JP5091880B2 - 動画像ノイズ除去装置および動画像ノイズ除去プログラム - Google Patents
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このノイズリデューサを動作させるためには、ノイズを除去する基準として、画面内のノイズ成分のレベル(ノイズレベル)がどの程度であるかを検出する必要がある。例えば、特許文献1に記載されたノイズリデューサ(雑音低減回路)では、アナログ動画像信号のブランキング期間の信号からノイズレベルを検出している。このブランキング期間は、信号が平坦(電圧レベルが一定)であるため、この期間に僅かでも信号成分が重畳されていれば、それをノイズとみなすことができる。そこで、従来は、このブランキング期間の信号に重畳されたノイズを動画像信号全体に重畳されたノイズとみなすことで、ノイズ量に応じたノイズの除去処理を行っている。
このノイズは、砂粒状の細かい粒子を持ち画面上で動くため、画像の画質を劣化させている。また、粒子が細かいということは高周波成分であることを意味し、このノイズは、符号化の際に情報量を増大させてしまう。このため、ノイズが多く含まれる画像を符号化すると、ノイズを伝送するために伝送ビットが占有され、復号された画像は、当初の画像よりもさらに劣化した画像となってしまうという問題がある。
そして、動画像ノイズ除去装置は、逆直交変換手段によって、ブロック内ノイズ除去手段で生成されたノイズ除去変換係数を逆直交変換する。これによって、ノイズ成分がブロックごとに除去された変換係数から、動画像信号を再生成することができる。
これによって、動画像ノイズ除去装置は、輝度ごとに、ノイズレベル値を検出し、ノイズを除去することができる。
そして、動画像ノイズ除去プログラムは、逆直交変換手段によって、ブロック内ノイズ除去手段で生成されたノイズ除去変換係数を逆直交変換する。これによって、ノイズ成分がブロックごとに除去された変換係数から、動画像信号を再生成することができる。
そして、動画像ノイズ除去装置は、逆直交変換手段によって、ブロック内ノイズ除去手段で生成されたノイズ除去変換係数を逆直交変換する。これによって、ノイズ成分がブロックごとに除去された変換係数から、動画像信号を再生成することができる。
そして、動画像ノイズ除去プログラムは、逆直交変換手段によって、ブロック内ノイズ除去手段で生成されたノイズ除去変換係数を逆直交変換する。これによって、ノイズ成分がブロックごとに除去された変換係数から、動画像信号を再生成することができる。
請求項1、3に記載の発明によれば、ブランキング期間が存在しないデジタル動画像信号であっても、ノイズを除去することができる効果に加え、画面内の高周波成分から画面全体のノイズレベルを推定するため、画面に重畳されているノイズレベルを精度よく検出することができる。このため、本発明は、デジタル動画像信号から、精度よくノイズを除去することができる。
[第1実施形態:動画像ノイズ除去装置の構成]
まず、図1に示すブロック構成図を参照して、本発明の第1実施形態に係る動画像ノイズ除去装置の構成について説明する。
すなわち、任意のブロックBI,J内のDCT変換係数は、空間周波数が低いほど、信号成分(S:Signal)とノイズ成分(N:Noise)の比(S/N:Signal to Noise Ratio)が高くなり、空間周波数が高いほど、S/N比は低くなる。
なお、ブロックノイズレベル推定手段7は、各変換係数の絶対値の平均(絶対値平均)により、ノイズレベル値を求めることとしてもよい。
また、ノイズレベル推定領域Rは、必ずしも空間周波数での高周波側における予め定めた矩形領域である必要はない。例えば、図5に示すように、種々のパターン(パターンA〜C)を用いることができる。図1に戻って、動画像ノイズ除去装置1に構成について説明を続ける。
このノイズが除去された変換係数(ノイズ除去変換係数)、および、直流成分の変換係数は、逆直交変換手段11に出力される。
次に、図6に示すフローチャートを参照(構成については適宜図1参照)して、本発明の第1実施形態に係る動画像ノイズ除去装置の動作について説明する。
そして、ブロック内ノイズ除去手段9は、変数x,yともに“0”であるか否か、すなわち、当該変数で特定される変換係数が、直流成分であるか否かを判定する(ステップS6)。
図7に示した第2実施形態に係る動画像ノイズ除去装置1Aは、ブロック分割手段3と、直交変換手段5と、遅延手段6と、フレームノイズレベル推定手段7Aと、ブロック内ノイズ除去手段9と、逆直交変換手段11と、を備えている。遅延手段6およびフレームノイズレベル推定手段7A以外の構成については、図1で説明した動画像ノイズ除去装置1の構成と同一のものであるため、同一の符号を付し、説明を省略する。
ここで、図8に示すブロック構成図を参照して、フレームノイズレベル推定手段7Aの構成について説明する。
このとき、高周波成分検出手段21は、直流成分および直流成分の近傍の係数として、直流成分と直流成分を含んだ水平周波数成分および垂直周波数成分との係数を“0”とみなし(図9(b)参照)、他の係数を高周波成分の係数として抽出する。すなわち、係数x11,x12,x13,x14,x21,x31,x41を“0”とみなし、他の係数x22,x23,x24,x32,x33,x34,x42,x43,x44を高周波成分の係数として抽出する。
また、高周波成分検出手段21は、高周波成分の係数を、図9(b)に示すような矩形領域とする必要はなく、例えば、図5に示すように、種々のパターン(パターンA〜C)を用いることができる。図8に戻って、フレームノイズレベル推定手段7Aの構成について説明を続ける。
そこで、ノイズレベル判定手段25は、グラフ左側端の数本のヒストグラムに対応する累計値から平均値を算出し、ノイズレベル値として決定する。
そして、ノイズレベル判定手段25は、判定したノイズレベル値をブロック内ノイズ除去手段9(図7)に出力する。
ここでは、フレームノイズレベル推定手段7Aが、直交変換手段5で生成されるすべてのブロックの変換係数からノイズレベル値を推定することとしたが、使用するブロックは、画面全体の50%以上(より好ましくは70%以上)であればよい。
図11に示した第3実施形態に係る動画像ノイズ除去装置1Bは、ブロック分割手段3と、直交変換手段5と、遅延手段6と、フレームノイズレベル推定手段7Bと、ブロック内ノイズ除去手段9と、逆直交変換手段11と、を備えている。フレームノイズレベル推定手段7B以外の構成については、図7で説明した動画像ノイズ除去装置1Aの構成と同一のものであるため、同一の符号を付し、説明を省略する。
ここで、図12に示すブロック構成図を参照して、フレームノイズレベル推定手段7Bの構成について説明する。
図13(a)に示すように、ライン抽出手段31は、画面D(2次元画像)の主走査単位で、N番目のライン(対象ライン)と、(N+1)番目のライン(隣接ライン)の2つの隣接するラインを順次相関ライン群として抽出する。このとき、ライン抽出手段31は、隣接する相関ライン群ごとに隙間を設け、画面D全体の50%以上(より好ましくは70%以上)の領域をカバーするように複数の相関ライン群を抽出する。これによって、ライン抽出手段31は、画面D内において、少なくともライン間の画素値の変化が少ない相関ライン群を抽出することができる。
さらに、ライン抽出手段31は、図13(c)に示すように、時間方向に連続する画面(フレーム)において、同一の水平位置におけるラインである、時刻tにおける画面のNt番目のラインと、時刻(t+1)における画面のNt+1番目のラインとを相関ライン群として抽出することとしてもよい。なお、この場合も、図13(b)と同様に、必ずしもラインは、画面の水平方向の幅分を用いる必要はなく、部分的に抽出することとしてもよい。
また、ここでは、ライン抽出手段31が、画面D内から予め定めた割合以上となるように部分的に相関ライン群を抽出することとしたが、画面D全体の相関ライン群を抽出することとしてもよい。図12に戻って、フレームノイズレベル推定手段7Bの構成について説明を続ける。
図12に戻って、ノイズレベル検出装置の構成について説明を続ける。
そこで、ノイズレベル判定手段37は、グラフ左側端の数本のヒストグラムに対応する累計値から平均値を算出し、ノイズレベルとして決定する。このヒストグラムからノイズレベルを求めるには、図10で説明したように、例えば、前記(3)式により平均値(加重平均値)を求め、ノイズレベルNLとすることができる。
そして、ノイズレベル判定手段37は、判定したノイズレベル値をブロック内ノイズ除去手段9(図11)に出力する。
ここでは、フレームノイズレベル推定手段7Bが、ライン抽出手段31によって、相関ライン群として、対象ラインと1つの隣接ラインの計2ラインを順次抽出し、ライン間ノイズレベル検出手段33によって、2つのラインの画素値からライン間ノイズレベルを検出することとした。しかし、相関ライン群は2ラインに限定されるものではない。例えば、対象ラインと2つの隣接ラインの計3ラインでライン間ノイズレベルを検出することとしてもよい。
さらに、ライン抽出手段31は、図16(c)に示すように、時間方向に連続する画面(フレーム)において、同一の水平位置におけるラインである、時刻tにおける画面のNt番目のライン(対象ライン)と、時刻(t−1)および(t+1)における画面のNt−1およびNt+1番目の2ライン(隣接ライン)とを相関ライン群として抽出することとしてもよい。なお、この場合も、図16(b)と同様に、必ずしもラインは、画面の水平方向の幅分を用いる必要はなく、部分的に抽出することとしてもよい。
このように、3ラインによって、ノイズレベルを検出することで、2ラインでノイズレベルを検出する場合に比べて、画像成分が分散され、より精度よくノイズレベルを検出することができる。
次に、図17に示すブロック構成図を参照して、本発明の第4実施形態に係る動画像ノイズ除去装置の構成について説明する。
図18の輝度別ノイズレベル推定手段7Cは、高周波成分検出手段21と、輝度検出手段22と、輝度別高周波成分累計手段(高周波成分累計手段)23Aと、輝度別ノイズレベル判定手段(ノイズレベル判定手段)25Aと、を備えている。高周波成分検出手段21は、図8で説明したフレームノイズレベル推定手段7Aと同一のものであるため、同一の符号を付し説明を省略する。
そして、輝度別ノイズレベル判定手段25Aは、輝度別ブロック内ノイズ除去手段9A(図17)に判定したノイズレベル値を出力する。図17に戻って、動画像ノイズ除去装置1Cの構成について説明を続ける。
すなわち、輝度別ブロック内ノイズ除去手段9Aは、ブロックごとに、当該ブロックの直流成分を輝度とし、輝度別ノイズレベル推定手段7Cで推定された当該輝度と同じ値の輝度に対応するノイズレベル値を、変換係数からマイナスにならない範囲で減算する。これによって、動画像ノイズ除去装置1Cは、動画像信号に重畳されたノイズレベルを、画面の明るさに応じて適応的に検出することで、画面の明るさに応じてノイズを除去することが可能になる。
次に、図19に示すブロック構成図を参照して、本発明の第5実施形態に係る動画像ノイズ除去装置の構成について説明する。
図20の輝度別ノイズレベル推定手段7Dは、ライン抽出手段31と、輝度検出手段32と、ライン間ノイズレベル検出手段33と、輝度別レベル累計手段(レベル累計手段)35Aと、輝度別ノイズレベル判定手段(ノイズレベル判定手段)37Aと、を備えている。輝度検出手段32、輝度別レベル累計手段35Aおよび輝度別ノイズレベル判定手段37A以外の構成は、図12で説明したフレームノイズレベル推定手段7Bと同一のものであるため、同一の符号を付し説明を省略する。
すなわち、動画像ノイズ除去装置1A〜1Dは、図21に示すように、図6のステップS3、S4を全体のループの外に出し(ステップS3A、S3B、S4A)、予めフレーム内のノイズレベル値を推定している。
以上の動作によって、動画像ノイズ除去装置1A〜1Dは、フレームごとにノイズレベル値を推定し、ブロック単位でノイズ除去を行う。
3 ブロック分割手段
5 直交変換手段
6 遅延手段
7 ブロックノイズレベル推定手段(ノイズレベル推定手段)
7A、7B フレームノイズレベル推定手段(ノイズレベル推定手段)
7C、7D 輝度別ノイズレベル推定手段(ノイズレベル推定手段)
9 ブロック内ノイズ除去手段
9A 輝度別ブロック内ノイズ除去手段(ブロック内ノイズ除去手段)
11 逆直交変換手段
21 高周波成分検出手段
22 輝度検出手段
23 高周波成分累計手段
23A 輝度別高周波成分累計手段(高周波成分累計手段)
25 ノイズレベル判定手段
25A 輝度別ノイズレベル判定手段(ノイズレベル判定手段)
31 ライン抽出手段
32 輝度検出手段
33 ライン間ノイズレベル検出手段
35 レベル累計手段
35A 輝度別レベル累計手段(レベル累計手段)
37 ノイズレベル判定手段
37A 輝度別ノイズレベル判定手段(ノイズレベル判定手段)
Claims (7)
- デジタル動画像信号に重畳されたノイズを除去する動画像ノイズ除去装置であって、
前記デジタル動画像信号を画面ごとに予め定めた大きさのブロックに分割するブロック分割手段と、
このブロック分割手段で分割されたブロックを、当該ブロックごとに直交変換する直交変換手段と、
この直交変換手段で直交変換された変換係数のうちで、前記画面ごとに予め定めた数の変換係数の高周波成分のレベル値を平均化することで、前記デジタル動画像信号に重畳されている前記画面ごとのノイズ成分の大きさを示すノイズレベル値を推定するノイズレベル推定手段と、
前記直交変換手段で変換されたブロックの直流成分以外の変換係数から、前記ノイズレベル推定手段で推定されたノイズレベル値を減算した値と、ゼロとの最大値を演算することで、当該ブロック内のノイズ成分を除去した変換係数であるノイズ除去変換係数を生成するブロック内ノイズ除去手段と、
このブロック内ノイズ除去手段で生成されたノイズ除去変換係数を、前記ブロックごとに逆直交変換することで前記デジタル動画像信号を再生成する逆直交変換手段と、
を備え、
前記ノイズレベル推定手段は、
前記直交変換手段で変換された予め定めた高周波成分の変換係数を当該ブロック内で平均化し、当該ブロックの高周波成分のレベル値として検出する高周波成分検出手段と、
この高周波成分検出手段で検出された高周波成分のレベル値の低レベル値または当該低レベル値から所定数分の平均値を、前記ノイズレベル値と判定するノイズレベル判定手段と、
を備えることを特徴とする動画像ノイズ除去装置。 - 前記ノイズレベル推定手段は、
前記ブロックごとに輝度を検出する輝度検出手段をさらに備え、
前記ノイズレベル判定手段が、前記輝度検出手段で検出された輝度ごとに前記高周波成分のレベルの低レベル値または当該低レベル値から所定数分の平均値を、前記輝度ごとのノイズ成分の大きさを示すノイズレベル値と判定し、
前記ブロック内ノイズ除去手段は、
前記ブロックの変換係数から、当該ブロックの直流成分に対応する輝度ごとに、前記ノイズレベル判定手段で輝度ごとに判定されたノイズレベル値を減算した値と、ゼロとの最大値を前記ノイズ除去変換係数として演算することを特徴とする請求項1に記載の動画像ノイズ除去装置。 - デジタル動画像信号に重畳されたノイズを除去するために、コンピュータを、
前記デジタル動画像信号を画面ごとに予め定めた大きさのブロックに分割するブロック分割手段、
このブロック分割手段で分割されたブロックを、当該ブロックごとに直交変換する直交変換手段、
この直交変換手段で直交変換された変換係数のうちで、前記画面ごとに予め定めた数の変換係数の高周波成分のレベル値を平均化することで、前記デジタル動画像信号に重畳されている前記画面ごとのノイズ成分の大きさを示すノイズレベル値を推定するノイズレベル推定手段、
前記直交変換手段で変換されたブロックの直流成分以外の変換係数から、前記ノイズレベル推定手段で推定されたノイズレベル値を減算した値と、ゼロとの最大値を演算することで、当該ブロック内のノイズ成分を除去した変換係数であるノイズ除去変換係数を生成するブロック内ノイズ除去手段、
このブロック内ノイズ除去手段で生成されたノイズ除去変換係数を、前記ブロックごとに逆直交変換することで前記デジタル動画像信号を再生成する逆直交変換手段、として機能させるための動画像ノイズ除去プログラムであって、
前記ノイズレベル推定手段は、
前記直交変換手段で変換された予め定めた高周波成分の変換係数を当該ブロック内で平均化して当該ブロックの高周波成分のレベル値として検出し、検出した高周波成分のレベル値の低レベル値または当該低レベル値から所定数分の平均値を、前記ノイズレベル値と判定することを特徴とする動画像ノイズ除去プログラム。 - デジタル動画像信号に重畳されたノイズを除去する動画像ノイズ除去装置であって、
前記デジタル動画像信号を画面ごとに予め定めた大きさのブロックに分割するブロック分割手段と、
このブロック分割手段で分割されたブロックを、当該ブロックごとに直交変換する直交変換手段と、
前記デジタル動画像信号の画面を構成する水平または垂直ラインと当該ラインに空間方向または時間方向に隣接する隣接ラインとの画素値の差分を前記画面内で平均化することで、前記デジタル動画像信号に重畳されている前記画面ごとのノイズ成分の大きさを示すノイズレベル値を推定するノイズレベル推定手段と、
前記直交変換手段で変換されたブロックの直流成分以外の変換係数から、前記ノイズレベル推定手段で推定されたノイズレベル値を減算した値と、ゼロとの最大値を演算することで、当該ブロック内のノイズ成分を除去した変換係数であるノイズ除去変換係数を生成するブロック内ノイズ除去手段と、
このブロック内ノイズ除去手段で生成されたノイズ除去変換係数を、前記ブロックごとに逆直交変換することで前記デジタル動画像信号を再生成する逆直交変換手段と、
を備えることを特徴とする動画像ノイズ除去装置。 - 前記ノイズレベル推定手段は、
前記デジタル動画像信号から、画面を構成する前記ラインである対象ラインと当該対象ラインに隣接する前記隣接ラインとを相関ライン群として順次抽出するライン抽出手段と、
このライン抽出手段で抽出された相関ライン群において、前記対象ラインと前記隣接ラインとの対応する画素の画素値の差分を平均化し、前記対象ラインの前記相関ライン群におけるライン間ノイズレベルとして検出するライン間ノイズレベル検出手段と、
このライン間ノイズレベル検出手段で検出されたライン間ノイズレベルの低レベル値から所定数分のライン数に応じた平均値を、前記ノイズレベル値と判定するノイズレベル判定手段と、
を備えることを特徴とする請求項4に記載に動画像ノイズ除去装置。 - 前記ノイズレベル推定手段は、
前記対象ラインごとに輝度を検出する輝度検出手段をさらに備え、
前記ノイズレベル判定手段が、前記輝度検出手段で検出された輝度ごとの前記ライン間ノイズレベルの低レベル値または当該低レベル値から所定数分の平均値を、前記輝度ごとのノイズ成分の大きさを示すノイズレベル値と判定し、
前記ブロック内ノイズ除去手段は、
前記ブロックの変換係数から、当該ブロックの直流成分に対応する輝度ごとに、前記ノイズレベル判定手段で輝度ごとに判定されたノイズレベル値を減算することを特徴とする請求項5に記載の動画像ノイズ除去装置。 - デジタル動画像信号に重畳されたノイズを除去するために、コンピュータを、
前記デジタル動画像信号を画面ごとに予め定めた大きさのブロックに分割するブロック分割手段、
このブロック分割手段で分割されたブロックを、当該ブロックごとに直交変換する直交変換手段、
前記デジタル動画像信号の画面を構成するラインと当該ラインに隣接する隣接ラインとの画素値の差分を前記画面内で平均化することで、前記デジタル動画像信号に重畳されている前記画面ごとのノイズ成分の大きさを示すノイズレベル値を推定するノイズレベル推定手段、
前記直交変換手段で変換されたブロックの直流成分以外の変換係数から、前記ノイズレベル推定手段で推定されたノイズレベル値を減算した値と、ゼロとの最大値を演算することで、当該ブロック内のノイズ成分を除去した変換係数であるノイズ除去変換係数を生成するブロック内ノイズ除去手段、
このブロック内ノイズ除去手段で生成されたノイズ除去変換係数を、前記ブロックごとに逆直交変換することで前記デジタル動画像信号を再生成する逆直交変換手段、
として機能させるための動画像ノイズ除去プログラム。
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