DE69215049T2

DE69215049T2 - Verfahren zum Unterdrücken von Drop-out-Störungen

Info

Publication number: DE69215049T2
Application number: DE1992615049
Authority: DE
Inventors: Arto Lehtonen
Original assignee: Salora Oy
Current assignee: Nokia Oyj
Priority date: 1991-09-02
Filing date: 1992-08-27
Publication date: 1997-03-06
Anticipated expiration: 2012-08-28
Also published as: EP0531818A1; FI914124A; DE69215049D1; FI90176C; FI90176B; FI914124A0; EP0531818B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Unterdrückung von Drop-out-Störungen in einem Fernsehbild, wobei das Verfahren ein Medianfilter benutzt, wobei die im Filter zu benutzenden Pixel zusätzlich zu den zu prüfenden Pixeln unter jenen Pixeln ausgewählt werden, die entweder eine unterschiedliche vertikale Lage besitzen oder aus einem Bild herrühren, welches unterschiedlich ist von dem Bild, das das zu prüfende Pixel umfaßt.
Einer der wichtigsten Faktoren, der eine Auswirkung auf die Qualität eines Fernsehbildes hat, ist das Signal/Rausch- Verhältnis. Das Bild kann leicht ein Rauschen aufweisen, wenn das Signal/Rausch-Verhältnis niedrig ist. Das am meisten störende Rauschen ist die Drop-out-Störung, die in dem empfangenen Fernsehbild insbesondere bei der Satellitenübertragung auftreten kann, wenn der Signalpegel niedrig ist. Die Drop-out-Störungen erscheinen im typischen Fall als kurze horizontale schwarze oder weiße Linien.
Die Bildqualität gegenwärtiger Fernsehsysteme kann beträchtlich verbessert werden, wenn man digitale Signalverarbeitungstechniken benutzt. Die Drop-out-Störungen können aus dem Videosignal durch Benutzung spezieller digitaler Filter im Empfänger entfernt werden. Es muß eine nicht-lineare Ausfilterung für die Filterung von Drop-out- Störungen benutzt werden, weil die Drop-out-Störungen sich beträchtlich von den ursprünglichen Pixelwerten unterscheiden. Demgemäß würden die Drop-out-Störungen immer noch sichtbar sein, wenn beispielsweise ein lineares Tiefpaßfilter benutzt würde, um das Signal zu zerlegen und zu glätten. Das einfachste nicht-lineare Filter zur Unterdrückung von Drop-out-Störungen ist ein vertikales Drei- Punkt-Medianfilter. Das Medianfilter ist in der digitalen Signalverarbeitung allgemein bekannt. Es erzeugt im Ergebnis den mittleren Wert der Eingangsabtastungen. Der Vorteil des Medianfilters besteht im Vergleich beispielsweise mit einem Linearfilter darin, daß das Medianfilter die Möglichkeit hat, Ränder und Rampen zurückzuhalten, ohne daß das Bild unscharf wird. Das Drei-Punkt-Medianfilter arbeitet auf drei aufeinanderfolgenden Zeilen des Feldes und unterdrückt wirksam die Drop-out-Störung. Das Filter vermindert jedoch etwas die vertikale Auflösung. Man hat versucht, diesem Übelstand dadurch abzuhelfen, daß ein Fünf-Punkt-Medianfilter benutzt wird, welches noch wirksamer die Störungen unterdrückt, aber es hat sich gezeigt, daß das Fünf-Punkt-Medianfilter keine Abhilfe schafft gegenüber der verminderten vertikalen Auflösung. Das beste Ergebnis wurde durch Benutzung eines Sieben-Punkt-Medianfilters erreicht. Ein gemeinsamer Nachteil bei der Benutzung bekannter Medianfilter besteht jedoch darin, daß zusätzlich zu der wirksamen Ausfilterung der Drop-out- Störungen auch dünne horizontale Linien entfernt werden, die zu dem Bildinhalt gehören. Dieser Nachteil ist insbesondere bei stationären Teilen des Bildes störend.
Medianfilter können so benutzt werden, daß sie die Qualität des Bildes nicht verringern, aber derart, daß sie solche horizontale Linien, die nur in einem Bild, nicht aber in den anderen Bildern erscheinen, unterdrücken. Derartige Drop-out-Störungs-Filter basieren in ihrer Arbeitsweise sowohl in der vertikalen als auch in der horizontalen Richtung. Mit anderen Worten ausgedrückt heißt dies, daß zusätzlich zur Auswahl von Pixeln, die entweder in Horizontalrichtung und/oder in Vertikalrichtung benachbart zu dem zu überprüfenden Pixel liegen, als Eingang des Medianfilters auch solche Pixel gewählt werden, die von anderen Bildern herrühren. Die US-A-4 682 230 beschreibt ein derartiges Filtersystem.
Die DE-A-4 001 552 zeigt ein weiteres Beispiel eines Medianfilters zur Kompensation von Drop-out-Störungen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, welches gewährleistet, daß das Drop-out-Pixel nicht den Ausgang des Medianfilters steuert, d. h. derart, daß der Pixelwert sich nicht ändert im Vergleich mit einem anderen Feld, und dann wird das ursprüngliche Pixel erhalten, weil dies dann nicht ein Drop-out-Pixel ist; außerdem wird bewirkt, daß das Bild unverändert bleibt und die Bildqualität nicht vermindert wird, und es wird auch das Bild nicht verzerrt, wenn es eine Bewegung aufweist. Die Eingänge des Medianfilters gemäß der Erfindung werden, wie in Anspruch 1 gekennzeichnet, so gewählt, daß:
1) kein Pixel allein auf mehr als die Hälfte der Eingänge des Medianfilters wirkt. Hierdurch wird gewährleistet, daß das Drop-out-Pixel nicht den Ausgang des Medianfilters steuert.
2) eine Mehrzahl von Eingängen aus der ursprünglichen Zeile des Drop-out-Pixels entnommen wird. Dies gewährleistet, daß das ursprüngliche Pixel aufrechterhalten wird, wenn der Wert des Pixels sich nicht ändert im Vergleich mit einem anderen Feld, weil dies dann nicht ein Drop-out-Pixel ist.
3) eine Mehrzahl von Eingängen aus dem Feld des geprüften Pixels gewählt wird. Dies gewährleistet, daß das Pixel nicht geändert wird und daß die Bildqualität nicht verschlechtert und das Bild nicht verzerrt wird, wenn dieses eine Bewegung enthält.
Außerdem kann das Verfahren gemäß der Erfindung wirksam Drop-out-Störungen dadurch unterdrücken, daß ein Drop-out- Detektor vor der Filterung benutzt wird, und dieser Detektor findet Drop-out-Störungen aus den horizontalen Zeilen heraus. Wenn das Bild eine dünne horizontale Linie enthält, die auch in dem vorherigen Bild erschien, dann ist die Linie nicht eine Folge der Drop-out-Störung, sondern die Linie gehört zu dem Bild und darf nicht entfernt werden. Daher vergleicht der Drop-out-Detektor das jeweilige Bild mit dem vorherigen Bild oder mit dem nächstfolgenden Bild, um festzustellen, ob die Horizontallinie des Bildes bereits früher erschien. Die lokalisierte Drop-out-Störung wird durch Interpolation mit einem Adaptivfilter ersetzt, den der Detektor anschaltet, wenn ein Drop-out-Pixel lokalisiert ist. In anderen Worten ausgedrückt bedeutet dies, daß die identifizierten Drop-out- Störungen so ersetzt werden, daß geeignete Werte für die Drop-out-Pixel durch Prüfung der Pixel aufgefunden werden, die in unmittelbarer Nachbarschaft zu dem Drop-out-Pixel liegen und deren Vertikallage von der Lage des Drop-out- Pixels unterschieden ist. Statt dessen können auch entsprechende Pixel oder Pixel in unmittelbarer Nähe in unterschiedlichen Bildern geprüft werden.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Eingänge des Medianfilters so gewählt werden, daß ein einziges Pixel nicht auf die Mehrzahl der Filtereingänge einwirken muß, daß die Mehrzahl der Filtereingänge Pixel von der ursprünglichen Zeile aufweisen muß und daß die Mehrzahl der Filtereingänge Pixel aus dem überprüften Feld umfassen muß.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1a die Benutzung eines Drei-Punkt-Medianfilters gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren,
Fig. 1b die Lage der Abtastwerte gemäß Fig. 1a in unterschiedlichen Feldern,
Fig. 2a die Benutzung eines Fünf-Punkt-Medianfilters gemäß der Erfindung,
Fig. 2b die Lage von Abtastwerten gemäß Fig. 2a in unterschiedlichen Feldern, und
Fig. 3 das Prinzip der Benutzung eines Drop-out- Detektors gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren.
Fig. 1a zeigt ein Beispiel von drei Abtastwerten a, b und c als Eingänge für einen Drei-Punkt-Medianfilter MF. Aus dieser Figur ist ersichtlich, daß der Abtastwert a um einen Rahmen (Rahmenverzögerung FD) verzögert wird, daß der Abtastwert b um eine Zeile (Zeilenverzögerung LD) verzögert wird, und daß der Abtastwert c das zu prüfende Pixel ist. Aus der Figur ist außerdem ersichtlich, daß kein Abtastwert a, b oder c auf mehr als die Hälfte der Eingänge des Filters MF einwirkt, wie es die oben erwähnte Bedingung 1) fordert. Aus Fig. 1b ist ersichtlich, daß die Mehrzahl der Abtastwerte, d. h. sowohl der Abtastwert a als auch der Abtastwert c aus der zu prüfenden Zeile ausgewählt ist, und zwar aus der Zeile L, wie es die obige Bedingung 2) fordert. Außerdem ist die Mehrzahl der Abtastwerte, oder die Abtastwerte b und c, aus dem zu prüfenden Feld, nämlich dem Feld F, entnommen, wie es die obige Bedingung 3) fordert. Demgemäß werden die Kriterien für das Medianfilter gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren erfüllt.
Fig. 2a zeigt ein Ausführungsbeispiel der Wahl von Eingängen für ein Fünf-Punkt-Medianfilter aus vier Abtastwerten a, b, c und d. Die Eingänge sind so gewählt, daß die Abtastwerte a, c und d auf nur einen Eingang wirken und der Abtastwert b auf zwei Eingänge oder auf weniger als die Hälfte der Eingänge wirkt. Damit ist die Bedingung 1) gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren erfüllt. Fig. 2b zeigt im einzelnen, wie die Pixel als Eingänge gewählt werden und wie sie auf unterschiedlichen Zeilen in unterschiedlichen Feldern angeordnet sind. Drei Abtastwerte, nämlich zweimal b und d, werden der zu überprüfenden Zeile entnommen, nämlich der Zeile L, und der Abtastwert c wird um eine Zeile im Vergleich zu der überprüften Zeile verzögert, so daß er der Zeile L-2 entspricht, und der Abtastwert a entspricht der nächsten Zeile L+2. Demgemäß ist die Mehrzahl der Eingänge, nämlich zweimal b und d, aus den Abtastwerten, die von der ursprünglichen Zeile abgeleitet werden, so gewählt, daß die Bedingung 2) erfüllt ist. Vier Eingänge empfangen die Abtastwerte a, zweimal b und c, die von dem zu prüfenden Feld F entnommen wurden, und demgemäß ist die Bedingung 3) erfüllt. Ein Eingang empfängt den Abtastwert d vom nächsten Bild aus dem Feld F+2.
Fig. 3 zeigt die Benutzung des Drop-out-Detektors DD in Verbindung mit einem Adaptivfilter AF. Die Drop-out- Störungen besitzen ein sich stark änderndes Aussehen, und daher sind sie schwierig zu identifizieren. Sie bilden gewöhnlich dünne Linien, die die Breite eines Pixels besitzen und im ursprünglichen Bild erscheinen und die demgemäß nicht unterdrückt werden sollten. Eine lokalisierte Drop-out-Störung wird durch Interpolation in einem Adaptivfilter ersetzt, wobei der Detektor eine Anschaltung bewirkt, wenn das Drop-out-Pixel lokalisiert ist. In anderen Worten ausgedrückt heißt dies, daß die lokalisierten Drop-out-Pixel so ersetzt werden, daß geeignete Werte für die Drop-out-Pixel durch Prüfpixel in unmittelbarer Nachbarschaft des Drop-out-Pixels gefunden werden, und diese Pixel haben eine Vertikallage, die sich von der Vertikallage der Drop-out-Pixel unterscheidet, oder es werden entsprechende oder benachbarte Pixel in anderen Bildern überprüft. Demgemäß sucht der Detektor die Drop- out-Pixel und schaltet das Adaptivfilter AF ab, welches ein lineares oder ein nicht-lineares Filter sein kann und welches die Drop-out-Pixel durch Interpolation ersetzt.
Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß eine bessere Bildqualität im Vergleich mit der Unterdrückung des Rauschens der Drop-out-Art unter Benutzung eines Medianfilters erzielt wird, bei dem die Eingänge nur aus ein und demselben Bild ausgewählt werden. Weil die Eingänge für das nicht-lineare Filter, beispielsweise das Medianfilter, von mehr als einem Bild ausgewählt werden, werden keine Horizontallinien, die tatsächlich zum Bild gehören, als Drop-out-Störung unterdrückt. Demgemäß unterdrückt das erfindungsgemäße Verfahren Drop-out-Störungen, ohne die Bildqualität zu beeinträchtigen. Unter Zuhilfenahme des Drop-out-Detektors werden alle Drop-out-Störungen gefunden, ohne diese mit dünnen horizontalen Linien zu verwechseln, die zum Bildinhalt gehören. Demgemäß wird durch die Unterdrückung von Drop-out-Störungen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren unter Zuhilfenahme eines Filters oder unter Zuhilfenahme eines Filters und eines Drop-out-Detektors vor diesem Filter ein Bild erhalten, welches eine gute Qualität ohne Drop-out-Störungen besitzt.

Claims

1. Verfahren zur Unterdrückung von Drop-out-Störungen in einem Fernsehbild, bei dem zusätzlich zu einem zu überprüfenden Pixel (c) weitere Pixel als Eingang einem Medianfilter (MF) zugeführt werden, wobei die weiteren Pixel entweder eine unterschiedliche vertikale Lage haben oder von einem unterschiedlichen Bild in bezug auf das zu prüfende Pixel herrühren, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingänge des Medianfilters (MF) derart gewählt sind, daß:

- ein einziges Pixel nicht auf die Mehrzahl der Filtereingänge einwirkt,

- die Mehrzahl der Filtereingänge Pixel (a, b) aus der gleichen Zeile umfaßt, in der das zu überprüfende Pixel (c) liegt, und

- die Mehrzahl der Filtereingänge Pixel (a, b) aus dem gleichen Bild umfaßt wie das zu prüfende Pixel.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Pixel, das an der gleichen Stelle wie das zu prüfende Pixel liegt, aber in einem anderen Bild befindlich ist, als Pixel gewählt werden kann, welches bei der Ausfilterung benutzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drop-out-Störung im Bild lokalisiert wird, bevor eine Filterung unter Zuhilfenahme eines Detektors erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor Informationen aus mehr als einem Bild benutzt, um die Drop-out-Störung zu identifizieren.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor die Filter anschaltet, wenn er in Drop-out-Pixel lokalisiert.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die lokalisierten Drop-out- Pixel so ersetzt werden, daß geeignete Werte für die Drop-out-Pixel dadurch aufgefunden werden, daß die Pixel in unmittelbarer Nachbarschaft des Drop-out-Pixels überprüft werden, und diese Pixel besitzen eine Vertikallage, die unterschiedlich ist von der Vertikallage des Drop-out- Pixels.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die lokalisierten Drop-out- Pixel so ersetzt werden, daß geeignete Werte für die Drop-out-Pixel dadurch aufgefunden werden, daß entsprechende oder benachbarte Pixel in anderen Bildern überprüft werden.