JPH044677A - ノイズ低減装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、テレビジラン、ビデオ、ビデオカメラ等の映
像信号のフィールド相関あるいはフレーム相関を利用す
ることによって、動きのある画像においても残像特性を
劣化させずにノイズを低減する装置に関するもので、さ
らに詳しくは、この系で用いる非線形処理方法の最適値
を提供することで入力画像の動き時のエツジ部に現れる
ノイズに対して最良のノイズ低減を行うことのできるノ
イズ低減装置に関すものである。

従来の技術 従来のノイズ低減装置としては、たとえば特開昭６１−
１５８５７４号公報に示されているようなものか知られ
ている。

第５図は従来のノイズ低減装置を示すブロック図である
。第５図において、１は映像信号の入力端子、２は入力
映像信号をアナログ信号からディジタル信号に変換する
Ａ／Ｄ変換器、３は一方の入力信号の入力映像信号から
他方の入力信号のノイズ信号を減算する減算回路、４は
入力映像信号からノイズを低減した減算回路３の出力信
号を１フレーム遅延させるフレームメモリである。ＮＴ
ＳＣカラー映像信号の色信号は１フレーム毎に位相反転
しているが、５はこれを補償するための色信号位相シフ
ト回路であり、フレームメモリ４で遅延された映像信号
の色信号のみを位相反転する。６は入力映像信号と１フ
レーム遅延した映像信号とを減算して差のフレーム差信
号を碍る減算回路、７は減算回路６の出力であるフレー
ム差信号を直列ディジタル信号から並列ディジタル信号
に変換する直列−並列変換回路、８は直列−並列変換回
路７からの出力の並列ディジタル信号に直行変換である
アダマール変換を施し、フレーム差信号から縦方向成分
、横方向成分、斜め方向成分を取り出すアダマール変換
回路である。アダマール変換回路８の出力はノイズ成分
と動き成分の分布が異なり、９はそのことを利用してノ
イズ成分を抽出する非線形処理回路である。１０はアダ
マール逆変換回路であり、非線形処理回路９から抽出さ
れたノイズ信号はアダマール変換されて得られたもので
あるから、アダマール逆変換することにより元の時間軸
に戻す。１１は並列ディジタル信号を元の直列ディジタ
ル信号に戻す並列−直列変換回路、１２は減算回路３か
ら出力されるディジタル信号をアナログ信号に変換する
Ｄ／Ａｔ換器である。

このように構成された従来のノイズ低減装置において、
その動作を説明する。入力端子１から映像信号が入力す
るとＡ／Ｄ変換器２てディジタル信号に変換され、この
ディジタル信号は減算回路３を通ることにより後述の非
相関成分が減算され、理想的にはノイズ成分を含まない
映像信号成分とナリ、フレームメモリ４にストアされ、
１フレームの間遅延される。この１フレ一ム分遅延した
映像信号は、１フレ一ム信号とは色信号の位相が反転し
ているため、色信号位相シフト回路５によって位相補償
され色信号の位相のみが反転させられた後、減算回路６
によりクロマ位相が等しい２つの映像信号の差のフレー
ム差信号が得られる。本来、入力映像信号が静止画であ
るとき、このフレーム差信号はノイズ成分そのものとな
り、以下に説明する回路を必要とせずノイズ抽出ができ
る。

しかし、入力映像信号か動きのある画像であるとこのフ
レーム差信号は、フレーム相関のない信号成分とノイズ
成分とか合わさった信号となる。

次に、このフレーム差信号からノイズ成分のみを得る方
法について述べる。このフレーム差信号は直列−並列変
換回路７により直列ディジタル信号から並列ディジタル
信号に変換され、アダマール変換回路８で低域成分、縦
方向成分、横方向成分などの信号として特徴をよく表わ
す成分に分けられる。いま、アダマール変換の変換次数
は４Ｘ２次の２次元アダマール変換かなされているとす
る。この場合、入力の１パターン絵素は第６図に示すよ
うになり、入力は、 ｘｔｏ　　　Ｘｌｌ　　　Ｘ１２　　　ＸＩＮとなる。

２Ｘ４次のアダマール変換の変換出力をＦ２４とする。

Ｆ　２４　＝　Ｈｔ・Ｘ宜４°Ｈ４ 上式により、４×２次の入力絵素）ｈ４からアダマール
変換の出力Ｆｚａが得られる。Ｈｚ　、　Ｈ４は下記の
通りである。

＋１−１ アダマール変換回路８からの出力は８成分の変換出力と
なる。一方、ノイズは相関性を持たないので、アダマー
ル変換回路８の出力の８成分の尚波数にほぼ均等に分散
する。このアダマール（換回路８の出力におけるノイズ
レベルは、周知の如く入力信号のノイズレベルに対応す
るものであるから、非線形処理回路９を通して、これら
の各成分から小レベルのノイズ成分のみを取り出すこと
ができる。この非線形処理回路９により抽出された各成
分はアダマール変換により得られたものであるから、ア
ダマール逆変換回路１０を通すことにより元の時間軸に
戻され、並列ディジタルノイズ信号か碍られる。そして
、並列−直列変換回路１１では並列ディジタルノイズ信
号を入力形態と同様の直列ディジタル信号にする。ここ
で得た信号はフレーム相関をもたないフレーム差信号か
らノイズ成分たけを抽出したもので、前述したように減
算回路３に供給され、入力映像信号からノイズ成分を引
くことによりノイズのないディジタル映像信号か得られ
ることになる。最供に、Ａ／Ｄ変換器１２でディジタル
映像信号が元のアナログ信号に変換されて出力される。

このような方法によるノイズ低減装置は、原理的にはＢ
９！像信号入力における静止画ではもちろん、動画にお
いても入力映像をそれはと劣化させすにノイズ低減を行
うことが出来る可能性を有している。

発明か解決しようとする課題 従来例で述べたノイズ低減装置は、原理的には、映像信
号入力、静止画ではもちろん動画においても残像を出さ
ずにノイズ低減することができる。

しかしながら、その非線形処理の処理方法によって視覚
的にＳ／Ｎ改善効果およびエツジ部の残像特性か大きく
異なることになり、これまでは、このような非線形特性
の最適特性が提案されていなかった。

本発明はかかる点を改良するもので、従来例で述べたノ
イズ低減装置の非線形処理方法の最適特性を提供するこ
とにより、残＠特性の劣化か小さく、シかもＳ／Ｎ改善
効果の大きいノイズ低減装置を提供することを目的とす
るものである。

課題を解決するための手段 上記課題を岐決するために１本発明のノイズ低減装置は
、入力映像信号とｎ（ｎ＞０：但しｎは整数）フィール
ド遅延手段の出力信号との差成分をとる第１の減算手段
さ、この第１の減算手段の出力信号の特徴成分を抽出す
る特徴抽出手段と、前記特徴抽出手段の出力からノイズ
成分を取り出す非線形処理手段と、前記非線形処理手段
の出力と入力映像信号との差信号を得る第２の減算手段
とを備え、前記ｎフィールド遅延手段は前記第２の減算
手段の出力をｎフィールド分遅延するとともに、前記非
線形処理手段は入力信号が基準レベルａ（ａ＞Ｏ）以下
でかつ基準レベルｂ（ｂ＜Ｏ）以上のときは入力信号に
対して比例定数ｉ（但し、ｉ〉０）で比例する出力信号
を出力し　入力信号か基準レベル８以上のときは略一定
値Ａを出力し、入力信号か基準レベルｂ以下のときは略
一定値Ｂを出力するように構成されたものである。

また、本発明のノイズ低減装置は、ｖｆ徴抽出手段か第
１の減算手段出力を複数の特徴成分に分解抽出するよう
に構成されるとともに、削記特夕、・抽出手段の複数の
特徴成分出力毎からノイズ成分を取り出す複数の非線形
処理回路を有する非線形処理群を設け、この非線形処理
群は各々の非線形処理手段の入力信号か基準レベルａｎ
（ａｎ〉０）以下でかつ基準レベルｂｎ（ｂｎ〈０）以
上のときは入力信号に対して比例定数ｉｎ（但し、ｉｎ
〉０）で比例する出力信号を出力し、入力信号が基準レ
ベルａｎ以上のときは略一定値Ａｎを出力し、入力信号
が基準レベルｂｎ以下のときは略一定値Ｂｎを出力し、
かつ前記各々の非線形処理手段の基準レベルａｎ、ｂｎ
、比例定数ｉｎ、略一定値Ａｎ、Ｂｎが複数の非線形処
理手段毎に少なくとも１つが異なるように構成されたも
のである。

作　　用 上記構成により、特徴抽出回路の出力に非線形処理を行
う非線形処理方法か、入力信号が基準レベルａ（ａ〉０
）以下でかつ基準レベルｂ（ｂ＞０）以上では比例定数
ｉで比例する出力信号を出力しく但し、１）Ｏ）、基準
レベル８以上では略一定値Ａｎを出力し、あるいは基準
レベルｂ以下では略一定Ｂｎを出力する最適の非線形特
性を有する非処理回路で行われるため、残像劣化か少な
く、かつＳ／Ｎ改善効果の大きいノイズ低減を行うこと
ができる。

実施例 以下本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明の第１の実施例におけるノイズ低減装置
のブロック図を示す。第１図において、第５図と同一符
号を付したものは、第５図と同じであり、同一の働きを
する。２１はアダマール変換からの出力に対して非線形
処理を最適特性の形で行う非線形処理回路であり、従来
の非線形処理回路９の代りに、アダマール変換回路８と
アダマール逆変換回路１０の間に介装されて使用されて
いる。

このように構成された第１の実施例のノイズ低減装置に
ついて、以下その動作を説明する。六方端子１から映像
信号か入力されると、Ａ／Ｄ変換器２により４ｆｓｃ　
（３ｆｓｃ　の場合も考えられる）でサンプリングされ
、アナログ信号からディジタル信号に変換される。減算
回路３で入力映像信号から１フレーム前の映像信号か減
算されることにより非相関成分か減算され、理想的には
ノイズ成分を含まない映像信号となる。この映像信号成
分はフレームメモリ４にストアされ、１フレームの間遅
延される。　ＮＴＳＣカラー映像信号の色信号は１フレ
ーム毎に位相反転しているためこれを色信号位相シフト
回路５で補償し、フレームメモリ４で遅延された映像信
号の色信号のみを位相反転する。

減算回路６により２つの映像信号の差のフレーム差信号
が得られる。このフレーム差信号はフレーム相関のない
信号成分（つまり動き成分）とノイズ成分とが合わさっ
た信号である。このフレーム差信号は直列−並列変換回
路７により直列ディジタル信号から並列ディジタル信号
に変換され、信号％像抽出手段であるアダマール変換回
路８は、このフレーム差信号を低域周波数成分、縦方向
周波数成分、横方向周波数成分などの特徴を表わす信号
成分に分ける。この各々の成分はノイズ成分と動き成分
であるから、非線形処理回路■を通すことによりこれら
の各成分から小レベルのノイズ成分のみを取り出すこと
ができる。そして、この非線形処理回路２１より抽出さ
れた各成分はアダマール変換により得られたものである
から、アダマール逆変換回路１０を通すことにより元の
時間軸に戻され、並列ディジタルノイズ信号か得られる
。

次に、並列−直列変換回路１１では、並列ディジタルノ
イズ信号を入力形態と同様の直列ディジタル信号にする
。ここで得られた信号はほぼフレーム差信号からノイズ
成分だけを抽出したものとなる。

そして、この信号を前述したように減算回路３に供給し
、入力信号から減算することによりノイズのないディジ
タル信号か得られることになる。最後に、Ａ／Ｄ変換器
１２でディジタル映像信号か元のアナログ信号に変換さ
れて出力される。

この実施例はフィールドメモリを用いても可能である。

またＮＴＳＣコンポジフト信号に限る必要はなく、ベー
スバンド信号でもＩＰ、成できることは明らかである。

なお、この場合は色信号位相シフト回路は不用となる。

以上の構成のノイズ低減装置の非線形処理回路２１につ
いて詳述する。一般にこの非線形処理回路の特性は、第
２図（ａｌ〜１ｄｌＫ示すように様々なものがあげられ
る。原理的に考えられる非線形処理の特徴としては、原
則的に正の値の入力に対しては正の出力を行い、負の入
力に対しては負の出力を行うことである。これらの非線
形処理に対しては、原理的に数値的なＳ／Ｎ改善が期待
できる。しかし、本発明者の実験によると非線形特性と
残像特性の視覚的評価には関連かあることが判明した。

ここにその結果について以下説明する。

第２図（ａ）に示した処理は入力成分に対して比例定数
ｋ（ｋ）Ｏ）で比例する出力レベルを出力するものであ
る。−この非線形処理回路を用いた実験によると、レベ
ル差の小さいエツジ部分では残像現象が起こり、エツジ
がぼけてしまってはっきりでないという問題があった。

第２図ｆｂｌに示した非線形処理は略サインカーブであ
り、ある一定レベル以上あるいはある一定レベル以下で
は各々０レベルを出力する。この非線形処理回路を用い
た実験によると、レベル差の小さいエツジがぼけやすく
、またエツジ付近にノイズのちらつきがみられるという
問題があった。

第２図（ｃｌに示した非線形処理はある一定の入力レベ
ルでは入力レベルに対して比例定数ｎ（ｎ＞０）で比例
する出力レベルを出力し、ある以上のレベルあるいはあ
る以下のレベルでは入力信号に対して比例定数（ｍ＜Ｏ
）で比例する出力レベルを出力し、あるレベル以上ある
いはあるレベル以下では各々０レベルを出力する。この
非線形処理回路を用いた実験によると、第２図（ｂｌと
ほぼ同様に、レベル差の小さいエツジがぼけやすく、ま
たエツジ付近にノイズのちらつきがみられるという問題
があった。

第２図（ｄｉに示した非線形処理はある一定の入力レベ
ルまでは入力レベルに対して比例定数ｉ（ｉ〉０）で比
例する出力レベルを出力し、基準レベルａ１２を上では
略一定値Ａもしくは入力信号に対してｃ　（ｉ＞ｌｃｌ
＞０）で比例する値を出力し、基準レベルｂａ下では略
一定値Ｂもしくは入力信号に対してｄ　（ｉ＞ｌｄｌ＞
０）で比例する値を出力する。

この非線形処理回路を用いた実験によると、前述までの
処理回路でみられた残像現象によるエツジのぼけがす＜
、またエツジ部にノイズのちらつきがないことも確かめ
られた。このように、原理的に効果的であると考えられ
るものについて、本発明者の実験より第２図（ｄ）の非
線形処理方法か視覚的に最も良い結果が得られることか
確認された。

したがって、本発明は非線形処理回路として（ｄｌの特
性を最適特性として提言するものである。

第３図および第４図は本発明の第２の実施例におけるノ
イズ低減装置の回路図およびその要部の詳細図を示す。

第３図、第４図において、第５図と同一の符号を付した
ものは第５図と同じであり、同一の働きをする。

第３図において、３１は直・並列交換回路７と並直列変
換回路１１の間に設けられたアダマール変換回路群３１
であり、第４図に示すように、アダマール変換回路８と
、このアダマール変換回路８から拶数の出力か入力され
る非線形処理回路群３２と、この非線形処理回路群３２
のそれぞれの出力か入力されるアダマール逆変換回路１
０からなっており、非線形処理回路３２はアダマール変
換回路７からの複数の出力に対して各々の非線形処理を
行って、それぞれ異なった非線形処理を行う。

この非線形処理回路群３２の各々の非線形処理回路は、
第１の実施例で説明したように、第２図ｆｄｌの処理方
法が最も有効である。この各々の非線形処理回路はそれ
ぞれある入力レベルに対しては比例定数１ｎ（ｉｎ＞０
）で比例する出力値を出力し、基準レベルａｎＪ２１．
上では略一定値Ａｎもしくは入力信号に対してｃｎ（ｉ
ｎ＞ＩＣｎ１＞０）で比例する値を出力し、基準レベル
ｂ。以下では略一定値Ｂｎもしくは入力信号に対してｄ
ｎ（ｉｎ＞１ｄｎｌ＞Ｏ）で比例する値を出力する非線
形処理回路である。

このように構成された本実施例のノイズ低減装置につい
て、以下その動作を説明する。入力端子１から映像信号
か入力されると、Ａ／Ｄ変換器２によりアナログ信号か
らディジタル信号に変換される。減算回路３で入力映像
信号から１フレーム前の映像信号か減算されることによ
り非相関成分が減算され、理想的にはノイズ成分を含ま
ないＢ！ｌ！像信号となる。この映像信号成分はフレー
ムメモリ４にストアされ、１フレームの間遅延される。

ＮＴＳＣカラー映像信号の色信号は１フレーム毎に位相
反転しているため５はこれを色信号位相シフト回路５で
補償し、フレームメモリ４で遅延された映像信号の色信
号のみを位相反転する。減算回路６により２つの映像信
号、の差のフレーム差信号が得られる。このフレーム差
信号はフレーム相関のない信号成分（つまり動き成分）
とノイズ成分とが合わさった信号である。このフレーム
差信号は直列−並列変換回路７により直列ディジタル信
号から並列ディジタル信号に変換され、アダマール変換
回路８はこのフレーム差信号を低域周波数成分、縦方向
周波数成分、横方向周波数成分など複数の成分に分ける
。この各々の成分はノイズ成分と動き成分であるから、
各々の成分を非線形処理回路群３２を通すことにより、
これらの各成分から小レベルのノイズ成分のみを取り出
すことができる。

ここでアダマール変換出力の特性について詳述する。一
般に映像信号は横方向の動きが多く、縦方向の動きが少
ない％徽を有している。したかつて、縦方向動き成分に
対しては、動き成分を少し混入させても、ノイズ成分の
大部分を非線形回路出力に取り出すのがよい。ゆえに、
基準レベルｂｎ、ｃｎ　を高く設定するのが望ましく、
縦方向の残像劣化は少し大きくなるが圧力画像には問題
はなく、高Ｓ／Ｎ改善を行うことができる。逆に、横方
向の動き成分に対して非線形処理回路はノイズ成分の抽
出能力が落ちても動き成分の混入が少ない方が良く、し
たがって、基準レベルｂｎ、ｃｎヲ低く設定することが
望ましく、これによりＳ／Ｎ改善能力は落ちるか残像現
象を抑えることができる。

このように、アダマール変換された特徴成分に分解され
た各々の成分から各々の特徴成分に応じた異なった特性
の非線形処理行い、ノイズ成分を抽出する。そして、こ
の各々の非線形処理回路から抽出された各成分はアダマ
ール変換により得られたものであるから、アダマール逆
変換回路１０を通すことにより元の時間軸に戻され、並
列ディジタルノイズ信号が得られる。次に、並列−直列
変換回路１１では、並列ディジタルノイズ信号を入力形
態と同様の直列ディジタル信号にする。ここで得られた
信号はほぼフレーム差信号からノイズ成分だけを抽出し
たものとなる。そして、この信号を前述したように減算
回路３に供給し、入力信号から減算することによりノイ
ズの含まないディジタル信号が得られることになる。最
後に、Ａ／Ｄ変換器１２でディジタル映像信号が元のア
ナログ信号に変換されて出力される。

この実施例はフィールドメモリを用いても可能である。

また、ＮＴＳＣコンポジット信号に限る必要ハｆｉ　＜
　、ベースバンド信号でも構成できることは明かである
。なお、この場合は色信号位相シフト回路は不用となる
。

発明の効果 以上のように本発明によれば、特徴抽出された各々の信
号成分に対して行う非線形処理形の最適特性を提供する
ことにより、残像特性の劣化が小さく、かつＳ／Ｎ改善
効果が大きいノイズ低減装置を得ることかでき、その実
用効果は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例のノイズ除去装置のブロ
ック図、第２″図（ω〜（ｄｉは非線形回路の特性側図
、第３図は本発明の第２の実施例のノイズ除去装置のブ
ロック図、第４図は同ノイズ除去装置におけるアダマー
ル変換回路群の詳細を示すブロック図、第５図は従来例
のノイズ低減装置のブロック図、第６図は入力信号のｌ
ＩＩ累単億単位す図である。 １・・・信号入力端子、２・−・Ａ／Ｄ変換器、３，６
・・・減算回路、４・・・フレームメモリ、５・・・色
信号位相シフト回路、７・−・直列−並列変換回路、８
・・・アダマール変−換回路、１０・・・アダマール逆
変換回路、１１・・−並列−直列変換回路、１２・・・
Ｄ／Ａ変換器、１３・・−出力端子、２１・・・非線形
処理回路、３１・・・アダマール斐換処理回路群、３２
・・・非線形処理回路群。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、入力映像信号とｎ（ｎ＞０：但しｎは整数）フィー
   ルド遅延手段の出力信号との差成分をとる第１の減算手
   段と、この第１の減算手段の出力信号の特徴成分を抽出
   する特徴抽出手段と、前記特徴抽出手段の出力からノイ
   ズ成分を取り出す非線形処理手段と、前記非線形処理手
   段の出力と入力映像信号との差信号を得る第２の減算手
   段とを備え、前記ｎフィールド遅延手段は前記第２の減
   算手段の出力をｎフィールド分遅延するとともに、前記
   非線形処理手段は入力信号が基準レベルａ（ａ＞０）以
   下でかつ基準レベルｂ（ｂ＜０）以上のときは入力信号
   に対して比例定数ｉ（但し、ｉ＞０）で比例する出力信
   号を出力し、入力信号が基準レベルａ以上のときは略一
   定値Ａを出力し、入力信号が基準レベルｂ以下のときは
   、略一定値Ｂを出力するように構成されたノイズ低減装
   置。 ２、入力映像信号とｎ（ｎ＞０：但しｎは整数）フィー
   ルド遅延手段の出力信号との差成分をとる第１の減算手
   段と、この第１の減算手段出力を複数（Ｎ個（Ｎ≠１）
   ）の特徴成分に分解抽出する特徴抽出手段と、前記特徴
   抽出手段の複数の特徴成分出力毎からノイズ成分を取り
   出す複数の非線形処理手段を有する非線形処理群と、前
   記非線形処理群からの出力と入力映像信号との差信号を
   得る第２の減算手段とを備え、前記ｎフィールド遅延手
   段は前記第２の減算手段の出力をｎフィールド分遅延す
   るとともに、前記非線形処理群は各々の非線形処理手段
   の入力信号が基準レベルａ＿ｎ（ａ＿ｎ＞０）以下で、
   かつ基準レベルｂ＿ｎ（ｂ＿ｎ＜０）以上のときは入力
   信号に対して比例定数ｉ＿ｎ（但し、ｉ＿ｎ＞０）で比
   例する出力信号を出力し、入力信号が基準レベルａ＿ｎ
   以上のときは略一定値Ａ＿ｎを出力し、入力信号が基準
   レベルｂ＿ｎ以下のときは略一定値Ｂ＿ｎを出力し、か
   つ前記各々の非線形処理手段の基準レベルａ＿ｎ、ｂ＿
   ｎ、比例定数ｉ＿ｎ、略一定値Ａ＿ｎ、Ｂ＿ｎが複数の
   非線形処理手段毎に少なくとも１つが異なるように構成
   されたノイズ低減装置。