DE4319343A1 - Verfahren zur Bestimmung des Rauschanteils in einem Videosignal - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Bestimmung des Rauschanteils in einem Videosignal nach der Gattung des Hauptanspruchs und betrifft ferner eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens.

Zur Reduktion von Rauschstörungen in Videosignalen sind Schaltungen bekannt, welche auf dem Prinzip der zeitlich rekursiven Filterung beruhen. Durch die Rückführung eines um ein Bild verzögerten Ausgangssignals auf den Eingang eines Rekursivfilters wird der Rauschanteil über mehrere Bildperioden gemittelt und damit verringert.

Hierbei ist üblicherweise ein Bewegungsdetektor vorgesehen, der die Größe des zurückgeführten Videosignals in Abhängigkeit von im Bild vorliegender Bewegung steuert. Bei einem bekannten System nach DE 31 21 597 C2 wird ein Bewegungssignal durch Differenzbildung zwischen dem unverzögerten und dem verzögerten Videosignal gewonnen. In diesem Bewegungssignal ist jedoch zunächst wie beim Eingangssignal Rauschen vorhanden, welches den Bewegungsdetektor negativ beeinflußt. So kann starkes Rauschen als Bewegung fehlinterpretiert werden, und das rekursive Filter erreicht nicht die optimale Rauschreduktion. Um dies nicht zur Steuerung des rekursiven Filters heranzuziehen, wird gleichverteiltes Rauschen mit Hilfe einer Schwellwertschaltung und eines Tiefpasses unterdrückt.

Der vorliegenden Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, in dem durch Differenzbildung zwischen dem unverzögerten und dem verzögerten Signal erzeugten Bewegungssignal die anteilige Rauschamplitude zu messen , um die Größe des Schwellwertes einzustellen.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Das erfindungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 hat den Vorteil, daß mit geringen Mitteln nur der Rauschanteil des Videosignals erfaßt wird, der anschließend in einfacher Weise in Zusammenhang mit der Bewegungserkennung von Videosignalen z. B. bei der Rauschreduktion, bei der Fernseh-Standardkonversion usw. verwendet werden kann.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Patentanspruch 1 angegebenen Verfahrens möglich. So besteht der Vorteil eines zweidimensionalen Fensters darin, daß die niederfrequenten Rauschanteile durch die Messung noch besser erfaßt werden können.

In weiteren Unteransprüchen ist eine vorteilhafte Schaltung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens angegeben.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Rauschdetektors,

Fig. 2 Zeitdiagramme des Bewegungssignals verschiedener Zeilen,

Fig. 3 Zeitdiagramme a) der Suchfenster innerhalb einer Zeile, b) der diesen entsprechenden Abschnitte für die Übertragung des jeweiligen Maximalwertes,

Fig. 4 Zeitdiagramme der Suchfenster für die Ermittlung der Maximal- und Minimalwerte.

In dem Blockschaltbild nach Fig. 1 liegt an Klemme 1 ein mit Rauschstörungen behaftetes Videosignal an, welches einerseits direkt und andererseits über eine Verzögerungseinrichtung 2 den Eingängen einer Einrichtung 3 zur Differenzwert- und Absolutwertbildung zugeführt wird. Die Verzögerungseinrichtung 2 verzögert das Videosignal um die Dauer eines Vollbildes. Derartige Verzögerungseinrichtungen sind hinreichend bekannt und werden zweckmäßigerweise mit Hilfe eines digitalen Vollbildspeichers realisiert. In der Einrichtung 3 wird die Differenz zwischen dem unverzögerten und dem verzögerten Videosignal und davon der Absolutwert gebildet, da der Einfluß auf die Rauschverminderung vom Vorzeichen der Änderung des Bildinhalts unabhängig sein soll.

Das am Ausgang abnehmbare sog. Bewegungssignal L besteht bei unbewegten Bildern praktisch nur aus dem gleichgerichteten Rauschanteil des Videosignals, bei bewegten Bildern jedoch aus dem Betrag der Differenzsignalwerte zweier aufeinander folgender Bilder mit überlagertem gleichgerichteten Rauschen, wie beispielsweise in Fig. 2 dargestellt. Die Zeitdiagramme a), b), c) von Fig. 2 zeigen jeweils die Signalamplituden je einer Zeile, wobei die hohen Amplituden von Bewegung und die überlagerten kleinen Amplituden vom Rauschen herrühren.

Das Signal L wird nun einer Maximum-Spitzenwert-Meßschaltung 4 zugeführt, in welcher innerhalb eines Suchfensters das Amplitudenmaximum festgestellt wird.

Im Falle von unbewegten Bildern stellt die obere Hüllkurve den Spitzenwert des Rauschanteils im Eingangsbild dar, welcher durch Suchen des Maximums ermittelt werden kann. Die Suche wird jeweils mit einem Startimplus S mit dem Anfangswert M = 0 initialisiert. Tritt während einer Suche ein größerer Wert (L<M) auf, so wird er als neuer Referenzwert detektiert. Mit dem nächsten Startimpuls S wird der letzte M-Wert in ein Register 5 übernommen und gleichzeitig eine neue Maximum-Suche gestartet. Am Ende eines jeden Suchabschnittes liefert das Signal N den gesuchten Spitzenwert des Rauschens. In der horizontalen und vertikalen Austastlücke des Videosignals wird die Maximum-Suche durch einen an den Steuereingang E angelegten Impuls EN unterbrochen.

In Fig. 3a) sind die beispielsweise während einer Zeile vorgesehenen Suchfenster M1 bis M6 mit verschiedenen M-Werten als Kästchen dargestellt, an deren Beginn jeweils ein Startimpuls S angedeutet ist. In Fig. 3b) sind die entsprechenden Zeitabschnitte der Suchfenster N1 bis N5 für das Signal N ebenfalls als Kästchen dargestellt.

Bei bewegtem Bildinhalt - gemäß Fig. 2 - muß von den Signalwerten N über einen größeren Zeitraum ein Minimum ermittelt werden. In Fig. 2 kann man erkennen, daß auch bei Bewegung einzelne Zeilen oder auch Teile von Zeilen unverändert bleiben, d. h. nur den Rauschanteil aufweisen. Unter der Voraussetzung, daß die Suchfenster für die Suche des Amplituden- Maximums genügend klein gehalten werden, wird mit sehr großer Sicherheit über einen größeren Zeitraum (z. B. eine oder mehrere Teilbildperioden) mindestens ein Wert des Signals N auftreten, welcher nicht durch Bewegung beeinflußt ist.

Das Signal N wird daher einer Minimum-Speicherwert-Meßschaltung 6 zugeführt, welche mit V-frequenten Impulsen gestartet wird, wodurch die Messung des Signalminimums wenigstens über eine Teilbildperiode durchgeführt wird. Der Minimum-Signalwert O wird im nachfolgenden, ebenfalls mit V-frequenten Impulsen getakteten Register 7 festgehalten und am Ende der Meßperiode als gesuchter Spitzenwert des Rauschens an den Ausgang 8 abgegeben. Mit diesem Ausgangs-Rauschsignal P kann dann das an Klemme 1 anliegende Videosignal vor der weiteren Verarbeitung entstört werden.

In Fig. 4 ist das Größenverhältnis der Maximum- und Minimum- Suchfenster verdeutlicht. In der Praxis haben sich ca. 20 Maximum-Suchfenster pro Zeile bewährt. Bei größerer Anzahl werden die Abschnitte zu kurz, um die niederfrequenten Rauschanteile zu erfassen. Der gefundene Spitzenwert des Rauschens ist dann zu klein. Die Länge des Minimum-Suchfensters hängt davon ab, wie schnell die Messung einer Änderung der Rauschamplitude folgen soll. Wenn die Minimum-Suche nur über ein Vollbild ausgedehnt wird, bleiben auch massive Änderungen des Bildinhaltes (z. B. Szenenwechsel) ohne Einfluß auf das Meßergebnis.

Eine Möglichkeit zur weiteren Verbesserung des Verfahrens besteht darin, die Maximum-Suche innerhalb eines zweidimensionalen Fensters vorzunehmen. Auf diese Weise können die niederfrequenten Rauschanteile durch die Messung noch besser erfaßt werden.

Claims (7)

1. Verfahren zur Bestimmung des Rauschanteils in einem Videosignal, wobei durch Differenzbildung zwischen dem unverzögerten und dem um eine Bildperiode verzögerten Videosignal mit nachfolgender Absolutwertbildung ein Bewegungssignal (L) gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst innerhalb eines Suchfensters das Amplituden- Maximum (M) des Bewegungssignals ermittelt wird, und daß danach aus den Maximalwerten der Suchfenster innerhalb mindestens einer Teilbildperiode das Minimum bestimmt wird, welches dem Spitzenwert des Rauschens entspricht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ermittlung des Amplituden-Maximums während der horizontalen und vertikalen Austastlücken des Videosignals unterbrochen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Suchfenster eindimensional ist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß bis zu 20 Suchfenster pro Zeile vorgesehen sind.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Suchfenster zweidimensional ist.

6. Schaltung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch
eine Einrichtung (3) zur Differenzwert- und Absolutwert­ bildung, an deren Eingängen das unverzögerte und das um eine Bildperiode verzögerte Videosignal anliegen,
eine Maximum-Spitzenwert-Meßschaltung (4), deren Eingang mit dem Ausgang der Einrichtung (3) zu Differenzwert- und Absolutwertbildung verbunden ist, deren Starteingang jeweils zu Beginn eines Suchfensters mit einem Startimpuls (S) beaufschlagt ist,
ein erstes Register (5) zum Speichern der von der Maximum-Meßschaltung (4) gelieferten Maximumwerte Eingang mit dem Ausgang der Meßschaltung (4) verbunden ist und dessen Takteingang ebenfalls mit einem Startimpuls (S) beaufschlagt ist,
eine Minimum-Spitzenwert-Meßschaltung (6), deren Eingang mit dem Ausgang des ersten Registers (5) verbunden ist, deren Starteingang jeweils zum Ende einer Austastlücke mit einem H- bzw. V-frequenten Impuls beaufschlagt ist,
ein zweites Register (7) zum Speichern der von der Meßschaltung (6) gelieferten Minimumwerte, dessen Eingang mit dem Ausgang der Meßschaltung (6) verbunden ist und dessen Takteingang ebenfalls mit einem H- bzw. V-frequenten Impuls beaufschlagt ist und an dessen Ausgang das Rauschsignal (P) abnehmbar ist.

7. Schaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß an den Steuereingang (E) der Maximum-Spitzenwert-Meßschaltung (4) zu Beginn der Austastlücke ein H- bzw. V-frequenter Impuls angelegt ist.