一种空时域联合噪声估计系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及视频图像处理技术领域，特别设及视频图像噪声估计技术，具体是指 一种空时域联合的噪声估计系统。
【背景技术】
[0002] 视频图像噪声估计是视频降噪处理的前提。现有噪声估计主要分为3类；空域噪 声估计、时域噪声估计、简单的空时域联合噪声估计；3类噪声估计均有不足之处，造成噪 声估计准确度不能满足需求，其中空域噪声估计，缺点是不能区分是真实噪声还是原图的 高频信息；时域噪声估计，缺点是不能区分是真实噪声还是原图的运动信息；简单的空时 域联合噪声估计，没有针对特殊运动（如缩放运动，全局运动）和场景切换的噪声估计方 法。
【发明内容】
[0003] 针对现有噪声估计准确度不足的问题，本发明提出了一种空时域联合噪声估计系 统，提高了静止和运动的场景噪声水平估计的准确度。
[0004] 本发明提出的一种空时域联合噪声估计系统，包括运动估计模块、缩放运动检测 模块、全局运动检测模块、场景切换检测模块、时域噪声估计模块、空域噪声估计模块、融合 模块；
[0005] 运动估计模块依据前一帖和当前帖计算输出运动矢量；缩放运动检测模块依据运 动矢量计算输出缩放可信度；全局运动检测模块依据运动矢量计算输出全局可信度；场景 切换检测模块依据运动矢量计算输出场景切换可信度；
[0006] 时域噪声估计模块依据前一帖和当前帖计算输出时域噪声水平；空域噪声估计模 块依据当前帖计算输出空域噪声水平；
[0007] 融合模块依据缩放可信度、全局可信度、场景切换可信度、空域噪声水平和时域噪 声水平计算输出最终的噪声水平。
[000引本发明能够使静止和运动的场景噪声水平估计得更准确，特别是缩放运动，全局 运动，场景切换，噪声水平会估计得更准确，对后续视频图像去噪有较好的改善。
【附图说明】
[0009] 图1是空-时域噪声估计框图；
[0010] 图2是全局可信度判断曲线；
[0011] 图3是缩放运动判断区域划分示意图。
【具体实施方式】
[0012] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，W下结合具体实施例，并参照 附图，对本发明进一步详细说明。
[0013] 如图1所示，本实施例的一种空时域联合噪声估计系统，包括运动估计模块、缩放 运动检测模块、全局运动检测模块、场景切换检测模块、时域噪声估计模块、空域噪声估计 模块、融合模块；
[0014] 运动估计模块依据前一帖和当前帖计算输出运动矢量；缩放运动检测模块依据运 动矢量计算输出缩放可信度；全局运动检测模块依据运动矢量计算输出全局可信度；场景 切换检测模块依据运动矢量计算输出场景切换可信度；
[0015] 时域噪声估计模块依据前一帖和当前帖计算输出时域噪声水平；空域噪声估计模 块依据当前帖计算输出空域噪声水平；
[0016] 融合模块依据缩放可信度、全局可信度、场景切换可信度、空域噪声水平和时域噪 声水平计算输出最终的噪声水平。
[0017] 下面对分别对本实施例各模块的设计原理进行详细说明。
[001引 1、全局运动检测
[0019] 使用任何一种运动估计（如全捜索，=步捜索）得出运动矢量，运动矢量是逐像素 的运动矢量。对运动矢量进行直方图统计，则全局运动矢量应该在直方图的峰值位置上，可 根据直方图峰值运动矢量个数占总的运动矢量个数的百分比来确定是否是全局运动。设直 方图峰值位置的运动矢量个数为Cg，总的运动矢量个数为Ctotal，则a=Cg/Ctotal可表 示全局运动的确信度，0《a《1 ;设定一条曲线将全局运动的确信度过渡带变得睹峭一些， 如图2所示，预设的两个阔值T1和T2,且T2〉T1，全局可信度Gw的计算如公式（1)所示。
[0020]
【主权项】
1. 一种空时域联合噪声估计系统，其特征在于，该系统包括运动估计模块、缩放运动检 测模块、全局运动检测模块、场景切换检测模块、时域噪声估计模块、空域噪声估计模块、融 合丰吴块； 运动估计模块依据前一帧和当前帧计算输出运动矢量；缩放运动检测模块依据运动矢 量计算输出缩放可信度；全局运动检测模块依据运动矢量计算输出全局可信度；场景切换 检测模块依据运动矢量计算输出场景切换可信度； 时域噪声估计模块依据前一帧和当前帧计算输出时域噪声水平；空域噪声估计模块依 据当前帧计算输出空域噪声水平； 融合模块依据缩放可信度、全局可信度、场景切换可信度、空域噪声水平和时域噪声水 平计算输出最终的噪声水平。
2. 如权利要求1所述的一种空时域联合噪声估计系统，其特征在于，所述全局运动检 测模块输出的全局可信度Gw的公式为
其中a为全局运动的确信度，且O彡a彡1，Tl和T2为预设的两个阈值，T2>T1。
3. 如权利要求2所述的一种空时域联合噪声估计系统，其特征在于，全局运动的确信 度a的计算公式为a=Cg/Ctotal，其中Cg为运动矢量进行直方图统计后直方图峰值位置 的运动矢量个数，Ctotal为总的运动矢量个数。
4. 如权利要求1所述的一种空时域联合噪声估计系统，其特征在于，所述的缩放运动 检测模块计算缩放可信度的方法为： 将当前帧划分为中心区域C、向外一圈的四个子区域outl、最外圈的四个子区域out2， 中心区域和子区域的大小均为M*N; 计算中心区域内所有像素运动矢量水平分量绝对值的平均值meanCx和垂直分量绝对 值的平均值meanCy，公式为
其中dx(i,j)为像素（i,j)运动矢量水平分量，dy(i,j)为像素（i,j)运动矢量垂直 分量； 计算outl所有像素运动矢量水平分量绝对值的平均值meanOutlx和垂直分量绝对值 的平均值meanOutly，公式为
计算out2所有像素运动矢量水平分量绝对值的平均值meanOut2x和垂直分量绝对值 的平均值meanOut2y，公式为
依据meanCx、meanCy、meanOutlx、meanOutly、meanOut2x、meanOut2y计算缩放可信度zf，公式为
5. 如权利要求I所述的一种空时域联合噪声估计系统，其特征在于，所述的场景切换 检测模块计算场景切换可信度的方法为： 采用块匹配方法为每个块估计一个运动矢量，并计算每个块的匹配误差SAD; 统计当前帧所有块的平均SAD水平，并与前面K帧的历史平均SAD水平进行比较，判断 当前帧是否发生场景切换，如果发生了切换则场景切换可信度scf= 1，否则scf= 0。
6. 如权利要求1所述的一种空时域联合噪声估计系统，其特征在于，空域噪声估计模 块计算空域噪声水平的方法为： 将图像分为n块区域，对每个区域计算标准差，找到最小的标准差，记录对应的区域； 对原图进行高斯低通滤波，用原图减去滤波后的结果得到高频； 统计最小标准差对应块的高频，得到空域噪声水平。
7. 如权利要求1所述的一种空时域联合噪声估计系统，其特征在于，时域噪声估计模 块计算时域噪声水平的方法为： 计算当前帧中每一点与其前一帧中对应点及其周围邻域的平均绝对差异MAE;统计MAE的直方图；直方图的峰值即为时域噪声水平。
8. 如权利要求7所述的一种空时域联合噪声估计系统，其特征在于，平均绝对差异ME 的计算公式为
其中t为两帧图像间对应像素的MAE，产为当前帧，fw为前一帧，H和W分别为局部 窗的高和宽。
9. 如权利要求1~8中任一项所述的一种空时域联合噪声估计系统，其特征在于，融合 模块计算当前帧最终的噪声水平C的公式为
其中scf为场景切换可信度，SCth为场景切换可信度阈值，Ratio为空域噪声水平与时 域噪声水平的加权系数，〇SNE为空域噪声水平，〇TNE为时域噪声水平，〇 ^为前一帧的噪声 水平。
10.如权利要求9所述的一种空时域联合噪声估计系统，其特征在于，空域噪声水平与 时域噪声水平的加权系数Ratio的计算公式为Ratio=zf*Gw，其中zf为缩放可信度，Gw 为全局可信度。
【专利摘要】本发明公开了一种空时域联合的噪声估计系统，包括运动估计模块、缩放运动检测模块、全局运动检测模块、场景切换检测模块、时域噪声估计模块、空域噪声估计模块、融合模块；运动估计模块依据前一帧和当前帧计算输出运动矢量；缩放运动检测模块依据运动矢量计算输出缩放可信度；全局运动检测模块依据运动矢量计算输出全局可信度；场景切换检测模块依据运动矢量计算输出场景切换可信度；时域噪声估计模块依据前一帧和当前帧计算输出时域噪声水平；空域噪声估计模块依据当前帧计算输出空域噪声水平；融合模块依据缩放可信度、全局可信度、场景切换可信度、空域噪声水平和时域噪声水平计算输出最终的噪声水平。本发明提高了输出噪声水平的准确度。
【IPC分类】H04N5-14, H04N5-21
【公开号】CN104717402
【申请号】CN201510151665
【发明人】韩睿, 罗杨, 汤仁君, 郭若杉, 颜奉丽, 汤晓莉
【申请人】中国科学院自动化研究所
【公开日】2015年6月17日
【申请日】2015年4月1日