[发明专利]相关数字信号中的噪声降低

说明书

本发明涉及一种降低信号噪声的技术，用于降低可能出现在数字信号尤其是在数字视频信号之类的相关数字信号中的噪声而不恶化降低噪声后数字信号的质量，也不需大容量存储器和大规模处理能力以实现这样的噪声降低。

已知在数字图像信号中处理中的噪声降低采用含有帧存储器的递归噪声滤波器。一帧至下一帧图像信息的细小差别从输入数字图像信号中提取并被看作是噪声分量。从输入数字图像信号中减去该噪声分量，所得的降低噪声后的数字图像信号被写入递归滤波器的帧存储器。已知这样的递归噪声滤波器也采用场存储器来取代帧存储器以降低存储器件的成本。

图1是所提出的递归噪声滤波器的一个实例，该滤波器包括帧存储器5和减法器2，在减法器2中将从输入端1提供给减法器2的输入数字图像信号V_in减去从减法器3得到的噪声分量。在减法器2输出端产生的降低噪声后的图像信号V_out存储到帧存储器5中；该降低噪声后的图像信号V_out也耦合到输出端4以作进一步的处理、显示、传送、记录等等。于是帧存储器存储一给定帧的已降低噪声的信号，它与下一帧的图像信号作比较；二者之差被认为是提取的噪声分量。帧存储器5的读/写操作受存储器控制器6的控制。

如果已降低噪声的图像信号表示为V_out，则该已降低噪声的图像信号延迟一帧后的形式称作V_out·F^-1，其中F^-1是指帧存储器5赋予已降低噪声图像信号的一帧延迟。减法器3从输入图像信号V_in当前收到的帧中减去已降低噪声图像信号的上一帧的延迟一帧后的形式，因此减法器的输出表示为V_in-V_out·F^-1。假定从一帧至下一帧没有或很少运动，则由减法器3产生的差信号的数值就代表在输入数字图像信号V_ib中的噪声分量。该差信号经受低通滤波器7的低通滤波器处理以便限制已提取的噪声分量的带宽；限制带宽后的噪声分量由非线性电路8处理。该非线性电路使提取的噪声分量乘以反馈系数K，反馈系数K的值随减法器3产生的已提取噪声分量的值而变化。非线性电路8构造成只读存储器(ROM)，该只读存储器产生的输出值是由减法器3和低通滤波器7提供给它的输入值的函数。该输入值可认为是地址信号；与已提取噪声分量代表的地址相对应的、在ROM8存储单元中存储的值从该存储单元中读出。图2A代表合适的ROM，或查找表，其中标为“输入”的列可以看作是由减法器3提供给ROM的地址，标为“输出”的列可以看作是从ROM读出的值。因此，可以理解，从ROM8读出的数值是已提取噪声分量的值的K倍。图2B示出了已提取的噪声分量，或从减法器3提供给ROM8的输入值，与从ROM读出的输出值之间的图示关系。

如果假定ROM8存储8位数值并且由减法器3提取的八位噪声分量来寻址，则对于在-3.0至+3.0的任意范围内的已提取的噪声分量的值，反馈系数K呈现数值1(即，K＝1)。当已提取的噪声分量的值在3.0和4.0之间(或-3.0和-4.0之间)，从ROM8读出的输出值保持固定在+3.0(或可能是-3.0)；当已提取的噪声分量的值大于5.0(或-5.0)时，从ROM8读出的值是0。因此，可以识别出作为地址提供给ROM8的输入值与从ROM读出的输出值之间的关系是非线性关系。

在提供给ROM8的已提取噪声分量与从ROM读出的已相乘的噪声分量的值之间的非线性的目的在于，保证从输入图像信号V_in减去的是噪声分量而不是运动分量。假定在-5.0至+5.0范围(如图2B所示)之外的已提取的噪声分量不是噪声分量而是运动分量。通过使由减法器3提取的分量乘以非线性反馈系数K，只有噪声分量而不是运动分量被提供给减法器2和从输入信号V_in中除去。必须理解，图2B所示的该范围-5.0至+5.0相当小。

如果已提取的噪声分量的字长不受限制，即如果使用很大的位数来表示已提取的噪声分量，则ROM8的输入/输出关系将如图2B所示的虚线的样子。然而，应当用来表示已提取的噪声分量的位数有一定限制；结果，输入/输出特性为阶梯形，如图2B中的水平实线所示。于是，当提供到ROM8的已提取噪声分量的值在0.5至1.5的范围内时，从ROM读出的值是1.0。为了方便起见，图2B中的空心圆表示从ROM8读取的范围实际上大于指出的下限。即，当提供到ROM的已提取噪声分量大于0.5和等于或小于1.5时，从ROM8读出的输出值为1.0。