(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力されるノイズ処理対象画素を含む映像信号に対し、同一時刻の複数ラインの信号を同時に出力する空間的同時化、または異なる時刻の信号を同時に出力する時間的同時化を行う同時化手段と、その同時化手段の出力に対しフィルタ演算を行うフィルタ演算手段と、そのフィルタ演算手段の出力に基づいてノイズ成分を抽出するノイズ成分抽出手段と、前記同時化手段の出力のうちの前記ノイズ処理対象画素について前記ノイズ成分抽出手段の出力を用いてノイズを減衰させる処理を行うノイズ減衰手段とを備えたノイズ低減装置であって、
前記ノイズ成分抽出手段は、前記フィルタ演算手段の出力を基に形成された複数の画素からなる信号ブロックにおいて、前記信号ブロックを構成する複数の画素のうち、ノイズ抽出処理対象画素の値とそのノイズ抽出処理対象画素の周辺にある複数の周辺画素の値との差分をとり出力する複数の減算手段と、前記複数の減算手段の出力の値と予め設定されたしきい値との比較を行う複数の比較器と、前記複数の比較器から出力される比較結果信号に基づき、前記ノイズ抽出処理対象画素と相関ありと判断した周辺画素の個数を計数した計数結果の信号、及び前記ノイズ抽出処理対象画素と相関ありと判断した周辺画素を特定する位置情報の信号を出力する計数手段と、前記計数手段から出力される前記ノイズ抽出処理対象画素と相関ありと判断した周辺画素の位置情報に従って、前記複数の減算手段の出力のうち、前記ノイズ抽出処理対象画素と相関ありと判断した周辺画素の値とノイズ抽出処理対象画素の値との差分を選択して出力する選択手段と、前記選択手段からの出力の総和を求め、その総和を前記計数手段から出力される周辺画素の個数を計数した計数結果で除算することにより前記ノイズ抽出処理対象画素の値と周辺画素の値との差分の平均値を求める除算手段とを有し、前記除算手段の出力を用いて前記同時化手段の出力のうちの前記ノイズ処理対象画素についてノイズを減衰させる処理を行うことを特徴とするノイズ低減装置。
【請求項２】
前記ノイズ成分抽出手段の減算手段は、前記信号ブロックを構成する複数の画素のうち、ノイズ抽出処理対象画素の値とそのノイズ抽出処理対象画素の時間的及び空間的に周辺にある複数の周辺画素の値との差分をとり出力するものであることを特徴とする請求項１に記載のノイズ低減装置。
【請求項３】
入力されるノイズ処理対象画素を含む映像信号に対し、同一時刻の複数ラインの信号を同時に出力する空間的同時化、または異なる時刻の信号を同時に出力する時間的同時化を行い、その同時化した出力に対してフィルタ演算を行った後、その演算出力に基づいてノイズ成分を抽出し、前記同時化した出力のうちの前記ノイズ処理対象画素について、前記ノイズ成分抽出結果を用いてノイズを減衰させる処理を行うノイズ低減方法であって、
前記ノイズ成分を抽出するステップは、前記フィルタ演算の出力を基に形成された複数の画素からなる信号ブロックにおいて、前記信号ブロックを構成する複数の画素のうち、ノイズ抽出処理対象画素の値とそのノイズ抽出処理対象画素の周辺にある複数の周辺画素の値との差分をとり出力する減算ステップと、前記減算ステップの出力の値と予め設定されたしきい値との比較を行い、その比較結果信号に基づき、前記ノイズ抽出処理対象画素と相関ありと判断した周辺画素の個数を計数した計数結果の信号、及び前記ノイズ抽出処理対象画素と相関ありと判断した周辺画素を特定する位置情報の信号を出力する計数ステップと、前記計数ステップにおいて前記ノイズ抽出処理対象画素と相関ありと判断した周辺画素の位置情報に従って、前記減算ステップからの出力のうち、前記ノイズ抽出処理対象画素と相関ありと判断した周辺画素の値とノイズ抽出処理対象画素の値との差分を選択して出力する選択ステップと、前記選択ステップからの出力の総和を求め、その総和を前記計数ステップから出力される周辺画素の個数を計数した計数結果で除算することにより前記ノイズ抽出処理対象画素の値と周辺画素の値との差分の平均値を求める除算ステップとを有し、前記除算ステップの出力を用いて前記同時化した出力のうち、前記ノイズ処理対象画素についてノイズを減衰させる処理を行うことを特徴とするノイズ低減方法。
【請求項４】
前記ノイズ成分を抽出するステップの減算ステップは、前記信号ブロックを構成する複数の画素のうち、ノイズ抽出処理対象画素の値とそのノイズ抽出処理対象画素の時間的及び空間的に周辺にある複数の周辺画素の値との差分をとり出力するものであることを特徴とする請求項３に記載のノイズ低減方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、テレビやビデオなどの映像機器に用いられるノイズ低減装置、及びノイズ低減方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のビデオ機器における高画質のためのノイズ低減装置について説明する。ノイズ低減装置には、メモリなどを用いて信号のフィールドまたはフレーム差分を求め、それを元にノイズ低減を図る３次元ノイズ低減装置と、同一フィールドまたはフレーム内の信号を元にノイズ低減を図る２次元ノイズ低減装置がある。さらに２次元ノイズ低減装置には、大きく分けてメディアンフィルタなどの非線形フィルタを用いるものと、空間ローパスフィルタ（ＬＰＦ）を用いるものの２種類があり、ここでは後者について説明する。
【０００３】
２次元の空間ＬＰＦは映像信号の水平方向及び垂直方向に対してＬＰＦ処理を行って空間的に高い周波数成分を持つノイズを軽減するものであるが、単純にＬＰＦ処理を行うと画像のエッジ部分やディテール部において高周波成分が減衰するため、エッジ鈍りや解像度劣化などの画質劣化が起こってしまう。
【０００４】
これらの画質劣化を防ぐために考えられたのが次に説明する２次元適応型ＬＰＦである。図１９は、２次元適応型ＬＰＦの一例を示すブロック図である。同時化手段１０１では入力端子Ｓ１から入力された映像信号を基に複数の画素からなる２次元の信号ブロックを構成する。こうした信号ブロックの一例を図２０に示す。図２０は、１３個の画素から信号ブロックを形成する場合を示しており、ａの右下の添え字は位置を表す。ここで、ａi,jを処理対象画素、ａi,j  以外を処理対象画素ａi,j  の周辺にある周辺画素と呼ぶ。
【０００５】
また、図２０の信号ブロック形成に必要な同時化手段の一例を図２１に示す。図２１において、２０１ａ，２０１ｂは１Ｈ（Ｈ：水平走査期間）遅延素子を、２０２ａ〜２０２ｏは１Ｔ（Ｔ：水平サンプリング周期）遅延素子をそれぞれ示す。
【０００６】
減算手段１０２1〜１０２n（図２０の信号ブロックの場合はｎ＝１２）では図２０の処理対象画素ａi,j  以外の周辺画素の値から処理対象画素ａi,j  の値を減算した差分を出力する。
【０００７】
相関検出器１０３1〜１０３nでは減算手段１０２1〜１０２nの出力を予め与えられたしきい値と比較し、しきい値以下であれば処理対象画素ａi，j  と処理対象画素ａi，j  以外の周辺画素との相関有りと判断して「１」を、そうでなければ「０」を出力する。
【０００８】
計数手段１０４では相関検出器１０３1〜１０３nの出力に現れる「１」の個数、すなわち処理対象画素ａi,j  と相関有りと判断された周辺画素の個数を計数し、その値を平均値処理の除数となるべき数値として出力する。さらに計数手段１０４では処理対象画素ａi,j  と相関有りと判断された周辺画素の位置情報をも出力する。
【０００９】
選択手段１０５は、計数手段１０４から出力される処理対象画素ａi,j  と相関有りと判断された周辺画素の位置情報に従って、減算手段１０２1〜１０２nの出力のうち、処理対象画素ａi,j  と相関有りと判断された周辺画素と処理対象画素ａi,j  との差分を全て選択し、そのまま第１の加算手段１０６に出力する。図２０の信号ブロックを用いて具体例をあげると、例えばａi-1,j、  ａi,j-1、ａi,j+1、ａi+1,jの４つの周辺画素が処理対象画素ａi,j  と相関が有ると判断された場合は、（ａi-1,j−ａi,j）、（ａi,j-1−ａi,j）、（ａi,j+1−ａi,j）、（ａi+1,j−ａi,j）の４つの差分の平均化を行う必要があるため、選択手段１０５は上記４つの差分それぞれを第１の加算手段１０６に出力する。
【００１０】
第１の加算手段１０６は選択手段１０５からの出力の総和を求め、除算手段１０７に入力する。除算手段１０７では第１の加算手段１０６の総和出力を計数手段１０４の出力である平均化処理の除数となるべき数値、例えば上記具体例の場合は「４」で除算することにより、周辺画素と処理対象画素との差分の平均値を求める。
【００１１】
第２の加算手段１０８は同時化手段１０１からの処理対象画素ａi,j  の値に、除算手段１０７の出力である処理対象画素と周辺画素との差分の平均値を加算する。
【００１２】
以上の構成により、この２次元適応型ＬＰＦでは処理対象画素とこれと相関のある周辺画素との値の平均値を求めることになり、結果としてノイズが低減される。これについて以下に説明する。
【００１３】
ｂ1を処理対象画素の値、ｂ2〜ｂnはそれと相関のある周辺画素の値とし、これらの画素にレベルｃ1〜ｃn、２乗平均値ｃ2のノイズが重畳しているものとする。この２次元適応型ＬＰＦでは、
【００１４】
【数１】
ｂ1＋｛（ｂ2−ｂ1）＋・・・＋（ｂn−ｂ1）｝／ｎ
【００１５】
【数２】
ｂ1＋｛（ｂ2−ｂ1）＋・・・＋（ｂn−ｂ1）｝／ｎ
＝｛ｎｂ1＋（ｂ2−ｂ1）＋・・・＋（ｂn−ｂ1）｝／ｎ
＝（ｂ1＋ｂ2＋・・・＋ｂn）／ｎ
（数１）の演算を行うことになる。（数１）を変形すると（数２）のようになる。
【００１６】
【数３】
（ｃ12＋ｃ22＋・・・＋ｃn2）1/2／ｎ
＝ｎ1/2ｃ／ｎ＝ｃ／ｎ1/2
（数１）、すなわち（数２）の処理により、ノイズレベルは（数３）に示されるように１／ｎ1/2になり、ノイズ低減が行われることになる。
【００１７】
さらに、この２次元適応型ＬＰＦではエッジの鈍りやディテール劣化を軽減できる。この様子を図２２に示す。
【００１８】
図２２は、２次元適応型ＬＰＦ処理がエッジ部にある場合を示すものであり、図２２（ａ）は水平エッジ、（ｂ）は垂直エッジの場合を示している。同図における網掛け部は低輝度部２２１を、それ以外の部分は高輝度部２２２をそれぞれ示す。いま、同図の高輝度部２２１と低輝度部２２２の差（コントラスト）が図１９の相関検出器１０３1〜１０３nにおけるしきい値より十分に大きく、各画素に重畳されているノイズのレベルは上記しきい値より小さいとすると、（ａ）の場合は低輝度部２２１に存在する５つの画素ａi-1,j、ａi,j-3、ａi,j-2、ａi,j-1、ａi+1,j-1 は平均化処理から外され、高輝度部２２２に存在する残り８つの画素だけの平均値が求められことになるのでエッジ鈍りは発生しない。図２２（ｂ）の場合も同様である。また、ディテール部においても上記しきい値より大きなディテールに関しては、平均化処理から外されるのでディテールは損なわれない。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような構成では、相関検出器におけるしきい値よりも小さなレベルのディテールに関しては、平均化処理が行われることになり、ディテール劣化が生じる。これについて以下に説明する。
【００２０】
図２３は、上記の構成の２次元適応型ＬＰＦにおいて、処理対象画素ａi,jの前後６画素が相関有りと判断された場合の周波数特性を表したものである。ここでｆｓｈは水平のサンプリング周波数を表す。この図を見るとわかるように、相関検出器におけるしきい値よりも小さなレベルの信号は、ノイズ成分または信号成分に関わらずｆｓ／８以上の帯域が完全に抑圧されてしまう。従って、そのような小振幅のディテールが信号成分中に存在する場合は大きく劣化することになる。
【００２１】
また、上記のような２次元適応型ＬＰＦでは、低周波数域のノイズに比べ高周波数域のノイズをより落とす特性を持つため、低域の大粒ノイズが残留し目障りになるという問題もあった。これについて以下に説明する。
【００２２】
図２４は、２次元適応型ＬＰＦに入力される映像信号Ｓ１の例を示したものである。このような入力信号の場合、２次元適応型ＬＰＦの相関検出器におけるしきい値が３であれば、処理対象画素ａi,j の前後６画素のうちａi,j-3、ａi,j+3は処理対象画素値との差分が５及び４であるため平均化処理から外され、結果として処理対象画素ａi,jの前後計４画素までを用いて平均化処理されることになる。この場合の周波数特性を表したものが図２５である。これを見ると前後６画素が相関有りと判断された場合の周波数特性に比べてｆｓ／８以下の帯域があまり抑圧されておらず、この帯域内のノイズの低減度が弱くなることがわかる。このように従来の２次元適応型ＬＰＦでは、処理対象画素の周辺まで十分相関がある場合のみ低域ノイズが低減されるという特性をもつため、低域のノイズが残留しやすく、また低域ノイズは高域ノイズに比べ大粒となるため、目障りになるという問題が生じる。
【００２３】
本発明は、上記従来のノイズ低減装置のこのような課題を考慮し、視覚的に目立つ低域のノイズを効果的に低減し、かつ、小振幅ディテールの劣化を最低限に抑えることのできるノイズ低減装置、及びノイズ低減方法を提供することを目的とするものである。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
本発明のノイズ低減装置は、入力されるノイズ処理対象画素を含む映像信号に対し、同一時刻の複数ラインの信号を同時に出力する空間的同時化、または異なる時刻の信号を同時に出力する時間的同時化を行う同時化手段と、その同時化手段の出力に対しフィルタ演算を行うフィルタ演算手段と、そのフィルタ演算手段の出力に基づいてノイズ成分を抽出するノイズ成分抽出手段と、前記同時化手段の出力のうちの前記ノイズ処理対象画素について前記ノイズ成分抽出手段の出力を用いてノイズを減衰させる処理を行うノイズ減衰手段とを備えたノイズ低減装置であって、前記ノイズ成分抽出手段は、前記フィルタ演算手段の出力を基に形成された複数の画素からなる信号ブロックにおいて、前記信号ブロックを構成する複数の画素のうち、ノイズ抽出処理対象画素の値とそのノイズ抽出処理対象画素の周辺にある複数の周辺画素の値との差分をとり出力する複数の減算手段と、前記複数の減算手段の出力の値と予め設定されたしきい値との比較を行う複数の比較器と、前記複数の比較器から出力される比較結果信号に基づき、前記ノイズ抽出処理対象画素と相関ありと判断した周辺画素の個数を計数した計数結果の信号、及び前記ノイズ抽出処理対象画素と相関ありと判断した周辺画素を特定する位置情報の信号を出力する計数手段と、前記計数手段から出力される前記ノイズ抽出処理対象画素と相関ありと判断した周辺画素の位置情報に従って、前記複数の減算手段の出力のうち、前記ノイズ抽出処理対象画素と相関ありと判断した周辺画素の値とノイズ抽出処理対象画素の値との差分を選択して出力する選択手段と、前記選択手段からの出力の総和を求め、その総和を前記計数手段から出力される周辺画素の個数を計数した計数結果で除算することにより前記ノイズ抽出処理対象画素の値と周辺画素の値との差分の平均値を求める除算手段とを有し、前記除算手段の出力を用いて前記同時化手段の出力のうちの前記ノイズ処理対象画素についてノイズを減衰させる処理を行うことを特徴とする。
【００２５】
また、本発明のノイズ低減方法は、入力されるノイズ処理対象画素を含む映像信号に対し、同一時刻の複数ラインの信号を同時に出力する空間的同時化、または異なる時刻の信号を同時に出力する時間的同時化を行い、その同時化した出力に対してフィルタ演算を行った後、その演算出力に基づいてノイズ成分を抽出し、前記同時化した出力のうちの前記ノイズ処理対象画素について、前記ノイズ成分抽出結果を用いてノイズを減衰させる処理を行うノイズ低減方法であって、前記ノイズ成分を抽出するステップは、前記フィルタ演算の出力を基に形成された複数の画素からなる信号ブロックにおいて、前記信号ブロックを構成する複数の画素のうち、ノイズ抽出処理対象画素の値とそのノイズ抽出処理対象画素の周辺にある複数の周辺画素の値との差分をとり出力する減算ステップと、前記減算ステップの出力の値と予め設定されたしきい値との比較を行い、その比較結果信号に基づき、前記ノイズ抽出処理対象画素と相関ありと判断した周辺画素の個数を計数した計数結果の信号、及び前記ノイズ抽出処理対象画素と相関ありと判断した周辺画素を特定する位置情報の信号を出力する計数ステップと、前記計数ステップにおいて前記ノイズ抽出処理対象画素と相関ありと判断した周辺画素の位置情報に従って、前記減算ステップからの出力のうち、前記ノイズ抽出処理対象画素と相関ありと判断した周辺画素の値とノイズ抽出処理対象画素の値との差分を選択して出力する選択ステップと、前記選択ステップからの出力の総和を求め、その総和を前記計数ステップから出力される周辺画素の個数を計数した計数結果で除算することにより前記ノイズ抽出処理対象画素の値と周辺画素の値との差分の平均値を求める除算ステップとを有し、前記除算ステップの出力を用いて前記同時化した出力のうち、前記ノイズ処理対象画素についてノイズを減衰させる処理を行うことを特徴とする。
【００２６】
本発明の構成によれば、ノイズ抽出手段への入力信号はＬＰＦ処理が施されたものであるため、視覚特性としてより目立つ低域ノイズを効果的に低減でき、さらに高域信号が従来に比べ残っているため小振幅ディテールの劣化を従来よりも抑えることができる。また、ノイズ抽出に必要となる同時化手段をフィルタ演算手段に必要な同時化手段と共用しているため、共用しない場合に比べ回路規模も抑えることができる。さらにディテール強調手段を備えた場合は、ノイズ低減処理によって多少劣化したディテールを復元する処理が行われるため、より以上にディテール劣化を改善することができる。
【００３９】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態によるノイズ低減装置、及びノイズ低減方法について、図面に基づいて説明する。
（第１の実施の形態）
図１は、本発明にかかる第１の実施の形態のノイズ低減装置の基本的な要部構成を例示するブロック図である。図１において、１は入力映像信号Ｓ１に対し同一時刻の複数ラインを同時に出力させる、すなわち、空間的に同時化させる同時化手段としての垂直方向同時化手段、２は垂直方向同時化手段１の出力に対しフィルタ演算を行うフィルタ演算手段、１１はフィルタ演算手段２の出力に基づいてノイズ成分を抽出するノイズ成分抽出手段、１０は垂直方向同時化手段１のうちの特定位置にあるノイズ低減処理対象画素とノイズ成分抽出手段１１の出力とを加算するノイズ減衰手段としての加算器である。
【００４０】
ここでフィルタ演算手段２は、それぞれが垂直方向同時化手段１の出力のうち３ラインを用いてフィルタ演算を行う３つのフィルタ演算手段２ａ〜２ｃから構成される。
【００４１】
また、ノイズ成分抽出手段１１は、フィルタ演算手段２の出力に対し信号ブロックを形成し出力するブロック形成手段としての水平方向同時化手段３、水平方向同時化手段３の特定位置にある画素とそれ以外の画素との差をとる減算手段としての減算器４１〜４ｎ、その減算器４１〜４ｎの出力と所定レベルとの大小比較を行い比較結果信号を出力する比較器としての相関検出器５１〜５ｎ、その相関検出器５１〜５ｎの出力のうち所定レベルより小さいことを示す比較結果信号の数を計数し、その計数結果を示す信号、及び減算器４１〜４ｎのうち所定レベルより小さい値を出力したものを特定する信号をそれぞれ出力する計数手段６、減算器４１〜４ｎの出力から計数手段６により特定される出力だけを選択する選択手段７、その選択手段７の複数の出力を加算する加算手段としての加算器８、その加算器８の出力を計数手段６の出力で除算する除算手段としての除算器９から構成され、除算器９の除算結果が加算器１０に出力される。
【００４２】
次に、本第１の実施の形態のノイズ低減装置の動作について、図面を参照しながら説明する。
【００４３】
まず、垂直方向同時化手段１では、入力端子Ｓ１から入力された映像信号に対しノイズ低減処理対象画素を含む連続する５ラインを同時化して出力する。図２は、垂直方向同時化手段１の一例を示すブロック図であり、ここで２１ａ〜２１ｄは１Ｈ遅延素子である。この場合、入力信号に対しＬi-2〜Ｌi+2までの５ラインを同時化して出力することになる。
【００４４】
次に、フィルタ演算手段２ａ〜２ｃは垂直方向同時化手段１の出力Ｌi-2〜Ｌi+2に対し、水平及び垂直方向に低域通過型フィルタ（ＬＰＦ）演算を施し、その結果Ｌ'i-1，Ｌ'i，Ｌ'i+1を後段のノイズ成分抽出手段１１に出力する。図３は、フィルタ演算手段２ａの一例を示すブロック図である。ここで、３１ａ〜３１ｄは加算器、３２ａ〜３２ｄは乗算器、３３ａ，３３ｂは１ｂｉｔ左シフトを行い入力値の２倍を出力する左シフト演算器、３４ａ，３４ｂは８ｂｉｔ右シフトを行い入力値の１／２５６を出力する右シフト演算器、３５ａ，３５ｂは１Ｔ遅延素子、３６は減算器３７ａ及び左シフト演算器３３ａに対し定数ｋｖを、減算器３７ｂ及び左シフト演算器３３ｂに対し定数ｋｈを出力する定数発生器、３７ａ，３７ｂは定数値１２８から定数発生器で発生された定数ｋｖ，ｋｈを減じ、その結果を乗算器３２ａ，３２ｃへそれぞれ出力する減算器である。フィルタ演算手段２ｂ、２ｃも同様の構成である。
【００４５】
【数４】
Ｈｖ（ｚ）＝｛（１２８−ｋｖ）×（１＋ｚ-2）＋２ｋｖ×ｚ-1｝／２５６
【００４６】
【数５】
Ｈｈ（ｚ）＝｛（１２８−ｋｈ）×（１＋ｚ-2）＋２ｋｈ×ｚ-1｝／２５６
このような構成により、垂直方向は（数４）、水平方向は（数５）のような伝達関数のフィルタ演算が行われる。
【００４７】
定数発生器３６がｋｖ＝ｋｈ＝６４を発生させた場合のフィルタ演算手段２ａ〜２ｃの周波数特性を図４（ａ）及び（ｂ）に示す。（ａ）が水平方向の特性を、（ｂ）が垂直方向の特性を表す。この場合フィルタ演算手段２ａ〜２ｃの出力Ｌ'i-1，Ｌ'i，Ｌ'i+1は、ｆｓｈ／４及びｆｓｖ／４以上の高周波数域が抑圧されて後段へ出力される。
【００４８】
次に、水平方向同時化手段３では、フィルタ演算手段２ａ〜２ｃの出力Ｌ'i-1，Ｌ'i，Ｌ'i+1を基に図５に示すような複数の画素からなる２次元の信号ブロックを構成する。図５は図２０と同様に１３個の画素から信号ブロックを形成する場合を示しており、ａ'i,jをノイズ抽出処理対象画素、ａ'i,j以外を周辺画素と呼ぶ。図５の信号ブロック形成に必要な水平方向同時化手段の一例を図６に示す。図６において、４１ａ〜４１ｏは１Ｔ遅延素子を表す。
【００４９】
次に、減算器４1〜４n（図５の信号ブロックの場合はｎ＝１２）では、図５のノイズ抽出処理対象画素ａ'i,j以外の周辺画素の値からノイズ抽出処理対象画素ａ'i,jの値を減算した差分を出力する。
【００５０】
次に、相関検出器５1〜５nでは、減算器４1〜４nの出力を予め与えられたしきい値と比較し、しきい値以下であればノイズ抽出処理対象画素ａ'i,jとノイズ抽出処理対象画素ａ'i,j以外の周辺画素との相関有りと判断して「１」を、そうでなければ「０」を出力する。
【００５１】
次に、計数手段６では、相関検出器５1〜５nの出力に現れる「１」の個数、すなわちノイズ抽出処理対象画素ａ'i,jと相関有りと判断された周辺画素の個数を計数し、その値を平均値処理の除数となるべき数値として出力する。さらに計数手段６ではノイズ抽出処理対象画素ａ'i,jと相関有りと判断された周辺画素の位置情報をも出力する。
【００５２】
また、選択手段７は、計数手段６から出力されるノイズ抽出処理対象画素ａ'i,jと相関の有る周辺画素の位置情報に従って、減算器４1〜４nの出力のうち、ノイズ抽出処理対象画素ａ'i,jと相関有りと判断された周辺画素とノイズ抽出処理対象画素ａ'i,jとの差分を全て選択し、そのまま加算器８に出力する。
【００５３】
加算器８では、選択手段７からの出力の総和を求め、除算器９に入力する。除算器９では、加算器８の総和出力を計数手段６の出力である平均化処理の除数となるべき数値で除算することにより、ノイズ抽出処理対象画素ａ'i,jとその周辺画素との差分の平均値を求める。
【００５４】
更に、加算器１０は垂直方向同時化手段１の出力Ｌiのうちノイズ抽出処理対象画素ａ'i,jと同一空間位置となる画素ｙi,jの値と、除算器９の出力であるノイズ抽出処理対象画素ａ'i,jとその周辺画素との差分の平均値とを加算し、その結果を出力映像信号Ｓ２として出力する。
【００５５】
以上の動作により、本実施の形態のノイズ低減装置は低域ノイズに対して効果的にノイズ低減処理が行われることになる。これを以下に説明する。
【００５６】
ｂ'1をノイズ抽出処理対象画素ａ'i,jの値、ｂ'2〜ｂ'nはそれと相関のある周辺画素の値とし、これらの画素にノイズが重畳しているものとする。
【００５７】
【数６】
ｂ'1＋｛（ｂ'2−ｂ'1）＋・・・＋（ｂ'n−ｂ'1）｝／ｎ
仮に上記構成と異なり加算器１０が、水平方向同時化手段３からのノイズ抽出処理対象画素ａ'i,jの値に、除算手段９の出力であるノイズ抽出処理対象画素ａ'i,jと周辺画素との差分の平均値を加算したとすると、そのような構成では（数６）の演算を行うことになる。
【００５８】
（数６）は上述の従来の２次元適応型ＬＰＦと同様な考え方により、ノイズ抽出処理対象画素ａ'i,jとそれと相関のある周辺画素の平均化処理により、ノイズ抽出処理対象画素ａ'i,jに対してノイズ低減が行われることを意味する。また、（数６）はノイズ抽出処理対象画素ａ'i,jの値に中括弧内の項を加算することでノイズ低減が行われるため、（数６）の中括弧内はノイズ成分を抽出したものを表しているとも言える。ここで、ノイズ抽出処理対象画素ａ'i,jとその周辺画素はフィルタ演算手段２によるＬＰＦ処理後の信号であるため、信号成分及びノイズ成分ともに図４のように高周波数域が抑圧されている。従って（数６）で行われるノイズ低減処理も、主に低域のノイズが抽出され、それをもとにノイズ低減が行われたことになる。
【００５９】
実際の構成では加算器１０はノイズ抽出処理対象画素ａ'i,jの値ではなく、それと同一空間位置となるがフィルタ演算手段２によるＬＰＦ処理前の画素であるｙi,jの値ｄを用いる。従って、入力映像信号Ｓ１に対して低域のノイズを低減することになる。高域のノイズはある程度残留することになるが、その分小振幅ディテールの劣化が従来の２次元適応型ＬＰＦよりも抑えられる。小振幅ディテールの劣化が抑えられることで、相関検出器５1〜５nにおけるしきい値として従来よりも大きな値を設定でき、それによってより振幅の大きな低域ノイズまで低減させることができる。
【００６０】
また従来の２次元適応型ＬＰＦでは、処理対象画素の周辺まで十分相関がある場合のみ低域ノイズが低減されるという特性をもつが、本構成ではそれも緩和される。それについて以下に説明する。
【００６１】
映像信号Ｓ１として図２４が入力されるものとすると、従来の２次元適応型ＬＰＦでは相関検出器におけるしきい値が３の場合、前述のように処理対象画素ａi,jの前後４画素までのみ用いて平均化処理を行うことになる。一方、本構成では同じ信号が入力された場合、フィルタ演算手段２でＬＰＦ処理が行われるため、説明の簡略化のため入力信号は垂直方向に均一であるとすると、ノイズ抽出処理対象画素ａ'i,j及びその前後の画素値は図７のようになる。そのためノイズ抽出処理対象画素ａ'i,jの前後６画素までを用いて平均化処理が行われることになる。この場合の周波数特性は図２３であり、ｆｓ／８以下の帯域まで抑圧されている。従って、従来の２次元適応型ＬＰＦに比べより低域までノイズ低減することができると言える。
【００６２】
以上のように本発明によるノイズ低減装置は、視覚特性としてより目立つ低域ノイズを効果的に低減でき、さらに小振幅ディテールの劣化を従来よりも抑えることができる。また、ノイズ抽出に必要となる同時化手段をフィルタ演算に必要な垂直方向同時化手段１と共用しているため、共用しない場合に比べ回路規模も抑えることができる。
【００６３】
なお、上記第１の実施の形態では、フィルタ演算手段２ａ〜２ｃの周波数特性を図４のように構成しているがこれに限るものではない。例えば、フィルタ演算手段２ａ〜２ｃ内の定数発生器３６がｋｖ＝ｋｈ＝９６を発生させれば、図８のような周波数特性が得られる。この場合、ノイズ成分抽出手段１１への入力となるフィルタ演算手段２ａ〜２ｃの出力信号は高域もある程度残った信号となるため、結果として低域ノイズに加えて高域ノイズもある程度低減されることになる。従って、入力映像信号Ｓ１のＳ／Ｎが悪く、高域のノイズも低減する必要がある場合に有効となる。このようにフィルタ演算手段２ａ〜２ｃ内の定数発生器３６から発生させるｋｖ，ｋｈの値を変更することで、どのような入力映像信号に対しても効果的なノイズ低減処理を行うことが可能である。
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態について述べる。図９は、本発明にかかる第２の実施の形態のノイズ低減装置の基本的な要部構成を例示するブロック図である。
【００６４】
図９において、前述の第１の実施の形態の図１と同じ機能ブロックについては同じ符号を記載しているので、そのブロックに対する説明は省略する。それ以外の１２は、計数手段６から出力される除数に従ってある数値を発生させ、除算器９へ出力する数値発生手段である。
【００６５】
数値発生手段１２は計数手段６から出力される除数に従って適当な２の累乗の値を出力する。図１０に数値発生手段１２の入出力特性の一例を示す。すなわち、この場合の入出力特性は、入力信号の意味する値が２の累乗でない場合には、入力信号の意味する値を越えない最大の２の累乗を出力し、入力信号の意味する値が信号ブロック形成手段の画素数に等しい場合には、入力信号の意味する値を越える最小の２の累乗を出力するものである。
【００６６】
除算器９では、加算器８の出力を数値発生手段１２の出力で除算することにより、ノイズ抽出処理対象画素とその周辺画素との差分の平均値を求め、加算器１０へ出力する。
【００６７】
このような構成により、除算器９はビットシフトだけという非常に簡単な回路になるため、第１の実施の形態に比べ回路規模を小さくできる。また、回路簡略化によるノイズ低減性能の劣化も小さい。以下にこれについて説明する。
【００６８】
【数７】
ｄ＋｛（ｂ'2−ｂ'1）＋・・・＋（ｂ'n−ｂ'1）｝／ｋ
本第２の実施の形態では動作としては（数７）の演算を行うことになる。ここで、ｂ'1をノイズ抽出処理対象画素の値、ｂ'2〜ｂ'nはそれと相関のある周辺画素の値、ｄはノイズ抽出処理対象画素と同一空間位置となる、垂直方向同時化手段１の出力画素の値、ｋは数値発生手段１２が発生する数値とする。
【００６９】
【数８】
ｄ＋｛（ｂ'2−ｂ'1）＋・・・＋（ｂ'n−ｂ'1）｝／ｋ
＝ｄ＋ｎ／ｋ・｛（ｂ'2−ｂ'1）＋・・・＋（ｂ'n−ｂ'1）｝／ｎ
（数７）を変形すると（数８）のようになる。
【００７０】
差分平均値は第１の実施の形態に比べｎ／ｋのゲインがかかることになるが、ここでは相関のある周辺画素のみを選択して差分をとっているため、差分平均値はデータｄに対して十分小さな値でしかない。従って、回路簡略化によるノイズ低減性能の劣化は最小限に抑えられる。
【００７１】
なお、上記第２の実施の形態において、数値発生手段１２の入出力特性は図１０の特性に限るものではなく、回路簡略化によるノイズ低減性能の劣化を最小限に抑える範囲内で自由に決定できる。
（第３の実施の形態）
次に本発明の第３の実施の形態について述べる。図１１は、本発明にかかる第３の実施の形態のノイズ低減装置の基本的な要部構成を例示するブロック図である。
【００７２】
図１１において、第１の実施の形態の図１と同じ機能ブロックについては同じ符号を記載しているので、そのブロックに対する説明は省略する。それ以外の５１は入力映像信号Ｓ１に対し複数フィールドの信号を同時に出力させる、すなわち、異なる時刻の信号を同時に出力する時間的同時化を行う同時化手段としての時間方向同時化手段、５２は時間方向同時化手段５１の出力に対し、時間及び空間方向へのフィルタ演算を行いノイズ成分抽出手段１１へ出力するフィルタ演算手段としての３次元フィルタ演算手段、５３は３次元フィルタ演算手段５２の出力に対し水平及び垂直方向に同時化処理を行い、信号ブロックを形成し出力するブロック形成手段としての水平垂直方向同時化手段である。
【００７３】
第３の実施の形態が第１の実施の形態と異なる点は、時間方向同時化手段５１、３次元フィルタ演算手段５２、そして水平垂直方向同時化手段５３にあるので、それらの動作について以下に説明する。
【００７４】
まず、時間方向同時化手段５１は入力端子から入力された映像信号Ｓ１に対し連続する５フィールドの信号を同時化して出力する。図１２はそのような時間方向同時化手段５１の一例を示すブロック図であり、ここで６１ａ〜６１ｄはそれぞれ１フィールド期間信号を遅らせるフィールドメモリである。この場合、入力信号に対しＦk-2〜Ｆk+2までの５フィールドを同時化して出力することになる。
【００７５】
３次元フィルタ演算手段５２は時間方向同時化手段５１の出力Ｆk-2〜Ｆk+2を用いて、まずＦk-1，Ｆk，Ｆk+1に対する時間方向のＬＰＦ処理をほどこした後、さらに水平及び垂直方向に２次元のＬＰＦ処理を施し、その結果Ｆ'k-1，Ｆ'k，Ｆ'k+1を後段に出力する。３次元フィルタ演算手段５２の周波数特性の一例を図１３（ａ），（ｂ）に示す。（ａ）は時間方向のＬＰＦ特性を示し、（ｂ）は水平垂直方向の２次元ＬＰＦ特性を示している。この場合３次元フィルタ演算手段５２の出力Ｆ'k-1，Ｆ'k，Ｆ'k+1は、１５Ｈｚ以下、ｆｓｈ／４及びｆｓｖ／４以下の時空間的に低周波数域が抽出されて後段へ出力される。
【００７６】
水平垂直方向同時化手段５３ではフィルタ演算手段５２の出力Ｆ'k-1，Ｆ'k，Ｆ'k+1のそれぞれを基にした複数の画素からなる２次元の信号ブロック、すなわち３次元の信号ブロックを構成する。図１４はＦ'k-1を基に９個、Ｆ'kを基に１３個、Ｆ'k+1を基に９個の計３１個の画素で信号ブロックを形成する場合を示しており、ａ'i,j,k をノイズ抽出処理対象画素、ａ'i,j,k以外を周辺画素と呼ぶ。これらの画素を用いてノイズ抽出処理対象画素ａ'i,jとその周辺画素との差分平均値を求め、加算器１０へ結果を出力する過程については、第１の実施の形態と同様であるので説明を省略する。
【００７７】
加算器１０は時間方向同時化手段５１の出力Ｆkのうちノイズ抽出処理対象画素ａ'i,j,kと同一時空間位置となる画素ｙi,j,kの値と、除算器９の出力であるノイズ抽出処理対象画素ａ'i,j,k とその周辺画素との差分平均値とを加算し、その結果を出力映像信号Ｓ２として出力する。
【００７８】
以上の動作により、主に時空間的に低域のノイズが抽出され、それをもとにノイズ低減が行われることになる。時間的に低域のノイズは時間変化がゆるやかであるため視覚的に目立つが、本実施の形態では第１の実施の形態に比べ、そのようなノイズも効果的に低減することができる。また、ノイズ抽出に必要となる同時化手段はフィルタ演算手段に必要な時間方向同時化手段５１と共用しているため、共用しない場合に比べ回路規模を抑えることができる。
【００７９】
なお、上記第３の実施の形態では、３次元フィルタ演算手段５２の周波数特性は図１３のようにしているがこれに限るものではなく、入力映像信号のノイズの程度に応じて特性を変化させることで、どのような入力映像信号に対しても効果的なノイズ低減処理を行うことが可能であることはいうまでもない。
【００８０】
また、上記第３の実施の形態では、計数手段６から出力される平均化処理の除数が直接除算器９に入力される構成となっているが、第２の実施の形態と同様に計数手段６から出力される除数に従って適当な２の累乗の値を出力する数値発生手段を間に挿入する構成にしてもよい。それにより、第３の実施の形態に比べ回路規模を小さくすることができる。
【００８１】
また、上記第３の実施の形態では、時間方向同時化手段５１及び水平垂直方向同時化手段５３によって形成される信号ブロックの形状及びノイズ抽出処理対象画素が図１４に示される場合について説明したが、その他の形状についても同様に実施可能である。
【００８２】
図１５において、第１の実施の形態の図１と同じ機能ブロックについては同じ符号を記載しているので、そのブロックに対する説明は省略する。それ以外の１３は、垂直方向同時化手段１の出力を用いて加算器１０からの出力に対するディテール強調処理を行うディテール強調手段である。図１６は、ディテール強調手段１３の一例を示すブロック図である。ここで、７１は垂直方向同時化手段１の出力Ｌi-2〜Ｌi+2に垂直ライン方向の高域通過型フィルタ（ＨＰＦ）演算を行う垂直ＨＰＦ、７２は垂直方向同時化手段１の出力Ｌｉに対し水平方向の高域通過型フィルタ演算を行う水平ＨＰＦ、７３ａ，７３ｂは垂直ＨＰＦ７１及び水平ＨＰＦ７２の出力に対し一定値（ゲイン）を乗ずる乗算器、７４ａ，７４ｂは乗算器７３ａ，７３ｂの出力に対しコアリング処理を行うコアリング回路、７５はコアリング回路７４ａ，７４ｂの出力及び加算器１０の出力をそれぞれ加算する加算器である。
【００８３】
本第４の実施の形態が第１の実施の形態と異なる点は、このディテール強調手段１３にあるので、その動作について以下に説明する。
【００８４】
まず、垂直ＨＰＦ７１は垂直方向同時化手段１の出力Ｌi-2〜Ｌi+2の５ラインに対し垂直ライン方向のＨＰＦ演算を行い、垂直ライン方向の高周波数成分を抽出する。図１７は垂直ＨＰＦの周波数特性の一例を示す周波数特性図である。垂直ＨＰＦ７１の出力は、乗算器７３ａで適当なゲインが掛けられて次段のコアリング回路７４ａに入力される。
【００８５】
コアリング回路７４ａでは、その入力信号をｘ、出力信号をｗとすると、
【００８６】
【数９】
ｗ＝０      （−ｍ≦ｘ≦ｍのとき）
ｗ＝ｘ−ｍ  （ｘ＞ｍのとき）
ｗ＝ｘ＋ｍ  （ｘ＜−ｍのとき）
（数９）に示すような処理を行う。ここで、ｍは正の定数である。つまり、図１８に示すように、入力信号が一定のレベルｍより振幅が小さいときには０となり、一定のレベルｍを超えるときにはそのレベルｍ分だけ差し引くような処理を行う。従って、垂直高周波数成分である乗算器７３ａの出力に微小振幅のノイズが含まれる場合は、この処理によってノイズが除去されることになる。上記は垂直方向の処理経路を例にとって説明したが、水平ＨＰＦ７２からコアリング回路７４ｂに至る水平方向の信号処理も同様に行われる。
【００８７】
それらの処理結果、つまりコアリング回路７４ａ，７４ｂの出力は、加算器７５で加算器１０の出力と加算されて出力映像信号Ｓ２として出力される。加算器１０の出力は入力映像信号Ｓ１に対してノイズ低減処理が施されたものであり、それにノイズが除去された水平垂直高周波成分が加えられることで、ディテール強調されたノイズ低減信号が得られることになる。
【００８８】
以上のような構成により、ノイズ低減処理によって多少劣化したディテールを復元する処理が行われるため、第１の実施の形態に比べさらにディテール劣化を改善することができる。さらに、ディテール強調で必要な同時化手段はノイズ低減装置における垂直方向同時化手段と共用しているため、ディテール劣化改善に必要な回路規模は最小限ですむ。
【００８９】
なお、上記第４の実施の形態における垂直ＨＰＦ、水平ＨＰＦの周波数特性は図１７に限るものではなく、要は高域通過型の特性となっていればよい。
【００９０】
また、上記第４の実施の形態では、計数手段６から出力される平均化処理の除数が直接除算器９に入力される構成となっているが、第２の実施の形態と同様に計数手段６から出力される除数に従って適当な２の累乗の値を出力する数値発生手段を間に挿入する構成にしてもよい。それにより、第４の実施の形態に比べ回路規模を小さくすることができる。
【００９１】
また、上記第４の実施の形態におけるディテール強調手段は図１６の構成に限るものではないことは言うまでもない。
【００９２】
また、上記第１、第２及び第４の実施の形態では、垂直方向同時化手段１及び水平方向同時化手段３によって形成される信号ブロックの形状及びノイズ抽出処理対象画素が図５に示される場合について説明したが、その他の形状についても同様に実施可能である。従って、垂直方向同時化手段１及び水平方向同時化手段３の内部構成も図２及び図６の回路に限るものではない。
【００９３】
また、上記第１、第２及び第４の実施の形態では、同時化手段が同時化する複数のライン数を５ラインとしたが、このライン数に限定されるものではない。
【００９４】
また、上記第３の実施の形態では、同時化手段が同時化するフィールド数を５フィールドとしたが、このフィールド数に限定されるものではない。
【００９５】
また、上記第４の実施の形態におけるディテール強調手段を第３の実施の形態の構成に付加しても良い。
【００９６】
なお、本発明は、上述した本発明のノイズ低減装置の全部または一部の手段の機能をコンピュータと協働して動作するプログラムにより実現することにより、コンピュータにより実行させることができる。
【００９８】
なお、本発明において、一部の手段とは、それらの複数の手段の内の、幾つかの手段を意味し、あるいは、一つの手段の内の、一部の機能または一部の動作を意味するものである。
【００９９】
また、本発明において、プログラムを記録したコンピュータに読みとり可能な記録媒体も本発明に含まれる。
【０１００】
また、本発明において、プログラムの一利用形態は、コンピュータにより読み取り可能な記録媒体に記録され、コンピュータと協働して動作する態様であっても良い。
【０１０１】
また、本発明において、プログラムの一利用形態は、伝送媒体中を伝送し、コンピュータにより読みとられ、コンピュータと協働して動作する態様であっても良い。
【０１０３】
また、記録媒体としては、ＲＯＭ等が含まれ、伝送媒体としては、インターネット等の伝送媒体、光・電波・音波等が含まれる。
【０１０４】
また、上述したコンピュータは、ＣＰＵ等の純然たるハードウェアに限らず、ファームウェアや、ＯＳ、更に周辺機器を含むものであっても良い。
【０１０５】
なお、以上説明した様に、本発明は、ソフトウェア的に実現しても良いし、ハードウェア的に実現しても良い。
【０１０６】
【発明の効果】
以上のように本発明は、視覚的に目立つ低域のノイズを効果的に低減することができ、また、小振幅ディテールの劣化を最低限に抑えることができるという長所を有する。
【０１０７】
また、ノイズ抽出に必要となる同時化手段をフィルタ演算手段に必要な同時化手段と共用することにより回路規模を小さくできるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる第１の実施の形態によるノイズ低減装置の構成を示すブロック図である。
【図２】同第１の実施の形態に用いられる垂直方向同時化手段の構成例を示すブロック図である。
【図３】同第１の実施の形態に用いられるフィルタ演算手段の構成例を示すブロック図である
【図４】同第１の実施の形態に用いられるフィルタ演算手段の周波数特性の一例を示す周波数特性図である。
【図５】同第１の実施の形態に用いられる水平方向同時化手段で形成される信号ブロックの一例を示す模式図である。
【図６】同第１の実施の形態に用いられる水平方向同時化手段の構成例を示すブロック図である。
【図７】同第１の実施の形態に用いられるフィルタ演算手段の出力の一例を示す模式図
【図８】同第１の実施の形態に用いられるフィルタ演算手段の周波数特性の一例を示す周波数特性図である。
【図９】本発明にかかる第２の実施の形態によるノイズ低減装置の構成を示すブロック図である。
【図１０】同第２の実施の形態に用いられる数値発生手段の入出力関係の一例を示す表である。
【図１１】本発明にかかる第３の実施の形態によるノイズ低減装置の構成を示すブロック図である。
【図１２】同第３の実施の形態に用いられる時間方向同時化手段の構成例を示すブロック図である。
【図１３】同第３の実施の形態に用いられる３次元フィルタ演算手段の周波数特性の一例を示す周波数特性図である。
【図１４】同第３の実施の形態に用いられる水平垂直方向同時化手段で形成される信号ブロックの一例を示す模式図である。
【図１５】本発明にかかる第４の実施の形態によるノイズ低減装置の構成を示すブロック図である。
【図１６】同第４の実施の形態に用いられるディテール強調手段の構成例を示すブロック図である。
【図１７】同第４の実施の形態に用いられるディテール強調手段におけるＨＰＦの周波数特性の一例を示す周波数特性図である。
【図１８】同第４の実施の形態に用いられるディテール強調手段におけるコアリング回路の入出力特性を示す特性図である。
【図１９】従来のノイズ低減回路の構成を示すブロック図である。
【図２０】従来のノイズ低減回路に用いられる同時化手段が形成する信号ブロックの一例を示す模式図である。
【図２１】従来のノイズ低減回路に用いられる同時化手段の構成例を示すブロック図である。
【図２２】従来のノイズ低減回路の動作を説明するための模式図である。
【図２３】従来のノイズ低減回路の周波数特性の一例を示す周波数特性図である。
【図２４】従来のノイズ低減回路に入力される信号の一例を示す模式図である。
【図２５】従来のノイズ低減回路の周波数特性の一例を示す周波数特性図である。
【符号の説明】
１  垂直方向同時化手段
２  フィルタ演算手段
３  水平方向同時化手段
６  計数手段
７  選択手段
１０  加算器
１１  ノイズ抽出手段
１２  数値発生手段
１３  ディテール強調手段
２１ａ〜２１ｄ  １Ｈ遅延素子
３１ａ〜３１ｄ  加算器
３２ａ〜３２ｄ  乗算器
３３ａ、３３ｂ  左シフト演算器
３４ａ、３４ｂ  右シフト演算器
３５ａ、３５ｂ  １Ｔ遅延素子
３６  定数発生器
３７ａ、３７ｂ  減算器
４１ａ〜４１ｏ  １Ｔ遅延素子
５１  時間方向同時化手段
５２  ３次元フィルタ演算手段
５３  水平垂直方向同時化手段
６１ａ〜６１ｄ  フィールドメモリ
７１  垂直ＨＰＦ
７２  水平ＨＰＦ
７４ａ、７４ｂ  コアリング回路
【図１】
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【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】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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