噪聲檢測裝置及方法、噪聲降低裝置及方法
2023-05-29 13:43:06
專利名稱：噪聲檢測裝置及方法、噪聲降低裝置及方法
技術領域：
本發明涉及到一種用於檢測出混入到在電視圖像接收機、顯示器裝置等圖像顯示裝置中顯示的圖像信號中的隨機噪聲的噪聲電平的噪聲檢測裝置及方法、以及根據檢測出的噪聲電平降低隨機噪聲的噪聲降低裝置及方法。
背景技術：
現有的噪聲降低裝置使用核化(coring)的方法、利用了巡迴型濾波器的方法等。以下對其內容進行說明。圖7表示現有的利用核化的噪聲降低裝置的一例的框圖。在圖7中，從輸入端子200輸入的圖像信號被提供到減法器201、高通濾波器(HPF)202及噪聲檢測器203。HPF 202提取圖像信號的高頻成分，提供到減法器201及核化電路204。減法器201通過從由輸入端子200輸入的圖像信號中減去由HPF 202輸出的高頻成分，來取出輸入圖像信號中的低頻成分，並提供到加法器205。
噪聲檢測器203，提取輸入圖像信號的垂直消隱期間或水平消隱期間的輸入信號的高頻成分信號，並檢測到該高頻成分信號電平越大則隨機噪聲越大。在垂直消隱期間、水平消隱期間沒有圖像，因此可正確地檢測出隨機噪聲的大小。噪聲檢測器203的檢測結果被提供到核化電路204。
核化電路204，根據其核化特性，從由HPF 202輸出的輸入圖像信號的高頻成分中，去除預定值以下的小電平成分，並提供到加法器205。噪聲通常是高頻成分，且為小電平，從而可降低噪聲。
圖8是用於說明核化特性的圖。在圖8中，橫軸表示輸入信號電平，縱軸表示輸出信號電平。但核化電路204的輸入信號的絕對值為閾值Th的絕對值以下時，輸出信號電平變為零，當輸入信號的絕對值大於閾值Th的絕對值時，輸出和輸入信號電平對應的電平的輸出信號。這樣一來，當增大閾值Th的絕對值時，噪聲降低效果也變強。
因此，在圖7的噪聲降低裝置中，根據噪聲檢測器203的噪聲檢測結果，對核化電路204的閾值Th的絕對值進行可變控制，使得由噪聲檢測器203檢測出的隨機噪聲越大，閾值Th的絕對值越大。加法器205將從減法器201輸出的輸入圖像信號中的低頻成分、及從核化電路204輸出的降低了噪聲的高頻成分相加，獲得降低了噪聲的輸出圖像信號，並從輸出端子206輸出。
如上所述，在該現有的噪聲降低裝置中，由噪聲檢測器203檢測出的隨機噪聲越小，核化電路204的核化特性的閾值Th的絕對值就越小，從而可從核化電路204輸出小電平的圖像信號，因此當輸入圖像信號中含有的噪聲較少時，可降低不僅去除噪聲成分而且去除了小電平的圖像信號成分的現象。
圖9表示現有的利用了巡迴型濾波器的噪聲降低裝置的一例的框圖。在圖9中，從輸入端子210輸入的輸入圖像信號被提供到加法器211、減法器212、及噪聲檢測器213。加法器211的輸出信號作為輸出圖像信號從輸出端子214輸出，並且提供到幀延遲器215。幀延遲器215將輸出圖像信號延遲一幀並提供到減法器212。減法器212從幀延遲器215的輸出圖像信號中減去輸入圖像信號，將幀之間不相關的相減結果提供到衰減器216。加法器211向輸入圖像信號加上衰減器216的輸出信號，並輸出到輸出端子214。
噪聲檢測器213，和圖7的噪聲檢測器203一樣，提取圖像信號的垂直消隱期間或水平消隱期間的輸入信號的高頻成分信號，該高頻成分信號越大則隨機噪聲越大。在垂直消隱期間、水平消隱期間沒有圖像，因此可正確地檢測出隨機噪聲的大小。噪聲檢測器213的檢測結果被提供到衰減器216。
其中，當圖像信號的圖像靜止時，或者圖像的運動非常少時，圖像信號在幀之間有非常強的相關性，但混入到圖像信號中的隨機噪聲沒有相關性，因此成為幀差分的減法器212的輸出信號被提取噪聲成分，電平也變小。此時如果衰減器216的衰減係數k不是零，則從減法器212輸出的噪聲成分經過衰減器216→加法器211→幀延遲器215→減法器212→衰減器216→加法器211這樣的路徑，以衰減係數k加權，同時巡迴相加。這樣進行巡迴型的噪聲降低動作，從輸出端子214輸出降低了噪聲的輸出圖像信號。
另一方面，當圖像信號的圖像運動時，成為幀差分的減法器212的輸出信號被提取圖像的運動成分，電平也變大。此時如果衰減器216的衰減係數k是零，則在加法器211中，來自衰減器216的零加入到來自輸入端子210的輸入圖像信號中，因此不進行上述巡迴型的噪聲降低動作，輸入圖像信號穿過加法器211直接從輸出端子214輸出。
圖10表示上述衰減器216的一例的特性圖。在圖10中，橫軸表示輸入信號電平，縱軸表示輸出信號電平。衰減器216的衰減特性如圖10所示為非線性特性，輸入信號的絕對值如果是不滿Xn(絕對值)的較小的值，則視為噪聲成分，將衰減比k(k＝y/x)設為接近1的值，輸入信號的絕對值越大則衰減比k接近零，當為閾值Xn以上時則視為運動成分，使衰減比k為零。
這種衰減器216的非線性特性，由圖9的噪聲檢測器213的檢測結果進行可變控制，以使由噪聲檢測器213檢測出的隨機噪聲越大，則閾值Xn的絕對值越大，以進行巡迴型的噪聲降低動作。
如上所述，在圖9所示的現有的噪聲降低裝置中，通過使用幀巡迴型濾波器，當輸入圖像信號的圖像靜止時，或者圖像的運動非常少時，從減法器212提供到衰減器216的幀差分信號的絕對值小於圖10的非線性特性的閾值Xn的絕對值，因此以衰減係數k加權並且進行巡迴型噪聲降低動作，所以可不損壞高頻成分而僅降低噪聲成分。
並且，作為現有的噪聲降低裝置的其他例子，公知的有幀巡迴型噪聲降低裝置(例如參照專利文獻1)。該幀巡迴型噪聲降低裝置，將輸入圖像信號乘以(1-K)，並使輸出圖像信號延遲一幀，再乘以K，並與上述乘以了(1-K)的輸入圖像信號相加，從而生成降低了和幀不相關的噪聲的上述輸出圖像信號。並且，在該幀巡迴型噪聲降低裝置中，輸入圖像信號在靜止圖像部分不產生殘影，因此可增大上述係數K以提高噪聲降低效果。運動圖像部分中產生殘影，因此進行減小上述係數K以儘量抑制殘影的巡迴係數控制。並且，在該幀巡迴型噪聲降低裝置中，設置運動檢測電路，從輸入圖像信號和前一幀的圖像信號中取幀差分，在該幀差分小於預先確定的閾值時判斷為靜止圖像，在幀差分大於閾值時判斷為運動圖像，根據該檢測結果可變控制上述係數K。
進一步，在上述幀巡迴型噪聲降低裝置中，在適用於電視圖像接收機的情況下，當接收電場強度低、輸入圖像信號的S/N低時，噪聲分布在全體圖像中，因此即使是靜止圖像部分有時也會因噪聲而由運動檢測電路誤判為運動圖像，為了防止這一現象，當接收電場強度低於預先確定的基準值時，進行可變控制，使運動檢測電路的運動圖像/靜止圖像的判斷用的閾值高於基準值以上的本來的強電場接收時的閾值，根據接收電場強度適當地控制上述係數K。
專利文獻1日本特開2000-134510號公報但是，在圖7所示的現有的噪聲降低裝置中，由於利用了空間方向的濾波器，因此雖然可與圖像的運動無關地進行噪聲降低，但如果為非巡迴型、且核化特性的閾值Th的絕對值過大時，則輸入圖像信號的微小的高頻信號與噪聲一起被去除，只能獲得3dB左右的S/N改善度。
並且，在圖9所示的現有的噪聲降低裝置中，通過巡迴型濾波器，可獲得比圖7的核化方式的噪聲降低裝置大的S/N改善度，但僅在圖像靜止時或運動非常少時具有噪聲降低效果，當圖像運動時沒有噪聲降低效果。並且，需要根據噪聲檢測器213的檢測結果階段性地切換圖9中的衰減器216的非線性特性。但是由於衰減器216是非線性的，因此持有較多的非線性特性種類並使特性變化呈階段性是困難的，當噪聲大小變化時，噪聲降低效果的變化也較大。
並且，在專利文獻1所述的現有的噪聲降低裝置中，根據幀差分值可變控制係數K的值，因此在圖像靜止時或運非常少時有充分的噪聲降低效果，但當圖像運動時，為了儘量抑制殘影而使係數K的值設置得較小，所以噪聲降低效果不充分。
進一步，圖7、圖9所示的現有的噪聲降低裝置內的噪聲檢測器203、213，在垂直消隱期間或水平消隱期間檢測輸入圖像信號的噪聲大小，因此在該期間內不存在噪聲而僅在圖像部分混入了噪聲的圖像信號中，無法檢測出噪聲。在垂直消隱期間或水平消隱期間不存在噪聲而僅在圖像部分混入了噪聲的圖像信號是指，例如僅記錄圖像部分、在重放時附加消隱期間的圖像記錄重放裝置的輸出信號等。因此對於在垂直消隱期間或水平消隱期間不存在噪聲而僅在圖像部分混入了噪聲的圖像信號，即使混入到畫面的噪聲成分較大，也無法加大噪聲降低效果。
並且，專利文獻1所述的現有的噪聲降低裝置，利用垂直同步期間或均衡期間內含有的信號，檢測出輸入圖像信號的電場強度，控制運動檢測電路，因此和上述同樣，對於在垂直消隱期間或水平消隱期間不存在噪聲而僅在圖像部分混入了噪聲的圖像信號，即使混入到畫面的噪聲成分較大，也無法加大噪聲降低效果。
發明內容
本發明正是鑑於以上問題而提出的，其目的在於提供一種噪聲檢測裝置及方法，即使是在垂直消隱期間、水平消隱期間不存在噪聲而僅在圖像部分混入了噪聲的圖像信號，也可切實檢測出噪聲電平。
此外，本發明的目的還在於提供一種噪聲降低裝置及方法，不僅對靜止圖像、而且對運動圖像也可獲得較大的S/N改善度，即使噪聲大小變化時也可減小噪聲降低效果的變化。
本發明，為了實現上述目的，提供一種噪聲檢測裝置(103)，用於對圖像信號中含有的噪聲成分的電平進行檢測，其特徵在於，具有第一高頻成分提取器(123)，提取第一高頻成分，該第一高頻成分是上述圖像信號的消隱期間的高頻成分；第二高頻成分提取器(125)，提取第二高頻成分，該第二高頻成分是上述圖像信號的圖像期間中構成一個畫面的各個像素在水平方向的高頻成分；第三高頻成分提取器(126)，利用上述圖像信號和使上述圖像信號延遲了一行的行延遲圖像信號提取第三高頻成分，該第三高頻成分是上述圖像信號的圖像期間中構成一個畫面的各個像素在垂直方向的高頻成分；第四高頻成分提取器(127)，利用上述圖像信號和使上述圖像信號延遲了一幀的幀延遲圖像信號提取第四高頻成分，該第四高頻成分是上述圖像信號的圖像期間中構成一個畫面的各個像素在時間方向的高頻成分；統計處理部(128)，計算出各個像素具有的上述第二高頻成分、上述第三高頻成分和上述第四高頻成分各自的電平的絕對值，並且在上述第二～第四高頻成分可取的從絕對值電平0到最大電平內，至少在從電平0到預定電平為止的範圍內計算出各個絕對值電平的在一個畫面中的像素的個數；以及噪聲判斷部(124)，當由上述第一高頻成分提取器提取的上述第一高頻成分比預定的閾值大時，與上述統計處理部的統計處理結果無關，僅根據上述第一高頻成分的電平生成噪聲檢測信號，當由上述第一高頻成分提取器提取的上述第一高頻成分為預定的閾值以下時，在各個上述第二～第四高頻成分中，將具有比電平0的個數多的個數的電平0以外的電平中個數最少的電平作為噪聲電平求出，並且根據上述第二～第四高頻成分的噪聲電平內最小的噪聲電平或第二小的噪聲電平生成噪聲檢測信號。
並且，本發明為了實現上述目的，提供一種噪聲檢測方法，對圖像信號中含有的噪聲成分的電平進行檢測，其特徵在於，具有以下步驟提取第一高頻成分，該第一高頻成分是上述圖像信號的消隱期間的高頻成分；提取第二高頻成分，該第二高頻成分是上述圖像信號的圖像期間中構成一個畫面的各個像素在水平方向的高頻成分；利用上述圖像信號和使上述圖像信號延遲了一行的行延遲圖像信號提取第三高頻成分，該第三高頻成分是上述圖像信號的圖像期間中構成一個畫面的各個像素在垂直方向的高頻成分；利用上述圖像信號和使上述圖像信號延遲了一幀的幀延遲圖像信號提取第四高頻成分，該第四高頻成分是上述圖像信號的圖像期間中構成一個畫面的各個像素在時間方向的高頻成分；計算出各個像素具有的上述第二高頻成分、上述第三高頻成分和上述第四高頻成分各自的電平的絕對值，並且在上述第二～第四高頻成分可取的從絕對值電平0到最大電平內，至少在從電平0到預定電平為止的範圍內計算出各個絕對值電平的在一個畫面中的像素的個數；以及當上述第一高頻成分比預定的閾值大時，根據上述第一高頻成分的電平生成噪聲檢測信號，當上述第一高頻成分為預定的閾值以下時，在各個上述第二～第四高頻成分中，將具有比電平0的個數多的個數的電平0以外的電平中個數最少的電平作為噪聲電平求出，並且根據上述第二～第四高頻成分的噪聲電平內最小的噪聲電平或第二小的噪聲電平生成噪聲檢測信號。
進一步，本發明為了實現上述目的，提供一種噪聲降低裝置，用於降低圖像信號中含有的噪聲成分，其特徵在於，具有行巡迴型濾波器(102、104、105、108)，對上述圖像信號加權第一衰減係數，並且進行噪聲降低動作；幀巡迴型濾波器(105、107)，對上述圖像信號加權第二衰減係數，並且進行噪聲降低動作；和噪聲檢測器(103)，檢測出上述圖像信號中含有的噪聲成分的電平，生成用於使上述第一及第二衰減係數可變的噪聲檢測信號，其中，上述噪聲檢測器具有第一高頻成分提取器(123)，提取第一高頻成分，該第一高頻成分是上述圖像信號的消隱期間的高頻成分；第二高頻成分提取器(125)，提取第二高頻成分，該第二高頻成分是上述圖像信號的圖像期間中構成一個畫面的各個像素在水平方向的高頻成分；第三高頻成分提取器(126)，提取第三高頻成分，該第三高頻成分是上述圖像信號的圖像期間中構成一個畫面的各個像素在垂直方向的高頻成分；第四高頻成分提取器(127)，提取第四高頻成分，該第四高頻成分是上述圖像信號的圖像期間中構成一個畫面的各個像素在時間方向的高頻成分；統計處理電路(128)，計算出各個像素具有的上述第二高頻成分、上述第三高頻成分和上述第四高頻成分各自的電平的絕對值，並且在上述第二～第四高頻成分可取的從絕對值電平0到最大電平內，至少在從電平0到預定電平為止的範圍內計算出各個絕對值電平的在一個畫面中的像素的個數；以及噪聲判斷電路(124)，當由上述第一高頻成分提取器提取的上述第一高頻成分比預定的閾值大時，與上述統計處理電路的統計處理結果無關，僅根據上述第一高頻成分的電平生成噪聲檢測信號，當由上述第一高頻成分提取器提取的上述第一高頻成分為預定的閾值以下時，在各個上述第二～第四高頻成分中，將具有比電平0的個數多的個數的電平0以外的電平中個數最少的電平作為噪聲電平求出，並且根據上述第二～第四高頻成分的噪聲電平內最小的噪聲電平或第二小的噪聲電平生成噪聲檢測信號。
並且，本發明為了實現上述目的，提供一種噪聲降低方法，降低圖像信號中含有的噪聲成分，其特徵在於，具有以下步驟噪聲檢測步驟，檢測出上述圖像信號中含有的噪聲成分，生成噪聲檢測信號；行巡迴步驟，利用行巡迴型濾波器，對上述圖像信號加權根據上述噪聲檢測信號設定的第一衰減係數，並且進行噪聲降低動作；幀巡迴步驟，利用幀巡迴型濾波器，對上述圖像信號加權根據上述噪聲檢測信號設定的第二衰減係數，並且進行噪聲降低動作；其中，上述噪聲檢測步驟包括以下步驟第一高頻成分提取步驟，提取第一高頻成分，該第一高頻成分是上述圖像信號的消隱期間的高頻成分；第二高頻成分提取步驟，提取第二高頻成分，該第二高頻成分是上述圖像信號的圖像期間中構成一個畫面的各個像素在水平方向的高頻成分第三高頻成分提取步驟，提取第三高頻成分，該第三高頻成分是上述圖像信號的圖像期間中構成一個畫面的各個像素在垂直方向的高頻成分；第四高頻成分提取步驟，提取第四高頻成分，該第四高頻成分是上述圖像信號的圖像期間中構成一個畫面的各個像素在時間方向的高頻成分；統計處理步驟，計算出各個像素具有的上述第二高頻成分、上述第三高頻成分和上述第四高頻成分各自的電平的絕對值，並且在上述第二～第四高頻成分可取的從絕對值電平0到最大電平內，至少在電平0到預定電平為止的範圍內計算出各個絕對值電平的在一個畫面中的像素的個數；以及噪聲檢測信號生成步驟，當在上述第一高頻成分提取步驟中提取的上述第一高頻成分比預定的閾值大時，與上述統計處理步驟的統計處理結果無關，根據上述第一高頻成分的電平生成噪聲檢測信號，當在上述第一高頻成分提取步驟中提取的上述第一高頻成分為預定閾值以下時，在各個上述第二～第四高頻成分中，將具有比電平0的個數多的個數的電平0以外的電平中個數最少的電平作為噪聲電平求出，並且根據上述第二～第四高頻成分的噪聲電平內最小的噪聲電平或第二小的噪聲電平生成噪聲檢測信號。
根據本發明的噪聲檢測裝置及方法，即使是在消隱期間不存在噪聲而僅在圖像部分混入了噪聲的圖像信號，也可切實檢測出噪聲電平。
根據本發明的噪聲降低裝置及方法，即使是在消隱期間不存在噪聲而僅在圖像部分混入了噪聲的圖像信號，也可切實檢測出噪聲電平，不僅對靜止圖像、而且對運動圖像也可獲得較大的S/N改善度，即使噪聲大小變化時也可減小噪聲降低效果的變化。
圖1是表示本發明的噪聲降低裝置的一個實施方式的框圖。
圖2是表示圖1中的混合器的一個實施方式的框圖。
圖3是表示圖2中的係數器的係數生成特性的一例的圖。
圖4是表示作為本發明的噪聲檢測裝置的圖1中的噪聲檢測器的一個實施方式的框圖。
圖5是用於說明輸入圖像信號的相鄰像素間差分值對頻度(個數)特性和噪聲的關係的圖。
圖6是表示本發明的噪聲降低裝置的一個實施方式的變形例的框圖。
圖7是表示現有的噪聲降低裝置的一例的框圖。
圖8是表示圖7中的核化電路的特性的一例的圖。
圖9是現有的噪聲降低裝置的其他例子的框圖。
圖10是用於說明圖9的噪聲降低裝置的特性圖。
具體實施例方式
接著參照附圖對本發明的實施方式進行說明。圖1是表示作為本發明的噪聲降低裝置的一個實施方式的框圖。圖1所示的實施方式的構成具有使從輸入端子100輸入的輸入圖像信號延遲一行的行延遲器101；將輸入圖像信號和行延遲器108的輸出延遲信號相加的加法器102；根據輸入圖像信號、來自行延遲器101的一行延遲圖像信號、和來自幀延遲器107的一幀延遲圖像信號，進行噪聲檢測動作的噪聲檢測器103；二段縱向連接的混合器104及105；以及提供從混合器105輸出到輸出端子106的輸出圖像信號的幀延遲器107及行延遲器108。
混合器104，通過下述方法適當地混合從行延遲器101輸出的一行延遲圖像信號和加法器102的輸出信號，並將該輸出混合信號提供到混合器105。並且，混合器104中的適當混合的比例，通過從噪聲檢測器103提供的控制信號切換。
混合器105，與混合器104以同樣的方式動作，適當地對混合器104的輸出混合信號和由幀延遲器107輸出的一幀延遲圖像信號進行混合。並且，混合器105中的適當混合的比例，也是通過由噪聲檢測器103提供的控制信號切換，這一點和混合器104相同。幀延遲器107將輸出圖像信號延遲一幀並提供到混合器105。並且，行延遲器108將輸出圖像信號延遲一行並提供到加法器102。加法器102，將在行延遲器108延遲了一行的輸出圖像信號和輸入圖像信號相加，並將獲得的相加信號提供到混合器104。
圖2是表示圖1中的混合器104及混合器105的一個實施方式的框圖。在圖2中，從輸入端子110輸入的第一輸入信號A、及從輸入端子111輸入的第二輸入信號B被提供到減法器112。減法器112從第一輸入信號A減去第二輸入信號B，並將獲得的作為相減結果的差分信號分別提供到絕對值化電路113和乘法器114。
絕對值化電路113將輸入的差分信號絕對值化並提供到係數器115。係數器115，根據從絕對值化電路113提供的絕對值化信號的大小、及由輸入端子116提供的信號的大小，決定乘法器114的乘法係數α。加法器117，將從輸入端子111輸入的第二輸入信號B、及通過乘法器114使減法器112的輸出差分信號α倍後所獲得的信號相加，並從輸出端子118輸出。其結果是，從加法器117輸出到輸出端子118的輸出信號Y由下式表示Y＝B+α(A-B)＝αA+(1-α)B……(1)。
因此，由上式可知，通過使在係數器115產生的乘法係數α為0以上、1以下範圍的值，可適當地混合第一輸入信號A和第二輸入信號B。第一輸入信號A，在圖1中的混合器104中變為行延遲器101的輸出信號，在圖1中的混合器105中變為混合器104的輸出信號。並且，第二輸入信號B，在圖1中的混合器104中變為加法器102的輸出信號，在圖1中的混合器105中變為幀延遲器107的輸出信號。
即，在圖1及圖2所示的實施方式中，混合器104→混合器105→行延遲器108→加法器102→混合器104的路徑，成為對圖像信號加權衰減係數(1-α)以進行噪聲降低動作的行巡迴型濾波器；並且，混合器105→幀延遲器107→混合器105的路徑，成為對圖像信號加權衰減係數(1-α)以進行噪聲降低動作的幀巡迴型濾波器。在此為了簡單化，將行巡迴型濾波器的衰減係數和幀巡迴型濾波器的衰減係數均設為(1-α)，但混合器104和混合器105中的各自的係數器115產生的乘法係數α不限為相同的值，是和各混合器104、105適應的值。
圖2中的作為減法器112的減法結果的輸出差分信號，在圖1中的混合器104中變為行差分，在混合器105中變為幀差分。當圖像中邊沿成分較少、空間上較平坦時，或者圖像靜止時，圖像信號在空間或時間上有較強的相關性，但混入到圖像信號中的隨機噪聲沒有相關性。因此，作為行差分或幀差分的減法器112的輸出差分信號被提取噪聲成分，電平也較小。此時，混合器104或混合器105進行動作，使得在由下述噪聲檢測器103提取的噪聲成分越大時衰減係數(1-α)係數越大，以進行巡迴型的噪聲降低動作。
另一方面，當圖像中邊沿成分多時，或圖像運動時，作為行差分或幀差分的減法器112的輸出差分信號，被提取圖像的邊沿成分或運動成分，電平也較大。此時，混合器104或混合器105使衰減係數(1-α)為零，不進行巡迴型的噪聲降低動作。
為了進行上述動作，係數器115隻要生成和表示行差分大小或幀差分大小的來自絕對值化電路113的輸出信號成比例的乘法係數α即可。圖3表示係數器115的輸入信號對輸出信號特性的一例。在圖3中，橫軸表示輸入信號x的電平，縱軸表示輸出信號y的電平(即乘法係數α的值)。如圖3所示，係數器115的係數生成特性由下述簡單的一次式表示y＝ax+b ……(2)，因此通過使上式的參數a(＝Δy/Δx)和參數b可變，可簡單地改變噪聲降低動作的特性。
該參數切換通過提供到圖2的輸入端子116的信號進行，例如使參數a增大時，只要輸入信號x、即行差分或幀差分不足夠大，衰減係數(1-α)就不會為零。此外，如果增大參數b，則即使減小行差分或幀差分，衰減係數(1-α)也容易變為零。
通過使提供到圖2的輸入端子116的信號為來自圖1中的噪聲檢測器103的控制信號，對於由噪聲檢測器103檢測的噪聲變化，可階段性地控制噪聲降低效果的特性。例如，使得隨機噪聲越大參數a越小、或參數b越小。這樣一來，隨機噪聲越大，上述幀巡迴型濾波器或行巡迴型濾波器巡迴的比率、即衰減係數(1-α)變大，其結果，從公式(1)可知，噪聲降低量變大。
接著，對圖1中的噪聲檢測器103的構成及動作進行更詳細的說明。噪聲檢測器103是本發明的噪聲檢測裝置及方法的一個實施方式。圖4表示噪聲檢測器103的一個實施方式的框圖。在該圖中，輸入端子120、121、122，分別提供來自圖1中的輸入端子100的輸入圖像信號、由行延遲器101延遲了一行的圖像信號、由幀延遲器107延遲了一幀的圖像信號。
並且，噪聲檢測器103具有經由輸入端子120提供來自輸入端子100的輸入圖像信號的高通濾波器(HPF)123及125、減法器126及127；提供HPF 125、減法器126及127的輸出信號的統計處理電路128；提供HPF 123及統計處理電路128的各輸出信號並進行噪聲判斷動作的噪聲判斷電路124；和輸出來自噪聲判斷電路124的噪聲判斷結果的輸出端子129。HPF 123、125及減法器126、127分別成為高頻成分提取器。
HPF 123提取來自輸入端子100及120的輸入圖像信號的垂直消隱期間或水平消隱期間的高頻成分，並提供到噪聲判斷電路124。噪聲判斷電路124，如下所述，進行和圖8、圖10的現有的噪聲檢測器相同的動作。HPF 125提取來自輸入端子100及120的輸入圖像信號的圖像期間的水平高頻成分。
減法器126，通過從來自輸入端子100及120的輸入圖像信號中減去由圖1的行延遲器101延遲了一行的輸入圖像信號，提取輸入圖像信號的圖像期間的垂直高頻成分。減法器127，通過從來自輸入端子100及120的輸入圖像信號中減去由圖1的幀延遲器107延遲了一幀的圖像信號，提取輸入圖像信號的圖像期間的時間高頻成分。
任意的一個像素具有和水平高頻成分、垂直高頻成分及時間高頻成分三種高頻成分相關的各值。各個像素的三種高頻成分如上所述被提取。另外，在本實施方式中，作為求得水平高頻成分、垂直高頻成分及時間高頻成分三種高頻成分的方法，採用取水平方向、垂直方向、時間方向的各相鄰像素間的差分值這樣簡單的方法，也可利用濾波器根據多個像素提取各自的高頻成分。提取各自的高頻成分的方法是任意的。
統計處理電路128，對通過HPF 125、減法器126、減法器127分別提取的輸入圖像信號的水平高頻成分、垂直高頻成分、時間高頻成分，分別按照構成各畫面的各個像素計算出電平，並將其分別絕對值化。並且，將計算出的絕對值為同一值的像素的個數按照各個絕對值進行統計，由此計算出對三種高頻成分計算出的各絕對值大小的一個畫面內的個數(像素數)。這裡的一個畫面可以是輸入圖像信號為交錯信號時的半幀(field)，也可以是非交錯信號(漸進信號)時的幀。計算出的一個畫面內的各絕對值的像素數被提供到噪聲判斷電路124。
此時，對於電平足夠大、而稱不上是噪聲的大小，也可不計算出上述個數。舉例而言，設輸入圖像信號為8比特的數位訊號時，輸入圖像信號的水平高頻成分、垂直高頻成分、時間高頻成分分別在電平0到電平255的範圍內分布。此時，當超過電平10左右時，變為不能稱為噪聲的大小。在本實施方式中，計算出從電平0到電平9這10個電平各自的個數。考慮到一定的誤差，也可計算出電平0到電平11這12個電平各自的個數，適當設定即可。即，在絕對值的電平從0到最大電平以內，至少在電平0到預定電平為止的範圍內按照各絕對值電平計算出一個畫面中的像素的個數即可。
例如，對於水平高頻成分，假定可獲得以下要素(A，B)(其中A為電平，B為個數(像素數))(-9，0)、(-8，0)、(-7，0)、(-6，1)、(-5，2)、(-4，4)、(-3，5)、(-2，6)、(-1，7)、(0，9)、(1，8)、(2，6)、(3，5)、(4，3)、(5，0)、(6，0)、(7，0)、(8，0)、(9，0)。
這種情況下，按照水平高頻成分的絕對值的各電平求個數(像素數)，則為(|0|，9)、(|1|，15)、(|2|，12)、(|3|，10)、(|4|，7)、(|5|，2)、(|6|，1)、(|7|，0)、(|8|，0)、(|9|，0)。
如上所述，圖像信號在統計上在相鄰像素間相關性較強，因此當對靜止的圖像或邊沿少的平坦的圖像的一個幀，按照相鄰像素之間的差分值、即高頻成分的大小調查其個數時，如圖5(a)所示，是在差分值為0的附近具有陡峭的正的峰值的分布。當對這樣的圖像重疊隨機噪聲時，隨著隨機噪聲較多的混入，相鄰像素之間的相關性變弱，相鄰像素間的差分值(高頻成分)對頻度(個數)特性，從圖5(b)所示的下擺較寬的山型變為圖5(c)所示的凸型，即峰值的高度逐漸降低。
在噪聲判斷電路124中，根據分別來自HPF 123及統計處理電路128的輸出信號，判斷輸入圖像信號中混入了什麼程度的噪聲，並將獲得的判斷結果的噪聲檢測信號輸出到輸出端子129。即，在噪聲判斷電路124中，在不存在從HPF123提供的輸入圖像信號的圖像的垂直消隱期間或水平消隱期間內的高頻成分正確地表示隨機噪聲的大小，因此當該高頻成分的電平大於預先確定的閾值(例如0)時，與來自統計處理電路128的信號無關，根據來自HPF 123的高頻成分的電平判斷噪聲的大小，生成每個畫面的噪聲檢測信號。具體而言，將來自HPF 123的高頻成分的電平作為噪聲電平。
另一方面，噪聲判斷電路124，在來自HPF 123的高頻成分的電平為上述閾值以下(例如0)時，根據從表示由統計處理電路128提供的輸入圖像信號的圖像期間內上述三種高頻成分各自的每個圖像的分布的處理結果中選擇的滿足預定條件的一個處理結果，判斷噪聲的大小，生成每個畫面的噪聲檢測信號。
噪聲判斷電路124，對水平高頻成分、垂直高頻成分、時間高頻成分三種高頻成分，分別比較獲得的上述絕對值電平0的個數(一個畫面內的像素數)、及0以外的絕對值的每個電平的個數，當絕對值電平0的個數大於0以外的絕對值電平的個數時，會顯示出圖5(a)所示的特性，判斷為平坦的圖像，存在比絕對值電平0的個數多的0以外的絕對值電平，並且當其中表示個數最小的值的絕對值電平較小時，是圖5(b)所示的特性，判斷噪聲較小，當其中表示個數最小的值的絕對值電平為較大的值時，是圖5(c)所示的下擺寬廣的特性，判斷噪聲較大。
在上述按照水平高頻成分的絕對值的各個電平求得個數(像素數)的例子中，絕對值電平0的個數(像素數)為「9」，存在個數比絕對值電平0的個數「9」大的0以外的絕對值電平，並且其中表示個數最小的值的絕對值電平為|3|，其個數為「10」，因此判斷電平3為水平區域成分的噪聲電平。並且，在個數比絕對值電平0的像素數多的絕對值電平內，當存在多個表示個數最小的值的絕對值電平時，優選將較大的電平作為噪聲電平。
噪聲判斷電路124，比較這樣獲得的水平、垂直及時間相關的三個噪聲判斷結果，選擇最小的值作為噪聲檢測信號。例如用和上述水平高頻成分的噪聲電平判斷相同的方法求得的垂直高頻成分的噪聲電平為電平6、時間高頻成分的噪聲電平為電平4時，噪聲判斷電路124判斷水平高頻成分的電平3為最終的噪聲電平。
這樣一來，噪聲判斷電路124，通過上述比較來解析輸入圖像信號的圖像期間的相鄰像素之間的差分值(高頻成分)對頻率特性是圖5(a)～(c)的哪個特性，根據該解析結果(判斷結果)判斷噪聲的大小，生成與該判斷結果對應的值的噪聲檢測信號，經由輸出端子129輸出到混合器104及105的圖2的輸入端子116，進行可變控制，使得檢測出的噪聲成分越多，係數α的值越小(衰減係數(1-α)越大)。即，根據噪聲電平控制上述參數a和b，噪聲電平的值越大，參數a越小，或參數b越小。這樣一來係數α易於變小。
並且，在上述說明中，針對水平高頻成分、垂直高頻成分及時間高頻成分三種高頻成分而各自獲得的噪聲判斷結果(噪聲電平)中，通過最小的值的噪聲電平生成噪聲檢測信號，但也可根據第二個小的噪聲電平生成噪聲檢測信號。在水平高頻成分的噪聲電平為電平3、垂直高頻成分的噪聲電平為電平6、時間高頻成分的噪聲電平為電平4的上述例子中，可將時間高頻成分的電平4作為最終的噪聲電平。即，由於噪聲是隨機發生的，因此三種高頻成分中不會僅有其中一個噪聲變大，所以只要滿足以下條件即可在對三種高頻成分而分別獲得的噪聲判斷結果中，不根據最大的值進行噪聲判斷。並且在進行噪聲判斷時，也可以不比較絕對值0的個數和0以外的絕對值的個數，而比較高頻成分的平均值、標準偏差。
這樣一來，在本實施方式中，通過消隱部分和圖像部分這二個部分進行噪聲的檢測，因此即使是在垂直消隱期間、水平消隱期間不存在噪聲而僅在圖像部分混入了噪聲的圖像信號，也可切實進行噪聲檢測，並可據此降低噪聲。
並且，在本實施方式中，通過圖1中的行延遲器101、行延遲器108、加法器102及混合器104構成行巡迴型濾波器，並且通過幀延遲器107、混合器105構成幀巡迴型濾波器，因此可在時間空間上進行噪聲降低，不僅對靜止圖像而且對運動圖像也可獲得較大的S/N改善度。
並且，本發明不限定為以上實施方式，例如圖1的框圖所示的構成可以由硬體構成，也可包含由計算機實現圖1的構成的電腦程式。這種情況下，電腦程式可以預先存儲在計算機的專用存儲器中，也可記錄在記錄介質中由計算機讀取，還可以通過通信網絡發送並由計算機讀取。
並且，在圖1的實施方式中，其構成是在行巡迴型濾波器的輸出一側連接幀巡迴型濾波器，也可以如圖6所示的變形例那樣，將加法器102的輸出提供到混合器105，並且將幀延遲器107的輸出提供到混合器104，從而使上述二種巡迴型濾波器的連接順序相反。並且，混合器104、105內的圖2所示的係數器115的係數生成特性不限於圖3所示的特性，也可是根據行差分值、幀差分值、進行圖3的特性以外的線性變化的特性或非線性變化的特性。
權利要求
1.一種噪聲檢測裝置，用於對圖像信號中含有的噪聲成分的電平進行檢測，其特徵在於，具有第一高頻成分提取器，提取第一高頻成分，該第一高頻成分是上述圖像信號的消隱期間的高頻成分；第二高頻成分提取器，提取第二高頻成分，該第二高頻成分是上述圖像信號的圖像期間中構成一個畫面的各個像素在水平方向的高頻成分；第三高頻成分提取器，利用上述圖像信號和使上述圖像信號延遲了一行的行延遲圖像信號提取第三高頻成分，該第三高頻成分是上述圖像信號的圖像期間中構成一個畫面的各個像素在垂直方向的高頻成分；第四高頻成分提取器，利用上述圖像信號和使上述圖像信號延遲了一幀的幀延遲圖像信號提取第四高頻成分，該第四高頻成分是上述圖像信號的圖像期間中構成一個畫面的各個像素在時間方向的高頻成分；統計處理部，計算出各個像素具有的上述第二高頻成分、上述第三高頻成分和上述第四高頻成分各自的電平的絕對值，並且在上述第二～第四高頻成分可取的從絕對值電平0到最大電平內，至少在從電平0到預定電平為止的範圍內計算出各個絕對值電平的在一個畫面中的像素的個數；以及噪聲判斷部，當由上述第一高頻成分提取器提取的上述第一高頻成分比預定的閾值大時，與上述統計處理部的統計處理結果無關，僅根據上述第一高頻成分的電平生成噪聲檢測信號，當由上述第一高頻成分提取器提取的上述第一高頻成分為預定的閾值以下時，在各個上述第二～第四高頻成分中，將具有比電平0的個數多的個數的電平0以外的電平中個數最少的電平作為噪聲電平求出，並且根據上述第二～第四高頻成分的噪聲電平內最小的噪聲電平或第二小的噪聲電平生成噪聲檢測信號。
2.一種噪聲檢測方法，對圖像信號中含有的噪聲成分的電平進行檢測，其特徵在於，具有以下步驟提取第一高頻成分，該第一高頻成分是上述圖像信號的消隱期間的高頻成分；提取第二高頻成分，該第二高頻成分是上述圖像信號的圖像期間中構成一個畫面的各個像素在水平方向的高頻成分；利用上述圖像信號和使上述圖像信號延遲了一行的行延遲圖像信號提取第三高頻成分，該第三高頻成分是上述圖像信號的圖像期間中構成一個畫面的各個像素在垂直方向的高頻成分；利用上述圖像信號和使上述圖像信號延遲了一幀的幀延遲圖像信號提取第四高頻成分，該第四高頻成分是上述圖像信號的圖像期間中構成一個畫面的各個像素在時間方向的高頻成分；計算出各個像素具有的上述第二高頻成分、上述第三高頻成分和上述第四高頻成分各自的電平的絕對值，並且在上述第二～第四高頻成分可取的從絕對值電平0到最大電平內，至少在從電平0到預定電平為止的範圍內計算出各個絕對值電平的在一個畫面中的像素的個數；以及當上述第一高頻成分比預定的閾值大時，根據上述第一高頻成分的電平生成噪聲檢測信號，當上述第一高頻成分為預定的閾值以下時，在各個上述第二～第四高頻成分中，將具有比電平0的個數多的個數的電平0以外的電平中個數最少的電平作為噪聲電平求出，並且根據上述第二～第四高頻成分的噪聲電平內最小的噪聲電平或第二小的噪聲電平生成噪聲檢測信號。
3.一種噪聲降低裝置，用於降低圖像信號中含有的噪聲成分，其特徵在於，具有行巡迴型濾波器，對上述圖像信號加權第一衰減係數，並且進行噪聲降低動作；幀巡迴型濾波器，對上述圖像信號加權第二衰減係數，並且進行噪聲降低動作；和噪聲檢測器，檢測出上述圖像信號中含有的噪聲成分的電平，生成用於使上述第一及第二衰減係數可變的噪聲檢測信號，其中，上述噪聲檢測器具有第一高頻成分提取器，提取第一高頻成分，該第一高頻成分是上述圖像信號的消隱期間的高頻成分；第二高頻成分提取器，提取第二高頻成分，該第二高頻成分是上述圖像信號的圖像期間中構成一個畫面的各個像素在水平方向的高頻成分；第三高頻成分提取器，提取第三高頻成分，該第三高頻成分是上述圖像信號的圖像期間中構成一個畫面的各個像素在垂直方向的高頻成分；第四高頻成分提取器，提取第四高頻成分，該第四高頻成分是上述圖像信號的圖像期間中構成一個畫面的各個像素在時間方向的高頻成分；統計處理電路，計算出各個像素具有的上述第二高頻成分、上述第三高頻成分和上述第四高頻成分各自的電平的絕對值，並且在上述第二～第四高頻成分可取的從絕對值電平0到最大電平內，至少在從電平0到預定電平為止的範圍內計算出各個絕對值電平的在一個畫面中的像素的個數；以及噪聲判斷電路，當由上述第一高頻成分提取器提取的上述第一高頻成分比預定的閾值大時，與上述統計處理電路的統計處理結果無關，僅根據上述第一高頻成分的電平生成噪聲檢測信號，當由上述第一高頻成分提取器提取的上述第一高頻成分為預定的閾值以下時，在各個上述第二～第四高頻成分中，將具有比電平0的個數多的個數的電平0以外的電平中個數最少的電平作為噪聲電平求出，並且根據上述第二～第四高頻成分的噪聲電平內最小的噪聲電平或第二小的噪聲電平生成噪聲檢測信號。
4.一種噪聲降低方法，降低圖像信號中含有的噪聲成分，其特徵在於，具有以下步驟噪聲檢測步驟，檢測出上述圖像信號中含有的噪聲成分，生成噪聲檢測信號；行巡迴步驟，利用行巡迴型濾波器，對上述圖像信號加權根據上述噪聲檢測信號設定的第一衰減係數，並且進行噪聲降低動作；幀巡迴步驟，利用幀巡迴型濾波器，對上述圖像信號加權根據上述噪聲檢測信號設定的第二衰減係數，並且進行噪聲降低動作；其中，上述噪聲檢測步驟包括以下步驟第一高頻成分提取步驟，提取第一高頻成分，該第一高頻成分是上述圖像信號的消隱期間的高頻成分；第二高頻成分提取步驟，提取第二高頻成分，該第二高頻成分是上述圖像信號的圖像期間中構成一個畫面的各個像素在水平方向的高頻成分；第三高頻成分提取步驟，提取第三高頻成分，該第三高頻成分是上述圖像信號的圖像期間中構成一個畫面的各個像素在垂直方向的高頻成分；第四高頻成分提取步驟，提取第四高頻成分，該第四高頻成分是上述圖像信號的圖像期間中構成一個畫面的各個像素在時間方向的高頻成分；統計處理步驟，計算出各個像素具有的上述第二高頻成分、上述第三高頻成分和上述第四高頻成分各自的電平的絕對值，並且在上述第二～第四高頻成分可取的從絕對值電平0到最大電平內，至少在電平0到預定電平為止的範圍內計算出各個絕對值電平的在一個畫面中的像素的個數；以及噪聲檢測信號生成步驟，當在上述第一高頻成分提取步驟中提取的上述第一高頻成分比預定的閾值大時，與上述統計處理步驟的統計處理結果無關，根據上述第一高頻成分的電平生成噪聲檢測信號，當在上述第一高頻成分提取步驟中提取的上述第一高頻成分為預定閾值以下時，在各個上述第二～第四高頻成分中，將具有比電平0的個數多的個數的電平0以外的電平中個數最少的電平作為噪聲電平求出，並且根據上述第二～第四高頻成分的噪聲電平內最小的噪聲電平或第二小的噪聲電平生成噪聲檢測信號。
全文摘要
提供一種噪聲降低裝置，其不僅對靜止圖像、而且對運動圖像也可獲得較大的S/N改善度，即使噪聲大小變化也可減小噪聲降低效果的變化。噪聲檢測器(103)，在圖像信號的消隱期間存在高頻成分時，根據該高頻成分電平生成噪聲檢測信號。在消隱期間不存在高頻信號時，提取圖像信號在水平方向、垂直方向、及時間方向的三種高頻成分，分別解析這些高頻成分的電平分布，判斷噪聲的大小並生成噪聲檢測信號。噪聲檢測信號對行巡迴型濾波器及幀巡迴型濾波器中的衰減係數進行可變控制。
文檔編號H04N5/21GK1905627SQ200610108668
公開日2007年1月31日 申請日期2006年7月28日 優先權日2005年7月29日
發明者久保田賢治 申請人:日本勝利株式會社