TWI392379B - Television image adjustment method and device - Google Patents

Description

電視影像調整方法與裝置

本發明係有關於電視影像處理，特別是關於電視影像雜訊處理之方法與裝置。

按，在電視影像之接收中，由於傳輸過程之各類型干擾，及由影像壓縮編碼所引起之不連續區塊效應，使電視影像無可避免地帶有雜訊，其中該不連續區塊效應可被視為高頻雜訊。為了消除電視影像信號之雜訊，一般的作法乃利用低通濾波器濾除影像信號之高頻成分，並使因區塊效應所造成的不連續區域平滑化。然而，在濾波的過程中，雖然雜訊降低了，但一些由兩組不同畫素亮度值界接所形成之邊緣部份卻因平滑化而模糊了。

為了解決此問題，習知有採用非線性對應技術---伽瑪對應濾波器(Gamma MAP filter)者，其演算法如下：

其中s2代表一影像畫面畫素之亮度變異值，z代表該影像畫面畫素之亮度平均值，x(t)代表在畫素位置t之原先亮度值，y(t)代表在畫素位置t之亮度更新值。伽瑪對應濾波器之缺點在於其計算複雜度高，及其實施成本偏高。

習知亦有採用移動平均技術---李氏濾波器(Lee filter)者，其演算法如下：

，其中s² 代表一影像畫面畫素之亮度變異值，z代表該影像畫面畫素之亮度平均值，s² _n 代表雜訊之變異估計值，x(t)代表在畫素位置t之原先亮度值，y(t)代表在畫素位置t之亮度更新值。李氏濾波器之缺點在於其雜訊濾除效果不佳，且邊緣部份易因平均而變模糊。

因此，亟需提供一低成本之解決方案，其可在低計算複雜度下，有效濾除電視影像之雜訊，並保有明顯之邊緣部份。

有鑒於此瓶頸，本發明提出一新穎的演算法以濾除電視影像雜訊，該演算法可適應性地調整與依據影像畫面之目標畫素之複數個鄰近畫素對應之權重值分佈，及依該權重值分佈對該目標畫素及該等鄰近畫素之亮度值施行一加權計算以產生一亮度更新值。

本發明之一目的在於提供一低成本之電視影像調整方法，用以適應性地調整與一影像畫面之複數個目標畫素之鄰近畫素對應之權重值分佈，以有效濾除電視影像之雜訊，並保有明顯之邊緣部份。

本發明之另一目的在於提供一低成本之電視影像調整裝置，用以適應性地調整與一影像畫面之複數個目標畫素之鄰近畫素對應之權重值分佈，以有效濾除電視影像之雜訊，並保有明顯之邊緣部份。

本發明又一目的在於提供一具低計算複雜度之電視影像雜訊濾除方案，其可利用處理器查表演算或電路硬接線(hard-wired)之方式實現畫素之亮度值更新。

為達成本發明上述諸目的，一電視影像調整方法乃被提出，該方法包含以下步驟：對一影像畫面之複數個目標畫素之鄰近畫素之亮度值施行一統計運算以產生一權重指標值；依該權重指標值施行一衰退函數運算以產生與該等目標畫素之鄰近畫素對應之一權重值分佈，其中該衰退函數之函數值與該權重指標值成反比且與該等目標畫素之鄰近畫素之目標畫素距離成反比，該等目標畫素之鄰近畫素之目標畫素距離為該等目標畫素之鄰近畫素與其目標畫素間之垂直距離及水平距離之和；及依該權重值分佈對該等目標畫素之鄰近畫素之亮度值施行一加權計算以產生一輸出畫素亮度值。

為達成上述諸目的，本發明進一步提出一電視影像調整裝置，其具有：一緩衝器，用以暫存一交錯式掃瞄信號之一影像畫面之複數個目標畫素之鄰近畫素之亮度值；一權重計算器，耦接至該緩衝器，用以對該等目標畫素之鄰近畫素之亮度值施行一統計運算以產生一權重指標值，及依該權重指標值施行一衰退函數運算以產生與該等目標畫素之鄰近畫素對應之一權重值分佈；一亮度調整單元，耦接至該緩衝器及該權重計算器，用以產生一亮度輸出信號，其中該亮度輸出信號係該等目標畫素之鄰近畫素之亮度值依該權重值分佈之一加權計算結果；及一解交錯模組，耦接至該亮度調整單元，用以將該亮度輸出信號轉成一循序掃瞄信號。

為達成上述諸目的，本發明進一步提出一電視影像調整裝置，其具有：一解交錯模組，用以將一交錯式掃瞄信號轉成一循序掃瞄信號；一緩衝器，耦接至該解交錯模組，用以暫存該循序掃瞄信號之一影像畫面之複數個目標畫素之鄰近畫素之亮度值；一權重計算器，耦接至該緩衝器，用以對該等目標畫素之鄰近畫素之亮度值施行一統計運算以產生一權重指標值，及依該權重指標值施行一衰退函數運算以產生與該等目標畫素之鄰近畫素對應之一權重值分佈；及一亮度調整單元，耦接至該緩衝器及該權重計算器，用以產生一亮度輸出信號，其中該亮度輸出信號係該等目標畫素之鄰近畫素之亮度值依該權重值分佈之一加權計算結果。

為使　貴審查委員能進一步瞭解本發明之結構、特徵及其目的，茲附以圖式及較佳具體實施例之詳細說明如后。

本案發明一較佳實施例，係依據一影像畫面之一目標畫素及其複數個鄰近畫素之亮度值，施行雜訊濾除運算，以產生目標畫素之一亮度更新值，其演算法表示如下：y(t)=Σ_i (m(t_i )x(t_i ))/Σ_i (m(t_i ))，其中y(t)代表該影像畫面之目標畫素亮度更新值，m(t)=f(a|t|)為一權重值分佈，a=h(s² )為一權重指標值，s² 為該等鄰近畫素之亮度變異值，|t|代表目標畫素距離，其為該等鄰近畫素與目標畫素間之水平距離與垂直距離之和，且該權重值分佈f(a|t|)與該權重指標值a成反比。該權重值分佈f(a|t|)於本實施例中定義為e^-Ka|t| ，但不限於此。

以下為一3×3影像畫面之目標畫素y(t)對應權重值表格

，其中mc代表目標畫素之權重值，m1代表目標畫素距離為1之權重值，m2代表目標畫素距離為2之權重值，且mc=1，m1=e^-Ka ，m2=e^-2Ka 。

以下為一3×5影像畫面之目標畫素y(t)對應權重值表格

，其中mc代表目標畫素之權重值，m1代表目標畫素距離為1之權重值，m2代表目標畫素距離為2之權重值，m3代表目標畫素距離為3之權重值，且mc=1，m1=e^-Ka ，m2=e^2Ka ，m3=e^-3Ka 。

權重值分佈f(a|t|)向目標畫素集中、靠攏之程度係與a，亦即s² 成正比。請參照圖1，其繪示本發明對應於二不同亮度變異值s₁ ² 、s₂ ² 且s₂ ² >s₁ ² 之權重分佈圖m₁ (t)、m₂ (t)。如圖1所示，m₂ (t)之衰退速度大於m₁ (t)之衰退速度，亦即當一影像畫面之亮度變異值變大時，其權重值分佈會向目標畫素集中。以一有明顯邊緣部份存在之3×3影像畫面之8位元對應亮度值為例：

，其亮度變異值為18062.5，乃3×3影像畫面之最大者，此時其權重值分佈會向目標畫素高度集中，而使其目標畫素亮度更新值y逼近於其目標畫素之原先亮度值255。依此，本發明即可保留該影像畫面之邊緣部份，而不會使其因平均效應而模糊掉。

另外，該權重指標值a亦可與該影像畫面畫素之亮度平均值z之平方成反比，其對權重值分佈之影響請參照下列4個例子：

例1. 3×3影像畫面：亮度平均值=64，亮度變異值=10→ml=e^-K(10/4096) ，m2=e^-K(20/4096)

例2. 3×3影像畫面：亮度平均值=64，亮度變異值=100→ml=e^-K(100/4096) ，m2=e^-K(200/4096)

例3. 3×3影像畫面：亮度平均值=128，亮度變異值=10→ml=e^-K(10/16384) ，m2=e^-K(20/16384)

例4. 3×3影像畫面：亮度平均值=128，亮度變異值=100→ml=e^{-K(100/16384)} ，m2=e^{-K(200/16384)}

其中，例1、2之亮度平均值64小於例3、4之亮度平均值128，使得例1、2之權重值分佈較例3、4更集中。亦即在低亮度平均值時，本發明在計算該影像畫面之目標畫素之亮度更新值時，越接近目標畫素之畫素的權重比例會較高。但利用亮度變異值及亮度平均值共同決定權重值僅為一較佳實施示例；亦可僅用亮度變異值決定權重值，不考慮亮度平均值；或在特殊圖例中，會在高亮度平均值時，使越接近目標畫素之畫素的權重比例會較高，例如：CMOS影像感測器接收之影像資料。

依上述之雜訊濾除構想，本發明提出如圖2所示之電視影像調整方法之一實施例，其包含產生一權重指標值(步驟a)；產生複數個權重值(步驟b)；及產生一目標畫素之亮度更新值(步驟c)。

在步驟a中，本實施例對一影像畫面之目標畫素之複數個鄰近畫素之亮度值施行一統計運算以產生該權重指標值，其中該統計運算包含一算術平均計算及一變異值計算，該算術平均計算用以產生該影像畫面之亮度平均值，該變異值計算用以產生該影像畫面之亮度變異值，該權重指標值與該亮度變異值成正比而與該亮度平均值之平方成反比。

在步驟b中，本實施例依該權重指標值及該等鄰近畫素與目標畫素距離，施行一衰退函數運算以產生與該等鄰近畫素對應之該等權重值，其中該衰退函數使該等權重值形成一權重值分佈，其與該權重指標值及該目標畫素距離之乘積成反比。該衰退函數可為一指數函數且該衰退函數運算可為一查表運算。

在步驟c中，本實施例依該權重值分佈，對該等鄰近畫素之亮度值施行一加權計算，以產生一輸出畫素亮度值，其中該輸出畫素亮度值代表該目標畫素之亮度更新值。

依前述之雜訊濾除構想，本發明提出如圖3所示之電視影像調整方法之另一實施例，其包含產生對應於一目標畫素之一第一亮度總和、一第二亮度總和及一亮度平均值(步驟a)；產生一亮度變異值(步驟b)；判斷該亮度平均值是否為0(步驟c)；則設定該目標畫素之亮度更新值為該亮度平均值(步驟d)；否則，產生一權重指標值(步驟e)；及依該權重指標產生該目標畫素之亮度更新值(步驟f)。

在步驟a中，本實施例對一3×3影像畫面之目標畫素之亮度值

施行一第一加法運算以產生一第一亮度總和SUM1=x₁₂ +x₂₁ +x₂₃ +x₃₂ 、施行一第二加法運算以產生一第二亮度總和SUM2=x₁₁ +x₁₃ +x₃₁ +x₃₃ 及施行一平均運算以產生一亮度平均值z=(SUM1+SUM2)/8。

在步驟b中，本實施例對該亮度平均值z及該等目標畫素之鄰近畫素之亮度值施行一統計運算，係將該亮度平均值z及該等鄰近畫素之亮度值間差值平方值累加，以產生一亮度變異值

s² =(VarMeanNumeTable(|x₁₁ -z|)+VarMeanNumeTable(|x₁₂ -z|)+VarMeanNumeTable(|x₁₃ -z|)+VarMeanNumeTable(|x₂₁ -z|)+VarMeanNumeTable(|x₂₃ -z|)+VarMeanNumeTable(|x₃₁ -z|)+VarMeanNumeTable(|x₃₂ -z|)+VarMeanNumeTable(|x₃₃ -z|))/8

其中，VarMeanNumeTable為一對照表，用以獲得輸入變數之平方值，以查表方式取得變異值，可減少電路複雜度或計算量，但並不限本發明僅可以查表方式完成，亦可電路計算的方式以取得變異值。

在步驟c中，本實施例判斷該亮度平均值z是否為0，若為0則進行步驟d，若不為0則進行步驟e。

在步驟d中，本實施例設定該目標畫素之亮度更新值y為該亮度平均值z。

在步驟e中，本實施例依該亮度變異值s² 及該亮度平均值z產生一權重指標值a=K＊s² ＊VarMeanDenoTable(z)，其中VarMeanDenoTable為一對照表，用以獲得輸入變數平方值之倒數，以查表方式取得變數平方值之倒數，可減少電路複雜度或計算量，但並不限本發明僅可以查表方式完成，亦可電路計算的方式以取得變數平方值之倒數。

在步驟f中，本實施例依該權重指標a產生該目標畫素之亮度更新值y之規則如下：若a≧63，則y=X₂₂ ；若30<a<63，則y={Weightm1Table(a)＊SUM1+[256-Weightm1Table(a)/4]＊x₂₂ }/256；若a≦30，則y={Weightm1Table(a)*SUM1+Weightm2Table(a)＊SUM2+[256-(Weightm1Table(a)+Weightm2Table(a))/4]＊x₂₂ }/256，其中Weightm1Table為一對照表，用以獲得與目標畫素距離為1之畫素x₁₂ 、x₂₁ 、x₂₃ 、x₃₂ 之權重值，Weightm2Table為一對照表，用以獲得與目標畫素距離為2之畫素x₁₁ 、x₁₃ 、x₃₁ 、x₃₃ 之權重值，且4＊weightm1Table(a)+4＊Weightm2Table(a)+x₂₂ 之權重值=256。

依前述之雜訊濾除構想，本發明提出如圖4a所示之電視影像調整裝置之一實施例，其具有一影像調整模組400及一解交錯模組410。

該影像調整模組400具有一緩衝器401、一權重計算器402及一亮度調整單元403。

該緩衝器401係用以暫存一交錯式掃瞄信號x之一影像畫面之目標畫素及其複數個鄰近畫素之亮度值。

該權重計算器402耦接至該緩衝器401，係用以對該等鄰近畫素之亮度值施行一統計運算，包含一亮度平均值運算及亮度變異值運算，並據以產生一權重指標值，及對該權重指標值施行一衰退函數運算，以產生與該等鄰近畫素對應之一權重值分佈m_i =e^-Ka|t| 。

該亮度調整單元403耦接至該緩衝器401及該權重計算器402，係用以產生一亮度輸出信號Y，其中該亮度輸出信號Y係對該等鄰近畫素之亮度值依該權重值分佈m_i 之一加權計算結果。

該解交錯模組410耦接至該亮度調整單元403，係用以將該亮度更新後之影像畫面，由交錯掃瞄之圖場畫面(field)轉換成循序掃瞄之圖框畫面(frame)。

依前述之雜訊濾除構想，本發明提出如圖4b所示之電視影像調整裝置之另一實施例，其具有一影像調整模組400及一解交錯模組410。

該影像調整模組400具有一緩衝器401、一權重計算器402及一亮度調整單元403。

該緩衝器401係用以暫存一循序掃瞄信號x之一影像畫面之目標畫素及其複數個鄰近畫素之亮度值。

該權重計算器402耦接至該緩衝器401，係用以對該等鄰近畫素之亮度值施行一統計運算，包含一亮度平均值運算及亮度變異值運算，並據以產生一權重指標值，及對該權重指標值施行一衰退函數運算，以產生與該等鄰近畫素對應之一權重值分佈m_i =e^Ka|t| 。

該亮度調整單元403耦接至該緩衝器401及該權重計算器402，係用以產生一亮度輸出信號Y，其中該亮度輸出信號Y係該等鄰近畫素之亮度值依該權重值分佈m_i 之一加權計算結果。

該解交錯模組410耦接至該緩衝器401，係用以將交錯掃瞄之圖場畫面(field)轉換成循序掃瞄之圖框畫面(frame)。

依前述之雜訊濾除構想，本發明提出如圖5所示之電視影像調整裝置之又一實施例，其具有一畫素緩衝單元510、一平均器520、一權重值產生單元530、一對照表540及一亮度調整單元550。

畫素緩衝單元510係用以暫存一影像畫面之5個畫素x1、x2、x3、x4、x5之亮度值，其中x3為目標畫素，而x1、x2、x4、x5為其鄰近畫素。

平均器520耦接至緩衝器510，係用以依畫素x1、x2、x3、x4、x5之亮度值產生一亮度平均值z，亦可以加權平均之計算方式產生。

權重值產生單元530耦接至緩衝器510及平均器520，係用以對畫素x1、x2、x3、x4、x5之亮度值及亮度平均值z施行一統計運算，以產生一權重指標值。舉例來說，先計算畫素之亮度值x1、x2、x3、x4、x5與亮度平均值z絕對差值，再將差值相加，以產生權重指標值。權重值產生單元530依據權重指標值，對對照表進行查表，以產生一權重值m_i 。

對照表540耦接至該權重值產生單元530，對照表540之內容為權重指標值與該權重值之對應關係，可提供權重值產生單元530依該權重指標值獲得該權重值。

亮度調整單元550耦接至緩衝器510、平均器520及權重值產生單元530，係用以產生目標畫素之一亮度更新值，其中亮度更新值Y係依據目標畫素x3之亮度值、該亮度平均值z及權重值m_i 之加權計算結果。

本案所揭示者，乃較佳實施例，舉凡局部之變更或修飾而源於本案之技術思想而為熟習該項技藝之人所易於推知者，例如位元數之變更、影像畫面尺寸之變更、緩衝器尺寸之變更、衰退函數之變更、目標畫素位置之變更或目標畫素距離定義之變更等，俱不脫本案之專利權範疇。

綜上所陳，本案無論就目的、手段與功效，在在顯示其迥異於習知之技術特徵，且其首先發明合於實用，亦在在符合發明之專利要件，懇請　貴審查委員明察，並祈早日賜予專利，俾嘉惠社會，實感德便。

400．．．影像調整模組

401．．．緩衝器

402．．．權重計算器

403．．．亮度調整單元

410．．．解交錯模組

510．．．畫素緩衝單元

520．．．平均器

530．．．權重值產生單元

540．．．對照表

550．．．亮度調整單元

圖1為一示意圖，其繪示本發明對應於二不同變異值s₁ 、s₂ 之權重分佈圖m₁ (t)、m₂ (t)。

圖2為一示意圖，其繪示本發明電視影像調整方法一實施例之流程圖。

圖3為一示意圖，其繪示本發明電視影像調整方法另一實施例之流程圖。

圖4a為一示意圖，其繪示本發明電視影像調整裝置一實施例之方塊圖。

圖4b為一示意圖，其繪示本發明電視影像調整裝置另一實施例之方塊圖。

圖5為一示意圖，其繪示本發明電視影像調整裝置之影像調整模組一實施例之方塊圖。

Claims (8)

1. 一種電視影像調整方法，用於調整一影像畫面中一目標畫素值之亮度值，包含以下步驟：對該目標畫素之複數個鄰近畫素之亮度值施行一算術平均計算及一變異值計算，以產生一亮度平均值及一亮度變異值，並對該亮度平均值平方之倒數及該亮度變異值施行一乘法運算，以產生一權重指標值；對該權重指標值施行一衰退函數運算，以產生一權重值分佈，其中該權重值分佈與該等鄰近畫素和該目標畫素間之距離成反比；及根據該權重值分佈對該目標畫素及該等鄰近畫素之亮度值施行一加權計算，以產生該目標畫素之一亮度更新值。
2. 一種電視影像調整方法，用於調整一影像畫面中一目標畫素值之亮度值，包含以下步驟：對該目標畫素之複數個鄰近畫素之亮度值施行一變異值計算，以產生一亮度變異值，並據以產生一權重指標值；對該權重指標值施行一指數函數運算，以產生一權重值分佈，其中該權重值分佈與該等鄰近畫素和該目標畫素間之距離成反比；及根據該權重值分佈對該目標畫素及該等鄰近畫素之亮度值施行一加權計算，以產生該目標畫素之一亮度更新值。
3. 一種電視影像調整方法，用於調整一影像畫面中一目標畫素值之亮度值，包含以下步驟：對該目標畫素之複數個鄰近畫素之亮度值施行一變異值計算，以產生一亮度變異值，並據以產生一權重指標值；對該權重指標值施行一查表運算，以產生一權重值分佈，其中該權重值分佈與該等鄰近畫素和該目標畫素間之距離成反比；及 根據該權重值分佈對該目標畫素及該等鄰近畫素之亮度值施行一加權計算，以產生該目標畫素之一亮度更新值。
4. 如申請專利範圍第2項之方法，其中該等鄰近畫素和目標畫素間之距離係為該等鄰近畫素與該目標畫素間之垂直距離及水平距離之和。
5. 一種電視影像調整裝置，用於調整一影像畫面中一目標畫素值之亮度值，其包含：一緩衝器，用以暫存該影像畫面之該目標畫素及其複數個鄰近畫素之亮度值；一權重計算器，耦接至該緩衝器，用以對該等鄰近畫素之亮度值施行一算術平均計算及一變異值計算，以產生一亮度平均值及一亮度變異值，並對該亮度平均值平方之倒數及該亮度變異值施行一乘法運算，以產生一權重指標值，及對該權重指標值施行一衰退函數運算，以產生一權重值分佈，其與該等鄰近畫素和該目標畫素間之距離成反比；及一亮度調整單元，耦接至該緩衝器及該權重計算器，用以根據該權重值分佈對該目標畫素及該等鄰近畫素之亮度值施行加權計算，以產生該目標畫素之一亮度更新值。
6. 一種電視影像調整裝置，用於調整一影像畫面中一目標畫素值之亮度值，其包含：一緩衝器，用以暫存該影像畫面之該目標畫素及其複數個鄰近畫素之亮度值；一權重計算器，耦接至該緩衝器，用以對該等鄰近畫素之亮度值施行一變異值計算，以產生一亮度變異值，並據以產生一權重指標值，及對該權重指標值施行一指數函數運算，以產生一權重值分佈，其與該等鄰近畫素和該目標畫素間之距離成反比；及一亮度調整單元，耦接至該緩衝器及該權重計算器，用以根據該權重值分佈對該目標畫素及該等鄰近畫素之亮度值施行加權 計算，以產生該目標畫素之一亮度更新值。
7. 一種電視影像調整裝置，用於調整一影像畫面中一目標畫素值之亮度值，其包含：一緩衝器，用以暫存該影像畫面之該目標畫素及其複數個鄰近畫素之亮度值；一權重計算器，耦接至該緩衝器，用以對該等鄰近畫素之亮度值施行一變異值計算，以產生一亮度變異值，並據以產生一權重指標值，及對該權重指標值施行一查表運算，以產生一權重值分佈，其與該等鄰近畫素和該目標畫素間之距離成反比；及一亮度調整單元，耦接至該緩衝器及該權重計算器，用以根據該權重值分佈對該目標畫素及該等鄰近畫素之亮度值施行加權計算，以產生該目標畫素之一亮度更新值。
8. 如申請專利範圍第5項之裝置，其中該等鄰近畫素和目標畫素間之距離係為該等鄰近畫素與該目標畫素間之垂直距離及水平距離之和。