SE511733C2 - Förfarande och anordning för brusreducering - Google Patents

Description

511 733 10 15 20 25 30 35 2 reduceringsmetod, själv är känslig för bruset.

Ett annat stycke känd teknik, nämligen det amerikanska patentet nr US 4,987,48l i namnet Spears et al, vilket härmed införlivas i denna text genom referens, visar en apparat för selektiv reducering av brus genom icke-rekursiv medelvärdesbildning av videoinformationen i en sekvens av videobildrutor när videoinformationen befinns vara påverkad av brus. En nackdel med denna metod är konsekvensen av medelvärdesbíldningen mellan videobildrutor, nämligen att videoinformationen hos en brusreducerad bildrutedel beräknas och ursprunglig videoinforrnation förloras även om den är korrekt och opåverkad av brus. Vidare föreligger med den ovannämnda proceduren en hög sannolikhet för att olika värden uppträder i sekvens, vilket i sin tur leder till sämre resulterande kompressions grad.

Sammanfattning av uppfinningen Syftet med föreliggande uppfinning och det problem som skall lösas är att förbättra brusreduceringen i en videosignal representerande en sekvens av videobildrutor, i synnerhet en videosignal representerande rörliga bilder. En aspekt av detta problem är att åstadkomma en förbättrad kompressionsfaktor för en kompressionsmetod applicerad på videosignalen, eller annorlunda uttryckt, att reducera den erforderliga bitmängden hos videosignalen. Ytterligare en aspekt är att åstadkomma en förbättrad upplevd bildkvalitet, företrädesvis kombinerad med en förbättrad eller åtminstone icke reducerad kompressionsfaktor.

Uppfinningen är baserad på uppfinnarens insikt att det finns ett ömsesidigt förhållande eller korrelation mellan videoinformation hos bildrutedelar genom en observerad bildrutedel å ena sidan, dvs en rumslig korrelation, och mellan video- information hos bildrutedelar från en sekvens av intilliggande observerade video- bildrutor, dvs en korrelation längs tidsaxeln hos bildrutesekvensen. Korrelationen år stark i sekvenser av bildrutedelar där det icke förekommer något lokalt scenbyte eller där det icke är någon rörelse i bilden. Tekniskt innebär ett lokalt scenbyte i detta sammanhang att videoinforrnationen ändras signifikant mellan på varandra följande bildrutedelar.

För att kunna skilja mellan en bildpunkt som representerar ett lokalt scenbyte, som tex en kant hos ett rörligt objekt inom bilden, och en bildpunkt som utgör en slumpmässig brusspik, analyseras korrelationen mellan den aktuella bildpunkten under övervägande och dess omgivande bildpunkter. Brus i den aktuella bild- punkten undertrycks sedan på grundval av korrelationsanalysen. Om det är en svag korrelation antas det att ett lokalt scenbyte äger rum mellan två jämförda bildrute- 10 15 20 25 30 35 3 511 733 delar, och inget försök görs för att reducera bruset i denna bildpunkt. Om å andra sidan en stark korrelation upptäcks mellan två jämförda bildrutedelar, kvalificerar sig båda bildrutedelar till deltagande i ett följande selekteringssteg och en eventuell följande brusreducering. För en 2-dimensionell (2D) videosignal utförs korrela- tionsanalysen i tre dimensioner, dvs med avseende på de omgivande bildpunktema som ligger nära den aktuella bildpunkten i den rumsliga domänen respektive tids- domänen.

Enligt uppfinningen ersätts företrädesvis bruset i bildpunkt med en maximum likelihood-signal baserad på de korrelerade bildpunkterna. Uttryckt på ett annat sätt selekteras, bland en delmängd av de korrelerade bildpunktemas värden, den bildpunkt med det värde som har högst sannolikhet att ha en liknande företrädare eller efterträdare till att ersätta denïlttllella bildpunkten. Varje videobildmta bearbetas under övervägande av av videobildmtor som är tidsmässigt nära intill den aktuella videobildruäš De tidsmässigt närliggande bildrutoma kan i olika utföringsformer ligga före, eller omgiva den aktuella videobildrutan. I en föredragen utföringsform utförs båietningen för varje pixel hos en aktuell video- bildruta genom att observera en bifäutedel bestående av den aktuella bildpunkten och ett antal omgivande, rumsligt Éäggande bildpunkter. En sådan del kallas i denna text också för en skiva S. aktuell skiva, eller mer specifikt videoinformationen hos skivan, med lika stora rumsligt motsvarande skivor hos de närliggande bildrutorna. En uppsättning tidsmässigt på varandra följande skivor kallas i denna text en tub T. Tuben analyseras för att fastställa det antal till den aktuella skivan nägiggande skivor som har en särskilt stark korrelation, dvs det antal på varanåÉa följande skivor där icke något lokalt scenbyte äger rum.

Efter att ha selekterat en scenbytesfri delmängd av tidsmässigt på varandra följande skivor jämförs den aktuella bildplfigcn med rumsligt motsvarande men tidsmässigt närliggande bildpunkter i den seleånde delrnängden av skivor, och den bildpunkt som har högst sannolikhet att ha efiåegående eller efterföljande bildpunkt med samma värde eller videoinformatiínehåll selekteras som en ny aktuell bildpunkt. Uttryckt på ett annat sätt sorteras ett extremt bildpunktsvärde bort och ersätts av en bildpunkt selekterad fiån en annan uppsättning av närliggande bildpunkter, vilken ersättningsbildm bedöms ha en bättre korrelation med de emgivende bildpunkteme. Den setefitefaae bildpunkten :iiideias sedan nu den aktuella bildpunkten. I en utíöringfirm genereras en ny sekvens av videobildrutor i brusreduceringsprocessen, medan i en annan utföringsforrn den aktuella videobildrutan ersätts av den nya bfiutan som således kan bidra i analysen och 511 733 10 15 20 25 30 35 4 bearbetningen av nästa aktuella videobildruta.

När uppfinningen tillämpas som en förbearbetning till komprimering av en bildsignal är det ett syfie med uppfinningen att generera sekvenser av bildpunkter som har samma värde. I fördelaktiga fall leder detta till ett antal på varandra följande liknande eller identiska block av t ex 8x8 bildpunkter som, när de kodas i ett påföljande kodningssteg, komprimeras i stor utsträckning.

I en vidareutvecklad utföringsforrn av uppfinningen tas det också hänsyn till det faktum att det mänskliga ögat har olika känslighet för de olika färgema röd, grön och blå. Bruspåverkade bildpunker urskiljes sedan med avseende på ett dynamiskt beräknat bruströskelvärde, så att precisionen i brusdetektering/scenbytesdetekterin g anpassas till karakteristiken hos den mänskliga synen. T ex är detaljerade scenbyten svåra att detektera eller är till och med odetekterbara i mörka och mycket ljusa områden. Genom att ta hänsyn till det mänskliga ögats känslighet under beräkning av bruströskelvärdet, kan bitmängden reduceras mer i regioner med sådana frekvensspektra eller färgrum där det mänskliga synsystemet är okänsligt för små skillnader än i känsliga regioner. En bild kan därigenom uppnås vilken subjektivt uppfattas av ögat som förbättrad med avseende på brus trots det faktum att det faktiskt saknas videoinformation eller brus faktiskt har lämnats kvar i delar av bilden.

I andra utföringsformer selekteras ett förbestämt eller fixerat tröskelvärde vilket används till ett selekterat område eller för hela frekvensområdet hos bilden.

Ytterligare fördelar och detaljer hos uppfinningen framgår av den efterföljande beskrivningen av en utföringsform av uppfinningen med hjälp av de bifogade ritningama och i samband med de oberoende och beroende patentkraven.

Kort beskrivning av ritningama Pig IA visar en sekvens av videobildrutor illustrerande en trajektoria enligt känd teknik liksom konceptet av tub och skiva hos uppfinningen; fig lB och IC visar lagringsorgan for videobildrutor; fig 1D visar ett exempel på en skiva använd i en utföringsform av uppfinningen; fig 2 visar en generell vy av en utföringsforrn av den uppfinningsenliga brus- reduceringsapparaten; fig 3 visar en generell vy av en annan utföringsform av den uppfinningsenliga brusreduceringsapparaten; och fig 4 visar en generell vy av en tredje utföringsform av den uppfinningsenliga 10 15 20 25 30 35 511 753 brusreduceringsapparaten.

Detaljerad beskrivning av utföringsformer Med hänvisning till fig 1A, visas hur en videosignal eller en bildsignal innefattar en sekvens av videobildrutor F vari bildinforrnation lagras i en rumslig domän. I rörliga bilder ändras videoinformationen huvudsakligen från bildruta till bildruta längs en tidsaxel t. I det uppfinningsenliga förfarandet bearbetas en videobildruta med digitaliserad videoinformation representerad i ett flertal bildpunkter P del för del, där en bildrutedel typiskt innefattar åtminstone en för tillfället bearbetad bildpunkt och ett antal närliggande bildpunkter.

För jämförelsens skull visas en tra' i g 'a Traj av bildrutedelar FP enligt känd teknik i den övre delen av fig 1A. trajektoria är allmänt känd som en beskrivning av vägen som ett rörligt bildobjekt rör sig över bildrutoma som en funktion av tiden.

En sådan trajektoria estimeras i detáfarmärrmda kända dokumentet US 5,36l,105, där brusreducerin gen utförs genom att först spåra bildpunkter hörande till rörliga bilder för att estimera traj ektorian Éisedan generera ett antagningsvis brusreducerat bildpunktsvärde för spårade bildpunkten, vilket bl a medför de ovannämnda nackdelarna. I motsatsffäârtill utför uppfinningen företrädesvis brusreduceringen före en eventuellïåelseestimering innefattad i en påföljande komprimering.

Enligt uppfinningen (jmf också observeras ett antal bildrutedelar åt gången.

Dessa bildrutedelar kallas här innefattar företrädesvis ett antal bildpunkter P och har motsvarande rumsliga pâšfioner i en sekvens av tidsmässigt närliggande bildrutor F _ En sådan uppsättning kallas, såsom har nämnts ovan, en tub T och det framgår av fig 1A att parallell med tidsaxeln t. Varje bildpunkt är associerad med någon sorts färginënation, t ex för var och en av grundfargema röd R, grön G och blå B, också e till som RGB. Naturligtvis är andra bilddata eller färgrepresentationer* möjliga inom det uppñnningsenli ga konceptet.

För uppfinningsbeskrivningens används följande uttryck och motsvarande matematiska notation. Betydelsen uttrycken förklaras också med hjälp av fig 1A och ñg ID.

Bildruta: F(t) = {R(t), G(t), B(t)} är en bildrutesignalmatris av RGBQhden vid den tzte bildrutan. ll li \ Wu- . »u M .i a.. 511 733 10 15 20 25 30 35 6 Bildpunktpixel: P(iLj,t)={R(i,Lj,t), G(i,j,t), B(i,j,t)} e F(t) är en bildpunkt i bildruta F(t), med positionskoordinatema i, j i den tzte bildrutan.

Luminans: Y(i,j,t) är luminansen hos bildpunkten P(i,j,t).

Skiva: S(izj,t) är en samling bildpunkter utgörande en delmängd av den t:te bildrutan. Den bildar ett utformat rumsligt fönster eller ”skiva”. I föredragna utföringsforrner innefattar skivan centrumbildpunkten P(i,j,t) och några omgivande bildpunkter P(i',j',t).

Notationen i',j',t' betyder en position eller tidsreferens som ligger nära en för tillfället bearbetad bildpunkt. I fig 1D visas ett exempel på en skiva i form av ett kors med en aktuell bildpunkt Pi,j i centrumpositionen.

Fönster: W(t)={F(t) | t-d S t S t+d} är en uppsättning på varandra följande bildrutor, där d är ett positivt heltal.

F(t) är centrumbildrutan och _ (2d+1) är storleken hos ett glidande ”tidsfönster” av på varandra följande bildrutor. tub; T(i,j,t)={s(i,j,1)|t-d s f s t+d} är en uppsättning skivor eller en tredimensionell ”tidstub” av bildpunkter. Den består typiskt av (2d+1) på varandra följande ”skivor”, varvid var och en av de på varandra följande bildrutoma tillhör tidsfönstret W(t). I en utföringsforrn inkluderar en tub typiskt centrumskivan S(izj,t) och dess i tiden närliggande 2d skivor S(i,j,t').

I det uppfinningsenli ga förfarandet bearbetas varje bildpunkt i huvudsak genom att: - bestämma ett antal tidsmässigt närliggande bildpunkter som har en stark korrelation, dvs vilka icke är involverade i ett lokalt scenbyte; - selektera bland en uppsättning av starkt korrelerade tidsmässigt närliggande bildpunkter ett bildpunktsvärde som har störst sarmolikhet att ha en föregångare eller efierträdare med ett lika eller liknande värde; och genom att - ersätta den för tillfället bearbetade bildpunkten med den selekterade bild- punkten.

Bestämningen av antalet korrelerade bildpunkter, dvs scenbytesanalysen, utförs i en föredragen utföringsform genom att observera en skiva innehållande den aktuella bildpunkten och rumsligt närliggande bildpunkter, dvs en skiva S(i,j,t) liksom ett antal rumsligt motsvarande men tidsmässigt närliggande skivor S(i,j,t'). Skivorna kan t ex bestå av en centrumbildpunkt P(i,j) och ett selekterat antal av de närmast 10 15 20 25 30 35 511 755 7 närliggande bildpunktema P(i',j') utgörande t ex en kvadrat, ett kors eller någon annan vald geometrisk form av bildpunkter.

En mer detaljer exemplifierande utföringsforrn av uppfinningen innefattar följande särdrag och stegen att: Mottaga såsom indata en videosignal som inkluderar ett flertal videobildrutor med digitaliserad videoinfonnation representerad i ett flertal bildpunkter.

Lagra en aktuell videobildruta och ett flertal tidsmässigt närliggande video- bildrutor. Typiskt lagras ett udda antal videobildrutor, t ex sju bildrutor, för bearbetningen av en centralt positionerad för tillfället bearbetad bildruta.

Selektera från den aktuella videobildrutan en aktuell bildrutedel, dvs en skiva Si,j,t, innefattande en aktuell bildpunkt Pi,j och åtminstone en bildpunkt som är rumsligt närliggande den aktuella bildpunkten. I en föredragen utföringsform används korsformade skivor såsom visas i fig lB, under antagandet att det finns åtminstone någon grad av rumslig korrelation mellan bildpunktema hos skivan.

Selektera från de tidsmässigt närliggande videobildrutorna tidsmässigt närliggande bildrutedelar, dvs skivor, innefattande en bildpunkt eller bildpunkter som rumsligt bildpunktema hos den aktuella bildrutedelen. Med andra ord; .Selektera en samling på varandra följande skivor Sijt' som utgör en tub T.

Bestämma luminansvärdet hos varje pixel i nämnda aktuella bildrutedel och nämnda närliggande bildrutedelar, dvs i alla skivor hos den selekterade tuben.

Bestämma medelluminansvätää hos nämnda aktuella bildrutedel och nämnda tidsmässigt närligganäe bildrutedelar, dvs genom medelvärdes- bildning av luminansvärdena hos bildpunktema som innefattas i varje bildrutedel.

De föregående stegen kan betraktas en förberedelse för utförande av en påföljande korrelationsanalys, och mer specifikt för att fastställa huruvida ett lokalt scenbyte inträffar mellan skivorna i tuben. Detta görs genom jämförelse av nämnda aktuella bildrutedel och nämnda närliggande bildrutedelar genom att: bestämma och med ett första tröskelvärde jämföra absolutvärdet hos skillnaden mellan medelluminansen hos nämnda aktuella bildrutedel och medelluminansen hos närrmda närliggande bildrutedel; om absolutvärdet av luminansskillnaden överskrider nämnda första tröskelvärde, betrakta det som att ett lokalt scenbyte äger rum i videoinformation mellan nämnda aktuella bildrutedel och nämnda närliggande bildrutedel. llllait-í 10 15 20 25 30 35 511 753 8 Om den senare proceduren indikerar att det finns en stor skillnad i luminans mellan två närliggande bildrutor, betraktas det således såsom att ett lokalt scenbyte äger rum mellan den analyserade aktuella skivan och den betraktade närliggande skivan.

Om och andra sidan luminansskillnaden är liten utförs en vidare korrelationstest i de följande stegen att: - bestämma och med ett andra tröskelvärde jämföra absolutvärdet av skillnaden mellan värdena hos en färgkomponent hos nämnda aktuella bildpunkt och den motsvarande bildpunkten hos nämnda närliggande bildrutedel; - om absolutvärdet av skillnaden mellan färgkomponentvärdet överskrider nämnda andra tröskelvärde, betrakta det som att ett lokalt scenbyte äger rum i videoinformationen mellan nämnda aktuella bildrutedel och nämnda närliggande bildrutedel.

I själva verket är denna dubbeltest som involverar färginforrnation nödvändig för att detektera lokala scenbyten där luminansen är mer eller mindre kontinuerlig trots att ett färgbyte äger rum, vilket i praktiken är ett lokalt scenbyte.

Om de två ovannämnda tröskeltestema har passerat eller klarats bestäms det eller betraktas det som att inget lokalt scenbyte äger rum mellan nämnda aktuella skiva och närrmda närliggande skiva, och nästa par av aktuella och närliggande skivor analyseras tills hela tuben har bearbetas. Därefter selekteras från tuben ett jämnt antal överskridande eller uppgående till antalet noll närliggande bildrutedelar som icke anses involvera något lokalt scenbyte i förhållande till nämnda aktuella bildrutedel. Detta skulle också kunna uttryckas som selektering av största möjliga deltub eller deluppsättning av inmatande närliggande bildrutor som icke involverar ett lokalt scenbyte. Om t ex den inmatade tuben innefattar sju skivor, kan en deluppsättning innefattande noll, tre, fem eller sju skivor selekteras när såsom i detta fall ett antal skivor analyseras vilka symmetriskt omger den aktuella skivan.

Därefier äger de faktiska brusreduceringsstegen rum. Detta görs företrädesvis genom selektering av videoinformation från en bildpunkt för vilket det är troligt att den har liknande efterföljare, t ex genom att: - jämföra luminansvärdena hos närrmda aktuella bildpunkt med de motsvarande bildpunktema i nämnda selekterade närliggande bildrutedel och att selektera videoinforrnationen från den bildpunkt som har medianvärdet av nämnda luminansvärden; - tilldela nämnda selekterade videoinforrnation till den aktuella bildpunkten för att därigenom generera en videobildruta vari brus har reducerats. 10 15 20 25 30 35 511 735 9 Brusreduceringen utförs i olika applikationer och utföringsformer för att förbättra bildkvaliteten eller för att åstadkomma en erforderlig kompressionsgrad i en kodad bildsignal. I fördelaktiga fall kan de två syftena t o m kombineras.

Genom att selektera medianvärdet av uppsättningen tidsmässigt närliggande bildpunkter filtreras avvikande värden såsom brusspikar bort och det är mer troligt att en aktuell bildpunkt som antar medianvärdet av en sekvens av bildpunkter kommer att ha föregående eller efierßljande bildpunkter med samma värde.

Fig lB visar ett minnesorgan 2, t ex,-,g:tt skifiregister, som är anordnat att kvarhålla ett antal N+l första bildrutor FtO-FIN hos en inmatad videosignal. Antag att Ft0 är den för tillfället bearbetade bildrutan och Ftl-FtN de N påföljande bildrutoma vilka också kallas framförliggande bildrutor. Fig IC visar ett liknande minnesorgan 3 anordnat att hålla ett antal N+l bildpunkter PtO-PtN eller ett antal skivor S(t-d) till S(t+d), där d är ett positivt heltal. Antag på samma sätt att Pt0 är den för tillfället bearbetade bildpunkten och Ptl-Ptlglgggt antal N framförliggande bildpunkter. Varje bildpunkt P innehåller färginforrnafigšg, t ex RGB-amplitud värden. I en annan utföringsform av uppfinningen hållet minnet ett antal föregående bildrutor F(t-d) och påföljande bildrutor F(t+d) utöver den aktuella bildrutan F (t0).

En annan utföringsform av uppfinningen innefattar följande steg, vilka repeteras och utförs för varje bildruta i en ström av bildrutor hos en inmatad videosignal. a) Komponentema hos varje bildpunkt, i den exemplifierande utföringsformen röd, grön och blå, hos en för tillfällegàfarbetad bildruta jämförs individuellt med företrädesvis alla N påföljande hos motsvarande bildpunkter i de påföljande framförliggande bildrutoma. Om skillnaderna i amplitud mellan en för tillfället bearbetad pixel Pt0 ett antal, företrädesvis alla, av dess efierföljande bildpunkter är törbestämd tröskelnivå, kopieras värdet hos dnn näsrfdijnndd bildpunkten Pro, annars iärnnns Pro oförändrad. olika tröskelnivåer specificeras och för olika bildpunktskomponenter, så att det sålunda tages hänsyn till i känsligheten hos det mänskliga ögat för olika ljusvåglängder. Det amplitudskillnadema jämförs med ett minimitröskelvärde medför en mellan bruspåverkade bildpunkter och bildpunkter hörande till en rörli i små förändringar i amplitud re l av bilden representerad av bildrutan, varvid as eller elimineras. Valet av tröskelnivå är beroende på tillämpningar i uppäiingen och det ligger inom uppfmningens omfång att selektera eller anpasšštrösklar till andra parametrar än känsligheten hos det mänskliga ögat. ii 511 733 10 15 20 25 30 35 10 b) När alla bildpunkter P i FtO har bearbetats enligt a) ovan överförs bildrutan FtO till en utgång. Vid användning av de exemplifierande skiftregistema enligt Fig IB och IC, skifias de andra N bildrutoma FtO till FtN åt vänster, så att Ftl kopieras till FtO, Ft2 kopieras till Ftl och så vidare. En ny bildruta FtN tages in i minnesorganet 2 fiån en inmatad bildruteström hos en videosignal. Om det inte finns några fler bildrutor vid ingången, ärver den nya FtN värdet hos det gamla F tN. Därefter bearbetas nästa bildruta enligt a) ovan.

Ytterligare en utföringsform av det uppfinningsenli ga förfarandet beskrivet i en matematisk notation kan innefatta följande steg för att generera en brusfiltrerad utrnatad pixel Pout (i, j, t): Steg 1: Beräkna en luminansmatris {Yin (i”,j',t') V (i',j°,t')eT} Steg 2: Beräkna matrisen hos en indikeringsfiinktion I (engelska: indicate function) för Iuminansskillnadema mellan närliggande bildpunkter, när Hüïjïf) V(i2iït”>eT} och där o om I Yin (igjgf) _ Yin (igjgv) I s E 1(i°,j°,f)= annars I och E är värdet hos en utforrnad tröskelfimktion f thr för de selekterade parameterkomponentema, i detta exempel fargkomponenterna, hos den inmatade bildpunkten. Där E=fthr {Pin (i°,j',t”)e Win (t)} Om I(i”,j”,t”) = I kallas bildpunkten en avvikande bildpunkt.

Steg 3: Beräkna antalet avvikande bildpunkter i varje skiva S(i°,j”,r) separat för r = t-d, t-d+l,..., t+d ll iJ (TFEIÜZJZT (iljÜG 50,131) 10 15 20 25 30 35 5 1 1 7 3 5 ll Steg 4: Beräkna antalet avvikande bildpunkter i den tredimensionella tuben T(i,j,t) irl-d Ä i,j = Eu i,j(t) t=t-d Steg 5: Bestäm utmatningsbildpunkten Pin (iJ,t) om Ä tub och V(,u i,j S p skiva Pout (i,j,t) = annars Iïin (i,j,t) Där k- tub och u skiva är utformade trösklar och 13 in (i,j,t) = Pin (i,j,t”) för några t' vid vilket Yin (i,j,t°) är medianvärdet hos uppsättningen (vin (rjn) I r-d s n s i+d} När alla utmatningsbildpunkter Pout ('_i,_j,t) e Fout (t) för olika index (i,j) har framtagits, kompletteras en brusreducçrad bildruta Fout (t). Sedan matas en ny bildruta in och bearbetas enligt de ovan beskrivna stegen.

Fig 2 visar en övergripande vy över brusreduceringsorgan 4 anordnade i enlighet med det uppfinnin gsenli ga förfarandet. En inmatad bildruta Fin hörande till en uppsättning W av på varandra följande bildrutor, det vill säga Fin (t) e Win (t), innefattande inrnarningsbiidpunkter Färm, ne Fin (f) matas in nn brusreduceringsorganet 4. En utmatniftgsbildruta F out (T) framtages och utmatas från brusreduceringsorganet 4 när allagfiutrnatningsbildputtkter Pout (i,j,t) e Fout (t) har framtagits i brusreduceringsprocesseiti. nä* Fig 3 visar en översikt av ett brusred gsorgan 4, innefattande rninnesorgan 2, 4 och bearbetningsorgan 6, varvid brus eringsorganet visas i omgivningen av ett 3% bearbetningssystem för en analog Således matas en analog videoinsignal 8 till ett digitalt samplingsorgan 10, vanligen kallad en bildfångare, som i denna utföringsform är kopplat ett konverteringsorgan 12, för separerin g av de röda, gröna och blå (RGB) komponentema hos varje bildpunkt i en samplad bildruta. En RGB separerad bildruta matas sedan till brusreduceringsorganet 4.

Efter brusreducering matas en utmatningsbildmta F out från brusreduceringsorganet 4 till ett digitalt format konverteringsorgan 14, vilket i en utföringsforrn är försett med en utgång för utmatning av en videoutsignal 16 och en annan 10 15 20 25 30 511 733 12 utföringsforrn är försedd med en utgång för utmatníng av antingen en bildruta F eller en digital videosignal till ett i sig känt digitalt till analogt videokonverteringsorgan 18. I en tredje utföringsforrn är di gitalformatkonverteringsorganet 14 försett med båda nämnda utgångar. Digital till analogvideokonverteringsorganet 18 genererar och matar ut en analog videosignal 20.

Det uppfinningsenli ga förfarandet kan realiseras både genom en direkt hårdvaruimplementation eller genom en mjukvaruimplementation exekverat på en inforrnationsbearbetningsapparat såsom en arbetsstation, PC, signalprocessor, eller liknande. I alla händelser innefattar den uppfinningsenliga apparaten organ för utförande av de ovannämnda stegen hos de olika utföringsforrnema hos det uppfinningsenliga förfarandet och en utföringsform av en sådan apparat visas i Fig 4.

Således innefattar en utföringsfonn av ett bnisreduceringsorgan 4 enligt uppfinningen och som visas i Fig 4, en ingång 22 för mottagande av en inmatad bildruta av en uppsättning inmatningsbildrutor Fin och minnesorgan 2 för lagring av en eller flera inmatningsbildrutor Fin. Vidare är ett anordnat minnesorgan 3 för lagring av en eller flera bildpunkter hos en bildruta F som skall bearbetas.

Brusreduceringsorganet 4 innefattar vidare organet 24 för beräkning av en luminansmatris Y för en bildpunktsmatris lagrat i minnesorganet 4, organ 26 för beräkning av en matris I av en luminansskillnadsindikeringsfunktion beroende på en förutbestämd och lagrad tröskelfimktion 27, organ 28 för beräkning av antalet avvikande bildpunkter i en skiva, organ 30 för beräkning av antalet avvikande bildpunkter i en tub T, organ 32 för bestämning av en utmatningsbildpunkt Pout och en utgång 34 för utrnatning av en eller flera brusreducerade bildrutor Fout. Dessa funktionella organ kan vara anordnade i speciellt utformad hårdvara, i ett generellt infonnationsbearbetningssystem eller på ett lagringsmedium. Uppfmningen har ovan beskrivits med hjälp av exemplifierande utföringsforrner och det skall förstås att den kan anpassas eller modifieras för att passa olika specifika tillämpningar inom omfånget av de bifogade patentkraven.

Claims (26)

10 15 20 25 30 35 A 511 755 13: PATENTKRAV

1. l. Ett förfarande för brusreducering i en videosignal som inkluderar ett flertal videobildrutor, varvid förfarandet innefattar steget att jämföra videoinformation innehällen i en aktuell videobildruta och ett flertal tidsmässigt närliggande videobildrutor för att fastställa en del av nämnda videobildruta som icke innehåller något scenbyte, kännetecknat av stegen att: selektera, för en aktuell bildrutedel hos den aktuella bildrutan, ett antal rumsligt motsvarande närliggande bildrutedelar från ett antal av nämnda tidsmässigt närliggande videobildrutor vari det fiílreligger åtminstone en förbestämd grad av korrelation mellan videoinformationghos den aktuella bildrutedelen och de selekterade närliggande bildrutedelatga, vari graden av korrelation mellan videoinforrnationen hos den aktuella bildrutedelen och en tidsmässigt närliggande bildrutedel evalueras genom jämförelse av skillnaden mellan medelluminansen hos närrmda aktuella bildrutedel och nämnda närliggande bildrutedel med ett värde hos en första förbestämd tröskelfinilction; jämföra videoinformationen nämnda videobildrutedel med videoinfonnationen från nänmda runjsligt motsvarande bildrutedelar hos nämnda tidsmässigt närliggande videobildrutor; selektera från nämnda del motsvarande delar hos nämnda närliggande videobildrutor den videoinformation vilken enligt ett förbestämt villkor troligtvis är korrekt för närrmda aktuella videgdruta; tilldela den selekterade vide _? T Z rmationen till nämnda del av den aktuella videobildrutan för att därigenom en videobildruta i vilken brus har reducerats.

2. Förfarandet enligt kravet l, videosignalen innefattar en sekvens av bildrutor med digitaliserad video on representerad genom ett flertal bildpunkter, och varvid den förbesëda bildrutedelen består av ett förbestämt antal rumsligt närliggande bildpunkter.

3. Förfarandet enligt kravet 1, nänmda bildmtedel är avpassad för bearbetning av en sammanflätad višignal.

4. Förfarandet enligt kravet 1, första förbestämda tröskelftnilction är ett konstant värde. ¿

5. Förfarandet enligt kravet 1, nämnda första förbestämda tröskelfunktion beräknas dynamiskt anpassat till stiken hos det mänskliga synsystemet med 10 15 20 25 30 35 511 735 14 avseende på förmågan att detektera ändringar i förhållandevis mörka och förhållandevis ljusa områden.

6. Förfarandet enligt kravet 1, varvid graden av korrelation mellan videoinformationen hos den aktuella bildiutedelen och en tidsmässigt närliggande bildrutedel evalueras genom jämförelse av skillnaden mellan värdena hos en färgkomponent hos nämnda aktuella bildrutedel och nämnda närliggande bildrutedel med ett värde hos en forbestämd tröskelfunktion.

7. Förfarandet enligt kravet 1, varvid det for en forbestärnd del, till exempel en aktuell bildpunkt, av en aktuell bildrutedel hos den aktuella videobildrutan selekteras den videoinformation av den forbestämda delen som har mcdianvärdet av luminansen hos var och en av en uppsättning rumsligt motsvarande delar, till exempel tidsmässigt närliggande bildpunkter, hos nämnda närliggande videobildrutor.

8. F örfarandet enligt kravet 1, varvid videoinfonnationen hos den aktuella videobildrutan ersätts av den selekterade videoinforrnation for att inkluderas i bearbetningen av andra videobildrutor hos nämnda videosignal.

9. Förfarandet enligt kravet 1, varvid den selekterade videoinforrnation används till att generera en ny aktuell videobildruta, som exkluderas från bearbetningen av andra videobildrutor hos nämnda videosignal.

10. Ett forfarande for reducering av brus i en videosignal som innefattar ett flertal videobildrutor av digitaliserad videoinforrnation representerad i ett flertal bildpunkter, varvid förfarandet innefattar stegen att: lagra en aktuell videobildruta och ett flertal tidsmässigt närliggande videobildrutor; selektera från den aktuella videobildrutan en aktuell bildrutedel innefattande en aktuell bildpunkt och åtminstone en bildpunkt som ligger rumsligt nära intill den aktuella bildpunkten; selektera från de tidsmässigt närliggande videobildrutoma tidsmässigt närliggande bildrutedelar innefattande en bildpunkt eller bildpunkter som rumsligt motsvarar bildpunktema hos den aktuella bildrutedelen; fastställa luminansvärdet hos varje bildpunkt i nämnda aktuella bildrutedel och närnnda närliggande bildrutedelar; fastställa medelluminansvärdena hos nämnda aktuella bildrutedel och nämnda rumsligt närliggande bildrutedelar; 10 15 20 25 30 35 511 735 15 fastställa huruvida ett lokalt scenbyte äger rum mellan nämnda aktuella bildrutedel och var och en av nämnda närliggande bildrutedelar genom att: fastställa och jämföra genom ett första tröskelvärde absolutvärdet av skillnaden mellan medelluminansen hos nämnda aktuella bildrutedel och medelluminansen hos närrmda närliggande bildrutedel; om absolutvärdet av luminansskillnaden överskrider nämnda första tröskelvärde, antag att ett lokalt scenwte äger rum i videoinformationen mellan nämnda aktuella bildrutedel och näumda närliggande bildrutedel; annars fastställa och jämföra med ett andra tröskelvärde absolutvärdet av skillnaden mellan värdena hos en färgkomponent hos närrmda aktuella bildpunkt och den motsvarande bildpunkten hos nämnda närliggande bildrutedel; om absolutvärdet av fargkogenentvärdesskillnaden överskrider nämnda andra tröskelvärde, antag att ett lokalt scenbyte äger rum i videoinformationen mellan nämnda aktuella bildrutedel 'och nänmda närliggande bildrutedel; annars = _ _ antaga att det icke föreligger något lokalt scenbyte mellan nämnda aktuella bildrutedel och nämnda närliggande bildrutedel; selektera ett jämnt antal övefiidande eller uppgående till antalet 0 närliggande bildrutedelar som som lokalt scenbytesfria i förhållande till nämnda aktuella bildrutedel; selektera videoinformationenfiàn en bildpunkt för vilken det är troligt att den har liknande föregångare och/eller cfierflåljare genom att: jämföra luminansvärdena hoß nämnda aktuella bildpunkt med luminansvärdena hos de motsv i 'ldpunktema i nämnda selekterade närliggande bildrutedelar och videoinformationen hos den bildpunkt som har medianvärdet av nämnda lumilåvärden; tilldela nänmda selekterade ïiâeoinformation till den aktuella bildpunkten for att därigenom generera en videobilålfilta vari brus har reducerats. g ga;-

11. Förfarandet enligt kravet videoinformationen hos den aktuella videobildrutan ersätts av den selelctšade videoinformationen.

12. Förfarandet enligt kravet 10, varvid den selekterade videoinformationen används till att generera en ny videobildruta. . sä» f,

13. Förfarandet enligt kravet 10,-invid nämnda flertal tidsmässigt närliggande videobildrutor är ett förbestämt antahrideobildrutor som föregår och/eller efterföl j er en aktuell videobildruta. 511 735 10 15 20 25 30 35 lb

14. En anordning för reducering av brus i en videosignal som inkluderar ett flertal videobildrutor, innefattande organ för att jämföra videoinformation innehållen i en aktuell videobildruta och ett flertal tidsmässigt närliggande videobildrutor för att fastställa en del av nämnda videobildruta som icke innehåller något scenbyte, kännetecknat av organ for att: selektera, for en aktuell bildrutedel hos den aktuella bildrutan, ett antal rumsligt motsvarande närliggande bildrutedelar från ett antal av nämnda tidsmässigt närliggande videobildrutor vari det föreligger åtminstone en forbestämd grad av korrelation mellan videoinformationen hos den aktuella bildrutedelen och de selekterade närliggande bildrutedelarna, vari graden av korrelation mellan videoinforrnationen hos den aktuella bildrutedelen och en tidsmässigt närliggande bildrutedel evalueras genom jämförelse av skillnaden mellan medelluminansen hos nämnda aktuella bildrutedel och nämnda närliggande bildrutedel med ett värde hos en forsta forbestämd tröskelfurildion; jämföra videoinforrnationen fiån närrmda videobildrutedel med videoinformationen från nänmda rumsligt motsvarande bildrutedelar hos nämnda tidsmässigt närliggande videobildrutor; selektera från närrmda del och motsvarande delar hos närrmda närliggande videobildrutor den videoinformation vilken enligt ett forbestärnt villkor troligtvis är korrekt for närrmda aktuella videobildruta; tilldela den selekterade videoinforrnationen till nämnda del av den aktuella videobildrutan for att därigenom generera en videobildruta i vilken brus har reducerats.

15. Anordningen enligt kravet 14, varvid videosignalen innefattar en sekvens av bildrutor med digitaliserad videoinformation representerad genom ett flertal bildpunkter, och varvid den forbestämda bildrutedelen består av ett forbestämt antal rumsligt närliggande bildpunkter.

16. Anordningen enligt kravet 14, varvid närrmda bildrutedel är avpassad for bearbetning av en sarnrnanflätad videosignal.

17. Anordningen enligt kravet 14, vari nämnda forsta forbestämda tröskelfimktion är ett konstant värde.

18. Anordningen enligt kravet 14, vari närrmda forsta forbestämda tröskelñnilction beräknas dynamiskt anpassat till karakteristiken hos det mänskliga synsystemet med avseende på förmågan att detektera ändringar i förhållandevis mörka och förhållandevis ljusa områden. 10 15 20 25 30 35 511 753 T?

19. l9. Anordningen enligt kravet 14, varvid graden av korrelation mellan videoinformationen hos den aktuella bildrutedelen och en tidsmässigt närliggande bildrutedel evalueras genom jämförelse av skillnaden mellan värdena hos en fargkomponent hos nämnda aktuella bildrutedel och närrmda närliggande bildrutedel med ett värde hos en fórbestämd tröskelfunktion.

20. Anordningen enligt kravet 14, varvid det for en forbestämd del, till exempel en aktuell bildpunkt, av en aktuell bilåmtedel hos den aktuella videobildrutan selekteras den videoinforrnation av çfkiåiörbestämda delen som har medianvärdet av luminansen hos var och en av en uppsättning rumsligt motsvarande delar, till exempel tidsmässigt närliggande bildpunkter, hos nämnda närliggande videobildrutor. i

21. Anordningen enligt kravet 14", varvid videoinformationen hos den aktuella videobildrutan ersätts av den selektgde videoinforrnation for att inkluderas i bearbetningen av andra videobildrutet-fhos närrmda videosignal.

22. Anordníngen enligt kravet lllrvarvid den selekterade videoinformation används till att generera en ny alcmelšvideobildruta, som exkluderas från bearbetningen av andra videobildrušjxos nämnda videosignal.

23. En anordning for reduceringaêårus i en videosignal som innefattar ett flertal videobildrutor av digitaliserad videšbrmation representerad i ett flertal bildpunkter, varvid anordningen organ för att: lagra en aktuell videobil ett flertal tidsmässigt närliggande videobildrutor; - selektera från den aktuella en aktuell bildrutedel innefattande en aktuell bildpunkt och åtminstoneipé bildpunkt som ligger rumsligt nära intill den aktuella bildpunkten; selektera från de tidsmässigt gglrliggande videobildrutorna tidsmässigt närliggande bildrutedelar innefa bildpunkt eller bildpunkter som rumsli gt motsvarar bildpunktema hos den bildrutedelen; fastställa luminansvärdet bildpunkt i nämnda aktuella bildrutedel och nämnda närliggande fastställa metlalltmtiaattsvat-ša has nämnda aktuella bildrutedel och närrmda rumsligt närliggande bildnšidelar; fastställa huruvida ett lokalt sèenbyte äger rum mellan närrmda aktuella bildrutedel och var och en av närliggande bildrutedelar genom att: fastställa och järnföra genomijgctt fiårsta tröskelvärde absolutvärdet av f, ëgff' 10 15 20 25 30 35 5 1 1 7 3 3 . 171. skillnaden mellan medelluminansen hos nämnda aktuella bildrutedel och medelluminansen hos nämnda närliggande bildrutedel; om absolutvärdet av luminansskillnaden överskrider nämnda första tröskelvärde, antag att ett lokalt scenbyte äger rum i videoinforrnationen mellan nämnda aktuella bildrutedel och nämnda närliggande bildrutedel; annars fastställa och jämföra med ett andra tröskelvärde absolutvärdet av skillnaden mellan värdena hos en färgkomponent hos nämnda aktuella bildpunkt och den motsvarande bildpunkten hos nämnda närliggande bildrutedel; om absolutvärdet av färgkomponentvärdesskillnaden överskrider nämnda andra tröskelvärde, antag att ett lokalt scenbyte äger rum i videoinformationen mellan nämnda aktuella bildrutedel och nämnda närliggande bildrutedel; annars antaga att det icke föreligger något lokalt scenbyte mellan nämnda aktuella bildrutedel och närrmda närliggande bildrutedel; selektera ett jämnt antal överskridande eller uppgående till antalet 0 närliggande bildrutedelar som betraktas som lokalt scenbytesfria i förhållande till nämnda aktuella bildrutedel; selektera videoinformationen från en bildpunkt för vilken det är troligt att den har liknande föregångare och/eller efterföljare genom att: jämföra lurninansvärdena hos nämnda aktuella bildpunkt med luminarisvärdena hos de motsvarande bildpunkterna i nämnda selekterade närliggande bildrutedelar och selektera videoinforrnationen hos den bildpunkt som har medianvärdet av nämnda luminansvärden; tilldela närnnda selekterade videoinfonnation till den aktuella bildpunkten för att därigenom generera en videobildruta vari brus har reducerats.

24. Anordningen enligt kravet 23, varvid videoinforrnationen hos den aktuella videobildrutan ersätts av den selekterade videoinformationen.

25. Anordningen enligt kravet 23, varvid den selekterade videoinformationen används till att generera en ny aktuell videobildruta.

26. Anordningen enligt kravet 23, varvid nämnda flertal tidsmässigt närliggande videobildrutor är ett förbestämt antal videobildrutor som föregår och/eller efterfölj er en aktuell videobildruta.