JP2934036B2 - 動き検出方法およびノイズ低減装置 - Google Patents
動き検出方法およびノイズ低減装置Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ノイズやフリッカの重
畳した映像信号から動きを検出する方法および映像信号
のフレーム相関を利用してノイズ成分を低減し、映像信
号のＳ／Ｎを改善するノイズ低減装置に関する。
畳した映像信号から動きを検出する方法および映像信号
のフレーム相関を利用してノイズ成分を低減し、映像信
号のＳ／Ｎを改善するノイズ低減装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に映像信号は、フレーム周期で画像
情報が繰り返す信号であり、フレーム間の自己相関性が
非常に強い。一方、映像信号に含まれるノイズ成分は、
一般にその自己相関性がほとんどないことから、映像信
号を時間的にフレーム周期ごとに平均すると信号成分の
エネルギーはほとんど変化しないのでノイズ成分のエネ
ルギーのみが低くなり、したがってノイズを低減するこ
とができる。ここで、上記平均をとるためには複数のフ
レームメモリが必要となるが、フレームメモリはいまだ
高価であるため、フレームメモリを複数枚必要とする非
巡回型構成とするよりも巡回型構成とするのが一般的で
ある。
情報が繰り返す信号であり、フレーム間の自己相関性が
非常に強い。一方、映像信号に含まれるノイズ成分は、
一般にその自己相関性がほとんどないことから、映像信
号を時間的にフレーム周期ごとに平均すると信号成分の
エネルギーはほとんど変化しないのでノイズ成分のエネ
ルギーのみが低くなり、したがってノイズを低減するこ
とができる。ここで、上記平均をとるためには複数のフ
レームメモリが必要となるが、フレームメモリはいまだ
高価であるため、フレームメモリを複数枚必要とする非
巡回型構成とするよりも巡回型構成とするのが一般的で
ある。
【０００３】このように、映像信号のフレーム相関を利
用してノイズ低減を行なうフレーム巡回型構成のノイズ
低減装置については、いままで多くの方式が提案されて
いるが、その基本的な考え方を記述しているものとして
は、テレビジョン学会誌Vol.33、No.4(1979)がある。
用してノイズ低減を行なうフレーム巡回型構成のノイズ
低減装置については、いままで多くの方式が提案されて
いるが、その基本的な考え方を記述しているものとして
は、テレビジョン学会誌Vol.33、No.4(1979)がある。
【０００４】図７および図８を用いて、このような従来
のノイズ低減装置について説明する。図７において、入
力端子には、輝度信号や色差信号あるいは３原色信号
Ｒ，Ｇ，Ｂなどのコンポーネント信号である入力映像信
号１が供給される。入力端子から入力される入力映像信
号１は、可変減衰器２によって（１−Ｋ）倍に減衰され
て入力減衰映像信号３となり、加算器４に加えられる。
一方、ノイズ低減されたのちフレームメモリ６によって
１フレーム周期遅延された前フレーム映像信号７は、可
変減衰器８によってＫ倍に減衰されて前フレーム減衰映
像信号９となり、加算器４において入力減衰映像信号３
と加算され、出力映像信号５として出力端子から出力さ
れるとともに、フレームメモリ６に蓄積される。
のノイズ低減装置について説明する。図７において、入
力端子には、輝度信号や色差信号あるいは３原色信号
Ｒ，Ｇ，Ｂなどのコンポーネント信号である入力映像信
号１が供給される。入力端子から入力される入力映像信
号１は、可変減衰器２によって（１−Ｋ）倍に減衰され
て入力減衰映像信号３となり、加算器４に加えられる。
一方、ノイズ低減されたのちフレームメモリ６によって
１フレーム周期遅延された前フレーム映像信号７は、可
変減衰器８によってＫ倍に減衰されて前フレーム減衰映
像信号９となり、加算器４において入力減衰映像信号３
と加算され、出力映像信号５として出力端子から出力さ
れるとともに、フレームメモリ６に蓄積される。
【０００５】ここで、入力映像信号１が完全な静止画像
の場合には、その信号成分の周波数スペクトルは３０Ｈ
ｚ周期の線スペクトルとなり、図７の回路によるエネル
ギー損失はなく、そのＳ／Ｎ改善度は、 Ｓ／Ｎ改善度＝１０Ｌｏｇ（１＋Ｋ）／（１−Ｋ） （ｄＢ） （式１） となる。図９は係数Ｋに対するＳ／Ｎ改善度の変化を表
しており、Ｋが大きいほどＳ／Ｎ改善度が大きくなるこ
とがわかる。
の場合には、その信号成分の周波数スペクトルは３０Ｈ
ｚ周期の線スペクトルとなり、図７の回路によるエネル
ギー損失はなく、そのＳ／Ｎ改善度は、 Ｓ／Ｎ改善度＝１０Ｌｏｇ（１＋Ｋ）／（１−Ｋ） （ｄＢ） （式１） となる。図９は係数Ｋに対するＳ／Ｎ改善度の変化を表
しており、Ｋが大きいほどＳ／Ｎ改善度が大きくなるこ
とがわかる。
【０００６】ところが、一般的に映像信号には動きがあ
り、動きのある画像を図７の回路に通すと残像が発生
し、その時定数Ｔは、 Ｔ＝−１／（１ｎ Ｋ）×１／３０ （ｓｅｃ） （式２） となる。図１０は係数Ｋに対する残像時定数特定を示し
ており、Ｋが大きいほど残像時定数すなわち残像は大き
くなる。
り、動きのある画像を図７の回路に通すと残像が発生
し、その時定数Ｔは、 Ｔ＝−１／（１ｎ Ｋ）×１／３０ （ｓｅｃ） （式２） となる。図１０は係数Ｋに対する残像時定数特定を示し
ており、Ｋが大きいほど残像時定数すなわち残像は大き
くなる。
【０００７】すなわち、Ｓ／Ｎ改善度と残像は裏腹の関
係にあり、このため、一般的には入力映像信号の動きに
応じて係数Ｋを０＜Ｋ＜１の間で変化させる。すなわ
ち、動きの大きいときにはＫを小さくして残像を小さく
抑え、動きの小さいときにはＫを大きくしてＳ／Ｎ改善
度を大きくする。この係数Ｋの制御を行なうのが係数制
御回路１０である。
係にあり、このため、一般的には入力映像信号の動きに
応じて係数Ｋを０＜Ｋ＜１の間で変化させる。すなわ
ち、動きの大きいときにはＫを小さくして残像を小さく
抑え、動きの小さいときにはＫを大きくしてＳ／Ｎ改善
度を大きくする。この係数Ｋの制御を行なうのが係数制
御回路１０である。
【０００８】入力端子からの入力映像信号１およびノイ
ズ低減されたのち１フレーム周期遅延して得られる前フ
レーム映像信号７は、減算器１１において減算され、そ
のフレーム間差分信号△は係数制御回路１０に入力され
る。フレーム間差分信号△は、一般的に小さくなるほど
雑音成分である確率が高くなり、大きくなるほど動き成
分である確率が高くなる。したがって、フレーム間差分
信号△が小さい時にはＫを大きくしてＳ／Ｎ改善度を大
きくし、フレーム間差分信号△が大きい場合にはＫを小
さくして残像の発生をできるだけ抑える。例えば、係数
制御回路１０で入力されるフレーム間差分信号△に応じ
て、例えばＫの値を図８のように制御する。
ズ低減されたのち１フレーム周期遅延して得られる前フ
レーム映像信号７は、減算器１１において減算され、そ
のフレーム間差分信号△は係数制御回路１０に入力され
る。フレーム間差分信号△は、一般的に小さくなるほど
雑音成分である確率が高くなり、大きくなるほど動き成
分である確率が高くなる。したがって、フレーム間差分
信号△が小さい時にはＫを大きくしてＳ／Ｎ改善度を大
きくし、フレーム間差分信号△が大きい場合にはＫを小
さくして残像の発生をできるだけ抑える。例えば、係数
制御回路１０で入力されるフレーム間差分信号△に応じ
て、例えばＫの値を図８のように制御する。
【０００９】図８においては、Ｋはフレーム間差分信号
△の関数となっており、次の（式３）のように表わせ
る。
△の関数となっており、次の（式３）のように表わせ
る。
【００１０】
【数１】
【００１１】したがって、図７は図１１のような回路構
成にすることが可能である。図１１において、２１は入
力映像信号であり、コンポーネント信号である。２２は
入力映像信号２１から非線形回路２８の出力信号２９を
減算する減算器、２３はノイズ低減された出力映像信号
である。２６は入力映像信号２１からフレームメモリ２
４によって１フレーム周期遅延された映像信号である前
フレーム映像信号２５を減算する減算器である。２７は
減算器２６の出力信号すなわちフレーム間差分信号△で
ある。２８はフレーム間差分信号２７に非線形処理を施
す非線形回路であり、２９は非線形回路２８の出力信号
である。
成にすることが可能である。図１１において、２１は入
力映像信号であり、コンポーネント信号である。２２は
入力映像信号２１から非線形回路２８の出力信号２９を
減算する減算器、２３はノイズ低減された出力映像信号
である。２６は入力映像信号２１からフレームメモリ２
４によって１フレーム周期遅延された映像信号である前
フレーム映像信号２５を減算する減算器である。２７は
減算器２６の出力信号すなわちフレーム間差分信号△で
ある。２８はフレーム間差分信号２７に非線形処理を施
す非線形回路であり、２９は非線形回路２８の出力信号
である。
【００１２】非線形回路２８の入出力特性は、次の（式
４）のようになる。
４）のようになる。
【００１３】
【数２】
【００１４】また、図７および図１１の伝達特性Ｈ
（ｚ）は、ともに次式のようになる。 Ｈ（ｚ）＝（１−Ｋ）／（１−Ｋｚ-F） （式５） ｚ-F：１フレーム遅延演算子
（ｚ）は、ともに次式のようになる。 Ｈ（ｚ）＝（１−Ｋ）／（１−Ｋｚ-F） （式５） ｚ-F：１フレーム遅延演算子
【００１５】図１１の回路構成では、図７の構成に比べ
て２つの可変減衰器２，８と係数制御回路１０が不用と
なるかわりに、非線形回路２８が必要となる。ただし、
非線形回路２８はＲＯＭ（リードオンリーメモリー）を
用いて簡単に構成できるので、回路的には図１１の方が
簡略化されている。
て２つの可変減衰器２，８と係数制御回路１０が不用と
なるかわりに、非線形回路２８が必要となる。ただし、
非線形回路２８はＲＯＭ（リードオンリーメモリー）を
用いて簡単に構成できるので、回路的には図１１の方が
簡略化されている。
【００１６】次に図１１に示す回路の動作について説明
する。非線形回路２８の入出力特性は、上記した（式
４）で示され、フレーム間差分信号△２７が予め設定し
た閾値ＴＨより大きい場合には非線形回路２８の出力信
号２９はゼロとなり、したがって入力映像信号がそのま
ま出力映像信号２３となり、ノイズの低減は行なわれな
い。ところが、フレーム間差分信号△２７が予め設定し
た閾値ＴＨより大きい場合には、フレーム間差分信号△
２７はほとんどが動き信号成分から構成されていると考
えられ、動き信号成分に比べてノイズ成分は小さいため
に視覚的にノイズはあまり目立たない。また、フレーム
間差分信号△２７が予め設定した閾値ＴＨ以下の場合に
は、図８の特性に示すようにフレーム間差分信号△２７
が小さい部分でＫを大きくしてＳ／Ｎ改善度を大きく
し、フレーム間差分信号△２７が大きい部分でＫを小さ
くして残像の発生をできるだけ小さく抑えるようにして
いる。
する。非線形回路２８の入出力特性は、上記した（式
４）で示され、フレーム間差分信号△２７が予め設定し
た閾値ＴＨより大きい場合には非線形回路２８の出力信
号２９はゼロとなり、したがって入力映像信号がそのま
ま出力映像信号２３となり、ノイズの低減は行なわれな
い。ところが、フレーム間差分信号△２７が予め設定し
た閾値ＴＨより大きい場合には、フレーム間差分信号△
２７はほとんどが動き信号成分から構成されていると考
えられ、動き信号成分に比べてノイズ成分は小さいため
に視覚的にノイズはあまり目立たない。また、フレーム
間差分信号△２７が予め設定した閾値ＴＨ以下の場合に
は、図８の特性に示すようにフレーム間差分信号△２７
が小さい部分でＫを大きくしてＳ／Ｎ改善度を大きく
し、フレーム間差分信号△２７が大きい部分でＫを小さ
くして残像の発生をできるだけ小さく抑えるようにして
いる。
【００１７】したがって、従来方式においても残像の発
生を極力抑えつつノイズ低減を行なうことが可能であ
る。
生を極力抑えつつノイズ低減を行なうことが可能であ
る。
【００１８】一方、ノイズの重畳した映像信号から動き
を検出する方法としては、テレビジョン学会技術報告Ｔ
ＥＢＳ１１２−１（１９８６．７．２５）がある。その
方法について、図１２、図１３および表１を用いて説明
する。
を検出する方法としては、テレビジョン学会技術報告Ｔ
ＥＢＳ１１２−１（１９８６．７．２５）がある。その
方法について、図１２、図１３および表１を用いて説明
する。
【００１９】図１３はノイズと動き信号の関係を示して
おり、静止領域と動画領域ではノイズを含んだフレーム
間差分信号△の零クロスの頻度が異なると考えられる。
この性質を利用して以下のように動き検出を行なう。動
き検出の対象画素および予め設定された検出範囲の周辺
画素のフレーム間差分信号△について、正の画素数ＣＰ
および負の画素数ＣＮを算出し、次式に従ってξを算出
する。 ξ＝min （ＣＰ，ＣＮ）／max （ＣＰ，ＣＮ） （式６） ただし、min （Ａ，Ｂ）：ＡまたはＢのうち小さい方の
値 max （Ａ，Ｂ）：ＡまたはＢのうち大きい方の値 ξと予め設定した閾値ξth（０＜ξth＜１）とを比較し
て、 ０≦ξ≦ξthのとき「動き」 ξth＜ξ≦１のとき「静止」 と判定する。
おり、静止領域と動画領域ではノイズを含んだフレーム
間差分信号△の零クロスの頻度が異なると考えられる。
この性質を利用して以下のように動き検出を行なう。動
き検出の対象画素および予め設定された検出範囲の周辺
画素のフレーム間差分信号△について、正の画素数ＣＰ
および負の画素数ＣＮを算出し、次式に従ってξを算出
する。 ξ＝min （ＣＰ，ＣＮ）／max （ＣＰ，ＣＮ） （式６） ただし、min （Ａ，Ｂ）：ＡまたはＢのうち小さい方の
値 max （Ａ，Ｂ）：ＡまたはＢのうち大きい方の値 ξと予め設定した閾値ξth（０＜ξth＜１）とを比較し
て、 ０≦ξ≦ξthのとき「動き」 ξth＜ξ≦１のとき「静止」 と判定する。
【００２０】判定を行なうための周辺画素範囲を図１２
のように対象画素を中心に５×５とし、ξth＝０．３５
とした場合について、ξの値と動き検出の判定をまとめ
たものが下記の（表１）である。図１２の例の場合ＣＰ
＝１６，ＣＮ＝９であるので、ξ＝０．５６となり判定
は静止となる。
のように対象画素を中心に５×５とし、ξth＝０．３５
とした場合について、ξの値と動き検出の判定をまとめ
たものが下記の（表１）である。図１２の例の場合ＣＰ
＝１６，ＣＮ＝９であるので、ξ＝０．５６となり判定
は静止となる。
【００２１】
【表１】
【００２２】このように従来の動き検出方法でも、動き
検出の対象画素および予め設置された検出範囲の周辺画
素のフレーム間差分信号にもとづいて動きの判定を行な
うことができる。
検出の対象画素および予め設置された検出範囲の周辺画
素のフレーム間差分信号にもとづいて動きの判定を行な
うことができる。
【００２３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のノイズ低減装置では、フレーム間差分信号△は小さ
くなるほど雑音成分である確率が高く、大きくなるほど
動き成分である確率が高いという統計的性質のみを利用
してノイズ低減を行なっており、厳密な意味での動き検
出は行なっていない。したがって、フレーム間差分信号
△の小さい動きはノイズとまったく同様に除去されてし
まうためにこれが残像となり、動画部で残像が発生する
という問題点があった。
来のノイズ低減装置では、フレーム間差分信号△は小さ
くなるほど雑音成分である確率が高く、大きくなるほど
動き成分である確率が高いという統計的性質のみを利用
してノイズ低減を行なっており、厳密な意味での動き検
出は行なっていない。したがって、フレーム間差分信号
△の小さい動きはノイズとまったく同様に除去されてし
まうためにこれが残像となり、動画部で残像が発生する
という問題点があった。
【００２４】また、上記従来の動き検出方法では、ノイ
ズやフリッカの影響によって動きの検出漏れや検出誤り
が多く発生してしまうという問題点があった。
ズやフリッカの影響によって動きの検出漏れや検出誤り
が多く発生してしまうという問題点があった。
【００２５】本発明は、上記問題点に鑑み、ノイズやフ
リッカの影響をあまり受けずに真の動きのみを精度よく
検出できる動き検出方法を提供することを目的とする。
リッカの影響をあまり受けずに真の動きのみを精度よく
検出できる動き検出方法を提供することを目的とする。
【００２６】本発明はまた、入力映像信号から精度よく
動きを検出して、動き検出の結果に応じてノイズ低減処
理を適応的に制御することにより、残像の発生をできる
だけ抑制したノイズ低減装置を提供することを目的とす
る。
動きを検出して、動き検出の結果に応じてノイズ低減処
理を適応的に制御することにより、残像の発生をできる
だけ抑制したノイズ低減装置を提供することを目的とす
る。
【００２７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の動き検出方法は、入力映像信号と１フレー
ム遅延された映像信号との差信号と予め設定された閾値
との比較によって動きを判定する第１の動き検出ステッ
プと、第１の動き検出ステップの検出結果の基づいて動
き判定の対象となる画素を中心とした周辺Ｎ×Ｎ画素の
前記差信号を利用して動きを検出する第２の動き検出ス
テップと、前記動き検出ステップの動き検出結果につい
て、周辺画素の動き判定結果に基づいて当該動き検出結
果の誤りを補正する誤判定補正ステップと、前記補正さ
れた動き検出結果から動きの過渡期を検出する過渡期検
出ステップとを有するものである。
に、本発明の動き検出方法は、入力映像信号と１フレー
ム遅延された映像信号との差信号と予め設定された閾値
との比較によって動きを判定する第１の動き検出ステッ
プと、第１の動き検出ステップの検出結果の基づいて動
き判定の対象となる画素を中心とした周辺Ｎ×Ｎ画素の
前記差信号を利用して動きを検出する第２の動き検出ス
テップと、前記動き検出ステップの動き検出結果につい
て、周辺画素の動き判定結果に基づいて当該動き検出結
果の誤りを補正する誤判定補正ステップと、前記補正さ
れた動き検出結果から動きの過渡期を検出する過渡期検
出ステップとを有するものである。
【００２８】また、本発明のもう一つの動き検出方法
は、上記第２の動き検出ステップを実現する１つの方法
であり、入力映像信号IY(i,j) と１フレーム遅延された
映像信号PY(i,j)との差信号△(i,j) を得るとともに、
動き判定の対象となる画素を中心とした周辺Ｎ×Ｎ画素
の前記差信号△(i+m,j+n) （−Ｎ／２≦m,n ≦Ｎ／２）
を利用して動きの検出を行なうもので、相異なる閾値１
と閾値２とを定め、前記差信号△(i+m,j+n) （−Ｎ／２
≦m,n ≦Ｎ／２）のうち閾値１≦△(i+m,j+n) ≦閾値２
を満たす画素数と、△(i+m,j+n) ＜閾値１を満たす画素
数と、閾値２＜△(i+m,j+n) を満たす画素数とを求め、
閾値１≦△(i+m,j+n) ≦閾値２を満たす画素数に基づい
て静動モードを判定し、さらにその上△(i+m,j+n) ＜
閾値１を満たす画素数と閾値２＜△(i+m,j+n) を満たす
画素数とを用いて静動モードを判定して動き検出を行な
うようにしたものである。
は、上記第２の動き検出ステップを実現する１つの方法
であり、入力映像信号IY(i,j) と１フレーム遅延された
映像信号PY(i,j)との差信号△(i,j) を得るとともに、
動き判定の対象となる画素を中心とした周辺Ｎ×Ｎ画素
の前記差信号△(i+m,j+n) （−Ｎ／２≦m,n ≦Ｎ／２）
を利用して動きの検出を行なうもので、相異なる閾値１
と閾値２とを定め、前記差信号△(i+m,j+n) （−Ｎ／２
≦m,n ≦Ｎ／２）のうち閾値１≦△(i+m,j+n) ≦閾値２
を満たす画素数と、△(i+m,j+n) ＜閾値１を満たす画素
数と、閾値２＜△(i+m,j+n) を満たす画素数とを求め、
閾値１≦△(i+m,j+n) ≦閾値２を満たす画素数に基づい
て静動モードを判定し、さらにその上△(i+m,j+n) ＜
閾値１を満たす画素数と閾値２＜△(i+m,j+n) を満たす
画素数とを用いて静動モードを判定して動き検出を行な
うようにしたものである。
【００２９】 さらにまた、本発明のノイズ低減装置
は、入力映像信号および１フレーム周期遅延された前フ
レーム映像信号から動きを検出する動き検出回路を設
け、この動き検出回路で入力映像信号の各画素を動画部
または静止部または動静過渡部のいずれかに判定し、動
画部、静止部、動静過渡部でそれぞれ異なったノイズ低
減処理を行なうようにしたものである。
は、入力映像信号および１フレーム周期遅延された前フ
レーム映像信号から動きを検出する動き検出回路を設
け、この動き検出回路で入力映像信号の各画素を動画部
または静止部または動静過渡部のいずれかに判定し、動
画部、静止部、動静過渡部でそれぞれ異なったノイズ低
減処理を行なうようにしたものである。
【００３０】
【作用】したがって、本発明の動き検出方法によれば、
ノイズやフリッカの重畳した入力映像信号から真の動き
信号のみを精度よく検出することができる。
ノイズやフリッカの重畳した入力映像信号から真の動き
信号のみを精度よく検出することができる。
【００３１】また、本発明のノイズ低減装置によれば、
比較的振幅の小さい動き信号においても残像を小さく抑
えることができる。上記の動き検出方法は、本発明のノ
イズ低減装置に好適である。
比較的振幅の小さい動き信号においても残像を小さく抑
えることができる。上記の動き検出方法は、本発明のノ
イズ低減装置に好適である。
【００３２】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の一実施例を説
明する。図１は本発明に係わるノイズ低減装置の一実施
例を示すブロック図である。図１において、１０１は入
力映像信号であり、コンポーネント信号である。１０２
は入力映像信号１０１から信号処理回路である非線形回
路１０９の出力信号１１１を減算してノイズ低減された
出力映像信号１０３を得るための減算器（減算回路）で
ある。１０４はノイズ低減された出力映像信号１０３を
１フレーム周期遅延させるためのフレームメモリ（遅延
回路）である。１０５はフレームメモリ１０４によって
１フレーム周期遅延された映像信号である前フレーム映
像信号である。１０６は入力映像信号１０１および前フ
レーム映像信号１０５を用いて、対象画素のモードを決
定する動き検出回路であり、各画素ごとに決定したモー
ドに応じて非線形回路１０９の特性を適応制御する。動
き検出回路１０６でのモードとしては、動画部を動画モ
ード、静止部を静止モード、動静過渡部を動静過渡期モ
ードとする。１０７は入力映像信号１０１から前フレー
ム映像信号１０５を減算してフレーム間差分信号△１０
８を得るための減算器（差信号検出回路）である。１０
９は減算器１０７で得られたフレーム間差分信号△１０
８に非線形処理を施す非線形回路（信号処理回路）であ
る。１１０は上記適応制御を行なうために動き検出回路
１０６から出力される制御信号であり、１１１は非線形
回路１０９の出力信号である。
明する。図１は本発明に係わるノイズ低減装置の一実施
例を示すブロック図である。図１において、１０１は入
力映像信号であり、コンポーネント信号である。１０２
は入力映像信号１０１から信号処理回路である非線形回
路１０９の出力信号１１１を減算してノイズ低減された
出力映像信号１０３を得るための減算器（減算回路）で
ある。１０４はノイズ低減された出力映像信号１０３を
１フレーム周期遅延させるためのフレームメモリ（遅延
回路）である。１０５はフレームメモリ１０４によって
１フレーム周期遅延された映像信号である前フレーム映
像信号である。１０６は入力映像信号１０１および前フ
レーム映像信号１０５を用いて、対象画素のモードを決
定する動き検出回路であり、各画素ごとに決定したモー
ドに応じて非線形回路１０９の特性を適応制御する。動
き検出回路１０６でのモードとしては、動画部を動画モ
ード、静止部を静止モード、動静過渡部を動静過渡期モ
ードとする。１０７は入力映像信号１０１から前フレー
ム映像信号１０５を減算してフレーム間差分信号△１０
８を得るための減算器（差信号検出回路）である。１０
９は減算器１０７で得られたフレーム間差分信号△１０
８に非線形処理を施す非線形回路（信号処理回路）であ
る。１１０は上記適応制御を行なうために動き検出回路
１０６から出力される制御信号であり、１１１は非線形
回路１０９の出力信号である。
【００３３】次に上記実施例の動作について説明する。
このノイズ低減装置では、従来からフレーム巡回型構成
のノイズ低減装置で問題となっていた残像をできるだけ
抑えるために、動き検出回路１０６により入力映像信号
１０１とノイズ低減された前フレーム映像信号１０５と
の差分信号△１０８から動画像信号の動きを検出して、
動き検出の結果に応じて非線形回路１０９の特性を適応
制御することによって動画部での残像を抑えるようにし
たものである。
このノイズ低減装置では、従来からフレーム巡回型構成
のノイズ低減装置で問題となっていた残像をできるだけ
抑えるために、動き検出回路１０６により入力映像信号
１０１とノイズ低減された前フレーム映像信号１０５と
の差分信号△１０８から動画像信号の動きを検出して、
動き検出の結果に応じて非線形回路１０９の特性を適応
制御することによって動画部での残像を抑えるようにし
たものである。
【００３４】すなわち、動き検出回路１０６は、入力映
像信号１０１と前フレーム映像信号１０５とから入力映
像信号１０１の動きを画素単位に検出して各画素のモー
ドを決定する。モードとしては、動画モード、静止モー
ド、動静過渡期モードがある。決定された各モードに応
じて異なった信号処理を施すために、動き検出回路１０
６では非線形回路１０９を制御信号１１０によって適応
制御する。
像信号１０１と前フレーム映像信号１０５とから入力映
像信号１０１の動きを画素単位に検出して各画素のモー
ドを決定する。モードとしては、動画モード、静止モー
ド、動静過渡期モードがある。決定された各モードに応
じて異なった信号処理を施すために、動き検出回路１０
６では非線形回路１０９を制御信号１１０によって適応
制御する。
【００３５】非線形回路１０９の入出力特性としては、
一例として前記した（式４）と同じ（式７）を用いるこ
とができ、これを図示すると、図２のようになる。
一例として前記した（式４）と同じ（式７）を用いるこ
とができ、これを図示すると、図２のようになる。
【００３６】
【数３】
【００３７】△は非線形回路１０９の入力であり、入力
映像信号１０１とノイズ低減された前フレーム映像信号
１０５とのフレーム間差分信号である。また、ψ（△）
は△に対する非線形回路１０９の出力である。ＴＨは予
め設定される閾値である。また、Ｋ0 （０＜Ｋ0 ≦１）
は動き検出の結果に応じて適応制御されるパラメーター
である。具体的には、動き検出回路１０６において決定
された各モードに応じて、 静止モードのとき Ｋ0 ＝γ 動画モードのとき Ｋ0 ＝α 動静過渡期モードのとき Ｋ0 ＝β のように制御する。ここで、０＜α＜β＜γ＜１であ
る。ＴＨ，Ｋ0 はともに、大きくするほどＳ／Ｎ改善度
は大きくなるが、逆に動画部での残像発生が大きくなる
ような値である。
映像信号１０１とノイズ低減された前フレーム映像信号
１０５とのフレーム間差分信号である。また、ψ（△）
は△に対する非線形回路１０９の出力である。ＴＨは予
め設定される閾値である。また、Ｋ0 （０＜Ｋ0 ≦１）
は動き検出の結果に応じて適応制御されるパラメーター
である。具体的には、動き検出回路１０６において決定
された各モードに応じて、 静止モードのとき Ｋ0 ＝γ 動画モードのとき Ｋ0 ＝α 動静過渡期モードのとき Ｋ0 ＝β のように制御する。ここで、０＜α＜β＜γ＜１であ
る。ＴＨ，Ｋ0 はともに、大きくするほどＳ／Ｎ改善度
は大きくなるが、逆に動画部での残像発生が大きくなる
ような値である。
【００３８】本実施例におけるノイズ低減装置では、入
力映像信号１０１から動きを検出し、静止モードでは非
線形回路１０９のＫ0 を大きく制御することによって充
分なＳ／Ｎ改善を行ない、動画モードでは残像をできる
だけ小さくするためにＫ0 を小さく制御する。しかしな
がら、静止モードと動画モードのＳ／Ｎ改善度が大きく
異なると、その境界部に偽輪郭が生じ、これが動くとち
らついて非常に目障りとなる。そこで、動きから静止へ
の過渡期（動静過渡期）を検出し、動静過渡期モードに
ついては動画モードと静止モードの中間のＳ／Ｎ改善を
行なう。すなわち非線形回路１０９のＫ0 を静止モード
と動画モードの中間の値に制御する。このようにするこ
とによって、静止部と動画部の境界部がなめらかにな
り、動きが自然になる。
力映像信号１０１から動きを検出し、静止モードでは非
線形回路１０９のＫ0 を大きく制御することによって充
分なＳ／Ｎ改善を行ない、動画モードでは残像をできる
だけ小さくするためにＫ0 を小さく制御する。しかしな
がら、静止モードと動画モードのＳ／Ｎ改善度が大きく
異なると、その境界部に偽輪郭が生じ、これが動くとち
らついて非常に目障りとなる。そこで、動きから静止へ
の過渡期（動静過渡期）を検出し、動静過渡期モードに
ついては動画モードと静止モードの中間のＳ／Ｎ改善を
行なう。すなわち非線形回路１０９のＫ0 を静止モード
と動画モードの中間の値に制御する。このようにするこ
とによって、静止部と動画部の境界部がなめらかにな
り、動きが自然になる。
【００３９】このように、上記実施例のノイズ低減装置
によれば、動画部では非線形回路１０９の係数Ｋ0 を小
さくするために、従来方式よりも残像を小さく抑えるこ
とができる。
によれば、動画部では非線形回路１０９の係数Ｋ0 を小
さくするために、従来方式よりも残像を小さく抑えるこ
とができる。
【００４０】次に動き検出回路１０６における動き検出
方法について、図３、図４および図５を用いて説明す
る。動き検出回路１０６は、例えば以下の４ステップ
（第１の動き検出、第２の動き検出、誤判定補正、動静
過渡期検出）から構成され、入力映像信号１０１の各画
素は、動き検出回路１０６によって、静止モード、動画
モード、動静過渡期モードのいずれかに判定される。
方法について、図３、図４および図５を用いて説明す
る。動き検出回路１０６は、例えば以下の４ステップ
（第１の動き検出、第２の動き検出、誤判定補正、動静
過渡期検出）から構成され、入力映像信号１０１の各画
素は、動き検出回路１０６によって、静止モード、動画
モード、動静過渡期モードのいずれかに判定される。
【００４１】（１）第１の動き検出 まず、現入力画素値IY(i,j) とノイズ低減された１フレ
ーム前の対応する画素値PY(i,j) との差分値△(i,j) を
算出し（フレーム間差分) 、これと（式７) におけるＴ
Ｈとを比較し、 １）△(i,j) ＞ＴＨの場合、「動画モード」と判定す
る。 ２）△(i,j) ≦ＴＨの場合、次の第２の動き検出を行な
う。
ーム前の対応する画素値PY(i,j) との差分値△(i,j) を
算出し（フレーム間差分) 、これと（式７) におけるＴ
Ｈとを比較し、 １）△(i,j) ＞ＴＨの場合、「動画モード」と判定す
る。 ２）△(i,j) ≦ＴＨの場合、次の第２の動き検出を行な
う。
【００４２】この第１の動き検出は、単なる閾値比較に
よる動き検出であるが、△（ｉ，ｊ）＞ＴＨの場合に
は、かなり正確な精度で動きとして判定して間違いな
い。たとえば、重畳しているノイズがガウシアンノイズ
であると仮定した場合には、入力画像のＳ／Ｎが２６ｄ
Ｂとかなり悪い場合でも、ノイズレベルがＴＨ＝４０を
越える確率は０．３％以下である。
よる動き検出であるが、△（ｉ，ｊ）＞ＴＨの場合に
は、かなり正確な精度で動きとして判定して間違いな
い。たとえば、重畳しているノイズがガウシアンノイズ
であると仮定した場合には、入力画像のＳ／Ｎが２６ｄ
Ｂとかなり悪い場合でも、ノイズレベルがＴＨ＝４０を
越える確率は０．３％以下である。
【００４３】（２）第２の動き検出 第１の動き検出において、△(i,j) ≦ＴＨの場合には、
動き判定の対象となる画素を中心とした周辺Ｎ×Ｎ画素
の前記差信号△(i+m,j+n）（−Ｎ／２≦m,n ≦Ｎ／２）
を利用して動きの検出を行なう。このような第２の動き
検出については後に詳述する。
動き判定の対象となる画素を中心とした周辺Ｎ×Ｎ画素
の前記差信号△(i+m,j+n）（−Ｎ／２≦m,n ≦Ｎ／２）
を利用して動きの検出を行なう。このような第２の動き
検出については後に詳述する。
【００４４】（３）誤判定補正 第２の動き検出での判定結果をチェックし、判定が誤っ
ていると思われるものを補正（誤判定補正）する。補正
は以下のようにして行なう。
ていると思われるものを補正（誤判定補正）する。補正
は以下のようにして行なう。
【００４５】（３−１）検出漏れ補正 第２の動き検出において静止と判定された画素につい
て、図３に示すように周辺８画素の動き判定結果をチェ
ックし、周辺８画素中４画素以上動きと判定された画素
がある場合には、その画素を強制的に動きとする。
て、図３に示すように周辺８画素の動き判定結果をチェ
ックし、周辺８画素中４画素以上動きと判定された画素
がある場合には、その画素を強制的に動きとする。
【００４６】（３−２）検出誤り補正 第２の動き検出において動きと判定された画素につい
て、図３に示すように周辺８画素の動き判定結果をチェ
ックし、周辺８画素中動きと判定された画素が２画素以
下の場合には、その画素を強制的に静止とする。
て、図３に示すように周辺８画素の動き判定結果をチェ
ックし、周辺８画素中動きと判定された画素が２画素以
下の場合には、その画素を強制的に静止とする。
【００４７】誤判定補正後の判定結果が、 １）動きの場合 「動画モード」と判定する。 ２）静止の場合 次の動静過渡期検出処理を行なう。
【００４８】（４）動静過渡期検出 誤判定補正の結果、静止と判定された画素については、
動静過渡期検出ステップで動静過渡期の検出を行なう。
動静過渡期検出について図４を参照して説明すると、Ｎ
フレームから１フレーム遅延された前フレームＮ−１の
対応する画素の動き検出結果が、 １）動きの場合、「動静過渡期モード」と判定する。 ２）静止の場合、「静止モード」と判定する。
動静過渡期検出ステップで動静過渡期の検出を行なう。
動静過渡期検出について図４を参照して説明すると、Ｎ
フレームから１フレーム遅延された前フレームＮ−１の
対応する画素の動き検出結果が、 １）動きの場合、「動静過渡期モード」と判定する。 ２）静止の場合、「静止モード」と判定する。
【００４９】以上の動き検出方法をフローチャートにし
たのが図５である。すなわち、ステップ１２１で第１の
動き検出が行なわれ、動きの場合は「動画モード」と判
定し、静止の場合はステップ１２２で第２の動き検出を
行なう。次いでステップ１２３で誤判定補正を行ない、
動きの場合は「動画モード」と判定し、静止の場合は次
のステップ１２４で動静過渡期検出を行ない、動きの場
合は「動静過渡期モード」と判定し、静止の場合は「静
止モード」と判定する。
たのが図５である。すなわち、ステップ１２１で第１の
動き検出が行なわれ、動きの場合は「動画モード」と判
定し、静止の場合はステップ１２２で第２の動き検出を
行なう。次いでステップ１２３で誤判定補正を行ない、
動きの場合は「動画モード」と判定し、静止の場合は次
のステップ１２４で動静過渡期検出を行ない、動きの場
合は「動静過渡期モード」と判定し、静止の場合は「静
止モード」と判定する。
【００５０】次に、上記第２の動き検出ステップの詳細
について図６を参照して説明する。動き判定の対象画素
を中心に、例えば周辺５×５画素のフレーム間差分信号
△(i+m,j+n（−２≦m,n ≦２）について、 閾値２＜△(i+m,j+n) の画素数を、p num 閾値１≦△(i+m,j+n) ≦閾値２の画素数を、z num △(i+m,j+n) ＜閾値１の画素数を、n num とし、以下のように判定を行なう。 １）z num ≧ｚｅｒｏ ｔｈ のとき「静止」 ２）１）以外のとき、次式に従ってηを算出し、 η＝min （p num ，n num ）／max （p num ，n num ） （式８） ただし、min （Ａ，Ｂ）：ＡまたはＢのうち小さい方の値 max （Ａ，Ｂ）：ＡまたはＢのうち大きい方の値 算出したηと予め設定した閾値ηth（０＜ηth＜１）と
を比較して、 ０≦η≦ηth のとき「動き」 ηth＜η≦１ のとき「静止」 と判定する。この判定方法は、フレーム間差分信号の正
または負への偏りを検出し、その偏りから動きを検出す
るものであり、その閾値としてηthを設けている。
について図６を参照して説明する。動き判定の対象画素
を中心に、例えば周辺５×５画素のフレーム間差分信号
△(i+m,j+n（−２≦m,n ≦２）について、 閾値２＜△(i+m,j+n) の画素数を、p num 閾値１≦△(i+m,j+n) ≦閾値２の画素数を、z num △(i+m,j+n) ＜閾値１の画素数を、n num とし、以下のように判定を行なう。 １）z num ≧ｚｅｒｏ ｔｈ のとき「静止」 ２）１）以外のとき、次式に従ってηを算出し、 η＝min （p num ，n num ）／max （p num ，n num ） （式８） ただし、min （Ａ，Ｂ）：ＡまたはＢのうち小さい方の値 max （Ａ，Ｂ）：ＡまたはＢのうち大きい方の値 算出したηと予め設定した閾値ηth（０＜ηth＜１）と
を比較して、 ０≦η≦ηth のとき「動き」 ηth＜η≦１ のとき「静止」 と判定する。この判定方法は、フレーム間差分信号の正
または負への偏りを検出し、その偏りから動きを検出す
るものであり、その閾値としてηthを設けている。
【００５１】ここで、閾値１、閾値２は入力信号に重畳
したノイズやフリッカの影響によって動きの検出誤りが
発生するのを防止するために設けた閾値である。また、
ｚｅｒｏ ｔｈはノイズの分布特性等から予め設けた閾
値である。
したノイズやフリッカの影響によって動きの検出誤りが
発生するのを防止するために設けた閾値である。また、
ｚｅｒｏ ｔｈはノイズの分布特性等から予め設けた閾
値である。
【００５２】このように、本実施例による動き検出方法
では、従来方式よりもノイズやフリッカの影響をあまり
受けずに真の動きのみを精度よく検出できる利点があ
る。
では、従来方式よりもノイズやフリッカの影響をあまり
受けずに真の動きのみを精度よく検出できる利点があ
る。
【００５３】
【発明の効果】以上のように、本発明の動き検出方法に
よれば、入力映像信号にノイズやフリッカが重畳してい
ても、真の動きのみを精度よく検出することができると
いう効果を有する。
よれば、入力映像信号にノイズやフリッカが重畳してい
ても、真の動きのみを精度よく検出することができると
いう効果を有する。
【００５４】また、本発明のノイズ低減装置によれば、
入力映像信号から真の動きを精度よく検出し、動き検出
の結果に応じてノイズ低減処理を適応的に制御すること
により、比較的振幅の小さい動き信号においても残像を
小さく抑えることができるという効果を有する。
入力映像信号から真の動きを精度よく検出し、動き検出
の結果に応じてノイズ低減処理を適応的に制御すること
により、比較的振幅の小さい動き信号においても残像を
小さく抑えることができるという効果を有する。
【図１】本発明のノイズ低減装置の一実施例を示す概略
ブロック図
ブロック図
【図２】本発明のノイズ低減装置の一実施例における非
線形回路の特性図
線形回路の特性図
【図３】本発明の請求項１の動き検出方法における誤判
定補正方法を説明する説明図
定補正方法を説明する説明図
【図４】本発明の請求項１の動き検出方法における動静
過渡期検出方法を説明するための説明図
過渡期検出方法を説明するための説明図
【図５】本発明の請求項１の動き検出方法の概略フロー
チャート
チャート
【図６】本発明の請求項２の動き検出方法を説明するた
めの説明図
めの説明図
【図７】従来のノイズ低減装置の一構成例を示す概略ブ
ロック図
ロック図
【図８】従来のノイズ低減装置における係数制御回路の
係数特性図
係数特性図
【図９】従来のノイズ低減装置におけるＳ／Ｎ改善度の
特性図
特性図
【図１０】従来のノイズ低減装置における残像時定数の
特性図
特性図
【図１１】従来のノイズ低減装置の別の構成例を示す概
略ブロック図
略ブロック図
【図１２】従来の動き検出方法を説明するための説明図
【図１３】従来の動き検出方法を説明するための説明図
１０１ 入力映像信号 １０２ 減算器（減算回路） １０３ 出力映像信号 １０４ フレームメモリ（遅延回路） １０５ 前フレーム映像信号 １０６ 動き検出回路 １０７ 減算器（差信号検出回路） １０８ フレーム間差分信号△ １０９ 非線形回路（信号処理回路） １１０ 非線形回路制御信号 １１１ 非線形回路出力信号
Claims (5)
- 【請求項１】 入力映像信号と１フレーム遅延された映
像信号との差信号と予め設定された閾値との比較によっ
て動きを判定する第１の動き検出ステップと、第１の動
き検出ステップの検出結果に基づいて動き判定の対象と
なる画素を中心とした周辺Ｎ×Ｎ画素の前記差信号を利
用して動きを検出する第２の動き検出ステップと、前記
動き検出ステップの動き検出結果について、周辺画素の
動き判定結果に基づいて当該動き検出結果の誤りを補正
する誤判定補正ステップと、前記補正された動き検出結
果から動きの過渡期を検出する過渡期検出ステップとを
有する動き検出方法。 - 【請求項２】 入力映像信号IY(i,j) と１フレーム遅延
された映像信号PY(i,j)との差信号△(i,j) を得るとと
もに、動き判定の対象となる画素を中心とした周辺Ｎ×
Ｎ画素の前記差信号△(i+m,j+n) （−Ｎ／２≦m,n ≦Ｎ
／２）を利用して動きの検出を行なう動き検出方法にお
いて、相異なる閾値１と閾値２とを定め、前記差信号△
(i+m,j+n) （−Ｎ／２≦m,n ≦Ｎ／２）のうち閾値１≦
△(i+m,j+n) ≦閾値２を満たす画素数と、△(i+m,j+n)
＜閾値１を満たす画素数と、閾値２＜△(i+m,j+n) を満
たす画素数とを求め、閾値１≦△(i+m,j+n) ≦閾値２を
満たす画素数に基づいて静動モードを判定し、この判定
で「静止でない」と判定された場合は、さらに△(i+m,j
+n) ＜閾値１を満たす画素数と、閾値２＜△(i+m,j+ n)
を満たす画素数とを用いて前記差信号の正または負へ
の偏りを検出し、その偏りから動静モードを判定する動
き検出方法。 - 【請求項３】 第２の動き検出ステップが請求項２に記
載の動き検出方法である請求項１記載の動き検出方法。 - 【請求項４】 入力映像信号を１フレーム遅延させる遅
延回路と、前記入力映像信号と前記遅延された映像信号
との差信号を得る差信号検出回路と、前記差信号に信号
処理を施す信号処理回路と、前記入力映像信号から前記
信号処理回路の出力信号を減じてノイズ低減された映像
信号を得る減算回路とを有するノイズ低減装置におい
て、前記入力映像信号および遅延された映像信号から請
求項１に記載された動き検出方法に基づき動きを検出す
る動き検出回路を備え、この動き検出回路で入力映像信
号の各画素を動画部または静止部または動静過渡部のい
ずれかに判定し、前記動画部、静止部、動静過渡部にそ
れぞれ異なった信号処理を施すために前記動き検出回路
によって前記信号処理回路を適応制御する映像信号のノ
イズ低減装置。 - 【請求項５】 動き検出回路が請求項３記載の動き検出
方法を使用する請求項４記載のノイズ低減装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3041720A JP2934036B2 (ja) | 1991-03-07 | 1991-03-07 | 動き検出方法およびノイズ低減装置 |
| US07/831,368 US5276512A (en) | 1991-03-07 | 1992-02-04 | Video signal motion detecting method and noise reducer utilizing the motion |
| DE69225731T DE69225731T2 (de) | 1991-03-07 | 1992-02-06 | Verfahren zur Bewegungsfeststellung eines Videosignals und Störbegrenzer mit Einsatz dieser Verfahren |
| EP92301025A EP0502615B1 (en) | 1991-03-07 | 1992-02-06 | Video signal motion detection method and noise reducer using said method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3041720A JP2934036B2 (ja) | 1991-03-07 | 1991-03-07 | 動き検出方法およびノイズ低減装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04280171A JPH04280171A (ja) | 1992-10-06 |
| JP2934036B2 true JP2934036B2 (ja) | 1999-08-16 |
Family
ID=12616262
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3041720A Expired - Lifetime JP2934036B2 (ja) | 1991-03-07 | 1991-03-07 | 動き検出方法およびノイズ低減装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5276512A (ja) |
| EP (1) | EP0502615B1 (ja) |
| JP (1) | JP2934036B2 (ja) |
| DE (1) | DE69225731T2 (ja) |
Families Citing this family (32)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SE469411B (sv) * | 1992-04-13 | 1993-06-28 | Dv Sweden Ab | Saett att detektera och avlaegsna fel oeverstigande en specifik kontrast i digitala videosignaler |
| DE4319343A1 (de) * | 1993-06-11 | 1994-12-15 | Philips Patentverwaltung | Verfahren zur Bestimmung des Rauschanteils in einem Videosignal |
| US5509089A (en) * | 1993-09-09 | 1996-04-16 | Intel Corporation | Method and system for encoding images using temporal filtering |
| GB9404091D0 (en) * | 1994-03-03 | 1994-04-20 | Snell & Wilcox Ltd | Video signal processing |
| JP2795214B2 (ja) * | 1994-10-12 | 1998-09-10 | 日本電気株式会社 | Ｖｄｔ障害緩和方法および画像周波数減衰装置およびｖｄｔアダプタ |
| JP3407429B2 (ja) * | 1994-10-19 | 2003-05-19 | 松下電器産業株式会社 | 映像信号処理装置 |
| JP3314043B2 (ja) | 1998-09-29 | 2002-08-12 | 松下電器産業株式会社 | 動き検出回路とノイズ低減装置 |
| JP3285545B2 (ja) * | 1998-09-29 | 2002-05-27 | 松下電器産業株式会社 | 動き検出回路とノイズ低減装置 |
| JP2000175081A (ja) * | 1998-12-01 | 2000-06-23 | Fujitsu General Ltd | ノイズ低減回路 |
| JP3340976B2 (ja) * | 1999-06-21 | 2002-11-05 | 松下電器産業株式会社 | 動き検出回路とノイズ低減装置 |
| DE60042588D1 (de) * | 1999-12-28 | 2009-09-03 | Sony Corp | Signalverarbeitungsvorrichtung und verfahren und aufzeichnungsmedium |
| IL134182A (en) * | 2000-01-23 | 2006-08-01 | Vls Com Ltd | Method and apparatus for visual lossless pre-processing |
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| US6753929B1 (en) | 2000-06-28 | 2004-06-22 | Vls Com Ltd. | Method and system for real time motion picture segmentation and superposition |
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