探索 FFmpeg Basics 音视频技术（8）：模糊、锐化与其他降噪技术

这个系列文章我们来介绍一位海外工程师如何探索 FFmpeg Basics 音视频技术，对于想要开始学习音视频技术的朋友，这些文章是份不错的入门资料，这是第 8 篇：FFmpeg 模糊、锐化与其他降噪技术。

—— 来自公众号“关键帧Keyframe”的分享

可使用降噪滤波器和选项来增强包含各种噪声的视频输入。降噪是视频编码前预处理的一部分。

1、模糊视频效果

模糊效果能够增强图像（视频帧）中的某些类型的噪声，其中每个输出像素值是根据相邻像素值计算得出的。例如，模糊效果可以改善从印刷的半色调图片扫描的图像。为了模糊输入视频，我们可以使用下表中描述的均值模糊滤波器：

描述	使用均值模糊算法在输入上创建一个模糊效果
语法	boxblur=luma_r:luma_p[:chroma_r:chroma_p[:alpha_r:alpha_p]] 滤镜期望 2、4 或 6 个参数，其中 r = 半径，p = 权重、程度、功率
\\\********	参数
alpha_r	– 用于模糊相关输入平面（以像素为单位）的盒子的半径 – 值是下面描述的变量的表达式 – 默认值来源于 luma_radius 和 luma_power
alpha_p	– alpha 功率，确定过滤器被应用到相关平面的次数 – 默认值来源于 luma_radius 和 luma_power
chroma_r	– 用于模糊相关输入平面（以像素为单位）的 box 的色度半径 – 值是下面描述的变量的表达式 – 默认值来源于 luma_radius 和 luma_power
chroma_p	– 色度功率，确定过滤器被应用到相关平面的次数 – 默认值来源于 luma_radius 和 luma_power
luma_r	– 用于模糊相关输入平面（以像素为单位）的 box 的半径 – 值是下面描述的变量的表达式
luma_p	– luma 功率，确定过滤器被应用到相关平面的次数
\\\*********	用于 alpha、色度和 luma 半径表达式的变量
w,h	输入宽度和像素高度
cw, ch	输入色度图像的像素宽度和高度
hsub	水平色度子样本值，对于 yuv422p 像素格式为 2
vsub	垂直色度子样本值，对于 yuv422p 像素格式为 1
	半径是一个非负数，不能超过 luma 和 alpha 平面的 min(w,h)/2 的值以及 chroma 平面的 min(cw,ch)/2 的值

例如，在输入视频中，当 luma 半径值为 1.5、luma 功率值为 1 时，我们可以使用以下命令：

ffmpeg -i input.mpg -vf boxblur=1.5:1 output.mp4

另一个具有模糊效果的 FFmpeg 滤波器是下表中描述的 smartblur 滤波器：

描述	模糊输入而不影响轮廓
语法	smartblur=luma_r:luma_s:luma_t[:chroma_r:chroma_s:chroma_t] 方括号中的参数是可选的，其中 r = 半径，s = 强度，t = 阈值
\\\*********	参数描述
chroma_r	色度（颜色）半径，从 0.1 到 5.0 的浮点数，指定用于模糊图像的高斯滤波器的方差（如果更大，处理速度会更慢）
chroma_s	色度强度，从 -1.0 到 1.0 的浮点数，配置模糊效果；从 0.0 到 1.0 的值将模糊图像，从 -1.0 到 0.0 的值将增强图像
chroma_t	色度阈值，从 -30 到 30 的整数，用作确定是否应该模糊像素的系数；0 的值将过滤整个图像，0 到 30 的值将过滤平坦区域，-30 到 0 的值将过滤边缘
luma_r	亮度（亮度）半径，从 0.1 到 5.0 的浮点数，指定用于模糊图像的高斯滤波器的方差（如果更大，处理速度会更慢）
luma_s	亮度强度，从 -1.0 到 1.0 的浮点数，配置模糊效果；从 0.0 到 1.0 的值将模糊图像，从 -1.0 到 0.0 的值将增强图像
luma_t	亮度阈值，从 -30 到 30 的整数，用作确定是否应该模糊像素的系数；0 的值将过滤整个图像，0 到 30 的值将过滤平坦区域，-30 到 0 的值将过滤边缘
	如果未设置色度参数，则使用 luma 参数进行色度处理

例如，为了改善半色调图像，我们可以将亮度半径设置为最大值 5，亮度强度设置为 0.8，亮度阈值设置为 0，从而模糊整个图像：

ffmpeg -i halftone.jpg -vf smartblur=5:0.8:0 blurred_halftone.png

2、锐化视频

为了锐化或模糊视频帧，我们可以使用下表中描述的不清晰滤波器。

描述	根据指定参数增加或模糊输入视频
语法	l_msize_x:l_msize_y:l_amount:c_msize_x:c_msize_y:c_amount 所有参数都是可选的；如果未设置，则默认值为 5:5:1.0:5:5:0.0
\\\*********	参数描述
l_msize_x,luma_msize_x	亮度矩阵的水平尺寸，3 到 13 之间的整数，默认值为 5
l_msize_y,luma_msize_y	亮度矩阵的垂直尺寸，3 到 13 之间的整数，默认值为 5
l_amount,luma_amount	亮度效果强度，-2.0 到 5.0 之间的浮点数；负值创建模糊效果，默认值为 1.0
c_msize_x,chroma_msize_x	色度矩阵的水平尺寸，3 到 13 之间的整数，默认值为 5
c_msize_y,chroma_msize_y	色度矩阵的垂直尺寸，3 到 13 之间的整数，默认值为 5
c_amount,chroma_amount	色度效果强度，-2.0 到 5.0 之间的浮点数；负值创建模糊效果，默认值为 0.0

锐化滤波器可以用作普通的不锐利掩模和高斯模糊。例如，要使用默认值锐化输入，我们可以使用以下命令。

ffmpeg -i input -vf unsharp output.mp4

输出将使用尺寸为 5×5 的亮度矩阵和亮度效果强度为 1.0 的锐化。例如，要产生高斯模糊效果，我们可以使用负值表示亮度和/或色度值。

ffmpeg -i input -vf unsharp=6:6:-2 output.mp4

下面的复杂图像说明了不锐利滤波器的使用价值：

图像 1：美国国家航空航天局（NASA）在 2012 年 6 月 5 日记录了金星凌日的情况，这段视频可以从 NASA 的网站上下载。
图像 2：-vf unsharp（无参数，默认值被使用）使黑点更明显，没有可见的伪影。
图像 3：-vf unsharp=6:6:3（相对较强的锐化效果）使黑点更明显，但可见轻微的扭曲。
图像 4：-vf unsharp=6:6:-2（相对较强的模糊效果）-2 的亮度量参数模糊了结果，在金星周围形成了一个虚拟的环。

3、使用 denoise3d 进行降噪

视频滤波器 denoise3d 减少噪声，它是 mp 滤波器的一部分（来自 MPlayer 项目）。

描述	生成更高质量的平滑视频帧，并尝试提高可压缩性。
语法	mp=denoise3d[=luma_spatial[:chroma_spatial[:luma_tmp[:chroma_tmp]]]] （所有参数都是可选的）
\\\*********	参数描述
luma_spatial	空间亮度强度，非负浮点数，默认为 4.0
chroma_spatial	空间色度强度，非负浮点数，默认为 3.0
luma_tmp	时间亮度强度，非负浮点数，默认为 6.0
chroma_tmp	时间色度强度，非负浮点数，默认为 luma_tmp * chroma_spatial / luma_spatial

例如，要使用 denoise3d 滤波器的默认值来增强输入，我们可以使用以下命令：

ffmpeg -i input.mpg -vf mp=denoise3d output.webm

这张图片展示了使用 denoise3d 滤波器默认值增强的 NASA 阿波罗计划存档视频。

4、使用 hqdn3d 进行降噪

denoise3d 滤波器的高级版本是 hqdn3d 滤波器，它已经在 libavfilter 库中，是 FFmpeg 的本地滤波器。滤波器的名称是高质量降噪三维滤波器的缩写，如下面的表格所示：

描述	生成高质量的平滑视频帧，并尝试提高压缩率，是 denoise3d 滤波器的增强版本
语法	hqdn3d=[luma_spatial[:chroma_spatial[:luma_tmp[:chroma_tmp]]]]
\\\*********	参数描述
luma_spatial	空间亮度强度，非负浮点数，默认为 4.0
chroma_spatial	空间色度强度，非负浮点数，默认为 3.0 * luma_spatial / 4.0
luma_tmp	时间亮度强度，非负浮点数，默认为 6.0 * luma_spatial / 4.0
chroma_tmp	时间色度强度，非负浮点数，默认为 luma_tmp * chroma_spatial / luma_spatial

例如，要使用默认的 hqdn3d 值来减少视频输入中的噪声，我们可以使用以下命令：

ffmpeg -i input.avi -vf hqdn3d output.mp4

下面的图像说明了 hqdn3d 滤波器的各种值的用法。

5、使用 nr 选项进行降噪

另一种减少视频输入噪声的方法是使用 -nr（降噪）选项。其值是一个从 0 到 100000 的整数，其中 0 是默认值。1-600 的范围对公用内容有用。如果视频包含强烈的噪声，请尝试使用更高的值。由于此选项比 denoise3d 和 hqdn3d 滤波器使用的计算机资源少得多，因此当速度很重要时，它是降噪的首选方法。例如，在较旧的计算机上，我们可以使用以下命令来改善观看稍微噪声的视频：