JP4429232B2 - ビデオ信号中のインパルスノイズを検出する装置 - Google Patents

Description

本発明は、ビデオ信号中のインパルスノイズを検出するための回路に関する。

ビデオ信号中のインパルスノイズは比較的短い持続時間をもった急激な信号変化として特徴付けられる。ビデオ信号を汚染するインパルスノイズのエネルギスペクトルは、一般にビデオ信号の帯域幅全体にわたってフラットであり、一方、複合ビデオ信号のエネルギスペクトルはＤＣおよび色副搬送波周波数の近傍に集中している。すなわち、複合ビデオ信号のルミナンス成分は低い周波数で比較的高いエネルギを有し、約１ＭＨｚで次第に減少しており、クロミナンス成分のエネルギは色副搬送波周波数を中心として約２ＭＨｚの帯域幅に集中している。従って、約１．８ＭＨｚを中心としてビデオ信号エネルギが比較的少ないスペクトル領域が存在する。

１．８ＭＨｚを中心とする周波数領域ではビデオ信号のエネルギが最少であるから、この領域はインパルスノイズを検出するのに最適である。米国特許第4,398,210号明細書中には、複合ビデオ信号のこのスペクトル領域内でインパルスノイズを検出すると、複合ビデオ信号のダイナミックレンジ内の振幅をもったインパルスを検出する機会があることが示されている。上記米国特許第4,398,210号明細書中に記載された装置には、同時に隣接する３本の水平ラインから垂直方向に配列されたビデオ信号を与えるメモリ装置が含まれている。これらの信号は、約１．８ＭＨｚを中心とするスペクトル帯域を通過するようにそれぞれ帯域通過濾波される。第１および第３のラインからの濾波された信号は第２のラインからの濾波された信号からそれぞれ減算され、減算によって得られた各差は基準値と比較され、第２のラインからの濾波された信号もまた上記基準値と比較される。３つの比較結果はＡＮＤゲートに供給されて相関の存在、不存在が決定され、それによってインパルスノイズの存在、不存在が決定される。
米国特許第4,398,210号

上記米国特許第4,398,210号明細書中に記載された装置は有効なインパルスノイズ検出器であることが立証されているが、そのハードウエアが非常に複雑になる傾向がある。すなわち、この装置は２個の広帯域メモリと比較的複雑な相関検出回路を必要とする。本発明はこのような従来のインパルスノイズ検出器の欠点を解消することを目的とする。

発明の概要
本発明のインパルスノイズ検出器は、最少の相対的エネルギを呈するビデオ信号のスペクトル領域に中心をもつビデオ信号周波数の帯域を通過させる帯域通過フイルタを具備している。帯域通過濾波された信号はサブサンプリングされたラインくし形フイルタに供給される。くし形フイルタの出力接続には閾値検出器が接続されていて、インパルスノイズの発生を検出する。

以下では本発明をデジタルビデオ信号およびデジタル信号処理回路に関して説明するが、本発明は対応するアナログ信号処理素子を適当に選択することによりアナログビデオ信号にも適用できることは云う迄もない。ビデオ信号は色副搬送波周波数の４倍の周波数（４ｆ_SC）で発生するサンプルをもった並列ビットの２の補数フォーマットであると仮定する。

図１を参照すると、デジタルビデオ信号は信号源１０から供給される。デジタルビデオ信号源１０は、例えば、チューナ、中間周波数回路および放送アナログビデオ信号をデジタル形式に変換するためのアナログ−デジタル変換器を含むものである。信号源１０は上記の他にある種の形式の記録媒体、適当な信号ピックアップ装置であってもよい。信号源１０からのデジタルビデオサンプルは図３に示すような周波数応答特性に類似した周波数応答特性をもった帯域通過フイルタ１２に供給される。帯域通過フイルタ１２の応答中心周波数は約１．８ＭＨｚ、あるいは複合ビデオ信号のエネルギが最少になる当たりで現れるように選定されている。

図２はフイルタ１２用に構成された代表的なフイルタの構成を示す。図２で、Ｚ^-4と記された素子は各ビデオ信号サンプルを４サンプル期間だけ遅延させる遅延素子である。非遅延サンプルおよび合計で８サンプル期間遅延されたサンプルは（−１／２）の重みが付けられて加算回路に供給され、該加算回路においてこれらの各サンプルは４サンプル期間だけ遅延されたサンプルに加えられる。加算回路における加算によって帯域通過濾波された信号が生成される。この特定の構成をもったフイルタは、１．８ＭＨｚを中心とする帯域通過特性をもっているという点に加えて３．５８ＭＨｚでナル（ゼロ応答）を呈して色副搬送波を減衰させ、それによってビデオ信号のダイナミックレンジ内でのインパルスノイズの検出感度をさらに向上させることができるという点で有利である。

再び図１を参照すると、帯域通過濾波された信号は、２の補数化回路とマルチプレクサとを含む整流素子１４に供給されて整流される。濾波された信号はマルチプレクサの一方の入力と２の補数化回路に供給され、２の補数化回路の出力はマルチプレクサの他の入力に供給される。帯域通過濾波された信号の符号ビットはマルチプレクサに供給されて、該マルチプレクサが第１の極性の帯域通過濾波された信号を通過させ、また第２の極性を呈する帯域通過濾波された信号の２の補数化されたサンプルを通過させるように制御する。整流を行うための回路をスクエアリング回路で構成することもできる。

一般に、テレビジョン受像機のＩＦ回路はノイズインパルスがリンギングを生じさせたりバースト状信号となり易いが、素子１４によって与えられる整流によりこのバースト状信号をパルスに再構成することができる。

素子１４からの整流された信号は約１ＭＨｚのカットオフ周波数をもった低域通過フイルタ１６に供給される。この低域通過フイルタ１６は帯域通過フイルタ１２を通過したより高い周波数成分をさらに減衰させ、ノイズインパルスによって生成されたパルスの幅を広げるように作用する。低域通過フイルタ１６からの低域通過濾波されたサンプルは素子１８、２０および２６を含むくし形フイルタに供給される。図示のように、２−Ｈ形式のくし形フイルタが使用されているが、１−Ｈ形式のくし形フイルタを使用してもよい。素子１８、２０はそれぞれ低域通過濾波されたサンプルに１ライン期間の遅延を与える。非遅延サンプルと２−Ｈの遅延が与えられたサンプルはそれぞれ（−１／２）の重みが付けられて加算回路２６に供給され、該加算回路２６において１ライン期間だけ遅延されたサンプルに加算される。

通常は大抵のビデオイメージにはかなりの垂直方向の冗長性があるが、インパルスノイズによる垂直方向の冗長性は極めて稀である。垂直イメージ冗長性（従って、サンプルによって表される実質的にすべてのビデオ情報）は加算回路２６において行われる加算によって相殺される。もしイメージの冗長性が３本のラインのうちの２本のラインの間においてのみ存在すれば、上記の相殺効果はライン間の差の値の約１／２に減少する。インパルスノイズ（あるいは信号のドロップアウト）は一般にランダム（でたらめ）に発生し、しかもかなり大きな振幅をもっているが、ある任意の時点で加算回路２６に供給される信号のうちの１つの信号にのみ存在するにすぎない。そのため、加算回路２６の出力には比較的大きなパルスを生じさせる。このような比較的大きな振幅のパルスは容易に検出することができる。

加算回路２６からのサンプルの和は、ゼロ値近くの低振幅値を除去するコアリング回路２８に供給される。従って、コアリング回路２８は予め設定された振幅を超える値のみを通過させる。この振幅は、コアリング回路２８によって通過させられたサンプルが垂直イメージ冗長性の欠如によって生ずる残留ビデオ信号よりもインパルスノイズを表わす確率が高くなるように選定されている。コアリングの深さは信号の振幅の関数として適応性をもたせるようにすることができる。加算回路２６が和の大きさのみを供給するように構成されておれば、コアリング回路を減算器と置き換えることができる。この場合、予め設定された閾値は和から減算される。この閾値は、もし必要ならば以下にコアリング制御回路について説明するように適応形とすることもできる。

加算回路２２および１サンプル期間遅延素子２４は２サンプル期間以上の期間にわたって生ずるサンプル値の連続和を発生する累算器として構成されている。この和は各ライン期間ごとに１回ラッチ３２に記憶される。ラッチされた和は重みが付けられ、制御信号として適応形コアリング回路２８に供給されて、次に続くライン期間に対するコアリングの深さを設定する。

コアリング回路２８の出力は閾値検出器３６に供給され、該閾値検出器３６は、それに供給されたサンプルに対する予め設定された値よりも大きな第１の状態および上記予め設定された値よりも小さい第２の状態を表わす信号を発生する。閾値検出器によって与えられた信号はインパルス指示信号である。

コアリングされた信号は図５に示すような形のＳ字状伝達関数を持った装置３４を経て閾値検出器３６に供給される。装置３４の伝達関数は数学的に下記の数式１によって表される。

ここで、（ｉｎ）はコアリング回路からの出力を表わし、φは定数を表わす。閾値検出器３６に供給されたサンプルにＳ字状伝達関数を与えることにより上記閾値に比較的近い値をもったサンプルに対するインパルス検出の不確定性を多少緩和することができる。

閾値検出器３６によって与えられた信号は偽指示信号（false positives）を含む可能性がある。すなわち信号が実際には存在しないインパルスノイズを示す可能性がある。この偽指示信号は、フレーム相互間の相関をチェックすることによって、あるいは閾値検出器によって与えられたインパルス検出信号のライン相互間の相関をチェックすることによって取り除くことができる。前述のように、インパルスは信号の垂直方向に整列した位置で生ずる可能性は殆どなく、またインパルスが連続するフレームで一時的に整列して生ずる可能性も殆どないと言える。もしインパルス指示が垂直方向に整列して、および／または一時的に整列して生ずると、このような指示は偽指示信号である可能性が極めて高い。

偽指示信号は図４に示すような形式の回路を使用することにより減少あるいは除去することができる。図４において、閾値検出器からの信号は遅延素子５０の入力接続およびＡＮＤゲート５２の非反転入力接続に供給される。遅延素子５０からの遅延された信号はＡＮＤゲート５２の反転入力接続に供給される。垂直あるいは一時的相関が偽指示信号の検出に対する基準であるか否かによって、遅延素子５０はそれぞれライン遅延あるいはフレーム遅延になる。入力信号中のインパルス指示が論理１状態によって表されるものと仮定すると、入力信号が論理１状態を示す場合は、入力信号（インパルス指示信号）はＡＮＤゲート５２を通過することができる。すなわち、入力信号中のインパルス指示と遅延された信号との間に相関が存在しないときはＡＮＤゲート５２は付勢されて入力信号を通過させる。逆に入力信号中のインパルス指示と遅延された信号との間に相関が存在するときは、ＡＮＤゲート５２は遅延素子５０から反転入力接続に供給される論理１の値によって消勢される。

４ｆ_SCのサンプルは約１ＭＨｚのカットオフ周波数をもった低域通過フイルタ１６によって低域通過濾波されるから、くし形フイルタに供給されたサンプルは著しく過サンプルされている。従って、低域通過フイルタ１６からの出力サンプルはその情報を失うことなく例えば係数４でサブサンプルされる。低域通過フイルタ１６によって与えられるサンプルをサブサンプルすることによって、少ない段数の遅延段をもった遅延線１８および２０を使用することができる。４ｆ_SCのサンプルリング率では、各遅延線１８、２０は９１０段の遅延段あるいはメモリ段数を必要とする。しかし、信号が４：１にサブサンプリングされていると、各遅延線は僅か２２８段の遅延線を必要とするに過ぎない。くし形フイルタに後続する回路は１／４の速度で動作すればよく、偽指示信号検出器／低減器中に組み込まれる遅延段の数も同様に減少させることができるという効果が得られる。

さらに、遅延素子５０に供給されるインパルス指示信号を低域通過濾波することによって、また低域通過濾波されたインパルス指示信号をサブサンプリングすることによって偽の存在指示信号検出器中の遅延装置に必要とする段数をさらに減少させることができる。

本発明を実施したインパルスノイズ検出器の構成を示すブロック図である。 ビデオ信号のエネルギが最少の周波数領域の近傍に位置するビデオ信号スペクトルの部分を通過させるように構成された代表的な帯域通過フイルタを示すブロック図である。 図２に示す帯域通過フイルタの周波数応答特性を示す図である。 疑似インパルスノイズ発生の検出を減少させるための代表的な回路を示すブロック図である。 代表的なＳ字状伝達関数をもった特性を示す図である。

符号の説明

１０ ビデオ信号源
１２ 帯域通過フイルタ
１４ 整流素子
１６ 低域通過フイルタ
１８ １Ｈ遅延線
２０ １Ｈ遅延線
２２ 加算器
２４ サンプル遅延線
２８ コアリング回路
３０ 重み付け回路
３２ ラッチ回路
３４ Ｓ字状伝達関数装置
３６ 閾値検出器
３８ 偽指示信号減少器

Claims (2)

1. ビデオ信号中のインパルスノイズを検出する装置であって、
   ビデオ信号源と、
   前記ビデオ信号源に結合されていて、最大ルミナンス・エネルギを含むビデオ信号スペクトル領域と、最大クロミナンス・エネルギを含むビデオ信号スペクトル領域との間に位置する最小ビデオ信号エネルギの領域に中心を持つ通過帯域を有する１つのフィルタ手段であって、前記最大ルミナンス・エネルギを含むビデオ信号スペクトル領域および前記最大クロミナンス・エネルギを含むビデオ信号スペクトル領域を充分に減衰させるよう構成された１つのフィルタ手段と、
   前記フィルタ手段に結合されていて、整流されたビデオ信号を供給する出力端子を有する信号整流手段と、
   前記信号整流手段に結合されていて、上記フィルタ手段を通過した信号を減算ラインくし形濾波する１つの減算ラインくし形フィルタと、
   前記減算ラインくし形フィルタに結合されていて、くし形濾波された信号から所定の振幅より小さい信号を除去するコアリング回路と、
   前記コアリング回路に結合されていて、前記減算ラインくし形フィルタを通過した信号であって或る閾値より大きい信号に対して第１の状態を持ち、前記減算ラインくし形フィルタを通過した信号であって前記或る閾値より小さい信号に対して第２の状態を持つ信号を供給する信号供給手段と、
   を具える、装置。
2. さらに、前記コアリング回路と前記信号供給手段の間に結合されていて、Ｓ字状伝達関数を持った回路を含む、請求項１に記載の装置。
   

Images