DE4137404A1 - Verfahren zur reduktion von rauschen - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren nach der Gattung des Hauptanspruchs und betrifft ferner eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens.

Zur Reduktion von Rauschen in Videosignalen sind Schaltungen bekannt, welche auf dem Prinzip der zeitlich rekursiven Filterung beruhen. Durch die Rückführung eines um ein Bild verzögertes Ausgangssignals auf den Eingang eines Rekursivfilters wird der Rauschanteil über mehrere Bildperioden gemittelt und damit verringert. Der Grad der Rauschreduktion hängt dabei von der Größe des zurückgeführten Bildsignals im Verhältnis zum Eingangssignal ab.

Um bei bewegten Bildern ein Nachziehen durch das Rekursivfilter zu vermeiden, ist bei einem durch DE 31 21 597 A1 bekanntgewordenen System zur Verminderung des Rauschens in einem Fernsehsignal ein Bewegungsdetektor vorgesehen, der die Größe des zurückgeführten Videosignals in Abhängigkeit von im Bild vorliegender Bewegung steuert. Bei dem bekannten System wird ein Bewegungssignal durch Differenzbildung zwischen dem unverzögerten und dem verzögerten Videosignal gewonnen. In diesem Bewegungssignal ist jedoch zunächst wie beim Eingangssignal Rauschen vorhanden. Da letzteres nicht zur Steuerung des rekursiven Filters herangezogen werden soll, wird es mit Hilfe einer Schwellwertschaltung und eines Tiefpasses unterdrückt. Wird der Schwellwert dieser Schwellwertschaltung jedoch nicht richtig eingestellt, so ergibt sich eine Fehlfunktion des rekursiven Filters. Bei dem bekannten System ist zwar eine Nachregelung des Schwellwertes durch Messen und Gleichrichten des Rauschens vorgesehen, dabei werden jedoch auch Bewegungen erfaßt, was zu Fehlern führt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, das durch Differenzbildung zwischen dem unverzögerten und dem verzögerten Videosignal erzeugte Bewegungssignal derart von Rauschen zu befreien, daß möglichst nur das Rauschen, nicht jedoch tatsächliche Bewegung darstellende Signalanteile unterdrückt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs steuert den zur Unterdrückung des Rauschens angewandten Schwellwert in Abhängigkeit vom Störabstand des Eingangssignals automatisch auf den optimalen Wert. Obwohl das erfindungsgemäße Verfahren in erster Linie für ein Bewegungssignal eines Rauschreduzierers gedacht ist, kann es auch auf andere Bewegungssignale angewendet werden, beispielsweise auf solche, die zu einer prädiktiven Codierung von Videosignalen für Normwandler benötigt werden.

Eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zeichnet sich durch einen geringen technischen Aufwand aus.

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

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung anhand mehrerer Figuren dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 2 ein Blockschaltbild eines bekannten Systems zur Verminderung des Rauschens in einem Fernsehsignal,

Fig. 3 Zeitdiagramme einiger bei der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 auftretender Signale und

Fig. 4 weitere Zeitdiagramme zur Erläuterung des Blockschaltbildes nach Fig. 1.

Gleiche Teile sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Vor einer Erläuterung der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 wird zunächst auf den bekannten Rauschreduzierer gemäß Fig. 2 Bezug genommen. Bei 1 wird das Videosignal, dessen Rauschanteil reduziert werden soll, zugeführt. Über eine Addierschaltung 4 gelangt es zu einer Verzögerungseinrichtung 5, welche das Videosignal 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 verzögerte Videosignal wird zu einer Subtrahierschaltung 2 geführt, mit deren Hilfe von dem verzögerten Videosignal das unverzögerte subtrahiert wird. Der Ausgang der Subtrahierschaltung 2 ist über eine Multiplizierschaltung 3 mit einem weiteren Eingang der Addierschaltung 4 verbunden. Die aus den Schaltungen 2, 3, 4, 5 bestehende Anordnung stellt ein rekursives Filter dar, welches die Signalamplituden von Vollbild zu Vollbild mittelt und schwankende Amplituden, insbesondere das Rauschen, reduziert.

Durch einen der Multiplizierschaltung 3 zugeführten Faktor k wird der Grad dieser Mittelung bestimmt. Je mehr sich k dem Wert 1 nähert, desto stärker ist die Wirkung des Filters, umso größer ist also die Zeit, über die die Mittelung (Integration) erfolgt. An den Schaltungspunkten 6 oder 7 kann das Fernsehsignal mit reduziertem Rauschen abgenommen werden. Bei ruhenden Bildern ist eine praktisch unbegrenzte Rauschreduktion möglich, wenn eine beliebig lange Integration stattfindet.

Bei bewegten Bildern führt die Integration jedoch zu Unschärfen an Kanten. Die Integration ist deshalb zu vermindern, wenn im Bild Bewegungen auftreten. Hierzu ist ein Bewegungsdetektor 8 vorgesehen, der im wesentlichen aus einer Differenzbildungseinrichtung 9 besteht, mit der die Differenz zwischen dem unverzögerten und dem verzögerten Videosignal gebildet wird. Da der Einfluß auf die Rauschverminderung vom Vorzeichen der Änderung des Bildinhalts unabhängig sein soll, wird von der Differenz in der Einrichtung 9 der Betrag gebildet. In Abhängigkeit vom gebildeten Bewegungssignal wird in der Schaltung 10 ein Korrekturfaktor k für den Grad der Rauschreduzierung erzeugt.

Da außer Bewegungen auch Rauschen zu einem Ausgangssignal 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. Diese werden von einer Steuerspannung gesteuert, welche den Eingängen 13 bzw. 14 zugeführt wird. Die Steuerung des Schwellwertes erfolgt mit Hilfe einer Subtrahierschaltung 15 sowie einer anschließenden Gleichrichter- und Integrationsschaltung 16. Einzelheiten hierzu sind in DE 31 21 611 A1 erläutert. Da sich jedoch in dem von der Subtrahierschaltung 15 gebildeten Signal auch durch die Bewegung verursachte Anteile befinden, führt diese Steuerung des Schwellwertes der Schwellwertschaltung 11 nicht immer zu einer einwandfreien Rauschbefreiung des Bewegungssignals.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Schaltungsanordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Signal A, das von der Differenzbildungseinrichtung 9 erzeugt wird, über einen Tiefpaß 21 einer Subtrahierschaltung 22 zugeführt. An die Subtrahierschaltung 22 schließt sich eine Schwellwertschaltung 26 an, die nur positive Signalanteile weiterleitet. Deren Ausgangssignal stellt das Bewegungssignal D dar, das der Schaltung 10 (Fig. 2) zur Erzeugung des k-Faktors zugeführt wird. In einer Schaltung 23 wird das Minimum des Ausgangssignals C der Subtrahierschaltung 22 ermittelt. Dazu wird der jeweilige Wert des Signals C in einen Speicher eingeschrieben, wenn er niedriger ist als ein vorangegangener Wert. Der Schaltung 23 werden ein Taktsignal CLK sowie horizontalfrequente Impulse H1 und H2 zugeführt.

Das ermittelte Minimum M wird anschließend in einem Diskriminator 24 daraufhin überprüft, ob es negativ oder positiv ist. Ist M positiv, wird ein Aufwärts/Abwärts-Zähler 25 inkrementiert, während eine Dekrementierung bei negativem M erfolgt. Der Diskriminator 24 erhält ebenfalls einen zeilenfrequenten Impuls H1.

Der Ausgang des Aufwärts/Abwärts-Zählers 25 ist mit einem Eingang der Subtrahierschaltung 22 verbunden, so daß der Zählerstand vom Signal C subtrahiert wird.

Fig. 3 zeigt den Signalverlauf bei der in Fig. 1 dargestellten Schaltung. Das Signal A stellt das mit Hilfe der Differenzbildungseinrichtung 9 (Fig. 1) erzeugte Signal A dar. Nach dem Tiefpaß 21 ist im Signal B das Rauschen zwar weitgehend unterdrückt, es hat sich jedoch ein unerwünschter Gleichanteil G gebildet. Dieser soll durch eine entsprechende Einstellung des Schwellwertes S0 unterdrückt werden, so daß das Signal C den beispielhaft dargestellten Verlauf einnimmt. Im eingeschwungenenen Zustand der Regelschaltung entspricht das Signal D dem Signal C.

Die Wirkungsweise der Schaltungsanordnung nach Fig. 1, die eine digitale Regleranordnung darstellt, wird im folgenden anhand der Zeitdiagramme gemäß Fig. 4 erläutert. Das Bewegungssignal B enthält den unerwünschten Gleichanteil, dessen Digitalwert beispielsweise 2 beträgt. Der Schwellwert ist zunächst auf S0=0 eingestellt, was bedeutet, daß die Signale C und B identisch sind. Um die Größe des Gleichanteils zu berechnen, wird über die Dauer einer aktiven Zeile, die durch die Impulse H2 dargestellt ist, das Minimum von C ermittelt. Dazu wird zu Beginn jeder Zeile der Wert M mit dem Impuls H1 auf einen Anfangswert gesetzt, der mit Sicherheit größer als das zu erwartende Minimum ist. Bei dem in Fig. 4 dargestellten Beispiel ist M=7. Dieser Anfangswert ist bestimmt durch den schlechtesten Störabstand des zu verarbeitenden Eingangssignals bzw. durch den maximal zu erwartenden Gleichanteil des Bewegungssignals B. Tritt im Laufe einer Zeile ein kleinerer Wert als der Anfangswert auf, so wird er als neuer Minimalwert M übernommen. Gegen Ende der Zeile sei angenommen, daß der Wert M auf die Größe des Gleichanteils gefallen ist. Im Beispiel ist der Wert am Ende der ersten dargestellten Zeile M=2, also größer als 0. Dieses hat zur Folge, daß der Schwellwert S0 um eins erhöht wird. Dieses erfolgt durch Inkrementieren des Aufwärts/Abwärts-Zählers 25 mit dem folgenden H1-Impuls. Wäre der am Ende der Zeile vorliegende Wert von M kleiner als 0, so würde der Zählerstand dekrementiert werden.

Mit dem folgenden H1-Impuls wird die Ermittlung des Minimums erneut gestartet, die bei dem in Fig. 4 dargestellten Beispiel Wert M=1 endet, da der Schwellwert S0 auf eins erhöht wurde. Demzufolge wird der Aufwärts/Abwärts-Zähler 25 nochmals inkrementiert, so daß der Schwellwert S0=2 wird. Dieser Wert hat die Größe des Gleichanteils des Signals B erreicht, so daß das Minimum des Signals C bei 0 liegt. Der Aufwärts/Abwärts-Zähler 25 erhält keine weiteren Impulse mehr, denn der stationäre Zustand des Regelkreises ist erreicht, und der Schwellwert S0 ist auf den optimalen Wert eingestellt.

Claims (4)

1. Verfahren zur Reduktion des Rauschens in einem Signal eines Bewegungsdetektors für Videosignale, wobei ein unterhalb eines Schwellwertes liegender Teil des Amplitudenbereichs des Signals unterdrückt wird, dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe eines Regelkreises, beginnend mit einem Minimalwert des Schwellwertes, das Minimum des Signals ermittelt wird, daß der Schwellwert erhöht wird, wenn das Minimum des Signals größer als ein vorgegebener Wert, vorzugsweise 0, ist, und daß der Schwellwert vermindert wird, wenn das Minimum des Signals über dem vorgegebenen Wert liegt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Minimalwert des Schwellwertes 0 ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ermitteln des Minimums des Signals und das Erhöhen bzw. Erniedrigen des Schwellwertes zeilenweise erfolgt.

4. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal über eine Subtrahierschaltung (22) einer Schwellwertschaltung (26) zuführbar ist, bei deren Ausgangssignal ein unterhalb eines Schwellwertes liegender Amplitudenbereich unterdrückt ist, daß das Ausgangssignal einer Schaltung (23) zur Bildung des Minimums zuführbar ist, daß ein an den Ausgang der Schaltung (23) zur Bildung des Minimums angeschlossener Diskriminator (24) zwei Ausgänge aufweist, von denen jeweils einer in Abhängigkeit davon, ob das Minimum oberhalb oder unterhalb des vorgegebenen Wertes liegt, ein Signal führt, und daß die Ausgänge des Diskriminators (24) mit Eingängen eines Aufwärts/Abwärts-Zählers (25) verbunden sind, dessen Zählerstand der Subtrahierschaltung (22) zuführbar ist.