KR100356974B1 - 노이즈측정방법및장치 - Google Patents

Abstract

영상 신호들 내의 노이즈를 측정하는 방법에 있어서, 복수의 노이즈 추정치들(SAD)이 계산된다(1). 계속해서, 복수의 미리 정해진 노이즈 추정 간격들[A, B]중의 어느 노이즈 추정 간격[A, B]이 적어도 미리 정해진 노이즈 추정치(SAD)를 포함하는지와, 동시에 최저의 상부 간격 경계를 갖는지를 결정한다(3 내지 9). 출력 노이즈 측정값은 미리 정해진 노이즈 추정 간격에 의존한다.

Description

노이즈 측정 방법 및 장치

본 발명은 노이즈를 측정하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

1984년 7월 J.O.Drewery, R.Storey 및 N.E.Tanton 가 BBC RD, 7.3 섹션에 발표한 BBC 보고서 비디오 노이즈 축소는 노이즈 측정 방법에 대해 개시하고 있는데, 이 방법은 공간 필터의 출력 신호에 대한 최저치 또는 최소치가 노이즌 레벨을 나타내는 것에 기초한다. 움직임이 없는 경우, 얻어진 실제 최소치는 한번에 얼마나 많은 샘플이 취해졌는지에 의존할 것이다. 샘플이 많이 취해질수록, 더욱 낮은 값이 얻어진다. 실제로, 1 텔레비전 라인에 걸쳐 축소시키고 1 필드당 한번 측정하기 위해 256의 그러한 라인 값들을 평균화함으로써 타협안이 얻어질 수 있다.

1986년 5월 20일자 일본 특허출원 번호 제61-116,911호는 노이즈의 크기 및 신호 처리를 이용한 노이즈 감쇄기를 개시하고 있다. 레벨 차 검출 회로는 디지탈 영상 신호를 수신하고, 현재 입력된 1 샘플의 영상 신호와 이전에 입력된 1 샘플의 영상 신호간의 레벨 차의 절대값을 디지탈 방식으로 검출하며, 그 레벨 차의 절대값에 대응하는 디지탈 신호를 출력한다. 적분 회로는 상기 영상 신호의 모든 필드내에 존재하는 일정 레벨 주기동안 주기 설정 신호에 응답하여 상기 레벨 차 검출 회로의 상기 출력 신호를 디지탈 방식으로 적분한다. 상기 레벨 차 검출 회로와 함께 상기 적분 회로는 노이즈 검출 수단을 구성한다.

수평 및 수직 블랭킹 간격에서의 신호 에너지를 사용하는 노이즈 측정 방법은, 카메라로부터 디스플레이까지의 체인의 몇몇 지점에서, 새로운(클린) 블랭킹 신호가 상기 체인의 후반 스테이지들에서 클램핑을 촉진하도록 삽입될 수 있다는 단점을 갖는다. 영상 신호내의 가정된 자유 블랭킹 공간을 차지하는 추가의 증가 신호들(DATV 등) 및 새로운 데이타 서비스들(예, 텔레텍스트)의 출현이 다른 문제점이 된다.

특히, 본 발명의 목적은 노이즈를 측정하는 더욱 신뢰할 만한 방법 및 장치를 제공하는 것이다. 이러한 목적을 위해, 본 발명의 제 1 양상은 청구범위 제 1 항에 정의되어 있다. 본 발명의 제 2 양상은 청구범위 제 2 항에 정의된 장치를 제공한다. 유리한 실시예들이 종속항에서 정의된다.

양호한 실시예에서, (가급적) 복수의 노이즈 추정치가 화상 주기마다 계산된다. 예를 들어, 이러한 추정치는 현재 픽셀 값들과 미리 정해진 작은 영역에 걸친 지연된 픽셀 값들 간의 절대값 차들을 합산함으로써 얻어진다. 몇몇 간격들은 가능한 추정치들의 전체 범위 내에 정의되며, 각각의 간격은 어떤 출력 노이즈 특성에 관련된 것이다. 적어도 미리 정해진 수의 추정치들을 포함하고 동시에 상기 범위에서 최하인 간격이 현재의 출력 노이즈 특성을 결정한다.

따라서, 상기 단점들을 제거하기 위해 비디오 신호내의 노이즈를 측정할 수 있다.

본 발명의 상기 및 다른 양상은 후술된 실시예를 참조하여 더욱 분명해진다.

제 1 도는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 노이즈 측정 회로도.

제 2 도는 제 1 도의 실시예에서 사용하기 위한 차 신호 결정 회로도.

제 3 도는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 노이즈 측정 회로도.

제 4 도는 제 3 도의 실시예에서 사용하기 위한 차 신호 결정 회로도.

제 1 도의 노이즈 측정 회로에서, 입력 영상 신호는 차 신호 결정 회로(1)에 인가된다. 차신호 결정 회로(1)의 한 실시예가 제 2도에 도시되어 있다. 복수의 작은 픽셀들의 블록들(예, 175,000 개)중의 각 블록에 대해, 차 신호 SAD(절대값 차의 합)가 얻어진다. 상기 차 신호 SAD 는 노이즈의 추정치로서 간주될 수 있다. 상기 차 신호 SAD는 비교기(3)에 인가되며, 비교기(3)는 상기 차 신호 SAD 가 상기 비교기(3)의 간격 경계 입력들에 부여된 경계 A, B 에 의해 결정된 간격내에 있는지를 판단한다. 만일, 비교기(3)가 그 간격[A, B]내에 차 신호 SAD 가 있는 것을 발견하면, 카운터(5)의 카운트가 증가된다. 카운터(5)는 화상 주파수 신호 Fp 에 의해 화상 주기당 한번 리셋된다. 만일, 노이즈가 화상 주기 당 한 번 결정되지 않고 다른 주기(예, 필드 주기, 또는 복수의 필드 주기) 당 한번 결정된다면, 상기 카운터(5)에 적절한 적응 리셋 신호가 인가되어야 한다. 상기 차 신호 결정 회로(1), 상기 비교기(3) 및 상기 카운터(5)는 샘플 주파수 Fs의 클럭 신호를 수신한다. 상기 카운터(5)의 카운트는 비교기(7)에서 미리 정해진 수 NE와 비교된다. NE는 실험적으로 최적화된 미리 정해진 적분 값이다. NE=496 에서 양호한 결과가 얻어졌으며, 이 NE 값은 총 블록 개수의 0.28% 이다. 카운터(5)의 카운트가 NE 를 초과할 때 카운터(9)의 카운트는 감소되는 반면, 카운터(5)의 카운트가 NE 값 미만일 때 증가된다. 이를 위해, 비교기(7)의 비교 출력은 카운터(9)의 업/다운 입력에접속된다. 카운터(9)는 카운터(5)를 리셋시키는 신호 즉, 상기 화상 주파수 신호 Fp 에 의해 클록된다. 카운터(9)의 카운트는 노이즈 측정 결과를 형성한다. 이 카운트는 상기 비교기(3)의 간격의 하부 경계 A 를 형성하고 동시에, f*A 는 상기 비교기(3)의 상부 경계를 형성한다. 바람직하게는, f 는 1.5 이다. 대안적으로, 상부 경계는 하부 경계와 고정된 오프셋의 합과 동일하다.

제 1 도에 도시된 실시예는 복수의 미리 정해진 노이즈 추정 간격들중의 어느 노이즈 추정 간격이 적어도 미리 정해진 노이즈 추정치 SAD 를 포함하는지와, 동시에 최저의 상부 간격 경계 B를 갖는지를 결정하고, 출력 노이즈 측정값은 상기 결정된 노이즈 추정 간격에 의존하는, 매우 간단한 방법을 도시한 것이다. 물론, 다른 실시예들도 마찬가지로 고려될 수 있다. 도시된 실시예에서는 간격 경계 A, B가 카운터(9)의 출력에 의존하지만, 하부 경계 A(예, 제로 또는 작은 양의 값)는 고정되고 상부 경계 B 만이 카운터(9)의 출력에 의존할 수도 있다.

제 2 도는 차 신호 결정 회로(1)의 실시예를 도시한 것이다. 입력 영상 신호는 픽셀 주기만큼 지연시키기 위한 지연 소자(11)에 인가되며, 차 신호 SAD가 수평의 인접 픽셀들간의 차에 기초하는 것으로 가정한다. 만일 차 신호가 수직의 인접 픽셀들 간의 차에 기초한다면, 지연 소자(11)는 라인 지연이어야 하며, 필드 지연은 시간적으로 인접한 픽셀들에 대응해야 할 것이다. 지연 소자(11)의 입력과 출력간의 차의 절대값은 절대값 차 회로(13)에 의해 결정되며, 그 출력은 직렬-접속된 픽셀 지연 소자들(15, 17, 19)에 결합된다. 상기 절대값 차 회로(13)와 상기 픽셀 지연 소자들(15, 17, 19)의 출력 신호들은 제 1 도에 도시된 비교기(3)에 인가된차 신호를 얻도록 가산기들(21-23)에 의해 합산된다. 동일한 결과를 발생시키는 임의의 다른 구성의 가산기도 또한 가능하다.

최대 개수의 노이즈 추정치들에 도달하기 위해, 상기 차 신호 SAD 는 픽셀들의 가능한 가장 작은 그룹에 대해 계산되어야 하거나, 부분적으로 오버랩되어야 하는 픽셀들의 그룹들에 대해 계산되어야 한다. 픽셀들의 가능한 가장 작은 그룹은 한 개의 픽셀로 이루어지며, 이 경우, 상기 차 신호 SAD 는 상기 픽셀과 그 이웃 픽셀 사이에서 계산된다. 이 가능한 실시예는 (특히 낮은 노이즈 레벨에 대한) 노이즈 추정이 휘도 신호의 양자화에 의해 방해받는 단점을 가지고 있다. 그러므로, M(M 은 1 보다 큰 정수)개 픽셀들의 그룹으로 더 좋은 결과가 얻어지는데, M개의 픽셀들의 그룹에 있어서, 그룹들이 자신들의 이웃하는 그룹들과 공통으로 M-1 픽셀들을 갖는 식으로 상기 그룹들을 규정함으로써 이전의 개수와 동일한 개수의 노이즈 추정치들을 구현한다. 8 비트 환경에서는, 1 영상 라인 상에서 4 개의 이웃 픽셀을 가진 M=4 가 가장 적절한 것으로 판명되었다.

제 3 도는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 노이즈 측정 회로를 도시하며, 상기 실시예는 다음의 사항들에 기초한다. 영상의 극히 밝거나 극히 어두운 부분에서의 휘도 신호 클리핑은 노이즈 추정 정확도에 부정적인 영향을 줄 수 있는 것으로 판명되었다. 이러한 상황에서 성능을 개선하기 위해, 새로운 변수 즉, 블록 내의 모든 픽셀에 대한 휘도값들의 합(sum of the luminance values over all pixels in the block)(SOB)이 정의되고, 두 차 신호가 상기 간격 [A, B]내에 있고 SOB 신호가 간격 [C, D]내에 있을 때만 카운터(5)의 카운트가 증가된다. 하부 및 상부 간격 경계 C, D 는 중요하지 않은데, 즉 영상의 극히 어둡거나 극히 밝은 영역이 상기 노이즈 측정 회로의 동작에 더 이상 영향주지 않도록 상기 경계 C, D가 선택되는 한 상기 경계 C, D의 정확한 값들은 관계가 없는 것이 분명해졌다. 각각의 블록이 4 개의 픽셀들을 가지며 그 픽셀들이 8 비트로 표현되는 실시예에서, C 와 D 값은 각각 100 과 960으로 설정된다. SOB 신호의 사용은 수평 및 수직 블랭킹 간격들이 위치되는 곳을 더 이상 알 필요가 없거나, 중앙 영상을 갖는 레터박스(letterbox) 신호가 14:9의 종횡비로 전송되는지 또는 16:9 의 종횡비로 전송되는지를 알 필요가 없다는 추가의 장점을 가지는데, 왜냐하면, 모든 비-영상 부분이 간격 [C, D] 밖에 위치하며, 그래서 임의의 게이팅 펄스들(gating pulses)이 필요하지 않고서도 노이즈 측정으로부터 자동적으로 제거된다. 양호한 실시예에서 동일한 임계값 NE가 제 1 도에 도시된 실시예에서와 같이 사용되지만, SOB 신호가 간격[C, D] 내에 있는 추가의 제약을 둠으로써 복수의 블록이 배제된다면, 임계 NE 를 적용할 수 있다.

제 3 도의 실시예는 제 1 도에 대부분 해당하지만 다음과 같은 차이, 즉,

상기 차 계산 회로(1)를 차 신호 SAD 및 SOB 신호를 계산하는 회로(1A)로 대체한다는 것; 및

상기 비교기(3)을, 차 신호 SAD가 간격 [A, B] 내에 있고 SOB 신호가 간격[C, D] 내에 있다면, 카운터(5)의 카운트를 증가시키기만 하는 이중 비교기(3A)로 대체한다는 차이가 있다.

제 4 도는 차 신호 SAD 및 SOB 신호를 계산하기 위한 회로(1A)의 실시예를 도시한 것이다. 제 4 도의 실시예는 제 2 도에 해당하지만 다음과 같은 차이, 즉,상기 절대값 차 회로(13)에 지연 소자(11)의 출력을 인가하거나 또는 제로 신호를 인가하는 멀티플렉서(12)를 삽입한다는 것; 및 차 신호 SAD 또는 SOB 신호를 공급하기 위해 상기 가산기(23)의 출력에 디멀티플렉서(24)를 삽입한다는 차이가 있다. 멀티플렉서(12) 및 디멀티플렉서(24)는 픽셀 주파수 신호 Fs 에 의해 동기적으로 스위칭된다.

상기 실시예들은 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니라 설명을 위한 것이며, 당업자들은 첨부된 청구범위의 범위로부터 벗어남이 없이 복수의 대안의 실시예를 설계할 수 있다는 것을 유념해야 한다. 예를 들어, 제 1 도 및 3 도는 노이즈 측정 신호가 간격 경계 A, B 를 제어하는 순환적인 실시예들을 도시한 것이다. 소자들(3-7)을 각각 포함하는 소수의 병렬 처리 경로를 가질 수 있으며, 각각의 경로는 자신들의 고정된 간격 경계 A, B 세트를 갖는다. 동시에, 최저의 상부 경계 B 및 적어도 미리 정해진 노이즈 추정치(차 신호 SAD)를 갖는 경로는 영상 신호내의 노이즈 레벨을 나타낸다. 만일 8 개의 병렬 경로들이 사용된다면, 그 결과는 카운터(9)가 3 비트 카운터일 때, 제 1 도 및 3 도의 실시예들에 완전하게 필적한다. 그러나, 제 1 도 및 3 도에 도시된 노이즈 측정 루프들이 몇몇 병렬 경로들을 요구하는 실시예보다 훨씬 적은 소자들을 필요로 한다는 것을 분명하다.

본 발명의 변형예에서, 노이즈는 비교적 평평한 영역들에서만 측정되고, NE는 임계값 Th 로 대체되며, 상기 임계값 Th는 바람직하게는 (T-20,000)/128 이며, 여기서, T 는 평평한 영역들에 속한 총 블록 수이다. 제 3 도의 실시예에서, 예를 들어, 평평한 영역들은, 한편으로는 합 SOB가 계산되는 픽셀들의 개수로 나누어진합 SOB와 다른 한편으로는 현재 수신된 픽셀간의 차의 절대값이, 예를 들어, 5 개의 최하위 비트들과 동일한 임계값 미만으로 떨어지도록 유지하는 영역들로서 정의된다.

본 발명의 양호한 실시예는 표준 종횡비(4:3) 화상들이 와이드-스크린(16:9) 수상기들 상에 디스플레이 하는 경우에 적용되며, 상기 와이드-스크린(16:9) 수상기는 화상의 좌 우측에 바들(bars)을 갖는 비-확장(non-expanded) 제 1 디스플레이와 상기 화상이 상기 스크린의 전체 폭을 채우도록 확장되는 제 2 디스플레이 사이에서 4:3 화상의 디스플레이를 적어도 스위칭할 수 있다. 양호하게, 많은 중간적인 디스플레이들(in-between displays)도 가능하다. 본 발명의 적용은 상기 4:3 화상의 상기 비-확장 제 1 디스플레이를 얻는데 있어서, 스크린의 전체 폭의 라인 주기가 수신된 신호의 라인 주기와 동일하기 때문에 화상 신호가 압축되어야 한다는 인식에 기초한다. 이러한 압축은 16:9 화상들 또는 확장된 4:3 화상들의 디스플레이에 비해 고주파수의 양을 증가시킨다. 이를 적응시키지 않으면, 고주파수의 이러한 증가된 양은 노이즈로 잘못 해석될 수 있다. 양호하게, NE 값은 다음의 압축비에 의존한다. 압축이 되지 않았다(압축 인수 1)는 사실은 1 라인상에 720 개의 활성 픽셀들이 있다는 것을 의미하며, 압축이 실시될 때는 상기 픽 셀 개수가 감소된다. 압축 인수가 2 이면 단지 360 개의 활성 픽셀이 존재한다. "압축 인수"가 1 보다 작다는 것은 화상이 줌(zoom) 된다는 것을 의미한다. 활성 픽셀의 수는 32 로 나뉘어지며, 그 몫은 8 만큼 감소된다. 그 결과는 다음과 같은 NE에 대한 값들의 리스트에 대한 인덱스로서 사용된다.

56, 64, 72, 80, 96, 120, 160, 200, 216, 256, 304, 352, 400, 496, 600, 720, 960, 1200, 1400, 1600.

대안의 실시예에서, 노이즈 추정치들 SAD 는 압축(줌)비에 의존하는 양만큼 감소(증가)된다. 그러나, NE 값의 적용은 매우 간단한 방식으로 이루어질 수 있다.

본 발명의 또 다른 변형예에서, 상기 영상 신호에 대해 피킹(peaking) 오퍼레이션을 실시하고, 상기 값(NE)은 상기 영상 신호에 인가된 상기 피킹에 적응된다. 또, 상기 영상 신호에 인가된 상기 피킹에 의존하는 양만큼 노이즈 추정치들을 감소시킬 수 있으며, NE 값의 적응이 더욱 간단하다.

광학 기록 매체로부터 노이즈가 없는 신호가 처리되어야 할 때 특히 적합한 본 발명의 또 다른 변형예에서, 제로-노이즈 "간격"이 적어도 미리 정해진 수의 노이즈 추정치들을 포함하는지가 초단위로 테스트된다. 만일 포함한다면, 카운터(9)는 리셋된다. 카운터(9)는 3 비트 카운터일 수도 있다. 비교기(3, 3A)는 제 1 도 및 3 도에 도시된 바와 같은 A < SAD < B 대신에 A ≤ SAD ≤ B 인지를 검사할 수도 있다. 카운터(9)의 노이즈 측정 결과의 출력은 카운터(9)의 리셋에 의해 야기된 이러한 결과의 바람직하지 않은 점프들을 경감시키기 위해 메디안 필터(median filter)에 인가될 수도 있다. 상기 메디안 필터는 4 개의 픽셀 지연들을 갖는 지연 라인의 출력, 중간 탭, 및 입력에 접속된 3 개의 입력들을 가질 수 있다. 메디안 필터 출력은 1:15 의 비율로 신구 정보(new and old information)를 혼합하는 순환(recursive) 필터에 인가될 수 있다. 상기 순환 필터의 지연 소자, 예컨대, 픽셀 지연은 상기 카운터(9)가 리셋될 때 리셋될 수 있다.

Claims (10)

1. 영상 신호 내의 노이즈를 측정하는 방법으로서, 복수의 노이즈 추정치들을 계산하는 단계를 포함하는 상기 노이즈 측정 방법에 있어서;

   상부 및 하부 경계 노이즈 추정치에 의해 각각 경계지어지는 복수의 미리 정해진 노이즈 추정 간격들 중 어느 노이즈 추정 간격이 적어도 미리 정해진 수의 노이즈 추정치들을 포함하며, 동시에 최저의 상부 간격 경계를 갖는지를 결정하는 단계를 포함하며, 출력 노이즈 측정치는 상기 결정된 노이즈 추정 간격의 간격 경계에 의존하는 것을 특징으로 하는, 노이즈 측정 방법.
2. 영상 신호 내의 노이즈를 측정하는 장치로서, 복수의 노이즈 추정치들(SAD)을 계산하기 위한 수단(1)을 포함하는 상기 노이즈 측정 장치에 있어서;

   상부 및 하부 경계 노이즈 추정치에 의해 각각 경계지어지는 복수의 미리 정해진 노이즈 추정 간격들 중 어느 노이즈 추정 간격이 적어도 미리 정해진 수의 노이즈 추정치들(SAD)을 포함하며, 동시에 최저의 상부 간격 경계(B)를 갖는지를 결정하기 위한 수단(3 내지 9)을 포함하며, 출력 노이즈 측정치는 상기 결정된 노이즈 추정 간격의 간격 경계에 의존하는 것을 특징으로 하는, 노이즈 측정 장치.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 계산 수단(1)은,

   입력 영상 신호를 지연시켜 지연된 신호를 공급하기 위한 수단(11); 및

   상기 입력 영상 신호 및 상기 지연된 신호에 기초하여 상기 노이즈 추정치인 차 신호(SAD)를 결정하기 위한 수단(13 내지 23)을 포함하는, 노이즈 측정 장치.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 차 신호 결정 수단(13 내지 23)은,

   상기 입력 영상 신호들의 샘플과 상기 지연된 신호의 샘플간의 차의 절대값을 얻기 위한 수단(13);

   복수의 절대값 신호들을 얻기 위해 미리 정해진 수의 픽셀 주기들에 걸쳐 상기 절대값을 지연시키기 위한 수단(15 내지 19); 및

   상기 차 신호(SAD)를 얻기 위해 상기 절대값 신호들을 합산하기 위한 수단(21 내지 23)을 포함하는, 노이즈 측정 장치.
5. 제 2 항에 있어서,

   상기 결정 수단(3 내지 9)은,

   상기 노이즈 추정치(SAD)와 상기 상부 간격 경계(B)를 비교하기 위한 수단(3);

   제 1 카운트 신호를 공급하기 위해 상기 노이즈 추정치(SAD)가 상기 상부 간격 경계(B) 미만인 횟수를 카운트하기 위한 수단(5);

   비교 신호를 얻기 위해 상기 제 1 카운트 신호와 미리 정해진 값(NE)을 비교하기 위한 수단(7); 및

   상기 출력 노이즈 측정값을 얻기 위해 상기 비교 신호를 이용해서 제 2 카운트 신호를 수정하기 위한 수단(9)을 포함하는, 노이즈 측정 장치.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 영상 신호에 대해 압축 또는 줌(zoom) 오퍼레이션을 실시하며, 상기 미리 정해진 값(NE)은 압축 또는 줌 비율에 적응되고 이에 의해 상기 영상 신호가 디스플레이되는, 노이즈 측정 장치.
7. 제 5 항에 있어서,

   상기 영상 신호내의 비교적 평평한 영역들에 대해서만 노이즈가 측정되며, 상기 미리 정해진 값(NE)은 상기 비교적 평평한 영역들내의 복수의 노이즈 추정치들에 적응되는, 노이즈 측정 장치.
8. 제 5 항에 있어서,

   상기 영상 신호에 대해 피킹 오퍼레이션(peaking operation)을 실시하며, 상기 미리 정해진 값(NE)은 상기 영상 신호에 인가된 상기 피킹에 적응되는, 노이즈 측정 장치.
9. 제 2 항에 있어서,

   상기 결정 수단(3 내지 9)은 상기 출력 노이즈 측정치에 따라 상기 상부 간격 경계(B)를 제어하기 위한 수단(*f)을 포함하는, 노이즈 측정 장치.
10. 제 2 항에 있어서,

    상기 결정 수단(3 내지 9)은 미리 정해진 범위([C, D)]내의 입력 영상 신호 값들에 대응하는 노이즈 추정치들(SAD)만을 고려하기 위한 수단(3A)을 포함하는, 노이즈 측정 장치.