专利名称：用于视频处理系统中图像噪声的快速稳健估计的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及视频图像噪声估计。更加具体地讲，本发明涉及用于在单一图像中估计视频处理系统中的视频图像噪声的方法和设备。
背景技术：
电视接收机一般来说对通过大气传输或通过有线电视(CATV)系统发布的射频(RF)广播视频信号进行解调和视频解码(NTSC、PAL等)。然后使用所得到的视频信号驱动显示装置，在该显示装置上显示所得到的视频图像。在这样的接收机中，信道噪声可能会降低画面质量，信道噪声一般来说由高斯噪声构成，高斯噪声的频谱形状是由传输信道和视频信号的解调及解码决定的。视频处理系统一般用于在解码视频信号遭到了削弱时(实际上是当存在信道噪声时)提高所显示画面的质量。
多种公知的视频处理算法可用于图像噪声降低。这些算法中的一部分使用所谓的“西格玛滤波器”在空间域中进行噪声降低。这些算法需要图像噪声幅度的估计值，以便自适应地实现在除了不得已的情形外不恶化任何更多的细节的情况下降低噪声对图像的影响的滤波级。不过，图像噪声估计运算强度是非常大的，并且因此，难以在实时视频处理所要求的高速度下实现。
在授权给De Haan等人的美国专利US5657401中，介绍了这样的图像噪声估计算法的一个例子。美国专利US5657401的方法和设备本质上是获取相邻像素之间的差的绝对值的简单和(SAD)，并且判断各个和是否落在指定的范围之内，该范围的上下边界都是由当前噪声估计值确定的。然后在当前的视频图像范围之内计数这些SAD落到所述范围之内的数量。如果计数结果超出了指定的极限数，则将当前的噪声估计值看作是有效的。如果不是，则必须重新尝试不同的估计值。不过，因为噪声估计值刚好是这种算法必须确定的，所以必须要使用连续的噪声估计值的“试验”值，直到找到了正确的值。每次估计一般来说都需要一个视频图像，这个视频图像在实践中通常由隔行扫描场构成，从而对于每个视频帧最多可进行两次这样的估计。这样，这种方法不方便地需要不确定的帧数量，直到它收敛为正确的结果，并且如果噪声电平改变了(即使改变了很小的量)，可能也需要整个处理过程重复进行，再一次需要不确定的帧数，以收敛为新的结果。
由于现有的噪声估计方法一般来说是以硬件实现的，因此集中在一个图像上并且能够有效地以硬件实现的噪声估计方法就成为了众望所归。
发明内容
介绍了一种仅使用单独一个视频图像确定数字视频处理系统中的图像噪声估计值的方法和设备。在所述方法和设备中，计算出视频图像中的多个SAD值。对于每个SAD值，针对SAD值是否落在多个预定SAD值范围中的一个或多个之内进行判断，每个预定SAD值范围对应一个预期图像噪声估计值。该判断是同时地对所有的预定SAD值范围进行的。对于每一个SAD值范围，对落在预定SAD值范围内的SAD值的数量进行计数。然后选取具有满足预定标准的计数值的预期图像噪声估计值作为数字视频处理系统中的图像噪声估计值。
附图1是表示按照本发明的噪声估计器的框图。
附图2是表示按照本发明的用于计数器禁止的逻辑电路的框图。
附图3是表示作为渐增的SAD值的函数的附图2的上和下边界查询表的数字输出值的图形表述。
具体实施例方式
附图1是表示按照本发明的噪声估计器的结构与功能的框图。噪声估计器包括差信号确定块10、范围比较块12、计数器块14和噪声估计选择器块16。噪声估计器可以采用硬件实现，例如，为形成在半导体芯片等上的集成电路。噪声估计器具体地用在视频处理系统中，用以在解码视频信号遭到损坏时提高所显示画面的质量。本领域的技术人员会自然而然地意识到，这种噪声估计器在其它应用中也是很有用的。
差信号确定块10输入视频图像信号、获得所述视频图像信号的各个视频图像中的相邻像素之间的差的绝对值的总和并且生成SAD信号。
由差信号确定块10生成的SAD信号提供给范围比较块12。范围比较块12可以由比较器装置的并行阵列构成，每个比较器装置使用预定的SAD值范围加以程控，这些SAD值范围是由上边界值和下边界值界定的。SAD值范围中的每一个对应于一个预期的噪声估计值。范围比较块12同时或并行方式将各个SAD值与所有的预定SAD值范围进行比较。在这种同时比较期间，阵列中的每个比较器装置判断当前的SAD值是否处于其所程控的SAD值范围的上和下边界值之内。这一处理对每个在单独一个视频图像中计算的SAD值重复进行。
计数器块14包括计数器Nest＝0、Nest＝1、Nest＝2、Nest＝3...Nest＝n-2、Nest＝n-1的并行阵列。实质上，由于计数器与比较器装置之一相关联，计数器中的每一个都与一个预期噪声估计值相关。每一次计数器的相关比较器装置判定当前SAD值处于这一比较器装置的预定SAD值范围的上和下边界值之内时，计数器的计数值增加一(1)，而该预定SAD值范围对应于预期噪声估计值之一。
计数器Nest＝0、Nest＝1、Nest＝2、Nest＝3...Nest＝n-2、Nest＝n-1的计数值提供给噪声估计选择器块16。噪声估计选择器块16检查计数器的计数值，并且最好是同时检查所有计数器的计数值，并且根据某些标准选取预期噪声估计值之一作为噪声估计。可用于选择噪声估计值的一种示范性方法是找出超过指定极限数的最小计数值。然后选取与这个计数值相关的预期噪声估计值作为噪声估计值。噪声估计块16还可以采用任何其它可用的选择方法来根据计数值选取噪声估计值。
通过将每一个SAD值与所有的预定SAD值范围同时地进行比较，本发明的噪声估计器能够在单独一个视频图像中收敛(产生正确的噪声估计值)。而且，由于预定的SAD值范围的数量一般来说是很小的，例如，按照一种示范性实施方式，仅采用了十六(16)个预定SAD值范围，因此，在使用当今的数字技术时，计数器所需的硅面积是无意义的。
在范围比较块14中所采用的每个比较器装置可以使用两个比较器，一个对预定SAD值范围的上边界进行范围比较，而另一个对预定SAD值范围的下边界进行范围比较。这样，如前面所介绍的，每当相关的比较器装置判定当前SAD值处于其所程控的预定SAD值范围的上和下边界值之内时，计数器Nest＝0、Nest＝1、Nest＝2、Nest＝3...Nest＝n-2、Nest＝n-1的计数值增加增量1。
按照优选实施方式，对于当前SAD值或低于预定SAD值范围的下边界值或高于预定SAD值范围的上边界值的情况，范围比较块12禁止所有计数器Nest＝0、Nest＝1、Nest＝2、Nest＝3...Nest＝n-2、Nest＝n-1的递增。这种递增计数器的方法基于这样的观察，范围比较的上边界值是预期噪音估计值的单调上升函数。这一观察得出了这样的结论所有预期噪声估计值小于最大值的计数器在当前SAD值等于或大于上边界值的情况下不递增。对下边界值进行了类似的观察，下边界也随着预期噪声估计值单调上升，这表明，所对应的预期噪声估计值大于最小值的所有计数器在当前SAD值小于下边界值的情况下也不递增。因此，仅有那些与预期噪声估计值的邻域范围相对于的计数器才会进行递增，或者反过来说，低于下限或高于上限(这两种情况都是由当前SAD值决定的)的所有计数器的递增都遭到禁止。因此，在使用当前的数字技术时，范围比较块12可以利用经大幅简化了的逻辑电路来进行预定SAD值范围的上边界值和预定SAD值范围的下边界值的比较，这样还能进一步减小硅面积。
可以使用附图2的框图中所示的逻辑电路来实现按照本发明的计数器禁止。SAD信号同时提供给上和下边界查询表20、22。这两个查询表最好是由单独一个查询表来实现的，比如只读存储器，但是为了对本发明的这个方面进行说明，将该查询表表示成了两个独立的查询表。而且，代替使用查询表，本发明的计数器禁止逻辑可以使用数字逻辑技术来实现。
如附图2所示，上边界查询表20同时将当前SAD值与预定SAD值范围的上边界值进行比较，从而给出同时产生的判断结果，该判断结果具有表示当前SAD值是高于还是低于上边界值的数字信号输出INH0UB、INH1UB、INH2UB、INH3UB...INHN-2UB、INHn-1UB的并行阵列的形式。具体来说，对于每个上边界值，如果当前SAD值高于上边界值，上边界查询表20输出由相当于“1”的高电压(例如，5伏)表示的数字信号，或者，如果当前SAD值低于上边界值，输出由相当于“0”的低电压(例如，0伏)表示的数字信号。由针对各个上边界值进行的判断得出的数字信号输出结果被提供给OR门阵列24中的相应OR门的第一输入端。
类似地，下边界查询表22同时将当前SAD值与预定SAD值范围的下边界值进行比较，从而给出同时产生的判断结果，该判断结果具有表示当前SAD值是高于还是低于下边界值的数字信号输出INH0LB、INH1LB、INH2LB、INH3LB...INHN-2LB、INHn-1LB的并行阵列的形式。具体来说，对于每个下边界值，如果当前SAD值低于下边界值，下边界查询表20输出由相当于“1”的高电压(例如，5伏)表示的数字信号，或者，如果当前SAD值高于下边界值，输出由相当于“0”的低电压(例如，0伏)表示的数字信号。由针对各个下边界值进行的判断得出的数字信号输出结果被提供给OR门阵列24中的相应OR门的第二输入端。
OR门阵列24中的OR门产生数字信号输出INH0、INH1、INH2、INH3...INHN-2、INHn-1的并行阵列，这些数字信号分别提供给计数器块14(附图1)的计数器Nest＝0、Nest＝1、Nest＝2、Nest＝3...Nest＝n-2、Nest＝n-1。如果相应OR门的输出是1，即，OR门的一个或两个输入端接收到了1，则计数器递增受到禁止。如果相应OR门的输出是0，即，OR门的两个输入端接收到的都是0，则进行计数器递增。
如附图3所示，作为不断增大的SAD值的函数，与上边界查询表20的数字信号输出INH0UB、INH1UB、INH2UB、INH3UB...INHN-2UB、INHn-1UB相对应的0和1的并行垂直阵列比与下边界查询表22的数字信号输出INH0LB、INH1LB、INH2LB、INH3LB...INHN-2LB、INHn-1LB相对应的0和1的并行垂直阵列要间隔得更大。有差异的输出间隔表示，作为不断增大的预期噪声估计值的函数，预定SAD值范围的上边界值比这些范围的下边界值增加得更快。换句话说，对于给定的预期噪声估计值，上边界值等于大于一的某个倍数乘以下边界值。例如，作为预期噪声估计值的函数，上边界值增加的速度可以是下边界值增加的速度的1.5倍。因此，对于给定的SAD值，会发生预定SAD值范围的重叠。这样，对于上和下边界值都是0的一组重叠的SAD值范围，会进行计数器递增。这产生了对应计数器递增，因为其相关的OR门的两个输入都是0，接着，在该OR门的输出端会产生0。另一方面，在上和下边界查询表之一或二者输出为1的情况下，计数器递增遭到禁止。这禁止了相应计数器的递增，因为相关OR门的输入之一或二者为1，接下来在该OR门的输出端还是会产生1。
附图2和3所示的逻辑电路能够在当前SAD不处于预定SAD值范围的上和下边界值之内的时候禁止计数器计数。而且，这个逻辑电路的优点在于，不需要很大量的硅面积。
本发明的噪声估计器可以应用在任何适当构成的视频处理系统中，包括，但不局限于，电视接收机、电视广播系统、包含前置视频处理电路和相关的视频处理软件的个人计算机(PC)等等。而且，除了可以作为硬件实施之外，本噪声估计器还可以以存储在PC的硬盘驱动器上或可移动存储介质上的计算机可执行的指令和数据的形式实现，所述可移动存储介质可以是CD-ROM盘、DVD盘、软盘等等。
虽然前述发明是参照上述实施方式加以介绍的，但是在不超出本发明的思想的前提下，也可以进行各种各样的修改和变化。因此，将这样的修改和变化看作处于所附的权利要求书的范围之内。
权利要求
1.一种仅使用单独一个视频图像确定数字视频处理系统中的图像噪声估计值的方法，该方法包括步骤提供多个预定SAD值范围，每个预定SAD值范围对应于一个预期图像噪声估计值；同时判断在视频图像中计算出的SAD值是否落在所述预定SAD值范围中的一个或多个之内；对在所述视频图像中计算出的其它SAD值重复所述判断步骤；对于每一个预期图像噪声估计值，对落在该预期图像噪声估计值的相应预定SAD值范围内的SAD值的数量进行计数；选取具有满足预定标准的计数值的预期图像噪声估计值，作为图像噪声估计值。
2.按照权利要求1所述的方法，其中所述预定标准包括所述预期图像噪声估计值，所述预期图像噪声估计值具有超过指定极限数的最小计数值。
3.按照权利要求1所述的方法，其中所述判断步骤是通过同时对SAD值与预定SAD值范围进行比较来实现的。
4.按照权利要求1所述的方法，其中每一个预定SAD值范围是由一个上边界值和一个下边界值界定的。
5.按照权利要求4所述的方法，其中上和下边界值作为渐增的图像噪声估计值的函数单调上升。
6.按照权利要求5所述的方法，其中上边界值增大得比下边界值快。
7.一种仅使用单独一个视频图像确定数字视频处理系统中的图像噪声估计值的设备，该设备包括范围比较装置(12)，该装置使用多个预定SAD值范围进行程控，每个预定SAD值范围对应于一个预期图像噪声估计值，该范围比较装置用于同时判断在视频图像中计算出的当前SAD值是否落在所述预定SAD值范围中的一个或多个之内，其中该范围比较装置对视频图像中计算出的其它SAD值执行判断；计数器(14)，用于对落在预定SAD值范围内的SAD值进行计数；选择器(16)，用于选取具有满足预定标准的计数值的预期图像噪声估计值，作为图像噪声估计值。
8.按照权利要求7所述的设备，其中所述预定标准包括所述预期图像噪声估计值，所述预期图像噪声估计值具有超过指定极限数的最小计数值。
9.按照权利要求7所述的设备，其中范围比较装置(12)包括比较器的并行阵列，用于同时将当前SAD值与预定SAD值范围进行比较。
10.按照权利要求7所述的设备，其中范围比较装置(12)包括至少一个查询表(20，22)，用于同时将当前SAD值与预定SAD值范围进行比较。
11.按照权利要求7所述的设备，其中范围比较装置(12)包括用于同时将当前SAD值与预定SAD值范围进行比较的数字逻辑电路。
12.按照权利要求7所述的设备，其中每个预定SAD值范围是由一个上边界值和一个下边界值界定的。
13.按照权利要求12所述的设备，其中上和下边界值作为渐增的噪声估计值的函数单调上升。
14.按照权利要求13所述的设备，其中上边界值增大得比下边界值快。
15.按照权利要求14所述的设备，其中范围比较装置(12)包括用于在当前SAD值或低于预定SAD值范围的下边界值或高于预定SAD值范围的上边界值的情况下禁止计数器递增的构件。
16.一种存储介质，用于仅使用单独一个视频图像确定数字视频处理系统中的图像噪声估计值，该存储介质包括用于提供多个预定SAD值范围的代码，每个预定SAD值范围对应于一个预期图像噪声估计值；用于同时判断在视频图像中计算出的SAD值是否落在所述预定SAD值范围中的一个或多个之内并且用于对在所述视频图像中计算出的其它SAD值重复所述判断的代码；用于对落在每一个预期图像噪声估计值的相应预定SAD值范围内的SAD值的数量进行计数的代码；用于选取具有满足预定标准的计数值的预期图像噪声估计值作为图像噪声估计值的代码。
17.按照权利要求16所述的存储介质，其中所述预定标准包括所述预期图像噪声估计值，所述预期图像噪声估计值具有超过指定极限数的最小计数值。
18.按照权利要求16所述的存储介质，其中所述用于判断的代码包括用于同时将SAD值与预定SAD值范围进行比较的代码。
19.按照权利要求16所述的存储介质，其中每一个预定SAD值范围是由一个上边界值和一个下边界值界定的。
20.按照权利要求19所述的存储介质，其中上和下边界值作为渐增的图像噪音估计值的函数单调上升。
21.按照权利要求20所述的存储介质，其中上边界值增大得比下边界值快。
全文摘要
一种仅使用单独一个视频图像确定数字视频处理系统中的图像噪声估计值的方法和设备。在所述方法和设备中，计算出视频图像中的SAD值。对于每个SAD值，针对SAD值是否落在多个预定SAD值范围中的一个或多个之内的判断，每个预定SAD值范围对应一个预期图像噪声估计值。该判断是同时地对所有的预定SAD值范围进行的。对于每一个SAD值范围，对落在预定SAD值范围内的SAD值的数量进行计数。然后选取具有满足预定标准的计数值的预期图像噪声估计值作为数字视频处理系统中的图像噪声估计值。
文档编号H04N17/00GK1689342SQ03823856
公开日2005年10月26日 申请日期2003年9月24日 优先权日2002年10月7日
发明者K·威特蒂格 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司