JPH0646298A - 映像信号の雑音除去装置およびこれに用いる動き検出回路 - Google Patents

映像信号の雑音除去装置およびこれに用いる動き検出回路

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JPH0646298A
JPH0646298A JP4081078A JP8107892A JPH0646298A JP H0646298 A JPH0646298 A JP H0646298A JP 4081078 A JP4081078 A JP 4081078A JP 8107892 A JP8107892 A JP 8107892A JP H0646298 A JPH0646298 A JP H0646298A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 映像信号の雑音除去装置において、回路規模
が小さく、静動画像のノイズ除去を少ない歪みで効果的
に行う。 【構成】 映像の動きを検出する動き検出回路を備え、
この動き検出回路からの制御によるメディアンフィルタ
と、リカーシブフィルタを設ける。主に、微小レベルの
ノイズはリカーシブフィルタが受持ち、情報欠落などの
大きなノイズはメディアンフィルタが受け持つ。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はテレビジョン信号の雑音
除去に利用するものである。また、本発明はテレビジョ
ン信号処理に利用するに適する高度の雑音除去装置に関
する。本発明はテレビジョン信号の雑音除去技術として
知られているメディアンフィルタおよびまたはリカーシ
ブフィルタに与える動き量情報を発生する動き検出回路
に関する。
【0002】
【従来の技術】一般的に、テレビジョン信号に含まれる
ノイズを除去するには、リカーシブフィルタと、メディ
アンフィルタが知られている。図8を参照してリカーシ
ブフィルタを説明する。図8は従来例の構成図である。
リカーシブフィルタは、テレビ画面の隣合うフレーム信
号の相関を利用してノイズ成分を除去するものである。
テレビジョン信号では映像の動いた部分と、突然飛び込
んで来るノイズに関しては、隣合うフレーム間での相関
は少なくこれを検出することによりテレビジョン信号と
ノイズとの分別が可能となる。しかし、この方式は静止
画像に対しては有効であるが、差分信号が大きい動画に
はそのまま適用できない。そこで、このようなノイズの
除去を行うにはテレビジョン信号の静動を検出すること
が必要不可欠の条件になっている。動き検出の方式とし
ては、隣合うフレームの差分信号を利用するのが一般的
である。図8は、フレームメモリ17に記憶させた1フ
レーム前の映像と、現在の映像との差分信号を検出する
ことにより映像自体の動きとノイズを検出し、これを動
きノイズ分離回路23でノイズ成分のみを分離して除去
するものである。
【0003】次に、図9および図10を参照してメディ
アンフィルタについて説明する。図9はメディアンフィ
ルタの信号入力状況を示す図である。図10はメディア
ンフィルタの信号出力状況を示す図である。メディアン
とは中央値のことである。多点の中央値を時間の経過毎
に算出して入力とし、その中央値を合成して出力するこ
とでインパルスノイズ等の突発的なノイズを判別して除
去するものである。ここでは、3点のメディアンフィル
タとして説明する。入力信号の3点を1グループとして
M1〜M7に示すように、その中央値を入力とする。こ
れら中央値を合成して出力としたものが、図10に示す
図である。図9のM2〜M4の間にノイズが飛び込む
が、図10に示すようにM2〜M4の中央値を演算する
ことでこのノイズを識別して除去し、その欠落した部分
を予測データで置き換えている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、リカーシブフ
ィルタを使用したノイズ除去回路に、単純な隣合うフレ
ーム差信号を利用したのでは、動きを伴った解像度の高
い映像で極端な解像度劣化を発生してしまう問題があ
る。また、情報が欠落してしまうような大きなレベルの
ノイズをリカーシブフィルタで除去するのは、回路の性
格上、大きなレベルの残像現象を発生するため、動画像
でのノイズ除去には不向きである。そこで、情報が欠落
したようなノイズの除去には、メディアンフィルタの使
用が考えられるが、単純にメディアン値を出力するメデ
ィアンフィルタでは、静止画像でも画像の歪みが発生し
たり、動画像に於いて時間軸歪みを生じてしまう問題が
ある。リカーシブフィルタのノイズ抽出回路に、フレー
ム差信号を入力とした2次元相関器を用いたものでは、
3H×8(24画素)程度の相関器を使用しないと残像
が目につき実用上問題となるが、これでは回路規模が大
き過ぎる。また、情報が欠落したようなノイズを静止
画、動画像の両方で歪みの少ない映像を得ながらノイズ
除去するメディアンフィルタでは、情報の置き換え操作
を行うため、画像の歪み発生も大きい。
【0005】さらに、メディアンフィルタは、奇数個の
データ(このデータをカーネルと呼ぶ)を任意の箇所に
設定してその中央値を出力することが一般的であり、こ
の中央値に変化がなければ画面は静止していることにな
り、変化があれば画面は動いていることになる。このカ
ーネルの個数は多いほど精度が向上することはいうまで
もない。しかし、単純にカーネル数を増やし、9点のメ
ディアンフィルタを構成してメディアン値を求めるに
は、大小比較する回数は9個から2個取る組合せの回数
だけ必要で、9 2 =9×8/2=36 の36回必要となる。これはリアルタイムで実行するこ
とが必要であり、36回の比較演算を1輝点の処理時間
内に行うためには、その演算処理の高速化が必要であ
り、回路規模は相当大きなものとなってしまう。装置規
模が大きくなり実用的でなくなると同時に映像のボケ発
生確率も高くなる。
【0006】本発明はこのような背景に行われたもので
あり、回路規模が小さく、静動画像のノイズ除去を少な
い歪みで効果的に行う映像信号の雑音除去装置およびこ
れに用いる動き検出装置の提供を目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の第一の観点は動
き検出回路であり、映像信号の現在のフレームと一つ前
のフレームとの差分を入力信号とし、メディアンフィル
タおよびまたはリカーシブフィルタに与える動き情報を
発生する動き検出回路において、前記入力信号(以下A
という)、前記入力信号の1H分の遅延信号(以下Bと
いう)および前記入力信号の2H分の遅延信号(以下C
という)を入力とし、A≒B≒Cであるときには動き有
りの情報としてA、B、Cのいずれか1つを出力し、そ
れ以外のときには動き無しの情報を出力するコンパレー
タを備え、このコンパレータの出力を前記動き情報とす
ることを特徴とする。なお、前記コンパレータの出力回
路に出力信号が通過する非線形フィルタを備えることが
望ましい。また、前記入力信号の通路に低域濾波器を備
えることが望ましい。
【0008】本発明の第二の観点は雑音除去装置であ
り、映像信号が通過するとともに動き検出回路から動き
情報を入力する手段を備えたメディアンフィルタを備
え、このメディアンフィルタは、着目する一つの輝点
(Q)についてそのフィールドの直上および直下の点
(O1、O3)、二つ前のフィールドのその輝点に対応
する点(O2)、二つ後のフィールドのその輝点に対応
する点(O4)、一つ前のフィールドのその輝点に隣接
する二つの点(X1、X2)および一つ後のフィールド
のその輝点に隣接する二つの点(X3、X4)からなる
9点をカーネルとする構成である映像信号の雑音除去装
置において、前記メディアンフィルタは、前記点(O
1、O2、O3、O4、Q)の中央値MOを演算する手
段と、前記点(X1、X2、X3、X4、Q)の中央値
MXを演算する手段と、前記中央値(MO、MXおよび
Q)の中央値Q' を演算する手段と、出力信号として、
前記動き情報が動きを示すときは Q、| Q−Q'
< k のときはQ、それ以外のときはQ' を出力し
て動作を停止する手段とを備えたことを特徴とする。ま
た、この雑音除去装置において、動き検出回路として本
発明の動き検出回路が利用される構成とすることができ
る。なお、映像信号が通過するメディアンフィルタおよ
びまたはリカーシブフィルタを備えた映像信号の雑音除
去装置において、そのメディアンフィルタおよびまたは
リカーシブフィルタに動き量情報を与える動き検出回路
として本発明の動き検出回路あるいは前記低域濾波器を
入力信号の通路に備えた本発明の動き検出回路を備える
構成とすることもできる。
【0009】さらに、メディアンフィルタを通過した映
像信号の現在のフレームと一つ前のフレームとの相関信
号を発生する相関器と、この相関器の出力に送出される
相関信号を入力する乗算器を含むリカーシブフィルタと
を備え、この乗算器の出力信号と前記映像信号との差分
を映像出力信号とする映像信号の雑音除去装置におい
て、前記メディアンフィルタおよびまたはリカーシブフ
ィルタに動き量情報を与える動き検出回路として前記本
発明の動き検出回路あるいは前記低域濾波器を入力信号
の通路に備えた本発明の動き検出回路を備える構成とす
ることもできる。なお、前記相関器にその相関条件を制
御する第一制御入力端子を備え、前記乗算器にその利得
を制御する第二制御入力端子を備え、前記動き検出回路
から前記乗算器に送出される出力にリカーシブ条件を制
御する第三制御入力端子を備える構成とすることもでき
る。
【0010】
【作用】テレビジョン信号においては完全な静止画はな
く、少なくとも動いている場合が多い。これらの少ない
動きにより、メディアンフィルタが全ての画素の置き換
えを行うと、映像に歪みを生じ、かえって見ずらい映像
となってしまう。そこで、着目する一つの輝点(Q)に
ついて9点のカーネル構成とし、点(O1、O2、O
3、O4、Q)の中央値MO、点(X1、X2、X3、
X4、Q)の中央値MX、中央値(MO、MXおよび
Q)の中央値Q' を演算して、動き情報が動きを示すと
きは Q、| Q−Q' | < k のときはQ、それ
以外のときはQ' を出力する。Q’となるような動き量
が少ない時は、メディアンフィルタそれ自身が動作しな
いように制御される。
【0011】このQおよびQ' の関係は、Qは初めに設
定された実際の輝点であり、Q' はQ以外の各カーネル
位置から算出された輝点である。画面に動きのないとき
は、Qもまた不動である。したがって、画面に動きがな
いとき、即ち| Q−Q' |< k のときは実際の輝
点であるQを出力し、それ以外のときは理想的に算出さ
れたQ' を出力するため画質に劣化が少ない。画面が動
き出したときはMO、MXおよびQ、Q' が各カーネル
の中央値であるという関係は崩壊するので実際の輝点で
あるQが出力される。
【0012】
【実施例】本発明第一実施例装置の動き検出回路の構成
を図1を参照して説明する。図1は本発明第一実施例装
置の動き検出回路の構成図である。
【0013】本発明第一実施例の第一の観点は動き検出
回路10であり、映像信号の現在のフレームと一つ前の
フレームとの差分を入力信号とし、メディアンフィルタ
およびまたはリカーシブフィルタに与える動き情報を発
生する動き検出回路10において、前記入力信号(以下
Aという)、前記入力信号の1H分の遅延信号(以下B
という)および前記入力信号の2H分の遅延信号(以下
Cという)を入力とし、A≒B≒Cであるときには動き
有りの情報としてA、B、Cのいずれか1つを出力し、
それ以外のときには動き無しの情報を出力するコンパレ
ータ3を備え、このコンパレータ3の出力を前記動き情
報とすることを特徴とする。なお、コンパレータ3の出
力回路に出力信号が通過する非線形フィルタ4および4
' を備える構成である。また、前記入力信号の通路に低
域濾波器2を備える構成である。
【0014】次に、本発明第一実施例の雑音除去装置に
ついて説明するが、説明を判りやすくするためにメディ
アンフィルタについて図2および図4を参照して説明す
る。図2は本発明第一実施例のメディアンフィルタのブ
ロック図である。図4は本発明第一実施例のカーネルを
示す図である。本発明第一実施例の第二の観点である雑
音除去装置は、映像信号が通過するとともに動き検出回
路10から動き情報を入力する手段を備えたメディアン
フィルタ15を備え、このメディアンフィルタ15は、
図4に示すように、着目する一つの輝点(Q)について
そのフィールドの直上および直下の点(O1、O3)、
二つ前のフィールドのその輝点に対応する点(O2)、
二つ後のフィールドのその輝点に対応する点(O4)、
一つ前のフィールドのその輝点に隣接する二つの点(X
1、X2)および一つ後のフィールドのその輝点に隣接
する二つの点(X3、X4)からなる9点をカーネルと
する構成である。メディアンフィルタ15は、図2に示
すように、前記点(O1、O2、O3、O4、Q)の中
央値MOを演算する手段としてのMO演算部5と、前記
点(X1、X2、X3、X4、Q)の中央値MXを演算
する手段としてのMX演算部6と、前記中央値(MO、
MXおよびQ)の中央値Q' を演算する手段としてのQ
' 演算部7とを備える。出力信号として、前記動き検出
情報が動きを示すときは Qを出力し、| Q−Q'
< k のときはQ、それ以外のときはQ'を出力す
る手段としてのQQ' 比較器8およびOR回路9とを備
えたことを特徴とする。なお、Q’を出力するような動
き量が少ない時には、メディアンフィルタ15が動作し
ないようにOR回路9およびQQ′比較器8により制御
を行う構成である。なお、カーネル9個の大小比較する
回数は9個から2個取る組み合わせの回数だけ必要で、9 2 =9×8/2=36 の36回必要となることは既に説明したが、本発明第一
実施例装置では、 5 2 ×2+3 2 =(5×4/2)×2+(3×2/2)=23 の23回で済む。その理由としては、メディアン値を求
めるために、全てのデータの大小比較を行い、ソート
(並べ換え)を行うからである。
【0015】次に、本発明第一実施例の雑音除去装置の
構成を図3を参照して説明する。図3は本発明第一実施
例の雑音除去装置のブロック図である。メディアンフィ
ルタ15を通過した映像信号の現在のフレームと一つ前
のフレームとの相関信号を発生する2次元相関器12
と、この2次元相関器12の出力に送出される相関信号
を入力する乗算器11を含むリカーシブフィルタ16と
を備え、この乗算器11の出力信号と前記映像信号との
差分を映像出力信号とする映像信号の雑音除去装置にお
いて、メディアンフィルタ15およびまたはリカーシブ
フィルタ16に動き量情報を与える動き検出回路10を
備える構成である。なお、2次元相関器12にその相関
条件を制御する第一制御入力端子(A)18を備え、乗
算器11にその利得を制御する第二制御入力端子(B)
20を備え、動き検出回路10から乗算器11に送出さ
れる出力にリカーシブ条件を制御する第三制御入力端子
(C)22を備える構成である。
【0016】次に、本発明第一実施例装置の動作を図3
を参照して説明する。映像信号入力端子1から入力され
た映像信号は、動き検出回路10およびメディアンフィ
ルタ15に入力され分離される。動き検出回路10の出
力にて制御されたメディアンフィルタ15にて、情報が
欠落したような大きなレベルのノイズが除去される。そ
の出力は加算器14と加算器14’に入力される。加算
器14の出力は、フレームメモリ17の入力と映像出力
に分岐される。フレームメモリ17の内部に、ノイズの
少ない映像が記憶されているならば、フレームメモリ1
7の出力とメディアンフィルタ15の出力の差分信号
は、ノイズ成分と動いた部分の信号となる。その信号を
2次元相関器12の入力とする。ノイズ成分は2次元相
関が低いことを利用し、2次元相関器12の出力に2次
元相関の低い信号成分を出力させることにより、その出
力にノイズ成分を出力させる。さらに2次元相関器12
で検出漏れとなった動き成分を除去するために、動き検
出回路10の出力と2次元相関器12の出力を乗算器1
1で乗ずることでより確かなノイズ成分を乗算器11の
出力として得る。そこで得られたノイズ成分を加算器1
4で入力信号から差し引くことにより、加算器14の出
力にノイズの少ない映像信号が得られる。このように、
より確かなノイズの抽出を行うことで、動きを伴った映
像信号を入力とした際の映像成分をノイズとして検出す
る確率が下がることにより、動きを伴った解像度の高い
信号からのノイズ抽出で発生した信号成分の誤検出によ
る映像のボケ発生を抑えることができる。主に、微小レ
ベルのノイズはリカーシブフィルタ16が受持ち、情報
欠落のノイズはメディアンフィルタ15が受け持つ。メ
ディアンフィルタ15については、動いた部分のエッジ
もノイズとして見なされてしまうので、動き始めたらメ
ディアンフィルタ15にその情報を伝達し、エッジのボ
ケを防止する。前述したように、 | Q−Q' | < k となるような動き量が少ない時は、メディアンフィルタ
15自身が動作しないように制御される。本発明第一実
施例装置の特徴として、フレーム間差分信号からなる縦
3点のデータを比較して動き量とする。フレーム間差分
信号に低域濾波器2をかけノイズ成分をある程度取り除
き、縦3点のデータがほぼ同じならば動き量を出力す
る。即ち縦線の部分を動き量として出力する。この利点
は回路構成が簡素であることと、インパルスノイズの場
合でも動き量が検出されず有効である。
【0017】次に、本発明第二実施例装置の構成を図5
を参照して説明する。図5は本発明第二実施例装置のブ
ロック図である。動き検出回路10の検出出力をメディ
アンフィルタ15およびリカーシブフィルタ16の双方
に入力することにより映像信号雑音除去を行う例であ
る。この方式の利点は、同一の動き検出回路で、メディ
アンフィルタ15およびリカーシブフィルタ16への動
き情報を送ることができ、回路の節約となる。
【0018】次に、本発明第三実施例装置の構成を図6
を参照して説明する。図6は本発明第三実施例装置のブ
ロック図である。これは動き検出回路10の検出出力を
メディアンフィルタ15に入力することにより映像信号
雑音除去を行う例である。この方式の利点は、メディア
ンフィルタ15がそれ単体でも、ある程度の動き適応と
なっているが、動き量が少ない場合でも動作してしまう
時があり、解像度の劣化を招く。そこで、別な動き検出
信号を利用することで、これを防ぐものである。
【0019】次に、本発明第四実施例装置の構成を図7
を参照して説明する。図7は本発明第四実施例装置のブ
ロック図である。これはメディアンフィルタ15に代え
リカーシブフィルタ16を用いる構成である。この方式
の利点は、リカーシブフィルタ16を使用したノイズ低
減回路で、残像発生やボケの発生が、より確かな動き検
出を行うことで低減する。
【0020】
【発明の効果】回路規模が小さく、静動画像のノイズ除
去を少ない歪みで効果的に行える。特に、情報が欠落し
てしまったようなノイズや、小さなレベルのノイズ、そ
して低い周波数のノイズをリカーシブフィルタあるいは
メディアンフィルタを用いて静動画像のノイズ除去を行
った際の映像の歪みが抑えられる。
【0021】本発明の装置について、専門家の目視によ
る評価はきわめて高い。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明実施例装置の動き検出回路のブロック
図。
【図2】本発明実施例装置のメディアンフィルタのブロ
ック図。
【図3】本発明第一実施例装置の全体構成図。
【図4】本発明実施例装置のカーネルを示す図。
【図5】本発明第二実施例装置のブロック図。
【図6】本発明第三実施例装置のブロック図。
【図7】本発明第四実施例装置のブロック図。
【図8】従来例の構成図。
【図9】メディアンフィルタの信号入力状況を示す図。
【図10】メディアンフィルタの信号出力状況を示す
図。
【符号の説明】
1 映像信号入力端子 2 低域濾波器 3 コンパレータ 4、4' 非線形フィルタ 5 MO演算部 6 MX演算部 7 Q' 演算部 8 QQ' 比較器 9 OR回路 10 動き検出回路 11、11’乗算器 12 2次元相関器 13、13’遅延回路 14、14’加算器 15 メディアンフィルタ 16 リカーシブフィルタ 17 フレームメモリ 18 第一制御入力端子 20 第二制御入力端子 22 第三制御入力端子 23 動きノイズ分離回路

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 映像信号の現在のフレームと一つ前のフ
    レームとの差分を入力信号とし、メディアンフィルタお
    よびまたはリカーシブフィルタに与える動き情報を発生
    する動き検出回路において、 前記入力信号(以下Aという)、前記入力信号の1H分
    の遅延信号(以下Bという)および前記入力信号の2H
    分の遅延信号(以下Cという)を入力とし、 A≒B≒C であるときには動き有りの情報としてA、B、Cのいず
    れか1つを出力し、それ以外のときには動き無しの情報
    を出力するコンパレータを備え、 このコンパレータの出力を前記動き情報とすることを特
    徴とする動き検出回路。
  2. 【請求項2】 前記コンパレータの出力回路に出力信号
    が通過する非線形フィルタを備えた請求項1記載の動き
    検出回路。
  3. 【請求項3】 前記入力信号の通路に低域濾波器を備え
    た請求項1または2記載の動き検出回路。
  4. 【請求項4】 映像信号が通過するとともに動き検出回
    路から動き情報を入力する手段を備えたメディアンフィ
    ルタを備え、 このメディアンフィルタは、着目する一つの輝点(Q)
    についてそのフィールドの直上および直下の点(O1、
    O3)、二つ前のフィールドのその輝点に対応する点
    (O2)、二つ後のフィールドのその輝点に対応する点
    (O4)、一つ前のフィールドのその輝点に隣接する二
    つの点(X1、X2)および一つ後のフィールドのその
    輝点に隣接する二つの点(X3、X4)からなる9点を
    カーネルとする構成である映像信号の雑音除去装置にお
    いて、 前記メディアンフィルタは、 前記点(O1、O2、O3、O4、Q)の中央値MOを
    演算する手段と、 前記点(X1、X2、X3、X4、Q)の中央値MXを
    演算する手段と、 前記中央値(MO、MXおよびQ)の中央値Q' を演算
    する手段と、 出力信号として、前記動き情報が動きを示すときは
    Q、 | Q−Q' | < k のときはQ、 それ以外のときはQ' を出力して動作を停止する手段と
    を備えたことを特徴とする映像信号の雑音除去装置。
  5. 【請求項5】 請求項4記載の雑音除去装置において、
    動き検出回路として請求項1記載の動き検出回路が利用
    されたことを特徴とする映像信号の雑音除去装置。
  6. 【請求項6】 映像信号が通過するメディアンフィルタ
    およびまたはリカーシブフィルタを備えた映像信号の雑
    音除去装置において、 そのメディアンフィルタおよびまたはリカーシブフィル
    タに動き量情報を与えたことを特徴とする映像信号の雑
    音除去装置。
  7. 【請求項7】 メディアンフィルタを通過した映像信号
    の現在のフレームと一つ前のフレームとの相関信号を発
    生する相関器と、この相関器の出力に送出される相関信
    号を入力する乗算器を含むリカーシブフィルタとを備
    え、 この乗算器の出力信号と前記映像信号との差分を映像出
    力信号とする映像信号の雑音除去装置において、 前記メディアンフィルタおよびまたはリカーシブフィル
    タに動き量情報を与える動き検出回路として請求項1な
    いし3のいずれかに記載の動き検出回路を備えたことを
    特徴とする映像信号の雑音除去装置。
  8. 【請求項8】 前記相関器にその相関条件を制御する第
    一制御入力端子を備え、前記乗算器にその利得を制御す
    る第二制御入力端子を備え、前記動き検出回路から前記
    乗算器に送出される出力にリカーシブ条件を制御する第
    三制御入力端子を備えた請求項7記載の映像信号の雑音
    除去装置。
JP04081078A 1992-04-02 1992-04-02 映像信号の雑音除去装置およびこれに用いる動き検出回路 Expired - Lifetime JP3105626B2 (ja)

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