DE4221236C2

DE4221236C2 - Verfahren zur Rauschreduktion für Videosignale

Info

Publication number: DE4221236C2
Application number: DE4221236A
Authority: DE
Inventors: Michael Drexler; Herbert Schuetze
Original assignee: Deutsche Thomson Brandt GmbH
Current assignee: Deutsche Thomson Brandt GmbH
Priority date: 1992-06-27
Filing date: 1992-06-27
Publication date: 2002-01-03
Anticipated expiration: 2012-06-28
Also published as: DE4221236A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Rauschreduktion für Videosignale.

Stand der Technik

Zur Rauschreduktion für Videosignale verwenden herkömmliche Verfahren Filterungen in zeitlicher Richtung. Bei dynami schem Bildinhalt kann diese Art der Filterung jedoch nur in begrenztem Umfang eingesetzt werden. Weil dynamischer Bildinhalt ein sich in zeitlicher Richtung erstreckendes Spektrum zur Folge hat, wird dieses Spektrum durch die temporale Filterung beeinflußt. Darum werden die Filterkoeffizienten bewegungsabhängig geändert, woraus aber auch eine verminderte Rauschreduktion für bewegten Bildinhalt resultiert.

Aus der DE 32 43 444 A1 ist ein Verfahren zur Kennzeichnung von isotropen Zonen in einem Videobild bekannt, sowie ein Bewegungsdetektor und Rauschdetektor für Bildsequenzen. Diejenigen Bildpunkte, deren Bewegung auf Rauschen beruht, werden dadurch erkannt, daß sie zu Zonen sehr geringer Größe gehören.

Aus der GB 2 030 027 A ist ein Rauschunterdrückungssystem für Fernsehsignale bekannt, bei dem die Rauschreduktionskoeffizienten bestimmt werden basierend auf einem Bildpunktblock und einem in Bewegungsrichtung verschobenen Vergleichsblock eines vorhergehenden Bildes. Dazu ist ein Bewegungsdetektor vorgesehen.

Aus der DE 37 27 530 A1 ist ein Verfahren zur Bestimmung von Bewegungsvektoren bei der blockweisen Codierung von Videobildern bekannt. Bei dem Verfahren wird die Ähnlichkeit zwischen einem Eingangsblock und einem gleichgroßen Bildausschnitt eines vorhergehenden Bildes nach einer bestimmten Rechenvorschrift ermittelt und derjenige Bewegungsvektor dem Eingangsblock zugeordnet, der die Verschiebung zu dem Bildauschnitt angibt, der die größte Ähnlichkeit mit dem Eingangsblock hat.

Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Rauschreduktion bei dynamischem Bildinhalt anzugeben. Diese Aufgabe wird durch das in Anspruch 1 angegebene Verfahren gelöst.

Vor der Rauschreduktion wird für dynamischen Bildinhalt eine weitgehende Bewegungskompensation vor Anwendung einer tempo ralen Filterung durchgeführt. Verbleibende Bewegungen, die nicht kompensiert wurden, z. B. bei einem Bildschnitt, können mittels eines weniger komplexen Bewegungsdetektors detek tiert werden. Nur in diesen Bildbereichen ist dann der Grad der Rauschreduktion verringert.

Im Prinzip dient das erfindungsgemäße Verfahren zur Rauschreduktion für Videosignale (I), wobei die Differenzsignale (S) zwischen einem aktuellen Bild (N) und einem vorhergehenden, gespeicherten (FSTO) Bild (N-1) bewegungsadaptiv (MDET) temporal gefiltert (M) werden und die gefilterten Differenzsignale jeweils dem gespeicherten Bildsignal (N-1) hinzugefügt (A) werden, und wobei die so gebildeten rauschreduzierten Ausgangssignale (O) wieder für die entsprechende Bildsignalverarbeitung (S, A) für das nächste Bild gespeichert (FSTO) werden und die gespeicherten (FSTO) Bildsignale (N-1) vor der Differenzbildung (S) und Hinzufügung (A) mit Hilfe des aktuellen Bilds (N) bewegungskompensiert (MCO) werden, wobei die Filterung (M) durch mitübertragene oder aufgezeichnete Bewegungsinformation gesteuert wird.

Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfah rens ergeben sich aus den zugehörigen abhängigen Ansprüchen.

Zeichnungen

Anhand der Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Er findung beschrieben. Die Zeichnungen zeigen in:

Fig. 1 bekannte Schaltung zur Rauschreduktion;

Fig. 2 erfindungsgemäße Schaltung zur Rauschreduktion;

Fig. 3 Prinzip der Bewegungskompensation.

Ausführungsbeispiele

In Fig. 1 wird in einem Subtrahierer S jeweils die Differenz zwischen einem ankommenden Bildpunkt I eines Bildes N und dem räumlich entsprechenden Bildpunkt des vorherigen Bildes N-1, das in einem Bildspeicher FSTO gespeichert ist, ge bildet. Man erhält so ein Differenzbild, das in Bereichen mit statischem Bildinhalt das Bildrauschen repräsentiert. Dieses Differenzbild wird nun gefiltert, wobei die Filterko effizienten durch das Ausgangssignal eines Bewegungsdetek tors MDET gesteuert werden. Dieser Vorgang ist durch den Multiplizierer M angedeutet. Der Bewegungsdetektor MDET er mittelt aus dem Differenzbild am Ausgang des Subtrahierers die Bewegungsinformation. Dem um das Rauschen in statischen Bildbereichen befreiten Differenzbild wird in einem nachfol genden Addierer A das zu Beginn subtrahierte Ausgangssignal des Bildspeichers FSTO wieder hinzugefügt. Der Ausgang die ses Addierers ist mit dem Eingang des Bildspeichers verbun den und liefert die Bildpunkte O des rauschreduzierten Videosignals.

In Fig. 2 entsprechen der Subtrahierer S, der Bildspeicher FSTO, der Multiplizierer M und der Addierer A den jeweiligen Schaltungen in Fig. 1. Zusätzlich ist ein Bewegungskompensa tor MCO enthalten, der mit Hilfe der Bildpunkte I des Bildes N das Ausgangssignal (Bild N-1) des Bildspeichers FSTO bewe gungskompensiert, bevor es zum Subtrahierer S und zum Addie rer A weitergeleitet wird.

Im Bewegungskompensator wird entsprechend Fig. 3 ein Bewe gungsvektor MV für jeden Bildpunkt-Block BL' ermittelt. Im Subtrahierer S wird somit die Differenz zwischen den aktuel len Bildpunkten I und den entsprechend dem Bewegungsvektor MV verschobenen Bildpunkten aus dem vorigen Bild N-1 berech net. Falls auf diese Weise die Bewegung kompensiert werden konnte, ist das Differenzbild frei von Bewegung und das Bild rauschen kann wie für statischen Bildinhalt reduziert werden.

Der Bewegungsdetektor MDET ist jetzt nur noch für den Fall da, daß die Bewegung nicht oder nicht vollständig kompen siert werden konnte. Das ist z. B. bei Szenenwechseln der Fall, wenn das aktuelle Bild N nicht mit dem vorherigen Bild N-1 korreliert ist. Vorteilhaft kann der Bewegungsdetektor nun weniger komplex aufgebaut sein. Entsprechende integrier te Bausteine (z. B. STI3220 von SGS-Thomson) liefern nämlich eine Fehlerinformation F, die Auskunft darüber gibt, wie gut der Block bewegungskompensiert ist. Der Bewegungsdetektor braucht jetzt nur noch durch eine einfache Schwellwertent scheidung (F < Schwellwert) gebildet zu werden.

Statt durch den Bewegungsdetektor MDET können die Filterkoef fizienten auch von externen Signalen, z. B. einer DATV-Infor mation (digitally assisted television) im HDMAC-Standard oder von mitübertragener Bewegungsinformation bei digital datenreduziert codierten Bildsignalen, gesteuert werden. Ebenso kann der Bewegungskompensator MCO derartig übertrage ne bzw. aufgezeichnete Bewegungsvektoren verwenden.

Fig. 3 beschreibt das Prinzip der Bildung der Bewegungsvekto ren MV. Um die zu den aktuellen Bildpunkten aus dem Bild N äquivalenten Bildpunkte aus dem vorigen Bild N-1 wird ein Suchbereich SA gebildet. In diesem Suchbereich wird nun ermittelt, wo die aktuellen Bildpunkte im vorigen Bild waren. Die Bewegungsvektoren MV können jeweils für einen Block BL' aus Bild N-1 ermittelt werden, der entsprechend der Lage des korrespondierenden Blocks BL aus Bild N in die Lage des bewe gungskompensierten Block BLC in Bild N-1 verschoben wird.

Inzwischen sind integrierte Schaltkreise, z. B. STI3220 von SGS-Thomson, verfügbar, die die Berechnung der Bewegungsvek toren durchführen können. Der Schaltkreis STI3220 arbeitet blockorientiert nach dem MAE-Kriterium (mean absolute error). Hierbei wird das Bild in Blöcke von z. B. 8 × 8 Bild punkten aufgeteilt. Ein Schaltkreis kann jetzt in einem Such bereich -8 . . . +7 Bildpunkte horizontal und vertikal einen Be wegungsvektor ermitteln, indem für jede einzelne mögliche Verschiebung die Betragsdifferenzen zwischen den aktuellen Bildpunkten des Bildes N und den entsprechenden Bildpunkten des Bildes N-1 aufakkumuliert werden. Der ermittelte Bewe gungsvektor beschreibt die Stelle, wo die Summe der Betrags differenzen ein Minimum ergibt.

Die Bewegungskompensation kann noch weiter optimiert werden. Es können mehrere dieser Schaltkreise kaskadiert werden, um den Suchbereich horizontal und/oder vertikal zu vergrößern. Damit können auch Bewegungen von mehr als 3 Bildpunkten zwi schen zwei aufeinanderfolgenden Bildern erfaßt werden. Durch Interpolation von zusätzlichen Bildpunkten kann auch die Be wegungsauflösung auf Sub-Pixel-Genauigkeit erhöht werden. Weiterhin kann auch eine mehrdimensionale Bewegungsschätzung erfolgen, bei der mehr als zwei Bilder zur Kompensation her angezogen werden.

Claims

1. Verfahren zur Rauschreduktion für Videosignale (I), bei denen die Differenzsignale (S) zwischen einem aktuellen Bild (N) und einem vorhergehenden, gespeicherten (FSTO) Bild (N-1) bewegungsadaptiv (MDET) temporal gefiltert (M) werden und die gefilterten Differenzsignale jeweils dem gespeicherten Bildsignal (N-1) hinzugefügt (A) werden, wobei die so gebildeten rauschreduzierten Ausgangssignale (O) wieder für die entsprechende Bildsignalverarbeitung (S, A) für das nächste Bild gespeichert (FSTO) werden, wobei die gespeicherten (FSTO) Bildsignale (N-1) vor der Differenzbildung (S) und Hinzufügung (A) mit Hilfe des aktuellen Bildes (N) bewegungskompensiert (MCO) werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung der Filterung (M) durch mitübertragene oder aufgezeichnete Bewegungsinformation geschieht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungskompensation (MCO) jeweils für einen Block (BL') von Bildpunkten durchgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungskompensation (MCO) mittels mitübertragener oder aufgezeichneter Bewegungsvektoren durchgeführt wird.