JP2597965B2

JP2597965B2 - ノイズ軽減回路

Info

Publication number: JP2597965B2
Application number: JP58246302A
Authority: JP
Inventors: 俊光梅沢
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1983-12-27
Filing date: 1983-12-27
Publication date: 1997-04-09
Anticipated expiration: 2012-04-09
Also published as: JPS60139013A

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の技術分野〕この発明は例えばカラーテレビジョン受像機におい
て、輝度信号に混入した色副搬送波周波数付近の周波数
をもつノイズ成分を除去するのに好適なノイズ軽減回路
に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

カラーテレビジョン送受信システムでは、映像信号は
輝度信号や搬送色信号（色副搬送波を色差信号で平衡変
調したもの）等を重畳してなる複合信号である。

一般のカラーテレビジョン受像機に於いては、搬送色
信号は映像信号から周波数分離され、色信号処理回路に
導びかれる。輝度信号は、映像信号を色副搬送波周波数
近傍の周波数成分を阻止するトラップ回路に通すことに
よって得られ、輝度信号処理回路に導びかれる。

ところで、カラーテレビジョン送受信システムに於い
ては、映像信号中にノイズ成分が混入すると、再生画像
が大きく損なわれ、画質の劣化や情報の欠落現象が生じ
る。ノイズ成分としては特に問題となるのはパルス状の
ものであり、これは映像信号中の輝度信号に加算されて
その振幅変化をもたらす。

従来より、映像信号から上述したようなノイズ成分を
取り除き、良質な画像を再生する試みがなされている。
例えば次の〜に示すような方法がある。なお、上述
したようなノイズ成分としては、映像信号の段階で混入
するものや上記トラップ回路にて映像信号から搬送色信
号を除去することによって得られた映像信号に混入する
ものがある。後者の場合に特に問題となるのは、トラッ
プ回路の減衰不足のために、搬送色信号が充分に減衰さ
れないで、ノイズ成分として残留してしまうものがあ
る。いずれにしても、上述したようなノイズ成分は輝度
信号に振幅変化を与えて画質の劣化をもたらすものであ
るから、以下の説明では、便宜上、特に問題がある場合
を除いて、映像信号や輝度信号を輝度信号として記載
し、映像信号からノイズ成分を除去する場合であっても
輝度信号から除くものとして説明する。

電界強度に応じて映像信号処理回路の伝送帯域を変
化させ、ノイズ成分の多い帯域の利得を低下させること
により改善する。

テレビジョン放送の輝度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、輝度信
号のパワースペクトラムが多く存在する帯域のみを通過
させるフィルタ、いわゆるくし形フィルタに輝度信号を
通すことによってノイズ成分を低減する。

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、平滑可処理を行う。

上記方法以外にも、コンピュータ処理にて画像のデジ
タル処理を行い、ノイズが混在する画像を修復する方法
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
に適用することは困難である。

上述したノイズ成分低減方法についても次のような問
題点がある。

まず、上記の方法については、ノイズ成分の低減は
主に輝度信号帯域の高帯域を阻止することによって行な
われるため、輝度信号の高域成分が除去されることにな
り、再生画像の細かな絵柄やエッジ部のぼけが生じ、画
像の劣化をきたすことになる。

また、上記で述べたくし形フィルタによるノイズ成
分の低減は、上記で述べた平滑化処理によるノイズ成
分の低減と基本的に同一の原理であり、両者とも同様な
不具合点を有する。

ここで、上記の平滑化処理によるノイズ成分の低減
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、と表わされ、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
で近似できることにすると、これは、ｘ（i,j）＝ai＋bj＋ｘ（0,0） …（２）但し、−１≦ｉ≦1,−１≦ｊ≦１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、このノイズ成分が真
の画像ｘ（i,j）に対して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、ノイズ成分ｎ（i,j）が無相関で均一な分
散σ_N ²をもつとすると、新たなノイズ成分は、となり、分散が1/9に低下する。但し、Ｅは期待値であ
る。したがってノイズ成分が低減される。

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）を平面で近似でき
ないような部分において、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、画像を
平面で近似できないので、平滑化処理によってエッジ部
が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成分の低
減は上記の平滑化処理の特殊な場合であり、画像のサ
ンプル数が２点の場合であると考えることができる。し
たがって、この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〕

この発明は上記の事情に対処すべくなされたもので、
画像情報処理において、画像のエッジ部のぼけ等によっ
て真の画像の劣化を伴なうことなく、輝度信号に混入し
た色副搬送波周波数付近の周波数をもつノイズ成分を確
実に除去することができるノイズ軽減回路を提供するこ
とを目的とする。

〔発明の概要〕

この発明は、輝度信号を遅延して互いに所定時間異な
った遅延時間を有する第1,第2,第３の輝度信号を作り、
第1,第３の輝度信号のレベルが同じで第２の輝度信号の
レベルが異なるとき、この第２の輝度信号のレベルを第
1,第３の輝度信号レベルに合わせるというような多数結
論理演算を行なうことにより、パルス状ノイズ成分を低
減できるようにしたもので、この場合、特に上記遅延時
間をほぼ色副搬送波の１周忌の３分の１の整数倍に設定
することにより、ノイズ成分として色副搬送波周波数付
近の周波数をもつものは確実に除去できるようにしたも
のである。

〔発明の実施例〕

以下、図面を参照してこの発明の実施例を詳細に説明
する。

第２図は輝度信号波形の一例を示す波形図、第３図は
ステップ信号波形の一例を示す波形図、第４図はこの発
明に係るノイズ軽減回路を実現する為の動作説明図であ
る。

テレビジョン送受信システムに於いては、送像側で画
像を走査することにより、画像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、二次元の画像を
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）からわかるように、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
生したものとして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及び立下がりノイズ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）及び
（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）及び
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）及び時刻（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。従って、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、
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）
はパルス性ノイズと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、このようなパターン
Ｐ₇、Ｐ₈を除去すれば画質の劣化を伴わずにノイズ成分
の大部分を除去できる。

しがたって、映像信号を適当な時間τによりＰを求め
て表１のＰ₇、Ｐ₈に示すパルス信号であるときこのパル
ス信号を除去することにより画像の劣化を伴わずにノイ
ズ成分を低減することをできる。

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
パルス信号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、ノイズ成分
が低減されることになる。このとき、ステップ信号の立
上り、立下りの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）の輝
度信号を従来方法で述べたような高域成分を阻止する
フィルタに通した場合の出力波形であり、第４図（ｆ）
は第４図（ｃ）の輝度信号に対して従来方法で述べた
ような平滑化処理（図ではサンプル数３の平滑化）を行
な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、画像の劣化を伴なう。

次に、パルス信号Ｐ₇,P₈を阻止するノイズ軽減回路の
回路構成を説明する。

パルス信号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"に書換えて０、
０、０とすればよく、またＰ₈については時刻（ｉ）の
信号レベル“0"を“1"に書換えて１、１、１とすれば良
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）、ｐ（ｉ）、ｐ（ｉ＋１）の多数決をとることに
より、パルス信号Ｐ₇,P₈を阻止するためのノイズフィル
タ回路を構成する。つまり、フィルタ回路通過後のＰ
（ｉ）をＱ（ｉ）とすれば、Ｑ（ｉ）＝｛Ｐ（ｉ−１）×Ｐ（ｉ）｝＋｛Ｐ（ｉ）×
Ｐ（ｉ＋１）｝＋｛Ｐ（ｉ−１）×Ｐ（ｉ＋１）｝…（10）なる式でフィルタ回路の特性を示すことができる。但
し、式（10）の×，＋はそれぞれ論理積、論理和を表わ
している。また、式（10）に示すフィルタ特性は次式に
示す特性に等価である。

Ｑ（ｉ）＝｛Ｐ（ｉ−１）＋Ｐ（ｉ）｝＋｛Ｐ（ｉ）＋
Ｐ（ｉ＋１）｝＋｛Ｐ（ｉ−１）＋Ｐ（ｉ＋１）｝…（11）論理積（アンド）、論理和（オア）は次に示すような
回路にて具体的に構成することができる。

第５図は論理積回路の一例を示す回路図であり、２つ
のPNPトランジスタＴ₁,T₂のエミッタを共通とし、各コ
レクタを接地し、共通エミッタを抵抗Ｒ₁を介して直流
電源Vccに接続して構成され、各トランジスタＴ₁,T₂の
ベースに入力（Ａ），（Ｂ）を加え、共通エミッタから
出力を取り出すようにしている。この真理値表は表２に
示すようになり、Ｃ＝Ａ×Ｂの関係が成り立つ。

第６図は論理和回路の一例を示す回路図であり、２つ
のNPNトランジスタＴ₃,T₄のエミッタを共通とし、この
共通エミッタを抵抗Ｒ₂を介して接地し、各コレクタを
直流電源Vccに接続して構成され、各トランジスタＴ₃,T
₄のベースに入力（Ａ），（Ｂ）を加え、共通エミッタ
から出力（Ｃ）を取り出すようにしている。この真理値
表は表３に示すようになり、Ｃ＝Ａ＋Ｂの関係が成立す
る。

そして、上記第５図、第６図に示す回路の他に、ディ
レーライン（遅延線）を用いて式（10）または（11）に
示す特性を有したノイズフィルタ回路を構成する。第７
図は式（10）に対応したフィルタ回路の構成を示す回路
図であり、第８図は式（10）に対応したフィルタ回路の
構成を示す回路図である。

第７図において、フィルタ回路は入力信号Vin（輝度
信号及びこれに重畳されたノイズ成分）が加えられる入
力端子１に遅延時間（τ）を有するディレーライン２を
接続し、このディレーライン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
入力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
各出力の論理和をよるために、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の出力信号Vo
utは出力端子９から取り出される。

また、第８図は第７図に示す論理積回路4,5,6を論理
和回路10,11,12に置き換え、論理和回路7,8を論理積回
路13、14に置き換えることにより、式11に示すような特
性のフィルタ回路を構成したものである。

このような回路構成によれば、ステップ状の信号のエ
ッジ部にぼけが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。この場合、遅
延時間（τ）を適宜設定することにより、色副搬送波周
波数付近の周波数をもつノイズ成分を除去することがで
きる。以下、遅延時間（τ）の設定の仕方を説明する。

第７図に示すように構成された回路において、入力端
子１に印加される入力信号Vin中のノイズ成分をa cosω
ｔと表わさるものとする。また、ディレーライン２及び
３の遅延時間（τ）をそれぞれτ₁，τ₂と記載するもの
とする。このとき、点（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）でのノイ
ズ成分Ｖ_A,V_B,V_Cは、と表わされる。

このとき、論理積回路４の出力信号Ｖ_Dは、簡単のた
めとすると次のようになる。

ただし、である。

同様に、論理積回路５の出力信号Ｖ_Eは、となり、論理積回路６の出力信号Ｖ_Fは、となる。

したがって、出力端子９の出力信号Voutのノイズ成分
Ｖ_Gは、となる。

ここで、τ₁，τ₂をτに戻し、ｔ＋τ→ｔの変換をす
ると、ノイズ成分Ｖ_Gは、となる。

ノイズ成分Ｖ_Gをフーリエ級数展開すると、そのフー
リエ係数ａ_n,b_nは、となる。式（25）に式（22）〜（24）を代入して基本波
成分を求めると、式（26）は、のとき、ａ₁＝０となる。

ここで、色副搬送波周波数をｃとし、式（27）に代
入すると、ｃ≒3.58MHzであるから、となる。τ＝93n secの場合の式（26）の特性、つま
り、第７図の基本波の伝達特性を第９図に示す。

式（25）を導出するに用いた仮定を一般化すると、式
（27）は次のようになる。

ここでｎは整数である。したがって、τは＝ｃとす
ると、となる。

つまり、ディレーライン2,3の遅延時間（τ）を式（3
0）をほぼ満足するように選択することにより、輝度信
号としては不要な色副搬送波周波数付近の周波数をもつ
ノイズ成分を阻止することができる。

なお、上述したノイズ軽減回路の構成は、テレビジョ
ン回路の構成において水平方向に対して適用したもので
あるが、垂直方向、或いは水平、垂直両方向に対して同
様なフィルタ回路を構成しても、色副搬送波周波数付近
の周波数をもつノイズ成分を除去することができる。

また、この発明は、輝度信号中にノイズ成分として混
入している搬送色信号等を除去するのに使われるだけで
なく、映像信号から搬送色信号を除いて輝度信号を得る
上述したようなトラップ回路にも適用可能なことは勿論
である。

〔発明の効果〕

このようにこの発明によれば、遅延手段と論理積回路
や論理和回路から成る論理手段とによって多数決により
パルス状のノイズ成分を低減するフィルタ回路を構成
し、このフィルタ回路の上記遅延手段数の遅延時間
（τ）をほぼ色副搬送波の１周期の３分の１の整数倍に
設定することにより、色副搬送波周波数付近の周波数の
ノイズ成分が輝度信号に混入することによる妨害を阻止
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図、第
２図は輝度信号波形の一例を示す波形図、第３図はステ
ップ信号波形及びそのサンプルを示す説明図、第４図は
この発明に係るノイズ軽減回路を実現する為の動作説明
図、第５図は論理積回路の一例を示す回路図、第６図は
論理和回路の一例を示す回路図、第７図はこの発明に係
るノイズ軽減回路の一実施例を示す回路図、第８図はこ
の発明の他の実施例を示す回路図、第９図は第７図に示
すノイズ軽減回路の伝達特性の一例を示す特性図であ
る。１……入力端子、2,3……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……
出力端子、Vin……入力信号、Vout……出力信号。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】カラーテレビジョン信号中の輝度信号に含
まれる、特に色副搬送波周波数付近のノイズ成分を除去
するためのノイズ軽減回路であって、前記輝度信号が入力される入力端子と、前記入力端子に供給される輝度信号を第１の信号とし、
この第１の信号を時間τだけ遅延した第２の信号、およ
びこの第２の信号を時間τだけ遅延した第３の信号を出
力する遅延手段と、順次時間的にずれた前記第１、第２、第３の信号が供給
され、前記第１、第３の信号レベルに対して第２の信号
レベルが異なるとき、その第２の信号レベルを第１、第
３の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を具備し、前記遅延時間τが、色副搬送波周波数をfcとしたとき τ＝（1/3・fc）（3n±１）となるようにしたことを特徴とするノイズ軽減回路。