JP2812349B2 - 画像合成回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は広帯域自然画の信号と
コンピュータ等による高精細画像の信号とを合成する画
像合成回路に係り、更に詳しくはオーバーサンプリング
技術を用いて合成画像の自然画を滑らかに、かつコンピ
ュータ等による画像を高精細に表示可能とする画像合成
回路に関するものである。

【０００２】

【従来例】従来、この種の画像合成回路としては図１１
に示す構成のもがあり、例えばテレビのピクチャーイン
ピクチャー等のためにディジタル処理された自然画（ビ
デオデータ）とテロップ等のスーパーインポーズ画（ス
ーパーインポーズデータ）とを合成することができる。

【０００３】図１１において、この画像合成回路は、デ
ィジタル処理された広帯域自然画（ビデオデータ）をア
ナログ変換するＤ／Ａ変換部１と、高精細なスーパーイ
ンポーズ画（スーパーインポーズデータ）をアナログ変
換するＤ／Ａ変換部２と、これらＤ／Ａ変換部１，２で
独立にアナログ変換された信号の直流レベルをそれぞれ
揃えるためのクランプ部３，４と、これらクランプ部
３，４を介した信号を所定タイミング（切替信号）によ
って切り替える切替部５と、この切り替えによって合成
された信号から上記アナログ変換時に生じたノイズ（偽
信号）を除去するためのアナログ後置ローパスフィルタ
（ＬＰＦ）部６とを備えている。

【０００４】上記構成の画像合成回路によって、広帯域
自然画の信号と高精細なスーパーインポーズ画の信号と
を合成することができ、この合成された画像信号を所定
画像処理することにより広帯域自然画とコンピュータ等
による高精細なスーパーインポーズ画とを表示すること
ができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記画
像合成回路のシステムにおいては以下の問題点があっ
た。第１に、上記切替部５としてアナログスイッチが用
いられるため、同アナログスイッチ自身による遅延時間
および切替信号で実際に切り替わるまでの時間がそのま
ま合成画像の画質に影響し、つまり合成された信号と表
示位置との位相がずれ（位相差が生じ）、表示合成画像
が悪くなってしまう。

【０００６】そして、自然画、スーパーインポーズ画、
切替部５の切替信号のタイミングを保障することが実際
不可能であり、また上記合成画像への悪影響は上記合成
するスーパーインポーズ信号の高精細化に伴ってより影
響し、表示画像への影響がより目立つようになってしま
う。

【０００７】第２に、上記システムの帯域制限（ＬＰＦ
部６の遮断周波数）によって上記コンピュータ等による
高精細な図形表示について画像が劣化することになり、
逆にその帯域制限を行わないと、上記自然画の方の画質
が劣化する。

【０００８】つまり、上記コンピュータの出力信号がＬ
ＰＦを通さないものであることから、同コンピュータに
よるスーパーインポーズ画と上記自然画とを合成し、こ
の合成された信号を上記ＬＰＦ部６に通すと、コンピュ
ータ画像が鈍ってしまい、逆にその合成された信号を同
ＬＰＦ部６に通さないと、自然画がギザギザした形にな
ってしまう。

【０００９】図１２の周波数スペクトラム図および図１
３の波形図を参照して詳しく説明すると、上記Ｄ／Ａ変
換部１，２の変換クロック周波数（サンプリング周波
数）をｆｓとした場合、各Ｄ／Ａ変換部１，２によるア
ナログ変換後の自然画およびスーパーインポーズ画信号
の周波数スペクトラムは図１２に示す形となる。

【００１０】この場合、上記合成されたスーパーインポ
ーズ画の周波数スペクトラムは周波数（１／２）ｆｓの
近傍に同スーパーインポーズ画の基本波成分（同図の矢
印ａ）およびその高調波成分（同図の矢印ａ１，ａ２）
となる。

【００１１】また、上記合成された自然画の周波数スペ
クトラムは周波数（１／２）ｆｓ以下の自然画の有効な
画像信号（同図の矢印ｂ）およびそれ以上の周波数成分
である偽信号（同図の矢印ｂ１，ｂ２）となる。なお、
上記偽信号はディジタル処理に伴って生じる信号（同図
の斜線部分）である。

【００１２】そのために、上記偽信号を上記ＬＰＦ部６
で除去することになるが、この偽信号を十分抑圧するた
めに同ＬＰＦ部６の遮断周波数を例えば（１／２）ｆｓ
とし（同図の矢印ｃ）、この（１／２）ｆｓ以上をカッ
トすると、スーパーインポーズ画の基本波成分（同図の
矢印ａ）まで減衰される。

【００１３】この結果、上記ＬＰＦ部６の入力信号波形
（Ｄ／Ａ変換された合成信号）が図１３（ａ）に示すも
のであるとすると、同ＬＰＦ部６の出力波形が同図
（ｂ）に示す形になることから、自然画は正しく再現さ
れるが、スーパーインポーズ画の表示が悪くなってしま
う。

【００１４】そこで、図１２の矢印ｄに示すように、上
記ＬＰＦ部６の遮断周波数を上げて（１／２）ｆｓ近傍
のスーパーインポーズ画の基本波成分がカットされない
ようにすると、上記自然画をＤ／Ａ変換した際に生じる
偽信号（同図の斜線部分）が同ＬＰＦ部６を通ってしま
うことになる。

【００１５】この結果、上記ＬＰＦ部６の出力波形は図
１３（ｃ）に示す形となり、上記スーパーインポーズ画
は良好に表示されるが、自然画がブロック状のノイズに
よって劣化し、滑らかに再現されなくなってしまう。

【００１６】この発明は上記課題に鑑みなされたもので
あり、その目的は広帯域自然画とコンピュータ等による
高精細なスーパーインポーズ画とを合成して合成画像を
得る際、同合成された画像信号と表示位置との位相差を
なくし、かつ自然画を滑らかに表示するとともに、およ
びスーパーインポーズ画を高精細に表示することができ
るようにした画像合成回路を提供することにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明の画像合成回路は、ディジタル処理された
高帯域自然画のビデオデータをサンプリング周波数ｆｓ
の整数倍（ｋ）のクロックでオーバーサンプリングし、
このオーバーサンプリングにより同ビデオデータに含ま
れる折り返し成分を高域側にシフトするためのオーバー
サンプリング部およびディジタルフィルタ部と、上記オ
ーバーサンプリングされたデータと高精細なスーパーイ
ンポーズ画のデータとを所定タイミングで切り替えて合
成するためのマルチプレクサ（ＭＰＸ部）と、該切り替
えられたデータをアナログ変換するＤ／Ａ変換部と、こ
のアナログ変換された信号に含まれる前記高域側の折り
返し成分を減衰し、上記自然画の有効な成分および前記
スーパーインポーズ信号の基本波成分を取り出すための
アナログ後置フィルタ部とを備えたことを要旨とする。

【００１８】

【作用】上記構成としたので、上記自然画のビデオデー
タをオーバーサンプリングしてディジタルフィルタ部に
通すことにより、同オーバーサンプリングされた自然画
の信号に含まれる折り返し成分（偽信号）のうち、同自
然画に有効な成分に近く、サンプリング周波数（ｆｓ）
のクロック近傍の不要信号（オーバーサンプリンブ周波
数（２・ｆｓ）のクロック近傍以外の不要信号；折り返
し成分）が除去される。つまり、上記オーバーサンプリ
ングされた自然画の信号に含まれる折り返し成分が高域
側にシフトされた形になる。

【００１９】上記折り返し成分をシフトした自然画の信
号と上記スーパーインポーズ画の信号とがマルチプレク
サで切り替えられ、この切り替えによって得られた合成
画像信号がＤ／Ａ変換部でアナログ変換され、さらにこ
のアナログ変換された信号が上記アナログ後置フィルタ
部に通されることから、上記高域側の折り返し成分（偽
信号）およびスーパーインポーズ画の信号の高調波成分
が除去される。

【００２０】したがって、上記切り替えに際して、アナ
ログスイッチのような遅延時間や切替時間がないことか
ら、上記合成された画像信号と表示位置との位相にずれ
が生じることもなく、つまり自然画およびスーパーイン
ポーズ画の合成画像を表示する際に各表示位置の位相に
差が生じることもなく、同合成画像を良好に表示するこ
とが可能となる。

【００２１】また、上記アナログ後置フィルタ部によっ
て除去される折り返し成分が高域側にあることから、同
アナログ後置フィルタ部の遮断周波数を上げることがで
き、自然画に対しては帯域制限によってその折り返し成
分を除去することができ、かつ上記スーパーインポーズ
画に対してはその帯域制限が行われることもない。

【００２２】これにより、上記合成画像を表示した際、
自然画の表示がギザギザとならず、滑らかにすることが
でき、上記スーパーインポーズ画の表示を高精細にする
ことができる。

【００２３】

【実施例】この発明の画像合成回路は、ディジタル処理
された広帯域自然画（ビデオデータ）とコンピュータ等
による高精細なスーパーインポーズ画（データ）とを合
成するに先立って、同自然画のみをオーバーサンプリン
グし、このオーバーサンプリングされた信号に含まれる
折り返し成分（偽信号）を高域側にシフトし、この自然
画の有効な成分および高域側にシフトされた偽信号と上
記スーパーインポーズ画とを所定タイミングで切り替え
て合成し、この合成された信号をアナログ変換し、この
アナログ変換された信号をアナログ後置ＬＰＦに通すこ
とにより上記高域側にシフトされた偽信号およびスーパ
ーインポーズ画の信号の高調波成分のみを減衰（除去）
する。

【００２４】そのために、図１に示すように、この画像
合成回路は、上記ビデオデータをサンプリング周波数
（ｆｓ）の整数倍（ｋ；例えば２倍）の周波数（例えば
２ｆｓ）のオーバーサンプリングクロックによってオー
バーサンプリングし、このサンプリングされた信号に含
まれている折り返し成分（偽信号）のうち自然画の有効
な成分に最も近傍している偽信号を減衰し、その有効な
成分および高域側にある折り返し成分をアナログ信号に
見立てたディジタル的信号として出力するためのオーバ
ーサンプリング部７およびディジタルフィルタ部８と、
この得られたディジタル的信号と上記スーパーインポー
ズ画（データ）とを所定タイミングの切替信号によって
切り替えるＭＰＸ（マルチプレクサ）部９と、このＭＰ
Ｘ部９によってディジタル的に合成された信号（自然画
とスーパーインポーズ画との合成画像信号）をアナログ
変換するＤ／Ａ変換部１０と、このアナログ変換された
合成画像信号から不必要な信号（上記高域側の偽信号お
よびスーパーインポーズ画の高調波成分）を減衰（除
去）するアナログ後置ＬＰＦ部１１とを備えている。

【００２５】上記オーバーサンプリング部７は、例えば
整数ｋ＝２の場合に図２に示すように、２個のＤタイプ
のフリップ・フロップ回路７ａ，７ｂおよびアンドゲー
ト回路７ｃから構成されており、上記自然画（データ）
を１ビットのデータ列とする。なお、第１のフリップ・
フロップ回路７ａのクロックはサンプリングクロック
（周波数ｆｓ）であり、第２のフリップ・フロップ回路
７ｂのクロックはオーバーサンプリングクロック（周波
数２ｆｓ）である。

【００２６】上記オーバーサンプリング部７とブロック
構成されるディジタルフィルタ部８は、例えば図３に示
すように、同オーバーサンプリング部７からの１ビット
データ列（ｎビットデータ）を遅延する遅延レジスタ８
ａ，…，８ｂと、１ビットのデータにフィルタ係数αを
乗算する乗算器８ｃおよび各遅延されたデータにそれぞ
れフィルタ係数β，…，γを乗算する乗算器８ｄ，…，
８ｅと、各乗算されたデータを加算する加算器８ｆとか
らなっている。なお、上記オーバーサンプリング部７と
ディジタルフィルタ部８とを分けているが、これは当該
画像合成回路の動作を周波数軸で説明するためである。

【００２７】そして、上記オーバーサンプリング部７お
よびディジタルフィルタ部８によって、上記自然画（ビ
デオデータ）がオーバーサンプリングされ、このオーバ
ーサンプリングによる折り返し成分（自然画の偽信号）
のうち、自然画の有効な成分に近傍の偽信号が減衰さ
れ、その自然画の有効な成分および高域側の偽信号、つ
まりアナログ信号に見立てたディジタル的信号が得らえ
る。これにより、上記オーバーサンプリングされた自然
画の信号に含まれる偽信号が高域側にシフトされた形に
なる。

【００２８】また、上記ＭＰＸ部９は、例えば図４に示
すように、上記オーバーサンプリング部７およびディジ
タルフィルタ部８によってオーバーサンプリングされた
信号と所定タイミングの切替信号との論理積をとる論理
積（２アンド）回路９ａと、その切替信号を反転するイ
ンバー回路９ｂと、上記スーパーインポース画（ＳＩデ
ータ）とその反転切替信号との論理積をとる論理積（２
アンド）回路９ｃと、上記２アンド回路９ａ，９ｃの出
力信号を論理和する論理和（２オア）回路９ｄとによる
構成である。

【００２９】そして、上記切替信号の“Ｈ”レベル時に
オーバーサランプリングされた自然画の信号を出力し、
同切替信号の“Ｌ”レベル時にコンピュータ等によるス
ーパーインポーズ画の信号を出力する。

【００３０】次に、上記構成の画像合成回路の動作を図
５乃至図９の周波数スペクトラム図および図１０の波形
図を参照して説明する。

【００３１】まず、テレビ等の広帯域自然画（ビデオデ
ータ）とコンピュータ等によるスーパーインポーズ画
（データ）を所定タイミングで合成するものとし、オー
バーサンプリング部７およびディジタルフィルタ部８に
おいて上記ビデオデータをサンプリング周波数（ｆｓ）
の２倍の周波数のオーバーサンプリングクロックによっ
てオーバーサンプリングしているものとする。

【００３２】すると、上記ディジタルフィルタ部８から
のアナログ信号に見立てたディジタル的信号、つまり自
然画がオーバーサンプリングされた信号と上記スーパー
インポーズ画（データ）の信号とが上記ＭＰＸ部９で切
り替えられる。

【００３３】上記ＭＰＸ部９の切り替えにより、上記オ
ーバーサンプリングされた自然画の信号とスーパーイン
ポーズ画の信号が合成され、この合成信号がＤ／Ａ変換
部１０でアナログ変換され、表示可能な合成画像信号に
される。

【００３４】この場合、上記ディジタルフィルタ部８に
通す前における自然画の周波数スペクトラムは例えば図
５に示す形となり、同図の矢印Ａは同自然画の有効な成
分であり、また同図の矢印Ａ１，Ａ２（斜線部分）は上
記オーバーサンプリングされた信号に含まれる折り返し
成分，つまりサンプリング周波数の整数倍の偽信号であ
る。

【００３５】ところで、上記ディジタルフィルタ部８の
補間フィルタ特性は例えば図６の矢印Ｂ（破線内部）に
示す形であり、つまり上記オーバーサンプリングされた
自然画の有効な成分に近傍する偽信号を減衰（除去）
し、他の信号を補間する。したがって、図７に示すよう
に、上記オーバーサンプリングされた自然画の信号は当
該自然画の有効な成分（同図の矢印Ａ）と高域側の偽信
号（同図の矢印Ａ２）となる。

【００３６】また、上記自然画の有効な成分（同図の矢
印Ａ）と高域側の偽信号（同図の矢印Ａ２）とによる信
号と上記スーパーインポーズ画の信号とがＭＰＸ部９で
合成されるが、この合成信号の周波数スペクトラムは例
えば図８に示す形となる。なお、同図の矢印Ｂはスーパ
ーインポーズ画の信号の基本波成分であり、同図の矢印
Ｂ１，Ｂ２はそのスーパーインポーズ画の信号の高調波
成分である。

【００３７】さらに、上記合成された画像の信号がＤ／
Ａ変換部１０でアナログ変換されるが、このアナログ変
換された合成信号の周波数スペクトラムは例えば図９に
示す形となる。なお、図９中、図８と同一部分には同一
符号を付し重複説明を省略する。また、同図の矢印Ａ２
に示す偽信号と同図の矢印Ｂ１およびＢ２に示す高調波
成分とは上記Ｄ／Ａ変換のアパーチャ効果によりそのエ
ネルギーレベルが低くなっている。

【００３８】さらにまた、上記Ｄ／Ａ変換された合成信
号がアナログ後置ＬＰＦ部６に通されるが、同アナログ
後置ＬＰＦ部６が図９の矢印Ｃに示す部分（破線内部）
の帯域であることから、同図の矢印Ａ２に示す自然画の
偽信号および同図の矢印Ｂ１，Ｂ２に示すスーパーイン
ポーズ画の高調波成分が減衰され、上記自然画の有効な
成分およびスーパーインポーズ画の基本波成分が通され
る。

【００３９】しかも、上記アナログ後置ＬＰＦ部６の帯
域を上記スーパーインポーズ画の基本波成分と自然画の
高域側の折り返し成分（偽信号）との間で、そのスーパ
ーインポーズ画の基本波成分にかからないようにしてい
ることから、上記スーパーインポーズ画の信号に対して
は帯域制限を行うこともなく、かつ上記自然画の信号に
対しては帯域制限を行うことができる。

【００４０】これにより、例えば図１０に示すように、
上記Ｄ／Ａ変換部１０の出力合成信号、つまり自然画と
スーパーインポーズ画との合成画像を上記アナログ後置
ＬＰＦ部１１に通しても、従来例のように、スーパーイ
ンポーズ画が劣化することもなく、自然画がギザギザし
た形とならず、滑らかな自然画および高精細なスーパー
インポーズ画による合成画像を得ることができる。

【００４１】また、上記ディジタル合成によって発生す
る折り返し成分（自然画の有効な成分に近傍のノイズ成
分）がディジタルフィルタで除去されるため、上記自然
画の高解像度、高Ｓ／Ｎ化が容易であるという効果があ
り、従来例のアナログクランプ回路（図１１に示すクラ
ンプ部３，４）が不要となるため、上記ディジタル合成
後のペデスタルレベルの正確化が図れ、かつ波形に傷を
付けることもない。

【００４２】さらに、ディジタル処理された自然画（ビ
デオデータ）とコンピュータ等によるスーパーインポー
ズ画（データ）とをＭＰＸ部９で切り替えて合成してい
ることから、つまりその切替部（ＭＰＸ部９）がディジ
タルスイッチに他ならないことから、アナログスイッチ
のような遅延時間および切替時間をほとんど無視するこ
とができ、上記合成時の位相差が原理的に発生せず、上
記合成された信号と表示位置との位相ずれもなく、表示
座標（画面の位置）の特定等が容易になる。

【００４３】さらにまた、最終段階のアナログ後置フィ
ルタ部１１に急峻な特性をもたせる必要もないことか
ら、同アナログ後置フィルタ部１１の設計が容易とな
り、低コスト化が図れるという効果がある。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように、この発明の画像合
成回路によれば、ディジタル処理された広帯域自然画の
ビデオデータをサンプリング周波数ｆｓの整数倍（ｋ）
のクロックでオーバーサンプリングし、このオーバーサ
ンプリングにより同ビデオデータに含まれる折り返し成
分を高域側にシフトするためのオーバーサンプリング部
およびディジタルフィルタ部と、上記オーバーサンプリ
ングされたデータと高精細なスーパーインポーズ画のデ
ータとを所定タイミングで切り替えて合成するためのマ
ルチプレクサと、この合成された画像信号をアナログ変
換するＤ／Ａ変換部と、このアナログ変換された信号に
含まれる上記高域側の折り返し成分を減衰し、上記自然
画の有効な成分および上記スーパーインポーズ信号の基
本波成分を取り出すためのアナログ後置ローパスフィル
タ部とを備えたので、上記自然画とスーパーインポーズ
画とを切り替えて合成する際、アナログスイッチのよう
な遅延時間および切替時間がほとんどないことから、同
合成された画像信号と表示位置との位相差をなくすこと
ができ、つまり表示画像の座標（画面の位置）の特定等
を容易することができ、また上記自然画のデータをオー
バーサンプリングした際に生じる折り返し成分（自然画
の偽信号）を高域側にシフトしていることから、最後の
アナログ後置ＬＰＦ部によって上記高精細なスパーイン
ポーズ画を帯域制限せずに済み、かつ上記自然画を帯域
制限することができ、合成画像のスーパーインポーズ画
を高精細に表示し、自然画を滑らかに表示することがで
き、ひいては良好な合成画像を得ることができるという
効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例を示す画像合成回路の概略
的ブロック線図である。

【図２】図１に示す画像合成回路を構成するオーバーサ
ンプリング部の具体的回路図である。

【図３】図１に示す画像合成回路を構成するディジタル
フィルタ部の具体的回路図である。

【図４】図１に示す画像合成回路を構成するＭＰＸ部の
具体的回路図である。

【図５】図１に示す画像合成回路の動作を説明するオー
バーサンプリングした自然画の周波数スペクトラム図で
ある。

【図６】図１に示す画像合成回路の動作を説明するオー
バーサンプリングした自然画の周波数スペクトラム図で
ある。

【図７】図１に示す画像合成回路の動作を説明するオー
バーサンプリングした自然画の周波数スペクトラム図で
ある。

【図８】図１に示す画像合成回路の動作を説明する合成
画像の周波数スペクトラム図である。

【図９】図１に示す画像合成回路の動作を説明する合成
画像の周波数スペクトラム図である。

【図１０】図１に示す画像合成回路の動作を説明する合
成画像の概略的波形図である。

【図１１】従来の画像合成回路の概略的ブロック線図で
ある。

【図１２】従来の画像合成回路の動作を説明する合成画
像の周波数スペクトラム図である。

【図１３】従来の画像合成回路の動作を説明する合成画
像の概略的波形図である。

【符号の説明】

７ オーバーサンプリング部 ８ ディジタルフィルタ部 ９ ＭＰＸ（マルチプレクサ）部 １０ Ｄ／Ａ変換部 １１ アナログ後置フィルタ部 ７ａ，７ｂ フリップ・フロップ回路 ７ｃ アンドゲート回路 ８ａ，８ｂ 遅延レジスタ ８ｃ，８ｄ，８ｅ 乗算器 ８ｆ 加算器 ９ａ，９ｃ 論理積（２アンド）回路 ９ｂ 反転回路 ９ｄ 論理和（２オア）回路 Ａ 自然画の有効な成分 Ｂ スーパーインポーズ画の基本波成分 Ａ１，Ａ２ 折り返し成分（自然画の偽信号） Ｂ１，Ｂ２ 高調波成分（スーパーインポーズ画の）

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ディジタル処理された広帯域自然画のビ
   デオデータをサンプリング周波数（ｆｓ）の整数倍
   （ｋ）のクロックでオーバーサンプリングし、該オーバ
   ーサンプリングにより同ビデオデータに含まれる折り返
   し成分を高域側にシフトするためのオーバーサンプリン
   グ手段およびディジタルフィルタ手段と、 前記オーバーサンプリングされたデータと高精細なスー
   パーインポーズ画のデータとを所定タイミングで切り替
   えて合成するためのマルチプレクサと、 該合成されたデータをアナログ変換するＤ／Ａ変換手段
   と、 該アナログ変換された信号に含まれる前記高域側の折り
   返し成分を減衰し、前記自然画の有効な成分および前記
   スーパーインポーズ信号の基本波成分を取り出すための
   フィルタ手段とを備えたことを特徴とする画像合成回
   路。