DE69118014T2

DE69118014T2 - Rauschverminderungsanordnungen

Info

Publication number: DE69118014T2
Application number: DE69118014T
Authority: DE
Inventors: Osamu Matsunaga
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1990-04-28
Filing date: 1991-04-26
Publication date: 1996-08-01
Anticipated expiration: 2011-04-27
Also published as: EP0455434B1; EP0455434A3; US5161018A; EP0455434A2; JPH0411466A; KR910019459A; DE69118014D1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Rauschreduzieranordnungen, insbesondere, jedoch nicht ausschließlich zur Reduzierung des Rauschens in einem Videosignal des MUSE-Systerns.
Zur Übertragung eines hochauflösenden Eernsehsignals (HDTV) über ein Übertragungsmedium eines engen Bandes wurde das MUSE-Übertragungssystem (multiple sub-nyquist sampling encoding) entwickelt, bei dem das zu übertragende Signal herunterabgetastet wird, so daß es in eine Signalbandbreite komprimiert wird, und ein Einzel-Videobilobereich und ein Bewegungsvideobildbereich werden einer unterschiedlichen Signalverarbeitung unterworfen, so daß die Verschlechterung in der Auflösung des Videobildes, wenn es abgebildet wird, optisch weniger bemerkbar wird.
Als Rauschreduzieranordnung zur Verwendung in einem Empfangssystems eines MUSE-Systems wurde zur Unterdrückung eines gemischten Rauschens in einem Videosignal, während es über eine Signalübertragungsleitung übertragen wird, eine Schaltung vorgeschlagen, die in Fig. 4 gezeigt ist.
Beim MUSE-Decodierer eines solchen Empfangssystems sind ein Signalverarbeitungsblock 10 zur Ünterdrückung des Rauschens in einem empfangenen Eingangssignal 5 sowie zwei Einrahmen-Verzögerungsschaltungen 20A und 20B vorgesehen.
Der Signalverarbeitungsblock 10 besitzt einen Subtrahierer 11 zur Ermittlung eines Differenzsignals zwischen einem Signal, welches um eine Zwei-Rahmenperiode verzögert ist, und einem Eingangssignal, das anschließend als "Zwei-Rahmendifferenzsignal" bezeichnet wird, einen Koeffizientenmultiplizierer 12 zur Bereitstellung des Ausgangssignals des Subtrahierers 11 mit einer bestimmten Kennlinie, und einen Addierer 13 zum Addieren des Ausgangssignals des Koeffizientenmultiplizierers 12 zum ursprünglichen Videosignal, um dadurch eine Rauschreduzierung zu erzielen.
Beim MUSE-System wird ein Bildbereich des Einzel-Videobildes durch Übertragung von vier Feldern erhalten, und daher kann das Zwei-Rahmendifferenzsignal als Rauschsignalkomponente betrachtet werden.
Da das Ausgangssignal des Subtrahierers 11 somit die Rauschkomponente enthält, kann eine Rauschreduzieranordnung damit eingerichtet werden, daß dieses Signal über den Koeffizientenmultiplizierer 12 zum Addierer 13 geliefert wird, so daß die Rauschkomponente zum ursprünglichen Signal addiert wird.
Der Koeffizientenmultiplizierer 12 ist so eingerichtet, daß seine nichtlineare Kennlinie durch ein Rauschpegelsteuersignal C geändert wird, das durch Ermittlung der Pegelvariationskomponente eines Referenzsignals erhalten wird, das beispielsweise dem Klemm-Pegel von 563H oder 1125H des empfangenen Videosignals überlagert wird, wodurch die Rauschquantität, die beseitigt werden soll, so gesteuert wird, daß sie ansteigt, wenn die Rauschquantität des Übertragungssystems größer ist.
Der Koeffizientenmultiplizierer 12 ist mit einer Kennlinie versehen, so daß sein Ausgangspegel unterdrückt wird, wenn das Zwei-Rahmendifferenzsignal größer als ein bestimmter Wert ist, wobei ein solches Differenzsignal für einen Bewegungsvideobildbereich genommen wird.
Die oben beschriebene Rauschreduzieranordnung kann ihre Rauschunterdrückung je nach dem verändern, ob das Übertragungssystem gut oder schlecht ist, doch wird beispielsweise ihre Unterdrückung niedriger, wenn das S/N (Signal-Rausch-Verhältnis) des Übertragungssystems gut ist. Es besteht daher die Schwierigkeit, daß sie keinen ausreichenden Effekt als Rauschreduzieranordnung gegenüber dem Rauschen bewirkt, das ursprünglich im Videosignal vorhanden ist. Beispielsweise kann sie nicht das Rauschen unterdrücken, das in einem Videosignal geringer Qualität vorhanden ist.
Außerdem wird ein leicht sich bewegender Bereich als Rauschen angenommen und die Rauschreduzieranordnung arbeitet bei einem solchen Bereich. Es besteht daher die Schwierigkeit, daß eine Verschlechterung der Bildqualität auftritt.
Die GB-A 2 099 657 offenbart eine Rauschreduzieranordnung zur Verarbeitung eines empfangenen Videosignals, wobei die Rauschreduzieranordnung aufweist:
eine Verzögerungseinrichtung zur Verzögerung eines Videoempfangssignals, um ein verzögertes Videosignal zu erzeugen;
eine Rauschreduziereinrichtung zur Reduzierung eines Rauschens des Videoempfangssignals, wobei die Rauschreduziereinrichtung eine Subtrahiereinrichtung aufweist, um das Videoempfangssignal vom verzögerten Videosignal zu subtrahieren, um ein Differenzsignal zu erzeugen, eine abstimmbare Verstärkungseinrichtung, um dem Differenzsignal eine abstimmbare Verstärkung zukommen zu lassen, und eine Additionseinrichtung zur Addition des Videoempfangssignals mit dem verstärkten Differenzsignal und zum Zuführen dieses Ausgangssignals als Eingangssignal zur Verzögerungseinrichtung;
eine Rauschpegelermittlungseinrichtung zur Ermittlung eines Rauschpegels, der ursprünglich in einem Einzelbildbereich des Videoempfangssignals enthalten ist;
eine Bewegungspegelermittlungseinrichtung zur Ermittlung der Bewegung im Videoempfangssignal; und eine Verstärkungssteuereinrichtung zur Steuerung der Verstärkung der abstimmbaren Verstärkungseinrichtung in Abhängigkeit von sowohl der ermittelten Bewegung als auch des ermittelten Rauschpegels.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Rauschreduzieranordnung, wie sie oben angegeben ist, bereitgestellt, die dadurch gekennzeichnet ist, daß:
die Verzögerungseinrichtung ein zweirahmenverzögertes Videosignal erzeugen kann;
die Rauschpegelermittlungseinrichtung auf das Differenzsignal reagiert, um den Rauschpegel zu ermitteln, der ursprünglich in einem Einzelbildbereich des Videoempfangssignals enthalten ist;
eine Rauschpegelsteuereinrichtung vorgesehen ist, um den ermittelten Rauschpegel in Abhängigkeit vom Übertragungssystem-Rauschpegel zu steuern, um einen gesteuerten Rauschpegel zu erzeugen; und
die Verstärkungssteuereinrichtung die Verstärkung der abstimmbaren Verstärkungseinrichtung in Abhängigkeit von sowohl der ermittelten Bewegung als auch des gesteuerten Rauschpegels steuern kann.
Durch eine solche Rauschreduzierungsanordnung kann der Rauschreduzierungseffekt durch die Bildbewegung gesteuert werden, durch den Rauschpegel, der ursprünglich im Videosignal vorhanden ist, und durch den Übertragungssystem-Rauschpegel, wodurch ein guter Rauschunterdrückungseffekt erzielt werden kann.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung stellt eine Rauschreduzieranordnung bereit, die so eingerichtet ist, daß, ob ein Rauschen in einem Einzel-Bildvideobereich vorhanden ist oder nicht, es aus einem Zwei-Rahmendifferenzsignal gemäß einem Signal ermittelt wird, welches beispielsweise durch Verwendung einer Bewegungsermittlungseinrichtung erzielt wird, die in einem MUSE-Decodierer vorgesehen ist, welches das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein einer Bewegung anzeigt, und die weiter so eingerichtet ist, daß die Rauschquantität, die abzuziehen ist, gemäß dem Pegel des oben beschriebenen Rauschens und des vorher beschriebenen Rauschpegelsignals des Übertragungssystems berechnet wird.
Eine Ausführungsform der Rauschreduziereinrichtung zur Verwendung beispielsweise in einem Empfangsschaltungssystem des MUSE-Systems, das zur Übertragung eines hochauflösenden Fernsehsignals verwendet wird, weist eine Rauschunterdrückungseinrichtung auf, die eine Einrichtung zur Ermittlung eines Zwei- Rahmendifferenzsignals und eine Einrichtung zur Subtrahierung des Zwei-Rahmendifferenzsignals und des empfangenen Signals aufweist, und die so eingerichtet ist, daß die Rauschunterdrükkungseinrichtung sowohl durch den Rauschpegel des Übertragungssystems als auch durch den Bewegungspegels des Videobildes gesteuert wird. Folglich kann die Rauschreduzieranordnung sogar ursprünglich enthaltenes Rauschen im übertragenen Videosignal unterdrücken und daher einen verbesserten Rauschunterdrückungseffekt erzielen.
Die Erfindung wird nun durch ein Ausführungsbeispiel mit Hilfe der Zeichnungen beschrieben, wobei gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind, und in denen:
Fig. 1 ein Blockdiagramm ist, das eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 2 eine graphische Darstellung ist, die die Beziehung zwischen einem Rauschpegel und einem Rauschbestimmungsausgangssignal zeigt;
Fig. 3(a) und 3(B) graphische Darstellungen sind, die Variationen bezüglich der Rauschquantität zeigen, die durch eine Rauschreduzieranordnung subtrahiert wurde; und
Fig. 4 ein Blockdiagramm ist, das eine früher vorgeschlagene Rauschreduzieranordnung zeigt.
Die Ausführungsform von Fig. 1 weist eine Verzögerungsschaltung 1 (Verzögerungszeit: β) zur Zeitanpassung sowie einen Signalverarbeitungsblock 2 auf, der beispielsweise einen Subtrahierer 2A, einen Addierer 2B und einen Koeffizientenmultiplizierer 2C aufweist, um eine Rauschsignalkomponente, die ermittelt wird, wobei von einem Zwei-Rahmendifferenzsignal aus dem empfangenen Videosignal Gebrauch gemacht wird, zu subtrahieren.
Die Rahmenverzögerungsschaltungen 3 und 5 enthalten jeweils ein Einrahmen-Verzögerungssignal (eine (1F - β)-Rahmenverzögerungsschaltung, um genau zu sein). Außerdem ist eine Verzögerungsschaltung 4 zur Zeitanpassung (Verzögerungszeit: β) und eine Verzögerungsschaltung 6, die mit der Verzögerungszeit α versehen ist, die im Signalverarbeitungsblock 2 erforderlich ist (Verzögerungszeit: β - α), vorgesehen.
Ein Bewegungsermittlungsblock 7 wird mit dem einrahmenverzögerten Videosignal und dem zweirahmen-verzögerten Videosignal beliefert, um die Bewegung im Videosignal zu ermitteln.
Ein Rauschermittlungsblock 8 besitzt eine Absolutwertschaltung 8A, eine erste Halteschaltung 8B, die ihr Ausgangssignal in Abhängigkeit von einem Signal hält, das erzeugt wird, wenn ein Teil ohne Bewegung, der keine Flanke des Videosignals aufweist, ermittelt wird, eine zweite Halteschaltung 8C, die ihr Ausgangssignal in einem Synchronisationssignalbereich des empfangenen Videosignals hält, ein Glättungsfilter 8D und eine Rauschpegelermittlungsschaltung 8E.
Die Rauschpegelermittlungsschaltung 8E wird durch einen nichtlinearen Verstärker gebildet, dessen Ausgangssignal in Abhängigkeit vom oben beschriebenen Rauschpegelsignal C des Übertragungssystems oder dergleichen variiert.
Eine Verstärkungssteuerschaltung 9 erzeugt Signale, die den Koeffizienten des Koeffizientenmultiplizierers 2C des Signalverarbeitungsblocks 2 steuern. Die subtrahierte Menge der Rauschsignalkomponente wird durch diese Verstärkungssteuerschaltung 9 gesteuert, wie später beschrieben wird.
Es wird nun der Betrieb erläutert. Das Videosignal 5, das durch den Decodierer des MUSE-Systems empfangen wird, wird zu den Rahmenverzögerungsschaltungen 3 und 5 über die Verzögerungsschaltung 1 und den Signalverarbeitungsblock 2 geliefert, und das zweirahmen-verzögerte Signal wird zu einem Punkt A geliefert. Das Signal (Sd) am Punkt A wird zum Subtrahierer 2A des Signalverarbeitungsblocks 2 geliefert. In dem Signalverarbeitungsblock 2 wird ein Differenzsignal zwischen diesem Signal und dem Eingangsvideosignal erhalten und ein Zweirahmendifferenzsignal ΔSn ( = Sd-S) kann dadurch erhalten werden. Das Zweirahmendifferenzsignal ΔSn zeigt an, wenn das Videosignal für einen Einzel-Videobildbereich ist, eine Rauschkomponente, die dem Videobild überlagert ist, und daher wird im Falle des Einzel-Videobildbereichs die Rauschkomponente zum Eingangsvideosignal im Addierer 2B addiert, und dadurch kann ein Einzel-Videobildsignal erhalten werden, wobei das Rauschen unterdrückt ist. Insbesondere wird das Ausgangssignal K (Sd - S) vom Koeffizientenmultiplizierer 20 (mit dem Addierer 2B) zum Eingangssignal 5 addiert, um ein Ausgangssignal S+K (Sd-S) zu erzeugen, d.h., (1-K) S+KSd.
Die Rauschreduzieranordnung ist so eingerichtet, daß sie einen Bewegungsvideobildbereich des Eingangsvideosignals durch den Bewegungsermittlungsblock 7 ermittelt, welcher eine Bewegung im Videosignal ermittelt.
Insbesondere wird ein Signal SM-O, welches die Menge der Bewegung, die Null ist, anzeigt, und ein Signal SE, welches das Videobild anzeigt, welches keinen Flankenbereich besitzt, der durch den Bewegungsermittlungsblock 7 ermittelt wird, zu einer UND-Schaltung AD geliefert, und wenn beide Signale auf dem hohen Pegel sind, wird ein Signal, das durch Drehen des Zwei-Rahmendifferenzsignals ΔSn erzielt wird, welches im Signalverarbeitungsblock 2 ermittelt wird, auf seinem Absolutwert in der Absolutwertschaltung 8A durch die erste Halteschaltung 8B gehalten und zur nächsten zweiten Halteschaltung 8C geliefert. Die zweite Halteschaltung 8C wird außerdem mit einem Signal SC beliefert, welches den Bereich eines Synchronisationssignals des Videobilds anzeigt und die durch das Signal SC gesteuert wird, um ihr Ausgangssignal zu halten. Das Ausgangssignal wird dann zum Glättungsfilter 8D geliefert, wo der Durchschnittspegel der Rauschkomponente ΔSn ermittelt wird, und zur Rauschpegelermittlungsschaltung 8E geliefert.
Die Rauschpegelermittlungsschaltung 8E besitzt einen nichtlinearen Verstärker, dessen Ausgangssignal in Abhängigkeit mit dem Rauschpegel C des Übertragungssystems variiert, wie beispielsweise in Fig. 2 gezeigt ist, und sie wird daher so gesteuert, daß ihr Ausgangssignal erhöht wird, wenn das Rauschen des Übertragungssystems größer ist. Gemäß der Größe dieses Ausgangssignals wird das Ausgangssignal der Verstärkungssteuer schaltung 9 variiert, und dadurch wird der Koeffizient des Koeffizientenmultiplizierers 20 innerhalb des Signalverarbeitungsblocks 2 so gesteuert, daß er die Menge des zu löschenden Rauschkomponentenanteils einrichtet.
Die Verstärkungssteuerschaltung 9 wird außerdem durch ein Bewegungsmengenausgangssignal vom Bewegungsermittlungsblock 7 gesteuert.
In diesem Fall wird die Steuerung beispielsweise so ausgeführt, daß der Sättigungspunkt des Koeffizientenmultiplizierers 20 abgesenkt wird, wenn der Betrag der Bewegung SM-1 größer ist als in Fig. 3(a) gezeigt ist, während der Sättigungspegel angehoben wird, wenn der Rauschpegel größer ist, als in Fig. 3(b) gezeigt ist.
Die oben beschriebene Kennlinie zur Beseitigung der Rauschkomponente ist nur beispielsweise angegeben, wobei andere Beseitigungskennlinien bereitgestellt werden können. Allgemein ausgedrückt wird bevorzugt, daß die Steuerung derart ist, daß der größere Bereich der Rauschkomponente subtrahiert wird, je kleiner der Betrag der Bewegung und je höher der Rauschpegel ist.
Während es bei einer Rauschreduzieranordnung nützlich ist, daß der zu löschende Betrag der Rauschkomponente nur durch den Rauschpegel des Übertragungssystems gesteuert wird, ist die vorliegende Rauschreduzierungsanordnung derart, daß ihr Rauschreduzierungseffekt auch durch die Bewegung im Videobild gesteuert wird, sowie des Rauschpegels, der ursprünglich im Videosignal vorhanden ist. Folglich kann ein guter Rauschunterdrückungseffekt erzielt werden, sogar bei einem Videosignal, das ein schlechtes S/N-Verhältnis hat, beispielsweise, da es durch Kopieren oder durch einen Schnappschuß erhalten wurde.

Claims

1. Rauschreduzieranordnung zur Verarbeitung eines Videoempfangssignals, wobei die Rauschreduzieranordnung aufweist:

eine Verzögerungseinrichtung (3, 5) zur Verzögerung eines Videoempfangssignals, um ein verzögertes Videosignal zu erzeugen;

eine Rauschreduziereinrichtung (2) zur Reduzierung eines Rauschens des Videoempfangssignals, wobei die Rauschreduziereinrichtung (2) eine Subtrahiereinrichtung (2A) aufweist, um das Videoempfangssignal vom verzögerten Videosignal zu sub trahieren, um ein Differenzsignal (ΔSn) zu erzeugen, eine abstimmbare Verstärkungseinrichtung (2C), um dem Differenzsignal eine abstimmbare Verstärkung zukommen zu lassen, und eine Additionseinrichtung (2B) zur Addition des Videoempfangssignals mit dem verstärkten Differenzsignal und zum Zuführen dieses Ausgangssignals als Eingangssignal zur Verzögerungseinrichtung;

eine Rauschpegelermittlungseinrichtung (AD, 8A, 8B, 8C, 8D) zur Ermittlung eines Rauschpegels, der ursprünglich in einem Einzelbildbereich des Videoempfangssignals enthalten ist; eine Bewegungspegelermittlungseinrichtung (7) zur Ermittlung der Bewegung im Videoempfangssignal; und

eine Verstärkungssteuereinrichtung (9) zur Steuerung der Verstärkung der abstimmbaren Verstärkungseinrichtung (2C) in Abhängigkeit von sowohl der ermittelten Bewegung als auch des ermittelten Rauschpegels;

gekennzeichnet dadurch, daß:

die Verzögerungseinrichtung (3, 5) ein zweirahmenverzögertes Videosignal erzeugen kann; die Rauschpegelermittlungseinrichtung (AD, 8A, 8B, 8C, 8D) auf das Differenzsignal (ΔSn) reagiert, um den Rauschpegel zu ermitteln, der ursprünglich in einem Einzelbildbereich des Videoempfangssignals enthalten ist;

eine Rauschpegelsteuereinrichtung (8E) vorgesehen ist, um den ermittelten Rauschpegel in Abhängigkeit vom Übertragungssystem-Rauschpegel (C) zu steuern, um einen gesteuerten Rauschpegel zu erzeugen; und

die Verstärkungssteuereinrichtung (9) die Verstärkung der abstimmbaren Verstärkungseinrichtung (2C) in Abhängigkeit von sowohl der ermittelten Bewegung als auch des gesteuerten Rauschpegels steuern kann.

2. Rauschreduzieranordnung nach Anspruch 1, wobei die Verzögerungseinrichtung (3, 5) ein einrahmenverzögertes Videosignal bereitstellen kann, und wobei die Bewegungspegelermittlungseinrichtung (7) eingerichtet ist, daß sie mit dem einrahmenverzögerten Videosignal und dem zweirahmenverzögerten Videosignal belieferbar ist.

3. Rauschreduzieranordnung nach Anspruch 1 oder 2, die in der Lage ist, das Videoempfangssignal zu verarbeiten, welches ein Fernsehsignal des MUSE-Systems ist.

4. Rauschreduzieranordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, die Mittel zur Ermittlung einer Pegelveränderung eines Referenzsignals aufweist, das dem Videoempfangssignal überlagert ist, um den Übertragungssystem-Rauschpegel (C) zu erzeugen.

5. Rauschreduzieranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Rauschpegelsteuereinrichtung (8E) ein nichtlinearer Verstärker ist, der den ermittelten Rauschpegel verstärken kann und dessen Ausgangssignal eingerichtet ist, daß es in Abhängigkeit vom Übertragungssystem-Rauschpegel (C) gesteuert werden kann.

6. Rauschreduzieranordnung nach Anspruch 5, wobei das Ausgangssignal des nichtlinearen Verstärkers (8E) vergrößert wird, wenn der Übertragungssystem-Rauschpegel (C) ansteigt.