数字视频降噪算法的研究与硬件实现

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在数字视频图像处理系统中,数字视频在采集、编码、传输、解码等过程会不可避免地引入各种噪声,噪声的存在不但严重影响了视频的主观视觉质量,而且会影响数字视频后处理,例如亮度增强、图像缩放以及2D转3D等过程。因此,伴随着数字视频的广泛应用,数字视频降噪技术就显得尤为重要。数字视频降噪技术不但能够滤除视频中的噪声,提高视频主观视觉质量,而且对于视频压缩、目标识别、帧频提升等其它视频处理任务有重要意义。  本论文对现有的数字视频降噪算法进行了研究,分析了各算法优缺点,并在此基础上提取各算法的优点进行整合,提出了一种新的数字视频降噪算法。  首先对当前帧和参考帧这两帧图像进行运动检测。因为运动检测的准确性对整个视频降噪过程有着至关重要的作用,直接影响着处理后的视频图像质量,因此此处选用占用FPGA硬件资源较大但运算较为简单的基于块匹配的运动估计方法,以保证图像运动检测的准确性。  然后进行图像的运动强度估计。设定阈值以确定是进行时域滤波还是空域滤波,阈值会根据噪声估计值的大小进行自适应的改变。其中时域滤波运用经典的加权平均来滤除视频图像中的噪声,并在原有算法的基础上进行了改进,空域滤波则使用快速中值滤波算法。  最后进行算法的硬件实现与验证。本文将整个设计硬件架构分成几个子模块,为方便查看数据处理过程中的错误,各个子模块有自己的输入输出端口,便于实现流水线操作。  本文所提出的算法综合了已有优秀算法的优点,因此能更加有效的抑制视频图像中的噪声,并且较好地保护图像细节,没有产生明显的视觉降质,如块效应等,同时还能更好地满足节省FPGA硬件资源,节省面积,降低成本的要求。
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