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発明の名称 画像信号の帯域制限回路
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平7−222124
公開日 平成7年(1995)8月18日
出願番号 特願平6−33251
出願日 平成6年(1994)2月7日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】役 昌明 (外1名)
発明者 広瀬 洋一 / 中井 誠治 / 瀬藤 幸児
要約 目的
シーン・チェンジにおける画質劣化を抑えることが可能な画像信号の帯域制限回路を提供する。

構成
同一のプログレス入力画像信号に対して動画用処理を行なう処理手段5と、静止画用処理を行なう処理手段2、3、4と、入力画像信号の2フレーム差分信号を用いて画像の動きを判定する検出手段7と、その判定結果を基に動画用処理された信号と静止画用処理された信号との比率を変えて加算・出力するミキサー手段6とを備えた画像信号の帯域制限回路において、動き検出手段に、シーンの変換を検出するシーン・チェンジ検出手段66と、その検出に応じて、画像の動きの判定に用いるフレーム差分信号を2フレーム差分から1フレーム差分に切替える切替手段77とを設ける。シーン・チェンジ直後では、1フレーム差分信号に基づいて動き検出が行なわれるので、シーン・チェンジの1フレーム後の動き検出は、変換後のシーン同士の差分から判定され、「動き」判定に偏ることが是正される。
特許請求の範囲
【請求項1】 同一のプログレス入力画像信号に対して、フレーム内で完結する動画用処理を行なう動画処理手段とフレーム間に跨がる静止画用処理を行なう静止画処理手段と、前記入力画像信号の2フレーム差分信号を用いて画像の動きを判定する動き検出手段と、前記動き検出手段の判定結果を基に動画用処理された信号と静止画用処理された信号との比率を変えて加算し、出力するミキサー手段とを備えた画像信号の帯域制限回路において、前記動き検出手段に、シーンの変換を検出して検出信号を出力するシーン・チェンジ検出手段と、前記検出信号に応じて、動きに偏った判定を是正する切替え手段とを設けたことを特徴とする帯域制限回路。
【請求項2】 前記切替え手段が、前記検出信号に応じて、画像の動きの判定に用いるフレーム差分信号を2フレーム差分信号から1フレーム差分信号に切替えることを特徴とする請求項1に記載の帯域制限回路。
【請求項3】 前記切替え手段が、前記検出信号に応じて、動きと静止との中間状態を表わす中間固定値を判定結果として出力することを特徴とする請求項1に記載の帯域制限回路。
発明の詳細な説明
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、現行のテレビジョン放送との両立性を保ちながら高画質の画像を伝送する高画質TV放送(EDTV)において、送信画像信号の周波数帯域を制限する帯域制限回路に関し、特に、シーンが変化したときの画像信号を適切に帯域制限できるように構成したものである。
【0002】
【従来の技術】我が国では、カラーテレビジョン放送が昭和35年に開始されて以来、30年以上が経過している。現行のカラーテレビジョン放送は、米国と同じNTSC方式を採り、走査線数525本、2:1飛越し走査、輝度信号水平帯域幅4.2MHz、アスペクト比4:3という諸仕様(例えば、文献:放送技術双書カラーテレビジョン日本放送協会編、日本放送出版協会、1961年を参照)が決められているが、テレビジョン受信機の性能が向上したことに伴って、高精細な画像を追求する各種の新しいテレビジョン方式が提案されている。
【0003】その一つにEDTV2方式がある。この方式では、映像信号源として1:1の順次走査信号(プログレス信号)を用い、この映像信号に信号処理を施してNTSC方式での伝送可能な信号に変換し、これを高画質を与える解像度補強信号と共に送信する。解像度補強信号には、垂直の高域周波数成分と、水平の高域周波数成分と、1:1順次走査から2:1飛び越し走査に変換する際に生成される動画補強信号との3種類があり、画面内の上下1/8ずつの無画部分で伝送することが考えられている。そのため、実際の画像(主画面)が伝送されるのは画面中央の3/4の部分となる。そこで、EDTV2方式では、1:1順次走査信号から2:1飛び越し走査信号に変換する前に、垂直−時間周波数帯域の制限が行なわれる。即ち、図9に示す周波数成分をもつ1:1順次走査信号をNTSC方式で伝送可能な図10に示す周波数成分帯域に制限し、さらに主画面が全画面の3/4で伝送されるので、垂直帯域を図11に示す3/4に制限し、その後に2:1飛び越し走査信号に変換している。
【0004】この垂直−時間周波数帯域を制限するに際しては、画素単位で画像の動きにより制限を切替えることが行なわれる。つまり、入力される信号を2つに分けて動画処理と静止画処理とを別々に行ない、画像の動き量により2つの処理結果を比率を変えて加算する。これは、受信側で動き適応型YC分離を行なったときに、クロスカラーやドット障害が生じないようにするためであり、その結果、受信側は、静止画像から動画像に至る全ての画像について高品質のカラー画像を得ることができる。
【0005】動画処理は、入力信号の持つ図9の周波数帯域を図12に示す周波数帯域に制限するものであり、1.4MHz以上を垂直180TVL以下に制限するため、垂直ローパスフィルタ(以下LPF)処理が行なわれる。また、静止画処理は、入力信号の持つ図9の周波数帯域を図13に示す周波数帯域に制限するものであり、1.4MHz以上に対して時間LPF処理を施し、時間15Hz以下に制限する。時間LPFは具体的にはフレーム加算を行ない信号振幅を1/2することにより実現できる。動画処理はフレーム内で完結する信号処理であるが、静止画処理は、フレーム間に跨がる信号処理となる。動画処理出力信号と静止画処理出力信号は、動き検出部で検出された動き量により、比率を変えて加算される。
【0006】動きの量は、1:1順次走査における1フレーム差分または2フレーム差分から求めることができる。ここで言う1フレームは、1:1順次走査の1画面を指し、2:1飛び越し走査に変換後の1フィールドに相当する。動き検出の基となる差分は、1フレームまたは2フレームのどちらを採ることもできるが、2:1飛び越し走査信号が伝送されるテレビ受像器での信号処理と相関を持たせるためには、2フレーム差分の方が良いと考えられている。
【0007】図14には、1:1順次走査から2:1飛び越し走査に変換する前の段階の画像信号に帯域制限を加えるEDTV2方式の帯域制限回路を示している。この回路は、1:1の順次走査で得た信号を出力するプログレス信号源1と、動画処理のために輝度信号の垂直周波数帯域を制限する垂直LPF5と、静止画処理のために1フレーム遅延した信号を形成するフレームメモリ2と、1フレーム遅延した画像信号と現在の画像信号とを加算する加算回路3と、加算回路3の出力の振幅を1/2にする係数乗算回路4と、画像信号の動きを検出する動き検出部7と、動き検出部7の出力する検出信号に応じて動画処理結果と静止画処理結果との比率を変えて加算するMIXER回路6とを備えており、また、動き検出部7は、2フレーム遅延した信号を形成するフレームメモリ71、72と、現在の信号から2フレーム遅延した信号を減算する減算回路73と、減算回路73の出力信号に基づいて動き検出信号を生成する動き検出処理回路74とを備えている。
【0008】この回路のプログレス信号源1から出力された信号は、動画処理、静止画処理および動き検出処理の各信号処理のために3つに分配される。動画処理は、垂直LPF5によって行なわれ、輝度信号の垂直周波数帯域が180TVL以下に制限される。また、静止画処理は、フレームメモリ2、加算回路3および係数乗算回路4によって行なわれ、フレームメモリ2で形成された1フレーム遅延したプログレス信号と、遅延していない信号とが加算回路3で加算され、その信号の振幅が係数乗算回路4で半分に減らされて、信号の時間周波数帯域が15Hz以下に制限される。
【0009】また、動き検出処理は、プログレス信号をフレームメモリ71、72で2フレーム分遅延し、遅延していない信号とこの遅延した信号との差分を減算回路73で求めることにより行なわれ、この差分に基づいて動き検出処理回路74が動き検出信号を生成する。動き検出処理回路74は、差分信号に対するフィルタ処理や拡大処理などを行なう回路を備えているが、いずれにしろ出力される動き検出信号は2フレーム差分信号と相関を持つ。
【0010】MIXER回路6は、垂直LPF5の出力である動画処理結果と係数乗算回路4の出力である静止画処理結果とを、動き検出処理回路74から出力された動き検出信号によって、その比率を変えながら加算し出力する。
【0011】この後MIXER回路6の出力は、垂直LPFにより主画面で伝送可能な垂直周波数帯域の360TVL以下に制限され、さらに2:1飛越し走査への変換が行なわれる。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】前述した従来の帯域制限回路の場合、プログレス信号源1の出力とMIXER回路6の出力との関係をフレーム単位で見ると図8のようになる。この図から明らかなように、MIXER回路6に入力する動画処理された信号のフレームは、プログレス信号源1の出力と同じフレームである。また、MIXER回路6に入力する静止画処理された信号のフレームは、プログレス信号源1と同じフレームと、その1フレーム前のフレームとの2つのフレームであり、処理結果はこの2フレームの平均である。これに対して、MIXER回路6の制御入力である動き検出信号に使用されたフレームは、プログレス信号源1と同じフレームと、その2フレーム前のフレームとの2つのフレームである。
【0013】ここで、プログレス信号源の1〜5フレーム目と6〜9フレーム目とで絵柄が変化した場合、つまり5フレーム目と6フレーム目との間でシーン・チェンジが起こった場合を考える。5フレームまでは、MIXER回路6からは、画像の動きにより動画処理と静止画処理とがMIXERされたものが出力される。6フレーム目では、動き検出処理で使用される6フレームと4フレームとの絵柄が違うために、動き検出信号として、大部分が「動き」と判定された信号が出力され、そのため、MIXER回路6の出力は、動画処理の信号に偏ったものとなる。また、7フレーム目のMIXER回路6の出力も、6フレーム目と同様の理由から動画処理信号に偏ったものとなる。8フレーム目以降は、5フレーム目までと同様に動画処理と静止画処理とがMIXされたものに変わる。
【0014】この場合、シーン・チェンジ直後(図8の6フレーム目)では、静止画処理として2つの異なる絵柄フレームの平均処理が行なわれているため、MIXER回路6の出力を動画処理に限定する必要があるが、しかし、シーン・チェンジから1フレーム後(図8の7フレーム目)では、静止画処理として同一絵柄の2つのフレームの平均処理が行なわれているので、MIXER出力は、動画処理に限定する必要がない。しかるに、従来の帯域制限回路では、シーン・チェンジから1フレーム後においても、MIXER6の出力が動画処理にほぼ限定され、そのため画質劣化が引起されるという問題点がある。
【0015】本発明は、こうした従来の問題点を解決するものであり、シーン・チェンジにおける画質劣化を抑えることが可能な画像信号の帯域制限回路を提供することを目的としている。
【0016】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明では、同一のプログレス入力画像信号に対して、フレーム内で完結する動画用処理を行なう動画処理手段とフレーム間に跨がる静止画用処理を行なう静止画処理手段と、入力画像信号の2フレーム差分信号を用いて画像の動きを判定する動き検出手段と、動き検出手段の判定結果を基に動画用処理された信号と静止画用処理された信号との比率を変えて加算し、出力するミキサー手段とを備えた画像信号の帯域制限回路において、動き検出手段に、シーンの変換を検出して検出信号を出力するシーン・チェンジ検出手段と、この検出信号に応じて、動きに偏った判定を是正する切替え手段とを設けている。
【0017】また、この切替え手段が、検出信号に応じて、画像の動きの判定に用いるフレーム差分信号を2フレーム差分信号から1フレーム差分信号に切替えるように構成している。
【0018】また、この切替え手段が、検出信号に応じて、動きと静止との中間状態を表わす中間固定値を判定結果として出力するように構成している。
【0019】
【作用】そのため、シーン・チェンジが起きたときは、1フレーム差分信号に基づいて動き検出が行なわれるので、シーン・チェンジの1フレーム後の動き検出は、変換後のシーンの画像同士の差分から判定され、「動き」判定に偏ることが是正される。従って、MIXER回路においても、動画処理された画像信号と静止画処理された画像信号とを適性な比率で加算することができる。なお、シーン・チェンジ後の2フレーム以降は、従前通り2フレーム差分信号による動き検出が行なわれる。
【0020】また、シーン・チェンジが起きたときに、「動き」と「静止」との中間の状態にあるものと設定することにより、シーン・チェンジ後の「動き」判定への偏りを是正することもできる。
【0021】
【実施例】
(第1実施例)第1実施例の帯域制限回路は、図1に示すように、動き検出部7の構成を除いては、従来の回路(図14)と変わりがない。この動き検出部7は、画像のエッジを検出するエッジ検出回路10と、プログレス信号を遅延するフレームメモリ71、72と、現在のプログレス信号と2フレーム分遅延した信号との差分を出力する減算回路73と、現在のプログレス信号と1フレーム分遅延した信号との差分を出力する減算回路75と、入力信号の絶対値を出力する絶対値回路74、76と、シーン・チェンジを検出するシーン・チェンジ検出部66と、シーン・チェンジ検出部66の検出結果に基づいて2フレーム差分または1フレーム差分の差分信号を選択して出力する切替え回路77と、画像のエッジ部分における差分信号の重み付けを小さく設定するエッジコアリング回路78と、ノイズによる誤検出を除くための修正を行なう孤立点除去回路30と、動き検出信号を時間方向に拡大する時間MAX部50と、垂直方向のフィルタ処理を行なう垂直フィルタ部54と、動き検出信号を垂直方向に拡大する垂直MAX部60と、動き検出信号を水平方向に拡大する水平MAX部63とを備えている。
【0022】この帯域制限回路は、次のように動作する。
【0023】まず、動き検出部7に入力したプログレス信号源1からのY信号は、エッジ検出回路10とフレームメモリ71と減算回路73、75に入力する。
【0024】エッジ検出回路10は、図2(b)に示すように、1ラインディレイ11、12と、1画素ディレイ13、14、15、16と、差分回路17、18、19、20と、絶対値回路21、22、23、24と、絶対値回路21〜24の出力の最大値を出力するMAX回路25とを備えており、図2(a)に示す画素のa画素とd画素との出力の差分が差分回路17に、a画素とc画素との出力の差分が差分回路18に、a画素とb画素との出力の差分が差分回路19に、また、a画素とe画素との出力の差分が差分回路20に現われ、これらの差分の最大の絶対値がMAX回路25から出力される。従って、画素aが画像のエッジに位置しているときに、MAX回路25の出力は大きくなる。
【0025】減算回路73は、現在のプログレス信号とフレームメモリ72から出力された2フレーム分遅延した信号との差分を出力し、減算回路75は、現在のプログレス信号とフレームメモリ71から出力された1フレーム分遅延した信号との差分を出力する。各減算回路73、75から出力された信号は、絶対値回路74、76により絶対値に変換され、切替え回路77に入力する。切替え回路77は、これをシーン・チェンジ検出部66の出力するシーン・チェンジ検出信号により切替える。
【0026】シーン・チェンジ検出部66は、1フレーム差分信号と閾値とを比較して1フレーム差分信号が閾値以上となるときに信号を出力する第1閾値比較回路67と、第1閾値比較回路67の出力する信号の個数を1フレーム間カウントしてカウント値を出力する1フレームカウンタ68と、1フレームカウンタ68の出力するカウント値と閾値とを比較する第2閾値比較回路69とから成り、第2閾値比較回路69は、1フレームカウンタ68のカウント値が閾値以上のとき、シーン・チェンジが起こったと判定してシーン・チェンジ検出信号を出力する。
【0027】切替え回路77は、このシーン・チェンジ検出信号を受けたときは、絶対値回路76の出力、即ち1フレーム差分信号を選択して出力し、それ以外のときは、絶対値回路74の出力、即ち2フレーム差分信号を選択して出力する。そのため、シーン・チェンジが起きたときは、通常の2フレーム差分信号に代えて、1フレーム差分信号により動き検出が行なわれる。
【0028】動き検出部7の切替え回路77に後続するその他の回路は、切替え回路77から出力された動き検出信号に対して、必要な修正や拡大処理などの信号処理を施している。エッジコアリング回路78は、エッジ検出回路10から出力されたエッジ検出信号の値に応じて、動き検出信号を変換する。例えばエッジ検出信号が0〜3の4段階で表わされるとき、エッジコアリング回路78は、図5に示すように動き検出信号を変換して出力する。この処理は、画像のエッジ部分で静止画処理と動画処理とが細かく切替わったときに発生する視覚的なちらつきによる画質劣化を防止するための措置である。
【0029】孤立点除去回路30は、動き検出信号の中にノイズによる誤検出の信号が含まれている場合にそれを修正するためのもので、図3(b)に示すように、1ラインディレイ31、32と、1画素ディレイ33、34、35、36、37、38と、加算回路39と、加算回路39の出力を1/8にする係数乗算回路40と、対象画素の出力とその周辺8画素の平均出力との差分を出力する減算回路41と、その差分の絶対値を出力する絶対値回路42と、その差分の絶対値と閾値とを比較する閾値比較回路43と、閾値比較回路43の比較結果に基づいて対象画素の出力または周辺8画素の平均出力を選択して出力する切替え回路44とを備えている。画素が図3(a)に示すように、対象画素aと、それを取巻く8画素b〜iとから成るとき、周辺8画素の出力の和が加算回路40から出力され、その平均が係数乗算回路40から出力される。この平均値と対象画素aの出力との差分が減算回路41で求められ、この差分が閾値より大きい場合には、対象画素aの出力はノイズによるものと判断して、周辺8画素の平均出力を対象画素aの出力として切替え回路44から出力する。その他の場合は、対象画素aの出力をそのまま切替え回路44から出力する。
【0030】時間MAX部50は、動き検出信号を時間方向に拡大する回路であり、最大値選択回路51と、フレームメモリ53と、フレームメモリ53の出力にα(0≦α≦1)を乗算する係数乗算回路52とを備えている。最大値選択回路51は、入力した信号と、α倍された1フレーム遅延信号との大きい方を選択して出力する。なお、係数乗算回路52は、シーン・チェンジ検出部66から出力されたシーン・チェンジ検出信号によってαを変更し、シーン・チェンジが検出された時はα=0に設定する。
【0031】垂直フィルタ部54は、2つの1ラインディレイ55と、係数乗算回路56、57、58と、加算回路59とを備え、垂直タップのフィルタとしてフィルタ処理を行なう。垂直MAX部60は、2つの1ラインディレイ61と最大値選択回路62とで構成され、動き検出信号を垂直方向の3画素に拡大する。
【0032】水平MAX部63は、4つの1画素ディレイ64と最大値選択回路65とで構成され、動き検出信号を水平方向の5画素に拡大する。
【0033】こうして、切替え回路77から出力された動き検出信号は、エッジコアリング回路78や孤立点除去回路30で修正され、時間MAX部50で時間方向に拡大され、垂直フィルタ部54でフィルタ処理され、垂直MAX部60で垂直方向に拡大され、水平MAX部63で水平方向に拡大され、その後、動き検出信号としてMIXER回路6に入力する。MIXER回路6は、この動き検出信号に応じて、動画処理された信号と静止画処理された信号との比率を変えて加算し、加算値を出力する。このMIXER回路6の出力は、この後、垂直LPFにより主画面で伝送可能な垂直周波数帯域の360TVL以下に制限され、また、2:1飛越し走査への変換が行なわれる。
【0034】実施例の帯域制限回路におけるプログレス信号源1の出力とMIXER回路6の出力との関係をフレーム単位で見ると図6のようになる。シーン・チェンジが5フレーム目と6フレーム目との間で起きると、シーン・チェンジ検出部66は、6フレーム目と5フレーム目との差分信号を受信したときにシーン・チェンジを検出し、シーン・チェンジ検出信号を切替え回路77に出力する。切替え回路77は、これを受けて、7フレーム目の動き検出信号として1フレーム差分信号、つまり、|7フレーム目−6フレーム目|の差分信号を選択する。この差分信号は、シーン・チェンジ後の画面の差分を取っているため、「動き」判定に偏ることが避けられ、MIXER回路6からは画面の動きに応じて動画処理と静止画処理とのMIXされた信号が出力される。また、シーン・チェンジ検出部66は、7フレーム目と6フレーム目との差分信号を受信した時点では、シーン・チェンジを検出しないため、シーン・チェンジ検出信号を出力しない。そのため、切替え回路77は、8フレーム目以降は、再び2フレーム差分信号を動き検出信号として出力する。
【0035】このように、実施例の帯域制限回路は、シーン・チェンジが起きたときにも、MIXER回路6の出力が、動画処理された信号に偏ることがないため、画質劣化を防止することができる。
【0036】(第2実施例)第2実施例の帯域制限回路は、図4に示すように、シーン・チェンジが検出された時に、動き検出信号として、静止を表わす値と動きを表わす値との中間固定値を選択して出力する切替え回路79を備えている。また、第1実施例の回路(図1)が具備していた、1フレーム差分を出力するための減算回路75、絶対値回路76および2フレーム差分と1フレーム差分とを選択する切替え回路77は備えていない。その他の構成は、第1実施例の回路と変わりがない。
【0037】この帯域制限回路では、シーン・チェンジが起きると、2フレーム差分信号を受信しているシーン・チェンジ検出部66が、2フレーム間にわたってシーン・チェンジ検出信号を切替え回路79に出力し、切替え回路79は、この間、動き検出信号として中間固定値を出力する。
【0038】そのため、フレーム単位で見た動き検出信号は、図7に示すように、シーン・チェンジから1フレーム後(7フレーム目)と2フレーム後(8フレーム目)とが中間固定値の信号となり、この間、MIXER回路6は、動画処理された画像信号と静止画処理された画像信号とを中間固定値で設定される比率によって加算し、出力する。
【0039】第2実施例の帯域制限回路は、第1実施例の回路と同様に、シーン・チェンジ後のMIXER回路6の出力が動画処理に偏るのを防止することができ、また、第1実施例の回路に比べて回路量を削減することができる。
【0040】
【発明の効果】以上の実施例の説明から明らかなように、本発明の帯域制限回路は、シーン・チェンジ後のMIXER回路6の出力が動画用処理された画像信号に偏ることによって生ずる画質劣化を未然に防止することができる。




 

 


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