JP2007194979A - Video image noise reduction processing unit and video processing device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、映像装置におけるノイズ削減処理装置およびノイズ削減処理装置を組み込んだ映像処理装置に関する。 The present invention relates to a noise reduction processing device in a video device and a video processing device incorporating the noise reduction processing device.
従来から、映像ノイズを削減する手段は数多く存在している。例えば、1フレーム遅延した映像と、現在入力されているフレームとの、フレーム内での同じ画素位置での平均を取ることにより、映像ノイズを削減する手段など、フレーム遅延した映像と現在の映像について、画面上の同一位置で処理を行い、映像ノイズを削減する方法が数多く考案されている。 Conventionally, there are many means for reducing video noise. For example, for a frame-delayed video and a current video, such as means for reducing video noise by taking the average of the video delayed by one frame and the currently input frame at the same pixel position in the frame. Many methods have been devised that perform processing at the same position on the screen to reduce image noise.
特許文献1には、前フレームの画像信号と現フレームの画像信号との差分の絶対値を求め差分絶対値信号を出力する差分絶対値部と、動き検出すべき着目画素を含んだ特定の形状を持つ動き検出領域を有するとともに差分絶対値信号に基づいて動き検出領域の動きを検出する複数の特定動き検出部と、複数の特定動き検出部の出力に基づき動きの有無を判定する総合動き検出部とを有する動き検出装置が記載されている。
従来のノイズ削減処理方式では、画面上の同一位置におけるフレーム間演算で、ノイズ削減処理を行っていたため、動きのある映像では画面上の同一位置での映像レベルが全く異なったものになってしまい、ノイズ削減処理を行うことが不可能であるといった問題が存在した。
本発明の目的は、映像に動きが生じている部分に対しても適用可能な映像ノイズ削減処理装置を提供することである。
In the conventional noise reduction processing method, noise reduction processing is performed by inter-frame calculation at the same position on the screen, so the video level at the same position on the screen will be completely different for moving images. There has been a problem that it is impossible to perform noise reduction processing.
An object of the present invention is to provide a video noise reduction processing apparatus that can be applied to a portion in which motion occurs in a video.
本発明の映像ノイズ削減処理装置は、ノイズの削減処理を行おうとしているフレーム、その前フレーム、その後フレームのうち少なくとも2フレームを用いて、処理を行おうとしている画素に対する相関処理を利用した動きの検出を行い、その動き情報を用いてノイズ削減処理を行うためのデータを生成することを主な特徴とする。 The video noise reduction processing apparatus according to the present invention uses a correlation processing for a pixel to be processed using at least two frames of a frame on which noise reduction processing is performed, a previous frame, and a subsequent frame. The main feature is that data for noise reduction processing is generated using the motion information.
本発明では、ノイズの削減処理を行おうとしている画素に対する相関検索処理を行ってノイズ削減処理をするためのデータを生成するため、映像に動きが生じている部分についてもノイズ削減処理が可能であり、従来の映像ノイズ削減処理方式と異なって、静止画部分だけではなく、動画部分についても映像ノイズを削減が可能であるいう利点がある。 In the present invention, since data for performing noise reduction processing is generated by performing correlation search processing on the pixel for which noise reduction processing is to be performed, noise reduction processing can be performed even for a portion where motion has occurred in the video. Unlike the conventional video noise reduction processing method, there is an advantage that video noise can be reduced not only in the still image portion but also in the moving image portion.
本発明では動きのある映像についてもノイズを削減可能な映像ノイズ削減装置を容易な構成で実現した。以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。 In the present invention, an image noise reduction device capable of reducing noise even with moving images is realized with an easy configuration. Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
まず、本発明の第1の実施例を図1、及び図2を用いて説明する。図1は、映像ノイズ削減装置の第1の実施例を示すブロック図である。この実施例1では、映像ノイズを削減する対象フレーム111と、その後フレーム101との2フレームを用い、5×3画素でブロックマッチング行って相関求め、映像の動きを検出し、映像のノイズを削減する例である。また、以下の説明においては、入力される映像信号101はデジタル形式であるものとする。もし、映像信号がアナログ信号として入力された場合には、これをデジタル信号に変換して図1の装置に入力するものとする。
First, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of a video noise reduction apparatus. In the first embodiment, the
本実施例1の映像ノイズ削減装置は、フレームメモリ21、検索範囲変換処理部31、ブロック変換処理部32、相関検出処理部41、画素移動処理部51、平均処理部61、ライン変換処理部71を有する。映像信号入力部11に入力された映像信号101は、フレームメモリ21、探索範囲変換処理部31に供給される。フレームメモリ21は、1フレーム分の映像信号を保持することにより、1フレーム遅延した映像信号111を出力する。1フレーム遅延された映像信号111は、ブロック変換処理部32に供給される。
The video noise reduction apparatus according to the first embodiment includes a
次に探索範囲変換処理部31以降の処理について、図2と合わせながら説明を行う。まず、ブロック変換処理部32であるが、フレームメモリ21から入力されたノイズ削減処理の対象フレームとなる1フレーム遅延された映像信号111を並び替え、水平5画素、垂直3画素のブロック112を構成し、出力する。なお、このブロック112の中心位置を水平x、垂直yとし、その画素データ(レベル)を、c(x,y)で表すことにする。つまり、水平x−2、垂直y−1から、水平x+2、垂直y+1までの15画素によって構成されたブロックが、ブロック変換処理部32からブロック112として出力される。探索範囲変換処理部31では、映像信号入力部11から入力された後フレームとなる映像信号101を並び替え、水平13画素、垂直7画素の探索範囲102を構成し、出力する。この探索範囲102の中心位置は、ブロック112と同様に水平x、垂直yであり、その画素データ(レベル)を、d(x,y)で表すことにする。
Next, the processing after the search range
相関検出処理部41では、検索範囲変換処理部31からの探索範囲102のデータと、ブロック変換処理部32からのブロック112のデータを元に、ブロックマッチングにより相関を求め、映像の動きを検出する。その方法は次の通りである。まず、探索範囲102上に水平x、垂直yの位置を中心とする水平5画素、垂直3画素のブロック201をとる。このブロック201を、(0,0)の動きのブロックとする。同様に探索範囲102上に水平x+1、垂直yの位置を中心とする水平5画素、垂直3画素のブロックをとり、(+1,0)の動きのブロックとする。この様にして、水平13画素、垂直9画素の探索範囲102上に、1画素毎ずらした水平5画素、垂直3画素のブロックをとっていくと、(−4,−2)から(+4,+2)の動きのブロックまで、水平方向に9種、垂直方向に5種の計45種のブロックを取ることが可能であり、45種の動きを表現することが可能である。例えば、図2の水平x+3、垂直y+2を中心とするブロック202は、(+3,+2)の動きのブロックになる。
The correlation
この45種類の動きに対してそれぞれ、映像の相関の強さを表現するものとして、後フレーム101の探索範囲102上のブロックと対象フレーム111上のブロック112間での映像データの累積絶対値差分sad(k,l)を定義する。(kは−2から+2、lは−1から+1。)
画素移動処理部51では、相関検出処理部41から出力された動き情報131を元に、ブロック112と最も相関性が高いとされた後フレーム探索範囲102上の15画素で構成されるブロックを選択し、ブロック141として平均処理部61に出力する。例えば図2において、最も相関が高いとされた動き情報131が(+3,+2)だった時には、水平x+3、垂直y+2を中心とするブロック202の15画素がブロック141として出力される。
Based on the
平均処理部61では、ブロック変換処理部32から出力された対象フレーム上のブロック112の15画素と、画素移動処理部51から出力された後フレーム上のブロック141の15画素と映像レベル(データ)を平均したブロック151の15画素が出力される。つまり、例えば図2において、最も相関が高いとされた動き情報131を(+3,+2)とし、出力される映像レベル(データ)の中心画素の位置を水平x、垂直y、その映像レベルをave(x,y)と定義した時、下式の値が出力される。(iは−2から+2、jは−1から+1。)
ave(x+i,y+j)=(c(x+i,y+j)+d(x+3+i,y+2+j))/2
これにより、例えば対象フレーム上のブロック112中にノイズがのっていた場合、後フレーム上の検索範囲の中で最も相関が高かったブロックと平均化されることにより、ノイズの影響を削減することが可能になる。
In the
ave (x + i, y + j) = (c (x + i, y + j) + d (x + 3 + i, y + 2 + j)) / 2
Thereby, for example, when noise is present in the
ライン変換処理部71では、平均処理部61から出力されたブロック151を1ライン毎のデータに並べ替え出力する。このようにして対象フレーム111上のブロック112に対して、ブロック単位での処理を行う。1ブロックの処理が終了したら、ブロックの中心を、水平x、垂直yから、水平x+5、垂直yに移動し、ブロック単位での処理を繰り返していく。また、水平方向で画面の端まで達した場合には、ブロックの垂直方向の中心を、yからy+3に移動してブロック単位での処理を繰り返し、ノイズ削減処理を行っていく。
The line
なお、本実施例1ではブロックマッチングで用いる映像ブロックのサイズは、5×3画素として行ったが、これにとらわれるものではなく、別のブロックサイズであっても可能であることは明らかである。また、検索範囲も水平13画素、垂直7画素により構成したが、これにとらわれるものではなく、演算量や回路規模、入力される映像信号のサイズなどの条件に応じ、適当なものを選択すればよい。 In the first embodiment, the size of the video block used for block matching is 5 × 3 pixels. However, the present invention is not limited to this, and it is obvious that another block size is possible. The search range is also composed of 13 horizontal pixels and 7 vertical pixels. However, the search range is not limited to this. If an appropriate one is selected according to conditions such as the amount of calculation, the circuit scale, and the size of the input video signal. Good.
また、本実施例1では対象フレームと後フレームを用いてブロックマッチングを行ったが、対象フレームと前フレームとの2フレーム間でブロックマッチング処理を行い、映像の動きを検出してノイズ削減処理を行っても良いことは明らかである。 In the first embodiment, the block matching is performed using the target frame and the subsequent frame. However, the block matching process is performed between the target frame and the previous frame, and the motion of the video is detected to perform the noise reduction process. Obviously you can do it.
さらには、前フレーム、対象フレーム、後フレームの3フレームを用い、次式で表される3フレーム間における累積絶対値差分sad(k,l)により相関を求め、最も相関が高かった動き(K,L)を用いて3フレームにわたる平均ave(x,y)によってノイズ削減処理を行っても良い。
(b(x,y)は、前フレーム 水平x、垂直yにおける映像レベル(データ)とする。)
Furthermore, using the three frames of the previous frame, the target frame, and the subsequent frame, the correlation is obtained by the accumulated absolute value difference sad (k, l) between the three frames represented by the following equation, and the motion with the highest correlation (K , L) may be used to perform noise reduction processing using average ave (x, y) over three frames.
(B (x, y) is the video level (data) at horizontal x and vertical y in the previous frame.)
次に図3、図4を用いて、本発明の第2の実施例を説明する。図3は映像ノイズ削減装置の第2の実施例を示すブロック図である。本実施例では、まず映像信号入力部11に入力される映像信号301と、映像信号出力部91から出力される映像信号371のフレームレートが同一である時に、映像ノイズ削減処理を行う。さらに、映像信号入力部11に入力される映像信号301と、映像信号出力部91から出力される映像信号371のフレームレートが異なり、フレームレート変換処理を行っている時で、かつ(内挿しているフレームではなく)もともと存在していたフレームと同タイミングのフレームを出力する際にも、映像ノイズ削減処理を行う。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 3 is a block diagram showing a second embodiment of the video noise reduction apparatus. In this embodiment, first, when the
まず、入力される映像信号301のフレームレートと、出力する映像信号371のフレームレートが共に60Hzである場合を例にして、以下説明を行っていく。フレームメモリ21は、映像信号入力部11から入力された映像を1フレーム分保持し、1フレーム遅延した映像信号302を出力し、相関検出処理部42に送ると共に、フレームメモリ22に供給する。フレームメモリ22も入力された映像信号302を1フレーム分保持することにより、1フレーム遅延した(外部から入力された映像信号301に対しては2フレーム遅延した)映像信号303を、相関検出処理部42、画素移動処理部52、フレームメモリ23に出力する。フレームメモリ23も同様に、入力された映像信号303を1フレーム分保持し、1フレーム遅延した(外部から入力された映像信号301に対しては3フレーム遅延した)映像信号304を、相関検出部42、ノイズ削減処理部81、補間画素生成部53、フレームメモリ24に対して出力する。なお、入出力が同じフレームレートの場合の映像ノイズ削減処理においては、補間画素生成部53に供給された映像信号304は特に使用されない。フレームメモリ24は、入力された映像信号304を1フレーム分保持し、1フレーム遅延した映像信号305を、相関検出処理部42、画素移動処理部52、補間画素生成部53、フレームメモリ25へと出力する。なお、映像信号305は、外部から入力された映像信号302に対しては4フレーム遅延した信号になる。フレームメモリ25は、入力された映像信号305を1フレーム分保持することにより、1フレーム遅延した(外部から入力された映像信号301に対しては5フレーム遅延した)映像信号306を相関検出処理部42に供給する。
First, the following description will be given by taking as an example the case where the frame rate of the
次に、相関検出処理部42の動作を、図4を参照しながら説明していく。相関検出処理部42では、入力された映像信号302〜306の5フレームを用いて、相関を検出し、映像の動きを求める。5フレーム中、中央のフレームである映像信号304を、映像ノイズ削減処理を行う対象フレームとする。対象フレームである映像信号304上の水平x、垂直yの位置の画素504を、相関検出処理部42で相関を検出し、映像の動きを求める対象画素とする。また、映像信号304上の水平x、垂直yの位置の画素504の映像レベル(データ)を、c(x,y)であると定義する。
Next, the operation of the correlation
続いて、前フレームである映像信号305、後フレームである映像信号303上に水平x、垂直yの位置を中心として、水平±M画素、垂直±N画素(M、Nは自然数。図4においては、M=2、N=1としており、水平±2画素、垂直±1画素)の検索範囲を、それぞれ検索範囲385、検索範囲383として設定し、さらに前々フレームである映像信号306、後々フレームである映像信号302上に水平x、垂直yの位置を中心として、水平±2M画素、垂直±2N画素(図4においては、M=2、N=1としており、水平±4画素、垂直±2画素)の検索範囲を、それぞれ検索範囲386、検索範囲382として設定する。
Subsequently, on the
この検索範囲において、対象画素504を通過する15種の直線の動きを定義する。
動き(+2,+1):306(x−4,y−2)−305(x−2,y−1)−304(x,y)−303(x+2,y+1)−302(x+4,y+2)
動き(+1,+1):306(x−2,y−2)−305(x−1,y−1)−304(x,y)−303(x+1,y+1)−302(x+2,y+2)
動き(0,+1):306(x,y−2)−305(x,y−1)−304(x,y)−303(x,y+1)−302(x,y+2)
動き(−1,+1):306(x+2,y−2)−305(x+1,y−1)−304(x,y)−303(x−1,y+1)−302(x−2,y+2)
動き(−2,+1):306(x+4,y−2)−305(x+2,y−1)−304(x,y)−303(x−2,y+1)−302(x−4,y+2)
動き(+2,0):306(x−4,y)−305(x−2,y)−304(x,y)−303(x+2,y)−302(x+4,y)
動き(+1,0):306(x−2,y)−305(x−1,y)−304(x,y)−303(x+1,y)−302(x+2,y)
動き(0,0):306(x,y)−305(x,y)−304(x,y)−303(x,y)−302(x,y)
動き(−1,0):306(x+2,y)−305(x+1,y)−304(x,y)−303(x−1,y)−302(x−2,y)
動き(−2,0):306(x+4,y)−305(x+2,y)−304(x,y)−303(x−2,y)−302(x−4,y)
動き(+2,−1):306(x−4,y+2)−305(x−2,y+1)−304(x,y)−303(x+2,y−1)−302(x+4,y−2)
動き(+1,−1):306(x−2,y+2)−305(x−1,y+1)−304(x,y)−303(x+1,y−1)−302(x+2,y−2)
動き(0,−1):306(x,y+2)−305(x,y+1)−304(x,y)−303(x,y−1)−302(x,y−2)
動き(−1,−1):306(x+2,y+2)−305(x+1,y+1)−304(x,y)−303(x−1,y−1)−302(x−2,y−2)
動き(−2,−1):306(x+4,y+2)−305(x+2,y+1)−304(x,y)−303(x−2,y−1)−302(x−4,y−2)
In this search range, 15 types of straight line movements passing through the target pixel 504 are defined.
Movement (+2, +1): 306 (x-4, y-2)-305 (x-2, y-1)-304 (x, y)-303 (x + 2, y + 1)-302 (x + 4, y + 2)
Movement (+1, +1): 306 (x−2, y−2) −305 (x−1, y−1) −304 (x, y) −303 (x + 1, y + 1) −302 (x + 2, y + 2)
Movement (0, + 1): 306 (x, y−2) −305 (x, y−1) −304 (x, y) −303 (x, y + 1) −302 (x, y + 2)
Movement (−1, + 1): 306 (x + 2, y−2) −305 (x + 1, y−1) −304 (x, y) −303 (x−1, y + 1) −302 (x−2, y + 2)
Movement (−2, + 1): 306 (x + 4, y−2) −305 (x + 2, y−1) −304 (x, y) −303 (x−2, y + 1) −302 (x−4, y + 2)
Movement (+2, 0): 306 (x-4, y) -305 (x-2, y) -304 (x, y) -303 (x + 2, y) -302 (x + 4, y)
Movement (+1, 0): 306 (x−2, y) −305 (x−1, y) −304 (x, y) −303 (x + 1, y) −302 (x + 2, y)
Movement (0,0): 306 (x, y) -305 (x, y) -304 (x, y) -303 (x, y) -302 (x, y)
Movement (-1, 0): 306 (x + 2, y) -305 (x + 1, y) -304 (x, y) -303 (x-1, y) -302 (x-2, y)
Movement (−2, 0): 306 (x + 4, y) −305 (x + 2, y) −304 (x, y) −303 (x−2, y) −302 (x−4, y)
Movement (+2, -1): 306 (x-4, y + 2) -305 (x-2, y + 1) -304 (x, y) -303 (x + 2, y-1) -302 (x + 4, y-2)
Movement (+1, -1): 306 (x-2, y + 2)-305 (x-1, y + 1)-304 (x, y)-303 (x + 1, y-1) -302 (x + 2, y-2)
Movement (0, -1): 306 (x, y + 2)-305 (x, y + 1)-304 (x, y)-303 (x, y-1)-302 (x, y-2)
Movement (-1, -1): 306 (x + 2, y + 2) -305 (x + 1, y + 1) -304 (x, y) -303 (x-1, y-1) -302 (x-2, y-2) )
Movement (−2, −1): 306 (x + 4, y + 2) −305 (x + 2, y + 1) −304 (x, y) −303 (x−2, y−1) −302 (x−4, y−2) )
また、映像信号306上の水平X6、垂直Y6の位置の画素の映像レベル(データ)をa(X6,Y6)、映像信号305上の水平X5、垂直Y5の位置の画素の映像レベル(データ)をb(X5,Y5)、映像信号303上の水平X3、垂直Y3の位置の画素の映像レベル(データ)をd(X3,Y3)、映像信号302上の水平X2、垂直Y2の位置の画素の映像レベル(データ)をe(X2,Y2)と定義する。
The video level (data) of the pixel at the horizontal X6 and vertical Y6 positions on the
そして、これらの15種の動きそれぞれに対して、相関の強さを表現するものとして、次の方法で5フレーム間の映像データの累積絶対値差分sad(k,l)を求める。(kは−2から+2、lは−1から+1。)
例えば、図4において画素516−画素515−画素504−画素513−画素512間で求めたsad(+1,+1)が15種の動きから求められた累積絶対値差分のうち最小であった場合には、(+1,+1)を動き情報311として画素移動処理部52、補間画素生成部53に出力する。なお、説明を行っている入出力が同じフレームレートの場合の映像ノイズ削減処理においては、補間画素生成部53に供給された動き情報311は実質使用されない。
For example, in FIG. 4, when sad (+ 1, + 1) obtained between pixel 516 -pixel 515 -pixel 504 -pixel 513 -
画素移動処理部52では、相関検出処理部42で求められた対象画素504の動き情報311である(K,L)に応じて、前フレーム305上の検索範囲385と後フレーム303上の検索範囲383からそれぞれ1画素を選択し、その映像レベル(データ)の平均を出力する。それぞれの画素の選択方法は、動き情報311が(K,L)であった場合、前フレーム305上の検索範囲385では、検索範囲の中心の画素である画素505から水平に−K、垂直に−L移動した位置の画素が選択され、一方後フレーム303上の検索範囲383では、検索範囲の中心の画素である画素503から水平に+K、垂直に+L移動した位置の画素が選択される。例えば図4において、相関検出部42から出力された動き情報311が(+1,+1)だった場合、前フレーム305の検索範囲385からは画素515が、後フレーム303の検索範囲383からは画素513が選択され、それぞれの映像レベルb(x−1,y−1)とd(x+1,y+1)の平均が出力される。
In the pixel
次にノイズ削減処理部81では、画素移動処理部52から入力される映像データ321と、フレームメモリ23から入力された対象フレーム304上の画素504を用いてノイズ削減処理を行う。ノイズ削減処理は次の方法で行う。(1)画素504の映像レベルc(x,y)を中心に一定範囲(例えば映像レベルが0〜255の256段階の時、±8)を設定する。(2)その範囲間に映像データ321の映像レベルが入っていた場合には、画素504の映像レベルc(x,y)と映像データ321の映像レベルの平均を映像データ331として出力する。(3)その範囲間に映像データ321の映像レベルが入っていなかった場合には、画素504の映像レベルc(x,y)をそのまま映像データ331として出力する。
Next, the noise reduction processing unit 81 performs noise reduction processing using the
フレームメモリ26では、ノイズ削減処理部81から入力される映像データ331を記憶し、60Hzのフレームレートのタイミングに合わせて映像データ341出力する。
The
最後に切換器411は、入出力が同じフレームレートにおける映像ノイズ削減処理の場合、フレームメモリ26からの映像データ341を選択し続け、映像データ371として、映像出力部91に出力することにより、映像ノイズ削減処理を行う。
Finally, in the case of the video noise reduction processing at the same frame rate, the
ここまで対象フレーム304上の水平x、垂直yの位置の画素504における映像ノイズ削減処理について説明を行ってきたが、画素504のノイズ削減処理が終了したら、水平位置をx+1に移動して順々に処理を行っていく。なお、この時、前々フレーム306、前フレーム305、後フレーム303、後々フレーム302それぞれの検索範囲の中心も、共に水平位置をx+1に移動して処理を行っていく。また、1ラインが終了した時には、水平位置を0に戻し、垂直位置をy+1に移動して処理を行っていく。このようにして、例えば、入力された映像フレームが水平720×垂直480画素の場合、720×480回、同様の処理を繰り返すことで1フレームの映像ノイズ削減処理を行う。
Up to this point, the video noise reduction processing in the pixel 504 at the position of horizontal x and vertical y on the
続いて、入力される映像信号301のフレームレートと、出力する映像信号371のフレームレートが異なり、入力される映像信号301のフレームレートが60Hz、出力する映像信号371のフレームレートが120Hzとする倍速のフレームレート変換である場合を例にして、以下説明を行っていく。
Subsequently, the frame rate of the
フレームレート変換の処理については、本発明の発明者の特許出願である特願2004−349261号に記載しているため、詳細についてはここでは省略する。 Since the frame rate conversion process is described in Japanese Patent Application No. 2004-349261, which is a patent application of the inventor of the present invention, details thereof are omitted here.
倍速のフレームレート変換の場合、図5に示すような処理を行い、2フレームに1フレーム内挿フレームを生成し、倍のフレーム数に変換してフレームレートを変換する。
特願2004−349261号では、次のような処理でフレームレート変換を行っていた。例えば内挿フレームであるフレーム616は、フレーム603、フレーム605、フレーム607、フレーム609の4フレームを用いて相関検出を行い、映像の動きを求め、フレーム605、フレーム607を用いて内挿フレームを生成していた。(なお、図3における相関検出処理部42では、映像303〜映像306を用い、映像302は用いずに相関検出処理を行う。)
In the case of double-speed frame rate conversion, processing as shown in FIG. 5 is performed to generate an interpolated frame for every two frames, and the frame rate is converted by converting to a double frame number.
In Japanese Patent Application No. 2004-349261, frame rate conversion is performed by the following processing. For example, a
そのため、内挿フレームの映像は、2フレームの画素レベルの平均で作成することが可能であり、映像ノイズの削減することが可能であった。一方、フレーム615のように、入力フレーム605の映像をそのまま出力するフレームでは、映像ノイズを削減する処理が何も行われていなかった。本実施例では、フレーム615のように、入力フレームをそのまま出力していたフレームに対して、映像ノイズ削減処理を行う。以下、入力フレームをそのまま出力していたフレームに対する映像ノイズ削減処理について説明していく。
Therefore, the video of the interpolated frame can be created with an average of the pixel levels of two frames, and the video noise can be reduced. On the other hand, no processing for reducing video noise has been performed on a frame in which the video of the
まず、入出力が同じフレームレートの場合と同様、フレームメモリ21からフレームメモリ25を用いて、1フレームから5フレーム遅延した映像信号302〜306を生成し、相関検出処理部42に出力する。ただし、従来入力フレームをそのまま出力していたフレームが映像信号304として出力されているものとする。また、フレームメモリ21からフレームメモリ26の読み出し速度は、入力される映像信号301のフレームレート60Hzの倍の120Hzの速度で読み出す。
First, similarly to the case where the input and output are the same frame rate, the video signals 302 to 306 delayed from one frame by five frames are generated using the
相関演算処理部42での処理も、入出力が同じフレームレートの場合と同様、映像信号302〜映像信号306の5フレームにわたる相関を検出し、動き情報311を出力する。画素移動処理部52では、相関演算処理部42からの動き情報311を用いて、こちらも入出力が同じフレームレートの場合と同様、前フレームである映像信号305と後フレームである映像信号303を用いて、動き情報311の情報に応じた2フレーム上の映像レベルの平均である画素データ331を生成し、フレームメモリ26に書き込む。
Similarly to the case where the input / output is the same frame rate, the correlation
フレームメモリ26は、変換されたフレームレートタイミングに応じて、内挿ではない入力された映像と同じタイミングである映像データ341を120Hzのフレームレートで読み出し、切換器411で選択して、映像出力部91からノイズ削減処理がされた映像91として出力する。
The
一方、内挿フレームについては、相関演算処理部42、フレームレート変換処理部401を用いて、特願2004−349261号に記載しているのと同様の方法で生成し、タイミングに合わせてフレームメモリ27からの映像出力361を読み出し、切換器411で選択して映像信号371として映像信号出力部91から出力する。
On the other hand, the interpolated frame is generated in the same manner as described in Japanese Patent Application No. 2004-349261 using the correlation
このようにして、従来映像ノイズ削減処理を行っておらず、内挿フレームと比較してノイズ量が多くなっていたフレームに対しても、ノイズ削減処理が可能になり、違和感の少ない映像を出力することが可能になる。 In this way, conventional video noise reduction processing has not been performed, and noise reduction processing is possible even for frames where the amount of noise is larger compared to the interpolation frame, and video with less discomfort is output. It becomes possible to do.
音声遅延処理431は、映像信号と共に入力される音声信号を音声信号入力部421から入力し、音声信号を遅延して、音声信号出力部441に出力するものである。上述した映像ノイズ削減処理において、フレームメモリを通過し、遅延を生じているが音声は遅延されていない。このため、映像と音声の間に時間的なずれが生じる。音声信号遅延処理部431では、音声信号をデジタル的に処理を行い、FIFOにより映像と同じだけの遅延を行うことにより、時間的なずれを補正する。
The
なお本実施例2では、映像信号入力フレームレートと映像信号出力フレームレートが同じという条件下で映像ノイズ削減処理を行う場合でも、また映像信号入力フレームレートと映像信号出力フレームレートが異なり、フレームレート変換処理を行いながら映像ノイズ削減処理を行う場合でも、どちらでも使用可能な構成をとったため、フレームメモリ21、26を有する構成としている。しかし、映像信号入力フレームレートと映像信号出力フレームレートが同じと言う条件でのみ動作する映像ノイズ削減処理では、相関演算処理部42に入力するフレームレートを変換する必要がないため、フレームメモリ21は有しなくても良い。また、ノイズ削減処理を行ったフレームのフレームレートを変換するフレームメモリ26、フレームレート変換処理を行うフレームレート変換処理部401、フレームレート変換処理により作成される内挿フレームとノイズ削減処理を行ったフレームとを切換える切換器411も不要になる。
In the second embodiment, even when the video noise reduction process is performed under the condition that the video signal input frame rate and the video signal output frame rate are the same, the video signal input frame rate and the video signal output frame rate are different. Even when the video noise reduction process is performed while performing the conversion process, the configuration is such that both can be used, and thus the
また、本実施例2では対象フレームを中心とした5フレームを用いて相関検出を行い、対象フレームを中心とした3フレームを用いて映像ノイズ削減処理を行ったが、これにとらわれるものではなく、フレーム数を変更して相関検出処理、映像ノイズ削減処理を行っても同様なことが可能であることは明らかである。さらに、ここでは入出力フレームレートが60Hzで同じ場合と、入力フレームレートが60Hz、出力フレームレートが120Hzの倍速フレームレート変換について説明を行ったが、これに限られるものではなく、他のフレームレートでも同様なことが可能であることは明らかである。 In the second embodiment, correlation detection is performed using 5 frames centered on the target frame, and video noise reduction processing is performed using 3 frames centered on the target frame. However, the present invention is not limited to this. It is clear that the same thing can be done by changing the number of frames and performing correlation detection processing and video noise reduction processing. Furthermore, although the case where the input / output frame rate is the same at 60 Hz and the double-speed frame rate conversion in which the input frame rate is 60 Hz and the output frame rate is 120 Hz have been described here, the present invention is not limited to this, and other frame rates But it is clear that the same thing is possible.
映像のノイズを削減する装置であり、容易な構成であるといった利点を生かして、TVなどの映像表示装置に組み込むことが可能である。また、ハードディスク搭載録画機等の映像処理装置用の映像ノイズ削減処理装置として組込むことも可能である。 This is a device for reducing video noise, and can be incorporated into a video display device such as a TV by taking advantage of an easy configuration. It can also be incorporated as a video noise reduction processing device for a video processing device such as a hard disk recorder.
図6に、本発明の実施例3である映像ノイズ削減処理装置が組み込まれたデジタル放送受信装置の例を示す。図6において、地上電波、衛星電波、あるいはケーブルからの放送信号は、復調部701でデジタル信号に復調され、誤り訂正部702で伝送系の情報の誤りが訂正され、多重信号分離部703で圧縮された画像、音声等の複数の情報に分離され、復号化部704で圧縮符号化された画像、音声等の複数の情報が復号化される。
復号化された映像信号は映像ノイズ削減処理部707で映像信号ノイズが削減されてディスプレイ705に出力され、復号化された音声信号はスピーカ706に出力される。
映像ノイズ削減処理装置は、映像ノイズ削減処理部707内に設けられ、復号化部で復号化された映像信号について、ノイズの削減処理を行おうとしているフレーム、その前フレーム、その後フレームのうち少なくとも2フレームを用いて、処理を行おうとしている画素に対する相関処理を利用した動きの検出を行い、その動き情報を用いてノイズ削減処理を行う。
FIG. 6 shows an example of a digital broadcast receiving apparatus incorporating a video noise reduction processing apparatus that is Embodiment 3 of the present invention. In FIG. 6, a broadcast signal from a terrestrial radio wave, a satellite radio wave, or a cable is demodulated into a digital signal by a
The decoded video signal is output to the
The video noise reduction processing device is provided in the video noise
11 映像信号入力部
21〜27 フレームメモリ
31 探索範囲変換処理部
32 ブロック変換処理部
41、42 相関検出処理部
51、52 画素移動処理部
53 補間画素生成部
61 平均処理部
71 ライン変換処理部
81 ノイズ削減処理部
91 映像信号出力部
101、111 映像信号
102 探索範囲
112 ブロック
131 動き情報
141、151 ブロック
171 映像信号
201、202 ブロック
301〜306 映像信号
311 動き情報
321、331、341、351、361、371 映像信号
382、383、385、386 探索範囲
401 フレームレート変換処理部
411 切換器
421 音声信号入力部
431 音声遅延処理部
441 音声信号出力部
502〜506 画素
512、513、515、516 画素
601〜609 入力映像信号
611〜619 出力映像信号
701 復調部
702 誤り訂正部
703 多重信号分離部
704 復号化部
705 ディスプレイ
706 スピーカ
707 映像ノイズ削減処理部
DESCRIPTION OF
Claims (11)
前記相関演算処理が、前記ノイズ削減処理を行おうとしているフレーム上の対象画素を中心にして、単一直線上に存在する画素を少なくとも用いて相関処理を行うことを特徴とする映像ノイズ削減処理装置。 The video noise reduction processing apparatus according to claim 1,
The video noise reduction processing apparatus, wherein the correlation calculation processing performs correlation processing using at least pixels existing on a single straight line centering on a target pixel on a frame on which the noise reduction processing is to be performed. .
前記相関演算処理が、m×n画素(m、nは自然数)のブロックマッチング処理を用いる相関演算処理であることを特徴とする映像ノイズ削減処理装置。 The video noise reduction processing apparatus according to claim 1,
The video noise reduction processing apparatus, wherein the correlation calculation process is a correlation calculation process using a block matching process of m × n pixels (m and n are natural numbers).
少なくとも前記相関演算処理により検出した映像の動きを用いて、前、若しくは後ろ、若しくは前後フレーム上の映像を、前記ノイズ削減処理を行おうとしているフレームと同一時間における位置に移動したものと、前記ノイズ削減処理を行おうとしているフレーム上の対象画素との平均をとることにより、前記ノイズ削減処理行うことを特徴とする映像ノイズ削減処理装置。 The video noise reduction processing apparatus according to any one of claims 1 to 3,
Using at least the motion of the video detected by the correlation calculation process, moving the video on the front, rear, or previous / next frame to a position at the same time as the frame on which the noise reduction process is performed, An image noise reduction processing apparatus, wherein the noise reduction processing is performed by taking an average with a target pixel on a frame on which noise reduction processing is to be performed.
少なくとも前記相関演算処理により検出した映像の動きを用いて、前、及び後ろフレーム上の映像を移動したものと、前記ノイズ削減処理を行おうとしているフレーム上の対象画素との比較を行い、前又は後ろフレーム上の映像を、前記ノイズ削減処理を行おうとしているフレームと同一時間における位置に動かしたもののうち、画素値が大きいものと、小さいものの間、若しくはさらに一定値範囲を広げた間に、前記ノイズ削減処理を行おうとしているフレーム上の対象画素の画素値が入っている場合に、前、及び後ろフレーム上の映像を移動したものの平均、若しくは前、又は後ろフレーム上の画素を移動したものと、対象画素との平均で置き換えることにより、前記ノイズ削減処理行うことを特徴とする映像ノイズ削減処理装置。 The video noise reduction processing apparatus according to any one of claims 1 to 3,
Using at least the motion of the video detected by the correlation calculation process, a comparison is made between the moving image on the previous and subsequent frames and the target pixel on the frame on which the noise reduction process is to be performed. Or, the video on the back frame is moved to a position at the same time as the frame on which the noise reduction processing is to be performed, and between the large pixel value and the small pixel value, or while the constant value range is further expanded. When the pixel value of the target pixel on the frame on which the noise reduction processing is to be performed is included, the average of the moving images on the front and rear frames, or the pixel on the front or rear frame is moved. A video noise reduction processing apparatus, wherein the noise reduction processing is performed by replacing an average of the target pixel and the target pixel.
前記相関演算処理により検出した映像の動きを用いて、少なくとも前、及び後ろフレーム上の映像を、前記ノイズ削減処理を行おうとしているフレームと同一時間における位置に移動したものの平均を求め、その値を中心に一定値の範囲を設定し、その範囲に前記ノイズ削減処理を行おうとしているフレーム上の対象画素の画素値が入っている場合に、前、及び後ろフレーム上の映像を移動したものの平均、若しくは前、又は後ろフレーム上の画素を移動したものと、対象画素との平均で置き換えることにより、前記ノイズ削減処理行うことを特徴とする映像ノイズ削減処理装置。 The video noise reduction processing apparatus according to any one of claims 1 to 3,
Using the motion of the video detected by the correlation calculation process, obtain the average of the images that have been moved to the position at the same time as the frame on which the noise reduction process is to be performed, at least on the previous and subsequent frames. If the range of the constant value is set around the center and the pixel value of the target pixel on the frame for which the noise reduction processing is to be performed is included in the range, the image on the previous and subsequent frames is moved. An image noise reduction processing apparatus, wherein the noise reduction processing is performed by replacing an average or an average of a pixel in a previous or subsequent frame with a target pixel and a target pixel.
前記相関演算処理を用いるフレームレート変換装置と相関演算処理を共用し、切替え可能であることを特徴とする映像ノイズ削減処理装置。 The video noise reduction processing apparatus according to any one of claims 1 to 6,
A video noise reduction processing apparatus characterized in that the correlation calculation process is shared with a frame rate conversion apparatus using the correlation calculation process and can be switched.
入力される映像信号のフレームレートと、出力する映像信号のフレームレートが同じである時、映像ノイズ削減処理装置として動作することを特徴とする映像ノイズ削減処理装置。 The video noise reduction processing device according to claim 7,
A video noise reduction processing apparatus which operates as a video noise reduction processing apparatus when the frame rate of an input video signal and the frame rate of an output video signal are the same.
入力される映像信号のフレームレートと、出力する映像信号のフレームレートが異なっており、かつ内挿されるフレームではなく入力される映像信号のフレームと同一の位相のフレームを出力する時、映像ノイズ削減処理装置として動作することを特徴とする映像ノイズ削減処理装置。 The video noise reduction processing device according to claim 7,
Video noise reduction when the frame rate of the input video signal is different from the frame rate of the output video signal, and when the frame of the same phase as the input video signal frame is output, not the interpolated frame A video noise reduction processing device, characterized by operating as a processing device.
前記映像ノイズ削減処理によって発生する映像の遅延に対応して、前記映像信号とともに入力される音声信号を遅延する音声遅延部をさらに備えることを特徴とする映像ノイズ削減処理装置。 The video noise reduction processing apparatus according to any one of claims 1 to 9,
A video noise reduction processing apparatus, further comprising: an audio delay unit that delays an audio signal input together with the video signal in response to a video delay generated by the video noise reduction process.
前記誤り訂正部は、ノイズ削減処理を行おうとしているフレーム、その前フレーム、その後フレームのうち2フレームを少なくとも用いて相関演算処理により映像の動きを検出し、その映像の動きを用いて少なくとも前、又は後フレームの映像信号を移動し、前記ノイズ削減処理を行おうとしているフレームと同一時間における信号を生成して、前記ノイズ削減処理を行うことを特徴とする映像ノイズ削減処理部を備えていることを特徴とする映像処理装置。 In a video processing apparatus comprising a demodulator of received signals, an error correction unit, a multiplexed signal separation unit, a decoding unit and an output unit,
The error correction unit detects a motion of a video by a correlation calculation process using at least two frames out of a frame on which noise reduction processing is to be performed, a previous frame, and a subsequent frame, and uses at least the previous motion using the motion of the video. Or a video noise reduction processing unit that moves a video signal of a subsequent frame, generates a signal at the same time as the frame on which the noise reduction processing is to be performed, and performs the noise reduction processing. A video processing apparatus characterized by comprising:
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