JP3334500B2 - ノイズリデューサおよびビデオ信号処理装置 - Google Patents

ノイズリデューサおよびビデオ信号処理装置

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    • H04N5/76Television signal recording
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、ディジタルビデ
オ信号中のノイズを低減する巡回型のノイズリデューサ
およびディジタルビデオ信号を記録/再生するためのビ
デオ信号処理装置に関する。
【0002】
【従来の技術】フレームメモリを使用した巡回型ノイズ
リデューサは、デジタル画像信号処理の分野で知られて
いる。これは、入力ビデオ信号とフレームメモリからの
1フレーム前のビデオ信号との差の内の小レベルの部分
をノイズとして抽出し、抽出したノイズ成分を入力ビデ
オ信号から減算することによって、ノイズを低減し、ま
た、ノイズが低減された信号をフレームメモリに書込む
ものである。フレームメモリの代わりにフィールドメモ
リを使用すれば、メモリの容量を少なくすることが可能
である。
【0003】図6は、従来のノイズリデューサの一例を
示す。1で示す入力端子からディジタル信号に変換され
たビデオ信号が供給され、この入力ビデオ信号Vinが減
算器2および3に供給される。減算器2の出力信号が出
力端子4に取り出されると共に、フレームメモリ5に書
込まれる。フレームメモリ5と関連してメモリコントロ
ーラ6が設けられている。メモリコントローラ6は、フ
レームメモリ5の書込み動作および読出し動作を制御す
るためのもので、フレームメモリ5の読出しデータは、
書込みデータに対して1フレーム遅延されたものであ
る。出力信号をVout と表し、1フレーム遅延をF-1
表す。フレームメモリ5の出力信号Vout・F-1が減算
器3に供給される。減算器3では、入力信号Vinが供給
されるので、フレーム差分が減算器3から発生する。
【0004】減算器3の出力信号が帯域制限用のローパ
スフィルタ7と非線形回路8を介して減算器2に供給さ
れる。非線形回路8は、入力(ローパスフィルタ7の出
力)信号のレベルに応じて帰還係数Kを乗じるもので、
ROMにより構成される。非線形回路8の入出力特性の
一例を図7Aおよび図7Bに示す。図7Aおよび図7B
において、入力は、例えば8ビット量子化で得られるビ
デオデータの値である。例えば入力値が2.0の場合、
出力値が2.0(帰還係数K=1)であり、入力値が
6.0より大きい場合、またはこれが−6.0より小さ
い場合では、出力値が0とされる。このように、小さい
範囲のフレーム差分をノイズ成分として出力し、大きい
フレーム差分は、動きにより発生したものとして、出力
を0としている。
【0005】また、図7Bにおいて破線で示す入出力特
性は、語長に制限が無いと仮定した時の入出力特性であ
る。この破線で示す入出力特性は、ゲインすなわち帰還
係数Kが1のものである。実際には、語長の制限がある
ので、図7Bに示すように、階段状の特性となる。例え
ば入力値が0.5より大きく1.5以下の場合では、出
力が1.0となる。図7Bの白いドットは、入力値が範
囲に含まれないこと、並びに黒いドットは、これが範囲
に含まれることをそれぞれ表している。この図7から分
かるように、フレーム差分が小さい場合に帰還係数Kが
1となる。非線形回路8の出力信号が減算器2に供給さ
れ、入力ビデオ信号から非線形回路8の出力信号が減算
される。その結果、出力ビデオ信号Vout が得られる。
【0006】このように、ノイズ成分は、フレーム間の
相関が小さく、且つ小振幅であるという特性を利用して
非線形回路8がノイズ成分を抽出する。減算器2におい
て、抽出されたノイズ成分が入力ビデオ信号から減算さ
れることによって、ノイズを低減することができる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】出力ビデオ信号Vout
は、次の式(1)で表すことができる。 Vout =Vin−K・(Vin−Vout ・F-1) =Vin・(1−K)/(1−K・F-1) ・・・(1) 一般的にノイズ低減効果を高めるために、小振幅におけ
る帰還係数Kを1.0とする。帰還係数Kの値をより細
かな精度の値としても良いが、その場合には、語長が延
びる。語長が延びると、メモリ容量が増大する問題が発
生するので、帰還係数Kを1としている。K=1.0を
式(1)に代入すると、式(2)が得られる。 Vout =Vout ・F-1 ・・・(2)
【0008】式(2)から分かるように、帰還係数Kが
1.0となるようなフレーム差分信号が小振幅の範囲内
において、出力信号は、常にフレームメモリ5の出力信
号Vout ・F-1となる。このことは、フレームメモリ5
のデータの内容が変化しないことを意味する。別の言い
方をすれば、読出されたデータをそのままフレームメモ
リ5に書込むことを意味する。その結果、フレーム差分
が小さい場合、1サンプルの下位ビットがフリーズされ
てしまう。それによって、出力ビデオ信号による画像の
画質が劣化する問題がある。帰還係数Kが1.0よりも
小さければ、下位ビットがフリーズしない。しかしなが
ら、語長が制限されている場合、帰還係数Kのとりうる
値が飛び飛びの値となり、帰還係数Kを精度良く設定す
ることができない。その結果、ノイズリダクションの効
果が弱まるおそれがあった。
【0009】従って、この発明の目的は、語長の制限の
下で、ノイズリダクション効果を保ちつつ、画質劣化を
防止することが可能なノイズリデューサおよびビデオ信
号処理装置を提供することある。
【0010】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明は、ディ
ジタルビデオ信号中のノイズ成分を低減するようにした
ノイズリデューサにおいて、ノイズ成分を抽出するため
のノイズ抽出手段と、抽出されたノイズ成分を入力ビデ
オデータからキャンセルするためのノイズキャンセル手
段と、ノイズキャンセル手段からのビデオデータを単位
時間遅延してノイズ抽出手段に供給するための遅延手段
とを有し、ノイズ抽出手段は、非相関成分を検出する検
出手段と、検出された非相関成分に対して帰還係数を乗
じた出力を発生する非線形手段と、帰還係数をランダム
に切り換える手段とからなるものである。
【0011】請求項5の発明は、ディジタルビデオ信号
をノイズリデューサに供給し、ノイズリデューサの出力
信号を記録または再生するようにしたビデオ信号処理装
置において、ノイズリデューサは、ノイズ成分を抽出す
るためのノイズ抽出手段と、抽出されたノイズ成分を入
力画像データからキャンセルするためのノイズキャンセ
ル手段と、ノイズキャンセル手段からの画像データを単
位時間遅延してノイズ抽出手段に供給するための遅延手
段とを有し、ノイズ抽出手段は、非相関成分を検出する
検出手段と、検出された非相関成分に対して帰還係数を
乗じた出力を発生する非線形手段と、帰還係数をランダ
ムに切り換える手段とからなることを特徴とするビデオ
信号処理装置である。
【0012】帰還係数を時間的にランダムに切り換える
ことができる。また、ランダム信号の発生確率を制御す
ることができる。それによって、語長を延ばすことな
く、平均的な帰還係数を高い精度でもって制御すること
ができる。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施例について
図面を参照して説明する。図1は、この発明を適用でき
るVTRの概略的な構成を示す。11で示す入力端子か
らのアナログビデオ信号がA/D変換器12に供給さ
れ、ディジタルビデオ信号へ変換される。このディジタ
ルビデオ信号がビデオ信号処理回路13に供給される。
ビデオ信号処理回路13では、Y/C分離によって、輝
度信号および色信号が分離され、輝度信号および色信号
がそれぞれ信号処理を受ける。輝度信号に対しては、A
GC(自動利得制御)等の処理がなされる。色信号に対
しては、ACC(自動カラー制御)、色復調等の処理が
なされる。ビデオ信号処理回路13からの輝度信号およ
び色信号または輝度信号のみがノイズリデューサ14に
供給される。ノイズリデューサ14は、この発明が適用
されたのもで、その詳細は後述する。
【0014】ノイズリデューサ14と関連してマイクロ
コンピュータ15が設けられ、マイクロコンピュータ1
5に対しては操作部16からの制御信号が供給される。
操作部16には、ノイズリダクションのモードを制御す
るモード制御スイッチが設けられており、ノイズリダク
ションのオン/オフの切り替え、ノイズリダクションオ
ン時の帰還係数の制御がなされる。ノイズリダクション
のオフは、帰還係数K=0とすることで達成される。帰
還係数の制御は、後述するように、ROMテーブルをラ
ンダムに切り換えことによってなされる。このROMテ
ーブルの切り換えが発生する確率を制御可能とされてい
る。
【0015】ノイズリデューサ14によりノイズが低減
されたビデオ信号がビデオ記録信号処理回路17に入力
される。このビデオ記録信号処理回路17においてコン
ポジットビデオ信号が生成される。コンポジットビデオ
信号がD/A変換器18を介して出力端子19に取り出
される。また、ノイズリデューサ14の出力信号がビデ
オ記録信号処理回路17において、輝度信号のエンファ
シス、エンファシスされた輝度信号のFM変調、色信号
の低域変換等の処理を受ける。
【0016】FM変調された輝度信号と、低域搬送周波
数に変換された色信号とからなるディジタル記録信号が
D/A変換器20によりアナログ記録信号へ変換され
る。アナログ記録信号がR(記録)/P(再生)アンプ
21を介してビデオヘッド22に供給され、電磁変換に
よりビデオテープ23に記録される。典型的には、ビデ
オヘッド22が回転ドラムに取り付けられ、回転ドラム
の周面に巻き付けられた状態でビデオテープ23が走行
される。
【0017】ビデオテープ23からビデオヘッド22に
より再生された信号がR/Pアンプ21を介してA/D
変換器24に供給され、ディジタル再生信号へ変換され
る。このディジタル再生信号がビデオ再生信号処理回路
25に供給される。ビデオ再生信号処理回路25では、
FM復調、ディエンファシスにより輝度信号を形成する
処理、低域変換の逆変換により色信号を形成する処理等
がなされる。ビデオ再生信号処理回路25からの再生信
号がノイズリデューサ14に供給される。
【0018】ノイズリデューサ14では、記録時と同様
に再生ビデオ信号がノイズリダクション処理を受ける。
ノイズリデューサ14からの再生ビデオ信号がビデオ記
録信号処理回路17の一部を通ることによりコンポジッ
ト信号へ変換され、このコンポジット信号がD/A変換
器18を介して出力端子19に出力される。
【0019】図2は、この発明が適用されたノイズリデ
ューサ14の一例を示す。入力ビデオ信号Vinが供給さ
れる入力端子31に対して、減算器32および33が接
続され、減算器32の出力信号が出力端子34に取り出
されると共に、フレームメモリ35に書込まれる。フレ
ームメモリ35と関連してメモリコントローラ36が設
けられ、フレームメモリ35により1フレーム遅延され
たデータが得られる。フレームメモリは、単位時間の遅
延素子の一つである。フレームメモリ35の出力信号V
out ・F-1が減算器33に供給され、減算器33からの
フレーム差分がローパスフィルタ37および非線形回路
38を介して減算器32に供給される。このようにフレ
ーム巡回型のノイズリデューサが構成されることは、従
来の構成と同様である。出力ビデオ信号Vout は、前述
の式(1)で表すものとなる。
【0020】ノイズリデューサ14では、帰還係数Kを
定める非線形回路38の特性(具体的な例としては、R
OMテーブル)を切り換えることが可能とされている。
非線形回路38に対して供給されるROMテーブル切り
換え信号は、加算器39から発生する。加算器39は、
M(最大長周期)系列発生器40からのM系列と帰還係
数制御信号とを加算する。帰還係数制御信号は、ROM
テーブルの切り換え信号の発生確率を制御する信号であ
り、マイクロコンピュータ15からノイズリデューサ1
4に対して供給される。なお、図示を省略するが、操作
部16における操作によってマイクロコンピュータ15
から発生した信号が非線形回路38に対して供給され、
この信号によって(K=0)とされ、ノイズリダクショ
ンをオフに設定することが可能とされている。
【0021】M系列発生器40は、3ビットのランダム
系列を発生する。従って、図3に示すように、M系列発
生器40の出力(b2 1 0 )は、(000)から
(111)までの値をランダムに且つ同じ確率で発生す
る。一方、帰還係数制御信号も3ビットであり、加算器
39では、これらの3ビットの全加算出力を発生する。
この加算出力のうちの4ビットめ(b3 )をROMテー
ブル切り換え信号として非線形回路38に供給する。
【0022】非線形回路38は、ROMに格納された二
つのROMテーブルを有し、第1のROMテーブルは、
図7Aおよび図7Bに示すような従来のノイズリデュー
サで使用されているものと同様のものであり、第2のR
OMテーブルは、図4Aおよび図4Bに示すように、異
なる帰還係数のものである。図4Aおよび図4Bに示す
ROMテーブルは、例えば入力値が2の場合で出力値が
1(帰還係数K=0.5)のものである。このROMテ
ーブルに限らず、他の入出力特性のROMテーブルを使
用することもできる。但し、図7A、図7Bに示される
ようなK=1のROMテーブルと組み合わされる場合で
は、K<1のROMテーブルを使用することが好まし
い。
【0023】一例として、ROMテーブル切り換え信号
(b3 )が`0' の時では、図7Aおよび図7Bに示され
るROMテーブルが選択され、これが`1' の時では、図
4Aおよび図4Bに示されるROMテーブルが選択され
る。ROMテーブル切り換え信号の`0' 、`1' と、選択
されるROMテーブルの関係は、これと逆であっても良
い。さらに、ここでは、二つのROMテーブルを切り換
えるようにしているが、3以上のROMテーブルを切り
換えても良い。
【0024】帰還係数制御信号のコード値によってRO
Mテーブルの切り換えの発生確率を選択する方法につい
て図3を参照して説明する。帰還係数制御信号が例えば
(111)の場合では、加算器32では、この制御信号
とM系列発生器40の出力信号とが加算される。加算出
力の上位側へ拡張したビットb3 が`1' になるのは、M
系列発生器40の出力信号の(000)以外の(00
1)〜(111)である。従って、b3 =`1' の確率
は、7/8(=0.875)である。
【0025】若し、帰還係数制御信号(b2 1 0
が(110)の場合では、M系列発生器40の出力信号
の(000)および(001)以外の(010)〜(1
11)の時にビットb3 が`1' になる。従って、その確
率は、6/8(=0.75)である。同様にして、切り
換え信号によって、ビットb3 が`1' になる確率を次の
ように制御することができる。
【0026】帰還係数制御信号が(101)の場合で
は、ビットb3 が`1' になる確率が5/8(=0.62
5) 帰還係数制御信号が(100)の場合では、ビットb3
が`1' になる確率が4/8(=0.5) 帰還係数制御信号が(011)の場合では、ビットb3
が`1' になる確率が3/8(=0.375) 帰還係数制御信号が(010)の場合では、ビットb3
が`1' になる確率が2/8(=0.25) 帰還係数制御信号が(001)の場合では、ビットb3
が`1' になる確率が1/8(=0.125)
【0027】このように、帰還係数制御信号によって、
非線形回路38のROMテーブル切り換えの発生確率を
制御することができる。その結果、平均的な帰還係数の
精度は、語長が制限されている下では、従来のノイズリ
デューサより高くすることが可能となる。実際には、平
均的な帰還係数が1未満とされ、それによって、ノイズ
リダクションによって、画像データの下位ビットがフリ
ーズすることを防止できる。
【0028】なお、M系列発生器40の出力のビット数
と帰還係数制御信号のビット数の3ビットは、一例であ
って、より多くのビット数としても良い。それによっ
て、より細かな精度で発生確率を制御することができ、
平均的な帰還係数の精度をより向上することが可能とな
る。
【0029】図5は、この発明によるノイズリデューサ
の他の実施例を示す。図2と対応する構成要素に対して
は、同一の参照符号を付してその説明を省略する。図5
の他の実施例では、間引き回路41によって、入力ビデ
オ信号を水平方向および/または垂直方向において間引
き、サンプリングレートが下げられたビデオ信号をフレ
ームメモリ35を含むループ内を巡回させるようにした
ものである。非線形回路38により抽出されたノイズ成
分は、補間回路42に供給され、本線のビデオ信号と同
一のサンプリングレートに戻される。補間回路42の出
力信号が減算器32に供給され、ノイズリダクションが
なされる。フレームメモリ35に対しては、減算器43
により抽出した間引き後のレートのノイズ成分が書込ま
れる。かかる他の実施例は、フレームメモリ35の実質
的なメモリ容量を削減することができ、ローコストな構
成とできる。
【0030】なお、この発明は、MPEG等の符号化に
よりビデオデータを圧縮し、圧縮したビデオデータをテ
ープ、ディスク等の記録媒体に記録し、記録媒体から再
生されたデータを復号する場合にも適用することができ
る。
【0031】
【発明の効果】この発明は、巡回型のノイズリデューサ
において帰還係数Kを時間的にランダムに切り換え、ま
た、そのランダム信号の発生確率を制御することによっ
て、語長を長くすることなく、平均的な帰還係数の精度
を高めることができる。語長を延ばす必要がないため
に、ハードウエアの規模を小さくすることができ、メモ
リ容量を低減することができる。また、この発明は、小
振幅における帰還係数を1にすることにより発生する疑
似輪郭現象(下位ビット落ち)を低減することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明を適用することができるVTRの一例
の概略的構成を示すブロック図である。
【図2】この発明によるノイズリデューサの一実施例の
ブロック図である。
【図3】帰還係数制御信号によりなされるビット切り換
え信号の発生確率の制御を説明するための略線図であ
る。
【図4】非線形回路のROMテーブルの一例を説明する
ための略線図である。
【図5】この発明によるノイズリデューサの他の実施例
のブロック図である。
【図6】従来のノイズリデューサの一例のブロック図で
ある。
【図7】非線形回路のROMテーブルの他の例を説明す
るための略線図である。
【符号の説明】
5,35・・・フレームメモリ、14・・・ノイズリデ
ューサ、18、38・・・非線形回路

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ディジタルビデオ信号中のノイズ成分を
    低減するようにしたノイズリデューサにおいて、 ノイズ成分を抽出するためのノイズ抽出手段と、 上記抽出されたノイズ成分を入力ビデオデータからキャ
    ンセルするためのノイズキャンセル手段と、 上記ノイズキャンセル手段からのビデオデータを単位時
    間遅延して上記ノイズ抽出手段に供給するための遅延手
    段とを有し、 上記ノイズ抽出手段は、非相関成分を検出する検出手段
    と、検出された非相関成分に対して帰還係数を乗じた出
    力を発生する非線形手段と、上記帰還係数をランダムに
    切り換える手段とからなることを特徴とするノイズリデ
    ューサ。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載のノイズリデューサにお
    いて、 上記ノイズ抽出手段は、上記帰還係数の切り換え発生確
    率を制御する制御信号発生手段をさらに有することを特
    徴とするノイズリデューサ。
  3. 【請求項3】 請求項1に記載のノイズリデューサにお
    いて、 入力される画像データが輝度信号および色信号からな
    り、上記輝度信号に対してのみノイズ低減を施すように
    したことを特徴とするノイズリデューサ。
  4. 【請求項4】 請求項1に記載のノイズリデューサにお
    いて、 入力される画像データが輝度信号および色信号からな
    り、上記輝度信号および色信号に対してノイズ低減を施
    すようにしたことを特徴とするノイズリデューサ。
  5. 【請求項5】 ディジタルビデオ信号をノイズリデュー
    サに供給し、上記ノイズリデューサの出力信号を記録ま
    たは再生するようにしたビデオ信号処理装置において、 上記ノイズリデューサは、 ノイズ成分を抽出するためのノイズ抽出手段と、 上記抽出されたノイズ成分を入力画像データからキャン
    セルするためのノイズキャンセル手段と、 上記ノイズキャンセル手段からの画像データを単位時間
    遅延して上記ノイズ抽出手段に供給するための遅延手段
    とを有し、 上記ノイズ抽出手段は、非相関成分を検出する検出手段
    と、検出された非相関成分に対して帰還係数を乗じた出
    力を発生する非線形手段と、上記帰還係数をランダムに
    切り換える手段とからなることを特徴とするビデオ信号
    処理装置。
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