JP2003526271A - アクティブビデオ信号に関する主観ノイズ測定 - Google Patents

アクティブビデオ信号に関する主観ノイズ測定

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Abstract

(57)【要約】 従来技術のビデオ画像よりも主観的に良く知覚されるビデオ画像を発生する向上されたビデオ信号を形成するために、アクティブビデオ信号内のノイズを測定しかつフィルタする、装置及び方法が開示される。本発明の装置は、（１）ビデオ信号の周波数成分をフィルタするフィルタと、（２）フィルタされたビデオ信号内の画素の絶対値を計算する絶対値ユニットと、（３）主観的な人間の知覚能力に関連するしきい値へ、画素の絶対値をクリップするクリッピングユニットと、（４）スライディング窓内に配置された画素に対するクリップされた信号の値を加算できる、スライディング窓がビデオ画像のフレームの異なる領域内に順次配置される、加算回路と、（５）ビデオ画像のビデオ信号内のノイズを示す画素のクリップされた絶対値の少なくとも１つの最小和を検出できる検出器とを有する。この装置と方法は、主観的に優れたビデオ画像を形成することを可能とするビデオ信号対ノイズの比を提供する。この装置と方法は、ビデオ信号内のブロック歪も測定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 発明の技術分野 本発明は、ビデオ信号を向上する装置及び方法に向けられており、特に、従来
技術のビデオ画像よりも主観的に良好であると知覚されるビデオ画像を発生する
向上されたビデオ信号を形成するために、アクティブビデオ信号内のノイズ信号
を測定し且つフィルタする装置及び方法に向けられている。
【０００２】 発明の背景 現在のテレビジョンセット内のビデオ信号画像向上回路は、ノイズ信号を測定
しフィルタ除去するノイズ測定アルゴリズムを使用することにより画像の向上を
提供する。アナログ信号の分野では、最も一般的な形式のノイズはガウスノイズ
である。従って、多くの従来技術のノイズ測定アルゴリズムは、ガウスノイズの
みを測定しフィルタ除去するように設計されている。
【０００３】 ビデオ信号のノイズは１つ以上の発生源から生じるので、ビデオ信号内で検出
されるノイズは１つ以上の成分から構成され得る。各ノイズ信号成分はそれ自身
の特性を有する。これは、同じ形式のノイズ成分でも正しい。例えば、ビデオ信
号内の全てのノイズ成分がガウスノイズ形式の場合でさえも、各々のガウスノイ
ズ信号成分の周波数特性は、各々の他のガウスノイズ信号成分の周波数特性と異
なる。
【０００４】 継続して増加している環境のディジタル伝送のレベルでは、ディジタル伝送Ｍ
ＰＥＧ歪はビデオ信号内に更に一般的に現れる。高品質ビデオ信号を維持するた
めに、ビデオ信号のＭＰＥＧ歪の効果を除去することが好ましい。現在のテレビ
ジョンセット内の現在あるノイズ測定アルゴリズムはガウスノイズのみを測定す
るので、ビデオ信号からＭＰＥＧ歪を検出し、測定し且つ除去するには、テレビ
ジョンセット回路に別々のＭＰＥＧ歪検出器を付加する必要がある。
【０００５】 ビデオ信号内の１つ以上のガウスノイズ信号成分を検出できる装置及び方法が
望まれている。更に加えて、ビデオ信号内のＭＰＥＧ歪ノイズ信号成分を検出も
できるのが好ましい。
【０００６】 ビデオ信号内のノイズを減少させるために、ビデオ信号内のノイズレベルは識
別され且つビデオ信号から引かれなければならない。ビデオ信号内のノイズレベ
ルを識別する、幾つかの従来技術が存在する。例えば、ビデオ信号内の２乗平均
平方根（”ｒｍｓ”）ノイズの単純な測定は、以下の式、
【０００７】
【数１】 から得られる。
【０００８】 式（１）では、Ｎｅｓｔｉｍａｔｅｄは、推定されたノイズであり、ｓ[ｉ]は
ｉ番目の期間内のノイズなしの信号であり、そして、ｎ[ｉ]はｉ番目の期間内の
ノイズである。受信された信号は、（ｓ[ｉ]＋ｎ[ｉ]）であるので、Ｎｅｓｔｉ ｍａｔｅｄ の想定は、ｓ[ｉ]が既知のときにのみ得られる。これは、ビデオ信号
の水平ブランキング期間（又は、垂直ブランキング期間）内のノイズの測定の可
能性を暗示し、ここで、ｓ[ｉ]はブランキングレベルＶｂｌに等しいことが知ら
れている。ブランキングレベルＶｂｌは正確に知られていないが、ブランキング
期間内の（ｓ[ｉ]＋ｎ[ｉ]）の長期間平均として推定できる。
【０００９】 しかしながら、ブランキング期間内のノイズレベルの推定は、アクティブビデ
オ信号内のノイズレベルの信頼性のある推定値ではない。これは、ブランキング
信号は、クランプノイズと同期信号ジッタを最小化するために、ビデオカセット
レコーダ及び信号中継局により、頻繁に再挿入されるためである。即ち、ノイズ
の少ない新たなブランキング信号が、多くのノイズを含むフルブランキング信号
の代わりに挿入される。新たに挿入されたブランキング信号内のノイズは、アク
ティブビデオ信号内に実際に含まれているノイズよりも少ない場合がある。新た
に挿入されたブランキング信号内のノイズレベルとアクティブビデオ信号内のノ
イズレベルを同一視することは、アクティブビデオ信号内の実際のノイズレベル
の過小評価となる。
【００１０】 この理由のために、ビデオ信号のアクティブビデオ信号部分内のノイズレベル
を測定する必要がある。これは、アクティブビデオ信号内の信号とノイズの間を
区別するという問題を生じる。この問題と取り組む１つのアプローチは、画像が
、ある最小の量の一定の輝度の水平範囲を有すると仮定する。一定の輝度（又は
、ほぼ一定の輝度）を有するＬ画素のこれらの水平範囲の各々では、画素のこれ
らの水平範囲内の変化はノイズにより起こされるとみなされる。以下のように分
散を決定することにより、これらの局部的なノイズ信号のレベルを推定すること
が可能である。
【００１１】
【数２】 式（２）では、画素位置は、座標（ｘ，ｙ，ｆ）により規定される。特定の画
素に対して、値”ｘ”はライン上の位置を規定し、値”ｙ”はフレーム内のライ
ンを規定し、値”ｆ”はフレームの位置を規定する。放送中は、画素は順次に伝
送される。従って、伝送中のどの特定の画素の位置も単一の座標（即ち１次元）
で規定され得る。単一座標は”ｉ”と呼ばれ、そして、”ｉ”の値は、 ｉ＝ｘ・Ｔｘ＋ｙ・ＴＬ＋ｆ・Ｔｆ （３） により計算される。
【００１２】 式（３）では、Ｔｘはサンプル時間であり、ＴＬはライン継続時間であり、そ
して、Ｔｆはフィールド継続時間である。Ｔｘ、ＴＬ及び、Ｔｆの値は、特定の
規格（例えば、ＰＡＬ、ＮＴＳＣ）に対して固定されている。伝送内の画素の位
置は、この方法を使用して規定されてもよい。
【００１３】 式（２）では、Ｎｅｓｔｉｍａｔｅｄ（ｘ，ｙ，ｆ）は、ノイズの推定値であ
り、Ｌは画素の選択された水平期間内の画素の番号であり、そして、Ｆ[ｘ，ｙ
，ｆ]は（Ｙ[ｉ]＋ｎ[ｉ]）に等しい。Ｙ[ｉ]はｉ番目の期間内の輝度であり、
そして、ｎ[ｉ]はｉ番目の期間内のノイズである。式（２）では、Ｆｘ，ｙ，ｆ は、（Ｙ[ｉ]＋ｎ[ｉ]）の局部平均であり、
【００１４】
【数３】 により計算される。
【００１５】 アクティブビデオ信号内のノイズレベルを推定する分散法を使用するために、
多数の領域から分散を計算することが必要である。画像は一定の輝度のある量の
小領域を有すると仮定される。その領域は、画像からの細部を含まずノイズのみ
を含む最小の分散を生じるとも仮定される。問題は、画像が、多くの（画像内に
コントラストがないか又は、非常に少しのコントラストがある）”平坦”領域を
含む場合には、分散法はノイズの過小評価を導くことである。これは、ノイズ測
定を画像内容に依存させる。
【００１６】 この問題を解決する１つの方法は、Ｒ個の最小のノイズ推定値に亘ってノイズ
推定値を平均することであり、ここで、Ｒは予め選択された非零の正の整数であ
る。ノイズ推定値を平均することは、画像内容によるノイズ測定の依存性を減少
させる。
【００１７】 ノイズ測定システムが、ビデオ信号内のノイズの量を推定した後に、ノイズ測
定システムは、ノイズ推定値を、ビデオシステムの他の信号処理要素に送る。１
つのそのような信号処理要素は、信号のノイズ成分を、アクティブビデオ信号か
ら減算できるノイズ減算要素である。アクティブビデオ信号からのノイズ成分の
減算は、ノイズ成分の少ない改善されたビデオ画像を発生できる向上されたアク
ティブビデオ信号を供給する。
【００１８】 異なる周波数特性を有するビデオ信号内のノイズ成分の存在は、ノイズ測定シ
ステム（及び、その関連するノイズ減算要素）に、主観的知覚の観点から可能な
最も高品質な画像を供給しないビデオ信号へ補正を行うことを生じ得る。補正さ
れたビデオ信号により供給されるビデオ画像の視聴者の主観的知覚は、ノイズ測
定システムにより与えられる補正に基づいて期待されるのと同じほど常に良いわ
けではない。これは、現在存在するノイズ測定方法は、人間の目に対して表示す
るために結果のビデオ画像を最適化するようにビデオ信号からノイズを除去する
ように設計されていないためである。
【００１９】 従って、人間の目の特性を考慮して、ビデオ信号内のノイズを測定し且つフィ
ルタできるノイズ測定装置及び方法が必要である。特に、従来技術のノイズ測定
アルゴリズムで発生されるビデオ画像の画像品質と比較して非常に良い画像品質
を有するように人間の目に主観的に知覚される向上されたビデオ画像を提供する
ように、ビデオ信号内のノイズ信号を測定し且つフィルタすることのできるノイ
ズ測定装置及び方法が必要である。特に、ビデオ信号内のノイズが、人間の目に
より知覚されるほど十分に大きいか否かを決定できるノイズ測定装置と方法が必
要である。
【００２０】 本発明の概要 本発明は、一般的に、ビデオ画像を見るのに使用されるアクティブビデオ信号
内のノイズ信号を測定しかつフィルタする装置と方法を含む。
【００２１】 本発明の優位な実施例では、本発明の装置は、（１）フィルタされたビデオ信
号を形成するために、前記ビデオ信号の周波数成分の範囲を選択できるフィルタ
と、（２）フィルタされたビデオ信号内の画素の輝度の絶対値を表す信号を形成
できる、絶対値ユニットと、（３）主観的な人間の知覚能力に関連するクリッピ
ングしきい値へ、画素の輝度の絶対値をあらわす信号をクリップできる、クリッ
ピングユニットと、（４）スライディング窓内に配置された画素に対するクリッ
プされた信号の値を加算できる、スライディング窓がビデオ画像のフレームの異
なる領域内に順次配置されながらその値の複数の和を得ることができる、加算回
路と、（５）ビデオ画像のビデオ信号内のノイズを示す信号を得るために、その
値の複数の和の最小値である、その値の少なくとも１つの和を検出できる、検出
器とを有する。
【００２２】 本発明の主な目的は、ビデオ画像を見るのに使用される人間の視覚システムの
特性を考慮して、ビデオ信号内のノイズ信号を測定し且つフィルタすることので
きるノイズ測定装置を提供することである。
【００２３】 本発明の更なる目的は、従来技術のノイズ測定装置及び方法で発生されるビデ
オ画像の画像品質と比較して非常に良い画像品質を有するように視聴者に主観的
に知覚される向上されたビデオ画像を提供するように、アクティブビデオ信号内
のノイズ信号を測定し且つフィルタできるノイズ測定装置及び方法を提供するこ
とである。
【００２４】 前述したものは、当業者が以下の本発明の詳細な説明をよりよく理解できるよ
うに、本発明の特徴と技術的な優位点について広く概要を述べたものである。本
発明の請求項の主題を構成する本発明の更なる特徴と優位点を以下に説明する。
当業者は、本発明の同じ目的を実行するための修正と他の構造の設計の基礎とし
て、開示された概念と特定の実施例を容易く利用できることは理解されるべきで
ある。当業者は、そのような等価な構成は広い形式の本発明の範囲から離れるも
のではないことを理解すべきである。
【００２５】 本発明の詳細な説明の前に、本明細書を通して使用される特定の単語とフレー
ズを定義しておくことが優位である。用語”含む”と”有する”等は、制限なし
に包含することを意味し、用語”又は”は”及び／又は”を含み、”関連する”
等は含む、含まれる、相互に接続される、含む、含まれる、接続する、通信する
、共同する，インターリーブする、並列する、近接する、向かう、特性を有する
等を意味し、用語”コントローラ”、”プロセッサ”又は”装置”は、少なくと
も１つの動作を制御する装置、システム又は、その一部を意味し、そのような装
置は、ハードウェア、ファームウェア又は、ソフトウェア又は、同様なものの少
なくとも２つの組合せで実行され得る。特定のコントローラに関連する機能は、
局部的に又は、遠隔的に、集中化され、分散されうることに注意すべきである。
本明細書を通して特定の用語とフレーズの定義は、多くの当業者が理解すべきで
あり、そのような定義は、多くの場合でないときには、そのような定義された用
語とフレーズの特徴的な使用と共に、予め与えられる。
【００２６】 本発明の更に完全な理解のために、そしてその優位点のために、添付の図面と
ともに、以下の説明を行う。同じ番号は、同じ構成要素を示す。
【００２７】 本発明の詳細な説明 以下に説明する図１から３及び、本発明の装置と方法の原理を説明する明細書
で説明する種々の実施例は、説明のためのみであり、本発明を制限するものと解
すべきではない。本発明の装置と方法は、テレビジョンセット内のビデオ信号を
向上させるための装置及び方法として説明する。本発明の装置と方法はテレビジ
ョンセットに制限されないということを理解するのは重要である。当業者は、本
発明の原理は、制限なしに、テレビジョン受信機、テレビジョンカメラ、コンピ
ュータビデオディスプレイシステム及び、ビデオ信号を利用する又は処理するど
のような形式の電子装置を含む、どのような形式のビデオ信号システムにも適用
できることは理解されよう。以下の説明では、テレビジョンセットは説明目的の
ためのみに使用される。
【００２８】 図１は、本発明の装置と方法を利用する、テレビジョンセット１００のブロッ
ク図である。テレビジョンセット１００は、テレビジョン受信器１１０及び表示
ユニット１１５を有する。表示ユニット１１５は、陰極線管又は、フラットパネ
ルディスプレイ又は、ビデオ画像を表示するどのような形式の装置でもよい。テ
レビジョン受信器１１０は、テレビジョン信号を受信するアンテナ１０５を有す
る。アンテナ１０５は、チューナ１２０に接続されている。チューナ１２０は、
中間周波数（”ＩＦ”）プロセッサ１２５に接続されている。ＩＦプロセッサ１
２５は、オプションのＭＰＥＧ復号器１３０に接続されている。ＭＰＥＧ復号器
１３０の出力は、本発明のノイズ測定回路１３５に接続されている。ＭＰＥＧ復
号器１３０の出力は、後処理回路１４０に接続されている。ノイズ測定回路１３
５は、後処理回路１４０に入力されたのと同じビデオ信号を受信する。後処理回
路１４０の出力は、表示ユニット１１５に入力される。テレビジョン受信器１１
０はＭＰＥＧ復号器を含まないアナログテレビジョンでも良いので、ＭＰＥＧ復
号器１３０は、”オプション”である。このような実施例では、ＩＦプロセッサ
１２５の出力は、ＭＰＥＧ復号器１３０の代わりに、ノイズ測定回路１３５と後
処理回路１４０により使用される。
【００２９】 ビデオ信号内に存在するノイズ信号を測定し且つフィルタするためにＭＰＥＧ
復号器１３０から受信する、ノイズ測定回路１３５は、ビデオ信号を処理する。
以下で完全に説明するように、ノイズ測定回路１３５は、人間の知覚の特性を考
慮してビデオ信号を処理する。ノイズ測定回路１３５の出力は、ノイズ測定回路
１３５がＭＰＥＧ復号器１３０から受信するビデオ信号に対する信号対ノイズ比
である。ノイズ測定回路１３５により決定された信号対ノイズ比は、従来技術の
ノイズ測定回路により提供されるよりも、主観的に更に正確な且つ視覚的にはっ
きりしたビデオ画像を提供する。
【００３０】 ノイズ測定回路１３５は、信号対ノイズ比情報を後処理回路１４０に転送する
。後処理回路１４０は、ビデオ信号からノイズ信号を除去するのに信号対ノイズ
比情報を使用することができ、そして、それにより、ビデオ信号により発生され
るビデオ画像の品質を改善する。
【００３１】 後処理回路１４０は、幾つかの異なる形式のビデオ信号処理を実行することが
できる。例えば、幾つかのビデオ信号処理アプリケーションは、（ａ）ノイズレ
ベル適応ノイズ低減アルゴリズム、（ｂ）ノイズレベル適応シャープネス向上、
（ｃ）ノイズレベル適応輝度−クロミナンス分離、（ｄ）ノイズレベル適応動き
検出、（ｅ）ノイズレベル適応動き推定及び補償、（ｆ）ノイズレベル適応アッ
プコンマ−ジョン、（ｇ）ノイズレベル適応特徴向上、及び、（ｈ）ノイズレベ
ル適応オブジェクトに基づくアルゴリズムを含む。本発明の装置及び方法は、Ｍ
ＰＥＧ符号化前のノイズレベル適応フィルタリングのためのテレビジョンカメラ
（図示していない）のような、画像前処理回路でも使用され得ることに注意すべ
きである。
【００３２】 コンピュータディスケット１４５の概略が、図１に示されている。本発明の代
わりの優位な実施例では、コンピュータディスケット１４５は、テレビジョン受
信器１００内のコンピュータディスクドライブ（図示していない）に挿入される
。コンピュータディスクドライブは、ノイズ測定回路１３５から直接的に（又は
、後処理回路１４０から間接的に）、ノイズ測定情報を受信でき、そして、コン
ピュータディスケット１４５に情報を書き込むことができる。
【００３３】 本発明の他の代わりの優位な実施例では、コンピュータディスケット１４５は
、本発明の方法を実行するコンピュータ実行可能な方法ステップを含む。この優
位な実施例では、コンピュータディスケット１４５は、（インターネットを含む
）コンピュータ化されたデータと命令を蓄積し且つ送信できるどのような形式の
媒体の表現と考えられる。本発明のこの実施例では、後処理回路１４０は、コン
ピュータディスケット１４５から（又は、コンピュータ化されたデータと命令を
蓄積し且つ送信できるどのような形式の媒体から）、本発明のコンピュータ化さ
れた方法ステップを受信できる。後処理回路１４０は、本発明のコンピュータ化
された方法ステップに従ってＭＰＥＧ復号器１３０からビデオ信号のノイズを測
定することができる。
【００３４】 図２は、本発明の一実施例に従ったノイズ測定回路１３５の装置及び方法を示
すブロック図である。入力ビデオ信号ラインは、各々の信号処理ブランチ２１０
，２３０，２５０及び２７０に接続されている。入力信号ラインに入力されるど
のビデオ信号も、各々の信号処理ブランチの第１の構成要素に同時に転送される
。図２には、４つの例示の信号処理ブランチが示されているが、本発明は４つの
信号処理ブランチの使用に制限されない。本発明は、１つの信号処理ブランチで
実行されても良いが、少なくとも２つの信号処理ブラン値が使用されるときによ
り良い結果が得られる。いくつの信号処理ブランチが使用されるかについての上
限はない。これは、信号処理ブランチ２５０と信号処理ブランチ２７０の間の点
により、図２に示されている。
【００３５】 信号処理ブランチ２１０の第１の要素は、信号フィルタ２１１である。フィル
タ２１１は、ビデオ信号の規定された範囲の周波数成分を選択し且つ通過させる
高域通過又は帯域通過フィルタである。フィルタ２１１の出力は、信号処理ブラ
ンチ２１０の第２の構成要素に接続されている。信号処理ブランチ２１０の第２
の構成要素は、絶対値ユニット２１２である。絶対値ユニット２１２は、フィル
タ２１１によりフィルタされたビデオ信号の画素の輝度の絶対値を計算する。絶
対値ユニット２１２は、フィルタされたビデオ信号の画素の輝度の絶対値を表す
信号も形成する。
【００３６】 絶対値ユニット２１２の出力は、信号処理ブランチ２１０の第３の要素の入力
に接続されている。信号処理ブランチ２１０の第３の要素は、クリッピングユニ
ット２１３である。クリッピングユニット２１３は、フィルタ２１１によりフィ
ルタされたビデオ信号の画素の輝度の絶対値を表す信号の振幅をクリップする。
クリッピングの量は、予め選択されたクリッピングしきい値レベルにより決定さ
れる。クリッピングユニット２１３に対する適切なクリッピングしきい値レベル
の選択は、以下に更に完全に説明する。
【００３７】 クリッピングユニット２１３の出力は、信号処理ブランチ２１０の第４の構成
要素の入力に接続される。信号処理ブランチ２１０の第４の要素は、フレーム又
は”窓”内に配置された画素の輝度の絶対値を表すクリップされた信号の値を加
算するための、加算回路２１４である。優位な実施例では、窓はＭ画素かけるＮ
画素の寸法の矩形（”ＭかけるＮ窓”と呼ぶ）である。しかしながら、（ダイヤ
モンド形状又は十字形状のような）他の形状の窓も可能である。説明のために、
窓は、矩形のＭかけるＮ窓とする。加算回路２１４は、ＭかけるＮ窓内に配置さ
れた画素に対するクリップされた信号の値を加算する。加算回路２１４は、そし
て、後の分析のために、その和を蓄積する。
【００３８】 ＭかけるＮ窓は、ビデオ画像を含むフレームに亘って移動できる。従って、”
ＭかけるＮスライディング窓”としばしば呼ばれる。加算回路２１４は、Ｍかけ
るＮスライディング窓を新たな位置に移動させ、そして、ＭかけるＮ窓の新たな
位置内にある各画素の輝度の絶対値を表すクリップされた信号の値を加算する。
加算回路２１４は、そして、前述のメモリ蓄積装置内の新たな位置からの和を蓄
積する。
【００３９】 加算回路２１４は、ビデオ画像を含むフレームを亘ってＭかけるＮ窓を移動す
ることを続け、そして、各位置で、ＭかけるＮ窓内の画素に対するクリップされ
た信号の値を加算する。加算回路２１４がビデオ画像を含む全体のフレームに対
してこの処理を完了したときに、加算回路２１４は、各々のＭかけるＮ窓位置内
の、画素に対するクリップされた信号の値の和の完全な組みを得る。クリップさ
れた信号の値の和のこの完全な組みは、加算回路２１４の出力である。
【００４０】 加算回路２１４の出力は、信号処理ブランチ２１０の第５の構成要素の入力に
接続されている。信号処理ブランチ２１０の第５の構成要素は、ビデオ画像を含
むフレーム内のクリップされた信号の値のＲの最小和を検出する検出器２１５で
ある。即ち、検出器２１５は、加算回路２１４からのクリップされた信号の値の
和の完全な組みを通して検索し、そして、最小の値を有するＲの和を見つける。
検出器２１５内に設定されている予め選択された数Ｒは、非零の正の整数である
。数Ｒの有する最小の値は、１である。
【００４１】 数Ｒが１を有するように選択された場合には、検出器２１５は、最小の値の和
（即ち、検出器２１５が加算回路２１４から受信する和の完全な組みの中の全て
の和の最小値を有する和）を検出する。数Ｒが１より大きい値を有するように選
択された場合には、検出器２１５により検出されたＲの和は、ノイズ信号に対し
て平均化された値の和を得るために共に平均化される。ノイズ信号に対する単一
の最小値和使用されるか否か又は、ノイズ信号に対する平均化された値の和が使
用されるか否かで、ノイズ信号の結果の値は、ビデオ信号に対する信号対ノイズ
比を得るのに使用される。
【００４２】 従って、検出器２１５の出力は、ビデオ信号がフィルタ２１１によりフィルタ
された後に、ノイズ測定回路１３５がＭＰＥＧ復号器１３０から受信するビデオ
信号に対する信号対ノイズ比である。検出器２１５の出力は、信号処理ブランチ
２１０の出力である。検出器２１５の出力は、加算ユニット２８０への入力であ
る。加算ユニット２８０は、他の信号処理ブランチ内にある他の検出器からの信
号を受信できる。加算ユニット２８０の出力は、ノイズ測定回路１３５内に含ま
れる、各々の信号処理ブランチからの信号の和を表す。加算ユニット２８０の出
力は、後処理回路１４０の入力に接続されている。
【００４３】 時間低域通過フィルタ（図示していない）は、ノイズ推定信号の出力品質を改
善するのに使用され得る。加算ユニット２８０の出力は、時間に亘ってノイズ推
定信号を平滑化する時間低域通過フィルタに直接的に接続されている。この特徴
は、通常は、ノイズレベル適応信号処理に良好な結果を与える。時間低域通過フ
ィルタの出力である低域通過フィルタされたノイズ推定信号は後処理回路１４０
の入力に接続される。
【００４４】 第２の信号処理ブランチ２３０、第３の信号処理ブランチ２５０及び、第４の
信号処理ブランチ２７０は、第１の信号処理ブランチ２１０と同じ原理で動作す
る。しかしながら、１つの信号処理ブランチの種々のユニットの特定のパラメー
タは、１つ又はそれ以上たの信号処理ブランチのそれらと異なっても良い。この
特徴は、１つ又はそれ以上の形式のノイズ信号の同時の測定を可能とする。
【００４５】 例えば、第１の信号処理ブランチ２１０は、特定の周波数範囲内のガウスノイ
ズ信号を測定するために設計されてもよい。第１の信号処理ブランチ２１０内の
フィルタ２１１と他のユニットは、特定のガウスノイズ信号を測定するためにそ
れらのパラメータセットを有する。同時に、第２の信号処理ブランチ２３０は、
異なる周波数範囲内の第２のガウスノイズ信号を測定するために設計されてもよ
い。第２の信号処理ブランチ２３０内のフィルタ２３１と他のユニットは、特定
の第２のガウスノイズ信号を測定するためにそれらのパラメータセットを有する
。同時に、他の信号処理ブランチ２５０及び２７０は、ＭＰＥＧノイズ信号のよ
うな、他の形式のノイズ信号を測定するために設計されてもよい。この特徴は、
ノイズ測定回路１３５による、１つ又はそれ以上の形式のノイズ信号の同時の測
定を可能とする。
【００４６】 ノイズ測定回路１３５の個々のユニットの説明に戻ると、信号処理ブランチ２
３０のフィルタ２３１、信号処理ブランチ２５０のフィルタ２５１及び、信号処
理ブランチ２７０のフィルタ２７１は、ビデオ信号の規定された範囲の周波数成
分を選択し且つ通過させるための、高域通過又は帯域通過フィルタである。各フ
ィルタ２１１、２３１、２５１及び、２７１は、同じ範囲の周波数を選択し且つ
通過左折ように設計されても良い。前述のように、代わりの中で、各フィルタ２
１１、２３１、２５１及び、２７１は、異なる範囲の周波数を選択し且つ通過さ
せるように設計されても良い。
【００４７】 フィルタ２１１、２３１、２５１及び、２７１のそれぞれの出力は、絶対値ユ
ニット２１２、２３２、２５２及び、２７２のそれぞれの入力に接続されている
。絶対値ユニット２１２、２３２、２５２及び、２７２は、それぞれのフィルタ
２１１、２３１、２５１及び、２７１によりフィルタされたビデオ信号の画素の
絶対値を計算する。絶対値ユニット２１２、２３２、２５２及び、２７２の各々
は、それぞれのフィルタされたビデオ信号内の画素の輝度のそれぞれの絶対値を
表す信号を形成する。
【００４８】 各絶対値ユニット２１２、２３２、２５２及び、２７２は、同じ絶対値計算ア
ルゴリズムを使用するように選択されても良い。代わりに、各絶対値ユニット２
１２、２３２、２５２及び、２７２は、異なる絶対値計算アルゴリズムを使用す
るように選択されても良い。絶対値計算アルゴリズムの選択は、特定の信号処理
ブランチにより処理されている信号周波数の範囲又はノイズ信号の形式に依存し
うる。
【００４９】 絶対値ユニット２１２、２３２、２５２及び、２７２は、クリッピングユニッ
ト２１３、２３３、２５３及び、２７３のそれぞれの入力に接続される。クリッ
ピングユニット２１３、２３３、２５３及び、２７３は、それぞれの絶対値計算
ユニット２１２、２３２、２５２及び、２７２により計算されたビデオ信号の画
素の輝度の絶対値を表すそれぞれの信号をクリップする。
【００５０】 各クリッピングユニット２１３、２３３、２５３及び、２７３は、クリッピン
グに対して同じしきい値を使用するように選択されてもよい。代わりに、各クリ
ッピングユニット２１３、２３３、２５３及び、２７３は、クリッピングに対し
て異なるしきい値を使用するように選択されてもよい。クリッピングに対するし
きい値の選択は、特定の信号処理ブランチにより処理されている、信号周波数又
はノイズ信号の形式に依存する。
【００５１】 それぞれのクリッピングユニット２１３、２３３、２５３及び、２７３の出力
は、ＭかけるＮスライディング窓加算回路２１４、２３４、２５４及び、２７４
に接続される。各々のＭかけるＮスライディング窓加算回路２１４、２３４、２
５４及び、２７４は、各それぞれのビデオ画像フレーム内の各々のＭかけるＮ窓
位置内の、画素のクリップされた信号の値の和のそのそれぞれの完全な組みを得
る。それぞれのＭかけるＮスライディング窓加算回路２１４、２３４、２５４及
び、２７４は、クリップされた信号の値の和のそのそれぞれの完全な組みをそれ
らのそれぞれの検出器２１５、２３５、２５５、２７５に送る。
【００５２】 各々の検出器２１５、２３５、２５５、２７５は、それぞれのＭかけるＮスラ
イディング窓によりカバーされるビデオ画像フレーム内のクリップされた信号の
値の規定された数の最小和を検出するように設計される。数Ｒは、全ての検出器
２１５、２３５、２５５、２７５に対して同じ数であるように選択することがで
きる。代わりに、異なる数Ｒが、各々の検出器２１５、２３５、２５５、２７５
に対して選択することができる。Ｒに対する特定の値の選択は、特定の信号処理
ブランチにより処理されている、信号周波数又は、ノイズ信号の形式に依存する
。
【００５３】 検出器２１５、２３５、２５５、２７５のそれぞれの出力は、加算ユニット２
８０に接続される。加算ユニット２８０は、検出器２１５、２３５、２５５、２
７５からの信号を受信しそして、出力のためにそれらを単一の信号に結合する。
加算ユニット２８０の出力は、ノイズ測定回路１３５内に含まれる、各々の信号
処理ブランチ２１０、２３０、２５０及び、２７０からの信号の和を表す。加算
ユニット２８０の出力は、後処理回路１４０の入力に接続される。
【００５４】 クリッピングユニット２１３、２３３、２５３及び、２７３に対する適切なク
リッピングしきい値レベルの選択は、人間の目は異なる空間周波数に対して異な
る感度を有する特原理に基づいている。各空間周波数成分に対する人間の知覚し
きい値がある。例えば、各信号が等しい量のエネルギーを有する信号Ａと信号Ｂ
の場合を考える。信号Ａは、平坦なスペクトルを有する。信号Ｂは低域通過され
た狭帯域スペクトルを有する。２つの信号は同じエネルギーを有しているが、信
号Ｂは信号Ａよりも、更に知覚されやすい。
【００５５】 特定の空間周波数を有するノイズ信号が、特定の空間周波数に対する人間の知
覚しきい値以下の場合には、そのノイズ信号は、人間の視聴者には知覚されない
。本発明のクリッピング機能は、人間に知覚されるノイズ信号のみがノイズ信号
の分析に含まれるように設計される。
【００５６】 視覚的知覚しきい値対空間周波数を計算するための数学的モデルが、”ウェー
ブレット量子化誤差に対する視覚的しきい値”と題する論文内で、Ａｎｄｒｅｗ
Ｂ．Ｗａｔｓｏｎ他により提案されている。この論文は、１９９６年の画像科
学技術学会、ヒューマンビジョン及び電子画像、ＳＰＩＥ会報第２６５７巻論文
番号Ｎｏ．４４である。Ｗａｔｓｏｎの論文は、離散ウェーブレット変換に基づ
く画像圧縮に関する”知覚的無損失”量子化マトリクスの設計に向けられている
。
【００５７】 Ｗａｔｓｏｎの論文は、知覚しきい値を空間周波数に関連させる曲線を有する
モデルを示す。この曲線は、以下の式、
【００５８】
【数４】 により記述される。
【００５９】 式（５）では、Ｙ（ｘ）は知覚しきい値であり、そして、ｘは空間周波数であ
る。本発明の１つの実施例では、このモデルは、本発明のクリッピングユニット
（２３１，２３３，２５３，２７３）に対するクリッピングしきい値を得るのに
使用される。
【００６０】 特定の個々のクリッピングユニット（例えば、クリッピングユニット２３１）
に対するクリッピングしきい値は、知覚しきい値と、特定の個々のフィルタ（例
えば、フィルタ２１１）の空間スペクトル応答の積を累積することにより計算さ
れる。
【００６１】 一般的には、どの信号処理ブランチ、即ちｎ番目のブランチ、に対するしきい
値を計算するためにフィルタの空間スペクトル応答はＳｎ（ｘ）で与えられると
する。そして、ｎ番目のブランチに対するクリッピングしきい値Ｔｈｎは、
【００６２】
【数５】 により与えられる。
【００６３】 上述のように、クリッピングしきい値を使用して、フィルタされたビデオ信号
内の画素の輝度の絶対値を表す信号をクリップすることは、改善された信号対ノ
イズ比を生じる。改善された信号対ノイズ比は、クリッピング又はクリッピング
しきい値を使用しないビデオ画像よりも非常に良く主観的に知覚されるビデオ画
像の形成を可能とする。
【００６４】 ノイズ測定回路１３５は、ＭＰＥＧ復号されたビデオ信号内のノイズを測定す
ることができる。ＭＰＥＧ復号されたビデオ信号内には、２つの特徴的な形式の
ノイズひずみがある。
【００６５】 第１の形式の歪は、”モスキート”ノイズと呼ばれる。モスキートノイズは、
高周波数変換係数の減衰から生じる、画像の急峻なエッジの周りで動くノイズで
ある。第２の形式の歪は、”ブロック”歪と呼ばれる。ブロック歪は、ＭＰＥＧ
復号されたビデオ信号の平坦な領域内の、視覚的に知覚できる、画素の”ブロッ
ク”又は、”タイル”であり、それは、滑らかな変化が、量子化処理により起こ
される急峻な変化に置き換えられることにより発生する。”ブロック”又は”タ
イル”の大きさは、変換復号で使用されるブロックサイズと同じである。サイズ
は、典型的には、８かける８（８ｘ８）画素である。
【００６６】 ＭＰＥＧ復号されたシーケンスの品質は、符号化処理の品質ファクタに強く関
連している。品質ファクタが高い場合には、最も多くの歪は”モスキート”ノイ
ズである。品質ファクタが低い場合には、最も多くの歪は”ブロック”歪である
。
【００６７】 本発明は、”ブロック”歪を検出し且つ測定することができる。”ブロック”
歪を検出し且つ測定するために、ノイズ測定回路１３５は、第１の信号処理ブラ
ンチ２１０のＲの最小和と第２の信号処理ブランチ２３０のＲの最小和の比を計
算する。”ブロック”歪の空間周波数は、主に第１のフィルタ２１１の周波数範
囲内であるので、この比は”ブロック”歪の良い指標である。即ち、第１のフィ
ルタ２１１の周波数範囲は、”ブロック”歪に対して最も共通するな空間周波数
を含むように選択される。
【００６８】 その比は、実験的に決定された”ブロック”歪しきい値数と比較される。この
比が、”ブロック”歪しきい値数よりも大きい場合には、信号内にかなりの数の
”ブロック”歪が存在するという決定がなされる。ノイズ測定回路１３５は、判
断回路２９０内で、この比と”ブロック”歪しきい値数を比較する。第１の信号
処理ブランチ２１０からのＲの最小和の値を含む検出器２１５の出力は、判断回
路２９０に接続されている。第２の信号処理ブランチ２３０からのＲの最小和の
値を含む検出器２３５の出力も、判断回路２９０に接続される。判断回路２９０
は、第１の信号処理ブランチ２１０からのＲの最小和の値を、第２の信号処理ブ
ランチ２３０からのＲの最小和の値で割ることにより、比を計算する。計算され
た比は、実験的に決定された”ブロック”歪しきい値数と比較される。
【００６９】 この比の値が、”ブロック”歪しきい値数よりも大きい場合には、ブロック歪
フラグが、フラグ設定回路２９１内の１つの値に設定される。比の値が”ブロッ
ク”歪しきい値数よりも小さい場合には、ブロック歪フラグは、フラグ設定回路
２９２内でゼロにリセットされる。ブロック歪フラグは、図２では、”ＢＡＦＬ
ＡＧ”と呼ばれる。ブロック歪フラグの状態は、フラグ設定回路２９１とフラグ
設定回路２９２を後処理回路１４０に接続する信号線（図示していない）により
、後処理回路１４０へ連続して供給される。このように、後処理回路１４０は、
ビデオ信号内に”ブロック”歪が多く存在するか否かを連続して通知される。
【００７０】 この配置と共に、実際に大きな数の”ブロック”歪がないときに、非常に低周
波数より排他的に構成されるビデオ信号がブロック歪フラグを設定することが、
理論的には可能である。これは、理論的には可能であるが、実際には、そのよう
なビデオ信号が発生するのは、非常に稀である。従って、実際に発生する大部分
のビデオ信号に対して、ブロック歪フラグは正しく設定される。
【００７１】 図３は、本発明の装置の動作の方法を示すフロー図である。ビデオ画像を構成
できるビデオ信号内のノイズを測定する方法は、一般的には、番号３００により
示される。第１のステップ３０２は、フィルタされたビデオ信号を構成するため
に、ビデオ信号の周波数成分の範囲を選択できるフィルタでビデオ信号をフィル
タするステップである。第２のステップ３０４は、フィルタされたビデオ信号内
の画素の輝度の絶対値を決定するステップである。
【００７２】 第３のステップ３０６は、フィルタされたビデオ信号内の画素の輝度の絶対値
を表す信号を構成するステップである。第４のステップ３０８は、フィルタされ
たビデオ信号内の画素の輝度の絶対値を表す信号をクリップするステップである
。第５のステップ３１０は、前記ビデオ画像のフレームの領域内に配置されたＭ
画素かけるＮ画素の寸法を有するスライディング窓内に配置された画素のクリッ
プされた信号の値を合計するステップである。
【００７３】 第６のステップ３１２は、スライディング窓がビデオ画像のフレームの異なる
領域内に順次に配置されながら、スライディング窓内に配置された画素に対する
クリップされた信号の値の複数の和を得るステップである。第７のステップ３１
４は、クリップされた信号の値の複数の和の最小値であるクリップされた信号の
値の少なくとも１つの和を検出するステップである。
【００７４】 第８のステップ３１６は、ビデオ画像のビデオ信号内のノイズを示すために、
クリップされた信号の値の少なくとも１つの和を使用するステップである。
【００７５】 本発明のテレビジョンセットの例示的な例に関して詳細に説明したが、当業者
は、多くの変更、代用及び、代わりのものを、最も広い形式の本発明の範囲から
離れることなく行うことができると理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の装置と方法を利用するテレビジョンセットのブロック図である。
【図２】 本発明の装置と方法を示すブロック図である。
【図３】 本発明の装置の動作の方法を示すフローを示す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヘントシェル，クリスチャン オランダ国，5656 アーアー アインドー フェン，プロフ・ホルストラーン ６ Ｆターム(参考） 5C059 KK47 MA00 MA24 MA45 ME01 TA00 TC02 TD02 TD06 TD12 TD16 UA05 UA11 5C061 BB03 CC05

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ビデオ画像を構成できるビデオ信号内のノイズを測定するた
    めの装置であって、 フィルタされたビデオ信号を形成するために、前記ビデオ信号の周波数成分の
    範囲を選択できるフィルタと、 前記フィルタされたビデオ信号を受信するために前記フィルタに接続された、
    前記フィルタされたビデオ信号内の画素の輝度の絶対値を表す信号を形成できる
    、絶対値ユニットと、 前記画素の輝度の絶対値を表す前記信号を受信するために前記絶対値ユニット
    に接続された、前記フィルタされたビデオ信号内の前記画素の輝度の絶対値を表
    す信号をクリップできる、クリッピングユニットと、 スライディング窓内に配置された画素に対する前記フィルタされたビデオ信号
    内の画素の輝度の絶対値を表すクリップされた信号の値を加算できる、前記クリ
    ッピングユニットに接続された、前記スライディング窓が前記ビデオ画像のフレ
    ームの異なる領域内に順次配置されながら、前記クリップされた信号の前記値の
    複数の前記和を得ることができる、加算回路と、 前記ビデオ画像の前記ビデオ信号内のノイズを示す信号を得るために、前記ク
    リップされた信号の前記値の前記複数の和の最小値である、前記クリップされた
    信号の前記値の少なくとも１つの和を検出できる、前記加算回路に接続された検
    出器とを有する装置。
  2. 【請求項２】 前記クリッピングユニットは、クリッピングしきい値よりも
    小さい前記信号の何れの部分も削除することにより、前記フィルタされたビデオ
    信号内の前記画素の輝度の絶対値を表す前記信号をクリップでき、前記クリッピ
    ングしきい値は、乗算の積を累積することにより計算され、前記積の１つの係数
    は空間周波数の関数である知覚しきい値であり、前記積の他の係数は前記フィル
    タの空間周波数応答である請求項１に記載の装置。
  3. 【請求項３】 空間周波数の関数である前記知覚しきい値は、 ｙ＝１０ｅｘｐ[０．４６６（ｌｏｇ（ｆ）＋０．４０）２−０．３１] により計算される、請求項２に記載の装置。
  4. 【請求項４】 前記検出器は、前記クリップされた信号の前記値の前記複数
    の和の最小のＲ個の値である、前記クリップされた信号の前記値のＲ個の和を検
    出でき、Ｒは非零の正の整数である数である、請求項１に記載の装置。
  5. 【請求項５】 前記フィルタは、ガウスノイズ信号を測定するために、ビデ
    オ信号の周波数成分の範囲を選択することができる請求項１に記載の装置。
  6. 【請求項６】 前記フィルタは、ＭＰＥＧ信号内のモスキートノイズ歪を測
    定するために、ビデオ信号の周波数成分の範囲を選択できる、請求項１に記載の
    装置。
  7. 【請求項７】 複数の信号処理ブランチを含む，ビデオ画像を形成すること
    ができるビデオ信号内のノイズを測定する装置であって、前記ビデオ信号を受信
    する各信号処理ブランチは、 フィルタされたビデオ信号を形成するために、前記ビデオ信号の周波数成分の
    範囲を選択できるフィルタと、 前記フィルタされたビデオ信号を受信するために前記フィルタに接続された、
    前記フィルタされたビデオ信号内の画素の輝度の絶対値を表す信号を形成できる
    、絶対値ユニットと、 前記画素の輝度の絶対値を表す前記信号を受信するために前記絶対値ユニット
    に接続された、前記フィルタされたビデオ信号内の前記画素の輝度の絶対値を表
    す信号をクリップできる、クリッピングユニットと、 スライディング窓内に配置された画素に対する前記フィルタされたビデオ信号
    内の画素の輝度の絶対値を表すクリップされた信号の値を加算できる、前記クリ
    ッピングユニットに接続された、前記スライディング窓が前記ビデオ画像のフレ
    ームの異なる領域内に順次配置されながら、前記クリップされた信号の前記値の
    複数の前記和を得ることができる、加算回路と、 前記ビデオ画像の前記ビデオ信号内のノイズを示す信号を得るために、前記ク
    リップされた信号の前記値の前記複数の和の最小のＲ個の値である、前記クリッ
    プされた信号の前記値のＲ個の和を検出でき、Ｒは非零の正の整数である、前記
    加算回路に接続された検出器とを有する装置。
  8. 【請求項８】 前記複数の信号処理ブランチの少なくとも1つは、前記ビデ
    オ信号内のブロック歪を測定できる請求項７に記載の装置。
  9. 【請求項９】 前記複数の信号処理ブランチの第１の信号処理ブランチから
    の前記値の前記複数の和のＲ個の最小和と、前記複数の信号処理ブランチの第２
    の信号処理ブランチからの前記値の前記複数の和のＲ個の最小和との比を計算で
    きる装置と、 前記ビデオ信号内に大きな数のブロック歪が存在するかどうかを決定するため
    に、前記比と実験的に決定されたブロック歪しきい値数を比較できる装置とを有
    する、前記ビデオ信号内のブロック歪を測定できる請求項７に記載の装置。
  10. 【請求項１０】 各々の前記複数の信号処理ブランチ内の各クリッピングユ
    ニットは、各々の前記クリッピングユニットのそれぞれのクリッピングしきい値
    よりも小さい前記信号の何れの部分も削除することにより、前記フィルタされた
    ビデオ信号内の前記画素の輝度の絶対値を表す前記信号をクリップでき、前記そ
    れぞれのクリッピングしきい値は、乗算の積を累積することにより計算され、前
    記積の１つの係数は空間周波数の関数である知覚しきい値であり、前記積の他の
    係数は前記各々のクリッピングユニットのそれぞれのフィルタの空間スペクトル
    応答である請求項７に記載の装置。
  11. 【請求項１１】 ビデオ画像を形成できるビデオ信号内のノイズを測定する
    方法であって、 フィルタされたビデオ信号を形成するために、前記ビデオ信号の周波数成分の
    範囲を選択できるフィルタで前記ビデオ信号をフィルタするステップと、 前記フィルタされたビデオ信号内の画素の輝度の絶対値を決定するステップと
    、 前記フィルタされたビデオ信号内の前記画素の輝度の絶対値を表す信号を形成
    するステップと、 前記フィルタされたビデオ信号内の前記画素の輝度の絶対値を表す前記信号を
    クリップするステップと、 前記ビデオ画像のフレームの領域内に配置されたスライディング窓内に配置さ
    れた画素に対するクリップされた信号の値を加算するステップと、 前記スライディング窓が、前記ビデオ画像の前記フレームの異なる領域に順次
    に配置されながら、前記スライディング窓内に配置された画素に対する前記クリ
    ップされた信号の前記値の複数の前記和を得るステップと、 前記ビデオ画像の前記ビデオ信号内のノイズを示す、前記クリップされた信号
    の前記値の前記複数の和の最小値である前記クリップされた信号の前記値の少な
    くとも１つの和を検出するステップとを有する方法。
  12. 【請求項１２】 ビデオ信号内のノイズを測定できるノイズ測定システム内
    での使用するために、 フィルタされたビデオ信号を形成するために、前記ビデオ信号の周波数成分の
    範囲を選択できるフィルタで前記ビデオ信号をフィルタし、 前記フィルタされたビデオ信号内の画素の輝度の絶対値を決定し、 前記フィルタされたビデオ信号内の前記画素の輝度の絶対値を表す信号を形成
    し、 前記フィルタされたビデオ信号内の前記画素の輝度の絶対値を表す前記信号を
    クリップし、 前記ビデオ画像のフレームの領域内に配置されたスライディング窓内に配置さ
    れた画素に対するクリップされた信号の値を加算し、 前記スライディング窓が、前記ビデオ画像の前記フレームの異なる領域に順次
    に配置されながら、前記スライディング窓内に配置された画素に対する前記クリ
    ップされた信号の前記値の複数の前記和を得て、 前記ビデオ画像の前記ビデオ信号内のノイズを示す、前記クリップされた信号
    の前記値の前記複数の和の最小値である前記クリップされた信号の前記値の少な
    くとも１つの和を検出する、 コンピュータ読み出し可能な蓄積媒体上に蓄積された、ビデオ信号内のノイズ
    を検出し且つ測定するためのコンピュータ実行可能な処理ステップ。
  13. 【請求項１３】 請求項１乃至１０のうち何れか一項に記載のように、ビデ
    オ画像を形成できるビデオ信号内のノイズを測定する装置を有するテレビジョン
    受信器。
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