JPH08508862A - ビデオ信号処理 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ビデオ用雑音削減メディアン濾波器、あるいはビデオＦＩＲ濾波器のグループ遅延が、出力サンプル点に関して時間的に後（未来）のフィールドのコントリビューションを時間的に前（過去）のフィールドに移すことによって削減される。この時間的な非対称性によっても、何の重要な欠陥は生じない。

Description

【発明の詳細な説明】ビデオ信号処理 本発明はビデオ信号処理、特にビデオ信号濾波処理に関する。 一例として、ビデオ信号の濾波処理は雑音を削減するために行われる。 多数の入力から中間値を選択するメディアン濾波器の使用は、ビデオ信号処理 における確立された雑音削減技術である。この適用のための典型的な中間濾波器 は中央のサンプル、同じ走査線上の水平方向で隣接したサンプル、および隣接し た走査線上で同じ水平方向位置にある垂直方向で隣接したサンプルに対応する複 数の入力を有している。 ハイレベルな雑音削減を達成するために、特に低周波の雑音に対して、時間的 に隣接したサンプルを加えることが提案されてきた。したがって、メディアン濾 波器のための入力は、ビデオ信号の直前直後のフレーム中の同じ水平、垂直方向 位置から得られる。これらの点を含むことは、２次元メディアン濾波器における 公知の欠点である、静止画面上の偽信号を減少するという付加的な利点がある。 フレーム間の動きは、メディアン濾波器がフィードバックを含まないために、不 鮮明さを導入することはない。通常この動きによって、メディアン濾波器は中央 のサンプルもしくは、空間的に隣接したサンプルのうちのひとつを選択すること になる。 ２次元から３次元へのメディアン濾波の拡張、すなわち、時間的に離れたサン プルの導入によって、が重要な利点が得られるが、遅延による不利ももたらされ る。時間的に離れたサンプル点を達成するために、中央サンプル点および空間的 に隣接したサンプル点を含んだ主信号ラインを１フレーム分もしくは４０ｍｓ（ １分に２５フレームというシステムにおいて）だけ遅らせることが必要である。 オーディオチャンネルにおいて、またビデオ信号の並行処理がある場合に、他 のビデオチャンネルにおいて、補正が要求されるので、この遅延はメディアン濾 波器の雑音削減技術の主な欠点である。反対に、巡回型雑音削減技術はこの遅延 の影響を受けない。もちろんその技術は、もし動きの不鮮明さが避けられるべき であるなら、十分な動きの検出が必要である。 もう一つのビデオ信号濾波処理は、合成テレビ信号を復調して、輝度情報とク ロミナンス情報を分離することである。多くの種類のデコーダー回路が、多数の 適用によって生じた異なった要求に合うように提案されてきた。これらの要求は 、性能とコストの関係においてだけでなく、濾波器の作用においても異なってい て、デコーダーの設計は、一般的に、競合する基準、つまり、適用ごとに異なる 優先順位による妥協のものとみなされている。 動きの処理は、他のビデオ濾波器におけるように、デコーダーの設計の重要な 要素である。動きが検出されたか否かによって動作モードを切り替えることで、 動きに適応したデコーダーが生産されてきた。動きの存在に関係なく正常な動作 が通常達成されるように、濾波器係数が選択される非適応型デコーダーも生産さ れてきた。この種のデコーダーのよい例がイギリス特許第２１７３９７１号に開 示されている。これは、ビデオ信号の５つの連続したフィールドから得られる合 計９つのコントリビューション（ｃｏｎｔｒｉｂｕｔｉｏｎ）を使用するＰＡＬ デコーダーについて述べている。このデコーダーの性能は一般的に非常に良いと みなされ、余計なコストがかかる動き適応型のものに匹敵する。しかしながら、 そのデコーダーは４フィールド分の遅延を必要とする。これは、雑音削減回路に 関して上記した欠点となる。 ほかに、例えば、巡回型あるいは動き適応型のものと比べて良好な性能を提供 するが、しかし、基準点のどちらかの側のフィールド、実際には、一方の側の２ つ以上のフィールドから得られた情報による多数のビデオ濾波器が存在する。必 要な遅延の存在によって、並行するオーディオあるいはビデオチャンネルをもた らされる問題点は、これほど望ましい濾波器の性能を達成するうえで避けられな いものとして受け入れられてきた。 本発明の目的は巡回型でなく、３次元で動作ができ、さらに遅延の問題を避け る、あるいは削減できる改良された濾波器を提供することにある。 従って、本発明は、時間的にそして好ましくは出力サンプルの点から水平及び 垂直の両方向に離れた入力サンプルを有するビデオ信号濾波器の態様に関し、時 間的に離れたサンプルの大部分が出力サンプルの点に対して時間的に前（過去） に離れていることを特徴とするものである。 時間的に離れたサンプルの全てが出力サンプルの点に対して時間的に前に離れ ていることが有利なことである。 時間的に後（未来）方向に離れた各あるいはあるサンプルの基準点に対する時 間的ずれは、時間的に前の最も早いサンプルの出力サンプル点に対する時間的ず れより少ないことが適当である。 本発明の別の様態では、時間において１つ以上の点から情報を得るビデオ信号 濾波器において濾波器の重力の中心が濾波器の時間的アパーチャの中心より時間 的に早いことを特徴とするものである。 本発明のさらに別の様態では、関与する周波数におけるグループ遅延が濾波器 の時間的アパーチャの幅の１／２以下であることを特徴とするビデオ濾波器にあ る。 さらに本発明の別の様態では、中央のサンプルから水平に、垂直に、そして時 間的に離れた複数の入力サンプルを有するビデオ信号メディアン濾波器において 、時間的に離れたサンプルが全て中央のサンプルに対して時間的に前（過去）に ずれていることを特徴とするものである。 時間的に離れたサンプルは、先行するフレームにおける同じフィールドからの １つ以上のサンプルと、先行するフィールドからの１つ以上のサンプルでインタ ーレースによるラインずれに適当に修正されたものから成ることが有利である。 便利にも、ラインずれの修正は、垂直方向に隣接した２つのサンプル間に補間 して空間的な正しい位置を与えることによって達成することができる。 さらに、本発明の他の様態によれば、中心のサンプルに対して水平に、垂直に 、そして時間的に配置された一連のサンプルの中間の位置のもので中心のサンプ ルを置き換えることによってビデオ信号の雑音を削減する方法において、一連の サンプルが、同じ走査線上の中心サンプルから水平方向に離れている少なくとも ２つのサンプルと、隣接している走査線からの少なくとも２つのサンプルと、中 心のサンプルからいずれも時間的に前（過去）方向に離れている少なくとも２つ のサンプルとを有していることを特徴とするものである。 以下の図面を参照して本発明を例示的に説明する。 図１は公知の２次元メディアン濾波器の動作を示している図である。 図２は公知の３次元メディアン濾波器の動作を示している図である。 図３は本発明による濾波器の動作を示している図である。 図４は公知の空間的一時間的補間器の動作を示している図である。 図５は本発明による補間器の図４に似た図である。 図６は図５に従って動作する、本発明による補間器のブロック図である。 図７はＰＡＬ信号の輝度成分を分離するための公知の回路を示している図であ る。 図８は、本発明に従って、図７の濾波器を固有の遅延を減少するために適応し た方法を示している。 図９は図８に関するクロミナンス相を示す一連の平面図である。 図１０は本発明によるＰＡＬ信号の輝度成分を分離するための回路のブロック 図である。 メディアン濾波器は数多くの入力から中間値を選択する。雑音削減への適用の ために、これらの入力サンプルは信号中心点への高度の類似性ゆえに選択される 。典型的な２次元濾波器が図１に示されている。点（Ａ）中心サンプルであり、 点（Ｂ）と点（Ｃ）は同じ走査線上の隣接したサンプルである。点（Ｄ）と点（ Ｅ）は、隣接した走査線上で点（Ａ）と同じ水平的位置にある。 特に低周波雑音において、高度の雑音削減を達成するために、時間的に隣接し たサンプルがメディアン濾波器に加えられる。これは図２に示されていて、そこ において点（Ｆ）と点（Ｇ）が点（Ａ）と同じ空間的位置にあるが、しかし、そ れらは隣接したフレームからのものである。上記のように、これらの点を含むこ とにより静止画面上の偽信号を削減できるという利点がある。図２の配置の主な 不利は、点（Ｆ）を選択するためにはフレーム遅延が必要になることである。同 期性を維持するために、オーディオチャンネルは同じ間隔で遅らされることが必 要になる。同様に、もし、雑音削減濾波器が並行ビデオ処理チャンネルを有する 大きな回路の一部であるなら、遅延の補正はそれらの並行チャンネルにおいて要 求されるであろう。 時間軸に関する対称性を欠き、中心サンプルからいずれも時間的に前（過去） 方向にずれた２つのサンプルを利用しているような構成において、３次元のメデ ィアン濾波器の利点のほとんどが保証されることが、本発明によって意外にも発 見された。これは、３次元メディアン濾波器を主信号通路に実質的な遅延なく動 作させることを可能にしている。図３に関して、中心サンプル（Ａ）の後（未来 ）におかれた点（Ｆ）はもはや不必要となり、それゆえ点（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）（ Ｄ）（Ｅ）が時間０のフィールドから得られる。直前のフレームの同じ空間的位 置である点（Ｇ）は保持される。理論的には、より前のフレームから追加的にサ ンプルを得ることが可能であるが、直前のフィールドから新たなサンプル点（Ｈ ）を得るほうが好ましい。インターレースのゆえに、もちろんラインずれを修正 することが必要になる。したがって、６２５ライン、５０Ｈｚ標準において、サ ンプル点（Ｈ）はライン３１２と３１３から補間される。 本発明の解決法において、１フレームの公知の３次元メディアン濾波器の遅延 と比較して、サンプル（Ａ）は１ラインの固有遅延を有するだけである。 ビデオ信号上にカラー副搬送波がある場合、できるだけ相の偶数分配を提供す るようにサンプル点が選択されるべきである。実践において、具体的には、カラ ー副搬送波の相を選択するためにサンプル点（Ａ）（Ｅ）（Ｄ）（Ｇ）が固定さ れる一方、サンプル（Ｃ）と（Ｂ）およびサンプル（Ｈ）を得るラインの位置を 選択する可能性が存在する。相の分配を生じるためにサンプルを選ぶことは、並 の雑音削減の犠牲で、ある程度の副搬送波拒否を与える。似たような副搬送波相 を有する点を選択すると、メディアン濾波器の雑音削減特性は保証されるが、副 搬送波は抑制あるいは減少されることはない。副搬送波の高いレベルでは、メデ ィアン濾波器の雑音削減の特性は減少される。 濾波器のもう一つの重要な利用はビデオラインの補間である。補間は垂直方向 、時間的、もしくはその両方において行われる。垂直方法補間は、もちろん動き への対処には問題はないが、解像度を制限してしまう。結合した、すなわち空間 的一時間的補間はしばしば最高の性能を提供する。動き適応型ではない空間的一 時間的補間の例がイギリス特許第２１９７１５２号に示されている。垂直方向の 低周波成分を実質的に現在のフィールドから得るように配慮することによって、 動きの不鮮明さが最小とされる。垂直方向の高周波成分は現フィールドと隣接フ ィールドの両方から得られ、垂直方向解像度を改善する。 図４を参照して、一連の交錯した線の連続したラインに混ぜ合わされた変換器 における入力ラインｘから得られるコントリビューションを図式的に示している 。直前のフィールドから得られたコントリビューションは、直後のフィールドか ら得られるコントリビューションと同様、和が０になることがわかるであろう。 時間的アパーチャの幅、すなわち、最前のサンプル点と最後のサンプル点の間の 時間の間隔は２フィールドである。 本発明によると、この濾波器は以下の通り変形される。すなわち、直前のフィ ールドからのコントリビューションは直後のフィールドの対応するラインからの 同じコントリビューションに置き替わる一方、現フィールドからのコントリビュ ーションは変化しないままである。図５に示されるように、本発明による空間的 −時間的補間は時間的に後（未来）のフィールドからの情報を必要とせず、時間 的に前（過去）のフィールドから２重のコントリビューションを得る。一フィー ルド遅延の必要性を除去したこの修正は、満足のいくレベルの性能を提供する。 図５の方法で動作する空間的一時間的な補間器が図６に示されている。ターミ ナル６０の入力ビデオ信号は、一連のライン遅延６１ａ、６１ｂ、そして６１ｃ を通過させられる。この遅延鎖の最も外側のタップは、ブロック６２で合算され 、そして２分割される。内側のタップは、同様にブロック６３で合計され、そし て２分割される。ブロック６３の出力は減算器６４でブロック６２の出力から引 かれ、掛け算機６５において算出された結果はブロック６６においてブロック６ ３からの出力に加えられる。これは現ラインからの望ましいコントリビューショ ンを作り出す。 -0.026 +0.526 +0.526 -0.026 ビデオ入力信号もまたフィールド遅延６７（３１２ライン）を通された後、一連 の４つのライン遅延６８ａ、６８ｂ、６８ｃ、そして６８ｄに保存される。この 遅延連鎖の最も外側にあるタップは、ブロック６９において合算されたあと２分 割される。中央のタップは減算器７０においてブロック６９の出力から引かれ、 そして、掛け算機７１において算出された出力は、加算器７２へ送られる。遅延 連鎖の内側のタップは、ブロック７３で合計された後、２分割される。中心のタ ップは減算器７４においてブロック７３の出力から引かれ、掛け算機７５におい て算出された結果は、加算器７６で前に述べた現フィールドからのコントリビュ ーションの出力に加えられる。加算器７６の出力は濾波器の出力を供給する加算 器７２への第２の入力を形成する。この回路は時間的に前（過去）のフィールド からコントリビューションを作ることがわかる。 +0.062 -0.232 +0.340 -0.232 +0.062 これまで述べてきた補間の遅延についてもっと詳しく調べることは建設的なこ とである。並行したオーディオ、もしくはその他のビデオチャンネルの遅延を整 合させる必要性についての問題は既に言及している。これに関連して、重要な遅 延は、画像情報、ここでは低周波信号、についての遅延である。それゆえ、空間 的−時間的補間器としての濾波器にとって、遅延を考慮する際、関連の周波数は 低周波である。関連の周波数における濾波器のグループ遅延、すなわち、周波数 に関する相の１次導関数として規定されているグループ遅延について述べるのが より適当であろう。 特定の場合にもどって、本発明の効果は、一フィールドだけ低周波におけるグ ループ遅延を削減することであった。また、本発明による濾波器のこのグループ 遅延を時間的濾波器アパーチャの幅と比較することも建設的である。このグルー プ遅延は、低周波において、時間的アパーチャの一フィールドに比較して、２ラ イン分であることがわかる。このように、遅延は時間的濾波器アパーチャの半分 以上のグループ遅延（６２５ラインに比較して３１５ライン）を有している従来 技術の濾波器よりも割合において相当少ない。関係する周波数における時間的ア パーチャの幅の半分より小さなグループ遅延は、本発明の望ましい形による濾波 器の特徴である。 その他の濾波器に関して、重要な例を合成テレビ信号の復調についてすでに言 及した。イギリス特許第２１７３９７１号に開示されている公知のＰＡＬデコー ダーの動作を図７に示している。そのデコーダーは入力合成信号の５フィールド から得られた合計９つのコントリビューションを使用していることが示されてい る。図７に示されているものは、事実、輝度分離濾波器すなわち櫛型である。 本発明によると、時間的に後（未来）のフィールドからのコントリビューショ ンは図８に示されるように時間的に前（過去）のフィールドからの付加的なコン トリビューションと置き替えられる。時間的に後（未来）のフィールドで与えら れたラインからのコントリビューションを時間的に前（過去）のフィールドにお ける対応するラインからのコントリビューションで置き替えることは、クロミナ ンス相が異なるので、好ましくない。サンプルのクロミナンス相が異なることは 、クロミナンス副搬送波の周波数とライン周波数の関係から理解できるであろう 。図８において異なった相は文字（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）で同定されており、 図９のベクトル図は、これらのクロミナンス相が基準のサンプル（Ａ）のクロミ ナンス相とどのように関係しているのかを示している。 コントリビューションを未来のサンプルから過去のサンプルに移すときに、濾 波器の正しい動作を維持するために、同じ相を有するサンプル位置間でコントリ ビューションを移すことが必要なだけである。これは図８に、矢印によって示さ れている。 ＰＡＬデコーダーの一部を構成し、図８に従って動作する濾波器を図１０を参 照して、説明する。ＰＡＬ入力信号は遅延９０、９１と３１１ラインの遅延９２ とライン遅延９３と３１２ラインの遅延９４からなる遅延連鎖を通過させられる 。それぞれ1/16、1/4、1/16、1/4、3/16、および、3/16の係数を持つ掛け算器９ ５ａから９５ｆは遅延ラインのタップに接続されていて、輝度出力信号を抽出す る加算器９６に与えられる。観察によると、この濾波器は図８に示さるようにコ ントリビューションを現フィールドと時間的に前（過去）の２つのフィールドか ら得ることが明らかであろう。 濾波器がクロミナンス周波数帯の中においてのみ作用するように、公知の方法 で結合する周波数範囲を限定することは有効である。 ＰＡＬデコーダーの部分として説明されている図１０の濾波器はＰＡＬエンコ ーダーのクロスカラー削減するために輝度前置濾波器として使用できることは理 解できるであろう。さらに広くは、同様な試みは他の標準方式におけるエンコー ダーとデコーダーに適用され得る。 公知の櫛型濾波器と比較して、本発明による濾波器は出力サンプル点の時間に 対応する軸に関して折りたたまれたものであることがわかる。こうして作られた 時間的非対称性は、驚くべきことに、重要な適用範囲の濾波器の性能に重要な影 響を何も持たないことが分かった。 本発明を例示的に説明してきたが、これらの特記されたもの以外の広範囲のビ デオ信号濾波器において適用されるであろう。多くの異なった適用において、本 発明による時間的に後（未来）のフィールドから時間的に前（過去）のフィール ドへのコントリビューションを移す技術、非巡回的すなわち有限インパルス応答 （ＦＩＲ）型濾波器におけるグループ遅延の価値ある減少を提供するであろう。 特に、本発明は、問題の周波数において、濾波器の時間的アパーチャの幅の半分 以下のグループ遅延を有するＦＩＲ型ビデオ濾波器を提供する。違った見方をす ると、本発明は、濾波器の時間的アパーチャの中心より時間的に早い重心を有す るビデオ濾波器を提供する。 本発明に従って時間的に後（未来）のフィールドから時間的に前（過去）のフ ィールドへすべてのコントリビューションを移すことによって変形された濾波器 の例を示したが、本発明の多くの利点は、大多数の（必ずしも全てではないが） 時間的に離れたサンプルが、サンプル点に関して時間的に前（過去）の方向にず れている場合に保証されるということが理解されるであろう。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ウェストン，マーティン イギリス国，ハムプシャー ジ―ユ―39 ４エスエス，ピーターズフィールド，ウェ ストン ロード ７ビ―

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 出力サンプル点から時間的に、また好ましくは水平および垂直の両方向に 離れた入力サンプルを有するビデオ信号濾波器において、時間的に離れたサンプ ルの大部分が出力サンプル点に関して時間的に前（過去）に離れていることを特 徴とするビデオ信号濾波器。 ２． 請求項１記載の濾波器において、時間的に離れた全てのサンプルが出力サ ンプル点に関して時間的に前（過去）に離れていることを特徴とする濾波器。 ３． 請求項１による濾波器において、時間的に後（未来）方向に離れたあるサ ンプルの基準点に関する時間的ずれが時間的に前（過去）の最も早いサンプルの 出力サンプル点に関する時間的ずれより少ないことを特徴とする濾波器。 ４． 時間的な一つ以上の点からの情報を得るビデオ信号濾波器において、濾波 器の重心が濾波器の時間的アパーチャの中心より時間的に早いことを特徴とする 濾波器。 ５． 関与する周波数におけるグループ遅延が濾波器の時間的アパーチャの半分 以下であることを特徴とする濾波器。 ６． 中央サンプルから水平に、垂直に、そして時間的に離れた複数の入力サン プルを有するビデオ信号メディアン濾波器において、時間的に離れたサンプルが 、全て中央サンプルに関して時間的に前（過去）にずれていることを特徴とする ビデオ信号メディアン濾波器。 ７． 請求項６によるメディアン濾波器において、時間的に離れたサンプルが、 先行するフレームにおける同じフィールドからの一つ以上のサンプルと、先行す るフィールドからの１つのサンプルからなることを特徴とするメディアン濾波器 。 ８． 請求項７によるメディアン濾波器において、サンプルが、インターレース によるラインのずれを適当に修正されることを特徴とするメディアン濾波器。 ９． 請求項８による濾波器において、ラインずれの修正は垂直方向で隣接した ２つのサンプルの間を補間することによって行うことを特徴とする濾波器。 １０． 出力サンプル点に関して時間的に後（未来）の１つ以上のサンプル点か ら時間的に前（過去）の適当なサンプル点へコントリビューションを移る過程を 有することを特徴とするグループ遅延を削減するためにＦＩＲビデオ濾波器を適 用する方法。 １１． 請求項１０による方法において、コントリビューションを、あるサンプ ル点から一つ早いフレームの対応するサンプル点に移すことを特徴とする方法。 １２． 請求項１０による方法において、コントリビューションを、あるサンプ ル点から一つ早いフィールドのラインずれを適当に修正した対応するサンプル点 に移すことを特徴とする方法。 １３． 請求項１０による方法において、コントリビューションが、各サンプル 点におけるクロミナンス相に考慮して移されることを特徴とする方法。 １４． 請求項１３による方法において、コントリビューションが同じクロミナ ンス相を有しているサンプル点に移されることを特徴とする方法。 １５． 中心サンプルを、その中心サンプルに関して水平に、垂直に、そして時 間的に離れた一連のサンプルの中間の位置のもので置き換えることによってビデ オ信号の雑音を減少させる方法において、一連のサンプルが、同じ走査線上の中 心のサンプルから水平方向に離れている少なくとも２つのサンプルと、隣接した 走査線からの少なくとも２つのサンプルと、中心サンプルから時間的に前（過去 ）方向に離れている少なくとも２つのサンプルとを有していることを特徴とする 方法。