JP2573615B2 - 映像信号の雑音低減回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、IDTVやEDTVなどの高画質テレビジョン受像
機内に設置される映像信号の雑音低減回路に関するもの
である。

（従来の技術） 現在、IDTV（Improved Definition TV）やEDTV（Evte
nded Dfinition TV）などの高画質テレビジョン受像機
の開発が急ピッチで進められている。これらの高画質テ
レビジョン受像機は、NTSCやこれと同等の標準方式の再
生アナログ・テレビジョン映像信号を一旦ディジタル映
像信号に変換し、Y/C分離、雑音低減、輪郭補償、或い
は走査線補間など多重多様な画質改善処理を、近年急速
に進歩しつつあるディジタル信号処理技術を駆使して行
ったのち、アナログ映像信号に戻して表示部に供給する
構成とされている。これらの画質改善処理の特徴は、テ
レビジョン映像信号を単に同一フィールド内で二次元信
号処理するのではなく、フレーム間相関或いはフィール
ド間相関という時間軸方向への変化をも考慮した三次元
処理を行う点にある。

このような三次元映像信号処理における画質改善処理
の典型例として、フレーム間相関を利用する雑音低減処
理が挙げられるが、これは次のような原理に基づいて行
われる。すなわち、表示画面中に動きが全く存在しない
場合は隣接フレームの映像信号は完全に一致するはずで
あり、この場合隣接フレーム間の差信号が存在するなら
ば、これは映像信号に重畳された雑音成分に外ならな
い。従って、隣接フレーム間の差信号から雑音成分を検
出し、これを映像信号から巡回的に減算してやることに
より雑音を低減できる。実際には、表示画面中に動きが
存在するため上記隣接フレーム間の差信号を統計的に処
理して動きの大きさを検出し、この動きの大きさに応じ
て原映像信号から減算すべき差信号の振幅を動的に調整
する動き適応型の制御が併用される。

このフレーム間相関を利用した巡回型雑音低減方式と
しては、輝度信号と色信号の複合信号を処理対象とする
コンポジット方式と、そのようなコンポジット信号を輝
度信号と色信号の各成分に分離したものを処理対象とす
るコンポーネント方式に大別される。コンポジット方式
の巡回型雑音低減回路は、第９図に示すように、減算回
路41、42、フレームメモリ43、クロマインバータ44及び
係数回路45にて構成され、入力端子INに供給されるコン
ポジット信号に雑音低減処理を施して出力端子OUTに出
力する。減算回路42から出力されるコンポジット信号の
フレーム間差信号は動き適応制御に基づき係数値が連続
的に可変される係数回路45を経て減算回路41の一方の入
力端子に供給される。この減算回路41の他方の入力端子
に供給される原コンポジット信号は、フレーム間差信号
の減算による雑音低減処理済みのコンポジット信号とな
って出力端子OUTから後段の画質改善回路や表示部に供
給される。

出力端子OUT上のコンポジット信号は、フレームメモ
リ43により１フレーム期間遅延されたのち、クロマイン
バータ44を経て減算回路42の一方の入力端子に供給さ
れ、入力端子1N上の原コンポジット信号から減算されて
フレーム間差信号とされる。なお、NTSC方式のテレビジ
ョン映像信号では、色信号の移送が隣接フレームごとに
180度ずつずれるので、これらを同相にするため減算回
路42の前段にクロマインバータ44が挿入される。

コンポーネット方式の巡回型雑音低減回路では、Y/C
分離された輝度信号と色信号のそれぞれについて、第９
図とほぼ同一構成の回路が設置されるが、それらの回路
ではクロマインバータは不要である。

（発明が解決しようとする問題点） コンポーネント方式の巡回型雑音低減回路は、輝度信
号と色信号のそれぞれについてフレーム間差信号検出部
を設置する必要がある。特に、高価な大容量のフレーム
メモリを信号成分ごとに設置しなければならないため、
コスト高になるという問題があった。また、コンポジッ
ト方式による雑音低減回路では、クロマインバータにお
いてフィールド内の二次元処理が行われてしまうため、
この雑音低減回路の前段でせっかくフレーム間相関を利
用きたY/C分離を行ってもここで二次元処理による画質
劣化が生じてしまい、本来の画質改善の効果が期待でき
ないといった問題があった。

また、特開昭59−122195号「カラー映像信号のノイズ
リダクション装置」には、カラー映像信号を輝度信号と
搬送色信号とにそれぞれ分割した後、両信号を時系列的
に合成し、この順次信号を単一のフィールド遅延回路を
通すことにより、巡回型の雑音低減処理を施すようにし
たノイズリダクション装置が開示されている。

しかしながら、このものは、フィールド遅延回路にて
遅延する多重化信号が、輝度信号と低減変換色信号とを
１水平走査期間ごとに時系列的に合成した線順次信号で
あり、フィールド遅延回路の直前でAD変換するため、ア
ナログ再生映像信号の輝度・色分離に用いた初段の輝度
信号分離用低域フィルタによる遅延時間と搬送色信号分
離用帯域フィルタによる遅延時間との食い違いの影響を
受けやすく、しかも多重化信号に対する１フィールド期
間の遅延は、厳密には262.5水平走査期間でなければな
らないが、ライン単位のディジタル信号の読み書きをラ
イン周期の整数倍だけずらして信号遅延を行うRAMから
なるフィールド遅延回路においては、現実には262水平
走査期間の遅延と263水平走査期間の遅延を交互に繰り
返すことで擬似的に262.5水平走査期間の信号遅延を現
実せざるを得ず、このためフィールド相間の有無に応じ
て雑音低減を施す巡回型ノイズリダクション装置の雑音
抑圧効果は、理論上の期待値に満たないことが多い等の
課題を抱えるものであった。

また、輝度信号と低減変換色信号とを１水平走査期間
ごとに時系列的に合成した線順次多重書信号は、共通の
フィールド遅延回路を用いてほぼ１フィールド期間遅延
した後、1H遅延回路とこれを迂回する信号線路とを交互
に切り替えるアナログ方式補間回路においてライン補間
する必要がある。このライン補間は、文字通り隣接ライ
ンの情報を代用して空白ラインを埋めるものであり、例
えばディジタル信号化された隣接ドッドの情報を代用し
て空白ドットを埋めるディジタル方式ドット補間と対比
したときに、補間精度は第１義的には画像の垂直方向相
関と水平方向相関の程度差に依存するが、アナログ回路
で１ライン期間の遅延時間を実現すると、ディジタル回
路により１ドット期間の遅延を実現する場合とでは、後
者の遅延精度が前者を上回るため、アナログ方式ライン
補間の方が不利であることは明らかであり、遅延精度を
悪さがそのまま補間精度の悪さに結び付くケースが多い
等の課題を抱えるものであった。

また、上記従来のノイズリダクション回路は、フィー
ルド差信号に振幅制限を施すリミタ回路が、フィールド
差信号の最大値の1/10程度を制限レベルとする振幅制限
特性を有するため、フィールド差信号に含まれる比較的
大振幅の動き信号成分に対しては、残像発生を抑制に通
ずる振幅制限が可能であるが、制限レベル以下に多く含
まれる小振幅の雑音成分に対しては、巡回係数ｋ＝１と
して巡回加算することになってしまい、巡回型雑音低減
処理における雑音抑圧度μ、すなわち μ＝［（１−ｋ）／（１＋ｋ）］^1/2 に照らすまでもなく、小振幅の雑音に対しては雑音低減
効果が得られないといった課題があった。

（問題点を解決するための手段） この発明は、かかる従来の問題点を解決したものであ
り、輝度信号を色副搬送周波数の４倍の周波数で標本化
して量子化した入力輝度信号と、一対の色差信号をそれ
ぞれ色副搬送周波数の２倍の周波数で標本化して量子化
して画素単位で時分割多重した入力色差信号とを、それ
ぞれ巡回加算により雑音低減して出力する映像信号の雑
音低減回路において、前記雑音低減後の出力輝度信号を
色副搬送周波数の２倍の周波数で採取し、かつ採取した
出力輝度信号に前記雑音低減後の一対の出力色差信号を
交互に間挿して多重化信号を生成する多重化回路と、該
多重化回路が出力する多重化信号を１フレーム期間遅延
するフレーム遅延回路と、該フレーム遅延回路の出力を
輝度信号と色差信号とに分離する多重分離回路と、該多
重分離回路により分離された輝度信号及び色差信号をそ
れぞれ画素単位で補間する一対の補間回路と、該各補間
回路の出力をそれぞれ前記入力輝度信号及び入力色差信
号から減算し、輝度信号と色差信号の各フレーム間差信
号を生成する一対の第１の減算回路と、該各第１の減算
回路の出力を、基準値以下は１に満たない係数を乗算
し、該基準値を越えるものは制限レベルに飽和させてそ
れぞれ振幅制限する一対のリミタ回路と、該各リミタ回
路の出力を、それぞれ前記入力輝度信号及び入力色差信
号から減算して前記出力輝度信号及び出力色差信号を生
成する一対の第２の減算回路とを具備することを特徴と
するものである。

（実施例） 以下、第１図ないし第８図を参照して、本発明の実施
例を詳細に説明する。

第１図は、本発明の一実施例に係わる映像信号の雑音
低減回路の構成を示すブロック図であり、これはNTSC方
式のテレビジョン映像信号を対象とするIDTV内に設置さ
れている。第１図において、11と12はそれぞれ輝度信号
と色信号の入力端子、13と14は第１の減算回路、15と16
は出力端子、17と18は輝度信号と色信号の低減通過濾波
回路、19は多重化回路、20はフレームメモリである。更
に、21は多重分離回路、22と23はそれぞれ輝度信号と色
信号の補間回路、24と25は輝度信号と色信号の低減通過
濾波回路、26と27は第２の減算回路、28と29は輝度の差
信号と色の差信号に対するリミタである。

入力端子11と12には、図示しない前段のA/D変換回路
でディジタル信号に変換され、Y/C分離された輝度信号
Ｙ′と色信号Ｃ′が供給される。この輝度信号Ｙ′は、
第２図の最上段の波形に例示するように色副搬送周波数
ｆscの４倍の標本化周波数（典型的には14.3MHz）で標
本化されている。また、色信号Ｃ′は、第２図の中段の
波形に示すように、それぞれ輝度信号Ｙ′の1/2の標本
化周波数（典型的には7.16MHz）で標本化した色差信号
（Ｒ′−Ｙ′）と（Ｂ′−Ｙ′）を、画素単位で時分割
多重化した信号速度14.3MHzのディジタル信号で構成さ
れている。輝度信号Ｙ′は典型的には7.06MHzの帯域を
有しており、一方原色信号はその半分の3.58MHzの帯域
を有する。この輝度信号Ｙ′と色信号Ｃ′は、それぞれ
第２の減算回路13と14とにおいて、輝度信号と色信号の
フレーム間差信号δＹ、δＣを減算され、これにより巡
回型雑音低減処理済みの輝度信号Ｙと色信号Ｃとなって
出力端子15と16に供給される。

出力端子15上の輝度信号Ｙは、第３図に例示するよう
な通過特性を有する低域通過濾波回路17において3.58MH
z以上の高域成分が除去されたのち多重化回路19に供給
さえる。一方、出力端子16上の色信号Ｃは、第４図に例
示した通過特性を有する低域通過濾波回路18において1.
79MHz（ｆsc/2）以上の高域成分が除去されたのち多重
化回路19に供給される。

多重化回路19は、上記帯域制限された輝度信号と色信
号とを画素単位で時分割多重化することにより、第２図
下段の波形に示すように、輝度信号と色信号が7.16MHz
の周期で交互に出現し、かつまた色信号中には色差信号
（Ｒ−Ｙ）と（Ｂ−Ｙ）が3.58MHzの周期で交互に出現
する多重化信号YCを作成し、これをフレームメモリ20に
供給する。フレームレモリ20は、この多重化信号YCを供
給順に書込み、１フレーム期間の表示時間だけ遅れて上
記書込み順に読出すことにより、多重化信号YCに１フレ
ーム期間の遅延処理を施す。

こうして１フレーム期間遅延された多重化信号YCは多
重分離回路21に供給され、第５図の波形に示すように、
そえぞれ3.58MHz周期の輝度信号Ｙと色信号Ｃとに分離
される。多重分離された輝度信号Ｙは、第１図の輝度補
間回路22に供給され、第６図上段の波形に示すように、
3.58MHz周期の原輝度信号の間に3.58MHz周期の輝度信号
が画素単位で補間され配列された倍速（7.16MHz周期）
の輝度信号となる。また、分離された色信号Ｃは、色補
間回路23に供給され、第６図下段の波形に示すように、
3.58MHz周期の原色信号の間に3.58MHz周期の色信号が画
素単位で補間され配列された倍速（7.16MHz周期）の色
信号となる。

輝度補間回路22と色補間回路23の出力は、それぞれ第
１の減算回路26と27の一方の入力端子に供給される。第
１の減算回路26と27の他方の入力端子には、それぞれ低
域通過濾波回路24と25を経て高域制限された原輝度信号
Ｙ′と原色信号Ｃ′が供給される。従って、第１の減算
回路26と27のそれぞれにおいて輝度信号と色信号のフレ
ーム間差信号ΔＹとΔＣとが作成され、それぞれ輝度の
差信号リミタ28と色の差信号リミタ29に供給される。

輝度の差信号リミタ28は、第７図に示すように、固定
係数値の係数回路31、36、スイッチ32、絶対値回路33、
基準値供給回路34、比較回路35及び符号付加回路37で構
成され、入力端子INから供給される輝度の差信号ΔＹを
振幅制限した輝度の差算号δＹを出力端子OUTに供給す
る。

すなわち、第８図の特性図に示すように、入力された
輝度の差信号ΔＹの振幅の絶対値が基準値ΔYrefを越え
ない範囲では、係数値ｋ（０＜ｋ＜１）が固定された係
数回路31の信号ｋΔＹが、比較回路35の比較結果に応じ
て切り替えられるスイッチ32により選択され、出力δＹ
として出力端子OUTに供給される。一方、入力された輝
度の差信号ΔＹの振幅絶対値が基準値ΔYrefを越える範
囲では、基準値供給回路34から出力される基準値ΔYref
が固定係数値の係数回路36でｋ倍され、符号付加回路37
によって入力された輝度の差信号の符号と同一の正負の
符号が付加されたのち、スイッチ32によって選択され、
制限レベルを規定する出力δＹとして出力端子OUTに供
給される。

ここで、大振幅の差信号ΔＹは、画像の動きが激しい
ことを意味しており、こうした動きの激しい信号をその
まま減算回路13に供給した場合に、過度の雑音低域が災
いして残像を発生する懸念があるが、ここでは基準値Δ
Yrefを越える範囲に対しては差信号ΔＹを一定の制限レ
ベルｋΔYrefに飽和させることができ、これにより残像
の発生を良好に抑制することができる。また、輝度信号
Ｙ′に含まれる雑音成分に関しては、基準値ΔYref以下
に多く含まれるため、これらの雑音成分だけは１に満た
ない係数ｋを乗じて減算することにより、振幅に応じた
雑音低減処理を施すことができる。この場合、雑音成分
が時間的にレベル変動しないと仮定した場合、巡回型雑
音低域方式の雑音抑圧度μは、 μ＝［（１−ｋ）／（１＋ｋ）］^1/2 であることが分かっており、雑音成分に対しては係数ｋ
を関数とする雑音低域が実行される。

すなわち、モーションディテクタが検出した動き検出
信号に応じて係数ｋの値を補正することで対応していた
従来の手法と異なり、モーションディテクタを用いるこ
となく、信号成分（動き信号）と雑音とに対し適切な係
数補正が可能である。

また、色の差信号リミタ29も上述した輝度の差信号リ
ミタ28と同様に構成されており、色の差信号ΔＣを振幅
制限した色の差信号δＣが出力される。

輝度の差信号リミタ28と色の差信号リミタ29のそれぞ
れにおいて振幅制限された輝度の差信号δＹと色の差信
号δＣは、第２の減算回路13と14の一方の入力端子に供
給される。これら第２の減算回路13と14の他方の入力端
子には原輝度信号Ｙ′と原色信号Ｃ′が供給されてお
り、第２の減算回路13と14からは雑音の低減された輝度
信号Ｙと色信号Ｃが出力端子15と16に出力される。

以上、NTSC方式のテレビジョン映像信号に対するIDTV
内に巡回型雑音低減回路を設置する構成を例示したが、
VTRからの再生信号やビデオカメラからの映像信号などN
TSC方式と類似の他の適宣な映像信号にも本発明の雑音
低減回路を適用することができる。

（発明の効果） 以上詳細に説明したように、本発明によれば、輝度信
号を色副搬送周波数４倍の周波数で標本化して量子化し
た入力輝度信号と、一対の色差信号をそれぞれ色副搬送
周波数の２倍の周波数で標本化して量子化して画素単位
で時分割多重した入力色差信号について、雑音低減後の
出力輝度信号を色副搬送周波数の２倍の周波数で採取
し、かつ採取した出力輝度信号に前者雑音低域後の一対
の出力色差信号を交互に間挿して多重化信号を生成し、
この多重化信号を単一のフレーム遅延回路により１フレ
ーム期間遅延させ、しかる後に輝度信号と色差信号とに
多重分離する構成としたから、フレーム巡回型雑音低減
に付可欠な大容量のフレーム遅延回路を１個設置するだ
けで済み、これによりハードウェアの圧縮に基づく大幅
な低コスト化が達成でき、同時にまたフレーム巡回型雑
音低減処理という画像相関を利用した処理としては最も
理想的な雑音低減処理が可能であり、しかも処理対象で
ある映像信号は最初からディジタル信号化された輝度信
号と色差信号であるため、例えば輝度信号と低域変化色
差信号を１ライン期間ごとに時系列的に合成した線順次
信号をフィールド遅延回路の直前でAD変換する構成の従
来装置のように、アナログ再生映像信号の輝度・色分離
に用いた初段の輝度信号分離用低域フィルタによる遅延
時間と搬送色信号分離用帯域フィルタによる遅延時間と
の食い違いの影響や、或いは多重化信号に対する１フィ
ールド期間の遅延が厳密には262.5水平走査期間となら
ないといった理由から、雑音抑圧効果が理論上の期待値
に達し得ないといったことはなく、理想的な信号相関を
利用した厳密な巡回型雑音低域処理により優れた雑音低
域が可能であり、またフレーム遅延後に多重分離される
輝度信号と色差信号は、隣接ドットの情報を代用して空
白ドットを埋めるディジタル方式のドット補間を受ける
ため、ライン遅延回路とこれを迂回する信号線路とを交
互に切り替えるアナログ方式補間回路によりライン補間
する従来の装置のように、遅延時間が経時変動したりす
る懸念は無用であり、高い遅延精度に支えられた高度の
補間精度を維持することができ、これによりフレーム遅
延回路の共用化を目的とする多重化に伴う信号の忠実度
の低下を十分に補うことができ、しかもフレーム遅延回
路の後段で直ちに多重分離を行い、輝度信号と色差信号
のそれぞれについて残りの処理を行うので、両信号に最
適の処理条件を独立に設定することができ、輝度信号と
色信号の視覚特性の差異を考慮した効果的な雑音低減が
可能であり、さらにフレーム差信号に振幅制限を施すリ
ミタ回路が、基準値以下のフレーム差信号に対しては１
に満たない係数を乗算し、基準値を越えるフレーム差信
号については制限レベルに飽和させて振幅制限する構成
であるから、動き信号成分と雑音成分とからなるフレー
ム差信号が、基準値を越える大振幅であれば、その大半
を占める動き信号成分に基づく残像発生を抑制するた
め、一定制限レベル以下に制限し、また基準値以下に多
く含まれる雑音成分に関しては、１に満たない係数を乗
じて巡回加算に供することにより、二乗振幅和として加
算される信号成分とは対照的にフレーム相関がないため
に単純振幅和として加算される雑音成分を良好に除去す
ることができ、これにより残像発生を抑制した良好な巡
回型雑音低減処理が可能であり、モーションディテクタ
が検出した動き検出信号に応じて係数の値を補正するこ
とで対応していた従来の手法と異なり、モーションディ
テクタや連続可変型の係数回路等を用いることなく、た
だ単に固定係数回路と比較回路とスイッチとを主体とす
る簡易な構成のリミタ回路を設けるだけで、輝度フレー
ム差信号と色差フレーム差信号の振幅制限することがで
き、高画質テレビジョン信号の処理に好適な安価で信頼
のおける雑音低減処理回路を提供することができる等の
優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の映像信号の雑音低減回路の一実施例
を示すブロック図、第２図乃至第６図は、第１図に示し
た回路の動作を説明するための波形と濾波特性を例示す
る概念図、第７図は、第１図に示した輝度の差信号リミ
タの構成を示すブロック図、第８図は、上記輝度の差信
号リミタの特性を例示する概念図、第９図は、従来のコ
ンポジット方式の雑音低減回路の一例を示すブロック図
である。 11……輝度信号入力端子 12……色信号入力端子 13,14……第２の減算回路 15……輝度信号出力端子 16……色信号出力端子 19……多重化回路 20……フレームメモリ 21……多重分離回路 22……輝度信号の補間回路 23……色信号の補間回路 26,27……第１の減算回路 29……輝度の差信号リミタ 30……色の差信号リミタ

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】輝度信号を色副搬送周波数の４倍の周波数
   で標本化して量子化した入力輝度信号と、一対の色差信
   号をそれぞれ色副搬送周波数の２倍の周波数で標本化し
   て量子化して画素単位で時分割多重した入力色差信号と
   を、それぞれ巡回加算により雑音低減して出力する映像
   信号の雑音低減回路において、前記雑音低減後の出力輝
   度信号を色副搬送周波数の２倍の周波数で採取し、かつ
   採取した出力輝度信号に前記雑音低減後の一対の出力色
   差信号を交互に間挿して多重化信号を生成する多重化回
   路と、該多重化回路が出力する多重化信号を１フレーム
   期間遅延するフレーム遅延回路と、該フレーム遅延回路
   の出力を輝度信号と色差信号とに分離する多重分離回路
   と、該多重分離回路により分離された輝度信号及び色差
   信号をそれぞれ画素単位で補間する一対の補間回路と、
   該各補間回路の出力をそれぞれ前記入力輝度信号及び入
   力色差信号から減算し、輝度信号と色差信号の各フレー
   ム間差信号を生成する一対の第１の減算回路と、該各第
   １の減算回路の出力を、基準値以下は１に満たない係数
   を乗算し、該基準値を越えるものは制限レベルに飽和さ
   せてそれぞれ振幅制限する一対のリミタ回路と、該各リ
   ミタ回路の出力を、それぞれ前記入力輝度信号及び入力
   色差信号から減算して前記出力輝度信号及び出力色差信
   号を生成する一対の第２の減算回路とを具備することを
   特徴とする映像信号の雑音低減回路。