DE69938227T2

DE69938227T2 - Verfahren und Gerät zur Bewegungsartefakten- und Geräuschverringerung in Videobildverarbeitung

Info

Publication number: DE69938227T2
Application number: DE69938227T
Authority: DE
Inventors: Joseph Centerville Allred; Barry K Salt Lake City Hanover; Larry West Jordan Anderton; Steven Salt Lake City Curtis
Original assignee: OEC Medical Systems Inc
Current assignee: OEC Medical Systems Inc
Priority date: 1998-11-12
Filing date: 1999-11-11
Publication date: 2009-02-12
Anticipated expiration: 2019-11-12
Also published as: US6788823B2; EP1032196A3; US20020076117A1; KR20000035422A; DE69938227D1; US6310982B1; KR100330758B1; EP1032196A2; JP2000295498A; JP4410361B2; CN1169350C; EP1032196B1; ATE387806T1; CN1259823A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung bezieht sich im Wesentlichen auf die Verringerung von Bewegungsartefakten und Rauschen in der Videobildbearbeitung und im Besonderen auf ein Verfahren und Gerät, mit dem Videobilder auf einer pixelweiser Basis im Zeitablauf frameweise gefiltert werden.
Stand der Technik
In der Technik ist bekannt, dass Rauschen in Videobildern durch Filtern digitaler Daten (die jeden Frame der Videobilder darstellen) mit einem temporären Filter (auch als „rekursiver Filter" bekannt) verringert wird. Ein temporärer Filter kann durch Hardware oder Software realisiert werden, wobei Hardwarerealisierungen im Allgemeinen Multiplizierer oder eine Nachschlagetabelle nutzen, um die Daten zu speichern, die für die Zuwachsfaktoren von Pixeldifferenzwerten kennzeichnend sind. Die Pixeldifferenzwerte bilden die Differenz zwischen einem Pixelwert von einem Frame zum nächsten Frame, wobei der Pixelwert eine Reihe von Bits der digitalen Daten eines Frames ist. Ein temporärer Filter führt Rauschverringerung durch, indem er auf jedem einzelnen Pixel in dem Frame oder der Matrix operiert, die Pixelwerte eines jeden einzelnen Pixels für jeden Videoframe im Zeitablauf speichert, die Differenz zwischen einem Pixelwert des Pixels in dem gegenwärtigen oder kommenden Frame und den Pixelwert des Pixels in dem direkt vorangegangenen oder gefilterten Frame bestimmt, einen Ab schnitt dieses Differenzwertes zum Pixelwert (abhängig von Filter- oder Zuwachsfaktoren) des unmittelbar vorangegangenen oder gefilterten Frames addiert, um einen neuen gefilterten Pixelwert für jedes Pixel in dem Frame zu erhalten, zu speichern und den neuen Pixelwert anzuzeigen oder auszugeben. Der Betrag des zum Pixelwert des unmittelbar vorangegangenen Frames addierten Differenzwertes ist ein Bruchteil des Differenzwertes und wird durch Auswahl durch den Bediener bestimmt. Zum Beispiel könnte ein Bediener vier Frames der Mittelwertbildung auswählen, was bewirken würde, dass der zum Pixelwert des unmittelbar vorangegangenen Frames addierte Betrag 0,25 (oder 1/4) des Differenzwertes beträgt. Wenn ein Bediener acht Frames der Mittelwertbildung auswählt, würde das bewirken, dass der zu dem Pixelwert des unmittelbar vorangegangenen Frames addierte Betrag 0,124 (oder 1/8) des Differenzwertes beträgt. Daher gilt, je größer die angewendete Mittelwertstufe, desto kleiner der dem vorangegangenen Pixelwert addierte Differenzwert. Mit anderen Worten ist das temporäre Filtern ein fließender Durchschnitt der eingehenden Pixelwerte.
Der Nachteil der einfachen temporären Filter liegt darin, dass sie nicht in der Lage sind, in einem Livebild zwischen Rauschen und Bewegung zu unterscheiden, so dass das Filtern auftritt, egal, ob die Veränderungen in den Pixeldifferenzwerten durch unerwünschtes Rauschen oder akzeptable Bewegung hervorgerufen werden. Wenn die Mittelwertbildung bei Pixeldifferenzwerten auftritt, die im Ergebnis von Bewegung hervorgerufen werden, weist das gefilterte Videobild an der Stelle, an der die Bewegung auftritt, ein Verschmieren oder Verwischen auf. Daher verringern temporäre Filter in dem Bestreben, Rauschen zu verringern, unerwünschterweise die Klarheit der bewegten Bilder.
Im Hinblick auf das Vorstehende wäre es wünschenswert, einen Filter bereitzustellen, der den Filterungsumfang entsprechend der Bewegungsmenge in dem Videobild einstellt.
Die Zusammenfassungen der japanischen Patente Vol. 018, Nr. 305 (E-1559), 10. Juni 1994 (1994-06-10) & JP 06 062283 A (SHARP CORP), 4. März 1994 (1994-03-04) beschreiben ein System zur Rauschverringerung für ein Videosignal.
WO 97/39572 A (WESTON MARTIN; FLANNAGHAN BARRY (GB); SNELL & WILCOX LTD (GB)) 23. Oktober 1997 (1997-10-23) beschreibt eine Videorauschverringerungseinrichtung mit temporären und räumlichen Filtern für die Rauschverringerung.
AUFGABEN UND ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und Gerät zum Erhalten verbesserter Videobilder mit verringerten Bewegungsartefakten und verringertem Rauschen bereitzustellen.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und Gerät zum Senken des Umfangs bereitzustellen, den ein Bild gefiltert wird, wenn sich ein Bild oder ein Teil des Bildes bewegt.
Das Verringern des temporären Filterns bei Bewegung des Bildes verringert das Verschmieren oder Verwischen in dem bewegten Teil des Bildes und unterstützt eine gute Rauschfilterung des nicht bewegten Teils des Bildes.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, solch ein Verfahren und Gerät bereitzustellen, um die Filterung von Rauschen stationärer Bilder oder von Teilen eines Bildes zu maximieren.
Die vorstehenden und weitere nicht speziell erwähnte Aufgaben werden durch ein Verfahren und Gerät zur Verringerung von Rauschen in Pixeln eines angezeigten Videobildes realisiert, durch Filterung von Pixelwerten der Pixel des Videobildes basierend auf einem ersten Frame mit gerade gefilterten Pixelwerten und einem zweiten Frame mit vor kurzem eingefangenen aber noch ungefilterten Pixelwerten.
Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt ein Gerät bereit, wie im angefügten Anspruch 1 definiert.
Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt ein Verfahren bereit, wie im angefügten Anspruch 9 definiert.
Dieser temporäre (rekursive) und Bewegungsfiltervorgang ist für jeden der ungefilterten eingehenden Pixelwerte des eingehenden Framebildes auszuführen.
Die neu gefilterten Pixelwerte werden dann als verarbeitetes Bild angezeigt oder ausgegeben. Daher wird anstelle der ungefilterten Pixelwerte des zweiten Frames ein neuer Frame aus digitalen Daten, die gefilterte Pixelwerte darstellen, gebildet. Dieser neue Frame wird ausgegeben oder angezeigt und der gesamte Vorgang wiederholt sich für den nächsten Frame aus ungefilterten Pixelwerten.
Weitere Aufgaben und Vorteile der Erfindung sind in der nachstehenden Beschreibung dargestellt und werden zum Teil aus der Beschreibung deutlich oder können durch Anwendung der vorliegenden Erfindung herausgefunden werden. Die Aufgaben und Ziele der Erfindung können mithilfe der in den angefügten Patentansprüchen beanspruchten Instrumentarien und Kombinationen realisiert und erfüllt werden.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
Die vorstehenden und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nach Betrachtung der nachstehenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Figuren deutlich, in denen:
1 ein Blockdiagramm eines Pixelfiltermodells zur Verringerung von Rauschen und Bewegungsartefakten in jedem Pixel eines Videobildes darstellt, wobei der Bewegungswert die Filterfunktionen steuert;
2 ein Blockdiagramm eines Pixelfiltermodells zur Verringerung von Rauschen und Bewegungsartefakten in jedem Pixel eines Videobildes darstellt, wobei der Bewegungswert ebenfalls die Filterfunktionen steuert und Raumfilterwerte verfügbar sind, um sie als eine Eingabe in den temporären Filter zu verwenden, wobei diese Steuerung auf dem Bewegungswertsteuersignal basiert;
3 zu Darstellungszwecken ein Blockdiagramm eines Standardmodells eines temporären oder rekursiven Filters zeigt, der in der Technik allgemein erhältlich ist;
4A ein Kurvendiagramm für Filterfunktionen darstellt, das ein Beispiel für eine Familie an Ausgabewerten einer Nachschlagetabelle darstellt, basierend auf der Bewegungssteuerung für die Rauschverringerung, wobei die Eingabe der Pixeldifferenzwert „D" (x-Achse) und die Ausgabe (y-Achse) die Eingabe für den Addierer ist;
4B ein Diagramm aus Kurvenauswahlen für die Steuereinrichtung (x-Achse) vs. Bewegungswert (y-Achse) ist, das verwendet werden soll, um die Transferfunktionen des temporären Filters zu steuern;
4C ein Diagramm der räumlichen Eingabeauswahlen für die Steuereinrichtung ist, um als der verarbeitete Pixeldifferenzwert (x-Achse) vs. Bewegungswert (y-Achse) verwendet zu werden, um als Eingaben in die Filterfunktionseinrichtung verwendet zu werden;
5A ein Diagramm einer Ausführungsform einer Pixelmatrix oder eines Kerns der vorliegenden Erfindung darstellt, wobei ein 5 × 5 Kern dargestellt ist;
5B ein Blockdiagramm einer Ausführungsform eines Kerns der vorliegenden Erfindung darstellt, wobei ein 3 × 3 Kern dargestellt ist.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Nun wird auf die Figuren Bezug genommen, in denen den verschiedenen Elementen der vorliegenden Erfindung Ziffern zugewiesen wurden und in denen die Erfindung erläutert wird, um Fachleuten zu ermöglichen, die Erfindung herzustellen und zu verwenden. Es sollte verstanden werden, dass die nachstehende Beschreibung die Prinzipien der vorliegenden Erfindung lediglich beispielhaft darstellt und nicht als Beschränkung der angefügten Patentansprüche angesehen werden sollte.
Allgemeine Beschreibung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung ist ein Verfahren und Gerät zur Verringerung von Bewegungsartefakten und Rauschen in der Videobildverarbeitung, wobei der Umfang der Filterung in einem Videobild in dem Bereich, in dem es Bewegung gibt, von der in diesem Bereich des Videobildes erfassten Bewegungsmenge abhängt.
Ein Videobild wird aus einer großen Anzahl an Bildelementen (als Pixel bezeichnet) gebildet, die angeordnet sind, um Bildmuster anzuzeigen. Diese Bildmuster können entweder farbige Bilder oder Graustufenbilder sein, wobei Helligkeit und Farbe der Pixel von digitalen Daten dargestellt werden. Jedes Pixel des Videobildes wird durch eine Reihe Bits aus digitalen Daten dargestellt und jede Reihe Bits wird hierin als ein Pixelwert bezeichnet. Ein Pixelwert bestimmt Helligkeit und Farbe oder Graustufe eines bestimmten Pixels, die sich in einem Videobild von Frame zu Frame ändern können. Wenn sich zum Beispiel ein Videobild von Frame zu Frame stufenweise verdunkelt, wird ein Pixel in dem Videobild für jeden Frame des Videobildes einen anderen Pixelwert aufweisen. Wenn der Pixelwert einer Pixelstelle in einem Frame von dem Pixelwert derselben Pixelstelle in einem anderen Frame subtrahiert wird, wird ein Pixeldifferenzwert erhalten.
Das Gerät umfasst einen Raumfilter in Kombination mit einem temporären Filter, so dass ein aus der Filterung mit dem Raumfilter erhaltenes Ergebnis verwendet wird, um den von dem temporären Filter in einem lokalisierten Bereich ausgeführten Umfang der Filterung zu steuern. Mit anderen Worten durchläuft, wenn der Raumfilter (verarbeitete Kerndaten) im Zeitablauf (temporäre Daten von Frame zu Frame) eine signifikante Bewegung um das interessierende Pixel erfasst, der temporäre Filter für dieses Pixel (auch als rekursiver Filter bekannt) das Videobild mit verringerter oder minimaler Filterung des eingehenden Bildes für dieses Pixel und das verringert ebenfalls die Bewegungsartefakte. Andererseits wird, wenn der Raumfilter sehr wenig Bewegung um das interessierende Pixel erfasst, der temporäre Filter auf die maximale Filterung des Rauschens für dieses Pixel eingestellt. Somit wird der Umfang der durch den temporären Filter ausgeführten Filterung entsprechend der in dem Videobild erfassten Bewegungsmenge eingestellt. Dieser Vorgang wird für jedes Pixel der Bildmatrix für jeden Frame an Bilddaten wiederholt.
Die Differenzwerte aus einer Pixelgruppe (oder einem Kern) in dem Videobild werden in dem Raumfilter verwendet, um einen „Bewegungswert" zu bestimmen, der dem Umfang der auf dem Videobild durchzuführenden temporären Filterung entspricht. Nachstehend findet sich eine ausführliche Beschreibung dieses Verfahrens.
Ausführliche Beschreibung
1 stellt ein Blockdiagramm eines temporären Pixelfiltermodells eines Videobildfilters 10 zur Verringerung von Rauschen und Bewegungsartefakten in jedem Pixel eines jeden Frames in einem Videobild dar. Die Pixelwerte für einen eingehenden Bildframe werden durch Xi(t) dargestellt, während die Pixelwerte für einen Ausgabebildframe durch Xo(t) dargestellt werden. Chronologisch stellt Xi(t) die Pixel eines Frames in dem Videobild vor der Filterung und Xo(t) die Pixelwerte in demselben Frame nach der Filterung dar. Das Symbol Xo(t – 1) stellt die unmittelbar zuvor angezeigten Pixelwerte dar, d. h. die vor kurzem gespeicherten Pixelwerte, die in dem vorangegangenen Filtervorgang erhalten wurden. Wenn die Pixelwerte Xi(t) eines Frames mit vor kurzem erfassten Werten an den Videobildfilter 10 geliefert werden, berechnet ein Subtrahierer 14 die Differenz zwischen den Pixeleingabewerten Xi(t) und den vor kurzem gespeicherten Pixelwerten Xo(t – 1), um Pixeldifferenzwerte „D" für jedes der Pixel in dem Eingabeframe des Videobildes zu erhalten. Ein Raumfilter 18 filtert anschließend räumlich diese Differenzwerte, um einen Bewegungswert „M" zu erhalten. Eine Steuereinheit 22 empfängt den Bewegungswert und erzeugt ein Signal zur Steuerung von Filterfunktionen 26. Die Filterfunktionen 26 werden durch die Eingabe „A" gesteuert, die von einem Anwender in Abhängigkeit von dem in dem Videobildfilter 10 gewünschten Umfang der Filterung und von der Steuereinheit 22 basierend auf Bewegung ausgewählt wurde.
Die Filterfunktionen 26 senden dann einen Ergebnissignalwert (einen „Ausgabedifferenzwert") an einen Addierer 30, um das Ergebnissignal zu den gespeicherten Pixelwerten Xo(t – 1) zu addieren, um Ausgabepixelwerte Xo(t) für die gegenwärtige Ausgabe zu bilden und die Ausgabepixelwerte in einen Speicher 34 zu speichern. Diese Ausgabe kann in anderen Vorgängen angezeigt oder verwendet werden.
2 stellt zusätzliche Funktionen des Pixelfiltermodells des Videobildfilters 10 dar. Die durch „D" dargestellten Pixeldifferenzwerte werden als Eingabe in den Raumfilter 18 und die Filterfunktionen 26 verwendet. Wenn große Bewegungsmengen vorhanden sind, kann die Verwendung des Pixeldifferenzwertes mit kleinen Filterungsfaktoren unerwünschtes Rauschen zur Ausgabe addieren. 2 zeigt, dass diese Differenzwerte weitergeleitet und in der gewichteten Mittelwerteinheit 38 mit den räumlich gefilterten Bewegungswerten vermischt werden. Der Bewegungswert „M" wird von dem Raumfilter 18 gebildet, wenn der Raumfilter die Differenzwerte der Pixel in dem Kern (oder das interessierende Pixel) mittelt. Dieser Bewegungswert „M" wird dann als Eingabe sowohl für die Steuereinheit 22 als auch für die gewichtete Mittelwerteinheit 38 verwendet. Die gewichtete Mittelwerteinheit 38 wählt aus den Steuersignalen und basierend auf dem Bewegungswert „M" und dem Differenzwert „D" verschiedene Verhältnisse der Eingaben aus, um die Eingaben in die Filterfunktionen 26 zu berechnen. Die Steuereinheit bildet einen gewichteten Mittelwert der Differenzwerte und des Bewegungswertes, umfassend (i) den Mittelwert der Differenzwerte, die das interessierende Pixel (oder den Bewegungswert „M") umgeben, (ii) den Differenzwert des interessierenden Pixels, und (iii) einen Wert, der ein Verhältnis oder eine Kombination von (i) und (ii) darstellt. Die gewichtete Mittelwerteinheit hilft dabei, das Addieren von unerwünschtem Rauschen zur Ausgabe zu vermeiden, indem die Pixeldifferenzwerte mit kleinen Filterungsfaktoren eingestellt werden, wenn große Bewegungsmengen vorliegen.
2 zeigt die Steuereinheit 22, die den Bewegungswert „M" von dem Raumfilter 18 empfängt, um die an die gewichtete Mittelwerteinheit 38 und die Filterfunktionen 26 zu sendenden Steuersignale zu bestimmen. Einige der Steuersignale bewirken, dass die gewichtete Mittelwerteinheit 38 einen Mix aus von der „D"- und der „M"-Eingabe gebildeten Signalen auswählt (durch eine Nachschlagetabelle und einen Multiplexer) und ermöglichen, dass das Signal der gewichteten Mittelwerteinheit an die Filterfunktionen 26 gesendet werden kann. Die Signalausgabe der Filterfunktionen 26 basiert auf dem Datenmix des räumlichen Filtersignals, einem Eingabesignal der Steuereinheit basierend auf der Bewegung „M" und der benutzerdefinierten Eingabe „A". Diese Eingabesignale in die Filterfunktionen 26 werden verwendet, um den Ausgabewert des temporären und des räumlichen Filters für jedes Pixel der Anordnung zu bilden. Somit zeigt 2 detaillierter, wie die Differenzwerte „D" und die räumliche Information „M" verwendet werden, um den temporären Filter zu steuern, um sowohl Rauschen als auch Bewegungsartefakte zu verringern.
3 zeigt ein Blockdiagramm eines temporären Filters 110 aus dem Stand der Technik, um das Verständnis der vorliegenden Erfindung zu unterstützen. 3 zeigt die Pixelwerteingabesignale Xi(t) aus dem aktuellen Frame, die Pixelwertausgabesignale Xo(t) aus dem aktuellen Frame und die gespeicherten Pixelwerte aus einem unmittelbar vorher angezeigten Frame Xo(t – 1). In dem temporären Filter nimmt ein Subtrahierer 114 die Differenz zwischen Xi(t) und Xo(t – 1) und gibt diese Differenzwerte in einen Multiplizierer oder eine Nachschlagetabelle 118 ein.
Der Multiplizierer 118 multipliziert die Differenzwerte mit einer Menge „A", die von einem Anwender ausgewählt wurde. Die Ausgabe des Multiplizierers wird anschließend an einen Addierer 122 gesendet, wo er zu den vorher angezeig ten Pixelwerten Xo(t – 1) addiert wird, um die Ausgabepixelwerte Xo(t) zu erhalten. Eine typische Funktion des temporären Filters aus dem Stand der Technik kann durch die nachstehende Gleichung dargestellt werden (unter Verwendung der Symbole aus 3 wie vorstehend beschrieben): Xo(t) = A[Xi(t) – Xo(t – 1)] + Xo(t – 1)
Wie in Bezug auf 1 und 2 erläutert, sorgt die vorliegende Erfindung dafür, dass das Signal, das zu den Pixelwerten des zuvor angezeigten Frames XO(t – 1) addiert wird, entsprechend der Bewegungsmenge in dem Videobild abweicht. Mit anderen Worten modifiziert die vorliegende Erfindung den temporären Filter 110 von 3 durch Hinzufügen von Hardware zum Steuern sowohl der Differenzwerte als auch der Anwendereingabe „A", die an den Multiplizierer 118 gesendet wird. Die addierten Steuerungen erhöhen oder verringern die temporäre Filterung, wenn sich der Bewegungswert „M" ändert.
Die von der Steuer- und Filterfunktion verwendeten Datenwerte werden durch Testen und Experimentieren entwickelt, um den Vorgang zu optimieren. Es handelt sich dabei um nichtlineare Gleichungen und Steuerinformationen.
Ein Beispiel für eine Form der Information ist in den 4A, 4B und 4C enthalten. 4A ist eine Familie von Kurven, wobei jede Kurve auf die einzelnen Pixeldifferenzen anzuwendende verschiedene Filterungsumfänge aufweist. 4B ist eine Reihe von Steuerausgaben, wobei basierend auf der Bewegungsmenge um das Pixel zwischen verschiedenen Filterungsstufen (4A) gewählt wird. 4C ist eine andere Reihe von Steuerausgaben, wobei verschiede ne Verhältnisse an Pixeländerungen oder Delta vs. räumlich gefilterter Pixeländerung und Größe des Raumfilters zur Verwendung in den Filterfunktionen ausgewählt werden.
Mit erneutem Bezug auf 1 oder 2 wird basierend auf einer Gruppe aus Differenzwerten, die ein interessierendes Pixel umgeben und umfassen, der Bewegungswert „M" der vorliegenden Erfindung berechnet. Diese Gruppe aus Pixeln oder Kernen wird in dem Raumfilter verwendet, um den Bewegungswert „M" zu bilden. 5A und 5B stellen zwei verschiedene Kerne unterschiedlicher Größe dar, d. h. 5 × 5 bzw. 3 × 3. Jeder Kern stellt Pixel dar, in denen die Pixeldifferenzwerte für ein interessierendes Pixel und die das interessierende Pixel umgebenden ausgewählten Pixel gespeichert sind. Zum Beispiel zeigt 5A die Pixel k1, k2, k3 etc., wobei der Raumfilter 18 (siehe 1 und 2) einen Mittelwert der Pixeldifferenzwerte für die Pixel berechnet, die ein interessierendes Pixel x(n) umgeben, um den Bewegungswert „M" zu bilden.
Mit dem Gerät von 2 wird jedes Pixel eines Videoframes mithilfe eines Abtastvorgangs gefiltert, d. h. die Pixel werden der Reihe nach gefiltert. Das Verfahren zur Verringerung von Rauschen in als ein Videobild anzuzeigenden Pixeln wird mithilfe der folgenden Schritte durchgeführt.

(a) Speichern digitaler Daten in einem Speicher, der die gefilterten Farb- oder Graustufenbilder eines jeden Pixels in einem ersten Frame eines Videobildes darstellt, wobei jedes Pixel einen gefilterten Pixelwert aufweist, der von einer Reihe Bits der digitalen Daten dargestellt wird;
(b) Aufnehmen digitaler Daten, die die Farb- oder Graustufenbilder eines jeden Pixels in einem zweiten Frame des Videobildes darstellen, wobei jedes Pixel einen ungefilterten Pixelwert aufweist, der von einer Reihe Bits der digitalen Daten dargestellt wird;
(c) Auswählen, basierend auf Abtasttechniken, eines interessierenden Pixels unter den Pixeln in dem Videobild;
(d) Berechnen der Differenzwerte des interessierenden Pixels und der Pixel, die das interessierende Pixel umgeben, wobei die Differenzwerte die Differenz zwischen dem Pixelwert eines Pixels in dem ersten Frame und dem Pixelwert desselben Pixels in dem zweiten Frame darstellen;
(e) Mittelwertbildung der Differenzwerte der Pixel, die das interessierende Pixel umgeben, um einen Bewegungswert zu erhalten; und
(f) temporäres Filtern des Pixelwertes des interessierenden Pixels gemäß des Bewegungswertes.

Die Schritte (c), (d), (e) und (f) werden dann für jedes Pixel des zweiten Frames wiederholt, um einen neuen Frame der angezeigten Pixeldaten zu bilden.
Wie in 2 dargestellt, kann Schritt (f) auch Folgendes umfassen: Bilden des gewichteten Mittelwertes der Differenzwerte und des Bewegungswertes, umfassend (i) Erhalten des Mittelwertes der Differenzwerte, die das interessierende Pixel umgeben, (ii) Berechnen des Differenzwertes des interessierenden Pixels und (iii) Berechnen eines Wertes, der eine Kombination aus (i) und (ii) darstellt.
Es sollte verstanden werden, dass die vorstehend beschriebenen Anordnungen lediglich die Anwendung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung darstellen. Es können zahlreiche Modifikationen und alternative Anordnungen von Fachleuten entwickelt werden, ohne vom Anwendungsbereich der vorliegenden Ansprüche abzuweichen.

Claims

Gerät (10) zur Verringerung von Rauschen und Bewegungsartefakten in Pixeln eines gerade ausgegebenen, angezeigten oder verarbeiteten Videobildes durch Filterung von Pixelwerten der Pixel in dem Videobild basierend auf einem ersten Frame des Videobildes mit gerade gefilterten Pixelwerten und einem zweiten Frame des Videobildes mit vor kurzem eingefangenen ungefilterten Pixelwerten, wobei das Gerät umfasst: eine Anzeige zum Anzeigen der gefilterten Pixelwerte des Videobildes; einen Speicher (34) zum Speichern der gefilterten Pixelwerte des ersten Frames des Videobildes, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Frame von digitalen Daten dargestellt wird und jedes Pixel des ersten Frames einen Pixelwert aufweist, der von einer Reihe Bits der digitalen Daten dargestellt wird; einen Subtrahierer (14) zum Erzeugen von Differenzwerten durch (i) Empfangen der gefilterten Pixelwerte des ersten Frames und der ungefilterten Pixelwerte des zweiten Frames und (ii) Berechnen einer Differenz zwischen den gefilterten Pixelwerten des ersten Frames und den ungefilterten Pixelwerten des zweiten Frames; eine Raumfiltereinrichtung (18) zum Berechnen eines Bewegungswertes eines interessierenden Pixels durch Mittel- Wertbildung der Differenzwerte ausgewählter Pixel, welche das interessierende Pixel umgeben; eine Filterfunktionseinrichtung (26) zum Erzeugen eines Ausgabedifferenzwertes des interessierenden Pixels basierend auf dem Bewegungswert; und einen Addierer (122) zum Addieren des Ausgabedifferenzwertes zu dem gefilterten Pixelwert des ersten Frames des interessierenden Pixels, dadurch gekennzeichnet, dass: die Filterfunktionseinrichtung (26) eine Nachschlagetabelle zum Erzeugen des Ausgabedifferenzwertes umfasst, der auf dem Differenzwert des interessierenden Pixels und dem Bewegungswert eines Kerns der Pixel um das interessierende Pixel basiert.
Gerät (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterfunktionseinrichtung einen Multiplizierer (118) oder eine Speichernachschlagetabelle zum Multiplizieren des Bewegungswertes des interessierenden Pixels mit einer gebrochenen Zahl umfasst, die von dem Bewegungswert selbst bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Multiplizierer den Ausgabedifferenzwert erzeugt, so dass, wenn die Bildbewegung zunimmt, der Filterfunktionsmultiplizierer abnimmt.
Gerät (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ausgewählten Pixel der Raumfiltereinrichtung (18) einen Kern aus Pixeldifferenzwerten um ein interessierendes Pixel umfassen, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einer 5 × 5 Anordnung aus Pixeldifferenzwerten und einer 3 × 3 Anordnung aus Pixeldifferenzwerten oder aus ande ren Anordnungsformen, die für die Bildauflösung und die Bildart zum Messen einer lokalisierten Bildbewegung optimiert wurden.
Gerät (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Raumfiltereinrichtung (18) die Pixeldifferenzwerte der Pixel in der Kernreihe mittelt.
Gerät (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das interessierende Pixel ein Pixel des Videobildes umfasst, das basierend auf einer Abtasttechnik ausgewählt wird.
Gerät (10) nach Anspruch 1, das ferner eine Steuereinheit (22) und eine gewichtete Mittelwerteinheit (38) umfasst, die ein Steuersignal aus der Steuereinheit empfängt, dadurch gekennzeichnet, dass das von der Steuereinheit entwickelte Steuersignal unterschiedliche Gewichte und Verhältniswerte des Differenzwertes und des Bewegungswertes auswählt und beide Signale auf die gleiche relative Größe skaliert wurden.
Gerät (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die gewichtete Mittelwerteinheit (38) ferner umfasst: einen ersten Eingang zum Empfangen der von dem Subtrahierer erzeugten Differenzwerte; einen zweiten Eingang zum Empfangen des von der Raumfiltereinrichtung erzeugten Bewegungswertes; und eine Schaltung zum Berechnen von Eingaben und Verhältniswerten für die Filterfunktionseinrichtung basierend auf sowohl dem Differenzwert und dem Bewegungswert des Raumfilters.
Gerät (10) nach Anspruch 6, das ferner eine Filterfunktionseinheit mit einer Eingabe umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Filterfunktionseinrichtungseingang ein Steuersignal empfängt, das von der Steuereinheit (22) erzeugt wurde, sowie den Differenzwert, wenn er von der gewichteten Mittelwerteinheit (38) verarbeitet wurde.
Verfahren zur Verringerung von Rauschen und Bewegungsartefakten in Pixeln eines verarbeiteten oder angezeigten Videobildes durch Filterung von Pixelwerten der Pixel in dem Videobild basierend auf einem ersten Frame des Videobildes mit gerade ausgegebenen und gefilterten Pixelwerten und einem zweiten Frame mit vor kurzem eingefangenen aber noch ungefilterten Pixelwerten, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: (a) Speichern digitaler Daten in einem Speicher, der die gefilterte Farbe oder die Graustufenbilder eines jeden Pixels in dem ersten Frame darstellt, wobei jedes Pixel einen gefilterten Pixelwert aufweist, der von einer Reihe Bits der digitalen Daten dargestellt wird; (b) Aufnehmen digitaler Daten, welche die Farbe oder die Graustufenbilder eines jeden Pixels in dem zweiten Frame darstellen, wobei jedes Pixel einen ungefilterten Pixelwert aufweist, der von einer Reihe Bits der digitalen Daten dargestellt wird; (c) Auswählen eines interessierenden Pixels unter den Pixeln in dem Videobild, basierend auf Abtasttechniken; (d) Berechnen der Differenzwerte von sowohl (i) dem interessierenden Pixel als auch (ii) Pixeln, die das interessierende Pixel umgeben, wobei jeder Differenzwert die Differenz zwischen dem gefilterten Pixelwert eines Pixels in dem ersten Frame und dem ungefilterten Pixelwert desselben Pixels in dem zweiten Frame darstellt; (e) Mittelwertbildung der Differenzwerte der Pixel, die das interessierende Pixel umgeben, um eine Kernänderung oder einen Bewegungswert zu erhalten; und (f) temporäres Filtern des ungefilterten Pixelwertes des interessierenden Pixels gemäß des Bewegungswertes, dadurch gekennzeichnet, dass: Schritt (f) ferner die folgenden Schritte umfasst: Erzeugen eines Ausgabedifferenzwertes basierend auf dem Differenzwert des interessierenden Pixels und dem Bewegungswert eines Kerns der Pixel um das interessierende Pixel aus einer Nachschlagetabelle und Addieren des Ausgabedifferenzwertes zu dem gefilterten Pixelwert des interessierenden Pixels im ersten Frame.
Verfahren nach Anspruch 9, ferner umfassend das Wiederholen der Schritte (c), (d), (e) und (f) für jedes Pixel des zweiten Frames, um einen neuen Frame aus gefilterten, verarbeiteten und angezeigten Pixeldaten zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt (f) ferner den Schritt des Bildens eines gewichteten Mittelwertes der Differenzwerte und des Bewegungswertes umfasst.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Bilden des gewichteten Mittelwertes (i) das Erhalten des Mittelwertes der Differenzwerte, die das interessierende Pixel umgeben, (ii) das Berechnen des Differenzwertes des interessierenden Pixels und (iii) das Berechnen eines Wertes umfasst, der eine Kombination aus (i) und (ii) darstellt, wobei ein Steuersignal, basierend auf dem Bewegungswert, eines der vorstehenden Signale zum Durchführen der rekursiven Filterung auswählt.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Erzeugens des Ausgabedifferenzwertes die folgenden Schritte umfasst: Erzeugen einer Nachschlagetabelle mit tabellarischen Daten, die den Ausgabedifferenzwerten in Bezug auf eine Reihe von Differenzbewegungswerten entsprechen; Erfassen des Bewegungswertes als Eingabe in die Nachschlagetabelle; und Erzeugen des Ausgabedifferenzwertes aus der Nachschlagetabelle gemäß des Eingabebewegungswertes.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Erzeugens eines Ausgabedifferenzwertes den Schritt des Auswählens des Differenzwertes des interessierenden Pixels umfasst.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Erzeugens eines Ausgabedifferenzwertes den Schritt des Auswählens des mittleren Differenzwertes der Pixel umfasst, die das interessierende Pixel umgeben.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Erzeugens eines Ausgabedifferenzwertes den folgenden Schritt umfasst: Berechnen eines Wertes basierend auf einer Kombination aus dem Differenzwert des interessierenden Pixels und dem mittleren Differenzwert der Pixel, die das interessierende Pixel umgeben.