JPS5935547B2 - 雑音除去回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はテレビジョン信号等の映像信号に対する雑音除
去回路に関し、白黒映像信号、カラー映像信号の別、あ
るいはＮＴＳＣテレビジョン方式、ＰＡＬテレビジョン
方式、ＳＥＣＡＭテレビジョン方式の別に拘りなく、映
像信号より雑音を忠実に除去することのできるものを提
案せんとするものである。

本出願人は先に予測フィルタを具備し、映像信号とその
予測値との差を検出する予測誤差検出回路と、この予測
誤差検出回路の検出出力の供給される非線形回路とを設
け、差が比較的小さいときこの差を映像信号から除去す
ることによつて映像信号の雑音を除去するようにした雑
音除去回路を提案した。

以下にこの雑音除去回路を具体例について詳細に説明す
る。

尚、以下の説明では、雑音を除去すべき映像信号は標本
化された信号であるものとする。先ず第１図について説
明するに、之はノイズキヤンヒラー回路の場合である。
ｔｌは入力端子で、之に雑音の除去されるべき映像信号
（白黒映像信号あるいはカラー映像信号で、ＮＴＳＣ、
ＰＡＬ、ＳＥＣＡＭのテレビジョン信号）が供給される
。を２は出力端子で、之より雑音の除去された信号が得
られる。入力端子ｔｌよりの映像信号は予測誤差検出回
路としてのエンフアシスフイルタ１に供給され、その出
力たる予測誤差信号が非線形回路２に供給され、その出
力が減衰比ａの減衰器３に供給される。

他方、入力端子ｔｌよりの映像信号が減衰比ｂの減衰器
４に供給される。そして減衰器３及び４の各出力が合成
器５に供給され、減衰器４の出力から減衰器３の出力が
差引かれて、出力端子を２に得られる。エンフアシスフ
イルタ１の伝達関数をＨｌ■Ｚ、）とすると、之は次式
の如く表わされる。

ＨＶ）＝１−ＦＶ） ここで、Ｆ（力は予測フィルタの伝達関数を示す。

又、Ｚはωを信号角周波数、Ｔを標本化パルスの周期と
すれば次式の如く表わされる。ｚ＝ｅｊωＴ 映像信号をＸｌ■７、）とすれば、予測信号はＦＣ７、
）・Ｘｌ■７、）と表わされ、従つてエンフアシスフイ
ルタ１の出力たる予測誤差信号は（１−Ｆ叱））・Ｘ（
力で表わされる。

非線形回路は本明細書では一般的に、入カレベルの絶対
値が所定レベルより大及び小の各範囲に於て、入カレベ
ルー出力レベル特性が一方の範囲では線形、他方の範囲
では非線形（例えば入カレベル値の如何に拘わらず出力
レベルが一定となる）となる回路である。

そして、この第１図の場合は、ノイズキヤンセラ一の性
質上、非線形回路２としては第２図に示す如き、入カレ
ベル−出力レベル特性が、入力レベルの絶対値が所定レ
ベル以下のとき線形、所定レベル以上のとき出力レベル
が零となるストリツピング回路か又は、第３図に示す如
き、入カレベル−出力レベル特性が、入力レベルの絶対
値が所定レベル以下のとき線形、所定レベル以上のとき
出力レベルの絶対値が一定値となるリミツタ回路が使用
される。一般に連続信号のある時点に於ける信号は統計
的性質を利用して予測し得るが、統計的に少ない種類の
信号を予測することは困難である。

ところで、映像信号の場合、その雑音が白色雑音である
とすれば、映像信号とそれの予測信号との一次結合信号
は雑音が軽減されている。従つて、映像信号に於て画像
の輪郭の如き予測誤差の大なる部分では、信号の予測が
正しく行なわれなかつたとしてその映像信号を主に出力
し、雑音除去は行わず画像の平坦部の如き統計的に多い
種類の信号の部分では、予測信号又は映像信号とその予
測信号との一次結合信号を主に出力することにより、映
像信号の雑音を軽減乃至除去することができる。上述の
第１図の雑音除去回路は，ノイズキヤンセラ一回路の場
合であつたが、ノイズエリミネータ回路の場合の回路を
第４図について説明する。尚、第４図に於て第１図と対
応する部分には同一符号を付して説明する。入力端子ｔ
１よりの映像信号は予測フイルタ６に供給される。そし
て、予測フイルタ６の出力たる予測信号と入力端子ｔ１
よりの映像信号とが合成器７に供給され、映像信号から
予測信号が差し引かれて、予測誤差信号が得られる。従
つて、この予測フイルタ６及び合成器７にてエンフアシ
スフイルタ１が構成され、第１図のそれと同様の構成と
なつている。合成器７の出力、即ちエンフアシスフイル
タ１よりの出力たる予測誤差信号は非線形回路２′に供
給され、その出力が減衰比ｃの減衰器８に供給される。
他方予測フイルタ６の出力たる予測信号は減衰比ｄの減
衰器９に供給される。そして、減衰器８及び減衰器９の
各出力が合成器１０に供給されて加算され、その加算出
力が出力端子Ｔ２に得られる。予測フイルタ６及びエン
フアシスフイルタ１の性質は上述と同様であるが、非線
形回路２′はノイズエリミネータ性質上、第５図又は第
６図に示す如き入カレベル−出力レベル特性が、入力レ
ベルの絶対値が所定レベル以下のとき出力レベルが零で
、所定レベル以上のとき線形となるコアリング回路が使
用される。

さて、上述の映像信号の予測誤差はその２乗平均の平方
根値が最小となるようにすることが必要で、このために
は、予測誤差検出回路としてのエンフアシスフイルタの
伝達関数Ｈ（Ｚはその振幅特性が入力信号たる映像信号
の周波数スペクトラムの逆特性となるように選定すれば
良いことが知られている。

白黒映像信号（ＮＴＳＣテレビジヨン方式の輝度信号）
の周波数スペクトラムは第７図に実線にて示した曲線の
如く、低域にエネルギーが集中し、高域に行くに従つて
そのエネルギーが徐々に少なくなる特性を示しているか
ら、かかる白黒映像信号に対するエンフアシスフイルタ
の伝達関係Ｈ（Ｚ）は、映像信号の走査線上の隣接画素
間の相関を利用した一次元予測フイルタを用いる場合は
、次式の如き関数で近似できる。

Ｈ（Ｚ）＝１−α′Ｚ７ｌ 但しαは係数で、０〈α≦１である。

又、カラー映像信号（ＮＴＳＣテレビジヨン方式のカラ
ーテレビジヨン信号）の周波数スペクトラムは第８図に
実線にて示した曲線の如く、低域に輝度信号のエネルギ
ーが集中し、之が高域に行くに従つてそのエネルギーが
徐々に少なくなると共に、左より高域の色副搬送波周波
数Ｆｓｍｌ近に搬送色信号のエネルギーが集中する特性
を示しているから、エンフアシスフイルタの伝達関数Ｈ
（Ｚ）は、映像信号の走査線上の隣接画素間の相関を利
用した一次元予測フイルタを用いる場合は、次式の如き
関数で近似できる。

Ｈ（Ｚ−（１−αＺ−１）（１−βｚ−ｎ）但しα，β
は係数で、夫々０くα≦１、０〈β≦１であり、ｎは標
本化パルスの周波数を色副搬送波周波数Ｆ８Ｃで割つた
値で、このｎは標本化定理を満足するような値に選ばれ
、例えばｎ＝３とかｎ＝４とされる。

次に第９図を参照して、この雑音除去回路の更に具体的
な例を説明するも第１図と対応する部分には同一符号を
付して重複説明を省略する。

本例は、第７図に示した周波数スペクトラムの白黒映像
信号に対するノイズキヤンセラ一であつて、映像信号の
走査線上の隣接画素間の相関を利用した一次元予測フイ
ルタを含むエンフアシスフイルタを用いた雑音除去回路
である。伝達関数がＺ−１である回路、即ち標本化パル
スの１周期分の遅延量を有する遅延回路１２と減衰比α
（＝１）の減衰器１３との直列回路にて伝達関数αＺ−
１の予測フイルタ６が構成され、この予測フイルタ６と
合成器７にて伝達関数１−αＺ−１のエンフアシスフイ
ルタ１が構成される。

２は第２図又は第３図に特性を示した如きストリツピン
グ回路又はリミツタ回路で、その伝達関数をＡに一
一 − １て示す。

減衰器３の減衰比ａは】である。斯くして、この雑音除
去回路全体の伝達関数Ｗ（Ｚ）は次式の如くなる。Ｗ（
Ｚ）＝１−ａ（１−αＺ−１）Ａ この第９図の雑音除去回路に於て、更に注目するサンプ
リング時点よりも先のサンプリング時点の信号に対して
も予測誤差を検出するようにした場合の雑音除去回路に
ついて第１０図を参照して説明する。

伝達関数Ｚ−１である回路、即ち標本化パルスの１周期
分の遅延量を有する遅延回路１２ａ，１２ｂと減衰比α
（−１）の減衰器１３ａ，１３ｂと合成器７ａ，７ｂに
て夫々エンフアシスフイルタ１ａ，１ｂが構成される。

２ａ，２ｂは第２図又は第３図に特性を示した如きスト
リツピング回路又はリミツタ回路で、その伝達関数をＡ
ｌ，Ａ２に一 一
− １て示す。

減衰器３ａ，３ｂの減衰比ａは了である。尚、エンフア
シスフイルタ１ａへの入力信号は入力端子ｔ１からのも
のであり、エンフアシスフイルタ１ｂへの入力信号は遅
延回路１２ａの出力信号である。又、合成器５では、遅
延回路１２ａの出力信号から減衰器３ａ，３ｂの各出力
信号が差し引かれる。斯くして、この雑音除去回路全体
の伝達関数Ｗ（７．）は次式の如くなる。Ｗ（Ｚ）＝１
−ａ（１−αＺ−１）Ａ２ ａ（１−αＺ１）Ａ１ 次に第１１図を参照して、第８図に示した周波数スペク
トラムのカラー映像信号に対するノイズキヤンセラ一で
あつて映像信号の走査線上の隣接画素間の相関を利用し
た一次元予測フイルタを含むエンフアシスフイルタを用
いた雑音除去回路である。

エンフアシスフイルタ１は、伝達関数がＺ−１である回
路、即ち標本化パルス（この場合、色副搬送波周波数の
３倍の周波数のパルス）の１周期分の遅延量を有する遅
延回路１２Ａ〜１２Ｄと、夫夫減衰比α（＝１）、β（
＝１）、αβ（＝１）の減衰器１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ
と、合成器７Ａ，７Ｂ，７Ｃとから構成されている。

２は第２図又は第３図に示した如きストリツピング回路
又はリミツタ回路で、その伝達関数をＡにて示す。

減衰器３の減衰比ａは一である。斯くして、この雑音除
去回路全体の伝達関数ＷＣ！！，）は次式の如くとなる
。

Ｗ（Ｚ）二１−ａ（１−αＺ−１）（１−βＺ−３）Ａ
この第１１図の雑音除去回路に於て、更に注目するサン
プリング時点よりも先のサンプリング時点の信号に対し
ても予測誤差を検出するようにした場合の雑音除去回路
について第１２図を参照して説明する。

エンフアシスフイルタ１ａ，１ｂが設けられている。エ
ンフアシスフイルタ１ａは、伝達関数がＺ−１である回
路、即ち標本化パルス（この場合色副搬送波周波数の３
倍の周波数のパルス）の１周期分の遅延量を有する遅延
回路１２Ａａ〜１２Ｄａと、夫々減衰比α（二１），β
（−１）、αβ（＝１）の減衰器１３Ａａ，１３Ｂａ，
１３Ｃａと、合成器７Ａａ，７Ｂａ，７Ｃａとから構成
されている。２ａは第２図又は第３図に特性を示した如
きストリツピング回路又はリミツタ回路で、その伝達関
数をＡ１とする。

減衰器３ａの減衰比ａは一である。エンフアシスフイル
タ１ｂは伝達関数がＺ−１である回路、即ち上述の標本
化パルスの１周期分の遅延量を有する遅延回路１２Ａｂ
〜１２Ｄｂと、夫々減衰比α（＝１）、β（＝１）、α
β（＝１）の減衰器１３Ａｂ，１３Ｂｂ，１３Ｃｂと、
合成器７Ａｂ，７Ｂｂ，７Ｃｂとから構成されている。

２ｂは第２図又は第３図に特性を示した如きストリツピ
ング回路又はリミツタ回路で、その伝達関数をＡ２とす
る。

減衰器３ｂの減衰比ａは了である。斯くして、この雑音
除去回路全体の伝達関数Ｗ（Ｚ）は次式の如くなる。

Ｗ（Ｚ）二１−ａ（１−αＺ−１）（１−βＺ−３）Ａ
２一ａ（１−αＺ）（１−βＺ３）Ａ１上述の例では、
映像信号の走査線上の隣接画素間の相関を利用した一次
元予測フイルタを含む工ンフアシスフイルタを用いた雑
音除去回路の場合であるが、次に第１４図を参照して映
像信号の隣接走査線間の相関を利用した２次元予測フイ
ルタを含むエンフアシスフイルタを用いたノイズキヤン
セラ一であつて、第８図に示した周波数スペクトラムの
カラー映像信号に対する雑音除去回路について説明する
。

第１４図の雑音除去回路では、そのカラー映像信号が色
副搬送波周波数の３倍の周波数の標本化パルスで標本化
されている場合である。この場合、第１３図Ａ，Ｂ，Ｃ
に示すようにカラー映像信号の相隣接する３つの走査線
上の搬送色信号について説明すれば、第１３図Ｂの信号
の黒丸の点の信号を予測するに実線及び破線の白丸の点
の信号を用いている。第１４図に於て、１２Ｅａ，１２
Ｅｂは遅延量がＴ（サンプリング周期）の遅延回路、１
２Ｆａ，１２Ｆｂは遅延量が２Ｔの遅延回路、１２Ｇａ
，１２Ｇｂは遅延量がＴの遅延回路、１２Ｈａ，１２Ｈ
ｂは遅延量がＨ−５．５Ｔ（Ｈは水平周期）の遅延回路
、１２１ａ，１２ｂは遅延量が３Ｔの遅延回路である。
又、７Ｄａ，７Ｄｂ，７Ｅａ，７Ｅｂ，７Ｆａ，７Ｆｂ
，７Ｇａ，７Ｇｂ，７Ｈａ，７Ｈｂ，７１ａ，７１ｂ，
７Ｊ，７Ｋ，７Ｌ及び５は夫々合成器である。

２Ｃｂ，２Ｂｂ，２Ａｂ，２Ａａ，２Ｂａ，２Ｃａは夫
々伝達関数がＡ１〜Ａ６の第２図又は第３図に特性を示
した如きストリツピング回路又はリミツタ回路である。

３ｂ，３ｃは減衰比Ａｌ，ａ２の減衰器である。

又、２０は遅延量補償用遅延回路である。斯くしてこの
雑音除去回路全体の伝達関数Ｗ（Ｚ）は次式の如くなる
。

Ｗ（２７，）＝１−ａ１（１−Ｚ−ｈ−１・５）Ａｆ一
ａ１（１−Ｚ−ｈ＋１・５）Ａ２−Ａ２（卜ｚ−り（１
−Ｚ−３）Ａ３ −Ａ２（１−Ｚ）（１−Ｚ３）Ａ４ ａ３（卜Ｚｈｌ・５）Ａ５−Ａ３（卜Ｚｈ＋１・５）．
Ａ６但し、ｈは呈・であり、Ａ３はＡ３＝ａ１である。

次に第１６図を参照して第１４図と同様に映像信号の隣
接走査線間の相関を利用した２次元予測フイルタを含む
エンフアシスフイルタを用いたノイズキヤンセラ一であ
つて、第８図に示した周波数スペクトラムのカラー映像
信号に対する雑音除去回路について説明する。第１６図
の雑音除去回路では、そのカラー映像信号が色副搬送波
周波数の４倍の周波数の標本化パルスで標本化されてい
る場合である。この場合、第１５図Ａ，Ｂ，Ｃに示すよ
うにカラー映像信号の相隣接する３つの走査線上の搬送
色信号について説明すれば、第１５図Ｂの信号の黒丸の
点の信号を予測するに実線及び破線の白丸の点の信号を
用いている。第１６図に於て、１２Ｊａ１１２Ｊｂは遅
延量がＴ（サンプリング周期）の遅延回路、１２Ｋａ，
１２Ｋｂは遅延量がＴの遅延回路、１２Ｌａ，１２Ｌｂ
は遅延量がＴの遅延回路、１２Ｍａ，１２Ｍｂは遅延量
がＨ−５Ｔ（Ｈは水平周期）の遅延回路、１２Ｎａ，１
２Ｎｂは遅延量が４Ｔの遅延回路である。又、７Ｄａ，
７Ｄｂ，７Ｅａ，７Ｅｂ，７Ｆａ，７Ｆｂ，７Ｇａ，７
Ｇｂ，７Ｈａ，７Ｈｂ，７１ａ，７１ｂ，７Ｊ，７Ｋ，
７Ｌ及び５は夫々合成器である。

２Ｃｂ，２Ｂｂ，２Ａｂ，２Ａａ，２Ｂａ，２Ｃａは夫
々伝達関数がＡ１〜Ａ６の第２図又は第３図に特性を示
した如きストリツピング回路又はリミツタ回路である。

３ｂ，３ｃは減衰比Ａｌ，ａ２の減衰器である。

又、２０は遅延量補償用遅延回路である。斯くしてこの
雑音除去回路全体の伝達関数Ｗ（Ｚは次式の如くなる。

Ｗ（Ｚ）＝１−ａ１（１−Ｚ−ｈフ）Ａ１−Ａ２（１−
Ｚ−ｈ＋２）Ａ２−Ａ２（１−Ｚ−１）（１＋Ｚ−２）
Ａ３−Ａ２（１−Ｚ）（１＋Ｚ２）．Ａ４ａ３（１−Ｚ
ｈ−２）．ＶＶ５−Ａ３（１−Ｚｈ＋２）Ａ６Ｈ但し、
ｈ＝Ｔ，ａ３＝ａ１であるｏ さて、上述した雑音除去回路では、予測誤差検出回路に
未だ雑音の除去されていない映像信号のみを供給するこ
とによつて映像信号の雑音を除去するようにしているの
で、雑音除去効果が未だ不十分であつた。

かかる点に鑑み、本発明はこの種雑音除去回路の雑音除
去効果の一層の増大を図らんとするものである。

本発明は、予測フイルタを具備し映像信号の予測値との
差を検出する予測誤差検出回路と、この予測誤差検出回
路の検出出力の供給される非線形回路とを有し、差が比
較的小さいときその差を映像信号から除去することによ
つて映像信号の雑音を除去するようにした雑音除去回路
に於て、雑音の除去された映像信号と未だ雑音の除去さ
れていない映像信号とを予測誤差検出回路に供給するよ
うにしたものである。

以下に本発明のいくつかの実施例を上述の各具体例に対
応させて説明する。

先ず第１７図を参照して上述の第９図の具体例に対応す
る実施例を説明する。即ち、入力端子ｔ１よりの未だ雑
音の除去されていない映像信号の代りに、出力端子Ｔ２
よりの雑音の除去された映像信号を遅延回路１２に供給
するようにする。未だ雑音の除去されていない映像信号
の連続させる画素に対応する信号を第１８図に示す如く
・・・・・・，Ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，・・・・・・とす
ると、第９図の回路の場合は、例えば信号ｃの雑音を除
去するときは信号ｃと信号ｂとの予測誤差を用いて行な
つているが、第１７図の回路の場合は、信号ｃの雑音を
除去するときは信号ｃと雑音の除去された信号ｂ′との
予測誤差を用いて行なつていることになる。次に第１９
図を参照して上述の第１０図の具体例に対応する実施例
を説明する。

即ち、遅延回路１２ａの出力の代りに、出力端子Ｔ２よ
りの雑音の除去された映像信号を遅延回路１２ｂに供給
するようにする。第１０図の回路の場合は、第１８図の
例えば信号ｃの雑音を除去するときは信号ｃと信号ｂ及
びｄとの予測誤差を用いて行なつているが、第１９図の
回路の場何は、信号ｃの雑音を除去するときは信号ｃと
雑音の除去された信号ｂ′及び信号ｄとの予測誤差を用
いて行なつていることになる。次に第２０図を参照して
上述の第１０図の具体例に対応する別の実施例を説明す
る。

入力端子ｔ１よりの未だ雑音の除去されていない映像信
号の代りに、出力端子Ｔ２よりの雑音の除去された映像
信号を遅延回路１２ａに供給するようにする。入力端子
ｔ１よりの映：鐵信号は合成器５，７ａ，７ｂに供給さ
れ、遅延回路１２ａの出力は減衰器１３ａを通じて合成
器７ａに供給される。第１０図の回路の場合は、第１８
図の例えば信号ｃの雑音を除去するときは信号ｃと信号
ｂ及びｄとの予測誤差を用いて行なつているが、第２０
図の回路の場合は、信号ｃの雑音を除去するときは信号
ｃと雑音の除去された信号ａ′及びｂ′との予測誤差を
用いて行なつていることになる。さて、第１０図、第１
９図及び第２０図の雑音除去回路の平坦な画像の映像信
号の場合の入力Ｓｉ及び出力ＳＯの関係は夫々次式の如
くなる。

之等式の出力ＳＯの絶対値の周波数特性は第２１図の曲
線１，及びの如くなり、雑音除去率は曲線，Ｉ，の順に
小さくなる。次に、第２２図を参照して上述の第１４図
の具体例に対応する実施例を説明する。

即ち、遅延回路１２Ｇｂの出力の代りに、出力端子Ｔ２
よりの雑音の除去された映像信号を遅延回路１２Ｈｂに
供給するようにする。次に、第２３図を参照して上述の
第１６図の具体例に対応する実施例を説明する。

即ち、遅延回路１２Ｌｂの出力の代りに、出力端子Ｔ２
よりの雑音の除去された映像信号を遅延回路１２Ｍｂに
供給するようにする。上述本発明によれば、予測フイル
タを具備し映像信号の予測誤差を検出する予測誤差検出
回路と、その予測誤差検出回路の検出出力の供給される
非線形回路とを有し、予測誤差が比較的小さいとき予測
誤差を映像信号から除去することによつて映像信号の雑
音を除去するようにした雑音除去回路に於て、雑音の除
去された映像信号と未だ雑音の除去されていない映像信
号とを予測誤差検出回路に供給するようにしたので、雑
音除去効果が一層増大する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用し得る雑音除去回路の一例を示す
プロツク線図、第２図及び第３図は特性曲線図、第４図
は第１図と同様の他の例を示すプロツク線図、第５図及
び第６図は特性曲線図、第７図及び第８図は周波数スペ
クトラム図、第９図、第１０図、第１１図及び第１２図
は夫々第１図と同様の更に他の例を示すプロツタ線図、
第１３図は波形図、第１４図は第１図と同様の更に他の
例を示すプロツク線図、第１５図は波形図、第１６図は
第１図と同様の更に他の例を示すプロツク線図、第１７
図は本発明の一実施例を示すプロツ線図、第１８図は説
明図、第１９図及び第２０図は本発明の他の実施例を示
すプロツク線図、第２１図は特性曲線図、第２２図及び
第２３図は本発明の更に他の実施例を示すプロツク線図
である。 １は予測誤差検出回路としてのエンフアシスフイルタ、
２，２′は非線形回路である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 予測フィルタを具備し映像信号とその予測値との差
   を検出する予測誤差検出回路と、該予測誤差検出回路の
   検出出力の供給される非線形回路とを有し、上記差が比
   較的小さいとき該差を上記映像信号から除去することに
   よつて上記映像信号の雑音を除去するようにした雑音除
   去回路に於て、上記雑音の除去された映像信号と未だ雑
   音の除去されていない映像信号とを上記予測誤差検出回
   路に供給するようにしたことを特徴とする雑音除去回路
   。