專(zhuān)利名稱(chēng)：增強(qiáng)視頻信號(hào)銳度的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種增強(qiáng)視頻信號(hào)銳度的方法和系統(tǒng)。
本發(fā)明可以用在例如視頻處理的領(lǐng)域中。
背景技術(shù)：
改善圖像質(zhì)量已經(jīng)成為諸如電視機(jī)之類(lèi)的視頻產(chǎn)品中的重要問(wèn)題。如果提高了限定所述視頻的輸入圖像的銳度，則圖像質(zhì)量尤其在感知方面會(huì)得到改進(jìn)。已知有多種解決方案用來(lái)提高視頻信號(hào)的銳度。
第一種解決方案在于借助應(yīng)用于所有連續(xù)圖像的濾波器來(lái)增強(qiáng)輸入圖像的銳度。由于輸入圖像可能還包含噪聲分量(例如模擬白噪聲或者由在前的塊編碼和解碼操作造成的數(shù)字偽像)，因此噪聲成分也被增強(qiáng)，以至對(duì)所得到的輸出圖像的總體圖像質(zhì)量造成損害。
第二種解決方案不僅在于借助應(yīng)用于所有連續(xù)圖像的濾波器來(lái)增強(qiáng)輸入圖像的銳度，而且還在于依照在所述輸入圖像中檢測(cè)到的噪聲分量級(jí)來(lái)適配增強(qiáng)程度。如果噪聲分量級(jí)較低，則所得到的輸出圖像的銳度被大大提高。反之，如果噪聲分量級(jí)較高，則所述濾波器被關(guān)斷(或被調(diào)低)以避免增強(qiáng)噪聲分量，但是在這種情況下，所得到的輸出圖像的銳度不幸地接近于輸入圖像的銳度。所述第二種方法因此有這樣的局限性在處理噪聲過(guò)多的輸入圖像時(shí)，該方法效率不高。
發(fā)明目的和概要本發(fā)明的一個(gè)目的是提出一種增強(qiáng)視頻信號(hào)銳度的方法，該方法抗噪聲能力強(qiáng)。
為此，根據(jù)本發(fā)明的方法提出修改輸入圖像來(lái)產(chǎn)生輸出圖像。所述方法包括以下步驟-把所述輸入圖像分解成粗糙圖像和精細(xì)圖像；-增強(qiáng)所述粗糙圖像的銳度以便產(chǎn)生中間銳度增強(qiáng)圖像；
-組合所述中間銳度增強(qiáng)圖像與所述精細(xì)圖像以便產(chǎn)生所述輸出圖像。
本方法基于如下假設(shè)輸入圖像被定義為信號(hào)分量和噪聲分量的總和，信號(hào)分量具有低頻頻譜，噪聲分量具有高頻頻譜。因此，輸入圖像中的將被增強(qiáng)的頻譜部分處于低頻，而輸入圖像中的不需增強(qiáng)的頻譜部分處于高頻。
所述分解步驟允許產(chǎn)生兩類(lèi)圖像具有低頻頻譜的粗糙圖像和具有高頻頻譜的精細(xì)圖像。這一分解允許對(duì)主要包含信號(hào)分量的粗糙圖像進(jìn)行選擇性增強(qiáng)。對(duì)具有低頻頻譜的圖像執(zhí)行銳度增強(qiáng)比起對(duì)具有高頻頻譜的圖像進(jìn)行銳度增強(qiáng)得到更好的結(jié)果。
由于不管輸入圖像中的噪聲級(jí)如何在所得到的輸出圖像中的噪聲分量都沒(méi)有被增強(qiáng)，因此本方法抗噪聲能力強(qiáng)。在組合之后，所得到的輸出圖像仍然具有接近于輸入圖像的噪聲分量，但是總體圖像質(zhì)量卻得到改進(jìn)，因?yàn)樾盘?hào)分量的銳度已經(jīng)得到了增強(qiáng)。
所述分解步驟優(yōu)選地包括以下步驟-對(duì)所述輸入圖像進(jìn)行低通濾波以便產(chǎn)生所述粗糙圖像；-從所述輸入圖像中減去所述粗糙圖像以便產(chǎn)生所述精細(xì)圖像。
減法步驟的運(yùn)用能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)輸入圖像的完美分解，而不會(huì)丟失任何數(shù)據(jù)信息。而且，這樣還會(huì)導(dǎo)致成本效率高的解決方案。
所述低通濾波步驟優(yōu)選地自適應(yīng)于從所述輸入圖像導(dǎo)出的第一噪聲信號(hào)。
對(duì)應(yīng)于信號(hào)分量的低頻頻譜與對(duì)應(yīng)于噪聲分量的高頻頻譜之間的界限是自適應(yīng)地并且精確地定義的。這樣允許與輸入圖像中的噪聲級(jí)無(wú)關(guān)地對(duì)信號(hào)分量的整個(gè)頻譜應(yīng)用銳度增強(qiáng)，最終得到銳度提高的輸出圖像。
所述增強(qiáng)步驟優(yōu)選地自適應(yīng)于從所述輸入圖像中導(dǎo)出的第二噪聲信號(hào)。
這樣能夠使銳度增強(qiáng)適配于輸入圖像的噪聲級(jí)，例如，當(dāng)噪聲級(jí)高時(shí)使用更加強(qiáng)烈的銳度增強(qiáng)，當(dāng)噪聲級(jí)低時(shí)使用較輕微的銳度增強(qiáng)。
所述低通濾波步驟和增強(qiáng)步驟優(yōu)選地自適應(yīng)于從所述輸入圖像中導(dǎo)出的噪聲信號(hào)。
這樣能夠?qū)崿F(xiàn)與輸入圖像中的噪聲級(jí)無(wú)關(guān)地對(duì)信號(hào)分量的整體頻譜應(yīng)用銳度增強(qiáng)，并且使銳度增強(qiáng)適配于輸入圖像的噪聲級(jí)，結(jié)果得到銳度提高的輸出圖像。
本發(fā)明還有一個(gè)目的是提供一種用于增強(qiáng)視頻信號(hào)銳度的系統(tǒng)，該系統(tǒng)抗噪聲能力強(qiáng)并且包括用于實(shí)現(xiàn)按照本發(fā)明的方法的各個(gè)步驟的處理裝置。
下面將給出對(duì)本發(fā)明的詳細(xì)解釋和其它方面。
附圖簡(jiǎn)述現(xiàn)在將參照下文中介紹的并且結(jié)合附圖考慮的實(shí)施例來(lái)解釋說(shuō)明本發(fā)明的具體方面，在附圖中，相同的部件或子步驟以相同的方式標(biāo)注。


圖1圖示了按照本發(fā)明的方法的總體配置；圖2圖示了按照本發(fā)明的方法的詳細(xì)配置；圖3以舉例的方式圖解說(shuō)明了圖像的銳度增強(qiáng)；以及圖4圖示了按照本發(fā)明的方法的優(yōu)選配置。
發(fā)明的具體描述圖1圖示了按照本發(fā)明對(duì)輸入圖像101進(jìn)行修改以產(chǎn)生輸出圖像102的方法的總體配置。
該方法包括把所述輸入圖像101分解成粗糙圖像104和精細(xì)圖像105的步驟103。粗糙圖像104的頻譜對(duì)應(yīng)于輸入圖像101的低頻頻譜，而精細(xì)圖像105的頻譜對(duì)應(yīng)于輸入圖像101的高頻頻譜。
該方法還包括增強(qiáng)所述粗糙圖像104的銳度以產(chǎn)生中間銳度增強(qiáng)圖像107的步驟106。
本方法還包括組合所述中間銳度增強(qiáng)圖像107與所述精細(xì)圖像105以產(chǎn)生所述輸出圖像102的步驟108。該步驟108允許重建輸出圖像。
圖2圖示了基于圖1的按照本發(fā)明對(duì)輸入圖像201進(jìn)行修改以產(chǎn)生輸出圖像202的方法的詳細(xì)配置。所述分解步驟203包括對(duì)所述輸入圖像201進(jìn)行低通濾波(經(jīng)由卷積運(yùn)算)以產(chǎn)生所述粗糙圖像204的步驟F。
在第一個(gè)例子中，所述低通濾波步驟F實(shí)現(xiàn)一個(gè)高斯濾波器，該高斯濾波器將被應(yīng)用于構(gòu)成所述粗糙圖像204的像素。該線性濾波器可以由下列內(nèi)核k1或k2來(lái)定義k1=0.00.00.00.00.00.00.07510.12380.07510.00.00.12380.20420.12380.00.00.07510.12380.07510.00.00.00.00.00.0]]>
k2=0.00300.01330.02190.01330.00300.01330.05960.09830.05960.01330.02190.09830.16210.09830.02190.01330.05960.09830.05960.01330.00300.01330.02190.01330.0030]]>或者，低通濾波步驟F可以實(shí)現(xiàn)-非線性FIR濾波器(其例如具有取決于圖像中的像素位置的內(nèi)核，或者應(yīng)用于像素塊邊緣的內(nèi)核)；-順序統(tǒng)計(jì)濾波器(比如中值濾波器、等級(jí)順序?yàn)V波器或形態(tài)濾波器)其基于對(duì)多個(gè)像素值進(jìn)行排序(或分級(jí))以及根據(jù)其等級(jí)選擇給定的經(jīng)過(guò)排序的像素值。
所述分解步驟103還包括從所述輸入圖像201中減去所述粗糙圖像204以產(chǎn)生所述精細(xì)圖像205的步驟SUB。所述減法在輸入圖像201的像素與粗糙圖像204的像素之間進(jìn)行，相減的像素在圖像中具有相同的坐標(biāo)，并且對(duì)于兩個(gè)圖像的所有像素重復(fù)所述減法。
增強(qiáng)所述粗糙圖像204的銳度的步驟206可以在于對(duì)粗糙圖像204的各行和/或列的像素執(zhí)行的非線性處理(在后面段落中描述)。銳度可以被視為兩個(gè)平坦的或緩慢變化的數(shù)據(jù)區(qū)域之間的電平過(guò)渡。例如，通過(guò)對(duì)粗糙圖像204應(yīng)用梯度濾波器并且通過(guò)在所到的經(jīng)過(guò)濾波的圖像中檢測(cè)具有最高電平的區(qū)域，檢測(cè)出需加以增強(qiáng)的電平過(guò)渡。
所述組合步驟包括將所述中間銳度增強(qiáng)圖像207與所述精細(xì)圖像205相加以產(chǎn)生所述輸出圖像202的步驟208。
圖3以舉例的方式圖解說(shuō)明了沿著粗糙圖像204的行的電平過(guò)渡的過(guò)渡信號(hào)T1。該過(guò)渡信號(hào)包括具有電平S1的第一平坦區(qū)域和具有電平S2的第二平坦區(qū)域。為了增強(qiáng)過(guò)渡信號(hào)T1，可以執(zhí)行一組連續(xù)的處理運(yùn)算。
第一處理運(yùn)算是將過(guò)渡信號(hào)T1與導(dǎo)數(shù)濾波器DF的內(nèi)核進(jìn)行卷積，以便產(chǎn)生第一中間信號(hào)y1，該第一中間信號(hào)具有位于所述過(guò)渡的開(kāi)頭或末尾處的過(guò)沖，如下所示y1＝T1DF(1)其中，代表卷積運(yùn)算，DF是濾波器內(nèi)核，其例如具有[-0.25 0.5 -0.25]的形式。
第二處理運(yùn)算是將過(guò)渡信號(hào)T1與所述第一中間信號(hào)y1的一個(gè)分?jǐn)?shù)/倍數(shù)相加，以便產(chǎn)生第二中間信號(hào)y2，如下所示y2＝T1+α*y1(2)其中，α是系數(shù)，其例如等于1。
第三處理運(yùn)算是抑制第二中間信號(hào)y2中的剩余過(guò)沖，以便產(chǎn)生得到增強(qiáng)的過(guò)渡信號(hào)T2，如下所示T2＝med(S1，S2，y2)(3)其中，med(S1，S2，y2)表示在信號(hào)S1、S2和y2的數(shù)據(jù)樣本之間進(jìn)行的中值運(yùn)算。
圖4圖示了基于圖2的按照本發(fā)明對(duì)輸入圖像201進(jìn)行修改以產(chǎn)生輸出圖像202的方法的優(yōu)選配置。
該配置與圖2的不同之處在于，所述低通濾波步驟F自適應(yīng)于從所述輸入圖像201導(dǎo)出的噪聲信號(hào)S1。這樣允許與包含在輸入圖像201中的噪聲級(jí)無(wú)關(guān)地產(chǎn)生與信號(hào)分量相對(duì)應(yīng)的粗糙圖像204。例如，所述濾波器內(nèi)核可以依照信號(hào)S1所攜帶的噪聲級(jí)而改變。
輸入圖像201中的噪聲級(jí)σ越高，所述低通濾波器的截止頻率就必須走越低?？梢宰龀鲆韵聸Q定將前面定義的第一內(nèi)核k1用于低噪聲級(jí)σ1，而將前面定義的第二內(nèi)核k2用于高噪聲級(jí)σ2。
或者，在通過(guò)依賴(lài)于噪聲級(jí)σ的函數(shù)(f1，f2，...)來(lái)定義內(nèi)核k的每個(gè)系數(shù)時(shí)，所述濾波器系數(shù)可以自適應(yīng)于在輸入圖像201中檢測(cè)到的噪聲級(jí)σ，如下所示k=f1(σ)f2(σ)f3(σ)f4(σ)f5(σ)f6(σ)f7(σ)f8(σ)f9(σ)---(4)]]>函數(shù)(f1，f2...f9)例如是從基本實(shí)驗(yàn)導(dǎo)出的。
這種配置與圖2的不同之處還在于，增強(qiáng)步驟206還自適應(yīng)于從所述輸入圖像201中導(dǎo)出的噪聲信號(hào)S2。這樣允許與包含在輸入圖像201中的噪聲級(jí)無(wú)關(guān)地產(chǎn)生具有優(yōu)化的銳度的中間增強(qiáng)圖像207。例如，可以通過(guò)引入依賴(lài)于噪聲級(jí)σ的系數(shù)α來(lái)修改關(guān)系式(2)，如下所示y2＝T1+α(σ)*y1(5)輸入圖像201中的噪聲級(jí)σ越高，α就必須越大。例如，α與σ之間可以建立線性關(guān)系。
應(yīng)當(dāng)注意的是，所述濾波步驟F和增強(qiáng)步驟206不必同時(shí)自適應(yīng)于噪聲級(jí)σ，并且對(duì)于噪聲級(jí)σ的適配可以?xún)H涉及這兩個(gè)步驟的其中之一。
輸入圖像201中的噪聲級(jí)σ通過(guò)步驟DET測(cè)量。該步驟產(chǎn)生與所述噪聲級(jí)σ成比例的第一和第二信號(hào)S1和S2(這兩個(gè)信號(hào)可以是相同的)。例如，噪聲級(jí)σ可以通過(guò)本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的任何算法導(dǎo)出。例如，這種信號(hào)可以反映模擬噪聲量度(例如在使用基于頻譜的算法時(shí))和/或數(shù)字噪聲量度(例如在使用塊狀效應(yīng)檢測(cè)器測(cè)量8*8像素塊或16*16像素塊的外圍的活動(dòng)時(shí))。
按照本發(fā)明的方法可以實(shí)現(xiàn)在用于修改輸入圖像101以便產(chǎn)生輸出圖像102的系統(tǒng)中。該系統(tǒng)包括用于實(shí)現(xiàn)前面描述的按照本發(fā)明的方法的各個(gè)步驟的處理裝置。具體來(lái)說(shuō)，該系統(tǒng)包括-用于把所述輸入圖像101分解成粗糙圖像104和精細(xì)圖像105的裝置103。裝置103可以包括用來(lái)接收所述輸入圖像101以便產(chǎn)生所述粗糙圖像104的低通濾波器，以及用于從所述輸入圖像101中減去所述粗糙圖像104以便產(chǎn)生所述精細(xì)圖像105的減法裝置SUB。裝置103例如對(duì)應(yīng)于存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中并且由信號(hào)處理器執(zhí)行的代碼指令(即計(jì)算機(jī)程序)。有利地，使低通濾波器系數(shù)適應(yīng)于反映從所述輸入圖像101中導(dǎo)出的噪聲級(jí)的信號(hào)S1。
-用于增強(qiáng)所述粗糙圖像104的銳度以便產(chǎn)生中間銳度增強(qiáng)圖像107的裝置106。裝置106例如對(duì)應(yīng)于用來(lái)編碼參照?qǐng)D3描述的銳度增強(qiáng)算法的代碼指令(即計(jì)算機(jī)程序)，所述代碼指令被存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中并且由信號(hào)處理器執(zhí)行。有利地，使所述增強(qiáng)適應(yīng)于反映從所述輸入圖像101中導(dǎo)出的噪聲級(jí)的信號(hào)S2。
-組合所述中間銳度增強(qiáng)圖像107與所述精細(xì)圖像105以便產(chǎn)生所述輸出圖像102的裝置108。裝置108例如對(duì)應(yīng)于存儲(chǔ)器中并且由信號(hào)處理器執(zhí)行的代碼指令(即計(jì)算機(jī)程序)。
該系統(tǒng)可以被具體實(shí)現(xiàn)為電子卡以及被實(shí)現(xiàn)在視頻設(shè)備(如電視機(jī)、視頻廣播設(shè)備等)中，所述視頻設(shè)備用來(lái)接收所述圖像101，并且分別在顯示器上顯示所述輸出圖像102或者在通信道上廣播所述輸出圖像102。
本發(fā)明還涉及包括用于實(shí)現(xiàn)按照本發(fā)明的方法的各個(gè)步驟的代碼指令的計(jì)算機(jī)程序。
應(yīng)當(dāng)注意的是，“包括”一詞并不排除除了權(quán)利要求中所列出的元件和步驟之外的其它元件或步驟的存在。
權(quán)利要求
1.一種修改輸入圖像(101)以便產(chǎn)生輸出圖像(102)的方法，所述方法包括以下步驟-把所述輸入圖像(101)分解(103)成粗糙圖像(104)和精細(xì)圖像(105)；-增強(qiáng)(106)所述粗糙圖像(104)的銳度以便產(chǎn)生中間銳度增強(qiáng)圖像(107)；-組合(108)所述中間銳度增強(qiáng)圖像(107)與所述精細(xì)圖像(105)以便產(chǎn)生所述輸出圖像(102)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述分解步驟(103)包括以下步驟-對(duì)所述輸入圖像(101)進(jìn)行低通濾波(F)以便產(chǎn)生所述粗糙圖像(104)；-從所述輸入圖像(101)中減去(SUB)所述粗糙圖像(104)以便產(chǎn)生所述精細(xì)圖像(105)。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述低通濾波步驟(F)自適應(yīng)于從所述輸入圖像(101)中導(dǎo)出的第一噪聲信號(hào)(S1)。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述增強(qiáng)步驟(106)自適應(yīng)于從所述輸入圖像(101)中導(dǎo)出的第二噪聲信號(hào)(S2)。
5.如權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述低通濾波步驟(F)和所述增強(qiáng)步驟(106)自適應(yīng)于從所述輸入圖像(101)中導(dǎo)出的噪聲信號(hào)(S1，S2)。
6.如權(quán)利要求3、4或5所述的方法，還包括測(cè)量所述輸入圖像(101)中的噪聲級(jí)(σ)以便產(chǎn)生所述噪聲信號(hào)(S1，S2)的步驟(DET)。
7.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，所述組合步驟(108)包括將所述中間銳度增強(qiáng)圖像(107)與所述精細(xì)圖像(105)相加以便產(chǎn)生所述輸出圖像(102)的步驟。
8.一種修改輸入圖像(101)以便產(chǎn)生輸出圖像(102)的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括-用于把所述輸入圖像(101)分解成粗糙圖像(104)和精細(xì)圖像(105)的裝置(103)；-用于增強(qiáng)所述粗糙圖像(104)的銳度以便產(chǎn)生中間銳度增強(qiáng)圖像(107)的裝置(106)；-用于組合所述中間銳度增強(qiáng)圖像(107)與所述精細(xì)圖像(105)以便產(chǎn)生所述輸出圖像(102)的裝置(108)。
9.如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中，所述用于分解的裝置(103)包括-低通濾波器(F)，其用于對(duì)所述輸入圖像(101)進(jìn)行濾波以便產(chǎn)生所述粗糙圖像(104)；-用于從所述輸入圖像(101)中減去所述粗糙圖像(104)以便產(chǎn)生所述精細(xì)圖像(105)的裝置(SUB)。
10.如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中，所述低通濾波器(F)和/或所述用于增強(qiáng)的裝置(106)自適應(yīng)于從所述輸入圖像(101)中導(dǎo)出的噪聲信號(hào)(S1，S2)。
11.一種用于修改輸入圖像(101)以便產(chǎn)生輸出圖像(102)的視頻設(shè)備，所述視頻設(shè)備包括-用于把所述輸入圖像(101)分解成粗糙圖像(104)和精細(xì)圖像(105)的裝置(103)；-用于增強(qiáng)所述粗糙圖像(104)的銳度以便產(chǎn)生中間銳度增強(qiáng)圖像(107)的裝置(106)；-用于組合所述中間銳度增強(qiáng)圖像(107)與所述精細(xì)圖像(105)以便產(chǎn)生所述輸出圖像(102)的裝置(108)。
12.一種計(jì)算機(jī)程序，其包括用于實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1、2、3、4、5、6或7所述的方法的各個(gè)步驟的代碼指令。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于修改輸入圖像(101)以便產(chǎn)生輸出圖像(102)的方法和系統(tǒng)，所述方法包括以下步驟把所述輸入圖像(101)分解(103)成粗糙圖像(104)和精細(xì)圖像(105)；增強(qiáng)(106)所述粗糙圖像(104)的銳度以便產(chǎn)生中間銳度增強(qiáng)圖像(107)；組合(108)所述中間銳度增強(qiáng)圖像(107)與所述精細(xì)圖像(105)以便產(chǎn)生所述輸出圖像(102)。
文檔編號(hào)H04N5/14GK101019414SQ200580016656
公開(kāi)日2007年8月15日 申請(qǐng)日期2005年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月25日
發(fā)明者P·霍夫曼, J·特根博施 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司