專利名稱：增強視頻信號銳度的方法和系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種增強視頻信號銳度的方法和系統。
本發明可以用在例如視頻處理的領域中。
背景技術：
改善圖像質量已經成為諸如電視機之類的視頻產品中的重要問題。如果提高了限定所述視頻的輸入圖像的銳度，則圖像質量尤其在感知方面會得到改進。已知有多種解決方案用來提高視頻信號的銳度。
第一種解決方案在于借助應用于所有連續圖像的濾波器來增強輸入圖像的銳度。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字偽像)，因此噪聲成分也被增強，以至對所得到的輸出圖像的總體圖像質量造成損害。
第二種解決方案不僅在于借助應用于所有連續圖像的濾波器來增強輸入圖像的銳度，而且還在于依照在所述輸入圖像中檢測到的噪聲分量級來適配增強程度。如果噪聲分量級較低，則所得到的輸出圖像的銳度被大大提高。反之，如果噪聲分量級較高，則所述濾波器被關斷(或被調低)以避免增強噪聲分量，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多的輸入圖像時，該方法效率不高。
發明目的和概要本發明的一個目的是提出一種增強視頻信號銳度的方法，該方法抗噪聲能力強。
為此，根據本發明的方法提出修改輸入圖像來產生輸出圖像。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圖像；-增強所述粗糙圖像的銳度以便產生中間銳度增強圖像；
-組合所述中間銳度增強圖像與所述精細圖像以便產生所述輸出圖像。
本方法基于如下假設輸入圖像被定義為信號分量和噪聲分量的總和，信號分量具有低頻頻譜，噪聲分量具有高頻頻譜。因此，輸入圖像中的將被增強的頻譜部分處于低頻，而輸入圖像中的不需增強的頻譜部分處于高頻。
所述分解步驟允許產生兩類圖像具有低頻頻譜的粗糙圖像和具有高頻頻譜的精細圖像。這一分解允許對主要包含信號分量的粗糙圖像進行選擇性增強。對具有低頻頻譜的圖像執行銳度增強比起對具有高頻頻譜的圖像進行銳度增強得到更好的結果。
由于不管輸入圖像中的噪聲級如何在所得到的輸出圖像中的噪聲分量都沒有被增強，因此本方法抗噪聲能力強。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，但是總體圖像質量卻得到改進，因為信號分量的銳度已經得到了增強。
所述分解步驟優選地包括以下步驟-對所述輸入圖像進行低通濾波以便產生所述粗糙圖像；-從所述輸入圖像中減去所述粗糙圖像以便產生所述精細圖像。
減法步驟的運用能夠實現對輸入圖像的完美分解，而不會丟失任何數據信息。而且，這樣還會導致成本效率高的解決方案。
所述低通濾波步驟優選地自適應于從所述輸入圖像導出的第一噪聲信號。
對應于信號分量的低頻頻譜與對應于噪聲分量的高頻頻譜之間的界限是自適應地并且精確地定義的。這樣允許與輸入圖像中的噪聲級無關地對信號分量的整個頻譜應用銳度增強，最終得到銳度提高的輸出圖像。
所述增強步驟優選地自適應于從所述輸入圖像中導出的第二噪聲信號。
這樣能夠使銳度增強適配于輸入圖像的噪聲級，例如，當噪聲級高時使用更加強烈的銳度增強，當噪聲級低時使用較輕微的銳度增強。
所述低通濾波步驟和增強步驟優選地自適應于從所述輸入圖像中導出的噪聲信號。
這樣能夠實現與輸入圖像中的噪聲級無關地對信號分量的整體頻譜應用銳度增強，并且使銳度增強適配于輸入圖像的噪聲級，結果得到銳度提高的輸出圖像。
本發明還有一個目的是提供一種用于增強視頻信號銳度的系統，該系統抗噪聲能力強并且包括用于實現按照本發明的方法的各個步驟的處理裝置。
下面將給出對本發明的詳細解釋和其它方面。
附圖簡述現在將參照下文中介紹的并且結合附圖考慮的實施例來解釋說明本發明的具體方面，在附圖中，相同的部件或子步驟以相同的方式標注。
圖1圖示了按照本發明的方法的總體配置；圖2圖示了按照本發明的方法的詳細配置；圖3以舉例的方式圖解說明了圖像的銳度增強；以及圖4圖示了按照本發明的方法的優選配置。
發明的具體描述圖1圖示了按照本發明對輸入圖像101進行修改以產生輸出圖像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和精細圖像105的步驟103。粗糙圖像104的頻譜對應于輸入圖像101的低頻頻譜，而精細圖像105的頻譜對應于輸入圖像101的高頻頻譜。
該方法還包括增強所述粗糙圖像104的銳度以產生中間銳度增強圖像107的步驟106。
本方法還包括組合所述中間銳度增強圖像107與所述精細圖像105以產生所述輸出圖像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的按照本發明對輸入圖像201進行修改以產生輸出圖像202的方法的詳細配置。所述分解步驟203包括對所述輸入圖像201進行低通濾波(經由卷積運算)以產生所述粗糙圖像204的步驟F。
在第一個例子中，所述低通濾波步驟F實現一個高斯濾波器，該高斯濾波器將被應用于構成所述粗糙圖像204的像素。該線性濾波器可以由下列內核k1或k2來定義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可以實現-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核，或者應用于像素塊邊緣的內核)；-順序統計濾波器(比如中值濾波器、等級順序濾波器或形態濾波器)其基于對多個像素值進行排序(或分級)以及根據其等級選擇給定的經過排序的像素值。
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以產生所述精細圖像205的步驟SUB。所述減法在輸入圖像201的像素與粗糙圖像204的像素之間進行，相減的像素在圖像中具有相同的坐標，并且對于兩個圖像的所有像素重復所述減法。
增強所述粗糙圖像204的銳度的步驟206可以在于對粗糙圖像204的各行和/或列的像素執行的非線性處理(在后面段落中描述)。銳度可以被視為兩個平坦的或緩慢變化的數據區域之間的電平過渡。例如，通過對粗糙圖像204應用梯度濾波器并且通過在所到的經過濾波的圖像中檢測具有最高電平的區域，檢測出需加以增強的電平過渡。
所述組合步驟包括將所述中間銳度增強圖像207與所述精細圖像205相加以產生所述輸出圖像202的步驟208。
圖3以舉例的方式圖解說明了沿著粗糙圖像204的行的電平過渡的過渡信號T1。該過渡信號包括具有電平S1的第一平坦區域和具有電平S2的第二平坦區域。為了增強過渡信號T1，可以執行一組連續的處理運算。
第一處理運算是將過渡信號T1與導數濾波器DF的內核進行卷積，以便產生第一中間信號y1，該第一中間信號具有位于所述過渡的開頭或末尾處的過沖，如下所示y1＝T1DF(1)其中，代表卷積運算，DF是濾波器內核，其例如具有[-0.25 0.5 -0.25]的形式。
第二處理運算是將過渡信號T1與所述第一中間信號y1的一個分數/倍數相加，以便產生第二中間信號y2，如下所示y2＝T1+α*y1(2)其中，α是系數，其例如等于1。
第三處理運算是抑制第二中間信號y2中的剩余過沖，以便產生得到增強的過渡信號T2，如下所示T2＝med(S1，S2，y2)(3)其中，med(S1，S2，y2)表示在信號S1、S2和y2的數據樣本之間進行的中值運算。
圖4圖示了基于圖2的按照本發明對輸入圖像201進行修改以產生輸出圖像202的方法的優選配置。
該配置與圖2的不同之處在于，所述低通濾波步驟F自適應于從所述輸入圖像201導出的噪聲信號S1。這樣允許與包含在輸入圖像201中的噪聲級無關地產生與信號分量相對應的粗糙圖像204。例如，所述濾波器內核可以依照信號S1所攜帶的噪聲級而改變。
輸入圖像201中的噪聲級σ越高，所述低通濾波器的截止頻率就必須走越低。可以做出以下決定將前面定義的第一內核k1用于低噪聲級σ1，而將前面定義的第二內核k2用于高噪聲級σ2。
或者，在通過依賴于噪聲級σ的函數(f1，f2，...)來定義內核k的每個系數時，所述濾波器系數可以自適應于在輸入圖像201中檢測到的噪聲級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(f1，f2...f9)例如是從基本實驗導出的。
這種配置與圖2的不同之處還在于，增強步驟206還自適應于從所述輸入圖像201中導出的噪聲信號S2。這樣允許與包含在輸入圖像201中的噪聲級無關地產生具有優化的銳度的中間增強圖像207。例如，可以通過引入依賴于噪聲級σ的系數α來修改關系式(2)，如下所示y2＝T1+α(σ)*y1(5)輸入圖像201中的噪聲級σ越高，α就必須越大。例如，α與σ之間可以建立線性關系。
應當注意的是，所述濾波步驟F和增強步驟206不必同時自適應于噪聲級σ，并且對于噪聲級σ的適配可以僅涉及這兩個步驟的其中之一。
輸入圖像201中的噪聲級σ通過步驟DET測量。該步驟產生與所述噪聲級σ成比例的第一和第二信號S1和S2(這兩個信號可以是相同的)。例如，噪聲級σ可以通過本領域技術人員熟知的任何算法導出。例如，這種信號可以反映模擬噪聲量度(例如在使用基于頻譜的算法時)和/或數字噪聲量度(例如在使用塊狀效應檢測器測量8*8像素塊或16*16像素塊的外圍的活動時)。
按照本發明的方法可以實現在用于修改輸入圖像101以便產生輸出圖像102的系統中。該系統包括用于實現前面描述的按照本發明的方法的各個步驟的處理裝置。具體來說，該系統包括-用于把所述輸入圖像101分解成粗糙圖像104和精細圖像105的裝置103。裝置103可以包括用來接收所述輸入圖像101以便產生所述粗糙圖像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以便產生所述精細圖像105的減法裝置SUB。裝置103例如對應于存儲在存儲器中并且由信號處理器執行的代碼指令(即計算機程序)。有利地，使低通濾波器系數適應于反映從所述輸入圖像101中導出的噪聲級的信號S1。
-用于增強所述粗糙圖像104的銳度以便產生中間銳度增強圖像107的裝置106。裝置106例如對應于用來編碼參照圖3描述的銳度增強算法的代碼指令(即計算機程序)，所述代碼指令被存儲在存儲器中并且由信號處理器執行。有利地，使所述增強適應于反映從所述輸入圖像101中導出的噪聲級的信號S2。
-組合所述中間銳度增強圖像107與所述精細圖像105以便產生所述輸出圖像102的裝置108。裝置108例如對應于存儲器中并且由信號處理器執行的代碼指令(即計算機程序)。
該系統可以被具體實現為電子卡以及被實現在視頻設備(如電視機、視頻廣播設備等)中，所述視頻設備用來接收所述圖像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。
本發明還涉及包括用于實現按照本發明的方法的各個步驟的代碼指令的計算機程序。
應當注意的是，“包括”一詞并不排除除了權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。
權利要求
1.一種修改輸入圖像(101)以便產生輸出圖像(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)和精細圖像(105)；-增強(106)所述粗糙圖像(104)的銳度以便產生中間銳度增強圖像(107)；-組合(108)所述中間銳度增強圖像(107)與所述精細圖像(105)以便產生所述輸出圖像(102)。
2.如權利要求1所述的方法，其中，所述分解步驟(103)包括以下步驟-對所述輸入圖像(101)進行低通濾波(F)以便產生所述粗糙圖像(104)；-從所述輸入圖像(101)中減去(SUB)所述粗糙圖像(104)以便產生所述精細圖像(105)。
3.如權利要求2所述的方法，其中，所述低通濾波步驟(F)自適應于從所述輸入圖像(101)中導出的第一噪聲信號(S1)。
4.如權利要求2所述的方法，其中，所述增強步驟(106)自適應于從所述輸入圖像(101)中導出的第二噪聲信號(S2)。
5.如權利要求2所述的方法，其中，所述低通濾波步驟(F)和所述增強步驟(106)自適應于從所述輸入圖像(101)中導出的噪聲信號(S1，S2)。
6.如權利要求3、4或5所述的方法，還包括測量所述輸入圖像(101)中的噪聲級(σ)以便產生所述噪聲信號(S1，S2)的步驟(DET)。
7.如權利要求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圖像(107)與所述精細圖像(105)相加以便產生所述輸出圖像(102)的步驟。
8.一種修改輸入圖像(101)以便產生輸出圖像(102)的系統，所述系統包括-用于把所述輸入圖像(101)分解成粗糙圖像(104)和精細圖像(105)的裝置(103)；-用于增強所述粗糙圖像(104)的銳度以便產生中間銳度增強圖像(107)的裝置(106)；-用于組合所述中間銳度增強圖像(107)與所述精細圖像(105)以便產生所述輸出圖像(102)的裝置(108)。
9.如權利要求8所述的系統，其中，所述用于分解的裝置(103)包括-低通濾波器(F)，其用于對所述輸入圖像(101)進行濾波以便產生所述粗糙圖像(104)；-用于從所述輸入圖像(101)中減去所述粗糙圖像(104)以便產生所述精細圖像(105)的裝置(SUB)。
10.如權利要求9所述的系統，其中，所述低通濾波器(F)和/或所述用于增強的裝置(106)自適應于從所述輸入圖像(101)中導出的噪聲信號(S1，S2)。
11.一種用于修改輸入圖像(101)以便產生輸出圖像(102)的視頻設備，所述視頻設備包括-用于把所述輸入圖像(101)分解成粗糙圖像(104)和精細圖像(105)的裝置(103)；-用于增強所述粗糙圖像(104)的銳度以便產生中間銳度增強圖像(107)的裝置(106)；-用于組合所述中間銳度增強圖像(107)與所述精細圖像(105)以便產生所述輸出圖像(102)的裝置(108)。
12.一種計算機程序，其包括用于實現如權利要求1、2、3、4、5、6或7所述的方法的各個步驟的代碼指令。
全文摘要
本發明涉及一種用于修改輸入圖像(101)以便產生輸出圖像(102)的方法和系統，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)和精細圖像(105)；增強(106)所述粗糙圖像(104)的銳度以便產生中間銳度增強圖像(107)；組合(108)所述中間銳度增強圖像(107)與所述精細圖像(105)以便產生所述輸出圖像(102)。
文檔編號H04N5/14GK101019414SQ200580016656
公開日2007年8月15日 申請日期2005年5月17日 優先權日2004年5月25日
發明者P·霍夫曼, J·特根博施 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司