JPH0799804B2

JPH0799804B2 - フィルタ装置

Info

Publication number: JPH0799804B2
Application number: JP56109101A
Authority: JP
Inventors: 豊田中; 登史岡田
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1981-07-13
Filing date: 1981-07-13
Publication date: 1995-10-25
Anticipated expiration: 2010-10-25
Also published as: CA1178347A; NL192175B; FR2509547B1; JPS5810913A; GB2104341A; GB2104341B; US4524382A; FR2509547A1; DE3226038C2; DE3226038A1; NL8202833A; NL192175C; DE3226038C3

Description

【発明の詳細な説明】本発明はノイズを含む複数の信号が多重された信号か
ら、所望の信号を取り出すフイルタ装置に関し、特に取
り出される信号の劣化を無くし、忠実なフイルタリング
が行えるようにしたものである。

例えば第１図Ａに示すようなノイズN₁〜N₃を含む信号か
ら本来の信号を取り出す場合に、従来はローパスフイル
タを用いてノイズN₁〜N₃を除去することが行われてい
る。しかしこの方法では、第１図Ｂに示すように取り出
された本来の信号の立ち上がりもなまつてしまい、信号
が劣化してしまう。

またNTSC方式のカラー映像信号において輝度信号とクロ
マ信号とを分離するフイルタとして、画面の垂直相関性
とクロマ信号の副搬送波の位相が１水平期間ごとに反転
していることとを利用した、いわゆるくし形フイルタが
ある。第２図はその回路であつて、入力端子（101）か
らの信号が加算回路（102）及び減算回路（103）に供給
されると共に、入力端子（101）からの信号が１水平期
間の遅延回路（104）を通じて加算回路（102）及び減算
回路（103）に供給され、各回路（102），（103）から
の信号がレベルを1/2に減衰するアツテネータ（105），
（106）を通じて出力端子（107），（108）に取り出さ
れる。

この回路において、加算回路（102）からはクロマ信号
が相殺されて輝度信号が出力端子（107）に取り出され
る。また減算回路（103）からは輝度信号が相殺されて
クロマ信号が出力端子（108）に取り出される。

ところがこの場合に、例えば第３図Ａに示すように輝度
信号のレベル信号が一定で途中（３番目の走査線）から
クロマ信号が加えられたような信号（図中矢印は輝度信
号のレベル、曲線はクロマ信号を示す）が上述のくし形
フイルタに供給されると、３番目の走査線においてクロ
マ信号の垂直相関性がないために信号劣化が生じてしま
う。すなわち、出力端子（107）には第３図Ｂに示すよ
うに輝度信号が取り出されるが、３番目の走査線にクロ
マ信号が残留して、いわゆるドツト妨害を発生させてし
まう。また出力端子（108）には第３図Ｃに示すように
クロマ信号が取り出されるが、番目の走査線のクロマ信
号のレベルが低下してクロマ信号の垂直解像度が劣化し
てしまう。

本発明はこのような点にかんがみ、上述のような信号劣
化のない、新規なフイルタ装置を提供するものである。

ところで従来のフイルタ装置は、時間の次元で変化する
信号をフーリエ変換によつて周波数の次元に変換し、そ
の周波数成分をフイルタリングしている。これに対して
本発明では、時間の次元で変化する信号をパターン空間
に変換し、このパターンの変形によつてフイルタリング
を行うものである。

すなわち本発明は、相関性を有する複数の信号を相関性
に基づいてフイルタリングするに当り、信号を多次元の
パターン空間に配列し、パターン空間の所望の空間に分
布する信号を論理演算によつて増減するようにしたもの
である。

以下図面を参照しながら本発明の一実施例について説明
しよう。

まずパターン空間について説明する。例えば１フレーム
のテレビ信号を垂直水平にそれぞれｍ、ｎ個の画素から
構成されていると考え、各画素の振幅を、ｆ（x_i,y_j）但し、１ｉ＜m,1ｊ＜ｎとすると、上述のテレビ信号はｆ（x_i,y_j）をｍ×ｎ＝
ｋ個順に並べたものとみなすことができる。これを例え
ばと表わすことにより、この１フレームのテレジ信号をｋ
次元のベクトルとして考えることができる。

このようにして、複数の時点の信号のレベルをそれぞれ
の次元に当てはめてベクトル表現したときにできる多次
元空間をパターン空間と称する。

同様にして、隣接する３点の信号のレベルf_t-1,f_t,f_t+1
（２ｔ＜ｋ−１）を用いて３次元のパターン空間を構
成することができる。

第４図はそのような３次元パターン空間の斜視図であつ
て、それぞれのベクトルは信号の最大レベルによつて包
囲される空間内の任意の点で表わされる。

この３次元パターン空間において、原点Ｏとベクトルが
最大の点Ｐとの間を結ぶ線分は f_t-1＝f_t＝f_t+1 であることを示している。

また第５図Ａに示す平面は f_t-1＝f_t≠f_t+1 であることを示している。さらに第５図Ｂに示す平面は f_t-1≠f_t＝f_t+1 であることを示しており、これらは信号がステツプ状に
変化していることを示している。

これに対して第５図Ｃに示す平面は f_t-1＝f_t+1≠f_t であることを示しており、これは信号が急激に変化して
いることを示している。

そこでこの３次元パターン空間をＯ−Ｐ線の延長上から
見ると第６図のようになる。ここで各範囲の信号はそれ
ぞれ外周に図示のように変化している。図において、第
４図のＯ−Ｐ線は原点、第５図Ａの平面はf_t+1−ｆ′
_t+1軸、Ｂの平面はf_t-1−ｆ′_t-1軸、Ｃの平面はCf_t−
ｆ′_ｔ軸で現される。

この場合に、本来の信号はレベルが緩やかに変化し（以
下の説明では、隣接する信号間の相関性が強いと称す
る）、例えば第６図の周囲に示す波形の内ではf_t-1−
ｆ′_t-1軸〜f_t+1−ｆ′_t+1軸の間に示すように、一方的
に増加または減少、若しくはステップ状の波形になる。
従ってこのような波形は、第７図のＡに示すようにf_t-1
−ｆ′_t-1線〜f_t+1−ｆ′_t+1線の範囲に分布し、これ以
外の範囲には存在しない。

これに対して、雑音等はレベルが急激に変化し（以下の
説明では、隣接する信号間の相関性がないと称する）、
第７図のＢに示すように全体に均一に分布する。

そこで本発明は、上述の本来の信号と同様のf_t-1−ｆ′
_t-1軸〜f_t+1−ｆ′_t+1軸の間に存在する雑音は除去でき
ないが、それ以外の範囲の雑音は波形が急激に変化され
るために本来の信号を妨害し、信号の品質を劣化させる
恐れが大きいものであり、これを除去するものである。

すなわちこれらの第７図Ａ、Ｂの信号が混合された信号
に対して、例えば第６図の斜線の範囲外に位置する信号
を、斜線の範囲に納まるように変形することによって、
斜線の範囲外に位置する雑音の成分を除去することがで
きる。

以下に、例えば第８図に示すような信号について説明す
る。この第８図で図中の数字はサンプリングの位置を示
し、丸印はサンプリングされた信号のレベル位置を示
す。またN₁〜N₃はノイズを示している。

このような信号を上述の第６図のように表すと、例えば
ノイズN₂の含まれたサンプリング位置（10、11、12）の
信号は、例えば第９図のポイントＸに示すようになる。
そこでこの信号を矢印のように変形することによって、
変形されたポイントＹの信号は、例えばサンプリング位
置（５、６、７）の信号と同等のステップ形状（レベル
は異なる）となり、ノイズN₂の成分が除去された信号に
変形される。

同様にして、例えばノイズN₁の含まれたサンプリング位
置（７、８、９）の信号は、例えば第９図のポイントＺ
に示すようになる。そこでこの信号を矢印のように変形
することによって、変形されたポイントＯ（原点）の信
号は、例えばサンプリング位置（23、24、25）の信号と
同等の平坦な形状（レベルは異なる）となり、ノイズN₁
の成分が除去された信号に変形される。

さらに例えばノイズN₃の含まれたサンプリング位置（1
8、19、20）の信号の信号についても同様に変形が行わ
れることによって、平坦な形状となり、ノイズN₃の成分
が除去された信号に変形される。

その他、例えばサンプリング位置（４、５、６）の信号
は例えば第９図のポイントＶに示すようになり、サンプ
リング位置（20、21、22）の信号は例えば第９図のポイ
ントＷに示すようになるが、これらの信号は第６図の斜
線の範囲内に相当するので変形は行われない。

このようにして、上述の例えば第６図の斜線の範囲外に
位置する信号を、斜線の範囲に納まるように変形するこ
とによって、斜線の範囲外に位置する雑音に相当する成
分を除去することができるものである。

さらにこの変形は、例えば次のような論理演算にて行う
ことができる。

すなわち f_t′＝MAX｛MIN（f_t-1,f_t）,MIN（f_t,f_t+1）， MIN（f_t-1,f_t+1）｝・・・・（１）＝MIN｛MAX（f_t-1,f_t）,MAX（f_t,f_t+1）， MAX（f_t-1,f_t+1）｝・・・・（２）の論理演算にて変形を行う。ここでMAXは以下のかつこ
内で最大の物を取り出すこと、MINは以下のかつこ内で
最小の物を取り出すことを示している。

この論理演算を行うことにより、例えば第８図のノイズ
N₁の部分では、 f₈′＝MAX｛MIN（f₇,f₈）,MIN（f₈,f₉）， MIN（f₇,f₉）｝＝MAX（f₈,f₈,f₇）＝f₇ となる。従ってノイズN₁であるf₈の信号のレベルがf₇の
信号のレベルで置き換えられ、この部分のノイズN₁が除
去される。

またノイズN₂の部分では、ｆ′₁₁＝MAX｛MIN（f₁₀,f₁₁）,MIN（f₁₁,f₁₂）， MIN（f₁₀,f₁₂）｝＝MAX（f₁₀,f₁₂,f₁₀）＝f₁₂ となる。従ってノイズN₂であるf₁₁の信号のレベルがf₁₂
の信号のレベルで置き換えられ、この部分のノイズN₂が
除去される。なおノイズN₃についても、ノイズN₁と同様
に除去される。

これに対して、例えばf₅の信号においては、 f₅′＝MAX｛MIN（f₄,f₅）,MIN（f₅,f₆）， MIN（f₄,f₆）｝＝MAX（f₄,f₅,f₄）＝f₅ となる。従ってf₅の信号はそのまま取り出され、本来の
信号がそのまま取り出される。

またf₆の信号においては、ｆ′_６＝MAX｛MIN（f₅,f₆）,MIN（f₆,f₇）， MIN（f₅,f₇）｝＝MAX（f₅,f₆,f₅）＝f₆ となる。従ってf₆の信号はそのまま取り出され、本来の
信号がそのまま取り出される。

こうして本発明によれば、ノイズによって波形が急激に
変化された部分の信号のレベルが、その前後の本来の信
号のレベルで置き換えられ、ノイズが除去されると共
に、緩やかに変化される本来の信号はそのまま取り出さ
れ、本来の信号を劣化させることなく、ノイズの除去を
行うことができる。

さらに第10図〜第12図は具体的な回路構成を示す。

まず第10図は全体の構成を示し、入力端子（１）に供給
された信号が、本来の信号の最高周波数の周期に相当す
る遅延時間を有する遅延回路（２）、（３）の直列回路
に供給される。さらに入力端子（１）からの信号及び遅
延回路（２）（３）の出力信号が上述の式（１）あるい
は（２）に相当する論理演算回路（４）に供給される。
そして論理演算処理された信号が出力端子（５）に取り
出される。

そして論理演算回路（４）は以下のように構成される。

第11図は上述の式（１）に対応するものである。この図
においてpnp形のトランジスタ（51a），（52a）と、（5
1b），（52b）と、（51c），（52c）とによる３組の回
路が設けられる。これらのコレクタが共通設置されると
共に、２つづつのエミツタが互いに接続され、これらの
接続点がそれぞれ抵抗器（53a），（53b），（53c）を
通じて電源端子（54）に接続される。またf_t-1,f_t,f_t+1
の信号が供給される端子（55a），（55b），（55c）が
設けられ、端子（55a）がトランジスタ（51a），（52
c）、端子（55b）がトランジスタ（52a），（51b）、端
子（55c）がトランジスタ（52b），（51c）のそれぞれ
ベースに接続される。さらにトランジスタ（51a）〜（5
2c）のエミツタの接続点がそれぞれnpn形のトランジス
タ（56a），（56b），（56c）のベースに接続され、こ
れらのトランジスタ（56a）〜（56c）のコレクタが電源
端子（54）に接続されると共に、エミツタが互いに接続
され、この接続点が抵抗器（57）を通じて接地される。
そしてトランジスタ（56a）〜（56c）のエミツタの接続
点が出力端子（58）に接続される。

この回路によれば、トランジスタ（51a），（52a）にて
端子（55a），（55b）からの信号の小さい方が取り出さ
れ、トランジスタ（51b），（52b）にて端子（55b），
（55c）からの信号の小さい方が取り出され、トランジ
スタ（51c），（52c）にて端子（55c），（55a）からの
信号の小さい方が取り出される。そしてトランジスタ
（56a）〜（56c）にて、トランジスタ（51a）〜（52c）
からの信号の最大のものが取り出され、出力端子（58）
に出力される。

また第12図は上述の式（２）に対応するものであつて、
第11図のpnp形のトランジスタ（51a）〜（52c）がそれ
ぞれnpn形のトランジスタ（51a′）〜（52c′）に置換
され、npn形のトランジスタ（56a）〜（56c）がそれぞ
れpnp形のトランジスタ（56a′）〜（56c′）に置換さ
れると共に、電源端子（54）と接地とが逆にされる。こ
の回路によればトランジスタ（51a′）〜（52c′）にて
それぞれ大きい方が取り出され、トランジスタ（56
a′）〜（56c′）にてそれらの最小のものが出力され
る。

これらの図からも明らかなように、本発明は極めて簡単
な回路構成にて実現できる。

さらに以下において、本発明をNTSC方式のカラー映像信
号の輝度信号のクロマ信号の分離フイルタに適用した場
合について説明する。

ところで、NTSC方式のカラー映像信号においてはクロマ
信号の副搬送波の位相が１水平期間ごとに反転してい
る。そこで上述の信号f_t-1,f_t,f_t+1に代えて信号f_tと１
水平期間（Ｈ）前の信号f_t-H及び１水平期間後の信号f
_t+Hを用いて上述と同様のパターン空間を形成する。こ
こで輝度信号成分（○）とクロマ信号成分（×）とを分
けて表わす。

このようにすると、これらの信号は第13図、第14図に示
すように、輝度信号成分はほぼＡ軸とＢ軸の間に分布
し、クロマ信号成分はＣ軸の近傍に分布している。そこ
で上述の信号からクロマ信号を取り出すには、パターン
空間上でＣ軸方向に変形を行えばよい。

第15図はそのようにしてクロマ信号を取り出すための回
路を示す。図において、入力端子（10）からの信号がバ
ンドパスフイルタ（11）に供給されてクロマ信号の重畳
された帯域の信号が取り出される。この信号がそれぞれ
１水平期間に相当する遅延時間を有する遅延回路（1
2），（13）の直列回路に供給される。さらにフイルタ
（11）からの信号がインバータ（14）及び加算回路（1
5）を通じて論理演算回路（16）に供給される。また遅
延回路（12）からの信号が加算回路（17）を通じて論理
演算回路（16）に供給される。また遅延回路（13）から
の信号がインバータ（18）及び加算回路（19）を通じて
論理演算回路（16）に供給される。さらに論理演算回路
（16）に供給される信号が全て正の信号となるようにバ
イアスするために正電圧源（20）からの直流電圧が加算
回路（15），（17），（19）に供給される。

ここで論理演算回路（16）としては、上述の第10図の論
理演算回路（４）と同等の回路が用いられる。

従つて第16図Ａに示すような走査線i,j,k,l,mの信号が
供給された場合に、走査線ｊのクロマ信号を取り出す時
点では第16図Ｂに示すように,j,の信号が論理演算
回路（16）に供給される。また走査線ｋのクロマ信号を
取り出す時点では第16図Ｃに示すように,k,の信号
が論理演算回路（16）に供給される。さらに走査線ｌの
クロマ信号を取り出す時点では第16図Ｄに示すように
,l,の信号が論理演算回路（16）に供給される。

そしてこのような信号が供給されることにより、論理演
算回路（16）からは第16図Ｅに示すような信号ｊ′,
k′,l′が取り出される。

この信号が減算回路（21）に供給されて正電圧源（20）
からのバイアス電圧が減算され、この信号が加算回路
（22）に供給されると共に、遅延回路（12）からの元の
信号が加算回路（22）に供給されて輝度信号成分が除去
される。そしてこの輝度信号の除去されたクロマ信号が
レベルを1/2に減衰するアッテネータ（23）に供給され
て元の信号と同レベルの信号とされ、この信号が出力端
子（24）に取り出される。

さらに減算回路（21）からの信号が減算回路（25）に供
給されると共に、遅延回路（12）からの元の信号が減算
回路（25）に供給されてクロマ信号成分が除去される。
そしてこのクロマ信号成分の除去された輝度信号がレベ
ルを1/2に減衰するアツテネータ（26）に供給されて元
の信号と同レベルの信号とされる。また入力端子（10）
からの信号がローパスフイルタ（27）に供給されて上述
のバンドパスフイルタ（11）で遮断された低域の輝度信
号が取り出され、この信号が１水平期間に相当する遅延
時間を有する遅延回路（28）を通じて加算回路（29）に
供給されると共に、アツテネータ（26）からの信号が加
算回路（29）に供給される。そして加算された輝度信号
が出力端子（30）に取り出される。

従つてこの回路によれば、第16図からも明らかなよう
に、ドツト妨害や垂直解像度の劣化のない輝度信号とク
ロマ信号の分離を行うことができる。

なお元の信号を加算することにより、パターン空間にお
いて、第17図に示すように途中までの変形が行われる。
これはパターン空間において取り出す範囲を拡げたこと
に相当し、従来のフイルムにおいては通過帯域を拡げた
ことに対応するものである。

さらに以下において、本発明を映像信号の輪郭強調回路
に適用した場合について説明する。

第18図において、入力端子（40）からの信号がそれぞれ
１水平期間に相当する遅延時間を有する遅延回路（4
1），（42）の直列回路に供給される。そして入力端子
（40）からの信号及び遅延回路（41），（42）の出力信
号が論理演算回路（43），（44）に供給される。ここで
論理演算回路（43）においては f_t′＝MIN（f_t-H,f_t,_t+H）論理演算回路（44）においては f_t′＝MAX（f_t-H,f_t,_t+H）の演算がそれぞれ行われる。

さらに遅延回路（41）からの信号が減算回路（45），
（46）に供給されると共に、論理演算回路（43），（4
4）からの信号が減算回路（45），（46）に供給されて
遅延回路（41）の出力から減算される。この減算回路
（45），（46）からの信号が加算回路（47）で加算さ
れ、この加算信号がアツテネータ（48）を通じて加算回
路（49）に供給されると共に、遅延回路（41）からの信
号が加算回路（49）に供給される。そしてこの加算回路
（49）からの信号が出力端子（50）に取り出される。

従つてこの回路において、１水平期間ごとの信号、すな
わち画面を垂直方向に見た信号の変化が第19図Ａのよう
であつた場合に、論理演算回路（43）からは第19図Ｂの
ような信号が取り出され、この信号が減算回路（45）で
元の信号から減算されて第19図Ｃのような信号が形成さ
れる。また論理演算回路（44）からは第19図Ｄのような
信号が取り出され、この信号が減算回路（46）で元の信
号から減算されて第19図Ｅのような信号が形成される。
そしてこれらの信号が加算回路（47）で加算されて第19
図Ｆのような信号が形成され、この信号が適当なレベル
で加算回路（49）にて元の信号に加算されて第19図Ｇの
ような輪郭強調された信号が形成される。

なお論理演算回路（43）は、例えば第20図のように３個
のpnp形のトランジスタ（61a），（61b），（61c）で構
成され、この演算によつて信号はパターン空間上で第21
図、第22図に示すように変形される。また論理演算回路
（44）は、例えば第23図のように３個のnpn形のトラン
ジスタ（62a），（62b），（62c）で構成され、この演
算によつて信号はパターン空間上で第24図、第25図に示
すように変形される。

以上述べたように、本発明によれば種々の信号を目的に
合せてフイルタリングすることができる。

なお上述の例では信号を全て正の範囲で扱つたが、これ
は正負の符号を持たせても同様のフイルタリングを行う
ことができる。

また本発明によるフイルタリングの前に従来のフイルタ
装置を用いて任意の前処理を行うようにしても良い。

さらに本発明は、二次元を含む多次元のパターン空間に
おいてフイルタリングすることもできる。

また本発明は、信号をアナログ信号あるいはデジタル信
号のいずれにおいて処理する場合にも適用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は従来の装置の説明のための図、第４図
〜第９図は本発明の説明のための図、第10図は本発明の
一例の構成図、第11図、第12図はその説明のための図、
第13図、第14図は他の例の説明のための図、第15図は他
の例の構成図、第16図、第17図はその説明のための図、
第18図はさらに他の例の構成図、第19図〜第25図はその
説明のための図である。（１），（10），（40）は入力端子、（２），（３），
（12），（13），（41），（42）は遅延回路、（４），
（16），（43），（44）は論理演算回路、（５），（2
4），（30），（50）は出力端子である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】直列につながれた第１及び第２の遅延手段
を有し、上記第１の遅延手段の入力部の第１の信号と、
上記第２の遅延手段の入力部の第２の信号と、上記第２
の遅延手段の出力部の第３の信号との、各信号のレベル
をそれぞれの次元に当てはめてベクトル表現した多次元
のパターン空間に配列する手段と、上記第１の信号と第２の信号、第２の信号と第３の信
号、第３の信号と第１の信号をそれぞれの組とし、これ
らの各組の信号を、それぞれの組の最小値を取り出した
中の最大値を取り出すか、それぞれの組の最大値を取り
出した中の最小値を取り出すことにより、上記配列され
た各々の信号の内の上記パターン空間上の本来の信号が
存在しない範囲に存在する信号を本来の信号の存在する
範囲に移動させる論理演算回路とを備えたことを特徴と
するフィルタ装置。