JP4551873B2

JP4551873B2 - 雑音量測定装置

Info

Publication number: JP4551873B2
Application number: JP2006029790A
Authority: JP
Inventors: 貴之佐藤; 秀次高橋
Original assignee: Oki Semiconductor Co Ltd
Current assignee: Lapis Semiconductor Co Ltd
Priority date: 2006-02-07
Filing date: 2006-02-07
Publication date: 2010-09-29
Anticipated expiration: 2026-02-07
Also published as: JP2007214660A; KR101283430B1; CN101018289A; CN101018289B; US7920153B2; US20070182863A1; KR20070080560A

Description

本発明は、映像信号に含まれる雑音量の測定技術に関するものである。

図２は、下記特許文献１に記載された従来の雑音量測定装置の構成図である。
この雑音量測定装置では、入力端子１から入力された第１の映像信号から、例えば１０×１０画素の領域Ａを抽出し、この領域Ａ内の任意の画素を中心として近接する画素の集合である例えば５×５画素の領域Ｂを基準画像として抽出する。一方、入力端子２にも第１の映像信号が与えられ、この入力端子２に与えられた第１の映像信号は、記憶手段１に記憶されて第２の映像信号として読み出される。従って、第２の映像信号は、第１の映像信号よりも少なくとも１フレーム前の映像信号となっている。

抽出された基準画像と、第２の映像信号内の領域Ｂと同位置にある画素毎の差分を演算手段で算出し、積分手段１でこの差分の和を求めて相関値として記憶手段２ａに記憶する。

次に、領域Ｂを上下左右に１画素あるいは複数画素動かし、同様にその位置における相関値を求めて記憶手段２ｂ〜２ｘに順次記憶する。記憶手段２ａ〜２ｘに記憶された相関値の中で最小のものを比較手段で求め、最小相関値として積分手段２に与える。

同様に、領域Ａ内のすべての画素において最小相関値を求め、積分手段２により、この領域Ａ内のそれぞれの画素で算出した最小相関値の和Ｖｎを求め、この値Ｖｎを使用してヒストグラム、中央値、平均値等の統計処理を行うことにより、雑音量を測定する。これにより、動きのある映像やシーンチェンジ等による画像の急激な変化を、雑音として誤検出することが抑えられるとされている。

特開２００５−２２９１６６号公報

前記雑音量測定装置では、映像信号をある領域で分割し、１フレーム前の映像信号との差分の最小値を求めることにより、動きのある映像やシーンチェンジ等による急激に変化する画像において、差分による動きを雑音として誤検出することを抑えているが、自動利得制御機能を持つビデオカメラ等の入力映像に対応できないという問題があった。

図３は、従来の雑音量測定装置の問題点の説明図である。
例えば、図３（ａ）の映像信号に示すように、低輝度の映像部分ｌｏｗと高輝度の映像部ｈｉｇｈが混在して映像全体に雑音がある場合、利得制御機能が働いて利得が２倍になったとすると、図３（ｂ）の増幅された映像信号に示すように、高輝度の映像部分ｈｉｇｈの輝度レベルが出力可能な範囲を越えてしまう。このため、出力映像信号は、図３（ｃ）に示すように、高輝度部分の映像信号が雑音成分と一緒にカットされて一定値（最大値）となる。従って、１フレーム前の映像信号との差分を取って最小値を求めた場合、図３（ｄ）の判定信号に示すように、カットされた部分では雑音がないので差分が０となり、低輝度の映像部分ｌｏｗの雑音量を測定することができない。

本発明は、自動利得制御が行われた映像入力信号に対応できる雑音量測定装置を目的としている。

本発明の雑音量測定装置は、少なくとも１フレーム分の映像入力信号を記憶する記憶回路と、新たに入力された映像入力信号における複数の任意領域の映像信号と前記記憶回路から読み出された同じ領域の映像信号との画素毎の輝度レベル差を算出する減算回路と、前記減算回路で算出された前記任意領域内の各画素の輝度レベル差の絶対値をその領域毎に加算して前記複数の任意領域毎に輝度レベル差の和を出力する積分回路と、前記任意領域毎に映像信号を構成する各画素の輝度レベルを予め定められた閾値と比較して１つでも該閾値を越えるものがあればその領域に対して検出信号を出力する輝度判定回路と、前記積分回路から出力される前記複数の任意領域毎の輝度レベル差の和の内で、前記輝度判定回路から前記検出信号が出力された領域を除き、その輝度レベル差の和が最小のものを雑音量として出力する最小値出力回路とを備えたことを特徴としている。

本発明では、任意領域毎に映像信号を構成する各画素の輝度レベルを予め定められた閾値と比較し、１つでもこの閾値を越えるものがあればその領域に対して検出信号を出力する輝度判定回路と、複数の任意領域毎の輝度レベル差の和の内で、輝度判定回路から検出信号が出力された領域を除き、その輝度レベル差の和が最小のものを雑音量として出力する最小値出力回路を有している。これにより、自動利得制御によって輝度レベルが閾値を越えた画素を有する領域のデータが除去され、輝度レベルが閾値を越えていない領域の内で最小の値を有する領域の輝度レベルの差が雑音量として出力される。従って、自動利得制御が行われた映像入力信号に対しても、低輝度の映像部分の雑音量を検出することができるという効果がある。

この発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴は、次の好ましい実施例の説明を添付図面と照らし合わせて読むと、より完全に明らかになるであろう。但し、図面は、もっぱら解説のためのものであって、この発明の範囲を限定するものではない。

図１は、本発明の実施例１の雑音量測定装置を示す構成図である。
この雑音量測定装置は、入力端子１１から入力される映像入力信号ＶＩＮ中の雑音量を測定するもので、この映像入力信号ＶＩＮが与えられるメモリ１２、減算回路１３及び輝度判定回路１４を有している。メモリ１２は、少なくとも１フレーム分の映像入力信号ＶＩＮを記憶する記憶容量を有し、記憶した映像入力信号ＶＩＮを少なくとも１フレーム分遅延させて出力するものである。減算回路１３は、入力端子１１から新たに入力された映像入力信号ＶＩＮとメモリ１２で少なくとも１フレーム分遅延された映像信号の画素毎の輝度レベル差ＤＩＦを算出するものである。輝度判定回路１４は、映像入力信号ＶＩＮが予め設定された閾値を越えたときに、検出信号ＤＥＴを出力するものである。

減算回路１３の出力側には、画素毎に輝度レベル差ＤＩＦの絶対値ＡＢＳを出力する絶対値回路１５が接続されている。更に、絶対値回路１５の出力側には、積分回路１６が接続されている。積分回路１６は、画素毎に絶対値ＡＢＳを累積加算して和ＳＵＭを出力するもので、この積分回路１６の出力側が、選択回路１７の第１の入力側に接続されている。選択回路１７は、その出力側に接続されたレジスタ１８と組み合わせて最小値出力回路を構成するもので、第１の入力側に与えられる和ＳＵＭと第２の入力側に与えられる出力信号ＯＵＴの内の小さい方の値ＭＩＮを選択して出力するものである。レジスタ１８は、選択回路１７で選択された小さい方の値ＭＩＮを、ラッチ信号ＬＡＴに従って保持するものである。レジスタ１８に保持された値は、雑音量の出力信号ＯＵＴとして出力端子１９から出力されると共に、選択回路１７の第２の入力側に戻されるようになっている。

この雑音量測定装置は、更に、映像入力信号ＶＩＮに対応した同期信号ＳＹＮが与えられる入力端子２０を有しており、この入力端子２０に制御回路２１が接続されている。制御回路２１は、入力端子２０から入力される同期信号ＳＹＮに基づいて、比較対象の画素に対応するタイミング信号ＴＩＭを生成してメモリ１２と積分回路１６に与えると共に、比較対象の一定の領域毎にプレラッチ信号ＰＬＡを生成するものである。プレラッチ信号ＰＬＡは、パルス発生回路２２に与えられるようになっている。

パルス発生回路２２は、輝度判定回路１４から検出信号ＤＥＴが与えられていないときは、プレラッチ信号ＰＬＡをラッチ信号ＬＡＴとしてレジスタ１８に出力し、この検出信号ＤＥＴが与えられているときは、ラッチ信号ＬＡＴの出力を停止するものである。

図４は、図１の雑音量測定装置の動作説明図である。以下、この図４を参照しつつ、図１の動作を説明する。

まず、図４（ａ）に示すように、入力端子１１から入力された映像入力信号ＶＩＮから、任意のｎ個の領域Ａ１〜Ａｎを抽出する。なお、各領域Ａ１〜Ａｎで抽出する画素数も任意である。

次に、制御回路２１から出力されるタイミング信号ＴＩＭに従い、領域Ａ１内のすべての画素に対応してメモリ１２内の同位置の画素の輝度レベルが読み出され、減算回路１３によって画素毎にその輝度レベル差ＤＩＦが算出される。輝度レベル差ＤＩＦは、更に絶対値回路１５によって絶対値ＡＢＳにされ、積分回路１６によりタイミング信号ＴＩＭに従って累積加算されて和ＳＵＭ１が求められる。領域Ａ２〜Ａｎについても同様の処理が行われ、和ＳＵＭ２〜ＳＵＭｎが求められる。

一方、輝度判定回路１４では、映像入力信号ＶＩＮから抽出された領域Ａ１〜Ａｎ毎に、その領域内に輝度レベルが予め定められた閾値を越えている画素があるか否かが判定される。そして、領域内に１つでも閾値を越える画素が含まれていれば、輝度判定回路１４から、その領域Ａｉに対して検出信号ＤＥＴが出力される。

また、制御回路２１では、図４（ｂ）に示すように、領域Ａ１〜Ａｎの累積加算の終了タイミングに合わせて、プレラッチ信号ＰＬＡが生成される。プレラッチ信号ＰＬＡはパルス発生回路２２に与えられ、検出信号ＤＥＴによるマスク処理が行われる。即ち、ある領域Ａｉに対して検出信号ＤＥＴが出力されていれば、その領域Ａｉに対するラッチ信号ＬＡＴは出力されない。

積分回路１６で求められた各領域Ａ１〜Ａｎに対応する和ＳＵＭ１〜ＳＵＭｎは、選択回路１７とレジスタ１８で構成される最小値出力回路に与えられる。即ち、レジスタ１８には、初期値としてこのレジスタ１８に保持できる最大の値（例えば、８ビットのレジスタであれば、２５５）がセットされるようになっている。そして、レジスタ１８から出力される出力信号ＯＵＴと積分回路１６から順次出力される和ＳＵＭ１〜ＳＵＭｎが、選択回路１７で比較されて小さい方の値ＭＩＮがレジスタ１８に与えられる。更に、レジスタ１８では、パルス発生回路２２から与えられるラッチ信号ＬＡＴにより、選択回路１７から出力される値ＭＩＮが保持される。従って、レジスタ１８に保持される値は、より小さな値に順次更新されることになる。

このとき、輝度が閾値を越えた高輝度の映像部分ｈｉｇｈの画素を有する領域Ａｉの和ＳＵＭｉは、プレラッチ信号ＬＡＴが検出信号ＤＥＴでマスクされ、ラッチ信号ＬＡＴが出力されないので、レジスタ１８に格納されずに除外される。これにより、すべての領域Ａ１〜Ａｎに対する処理が終了した後、レジスタ１８から出力される雑音量の出力信号ＯＵＴは、閾値を越える高輝度の映像部分のデータを除いた和ＳＵＭ１〜ＳＵＭｎの中で、一番小さな値となる。

以上のように、この実施例１の雑音量測定装置は、映像入力信号ＶＩＮが予め設定された閾値を越えたときに検出信号ＤＥＴを出力する輝度判定回路１４と、この検出信号ＤＥＴが出力されたときに最小値出力回路（選択回路１７とレジスタ１８）における最小値の更新処理を停止させるためのパルス発生回路２２を有している。これにより、自動利得制御機能を有するビデオカメラ等の映像入力信号ＶＩＮにおいて、低輝度と高輝度の映像が混在した映像全体に雑音があり、利得制御によって輝度レベルが飽和して高輝度の映像部分が出力範囲を越え、高輝度の映像部分の一部が雑音と共にカットされた場合でも、低輝度の映像部分の雑音量を検出できるという利点がある。

図５は、本発明の実施例２の雑音量測定装置を示す構成図であり、図１中の要素と共通の要素には共通の符号が付されている。

この雑音量測定装置は、図１中のパルス発生回路２２を削除して制御回路２１から出力されるプレラッチ信号ＰＬＡをそのままラッチ信号ＬＡＴとしてレジスタ１８に与えると共に、積分回路１６と選択回路１７の間にマスク回路２３を設け、このマスク回路２３を輝度判定回路１４から出力される検出信号ＤＥＴで制御するように構成したものである。マスク回路２３は、検出信号ＤＥＴが与えられたときに、積分回路１６から出力される値に関わらず、この積分回路１６から出力可能な最大値（例えば、８ビットの積分回路であれば、２５５）を出力するものである。なお、検出信号ＤＥＴが与えられていないときは、マスク回路２３は積分回路１６から出力される値をそのまま出力するようになっている。その他の構成は、図１と同様である。

この雑音量測定装置の動作において、積分回路１６から出力される和ＳＵＭ１〜ＳＵＭｎの内の最小値の求める動作以外は、図１の雑音量測定装置の動作と同様である。

図６は、図５の雑音量測定装置の動作を示す信号波形図である。
この雑音量測定装置では、図６に示すように、領域Ａｉに対応して積分回路１６から和ＳＵＭｉが出力されたときに、輝度判定回路１４から検出信号ＤＥＴが与えられていなければ、マスク回路２３から出力信号Ｓ２３として、この和ＳＵＭｉがそのまま出力される。もしも、検出信号ＤＥＴが与えられていると、マスク回路２３の出力信号Ｓ２３の値は、この和ＳＵＭｉの値に関わらず２５５となる。これにより、選択回路１７で選択される値ＭＩＮは、レジスタ１８に保持されている値となり、このレジスタ１８の保持内容は変化しない。即ち、図１と同様に、検出信号ＤＥＴが出力された領域Ａｉの積分回路１６の出力である和ＳＵＭｉは、出力信号ＯＵＴに反映されることはない。

以上のように、この実施例２の雑音量測定装置は、映像入力信号ＶＩＮが予め設定された閾値を越えたときに検出信号ＤＥＴを出力する輝度判定回路１４と、この検出信号ＤＥＴが出力されたときに、積分回路１６の出力をマスクするマスク回路２３を有しているので、実施例１と同様の利点がある。

なお、本発明は、上記実施例に限定されず、種々の変形が可能である。その変形例としては、次のようなものがある。
（１）図７は、その他の実施例の雑音量測定装置を示す構成図である。
この雑音量測定装置では、絶対値回路１５と積分回路１６の間にマスク回路２４を挿入し、輝度判定回路１４から検出信号ＤＥＴが出力されたときに、この絶対値回路１５から出力される絶対値ＡＢＳをマスクするように構成している。
（２）最小値出力回路の構成は、図１、図５及び図７の構成に限定されない。例えば図１では、和ＳＵＭ１〜ＳＵＭｎの最小値を出力する最小値出力回路として、小さい値ＭＩＮを選択する選択回路１７と、この選択回路１７で選択された値ＭＩＮをラッチ信号ＬＡＴに従って保持することによって順次小さな値に更新されるレジスタ１８を用いているが、積分回路１６から出力される各領域Ａ１〜Ａｎの和ＳＵＭ１〜ＳＵＭｎ（但し、検出信号ＤＥＴの対象となった領域の和を除く）を保持するレジスタと、これらのレジスタに保持された和ＳＵＭ１〜ＳＵＭｎの最小値を選択して出力信号ＯＵＴを出力する選択回路を用いることができる。

本発明の実施例１を示す雑音量測定装置の構成図である。従来の雑音量測定装置の構成図である。従来の雑音量測定装置の問題点の説明図である。図１の雑音量測定装置の動作説明図である。本発明の実施例２の雑音量測定装置を示す構成図である。図５の雑音量測定装置の動作を示す信号波形図である。その他の実施例の雑音量測定装置を示す構成図である。

符号の説明

１１，２０入力端子
１２メモリ
１３減算回路
１４輝度判定回路
１５絶対値回路
１６積分回路
１７選択回路
１８レジスタ
１９出力端子
２１制御回路
２２パルス発生回路
２３，２４マスク回路

Claims

少なくとも１フレーム分の映像入力信号を記憶する記憶回路と、
新たに入力された映像入力信号における複数の任意領域の映像信号と前記記憶回路から読み出された同じ領域の映像信号との画素毎の輝度レベル差を算出する減算回路と、
前記減算回路で算出された前記任意領域内の各画素の輝度レベル差の絶対値をその領域毎に加算して前記複数の任意領域毎に輝度レベル差の和を出力する積分回路と、
前記任意領域毎に映像信号を構成する各画素の輝度レベルを予め定められた閾値と比較して１つでも該閾値を越えるものがあればその領域に対して検出信号を出力する輝度判定回路と、
前記積分回路から出力される前記複数の任意領域毎の輝度レベル差の和の内で、前記輝度判定回路から前記検出信号が出力された領域を除き、その輝度レベル差の和が最小のものを雑音量として出力する最小値出力回路とを、
備えたことを特徴とする雑音量測定装置。
前記最小値出力回路は、
前記任意領域毎に輝度レベル差の総和が算出されるタイミングでプレラッチ信号を出力する制御回路と、
前記検出信号が出力されていないときには前記プレラッチ信号と同じタイミングでラッチ信号を出力し、該検出信号が出力されたときには該ラッチ信号の出力を停止するパルス発生回路と、
前記積分回路から第１の入力側に与えられる前記任意領域毎の輝度レベル差の和と第２の入力側に与えられる値とを比較して小さい方の値を選択出力する選択回路と、
初期値として最大値が設定され、前記ラッチ信号に従って前記選択回路から選択出力される小さい方の値を順次保持して前記選択回路の第２の入力側に与えることによって保持する値が更新され、前記任意領域の内で輝度レベル差の和が最小のものを前記雑音量として出力するレジスタとで、
構成したことを特徴とする請求項１記載の雑音量測定装置。
前記最小値出力回路は、
前記任意領域毎に輝度レベル差の総和が算出されるタイミングでラッチ信号を出力する制御回路と、
前記検出信号が出力されていないときには前記積分回路から出力される前記任意領域毎の輝度レベル差の和を出力し、該検出信号が出力されたときには該積分回路からの出力に代えて最大値を出力するマスク回路と、
前記積分回路から第１の入力側に与えられる前記任意領域毎の輝度レベル差の和と第２の入力側に与えられる値とを比較して小さい方の値を選択出力する選択回路と、
初期値として最大値が設定され、前記ラッチ信号に従って前記選択回路から選択出力される小さい方の値を順次保持して前記選択回路の第２の入力側に与えることによって保持する値が更新され、前記任意領域の内で輝度レベル差の和が最小のものを前記雑音量として出力するレジスタとで、
構成したことを特徴とする請求項１記載の雑音量測定装置。