DE69709451T2

DE69709451T2 - Bilddatengeräuschfilterung

Info

Publication number: DE69709451T2
Application number: DE69709451T
Authority: DE
Inventors: Gerard De Haan; Georgieva Kwaaitaal-Spassova; Jan Schutten
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1996-02-05
Filing date: 1997-01-17
Publication date: 2002-08-29
Anticipated expiration: 2017-01-18
Also published as: WO1997029586A3; CN1102823C; DE69709451D1; EP0819356A2; EP0819356B1; CN1183195A; KR19980703741A; US5903680A; JPH11503594A; WO1997029586A2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Anordnung zur Bilddatengeräuschfilterung und auf eine Wiedergabeanordnung mit einer derartigen Anordnung.
In US-A-5,105,274 werden Schaltungsanordnungen zum Reduzieren von Rauschanteilen in einem Videosignal beschrieben, wobei eine erste Schaltungsanordnung ein Hochpassfilter umfasst zum Extrahieren eines hohen Bandsignalanteils eines eintreffenden Videosignals und einen Begrenzer zur Amplitudenbegrenzung eines Ausgangssignals des Hochpassfilters. Eine zweite Schaltungsanordnung detektiert eine Korrelation in der vertikalen Richtung des Videosignals und eine Gewichtungsschaltung gewichtet ein Ausgangssignal der zweiten Schaltungsanordnung in Reaktion auf das Ausgangssignal des Hochpassfilters. Eine Addieruschaltung addiert ein Ausgangssignal der ersten Schaltungsanordnung und ein gewichtetes Ausgangssignal der zweiten Schaltungsanordnung und eine Subtrahierschaltung subtrahiert ein Ausgangssignal der Addierschaltung und ein Videosignal von einander, damit der Rauschanteil in dem eintreffenden Videosignal reduziert wird. Auf diese Art und Weise kann ein Rauschwert, der an dem Flankenteil eines Videobildsignals zurückbleibt auf effektiv entfernt werden.
In US-A-5.442.462 ist ein Gerät beschrieben zur Bildgeräuschreduktion, wobei dieses Gerät ein adaptives, die Schärfe aufbewahrendes, multidirektionelles und multidimensionales Glättungsverfahren anwendet. Das Verfahren und das Gerät der vorliegenden Erfindung können u. a. für (a) adaptive räumliche Rauschreduktion in Standbildern, (b) für adaptive zeitliche Rauschreduktion in zeitveränderlichen Bildsequenzen und (c) für adaptive räumlich-zeitliche Rauschreduktion angewandt werden durch Kombination der zwei ersten Annäherungen (a) und (b).
Bei einem bewegungsadaptiven zeitlich rekursiven Filter erster Ordnung, wie in [1,2] vorgeschlagen, ist für jede Pixelposition x = (x,y)T, wobei T eine Transposition angibt, und bei einem Eingangsleuchtdichtewert F(x,t), wird der Filterausgang FF(x,t) wie folgt definiert:
FF(x, t) = kF(x, t) + (1 - k) FF(x, t - T) (1)
Wobeik ein Steuerparameter ist, der die Filtermerkmale definiert und wobei T die Teilbildperiode des Videosignals ist, entsprechend 20 ms in einer 50 Hz Umgebung. In einer verschachtelten Abtastumgebung soll x um eine Zeile gesteigert werden (x + (0,1)τ) oder verringert werden (x - (0,1)T), da das entsprechende Pixel in dem vorhergehenden Teilbild nicht existiert. Bei einer vorteilhaften Implementierung [3] wird die vertikale Position teilbildwechselnd gesteigert oder verringert:
FF(x, t) = kF(x, t) + (1 - k)FF(x + ( ),t - T) (2)
wobei NF die Teilbildnummer ist. Die Variable k wird mit einem sog. Bewegungsdetektor bestimmt, wobei der Ausdruck wie folgt ausgedrückt werden kann:
k(x, t) = LUT( [abs( [F(x + n&sub1; + n&sub2;, t) - FF(x + n&sub1; + n&sub2;, t - T) (3)
wobei N&sub1; und N&sub2; (meistens kleine) Nachbargebiete um das betreffende Pixel sind und LUT eine monotone, nicht lineare Nachschlagtabellenfunktion ist, die das Argument in einen Wert übersetzt, der meistens zwischen 1/32 und 1 liegt.
Obschon das Filter dazu vorgesehen ist, im Falle von Bewegung weniger zu filtern, siehe die Gleichung (3), ist meistens eine gewisse Unschärfeerzeugung einer Einzeilheit mit einem nur geringen Kontrast nach wie vor sichtbar. Wenn der Bewegungsdetektor der Gleichung (3) empfindlicher eingestellt wird, damit dieses Blurring vermieden wird, nimmt die Möglichkeit zur Geräuschreduktion dramatisch ab, da der Rauschwert selber als Bewegung gesehen wird.
Ein weiterer Nachteil des beschriebenen bekannten zeitlichen Filters ist, dass es einen Effekt liefert "eines schmutzigen Fensters", d. h. das Filter unterdrückt die hohen zeitlichen Frequenzen, die das Rauschen am Schirm "festfrieren".
Bei nicht detaillierten bewegenden Gebiete erscheint deswegen das Rauschen als Schmutz am Schirm, hinter dem der nicht detaillierte Körper sich bewegt.
Es ist nun u. a. eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, verbesserte Bilddatengeräuschfiltertechniken zu schaffen. Dazu schafft ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Bilddatengeräuschfilterung, wie in den unabhängigen Patentansprüchen definiert. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Patentansprüchen definiert.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 die Geräuschgewichtungskurve, wie diese in der CCIR- Empfehlung 421-1 vorgeschlagen wird,
Fig. 2 eine gewünschte Filterung für eine impliziten HF-Umleitung;
Fig. 3 eine Ausführungsform eines Rauschfilters mit einer expliziten HF-Umleitung,
Fig. 4 eine erste weiter ausgearbeitete Ausführungsform eines Rauschfilters nach der vorliegenden Erfindung,
Fig. 5 eine zweite, weiter ausgearbeitete Ausführungsform eines Rauschfilters nach der vorliegenden Erfindung,
Fig. 6 noch eine weitere Implementierung eines Rauschfilters nach der vorliegenden Erfindung,
Fig. 7 eine Ausführungsform einer vertikalen rekursiven Rauschfilters nach der vorliegenden Erfindung,
Fig. 8 eine Ausführungsform eines erweiterten rekursiven Rauschfilters nach der vorliegenden Erfindung,
Fig. 9 eine andere Ausführungsform eines vertikalen rekursiven Rauschfilters nach der vorliegenden Erfindung, und
Fig. 10 eine weitere Ausführungsform eines erweiterten Rauschfilters nach der vorliegenden Erfindung.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass beide Probleme, die Blindheit des Bewegungsdetektors für hohe Frequenzen mit niedrigem Kontrast und das Problem des Effektes des schmutzigen Fensters mit der Filterung der hohen räumlichen Frequenzen mit geringem Kontrast im Verhältnis stehen. Der Erfindung liegt weiterhin die Erkenntnis zugrunde, dass HF-Rauschwerte viel weniger störend sind als die NF-Rauschwerte. Dies vergrößert die Anziehungskraft eines Filterentwurfs, der hohe räumliche Frequenzen weniger unterdrückt als niedrige räumliche Frequenzen.
Es gibt noch einen weiteren Grund nach Optionen zu suchen, bei denen die hohen räumlichen Frequenzen weniger gefiltert werden. Es wird nun ein sinusförmiges Muster in der horizontalen räumlichen Domäne betrachtet, das sich in horizontaler Richtung verlagert. Dies kann wie folgt beschrieben werden:
F(x, t + T) = F(x + D(x, t), t) (4)
Wobei D(x, t) eine Verlagerung oder ein Bewegungsvektor ist, und
F(x, t) = sin(ωx) (5)
oder wenn die Gleichungen (4) und (5) kombiniert werden:
F(x, t + T) = sin((x + D(x, t))ω) (6)
Wenn nun Folgendes angewandt wird:
finden wir, dass in einer Annäherung erster Ordnung und bei geringfügigen Verlagerungen (Geschwindigkeiten) die Amplitude der resultierenden Teilbilddifferenz FD, d. h. der Differenz zwischen den Gleichungen (4) und (6), durch Bewegung Folgendes beträgt:
FD = 2sin((D(X,t)ω/2)) D(x, t)ω (8)
Dies impliziert, dass für eine bestimmte Geschwindigkeit eines sinusförmigen Musters die Unschärfeerzeugung des rekursiven Rauschfilters erster Ordnung mit der Frequenz linear zunehmen wird.
Es hat deswegen Sinn, den Effekt der zeitlichen rekursiven Filterung durch Vergrößerung der räumlichen Frequenz zu reduzieren. Für einen bestimmen akzeptierbaren Grad der Filterung in den hohen Frequenzen bedeutet dies eine stärkere Filterung in den niedrigeren Frequenzen und deswegen eine höhere Verstärkung in dem (gewichteten) Störabstand. Oder mit anderen Worten für eine ausreichende Steigerung des Störabstandes des Rauschfilters wird weniger Unschärfeerzeugung von Einzelheiten mit geringem Kontrast auftreten, während weiterhin das Festlaufen des Geräusches verschwindet.
Die geringere Filterung in den hohen Frequenzen verursacht nicht einen dramatischen Absturz in dem Störabstand, da diese (gewichtete) Verstärkung hauptsächlich durch die NF-Rauschverringerung, wie dies aus Fig. 1 ersichtlich ist, worin die PAL/SECAM-Rauschgewichtungskurve gezeigt wird, wie diese durch die CCIR- Empfehlung 421-1 [4] vorgeschlagen wird. Die horizontale Achse zeigt die Frequenz Fr in MHz und die vertikale Achse zeigt die relative Empfindlichkeit RS. Fig. 2 zeigt eine gewünschte Rauschreduktionsfilterung, die sich mit einer impliziten HF- Umleitung befasst. Die horizontale Achse zeigt die Frequenz Fr und die vertikale Achse zeigt die Filterübertragungsfunktion H(f) . Auf alternative Weise ist es möglich, eine explizite Umleitung der HF-Signalanteile um das Rauschfilter herum zu schaffen.
Bei solchen expliziten umleitenden HF-Rauschfiltern kann der Bewegungsdetektor vom bekannten zeitlichen Rekursivfilter durch einen räumlichen 2-D Hochpassfilter ersetzt werden. Folglich gehen die HF-Signalanteile ohne Dämpfung durch das rekursive Filter hindurch, während die niedrigerem räumlichen Frequenzen zeitlich gefiltert werden. In der z-Domäne kann dies wie folgt beschrieben werden:
FF(zx, zy, zt) = HHP(zx, zy)F(zx, zy, zt) + (1 - HHP(zx, zy)).zt&supmin;¹.FF(zx, zy, zt) (9)
Fig. 3 zeigt eine einfache Ausführungsform einer Rauchfilters mit expliziter HF-Umleitung. Das Rauschfilter ist ein Teil einer Videosignal-Verarbeitungsstrecke, die mit einer Wiedergabeanordnung D verbunden ist; die anderen Elemente der Videosignal-Verarbeitungsstrecke sind nicht dargestellt. Einem 2-D Tiefpassfilter 3a wird ein Eingangssignal F zugeführt. Von dem Eingangssignal F wird durch einen Subtrahierer 3b ein Ausgangssignal des Tiefpassfilters 3a subtrahiert zum Erhalten der umgeleiteten HF-Signalanteile. Die NF-Signalanteile von dem Tiefpassfilter 3a werden einem Rauschreduktionsfilter 4 zugeführt, dessen Ausgangssignal durch einen Addierer 6 zu den umgeleiteten HF-Signalanteilen addiert werden zum Erhalten des Ausgangssignals FF, das der Wiedergabeanordnung D zugeführt wird. Vorzugsweise hat das zweidimensionale Tiefpassfilter 3a eine Bandbreite, die größer ist als die Rauschgewichtungsfunktion. Es hat sich herausgestellt, dass die in Fig. 3 dargestellte Umleitungsfilterschaltung eine bessere Leistung liefert als das Rauschreduktionsfilter 4 allein. Die nachfolgenden Gründen können für diese verbesserte Leistung gegeben werden:
- Dem Eingangssignal des Rauschfilters 4 mangelt es an hohen Frequenzen. Folglich wird, bei einer Implementierung des Rauschfilters 4, wobei Abtastwerte, die bei dem betreffenden Filtervorgang benutzt worden sind, werden aus einer Anzahl etwaiger Abtastwerte selektiert, eine Selektion von Abtastwerten, die benutzt werden bei der Rauschreduktionsfilterung, über das Bild mehr konsistent sein, was ein mehr glattes Bild ergibt. Auch wird bei einer rekursiven Implementierung des Rauschfilters 4 die Möglichkeit, dass ein Rücklauf durch vertikale Übergänge in dem Bild unterbrochen wird, verringert.
- In dem Ausgangssignal der gesamten Filteranordnung sind nach wie vor mehr hohen Frequenzen vorhanden; sie werden nicht durch die Rauschreduktionsfilterung beeinträchtigt. Weiterhin maskiert das restliche HF-Rauschen etwaige Artefakte, die ein Filter bei den höheren Frequenzen (beispielsweise Phasenverschiebungen) haben würde, und gibt dem Bild eine bestimmte Schärfe. Das Vorhandensein des HF-Rauschen zeigt ein konsistenteres und verbessertes Bild für das menschliche Gesichtsvermögen.
Die Differenz zwischen dem Signal an dem Eingang des Hochpassfilters und an dem Ausgang desselben kann zur Steuerung des Filters benutzt werden. Wenn diese Differenz außerhalb eines Intervalls liegt, das durch die Standardabweichung des Rauschwertes σn gesteuert wird, wird das Filter abgeschaltet. In diesem Fall wird die Übertragungsfunktion des Filters:
FF(zx, zy, zt) = Hm(zx, zy) F(zx, zy, zt) + (1 - Hm(zx, zy)).zt&supmin;¹.FF(zx, zy, zt) (10)
Wobei Hm die modifizierte Übertragungsfunktion des Hochpassfilters (HPF) ist, definiert als:
wobei α eine experimentell optimierte Konstante ist und wobei a und b das Eingangssignal bzw. das Ausgangssignal des Hochpassfilters sind. Diese Implementierung ist in Fig. 4 dargestellt.
In Fig. 4 wird ein Eingangssignal F einem nicht invertierenden Eingang eines Subtrahierers 1 zugeführt, dessen invertierender Eingang ein verzögertes gefiltertes Signal zt&supmin;¹.FF empfängt. Das Ausgangssignal a des Subtrahierers 1 wird einem 2- D Hochpassfilter 3 zugeführt, dessen Ausgangssignal b durch einen Subtrahierer 5 von dem Eingangssignal a des Hochpassfilters 3 subtrahiert wird. Das Ausgangssignal (a-b) des Subtrahierers 5 wird einer Coringschaltung 7 zugeführt, die durch die Standardabweichung des Rauschwertes σn gesteuert wird. Das Ausgangssignal der Coringschaltung 7 wird durch einen Addierer 9 zu dem Ausgangssignal b des Hochpassfilters 3 sowie zu dem verzögerten, gefilterten Signal zt&supmin;¹.FF hinzugefügt, wobei dieser Addierer 9 das gefilterte Ausgangssignal FF liefert. Dieses gefilterte Ausgangssignal FF wird einer Teilbildverzögerungsschaltung 11 zugeführt zum Erhalten des verzögerten gefilterten Signals zt&supmin;¹.FF.
Eine andere, modernere Implementierung ist in Fig. 5 gegeben. Stattdessen, dass das Hochpassfilter 3 mit Hilfe der Elemente 5 und 7 ineffektiv wird, wobei diese Filterung dadurch verringert werden kann, dass eine Mischstufe 13 vorgesehen wird, die durch einen Koeffizienten k gesteuert wird, berechnet auf Basis der absoluten Differenz a-b zwischen dem Signal a am Eingang des Hochpassfilters 3 und dem Signal b an dem Ausgang wie folgt:
Hm(zx, zy) = (1 - k).HHP(zx, zy) + k (12)
Wobei:
Die Schaltungsanordnung 7a berechnet die Mischerkoeffizienten k und 1-k in Abhängigkeit von den Signalen a und b und der Standardabweichung des Rauschens σn. Der Addierer 9' summiert das Ausgangssignal des Mischers 13 und das verzögerte gefilterte Signal zt&supmin;¹.FF zum Erhalten des gefilterten Ausgangssignals FF. Auf diese Art und Weise wird das 2-D Hochpassfilter 3 benutzt zum Erhalten von weniger Filterung in den höheren räumlichen Frequenzen und der Mischer 13 wird benutzt zum Verringern der Filterung.
Fig. 6 zeigt noch eine andere Implementierung des Rauschreduktionsfilters nach der vorliegenden Erfindung. Das Eingangssignal F wird einem (2-D) Tiefpassfilter 3a zugeführt zum Erhalten eines NF-Signals LF. Ein Subtrahierer 3b subtrahiert das Signal LF von dem Eingangssignal F zum Erhalten eines HF-Signals HF. Das Signal LF wird einem Mischer 13a zugeführt, dessen Ausgangssignal durch einen Addierer 9a zum Erhalten des gefilterten Ausgangssignals FF zu dem Signal HF hinzuaddiert. Das Ausgangssignal des Mischers 13a wird ebenfalls einer Teilbild erzögerungsanordnung 11' zugeführt, die einen Blocksummierer 11a umfasst, der den Mittelwert eines Pixelwertblocks berechnet, eine Blockteilbildverzögerungsanordnung 11b, die nur einen Mittelwert je Block zu speichern braucht statt aller Pixelwerte jedes Blocks, und einen bilinearen Interpolierer 11c zum Erhalten verzögerter Pixelwerte für alle Pixelstellen. Das NF-Signal LF und das Ausgangssignal der Teilbildverzögerungsanordnung 11' werden einem Bewegungsdetektor 7b zugeführt zum Erhalten von Mischerkoeffizienten k und 1-k für den Mischer 13a. Bei dieser Ausführungsform werden die HF-Signale HF nicht dem durch die Teilbildverzögerungsanordnung 11' und den Mischer 13a durchgeführten Rauschfiltervorgang ausgesetzt.
Wie oben bereits erläutert kann die Leistung eines zeitlichen rekursiven Rauschfilters verbessert werden, wenn die räumlichen hohen Frequenzen nicht gefiltert werden. Die hohen Frequenzen brauchen nicht gefiltert zu werden, weil sie weniger wahrnehmbar sind. Keine Filterung der hohen Frequenzen bedeutet ebenfalls eine Verbesserung des Verhaltens des Filters im Falle einer Bewegung im Bild. In einem herkömmlichen rekursiven Rauschverringerungsfilter, in dem eine gedämpfte Differenz zwischen einem neuen Signal und einem verzögerten Signal zu dem verzögerten Signal hinzu addiert wird, kann die (implizite) Höhen-Umleitung durch Ersatz der Dämpfung der Differenz mit einem zweidimensionalen räumlichen Hochpassfilter eingeführt werden. Dieses Filter kann als ein Steuerfilter betrachtet werden, das den Betrag an Rekursivität in Abhängigkeit von dem räumlichen Frequenzinhalt anpasst.
Die gleiche Idee einer rekursiven Filterung kann in die räumliche Domäne hinein erweitert werden. Die Teilbildverzögerung wird ersetzt durch eine Verzögerung in einer räumlichen Richtung (beispielsweise horizontal, vertikal oder diagonal). Die Dämpfung der Differenz zwischen neuer und verzögerter Information kann an den Bildinhalt wie folgt angepasst werden:
- Anpassung an hohe Frequenzen: es wird ein Hochpass-Steuerfilter (orthogonal zu der Filterrichtung) benutzt statt eines festen Dämpfungsfaktors. Auf diese Art und Weise wird der Dämpfungsfaktor bei hohen Frequenzen vergrößert um eine implizite Umleitung der hohen Frequenzen zu schaffen.
- Anpassung an Übergänge: ein Rauschfilter, das selektiv ist für den Bildinhalt, sollte die Filterung bei steilen Übergängen in dem Bild verringern. Die absolute Differenz zwischen dem Eingang und dem Ausgang des Hochpassfilters kann als Detektor von Übergängen in der Filterrichtung benutzt werden. Die Anpassung von Übergängen wird dadurch erreicht, dass die absolute Differenz benutzt wird um den Eingang des zweiten Summierungsknotenpunktes zwischen dem Eingang und dem Ausgang des Hochpassfilters zu überblenden, siehe den Fader 79 in den Fig. 7-10.
- Anpassung an den Rauschpegel: der Effekt des Faders wird durch den aktuellen Rauschpegel in dem Bild gesteuert. Auf diese Art und Weise wird eine Degradation von fast rauschfreien Bildern vermieden. So steigert beispielsweise ein höherer Rauschpegel die Schwellen Th1 und Th2 in der nicht linearen Blendungsfunktion in der Blendungsschaltung 77 nach Fig. 7.
Fig. 7 zeigt eine Ausführungsform eines vertikalen rekursiven Rauschfilters nach der vorliegenden Erfindung. Das Verzögerungselement 83 ist eine Verzögerungsleitung und das Hochpassfilter 73 ist ein nicht rekursives horizontales Hochpass-Steuerfilter mit Filterkoeffizienten -1/4, ¹/&sub2; und -1/4. Das Filter ist auf diese Art und Weise ein rekursives Filter, dessen Filterung bei zunehmender räumlicher Frequenz in einer Richtung (horizontal), die nicht mit der Richtung der Rekursionsschleife (vertikal) zusammenfällt, zunimmt. Auf alternative Weise wird eine Pixelverzögerung als Verzögerungselement 83 in der Rekursionsschleife verwendet ust das Hochpassfilter 73 ist ein vertikales Filter mit Verzögerungsleitungen. Damit aber gute Filterergebnisse erzielt werden, sollte das Hochpassfilter 73 wenigstens zwei Verzögerungselemente umfassen, so dass diese alternative Lösung teurer ist (da zwei Verzögerungsleitungen erforderlich sind), als die Ausführungsform, wobei die Rekursionsschleife eine einzige Verzögerungsleitung 83 umfasst und das Hochpassfilter 73 zwei Verzögerungsleitungen umfasst.
In Fig. 7 wird das Eingangssignal F einem nicht invertierenden Eingang eines Subtrahierers 71 zugeführt, wobei der invertierende Eingang ein rekursives Pixeleingangssignal Rec-pix-in von einer Verzögerungsleitung 83 erhält, der das gefilterte Ausgangssignal FF zugeführt wird. Das Ausgangssignal x des Subtrahierers 71 wird einem horizontalen Hochpassfilter 73 zugeführt. Das Ausgangssignal y und das Eingangssignal x des Hochpassfilters 73 werden einer Schaltungsanordnung 75 zum Berechnen der absoluten Differenz zugeführt, wobei das Ausgangssignal dieser Schaltungsanordnung einer nicht linearen Blendungsschaltung 77 zugeführt wird zum Erhalten eines Blendungssteuersignals p. Das Ausgangssignal y und das Eingangssignal x des Hochpassfilters 73 werden ebenfalls einer Blendungsschaltung 79 zugeführt, in der sie in Abhängigkeit von dem Blendungssteuersignal p kombiniert werden. Das Ausgangssignal der Blendungsschaltung 79 wird zu dem rekursiven Pixeleingang Rec-pix-in von der Verzögerungsleitung 83 hinzu addiert zum Erhalten des gefilterten Ausgangssignals FF.
Fig. 8 zeigt eine Ausführungsform eines erweiterten rekursiven Rauschfilters nach der vorliegenden Erfindung. Dieses Filter kann als einige rekursive parallel geschaltete Rauschfilter betrachtet werden. Auf diese Weise wird mit etwas mehr Kosten ein Filter konstruiert, das in mehr Richtungen als das rekursive Rauschfilter nach Fig. 7 filtert, da die zusätzlichen Pixel keine zusätzliche Verzögerungsleitung erfordern, sondern nur extra horizontale Verzögerung und extra horizontale Steuerfilter. Die Kombination der Ausgänge der parallelen rekursiven Rauschfilter wird durch eine gewichtete Summierung der parallelen Zweite erzielt. Durch diese Form von Summierung wird der Zweig, der zur Zeit die stärkste rekursive Filterung aufweist, die größte Gewichtung am Ausgang des Gesamtfilters haben. Dadurch kann das Filter die Richtung der Filterung ändern, ohne eine sehr große Änderung der rekursiven Stärke des Filters. Genauer gesagt: es wird eine Anzahl Pixelverzögerungen 85_1 ...85_(n-1), die je um n Pixelperioden τp verzögern, mit dem Ausgang der Verzögerungsleitung 83 verbunden. An dem Ausgang jeder Pixelverzögerung 83-i kann ein rekursiver Pixeleingang Rec-pix-i erhalten werden, während ein rekursiver Pixeleingang Rec-pix-n von dem Ausgang der Verzögerungsleitung 83 erhalten wird. In Fig. 8 ist nur der erste parallele Zweig ausgearbeitet worden. Auf diese Weise entspricht der Zweig den Elementen 71...81 nach Fig. 7; wobei das Bezugszeichen jedes Elementes um das Suffix "-1" vermehrt worden ist. Der Ausgang Out&sub1; des Addierers 81-1 wird nicht der Verzögerungsleitung 83 zugeführt, sondern einer Schaltungsanordnung 87 zum Bestimmen des Mittelwertes, die ebenfalls das Blendungssteuersignal p&sub1; von der nicht linearen Blendungsschaltung 77-1 als ein Gewichtungskoeffizient empfängt. Auf ähnliche Art und Weise werden die Ausgänge Out1 von den anderen Zweigen 73-i .. 81-i der Schaltungsanordnung 87 zum Bestimmen des Mittelwertes zugeführt, und zwar zusammen mit den betreffenden Blendungssteuersignalen pi. Die Blendungssteuersignale pi bezeichnen die Filterstärken der betreffenden parallelen Zweige. Die Schaltungsanordnung 87 liefert das Ausgangssignal FF zu dem Ausgang der Schaltungsanordnung sowie zu der Verzögerungsleitung 83.
Fig. 9 zeigt eine andere Ausführungsform einer vertikalen rekursiven Rauschfilters nach der vorliegenden Erfindung. Diese Ausführungsform entspricht der aus Fig. 7, aber das Hochpassfilter 73 nach Fig. 7 ist durch ein Bandpassfilter 73a ersetzt worden und die Schaltungsanordnung 75 aus Fig. 7 zum Berechnen der absoluten Differenz ist durch die Kaskadenschaltung eines Subtrahierers 75a, eines ersten Tiefpassfilters 75b, einer Schaltungsanordnung 75c zum Bestimmen eines Absolutwertes, und eines zweiten Tiefpassfilter 75d ersetzt worden. So kann beispielsweise ein Bandpassfilter mit Abgriffkoeffizienten -1, 0, 2, 0, -1 mit einer Abtastfrequenz von 16 MHz benutzt werden.
Fig. 10 zeigt eine andere Ausführungsform eines erweiterten rekursiven Rauschfilters nach der vorliegenden Erfindung. Diese Ausführungsform entspricht der nach Fig. 8, aber die Hochpassfilter 73-i nach Fig. 8 sind durch Bandpassfilter 73a-i ersetzt worden und die Schaltungsanordnungen 75-i nach Fig. 7 zum Bestimmen der absoluten Differenz sind durch betreffende Kaskadenschaltungen eines Subtrahierers 75a-i, eines ersten Tiefpassfilters 75b-i, einer Schaltungsanordnung zum Bestimmen des Absolutwertes 75c-i, und eines zweiten Tiefpassfilters 75d-i ersetzt worden.
Es ist offenbar möglich, Bewegungskompensation in die Rückkopplungsschleife des zeitlichen rekursiven Filters aufzunehmen. Obschon, wie oben bereits beschrieben, das Filter weniger kritisch ist für Bewegungsunschärfe, hat es sich versuchsweise herausgestellt, dass Bewegungskompensation dennoch eine nützliche Verfeinerung ist.
Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung kann wie folgt zusammengefasst werden. Bewegungsadaptive rekursive zeitliche Filter erster Ordnung sind im Bereich der Rauschfilterung bei Fernsehen sehr beliebt, aber dadurch werden Schweifen in Bewegungsszenen eingeführt und wird ein Verharren von Rauschen als der meist störende Effekt verursacht. Die vorliegende Erfindung schlägt nun eine Änderung dieses herkömmlichen Filters vor, wodurch diese Nachteile weitgehend eliminiert werden, wodurch der Entwurf des Bewegungsdetektors vereinfacht wird, und wodurch die Anforderung einer Bewegungskompensation reduziert wird. Eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schafft dazu ein zeitliches rekursives Rauschfilter (erster Ordnung) für Bilddaten, wobei die zeitliche Filterung abhängig ist von dem örtlichen räumlichen Bildspektrum, so dass die zeitliche Filterung für niedrige räumliche Frequenzen stärker ist und für höhere räumliche Frequenzen schwächer ist. Vorzugsweise wird die Filterung für den gesamten Spektralinhalt reduziert, wenn der Effekt des Filters groß ist, dies im Vergleich zu der Rauschamplitude. Vorteilhafterweise liegt Bewegungskompensation in der Rückkopplungsschleife eingeschlossen.
Es sei bemerkt, dass die oben genannten Ausführungsformen die vorliegende Erfindung erläutern statt beschränken, und dass der Fachmann imstande sein wird, im Rahmen der beiliegenden Patentansprüche alternative Ausführungsformen zu bedenken. In den Ansprüchen sollen die eingeklammerten Bezugszeichen nicht als den Anspruch beschränkend betrachtet werden. Die vorliegende Erfindung kann mit Hilfe von Hardware mit vielen einzelnen Elementen, und mit Hilfe eines auf geeignete Art und Weise programmierten Computers ausgebildet werden.

Bezugsmaterial:

[1] R,N, Jackson und M.J.J.C. Annegarn, "Compatible Systems for High- Quality Television", SMPTE Journal, Juli 1983.
[2] T. Grafe und G. Scheffler, "Interfield Noise and Cross Color Reduction IC for Flicker Free TV Receivers", IEEE transachtions on Consumer Electronics, Heft 34, Nr. 3, August 1988, Seiten 402-408.
[3] J.G. Raven, "Noise suppression circuit for a video signal" UK Patent Application Nr. GB 2083317 A, August 1981, (PHN 9822).
[4] "CCIR recommendation 421-1, annex III", Documents de 1a Xie Audiosignalsemblee plenere, Oslo, 1966, Heft V, Genf, 1967, Seiten 81-82.

Claims

1. Verfahren zur rekursiven Bilddatenrauschfilterung auf Basis eines örtlichen räumlichen Spektrums des Bildes, wobei relativ niedrige räumliche Frequenzanteile mehr gefiltert werden als relativ höhere räumliche Frequenzanteile, wobei dieses Verfahren die nachfolgenden Verfahrensschritte umfasst:

- das Empfangen eines Bilddatensignals (F);

- das Subtrahieren (1) eines verzögerten rekursiven Signals von dem genannten Bilddatensignal (F) zum Erhalten eines Differenzsignals (a);

- das Zuführen des genannten Differenzsignals (a) zu einem Steuerfilter (3, 5, 7, 9) mit einer Hochpasscharakteristik) die entsprechend dem Frequenzinhalt des Differenzsignals modifiziert wird um dadurch ein rauschgefiltertes Differenzsignal zu erhalten;

- das Addieren (9) des gefilterten Differenzsignals zu dem verzögerten rekursiven Signal zum Herleiten eines Summensignals, wobei dieses Summensignal (FF) eine rauschgefilterte Version des Bilddatensignals (F) ist; und

- das Verzögern (11) des Summensignals zum Erhalten des genannten verzögerten rekursiven Signals.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Filterung des genannten Differenzsignals abhängig ist von räumlichen Frequenzen desselben in bestimmten horizontalen und/oder vertikalen Richtungen, und die genannte Filterung in einer räumlich-zeitlichen Richtung anders ist als in Richtungen der genannten räumlichen Frequenzen.

3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Filterung in der zeitlichen Richtung stattfindet und von horizontalen und vertikalen räumlichen Frequenzen abhängig ist.

4. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Filterung in der vertikalen Richtung stattfindet und von horizontalen räumlichen Frequenzen abhängig ist.

5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Filterung des genannten Differenzsignals für den ganzen spektralen Inhalt desselben reduziert wird um den Effekt der Filterung davor zu schützen, dass er im Vergleich zu der Amplitude eines Rauschanteils des Differenzsignals groß wird.

6. Anordnung zum Durchführen einer rekursiven Rauschfiltgerung eines Bilddatensignals auf Basis eines örtlichen räumlichen Spektralinhaltes des Bildes, wobei relativ niedrige räumliche Frequenzanteile mehr gefiltert werden als relativ höhere räumliche Frequenzanteile; wobei die genannte Anordnung die nachfolgenden Elemente umfasst:

- Mittel zum Empfangen eines Bilddatensignals (F);

- Mittel (1) zum Subtrahieren eines verzögerten rekursiven Signals von dem genannten Bilddatensignal (F) zum Erhalten eines Differenzsignals (a);

- Mittel zum Zuführen des genannten Differenzsignals zu einem Steuerfilter (3, 5, 7, 9) mit einer Hochpasscharakteristik, die entsprechend dem räumlichen Frequenzinhalt des Differenzsignals modifiziert wird um dadurch ein rauschgefiltertes Differenzsignal zu erhalten;

- Mittel zum Addieren (9) des gefilterten Differenzsignals zu dem verzögerten rekursiven Signal zum Herleiten eines Summensignals (FF), wobei dieses Summensignal eine rauschgefilterte Version des Bilddatensignals ist; und

- Mittel zum Verzögern (11) des Summensignals zum Erhalten des genannten verzögerten rekursiven Signals.

7. Anordnung nach Anspruch 6, wobei das genannte Steuerfilter (3, 5, 7, 9) die nachfolgenden Elemente umfasst:

- Mittel (3) zum Erhalten von HF-Anteilen (b) aus dem genannten Differenzsignals (a)

- Mittel (7a, 75) zum Erhalten einer absoluten Differenz (k) zwischen dem genannten Differenzsignal (a) und den genannten HF-Anteilen (b);

- Mittel (13, 77, 79) zum Kombinieren der genannten HF-Anteile (b) und des genannten Differenzsignals (a) in Abhängigkeit von der genannten absoluten Differenz (k) , um dadurch ein Steuersignal zu erhalten; und

- Mittel (9', 81) zum Kombinieren des genannten Steuersignals und des genannten verzögerten Signals zum Erhalten eines rauschgefilterten Ausgangssignals.

8. Anordnung nach Anspruch 6, mit einer Anzahl paralleler Filterzweige zum Filtern in einer Anzahl erster räumlicher Richtungen in Abhängigkeit von räumlichen Frequenzen in betreffenden zweiten räumlichen Richtungen, die von den genannten ersten räumlichen Richtungen abweichen.

9. Anordnung nach Anspruch 8, wobei Ausgänge (Out1, Out2, Out3) der parallelen Filterzweige entsprechend betreffenden Filterstärken (p1, p2, p3) der parallelen Zweige gewichtet werden.

10. Wiedergabegerät mit einer Wiedergabeanordnung (D) und mit einer Bilddatenrauschfilteranordnung nach Anspruch 6, wobei die Filteranordnung in einer Videosignal-Verarbeitungsstrecke vorgesehen ist, die mit der Wiedergabeanordnung (D) verbunden ist.