KR100218445B1

KR100218445B1 - 적응형 잡음 감소기

Info

Publication number: KR100218445B1
Application number: KR1019960035525A
Authority: KR
Inventors: 정진국
Original assignee: 구자홍; 엘지전자주식회사
Priority date: 1996-07-29
Filing date: 1996-08-26
Publication date: 1999-09-01
Also published as: EP0822621A3; ES2148876T3; KR980008840A; DE59701835D1; DE19630503A1; EP0822621B1; JPH1094144A; EP0822621A2

Abstract

본 발명은 적응형 잡음 감소기에 관한 것으로, 종래에는 티브이(TV) 영상의 경우에는 최고 주파수 4.2MHz(NTSC의 경우)로만 계속 들어오는 것이 아니라 0～4.2MHz까지 1H주사기간 동안에 영상 상태에 따라서 가변 되어서 들어오기 때문에 1MHz나 2MHz등의 저주파가 계속 들어오더라고 디지털 필터의 차단 주파수를 통상 4.5MHz에 맞추어 놓음에 따라 그 대역폭 사이에 잡음이 끼워져 들어올 수 있으므로 효과적으로 잡음을 제거할 수 없는 문제점이 있다. 입력되는 영상신호의 1H구간마다 전력 스펙트럼을 계산하여 필터의 계수를 갱신함으로써 필터의 차단 주파수를 조정하므로 정교한 잡음을 억제하도록 한다.

Description

적응형 잡음 감소기

제1도는 종래 잡음 감소기의 회로구성도.

제2도는 본 발명 적응형 잡음 감소기의 회로구성도.

제3도는 제2도에서, 디지털 필터의 상세 구성도.

제4도는 제2도에서, 전력 추정부에서 전력 스펙트럼을 추정하기 위한 1H구간 설명도.

제5도는 제2도에서, 디지털 필터의 차단 특성도.

제6도는 제2도에서, 필터 계수를 계산하기 위한 원의 극 좌표와 삼각함수 설명도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 아날로그/디지털 변환기 20 : 전력 추정부

30 : 레벨 검출부 40 : 클럭 제어기

50 : 디지털 필터 60 : 계수 계산기

70 : 디지털/아날로그 변환기

본 발명은 잡음 억제 효과를 갖도록 하는 잡음 감소기에 관한 것으로, 특히 티브이(TV)의 영상신호를 샘플링하고, 이 샘플링 된 디지털 데이터로 전력 스펙트럼을 추정하여 디지털 필터의 필터 특성을 들어오는 데이터 값에 따라서 차단주파수를 연동시킴으로 우수한 잡음을 억제하도록 하는 적응형 잡음 감소기에 관한 것이다.

종래 잡음 감소기의 회로구성은, 제1도에 도시된 바와 같이, 입력되는 티브이(TV)의 아날로그 영상신호에 대하여 디지털 데이터로 변환시켜 출력하는 아날로그/디지털 변환기(1)와, 상기 아날로그/디지털 변환기(1)로부터 출력되는 디지털 데이터를 고정된 차단주파수로 필터링 하여 잡음을 제거하는 디지털 필터(2)와, 상기 디지털 필터(2)를 통해 잡음이 제거된 디지털 데이터를 아날로그의 영상신호로 변환시켜 출력하는 디지털/아날로그 변환기(3)와, 필요한 각 부로 클럭을 제공하는 클럭 제어기(4)로 구성된다.

이와 같이 구성된 종래의 기술에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

티브이(TV)의 아날로그 영상신호가 입력되면, 이를 아날로그/ 디지털 변환기(1)가 입력받아 클럭 제어기(4)로부터의 클럭에 동기 시켜 디지털 데이터로 변환시킨 후 디지털 필터(2)로 출력한다.

이에 상기 디지털 필터(2)는 고정된 차단주파수를 갖는 저역 통과 필터링을 행하여 잡음을 제한하고, 이렇게 잡음이 제한된 신호를 디지털/아날로그 변환기(3)로 출력한다.

따라서, 상기 디지털/아날로그 변환기(3)는 잡음이 제한된 데이터를 아날로그의 영상신호로 다시 변환시켜 출력한다.

그러나, 상기에서와 같은 종래 기술에 있어서, 티브이(TV) 영상의 경우에는 최고 주파수 4.2MHz(NTSC의 경우)로만 계속 들어오는 것이 아니라 0～4.2MHz까지 1H주파수 주사기간 동안에 영상 상태에 따라서 가변 되어서 들어오기 때문에 1MHz나 2MHz등의 저주파가 계속 들어오더라고 디지털 필터의 차단 주파수를 통상 4.5MHz에 맞추어 놓음에 따라 그 대역폭 사이에 잡음이 끼워져 들어올 수 있으므로 효과적으로 잡음을 제거할 수 없는 문제점이 있다.

따라서, 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 디지털 필터의 필터특성을 들어오는 데이터 값에 따라 차단주파수를 연동시켜 모든 잡음을 억제하도록 한 적응형 잡음 감소기를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명 적응형 잡음 감소기 구성은, 제2도에 도시한 바와 같이, 입력되는 티브이(TV)의 아날로그 영상신호를 받아 디지털 데이터로 변환시켜 출력하는 아날로그/디지털 변환기(10)와, 상기 아날로그/디지털 변환기(10)로부터 입력되는 영상 데이터 중 1H마다 영상 데이터의 전력 스펙트럼을 추정하는 전력 추정부(20)와, 상기 전력 추정부(20)를 통해 추정한 전력 스펙트럼으로부터 최고 주파수를 검출하는 레벨 검출부(30), 상기 레벨 검출부(30)를 통해 검출한 최고 주파수로부터 필터의 계수를 연산하는 계수 계산기(60)와, 상기 전력 추정부(20)가 1H마다 전력 스펙트럼을 계산하는 시간동안 영상데이터를 지연시키는 지연부(80)와, 상기 계수 계산기(60)로부터 필터의 계수를 받아서 차단주파수를 가변 시켜 지연부(80)의 출력데이터를 필터링 하는 디지털 필터(50)와, 상기 디지털 필터(50)를 통해 필터링 된 영상 데이터를 아날로그 영상신호로 변환시켜 출력하는 디지털/아날로그 변환기(70)와, 클럭을 필요한 각 부에 공급하는 클럭 제어부(40)로 구성한다.

이와 같이 구성된 본 발명의 동작 및 작용효과에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

티브이(TV)의 영상신호(x(t))가 입력되면 이를 아날로그/디지털 변환기(10)에서 받아4fsc,로 샘플링 하여 출력하는데, 1H의 순수한 영상신호 구간에는 제4도에서와 같이 764개의 샘플링 데이터 값을 전력 추정부(20)와 지연부(80)로 각각 출력한다.

그러면, 먼저 전력 추정부(20)에서는 아날로그/디지털 변환기(10)로부터의 샘플링 데이터를 받아 전력 스펙트럼을 추정(Power Spectrum Estimation)함에 있어서, 1H의 영상 샘플링 데이터를 받아 전력 스펙트럼(P(w))을 추정한다.

전력 스펙트럼(P(w))을 추정하는 식은 다음을 이용한다.

단, W=2πf, f = 0∼4.2MHz

여기서, W[n]은 잘 알려진 해밍(hamming) 윈도우이고, x[n]은 샘플링 된 영상 데이터이고, L은 샘플의 개수(764개)이고, U는 정규화 상수이다.

상기 식(1)을 이용하여 추정된 전력 스펙트럼의 추정값을 전력 추정부(20)에서 레벨 검출부(30)로 출력하면, 상기 레벨 검출기(30)는 영상신호의 최고 주파수를 찾아낸다.

상기 레벨 검출기(30)에서 1H 구간의 영상신호의 최고 주파수를 찾아내어 계수계산기(60)로 출력하면, 상기 계수 계산기(60)에서는 앞으로 적용될 디지털 필터(50)의 차단주파수를 움직일 수 있는 필터 계수의 값을 연산한다.

즉, 레벨 검출기(30)의 출력이 4MHz이면 (x₁·π×14.32MHz)/2π = 4MHz로 계산되고, 상기 레벨 검출기(30)의 출력이 3MHz이면 (x₂·π×14.32MHz)/2π = 3MHz로 계산되고, 상기 레벨 검출기(30)의 출력이 2MHz이면 (x₃·π×14.32MHz)/2π = 2MHz로 계산이 된다.

결국, 제5도에서와 같은 차단측성이 되도록 필터 계수를 구한다.

x₁= 0.5586, x₂= 0.4198, x₃= 0.2793

이러한 x₁, x₂, x₃는 제6도의 (a)에서 원의 지름이 되므로 원의 좌측 극의 좌표를 (b)에서와 같은 삼각함수로 구할 수가 있다.

극의 좌표는으로 계산된다.

가령, x₁= 0.5586 일 때

로써 극(pole)의 좌표를 구할 수 있다.

P₁₀과 P₁₁은 쌍(pair)이고, P₉와 P₁₂,P₈과 P₁₃, P₇과 P₁₄, P₆과 P₁₅역시 쌍이므로 P₁₀, P₉, P₈, P₇, P₆만 구하면 그 뒤에 좌표만 바꾸면 같은 값으로 구할 수가 있다.

상기에서와 같은 방법으로 디지털 필터(50)의 차단주파수를 움직일 수 있는 필터 계수의 값을 연산하여 출력할 때 지연부(80)는 전력 추정부(20)에서의 연산 과정에 시간이 소요되므로 디지털 필터(50)의 계수를 갱신할 때까지 걸리는 시간동안 영상의 디지털 값을 지연시키고 이 지연된 값(x[n])을 상기 디지털 필터(50)로 출력한다.

그리고, 클럭 지연기(40)는 4×fsc = 14.32MHz의 클럭을 아날로그/디지털 변환기(10)와 디지털 필터(50) 그리고 디지털/아날로그 변환기(70)로 제공함으로써 정확하게 14.32MHz의 주파수로 전체적인 시스템이 동기화 되도록 한다.

이에 상기 디지털 필터(50)는 지연부(80)로부터 입력되는 영상신호에 대하여 계수 계산기(60)를 통해 입력되는 필터 계수를 이용하여 필터링 하고 이 필터링한 값(y[n])을 디지털/아날로그 변환기(70)를 통해 아날로그의 영상신호(y[t])로 변환하여 출력한다.

여기서, 디지털 필터(50)의 구성에 대하여 살펴보면 다음과 같다.

티브이(TV)의 휘도 신호를 4.5MHz로 저역 필터링 한다고 가정하고, 아날로그/디지털 변환을 통해 샘플링 한 주파수를 4fsc라고 하면, 4×3.58MHz = 14.32MHz의 휘도의 데이터 시퀀스가 들어온다.

여기서, T = 1/14.32MHz가 된다.

필터의 사양을 고려하면,

전송속도(pass baud)는 0≤Ω≤2π(4.5MHz), 0.7≤│Hc(jΩ)│≤1

정지속도(stop baud)는 2π(5MHz)≤Ω, │Hc(jΩ)│≤0.3

주파수를 ω =ΩT로 정규화하면

전송속도(pass baud)는

정지속도(stop baud)는가 된다.

이것을 Butterworth filter에 적용하면 다음과 같이 된다.

Butterworth filter의 진폭과 컷오프 주파수의 관계는

연립하여 풀면 N=10, ωc=0.6217π, N=10이면 20개의 극(pole)이 존재하나 S-면의 좌측만이 필요하다.

차수를 10으로 하고, 차단주파수 ωc는 ωc=(0.6217π×14.32MHz)/2π=4.45MHz가 된다.

따라서, 필터의 전달함수는 다음과 같다.

삼각함수 식을 이용하여 간단히 극(pole)의 위치를 찾아내서

이를 부분 분수로 하면,

가 된다.

이를 디지털 필터(50)의 H(z)로 바꾸면 아래에서와 같다.

그리고, a₁=1-e^TP6,a₂=1-e^TP7,...a₁₀=1-e^TP15이면

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 입력되는 영상신호이 1H구간마다 전력스펙트럼을 계산하여 필터의 계수를 갱신함으로써 필터의 차단 주파수를 조정하므로 정교한 잡음 억제효과를 갖도록 한 효과가 있다.

Claims

아날로그/디지털 변환기로부터 입력되는 영상 데이터의 전력 스펙트럼을 추정하는 전력 추정수단과, 상기 전력 추정수단을 통해 추정한 전력 스펙트럼으로부터 최고 주파수를 검출하는 레벨 검출수단과, 상기 레벨 검출수단을 통해 검출한 최고 주파수로부터 필터의 계수를 연산하는 계수 계산기와, 상기 전력 추정수단이 1H마다 전력 스펙트럼을 계산하는 시간동안 상기 아날로그/디지털 변환기에서 출력되는 영상 데이터를 지연시키는 지연수단과, 상기 계수 계산기로부터 필터의 계수를 받아서 차단주파수를 가변 시켜 지연수단의 출력데이터를 필터링 하는 디지털 필터와, 상기 디지털 필터를 통해 필터링된 영상 데이터를 아날로그 영상신호로 변환시켜 출력하는 디지털/아날로그 변환수단과, 클럭을 필요한 각 부에 공급하는 클럭 제어수단으로 구성함을 특징으로 하는 적응형 잡음 감소기.
제1항에 있어서, 전력 추정수단은 영상 데이터의 1H구간마다 추정하도록 함을 특징으로 하는 적응형 잡음 감소기.