KR100754219B1 - An extended method and system to estimate noise variancestandard deviation from a video sequence - Google Patents
An extended method and system to estimate noise variancestandard deviation from a video sequence Download PDFInfo
- Publication number
- KR100754219B1 KR100754219B1 KR1020060050454A KR20060050454A KR100754219B1 KR 100754219 B1 KR100754219 B1 KR 100754219B1 KR 1020060050454 A KR1020060050454 A KR 1020060050454A KR 20060050454 A KR20060050454 A KR 20060050454A KR 100754219 B1 KR100754219 B1 KR 100754219B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- local statistics
- time local
- noise
- calculating
- estimating
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N19/00—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals
- H04N19/10—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals using adaptive coding
- H04N19/134—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals using adaptive coding characterised by the element, parameter or criterion affecting or controlling the adaptive coding
- H04N19/136—Incoming video signal characteristics or properties
- H04N19/137—Motion inside a coding unit, e.g. average field, frame or block difference
- H04N19/139—Analysis of motion vectors, e.g. their magnitude, direction, variance or reliability
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N19/00—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals
- H04N19/10—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals using adaptive coding
- H04N19/189—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals using adaptive coding characterised by the adaptation method, adaptation tool or adaptation type used for the adaptive coding
- H04N19/196—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals using adaptive coding characterised by the adaptation method, adaptation tool or adaptation type used for the adaptive coding being specially adapted for the computation of encoding parameters, e.g. by averaging previously computed encoding parameters
- H04N19/197—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals using adaptive coding characterised by the adaptation method, adaptation tool or adaptation type used for the adaptive coding being specially adapted for the computation of encoding parameters, e.g. by averaging previously computed encoding parameters including determination of the initial value of an encoding parameter
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N19/00—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals
- H04N19/50—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals using predictive coding
- H04N19/503—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals using predictive coding involving temporal prediction
- H04N19/51—Motion estimation or motion compensation
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N19/00—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals
- H04N19/60—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals using transform coding
- H04N19/61—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals using transform coding in combination with predictive coding
- H04N19/615—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals using transform coding in combination with predictive coding using motion compensated temporal filtering [MCTF]
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Multimedia (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Computing Systems (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Picture Signal Circuits (AREA)
- Image Analysis (AREA)
Abstract
잡음 추정기는 이미지 구조 제거기(image structure remover)와 잡음 분산(표준 편차) 계산기를 이용한다. 이미지 구조 제거기는 두 개의 연속적인 프레임 내의 국부 윈도우(local window)에 걸친 차이를 계산한다. 잡음 분산(표준 편차) 계산기는 잡음 분산(표준편차)을 국부 차이의 분포로부터 추정한다. 연속되는 두 개의 프레임 사이에 움직임이 없거나 움직임이 거의 없다면 국부 차이를 계산함으로써 이미지 구조가 제거되어 질 수 있다. 따라서 매우 내성있는 추정 결과를 얻을 수 있다.The noise estimator uses an image structure remover and a noise variance (standard deviation) calculator. The image structure remover calculates the difference across local windows within two consecutive frames. The noise variance (standard deviation) calculator estimates the noise variance (standard deviation) from the distribution of local differences. If there is no motion or little motion between two consecutive frames, the image structure can be eliminated by calculating local differences. Therefore, a very resistant estimation result can be obtained.
잡음, 추정, 분산, 표준 편차, 이미지 Noise, estimation, variance, standard deviation, image
Description
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 비디오 잡음 추정기의 블록 다이어그램이다.1 is a block diagram of a video noise estimator in accordance with an embodiment of the present invention.
도 2는 도 1에서의 시간 국부 차이로서 조정된(adjusted) 평균 절대 오차(mean absolute error:MAE)를 계산하는 예를 도시한 것이다.FIG. 2 shows an example of calculating the mean absolute error (MAE) adjusted as the time local difference in FIG. 1.
도 3은 두 개의 연속적인 프레임 사이에 움직임이 없는 경우의 조정된 평균 절대 오차(MAE)의 분포(히스토그램)의 예를 도시한 것이다.3 shows an example of a distribution (histogram) of the adjusted mean absolute error (MAE) in the absence of motion between two consecutive frames.
도 4는 도 1의 시간 국부 차이로서 조정된 평균 자승 오차(mean square error:MSE)를 계산하는 예를 도시한 것이다.4 shows an example of calculating a mean square error (MSE) adjusted as the time local difference of FIG.
본 발명은 일반적으로 비디오 처리와 관련되어 있고, 보다 구체적으로는 비디오 신호에 있어서의 잡음 추정과 관련되어 있다.The present invention generally relates to video processing, and more particularly to noise estimation in video signals.
잡음 추정은 이미지 또는 비디오를 최적으로 처리하기 위하여 많은 알고리즘 에서 필요로 한다. 예를 들면, TV 시스템에서, 잡음 감쇄는 종종 잡음 없는 비디오 시퀀스를 얻기 위한 첫번째 단계로써 적용된다. 잡음 감쇄 최적 알고리즘은 잡음 적응형인데, 먼저 입력 비디오 시퀀스의 잡음 분산을 추정하고,그 후 잡음 감쇄를 수행한다. 잡음 추정은 이와 같은 경우 매우 중요하다. 왜냐하면 과대추정(overestimation)은 이미지 번짐(blurring)을 유발하고, 과소추정(underestimation)은 부족한 잡음 감쇄를 유발하기 때문이다. Noise estimation is required by many algorithms to optimally process an image or video. For example, in TV systems, noise reduction is often applied as the first step in obtaining a noise-free video sequence. The noise reduction optimization algorithm is noise adaptive, which first estimates the noise variance of the input video sequence and then performs the noise reduction. Noise estimation is very important in this case. This is because overestimation causes image blurring and underestimation causes insufficient noise attenuation.
잡음 추정의 문제점을 기술하기 위하여 를 순간적인 시간 t에서의 들어오는 비디오 프레임으로 놓고, 가 세로좌표,가 가로좌표를 나타낼때 를좌표에서의 대응하는 픽셀 값으로 놓는다. 일반적으로 우리는 입력 비디오 시퀀스는 분산으로 를 가지고 독립적이면서, 항등 분포의 가법적이고 정상의 0평균 가우시안 잡음(additive and stationary zero-mean Gaussian noise) 에 의하여 손상되는 것으로 가정한다. 즉, 가 잡음 손상이 없는 진정한 픽셀 값을 나타내고,가 To describe the problem of noise estimation With the incoming video frame at the instant t, Is the ordinate, Indicates abscissa Coordinate Set to the corresponding pixel value at. Normally we input as the video sequence is distributed Independently, we assume that we are impaired by additive and stationary zero-mean Gaussian noise of the identity distribution. In other words, Represents a true pixel value with no noise damage, end
[수학식 2][Equation 2]
를 만족하는 가우시안 분포 잡음 요소(Gaussian distributed noise component)일 때 어떠한 픽셀 는Any pixel when the Gaussian distributed noise component satisfies Is
[수학식1][Equation 1]
로 나타내어질 수 있다. It can be represented as.
그러므로 잡음 추정의 문제점은 원본 이미지 의 선행 정보 없이 손상된 이미지 의 잡음 분산 를 측정하는 것이다. Therefore, the problem of noise estimation is that the original image Corrupted image without prior information from Noise variance To measure.
잡음 추정의 간단한 방법은 이미지 의 국부 분산(local variance)의 기대값을 계산하는 것이다. 이 방법은 이미지 구조(image structure)로부터 손상을 겪는데, 즉, 과대추정을 유발하게 된다. 이 문제를 극복하기 위해서 몇몇의 방법이 제안되었다. 하나의 방법은 대응하는 픽셀의 그래디언트 크기(gradient magnitude)가 미리 조정한 임계치보다 더 큰 경우 국부 분산을 제외시키는 것이다. 그러나 그래디언트 크기는 또한 잡음 분산과 연관되어 있기 때문에 정확한 임계치를 찾는것은 어렵다. 다른 종래의 방법들은 먼저 손상된 이미지 에 고역 통과 필터를 적용하여, 작은 구조(little structure)를 가지고 잡음 요소를 추출한 후 잡음 요소에 잡음 추정을 수행하는 것이다. 하나의 예는 잡음 분산이 각 레벨에서의 네 개의 가장 작은 블록 기반의 국부 분산들의 시퀀스로부터 추정될 때, 이미지를 서로 다른 블록 크기의 피라미드 구조로 분해하는 것이다. 또 다른 예는 잡음 분산이 레일리 확률 밀도 함수(Rayleigh probability density function)가 에서 최대값에 이르는 속성에 기초하여 잡음 분산이 추정될 때, 레일리 분포를 강도 그래디언트(intensity gradient)의 크기에 일치시키는 것이다. 다른 방법들은 가법잡음(additive noise) 뿐만 아니라 배수사 잡음(multiplcative noise)을 추정하는 것이다. Simple method of noise estimation image Calculate the expected value of the local variance of. This method suffers damage from the image structure, i.e. causes overestimation. Several methods have been proposed to overcome this problem. One method is to exclude local variance if the gradient magnitude of the corresponding pixel is greater than the preset threshold. However, it is difficult to find the exact threshold because gradient size is also associated with noise variance. Other conventional methods first damage the image The high pass filter is applied to the noise element to extract the noise element with a little structure and then perform noise estimation on the noise element. One example is to decompose an image into pyramid structures of different block sizes when the noise variance is estimated from the sequence of the four smallest block based local variances at each level. Another example is that the noise variance is the Rayleigh probability density function When the noise variance is estimated based on the property up to the maximum value at, the Rayleigh distribution is matched to the magnitude of the intensity gradient. Other methods are estimating multiplcative noise as well as additive noise.
상기의 모든 방법들은 잡음 분산을 추정하기 위하여 공간 국부 통계들(spatial local statistics)을 이용한다.추정 정확도는 잡음 요소와 실제 이미지 신호의 분리 정도에 의존한다. 대부분의 이미지가 복잡한 구조를 포함하는 경우 내성(robustness)은 급격히 떨어진다.All of the above methods use spatial local statistics to estimate the noise variance. The accuracy of estimation depends on the degree of separation of the noise component from the actual image signal. Robustness drops dramatically when most images contain complex structures.
본 발명은 상기 문제점들을 해결하기 위한 것이다. 본 발명의 일 실시예는 이미지 구조 제거기와 잡음 분산(표준 편차) 계산기를 이용하는 잡음 추정기를 제공한다. 이미지 구조 제거기는 각 픽셀의 연속되는 두 개의 프레임에서의 국부 윈도우에 걸친 차이를 계산한다. 예컨대, 평균 절대오차(mean absolute error:MAE)와, 평균 자승 오차(mean square error:MSE) 등이다. 잡음 분산 계산기는 시간 국부 차이(temporal local difference)의 분포로부터 잡음 분산(표준편차)을 추정한다. 두 개의 연속되는 프레임간에 움직임이 없거나 움직임이 거의 없다면 그러한 시간 국부 차이를 계산함으로써 이미지 구조는 제거 되어질 수 있다. 결과적으로 매우 내성 있는 추정 결과가 얻어질 수 있다. The present invention solves the above problems. One embodiment of the present invention provides a noise estimator using an image structure remover and a noise variance (standard deviation) calculator. The image structure eliminator calculates the difference over the local window in two consecutive frames of each pixel. For example, mean absolute error (MAE), mean square error (MSE), and the like. The noise variance calculator estimates the noise variance (standard deviation) from the distribution of the temporal local difference. If there is no motion or little motion between two consecutive frames, the image structure can be eliminated by calculating such local time difference. As a result, very resistant estimation results can be obtained.
본 발명의 다른 실시예들, 특징들, 장점들은 다음의 도면과 함께 첨부된 명세서로부터 명백하여 질 것이다.Other embodiments, features, and advantages of the present invention will become apparent from the accompanying description in conjunction with the following drawings.
첨부된 도면들을 참조하여, 본 발명의 실시예들을 기술한다. 일 실시예로서 본 발명은 하기에서 보다 구체적으로 기술한 대로, 이미지 구조 제거기와 잡음 분산 계산기를 이용하는 잡음 추정기를 제공한다. 이미지 구조 제거기는 각 픽셀의 두 개의 연속되는 프레임에서의 국부 윈도우에 걸친 시간적인 차이를 계산한다. 예컨대, 평균 절대오차(mean absolute error:MAE)와, 평균 자승 오차(mean square error:MSE) 등이다. 잡음 분산 계산기는 시간 국부 차이의 분포로부터 잡음 분산(표준편차)을 추정한다. 두 개의 연속되는 프레임간에 움직임이 없거나 움직임이 거의 없다면 그러한 시간 국부 차이를 계산함으로써 이미지 구조는 제거되어질 수 있다. 결과적으로 매우 내성 있는 추정 결과가 얻어질 수 있다. With reference to the accompanying drawings, embodiments of the present invention will be described. In one embodiment, the present invention provides a noise estimator using an image structure remover and a noise variance calculator, as described in more detail below. The image structure remover calculates the temporal difference over the local window in two consecutive frames of each pixel. For example, mean absolute error (MAE), mean square error (MSE), and the like. The noise variance calculator estimates the noise variance (standard deviation) from the distribution of time local differences. If there is no motion or little motion between two consecutive frames, the image structure can be eliminated by calculating such a time local difference. As a result, very resistant estimation results can be obtained.
최초에, 가우시안 분포 신호의 분석이 제공되어 진다. 여기에 인용문서로서 첨부되어 있는 공통 양도 된 미국 특허 출원 번호 제 11/025,173호의 '비디오 시퀀스에서의 시간상의 잡음 감쇄 방법'에서 비디오 시퀀스로부터의 손상된 잡음을 제거하는 예를 제공한다. Initially, an analysis of the Gaussian distribution signal is provided. An example of removing corrupted noise from a video sequence is provided in Commonly Assigned US Patent Application No. 11 / 025,173, "Method of Temporal Noise Reduction in Video Sequences," which is hereby incorporated by reference.
인용 문헌에서의 발명의 일 실시예에 따르면, 시간적 잡음 제거는 두 개의 비디오 프레임들에 적용되며, 하나의 비디오 프레임은 현재 입력의 잡음이 있는 프레임이며, 다른 하나의 비디오 프레임은 메모리에 저장된 이전의 필터링된 프레임이다. 일단 현재 프레임이 필터링 되기만 하면, 필터링된 결과는 다음에 들어오는 프레임을 필터링하기 위해 메모리에 저장된다. 움직임 적응 시간적 필터링 방법이 잡음 제거를 위해 적용된다. 현재 프레임과 메모리에 있는 이전의 필터링된 프레 임 사이에서 픽셀 단위의 움직임 정보는 검사된다. 그 다음에 현재 프레임에 있는 픽셀들은 이전의 필터링된 프레임에 대해 상대적인 움직임 영역과 비-움직임 영역으로 분류된다. 비-움직임 영역에서는, 현재 프레임에 있는 픽셀들은 필터링된 출력이 본질적으로 최적인 최대 우도 추정법(Maximum Likelihood Estimation)에 기초하여 시간 축을 따라 필터링된다. 움직임 영역에서는, 시간적 필터는 움직임이 흐려지는 것을 피하기 위하여 스위치가 꺼진다. According to one embodiment of the invention in the cited reference, temporal noise cancellation is applied to two video frames, one video frame is the noisy frame of the current input, and the other video frame is a The filtered frame. Once the current frame is filtered, the filtered result is stored in memory to filter the next incoming frame. A motion adaptive temporal filtering method is applied for noise cancellation. Motion information in pixels between the current frame and the previous filtered frame in memory is checked. The pixels in the current frame are then classified into motion regions and non-motion regions relative to the previous filtered frame. In the non-motion region, pixels in the current frame are filtered along the time axis based on Maximum Likelihood Estimation where the filtered output is inherently optimal. In the motion domain, the temporal filter is switched off to avoid motion blur.
이하 에서는 가우시안 분포 신호에 대한 분석 및 최대 우도 추정법에 대해 검토한다. 미지의 상수 값 가 n ~ N(0,) 로 표시되는 독립적, 항등 분포의 가법적이고 정상의 0평균 가우시안 잡음(additive and stationary zero-mean Gaussian noise)으로 손상된다고 가정한다. 관찰된 값 x는 Hereinafter, the analysis of the Gaussian distribution signal and the maximum likelihood estimation method will be discussed. Unknown constant value Is n to N (0, We assume that we are impaired by additive and stationary zero-mean Gaussian noise of an independent, identity distribution, denoted by. The observed value x is
로 정의 될 수 있으며, 또한 가우시안 분포 랜덤 변수(random variable)이다. 상수 값 는 몇 개의 관찰 값들로부터 최대 우도 추정법을 이용하여 추정될 수 있다. It can also be defined as a Gaussian distribution random variable. Constant value Can be estimated from several observations using the maximum likelihood estimation method.
k개의 관찰된 값들 에 대하여, 우도(likelihood) 함수 는k observed values Likelihood function Is
로 표현될 수 있으며, 는 잡음 표준편차이다. 관계식 (2)로부터 는 Can be expressed as Is the noise standard deviation. From relation (2) Is
인 를 최소화하는 값에 의해 최대화될 것이다. 미분 를 계산하여, 이 미분값을 0으로 놓고 방정식을 에 대하여 풀면, 그때 최대 우도 추정은 다음과 같이 정의된다.sign To minimize It will be maximized by the value. differential Calculate, set this derivative to zero and solve the equation Solving for, then the maximum likelihood estimate is defined as
위 결과는 또한 다음과 같이 순차적으로 얻어질 수 있다.The above results can also be obtained sequentially as follows.
게다가 순환적인 가중치를 이용하면, 위 관계식 (5)는 다음과 같이 수정될 수 있다.Furthermore, using cyclic weights, the relation (5) can be modified as follows.
여기서, 는 평균값 가 얻어지는 픽셀들의 수를 나타내는 최적의 가중치이다. 관계식 (6)은 추정된 값을 순차적으로 갱신하고 관계식 (4)보다 더 적은 메모리를 요구하기 때문에 이점이 많다. 더욱이, 관계식 (4)는 값을 추정하기 위하여 모든 본래의 데이터를 메모리에 저장할 필요가 있지만, 관계식 (6)은 단지 현재의 관찰된 값 , 이전의 추정된 값 및 최적의 가중치 만을 저장할 필요가 있다.here, Is the average value Is the optimal weight indicating the number of pixels to be obtained. Relation (6) is advantageous because it updates the estimated values sequentially and requires less memory than relation (4). Moreover, relation (4) It is necessary to store all the original data in memory to estimate the value, but relation (6) only shows the current observed value. , Previous estimated value And optimal weights Only need to store.
시간적 잡음 제거에 있어서, 일반적으로 입력 비디오는 위 분석에서와 같은 동일한 유형의 잡음에 의해 훼손된다고 가정한다. 그래서, 각 픽셀은 가우시안 잡음에 의해 훼손된 상수 값(진정한 픽셀 값)으로 여겨질 수 있다. 비-움직임 영역에서는, 시간축을 따라 픽셀들이 동일한 진정한 픽셀 값을 가지므로 관계식 (4)나 관계식 (6)을 이용하여 최적으로 추정될 수 있다. 비디오 프레임들은 비디오 시스템에 순차적으로 들어가기 때문에, 관계식 (6)이 프레임 별로 잡음을 제거하는데 편리하며, 더군다나 메모리 요구들을 본질적으로 줄인다. In temporal noise cancellation, it is generally assumed that the input video is corrupted by the same type of noise as in the above analysis. Thus, each pixel can be considered a constant value (true pixel value) corrupted by Gaussian noise. In the non-motion region, since the pixels along the time axis have the same true pixel values, they can be optimally estimated using relation (4) or relation (6). Since video frames enter the video system sequentially, Equation (6) is convenient for removing noise on a frame-by-frame basis, furthermore essentially reducing memory requirements.
즉, 어떠한 픽셀 에서 잡음 감쇄기는 잡음 요소 를 제거하고 실제 픽셀 값 를 추정한다. 추정된 값 는 다음과 같이 얻어진다.That is, no pixels Noise attenuator in the noise element Remove the actual pixel values Estimate Estimated value Is obtained as follows.
[수학식3][Equation 3]
그리고 And
[수학식4][Equation 4]
이때 는, 초기치로 을 가지고 다음 프레임 에서의 픽셀들을 필터링 하는데 있어서의 의 잠재적인 가중치이고, 는 픽셀 의 관련된 가중치이고, 또한 픽셀 의 움직임 검출 함수로서 의 조정이다. 그리고 는 값을 초과할 수 없는 임계치이다. At this time Is the initial value Take the next frame In filtering pixels in Is the potential weight of, Is a pixel Is the associated weight of As a motion detection function of Is the adjustment of. And Is The threshold cannot exceed the value.
만약 픽셀 가 움직임 영역이라면, 은 0으로 설정된다. 만약 움직임 영역이 아니라면 는 로 설정된다. 이와 동등하게, 필터링된 픽셀 는 의 가중치를 갖는 원본 픽셀들의 평균이라고 말할 수 있다.If pixel If is a moving area, Is set to zero. If it's not a moving area Is Is set to. Equivalently, filtered pixels Is It can be said that the average of the original pixels having a weight of.
만약 움직임 검출이 픽셀 의 연속적인 움직임 레벨을 가리키는 부동 소수점 값(floating point value)을 출력하면 , 그때에 는 0과 사이에 삽입된다. 이 경우에 간단히 설명하면 필터링된 픽셀 는 의 가중치를 갖는 원본 픽셀들의 평균 이라고 말할 수 있다. If the motion detection pixel If you print a floating point value that indicates a continuous level of motion, then Is 0 and Is inserted in between. In this case, simply explain the filtered pixel Is It can be said that the average of the original pixels with a weight of.
프레임 의 잡음 분산이 추정될 때에, 과거 프레임(previous frame)은 을 얻기 위해 상기 방법에 의하여 이미 필터링 되고, 각 픽셀 의 잠재적인 가중치 또한 얻어지고, 메모리에 저장된다. 픽셀 의 잡음 분산은 [수학식5]와 같이 얻을 수 있다. frame When the noise variance of is estimated, the previous frame Each pixel already filtered by the above method to obtain Potential weight of It is also obtained and stored in memory. pixel The noise variance of can be obtained as in [Equation 5].
[수학식5][Equation 5]
로 놓고, 만약 와 사이에 움직임이 없다고 한다면, 는 잡음 분산 을 가지고,평균이 0인 가우시안 분포 확률변수가 된다. Put it on, if Wow If there is no movement in between, Is noise dispersion , Which is a Gaussian distribution random variable with a mean of zero.
로 놓으면 If you put it
이므로, 만약 와 사이에 움직임이 없다고 한다면 의 확률 밀도함수(p.d.f)는 [수학식 6]과 같이 얻어질 수 있다. If so, Wow If there is no movement between The probability density function of (pdf) can be obtained as shown in [Equation 6].
[수학식 6][Equation 6]
우리는 그러한 의 분포가 픽셀 값과 픽셀의 기하학적, 시간적 위치에독립적이라는 것을 안다, 즉, 우리는 를 로 표시한다. 의 1차 기대치는 [수학식7]과 같이 계산될 수 있다.We are such We know that the distribution of is independent of the pixel value and the geometric and temporal position of the pixel, that is, we To To be displayed. The first expectation of can be calculated as shown in [Equation 7].
[수학식7][Equation 7]
의 2차 기대치는 [수학식8]과 같이 계산될 수 있다. The second expectation of can be calculated as shown in [Equation 8].
[수학식8][Equation 8]
의 분산은 [수학식9]와 같이 얻어질 수 있다. The variance of can be obtained as shown in [Equation 9].
[수학식9][Equation 9]
로 놓으면 If you put it
이므로, 만약 와 사이에 움직임이 없다고 한다면 의 분포는 픽셀값과 픽셀의 기하학적, 시간적 위치에 독립적이다. 의 1차 기대값은 [수학식 10]과 같이 얻어질 수 있다. If so, Wow If there is no movement between The distribution of is independent of the pixel value and its geometric and temporal position. The first expected value of can be obtained as shown in [Equation 10].
[수학식 10][Equation 10]
상기 분석을 기초로, 본 발명에 따른 잡음 추정 시스템(100)의 일 실시예의 블록 다이어그램을 도 1에서 도시하였는데, 이는 이미지 구조 제거기(102) 및 분산 /표준편차 계산기(104)를 가지는 잡음 추정기(101), 잡음 감쇄를 위하여 이미지를 필터링 하는 잡음감쇄기(106), 메모리 장치들(108,110)을 포함한다. Based on the analysis, a block diagram of one embodiment of a
이미지 구조 제거기(102)는 현재 프레임 와 과거의 필터링된 프레임 사이의 시간 국부 차이를 계산한다. 잡음 분산/표준 편차 계산기(104)는 시간 국부 차이의 분포를 분석하고 잡음 분산/표준편차 를 추정한다. 한 예로서 시간 국부 차이 는 평균 절대 오차(MAE), 평균 자승 오차(MSE)와 같이 두개의 연속적인 이미지에서의 H X W 크기를 가지는 국부 윈도우에 걸쳐서 계산된다. 다음의 설명은 본 발명에 따른 몇몇의 예시적인 잡음 추정의 실시예들을 제공한다. 다른 예들도 가능하다.
도 2를 참조하면, 도 1의 이미지 구조 제거기(102)에서의 예시 차분 장치(example difference unit)(200)는 [수학식11]과 같이 조정된 평균 절대 오차(MAE)를 이용하여 시간 국부 차이 를 계산하는 일 실시예를 제공한다. Referring to FIG. 2, an
[수학식11][Equation 11]
예시 차분 장치(200)는 차분 수단(202), 절대값 수단(204), 계산 블록(206), 배율기(multiplier)(208), 덧셈기(210), 분할기(212)를 이용하여 에 대한 상기 관계를 구현한다.
차분수단(202)은 를 계산하고, 절대값 수단(204)은 을 계산하며, 계산 블록(206)은 (즉 )이 잡음 감쇄기(106)에 의하여 생성될 때 을 계산하고, 배율기(208)는을 계산하며, 덧셈기(210)는 The differential means 202 And absolute value means 204 , And the calculation block 206 (In other words Is generated by the
를 계산하고, 분할기(212)는 에 대한 마지막 결과를 출력한다. And
필터링된 과거 프레임 픽셀 는 그러한 잡음이 제거된 의 평균이다. 추정된 분산은 와 관계가 있고 그 관계는 계산 블록(206)에 의해 지시된다. Filtered Past Frame Pixels Is such noise removed Is the average. The estimated variance is And the relationship is indicated by
우리는 또한 국부 영역에서, 가중치 값들 가 서로 매우 가깝다는 것을 안다. 즉, 조정된 평균 절대 오차(MAE)는 [수학식 12]와 같이 단순 화할 수 있다.We also use the weighted values in the local domain Know that is very close to each other. That is, the adjusted mean absolute error (MAE) can be simplified as shown in [Equation 12].
[수학식 12][Equation 12]
앞의 분석으로부터, 국부 윈도우에서 움직임이 없다면 는 의 평균이다. 그러므로 의 첫번째 기대값은 [수학식 13]과 같이 계산될 수 있다.From the previous analysis, if there is no movement in the local window Is Is the average. therefore The first expected value of can be calculated as shown in Equation 13.
[수학식 13][Equation 13]
의 분산은 [수학식 14]와 같이 계산될 수 있다. The variance of can be calculated as shown in [Equation 14].
[수학식 14][Equation 14]
얻어진 로부터 잡음 분산/표준편차를 추정하는 많은 방법이 있다. 세가지의 예가 아래에 나열되어 있다. 다른 실시예들도 또한 가능하다.Obtained There are many ways to estimate the noise variance / standard deviation from. Three examples are listed below. Other embodiments are also possible.
1. 첫번째 예에 있어서, 잡음 분산/표준편차 계산기(104)(도1)는 첫번째 기대값 을 계산하고 [수학식 15]와 같은 잡음 표준 편차를 추정한다. 1. In the first example, the noise variance / standard deviation calculator 104 (FIG. 1) is the first expected value. And estimate the noise standard deviation as shown in Equation 15.
[수학식 15][Equation 15]
2. 두번째 예에 있어서, 잡음 분산/표준편차 계산기(104)는 분산 를 계산하고 [수학식 16]과 같은 잡음 분산을 추정한다. 2. In the second example, the noise variance /
[수학식 16][Equation 16]
3. 세번째 예에 있어서, 잡음 분산/표준편차 계산기(104)는 먼저 의 최대 히스토그램 값에 대응하는 위치 를 [수학식 17]과 같이 계산한다. 3. In the third example, the noise variance /
[수학식 17][Equation 17]
이때 는 의 히스토그램이다. 가 시간 국부 차이인를 계산하기 위한 국부 윈도우의 크기일 때, 의 히스토그램(또는 분포)(300)의 예가 도 3에 도시되어 있다. 히스토그램(300)은, k가 를 계산하기 위한 블록(블록 크기)에서의 픽셀들의 숫자이고, 각각의 k= 1, 2, 4, 8일 경우에 대응하는, 301에서 304까지의 4개의 예시적인 그래프들을 도시한다. At this time Is Histogram of. Local time difference Is the size of the local window for An example of a histogram (or distribution) 300 of is shown in FIG. In the
블록의 크기 가 충분히 클 때, 위치 는 에 매우 가깝다는 것을 주의해야 한다. 그러한 점에서, 이와 같은 경우에는 잡음 표준 편차는 [수학식18]과 같이 추정된다.Block size When is big enough, position Is It should be noted that it is very close to. In that case, the noise standard deviation is estimated as shown in
[수학식18]
만약 현재의 프레임 와 과거 프레임 사이에 움직임이 없다고 한다면 상기 방법에 의하여 매우 내성 있는 결과를 얻을 수 있다. 만약 움직임이 존재한다면, 의 분포는 예상할 수 없고 신뢰할 수 없는 추정으로 이끌게 된다. 움직임 효과를 제거하기 위하여 시간 국부 통계 계산기(temporal local statistics calculator)는 움직임 보상 방법으로 확장되어 진다. 예를 들어 움직임이 보상 되도록 조정된 평균 절대 오차(MAE) 가 [수학식 19]와 같이 얻어질 수 있다. If the current frame And past frame If there is no movement between them, a very tolerable result can be obtained by the above method. If there is movement, The distribution of can lead to unpredictable and unreliable estimates. To remove the motion effect, the temporal local statistics calculator is extended to the motion compensation method. For example, the mean absolute error (MAE) adjusted to compensate for motion Can be obtained as shown in Equation 19.
[수학식 19] [Equation 19]
이때 는 움직임 추정에 의하여 얻어지는, 처리된 블록의 움직임 벡터이다. 같은 이유로 이 관계는 [수학식 20]과 같이 단순화될 수 있다. At this time Is the motion vector of the processed block, obtained by motion estimation. For the same reason, this relationship can be simplified as shown in
[수학식 20] [Equation 20]
게다가, 같은 방법들은 얻어진 의 분포로부터의 잡음 분산/표준 편차를 추정하는데 이용될 수 있다. 상기 방법들에 있어서 움직임 추정이 이용되는데 제한이 없다는 것을 주의하라.In addition, the same methods were obtained Can be used to estimate the noise variance / standard deviation from the distribution of. Note that there is no limit to the use of motion estimation in the above methods.
다음으로, 다른 잡음 추정 방법이 존재한다. 도 4의 예시 차분장치(400)를 참조하면, 조정된 평균 자승 오차(MSE)를 이용하여 시간 국부 차이가 [수학식 21] 과 같이 구현된다. Next, another noise estimation method exists. Referring to the
[수학식 21] [Equation 21]
예시 차분장치(400)는 차분수단들(402), 자승 수단들(squaring means)(404), 계산 블록(406), 배율기(408), 덧셈기(410), 분할기(412)를 이용하여 상기 수학식 21의 관계를 구현한다. 차분수단들(402)은 를 계산하고,절대값 수단들(404)은 을 계산하며, 계산 블 록(206)은 (즉 )이 잡음 감쇄기(106)(도1)에 의하여 생성될 때 을 계산하고, 배율기(408)는을 계산하며, 덧셈기(410)는The
를 계산하고, 분할기(412)는 에 대한 마지막 결과를 출력한다. ,
우리는 또한 국부 영역에서 가중치 가 서로간에 매우 가깝다는 것을 안다. 즉, 조정된 평균 자승 오차(MSE)는 [수학식 22]와 같이 단순화될 수 있다.We also weighted in the local area Know that are very close to each other. That is, the adjusted mean square error (MSE) can be simplified as shown in Equation 22.
[수학식 22] [Equation 22]
상기의 분석으로부터, 국부 윈도우에 아무런 움직임이 없다면 는 의 평균 값이다. 그러므로, 의 첫번째 기대값은 [수학식 23]과 같이 계산될 수 있다. From the above analysis, if there is no movement in the local window Is Is the average value. therefore, The first expected value of can be calculated as shown in Equation 23.
[수학식 23][Equation 23]
얻어진 로부터의 잡음 분산/표준편차를 추정하는 많은 방법들이 있다. 두 개의 예들이 다음에 나열되어 있다. 다른 구현예들도 또한 가능하다.Obtained There are many ways to estimate the noise variance / standard deviation from. Two examples are listed below. Other implementations are also possible.
1. 첫번째 예로서, 잡음 분산/표준편차 계산기(104)(도1)는 첫번째 기대값 를 계산하고 [수학식 24]와 같은 잡음 분산을 추정한다. 1. As a first example, the noise variance / standard deviation calculator 104 (FIG. 1) is the first expected value. And estimate the noise variance as shown in Equation 24.
[수학식 24][Equation 24]
2. 두번째 예로서, 잡음 분산/표준편차 계산기(104)(도1)는 먼저 다음과 같이 의 최대 히스토그램 값에 대응하는 위치 를 [수학식 25]와 같이 계산한다.2. As a second example, the noise variance / standard deviation calculator 104 (FIG. 1) first looks as follows. Corresponding to the maximum histogram value of Is calculated as shown in Equation 25.
[수학식 25][Equation 25]
이때 는 의 히스토그램이다. 블록의 크기 가 충분히 클 때 위치 는 에 매우 가깝다는 것을 주의해야 한다. 그러한 점에 서 이와 같은 경우에는 잡음 표준 편차는 [수학식 26]과 같이 추정된다.At this time Is Histogram of. Block size When is large enough Is It should be noted that it is very close to. In this case, the noise standard deviation is estimated as shown in Equation 26.
[수학식 26] [Equation 26]
이 방법은 또한 움직임 보상 방법으로 확장될 수 있다. 예를 들어 움직임이 보상 되도록 조정된 평균 자승 오차(MSE) 는 [수학식 27]과 같이 얻어질 수 있다.This method can also be extended to a motion compensation method. For example, the mean squared error (MSE) adjusted to compensate for motion May be obtained as shown in Equation 27.
[수학식 27] [Equation 27]
이때 는 움직임 추정에 의하여 얻어지는, 처리된 블록의 움직임 벡터이다. 같은 이유로 이 관계는 [수학식 28]과 같이 단순화될 수 있다At this time Is the motion vector of the processed block, obtained by motion estimation. For the same reason, this relationship can be simplified as shown in Equation 28.
[수학식 28] [Equation 28]
게다가, 같은 방법들은 얻어진 의 분포로부터의 잡음 분산/표준 편차를 추정하는데 이용될 수 있다. 상기 방법들에 있어서 움직임 추정이 이용되는데 제한이 없다는 것을 주의하라.In addition, the same methods were obtained Can be used to estimate the noise variance / standard deviation from the distribution of. Note that there is no limit to the use of motion estimation in the above methods.
당해 분야의 숙련된 자들이 알수 있듯이 본 발명은 프로그레시브 (progress ive)와 인터레이스(interlaced) 비디오 모두에 이용될 수 있다.As will be appreciated by those skilled in the art, the present invention can be used for both progressive ive and interlaced video.
인터레이스 비디오에서의 짝수와 홀수 필드들(fields)은 두 개의 분리된 프로그레시브 비디오 시퀀스 같이 처리될 수 있다. 또는 필드들은 처리에 앞서 단일 프레임으로 합쳐질 수 있다. Even and odd fields in interlaced video can be treated as two separate progressive video sequences. Alternatively, the fields may be merged into a single frame prior to processing.
본 발명은 최적의 특정한 버전을 참조하여 매우 상세하게 기술되었다. 그러나 다른 버전도 가능하다. 따라서 첨부된 청구항들의 사상과 범위는 여기에 포함된 최적의 버전의 설명으로 제한되지 않아야 한다. The invention has been described in great detail with reference to the specific version which is optimal. However, other versions are possible. Therefore, the spirit and scope of the appended claims should not be limited to the description of the optimal version contained herein.
본 발명은 일반적으로 비디오 처리와 관련되어 있고, 보다 구체적으로는 비디오 신호에 있어서의 잡음 추정과 관련되어 있다.본 발명의 잡음 추정기는 이미지 구조 제거기(image structure remover)와 잡음 분산(표준 편차) 계산기를 이용하여 잡음을 추정하는 효과가 있다. The present invention is generally related to video processing and more particularly to noise estimation in video signals. The noise estimator of the present invention is an image structure remover and a noise variance (standard deviation) calculator. There is an effect of estimating noise using.
Claims (28)
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US18752805A | 2005-07-21 | 2005-07-21 | |
US11/187,528 | 2005-07-21 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20070012195A KR20070012195A (en) | 2007-01-25 |
KR100754219B1 true KR100754219B1 (en) | 2007-09-03 |
Family
ID=38012687
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020060050454A KR100754219B1 (en) | 2005-07-21 | 2006-06-05 | An extended method and system to estimate noise variancestandard deviation from a video sequence |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR100754219B1 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101474311B1 (en) | 2008-01-15 | 2014-12-18 | 삼성전자주식회사 | Method of obtaining variance data or standard deviation data for reducing noise, and digital photographing apparatus comprising recording medium storing variance data or standard deviation data for reducing noise |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2003102871A2 (en) | 2002-05-30 | 2003-12-11 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Unit for and method of estimating a motion vector |
KR20040035593A (en) * | 2001-03-07 | 2004-04-29 | 피티에스 코포레이션 | Local constraint for motion matching |
KR20060055296A (en) * | 2004-11-17 | 2006-05-23 | 삼성전자주식회사 | Methods to estimate noise variance from a video sequence |
-
2006
- 2006-06-05 KR KR1020060050454A patent/KR100754219B1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20040035593A (en) * | 2001-03-07 | 2004-04-29 | 피티에스 코포레이션 | Local constraint for motion matching |
WO2003102871A2 (en) | 2002-05-30 | 2003-12-11 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Unit for and method of estimating a motion vector |
KR20060055296A (en) * | 2004-11-17 | 2006-05-23 | 삼성전자주식회사 | Methods to estimate noise variance from a video sequence |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR20070012195A (en) | 2007-01-25 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR100677574B1 (en) | Methods to estimate noise variance from a video sequence | |
KR100727998B1 (en) | A method of motion compensated temporal noise reduction and system therefore | |
US7570309B2 (en) | Methods for adaptive noise reduction based on global motion estimation | |
KR20060076176A (en) | A method of temporal noise reduction in video sequence ans system therefore | |
KR100739753B1 (en) | Method and apparatus of bidirectional temporal noise reduction | |
EP2836963B1 (en) | Noise reduction for image sequences | |
KR20150114286A (en) | Method and Apparatus for Noise Reduction | |
KR100672328B1 (en) | Apparatus for estimation noise level of video signal | |
Tico et al. | Motion blur identification based on differently exposed images | |
KR100782842B1 (en) | Methods for reliability estimation of temporal noise estimation and systems thereof | |
Reeja et al. | Real time video denoising | |
KR100753345B1 (en) | Data processing method and apparatus | |
KR101977802B1 (en) | Motion estimation apparatus and method thereof in a video system | |
Jin et al. | Wavelet video denoising with regularized multiresolution motion estimation | |
US8090210B2 (en) | Recursive 3D super precision method for smoothly changing area | |
KR100754219B1 (en) | An extended method and system to estimate noise variancestandard deviation from a video sequence | |
KR100772380B1 (en) | An extended method of noise-adaptive motion detection | |
KR20200099834A (en) | Imaging processing device for motion detection and method thereof | |
Gullu et al. | Blotch detection and removal for archive film restoration | |
KR100772405B1 (en) | Methods for adaptive noise reduction based on global motion estimation and video processing system therefore | |
KR100456102B1 (en) | Apparatus and Method of Motion Detection for Temporal Filtering | |
Patil et al. | Implementation of restoration of blurred image using blind deconvolution algorithm | |
US20200279376A1 (en) | Image restoration method | |
Tico et al. | Robust method of video stabilization | |
Chow et al. | Improved blind image restoration scheme using recurrent filtering |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20120730 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20130730 Year of fee payment: 7 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20140730 Year of fee payment: 8 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20150730 Year of fee payment: 9 |
|
LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |