(57)【要約】【課題】  ノイズ低減効果または映像解像度低下抑制効果を高めつつ、ノイズ低減処理を行うための回路または出力信号が供給される後段回路における信号線のバス幅を削減する。【解決手段】  信号処理部１４は、（ｎ＋ｍ）ビットの足し戻し信号を出力する。乱数加算部１５は、ｍビットの乱数を発生させ、これを足し戻し信号に加算する。切り捨て処理部１６は、乱数が加算された足し戻し信号の下位ｍビットを切り捨てる。数フレームの映像信号における同一画素についてこのような処理が繰り返される間、乱数加算によって生じる繰り上がりの頻度は、切り捨てられた下位ｍビットの示す数値に応じたものになる。この結果、切り捨て処理により足し戻し信号のビット数がｎビットになるものの、切り捨てられた下位ｍビットの情報は時間方向に分割されて映像出力信号に加えられる。【選択図】      図１
2006287634.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎビット（ｎは整数）の出力信号に対して信号処理を行い、（ｎ＋ｍ）ビット（ｍは整数）の中間信号を出力する信号処理手段と、
前記信号処理手段から出力された中間信号にｍビット以下の乱数を加算する乱数加算手段と、
前記乱数加算手段により乱数が加算された中間信号の下位ｍビットを切り捨てることにより、前記中間信号のビット数を（ｎ＋ｍ）ビットからｎビットに変換する切り捨て手段と、
前記ビット数変換手段によりビット数が変換された中間信号とｎビットの入力信号とを加算して前記ｎビットの出力信号を出力する加算手段とを備えていることを特徴とする信号処理装置。
【請求項２】
ｎビットの出力信号に対して信号処理を行い、（ｎ＋ｍ）ビットの中間信号を出力する信号処理手段と、
前記信号処理手段から出力された中間信号の下位ｍビットの切り上げ処理および切り捨て処理を実行パターンに従って選択的に実行することにより、前記中間信号のビット数を（ｎ＋ｍ）ビットからｎビットに変換するビット数変換手段と、
前記ビット数変換手段によりビット数が変換された中間信号とｎビットの入力信号とを加算して前記ｎビットの出力信号を出力する加算手段とを備え、
前記ビット数変換手段は、切り上げ処理を実行するか切り捨て処理を実行するかを定めた前記実行パターンを生成する実行パターン生成手段を備え、
前記実行パターン生成手段は、前記実行パターンにおける切り上げ処理実行回数と切り捨て処理実行回数との比を、前記信号処理手段から出力された中間信号の下位ｍビットの示す数に応じて異ならせることを特徴とする信号処理装置。
【請求項３】
前記信号処理手段は、前記出力信号を遅延させる遅延手段と、前記遅延手段から出力された遅延した出力信号に所定の係数を乗算する乗算手段とを備え、前記信号処理手段は前記加算手段と共にフィルタを形成することを特徴とする請求項１または２に記載の信号処理装置。
【請求項４】
前記出力信号は出力映像信号であり、前記入力信号は入力映像信号であり、
前記信号処理手段は、１フレーム前の前記出力映像信号を記憶する記憶手段と、前記記憶手段から出力された１フレーム前の出力映像信号と前記入力映像信号とを減算することにより差分信号を出力する減算手段と、前記差分信号にノイズ低減係数を乗算する乗算手段とを備え、入力映像信号に対しノイズ低減を行うノイズ低減手段を前記加算手段と共に形成することを特徴とする請求項１または２に記載の信号処理装置。
【請求項５】
前記信号処理手段は、前記入力映像信号に対応する映像の動きを検出し、前記映像の動き量に応じて前記ノイズ低減係数を設定する動き検出手段を備えていることを特徴とする請求項４に記載の信号処理装置。
【請求項６】
前記実行パターン生成手段は、疑似多階調表現方法に従って前記実行パターンを生成することを特徴とする請求項２に記載の信号処理装置。
【請求項７】
前記実行パターン生成手段は、２階調のディザマトリックスを構成する成分を用いて前記実行パターンを生成することを特徴とする請求項２に記載の信号処理装置。
【請求項８】
前記実行パターン生成手段は、誤差拡散法におけるフィルタ係数を用いて前記実行パターンを生成することを特徴とする請求項２に記載の信号処理装置。
【請求項９】
ｎビットの出力信号に対して信号処理を行い、（ｎ＋ｍ）ビットの中間信号を出力する信号処理工程と、
前記信号処理工程において出力された中間信号にｍビット以下の乱数を加算する乱数加算工程と、
前記乱数加算工程において乱数が加算された中間信号の下位ｍビットを切り捨てることにより、前記中間信号のビット数を（ｎ＋ｍ）ビットからｎビットに変換する切り捨て工程と、
前記ビット数変換工程においてビット数が変換された中間信号とｎビットの入力信号とを加算して前記ｎビットの出力信号を出力する加算工程とを備えていることを特徴とする信号処理方法。
【請求項１０】
ｎビットの出力信号に対して信号処理を行い、（ｎ＋ｍ）ビットの中間信号を出力する信号処理工程と、
前記信号処理工程において出力された中間信号の下位ｍビットの切り上げ処理および切り捨て処理を実行パターンに従って選択的に実行することにより、前記中間信号のビット数を（ｎ＋ｍ）ビットからｎビットに変換するビット数変換工程と、
前記ビット数変換工程においてビット数が変換された中間信号とｎビットの入力信号とを加算して前記ｎビットの出力信号を出力する加算工程とを備え、
前記ビット数変換工程は、切り上げ処理を実行するか切り捨て処理を実行するかを定めた前記実行パターンを生成する実行パターン生成工程を備え、
前記実行パターン生成工程は、前記実行パターンにおける切り上げ処理実行回数と切り捨て処理実行回数との比を、前記信号処理工程において出力された中間信号の下位ｍビットの示す数に応じて異ならせることを特徴とする信号処理方法。
【請求項１１】
請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の信号処理装置としてコンピュータを機能させることを特徴とするコンピュータプログラム。
【請求項１２】
請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の信号処理装置を備え、当該信号処理装置によってノイズ低減処理を行うことを特徴とするノイズ低減装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、巡回型フィルタ装置または巡回型ノイズ低減装置などに適用することが可能な信号処理装置および信号処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
映像記録再生装置またはテレビジョン受像装置など、デジタル映像信号を取り扱う装置には、フレーム巡回型ノイズ低減装置が搭載されていることが多い。
【０００３】
フレーム巡回型ノイズ低減装置は、映像信号のフレーム間の相関を利用して映像信号に含まれるノイズを低減する装置である。フレーム巡回型ノイズ低減装置は、ＩＩＲ（Infinite Impulse Response）フィルタの構成を備えている。フレーム巡回型ノイズ低減装置は、フレームバッファに記憶された１フレーム前の映像信号と現フレームの映像信号との差をとり、これによって得られた差分信号にノイズ低減係数を乗算し、これによって得られた信号を現フレームの映像信号に加算する。これにより得られた現フレームの映像信号は、フレームバッファに記憶され、次のフレームの映像信号に対するノイズ低減処理に用いられる。ノイズ低減係数は、動き検出回路によって検出された映像の動き量に応じて設定される。
【０００４】
例えば、現フレームの映像信号をＳｎ、１フレーム前の映像信号をＳｎ−１、ノイズ低減係数をｋ（ｋ＜１）とすると、フレーム巡回型ノイズ低減装置の出力信号Ｓoutは、次の数式（１）に示すとおりである。
【０００５】
Ｓout＝Ｓｎ＋ｋ・（Ｓｎ−１−Ｓｎ）＝（１−ｋ）・Ｓｎ＋ｋ・Ｓｎ−１      （１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、フレーム巡回型ノイズ低減装置には次のような問題がある。
【０００７】
すなわち、フレーム巡回型ノイズ低減装置において、ノイズ低減効果を高め、かつノイズ低減処理によって生じる映像解像度の低下をできる限り抑制するためには、数式（１）に従った演算の結果を出力信号に忠実に反映させることが望ましい。しかし、現フレームの映像信号に対し数式（１）の演算を行い、この演算結果を出力信号に忠実に反映すると、出力信号の桁数（小数点以下の桁を含む桁数）が増え、それゆえ出力信号のビット数が増える。このため、ノイズ低減装置において出力信号を伝達する信号線（データバス）のバス幅を増やす必要がある。これに合わせて、ノイズ低減装置を構成するフレームバッファおよび演算素子などのビット構成を大きくする必要がある。さらには、ノイズ低減装置の出力信号を受け取る後段の回路のビット構成ないしバス幅も拡張しなければならなくなる。この結果、ノイズ低減装置およびこれに続く後段の回路の規模が増大し、処理速度の低下、消費電力の上昇、回路基板面積の増大、製造コストの上昇といった問題を引き起こすおそれがある。
【０００８】
回路規模の増大を防止するために次の方法が考えられる。すなわち、１フレーム前の映像信号と現フレームの映像信号との差分信号にノイズ低減係数を乗算する演算を行った後、この演算により得られた信号の下位ビットを切り捨てる。そして、この下位ビットが切り捨てられた信号を現フレームの映像信号に加算する。例えば、現フレームの映像信号（入力信号）がｎビットであり、差分信号にノイズ低減係数を乗算する演算によって得られた信号が（ｎ＋ｍ）ビットである場合には、この（ｎ＋ｍ）ビットの信号の下位ｍビットを切り捨て、これにより、この信号のビット数を（ｎ＋ｍ）ビットからｎビットに変換する。この方法によれば、ノイズ低減装置の出力信号のビット数を入力信号のビット数と等しくすることができる。したがって、出力信号を伝達するための信号線、フレームバッファ、演算素子および後段の回路などのバス幅を増大させる必要がなくなり、回路規模の増大を防止することができる。
【０００９】
しかし、この方法によれば、下位ビットの切り捨て処理のために、数式（１）に従った演算の結果が出力信号に忠実に反映されなくなる。この結果、フレーム巡回型ノイズ低減装置によるノイズ低減効果を十分に高めること、またはノイズ低減処理によって生じる映像解像度の低下を十分に抑制することが困難になる。
【００１０】
他方、動き検出回路によって映像の動き量を高精度に検出し、この検出結果をノイズ低減係数ｋに高精度に反映させれば、数式（１）の演算の結果、映像の動きに高精度に対応したノイズ低減処理を実現することができ、ノイズ低減効果および映像解像度低下抑制効果を高めることができる。しかし、上述した下位ビットの切り捨て処理を行うとすれば、実質的にみてノイズ低減係数ｋが丸められてしまうこととなる。この結果、動き検出回路による高精度な動き検出の効果がノイズ低減処理に反映されず、ノイズ低減効果および映像解像度低下抑制効果を高めることできない。
【００１１】
このような問題は、フレーム巡回型ノイズ低減装置に限られず、一般のＩＩＲフィルタにも生じうる。
【００１２】
本発明は上記に例示したような問題点に鑑みなされたものであり、本発明の第１の課題は、信号処理により得られた信号のビット数を少なくしつつ、信号処理により得られた信号に、信号処理によって実現すべき効果を高精度に反映させることができる信号処理装置、信号処理方法およびノイズ低減装置を提供することにある。
【００１３】
本発明の第２の課題は、ノイズ低減処理を行うための回路または出力信号が供給される後段の回路における信号線のバス幅を削減しつつ、ノイズ低減効果または映像解像度低下抑制効果を高めることができる信号処理装置、信号処理方法およびノイズ低減装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するために請求項１に記載の信号処理装置は、ｎビット（ｎは整数）の出力信号に対して信号処理を行い、（ｎ＋ｍ）ビット（ｍは整数）の中間信号を出力する信号処理手段と、前記信号処理手段から出力された中間信号にｍビット以下の乱数を加算する乱数加算手段と、前記乱数加算手段により乱数が加算された中間信号の下位ｍビットを切り捨てることにより、前記中間信号のビット数を（ｎ＋ｍ）ビットからｎビットに変換する切り捨て手段と、前記ビット数変換手段によりビット数が変換された中間信号とｎビットの入力信号とを加算して前記ｎビットの出力信号を出力する加算手段とを備えている。
【００１５】
上記課題を解決するために請求項２に記載の信号処理装置は、ｎビットの出力信号に対して信号処理を行い、（ｎ＋ｍ）ビットの中間信号を出力する信号処理手段と、前記信号処理手段から出力された中間信号の下位ｍビットの切り上げ処理および切り捨て処理を実行パターンに従って選択的に実行することにより、前記中間信号のビット数を（ｎ＋ｍ）ビットからｎビットに変換するビット数変換手段と、前記ビット数変換手段によりビット数が変換された中間信号とｎビットの入力信号とを加算して前記ｎビットの出力信号を出力する加算手段とを備え、前記ビット数変換手段は、切り上げ処理を実行するか切り捨て処理を実行するかを定めた前記実行パターンを生成する実行パターン生成手段を備え、前記実行パターン生成手段は、前記実行パターンにおける切り上げ処理実行回数と切り捨て処理実行回数との比を、前記信号処理手段から出力された中間信号の下位ｍビットの示す数に応じて異ならせる。
【００１６】
上記課題を解決するために請求項９に記載の信号処理方法は、ｎビットの出力信号に対して信号処理を行い、（ｎ＋ｍ）ビットの中間信号を出力する信号処理工程と、前記信号処理工程において出力された中間信号にｍビット以下の乱数を加算する乱数加算工程と、前記乱数加算工程において乱数が加算された中間信号の下位ｍビットを切り捨てることにより、前記中間信号のビット数を（ｎ＋ｍ）ビットからｎビットに変換する切り捨て工程と、前記ビット数変換工程においてビット数が変換された中間信号とｎビットの入力信号とを加算して前記ｎビットの出力信号を出力する加算工程とを備えている。
【００１７】
上記課題を解決するために請求項１０に記載の信号処理方法は、ｎビットの出力信号に対して信号処理を行い、（ｎ＋ｍ）ビットの中間信号を出力する信号処理工程と、前記信号処理工程において出力された中間信号の下位ｍビットの切り上げ処理および切り捨て処理を実行パターンに従って選択的に実行することにより、前記中間信号のビット数を（ｎ＋ｍ）ビットからｎビットに変換するビット数変換工程と、前記ビット数変換工程においてビット数が変換された中間信号とｎビットの入力信号とを加算して前記ｎビットの出力信号を出力する加算工程とを備え、前記ビット数変換工程は、切り上げ処理を実行するか切り捨て処理を実行するかを定めた前記実行パターンを生成する実行パターン生成工程を備え、前記実行パターン生成工程は、前記実行パターンにおける切り上げ処理実行回数と切り捨て処理実行回数との比を、前記信号処理工程において出力された中間信号の下位ｍビットの示す数に応じて異ならせる。
【００１８】
上記課題を解決するために請求項１１に記載のコンピュータプログラムは、請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の信号処理装置としてコンピュータを機能させる。
【００１９】
上記課題を解決するために請求項１２に記載のノイズ低減装置は、請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の信号処理装置を備え、当該信号処理装置によってノイズ低減処理を行う。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００２１】
（第１実施形態）
図１は、本発明の信号処理装置および信号処理方法の第１実施形態であるノイズ低減装置を示している。図１中のノイズ低減装置１０は、フレーム巡回型ノイズ低減装置であり、映像信号のフレーム間の相関を利用して映像信号に含まれるノイズを低減する装置である。ノイズ低減装置１０は、フレームバッファ１１、演算器１２、１７、動き検出部１３、信号処理部１４、乱数加算部１５および切り捨て処理部１６を備えている。フレームバッファ１１は、例えば半導体メモリなどの記憶素子から構成され、１フレーム分の映像信号を記憶することができる。動き検出部１３および信号処理部１４はそれぞれ、演算処理回路および記憶素子などから構成されている。乱数加算部１５は、乱数発生回路および演算処理回路などから構成されている。切り捨て処理部１６は、例えば演算処理回路などから構成されている。
【００２２】
ノイズ低減装置１０におけるノイズ低減処理の流れは次のとおりである。すなわち、フレームバッファ１１には１フレーム前の映像信号Ｓｎ−１が記憶されている。この映像信号Ｓｎ−１はｎビットのデジタル信号である。さて、ｎビットのデジタル信号である現フレームの入力映像信号Ｓｎが入力端子１８に入力されると、演算器１２は、入力映像信号Ｓｎと１フレーム前の映像信号Ｓｎ−１との差をとり、これにより得られたｎビットの差分信号Ｓｄを信号処理部１４へ出力する。一方、動き検出部１３は、映像信号に対応する映像の動き量を検出し、この動き量を示す制御信号を信号処理部１４へ出力する。信号処理部１４は、動き検出部１３から出力された制御信号に基づいて、映像の動き量に応じたノイズ低減係数ｋを設定する。さらに、信号処理部１４は、差分信号Ｓｄにノイズ低減係数ｋを乗算し、これにより得られた足し戻し信号（ｋ・Ｓｄ）を乱数加算部１５に出力する。信号処理部１４における差分信号Ｓｄとノイズ低減係数ｋとの乗算の結果、足し戻し信号（ｋ・Ｓｄ）のビット数が増加し、（ｎ＋ｍ）ビットになる。続いて、乱数加算部１５は、ｍビットの乱数Ｓｒｎを発生させ、乱数Ｓｒｎを足し戻し信号（ｋ・Ｓｄ）に加算する。続いて、切り捨て処理部１６は、乱数Ｓｒｎが加算された足し戻し信号（ｋ・Ｓｄ）の下位ｍビットを切り捨てる。この結果、足し戻し信号（ｋ・Ｓｄ）のビット数はｎビットになる。そして、演算器１７は、切り捨て処理部１６から出力されたｎビットの足し戻し信号（ｋ・Ｓｄ）とｎビットの入力映像信号Ｓｎとを相互に加算し、これにより得られたｎビットの信号を出力映像信号Ｓoutとして出力端子１９およびフレームバッファ１１へ出力する。フレームバッファ１１はｎビットの出力映像信号Ｓoutを記憶する。以上のようなノイズ低減処理を数式で表すと、上述した数式（１）になる。
【００２３】
ノイズ低減装置１０は、このようなノイズ低減処理を現フレームの入力映像信号Ｓｎに対し画素ごとに繰り返し行う。現フレームの入力映像信号Ｓｎに対する信号処理が終了すると、ノイズ低減装置１０は、続いて次フレームの入力映像信号に対し同様のノイズ低減処理を行う。このように、ノイズ低減装置１０は、入力映像信号Ｓｎを構成する複数のフレームにわたってノイズ低減処理を繰り返し行う。このようなノイズ低減処理が繰り返されることにより、足し戻し信号（ｋ・Ｓｄ）の入力映像信号Ｓｎへの足し戻しが複数のフレームにわたって繰り返され、この結果、入力映像信号Ｓｎに含まれるノイズが低減されていく。
【００２４】
図２は乱数加算部１５および切り捨て処理部１６の処理を示している。図２に示すように、乱数加算部１５は、ｍビットの乱数Ｓｒｎを（ｎ＋ｍ）ビットの足し戻し信号（ｋ・Ｓｄ）に加算する。このとき、足し戻し信号（ｋ・Ｓｄ）の下位ｍビットの値および乱数Ｓｒｎの値によっては繰り上がりが発生する。この繰り上がりが発生する頻度は、足し戻し信号（ｋ・Ｓｄ）の下位ｍビットの値の大きさによって異なる。そして、この繰り上がりが発生する頻度は、足し戻し信号（ｋ・Ｓｄ）の下位ｍビットの値の大きさにほぼ比例する。すなわち、足し戻し信号（ｋ・Ｓｄ）の下位ｍビットの値が小さいときには、繰り上がりが発生する頻度は低い。なぜなら、乱数の値が大きくなければ繰り上がりが発生せず、それゆえ、繰り上がりを発生させるような乱数の値の範囲が狭く、この範囲に属する値の乱数が発生する確率は低いからである。一方、足し戻し信号（ｋ・Ｓｄ）の下位ｍビットの値が大きいときには、繰り上がりが発生する頻度が高い。なぜなら、乱数の値が小さくても繰り上がりが発生し、それゆえ、繰り上がりを発生させるような乱数の値の範囲が広く、この範囲に属する値の乱数が発生する確率は高いからである。
【００２５】
ノイズ低減処理が入力映像信号Ｓｎを構成する複数のフレームにわたって繰り返し行われると、ノイズ低減処理が同一の画素に対し繰り返し行われる。すなわち、足し戻し信号（ｋ・Ｓｄ）の入力映像信号Ｓｎへの足し戻しが同一の画素について繰り返し行われる。これに伴って乱数加算部１５による乱数加算処理も、同一の画素に対し繰り返し行われる。同一画素につき乱数加算処理が繰り返し行われる間、乱数加算による繰り上がりが、足し戻し信号（ｋ・Ｓｄ）の下位ｍビットの値の大きさにほぼ比例する頻度で発生する。つまり、図２に示すように、足し戻し信号（ｋ・Ｓｄ）の下位ｍビットの値の大きさにほぼ比例する頻度で、下位ビットｍが切り捨てられた後における足し戻し信号（ｋ・Ｓｄ）の最下位ビットとなるビットＢ０に１が加算される。これにより、同一画素につき、足し戻し信号（ｋ・Ｓｄ）の下位ｍビットの情報が時間方向に分割されて入力映像信号Ｓｎに足し戻される。したがって、足し戻し信号（ｋ・Ｓｄ）の入力映像信号Ｓｎへの足し戻しが同一画素について繰り返し行われた後には、切り捨てられた足し戻し信号（ｋ・Ｓｄ）の下位ｍビットの情報が出力映像信号Ｓoutに含まれている。この結果、切り捨てられた足し戻し信号（ｋ・Ｓｄ）の下位ｍビットの情報がノイズ低減処理に反映される。それゆえ、足し戻し信号（ｋ・Ｓｄ）をｎビットに丸めてから入力映像信号Ｓｎに加算したにもかかわらず、（ｎ＋ｍ）ビットの足し戻し信号（ｋ・Ｓｄ）を丸めずにそのまま入力映像信号Ｓｎに加算したのとほぼ同じ精度のノイズ低減効果を得ることができる。
【００２６】
図３は、１フレーム分の入力映像信号Ｓｎに対しノイズ低減処理が行われた直後における、切り捨て処理前の足し戻し信号（ｋ・Ｓｄ）と切り捨て処理後の足し戻し信号（ｋ・Ｓｄ）との関係を示している。１フレーム分の入力映像信号Ｓｎに対しノイズ低減処理が行われた直後においては、乱数加算部１５による乱数加算が各画素につき１回行われただけである。このため、乱数加算により繰り上がりが発生したときには、切り捨て処理後の足し戻し信号（ｋ・Ｓｄ）が１増加する。ところが、乱数加算により繰り上がりが発生しなかったときには、切り捨て処理後の足し戻し信号（ｋ・Ｓｄ）に増加が生じない。この結果、図３に示すように、ビット数変更前の足し戻し信号（ｋ・Ｓｄ）とビット数変更後の足し戻し信号（ｋ・Ｓｄ）との間には、かなりの相違が見られる。
【００２７】
一方、図４は、数フレーム分の入力映像信号Ｓｎに対しノイズ低減処理が繰り返し行われた後における、切り捨て処理前の足し戻し信号（ｋ・Ｓｄ）と切り捨て処理後の足し戻し信号（ｋ・Ｓｄ）との実質的な関係を示している。数フレーム分の入力映像信号Ｓｎに対しノイズ低減処理が繰り返し行われた後においては、乱数加算部１５による乱数加算が各画素につき数回行われている。このため、同一画素について、乱数加算による繰り上がりが、足し戻し信号（ｋ・Ｓｄ）の下位ｍビットの値の大きさに応じた頻度で生じている。この結果、出力映像信号Ｓoutを時間方向にみると、切り捨てられた足し戻し信号（ｋ・Ｓｄ）の下位ｍビットの情報が時間方向に分割されて出力映像信号Ｓoutに加えられている。したがって、ビット数変更前の足し戻し信号（ｋ・Ｓｄ）とビット数変更後の足し戻し信号（ｋ・Ｓｄ）とは、図４に示すように、ほぼ同じ大きさになる。
【００２８】
以上説明したとおり、ノイズ低減装置１０は、足し戻し信号（ｋ・Ｓｄ）の下位ｍビットにｍビットの乱数Ｓｒｎを加算した後に、足し戻し信号（ｋ・Ｓｄ）の下位ｍビットを切り捨てる。これにより、足し戻し信号（ｋ・Ｓｄ）のビット数を（ｎ＋ｍ）ビットからｎビットに減らしつつ、切り捨てられた足し戻し信号（ｋ・Ｓｄ）の下位ｍビットの情報を時間方向に分割して出力映像信号Ｓoutに含ませることができる。よって、ノイズ低減装置１０によれば、以下に述べる２つの効果を同時に実現することができる。
【００２９】
まず、足し戻し信号（ｋ・Ｓｄ）の下位ｍビットを切り捨て、足し戻し信号（ｋ・Ｓｄ）のビット数を減らしたことにより、ノイズ低減装置１０内の大部分の信号線のバス幅を狭くすることができる。具体的には、図１に示すように、演算器１７とフレームバッファ１１との間を接続する信号線、フレームバッファ１１と演算器１２とを接続する信号線、および演算器１７から出力端子１９に至る信号線などのバス幅をｎビットに対応するバス幅にすることができる。これにより、ノイズ低減装置１０を構成するフレームバッファ１１および演算器１２、１７などのビット構成を小さくすることができる。さらに、ノイズ低減装置１０の出力映像信号Ｓoutを受け取る後段の回路のビット構成ないしバス幅をも縮小することができる。したがって、ノイズ低減装置１０およびこれに続く後段の回路の規模を小さくすることができ、処理速度の高速化、消費電力の抑制、回路基板面積の縮小および製造コストの抑制などを実現することができる。
【００３０】
次に、乱数加算によって、切り捨てた足し戻し信号（ｋ・Ｓｄ）の下位ｍビットの情報を時間方向に分割して出力映像信号Ｓoutに含ませることにより、足し戻し信号（ｋ・Ｓｄ）の下位ｍビットの情報をノイズ低減処理に反映させることができる。これにより、（ｎ＋ｍ）ビットの足し戻し信号（ｋ・Ｓｄ）の切り捨て処理をせずにそのまま入力映像信号Ｓｎに加算したのとほぼ同じ精度のノイズ低減効果を得ることができる。したがって、動き検出部１４によって映像の動き量を高精度に検出し、この検出結果をノイズ低減係数ｋに高精度に反映させれば、さらにこの検出結果を、出力映像信号Ｓoutに反映させることができる。よって、映像の動きに高精度に対応したノイズ低減処理を実現することができ、ノイズ低減効果および映像解像度低下抑制効果を高めることができる。
【００３１】
図５は、ノイズ低減強度と実際のノイズ低減効果の程度との関係を示している。図５中の実線は、ノイズ低減装置１０による、ノイズ低減強度と実際のノイズ低減効果の程度との関係を示している。一方、図５中の二点鎖線は、足し戻し信号（ｋ・Ｓｄ）の下位ｍビットに乱数を加算せずに単純に切り捨てる処理を行った場合における、ノイズ低減強度と実際のノイズ低減効果の程度との関係を示している。図５に示すように、足し戻し信号（ｋ・Ｓｄ）の下位ｍビットを単純に切り捨てる処理を行った場合には、ノイズ低減強度の設定・変更に従って実際のノイズ低減効果が粗く変化する。このような粗い変化では、ノイズの低減と、ノイズ低減処理によって生じる映像解像度低下の抑制とのバランスをとることができない。例えば、ノイズ低減強度をＬ１以上Ｌ３未満の範囲で変更しても、実際のノイズ低減効果はＥ１に維持される。しかし、Ｅ１ではノイズを十分に低減することができない。そこで、ノイズ低減強度をＬ３に変更すると、実際のノイズ低減効果はＥ３になる。しかし、Ｅ３では映像解像度が低下してしまう。ノイズの低減と映像解像度低下の抑制とのバランスをとるためには、実際のノイズ低減効果がＥ２になるようにノイズ低減強度を設定したい。しかし、これはできない。
【００３２】
これに対し、ノイズ低減装置１０によれば、ノイズ低減強度の設定・変更に応じて実際のノイズ低減効果が細かく変化する。このような細かい変化によれば、ノイズの低減と映像解像度低下の抑制とのバランスをとることができる。例えば、ノイズ低減強度をＬ２に設定すれば、実際のノイズ低減効果がＥ２になる。これにより、ノイズを十分に低減することができ、かつ映像解像度低下を抑制することができる。
【００３３】
なお、フレームバッファ１１、演算器１２および信号処理部１３は信号処理手段およびお信号処理工程の具体例である。乱数加算部１５は乱数加算手段および乱数加算手段の具体例である。切り捨て処理部１６は切り捨て手段および切り捨て工程の具体例である。演算器１７は加算手段および加算工程の具体例である。動き検出部１４は動き検出手段の具体例である。足し戻し信号は中間信号の具体例である。
【００３４】
（第２実施形態）
図６は、本発明の信号処理装置および信号処理方法の第２実施形態であるノイズ低減装置を示している。図６中のノイズ低減装置３０は、フレーム巡回型ノイズ低減装置であり、映像信号のフレーム間の相関を利用して映像信号に含まれるノイズを低減する装置である。ノイズ低減装置３０は、フレームバッファ１１、演算器１２、１７、動き検出部１３、信号処理部１４、実行パターン生成部３１、実行制御部３２および切り上げ／切り捨て処理部３３を備えている。実行パターン生成部３１、実行制御部３２および切り上げ／切り捨て処理部３２はそれぞれ、演算処理回路および記憶素子などから構成されている。
【００３５】
ノイズ低減装置３０におけるノイズ低減処理の流れは次のとおりである。すなわち、フレームバッファ１１には１フレーム前の映像信号Ｓｎ−１が記憶されている。この映像信号Ｓｎ−１はｎビットのデジタル信号である。さて、ｎビットのデジタル信号である現フレームの入力映像信号Ｓｎが入力端子１８に入力されると、演算器１２は、入力映像信号Ｓｎと１フレーム前の映像信号Ｓｎ−１との差をとり、これにより得られたｎビットの差分信号Ｓｄを信号処理部１４へ出力する。一方、動き検出部１３は、映像信号に対応する映像の動き量を検出し、この動き量を示す制御信号を信号処理部１４へ出力する。信号処理部１４は、動き検出部１３から出力された制御信号に基づいて、映像の動き量に応じたノイズ低減係数ｋを設定する。さらに、信号処理部１４は、差分信号Ｓｄにノイズ低減係数ｋを乗算し、これにより得られた足し戻し信号（ｋ・Ｓｄ）を実行パターン生成部３１および切り上げ／切り捨て処理部３３に出力する。信号処理部１４における差分信号Ｓｄとノイズ低減係数ｋとの乗算の結果、足し戻し信号（ｋ・Ｓｄ）のビット数が増加し、（ｎ＋ｍ）ビットになる。続いて、実行パターン生成部３１は、足し戻し信号（ｋ・Ｓｄ）の下位ｍビットの値に基づいて、切り上げ処理および切り捨て処理の実行パターンを生成する。続いて、実行制御部３２は、この実行パターンに従って切り上げ処理および切り捨て処理のうちのいずれを実行すべきかを示す選択指令信号を切り上げ／切り捨て処理部３３に出力する。切り上げ／切り捨て処理部３３は、信号処理部１４から出力された足し戻し信号（ｋ・Ｓｄ）の下位ｍビットの切り上げ処理および切り捨て処理を、選択指令信号に従って選択的に実行する。これにより、足し戻し信号（ｋ・Ｓｄ）のビット数が（ｎ＋ｍ）ビットからｎビットに変換される。そして、演算器１７は、切り上げ／切り捨て処理部３３から出力されたｎビットの足し戻し信号（ｋ・Ｓｄ）とｎビットの入力映像信号Ｓｎとを相互に加算し、これにより得られたｎビットの信号を出力映像信号Ｓoutとして出力端子１９およびフレームバッファ１１へ出力する。フレームバッファ１１はｎビットの出力映像信号Ｓoutを記憶する。以上のようなノイズ低減処理を数式で表すと、上述した数式（１）になる。
【００３６】
ノイズ低減装置３０は、このようなノイズ低減処理を現フレームの入力映像信号Ｓｎに対し画素ごとに繰り返し行う。現フレームの入力映像信号Ｓｎに対する信号処理が終了すると、ノイズ低減装置３０は、続いて次フレームの入力映像信号に対し同様のノイズ低減処理を行う。このように、ノイズ低減装置３０は、入力映像信号Ｓｎを構成する複数のフレームにわたってノイズ低減処理を繰り返し行う。このようなノイズ低減処理が繰り返されることにより、足し戻し信号（ｋ・Ｓｄ）の入力映像信号Ｓｎへの足し戻しが複数のフレームにわたって繰り返され、この結果、入力映像信号Ｓｎに含まれるノイズが低減されていく。
【００３７】
図７は実行パターン生成部３１、実行制御部３２および切り上げ／切り捨て処理部３３の処理を示している。ノイズ低減処理が入力映像信号Ｓｎを構成する複数のフレームにわたって繰り返し行われると、ノイズ低減処理は各画素に対し繰り返し行われることになる。すなわち、ノイズ低減処理が同一の画素に対し繰り返し行われる。ノイズ低減処理が同一画素に対して行われるごとに、切り上げ／切り捨て処理部３３は切り上げ処理および切り捨て処理を選択的に実行する。切り上げ／切り捨て処理部３３は、切り上げ処理および切り捨て処理の選択を、実行パターン生成部３１により生成された実行パターンに従って行う。実行パターンは、ノイズ低減処理が同一画素に対し行われるごとに、切り上げ処理を実行すべきか、切り捨て処理を実行すべきかを定めたパターンである。すなわち、実行パターンは、切り上げ処理の回数、切り捨て処理の回数、および切り上げ処理・切り捨て処理を実行する順序を画素ごとに定めたものである。
【００３８】
実行パターンは実行パターン生成部３１によって生成される。実行パターン生成部３１は、実行パターンを生成する際、実行パターンにおける切り上げ処理実行回数と切り捨て処理実行回数との比を、（ｎ＋ｍ）ビットの足し戻し信号（ｋ・Ｓｄ）の下位ｍビットの示す数値に応じて異なるように定める。具体的には、同一画素につき、足し戻し信号（ｋ・Ｓｄ）の下位ｍビットの値の大きさにほぼ比例する頻度で切り上げ処理が実行されるように、実行パターンにおける切り上げ処理実行回数と切り捨て処理実行回数との比を定める。例えば、実行パターン生成部３１は、図８に示すような実行パターンテーブル３４を参照することにより実行パターンを生成する。図８は、切り上げ処理および切り捨て処理の対象となる足し戻し信号（ｋ・Ｓｄ）の下位ビットが３ビットである場合の例である。実行パターンにおける「０」は切り捨て処理を意味し、「１」は切り上げ処理を意味する。例えば、足し戻し信号（ｋ・Ｓｄ）の下位３ビットが、「０００」のときには、「００００００００」という実行パターンが生成される。これは、同一画素につき切り捨て処理を８回連続して実行すべきことを意味する。また、足し戻し信号（ｋ・Ｓｄ）の下位３ビットが「００１」のときには、「００００００１」という実行パターンが生成される。これは、同一画素につき切り捨て処理を７回実行した後、切り上げ処理を１回実行すべきことを意味する。また、足し戻し信号（ｋ・Ｓｄ）の下位３ビットが「１１１」のときには、「０１１１１１１１」という実行パターンが生成される。これは、同一画素につき切り捨て処理を１回実行した後、切り上げ処理を７回実行すべきことを意味する。
【００３９】
実行パターンに従った切り上げ処理・切り捨て処理の選択的実行は、実行制御部３２によって制御される。実行制御部３２は、実行パターン制御部３１により生成された実行パターンに従って、切り上げ処理および切り捨て処理のうちのいずれを実行すべきかを示す選択指令信号を生成し、これを切り上げ／切り捨て処理部３３に出力する。例えば実行制御部３２は、同一画素について、足し戻し信号（ｋ・Ｓｄ）の下位ｍビットの値が一定の値に維持される間、実行パターン生成部３１により生成された実行パターンを保持する。そして、実行制御部３２は、同一画素について、足し戻し信号（ｋ・Ｓｄ）の下位ｍビットの値が一定の値に維持される間におけるノイズ低減処理の回数をカウントする。そして、実行制御部３２は、同一画素について、実行パターンとカウント値とを照らし合わせて、切り上げ処理および切り捨て処理のうちのいずれを実行すべきかを決定し、この決定結果を示す選択指令信号を生成する。そして、実行制御部３２は、同一画素につきノイズ低減処理が行われるごとに、選択指令信号を切り上げ／切り捨て処理部３３に出力する。
【００４０】
切り上げ／切り捨て処理部３３は、同一画素につきノイズ低減処理が行われるごとに、選択指令信号に従って、切り上げ処理および切り捨て処理のうちのいずれか一方を選択し、実行する。これにより、同一画素につき、足し戻し信号（ｋ・Ｓｄ）の下位ｍビットの値の大きさにほぼ比例する頻度で切り上げ処理が実行される。つまり、図７に示すように、同一画素につき、足し戻し信号（ｋ・Ｓｄ）の下位ｍビットの値の大きさにほぼ比例する頻度で、下位ビットｍが切り捨てられた後における足し戻し信号（ｋ・Ｓｄ）の最下位ビットとなるビットＢ０に１が加算される。これにより、同一画素につき、足し戻し信号（ｋ・Ｓｄ）の下位ｍビットの情報が時間方向に分割されて入力映像信号Ｓｎに足し戻される。したがって、足し戻し信号（ｋ・Ｓｄ）の入力映像信号Ｓｎへの足し戻しが同一画素について繰り返し行われた後には、切り捨てられた足し戻し信号（ｋ・Ｓｄ）の下位ｍビットの情報が出力映像信号Ｓoutに含まれている。この結果、切り捨てられた足し戻し信号（ｋ・Ｓｄ）の下位ｍビットの情報がノイズ低減処理に反映される。それゆえ、足し戻し信号（ｋ・Ｓｄ）をｎビットに丸めてから入力映像信号Ｓｎに加算したにもかかわらず、（ｎ＋ｍ）ビットの足し戻し信号（ｋ・Ｓｄ）を丸めずにそのまま入力映像信号Ｓｎに加算したのとほぼ同じ精度のノイズ低減効果を得ることができる。
【００４１】
なお、足し戻し信号（ｋ・Ｓｄ）の下位ｍビットの情報を時間方向に分割して入力映像信号Ｓｎに足し戻すためには、同一画素につき、足し戻し信号（ｋ・Ｓｄ）の下位ｍビットの値の大きさにほぼ比例する頻度で切り上げ処理が実行されることが望まれる。このためには、同一画素につき、実行パターンに従った切り上げ処理および切り捨て処理が一通り実行されることが望まれる。このためには、同一画素につき実行パターンに従った切り上げ処理および切り捨て処理が一通り実行されるまでの間、当該画素につき足し戻し信号（ｋ・Ｓｄ）の下位ｍビットの値が一定の値に維持されていることが望まれる。しかし、たとえ同一画素につき実行パターンに従った切り上げ処理および切り捨て処理が一通り実行される前に、当該画素についての足し戻し信号（ｋ・Ｓｄ）の下位ｍビットの値が変化しても、足し戻し信号（ｋ・Ｓｄ）の下位ｍビットの情報の一部が時間方向に入力映像信号Ｓｎに足し戻されるので、足し戻し信号（ｋ・Ｓｄ）の下位ｍビットの情報の一部をノイズ低減処理に反映させることができる。
【００４２】
以上説明したとおり、ノイズ低減装置３０は、足し戻し信号（ｋ・Ｓｄ）の下位ｍビットの値に応じて、足し戻し信号（ｋ・Ｓｄ）の下位ｍビットの切り上げ処理および切り捨て処理を選択的に実行する。すなわち、足し戻し信号（ｋ・Ｓｄ）の下位ｍビットの値に応じた頻度で、足し戻し信号（ｋ・Ｓｄ）の下位ｍビットの切り上げ処理を実行する。これにより、足し戻し信号（ｋ・Ｓｄ）のビット数を（ｎ＋ｍ）ビットからｎビットに減らしつつ、切り捨てられた足し戻し信号（ｋ・Ｓｄ）の下位ｍビットの情報を時間方向に分割して出力映像信号Ｓoutに含ませることができる。よって、ノイズ低減装置３０によれば、次の２つの効果を同時に実現することができる。まず、足し戻し信号（ｋ・Ｓｄ）の下位ｍビットを切り捨て、足し戻し信号（ｋ・Ｓｄ）のビット数を減らしたことにより、ノイズ低減装置１０内の大部分の信号線のバス幅を狭くすることができる。これにより、ノイズ低減装置３０およびこれに続く後段の回路の規模を小さくすることができ、処理速度の高速化、消費電力の抑制、回路基板面積の縮小および製造コストの抑制などを実現することができる。次に、切り捨てた足し戻し信号（ｋ・Ｓｄ）の下位ｍビットの情報を時間方向に分割して出力映像信号Ｓoutに含ませることにより、足し戻し信号（ｋ・Ｓｄ）の下位ｍビットの情報をノイズ低減処理に反映させることができる。これにより、映像の動きに高精度に対応したノイズ低減処理を実現することができ、ノイズ低減効果および映像解像度低下抑制効果を高めることができる。
【００４３】
なお、実行パターン生成手段３１、実行制御手段３２および切り上げ／切り捨て処理部３３は、ビット数変換手段の具体例であり、実行パターン生成手段３１は、実行パターン生成手段の具体例である、
また、ノイズ低減装置３０では、図８中の実行パターンテーブル３４に示すような実行パターンを例にあげた。しかし、実行パターンは、疑似多階調表現方法に基づいて生成することが望ましい。例えば、２階調のディザマトリックスを構成する成分を用いて実行パターンを生成することが望ましい。一例をあげれば、２階調のディザマトリックスを構成する各成分を１列に並べることによって実行パターンを生成する。あるいは、誤差拡散法におけるフィルタ係数を用いて実行パターンを生成することが望ましい。このような疑似多階調表現方法に基づいて実行パターンを生成することにより、足し戻し信号（ｋ・Ｓｄ）の下位ｍビットの情報を、出力映像信号Ｓoutに精度良く含ませることができる。
【００４４】
また、本発明の信号処理装置は上述したようなノイズ低減装置に限られない。すなわち、本発明はＩＩＲフィルタにも広く適用することができる。例えば、図９に示すように、出力信号を遅延させる遅延素子などの遅延手段４１と、遅延手段４１から出力された遅延した出力信号に所定の係数を乗算する乗算手段４２と、乗算手段４２から出力された信号と入力信号をと加算する加算手段４３とを備えたフィルタ装置４０において、乗算手段４２と加算手段４３との間に、乱数加算手段４４と、切り捨て処理手段４５とを設けてもよい。これにより、信号処理により得られた信号のビット数を少なくしつつ、信号処理により得られた信号に、信号処理によって実現すべき効果を高精度に反映させることができる。あるいは、図１０に示すフィルタ装置５０のように、乗算手段４２と加算手段４３との間に、実行パターン生成部５１、実行制御部５２および切り上げ／切り捨て処理部５３を設けてもよい。この構成によっても、信号処理により得られた信号のビット数を少なくしつつ、信号処理により得られた信号に、信号処理によって実現すべき効果を高精度に反映させることができる。
【００４５】
また、本発明は、請求の範囲および明細書全体から読み取るこのできる発明の要旨または思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う信号処理装置、信号処理方法およびノイズ低減装置並びにこれらの機能を実現するコンピュータプログラムもまた本発明の技術思想に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の第１の実施形態であるノイズ低減装置を示す回路図である。
【図２】図１中のノイズ低減装置の信号処理を示す説明図である。
【図３】１フレーム分の入力映像信号に対するノイズ低減処理が行われた直後における、切り捨て処理前の足し戻し信号と切り捨て処理後の足し戻し信号との関係を示すグラフである。
【図４】数フレーム分の入力映像信号に対しノイズ低減処理が繰り返し行われた後における、切り捨て処理前の足し戻し信号と切り捨て処理後の足し戻し信号との関係を示すグラフである。
【図５】ノイズ低減強度と実際のノイズ低減効果の程度との関係示すグラフである。
【図６】本発明の第２の実施形態であるノイズ低減装置を示す回路図である。
【図７】図６中のノイズ低減装置の信号処理を示す説明図である。
【図８】実行パターンテーブルの一例を示す説明図である。
【図９】本発明の他の実施形態であるフィルタ装置を示す回路図である。
【図１０】本発明の他の実施形態であるフィルタ装置を示す回路図である。
【符号の説明】
【００４７】
１０、３０  ノイズ低減装置
１１  フレームバッファ
１２  演算器
１３  動き検出部
１４  信号処理部
１５、４４  乱数加算部
１６、４５  切り捨て処理部
１７  演算器
３１、５１  実行パターン生成部
３２、５２  実行制御部
３３、５３  切り上げ／切り捨て処理部
４０、５０  フィルタ装置
【図１】
2006287634.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2006287634.tif 000008
【図７】
2006287634.tif 000009
【図８】
2006287634.tif 000010
【図９】
2006287634.tif 000011
【図１０】
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