CN103824261B - 一种图像降噪处理方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的在于提供一种图像降噪处理方法及装置，用于提高现有技术中使用硬件进行图像降噪处理的能力；公开了一种图像降噪处理方法及装置，包括：确定目标操作窗；以预先设置的操作块为单位，对所述操作块所对应的所述目标操作窗内的数据进行降噪处理，并获得与所述操作块所对应的像素块；此时对于所述目标操作窗可产生一个或多个像素块；将所有像素块中的有效数据进行显示。可见本发明实施例提供的方法能够提高现有技术中使用硬件进行图像降噪处理的能力。
Description
技术领域
本发明涉及通信电子技术领域，尤其涉及一种图像降噪处理方法及装置。
背景技术
目前常用的图像降噪算法可以分类两大类，spatial method和transformmethod，两种处理方法都有其优点和缺点。
spatial method所用到的典型算法是NLM，该算法主要针对像素直接进行运算，复杂度相对较低，但是容易产生颗粒感，效果较差且不同场景差异较大。
transform method所用到的典型算法是BLS-GSM，该算法先将像素进行傅里叶或者小波变换，在频域滤波后再变换回来，对不同场景适应性较好，但是复杂度较高，且容易丢失细节模糊或者产生块效应。
目前获得State of the Art认可的最佳降噪算法是结合了该两种算法特性的BM3D算法，该算法搜索相似的块进行变换后进行协同滤波，然后变换回来的像素根据权重取均值，取得了非常令人满意的效果。但是这种算法的复杂度十分高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种图像降噪处理方法及装置，用于提高现有技术中使用硬件进行图像降噪处理的能力。
为实现上述目的，本发明采用如下方案：
一种图像降噪处理方法，所述方法包含：
确定目标操作窗；
以预先设置的操作块为单位，对所述操作块所对应的所述目标操作窗内的数据进行降噪处理，并获得与所述操作块所对应的像素块；此时对于所述目标操作窗可产生一个或多个像素块；
将所有像素块中的有效数据进行显示。
一种图像降噪处理装置，所述装置包括：
确定单元，用于确定目标操作窗；
操作单元，用于以预先设置的操作块为单位，对所述操作块所对应的所述目标操作窗内的数据进行降噪处理，并获得与所述操作块所对应的像素块；此时对于所述目标操作窗可产生一个或多个像素块；
显示单元，用于将所有像素块中的有效数据进行显示。
本发明的有益效果在于：
结合具备当今主流图像降噪的频域和时域两种操作方法和思想，并且相对于公认最优算法，在不明显降低品质的前提下，算法复杂度明显降低，提供了一种高效快速的算法，最重要的是提供一种可用于硬件芯片设计对资源要求和实时性有高度要求的一种处理流程和体系结构。另外该算法流程嵌入了一种自主高效的噪声值估计算法，对比主流的噪声值估计算法，在大多数场景适应性更加稳定，适合情况复杂的各类视频市场。综上，由于其高效性和实时性，该算法不光在图像，尤其在视频处理领域需要实时性和高品质，以及在移动设备上需要硬件加速实现的场合，将有很大的市场。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为本发明实施例提供的一种图像降噪处理方法的方法流程图；
图2为本发明实施例提供详细的一种图像降噪处理方法的方法流程图；
图3为本发明实施例提供的将操作窗内像素进行水平拷贝后的效果图；
图4为本发明实施例提供的将操作窗内像素进行垂直拷贝后的效果图；
图5为本发明实施例提供的一种图像降噪处理装置结构图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明实施例中的技术方案，并使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明中技术方案作进一步详细的说明。
由于硬件设备的存储能力有限，在进行图像降噪处理时，一般要为一帧图像设置一个宽高为W×H的操作窗，硬件设备在进行存储时只需存储操作窗内的数据即可，这样可以避免硬件设备存储能力有限的问题；设置一个m×n的操作块，以操作块为单位对操作窗内的图像进行降噪处理。
如图1所示，本发明实施例提供一种图像降噪处理方法，该方法包括：
步骤11，确定目标操作窗；
步骤12，以预先设置的操作块为单位，对所述操作块所对应的所述目标操作窗内的数据进行降噪处理，并获得与所述操作块所对应的像素块；此时对于所述目标操作窗可产生一个或多个像素块；
步骤13，将所有像素块中的有效数据进行显示。
具体的，步骤11具体包括判断操作窗的宽度是否小于8像素，如果小于将所述操作窗内的像素进行水平拷贝；判断所述操作窗的高度是否小于8像素，如果小于将所述操作窗内的像素依次进行垂直方向上的拷贝最终得到所述目标操作窗。
具体的，步骤12具体包括按照预先设置的计算方法计算所述操作块内的每一行像素的行像素和；并根据所述行像素和确定总像素和；判断所述总像素和是否小于第一阈值；如果小于，使用所述操作块所对应的最左边一列的像素扩充为的像素块；如果不小于，则判断所述总像素和是否小于第二阈值；如果所述总像素和小于第二阈值，则将所述操作块对应的像素数据变换为相应的系数，并根据该系数进行硬阈值滤波处理，以得到所述操作块对应的像素块。
其中，所述则将所述操作块对应的像素数据变换为相应的系数，并根据该系数进行硬阈值滤波处理，以得到所述操作块对应的像素块包括：对所述操作块内的每一行像素以及每一列像素分别进行8位快速一维DCT正变换，此时得到二维系数组；判断所述二维系数组中的每一个系数是否分别小于预设的噪声估计值，如果不小于，则保持该系数不变；否则将该系数置为0，此时得到新系数组；对所述新系数组或者所述二维系数组中的行系数和列系数分别进行8位快速一维DCT逆变换，此时得到所述操作块所对应的像素块。
具体的，在得到像素块之后、且在所述将所有像素块中的有效数据进行显示之前，进一步包括：
判断所述操作块是否位于所述操作窗的最底部，如果不是，按照预设第一步长沿垂直方向向下移动操作块；如果是，判断所述操作块是否位于操作窗的最右侧，如果不是按照预设第二步长沿垂直方向向下移动操作块；得到移动后操作块所对应的像素块。
其中，所述将所有像素块中的有效数据进行显示包括：
将得到所有像素块中的数据都保存到像素组中，并将所述像素组中的有效数据叠加写到与操作窗对应的结果矩形框中并显示；所述有效数据为所述操作块移动后叠加部分所产生的数据。
以下以具体实施例介绍：
如图2所示，本发明实施例提供一种图像降噪处理方法，具体过程包括：
步骤一，确定目标操作窗，此过程包括步骤21至步骤23，具体如下
步骤21，判断操作窗的宽度W是否小于8像素，如果小于则需要进行扩充操作，此时执行步骤22；判断操作窗的高度H是否小于8像素，如果小于则执行步骤23；
步骤22，将该操作窗内(如图3左侧图所示)的像素进行水平拷贝，扩充至8×H(如图3右侧图所示)，此时得到扩充后的目标操作窗；
步骤23，将该操作窗内的像素依次进行垂直方向上的拷贝，扩充至W×8如图4所示，左侧为拷贝前，右侧为拷贝后，此时得到扩充后的目标操作窗；
在完成步骤21至步骤23后将会得到如下宽高的操作窗：8×H、W×8或者8×8；如果该操作窗的宽度和高度都大于8像素，则直接将该操作窗作为目标操作窗，并进行后续降噪处理；本步骤中判断高度和宽度的顺序可颠倒。
步骤二、以预先设置的操作块为单位，对所述操作块所对应的所述目标操作窗内的数据进行降噪处理，并获得与所述操作块所对应的像素块；此时对于所述目标操作窗可产生一个或多个像素块；为了方便介绍此处以目标操作窗的宽度和高度都大于8像素为例，即目标操作窗为W×H；假设预先设置的操作块为8×8，且初始位置位于目标操作窗的左上角；具体的本步骤包括步骤24至步骤35：
步骤24，按照预先设置的计算方法计算所述操作块内的每一行像素的行像素和line_SAD，本步骤中计算的line_SAD的方法为：
假设一行中的像素为p0、p1、p2、p3、p4、p5、p6、p7，确定出其中的最大值pmax和最小值pmin，那么该行的line_SAD为：
line_SAD＝(p0+p2+p4+p6–pmin*4)+(pmax*4–(p1+p3+p5+p7))
此时一共可以得到H个line_SAD；
步骤25，根据所述行像素和确定总像素和block_SAD；具体的block_SAD为H个line_SAD的和；
步骤26，判断block_SAD是否小于第一阈值THR_V，如果小于第一阈值THR_V，则执行步骤27；如果不小于第一阈值THR_V，则判断block_SAD是否小于第二阈值THR_P，如果小于第二阈值THR_P，则执行步骤28；
本步骤中THR_V为：(0～15)*8＝0～120，默认64
THR_P为512～2^16，默认512
步骤27，此时确定操作块内所对应的像素为及其平坦区域，使用操作块所对应的最左边的8个像素扩充为8×8的像素块，并保存至像素组K；
步骤28，对操作块内的每一行像素分别进行8位快速一维DCT正变换(fast 1D8DCT正变换)，得到一维系数组C；然后再对一维系数组C的每一列进行8位快速一维DCT正变换(fast 1D8DCT正变换)得到二维系数组CC；
步骤29，进行硬阈值滤波处理即判断二维系数组CC中的每一个系数是否分别小于预设的噪声估计值singma，如果小于执行步骤30；否则保持该系数不变；本步骤中噪声估计值singma的确定方法如下：
将二维系数组CC第三行第五个系数的绝对值作为估计值E；此时T＝T+E，C＝C+1；
Sigma＝T/C；
其中T为预先设置的累加器的参数，C为预先设置的计数器的参数；
步骤30，将所有小于噪声估计值singma的系数置为0；此时得到新系数组A；
步骤31，将新系数组A或者二维系数组CC中的行系数和列系数分别进行8位快速一维DCT逆变换，此时可以得到8×8的像素块，并保存至像素组K；
步骤32，判断此时操作块是否位于操作窗的最底部，如果不是执行步骤33；如果是，判断此时操作块是否位于操作窗的最右侧，如果不是执行步骤34；如果是则说明已经完成对操作窗内的像素的降噪处理，并执行步骤35；
步骤33，按照预设第一步长沿垂直方向向下移动操作块；并执行步骤21至步骤32；
本步骤中，第一步长为STEP_V，STEP_V取值范围为1-8，较佳的为了更好的消除边缘噪点，本实施例中STEP_V取值为4；
步骤34，按照预设第二步长沿垂直方向向下移动操作块；并执行步骤21至步骤32；
本步骤中，第二步长为STEP_H，STEP_H取值范围都为1-8，较佳的本实施例取值为4；
当操作窗的大小为8×8、且操作块的大小也为8×8时，只产生一个像素块；
步骤三，将所有像素块中的有效数据进行显示，具体步骤包括步骤35；
步骤35，将像素组K中的有效数据叠加写到与操作窗对应的结果矩形框中，并显示在屏幕上；本步骤中的有效数据不包括扩充的部分，当按照预设第一步长或第二步长移动时前后两个操作块叠加的部分所产生的数据应当取平均值。
本步骤中，由于操作块的大小为8×8，在移动时是按照步长4进行的移动，因此在产生像素块的时候会产生重叠部分的像素数据，即叠加写操作所产生的重叠部分的像素数据，对于这部分像素数据需要取平均值作为有效数据。
如图5所示，本发明实施例提供一种图像降噪处理装置，该装置包括：
确定单元51，用于确定目标操作窗；
操作单元52，用于以预先设置的操作块为单位，对所述操作块所对应的所述目标操作窗内的数据进行降噪处理，并获得与所述操作块所对应的像素块；此时对于所述目标操作窗可产生一个或多个像素块；
显示单元53，用于将所有像素块中的有效数据进行显示。
所述确定单元51具体用于，判断操作窗的宽度是否小于8像素，如果小于将所述操作窗内的像素进行水平拷贝；判所述断操作窗的高度是否小于8像素，如果小于将所述操作窗内的像素依次进行垂直方向上的拷贝最终得到所述目标操作窗。
所述操作单元52具体用于，按照预先设置的计算方法计算所述操作块内的每一行像素的行像素和；并根据所述行像素和确定总像素和；判断所述总像素和是否小于小于第一阈值；
如果小于，使用所述操作块所对应的最左边一列的像素扩充为的像素块；
如果不小于，则判断所述总像素和是否小于第二阈值；如果所述总像素和小于第二阈值，则将所述操作块对应的像素数据变换为相应的系数，并根据该系数进行硬阈值滤波处理，以得到所述操作块对应的像素块。
所述操作单元52具体用于，对所述操作块内的每一行像素以及每一列像素分别进行8位快速一维DCT正变换，此时得到二维系数组；
判断所述二维系数组中的每一个系数是否分别小于预设的噪声估计值，如果不小于，则保持该系数不变；否则将该系数置为0，此时得到新系数组；
对所述新系数组或者所述二维系数组中的行系数和列系数分别进行8位快速一维DCT逆变换，此时得到所述操作块所对应的的像素块。
所述装置还包括：
判断单元54，用于判断所述操作块是否位于所述操作窗的最底部，如果不是，按照预设第一步长沿垂直方向向下移动操作块；如果是，判断所述操作块是否位于操作窗的最右侧，如果不是按照预设第二步长沿垂直方向向下移动操作块；
得到移动后操作块所对应的像素块。
所述显示单元53具体用于：
将得到所有像素块中的数据都保存到像素组中，并将所述像素组中的有效数据叠加写到与操作窗对应的结果矩形框中并显示。
综上所述，有益效果
结合具备当今主流图像降噪的频域和时域两种操作方法和思想，并且相对于公认最优算法，在不明显降低品质的前提下，算法复杂度明显降低，提供了一种高效快速的算法，最重要的是提供一种可用于硬件芯片设计对资源要求和实时性有高度要求的一种处理流程和体系结构。另外该算法流程嵌入了一种自主高效的噪声值估计算法，对比主流的噪声值估计算法，在大多数场景适应性更加稳定，适合情况复杂的各类视频市场。综上，由于其高效性和实时性，该算法不光在图像，尤其在视频处理领域需要实时性和高品质，以及在移动设备上需要硬件加速实现的场合，将有很大的市场。
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作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种图像降噪处理方法，其特征在于，所述方法包含：
确定目标操作窗，具体为：判断操作窗的宽度是否小于8像素，如果小于将所述操作窗内的像素进行水平拷贝；判断所述操作窗的高度是否小于8像素，如果小于将所述操作窗内的像素依次进行垂直方向上的拷贝最终得到所述目标操作窗；
以预先设置的操作块为单位，对所述操作块所对应的所述目标操作窗内的数据进行降噪处理，并获得与所述操作块所对应的像素块，具体为：按照预先设置的计算方法计算所述操作块内的每一行像素的行像素和；并根据所述行像素和确定总像素和；判断所述总像素和是否小于第一阈值；如果小于，使用所述操作块所对应的最左边一列的像素扩充为的像素块；如果不小于，则判断所述总像素和是否小于第二阈值；如果所述总像素和小于第二阈值，则将所述操作块对应的像素数据变换为相应的系数，并根据该系数进行硬阈值滤波处理，以得到所述操作块对应的像素块；此时对于所述目标操作窗可产生一个或多个像素块；其中，所述则将所述操作块对应的像素数据变换为相应的系数，并根据该系数进行硬阈值滤波处理，以得到所述操作块对应的像素块包括：对所述操作块内的每一行像素以及每一列像素分别进行8位快速一维DCT正变换，此时得到二维系数组；判断所述二维系数组中的每一个系数是否分别小于预设的噪声估计值，如果不小于，则保持该系数不变；否则将该系数置为0，此时得到新系数组；对所述新系数组或者所述二维系数组中的行系数和列系数分别进行8位快速一维DCT逆变换，此时得到所述操作块所对应的像素块；其中所述行像素和为line_SAD，计算line_SAD的方法为：假设一行中的像素为p0、p1、p2、p3、p4、p5、p6、p7，确定出其中的最大值pmax和最小值pmin，那么该行的line_SAD为：
line_SAD＝(p0+p2+p4+p6–pmin*4)+(pmax*4–(p1+p3+p5+p7))；
将所有像素块中的有效数据进行显示；所述有效数据为所述操作块移动后叠加部分所产生的数据，不包括扩充的部分。
2.一种图像降噪处理装置，其特征在于，所述装置包括：
确定单元，用于确定目标操作窗，具体为：判断操作窗的宽度是否小于8像素，如果小于将所述操作窗内的像素进行水平拷贝；判断所述操作窗的高度是否小于8像素，如果小于将所述操作窗内的像素依次进行垂直方向上的拷贝最终得到所述目标操作窗；
操作单元，用于以预先设置的操作块为单位，对所述操作块所对应的所述目标操作窗内的数据进行降噪处理，并获得与所述操作块所对应的像素块，具体为：按照预先设置的计算方法计算所述操作块内的每一行像素的行像素和；并根据所述行像素和确定总像素和；判断所述总像素和是否小于第一阈值；如果小于，使用所述操作块所对应的最左边一列的像素扩充为的像素块；如果不小于，则判断所述总像素和是否小于第二阈值；如果所述总像素和小于第二阈值，则将所述操作块对应的像素数据变换为相应的系数，并根据该系数进行硬阈值滤波处理，以得到所述操作块对应的像素块；此时对于所述目标操作窗可产生一个或多个像素块；其中，所述则将所述操作块对应的像素数据变换为相应的系数，并根据该系数进行硬阈值滤波处理，以得到所述操作块对应的像素块包括：对所述操作块内的每一行像素以及每一列像素分别进行8位快速一维DCT正变换，此时得到二维系数组；判断所述二维系数组中的每一个系数是否分别小于预设的噪声估计值，如果不小于，则保持该系数不变；否则将该系数置为0，此时得到新系数组；对所述新系数组或者所述二维系数组中的行系数和列系数分别进行8位快速一维DCT逆变换，此时得到所述操作块所对应的像素块；其中所述行像素和为line_SAD，计算line_SAD的方法为：假设一行中的像素为p0、p1、p2、p3、p4、p5、p6、p7，确定出其中的最大值pmax和最小值pmin，那么该行的line_SAD为：
line_SAD＝(p0+p2+p4+p6–pmin*4)+(pmax*4–(p1+p3+p5+p7))；
显示单元，用于将所有像素块中的有效数据进行显示；所述有效数据为所述操作块移动后叠加部分所产生的数据，不包括扩充的部分。
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