JPH0640418B2 - 雑音除去装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はＶＴＲやビデオディスク装置等に応用して、ビ
デオ信号に含まれる微小な特定域の雑音成分を軽減する
ビデオ信号の雑音除去装置に関するものである。

従来の技術 従来の雑音除去装置としては、例えば特開昭５８−９６
４７３号公報に示されている。

第４図はこの従来の雑音除去装置のブロック図を示すも
のであり、１はビデオ信号の入力端子、２は入力端子１
から入力されたビデオ信号から高域周波数成分を分離す
る微分回路（これは低域を遮断し、特定域の高域を通過
するフィルタ特性を持つものでも良い）、３は微分回路
２出力信号を増幅する増幅器、４は振幅制限器、５は増
幅器３で増幅され、振幅制限器４で一定振幅に制限され
た信号を適当なレベルに減衰する減衰器、６は前記入力
端子１から入力されたビデオ信号と前記減衰器５の出力
信号を互いに逆相で混合する混合器、７は混合器６の出
力信号すなわち雑音が軽減されたビデオ信号を出力する
出力端子、８は振幅制限器４の動作を検出して微分回路
２の充放電流を増大させる充放電回路である。

第５図は微分回路２、振幅制限器４、充放電回路８の具
体回路図であって、容量９、抵抗１０は微分回路２を構
成し、抵抗１１、トランジスタ１２、１３および電圧源
１４は振幅制限器４を構成し、抵抗１５およびトランジ
スタ１６は充電回路を、抵抗１７、トランジスタ１８は
放電回路を構成している。電圧源１９は充放電回路８の
出力を適当にバイアスするためのものであって、これは
また増幅器３の入力バイアス電源を兼ねることができ
る。

以上のように構成された従来の雑音除去装置について、
以下第６図要部波形図を用いて説明する。ここでは簡単
のため入力信号として、第６図ａに示すようにｔ＝０で
レベルＶ_Ａに変化するステップ信号を用い、これに微小
レベルの高周波のノイズＮが重畳しているものとする。
今、容量９の容量値をＣ、抵抗１０の抵抗値をＲとする
と微分回路２の伝達特性は、ＳＲＣ／(ＳＲＣ＋１)とな
る（Ｓはラプラス変換変数）。この微分回路に第６図ａ
に示すステップ信号が入力された場合、充放電回路が動
作しない時第６図ｂに実線で示す信号が出力される。す
なわち入力信号がステップ状に一定レベルだく変化した
時、変化の瞬間微分回路の出力も同じレベルだけ変化
し、その後入力信号の変化の正負にしたがって放電また
は充電電流が流れ、微分回路の出力電位は抵抗１０の一
端が結合されている基準点の電位に向って変化する。な
お、ここでは容量９から抵抗１０の方向へ電流が流れる
場合を放電、これとは逆に容量９へ電流が流れる場合を
充電と表現している。この場合の充放電の時定数はＲＣ
である。そして微分回路出力信号を増幅し、振幅制限を
加えた場合の波形は第６図ｃの実線のようになる。いま
入力信号に対して振幅制限されるレベルをＶ_Ｂ、増幅器
３の増幅度をＫとすると、振幅制限器４の出力波形は微
分回路２出力がＶ_Ｂを越える部分については振幅制限さ
れるのでレベルがＫＶ_Ｂのフラット信号となる。このフ
ラット部分の時間幅は入力信号の変化レベルと微分回路
の時定数で決定される。たとえば時刻ｔ＝０でレベルＶ
_Ａだけ変化するステップ信号を仮定すると、微分回路の
出力電圧 は となり、これが振幅制限レベルＶ_Ｂに達する時間ｔ
_１は、 ｔ_１＝ＲＣ ｌｎ（Ｖ_Ｂ／Ｖ_Ａ） …………(2) となる。すなわち、この時間間隔だけ微分信号は振幅制
限される。第６図ｄの実線は振幅制限された出力を減衰
器５で所定のレベルに減衰して入力信号と逆位相の関係
で混合器６により混合した出力波形である。

つぎに、入力信号に第６図ａのように高周波のノイズＮ
が重畳している場合を考えると、微分回路の出力にもそ
の通過帯域に応じてノイズＮが重畳する。このノイズＮ
のうち振幅制限器４でリミットされない部分は第６図ｃ
のように残り、混合器６においてキャンセルされる。

しかしながら、このノイズ成分のうちリミットされる部
分についてはクリップされてノイズを取り出すことがで
きないため、混合器６の出力ではノイズがキャンセルさ
れず、第６図ｄのＮ´のようになる。しかもこのリミッ
トされた部分は一定の直流レベルを持っているので、混
合器６の出力において、直流成分が減少、言いかえると
信号成分が減少してしまう。要するに、この雑音除去装
置は、入力信号のフラットな部分については雑音が除去
されるが、直流レベルが変化する部分、大振幅の交流成
分を持つ部分については雑音除去効果がなく、逆に信号
成分が減少するという欠点がある。さらに、微分回路２
の出力信号がリミットされフラットとなる部分の時間幅
ｔ_１は微分回路２の時定数ＲＣに比例し、低周波のノイ
ズを通過させるためにはＲＣを大きくしなければなら
ず、そのため時間幅ｔ_１が大きくなってしまう。

これに対して充放電回路８が動作する時、微分回路２の
出力レベルの絶対値が振幅制限器４のリミッタレベルＶ
_Ｂを越えている時充放電回路８が動作して、微分回路２
の出力が正の時は放電回路を、また負の時は充電回路を
それぞれ動作させて、第６図ｄの破線で示すように充放
電速度が速くなる。その結果、時間ｔ_１より短かい時間
ｔ_２でレベルＶ_Ｂに達する。微分回路２の出力レベルが
Ｖ_Ｂに達すると、放電は微分回路２で決る時定数ＲＣと
なり、第６図ｃの破線のように振幅制限器４の出力には
時間ｔ_２だけリミットされた信号が取り出されることに
なる。

なお、第５図の振幅制限器４のリミッタ特性は、抵抗１
１とトランジスタ１２，１３の導通および遮断特性によ
り決り、トランジスタ１２または13の導通時には振幅制
限器出力が一定レベルにリミットされると同時に充電回
路を構成する抵抗１５、トランジスタ１６または放電回
路を構成する抵抗１７、トランジスタ１８のいずれかが
動作する。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら上記のような構成では、充放電回路８の充
放電電流を大きくしてｔ_２を十分に小さくしても、第６
図ｃに示すようなＫＶ_Ｂのレベルから零に向って減衰す
る成分が残り、これによる信号の欠除が避けられない、
すなわち、ＶＴＲにおいてはエッジ部分のＳ／Ｎがもと
もと悪く、少しでも良くしたいという要求があるにもか
かわらず従来の雑音除去装置ではこの部分のＳ／Ｎを逆
に悪くしていたという問題点、さらに、ｔ_２を小さくす
るため充放電電流を大きくしたり、より低周波帯域の雑
音を除去するため微分回路２の時定数を大きくすると、
微分回路２を介して入力端子１に流れる充放電電流が大
きくなるため、入力信号に及ぼす影響が大きくなり、出
力信号が歪みやすくなるため、設計が非常に困難になる
という問題点を有していた。

本発明はかかる点に鑑み、第６図ａのステップ信号のよ
うな大レベルの信号には信号の欠除が発生せず、エッジ
部分の雑音除去効果も大きく、低周波帯域の雑音まで除
去しても波形の歪みが極めて少ないビデオ信号の雑音除
去装置を提供することを目的とする。

問題点を解決するための手段 本発明は入力信号の所定の時間当りの変化分を取り出す
差分回路と、入力レベルが小さい時出力が入力に略比例
または入力レベルに応じて非線形に圧縮し、入力レベル
が大きい時出力が十分に小または零となる非線形回路
と、この非線形回路の出力を上記所定の時間遅延する遅
延回路と、この遅延回路の出力と前記差分回路の出力と
を加えて前記非線形回路に入力する加算器と、前記非線
形回路の出力に所定の値を乗ずる乗算器と、前記差分回
路に入力した信号から前記乗算器の出力を差し引く減算
器を備えた雑音除去装置である。

作 用 本発明は前記した構成により、入力信号レベルが小さい
時、非線形回路出力端子における出力信号は非線形回路
のゲインで決る時定数を有する高域通過特性を示し、入
力信号レベルが大きくなると圧縮，振幅制限特性を示
し、さらに入力レベルが大きくなると出力レベルが小さ
くなって、大振幅の入力信号の時は信号の欠除、すなわ
ちＳ／Ｎの劣下のない出力が得られ、信号エッジ部分ま
で雑音除去効果があり、かつＳ／Ｎ劣下が少なく低周波
領域まで雑音除去を行なっても波形歪の少ない雑音除去
を行なう。

実施例 第１図は本発明の第１の実施例における雑音除去装置の
ブロック図を示すものである。第１図において、２０は
標本化周期Ｔでディジタル化されたビデオ信号の入力端
子、２１はディジタル化されたビデオ信号の標本化周期
Ｔのｎ倍（ｎは正の整数）の時間当りの変化分を取り出
す差分回路であって、遅延時間ｎＴを有する遅延回路２
２と、遅延回路２２の入力信号からその出力信号を減じ
る減算器２３で構成される。２４は非線形回路であっ
て、入力レベルが小さい時は略比例または単調増加の特
性を示し、入力レベルが大きくなると出力レベルは逆に
減少して零となる負の特性を示す。２５は差分回路２１
を構成する遅延回路２２と同じ遅延時間ｎＴを有する遅
延回路、２６は差分回路２１出力信号と遅延回路２５出
力信号を加える非線形回路２４に入力する加算器、２７
は非線形回路２４の出力信号に所定の乗数を乗じる乗算
器、２８は差分回路２１入力信号から乗算器27出力信号
を減じる減算器、２９は出力端子で、減算器２８の出力
信号すなわち雑音が軽減されたディジタル化されたビデ
オ信号を出力する。

以上のように構成された本実施例の雑音除去特性につい
て、以下その動作を離散システムを表わすＺ変換式を用
いて説明する。

まず、差分回路２１は簡単のため遅延回路２２の遅延時
間がＴ（ｎ＝１）であって、入力信号の１単位時間Ｔ当
りの変化分を取り出すものとする。その結果遅延回路２
５もまた信号を１単位時間Ｔ遅延するものとなる。ま
た、非線形回路２４によって信号が圧縮される係数をＲ
とし、乗算器２７によって乗ぜられる乗数をＫとする。
ここで、第１図の雑音除去装置の伝達関数Ｈ(Z)ろ、以
上のＲ，ＫおよびＺ^-1（Ｚ変換における単位遅延演算
子）を使い、Ｒを一定値と見なしてＺ変換式で表わす
と、 となる。上式右辺第２項は高域通過フィルタとなるの
で、Ｈ(Z)は高域のみを減衰させる特性を有する。ま
た、このときの時定数はＲにより決る。

第２図は非線形回路２４の入力信号レベルをV_i、出力信
号レベルをＶ_０とし、非線形特性Ｒの一例を実線で示し
たものである。ここで、Ｖ_０＝ＲＶ_ｉである。ディジタ
ル信号処理ではＲＯＭ（読み出し専用メモリ）を使用し
て、任意のＲの特性を得ることが出来る。破線は、Ｒの
他の例であって、実線で示した特性の折線近似特性でも
ある。折線特性は乗算器または加減算器および切換回路
で簡単に得ることが出来る。以下、この折線特性を用い
て動作を説明する。折線特性はＶ_ｉ＜Ｖ_ＢでＲ＝ａ，Ｖ
_ＢＶ_ｉ＜Ｖ_ＣでＶ_０＝ａＶ_Ｂ，Ｖ_ｉＶ_ＣでＶ_０＝０
とすると入力端子２０にｔ＝ｎＴ＜０で０，ｔ＝ｎＴ
０でＶ_Ｓなるステップ信号が入力される時、差分回路２
１出力にはｔ＝０の時Ｖ_Ｓ，ｔ≠０の時０なる信号が現
われる。ここで、Ｖ_Ｓ＜Ｖ_Ｂの時、非線形回路２４出力
端子にはｔ＜０で０，ｔ＝ｎＴ０でａⁿ⁺¹Ｖ_Ｓなる出
力が得られる。これはａ＜１の場合、時間Ｔ毎にａ倍に
減衰する信号であって式(1)と対比して時定数は−Ｔ／l
n aである。一方、Ｖ_Ｂ＜Ｖ_Ｓ＜Ｖ_Ｃの時、非線形回路
２４出力はｔ＝０でａＶ_Ｂとなって、以下、時間Ｔ毎に
ａ倍で減衰する信号となる。また、Ｖ_Ｓ＞Ｖ_Ｃの時、非
線形回路２４出力は常に０となって、出力は発生しな
い。

本発明の非線形回路２４の特性の特徴は雑音とみなすべ
き微小入力信号に対してはほ比例する特性を示し、所定
の値を越えると圧縮特性を示し、信号とみなすべき大入
力信号に対しては出力が０となることにある。ここで、
圧縮特性は特に不可欠のものではなく、一定入力レベル
まで比例、それ以上の信号に対しては出立が零となる特
性であっても良い。ただし、この場合、入力レベルの変
化に対し、雑音除去する場合としない場合が急激に切り
換るので、入力信号によって不自然さが発生する可能性
があるので第２図実線で示した様な特性が望ましいし、
破線で示す特性で欠点は緩和される。なお、第２図実線
のＲの特性において、出力が最大となる入力信号レベル
Ｖ_ｉをＶ_Ｄとすると、非線形回路２４の出力信号はＶ_Ｄ
以下の微小入力信号に対しては−Ｔ／lnＲの時定数で減
衰し、Ｖ_Ｄ以上の入力信号に対しては非線形特性Ｒで決
るレベルに瞬時に圧縮され、その後、−Ｔ／lnＲの時定
数で減衰する。この圧縮されたレベルは入力レベルが大
きくなる程小さくなることになる。

以上のように本実施例によれば、入力レベルが小さい時
出力が入力に略比例または圧縮し、入力レベルが大きい
時出力が十分に小または零となる非線形回路を、入力信
号の所定の時間当りの変化分を取り出す差分回路と遅延
回路の出力を加算する加算器の出力と上記遅延回路の入
力の間に設け、上記非線形回路の出力に雑音成分を取り
出すようにして雑音除去装置を構成することにより、大
レベルで変化する入力信号に対し非線形回路に出力が発
生せず、信号のエッジ部分での信号の欠除、すなわちＳ
／Ｎの劣下が発生せず、エッジ間際までＳ／Ｎ改善効果
があり、かつその動作が回路の時定数に左右されず、低
周波帯域の雑音まで除去しても波形の歪を少なくするこ
とが出来る。しかも、ディジタル信号処理であるため、
応答が瞬時に行なわれ、信号圧縮に伴なうアナログの様
な過渡特性，信号の歪は発生しない。

第３図は第１図に示す本発明の実施例で使用する差分回
路２１に振幅制限器３０を設けたものである。同図にお
いて、振幅制限器３０は延走回路２２、減算器２３で構
成される差分回路の出力レベルを制限するもので、後段
の加算器２６の入出力ダイナミックレンジ、非線形回路
２４の入力ダイナミックレンジを小さくすることができ
る。すなわち、非線形回路２４により遅延回路２５の出
力レベルが一定値例えばａＶ_Ｂに制限されること、非線
形回路２４の入力レベルが一定値（Ｖ_Ｅとする）を越え
ると出力が一定値零になることにより、差分回路２１か
らの加算器２６への入力が一定値ａＶ_Ｂ＋Ｖ_Ｅを越える
と必ず非線形回路２４の出力が零となって、差分回路２
１の出力にこれ以上のダイナミックレンジが不必要とな
るためである。

以上のように、本実施例によれば差分回路２１に振幅制
限器３０を設けることにより、後段の加算器２６、特に
非線形回路２４をＲＯＭで構成する場合の規模を小さく
することができる。

発明の効果 以上説明したように、本発明によれば、大レベルの信号
が入力された時には信号のエッジ部分での信号の欠除す
なわちＳ／Ｎの劣下が発生せず、エッジ間ぎわまで雑音
除去効果があり、低周波帯域の雑音まで除去しても波形
の歪みが極めて少ないビデオ信号の雑音除去装置を提供
することができ、その実用的効果は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明における一実施例の雑音除去装置のブロ
ック図、第２図は本発明における雑音除去装置を構成す
る非線形回路の入出力特性図、第３図は本発明の他の実
施例の雑音除去回路を構成する差分回路のブロック図、
第４図，第５図，第６図はそれぞれ従来の雑音除去装置
のブロック図，具体回路図，要部波形図である。 ２０……入力端子、２１……差分回路、２２……遅延回
路、２３……減算器、２４……非線形回路、２５……遅
延回路、２６……加算器、２７……乗算器、２８……減
算器、２９……出力端子。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】入力信号の所定の時間当りの変化分を取り
   出す差分手段と、入力レベルが小さい時出力が入力に略
   比例または入力レベルに応じて非線形に圧縮し、入力レ
   ベルが大きい時出力が十分に小または零となる非線形手
   段と、前記非線形手段の出力を前記所定の時間遅延させ
   る遅延手段と、前記差分手段出力と前記所定の時間遅延
   した非線形手段出力の加算信号を前記非線形手段に入力
   する手段と、前記非線形手段の出力に所定の値を乗ずる
   乗算手段と、前記差分手段に入力した信号から前記乗算
   手段の出力を差し引く減算手段とを備えたことを特徴と
   する雑音除去装置。
2. 【請求項２】差分手段がその出力レベルが所定の値を越
   える時その出力レベルを制限する振幅制限手段を備えた
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の雑音除去
   装置。