DE4031785C2 - Verfahren zur Reduktion von Rauschen in Videosignalen - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren nach der Gattung des Hauptanspruchs und betrifft ferner eine vorteilhafte Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens.

Zur Reduktion des Rauschens in Videosignalen sind rekursive Filter bekannt (US 4,841,36 und Sandbank "Digital Television", John Wiley & Sons, New York, 1990, Seiten 261 bis 264, bei denen die Videosignale um eine Bildperiode verzögert werden und die verzögerten Signale zu den zugeführten Signalen addiert werden. Dabei ist der Anteil der verzögerten bzw. zugeführten Videosignale vom Vorliegen von Bewegung steuerbar. Je größer der Anteil der verzögerten Signale, also der Rückkopplungsfaktor ist, umso höher ist der Grad der Rauschreduktion. Bei ruhenden Vorlagen kann somit das Rauschen über einen beliebig langen Zeitraum integriert werden. Bei einem hohen Rückkopplungsfaktor und bei Auftreten von Bewegung ergeben sich jedoch Nachzieheffekte, die dadurch vermieden werden, daß bei Vorliegen von Bewegung der Rückkopplungsfaktor verringert wird.

Die Erkennung von Bewegung wird jedoch durch das den zugeführten Videosignalen überlagerte Rauschen gestört. Die Folge davon ist, daß entweder die gewünschte Rauschreduktion nicht erreicht wird, weil das Rauschen ständig als Bewegung mißdeutet wird, oder daß Nachzieheffekte auftreten, weil die Bewegung im Rauschen untergeht.

Weiterhin ist aus der DE 37 09 068 A1 eine Anordnung zur adaptiven Medianfilterung bekannt, wobei Proben eines möglicherweise Rauschen enthaltenden Eingangssignals in Abhängigkeit eines Steuersignals gefiltert werden.

In Chiariglione "Signal Processing of HDTV, II, Proceeding of the Third Internatiol Workshop on HDTV, 30. August bis 1. September 1989, Seiten 677 bis 680" ist für die Umwandlung von im Zeilensprungverfahren abgetasteten Bildern in progressiv abgetastete (bei HDTV-Sequenzen) durch Medianfilterung ein Hinweis auf "bewegungskompensierte Zwischenbild-Algorithmen" gegeben.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Reduktion von Rauschen in Videosignalen anzugeben, das eine stärkere Reduktion des Rauschens gestattet.

Das erfindungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, daß deutlich höhere Rauschreduktionsfaktoren als bei dem bekannten Verfahren erzielt werden können. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die durch die Medianfilterung bedingten Störungen gegenüber den erwähnten Störungen bei der rekursiven Filterung derart andersartig sind, daß durch die gemeinsame Anwendung beider Filterverfahren keine Akkumulation der Störeffekte auftritt.

Die Schaltungsanordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens nutzt in vorteilhafter Weise eine Verzögerungseinrichtung sowohl zur Medianfilterung als auch zur rekursiven Filterung aus.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform für das erfindungsgemäße Verfahren,

Fig. 2 ein Beispiel für ein bei dem erfindungsgemäßen Verfahren in vorteilhafter Weise anwendbares Fenster für die Medianfilterung,

Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Bei dem Blockschaltbild gemäß Fig. 1 werden die Videosignale über einen Ein­ gang 1 einem rekursiven Filter 2 und danach einem Medianfilter 3 zugeführt. Am Ausgang 5 stehen dann rauschverminderte Videosignale zur Verfügung.

Fig. 2 zeigt ein vorteilhaftes Fenster für das Medianfilter, bei welchem die einem zentralen Bildelement D örtlich benachbarten Bildelemente B, C, E, F und die jeweils zeitlich benachbarten Bildelemente A und G einem Medianselektor zugeführt werden, wobei in an sich bekannter Weise der Medianselektor den bezüglich der Reihenfolge mittleren Amplitudenwert der Bildelemente ausgibt.

Dem Eingang 1 der Schaltungsanordnung nach Fig. 3 werden die zu filternden Videosignale zugeführt und in einem Multiplizierer 11 mit einem Faktor (1-k) multipliziert. Der Ausgang des Multiplizierers 11 ist mit einem ersten Eingang eines Addierers 12 verbunden, dessen anderem Eingang ein weiterer Multiplizierer 13 vorgeschaltet ist. k kann Werte zwischen 0 und 1 einnehmen. Bei k = 0 wird nur das bei 1 zugeführte Videosignal zum Ausgang des Addierers 12 übertragen, bei k = 1 nur das über den Multiplizierer 13 zugeführte. Die Multiplizierer 11, 13 und der Addierer 12 bilden somit eine Überblendschaltung, die mit k steuerbar ist.

An den Addierer 12 schließen sich zwei Verzögerungseinrichtungen 14, 15 mit je einer Verzögerungszeit T_f einer Bildperiode an. Die Verzögerungseinrichtungen 14, 15 werden vorzugsweise von je einem digitalen Bildspeicher gebildet. Das Signal am Ausgang D der ersten Verzögerungseinrichtung ist gegenüber dem Signal am Eingang A um eine Bildperiode verzögert - bei der europäischen Fernsehnorm also um 40 ms. Dementsprechend ist das Videosignal am Ausgang G der Verzögerungseinrichtung 15 insgesamt um zwei Bildperioden verzögert.

Die Verzögerungseinrichtungen 14, 15 weisen weitere Ausgänge B, C, E, F auf. Gegenüber dem Videosignal am Eingang A der Verzögerungseinrichtung 14 weisen die Videosignale an diesen Eingängen folgende Verzögerungen auf:
B eine Bildperiode abzüglich einer Zeilenperiode,
C eine Bildperiode abzüglich einer Abtastperiode (Dauer eines Bildelementes),
E eine Bildperiode zuzüglich einer Zeilenperiode und
F eine Bildperiode zuzüglich einer Abtastperiode.

Damit liegen Abtastwerte gleichzeitig an den Eingängen eines Medianselektors 16, welche zu den in Fig. 2 gleichlautend bezeichneten Bildelementen gehören. Von den jeweils an den Eingängen A bis G des Medianselektors 16 anliegenden Abtastwerten wird derjenige zum Ausgang 17 weitergeleitet, der der Reihenfolge nach in der Mitte liegt.

An den Ausgang 17 des Medianselektors 16 ist ferner der Eingang des Multiplizierers 13 und ein Eingang eines Bewegungsdetektors 18 angeschlossen, der über einen weiteren Eingang mit den bei 1 zugeführten Videosignalen versorgt wird. Der Bewegungsdetektor 18 erzeugt die Signale k und (1-k) in Abhängigkeit vom Vorliegen von Bewegung. Bei ruhenden Vorlagen nähert sich k dem Wert 1, während bei bewegten Vorlagen k gegen 0 geht.

Die Verzögerungseinrichtungen 14, 15 stellen zusammen mit der Überblendschaltung 11, 12, 13 und dem Bewegungsdetektor 18 ein bewegungsadaptives rekursives Filter dar. Dabei werden die Verzögerungseinrichtungen 14, 15 zusätzlich für das Medianfilter benutzt.

Das Medianfilter liegt damit im Rückführungspfad des rekursiven Filters. Dadurch wird das Medianfilter je nach Rückführungsfaktor k quasi mehrfach durchlaufen, wodurch es noch effektiver arbeitet. Ein weiterer Vorteil der Schaltungsanordnung nach Fig. 3 liegt in der besseren Erkennbarkeit von Bewegung, da dem Bewegungsdetektor 18 über den mit der Verzögerungseinrichtung 14 verbundenen Eingang bereits rauschreduzierte Signale zugeführt werden.

Zusätzlich sind bei der Schaltungsanordnung nach Fig. 3 noch weitere Ausgänge 19, 20 vorgesehen, an welchen das lediglich rekursiv gefilterte Signal mit der Laufzeit T_f bzw. 0 ansteht.

Claims (2)

1. Verfahren zur Reduktion von Rauschen in Videosignalen, wobei nacheinander sowohl eine Rekursivfilterung als auch eine Medianfilterung der Videosignale durchgeführt wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß sowohl das Eingangs-Videosignal als auch das bereits mediangefilterte Videosignal bewegungsabhängig bewertet werden,
daß diese so gewonnenen Signale danach miteinander addiert werden,
und daß schließlich das so gebildete Summensignal mediangefiltert wird.

2. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein Eingang (1) für die zugeführten Videosignale mit einem ersten Eingang einer Überblendschaltung (11 bis 13) und einem ersten Eingang eines Bewegungsdetektors (18) verbunden ist,
daß der Ausgang der Überblendschaltung an eine Verzögerungseinrichtung (14, 15) angeschlossen ist,
daß der Eingang (A) und die Ausgänge (B bis G) der Verzögerungseinrichtung (14, 15) mit Eingängen eines Medianselektors (16) verbunden sind, dessen Ausgang den Ausgang (17) der Schaltungsanordnung bildet,
und daß dieser Ausgang (17) ferner mit einem zweiten Eingang der Überblendschaltung (11 bis 13) und einem zweiten Eingang des Bewegungsdetektors (18) verbunden ist.