FI92537C - Menetelmä videosignaalin kohinan vaimentamiseksi ja kohinan vaimennin - Google Patents

Description

92537

Menetelmå videosignaalin kohinan vaimentamiseksi ja kohinan vaimennin - Forfarande for dåmpning av brus i en videosignal och brusdåmpare 5

Keksint5 koskee menetelmåå ja suodatinta nåytejonomuodossa tulevan videosignaalin kohinan vaimentamiseksi.

Televisiojårjestelmåsså on koko ohjelmansiirtoketju vastaan-10 otettavan kuvan laatua heikentåvånå kohinalåhteenå. Ohjelman teossa kåytettåvå kamera, kuvasignaalin kåsittely ja tallen-timet tuovat signaaliin kohinaa samoin kuin låhetin, siirto-kanava ja itse TV-vastaanotin. Jos siirtoketjun alussa oh-jelmalåhteenå on filminauha, sisåltåå itse nauha filmikohi-15 naa, se voi olla raappiintunut ja siitå voi puuttua erittåin pieniå kuva-alueita aiheuttaen ns. drop-out-kohinaa. Mikåli ohjelmalåhteenå on kotikuvanauhurilla nauhoitettu televisio-ohjelma, tulee kohinaa lisåksi nauhurin nauhakohinasta ja videonauhan virheistå (drop-out-kohina).

20

Koska kohinalåhteitå on useita, sisåltyy vastaavasti vas-taanottimessa kåsiteltåvåån kuvasignaaliin erityyppisiå ko-hinoita, joista vastaanottimen olisi pååståvå eroon tai joi-ta olisi våhennettåvå niin, ettå lopullinen nåytettåvå kuva 25 ei olisi håiritsevån kohinainen. Tåmå merkitsee sitå, ettå '1 televisiovastaanottimen suodattimien tulisi soveltua kaiken- tyyppisen kohinan suodattamiseen. On huomattava, ettå ihmis-silmå on herkempi havaitsemaan kohinan tummilla kuvapinnoil-la kuin vaaleilla.

30

Suodattimet eroavat toisistaan merkittåvåsti my6s kohinan-vaimennusominaisuuksiensa perusteella. Kåytånnosså suuri osa televisiovastaanottimiin saapuvasta kohinasta voidaan mal-lintaa normaalijakaumalla, jolla lineaariset menetelmåt toi-35 mivat paremmin. Låhinnå satunnaisista syistå ja låhteistå, kuten esim. teollisuus- tai tietoliikennehåirioistå, aiheu-tuneet transientit ja matala kantoaalto/kohina-suhde aiheut-tavat FM-demodulaattorin vaiheesta putoamisen. Nåma sekun- 2 92537 dååriset kohinapiikit ovat hyvin lyhytkestoisia ja korkea-amplitudisia ja niitå kutsutaan yleisesti impulsseiksi.

Keskiarvottava suodatin saattaa antaa huonon tuloksen yhden-5 kin impulssin vaikuttaessa suodattimen sisååntulossa. Tåstå syystå pelkåståån lineaarisia suodattimia ei pidetå robus-teina, sillå ne eivåt rajoita impulssien maksimaalista vai-kutusta ulostuloon. Vastaavasti mediaanisuodattimen ulostulo on luotettava vakiosignaalille niin kauan kuin impulssien 10 osuus sisååntulonåytteistå on alle puolet.

IDTV (Improved Definition TV), jossa kåytetåån hyvåksi sig-naalinkåsittelypiirejå, antaa erilaisia mahdollisuuksia ko-hinan poistamiseen. On tunnettua kåyttåå kuvan parantamiseen 15 teråvdintipiiriå ja sen jålkeen piiriå, jolla on pienet sig-naalimuutokset ehkåisevå siirtofunktio, ts. ulostulosignaali muuttuu tulosignaalin muuttuessa vain silloin, kun tulosig-naalin muutos ylittåå asetetun rajan. Tåmån jålkimmåisen piirin toiminnosta kåytetåån nimitystå "coring". TV-jårjes-20 telmisså våri-informaatio vålitetåån kapeammalla kaistanle-veydellå kuin valoisuusinformaatio. Tåmån vuoksi pystysuun-taiset vårirajat piirtyvåt kuvaputkella epåteråvinå. Asiaa voidaan auttaa keinotekoisesti vastaanottimessa jyrkentåmål-lå vårisignaalissa esiintyviå transientteja. Kuvan terå-25 voittåmisesså pyritåån siten eri tavoin korostamaan kuvassa ! esiintyviå korkeita taajuuksia.

Erås tållainen piiri on esitetty artikkelissa IEEE Transactions on Consumer Electronics Company, Vol. 34, No. 3, Au-30 gust 1988, Naimpally et al.: "Integrated Digital IDTV Receiver with Features". Artikkelissa kuvatussa piirisså, sivu 2, » erotetaan ensin korkeataajuiset komponentit, joita koroste-taan sitten lineaarisella suodattimella. Koska kohina on suurimmaksi osaksi korkeataajuisella alueella, tehdåån tåmån 35 jålkeen coring-operaatio, jotta korostettu kohina saadaan poistettua. Nåin saadut korostetut korkeataajuiset komponen-tit (reunat yms.) lisåtåån sitten alkuperåiseen kuvaan.

3 92537 "Coring" on tunnettu kohinanvaimennusmenetelmå. Kuten edellå on sanottu, tarkoittaa se pieniå signaalimuutoksia ehkåise-våå siirtofunktiota, jossa ulostulosignaali muuttuu tulosig-naalin muuttuessa vain silloin, kun tulosignaalin muutos 5 ylittåå asetetun rajan ts. vain riittåvån suuret tulosignaalin muutokset nåkyvåt låhdosså. Koska pienet signaalimuutok-set eivåt nåy låhdosså mutta suuret muutokset nåkyvåt, mat -kii coring ihmisen nåkojårjestelmåå, sillå silmå on herkempi kohinalle laajoissa tasaisissa, yhtenåisisså kuva-alueissa 10 kuin alueissa, jotka sisåltåvåt suuria horisontaalisia, ver-tikaalisia tai temporaalisia taajuuskomponentteja.

Kuva 1 esittåå coring-funktion periaatteen. Kuvan vasemmassa osassa tarkastellaan tulosignaalia, jonka amplitudi hyppåå 15 askelmaisesti. Tulosignaalin alkuosa edustaa tasaista kuva- aluetta, joten signaalin tason pitåisi olla låhes vakio. Kuitenkin signaali sisåltåå kohinaa, jonka vuoksi signaali-taso vaihtelee kuten on esitetty. Askelmaisen taajuusmuutoksen jålkeen pitåisi tason pysyå taas vakaana (uusi tasainen 20 kuva-alue), mutta kohinan vuoksi signaalimuoto on epåsåån-nollinen sahanlaitakuvio. Kun nyt tehdåån coring-operaatio, on låhtosignaali kuvan oikeassa osassa kuvatun kaltainen.

Kuten nåhdåån, on låhtosignaali vakio niin kauan kun tu-losignaali vaihtelee valittujen rajojen -L...+L vålillå ja 25 vain nåmå rajojen ulkopuolelle ulottuvat amplitudit nåkyvåt låhtosignaalissa ja erottuvat nåytettåvåsså kuvassa poik-keamina tasaisella alueella. Nåmå poikkeamat edustavat pieniå yhden nåytteen detaljeja kuvassa. Kynnysarvo L on ennal-ta asetettu jonkin oletuksen mukaan, esim. oletuksella, ettå 30 tiettyå arvoa L pienemmåt signaalin vaihtelut tulkitaan ko-hinaksi.

Coring-operaation erås haitta on se, ettå se voi aiheuttaa ns. raidoittumisen eli kuva-ala, jonka pitåisi olla tasa-35 såvyinen, nåyttååkin raidalliselta. Tåmå johtuu siitå, ettå vakioulostulotaso riippuu siitå, mikå on ensimmåisen nåytteen arvo kunkin juovan tasaista aluetta edustavalla osalla. Tåmån vuoksi tasaisia alueita edustavien vakiotasojen arvot 4 92537 voivat vaihdella ±L peråkkåisten juovien vålillå, mikå aihe-uttaa raidoittumisen.

Toisena haittana on se, ettå ramppisignaali vååristyy. Tåtå 5 selventåå kuva 2. Rampin pitåisi olla kuvan vaseiranan puolei-sen esityksen mukainen, mutta coring-operaatio vååriståå ramppia kuvan oikealla puolella esitetyllå tavalla. Normaa-listi rampin aikana on edellinen nåyte låhempånå kuin ±L ny-kyistå nåytettå, jolloin nykyinen nåyte pysyy vielå "putkes-10 sa" eikå se nåy ulostulossa. Nåin olien rampin alkuun tulee porras, kunnes nouseva ramppi pååsee ulos ±L-putkesta. Sa-manlainen ilmiS tapahtuu rampin ylåpååsså, jonne myos muo-dostuu porras, kun ramppi muuttuu toista tasaista aluetta edustavaksi signaaliksi. Tåtå haittaa voidaan tosin tehok-15 kaasti pienentåå kåyttåmållå ramppi-ilmaisinta. Kuitenkaan coring-operaatio ei sellaisenaan ole riittåvån tehokas ko-hinanvaimennusmenetelmå.

Patenttihakemuksessa FI-916162, hakija Salon Televisiotehdas 20 Oy, on esitetty adaptiiviseen rekursiiviseen suodatukseen perustuva kohinasuodatin. Suodatin kåsittåå rekursiivisen suodattimen tuloinformaation X(x,y,t) suodattamiseen ja låh-toinformaation Y(x,y,t) antamiseksi, rekursiiviseen suodat-timeen liitetyn epålineaarisen sååtåjån rekursiivisen suo-25 dattimen rekursion adaptoimiseksi ja rekursiivisen suodattimen låhtoon liitetyn muistin suodatetun informaation Y(x,y,t) tallentamiseksi. Suodattimeen kuuluu lisåksi epå-lineaarinen suodatin, esim. mediaanisuodatin, jonka låhtd on kytketty rekursiivisen suodattimen tuloon ja johon suodat-30 tamaton informaatio X(x,y,t) tuodaan ensin ja josta se suo-datettuna viedåån rekursiiviseen suodattimeen. Kåytånnosså rekursiivinen suodatin voidaan konstruoida epålineaarisen suodattimen sisåån, jolloin epålineaarinen suodatin on myos rekursiivinen. Tållaisen suodattimen låhtosignaalia voidaan 35 edelleen parantaa kytkemållå sen peråån keksinnon mukainen suodatin.

5 92537 Tåmå keksinto esittåå tavan, joka tehokkaasti poistaa video-signaalin kohinaa ja jolla ei ole edellå kuvatun tunnetun coring-menetelmån haittoja. Menetelmålle on tunnusomaista se, mitå on sanottu patenttivaatimuksessa 1 ja kytkennålle 5 se, mitå on sanottu patenttivaatimuksessa 9. Suoritusmuoto, jossa keksinnon suodatin on yhdistetty edellå mainitun suo-malaisen patenttihakemuksen suodattimeen, on esitetty vaati-muksessa 13.

10 Menetelmå perustuu ehdollisen keskiarvon kåyttoon. Sen mu-kaan lasketaan jokaista tutkittavaa nåytettå kohti yksi tai useampia tutkittavan nåytteen ja sen naapurinåytteiden ero-tuksia. Edullisesti naapurinåytteitå on useita ja ne voivat olla vålittomiå naapureita tai my6s laajemmalta alueelta.

15 Naapurinåytteet voivat olla samasta kentåstå, jolloin las-kenta on spatiaalista, tai aikaisemmasta kentåstå, jolloin laskenta on spatiaalis-temporaalista. Naapurinåytteet voivat olla joko alkuperåisiå nåytteitå, jolloin suodattimen låhtoå ei ole kytketty yhdeksi sisåånmenoksi, tai edullisesti nåyt-20 teitå, joille suodatus on jo tehty. Tållainen on tilanne silloin, jos kåytetåån rekursiivista suodatinta, jolloin suodattimen låhtd on kytketty yhdeksi sisåånmenoksi. Viemål-lå låhtdsignaali yhteen tai useampaan juovaviiveeseen ja kytkemållå viiveen ulostulo suodattimen sisåånmenoksi voi-25 daan muodostaa suodatinikkuna, jossa tutkittavaa nåytettå edeltåvåt nåytteet ovat kaikki suodatettuja nåytteitå. Las-kettuja erotuksia verrataan asetettuun kynnysarvoon. Mikåli erotus on kynnysarvoa pienempi, korvataan tutkittava nåyte mååråtyllå tavalla lasketulla keskiarvolla, påinvastaisessa 30 tapauksessa tutkittavaa nåytettå ei muuteta.

Ensimmåisen edullisen suoritusmuodon mukaan kåytetåån rekursiivista keskiarvon laskentaa kentån sisållå. Tålloin keskiarvon laskentaan mukaan otettavat naapurinåytteet on saatu 35 rekursiivisen suodatuksen tuloksena.

Toisen, myds kentån sisållå (intra field) toteutettavan suo-ritusmuodon mukaan kåytetåån N*N-ikkunaa. Ikkunassa verra- 6 92537 taan jokaista nåytettå ikkunan keskimmåiseen, tutkittavaan nåytteeseen. Keskiarvon laskentaan otetaan mukaan vain ne nåytteet, joiden arvo on riittåvån låhellå tutkittavaa nåytettå.

5

Kolmas suoritusmuoto on ensiinmåisen suoritusmuodon temporaa-linen laajennus ja vastaavasti neljås suoritusmuoto on toisen suoritusmuodon temporaalinen laajennus. Nåisså laskentaan otetaan mukaan nåytteitå edellisestå kentåstå.

10

Keksintoå selostetaan seuraavassa havainnollisesti oheisten kuvien avulla, jotka esittåvåt: kuva l coring-toiminnon periaatetta, kuva 2 ramppisignaalin vååristymistå tunnetun 15 coring-toiminnon vaikutuksesta, kuva 3 ehdollisen keskiarvon laskentaan kåytettå- viå nåytteitå yksinkertaisessa suoritus-muodossa, kuva 4 kynnysarvon riippuvuutta nåytteestå, 20 kuva 5 ehdollisen keskiarvon laskentaan kåytettå- viå nåytteitå ensimmåisesså suoritusmuo-dossa, kuva 6 ehdollisen keskiarvon laskentaan kåytettå- viå nåytteitå toisessa suoritusmuodossa, 25 kuva 7 ehdollisen keskiarvon laskentaan kåytettå- viå nåytteitå kolmannessa suoritusmuodossa, kuva 8 ehdollisen keskiarvon laskentaan kåytettå- viå nåytteitå neljånnesså suoritusmuodossa, kuvat 9a, 9b lohkokaaviota kohinanvaimentimesta 30 kuva 10 kuvan 9 kohinanvaimentimen kåyttåmåå suo- datinikkunaa.

Kuvia 1 ja 2 on selostettu jo edellå tekniikan tason kuvauk-sen yhteydesså. Kuva 3, joka kuvaa åårimmilleen yksinker-35 taistettuna keksinnon ajatusta, esittåå osaa televisiokuvan yhden kentån t yhdestå juovasta m. Juova koostuu peråkkåi-sistå kohinaisista nåytteistå. Jos on kyse tasaisesta kuva- 7 92537 alueesta, tulisi peråkkåisten nåytteiden 3^, Xn+1...

olla samanarvoiset. Kohinan vuoksi nåin ei ole.

Tarkastellaan nåytettå 3^. Lasketaan ensin sen ja naapuri-5 nåytteen 3^^ erotus 13^-3^.-^. Jos se on suurempi kuin måå-råtty kynnysarvo Kthresh , tulkitaan, ettei kyse ole tasai-sesta alueesta. Tålloin nåyte 3^ jåtetåån alkuperåiseen ar-voonsa. Mutta jos erotus on pienempi kuin kynnysarvo, tulkitaan, ettå kyse on tasaisesta alueesta, jolloin nåytteiden 10 pitåisi olla yhtå suuret. Tålloin lasketaan nåytteiden kes-kiarvo XAVE = & (Xn-Xn.1) ja korvataan tållå arvolla tarkas-teltava nåyte 3^. Keskiarvon laskentaan voidaan ottaa mukaan useampikin nåyte kuin våliton naapurinåyte. Suodattimen ulostuloksi voidaan siis merkitå: 15 ϊ„ - K (Χη-Χη.χ), jos IXn-Vll* Kthresh.

Kynnysarvo Kthresh voi olla vakio, mutta on edullista tehdå se riippuvaiseksi tutkittavan nåytteen harmaatasosta niin, ettå alueen ollessa hyvin vaaleasåvyinen on kynnysarvo pieni 20 ja tuiranilla alueilla kåytetåån suurempaa kynnysarvoa. Kynnysarvo voi toisin sanoen olla funktio, joka mahdollisimman hyvin vastaa ihmissilmån ominaisuuksia. Kynnysarvon riippu-vuutta harmaasåvystå on luonnosmaisesti esitetty kuvassa 4.

AL

25 Kynnysarvo pyrkii noudattamaan Weberin lakia K = —. Se il-

L

maisee pienimmåt luminanssin L muutokset AL, jotka voidaan havaita silmållå ja sen mukaan silmå on herkempi luminanssin » muutoksille tummilla alueilla, joissa L on pieni, kuin vaa- 30 leilla alueilla, joissa L on suuri.

Esitettyå perusmenetelmåå voidaan parantaa kuvan 5 mukaisen ensimmåisen suoritusmuodon mukaan, jossa laskenta on rekur-siivista. Nyt tehdåån niin, ettå jos nåytteen 3^ ja jo suo-35 datetun naapurinåytteen erotus on pienempi kuin kyn nysarvo KthreSh > ei keskiarvon laskennassa kåytetåkåån alku-peråistå naapurinåytettå Χ^χ, vaan kåytetåån rekursiivista keskiarvoa YAVE = ¾ (X^Y^^ * joka sijoitetaan nåytteen 3^ paikalle. Nåyte Yj^ on siis joko alkuperåisnåyte 3^^, jos 8 92537 kynnysarvoehto tåtå nåytettå tutkittaessa on ylitetty, tai sitten edellå olevan kaavan mukaan laskettu nåyte. Seuraa-vaksi tutkitaan nåyte Xn+1, jne. Tållå tavalla tutkitaan juo-van kaikki nåytteet. Kuten edellåkin, voidaan ehdollisen 5 keskiarvon laskentaan ottaa mukaan useita nåytteitå. Suodattimen ulostuloksi voidaan nyt merkitå:

Yn = « (Xn-Yn-l)» 3OS |Xn-Xn-ll< ^thresh.

Nåisså edellå esitetyisså tavoissa tarkastelu etenee juova 10 juovalta ja laskennan nåytteet ovat samalta juovalta. Tåmå saattaa aiheuttaa kuitenkin tasaisen kuva-alueen raidoittu-mista (alue nåyttåå raidalliselta, vaikka sen pitåisi olla tasainen). Raidoittumista voidaan våhentåå laajentamalla kuvan 6 toisen suoritusmuodon mukaisesti ehdollisen rekur-15 siivisen keskiarvon laskentaan kåytettåviå nåytteitå pysty-tasossa eli ottamalla nåytteitå viereiseltå juovalta mutta pysyen edelleen saxnassa kentåsså (spatiaalinen laajennus) . Merkintå Y tarkoittaa jo suodattua nåytettå. Laajennuksessa otetaan mukaan saman kentån t edellisellå juovalla m-2 ole-20 va, tutkittavan nåytteen Xh m t ylåpuolella oleva, jo suoda-tettu nåyte Yn;m-2,t· Tutkitaan nyt ensin, onko juovan m pe-råkkåisten nåytteiden erotus Xn-Yn-i pienempi kuin kynnysarvo Kthresh. 3a onko vertikaalisuunnassa nåytteen Xh t ja nåytteen Yn,m-2, t erotus pienempi kuin Kthresh Jos ehto on voi-25 massa vain horisontaalisuunnassa, lasketaan, kuten kuvan 5 yhteydessåkin, rekursiivinen keskiarvo YAVE = & Yn-i,m) · joka sijoitetaan nåytteen Xjj paikalle. Jos ehto on voimassa vain vertikaalisuunnassa, sijoitetaan tutkittavan nåytteen X^ juova m, paikalle rekursiivinen keskiarvo 30 yave = ^ (Xn,m + Yn,m-2^ · Jos eh^ot ovat voimassa kummassakin suunnassa yhtåaikaa, sijoitetaan nåytteen 2^ paikalle kaik-kien kolmen nåytteen rekursiivinen keskiarvo YAVE = i/3* (^η,πι + Yn-l,m + Yn,m-2^ *

Suodattimen ulostuloksi voidaan nyt merkitå: 35 Yn “ ^ ^^n,m+Yn-l,m^ ' 30S I ^n,m-Yn-l,mI < ^thresh.

Yn = ^ ^^n,m+Yn,m-2^ ' 3os I ^n,m” Yn,m-2 I < ^thresh.

Yn - I/3* (Xn.« + Yn-1,m + Yn,m-2)' I Xn,m" Yn-l,ml < ^thresh. 3a I Xn,m'Yn,m-2 I < ^thresh.

Il 9 92537

Kolmannen suoritusmuodon mukaisesti, kuva 7, voidaan kohi-nanpoistokykyå edelleen parantaa laajentamalla ehdollisen keskiarvon laskentaan mukaan otettavat nåytteet kåsittåmåån samassa kentåsså suuremman ikkunan, esimerkiksi 3*3-ikkunan, 5 jossa tutkittava nåyte on ikkunan keskellå. Selvyyden vuoksi kuvassa on nåytteitå merkitty Xx. . .X9 ja nåyte X„ on X5:n paikalla. Merkintå X± tarkoittaa luonnollisesti nåytettå xn-ifm-2ft» muut vastaavasti. Laskenta tåtå ikkunaa kåytettå-esså voi olla ei-rekursiivista tai rekursiivista. Ensimmåi-10 sesså vaihtoehdossa ikkunan kaikki nåytteet ovat alkuperåi-siå suodattamattomia nåytteitå. Rekursiivista laskentaa kåy-tettåesså voidaan menetellå niin, ettå se osa nåytteistå, joille laskenta on jo suoritettu, on mukana ikkunassa. Tål-loin nåytteet Xx< X2, X3 ja X4 on ajateltava jo suodatetuiksi 15 nåytteiksi Yx, Y2, Y3 ja Y4. Tåmå on helppo ymmårtåå kun aja-tellaan juovien nåytteiden tulevan ikkunan sisåån oikealta, ts. yhdellå hetkellå tilanne on kuvan 7 mukainen ja seuraa-valla laskentahetkellå kaikki nåytteet ovat siirtyneet pykå-lån verran vasemmalle, ja oikeaan reunaan on tullut uusia 20 nåytteitå. Tåmån suoritusmuodon mukaan lasketaan ikkunan jo-kaiselle nåytteelle sen ja nåytteen X^ erotus. Saadaan siis 8 kpl erotuksia. Tåmån jalkeen tutkitaan, mitkå erotukset tåyttåvåt ehdon "erotus on pienempi kuin Kthresh ". Vain eh-don tåyttåvåt nåytteet otetaan mukaan keskiarvon laskentaan.

25 Tålldin suodattimen ulostuloksi Yn voidaan merkitå: • Yn = AVE (Χη,Χ1,Χ2,Χ3,Χ4,Χ6,X7,X8,X9) vain niistå nåytteistå

Xj# joille påtee l^-Xjl < Kthresh kun j = 1, 2, 3, 4, 6, 7, 8, 9.

% 30 Kaikissa edellå esitetyisså suoritusmuodoissa on suodatus tehty saman kentån nåytteille. Kyseesså on kentån sisåinen (intra field) prosessointi. Tåmå saattaa kuitenkin aiheuttaa joissain tapauksissa kuvavålkyntåå. Sen vålttåmiseksi suoda-tusta voidaan laajentaa temporaalisesti ottaen mukaan nåyt-35 teitå edeltåvåstå kentåstå t-1. Tåll6in voidaan esim. kuvan 6 mukainen toisen suoritusmuodon suodatin laajentaa seuraa-vasti: 10 92537 = ^ t+^n-l,m, ' j°s I ^,m, t”^n-l,m, 11 < ^thresh.

= ^ (^η,ιη, t+^n,m-2, I ^η,πι, t”^n,m-2,11 c ^thresh.

= ^ m, t+^n,m-1, t-1 ^ ' j°s I ^n,m, t~^n,m-l, t-1 I < ^thresh.

5 Yn = 1/3* (X]i,m, t * Yn-l,m,t + Yn,m-2,t>' 3°S

I ^η,ιη, t~^n-l,m, 11 3a I ^,m, t’^n,m-2 I < ^thresh.

= -*-/^* t+^n-l,m, t+^n,m-2, t+^n,m-l, t-1^ ' 3os I ^η,πι, t~^n-l,m, 11 3a I ^η,πι, t ‘^n,m-2,11 3a I ^η,ιη, t'^n,m-l, t-11 < ^thresh.

10

Kuvan 6 suoritusmuodon suodatinkaavoihin on nyt tullut tem-poraalisuudesta johtuen lisåå kolmas kaava sekå viimeinen keskiarvokaava.

15 Lisåå temporaalisuutta saadaan kåyttåen kuvan 8 mukaisesti 5*3-ikkunaa, jossa ikkunaan tulee kentån t peråkkåisiltå juovilta m-2, m ja m+2 nåytteet X1# X2, X3, X7, Χη» X8, X12/ Xl3l X14 sekå edeltåvån kentån t-1 juovilta m-1 ja m+1 nåytteet X4, X5, Χ6, X9, X10, χιι· Kuten edellåkin merkitåån tut-20 kittavaa nåytettå Xn:llå. Kuten kuvan 7 yhteydesså, voi las-kenta nytkin olla ei-rekursiivista tax rekursiivista. Nåytteet ovat alkuperåisiå suodattamattomia nåytteitå. Toisessa vaihtoehdossa, rekursiivisessa ehdollisessa keskiarvon las-kennassa, voidaan menetellå siten, ettå edellisen kentån t-1 25 nåytteet X4, X5, X6; X9, X10, Xlx ovat jo suodatettuja nåytteitå, jolloin merkintå X on ajateltava korvatuksi merkin-nållå Y.

Rekursiivisessa vaihtoehdossa voidaan my6s menetellå niin, 30 ettå kaikki ne nåytteet, joille suodatus on jo tehty, ovat mukana ikkunassa. Tålloin edellisen kentån t-1 nåytteiden lisåksi kentån t nåytteet X1# X2, X3 ja X7 ovat suodatettuja nåytteitå, jolloin merkintå X on ajateltava korvatuksi mer-kinnållå Y.

35

Ikkunan jokaisen nåytteen erotus nåytteestå X„ lasketaan ja j· sen jålkeen lasketaan nåytteiden keskiarvo. Keskiarvon las- kentaan otetaan mukaan vain ne nåytteet, joiden erotus on it 11 92537 pienempi kuin kynnysarvo Kthresh Suodattimelle påtee tål-loin:

Yn = AVE Xlf X2, X3, X4, X5, X6, X7, X8, X9, X10, Xllf X12, 5 Χχ3, X14) vain niistå nåytteistå Xj, joille påtee Ix^Xjl < ^thresh.

kun j =1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14.

Tållaisen eri kentistå peråisin olevia nåytteitå kåyttåvån 10 suodattimen etu on, ettei kenttien tasainen alue raidoitu, vaikka se koostuu eri kenttien juovista ja lisåksi kohinan vaimennus paranee.

Esitetyt ehdollisen keskiarvon kåyttoon perustuvat menetel-15 måt sopivat hyvin televisiokuvan kohinan pienentåmiseen.

Tarvittava prosessointi on yksinkertaista ja muistintarve on våhåinen. Tåmå tekee ne soveliaiksi kytkettåviksi peråkkåin kaskadiin ja lisåksi kåytettåviksi myos muiden esim. medi-aanisuodattimien kanssa. Lohkokaavio tållaisista sovelluk-20 sista on esitetty kuvissa 9 A ja 9 B. Ensimmåisesså kuvassa on minkå tahansa tunnetun epålineaarisen esim. mediaanisuo-dattimen peråån kytketty suodatin, joka kåyttåå rekursii-vista keskiarvon laskentaa. Tåmå yhdistelmå on esitetty suo-malaisessa patenttihakemuksessa FI-916162. Tåmån peråån kyt-25 ketåån vielå ehdollisen keskiarvon laskeva suodatin. Kuvassa 9 A esitetysså menetelmåsså sekå mediaanisuodatin ettå eh-dollinen keskiarvosuodatin ovat suunnitellut niin, ettå ne eivåt aiheuta nåkyviå virheitå kuvassa. Nåmå suodattimet pienentåvåt kohinan varianssia, mutta eivåt kuitenkaan tåy-30 sin pysty poistamaan sitå. Adaptiivinen rekursiivinen keskiarvosuodatin on nyt mahdollista suunnitella siten, ettå se tekee mahdollisimman våhån virheitå liikkuvilla kuva-alueil-la, sillå sen tarvitsee poistaa vain pienivarianssista kohi-naa. Samalla mediaanisuodatin sekå ehdollinen keskiarvosuo-35 datin toimivat my6s liikkuvilla kuva-alueilla, joissa rekursiivinen keskiarvosuodatin ei suodata kohinaa (ei ainakaan pitåisi, jos liikeadaptointi toimii oikein). Nåin pystytåån 12 92537 vålttåmåån rekursiivisen keskiarvosuodattimen tyypillinen heikkous liikkuvilla alueilla.

Jålkimmåisesså kuvassa on mediaanisuodattimen peråån kytket-5 ty kaksi ehdollisen keskiarvon laskevaa suodatinta. Kuvasssa 9 B ehdolliset keskiarvosuodattimet pystyvåt kaskadiin kyt-kettynå vaimentamaan tehokkaasti kohinaa. Kuitenkin ne kohi-naiset nåytteet, joiden harmaataso poikkeaa riittåvåsti ik-kunan keskimmåisen nåytteen arvosta (> kynnysarvo) jååvåt 10 suodattamatta ja nåkyvåt impulssimaisena kohinana suodate-tussa kuvassa. Nåiden nåytteiden poistamiseksi mediaanisuodat in on erittåin tehokas. Suodattimet ovat erilaisia suori-tusmuotoja. Kaskadiin kytkennåsså on huomattava, ettå suo-dattimen sisåånmenonåytteet eivåt ole alkuperåisiå nåytteitå 15 vaan ovat edellisesså suodattimessa muokattuja nåytteitå.

Kuvassa 10 on esitetty kuvien 9 A, 9 B mukaisten kaskadiin kytkettyjen kentån sisållå operoivien suodattimien tarvit-semat ikkunat. 3*3 -ikkunassa A lasketaan 9 pisteen mediaani-20 suodatinta kåyttåen kentån nåytteille tietty arvo. Tåmån jålkeen myos 3*3-ikkunassa B kåytetåån keksinnon mukaista ehdollisen keskiarvon laskevaa suodatinta ja saadaan nåytteille mahdolliset korjatut arvot. Lopuksi kåytetåån vielå kolmatta ehdollisen keskiarvon laskevaa 3*3-ikkunassa C toi-25 mivaa suodatinta, jonka ulostulosta saadaan kentån lopulli-set suodatetut nåytteet.

Esitetyt ehdollista keskiarvoa kåyttåvåt suodattimet alen-tavat tehokkaasti kohinaa, jonka amplitudi on pienempi kuin 30 valittu kynnysarvo Kthresh . Kuitenkin joillakin harvoilla nåytteillå voi olla kynnysarvoa suurempi kohinan amplitudi. Nåmå nåytteet ovat nåhtåvinå yksittåisinå impulsseina suo-datetussa kuvassa. Sopivasti konstruoidulla mediaanisuodat-timella, esim. ns. "idempotet"-mediaanisuodattimilla nåmå 35 impulssit voidaan poistaa ilman kuvan laadun heikkenemistå. Toimittaessa kentån sisållå tarvitaan enimmillåån eli kuvan 9 tapauksessa vain 5 juovamuistia. Vertailun vuoksi maini-taan, ettå sivulla 2 mainitussa tekniikan tason mukaisessa

II

13 92537 ratkaisussa tarvitaan 1-2 kenttåmuistia. Nyt esitetysså me-netelmåsså kaikki yhden nåytteen kokoiset yksityiskohdat, jotka ylittåvåt kynnysarvon, såilyvåt muuttumattomina, joten menetelmån mukainen suodatin ei heikennå nåytettåvåå kuvaa.

5 Koska menetelmåsså ei kåytetå liikeilmaisinta, ei synny lainkaan kuvavirheitå. Liikeilmaisinta kåyttåvisså mene-telmisså on vaikea vålttåå ilmaisimen kåytostå johtuvia vir-heitå.

10 Edellå on selostettu keksintoå lukuisten suoritusmuotojen avulla. On kuitenkin selvåå, ettå patenttivaatimusten suo-japiirisså pysyen voidaan konstruoida lukuisa joukko muita-kin suoritusmuotoja, jotka perustuvat ehdollisen keskiarvon kåyttoon. Ehdollisen keskiarvon laskennassa on edullista 15 kåyttåå rekursiota, koska rekursion avulla voidaan suodatti-men tehokkuutta parantaa, varsinkin jos kohina on valkoista. Ei-rekursiivinen suodatin ei ole yhtå tehokas, mutta samalla voidaan vålttåå rekursion mahdollisesti aiheuttamia virheitå kuten yksityiskohtien leviåmistå. Jos rekursiivinen suodatus 20 tulkitsee yksityiskohdan kohinaksi, se levittåå sen laajalle alueelle ("hinaa" virhettå mukanaan). Ei-rekursiivinen suodatin taas tekee virheen ainoastaan yhdesså pisteesså ker-rallaan.

»

Claims (19)

1. Menetelmå kohinan poistamiseksi nåytteistetystå video-signaalista, jossa menetelmåsså suodatinikkunaan johdetaan nåytteitå ainakin yhdeltå juovalta ja ikkunan nåytteitå 5 kåyttåen muodostetaan alkuperåisestå nåytteestå (^) suoda-tettu nåyte (Yn), jolloin jo suodatettujen nåytteiden juova voidaan johtaa ikkunan sisåånmenoksi, tunnet tu sii-tå, ettå siihen kuuluu vaiheet: - tutkittavan alkuperåisen nåytteen (¾) ja ainakin yhden 10 sen naapurinåytteen arvojen erotuksen laskeminen, - erotuksien vertaaminen mååråttyyn kynnysarvoon (Kthresh ) , - keskiarvon laskeminen tutkittavasta nåytteestå ja niistå naapurinåytteistå, joiden erotus tutkittavasta nåytteestå on pienempi kuin sanottu kynnysarvo, 15. keskiarvon asettaminen suodatetuksi nåytteeksi (Yn) , jos ainakin yksi erotuksista on pienempi kuin kynnysarvo, mutta muulloin on suodatettu nåyte (Yn) sama kuin tutkittava nåyte .

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmå, t u η n e t - t u siitå, ettå keskiarvottamisessa kåytettåvå naapurinåyte on saman juovan edeltåvå alkuperåinen nåyte .

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmå, t u η n e t - 25 tu siitå, ettå keskiarvottamisessa kåytettåvå naapurinåyte ‘ on saman juovan edeltåvå jo suodatettu nåyte (Yn_x) , jolloin keskiarvo on rekursiivinen keskiarvo.

* 4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmå, t u η n e t - 30 tu siitå, ettå keskiarvottamisessa kåytetåån naapurinåyt- teinå saman juovan (m) edeltåvåå jo suodatettua nåytettå (Yn-i) ja saman kentån edeltåvållå juovalla (m-2) horison-taalisesti tutkittavan nåytteen ylåpuolella olevaa jo suodatettua nåytettå (Ynjm_2)/ jolloin keskiarvo on rekursiivinen 35 keskiarvo.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmå, t u η n e t -t u siitå, ettå keskiarvottamisessa kåytetåån naapurinåyt- 15 92537 teenå lisåksi edeltåvån kentån (t-1) sitå suodatettua nåy-tettå (Yn,m-i,t-i) » j°^a pyyhkåiståån tutkittavan nåytteen (¾) ja saman kentån (t) edeltåvållå juovalla (m-2) horison-taalisesti tutkittavan nåytteen ylåpuolella olevan jo 5 suodatetun nåytteen (Yn/in_2) våliin, jolloin keskiarvo on temporaalinen rekursiivinen keskiarvo.

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmå, t u η n e t -t u siitå, ettå kåytetåån N11N2-ikkunaa, johon johdetaan 10 samasta kentåstå N2 kpl peråkkåistå alkuperåistå nåytettå Nlrltå peråkkåiseltå juovalta ja jossa tutkittava nåyte (3^) on ikkunan keskimmåinen nåyte muiden nåytteiden muodostaessa naapurinåytteet.

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen menetelmå, t u η n e t - t u siitå, ettå tutkittavaa nåytettå edeltåvåt nåytteet ovat jo suodatettuja nåytteitå (Y), jolloin keskiarvo on rekursiivinen keskiarvo.

8. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmå, t u η n e t - t u siitå, ettå kåytetåån 513-ikkunaa, johon samanaikaises-ti johdetaan saman kentån (t) kolme juovaa ja nåiden juovien våliin pyyhkåiståvåt edellisen kentån (t-1) kaksi juovaa ja jossa tutkittava nåyte (¾) on ikkunan keskimmåinen nåyte 25 muiden nåytteiden muodostaessa naapurinåytteet.

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen menetelmå, t u η n e t - t u siitå, ettå edellisen kentån (t-1) juovien nåytteet ovat jo suodatettuja nåytteitå (Y), jolloin keskiarvo on 30 rekursiivinen keskiarvo.

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen menetelmå, t u η n e t - t u siitå, ettå lisåksi saman kentån (t) ajallisesti tutkittavaa nåytettå (¾) edeltåvåt nåytteet ovat jo suodatet-35 tuja nåytteitå, jolloin keskiarvo on rekursiivinen keskiar vo. 92537 16

11. Patenttivaatimuksen l mukainen menetelmå, t u η n e t -t u siitå, ettå kynnysarvo (Kthresh>) on tutkittavan nåyt-teen (X^ harmaatason funktio siten, ettå se mahdollisimman hyvin vastaa ihmissilmån ominaisuuksia. 5

12. Videosignaalin kohinanpoistosuodatin, johon johdetaan samanaikaisesti yksi tai useampia nåytteistå koostuvia juo-via ainakin yhdestå kentåstå ja jonka ulostulo muodostuu suodatetuista nåytteistå (Yn) ja joka ulostulo voi olla myos 10 yksi suodattimen sisåånmenoista, tunnettu siitå, ettå se kåsittåå: - laskentaelimet, jotka laskevat tutkittavan nåytteen (¾) ja ainakin yhden sen naapurinåytteen arvojen erotuksen, - vertailuelimet kunkin erotuksen vertaamiseksi mååråttyyn 15 kynnysarvoon (Kthresh ) ja kuhunkin naapurinåytteeseen liit- tyvån ehtosignaalin muodostamiseksi, - ehdollisen keskiarvon laskentaelin, joka laskee keskiarvon tutkittavasta nåytteestå ja niistå naapurinåytteistå, joihin liittyvå ehtosignaali ilmaisee erotuksen tutkittavasta nåyt- 20 teestå olevan pienempi kuin kynnysarvo, - elimet keskiarvon asettamiseksi suodatetuksi nåytteeksi (Yn), jos ainakin yksi erotuksista on pienempi kuin kynnysarvo, mutta muulloin on suodatettu nåyte (Yn) sama kuin tut-kittava nåyte. 25 »

13. Patenttivaatimuksen 12 mukainen suodatin, t u η n e t -t u siitå, ettå se toimii N1*N2-ikkunassa ja siihen johdetaan samasta kentåstå N2 kpl peråkkåistå nåytettå Nl:ltå pe- * råkkåiseltå juovalta ja jossa tutkittava nåyte (¾) on ikku- 30 nan keskimmåinen nåyte muiden nåytteiden muodostaessa naapu-rinåytteet.

14. Patenttivaatimuksen 12 mukainen suodatin, t u η n e t -t u siitå, ettå se toimii 5*3-ikkunassa, johon samanaikai- 35 sesti johdetaan saman kentån (t) kolme juovaa ja nåiden juo-vien våliin pyyhkåiståvåt edellisen kentån (t-1) kaksi juo-vaa ja jossa tutkittava nåyte (¾) on ikkunan keskimmåinen nåyte muiden nåytteiden muodostaessa naapurinåytteet. 17 92537

15. Patenttivaatimuksen 13 tai 14 mukainen suodatin, tunnettu siitå, ettå ajallisesti tutkittavaa nåytet-tå (X^ edeltåvåt nåytteet ovat jo suodatettuja nåytteitå, jolloin keskiarvo on rekursiivinen keskiarvo. 5

16. Patenttivaatimuksen 12 mukainen suodatin, t u η n e t -t u siitå, ettå siinå on elimet tutkittavan nåytteen har-maatason tunnistamiseksi ja harmaatasoa vastaavan kynnysar-von (Kthresh ) måårittåmiseksi, jolloin elimen ulostulo, joka 10 on kynnysarvon ilmoittava signaali, on yhdistetty vertailu-elimiin.

17. Videosignaalin kohinanpoistosuodatinyksikko, joka koos-tuu kaskadiin kytketyistå suodattimista, joista ainakin yksi 15 on mediaanisuodatin, tunnettu siitå, ettå mediaani-suodattimen ulostulo on kytketty sinånså tunnettuun rekur-siivisen keskiarvon laskevaan suodattimeen, jonka ulostulos-ta saatava nåytteistetty videosignaali on kytketty alkupe-råisnåytteinå ehdollisen keskiarvon laskevan suodattimen 20 sisåånmenoon, joka suodatin kåsittåå: - laskentaelimet, jotka laskevat tutkittavan alkuperåisen nåytteen (X^ ja ainakin yhden sen naapurinåytteen arvojen erotuksen, - vertailuelimet kunkin erotuksen vertaamiseksi mååråttyyn 25 kynnysarvoon (Kthresh ) ja kuhunkin naapurinåytteeseen liit- tyvån ehtosignaalin muodostamiseksi, - ehdollisen keskiarvon laskentaelin, joka laskee keskiarvon tutkittavasta nåytteestå ja niistå naapurinåytteistå, joihin % liittyvå ehtosignaali ilmaisee erotuksen tutkittavasta nåyt-30 teestå olevan pienempi kuin kynnysarvo, - elimet keskiarvon asettamiseksi suodatetuksi nåytteeksi (Yn), jos ainakin yksi erotuksista on pienempi kuin kynnysarvo, mutta muulloin on suodatettu nåyte (Yn) sama kuin tutkittava nåyte. 35

18. Patenttivaatimuksen 17 mukainen suodatinyksikko, tunnettu siitå, ettå mediaanisuodattimen peråån on 18 92537 kytketty kaskadiin kaksi mainittua ehdollisen keskiarvon laskevaa suodatinta.

19. Patenttivaatimuksen 17 tai 18 mukainen suodatinyksikko, 5 tunnettu siitå, ettå sanottu mediaanisuodatin on kytketty suodatinyksikdn viimeiseksi suodattimeksi.