CN1905627A - 噪声检测装置及方法、噪声降低装置及方法 - Google Patents

噪声检测装置及方法、噪声降低装置及方法 Download PDF

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Abstract

提供一种噪声降低装置，其不仅对静止图像、而且对运动图像也可获得较大的S/N改善度，即使噪声大小变化也可减小噪声降低效果的变化。噪声检测器(103)，在图像信号的消隐期间存在高频成分时，根据该高频成分电平生成噪声检测信号。在消隐期间不存在高频信号时，提取图像信号在水平方向、垂直方向、及时间方向的三种高频成分，分别解析这些高频成分的电平分布，判断噪声的大小并生成噪声检测信号。噪声检测信号对行巡回型滤波器及帧巡回型滤波器中的衰减系数进行可变控制。

Description

噪声检测装置及方法、噪声降低装置及方法
技术领域
本发明涉及到一种用于检测出混入到在电视图像接收机、显示器装置等图像显示装置中显示的图像信号中的随机噪声的噪声电平的噪声检测装置及方法、以及根据检测出的噪声电平降低随机噪声的噪声降低装置及方法。
背景技术
现有的噪声降低装置使用核化(coring)的方法、利用了巡回型滤波器的方法等。以下对其内容进行说明。图7表示现有的利用核化的噪声降低装置的一例的框图。在图7中，从输入端子200输入的图像信号被提供到减法器201、高通滤波器(HPF)202及噪声检测器203。HPF 202提取图像信号的高频成分，提供到减法器201及核化电路204。减法器201通过从由输入端子200输入的图像信号中减去由HPF 202输出的高频成分，来取出输入图像信号中的低频成分，并提供到加法器205。
噪声检测器203，提取输入图像信号的垂直消隐期间或水平消隐期间的输入信号的高频成分信号，并检测到该高频成分信号电平越大则随机噪声越大。在垂直消隐期间、水平消隐期间没有图像，因此可正确地检测出随机噪声的大小。噪声检测器203的检测结果被提供到核化电路204。
核化电路204，根据其核化特性，从由HPF 202输出的输入图像信号的高频成分中，去除预定值以下的小电平成分，并提供到加法器205。噪声通常是高频成分，且为小电平，从而可降低噪声。
图8是用于说明核化特性的图。在图8中，横轴表示输入信号电平，纵轴表示输出信号电平。但核化电路204的输入信号的绝对值为阈值Th的绝对值以下时，输出信号电平变为零，当输入信号的绝对值大于阈值Th的绝对值时，输出和输入信号电平对应的电平的输出信号。这样一来，当增大阈值Th的绝对值时，噪声降低效果也变强。
因此，在图7的噪声降低装置中，根据噪声检测器203的噪声检测结果，对核化电路204的阈值Th的绝对值进行可变控制，使得由噪声检测器203检测出的随机噪声越大，阈值Th的绝对值越大。加法器205将从减法器201输出的输入图像信号中的低频成分、及从核化电路204输出的降低了噪声的高频成分相加，获得降低了噪声的输出图像信号，并从输出端子206输出。
如上所述，在该现有的噪声降低装置中，由噪声检测器203检测出的随机噪声越小，核化电路204的核化特性的阈值Th的绝对值就越小，从而可从核化电路204输出小电平的图像信号，因此当输入图像信号中含有的噪声较少时，可降低不仅去除噪声成分而且去除了小电平的图像信号成分的现象。
图9表示现有的利用了巡回型滤波器的噪声降低装置的一例的框图。在图9中，从输入端子210输入的输入图像信号被提供到加法器211、减法器212、及噪声检测器213。加法器211的输出信号作为输出图像信号从输出端子214输出，并且提供到帧延迟器215。帧延迟器215将输出图像信号延迟一帧并提供到减法器212。减法器212从帧延迟器215的输出图像信号中减去输入图像信号，将帧之间不相关的相减结果提供到衰减器216。加法器211向输入图像信号加上衰减器216的输出信号，并输出到输出端子214。
噪声检测器213，和图7的噪声检测器203一样，提取图像信号的垂直消隐期间或水平消隐期间的输入信号的高频成分信号，该高频成分信号越大则随机噪声越大。在垂直消隐期间、水平消隐期间没有图像，因此可正确地检测出随机噪声的大小。噪声检测器213的检测结果被提供到衰减器216。
其中，当图像信号的图像静止时，或者图像的运动非常少时，图像信号在帧之间有非常强的相关性，但混入到图像信号中的随机噪声没有相关性，因此成为帧差分的减法器212的输出信号被提取噪声成分，电平也变小。此时如果衰减器216的衰减系数k不是零，则从减法器212输出的噪声成分经过衰减器216→加法器211→帧延迟器215→减法器212→衰减器216→加法器211这样的路径，以衰减系数k加权，同时巡回相加。这样进行巡回型的噪声降低动作，从输出端子214输出降低了噪声的输出图像信号。
另一方面，当图像信号的图像运动时，成为帧差分的减法器212的输出信号被提取图像的运动成分，电平也变大。此时如果衰减器216的衰减系数k是零，则在加法器211中，来自衰减器216的零加入到来自输入端子210的输入图像信号中，因此不进行上述巡回型的噪声降低动作，输入图像信号穿过加法器211直接从输出端子214输出。
图10表示上述衰减器216的一例的特性图。在图10中，横轴表示输入信号电平，纵轴表示输出信号电平。衰减器216的衰减特性如图10所示为非线性特性，输入信号的绝对值如果是不满Xn(绝对值)的较小的值，则视为噪声成分，将衰减比k(k＝y/x)设为接近1的值，输入信号的绝对值越大则衰减比k接近零，当为阈值Xn以上时则视为运动成分，使衰减比k为零。
这种衰减器216的非线性特性，由图9的噪声检测器213的检测结果进行可变控制，以使由噪声检测器213检测出的随机噪声越大，则阈值Xn的绝对值越大，以进行巡回型的噪声降低动作。
如上所述，在图9所示的现有的噪声降低装置中，通过使用帧巡回型滤波器，当输入图像信号的图像静止时，或者图像的运动非常少时，从减法器212提供到衰减器216的帧差分信号的绝对值小于图10的非线性特性的阈值Xn的绝对值，因此以衰减系数k加权并且进行巡回型噪声降低动作，所以可不损坏高频成分而仅降低噪声成分。
并且，作为现有的噪声降低装置的其他例子，公知的有帧巡回型噪声降低装置(例如参照专利文献1)。该帧巡回型噪声降低装置，将输入图像信号乘以(1-K)，并使输出图像信号延迟一帧，再乘以K，并与上述乘以了(1-K)的输入图像信号相加，从而生成降低了和帧不相关的噪声的上述输出图像信号。并且，在该帧巡回型噪声降低装置中，输入图像信号在静止图像部分不产生残影，因此可增大上述系数K以提高噪声降低效果。运动图像部分中产生残影，因此进行减小上述系数K以尽量抑制残影的巡回系数控制。并且，在该帧巡回型噪声降低装置中，设置运动检测电路，从输入图像信号和前一帧的图像信号中取帧差分，在该帧差分小于预先确定的阈值时判断为静止图像，在帧差分大于阈值时判断为运动图像，根据该检测结果可变控制上述系数K。
进一步，在上述帧巡回型噪声降低装置中，在适用于电视图像接收机的情况下，当接收电场强度低、输入图像信号的S/N低时，噪声分布在全体图像中，因此即使是静止图像部分有时也会因噪声而由运动检测电路误判为运动图像，为了防止这一现象，当接收电场强度低于预先确定的基准值时，进行可变控制，使运动检测电路的运动图像/静止图像的判断用的阈值高于基准值以上的本来的强电场接收时的阈值，根据接收电场强度适当地控制上述系数K。
专利文献1：日本特开2000-134510号公报
但是，在图7所示的现有的噪声降低装置中，由于利用了空间方向的滤波器，因此虽然可与图像的运动无关地进行噪声降低，但如果为非巡回型、且核化特性的阈值Th的绝对值过大时，则输入图像信号的微小的高频信号与噪声一起被去除，只能获得3dB左右的S/N改善度。
并且，在图9所示的现有的噪声降低装置中，通过巡回型滤波器，可获得比图7的核化方式的噪声降低装置大的S/N改善度，但仅在图像静止时或运动非常少时具有噪声降低效果，当图像运动时没有噪声降低效果。并且，需要根据噪声检测器213的检测结果阶段性地切换图9中的衰减器216的非线性特性。但是由于衰减器216是非线性的，因此持有较多的非线性特性种类并使特性变化呈阶段性是困难的，当噪声大小变化时，噪声降低效果的变化也较大。
并且，在专利文献1所述的现有的噪声降低装置中，根据帧差分值可变控制系数K的值，因此在图像静止时或运非常少时有充分的噪声降低效果，但当图像运动时，为了尽量抑制残影而使系数K的值设置得较小，所以噪声降低效果不充分。
进一步，图7、图9所示的现有的噪声降低装置内的噪声检测器203、213，在垂直消隐期间或水平消隐期间检测输入图像信号的噪声大小，因此在该期间内不存在噪声而仅在图像部分混入了噪声的图像信号中，无法检测出噪声。在垂直消隐期间或水平消隐期间不存在噪声而仅在图像部分混入了噪声的图像信号是指，例如仅记录图像部分、在重放时附加消隐期间的图像记录重放装置的输出信号等。因此对于在垂直消隐期间或水平消隐期间不存在噪声而仅在图像部分混入了噪声的图像信号，即使混入到画面的噪声成分较大，也无法加大噪声降低效果。
并且，专利文献1所述的现有的噪声降低装置，利用垂直同步期间或均衡期间内含有的信号，检测出输入图像信号的电场强度，控制运动检测电路，因此和上述同样，对于在垂直消隐期间或水平消隐期间不存在噪声而仅在图像部分混入了噪声的图像信号，即使混入到画面的噪声成分较大，也无法加大噪声降低效果。
发明内容
本发明正是鉴于以上问题而提出的，其目的在于提供一种噪声检测装置及方法，即使是在垂直消隐期间、水平消隐期间不存在噪声而仅在图像部分混入了噪声的图像信号，也可切实检测出噪声电平。
此外，本发明的目的还在于提供一种噪声降低装置及方法，不仅对静止图像、而且对运动图像也可获得较大的S/N改善度，即使噪声大小变化时也可减小噪声降低效果的变化。
本发明，为了实现上述目的，提供一种噪声检测装置(103)，用于对图像信号中含有的噪声成分的电平进行检测，其特征在于，具有：第一高频成分提取器(123)，提取第一高频成分，该第一高频成分是上述图像信号的消隐期间的高频成分；第二高频成分提取器(125)，提取第二高频成分，该第二高频成分是上述图像信号的图像期间中构成一个画面的各个像素在水平方向的高频成分；第三高频成分提取器(126)，利用上述图像信号和使上述图像信号延迟了一行的行延迟图像信号提取第三高频成分，该第三高频成分是上述图像信号的图像期间中构成一个画面的各个像素在垂直方向的高频成分；第四高频成分提取器(127)，利用上述图像信号和使上述图像信号延迟了一帧的帧延迟图像信号提取第四高频成分，该第四高频成分是上述图像信号的图像期间中构成一个画面的各个像素在时间方向的高频成分；统计处理部(128)，计算出各个像素具有的上述第二高频成分、上述第三高频成分和上述第四高频成分各自的电平的绝对值，并且在上述第二～第四高频成分可取的从绝对值电平0到最大电平内，至少在从电平0到预定电平为止的范围内计算出各个绝对值电平的在一个画面中的像素的个数；以及噪声判断部(124)，当由上述第一高频成分提取器提取的上述第一高频成分比预定的阈值大时，与上述统计处理部的统计处理结果无关，仅根据上述第一高频成分的电平生成噪声检测信号，当由上述第一高频成分提取器提取的上述第一高频成分为预定的阈值以下时，在各个上述第二～第四高频成分中，将具有比电平0的个数多的个数的电平0以外的电平中个数最少的电平作为噪声电平求出，并且根据上述第二～第四高频成分的噪声电平内最小的噪声电平或第二小的噪声电平生成噪声检测信号。
并且，本发明为了实现上述目的，提供一种噪声检测方法，对图像信号中含有的噪声成分的电平进行检测，其特征在于，具有以下步骤：提取第一高频成分，该第一高频成分是上述图像信号的消隐期间的高频成分；提取第二高频成分，该第二高频成分是上述图像信号的图像期间中构成一个画面的各个像素在水平方向的高频成分；利用上述图像信号和使上述图像信号延迟了一行的行延迟图像信号提取第三高频成分，该第三高频成分是上述图像信号的图像期间中构成一个画面的各个像素在垂直方向的高频成分；利用上述图像信号和使上述图像信号延迟了一帧的帧延迟图像信号提取第四高频成分，该第四高频成分是上述图像信号的图像期间中构成一个画面的各个像素在时间方向的高频成分；计算出各个像素具有的上述第二高频成分、上述第三高频成分和上述第四高频成分各自的电平的绝对值，并且在上述第二～第四高频成分可取的从绝对值电平0到最大电平内，至少在从电平0到预定电平为止的范围内计算出各个绝对值电平的在一个画面中的像素的个数；以及当上述第一高频成分比预定的阈值大时，根据上述第一高频成分的电平生成噪声检测信号，当上述第一高频成分为预定的阈值以下时，在各个上述第二～第四高频成分中，将具有比电平0的个数多的个数的电平0以外的电平中个数最少的电平作为噪声电平求出，并且根据上述第二～第四高频成分的噪声电平内最小的噪声电平或第二小的噪声电平生成噪声检测信号。
进一步，本发明为了实现上述目的，提供一种噪声降低装置，用于降低图像信号中含有的噪声成分，其特征在于，具有：行巡回型滤波器(102、104、105、108)，对上述图像信号加权第一衰减系数，并且进行噪声降低动作；帧巡回型滤波器(105、107)，对上述图像信号加权第二衰减系数，并且进行噪声降低动作；和噪声检测器(103)，检测出上述图像信号中含有的噪声成分的电平，生成用于使上述第一及第二衰减系数可变的噪声检测信号，其中，上述噪声检测器具有：第一高频成分提取器(123)，提取第一高频成分，该第一高频成分是上述图像信号的消隐期间的高频成分；第二高频成分提取器(125)，提取第二高频成分，该第二高频成分是上述图像信号的图像期间中构成一个画面的各个像素在水平方向的高频成分；第三高频成分提取器(126)，提取第三高频成分，该第三高频成分是上述图像信号的图像期间中构成一个画面的各个像素在垂直方向的高频成分；第四高频成分提取器(127)，提取第四高频成分，该第四高频成分是上述图像信号的图像期间中构成一个画面的各个像素在时间方向的高频成分；统计处理电路(128)，计算出各个像素具有的上述第二高频成分、上述第三高频成分和上述第四高频成分各自的电平的绝对值，并且在上述第二～第四高频成分可取的从绝对值电平0到最大电平内，至少在从电平0到预定电平为止的范围内计算出各个绝对值电平的在一个画面中的像素的个数；以及噪声判断电路(124)，当由上述第一高频成分提取器提取的上述第一高频成分比预定的阈值大时，与上述统计处理电路的统计处理结果无关，仅根据上述第一高频成分的电平生成噪声检测信号，当由上述第一高频成分提取器提取的上述第一高频成分为预定的阈值以下时，在各个上述第二～第四高频成分中，将具有比电平0的个数多的个数的电平0以外的电平中个数最少的电平作为噪声电平求出，并且根据上述第二～第四高频成分的噪声电平内最小的噪声电平或第二小的噪声电平生成噪声检测信号。
并且，本发明为了实现上述目的，提供一种噪声降低方法，降低图像信号中含有的噪声成分，其特征在于，具有以下步骤：噪声检测步骤，检测出上述图像信号中含有的噪声成分，生成噪声检测信号；行巡回步骤，利用行巡回型滤波器，对上述图像信号加权根据上述噪声检测信号设定的第一衰减系数，并且进行噪声降低动作；帧巡回步骤，利用帧巡回型滤波器，对上述图像信号加权根据上述噪声检测信号设定的第二衰减系数，并且进行噪声降低动作；其中，上述噪声检测步骤包括以下步骤：第一高频成分提取步骤，提取第一高频成分，该第一高频成分是上述图像信号的消隐期间的高频成分；第二高频成分提取步骤，提取第二高频成分，该第二高频成分是上述图像信号的图像期间中构成一个画面的各个像素在水平方向的高频成分：第三高频成分提取步骤，提取第三高频成分，该第三高频成分是上述图像信号的图像期间中构成一个画面的各个像素在垂直方向的高频成分；第四高频成分提取步骤，提取第四高频成分，该第四高频成分是上述图像信号的图像期间中构成一个画面的各个像素在时间方向的高频成分；统计处理步骤，计算出各个像素具有的上述第二高频成分、上述第三高频成分和上述第四高频成分各自的电平的绝对值，并且在上述第二～第四高频成分可取的从绝对值电平0到最大电平内，至少在电平0到预定电平为止的范围内计算出各个绝对值电平的在一个画面中的像素的个数；以及噪声检测信号生成步骤，当在上述第一高频成分提取步骤中提取的上述第一高频成分比预定的阈值大时，与上述统计处理步骤的统计处理结果无关，根据上述第一高频成分的电平生成噪声检测信号，当在上述第一高频成分提取步骤中提取的上述第一高频成分为预定阈值以下时，在各个上述第二～第四高频成分中，将具有比电平0的个数多的个数的电平0以外的电平中个数最少的电平作为噪声电平求出，并且根据上述第二～第四高频成分的噪声电平内最小的噪声电平或第二小的噪声电平生成噪声检测信号。
根据本发明的噪声检测装置及方法，即使是在消隐期间不存在噪声而仅在图像部分混入了噪声的图像信号，也可切实检测出噪声电平。
根据本发明的噪声降低装置及方法，即使是在消隐期间不存在噪声而仅在图像部分混入了噪声的图像信号，也可切实检测出噪声电平，不仅对静止图像、而且对运动图像也可获得较大的S/N改善度，即使噪声大小变化时也可减小噪声降低效果的变化。
附图说明
图1是表示本发明的噪声降低装置的一个实施方式的框图。
图2是表示图1中的混合器的一个实施方式的框图。
图3是表示图2中的系数器的系数生成特性的一例的图。
图4是表示作为本发明的噪声检测装置的图1中的噪声检测器的一个实施方式的框图。
图5是用于说明输入图像信号的相邻像素间差分值对频度(个数)特性和噪声的关系的图。
图6是表示本发明的噪声降低装置的一个实施方式的变形例的框图。
图7是表示现有的噪声降低装置的一例的框图。
图8是表示图7中的核化电路的特性的一例的图。
图9是现有的噪声降低装置的其他例子的框图。
图10是用于说明图9的噪声降低装置的特性图。
具体实施方式
接着参照附图对本发明的实施方式进行说明。图1是表示作为本发明的噪声降低装置的一个实施方式的框图。图1所示的实施方式的构成具有：使从输入端子100输入的输入图像信号延迟一行的行延迟器101；将输入图像信号和行延迟器108的输出延迟信号相加的加法器102；根据输入图像信号、来自行延迟器101的一行延迟图像信号、和来自帧延迟器107的一帧延迟图像信号，进行噪声检测动作的噪声检测器103；二段纵向连接的混合器104及105；以及提供从混合器105输出到输出端子106的输出图像信号的帧延迟器107及行延迟器108。
混合器104，通过下述方法适当地混合从行延迟器101输出的一行延迟图像信号和加法器102的输出信号，并将该输出混合信号提供到混合器105。并且，混合器104中的适当混合的比例，通过从噪声检测器103提供的控制信号切换。
混合器105，与混合器104以同样的方式动作，适当地对混合器104的输出混合信号和由帧延迟器107输出的一帧延迟图像信号进行混合。并且，混合器105中的适当混合的比例，也是通过由噪声检测器103提供的控制信号切换，这一点和混合器104相同。帧延迟器107将输出图像信号延迟一帧并提供到混合器105。并且，行延迟器108将输出图像信号延迟一行并提供到加法器102。加法器102，将在行延迟器108延迟了一行的输出图像信号和输入图像信号相加，并将获得的相加信号提供到混合器104。
图2是表示图1中的混合器104及混合器105的一个实施方式的框图。在图2中，从输入端子110输入的第一输入信号A、及从输入端子111输入的第二输入信号B被提供到减法器112。减法器112从第一输入信号A减去第二输入信号B，并将获得的作为相减结果的差分信号分别提供到绝对值化电路113和乘法器114。
绝对值化电路113将输入的差分信号绝对值化并提供到系数器115。系数器115，根据从绝对值化电路113提供的绝对值化信号的大小、及由输入端子116提供的信号的大小，决定乘法器114的乘法系数α。加法器117，将从输入端子111输入的第二输入信号B、及通过乘法器114使减法器112的输出差分信号α倍后所获得的信号相加，并从输出端子118输出。其结果是，从加法器117输出到输出端子118的输出信号Y由下式表示：
Y＝B+α(A-B)
 ＝αA+(1-α)B    ……(1)。
因此，由上式可知，通过使在系数器115产生的乘法系数α为0以上、1以下范围的值，可适当地混合第一输入信号A和第二输入信号B。第一输入信号A，在图1中的混合器104中变为行延迟器101的输出信号，在图1中的混合器105中变为混合器104的输出信号。并且，第二输入信号B，在图1中的混合器104中变为加法器102的输出信号，在图1中的混合器105中变为帧延迟器107的输出信号。
即，在图1及图2所示的实施方式中，混合器104→混合器105→行延迟器108→加法器102→混合器104的路径，成为对图像信号加权衰减系数(1-α)以进行噪声降低动作的行巡回型滤波器；并且，混合器105→帧延迟器107→混合器105的路径，成为对图像信号加权衰减系数(1-α)以进行噪声降低动作的帧巡回型滤波器。在此为了简单化，将行巡回型滤波器的衰减系数和帧巡回型滤波器的衰减系数均设为(1-α)，但混合器104和混合器105中的各自的系数器115产生的乘法系数α不限为相同的值，是和各混合器104、105适应的值。
图2中的作为减法器112的减法结果的输出差分信号，在图1中的混合器104中变为行差分，在混合器105中变为帧差分。当图像中边沿成分较少、空间上较平坦时，或者图像静止时，图像信号在空间或时间上有较强的相关性，但混入到图像信号中的随机噪声没有相关性。因此，作为行差分或帧差分的减法器112的输出差分信号被提取噪声成分，电平也较小。此时，混合器104或混合器105进行动作，使得在由下述噪声检测器103提取的噪声成分越大时衰减系数(1-α)系数越大，以进行巡回型的噪声降低动作。
另一方面，当图像中边沿成分多时，或图像运动时，作为行差分或帧差分的减法器112的输出差分信号，被提取图像的边沿成分或运动成分，电平也较大。此时，混合器104或混合器105使衰减系数(1-α)为零，不进行巡回型的噪声降低动作。
为了进行上述动作，系数器115只要生成和表示行差分大小或帧差分大小的来自绝对值化电路113的输出信号成比例的乘法系数α即可。图3表示系数器115的输入信号对输出信号特性的一例。在图3中，横轴表示输入信号x的电平，纵轴表示输出信号y的电平(即乘法系数α的值)。如图3所示，系数器115的系数生成特性由下述简单的一次式表示：
y＝ax+b  ……(2)，
因此通过使上式的参数a(＝Δy/Δx)和参数b可变，可简单地改变噪声降低动作的特性。
该参数切换通过提供到图2的输入端子116的信号进行，例如使参数a增大时，只要输入信号x、即行差分或帧差分不足够大，衰减系数(1-α)就不会为零。此外，如果增大参数b，则即使减小行差分或帧差分，衰减系数(1-α)也容易变为零。
通过使提供到图2的输入端子116的信号为来自图1中的噪声检测器103的控制信号，对于由噪声检测器103检测的噪声变化，可阶段性地控制噪声降低效果的特性。例如，使得随机噪声越大参数a越小、或参数b越小。这样一来，随机噪声越大，上述帧巡回型滤波器或行巡回型滤波器巡回的比率、即衰减系数(1-α)变大，其结果，从公式(1)可知，噪声降低量变大。
接着，对图1中的噪声检测器103的构成及动作进行更详细的说明。噪声检测器103是本发明的噪声检测装置及方法的一个实施方式。图4表示噪声检测器103的一个实施方式的框图。在该图中，输入端子120、121、122，分别提供来自图1中的输入端子100的输入图像信号、由行延迟器101延迟了一行的图像信号、由帧延迟器107延迟了一帧的图像信号。
并且，噪声检测器103具有：经由输入端子120提供来自输入端子100的输入图像信号的高通滤波器(HPF)123及125、减法器126及127；提供HPF 125、减法器126及127的输出信号的统计处理电路128；提供HPF 123及统计处理电路128的各输出信号并进行噪声判断动作的噪声判断电路124；和输出来自噪声判断电路124的噪声判断结果的输出端子129。HPF 123、125及减法器126、127分别成为高频成分提取器。
HPF 123提取来自输入端子100及120的输入图像信号的垂直消隐期间或水平消隐期间的高频成分，并提供到噪声判断电路124。噪声判断电路124，如下所述，进行和图8、图10的现有的噪声检测器相同的动作。HPF 125提取来自输入端子100及120的输入图像信号的图像期间的水平高频成分。
减法器126，通过从来自输入端子100及120的输入图像信号中减去由图1的行延迟器101延迟了一行的输入图像信号，提取输入图像信号的图像期间的垂直高频成分。减法器127，通过从来自输入端子100及120的输入图像信号中减去由图1的帧延迟器107延迟了一帧的图像信号，提取输入图像信号的图像期间的时间高频成分。
任意的一个像素具有和水平高频成分、垂直高频成分及时间高频成分三种高频成分相关的各值。各个像素的三种高频成分如上所述被提取。另外，在本实施方式中，作为求得水平高频成分、垂直高频成分及时间高频成分三种高频成分的方法，采用取水平方向、垂直方向、时间方向的各相邻像素间的差分值这样简单的方法，也可利用滤波器根据多个像素提取各自的高频成分。提取各自的高频成分的方法是任意的。
统计处理电路128，对通过HPF 125、减法器126、减法器127分别提取的输入图像信号的水平高频成分、垂直高频成分、时间高频成分，分别按照构成各画面的各个像素计算出电平，并将其分别绝对值化。并且，将计算出的绝对值为同一值的像素的个数按照各个绝对值进行统计，由此计算出对三种高频成分计算出的各绝对值大小的一个画面内的个数(像素数)。这里的一个画面可以是输入图像信号为交错信号时的半帧(field)，也可以是非交错信号(渐进信号)时的帧。计算出的一个画面内的各绝对值的像素数被提供到噪声判断电路124。
此时，对于电平足够大、而称不上是噪声的大小，也可不计算出上述个数。举例而言，设输入图像信号为8比特的数字信号时，输入图像信号的水平高频成分、垂直高频成分、时间高频成分分别在电平0到电平255的范围内分布。此时，当超过电平10左右时，变为不能称为噪声的大小。在本实施方式中，计算出从电平0到电平9这10个电平各自的个数。考虑到一定的误差，也可计算出电平0到电平11这12个电平各自的个数，适当设定即可。即，在绝对值的电平从0到最大电平以内，至少在电平0到预定电平为止的范围内按照各绝对值电平计算出一个画面中的像素的个数即可。
例如，对于水平高频成分，假定可获得以下要素(A，B)(其中A为电平，B为个数(像素数))：(-9，0)、(-8，0)、(-7，0)、(-6，1)、(-5，2)、(-4，4)、(-3，5)、(-2，6)、(-1，7)、(0，9)、(1，8)、(2，6)、(3，5)、(4，3)、(5，0)、(6，0)、(7，0)、(8，0)、(9，0)。
这种情况下，按照水平高频成分的绝对值的各电平求个数(像素数)，则为：(|0|，9)、(|1|，15)、(|2|，12)、(|3|，10)、(|4|，7)、(|5|，2)、(|6|，1)、(|7|，0)、(|8|，0)、(|9|，0)。
如上所述，图像信号在统计上在相邻像素间相关性较强，因此当对静止的图像或边沿少的平坦的图像的一个帧，按照相邻像素之间的差分值、即高频成分的大小调查其个数时，如图5(a)所示，是在差分值为0的附近具有陡峭的正的峰值的分布。当对这样的图像重叠随机噪声时，随着随机噪声较多的混入，相邻像素之间的相关性变弱，相邻像素间的差分值(高频成分)对频度(个数)特性，从图5(b)所示的下摆较宽的山型变为图5(c)所示的凸型，即峰值的高度逐渐降低。
在噪声判断电路124中，根据分别来自HPF 123及统计处理电路128的输出信号，判断输入图像信号中混入了什么程度的噪声，并将获得的判断结果的噪声检测信号输出到输出端子129。即，在噪声判断电路124中，在不存在从HPF123提供的输入图像信号的图像的垂直消隐期间或水平消隐期间内的高频成分正确地表示随机噪声的大小，因此当该高频成分的电平大于预先确定的阈值(例如0)时，与来自统计处理电路128的信号无关，根据来自HPF 123的高频成分的电平判断噪声的大小，生成每个画面的噪声检测信号。具体而言，将来自HPF 123的高频成分的电平作为噪声电平。
另一方面，噪声判断电路124，在来自HPF 123的高频成分的电平为上述阈值以下(例如0)时，根据从表示由统计处理电路128提供的输入图像信号的图像期间内上述三种高频成分各自的每个图像的分布的处理结果中选择的满足预定条件的一个处理结果，判断噪声的大小，生成每个画面的噪声检测信号。
噪声判断电路124，对水平高频成分、垂直高频成分、时间高频成分三种高频成分，分别比较获得的上述绝对值电平0的个数(一个画面内的像素数)、及0以外的绝对值的每个电平的个数，当绝对值电平0的个数大于0以外的绝对值电平的个数时，会显示出图5(a)所示的特性，判断为平坦的图像，存在比绝对值电平0的个数多的0以外的绝对值电平，并且当其中表示个数最小的值的绝对值电平较小时，是图5(b)所示的特性，判断噪声较小，当其中表示个数最小的值的绝对值电平为较大的值时，是图5(c)所示的下摆宽广的特性，判断噪声较大。
在上述按照水平高频成分的绝对值的各个电平求得个数(像素数)的例子中，绝对值电平0的个数(像素数)为“9”，存在个数比绝对值电平0的个数“9”大的0以外的绝对值电平，并且其中表示个数最小的值的绝对值电平为|3|，其个数为“10”，因此判断电平3为水平区域成分的噪声电平。并且，在个数比绝对值电平0的像素数多的绝对值电平内，当存在多个表示个数最小的值的绝对值电平时，优选将较大的电平作为噪声电平。
噪声判断电路124，比较这样获得的水平、垂直及时间相关的三个噪声判断结果，选择最小的值作为噪声检测信号。例如用和上述水平高频成分的噪声电平判断相同的方法求得的垂直高频成分的噪声电平为电平6、时间高频成分的噪声电平为电平4时，噪声判断电路124判断水平高频成分的电平3为最终的噪声电平。
这样一来，噪声判断电路124，通过上述比较来解析输入图像信号的图像期间的相邻像素之间的差分值(高频成分)对频率特性是图5(a)～(c)的哪个特性，根据该解析结果(判断结果)判断噪声的大小，生成与该判断结果对应的值的噪声检测信号，经由输出端子129输出到混合器104及105的图2的输入端子116，进行可变控制，使得检测出的噪声成分越多，系数α的值越小(衰减系数(1-α)越大)。即，根据噪声电平控制上述参数a和b，噪声电平的值越大，参数a越小，或参数b越小。这样一来系数α易于变小。
并且，在上述说明中，针对水平高频成分、垂直高频成分及时间高频成分三种高频成分而各自获得的噪声判断结果(噪声电平)中，通过最小的值的噪声电平生成噪声检测信号，但也可根据第二个小的噪声电平生成噪声检测信号。在水平高频成分的噪声电平为电平3、垂直高频成分的噪声电平为电平6、时间高频成分的噪声电平为电平4的上述例子中，可将时间高频成分的电平4作为最终的噪声电平。即，由于噪声是随机发生的，因此三种高频成分中不会仅有其中一个噪声变大，所以只要满足以下条件即可：在对三种高频成分而分别获得的噪声判断结果中，不根据最大的值进行噪声判断。并且在进行噪声判断时，也可以不比较绝对值0的个数和0以外的绝对值的个数，而比较高频成分的平均值、标准偏差。
这样一来，在本实施方式中，通过消隐部分和图像部分这二个部分进行噪声的检测，因此即使是在垂直消隐期间、水平消隐期间不存在噪声而仅在图像部分混入了噪声的图像信号，也可切实进行噪声检测，并可据此降低噪声。
并且，在本实施方式中，通过图1中的行延迟器101、行延迟器108、加法器102及混合器104构成行巡回型滤波器，并且通过帧延迟器107、混合器105构成帧巡回型滤波器，因此可在时间空间上进行噪声降低，不仅对静止图像而且对运动图像也可获得较大的S/N改善度。
并且，本发明不限定为以上实施方式，例如图1的框图所示的构成可以由硬件构成，也可包含由计算机实现图1的构成的计算机程序。这种情况下，计算机程序可以预先存储在计算机的专用存储器中，也可记录在记录介质中由计算机读取，还可以通过通信网络发送并由计算机读取。
并且，在图1的实施方式中，其构成是在行巡回型滤波器的输出一侧连接帧巡回型滤波器，也可以如图6所示的变形例那样，将加法器102的输出提供到混合器105，并且将帧延迟器107的输出提供到混合器104，从而使上述二种巡回型滤波器的连接顺序相反。并且，混合器104、105内的图2所示的系数器115的系数生成特性不限于图3所示的特性，也可是根据行差分值、帧差分值、进行图3的特性以外的线性变化的特性或非线性变化的特性。

Claims (4)

1.一种噪声检测装置，用于对图像信号中含有的噪声成分的电平进行检测，其特征在于，具有：
第一高频成分提取器，提取第一高频成分，该第一高频成分是上述图像信号的消隐期间的高频成分；
第二高频成分提取器，提取第二高频成分，该第二高频成分是上述图像信号的图像期间中构成一个画面的各个像素在水平方向的高频成分；
第三高频成分提取器，利用上述图像信号和使上述图像信号延迟了一行的行延迟图像信号提取第三高频成分，该第三高频成分是上述图像信号的图像期间中构成一个画面的各个像素在垂直方向的高频成分；
第四高频成分提取器，利用上述图像信号和使上述图像信号延迟了一帧的帧延迟图像信号提取第四高频成分，该第四高频成分是上述图像信号的图像期间中构成一个画面的各个像素在时间方向的高频成分；
统计处理部，计算出各个像素具有的上述第二高频成分、上述第三高频成分和上述第四高频成分各自的电平的绝对值，并且在上述第二～第四高频成分可取的从绝对值电平0到最大电平内，至少在从电平0到预定电平为止的范围内计算出各个绝对值电平的在一个画面中的像素的个数；以及
噪声判断部，当由上述第一高频成分提取器提取的上述第一高频成分比预定的阈值大时，与上述统计处理部的统计处理结果无关，仅根据上述第一高频成分的电平生成噪声检测信号，当由上述第一高频成分提取器提取的上述第一高频成分为预定的阈值以下时，在各个上述第二～第四高频成分中，将具有比电平0的个数多的个数的电平0以外的电平中个数最少的电平作为噪声电平求出，并且根据上述第二～第四高频成分的噪声电平内最小的噪声电平或第二小的噪声电平生成噪声检测信号。
2.一种噪声检测方法，对图像信号中含有的噪声成分的电平进行检测，其特征在于，具有以下步骤：
提取第一高频成分，该第一高频成分是上述图像信号的消隐期间的高频成分；
提取第二高频成分，该第二高频成分是上述图像信号的图像期间中构成一个画面的各个像素在水平方向的高频成分；
利用上述图像信号和使上述图像信号延迟了一行的行延迟图像信号提取第三高频成分，该第三高频成分是上述图像信号的图像期间中构成一个画面的各个像素在垂直方向的高频成分；
利用上述图像信号和使上述图像信号延迟了一帧的帧延迟图像信号提取第四高频成分，该第四高频成分是上述图像信号的图像期间中构成一个画面的各个像素在时间方向的高频成分；
计算出各个像素具有的上述第二高频成分、上述第三高频成分和上述第四高频成分各自的电平的绝对值，并且在上述第二～第四高频成分可取的从绝对值电平0到最大电平内，至少在从电平0到预定电平为止的范围内计算出各个绝对值电平的在一个画面中的像素的个数；以及
当上述第一高频成分比预定的阈值大时，根据上述第一高频成分的电平生成噪声检测信号，当上述第一高频成分为预定的阈值以下时，在各个上述第二～第四高频成分中，将具有比电平0的个数多的个数的电平0以外的电平中个数最少的电平作为噪声电平求出，并且根据上述第二～第四高频成分的噪声电平内最小的噪声电平或第二小的噪声电平生成噪声检测信号。
3.一种噪声降低装置，用于降低图像信号中含有的噪声成分，其特征在于，
具有：行巡回型滤波器，对上述图像信号加权第一衰减系数，并且进行噪声降低动作；
帧巡回型滤波器，对上述图像信号加权第二衰减系数，并且进行噪声降低动作；和
噪声检测器，检测出上述图像信号中含有的噪声成分的电平，生成用于使上述第一及第二衰减系数可变的噪声检测信号，
其中，上述噪声检测器具有：
第一高频成分提取器，提取第一高频成分，该第一高频成分是上述图像信号的消隐期间的高频成分；
第二高频成分提取器，提取第二高频成分，该第二高频成分是上述图像信号的图像期间中构成一个画面的各个像素在水平方向的高频成分；
第三高频成分提取器，提取第三高频成分，该第三高频成分是上述图像信号的图像期间中构成一个画面的各个像素在垂直方向的高频成分；
第四高频成分提取器，提取第四高频成分，该第四高频成分是上述图像信号的图像期间中构成一个画面的各个像素在时间方向的高频成分；
统计处理电路，计算出各个像素具有的上述第二高频成分、上述第三高频成分和上述第四高频成分各自的电平的绝对值，并且在上述第二～第四高频成分可取的从绝对值电平0到最大电平内，至少在从电平0到预定电平为止的范围内计算出各个绝对值电平的在一个画面中的像素的个数；以及
噪声判断电路，当由上述第一高频成分提取器提取的上述第一高频成分比预定的阈值大时，与上述统计处理电路的统计处理结果无关，仅根据上述第一高频成分的电平生成噪声检测信号，当由上述第一高频成分提取器提取的上述第一高频成分为预定的阈值以下时，在各个上述第二～第四高频成分中，将具有比电平0的个数多的个数的电平0以外的电平中个数最少的电平作为噪声电平求出，并且根据上述第二～第四高频成分的噪声电平内最小的噪声电平或第二小的噪声电平生成噪声检测信号。
4.一种噪声降低方法，降低图像信号中含有的噪声成分，其特征在于，
具有以下步骤：噪声检测步骤，检测出上述图像信号中含有的噪声成分，生成噪声检测信号；
行巡回步骤，利用行巡回型滤波器，对上述图像信号加权根据上述噪声检测信号设定的第一衰减系数，并且进行噪声降低动作；
帧巡回步骤，利用帧巡回型滤波器，对上述图像信号加权根据上述噪声检测信号设定的第二衰减系数，并且进行噪声降低动作；
其中，上述噪声检测步骤包括以下步骤：
第一高频成分提取步骤，提取第一高频成分，该第一高频成分是上述图像信号的消隐期间的高频成分；
第二高频成分提取步骤，提取第二高频成分，该第二高频成分是上述图像信号的图像期间中构成一个画面的各个像素在水平方向的高频成分；
第三高频成分提取步骤，提取第三高频成分，该第三高频成分是上述图像信号的图像期间中构成一个画面的各个像素在垂直方向的高频成分；
第四高频成分提取步骤，提取第四高频成分，该第四高频成分是上述图像信号的图像期间中构成一个画面的各个像素在时间方向的高频成分；
统计处理步骤，计算出各个像素具有的上述第二高频成分、上述第三高频成分和上述第四高频成分各自的电平的绝对值，并且在上述第二～第四高频成分可取的从绝对值电平0到最大电平内，至少在电平0到预定电平为止的范围内计算出各个绝对值电平的在一个画面中的像素的个数；以及
噪声检测信号生成步骤，当在上述第一高频成分提取步骤中提取的上述第一高频成分比预定的阈值大时，与上述统计处理步骤的统计处理结果无关，根据上述第一高频成分的电平生成噪声检测信号，当在上述第一高频成分提取步骤中提取的上述第一高频成分为预定阈值以下时，在各个上述第二～第四高频成分中，将具有比电平0的个数多的个数的电平0以外的电平中个数最少的电平作为噪声电平求出，并且根据上述第二～第四高频成分的噪声电平内最小的噪声电平或第二小的噪声电平生成噪声检测信号。
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