CN85105410A - 降低噪音系统 - Google Patents

Abstract

视频信号降噪装置含：第一电路，以得复制时从录象装置复制的视频信号内有垂直相关的信号成份；减法电路，从被复制视频信号中减去第一电路输出信号并得被复制视频信号中无垂直相关的信号成份；削波电路，只通过第一减法电路输出信号内大于削波电平的信号成份；加法器，把第一电路的输出信号与削波电路的输出信号相加；电平加强电路，加强录象时被录在录音介质上并无垂直相关的录音视频信号中低的和中等电平的成份。

Description

本发明概括地介绍几种用来降低视频信号噪声的装置，并更具体地介绍一种降低噪声的装置，这种装置，即使在低电平或中等电平的视频信号输入时，能使信/噪比改善一个巨大的因数而不致降低图像垂直方向的分辨率。

作为一种降低视频信号噪声的电路，在传统上熟知的电路是使输入信号通过一个高通滤波器、限幅器和系数乘法电路，并从输入视频信号中减去。然而，按照这种传统的电路就会存在一个问题，就是：正如本说明后面说明的那样，在限幅器中进行限幅处的边缘附近，即使在降低噪声以后仍残存着边缘噪声。此外，还有一个问题是：这种传统的电路只对高通滤波器截止频率以上的噪声有效。

另一方面，另有一种传统的方法是利用视频信号中的垂直相关（行相关）来降低视频信号的噪声。然而，当输入的视频信号在低电平时，这种传统电路的梳状滤波特性就特别显著，并且正如后面说明的那样，会存在一个问题，就是：图像的垂直方向的分辨率就会恶化。

因此，本申请人已预先在日本№58-223753号专利申请书中提出了一种解决前述各种问题的降低噪声的电路。按照该建议的降低噪声电路，把输入视频信号内的一个没有垂直相关的信号成分通过一个削波电路而加到输入视频信号内的一个具有垂直相关的成分上去。上述这种电路，尤其是在高频带，能使信/噪（S/N）比大大改善。此外，当输入视频信号是高电平时，图像垂直方向的分辨率只有很小量的恶化。然而，正如后面要说明的那样，还会存在一个问题，就是：当输入视频信号在低的和中等电平时，图像的垂直方向分辨率的恶化程度要比输入视频信号在高电平的情况还更坏一些。

因此，本发明总的目标是要提供一种新颖而有用的降低视频信号噪声的装置，通过这种装置，前述各种问题就会解决。

本发明的另一个更具体的目标是要提供一种降低视频信号噪声的装置，这种装置会在录像时，通过加强视频信号中的低的中等电平而不具有垂直相关的成分的电平，把视频信号录制下来;并会得到一种复制的视频信号输出，这种复制的视频信号是当把复制的视频信号中而不具有垂直相关的信号成分送往一个削波电路，并将削波电路的输出信号成分加到复制的视频信号中的而具有垂直相关的分量上去时得到的，按照本发明的降低噪声装置，即使对低的和中等电平的视频信号而无垂直相关的信号成分也可以得到平坦的频率特性。为此，信/噪（S/N）比可大大改进，而垂直分辨率只有极少量的恶化。

本发明的其他目的和性能，只要结合附图研究以下详细说明就会明白的。

图1是表示传统的降低视频信号噪声装置的方框图。

图2（A）～（D）表示用来解释图1所示的传统电路工作的波形。

图3是表示另一种传统的降低视频信号噪声装置的方框图。

图4（A）和4（B）表示图3所示传统电路的输出信号电平对频率的特性。

图5是表示本发明申请人预先提出的降低视频信号噪声装置的方框图。

图6（A）～6（C）表示图5所示的预先提出的电路的输出信号电平对频率的特性。

图7表示按照本发明的降低视频信号噪声的具体装置的方框图。

图8表示垂直方向成分的输出电平与输入电平的比值对垂直方向成分的输入电平的特性，用以解释本发明降低噪声的装置。

图9（A）～（D）表示图7所示的方框图的输出信号电平频率特性。

图10表示按照本发明的降低噪声装置在录像中使用低通滤波器时的输出信号电平-频率特性。

图1是一种装置的方框图，图中示出一种传统的降低视频信号噪声电路的例子，例如，这种视频信号被提供在视频信号录像和复制设备的亮度信号复制系统中。我们把一个包含如图2（A）所示噪声的视频信号a（例如，从记录装置中复制的亮度信号）加到降低噪声电路10的输入端11。输入的视频信号a就被送到高通滤波器12，并形成图2（B）所示的信号b;举例来说，信号b只有1MHz以上的频率成分。把该信号b送到限幅器13而形成图2（C）所示的信号c，信号c基本上是一种噪声成分。再把信号c，经过系数乘法器14，供到减法电路15。减法电路15就从输入的视频信号a中减去系数乘法器14的输出信号而产生一种示于图2（D）的视频信号。经过输出端16就得到输出的视频信号d。

然而，如果输入的视频信号拥有大幅度的边缘，则从高通滤波器12就会得到高频成分。因而在边缘附近的视频信号和噪声就会被限幅器13消除。结果就会有一个问题，就是从减法电路15经过输出端16取得的视频信号d中仍在限幅处的边缘附近残存着边缘噪声，如图2（D）所示。在另一方面，在家用的录像和复制设备（磁带录像机，即VTR）中，噪声也分布于1MHz以下的频带中。由于传统的降低噪声电路10只对高通滤波器的截止频率以上的噪声有效，因此就会产生一个问题，就是：即使在噪声被降低以后还有1MHz以下的低频带中的噪声。

另一方面，图3又示出一种利用垂直相关（行相关）来降低噪声的传统电路。如前所述的视频信号在降低噪声电路20的输入端21输入，再被送到1H延迟电路22。1H延迟电路22把输入的视频信号延迟1H，H就是视频信号的行扫描周期。把电路22输出的延迟了1H的视频信号送到减法电路23，再从输入的视频信号中减去。把减法电路23的输出信号送到限幅器24进行限幅。限幅器24的输出信号基本上是噪声成分。把限幅器的输出信号送到减法电路25，并把它从输入的视频信号中减去，于是在输出端26就可得到减法电路25输出的降低噪声的视频信号。

按照图3所示传统的降低噪声电路，当在输入的视频信号存在垂直相关时，其噪声成分就会有效地降低。而且，如图2（D）所示的边缘噪声将不会像在图1所示的传统电路10的情况那样地保留下来，而就有可能有效地降低低频频带中的噪声了。但是，虽然信/噪比在理论上可改进3dB;在实际上只能改进近于1.5～2dB。并且该传统的降低噪声电路20拥有梳状滤波器特性，它会在整个频带内等同地通过水平扫描频率的自然数倍数频率。从而，当输出的视频信号为低电平的情况时，就可得到图4（A）所示的输出视频信号。并且在这样情况下，梳状滤波特性就会特别显著。因此，当输入的视频信号为低电平时，就会产生一个问题，就是图像垂直方向的分辨率会比在输入视频信号为如图4（B）所示的高电平时的情况更显得恶化。在本说明中，上述图像垂直方向的分辨率指的仅仅是垂直分辨率。这种垂直分辨率的恶化情况尤其在低频频带中可用肉眼看出。

本发明申请人在1983年11月28日以日本专利申请书号№58-223753提出的申请中予先提出了另一种如图5所示的降低噪声电路。让我们把前面说明过的输入视频信号加到降低噪声电路30的输入端31，再经反馈式梳状特性滤波器37和均衡器电路38。该梳状特性滤波器包含一个加法器32、一个1H延迟电路33、一个加法器34和一个包括一个高通滤波器35和一个系数乘法器36的反馈通路。把均衡器电路38的输出信号经过系数乘法器39供到一个减法电路40;举例来说，乘上系数1/2，并从输入的视频信号中减掉。再把减法电路40输出的信号，经过一个削波电路41供到一个加法器42，在该处就被加上系数乘法器39的输出信号。经过输出端43就可得到加法器42的输出信号。

根据本申请人预先提出的图5所示的降低噪声电路30，其在高频频带的信/噪比可大大地提高，举例来说，有6～10dB。此外，当输入视频信号的电平高得像图6（C）所示那样时，就可得到一种高电平的输出信号，而垂直分辨率却只有小量恶化。但是，当在输入的视频信号有如图6（A）所示那样的低电平的情况和如图6（B）所示的中等电平时，梳状滤波特性就会特别显著并且出现一个问题，即，与高电平输入视频信号的情况相比，垂直分辨率变坏了。而且，与图3所示的传统的降低噪声电路20相比，垂直分辨率也变坏了，变坏量的大小与所制梳状滤波器特性的尖锐程度有关。

图7是一个系统方块图，它表示一个根据本发明的降低视频信号噪声的系统所给出的一个实施例。在图7中，与图5中对应相同的那些部件用相同的参考数字来表示。本实施例与预先提出的，如图5所示的降低噪声电路30之间的差别在于：在根据本实施例的降低噪声电路50中有分别接在减法电路40的输出边上及加法器42的输入边上的连动开关S₁和S₂。开关S₁和S₂在录象和复制时开关动作，以使在录象时减法电路39的输出信号通过一个电平坛强电路51而在复制时减法电路39的输出信号通过削波电路41。

输入视频信号被加到降低噪声的电路50的输入端31。例如，输入视频信号是一个亮度信号。输入视频信号通过加法器32和1H延迟电路33并加到加法器34。另一方面，输入视频信号也直接加到加法器34上。加法器34的输出视频信号送到包含一个电容C₁和一个电阻R₁的高通滤波器35，而把视频信号中低于截止频率f_C的成分衰减掉而滤出其高频成分。把高通滤波器35的输出信号通过系数乘法器36乘上一个预定的系数K，再把系数乘法器36的输出信号送到加法器32。在加法器32中，把系数乘法器36的输出信号与输入的视频信号相加，再把加法器32的输出信号送到1H延迟电路33。

加法器32与34、1H延迟电路33、高通滤波器35和系数乘法器36组成反馈式梳状滤波器37，在其内部，把输出的视频信号反馈到它的输入端。如果f_H代表视频信号的水平扫描频率，则从加法器34得到的视频信号作为梳状滤波器的输出信号，这种视频信号具有一种频率特性，这种频率特性是其通带中心频率为 1/2 f_H的偶数倍数而阻带中心频率为 1/2 f_H的奇数倍数。因为高通滤波器35在反馈通路（包括系数乘法器36，并从1H延迟电路33的输出延伸到1H延迟电路33的输入端）中，所以对高于截止频率f_C的高频成分具有高的反馈比。相对于高频成分的系数K值本质上会变成比相对于低频成分的K值大，因此，在加法器34输出端的频率特性是一种梳状滤波特性，在这种滤波特性中随着频率由截止频率附近提高到更高的频率，通常电平会变得更高，并且通带会变得更尖锐（更狭）。

梳状滤波器37的输出视频信号被加到均衡器电路38，均衡器电路包括R₂和R₃和电容C₂。这个均衡器电路38具有预定的频率特性，这种频率特性对梳状滤波器37的频率特性的包络特性来说是互补的。均衡器电路38的频率特性在第一截止频率f_C（f_C由电阻R₂和R₃之和乘上电容C₂的积所确定）以下的频带是平的，在第二截止频率f_CC（f_CC由电阻R₃和电容C₂的乘积所确定）以上的频带是平的，并且随着频率的增高，举例来说，从第一截止频率f增向第二截止频率f_CC（f_CC高于f_C）时是以-6dB/倍频程的斜率而倾斜的。因此，举例来说，电阻和电容要选得使R₂＝KR₁，R₃＝（1-K）R₁和C₁＝C₂。

把均衡器电路38的输出视频信号通过系数乘法器乘上系数 1/2 （举例）后，供到减法电路40，并从供到输入端31的输入视频信号中减掉。这样，在减法电路40输出端的频率特性就是通过把整个频带是平坦的频率特性减去均衡器电路38输出端的频率特性所得到频率特性。在减法电路40的输出端的频率特性中，各通带的中心频率是f_H/2的奇数倍数，各阻带的中心频率是f_H/2的偶数倍数;而在第二截止频率f_CC以上的高频带内的通带特性与第一截止频率f_C以下的低频带内的通带频率特性相比要平坦些。换言之，在减法电路40输出端所得到的频率特性中，各通带的各中心频率和各阻带的各中心频率的频率特性是与梳状滤波器37输出端所得到的频率特性中各通带的各中心频率和各阻带的中心频率分别对应的。从减法电路40得到的视频信号，其频率特性如上所述，该视频信号包含有包括在输入视频信号（亮度信号）中的视频信号成分而无垂直相关。

在录像时，把开关S₁和S₂接到对应的R端，将减法电路40的输出视频信号，经过开关S₁送到电平加强电路51。电平加强电路51的输出信号就被通过开关S₂送到加法器42。电平加强电路51是为了加强减法电路40的输出视频信号中的低的和中等电平而低于削波电路41的削波电平的信号成分而设计的。把削波电路41的削波电平选在减法电路40输出端的视频信号中的噪声峰-峰值的范围内。把电平加强电路51的输出信号（在电平加强电路51中低的及中等电平的信号成分就得以加强）通过开关S₂送到加法器42，并与系数乘法器39的输出信号相加。通过输出端43，就会得到加法器42的输出信号。所以低的和中等电平的信号成分被加强了的电视信号可在录像装置上录制下来（未被示出）。

其次，在复制时，开关S₁和S₂被转换和连到相应的P端，而从录像装置复制的视频信号就被送到输入端31。正如在录像时的情况那样，来自输入端31的被复制视频信号通过经过梳状滤波器37、均衡器电路38和系数乘法器39，减法电路40从输入端31送来的被复制视频信号中减去系数乘法器39输出的视频信号。减法电路40输出的视频信号包含被复制的噪声及视频信号成份，此噪声被包含在被复制的视频信号（被复制的亮度信号）中，该视频信号成份被包含在被复制的视频信号内且没有垂直相关。把减法电路的输出电视信号通过开关S₁送到削波电路41。削波电路41是为了阻挡低于削波电平的信号而允许高于削波电平的信号通过。把削波电路41的输出信号，通过开关S₂送到加法器42，而与系数乘法器39的输出电视信号相加，就可通过输出端43而得到加法器42输出的已经复制过的视频信号了。

如果送到输入端31上的已经复制的视频信号有微小的电平变化（一种强的垂直相关）则减法电路40的输出信号电平低于削波电路41的削波电平，而削波器41就无输出。于是已经通过系数乘法器39的均衡电路38的输出视频信号可通过输出端43取得。换言之，经过复制的、具有均衡电路38输出端的频率特性的视频信号就可通过输出端43而取得。

另外，如果被加到输入端31的经过复制的视频信号具有大的电平变化（实质上是无垂直相关），则在很大程度上，在已经复制过的视频信号中可以包括一种没有垂直相关的复制过的视频信号成分。这样，从减法电路40取得的，没有垂直相关的复制过的视频信号成分的电平就会比削波电路41的削波电平高。因为加法器42把来自开关S₂的，削波电路41的输出信号与经过乘法器39而取得的均衡电路38的输出信号相加起来，就可通过输出端43取得一种在全频带具有接近于平坦的频率特性的复制过的视频信号。

于是，如果加到输入端31的复制过的视频信号具有强的垂直相关时，就可以在几乎是整个频带上满意地改进信/噪比而不致恶化图像的分辨率。另外，如果加到输入端31的复制过的视频信号在很大程度上包含一种没有垂直相关的电视信号成分，则相对于复制过的视频信号的通带特性，在全频带上会是接近于平坦的，并且可以得到一种没有因改进信/噪比而引起大的误差的波形，也就是说，可以得到一种在图像的垂直方向的分辨率没有恶化的复制过的视频信号。换言之，改进信/噪比的工作和对图像垂直方向分辨率的恶化进行补偿的工作，这二种工作都有各自的优先权以便进行最佳的信号处理，而这最佳信号处理方式取决于对复制的视频信号中无垂直相关的视频信号成分达到什么程度。

于是，经输出端43就可在削波电平以上，无损耗地取得垂直方向成分的信号，如图8所示。在图8中特性Ⅰ与图5所示的预先提出的降低噪声电路30的特性Ⅱ相比在超过削波电平以后是平坦的。因此，当减法电路40的输出视频信号电平低于削波电平并且很低时，所得到的频率特性是一种如图9（A）所示的梳状滤波器特性。但是，当减法电路40的输出视频信号电平是低的、中等和高的电平时，所得到的频率特性是平坦的，各如图9（B）～9（D）所示，而不是呈梳状滤波器特性。结果，不仅在减法电路40的输出视频信号是高时，而且也在减法电路40的输出视频信号是低的和中等电平时，在垂直分辨率上都不会恶化。

从图8所示的特性Ⅰ可看到：在视频信号的垂直方向成分之中，垂直方向成分的速率（这些垂直方向成分都因低于削波电平而消失）比特性Ⅱ的要小。通常，削波电平要选择得比视频信号电平足够低的电平。因此，由于在减法电路40输出视频信号中的低的和中等电平信号要在录像时加强电平，所以由复制时利用削波电路41所引起的视频信号的垂直方向成分的损耗实际上是不显著而可忽略的。

根据本实施方案，在录像时进行信号处理的大部分电路在复制信号时也是通过转换开关而加以使用的。因此，通过使用简单的电路结构，就有可能有效地降低噪声。

可以利用一种减弱电平的电路代替削波电路41，以减弱低的和中等电平的信号成分。这时，通过适当地选择电平加强电路51和电平减弱电路的特性这样的方法使视频信号的垂直方向成分的损耗可忽略不计。

此外，在开关S₁和电平加强电路51之间，或在电平加强电路和开关S₂之间可以配备一个低通滤波器。这样，就有可能降低减法电路40输出视频信号中的高频分量，并且能够得到一种在低频频段是平的而在高频段是梳状滤波器特性的频率特性，如图10所示。也就能够通过适当选择低通滤波器的截止频率来得到一种高通梳状滤波器特性。在录像时使用这样的高通梳状滤波器时，就能够如众所周知地对亮度信号保留一个宽的频带，并且因而就能得到一种宽频带的和高信/噪比的复制过的视频信号。

另外，本发明并不局限于这些实施方案，而是可以进行各种变化和改动而不离开本发明的范围的。

Claims (6)

1、一种降低视频信号噪声的装置，这种装置包括：第一装置，用以在复制时取得一种信号成分，这种信号成分是经录像装置复制而来的视频信号中的，并且是具有垂直相关的信号成分；第一减法装置，用来从上述复制过的视频信号中减去上述第一装置输出的信号，并用以取得一种信号成分，这种信号成分是在上述复制过的视频信号中的，而且是没有垂直相关的信号成分；削波装置，用来只让一种信号成分通过，这种信号成分是在上述第一减法装置的输出信号中的、并且是大于削波电平的信号成分；以及第一加法装置，用来把上述第一装置的输出信号和上述削波装置的输出信号相加起来，本发明的特征在于配备有电平加强装置，该装置加强录象时录制视频信号的低的和中等电平成份的电平，该录制视频信号被录制在录象设备上并且不具有垂直相关。

2、权利要求1中的降低噪声装置，其特征在于进一步装备有：第二装置，用来在录像时获取一种是正要录制的视频信号中的、并且具有垂直相关的信号成分;第二减法装置，用来从所述的正要录制的视频信号中减掉上述第二装置的输出信号，并且用来获取在正要录制的视频信号中的、并且是没有垂直相关的信号成分;以及第二加法装置，用来把上述第二装置的输出信号和通过把上述第二减法装置的输出信号送经上述电平加强电路而取得的信号相加起来。

3、权利要求2中的降低噪声装置，其特征在于还进一步配备有：开关装置，用来在复制时，通过上述的削波装置来把上述第一减法装置的输出信号选送到上述第一加法装置，并且用来在录像时通过上述电平加强电路把第一减法装置的输出信号选送到上述第一加法装置;上述第一装置、上述第一减法装置和上述第一加法装置，它们在录像时，通过上述开关装置的转换操作就被相对应地分别用作上述第二装置、上述第二减法装置和上述第二加法装置。

4、权利要求2中的降低噪声装置，其特征在于：上述第二装置包含一个梳状滤波器和一个均衡器电路。

5、权利要求4中的降低噪声装置，其特征在于上述梳状滤波器包含一个反馈式梳状滤波器。

6、权利要求1中的降低噪声装置，其特征在于还装备有一个被耦合到上述电平加强装置的输入或输出的低通滤波器。

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