MATLAB平臺(tái)下多函數(shù)應(yīng)用對視頻降噪增強(qiáng)處理研究

郭紅++袁夫

摘要：隨著網(wǎng)絡(luò)及多媒體技術(shù)的進(jìn)步，多媒體中視頻資源的應(yīng)用愈加廣泛。筆者在MATLAB平臺(tái)下，利用多函數(shù)對視頻的幀內(nèi)、幀間圖像噪聲進(jìn)行降噪處理。通過對視頻降噪前后的實(shí)驗(yàn)對比證明，此方法對視頻降噪有明顯效果，有一定的應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：視頻；降噪增強(qiáng)；幀內(nèi)濾波；幀間濾波

中圖分類號(hào)：TP391.41 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2017）02-0121-01

在當(dāng)今網(wǎng)絡(luò)媒體發(fā)達(dá)的時(shí)代，人們對視頻資源特別是高清視頻資源的需求大大增加。但在視頻采集攝錄的前期環(huán)節(jié)，可能會(huì)因?yàn)榄h(huán)境、和拍攝設(shè)備的因素造成視頻圖像質(zhì)量有所降低，甚至失真。這其中最常見的就是圖像中產(chǎn)生的噪聲像素點(diǎn)。在對視頻進(jìn)行逐幀或幀間降噪處理后，增加視頻素材的還原度，盡可能的避免因圖像噪點(diǎn)產(chǎn)生失真。因?yàn)檫@種圖像噪聲和失真會(huì)影響人們的視覺感官舒適度，這也是視頻降噪和視頻質(zhì)量提高的研究價(jià)值所在。

1 視頻降噪分類

視頻的本質(zhì)是由一幅幅連續(xù)的靜態(tài)畫面組成，這些靜態(tài)畫面間存在著連續(xù)性和強(qiáng)相關(guān)性，這每一幅連續(xù)的靜態(tài)的畫面，稱之為幀。由于幀的本質(zhì)是圖片，因此，對圖片的降噪和圖像增強(qiáng)方法也能應(yīng)用于視頻降噪中。但因?yàn)橐曨l中每相鄰兩幀圖像之間不僅存在強(qiáng)相關(guān)性，而且還存在空間變化，所以以往的對圖像處理的方法不能完全直接應(yīng)用于視頻增強(qiáng)處理環(huán)節(jié)。在對視頻降噪處理的過程中，降噪處理也被稱作是圖像的濾波。圖像濾波又分為每一幀，的幀內(nèi)濾波和連續(xù)兩幀之間的幀間濾波。[1]

幀內(nèi)濾波的效果比較好，但其處理時(shí)間較長，生成視頻文件較大。空域、頻域、小波域是其濾波的主要算法。而在幀間濾波的方法中，主要是針對幀與幀之間的信息中存在大量重復(fù)信息，依據(jù)對象在空間移動(dòng)的軌跡應(yīng)用特定算法，對兩個(gè)連續(xù)幀之間的圖像信息使用運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償、時(shí)域平均濾波、自適應(yīng)時(shí)域遞歸濾波的方法對視頻進(jìn)行處理。[2]

2 通過MATLAB平臺(tái)進(jìn)行視頻降噪

2.1 視頻讀取、處理、播放

MATLAB平臺(tái)為不同格式的視頻素材的處理提供了平臺(tái)。該平臺(tái)對視頻的讀取、處理、播放都需要調(diào)用函數(shù)來完成。AVI視頻需要用Aviread函數(shù)來進(jìn)行調(diào)用和讀取，最終將視頻中的幀導(dǎo)入Movie函數(shù)中；但Movie函數(shù)作為視頻播放器函數(shù)功能較為單一，不具備暫停和逐幀步進(jìn)功能，而通過Implay函數(shù)則可以滿足視頻回放的功能；在導(dǎo)入視頻的過程中可能會(huì)遇到多種格式，為保證這些視頻格式的正常讀取則需要使用Mmreader函數(shù)；對視頻降噪和增強(qiáng)的過程是對視頻圖像中幀的處理，這需要對視頻圖像拆解成幀，當(dāng)對幀進(jìn)行降噪增強(qiáng)處理之后，又需要對這些幀進(jìn)行合成，這一過程分別要用到Im2frame和Frame2im兩個(gè)函數(shù)。對于AVI文件的新建，可以用Avifile函數(shù)完成，而Movie2avi則可以從MATLAB的Movie生成AVI文件。

2.2 視頻圖像幀內(nèi)濾波處理

視頻幀內(nèi)濾波通常采用的方法有：小波域、空域和頻域。具體分為如下幾個(gè)步驟：（1）將視頻片段通過函數(shù)拆解為幀；（2）將拆解后的幀再轉(zhuǎn)換成圖像；（3）對圖像按上述方法進(jìn)行處理濾波；（4）將處理后的圖像轉(zhuǎn)換成幀；（5）最后將生成的幀再封裝成視頻文件，保存。為實(shí)驗(yàn)論證，再將素材視頻Walk.avi中的第10幀圖像繼續(xù)采樣，人為的添加圖像噪聲，椒鹽噪聲。再使用上述方法進(jìn)行濾波，濾波器仍為平均濾波。

接著按照幀內(nèi)圖像濾波的一般步驟，將濾波后的圖像通過函數(shù)轉(zhuǎn)換成視頻中的幀，再把幀封裝到視頻文件中，保存。播放濾波處理后的視頻文件，通過觀察發(fā)現(xiàn)視頻播放到采樣幀處時(shí)有一定幅度的抖動(dòng)現(xiàn)象，但人為加入的視頻噪聲已去除。

2.3 視頻圖像幀間濾波處理

視頻幀間濾波的指導(dǎo)思想是通過運(yùn)動(dòng)估算得到像素點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)矢量。[2]這種運(yùn)動(dòng)估算的依據(jù)則是圖像亮度在時(shí)間軸上的偏移。運(yùn)動(dòng)估算的原理是根據(jù)當(dāng)前像素點(diǎn)鄰近的像素點(diǎn)或是相鄰幀的該像素點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)估算線性組合進(jìn)行描述。這種估算是一種預(yù)測，不可避免的會(huì)出現(xiàn)一定的偏差，因此必須對這種偏差進(jìn)行修正，修正方法的依據(jù)是該像素上的位移幀差的梯度最小值。該方法的使用使得相應(yīng)算法的運(yùn)算量大為減少。但值得注意的是如果該圖像的前一幀權(quán)重占比過大的話，圖像會(huì)有拖尾的現(xiàn)象發(fā)生。這說明，不同的運(yùn)動(dòng)估算方法將直接影響到視頻的后續(xù)效果。

通過對比發(fā)現(xiàn)該視頻濾波方法能夠很好的濾除視頻噪聲。

3 結(jié)語

本文分別通過幀內(nèi)濾波和幀間濾波的方法在MATLAB平臺(tái)使用函數(shù)對視頻進(jìn)行增強(qiáng)處理。通過實(shí)驗(yàn)分析發(fā)現(xiàn)，幀內(nèi)濾波的方法對視頻圖像降噪增強(qiáng)的效果較好，但其原理類似于對二維圖片的處理，這使得算法運(yùn)算量較大，耗時(shí)較長，且可能會(huì)出現(xiàn)視頻播放時(shí)圖像抖動(dòng)的的副作用；而幀間視頻濾波的方法因其采用運(yùn)動(dòng)估算的原理使得該算法運(yùn)算量大幅減少，也能實(shí)現(xiàn)圖像的降噪增強(qiáng)效果，但通過實(shí)驗(yàn)分析發(fā)現(xiàn)，該算法對視頻的運(yùn)動(dòng)區(qū)域降噪效果較差，靜止區(qū)域降噪效果尚可。這說明，對于視頻的降噪處理不能單純使用一種類型的方法，應(yīng)該綜合使用基于時(shí)間軸和空間軸的兩種算法，以達(dá)到較好的視頻增強(qiáng)處理效果。通過綜合使用兩種類型的視頻濾波方法，很好的達(dá)到了視頻濾波增強(qiáng)的效果，有效的濾除了視頻噪聲，為后期的視頻處理或是圖像識(shí)別奠定了基礎(chǔ)和前期支持。

參考文獻(xiàn)

[1]黃源源.視頻監(jiān)控系統(tǒng)中一些關(guān)鍵技術(shù)的研究[D].成都：電子科技大學(xué)，2013.

[2]張榮祥.實(shí)時(shí)視頻圖像降噪增強(qiáng)解決方案[J].中國公共安全，2013，18：166-168.