FI90176C

FI90176C - Metod foer att filtrera drop-out -brus

Info

Publication number: FI90176C
Application number: FI914124A
Authority: FI
Inventors: Arto Lehtonen
Original assignee: Salora Oy
Priority date: 1991-09-02
Filing date: 1991-09-02
Publication date: 1993-12-27
Also published as: DE69215049T2; EP0531818B1; FI90176B; FI914124A; EP0531818A1; FI914124A0; DE69215049D1

Description

Menetelmä drop-out -kohinan suodattamiseksi - Metod för att filtrera drop-out -brus 1 90176 5 Esillä oleva keksintö koskee menetelmää drop-out -kohinan suodattamiseksi televisiokuvasta, jossa menetelmässä käytetään suodatukseen mediaani-suodatinta ja että suodatukseen käytettäviksi pikseleiksi valitaan tarkasteltavan pikselin lisäksi pikseleitä, joilla on eri vertikaalipositio kuin 10 edellisellä ja voivat olla eri kuvassa kuin tarkasteltava pikseli.

Katselijan kannalta tärkeimpiin televisiokuvan laatuun vaikuttaviin tekijöihin kuuluu signaali-kohina -suhde. Jos sig-15 naali-kohina -suhde on alhainen, kuvaan tulee helposti kohi naa. Häiritsevintä kohinaa on drop-out -kohina, jota voi esiintyä vastaanotetussa televisiokuvassa, etenkin satelliittilähetyksessä, kun signaalitaso on matala. Dropoutit esiintyvät kuvaruudussa tyypillisesti lyhyinä vaakasuorina 20 mustina tai valkoisina viivoina.

Tämänhetkisten televisiojärjestelmien kuvan laatua voidaan parantaa merkittävästi käyttämällä digitaalisia signaalinkä-sittelytekniikoita. Drop-outit voidaan poistaa videosignaa-25 lista käyttämällä erityisiä digitaalisia suodattimia vas-taanottimessa. Drop-outin suodatukseen täytyy käyttää epälineaarista suodatusta, koska drop-outit eroavat merkittävästi alkuperäisistä pikseliarvoista. Näin ollen drop-outit olisivat yhä näkyviä, jos esimerkiksi lineaarista alipääs-30 tösuodatinta käytettäisiin signaalin hajottamiseen ja tasoitukseen. Yksinkertaisin epälineaarinen suodatin drop-outien poistamiseksi on vertikaalinen kolmipistemediaani-suodatin. Mediaanisuodatin on tunnettu suodatin digitaalisessa signaalinkäsittelyssä. Se antaa tuloksena tulonäyttei-35 den mediaanin. Mediaanisuodattimen etuna esimerkiksi lineaariseen suodattimeen verrattuna on sen kyky säilyttää reunat ja rampit kuvaa sotkematta. Kolmipistemediaanisuodatin toimii kentän kolmella peräkkäisellä juovalla ja poistaa drop- 2 90176 out -kohinaa tehokkaasti. Suodatin heikentää hieman vertikaalista resoluutiota. Asiaa on koetettu parantaa käyttämällä viisipistemediaanisuodatinta, joka vaimentaa kohinaa tehokkaammin, mutta on huomattu ettei viisipistemediaani-5 suodatin tuo parannusta vertikaalisen resoluution heikkenemiseen. Paras tulos on saavutettu käyttämällä seitsemän pisteen mediaanisuodatinta. Yhteinen haitta mediaanisuodattimi-en tunnetussa käytössä on kuitenkin se, että sen lisäksi että ne suodattavat drop-outit tehokkaasti, ne poistavat 10 myös kuvaan kuuluvia ohuita vaakasuoria viivoja. Tämä haitta on erityisen häiritsevä kuvan liikkumattomissa osissa.

Mediaanisuodattimia voidaan käyttää siten, etteivät ne huononna kuvan laatua, mutta poistavat sellaiset vaakasuorat 15 viivat, jotka esiintyvät ainoastaan yhdessä kuvassa, mutteivät muissa. Tällaiset drop-out -kohinan poistosuodattimet perustuvat toimintaan sekä vertikaalisessa että ajallisessa suunnassa. Toisin sanoen, paitsi että mediaanisuodattimen tuloiksi valitaan pikseleitä, jotka sijaitsevat tarkastel-20 tavan pikselin läheisyydessä sen ympäristössä vertikaalisesti ja/tai horisontaalisesti, valitaan pikseleitä lisäksi eri kuvista. Tämän tyyppinen suodatinjärjestelmä on esitetty patentissa US-4 682 230.

25 Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on esittää menetelmä, jolla varmistetaan, ettei drop-out -pikseli hallitse mediaanisuodattimen lähtöä, että jos pikselin arvo ei muutu eri kenttään verrattuna, alkuperäinen pikseli säilytetään, koska tällöin ei ole kyse drop-out -pikselistä, ja että kuva säi-30 lyy muuttumattomana eikä kuvan laatu heikkene tai kuva vääristy, jos siinä on tapahtunut liikettä. Keksinnön mukaisessa menetelmässä mediaanisuodattimen tulot valitaan siten, että 1) mikään pikseli ei yksin vaikuta yli puoleen mediaani- 35 suodattimen tuloista. Tämä varmistaa ettei drop-out -pikseli hallitse mediaanisuodattimen lähtöä.

2) enemmistö tuloista otetaan drop-out -pikselin alkuperäiseltä juovalta. Tämä varmistaa sen, että jos pikselin arvo

II

3 90176 ei muutu eri kenttään verrattuna, alkuperäinen pikseli säilytetään, koska tällöin ei ole kyse drop-out -pikselistä.

3) enemmistö tuloista valitaan siitä kentästä, jossa tarkasteltava pikseli sijaitsee. Tämä varmistaa sen, että kuva 5 säilyy muuttumattomana eikä kuvan laatu heikkene tai kuva vääristy, jos siinä on tapahtunut liikettä.

Lisäksi keksinnön mukaisessa menetelmässä voidaan poistaa drop-outeja tehokkaasti käyttämällä ennen suodatinta drop-10 outin ilmaisinta, joka erottaa drop-outit kuvaan kuuluvista vaakasuorista viivoista. Jos kuvassa esiintyy ohut vaakasuora viiva, joka esiintyi myös edellisessä kuvassa, ei viiva ole drop-out -kohinaa vaan kuvaan kuuluva viiva, jota ei saa poistaa. Tämän takia drop-out -ilmaisin vertailee käsi-15 teltävää kuvaa edelliseen tai seuraavaan kuvaan varmuuden saamiseksi siitä, onko kuvassa esiintyvä vaakasuora viiva esiintynyt aikaisemmin. Paikallistettu drop-out korvataan interpoloivasti adaptiivisella suodattimena, jota ilmaisin ohjaa päälle, kun drop-out -pikseli on paikallistettu. Toi-20 sin sanoen tunnistetut drop-outit korvataan siten, että drop-out -pikseleille haetaan sopiva arvo tarkastelemalla drop-out -pikselin välittömässä läheisyydessä sijaitsevia pikseleitä, joilla on eri vertikaalipositio kuin drop-outil-la tai tarkastelemalla eri kuvissa olevia vastaavia tai vä-25 littömässä läheisyydessä sijaitsevia pikseleitä.

Keksinnölle on tunnusomaista se, että mediaanisuodattimen tulot valitaan siten, että sama pikseli ei saa vaikuttaa enemmistöön suodattimen tuloista, enemmistön suodattimen 30 tuloista täytyy muodostua alkuperäisellä juovalla sijaitsevista pikseleistä ja enemmistön suodattimen tuloista täytyy muodostua tarkasteltavassa kentässä olevista pikseleistä.

Seuraavassa keksinnön mukaista menetelmää havainnollistetaan 35 viittaamalla oheisiin kuvioihin, joissa kuvio la esittää kolmipistemediaanisuodattimen käyttöä menetelmän mukaisesti, 4 90176 kuvio Ib havainnollistaa kuvion la mukaista näytteiden sijoittumista eri kentissä, kuvio 2a viiden pisteen mediaanisuodattimen käyttöä menetelmän mukaisesti, 5 kuvio 2b havainnollistaa kuvion 2a mukaista näytteiden sijoittumista eri kentissä ja kuvio 3 esittää periaatetta drop-out -ilmaisimen käytöstä menetelmän mukaisesti.

10 Kuviossa la on esitetty esimerkki kolmen näytteen a, b ja c valitsemisesta kolmen pisteen mediaanisuodattimen MF tuloiksi. Kuviosta nähdään että a-näytettä viivästetään yhden kehyksen verran (Frame Delay, FD), b-näytettä viivästetään yhden juovan verran (Line Delay, LD) ja c-näyte on tutkitta-15 va pikseli. Kuviosta nähdään myös, ettei mikään näytteistä a, b ja c vaikuta yli puoleen suodattimen MF tuloista, kuten edellä esitetty ehto 1) edellyttää. Kuvasta Ib näkyy, että enemmistö näytteistä eli sekä näyte a että c valitaan tarkasteltavalta juovalta, juovalta L, kuten edellä esitetty 20 ehto 2) edellyttää. Myös enemmistö näytteistä eli näytteet b ja c valitaan tarkasteltavasta kentästä, kentästä F, kuten edellä esitetty ehto 3) edellyttää. Näin ollen menetelmän mukaiset mediaanisuodattimen tulojen valintaehdot on täytetty.

25

Kuviossa 2a on esitetty esimerkki viiden pisteen mediaanisuodattimen tulojen valinnasta neljästä näyttestä a, b, c ja d. Tulot on valittu siten, että näytteet a, c ja d vaikuttavat ainoastaan yhteen tuloon ja näyte b kahteen tuloon eli 30 alle puoleen tuloista. Näin ollen menetelmän mukainen ehto 1) on täytetty. Kuviossa 2b on esitetty tarkemmin tuloiksi valittujen pikseleiden sijoittuminen eri juovilla eri kentissä. Kolme näytettä, b kahdesti ja d, ovat tarkasteltavalta juovalta, juovalta L, ja c-näytettä viivästetään tarkas-35 teltavaan juovaan nähden yhden juovan verran vastaten juovaa L-2 ja a-näyte vastaa seuraavaa juovaa L+2. Näin ollen enemmistö tuloista on valittu näytteistä, b kahdesti ja d, jotka on otettu alkuperäiseltä juovalta ehdon 2) mukaisesti. Nel-

II

5 90176 jään tuloon tulee näytteet a, b kahdesti ja c käsiteltävästä kentästä F täyttäen ehdon 3) ja yhteen tuloon tulee näyte d seuraavasta kuvasta, kentästä F+2.

5 Kuviossa 3 on esitetty drop-out -ilmaisimen DD käyttöä adaptiivisen suodattimen AF kanssa. Drop-outien ulkonäkö vaihte-lee suuressa määrin ja niitä on vaikea tunnistaa tämän takia. Ne muistuttavat tavallisia ohuita yhden pikselin levyisiä vaakasuoria viivoja, joita esiintyy alkuperäisessä ku-10 vassa eikä niitä siten pidä poistaa. Paikallistettu drop-out korvataan interpoloivasti adaptiivisella suodattimena, jota ilmaisin ohjaa päälle kun drop-out -pikseli on paikallistettu. Toisin sanoen tunnistetut drop-outit korvataan siten, että drop-out -pikseleille haetaan sopiva arvo tarkastele-15 maila drop-out -pikselin välittömässä läheisyydessä sijaitsevia pikseleitä, joilla on eri vertikaalipositio kuin drop-outilla tai tarkastelemalla eri kuvissa olevia vastaavia tai vierekkäisiä pikseleitä. Siis ilmaisin DD etsii drop-outit ja ohjaa päälle adaptiivista suodatinta AF, joka voi olla 20 lineaarinen tai epälineaarinen suodatin ja joka korvaa drop-out -pikselit interpoloivasti.

Keksinnön mukaisen menetelmän etuna on parempi kuvan laatu verrattuna drop-out -tyyppisen kohinan poistoon mediaani-25 suodattimena, johon tulot valitaan ainoastaan yhdestä ja samasta kuvasta. Koska epälineaarisen suodattimen kuten me-diaanisuodattimen tulot valitaan useammasta kuin yhdestä kuvasta, ei kuvaan kuuluvia vaakasuoria viivoja poisteta drop-out -kohinana. Näin ollen menetelmä poistaa drop-outit 30 tehokkaasti kuvan laatua heikentämättä. Menetelmässä käytettävän drop-out -ilmaisimen avulla kaikki drop-outit löytyvät sekoittamatta niitä kuvaan kuuluviin ohuihin vaakasuoriin viivoihin. Menetelmän mukainen drop-outin poisto suodattimen avulla tai suodattimen ja sitä edeltävän drop-out -ilmaisi-35 men avulla tuottavat kumpikin hyvälaatuisen kuvan ilman drop-out -kohinaa.

Claims

1. Menetelmä drop-out -kohinan suodattamiseksi televisiokuvasta, jossa menetelmässä käytetään suodatukseen mediaani-suodatinta ja että suodatukseen käytettäviksi pikseleiksi 5 valitaan tarkasteltavan pikselin lisäksi pikseleitä, joilla on eri vertikaalipositio kuin edellisellä ja voivat olla eri kuvassa kuin tarkasteltava pikseli, tunnettu siitä, että mediaanisuodattimen tulot valitaan siten, että - sama pikseli ei saa vaikuttaa enemmistöön suodattimen 10 tuloista, - enemmistön suodattimen tuloista täytyy muodostua alkuperäisellä juovalla sijaitsevista pikseleistä ja - enemmistön suodattimen tuloista täytyy muodostua tarkasteltavassa kentässä olevista pikseleistä. 15

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että suodatukseen käytettäviksi pikseleiksi voidaan valita pikseli, joka sijaitsee samassa paikassa kuin tarkasteltava pikseli, mutta eri kuvassa. 20

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että drop-out -kohina paikallistetaan kuvassa ilmaisimella ennen suodatusta.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnettu sii tä, että ilmaisin käyttää hyväkseen useamman kuin yhden kuvan informaatiota drop-out -kohinan tunnistamiseksi.

5. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnettu sii-30 tä, että ilmaisin ohjaa suodattimen päälle, kun se on paikallistanut drop-out -pikselin.

6. Jonkin patenttivaatimuksista 3-5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että tunnistetut drop-outit korvataan siten, 35 että drop-out -pikseleille haetaan sopiva arvo tarkastelemalla drop-out -pikselin välittömässä läheisyydessä sijaitsevia pikseleitä, joilla on eri vertikaalipositio kuin drop-outilla. Il 7 90176

6 90176

7. Jonkin patenttivaatimuksista 3-5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että tunnistetut drop-outit korvataan siten, että drop-out -pikseleille haetaan sopiva arvo tarkastelemalla eri kuvissa olevia vastaavia tai välittömässä lähei-5 syydessä sijaitsevia pikseleitä.