TWI584204B - Noise elimination circuit - Google Patents

Description

雜訊消除電路

    本發明係有關於一種消除電路，其係尤指一種可以消除影像雜訊的雜訊消除電路。

    按，隨著多媒體技術的發展，人們對於高畫質影像的要求越益提高。然而，影響影像品質的重要因素之一，便是影像擷取、信號轉換以及信號傳輸過程中所伴隨產生的雜訊，因此必須透過影像處理的技術，消除影響人眼視覺感受的雜訊。最常見的去雜訊之影像處理有空間域去雜訊處理及時域去雜訊處理。
    空間域去雜訊處理為採用具有局部視窗區塊(local window bloack)之濾波器，將目前影像中各像素進行空間域濾波處理，使影像變得平滑及柔和，進而降低人眼對雜訊的視覺感受。但是，這種方式通常會造成影像模糊化(blur)，反而影響了影像中細節的呈現，例如：邊緣(edge)及紋理(texture)。
    時域去雜訊處理為參考先前影像之資訊，來對目前影像中各像素進行時域濾波處理。基於目前影像與先前影像具有高度相關的特性，時域去雜訊處理與空間域去雜訊處理相較之下，較能維持及保留影像中的細節。然而，在對影像中移動物件進行時域濾波處理時，很容易產生移動殘影，造成人眼感受不適。因此，便有人提出採用移動估測演算法來評估目前影像整體的移動向量趨勢，並據以調整時域濾波的強度，以消除移動殘影。
    然而，移動估算演算法之複雜度高且運算量大，以硬體實現時較難對目前影像進行即時處理。而且，人眼所能忍受影像的失真程度受到環境光源以及影像變化而有所不同，是故在去雜訊過程中，除了要避免移動殘影的發生，也須考量環境光源以及影像特徵等因素的影響。
    綜上所述，在影像處理的領域中，一般用來消除雜訊的方法多半是直接處理影像中的像素，目前，最常使用的濾波器不外乎是平均濾波器以及排序統計濾波器，因應不同原因所形成之雜訊，其所採用的濾波器也隨之不同。
    習知用來濾除飛紋雜訊(mosquito noise)及高斯雜訊(Gaussian noise)的方法是使用低通濾波器(lowpass filter)，低通濾波器的操作原理是對濾波器遮罩所定義之區域的全部像素值取得一算術平均值，並以此算術平均值來取代原本的像素值，然而低通濾波器是針對整張畫面進行調整像素值的動作，對於非雜訊的部分也同樣地會更改其像素值，因此在消除雜訊的過程中，往往會模糊影像的邊緣部分而造成失真的現象，以習知技術顯然無法辨識出雜訊所在的位置。
    再者，一般進行影像銳利度強化中，高通濾波器對於含有雜訊的影像較為敏感，容易造成影像邊緣的誤判，使得影像經過影像銳利度強化後，雜訊亦被同步加強，所以，在影像銳利度強化之前，先進行雜訊消除以減少雜訊的干擾。然而，一般消除雜訊是使用低通濾波器作雜訊去除的動作，但上述可知，使用低通濾波器會造成影像畫面模糊化，反而減少其銳利度。
    因此，如何針對上述問題而提出一種新穎雜訊消除電路，其可有效消除影像雜訊並可以避免造成影像畫面模糊化，使可解決上述之問題。

    本發明之目的之一，在於提供一種雜訊消除電路，其藉由至少一濾波器消除一輸入影像資料的雜訊，以達到有效消除影像雜訊並可以避免造成影像畫面模糊化。
    本發明之雜訊消除電路包含至少一邊緣偵測單元、至少一濾波器、至少一調整單元與一第一加法器。至少一邊緣偵測單元用以比較一輸入影像資料之一輸入畫素和輸入影像資料之至少一相鄰畫素而產生至少一差異資料；至少一濾波器耦接邊緣偵測單元，並過濾差異資料而產生一過濾資料；至少一調整單元對應耦接濾波器，並依據一調整參數而調整過濾資料以產生一抑制資料；以及第一加法器相加抑制資料與輸入資料，以消除輸入影像資料的雜訊，如此，本發明藉由至少一濾波器消除輸入影像資料的雜訊，以達到有效消除影像雜訊並可以避免造成影像畫面模糊化。

    茲為使　貴審查委員對本發明之結構特徵及所達成之功效有更進一步之瞭解與認識，謹佐以較佳之實施例及配合詳細之說明，說明如後：
    請參閱第一圖，係為本發明之一實施例之雜訊消除電路的方塊圖。如圖所示，本發明之雜訊消除電路1包含至少一邊緣偵測單元10、至少一濾波器20、至少一調整單元30與一第一加法器40。邊緣偵測單元10接收一輸入影像資料，於本實施例中，輸入影像資料為YCbCr格式，但本發明並不侷限輸入影像資料為YCbCr格式，亦可以為其他影像資料的格式，例如RGB格式，邊緣偵測單元10用以比較輸入影像資料之一輸入畫素和輸入影像資料之相鄰畫素而產生一差異資料Di。
    濾波器20耦接邊緣偵測單元10，並過濾差異資料Di而產生一過濾資料Ei，其中，本發明之濾波器為一Epsilon濾波器。調整單元30耦接濾波器20，並依據一調整參數Wi而調整過濾資料Ei而產生一第一抑制資料r1i，其中，調整單元30為一乘法器，第一加法器40相加第一抑制資料r1i與輸入影像資料，以消除輸入影像資料的雜訊，如此，本發明藉由濾波器20消除輸入影像資料的雜訊，以達到有效消除影像雜訊並可以避免造成影像畫面模糊化。
    另外，上述雜訊消除電路1僅包含一個邊緣偵測單元10、一個濾波器20與一個調整單元30，而為了增加雜訊消除電路1消除輸入影像資料的雜訊的能力，所以，雜訊消除電路1包含複數個邊緣偵測單元10、複數濾波器20、複數調整單元30。
    如第二圖所示，該些邊緣偵測單元10會先接收一個輸入畫素P，再接收相鄰於輸入畫素P的相鄰畫素Pi，i=0，1，2，3…，也就是說，複數個邊緣偵測單元10皆會同時接收到相同的輸入畫素P，之後，該些邊緣偵測單元10會分別接收不同的相鄰畫素Pi，而比較輸入影像資料之輸入畫素P和輸入影像資料之相鄰畫素Pi而產生差異資料Di，i=0，1，2，3…，其公式如下所示：
    Di=P-Pi，i=0，1，2，3… …………………(1)
由上述公式並配合第二圖可知，當該些邊緣偵測單元10中的第0個邊緣偵測單元10接收第0個相鄰畫素P0與輸入畫素P，而比較第0個相鄰畫素P0與輸入畫素P，產生第0個差異資料D0，同理，第1個邊緣偵測單元10接收第1個相鄰畫素P1與輸入畫素P，而比較第1個相鄰畫素P1與輸入畫素P，產生第1個差異資料D1，以此類推，此本實施例為例，該些邊緣偵測單元10總共產生14個差異資料D0~D13。
    承上所述，濾波器20耦於邊緣偵測單元10，於本實施例中，係採用複數個濾波器20，所以，該些濾波器20分別耦接該些邊緣偵測單元10，並該些濾波器20分別過濾該差異資料而產生一過濾資料Ei，其中，由於本發明之濾波器20是使用Epsilon濾波器進行濾波，所以，本發明之濾波器20產生過濾資料Ei的公式如下：
    Ei=Epsilon Filter(Di)…………………(2)
調整單元30耦接濾波器20，於本實施例中，係採用複數個調整單元30，所以，該些調整單元30分別耦接該些濾波器20，並該些調整單元30分別依據一調整參數Wi而調整過濾資料而產生第一抑制資料r1i。
    由於雜訊消除電路1包含複數個邊緣偵測單元10、複數個濾波器20、複數個調整單元30，所以，本實施例之雜訊消除電路1更包含一第二加法器50與一除法器 60。第二加法器50相加該些調整單元30輸出之第一抑制資料r1i，而產生一累加資料sum，除法器60耦接第二加法器50，並平均累加資料sum，而產生一第二抑制資料r2，且傳送第二抑制資料r2至第一加法器40，第一加法器40耦接除法器60，而相加第二抑制資料r2與輸入影像資料而產生並輸出一輸出影像資料P_NR，以除該輸入影像資料的雜訊，其中，第一加法器40產生輸出影像資料P_NR的公式如下所示：
    …………………(3)
如此，本發明藉由濾波器消除輸入影像資料的雜訊，以達到有效消除影像雜訊並可以避免造成影像畫面模糊化。
    請參閱第三圖，係為本發明之一實施例之濾波器的過濾曲線圖。如圖所示，本發明之濾波器20是使用Epsilon濾波器，該濾波器20具有一第一正門檻值ep_th1與一第二正門檻值ep_th2。當邊緣偵測單元10所產生的差異資料Di大於零並小於第一正門檻值ep_th1時，濾波器20係將差異資料Di乘上一第一斜率參數，而產生過濾資料Ei；當差異資料Di大於第一正門檻值ep_th1並小於第二正門檻值ep_th2時，濾波器20係將差異資料Di乘上一第二斜率參數，而產生過濾資料Ei。
    此外，本發明之濾波器20可藉由調整一正門檻參數ep_th與第一正門檻值ep_th1與第二正門檻值ep_th2而分別決定第一斜率參數與第二斜率參數，所以，本發明可藉由調整正門檻參數ep_th與第一正門檻值ep_th1而調整第一斜率參數，或是調整正門檻參數ep_th與第二正門檻值ep_th2而調整第二斜率參數。
    再者，本發明之濾波器20更具有一第一負門檻值-ep_th1與一第二負門檻值-ep_th2。當差異資料Di小於零並大於第一負門檻值-ep_th1時，濾波器20係將差異資料Di乘上一第三斜率參數，而產生過濾資料Ei；當差異資料Di小於第一負門檻值-ep_th1並大於該第二負門檻值-ep_th2時，濾波器20係將差異資料Di乘上一第四斜率參數，而產生過濾資料。如此，本發明藉由上述之濾波器的濾波方式而消除輸入影像資料的雜訊，以達到有效消除影像雜訊並可以避免造成影像畫面模糊化。
    另外，本發明之濾波器20可藉由調整一負門檻參數-ep_th與第一負門檻值-ep_th1與第二負門檻值-ep_th2而分別決定第三斜率參數與第四斜率參數，所以，本發明可藉由調整負門檻參數-ep_th與第一負門檻值-ep_th1而調整第三斜率參數，或是調整負門檻參數-ep_th與第二負正門檻值-ep_th2而調整第四斜率參數。
    綜上所述，本發明之雜訊消除電路由至少一邊緣偵測單元用以比較一輸入影像資料之一輸入畫素和輸入影像資料之至少一相鄰畫素而產生至少一差異資料；至少一濾波器耦接邊緣偵測單元，並過濾差異資料而產生一過濾資料；至少一調整單元對應耦接濾波器，並依據一調整參數而調整過濾資料以產生一抑制資料；以及第一加法器相加抑制資料與輸入資料，以消除輸入影像資料的雜訊，如此，本發明藉由至少一濾波器消除輸入影像資料的雜訊，以達到有效消除影像雜訊並可以避免造成影像畫面模糊化。
    本發明係實為一具有新穎性、進步性及可供產業利用者，應符合我國專利法所規定之專利申請要件無疑，爰依法提出發明專利申請，祈　鈞局早日賜准專利，至感為禱。
    惟以上所述者，僅為本發明之一較佳實施例而已，並非用來限定本發明實施之範圍，舉凡依本發明申請專利範圍所述之形狀、構造、特徵及精神所為之均等變化與修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍內。

本發明：

1．．．雜訊消除電路

10．．．邊緣偵測單元

20．．．濾波器

30．．．調整單元

40．．．第一加法器

50．．．第二加法器

60．．．除法器

第一圖為本發明之一實施例之雜訊消除電路的方塊圖；
第二圖為本發明之一實施例之輸入影像資料之輸入畫素與相鄰畫素排列的示意圖；以及
第三圖為本發明之一實施例之濾波器的過濾曲線圖。

1．．．雜訊消除電路

10．．．邊緣偵測單元

20．．．濾波器

30．．．調整單元

40．．．第一加法器

50．．．第二加法器

60．．．除法器

Claims (8)

1. 一種雜訊消除電路，其包含:
   至少一邊緣偵測單元，用以比較一輸入影像資料之一輸入畫素和該輸入影像資料之至少一相鄰畫素而產生至少一差異資料；
   至少一濾波器，耦接該邊緣偵測單元，並過濾該差異資料而產生一過濾資料；
   至少一調整單元，耦接該濾波器，並依據一調整參數而調整該過濾資料，以產生一抑制資料；以及
   一第一加法器，相加該抑制資料與該輸入影像資料，以消除該輸入影像資料的雜訊。
2. 如申請專利範圍第1項所述之雜訊消除電路，其中雜訊消除電路包含複數個邊緣偵測單元、複數濾波器、複數調整單元時，該雜訊消除電路更包含：
   一第二加法器，相加該些調整單元調整後的過濾資料，而產生一累加資料；以及
   一除法器，耦接該第二加法器，並平均該累加資料，以產生該抑制資料，且傳送該抑制資料至該第一加法器。
3. 如申請專利範圍第1項所述之雜訊消除電路，其中該濾波器為一Epsilon濾波器。
4. 如申請專利範圍第1相所述之雜訊消除電路，其中該調整單元為一乘法器。
5. 如申請專利範圍第1項所述之雜訊消除電路，其中該濾波器具有一第一正門檻值，當該差異資料大於零並小於該第一正門檻值時，該濾波器係將該差異資料乘上一第一斜率參數，而產生該過濾資料。
6. 如申請專利範圍第5項所述之雜訊消除電路，其中該濾波器更具有一第二正門檻值，當該差異資料大於該第一正門檻值並小於該第二正門檻值時，該濾波器係將差異資料乘上一第二斜率參數，而產生該過濾資料。
7. 如申請專利範圍第6項所述之雜訊消除電路，其中該濾波器具有一第一負門檻值，該第一負門檻值小於該第一正門檻值與該第二正門檻值，當該差異資料小於零並大於該第一負門檻值時，該濾波器係將該差異資料乘上一第三斜率參數，而產生該過濾資料。
8. 如申請專利範圍第7項所述之雜訊消除電路，其中該濾波器更具有一第二負門檻值，當該差異資料小於該第一負門檻值並大於該第二負門檻值時，該濾波器係將差異資料乘上一第四斜率參數，而產生該過濾資料。