專利名稱：一種視頻圖像噪聲估計(jì)算法的快速實(shí)現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于數(shù)字視頻圖像處理領(lǐng)域，本發(fā)明涉及一種視頻圖像噪聲估計(jì)算法的快 速實(shí)現(xiàn)方法，尤其是涉及一種針對(duì)加性高斯白噪聲環(huán)境下基于排序的噪聲估計(jì)算法速度較 慢問題的視頻圖像噪聲估計(jì)優(yōu)化方法。
背景技術(shù)：
視頻圖像噪聲估計(jì)是視頻降噪處理的前提。加性高斯白噪聲(AWGN)是最基本的 噪聲與干擾模型，本方法就是對(duì)一種AWGN估計(jì)算法進(jìn)行優(yōu)化，進(jìn)而達(dá)到該算法的快速實(shí) 現(xiàn)。經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)的檢索發(fā)現(xiàn)，“FastMulti-Hypothesis Motion Compensated Filter for Video Denoising，，(Liwei Guo. et al, Journal of Signal Processing
Systems, 2009) 一文中介紹了如何對(duì)視頻圖像的AWGN進(jìn)行估計(jì)。具體算法為是當(dāng) 前幀噪聲的方差，視頻圖像的一幀是由平滑區(qū)域(Smooth Region)和質(zhì)地區(qū)域(Texture Region)組成。與質(zhì)地區(qū)域相比，平滑區(qū)域傾向于擁有小的像素方差值，而這個(gè)方差值主要 由噪聲決定。為了估計(jì)σ^,當(dāng)前幀被分割為相同尺寸的塊，擁有小的像素方差值的塊被認(rèn)為 是屬于平滑區(qū)域的塊。由于一個(gè)大的塊可以同時(shí)包含質(zhì)地區(qū)域和平滑區(qū)域，而一個(gè)小的塊 沒有足夠的樣本來反映這些統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，因此，塊的尺寸要仔細(xì)的設(shè)計(jì)。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于采用 Common Intermediate Format (CIF)或更高分辨率格式的視頻本文中采用16 X 16尺寸的 塊，而小一些的視頻采用8X8尺寸的塊。然后計(jì)算每個(gè)塊的像素方差值(稱為塊的方差)。 假設(shè)在當(dāng)前幀共有L個(gè)塊，按照塊的方差值選擇其中最小的c%，其中c是一個(gè)需要根據(jù)實(shí) 際圖像的大小以及噪聲等因素綜合考慮選取的因子，0<c< 100，然后計(jì)算它們的平均5υ2。 按照如下公式由廳υ2來估計(jì)當(dāng)前幀噪聲的方差(1 = a·對(duì),其中a是糾正因子，可以通 過實(shí)驗(yàn)測得:3 = 1 + 0.001(茍-40)。由于在選擇方差值最小的的塊時(shí)難免要用到相應(yīng)的排序方法，而目前常用的 排序方法，其復(fù)雜度是0(η2)或者0(nlOg2n)，無法在硬件上實(shí)現(xiàn)快速的噪聲估計(jì)。因此，這 種算法的處理方式不利于實(shí)際硬件工程實(shí)現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種視頻圖像噪聲估計(jì)算法的快速實(shí)現(xiàn)方法， 解決目前的視頻圖像噪聲估計(jì)算法中由于排序算法造成的估計(jì)時(shí)間較長無法達(dá)到快速實(shí) 現(xiàn)的問題，使得視頻圖像噪聲估計(jì)在保持原有估計(jì)算法的精度同時(shí)能夠在較短的時(shí)間內(nèi)完 成，達(dá)到視頻圖像的實(shí)時(shí)噪聲估計(jì)。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出一種視頻圖像噪聲估計(jì)算法的快速實(shí)現(xiàn)方法，包括 以下步驟A.取某一時(shí)刻的視頻幀為當(dāng)前幀，設(shè)此幀的尺寸為MXN，將當(dāng)前幀按照規(guī)定的尺
4寸分割成若干8X8大小的像素塊；B.采用8X8尺寸的滑動(dòng)窗口在當(dāng)前幀滑動(dòng)，對(duì)第一行像素塊從左向右依次用滑 動(dòng)窗口計(jì)算每個(gè)像素塊的方差值，然后計(jì)算出此行像素塊方差的均值ΠΓ;C.參照步驟B依次對(duì)其余各行像素塊進(jìn)行求方差均值的計(jì)算，得到剩余各行像素 塊的方差均值取,2彡k彡Y;D.對(duì)上述求得的Y個(gè)方差均值求平均，得到當(dāng)前幀所有像素塊方差的均值化E.確定參考閾值V，參考閾值V為根據(jù)單峰分布特性，在所有像素塊方差的均值f 應(yīng)位于1/2峰值附近時(shí)，相應(yīng)的將f乘以一個(gè)調(diào)整系數(shù)β ；F.取下一時(shí)刻的視頻幀為當(dāng)前幀，將當(dāng)前幀按照規(guī)定的尺寸分割成若干8X8大 小的像素塊，同上依次用滑動(dòng)窗口計(jì)算每個(gè)像素塊的方差值，并同時(shí)將方差值小于參考閾 值V的像素塊取出，對(duì)得到的像素塊進(jìn)行求方差均值的計(jì)算得到廳υ2 ,然后求出當(dāng)前幀噪聲 的方差(1 ,最后調(diào)整參考閾值ν ；G.重復(fù)步驟F的操作，使得按照經(jīng)過調(diào)整的參考閾值V取出的像素塊數(shù)目占總像 素塊數(shù)目的百分比收斂于c %，此時(shí)求出的(1 是穩(wěn)定的噪聲方差估計(jì)值，其中c是一個(gè)需要 根據(jù)實(shí)際圖像的大小以及噪聲等因素綜合考慮選取的因子，0 < c < 100。進(jìn)一步地，當(dāng)步驟A中當(dāng)前幀像素塊分割中如遇到不能完整分割情況時(shí)，已知當(dāng) 前幀的高和寬分別為M和N，將M和N分別除以所選擇的尺寸然后進(jìn)行向上取整運(yùn)算，得到 Y和X，Y和X分別為垂直方向和水平方向上的像素塊數(shù)目，即當(dāng)無法整除的時(shí)候，將剩余像 素點(diǎn)和相鄰像素塊的部分像素點(diǎn)拼湊在一起組成最后一行或者最后一列像素塊。進(jìn)一步地，步驟B中滑動(dòng)窗口是按照預(yù)先分割好的當(dāng)前幀進(jìn)行滑動(dòng)，即滑動(dòng)一次 就從一個(gè)像素塊移動(dòng)到鄰近的像素塊上，先按行滑動(dòng)，在滑到行尾的像素塊并完成相關(guān)計(jì) 算后，跳轉(zhuǎn)到下一行的行首繼續(xù)按行滑動(dòng)。進(jìn)一步地，步驟B中8X8滑動(dòng)窗口內(nèi)的像素塊的方差由公式 variance = ^ti^tlii^L求出，其中y代表8X8滑動(dòng)窗口的第i行第j列處像素點(diǎn)的
權(quán)利要求
1.一種視頻圖像噪聲估計(jì)算法的快速實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，包括以下步驟A.取某一時(shí)刻的視頻幀為當(dāng)前幀，設(shè)此幀的尺寸為MXN，將當(dāng)前幀按照規(guī)定的尺寸分 割成若干8X8大小的像素塊；B.采用8X8尺寸的滑動(dòng)窗口在當(dāng)前幀滑動(dòng)，對(duì)第一行像素塊從左向右依次用滑動(dòng)窗 口計(jì)算每個(gè)像素塊的方差值，然后計(jì)算出此行像素塊方差的均值ΠΓ;C.參照步驟B依次對(duì)其余各行像素塊進(jìn)行求方差均值的計(jì)算，得到剩余各行像素塊的 方差均值取，2彡k彡Y ；D.對(duì)上述求得的Y個(gè)方差均值求平均，得到當(dāng)前幀所有像素塊方差的均值化E.確定參考閾值V，參考閾值V為根據(jù)單峰分布特性，在所有像素塊方差的均值f應(yīng)位 于1/2峰值附近時(shí)，相應(yīng)的將f乘以一個(gè)調(diào)整系數(shù)β ；F.取下一時(shí)刻的視頻幀為當(dāng)前幀，將當(dāng)前幀按照規(guī)定的尺寸分割成若干8X8大小的 像素塊，同上依次用滑動(dòng)窗口計(jì)算每個(gè)像素塊的方差值，并同時(shí)將方差值小于參考閾值V 的像素塊取出，對(duì)得到的像素塊進(jìn)行求方差均值的計(jì)算得到廳υ2 ,然后求出當(dāng)前幀噪聲的方 差(1 ,最后調(diào)整參考閾值V;G.重復(fù)步驟F的操作，使得按照經(jīng)過調(diào)整的參考閾值V取出的像素塊數(shù)目占總像素塊 數(shù)目的百分比收斂于c %，此時(shí)求出的(1 是穩(wěn)定的噪聲方差估計(jì)值，其中c是一個(gè)需要根據(jù) 實(shí)際圖像的大小以及噪聲等因素綜合考慮選取的因子，0 < c < 100。
2.如權(quán)利要求1所述的噪聲估計(jì)快速實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，當(dāng)步驟A中當(dāng)前幀像素塊 分割中如遇到不能完整分割情況時(shí)，已知當(dāng)前幀的高和寬分別為M和N，將M和N分別除以 所選擇的尺寸然后進(jìn)行向上取整運(yùn)算，得到Y(jié)和X，Y和X分別為垂直方向和水平方向上的 像素塊數(shù)目，即當(dāng)無法整除的時(shí)候，將剩余像素點(diǎn)和相鄰像素塊的部分像素點(diǎn)拼湊在一起 組成最后一行或者最后一列像素塊。
3.如權(quán)利要求1所述的噪聲估計(jì)快速實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，步驟B中滑動(dòng)窗口是按照 預(yù)先分割好的當(dāng)前幀進(jìn)行滑動(dòng)，即滑動(dòng)一次就從一個(gè)像素塊移動(dòng)到鄰近的像素塊上，先按 行滑動(dòng)，在滑到行尾的像素塊并完成相關(guān)計(jì)算后，跳轉(zhuǎn)到下一行的行首繼續(xù)按行滑動(dòng)。
4.如權(quán)利要求3所述的噪聲估計(jì)快速實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，步驟B中8X8滑動(dòng)窗口內(nèi)的像素塊的方差由公式求出，其中」代表8X8滑動(dòng)窗口
5.如權(quán)利要求1所述的噪聲估計(jì)快速實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，步驟C中所述的對(duì)剩余像 素塊行進(jìn)行求方差均值的計(jì)算是在每個(gè)像素塊行各像素塊的方差值計(jì)算完成之后，即在計(jì) 算出每行中的各個(gè)像素塊的方差值后立即算出該行方差的均值坂，然后再計(jì)算下一行像素 塊的方差值。
6.如權(quán)利要求1所述的噪聲估計(jì)快速實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，步驟D中對(duì)上述求得的 Y個(gè)方差均值求平均，是在計(jì)算完本幀圖像最后一行像塊的方差值并算出該行的均值后，立即計(jì)算出$ (1≤k≤Y)的均值&f = ^!^〒即為該幀所有像素塊的方差的均值。
7.如權(quán)利要求1所述的噪聲估計(jì)快速實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，步驟E中參考閾值V的公 式為= β X仄所述的單峰分布類似高斯分布，調(diào)整系數(shù)β的選取范圍為0 < β < 1。
8.如權(quán)利要求1所述的噪聲估計(jì)快速實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，步驟F中所述的過程 是將下一時(shí)刻的視頻幀取為當(dāng)前幀進(jìn)行操作，^；2為按照閾值V選出的像素塊的方差均值， 求當(dāng)前幀噪聲的方差σ^公式為= a· 其中a是糾正因子，可以通過實(shí)驗(yàn)測得 a = 1 + 0.001(對(duì)-40)。
9.如權(quán)利要求1所述的噪聲估計(jì)快速實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，步驟F中一幀圖像只對(duì) 參考閾值V進(jìn)行一次調(diào)整，調(diào)整算法具體為為了使按照閾值V選出的像素塊占總像素塊數(shù) 目的百分比收斂于c%，選取相應(yīng)的調(diào)整階STEP，當(dāng)百分比超出設(shè)定的上限時(shí)，就將參考值 V減小一個(gè)STEP，當(dāng)百分比不足設(shè)定的下限時(shí)，就將參考值V增大一個(gè)STEP。
10.如權(quán)利要求1至9中任一所述的噪聲估計(jì)快速實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，步驟A中所 述的視頻幀不限制式，分割像素塊的尺寸不限于8X8，可以按照其他尺寸來分割當(dāng)前幀。
11.如權(quán)利要求10所述的噪聲估計(jì)快速實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，步驟B中所述的滑動(dòng)窗 口的尺寸不限于8X8，而是與步驟A中分割得到的像素塊尺寸相匹配。
全文摘要
本發(fā)明提出一種視頻圖像噪聲估計(jì)算法的快速實(shí)現(xiàn)方法，采用了靈活的方法求得了方差值最小的c％(0＜c＜100，c是一個(gè)需要根據(jù)實(shí)際圖像的大小以及噪聲等因素綜合考慮選取的因子)的像素塊，將原算法的復(fù)雜度由O(n2)或者O(nlog2n)降為O(n)，顯著地降低了算法的復(fù)雜度，進(jìn)而能夠達(dá)到該算法的快速實(shí)現(xiàn)。
文檔編號(hào)H04N5/213GK102118546SQ20111006873
公開日2011年7月6日 申請(qǐng)日期2011年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月22日
發(fā)明者萬建軍, 劉文江, 張昊, 戎蒙恬, 胡巍, 董鵬宇, 郝騰 申請(qǐng)人:上海富瀚微電子有限公司