[发明专利]视频信号处理的噪声估计与降低装置

说明书

本发明涉及视频信号处理的降噪方法与压缩装置，尤其是用在视频信号编码过程中的降噪设备。

在当前图像可以从其相邻图像预测出来时，对视频信号压缩的预编码效果最好。但当原始图像中含有噪声时，准确预测变得非常困难，而且或者是压缩效率降低，或者再现图像质量下降，或者两者兼而有之。因此在视频信号被压缩以前必须降低其中的噪声信号。

图1表示了现有的图像预编码系统，其中单元12-22形成了实际的预编码，我们将稍后进行描述。在这类现有技术系统中，典型的降噪装置包括在视频信号被压缩前对其进行预处理的递归降噪滤波器。之所以采用场或帧递归滤波器，是因为它们能有效地降低活动信号带宽内的噪声分量。然而为了取得显著的降噪效果而不给活动图像带来不必要的拖尾现象，这样的滤波器还需有很强的记忆能力和需要相当完善的处理电路。

本发明的目的是为预编码系统提供一种需要最少额外硬件的高效噪声滤除装置和方法。

本发明降低视频信号处理和压缩中的噪声。视频信号压缩装置包括用于产生表示视频信号当前帧的实际像素值与预测值之间的像素差值的余数的电路。一个非线性处理器对较小幅度余数比对较大幅度余数衰减更大，并负责噪声估计。处理过的余数变换后作为压缩过的视频数据输出。

本发明的特征之一是公开了非线性处理在噪声估计和噪声衰减及降低图像失真中的作用。

本发明的另一特征是公开了噪声估计功能。

图1是现有技术的DPCM压缩装置的方框图；

图2和图4是包含了本发明的降噪装置的另一种压缩装置的方框图；

图3和图5是图2和图4的降噪装置中用到的非线性传输函数的示意图；

图6和图7是图2和图4的降噪装置中用到的本发明的非线性传输函数的示意图。

下面对本发明进行说明，类似于国际标准组织中的活动图像专家组(MPEG)所建立的标准中描述的视频压缩。在MPEG协议中，运动补偿预编码既需要帧内编码又要帧间编码。即每个第N帧是帧内编码的，以确保有规律的短暂信号刷新。根据前面的帧以后续帧中的压缩数据对插入帧进行帧间编码或DPCM预编码。帧内编码的帧被称为I帧，帧间编码的帧根据它们仅是前向预测还是前后双向预测而分别被称为P帧或B帧。预编码过程包括把各个图像分成小区域和在相邻图像中寻找相同或几乎相同的图像区域。相邻图像中区域的位置和当前图像的区域与相邻图像中对应的相同或几乎相同的图像区域的差值被编码进行传送。注意到如果对应的区域实际上是相同的，那么所有的差值为零并且一个区域可以简单地编码为一个识别对应区域位置的矢量和一个表示所有差值为零的代码。因此已压缩的相同或几乎相同的图像只需很少的码字就可以实现。另一方面，如果图像中含有可估计的噪声，则帧与帧之间图像区域的相关性将恶化，伴随残余数据的增加，以及带来压缩码字的相应增加。

在图1中，例如说摄相机产生的视频信号被送到递归降噪单元10，它用来调节被压缩的视频信号。该装置的其余配置都是公知的，因而仅进行一般的描述。I帧像素数据从降噪单元10通过减法器12不经改变被送到编码器15。编码器15对像素数据(以8×8的像素块)进行离散余弦变换DCT产生DCT系数。这些系数量化后控制数据速率并被以预定序列排序，该预定序列汇集大多数赋零值的系数以进行有效的行程编码。编码器然后对系数进行行程和统计上的编码。编码后像素表示数据被送到格式器19，根据选择的压缩协议，比如MPEG2，格式器将指示相应块在一帧中的源位置、编码类型、(I、P、B)、帧号及时标等的信息附加上去。从格式器出来的数据被送到传输处理器20，它将格式化后的数据分割成特定位数的有效负载包，产生跟踪对应有效负载的标识符和同步信息，生成错误纠正/检测码，将所有后者附在各有效负载包后形成传输包。传输包被送到合适的调制解调器22上进行传送。