JP2008060870A - ノイズ低減デジタル画像信号処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単にかつ安価な回路構成により画像圧縮符号化におけるモスキートノイズを低減するノイズ低減デジタル画像信号処理装置を提供する。
【解決手段】このノイズ低減デジタル画像信号処理装置は、受信したデジタル放送の放送信号を復調する復調器出力信号のノイズを低減する機能を有し、前記放送信号中のデジタル画像データの画素値に基づいてノイズが発生する箇所を特定するノイズ発生箇所特定手段と、前記ノイズ発生箇所特定手段で特定されたノイズ発生箇所のノイズを低減するフィルタ処理手段と、前記デジタル放送の番組のジャンルに基づいて、前記フィルタ処理手段を制御するフィルタ制御手段と、を備えるものである。例えば、前記フィルタ制御手段は、前記デジタル放送の番組に基づいて、ノイズを低減するフィルタ処理の範囲や強度を選択し、これらの選択データに基づいて前記フィルタ処理手段を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ノイズ低減デジタル画像信号処理装置に関し、具体的には、ＭＰＥＧ（Moving Picture coding Experts Group）方式等によって圧縮符号化された画像が再生される場合に発生するノイズを低減する機能を有するノイズ低減デジタル画像信号処理装置に関する。

一般にデジタル画像データの圧縮に用いられるＭＰＥＧ方式において、伝送ビットレートが不足する場合、画像のデータは高周波成分が削除されて圧縮される。この圧縮されたデータを伸張した場合、高周波成分が削除されているため画像のエッジ部分にモスキートノイズと呼ばれるノイズが発生する。モスキートノイズ（リンギングノイズとも呼ばれる）とは、画像のエッジ部分に蚊が飛んでいる様にチラチラと生じるノイズのことであり、ＭＰＥＧ方式による圧縮画像においては、非常に明るい場面や非常に暗い場面では目立ちにくく、中間の明るさのレベルから非常に明るいレベルへの画素値の変化があった場合にモスキートノイズが目立ちやすくなる。

このノイズは、伝送ビットレートが低くなる（圧縮率が高い）につれてより多く発生する様になる。そこで、このノイズを低減する方法として、符号化情報を利用し符号化ノイズを検出してフィルタ処理を行う方法があり、例えば特許文献１、２で開示されている。

特許文献１は、符号化時には、現フレームの各ブロックと前フレームの対応するブロック情報から動きベクトルを求めると共に該動きベクトルの信頼性を示すクラス情報を求め、該クラス情報を伝送データと共に伝送して、伝送データの増加を最小限とし復号の際の負担を最小限とする。復号化時には、クラス情報に基づいて、フレーム間の相関のないノイズを除去する巡回型フィルタのノイズリダクション係数を変化させ、高域のノイズを適応的にかつ効果的に低減する。

また、特許文献２は、符号データから各ブロックについての動きベクトル等を抽出し、抽出された動きベクトルから各ブロックの参照領域を求める。そのブロックにおいて直交変換係数の各周波数成分の分布に基づいて低減すべき符号化ノイズを検出し、フィルタ処理を行い、ノイズを低減する方法である。
特開平７−２０３４４２号公報 特開２００１−２０４０２９号公報

しかしながら、特許文献１では、符号化装置と復号化装置が連動して処理される必要があるため特定のシステムでなければノイズ低減の効果は得られない。また、フレームメモリを用いた巡回型フィルタであるためフレームメモリが必要となりコストが嵩む問題点がある。

また、特許文献２では、マクロブロックがフレーム内符号化（イントラ符号化）されているか、フレーム間符号化（非イントラ符号化）されているかで処理方法が異なるためフレームメモリが必要となり同様にコストが嵩むという問題点がある。

本発明は、上述の実情を考慮してなされたもので、簡単にかつ安価な回路構成により画像圧縮符号化におけるモスキートノイズを低減するノイズ低減デジタル画像信号処理装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明のノイズ低減デジタル画像信号処理装置は、
受信したデジタル放送の放送信号を復調する復調器出力信号のノイズを低減する機能を有し、前記放送信号中のデジタル画像データの画素値に基づいてノイズが発生する箇所を特定するノイズ発生箇所特定手段と、前記ノイズ発生箇所特定手段で特定されたノイズ発生箇所のノイズを低減するフィルタ処理手段と、前記デジタル放送の番組のジャンルに基づいて、前記フィルタ処理手段を制御するフィルタ制御手段と、を備えるものである。

前記フィルタ制御手段は、ノイズを低減するフィルタ処理の範囲や強度をデジタル放送の番組に基づいてテーブルに記憶させておき、このテーブルを参照して、前記デジタル放送の番組に基づいたノイズを低減するフィルタ処理の範囲や強度を選択する。そして、このフィルタ処理の範囲や強度によって前記フィルタ処理手段を制御する。また、このテーブルは、ユーザが任意に変更することができる。
これにより、デジタル放送の番組に応じて良好なノイズ低減処理を行うことが可能となる。

本発明によれば、伝送のビットレートが不足した場合に発生するモスキートノイズについて入力される画素データからモスキートノイズの発生する箇所が特定でき、フィルタ処理を行う画素についても、フィルタ処理方法を画素によって変えてフィルタ処理後の画質の低下を防ぐようにしている。
また、突発性のエラーで画素値が大きく変わるような箇所についても閾値を設け、過敏な反応を防ぎ余計なフィルタ処理がかからないようにしている。

さらに、フィルタ処理を行う画素の範囲や強度を番組のジャンル毎に設定するテーブルを設けユーザが意識せず番組に適切なフィルタ処理が可能である。
また、フィルタ処理を行う画素の範囲設定は外部より可変可能であり、状況に応じて値を変えることでより適切なノイズ低減ができる。
これによって、大規模なメモリを必要とせず、単独でかつ簡単な回路が構成でき画質の劣化を極力抑え、モスキートノイズを低減することが可能となる。

以下、図面を参照して本発明のノイズ低減デジタル画像信号処理装置に係る好適な実施形態を説明する。

図１は、本発明の実施形態に係るノイズ低減デジタル画像信号処理装置を適用したデジタル放送受信装置の構成を示すブロック図である。図１において、デジタル放送受信装置は、ＢＳデジタル放送用のアンテナ１０１、地上デジタル放送用のアンテナ１０２、ＣＳデジタル放送用のアンテナ１０３、１１０度ＣＳデジタル放送用のアンテナ１０４、同調、復調を行うフロントエンド１０５、トランスポートデコーダ１０６、映像デコーダ１０７、ノイズ低減デジタル画像信号処理装置１００、表示デバイス１１０から構成される。ノイズ低減デジタル画像信号処理装置１００は、ノイズ低減フィルタ動作制御部１０８、フィルタ制御部１０９から構成される。

以下、デジタル放送受信装置に用いられたノイズ低減デジタル画像信号処理装置の動作について説明する。
各アンテナ１０１,１０２,１０３,１０４で受信されたデジタル放送はフロントエンド１０５に入力される。フロントエンド１０５は目的の放送周波数に同調し、放送方式に対応した復調方式で復調を行う。
フロントエンド１０５から出力されたデータは、通常ＭＰＥＧ２−ＴＳ形式となっておりトランスポートデコーダ１０６に入力される。
トランスポートデコーダ１０６では、ＭＰＥＧ２−ＴＳから目的の番組の映像ストリームが抽出され、出力される。トランスポートデコーダ１０６から出力された映像ストリームは映像デコーダ１０７に入力され、映像データとしてデコードされる。
映像デコーダ１０７から出力されたデータは、ノイズ低減フィルタ動作制御部１０８に入力され、映像データのエッジ部を検出し、このエッジ部の情報に基づいてフィルタ処理が行われ、ノイズが低減された映像を表示デバイス１１０に供給する。

また、フィルタ制御部１０９は、フロントエンド１０５から現在受信している放送の番組についてどのようなジャンルなのか判断し、そのジャンルに応じたフィルタ動作を施すための制御信号ＣＴＬをノイズ低減フィルタ動作制御部１０８へ出力する。また、ユーザが任意にこの制御信号ＣＴＬを変更した場合、この情報がユーザ設定メモリに保持されるとともに、ノイズ低減フィルタ動作制御部１０８に出力される。

図２は、ノイズ低減フィルタ動作制御部１０８の詳細な機能ブロック図であり、同図において、ノイズ低減フィルタ動作制御部１０８は、ノイズ発生箇所特定部１３０とフィルタ処理部１３１から構成される。
ノイズ発生箇所特定部１３０は、エッジ検出部１１１、高画素値検出部１１２、エッジ左方向画素フィルタ範囲設定部１１３、エッジ右方向画素フィルタ範囲設定部１１４からなり、映像デコーダ１０７から出力されたデータ（ＩＮ＿ＤＡＴＡ）の画素値に基づいてノイズが発生する箇所を特定する。フィルタ処理部１３１は、ノイズ低減フィルタ動作制御生成部１１５、ノイズ低減フィルタ１１６とからなり、ノイズ発生箇所特定手段１３０で特定されたノイズ発生箇所のノイズを低減させる。

映像デコーダ１０７から出力されたデータ（ＩＮ＿ＤＡＴＡ）は、エッジ検出部１１１と高画素値検出部１１２に入力され、入力データのエッジを検出する。
エッジ検出部１１１は、入力信号ＩＮ＿ＤＡＴＡに対して、ＩＮ＿ＤＡＴＡとＩＮ＿ＤＡＴＡを１画素遅延したデータとの差分の絶対値を検出し、その絶対差分値が予め設定された閾値１（例えば、４０）を超えた画素についてエッジであるとする。
高画素値検出部１１２は、入力されたＩＮ＿ＤＡＴＡについて予め設定された閾値２（例え、１８０）以上の画素を検出し、入力データＩＮ＿ＤＡＴＡの画素が閾値２より高い画素の区間を示すフラグ２を生成する。

エッジ左方向画素フィルタ範囲設定部１１３は、エッジ検出部１１１で検出されたエッジの開始前の数画素（フィルタ処理する画素の候補）を示すフラグ１と、エッジの開始を示すＦ＿ＥＤＧＥをノイズ低減フィルタ動作制御部１１５に出力する。
エッジ右方向画素フィルタ範囲設定部１１４は、高画素値検出部１１２で検出されたフラグ２の区間の終了後の数画素（フィルタ処理する画素の候補）を示すフラグ３と、エッジの終了を示すＢ＿ＥＤＧＥをノイズ低減フィルタ動作制御部１１５に出力する。
ノイズ低減フィルタ動作制御生成部１１５は、エッジ左方向画素フィルタ範囲設定部１１３とエッジ右方向画素フィルタ範囲設定部１１４とから出力された制御信号と、高画素値検出部１１２から出力されたフラグ２とを入力し、これらの制御信号に基づいてノイズ低減フィルタ１１６を制御する制御信号ＥＮ＿Ｐを出力する。
ノイズ低減フィルタ１１６は、ノイズ低減フィルタ動作制御生成部１１５から出力された制御信号ＥＮ＿Ｐに基づいてフィルタ処理が実施される。

図３は、ノイズ低減フィルタ動作制御部１０８のタイミング図である。入力データ（ＩＮ＿ＤＡＴＡ）が輝度信号であった場合を例にして説明する。
フラグ２は、入力データＩＮ＿ＤＡＴＡの画素の輝度レベルがある閾値２より高い画素のときの信号がＨｉｇｈとなり、低いときの信号はＬｏｗとなる。したがって、フラグ２の信号がＨｉｇｈの間が、入力データＩＮ＿ＤＡＴＡの画素の輝度レベルがある閾値２より高い画素の区間を示す。
フラグ１は、輝度レベルが閾値より高い画素の区間の開始前の数画素（フィルタ処理する画素の候補、図の例では４画素）のときＨｉｇｈとなる信号である。
Ｆ＿ＥＤＧＥは、画像エッジの開始のときにＨｉｇｈとなる信号である。
フラグ３は、輝度レベルが閾値より高い画素の区間の終了後の数画素（フィルタ処理する画素の候補、図の例では４画素）のときＨｉｇｈとなる信号である。
Ｂ＿ＥＤＧＥは、画像エッジの終了のときにＨｉｇｈとなる信号である。
ＥＮ＿Ｐは、フィルタ処理を行う画素を制御する信号で、この例では、値が「１」の場合にフィルタ処理を行い、それ以外はフィルタ処理を行わないように制御する。

図４は、フィルタ制御部１０９の内部構成を示すブロック図である。同図において、フィルタ制御部１０９は、番組ジャンルデコーダ１１７、分類デコーダ１１８、フィルタ範囲強度ユーザ設定部１１９、ユーザ設定メモリ１２０、制御信号生成部１２１とからなっている。
番組ジャンルデコーダ１１７は、フロントエンド１０５で抜き出された、電子番組表（ＥＰＧ）などで使用する番組情報が入力され、入力された情報（現在の放送番組）がどのジャンルなのかを予め設定しておいたジャンルテーブルに基づきデコードし、それに相当するデータ（図５の例では、分類コード）を分類デコーダ１１８に出力する。図５は、ジャンルテーブルの例であり、各ジャンルごとに分類コードを対応付けて、記憶手段へ記憶されている。

分類デコーダ１１８は、番組ジャンルデコーダ１１７で分類されたジャンルについて、ユーザ設定メモリ１２０を参照して、さらに詳細な分類分けを行う。
ユーザ設定メモリ１２０は、大分類のジャンルごとに、詳細なジャンルとその分類コード、フィルタ範囲、フィルタ強度とを対応付けて、記憶手段へ記憶されている。このうちジャンル分けとその分類コードについては予め設定されており、フィルタ範囲とフィルタ強度とは、フィルタ範囲強度ユーザ設定部１１９で設定されるものである。

図６は、大分類のジャンル１が「スポーツ」について詳細分類した例で、さらにジャンル２として１１種類に分類されており、この設定値を基本にフィルタ制御信号を出力する。この図６では、フィルタ範囲において「５」は最大の幅が選択され、「１」は最小の幅が選択されるようになる。同様に、フィルタ強度も「５」は最大強度で「１」は最小強度になる。このフィルタ範囲と強度の設定は、例えば画面の動きが大きいと思われる番組のジャンルに対しては大きく、静止画が多いと思われる番組のジャンルについては小さく設定する。

フィルタ範囲強度ユーザ設定部１１９は、例えば、ユーザが画面を見ながらリモコンで、ジャンル毎のフィルタの範囲と強度を入力し、その入力された情報を各ジャンルに対応付けてユーザ設定メモリ１２０に記憶するとともに、分類デコーダ１１８に入力される。
フィルタ範囲強度ユーザ設定部１１９では、予め設定されている各ジャンルのフィルタの範囲と強度に修正を加えてユーザが好む設定に変更することができる。

制御信号生成部１２１は、分類デコーダ１１８から出力された信号とユーザ設定メモリ１２０の内容によって、ノイズ低減フィルタ動作制御部１０８を制御する信号を生成し、出力する。ノイズ低減フィルタ動作制御部１０８は、フィルタ制御部１０９から出力された制御信号で設定されたフィルタ範囲とフィルタ強度に基づいてフィルタ処理を行う。

次に、図７のフローチャートを用いて、入力されたデジタル放送に対してノイズ低減フィルタ動作制御部１０８の制御信号を生成するまでの処理手順について説明する。
ユーザが放送番組について手動でフィルタ範囲と強度の設定を選択した場合（ステップＳ１／ＮＯ）、ユーザが手動でフィルタ範囲と強度を設定する（ステップＳ１６）。

一方、自動設定が選択された場合（ステップＳ１／ＹＥＳ）、番組ジャンル情報を検出する（ステップＳ２）。
次に、検出された情報をもとにジャンルテーブル（図５）を参照して、どのジャンルであるか、さらにそのジャンルについてユーザ設定メモリ１２０（図６）を参照して詳細な分類を選択し（ステップＳ３からＳ１４）、各ジャンルのフィルタ範囲と強度を選択し（ステップＳ１６）、ステップＳ１５へ移行する。
例えば、図６を参照すると、現在の番組がゴルフであった場合、ジャンル１は「スポーツ」、ジャンル２は「ゴルフ」、そのときのフィルタ範囲は「２」、フィルタ強度は「１」が選択される。

次に、ユーザが手動でフィルタ範囲と強度の修正を選択しなかった場合（ステップＳ１５／ＮＯ）、処理を終了し、他方、手動でフィルタ範囲と強度の修正を選択した場合（ステップＳ１５／ＹＥＳ）、ユーザが手動で各番組ジャンルのフィルタ範囲と強度の初期設定を修正し（ステップＳ１６）、ステップＳ１５へ移行する。
ここで、初期設定に対してフィルタ制御部１０９から出力される「ＣＴＬ」信号によりフィルタ範囲を広くする場合やフィルタ強度を小さくする場合に、ユーザが任意に値を修正し、反映させることができる。この修正された設定を初期値とすることも可能であり、その設定はユーザ設定メモリ１２０に保存される。
また、制御信号生成部１２１に情報が出力され、分類デコーダ１１８で設定される番組ジャンルによるフィルタ範囲と強度設定以外の設定も可能となる。

次に、フィルタ処理の動作について図８乃至１２を参照して説明する。
図１２は、ある元画像（Ａ）に対して低いビットレートで圧縮した場合、デコードされた画像は（Ｂ）のように画像のエッジの手前でリンギングが発生することを示した図である。このリンギングがモスキートノイズと呼ばれ、画面のエッジ部分に目立つノイズとなる。この図１２では、エッジの手前について示しているが、エッジの後にも同じ様なノイズが発生する。

図８および図９は、フィルタ範囲とフィルタ強度が適切でない場合のフィルタ処理前と処理後の波形を示している。
図８の（Ｃ）で示すようにフィルタ範囲は適切であるがフィルタ強度が不足しているため、図８の（Ｄ）のようにリンギングが残った状態となっている。
図９の（Ｅ）は、フィルタ範囲が狭く、フィルタ強度も不足しているため、図９の（Ｆ）のようにまったくフィルタ処理されない画素とフィルタ処理が不足している画素がある波形となってしまっている。

このようなフィルタの調整不足は、ユーザが外部より調整できるようなっており、図１０や図１１に示したようにフィルタ範囲とフィルタ強度を最適な設定に修正することで、図１０の（Ｈ）や図１１の（Ｋ）のようにリンギングが減少した波形とすることができる。

以上は、輝度データについての動作説明であるが色差データについても基本的な動作は同じである。この場合には、図２に示す回路が色差データＣｂとＣｒそれぞれに設けられ、フィルタ処理が実施される。
この様に本発明では、復号されたデータに対してモスキートノイズが目立ちやすい箇所にのみフィルタ処理を行うので、本来高周波成分が多い画素については余計なフィルタ処理は行われないので全体になまった様な画像になることはない。

また、復号されたデータの画素値のみでノイズ検出およびノイズ低減を行うため、大規模なメモリを必要とせず、単独でかつ簡単な回路が構成できる。
また、本発明は水平方向の処理について説明してきたがラインメモリを数個持つことにより垂直方向の処理が可能となる。
また、垂直方向の処理も基本的に同じであり、数ライン分のデータをラインメモリに蓄え、同じ垂直方向の画素値を参照してエッジを検出後、前後数画素についてフィルタ処理を施すことで更なるモスキートノイズの低減が可能となる。

また、本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で各種の変形、修正が可能であるのは勿論である。

本発明の実施形態に係るノイズ低減デジタル画像信号処理装置を適用したデジタル放送受信装置の構成を示すブロック図である。 本発明のノイズ低減フィルタ動作制御部の詳細な機能ブロック図である。 フィルタ処理を行う場合のタイミング図である。 本発明のフィルタ制御部の詳細な機能ブロック図である。 デジタル放送における番組のジャンルテーブルの例である。 ユーザ設定メモリの例である。 入力されたデジタル放送に対してノイズ低減フィルタ動作制御部の制御信号を生成するまでの処理手順について説明するフローチャートである。 モスキートノイズのフィルタ処理が適切でない場合を説明する図である。 モスキートノイズのフィルタ処理が適切でない場合を説明する図である。 モスキートノイズのフィルタ処理が適切な場合を説明する図である。 モスキートノイズのフィルタ処理が適切な場合を説明する図である。 モスキートノイズの発生を説明する図である。

符号の説明

１００…ノイズ低減デジタル画像信号処理装置、１０１…ＢＳデジタル放送アンテナ、１０２…地上デジタル放送アンテナ、１０３…ＣＳデジタル放送アンテナ、１０４…１１０度ＣＳデジタル放送アンテナ、１０５…フロントエンド、１０６…トランスポートデコーダ、１０７…映像デコーダ、１０８…ノイズ低減フィルタ動作制御部、１０９…フィルタ制御部、１１０…表示デバイス、１１１…エッジ検出部、１１２…高画素値検出部、１１３…エッジ左方向画素フィルタ範囲設定部、１１４…エッジ右方向画素フィルタ範囲設定部、１１５…ノイズ低減フィルタ動作制御生成部、１１６…ノイズ低減フィルタ、１１７…番組ジャンルデコーダ、１１８…分類デコーダ、１１９…フィルタ範囲強度ユーザ設定、１２０…ユーザ設定メモリ、１２１…制御信号生成部、１３０…ノイズ発生箇所特定部、１３１…フィルタ処理部。

Claims (6)

1. 受信したデジタル放送の放送信号を復調する復調器出力信号のノイズを低減する機能を有するノイズ低減デジタル画像信号処理装置において、前記放送信号中のデジタル画像データの画素値に基づいてノイズが発生する箇所を特定するノイズ発生箇所特定手段と、前記ノイズ発生箇所特定手段で特定されたノイズ発生箇所のノイズを低減するフィルタ処理手段と、を備えることを特徴とするノイズ低減デジタル画像信号処理装置。
2. 受信したデジタル放送の放送信号を復調する復調器出力信号のノイズを低減する機能を有するノイズ低減デジタル画像信号処理装置において、前記放送信号中のデジタル画像データの画素値に基づいてノイズが発生する箇所を特定するノイズ発生箇所特定手段と、前記ノイズ発生箇所特定手段で特定されたノイズ発生箇所のノイズを低減するフィルタ処理手段と、前記デジタル放送の番組のジャンルに基づいて、前記フィルタ処理手段を制御するフィルタ制御手段と、を備えることを特徴とするノイズ低減デジタル画像信号処理装置。
3. 請求項２に記載のノイズ低減デジタル画像信号処理装置において、前記フィルタ制御手段は、前記デジタル放送の番組に基づいて、ノイズを低減するフィルタ処理の範囲を選択することを特徴とするノイズ低減デジタル画像信号処理装置。
4. 請求項２に記載のノイズ低減デジタル画像信号処理装置において、前記フィルタ制御手段は、前記デジタル放送の番組に基づいて、ノイズを低減するフィルタ処理の強度を選択することを特徴とするノイズ低減デジタル画像信号処理装置。
5. 請求項２に記載のノイズ低減デジタル画像信号処理装置において、前記フィルタ制御手段は、前記デジタル放送の番組に基づいて、ノイズを低減するフィルタ処理の範囲と強度とを記憶するテーブルを備えることを特徴とするノイズ低減デジタル画像信号処理装置。
6. 請求項２に記載のノイズ低減デジタル画像信号処理装置において、前記フィルタ制御手段は、前記デジタル放送の番組に基づいて、ノイズを低減するフィルタ処理の範囲と強度をユーザが任意に変更できること特徴とするノイズ低減デジタル画像信号処理装置。

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