JP2565177B2

JP2565177B2 - ノイズ除去回路

Info

Publication number: JP2565177B2
Application number: JP62187083A
Authority: JP
Inventors: 哲二郎近藤
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1987-07-27
Filing date: 1987-07-27
Publication date: 1996-12-18
Anticipated expiration: 2011-12-18
Also published as: JPS6430317A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は、ノイズ除去回路、特にディジタルビデオ
信号に含まれるインパルス状のノイズを除去するに好適
なノイズ除去回路に関する。

〔発明の概要〕この発明では、注目画素の周辺画素を参照画素として
複数個、抽出する手段と、参照画素の中から最大値、最
小値を選択する手段と、注目画素と、参照画素中の最大
値、最小値との間でレベル比較を行い、注目画素、参照
画素中の最大値、最小値の内から中間レベルのものを選
択出力する手段とを備えているので、従来、水平方向の
一次元でのみ考えられていたインパルスノイズ除去を水
平・垂直両方向からなる二次元に拡張し得、そして信号
の劣化がなくノイズを適応的に除去でき、これにより原
画像に忠実な復元画像を得ることができ、またサンプリ
ングの精粗・構造の如何にかかわらず正確且つ確実に動
作し得、そしてミディアムフィルタ（Medium Filter）
の如く信号をなまらすことがなく、更に回路の小型化・
高速化が計れる。

〔従来の技術〕例えばディジタルビデオ信号をディジタルビデオVTR
で記録再生する場合、再生されたディジタルビデオ信号
に大きいレベルのインパスル状ノイズが含まれている
と、これが再生画像中の白いドットとして現れる。この
ノイズを除去するために、従来はディジタルローパスフ
ィルタが用いられていたがディジタルローパスフィルタ
の場合、ビデオ信号の波形のなまりを生じさせずに、ノ
イズを除去することが困難であった。また、ディジタル
ローパスフィルタは、多数のレジスタ、乗算器及び加算
器を必要とするので、構成が大規模となり、処理速度が
遅い欠点があった。

そこで、本願出願人は、信号波形のなまりを生じさせ
ることなく、インパルス状ノイズを充分に除去すると共
に、構成の簡単化と、処理速度の高速化を目的としたノ
イズ除去回路を、実願昭57−143530号明細書にて提案し
た。上述の出願明細書によれば、連続して供給されるサ
ンプリングデータのうちで、走査線方向に於いて連続す
る３個のサンプリングデータのレベルを比較し、そして
上記３個のサンプリングデータの内の中間レベルのもの
を出力する。これにより、サンプリングデータにおける
インパルスノイズを除去するようにした技術が開示され
ている。

上述の３個のサンプリングデータの内、中間レベルの
ものを選択する理由は、水平方向に連続する３点の画素
は、画像の相関性により単調性を満たすことが多く、例
え極値のような部分があっても、それらデータ間のレベ
ル差は非常に小さい。従って、或る特定の注目される画
素〔以下、注目画素と称する〕のデータレベルが前・後
の画素のデータレベル間に位置する確率は、非常に高い
ということによるものである。

そこで、この条件を満たしている時は、ノイズの影響
を受けていないと考えて良いので、注目画素のデータを
そのまま出力する。〔中間レベルのデータの出力〕一方、大きいノイズが重畳しているとこの条件が満た
されなくなり、前・後の画素のデータレベルを越えるこ
とになる。ノイズのガウス分布特性を考慮すれば、越え
られた前或いは後の画素のデータレベルで置換すること
でノイズ除去を適応的に行うものである。〔中間レベル
のデータの出力〕〔発明が解決しようとする問題点〕上述した従来の技術では、水平方向（走査線方向）と
いう一次元に限られた画像の相関性を利用しているた
め、水平方向にのみインパルスノイズを除去する場合に
適している。しかしながら、水平方向及び垂直方向とい
う二次元の画像データの相関性を利用して行うインパル
スノイズ除去については、考慮されていないという問題
点があった。

また上述の従来技術にあっては、水平方向における相
関性のみ考慮してインパルスノイズの除去を行っている
ため、もし画面中垂直方向に細い線、例えば画素１個分
程度の巾を有する細い線の画像に対し、上記従来技術を
適用した場合には、細い線は全てインパルスノイズとし
て除去されてしまうことになる。このように、従来技術
は、画像データの二次元における相関性について考慮し
ていないため、極めて特殊な画像の場合には、画像が正
確に復元されない可能性があり、これらの点で改善が望
まれていた。

従って、この発明の目的は、従来一次元でのみ考えら
れていたインパスルノイズ除去を二次元に拡張し得、そ
して信号の劣化がなくノイズを効果的に除去でき、これ
により原画像に忠実な復元画像を得ることができ、また
サンプリングの精粗・構造の如何にかかわらず正確且つ
確実に動作し得、そしてミディアムフィルタ（Medium F
ilter）の如く信号をなまらすことがなく、更に回路の
小型化・高速化が計れるノイズ除去回路を提供すること
にある。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明では、注目画素の周辺画素を参照画素として
複数個、抽出する手段と、参照画素の中から最大値、最
小値を選択する手段と、注目画素と、参照画素中の最大
値、最小値との間でレベル比較を行い、注目画素、参照
画素中の最大値、最小値の内から中間レベルのものを選
択出力する手段とを備えている構成としている。

〔作用〕

画像内の或る特定の画素に注目してこれを注目画素と
し、注目画素の周辺の画素を周辺画素となし、周辺画素
の内から複数個抽出した画素を参照画素とする。

注目画素と周辺画素の間には、一般的に水平・垂直方
向からなる二次元において高い相関〔いわゆる画像の局
所的相関性〕があり、また画像間における単調性も一般
的に成立する。

従って注目画素にインパルス性のノイズの影響がない
場合には、注目画素のデータレベルが参照画素のデータ
レベルと大きく離れることはなく、参照画素中の最大値
と最小値の範囲内に存在する確率が高い。

また逆に注目画素に大きなノイズが重畳しているよう
な場合には、注目画素のデータレベルが参照画素のデー
タレベルとかけ離れた値を取り、上述の最大値、最小値
の範囲外に存在する確率が高い。

そこで、参照画素の中から最大値と最小値を選択し、
注目画素と比較を行わせる。もし、注目画素のデータレ
ベルが上述の最大値・最小値の範囲内にあれば、ノイズ
による影響がないものとして、注目画素のデータをその
まま出力する。またもし注目画素のデータレベルが上述
の最大値・最小値の範囲外にある場合には、大きなノイ
ズが重畳したものとして、この注目画素のデータを、他
のデータにより置換する。この場合、ノイズのガウス分
布特性を考慮して、注目画素のデータレベルが最大値を
越えた場合には最大値を以て置換し、また最小値を下回
った場合には最小値を以て置換することが妥当である。
尚、注目画素が極値を取るような場合でも、もともと極
値は、略平坦なレベル分布であるので、上述の置換を行
っても問題になることはない。

以上のことにより、選択されたデータは、ノイズの影
響の有無にかかわらず、注目画素、参照画素中の最大
値、最小値の内から中間レベルのものが選択されること
になり、仮令、ノイズの影響があったとしても効果的に
除去し得るものである。

〔実施例〕

以下、この発明の第１実施例について図面を参照して
説明する。

この第１実施例は、第１図及び第２図に示すように、
注目画素に対し水平・垂直方向における４点の周辺画素
を参照画素とする場合に対し、この発明を適用したもの
である。

このノイズ除去回路は、参照画素抽出回路１と、最大
値・最小値選択回路２と、比較・判定回路３と、選択回
路４とから主に構成される。

参照画素抽出回路１は、注目画素P_xの周辺画素の内か
ら、参照画素として水平方向及び垂直方向における画素
P_a，P_b，P_c，P_dの各データを抽出する。参照画素抽出回
路１は、サンプル遅延回路5,6,7,8と、ライン遅延回路
9,10とから構成される。

入力端子17には、受信されたディジタルビデオ信号が
供給される。入力端子17に対してライン遅延回路9,10が
直列に接続される。入力端子11にサンプル遅延回路５が
接続され、ライン遅延回路９の出力側にサンプル遅延回
路6,7が接続され、ライン遅延回路10の出力側にサンプ
ル遅延回路８が接続されている。これらのライン遅延回
路9,10は、１水平期間の遅延量を夫々持ち、サンプル遅
延回路5,6,7,8は、１サンプリング期間の遅延量を夫々
有する。

上述のライン遅延回路9,10と、サンプル遅延回路5,6,
7,8とにより、第２図に示すように、注目画素P_xの周辺
画素より上下左右に４個の参照画素P_a，P_b，P_c，P_dが抽
出される。サンプル遅延回路６の出力に注目画素P_xが生
じるタイミングでは、サンプル遅延回路８から参照画素
P_aが得られ、サンプル遅延回路７から参照画素P_bが得ら
れ、ライン遅延回路９から参照画素P_cが得られ、サンプ
ル遅延回路５から参照画P_dが得られる。

最大値・最小値選択回路２は、参照画素抽出回路１に
て抽出された参照画素P_a〜P_dの各々のデータを比較し、
その中の最大値及び最小値を判別して出力する。最大値
・最小値選択回路２は、選択回路12,13,14,15から構成
される。

選択回路12には、サンプル遅延回路５及びライン遅延
回路９の出力信号が夫々供給される。選択回路13には、
サンプル遅延回路７及び８の出力信号が夫々供給され
る。

選択回路12及び13は、２つの入力信号の中でより大き
いレベルの信号を一方の出力端子に夫々発生し、上記２
つの入力信号の中でより小さいレベルの信号を他方の出
力端子に夫々発生する。選択回路12及び13の一方の出力
端子に夫々発生する２つの信号〔大きいレベル〕が選択
回路14に供給される。また選択回路12及び13の他方の出
力端子に夫々発生する２つの信号〔小さいレベル〕が選
択回路15に供給される。

一方の選択回路14は、２つの入力信号の内でよりレベ
ルの大きい信号を出力信号として選択し、他方の選択回
路15は、よりレベルの小さい信号を出力信号として選択
する。

第１図に於いて、選択回路13は、参照画素P_a及びP_bの
大小関係を判別し、選択回路12は参照画素P_c及びP_dの大
小関係を判別する。

従って、選択回路14は、４個の参照画素P_a〜P_dの中の
最大値MAXを出力し、選択回路15は、最小値MINを出力す
る。

比較・判定回路３は、最大値・最小値選択回路２によ
って判別され出力された最大値MAX・最小値MINの各画素
データと、注目画素P_xのデータD_px（以下、注目画素デ
ータ）とを比較して、その大小関係を判定し、中間レベ
ルの値を出力せしめるべく判定信号SJを出力する。尚、
この比較・判定回路３における中間レベルの値の選択に
関しては、注目画素データD_pxに対するノイズの重畳の
有無を併せて考慮しなければならない。

例えば、注目画素P_xにインパルス性のノイズの影響が
ない場合には、前述の画像の局所的相関性により参照画
素P_a〜P_d中の最大値MAXと最小値MINの範囲内に存在する
確率が高い。また逆に注目画素P_xに大きなノイズが重畳
しているような場合には、注目画素P_xのデータレベルが
参照画素P_a〜P_dのデータレベルとかけ離れることで、上
述の最大値MAXと最小値MINの範囲外に存在する確率が高
い。

そこで注目画素P_xのデータレベルが上述の最大値MAX
と最小値MINの範囲内にあれば、ノイズによる影響がな
いものとして、注目画素データD_pxをそのまま出力し、
またもし注目画素データD_pxが上述の最大値MAXと最小値
MINの範囲外にある場合には、大きなノイズが重畳した
ものとして、この注目画素データD_pxを、他のデータに
より置換しなければならない。

この場合、ノイズのガウス分布特性を考慮して、注目
画素データD_pxが最大値MAXを越えた場合には最大値MAX
を以て置換し、また最小値MINを下回った場合には最小
値MINを以て置換することが妥当である。尚、注目画素P
_xが極値を取るような場合でも、もともと極値は、略平
坦なレベル分布であるので、上述の置換を行っても問題
になることはない。

この比較・判定回路３は、付加データ発生回路16,17
と、加算回路18と、減算回路19と、比較回路20,21と、
判定回路22とからなる。

付加データ発生回路16は、選択回路14及び比較回路20
間に設けられている加算回路18に接続され、付加データ
発生回路17は、選択回路15及び比較回路21間に設けられ
ている減算回路19に接続されている。付加データ発生回
路16,17は、選択回路14,15より出力される最大値MAX、
最小値MINの値を必要に応じ夫々変化させるために設け
られている。付加データ発生回路16から発生する任意の
調整量Δ１が加算回路18により最大値MAXに加えられ最
大値MAX₀（MAX₀＝MAX＋Δ１）が形成される。また調整
量Δ２が減算回路19により最小値MINより減算され最小
値MIN₀（MIN₀＝MIN−Δ２）が形成される。

加算回路18の出力信号〔即ち、最大値MAX₀〕が比較回
路20の一方の入力端子及び選択回路４の第１の入力端子
に供給される。

減算回路19の出力信号〔即ち、最小値MIN₀〕が比較回
路21の一方の入力端子及び選択回路４の第２の入力端子
に供給される。

比較回路20及び21の夫々の他方の入力端子には、サン
プル遅延回路６の出力信号〔即ち、注目画素データ
D_px〕が夫々供給されると共に、選択回路３の第３の入
力端子にも供給される。

比較回路20は、参照画素P_a〜P_dの内、最大値MAX₀とし
て選択された画素データと、サンプル遅延回路６より出
力される注目画素データD_pxとを比較し、その大小関係
を比較信号S_c1として判定回路22に供給する。

比較回路21は、参照画素P_a〜P_dの内、最小値MIN₀とし
て選択された画素データと、サンプル遅延回路６より出
力される注目画素データD_pxとを比較し、その大小関係
を比較信号S_c2として判定回路22に供給する。

判定回路22は、比較信号S_c1、S_c2に基づいて、最大値
MAX₀、最小値MIN₀、注目画素データD_pxの全体的な大小
関係を決定し、その中の中間レベルの値〔以下、中間
値〕を選択するための２ビットの判定信号SJを出力す
る。比較回路20及び21からの比較信号S_c1、S_c2は下記の
ものとなる。

注目画素データD_px＞最大値MAX₀の場合には、（S_c1＝
“1"、S_c2＝“1"）となり、最大値MAX₀を選択するため
の判定信号SJ（＝01）が形成される。

最大値MAX₀≧注目画素データD_px≧最小値MIN₀の場合
には、（S_c1＝“0"、S_c2＝“1"）となり、注目画素デー
タD_pxを選択するための判定信号SJ（＝11）が形成され
る。

最小値MIN₀＞注目画素データD_pxの場合には、（S_c1＝
“0"、S_c2＝“0"）となり、最小値MIN₀を選択するため
の判定SJ（＝10）が形成される。

従って、選択回路４が上述の判定信号SJにより制御さ
れ、３個の信号の中の中間値が出力信号として選択的に
出力端子23に置換値D_xとして取り出される。

このように、注目画素P_xには、置換値D_xとして、最大
値MAX₀、注目画素データD_px、最小値MIN₀の中の中間値
のデータが置換される。

これにより、注目画素P_xに大きなノイズが重畳した場
合であっても、適切なデータを以て置換でき、ノイズを
適応的に除去できて、原画像に忠実な復元画像を得るこ
とができる。

尚、この実施例では加算回路18と減算回路19を用いて
最大値MAX、最小値MINの調整を行うものとしているが、
調整を行わなくても良く、また双方を加減算回路として
調整しても良い。

次に、この発明の第２実施例について第３図及び第４
図を参照して説明する。

この第２実施例が前記第１実施例と異なる点は、第１
実施例が注目画素P_xの周囲４点を参照画素P_a，P_b，P_c，
P_dとしていたのに対し、この第２実施例は、一般化して
より汎用性を高めるために注目画素P_xの周囲８点を参照
画素P_a，P_b，P_c，P_d，P_e，P_f，P_g，P_hとしたことであ
る。尚、この参照画素P_a〜P_hは注目画素P_xと相関が高い
ことが望ましい。

このノイズ除去回路は、最大値・最小値選択回路30
と、比較・判定回路31と、選択回路32とから主に構成さ
れる。尚、最大値・最小値選択回路30の前には、図示せ
ぬものの参照画素P_a〜P_hを選択・抽出する参照画素抽出
回路が配されている。

最大値・最小値選択回路30は、図示せぬ参照画素抽出
回路より抽出・供給された参照画素P_a，P_b，P_c，P_d，
P_e，P_f，P_g，P_hの各データを比較し、その中の最大値・
最小値を判別して出力する。

尚、33_a〜33_hは各々入力端子を示し、この各入力端子
に参照画素P_a〜P_hのデータが夫々供給される。また37は
入力端子を示し、この入力端子37には注目画素データD
_pxが供給される。

比較・判定回路31は、最大値・最小値選択回路30によ
って判別され出力された最大値MAX・最小値MINの各画素
データと、注目画素P_xのデータD_pxとを比較して、その
大小関係を判定し、判定信号SJを出力する。この比較・
判定回路31は、比較回路34,35と、判定回路36とからな
る。

最大値・最小値選択回路30の一方の出力信号〔即ち、
最大値MAX〕が比較回路の34の一方の入力端子及び選択
回路32の第１の入力端子に供給される。

最大値・最小値選択回路30の他方の出力信号〔即ち、
最小値MIN〕が比較回路35の一方の入力端子及び選択回
路32の第２の入力端子に供給される。

比較回路34及び35の他方の入力端子には、注目画素デ
ータD_pxが夫々供給されると共に、選択回路32の第３の
入力端子に供給される。

比較回路34は、参照画素P_a〜P_hの内、最大値MAXとし
て選択された画素データと注目画素データD_pxとを比較
し、その大小関係を比較信号S_c1として判定回路36に供
給する。

比較回路35は、参照画素P_a〜P_hの内、最大値MINとし
て選択された画素データと注目画素データD_pxとを比較
し、その大小関係を比較信号S_c2として判定回路36に供
給する。

判定回路36は、比較信号S_c1、S_c2に基づいて、最大値
MAX、最小値MIN、注目画素データD_pxの全体的な大小関
係を決定し、その中の中間レベルの値〔以下、中間値〕
を選択するための２ビットの判定信号SJを形成し、出力
する。

選択回路32は、上述の判定信号SJにより制御され、前
記第１実施例と同様にして３個の信号の中の中間値が出
力信号として選択的に出力端子23に置換値D_xとして取り
出される。

このように、注目画素P_xには、置換値D_xとして、最大
値MAX、注目画素データD_px、最小値MINの中の中間値の
データが置換される。

尚、その他の内容は、前記第１実施例と同様につき、
同一部分は同一符号を以て示すこととし重複する説明を
省略する。

〔発明の効果〕

この発明に係るノイズ除去回路は、注目画素の周辺画
素を参照画素として複数個、抽出する手段と、参照画素
の中から最大値、最小値を選択する手段と、注目画素
と、参照画素中の最大値、最小値との間でレベル比較を
行い、注目画素、参照画素中の最大値、最小値の内から
中間レベルのものを選択出力する手段とを備えている。

従って、この発明によれば、インパルスノイズの除去
を、従来の如く水平方向に関してのみならず、二次元の
画像相関性を利用して水平・垂直両方向からなる二次元
にまで拡張して行えるという効果があり、また二次元に
おける画像の相関性〔局所的相関〕を以てインパルスノ
イズの検出・除去が行われるので各注目画素は特殊な画
像であってもノイズでない限り正確に復元されるという
効果がある。

そして周辺画素の中から参照画素を抽出してノイズ検
出、（ノイズ）データ除去、データ置換を行うので、サ
ンプリングが粗く密度の低い場合或いは特殊なサンプリ
ング構造の場合であっても、正確且つ確実に動作が期待
できるという効果がある。

また、従来から用いられているLPFと異なり、ノイズ
の有無を先ず検出し、ノイズがある場合のみ該当する画
素データを除去・置換するので、信号の劣化がなくノイ
ズを適応的に除去できるという効果があり、そしてLPF
と異なり加・乗算を行わないので、LPFフィルタ（線形
フィルタ）に比べ回路構造を簡単化でき、その上高速化
を計れるという効果もある。

また従来から用いられているミディアムフィルタ（Me
dium Filter）とも異なり、信号をなまらすことがない
という効果があり、またミディアムフィルタの如く単純
にソーティングされた中央値を選択するものではないの
で、必要な画素数についての制約がなく、任意数の画素
データを使って処理できるという効果がある。そして、
参照画素中の最大値・最小値のみを選択してノイズ検
出、データ置換を行うので、メディアムフィルタのよう
にデータを大小の順に並べる操作、いわゆるソーティン
グが不要となりその分回路構成を簡単化できるという効
果がある。

また、実施例によれば、最大値・最小値を加・減算両
回路によって調整できるので、条件に応じて最大値・最
小値を可変にでき、より一層の汎用性が期待できるとい
う実施例としての効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明が適用されたノイズ除去回路の第１実
施例を示すブロック図、第２図は第１図に示されている
ノイズ除去回路の説明のための略線図、第３図は第２実
施例を示すブロック図、第４図は第３図に示されている
第２実施例の説明のための略線図である。図面における主要な符号の説明 1:参照画素抽出回路、2,30:最大値・最小値選択回路、
3,31:比較・判定回路、4,32:選択回路、P_x：注目画素、
P_a，P_b，P_c，P_d，P_e，P_f，P_g，P_h：参照画素、MAX,MA
X₀：最大値、MIN,MIN₀：最小値。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭60−117909（ＪＰ，Ａ) 特開昭58−90818（ＪＰ，Ａ) 特開昭57−155671（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−42510（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−42509（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−164679（ＪＰ，Ａ) 特開昭64−36210（ＪＰ，Ａ) 特公平６−20298（ＪＰ，Ｂ２) 特公平５−16707（ＪＰ，Ｂ２) 特公平１−29350（ＪＰ，Ｂ２) 特公平６−22313（ＪＰ，Ｂ２) ＩＥＥＥ，ＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＣｏｎｓｕｍｅｒＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，Ｖｏｌ．ＣＥ−28，Ａｕｇ．1982，Ｎｏ．３，Ｐ．157−166, Ｔ．Ｏｋａｄａｅｔａｌ，”ＮｅｗｆｉｌｔｅｒＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｎＰｉｃｔｕｒｅＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇ．" テレビジョン学会技術報告，Ｖｏｌ. ９Ｎｏ．21，（1985年10月21日）, Ｐ．７−12，田中豊，「論理フィルターによるノズル除去方式」

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】注目画素の周辺画素を参照画素として複数
個、抽出する手段と、上記参照画素の中から最大値、最小値を選択する手段
と、上記注目画素と、上記参照画素中の最大値、最小値との
間でレベル比較を行い、上記注目画素、上記参照画素中
の最大値、最小値の内から中間レベルのものを選択出力
する手段とを備えて成るノイズ除去回路。