专利名称：信号处理设备、信号处理方法以及噪声降低设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及可应用于递归型滤波器设备或递归型噪声降低设备等等的信号处理设备以及信号处理方法。
背景技术：
在多数情况下，帧递归型噪声降低设备安装在处理数字视频信号的设备上，例如视频记录/重放设备和电视接收机。
帧递归型噪声降低设备是一种用于通过利用视频信号帧之间的相关性来降低包含在视频信号中的噪声的设备。帧递归型噪声降低设备具有IIR(无限脉冲响应)滤波器结构。帧递归型噪声降低设备将前一帧(即在当前帧之前的一帧)中的视频信号存储到帧缓冲器中；执行从帧缓冲器获得的前一帧中的视频信号与当前帧中的视频信号的减法；用噪声降低系数乘以由所述减法获得的差信号；以及将由所述乘法获得的信号加到当前帧中的视频信号。由这些处理获得的当前帧中的视频信号被存储到帧缓冲器中，并被用于下一帧中的视频信号的噪声降低处理。噪声降低系数是根据由运动检测电路检测到的视频图像的运动量来设置的。
例如，如果当前帧中的视频信号是Sn，前一帧中的视频信号是Sn-1，且噪声降低系数是k(k＜1)，那么帧递归型噪声降低设备的输出信号Sout由下面的等式(1)来表达。
Sout＝Sn+k·(Sn-1-Sn)＝(1-k)·Sn+k·Sn-1(1)顺便提及，该帧递归型噪声降低设备具有以下问题。
也就是，在该帧递归型噪声降低设备中，为了尽可能增大噪声降低效果和防止由噪声降低处理导致的视频分辨率的降低，希望忠实地将根据等式(1)的运算或计算的结果反映到输出信号中。但是，如果等式(1)的运算是对当前帧中的视频信号执行的，并且运算结果忠实地反映到了输出信号中，那么输出信号的数字位数(包括小数位的位数)增加，因此，输出信号的位的数量也增加了。因此，有必要增加噪声降低设备中用于传输输出信号的信号线(数据总线)的总线宽度。同时，也有必要增加组成该噪声降低设备的帧缓冲器和运算元件等的位结构的规模。此外，也有必要扩展用于接收噪声降低设备的输出信号的后续电路的位结构或总线宽度。结果，噪声降低设备和后续电路的规模增大了，这可能引起诸如处理速度降低、耗电增大、电路基板面积大小增大以及制造成本增加等问题。
为了防止电路规模增大，能够考虑下面的方法。也就是，在用噪声降低系数乘以前一帧中的视频信号和当前帧中的视频信号之间的差信号的运算之后，对由该运算获得信号的低位进行下舍入。然后，将低位被下舍入的信号加到当前帧中的视频信号。例如，如果当前帧中的视频信号(输入信号)是n位的且由用噪声降低系数乘以差信号的运算获得信号是(n+m)位的，那么，对该(n+m)位信号的低m位进行下舍入，从而将该信号的位数从(n+m)位转换成n位。根据该方法，可以使噪声降低设备的输出信号的位数与它的输入信号的位数相等。因此，没有必要增大用于传输输出信号的信号线的总线宽度、帧缓冲器、运算元件、后续电路等等，所以可以防止电路规模增大。
但是，根据该方法，由于低位的下舍入处理，根据等式(1)的运算结果不再忠实地反映到输出信号中。结果，难以充分增大帧递归型噪声降低设备的噪声降低效果，或充分防止由噪声降低处理引起的视频分辨率降低。
另一方面，如果视频图像的运动量是由运动检测电路非常精确地检测的，并且检测结果非常精确地反映到噪声降低系数k中，作为等式(1)的运算结果，能够实现非常精确地响应视频图像的运动的噪声降低处理，所以可以增大噪声降低效果和防止视频分辨率降低的效果。但是，如果执行了上述低位的下舍入处理，那么噪声降低系数k基本上被下舍入了。结果，由运动检测电路执行的非常精确的运动检测的效果没有反映到噪声降低处理中，并且几乎不可能增大噪声降低效果和防止视频分辨率降低的效果。
这样的问题不仅可能出现在帧递归型噪声降低设备中，也可能出现在普通的IIR滤波器中。
发明内容
因此本发明的第一目的是提供一种信号处理设备、信号处理方法以及噪声降低设备，它们在由信号处理获得的信号的位数被降低的情况下，可以把由信号处理实现的效果非常精确地反映到由信号处理获得的信号中。
本发明的第二目的是提供一种信号处理设备、信号处理方法以及噪声降低设备，它们可以增加噪声降低效果和防止视频分辨率降低的效果，同时降低用于执行噪声降低处理的电路或输出信号所提供到的后续电路中的信号线的总线宽度。
本发明的上述目的可以由第一信号处理设备来实现，该设备具有信号处理装置，用于对n位输出信号(n是整数)执行信号处理并输出(n+m)位中间信号(m是整数)；随机数加法装置，用于将m位或更少的位的随机数加到从信号处理装置输出的中间信号；下舍入装置，用于通过对被随机数加法装置加了随机数的中间信号的低m位进行下舍入，来将中间信号的位数从(n+m)位转换成n位；以及加法装置，用于将具有经下舍入装置转换的位数的中间信号和n位输入信号相加，并输出n位输出信号。
本发明的上述目的也可以由第二信号处理设备来实现，该设备具有信号处理装置，用于对n位输出信号(n是整数)执行信号处理并输出(n+m)位中间信号(m是整数)；位数转换装置，用于通过根据执行模式，对从信号处理装置输出的中间信号的低m位有选择地执行上舍入处理或下舍入处理，来将中间信号的位数从(n+m)位转换成n位；以及加法装置，用于将具有经位数转换装置转换的位数的中间信号与n位输入信号相加，并输出n位输出信号，位数转换装置具有用于生成执行模式的执行模式生成装置，该执行模式用于确定是执行上舍入处理还是执行下舍入处理，执行模式生成装置确定执行模式中上舍入处理的执行次数与下舍入处理的执行次数的比率，使得该比率随着由从信号处理装置输出的中间信号的低m位表示的数值而变化。
本发明的上述目的也可以通过第一信号处理方法来实现，该方法具有信号处理过程，对n位输出信号(n是整数)执行信号处理并输出(n+m)位中间信号(m是整数)；随机数加法处理，将m位或更少的位的随机数加到在信号处理过程中输出的中间信号；下舍入处理，通过对在随机数加法处理中加了随机数的中间信号的低m位进行下舍入，来将中间信号的位数从(n+m)位转换成n位；以及加法处理，将具有在下舍入处理中转换的位数的中间信号和n位输入信号相加，并输出n位输出信号。
本发明的上述目的也可以由第二信号处理方法来实现，该方法具有信号处理过程，对n位输出信号(n是整数)执行信号处理并输出(n+m)位中间信号(m是整数)；位数转换处理，通过根据执行模式，对在信号处理过程中输出的中间信号的低m位有选择地执行上舍入处理或下舍入处理，来将中间信号的位数从(n+m)位转换成n位；以及加法处理，将具有在位数转换处理中转换的位数的中间信号与n位输入信号相加，并输出n位输出信号，位数转换处理具有用于生成执行模式的执行模式生成处理，执行模式用于确定是执行上舍入处理还是执行下舍入处理，执行模式生成处理确定执行模式中上舍入处理的执行次数与下舍入处理的执行次数的比率，使得该比率随着由在信号处理中输出的中间信号的低m位表示的数值而变化。
本发明的上述目的也可以由计算机可读介质中的计算机程序产品来实现，该计算机可读介质用于确实地具体化可由计算机执行的指令程序，以使计算机起本发明(包括它的不同方面)的上述第一或第二信号处理设备的作用。
本发明还可以由噪声降低设备来实现，其具有上述第一或第二信号处理设备(包括其各个方面)并通过使用信号处理设备来执行噪声降低处理。
图1是示出了噪声降低设备的电路图，该噪声降低设备是本发明的第一实施例；图2是示出了图1中的噪声降低设备的信号处理的说明图；图3是示出了紧接在对一帧的输入视频信号执行噪声降低处理之后，下舍入处理之前的返回信号和下舍入处理之后的返回信号之间的关系的图；图4是示出了在对几帧的输入视频信号重复噪声降低处理之后，下舍入处理之前的返回信号和下舍入处理之后的返回信号之间的关系的图；图5是示出了噪声降低强度和实际噪声降低效果的程度之间的关系的图；图6是示出了噪声降低设备的电路图，该噪声降低设备是本发明的第二实施例；图7是示出了图6中的噪声降低设备的信号处理的说明图；图8是示出了执行模式表的一个实例的说明图；图9是示出了滤波器设备的电路图，该滤波器设备是本发明的另一实施例；以及图10是示出了滤波器设备的电路图，该滤波器设备是本发明的另一实施例。
具体实施例方式
以下，将参考附图来讨论本发明的实施例。
(第一实施例)图1示出了一个噪声降低设备，其是本发明的信号处理设备和信号处理方法的第一实施例。图1中的噪声降低设备10是帧递归型噪声降低设备和用于通过使用视频信号帧之间的相关性来降低包含在视频信号中的噪声的设备。噪声降低设备10具有帧缓冲器11；运算装置12和17；运动检测装置13；信号处理装置14；随机数加法装置15；以及下舍入装置16。帧缓冲器11由诸如半导体存储器的存储元件构成，并且能在其中以一帧来存储视频信号。运动检测装置13和信号处理装置14中的每一个由处理单元和诸如半导体存储器的存储器元件构成。随机数加法装置15由随机数生成电路和处理单元等等构成。下舍入装置16由处理单元等等构成。
噪声降低设备10的噪声降低处理的流程如下。也就是，将前一帧(即，在当前帧之前的一帧)中的视频信号Sn-1存储在帧缓冲器11中。该视频信号Sn-1是n位数字信号。现在，如果当前帧中的输入视频信号Sn输入到输入端18，其中输入视频信号Sn是n位数字信号，那么运算装置12就执行输入视频信号Sn和视频信号Sn-1的减法，并将由该减法获得的n位差信号Sd输出到信号处理装置14。另一方面，运动检测装置13检测与该视频信号相对应的视频图像的运动量，并将指示该运动量的控制信号输出到信号处理装置14。信号处理装置14基于从运动检测装置13输出的控制信号，根据视频图像的运动量来设置噪声降低系数k。此外，信号处理装置14用噪声降低系数k乘以差信号Sd，并将由该乘法获得的返回信号(k·Sd)输出到随机数加法装置15。在信号处理装置14中执行的差信号Sd和噪声降低系数k的乘法，将返回信号(k·Sd)的位数增大至(n+m)位。然后，随机数加法装置15生成m位随机数Srn，并将随机数Srn加到返回信号(k·Sd)。然后，下舍入装置16对加了的随机数Srn的返回信号(k·Sd)的低m位进行下舍入。结果，返回信号(k·Sd)的位数变成n位。然后，运算装置17将从下舍入装置16输出的n位返回信号(k·Sd)和n位输入视频信号Sn相加，并将由该加法获得的n位信号作为输出视频信号Sout输出至输出端19和帧缓冲器11。帧缓冲器11在其中存储n位输出视频信号Sout。上述噪声降低处理是用上述等式(1)来表达的。
对于每一像素，噪声降低设备10对当前帧中的输入视频信号Sn重复噪声降低处理。如果当前帧中的输入视频信号Sn的信号处理结束了，那么，噪声降低设备10对下一帧中的输入视频信号执行相同的噪声降低处理。以此方式，噪声降低设备10对组成输入信号Sn的多个帧重复该噪声降低处理。通过重复这样的噪声降低处理，对多个帧重复将返回信号(k·Sd)加到输入视频信号Sn的加法(反馈)，从而降低包含在输入信号Sn中的噪声。
图2示出了随机数加法装置15和下舍入装置16的处理。如图2中所示，随机数加法装置15将m位随机数Srn加到(n+m)位返回信号(k·Sd)。此时，进位取决于返回信号(k·Sd)的低m位的值和随机数Srn的值。进位的频率随返回信号(k·Sd)的低m位的值改变。于是，进位的频率与返回信号(k·Sd)的低m位的值基本成正比。也就是，如果返回信号(k·Sd)的低m位的值小，那么进位的频率就低。那是因为如果随机数的值不大，那么就不会发生进位，因此，引起进位的随机数的范围窄。换句话说，引起进位的随机数的出现概率低。另一方面，如果返回信号(k·Sd)的低m位的值大，那么进位的频率就高。那是因为即使随机数的值小，进位也发生，因此，引起进位的随机数的范围宽。换句话说，引起进位的随机数的出现概率高。
如果对组成输入视频信号Sn的多个帧重复执行该噪声降低处理，那么对相同的像素重复了该噪声降低处理。也就是，对相同的像素重复了返回信号(k·Sd)与输入视频信号Sn的加法(即，反馈)。随该加法一起，对相同的像素，由随机数加法装置15重复随机数加法处理。在对相同的像素重复随机数加法处理的时候，由随机数加法引起的进位以与返回信号(k·Sd)的低m位的值基本成正比的频率发生。也就是，如图2所示，以与返回信号(k·Sd)的低m位的值基本成正比的频率，将1加到B0位，该B0位是在对低m位进行下舍入之后，所获得的返回信号(k·Sd)的最低位。通过这样，对相同的像素，返回信号(k·Sd)的低m位的信息在时间方向上被划分割，并被加(反馈)到输入视频信号Sn。因此，在对相同的像素重复返回信号(k·Sd)与输入视频信号Sn的加法(反馈)之后，把已被下舍入的返回信号(k·Sd)的低m位的信息包含在输出视频信号Sout中。结果，已被下舍入的返回信号(k·Sd)的低m位的信息被反映到噪声降低处理中。因此，尽管返回信号(k·Sd)已被下舍入至n位并被加到输入视频信号Sn，还是可以获得具有与(n+m)位返回信号(k·Sd)没有下舍入地被加到输入视频信号Sn的情况下基本相同的精确度的噪声降低效果。
图3示出了紧接在对一帧的输入视频信号Sn执行噪声降低处理之后，在下舍入处理之前的返回信号(k·Sd)和在下舍入处理之后的返回信号(k·Sd)之间的关系。紧接在对一帧的输入视频信号Sn执行噪声降低处理之后，对于每一像素，随机数加法装置15仅执行一次随机数加法。因此，如果由于随机数加法而发生进位，在下舍入处理之后的返回信号(k·Sd)增加1。但是，如果没有由于随机数加法而发生进位，在下舍入处理之后的返回信号(k·Sd)就没有增加。结果，如图3中所示，位数改变之前的返回信号(k·Sd)和位数改变之后的返回信号(k·Sd)之间可以看到显著的差异。
另一方面，图4示出了在对几帧的对输入视频信号Sn重复噪声降低处理之后，下舍入处理之前返回信号(k·Sd)和下舍入处理之后返回信号(k·Sd)之间的基本关系。在对几帧的输入视频信号Sn重复噪声降低处理之后，由随机数加法装置15对每一像素执行几次随机数加法。因此，以与返回信号(k·Sd)的低m位的值相对应的频率发生由随机数加法引起的进位。结果，当在时间方向上观察输出视频信号Sout时，已被下舍入的返回信号(k·Sd)的低m位的信息在时间方向上被分割，并被加到输出视频信号Sout。因此，如图4中所示，在位数改变之前的返回信号(k·Sd)具有与位数改变之后的返回信号(k·Sd)基本相同的值。
如上所说明的，噪声降低设备10将m位随机数Srm加到返回信号(k·Sd)的低m位，然后，对返回信号(k·Sd)的低m位进行下舍入。通过这样，尽管返回信号(k·Sd)的位数从(n+m)位缩减至n位，但还是可以在时间方向上分割已经被下舍入的返回信号(k·Sd)的低m位的信息，并将该信息包括在输出视频信号Sout中。因此，根据噪声降低设备10，可以同时实现下面两个效果。
首先，通过对返回信号(k·Sd)的低m位进行下舍入及减少返回信号(k·Sd)的位数，可以使噪声降低设备10中大部分总线宽度变窄。具体地，如图1中所示，可以将用于连接运算装置17和帧缓冲器11的信号线的总线宽度、用于连接帧缓冲器11和运算装置12的信号线的总线宽度以及从运算装置17到输出端19的信号线的总线宽度等等，设置为与n位相对应的总线宽度。通过这样，可以降低组成噪声降低设备10的帧缓冲器11以及运算装置12和17等等的位结构的规模。此外，也可以降低用于接收噪声降低设备10的输出视频信号Sout的后续电路的位结构或总线宽度。因此，可以降低噪声降低设备10和后续电路的规模，这可以实现处理速度的增加、耗电的控制、电路基板面积大小的降低、制造成本的控制等等。
然后，在随机数加法中，通过分割已被下舍入的返回信号(k·Sd)的低m位的信息并将该信息包括在输出视频信号Sout中，可以将返回信号(k·Sd)的低m位的信息反映到噪声降低处理中。通过这样，可以获得具有与(n+m)位返回信号(k·Sd)没有下舍入地加到输入视频信号Sn的处理的情况下基本相同的精确度的噪声降低效果。因此，如果由运动检测装置14非常精确地检测视频图像的运动量，并且该检测结果非常精确地反映到噪声降低系数k中，就可以将该检测结果反映到视频信号Sn中。因此，可以实现非常精确地响应视频图像的运动的噪声降低处理，并增加噪声降低效果及防止视频分辨率降低的效果。
图5示出了噪声降低强度和实际噪声降低效果的程度之间的关系。图5中的实线示出了由噪声降低设备10引起的噪声降低强度和实际降低效果的程度之间的关系。另一方面，图5中的双点划线示出了如果返回信号(k·Sd)的低m位被简单地下舍入而没有向其加入随机数时，噪声降低强度和实际噪声降低效果的程度之间的关系。如图5中所示，如果返回信号(k·Sd)的低m位是简单地下舍入的，那么实际噪声降低效果根据噪声降低强度的改变而较粗糙地改变。在如此粗糙或大的改变中，几乎不能在噪声降低和由噪声降低处理引起的视频分辨率降低的控制之间达到平衡。例如，即使噪声降低强度在从L1至小于L3的范围内变化，实际噪声降低效果还是维持在E1上。但是，在E1中，噪声不能被充分降低。然后，如果噪声降低强度改变成L3，实际噪声降低效果就变成E3。但是，在E3中，视频分辨率降低。为了在噪声的降低和由噪声降低处理引起的视频分辨率降低的控制之间达到平衡，希望设置噪声降低强度使得噪声降低效果是E2；但是，这是不可能的。
与此相反，根据噪声降低设备10，实际噪声降低效果根据噪声降低强度微小地改变。在如此微小或小的改变中，可以在噪声的降低与视频分辨率降低的控制之间达到平衡。例如，如果噪声降低强度设置至L2，实际噪声降低效果就变成E2。通过这样，可以充分地降低噪声，及控制视频分辨率的降低。
顺便提及，帧缓冲器11、运算装置12以及信号处理装置13是信号处理装置和信号处理方法的具体实例。随机数加法装置15是随机数加法装置和随机数加法处理的具体实例。下舍入装置16是下舍入装置和下舍入处理的具体实例。运动检测装置14是运动检测装置的具体实例。返回信号是中间信号的具体实例。
(第二实施例)图6示出了一个噪声降低设备，该设备是本发明的第二实施例。噪声降低30是帧递归型噪声降低设备和用于通过使用视频信号帧之间的相关性来降低包含在视频信号中的噪声的设备。噪声降低设备30具有帧缓冲器11；运算装置12和17；运动检测装置13；信号处理装置14；执行模式生成装置31；执行控制装置32；以及下舍入/上舍入装置33。执行模式生成装置31、执行控制装置32以及下舍入/上舍入装置33中的每一个是由处理单元和存储元件等等构成的。
噪声降低设备30的噪声降低处理的流程如下。也就是，前一帧(即，在当前帧之前的一帧)中的视频信号Sn-1存储在帧缓冲器11中。视频信号Sn-1是n位数字信号。现在，如果n位数字信号的当前帧中的输入视频信号Sn被输入到输入端18，运算装置12执行输入视频信号Sn和视频信号Sn-1的减法，并将由该减法获得的n位差信号Sd输出到信号处理装置14。另一方面，运动检测装置13检测与该视频信号相对应的视频图像的运动量，并将指示该运动量的控制信号输出到信号处理装置14。信号处理装置14基于从运动检测装置13输出的控制信号，根据视频图像的运动量设置噪声降低系数k。此外，信号处理装置14用噪声降低系数k乘以差信号Sd，并将由该乘法获得的返回信号(k·Sd)输出到执行模式生成装置31和上舍入/下舍入装置33。在信号处理装置14中执行的差信号Sd和噪声降低系数k的乘法，将返回信号(k·Sd)的位数增加至(m+n)位。然后，执行模式生成装置31基于返回信号(k·Sd)的低m位的值，生成上舍入处理和下舍入处理的执行模式。然后，执行控制装置32将选择命令信号，输出到上舍入/下舍入装置33，其中选择命令信号用于指示根据执行模式要执行上舍入处理和下舍入处理中的哪个。上舍入/下舍入装置33根据选择命令信号，对从信号处理装置14输出的返回信号(k·Sd)的低m位，有选择地执行上舍入处理或下舍入处理。通过这样，返回信号(k·Sd)信号的位数从(n+m)位转变为n位。然后，运算装置17将从上舍入/下舍入装置33输出的n位返回信号(k·Sd)和n位输入视频信号Sn相加，并将由该加法获得的n位信号作为输出视频信号Sout输出到输出端19和帧缓冲器11。帧缓冲器11在其中存储n位输出视频信号Sout。上述噪声降低处理是由上述等式(1)来表达的。
对于每一像素，噪声降低设备30对当前帧中的输入视频信号Sn重复噪声降低处理。如果当前帧中的输入视频信号Sn的噪声降低处理结束了，那么，噪声降低设备30对下一帧中的输入视频信号执行相同的噪声降低处理。以此方式，噪声降低设备30对组成输入视频信号Sn的多个帧重复噪声降低处理。通过重复这样的噪声降低处理，对多个帧重复返回信号(k·Sd)与输入视频信号Sn的加法(反馈)，从而降低包含在输入视频信号Sn中的噪声。
图7示出了执行模式生成装置31、执行控制装置32以及下舍入/上舍入装置33的处理。如果对组成输入视频信号Sn的多个帧重复地执行噪声降低处理，那么就对相同像素重复地执行了噪声降低处理。也就是，该噪声降低处理是对相同像素重复地执行的。每次对相同像素执行噪声降低处理，下舍入/上舍入装置33有选择地执行上舍入处理或下舍入处理。下舍入/上舍入装置33根据由执行模式生成装置31生成的执行模式，选择上舍入处理或下舍入处理。执行模式是用于在每次对相同像素执行噪声降低处理时，确定是要执行上舍入处理还是要执行下舍入处理的模式。也就是，执行模式用于对每一像素确定上舍入处理的次数、下舍入处理的次数以及上舍入处理和下舍入处理的执行顺序。
执行模式由执行模式生成装置31生成。在生成执行模式中，执行模式生成装置31确定在该执行模式中上舍入处理的执行次数和下舍入处理的执行次数的比率，使得该比率随着由(m+n)位返回信号(k·Sd)的低m位表示的数值而变化。具体地，对于相同的像素，执行模式生成装置31确定在该执行模式中上舍入处理的执行次数和下舍入处理的执行次数的比率，使得以与返回信号(k·Sd)的低m位的值基本成正比的频率来执行上舍入处理。例如，执行模式生成装置31通过访问图8中所示的执行模式表34来生成执行模式。图8示出了作为上舍入处理和下舍入处理的目标的返回信号(k·Sd)的低位是三位的情况的一1个实例。执行模式中的“0”代表下舍入处理，“1”代表上舍入处理。例如，返回信号(k·Sd)的低三位是“000”，则生成执行模式“00000000”。这意味着对相同的像素连续执行八次下舍入处理。此外，如果返回信号(k·Sd)的低三位是“001”，则生成执行模式“00000001”。这意味着对同一像素在执行一次上舍入处理之前执行七次下舍入处理。此外，如果返回信号(k·Sd)的低三位是“111”，则生成执行模式“01111111”。这意味着对同一像素在执行七次上舍入处理之前执行一次下舍入处理。
根据执行模式的上舍入处理和下舍入处理的有选择执行是由执行控制装置32控制的。执行控制装置32根据由执行模式生成装置31生成的执行模式，生成用于指示要执行上舍入处理和下舍入处理中的哪一个处理的选择命令信号，并将选择命令信号输出到上舍入/下舍入装置33。例如，对于相同的像素，当返回信号(k·Sd)的低m位的值维持在定值时，执行控制装置32保存由执行模式生成装置31生成的执行模式。然后，执行控制装置32对在返回信号(k·Sd)的低m位的值维持在定值时执行的噪声降低处理的次数进行计数。然后，对相同的像素，执行控制装置32将执行模式与计数值进行比较，确定执行上舍入处理和下舍入处理中的哪一个处理，并生成用于指示确定结果的选择命令信号。然后，在每次对相同的像素执行噪声降低处理时，执行控制装置32将选择命令信号输出到上舍入/下舍入装置33。
在每次对相同的像素执行噪声降低处理时，上舍入/下舍入装置33根据选择命令信号，选择并执行上舍入处理和下舍入处理中的一个。通过这样，对相同的像素，以与返回信号(k·Sd)的低m位的值基本成正比的频率执行上舍入处理。也就是，如图7中所示，以与返回信号(k·Sd)的低m位的值基本成正比的频率，将1加到位B0，其是低m位被下舍入之后获得的返回信号(k·Sd)的最低位。通过这样，对于相同的像素，返回信号(k·Sd)的低m位的信息在时间方向上被分割，并被加(反馈)到输入视频信号Sn。因此，在对相同的像素重复返回信号(k·Sd)与输入视频信号Sn的加法之后，已被下舍入的返回信号(k·Sd)的低m位的信息被包含在输出视频信号Sout中。结果，已被下舍入的返回信号(k·Sd)的低m位的信息反映到噪声降低处理中。因此，尽管返回信号(k·Sd)被下舍入为n位，并被加到输入视频信号Sn，但还是可以获得具有与(n+m)位返回信号(k·Sd)没有舍入地被加到输入视频信号Sn的情况下基本相同的精确度的噪声降低效果。
顺便提及，为了在时间方向上分割返回信号(k·Sd)的低m位的信息并加入该信息，希望对相同的像素以与返回信号(k·Sd)的低m位的值基本成正比的频率来执行上舍入处理。为了这样做，希望对相同的像素根据执行模式来执行一系列上舍入处理和下舍入处理。为此，在对相同的像素执行根据执行模式的一系列上舍入处理和下舍入处理时，希望对相同的像素将返回信号(k·Sd)的低m位的值维持在定值。但是，即使在对相同的像素执行根据执行模式的一系列上舍入处理和下舍入处理之前，相同像素的返回信号(k·Sd)的低m位的值改变了，返回信号(k·Sd)的低m位的一部分信息被加到输入视频信号Sn，从而可以将返回信号(k·Sd)的低m位的该部分信息反映到噪声降低处理中。
如上所说明的，噪声降低设备30根据返回信号(k·Sd)的低m位的值，对返回信号(k·Sd)的低m位有选择地执行上舍入处理或下舍入处理。也就是，噪声降低设备30以与返回信号(k·Sd)的低m位的值相对应的频率，对返回信号(k·Sd)的低m位执行上舍入处理。通过这样，尽管返回信号(k·Sd)的位数从(n+m)位缩减为n位，还是可以在时间方向上分割已被下舍入的返回信号(k·Sd)的低m位的信息，并将该信息包括在输出视频信号Sout中。因此，根据噪声降低设备30，可以同时实现下列两个效果。首先，通过对返回信号(k·Sd)的低m位进行下舍入和降低返回信号(k·Sd)的位数，可以使噪声降低设备30中的大部分总线宽度变窄。通过这样，可以降低噪声降低设备30和后续电路的规模，这可以实现处理速度的增加、耗电的控制、电路基板面积大小的降低、制造成本的控制等等。然后，通过分割已被下舍入的返回信号(k·Sd)的低m位的信息并将该信息包括在输出视频信号Sout中，可以将返回信号(k·Sd)的低m位的信息反映到噪声降低处理中。通过这样，可以实现非常精确地响应视频图像的运动的噪声降低处理，并增大噪声降低效果及防止视频分辨率降低的效果。
顺便提及，执行模式生成装置31、执行控制装置32以及下舍入/上舍入装置33是位数转换装置的具体实例，而执行模式生成装置31是执行模式生成装置的具体实例。
此外，在噪声降低设备30中，图8中的执行模式34所示的执行模式是举例说明的。但是，执行模式理想地是基于伪多灰度(pseudo-multiple-gradation)表示方法生成的。例如，理想的是通过使用组成双灰度抖动矩阵的分量来生成执行模式。引用一个实例，执行模式是通过对齐组成双灰度设计矩阵的分量来生成的。作为选择，理想的是通过在误差扩散法中使用滤波系数来生成执行模式。通过基于这样的伪多灰度表示方法生成执行模式，可以精确地将返回信号(k·Sd)的低m位的信息包括到输出视频信号Sout中。
此外，本发明的信号处理设备不限于上述噪声降低设备。也就是，本发明也可以被广泛地应用，甚至应用于IIR滤波器。例如，如图9中所示，滤波器设备40可以具有延迟装置41，诸如延迟元件，用于延迟输出信号；乘法装置42，用于用预定系数乘以从延迟装置41输出的延迟的输出信号；以及加法装置43，用于将从乘法装置42输出的信号和输入信号相加。在该滤波器设备中，可以提供随机数加法装置44；以及在乘法装置42和加法装置43之间的下舍入装置45。通过这样，在由信号处理获得的信号的位数被降低时，可以非常精确地把由信号处理实现的效果反映到由信号处理获得的信号中。作为选择的是如图10中所示的滤波器设备50那样，可以提供执行模式生成装置51；执行控制装置52；以及在乘法装置42和加法装置43之间的下舍入/上舍入装置53。甚至通过这样的结构，在由信号处理获得的信号的位数被降低时，也可以非常精确地把由信号处理实现的效果反映到由信号处理获得的信号中。
权利要求
1.一种信号处理设备(10)，其特征在于该信号处理设备(10)包括信号处理装置(14)，用于对n位输出信号执行信号处理并输出(n+m)位中间信号，n和m是整数；随机数加法装置(15)，用于将m位或更少的位的随机数与从所述信号处理装置(14)输出的中间信号相加；下舍入装置(16)，用于通过对被所述随机数加法装置(15)加了随机数的中间信号的低m位进行下舍入，来将中间信号的位数从(n+m)位转换成n位；以及加法装置(17)，用于将具有经所述下舍入装置(16)转换的位数的中间信号和n位输入信号相加，并输出n位输出信号。
2.一种信号处理设备(30)，其特征在于该信号处理设备(30)包括信号处理装置(14)，用于对n位输出信号执行信号处理并输出(n+m)位中间信号，n和m是整数；位数转换装置(31、32、33)，用于通过根据执行模式对从所述信号处理装置(14)输出的中间信号的低m位有选择地执行上舍入处理或下舍入处理，来将中间信号的位数从(n+m)位转换成n位；以及加法装置(17)，用于将具有经所述位数转换装置(31、32、33)转换的位数的中间信号与n位输入信号相加，并输出n位输出信号，所述位数转换装置(31、32、33)包括用于生成执行模式的执行模式生成装置(31)，该执行模式用于确定是执行上舍入处理还是执行下舍入处理，并且执行模式生成装置(31)确定执行模式中上舍入处理的执行次数与下舍入处理的执行次数的比率，使得该比率随着由从所述信号处理装置(14)输出的中间信号的低m位表示的数值而变化。
3.如权利要求1所述的信号处理设备(10)，其特征在于所述信号处理装置(14)包括用于延迟输出信号的延迟装置(11)；以及用于用预定系数乘以从延迟装置(11)输出的延迟的输出信号的乘法装置(14)，并且所述信号处理装置(14)和所述加法装置(17)形成滤波器。
4.如权利要求2所述的信号处理设备(30)，其特征在于所述信号处理装置(14)包括用于延迟输出信号的延迟装置(11)；以及用于用预定系数乘以从延迟装置(11)输出的延迟的输出信号的乘法装置(14)，并且所述信号处理装置(14)和所述加法装置(17)形成滤波器。
5.如权利要求1所述的信号处理设备(10)，其特征在于输出信号是输出视频信号，并且输入信号是输入视频信号，所述信号处理装置(14)包括存储装置(11)，用于在其中存储先于当前帧一帧的帧中的输出视频信号；减法装置(12)，用于执行从存储装置输出的输出视频信号和输入视频信号的减法，从而输出差信号；以及乘法装置(14)，用于用噪声降低系数乘以该差信号，并且所述信号处理装置(14)和所述加法装置(17)形成用于对输入视频信号执行噪声降低的噪声降低装置。
6.如权利要求2所述的信号处理设备(30)，其特征在于输出信号是输出视频信号，并且输入信号是输入视频信号，所述信号处理装置(14)包括存储装置(11)，用于在其中存储先于当前帧一帧的帧中的输出视频信号；减法装置(12)，用于执行从存储装置输出的输出视频信号和输入视频信号的减法，从而输出差信号；以及乘法装置(14)，用于用噪声降低系数乘以该差信号，并且所述信号处理装置(14)和所述加法装置(17)形成用于对输入视频信号执行噪声降低的噪声降低装置。
7.如权利要求1所述的信号处理设备(10)，其特征在于所述信号处理装置(14)包括运动检测装置(13)，其用于检测与输入视频信号相对应的视频图像的运动并根据视频信号的运动量来设置噪声降低系数。
8.如权利要求2所述的信号处理设备(30)，其特征在于所述信号处理装置(14)包括运动检测装置(13)，其用于检测与输入视频信号相对应的视频图像的运动并根据视频信号的运动量来设置噪声降低系数。
9.如权利要求2所述的信号处理设备(30)，其特征在于执行模式生成装置(31)根据伪多灰度表示法来生成执行模式。
10.如权利要求2所述的信号处理设备(30)，其特征在于执行模式生成装置(31)通过使用构成双灰度抖动矩阵的分量来生成执行模式。
11.如权利要求2所述的信号处理设备(30)，其特征在于执行模式生成装置(31)通过使用误差扩散法中的滤波系数来生成执行模式。
12.一种信号处理方法，其特征在于该信号处理方法包括信号处理过程，对n位输出信号执行信号处理并输出(n+m)位中间信号，n和m是整数；随机数加法处理，将m位或更少的位的随机数与在所述信号处理过程中输出的中间信号相加；下舍入处理，通过对在所述随机数加法处理中加了随机数的中间信号的低m位进行下舍入，来将中间信号的位数从(n+m)位转换成n位；以及加法处理，将具有在所述下舍入处理中转换的位数的中间信号和n位输入信号相加，并输出n位输出信号。
13.一种信号处理方法，其特征在于该信号处理方法包括信号处理过程，对n位输出信号执行信号处理并输出(n+m)位中间信号，n和m是整数；位数转换处理，通过根据执行模式对在所述信号处理过程中输出的中间信号的低m位有选择地执行上舍入处理或下舍入处理，来将中间信号的位数从(n+m)位转换成n位；以及加法处理，将具有在所述位数转换处理中转换的位数的中间信号与n位输入信号相加，并输出n位输出信号，所述位数转换处理包括生成执行模式的执行模式生成处理，该执行模式用于确定是执行上舍入处理还是执行下舍入处理，并且在执行模式生成处理中确定执行模式中上舍入处理的执行次数与下舍入处理的执行次数的比率，使得该比率随着由在所述信号处理过程中输出的中间信号的低m位表示的数值而变化。
14.一种计算机可读介质中的计算机程序产品，该计算机可读介质用于确实地具体化可由计算机执行的指令程序，以使计算机起信号处理设备(10)的作用，其特征在于信号处理设备(10)包括信号处理装置(14)，用于对n位输出信号执行信号处理并输出(n+m)位中间信号，n和m是整数；随机数加法装置(15)，用于将m位或更少的位的随机数与从所述信号处理装置(14)输出的中间信号相加；下舍入装置(16)，用于通过对被所述随机数加法装置(15)加了随机数的中间信号的低m位进行下舍入，来将中间信号的位数从(n+m)位转换成n位；以及加法装置(17)，用于将具有经所述下舍入装置(16)转换的位数的中间信号和n位输入信号相加，并输出n位输出信号。
15.一种计算机可读介质中的计算机程序产品，该计算机可读介质用于确实地具体化可由计算机执行的指令程序，以使计算机起信号处理设备(30)的作用，其特征在于信号处理设备(30)包括信号处理装置(14)，用于对n位输出信号执行信号处理并输出(n+m)位中间信号，n和m是整数；位数转换装置(31、32、33)，用于通过根据执行模式对从所述信号处理装置(14)输出的中间信号的低m位有选择地执行上舍入处理或下舍入处理，来将中间信号的位数从(n+m)位转换成n位；以及加法装置(17)，用于将具有经所述位数转换装置(31、32、33)转换的位数的中间信号与n位输入信号相加，并输出n位输出信号，所述位数转换装置(31、32、33)包括用于生成执行模式的执行模式生成装置(31)，该执行模式用于确定是执行上舍入处理还是执行下舍入处理，并且执行模式生成装置(31)确定执行模式中上舍入处理的执行次数与下舍入处理的执行次数的比率，使得该比率随着由从所述信号处理装置(14)输出的中间信号的低m位表示的数值而变化。
16.一种噪声降低设备，其包括信号处理设备(10)并通过使用所述信号处理设备(10)来执行噪声降低处理，其特征在于该信号处理设备(10)包括信号处理装置(14)，用于对n位输出信号执行信号处理并输出(n+m)位中间信号，n和m是整数；随机数加法装置(15)，用于将m位或更少的位的随机数与从所述信号处理装置(14)输出的中间信号相加；下舍入装置(16)，用于通过对被所述随机数加法装置(15)加了随机数的中间信号的低m位进行下舍入，来将中间信号的位数从(n+m)位转换成n位；以及加法装置(17)，用于将具有经所述下舍入装置(16)转换的位数的中间信号和n位输入信号相加，并输出n位输出信号。
17.一种噪声降低设备，其包括信号处理设备(30)并通过使用所述信号处理设备(30)来执行噪声降低处理，其特征在于该信号处理设备(30)包括信号处理装置(14)，用于对n位输出信号执行信号处理并输出(n+m)位中间信号，n和m是整数；位数转换装置(31、32、33)，用于通过根据执行模式对从所述信号处理装置(14)输出的中间信号的低m位有选择地执行上舍入处理或下舍入处理，来将中间信号的位数从(n+m)位转换成n位；以及加法装置(17)，用于将具有经所述位数转换装置(31、32、33)转换的位数的中间信号与n位输入信号相加，并输出n位输出信号，所述位数转换装置(31、32、33)包括用于生成执行模式的执行模式生成装置(31)，该执行模式用于确定是执行上舍入处理还是执行下舍入处理，并且执行模式生成装置(31)确定执行模式中上舍入处理的执行次数与下舍入处理的执行次数的比率，使得该比率随着由从所述信号处理装置(14)输出的中间信号的低m位表示的数值而变化。
全文摘要
信号处理装置(14)输出(n+m)位返回信号。随机数加法装置(15)生成m位随机数，并将这个数加到返回信号。下舍入装置(16)对已经加了随机数的返回信号的低m位进行下舍入。在对几帧的视频图像中的相同像素重复该处理的同时，由随机数加法引起的进位的频率与由被下舍入的低m位表示的数值相对应。结果，返回信号的位数被下舍入处理改为n位。但是，被下舍入的低m位的信息在时间方向上被分割并加到视频输出信号。
文档编号H04N5/911GK1856015SQ200610073860
公开日2006年11月1日 申请日期2006年3月31日 优先权日2005年3月31日
发明者奥道贤司, 川口裕史, 本田广史 申请人:日本先锋公司