JPS6153883A - 映像信号処理装置 - 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、ビデオテープレコーダ（ＶＴＲ）などに用い
、画質を損うことなく効果的に雑音を除去することので
きる映像信号処理装置に関するものである。

従来例の構成とその問題点 近年、一般に広く用いられている民生用ＶＴＲにおいて
は、輝度信号がＦＭ変調を受けて磁気テープ上に記録さ
れている。この輝度信号は再生系で復調され、元の輝度
信号が再生される。しかしながら、テープ・ヘッド系の
ＳＮ比は必ずしも十分ではないため、再生される輝度信
号は雑音の多い信号となる。そこで雑音を低減するため
、ノイズキャンセラーなどと称する雑音低減装置が用い
られている。

以下に図面を参照しながら従来のノイズキャンセラーに
ついて説明する。第１図ａは従来のノイズキャンセラー
の構成例であり、１は入力端子、２は同図すに示したよ
うな周波数特性を有する・・イパスフィルタ、３は同図
Ｃのととくの入出力特性のリミッタ、４は入力端子１に
入力された信号からＩＪ　ミッタ３の出力信号を差し引
く減算回路、６は雑音の除去された信号が出力される出
力端子である。

以上のように構成されたノイズキャンセラーの動作は、
ＨＰＦ２を通過した成分が振幅の小さい雑音成分である
場合には、第１図Ｃのととくの入出力特性を持つリミッ
タをそのまま通過する。その結果入力端子１から出力端
子６に至る装置の周波数特性は第１図ｄのように低域通
過形の特性と５へ一−７ノ なり、高域の雑音が除去される。しかしながら、ＨＰＦ
２を通過した成分が振幅の大きい信号成分である場合に
はＩＪ　ミッタ３で振幅制限されるため、この信号は入
力端子１から出力端子５まで、あまり劣化することなく
伝達される。以上のように、ＨＰＦ２を通過する成分の
振幅に応じて非線形の低域通過形フィルタとなり、信号
をあまり劣化させることなく雑音を低減できるようにな
っている。

次に、従来の垂直相関を利用したノイズキャンセラーに
ついて第２図に基づいて説明する。第２図ａは従来の垂
直相関を利用したノイズキャンセラーの構成例であり、
６は入力端子、７ば１水平走査期間（１Ｈ）の遅延回路
、８は入力端子６に入力された信号から１Ｈ遅延回路７
の出力信号を差し引く減算回路、９は減算器８の出力信
号を１／２に減衰する減衰器、１０は第１図Ｃに示しだ
入出力特性を有するリミッタ、１１は入力信号からＩＪ
　ミッタ１０の出力信号を差し引く減算回路、１２は雑
音の低減された信号の出力される出力端子である。

６ベーノ 以」二のように構成されたノイズキャンセラーの動作は
、入力端子６から減衰器９に至るまでの周波数特性はい
わゆるＣ形くし形フィルタ特性となシ、垂直周波数を横
軸にとると第２図すのごとくである。そこで、リミッタ
１ｏに入力される成分の振幅が小さく、雑音成分と見な
せる場合には、第１図Ｃのととくの特性を持つリミッタ
１０を通過し、その結果入力端子６から出力端子１２に
至る装置の周波数特性は第２図Ｃに示す。Ｙ形くし形フ
ィルタ特性となり、垂直周波数５２５／４ライン付近の
雑音を抑圧する。しかしながら、リミッタ１０に入力さ
れる成分が振幅が大きい信号である場合には、リミッタ
１ｏで振幅制限されるため、装置の周波数特性はＹ形く
し形フィルタ特性とはならず、この信号の劣化はない。

以」二のように、第２図に示したノイズキャンセラーの
動作は、原理的には第１図のものと同じであるが、第１
図のノイズキャンセラーが水平周波数に関するものであ
るのに対し、第２図のものは垂直周波数に関するもので
ある。

７ベーノ 次に、これらのノイズキャンセラーについて第３図を参
照しながら空間周波数領域で考える。第３図ａは、第１
図に示した水平周波数方向のノイズキャンセラーの空間
周波数領域での動作を示すもので、横軸は水平周波数ｊ
”Ｈ％縦軸は垂直周波数ｆｖを示している。また、斜線
部分は第１図ａにおけるＨＰＦ２の一３ｄＢ以上の通過
帯域を示しており、これは同時に第１図ｄにおいて一３
ｄＢ以下に減衰される帯域を示している。なお、ここで
は信号帯域は水平周波数３　ＭＨｚ以下、垂直周波数５
２５／２ライン以下に限定されるものとしている。同様
に、第３図すは、第２図に示した垂直周波数方向のノイ
ズキャンセラーの動作を空間周波数領域で示したもので
ある。

ノイズキャンセラーに入力されるＶＴＲの再生信号には
、全空間周波数帯域にわたるホワイトノイズが混入して
いると考えられるため、第３図ａ。

ｂの例ではこれらのうち１／２の領域におよぶ大きなエ
ネルギーのノイズをリミッタに導くことになり、雑音を
充分抑圧するためにリミッタの通過振幅を大きくせざる
を得す、その結果信号成分と雑音成分を充分分離するこ
とができず、微細な輝度変化の消滅した不自然な画像と
なってしまうとともに、リミッタを通過した信号成分も
大きな歪を受けてしまうという問題点を有している。

次に、雑音低減の効果を上げるために第１図および第２
図のノイズキャンセラーを縦続接続して使用する場合が
しばしばあるが、このときの動作について説明する。こ
のとき、空間周波数領域での動作は、第３図ａと同図す
を重ねだ同図Ｃのようになる。前述したように、雑音は
全帯域にわたるホワイトノイズであるのに対し、信号ス
ペクトルは一般に狭い周波数帯域に集中する。いま、第
３図Ｃの１の領域だけに信号スペクトルがある場合には
、水平方向のノイズキャンセラーのリミッタに導かれる
■、■の周波数領域、および垂直方向のノイズキャンセ
ラーのリミッタに導かれる■。

■の領域はともにリミッタの振幅制限を受けない小さい
振幅の雑音成分だけであるため、π〜■の周波数領域に
存在する雑音成分は抑圧される。丑９へ　。

た、■の領域にリミッタの振幅制限を受けるような振幅
の大きな信号スペクトルが集中している場合には、垂直
方向のノイズキャンセラーのＭ　音低減効果はないが、
■および■の領域にはリミッタを通過する振幅の小さな
雑音成分だけであるため、水平方向のノイズキャンセラ
ーによってこれらの領域の雑音は抑圧される。すなわち
、■の領域にスペクトルを持つ信号に重畳されたＩＦ、
ＩＶの周波数成分の雑音が抑圧され、良好な画像が得ら
れる。

同様に、■の領域のみに信号成分がある場合には、垂直
方向のノイズキャンセラーによって、信号に重畳したＩ
Ｉ、ＩＶの周波数成分の雑音が抑圧される。

しかしながら、画像の斜め成分にあたる■の領域だけに
信号成分がある場合には、水平方向、垂直方向いずれの
ノイズキャンセラーのリミッタも通過することができな
いため、雑音低減の効果は全くなく見苦しい画像となっ
てしまう。

以上述べてきたように、従来のノイズキャンセラーには
いくつかの欠点がある。すなわち、リミッタの通過振幅
を大きくせざるを得ないために、１０ケ　７．・ 信号と雑音を充分分離できず微細な輝度変化の消滅した
不自然な画像となってしまうとともに、信号成分も大き
な歪を受けてしまう。寸だ、水平方向と垂直方向のノイ
ズキャンセラーを縦続接続しても、画像の斜め方向の信
号に重畳された雑音を抑圧することができないなど、い
くつかの問題点を有していた。

発明の目的 本発明は上記従来の問題点を解消するもので、信号成分
と雑音成分とをよシ良く分離して、信号成分を劣化させ
ることなく雑音を抑圧するとともに、信号に重畳した雑
音成分も効率良く低減することのできる映像信号処理装
置を提供することを目的とする。

発明の構成 本発明は、デジタル化した入力輝度信号の水平、垂直の
空間周波数領域を複数の空間周波数帯域に分割する複数
のフィルタ手段と、前記複数のフィルタの出力をそれぞ
れ非線形処理する複数の非線形処理手段と、前記複数の
非線形処理手段の出力１１　ｆ、 を混合する混合手段とを備えだ映像信号処理装置であシ
、これによシ信号成分と雑音成分とをより良く分離して
信号成分を劣化させることなく雑音が抑圧でき、また信
号に重畳した雑音成分も効率よく低減できるものである
。

実施例の説明 以下本発明の一実施例について、図面を参照しながら説
明する。

第４図は本発明の一実施例における映像信号処理装置の
構成図を示すものである。第４図において、１３はデジ
タル化された輝度信号の入力端子、１４〜１８は遅延回
路でその遅延時間は、１４゜１５．１７および１８はＤ
にこでは、Ｄ＝１４０ｎｓｅｃ程度とする）であシ、１
６は１水平走査期間をＨとしたとき（Ｈ−２Ｄ）である
。１９゜２ｏは加算回路、２１．２２は信号を２倍にす
る係数回路で、信号を１ピットド位桁にずらせばよい。

２３．２５および２７．２８は加算回路、２４．２６＞
よび２９．３０は減算回路である。

３１〜３４は信号を１／８倍する係数回路で信号を３ビ
ツト下位桁にずらせばよい。３６〜３了はそれぞれ係数
回路３２〜３４の出力信号を非線形処理する非線形処理
回路、３８は係数回路３１および非線形処理回路３６〜
３７の４つの出力信号を混合する加算回路、３９は雑音
の低減された信号の出力端子である。

以上のように構成された本実施例の映像信号処理装置に
ついて、以下にその動作を説明する。第４図に示した構
成図から明らかなように、入力端子１３から係数回路３
１〜３４に至る伝達関数は、遅延時間りの遅延をＺ、２
Ｄの遅延をＺ、Ｈの遅延をω　で表わすことにすると、
それぞれＨＩ＝−（−１＋２Ｚ　−Ｚ−ω＋２ωＺ　−
２（ＺＪ　Ｚ　）　・−■ＨＩ＝−（１＋２Ｚ　＋Ｚ−
ω７２ａ＋　Ｚ　−ωＺ　）−・−■となる。これらの
伝達関数を、水平周波数ｆＨ１１３、−、ノ 垂直周波数ｆｖの空間周波数領域で表現すると、Ｄ　＝
　１４０　ｎ５ｅＣとしだとき、それぞれ第６図ａ〜ｄ
のごとくになる。簡単のため、これらの周波数特性を同
図ｅ　−ｈのように表現することにする。

ここで斜線部分は、ａ　−ｄに示した周波数特性の利得
が約−３ｄＢ以上の周波数領域を示している。

これを見て明らかなように、第４図の構成における入力
端子１３から係数回路３１〜３４に至る４つの出力は、
それぞれ空間周波数領域を４つの帯域に分割するフィル
タとなっている。一方、入力端子１３から出力端子３９
に至る装置の特性は、非線形処理回路３５〜３８を信号
が素通りするとすれば、加算回路３８で４つのフィルタ
の出力が合成され、その伝達関数は■式〜■式を加えた
ものとなり、■＋■＋■＋■−Ｚ　となる。これは入力
端子１３に入力された信号をＤだけ遅延したものを出力
することを意味し、信号の周波数特性に影響を与えない
。しかしながら、いま仮に非線形処理回路３７が信号を
通過させないとすると、入力端子１３から出力端子３９
に至る装置の伝達１４、−ジ 関数は■式〜■式だけを加えたものとなシ、その周波数
特性は第６図において■の空間周波数領域のみが一３ｄ
Ｂ以下に減衰した特性となる。同様にして、非線形処理
回路３５．３６が信号を通さない場合、それぞれ第６図
のＨ，Ｈの周波数領域が減衰される。そこで、非線形処
理回路３６〜３７０入出力特性を第７図のごとく低レベ
ルの信号をクリップする特性にしておくと、それぞれの
フィルタを通過した成分の振幅が、振幅の小さい雑音で
ある場合には非線形処理回路を通過しないため、その雑
音の周波数成分は抑圧される。しかし、フィルタの出力
が振幅の大きな信号である場合には、非線形処理回路を
通過し、その信号が劣化することはない。

さて、本実施例を従来のノイズキャンセラーと比較する
といくつかの利点がある。第１に本実施例においては、
第６図ｅ　−ｆに示したようにそれぞれの非線形処理回
路に導かれる信号は、信号の全空間周波数領域のうち１
／４程度となっており、従来例におけるリミッタに導か
れる周波数帯域１５・Ｎノ （第３図ａ、ｂ）に比較して狭くなっている。したがっ
て、全帯域に均等に分布している雑音のうち、それぞれ
の非線形処理回路に導かれる雑音の振幅は小さくなり、
第７図に示したクリップ特性の非通過振幅を小さく設定
できる。それに対し、信号成分は狭い周波数帯域に集中
するため、４つのフィルタ出力のうちの１つに集中し振
幅はあまり小さくならない。その結果、信号と雑音をよ
り良く分離することができ、微細な輝度変化をもあまシ
劣化させることなく雑音のみを抑圧することができる。

またクリップ特性の非通過振幅を小さく設定できるため
、非線形処理回路を通過する振幅の大きな信号はほとん
ど歪まず、画像をほとんど劣化させない。

次に、第３図Ｃで説明したように従来の水平および垂直
のノイ゛ズキャンセラーを縦続接続した場合においては
、画像の斜め成分にあたる■の領域に振幅の大きな信号
があるときには、雑音低減効果は全く得られず、この信
号に重畳した雑音は抑圧できなかった。それに対し本実
施例では、第６図の周波数帯域図において■〜■のそれ
ぞれについて非線形処理を行なう。このため、■の領域
に振幅の大きい信号があっても、その信号に重畳した１
、１の領域の周波数成分の雑音を抑圧することができ、
良好な画像を得ることができる。これが本実施例の第２
の特徴である。

第３の特徴は、第６図の周波数領域図における■〜■の
３つの周波数領域に対し、それぞれ異なる非線形処理が
行なえることにある。一般に、ＶＴＲの再生信号は水平
周波数の高域の劣化した信号となっている。それに対し
、雑音成分は中低域の雑音に比べ、高域の雑音は視覚的
に妨害となりにくい。そこで、水平周波数の中低域の信
号を含むＨの領域に対し、Ｉ、Ｉｔ／の領域の非線形処
理回路のクリップ特性の非通過振幅を小さく設定するこ
とにより、高域の微小な信号の劣化を防ぎ視覚的に良好
な画像とすることができる。また、■と■の周波数領域
について考えると、■の領域は細かい垂直のパターンの
信号であるのに対し、■の領域は細かい斜め方向のパタ
ーンの信号に相当１７、−１−ノ する。一般の画像において、斜めのパターンは垂直のパ
ターンに比べ画像の性質および視覚効果からいって微小
な信号については、それほど重要ではない。そこで、■
の領域に対するクリップ特性の非通過振幅に比べ、■の
領域に対する非通過振幅をやや大きく設定しても視覚上
画質はほとんど劣化せず、かつより大きな雑音を抑圧す
ることができる。このように本実施例によれば、分割さ
れたそれぞれの周波数帯域の信号および雑音の性質に応
じて、それぞれ別々に最適な非線形特性を設定すること
ができる。

以上述べてきたように、本実施例は従来例に比べいくつ
かのすぐれた特徴を有している。

なお、本実施例においては非線形処理回路の入出力特性
は第７図のごとく、入力信号の振幅が大きいときにはそ
のまま出力する特性としたが、第８図ａのように、振幅
が大きいときにはより強調して出力する特性としてもよ
い。このようにすることにより、その非線形処理回路を
通過する周波数領域については、雑音を抑圧するととも
に振幅１８ベー；Ｉ の大きな信号は強調することができ、雑音を増大させる
ことなく解像度を向上させることが可能である。さらに
第８図すのごとく、振幅の小さい入力に対して完全には
クリップせず、減衰させて通過させる特性としてもよい
。このようにすると雑音の抑圧効果はやや小さくなるが
、雑音に埋もれた小さな信号を完全に失なってしまうこ
とはなくなる。したがって、高域の劣化した信号に対し
て有効である。

上記したような入出力特性を持つ非線形処理回路は、ゲ
ート回路を組み合わせることにより適宜構成できるが、
実現すべき入出力特性によっては回路が複雑になってし
まうことがある。このような場合には、入力信号をアド
レスとし、そのアドレスに書き込まれた記憶内容を出力
信号とする入出力特性表を記憶した読出し専用メモリ（
ＲＯＭ）を用いることにより、任意の非線形入出力特性
を容易に実現することができる。

次に、本発明の他の実施例について述べる。

第９図は、本発明の他の実施例における映像信１９へ　
。

号処理装置の構成図を示すものであり、第４図の実施例
と同じ役割のブロックには同番号を付した。

第９図において、４ｏは入力信号を１Ｈだけ遅延する遅
延回路、４１は加算回路、４２は減算回路である。４３
〜４６は遅延時間りの遅延回路、４７．４８は加算回路
、４９，５０は信号を２倍にする係数回路、５１．５３
は加算回路、６２および５４は減算回路である。

以上のように構成された本実施例において、入力端子１
３から係数回路３１に至る伝達関数はとなり、０式に等
しい。同様にして、入力端子１３から係数回路３２〜３
４に至る回路の伝達関数はそれぞれ０〜０式に等しくな
る。しだがって、第９図の本実施例の入力端子１３から
出力端子３９に至る装置全体としての動作は、第４図に
示べ優れた効果を発揮する。

しかしながら、第４図の実施例と第９図に示しだ本実施
例を比較すると、本実施例では加算回路および減算回路
が少なくなっておシ、より簡単な構成で実現できるとい
う利点がある。

なお、上記した２つの実施例においては空間周波数領域
を複数の帯域に分割するフィルタは、０〜０式の伝達関
数を有する４つのフィルタであったが、本発明はこれに
限られるものではなく、空間周波数領域を有効に複数の
帯域に分割するものであればよい。

発明の効果 以上の説明から明らかなように、本発明は水平、垂直の
空間周波数領域を複数の帯域に分割し、その信号をそれ
ぞれ非線形処理した後合成することにより、いくつかの
優れた効果を発揮する。すなわち、全帯域に均等に分布
している雑音が周波数成分によって細かく分割されて非
線形処理回路に導かれるため、それぞれの非線形処理回
路におい２１ページ 形処理回路のクリップ特性の非通過振幅を小さく設定で
き、微細な輝度変化をも劣化させることなく雑音のみを
抑圧することができ、またクリップ特性を通過する振幅
の大きな信号の歪みも少ない。

さらに、信号に雑音が重畳しているとき、その信号スペ
クトルを含む周波数帯域と、他の周波数帯域を別々に非
線形処理するだめに、重畳した雑音を有効に除去するこ
とができ、美しい画像が得られる。壕だ、分割されたそ
れぞれの周波数帯域の信号や雑音の特性、さらに視覚特
性に応じて最適な非線形特性を設定することができ、視
覚的に画質の劣化を最小限に抑えて優れた雑音除去効果
を得ることができる。

さらに、非線形処理回路のクリップ特性において、入力
信号の振幅が大きい信号に対してはそれを強調して出力
する特性としておくことにより、所望の空間周波数帯域
の信号を雑音を抑圧しつつ強調することができ、画像の
解像度を上げることができる。

丑た非線形処理回路は、ＲＯＭを用いて構成す　　□２
２ベーノ ることによシ、任意の非線形入出力特性を容易に実現す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の水平周波数に対するノイズキャンセラー
の説明図、第２図は従来の垂直周波数に対するノイズキ
ャンセラーの説明図、第３図は従来のノイズキャンセラ
ーの空間周波数領域における説明図、第４図は本発明の
一実施例による映像信号処理装置の構成図、第６図は実
施例における４つのフィルタの空間周波数特性図、第６
図は本発明の実施例の空間周波数領域における動作説明
図、第７図および第８図は本発明の実施例における非線
形処理回路の入出力特性を示す図、第９図は本発明の他
の実施例における映像信号処理装置の構成図である。 １３・・・・・・入力端子、１４〜１８・・・・・・遅
延回路、１９．２０，２３，２５，２７．２８・旧・・
加算回路、２４，２６，２９．３０・・・・・・減算回
路、２１゜２２．３１〜３４・旧・・係数回路、３５　
、３６　。 −ＦＩＡ７・・・・・・非線形処理回路へ第２図 第３図 土ｙ　（Ｉｉｕｅｌ 子ｖＯ１°ｎこＪ へ　　　　　　　　　　　　　　へ 綜　　　　　　　　ｄ　　　　　　　　　　　　や第６
図 土ｙ（Ｉｉ冗こ〕 出力 第８図 出力

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）デジタル化した入力輝度信号の水平、垂直の空間
   周波数領域を複数の空間周波数帯域に分割する複数のフ
   ィルタ手段と、前記複数のフィルタの出力をそれぞれ非
   線形処理する複数の非線形処理手段と、前記複数の非線
   形処理手段の出力を混合する混合手段とを備えたことを
   特徴とする映像信号処理装置。
2. （２）複数のフィルタ手段は、それぞれ Ｈ＿１＝１／８（１＋２Ｚ＾−＾１＋Ｚ＾−＾２＋ω＾
   −＾１＋２ω＾−＾１Ｚ＾−＾１＋ω＾−＾１Ｚ＾−＾
   ２）Ｈ＿２＝１／８（−１＋２Ｚ＾−＾１−Ｚ＾−＾２
   −ω＾−＾１＋２ω＾−＾１Ｚ＾−＾１−ω＾−＾１Ｚ
   ＾−＾２）Ｈ＿３＝１／８（１＋２Ｚ＾−＾１＋Ｚ＾−
   ＾２−ω＾−＾１−２ω＾−＾１Ｚ＾−＾１−ω＾−＾
   １Ｚ＾−＾２）Ｈ＿４＝１／８（−１＋２Ｚ＾−＾１−
   Ｚ＾−＾２＋ω＾−＾１−２ω＾−＾１Ｚ＾−＾１＋ω
   ＾−＾１Ｚ＾−＾２）（ただし、ω＾−＾１は１水平走
   査期間の遅延Ｚ＾−＾１は所定期間Ｄの遅延 Ｚ＾−＾２は所定期間２Ｄの遅延 を意味する。） の伝達関数を有する４つのフィルタであることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の映像信号処理装置。
3. （３）非線形処理手段の有する非線形入出力特性は、非
   線形処理手段の入力信号の所定レベル以下の信号を通過
   させない特性であることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項または第２項に記載の映像信号処理装置。
4. （４）非線形処理手段の有する非線形入出力特性は、非
   線形処理手段の入力信号の所定レベル以下の信号を減衰
   する特性であることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   または第２項に記載の映像信号処理装置。
5. （５）非線形処理手段の有する非線形入出力特性は、非
   線形処理手段の入力信号の所定レベル以下の信号を通過
   させないか、または減衰する特性であり、かつ所定レベ
   ル以上の信号は強調して出力する特性であることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項または第２項に記載の映像
   信号処理装置。
6. （６）非線形処理手段は、入力信号をアドレスとし、そ
   のアドレスに書き込まれた記憶内容を出力信号とする入
   出力特性表を記憶した読出し専用メモリにより構成され
   ていることを特徴とする特許請求の範囲第１項または第
   ２項に記載の映像信号処理装置。