TWI381718B - A system for reducing video noise and a method thereof, and an image capturing apparatus - Google Patents

Description

降低視訊雜訊之系統及其方法以及影像擷取裝置

本發明係關於一種雜訊消除技術，特別是一種降低視訊雜訊之系統及其方法以及一種影像擷取裝置。

視訊影像和傳統的視訊在影片特性上有些許不同之處，第一是使用情境，通常在使用視訊時，大都是在網路攝影機(Webcam)已架設好的情況下，來進行視訊對話。此時，畫面場景通常具有一定的穩定度，故搖搖晃晃之使用情境比較不易見到。第二不同之處則係關於影像畫面之主題。通常影像畫面之主題具有畫面連續性，故場景切換的情況較不多見，且使用者為了讓對方易於辨識主題，通常會有將主題置中的共同使用默契。此外，影像輸入裝置大都會有雜訊發生，此是電子物理上的限制。雖然降低裝置之工作溫度有利改善此情況，但此並非最佳之解決方式。

因此，根據以上三點視訊內容特性及缺失，本發明提出一種低運算量之影像雜訊降低系統及方法，藉由對影片中靜態及動態內容，施以不同程度的影像雜訊降低強度，藉以改善影像輸出。

本發明之目的之一係提供一種降低視訊雜訊之系統及其方法以及影像擷取裝置，其利用現有可用的影像歷史資料(歷史畫面中之區塊)，對於畫面中靜態的部份降低雜訊，並以簡易的判斷方式來動態調整畫面區塊穩定度表中之穩定參數，以避免雜訊降低造成影像畫面動作(MOTION)的殘影現象。

本發明之再一目的係提供一種降低視訊雜訊之系統，其包含攝影裝置和電腦系統。攝影裝置可用以產生一影像訊號。電腦系統中可包含儲存模組、影像接收模組、比對模組、更新模組和區塊合成模組。儲存模組可用以儲存畫面區塊穩定度表和歷史畫面序列表，其中，歷史畫面序列表可包含依照時間順序擷取之歷史畫面。影像接收模組可用以接收影像訊號並產生影像畫面。比對模組可用以比對影像畫面之至少一區塊和比對畫面之至少一對應區塊之一差異度，再根據一差異程度表將每一該差異度進行查表轉換，藉以產生更新參數，其中，比對畫面為存入歷史畫面序列表之歷史畫面之一。更新模組可根據更新參數更新畫面區塊穩定度表，並將影像畫面存入歷史畫面序列表。區塊合成模組則根據畫面區塊穩定度表和歷史畫面序列表，分別將影像畫面之至少一區塊進行合成。

其中，電腦系統中更可包含判斷模組，其可根據每一區塊之差異度，判斷是否發生場景變換，並在發生場景變換時，將歷史畫面序列表和畫面區塊穩定度表全部清空。

其中，差異程度表可根據區塊差異度之程度分為多個不同等級，且電腦系統中更包含動態調整模組，可根據背景雜訊強度動態調整差異程度表。

此外，本發明之另一目的係提供一種降低視訊雜訊之方法，其包含下列步驟：首先，擷取影像畫面。接著，比對影像畫面之至少一區塊和比對畫面之至少一對應區塊之差異度，再根據差異程度表將每一差異度進行查表轉換，藉以產生更新參數，其中，比對畫面係為存入歷史畫面序列表之歷史畫面之一，且歷史畫面序列表包含依照時間順序擷取之歷史畫面。接下來，根據更新參數更新畫面區塊穩定度表，並將影像畫面存入歷史畫面序列表。然後，根據畫面區塊穩定度表和歷史畫面序列表，分別將影像畫面之至少一區塊進行合成。

其中，可根據每一區塊之差異度判斷是否發生場景變換，並於發生場景變換時，將歷史畫面序列表和畫面區塊穩定度表全部清空。

其中，可根據背景雜訊強度，動調調整差異程度表，且差異程度表可根據區塊差異度之程度分為多個不同等級。

本發明之再一目的係提供一種影像擷取裝置，其包含儲存模組、影像擷取模組、比對模組、更新模組和區塊合成模組。儲存模組可用以儲存畫面區塊穩定度表和歷史畫面序列表，其中，歷史畫面序列表可包含依照時間順序擷取之歷史畫面。影像擷取模組可用以擷取影像畫面。比對模組可用以比對影像畫面之至少一區塊和比對畫面之至少一對應區塊之差異度，再根據差異程度表將每一差異度進行查表轉換，藉以產生更新參數，其中，比對畫面為存入歷史畫面序列表之歷史畫面之一。更新模組可根據更新參數更新畫面區塊穩定度表，並將影像畫面存入歷史畫面序列表。區塊合成模組則根據畫面區塊穩定度表和歷史畫面序列表，分別將影像畫面之每一區塊進行合成。

其中，更可包含判斷模組，其可根據每一區塊之差異度，判斷是否發生場景變換，並在發生場景變換時，將歷史畫面序列表和畫面區塊穩定度表全部清空。

其中，差異程度表可根據區塊差異度之程度分為多個不同等級，且更包含動態調整模組，可根據背景雜訊強度動態調整差異程度表。

承上所述，依本發明之降低視訊雜訊之系統及其方法以及影像擷取裝置，其可具有一或多個下述優點：

(1)藉由區塊比對及區塊合成方式，可達成降低視訊雜訊之效果。

(2)可根據背景雜訊強度動態調整差異程度表，藉以增進區塊比對及合成之正確性。

為使本發明之上述和其他目的、特徵及優點能更明顯易懂，配合所附圖式說明本發明之較佳實施例。

請參閱第1圖，其係為本發明之降低視訊雜訊之系統之示意圖。圖中，降低視訊雜訊之系統1包含電腦系統1和攝影裝置2。攝影裝置2可用以產生影像訊號。電腦系統1中包含儲存模組11、影像接收模組12、比對模組13、更新模組14、區塊合成模組15、判斷模組16、動態調整模組17。儲存模組11用以儲存畫面區塊穩定度表111和歷史畫面序列表112，其中，畫面區塊穩定度表111係由影像畫面中各區塊之穩定參數所組成，表示各區塊要施以雜訊降低的強度，其可用以判斷影像畫面中靜態與動態之區域，而歷史畫面序列表112包含有依照時間順序之歷史畫面。影像接收模組12可用以接收影像訊號，並產生影像畫面。比對模組13則可用以比對影像畫面與比對畫面之每一對應區塊之差異度，再根據差異程度表131將每一差異度進行查表轉換，藉以產生更新參數，其中，比對畫面係為最後存入歷史畫面序列表112之歷史畫面，且差異程度表131可根據區塊差異度之程度分為多個不同等級。更新模組14則根據更新參數更新畫面區塊穩定度表111，並將影像畫面存入歷史畫面序列表112中。區塊合成模組15根據畫面區塊穩定度表111和歷史畫面序列表112，分別將影像畫面之每一區塊進行合成，以降低影像畫面之雜訊。判斷模組16根據每一區塊之差異度，判斷是否發生場景變換，並在發生場景變換時，將畫面區塊穩定度表111和歷史畫面序列表112全部清空。動態調整模組17可根據背景雜訊強度，動態調整差異程度表131，藉以增進區塊比對及合成之正確性，且動態調整模組17可於各種時機下進行差異程度表131之調整，例如：電腦系統完成開機程序後、相關應用程式開啟時、發生場景變換或使用者認為有需要。

其中，若畫面區塊穩定度表111中某一區塊的穩定參數為N時，區塊合成模組15由歷史畫面序列表112中取出前N個歷史畫面中之對應區塊，並與影像畫面中之對應區塊進行合成處理，藉以降低影像畫面之雜訊。

其中，比對模組13進行區塊比對時，可藉由僅比對區塊之子集合，例如：比對區塊之隔行資訊或對角線資訊，以節省運算，達到更好之處理效率。

請參閱第2圖，其係為本發明之降低視訊雜訊之方法流程圖。如第2圖中所示，在步驟S210中，擷取影像畫面，接著在步驟S220中，比對影像畫面和比對畫面之每一區塊之差異度，再根據差異程度表將每一差異度進行查表轉換，藉以產生更新參數，其中，比對畫面為最後存入歷史畫面序列表之歷史畫面，歷史畫面序列表中包含依照時間順序擷取之歷史畫面，且差異程度表可根據區塊差異度之程度分為多個不同等級。在步驟S230中，根據更新參數更新畫面區塊穩定度表，並將影像畫面存入歷史畫面序列表中，其中，畫面區塊穩定度表係由影像畫面中各區塊之穩定參數所組成，表示各區塊要施以雜訊降低的強度，其可用以判斷影像畫面中靜態與動態之區域。在步驟S240中，根據歷史畫面序列表和畫面區塊穩定度表，分別將影像畫面之每一區塊進行合成，以降低影像畫面之雜訊。

其中，在發生場景變更時，影像畫面會大幅度的變更，而造成原本的歷史畫面序列表和畫面區塊穩定度表中之資料已不具參考價值，必須要先其全部清除後，再依照新的影像畫面重新建立。

其中，可根據背景雜訊強度，動態調整差異程度表，藉以增進區塊比對及合成之正確性，且可於各種時機下進行差異程度表之調整，例如：電腦系統完成開機程序後、相關應用程式開啟時、相關硬體開啟時、發生場景變換或使用者認為有需要。

其中，若畫面區塊穩定度表中某一區塊的穩定參數為N時，則由歷史畫面序列表112中取出前N個歷史畫面中之對應區塊，並與影像畫面中之對應區塊進行合成處理，藉以降低影像畫面之雜訊。

其中，比對每一區塊之該差異度之步驟中，可藉由僅比對區塊之子集合，例如：比對區塊之隔行資訊或對角線資訊，以節省運算，達到更好之處理效率。

本發明除可應用於電腦系統之外，亦可使用內嵌方式直接內建於影像擷取裝置，例如：網路攝影機(webcam)。請參閱第3圖，其係為本發明之影像擷取裝置之示意圖。圖中，影像擷取裝置3中包含儲存模組31、影像擷取模組32、比對模組33、更新模組34、區塊合成模組35、判斷模組36、動態調整模組37。其中，影像擷取裝置3可用以擷取影像畫面。(以上僅針對不同之處進行描述，其餘不再贅述，請自行參閱上述相關內容。)

綜上所述，本發明係使用一簡單系統及方法來實現降低視訊雜訊之功效，且可應用於電腦系統、相關裝置和相關之軟硬體上。以上所述者僅為本發明之較佳實施例，惟本發明之實施範圍並非侷限於此。例如：本發明可適用於任何有影像輸入裝置的軟體。此外，本發明亦可置入視訊編解碼器中，當雜訊被降低之後，編碼器更可以將所有運算能量集中於有變動的部份，讓整體品質更加提升。因此，在不脫離本發明之原理及精神下，所屬技術領域中具有通常知識者依據本發明申請專利範圍及發明說明書內容所作之修飾與變化，皆應屬於本發明專利所涵蓋之範圍。

1．．．電腦系統

11．．．儲存模組

111．．．畫面區塊穩定度表

112．．．歷史畫面序列表

12．．．影像接收模組

13．．．比對模組

131．．．差異程度表

14．．．更新模組

15．．．區塊合成模組

16．．．判斷模組

17．．．動態調整模組

2．．．攝影裝置

S210-240．．．步驟

3．．．影像擷取裝置

31．．．儲存模組

311．．．畫面區塊穩定度表

312．．．歷史畫面序列表

32．．．影像擷取模組

33．．．比對模組

331．．．差異程度表

34．．．更新模組

35．．．區塊合成模組

36．．．判斷模組

以及

37．．．動態調整模組

第1圖　係為本發明之降低視訊雜訊之系統之示意圖；

第2圖　係為本發明之降低視訊雜訊之方法之流程圖；以及

第3圖　係為本發明之影像擷取裝置之示意圖。

1．．．電腦系統

11．．．儲存模組

111．．．畫面區塊穩定度表

112．．．歷史畫面序列表

12．．．影像接收模組

13．．．比對模組

131．．．差異程度表

14．．．更新模組

15．．．區塊合成模組

16．．．判斷模組

17．．．動態調整模組

以及

2．．．攝影裝置

Claims (24)

1. 一種降低視訊雜訊之系統，包含：一攝影裝置，係產生一影像訊號；一電腦系統，其包含：一儲存模組，係儲存一畫面區塊穩定度表和一歷史畫面序列表，其中，該歷史畫面序列表包含依照時間順序儲存之複數個歷史畫面；一影像接收模組，係接收該影像訊號，並產生一影像畫面；一比對模組，係比對該影像畫面之至少一區塊和一比對畫面之至少一對應區塊之一差異度，再根據一差異程度表將每一該差異度進行查表轉換，藉以產生一更新參數，其中，該比對畫面係為存入該歷史畫面序列表之歷史畫面之一；一更新模組，根據該更新參數更新該畫面區塊穩定度表，並將該影像畫面存入該歷史畫面序列表；以及一區塊合成模組，根據該畫面區塊穩定度表和該歷史畫面序列表，分別將該影像畫面之至少一區塊進行合成。
2. 如申請專利範圍第1項所述之降低視訊雜訊之系統，其中該電腦系統中更包含一判斷模組，其係根據每一區塊之該差異度，判斷是否發生場景變換，並在發生場景變換時，將該歷史畫面序列表和該畫面區塊穩定度表全部清空。
3. 如申請專利範圍第1項所述之降低視訊雜訊之系統，其中該畫面區塊穩定度表係由該影像畫面中各區塊之穩定參數所組成，表示各區塊要施以雜訊降低的強度，其係判斷該影像畫面中靜態與動態之區域。
4. 如申請專利範圍第3項所述之降低視訊雜訊之系統，其中若該畫面區塊穩定度表中一區塊的穩定參數為N時，該區塊合成模組由該歷史畫面序列表中取出前N個歷史畫面中之該區塊，並與該影像畫面中之該區塊進行合成，藉以降低該影像畫面之雜訊。
5. 如申請專利範圍第1項所述之降低視訊雜訊之系統，其中該差異程度表係根據區塊差異度之程度分為複數個等級。
6. 如申請專利範圍第5項所述之降低視訊雜訊之系統，其中該電腦系統中更包含一動態調整模組，其係根據一背景雜訊強度，動態調整該差異程度表。
7. 如申請專利範圍第6項所述之降低視訊雜訊之系統，其中該比對模組進行每一區塊之該差異度比對時，係藉由僅比對區塊之一子集合以節省運算。
8. 如申請專利範圍第7項所述之降低視訊雜訊之系統，其中該子集合可為區塊之隔行資訊或是區塊之對角線內容。
9. 一種降低視訊雜訊之方法，包含下列步驟：擷取一影像畫面；比對該影像畫面之至少一區塊和一比對畫面之至少一對應區塊之一差異度，再根據一差異程度表將每一該差異度進行查表轉換，藉以產生一更新參數，其中，該比對畫面係為存入一歷史畫面序列表之歷史畫面之一，且該歷史畫面序列表包含依照時間順序擷取之複數個歷史畫面；根據該更新參數更新一畫面區塊穩定度表，並將該影像畫面存入該歷史序列表；以及根據該畫面區塊穩定度表和該歷史畫面序列表，分別將該影像畫面之至少一區塊進行合成。
10. 如申請專利範圍第9項所述之降低視訊雜訊之方法，其中更包含下列步驟：根據每一區塊之該差異度判斷是否發生場景變換；以及若判斷為發生場景變換時，則將該歷史畫面序列表和該畫面區塊穩定度表全部清空。
11. 如申請專利範圍第9項所述之降低視訊雜訊之方法，其中該畫面區塊穩定度表係由該影像畫面中各區塊之穩定參數所組成，表示各區塊要施以雜訊降低的強度，其係判斷該影像畫面中靜態與動態之區域。
12. 如申請專利範圍第11項之降低視訊雜訊之方法，其中若該畫面區塊穩定度表中一區塊的穩定參數為N時，由該歷史畫面序列表中取出前N個歷史畫面中之該區塊，並與該影像畫面中之該區塊進行合成，藉以降低該影像畫面之雜訊。
13. 如申請專利範圍第9項所述之降低視訊雜訊之方法，其中該差異程度表係根據區塊差異度之程度分為複數個等級。
14. 如申請專利範圍第13項所述之降低視訊雜訊之方法，其中更包含下列步驟：根據一背景雜訊強度，動態調整該差異程度表。
15. 如申請專利範圍第14項所述之降低視訊雜訊之方法，其中該比對每一區塊之該差異度之步驟中，係藉由僅比對區塊之一子集合以節省運算。
16. 如申請專利範圍第15項所述之降低視訊雜訊之方法，其中該子集合可為區塊之隔行資訊或是區塊之對角線內容。
17. 一種影像擷取裝置，包含：一儲存模組，係儲存一畫面區塊穩定度表和一歷史畫面序列表，其中，該歷史畫面序列表包含依照時間順序擷取之複數個歷史畫面；一影像擷取模組，係擷取一影像畫面；一比對模組，係比對該影像畫面之每一區塊和一比對畫面每一對應區塊之一差異度，再根據一差異程度表將每一該差異度進行查表轉換，藉以產生一更新參數，其中，該比對畫面係為最後存入該歷史畫面序列表之歷史畫面；一更新模組，根據該更新參數更新該畫面區塊穩定度表，並將該影像畫面存入該歷史畫面序列表；以及一區塊合成模組，根據該畫面區塊穩定度表和該歷史畫面序列表，分別將該影像畫面之每一區塊進行合成，以降低該影像畫面之雜訊。
18. 如申請專利範圍第17項所述之影像擷取裝置，其中更包含一判斷模組，其係根據每一區塊之該差異度，判斷是否發生場景變換，並在發生場景變換時，將該歷史畫面序列表和該畫面區塊穩定度表全部清空。
19. 如申請專利範圍第17項所述之影像擷取裝置，其中該畫面區塊穩定度表係由該影像畫面中各區塊之穩定參數所組成，表示各區塊要施以雜訊降低的強度，其係判斷該影像畫面中靜態與動態之區域。
20. 如申請專利範圍第19項所述之影像擷取裝置，其中若該畫面區塊穩定度表中一區塊的穩定參數為N時，該區塊合成模組由該歷史畫面序列表中取出前N個歷史畫面中之該區塊，並與該影像畫面中之該區塊進行合成，藉以降低該影像畫面之雜訊。
21. 如申請專利範圍第17項所述之影像擷取裝置，其中該差異程度表係根據區塊差異度之程度分為複數個等級。
22. 如申請專利範圍第21項所述之影像擷取裝置，其中更包含一動態調整模組，其係根據一背景雜訊強度，動態調整該差異程度表。
23. 如申請專利範圍第22項所述之影像擷取裝置，其中該比對模組進行每一區塊之該差異度比對時，係藉由僅比對區塊之一子集合以節省運算。
24. 如申請專利範圍第23項所述之影像擷取裝置，其中該子集合可為區塊之隔行資訊或是區塊之對角線內容。