JP2009232402A - ノイズ低減回路及び方法 - Google Patents

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貴之 佐藤
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Abstract

【課題】 映像データの動きの有無に関わらず、残像を抑制しつつノイズを適切に低減できるノイズ低減回路を提供する。
【解決手段】 本発明のノイズ低減回路は、時間方向又は空間方向に所定量ずれた2画素のデータ差分から、相関を利用して、動画用の複数のノイズ低減データを形成し、かつ、差分がノイズのために生じたか否かを示す差分原因判定信号を形成すると共に、時間方向又は空間方向に所定量ずれた2画素のデータ差分から静止画用のノイズ低減データを形成する。そして、入力映像データが動画か静止画かを判定し、静止画である場合には、静止画用のノイズ低減データを選択して出力し、判定結果が動画である場合には、複数の差分原因判定信号に基づき、動画用のノイズ低減データの決定方法を定め、動画用の各ノイズ低減データの中から選択し、又は、合成して、出力するノイズ低減データを得る。
【選択図】 図1

Description

本発明は、ノイズ低減回路及び方法に関し、例えば、映像表示装置や映像記録再生装置などにおける映像データのノイズ低減に適用し得るものである。
従来、映像データのノイズ低減回路として、特許文献1に開示されるものがある。特許文献1における図1の符号を適用して、この従来のノイズ低減回路の構成を簡単に説明すると、以下の通りである。
この従来のノイズ低減回路は、直前所定期間(例えば1フレーム)のノイズ低減後の映像データを記憶している映像データ記憶手段1と、ノイズ低減対象の画素に対し、時間方向又は空間方向に所定量ずれた画素の映像データ記憶手段1から与えられたデータと、入力映像データにおけるノイズ低減対象の画素のデータとの差分から、2つのデータの相関を利用してノイズ低減データを形成して出力すると共に、差分がノイズのために生じたか画像の有効な変化のために生じたかを示す差分原因判定信号を差分の時間変化に基づいて形成して出力する、時間方向及び空間方向のずれ量(例えば、1フレーム、1フィールド弱、1フィールド強、若しくは、1ライン)の組み合わせが異なる複数の相関利用ノイズ低減手段2〜5と、各相関利用ノイズ低減手段2〜5からの差分原因判定信号に基づき、最終的なノイズ低減後の映像データの決定方法を表す選択/合成制御信号を出力する選択/合成制御信号作成手段6と、選択/合成制御信号に基づき、各相関利用ノイズ低減手段2〜5からのノイズ低減データを選択、又は、合成して最終的なノイズ低減後の映像データを得る選択/合成手段7とを有する。
特開2005−175671号公報
従来のノイズ低減回路は、テレビジョン放送による映像データのような常時動きが発生している映像データを対象としている。ノイズ低減回路は、空間的及び又は時間的に異なる、相関が高いと思われる2つのデータの差分をとって、それをノイズ成分として除去するものであるが、2つのデータが移動体の移動によっても異なること(残像)もある。すなわち、2つのデータの差分がノイズのためではなく、移動によるため(残像)のこともある。一般には、ノイズの場合の方が、移動による場合より差分は小さく、そのため、閾値との比較により、ノイズか移動によるためかを切り分けて異なる対応をとるようにしている。移動による場合をノイズと判断した方が悪影響が大きく、そのため、閾値を小さく設定し、ノイズが大きい場合でも、移動による場合と判断し易くしている。そのため、監視カメラが撮影したような動きがほとんどない映像データに対しても、残像を抑制する動作を行ってしまい、ノイズを効果的に低減することができない。
また、動きがない映像データの場合、ノイズ相殺に供する2つのデータの位置が空間的に一致しているフレーム間差分データが、一番ノイズ低減効果が高いと推測できる。そのため、動きがない映像データを取り扱う際において、フレーム間差分データが選択されやすいようにパラメータ(フレーム間差分絶対値用の閾値等)を設定した場合、動きがある映像データに対して、フレーム間で移動体の位置が異なり、空間的に同じ位置に移動体が存在しないため、残像が大きく発生してしまうこともあり得る。
さらに、監視カメラ等のシステムでは、データ圧縮技術を用いてノイズ低減後の映像データを記録しているが、動きがない映像データでノイズを効果的に低減できないままであると、相関性などを利用したデータ圧縮技術では、低減できていないノイズ部分で相関性が低くなり圧縮効率が下がるため、記録データ量が大きくなってしまうという問題も有する。
そのため、映像データの動きの有り/無しに関わらず、残像を抑制しつつノイズを適切に低減することができるノイズ低減回路及び方法が望まれている。
第1の本発明のノイズ低減回路は、(1)直前所定期間のノイズ低減後の映像データを記憶している映像データ記憶手段と、(2)ノイズ低減対象の画素に対し、時間方向及び又は空間方向に所定量ずれた画素の上記映像データ記憶手段から与えられたデータと、入力映像データにおける上記ノイズ低減対象の画素のデータとの差分から、2つのデータの相関を利用してノイズ低減データを形成して出力すると共に、上記差分がノイズのために生じたか画像の有効な変化のために生じたかを示す差分原因判定信号を上記差分の時間変化に基づいて形成して出力する、上記時間方向及び又は空間方向のずれ量の組み合わせが異なる、動画用の複数の相関利用ノイズ低減手段と、(3)ノイズ低減対象の画素に対し、時間方向及び又は空間方向に所定量ずれた画素の上記映像データ記憶手段から与えられたデータと、入力映像データにおける上記ノイズ低減対象の画素のデータとの差分から、2つのデータの相関を利用してノイズ低減データを形成して出力する、静止画用の相関利用ノイズ低減手段と、(4)入力映像データにおける画面全体、若しくは、画面を複数に分割した分割画面が、動画か静止画かを判定する動画/静止画判定手段と、(5)上記動画/静止画判定手段の判定結果が静止画である画面全体若しくは画面部分については、上記静止画用の相関利用ノイズ低減手段からのノイズ低減データを選択して出力し、上記動画/静止画判定手段の判定結果が動画である画面全体若しくは画面部分については、上記動画用の各相関利用ノイズ低減手段からの差分原因判定信号に基づき、動画用のノイズ低減データの決定方法を定め、上記動画用の各相関利用ノイズ低減手段からのノイズ低減データを選択、又は、合成して、出力するノイズ低減データを得る出力データ選択手段とを有することを特徴とする。
第2の本発明は、入力映像データのノイズを低減したノイズ低減データを得て出力するノイズ低減方法において、映像データ記憶手段と、動画用の複数の相関利用ノイズ低減手段と、静止画用の相関利用ノイズ低減手段と、動画/静止画判定手段と、出力データ選択手段とを備え、(1)上記映像データ記憶手段は、直前所定期間のノイズ低減後の映像データを記憶しており、(2)上記時間方向及び又は空間方向のずれ量の組み合わせが異なる、上記動画用の複数の相関利用ノイズ低減手段はそれぞれ、ノイズ低減対象の画素に対し、時間方向及び又は空間方向に所定量ずれた画素の上記映像データ記憶手段から与えられたデータと、入力映像データにおける上記ノイズ低減対象の画素のデータとの差分から、2つのデータの相関を利用してノイズ低減データを形成して出力すると共に、上記差分がノイズのために生じたか画像の有効な変化のために生じたかを示す差分原因判定信号を上記差分の時間変化に基づいて形成して出力し、(3)上記静止画用の相関利用ノイズ低減手段は、ノイズ低減対象の画素に対し、時間方向及び又は空間方向に所定量ずれた画素の上記映像データ記憶手段から与えられたデータと、入力映像データにおける上記ノイズ低減対象の画素のデータとの差分から、2つのデータの相関を利用してノイズ低減データを形成して出力し、(4)上記動画/静止画判定手段は、入力映像データにおける画面全体、若しくは、画面を複数に分割した分割画面が、動画か静止画かを判定し、(5)上記出力データ選択手段は、上記動画/静止画判定手段の判定結果が静止画である画面全体若しくは画面部分については、上記静止画用の相関利用ノイズ低減手段からのノイズ低減データを選択して出力し、上記動画/静止画判定手段の判定結果が動画である画面全体若しくは画面部分については、上記動画用の各相関利用ノイズ低減手段からの差分原因判定信号に基づき、動画用のノイズ低減データの決定方法を定め、上記動画用の各相関利用ノイズ低減手段からのノイズ低減データを選択、又は、合成して、出力するノイズ低減データを得ることを特徴とする。
本発明によれば、映像データの動きの有り/無しに関わらず、残像を抑制しつつノイズを適切に低減することができるノイズ低減回路及び方法を提供できる。
(A)第1の実施形態
以下、本発明によるノイズ低減回路及び方法の第1の実施形態を、図面を参照しながら詳述する。
第1の実施形態のノイズ低減回路が扱う映像信号(映像データ)は、コンポジットビデオ信号であっても良く、輝度信号や色信号や色差信号などのコンポーネント信号であっても良い。但し、インターレース信号になっていることを要するが、1フレーム当たりのライン数は問われない。また、第1の実施形態のノイズ低減回路へは、デジタル信号(映像データ)として入力され、その画素データのビット数は問われない。また、デジタル信号のサンプリング周波数も問われない。さらに、第1の実施形態のノイズ低減回路は、記録媒体から再生された映像信号(映像データ)を処理する装置に設けられていても良く、ネットワーク側から受信した映像信号(映像データ)を処理する装置に設けられていても良く、放送映像信号(映像データ)を処理する装置に設けられていても良く、撮影による映像信号(映像データ)を処理する装置に設けられていても良い。
(A−1)第1の実施形態の構成
図1は、第1の実施形態のノイズ低減回路の構成を示すブロック図である。
第1の実施形態のノイズ低減回路は、フレームメモリ1と、2個のフレーム間ノイズ低減手段2及び9と、2個のフィールド間ノイズ低減手段3及び4と、ライン間ノイズ低減手段5と、動き/エッジ検出補正信号作成手段6と、選択/合成手段7と、動画/静止画判定手段8と、選択手段10とを有する。
なお、以下では、フレーム間ノイズ低減手段2をフレーム間第1ノイズ低減手段と呼び、フレーム間ノイズ低減手段9をフレーム間第2ノイズ低減手段と呼び、フィールド間ノイズ低減手段3をフィールド間第1ノイズ低減手段と呼び、フィールド間ノイズ低減手段4をフィールド間第2ノイズ低減手段と呼ぶ。
フレームメモリ1は、選択手段10から出力されたノイズ低減後の映像データを少なくとも1フレーム分だけ記憶するものである。フレームメモリ1は、現時点でのノイズ低減対象の画素データ(入力映像データ)に対し、1フレーム前の画素データをフレーム間第1ノイズ低減手段2、フレーム間第2ノイズ低減手段9に出力し、1フィールド前の2つの画素データをそれぞれフィールド間第1ノイズ低減手段3、フィールド間第2ノイズ低減手段4に出力し、1ライン(1水平走査ライン)前の画素データをライン間ノイズ低減手段5に出力するものである。
図2は、ノイズ低減対象の画素データとノイズ低減に利用する過去の画素データとの、時間軸方向及び垂直方向(V方向)の関係を示した説明図である。画素データP1は、ノイズ低減対象の画素データP0に対し、1フレーム(期間)前(すなわち2フィールド(期間)前;2V前)の画素データであり、フレーム間第1ノイズ低減手段2及びフレーム間第2ノイズ低減手段9に出力される。1フレーム前の画素データP1は、垂直方向及び水平方向には、ノイズ低減対象の画素データP0と同一位置である。画素データP2、P3はそれぞれ、ノイズ低減対象の画素データP0に対し、1フィールド(期間)(1V)前の画素データであり、フィールド間第1ノイズ低減手段3、フィールド間第2ノイズ低減手段4に出力される。フィールド間第1ノイズ低減手段3に出力される画素データP2は、水平方向には、ノイズ低減対象の画素データP0と同一位置(1/2画素ピッチだけずれていても良い)であるが、垂直方向には、1/2ライン分だけ上に位置している。フィールド間第2ノイズ低減手段4に出力される画素データP3は、水平方向には、ノイズ低減対象の画素データP0と同一位置(1/2画素ピッチだけずれていても良い)であるが、垂直方向には、1/2ライン分だけ下に位置している。画素データP4は、ノイズ低減対象の画素データP0に対し、1ライン(1水平走査期間;1H)前の画素データであり、ライン間ノイズ低減手段5に出力される。画素データP4は、水平方向には、ノイズ低減対象の画素データP0と同一位置であるが、垂直方向には、1ライン分だけ上に位置している。
フレーム間第1ノイズ低減手段2は、入力映像データとフレームメモリ1からの1フレーム遅延データとから、フレーム間ノイズ低減データA及びフレーム間動き検出信号を形成し(形成方法は動作の項で明らかにする)、フレーム間ノイズ低減データAを選択/合成手段7及び動画/静止画判定手段8に出力し、フレーム間動き検出信号を動き/エッジ検出補正信号作成手段6に出力するものである。
フィールド間第1ノイズ低減手段3は、入力映像データとフレームメモリ1からの1フィールド遅延データA(図2の画素データP2参照)とから、フィールド間ノイズ低減データA及びフィールド間動き/エッジ検出信号Aを形成し(形成方法は動作の項で明らかにする)、フィールド間ノイズ低減データAを選択/合成手段7に出力し、フィールド間動き/エッジ検出信号Aを動き/エッジ検出補正信号作成手段6に出力するものである。
フィールド間第2ノイズ低減手段4は、入力映像データとフレームメモリ1からの1フィールド遅延データB(図2の画素データP3参照)とから、フィールド間ノイズ低減データB及びフィールド間動き/エッジ検出信号Bを形成し(形成方法は動作の項で明らかにする)、フィールド間ノイズ低減データBを選択/合成手段7に出力し、フィールド間動き/エッジ検出信号Bを動き/エッジ検出補正信号作成手段6に出力するものである。
ライン間ノイズ低減手段5は、入力映像データとフレームメモリ1からの1ライン遅延データとから、ライン間ノイズ低減データ及びライン間エッジ検出信号を形成し(形成方法は動作の項で明らかにする)、ライン間ノイズ低減データを選択/合成手段7に出力し、ライン間エッジ検出信号を動き/エッジ検出補正信号作成手段に出力するものである。
動き/エッジ検出補正信号作成手段6は、フレーム間動き検出信号、フィールド間動き/エッジ検出信号A、フィールド間動き/エッジ検出信号B及びライン間エッジ検出信号から、動き/エッジ検出補正信号を形成して選択/合成手段7に制御信号として出力するものである。
選択/合成手段7は、4種類のノイズ低減手段2、3、4、5からのフレーム間ノイズ低減データA、フィールド間ノイズ低減データA、フィールド間ノイズ低減データB、ライン間ノイズ低減データを、動き/エッジ検出補正信号作成手段6からの動き/エッジ検出補正信号に応じて、選択及び又は合成し、ノイズが低減された動画用の映像データ(動画用ノイズ低減データ)として選択手段10に出力するものである。
動画/静止画判定手段8は、入力映像データと、フレーム間ノイズ低減手段2から出力されたフレーム間ノイズ低減データAとから、対象となっている入力映像データの画面全体が、動きがある映像(動画)であるか動きがない映像(静止画)であるかを判定し(判定方法は動作の項で明らかにする)、動画/静止画判定信号を作成して選択手段10に出力するものである。
フレーム間第2ノイズ低減手段9は、入力映像データとフレームメモリ1からの1フレーム遅延データとから、フレーム間ノイズ低減データB(静止画用ノイズ低減データ)を形成して(形成方法は動作の項で明らかにする)選択手段10に出力するものである。
ここで、上述したフレーム間第1ノイズ低減手段2が動画を考慮した所定パラメータの値(後述するノイズ/動き判定用閾値)を適用しているのに対して、フレーム間第2ノイズ低減手段9が静止画を考慮した所定パラメータの値を適用している点が異なっている。
選択手段10は、動画/静止画判定手段8から与えられた動画/静止画判定信号に従い、選択/合成手段7から与えられた動画用ノイズ低減データ、又は、フレーム間第2ノイズ低減手段9から与えられた静止画用ノイズ低減データを選択し、ノイズが低減された映像データとして出力するものである。ノイズ低減後の映像データは、次段に出力されると共に、フレームメモリ1にも与えられる。
(A−2)第1の実施形態の動作
次に、以上の構成を有する第1の実施形態のノイズ低減回路の動作(ノイズ低減方法)を説明する。
第1の実施形態のノイズ低減回路において、入力映像データに関し、新たな画素が、ノイズ低減対象の画素(図2の符号P0参照)になると、各ノイズ低減手段2、…、5、9はそれぞれ、以下のような、そのノイズ低減対象の画素についてのノイズ低減データ等の形成処理を行う。
フレーム間第1ノイズ低減手段2は、まず、ノイズ低減対象の画素の入力映像データ(画素データ)P0とフレームメモリ1から出力された1フレーム遅延データ(1フレーム前の画素データ)P1との差分の絶対値(又は差分二乗;以下、同様である)を求める。その後、フレーム間ノイズ低減手段2は、その差分絶対値を、ノイズ/動きの切り分け用の閾値(ノイズ/動き判定用閾値)と比較し、差分絶対値が閾値より小さい場合には差分はノイズによるものと判定し、差分絶対値が閾値以上の場合には差分は画像部分の動きによるものと判定する。周知のように、画像の静止部分では、相前後するフレームの同一位置の画素データは本来同一の値であって(非常に相関が高い)、それに差があったとしてもその差は小さく、一方、画像の動き部分では、相前後するフレームの同一位置の画素データはその動きの影響を受けて異なる値になることが多く、その差も大きい。フレーム間第1ノイズ低減手段2は、このような画像の性質を利用している。
フレーム間第1ノイズ低減手段2は、差分絶対値に基づいてノイズと判定したときには、入力映像データ(画素データ)P0からノイズ成分を除去したフレーム間ノイズ低減データAを出力し、一方、差分絶対値に基づいて動きと判定したときには、入力映像データ(画素データ)P0をそのままフレーム間ノイズ低減データAとして出力する。なお、入力映像データ(画素データ)P0から除去するノイズ成分は、上述した差分そのものであっても良く、上述した差分に所定の重み係数を乗算したものであっても良く、直前のノイズと判定された複数画素の差分の重み付け平均等であっても良い。
また、フレーム間第1ノイズ低減手段2は、差分絶対値に基づいて動きと判定したときには、差分絶対値をローパスフィルタに通して差分量レベル(平滑値)を得、動きと判定されたデータ差分量と、差分量レベルと差分符号から判定される動き判定信号(動き有り無し)とからなるフレーム間動き検出信号を形成して出力する。なお、単に、差分絶対値に基づいて動きと判定した場合でも、フレーム間動き検出信号の動き判定信号を動き有りとせず、ローパスフィルタを通して得た差分量レベルの正負も含めた変化から、動き判定信号の内容(動きの有無)を定めるようにしている。ノイズはランダムであるが、動きの場合には、同一画素の映像データの変化に一定の傾向があり、そのため、ローパスフィルタを通して得た差分量レベルに基づいて、フレーム間動き検出信号に含める動き判定信号の内容を定めることとしている。
フレーム間第2ノイズ低減手段9も、フレーム間第1ノイズ低減手段2とほぼ同様な動作により、フレーム間ノイズ低減データBを形成する。
ここで、フレーム間第2ノイズ低減手段9は、フレーム間第1ノイズ低減手段2で設定したノイズ/動き判定用閾値より大きい、静止画専用のノイズ/動き判定用閾値を用いている。上述したような構成のフレーム間ノイズ低減手段(2、9)において、ノイズレベルが大きい場合にも対応できるように閾値を大きく設定してしまっていると、動きがある映像データの入力時に、移動体の移動のため、相前後するフレームで画素値が異なっていてもノイズと判定されて残像が発生してしまうことがある。静止画用のノイズ低減を対象としているフレーム間第2ノイズ低減手段9においては、残像を気にする必要はない。フレーム間第2ノイズ低減手段9では、静止画を処理対象としていて残像を気にしなくても良いため、映像データに存在している最大のノイズレベルをノイズと判定できるようなノイズ/動き判定用閾値を設定することができる。
フレーム間第2ノイズ低減手段9は、フレーム間第1ノイズ低減手段2とは異なり、フレーム間動き検出信号を形成することは行っていない。
フィールド間第1ノイズ低減手段3は、まず、ノイズ低減対象の画素の入力映像データ(画素データ)P0とフレームメモリ1から出力された1フィールド遅延データP2との差分の絶対値を求める。その後、フィールド間第1ノイズ低減手段3は、その差分絶対値を、ノイズと、動き/エッジの切り分け用の閾値と比較し、差分絶対値が閾値より小さい場合には差分はノイズによるものと判定し、差分絶対値が閾値以上の場合には差分は画像部分の動き又はエッジによるものと判定する。閾値との比較により、ノイズと動きとを切り分けようとする技術思想は、フレーム間ノイズ低減手段2と同様である。しかし、フィールド間第1ノイズ低減手段3が差分絶対値を求めている2個のデータ、すなわち、入力映像データ(画素データ)P0とフレームメモリ1から出力された1フィールド遅延データP2の画素は、水平方向には一致しているが、垂直方向には1/2ライン分だけずれている。そのため、画像における静止物体等のエッジがその画素位置間のずれの幅内にあっても差分絶対値は大きくなる。従って、差分絶対値が閾値以上になる原因は、動きだけでなく、エッジの存在によっても生じる。
フィールド間第1ノイズ低減手段3は、差分絶対値に基づいてノイズと判定したときには、入力映像データ(画素データ)P0からノイズ成分を除去したフィールド間ノイズ低減データAを出力し、一方、差分絶対値に基づいて動き又はエッジと判定したときには、入力映像データ(画素データ)P0をそのままフィールド間ノイズ低減データAとして出力する。なお、入力映像データ(画素データ)P0から除去するノイズ成分は、上述した差分そのものであっても良く、上述した差分に所定の重み係数を乗算したものであっても良く、直前のノイズと判定された複数画素の差分の重み付け平均等であっても良い。
また、フィールド間第1ノイズ低減手段3は、差分絶対値に基づいて動き又はエッジと判定したときには、差分絶対値をローパスフィルタに通して差分量レベル(平滑値)を得、動き又はエッジと判定されたデータ差分量と、差分量レベルと差分符号から判定される動き/エッジ判定信号(動き/エッジ有り無し)とからなるフィールド間動き/エッジ検出信号を形成して出力する。
フィールド間第2ノイズ低減手段4は、ノイズ低減対象の画素の入力映像データ(画素データ)P0とフレームメモリ1から出力された1フィールド遅延データP3とに基づいて、フィールド間第1ノイズ低減手段3と同様な処理を行なう。
ライン間ノイズ低減手段5は、まず、ノイズ低減対象の画素の入力映像データ(画素データ)P0とフレームメモリ1から出力された1ライン遅延データP4との差分の絶対値を求める。その後、ライン間ノイズ低減手段5は、その差分絶対値を、ノイズとエッジとの切り分け用の閾値と比較し、差分絶対値が閾値より小さい場合には差分はノイズによるものと判定し、差分絶対値が閾値以上の場合には差分は画像部分のエッジによるものと判定する。閾値との比較により、ノイズとエッジとを切り分けようとする技術思想は、フィールド間第1ノイズ低減手段3やフィールド間第2ノイズ低減手段4と同様である。なお、ライン間ノイズ低減手段5が差分絶対値を求めている2個のデータ、すなわち、入力映像データ(画素データ)P0とフレームメモリ1から出力された1ライン遅延データP4の画素は、同一フレーム同一フィールドに属しているので、動きを捉えることができず、エッジのみを捉えることができる。
ライン間ノイズ低減手段5は、差分絶対値に基づいてノイズと判定したときには、入力映像データ(画素データ)P0からノイズ成分を除去したライン間ノイズ低減データを出力し、一方、差分絶対値に基づいてエッジと判定したときには、入力映像データ(画素データ)P0をそのままライン間ノイズ低減データとして出力する。なお、入力映像データ(画素データ)P0から除去するノイズ成分は、上述した差分そのものであっても良く、上述した差分に所定の重み係数を乗算したものであっても良く、直前のノイズと判定された複数画素の差分の重み付け平均等であっても良い。
また、ライン間ノイズ低減手段5は、差分絶対値に基づいてエッジと判定したときには、差分絶対値をローパスフィルタに通して差分量レベル(平滑値)を得、エッジと判定されたデータ差分量と、差分量レベルと差分符号から判定されるエッジ判定信号(エッジ有り無し)とからなるライン間エッジ検出信号を形成して出力する。
図3は、上述した5種類のノイズ低減手段2〜5、9への2個の入力データ間の時間方向及び垂直方向のずれの有無と大きさを整理して示す図表である。なお、図3は、いずれの場合にも、水平方向の位置ずれはないとしている。また、図4は、動き/エッジ検出補正信号作成手段6からの、選択/合成手段7への制御信号の意味合いの説明図、言い換えると、選択/合成手段7による選択又は合成論理の説明図である。
フレーム間第1ノイズ低減手段2(及びフレーム間第2ノイズ低減手段9)に関係する1フレーム遅延データP1は、ノイズ低減対象の画素データP0に対して、時間方向のずれが2V(Vは1フィールド期間)と大きいが、V方向(垂直方向)の位置ずれがないため、図4に示すようにフレーム間で動きがない場合だけ、1フレーム遅延データP1とノイズ低減対象の画素データP0の差分の絶対値をとることにより、ノイズ成分を抽出することができるが、フレーム間で動きがある場合には、時間によるデータの相関が取れなくなるため、差分データを使用してノイズ低減データを作成すると位置的残像が発生してしまう。
また、ライン間ノイズ低減手段5に関係する1ライン遅延データP4は、ノイズ低減対象の画素データP0に対して、図3に示すように、時間のずれはないがV方向に1ラインのずれがあるため、図4に示すように、ライン間でエッジがない場合には1ライン遅延データP4とノイズ低減対象の画素データP0の差分の絶対値をとることにより、ノイズ成分を抽出することができるが、ライン間にエッジがある場合にはV方向によるデータの相関が取れなくなるため、差分データを使用してノイズ低減データを作成すると位置的残像が発生してしまう。
さらに、フィールド間第1ノイズ低減手段3又はフィールド間第2ノイズ低減手段4に関係する1フィールド遅延データA(P2)、1フィールド遅延データB(P3)は、ノイズ低減対象の画素データP0に対して、図3に示すように、時間方向ではフレーム間の1/2時間にあたる1V、V方向ではライン間の1/2ラインにあたる0.5H(Hは1水平走査期間)のずれがあるため、図4に示すように、1フィールド遅延データA(P2)と1フィールド遅延データB(P3)の両方で動き又はエッジがない場合には、1フィールド遅延データA(P2)と1フィールド遅延データB(P3)の平均データを作成し、その平均化したデータとノイズ低減対象画素データP0の差分の絶対値をとることによりノイズ成分を抽出することができ、また、1フィールド遅延データA(P2)と1フィールド遅延データB(P3)の一方のデータに動き又はエッジがない場合には、動きがない方のデータとノイズ低減対象の画素データP0の差分の絶対値をとることによりノイズ成分を抽出することができるが、1フィールド遅延データA(P2)と1フィールド遅延データB(P3)の両方で動き又はエッジがある場合には時間方向及びV方向によるデータの相関が取れなくなるため差分データを使用してノイズ低減データを作成すると時間的残像若しくは位置的残像が発生してしまう。
そこで、動き/エッジ検出補正信号作成手段6が、常に時間方向及びV方向共に残像が少なくなるようにノイズ低減データを選択又は合成させるための制御信号を形成し、選択/合成手段7がその制御信号に応じて、4種類のノイズ低減手段2〜5からのノイズ低減データを選択又は合成して、動画用のノイズ低減後の映像データ(動画用ノイズ低減データ)を得る。
図5は、動き/エッジ検出補正信号作成手段6の制御信号の形成処理例を示すフローチャートである。
動き/エッジ検出補正信号作成手段6は、まず、フレーム間動き検出信号がフレーム間の動きがないことを表しているか否かを判別する(S100)。そして、フレーム間の動きがない場合には、フレーム間ノイズ低減データAを動画用ノイズ低減データとして選択/合成手段7によって選択させる(S101)。
これに対して、動き/エッジ検出補正信号作成手段6は、フレーム間の動きがある場合には、フィールド間動き/エッジ検出信号A及びフィールド間動き/エッジ検出信号Bの内容の組み合わせを判別する(S102〜S104)。フィールド間動き/エッジ検出信号A及びフィールド間動き/エッジ検出信号Bの両方が、動きがないことを表している場合は、動き/エッジ検出補正信号作成手段6は、選択/合成手段7によって、フィールド間ノイズ低減データAとフィールド間ノイズ低減データBの平均化したフィールド間ノイズ低減データを動画用ノイズ低減データとして出力させる(S104)。また、フィールド間動き/エッジ検出信号Aに動きがなくフィールド間動き/エッジ検出信号Bに動きがある場合には、動き/エッジ検出補正信号作成手段6は、選択/合成手段7によって、フィールド間ノイズ低減データAを動画用ノイズ低減データとして選択させる(S106)。さらに、フィールド間動き/エッジ検出信号Bに動きがなくフィールド間動き/エッジ検出信号Aに動きがある場合には、動き/エッジ検出補正信号作成手段6は、選択/合成手段7によって、フィールド間ノイズ低減データBを動画用ノイズ低減データとして選択させる(S107)。
また、フィールド間動き/エッジ検出信号A及びフィールド間動き/エッジ検出信号Bの両方が、動き又はエッジが有るという内容の場合には、動き/エッジ検出補正信号作成手段6は、ライン間エッジ検出信号の内容を判別する(S108)。エッジでない場合には、動き/エッジ検出補正信号作成手段6は、選択/合成手段7によって、ライン間ノイズ低減データを動画用ノイズ低減データとして選択させる(S109)。エッジである場合には、動き/エッジ検出補正信号作成手段6は、動き又はエッジの差分量レベルが最も少ないノイズ低減データを、選択/合成手段7によって、動画用ノイズ低減データとして選択させる(S110)。
なお、ライン間エッジ検出信号がエッジであることを表している場合には、動き/エッジ検出補正信号作成手段6は、選択/合成手段7によって、フレーム間ノイズ低減データを選択させるようにしても良く(S110−1)、また、4つの動き/エッジ判定信号から4つのノイズ低減データの重み付け方法を決定し、選択/合成手段7によって、4つのノイズ低減データを重み付け合成させて動画用ノイズ低減データを形成させるようにしても良い(S110−2)。後者の場合、差分量レベルが小さい判定信号に対応するノイズ低減データほど、その重みを大きくするようにする。
動画/静止画判定手段8には、入力映像データとフレーム間第1ノイズ低減手段2から出力されたフレーム間ノイズ低減データAが入力され、動画/静止画判定手段8は、残像の存在有無を検出して、入力映像データに係る画面全体が、動画か静止画かを判定する。動画/静止画の判定方法は任意であり、既存の方法を適用しても良い。
例えば、入力映像データとフレーム間ノイズ低減データAの差分絶対値を求め(なお、フレーム間第1ノイズ低減手段2から、その内部で求めている差分データを取り込むようにしても良い)、この差分絶対値が所定の閾値を超えている1画面当たりの画素数をカウントし、そのカウント数が、カウント数に係る閾値(カウント数閾値)より多いときに動画と判定し、カウント数閾値以下のときに静止画と判定するようにしても良い。また、カウント結果を数フレーム保持し、数フレームのカウント結果を総合的に判断して動画/静止画を判定するようにしても良い。例えば、数フレームのカウント結果の分散(ばらつき)が所定値以下であることを条件として静止画と判定するようにしても良い。ノイズはランダムであるので閾値を超える画素数(カウント値)はフレーム毎に変動する。一方、移動体の速度が一定と見なせる数フレームの間は、残像の大きさ(言い換えると画素数)はどのフレームでも同じ程度であり、そのため、閾値を超える画素数(カウント値)の変動は小さい。従って、数フレームのカウント結果のばらつきに基づいて、残像が存在するか否か、言い換えると、動画か否かを判定することができる。
選択/合成手段7から出力されたノイズ低減データは、動画用のノイズ低減データとして選択手段10に入力される。また、フレーム間第2ノイズ低減手段9から出力されたフレーム間ノイズ低減データBは、静止画用のノイズ低減データとして選択手段10に入力される。選択手段10は、動画/静止画判定手段8から出力された動画/静止画判定信号が動画を指示している場合には、動画用ノイズ低減データを選択してノイズ低減後の映像データとして次段及びフレームメモリ1に出力する。一方、選択手段10は、動画/静止画判定手段8から出力された動画/静止画判定信号が静止画を指示している場合には、フレーム間第2ノイズ低減手段9から出力された静止画用ノイズ低減データを選択してノイズ低減後の映像データとして次段及びフレームメモリ1に出力する。
ここで、動画/静止画判定手段8が、上述したように画面(フレーム)毎に動画、静止画を判定しているので、選択手段10による静止画用ノイズ低減データ又は動画用ノイズ低減データの選択は、フレーム毎に見直され、各フレームの期間では同一の選択状態となっている。
従って、動き/エッジ検出補正信号作成手段6による信号の作成論理を示す図5のフローチャートに対し、仮に、選択手段10の選択も考慮したステップを追加すると、図6のフローチャートのようになる。
ステップS100の前に、動画/静止画判定信号が動画、静止画のいずれを指示しているかの判別ステップS150が設けられ、静止画の場合には静止画用ノイズ低減データを選択する新たなステップS151に移行し、動画の場合には、ステップS100に移行することになる。
(A−3)第1の実施形態の効果
以上のように、第1の実施形態によれば、静止画専用のフレーム間第2ノイズ低減手段を設け、動画/静止画判定手段が動画と判定した場合には、選択/合成手段から出力された動画用ノイズ低減データを選択し、動画/静止画判定手段が静止画と判定した場合には、フレーム間第2ノイズ低減手段から出力された静止画用ノイズ低減データを選択して出力するようにしたので、動画の場合には残像を抑制したノイズ低減データを出力することができ、静止画の場合にはノイズを適切に除去したノイズ低減データを出力することができる。
例えば、監視カメラ等のシステムでは、データ圧縮技術を用いてノイズ低減後の映像データを記録しているが、監視カメラ等からの映像データは大半が静止画である。そのため、第1の実施形態のノイズ低減回路を適用すれば、記録に供するノイズ低減後の映像データは、ノイズが適切に除去されたものとなり、相関性などを利用したデータ圧縮技術での圧縮効率が高く、記録データ量を抑えることができる。
(B)第2の実施形態
次に、本発明によるノイズ低減回路及び方法の第2の実施形態を、図面を参照しながら詳述する。
図7は、第2の実施形態のノイズ低減回路の構成を示すブロック図であり、上述した第1の実施形態に係る図1との同一、対応部分には同一符号を付して示している。
図7において、第2の実施形態のノイズ低減回路は、フレームメモリ1、フレーム間第1ノイズ低減手段2、フィールド間第1ノイズ低減手段3、フィールド間第2ノイズ低減手段4、ライン間ノイズ低減手段5、動き/エッジ検出補正信号作成手段6、選択/合成手段7及び動画/静止画判定手段8を有する。すなわち、第1の実施形態におけるフレーム間第2ノイズ低減手段9や選択手段10は設けられていない。
第2の実施形態におけるフレームメモリ1、フレーム間第1ノイズ低減手段2、フィールド間第1ノイズ低減手段3、フィールド間第2ノイズ低減手段4、ライン間ノイズ低減手段5、動き/エッジ検出補正信号作成手段6、選択/合成手段7及び動画/静止画判定手段8は、第1の実施形態のものと同様である。
但し、選択/合成手段7から出力されたノイズ低減データが、ノイズ低減後の映像データとして次段及びフレームメモリ1に出力されている点は、第1の実施形態と異なっている。また、動画/静止画判定手段8から出力された動画/静止画判定信号が選択/合成手段7に与えられている点は、第1の実施形態と異なっている。
第2の実施形態の選択/合成手段7は、動画/静止画判定手段8から出力された動画/静止画判定信号が静止画を指示している場合には(1フレーム期間継続して指示している)、動き/エッジ検出補正信号作成手段6からの動き/エッジ検出補正信号を無視し、フレーム間第1ノイズ低減手段2から出力されたフレーム間ノイズ低減データAを選択する。すなわち、静止画では、ノイズ低減に利用する2つの画素データが時間的に一番離れているフレーム間ノイズ低減データAを選択しても残像が発生しないため、全画素データでノイズ低減効果が一番高いフレーム間ノイズ低減データAのみを強制的に選択する。
第2の実施形態の選択/合成手段7は、動画/静止画判定手段8から出力された動画/静止画判定信号が動画を指示している場合には(1フレーム期間継続して指示している)、動き/エッジ検出補正信号作成手段6からの動き/エッジ検出補正信号に従って、フレーム間ノイズ低減データA、フィールド間ノイズ低減データA、フィールド間ノイズ低減データB、ライン間ノイズ低減データの中からデータを選択し、又は、合成してノイズ低減後の映像データとする。
動き/エッジ検出補正信号作成手段6による信号の作成論理を示す、上述した図5のフローチャートに対し、仮に、動画/静止画判定手段8による判定結果を考慮したステップを追加すると、図8のフローチャートのようになる。
ステップS100の前に、動画/静止画判定信号が動画、静止画のいずれを指示しているかの判別ステップS200が設けられ、静止画の場合にはフレーム間ノイズ低減データAを出力するステップS101に移行し、動画の場合には、ステップS100に移行することになる。
以上のように、第2の実施形態によれば、静止画の場合には、強制的にフレーム間ノイズ低減データを出力し、動画の場合には、動き/エッジ検出補正信号に応じ、フレーム間ノイズ低減データA、フィールド間ノイズ低減データA、フィールド間ノイズ低減データB、ライン間ノイズ低減データを選択/合成して出力するようにしたので、静止画では、フィールド間ノイズ低減データやライン間ノイズ低減データよりノイズ低減効果が高いフレーム間ノイズ低減データを常に出力でき、動画では、残像を抑制したノイズ低減データを出力することができる。
例えば、監視カメラ等のシステムに適用した場合に、記録データの圧縮率をあげることができることは、第1の実施形態の場合と同様である。
(C)他の実施形態
上記各実施形態では、画面全体が動画であるか静止画であるかを判定するものを示したが、1画面をn分割した領域毎に動画であるか静止画であるかを判定し、領域毎に上述した各実施形態のような選択、若しくは、合成処理するようにしても良い。領域毎の判定方法としては、画面全体の判定方法と同様な方法を適用すれば良い。
また、上記実施形態においては、動画/静止画判定手段8が、入力映像データと、フレーム間第1ノイズ低減手段2からのフレーム間ノイズ低減データAとから、動画であるか静止画であるかを判定するものを示したが、他の信号から、動画であるか静止画であるかを判定するようにしても良い。例えば、入力映像データと、フレームメモリ1からの1フレーム遅延データとから、動画であるか静止画であるかを判定するようにしても良い。この場合において、領域毎に判定する方法を適用するとしたら、いわゆる動きベクトルの検出方法を適用し、動きベクトルの大きさが閾値以下か否かにより、動画/静止画を判定するようにしても良い。
第1の実施形態においては、選択手段10を、選択/合成手段7の他に設けたものを示したが、選択/合成手段7が選択手段10の機能を兼ねるようにしても良い。例えば、フレーム間第2ノイズ低減手段9からのフレーム間ノイズ低減データBを選択/合成手段7に入力させると共に、動画/静止画判定手段8から出力された動画/静止画判定信号も選択/合成手段7に入力させ、選択/合成手段7が、動画/静止画判定信号が静止画を指示しているときにはフレーム間ノイズ低減データBを選択するようにしても良い(第2の実施形態に係る図7参照)。
逆に、第2の実施形態に係る選択/合成手段7の後段に選択手段を設け、フレーム間第1ノイズ低減手段2からのフレーム間ノイズ低減データAと、選択/合成手段7からの出力データとを選択手段に入力し、この選択手段が、動画/静止画判定手段8から出力された動画/静止画判定信号に応じて選択動作するようにしても良い(第1の実施形態に係る図1参照)。
上記各実施形態においては、動画/静止画判定手段8から出力された動画/静止画判定信号を、選択手段10又は選択/合成手段7に入力して選択を切り替えるものを示したが、動画/静止画判定手段8から出力された動画/静止画判定信号を、動き/エッジ検出補正信号作成手段6に与えて、動き/エッジ検出補正信号作成手段6が、動画/静止画判定信号に応じた所望する選択動作を実行できるような動き/エッジ検出補正信号を作成するようにしても良い。
第1の実施形態においては5種類のノイズ低減手段を備え、第2の実施形態においては4種類のノイズ低減手段を備えたものを示したが、ノイズ低減手段の種類数はこれら実施形態に限定されない。
例えば、ノイズ低減手段として、フレーム間及びフィールド間を有するものであっても良く、フレーム間及びライン間を有するものであっても良く、フィールド間及びライン間を有するものであっても良い。また、2フレーム以上離れたフレーム間の相関を利用したノイズ低減手段があっても良い。フィールド間ノイズ低減手段として、フィールド間第1ノイズ低減手段又はフィールド間第2ノイズ低減手段の一方だけを備えるものであっても良い。逆に、ライン間ノイズ低減手段として、ノイズ低減対象の画素より垂直方向に1ライン分だけ上の画素データを利用したライン間第1ノイズ低減手段及びノイズ低減対象の画素より垂直方向に1ライン分だけ下の画素データを利用したライン間第2ノイズ低減手段の双方を備えるものであっても良い。以上のような組み合わせに、さらに、ローパスフィルタノイズ低減手段を備えても良い。但し、相関を利用したノイズ低減手段を、相関の種類が異なる2種類以上備えていることが好ましい。
なお、ローパスフィルタノイズ低減手段は、入力映像データから高域成分のノイズを除去するためローパスフィルタを通してノイズ低減を行なうものであり、その処理後のデータ(ローパスフィルタノイズ低減データ)を出力するものである。
但し、静止画用のノイズ低減手段としては、フレーム間の相関を利用したもの、2フレーム以上離れたフレーム間の相関を利用したものが好ましい。
動画用のノイズ低減手段として、複数種類のノイズ低減手段を有する場合において、ディップスイッチなどで、利用するノイズ低減手段をユーザなどが設定し得るようにしても良い。
上記各実施形態では、映像信号がインターレース方式に従う場合を説明したが、映像信号がノンインターレース方式に従う場合にも本発明を適用することができる。例えば、インターレース方式の映像信号をノンインターレース化した映像信号が入力信号の場合には、フィールド概念が存在する。また、フレーム間及びライン間のノイズ低減手段を備えることでノンインターレース方式の映像信号に対応できる。
第1の実施形態に係るノイズ低減回路の構成を示すブロック図である。 第1の実施形態に係るノイズ低減対象の画素データとノイズ低減に利用する過去の画素データとの、時間軸方向及び垂直方向の関係を示した説明図である。 第1の実施形態における5種類のノイズ低減手段への2個の入力データ間の時間方向及び垂直方向のずれの有無と大きさを整理して示す図表である。 第1の実施形態の選択/合成手段によるノイズ低減データの選択又は合成論理の説明図である。 第1の実施形態の動き/エッジ検出補正信号作成手段における選択/合成制御信号の形成処理を示すフローチャートである。 第1の実施形態におけるノイズ低減データの選択方法を説明する仮想的なフローチャートである。 第2の実施形態のノイズ低減回路の構成を示すブロック図である。 第2の実施形態におけるノイズ低減データの選択方法を説明する仮想的なフローチャートである。
符号の説明
1…フレームメモリ、2…フレーム間第1ノイズ低減手段、3…フィールド間第1ノイズ低減手段、4…フィールド間第2ノイズ低減手段、5…ライン間ノイズ低減手段、6…動き/エッジ検出補正信号作成手段、7…選択/合成手段、8…動画/静止画判定手段、9…フレーム間第2ノイズ低減手段、10…選択手段。

Claims (5)

  1. 直前所定期間のノイズ低減後の映像データを記憶している映像データ記憶手段と、
    ノイズ低減対象の画素に対し、時間方向及び又は空間方向に所定量ずれた画素の上記映像データ記憶手段から与えられたデータと、入力映像データにおける上記ノイズ低減対象の画素のデータとの差分から、2つのデータの相関を利用してノイズ低減データを形成して出力すると共に、上記差分がノイズのために生じたか画像の有効な変化のために生じたかを示す差分原因判定信号を上記差分の時間変化に基づいて形成して出力する、上記時間方向及び又は空間方向のずれ量の組み合わせが異なる、動画用の複数の相関利用ノイズ低減手段と、
    ノイズ低減対象の画素に対し、時間方向及び又は空間方向に所定量ずれた画素の上記映像データ記憶手段から与えられたデータと、入力映像データにおける上記ノイズ低減対象の画素のデータとの差分から、2つのデータの相関を利用してノイズ低減データを形成して出力する、静止画用の相関利用ノイズ低減手段と、
    入力映像データにおける画面全体、若しくは、画面を複数に分割した分割画面が、動画か静止画かを判定する動画/静止画判定手段と、
    上記動画/静止画判定手段の判定結果が静止画である画面全体若しくは画面部分については、上記静止画用の相関利用ノイズ低減手段からのノイズ低減データを選択して出力し、上記動画/静止画判定手段の判定結果が動画である画面全体若しくは画面部分については、上記動画用の各相関利用ノイズ低減手段からの差分原因判定信号に基づき、動画用のノイズ低減データの決定方法を定め、上記動画用の各相関利用ノイズ低減手段からのノイズ低減データを選択、又は、合成して、出力するノイズ低減データを得る出力データ選択手段と
    を有することを特徴とするノイズ低減回路。
  2. 上記入力映像データをローパスフィルタに通して高域成分のノイズを除去したローパスフィルタノイズ低減データを出力するローパスフィルタノイズ低減手段を動画用のノイズ低減手段として備え、上記出力データ選択手段が、上記動画/静止画判定手段の判定結果が動画である画面全体若しくは画面部分については、ローパスフィルタノイズ低減データも候補として選択動作することを特徴とする請求項1に記載のノイズ低減回路。
  3. ある相関利用ノイズ低減手段を、上記静止画用の相関利用ノイズ低減手段、及び、上記動画用の1つの相関利用ノイズ低減手段として兼用していることを特徴とする請求項1又は2に記載のノイズ低減回路。
  4. 上記静止画用の相関利用ノイズ低減手段と、ある1つの上記動画用の1つの相関利用ノイズ低減手段とは、利用する2つのデータの時間方向及び又は空間方向のずれが同一であるが、上記2つのデータの差分がノイズのために生じたか画像の有効な変化のために生じたかを切り分ける閾値が異なっていることを特徴とする請求項1又は2に記載のノイズ低減回路。
  5. 入力映像データのノイズを低減したノイズ低減データを得て出力するノイズ低減方法において、
    映像データ記憶手段と、動画用の複数の相関利用ノイズ低減手段と、静止画用の相関利用ノイズ低減手段と、動画/静止画判定手段と、出力データ選択手段とを備え、
    上記映像データ記憶手段は、直前所定期間のノイズ低減後の映像データを記憶しており、
    上記時間方向及び又は空間方向のずれ量の組み合わせが異なる、上記動画用の複数の相関利用ノイズ低減手段はそれぞれ、ノイズ低減対象の画素に対し、時間方向及び又は空間方向に所定量ずれた画素の上記映像データ記憶手段から与えられたデータと、入力映像データにおける上記ノイズ低減対象の画素のデータとの差分から、2つのデータの相関を利用してノイズ低減データを形成して出力すると共に、上記差分がノイズのために生じたか画像の有効な変化のために生じたかを示す差分原因判定信号を上記差分の時間変化に基づいて形成して出力し、
    上記静止画用の相関利用ノイズ低減手段は、ノイズ低減対象の画素に対し、時間方向及び又は空間方向に所定量ずれた画素の上記映像データ記憶手段から与えられたデータと、入力映像データにおける上記ノイズ低減対象の画素のデータとの差分から、2つのデータの相関を利用してノイズ低減データを形成して出力し、
    上記動画/静止画判定手段は、入力映像データにおける画面全体、若しくは、画面を複数に分割した分割画面が、動画か静止画かを判定し、
    上記出力データ選択手段は、上記動画/静止画判定手段の判定結果が静止画である画面全体若しくは画面部分については、上記静止画用の相関利用ノイズ低減手段からのノイズ低減データを選択して出力し、上記動画/静止画判定手段の判定結果が動画である画面全体若しくは画面部分については、上記動画用の各相関利用ノイズ低減手段からの差分原因判定信号に基づき、動画用のノイズ低減データの決定方法を定め、上記動画用の各相関利用ノイズ低減手段からのノイズ低減データを選択、又は、合成して、出力するノイズ低減データを得る
    ことを特徴とするノイズ低減方法。
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