DE4013474C2 - Anordnung zur Reduktion von Rauschen in einem Videosignal - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einer Anordnung nach der Gattung des Hauptanspruchs
Bei bekannten Anordnungen zur Rauschreduktion wird das zugeführte Videosignal um ein Vollbild verzögert. Das verzögerte Videosignal und das zugeführte Videosignal werden dazu über einen steuerbaren Überblender der Verzögerungseinrichtung zugeleitet. Dabei besteht die Verzögerungseinrichtung aus einem digitalen Bildspeicher und der Überblender aus zwei Multiplizierern, die das verzögerte Videosignal mit einem Überblendfaktor k und das zugeführte Videosignal mit einem Faktor (1-k) multiplizieren. Der Überblendfaktor liegt zwischen k=0 und k=1.

Bei ruhenden Bildinhalten kann im Interesse einer hohen Rauschreduktion der Über­ blendfaktor k relativ groß gewählt werden. Dieses führt jedoch bei bewegten Bild­ inhalten zu einer Bewegungsverschleppung, weshalb bei bekannten Anordnungen zur Rauschreduktion - im folgenden Rauschreduzierer genannt - der Überblendfaktor k bei zunehmender Bewegung verringert wird. Dazu ist eine Bewegungserkennung erforderlich, bei welcher der Betrag der Differenz des Ausgangssignals der Verzögerungseinrichtung und des zugeführten Videosignals gebildet wird.

Derartige Rauschreduzierer werden zwar bereits vielfältig eingesetzt, haben jedoch den Nachteil, daß bei Änderungen des Bildinhalts, die nicht auf Bewegung, sondern auf Amplitudenänderungen beruhen, die Reduktionswirkung vermindert wird. Derartige Amplitudenänderungen treten bei Ein- und Ausblendvorgängen auf und werden von den bisherigen Einrichtungen zur Bewegungserkennung als Bewegung erkannt. Dieses führt wiederum dazu, daß der Überblendfaktor k verringert wird und das Rauschen während es Überblendvorgangs unvermindert auftritt.

Aus der DE 36 22 204 A1 ist eine Vorrichtung zur Rauschverminderung in einem Videosignalgemisch bekannt, mit der eine vereinfachte Farbsignal-Phaseninverter­ schaltung für Videosignalgemische verarbeitende rekursive Filtersysteme geschaffen werden soll. Dabei werden drei Absolutwertsignale aus dem Eingangssignal und drei unterschiedlich verzögerte Videosignale erzeugt, wobei dann die Differenz zwischen den Absolutwertsignalen und einem vorbestimmten Wert gebildet wird. Schließlich werden drei Signale abgeleitet, welche je aus einer Polaritätsanzeige und der jeweiligen Differenz zwischen dem vorbestimmten Wert und jedem der Absolutwert­ signale bestehen. Die Polaritätszeichensignale werden danach einem Decoder zugeführt, welcher Maßstabsfaktoren zur Bewertung der Rekursionssignale erzeugt.

Mit diesen bekannten Rekursivfiltern mit bewegungsadaptiver Maßstabs/Kombina­ tionsschaltung soll es möglich sein, die Häufigkeit von Fällen der Kombination des rückgeführten verzögerten Signales mit dem Eingangsvideosignal zu reduzieren, weil die Vergleichsschaltung dasjenige verzögerte Signal auswählt, welches dem ankommenden Signal am ähnlichsten ist.

Weiterhin ist aus der DE 36 17 827 A1 in Verfahren zur Rauschdeduktion digitalisierter Fernsehsignale bekannt, welches auch bei Bewegungen im Bildinhalt wirksam werden soll, ohne daß dabei die Bildschärfe wahrnehmbar beeinträchtigt wird. Dazu wird ein Schätzwertsignal für den Rauschanteil aus der Differenz eines Bild-zu-Bild-Vergleiches berechnet und die Differenz zwischen dem verrauschten Eingangssignal und dem berechneten Schätzwertsignal gebildet, die das rauschredu­ zierte Ausgangssignal liefert. Hierbei ist jedoch keine Überblendung der Signale vorgesehen.

Aus der DE 38 07 751 A1 ist ferner eine Rauschverringerungsschaltung für ein Videosignal mit Halbbildspeicher bekannt, welche für Videoband-Aufzeichnungs­ geräte vorgesehen ist. Bei dieser bekannten Schaltung wird ein Halbbilddifferenz­ signal gebildet, welches zur Aussiebung einer im Videosignal enthaltenen Rauschkomponente herangezogen wird. Danach wird mittels der Rauschkomponente festgestellt, ob ein Bewegungsbild oder ein bewegungsloses Bild vorliegt. Gemäß diesem Bestimmungsergebnis nimmt eine Speichersteuerschaltung eine Steuerung vor, ob das gelieferte, von der Rauschkomponente befreite Videosignal in den Halbbildspeicher einzuschreiben ist. Auch hierbei werden keine Überblendvorgänge durchgeführt.

Der vorliegenden Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, bei Ein- und Ausblendvorgängen in einer Rauschreduktionsanordnung der eingangs genannten Art eine möglichst gute Rauschreduktionswirkung zu erzielen.

Die erfindungsgemäße Anordnung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, daß Amplitudenänderungen, welche nicht auf Bewegung im Bildinhalt beruhen, auch nicht als Bewegungen erkannt und ausgewertet werden. Dadurch wird gegenüber den bekannten Rauschreduzierern die Wirkung während Ein- und Ausblendvorgängen verbessert.

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

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

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines bekannten Rauschreduzierers,

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Schaltung zur Ableitung des Überblendfaktors bei dem bekannten Rauschreduzierer nach Fig. 1,

Fig. 3 die Abhängigkeit des Überblendfaktors k vom Bewegungssignal,

Fig. 4 ein Blockschaltbild einer Einrichtung zur Ableitung des Überblendsignals bei einem erfindungsgemäßen Rauschreduzierer,

Fig. 5 der zugehörige Verlauf des Überblendfaktors,

Fig. 6 ein Zustandsdiagramm eines bei der Anordnung nach Fig. 2 vorgesehenen Schaltwerks und

Fig. 7 ein weiteres Zustandsdiagramm für eine Abwandlung des bei der Anordnung nach Fig. 4 vorgesehenen Schaltwerks.

Gleiche Teile sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen. Dabei wurde zur Kennzeichnung der verschiedenen Teile Buchstaben wegen der Unterscheidung von den bei den Zustandsdiagrammen erforderlichen Zahlenangaben verwendet.

Bei dem bekannten Rauschreduzierer (Noise reducer) nach Fig. 1 wird einem Eingang ein digitales Videosignal A zugeführt. Von dort gelangt es über eine Verzögerungseinrichtung D1 an einen ersten Eingang eines Überblenders C. Diese besteht im wesentlichen aus zwei Multiplizierern, von denen der eine das Videosignal A mit einem Faktor (1-k) und der andere ein Videosignal B mit einem Faktor k multipliziert.

Das Ausgangssignal des Überblenders C wird einem Bildspeicher ST zugeführt und aus diesem nach einer Vollbildperiode abzüglich der Verzögerungszeit einer weiteren Verzögerungseinrichtung D2 wieder ausgelesen. Das verzögerte Videosignal B wird über die weitere Verzögerungseinrichtung D2 dem weiteren Eingang des Überblenders c zugeleitet. Außerdem stellt das verzögerte Videosignal B das rauschverminderte Ausgangssignal der Anordnung nach Fig. 1 dar.

In an sich bekannter Weise wird der Überblendfaktor k in Abhängigkeit vom Vorliegen von Bewegung im Bildinhalt abgeleitet. Dazu wird aus den Videosignalen A und B in einer Schaltung E der Betrag |A-B| gebildet. Aus diesem werden in einem Prozessor P die Faktoren k und (1-k) abgeleitet, die dem Überblender C zugeführt werden. Die Verzögerungseinrichtungen D1 und D2 dienen zur Anpassung der Laufzeit der Videosignale an die Laufzeit in den Schaltungen E und P.

Zur weiteren Erläuterung der Ableitung der Faktoren wird im folgenden auf Fig. 2 Bezug genommen, in welcher neben der Schaltung E zur Betragsbildung der Prozessor P etwas genauer dargestellt ist. Der Betrag der Differenz |A-B| wird zunächst in einem horizontal und vertikal wirksamen Filter F in an sich bekannter Weise tiefpaßgefiltert, um hochfrequente Rauschanteile aus dem Differenzsignal zu eliminieren. Das Ausgangssignal M des Filters F - im folgenden Bewegungssignal genannt - wird Adresseneingängen eines Nur-Lesespeichers (PROM) T zugeführt. In diesem ist eine Tabelle abgelegt, welche die Faktoren k und (1-k) in Abhängigkeit vom Bewegungssignal M darstellt. Außerdem werden den Adresseneingängen des Nur-Lesespeichers T zwei Signale 51 und 52 zugeführt, welche, wie in Fig. 3 ersichtlich, Parameter der Kennlinie darstellen. Durch Veränderung des Signals S1 kann der Schwellwert des Bewegungssignals eingestellt werden, ab welchem der Faktor k reduziert wird.

Die optimale Einstellung dieses Schwellwertes ist abhängig von der Größe des Rauschens im zugeführten Videosignal A. Bei gering verrauschten Eingangssignalen wird im allgemeinen eine Einstellung zweckmäßig sein, bei welcher die Rauschreduktion bereits bei geringen Bewegungen vermindert wird. Ist jedoch das Eingangssignal stark verrauscht, so wird im allgemeinen unter Inkaufnahme einer Bewegungsverschleppung auch noch bei größeren Werten des Bewegungssignals M eine maximale Rauschreduktion gewählt.

Mit Hilfe des Signals S2 wird der Grad der Rauschreduktion für unbewegte Bildinhalte vorgewählt. Bei großen Bewegungssignalen wird der Faktor k auf 0 reduziert. In den Fig. 3 und 5 ist mit gestrichelten Linien angedeutet, daß im allgemeinen bei praktisch ausgeführten Rauschreduzierern anstelle einer geknickten Kennlinie ein allmählicher Übergang vorgesehen ist.

Bei den bekannten Rauschreduzierern wird auch bei Blendvorgängen, bei denen sich die Amplitude des Eingangssignals für größere Teilbereiche des Bildes gleichsinnig ändert, das Bewegungssignal M groß und somit der Faktor k stark reduziert. Dieses wird bei der in Fig. 4 dargestellten Schaltungsanordnung zur Ableitung der Faktoren k und (1-k) vermieden. Dazu ist anstelle der Schaltung E (Fig. 2) eine Schaltung E′ vorgesehen, welche außer dem Betrag |A-B| auch das Vorzeichen ableitet und als entsprechendes Signal S± einem Schaltwerk S zuführt. Der Nur-Lesespeicher T′ ist gegenüber dem Nur-Lesespeicher T (Fig. 2) um drei Adressenstellen erweitert, denen ein drei Bit breites Signal S3 von dem Schaltwerk S zuführbar ist, welches besagt, ob bzw. wie deutlich ein Blendvorgang erkannt wird. S1 und S3 werden addiert, was durch eine entsprechende Programmierung des PROMs T′ erfolgt. Dadurch vergrößert sich der Schwellwert, bis er bei maximalem S3 den Wert S1′ erreicht und aus der Tabelle die zu der strichpunktierten Kennlinie gemäß Fig. 5 gehörenden Werte von k und (1-k) ausgelesen werden. Bei Vorliegen eines Blendvorgangs wird also trotz hoher Werte des Bewegungssignals M der Faktor k nicht so stark reduziert.

Die Ableitung des Signals S3 aus dem Vorzeichensignal S± mit Hilfe des Schaltwerks S wird im folgenden anhand des in Fig. 6 dargestellten Zustandsdiagramms beschrieben. Wie üblich sind in dem Zustandsdiagramm die verschiedenen Zustände durch Kreise und die Übergänge zwischen den Zuständen durch Pfeile gekennzeichnet. Bei den Übergängen bedeutet eine 1, daß das Vorzeichen positiv ist, während eine 0 auf ein negatives Vorzeichen hinweist. An sich ist das Signal S± 2 bit breit, so daß außer einer positiven und einer negativen Differenz auch eine Differenz Null dargestellt wird. In diesem Fall erfolgt keine Zustandsänderung des Schaltwerks.

In Abhängigkeit vom Vorzeichen wird vom Ausgangszustand 0 einer der Zustände 1 oder 101 erreicht. Tritt beim folgenden Bildelement das gleiche Vorzeichen auf, so wird jeweils ein weiterer Zustand 2 bzw. 102 angenommen. Wechselt jedoch das Vorzeichen, so geht das Schaltwerk wieder in den Ausgangszustand 0 zurück.

Erst wenn 100 Bildelemente mit gleichen Vorzeichen auftreten, werden die Zustände 100 bzw. 200 mit der Folge erreicht, daß das Signal 53 den Wert 1 annimmt, was zu der strichpunktierten Kennlinie (Fig. 5) führt. Folgen weitere gleiche Vorzeichen, bleibt das Schaltwerk in den Zuständen 100 bzw. 200. Erfolgt ein Vorzeichenwechsel, gelangt das Schaltwerk wieder in den Ausgangszustand 0 und das Signal S3 nimmt den Wert 0 an.

Ein Schaltwerk mit dem in Fig. 6 dargestellten Zustandsdiagramm kann jedoch leicht durch starke Rauschanteile im Videosignal gestört werden, das heißt, das Vorzeichen kann trotz eines Blendvorgangs einmalig von einem Bildelement zum anderen wechseln, so daß der Zustand 100 bzw. 200 nicht erreicht wird.

Wesentlich mehr Sicherheit gegenüber Rauschstörungen bietet das Schaltwerk mit einem Zustandsdiagramm gemäß Fig. 7, in welcher außer den Zuständen des Schaltwerks verschiedene Werte von S3 als 3 bit breite Dualzahlen angegeben sind. Dabei wird nach einem Vorzeichenwechsel, der nach mehreren Bildelementen mit gleichem Vorzeichen erfolgt, das Schaltwerk um lediglich vier Schritte zurückgesetzt. Das Erreichen der Zustände 100 bzw. 200 wird dann nicht durch einzelne innerhalb einer Reihe von gleichen Vorzeichen erfolgende Vorzeichenwechsel verhindert. Beim Zustand 96 bzw. 196 erreicht S3 den Maximalwert 111. Gelangt das Schaltwerk danach in den Zustand 100 bzw. 200, erfolgt trotz eines einzelnen Vorzeichenwechsels keine unbeabsichtigte Verringerung von S3. Erst bei mehreren Vorzeichenwechseln nimmt S3 allmählich ab.

Je nach Vorliegen von Voraussetzungen im einzelnen kann das Schaltwerk gemäß Fig. 7 im Rahmen der Erfindung variiert werden. So kann beispielsweise ein Zurücksetzen von mehr oder weniger als vier Schritten bei einem Vorzeichenwechsel vorgesehen werden. Grundsätzlich ist auch eine Ausführung der Erfindung möglich, bei welcher das Signal S3 lediglich 1 Bit breit ist und dementsprechend nur zwischen zwei Kennlinien umgeschaltet wird.

Bei der Darstellung nach Fig. 4 werden die Vorzeichensignale benachbarter Bildelemente hintereinander dem Schaltwerk S zugeführt. Dadurch erfolgt eine Auswertung innerhalb jeweils einer Zeile bzw. eines Zeilenabschnitts. Es ist im Rahmen der Erfindung jedoch auch möglich, über das gesamte Bild verteilte Bildelemente zur Auswertung heranzuziehen. Dabei ist es zweckmäßig, unregelmäßig angeordnete Bildelemente auszuwählen, damit eine Bewegung von periodischen Strukturen nicht als Blendvorgang erkannt wird. Zur Auswertung von Bildelementen, die über das ganze Bild verteilt sind, kann das Schaltwerk mit einem durch Frequenzteilung gewonnenen niederfrequenten Takt gespeist werden.

Claims (7)

1. Anordnung zur Reduktion von Rauschen in einem Videosignal, wobei eine Verzögerungseinrichtung mit einer Verzögerungszeit von einer Bildperiode vorgesehen ist und das zugeführte Videosignal und das Ausgangssignal der Verzögerungseinrichtung über einen Überblender mit einem von einem Bewegungsdetektor steuerbaren Überblendfaktor dem Eingang der Verzögerungseinrichtung zuführbar ist und wobei der Überblendfaktor vom Vorliegen von Bewegung im Bild derart abhängig ist, daß mit zunehmender Bewegung der Überblendfaktor und damit der Anteil des Ausgangssignals der Verzögerungseinrichtung vermindert wird, dadurch gekennzeichnet, daß im Bewegungsdetektor außer der zwischen zugeführtem und verzögertem Videosignal durchgeführten Betragsignalbildung ferner eine Einrichtung zur Ermittlung des Vorzeichens einer Änderung der Amplitude des Videosignals von Bildelementen eines Bildes im Vergleich zu entsprechenden Bildelementen des vorangegangenen Bildes vorgesehen ist, und daß die Verminderung des Überblendfaktors mindestens teilweise unterbleibt, wenn die Änderungen mit einem der Vorzeichen überwiegen.

2. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen numerischen Speicher, dessen Inhalt um eine erste vorgegebene Anzahl in einer Richtung verändert wird, wenn eine Änderung der einem Bildelement zugeordneten Amplitude in der gleichen Richtung wie bei einem vorangegangenen Bildelement erfolgt, dessen Inhalt um eine zweite vorgegebene Anzahl in der anderen Richtung geändert wird, wenn eine Änderung der einem Bildelement zugeordneten Amplitude in entgegengesetzter Richtung wie bei dem vorangegangenen Bildelement erfolgt, und dessen jeweiliger Inhalt zur Beeinflussung der Abhängigkeit des Überblendfaktors von der Bewegung dient.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schaltwerk vorgesehen ist, welchem bildelementweise Vorzeichensignale zuführbar sind und welches einen Ausgangszustand (0) und weitere Zustände (1 bis 100, 101 bis 200) einnehmen kann, daß bei einem zugeführten Vorzeichensignal eines Bildelementes, welches demjenigen des vorangegangenen Bildelementes entspricht, ein Zustandswechsel im Sinne einer Entfernung vom Ausgangszustand erfolgt, daß bei verschiedenem Vorzeichen ein Zustandswechsel im Sinne einer Annäherung an den Ausgangszustand (0) erfolgt und daß ein Ausgangssignal des Schaltwerks in Abhängigkeit von der Entfernung des jeweiligen Zustands vom Ausgangszustand (0) ableitbar ist.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei gleichem Vorzeichensignal das Schaltwerk um einen Schritt vom Ausgangszustand (0) entfernt wird und daß bei verschiedenem Vorzeichensignal das Schaltwerk um mehrere Schritte, vorzugsweise vier Schritte, in Richtung auf den Ausgangszustand (0) umgeschaltet wird.

5. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß daß bei gleichem Vorzeichensignal das Schaltwerk um einen Schritt vom Ausgangszustand (0) entfernt wird und daß bei verschiedenem Vorzeichensignal das Schaltwerk in den Ausgangszustand (0) gebracht wird.

6. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal des Schaltwerks zusammen mit einem Bewegungssignal und mit Stellsignalen Adresseneingängen eines Nur-Lese-Speichers (T′) zuführbar ist, welcher eine Tabelle enthält, die das Überblendsignal als Funktion des Bewegungssignals für verschiedene Werte des Ausgangssignals des Schaltwerks und für verschiedene Werte der Stellsignale umfaßt und an dessen Datenausgängen das Überblendsignal abnehmbar ist.

7. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Überblendfaktor bis zu einem Schwellwert im wesentlichen von der Bewegung unabhängig ist und mit zunehmender Bewegung abnimmt und daß der Schwellwert heraufgesetzt wird, wenn die Änderungen mit einem der Vorzeichen überwiegen.