CN1783946A - 影像处理方法、系统以及以此方法实现的视频播放装置 - Google Patents

影像处理方法、系统以及以此方法实现的视频播放装置 Download PDF

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Abstract

影像处理方法、系统以及以此方法实现的视频播放装置，包括：一存储器装置，用以暂存由所述视频信号中所撷取的多个像素；一变异检测器，用以由所述存储器装置获得所述像素，并于所述像素中，依多个预定方向计算多个边缘测量值，以及用以根据所述边缘测量值的一变异程度而判定一控制信号；一噪声降低单元，用以根据所述控制信号，对于所述视频信号中所撷取的所述像素执行噪声降低功能；以及一边缘强化单元，用以根据所述控制信号，对于所述视频信号中所撷取的所述像素执行边缘强化功能。本发明的有益效果在于：将接收的视频信号依据预定方向所测量的边缘存在进行改善，以达到噪声降低与边缘强化的功能。

Description

影像处理方法、系统以及以此方法实现的视频播放装置
技术领域
本发明是有关于一种影像处理的方法，特别是有关于一种噪声降低及边缘强化的影像处理方法及系统。
背景技术
在影像处理中，噪声降低(noise reduction)及边缘强化(edge enhancement)属于相当重要的技术。当视频信号(video signal)采用静态影像压缩标准(JointPhotographic Experts Group，JPEG)或动态影像压缩标准(Motion Picture ExpertsGroup，MPEG)进行传输的编码/压缩时，视频信号的频宽往往是有限的。编码/压缩后的视频信号在信号高频(high frequency)的部分减弱时，可能会漏失影像边缘或其它影像细节。噪声降低可利用平均(averaging)、抑制(suppression)或模糊(blurring)等手段。边缘强化则可包括模糊遮蔽(unsharp masking)或拉普拉斯滤波器(Laplacian filter)(或高通滤波器(high pass filter))。
噪声降低的影像处理方法通常必须将影像模糊化。相反地，用以边缘强化的影像处理方法在边缘强化时，通常必须同时强化不需要的噪声。两种影像处理方法极难达到协调的状态，因为当噪声降低的影像处理方法要求降低视频信号的频宽并移走高频部分时，往往边缘强化的影像处理方法会要求增加信号的高频部分。现行较佳的解决方式为在影像处理过程中，将噪声与边缘进行区隔。如此一来，影像内容在噪声降低处理后可被适当地保留，并在边缘强化处理过程中，仅针对边缘进行强化。
美国第5,926,577号专利中揭露一种视频信号处理电路，其用于在不考虑边缘信息的情况下，执行噪声降低与边缘强化的功能，并预防影像内容模糊化。在前述美国第5,926,577号专利中，噪声信号同时作为水平与垂直边缘强化信号产生电路的输入，可能导致两者的噪声及边缘均被强化。美国第5,757,977号专利中揭露一种仿真逻辑(fuzzy logic)滤波器，其用以检测边缘及噪声程度，并选定最佳的边缘方向以作为边缘强化的用，而不对平滑区域(smooth area)及具边缘的区域进行区隔。前述选定最佳边缘方向的方式并不适用于所有影像区域，举例而言，边缘强化功能很可能会在属于平滑区域的影像区域中，不经意地将噪声增强。
发明内容
有鉴于此，本发明提出一种噪声降低及边缘强化的影像处理方法及系统，可对于视频信号提供噪声降低以及边缘强化的功能。
为达成上述目的，本发明提供了一种影像处理方法，其用以对于一视频信号提供噪声降低以及边缘强化的功能，包括：由所述视频信号(video signal)中撷取多个像素(pixel)；在所述像素中，依多个预定方向计算多个边缘测量值(measureof edge existence)；判定一控制信号(control signal)，所述控制信号是根据所述边缘测量值的一变异程度(level of variation)而定；根据所述控制信号，对于所撷取的所述像素执行噪声降低功能；以及根据所述控制信号，对于所撷取的所述像素执行边缘强化功能。
判定所述控制信号的步骤中，所述边缘测量值的所述变异程度是以计算所述边缘测量值中的一最大值及一最小值间的差而达成。
依照一非递减对映函数(non-decreasing mapping function)，将所述变异程度对映至所述控制信号。
当所述控制信号的值减少时，施于所述像素的所述噪声降低度会随之增大，而所述边缘强化度会随之减少。
所述变异程度是利用计算所述边缘测量值的熵而判定。
还包括将所述视频信号以中值滤波来降低所述边缘测量值中的噪声影响。
本发明还提供了：一种影像处理系统，其用以对于一视频信号提供噪声降低以及边缘强化的功能，包括：一变异检测器(variation detector)，用于在所述视频信号的多个像素中，依多个预定方向计算多个边缘测量值，以及用于根据所述边缘测量值的一变异程度而判定一控制信号；一噪声降低(noise reduction)单元，用于根据所述控制信号，对于所述像素执行噪声降低功能；以及一边缘强化(edge enhancement)单元，用于接收所述噪声降低单元的输出，并根据所述控制信号，对于所述像素执行边缘强化功能。
所述变异检测器包括：一边缘方向检测器(edge direction detector)，用以依所述预定方向计算所述边缘测量值；一变异程度计算器(variation calculator)，用以计算所述边缘测量值的所述变异程度；以及一查询表(looking-up table)，用以将所述变异程度对映至所述控制信号。
所述查询表是依照一非递减对映函数，将所述变异程度对映至所述控制信号。当所述控制信号的值减少时，施于所述像素的所述噪声降低度会随之增大，而所述边缘强化度会随之减少。所述变异检测器还包括多个定向过滤器(directionfilter)，每一所述定向过滤器用以依所述预定方向的一来测量边缘存在量以作为该预定方向上的边缘测量值。，所述变异检测器还包括一中值滤波器，用以降低所述视频信号中的噪声以计算所述边缘测量值。
所述变异检测器包括：一最大值检测器(maximum detector)，用以检测所述边缘测量值中的一最大值；一最小值检测器(minimum detector)，用以检测所述边缘测量值中的一最小值；以及一减法器(subtractor)，用以计算所述最大值及所述最小值间的一差值以作为所述变异程度的一指针。
所述变异检测器包括一熵计算器(entropy calculator)，用以计算所述边缘测量值的熵而判定所述变异程度。
所述变异检测器更包括一查询表，其用以依照一非递减对映函数，将所述熵计算器输出的所述变异程度对映至所述控制信号。
本发明还提供了：一种视频播放装置(video player device)，用于对一视频信号提供噪声降低以及边缘强化的功能，其特征在于包括：一存储器装置(memorydevice)，用以暂存由所述视频信号中所撷取的多个像素；一变异检测器，用以由所述存储器装置获得所述像素，并于所述像素中，依多个预定方向计算多个边缘测量值，以及用以根据所述边缘测量值的一变异程度而判定一控制信号；一噪声降低单元，用以根据所述控制信号，对于所述视频信号中所撷取的所述像素执行噪声降低功能；以及一边缘强化单元，用以根据所述控制信号，对于所述视频信号中所撷取的所述像素执行边缘强化功能。
所述变异检测器包括：一边缘方向检测器，用以依所述预定方向计算所述边缘测量值；一变异程度计算器，用以计算所述边缘测量值的所述变异程度；以及一查询表，用以将所述变异程度对映至所述控制信号。
所述查询表是依照一非递减对映函数，将所述变异程度对映至所述控制信号。
当所述控制信号的值减少时，施于所述像素的所述噪声降低度会随之增大，而所述边缘强化度会随之减少。
所述变异检测器尚包括多个定向过滤器，每一所述定向过滤器用以依所述预定方向的一来测量边缘存在量以作为该预定方向上的边缘测量值。
所述变异检测器尚包括一中值滤波器，用以降低所述视频信号中的噪声以计算所述边缘测量值。
所述变异检测器包括：一最大值检测器，用以检测所述边缘测量值中的一最大值；一最小值检测器，用以检测所述边缘测量值中的一最小值；以及一减法器，用以计算所述最大值及所述最小值间的一差值以作为所述变异程度的一指针。
所述变异检测器包括一熵计算器，用以计算所述边缘测量值的熵而判定所述变异程度。
所述变异检测器更包括一查询表，其用以依照一非递减对映函数，将所述熵计算器输出的所述变异程度对映至所述控制信号。
本发明的有益效果在于：将接收的视频信号依据预定方向所测量的边缘存在进行改善，以达到噪声降低与边缘强化的功能。
附图说明
图1所示为本发明所揭示的影像处理系统的一实施例的示意图；
图2所示为本发明所揭示的影像处理系统的另一实施例的示意图；
图3a所示为本发明所揭示的存储器装置的一实施例的示意图；
图3b所示为本发明所揭示的存储器装置的一实施例中像素关系的示意图；
图4所示为本发明所揭示的变异检测器的一实施例的示意图；
图5所示为本发明所揭示的边缘方向检测器的一实施例的示意图；
图6所示为图3b的实施例应用定向过滤器的一的示意图；
图7所示为本发明所揭示的变异程度计算器的一实施例的示意图；
图8所示为本发明所揭示的(Max-Min)及控制信号的关系的示意图。
存储器装置12、22      变异检测器14、24    噪声降低单元16、26
边缘强化单元18、28    列缓冲器221、222    最小值检测器2444
像素缓存器223、224、225、226、227、228    边缘方向检测器242
变异程度计算器244     查询表246           中值滤波器2422
定向过滤器24241、24242、2424n             最大值检测器2442；。
具体实施方式
请参照图1，图1所示为本发明所揭示的影像处理系统的一实施例的示意图。如图所示，一种可用以对于视频信号提供噪声降低以及边缘强化的功能影像处理系统，包括存储器装置12、变异检测器14(variation detector)、噪声降低单元(noise reduction circuit)16以及边缘强化单元(edge enhancment circuit)18。
存储器装置12用以缓冲及延迟(delay)视频信号S的一或多条扫瞄线周期(line period)。变异检测器14用以于预定方向计算边缘存在的机率(probability)或可能程度(likelihood)，并根据所计算的机率或可能程度产生控制信号C以指出变异程度。低变异表示轻微的边缘倾向且该区的高频部分可能为噪声；高变异则表示强烈的边缘倾向。控制信号C会提供给噪声降低单元16以及边缘强化18单元以作为控制过滤及边缘强化的用。噪声降低单元16用以根据控制信号，过滤由存储器装置12所输出的视频信号，并产生已噪声降低的视频信号至边缘强化单元18，以产生改善后的视频信号MS。
请参照图2，图2所示为本发明所揭示的影像处理系统的另一实施例的示意图。如图所示，一种可对于视频信号提供噪声降低以及边缘强化的功能影像处理系统，包括存储器装置22、变异检测器24、噪声降低单元26以及边缘强化单元28。
存储器装置22用以暂存视频信号中一目标像素(target pixel)及其参考像素(reference pixel)。变异检测器24决定噪声降低用的控制信号C_NR以及边缘强化用的控制信号C_EE，控制信号依其功能分别提供给噪声降低单元26及边缘强化单元28。
请参照图3a，图3a所示为本发明所揭示的存储器装置的一实施例的示意图。如图所示，存储器装置22可用于缓冲或延迟视频信号S中的9个像素，其中目标像素P4正在进行噪声降低及边缘强化功能。请参照图3b，图3b所示为本发明所揭示的存储器装置的一实施例中像素关系的示意图。如图所示，视频信号S中目标像素P4与其8个相邻像素P0～P3及P5～P8之间的关系。这些相邻像素同时作为目标像素P4的参考像素。存储器装置22包含列缓冲器(line buffer，LB)221及222，以及6个像素缓冲器223～228以存放像素P0～P8。所暂存的像素可提供给变异检测器、噪声降低单元以及边缘强化单元。
请参照图4，图4所示为本发明所揭示的变异检测器的一实施例的示意图。变异检测器24还可包括边缘方向检测器242、变异程度计算器244以及查询表246。边缘方向检测器242用以依预定方向计算边缘测量值，变异程度计算器244用以计算这些边缘测量值的变异程度V，查询表246用以将由变异程度计算器244所输出的变异程度V对映至控制信号C_EE及C_NR。在此，查询表是分别根据一非递减函数以及一非递增函数对映控制信号。公式(1)是为一非递减对映函数的范例，公式(2)是为一非递增对映(mapping)函数的范例，其中C为常数。
1 - 1 1 + c × v 2 - - - ( 1 )
1 1 + c × v 2 - - - ( 2 )
边缘方向检测器242还可以利用中值滤波器2422及n个定向过滤器24241～2424n加以实现，如图5所示，图5所示为本发明所揭示的边缘方向检测器的一实施例的示意图。中值滤波器2422可通过将目标像素原始值以目标像素及其预定相邻像素的中间值所取代的方式，减少噪声对于边缘检测的影响。在此，预定相邻像素是指与目标像素最相近的8个像素。中值滤波器2422可将中间值输出至n个定向过滤器24241～2424n，每一个定向过滤器用以于一预定方向测量边缘存在的可能程度。
图6所示为图3b的实施例应用定向过滤器的一范例的示意图。如图所示，当存储器装置提供一目标像素P4及8个相邻像素P0～P3及P5～P8，并应用8个定向过滤器。每一定向过滤器hf0～hf7用以检测3个像素所形成的边缘态样(edgepattern)的关联性。此关联性可由这3个像素与一组系数如{-1，2，-1}相乘而得，定向过滤器hf0的输出即等于-1×P3+2×P4-1×P5，其用以指出目标像素P4于水平方向的关联性。同理，滤向器hf1的输出即等于-1×P7+2×P4-1×P1，其用以指出目标像素P4于垂直方向的关联性。
图7所示为本发明所揭示的变异程度计算器的一实施例的示意图。如图7所示，图4中的变异程度计算器244也可包括最大值检测器2442以及最小值检测器2444。最大值检测器2442以及最小值检测器2444用以检测由边缘检测器242所提供的关联性中的最大值与最小值。而减法器1446则用以计算由最大值检测器2442及最小值检测器2444检测所得的最大值及最小值间的差值。此差值可作为变异程度或边缘存在可能程度的指针。当差值较大时，即表示于关联性中包含相当大量的边缘倾向信息。当差值较小时，即表示于关联性中包含相当微量的边缘倾向信息。差值(Max-Min)会输出至查询表中，以作为判定边缘强化控制信号C_EE及噪声降低控制信号C_NR的依据。图8所示为本发明所揭示的(Max-Min)及控制信号的关系的示意图。如图所示，较大的差值指出边缘存在的可能性较大，因此对映至较大的边缘强化控制信号C_EE以及一较小的噪声降低控制信号C_NR。
噪声降低的量取决于控制信号C_NR，对于较小的噪声降低控制信号C_NR，必须将较大程度的过滤功能应用于噪声降低电路的输入上。噪声降低单元按照公式(3)进行计算以改变目标像素(target pixel)P4的数值。
P 4 = P 4 - NGain × C _ NR × ( P 4 - P 0 + P 1 + P 2 + P 3 + P 5 + P 6 + P 7 + P 8 8 ) - - - ( 3 )
NGain为噪声降低增益，噪声降低控制信号C_NR决定目标像素P4的信号强度衰减量。假设变异程度为0，如Max-Min＝0，即代表P4可能位于平滑区域中且控制信号C_NR等于1，在此范例中并不会抑制噪声降低的功能。当变异程度递增时，控制信号C_NR急趋至0，而噪声降低的程度也相同。若控制信号C_NR为O时，噪声降低单元不会更改目标像素P4。
边缘强化的量取决于控制信号C_EE，对于较大的边缘强化控制信号C_NR，必须应用较大程度的边缘强化功能。边缘强化单元必须执行如公式(4)所示的计算以改变目标像素P4的数值。
P 4 = P 4 + EGain × C _ EE × ( P 4 - P 0 + P 1 + P 2 + P 3 + P 5 + P 6 + P 7 + P 8 8 ) - - - ( 4 )
EGain为边缘强化增益，假设变异程度为0，即控制信号C_EE等于0，代表P4位于平滑区域中故无需边缘强化。当变异程度递增时，控制信号C_EE急趋至1，而边缘强化的程度亦随之增加。
用以决定预定方向上的关联性的定向过滤器，可用任何足以检测边缘存在可能程度的方向检测电路或其组合来加以取代。
变异程度计算器可以熵计算器加以实现，熵计算器可计算上述一组可能程度的熵。较高的熵值表示较少边缘倾向的信息，而较低的熵值表示较多边缘倾向的信息。可能程度Pb0可用公式(5)加以计算，Pb0用以表示目标像素P4属于由P3、P4、P5(如图6中所示的水平方向)所形成的边缘的可能程度。
Pb 0 = hf 0 hf 0 + hf 1 + hf 2 + hf 3 + hf 4 + hf 5 + hf 6 = hf 7 - - - ( 5 )
其它的可能程度Pb1～Pb7可以类似公式(5)的方式计算的而得。而可能程度的熵值则可以用公式(6)计算而得。
entropy = - Σ i = 0 i = 7 Pb i × log Pb i - - - ( 6 )
综和来讲，本发明提出一种影像处理方法，其用以对于视频信号提供噪声降低以及边缘强化的功能，达到本发明所欲达到的目的。本发明可应用于视频播放装置(video player device)，如电视、VCD播放器、DVD播放器或其它相关的装置中。将所接收的视频信号依据预定方向所测量的边缘存在进行改善，以达到噪声降低与边缘强化的功能。视频播放装置可将经过改善的视频信号馈入其它装置或系统，以进行视频信号处理或进而显示处理后的视频信号。
以上实施例仅用于说明本发明的实施过程，并非用于限定本发明。

Claims (24)

1.一种影像处理方法，其用以对于一视频信号提供噪声降低以及边缘强化的功能，其特征在于，包括下列步骤：
由所述视频信号中撷取多个像素；
在所述像素中，依多个预定方向计算多个边缘测量值；
判定一控制信号，所述控制信号是根据所述边缘测量值的一变异程度而定；
根据所述控制信号，对于所撷取的所述像素执行噪声降低功能；以及
根据所述控制信号，对于所撷取的所述像素执行边缘强化功能。
2.如权利要求1所述的影像处理方法，其特征在于，判定所述控制信号的步骤中，所述边缘测量值的所述变异程度是以计算所述边缘测量值中的一最大值及一最小值间的差而达成。
3.如权利要求1所述的影像处理方法，其特征在于，还包括：依照一非递减对映函数，将所述变异程度对映至所述控制信号。
4.如权利要求3所述的影像处理方法，其特征在于，当所述控制信号的值减少时，施于所述像素的所述噪声降低度会随之增大，而所述边缘强化度会随之减少。
5.如权利要求1所述的影像处理方法，其特征在于，所述变异程度是利用计算所述边缘测量值的熵而判定。
6.如权利要求1所述的影像处理方法，其特征在于，还包括将所述视频信号以中值滤波来降低所述边缘测量值中的噪声影响。
7.一种影像处理系统，其用以对于一视频信号提供噪声降低以及边缘强化的功能，其特征在于，包括：
一变异检测器，用于在所述视频信号的多个像素中，依多个预定方向计算多个边缘测量值，以及用于根据所述边缘测量值的一变异程度而判定一控制信号；
一噪声降低单元，用于根据所述控制信号，对于所述像素执行噪声降低功能；以及
一边缘强化单元，用于接收所述噪声降低单元的输出，并根据所述控制信号，对于所述像素执行边缘强化功能。
8.如权利要求7所述的影像处理系统，其特征在于，所述变异检测器包括：
一边缘方向检测器，用以依所述预定方向计算所述边缘测量值；
一变异程度计算器，用以计算所述边缘测量值的所述变异程度；以及
一查询表，用以将所述变异程度对映至所述控制信号。
9.如权利要求8所述的影像处理系统，其特征在于，所述查询表是依照一非递减对映函数，将所述变异程度对映至所述控制信号。
10.如权利要求9所述的影像处理系统，其特征在于，当所述控制信号的值减少时，施于所述像素的所述噪声降低度会随之增大，而所述边缘强化度会随之减少。
11.如权利要求7所述的影像处理系统，其特征在于，所述变异检测器还包括多个定向过滤器，每一所述定向过滤器用以依所述预定方向的一来测量边缘存在量以作为该预定方向上的边缘测量值。
12.如权利要求7所述的影像处理系统，其特征在于，所述变异检测器还包括一中值滤波器，用以降低所述视频信号中的噪声以计算所述边缘测量值。
13.如权利要求7所述的影像处理系统，其特征在于，所述变异检测器包括：
一最大值检测器，用以检测所述边缘测量值中的一最大值；
一最小值检测器，用以检测所述边缘测量值中的一最小值；以及
一减法器，用以计算所述最大值及所述最小值间的一差值以作为所述变异程度的一指针。
14.如权利要求7所述的影像处理系统，其特征在于，所述变异检测器包括一熵计算器，用以计算所述边缘测量值的熵而判定所述变异程度。
15.如权利要求14所述的影像处理系统，其特征在于，所述变异检测器更包括一查询表，其用以依照一非递减对映函数，将所述熵计算器输出的所述变异程度对映至所述控制信号。
16.一种视频播放装置，用于对一视频信号提供噪声降低以及边缘强化的功能，其特征在于包括：
一存储器装置，用以暂存由所述视频信号中所撷取的多个像素；
一变异检测器，用以由所述存储器装置获得所述像素，并于所述像素中，依多个预定方向计算多个边缘测量值，以及用以根据所述边缘测量值的一变异程度而判定一控制信号；
一噪声降低单元，用以根据所述控制信号，对于所述视频信号中所撷取的所述像素执行噪声降低功能；以及
一边缘强化单元，用以根据所述控制信号，对于所述视频信号中所撷取的所述像素执行边缘强化功能。
17.如权利要求16所述的视频播放装置，其特征在于，所述变异检测器包括：
一边缘方向检测器，用以依所述预定方向计算所述边缘测量值；
一变异程度计算器，用以计算所述边缘测量值的所述变异程度；以及
一查询表，用以将所述变异程度对映至所述控制信号。
18.如权利要求17所述的视频播放装置，其特征在于，所述查询表是依照一非递减对映函数，将所述变异程度对映至所述控制信号。
19.如权利要求18所述的视频播放装置，其特征在于，当所述控制信号的值减少时，施于所述像素的所述噪声降低度会随之增大，而所述边缘强化度会随之减少。
20.如权利要求16所述的视频播放装置，其特征在于，所述变异检测器尚包括多个定向过滤器，每一所述定向过滤器用以依所述预定方向的一来测量边缘存在量以作为该预定方向上的边缘测量值。
21.如权利要求16所述的视频播放装置，其特征在于，所述变异检测器尚包括一中值滤波器，用以降低所述视频信号中的噪声以计算所述边缘测量值。
22.如权利要求16所述的视频播放装置，其特征在于，所述变异检测器包括：
一最大值检测器，用以检测所述边缘测量值中的一最大值；
一最小值检测器，用以检测所述边缘测量值中的一最小值；以及
一减法器，用以计算所述最大值及所述最小值间的一差值以作为所述变异程度的一指针。
23.如权利要求16所述的视频播放装置，其特征在于，所述变异检测器包括一熵计算器，用以计算所述边缘测量值的熵而判定所述变异程度。
24.如权利要求23所述的视频播放装置，其特征在于，所述变异检测器更包括一查询表，其用以依照一非递减对映函数，将所述熵计算器输出的所述变异程度对映至所述控制信号。
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