DE4031785A1 - 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 vorteilhafte Schaltungsanordnungen zur Durchführung des Verfahrens.

Zur Reduktion des Rauschens in Videosignalen sind rekursive Filter bekannt, 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.

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.

Schaltungsanordnungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens nutzen in vorteilhafter Weise eine Verzögerungseinrichtung sowohl zur Medianfilterung als auch zur rekursiven Filterung aus.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der Erfindung möglich.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung anhand mehrerer Figuren dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 3 ein Beispiel für ein bei dem erfindungsgemäßen Verfahren in vorteilhafter Weise anwendbares Fenster für die Medianfilterung,

Fig. 4 ein erstes Ausführungsbeispiel einer ersten Schaltungsanordnung,

Fig. 5 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Gleiche Teile sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Bei dem Verfahren gemäß Fig. 1 werden die Videosignale über einen Eingang 1 jeweils einem rekursiven Filter 2 und einem Medianfilter 3 zugeführt. Die Ausgangssignale der Filter 2, 3 werden bei 4 addiert. Am Ausgang 5 stehen rauschverminderte Videosignale zur Verfügung.

Bei dem Verfahren nach Fig. 2 erfolgt zunächst eine rekursive Filterung 2 und danach eine Medianfilterung 3. Die Reihenfolge kann auch vertauscht sein. Diese Serienstruktur hat gegenüber der in Fig. 1 dargestellten Parallelstruktur den Vorteil eines geringeren Schaltungsaufwandes. Dem Fachmann bleibt es jedoch überlassen, im Einzelfall die jeweils vorteilhaftere Struktur zu wählen.

Fig. 3 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. 4 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. 3 gleichlautend bezeichneten Bildelementen gehören. Von den jeweils an den Eingängen A bis G des Medianselektors anliegenden Abtastwerten wird derjenige zum Ausgang 17 weitergeleitet, der der Reihenfolge nach in der Mitte liegt.

An den Ausgang D der Verzögerungseinrichtung 14 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 Verzögerungseinrichtung 14 stellt zusammen mit der Überblendschaltung 11, 12, 13 und dem Bewegungsdetektor 18 ein bewegungsadaptives rekursives Filter dar. Dabei wird die Verzögerungseinrichtung 14 zusätzlich für das Medianfilter benutzt, das außerdem aus der Verzögerungseinrichtung 15 und dem Medianselektor 16 besteht.

Die Schaltungsanordnung nach Fig. 5 setzt sich aus den gleichen Komponenten wie die Schaltungsanordnung nach Fig. 4 zusammen. Eine Beschreibung der einzelnen Komponenten erübrigt sich daher. Bei der Schaltungsanordnung nach Fig. 5 wird im Gegensatz zu Fig. 4 jedoch nicht das lediglich um eine Bildperiode verzögerte Videosignal zur Rückführung innerhalb des rekursiven Filters benutzt, sondern das bereits mediangefilterte. 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. 5 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. 5 noch weitere Ausgänge 19, 20 vorgesehen, an welchen das lediglich rekursiv gefilterte Signal mit der Laufzeit T_f bzw. 0 ansteht.

Claims (9)

1. Verfahren zur Reduktion von Rauschen in Videosignalen, wobei eine rekursive Filterung derart vorgenommen wird, daß die Videosignale und um eine Bildperiode verzögerte Videosignale addiert werden und der Anteil der Videosignale und der Anteil der verzögerten Videosignale bei der Addition in Abhängigkeit vom Vorliegen von Bewegung im Bildinhalt gesteuert werden, dadurch gekennzeichnet, daß ferner eine Medianfilterung der Videosignale vorgenommen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Videosignale nacheinander einer rekursiven Filterung und einer Medianfilterung unterworfen werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zugeführten Videosignale sowohl einer rekursiven Filterung als auch einer Medianfilterung unterworfen werden und daß die rekursiv gefilterten Videosignale und die mediangefilterten Videosignale überlagert werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Medianfilterung die einem mittleren Bildelement örtlich und zeitlich benachbarten Bildelemente verwendet werden.

5. Verfahren zur Reduktion von Rauschen in Videosignalen, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe der Videosignale und der Ausgangssignale eines Medianfilters dem Eingang des Medianfilters zugeführt wird und daß der Anteil der Videosignale und der Anteil der Ausgangssignale des Medianfilters bei der Addition in Abhängigkeit vom Vorliegen von Bewegung im Bildinhalt gesteuert werden.

6. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verzögerungseinrichtung (14, 15) vorgesehen ist mit Ausgängen (B bis G) für Verzögerungen um zwei Bildperioden, um eine Bildperiode und um weitere Verzögerungen, welche einem Fenster in der Ortsebene für die Medianfilterung entsprechen, 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 die Verzögerungseinrichtung (14, 15) mindestens teilweise zur Verzögerung der Videosignale für ein rekursives Filter (11 bis 14) dient.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Eingang 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 (11 bis 13) an die Verzögerungseinrichtung (14, 15) angeschlossen ist und daß der Ausgang (D) der Verzögerungseinrichtung (13, 14) mit einer Verzögerung um eine Bildperiode mit einem zweiten Eingang der Überblendschaltung (11 bis 13) und einem zweiten Eingang des Bewegungsdetektors (18) verbunden ist.

8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Eingang 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 die Verzögerungseinrichtung (13, 14) angeschlossen ist und daß der Ausgang (17) des Medianselektors (16) ferner mit einem zweiten Eingang der Überblendschaltung (11 bis 13) und einem zweiten Eingang des Bewegungsdetektors (18) verbunden ist.

9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die weiteren Ausgänge (B, C, E, F) der Verzögerungseinrichtung (13, 14) wie folgt verzögerte Videosignale führen: eine Bildperiode abzüglich einer Zeilenperiode, eine Bildperiode abzüglich einer Abtastperiode, eine Bildperiode zuzüglich einer Zeilenperiode und eine Bildperiode zuzüglich einer Abtastperiode.