JP3628697B2 - ノイズ測定方法及びその装置 - Google Patents

Description

背景技術
技術分野
本発明は、ノイズ測定のための方法及び装置に関する。
関係ある従来技術の説明
J.O.Drewery,R.Storey及びN.E.Tanton著によるBBC report Video Noise Reduction、BBC RD 1987/7、section7.3には、空間フィルタの出力信号の最小値又は最も低い値がノイズレベルを表すという仮定に基づいたノイズ測定の方法を開示している。動きがなければ、得られる実際の最小値は、どれくらい多くのサンプルが一度にとれるかに明らかに依存する。サンプルが多くとれれば、得られる前記値は低くなる。実際には、フィールド毎に一度の測定を得るために平均して256ラインの値のテレビライン全体を通じて最小化がなされることにより得られる。これは、動きのない領域が各ラインのどこかにあることを意味する。
1986年５月20日に出願された日本特許公報特開昭61−116911号には、ノイズの大きさ及び信号処理を使ったノイズリデューサを開示する。レベル差検出回路は、デジタル画像信号を受け、現在の入力である１サンプルの画像信号と１サンプル前の入力である１サンプルの画像信号との間のレベル差の絶対値をデジタル的に検出し、前記レベル差の絶対値に対応するデジタル信号を出力する。積分回路は、定められた期間画像信号の毎フィールドに存在する周期的設定信号に応じて、前記レベル差検出回路の出力信号をデジタル的に積分する。前記レベル差検出回路とともに、前記積分回路は、ノイズ検出手段を構成する。
水平又は垂直ブランキング区間内の信号エネルギを使うノイズ測定方法は、カメラからディスプレイまでの経路の幾つかの場所で、新しい（クリーンな）ブランキング信号が当該経路内の後工程でクランプを容易にするために挿入されるだろうという欠点をもつ。新しいデータサービス（例えばテレテキスト）や付加の拡大信号（DATV等）の出現が画像信号内の予定されていたフリーなブランキング領域内に占められるという他の問題もある。
発明の目的及び概要
本発明の目的は、ノイズ測定のためのより信頼性のある方法及び装置を提供することにある。この目的のため、請求項１に記載された方法を本発明は提供し、請求項２に記載された装置を本発明は提供する。従属請求項により有利な例が定められる。
好ましい実施例においては、（好ましくは非常に）多数のノイズの推定値が各画像期間計算される。例えば、このような推定値は、あらかじめ決められた小領域にわたって現在のピクセル値と遅延したピクセル値との間の絶対差を加算することにより得られる。幾つかの区間が可能性ある推定値の範囲内に定められ、各区間は特定の出力ノイズ形態に関係する。少なくともあらかじめ決められた数の推定値を含み、同時に当該範囲内の最も低い区間は、現在の出力ノイズ形態を決める。
【図面の簡単な説明】
前述の不具合を解消するためにビデオ信号内のノイズを測定することは、可能である。
これ以降述べられる実施例を参照して、本発明のこれらの事が明らかになり説明されるだろう。
図１は、本発明の第１実施例にしたがうノイズ測定回路を示し、図２は、図１の実施例において用いられる差信号決定回路を示し、図３は、本発明の第２実施例にしたがうノイズ測定回路を示し、図４は、図３の実施例において用いられる差信号決定回路を示す。
発明の好ましい実施の形態
図１のノイズ測定回路において、入力画像信号が差信号決定回路１に印加される。当該差信号決定回路１の一つの可能な実施例が図２に示される。非常に多数の（例えば175、000個の）小さなブロックのピクセルの各ブロック出力に対して、差信号SAD（sum of absolute differences）が得られる。当該差信号SADはノイズの推定値として考慮される。差信号SADは、比較器３の区間範囲入力部として用いられた範囲Ａ及びＢにより決められる区間内に差信号SADがあるかどうかを決める比較器３に印加される。差信号SADが区間［A,B］内にあることを当該比較器３がわかったならば、カウンタ５のカウントが増える。当該カウンタ５は、画像周波数信号Fpにより画像周期毎に一度リセットされる。ノイズが画像周期毎に一度ではなく他の周期毎（例えばフィールド周期、数フィールド周期）に一度決められるならば、適切に適合したリセット信号が前記カウンタ５に印加されなければならない。差決定回路１、比較器３、及びカウンタ５はサンプル周波数Fsのクロック信号を受ける。カウンタ５のカウントは、あらかじめ決められた数NEと比較器７内で比較される。NEは、実験的に最適化されあらかじめ決められた整数値である。NE＝496でよい結果が得られ、これは全体のブロック数の0.28％である。カウンタ９のカウントは、もし前記カウンタ５のカウントがNEを越えたならば減少し、一方でカウンタ５のカウントがNE以下ならばカウンタ９のカウントは増加する。この目的のため、比較器７の比較出力はカウンタ９のアップダウン入力部に接続される。カウンタ９のクロックは、カウンタ５がリセットされる画像周波数信号Fpである。カウンタ９のカウントはノイズ測定結果を形成する。このカウントは区間の比較器３の下限Ａを構成し、ｆ^＊Ａは前記区間の比較器３の上限を構成する。好ましくはｆは、1.5に等しい。又は、当該上限は前記下限と固定のオフセットとの和に等しい。
複数のあらかじめ決められたノイズ推定値区間のどのノイズ推定値区間が、少なくともあらかじめ決められた数のノイズ推定値SADを含み、同時に最も低い上限Ｂを持っているかを決めるのに図１に示された実施例はとても簡単なやり方であり、出力ノイズ測定値は、決められたノイズ推定値区間に依存する。もちろん、他の同様な実施例もあるだろう。示された実施例においては、区間範囲A,Bの両方は、カウンタ９の出力に依存し、下限Ａを固定して（例えば０、又は正の小さい値）を持たせて上限Ｂだけがカウンタ９の出力に依存させることも可能である。
図２は、差信号決定回路１の実施例を示す。差信号SADが水平方向に隣り合うピクセル間の差に基づいているべきであるならば、入力画像信号がピクセル期間の遅延用遅延要素11に印加される。前記差信号が垂直方向に隣り合うピクセル間の差に基づいているべきならば、前記遅延要素11は、ディレイラインであるべきである。フィールドディレイならば、時空的に隣り合うピクセルに対応するだろう。前記遅延要素11の入力と出力との差の絶対値は、絶対差回路13により決められ、この出力はカスケード接続しているピクセル遅延要素15、17、19と結合されている。絶対差回路13及びピクセル遅延要素15、17、19の各出力信号は、図１に示された比較器３に印加される差信号を得るために加算器21〜23により加算される。同一の結果をもたらす他の加算形式も可能である。
最大数のノイズ推定値を得るために、差信号SADは可能なかぎり最小グループのピクセルで計算されるか、ピクセルの集団が部分的にオーバラップされるべきである。前記最小グループのピクセルは、唯一のピクセルを含み、この場合には差信号SADはこのピクセルと隣接するピクセルとで計算される。この最小実施例は、ノイズ測定値（特に低いノイズレベルに対して）が輝度信号の量子化により妨害（無視）されるという欠点をもつ。従って、良い結果は、Ｍ個のピクセルグループで得られ、Ｍは１より大きい整数であり、このグループはこのグループと隣り合うグループとＭ−１個の共通のピクセルをもつように定めることにより前と同様の同じ数のノイズ推定値を実現する。８ビット環境下では、一つの画像ライン上で隣接する４個のピクセルであるＭ＝４がとても適しているということがわかった。
図３は、以下のような考えに基づく本発明の第２の実施例にしたがうノイズ測定回路を示す。画像の非常に明るい又は非常に暗い領域内の輝度信号のクリッピングは、ノイズ推定値の質に悪影響を及ぼすということがわかった。このような状況で質を改善するために、新しい変数、すなわちブロック（SOB）内の全てのピクセルの輝度レベルの和が定められ、カウンタ５のカウントは、差信号が上述の区間［A,B］内にあって、且つ信号SOBが区間［C,D］内にあるときだけ増加する。前記ノイズ測定回路の操作にもはや影響を受けないぐらいに画像の非常に暗い及び非常に明るい領域が選ばれている限りは、これらの正確な値は必要でないということが明らかであるので、上下の区間範囲C,Dはクリティカルでない。ピクセルが８ビットで表され各ブロックが４ピクセルを持つ実施例において、Ｃ及びＤの値がそれぞれ100と960にセットされる。信号SOBの使用は、どこに水平及び垂直ブランキング区間が位置されているのか、又は14:9又は16:9のアスペクト比であって中心に画像をもつレターボックス信号が送られたかどうかを知ることがもはや必要ではないという利点をもつ。なぜならば、画像がない全ての部分は区間［C,D］外であり、ゲートパルスの必要なしにノイズ測定から自動的に除かれるからである。好ましい実施例において、図１の実施例と同一のスレショルドNEが用いられ、信号SOBが区間［C,D］内にあるという付加の制限を使用して、非常に多くのブロックが実行されるならば、当該スレショルドNEを適合させることは可能である。
図３の実施例は図１の実施例に主に対応し、この差は：
差信号SADと信号SOBとの両方を計算する回路1Aによる前記差計算回路１の置き換えと、
前記差信号SADが区間［A,B］内にあり且つ信号SOBが区間［C,D］内にあるならばカウンタ５のカウントを増加させるだけのダブル比較器3Aによる比較器３の置き換えとである。
図４は、差信号SADと信号SOBとの両方を計算するための回路1Aの実施例を示す。図４の実施例は図２の実施例に主に対応し、この差は：
前記遅延要素11の出力又はゼロ信号の何れかを前記絶対差回路13に印加するマルチプレクサ12の挿入と；
差信号SAD又は信号SOBを供給するために前記加算器23の出力部にデマルチプレクサ24を挿入することである。当該マルチプレクサ12及び当該デマルチプレクサ24はピクセル周波数Fsの信号により同期してスイッチされる。
上述した実施例は本発明をむしろ制限して表したものであり、当業者は請求の範囲から出発することなしに、他の多くの実施例を設計可能であるということに注意されたい。例えば図１、図３は、ノイズ測定信号が区間範囲A,Bを制御するリカーシブな実施例を示している。各々が要素３〜７を有する小さな数の平行処理路をもつことも可能であり、各路は独自の固定された区間範囲Ａ、Ｂの組を持つ。同時に最も低い上限Ｂと少なくともあらかじめ決められた数のノイズ推定値（差信号SAD）とを持つ当該路は、画像信号内のノイズレベルを示す。８個の平行路が用いられ、カウンタ９が３ビットカウンタならば、結果は完全に図１、図３の実施例と比較できる。しかしながら、図１、図３に示されるノイズ測定ループは幾つかの平行路を必要とする実施例よりもっと少ない要素ですむことは明らかである。
本発明の変形として、ノイズが相対的に平坦な領域だけで測定され、前記NEはスレショルドThにより置き換えられ、好ましくは（Ｔ−20.000）/128であり、Ｔは当該平坦な領域に属する全体のブロック数である。図３の実施例において、ピクセルに対して計算された和SOBを当該ピクセルの数により分割された和SOBの商と、現在受けているピクセルとの間の差の絶対値が、例えば低位５ビットに等しいスレショルドより下であることを満たすような領域として、平坦な領域は、例えば定められる。
本発明の好ましい実施例は、標準のアスペクト比（4:3）の画像が、画像の左右のサイドにバーをもつ第１の拡げない表示とスクリーンの最大幅を満たすために画像が拡げられる第２の表示との間で当該4:3の画像表示をスイッチングすることが少なくともできる（16:9）のワイドスクリーン受信機で表示される場合に適用される。好ましくは、多くの中間の表示も可能である。本発明の適用は、4:3画像の拡張されない前記第１の表示を得るために、フルワイドのスクリーンのライン期間は受信信号のライン期間と同一であるので、受信画像信号が圧縮されるべきであるという認識に基づいたものである。この圧縮は、16:9の画像又は4:3の画像の拡げられた表示と比較して、増大された高い周波数をもたらす。適用がなければ、この増大された高周波数はノイズとして誤解されるかもしれない。好ましくは、NEは次のような圧縮比に依存する。圧縮されないということ（圧縮比１）は、ライン上に720の能動ピクセルがあることを意味し、この数は圧縮が適用されると減少する。圧縮比２では、360個の能動ピクセルだけになる。１より小さい圧縮比は、画像がズームされることを意味する。能動ピクセルの数は32で分割され、商は８で縮小される。当該結果としてNEのために以下のようなリストの値が用いられる：
56、64、72、80、96、120、160、200、216、256、304、352、400、496、600、720、960、1200、1400、1600。
他の実施例において、ノイズ推定値SADは、圧縮（拡大）比に依存する総量により減少（増大）する。NEの適合化は、しかしながらとても簡単である。
本発明の他の実施例において、画像信号はピーキング操作され、NEの値は当該画像信号に用いられるピーキングに適合される。画像信号に用いられるピーキングに依存する総量によりノイズ推定値を減らすことは可能であり、NEの適合化はより簡単である。
さらに本発明の他の実施例においては、光記録媒体からの実質的にノイズフリーな信号が処理されるべきとき特に適していて、毎秒１回ゼロノイズ「区間」が少なくともあらかじめ決められた数のノイズ推定値を含んでいるかどうかをテストする。もしそうなら、前記カウンタ９は、リセットされる。前記カウンタ９は３ビットカウンタであってもよい。前記比較器3,3Aは、図１、図３に示されたようなＡ＜SAD＜Ｂのかわりに、Ａ≦SAD≦Ｂかどうかを調べるものでもよい。カウンタ９のノイズ測定結果出力は、前記カウンタ９のリセットにより生じるこの測定結果の不所望のジャンプを緩和するようにメディアンフィルタに印加されてもよい。メディアンフィルタは、４ピクセル遅延をもつディレイラインの入力部、中間タップ部及び出力部に接続される３入力部をもってもよい。このメディアンフィルタ出力は、比1:15で新しい情報と古い情報とを混合するリカーシブフィルタに印加されてもよい。例えばピクセルディレイのようなこのリカーシブフィルタの遅延要素は、前記カウンタ９がリセットされるならばリセットされてもよい。

Claims (10)

1. 多数のノイズ推定値を計算する工程を有す る画像信号のノイズを測定する方法であって、それぞれ 上限及び下限ノイズ推定値により境界を決められた複数のあらかじめ決められたノイズ推定値区間のどのノイズ推定値区間があらかじめ決められた数のノイズ推定値を少なくとも含み同時に最も低い区間上限をもつかを決める工程を有し、出力ノイズ測定値が当該決められたノイズ推定値区間の区間境界に依存することを特徴とする画像信号のノイズを測定する方法。
2. 多数のノイズ推定値を計算するための手段を有する画像信号のノイズを測定するための装置であっ て、それぞれ上限及び下限ノイズ推定値により境界を決 められた複数のあらかじめ決められたノイズ推定値区間のどのノイズ推定値区間があらかじめ決められた数のノイズ推定値を少なくとも含み同時に最も低い区間上限をもつかを決定するための手段を有し、出力ノイズ測定値が当該決められたノイズ推定値区間の区間境界に依存することを特徴とする画像信号のノイズを測定するための装置。
3. 請求項２に記載の装置において、前記計算手段が、入力画像信号を遅延して遅延信号を供給する手段と、前記入力画像信号及び前記遅延信号に基づいて差信号を決定するための手段とを有し、当該差信号が前記ノイズ推定値であることを特徴とする装置。
4. 請求項３に記載の装置において、前記差信号決定手段が、前記入力画像信号のサンプルと前記遅延信号のサンプルとの間の差の絶対値を得るための手段と、あらかじめ決められた数のピクセル期間にわたって前記絶対値を遅延させて複数の絶対値信号を得る手段と、前記絶対値信号を加算して前記差信号を得る手段とを有することを特徴とする装置。
5. 請求項２に記載の装置において、前記決定手段が、前記ノイズ推定値を前記区間上限と比較するための手段と、前記ノイズ推定値が前記区間上限より下である回数をカウントして第１のカウント信号を供給する手段と、前記第１のカウント信号をあらかじめ決められた値と比較して比較信号を得る手段と、前記比較信号により第２のカウント信号を変更して前記出力ノイズ測定値を得る手段とを有する装置。
6. 請求項５に記載の装置において、前記画像信号が圧縮又は伸張操作され、前記画像信号が表示される圧縮又は伸張比に前記あらかじめ決められた値が適合されることを特徴とする装置。
7. 請求項５に記載の装置において、ノイズが前記画像信号内の相対的に平坦な領域に対してだけ測定され、前記あらかじめ決められた値が前記相対的に平坦な領域内のノイズ推定値の数に適合されることを特徴とする装置。
8. 請求項５に記載の装置において、前記画像信号がピーキング操作され、前記あらかじめ決められた値が前記画像信号に適用された前記ピーキングに適合されることを特徴とする装置。
9. 請求項２に記載の装置において、前記決定手段が前記出力ノイズ測定値に依存した前記区間上限を制御するための手段を有することを特徴とする装置。
10. 請求項２に記載の装置において、前記決定手段があらかじめ決められた区間内の入力画像信号値と対応するノイズ推定値だけを考慮するための手段を有することを特徴とする装置。

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