮度信号，其特征在于，该影像锐利化方法包括：

接收该亮度信号；

移除该亮度信号之一直流成分；

将该亮度信号中，位于一特定频带内的成分予以通过，并滤除该亮度信号的其它成分；

估测该图框之该图场中之一噪声值；

当该亮度信号在该特定频带内的一绝对值大于该噪声值时，将该亮度信号在该特定频带内的一正成分减去该噪声值并将该噪声值加至该亮度信号在该特定频带内的一负成分以形成一锐利化信号；

当该亮度信号在该特定频带内的该绝对值小于该噪声值时，将该特定频带内的亮度信号设为零作为该锐利化信号；以及

将该亮度信号与该锐利化信号相加以输出一结果亮度信号，

其中估测该图框之该图场中之该噪声值的步骤包括：

接收该图场中至少一空白线之一信号并移除该信号之一直流成分，其中该图场的该空白线为不具有该亮度信号的扫描线；

将该信号位于该特定频带内的成分予以通过，并滤除该信号的其它成分；以及

估测该信号在该特定频带内的成分的噪声以产生该噪声值。

8.根据权利要求7所述的影像锐利化方法，其特征在于，该空白线根据美国国家电视标准协会标准或相位交互线标准而定。

9.根据权利要求7所述的影像锐利化方法，其特征在于，估测该信号在该特定频带内的成分的噪声以产生该噪声值的步骤包括：

产生若干个该信号在该特定频带内的成分的绝对值；

找出该图场一个N点循环中的一个最大值；以及

累积该图场若干个N点循环的若干个最大值，N为正整数。

10.根据权利要求9所述的影像锐利化方法，其特征在于，该N点取决于该亮度信号的取样频率而定。

11.根据权利要求7所述的影像锐利化方法，其特征在于，在将该亮度信号与该锐利化信号相加以输出该结果亮度信号的步骤之前，进一步包括控制该锐利化信号中一黑成分与一白成分的至少一者的强度的步骤。