DE4221236A1

DE4221236A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Rauschreduktion für Videosignale

Info

Publication number: DE4221236A1
Application number: DE4221236A
Authority: DE
Inventors: Michael Dipl Ing Drexler; Herbert Dipl Ing Schuetze
Original assignee: Deutsche Thomson Brandt GmbH
Current assignee: Deutsche Thomson Brandt GmbH
Priority date: 1992-06-27
Filing date: 1992-06-27
Publication date: 1994-01-05
Anticipated expiration: 2012-06-28
Also published as: DE4221236C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Rauschreduktion für Videosignale.

Stand der Technik

Zur Rauschreduktion für Videosignale verwenden herkömmliche Verfahren Filterungen in zeitlicher Richtung. Bei dynami schem Bildinhalt kann diese Art der Filterung jedoch nur in begrenztem Umfang eingesetzt werden. Weil dynamischer Bildin halt ein sich in zeitlicher Richtung erstreckendes Spektrum zur Folge hat, wird dieses Spektrum durch die temporale Fil terung beeinflußt. Darum werden die Filterkoeffizienten bewe gungsabhängig geändert, woraus aber auch eine verminderte Rauschreduktion für bewegten Bildinhalt resultiert.

Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Rauschreduktion bei dynamischem Bildinhalt an zugeben. Diese Aufgabe wird durch das in Anspruch 1 angegebe ne Verfahren gelöst.

Vor der Rauschreduktion wird für dynamischen Bildinhalt eine weitgehende Bewegungskompensation vor Anwendung einer tempo ralen Filterung durchgeführt. Verbleibende Bewegungen, die nicht kompensiert wurden, z. B. bei einem Bildschnitt, können mittels eines weniger komplexen Bewegungsdetektors detek tiert werden. Nur in diesen Bildbereichen ist dann der Grad der Rauschreduktion verringert.

Im Prinzip dient das erfindungsgemäße Verfahren zur Rauschre duktion für Videosignale (I), wobei die Differenzsignale (S) zwischen einem aktuellen Bild (N) und einem vorhergehenden, gespeicherten (FSTO) Bild (N-1) bewegungsadaptiv (MDET) tem poral gefiltert (M) werden und die gefilterten Differenzsi gnale jeweils dem gespeicherten Bildsignal (N-1) hinzugefügt (A) werden, und wobei die so gebildeten rauschreduzierten Ausgangssignale (O) wieder für die entsprechende Bildsignal verarbeitung (S, A) für das nächste Bild gespeichert (FSTO) werden und die gespeicherten (FSTO) Bildsignale (N-1) vor der Differenzbildung (S) und Hinzufügung (A) mit Hilfe des aktuellen Bilds (N) bewegungskompensiert (MCO) werden.

Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfah rens ergeben sich aus den zugehörigen abhängigen Ansprüchen.

Der Erfindung liegt die weitere Aufgabe zugrunde, eine Vor richtung für das erfindungsgemäße Verfahren anzugeben. Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 6 angegebene Vorrichtung gelöst.

Im Prinzip ist die erfindungsgemäße Vorrichtung versehen mit Subtrahiermitteln (S), in denen jeweils die Differenz zwi schen ankommenden Bildpunkten (I) eines aktuellen Bildes (N) und den räumlich entsprechenden Bildpunkten des vorherigen und in Bildspeichermitteln (FSTO) gespeicherten Bildes (N-1) gebildet wird, wobei die Ausgangssignale der Bildspeichermit tel vorher in einem Bewegungskompensator (MCO) mit Hilfe der Bildpunkte des aktuellen Bildes bewegungskompensiert werden; mit Filtermitteln (M), in denen die Filterkoeffizienten bewe gungsadaptiv gesteuert werden durch das Ausgangssignal eines Bewegungsdetektors (MDET), der aus dem Differenzsignal am Ausgang der Subtrahiermittel die entsprechende Bewegungsin formation ermittelt; mit den Filtermitteln nachfolgenden Ad diermitteln (A), in denen das zu Beginn bewegungskompensier te und subtrahierte Ausgangssignal der Bildspeichermittel (FSTO) wieder hinzugefügt wird, wobei der Ausgang der Addier mittel mit dem Eingang der Bildspeichermittel verbunden ist und die Bildpunkte (O) des rauschreduzierten Videosignals liefert.

Zeichnungen

Anhand der Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfin dung beschrieben. Die Zeichnungen zeigen in:

Fig. 1 bekannte Schaltung zur Rauschreduktion;

Fig. 2 erfindungsgemäße Schaltung zur Rauschreduktion;

Fig. 3 Prinzip der Bewegungskompensation.

Ausführungsbeispiele

In Fig. 1 wird in einem Subtrahierer S jeweils die Differenz zwischen einem ankommenden Bildpunkt I eines Bildes N und dem räumlich entsprechenden Bildpunkt des vorherigen Bildes N-1, das in einem Bildspeicher FSTO gespeichert ist, gebil det. Man erhält so ein Differenzbiid, das in Bereichen mit statischem Bildinhalt das Bildrauschen repräsentiert. Dieses Differenzbild wird nun gefiltert, wobei die Filterkoeffizien ten durch das Ausgangssignal eines Bewegungsdetektors MDET gesteuert werden. Dieser Vorgang ist durch den Multipli zierer M angedeutet. Der Bewegungsdetektor MDET ermittelt aus dem Differenzbild am Ausgang des Subtrahierers die Bewe gungsinformation. Dem um das Rauschen in statischen Bildbe reichen befreiten Differenzbild wird in einem nachfolgenden Addierer A das zu Beginn subtrahierte Ausgangssignal des Bildspeichers FSTO wieder hinzugefügt. Der Ausgang dieses Addierers ist mit dem Eingang des Bildspeichers verbunden und liefert die Bildpunkte O des rauschreduzierten Videosi gnals.

In Fig. 2 entsprechen der Subtrahierer S, der Bildspeicher FSTO, der Multiplizierer M und der Addierer A den jeweiligen Schaltungen in Fig. 1. Zusätzlich ist ein Bewegungskompensa tor MCO enthalten, der mit Hilfe der Bildpunkte I des Bildes N das Ausgangssignal (Bild N-1) des Bildspeichers FSTO bewe gungskompensiert, bevor es zum Subtrahierer S und zum Addie rer A weitergeleitet wird.

Im Bewegungskompensator wird entsprechend Fig. 3 ein Bewe gungsvektor MV für jeden Bildpunkt-Block BL′ ermittelt. Im Subtrahierer S wird somit die Differenz zwischen den aktuel len Bildpunkten I und den entsprechend dem Bewegungsvektor MV verschobenen Bildpunkten aus dem vorigen Bild N-1 berech net. Falls auf diese Weise die Bewegung kompensiert werden konnte, ist das Differenzbild frei von Bewegung und das Bild rauschen kann wie für statischen Bildinhalt reduziert werden.

Der Bewegungsdetektor MDET ist jetzt nur noch für den Fall da, daß die Bewegung nicht oder nicht vollständig kompen siert werden konnte. Das ist z. B. bei Szenenwechseln der Fall, wenn das aktuelle Bild N nicht mit dem vorherigen Bild N-1 korreliert ist. Vorteilhaft kann der Bewegungsdetektor nun weniger komplex aufgebaut sein. Entsprechende integrier te Bausteine (z. B. ST13220 von SGS-Thomson) liefern nämlich eine Fehlerinformation F, die Auskunft darüber gibt, wie gut der Block bewegungskompensiert ist. Der Bewegungsdetektor braucht jetzt nur noch durch eine einfache Schwellwertent scheidung (F<Schwellwert) gebildet zu werden.

Statt durch den Bewegungsdetektor MDET können die Filterkoef fizienten auch von externen Signalen, z. B. einer DATV-Infor mation (digitally assisted television) im HDMAC-Standard oder von mitübertragener Bewegungsinformation bei digital datenreduziert codierten Bildsignalen, gesteuert werden. Ebenso kann der Bewegungskompensator MCO derartig übertrage ne bzw. aufgezeichnete Bewegungsvektoren verwenden.

Fig. 3 beschreibt das Prinzip der Bildung der Bewegungsvekto ren MV. Um die zu den aktuellen Bildpunkten aus dem Bild N äquivalenten Bildpunkte aus dem vorigen Bild N-1 wird ein Suchbereich SA gebildet. In diesem Suchbereich wird nun er mittelt, wo die aktuellen Bildpunkte im vorigen Bild waren. Die Bewegungsvektoren MV können jeweils für einen Block BL′ aus Bild N-1 ermittelt werden, der entsprechend der Lage des korrespondierenden Blocks BL aus Bild N in die Lage des bewe gungskompensierten Block BLC in Bild N-1 verschoben wird.

Inzwischen sind integrierte Schaltkreise, z. B. ST13220 von SGS-Thomson, verfügbar, die die Berechnung der Bewegungsvek toren durchführen können. Der Schaltkreis STT322O arbeitet blockorientiert nach dem MAE-Kriterium (mean absolute error). Hierbei wird das Bild in Blöcke von z. B. 8*8 Bild punkten aufgeteilt. Ein Schaltkreis kann jetzt in einem Such bereich -8 . . . +7 Bildpunkte horizontal und vertikal einen Be wegungsvektor ermitteln, indem für jede einzelne mögliche Verschiebung die Betragsdifferenzen zwischen den aktuellen Bildpunkten des Bildes N und den entsprechenden Bildpunkten des Bildes N-1 aufakkumuliert werden. Der ermittelte Bewe gungsvektor beschreibt die Stelle, wo die summe der Betrags differenzen ein Minimum ergibt.

Die Bewegungskompensation kann noch weiter optimiert werden. Es können mehrere dieser Schaltkreise kaskadiert werden, um den Suchbereich horizontal und/oder vertikal zu vergrößern. Damit können auch Bewegungen von mehr als 8 Bildpunkten zwi schen zwei aufeinanderfolgenden Bildern erfaßt werden. Durch Interpolation von zusätzlichen Bildpunkten kann auch die Be wegungsauflösung auf Sub-Pixel-Genauigkeit erhöht werden. Weiterhin kann auch eine mehrdimensionale Bewegungsschätzung erfolgen, bei der mehr als zwei Bilder zur Kompensation her angezogen werden.

Claims

1. Verfahren zur Rauschreduktion für Videosignale (I), bei dem die Differenzsignale (S) zwischen einem aktuellen Bild (N) und einem vorhergehenden, gespeicherten (FSTO) Bild (N-1) bewegungsadaptiv (MDET) temporal gefiltert (M) werden und die gefilterten Differenzsignale jeweils dem gespeicherten Bildsignal (N-1) hinzugefügt (A) wer den, wobei die so gebildeten rauschreduzierten Ausgangs signale (O) wieder für die entsprechende Bildsignalver arbeitung (S, A) für das nächste Bild gespeichert (FSTO) werden, dadurch gekennzeichnet, daß die gespei cherten (FSTO) Bildsignale (N-1) vor der Differenzbil dung (S) und Hinzufügung (A) mit Hilfe des aktuellen Bilds (N) bewegungskompensiert (MCO) werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungskompensation (MCO) jeweils für einen Block (BL′) von Bildpunkten durchgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, daß die Bewegungskompensation (D4CO) jeweils für einen Block (BL′) von Bildpunkten durchgeführt wird.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung der Filte rung (M) durch mitübertragene oder aufgezeichnete Bewe gungsinformation geschieht.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungskompensati on (MCO) mittels mitübertragener oder aufgezeichneter Bewegungsvektoren durchgeführt wird.

6. Vorrichtung für ein Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, versehen mit Subtrahiermitteln (S), in denen jeweils die Differenz zwischen ankommen den Bildpunkten (I) eines aktuellen Bildes (N) und den räumlich entsprechenden Bildpunkten des vorherigen und in Bildspeichermitteln (FSTO) gespeicherten Bildes (N-1) gebildet wird, wobei die Ausgangssignale der Bild speichermittel vorher in einem Bewegungskompensator (MCO) mit Hilfe der Bildpunkte des aktuellen Bildes be wegungskompensiert werden; mit Filtermitteln (M), in denen die Filterkoeffizienten bewegungsadaptiv gesteu ert werden durch das Ausgangssignal eines Bewegungsde tektors (MDET), der aus dem Differenzsignal am Ausgang der Subtrahiermittel die entsprechende Bewegungsinforma tion ermittelt; mit den Filtermitteln nachfolgenden Ad diermitteln (A), in denen das zu Beginn bewegungskompen sierte und subtrahierte Ausgangssignal der Bildspeicher mittel (FSTO) wieder hinzugefügt wird, wobei der Aus gang der Addiermittel mit dem Eingang der Bildspeicher mittel verbunden ist und die Bildpunkte (O) des rausch reduzierten Videosignals liefert.