專利名稱：相關(guān)數(shù)字信號中的噪聲降低的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種降低信號噪聲的技術(shù)，用于降低可能出現(xiàn)在數(shù)字信號尤其是在數(shù)字視頻信號之類的相關(guān)數(shù)字信號中的噪聲而不惡化降低噪聲后數(shù)字信號的質(zhì)量，也不需大容量存儲器和大規(guī)模處理能力以實現(xiàn)這樣的噪聲降低。
已知在數(shù)字圖像信號中處理中的噪聲降低采用含有幀存儲器的遞歸噪聲濾波器。一幀至下一幀圖像信息的細(xì)小差別從輸入數(shù)字圖像信號中提取并被看作是噪聲分量。從輸入數(shù)字圖像信號中減去該噪聲分量，所得的降低噪聲后的數(shù)字圖像信號被寫入遞歸濾波器的幀存儲器。已知這樣的遞歸噪聲濾波器也采用場存儲器來取代幀存儲器以降低存儲器件的成本。


圖1是所提出的遞歸噪聲濾波器的一個實例，該濾波器包括幀存儲器5和減法器2，在減法器2中將從輸入端1提供給減法器2的輸入數(shù)字圖像信號Vin減去從減法器3得到的噪聲分量。在減法器2輸出端產(chǎn)生的降低噪聲后的圖像信號Vout存儲到幀存儲器5中；該降低噪聲后的圖像信號Vout也耦合到輸出端4以作進(jìn)一步的處理、顯示、傳送、記錄等等。于是幀存儲器存儲一給定幀的已降低噪聲的信號，它與下一幀的圖像信號作比較；二者之差被認(rèn)為是提取的噪聲分量。幀存儲器5的讀/寫操作受存儲器控制器6的控制。
如果已降低噪聲的圖像信號表示為Vout，則該已降低噪聲的圖像信號延遲一幀后的形式稱作Vout·F-1，其中F-1是指幀存儲器5賦予已降低噪聲圖像信號的一幀延遲。減法器3從輸入圖像信號Vin當(dāng)前收到的幀中減去已降低噪聲圖像信號的上一幀的延遲一幀后的形式，因此減法器的輸出表示為Vin-Vout·F-1。假定從一幀至下一幀沒有或很少運動，則由減法器3產(chǎn)生的差信號的數(shù)值就代表在輸入數(shù)字圖像信號Vib中的噪聲分量。該差信號經(jīng)受低通濾波器7的低通濾波器處理以便限制已提取的噪聲分量的帶寬；限制帶寬后的噪聲分量由非線性電路8處理。該非線性電路使提取的噪聲分量乘以反饋系數(shù)K，反饋系數(shù)K的值隨減法器3產(chǎn)生的已提取噪聲分量的值而變化。非線性電路8構(gòu)造成只讀存儲器(ROM)，該只讀存儲器產(chǎn)生的輸出值是由減法器3和低通濾波器7提供給它的輸入值的函數(shù)。該輸入值可認(rèn)為是地址信號；與已提取噪聲分量代表的地址相對應(yīng)的、在ROM8存儲單元中存儲的值從該存儲單元中讀出。圖2A代表合適的ROM，或查找表，其中標(biāo)為“輸入”的列可以看作是由減法器3提供給ROM的地址，標(biāo)為“輸出”的列可以看作是從ROM讀出的值。因此，可以理解，從ROM8讀出的數(shù)值是已提取噪聲分量的值的K倍。圖2B示出了已提取的噪聲分量，或從減法器3提供給ROM8的輸入值，與從ROM讀出的輸出值之間的圖示關(guān)系。
如果假定ROM8存儲8位數(shù)值并且由減法器3提取的八位噪聲分量來尋址，則對于在-3.0至+3.0的任意范圍內(nèi)的已提取的噪聲分量的值，反饋系數(shù)K呈現(xiàn)數(shù)值1(即，K＝1)。當(dāng)已提取的噪聲分量的值在3.0和4.0之間(或-3.0和-4.0之間)，從ROM8讀出的輸出值保持固定在+3.0(或可能是-3.0)；當(dāng)已提取的噪聲分量的值大于5.0(或-5.0)時，從ROM8讀出的值是0。因此，可以識別出作為地址提供給ROM8的輸入值與從ROM讀出的輸出值之間的關(guān)系是非線性關(guān)系。
在提供給ROM8的已提取噪聲分量與從ROM讀出的已相乘的噪聲分量的值之間的非線性的目的在于，保證從輸入圖像信號Vin減去的是噪聲分量而不是運動分量。假定在-5.0至+5.0范圍(如圖2B所示)之外的已提取的噪聲分量不是噪聲分量而是運動分量。通過使由減法器3提取的分量乘以非線性反饋系數(shù)K，只有噪聲分量而不是運動分量被提供給減法器2和從輸入信號Vin中除去。必須理解，圖2B所示的該范圍-5.0至+5.0相當(dāng)小。
如果已提取的噪聲分量的字長不受限制，即如果使用很大的位數(shù)來表示已提取的噪聲分量，則ROM8的輸入/輸出關(guān)系將如圖2B所示的虛線的樣子。然而，應(yīng)當(dāng)用來表示已提取的噪聲分量的位數(shù)有一定限制；結(jié)果，輸入/輸出特性為階梯形，如圖2B中的水平實線所示。于是，當(dāng)提供到ROM8的已提取噪聲分量的值在0.5至1.5的范圍內(nèi)時，從ROM讀出的值是1.0。為了方便起見，圖2B中的空心圓表示從ROM8讀取的范圍實際上大于指出的下限。即，當(dāng)提供到ROM的已提取噪聲分量大于0.5和等于或小于1.5時，從ROM8讀出的輸出值為1.0。
由以上可知用ROM8處理和加到減法器2的已提取的噪聲分量可以表示為K×Vout·F-1。該經(jīng)過處理的已提取噪聲分量可以看作是噪聲值；用減法器2把該噪聲值從輸入圖像信號Vin中減去。相減的結(jié)果可以用數(shù)學(xué)表示為Vout＝Vin-K·(Vin-Vout·F-1)＝Vin·(1-K)/(1-K·F-1) …(1)為了增進(jìn)由圖1所示的裝置的降低噪聲效果，可以把反饋系數(shù)K看作是多位信號；但是這樣做的后果是要求由減法器3提取的噪聲分量及存儲在ROM8中的輸出值具有很大的字長。從而，ROM8的存儲器容量將不得不十分大，結(jié)果將增加成本。為了避免這種后果，曾經(jīng)提議應(yīng)當(dāng)把反饋系數(shù)值K設(shè)置成1；如果在公式(1)中采用K＝1，就得到下式Vout＝Vout·F1…(2)在圖2B所示的已提取噪聲分量的-3.0至+3.0之間的有限范圍內(nèi)，反饋系統(tǒng)K呈現(xiàn)數(shù)值1.0；從公式(1)能看出Vout＝Vout·F-1。這意味著存儲在存儲器5中的圖像信號的內(nèi)容保持不變。換句話說，當(dāng)視頻信號的幀間差別是零或很小時，每個圖像樣本的各最低有效位不變即保持凍結(jié)。這種諸最低有效位的“凍結(jié)”導(dǎo)致輸出圖像信號的惡化從而使根據(jù)該圖像信號顯示的圖像惡化。
本發(fā)明認(rèn)識到如果反饋系數(shù)K的值小于1.0，則存儲在幀存儲器中圖像信號的各最低有效位不會凍結(jié)。然而，如果單純依靠反饋系數(shù)K＜1會產(chǎn)生問題，這是由于已提取噪聲分量的字長必須受限制。特別是，可以預(yù)料，反饋系數(shù)K可能的數(shù)值，如果設(shè)置成零散(sporadic)值又設(shè)置得一點也不精確的話，有損于圖1裝置達(dá)到的噪聲降低效果。
因此，本發(fā)明的一個目的是提供一種改進(jìn)的噪聲降低技術(shù)，即使數(shù)字化的信號的字長受到限制，這種技術(shù)也不削弱預(yù)期的噪聲降低。
本發(fā)明的另一目的是提供一種能用于呈現(xiàn)出良好相關(guān)的數(shù)字信號，諸如數(shù)字圖像(或視頻)信號的改進(jìn)的噪聲降低技術(shù)。
本發(fā)明的又一目的是防止已降低噪聲的數(shù)字圖像信號所產(chǎn)生的圖像質(zhì)量的惡化。
本發(fā)明的再一目的是提供一種噪聲降低技術(shù)，該項技術(shù)從輸入的相關(guān)數(shù)字信號中提取噪聲分量、調(diào)節(jié)作為已提取分量值的函數(shù)的已提取噪聲分量的增益并且在隨機(jī)或偽隨機(jī)的基礎(chǔ)上改變增益以避免已降低噪聲的數(shù)字信號對圖像質(zhì)量的惡化。
通過以下的詳細(xì)描述，本發(fā)明的各種其他目的、優(yōu)點和特點將變得易于理解，各種新穎的特征將在附后的權(quán)利要求書中具體指出。
按照本發(fā)明，提供一種用于諸如數(shù)字視頻信號之類的相關(guān)數(shù)字信號的噪聲降低技術(shù)，在該技術(shù)中，噪聲分量從輸入數(shù)字信號中提取并從輸入數(shù)字信號中減去以便抵消該噪聲分量。噪聲分量被作為在輸入數(shù)字信號中存在的非相關(guān)成分檢出；檢出的噪聲分量由非線性電路處理，該非線性電路將檢出的分量值乘以非線性反饋系數(shù)K。反饋系數(shù)K的值在隨機(jī)或偽隨機(jī)的基礎(chǔ)上加以切換。最好是K＜1。
在本發(fā)明的一個方面，反饋系數(shù)K的值以預(yù)定的與時間有關(guān)的概率來切換。作為本發(fā)明的另一方面，反饋系數(shù)的切換受控制使它不在可預(yù)測規(guī)律性的或者極有可能的時間上出現(xiàn)。作為本發(fā)明的結(jié)果，反饋系數(shù)K的平均值可以高度精確地得到控制，但是卻不需要更大的字長或更大的存儲器容量。
參照附圖將最佳地理解以下詳細(xì)說明，該說明雖然以實例的方式給出但并不意味著將本發(fā)明僅限于此，其中圖1是一種噪聲降低技術(shù)的框圖，該技術(shù)具有本發(fā)明可以避免的缺點；圖2A和2B是可以用來構(gòu)成圖1中的ROM8的查找表的示意圖；圖3是可現(xiàn)成應(yīng)用本發(fā)明降噪技術(shù)的錄像機(jī)的框圖；圖4是按照本發(fā)明所述的降噪器一個實施例的框圖；圖5是對解釋按照本發(fā)明的用于改變反饋系數(shù)K的切換信號的出現(xiàn)概率有用的示意圖；圖6A和6B是可在圖4的降噪器中作為ROM38使用的查找表的示意圖；圖7是按照本發(fā)明所述的降噪器另一實施例的框圖。
現(xiàn)在參看各圖。圖3是包括可按本發(fā)明構(gòu)成的數(shù)字降噪器14的視頻記錄/重放設(shè)備的框圖。在圖3所示的實施例中，視頻記錄器被描述為磁帶記錄器，但是能夠理解該視頻記錄器可以是模擬磁帶錄像機(jī)、數(shù)字磁帶錄像機(jī)、數(shù)字頻盤(DVD)記錄器/播放器、磁盤裝置、或諸如此類的設(shè)備。也能夠理解，被記錄的信號不必僅局限于視頻信號，相反，它可以是其它類型的高度相關(guān)的信號。從以下討論中將領(lǐng)會到高度相關(guān)的信號是其中從一個時間單元至下一時間單元(例如從一視頻幀至下一視頻幀)的信息基本相同的信號。已知視頻信號高度相關(guān)，因為除非存在幀間運動，在一幀中存在的視頻信息基本上相同于在下一幀存在的視頻信息。為了容易討論和方便起見，在視頻記錄器的環(huán)境中描述本發(fā)明，雖然字眼“視頻”被理解為說明性的，而非對本發(fā)明的限制。使用詞語“視頻信號”旨在更一般地稱呼高度相關(guān)的信號。
輸入模擬信號，例如模擬視頻信號，從輸入端11加到模數(shù)(A/D)變換器12。由A/D變換器12產(chǎn)生的所得數(shù)字化視頻信號由視頻信號處理器13處理，該視頻信號處理器適用于從視頻信號中分離出亮度和色度分量并且對分離后的分量執(zhí)行各自的處理功能，例如對亮度分量進(jìn)行自動增益控制，對色度分量進(jìn)行自動色度控制和色度調(diào)制，以及諸如此類的處理。經(jīng)過處理的亮度和色度分量加到降噪器14，其更詳細(xì)的結(jié)合圖4的描述見后。
在操縱單元16(如圖形用戶界面、鍵盤、鼠標(biāo)、用戶控制的輸入開關(guān)之類)控制下的微計算機(jī)15(如中央處理器)用來控制降噪器14的噪聲降低功能。操縱單元16可以認(rèn)為還是決定是否應(yīng)當(dāng)接通或關(guān)閉降噪功能的方式控制開關(guān)。以后將容易理解，簡單地把反饋系統(tǒng)K設(shè)置到0(K＝0)，降噪功能就被關(guān)閉。操縱單元16還被用來控制從中選擇反饋系數(shù)K的不同查找表的出現(xiàn)概率。如以下將討論的那樣，不同的反饋系數(shù)表可以在隨機(jī)或偽隨機(jī)的基礎(chǔ)上或以預(yù)定的概率加以選擇。
在降噪器14輸出處產(chǎn)生的已降噪的視頻信號加到例如產(chǎn)生復(fù)合視頻信號的記錄處理電路17。數(shù)字形式的復(fù)合視頻信號可以通過D/A變換器18耦合到輸出端19，從而把模擬復(fù)合視頻信號加到輸出端以作諸如傳送、顯示、進(jìn)一步記錄之類的進(jìn)一步處理。記錄處理電路17適合于執(zhí)行在記錄視頻信號時通常要執(zhí)行的各種處理功能，如亮度分量的加重、亮度分量的頻率調(diào)制，色度分量頻帶的向下變頻，等等。
由記錄處理電路17產(chǎn)生的已處理復(fù)合視頻信號用D/A變換器20變換成模擬形式，用記錄/重放(R/P)放大器21放大然后用記錄頭22記錄在記錄媒體23上。
在重放方式期間，以前記錄下來的復(fù)合視頻信號用頭22從記錄媒體23重放并且用記錄/重放放大器21放大。再現(xiàn)的模擬視頻信號由A/D變換器24變換成數(shù)字形式，然后由再現(xiàn)處理電路25處理。電路25適合于處理再現(xiàn)的視頻信號，其處理方式與記錄處理電路17執(zhí)行的處理相反。因此能夠理解，再現(xiàn)處理電路適合于頻率解調(diào)、亮度分量去加重和色度分量頻帶的向上變頻。經(jīng)過處理的亮度和色度分量加到執(zhí)行以下將要描述的降噪過程的降噪器14，其方式與記錄視頻信號時執(zhí)行的降噪過程相似。如前所述，降噪后的數(shù)字視頻信號從降噪器14通過記錄處理器電路17和D/A變換器18加到輸出端19。
降噪器14的一個優(yōu)選實施例示于圖4中。這里，數(shù)字視頻信號Vin加到輸入端31，然后加到減法器32，在該減法器中減去提取和處理后的噪聲分量。已除去噪聲分量的所得視頻信號Vout耦合到輸出端34，還耦合到將存儲它的幀存儲器35。如同圖1所示的建議的情況，與圖1中存儲器控制器6相似的存儲器控制器36用來控制幀存儲器35的讀/寫周期。
可以看出幀存儲器35的輸出是除去了噪聲分量的上一幀視頻信號Vin。因此該幀存儲器的輸出表示為Vout·F-1。即，該幀存儲器的輸出等于已除去噪聲分量的上一幀視頻信息；該輸出耦合到減法器33以便從當(dāng)前幀視頻數(shù)據(jù)中減去上一幀已消除噪聲的視頻數(shù)據(jù)。當(dāng)前幀視頻信號Vin和上一幀視頻信號Vout·F-1之差在本文中稱為提取的噪聲分量；該提取的噪聲分量從減法器33經(jīng)過低通濾波器37耦合到非線性電路38。與以前相同，存儲在幀存儲器35中的上一幀視頻信號可以表示為公式(1)。
非線性電路38的作用是使由減法器33提取的噪聲分量乘以非線性反饋系數(shù)K，其中K不僅作為已提取噪聲分量值的函數(shù)而變化，還以隨機(jī)或偽隨機(jī)方式變化。與以前相同，反饋系數(shù)K可以作為存儲在ROM中的查找表來實現(xiàn)，其中由減法器33提取的噪聲分量值被當(dāng)作ROM的讀地址來使用，通過這些讀地址存儲對應(yīng)于K×Vout· F-1的預(yù)定值，而且，最好，提供二張或者更多張這樣的查找表。按照本發(fā)明的優(yōu)選特點，在隨機(jī)或偽隨機(jī)的基礎(chǔ)上確定，或者以固定的列表選擇要選擇的特定的查找表，即反饋系數(shù)K的特定選擇。最好是數(shù)值K小于1，雖然如以下將描述的那樣，K≤1。反饋系數(shù)K的值是加到非線性電路(或ROM)38的已提取噪聲分量值的函數(shù)。
現(xiàn)在描述如何選擇存儲在ROM38中的特定查找表。作為例子，ROM38可以由圖2A和圖6A表示的類型的查找表組成，能夠理解ROM中可以包含(本文未具體描述的)其他查找表。由在加法器39的輸出處產(chǎn)生的ROM表切換信號來確定用于提供反饋系數(shù)K而選擇的特定查找表。該ROM表切換信號通過由M序列產(chǎn)生器40產(chǎn)生的M序列信號與響應(yīng)用操縱單元16表示的用戶選擇而由微計算機(jī)15(圖3)產(chǎn)生的反饋系數(shù)控制信號相加而得出。例如，根據(jù)一簡化的實施例，如果在ROM38中提供二張查找表，則當(dāng)ROM表切換信號為“0”時選擇其中第一張表而當(dāng)ROM表切換信號為“1”時選擇其中第二張表。如果提供三張或更多張查找表，則要根據(jù)ROM表切換信號的值來確定要選擇的特定表。
假定M序列產(chǎn)生器40產(chǎn)生3位形式的隨機(jī)數(shù)字信號。參照圖5，該稱為M序列位的3位表示為位b2b1b0。這3位可以呈現(xiàn)自000至111的數(shù)值。此外，這3位可以隨機(jī)或偽隨機(jī)地產(chǎn)生或者可以預(yù)定(即，它們以固定概率產(chǎn)生)。
如圖5所示，假定反饋系數(shù)控制信號也是3位的信號。這3位可以由操縱單元16選擇，或者，作為替換，也可以隨機(jī)或偽隨機(jī)地產(chǎn)生這3位。加法器39把M序列產(chǎn)生器40產(chǎn)生的3位M序列和3位反饋系數(shù)控制信號相加以產(chǎn)生4位的總和b3b2b1b0。最高有效位b3用作ROM表切換信號。于是，對于ROM38中包括二張查找表的實施例來說，當(dāng)b3＝1時選擇這二張表的第一張，而當(dāng)b3＝0時則選擇另一張。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，假定上述存儲器ROM38中存儲的二張查找表中的一張是圖2A所示的表，假定存儲在ROM38中的另一張表是圖6A所示的查找表。參考圖6A，當(dāng)提取的噪聲分量為2.0時，K＝0.5；如該表所示，當(dāng)提取的噪聲分量值為3.0時，K＝2/3；當(dāng)提取的噪聲分量值為4.0時，K＝3/4；當(dāng)提取的噪聲分量值為5.0和更高時，K＝0。當(dāng)提取的噪聲分量為負(fù)值時，產(chǎn)生負(fù)的相同反饋系數(shù)。
假定ROM38包含了圖2A所示的查找表和圖6A所示的查找表二者。當(dāng)由加法器39產(chǎn)生的最高有效位b3的值是“0”時，選擇圖2A所示的查找表。相反，當(dāng)最高有效位b3的值是“1”時，則選擇圖6A所示的查找表。當(dāng)然，我們也知道，當(dāng)b3＝1時可以選擇圖2A所示的查找表，當(dāng)b3＝0時可以選擇圖6A所示的查找表。下面來說明確定最高有效位b3的方法。
應(yīng)明白，最高有效位b3特定狀態(tài)的出現(xiàn)概率決定了選擇ROM38包含的查找表中的一張或另一張的概率。更一般地說，由加法器39產(chǎn)生的ROM表切換信號值的概率決定了被選擇表示反饋系數(shù)K的特定查找表的值。如圖5所示，如果反饋系數(shù)控制信號的3位值是111，則該控制信號與M序列產(chǎn)生器40產(chǎn)生的M序列的值相加，得到除了值000以外的所有M序列值的最高有效位b3的值為“1”。即，當(dāng)M序列的8個可能值中的7個出現(xiàn)時，b3＝1，此時選擇查找表中特定的一張。因此，該特定查找表的出現(xiàn)概率為7/8＝87.5％。
現(xiàn)在，如果反饋系數(shù)控制信號設(shè)置成110，則當(dāng)M序列的值是010至111中的任一值時最高有效位b3表現(xiàn)為“1”狀態(tài)。對于反饋系數(shù)控制信號的這個值[110]，當(dāng)M序列是000或001時，b3＝0，于是b3＝“1”的概率為6/8＝75％。
類似地，并且能夠容易理解，如果反饋系數(shù)控制信號的值是101，則b3＝“1”的概率為5/8＝62.5％。
如果反饋系數(shù)控制信號是100，則b3＝“1”的概率為4/8＝50％。
如果反饋系數(shù)控制信號值是011，則b3＝“1”的概率為3/8＝37.5％。
如果反饋系數(shù)控制信號值是010，則b3＝“1”的概率為2/8＝25％。
最后，如果反饋系數(shù)控制信號是001，則b3＝“1”的概率為1/8＝12.5％。
因此，選擇包括在ROM38中查找表的一張或另一張被作為是否b3＝1的函數(shù)來確定；如剛才所述，b3＝“1”的概率由反饋系數(shù)控制信號的值來改變。當(dāng)然，該控制信號是作為操作單元16(示于圖3)的函數(shù)而產(chǎn)生的。因此，在字長有限的情況下(情況幾乎總是如此)，本發(fā)明改善了用以選擇平均反饋系數(shù)K的精度，并且最好是平均反饋系數(shù)K小于1，從而避免了存儲在幀存儲器35中的圖像數(shù)據(jù)的諸最低有效位的“凍結(jié)”。因而本發(fā)明避免了，或至少顯著減小了，圖像畫面惡化。
在上述實例中，假定了M序列及反饋系數(shù)控制信號各由3位組成。然而，能夠認(rèn)識到，如果需要，組成這些各自信號的位數(shù)可以大于3。通過增加位數(shù)，可以更精確地控制ROM表切換信號特定值的出現(xiàn)概率；這就能導(dǎo)致進(jìn)一步改進(jìn)平均反饋系數(shù)的選定值。
降噪器14的另一實施例在圖7示出。在該圖中，已經(jīng)結(jié)合圖4在前描述和表示過的部件用以前使用過的完全相同的標(biāo)號來標(biāo)記。因此，為了方便起見，只詳細(xì)討論圖7的實施例與圖4的實施例的差別。
在圖7的實施例中，加到輸入端31的輸入視頻信號Vin用抽選電路(DEC)41在水平和/或垂直方向上進(jìn)行抽選。作為這種抽選的結(jié)果，降低了視頻信號的取樣速率；加到遞歸噪聲濾波器的視頻信號的取樣速率也以完全相同的比例降低。在減法器33中，速率降低的視頻信號與存儲在幀存儲器35中的上一幀速率降低的視頻信號比較，以便從輸入視頻信號中提取噪聲分量。該提取的噪聲分量通過乘以反饋系數(shù)K經(jīng)受非線性增益控制；用減法器43把所得的經(jīng)過處理的噪聲分量從降低速率的視頻信號中減去；減法器43的輸出被當(dāng)作取樣速率減小后的降噪視頻信號；然后把該噪聲降低后的視頻信號存儲在幀存儲器35中。
由非線性電路(或ROM)38加到減法器43的速率降低的噪聲分量也通過插入器(ITP)42加到減法器32。該插入器把提取的噪聲分量的取樣速率返回到輸入視頻信號Vin的取樣速率。如同以前一樣，減法器32的輸出被當(dāng)作是由公式(1)表示的已降低噪聲的視頻信號Vout。
用圖7實施例，尤其是用抽選電路41得到的好處是可以減小幀存儲器35的存儲容量。通過減小輸入視頻信號的取樣速率，可以同等地減小幀存儲器的存儲容量。
已經(jīng)參照各優(yōu)選實施例特別地顯示和描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能夠容易地理解，在不背離本發(fā)明的精神和范圍的前提下可以做出種種變化和修改。例如，加到圖4和圖7輸入端31的輸入視頻信號Vin可以是按照MPEG標(biāo)準(zhǔn)壓縮和編碼的信號。
通過隨機(jī)或偽隨機(jī)地甚至以固定概率切換反饋系數(shù)K的選取，可以在不增加已提取噪聲信號或存儲在ROM38中的數(shù)值的字長的情況下，增加平均反饋系數(shù)的數(shù)值。因此，可以減小ROM的存儲器容量從而降低ROM的成本。由于表示存儲在幀存儲器35中的視頻信號的值的各個最低有效位不固定，或不“凍結(jié)”，可以避免或至少明顯地減輕當(dāng)減法器33產(chǎn)生的已提取噪聲分量相當(dāng)小時把反饋系數(shù)K設(shè)置到1而引起的本來可能出現(xiàn)的所謂的偽輪廓現(xiàn)象。
附后的權(quán)利要求書應(yīng)理解為涵蓋已描述的各個實施例、已提到的各種替換物和以上的一切等價物。
權(quán)利要求
1.一種在相關(guān)數(shù)字信號中降低噪聲分量的方法，包括以下步驟在所述數(shù)字信號中檢測非相關(guān)分量以產(chǎn)生代表所述非相關(guān)分量的量值；用非線性系數(shù)K調(diào)節(jié)所述已檢測分量的增益，其中K表現(xiàn)為≤1的數(shù)值并且K的所述數(shù)值是所述已檢測分量的量值的函數(shù)；在存儲的不同K表之間切換，其中在所述存儲表的一張表中的K的各個數(shù)值不同于在所述存儲表的另一張表中的K的各個數(shù)值；以及從所述數(shù)字信號中減去已檢測已增益調(diào)節(jié)分量以產(chǎn)生噪聲降低的數(shù)字信號。
2.權(quán)利要求1的方法，其特征在于所述相關(guān)數(shù)字信號從一個時間單元到下一個時間單元基本上呈現(xiàn)相同數(shù)值。
3.權(quán)利要求1的方法，其特征在于所述相關(guān)數(shù)字信號是數(shù)字視頻信號。
4.權(quán)利要求3的方法，其特征在于所述數(shù)字視頻信號包括亮度和色度分量，并且只在所述亮度分量中檢測所述非相關(guān)分量。
5.權(quán)利要求3的方法，其特征在于所述數(shù)字視頻信號包括亮度和色度分量；所述非相關(guān)分量被檢測為非相關(guān)亮度分量和非相關(guān)色度分量；所述已檢測的非相關(guān)亮度和色度分量接受增益調(diào)節(jié)；以及從所述數(shù)字視頻信號的亮度和色度分量中分別減去已增益調(diào)節(jié)的非相關(guān)亮度和色度分量。
6.權(quán)利要求3的方法，其特征在于所述檢測非相關(guān)分量的步驟包括存儲所述數(shù)字視頻信號的預(yù)定區(qū)段以及從所述數(shù)字視頻信號的下一預(yù)定區(qū)段減去該被存儲數(shù)字視頻信號的步驟。
7.權(quán)利要求6的方法，其特征在于所述預(yù)定區(qū)段是一幀。
8.權(quán)利要求6的方法，其特征在于被存儲的數(shù)字視頻信號是已降低噪聲的數(shù)字視頻信號。
9.權(quán)利要求8的方法，還包括以下步驟在檢測所述非相關(guān)分量之前抽選所述數(shù)字視頻信號以及從所述已抽選的數(shù)字視頻信號中減去所述已檢測的已增益調(diào)節(jié)的分量以產(chǎn)生已抽選已降噪的數(shù)字視頻信號，以便存儲所述已抽選已降噪的數(shù)字視頻信號。
10.權(quán)利要求1的方法，其特征在于當(dāng)所述已檢測分量的所述量值在預(yù)定數(shù)值范圍之外時K＝0。
11.權(quán)利要求1的方法，其特征在于以隨機(jī)方式執(zhí)行所述在所述已存儲的各個K表之間切換的步驟。
12.權(quán)利要求1的方法，其特征在于以偽隨機(jī)方式執(zhí)行所述在所述已存儲的各個K表之間切換的步驟。
13.權(quán)利要求1的方法，其特征在于以可預(yù)期的方式執(zhí)行所述在所述已存儲的各個K表之間切換的步驟。
14.權(quán)利要求1的方法，其特征在于通過以下方法執(zhí)行所述在所述已存儲的各個K表之間切換的步驟產(chǎn)生多位M序列信號；產(chǎn)生用戶選定值的多位控制信號；把所述M序列信號和所述控制信號相加；以及根據(jù)已相加的信號選擇已存儲的K表。
15.權(quán)利要求14的方法，其特征在于所述M序列信號和所述控制信號二者都是n位信號，還在于所述相加后的信號構(gòu)成n+1位信號并且根據(jù)所述n+1位信號的最高有效位選擇已存儲的K表。
16.一種記錄已降噪數(shù)字視頻信號的方法，包括以下步驟在輸入數(shù)字視頻信號中檢測噪聲分量以產(chǎn)生噪聲量值；用非線性系數(shù)K調(diào)節(jié)所述已檢測噪聲量值的增益，其中K表現(xiàn)為≤1的數(shù)值并且K的所述數(shù)值是所述噪聲量值的函數(shù)；在存儲的不同K表之間切換，其中在所述存儲表的一張表中的K的各個數(shù)值不同于在所述存儲表的另一張表中的K的各個數(shù)值；從所述輸入數(shù)字視頻信號中減去經(jīng)過增益調(diào)節(jié)的噪聲量值；以及記錄已降噪的視頻信號。
17.一種降低再現(xiàn)的數(shù)字視頻信中噪聲的方法，包括以下步驟從記錄媒體再現(xiàn)數(shù)字視頻信號；檢測再現(xiàn)的數(shù)字視頻信號中的噪聲分量以產(chǎn)生噪聲量值；用非線性系數(shù)K調(diào)節(jié)所述噪聲量值的增益，其中K表現(xiàn)為≤1的數(shù)值并且所述K值是所述噪聲量值的函數(shù)；在存儲的不同K表之間切換，其中在所述存儲表的一張表中的K的各個數(shù)值不同于在所述存儲表的另一張表中的K的各個數(shù)值；從所述再現(xiàn)的數(shù)字視頻信號中減去已增益調(diào)節(jié)的噪聲量值以降低所述再現(xiàn)的數(shù)字視頻信號中的噪聲。
18.降低相關(guān)數(shù)字信號中噪聲分量的裝置，包括檢測設(shè)備，用于檢測所述數(shù)字信號中的非相關(guān)分量以產(chǎn)生表示所述非相關(guān)分量的量值；非線性設(shè)備，用于用非線性系數(shù)K調(diào)節(jié)所述已檢測分量的增益，其中K表現(xiàn)為≤1的數(shù)值并且所述K值是所述已檢測分量量值的函數(shù)，而所述非線性設(shè)備包括多張存儲的K表，其中在所述存儲表的一張表中的K的各個數(shù)值不同于在所述存儲表的另一張表中的K的各個數(shù)值；用于在所述存儲的不同K表之間切換的設(shè)備，以選擇從中選定所述系數(shù)K的表；以及減法器設(shè)備，用于從所述數(shù)字信號中減去已增益調(diào)節(jié)的所述分量以產(chǎn)生已降噪的數(shù)字信號。
19.權(quán)利要求18的裝置，其特征在于所述相關(guān)數(shù)字信號從一個時間單元到下一個時間單元基本上呈現(xiàn)相同數(shù)值。
20.權(quán)利要求18的裝置，其特征在于所述相關(guān)數(shù)字信號是數(shù)字視頻信號。
21.權(quán)利要求20的裝置，其特征在于所述數(shù)字視頻信號包括亮度和色度分量，并且所述檢測設(shè)備只在所述亮度分量中檢測所述非相關(guān)分量。
22.權(quán)利要求20的裝置，其特征在于所述數(shù)字視頻信號包括亮度和色度分量；所述檢測設(shè)備把所述非相關(guān)分量作為非相關(guān)亮度分量和非相關(guān)色度分量來檢測；所述非線性設(shè)備調(diào)節(jié)所述已檢測非相關(guān)亮度和色度分量的增益；以及所述減法設(shè)備分別從所述數(shù)字視頻信號的亮度和色度分量中減去所述已增益調(diào)節(jié)的非相關(guān)亮度和色度分量。
23.權(quán)利要求20的裝置，其特征在于所述檢測設(shè)備包括用于存儲所述數(shù)字視頻信號的預(yù)定區(qū)段的設(shè)備以及用于從所述數(shù)字視頻信號的下一個預(yù)定區(qū)段中減去所述已存儲數(shù)字視頻信號的設(shè)備。
24.權(quán)利要求23的裝置，其特征在于所述預(yù)定區(qū)段是一幀。
25.權(quán)利要求23的裝置，其特征在于所述存儲的數(shù)字視頻信號是所述已降噪數(shù)字視頻信號。
26.權(quán)利要求25的裝置，進(jìn)一步包括用于在檢測所述非相關(guān)分量之前抽選所述數(shù)字視頻信號的設(shè)備以及用于從所述已抽選的數(shù)字視頻信號中減去所述已檢測已增益調(diào)節(jié)分量以產(chǎn)生已抽選已降噪數(shù)字視頻信號的設(shè)備，以便存儲已抽選已降噪數(shù)字視頻信號。
27.權(quán)利要求18的裝置，其特征在于當(dāng)所述已檢測分量的所述量值在預(yù)定數(shù)字值范圍之外時K＝0。
28.權(quán)利要求18的裝置，其特征在于所述用于在所述已存儲的各K表之間切換的設(shè)備可以以隨機(jī)方式操作。
29.權(quán)利要求18的裝置，其特征在于所述用于在所述已存儲的各K表之間切換的設(shè)備可以以偽隨機(jī)方式操作。
30.權(quán)利要求18的裝置，其特征在于所述用于在所述已存儲的各K表之間切換的設(shè)備可以以可預(yù)期方式操作。
31.權(quán)利要求18的裝置，其特征在于所述用于在所述已存儲的各K表之間切換的設(shè)備包括用于產(chǎn)生多位M序列信號的設(shè)備；用于產(chǎn)生用戶選定值的多位控制信號的設(shè)備；用于把所述M序列信號和所述控制信號相加的設(shè)備；以及用于根據(jù)所述相加后信號而選擇已存儲的K表的設(shè)備。
32.權(quán)利要求31的裝置，其特征在于所述M序列信號和所述控制信號二者都是n位信號，還在于所述相加后的信號構(gòu)成n+1位信號并且所述用于選擇存儲的K表的設(shè)備可以做到根據(jù)所述n+1位信號的最高有效位而選擇一K表。
33.用于記錄已降噪數(shù)字視頻信號的裝置，包括用于檢測輸入數(shù)字視頻信號中噪聲分量以產(chǎn)生噪聲量值的設(shè)備；用于用非線性系數(shù)K調(diào)節(jié)所述已檢測噪聲量值增益的設(shè)備，其中K表現(xiàn)為≤1的數(shù)值并且所述K值是所述噪聲量值的函數(shù)；用于存儲不同K表的設(shè)備，其中在所述存儲表的一張表中的K的各個數(shù)值不同于在所述存儲表的另一張表中的K的各個數(shù)值；用于在所述存儲的不同K表之間切換以選擇用以調(diào)節(jié)所述噪聲量值的增益的K值的設(shè)備；用于從所述輸入數(shù)字視頻信號中減去所述已增益調(diào)節(jié)的噪聲量值以產(chǎn)生已降噪視頻信號的設(shè)備；以及用于記錄已降噪視頻信號的設(shè)備。
34.用于降低再現(xiàn)數(shù)字視頻信號中噪聲的裝置，包括用于從記錄媒體再現(xiàn)數(shù)字視頻信號的設(shè)備；用于檢測所述再現(xiàn)的數(shù)字視頻信號中的噪聲分量以產(chǎn)生噪聲量值的設(shè)備；用于用非線性系數(shù)K調(diào)節(jié)所述噪聲量值的增益的設(shè)備，其中K表現(xiàn)為≤1的數(shù)值并且所述K值是所述噪聲量值的函數(shù)；用于存儲不同K表的設(shè)備，其中在所述存儲表的一張表中的K的各個數(shù)值不同于在所述存儲表的另一張表中的K的各個數(shù)值；用于在所述存儲的不同K表之間切換以選擇用以調(diào)節(jié)所述噪聲量值的增益的K值的設(shè)備；以及用于從所述已再現(xiàn)數(shù)字視頻信號中減去所述已增益調(diào)節(jié)的噪聲量值以降低所述已再現(xiàn)數(shù)字視頻信號中的噪聲的設(shè)備。
全文摘要
一種降低數(shù)字視頻信號中噪聲的方法及其裝置，它從輸入相關(guān)數(shù)字信號(例如圖像信息從一幀至下一幀是基本相同的數(shù)字視頻信號)中提取噪聲分量，并使該提取的噪聲與相對于提取的噪聲值非線性變化的反饋系數(shù)相乘，其中該反饋系數(shù)以隨機(jī)或偽隨機(jī)的切換，然后，從該數(shù)字視頻信號中減去相乘結(jié)果以使其得到降噪處理。其優(yōu)點是可以避免因降噪處理而引起圖像信號的質(zhì)量惡化。
文檔編號H03H17/04GK1169082SQ9711272
公開日1997年12月31日 申請日期1997年6月16日 優(yōu)先權(quán)日1996年6月17日
發(fā)明者小林博 申請人:索尼公司