KR100481240B1 - 노이즈성분의감소방법및장치,디지털비디오신호의기록방법및장치,노이즈의재생방법및노이즈성분의감소장치 - Google Patents

노이즈성분의감소방법및장치,디지털비디오신호의기록방법및장치,노이즈의재생방법및노이즈성분의감소장치 Download PDF

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Abstract

노이즈 성분은 이미지 정보가 한 프레임과 다음 프레임이 실질적으로 동일한 디지털 비디오 신호와 같은 입력 상관된 디지털 신호로부터 추출된다. 추출 노이즈는 추출 노이즈의 값에 대해 비선형적으로 변화하는 피드백 계수와 승산되고, 이 피드백 계수는 랜덤하게 또는 의사 랜덤하게 스위칭된다.

Description

노이즈 성분의 감소 방법 및 장치, 디지털 비디오 신호의 기록 방법 및 장치, 노이즈의 재생 방법 및 노이즈 성분의 감소 장치
본 발명은, 노이즈 감소된 디지털 신호의 품질 저하가 없고, 노이즈 감소를 이루기 위해 큰 메모리 및 큰 처리 용량을 요하지 않으면서, 디지털 신호, 특히 디지털 비디오 신호와 같은 상관된 디지털 신호(correlated digital signal)의 노이즈를 감소시키는 기술에 관한 것이다.
디지털 이미지 신호 처리에서의 노이즈 감소는 프레임 메모리를 결합하는 재귀 노이즈 필터를 사용하는 것이 공지되어 있다. 한 프레임에서 다음 프레임까지 이미지 정보의 작은 차분은 입력 디지털 이미지 신호로부터 추출되고 노이즈 성분으로 해석된다. 이 노이즈 성분은 입력 디지털 이미지 신호로부터 추출되고, 합성 노이즈 감소된 디지털 이미지 신호는 재귀 필터의 프레임 메모리에 기록된다. 상기 재귀 노이즈 필터 역시 메모리 장치의 비용을 절감하기 위해 프레임 메모리보다 필드 메모리를 사용하는 것이 공지되어 있다.
도 1은 입력 단자(1)에서 감산기(2)로 공급되는 입력 디지털 이미지 신호 Vin으로부터 감산기(3)에서 파생된 노이즈 성분이 번갈아 감산되는 감산기(2)와 프레임 메모리(5)를 포함하는 제안된 재귀 노이즈 필터의 예이다. 감산기(2)의 출력에서 발생된 노이즈 감소된 이미지 신호 Vout는 프레임 메모리(5)에 저장되고, 이 노이즈 감소된 이미지 신호 Vout는 또한, 표시, 전송, 기록 등의 다른 처리를 위해 출력 단자(4)에 결합된다. 따라서, 프레임 메모리는 또한 이미지 신호의 후속하는 프레임과 비교되는 노이즈 감소된 신호의 주어진 프레임을 저장하고, 그 사이의 차분은 추출 노이즈 성분으로서 해석된다. 프레임 메모리(5)의 판독/기록 조작은 메모리 제어기(6)에 의해 제어된다.
만약 노이즈 감소된 이미지 신호가 Vout로 표시되면, 노이즈 감소된 이미지 신호의 1 프레임 지연된 버전은 Vout● F-1로 표시되고, 여기서 F-1은 프레임 메모리(5)에 의해 노이즈 감소된 이미지 신호에 전달된 1 프레임 지연으로 언급된다. 감산기(3)는 입력 이미지 신호 Vin의 현재 수신된 프레임에서 노이즈 감소된 이미지 신호의 이전 프레임의 1 프레임 지연된 버전을 감산하여, 감산기의 출력은 Vin - Vout● F-1로 표시된다. 하나의 프레임에서 다음 프레임까지 동작이 없거나 매우 작다고 가정하면, 감산기(3)에 의해 발생된 차분 신호값은 입력 디지털 이미지 신호 Vin의 노이즈 성분을 나타낸다. 이 차분 신호는 추출 노이즈 성분을 대역 제한하기 위해 저역 통과 필터(7)에 의해 저역 통과 필터 처리가 필요하고, 대역 제한된 노이즈 성분은 비선형 회로(8)에 의해 처리된다. 비선형 회로는 그 값이 감산기(3)에 의해 발생된 추출 노이즈 성분값의 함수로 변하는 피드백 계수 K와 추출 노이즈 성분을 승산한다. 비선형 회로(8)는 감산기(3)와 저역 통과 필터(7)로부터 그에 공급되는 입력값의 함수로서 출력값을 발생하는 판독 전용 메모리(ROM)로서 구성된다. 이 입력값은 어드레스 신호로 생각될 수 있고, 추출 노이즈 성분으로 표시된 어드레스에 대응하는 ROM(8)의 위치에 저장된 값이 그로부터 판독된다. 도 2A는 적절한 ROM 또는 룩업 테이블(look-up table)을 나타내고, 여기서 "입력"으로 분류된 열은 감산기(3)에서 ROM에 공급된 어드레스로 생각되고 "출력"으로 분류된 열은 ROM에서 판독된 값으로 생각된다. ROM(8)에서 판독된 값은 추출 노이즈 성분값의 K배이다. 추출 노이즈 성분 또는 감산기(3)에서 ROM(8)에 공급된 입력값과, ROM으로부터 판독된 출력값 사이의 그래픽 약도는 도 2B에 설명될 것이다.
ROM(8)은 8 비트 값들을 저장하고 감산기(3)에 의해 추출 8 비트 노이즈 성분에 의해 어드레스 지정되고, 그때 -3.0 내지 +3.0의 임의의 범위에서 추출 노이즈 성분의 값에 대해, 피드백 계수 K는 값 1을 나타낸다(즉, K=1). 추출 노이즈 성분값이 3.0과 4.0 사이(또는 -3.0과 -4.0 사이)일 때, ROM(8)으로부터 판독된 출력 값은 +3.0(또는 사정에 따라서,-3.0)으로 고정되고, 추출 노이즈 성분의 값이 5.0(또는 -5.0)보다 클 때, ROM(8)으로부터 판독된 값은 0이다. 따라서, ROM(8)에 어드레스로서 공급된 입력값과 ROM(8)으로부터 판독된 출력값 사이의 관계는 비선형임을 알 수 있다.
ROM(8)에 공급된 추출 노이즈 성분과 ROM으로부터 판독된 증배된 노이즈 성분값 사이의 이 비선형성의 목적은 입력 이미지 신호 Vin으로부터 노이즈 성분은 추출되고 동작 성분(motion component)은 추출되지 않음을 확인하는데 있다. -5.0 내지 +5.0(도 2B에 나타남) 범위 바깥의 추출 노이즈 성분은 노이즈 성분이 아니라 동작 성분이라고 가정된다. 감산기(3)에 의해 추출 성분과 비선형 피드백 계수 K를 승산함으로써, 감산기(2)에 결합되고 입력 신호 Vin으로부터 제거되는 것은 동작 성분이 아니라 노이즈 성분뿐이다. 도 2B에 나타난 바와 같이, 상기 범위(-5.0 내지 +5.0)는 상대적으로 작다.
만약 추출 노이즈 성분의 워드 길이가 제한되지 않는다면, 즉, 매우 큰 수의 비트가 추출 노이즈 성분을 나타내는데 사용된다면, ROM(8)의 입력/출력 관계는 도 2B에 도시된 점선으로 나타낼 것이다. 하지만, 추출 노이즈 성분을 나타내는데 사용되는 비트의 수에 제한이 있고, 그 결과 입력/출력 특성은 도 2B에 도시된 실선의 수평선들로 나타나는 바와 같이 계단식이다. 따라서, ROM(8)에 공급된 추출 노이즈 성분값이 0.5 내지 1.5의 범위에 있으면, ROM으로부터 판독된 값은 1.0이다. 편의상, 도 2B의 개방원(O)은 ROM(8)로부터 판독된 범위가 표시된 하한을 초과함을 나타낸다. 즉, ROM에 공급된 추출 노이즈 성분이 0.5를 초과하고 1.5 이하일 때 ROM(8)으로부터 판독된 출력값은 1.0이다.
전술한 것으로부터, ROM(8)에 의해 처리되고 감산기(2)에 공급된 추출 노이즈 성분은 K × Vout● F-1로 표시될 수 있다고 가정한다. 이 처리된 추출 노이즈 성분은 노이즈값으로 생각할 수 있고 이 노이즈값은 감산기(2)에 의해 입력 이미지 신호 Vin으로부터 감산된다. 이 감산의 결과는 다음과 같이 수학적으로 표현된다.
Vout = Vin - K● (Vin - Vout● F-1)
= Vin● (1-K) / (1-K● F-1) (1)
도 1에 나타낸 장치에 의해 이루어진 노이즈 감소 효과를 개선하기 위해, 피드백 계수 K는 멀티비트 신호로서 생각될 수 있지만, 이것은 감산기(3)에 의해 추출 노이즈 성분과 ROM(8)에 저장된 출력값에 대해 매우 큰 워드 길이를 요하는 효과를 가진다. 결과적으로, ROM(8)의 메모리 용량은 매우 커야하고, 그 결과 많은 비용이 든다. 이런 점을 제거하기 위해, 피드백 계수 K가 1로 설정되는 것이 제안되었고, 만약 K = 1이 식 (1)에 사용되면, 다음 식이 유도된다.
Vout = Vout● F-1 (2)
도 2B에 나타난 바와 같이 추출 노이즈 성분에서 -3.0과 +3.0 사이로 제한된 범위에서, 피드백 계수 K는 값이 1.0을 나타내고, 식 (1)로부터 Vout = Vout-F-1로 인식될 것이다. 이것은 메모리(5)에 저장된 이미지 신호의 크기는 상수로 남고, 변하지 않음을 의미한다. 달리 말하면, 비디오 신호의 프레임 차분이 제로이거나 매우 작을 때, 최하위 비트의 각각의 이미지 표본은 변하지 않고 프로즌(frozen) 상태로 남는다. 이 최하위 비트의 "프리징(freezing)"은 출력 이미지 신호의 질의 저하와 그로부터 표시된 이미지 화상의 계속되는 질의 저하를 가져온다.
본 발명은 만약 피드백 계수 K값이 1.0보다 작으면, 프레임 메모리에 저장된 최하위 비트의 이미지 신호는 프로즌되지 않을 것이라는 인식에 의해 행한다. 하지만, 피드백 계수 K＜1이라는 것에 단순히 의지하면, 추출 노이즈 성분의 워드 길이가 제한되어야 한다는 문제가 생긴다. 특히, 피드백 계수 K의 가능값은, 만약 산발적인 값으로 설정되고 정확하게 설정되지 않으면, 도 1에 도시한 배치에 의해 이루어진 노이즈 감소 효과를 손상할 수 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 디지털화된 신호의 워드 길이가 제한되더라도 예측된 노이즈 감소를 손상하지 않는 개선된 노이즈 감소 기술을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 디지털 이미지(또는 비디오) 신호와 같은 훌륭한 상관을 나타내는 디지털 신호로 사용될 수 있는 개선된 노이즈 감소 기술을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 노이즈 감소된 디지털 이미지 신호에 의해 발생된 화상의 품질의 저하를 방지하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 입력 상관된 디지털 신호로부터 노이즈를 추출하고, 추출 노이즈 성분의 이득을 추출 성분값의 함수로서 조정하고, 상기 노이즈 감소된 디지털 신호에서 품질의 저하를 피하기 위해 상기 이득을 랜덤하게 또는 의사 랜덤하게 변화시키는 노이즈 감소 기술을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 다양한 목적과 이득과 모습은 다음의 상세한 설명으로부터 쉽게 명백해지고, 새로운 모습은 특히 첨부된 청구항에서 지적될 것이다.
본 발명에 따라, 노이즈 감소 기술은 디지털 비디오 신호와 같은 상관된 디지털 신호와 함께 사용하는데 제공되고, 여기서 노이즈 성분은, 입력 디지털 신호로부터 추출되고 상기 노이즈 성분을 삭제하기 위해 입력 디지털 신호로부터 감산된다. 노이즈 성분은 입력 디지털 신호에 존재하는 비상관된 성분으로서 검출되고, 검출된 노이즈 성분은 검출된 성분값을 비선형 피드백 계수 K와 승산하는 비선형 회로에 의해 처리된다. 피드백 계수 K의 값은 랜덤하게 또는 의사 랜덤하게 스위칭되고, 양호하게는, K＜1이다.
본 발명의 한 모습에 있어서, 피드백 계수 K의 값은 미리 결정된 시간관련 확률로 스위칭된다. 본 발명의 또 다른 모습에 있어서, 피드백 계수의 스위칭은 규칙적으로 예측 가능한 또는 높이 예상된 시간에 발생되지 않는 것으로 제어된다. 본 발명의 결과에 따라, 피드백 계수 K의 평균값은 더 긴 워드 길이나 더 큰 메모리 용량을 요구하지 않지만 높은 정확도로 제어될 수 있다.
이제 상기 도면들을 참조하면, 도 3은 본 발명에 따라 구성될 수 있는 디지털 노이즈 감소기(14)를 포함하는 비디오 레코더/재생 장치의 블록선도이다. 도 3에 도시한 실시예에서, 비디오 레코더는 비디오 테이프 레코더로 그려지고, 비디오 기록은 아날로그 VTR, 디지털 VTR, 디지털 비디오 디스크(DVD) 레코더/플레이어, 마그네틱 디스크 장치, 등 일 수 있는 것을 이해할 것이다. 녹음되는 신호는 단지 비디오 신호에 한정될 필요없이 오히려, 또 다른 유형의 매우 상관된 신호가 될 수 있음을 이해할 수 있다. 다음의 논의에서 이해할 수 있듯이, 매우 상관된 신호는 1개의 시간 단위부터 다음 시간 단위까지(예를 들면, 1개의 비디오 프레임에서 다음 프레임까지)의 정보가 거의 동일한 신호이다. 1개의 프레임에 나타나는 비디오 정보가 프레임 대 프레임 동작이 나타날 때를 제외하고는 다음에 오는 프레임에 나타나는 비디오 정보와 거의 동일하기 때문에, 비디오 신호는 매우 상관된 것으로 공지되어 있다. 단어 "비디오"가 예를 들어 설명되고, 본 발명이 이에 한정되지 않지만, 설명의 편리를 위해서, 본 발명은 비디오 레코더의 환경 하에서 설명된다. 용어 "비디오 신호"는 통상 매우 상관된 신호로 언급된다.
아날로그 비디오 신호와 같은 입력 아날로그 신호는 입력 단자(11)에서 아날로그-디지털(A/D) 변환기(12)에 공급된다. A/D 변환기(12)에 의해 생산된 합성 디지털 비디오 신호는 비디오 신호로부터 휘도와 색도(chrominance) 성분을 분리하기 위해 채택된 비디오 신호 프로세서(13)에 의해 처리되고 휘도 성분상의 자동 이득 제어와, 색도 성분 상의 자동 색(color) 제어와 색 변조 등과 같은, 분리된 성분상의 각각의 처리 기능을 실행시킨다. 처리된 휘도 및 색도 성분들은 노이즈 감소기(14)에 공급되는데, 노이즈 감소기는 도 4에 관해 아래서 더 상세히 설명된다.
그래픽 사용자 인터페이스와, 키보드와, 마우스와, 입력 이용자 제어 스위치 등과 같은, 조작부(16)의 제어 하에 있는, 중앙 처리 장치와 같은, 마이크로컴퓨터(15)는 노이즈 감소기(14)의 노이즈 감소 기능을 제어하는 데 사용된다. 조작부(16)는 노이즈 감소 기능이 ON 또는 OFF 되어야 하는지를 또한 결정하는 모드 제어 스위치로 생각될 수 있다. 빨리 이해할 수 있듯이, 노이즈 감소 기능은 단순히 피드백 계수 K를 0으로(K=0) 설정하여 OFF 시킨다. 조작부(16)는 또한 피드백 계수 K가 선택되는 또 다른 테이블의 발생 확률을 제어하는데 사용된다. 또 다른 피드백 계수 테이블은 이후 설명되는 바와 같이, 랜덤하게, 의사 랜덤하게, 또는 미리 결정된 확률로 선택될 수 있다.
노이즈 감소기(14)의 출력에서 발생된 노이즈 감소된 비디오 신호는, 예를 들어, 복합 비디오 신호를 생성하는 기록 처리 회로(17)에 공급된다. 디지털 형태인 복합 비디오 신호는 D/A 변환기(18)를 거쳐 출력 단자(19)에 결합되고, 따라서, 전송, 표시, 기록, 등의 추가 처리를 위해 복합 아날로그 비디오 신호를 출력 단자에 공급한다. 기록 처리 회로(17)는, 비디오 신호가 기록될 때 휘도 성분의 강조, 휘도 성분의 주파수 변조, 색도 성분의 주파수 대역의 하향 변환, 등과 같이, 정규적으로 실행되는 처리 기능 등을 실행한다.
기록 처리 회로(17)에 의해 발생된 처리된 복합 비디오 신호는 D/A 변환기에 의해 아날로그 형태로 변환되고, 기록/재생 증폭기(21)에 의해 증폭되고, 기록 헤드(22)에 의해 기록 매체(23) 상에 기록된다.
재생 모드동안, 이전에 기록된 복합 비디오 신호는 헤드(22)에 의해 기록 매체(23)에서 재생되고, 기록/재생 증폭기(21)에 의해 증폭된다. 재생된 아날로그 비디오 신호는 A/D 변환기(24)에 의해 디지털 형태로 변환되고 그 다음에 재생 처리 회로(25)에 의해 처리된다. 재생 처리 회로(25)는 기록 처리 회로(17)에 의해 실행된 처리로 반전되는 방법으로 재생된 비디오 신호를 처리한다. 따라서, 재생 처리 회로는 휘도 성분을 주파수 복조한 다음에 휘도 성분을 디엠퍼시스하고 또한 색도 성분의 주파수 대역을 하향 변환시킨다. 이 처리된 휘도 및 색도 성분들은 비디오 신호를 기록하기 위해 실행된 처리와 같은 방법으로, 이하에서 설명되는, 노이즈 감소 처리를 실행하는 노이즈 감소기(14)에 공급된다. 앞서 설명했듯이, 노이즈 감소된 디지털 비디오 신호는 노이즈 감소기(14)에서 기록 처리 회로(17)와 D/A 변환기(18)를 통해서 출력 단자(19)로 공급된다.
노이즈 감소기(14)에 대한 양호한 실시예가 도 4에서 설명된다. 여기서, 디지털 비디오 신호 Vin은 입력 단자(31) 및 그로부터 감산기(32)에 공급되고 추출되고 처리된 노이즈 성분이 감산기(32)에서 감산된다. 노이즈 성분이 제거되는 합성 비디오 신호 Vout은 출력 단자(34)에 결합되고 또한 상기 신호가 저장되는 프레임 메모리(35)에 결합된다. 도 1에 도시된 제안의 경우와 같이, 도 1의 메모리 제어기(6)와 같은 메모리 제어기(36)는 프레임 메모리(35)의 판독/기록 사이클을 제어하는데 사용된다.
프레임 메모리(35)의 출력은 노이즈 성분이 삭제된 이전의 프레임의 비디오 신호 Vin로 보인다. 따라서 프레임 메모리의 출력은 Vout● F-1로 표시된다. 즉, 프레임 메모리의 출력은 노이즈 성분을 제거시킨 이전 프레임의 비디오 신호 정보와 같고, 이 출력은 현재 프레임 내의 데이터로부터 노이즈 제거된 비디오 데이터를 감산할 목적으로 감산기(33)에 결합된다. 현재 프레임의 비디오 신호 Vin와 이전 프레임의 비디오 신호 Vout● F-1간의 차분은 여기서 추출 노이즈 성분으로 언급되고, 이 추출 노이즈 성분은 감산기(33)로부터 저역 통과 필터(37)를 거쳐 비선형 회로(38)에 결합된다. 앞서 설명했듯이, 프레임 메모리(35)에 저장된 이전의 프레임의 비디오 신호는 식 (1)으로 표시될 수 있다.
비선형 회로(38)는 감산기(33)에 의해 추출 노이즈 성분과 비선형 피드백 계수 K를 승산하는 기능을 하고, 여기서 K는 추출 노이즈 성분값의 함수로서, 또한 랜덤한 또는 의사 랜덤한 방법으로 변한다. 앞서 설명했듯이, 피드백 계수 K는 ROM에 저장된 룩업 테이블로 채워질 수 있고, 여기서 감산기(33)에 의해 추출 노이즈 성분값은 K × Vout● F-1에 대응하는 미리 결정된 값들이 저장되고, 되도록, 2개 이상의 룩업 테이블과 같은 것이 제공되는 ROM 판독 어드레스로 사용된다. 본 발명의 전술한 모습에 따라, 선택되는 특정한 룩업 테이블, 즉, 피드백 계수 K의 특정 선택은 랜덤한 또는 의사 랜덤한 기본에 따라 결정되고, 또는 달리, 고정된 계획에 따라 선택된다. 되도록, 피드백 계수 K는 1 이하이다(이하 본원에서 K≤ 1로 설명). 피드백 계수 K는 비선형 회로(또는 ROM)(38)에 공급되는 추출 노이즈 성분값의 함수이다.
이제, ROM에 저장된 특정 룩업 테이블의 선택을 설명한다. 예와 같이, ROM(38)은 도 2A에 표시된 유형과 도 6A에 표시된 유형의 룩업 테이블의 형태로 될 수 있고, 또한 또 다른 룩업 테이블(본원에서는 특별히 설명 안됨)이 ROM에 통합될 수 있다. 피드백 계수 K를 제공하기 위해 선택되는 특정 룩업 테이블은 가산기(39)의 출력에 생산된 ROM 테이블 스위칭 신호에 의해 결정된다. 이 ROM 테이블 스위칭 신호는 M계열 발생기(M series generator:40)에 의해 발생된 M계열 신호와 조작부(16)에 의해 표시된 사용자 선택에 응답한 마이크로컴퓨터(15)에 의해 생산된 피드백 계수 제어 신호와의 가산으로부터 도출된다. 예를 들어, 단순화된 실시예에 따라, 만약 2개의 룩업 테이블이 ROM(38)에 제공되면, ROM 테이블 스위칭 신호가 "0"일 때 제1 룩업 테이블이 선택되고 ROM 테이블 스위칭 신호가 "1"일 때 나머지 룩업 테이블이 선택된다. 만약 3개 이상의 룩업 테이블이 제공되면, 특정 테이블의 선택은 ROM 테이블 스위칭 신호값의 함수로써 결정된다.
M계열 발생기(40)가 3비트 형태의 랜덤 디지털 신호를 발생시킨다고 가정한다. 도 5에 설명되듯이, M계열 비트를 참고로 이 3비트는 비트 b2 b1 b0으로 표시된다. 이 3개의 비트는 000에서 111까지의 값을 나타낼 수 있다. 또한, 이 3비트의 값은 랜덤하게, 의사 랜덤하게 발생되거나, 또는 미리 결정될 수 있다(즉, 고정 확률로 생성될 수 있다).
도 5에 표시한 바와 같이, 피드백 계수 제어 신호도 또한 3비트 신호로 가정한다. 이 3비트는 조작부(16)에 의해 선택될 수 있거나, 또는 달리, 상기 비트는 랜덤하게 또는 의사 랜덤하게 발생될 수 있다. 가산기(39)는 4비트의 합 b3 b2 b1 b0를 발생시키기 위해 M계열 발생기(40)에 의해 발생된 3비트 M계열과 3비트 피드백 계수 제어 신호를 가산한다. 최상위 비트 b3은 ROM 테이블 스위칭 신호로서 사용된다. 따라서, 2개의 룩업 테이블이 ROM(38)에 포함되는 실시예에 대해서, b3 = 1일 때 이 2개의 테이블들 중 하나가 선택되고 b3 = 0일 때 나머지가 선택된다.
본 발명의 일 실시예에 따라, ROM(38)에 저장된 전술한 2개의 룩업 테이블들 중 하나는 도 2A에 그려진 테이블이라고 가정하고, ROM(38)에 저장된 나머지 테이블은 도 6A에 그려진 룩업 테이블이라고 가정한다. 도 6A와 관련하여, 추출 노이즈 성분이 2.0일 때 K=0.5이고, 이 테이블에 표시된 바와 같이 추출 노이즈 성분값이 3.0일 때 K=2/3이고, 추출 노이즈 성분값이 4.0일 때 K=3/4이고, 추출 노이즈 성분값이 5.0이상일 때 K=0이 된다. 유사한 부피드백 계수는 추출 노이즈 성분이 부의 값일 때 생산된다.
ROM(38)은 도 2A에 도시한 룩업 테이블과 도 6A에 도시한 룩업 테이블로 채워진다고 가정하면, 이제, 가산기(39)에 의해 생성된 최상위 비트 b3의 값이 "0"일 때, 도 2A에 그려진 룩업 테이블이 선택된다. 역으로, 최상위 비트 b3의 값이 "1"일 때, 도 6A에 그려진 룩업 테이블이 선택된다. 물론, b3=1일 때 도 2A에 그려진 룩업 테이블이 선택되고, b3=0일 때 도 6A에 그려진 룩업 테이블이 선택된다. 최상위 비트 b3이 결정되는 방법이 이제 설명될 것이다.
최상위 비트 b3의 특정 상태의 발생 확률이 ROM(38)을 채운 룩업 테이블들 중 하나 또는 나머지를 선택하는 확률에 결정적이다. 통상적으로, 가산기(39)에 의해 생성된 ROM 테이블 스위칭 신호값의 확률은 피드백 계수 K를 표시하기 위해 선택되는 특정 룩업 테이블의 값에 결정적이다. 도 5에 도시한 바와 같이, 만약 피드백 계수 제어 신호의 3비트 값이 111이면, 이 제어 신호는 M계열 발생기(40)에 의해 생산된 M계열값에 가산되고, 그 결과 최상위 비트 b3값이 값 000을 제외한 모든 M계열값에 대해 "1"로 된다. 즉, M계열의 8개의 가능값 중 7개에 대해 b3=1일 때 룩업 테이블들 중 특정 하나가 선택된다. 따라서, 이 특정 룩업 테이블의 발생 확률은 7/8 = 87.5%이다.
이제, 만약 피드백 계수 제어 신호가 110으로 설정되면, M계열값이 010에서 111의 어느 하나일 때 최상위 비트 b3은 "1"상태임을 가정한다. 이 피드백 계수 제어 신호값 (110)에 대해, M계열이 000 또는 001일 때 b3=0이다. 따라서, b3 = "1"이 될 확률은 6/8 = 75%이다.
같은 방식으로, 만약 피드백 계수 제어 신호가 101이면, b3 = "1"일 확률은 5/8 = 62.5% 라는 것을 쉽게 이해할 것이다.
만약 피드백 계수 제어 신호가 100이면, b3 = "1"일 확률은 4/8 = 50%이다.
만약 피드백 계수 제어 신호값이 011이면, b3 = "1"일 확률은 3/8 = 37.5%이다.
만약 피드백 계수 제어 신호값이 010이면, b3 = "1"일 확률은 2/8 = 35%이다.
마지막으로, 만약 피드백 계수 제어 신호가 001이면, b3 = "1"일 확률은 1/8 = 12.5%이다.
따라서, ROM(38)에 포함된 룩업 테이블들 중 하나 또는 나머지의 선택은 b3 = "1"인지 아닌지의 함수로 결정되고, 방금 설명하였듯이, b3 = "1"일 확률은 피드백 계수 제어 신호값에 의해 영향을 받는다. 물론, 이 제어 신호는 조작부(16, 도 3에 도시됨)의 기능에 의해 발생된다. 따라서, 한정된 워드 길이에서(거의 모든 경우에), 본 발명은 평균 피드백 계수 K를 선택하여(양호하게는 상기 평균 피드백 계수 K를 1 이하로 함) 정확도를 개선시키고, 따라서, 프레임 메모리(35)에 저장된 이미지 데이터의 최하위 비트의 "프리징(freezing)"을 제거한다. 따라서, 이미지 화상의 열화는 본 발명에 의해 없어지거나, 적어도 현저히 감소된다.
전술한 예에서, 상기 M계열과 또한 피드백 계수 제어 신호는 각각 3비트 형태임이 가정되었다. 하지만, 원한다면, 이 각각의 신호를 구성하는 비트 수는 3 이상일 수 있다. 비트 수를 증가시킴으로써, ROM 테이블 스위칭 신호의 특정값의 발생 확률은 보다 미세한 정확도로 제어될 수 있고, 이는 평균 피드백 계수의 선택된 값에서 더 개선된 결과를 가져올 것이다.
노이즈 감소기(14)의 또 다른 실시예는 도 7에 설명된다. 여기서, 도 4와 관련하여 도시되고 전술된 성분들은 이전에 사용된 동일한 참조 번호에 의해 식별된다. 따라서, 편의상 도 4의 실시예와 도 7의 실시예의 차이점만을 상세하게 설명한다.
도 7의 실시예에서, 입력 단자(31)에 공급되는 입력 비디오 신호 Vin은 데시메이팅 회로(decimating circuit, 41)에 의해 수평 및/또는 수직 방향으로 데시메이팅된다. 상기 데시메이션 결과 때문에, 비디오 신호의 표본화율(sampling rate)은 감소되고, 재귀 노이즈 필터에 공급된 비디오 신호의 표본화율은 같은 방법으로 정확히 감소된다. 감소된 비율 비디오 신호는 감산기(33)에서 프레임 메모리에 저장된 이전 프레임의 감소된 비율 비디오 신호와 비교하여, 입력 비디오 신호에서 노이즈 성분을 추출한다. 상기 추출 노이즈 성분은 피드백 계수 K와 승산하여 비선형 이득 제어를 하게 되고, 그 결과인 처리된 노이즈 성분은 감산기(43)에 의해 감소된 비율의 비디오 신호로부터 감산된다. 감산기(43)의 출력은 감소된 표본화율의 노이즈 감소된 비디오 신호로 보여지고, 이 노이즈 감소된 비디오 신호는 프레임 메모리(35)에 저장된다.
비선형 회로(또는 ROM)(38)에 의해 감산기(43)에 공급된 감소된 비율 노이즈 성분은 또한 보간기(interpolator, 42)를 거쳐 공급된다. 보간기는 추출 노이즈 성분의 표본화율을 입력 비디오 신호 Vin의 표본화율로 복귀시킨다. 앞서 설명했듯이, 감산기(32)의 출력은 식 (1)으로 표시되는 노이즈 감소된 비디오 신호 Vout인 것으로 보인다.
도 7에 도시한 실시예에 의해 특히 데시메이팅 회로(41)의 사용으로 성취된 한 잇점은 프레임 메모리(35)의 저장 용량을 감소시킬 수 있다는 것이다. 입력 비디오 신호의 표본화율을 감소시킴으로써, 프레임 메모리의 저장 용량이 똑같이 감소될 수 있다.
본 발명이 전술한 실시예와 관련하여 특히 도시되고 설명된 반면, 다양한 변화와 변형이 본 발명의 정신과 목적으로부터 벗어남 없이 만들어질 수 있는 것이 종래의 보통의 기술로 쉽게 이해할 것이다. 예를 들어, 도 4와 도 7의 입력 신호에 공급된 입력 비디오 신호 Vin은 MPEG 표준에 따라 압축되고 기호화된다.
피드백 계수 K의 선택을 랜덤하게 또는 의사 랜덤하게, 또는 한편 고정된 확률로 스위칭하면, 추출 노이즈 신호나 ROM(38)에 저장된 값의 워드 길이를 증가시키지 않고 평균 피드백 계수값이 증가될 수 있다. 계속하여, 메모리 용량과 ROM 제작 비용이 감소될 것이다. 프레임 메모리(35)에 저장된 비디오 신호값을 나타내는 최하위 비트가 고정되지 않거나, 또는 "프로즌(frozen)" 상태에 있기 때문에, 감산기(33)에 의해 생산된 추출 노이즈 성분이 상대적으로 작을 때 피드백 계수 K를 1로 설정하여 달리 발생될 수 있는 소위 의사 윤곽 현상(pseudo-outline phenomenon)은 없어지거나 적어도 현저히 감소될 수 있다.
첨부된 청구항들은 상기 설명된 실시예와 설명된 대안 및 그와 동등한 모든 것을 포함한다.
본 발명에 의하면, 디지털화된 신호가 제한될 때라도 예측된 노이즈 감소를 손상하지 않는 개선된 노이즈 감소 기술이 제공된다.
도 1은 본 발명에 의해 회피되는 약점에 견디는 노이즈 감소 기술의 블록선도.
도 2A와 도 2B는 도 1에서 ROM(8)을 구성하기 위해 사용될 수 있는 룩업 테이블의 약도.
도 3은 본 발명의 노이즈 감소 기술을 적용하는 비디오 리코더의 블록선도.
도 4는 본 발명에 따른 노이즈 감소기의 일 실시예의 블록선도.
도 5는 본 발명에 따라 피드백 계수 K를 변화시키기 위해 사용된 스위칭 신호의 발생 확률을 설명하는데 유용한 약도.
도 6A와 도 6B는 도 4에 도시한 노이즈 감소기에서 ROM(38)으로 사용될 수 있는 룩업 테이블의 약도.
도 7은 본 발명에 따른 노이즈 감소기의 또 다른 실시예의 블록선도.
※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ※
32, 33 : 감산기 35 : 프레임 메모리
36 : 메모리 제어기 37 : 저역 통과 필터
38 : ROM 39 : 가산기
40 : M 계열 발생기

Claims (31)

  1. 상관된 디지털 신호에서 노이즈 성분을 감소시키는 방법에 있어서,
    비상관된 성분을 나타내는 크기값을 생성하도록 상기 디지털 신호에서 상기 비상관된 성분을 검출하는 단계와,
    비선형 계수 K에 의해 상기 검출된 성분의 이득을 조정하는 단계로서, K는 1 보다 작거나 같은 값을 나타내고 상기 K의 값은 상기 검출된 성분의 크기값의 함수인, 상기 조정 단계와,
    K의 서로 다른 저장된 테이블들 사이에서 랜덤하게, 의사 랜덤하게 또는 미리 결정된 확률로 스위칭하는 단계로서, 상기 저장된 테이블들 중 하나에서의 K의 값들은 상기 저장된 테이블들 중 다른 하나에서의 K의 값들과 서로 다른, 상기 스위칭 단계와,
    노이즈 감소된 디지털 신호를 생성하도록 상기 디지털 신호로부터 이득 조정된 검출된 성분을 감산하는 단계를 포함하는 노이즈 성분의 감소 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 상관된 디지털 신호는 하나의 시간 단위로부터 다음 후속하는 시간 단위까지 실질적으로 동일한 값을 나타내는, 노이즈 성분의 감소 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 상관된 디지털 신호는 디지털 비디오 신호인, 노이즈 성분의 감소 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 디지털 비디오 신호는 휘도 및 색도(chrominance) 성분들을 포함하고, 상기 비상관된 성분은 단지 상기 휘도 성분에서만 검출되는, 노이즈 성분의 감소 방법.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 디지털 비디오 신호는 휘도 및 색도 성분들을 포함하고, 상기 비상관된 성분은 비상관된 휘도 성분 및 비상관된 색도 성분으로서 검출되고,
    상기 검출된 비상관된 휘도 및 색도 성분들은 이득 조정되고, 상기 이득 조정된 비상관된 휘도 및 색도 성분들은 상기 디지털 비디오 신호의 휘도 및 색도 성분들로부터 각각 감산되는, 노이즈 성분의 감소 방법.
  6. 제 3 항에 있어서,
    비상관된 성분을 검출하는 상기 단계는,
    상기 디지털 비디오 신호의 미리 결정된 구간을 저장하는 단계와,
    상기 디지털 비디오 신호의 다음 후속하는 미리 결정된 구간으로부터 상기 저장된 디지털 비디오 신호를 감산하는 단계를 포함하는, 노이즈 성분의 감소 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 미리 결정된 구간은 프레임인, 노이즈 성분의 감소 방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    저장되는 상기 디지털 비디오 신호는 상기 노이즈 감소된 디지털 비디오 신호인, 노이즈 성분의 감소 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 비상관된 성분이 검출되기 전에 상기 디지털 비디오 신호를 데시메이팅(decimating)하는 단계와,
    노이즈 감소된 데시메이팅된 디지털 비디오 신호가 저장되도록, 상기 노이즈 감소된 데시메이팅된 디지털 비디오 신호를 생성하기 위해 상기 데시메이팅 비디오 신호로부터 이득 조정된 검출된 성분을 감산하는 단계를 더 포함하는, 노이즈 성분의 감소 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 검출된 성분의 상기 크기값이 값들의 미리 결정된 범위 밖에 있을 때 K=0인, 노이즈 성분의 감소 방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    K의 상기 저장된 테이블들 사이에서 스위칭하는 상기 단계는 복수 비트 M 계열 신호(M series signal)를 발생시키고, 사용자 선택된 값의 복수 비트의 제어 신호를 발생시키고, 상기 M 계열 신호와 상기 제어 신호를 가산하고, 상기 가산된 신호들의 함수로서 K의 저장된 테이블을 선택함으로써 실행되는, 노이즈 성분의 감소 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    각각의 상기 M 계열 신호 및 상기 제어 신호는 n 비트 신호이고, 상기 가산된 신호들은 n+1 비트의 신호이며, K의 저장된 테이블은 상기 n+1 비트 신호의 최상위 비트의 함수로서 선택되는, 노이즈 성분의 감소 방법.
  13. 노이즈 감소된 디지털 비디오 신호를 기록하는 방법에 있어서,
    노이즈 크기값을 생성하도록 입력 디지털 비디오 신호에서 노이즈 성분을 검출하는 단계와,
    비선형 계수 K에 의해 상기 검출된 노이즈 크기값을 조정하는 단계로서, K는 1보다 작거나 같은 값을 나타내고 상기 K의 값은 상기 노이즈 크기값의 함수인, 상기 조정 단계와,
    K의 서로 다른 저장된 테이블들 사이에서 랜덤하게, 의사 랜덤하게 또는 미리 결정된 확률로 스위칭하는 단계로서, 상기 저장된 테이블들 중 하나에서의 K의 값들은 상기 저장된 테이블들 중 다른 하나에서의 K의 값들과 서로 다른, 상기 스위칭 단계와,
    노이즈 감소된 비디오 신호를 생성하도록 상기 입력 디지털 비디오 신호로부터 이득 조정된 노이즈 크기값을 감산하는 단계와,
    상기 노이즈 감소된 비디오 신호를 기록하는 단계를 포함하는 디지털 비디오 신호의 기록 방법.
  14. 재생된 디지털 비디오 신호에서 노이즈를 감소시키는 방법에 있어서,
    기록 매체로부터 디지털 비디오 신호를 재생하는 단계와,
    노이즈 크기값을 생성하도록 상기 재생된 디지털 비디오 신호에서 노이즈 성분을 검출하는 단계와,
    비선형 계수 K에 의해 상기 노이즈 크기값의 이득을 조정하는 단계로서, K는 1보다 작거나 같은 값을 나타내고 상기 K의 값은 상기 노이즈 크기값의 함수인, 상기 조정 단계와,
    K의 서로 다른 저장된 테이블들 사이에서 랜덤하게, 의사 랜덤하게 또는 미리 결정된 확률로 스위칭하는 단계로서, 상기 저장된 테이블들 중 하나에서의 K 값들은 상기 저장된 테이블들 중 다른 하나에서의 K의 값들과 서로 다른, 상기 스위칭 단계와,
    상기 노이즈를 감소시키도록 상기 재생된 디지털 비디오 신호로부터 상기 이득 제어된 노이즈 크기값을 감산하는 단계를 포함하는, 노이즈의 재생 방법.
  15. 상관된 디지털 신호에서 노이즈 성분을 감소시키기 위한 장치에 있어서,
    비상관된 성분을 나타내는 크기값을 생성하도록 상기 디지털 신호에서 상기 비상관된 성분을 검출하기 위한 검출 수단와,
    비선형 계수 K에 의해 상기 검출된 성분의 이득을 조정하기 위한 비선형 수단으로서, K는 1보다 작거나 같은 값을 나타내고 상기 K의 값은 상기 검출된 성분의 크기값의 함수이고, 상기 비선형 수단은 K의 복수의 저장된 테이블들을 포함하고, 상기 저장된 테이블들 중 하나에서의 K의 값들은 상기 저장된 테이블들 중 다른 하나에서의 K의 값들과 서로 다른, 상기 비선형 수단과,
    상기 계수 K가 선택되는 테이블을 선택하도록 K의 상기 저장된 테이블들 중 서로 다른 것들 사이에서 스위칭하는 수단과,
    노이즈 감소된 디지털 신호를 생성하도록 상기 디지털 신호로부터 상기 이득 조정된 성분을 감산하는 감산기 수단을 포함하는 노이즈 성분의 감소 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 상관된 디지털 신호는 하나의 시간 단위로부터 다음 후속하는 시간 단위까지 동일한 값을 실질적으로 나타내는, 노이즈 성분의 감소 장치.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 상관된 디지털 신호는 디지털 비디오 신호인, 노이즈 성분의 감소 장치.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 디지털 비디오 신호는 휘도 및 색도 성분들을 포함하고, 상기 검출 수단은 단지 상기 휘도 성분에서만 상기 비상관된 성분을 검출하는, 노이즈 성분의 감소 장치.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 디지털 비디오 신호는 휘도 및 색도 성분들을 포함하고,
    상기 검출 수단은 상기 비상관된 휘도 성분 및 상기 비상관된 색도 성분으로서 상기 비상관된 성분을 검출하고,
    상기 비선형 수단은 상기 검출된 비상관된 휘도 및 색도 성분들의 이득들을 조정하며,
    상기 감산 수단은 상기 디지털 비디오 신호의 휘도 및 색도 성분들로부터 상기 이득 조정된 비상관된 휘도 및 색도 성분들을 각각 감산하는, 노이즈 성분의 감소 장치.
  20. 제 17 항에 있어서,
    상기 검출 수단은,
    상기 디지털 비디오 신호의 미리 결정된 구간을 저장하기 위한 수단과,
    상기 디지털 비디오 신호의 다음 후속하는 미리 결정된 구간으로부터 상기 저장된 디지털 비디오 신호를 감산하기 위한 수단을 포함하는, 노이즈 성분의 감소 장치.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 미리 결정된 구간은 프레임인, 노이즈 성분의 감소 장치.
  22. 제 20 항에 있어서,
    저장되는 상기 디지털 비디오 신호는 상기 노이즈 감소된 디지털 비디오 신호인, 노이즈 성분의 감소 장치.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 비상관된 성분이 검출되기 전에 상기 디지털 비디오 신호를 데시메이팅하기 위한 수단과,
    노이즈 감소된 데시메이팅된 디지털 비디오 신호가 저장되도록, 상기 노이즈 감소된 데시메이팅된 디지털 비디오 신호를 생성하기 위해 상기 데시메이팅된 디지털 비디오 신호로부터 상기 이득 조정된 검출된 성분을 감산하기 위한 수단을 더 포함하는 노이즈 성분의 감소 장치.
  24. 제 15 항에 있어서,
    상기 검출된 성분의 상기 크기값이 값들의 미리 결정된 범위 밖에 있을 때 K = 0인, 노이즈 성분의 감소 장치.
  25. 제 15 항에 있어서,
    K의 상기 저장된 값들 사이에서 스위칭하기 위한 상기 수단은 랜덤 방식으로 동작 가능한, 노이즈 성분의 감소 장치.
  26. 제 15 항에 있어서,
    K의 상기 저장된 테이블들 사이에서 스위칭하기 위한 상기 수단은 의사 랜덤 방식으로 동작 가능한, 노이즈 성분의 감소 장치.
  27. 제 15 항에 있어서,
    K의 상기 저장된 테이블들 사이에서 스위칭하기 위한 상기 수단은 예측 가능한 방식으로 동작 가능한, 노이즈 성분의 감소 장치.
  28. 제 15 항에 있어서,
    K의 상기 저장된 테이블들 사이에서 스위칭하기 위한 상기 수단은,
    복수 비트 M 계열 신호를 발생시키기 위한 수단,
    사용자 선택된 값의 복수 비트의 제어 신호를 발생시키기 위한 수단,
    상기 M 계열 신호와 상기 제어 신호를 가산하기 위한 수단과,
    상기 가산된 신호들의 함수로서 K의 저장된 테이블을 선택하기 위한 수단을 포함하는, 노이즈 성분의 감소 장치.
  29. 제 28 항에 있어서,
    각각의 상기 M 계열 신호 및 상기 제어 신호는 n 비트 신호이고,
    상기 가산된 신호들은 n+1 비트 신호를 포함하며,
    K의 저장된 테이블을 선택하기 위한 상기 수단은 상기 n+1 비트 신호의 최상위 비트의 함수로서 테이블을 선택하도록 동작 가능한, 노이즈 성분의 감소 장치.
  30. 노이즈 감소된 디지털 비디오 신호를 기록하기 위한 장치에 있어서,
    노이즈 크기값을 생성하도록 입력 디지털 비디오 신호에서 노이즈 성분을 검출하기 위한 수단과,
    비선형 계수 K에 의해 상기 검출된 노이즈 크기값의 이득을 조정하기 위한 수단으로서, K는 1보다 작거나 같은 값을 나타내고 상기 K의 값은 상기 노이즈 크기값의 함수인, 상기 조정 수단과,
    K의 서로 다른 테이블들을 저장하기 위한 수단으로서, 상기 저장된 테이블들 중 하나에서의 K의 값들은 상기 저장된 테이블들 중 다른 하나에서의 K의 값들과 서로 다른, 상기 저장 수단과,
    상기 노이즈 크기값이 조정되는 K의 값을 선택하도록 상기 저장된 테이블들 중 서로 다른 것들 사이에서 랜덤하게, 의사 랜덤하게 또는 미리 결정된 확률로 스위칭하기 위한 수단과,
    노이즈 감소된 비디오 신호를 생성하도록 상기 입력 디지털 비디오 신호로부터 상기 이득 조정된 노이즈 크기값을 감산하기 위한 수단과,
    상기 노이즈 감소된 비디오 신호를 기록하기 위한 수단을 포함하는, 디지털 비디오 신호의 기록 장치.
  31. 재생된 디지털 비디오 신호에서 노이즈를 감소시키기 위한 장치에 있어서,
    기록 매체로부터 디지털 비디오 신호를 재생하기 위한 수단과,
    노이즈 크기값을 생성하도록 상기 재생된 디지털 비디오 신호에서 노이즈 성분을 검출하기 위한 수단과,
    비선형 계수 K에 의해 상기 노이즈 크기값의 이득을 조정하기 위한 수단으로서, K는 1보다 작거나 같은 값을 나타내고 상기 K의 값은 상기 노이즈 크기값의 함수인, 상기 조정 수단과,
    K의 서로 다른 테이블들을 저장하기 위한 수단으로서, 상기 저장된 테이블들 중 하나에서의 K의 값들은 상기 저장된 테이블들 중 다른 하나에서의 K의 값들과 서로 다른, 상기 저장 수단과,
    상기 노이즈 크기값의 이득이 조정되는 K의 값을 선택하도록 상기 저장된 테이블들 중 서로 다른 것들 사이에서 랜덤하게, 의사 랜덤하게 또는 미리 결정된 확률로 스위칭하기 위한 수단과,
    노이즈를 감소시키도록 상기 재생된 디지털 비디오 신호로부터 상기 이득 조정된 노이즈 크기값을 감산하기 위한 수단을 포함하는, 노이즈의 감소 장치.
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