专利名称：一种影像噪声评估系统及方法
技术领域：
本发明涉及影像技术领域，特别涉及一种影像噪声评估系统及方法。
背景技术：
电视信号在传输过程中容易受到干扰产生噪声，为了减少噪声的干扰，显示装置端一般会包含降噪处理。然而，不管是空间域的降噪方式还是时间域的降噪方式，都可能产生不同的处理副作用。一般而言，较佳的降噪方式是先分析输入影像的噪声程度，再根据不同的噪声程度进行不同强度的降噪处理。
美国专利US5,844,627公告公开了一空间降噪(spatial noise reduction)方法，先分析空间频率的组成，再对可能是噪声成分的频带进行压抑。然而，空间降噪的方法无法完全区分空间中的噪声成分及视频成分，容易产生视频模糊的副作用。美国专利US6,259,489公告公开了一时间降噪(temporal noise reduction)方法，利用在静态影像时，假定噪声在时间轴上属于非关联性(uncorrelated)且平均值为零，则可以把不同时间同一空间位置的影像点，随着时间轴进行平均，可达到降低噪声的变异值(variance)，产生较低噪声强度的视频。然而，时间降噪的方式虽然在静态影像上可以达到不损失空间清晰度而执行降噪，但此方法必须配合检测视频中有运动物体发生的部份，才能避免不当的将不同空间位置的取样点平均而产生的运动模糊或是残影。
一般而言，当噪声程度大的时候，观赏者对于因降噪所引起副作用的容许度相对也较大，当噪声程度小的时候，观赏者对于因降噪所引起副作用的容许度相对变小。为了避免在噪声小的视频信号使用过强的降噪滤波方法而产生无法接受的瑕疵，或是在噪声大的视频信号中使用过小的降噪滤波方法而导致降噪程度不足，故准确的测量输入视频信号中的噪声程度，通过使用合适的降噪滤波强度，可以达到较好的降噪处理效果。
为了测量输入视频信号中的噪声程度，美国专利US 5,657,401公告利用时间上的差异的绝对值和(sum of temporal absolute difference)和一组临界值比较。当此绝对值和落于该组临界值的上下临界值中，则将一累加器加一，并统计在一个预先设定的区间中落在该区间的像素个数是否和一期望值相同，若不同则调整该组临界值，并通过此临界值来反映视频信号中的噪声程度大小。然而，如果影像中具有运动的区域，由于这些区域的运动比例不相同，使得要利用预先设定的点数的期望值不易确定，噪声程度的测量也易受到影像中运动点数的影响。
针对上述问题，美国专利US 6,307,888公告利用已进行过运动评估(motionestimation)的信息，将信号分成静态的区块及动态的区块，分别和对应位置(静态)或对应运动补偿的区块(动态)进行运算(如差值的绝对值和)，分别求出静态区块的噪声评估值和动态区块的噪声评估值，再将两者混合得到最后的噪声评估值。但这样的方式必须以准确的运动估测技术为基础，才能对动态区块的噪声程度进行正确的估算。然而，一般电视显示系统中并不包含进行运动估测及补偿的功能。
美国专利US2006/0221252公开中则分析时间上的差值绝对值的大小分布转换成一特征值，和理想分布转换的特征值比较，决定该影像得到的噪声程度该保留还是放弃。不同的运动程度一般会影响差值分布，然而，视频中可能出现不同数量的运动点数及产生不同大小的运动时间差值，因而造成差值绝对值的分布随着运动的不同而渐渐的改变，增加了最后决定保留或舍弃的临界值设定的困难度。由此可知，现有影像噪声评估系统及方法仍有改善的空间。
发明内容
本发明的一个主要目的在于提供一种影像噪声评估系统及方法，用于排除差值较大的噪声评估值，从而避免噪声评估结果受到影像中全域运动的影响而被高估。
本发明的另一目的在于提供一种影像噪声评估系统及方法，可以在影像有运动发生时，增加噪声评估值的差异性，降低运动临界值及子影像区域范围设定的敏感度。
依据本发明的一个主要目的，本发明提出一种影像噪声评估系统，用于对一当前影像执行噪声评估，该系统包含一储存装置、多个视窗型噪声评估装置、一比较装置及一全域移动检测装置。所述储存装置储存所述当前影像的前一张影像；所述多个视窗型噪声评估装置分别连接至所述储存装置，用于对所述当前影像及所述前一张影像的对应区域执行噪声评估，并分别输出与所述视窗对应的一噪声评估指标及一调整噪声评估指标；所述比较装置连接至所述多个视窗型噪声评估装置，用于比较多个所述调整噪声评估指标并选取最小值输出，同时输出一视窗指标(window index)，所述视窗指标为所述最小调整噪声评估指标的视窗；所述全域移动检测装置连接至所述多个视窗型噪声评估装置及所述比较装置，当所述最小调整噪声评估指标小于一临界值时，输出与所述最小调整噪声评估指标对应的所述噪声评估指标，作为所述当前影像的噪声评估值。
依据本发明的另一目的，本发明提出一种影像噪声评估方法，对一当前影像执行噪声评估，该方法包含下列步骤一储存步骤储存所述当前影像的前一张影像；多个视窗型噪声评估步骤，每一个视窗型噪声评估步骤分别对所述当前影像及所述前一张影像的对应区域执行噪声评估，并分别输出与所述视窗对应的一噪声评估指标及一调整噪声评估指标；一比较步骤，比较所述多个调整噪声评估指标并选取最小值输出，同时输出一视窗指标，所述视窗指标为所述最小调整噪声评估指标的视窗；一全域移动检测步骤，当所述最小调整噪声评估指标小于一临界值时，输出与所述最小调整噪声评估指标对应的所述噪声评估指标，作为所述当前影像的噪声评估值，当所述最小调整噪声评估指标大于或等于所述临界值时，输出一标记，表示所述当前影像的噪声评估值受到全域运动的影响。
图1为本发明影像噪声评估系统的结构示意图 图2为本发明视窗型噪声评估装置与当前影像及前一张影像的对应区域示意图。
图3为本发明视窗型噪声评估装置的结构示意图。
图4为本发明分布计算装置的结构示意图。
附图中的标号说明 储存装置 110 多个视窗型噪声评估装置 120 比较装置 130 全域移动检测装置 140 第一噪声评估器 310 分布计算装置 320 信赖值产生装置 330 乘法器 340 第一比较器 410 第一计数器 420 第二比较器 430 第二计数器 440
具体实施例方式 图1为本发明影像噪声评估系统的结构示意图，用于对一当前影像执行噪声评估，该系统包含一储存装置110、多个视窗型噪声评估装置120、一比较装置130、及一全域移动检测装置140。其中，储存装置110储存当前影像F[n]的前一张影像F[n-1]。
多个视窗型噪声评估装置120连接至储存装置110，用于对当前影像F[n]及前一张影像F[n-1]的对应区域执行噪声评估，并输出与视窗对应的一噪声评估指标noise_index及一调整噪声评估指标adj_noise_index。
图2为本发明视窗型噪声评估装置与当前影像及前一张影像的对应区域示意图。其中，第一视窗型噪声评估装置121对应当前影像F[n]及前一张影像F[n-1]的区域1，第二视窗型噪声评估装置122对应当前影像F[n]及前一张影像F[n-1]的区域2，依此类推。在本实施例中，使用五个视窗型噪声评估装置120，仅仅是为了方便说明而举的实施例而已，本发明所主张的权利范围应以发明申请范围所述为准，而非仅限于上述实施例。
图3为本发明视窗型噪声评估装置的结构示意图，每一个视窗型噪声评估装置包含一第一噪声评估器310、一分布计算装置320、一信赖值产生装置330及一乘法器340。
第一噪声评估器310连接至储存装置110，用于对当前影像F[n]及前一张影像F[n-1]的对应区域执行噪声评估，并输出噪声评估指标noise_index。其中，噪声评估指标noise_index为 式中，i、j为视窗型噪声评估装置涵盖的影像区域，PN(i，j)为当前影像F[n]在视窗型噪声评估装置涵盖的影像区域的像素值，PN-1(i，j)为前一张影像F[n-1]在视窗型噪声评估装置涵盖的影像区域的像素值。例如，在第一视窗型噪声评估装置121中，i、j为图2中区域1涵盖的影像区域，PN(i，j)为当前影像F[n]在区域1的像素值，PN-1(i，j)为前一张影像F[n-1]在区域1的像素值。其他视窗型噪声评估装置中的区域及对应关系可依此类推。
分布计算装置320连接至第一噪声评估器310及储存装置110，用于计算当前影像F[n]及前一张影像F[n-1]在视窗型噪声评估装置涵盖的影像区域中像素值差值的正负号分布，并输出一正号数目No(+)及一负号数目No(-)。
图4为本发明分布计算装置的结构示意图，分布计算装置320包含一第一比较器410、一第一计数器420、一第二比较器430、一第二计数器440。
第一比较器410的第一输入端接收像素值PN(i，j)，第二输入端接收像素值PN-1(i，j)，当像素值PN(i，j)大于像素值PN-1(i，j)时，输出第一触发信号trigger1。第一计数器420连接至第一比较器410，依据第一触发信号trigger1计数，输出正号数目No(+)。
第二比较器430的第一输入端接收像素值PN(i，j)，第二输入端接收像素值PN-1(i，j)，当像素值PN(i，j)小于像素值PN-1(i，j)时，输出第二触发信号trigger2。第二计数器440连接至第二比较器430，依据第二触发信号trigger2计数，输出负号数目No(-)。
信赖值产生装置330连接至分布计算装置320，依据正号数目No(+)及负号数目No(-)输出一信赖值conf。信赖值conf为 1+|No(+)-No(-)|/total_no， 式中，No(+)为正号数目，No(-)为负号数目，total_no为视窗型噪声评估装置涵盖的影像区域的所有像素值数目。举例来说，在第一视窗型噪声评估装置121中，total_no为图2中区域1涵盖的影像区域的像素值数目。
乘法器340连接至信赖值产生装置330及第一噪声评估器310，第一输入端接收噪声评估指标noise_index，第二输入端接收信赖值conf，用于将噪声评估指标乘上信赖值，得到调整噪声评估指标adj_noise_index。
参照图1，比较装置130连接至多个视窗型噪声评估装置120，对多个调整噪声评估指标adj_noise_index1～adj_noise_index5进行比较并从中选取最小值(min_adj_noise_index)输出，同时输出一视窗指标(window_index)，视窗指标为最小调整噪声评估指标的视窗。
全域移动检测装置140连接至多个视窗型噪声评估装置120及比较装置130，当最小调整噪声评估指标min_adj_noise_index小于一临界值Th时，输出与最小调整噪声评估指标对应的噪声评估指标noise_index，作为当前影像的噪声评估值。亦即，举例来说，当adj_noise_index1为最小时，比较装置130以adj_noise_index1作为最小调整噪声评估指标min_adj_noise_index并输出，此时，全域移动检测装置140输出noise_index1作为当前影像的噪声评估值。当最小调整噪声评估指标大于或等于该临界值Th时，输出一标记(flag)，用于表示当前影像的噪声评估值受到全域运动的影响。
当信赖值conf为1时，表示正号数目No(+)等于负号数目No(-)。如果第二视窗型噪声评估装置122对应的区域2中有移动(motion)时，输出的正号数目No(+)将大于负号数目No(-)、或者小于负号数目No(-)，此时信赖值conf大于1，将引起第二视窗型噪声评估装置122对应的adj_noise_index2增大，因此，比较装置130选取第二视窗型噪声评估装置122对应的noise_index2的概率降低，这样可避免动态影像区域入选，从而提高了噪声评估的准确度。
本发明通过选取影像区域中多数子影像区域范围，对于每一个子影像区域范围中的像素值计算时间上的差值，同时分析差值的正负号分布，从而计算出一信赖值，用于反映差值不受运动影响的程度，反映差值不受运动影响的信心指数越高，差值从噪声产生的可能性越大，信心指数越低，则差值从运动产生的可能性越大。根据每一个子影像区域范围的信心指数给予该子影像区域范围计算出的噪声评估指标不同的权重值，然后比较各子影像区域范围权重后的噪声评估指标并选取最小值，以最小值对应的子影像区域范围未进行权重调整前的噪声评估指标作为该当前影像区域的噪声评估值。
本发明基于将影像区域区分成不同的子影像区域范围，分别统计各子影像区域范围的噪声评估指标，由于一般噪声评估指标包含噪声产生及运动产生的成分，在同一信号中，子影像区域范围噪声评估指标越小，反映出噪声的影响程度越小。但在这种统计方式中，需要考虑如何选择子影像区域范围的大小。一般而言，子影像区域范围越小，可以使统计的范围中发生运动的概率越低，但另一方面，太小的子影像区域范围又会使噪声的评估指标过于区域化，无法反映整体影像区域的噪声程度。此外，除了考虑子影像区域范围选择，还需考虑可能发生的全域运动(如镜头移动)，如果发生全域运动，本发明噪声评估方式就仍然需要将每个子影像区域范围得到的结果和一运动临界值进行比较，以排除差值较大的噪声评估值，避免噪声评估结果受到全域运动的影响而高估。对于子影像区域范围较小的情况，虽然对于范围内差值的计算较不容易受到运动的影响，但是由于取样点数较少，噪声程度估算的变异比较大。
本发明利用具有最小差值的子影像区域范围统计的噪声评估指标，作为整体噪声评估值，加入考虑分析运动发生的可能性，利用该可能性对噪声评估指标加入不同的权重，可以在有运动发生时，增加噪声评估值的差异性，降低运动临界值及子影像区域范围设定的敏感度。
上述实施例仅仅是为了方便说明而举例而已，本发明所主张的权利范围应以发明申请范围所述为准，而非仅限于上述实施例。
权利要求
1.一种影像噪声评估系统，用于对一当前影像执行噪声评估，其特征在于，该系统包含
一储存装置，用于储存所述当前影像的前一张影像；
多个视窗型噪声评估装置，分别连接至所述储存装置，用于对所述当前影像及所述前一张影像的对应区域执行噪声评估，并分别输出与所述视窗对应的一噪声评估指标及一调整噪声评估指标；
一比较装置，连接至所述多个视窗型噪声评估装置，用于比较多个所述调整噪声评估指标并选取最小值输出，同时输出一视窗指标，所述视窗指标为所述最小调整噪声评估指标的视窗；以及
一全域移动检测装置，连接至所述多个视窗型噪声评估装置及所述比较装置，当所述最小调整噪声评估指标小于一临界值时，输出与所述最小调整噪声评估指标对应的所述噪声评估指标，作为所述当前影像的噪声评估值。
2.如权利要求1所述的影像噪声评估系统，其特征在于，所述全域移动检测装置进一步用于当所述最小调整噪声评估指标大于或等于所述临界值时，输出一标记，用于表示所述当前影像的噪声评估值受到全域运动的影响。
3.如权利要求1所述的影像噪声评估系统，其特征在于，所述每个视窗型噪声评估装置包含
一第一噪声评估器，连接至所述储存装置，用于对所述当前影像及所述前一张影像的对应区域执行噪声评估，并输出所述噪声评估指标。
4.如权利要求3所述的影像噪声评估系统，其特征在于，所述噪声评估指标为
式中，i、j为所述视窗型噪声评估装置涵盖的影像区域，PN(i，j)为所述当前影像在所述视窗型噪声评估装置涵盖的影像区域的像素值，PN-1(i，j)为所述前一张影像在所述视窗型噪声评估装置涵盖的影像区域的像素值。
5.如权利要求4所述的影像噪声评估系统，其特征在于，所述视窗型噪声评估装置进一步包含
一分布计算装置，连接至所述第一噪声评估器，用于计算所述当前影像及所述前一张影像在所述视窗型噪声评估装置涵盖的影像区域中像素值差值的正负号分布，并输出一正号数目及一负号数目。
6.如权利要求5所述的影像噪声评估系统，其特征在于，所述分布计算装置包含
一第一比较器，一第一输入端接收所述像素值PN(i，j)，一第二输入端接收所述像素值PN-1(i，j)，当所述像素值PN(i，j)大于所述像素值PN-1(i，j)时，输出一第一触发信号；以及
一第一计数器，连接至所述第一比较器，依据所述第一触发信号计数，输出所述正号数目。
7.如权利要求6所述的影像噪声评估系统，其特征在于，所述分布计算装置进一步包含
一第二比较器，一第一输入端接收所述像素值PN(i，j)，一第二输入端接收所述像素值PN-1(i，j)，当所述像素值PN(i，j)小于所述像素值PN-1(i，j)时，输出一第二触发信号；以及
一第二计数器，连接至所述第二比较器，依据所述第二触发信号计数，输出所述负号数目。
8.如权利要求7所述的影像噪声评估系统，其特征在于，所述视窗型噪声评估装置进一步包含
一信赖值产生装置，连接至所述分布计算装置，用于依据所述正号数目及所述负号数目输出一信赖值。
9.如权利要求8所述的影像噪声评估系统，其特征在于，所述信赖值为
1+|No(+)-No(-)|/total_no，
式中，No(+)为所述正号数目，No(-)为所述负号数目，total_no为所述视窗型噪声评估装置涵盖的影像区域的所有像素值数目。
10.如权利要求9所述的影像噪声评估系统，其特征在于，所述视窗型噪声评估装置进一步包含
一乘法器，连接至所述信赖值产生装置及所述第一噪声评估器，第一输入端接收所述噪声评估指标，一第二输入端接收所述信赖值，用于将所述噪声评估指标与所述信赖值相乘，得到所述调整噪声评估指标。
11.一种影像噪声评估方法，用于对一当前影像执行噪声评估，其特征在于，该方法包含下列步骤
一储存步骤，储存所述当前影像的前一张影像；
多个视窗型噪声评估步骤，每一个视窗型噪声评估步骤分别对所述当前影像及所述前一张影像的对应区域执行噪声评估，并分别输出与所述视窗对应的一噪声评估指标及一调整噪声评估指标；
一比较步骤，比较多个所述调整噪声评估指标并选取最小值输出，同时输出一视窗指标，所述视窗指标为所述最小调整噪声评估指标的视窗；以及
一全域移动检测步骤，当所述最小调整噪声评估指标小于一临界值时，输出与所述最小调整噪声评估指标对应的所述噪声评估指标，作为所述当前影像的噪声评估值，当所述最小调整噪声评估指标大于或等于所述临界值时，输出一标记，表示所述当前影像的噪声评估值受到全域运动的影响。
12.如权利要求11所述的影像噪声评估方法，其特征在于，所述每一个视窗型噪声评估步骤包含
一噪声评估步骤，对所述当前影像及所述前一张影像的对应区域执行噪声评估，并输出所述噪声评估指标；
一分布计算步骤，计算所述当前影像及所述前一张影像在所述视窗型噪声评估装置涵盖的影像区域中像素值差值的正负号分布，并输出一正号数目及一负号数目；
一信赖值产生步骤，依据所述正号数目及所述负号数目输出一信赖值；以及
一乘法步骤，将所述噪声评估指标乘上所述信赖值，得到所述调整噪声评估指标。
13.如权利要求12所述的影像噪声评估方法，其特征在于，所述噪声评估指标(SAD)为
式中，i、j为所述视窗型噪声评估装置涵盖的影像区域，PN(i，j)为所述当前影像在所述视窗型噪声评估装置涵盖的影像区域的像素值，PN-1(i，j)为所述前一张影像在所述视窗型噪声评估装置涵盖的影像区域的像素值。
14.如权利要求13所述的影像噪声评估方法，其特征在于，所述分布计算步骤包含
一第一比较步骤，当所述像素值PN(i，j)大于所述像素值PN-1(i，j)时，输出一第一触发信号；以及
一第一计数步骤，依据所述第一触发信号计数，输出所述正号数目。
15.如权利要求14所述的影像噪声评估方法，其特征在于，所述分布计算步骤进一步包含
一第二比较步骤，当所述像素值PN(i，j)小于所述像素值PN-1(i，j)时，输出一第二触发信号；以及
一第二计数步骤，依据所述第二触发信号计数，输出所述负号数目。
16.如权利要求15所述的影像噪声评估方法，其特征在于，所述信赖值为
1+|No(+)-No(-)|/total_no，
式中，No(+)为所述正号数目，No(-)为所述负号数目，total_no为所述视窗型噪声评估装置涵盖的影像区域的所有像素值数目。
全文摘要
本发明公开了一种影像噪声评估系统及方法，用于对一当前影像执行噪声评估。一储存装置储存该当前影像的前一张影像。多个视窗型噪声评估装置对该当前影像及该前一张影像的对应区域执行噪声评估，并输出与该视窗对应的一噪声评估指标及一调整噪声评估指标。一比较装置用于比较多个调整噪声评估指标并选取最小值输出，同时输出一视窗指标，该视窗指标为该最小调整噪声评估指标的视窗。当该最小调整噪声评估指标小于一临界值时，一全域移动检测装置输出与该最小调整噪声评估指标对应的该噪声评估指标，作为该当前影像的噪声评估值。
文档编号H04N17/00GK101340600SQ20071012605
公开日2009年1月7日 申请日期2007年7月6日 优先权日2007年7月6日
发明者彭源智 申请人:凌阳科技股份有限公司