(57)【要約】  【課題】  細部信号や凸凹信号等を含む種々の信号に対して、効果的にインパルス性ノイズを除去し、原信号を復元することが可能な信号処理を実現する。  【解決手段】  信号復元部１４は、処理対象である信号を入力して信号点に順次着目し、着目した信号点の直前および直後の信号点における信号値の平均値を求め、かつ着目した信号点の前または後の複数個の信号点における信号値から得られる１つまたは複数の差分値を用いてこの平均値を補正することにより、着目した信号点での復元値を求める。また、信号状況判断部１３は、着目した信号点の前および後ろの複数個の信号点を調べ、着目した信号点を含めた複数個の信号点間の関係を判断する。そして、判断結果から得られる信号の状況に応じて、個々の信号点に関して、信号復元部１４による復元値または入力値を選択的に出力する。  【選択図】  図２
2007053673.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
符号化された値に対応する信号値を各々が有する多数の信号点が、所定の時間的順序または空間的順序に基づいて連なることによって構成される、符号化された信号に対する信号処理装置であって、
処理対象である符号化された信号を入力する、入力部と、
前記入力部から入力された前記符号化された信号のうちの所定の信号点の直前および直後の信号点における信号値の平均値を求め、
前記所定の信号点の前に位置する複数の信号点の中から２つの信号点を選択するための１つまたは複数の選択組み合わせのそれぞれについて、当該選択組み合わせに基づいて選択された２つの信号点における信号値の差分値を求めることで、１つまたは複数の第１の差分値を求め、前記所定の信号点の後に位置する複数の信号点の中から２つの信号点を選択するための１つまたは複数の選択組み合わせのそれぞれについて、当該選択組み合わせに基づいて選択された２つの信号点における信号値の差分値を求めることで、１つまたは複数の第２の差分値を求め、前記第１の差分値と前記第２の差分値との双方または何れかの１つまたは複数の差分値を用いて前記平均値を補正することにより、前記所定の信号点における信号値の復元値を求める、信号復元部と
を備える信号処理装置。
【請求項２】
前記所定の信号点およびその前および後に位置する複数の信号点のそれぞれの間の関係を判断する信号状況判断部と、
前記所定の信号点における新たな信号値として、前記信号状況判断部の判断結果に応じて、前記信号復元部による復元値かまたは前記入力部から入力された前記所定の信号点における信号値かを選択的に出力する、出力部と
をさらに備える、請求項１に記載の信号処理装置。
【請求項３】
前記信号状況判断部により前記所定の信号点が前記入力部から入力された前記符号化された信号における凸部の頂点にあたる点であると判断された場合に、前記信号復元部が、前記第１の差分値および前記第２の差分値の中から選択された差分値を前記平均値に加算することで前記所定の信号点における復元値を求める、請求項２に記載の信号処理装置。
【請求項４】
前記信号状況判断部により前記所定の信号点が前記入力部から入力された前記符号化された信号における凹部の頂点にあたる点であると判断された場合に、前記信号復元部が、前記第１の差分値および前記第２の差分値の中から選択された差分値を前記平均値から減算することで前記所定の信号点における復元値を求める、請求項２に記載の信号処理装置。
【請求項５】
前記信号状況判断部が、前記所定の信号点の前後の信号点で、当該信号点における信号値の変化の向きが異なると判断した場合に、前記出力部が、前記所定の信号点における新たな信号値として、前記信号復元部による復元値を出力する、
請求項２に記載の信号処理装置。
【請求項６】
前記信号状況判断部が、前記所定の信号点の前または後の複数の信号点における信号値間の差異が所定の範囲内であると判断した場合に、前記出力部が、前記所定の信号点における新たな信号値として、前記信号復元部による復元値を出力する、
請求項２に記載の信号処理装置。
【請求項７】
前記入力部から入力された前記符号化された信号のうちの任意の信号点における信号値の復元値を与えるメジアン・フィルタをさらに備え、
前記出力部が、前記所定の信号点における新たな信号値として、前記信号状況判断部の判断結果に応じて、前記信号復元部による復元値か、前記メジアン・フィルタによる復元値か、または前記入力部から入力された前記所定の信号点における信号値かを選択的に出力する、
請求項２に記載の信号処理装置。
【請求項８】
前記入力部から入力された前記符号化された信号のうちの連続する２つの信号点における信号値に対してノイズが重畳されている場合に、前記信号復元部が、
一方の信号点における信号値の推定値を線形補間により求め、
前記推定値と周囲の信号点における信号値とに基づいて、ノイズが重畳されている他方の信号点における信号値の復元値を求め、
前記復元値と周囲の信号点における信号値とに基づいて、先に前記推定値を求めた信号点における信号値の復元値を求める、
請求項１に記載の信号処理装置。
【請求項９】
前記入力部から入力された前記符号化された信号のうちの所定の信号点およびその前および後に位置する複数の信号点のそれぞれの間の関係を判断し、判断結果に応じて前記信号復元部に処理を実行させる、信号状況判断部
をさらに備える、請求項１に記載の信号処理装置。
【請求項１０】
符号化された値に対応する信号値を各々が有する多数の信号点が、所定の時間的順序または空間的順序に基づいて連なることによって、構成される、符号化された信号に対する信号処理装置であって、
入力された前記符号化された信号のうちの所定の信号点における信号値に対してノイズが重畳されているか否かを判断する、ノイズ検出部と、
前記所定の信号点の直前および直後の信号点における信号値の平均値を求め、
前記所定の信号点の前に位置する複数の信号点の中から２つの信号点を選択するための１つまたは複数の選択組み合わせのそれぞれについて、当該選択組み合わせに基づいて選択された２つの信号点における信号値の差分値を求めることで、１つまたは複数の第１の差分値を求め、前記所定の信号点の後に位置する複数の信号点の中から２つの信号点を選択するための１つまたは複数の選択組み合わせのそれぞれについて、当該選択組み合わせに基づいて選択された２つの信号点における信号値の差分値を求めることで、１つまたは複数の第２の差分値を求め、前記第１の差分値と前記第２の差分値との双方または何れかの１つまたは複数の差分値を用いて前記平均値を補正することにより、前記所定の信号点における信号値の復元値を求める、信号復元部と、
前記ノイズ検出部により前記所定の信号点における信号値に対してノイズが重畳されていないと判断された場合には、前記所定の信号点における新たな信号値として、入力された前記所定の信号点における信号値をそのまま出力し、前記所定の信号点における信号値に対してノイズが重畳されていると判断された場合には、前記所定の信号点における新たな信号値として、前記信号復元部による復元値を出力する、出力部と
を備える信号処理装置。
【請求項１１】
前記所定の信号点およびその前および後に位置する複数の信号点のそれぞれの間の関係を判断する、信号状況判断部と、
前記所定の信号点における信号値に対して復元値を与えるメジアン・フィルタとをさらに備え、
前記出力部が、前記ノイズ検出部により前記所定の信号点における信号値にノイズが重畳されていると判断された場合、前記信号状況判断部の判断結果に応じて、前記信号復元部による復元値かまたは前記メジアン・フィルタによる復元値かを選択的に出力する、
請求項１０に記載の信号処理装置。
【請求項１２】
符号化された値に対応する信号値を各々が有する多数の信号点が、所定の時間的順序または空間的順序に基づいて連なることによって、構成される符号化された信号に対し、コンピュータにより行う信号処理方法であって、
処理対象である符号化された信号を入力するステップと、
入力された前記符号化された信号のうちの所定の信号点の直前および直後の信号点における信号値の平均値を求め、
前記所定の信号点の前に位置する複数の信号点の中から２つの信号点を選択するための１つまたは複数の選択組み合わせのそれぞれについて、当該選択組み合わせに基づいて選択された２つの信号点における信号値の差分値を求めることで、１つまたは複数の第１の差分値を求め、前記所定の信号点の後に位置する複数の信号点の中から２つの信号点を選択するための１つまたは複数の選択組み合わせのそれぞれについて、当該選択組み合わせに基づいて選択された２つの信号点における信号値の差分値を求めることで、１つまたは複数の第２の差分値を求め、前記第１の差分値と前記第２の差分値との双方または何れかの１つまたは複数の差分値を用いて前記平均値を補正することにより、前記所定の信号点における信号値の復元値を求めるステップと
を有する方法。
【請求項１３】
入力された前記符号化された信号のうちの連続する２つの信号点における信号値に対してノイズが重畳されている場合に、
一方の信号点における信号値の推定値を線形補間により求めるステップと、
前記推定値と周囲の信号点における信号値とに基づいて、ノイズが重畳されている他方の信号点における信号値の復元値を求めるステップと、
前記復元値と周囲の信号点における信号値とに基づいて、先に前記推定値を求めた信号点における信号値の復元値を求めるステップと
を有する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
符号化された値に対応する信号値を各々が有する多数の信号点が、所定の時間的順序または空間的順序に基づいて連なることによって、構成される、符号化された信号に対し、コンピュータにより行う信号処理方法であって、
符号化された信号を入力し、入力された前記符号化された信号のうちの所定の信号点における信号値に対してノイズが重畳されているか否かを判断するステップと、
前記所定の信号点の直前および直後の信号点における信号値の平均値を求め、
前記所定の信号点の前に位置する複数の信号点の中から２つの信号点を選択するための１つまたは複数の選択組み合わせのそれぞれについて、当該選択組み合わせに基づいて選択された２つの信号点における信号値の差分値を求めることで、１つまたは複数の第１の差分値を求め、前記所定の信号点の後に位置する複数の信号点の中から２つの信号点を選択するための１つまたは複数の選択組み合わせのそれぞれについて、当該選択組み合わせに基づいて選択された２つの信号点における信号値の差分値を求めることで、１つまたは複数の第２の差分値を求め、前記第１の差分値と前記第２の差分値との双方または何れかの１つまたは複数の差分値を用いて前記平均値を補正することにより、前記所定の信号点における信号値の復元値を求めるステップと、
前記所定の信号点における信号値に対してノイズが重畳されていないと判断された場合には、前記所定の信号点における新たな信号値として、入力された前記所定の信号点における信号値をそのまま出力し、前記所定の信号点における信号値に対してノイズが重畳されていると判断された場合には、前記所定の信号点における新たな信号値として、前記信号復元部による復元値を出力するステップと
を有する方法。
【請求項１５】
符号化された値に対応する信号値を各々が有する多数の信号点が、所定の時間的順序または空間的順序に基づいて連なることによって、構成される、符号化された信号に対する信号処理をコンピュータに実現させるプログラムであって、前記コンピュータに、
入力された前記符号化された信号のうちのにおける所定の信号点およびその前後数個の信号点における信号値を取得する機能と、
前記所定の信号点の直前および直後の信号点における信号値の平均値を求め、
前記所定の信号点の前に位置する複数の信号点の中から２つの信号点を選択するための１つまたは選択組み合わせのそれぞれについて、当該選択組み合わせに基づいて選択された２つの信号点における信号値の差分値を求めることで、１つまたは複数の第１の差分値を求め、前記所定の信号点の後に位置する複数の信号点の中から２つの信号点を選択するための１つまたは複数の選択組み合わせのそれぞれについて、当該選択組み合わせに基づいて選択された２つの信号点における信号値の差分値を求めることで、１つまたは複数の第２の差分値を求め、前記第１の差分値と前記第２の差分値との双方または何れかの１つまたは複数の差分値を用いて前記平均値を補正することにより、前記所定の信号点における信号値の復元値を求める機能と
を実現させるためのプログラム。
【請求項１６】
前記コンピュータに、
前記所定の信号点およびその前および後に位置する複数の信号点のそれぞれの間の関係を判断する機能と、
前記所定の信号点における新たな信号値として、前記判断する機能による判断結果に応じて、前記復元値かまたは入力された前記所定の信号点における信号値かを選択的に出力する機能と
をさらに実現させるための、請求項１５に記載のプログラム。
【請求項１７】
前記コンピュータに、
前記所定の信号点の前後の信号点で、当該信号点における信号値の変化の向きが異なる場合に、前記復元値を出力する機能を
さらに実現させるための、請求項１５に記載のプログラム。
【請求項１８】
前記コンピュータに、
前記所定の信号点の前または後の複数の信号点における信号値間の差異が所定の範囲内である場合に、前記復元値を出力する機能を
さらに実現させるための、請求項１５に記載のプログラム。
【請求項１９】
前記コンピュータに、
入力された前記符号化された信号のうちの連続する２つの信号点における信号値に対してノイズが重畳されている場合に、一方の信号点における信号値の推定値を線形補間により求め、前記推定値と周囲の信号点における信号値に基づいて、ノイズが重畳されている他方の信号点における信号値の復元値を求め、前記復元値と周囲の信号点における信号値に基づいて、先に前記推定値を求めた信号点における信号値の復元値を求める機能を
さらに実現させるための、請求項１５に記載のプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像信号や音声信号等に対する信号処理に関し、特にインパルス性のノイズ（ごま塩雑音）が重畳された信号からノイズを除去して原信号を復元する処理方法およびシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
文字、色、音声、画像等の様々な情報を符号化（coding）することにより得られる、画像信号や音声信号等の符号化された信号は、連続的なアナログ信号とは異なり、離散的な１点１点（以後、「信号点」と呼ぶ）のそれぞれで、符号化された数値に対応する信号値を有し、その多数の信号点が、所定の時間的順序または空間的順序に基づいて連なることによって構成されるものである。ここで、時間的順序に基づいて連なるとは、例えば音声信号の場合、時間的に分割された各時間要素を表す信号点における信号値が所定の時間間隔で連続的に流れることで音声が表現されることを言い、また空間的順序に基づいて連なるとは、例えば画像信号の場合、空間的に分割された各画素を表す信号点における信号値が所定の空間的間隔で連続的に配置されることで画像が表現されることを言う。この音声信号や画像信号といった符号化された信号には、符号化や伝送時の種々の原因によりインパルス性ノイズが重畳してしまう場合がある。従来、このインパルス性ノイズを信号から取り除くためには、一般的に、メジアン・フィルタが用いられる。メジアン・フィルタとは、符号化された信号のうちの、ノイズが重畳された信号点における信号値に代えて、その信号点を中心とした一定範囲内の信号点における信号値の中央値（メジアン）を与えるフィルタであり、信号のエッジを保存しつつ孤立点を除去することができる。
【０００３】
また、さらに効果的にインパルス性ノイズを取り除くために、従来技術として、メジアン・フィルタの適用方法を工夫した技術（例えば、特許文献１参照）や、その他の手法によるノイズ除去技術（例えば、特許文献２、３参照）が存在する。
【０００４】
特許文献１に記載された技術は、入力された画像信号とその周りの信号の状態により、処理対象信号がインパルス性雑音の場合には空間的な縦または横方向におけるメジアン・フィルタ出力を与え、インパルス性雑音でない場合には処理対象信号自体を与えるものである。
特許文献２に記載された技術は、画像信号の平坦な領域にインパルス性雑音が存在していた場合に、その雑音を取り除くために処理対象画素に対して周りの画像信号の平均値を与えるものである。
特許文献３に記載された技術は、処理対象信号とその前後２点の信号の中央値を抽出し、抽出した中央値を、入力信号の値にまたは入力信号とその前後の信号の値の平均値に対して所定の割合で加算するものである。
【０００５】
【特許文献１】特開平９−２００５７９号公報
【特許文献２】特開２００４−２２１９８３号公報
【特許文献３】特開平５−２５１９９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したように、画像信号や音声信号等からインパルス性ノイズを取り除くためには、一般にメジアン・フィルタが用いられる。しかし、このメジアン・フィルタは、細部信号や短い起伏が繰り返されるような信号（以下、凸凹信号）の復元には有効ではない。
図９（ａ）に示すような原信号に対して、信号の凸部の頂点にあたる信号点に図９（ｂ）に示すようにインパルス性ノイズが重畳された場合を考える（ノイズが重畳された信号点は星印☆で表記）。この場合、メジアン・フィルタを適用すると、復元値として周囲の信号点の中央値を採るため、図９（ｃ）に示すように、原信号とは異なる値となってしまう（復元値は黒丸●で表記）。また、図９（ｃ）の場合は、凸部の頂点であるべき信号点の値がその前後の値よりも低くなっており、信号の形も変わってしまっている。
【０００７】
また、特許文献１に記載された技術は、処理対象画素に対して周囲の信号点または処理対象画素の信号点の値しか与えられないため、やはり凸凹信号の一番上や一番下の画素にインパルス性雑音が重畳していた場合に、原信号の形を復元することができない。
【０００８】
特許文献２に記載された技術は、処理対象画素の周囲が平坦な画素である場合には有効であるが、起伏の多い高周波数成分を持つ信号あるいはそのような部分に対しては適用できない。
【０００９】
特許文献３に記載された技術は、入力信号の信号点またはその前後の信号点のサンプル値の平均値を所定の割合で加算するため、算出される平均値の中にインパルス性ノイズ自体の値も取り込まれてしまう。このため、信号からインパルス性ノイズの影響を完全に取り除くことができない。
【００１０】
そこで本発明は、細部信号や凸凹信号等を含む種々の信号に対して、効果的にインパルス性ノイズを除去し、原信号を復元することが可能な、信号処理を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の目的を達成する本発明は、次のような信号処理装置として実現される。この装置は、処理対象である符号化された信号を入力する入力部と、信号復元部とを備える。信号復元部は、入力部から入力された符号化された信号における所定の信号点に着目し、着目した信号点の直前および直後の信号点における信号値の平均値を求める。着目した信号点の前の複数個の信号点の中から所定の２点（例えば着目した信号点の直前の１点と更にその１つ前の１点、あるいは例えば着目した信号点の直前の１点と更にその２つ前の１点、等）を選び、その２点の信号点における信号値の差分値を求める処理を、選ぶ２点の組み合わせが異なる１つまたは複数の場合のそれぞれについて行うことで得られる、１つまたは複数の差分値と、当該着目した信号点の後の複数個の信号点についてもこれと同様にして得られる１つまたは複数の差分値との、双方または何れかである、１つまたは複数の差分値を用いてこの平均値を補正することにより、着目した信号点の復元値を求める。また、この装置は、所定の信号点に着目し、着目した信号点の前および後の複数個の信号点を調べ、これらの信号点と着目した信号点自身とを併せた複数個の信号点間の関係を判断する信号状況判断部と、着目した信号点に関して、信号状況判断部の判断結果に応じて、信号復元部による復元値かまたは入力部から入力された入力値かを選択的に出力する出力部とを備える。
より具体的には、信号状況判断部は、着目した信号点の前の複数個の信号点の中から２点を選んでその信号値の差分値を求める処理を、選ぶ２点の組み合わせが異なる１つまたは複数の場合のそれぞれについて行うことで得られる、１つまたは複数の差分値と、この着目した信号点の後の複数個の信号点についてもこれと同様にして得られる１つまたは複数の差分値との、双方の差分値に基づいて、着目した信号点が、入力された信号の凸部の頂点にあたる点か凹部の頂点にあたる点かを判断する。そして、信号復元部は、着目した信号点が入力信号の凸部の頂点にあたると判断される場合は、これら双方の差分値から選択される代表差分値を平均値に加算する。反対に、着目した信号点が信号の凹部の頂点にあたると判断される場合は、この代表差分値を平均値から減算する。
【００１２】
また、この装置は、符号化された入力信号の所定の信号点にノイズが重畳しているか否かを判断するノイズ検出部を備える構成とすることができる。この場合、出力部は、ノイズ検出部により所定の信号点にノイズが重畳していないと判断された場合には、入力信号をそのまま出力し、所定の信号点にノイズが重畳していると判断された場合には、所定の信号点に関して信号復元部による復元値を出力する。
【００１３】
さらに、この装置は、入力部により入力された信号点に対して復元値を与えるメジアン・フィルタをさらに備える構成とすることができる。この場合、出力部は、信号状況判断部の判断結果に応じて、信号復元部による復元値か、メジアン・フィルタによる復元値か、または入力部から入力された入力値を選択的に出力する。さらに詳細には、信号状況判断部が、着目した信号点の前後で信号値の変化の向き（増加方向か減少方向か）が異なると判断した場合、または着目した信号点の前または後の複数個の信号点の信号値がほぼ等しい場合に、出力部は、着目した信号点に関して信号復元部による復元値を出力する。このような構成とすれば、入力信号の状況に応じて、より適切な復元処理を行った結果を出力することが可能となる。
【００１４】
また、この装置において、信号復元部は、入力部から入力された信号のうち、連続する２つの信号点でノイズが重畳している場合に、次のようにして復元処理を行うことができる。まず、一方の信号点に関して線形補間により推定値を求め、この推定値と周囲の信号点の値に基づいて、ノイズが重畳している他方の信号点での復元値を求める。そしてさらに、この復元値と周囲の信号点の値に基づいて、先に推定値を求めた信号点での復元値を求める。
【００１５】
また、この装置は、信号状況判断部の判断結果に応じて出力部が出力信号を選択するのではなく、信号状況判断部が、着目した信号点を含む複数個の信号点の関係を判断した判断結果に応じて、信号復元部に処理を実行させるか否かを選択する構成とすることも可能である。
【００１６】
一方、本発明は、コンピュータによる次のような信号処理方法としても実現される。この方法は、符号化された信号を入力し、入力信号の所定の信号点でノイズが重畳しているか否かを判断するステップと、この所定の信号点の直前および直後の信号点における信号値の平均値を求め、この所定の信号点の前の複数個の信号点の中からある２点を選んでその信号値の差分値を求める処理を、選ぶ２点の組み合わせが異なる１つまたは複数の場合のそれぞれについて行うことで得られる、１つまたは複数の差分値と、この所定の信号点の後の複数個の信号点についてもこれと同様にして得られる１つまたは複数の差分値との、双方またはいずれかにあたる、１つまたは複数の差分値を用いてこの平均値を補正することにより、この所定の信号点の復元値を求めるステップと、この所定の信号点にノイズが重畳していないと判断された場合には、入力信号をそのまま出力し、ノイズが重畳していると判断された場合には、この所定の信号点に関して信号復元部による復元値を出力するステップとを含む。
ここで、より具体的には、信号点の復元値を求めるステップでは、まず、着目した信号点の前の複数個の信号点の中から２点を選んでその信号値の差分値を求める処理を、選ぶ２点の組み合わせが異なる１つまたは複数の場合のそれぞれについて行うことで得られる、１つまたは複数の差分値と、この着目した信号点の後の複数個の信号点についてもこれと同様にして得られる１つまたは複数の差分値との、双方の差分値に基づいて、着目した信号点が、入力された信号の凸部の頂点にあたる点か凹部の頂点にあたる点かが判断される。そして、着目した信号点が信号の凸部の頂点にあたると判断される場合は、これら双方の差分値から選択される代表差分値が平均値に加算される。反対に、着目した信号点が信号の凹部の頂点にあたると判断される場合は、この代表差分値が平均値から減算される。
【００１７】
さらに本発明は、コンピュータを制御して上述した信号処理装置の各機能を実現するプログラム、またはコンピュータに上記の信号処理方法における各ステップに対応する処理を実行させるプログラムとしても実現することができる。このプログラムは、磁気ディスクや光ディスク、半導体メモリ、その他の記録媒体に格納して配布したり、ネットワークを介して配信したりすることにより、提供することができる。
【発明の効果】
【００１８】
上記のように構成された本発明によれば、符号化された信号中の所定の信号点に関して、その周囲の信号点を含む信号の状況に基づいた復元処理を行うため、細部信号や凸凹信号等を含む種々の信号に対しても、効果的にインパルス性ノイズを除去し、原信号を復元することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態（以下、実施形態）について詳細に説明する。
まず、概要を説明する。本実施形態による信号処理では、符号化された信号のうちの復元すべき信号点に関して、単に周囲の信号点の値に基づいて復元後の値を計算するのではなく、周囲の信号点における値の変化に基づいて信号の状況を把握して復元値を計算する。具体的には、復元しようとする信号の前および後のそれぞれ数点（例えば２点）ずつの信号点に関してそれらの信号点における信号値から、着目した信号点の前および後のそれぞれでいくつか（例えば１つ）の差分値を求め、その結果から、復元しようとする信号点が凸部や凹部の頂点にあたる信号点か、平坦な部分の信号点かといった信号の状況を判断すると共に、これらの差分値を用いて復元値の計算を行う。
【００２０】
ところで、インパルス性ノイズが重畳された信号点を復元する場合、インパルス性ノイズの影響を受けていない信号点はそのまま保存し、インパルス性ノイズで劣化した信号点に対してのみ適切なフィルタ処理を行うことが好ましい。そのためには、インパルス性ノイズが重畳していない信号点と重畳している信号点とを的確に切り分ける必要があるが、その手法としては、例えば、論文「マルチウィンドウ法を導入した新しいインパルス性雑音検出器を内在する復元手法の提案」（松本他，電子情報通信学会論文，A Vol.J84-A No.9 pp.1179-1191）に記載された方法等、既存の手法を用いることが可能である。そして、切り分けられたインパルス性ノイズが重畳している信号点に対して、本実施形態による処理が実行されることとなる。
【００２１】
まず、本実施形態による信号処理を実現する装置について説明する。
図１は、本実施形態の信号処理を行うのに好適なコンピュータのハードウェア構成の例を模式的に示した図である。
図１に示すコンピュータは、演算手段であるＣＰＵ（Central Processing Unit：中央処理装置）１０１と、Ｍ／Ｂ（マザー・ボード）チップ・セット１０２およびＣＰＵバスを介してＣＰＵ１０１に接続されたメイン・メモリ１０３と、同じくＭ／Ｂチップ・セット１０２およびＡＧＰ（Accelerated Graphics Port）を介してＣＰＵ１０１に接続されたビデオ・カード１０４と、ＰＣＩ（Peripheral Component Interconnect）バスを介してＭ／Ｂチップ・セット１０２に接続された磁気ディスク装置（ＨＤＤ）１０５、ネットワーク・インターフェイス１０６と、さらにこのＰＣＩバスからブリッジ回路１０７およびＩＳＡ（Industry Standard Architecture）バスなどの低速なバスを介してＭ／Ｂチップ・セット１０２に接続されたフレキシブル・ディスク・ドライブ１０８およびキーボード／マウス１０９とを備える。
【００２２】
なお、図１は本実施形態を実現するコンピュータのハードウェア構成を例示するに過ぎず、本実施形態を適用可能であれば、他の種々の構成を取ることができる。例えば、ビデオ・カード１０４を設ける代わりに、ビデオ・メモリのみを搭載し、ＣＰＵ１０１にてイメージ・データを処理する構成としても良いし、外部記憶装置として、ＡＴＡ（AT Attachment）やＳＣＳＩ（Small Computer System Interface）などのインターフェイスを介してＣＤ−Ｒ（Compact Disc Recordable）やＤＶＤ−ＲＡＭ（Digital Versatile Disc Random Access Memory）のドライブを設けても良い。
【００２３】
図２は、本実施形態による信号処理装置の機能構成を示す図である。
図２に示すように、本実施形態の信号処理装置１０は、処理対象である信号を入力する入力部１１と、入力信号の状況を判断するためのノイズ検出部１２および信号状況判断部１３と、入力信号からインパルス性ノイズを除去する処理を実行する信号復元部１４およびメジアン・フィルタ１５と、出力信号を選択する出力部１６とを備える。図２を参照すると、信号処理装置１０は、入力部１１において入力信号を分配し、何らの処理も行わない（すなわち入力信号のままの）信号と、信号復元部１４により処理された信号と、メジアン・フィルタ１５により処理された信号とを得る。そして、出力部１６が信号点ごとに、得られた３つの信号のいずれかを、ノイズ検出部１２および信号状況判断部１３による検出結果に基づいて選択し出力する。
【００２４】
上記構成において、入力部１１は、例えば図１に示すコンピュータのネットワーク・インターフェイス１０６等のインターフェイス手段で実現される。そして、処理対象である符号化された信号を入力し、ノイズ検出部１２、信号状況判断部１３、信号復元部１４、メジアン・フィルタ１５および出力部１６にそれぞれ分配する。
【００２５】
ノイズ検出部１２は、例えば図１に示すコンピュータのプログラム制御されたＣＰＵ１０１にて実現される。そして、入力信号の所定の信号点にインパルス性ノイズが重畳されているか否かを調べる。信号点にインパルス性ノイズが重畳されているか否かの判断は、上述した電子情報通信学会論文に記載された方法等、既存の手法により行う。
【００２６】
信号状況判断部１３は、例えば図１に示すコンピュータのプログラム制御されたＣＰＵ１０１にて実現され、入力信号の所定の信号点が凸部や凹部の頂点にあたるか否かを判断する。具体的には、任意の信号点に着目し、着目した信号点の前および後のそれぞれ数点ずつの信号点における信号値から、着目した信号点の前および後のそれぞれでいくつかの差分値を求め、その結果から状況を判断する。
【００２７】
例えば、着目した信号点の前および後で信号点をそれぞれ２点ずつ（前の２点の信号値をａ、ｂとし、後の２点の信号値をｃ、ｄとする）選び、各２点の信号値の差分値（ａ−ｂおよびｃ−ｄ）を求める。そして、前２点における値の変化の向きと後２点における値の変化の向きが異なっている場合に、着目した信号点が信号の凸部や凹部の頂点にあたると判断することができる。この場合、前２点の信号値の差分値が負であり、後２点の信号値の差分値が正である場合は、着目した信号を含む周囲の信号の形状は全体として凸形状であり、着目した信号は凸部の頂点であると判断する。反対に、前２点の信号値の差分値が正であり、後２点の信号値の差分値が負である場合は、着目した信号を含む周囲の信号の形状は全体として凹形状であり、着目した信号は凹部の頂点であると判断する。また、前２点の信号値の差分値および後２点の信号値の差分値が共に正または負である場合は、着目した信号点を含む周囲の信号の形状は全体として上昇過程または下降過程にあると判断することができる。さらに、前２点の信号値の差分値および後２点の信号値の差分値が共に約０である場合は、着目した信号点を含む周囲の信号の形状は全体として平坦な状態にあると判断することができる。
【００２８】
信号復元部１４は、例えば図１に示すコンピュータのプログラム制御されたＣＰＵ１０１にて実現される。そして、所定の信号点に関して、その周囲の信号点における信号値および信号の形状に基づく処理を行うことにより、信号からインパルス性ノイズを取り除く。具体的には、任意の信号点に着目し、着目した信号点の前および後のそれぞれ数点ずつの信号点における信号値から、着目した信号点の前および後のそれぞれでいくつかの差分値を求める。そして、着目した信号点の直前および直後の信号点における信号値の平均値と、算出したこれら差分値とを用いて、着目した信号点の復元値を算出する。
【００２９】
例えば、信号状況判断部１３に関して上述したように、着目した信号点の前および後でそれぞれ２点ずつ（信号値はそれぞれａ、ｂおよびｃ、ｄ）選ぶ場合を考える。この場合、前２点の信号値の差分値はａ−ｂ、後２点の信号値の差分値はｃ−ｄである。そして、着目した信号点が信号の凸部の頂点である場合、その復元値を（ｂ＋ｃ）／２＋αと定義する。また、着目した信号点が信号の凹部の頂点である場合、その復元値を（ｂ＋ｃ）／２−αと定義する。ここで、αは、｜ａ−ｂ｜または｜ｃ−ｄ｜のどちらか小さい方の値とする。小さい方とする理由は、大きい方を選択すると信号が周波数的に高周波数成分となり、出力信号を再生等する際にリンギングやアーティファクト等の問題が生じやすくなるので、これを回避するためである。
なお、信号状況判断部１３および信号復元部１４による処理については、後で詳細に説明する。
【００３０】
メジアン・フィルタ１５は、例えば図１に示すコンピュータのプログラム制御されたＣＰＵ１０１にて実現される。そして、所定の信号点に関してメジアン処理（フィルタリング）を行って、信号からインパルス性ノイズを取り除く。ここで、メジアン・フィルタ１５が行う処理は、既存のメジアン・フィルタによる処理である。また、通常のメジアン処理の代わりに荷重メジアン処理を行うようにしても構わないし、メジアン・フィルタ１４の代わりに既存の代替手法により信号からインパルス性ノイズを除去する手段を設けても良い。
【００３１】
出力部１６は、例えば図１に示すコンピュータのネットワーク・インターフェイス１０６等のインターフェイス手段で実現される。そして、入力信号に対し個々の信号点ごとに、ノイズ検出部１２および信号状況判断部１３の判断結果に応じて、入力部１１から直接送られた信号（入力信号そのままの値）、信号復元部１４により復元された信号、メジアン・フィルタ１５により復元された信号のいずれかを選択して出力する。
【００３２】
図３は、以上のように構成された本実施形態の信号処理装置１０の動作を説明するフローチャートである。
信号処理装置１０に入力された信号は、図２に示したように、そのまま出力される経路と、信号復元部１４により復元された信号を出力する経路と、メジアン・フィルタ１５により復元された信号を出力する経路とに分けられる。そして、ノイズ検出部１２および信号状況判断部１３による判断を経て出力信号が選択される。
【００３３】
図３に示すように、入力部１１を介して処理対象である信号が入力されると（ステップ３０１）、まず、ノイズ検出部１２が、入力信号中の信号点に順次着目し、インパルス性ノイズが重畳されているか否かを判断する（ステップ３０２）。そして、着目した信号点にインパルス性ノイズが重畳されていなければ、その信号点に関しては、出力部１６により入力信号がそのまま出力される（ステップ３０３）。
【００３４】
着目した信号点にインパルス性ノイズが重畳されていた場合、次に、信号状況判断部１３が、入力信号の状態を調べ、着目した信号点が凸部または凹部の頂点にあたる信号点か否かを判断する（ステップ３０４）。凸部または凹部の頂点である場合は、この信号点に関しては、信号復元部１４により復元された信号（復元値）が出力部１６により選択されて出力される（ステップ３０５）。一方、着目した信号点が凸部または凹部の頂点でない場合、この信号点に関しては、メジアン・フィルタ１５により復元された信号（復元値）が出力部１６により選択されて出力される（ステップ３０６）。
【００３５】
次に、信号状況判断部１３および信号復元部１４による処理について、具体例を挙げて詳細に説明する。なお、下記の具体例では、着目した信号点の前後２点ずつの信号点に基づいて信号の状況を判断するものとする。
図４は、インパルス性ノイズが重畳された信号の例を示す図である。アルファベットは各信号点における信号の名前、およびその信号値を表すものとする。（図５〜７、図９においても同様。）図４（ａ）は原信号を示し、図４（ｂ）は信号ｆにインパルス性ノイズが重畳された様子を示す。また、図４（ｃ）は信号ｆに対して本実施形態による復元を行った状態を示す。
【００３６】
図４（ａ）を参照すると、原信号は、信号ｃから信号ｉにかけて凸形状をなし、信号ｆが凸部の頂点となっている。そして、この信号ｆにインパルス性ノイズが重畳されたことにより、図４（ｂ）に示すように、信号ｆの値が変わってしまっている（図では星印☆で表記されている）。このような信号に対して本実施形態による復元を行う場合を考える。
信号状況判断部１３は、信号ｆの前の２点における信号値ｄ、ｅと、後の２点における信号値ｇ、ｈについて、差分値ｄ−ｅおよびｇ−ｈを求める。図示の信号では、差分値ｄ−ｅの値は負であり、差分値ｇ−ｈの値は正であるので、信号状況判断部１３は、信号ｄ〜ｈは全体として凸形状であり、信号ｆは凸部の頂点であると判断する。したがって、信号ｆに関する信号処理装置１０の出力は、信号復元部１４により復元された信号値（復元値）となる。なお、信号ａ〜ｅおよび信号ｇ〜ｋについては、ノイズ検出部１２により、インパルス性ノイズが重畳されていないことがわかっているので、入力信号がそのまま出力される。
【００３７】
一方、信号復元部１４は、上述した定義にしたがい、信号ｆの復元値を（ｅ＋ｇ）／２＋αで求める。ここで、αは、｜ｄ−ｅ｜または｜ｇ−ｈ｜の小さい方の値である。図４（ｃ）において、黒丸●で表された点が（ｅ＋ｇ）／２を表しており、白抜きの四角形□で表された点がαを加算した復元値を表している。黒丸●で表された信号（ｅ＋ｇ）／２は、信号ｆの前後１つずつの信号点における信号（ｅ、ｇ）に基づいてメジアン処理を行って得られる復元値に相当する。したがって、本実施形態による復元値は、メジアン処理による従来の復元値よりも、原信号（図４（ａ）参照）の形状を適切に復元していることがわかる。なお、メジアン・フィルタ１５以外の既存の代替手法により信号の復元を行う場合であっても、本実施形態のように信号ｆの前後の信号点における信号値の差分値によって信号の状況を把握せず、当該信号点における信号値のみに基づいて信号ｆを復元する限り、図４（ｃ）に示すような凸部の頂点となる値を適切に復元することは困難である。
【００３８】
ところで、図３に示した動作例では、着目した信号点が細部信号や入力信号が短い起伏が繰り返される凸凹信号における凸部や凹部の頂点である場合に本実施形態による復元処理を行うこととしたが、本実施形態は、一般的なエッジ信号に対しても適用可能である。
図５は、インパルス性ノイズが重畳されたエッジ信号の例を示す図である。図５（ａ）は原信号を示し、図５（ｂ）は信号ｄおよび信号ｉにインパルス性ノイズが重畳された様子を示す。また、図５（ｃ）は信号ｆに対して本実施形態による復元を行った状態を示す。
【００３９】
図５（ａ）を参照すると、原信号は、信号ａから信号ｅにかけて平坦であり、信号ｅ〜ｆで値が変わり（エッジ）、信号ｆから信号ｋにかけて再び平坦になっている。そして、この信号ｄおよび信号ｉにインパルス性ノイズが重畳されたことにより、図５（ｂ）に示すように、信号ｄ、ｉの値が変わってしまっている（図では星印☆で表記されている）。
この信号ｄに対して信号復元部１４による処理を行うと、上述した定義にしたがって、信号ｄの復元値は、（ｃ＋ｅ）／２＋｜ｂ−ｃ｜となる。入力信号は、信号ａ〜ｅで信号ｄを除いて平坦なので、｜ｂ−ｃ｜はほぼ０となり、信号ｃと信号ｅの値もほぼ等しい。そのため、信号ｄの復元値としては、信号ｃまたは信号ｅとほぼ同じ値が得られることとなる（図５（ｃ）参照）。
【００４０】
信号ｉについても同様に考えて、復元値として、信号ｈまたは信号ｊとほぼ同じ値が得られることとなる。
したがって、図３に示したステップ３０４において、着目した信号点が凸部または凹部の頂点にあたる信号点か否かを判断するだけでなく、着目中の入力信号を含む周囲の信号が平坦（信号値がほぼ同じ値、すなわち着目中の信号点の前後数点の信号点における信号値の差分値が０に近い値）である場合にも、信号復元部１４による復元値を出力するように制御しても良い。
【００４１】
さて、以上説明したように、本実施形態による復元処理によれば、凸凹信号や通常のエッジ信号に対しては効果的にインパルス性ノイズを除去して信号を復元することが可能である。しかし、本実施形態による復元処理が不適当な信号も存在する。具体的には、着目した信号点の前後数点の信号点において、値の変化の向きが同じである場合（すなわち、値の差分値がどちらも負である場合または正である場合）、そのような信号に対して本実施形態による復元処理を行っても好ましい結果が得られない。
【００４２】
図６は、本実施形態による復元処理が不適当な信号の例を示す図である。
図６（ａ）に示すような信号において、信号ｃにインパルス性ノイズが重畳された場合、信号ｃは凹部の頂点であるため、復元するには、（ｂ＋ｄ）／２−αとするのが適切である。しかし、差分値ａ−ｂおよび差分値ｄ−ｅのいずれも負であるため、信号ｃが凸部の頂点であるのか凹部の頂点であるのかを判断することができず、（ｂ＋ｄ）／２−αと（ｂ＋ｄ）／２＋αのどちらを用いるべきか決定できない。
また、図６（ｂ）に示すような信号の場合、信号ｃの値は信号ｂと信号ｄの値の間であるので、（ｂ＋ｄ）／２とすることが良く、メジアン処理を適用する方が好ましい結果を得られることとなる。
【００４３】
このように、着目した信号点の前後数点の信号点において値の変化の方向が同じである場合には、本実施形態の信号復元部１４による復元処理は不適当であるが、メジアン・フィルタ１５による復元処理を行うことにより、少なくとも従来と同程度の復元結果を得ることができる。したがって、本実施形態の信号処理装置１０は、入力信号中の着目した信号点に関して、インパルス性ノイズが重畳していない場合は入力信号をそのまま出力し、インパルス性ノイズが重畳しており、かつ信号復元部１４による復元処理が有効である場合（すなわち、信号の凸部および凹部の頂点にあたる信号点である場合や入力信号が通常のエッジ信号の場合）は信号復元部１４による復元値を出力し、信号復元部１４による復元処理が不適当な場合にはメジアン・フィルタ１５（あるいは既存の代替手法）による復元値を出力するといったポリシーで動作させることが好ましい。
【００４４】
次に、特殊な場合として、インパルス性ノイズが複数の信号点に対して連続して重畳された場合について説明する。
そもそも、インパルス性ノイズが複数の信号点に対して連続して重畳することは極めて稀であると考えられるが、そのような事態が発生した場合、上述した本実施形態の動作では信号の状況を把握することが困難であり、適切な復元結果を得ることが難しい。しかし、２つ程度の信号点にインパルス性ノイズが重畳された場合であれば、次のような手順で処理を行うことにより、好適な復元値を得ることが可能である。
【００４５】
図７は、連続する２つの信号点にインパルス性ノイズが重畳された例を示す図である。図７（ａ）は、信号ａ〜ｋのうち信号ｆ、ｇにインパルス性ノイズが重畳された様子を示す。また、図７（ｂ）は信号ｇを線形補間により推定した状態を示し、図７（ｃ）は信号ｆを復元した状態を示し、図７（ｄ）は信号ｈを復元した状態を示す。
図７（ａ）に示すように、連続する２つの信号点にインパルス性ノイズが重畳している場合、まず、どちらか一方の信号点における信号値を線形補間により推定する。図７（ｂ）に示す例では、後に位置する信号ｇが線形補間により推定されている（推定値ｇ’）。図において、推定値ｇ’は三角形△で表されている。
【００４６】
次に、この推定値を用いて、上述した本実施形態の手法により、インパルス性ノイズが重畳された他方の信号点における信号値を復元する。図７（ｃ）に示す例では、信号ｄ、ｅおよび推定値ｇ’と信号ｈに基づいて、信号ｆが復元されている。
ここで、上述した本実施形態による復元値の定義に従えば、信号ｆの復元値は（ｅ＋ｇ’）／２＋αであるが、推定値ｇ’は（ｅ＋ｈ）／２で表されるので、
信号ｆ＝（ｅ＋（ｅ＋ｈ）／２）／２＋α＝（３ｅ＋ｈ）／４＋α
で復元値が計算されることとなる。なお、信号が凹形状である場合はαの符号が負になることは言うまでもない。
【００４７】
最後に、復元された信号を用いて、上述した本実施形態の手法により、先に線形補間で信号値が推定された信号点の最終的な信号値を復元する。図７（ｄ）に示す例では、信号ｅと復元された信号ｆおよび信号ｈ、ｉに基づいて、信号ｇが復元されている。信号ｇの復元値は信号ｆの復元値を用いて、（ｆ＋ｈ）／２＋αで得られる。
【００４８】
以上の処理において、最初に線形補間により推定する信号点は、固定的に、後に位置する信号点または前に位置する信号点とすることもできるが、動的に決定することも可能である。例えば、インパルス性ノイズが重畳している信号点の直前および直後の信号点における信号値を比較し、値が低い方に近い信号を線形補間による推定の対象とすることができる。すなわち、図７（ａ）の例では、信号ｅ、ｈを比較して、値が低い信号ｈに近い信号ｇを線形補間で推定する対象とする。
【００４９】
以上説明したように、本実施形態は、細部信号や短い起伏が繰り返される凸凹信号のように、メジアン・フィルタ等の既存の手法で復元が困難な形状の信号に対しても、原信号の形状を良く再現する適切な復元値を得ることができる。また、上述のように、既存の復元手段と組み合わせて用いることにより、本実施形態による復元手法が有効な信号状況の場合にはより適切な信号の復元を行い、本実施形態による復元手法が有効でない場合にも少なくとも従来と同程度の復元結果を得ることが可能な、実用的な信号処理装置を提供することができる。
【００５０】
なお、本実施形態の信号処理装置は、入力信号に対して、本実施形態による復元値を求めると共に、メジアン・フィルタ（既存手法）による復元値を求めておき、入力信号の状況に応じて適切な信号を選択的に出力する構成としたが、かかる構成に限定されないことはいうまでもない。例えば、まず入力信号の状況を把握して、その後に適切な手法を選択的に用いて復元値を求め、出力するような構成とすることも可能である。
【００５１】
図８は、本発明の他の実施形態による信号処理装置の機能構成を示す図である。
図８に示す信号処理装置８０は、処理対象の符号化された信号を入力する入力部８１と、信号復元部１４と、メジアン・フィルタ１５とを備える。図示の構成において、信号復元部１４およびメジアン・フィルタ１５は、図２に示した構成と同様であるため、同一の符号を付して説明を省略する。また図示のように、信号処理装置８０は、入力信号をそのまま出力する経路と、信号復元部１４により復元された信号を出力する経路と、メジアン・フィルタ１５により復元された信号を出力する経路とを有している。そして、入力信号の信号点ごとに、入力部８１からこれらの経路のいずれかを介して信号が出力される。
【００５２】
入力部８１は、信号処理装置８０が図１に示したコンピュータで構成される場合、例えばネットワーク・インターフェイス１０６等のインターフェイス手段とプログラム制御されたＣＰＵ１０１とで実現される。そして、図２に示したノイズ検出部１２および信号状況判断部１３と同様の機能（ノイズ検出手段および信号状況判断手段）を備える。入力部８１は、このノイズ検出手段により、入力信号の所定の信号点にインパルス性ノイズが重畳されているか否かを調べる。そして、入力信号にインパルス性ノイズが重畳されていると判断したならば、信号状況判断手段により、入力信号の所定の信号点が凸部や凹部の頂点にあたるか否か、信号が通常のエッジ信号か否か等を判断する。
【００５３】
図８に示す入力部８１は、上記の判断の結果に応じて、入力信号の各信号点ごとに、その信号点およびその前後数点の信号点における信号値を、入力信号をそのまま出力する経路と、信号復元部１４により復元された信号を出力する経路と、メジアン・フィルタ１５により復元された信号を出力する経路のいずれかに送出する。具体的には、入力信号中の着目した信号点に関して、インパルス性ノイズが重畳していない場合は入力信号をそのまま出力する経路へ信号を送出する。また、インパルス性ノイズが重畳しており、かつ信号復元部１４による復元処理が有効である場合（すなわち、信号の凸部および凹部の頂点にあたる信号点である場合や入力信号が通常のエッジ信号の場合）は信号復元部１４による復元値を出力する経路へ信号を送出する。そして、信号復元部１４による復元処理が不適当な場合にはメジアン・フィルタ１５による復元値を出力する経路へ信号を送出する。
以上のような構成とすることにより、入力信号の信号点ごとに、適切な復元処理を施して新たな信号値を出力することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本実施形態の信号処理を行うのに好適なコンピュータのハードウェア構成の例を模式的に示した図である。
【図２】本実施形態による信号処理装置の機能構成を示す図である。
【図３】本実施形態の信号処理装置の動作を説明するフローチャートである。
【図４】インパルス性ノイズが重畳された信号に対する本実施形態による復元処理を説明する図である。
【図５】インパルス性ノイズが重畳されたエッジ信号に対する本実施形態による復元処理を説明する図である。
【図６】本実施形態による復元処理が不適当な信号の例を示す図である。
【図７】連続する２つの信号にインパルス性ノイズが重畳された場合における本実施形態による復元処理を説明する例を示す図である。
【図８】本発明の他の実施形態による信号処理装置の機能構成を示す図である。
【図９】インパルス性ノイズが重畳された信号に対する従来技術による復元処理を説明する図である。
【符号の説明】
【００５５】
１０…信号処理装置、１１…入力部、１２…ノイズ検出部、１３…信号状況判断部、１４…信号復元部、１５…メジアン・フィルタ
【図１】
2007053673.tif 000003
【図２】
2007053673.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2007053673.tif 000008
【図７】
2007053673.tif 000009
【図８】
2007053673.tif 000010
【図９】
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