[发明专利]模拟胶片颗粒噪声的方法和装置

说明书

技术领域

本发明通常涉及信号处理，特别涉及视频信号的噪声模拟。更 进一步，本发明涉及视频信号的胶片颗粒噪声(film grain noise)的模拟以 及将模拟的胶片颗粒噪声应用到视频信号中。

发明背景

胶片是一种用来拍摄记录静止照片和电影的介质。例如，电影 公司将电影制作在胶片上，而个人可以制作家庭电影，尽管由于家庭摄像 机的日益普及而出现下降趋势。胶片的使用会导致在重放期间出现胶片颗 粒噪声，所以胶片颗粒噪声已经成为使用胶片的电影图像的一个特征。在 视觉上，观众不仅能够通过胶片颗粒噪声的存在而辨认出胶片，而且能够 区分出真正的胶片电影和其它后期胶片编辑或人工效果，如胶片效果、电 脑动画、动画制作和合成场面。

然而，胶片颗粒噪声经常就消失了，例如，它可以通过诸如压 缩和编码/解码的视频处理方法被过滤掉。而且，数码相机已被广泛应用， 人们可以将视频制作在存储器内而不是胶片上，所以在数字视频上根本不 存在胶片颗粒噪声。观看没有胶片颗粒噪声的视频，人们会有这样的感觉： 尽管显示的图像非常清晰，但是人造且不自然的。所以，为了保持视频的 高逼真度，人们期望将胶片颗粒噪声添加回到视频。

为了恢复视频图像上的胶片颗粒噪声，期望能够模拟出胶片颗 粒噪声。

发明概述

本发明的一个目是模拟胶片颗粒噪声。胶片颗粒噪声包括诸如 信号依赖性、颗粒噪声功率和模式的特征。这些特征是用来模拟的几个方 面。除胶片颗粒噪声之外，本发明还被用来模拟任何具有本发明说明书里 披露的类似特征的噪声。一种产生数字视频胶片颗粒噪声的方法，包括： 获取数字源视频；产生数字视频胶片颗粒噪声到数字源视频内；和产生加 入有所述数字视频胶片颗粒噪声的数字输出视频；其中在获取数字源视频 之后，选择一个或多个噪声函数；和估计一个或多个信号依赖噪声模型参 数。其中：在一个视频里对不同的帧选择不同的噪声函数，从而逐帧获取 不同的噪声特征，对每一帧都估计噪声函数参数以对应每个噪声函数；或对 相同场景的帧使用相同的噪声函数和相同的相应噪声函数参数；或对帧的 每个色彩空间都执行噪声函数选择和噪声函数参数估计。

根据胶片颗粒噪声的一个特征，信号依赖性，即在胶片上每帧 (或被称为图像)的亮区(高亮度区)或暗区(低亮度区)通常具有不同 于中亮度区的噪声功率特征。例如，对于YCbCr色彩空间而言，在Y分 量上，胶片颗粒噪声在亮区或暗区比中亮度区具有更低的噪声功率。但是， 在Cr和Cb分量上，亮区或暗区上比中亮度区有更高的噪声功率。对RGB 色彩空间而言，在每个R、G、B分量，亮区或暗区上比中亮度区具有更 低的噪声功率。所以，本发明的另一个目的是模拟信号依赖的胶片颗粒噪 声。

本发明的另一个目的是通过提供一种模拟信号依赖噪声特征 的方法来提高模拟胶片颗粒噪声的效率，不需要对每帧执行任何分割，以 便能够捕捉在一个给定帧上不同区的噪声特征。

本发明的另一个目的是通过减少估计的模型参数数量来提高 模拟胶片颗粒噪声的效率，例如，使用相同的模拟胶片颗粒噪声模型参数 用于相同场面的帧，而不是对每个帧进行参数估计。

本发明的另一个目的是通过提供多个噪声函数来增强模拟胶 片颗粒噪声的灵活性。使用的噪声函数和噪声函数参数是逐帧进行选择， 以便能够适应每帧的噪声特性。

本发明的另一个目的是模拟具有不同相关性的胶片颗粒噪声， 例如，空间相关性、色间相关性。

本发明的另一个目的是通过减少噪声模拟的自回归模型参数 的数量来进一步提高效率，从而使得从编码器传输到解码器的自回归模型 参数数目减少。

本发明的另一个目的是提高模拟胶片颗粒噪声的效率，因为仅 有噪声函数标识符、噪声函数参数和自回归模型参数需要从编码器传输到 解码器。结果，能够极大地减少有效负荷。

本发明的另一个目的是提供一种模拟胶片颗粒噪声并将胶片 颗粒噪声添加到视频的方法。