CN1578403A - 用于视频噪声抑制的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

一种通过重构经通信信道以块为单位接收到的视频或者静止图像信号并且将这些块转换为频域中的数据，来从视频或者静止图像信号中去除噪声的方法和装置。该噪声抑制方法包括：将接收到的原始信号分类为预定大小的块；将接收到的信号分解为预定数目的大小相等的块；通过从分解后的信号的开始去除第一预定数目的像素和从分解后的信号的末端去除第二预定数目的像素，来产生至少一个重构信号；和通过将原始信号和重构信号转换为频域中的信号来在频域中去除噪声。其结果是，有效地去除了静止图像和视频信号中的噪声。

Description

用于视频噪声抑制的方法和装置
本申请基于并要求于2003年7月16目在韩国知识产权局提交的第2003-48650号韩国专利申请的优先权，该申请完全公开于此以资参考。
                          技术领域
本发明涉及视频噪声抑制，并且更具体地讲，涉及这样一种方法和装置，其用于通过重构经通信信道以块为单位接收到的静止图像或者运动图像并且将这些块转换为频域中的数据，来从视频或者静止图像信号中去除噪声。
                          背景技术
通常，由于在传输静止图像或者运动图像的通信信道中存在噪声，所以当显示在接收端接收到的图像时，该图像会失真。当由噪声引起失真的图像在显示装置上显示时，这些图像会使眼睛不适，并且当根据运动图像压缩标准，如运动图像专家组(MPEG)标准，来存储图像时，压缩效率被降低。
因此，正在积极进行将噪声从运动图像或者静止图像中去除的研究。传统的噪声抑制方法包括空间噪声抑制方法和时间噪声抑制方法。
图1是传统视频编码器的方框图。
为了执行视频点播(VOD)服务或者运动图像通信，编码器使用预定压缩方法来产生比特流。
为了去除空间冗余度，离散余弦变换(DCT)单元110将以8×8像素块输入的视频数据离散余弦变换。量化单元120量化由DCT单元110获得的DCT系数，并且通过使用一些典型值表达结果来执行高数据有损压缩。逆量化单元130将由量化单元120量化的视频数据逆量化。离散余弦逆变换(IDCT)单元140将由逆量化单元130逆量化的视频数据离散余弦逆变换。帧存储单元150以帧为单位存储从IDCT单元140接收到的视频数据。运动估计和补偿(ME/MC)单元160使用当前帧的视频数据和存储在帧存储单元150中的前一帧的视频数据，来计算相应于用于宏块的运动矢量(MV)和块匹配误差的绝对差之和(SAD)。可变长度编码(VLC)单元170根据由ME/MC单元160计算出的MV，来从量化的离散余弦变换后的视频数据中去除统计冗余度。
图2是使用传统噪声抑制方法的视频编码器的方框图。
参照图2，将预处理器210加入到图1中的传统视频编码器中。预处理器210使用传统噪声抑制方法从输入的视频数据中去除噪声，并且将抑制了噪声的视频数据输入到视频编码器220。
在预处理器210中使用的噪声抑制方法包括空间噪声抑制方法、时间噪声抑制方法和空间-时间噪声抑制方法。
参照图1和图2，大多数传统噪声抑制装置通过在视频编码器之前放置预处理器来在编码之前去除噪声，或者通过在视频解码器之后放置后处理器来在解码之后去除噪声。由预处理器或后处理器执行的噪声抑制方法包括使用空间分割通过空间滤波来去除噪声的方法和在时间轴上通过选择性的低通滤波来去除噪声的方法。但是，使用空间分割的噪声抑制方法经常产生视频的模糊，并且残留图像现象出现在使用时间分割的噪声抑制方法中。
                          发明内容
本发明提供一种用于通过将由噪声引起失真的静止或视频数据转化为频域中的数据，来在频域中有效地去除噪声的方法和装置。
根据本发明示例性的实施例，提供了一种噪声抑制方法，包括：(a)将接收到的原始信号分类为预定数目的大小相等的块；(b)通过从分解后的信号的开始去除预定数目的像素来产生至少一个块重构信号；和(c)通过将原始信号和重构信号转换为频域中的信号来在频域中去除噪声。
原始信号可以是视频信号或者静止图像信号。
可以通过从分解后的信号的开始顺序地去除预定数目的像素，直到去除预定数目的像素能够完全地去除分解后的信号的第一块，来产生块重构信号。
可以通过从分类出的信号的最前部分中去除一半数目的块的像素，来产生块重构信号。
在频域中的噪声抑制可以包括：(c1)分别执行原始信号和重构信号的预定频率转换；(c2)去除关于频率转换后的信号的噪声；(c3)执行噪声去除后的信号的频率逆转换；和(c4)均值化并输出频率逆转换后的信号。
根据本发明另一示例性的实施例，提供了一种噪声抑制装置，包括：数据分离器，用于将接收到的原始信号分类为预定大小的块，并且通过从分解后的信号的开始去除预定数目的像素来产生块重构信号；频率转换器，用于执行重构信号的频率转换；噪声抑制器，用于对频率转换后的信号去除噪声；频率逆转换器，用于执行噪声去除后的信号的频率逆转换；和平均值计算器，用于计算频率逆转换后的信号的平均值。
噪声抑制器还可以包括噪声电平估计器，其估计接收到的原始信号的噪声电平，并且将估计出的信息传递到噪声抑制器。
数据分离器可以通过从分解后的信号的开始顺序地去除预定数目的像素，直到去除预定数目的像素能够完全地去除分解后的信号的第一块，来产生块重构信号。
数据分离器可以通过从分类出的信号的最前部分中去除一半数目的块的像素，来产生块重构信号。
频率转换可以是酉(unitary)变换。
根据本发明另一示例性的实施例，提供一种在其上记录有用于执行上述噪声抑制方法的计算机可读程序的计算机可读介质。
                          附图说明
通过结合附图对其示例性的实施例进行详细描述，本发明的上述和其他特点及优点将会变得更加清楚，其中：
图1是传统视频编码器的方框图；
图2是使用传统噪声抑制方法的视频编码器的方框图；
图3是根据本发明示例性的实施例的噪声抑制装置的方框图；
图4是用于描述如何将混合了噪声的信号分解为块并产生L-1个重构信号的时序图；和
图5是示出根据本发明示例性的实施例的视频噪声抑制方法的流程图。
                        具体实施方式
图3是根据本发明示例性的实施例的噪声抑制装置的方框图。
噪声抑制装置包括噪声电平估计器310、数据分离器320、频率转换器330、噪声抑制器340、频率逆转换器350和平均值计算器360。频率转换器330包括第一到第n转换器330-1到330-n，其中n等于输入信号的块的数目。噪声抑制器340包括第一到第n抑制器340-1到340-n，并且频率逆转换器350包括第一到第n逆转换器350-1到350-n。
噪声电平估计器310估计输入信号的噪声电平。根据本发明，噪声抑制装置不需要噪声电平估计器310，但噪声电平估计器310有益于提高噪声抑制效率。
数据分离器320将输入的混合了噪声的信号(原始信号)分解为N个块，每个块具有L个像素，并且通过构造N-1个块来产生L-1个信号，该N-1个块通过沿着分解的信号顺序地移动一个像素来构造，每个块具有L个像素。参照图4将详细描述L-1个信号的产生。分解后的原始信号和L-1个信号传输到频率转换器330。
频率转换器330通过对产生的信号执行酉变换来将从数据分离器320接收到的信号转换为频域信号。酉变换最好是DCT，但是也可以是离散正弦变换(DST)、离散沃尔什变换(DWT)、离散哈达玛变换(DHT)、Haar变换、Slant变换或者Karhunen-Loeve(KL)变换。
噪声抑制器340使用频域中的频率转换矩阵，如DCT系数矩阵的内积计算，来从频率转换后的信号中去除噪声，并且将抑制了噪声后的信号发送到频率逆转换器350。
被用来去除噪声的滤波器系数通过采用滤波器系数矩阵的内积来计算，并且根据从噪声电平估计器310接收到的估计出的噪声电平来确定。例如，如果基于DCT使用维纳(Wiener)滤波器用于噪声抑制，那么根据从噪声电平估计器310输出的噪声电平来确定维纳滤波器系数。但是，当使用酉变换，如DCT，以去除噪声时，能够通过在频域中计算简单的矩阵的内积来执行维纳滤波。因此，根据本发明示例性的实施例的频率转换是酉变换，如DCT。
频率逆转换器350从频域中的信号转换抑制了噪声的信号，并且将每个频率逆转换后的信号传输到平均值计算器360。然后，平均值计算器360均值化并输出频率逆转换后的信号。
图4是用于描述如何将混合了噪声的信号分解为块并产生L-1个重构信号的时序图。
参照图3和图4，如果一维处理被分别施加到垂直方向上的行和水平方向上的行，那么获得二维视频数据。因此，为了描述方便，将描述一维信号。
在根据本发明第二示例性的实施例的噪声抑制方法中，在信号被转换到频域中之前，重构如图4中所示的一维信号。在从转换到频域中的信号中去除噪声之后，均值化并输出结果。
参照图4，将描述L-1个重构信号的产生。
由M个像素组成的原始信号410被分解为N(＝M/L)个块，每个块具有L个像素。然后，从分解后的原始信号410的开始去除一个像素，形成每个具有在去除后的像素后的L个像素的N-1个块，并且构造了第一信号420。第一信号420不包括分解后的原始信号410的第一个像素和最后L-1个像素。之后，从分解后的原始信号410的开始去除两个像素，形成每个具有在去除后的像素后的L个像素的N-1个块，并且构造了第二信号430。第二信号430不包括分解后的原始信号410的前两个像素和最后L-2个像素。同样地，构造L-1个信号，每个信号沿着分解后的原始信号410移动一个像素。
通过在将分解后的原始信号和L-1个信号转换到频域中之后滤波这些分解后的原始信号和L-1个信号，来抑制这些信号中的噪声。可以通过对所有L-1个信号执行频率转换来去除噪声。但是，考虑到计算量，也可以通过只对一部分这些信号执行频率转换来去除噪声。例如，通过只使用两个信号，即，分解为块的原始信号和具有去除了前L/2个像素后构造的块的信号，来执行频率转换、噪声抑制、频率逆转换和平均值计算。
对于二维视频数据，通过在垂直方向上和水平方向上独立地执行上述一维方法，来执行二维噪声抑制。另外，能够将输入信号分类为二维域，并且频率转换也能被作为二维转换执行。在此种情形下，数据分离器320将输入信号分割为每个具有最大尺寸L×L个像素的图像，去除这些图像的噪声，并且均值化频率逆转换后的信号。由于对于二维信号计算，该计算量大，所以只对一部分这些信号执行计算。
图5是示出根据本发明示例性的实施例的视频噪声抑制方法的流程图。
在步骤S510中，将原始信号，例如静止图像信号或视频信号，分解为预定数目的大小相等的块。
在步骤S520中，通过从分解后的原始信号的开始去除预定数目的像素，来产生至少一个重构信号。如果每个块中的像素的个数是L，那么通过沿着分解后的原始信号每次移动一个像素来产生上至L-1个重构信号，每个重构信号具有每个有L个像素的N-1个块。如果只产生一个重构信号，那么去除最前和最后L/2个像素。
在步骤S530中，通过将分解后的原始信号和重构信号转换为频域中的信号来在频域中去除噪声。具体地讲，频域中的噪声抑制包括：执行分解后的原始信号和重构信号的预定频率转换；从频率转换后的信号中去除噪声；对去除了噪声的信号执行频率逆转换；和均值化并输出频率逆转换后的信号。
可以通过从计算机可读介质，包括但不限于存储介质如磁存储介质(例如ROM、RAM、软盘、磁带等)、光学可读介质(例如CD-ROM、DVD等)、和载波(例如遍及因特网的传输)，运行程序来实施本发明。本发明也可以实施为计算机可读介质，该计算机可读介质中内置有用于促成通过网络互连的若干计算机系统以实现分布式处理的计算机可读程序代码单元。
如上所述，根据本发明示例性的实施例的噪声抑制方法和装置能够通过将输入信号分解为块、从分解后的块中去除预定数目的像素以产生重构信号和将重构信号转化为频域中的信号，来从静止或视频图像中有效地去除噪声。虽然本发明是参照其示例性的实施例来特别显示和描述的，但是本领域的普通技术人员应该理解，在不脱离下面的权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对其进行形式和细节的各种修改。

Claims (15)

1、一种噪声抑制方法，包括：
(a)通过将输入信号分解为预定数目的每个具有相同数目像素的块，来产生分解后的信号；
(b)通过从分解后的信号的开始去除预定数目的像素来产生至少一个重构信号；和
(c)通过将分解后的信号和重构信号转换为频域中的信号来在频域中去除噪声。
2、根据权利要求1所述的方法，其中，输入信号是视频信号或者静止图像信号。
3、根据权利要求1所述的方法，其中，步骤(b)包括：
产生L-1个每个具有N-1个块的重构信号，其中，L是重构信号的每个块的像素的个数，N是分解后的信号的块的个数，并且通过从分解后的信号的开始去除前1个像素来产生每个重构信号1，其中，1＝1到L-1。
4、根据权利要求1所述的方法，其中，步骤(b)包括：
通过去除分解后的信号的第一块的前L/2个像素和分解后的信号的最后一块的最后L/2个像素，来产生一个重构信号，其中，L等于分解后的信号的每个块中的像素的个数。
5、根据权利要求1所述的方法，其中，步骤(c)包括：
(c1)将分解后的信号和至少一个重构信号频率转换，以分别产生频率转换后的信号；
(c2)从频率转换后的信号中去除噪声以产生抑制了噪声的信号；
(c3)对抑制了噪声的信号执行频率逆转换，以产生频率逆转换后的信号；和
(c4)将频率逆转换后的信号均值化。
6、根据权利要求5所述的方法，其中，步骤(c1)包括将分解后的信号和至少一个重构信号进行酉变换。
7、根据权利要求5所述的方法，其中，步骤(c2)包括通过计算频率转换后的信号的转换系数矩阵的内积来抑制噪声。
8、根据权利要求5所述的方法，其中，步骤(c2)包括基于离散余弦变换(DCT)使用维纳滤波方法来抑制噪声。
9、一种噪声抑制装置，包括：
数据分离器，用于通过将输入信号分解为预定数目的每个具有相同数目像素的块，来产生分解后的信号，并且通过从分解后的信号的开始去除预定数目的像素，来产生至少一个重构信号；
频率转换器，用于对至少一个重构信号和分解后的信号执行频率转换，以产生频率转换后的信号；
噪声抑制器，用于从频率转换后的信号中去除噪声，以产生抑制了噪声的信号；
频率逆转换器，用于执行抑制了噪声的信号的频率逆转换，以产生频率逆转换后的信号；和
平均值计算器，用于计算频率逆转换后的信号的平均值。
10、根据权利要求9所述的装置，还包括；
噪声电平估计器，其估计输入信号的噪声电平，并且将估计信息输入到噪声抑制器。
11、根据权利要求9所述的装置，其中，数据分离器产生L-1个每个具有N-1个块的重构信号，其中，L是分解后的信号和重构信号的每个块的像素的个数，N是分解后的信号的块的个数，并且通过从分解后的信号的第一块去除前1个像素和从分解后的信号的最后一块去除最后(L-1)个像素，来产生每个重构信号1，其中，1＝1到L-1。
12、根据权利要求9所述的装置，其中，数据分离器通过去除分解后的信号的第一块的前L/2个像素和分解后的信号的最后一块的最后L/2个像素，来产生至少一个重构信号，其中，L等于分解后的信号的每个块中的像素的个数。
13、根据权利要求9所述的装置，其中，频率转换包括酉变换。
14、根据权利要求9所述的装置，其中，噪声抑制器通过计算频率转换后的信号的系数矩阵的内积来去除噪声。
15、一种在其上记录有用于执行噪声抑制方法的计算机可读程序的计算机可读介质，该方法包括：
(a)通过将输入信号分解为预定数目的大小相等的块，来产生分解后的信号；
(b)通过从分解后的信号的开始去除预定数目的像素来产生至少一个重构信号；和
(c)通过将分解后的信号和重构信号转换为频域中的信号来在频域中去除噪声。
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