DE3307687C3 - System zur Verminderung des Rauschens in einem Fernsehsignal - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem System nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es sind bereits Systeme zur Verminde­ rung des Rauschens in Fernsehsignalen bekannt, bei wel­ chen die Fernsehsignale um eine Bildperiode verzögert und nach Bewertung mit einem Korrekturfaktor den ebenfalls bewerteten unverzögerten Fernsehsignalen hinzuaddiert werden. Die Wirkung dieser bekannten Systeme beruht darauf, daß Unterschiede von einem Fernsehvollbild zum folgenden ausgemittelt werden. Diese Mittelung hat jedoch nicht nur die erwünschte Rauschreduzierung, sondern auch ein Bewe­ gungsunschärfe zur Folge. Es ist daher erforderlich, bei Bewegungen die Wirkung der Mittelung herabzusetzen. Es sind also Mittel vorzusehen, welche eine Unterscheidung zwischen den durch das Rauschen bedingten Unterschieden und Bewe­ gungen ermöglichen.

Hierzu ist es bekannt (US-PS 40 58 836), die Differenz zwischen dem unverzögerten und dem verzögerten Fernseh­ signal zu bilden und das Ergebnis über eine Schwell­ wertschaltung zu leiten. Dabei geht man davon aus, daß das Rauschen im Fernsehsignal relativ gering ist, während sich bei Bewegungen größere Differenzen ergeben, welche weitergeleitet werden und das System zur Verminderung des Rauschens derart steuern, daß deren Wirkung vermindert wird. Diese Systeme haben den Nachteil, daß Bewegungen in kontrastarmen Szenen nicht berücksichtigt werden und damit wie das Rauschen dem Reduktionsvorgang unterworfen werden. Somit erscheinen sich bewegende Kanten unscharf.

Bei einer weiteren bekannten Anordnung (DE-OS 29 37 284) wird davon ausgegangen, daß kleine Bilddetails in Bewe­ gungen vom Auge nicht erfaßt werden können. Ein Tiefpaß für das Bewegungssignal in Horizontalrichtung und/oder Vertikalrichtung unterdrückt die entsprechenden Rauschan­ teile im Bewegungssignal. Diese bekannte Anordnung hat den Nachteil, daß bei geringer Tiefpaßfilterung Rauschspitzen auf das Maß der Rauschunterdrückung wirken, weil sie als Bewegung erkannt werden. Die Rauschreduzierung wird in die­ sem Fall vom Rauschen selbst gesteuert und ergibt im Bild eine grobkörnige Strukturstörung, die ggf. mehr stört, als das ursprüngliche Rauschen. Bei starker Tiefpaßfilterung werden Bewegungsdetails unterdrückt, und ein Schärfever­ lust in bewegten Bildteilen wird sichtbar.

Außerdem ist in der US-PS 42 42 704 ein System zur Verminderung des Rauschens in einem Farbfernsehsignal beschrieben, bei dem mittels einer Rauschmeßschaltung von der Rauschamplitude des Eingangssignals ein Steuersignal abgeleitet wird, welches direkt bzw indirekt über einen Bewegungsdetektor auf eine variable Dämpfungs- oder Bewertungseinrichtung einwirkt. Auch hierbei wird also die als Rauschreduzierung wirkende Bewertungseinrichtung im wesentlichen vom Rauschen selbst gesteuert.

Zur Vermeidung dieser Nachteile ist es ferner bei einem System zur Verminderung des Rauschens in einem Fernseh­ signal mit einem Vollbildspeicher und einem Bewegungs­ detektor bereits bekannt (DE-OS 31 21 597), das die Be­ wegung darstellende Signal über einen Tiefpaß und/oder eine Schwellwertschaltung zu leiten, dessen Grenzfre­ quenz bzw. deren Schwellwert als Funktion der Rausch­ amplitude steuerbar ist. Damit wird erreicht, daß bei kleiner Rauschamplitude im Eingangssignal keine stö­ renden Bewegungsunschärfen auftreten, während bei größeren Rauschamplituden eine Eigensteuerung der Rauschreduzierung durch das Rauschen selbst verhindert wird. Die Messungen des Eingangsrauschens zeigen je­ doch bei starken Bewegungen im Fernsehsignal falsche Ergebnisse.

Eine ähnliche Schaltung zur Rauschverminderung in einem Fernseh-Signal ist weiterhin aus der EP 0 004 728 A2 bekannt, bei welcher eine von einem Rauschmeßsignal abgeleitete Steuerspannung zur Beeinflussung des Korrekturfaktors für die Mittelung herangezogen wird. Dabei wird nur jeweils nach einem sogenannten "Bildschnitt" eine Rauschsignalmessung durchgeführt und dieser Rauschmeßwert zwischen den Bildschnitten festgehalten. Auch hierbei können starke Bewegungen im Fernseh-Signal zu falschen Ergebnissen führen.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein System zur Verminderung des Rauschens in einem Fernsehsignal anzugeben, bei elchem Fehlbeurteilungen des Eingangsrauschens während starker Bewegungen einschließlich der Bewegungsphasen des An- und Abschwellens im Fernsehsignal unterdrückt werden.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße System mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, daß auch bei starken Bewegungen im Fernsehsignal die Anpassungen an das Rauschen des Eingangssignals erhalten bleiben und eine gute Rauschverminderung ohne Bewegungsverschleppung erreicht wird. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß ein Einlaufen der Meßschaltung für das Eingangsrauschen nach Abklingen der Bewegung unsichtbar bleibt. Außerdem ist vorteilhaft, daß das Rauschmeßergebnis vor Beginn von starken Bewegungen festgehalten wird und bis nach dem Abklingen der Bewegung als Steuersignal verwendbar ist.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Systems möglich.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Be­ schreibung näher erläutert. Die Figur zeigt ein Blockschaltbild des erfindungsge­ mäßen Systems.

In der Figur liegt das Fernsehsignal, dessen Rauschan­ teil reduziert werden soll, an Klemme 1. Über die Addierschaltung 2 gelangt es zu einer Verzögerungs­ einrichtung 3, welche das Fernsehsignal um die Dauer eines Vollbildes (τ_{2 V}) verzögert. Derartige Verzö­ gerungseinrichtungen sind hinreichend bekannt und werden in vorteilhafter Weise mit Hilfe eines digi­ talen Vollbildspeichers realisiert. Das am Ausgang der Verzögerungseinrichtung 3 anstehende verzögerte Signal wird zu einer Subtrahierschaltung 4 geführt, mit deren Hilfe von dem verzögerten Signal das an Klemme 1 anliegende unverzögerte Signal subtrahiert wird. Der Aus­ gang der Subtrahierschaltung 4 ist über eine Multiplizier­ schaltung 6 mit einem weiteren Eingang der Addierschaltung 2 verbunden. Somit wirkt die aus den Schaltungen 2, 3, 4, 6 bestehende Anordnung als sogenanntes rekursives Filter, welches die nicht von Vollbild zu Vollbild wiederkehren­ den Signalamplituden mittelt und somit reduziert.

Durch einen der Multiplizierschaltung 6 zugeführten Faktor k wird der Grad dieser Mittelung bestimmt. Je mehr sich k dem Wert 1 nähert, desto stärker ist die Wirkung des Fil­ ters, um so größer ist also die Zeit, über die die Mitte­ lung (Integration) erfolgt. An der Klemme 7 kann das Fernsehsignal mit reduziertem Rauschen abgenommen werden. Bei unbewegten Bildern ist eine praktisch unbegrenzte Rauschreduzierung möglich, wenn eine beliebig lange Integration stattfindet.

Bei bewegten Bildern führt die Integration jedoch zu Un­ schärfen an Kanten, so daß sie zu vermindern ist, wenn im Bild Bewegungen auftreten. Hierzu ist ein sogenannter Be­ wegungsdetektor 8 vorgesehen, welchem ebenfalls die an den Klemmen 1 und 7 liegenden Fernsehsignale zugeführt wer­ den. Der Ausgang des Bewegungsdetektors 8 ist mit dem Eingang einer Schaltung 9 mit steuerbarer Übertragungs­ charakteristik zur Erzeugung des Korrekturfaktors k verbunden.

Der Bewegungsdetektor 8 besteht im wesentlichen aus einer Differenzbildungseinrichtung, mit deren Hilfe die Differenz zwischen dem unverzögerten und dem um ein Vollbild verzögerten Signal gebildet wird. Da die Beeinflussung auf die Rauschverminderung vom Vorzeichen der Änderung des Bildinhalts unabhängig sein soll, wird von der Differenz im Bewegungsdetektor 8 der Betrag ge­ bildet. Je nach Größe der Änderung wird in der Schaltung 9 ein Korrekturfaktor k für den Grad der Rauschredu­ zierung erzeugt.

Da außer Bewegungen auch Rauschen zu einem Ausgangssignal des Detektors 8 führt, welches jedoch nicht zur Steuerung des Integrationsvorganges herangezogen werden soll, sind nach dem Detektor 8 eine Schwellwertschaltung 11 sowie ein Tiefpaß 12 geschaltet. Die Schwellwertschaltung 11 und der Tiefpaß 12 werden von einer bei 13 bzw. 14 zugeführten Steuerspannung gesteuert. Diese Steuer­ spannung entspricht der durchschnittlichen Amplitude des im Eingangssignal enthaltenen Rauschens und wird durch die Rauschmeßschaltung 16 abgeleitet.

Ist das Rauschen im Eingangssignal relativ klein, so wird das Ausgangssignal des Detektors 9 durch die Schal­ tung 11 und den Tiefpaß 12 wenig beeinflußt, das heißt, die Schwelle der Schwellwertschaltung 11 ist niedrig und die Grenzfrequenz des Tiefpasses 12 ist hoch, beispielsweise 2,5 MHz. In diesem Betriebszustand wird das Rauschen reduziert, ohne daß eine sichtbare Beeinträchtigung der Bildschärfe bei durchschnittlichen Bildbewegungen auftritt.

Treten jedoch starke Bildbewegungen auf, dann wird das Ergebnis der Rauschmeßschaltung 16 davon beein­ flußt. Die starke Bildbewegung wird als größeres Rauschen gewertet und dadurch die Grenzfrequenz des Tiefpasses 12 verringert und die Schwelle der Schaltung 11 erhöht. In diesem Fall tritt zwar ebenfalls die gewünschte Störabstandsverbesserung ein; bei Bewegungen würde jedoch ohne weitere Maßnahmen ein Auflösungsverlust hochfrequenter Signalanteile und eine Unschärfe in kon­ trastarmen Szenen auftreten.

Dieser Nachteil wird nun mit der vorliegenden Erfindung durch Einschaltung einer bewegungssignalabhängigen Steuerschaltung 17 zwischen Rauschmeßschaltung 16 und den Eingängen 13 und 14 vermieden.

Diese Steuerschaltung 17 besteht im wesentlichen aus einer in Abhängigkeit vom Bewegungssignal gesteuerten Halte­ schaltung 18. Die Halteschaltung 18 wird dabei von einem Signal gesteuert, welches vom Bewegungssignal am Ausgang des Detektors 8 abgenommen, über eine Integrations- oder Summierschaltung 21 zur Summierung des Bewegungssignals, z. B. über eine Teilbildperiode, geleitet und einer Bewe­ gungsschwellwertschaltung 22 zugeführt wird. Bei Über­ schreiten einer vorgegebenen Bewegungsschwelle wird ein Haltesignal an die Halteschaltung 18 geliefert, wodurch der dort gerade anliegende Signalwert der Rauschmessung festgehalten und bis auf weiteres zur Steuerung der Schaltungen 11 und 12 benutzt wird.

Vor dem Überschreiten und nach dem Unterschreiten der Bewegungsschwelle treten Bewegungsphasen des An- und Abschwellens der Bewegung auf. Diese Bewegungsphasen dauern im Durchschnitt einige Bildperioden an und können nun berücksichtigt werden, indem das Haltesignal um die Summe der Dauer beider Phasen mit Hilfe einer Signalverbreiterungsschaltung 23 (z. B. um vier Bild­ perioden) verlängert wird. Das Ergebnis der Rausch­ messung muß dann um die Dauer des Anschwellens der Bewegung mit Hilfe einer an die Rauschmeßschaltung 16 angeschlossenen Verzögerungseinrichtung 24 zur Verzögerung des vom Rauschsignal abgeleiteten Steuer­ signals (z. B. um zwei Bildperioden) verzögert werden, um mit der Halteschaltung 18 den ungestörten Meßwert festhalten zu können.

Damit im Bewegungssignal vorhandene Rauschanteile ver­ ringert werden, kann zwischen Detektor 8 und Summier­ schaltung 21 außerdem ein Tiefpaß 26 vorgesehen sein.

Claims (3)

1. System zur Verminderung des Rauschens in einem Fernsehsignal, bei welchem das Fernsehsignal um eine Bildperiode verzögert und das verzögerte und unverzögerte Fernsehsignal nach Differenzbildung und Bewertung mit einem Korrekturfaktor dem unverzögerten Fernsehsignal hinzuaddiert wird und bei welchem durch Differenzbildung zwischen dem verzögerten und dem unverzögerten Signal ein Bewegungssignal abgeleitet, über eine Einrichtung mit steuerbarer Übertragungscharakteristik geführt und zur Bildung des Korrekturfaktors herangezogen wird, wobei die Übertragungscharakteristik mit Hilfe einer aus dem Fernsehsignal abgeleiteten, die Amplitude des Rauschens darstellenden Steuerspannung steuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerspannung über eine Verzögerungseinrichtung (24) einer Halteschaltung (18) zugeführt ist und daß die Halteschaltung (18) in Abhängigkeit vom Bewegungssignal, welcher über eine Signalverbreiterungsschaltung (23) geführt ist, steuerar ist.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bewegungssignal über eine Summierschaltung (21) und eine Schwellwertschaltung (22) geführt ist.

3. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Bewegungssignal zusätzlich über einen Tiefpaß (26) geführt ist.