一种自适应视频空域去噪方法及装置的制造方法
【专利摘要】本发明实施例提供一种自适应视频空域去噪的方法，通过获取当前帧与其相邻帧前一中相同位置处的每个像素点的像素值从而计算所述当前像素点的噪声强度；分别获取所述当前帧中所述当前像素点上下左右四侧的相邻像素点的像素值，根据所述噪声强度、所述当前像素点的像素值以及所述上下左右四侧的相邻像素点的像素值计算所述当前像素点以及所述上下左右四侧的相邻像素点的去噪权重，利用加权求平均求得的值代替所述当前像素点的像素值从而实现对所述当前像素点的自适应空域去噪，在去噪的同时最大程度的保留了画面的细节。
【专利说明】
一种自适应视频空域去噪方法及装置
技术领域
[0001] 本发明实施例涉及视频技术领域，尤其涉及一种自适应视频空域去噪方法的方法 及装置。
【背景技术】
[0002] 随着数字视频应用的迅猛发展，在数字视频系统中，视频的采集、传输、编码、解码 等过程会不可避免地引入各种噪声，噪声的存在不但严重影响了视频主观视觉质量，而且 会影响视频的后续处理，例如编码、转码等。因此，伴随着数字视频的广泛应用，迫切需要有 高效的视频去噪方法。
[0003] 视频的去噪方法基本上可以分为时间域去噪、空间域去噪和时间域加空间域去噪 等类型。目前的去噪方法大多需要预先设置好去噪强度，之后对视频的每个像素点按照设 置好的相同的去噪强度进行去噪处理。这样处理对于有噪声的视频能够达到去噪效果，但 对于噪声强度发生变化或者没有噪声的视频，处理后的视频帧内的细节将大大损失。因此， 寻找一种能够根据视频帧噪声强度自动调节去噪强度的去噪方法是十分必要的。
[0004] 本发明提出了一种自适应空域视频去噪方法，能够根据视频帧内每个像素点的噪 声强度自动设置去噪强度完成去噪。该方法在保证对噪声像素点有效去噪的同时，避免了 对没有噪声像素点视频造成的细节损失。
【发明内容】
[0005] 本发明实施例提供一种自适应视频空域去噪方法及装置，用以根据视频帧内每个 像素点的噪声强度动态调节去噪强度完成去噪处理。
[0006] 本发明实施例提供一种自适应视频空域去噪方法，包括：
[0007] 分别获取当前帧与其相邻前一帧中相同位置处的所有像素点的像素值并对获取 到的像素值进行归一化处理；
[0008] 根据归一化处理后的所述当前帧中的当前像素点的像素值及所述相邻前一帧中 的与所述当前像素点位置相同的像素点的像素值来计算所述当前像素点的噪声强度；
[0009] 分别获取所述当前帧中所述当前像素点上下左右四侧的相邻像素点的像素值；
[0010] 根据所述噪声强度、所述当前像素点的像素值以及所述上下左右四侧的相邻像素 点的像素值对所述当前像素点进行自适应空域去噪。
[0011] 本发明实施例提供一种自适应视频空域去噪装置，包括：
[0012] 像素值获取模块：用于分别获取当前帧与其相邻帧中相同位置处的每个像素点的 像素值，还用于分别获取所述当前帧中所述当前像素点上下左右四侧的相邻像素点的像素 值；
[0013] 归一化处理模块：用于对获取到的所述当前帧与所述相邻前一帧中相同位置处的 每个像素点的像素值进行归一化处理；
[0014] 噪声强度计算模块：用于将所述像素值获取模块获取到的所述当前帧与所述相邻 前一帧中相同位置处的每个像素点的像素值进行归一化处理，还用于根据所述当前帧中的 当前像素点的像素值及所述相邻前一帧中的与所述当前像素点位置相同的像素点的像素 值来计算所述当前像素点的噪声强度；
[0015] 自适应空域去噪模块：用于根据所述噪声强度、所述当前像素点的像素值以及所 述上下左右四侧的相邻像素点的像素值对所述当前像素点进行自适应空域去噪。
[0016] 本发明实施例提供的自适应视频空域去噪方法及装置，能够根据视频帧内每个像 素点的噪声强度动态调节去噪强度完成去噪处理。对于噪声强度变化或者没有噪声的视频 帧，本发明能够自适应地通过噪声强度进行判断，从而在保证对有噪声的视频帧进行有效 去噪的同时，避免了对没有噪声的视频帧造成的细节损失。
【附图说明】
[0017] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发 明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根 据这些附图获得其他的附图。
[0018] 图1是本发明实施例一的流程图；
[0019] 图2是本发明实施例的相邻前一帧与当前帧相同位置处像素点的示意图；
[0020] 图3是本发明实施例二的流程图；
[0021] 图4是本发明实施例的相邻两帧之间相同位置像素点的像素值差值对应的噪声 强度函数示意图；
[0022] 图5是本发明实施例三的流程图；
[0023] 图6是本发明实施例的当前像素点与其上下左右四侧的像素点的示意图；
[0024] 图7是本发明实施例四的装置结构图。
【具体实施方式】
[0025] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例 中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是 本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员 在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0026] 实施例一
[0027] 如图1所示，本发明的自适应视频去噪方法主要包括以下步骤：
[0028] 步骤101 :分别获取当前帧与其相邻前一帧中相同位置处的所有像素点的像素 值；
[0029] 如图2示，所述当前帧中的像素点为P (i，j)，所述相邻前一帧中相同位置处的像 素点为P'（i，j)，i，j是像素点在所在帧内的坐标，本步骤中的获取对视频帧内的所有像素 点均遍历执行。
[0030] 步骤102 :对获取到的所述当前帧与其相邻帧中相同位置处的每个像素点的像素 值进行归一化处理；
[0031] 步骤103 :根据归一化处理后的所述当前帧中的当前像素点的像素值及所述相邻 前一帧中的与所述当前像素点的位置相同的像素点的像素值来计算所述当前像素点的噪 声强度；
[0032] 步骤104 :分别获取所述当前帧中所述当前像素点上下左右四侧的相邻像素点的 像素值；
[0033] 步骤105 :根据所述噪声强度、所述当前像素点的像素值以及所述上下左右四侧 的相邻像素点的像素值对所述当前像素点进行自适应空域去噪。
[0034] 实施例二
[0035] 如图3所示，根据归一化处理后的所述当前帧中的当前像素点的像素值及归一化 处理后的所述相邻前一帧中的与所述当前像素点的位置相同的像素点的像素值来计算所 述当前像素点的噪声强度，进一步包括如下步骤：
[0036] 步骤201 :对获取到的像素值进行归一化处理；
[0037] 归一化是一种简化计算的方式，即将有量纲的表达式，经过变换，化为无量纲的表 达式，成为标量。本步骤中，对获取到的像素值P(i，j)进行归一化处理，使得〇 < P < 1。
[0038] 归一化计算的具体公式如下：
[0039]
公式 1
[0040] 公式1中，V(i，j)是归一化计算的结果，P(i，j)是每个当前像素点的像素值，255 是像素值的最大值，〇是像素值的最小值。
[0041] 步骤202 :计算归一化处理后的所述当前像素点与归一化处理后的所述相邻前一 帧中的与所述当前像素点位置相同的像素点的像素值的差值的绝对值。
[0042] 视频中的噪声出现是随机的，即噪声出现的位置在前后相邻两视频帧之间是随机 的。在没有噪声且画面无切换的情况下，相邻两帧相同位置处的每个像素点的像素值变化 不大。因此前后相邻两视频帧相同位置的像素值差值的绝对值与噪声强度之间存在一定的 对应关系。
[0043] 步骤 203 :使用公式 L(i，j) = (m*(l-|V，（i，j)_V(i，j) |))n*|V'（i，j)_V(i，j) 计算所述当前像素点的噪声强度，其中V(i，j)是归一化处理后的所述当前像素点的像素 值，V'（i，j)是归一化处理后的所述相邻前一帧中的与所述当前像素点位置相同的像素点 的像素值，m和η是常数且均为经验值，根据去噪程度进行预先设置。
[0044] 噪声强度的计算方法如公式2所示：
[0045] L (i，j) = (m* (I-1V'（i，j) -V (i，j) I))n* IV'（i，j) -V (i，j) I 公式 2
[0046] 公式2中，L(i，j)是所述噪声强度，V'和V代表的是两个二维矩阵，V'是前一视 频帧上的所有像素点的归一化像素值，V是当前视频帧上的所有像素点的归一化像素值，其 中，m、η为常数，均为经验值，根据去噪程度进行调整，经测试研究，η的取值范围在0. 80~ 0. 99之间时，自适应的去噪效果最优。
[0047] 如图4的示意，所述像素值的差值的绝对值与所述噪声强度近似成高斯分布，当 所述像素值的差值的绝对值小于第一阈值或所述像素值的差值的绝对值大于第二阈值时， 通过公式1计算出的所述噪声强度近似为零，说明当前像素点不是噪声且当前视频帧和前 一视频帧之间无画面切换，其中，所述第一阈值小于第二阈值。
[0048] 实施例三
[0049] 如图5所示，分别获取所述当前帧中所述当前像素点上下左右四侧的相邻像素点 的像素值，根据所述噪声强度、所述当前像素点的像素值以及所述上下左右四侧的相邻像 素点的像素值对所述当前像素点进行自适应空域去噪，进一步包括如下步骤：
[0050] 步骤301 :分别获取所述当前帧中所述当前像素点上下左右四侧的相邻像素点的 像素值。
[0051] 如图6所示，所述当前像素点像素值为P(i，j)，左侧相邻的像素点的像素值 为P(i_l，j)，右侧相邻的像素点的像素值为P(i+1，j)，上侧相邻的像素点的像素值为 P (i，j-Ι)，下侧相邻的像素点的像素值为P (i，j+Ι)。
[0052] 步骤302 :根据公式Wm= x+y*L(i, j)计算所述当前像素点的去噪权重，其中X和 y是经验值，根据所述当前像素点的所述噪声强度进行调整。
[0053] 所述当前像素点的去噪权重的计算方法如公式3所示：
[0054] Wm= x+y*L(i, j) 公式 3
[0055] 公式3中，Wni是当前像素点的去噪权重，x，y是经验值且根据所述噪声强度进行设 置。当所述噪声强度L(i，j)大于某一特定的阈值时，通过减小x，y来减小所述当前像素点 的所述去噪权重，从而减小噪声点的去噪权重以达到较好的去噪效果。
[0056] 步骤303 :根据所述当前像素点的像素值分别与所述上下左右四侧的相邻像素点 的像素值计算所述上下左右四侧的相邻像素点的去噪权重。
[0057] 所述上下左右四侧的相邻像素点的去噪权重以公式4进行计算，公式4如下所 示：
[0058]
公式 4
[0059] 公式4是正态分布的变形，fx是正态分布函数，X是随机变量，σ为正态分布标准 差。本发明中，以所述当前像素点的像素值与所述上下左右四侧的相邻像素点的像素值的 差值为随机变量X，根据预设的标准差σ进行计算。具体计算方法如以下公式所示：
[0060]
[0061]
[0062]
[0063]
[0064]
[0065]
[0066]
[0067]
[0068] 公式4中，Xl、\、xt、知分别是所述当前像素点的像素值与所述上下左右四侧的相 邻像素点的像素值的差值，W1是所述左侧相邻的像素点的去噪权重，W1^是所述右侧相邻的 像素点的去噪权重，W t是所述上侧相邻的像素点的去噪权重，Wb是所述下侧相邻的像素点 的去噪权重，σ是预设的标准差，一般取σ = 15。
[0069] 步骤304 :根据所述当前像素点的像素值、当前像素点的去噪权重、所述上下左右 四侧的相邻像素点的像素值、相邻像素点的去噪权重进行加权求平均得到平均值，以所述 平均值代替所述当前像素点的像素值。
[0070] 所述当前像素点的去噪权重乘以所述当前像素点的像素值，再加所述上下左右四 侧的相邻像素点的去噪权重乘以所述上下左右四侧的相邻像素点的像素值作为加权求和 结果，以所述当前像素点的去噪权重与所述上下左右四侧的相邻像素点的去噪权重的和作 为所述加权求平均的基数，以所述加权求和结果除以所述基数得到所述加权求平均的结果 来代替所述当前像素点的像素值。
[0071] 加权求平均的具体计算如下公式所示：
[0072] N(i，j) = [wm*P(i，jO+wfPQ-l，j)+wr*P(i+l，j)+wt*P(i，j_l)+w b*P(i，j+1)]/ (WWO 公式6
[0073] 公式6中，N(i，j)是加权求平均得到的平均值，用N(i，j)来代替所述当前像素点 的像素值。本步骤对每一当前视频帧上的所有噪声点均遍历执行，此处不赘述。
[0074] 本发明通过对视频帧噪声强度的计算能够实现去噪强度的自适应调节，从而对于 噪声强度变化或者没有噪声的视频能够保留其帧内细节，更利于提升视频的质量以及观众 的观看体验。
[0075] 实施例四
[0076] 如图7所示，本发明涉及到的一种自适应空域视频去噪装置，包括像素值获取模 块701、归一化处理模块702、噪声强度计算模块703、自适应空域去噪模块704、权重计算模 块 705。
[0077] 像素值获取模块701用于分别获取当前帧与其相邻帧中相同位置处的每个像素 点的像素值，还用于分别获取所述当前帧中所述当前像素点上下左右四侧的相邻像素点的 像素值；
[0078] 归一化处理模块702 :用于对获取到的所述当前帧与所述相邻前一帧中相同位置 处的每个像素点的像素值进行归一化处理；
[0079] 噪声强度计算模块703用于根据归一化处理后的所述当前帧中的当前像素点的 像素值及所述相邻前一帧中的与所述当前像素点位置相同的像素点的像素值来计算所述 当前像素点的噪声强度；
[0080] 自适应空域去噪模块704用于根据所述噪声强度、所述当前像素点的像素值以及 所述上下左右四侧的相邻像素点的像素值对所述当前像素点进行自适应空域去噪。
[0081] 所述噪声强度计算模块703进一步用于计算归一化处理后的所述当前像素点与 归一化处理后的所述相邻前一帧中的与所述当前像素点位置相同的像素点的像素值的差 值的绝对值，根据如下公式 L(i，j) = (m*(l-|V'（i，j)-V(i，j) |)n*|V'（i，j)-V(i，j) I 计 算所述当前像素点的噪声强度，其中V(i，j)是归一化处理后的所述当前像素点的像素值， V'（i，j)是归一化处理后的所述相邻前一帧中的与所述当前像素点位置相同的像素点的像 素值，m和η是常数且均为经验值，根据去噪程度进行预先设置。
[0082] 所述自适应空域去噪模块704进一步用于根据所述当前像素点的像素值、当前像 素点的去噪权重、所述上下左右四侧的相邻像素点的像素值、上下左右四侧的相邻像素点 的去噪权重进行加权求平均得到平均值，以所述平均值代替所述当前像素点的像素值。
[0083] 所述自适应空域去噪模704块进一步包括权重计算模块705,所述权重计算模块 704用于计算所诉当前像素点的去噪权重与所述上下左右四侧相邻的像素点的去噪权重， 根据公式W m= x+y*L(i, j)计算所述当前像素点的去噪权重，其中X和y是经验值，根据所 述当前像素点的所述噪声强度进行调整；
[0084] 所述权重计算模块705进一步用于根据所述当前像素点的像素值分别与所述上 下左右四侧的相邻像素点的像素值计算所述上下左右四侧的相邻像素点的去噪权重。
[0085] 应用实例
[0086] 本实施例将结合实际应用场景来进一步阐述本发明。
[0087] 首先分别获取当前帧与其相邻帧中相同位置处的每个像素点的像素值， 本实施例中假设所述当前帧中的所述当前像素值为P(i，j) = 50,归一化值为
中相同位置处的像素点的像素值为P'（i，j)=
[0088] 根据获取到的像素值利用公式1计算所述当前像素点的噪声强度，本实施例中， 预设 m = 2, η = 0· 9,则
[0089] L(i,j) = (2* (I-1 0. 235-0. 196 |))α9* | 0. 235-0. 196 | ^ 0. 070〇
[0090] 分别获取所述当前帧中所述当前像素点上下左右四侧的相邻像素点的像素值，本 实施例中，假设获取到的所述当前帧中所述当前像素点上下左右四侧的相邻像素点的像素 值分别如下：p(i，j-ι) = 60，p(i，j+1) = 60，p(i-l，j) = 60P(i+l，j) = 60。
[0091] 根据公式3计算所述当前像素点的去噪权重，本实施例中常数X = 2,常数y = 6， Wn= 2+6*L(i, j) = 2+6*0. 07 = 2. 420〇
[0092] 根据公式5计算以所述上下左右四侧的相邻像素点的去噪权重，本实施例中〇 = 15,取 e = 2. 71828 :
[0093]
[0094]
[0095]
[0096]
[0097] 根据公式6进行加权求平均得到平均值，以所述平均值代替所述当前像素点的像 素值：
[0098] N(i，j) = (50*2. 420+60*0. 801+60*0. 801+60*0. 801+60*0. 801)/(2. 420+0. 801+ 0. 801+0. 801+0. 801)~56。
[0099] 用计算出的56作为新的像素值代替获取到的所述当前像素点的像素值，与替换 前的像素值50相比，通过去噪处理得到的像素值56更接近所述当前帧中所述当前像素点 上下左右四侧的相邻像素点的像素值。
[0100] 以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，可以根据实际的需要选择其中的部分 或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的 情况下，即可以理解并实施。
[0101] 通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可 借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上 述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该 计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如R0M/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指 令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行各个实施 例或者实施例的某些部分所述的方法。
[0102] 最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽 管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然 可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替 换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精 神和范围。
【主权项】
1. 一种自适应视频空域去噪方法，其特征在于，包括： 分别获取当前帖与其相邻前一帖中相同位置处的所有像素点的像素值并对获取到的 像素值进行归一化处理； 根据归一化处理后的所述当前帖中的当前像素点的像素值及所述相邻前一帖中的与 所述当前像素点位置相同的像素点的像素值来计算所述当前像素点的噪声强度； 分别获取所述当前帖中所述当前像素点上下左右四侧的相邻像素点的像素值； 根据所述噪声强度、所述当前像素点的像素值W及所述上下左右四侧的相邻像素点的 像素值对所述当前像素点进行自适应空域去噪。2. 根据权利要求1所述的自适应空域视频去噪方法，其特征在于，计算所述当前像素 点的噪声强度，进一步包括： 使用如下公式 L(i，j) = (m*(l-|V'（i，j)-V(i，j) |))n*|V'（i，j)-V(i，j) I 计算所述 当前像素点的噪声强度，其中V(i，j)是归一化处理后的所述当前像素点的像素值，V' (i， j)是归一化处理后的所述相邻前一帖中的与所述当前像素点位置相同的像素点的像素值， m和n是常数且均为经验值，根据去噪程度进行预先设置。3. 根据权利要求1所述的自适应空域视频去噪方法，其特征在于， 根据所述当前像素点的像素值、当前像素点的去噪权重、所述上下左右四侧的相邻像 素点的像素值、上下左右四侧的相邻像素点的去噪权重进行加权求平均得到平均值，W所 述平均值代替所述当前像素点的像素值。4. 根据权利要求3所述的自适应空域视频去噪方法，其特征在于， 根据公式Wm= x+y礼(i，j)计算所述当前像素点的去噪权重，其中X和y是经验值，当 所述噪声强度L(i，j)大于某一特定的阔值时，通过减小X和y减小所述当前像素点的去噪 权重。5. 根据权利要求3所述的自适应空域视频去噪方法，其特征在于， 所述上下左右四侧的相邻像素点的去噪权重W公式怎=进行计算，其中，W所述 上下左右四侧的相邻像素点的像素值与所述当前像素点的像素值的差值为随机变量X，O 是预设的标准差。6. -种自适应视频空域去噪装置，其特征在于，包括W下模块： 像素值获取模块，用于分别获取当前帖与其相邻帖中相同位置处的每个像素点的像素 值，还用于分别获取所述当前帖中所述当前像素点上下左右四侧的相邻像素点的像素值； 归一化处理模块，用于对获取到的所述当前帖与所述相邻前一帖中相同位置处的每个 像素点的像素值进行归一化处理； 噪声强度计算模块，用于将所述像素值获取模块获取到的所述当前帖与所述相邻前一 帖中相同位置处的每个像素点的像素值进行归一化处理，还用于根据所述当前帖中的当前 像素点的像素值及所述相邻前一帖中的与所述当前像素点位置相同的像素点的像素值来 计算所述当前像素点的噪声强度； 自适应空域去噪模块，用于根据所述噪声强度、所述当前像素点的像素值W及所述上 下左右四侧的相邻像素点的像素值对所述当前像素点进行自适应空域去噪。7. 根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述噪声强度计算模块进一步用于： 根据如下公式 L(i，j) = (m*(l-|V'（i，j)-V(i，j) |))n*|V'（i，j)-V(i，j) I 计算所述 当前像素点的噪声强度，其中V(i，j)是归一化处理后的所述当前像素点的像素值，V' (i， j)是归一化处理后的所述相邻前一帖中的与所述当前像素点位置相同的像素点的像素值， m和n是常数且均为经验值，根据去噪程度进行预先设置。8. 根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述自适应空域去噪模块进一步用于： 根据所述当前像素点的像素值、当前像素点的去噪权重、所述上下左右四侧的相邻像 素点的像素值、上下左右四侧的相邻像素点的去噪权重进行加权求平均得到平均值，W所 述平均值代替所述当前像素点的像素值。9. 根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述自适应空域去噪模块进一步包括权 重计算模块，所述权重计算模块用于计算所述当前像素点的去噪权重与所述上下左右四侧 相邻的像素点的去噪权重，根据公式Wm= x+y礼(i，j)计算所述当前像素点的去噪权重，其 中X和y是经验值，通过减小X和y减小所述当前像素点的去噪权重。10. 根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述权重计算模块进一步用于根据所 述当前像素点的像素值分别与所述上下左右四侧的相邻像素点的像素值计算所述上下 左右四侧的相邻像素点的去噪权重，所述上下左右四侧的相邻像素点的去噪权重W公式 点=进行计算，W所述当前像素点的像素值与所述上下左右四侧的相邻像素点的像素 值的差值为随机变量X，O是预设的标准差。
【文档编号】H04N5/21GK105915761SQ201510440941
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2015年7月24日
【发明人】刘阳, 魏伟, 白茂生, 蔡砚刚, 李兴玉
【申请人】乐视云计算有限公司