JPH0681270B2 - テレビジョン画像用フィルタ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、テレビジョン画像用フィルタに関するもので
あり、特に時間方向に処理するテンポラルフィルタの改
良を図ったものである。

［発明の概要］ この発明は、画像に時間方向処理を行なうテンポラルフ
ィルタに加える成分信号を周波数領域およびレベル領域
で非線形に扱うことによって、前処理フィルタに使用し
た場合にも一般画像の不自然さを無くするようにしたも
のである。

例えば、MUSEエンコーダにおいて入力される画像は素材
によってノイズの状態やエンハンサの量が異なってい
る。これらはサブサンプリングによって折り返すと再生
画像においては不自然感を増すことになる。

そこで、テンポラルフィルタによって時間方向に処理し
てこの不自然さを取り除くようにしたものである。

すなわち、本発明は、テンポラルフィルタを用いたとき
に働く画像で生じるゴースト状の多線ボケに対する改善
を図るために、新たにテンポラルフィルタの入力側で非
線形処理を導入することによって画像の不自然感をとり
のぞき、フィルタ動作の不安定さもとりのぞくようにし
たものである。

［従来の技術］ 従来、テレビジョンの画像処理において、前処理フィル
タとして使用されている例には、水平LPF（低域通過ろ
波器）や、雑音を低減するためのノイズリダクション等
が挙げられるが、水平LPFは帯域制限をするのみで時間
方向の処理は含まれず不必要にボケ感が生じる。

画像信号の動画像処理の方式として、画像信号のフレー
ム方向のトランスバーサルまたはリカーシブフィルタか
らなるテンポラルフィルタがよく使用される。これは１
つにはフレーム相関のない信号、例えばノイズを落とす
テンポラルローパルフィルタとして使用されたり、もう
１つには動画像部分に対して２次元的（１次元の場合も
ある）高域成分信号を落としたり、３次元的に折返し歪
の生じないアンティアライシングフィルタとして使用さ
れたりしてそれぞれ効果を上げている。

第４図（ａ）は従来の画像信号動画像処理回路を示す。
入力画像信号Sinはテンポラルフィルタ200で処理される
前にハイパス／ローパス（HP/LP）フィルタ処理され、
そのハイパス（HP）成分信号S_HPはテンポラルフィルタ2
00で処理された後、加算器300でローパス（LP）成分信
号S_LPと加算され、画像信号出力Soutとなる。

［発明が解決しようとする問題点］ ところが画像信号を代表する例えばテレビジョン信号な
どは、フレーム単位で画像を伝送しているため、画像信
号をフレーム時間でサンプリングして伝送していること
になり、これに基づく折返し成分が当然存在し、通常の
テンポラルフィルタ、例えばフレームメモリを備えたト
ランスバーサルフィルタを介すると、特に動画像の場合
などフレーム単位の画像の移動が大きい場合、第４図
（ｂ）の各部波形図の画像信号出力Soutに示すようにい
わゆる多線ぼけとなってしまう欠点があった。なお、静
止画像の場合は第４図（ｃ）に示すように特に問題はな
い。

これに対する対策としては、使用するフィルタの次数す
なわちタップ数を増加することによりある程度の効果は
得られるとされているが、実際は決定的なものではな
く、事実タップ数を増加することは特にトランスバーサ
ルフィルタ方式では必要なフレームメモリの数を増加さ
せることになり、いたずらに回路規模を増大させる結果
になる。

上述の多線ぼけの改善を試みたものに、本発明者等によ
り出願中の特願昭62-170「画像信号処理方式」昭和62年
１月６日付があり、効果が得られているが、なおさら
に、テンポラルフィルタをかけるHP（高域）成分の処理
を適切に行って、テンポラルフィルタを構成するフレー
ムメモリの容量（規模）を抑えたり、画像の自然感や動
作の不安定さを一層とり除く必要がある。

すなわち、テンポラルフィルタをかけるHP成分のビット
長を小さくして、フレームメモリの容量を減らすために
はそもそもテンポラルフィルタは時間方向の積分である
から、HP成分のLSB側の情報すなわち画像のこまかなレ
ベル情報を大切にしないと、エッジ（縁）部分のS/Nが
低下し、画質劣下が生じる。

また、テンポラルフィルタの時定数（またはタップ係
数）は、フィルタのきき具合を決めるものであるから、
非線形に変化させるとスレッショルド効果が生じて画像
の動きの模様によって時定数が変化し、テンポラルフィ
ルタとしてのきき具合がかわり、画像としては不安定に
なる。

また、時定数自体も大きくできずテンポラルフィルタと
しての効果が小さくなってしまうという問題点があっ
た。

そこで、本発明の目的は、上述した欠点および問題点を
解消し適切に画像処理を行って、テンポラルフィルタを
構成するフレームメモリの容量増加を抑え、自然感を損
うことなく安定な動作が得られるテレビジョン画像用フ
ィルタを提供することにある。

［問題点を解決するための手段］ このような目的を達成するために、本発明では、画像の
HP成分は、LSB側を大切にし、すなわちLSB側の情報を欠
落させることなく、かつ、オーバーフロー、アンダーフ
ロー処理を行なってビット長の増加するのを防ぎ、テン
ポラルフィルタそれ自体の時定数は線形動作をするよう
にする。

すなわち、本発明は画像信号を低域成分信号と高域成分
信号とに分離する分離手段と、分離された高域成分信号
のビット長を制限して当該高域成分信号を所定のレベル
レンジに抑えるオーバーフロー・アンダーフロー回路
と、オーバーフロー・アンダーフロー回路から出力され
る高域成分信号、高域成分信号をローパスフィルタ特性
を持つ時定数一定としたテンポラルフィルタに通して得
た成分信号および２つの成分信号の平均値である成分信
号のうちで絶対値の最小である成分信号を画素毎に選択
する選択手段と、選択手段からの出力と前記低域成分信
号とを合成する合成手段とを具えたことを特徴とする。

［作 用］ 本発明によれば、画像のHP成分のビット長を所定の長さ
に制限して、テンポラルフィルタに入力することがで
き、テンポラルフィルタ自体の動作は安定して、時定数
も大きくとることができて、フィルタの効き目を良くす
ることができる。

これにより、テンポラルフィルタを構成するハードウエ
アの容量を小さく抑えることができ、一般画像における
S/Nのちがいや過度のエンハンサによって生じていたテ
ンポラルフィルタでの不安定さをとりのぞくことがで
き、自然感を増すことができる。

［実施例］ 以下、図面を参照して本発明の実施例を詳しく説明す
る。

第１図は本発明の一実施例の構成を示すブロック図であ
る。

第１図において、１はLPF（低域通過ろ波器）、２は減
算器である。３はオーバーフロー・アンダーフロー回路
であり、画像のHP（高域）成分信号を所定のレベルレン
ジに変換してビット長を制限する。すなわち、画像の精
度に影響を与えるHP成分のLSB側のビットはそのまま通
すことによって画質劣化を防ぎ、かつ、ビット長を制限
することによって後述のテンポラルフィルタを構成する
フレームメモリの容量を抑える。

４はローパスフィルタ特性を持つ時定数一定としたテン
ポラルフィルタ、５は時定数回路、６はフレームメモリ
であり、テンポラルフィルタ４は時定数回路５とフレー
ムメモリ６と後述する減算器101および加算器102とから
構成される。

７は絶対値最小選択回路であって、３つの入力信号c,d,
eの各絶対値を検出し、各検出値のうち最小の値に該当
する入力信号を画素毎に選択して出力する。8,102およ
び103は加算器、101は減算器である。また、a,b,c,d,e
およびｆはそれぞれ該当して記載されている部分の信号
である。

つぎに、第１図示の本実施例について各部の動作を説明
する。

LPF1は入力信号のうちテンポラルフィルタをかけるHP成
分をつくるためのフィルタで減算器２でオールパス（全
域通過）成分からLP成分ａを引くことによってHP成分ｂ
を得る。これをオーバーフロー・アンダーフロー回路３
でビット長が大きくなるのをふせいで、テンポラルフィ
ルタ４に入力する。テンポラルフィルタ４はフレームメ
モリ６を用いたリカーシブ形フィルタで、時定数回路５
によりその特性が決定される。この時定数は入力に対し
て非線形に変化する方法がとられているが本実施例では
線形とする。LP成分ａに加算器８により加算されるHP成
分ｆは、テンポラルフィルタ４のかかったHP成分ｅとテ
ンポラルフィルタ４のかかっていないHP成分ｃと両者の
和の1/2成分ｄのうち、画素毎に絶対値が最小のものを
選ぶ絶対値最小選択回路７で選択されたものである。

ここで３信号c,d,eに関して詳細に説明する。すなわち
画像信号入力が静止画の場合には、第５図（ｂ）に示す
ように信号c,d,eはいずれも同一の信号であるので画像
信号入力と画像信号出力とは全く等しくなる。また画像
信号入力が動画の場合には、第５図（ａ）に示すように
信号c,d,eのうち絶対値最小の信号を絶対値最小選択回
路７の出力信号ｆとして用いる。すなわち最も高域成分
の少ない信号を用いるわけで、アンティアライシングフ
ィルタとして動作する。これによって、多線ぼけの抑え
られたHP成分が加算器８によってLP成分と加算され画像
信号出力が得られる。

なお単に前述の多線ぼけのみを除去する目的であれば信
号ｄは不要に思えるが、これは以下の理由により必要と
なる。すなわち画像信号入力の動画像の種類によっては
信号c,eの極性が全く異なっているのに、その絶対値が
非常に近い信号である場合があり得る。この時は|c|＞|
e|となったり|c|＜|e|となったりするが、これに応じて
信号を選択切替えすると、信号そのものは大幅に互いに
異なっているので、大きな不連続が画像に発生して大き
な妨害となり画質の劣化が著しい。これを防止するため
信号ｄを選択肢に入れておけば、このような場合は信号
ｄは極めて零に近い信号となり必ず信号ｄが選択される
ことになりこの問題は発生しない。

次に、第２図は本発明の第２の実施例の構成を示すブロ
ック図である。

第２図において、第１図と同様の個所には同一の符号を
付してその説明は省略する。９はノンリニア（非線形圧
縮）回路であり、オーバーフロー・アンダーフロー回路
３の出力HP成分信号ｇを非線形圧縮処理して出力する。
また、12はLPF/HPFであり、第１図示のLPF1および減算
器２により構成されLP成分信号ａとHP成分信号ｂとをそ
れぞれ出力する。

本発明の第２の実施例は、第１図示の実施例と比べて、
ノンリニア（非線形圧縮）回路９が加わっているのが異
なっており、オーバーフロー・アンダーフロー回路３で
所定のレベルレンジに制限されたHP成分信号ｇをさらに
レベルに応じて圧縮する。これによって画像として不自
然感を生じるもととなる過度のエンハンスを押える逆エ
ンハンサの働きをする。

第３図は本発明の第３の実施例の構成を示すブロック図
である。

第３図において、第２図と同様の個所には同一符号を付
してその説明は省略する。10はスレッショルド回路であ
り、テンポラルフィルタ４の入力信号が所定のスレッシ
ョルド値を超える場合を判別する。11は選択回路であ
り、スレッショルド回路10の出力に応じて、テンポラル
フィルタ４の出力と、絶対値最小選択回路７の出力とを
適応的に切り換えて取り出す。

すなわち、画像信号における画像の動きによっては絶対
値最小選択回路７によって選択されるHP成分が、テンポ
ラルフィルタ処理後の信号になったり、テンポラルフィ
ルタ処理されない信号、すなわちスルーの信号になった
りするが、このような変化が画像の大きなエッジ部分で
生じると、この変化によりエッジのぼけが変化して、画
像が不安定になる。そこでHP成分の絶対値が所定値（ス
レッショルド回路10のしきい値）を越えたとき（すなわ
ち、大きいエッジ部分）は、絶対値最小選択回路７の出
力ではなく、テンポラルフィルタ４の出力ｅをそのまま
加算器８に与えることによって、絶対値最小選択回路７
の選択出力に基づく上記変化による画像のエッジのぼけ
の変化による画像の不安定を回避することができる。

［発明の効果］ 以上から明らかなように、本発明によれば、テンポラル
フィルタを用いて、画像の自然感を失うことがなく、か
つ、動き画像に対しても安定に動作して画質改善を著し
く向上するテレビジョン画像用フィルタを実用に供する
ことができる。

また、回路も簡略化されてハードウエア規模を小型化す
ることができ、経済性の面からも極めて有効である。

さらに、本発明によれば、前処理フィルタとしての応用
範囲も広い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の構成を示すブロック図、 第２図は本発明の第２の実施例の構成を示すブロック
図、 第３図は本発明の第３の実施例の構成を示すブロック
図、 第４図（ａ）は従来の画像処理方式に関わる構成ブロッ
ク図、同図（ｂ），（ｃ）はそれぞれ動画像および静止
画像の場合の各部波形図、 第５図（ａ），（ｂ）はそれぞれ本発明の一実施例にお
ける動画像および静止画像の場合の各部波形図である。 １……LPF、 2,101……減算器、 ３……オーバーフロー・アンダーフロー回路、 ４……テンポラルフィルタ、 ５……時定数回路、 ６……フレームメモリ、 ７……絶対値最小選択回路、 8,102,103……加算器、 ９……非線形圧縮回路、 10……スレッショルド回路、 11……選択回路、 12……LPF/HPF。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 合志 清一 東京都世田谷区砧１丁目10番11号 日本放 送協会放送技術研究所内 (72)発明者 鹿喰 善明 東京都世田谷区砧１丁目10番11号 日本放 送協会放送技術研究所内 (56)参考文献 特開 昭63−169192（ＪＰ，Ａ)

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】画像信号を低域成分信号と高域成分信号と
   に分離する分離手段と、 前記分離手段によって分離された前記高域成分信号のビ
   ット長を制限して当該高域成分信号を所定のレベルレン
   ジに抑えるオーバーフロー・アンダーフロー回路と、 前記オーバーフロー・アンダーフロー回路から出力され
   る高域成分信号、該高域成分信号をローパスフィルタ特
   性を持つ時定数一定としたテンポラルフィルタに通して
   得た成分信号および２つの前記成分信号の平均値である
   成分信号のうちで絶対値の最小である成分信号を画素毎
   に選択する選択手段と、 前記選択手段からの出力と前記低域成分信号とを合成す
   る合成手段と を具えたことを特徴とするテレビジョン画像用フィル
   タ。
2. 【請求項２】特許請求の範囲第１項記載のテレビジョン
   画像用フィルタにおいて、 前記テンポラルフィルタに加えられる高域成分信号を非
   線形圧縮することを特徴とするテレビジョン画像用フィ
   ルタ。
3. 【請求項３】特許請求の範囲第１項または第２項記載の
   テレビジョン画像用フィルタにおいて、 前記テンポラルフィルタに加えられる高域成分信号が所
   定のしきい値を超えたときは、前記選択手段からの出力
   の代りに前記テンポラルフィルタからの成分信号を前記
   合成手段に供給することを特徴とするテレビジョン画像
   用フィルタ。