CN1610416A

CN1610416A - 用于时域递归色度信号噪声减弱的方法和装置

Info

Publication number: CN1610416A
Application number: CNA2004100903349A
Authority: CN
Inventors: 沃尔夫冈·恩德雷斯; 英戈·德泽; 京特·安东·格林
Original assignee: Thomson Licensing SAS
Current assignee: Thomson Licensing SAS; International Digital Madison Patent Holding SAS
Priority date: 2003-10-21
Filing date: 2004-10-18
Publication date: 2005-04-27
Anticipated expiration: 2024-10-18
Also published as: JP2005130499A; US7336320B2; KR20050038567A; EP1526741A1; EP1526740A1; MXPA04010302A; DE602004013700D1; CN100512450C; US20050083439A1; JP4633437B2; EP1526741B1

Abstract

为了实现不同等级的噪声减弱，通过以下处理可以实现时域递归色度信号的噪声减弱：从色度输入信号(UV_in)中减去(S)色度输出信号(UV_out)的延迟(FD，FD－LD－4PD)形式，将相关差信号(D)与可变的共享系数(k)相乘(M)，再将结果与所述的色度输出信号相加(A2)。从所述的差信号(D)中计算(NRC；LD1，LD2，MFSDET)运动表示值(MOT)和表示模糊效应存在的数值(SD)，并将二者用于计算可变系数(k)。在与该系数(k)相乘之后，将差信号与色度输出信号的帧延迟(FD，FD－LD－4PD)形式合并，以便形成噪声减弱的色度输出信号(UV_out)。

Description

用于时域递归色度信号噪声减弱的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种用于时域递归色度信号噪声减弱的方法和装置，其中从色度输入信号中减去色度输出信号的延迟形式(delayedversion，或，延迟版本)。

背景技术

现有多种类型的视频色度噪声减弱方法。其缺点在于空域噪声减弱算法会弱化画面内容的细节，即，所述算法降低了水平和/或垂直的分辨率，而时域和时域递归噪声减弱算法会导致图像模糊(即时域分辨率的降低)。

发明内容

在时域递归噪声减弱的情况下，如果同时存在从中到强的噪音减弱处理，上述模糊效应就会在平坦快速移动色度区域处尤其明显。

本发明要解决的问题是减少时域递归色度噪声减弱中的模糊效应。由权利要求1中所公开的方法解决该问题。权利要求6中公开了一种利用这种方法的装置。

本发明的色度噪声减弱基于运动自适应时域递归滤波器，具体是一阶滤波器。从输入信号中减去色度输出信号的延迟形式(延迟版本)。将得到的差值信号用于运动检测、模糊检测以及从中确定系数k，用于控制被加到输出信号的延迟形式的差信号的共享，以实现减弱色度噪声。

有利地，在维持用于递归的非常强的反馈率的同时，本发明的特征实现了模糊效应的减弱。另外，可以减少色彩残留。

原则上，本发明的方法适用于时域递归色度信号的噪声减弱，其中从色度输入信号中减去色度输出信号的延迟形式，并且将与可变的共享系数相乘的相关差信号加到所述的色度输出信号中，用以实现不同等级的所述的噪声减弱，所述方法包括下列步骤：

-根据根据差信号来计算运动表示值和表示模糊效应存在的数值；

-利用所述运动表示值以及所述的模糊效应相关值来计算所述可变系数；

-将与所述系数相乘之后的所述差信号与实质上是色度输出信号的帧延迟形式相合并，从而形成所述的噪声减弱色度输出信号。

原则上，本发明的装置适用于时域递归色度信号的噪声减弱，其中从色度输入信号中减去色度输出信号的延迟形式，并且可将与可变的共享系数相乘的相关差信号加到所述的色度输出信号中，用以实现不同等级的所述的噪声减弱，所述装置包括：

-用于根据所述差信号计算运动表示值和表示模糊效应存在的数值的装置；

-用于利用所述的运动表示值以及所述的模糊效应相关值计算所述的可变系数的装置；

-合并装置，用于将与所述系数相乘之后的所述差信号与实质上是色度输出信号的帧延迟形式相合并，从而形成所述的噪声减弱色度输出信号。

在各个从属权利要求中公开了本发明有利的其它实施例。

附图说明

参考附图，对本发明的实施例进行描述，其中示出了：

图1用于本发明的色度噪声减弱的简单功能方框图；

图2用于本发明的色度噪声减弱的详细方框图；

图3用于运动和模糊检测的更详细的电路图。

具体实施方式

在图1中，将色度输入信号UV_in提供到减法器S。将其输出信号D在乘法器M中与系数′k′相乘，该系数的值可介于′1′(或其他任意常数，即最大值)和′0′之间。乘法器的输出信号被提供到加法器A2的第一输入端。其输出信号代表了(经过噪声减弱的)色度输出信号UV_out。输出信号UV_out经过帧延迟FD并被提供到加法器A2的第二输入端以及减法器S的负输入端。在噪声减弱控制级NRC中，从减法器的输出信号中计算出上述的系数′k′。

在k＝1的情况下，关闭噪声减弱功能(NRO)。如果k＜1，噪声减弱有效(NRE)。如果k＝0，输出静止或冻结的色度信号UVout(STP)。

原则上，本发明使用了一阶时域递归滤波器。该噪声滤波器包括用于存取先前帧的帧延迟器和用于将输入信号和延迟信号相混合的加法器。系数′k′控制该混合器，得到更大或更小强度的噪声滤波。在画面的某个区域中发生运动的情况下，运动自适应控制模块NRC有时会增加系数k，以去除由时域递归滤波器所产生的时域假象。

原则上，本发明针对噪声减弱执行以下运算：

UV_out(n)＝k*UV_in(n)+(1-k)*UV_out(n-1)

其中′n′为当前帧的编号。

在色度输入信号UV_in中，将信号U_in和V_in相乘。因此，在双色度像素频率上进行上述处理。对于输出信号UV_out也是如此。

在图2中，将色度输入信号UV_in(8位，例如无符号的)提供到减法器S。减法器的输出信号D被行延迟器LD1和四像素延迟器4PD(′像素延迟′指的是一个U像素和一个V像素的延迟)延迟，并且在乘法器中与系数′k′相乘，该系数可取图1中′1′和′0′之间的值。将乘法器的输出信号提供到加法器A2的第一输入端。加法器的输出信号经过条件加法器CA和移位器SH2，然后表示(经过噪声减弱的)色度输出信号UV_out(8位，例如无符号的)。UV_out经过帧延迟器FD，由行延迟器和四个像素延迟相应地缩短其延迟，并将其提供到减法器S的负输入端，以及经过行延迟器LD、四像素延迟器4PD和移位器SH1被送到加法器的第二输入端。

移位器SH1可以执行6比特左移，而移位器SH2可以执行6比特右移。例如，如果其输入信号具有小于例如‘8192’的幅度值并且被RND EN信号选通，则选中的条件加法器CA通过加上数值‘63’来执行舍入(rounding)操作。

第二行延迟器LD2进一步延迟行延迟器LD1的输出信号。将减法器S、第一行延迟器LD1和第二行延迟器LD2的输出信号提供到运动滤波器和模糊检测级MFSDET的各个输入端L0，L1，L2。

运动滤波器和模糊检测级输出模糊检测信号SD和运动检测信号MOT。在选择器SEL中，将信号SD与色彩噪声减弱模式信号CNR相合并，并根据下表输出用于切换的切换控制信号SW：

SD CNR_MOD(MSB) CR_MOD(LSB) 输出

0 0 0 0

1 0 0 0

0 0 1 0

1 0 1 1

0 1 0 0

1 1 0 2

0 1 1 2

1 1 1 2

其中，在输出‘0’的情况下，将提供初步k系数的查找表LUT(例如6比特输入，6比特输出)的输出信号切换至加法器A1的第一输出端，在输出‘1’的情况下，将限幅器的输出信号切换至加法器A1的第一输出端，并且在输出‘2’的情况下，将例如‘63’的预定值切换至加法器A1的第一输出端。

将运动检测信号MOT提供到查找表LUT的输入端，可选地，经过第三移位器(例如一比特左移)提供到限幅器LIM的输入端。

在加法器A1中，将数值‘1’添加到转换器SW的输出信号上。加法器A1的输出信号表示上述的数值‘k’。

在图3中，更详细地示出了运动滤波器和模糊检测级MFSDET。其主要功能如下所述：

用于运动表示信号的N*M滤波器

按照以下方式得到运动表示值：例如，计算每种情况下在一行中的三(或N)个相连的U或V各自的色度像素绝对帧差值(由减法器S提供)的中间和，并对于三(或M)个垂直相邻色度像素值，即给定场中的两个垂直相邻的色度像素和相邻场中的中间色度像素，将这N个中间和数值相加，之后，将所得和值经过四次右移并作为大小为N*M的二维低通滤波器的输出。

处理的顺序也可变换为首先将其垂直方向的像素值相加，然后在水平方向上将其结果相加。

上述的滤波有助于噪声和运动信息的分离。然而，作为这种低通滤波器的副作用，滤波器的阶跃响应特性实际上降低了运动信号的有效斜坡陡度。为了该运动信号的恢复，可以通过对于L0，L1，L2输入信号，以及因此对于原始的视频输入信号提前或延迟实际的运动信息信号来补偿滤波器的延迟。有利的是，输出的信号值对于运动假象的防止至少和在进入N*M滤波器之前一样有效。因此，要在斜率方向上提前或延迟运动信号。斜率方向是运动信号的一阶导数。

在图3中，每一个运动滤波器和模糊检测级的输入信号L0，L1，L2通过一连串四像素延迟电路到阈值检测器DET。在每种情况下，DET分别接收L0，L1或L2输入信号以及在输入端I1到I5处对应的这些输入信号分别1到4次延迟形式。

在每种情况下，从第二像素延迟器的L0，L1或L2输出信号中形成绝对值ABS。在每种情况下，将该值与该值的一个像素延迟形式相加，以及与该值的两个像素延迟形式相加。将结果的三个和值相加并在移位器SH4中进行4次右移。

最大N*M滤波器输出的搜索

可以使用一种滤波器斜率依赖补偿方法。为了此目的，例如，在最大值计算器MAX中确定在滤波器长度范围内产生(先前的及后来)的三个运动表示信号值的当前最大值。因此，总是尽可能快并且只有在必要时才来检测运动斜率。因此，运动检测器输出信号和运动检测器输入信号一样有效。取决于运动最大使能标志MOT_MAX_EN，可以在切换器SM2中将该特征切换为启用或关闭。最后，可以将运动表示信号MOT限制在例如0到63的范围之内。

用于减少假象的系数k的模糊相关调整

可以出现在3D(即包括时域处理)噪声减弱算法中的假象是图像模糊。如果具有很强亮度或色彩的物体在具有不同亮度或色彩的背景画面内容中移动，就会出现这种假象。如果区域的亮度或色彩由平坦或等幅度的像素值组成，则模糊在物体的边缘上会尤其明显。然而，按照上述的运动检测不能以足够可靠的方式检测到的这种画面内容。因此，在这种情况下，需要确定用于修正系数k的附加信号。

有利的是，可以通过利用上述的帧差信号或者还可以利用部分像素延迟来计算系数k的修正。如果检测到模糊效应的存在，可以通过将系数k设置为‘1’或‘k*2’来对其进行修正。因为使用了增大的系数k，对于此区域来说，避免模糊的优点比降低噪声减弱效率的缺点更加重要。

在检测器DET中，在每种情况下，都将五个输入信号与阈值SH进行比较。每个检测器输出信号O1和O2：

O1＝I1＞＝SH&&I2＞＝SH&&I3＞＝SH&&I4＞＝SH&&I5＞＝SH，

O2＝I1＜＝-SH&&I2＜＝-SH&&I3＞＝-SH&&I4＜＝SH&&I5＜＝-SH，

两者都是用C++编程语言符号编写的。

对三个O1输出信号进行逻辑与合并，并且对三个O2输出信号进行逻辑与合并。对两个结果的输出信号进行逻辑或合并，从而在原则上提供了模糊检测信号SD。然而，为了匹配SD所需的时域位置，还要使其经过两个像素延迟。

与使用运动最大使能标志MOT_MAX_EN相同，当通过将模糊最大使能标志SD_MAX_EN提供给开关SW3时，将模糊搜索区域水平扩展±2个像素，借此对‘或’结果及其1到4次的延迟进行或合并，从而生成信号SD。

如果所包括的所有5*3色度像素的数值(一场中3个连续色度行的5个连续像素，例如第3，5，7行)大于或等于正阈值‘TH’或是小于负阈值‘TH’，则检测到模糊。处理的顺序也可变换为首先比较垂直方向的像素值，然后在水平方向上对其结果进行与合并。

根据图2用于混合器M的有效或最终的系数k也取决于模糊检测值和CNR_MOD标志(CNR＝色彩噪声减弱)：

CNR_MOD CNR k

0 on k＜＜＝k (即，k保持原值)

1 on k＜＜＝k*2 如果检测到模糊，否则

k＜＜＝k

2 off k＜＜＝1 如果检测到模糊，否则

k＜＜＝k

3 off k＜＜＝1 (即，k为定值)

对色度像素值的特殊舍入

在k＜＜1的情况下(强噪声减弱)，由于先前计算中的舍入差错，尽管原始的输入信号是黑和白画面，也有可能发生在显示中仍然还有明显的色彩残留。如果使能了标志RND_EN，在条件加法器CA中的特殊舍入解决了这一问题。

假设‘x’为舍入前的色度信号(典型的有效范围是—127.99＜＝x＜＝*127.99)，y为舍入后的色度信号(典型的有效范围是—127.99＜＝x＜＝*127.99)。采用的舍入为：

if x＜0 then y＝integer(x)+1

else y＝integer(x)。

Claims

1.一种用于时域递归色度信号的噪声减弱的方法，其中从色度输入信号(UVin)中减去(S)色度输出信号(UV_out)的延迟(FD，FD-LD-4PD)形式，并且将与可变的共享系数(k)相乘(M)的相关差信号(D)与所述的色度输出信号相加(A2)，用于实现不同等级的所述噪声减弱，其特征在于包括步骤：

-从所述差信号(D)中计算(NRC；LD1，LD2，MFSDET)运动表示值(MOT)和表示模糊效应存在的数值(SD)；

-利用所述运动表示值以及所述模糊效应相关值计算(NRC；LUT，SH3，LIM)所述可变系数(k)；

-将与所述系数(k)相乘(M)之后的所述差信号与实质上是色度输出信号的帧延迟(FD，FD-LD-4PD)形式相合并，以便形成所述噪声减弱色度输出信号(UV_out)。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，对于当前像素位置，通过利用围绕并包括所述当前像素的二维像素阵列的数值来计算(NRC；LD1，LD2，MFSDET)所述运动表示值(MOT)和所述模糊效应相关值(SD)，其中，对于所述当前运动表示值，当合并相关二维像素阵列的色度值时，合并绝对值(ABS)，并且对于当前模糊效应相关值，当合并相关二维像素阵列的色度值时，仅合并经过阈值处理(thresholded)的(SH)色度值。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，通过形成当前运动表示值和先前及后续的运动表示值的最大值来导出这些值中的每一个，以扩展运用运动表示值(MOT)的宽度。

4.如权利要求1至3项中的任一项所述的方法，其特征在于，在输出前，舍入所述噪声减弱的色度输出信号(UV_out)的色度像素值x：

ifx＜0 then x＝integer(x)+1 else y＝integer(x)。

5.如权利要求1至4项中的任一所述的方法，其特征在于当检测到模糊效应时，所述系数(k)加倍。

6.一种用于时域递归色度信号的噪声减弱的装置，其特征在于从色度输入信号(UV_in)中减去(S)色度输出信号(UV_out)的延迟(FD，FD-LD-4PD)形式，并且将与可变的共享系数(k)相乘(M)的相关差信号(D)与所述色度输出信号相加(A2)，用于实现不同等级的所述噪声减弱，所述装置包括：

-用于从所述差信号(D)中计算运动表示值(MOT)和表示模糊效应存在的数值(SD)的装置(NRC；LD1，LD2，MFSDET)；

-用于利用所述运动表示值以及所述模糊效应相关值来计算所述可变系数(k)的装置(NRC；LUT，SH3，LIM)；

-合并装置(A2)，用于将与所述系数(k)相乘之后的所述差信号与实质上是色度输出信号的帧延迟(FD，FD-LD-4PD)形式相合并，以便形成所述噪声减弱色度输出信号(UV_out)。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，对于当前的像素位置，通过利用围绕并包括所述当前像素的二维像素阵列的数值来计算(NRC；LD1，LD2，MFSDET)所述的运动表示值(MOT)和所述的模糊相关值(SD)，对于当前运动表示值，在合并相关二维像素阵列的色度值时，合并绝对值(ABS)，并且对于当前模糊效应相关值，在合并相关二维像素阵列的色度值时，仅合并经过阈值处理的(SH)色度值。

8.如权利要求6或7所述的装置，其特征在于，通过形成当前运动表示值和先前及后续的运动表示值的最大值来导出这些值中的每一个，以扩展连续运动表示值(MOT)的宽度。

9.如权利要求6至8中的任一项所述的装置，其特征在于在输出前，所述噪声减弱的色度输出信号(UV_out)的色度像素值(x)被舍入：

ifx＜0 then x＝integer(x)+1 else y＝integer(x)。

10.如权利要求6至9项中的任一项所述的装置，其特征在于当检测到模糊效应时，所述系数(k)加倍。