JP3323078B2 - ノイズ低減回路 - Google Patents

ノイズ低減回路

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JP3323078B2 JP23709396A JP23709396A JP3323078B2 JP 3323078 B2 JP3323078 B2 JP 3323078B2 JP 23709396 A JP23709396 A JP 23709396A JP 23709396 A JP23709396 A JP 23709396A JP 3323078 B2 JP3323078 B2 JP 3323078B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はノイズ低減回路に関
し、特に入力画像信号に対してノイズの大きさに相当す
る直流成分を加減算することによりノイズを低減するノ
イズ低減回路に関するものである。
【0002】
【従来の技術】映像信号のノイズ低減方法の1つとし
て、直流加算型ノイズリダクション方式が提案されてお
り、例えば、1994年6月のNHK技研公開講演・研
究発表予稿集の山口孝一による「MUSE放送システム
の画質向上」や、1994年のテレビジョン学会誌、第
48巻、No. 12,1553〜1564頁の和泉吉則他
による「直流加算型ノイズリデューサの提案とMUSE
デコーダ動画像処理用ノイズリデューサの開発」等に示
されている。
【0003】この直流加算型のノイズリダクション方式
は、受信した信号からノイズ量を測定し、その受信信号
に多数出現するノイズの大きさが算出できるという条件
下で実現できるノイズ低減方法であり、ノイズ量は受信
した信号に予め決められたある特定のレベルが重畳され
ている場合、そのレベルと実際に受信した信号のレベル
の差を積分することにより検出可能である。
【0004】例えば、ハイビジョンの伝送信号であるM
USE信号では、MUSE信号の第563ラインと第1
125ラインにクランプレベルラインとして、8ビット
にAD(Analog to Digital)変換し
たとき128/256に規定される信号が重畳されてい
る。受信機側では、この128/256のレベルと実際
に入力された信号の差分を積分することにより、受信信
号のS/N(Signal To Noise Rat
io)の測定が可能となる。
【0005】一般的に、受信した映像信号のS/Nが変
化しない場合、その信号のノイズ分布は、横軸にノイズ
の大きさをとり、縦軸にその大きさのノイズ出現率をと
って表した場合、ノイズの大きさがゼロのときを中心と
する正規分布状に分布するため、測定したS/Nからそ
の信号に数多く出現するノイズの大きさを算出すること
が可能である。この算出ノイズに応じた直流成分を生成
して、受信した入力画像信号に加減算処理を行うこと
で、ノイズ低減を図るものである。
【0006】図10に従来技術のこの種のノイズ低減回
路の構成例を示す。図10において、端子Siには、A
D変換された画像信号aが入力される。参照信号生成回
路1では、低減通過フィルタやメディアンフィルタなど
のノイズリダクション効果のあるフィルタリング処理に
より入力信号からノイズを低減した参照信号bを生成す
る。減算器2では、入力信号aから参照信号bを減算す
る。
【0007】一方、S/N測定回路3では、入力した画
像信号のS/Nを測定するもので、前述したS/Nの測
定により行われる。この測定されたS/Nの値が加減算
する直流成分の大きさを決定する要因となる。
【0008】一般的に、画像に含まれるノイズの分布
は、図11に示すような正規分布をしている。ここで、
図10に示す第4の直流成分生成回路8から出力される
直流成分g´の大きさをmとすると、減算器2で入力信
号とノイズを含んでいない信号の大小関係の判定が理想
的に行われた場合、図11の左半分(マイナス値)のノ
イズ分布kはmだけプラス側に移動し図12のk´のよ
うになる。また、右半分(プラス側)のノイズ分布lは
マイナス側に移動し図12のl´のようになる。この結
果、k´及びl´を合成した図12の破線に示すnのよ
うなノイズ分布となりノイズ低減回路が可能となる。
【0009】また、図11の分布が示すような信号より
もS/Nが低い信号が入力された場合、ノイズ分布は図
13のようになるため、第四の直流成分生成回路8から
出力する直流成分の大きさは上記mよりも大きな値にな
るように直流成分g´が生成されるようにする。
【0010】そこで、減算器2で得られた信号cから直
流成分dの極性を決定する。すなわちcの値が正のとき
は重畳されているノイズは正の値を持つと判定し、直流
成分dは負の値をとり、cの値が負のときは重畳されて
いるノイズは負の値を持つと判定し、dは正の値をと
る。
【0011】第四の直流成分生成回路8では、入力した
直流成分dの値をそのまま出力した場合、その回路のダ
イナミックレンジを越えることがあるため、ダイナミッ
クレンジを越えないような直流成分g´を出力するよう
にすると共に、入力信号のレベルが低い暗部では加算す
る直流成分を小さくし、画質への影響を抑えるようにし
ている。
【0012】ここで、参照信号bはノイズが完全に除去
された信号ではないが、入力画像信号と参照信号との大
小関係が、入力画像信号とノイズを含んでいない元信号
との大小関係に一致していればノイズ低減の効果があ
り、ノイズを含んでいる受信信号をノイズを含んでいな
い信号に近付けることによってノイズを低減することが
可能になる。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、入力信
号と参照信号との大小関係だけで直流加算を行う場合、
両者間のレベル差が小さい値であっても、その入力信号
に数多く出現するノイズの大きさに相当するある一定の
大きさの直流成分を加算することになり、その場合は逆
にノイズを増幅する場合が考えられる。
【0014】特にS/Nが低い信号においては、大小様
々な大きさのノイズが多数含まれており、一定の大きさ
の直流成分を加減算するだけでは大きなノイズ低減効果
が期待できない。エッジの部分においては、直流成分を
加算することによりエッジ部分にぼけ感が生じたり、エ
ッジ部に歪みが生じ画質が劣化するなどの問題がある。
【0015】本発明の目的は、入力信号のノイズ量と、
入力信号と参照信号の大小関係等で一義的に決まる直流
成分を加算することにより、逆にS/Nが悪化してしま
う不具合やS/Nが低い信号に対してノイズ低減効果が
低下するなどの不具合を防止すると共に、エッジの部分
にぼけ感が生じたりエッジ部分に歪みが生じ画質が劣化
するなどの課題を克服することにより、高性能なノイズ
低減回路を提供することである。
【0016】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、入力画
像信号に対してノイズの大きさに相当する直流成分を加
減算することによりノイズを低減するノイズ低減回路で
あって、前記入力画像信号からノイズを低減した参照信
号を生成する参照信号生成手段と、前記入力画像信号の
S/Nを検出するS/N検出手段と、前記入力画像信号
と前記参照信号との差分値を検出する減算手段と、前記
差分値に基づき極性が決定されると共に前記S/Nの値
に基づき大きさが決定される第1の直流成分を生成する
第1の直流成分生成手段と、前記S/Nの大きさと予め
定められた値との比較結果及び前記第1の直流成分の絶
対値と前記差分値の絶対値との比較結果に応じて前記第
1の直流成分と前記差分値とを演算することにより第2
直流成分を生成する第2の直流成分生成手段とを含
み、この第2の直流成分に基づいて前記ノイズ低減をな
すようにしたことを特徴とするノイズ低減回路が得られ
る。
【0017】更に本発明によれば、入力画像信号に対し
てノイズの大きさに相当する直流成分を加減算すること
によりノイズを低減するノイズ低減回路であって、前記
入力画像信号からノイズを低減した参照信号を生成する
参照信号生成手段と、前記入力画像信号のS/Nを検出
するS/N検出手段と、前記入力画像信号と前記参照信
号との差分値を検出する減算手段と、前記画像信号のエ
ッジ部分を検出するエッジ検出手段と、前記エッジ検出
手段によりエッジが検出されている場合に、前記差分値
に基づき決定される極性と前記S/Nの値に基づき決定
される大きさとを有する直流成分に基づく直流成分の絶
対値よりも小さい直流成分を生成する直流成分生成手段
とを含み、前記直流成分生成手段により生成された直流
成分に基づいて前記ノイズ低減をなすようにしたことを
特徴とするノイズ低減回路が得られる。
【0018】
【発明の実施の形態】本発明の作用について述べる。入
力画像信号に加減算すべき直流成分の大きさや極性を決
定するために、S/Nの大きさや参照信号と入力画像信
号との差分値等のパラメータの他に、入力画像信号のエ
ッジ検出の有無等をもパラメータとして考慮することに
より、適切なノイズ低減のための直流成分を生成する。
【0019】以下に、本発明の実施例について図面を用
いて詳述する。
【0020】図1は本発明の実施例のブロック図であ
り、図10と同等部分は同一符号により示している。図
1において、参照信号生成回路1は図3(A)に示す如
き周知の低域通過フィルタや、図3(B)に示す如き周
知のメディアン(中央値)フィルタ等を用いたノイズリ
ダクション作用のあるフィルタリング処理により、入力
信号aから参照信号bを生成するものである。
【0021】図3(A)において、受信入力画像信号a
はDタイプFF(フリップフロップ)22〜25の縦続
接続回路へ入力されている。これ等DFF22〜25は
受信入力画像信号aのディジタルサンプリングクロック
に同期して動作するものである。
【0022】入力信号aとDFF25の出力とが加算器
26で加算され、DFF22とDFF24との出力が加
算器27にて加算され、またDFF23の出力と加算器
26,27の各加算出力とが、係数のi,k,jを乗じ
ることにより、加算器28にて加算されている。この加
算器28の出力が参照信号bとして用いられる。
【0023】図3(B)のメディアンフィルタについて
説明すると、映像信号は隣接する画素の相関性が高い性
質を利用し、ある定められた領域において、ノイズリダ
クションの対象となる画素をその領域の全画素をレベル
の大きい順に並べたときに中央値となる値に置換するよ
うにしたノイズリダクション回路である。
【0024】例えば、DFF29〜32の縦続接続回路
により互いに隣接する複数の画素をラッチし、これ等各
画素レベルを中央値出力回路33にて判別して中央値に
レベル置換して参照信号bとして導出するようになって
いる。
【0025】減算器2では、入力信号aから参照信号b
を減算する。このとき減算器2から出力される信号c
は、正負両方の値をとり、第一の直流成分生成回路5及
び第二の直流成分生成回路6に入力される。
【0026】S/N測定回路3では、入力した画像信号
のS/Nを測定する。これは、入力信号に予め決められ
たある特定レベルが重畳されている場合、そのレベルと
実際に入力した信号のレベルの差を積分する方法で測定
することができる。
【0027】エッジ検出回路4では、水平方向及び垂直
方向のエッジを検出する。エッジを検出する回路例を図
2に示す。ここで、19は水平方向のエッジを検出する
回路であり、20は垂直方向のエッジを検出する回路で
ある。エッジ検出回路4から出力された信号は、第三の
直流成分生成回路7に入力される。
【0028】図2に示す如く、このエッジ検出回路4は
水平エッジ検出部19と、垂直エッジ検出部20と、こ
れ等両エッジ検出部の出力を加算合成する加算部18
と、この加算出力を所定スレッショルドレベルと比較し
てそれ以上のレベルの場合にエッジ検出信号として出力
するスレッショルド回路21とからなる。
【0029】水平エッジ検出部19においては、入力画
像信号はラインメモリ10にて1ライン分保持され、次
に入力された1ライン分の信号と減算器11にて減算さ
れることにより比較される。この比較結果である差信号
が絶対値回路12において絶対値検出されることにより
水平エッジ検出が行われるようになっている。
【0030】垂直エッジ検出部20においては、例えば
3個のDFF13〜15の縦続接続構成により、3画素
分遅延した信号を生成し、減算器16にてこの3画素分
遅延した信号と現入力信号とが比較される。この比較結
果である差信号が絶対値回路17において絶対値検出さ
れることになり、垂直エッジ検出が行われるのである。
【0031】第一の直流成分生成回路5では、S/N測
定回路3で測定したS/Nの値からノイズの大きさに相
当する直流成分dの大きさを決定し、減算器2で得られ
た信号cから直流成分dの極性を決定する。すなわちc
の値が正のときは重畳されているノイズは正の値を持つ
と判定し、直流成分dは負の値をとり、cの値が負のと
きは重畳されているノイズは負の値を持つと判定し、d
は正の値をとる。また、受信信号のS/Nの値が高いと
きはdの絶対値は小さく、S/Nの値が低いときはdの
絶対値は大きくするようにする。直流成分dは第二の直
流成分生成回路6に入力される。
【0032】図4はこの第一の直流成分生成回路5の動
作例を示すフローチャートであり、S/Nの値に応じた
直流成分dの大きさ|d|を決定し(ステップ41)、
cが0かどうか(ステップ42)、cの極性(ステップ
43)が夫々判定される。
【0033】c=0であれば、ノイズ成分はないと考え
られるので、出力直流成分dは0とされ(ステップ4
4)、cが正であればdは負とされ(ステップ45)、
またcが負であればdは正とされる(ステップ46)こ
とは従来例と同じである。これ等dが第一の直流成分と
して出力される(ステップ47)。
【0034】第二の直流成分生成回路6では、受信信号
のS/Nの値が高いとき、すなわちノイズ分布の広がり
が小さいときは、先ず前記dの絶対値と前記cの絶対値
を比較し、第二の直流成分生成回路6から出力する直流
成分eの絶対値は前記cの絶対値よりも大きい値をとら
ないようにすることによって、必要以上に大きな直流成
分を加算し、逆にノイズが増加することを防止する。
【0035】また、受信信号のS/Nの値が低い場合は
前述のように、ノイズの分布の広がりが大きくなる。そ
こで、dの絶対値がcの絶対値よりも小さいときには第
2の直流成分生成回路6から出力する直流成分eは入力
した画像信号と参照信号の差分値であるcの値に近付け
るように制御する。
【0036】この場合、例えば図13で示すノイズ分布
に対して直流加算型ノイズリダクションを行ったとき、
入力信号と参照信号の大小関係が入力信号とノイズ信号
とを含んでいない信号の大小関係と一致した場合、従来
の回路構成では図14のpのようなノイズ分布となる。
しかし、本発明においては、大小様々な大きさのノイズ
に対応して直流加算量を変化させるため、図14のqの
ようなノイズ分布にすることも可能になり、大きなノイ
ズ低減効果が期待できるようになる。
【0037】図5はこの第二の直流成分生成回路6の動
作フローチャートである。先ず、S/Nの大きさを判定
し(ステップ52)、予め定められた値より大であれ
ば、e=dとして第二の直流成分を生成する(ステップ
52)。
【0038】そうでなければ、例えば、d≧cのときe
=dとし、d<cのときe=(d+3c)/4とする等
の方法により、e≒cとして第二の直流成分を生成する
(ステップ53)。そして、このeを第二の直流成分と
して出力する。
【0039】第三の直流成分生成回路7では、エッジ検
出回路4でエッジが検出されている場合、第三の直流成
分生成回路7から出力する直流成分fの絶対値は、第二
の直流成分生成回路6から出力する直流成分eの絶対値
よりも小さくすることによりエッジ部にぼけ感を生じる
ことを防止すると共に、エッジ部に大きな直流成分を加
算することにより歪みが生じ画質の劣化となることを防
止することができる。
【0040】図6はこの第三の直流成分生成回路7の動
作フローチャートであり、エッジ検出の有無が判定され
(ステップ61)、エッジが検出されると、第二の直流
成分eと第三の直流成分fとの関係が|f|<|e|に
なる様に設定される(ステップ62)。例えば、|f|
=|e|/2や、|f|=|e|・2/3等の関係にな
る様に予め設定されているものとする。
【0041】エッジが検出されなければ、第二の直流成
分をそのままf=eとして第三の直流成分として出力す
る。またステップ62で設定されたfをも第三の直流成
分として出力する(ステップ63)。
【0042】第四の直流成分生成回路8には、入力信号
aと第三の直流成分生成回路7から出力される直流成分
fが入力される。第四の直流成分生成回路8から出力さ
れる直流成分gは、加算器9から出力される値がその回
路のダイナミックレンジを越えないような直流成分とし
て出力されると共に、暗部では直流加算量を小さくし、
それ以外の部分ではfに等しい直流加算量を出力するこ
とにより、生成した直流成分が望ましい値からずれた場
合でも視覚的に画質を損なわないような直流成分として
出力される。
【0043】図7はこの第四の直流成分生成回路8の動
作フローチャートであり、入力画像信号aの大きさが判
定される(ステップ71)。この判定においては、画像
信号が8ビットであれば、例えばこの入力画像信号aが
4/256より大かどうかが判定される。
【0044】この判定結果により、大であれば第三の直
流成分fをそのまま第四の直流成分gとする(ステップ
72)。小であれば(a<4/256)、入力画像信号
aは黒レベルにあり、この黒レベルに大きな直流成分
(g)を加えて直流シフトさせると、誤動作したときに
画質の劣化として検知され易いことから、|g|<|f
|として出力するようにする(ステップ73)。例え
ば、|g|=|f|/2等とする。
【0045】そして、(a+g)が回路のダイナミック
レンジを越えるかどうかが判定され(ステップ74)、
そうであれば、256>a+g≧0となる様にする(ス
テップ75)。越えなければステップ72,73により
設定されたgを第四の直流成分として出力する(ステッ
プ76)。
【0046】そして、最後に加算器9にて入力信号aと
第四の直流成分gとが加算されてノイズリダクションが
なされる。
【0047】尚、上記第一〜第四の直流成分生成回路5
〜8は、入力条件が定まれば、出力直流成分が決定され
るので、ROM(リードオンリメモリ)により夫々構成
できると共に、全て共通の1個のROMでも実現可能で
ある。
【0048】図8は本発明の他の実施例のブロック図で
あり、図1と同等部分は同一符号により示している。本
実施例においては、図1の実施例におけるエッジ検出回
路4及び第三の直流成分回路7を省いたものであり、第
二の直流成分生成回路6の出力eを直接第四の直流成分
生成回路8へ供給する構成である。
【0049】本実施例では、入力画像信号のS/Nが悪
いときには、入力信号aと参照信号bとの差分値eを考
慮して第二の直流成分生成回路6にて直流成分eを生成
するものであり、そのフローチャートは図5に示すもの
と同じである。
【0050】こうすることにより、S/Nが悪い場合に
も種々の大きさのノイズに相当する直流成分を加算する
ことができ、大きなノイズ低減効果が期待できることに
なる。
【0051】図9は本発明の更に他の実施例のブロック
図であり、図1と同等部分は同一符号にて示している。
本実施例では、図1の実施例における第二の直流成分生
成回路6を省いて、第一の直流成分生成回路5の出力d
を直接第三の直流成分生成回路7へ供給する構成であ
る。
【0052】本実施例では、入力画像信号のエッジが検
出されたときには、第三の直流成分生成回路7において
直流成分fの大きさを小として、直流加算量を小さくす
ることにより、エッジ部にぼけ感が生じる問題等を解決
できる。
【0053】
【発明の効果】本発明によれば、入力画像信号と、その
画像信号とレベルを比較するためのノイズを低減した参
照信号との差分値によって直流加算量を制御することに
よって、必要以上に大きな直流成分を加算することで逆
にノイズが増加することを防止すると共に、受信信号の
S/Nが低い場合でも様々な大きさのノイズに相当する
直流成分を加算することが可能になり大きなノイズ低減
効果が期待できる。更に、映像のエッジ部では、直流加
算量を小さくすることにより、エッジ部にぼけ感が生じ
る問題や、エッジ部に大きな直流成分を加算することに
より歪みが生じて画質の劣化となる問題を解決すること
ができ、良好なノイズ低減を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例のブロック図である。
【図2】図1のブロックのエッジ検出回路4の具体例を
示すブロック図である。
【図3】図1のブロックの参照信号生成回路1の具体例
を示す図であり、(A)は低域通過フィルタ,(B)は
メディアンフィルタである。
【図4】図1のブロックの第一の直流成分生成回路5の
動作フロー図である。
【図5】図1のブロックの第二の直流成分生成回路6の
動作フロー図である。
【図6】図1のブロックの第三の直流成分生成回路7の
動作フロー図である。
【図7】図1のブロックの第四の直流成分生成回路8の
動作フロー図である。
【図8】本発明の他の実施例のブロック図である。
【図9】本発明の更に他の実施例のブロック図である。
【図10】従来の直流加算型ノイズリダクション回路の
ブロック図である。
【図11】高S/N時のノイズ分布を示す図である。
【図12】図11のノイズ分布で示される信号に対して
直流加算型ノイズリダクションを行ったときのノイズ分
布を示す図である。
【図13】低S/N時のノイズ分布を示す図である。
【図14】図11のノイズ分布で示される信号に対して
直流加算型ノイズリダクションを行ったときのノイズ分
布を示す図である。
【符号の説明】
1 参照信号生成回路 2 減算器 3 S/N測定回路 4 エッジ検出回路 5〜8 直流成分生成回路 9 加算器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 二宮 佑一 東京都世田谷区砧一丁目10番11号 日本 放送協会放送技術研究所内 (72)発明者 山口 孝一 東京都世田谷区砧一丁目10番11号 日本 放送協会放送技術研究所内 (72)発明者 合志 清一 東京都渋谷区神南二丁目2番1号 日本 放送協会放送センター内 (72)発明者 苗村 昌秀 東京都世田谷区砧一丁目10番11号 日本 放送協会放送技術研究所内 (72)発明者 福田 淳 東京都世田谷区砧一丁目10番11号 日本 放送協会放送技術研究所内 (56)参考文献 特開 平5−91367(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H04N 5/21

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 入力画像信号に対してノイズの大きさに
    相当する直流成分を加減算することによりノイズを低減
    するノイズ低減回路であって、前記入力画像信号からノ
    イズを低減した参照信号を生成する参照信号生成手段
    と、前記入力画像信号のS/Nを検出するS/N検出手
    段と、前記入力画像信号と前記参照信号との差分値を検
    出する減算手段と、前記差分値に基づき極性が決定され
    ると共に前記S/Nの値に基づき大きさが決定される
    1の直流成分を生成する第1の直流成分生成手段と、
    記S/Nの大きさと予め定められた値との比較結果及び
    前記第1の直流成分の絶対値と前記差分値の絶対値との
    比較結果に応じて前記第1の直流成分と前記差分値とを
    演算することにより第2の直流成分を生成する第2の直
    流成分生成手段とを含み、この第2の直流成分に基づい
    て前記ノイズ低減をなすようにしたことを特徴とするノ
    イズ低減回路。
  2. 【請求項2】 入力画像信号に対してノイズの大きさに
    相当する直流成分を加減算することによりノイズを低減
    するノイズ低減回路であって、前記入力画像信号からノ
    イズを低減した参照信号を生成する参照信号生成手段
    と、前記入力画像信号のS/Nを検出するS/N検出手
    段と、前記入力画像信号と前記参照信号との差分値を検
    出する減算手段と、前記画像信号のエッジ部分を検出す
    るエッジ検出手段と、前記エッジ検出手段によりエッジ
    が検出されている場合に、前記差分値に基づき決定され
    る極性と前記S/Nの値に基づき決定される大きさとを
    有する直流成分に基づく直流成分の絶対値よりも小さい
    直流成分を生成する直流成分生成手段とを含み、前記直
    流成分生成手段により生成された直流成分に基づいて前
    記ノイズ低減をなすようにしたことを特徴とするノイズ
    低減回路。
  3. 【請求項3】 前記画像信号のエッジ部分を検出するエ
    ッジ検出手段と、前記エッジ検出手段によりエッジが検
    出された場合、前記第1または第2の直流成分よりも小
    さい第3の直流成分を生成する第3の直流成分生成手段
    とを、更に含むことを特徴とする請求項記載のノイズ
    低減回路。
  4. 【請求項4】 前記参照信号生成手段は、低域通過フィ
    ルタまたはメディアンフィルタであることを特徴とする
    請求項1〜3いずれか記載のノイズ低減回路。
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