JP3158781B2 - ノイズ低減装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ビデオカメラなどの映
像機器において、Ｓ／Ｎ向上の目的で用いられるノイズ
低減装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、カメラ一体型ＶＴＲなどにおい
て、ＣＣＤから出力される映像信号に対して信号処理を
施すことによってズームを行う機能が搭載されるように
なってきている。

【０００３】この処理は、レンズによる光学ズームと区
別して電子ズームと呼ばれ、光学ズームと併用すること
により総合的なズーム倍率の向上を図るものである。以
下、電子ズームについて簡単に述べる。

【０００４】図３は、垂直方向の電子ズーム処理の概略
を説明するための図である。同図（ａ）において、ａ
１，ａ２，ａ３は映像信号の同一フィールド内における
連続する３本の走査線を表わす。いま、入力信号ａ１，
ａ２，ａ３に対して２倍の垂直ズーム処理を行う場合を
考える。

【０００５】図中に示されるように、ａ１とａ２および
ａ２とａ３から、間に挿入される走査線を補間によっ
て、それぞれ（ａ１＋ａ２）／２および（ａ２＋ａ３）
／２として求めて出力すれば、モニタ上では入力画像の
垂直方向が２倍に拡大された画像が表示されることにな
る。

【０００６】しかし、この処理における最大の欠点は、
図中に示すように垂直解像度すなわち垂直方向の空間周
波数特性が劣化することである。ＮＴＳＣ方式の場合に
は、垂直解像度は５２５／２［ｃｐｈ］であるが、２倍
ズーム処理を行った場合には半分の５２５／４［ｃｐ
ｈ］となってしまう。

【０００７】これを改善するための一つの方法として、
走査線の密度を増加させて垂直方向のサンプリング周波
数を高めるという方式が考えられる。これを示すのが図
３（ｂ）である。図３（ｂ）は、１フレーム分の走査線
を得ることにより、補間処理無しに２倍ズームを行った
場合を示すものである。この場合、ズーム処理後の垂直
解像度は５２５／２［ｃｐｈ］となる。

【０００８】以上、垂直方向のズームについて説明した
が、上記のことは水平方向のズームについても全く同様
に成立するものである。

【０００９】次に、上記のように垂直方向のサンプリン
グ周波数を高める方法について述べる。まず考えられる
のは、入力信号とこれをフィールドメモリを用いて１フ
ィールド遅延させた信号とで１フレーム分の信号を得る
方式である。この方式は静止画においては問題ないが、
動画の場合は２つのフィールド間でサンプリング時刻の
ずれがあるため、動き部分をズーム処理した場合に非常
に見苦しい画面になる。

【００１０】そこで考えられるのが、サンプリング時刻
が同じ２フィールドの信号を得る方式である。この方式
は、例えば２個のＣＣＤを用いることで実現できる。図
４にこの様子を示す。

【００１１】図４に示されているのは空間的に同じ位置
にある２個のＣＣＤから出力される映像信号の走査線の
空間的位置を表すものであり、ａ１〜ａ３がＣＣＤ１の
出力信号、ｂ１〜ｂ３がＣＣＤ２の出力信号を示す。図
中（ａ）はａ１〜ａ３が第１フィールドでｂ１〜ｂ３が
第２フィールドの信号である場合を示し、（ｂ）はその
逆の場合を示す。このように２つのＣＣＤ出力信号が互
いに逆のフィールドとなるようにすることは、ＣＣＤの
読み出し制御により可能であり、垂直画素ずらし法とし
て知られている。

【００１２】このようにして得られた１フレーム分の走
査線を用いてズーム処理を施し、最終的には１フィール
ド分の信号を得る。ところが、最近は家庭用カメラ一体
型ＶＴＲの小型化が進み、それに伴いＣＣＤの小型化も
進んでいる。当然１画素あたりの受光面積も小さくなる
ので、Ｓ／Ｎが悪くなる傾向にあり、何らかの手段によ
りＳ／Ｎを向上させる必要に迫られている。

【００１３】このため、従来家庭用ＶＴＲなどに搭載さ
れてきているフィールドメモリやフレームメモリを用い
た巡回型ノイズ低減装置によるＳ／Ｎ改善が検討されて
いる。

【００１４】ここで巡回型ノイズ低減装置の作用を簡単
に説明する。図５はフィールドメモリを用いた巡回型ノ
イズ低減装置の構成例を示すものである。第１の減算手
段１０ａで入力映像信号とフィールドメモリ７の出力信
号との差分信号を求める。入力映像信号が静止画であれ
ば、上記差分信号中には映像信号は殆ど含まれず、ノイ
ズだけが取り出される。この差分信号を第２の減算手段
１０ｂにおいて入力信号から差し引くことにより、ノイ
ズを低減するものである。この処理は、２つのフィール
ドの平均化処理と見なすことができる。

【００１５】しかし、上記の巡回型ノイズ低減装置では
動画においては差分信号中に映像信号が多く含まれるよ
うになってくるため、入力信号から上記差分信号をその
まま差し引くと残像劣化を引き起こすことになる。そこ
で、「一般的にノイズは信号に比べて振幅が小さい」と
いう統計的理由に基づき、図５の乗算手段１１において
上記差分信号に係数ｋ（０≦ｋ≦１）を乗算し、振幅の
小さい部分だけをノイズとして抜き出している。具体的
には、上記差分信号のうち振幅の小さい部分に対しては
ｋを１に近い値、振幅の大きい部分に対してはｋを０に
近い値に制御することでノイズを抜き出す。こうして抜
き出したノイズを入力信号から減算することにより、残
像を抑制しながらノイズを低減するということが可能に
なってくる。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
巡回型ノイズ低減装置では動画の場合のみならず静止画
においても問題の起こる場合がある。これを次に示す。

【００１７】図６（ａ）は、画面内に斜め線が存在する
場合にその境界部分を拡大したものである。このような
信号に対して上記の巡回型ノイズ低減装置で処理を行う
と、２つのフィールドの平均化処理はそれぞれａ１とｂ
１、ａ２とｂ２、ａ３とｂ３の間で常に行われる。その
ため、ノイズ低減効果を強めるに従い、非相関部分が平
均化され、同図（ｂ）のように非相関部のコントラスト
が低くなって斜め線の境界が粗くなるという現象が発生
する。

【００１８】この現象を避けるためにノイズ低減効果を
弱めれば、Ｓ／Ｎの向上はあまり望めない。また、フレ
ーム巡回型ノイズ低減処理を行えば基本的に上記の現象
は発生しないが、時間軸方向のサンプリング周波数がフ
ィールドの場合の１／２であるため、残像劣化がフィー
ルド巡回型の場合よりも大きくなってしまうという課題
がある。

【００１９】本発明は上記従来の課題を解決するもの
で、斜め線境界部分における劣化が基本的になく、かつ
残像劣化はフィールド巡回型ノイズ低減装置と同等であ
るノイズ低減装置を提供することを目的とする。

【００２０】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明のノイズ低減装置はインターレース方式の映像
信号である第１の映像信号と、前記第１の映像信号と空
間的な位置が逆のインターレース方式の映像信号である
第２の映像信号とを入力とする装置であって、映像信号
を１フィールド遅延する第１および第２の遅延手段と、
前記第１の映像信号および前記第２の遅延手段で１フィ
ールド遅延された映像信号を入力信号とし、ノイズ低減
処理を施して前記第１の遅延手段に出力する第１のノイ
ズ低減回路と、 前記第２の映像信号および前記第１の
遅延手段で１フィールド遅延された映像信号を入力信号
とし、ノイズ低減処理を施して前記第２の遅延手段に出
力する第２のノイズ低減回路の構成を有している。

【００２１】また、本発明のノイズ低減装置は、インタ
ーレース方式の映像信号である第１の映像信号と、前記
第１の映像信号と空間的な位置が逆のインターレース方
式の映像信号である第２の映像信号とを入力とする装置
であって、フィールド毎に前記第１の映像信号または第
２の映像信号を選択する第１の選択手段と、前記第１の
選択手段とは逆のタイミングで、フィールド毎に前記第
１の映像信号または前記第２の映像信号を選択する第２
の選択手段と、映像信号を１フィールド遅延する第１お
よび第２の遅延手段と、 前記第１の選択手段の出力信
号および前記第１の遅延手段の出力信号を入力信号と
し、ノイズ低減処理を施して前記第１の遅延手段に出力
する第１のノイズ低減回路と、前記第２の選択手段の出
力信号および前記第２の遅延手段出力信号を入力信号と
し、ノイズ低減処理を施して前記第２の遅延手段に出力
する第２のノイズ低減回路の構成を有している。

【００２２】

【作用】本発明は上記した構成により、空間的に同じ位
置に存在する２つのフィールド間の相関を利用したノイ
ズ低減処理を行うものである。

【００２３】

【実施例】以下、本発明の実施例であるノイズ低減装置
について、図面を参照しながら説明する。図１は本発明
の第１の実施例であるノイズ低減装置のブロック図を示
すものである。

【００２４】信号源１はそれぞれ図４のａ１〜ａ３およ
びｂ１〜ｂ３に示すような２系統の第１の映像信号およ
び第２の映像信号に相当する映像信号Ｙ１およびＹ２を
出力し、それぞれ第１および第２のノイズ低減部３，４
へ出力する。信号源１としては、例えば垂直画素ずらし
構造の複数のＣＣＤなどがあげられる。

【００２５】第１および第２のノイズ低減部３，４は、
それぞれ第１および第２のノイズ低減回路６ａ，６ｂと
第１および第２のフィールドメモリ７ａ，７ｂとから構
成される。第１および第２のノイズ低減回路６ａおよび
６ｂは、それぞれ図５に示すような回路構成となってい
る。第１のノイズ低減回路６ａでは、入力映像信号Ｙ１
から第２のフィールドメモリ７ｂの出力信号を減算して
差分信号を得、振幅の小さい部分をノイズと見なして抜
き出し、入力映像信号Ｙ１から減算してノイズを低減
し、ズーム回路５へ出力するとともに第１のフィールド
メモリ７ａにも出力する。

【００２６】同様に、第２のノイズ低減回路６ｂは、入
力映像信号Ｙ２および第１のフィールドメモリ７ａの出
力信号からノイズを抜き出し、入力映像信号Ｙ２から減
算してノイズを低減し、ズーム回路５へ出力するととも
に第２のフィールドメモリ７ｂにも出力する。

【００２７】その結果、ズーム回路５では垂直方向サン
プリング周波数が２倍である映像信号が入力され、垂直
解像度の高いズーム処理が施されることになる。

【００２８】ここで、第１のノイズ低減回路６ａにおい
て入力映像信号Ｙ１と第２のフィールドメモリ７ｂの出
力信号から差分信号を得る理由を述べる。任意の時刻に
おいて、図４（ａ）に示されるような映像信号が信号源
１から出力されていると仮定すると、１フィールド期間
前には同図（ｂ）に示すようにａ１〜ａ３とｂ１〜ｂ３
の空間的位置が逆になった信号が出力されている。この
ことから、現在信号源１から出力されているＹ１信号と
空間的に同一位置に存在するのは、１フィールド期間前
のＹ２信号すなわち第２のフィールドメモリ７ｂの出力
信号になるからである。第２のノイズ低減回路６ｂにお
いても全く同様の理由により、入力映像信号Ｙ２と第１
のフィールドメモリ７ａの出力信号から差分信号を得て
いる。

【００２９】このように、互いにフィールドの異なる２
系統の映像信号のうち、一方の映像信号と、他方の映像
信号を１フィールド遅延させた信号とを巡回型ノイズ低
減回路への入力とすれば、空間的に同じ位置に存在する
２つのフィールドを用いてノイズ低減を行うことがで
き、空間的にはフレーム巡回型ノイズ低減処理となり、
フィールド巡回型処理特有の斜め線境界部劣化が原理的
になくなる。さらに、時間的にはフィールド巡回型処理
であるため、残像劣化はフレーム巡回型処理よりも少な
くなる。

【００３０】次に、図２は本発明の第２の実施例である
ノイズ低減装置のブロック図を示すものである。信号源
１はそれぞれ図４のａ１〜ａ３およびｂ１〜ｂ３に示す
ような２系統の第１の映像信号および第２の映像信号に
相当する映像信号Ｙ１およびＹ２を発生し、それぞれ第
１および第２の選択手段２ａ，２ｂへ出力する。

【００３１】第１および第２の選択手段２ａ，２ｂは制
御信号入力端子８からの制御信号に対応してＹ１または
Ｙ２のいずれか一方を選択し、第１および第２のノイズ
低減部３，４へそれぞれ出力する。

【００３２】第１および第２のノイズ低減部３，４の構
成要素は第１の実施例と同じであるため、説明を省略す
る。第１のノイズ低減回路６ａでは、第１の選択手段２
ａの出力信号から第１のフィールドメモリ７ａの出力信
号を減算して差分信号を得、振幅の小さい部分をノイズ
と見なして抜き出し、第１の選択手段２ａの出力信号か
ら減算してノイズを低減し、ズーム回路５へ出力すると
ともに第１のフィールドメモリ７ａにも出力する。

【００３３】同様に、第２のノイズ低減回路６ｂは、第
２の選択手段２ｂの出力信号および第２のフィールドメ
モリ７ｂの出力信号からノイズを抜き出し、第２の選択
手段２ｂの出力信号から減算してノイズを低減し、ズー
ム回路５へ出力するとともに第２のフィールドメモリ７
ｂにも出力する。

【００３４】この結果、ズーム回路５では垂直方向サン
プリング周波数が２倍である映像信号が入力され、垂直
解像度の高いズーム処理が施されることになる。

【００３５】ここで、第１および第２の選択手段２ａ，
２ｂに入力されている制御信号を、１フィールド期間毎
に反転し、出力される信号を切り替えることにより、第
１の実施例と同じ処理を行うことができる。これを第１
のノイズ低減部３を例にあげて説明する。任意の時刻に
おいて第１の選択信号２ａでＹ１が選択され、第１のノ
イズ低減回路６ａに入力されていると仮定すると、その
時点ではフィールドメモリ７ａにはＹ１が書き込まれて
いるが、１フィールド後には第１の選択信号２ａではＹ
２が選択され、フィールドメモリ７ａからはＹ１が出力
されるので、第１のノイズ低減回路６ａにはＹ１とＹ２
が入力されることになる。従って、この場合には、図４
から明かなように空間的位置が同じフィールドの信号を
入力とした巡回型ノイズ低減処理が行われることにな
る。第２のノイズ低減部４に関しても全く同様に説明で
きる。

【００３６】以上、２つの実施例に示したように本発明
では、１フィールド期間に１フレーム分の走査線をもつ
信号に対し、空間的に同じ位置に存在する２つのフィー
ルドを用いて巡回型ノイズ低減処理を行うことが可能と
なり、空間的にはフレーム巡回型となって斜め線境界部
での劣化が原理的になく、時間的にはフィールド巡回型
となってフレーム巡回型より残像劣化の少ないノイズ低
減装置を構成することが可能になる。なお、本発明の実
施例においては、第１のノイズ低減回路および第２のノ
イズ低減回路の出力をノイズ低減装置の出力信号とした
が、第１のノイズ低減回路および第２のノイズ低減回路
の出力を各々１フィールド遅延した第１のフィールドメ
モリおよび第２のフィールドメモリの出力をノイズ低減
回路の出力信号としてもよい。 また、本発明の実施例に
おいては、信号源１として、垂直画素ずらし構造の複数
のＣＣＤを用いる場合を説明したが、これに限定するも
のではなく、２系統の映像信号Ｙ１、Ｙ２の一方のイン
ターレース方式映像信号に対して、他方のインターレー
ス方式映像信号の空間的位置が逆になるよう出力するも
のであればよい。

【００３７】

【発明の効果】以上のように本発明は、空間的に同じ位
置に存在する２つのフィールド間の相関を利用したノイ
ズ低減処理を行うことにより、空間的にはフレーム巡回
型、時間的にはフィールド巡回型のノイズ低減処理を実
現することができ、その結果、フィールド巡回型ノイズ
低減処理特有の斜め線境界部の劣化がなく、またフレー
ム巡回型ノイズ低減処理より残像劣化の少ない処理が可
能なノイズ低減装置を実現でき、その実用的効果は大き
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例におけるノイズ低減装置
の構成を示すブロック図

【図２】本発明の第２の実施例におけるノイズ低減装置
の構成を示すブロック図

【図３】垂直方向電子ズーム処理の動作を説明するため
の模式図および周波数特性図

【図４】垂直画素ずらしを説明するための模式図

【図５】フィールド巡回型ノイズ低減装置の構成を示す
ブロック図

【図６】フィールド巡回型ノイズ低減処理による、斜め
線境界部の劣化を説明するための画面拡大図

【符号の説明】

２ 選択手段 ３ 第１ノイズ低減部 ４ 第２ノイズ低減部 ６ ノイズ低減回路 ７ フィールドメモリ（遅延手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H04N 5/222 - 5/257 H04N 5/21

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インターレース方式の映像信号である第
   １の映像信号と、前記第１の映像信号と空間的な位置が
   逆のインターレース方式の映像信号である第２の映像信
   号とを入力とする装置であって、 映像信号を１フィールド遅延する第１および第２の遅延
   手段と、前記第１の映像信号および前記第２の遅延手段で１フィ
   ールド遅延された映像信号を入力信号とし、 ノイズ低減
   処理を施して前記第１の遅延手段に出力する第１のノイ
   ズ低減回路と、前記第２の映像信号および前記第１の遅延手段で１フィ
   ールド遅延された映像信号を入力信号とし、 ノイズ低減
   処理を施して前記第２の遅延手段に出力する第２のノイ
   ズ低減回路とを備え、 前記第１および第２のノイズ低減回路、または前記第１
   および第２の遅延手段の出力信号を同一タイミングで出
   力することを特徴とするノイズ低減装置。
2. 【請求項２】 インターレース方式の映像信号である第
   １の映像信号と、前記第１の映像信号と空間的な位置が
   逆のインターレース方式の映像信号である第２の映像信
   号とを入力とする装置であって、 フィールド毎に前記第１の映像信号または第２の映像信
   号を選択する第１の選択手段と、 前記第１の選択手段とは逆のタイミングで、フィールド
   毎に前記第１の映像信号または前記第２の映像信号を選
   択する第２の選択手段と、 映像信号を１フィールド遅延する第１および第２の遅延
   手段と、 前記第１の選択手段の出力信号および前記第１の遅延手
   段の出力信号を入力信号とし、ノイズ低減処理を施して
   前記第１の遅延手段に出力する第１のノイズ低減回路
   と、 前記第２の選択手段の出力信号および前記第２の遅延手
   段出力信号を入力信号とし、ノイズ低減処理を施して前
   記第２の遅延手段に出力する第２のノイズ低減回路とを
   備え、 前記第１および第２のノイズ低減回路、または前記第１
   および第２の遅延手段の出力信号を同一タイミングで出
   力し、前記第１および第２の選択手段の制御信号を所定
   期間毎に切り替えることを特徴とするノイズ低減装置。