JP3962876B2 - ビデオ信号用補間フィルタ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高画質ビデオ機器、特にＴＶセット用のエッジオリエンテッドフィールド間／フィールド内補間フィルタに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
標準のインタレース走査テレビジョン（ＴＶ）信号は、各フレームが２つの連続するインタレース走査フィールドからなり、各フィールドが所定数のライン（偶数ライン又は奇数ライン）からなるため、時間的に標本化された構造を有することが既知である。
【０００３】
ＴＶ信号の標本化構造は幾つかの問題の原因になる。例えば、”ラスタの可視性”、”ラインフリッカ”、”ラインクローリング”として当業者に既知の問題がＴＶ信号のインタレース構造に関連するとともに、”フィールドフリッカ”のような問題がフィールド周波数に関連する。
これらの問題を送信ＴＶ信号の標準規格を変更することなく解消する、又は少なくとも軽減する既知の技術では受信側でディジタル信号処理を行う。
【０００４】
このような技術は実際上補間アルゴリズムに基づいており、２つのカテゴリ、即ちインタレース走査−順次走査変換（ＩＰＣ）とフィールド周波数アップ変換（ＦＲＵ）とに分けられる。ＩＰＣ技術では、ＴＶスクリーン上に表示される１フィールド当たりのライン数を２倍にする。例えば、偶数フィールドの受信時に、偶数ライン間に奇数ラインを挿入し、これらの奇数ラインは２以上の隣接偶数ラインの情報内容を補間処理して得る。奇数フィールドの受信時に、同一のことを行う。ＦＲＵ技術では、単位時間にＴＶスクリーンに表示されるフィールド数を単位時間に受信されるフィールド数の２倍にする。これらのアルゴリズムを実行する回路をそれぞれＩＰＣフィルタ又はＦＲＵフィルタという。
【０００５】
ＴＶ信号は空間２次元（水平及び垂直）と時間次元を有する。この点を考慮すると、ＩＰＣ補間アルゴリズムもＦＲＵ補間アルゴリズムも更に２つのクラス、即ち２次元即ちフィールド内アルゴリズムと３次元即ちフィールド間アルゴリズムとに分けることができる。フィールド内アルゴリズムはＴＶ信号の空間２次元のみを処理するが、フィールド間アルゴリズムはＴＶ信号の空間２次元と時間次元の両方を使用する。このように４つのクラスのフィルタ、即ちフィールド内ＩＰＣ又はＦＲＵフィルタ、及びフィールド間ＩＰＣ又はＦＲＵフィルタに分類することができる。
【０００６】
フィールド内フィルタ及びフィールド間フィルタは異なる性能を有するが、それらの実現にも異なる要件を有する。例えば、フィールド間ＩＰＣフィルタは、（単位時間にＴＶスクリーン上に表示すべきライン数を単位時間に受信されるライン数の２倍にするために）現ラインデータのためのバッファラインメモリと、前フィールドのデータを含有するフィールドメモリとを必要とする（前フィールドのみを補間に使用するものとする）。フィールド間ＦＲＵフィルタでは、（単位時間にＴＶスクリーン上に表示されるフィールド数を単位時間に受信されるフィールド数の２倍にするために）２つのフィールドメモリ、即ちバッファフィールドメモリと前フィールドデータ用のフィールドメモリとを必要とする。フィールド内フィルタは必要とするメモリが少なく、フィールド内ＩＰＣフィルタはフィールドメモリを必要とせず、またフィールド内ＦＲＵフィルタはただ一つのフィールドメモリ、即ちバッファフィールドメモリを必要とするのみである。
【０００７】
現在の集積回路製造技術の技術的限界のために、補間フィルタと所要のメモリの双方を同一チップに集積することは、特にフィールドメモリを設ける必要がある場合には、不可能である。例えば、フィールド間補間アルゴリズムを実行するチップセットをフィルタチップと少なくとも一つのフィールドチップとで構成している。これはコストを増大すること明らかである。従って、ＴＶ機器の製造メーカは、どの種類のフィルタをＴＶセットに組み込むかをフィルタチップのコストのみならず、所要のメモリチップのコストにも依存して決めなければならない。
【０００８】
また、市販されているフィルタチップはフィールド内型かフィールド間型のどちらかであり、このことは集積回路製造メーカの在庫コストを増大するとともにＴＶ機器製造メーカ側の設計の融通性を減少する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上述の技術状態に鑑み、本発明の目的はフィールド内モード及びフィールド間モードの両モードで動作しうる補間フィルタを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、本発明のビデオ信号用補間フィルタは、
離散的画素が供給され、画像エッジを検出する第１回路手段と、
前記第１回路手段の出力が供給され、前記画像エッジの方向に沿う前記離散的画素の平均値に対応する第１信号を発生する第２回路手段と、
前記第２回路手段の出力が供給され、画像エッジを一義的に決定し得ないテクスチャ領域を決定するとともに、画像エッジの存在の程度に依存する第２信号を発生する第３回路手段と、
前記第１信号、前記第２信号及び第３信号が供給され、第１信号を第３信号と第２信号により決まる割合で合成して得られる出力信号を発生する第４回路手段と、
制御信号により制御され、前記第３信号を規定の方向に沿う前記離散的画素の平均値に対応する第４信号又は前受信画素値に対応する第５信号に選択的に結合するマルチプレクサ手段と、
を具えることを特徴とする。
【００１１】
本発明のフィルタは、空間補間方向が画像エッジ（例えば物体の輪郭のような明−暗エッジ）の方向に選択されるため、エッジオリエンテッドである。本発明のフィルタは、テクスチャ画像領域の場合のように画像エッジが一義的に決定し得ない状態を検出することもできる。この場合には、補間は規定の空間方向、例えば垂直方向に実行される。
【００１２】
本発明のフィルタはフィールド内フィルタとして又はフィールド間フィルタとして動作することができる。前者の場合には、補間は現フィールドのデータのみを用いて行われ、後者の場合には、補間は現フィールドのデータと前受信フィールドのデータとを用いて行われる。
本発明のこれらの特徴及び他の特徴は図面に非限定例として示す一つの特定の実施例の以下の説明から一層明らかになる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に説明する実施例はフィールド内／フィールド間ＩＰＣフィルタ及びフィールド内／フィールド間ＦＲＵフィルタとして動作しうる補間フィルタにのみ関するものである。
【００１４】
図１は補間フィルタセットの主構成ブロックを示す。Ａ／Ｄ変換器１はアナログテレビジョン信号Ｙ、例えば輝度信号を受信する。既知のように、アナログ信号Ｙはラインデータ、ライン同期データ及びフィールド同期データを含んでいる。Ａ／Ｄ変換器１はアナログ信号Ｙに含まれるラインデータを画素の系列にディジタル的に変換し、各画素をディジタルコードで表す。代表的には８ビットＡ／Ｄ変換器を用いて２５６のグレーレベルで表す。
【００１５】
Ａ／Ｄ変換器１は第１メモリデバイス３（バッファメモリ）に出力する。実現すべきフィルタがフィールド内ＩＰＣフィルタ、フィールド間ＩＰＣフィルタ、又はフィールド内ＦＲＵフィルタである場合には、バッファメモリ３は現ラインの画素データを蓄積しうるラインメモリであり、実現すべきフィルタがフィールド間ＦＲＵフィルタである場合には、バッファメモリ３は現フィールドの画素データを蓄積しうるフィールドメモリである。バッファメモリ３はマルチプレクサ１９の第１入力端子に出力する。図には第２メモリデバイス２が示されている。この第２メモリ２は１つの全フィールドの画素データを蓄積しうるフィールドメモリである。フィールド内ＩＰＣフィルタの場合には、フィールドメモリ２は必要ない。フィールド間ＩＰＣフィルタ又はフィールド内ＦＲＵフィルタの場合には、フィールドメモリ２にＡ／Ｄ変換器１の出力が直接供給される。フィールド間ＦＲＵフィルタの場合には、（図１に破線で示すように）フィールドメモリ２にバッファメモリ３の出力が供給され、Ａ／Ｄ変換器１の出力は供給されない。
【００１６】
バッファメモリ３がマルチプレクサ１９の第１入力端子に出力し、フィールドメモリ２がこのマルチプレクサの第２入力端子に出力する。制御信号ＣＮＴ１がマルチプレクサ１９の出力端子をバッファメモリ３の出力端子に（フィールド内ＩＰＣフィルタ又はフィールド間ＩＰＣフィルタの場合）又はフィールドメモリ２の出力端子に選択的に結合させる。
【００１７】
Ａ／Ｄ変換器１が１３．５ＭＨｚのサンプリングレートを有するものとすると、１３．５ＭＨｚのデータストリームがＡ／Ｄ変換器１の出力端子に発生するとともに、バッファメモリ３の出力端子に２７ＭＨｚのデータストリームが発生する。フィルタがフィールド内ＩＰＣフィルタ、フィールド間ＩＰＣフィルタ又はフィールド内ＦＲＵフィルタである場合には、フィールドメモリ２の出力端子に２７ＭＨｚのデータストリームが発生し、フィルタがフィールド間ＦＲＵフィルタである場合には、フィールドメモリ２の出力端子に５４ＭＨｚのデータストリームが発生する。
【００１８】
マルチプレクサ１９は前受信ラインの画素データを蓄積するのに好適な第３メモリ４（ラインメモリ）に出力する。
【００１９】
ラインメモリ４及びマルチプレクサ１９はスライディング処理ウインドウを形成する回路５に出力する。既知のように、処理ウインドウは現フィールドの前受信ラインの連続する画素の第１サブセットと、この第１サブセットの画素と同一位置を有する現ラインの連続する画素の第２サブセットとにより形成する。本例では、現フィールドの前受信ラインＰＬに属する５つの画素ｐ１−ｐ５と現ラインＣＬの５つの画素ｐ６−ｐ１０とを具える５＋５画素の処理ウインドウを用いる。図１において、ｐは補間すべき現画素、即ちラインＰＬ及びＣＬ間に介挿されるＴＶスクリーンラインＬに属する画素の一つを示す（ラインＬは現フィールドに属さない）。処理ウインドウはラインの方向に沿って一時に１画素づつ右へ移動し、ラインＬの全画素の逐次補間を行うことができる。もっと小さい処理ウンドウ、例えば３＋３画素の処理ウインドウ、を使用することができるが、これには後述するように若干の欠点がある。
【００２０】
回路５自体は既知であるため、詳細に示してないが、各８ビットの４セルからなる２つのシフトレジスタを具え、第１シフトレジスタがラインメモリ４により供給され、第２シフトレジスタがバッファメモリ３により供給される。
【００２１】
回路５の出力ＰＷ（即ち処理ウインドウ）は補間フィルタ６に供給し、このフィルタには前受信フィールド内の画素のデータを表すフィールドメモリ２の出力ＰＦも供給される。このフィルタ６の出力Ｏが画素ｐの補間データを表す。
【００２２】
図２は補間フィルタ６の構造を示す。補間フィルタ６は７つの回路ブロックＲ１−Ｒ３，Ｌ１−Ｌ３及びＣを具える。ブロックＲ１−Ｒ３，Ｌ１−Ｌ３及びＣは処理ウインドウの画素ｐ１−ｐ１０間の空間相関度を測定し、明−暗エッジの存在を検出する。各ブロックＲ１−Ｒ３，Ｌ１−Ｌ３及びＣは後に詳述するように特定の空間方向に関連する。
【００２３】
３つのブロックＲ１−Ｒ３は第１の最良方向検出回路７に出力し、３つのブロックＬ１−Ｌ３は第２の最良方向検出回路８に出力する。各最良方向検出回路７又は８はブロックＲ１−Ｒ３又はＬ１−Ｌ３により計算された空間相関指数をそれぞれ受信する３つの入力端子を有する。本例では、各ブロックＲ１−Ｒ３、Ｌ１−Ｌ３及びＣの出力は５ビットコードである。各最良方向検出回路７又は８は２つの出力を有し、第１の出力ＢＲ，ＢＬ（２ビット）はそれぞれＲ１−Ｒ３又はＬ１−Ｌ３に関連する方向のうちで最大空間相関を有する方向を示し、第２の出力ＢＴＲ，ＢＴＬ（５ビット）はそれぞれＲ１−Ｒ３又はＬ１−Ｌ３に関連する方向のうちで最大空間相関を有する方向の空間相関の測定値を含む。
【００２４】
最良方向検出器７及び８の出力ＢＲ，ＢＴＲ，ＢＬ及びＢＴＬを第３の最良方向検出器９に供給し、この検出器にはブロックＣの出力も供給する。最良方向検出回路９はブロックＲ１−Ｒ３，Ｌ１−Ｌ３及びＣに関連する方向のうちで最大の空間相関を有する方向を示す出力ＢＤ（本例では３ビット）を有する。
【００２５】
最良方向検出器９の出力ＢＤは回路１０に供給し、回路１０には処理ウインドウＰＷ内の画素のデータも供給される。回路１０は信号ＰＤにより示される最大空間相関方向に沿う画素データの平均値を計算する。
【００２６】
信号ＢＴＲ及びＢＴＬはディジタル減算器１１にも供給し、ブロックＲ１−Ｒ３及びＬ１−Ｌ３に関連する方向の最大空間相関の２つの測定値の減算を行う。減算器１１の出力ＤＴＬＲを回路１２に供給し、最大空間相関の前記２つの測定値の差の絶対値を計算する。
【００２７】
回路１２の出力信号ＡＤＴＬＲ（本例では５ビット）をファジー論理回路１３に供給し、ブロックＲ１−Ｒ３及びＬ１−Ｌ３に関連する方向の最大空間相関の測定値間の差（絶対値）に依存するパラメータＫの値を計算する。
【００２８】
回路１３の出力Ｋをソフトスイッチ回路１４の第１入力端子に供給する。回路１４の第２入力端子には回路１０の出力ＤＤＡが供給され、回路１４の第３入力端子にはマルチプレクサ１５の出力Ｍout が供給される。マルチプレクサ１５はフィールドメモリ２の出力ＰＦが供給される第１入力端子と、処理ウインドウの画素ｐ３及びｐ８のデータの平均値を計算する回路１６の出力Ａが供給される第２入力端子と、マルチプレクサ出力Ｍout を入力端子Ａ又は入力端子ＰＦに接続させる制御入力端子ＣＮＴとを有する。
【００２９】
回路１４の出力ＳＷout を、補間処理により生ずる高周波数の減衰の影響を除去する輝度強調回路１７に供給する。この回路１７には処理ウインドウの画素ｐ３，ｐ８のデータが供給される。回路１７の出力をメジアンフィルタ回路１８に供給し、この回路１８には処理ウインドウの画素ｐ１−ｐ１０が供給される。メジアンフィルタ回路１８の出力が補間フィルタ６の出力Ｏ、即ち画素ｐの補間値を形成する。
【００３０】
次に、上述した補間フィルタの動作を説明する。
最初に、補間フィルタは補間画像の質を原画像の質より悪くするアーチファクトを補間画像内に導入してはならないことに注意する必要がある。この目的のために、補間アルゴリズムは物体の例えば輪郭を表す明−暗エッジの存在を考慮に入れる必要がある。
【００３１】
本発明の補間フィルタは、補間すべき画素ｐの値を画像内のエッジ方向に沿う処理ウインドウ内の隣接画素の値を補間処理して計算するエッジオリエンッテッドである。
【００３２】
図３は、画素ｐ１−ｐ１０間の最大空間相関の方向を決定するのに使用される７つの相関空間パターンＰＲ１−ＰＲ３，ＰＬ１−ＰＬ３及びＰＣを示す。パターンＰＲ１−ＰＲ３は３つの異なる右傾方向に沿う空間相関度を計算するのに使用される右方向パターンであり、パターンＰＬ１−ＰＬ３は３つの異なる左傾方向に沿う空間相関度を計算するのに使用される左方向パターンであり、Ｃは垂直方向に沿う空間相関度を計算するのに使用される中心パターンである。図３のパターンにおいて、２つの画素を結ぶ線はこの２つの画素のデータのディジタル減算処理を表す。
【００３３】
回路Ｒ１−Ｒ３，Ｌ１−Ｌ３及びＣの各々は次の算術演算を行ってそれぞれのパターンの活性度を評価する。
R1: TGRADR1 ＝（｜p3-p7 ｜+ ｜p4-p8 ｜+ ｜p2-p1 ｜+ ｜p9-p10｜)/4;
R2: TGRADR2 ＝ ( 2* ｜p4-p7 ｜+ ｜p3-p6 ｜+ ｜p5-p8 ｜)/4;
R3: TGRADR3 ＝ (｜p4-p6 ｜+ ｜p5-p7 ｜+ ｜p3-p2 ｜+ ｜p9-p8 ｜)/4;
C : TGRADR1 ＝ ( 2* ｜p3-p8 ｜+ ｜p2-p7 ｜+ ｜p4-p9 ｜)/4;
L1: TGRADL1 ＝ (｜p2-p8 ｜+ ｜p3-p9 ｜+ ｜p4-p5 ｜+ ｜p7-p6 ｜)/4;
L2: TGRADL2 ＝ ( 2* ｜p2-p9 ｜+ ｜p1-p8 ｜+ ｜p3-p10｜)/4;
L3: TGRADL3 ＝ (｜p1-p9 ｜+ ｜p2-p10｜+ ｜p3-p4 ｜+ ｜p8-p7 ｜)/4;
【００３４】
ＴＧＲＡＤＲ１−ＴＧＲＡＤＲ３，ＴＧＲＡＤＣ及びＴＧＲＡＤＬ１−ＴＧＲＡＤＬ３はそれぞれパターンＰＲ１−ＰＲ３，ＰＣ及びＰＬ１−ＰＬ３の活性度、即ちそれぞれ水平方向に対し約３４°（ＴＧＲＡＤＲ３）、４６°（ＴＧＲＡＤＲ２）、６４°（ＴＧＲＡＤＲ１）、９０°（ＴＧＲＡＤＣ）、１１６°（ＴＧＲＡＤＬ１）、１３６°（ＴＧＲＡＤＬ２）及び１４６°（ＡＧＲＡＤＬ３）傾いた方向に沿う画素ｐ１−ｐ１０の空間相関の程度を表す。値ＴＧＲＡＤＲ１−ＴＧＲＡＤＲ３は第１最良方向検出回路７に供給され、この回路がパターンＰＲ１−ＰＲ３のうちで最小の活性度を有するパターンを決定する。換言すれば、回路７は次の演算を実行する。
ＢＴＲ＝min(ＴＧＲＡＤＲ１，ＴＧＲＡＤＲ２，ＴＧＲＡＤＲ３）
【００３５】
同様に、第２の最良方向検出回路８は次の演算を実行する。
ＢＴＬ＝min(ＴＧＲＡＤＬ１，ＴＧＲＡＤＬ２，ＴＧＲＡＤＬ３）
【００３６】
第３の最良方向検出回路９は、ＢＴＲ，ＢＴＬ及びＴＧＲＡＤＣのうちの最小値を評価することにより、７つのパターンＰＲ１−ＰＲ３，ＰＬ１−ＰＬ３及びＰＣのうちで最小活性度を有するパターンを決定する。即ち、回路９は次の演算を実行する。
min(ＢＴＲ，ＢＴＬ，ＴＧＲＡＤＣ）
【００３７】
回路９の出力ＢＤは７つのパターンＰＲ１−ＰＲ３，ＰＬ１−ＰＬ３及びＰＣのうちで最小活性度を有するパターンを表す。このパターンは処理ウインドウ内の画素間の最大空間相関の方向、即ち明−暗エッジ（例えば物体の輪郭）の方向に対応する。
【００３８】
回路１０は信号ＢＤで示される最大空間相関方向に沿う処理ウインドウ内の画素の値（グレーレベル）の平均値を計算する。換言すれば、回路１０は最大空間相関方向に沿う画素ｐの補間値を計算する。信号ＤＤＡ（本例では８ビット）は最大空間相関方向に沿う画素のグレーレベルの平均値を表す。前受信フィールド内の（補間すべき）画素ｐの値は画像エッジの存在の検出に使用しない。これは、画像エッジの検出はフィールド内モードで行うことを意味する。
【００３９】
５＋５画素の処理ウインドウの使用は７つの異なる方向のエッジをサーチすることができる。もっと小さい処理ウインドウ、例えば３＋３画素の処理ウインドウは３つの異なる方向のエッジをサーチしうるのみである。もっと大きな処理ウインドウを使用することができること勿論である。
【００４０】
回路１０により計算された値のみを画素ｐの値の補間に使用する場合には、中心画素が存在しないため又は動きのために正しい補間方向を決定することができない画像のテクスチャ領域内において問題を生ずる。これらの問題を避けるために、補間フィルタは減算器１１、回路１２及びファジー論理回路１３からなるテクスチャ検出回路を具える。
【００４１】
第１に、このような決定不能状態はＴＧＲＡＤＲ１−ＴＧＲＡＤＲ３及びＴＧＲＡＤＬ１−ＴＧＲＡＤＬ３の値が殆ど等しいときに検出できる点に注意されたい。これは、これらの場合には画像内に明白な明−暗エッジが存在しないためである。この状態は次の演算を実行する回路１１及び１２により検出される。
ADTLR=｜min(TGRADR1,TGRADR2,TGRADR3)-min(TGRADL1,TGRADL2,TGRADL3) ｜
【００４２】
ファジー論理回路１３は信号ＡＤＴＬＲの値に依存するパラメータＫの値を計算する。Ｋの値はＡＤＴＬＲの値の非線形関数であり、０と１との間で変化する。即ち、ＡＤＴＬＲが高いとき、即ち最大空間相関方向を明確に決定しうるとき、Ｋはほぼ０にし、ＡＤＴＬＲが低いとき、特に０のとき、Ｋはほぼ１にする。ＡＤＴＬＲに依存するＫの非線形曲線はファジー論理技術により実現される。
【００４３】
ソフトスイッチ回路１４はＤＤＡ及びＭout の値をＫの値に応じて次のように混合する。
ＳＷout ＝Ｋ×Ｍout ＋（１−Ｋ）×ＤＤＡ
【００４４】
信号ＣＮＴは補間フィルタ６の動作モードを選択し、第１動作モードでは、フィルタ６はフィールド内ＩＰＣ又はＦＲＵ補間フィルタとして作用し、マルチプレクサ１５の出力を処理ウインドウ内の画像ｐ３及びｐ８の値の平均値（垂直方向の平均値）である信号Ａとする。Ａの値は回路１６により計算される。この動作モードでは、ＳＷout は次式で与えられる。
ＳＷout ＝Ｋ×（ｐ３＋ｐ８）／２＋（１−Ｋ）×ＤＤＡ
Ｋ＝０の場合にはＳＷout ＝ＤＤＡ、即ち最大空間相関の推定方向に沿う画素のグレーレベルの平均値になる。Ｋ＝１の場合には、ＳＷout ＝（ｐ３＋ｐ８）／２になる。即ち、画像内に明白な明−暗エッジが存在しない場合には、垂直方向の補間が好ましい。０と１との間のＫに対しては、ＤＤＡと（ｐ３＋ｐ８）／２との加重平均値が計算される。
【００４５】
第２動作モードでは、フィルタ６はフィールド間ＩＰＣ又はＦＲＵ補間フィルタとして作用し、マルチプレクサ１５の出力をＰＦ，即ち（フィールドメモリ２に蓄積されている）前受信フィールド内の画素ｐの値とする。この動作モードでは、ＳＷout は次式で与えられる。
ＳＷout ＝Ｋ×ＰＦ＋（１−Ｋ）×ＤＤＡ
【００４６】
回路１７は画像の輝度をピーキングにより垂直方向に強調して、補間により生じた高周波数成分の減衰を補償することができる。
メジアンフィルタ１８の出力端子が画素ｐの補間値を与える。
【００４７】
従って、補間フィルタ６はフィールド内フィルタとして又はフィールド間フィルタとして動作しうる。ＴＶセット製造メーカは信号ＣＮＴを設定することにより適切な動作モードを選択することができる。このフィルタをフィールド内フィルタとして動作させる必要があるときは、フィールドメモリ２は必要ないため、フィールド間フィルタとして動作させる場合よりもコストがかなり低くなること明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図１】補間フィルタセットの主構成ブロックを示すブロック構成図である。
【図２】本発明補間フィルタのブロック構成図である。
【図３】画像内のエッジの方向を検出するための複数のパターンを示す図である。
【符号の説明】
１ Ａ／Ｄ変換器
２ 第２メモリデバイス
３ 第１メモリデバイス
４ 第３メモリ
５ 処理ウインドウ形成回路
６ 補間フィルタ
Ｒ１−Ｒ３，Ｌ１−Ｌ３，Ｃ 空間相関検出回路
７、８、９ 最良方向検出回路
１０ 平均値回路
１１、１２、１３ テクスチャ検出回路
１４ ソフトスイッチ回路
１５ マルチプレクサ
１６ 平均値回路
１７ 輝度強調回路
１８ メジアンフィルタ
【発明の属する技術分野】
本発明は、高画質ビデオ機器、特にＴＶセット用のエッジオリエンテッドフィールド間／フィールド内補間フィルタに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
標準のインタレース走査テレビジョン（ＴＶ）信号は、各フレームが２つの連続するインタレース走査フィールドからなり、各フィールドが所定数のライン（偶数ライン又は奇数ライン）からなるため、時間的に標本化された構造を有することが既知である。
【０００３】
ＴＶ信号の標本化構造は幾つかの問題の原因になる。例えば、”ラスタの可視性”、”ラインフリッカ”、”ラインクローリング”として当業者に既知の問題がＴＶ信号のインタレース構造に関連するとともに、”フィールドフリッカ”のような問題がフィールド周波数に関連する。
これらの問題を送信ＴＶ信号の標準規格を変更することなく解消する、又は少なくとも軽減する既知の技術では受信側でディジタル信号処理を行う。
【０００４】
このような技術は実際上補間アルゴリズムに基づいており、２つのカテゴリ、即ちインタレース走査−順次走査変換（ＩＰＣ）とフィールド周波数アップ変換（ＦＲＵ）とに分けられる。ＩＰＣ技術では、ＴＶスクリーン上に表示される１フィールド当たりのライン数を２倍にする。例えば、偶数フィールドの受信時に、偶数ライン間に奇数ラインを挿入し、これらの奇数ラインは２以上の隣接偶数ラインの情報内容を補間処理して得る。奇数フィールドの受信時に、同一のことを行う。ＦＲＵ技術では、単位時間にＴＶスクリーンに表示されるフィールド数を単位時間に受信されるフィールド数の２倍にする。これらのアルゴリズムを実行する回路をそれぞれＩＰＣフィルタ又はＦＲＵフィルタという。
【０００５】
ＴＶ信号は空間２次元（水平及び垂直）と時間次元を有する。この点を考慮すると、ＩＰＣ補間アルゴリズムもＦＲＵ補間アルゴリズムも更に２つのクラス、即ち２次元即ちフィールド内アルゴリズムと３次元即ちフィールド間アルゴリズムとに分けることができる。フィールド内アルゴリズムはＴＶ信号の空間２次元のみを処理するが、フィールド間アルゴリズムはＴＶ信号の空間２次元と時間次元の両方を使用する。このように４つのクラスのフィルタ、即ちフィールド内ＩＰＣ又はＦＲＵフィルタ、及びフィールド間ＩＰＣ又はＦＲＵフィルタに分類することができる。
【０００６】
フィールド内フィルタ及びフィールド間フィルタは異なる性能を有するが、それらの実現にも異なる要件を有する。例えば、フィールド間ＩＰＣフィルタは、（単位時間にＴＶスクリーン上に表示すべきライン数を単位時間に受信されるライン数の２倍にするために）現ラインデータのためのバッファラインメモリと、前フィールドのデータを含有するフィールドメモリとを必要とする（前フィールドのみを補間に使用するものとする）。フィールド間ＦＲＵフィルタでは、（単位時間にＴＶスクリーン上に表示されるフィールド数を単位時間に受信されるフィールド数の２倍にするために）２つのフィールドメモリ、即ちバッファフィールドメモリと前フィールドデータ用のフィールドメモリとを必要とする。フィールド内フィルタは必要とするメモリが少なく、フィールド内ＩＰＣフィルタはフィールドメモリを必要とせず、またフィールド内ＦＲＵフィルタはただ一つのフィールドメモリ、即ちバッファフィールドメモリを必要とするのみである。
【０００７】
現在の集積回路製造技術の技術的限界のために、補間フィルタと所要のメモリの双方を同一チップに集積することは、特にフィールドメモリを設ける必要がある場合には、不可能である。例えば、フィールド間補間アルゴリズムを実行するチップセットをフィルタチップと少なくとも一つのフィールドチップとで構成している。これはコストを増大すること明らかである。従って、ＴＶ機器の製造メーカは、どの種類のフィルタをＴＶセットに組み込むかをフィルタチップのコストのみならず、所要のメモリチップのコストにも依存して決めなければならない。
【０００８】
また、市販されているフィルタチップはフィールド内型かフィールド間型のどちらかであり、このことは集積回路製造メーカの在庫コストを増大するとともにＴＶ機器製造メーカ側の設計の融通性を減少する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上述の技術状態に鑑み、本発明の目的はフィールド内モード及びフィールド間モードの両モードで動作しうる補間フィルタを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、本発明のビデオ信号用補間フィルタは、
離散的画素が供給され、画像エッジを検出する第１回路手段と、
前記第１回路手段の出力が供給され、前記画像エッジの方向に沿う前記離散的画素の平均値に対応する第１信号を発生する第２回路手段と、
前記第２回路手段の出力が供給され、画像エッジを一義的に決定し得ないテクスチャ領域を決定するとともに、画像エッジの存在の程度に依存する第２信号を発生する第３回路手段と、
前記第１信号、前記第２信号及び第３信号が供給され、第１信号を第３信号と第２信号により決まる割合で合成して得られる出力信号を発生する第４回路手段と、
制御信号により制御され、前記第３信号を規定の方向に沿う前記離散的画素の平均値に対応する第４信号又は前受信画素値に対応する第５信号に選択的に結合するマルチプレクサ手段と、
を具えることを特徴とする。
【００１１】
本発明のフィルタは、空間補間方向が画像エッジ（例えば物体の輪郭のような明−暗エッジ）の方向に選択されるため、エッジオリエンテッドである。本発明のフィルタは、テクスチャ画像領域の場合のように画像エッジが一義的に決定し得ない状態を検出することもできる。この場合には、補間は規定の空間方向、例えば垂直方向に実行される。
【００１２】
本発明のフィルタはフィールド内フィルタとして又はフィールド間フィルタとして動作することができる。前者の場合には、補間は現フィールドのデータのみを用いて行われ、後者の場合には、補間は現フィールドのデータと前受信フィールドのデータとを用いて行われる。
本発明のこれらの特徴及び他の特徴は図面に非限定例として示す一つの特定の実施例の以下の説明から一層明らかになる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に説明する実施例はフィールド内／フィールド間ＩＰＣフィルタ及びフィールド内／フィールド間ＦＲＵフィルタとして動作しうる補間フィルタにのみ関するものである。
【００１４】
図１は補間フィルタセットの主構成ブロックを示す。Ａ／Ｄ変換器１はアナログテレビジョン信号Ｙ、例えば輝度信号を受信する。既知のように、アナログ信号Ｙはラインデータ、ライン同期データ及びフィールド同期データを含んでいる。Ａ／Ｄ変換器１はアナログ信号Ｙに含まれるラインデータを画素の系列にディジタル的に変換し、各画素をディジタルコードで表す。代表的には８ビットＡ／Ｄ変換器を用いて２５６のグレーレベルで表す。
【００１５】
Ａ／Ｄ変換器１は第１メモリデバイス３（バッファメモリ）に出力する。実現すべきフィルタがフィールド内ＩＰＣフィルタ、フィールド間ＩＰＣフィルタ、又はフィールド内ＦＲＵフィルタである場合には、バッファメモリ３は現ラインの画素データを蓄積しうるラインメモリであり、実現すべきフィルタがフィールド間ＦＲＵフィルタである場合には、バッファメモリ３は現フィールドの画素データを蓄積しうるフィールドメモリである。バッファメモリ３はマルチプレクサ１９の第１入力端子に出力する。図には第２メモリデバイス２が示されている。この第２メモリ２は１つの全フィールドの画素データを蓄積しうるフィールドメモリである。フィールド内ＩＰＣフィルタの場合には、フィールドメモリ２は必要ない。フィールド間ＩＰＣフィルタ又はフィールド内ＦＲＵフィルタの場合には、フィールドメモリ２にＡ／Ｄ変換器１の出力が直接供給される。フィールド間ＦＲＵフィルタの場合には、（図１に破線で示すように）フィールドメモリ２にバッファメモリ３の出力が供給され、Ａ／Ｄ変換器１の出力は供給されない。
【００１６】
バッファメモリ３がマルチプレクサ１９の第１入力端子に出力し、フィールドメモリ２がこのマルチプレクサの第２入力端子に出力する。制御信号ＣＮＴ１がマルチプレクサ１９の出力端子をバッファメモリ３の出力端子に（フィールド内ＩＰＣフィルタ又はフィールド間ＩＰＣフィルタの場合）又はフィールドメモリ２の出力端子に選択的に結合させる。
【００１７】
Ａ／Ｄ変換器１が１３．５ＭＨｚのサンプリングレートを有するものとすると、１３．５ＭＨｚのデータストリームがＡ／Ｄ変換器１の出力端子に発生するとともに、バッファメモリ３の出力端子に２７ＭＨｚのデータストリームが発生する。フィルタがフィールド内ＩＰＣフィルタ、フィールド間ＩＰＣフィルタ又はフィールド内ＦＲＵフィルタである場合には、フィールドメモリ２の出力端子に２７ＭＨｚのデータストリームが発生し、フィルタがフィールド間ＦＲＵフィルタである場合には、フィールドメモリ２の出力端子に５４ＭＨｚのデータストリームが発生する。
【００１８】
マルチプレクサ１９は前受信ラインの画素データを蓄積するのに好適な第３メモリ４（ラインメモリ）に出力する。
【００１９】
ラインメモリ４及びマルチプレクサ１９はスライディング処理ウインドウを形成する回路５に出力する。既知のように、処理ウインドウは現フィールドの前受信ラインの連続する画素の第１サブセットと、この第１サブセットの画素と同一位置を有する現ラインの連続する画素の第２サブセットとにより形成する。本例では、現フィールドの前受信ラインＰＬに属する５つの画素ｐ１−ｐ５と現ラインＣＬの５つの画素ｐ６−ｐ１０とを具える５＋５画素の処理ウインドウを用いる。図１において、ｐは補間すべき現画素、即ちラインＰＬ及びＣＬ間に介挿されるＴＶスクリーンラインＬに属する画素の一つを示す（ラインＬは現フィールドに属さない）。処理ウインドウはラインの方向に沿って一時に１画素づつ右へ移動し、ラインＬの全画素の逐次補間を行うことができる。もっと小さい処理ウンドウ、例えば３＋３画素の処理ウインドウ、を使用することができるが、これには後述するように若干の欠点がある。
【００２０】
回路５自体は既知であるため、詳細に示してないが、各８ビットの４セルからなる２つのシフトレジスタを具え、第１シフトレジスタがラインメモリ４により供給され、第２シフトレジスタがバッファメモリ３により供給される。
【００２１】
回路５の出力ＰＷ（即ち処理ウインドウ）は補間フィルタ６に供給し、このフィルタには前受信フィールド内の画素のデータを表すフィールドメモリ２の出力ＰＦも供給される。このフィルタ６の出力Ｏが画素ｐの補間データを表す。
【００２２】
図２は補間フィルタ６の構造を示す。補間フィルタ６は７つの回路ブロックＲ１−Ｒ３，Ｌ１−Ｌ３及びＣを具える。ブロックＲ１−Ｒ３，Ｌ１−Ｌ３及びＣは処理ウインドウの画素ｐ１−ｐ１０間の空間相関度を測定し、明−暗エッジの存在を検出する。各ブロックＲ１−Ｒ３，Ｌ１−Ｌ３及びＣは後に詳述するように特定の空間方向に関連する。
【００２３】
３つのブロックＲ１−Ｒ３は第１の最良方向検出回路７に出力し、３つのブロックＬ１−Ｌ３は第２の最良方向検出回路８に出力する。各最良方向検出回路７又は８はブロックＲ１−Ｒ３又はＬ１−Ｌ３により計算された空間相関指数をそれぞれ受信する３つの入力端子を有する。本例では、各ブロックＲ１−Ｒ３、Ｌ１−Ｌ３及びＣの出力は５ビットコードである。各最良方向検出回路７又は８は２つの出力を有し、第１の出力ＢＲ，ＢＬ（２ビット）はそれぞれＲ１−Ｒ３又はＬ１−Ｌ３に関連する方向のうちで最大空間相関を有する方向を示し、第２の出力ＢＴＲ，ＢＴＬ（５ビット）はそれぞれＲ１−Ｒ３又はＬ１−Ｌ３に関連する方向のうちで最大空間相関を有する方向の空間相関の測定値を含む。
【００２４】
最良方向検出器７及び８の出力ＢＲ，ＢＴＲ，ＢＬ及びＢＴＬを第３の最良方向検出器９に供給し、この検出器にはブロックＣの出力も供給する。最良方向検出回路９はブロックＲ１−Ｒ３，Ｌ１−Ｌ３及びＣに関連する方向のうちで最大の空間相関を有する方向を示す出力ＢＤ（本例では３ビット）を有する。
【００２５】
最良方向検出器９の出力ＢＤは回路１０に供給し、回路１０には処理ウインドウＰＷ内の画素のデータも供給される。回路１０は信号ＰＤにより示される最大空間相関方向に沿う画素データの平均値を計算する。
【００２６】
信号ＢＴＲ及びＢＴＬはディジタル減算器１１にも供給し、ブロックＲ１−Ｒ３及びＬ１−Ｌ３に関連する方向の最大空間相関の２つの測定値の減算を行う。減算器１１の出力ＤＴＬＲを回路１２に供給し、最大空間相関の前記２つの測定値の差の絶対値を計算する。
【００２７】
回路１２の出力信号ＡＤＴＬＲ（本例では５ビット）をファジー論理回路１３に供給し、ブロックＲ１−Ｒ３及びＬ１−Ｌ３に関連する方向の最大空間相関の測定値間の差（絶対値）に依存するパラメータＫの値を計算する。
【００２８】
回路１３の出力Ｋをソフトスイッチ回路１４の第１入力端子に供給する。回路１４の第２入力端子には回路１０の出力ＤＤＡが供給され、回路１４の第３入力端子にはマルチプレクサ１５の出力Ｍout が供給される。マルチプレクサ１５はフィールドメモリ２の出力ＰＦが供給される第１入力端子と、処理ウインドウの画素ｐ３及びｐ８のデータの平均値を計算する回路１６の出力Ａが供給される第２入力端子と、マルチプレクサ出力Ｍout を入力端子Ａ又は入力端子ＰＦに接続させる制御入力端子ＣＮＴとを有する。
【００２９】
回路１４の出力ＳＷout を、補間処理により生ずる高周波数の減衰の影響を除去する輝度強調回路１７に供給する。この回路１７には処理ウインドウの画素ｐ３，ｐ８のデータが供給される。回路１７の出力をメジアンフィルタ回路１８に供給し、この回路１８には処理ウインドウの画素ｐ１−ｐ１０が供給される。メジアンフィルタ回路１８の出力が補間フィルタ６の出力Ｏ、即ち画素ｐの補間値を形成する。
【００３０】
次に、上述した補間フィルタの動作を説明する。
最初に、補間フィルタは補間画像の質を原画像の質より悪くするアーチファクトを補間画像内に導入してはならないことに注意する必要がある。この目的のために、補間アルゴリズムは物体の例えば輪郭を表す明−暗エッジの存在を考慮に入れる必要がある。
【００３１】
本発明の補間フィルタは、補間すべき画素ｐの値を画像内のエッジ方向に沿う処理ウインドウ内の隣接画素の値を補間処理して計算するエッジオリエンッテッドである。
【００３２】
図３は、画素ｐ１−ｐ１０間の最大空間相関の方向を決定するのに使用される７つの相関空間パターンＰＲ１−ＰＲ３，ＰＬ１−ＰＬ３及びＰＣを示す。パターンＰＲ１−ＰＲ３は３つの異なる右傾方向に沿う空間相関度を計算するのに使用される右方向パターンであり、パターンＰＬ１−ＰＬ３は３つの異なる左傾方向に沿う空間相関度を計算するのに使用される左方向パターンであり、Ｃは垂直方向に沿う空間相関度を計算するのに使用される中心パターンである。図３のパターンにおいて、２つの画素を結ぶ線はこの２つの画素のデータのディジタル減算処理を表す。
【００３３】
回路Ｒ１−Ｒ３，Ｌ１−Ｌ３及びＣの各々は次の算術演算を行ってそれぞれのパターンの活性度を評価する。
R1: TGRADR1 ＝（｜p3-p7 ｜+ ｜p4-p8 ｜+ ｜p2-p1 ｜+ ｜p9-p10｜)/4;
R2: TGRADR2 ＝ ( 2* ｜p4-p7 ｜+ ｜p3-p6 ｜+ ｜p5-p8 ｜)/4;
R3: TGRADR3 ＝ (｜p4-p6 ｜+ ｜p5-p7 ｜+ ｜p3-p2 ｜+ ｜p9-p8 ｜)/4;
C : TGRADR1 ＝ ( 2* ｜p3-p8 ｜+ ｜p2-p7 ｜+ ｜p4-p9 ｜)/4;
L1: TGRADL1 ＝ (｜p2-p8 ｜+ ｜p3-p9 ｜+ ｜p4-p5 ｜+ ｜p7-p6 ｜)/4;
L2: TGRADL2 ＝ ( 2* ｜p2-p9 ｜+ ｜p1-p8 ｜+ ｜p3-p10｜)/4;
L3: TGRADL3 ＝ (｜p1-p9 ｜+ ｜p2-p10｜+ ｜p3-p4 ｜+ ｜p8-p7 ｜)/4;
【００３４】
ＴＧＲＡＤＲ１−ＴＧＲＡＤＲ３，ＴＧＲＡＤＣ及びＴＧＲＡＤＬ１−ＴＧＲＡＤＬ３はそれぞれパターンＰＲ１−ＰＲ３，ＰＣ及びＰＬ１−ＰＬ３の活性度、即ちそれぞれ水平方向に対し約３４°（ＴＧＲＡＤＲ３）、４６°（ＴＧＲＡＤＲ２）、６４°（ＴＧＲＡＤＲ１）、９０°（ＴＧＲＡＤＣ）、１１６°（ＴＧＲＡＤＬ１）、１３６°（ＴＧＲＡＤＬ２）及び１４６°（ＡＧＲＡＤＬ３）傾いた方向に沿う画素ｐ１−ｐ１０の空間相関の程度を表す。値ＴＧＲＡＤＲ１−ＴＧＲＡＤＲ３は第１最良方向検出回路７に供給され、この回路がパターンＰＲ１−ＰＲ３のうちで最小の活性度を有するパターンを決定する。換言すれば、回路７は次の演算を実行する。
ＢＴＲ＝min(ＴＧＲＡＤＲ１，ＴＧＲＡＤＲ２，ＴＧＲＡＤＲ３）
【００３５】
同様に、第２の最良方向検出回路８は次の演算を実行する。
ＢＴＬ＝min(ＴＧＲＡＤＬ１，ＴＧＲＡＤＬ２，ＴＧＲＡＤＬ３）
【００３６】
第３の最良方向検出回路９は、ＢＴＲ，ＢＴＬ及びＴＧＲＡＤＣのうちの最小値を評価することにより、７つのパターンＰＲ１−ＰＲ３，ＰＬ１−ＰＬ３及びＰＣのうちで最小活性度を有するパターンを決定する。即ち、回路９は次の演算を実行する。
min(ＢＴＲ，ＢＴＬ，ＴＧＲＡＤＣ）
【００３７】
回路９の出力ＢＤは７つのパターンＰＲ１−ＰＲ３，ＰＬ１−ＰＬ３及びＰＣのうちで最小活性度を有するパターンを表す。このパターンは処理ウインドウ内の画素間の最大空間相関の方向、即ち明−暗エッジ（例えば物体の輪郭）の方向に対応する。
【００３８】
回路１０は信号ＢＤで示される最大空間相関方向に沿う処理ウインドウ内の画素の値（グレーレベル）の平均値を計算する。換言すれば、回路１０は最大空間相関方向に沿う画素ｐの補間値を計算する。信号ＤＤＡ（本例では８ビット）は最大空間相関方向に沿う画素のグレーレベルの平均値を表す。前受信フィールド内の（補間すべき）画素ｐの値は画像エッジの存在の検出に使用しない。これは、画像エッジの検出はフィールド内モードで行うことを意味する。
【００３９】
５＋５画素の処理ウインドウの使用は７つの異なる方向のエッジをサーチすることができる。もっと小さい処理ウインドウ、例えば３＋３画素の処理ウインドウは３つの異なる方向のエッジをサーチしうるのみである。もっと大きな処理ウインドウを使用することができること勿論である。
【００４０】
回路１０により計算された値のみを画素ｐの値の補間に使用する場合には、中心画素が存在しないため又は動きのために正しい補間方向を決定することができない画像のテクスチャ領域内において問題を生ずる。これらの問題を避けるために、補間フィルタは減算器１１、回路１２及びファジー論理回路１３からなるテクスチャ検出回路を具える。
【００４１】
第１に、このような決定不能状態はＴＧＲＡＤＲ１−ＴＧＲＡＤＲ３及びＴＧＲＡＤＬ１−ＴＧＲＡＤＬ３の値が殆ど等しいときに検出できる点に注意されたい。これは、これらの場合には画像内に明白な明−暗エッジが存在しないためである。この状態は次の演算を実行する回路１１及び１２により検出される。
ADTLR=｜min(TGRADR1,TGRADR2,TGRADR3)-min(TGRADL1,TGRADL2,TGRADL3) ｜
【００４２】
ファジー論理回路１３は信号ＡＤＴＬＲの値に依存するパラメータＫの値を計算する。Ｋの値はＡＤＴＬＲの値の非線形関数であり、０と１との間で変化する。即ち、ＡＤＴＬＲが高いとき、即ち最大空間相関方向を明確に決定しうるとき、Ｋはほぼ０にし、ＡＤＴＬＲが低いとき、特に０のとき、Ｋはほぼ１にする。ＡＤＴＬＲに依存するＫの非線形曲線はファジー論理技術により実現される。
【００４３】
ソフトスイッチ回路１４はＤＤＡ及びＭout の値をＫの値に応じて次のように混合する。
ＳＷout ＝Ｋ×Ｍout ＋（１−Ｋ）×ＤＤＡ
【００４４】
信号ＣＮＴは補間フィルタ６の動作モードを選択し、第１動作モードでは、フィルタ６はフィールド内ＩＰＣ又はＦＲＵ補間フィルタとして作用し、マルチプレクサ１５の出力を処理ウインドウ内の画像ｐ３及びｐ８の値の平均値（垂直方向の平均値）である信号Ａとする。Ａの値は回路１６により計算される。この動作モードでは、ＳＷout は次式で与えられる。
ＳＷout ＝Ｋ×（ｐ３＋ｐ８）／２＋（１−Ｋ）×ＤＤＡ
Ｋ＝０の場合にはＳＷout ＝ＤＤＡ、即ち最大空間相関の推定方向に沿う画素のグレーレベルの平均値になる。Ｋ＝１の場合には、ＳＷout ＝（ｐ３＋ｐ８）／２になる。即ち、画像内に明白な明−暗エッジが存在しない場合には、垂直方向の補間が好ましい。０と１との間のＫに対しては、ＤＤＡと（ｐ３＋ｐ８）／２との加重平均値が計算される。
【００４５】
第２動作モードでは、フィルタ６はフィールド間ＩＰＣ又はＦＲＵ補間フィルタとして作用し、マルチプレクサ１５の出力をＰＦ，即ち（フィールドメモリ２に蓄積されている）前受信フィールド内の画素ｐの値とする。この動作モードでは、ＳＷout は次式で与えられる。
ＳＷout ＝Ｋ×ＰＦ＋（１−Ｋ）×ＤＤＡ
【００４６】
回路１７は画像の輝度をピーキングにより垂直方向に強調して、補間により生じた高周波数成分の減衰を補償することができる。
メジアンフィルタ１８の出力端子が画素ｐの補間値を与える。
【００４７】
従って、補間フィルタ６はフィールド内フィルタとして又はフィールド間フィルタとして動作しうる。ＴＶセット製造メーカは信号ＣＮＴを設定することにより適切な動作モードを選択することができる。このフィルタをフィールド内フィルタとして動作させる必要があるときは、フィールドメモリ２は必要ないため、フィールド間フィルタとして動作させる場合よりもコストがかなり低くなること明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図１】補間フィルタセットの主構成ブロックを示すブロック構成図である。
【図２】本発明補間フィルタのブロック構成図である。
【図３】画像内のエッジの方向を検出するための複数のパターンを示す図である。
【符号の説明】
１ Ａ／Ｄ変換器
２ 第２メモリデバイス
３ 第１メモリデバイス
４ 第３メモリ
５ 処理ウインドウ形成回路
６ 補間フィルタ
Ｒ１−Ｒ３，Ｌ１−Ｌ３，Ｃ 空間相関検出回路
７、８、９ 最良方向検出回路
１０ 平均値回路
１１、１２、１３ テクスチャ検出回路
１４ ソフトスイッチ回路
１５ マルチプレクサ
１６ 平均値回路
１７ 輝度強調回路
１８ メジアンフィルタ
Claims (22)
- ビデオ信号用の補間フィルタであって、
離散的画素(p1-p10)を供給され、画像エッジを検出する第１回路手段(R1-R3,L1-L3,C,7-9) と、
前記第１回路手段の出力を供給され、前記画像エッジの方向に沿う前記離散的画素(p1-p10)の平均値に対応する第１信号(DDA) を発生する第２回路手段(10)と、
前記第２回路手段の出力を供給され、画像エッジを一義的に決定し得ないテクスチャ領域を決定するとともに、画像エッジの存在の程度に依存する第２信号(K) を発生する第３回路手段(11,12,13)と、
前記第１信号(DDA) 、前記第２信号(K) 及び第３信号(Mout)を供給され、前記第１信号 (DDA)と前記第３信号 (Mout) を前記第２信号(K) により決まる割合で合成して得られる出力信号(SWout) を発生する第４回路手段(14)と、
制御信号(CNT) により制御され、前記第３信号(Mout)を規定の方向に沿う前記離散的画素(p1-p10)の平均値に対応する第４信号(A) 又は前受信画素値に対応する第５信号(PF)に選択的に結合するマルチプレクサ手段(15)と、
を具えたことを特徴とするビデオ信号用補間フィルタ。 - 前記第１回路手段(R1-R3,L1-L3,C,7-9) は、前記離散的画素(p1-p10)を供給され、それぞれ各別の関連する空間方向に沿う前記離散的画素間の空間相関指数（TGRADR1-TGRADR3,TGRADL1-TGRADL3)を計算する複数の空間相関検出回路(R1-R3,L1-L3,C) を具えることを特徴とする請求項１記載の補間フィルタ。
- 前記第１回路手段(R1-R3,L1-L3,C,7-9) は、前記空間相関指数（TGRADR1-TGRADR3,TGRADL1-TGRADL3)を供給され、前記離散的画素(p1-p10)間の最大空間相関の方向を決定する第５回路手段(7-9) を具えることを特徴とする請求項２記載の補間フィルタ。
- 前記第２回路手段(10)は、前記最大空間相関方向に対応する第６信号(BD)を供給され、前記最大空間相関方向に沿う前記離散的画素(p1-p10)の平均値を計算することを特徴とする請求項３記載の補間フィルタ。
- 前記第５回路手段(7-9) は、右方向に傾いた複数の右傾空間方向に関連する第１群の空間相関検出回路(R1-R3) の出力を供給され、これらの右傾方向のうちで最大の第１の空間相関方向(BR)を決定する第１の最良方向検出回路(7) と、左方向に傾いた複数の左傾空間方向に関連する第２群の空間相関検出回路(L1-L3) の出力を供給され、これらの左傾方向のうちで最大の第２の空間相関方向(BL)を決定する第２の最良方向検出回路(8) と、前記第１及び第２の最良方向検出回路(7,8) の出力及び垂直空間方向に関連する空間相関検出回路(C) の出力を供給され、すべての右傾方向、左傾方向及び垂直方向のうちで最大の空間相関方向を決定する第３の最良方向検出回路(9) とを具えることを特徴とする請求項４記載の補間フィルタ。
- 前記離散的画素(p1-p10)は前受信画像ライン(PL)に属する第１群の連続する画素(p1-p5) と現画像ライン(CL)に属する第２群の連続する画素(p6-p10)とを具える処理ウインドウ(PW)に所属することを特徴とする請求項５記載の補間フィルタ。
- 前記第１群の画素は５つ画素(p1-p5) を具え、前記第２群の画素は５つの画素(p6-p10)を具え、各画素(p1-p10)は各別のディジタルコードにより現れた値を有することを特徴とする請求項６記載の補間フィルタ。
- 前記第１群の空間相関検出回路(R1-R3) は、水平方向に対しそれぞれ約６４°、４６°及び３４°傾いた方向に沿う空間相関指数(TGRADR1-TGRADR3) を計算する３つの相関検出回路を具え、前記第２群の空間相関検出回路(L1-L3) は、水平方向に対しそれぞれ約１１６°、１３６°及び１４６°傾いた方向に沿う空間相関指数(TGRADL1-TGRADL3) を計算する３つの相関検出回路を具えるとを特徴とする請求項７記載の補間フィルタ。
- 前記第１群の画素(p1-p5) は第１画素(p1)、第２画素(p2)、第３画素(p3)、第４画素(p4)及び第５画素(p5)を具え、
前記第２群の画素(p6-p10)は第６画素(p6)、第７画素(p7)、第８画素(p8)、第９画素(p9)及び第１０画素(p10) を具え、
前記第１群の空間相関検出回路(R1-R3) は第１(R1)、第２(R2)及び第３(R3)相関検出回路を具え、
前記第２群の空間相関検出回路(L1-L3) は第４(L1)、第５(L2)及び第６(L3)相関検出回路を具え、
前記第１(R1)、第２(R2)、第３(R3)、第４(L1)、第５(L2)、第６(L3)相関検出回路及び垂直方向相関検出回路(C) が、それぞれ次式の算術演算（式中のｐ１，ｐ２，ｐ３，ｐ４，ｐ５，ｐ６，ｐ７，ｐ８，ｐ９及びｐ１０は第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７、第８、第９及び第１０画素のデータを表す）：
( ｜p3-p7 ｜+ ｜p4-p8 ｜+ ｜p2-p1 ｜+ ｜p9-p10｜)/4;
( 2*｜p4-p7 ｜+ ｜p3-p6 ｜+ ｜p5-p8 ｜)/4;
( ｜p4-p6 ｜+ ｜p5-p7 ｜+ ｜p3-p2 ｜+ ｜p9-p8 ｜)/4;
( ｜p2-p8 ｜+ ｜p3-p9 ｜+ ｜p4-p5 ｜+ ｜p7-p6 ｜)/4;
( 2*｜p2-p9 ｜+ ｜p1-p8 ｜+ ｜p3-p10｜)/4;
( ｜p1-p9 ｜+ ｜p2-p10｜+ ｜p3-p4 ｜+ ｜p8-p7 ｜)/4;
( 2*｜p3-p8 ｜+ ｜p2-p7 ｜+ ｜p4-p9 ｜)/4;
を実行することを特徴とする請求項８記載の補間フィルタ。 - 前記第３回路手段(11,12,13)は，前記第１及び第２の最大空間相関方向(BR,BL) の空間相関指数(BTR,BTL) 間の差(DTLR)を計算する減算回路(11)と、前記差(DTLR)の絶対値(ADTLR) を計算する絶対値回路(12)と、前記絶対値(ADTLR) の値に依存する前記第２信号(K) の値を計算するファジー論理計算回路(13)とを具えることを特徴とする請求項５〜９の何れかに記載の補間フィルタ。
- 前記ファジー論理計算回路(13)は０と１との間で変化する非線形曲線に従って第２信号(K) の値を計算し、前記絶対値が高いとき前記第２信号(K) の値がほぼ０に等しく、前記絶対値がほぼ０に等しいとき前記第２信号(K) の値がほぼ１に等しいことを特徴とする請求項１０記載の補間フィルタ。
- 前記第４回路手段(14)は、前記第３信号(Mout)の値×前記第２信号(K) の値＋前記第１信号(DDA) の値×（１−前記第２信号(K) の値）に等しい値を有する出力信号(SWout) を発生するソフトスイッチ回路を具えることを特徴とする請求項１１記載の補間フィルタ。
- 前記第４信号(A) は前記離散的画素(p1-p10)の垂直方向の平均値を計算する垂直平均回路(16)により発生することを特徴とする請求項１２記載の補間フィルタ。
- 前記出力信号(SWout) を供給され、画素の輝度を強調する輝度強調手段(17)を更に具えることを特徴とする請求項１〜１４の何れかに記載の補間フィルタ。
- 前記輝度強調手段(17)の出力が供給されるメイジアンフィルタ(18)を更に具えることを特徴とする請求項１４記載の補間フィルタ。
- 画像信号をフィルタリングするに当たり、
画像信号を離散的画素(p1-p10)にディジタル的に変換し、
画像エッジに対応する空間方向を決定し、
前記空間方向に沿う離散的画素(p1-p10)の第１の平均値(DDA) を計算し、
画像信号が画像エッジを一義的に決定し得ないテクスチャ画像領域に対応する度合いを示す第２の値(K) を決定し、
前記第１の平均値(DDA) と第３の値(Mout)を前記第２の値(K) により決まる割合で合成して補間値(SWout) を計算し、前記第３の値(Mout)は規定の空間方向に沿う第４の平均値(A) 又は前に受信された離散的画像の第５の値(PF)に２者択一的に等しくすることを特徴とする画像信号のフィルタリング方法。 - 前受信画像ライン(PL)に属する第１群の離散的画素(p1-p5) と現画像ライン(CL)に属する第２群の離散的画素(p6-p10)とを具える処理ウインドウ(PW)を定め、前記第１及び第２群の離散的画素(p1-p10)間の最大空間相関方向を計算することを特徴とする請求項１６記載の方法。
- 前記最大空間相関方向は、水平方向に対しそれぞれ約３４°、４６°、６４°、９０°、１１６°、１３６°及び１４６°傾いた方向に沿う空間相関指数(TGRADR1-TGRADR3,TGRADL1-TGRADL3,TGRADC)を計算し、これらの空間相関指数を比較してこれらの中で最小のものを決定することを特徴とする請求項１７記載の方法。
- 前記第１群の画素(p1-p5) は第１画素(p1)、第２画素(p2)、第３画素(p3)、第４画素(p4)及び第５画素(p5)を具え、
前記第２群の画素(p6-p10)は第６画素(p6)、第７画素(p7)、第８画素(p8)、第９画素(p9)及び第１０画素(p10) を具え、
前記空間相関指数(TGRADR1-TGRADR3,TGRADL1-TGRADL3,TGRADC)は、それぞれ次式の算術演算（式中のｐ１，ｐ２，ｐ３，ｐ４，ｐ５，ｐ６，ｐ７，ｐ８，ｐ９及びｐ１０は第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７、第８、第９及び第１０画素のデータを表す）：
( ｜p3-p7 ｜+ ｜p4-p8 ｜+ ｜p2-p1 ｜+ ｜p9-p10｜)/4;
( 2*｜p4-p7 ｜+ ｜p3-p6 ｜+ ｜p5-p8 ｜)/4;
( ｜p4-p6 ｜+ ｜p5-p7 ｜+ ｜p3-p2 ｜+ ｜p9-p8 ｜)/4;
( ｜p2-p8 ｜+ ｜p3-p9 ｜+ ｜p4-p5 ｜+ ｜p7-p6 ｜)/4;
( 2*｜p2-p9 ｜+ ｜p1-p8 ｜+ ｜p3-p10｜)/4;
( ｜p1-p9 ｜+ ｜p2-p10｜+ ｜p3-p4 ｜+ ｜p8-p7 ｜)/4;
( 2*｜p3-p8 ｜+ ｜p2-p7 ｜+ ｜p4-p9 ｜)/4;
を実行して計算された７つの空間相関指数を含むことを特徴とする請求項１７記載の方法。 - 前記第２の値は、３４°、４６°及び６４°の斜め方向に関連する空間相関指数(TGRADR1-TGRADR3) のうちで最小の空間相関指数(BTR) と、１１６°、１３６°及び１４６°の斜め方向に関連する空間相関指数(TGRADL1-TGRADL3) のうちで最小の空間相関指数(BTL) との差(ADTLR) を計算することにより決定することを特徴とする請求項１８記載の方法。
- 前記第２の値は前記の差値(ADTLR) に従ってファジー論理計算により決定することを特徴とする請求項２０記載の方法。
- 前記規定の空間方向は垂直方向であることを特徴とする請求項２１記載の方法。
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