JP3425500B2 - ノイズ低減回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、画像信号のノイズ
低減回路に関し、より詳細には、ＭＵＳＥ（Ｍｕｌｔｉ
ｐｌｅ ｓｕｂ Ｎｙｑｕｉｓｔ Ｓａｍｐｌｉｎｇ
Ｅｎｃｏｄｅ）方式の高精細度テレビジョン信号デコー
ダ、ＥＤＴＶ受像機等の画像のディジタル信号処理を行
うテレビジョン受像機等におけるノイズ低減回路に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】ＭＵＳＥデコーダやＥＤＴＶ受像機のよ
うなディジタル画像処理システムにおいては、フレーム
メモリを用いた巡回型ノイズ除去方式が用いられてい
る。しかしながら、このフレームメモリを用いた巡回型
ノイズ除去方式は動画像部に尾びきが出てしまう等の弊
害が起こるため大きなノイズ除去効果を得ることは困難
である。

【０００３】そこで、直流加算型と称するノイズ除去の
手法が提案されている。これはノイズを含む信号をノイ
ズを含まない信号に近づけることによりノイズを除去し
ようとするものである。図８は、直流加算型ノイズ除去
回路をＭＵＳＥデコーダに用いた場合の構成を示す図で
ある。本従来例の回路は、画像信号を入力する入力端子
５６と、フレームメモリ５７〜６０と、加算平均回路６
１〜６３と、サブサンプルの制御信号により切り替えら
れる信号切り替えスイッチ６４及び６５と、減算回路６
６と、サブサンプル制御信号入力端子６７と、任意の定
数を加減算する回路（以下ＤＣシフト回路と言う）６８
と、ノイズレベル入力端子６９と、出力端子７０とから
構成されている。

【０００４】入力端子５６より入力された信号はフレー
ムメモリへ入力され、これらフレームメモリと加算平均
回路とにより時間軸上の低域通過フィルタを構成し、こ
の出力をノイズを含まない信号として、ノイズを含んだ
信号をノイズを含まない信号に近づける際のリファレン
ス信号とする。この時、同時にフレーム補間も行う必要
があるため、端子６７より入力されるサブサンプルの制
御信号を用いて、スイッチ６４及び６５を切り替えてフ
レーム補間を行う。このリファレンス信号を基に入力信
号に対して任意の定数を加減算する。つまり、入力信号
がリファレンス信号より大きい場合は、入力信号に対し
て任意の定数を減算し、その逆の場合は加算する。ま
た、任意の定数の大きさをノイズレベル信号により制御
する。これらの一連の操作によりノイズを含む信号がノ
イズを含まない信号に近づけられる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記の従来のノイズ低
減回路は、特にＭＵＳＥデコーダに適用した場合、多量
のフレームメモリを必要とするため、ハードウエア及び
コストに対して大きな負担となる。

【０００６】本発明は、以上のような問題点に鑑みてな
されたもので、フレームメモリの使用を最小限に押さえ
ることにより、ハードウエア及びコストに対する負担を
軽減するノイズ低減回路を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上述の目的は、画像信号
を格納するフレームメモリと、入力信号と前記フレーム
メモリの出力信号とからフレーム差信号を求める第１の
減算回路と、前記フレーム差信号に非線形処理を行う非
線形処理回路と、該非線形処理回路の出力信号と前記入
力信号とを加算してリファレンス信号を求めて前記フレ
ームメモリに入力する加算回路と、前記リファレンス信
号と前記入力信号との差信号を求める第２の減算回路
と、前記入力信号が前記リファレンス信号より大きいこ
とを、前記差信号が示す場合は、前記入力信号からノイ
ズレベル信号に応じた所定の直流電圧を減算し、前記入
力信号が前記リファレンス信号より小さいことを、前記
差信号が示す場合は、前記入力信号にノイズレベル信号
に応じた所定の直流電圧を加算してノイズを低減するＤ
Ｃシフト回路とを備えることを特徴とする請求項１に記
載のノイズ低減回路によって達成される。

【０００８】上述の目的は、絶対値を出力する絶対値回
路と最小値フィルタと最大値フィルタとが前記第１の減
算回路の出力に直列に接続されており、該最大値フィル
タの出力信号及び前記ノイズレベル信号が前記非線形処
理回路の入力に更に接続されていることを特徴とする請
求項２に記載のノイズ低減回路によって達成される。

【０００９】上述の目的は、オフセットサブサンプリン
グにより帯域圧縮された高品位テレビジョン信号を広帯
域の信号へ復調するＭＵＳＥデコーダに用いられた際
に、前記サブサンプリングの制御信号の値に応じてフレ
ーム補間に用いるフレームメモリとノイズ除去に用いる
フレームメモリとを共用するよう切り替えるスイッチ手
段を更に備えることを特徴とする請求項３に記載のノイ
ズ低減回路によって達成される。

【００１０】請求項１に記載のノイズ低減回路において
は、フレームメモリを用いた巡回型ノイズリダクション
の構成を有し、ノイズリダクションから出力されたノイ
ズを含まないリファレンス信号と入力信号との差信号
と、ノイズレベル信号とを用いて、入力信号がリファレ
ンス信号より大きいことを、差信号が示す場合は、入力
信号からノイズレベル信号に応じた所定の直流電圧を減
算し、入力信号がリファレンス信号より小さいことを、
差信号が示す場合は、入力信号にノイズレベル信号に応
じた所定の直流電圧を加算する。以上のような操作によ
りノイズを含んだ信号をノイズを含まない信号に近付け
ようとするものであるが、リファレンス信号を得るため
の手法として巡回型のノイズ除去回路の構成を有してい
るため、フレームメモリの使用を最小限にすることがで
きる。

【００１１】請求項２に記載のノイズ低減回路において
は、フレームメモリを用いた巡回型ノイズリダクション
中の非線形処理回路への入力信号として、フレーム差信
号と、フレーム差信号の絶対値を取り、更に最小値フィ
ルタ及び最大値フィルタを通した信号と、ノイズレベル
信号との３つのパラメータを用いる。このことにより、
リファレンス信号を得るための巡回型ノイズ除去部分に
おけるノイズ低減効果を向上させることができ、より精
度の高いノイズを含まないリファレンス信号を得ること
ができる。

【００１２】請求項３に記載のノイズ低減回路において
は、サブサンプリングの制御信号に応じてスイッチを切
り替えることにより、オフセットサブサンプリングによ
り帯域圧縮された高品位テレビジョン信号を広帯域の信
号へ復調するＭＵＳＥデコーダのノイズ低減回路として
用いた場合、フレーム補間のためのフレームメモリとノ
イズ除去のためのフレームメモリとを共用することがで
きる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明のノイズ低減回路の
第１の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明
する。

【００１４】図１は、本発明のノイズ低減回路の第１の
実施の形態の構成を示すブロック図である。このノイズ
低減回路は、画像信号を入力する入力端子１と、減算回
路２と、非線形処理回路３と、加算回路４と、フレーム
メモリ５と、減算回路６と、ＤＣシフト回路７と、ノイ
ズレベル入力端子８と、出力端子９とから構成されてい
る。

【００１５】入力端子１から入力された信号は、減算回
路２と加算回路４と減算回路６とＤＣシフト回路７にそ
れぞれ入力される。減算回路２においてフレーム差信号
が得られ、これが非線形処理回路３で処理された後、加
算回路４にて加算されることによりノイズが除去され
る。減算回路２で得られたフレーム差信号により非線形
処理回路３を制御することにより、画像の静止画部では
ノイズ除去効果を大きくし、動画部ではノイズ除去効果
を小さくし動画の尾びきを押さえようとするものであ
る。なお、これら一連の巡回型ノイズ除去の原理の詳細
については「画像のディジタル信号処理（日刊工業新聞
社刊 吹抜敬彦著）」に記載されている。加算回路４か
らの出力信号をノイズを含まないリファレンス信号と
し、減算回路６にて入力信号との差が求められる。この
差信号と入力信号とノイズレベル信号とがＤＣシフト回
路に入力され入力信号がノイズを含まない信号に近づけ
られる。すなわち、入力信号がリファレンス信号よりも
大きい場合は、入力信号に対してノイズレベルに応じた
量の定数が減算され、また、逆の場合は、加算される。

【００１６】以上のようにリファレンス信号を得る回路
として巡回型のノイズ除去回路の構成を採用することに
より、フレームメモリの使用を最小限に押さえることが
でき、ハードウエア、コストの削減を図ることが出来
る。

【００１７】以下、本発明のノイズ低減回路の第２の実
施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

【００１８】図２は、本発明のノイズ低減回路の第２の
実施の形態の構成を示すブロック図である。このノイズ
低減回路は、画像信号を入力する入力端子１０と、減算
回路１１及び１８と、絶対値回路１２と、最小値フィル
タ１３と、最大値フィルタ１４と、フレームメモリ１５
と、非線形処理回路１６と、加算回路１７と、ＤＣシフ
ト回路１９と、ノイズレベル入力端子２０と、出力端子
２１とから構成されている。

【００１９】入力端子１０から入力された信号は、減算
回路１１と加算回路１７と減算回路１８とＤＣシフト回
路１９とにそれぞれ入力される。減算回路１１において
フレーム差信号が得られ、これが非線形処理回路１６と
絶対値回路１２に入力される。絶対値回路１２からの出
力は最小値フィルタ１３、更に最大値フィルタ１４へと
入力された後、非線形処理回路１６へ入力される。ノイ
ズレベル信号も非線形処理回路１６へ入力され、これら
３つのパラメータにより非線形処理回路１６の入出力特
性が制御される。

【００２０】このような構成にすることにより、巡回型
のノイズ除去回路としてノイズ除去効果を高めることが
でき、後段のＤＣシフト回路におけるリファレンス信号
としてより精度の高い信号が得られる。すなわち、非線
形処理回路１６は動き量に応じて制御される係数である
が、フレーム差信号には動きによるものと、ノイズによ
るものとが混ざっている。したがって、フレーム差信号
から動きによるものと、ノイズによるものとを区別した
信号が得られればより精度の高い制御が可能となる。

【００２１】ここで、最小値フィルタ、最大値フィルタ
とは、周辺の任意の数画素から値の最小の画素又は、最
大の画素を選択して出力するフィルタである。最小値フ
ィルタ１３、最大値フィルタ１４の働きを図３を参照し
て説明する。図３の（ａ）は減算回路１１からの出力信
号すなわち、フレーム差信号である。同図において、ノ
イズによるものはインパルス状になる場合が多く、また
動きによるものは、ある程度広がりを持った形になる場
合が多い。図３の（ｂ）は最小値フィルタの出力を示
す。最小値フィルタによって、このようにインパルス状
の信号は取り除かれる。しかし、このままだと動きによ
るフレーム差信号も小さくなってしまう。これを最大値
フィルタに入力すると、動きによる信号は基に戻る。こ
のように最大値フィルタからの出力信号は動きによる信
号だけとなる。

【００２２】次に非線形処理回路１６の内部構成の１例
を図４に示す。図４の（ａ）に示すように最大値フィル
タ１４からの信号は端子２４から入力され、図４の
（ｂ）に示すような変換を変換回路２５で施される。そ
して、図４の（ａ）に示す端子２３から入力されたフレ
ーム差信号と乗算回路２６で乗算をされる。この演算は
最大値フィルタ１４からの信号が小さければ動画部では
ないと判別しフレーム差信号の抑圧度を小さくし、逆に
最大値フィルタ１４からの信号が大きければ動画部であ
ると判別し、フレーム差信号の抑圧度を大きくする。次
に、この信号はクリップ回路２７にて、ノイズレベルに
よりクリップされる。これはノイズ除去の程度をノイズ
量に応じた適切なレベルにすると共に、必要以上に大き
なノイズ除去が行われることによる画質劣化を防ぐため
のものである。

【００２３】以上のような一連の処理がされた後、加算
回路１７にて加算されることによりノイズが除去され
る。加算回路１７からの出力信号をノイズを含まないリ
ファレンス信号とし、減算回路１８にて入力信号との差
が求められる。この差信号とノイズレベル信号とがＤＣ
シフト回路に入力され入力信号がノイズを含まない信号
に近づけられる。すなわち、入力信号がリファレンス信
号よりも大きい場合は、入力信号に対してノイズレベル
に応じた量の定数が減算され、また、逆の場合は、加算
される。

【００２４】以上のように本ノイズ低減回路によれば、
ＤＣシフトのためのより精度の高いリファレンス信号を
得ることによりノイズ低減効果を向上させることが出来
る。

【００２５】以下、本発明のノイズ低減回路の第３の実
施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

【００２６】図５は、本発明のノイズ低減回路の第３の
実施の形態の構成を示すブロック図である。本ノイズ低
減回路は、画像信号を入力する入力端子２９と、減算回
路３０及び３５と、非線形処理回路３１と、加算回路３
２と、フレームメモリ３３と、サブサンプリング制御デ
ータにより切り替えられる信号切り替えスイッチ３４及
び３８と、ＤＣシフト回路３６と、ノイズレベル入力端
子３７と、サブサンプリング制御データ入力端子３９
と、出力端子４０とから構成されている。

【００２７】入力端子２９から入力された信号は、減算
回路３０と加算回路３２と減算回路３５とＤＣシフト回
路３６とにそれぞれ入力される。減算回路３０において
フレーム差信号が得られ、これが非線形処理回路３１で
処理された後、信号切り替え回路３４にて非線形処理回
路３１の入力信号と出力信号とが切り替えられる。オフ
セットサブサンプリングにより帯域圧縮された高品位テ
レビジョン信号（ＭＵＳＥ信号）が入力された場合、こ
の操作によりノイズ除去とフレーム補間が同時に行われ
る。

【００２８】この様子を図６を参照して説明する。図６
は、各信号の画像フレームの画素配置を示したものであ
る。図中「○」はデータの存在する画素を示し、「×」
はサブサンプルにより間引かれた（すなわちデータの存
在しない）画素の位置を示す。図６（ａ）はある任意の
時点におけるフレームメモリ３３からの出力信号を示
し、図６（ｂ）は入力端子２９からの入力信号を示して
いる。ここでスイッチ３４は（ｂ）において「○」の画
素の部分は端子Ａを選択し、「×」の画素の部分は端子
Ｂを選択する。そのときの加算回路３２からの出力信号
は図６（ｃ）のようになる。（ｃ）において「□」はス
イッチ３４が端子Ａを選択したことによりノイズ除去さ
れた信号となり、また「○」はスイッチ３４が端子Ｂを
選択したことにより図６（ａ）の信号がそのまま素通り
して来た信号となる。この（ｃ）の信号がフレームメモ
リで遅延され（ｂ）の次のフレームである（ｄ）と先と
同様の演算が行われる。この場合も、スイッチ３４は
（ｄ）において「○」の画素の部分は端子Ａを選択し、
「×」の画素の部分は端子Ｂを選択する。そのときの加
算回路からの出力信号は図６（ｅ）のようになる。
（ｅ）において「△」はスイッチ３４が端子Ａを選択し
たことによりノイズ除去された信号となり、また「□」
はスイッチ３４が端子Ｂを選択したことにより（ｃ）の
信号がそのまま素通りして来た信号となる。この（ｅ）
の信号がフレームメモリで遅延され次のフレームと先と
同様の演算が行われる。以上のようにフレーム補間とノ
イズ除去が同時に行われる。

【００２９】この加算回路３２からの出力信号をノイズ
を含まないリファレンス信号とし、減算回路３５にて入
力信号との差が求められる。この差信号と入力信号とノ
イズレベル信号とがＤＣシフト回路に入力され入力信号
がノイズを含まない信号に近づけられる。すなわち、入
力信号がリファレンス信号よりも大きい場合は、入力信
号に対してノイズレベルに応じた量の定数が減算され、
また、逆の場合は、加算される。スイッチ３８によりこ
のＤＣシフトされた信号と加算回路３２からの出力信号
が切り替えられる。これはＤＣシフトされる信号はフレ
ーム補間をされていないため、伝送されて来ない画素の
部分はフレーム補間された信号すなわち、加算回路３２
からの出力信号と置き換えなければならないためであ
る。

【００３０】以上のように信号切り替えスイッチ３４及
び３８をサブサンプリングの制御信号を用いて切り替え
ることにより、ＭＵＳＥデコーダに用いた場合に、フレ
ーム補間とノイズ除去がフレームメモリを共用した形で
同時に行えるため、ハードウエア及びコストの削減が可
能となる。

【００３１】以下、本発明のノイズ低減回路の第４の実
施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

【００３２】図７は、本発明のノイズ低減回路の第４の
実施の形態の構成を示すブロック図である。本ノイズ低
減回路は、画像信号を入力する入力端子４１と、減算回
路４２及び５０と、絶対値回路４３と、最小値フィルタ
４４と、最大値フィルタ４５と、フレームメモリ４７
と、非線形処理回路４６と、サブサンプリング制御デー
タにより切り替えられる信号切り替えスイッチ４８及び
５３と、加算回路４９と、ＤＣシフト回路５１と、ノイ
ズレベル入力端子５２と、サブサンプリング制御データ
入力端子５４と、出力端子５５とから構成されている。

【００３３】本ノイズ低減回路は、第２の実施の形態に
示した回路と第３の実施の形態に示した回路を混合した
ものであるので、動作についての重複した説明は省略す
る。

【００３４】

【発明の効果】請求項１に記載のノイズ低減回路によれ
ば、リファレンス信号を得るための手法として巡回型の
ノイズ除去回路の構成を有しているため、フレームメモ
リの使用を最小限にすることができる。

【００３５】請求項２に記載のノイズ低減回路によれ
ば、リファレンス信号を得るための巡回型ノイズ除去部
分におけるノイズ低減効果を向上させることができ、よ
り精度の高いノイズを含まないリファレンス信号を得る
ことができる。

【００３６】請求項３に記載のノイズ低減回路によれ
ば、オフセットサブサンプリングにより帯域圧縮された
高品位テレビジョン信号を広帯域の信号へ復調するＭＵ
ＳＥデコーダに用いた場合、フレーム補間のためのフレ
ームメモリとノイズ除去のためのフレームメモリとを共
用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のノイズ低減回路の第１の実施の形態の
構成を示すブロック図である。

【図２】本発明のノイズ低減回路の第２の実施の形態の
構成を示すブロック図である。

【図３】図２のノイズ低減回路の最小値フィルタ及び最
大値フィルタの作用を説明するための図である。

【図４】図２のノイズ低減回路の非線形処理回路の構成
を示す図である。

【図５】本発明のノイズ低減回路の第３の実施の形態の
構成を示すブロック図である。

【図６】図５のノイズ低減回路のサブサンプリングによ
る制御信号で切り替えられるスイッチの作用を説明する
図である。

【図７】本発明のノイズ低減回路の第４の実施の形態の
構成を示すブロック図である。

【図８】従来のノイズ低減回路の構成を示すブロック図
である。

【符号の説明】

１，１０，２９，４１，５６ 画像信号入力端子 ２，６，１１，１８，３０，３５，４２，５０，６６
減算回路 ３，１６，３１，４６ 非線形処理回路 ４，１７，３２，４９ 加算回路 ５，１５，３３，４７，５７，５８，５９，６０ フレ
ームメモリ ７，１９，３６，５１，６８ ＤＣシフト回路 ８，２０，２２，３７，５２，６９ ノイズレベル入力
端子 ９，２１，４０，５５，７０ 出力端子 １２，４３ 絶対値回路 １３，４４ 最小値フィルタ １４，４５ 最大値フィルタ ３４，３８，４８，５３，６４，６５ 信号切り替え回
路 ３９，５４，６７ サブサンプル制御信号入力端子 ６１，６２，６３ 加算平均回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−120967（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−236431（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−139071（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−158078（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−30676（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−6641（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−206289（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H04N 5/14 - 5/217

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 画像信号を格納するフレームメモリと、
   入力信号と前記フレームメモリの出力信号とからフレー
   ム差信号を求める第１の減算回路と、前記フレーム差信
   号に非線形処理を行う非線形処理回路と、該非線形処理
   回路の出力信号と前記入力信号とを加算してリファレン
   ス信号を求めて前記フレームメモリに入力する加算回路
   と、前記リファレンス信号と前記入力信号との差信号を
   求める第２の減算回路と、前記入力信号が前記リファレ
   ンス信号より大きいことを、前記差信号が示す場合は、
   前記入力信号からノイズレベル信号に応じた所定の直流
   電圧を減算し、前記入力信号が前記リファレンス信号よ
   り小さいことを、前記差信号が示す場合は、前記入力信
   号にノイズレベル信号に応じた所定の直流電圧を加算し
   てノイズを低減するＤＣシフト回路とを備えることを特
   徴とするノイズ低減回路。
2. 【請求項２】 絶対値を出力する絶対値回路と最小値フ
   ィルタと最大値フィルタとが前記第１の減算回路の出力
   に直列に接続されており、該最大値フィルタの出力信号
   及び前記ノイズレベル信号が前記非線形処理回路の入力
   に更に接続されていることを特徴とする請求項１に記載
   のノイズ低減回路。
3. 【請求項３】 オフセットサブサンプリングにより帯域
   圧縮された高品位テレビジョン信号を広帯域の信号へ復
   調するＭＵＳＥデコーダに用いられた際に、サブサンプ
   リングの制御信号の値に応じてフレーム補間に用いるフ
   レームメモリとノイズ除去に用いるフレームメモリとを
   共用するよう切り替えるスイッチ手段を更に備えること
   を特徴とする請求項１又は２に記載のノイズ低減回路。