JP3226799B2 - ノイズリデューサー回路 - Google Patents
ノイズリデューサー回路Info
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Description
ー回路に関し、特に映像装置のノイズリデューサー回路
に関する。
は、例えば、“画像のディジタル信号処理 増補版 吹
抜敬彦著”115〜118ページ,1985年1月,に
示されるように、映像信号に含まれるノイズ成分を低減
させる目的のために用いられている。
過程において、本来の映像信号とは無関係なノイズ成分
が混入すると、これを映像として見た場合、人間の目に
はきわめて目障りに、画質劣化として認知される。した
がって、このノイズ成分を低減させることは、映像機器
の高画質化を図る上できわめて重要な技術である。
は、折り返しノイズ成分とランダムノイズ成分がある。
各ノイズ成分の特徴を以下に示す。
ば、この雑音は、フレーム方向に連続しており、フレー
ム間でノイズ成分の位相が反転するという特徴と、特定
の周波数帯域に集中して発生するという特徴をもつ。M
USE−NTSCコンバータで発生する高域の折り返し
成分などが、これに相当する。また、ノイズ成分ではな
いがNTSC信号のクロマ信号成分が同様の性質を持
つ。
この雑音は、フレーム方向やフレーム内の水平・垂直方
向に独立しており、フレーム間で相関を持たないという
特徴と、広い周波数帯域に分散して発生するという特徴
をもつ。VTRの再生信号に発生するノイズや、弱電界
信号を受信した際のチューナー信号が、これに相当す
る。
質に適したノイズリデューサー回路があり、折り返しノ
イズ成分の低減には非巡回型ノイズリデューサーが適し
ており、ランダムノイズ成分の低減には巡回型ノイズリ
デューサーが適している。従来は、低減したいノイズ成
分の種類に応じて、ノイズリデューサー回路が使い分け
られている。
ー回路の一例を示すブロック図、図5は、その回路の信
号処理例のチャート図である。入力信号1をフレームメ
モリ2によって1フレーム遅延し、フレーム遅延信号3
を得る。この信号と入力信号1を演算回路4に入力し、
フレーム差分信号5を得る。この信号を動き適応係数器
6に入力し、動き成分が低減された、ノイズ成分信号7
を得る。この信号と、入力信号1の遅延信号を演算回路
8に入力し、出力信号9を得る。
動作を説明する。フレーム差分信号5(図5−c)は、
入力信号1(図5−a)と、フレーム遅延信号3(図5
−b)の差分であり、フレーム間の変化を表す信号であ
る。映像の静止部分では、0が出力されるが、動き部分
や、ノイズ成分のある部分では、0でない信号が出力さ
れる。すなわち、フレーム差分信号5には映像のノイズ
成分と動き成分が含まれている。映像の静止部分では、
フレーム差分信号5にはノイズ成分のみ含まれているの
で、この成分をこのまま入力信号1から減算すればよ
い。しかし、映像の動き部分でこのまま減算をおこなう
と、動き成分も減算され、残像が発生してしまう。そこ
で、フレーム差分5を動き適応係数器6に入力し、動き
成分を制限して、ノイズ成分のみ抽出されたノイズ成分
信号7として出力する。この動き適応係数器の方式とし
ては、動き検出回路と係数器、非線形フィルタ等、様々
な方法が考えられる。たとえば、動きの大きさをk
(k:0〜1)とした場合、入力信号を1−k倍して出
力するような動作が考えられる。しかし、動き適応係数
器の方式は、このノイズリデューサー回路の本質には直
接関係はないので、ここでは特に方式は指定しない。こ
の例では、映像に動き成分はなく、動き適応係数器はス
ルーとなり、ノイズ成分信号7はフレーム差分信号5と
同じと考える。入力信号1の遅延信号から、これを減算
し、ノイズ成分の低減された出力信号9を得る(図5−
d)。通常、ノイズ成分信号7は、動き適応係数器6で
遅延を生じるため、入力信号1も同じ分だけ遅延させ、
位相を合わせる必要がある。この手続きによって得られ
た出力信号9は、結局入力信号1と、フレーム遅延信号
3の平均となる。フレーム間で連続し、かつ成分が反転
するような折り返しノイズ成分は、平均処理によって完
全に除去される。一方フレーム間で独立したランダムノ
イズ成分は、平均処理によって振幅が半分となる。
路の一例を示すブロック図、図7はその回路の信号処理
例のチャート図である。非巡回型ノイズリデューサー回
路との違いは、演算回路4の出力が1倍となっている点
と、フレームメモリ2の入力が、入力信号1ではなく、
出力信号9となっている点である。すなわち、ノイズ低
減後の信号が、フレームメモリ2を介して巡回する。
作を説明する。フレームメモリ2には、出力信号9(図
7−h)すなわちノイズ低減後の信号が入力され、フレ
ーム遅延信号(図7−a)となる。これと入力信号1
(図7−b)から、フレーム差分信号5(図7−c)を
得る。ここからの処理は、非巡回型と同様であるので、
説明は省略する。動き適応係数器で静止すなわちスルー
と判断された部分は、フレーム間の変化は全てノイズと
して処理される。フレーム間で成分が反転するような折
り返しノイズ成分は、図7−e,hのように開始時のパ
タンあるいは振動パタンとして残存する。一方フレーム
間で独立したランムノイズ成分は、フレーム間の変化=
ノイズ成分として完全に除去される。
分の両方を低減したい場合には、図8のように、先の2
種類のノイズリデューサーを、直列に接続する必要があ
る。図8の1から9の回路において折り返しノイズ成分
を低減し、11から19の回路において、ランダムノイ
ズ成分を低減する。図8の1から9、11から19の動
作については、先に説明したとおりなので、ここでは省
略する。
ーサー回路では、折り返しノイズ成分の低減効果は高い
が、ランダムノイズ成分の低減効果は低く、一方、巡回
型ノイズリデューサー回路では、ランダムノイズ成分の
低減効果が高いが、折り返しノイズ成分の低減効果は低
いという、相反する性質をもつ。
ノイズ成分の両方を低減したい場合、先に述べた非巡回
型と巡回型の両方のノイズリデューサー回路を用意し
て、図8のように直列に接続しなければならない点が問
題である。この結果、回路規模が大きくなる上、高価な
フレームメモリを2倍も使用しなければならない。
は、動き適応係数器の誤動作により、残像の発生が問題
となることが多いが、直列に接続されることで残像の発
生確率も高くなってしまう可能性がある。
リデューサー回路を提供することにある。
ューサー回路を同時に使用することなく、折り返しノイ
ズ成分あるいはクロマ成分と、ランダムノイズ成分の両
方に対して、低減効果の高いノイズリデューサー回路を
提供することにある。
リデューサー回路を同時に使用する場合よりも、残像の
発生率を低く抑えるノイズリデューサー回路を提供する
ことにある。
号(1)が,遅延回路及び演算器A(14)を通過した
後の信号を巡回信号(15)として入力し、フレーム遅
延信号(3)を出力するフレームメモリ(2)と、前記
入力信号(1)から前記フレーム遅延信号(3)を減算
し、フレーム差分信号(5)を出力する演算器B(4)
と、前記フレーム差分信号(5)のうち、折り返しノイ
ズ成分が実質的に発生する帯域を通過させて帯域内フレ
ーム差分信号(7)を出力する帯域通過フィルタ(6)
と、前記フレーム差分信号(5)から前記帯域内フレー
ム差分信号(7)を減算した信号を帯域外フレーム差分
信号(11)として出力する演算器C(10)と、前記
帯域外フレーム差分信号(11)の動き適応係数器(1
2)を通過した信号である帯域外ノイズ成分信号(1
3)を、前記演算器A(14)に入力するフレーム巡回
型処理回路と、前記帯域内フレーム差分信号(7)の動
き適応係数器(8)通過した信号である帯域内ノイズ成
分信号(9)を、前記演算器A(14)を通過した後の
信号から減算する処理を行うフレーム非巡回型処理回路
とを備え、フレーム巡回型処理回路及びフレーム非巡回
型処理回路は、前記フレームメモリ(2)を共用するこ
とを特徴とするノイズリデューサー回路が得られる。
信号(1)が遅延回路及び演算器A(14)を通過後の
信号を巡回信号(15)として入力し、フレーム遅延信
号(3)を出力とするフレームメモリ(2)と、前記コ
ンポジット入力信号(1)からCフレーム内信号(1
9)を分離するC分離フィルタ(18)と、前記コンポ
ジット入力信号(1)から前記フレーム遅延信号(3)
を減算したフレーム差分信号(5)を、Yフレーム差分
信号(11)及びCフレーム差分信号(7)に分離し、
前記Yフレーム差分信号(11)の動き適応係数器(1
2)を通過した信号であるYノイズ成分信号(13)を
前記演算器A(14)に入力するフレーム巡回型処理を
行うフレーム巡回型処理回路と、前記Cフレーム差分信
号(7)の動き適応係数器(8)を通過した信号及び前
記Cフレーム内信号(19)の動き適応係数器(20)
を通過した信号を加算する回路と、前記演算器A(1
4)の出力から前記加算回路からの出力を減算する演算
器B(16)を含むフレーム非巡回型処理回路とを備
え、フレーム巡回型処理回路及びフレーム非巡回型処理
回路は前記フレームメモリ(2)を共用するノイズリデ
ューサー回路が得られる。
について、図面を参照して詳細に説明する。
信号を折り返しノイズ成分もしくはクロマ成分の多く含
まれる周波数帯域(以下単に「帯域」とする)の内外に
分離し、帯域外は巡回型、帯域内は非巡回型のノイズ低
減を行う構成を有する。より具体的には、フレーム差分
信号を、帯域の内外に分離する手段(図1の6,10)
と、帯域外のノイズ成分の低減する手段(図1の12,
14)と、帯域外のノイズを低減した信号を、フレーム
遅延させる手段(図1の15,2)と、帯域外のノイズ
を低減した信号から、帯域内のノイズを低減する手段
(図1の8,16)とを有する。
レーム差分信号を、あらかじめ折り返しノイズ成分もし
くはクロマ成分の存在する帯域の内外に分けたことと、
フレーム遅延させる信号を帯域外のノイズを低減した後
の信号としたことによって、帯域外に対してはランダム
ノイズ成分の低減効果が高い、巡回型ノイズリデューサ
ー構成とすることができ、帯域内に対しては折り返しノ
イズ成分もしくはクロマ成分の低減に効果が高い、非巡
回型ノイズリデューサーを構成することができ、回路と
フレームメモリを共用した小規模な回路構成によって、
折り返しノイズ成分もしくはクロマ成分と、ランダムノ
イズ成分両方の低減効果を併せ持つことができ、2種類
のノイズリデューサーを直列接続した回路よりも、残像
の発生確率を低く抑えることができる。
を用いて、入力信号1から、フレームメモリ2によって
1フレーム遅延されたフレーム遅延信号3を減算し、フ
レーム差分信号5を得る。これを折り返しノイズ成分の
み存在する帯域を通過させる、帯域通過フィルタ6に入
力し、帯域内フレーム差分信号7を得る。これを第1の
動き適応系数器8に入力し、動き成分が低減された帯域
内ノイズ成分信号9を得る。一方、第2の演算器10を
用いて、フレーム差分信号5から帯域内フレーム差分信
号7を減算し、帯域外フレーム差分信号11を得る。こ
れを第2の動き適応係数器12に入力し、動き成分が低
減された帯域外ノイズ成分信号13を得る。第3の演算
器14を用いて、入力信号1の遅延信号から、帯域外ノ
イズ成分信号を減算し、巡回信号15を得る。この信号
はフレームメモリ2に入力されて1フレーム遅延され、
先のフレーム遅延信号3となる。そして、第4の演算器
16を用いて、巡回信号15から帯域内ノイズ成分信号
9を減算し、最終的な出力信号17を得る。
器10について、詳細な動作を説明する。フレーム差分
信号5には、動き成分のほか、折り返しノイズ成分とラ
ンダムノイズ成分の両方が含まれている。ここで、折り
返しノイズ成分またはクロマ成分は特定の周波数帯域に
多く発生する、という性質がある。この性質を利用し
て、フレーム差分信号5を、折り返しノイズ成分もしく
はクロマ成分の多く含まれる周波数帯域と、多く含まれ
ない周波数帯域に分離する。まず、フレーム差分信号を
その特定の帯域のみを通過させる帯域通過フィルタ6に
入力し、帯域内フレーム差分信号を得る。この帯域通過
フィルタは、効率よく折り返し成分帯域内もしくはクロ
マ成分帯域内を通過させることが望ましい。構成として
は、バンドパスフィルタ、ライン・コム(くし形)・フ
ィルタ、ロジカル・コム・フィルタ及びそれらの複合フ
ィルタ等が考えられる。さて第2の演算器10を用い
て、もとのフレーム差分信号5から、分離された帯域内
フレーム差分信号7を減算すれば、帯域外フレーム差分
信号11を得ることができる。これによって、帯域内フ
レーム差分信号7には、折り返しノイズ成分またはクロ
マ成分、帯域内のランダムノイズ成分、及び帯域内の動
き成分が含まれる。また、帯域外フレーム差分信号11
には、帯域外のランダムノイズ成分、及び帯域外の動き
成分が含まれる。
示したのと同様のものであるが、それぞれ入力される信
号の性質が異なるため、第1の動き適応係数器8はラン
ダムノイズ成分に対し、第2の動き適応係数器12は、
折り返しノイズ成分に対して、系数の変化を最適化する
ことが望ましい。
理例を示すチャート図2を用いて説明する。入力信号1
は、折り返しノイズ成分と、ランダムノイズ成分の両方
が含まれた映像信号である(図2−a)。フレーム遅延
信号3は、1フレーム前の映像信号であるが、ランダム
ノイズ成分は低減され、折り返しノイズ成分は残されて
いる。この理由は後ほど説明する(図2−b)。これら
の信号から得た差分信号5には、映像成分がキャンセル
され、折り返しノイズ成分、入力信号1に存在したラン
ダムノイズ成分が含まれている(図2−c)。さて、こ
れらを先に説明した帯域フィルタ6と第2の演算器10
を使って、帯域内フレーム差分信号7(図2−d)と、
帯域外フレーム差分信号11(図2−e)に分離する。
は、従来技術の項で説明したとおりである。この成分を
低減するため、帯域内フレーム差分信号7を第1の動き
適応系数器に入力し、帯域内ノイズ成分9すなわち折り
返しノイズ成分を得る。一方、帯域外フレーム差分信号
11を第2の動き適応係数器に入力し、帯域外ノイズ成
分13すなわちランダムノイズ成分を得る。
動き成分はなく、第1と第2の動き適応係数器はスルー
であると考える。すなわち帯域内ノイズ成分信号9は帯
域内フレーム差分信号7と同じ、帯域外ノイズ成分信号
13は帯域外フレーム差分信号11と同じである。
減算することで、入力信号のノイズを低減するわけだ
が、従来技術で説明した通り、単なる巡回型や非巡回型
の構成では、ランダムノイズ成分と折り返しノイズ成分
の低減効果はトレード・オフとなってしまい、十分な効
果は得られない。そこで、帯域外のランダムノイズ成分
については、巡回型の処理を行うように、帯域内の折り
返しノイズ成分については、非巡回型の処理を行うよう
に、フレームメモリで遅延させるデータを工夫する必要
がある。
遅延された入力信号1から、2倍の帯域外ノイズ成分信
号を減算した信号を得る。そうすると、帯域外のランダ
ムノイズ成分は低減されるが、帯域内の折り返しノイズ
成分には手を加えないことになる。つまりこれは折り返
しノイズ成分の残った映像信号である。この信号を巡回
信号15(図2−f)として、フレームメモリ2に入力
する。この出力であるフレーム遅延信号3も、当然折り
返しノイズ成分が残った映像信号となるわけである。
記の手順で既に低減された。後は残りの帯域内の折り返
しノイズ成分を低減するだけである。第4の演算器16
を用いて、巡回信号15から、帯域内ノイズ成分信号を
減算し、出力信号17を得る(図2−g)。これで、入
力信号1に存在したランダムノイズ成分と、折り返しノ
イズ成分を十分に低減したことになる。
成分帯域の内外に分離し、フレーム遅延を行うデータ
を、帯域外のノイズ低減後の信号として巡回させ、帯域
内の信号はそのあとで低減することで、巡回させない構
成とした点である。
のノイズリデューサーとなり、帯域内の信号に関して
は、非巡回型のノイズリデューサー構成となるわけであ
る。
図3を参照して説明する。
マ)分離フィルタ6に入力し、Cフレーム差分信号7と
なる。また、第1の演算器10によって、フレーム差分
信号5からCフレーム差分信号7を減算し、Y(輝度)
フレーム差分信号11を得る。一方、入力信号1を、第
2のC分離フィルタ18に入力し、Cフレーム内信号1
9を得る。Cフレーム差分信号は第1の動き適応係数器
8に入力し、Cフレーム内信号は、第3の動き検出回路
20に入力する。これらの出力を加算した結果を、C信
号9とする。第3の動き適応係数器20は、第1,2の
それと異なった働きをする。動きの大きさをk(k:0
〜1)とした場合、第1,2の動き適応係数器は、入力
信号を1−k倍するのに対し、第3のそれはk倍するよ
うな働きとなる。すなわち、出力信号の和C信号9をk
で示すと、C=k(Cフレーム内信号19)+(1−
k)(Cフレーム差分信号7)となり、動きの大きさk
によってフレーム差分信号とフレーム内信号の重み付け
が変わるようになっている。
態を応用した、いわゆる3次元YC分離フィルタ機能
と、ノイズリデューサー機能を合わせ持つ回路である。
3次元YC分離とは、静止画部分ではフレーム間、動画
部分ではフレーム内の演算を適応的に行うことで、高精
度なY信号とC信号の分離を実現するものである。
は、折り返しノイズ成分と同様にフレーム間で連続的に
存在し、位相が反転しており、かつ特定の帯域に存在す
る、という性質を利用している。第1の実施形態との大
きな違いは、抜き取られたC信号はノイズではなく重要
な情報なので、動きの大きさに応じてフレーム内で抜き
取られたC信号と適応的にミックスして出力する点にあ
る。
ジット信号の高精度なYC分離と、Y信号に含まれるラ
ンダムノイズ成分の低減を同時に行うことができる効果
がある。
しくはクロマ成分と、ランダムノイズ成分の両方を低減
することができる。
マ成分と、ランダムノイズ成分の両方を低減したい場
合、非巡回型と巡回型の両方のノイズリデューサー回路
を用意する必要がない。このため回路規模が大きくなら
ず、残像の発生確率が高くなることもない。
を工夫し、巡回用と非巡回用のメモリを兼ねさせたた
め、高価なフレームメモリを2倍使用する必要も無くな
る。
す図である。
図である。
に接続した図である。
(C分離フィルタ) 7 ノイズ成分信号(帯域内フレーム差分信
号)(Cフレーム差分信号) 8 演算回路(動き適応係数器)(Yフレー
ム差分信号) 9 出力信号(帯域内ノイズ成分信号)(C
信号) 10 演算器 11 帯域外フレーム差分信号 12 動き適応係数器 13 帯域外ノイズ成分信号 14 演算器 15 巡回信号 16 演算器 17 出力信号 18 C(クロマ)分離フィルタ 19 Cフレーム内信号 20 動き検出回路
Claims (2)
- 【請求項1】 入力信号が遅延回路及び演算器Aを通過
した後の信号を巡回信号として入力し、フレーム遅延信
号を出力するフレームメモリと、前記入力信号からフレ
ーム遅延信号を減算し、フレーム差分信号を出力する演
算器Bと、前記フレーム差分信号のうち、折り返しノイ
ズ成分が実質的に発生する帯域を通過させて帯域内フレ
ーム差分信号を出力する帯域通過フィルタと、前記フレ
ーム差分信号から前記帯域内フレーム差分信号を減算し
た信号を帯域外フレーム差分信号として出力する演算器
Cと、前記帯域外フレーム差分信号の動き適応係数器を
通過した信号を前記演算器Aに入力するフレーム巡回型
処理回路と、前記帯域内フレーム差分信号の動き適応係
数器を通過した信号を、前記演算器Aを通過した後の信
号から減算する処理を行うフレーム非巡回型処理回路と
を備え、前記フレーム巡回型処理回路及びフレーム非巡
回型処理回路は、前記フレームメモリを共用することを
特徴とするノイズリデューサー回路。 - 【請求項2】 コンポジット入力信号が遅延回路及び演
算器Aを通過後の信号を入力とし、フレーム遅延信号を
出力とするフレームメモリと、前記コンポジット入力信
号からCフレーム内信号を分離するC分離フィルタと、
前記コンポジット入力信号からフレーム遅延信号を減算
したフレーム差分信号を、Yフレーム差分信号及びCフ
レーム差分信号とに分離し、前記Yフレーム差分信号の
動き適応係数器を通過した信号を前記演算器Aに入力す
るフレーム巡回型処理を行うフレーム巡回型処理回路
と、前記Cフレーム差分信号の動き適応係数器を通過し
た信号及び前記Cフレーム内信号の動き適応係数器を通
過した信号を加算する回路と、前記演算器Aの出力から
前記加算回路からの出力を減算する演算器Bを含むフレ
ーム非巡回型処理回路とを備え、前記フレーム巡回型処
理回路及びフレーム非巡回型処理回路は前記フレームメ
モリを共用するノイズリデューサー回路。
Priority Applications (1)
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JP23610496A JP3226799B2 (ja) | 1996-09-06 | 1996-09-06 | ノイズリデューサー回路 |
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JPH1084552A JPH1084552A (ja) | 1998-03-31 |
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US8144252B2 (en) | 2007-03-30 | 2012-03-27 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Noise reduction apparatus and noise reduction method |
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WO2010150681A1 (ja) * | 2009-06-25 | 2010-12-29 | コニカミノルタオプト株式会社 | 画像入力装置 |
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JPH1084552A (ja) | 1998-03-31 |
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