DE3121597C3

DE3121597C3 - System zur Verminderung des Rauschens in einem Fernseh-Bildsignal

Info

Publication number: DE3121597C3
Application number: DE3121597A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Illetschko
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Philips GmbH
Priority date: 1981-05-30
Filing date: 1981-05-30
Publication date: 1993-09-30
Anticipated expiration: 2001-05-31
Also published as: DE3121597A1; GB2099657B; GB2099657A; DE3121597C2; FR2507043B1; JPH0313785B2; US4485403A; JPS5824275A; FR2507043A1

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem System nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es sind bereits Systeme zur Verminde rung des Rauschens in Fernseh-Bildsignalen bekannt, bei wel chen die Fernseh-Bildsignale um eine Bildperiode verzögert und nach Bewertung mit einem Korrekturfaktor den ebenfalls bewerteten unverzögerten Fernsehsignalen hinzuaddiert werden. Die Wirkung dieser bekannten Systeme beruht darauf, daß Unterschiede von einem Fernsehvollbild zum folgenden ausgemittelt werden. Diese Mittelung hat jedoch nicht nur die erwünschte Rauschreduzierung, sondern auch eine Bewe gungsunschärfe zur Folge. Es ist daher erforderlich, bei Bewegung die Wirkung der Mittelung herabzusetzen. Es sind also Mittel vorzusehen, welche eine Unterscheidung zwischen den durch das Rauschen bedingten Unterschieden und Bewe gungen ermöglichen.

Hierzu ist es bekannt (US-PS 40 58 836), die Differenz zwischen dem unverzögerten und dem verzögerten Fernseh signal zu bilden und das Ergebnis über eine Schwell wertschaltung zu leiten. Dabei geht man davon aus, daß das Rauschen im Fernsehsignal relativ gering ist, während sich bei Bewegungen größere Differenzen ergeben, welche weitergeleitet werden und das System zur Verminderung des Rauschens derart steuern, daß deren Wirkung vermindert wird. Diese Systeme haben den Nachteil, daß Bewegungen in kontrastarmen Szenen nicht berücksichtigt werden und damit wie das Rauschen dem Redukionsvorgang unterworfen werden. Somit erscheinen sich bewegende Kanten unscharf.

Bei einer weiteren bekannten Anordnung DE 29 37 284 A1 wird davon ausgegangen, daß kleine Bilddetails in Bewe gungen vom Auge nicht erfaßt werden können. Ein Tiefpaß für das Bewegungssignal in Horizontalrichtung und/oder Vertikalrichtung unterdrückt die entsprechenden Rausch anteile im Bewegungssignal. Diese bekannte Anordnung hat den Nachteil, daß bei geringer Tiefpaßfilterung Rausch spitzen auf das Maß der Rauschunterdrückung wirken, weil sie als Bewegung erkannt werden. Die Rauschreduzierung wird in diesem Fall vom Rauschen selbst gesteuert und ergibt im Bild eine grobkörnige Strukturstörung, die ggf. mehr stört, als das ursprüngliche Rauschen. Bei starker Tiefpaßfilterung werden Bewegungsdetails unterdrückt und ein Schärfeverlust in bewegten Bild teilen wird sichtbar.

Weiterhin ist aus der DE 29 38 130 A1 ein System zur Störungs- bzw. Rauschverminderung in einem Bildsignal gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs bekannt. Hierbei wird das Steuersignal für die veränderbare Dämpfung direkt vom Bewegungssignal beeinflußt. Dies hat jedoch ebenfalls die eingangs geschilderten Nachteile.

Aus der EP-A 0 004 728 ist eine Signalreduzierungsschaltung für elektrische Signale bekannt, mittels der ebenfalls der Rauschanteil von Fernsehbildern zu reduzieren ist. Hierbei wird ein Bildsignal von dem vorhergehenden Bildsignal subtrahiert, das Ergebnis gleich gerichtet und einem Tiefpaß zugeführt. Das Ausganssignal des Tief passes wird über eine Rauschbewertungseinrichtung geführt. In Ab hängigkeit vom Rauschen wird die Amplitude des tiefpaßgefilterten Signales verändert. Das Ausgangssignal wird gewichtet und dient dann zur Bewertung des Differenzsignals. Die Eigenschaften des Tiefpasses bleiben unverändert und müssen an die ungünstigsten Bedingungen an gepaßt sein.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein System zur Verminderung des Rauschens in einem Fernseh-Bildsignal anzugeben, bei dem ledig lich eine vernachlässigbare Verschlechterung der Schärfe von bewegten Bildteilen eintritt.

Diese Aufgabe wird mit dem im Kennzeichen des Haupt anspruchs angegebenen Merkmal gelöst.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße System mit den kennzeichnenden Merk malen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, daß eine optimale Anpassung an die Rauschverhältnisse im Eingangssignal erfolgt. Dieses ergibt volle Bildschärfe ohne störende Effekte bei durchschnittlichem Rauschan teil des Eingangssignals. Nur bei einem hohen Rauschan teil muß ein Verlust von Detailauflösung in bewegten Bildteilen in Kauf genommen werden. Stark störende Effekte durch Steuerung der Rauschreduzierung durch das Rauschen selbst werden vermieden.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Systems möglich.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung anhand mehrerer Figuren dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel als Blockschalt bild,

Fig. 2 ebenfalls als Blockschaltbild ein zweites Aus führungsbeispiel und

Fig. 3 die Kennlinie eines in den Schaltungen nach Fig. 1 und Fig. 2 verwendeten Schwellwert gliedes.

Der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 wird bei 1 das Fernsehsignal, dessen Rauschanteil reduziert werden soll, zugeführt. Über die Addierschaltung 4 gelangt es zu einer Verzögerungseinrichtung 5, welche das Fernsehsignal um die Dauer eines Vollbildes verzögert. Derartige Verzögerungseinrichtungen sind hinreichend bekannt und werden in vorteilhafter Weise mit Hilfe eines digitalen Vollbildspeichers realisiert. Das am Ausgang der Verzögerungseinrichtung 5 anstehende ver zögerte Signal wird zu einer Subtrahierschaltung 2 ge führt, mit deren Hilfe von dem verzögerten Signal das unverzögerte subtrahiert wird. Der Ausgang der Subtra hierschaltung 2 ist über eine Multiplizierschaltung 3 mit einem weiteren Eingang der Addierschaltung 4 verbunden. Somit wirkt die aus den Schaltungen 2, 3, 4, 5 bestehende Anordnung als sogenanntes rekursives Filter, welches die nicht von Vollbild zu Vollbild wiederkehrenden Signal amplituden mittelt und somit reduziert.

Durch einen der Multiplizierschaltung 3 zugeführten Fak tor k wird der Grad dieser Mittelung bestimmt. Je mehr sich k dem Wert 1 nähert, desto stärker ist die Wirkung des Filters, um so größer ist also die Zeit, über die die Mittelung (Integration) erfolgt. An den Schaltungs punkten 6 oder 7 kann das Fernsehsignal mit reduziertem Rauschen abgenommen werden. Bei unbewegten Bildern ist eine praktisch unbegrenzte Rauschreduzierung möglich, wenn eine beliebige lange Integration stattfindet.

Bei bewegten Bildern führt die Integration jedoch zu Unschärfen an Kanten, so daß sie zu vermindern ist, wenn im Bild Bewegungen auftreten. Hierzu ist ein sogenannter Bewegungsdetektor 8 vorgesehen. Dieser besteht im wesent lichen aus einer Differenzbildungseinrichtung 9, mit deren Hilfe die Differenz zwischen dem unverzögerten und dem verzögerten Signal gebildet wird. Da die Be einflussung auf die Rauschverminderung vom Vorzeichen der Änderungen des Bildinhalts unabhängig sein soll, wird von der Differenz in der Einrichtung 9 der Betrag gebildet. Je nach Größe der Änderungen wird in der Schaltung 10 ein Korrekturfaktor k für den Grad der Rauschreduzierung erzeugt.

Da außer Bewegungen auch Rauschen zu einem Ausgangs signal der Einrichtung 9 führt, welches jedoch nicht zur Steuerung des Integrationsvorganges herangezogen werden soll, sind zwischen die Einrichtung 9 und die Schaltung 10 eine Schwellwertschaltung 11 und ein Tiefpaß 12 geschaltet. Wie eingangs beschrieben, werden die Schwellwertschaltung 11 und der Tiefpaß 12 von einer bei 13 bzw. 14 zugeführten Steuerspannung ge steuert. Diese Steuerspannung entspricht der durch schnittlichen Amplitude des im Eingangssignal ent haltenen Rauschens und wird durch die Subtraktions schaltung 15 sowie eine anschließende Gleichricht- und Integrationsschaltung 16 abgeleitet. Einzelheiten hierzu sind in der DE 31 21 611 A1 erläutert.

Ist das Rauschen im Eingangssignal relativ klein, so wird das Ausgangssignal der Einrichtung 9 durch die Schaltung 11 und den Tiefpaß 12 wenig beeinflußt, das heißt, die Schwelle der Schwellwertschaltung 11 ist niedrig und die Grenzfrequenz des Tiefpasses 12 ist hoch, beispielsweise 2,5 MHz. In diesem Betriebszustand wird das Rauschen reduziert, ohne daß eine Beeinträchti gung der Bildschärfe bei Bildbewegungen auftritt.

Werden jedoch der Anordnung nach Fig. 1 Fernsehsignale mit stärkerem Rauschanteil zugeführt, so wird die Grenz frequenz des Tiefpasses 12 verringert und die Schwelle oder Schaltung 11 erhöht. In diesem Fall tritt zwar ebenfalls die gewünschte Störabstandsverbesserung ein; bei Bewe gung ist jedoch eine Unschärfe der Kanten in Kauf zu nehmen.

Fig. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem lediglich das Rekursivfilter in eine von Fig. 1 ab weichenden Form gebildet ist. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Der Unterschied zur Anordnung nach Fig. 1 besteht darin, daß das verzögerte Fernsehsignal vor der Addition mit Hilfe der Addier schaltung 17 mit dem Faktor k in der Multiplizierschal tung 18 multipliziert wird, während das unverzögerte Eingangssignal in einer Multiplizierschaltung 19 mit dem Faktor (1 - k) multipliziert und der Addierschaltung 17 zugeleitet wird. Ferner sind bei der Anordnung nach Fig. 2 noch zwei Verzögerungsschaltungen 20 und 21 dar gstellt, welche Laufzeiten ausgleichen, welche in ande ren Funktionsblöcken der Anordnung nach Fig. 2 auftreten. Derartige Maßnahmen sind dem Fachmann an sich geläufig, und sollen in diesem Zusammenhang nur als Hinweis dienen, daß derartige Details bei der Realisierung der Anordnungen nach Fig. 1 und 2 durch den Fachmann berücksichtigt wer den sollten.

Fig. 3 zeigt schematisch die Kennlinie der Schwellwert schaltung 11. Es ist das Ausgangssignal u₂ als Funktion des Eingangssignals u₁ dargestellt, wobei die Kennline 22 für Eingangssignale mit geringem Rauschanteil und die Kennlinie 23 für Eingangssignale mit höherem Rausch anteil vorgesehen ist.

Die Reihenfolge der Schaltungen 11 und 12 ist in keiner Weise festgelegt und kann ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen vom Fachmann auch anders als in den Fig. 1 und 2 dargestellt gewählt werden.

Claims

1. System zur Verminderung des Rauschens in einem Fernseh-Bildsignal mit einem Bildspeicher zur Verzögerung des Bildsignals um eine Bild periode, mit einer Bewertungsschaltung, welche das verzögerte und - mit dem unverzögerten - verarbeitete Bildsignal mit Dämpfungen versieht, mit einer Addierschaltung, welche das bewertete verzögerte und das unverzögerte Bildsignal addiert, und ferner mit einer Ein richtung zur Differenzbildung zwischen dem verzögerten und dem un verzögerten Bildsignal zur Ableitung eines Bewegungssignals, welches als Steuersignal für die veränderbare Dämpfung dient, wobei zwischen der Einrichtung zur Differenzbildung für die Erzeugung des Be wegungssignals und der Schaltung zur Erzeugung des die veränderbare Dämpfung bewirkenden, in Abhängigkeit vom Rauschen und von der Bewegung gebildeten Korrekturfaktors ein Tiefpaß vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung des Korrekturfaktors die Grenzfre quenz des Tiefpasses (12) veränderbar ist und daß die Steuerung der Grenzfrequenz in Abhängigkeit der durchschnittlichen Amplitude des im Eingangssignal enthaltenen Rauschens erfolgt.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Tiefpaß eine Schwellwertschaltung (11) mit in Abhängigkeit vom Rauschen im Fernsehsignal einstellbarem Schwellwert vorgeschaltet ist.

3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuersignal für die Steuerung durch eine Gleichricht- und Inte grationsschaltung (16) aus der durchschnittlichen Amplitude des im Eingangssignal enthaltenen Rauschens gewonnen wird.

4. System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleich richt- und Integrationsschaltung ein Differenzbildner (15) zur Differenzbildung zwischen dem unverzögerten Fernsehsignal und der bewerteten Summe des unverzögerten und des verzögerten Fernseh signals zugeführt ist.