专利名称：一种数字视频降噪系统与方法
技术领域：
本发明属于数字视频处理技术领域，具体涉及一种新的数字视频自动降噪系统与方法。
背景技术：
高清时代对监控摄像机提出了更高的要求，低照度环境下噪点的多少直接影响了一台摄像机的清晰度和图像质量，甚至它所提供的监控图像的价值，特别是需要判断人脸、车辆是否被噪点污染从而无法辨认。随着各安防厂家对高清监控系统的大力宣传和推广，客户对高清摄像机也有了更多的认识，客户对高清的认识不再停留在单纯的追求高分辨率(线数)，低照度指标等书面的宣传，而是更多关注摄像机在不同光照度下实际使用所表现的图像质量(清晰度、色彩还原、动态范围、运动物体、亮度和噪点)等。换言之，这对高清摄像机提出了更高的要求，不仅是在线数方面超越模拟，而且要求在图像处理方面有更多的优势，帮助客户在不同的照度环境下都能实现清晰监控。目前各公司采用的开发方式比较依赖于SENSOR、ISP、SOC芯片自身的性能，采用这种方式大多数厂家都能实现相似的图像质量，同质化将越来越严重，而缺少自主图像处理的实力。而拥有核心的图像处理优势的品牌，将逐渐得到市场的品牌认可，从而占领市场的领先地位。另外，市场上摄像机常用的降噪功能都出现空域降噪带来的边缘模糊及三维降噪带来的严重拖影问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于灰度差值的数字视频降噪系统，旨在解决空域降噪带来的边缘模糊及降低三维降噪带来的运动拖影现象。本发明提供一种基于灰度差值数字视频降噪方法，所述方法包括以下步骤:第一降噪步骤:执行时域递归滤波进行降噪，生成降噪帧；缓存步骤:对产生的降噪帧进行缓存；取出步骤:从帧缓存器里面同时取出若干帧数字视频；第二降噪步骤:对所述取出的若干帧数字视频逐像素对齐输入时域双边滤波器进行降噪；输出步骤:输出降噪后的视频数据。本发明还提供一种基于灰度差值数字视频降噪系统，所述系统包括:时域递归滤波器，所述时域递归滤波器将当前输入的含噪视频帧与来自缓存的先前经过降噪处理的视频帧执行时域递归滤波，生成降噪帧；图像帧缓存器，所述帧缓存器对产生的所述降噪帧进行缓存；时域双边滤波器，所述时域双边滤波器从所述帧缓存器里面同时取出若干帧数字视频，对输入的所述若干帧数字视频逐像素对齐后进行降噪，并输出降噪后的视频数据。
本发明的有益效果是借助双边滤波思想设计递归滤波的系数集合，用时域降噪替代空域降噪，在取得比空域降噪效果好的同时几乎不产生运动拖影，而且几乎没有引入空域降噪带来的边缘模糊问题；在时域引入空域双边滤波设计思想，只在时间轴上进行视频帧滤波，在降低了运动拖影的同时取得良好的降噪效果。
图1是本发明的数字视频降噪系统；图2是时域递归滤波的示意性框图；图3是K系数滤波器的原理框图；图4是时域双边滤波的原理框图。
具体实施例方式以下结合说明书附图详细说明本发明的具体实施方式
。本发明提供了一种基于灰度差值的数字视频降噪方法，所述方法包括以下步骤:步骤1，对输入数字视频帧执行时域递归降噪，生成降噪帧；步骤2，对步骤I产生的降噪帧进行缓存，经过此步骤之后，视频帧缓存空间里面存放的均是经过步骤I产生的降噪帧；步骤3，从步骤2的帧缓存空间里面同时取出若干帧数字视频；
步骤4，步骤3中取出的若干帧数字视频数据逐像素对齐输入到时域双边滤波器，视频数据经过此步骤滤波降噪之后完成了整个降噪流程，直接输出视频数据。上述步骤I中的时域递归滤波参与降噪只需两帧视频数据:一帧是当前输入的含噪视频帧，另一帧是来自缓存的先前经过降噪处理的视频帧。时域递归滤波是美国哥伦比亚广播公司(CBS)实验室于1971年提出的，其用于降低动态图像的随机噪声，改善图像质量，提高信噪比具有良好的效果。其数学表达式为:Γ !=I^K(I1-10)其中=Itl表示经过滤波的先前帧；^表示当前含噪图像帧，Γ I表示滤波过后的当前图像帧，K表示滤波器系数，范围为K e (O, I) O就时域递归滤波算法而言，关键在于如何确定滤波算法中的系数K，系数的选择对于滤波的效果有显著的影响。借助双边滤波器的设计思想，本发明设计出基于Il1-1cJ大小的K系数集合，SPI1-1o越大，说明两帧数据的关联性比较小，那么相应的K系数就越小，反之，K系数越大。
实施了这样的K系数之后，递归滤波器具有了自适应的功能，能自动根据Ii1-1ciI (即运动量)的大小实施相应的滤波程度，对于快速场景，滤波强度低，对于低速场景，滤波强度大。在实时视频流降噪中取得了良好的滤波效果。下面给出K系数的参考设计公式:
权利要求
1.一种基于灰度差值数字视频降噪方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤: 1)第一降噪步骤:执行时域递归滤波进行降噪，生成降噪帧； 2)缓存步骤:对产生的降噪帧进行缓存； 3)取出步骤:从帧缓存器里面同时取出若干帧数字视频； 4)第二降噪步骤:对所述取出的若干帧数字视频逐像素对齐输入时域双边滤波器进行降噪； 5)输出步骤:输出经步骤4)降噪后的视频数据。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤I)中时域递归滤波参与降噪只需两帧视频数据:一帧是当前输入的含噪视频帧，另一帧是来自缓存的先前经过降噪处理的视频帧。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在步骤I)中对于快速场景，滤波强度低；对于低速场景，滤波强度大。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤4)中的时域双边滤波中参与滤波的像素是相邻所述若干帧图像在同一物理位置上的像素点，不同时间出现的若干个像素点输入到双边滤波器中进行自适应滤波。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述若干帧为5帧或5帧以上的视频图像。
6.一种基于灰度差值数字视频降噪系统，其特征在于，所述系统包括: 时域递归滤波器，所述时域递归滤波器将当前输入的含噪视频帧与来自缓存的先前经过降噪处理的视频帧执行时域递归滤波，生成降噪帧； 图像帧缓存器，所述帧缓存器对产生的所述降噪帧进行缓存； 时域双边滤波器，所述时域双边滤波器从所述帧缓存器里面同时取出若干帧数字视频，对输入的所述若干帧数字视频逐像素对齐后进行降噪，并输出降噪后的视频数据。
7.根据权利要求6所述的降噪系统，其特征在于，在所述时域双边滤波器中参与滤波的像素是相邻所述若干帧图像在同一物理位置上的像素点。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述若干帧为5帧或5帧以上的视频图像。
全文摘要
本发明提供一种基于灰度差值数字视频降噪方法及系统，时域递归滤波器执行时域递归滤波，生成降噪帧；帧缓存器对产生的所述降噪帧进行缓存；时域双边滤波器从所述帧缓存器里面同时取出若干帧数字视频，对输入的所述若干帧数字视频逐像素对齐后进行降噪，并输出降噪后的视频数据。本发明的有益效果是借助双边滤波思想设计递归滤波的系数集合，用时域降噪替代空域降噪，在取得比空域降噪效果好的同时几乎不产生运动拖影，而且没有引入空域降噪带来的边缘模糊问题；在时域引入空域双边滤波设计思想，只在时间轴上进行视频帧滤波，在降低了运动拖影的同时取得良好的降噪效果。
文档编号H04N5/21GK103108109SQ20131003631
公开日2013年5月15日 申请日期2013年1月31日 优先权日2013年1月31日
发明者刘付辉生, 李保霖, 张艳玲 申请人:深圳英飞拓科技股份有限公司