CN1231070C

CN1231070C - 滤波器装置

Info

Publication number: CN1231070C
Application number: CNB028011295A
Authority: CN
Inventors: D·皮珀斯
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2001-04-09
Filing date: 2002-03-25
Publication date: 2005-12-07
Anticipated expiration: 2022-03-25
Also published as: US20020171767A1; EP1417845A1; KR20030007922A; JP2004519967A; US7061548B2; WO2002082823A1; CN1461571A

Abstract

描述一种滤波器装置(1)，它包括：诸如用硬件实现的2D梳齿滤波器的主滤波器单元(10)，具有接收视频信号Φ的输入端和提供滤波后的视频信号(Φ1)的输出端；可控时间降噪单元(20)，它从主滤波器单元(10)接收所述滤波后的视频信号(Φ1)，对所述滤波后的视频信号(Φ1)进行降噪操作；以及单元(14，30，40)，用以检测所述第一视频信号(Φ1)的视频图像中的非常低的运动量，并根据所检测的非常低的运动量来控制可控时间降噪单元(20)，以便使滤波器装置(1)在信号中仅有非常低的运动量时也能够降低交叉亮度和/或交叉色彩。

Description

滤波器装置

技术领域

本发明一般涉及为消除交叉影响的视频信号的滤波技术。

背景技术

众所周知，复合视频信号包括色彩信息和亮度信息。当视频信号被例如彩色电视机调谐器接收时，亮度信号(Y)和色度信号(U，V)必须分开。例如，在PAL视频信号中，视频信号的带宽大约为5MHz，其中彩色信号的载波位于约4.43MHz。为了获得亮度信号Y，需要带阻滤波器来抑制彩色载波。另一方面，为了获得彩色信号U，V，需要一个带通滤波器，它通过彩色信号并抑制所有其他频率。

实际上不可能达到亮度信号Y和色度信号U，V之间100％的分开。在解码之后，亮度信号Y在一定程度上会受到彩色信号的影响，而彩色信号U，V在一定程度上会受到亮度信号的影响。这两种影响可用交叉亮度影响和交叉彩色影响来表示，或统称为交叉影响。

这些交叉影响被投影到电视屏幕上时在图像中可以看见。例如，在高频黑/白图案中(条状图案)可以看见彩条影响。另一方面，在不同颜色的两个邻近图像部分的交叉处可以看见黑/白块状图案。这两种影响(彩条影响和块状图案)都不是静态的，而是由于视频信号的25Hz偏移而移动的。

为了消除或至少减低这些交叉影响，已知可以使用2D梳齿滤波器或3D梳齿滤波器。

2D(二维)梳齿滤波器可以在两个方向上，即水平方向和垂直方向，对图像起作用。2D梳齿滤波器的缺点是对角线上还会有影响存在。

3D(三维)梳齿滤波器在两个空间方向上(水平方向和垂直方向)，同时也在时间维上比较信息。换句话说，3D梳齿滤波器随时间来确定变化。3D梳齿滤波器可以消除2D梳齿滤波器的那种对角线影响。但是，为了能确定随时间的变化，3D梳齿滤波器需要三个场存储器，价格相当昂贵。此外，3D梳齿滤波器只能相对图像的静止部分工作；如果图像中包含有动态部分，此滤波器就像2D梳齿滤波器一样工作。每当图像的一部分开始运动，就从三维工作转换为二维工作，反之亦然，这是不理想的。

发明内容

本发明的主要目的就是提供一种比当前可得到的3D梳齿滤波器的成本大大降低而性能相当甚至更好的3D梳齿滤波器。

按照本发明，提供了一种滤波器装置，包括：2D梳齿滤波器，具有用于接收输入视频信号的输入端和用于提供第一视频信号的输出端；可控时间降噪单元，用于对所述第一视频信号执行降噪操作，以提供滤波输出信号；以及调节装置，用于检测所述第一视频信号的视频图象中的运动量，并产生滤波参数K来根据所述运动量控制所述可控时间降噪单元。

按照本发明，提供了一种滤波方法，包括：2D梳齿滤波一个输入视频信号，以提供第一视频信号；对第一视频信号进行可控时间降噪，以提供滤波输出信号；检测所述第一视频信号的视频图像中的运动量；以及根据所述运动量控制所述可控时间降噪。

按照本发明，提供了一种图像显示装置，包括：如上述的滤波器装置，用于产生滤波输出信号；以及显示装置，用于显示滤波输出信号。

按照本发明的一个优选实施例，滤波器装置包括硬件成分，例如标准的2D梳齿滤波器，随后有软件成分，它决定是否需要采取另外的滤波步骤。如果软件决定不采取其他滤波步骤，该整个滤波器装置就起硬件部件的作用，在此例中就是起2D梳齿滤波器的作用。

软件形式的滤波器装置的执行部分包含重要的优点：滤波器装置总体上可以容易地被修改，并且开发成本低廉。而且，软件形式的滤波器装置的执行部分(代替硬件)减少了电路所需的空间，也降低了电路的能耗。

按照本发明的另一个优选实施例，根据从运动检测器接收到的信息对一个可控的降噪部件加以控制。通常，这种可控的降噪部件和运动检测器在电视装置中已经存在；所需要的就是一个能接收来自运动检测器的信息并为降噪模块产生适当控制信号的适当编程的模块。

附图说明

本发明的这些和其它方面、特征和优点通过以下参考附图对本发明滤波装置的优选实施例的说明就可进一步阐明，附图中同样的标号代表同样或类似的部分，附图中：

图1示意地示出包括本发明的滤波器装置的图像显示装置实施例的方框图；

图2示意地示出可控时间降噪单元的实施例的方框图；以及

图3示意地示出全局运动检测器实施例的功能方框图。

具体实施方式

图1示出本发明的滤波器装置1的方框图。基本上，滤波器装置1包括全局运动检测器30和可控降噪单元20，以及控制单元40，用以根据全局运动检测器30检测的运动量来控制可控降噪单元20。

通常，全局运动检测器30和可控降噪单元20接收视频信号Φ1。可控降噪单元20对其输入信号Φ1起作用，产生噪声降低了的输出信号Φ3。全局运动检测器30检测输入信号Φ1中的运动量。控制单元40根据该运动量来调节可控降噪单元20的工作。虽然控制单元40可以用硬件实现，但最好是用软件来实现。

如果视频信号Φ1是一个“正常”的视频信号，就可立即使用本发明。但最好滤波器装置1在全局运动检测器30和可控降噪单元20之前还连接一个硬件滤波器单元10，该硬件滤波器单元10进行初始滤波工作。代表视频信号的亮度和色彩成分的“正常”的视频信号Φ现由硬件滤波器单元10接收，它提供的输出信号是经滤波的视频信号Φ1。硬件滤波器单元10最好是(但不必一定是)标准的2D梳齿滤波器。鉴于这种滤波器已众所周知，在此对硬件滤波器单元10不再作详细说明。硬件2D梳齿滤波器10的一个优点是它可以使彩色副载波频率附近的频率锐化，从而提高整体滤波工作的质量。

图2示出可控时间降噪单元20的实施例方框图。可控时间降噪单元20具有：第一输入端21，用来接收硬件滤波器单元10的输出信号Φ1；和第二输入端22，用来接收先前场的视频信号(以Φ2表示)。降噪单元20被安排成逐个像素地计算输入信号Φ1和先前输出信号Φ2相组合而成的输出信号Φ3。更具体地说，对于每个像素，输出值Φ3计算为Φ3＝K·Φ2+(1-K)·Φ1。图2将此示为：增益为1-K的第一放大器23接收第一输入端21的输入信号Φ1；增益为K的第二放大器24接收第二输入端22的信号Φ2；以及加法器25接收这些放大器的输出信号。这样构成的输出信号Φ3在降噪单元20的输出端29输出。为了用于对随后的场进行滤波的时候，还把输出信号Φ3馈送到场存储器或帧存储器14，需要的话可经由量化器15。场或帧存储器14提供前一视频信号Φ2。

参数K将表示为降噪参数。该降噪参数K可以是从0到1的任何值。如果K＝0，则不进行滤波。如果K＝1，则输出视频信号Φ3就是存储器14中以前所捕获的一个冻结画面。为避免这种冻结，在一个优选实施例中，K最大为0.75。

按照本发明，时间降噪单元20是可控的，即降噪参数K的值(以及1-K的值)可以通过控制输入端26接收的输入控制信号来控制，以下将作说明。在以下的讨论中，假定控制信号等于K；但也有可能时间降噪单元20对降噪参数K值有缺省设置，此时控制信号可以构成对该缺省设置的修正。

全局运动检测器30有两个输入端31和32，分别接收来自硬件滤波器单元10的经过滤波的视频信号Φ1和来自视频存储器14的前一视频信号Φ2。

图3示出全局运动检测器30的功能方框图。两个输入信号Φ1和Φ2由差分检测器33相减。差分检测器33提供差分信号ΦD馈入低通滤波器36。低通滤波器36的作用是使运动检测器30自身对噪声不那么敏感。

运动检测器30可以包括前置滤波器34，用来衰减彩色副载波附近频率的视频信号，这样交叉的亮度残余就不会被错检测为运动。

运动检测器30还可以在低通滤波器36的输入之前连接绝对值发生器35。

基于低通滤波器36输出的滤波差分信号ΦD2，由运动值计算器37计算出运动值μ。运动值计算器37可以根据运动量和足够的运动值之间的固定关系来计算运动值μ，此关系可以由制造商预先确定，而且可以以查阅表或查阅曲线的形式、或公式的形式，在运动值计算器中提供。这个表的准确内容，或该曲线的准确形状，或该公式的准确表述，对本发明并不是关键问题，本专业的技术人员可以根据需要采用任何适合的关系。但一般来说，这种关系应选择成使运动量的增加对应于运动值μ的增加。

这种查阅表或查阅曲线或公式存储在与运动值计算器37相关联的存储器中；图3中未具体示出这种存储器。

运动值μ(例如以8比特表示的0到255之间的一个数值)由全局运动检测器30输出，由控制单元40接收，控制单元40利用从全局运动检测器30接收到的运动值μ为可控时间降噪单元20确定一个适当的控制信号。在本实例中，这就是说，控制单元40根据运动值μ计算K值。

通常，K是一个连续可变的参数。在一个可能的实施例中，控制单元40可以安排成根据μ和K之间的固定预定关系按照一种K＝f(μ)类型的公式在从0到1的整个范围内计算K值。

但是，另一种方案也可以使可控时间降噪单元与能产生缺省值Kd的缺省值发生器28相关联。在图1中，缺省值发生器28A用虚线表示，其输出连接到控制单元40，这样控制单元40就可接收缺省值Kd。在此情况下，控制单元40可以安排成根据μ和Km(修正系数)之间的固定预定关系按照一种Km＝f(μ)类型的公式计算修正系数Km，根据公式K＝Kd+Km产生K值，并将此K值提供给可控时间降噪单元20的控制输入26。还有另一种方案，缺省值发生器28B(在图1中也用虚线表示)可以仅与可控时间降噪单元20相关联，这样控制单元40就不会接收到缺省值Kd。此时，控制单元40仍可如上述按照一种Km＝f(μ)类型的公式计算修正系数Km，并将此修正系数Km提供给可控时间降噪单元20的控制输入端26。在此情况下，可控时间降噪单元20用来计算K＝Kd+Km。

此处，Kd代表适合于降低噪声的值。Kd可以取决于用户对降噪的希望、或取决于运动量、测量的噪声量、和/或测量的锐度。根据本发明的原理，对于很低的运动量，K可以增加一个固定的或可变的量Km，以便使滤波器不仅仅降噪、而且还降低交叉亮度和/或交叉色彩。

所定义的修正系数Km可在适当范围内连续可变；但也有可能对于超过低预定阈值μ_TH的μ值，Km等于零，而当μ值降到阈值μ_TH以下时Km等于一个预定的固定值k，按照公式：

μ＞μ_THKm＝0；μ＜μ_THKm＝κ

或者，如果μ值降到阈值μ_TH以下，降噪系数K增加25％(对于刚巧在阈值μ_TH之上的运动μ，(例如)K值＝0.6，对于低于阈值μ_TH的运动μ，K值增加到K＝0.75)。

值K＝0对应于图像或图像的一部分不是静止的情况，即它包含有超过阈值μ_TH的运动。但在实际中有可能虽然μ值本身低得可以提示为一个静止图像，但图像仍然含有少许运动。如果μ是以8比特表示的0到255之间的一个值，以μ＝0表示无运动，在一个优选实施例中μ＝12，即μ的最大值255的5％，就是这种情况。可能当μ值本身低得可以提示为一个静止图像时，例如当μ向下通过所述预定阈值μ_TH时，即μ值降到阈值μ_TH以下时，控制单元40总是使Km等于最接近k的值(或原始K值的附加25％)。但在这种情况下会发生不需要的效应。因此，作为另一种方案，可以使控制单元40在决定图像或一部分图像是静止时最好考虑一定的“等待时间”。这就是说，在上述实例中，使控制单元40与定时器相关联，每当μ值降到阈值以下时，控制单元40就启动定时器，而当μ值上升超过阈值时就停止并且复位所述定时器，且仅在所述定时器达到预定值时，控制单元40才使Km等于零。

另一方面，也可以是控制单元40用另一种途径确定图像是否是静止的。例如，当视频信号是来自摄影CD重放机或产生静止图像的另一装置时，上述等待时间就不需要了。因此，控制单元40最好与能检测输入视频信号Φ的来源的检测器(未示出)相关联，当该检测器检测到产生静止图像的视频源时，就可避免此等待时间。在一个实例中，正常的等待时间为20秒，而对DVD或CDI图像，等待时间仅为6秒。在另一实例中，每5秒以后，降噪系数K增加10％。如果用较好的运动检测器，就可用较短的等待时间。一旦检测到运动，就立即去除附加降噪(即除正常降噪外为获得梳齿滤波而加上的Km量)。

以上针对视频信号Φ对本发明作了一般说明。但已指出该视频信号包括亮度和色度的成分。原则上，降噪参数K对于该亮度和色度的成分可以是相同的。但是也可以对视频信号中亮度成分的降噪参数K_LUM和视频信号中色度成分的降噪参数K_CHR各自单独处理，虽然这两种有可能不同的降噪参数K_LUM和K_CHR其每种参数的处理本身与上述的处理是完全一样的。

本专业的技术人员应很清楚本发明的范围不限于上述实例，有可能作各种修正和改动，只要不背离如所附权利要求书定义的本发明的范围。

例如，以上对本发明的说明是参考一个具有单独的全局运动检测器30和单独的可控降噪单元20的实例，其中运动值计算器37构成全局运动检测器30的一部分。或者，该运动值计算器37可以构成控制单元40的一部分。而且，这种分离不是关键的，即：控制单元40和全局运动检测器30可以集成为一体。

以上对本发明的说明是参考一个先计算第一运动值μ、再根据μ计算Km的实例。但也可以是，在控制单元40和全局运动检测器30集成为一体的一个实施例中，利用滤波差分信号ΦD和Km之间的预定关系根据滤波差分信号ΦD直接计算Km。

在具有运动矢量检测单元的装置中，运动检测器可以根据所有运动矢量的分量总和获得运动值μ。

在权利要求书中，括号中的参考符号不应被认为是对权利要求的限制。“包括”一字不排除可以存在有权利要求所列之外的元件和步骤。元件前的“一个”不排除可以存在多个这种元件。本发明可以用包括数个各不相同的元件的硬件实现，也可用适当编程的电脑实现。在列举数个装置的装置权利要求中，数种装置可以用同一项硬件实现。在互不相同的各从属权利要求中提出的某些措施并不代表这些措施就不能有利地组合使用。

Claims

1.一种滤波器装置(1)，包括：

2维梳齿滤波器(10)，具有用于接收输入视频信号(Φ)的输入端和用于提供第一视频信号(Φ1)的输出端；

可控时间降噪单元(20)，用于对所述第一视频信号(Φ1)执行降噪操作，以提供滤波输出信号(Φ3)；以及

调节装置，用于检测所述第一视频信号(Φ1)的视频图象中的运动量，并产生滤波参数K来根据所述运动量控制所述可控时间降噪单元(20)。

2.如权利要求1所述的滤波器装置，其特征在于，所述调节装置包括：

存储器，用于接收所述滤波输出信号，以提供代表先前图象的第二视频信号(Φ2)；

差分检测器(33)，用于产生代表所述第一视频信号(Φ1)与第二视频信号(Φ2)之差的差分信号(ΦD)；

前置滤波器(34)，用于衰减所述第一视频信号(Φ1)的彩色副载波附近的差分信号的频率；

运动值计算器(37)，用于计算与前置滤波的差分信号(ΦD)相关的运动值μ，以及

控制单元，用于产生依从于所述运动值的滤波参数K。

3.如权利要求2所述的滤波器装置，其特征在于，所述滤波参数K遵从公式K＝Kd+Km，其中Kd是降噪参数，Km是运动值μ的函数，其基于由运动值计算器(37)计算出的运动值μ，且当μ的值超过一个低运动阈值μ_TH时，Km为零。

4.如权利要求3所述的滤波器装置，其特征在于，所述低运动阈值μ_TH为μ的最大值的5％。

5.如权利要求3所述的滤波器装置，其特征在于，对于降到所述低运动阈值μ_TH以下的μ值，Km为一个固定的非零值κ。

6.如权利要求3所述的滤波器装置，其特征在于，对于降到所述低运动阈值μ_TH以下的μ值，Km是Kd的固定百分数。

7.如权利要求3所述的滤波器装置，其特征在于，如果μ降到所述低运动阈值μ_TH以下，仅在预定的等待时间之后，才使所述修正系数Km不等于零。

8.一种滤波方法，包括：

2维梳齿滤波一个输入视频信号(Φ)，以提供第一视频信号(Φ1)；

对第一视频信号(Φ1)进行可控时间降噪，以提供滤波输出信号(Φ3)；

检测所述第一视频信号(Φ1)的视频图像中的运动量；以及

根据所述运动量控制所述可控时间降噪。

9.一种图像显示装置，包括：

如权利要求1的滤波器装置(1)，用于产生滤波输出信号(Φ3)；以及

显示装置(D)，用于显示滤波输出信号(Φ3)。