JP2538544B2

JP2538544B2 - ノイズ軽減回路

Info

Publication number: JP2538544B2
Application number: JP14547283A
Authority: JP
Inventors: 賢一永井
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1983-08-09
Filing date: 1983-08-09
Publication date: 1996-09-25
Anticipated expiration: 2011-09-25
Also published as: JPS6037885A

Description

【発明の詳細な説明】［発明の技術分野］本発明はノイズ軽減回路に係り、例えばカラーテレビ
ジョン受像機の映像処理回路において画像の劣化を最小
に抑え、映像信号に混入したパルス状ノイズ成分を検出
し除去するように構成したノイズ軽減回路に関する。

［発明の技術的背景とその問題点］一般に、カラーテレビジョン受像機内の映像処理回路
において、映像信号中に混入したノイズ成分は再生画像
を大きく損ない画質の劣化や情報の欠落現象を生ずるこ
とになる。

このため、従来よりノイズが混在した映像信号からノ
イズ成分を除去し良質な画像を再現する試みがなされて
きた。例えば次のような方法があげられる。

、電界強度に応じて映像処理回路の伝送帯域を変化さ
せ、ノイズ成分の多い帯域を低下させることにより改善
する。

、テレビジョン放送の映像信号のパワースペクトラム
はその水平周期毎に山を有していることから映像信号パ
ワースペクトラムの多く存在する帯域のみを通過させる
フィルタ、所謂くし形フィルタを通すことによってノイ
ズ成分を低減することができる。

、画素の灰色度をその画素の近傍の灰色度の平均値で
置き換える処理、即ち平滑化処理を行う。

上記方法以外にも、コンピュータ処理にて画像のディ
ジタル処理を行い、ノイズが混在した画像を修復させる
方法も種々考えられるが、しかし、コンピュータによる
ディジタル処理はそのシステムが大きくなりがちなこと
と、処理時間の点から一般に家庭用テレビジョン受像機
に適用するのは困難である。

上述したノイズ低減方法，，についても次のよ
うな問題点がある。

上記の方法については、ノイズの低減は主に映像信
号処理回路の高帯域を阻止することによって行われるた
め、映像信号の高域成分も阻止されることになり再生画
像の細かな絵柄やエッジ部のぼけを生じ画像の劣化をき
たすことになる。

上記で述べたくし形フィルタによるノイズ低減は上
記の平滑化処理と基本的に同一の原理であり、両者と
も同様な不具合点を有している。

ここで、上記の平滑化処理によるノイズの低減につ
いて概略説明しておく。

第１図に示すように、画素の近傍を９点平滑化する場
合を例にとれば、９個の画素ｙ（i,j）（但し−１≦ｉ
≦1,−１≦ｊ≦１）のサンプル平均（i,j）はと表され、この平均（i,j）がノイズ除去画像とな
る。今、真の画像ｘ（i,j）が上記の９点において平面
で近似できるとすると、ｘ（i,j）＝ai＋bj＋ｘ（0,0）（但し−１≦ｉ≦1,−１
≦ｊ≦１） ……（２）と記述できる。ここで、a,bは各方向の勾配である。ま
た、ノイズ成分をｎ（i,j）としノイズが加算的である
とすると、ｙ（i,j）＝ｘ（i,j）＋ｎ（i,j） ……（３）となる。式（１）に式（２），（３）を代入すると、となる。今、ノイズｎ（i,j）は無相関で均一な分散をもつとすると、新たなノイズは、となり分散が1/9に低下する。Ｅは期待値である。した
がってノイズが低減される。

しかしながら、上記の平滑化処理による方法では、
前述で仮定したような画像ｘ（i,j）が平面で近似でき
ない部分において、真の値と異なってしまうという不具
合が生じる。例えば、エッジ部については画像が平面で
近似できないので、平滑化処理によってエッジ部はぼけ
てしまうという問題があった。

また、上記のくし形フィルタによるノイズ低減は上
記の平滑化処理の特殊な場合であり、画素のサンプル
数が２点の場合と考えることができる。したがって、上
記の方法においてもエッジ部がぼけるという問題があ
った。

［発明の目的］本発明は上述した点に鑑み、画像情報処理において、
画像のエッジ部にぼけを生じていたのを防ぎ、画像の劣
化を最小限に抑え、ノイズ成分を低減させることができ
るノイズ軽減回路を提供することを目的としている。

［発明の概要］本発明のノイズ軽減回路は、隣接画素間の相関関係を
利用して入力信号からパルス状信号のみを検出し、その
突出部分をノイズとして判定し除去するように構成する
ものであって、入力信号を異なった遅延時間の間隔でサ
ンプリングするための２つの遅延手段と、これらの遅延
手段を切り換えて出力するため信号供給手段と、この信
号供給手段を入力電界レベルやビデオ信号の交流成分の
レベルに応じて切換制御するための信号レベル検出手段
と、遅延手段にてサンプリングされた信号がパルス状信
号であるときこれを論理的に除去し出力するための論理
手段とを備えている。

［発明の実施例］以下、図面に基づいて本発明の実施例について説明す
る。

第２図は映像信号波形の一例を示す波形図、第３図は
ステップ信号波形及びパルス信号波形の一例を示す波形
図、第４図は本発明に係るノイズ軽減回路を実現するた
めの動作説明図である。

テレビジョン送受信システムにおいては送像側で画像
を走査することにより画素の灰色度を時間的に連続な電
気信号に変換し、受像機側で送像側の画像の分解走査に
同期して組立走査することにより二次元の画像に再生し
ている。

電気信号に変換された映像信号の一例を第２図に示
す。第２図（ａ）は映像信号が低いレベルから高いレベ
ルに立ち上がり、その後、高いレベルから再び低いレベ
ルに立下がる信号波形を示している。なお、横軸上のt0
〜t5は時間的変化を示したもので、等間隔で区切って示
している。

第２図（ｂ）はパルス状のノイズが重畳された信号波
形を示し、時刻t1とt2の間に立上がりノイズN1が発生
し、時刻t3とt4の間に立下がりノイズN2が発生した例を
示している。

この第２図（ｂ）から分かるように、パルス性ノイズ
は本来の信号に対して短時間のうちにレベルが急変する
ものであり、ある時間幅（T1）を設定し、その時間内に
おいて信号レベルが急変した場合は、そこにノイズが発
生したことを判別することができる。

第３図は、ある時間幅（T1）における信号レベルの変
化を表したものであり、等間隔の時間（τ）で区切って
示している。信号（ａ）は映像信号が低いレベルから高
いレベルに立上がった状態を示し、信号（ｂ）は高いレ
ベルから低いレベルに立下がった状態を示している。ま
た信号（ｃ），（ｄ）は時間幅（T1）の中において立上
がりノイズN1および立下がりノイズN2が発生した場合を
それぞれ示している。

このような信号において、ある時刻（ｉ）を基準にし
て、それよりも（τ）だけ先行した時刻（ｉ−１）およ
び（τ）だけ遅れた時刻（ｉ＋１）の各信号レベルを比
較すると、本来の映像信号の場合は、時刻（ｉ−１）お
よび時刻（ｉ＋１）の少なくとも一方の信号レベルと時
刻（ｉ）の信号レベルが同レベルになるのに対し、パル
ス性ノイズの場合は、時刻（ｉ−１）および時刻（ｉ＋
１）の両信号レベルと時刻（ｉ）の信号レベルが異なっ
ている。したがって、時刻（ｉ）に対するその前後（ｉ
−1,i＋１）の信号レベルを比較することで、本来の信
号か、パルス性ノイズかを判別することができる。

例えば、各時刻ｉ−1,i＋１の３点の信号を論理値
“1",“0"で表すと、第３図（ａ）の信号は、時刻ｉ−
１がローレベル“0"、時刻i,i＋１がそれぞれ“1"であ
るから、0,1,1と表現でき、同様に第３図（ｂ）の信号
は1,1,0と表現できる。また第３図（ｃ）の信号は、時
刻ｉがハイレベル“1"、時刻ｉ−1,i＋１がそれぞれ
“0"であるから、0,1,0と表現でき、同様に第３図
（ｄ）の信号は1,0,1と表現できる。

このように、基準となる中間の時刻（ｉ）の信号レベ
ルとその前後の少なくとも一方の信号レベルとが同じ場
合（0,1,1や1,1,0等）は本来の信号と判別し、中間の時
刻（ｉ）の信号レベルに対してその前後の信号レベルが
異なる場合（0,1,0又は1,0,1）はパルス性ノイズを判別
することができる。

こうした３点での信号レベルを想定すると表１のよう
な信号パターンＰ₁〜Ｐ₈が考えられる。この表１におい
てパルス性ノイズのパターンは、Ｐ₇とＰ₈であり、この
ような信号パターンＰ₇,P₈の突出部分又は窪み部分を除
去すれば画像の劣化を伴わずにノイズ成分の大部分を除
去できる。

（なお、本来の信号か、パルス性ノイズかを判別するに
は時間（τ）の設定が重要になる。）例えば、第４図（ａ）に示す映像信号に第４図（ｂ）
に示すノイズ信号が加算的に混入した信号は第４図
（ｃ）に示すような信号波形となり、この信号を表１の
Ｐ₇,P₈を阻止するフィルタに通すと、その出力は第４図
（ｄ）に示すような波形となりノイズが低減されること
になる。このとき、ステップ信号の立上がり，立下がり
のＰ₃〜Ｐ₆は阻止されないから、エッジ部がぼけること
はない。第４図（ｅ）は第４図（ｃ）の映像信号を従来
方法の所で述べたような高域分を阻止するフィルタに
通した場合の出力波形であり、又第４図（ｆ）は第４図
（ｃ）の信号を従来方法で述べたような平滑化処理
（図ではサンプル数３の平均化）を行った場合の出力波
形である。第４図（ｅ），（ｆ）のいずれの場合でもス
テップ信号部分にエッジぼけを生じ画像の劣化を伴う。

次に、Ｐ₇,P₈を阻止するノイズ軽減回路の具体的な回
路構成について説明する。

Ｐ₇,P₈を阻止するためにはＰ₇については時刻（ｉ）
の信号レベル“1"を“0"に置き換えて0,0,0とすればよ
く、又Ｐ₈については時刻（ｉ）の信号レベル“0"を
“1"に置き換えて1,1,1とすればよい。

この方法として本発明では、時刻（ｉ−１），
（ｉ），（ｉ＋１）の各信号レベルをｐ（ｉ−１）,p
（ｉ）,p（ｉ＋１）とした場合、各信号レベルｐ（ｉ−
１），（ｉ）,p（ｉ＋１）の多数決をとることによりＰ
₇,P₈を阻止するためのノイズフィルタ回路を構成する。

第５図，第６図は、本発明において使用するノイズフ
ィルタ回路を示す。

第５図において、フィルタ回路は入力映像信号Vinが
加えられる入力端子１に遅延時刻τを有するディレーラ
イン（遅延線）２を接続し、このライン２に直列に遅延
時間τのディレーライン３を接続し、ディレーライン２
の入出力端子間に論理積回路４を接続し、ディレーライ
ン３の入出力端子間に論理積回路５を接続し、ディレー
ライン２の入力端子とディレーライン３の出力端子との
間に論理積回路６を接続する。そして、論理積回路4,5,
6の各出力の論理和をとるために論理和回路7,8を配置し
ている。即ち、論理積回路4,5の各出力を論理和回路７
に入力し、その論理和出力と論理積回路６の出力とを論
理和回路８に入力している。論理和回路８の出力Voutは
出力端子９から取り出される。

ここで、論理積回路は２つの入力信号を比較し信号レ
ベルの小さい方の信号を出力するものであり、論理和回
路は２つの入力信号を比較し信号レベルの大きい方の信
号を出力するものである。但し、論理積回路、論理和回
路とも、２つの入力信号の信号レベルが同じときは各入
力信号の半分ずつが出力され併わせて１つの信号の信号
レベルとして出力されるものである。

また、第６図は第５図に示す論理積回路4,5,6の代わ
りに論理和回路10,11,12を置き換え、論理和回路7,8の
代わりに論理積回路13,14を置き換えた回路構成とな
る。第５図及び第６図で符号15及び16はパルス状成分を
除去するための論理回路部を示している。

このような構成において、入力映像信号Vinを、時間
的にてτずつ遅延した３つの信号の同時点での各信号の
信号レベルｐ（ｉ−１）,p（ｉ）,p（ｉ＋１）の大小関
係を、前述のように論理レベル“1",“0"で表わした場
合、第５図に示す回路については、入力端子１に印加さ
れる信号ｐ（ｉ−１）とディレーライン２により出力さ
れる信号ｐ（ｉ）とディレーライン３より出力される信
号（ｉ＋１）が表１で示したＰ₇＝｛0,1,0｝であるとき
は論理積回路４の出力は“0"、論理積回路５の出力は
“0"となるので、論理和回路７の出力は“0"となる。ま
た、論理積回路６の出力は“0"であるから、論理和回路
８の出力は“0"となり、フィルタ回路通過後に出力端子
９に得られる信号ｐ（ｉ）は“0"となる。したがって、
Ｐ₇は回路通過後｛0,0,0｝となりパルス状信号の突出し
た部分がノイズ成分として除去される。また、第５図に
おいてｐ（ｉ−１）,p（ｉ）,p（ｉ＋１）が表１で示し
たＰ₈｛1,0,1｝であるときは論理積回路４の出力は
“0"、論理積回路５の出力は“0"となるので、論理和回
路７の出力は“0"となる。また、論理積回路６の出力は
“1"であるから、論理和回路８の出力は“1"となり、フ
ィルタ回路通過後に出力端子９に得られる信号ｐ（ｉ）
は“1"となる。したがって、Ｐ₈は回路通過後｛1,1,1｝
となりパルス状信号の突出部分がノイズ成分として除去
される。また、第５図において、ステップ状信号の立上
がり、立下がりのＰ₃〜Ｐ₆については、回路通過後もｐ
（ｉ）は同等レベルの信号となりＰ₃〜Ｐ₆が出力される
ので、エッジ部がぼけることがない。

第６図に示した回路については、ｐ（ｉ−１）,p
（ｉ）,p（ｉ＋１）が表１で示したＰ₇＝｛0,1,0｝であ
るときは論理和回路10の出力は“1"、論理和回路11の出
力は“1"となるので、論理積回路13の出力は“1"とな
る。また、論理和回路12の出力は“0"であるから、論理
積回路14の出力は“0"となり、フィルタ回路通過後に出
力端子９に得られる信号ｐ（ｉ）は“0"となる。したが
って、Ｐ₇は回路通過後｛0,0,0｝となりパルス状信号の
突出部分がノイズ成分として除去される。また、第６図
において、ｐ（ｉ−１）,p（ｉ）,p（ｉ＋１）が表１で
示したＰ₈＝｛1,0,1｝であるときは論理和回路10の出力
は“1"、論理和回路11の出力は“1"となるので、論理積
回路13の出力は“1"となる。また、論理和回路12の出力
は“1"であるから、論理積回路14の出力は“1"となり、
フィルタ回路通過後に出力端子９に得られる信号ｐ
（ｉ）は“1"となる。したがって、Ｐ₈は回路通過後
｛1,1,1｝＝Ｐ₂となりパルス状信号の突出した部分がノ
イズ成分として除去される。また、第６図において、ス
テップ状信号の立上がり、立下がりのＰ₃〜Ｐ₆について
は、回路通過後もｐ（ｉ）は同等レベルの信号となりＰ
₃〜Ｐ₆が出力されるので、エッジ部がぼけることがな
い。

このような回路構成によれば、ステップ状の信号のエ
ッジ部にぼけを生じる等の画像の劣化を伴うことなく、
ノイズ成分を低減することが可能となる。

ところで、上記のように映像信号の適当な時間τにお
いてＰ₇,P₈を示すパルス状信号を阻止する方法（換言す
れば、テレビジョン画面上の隣接画素との相関関係を利
用し、突出したパルス状信号のみをノイズとして判定し
除去する方法）でもノイズ除去効果が高いが、さらに次
のような点での改良が望まれている。

第５図，第６図の回路では第７図（ａ）に示すよう
にサンプリングを行う時間τに対して1/（２τ）（Hz）
より高い周波数のノイズは除去できないのでこれを改善
する。

第７図（ｂ），（ｃ）に示すようにサンプリングを
行う時間τに対して1/（３τ）（Hz）より低い周波数の
ノイズは除去できないのでこれを改善する。

ノイズ成分だけを判定し除去するわけではないの
で、パルス状の細かな絵柄についてはノイズとして判定
し除去してしまい、画像を劣化させる。特に、ノイズ軽
減の効果を大きくするとその傾向が著しくなるので、こ
れを改善する。

そこで本発明では、第５図及び第６図に示した回路を
改良し、そのディレーライン2,3による遅延時間τを入
力信号レベルの状態、例えば入力電界強度の強弱に応じ
て切り換えるように構成し、ノイズ成分の多い弱電界時
においても有効にノイズ除去を行うことができるように
したものである。

第８図は本発明のノイズ軽減回路を示すブロック図で
ある。

第８図において、ノイズ軽減回路は、入力信号Vinが
加えられる入力端子17に遅延時間τ₁のディレーライン1
8を接続し、さらにディレーライン18に直列に遅延時間
τ₁のディレーライン19を接続する。また、入力端子17
には前記遅延時間τ₁とは異なった遅延時間τ₂（例えば
τ₁＜τ₂とする）のディレーライン20を接続し、さらに
ディレーライン20に直列に遅延時間τ₂のディレーライ
ン21を接続する。ディレーライン18の出力端およびディ
レーライン20の出力端はスイッチ回路22の入力端子ａ及
びｂに夫々接続し、また、ディレーライン19の出力端お
よびディレーライン21の出力端はスイッチ回路23の入力
端子ａ及びｂに夫々接続している。スイッチ回路22,23
は入力端子a,bのほかにコントロール端子c,出力端子ｄ
を有し、コントロール端子ｃに例えば“L"レベル（ロー
レベル）の信号が入力された時に入力端子ａと出力端子
ｄが導通し、コントロール端子ｃに例えば“H"レベル
（ハイレベル）の信号が入力された時に入力端子ｂと出
力端子ｄが導通するように構成されている。スイッチ回
路22,23の各コントロール端子ｃには信号レベル検出手
段例えば入力電界強度を検出するためのAGC（自動利得
制御）回路24の出力端が接続され、入力電界強度が弱電
界の時にAGC回路24は“H"レベルのAGC電圧をスイッチ回
路22,23の各コントロール端子ｃに印加し、スイッチを
端子ａから端子ｂに切り換えるようにしている。なお、
強電界及び通常電界時にはAGC回路は“L"レベルの信号
を出力する。入力端子17と、スイッチ回路22,23の各出
力端は第５図又は第６図に示した論理回路15又は16に接
続される。この論理回路15又は16は前述したように表１
のＰ₇,P₈に示すパルス状信号を除去するフィルタであ
る。そして、論理回路15又は16の出力Voutは出力端子25
より取り出されるようになっている。

このような構成において、ディレーライン18,19の遅
延時間τ₁はパルス状ノイズの除去を行う場合、絵柄を
損なわない程度の高い周波数のノイズを除去するように
設定された遅延時間であり、また、ディレーライン20,2
1の遅延時間τ₂は遅延時間τ₁よりも長い時間とし、ノ
イズ除去を行う場合、遅延時間τ₁によって除去される
ノイズの周波数よりも低い周波数のノイズを除去するよ
うに設定されている。したがって、ノイズ成分の少ない
強電界、通常電界時には遅延時間τ₁によってノイズを
除去し、画像を劣化させることなくノイズ軽減を行い、
ノイズ成分の多い弱電界時においては遅延時間τ₂によ
ってノイズを除去し、より大きなノイズ軽減効果を持つ
ように自動的に切り換えることが可能で、しかもステッ
プ信号の立上がり，立下がりではエッジ部にぼけを生じ
ることがない。

なお、上述したノイズ軽減回路は、テレビジョン回路
の構成において主に水平方向のサンプリングを行う場合
について述べているが、垂直方向或いは水平、垂直両方
向に適用しても全く同様のノイズ軽減回路を構成でき
る。また、上記の実施例では、スイッチ回路22,23を切
り換えるコントロール信号としてAGC電圧を用いる場合
について説明したが、同期信号期間のビデオ信号を抽出
し、この期間中に含まれる交流成分の量、即ちノイズ成
分の量を検出し、その量に応じてスイッチ回路22,23の
切り換えを行うようにしてもよい。

［発明の効果］以上述べたように本発明によれば、遅延手段と、論理
手段とを用い、隣接画素間の相関関係を利用して入力信
号からパルス状信号を検出し、その突出部分をノイズと
して除去するようにしたので、従来のノイズ低減回路に
おいて映像信号のステップ状信号部分のエッジ部にぼけ
を生じていたのを防止でき、しかも２つの遅延手段と、
信号供給手段と、信号レベル検出手段とを設け、入力電
界強度のレベルや、ビデオ信号の交流成分のレベルに応
じて信号供給手段を駆動し２つの遅延手段を切り換えて
論理手段に入力するように構成したので、ノイズの多い
期間と少ない期間に対応した遅延時間でサンプリングを
行え、画像の劣化を最小限に抑えてパルス状ノイズ成分
を検出し除去することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は平滑化による画像処理のサンプルを示す説明
図、第２図は映像信号波形の一例を示す波形図、第３図
は第２図の波形の一部を拡大し、ステップ信号波形及び
パルス信号波形を示す説明図、第４図は本発明に係るノ
イズ軽減回路を実現するための動作説明図、第５図、第
６図は本発明に適用するノイズ軽減手段の一例を示すブ
ロック図、第７図は本発明のノイズ軽減回路の動作説明
に供するための説明図、第８図は本発明のノイズ軽減回
路を示すブロック図である。 1,17……入力端子、2,3,18,19,20,21……ディレーライ
ン、4,5,6,13,14……論理積回路、7,8,10,11,12……論
理和回路、9,25……出力端子、15,16……論理手段、18,
19……第１の遅延手段、20,21……第２の遅延手段、22,
23……信号供給手段（スイッチ回路）、24……信号レベ
ル検出手段（AGC回路）。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】画像処理装置にて処理される信号のレベル
を検出し、そのレベルに応じて異なる検出出力を発生す
る信号レベル検出手段と、映像信号を入力し、この映像信号を第１の時間だけ遅延
した第２の信号、およびこの第２の信号をさらに第１の
時間だけ遅延した第３の信号を出力する第１の手段と、前記映像信号を入力し、この映像信号を第２の時間だけ
遅延した第４の信号、およびこの第４の信号をさらに第
２の時間だけ遅延した第５の信号を出力する第２の手段
と、前記信号レベル検出手段からの検出出力に応じて、前記
映像信号，第２の信号，第３の信号から成る第１組の信
号、もしくは前記映像信号，第４の信号，第５の信号か
ら成る第２組の信号を選択出力する信号供給手段と、順次時間的にずれた第1,第2,第３の入力信号が供給さ
れ、第1,第３の入力信号レベルに対して第２の入力信号
レベルが異なるとき、その第２の入力信号レベルを第1,
第３の入力信号レベルに近付けるようにしてパルス性ノ
イズの除去された信号を出力する論理手段と、前記信号供給手段にて選択出力された第１組，もしくは
第２組の信号を前記論理手段の前記第1,第2,第３の入力
信号として供給する手段とを具備したことを特徴とする
ノイズ軽減回路。
【請求項２】前記信号レベル検出手段は、入力電界強度
を検出しその強度が所定の電界強度よりも高いか低いか
に応じて２値信号を出力する電界強度検出回路にて構成
されることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のノ
イズ軽減回路。
【請求項３】前記信号レベル検出手段は、同期信号期間
のビデオ信号を抽出しこの期間中に含まれる交流成分が
所定のレベルよりも高いか低いかに応じて２値信号を出
力する回路にて構成されることを特徴とする特許請求の
範囲第１項記載のノイズ軽減回路。