JP4483407B2

JP4483407B2 - 映像信号処理装置

Info

Publication number: JP4483407B2
Application number: JP2004151543A
Authority: JP
Inventors: 智北尾
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2004-05-21
Filing date: 2004-05-21
Publication date: 2010-06-16
Anticipated expiration: 2024-05-21
Also published as: JP2005333530A

Description

本発明は、カラーテレビジョン受像機やモニタ、ビデオプロジェクタなどにおける映像信号の輪郭部分を補正する映像信号処理装置に関するものである。

従来、カラーテレビジョン信号の伝送系においては、伝送の帯域が制限されているために受像機で再現される画像の鮮鋭度は低下してしまう。例えば、ＮＴＳＣ方式においては、輝度信号の帯域は０〜４．２ＭＨｚに制限されている。このため理想的な撮像管で撮影した場合であっても、輝度信号の白黒変化時の信号は、受像機では信号の立ち上がりや立ち下がりの傾斜がある値以上鋭くならず、画面上では輪郭部分がややぼけて見える。

更に近年、表示用デバイスとして従来主流であったＣＲＴ以外に、液晶表示装置（ＬＣＤ）やプラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）といった新表示デバイスの進歩がめざましく、これらのデバイスを使用した画像表示装置も市場に出ている。中でも液晶（ＬＣＤ）表示装置に代表されるマトリクス型の画像表示装置は、薄型、軽量、低消費電力の特徴を生かし、パーソナルコンピュータの表示装置やＴＶ表示装置、更には投射型の表示装置としてなど各種分野で利用されている。

これらのマトリクス型の画像表示装置は、表示デバイスで表示可能な画素数が固定であるため、各種の映像信号のフォーマットを表示デバイスで表示可能な画素数に変換する手段が必要となってくる。そこで最近では「スケーラ」と呼ばれる（他に「ピクセルコンバータ」や「解像度変換ＬＳＩ」等いろいろな呼び名がある）ＬＳＩを用いてスケーリング（ピクセルコンバートとも呼ばれる）と呼ばれる解像度変換を行うのが一般的である。このスケーリングで画素数を増やす場合などでも、画像のぼけが発生することがある。

このような画像のぼけを改善し、或いは更なる鮮鋭度を得るために、近年、映像信号処理装置においては、遅延線やメモリを使用して２次微分信号をつくり、原信号に加えることにより輪郭補正が行われている（例えば特許文献１参照。）。

以下、図７、図８を用いて従来の映像信号処理装置の一例について説明する。

図７は従来の映像信号処理装置の一例のブロック図である。

図７に於いて、１１、１４は遅延回路、２０、２１、２２は乗算器、２３は加算器、２４は乗算器、２５は加算器である。また、信号Ａ、信号Ｂ、信号Ｃは各箇所の信号である。図８はこれらの信号波形例である。

従来の映像信号処理装置の機能部分であるシャープネス６０に入力された映像信号は、乗算器２０と第１の遅延回路１１とに入力される。第１の遅延回路１１では１画素分遅延した信号を出力し、その出力は乗算器２１と第２の遅延回路１４と加算器２５に入力される。第２の遅延回路１４に入力された信号は、さらに１画素分遅延された信号となり出力され、乗算器２２に入力される。

乗算器２０、乗算器２１、乗算器２２にて信号はそれぞれ１／２倍、１倍、１／２倍される。そして、乗算器２０、乗算器２２からの信号の符号は反転され、乗算器２１からの信号はそのままにして、加算器２３に入力される。加算器２３ではこれらの信号を加算した結果の信号を出力する。さらに、乗算器２４により加算器２３の出力信号を増幅し、信号Ｂを得る。

つまり、信号Ｂの値はある点の画像データ値から前後の画像データの平均値を引いた値、即ちその点の二次微分の値を乗算器２４でゲインを調節したものとなる。

例えば図８（ａ）に示すような入力信号Ａが入力された場合、この信号Ｂの波形は図８（ａ）に示すようになる。

この信号Ｂが輪郭強調信号である。加算器２５によって、輪郭強調信号Ｂに遅延回路１１から出力される信号が加算されることにより、輪郭強調された映像信号Ｃが生成される。図８（ａ）の信号Ｃで示した信号が、輪郭強調された信号であり、入力の信号Ａに対して輪郭の立ち上がりが強調され、オーバーシュート、アンダーシュートがついて、輪郭が強調されている。

しかし、オーバーシュート、アンダーシュートが大きいと信号変化の境界部に縁取りが出来てしまい、画質が劣化するという問題を生じる。

更に図８（ａ）に示すようななだらかな輪郭の入力信号の場合、輪郭補正の効果が小さいという問題がある。これを改善するには、例えば遅延回路１１、遅延回路１４の遅延量を増やせばよいが、そうするとオーバーシュート、アンダーシュートの幅も太くなってしまい、更に画質が劣化する。

オーバーシュートを改善する手段としては、例えば注目画素が閾値を超えるかを判別し、超えた場合は二次微分信号を抑制するというものが知られている（例えば、特許文献２参照）。しかし、この構成は多少複雑で効果も不十分である。

また、従来の構成では、例えば輪郭強調をする映像信号処理装置の前段でスケーリングが行われる構成であった場合、画素が増やされた時には図８（ｂ）の信号Ａのような入力信号となってしまい、輪郭強調後の信号が図８（ｂ）の信号Ｃに示すように余分な強調をされてしまう場合がある。特に斜め方向に走る輪郭の場合、階段状の不自然な輪郭となる。

斜めの輪郭補正を改善する手段としては、注目画素の前後の輝度値の変化の方向を判定し、その変化を強調する輪郭補正演算を行うものが知られており（例えば、特許文献３参照）、前記のようなスケーリングで画素が増やされた場合についてもある程度改善効果がある。しかしこの構成は、処理のアルゴリズムが複雑で回路規模も大きくなってしまう。

また、オーバーシュート、アンダーシュートは大きすぎると前述のように画質を劣化させてしまうが、適度な細いシュートは画像の鮮鋭感を得るのに有効である。

細いシュートを得る方法としては、エッジが検出された時のみ入力信号に対する輪郭強調信号の加算を行うものが知られている（例えば、特許文献４参照）。しかしこの構成もエッジ検出のための回路規模が大きく、輪郭強調部の何倍もの回路素子が必要となってしまう。
特開２０００−２４４７７５号公報（第２頁、第５図）特開２０００−２４４７７５号公報（第３−５頁、第１図）特開平１１−９８３６２号公報（第３−７頁、第１−第８図）特開平５−３１６３９３号公報（第４−６頁、第１図）

以上のような従来の映像信号処理装置では、輪郭強調された信号は輪郭の立ち上がりが強調されるが、オーバーシュート、アンダーシュートがついて、強調が強いとオーバーシュート、アンダーシュートが大きくなり信号変化の境界部に縁取りが出来てしまい、画質が劣化する。更になだらかな輪郭の入力信号の場合、輪郭補正の効果が小さい、という問題がある。

更に、スケーリングと組み合わされたときに、余分な輪郭強調がされ、画質が劣化する、という問題がある。

また、逆に画像の鮮鋭感を得るために適度な細いシュートを簡単な構成で得ることが出来ないという問題を有している。

本発明は上記事情を考慮してなされたもので、比較的簡単な構成で、極端なオーバーシュート、アンダーシュートを抑え、かつ、なだらかな輪郭の入力信号でも十分な輪郭補正の効果が得られ、良好な映像信号を生成する映像信号処理装置を提供することを目的とする。

また更に本発明は、比較的簡単な構成で、スケーリングと組み合わされたときの余分な輪郭強調を抑制することが出来る映像信号処理装置を提供することを目的とする。

また更に本発明は、比較的簡単な構成で、適度な細いシュートを付与し、画像に良好な鮮鋭感を与えられる映像信号処理装置を提供することを目的とする。

これらの課題を解決するために本発明は、入力映像信号の注目画素近傍の複数の画像信号を入力とし、注目画素と前記注目画素の前後の少なくとも２つの前後画素と前記前後画素より更に前後の二次微分生成用画素の信号を抽出する抽出手段と、前記抽出手段で抽出された複数画素の信号に基づいて二次微分し、二次微分信号を出力する二次微分信号生成手段と、前記二次微分信号を前記注目画素の映像信号に加算する加算手段と、前記注目画素と前記注目画素の前後の信号の少なくとも３つの信号の最大値と最小値とを検出し出力する最大最小検出部と、前記加算手段からの出力信号及び前記最大最小検出部からの最大値及び最小値の合わせて少なくとも３つの信号から選択を行うメディアンフィルタ処理部とを備えた映像信号処理装置である。

また、本発明は、入力信号に対し、通過する周波数帯域を制限する帯域制限フィルタを備え、前記帯域制限フィルタの出力の注目画素近傍の複数の画像信号を入力とし、注目画素と前記注目画素の前後の少なくとも２つの前後画素と前記前後画素より更に前後の二次微分生成用画素の信号を抽出する抽出手段と、前記抽出手段で抽出された複数画素の信号に基づいて二次微分し、二次微分信号を出力する二次微分信号生成手段と、前記二次微分信号を前記注目画素の映像信号に加算する加算手段と、前記注目画素と前記注目画素の前後の信号の少なくとも３つの信号の最大値と最小値とを検出し出力する最大最小検出部と、前記加算手段からの出力信号及び前記最大最小検出部からの最大値及び最小値の合わせて少なくとも３つの信号から選択を行うメディアンフィルタ処理部とを備えた映像信号処理装置である。

また、本発明は、入力映像信号の注目画素近傍の複数の画像信号を入力とし、注目画素と前記注目画素の前後の少なくとも２つの前後画素と前記前後画素より更に前後の二次微分生成用画素の信号を抽出する抽出手段と、前記抽出手段で抽出された複数画素の信号に基づいて二次微分し、二次微分信号を出力する二次微分信号生成手段と、前記二次微分信号を前記注目画素の映像信号に加算する加算手段と、前記注目画素と前記注目画素の前後の信号の少なくとも３つの信号の最大値と最小値とを検出し出力する最大最小検出部と、前記加算手段からの出力信号及び前記最大最小検出部からの最大値及び最小値の合わせて少なくとも３つの信号から選択を行うメディアンフィルタ処理部と、前記メディアンフィルタ処理部からの出力信号について、新たな注目画素とさらにその前後画素の信号とから更に二次微分信号を生成し前記新たな注目画素に加算して輪郭強調を行うシャープネス処理部とを備えた映像信号処理装置である。

本発明によれば、比較的簡単な構成で極端なオーバーシュート、アンダーシュートを抑えた輪郭補正をする事が出来、さらに、なだらかな輪郭でも十分な輪郭補正の効果が得られる。また、比較的簡単な構成で、スケーリングと組み合わされたときの余分な輪郭強調を抑制したり、適度な細いシュートを付与し、画像に良好な鮮鋭感を与えることが出来るという顕著な効果が得られる。

以下、本発明の実施例について、図１から図６を用いて説明する。

なお、従来の構成と同様の働きをするブロックについては従来例と同じ番号を付与している。

また、以下の説明に於いて、遅延回路による意図的な遅延以外に信号の演算処理等で信号の遅延が発生する場合があるが、それらの補正に関する処理等は省略している。

また、以下の説明に於いて、映像信号処理をデジタルで行う前提で説明を進めているが、このことは特に本願発明の内容を制限するものではなく、画像処理としてアナログ信号を介する処理が付加された場合でも本発明は有効である。

（実施の形態１）
図１は本発明の一実施例である映像信号処理装置のブロック図を示し、図１に於いて、１１、１２、１３、１４は遅延回路、２０、２１、２２は乗算器、２３は加算器、２４は乗算器、２５は加算器である。２６は入力の最大値及び最小値を出力する最大最小検出部である。３０は入力の中間値を出力するメディアンフィルタ処理を行うメディアン処理部である。また、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは各箇所の信号である。図２はこれらの信号波形例である。

以下、図１、図２を用いてその動作を説明する。図１に於いて、本発明の映像信号処理装置の機能部分の輪郭補正部５０に入力された映像信号は、乗算器２０と第１の遅延回路１１とに入力される。第１の遅延回路１１では１画素分遅延した信号を出力し、その出力は第２の遅延回路１２と最大最小検出部２６に入力される。

第２の遅延回路１２ではさらに１画素分遅延した信号を出力し、その出力は乗算器２１と第３の遅延回路１３と加算器２５と最大最小検出部２６に入力される。第３の遅延回路１３に入力された信号は、さらに１画素分遅延された信号となり第４の遅延回路１４と最大最小検出部２６に入力される。第４の遅延回路１４に入力された信号は、さらに１画素分遅延された信号となり出力され、乗算器２２に入力される。

つまり、信号Ｂの値はある点の画像データ値から前後２画素ずつ離れた画像データの平均値を引いた値、即ちその点の二次微分の値を乗算器２４でゲインを調節したものとなる。

例えば、図２に示すような入力信号Ａが入力された場合、この信号Ｂの波形は図２に示すようになる。

加算器２５によって、信号Ｂに遅延回路１２から出力される信号が加算されることにより、輪郭強調された映像信号Ｃが生成される。図２のＣで示した信号が、輪郭強調された信号であり、入力の信号Ａに対して輪郭の立ち上がりが強調され、オーバーシュート、アンダーシュートがついて、輪郭が強調されている。信号Ｃはメディアン処理部３０に入力される。

最大最小検出部２６に入力された３つの信号は最大最小検出部２６により、その３つのうちの最大値及び最小値の２つの信号が選択され出力される。最大最小検出部２６からのそれらの２つの出力はメディアン処理部３０に入力される。

メディアン処理部３０に入力された３つの信号はメディアン処理部３０によりその中間値が選択され信号Ｄとして出力される。

信号Ｄは、輪郭が強調された信号と、輪郭が強調される前の信号とそれと時間的に前後にある画素の信号の最大値と最小値との中間値であるため、前後画素信号の最大以下且つ最小以上となり、結果として、オーバーシュート、アンダーシュートが無く、信号変化の傾斜は強調された信号となっている。

更に乗算器２４でゲインを上げれば図２の信号Ｄ（補正ゲインを上げた場合）に示すように信号変化の傾斜を大きくすることが出きる。

また、最大最小検出部２６で、輪郭が強調される前の信号とそれと時間的に前後にある画素の信号の最大値と最小値とを検出して後段の処理に用いているため、乗算器２４でゲインを逆に無くせば、信号の遅延のみでもとと同じ輪郭強調のない信号が得られる。

また、これらの構成により、従来とは異なり、図２に示すようになだらかな輪郭の入力信号に対しても十分な輪郭補正をする事が出来る。

尚、遅延回路１１〜、遅延回路１４は前記例では信号を１画素分遅延させるものとなっているが、遅延量は特に１画素に制限されるものではなく、例えば第１の遅延回路１１、第４の遅延回路１４の遅延量を大きくすれば更に緩やかな傾斜に対しても強調効果が出るようになる。

このように入力映像信号の注目画素近傍の複数の画像信号を入力とし、注目画素と前記注目画素の前後の少なくとも２つの前後画素と前記前後画素より更に前後の二次微分生成用画素の信号を抽出する抽出手段と、前記抽出手段で抽出された複数画素の信号に基づいて二次微分し、二次微分信号を出力する二次微分信号生成手段と、前記二次微分信号を前記注目画素の映像信号に加算する加算手段と、前記加算手段からの出力信号及び前記前後画素の信号の少なくとも３つの信号から選択を行うメディアンフィルタ処理部とを備えることにより、比較的簡単な構成で極端なオーバーシュート、アンダーシュートを抑え、かつ、なだらかな輪郭の入力信号でも十分な輪郭補正の効果が得られ、良好な映像信号を生成することが出来る映像信号処理装置が得られる。

（実施の形態２）
図３は本発明の他の実施例である映像信号処理装置のブロック図を示し、図３（ａ）に於いて４０は画素の数を変換するスケーラ、４１は信号の帯域を制限するフィルタ、５０は本願第１の発明の映像信号処理装置と構成、機能が同等の輪郭補正部であり、図３（ａ）のブロック図を輪郭補正部５０の内部を詳細に示したものが図４である。図４に於いてＦ，Ｇ，Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは各箇所の信号である。図５はこれらの信号のうち信号Ｆ、信号Ｇ、信号Ａ、信号Ｃ、信号Ｄの波形例である。

以下、図４、図５を用いてその動作を説明する。図４に於いて、入力された信号Ｆはスケーラに入力され画素数を変換された後信号Ｇとして出力され、例えば図５の信号Ｆ、信号Ｇに示すような入出力となる。スケーラ４０からの出力はフィルタ４１に入力され帯域制限されて出力Ａとなる。フィルタ４１は例えばＬＰＦやＢＲＦで、信号Ｇをなだらかな変化にし、例えば図５の信号Ａに示すような出力となる。

以降は（実施の形態１）の映像信号処理装置と同様の動作であるので詳細は省略するが、信号Ａから作られた輪郭強調された信号Ｃはその前後の画素とあわせてメディアン処理部３０にてメディアン処理され、出力Ｄとなる。このとき、輪郭補正部５０の入力はフィルタ４１によってなだらかな変化にされているため、従来のように余分な強調をされることなく、さらに輪郭補正部５０の動作が加わり、図５のＤに示すような自然な輪郭補正が出来る。

また、斜め方向に走る輪郭の場合でも、階段状になることなく、自然な輪郭とする事が出来る。

このように入力信号に対し、通過する周波数帯域を制限する帯域制限フィルタを備え、前記帯域制限フィルタの出力の注目画素近傍の複数の画像信号を入力とし、注目画素と前記注目画素の前後の少なくとも２つの前後画素と前記前後画素より更に前後の二次微分生成用画素の信号を抽出する抽出手段と、前記抽出手段で抽出された複数画素の信号に基づいて二次微分し、二次微分信号を出力する二次微分信号生成手段と、前記二次微分信号を前記注目画素の映像信号に加算する加算手段と、前記加算手段からの出力信号及び前記前後画素の信号の少なくとも３つの信号から選択を行うメディアンフィルタ処理部とを備えることにより、比較的簡単な構成で、スケーリングと組み合わされたときの余分な輪郭強調を抑制することが出来る映像信号処理装置が得られる。

（実施の形態３）
図６（ａ）は本発明の他の実施例である映像信号処理装置のブロック図を示し、図６（ａ）に於いて、５０は（実施の形態１）の映像信号処理装置と構成、機能が同等の輪郭補正部であり、６０は従来例の映像信号処理装置と構成、機能が同等のシャープネスである。図６（ａ）に於いてＡ，Ｄ，Ｅは各箇所の信号である。図６（ｂ）はこれらの信号の波形例である。

以下、図６を用いてその動作を説明する。図６（ａ）に於いて、本発明の映像信号処理装置に入力された信号Ａは輪郭補正部５０に入力されオーバーシュート、アンダーシュートのない輪郭補正を受けて信号Ｄとして出力される。輪郭補正部５０の動作は本願第１の発明と同様であるので説明は省略する。

輪郭補正部５０からの出力はシャープネス６０に入力され、オーバーシュート、アンダーシュートのついた信号Ｅとして出力される。シャープネス６０の動作は従来例と同様であるので説明は省略する。

ここで入力信号Ａが例えば図６（ｂ）に示すような傾斜であった場合、輪郭補正部５０によって鋭い傾斜の信号Ｄとなる。シャープネス６０は信号Ｄを受けて鋭い傾斜に対応したシュートを付与する。これにより、入力信号Ａの変化の傾斜が多少緩やかであっても鋭く細いシュート付きの輪郭補正が出来るという効果がある。

このように入力映像信号の注目画素近傍の複数の画像信号を入力とし、注目画素と前記注目画素の前後の少なくとも２つの前後画素と前記前後画素より更に前後の二次微分生成用画素の信号を抽出する抽出手段と、前記抽出手段で抽出された複数画素の信号に基づいて二次微分し、二次微分信号を出力する二次微分信号生成手段と、前記二次微分信号を前記注目画素の映像信号に加算する加算手段と、前記加算手段からの出力信号及び前記前後画素の信号の少なくとも３つの信号から選択を行うメディアンフィルタ処理部と、前記メディアンフィルタ処理部からの出力信号について、新たな注目画素とさらにその前後画素の信号とから更に二次微分信号を生成し前記新たな注目画素に加算して輪郭強調を行うシャープネス処理部とを備えることにより、比較的簡単な構成で、適度な細いシュートを付与し、画像に良好な鮮鋭感を与えることが出来る映像信号処理装置が得られる。

本発明の映像信号処理装置は、比較的簡単な構成で極端なオーバーシュート、アンダーシュートを抑えた輪郭補正をする事ができ、さらに、なだらかな輪郭でも十分な輪郭補正の効果が得られ、また、比較的簡単な構成で、スケーリングと組み合わされたときの余分な輪郭強調を抑制したり、適度な細いシュートを付与し、画像に良好な鮮鋭感を与えることが出来るという顕著な効果を有し、カラーテレビジョン受像機やモニタ、ビデオプロジェクタなどにおける映像信号の輪郭部分を補正する映像信号処理装置等として有用である。

本発明の実施例１における映像信号処理装置のブロック図本発明の実施例１における映像信号処理装置の信号波形例を示す図本発明の実施例２における映像信号処理装置のブロック図本発明の実施例２における映像信号処理装置の詳細ブロック図本発明の実施例２における映像信号処理装置の信号波形例図本発明の実施例３における映像信号処理装置のブロック図と信号波形例を示す図従来の映像信号処理装置の一例を示したブロック図従来の映像信号処理装置の一例における信号波形例を示す図

符号の説明

１１，１２，１３，１４遅延回路
２０，２１，２２，２４乗算器
２３，２５加算器
２６最大最小検出部
３０メディアン処理部
４０スケーラ
４１フィルタ
５０輪郭補正部
６０シャープネス

Claims

入力信号に対し画素数を変換するスケーラ部と、
前記スケーラ部の出力に対し通過する周波数帯域を制限する帯域制限フィルタと、
前記帯域制限フィルタの出力の注目画素近傍の複数の画像信号を入力とし、注目画素と前記注目画素の前後の少なくとも２つの前後画素と前記前後画素より更に前後の二次微分生成用画素の信号を抽出する抽出手段と、
前記抽出手段で抽出された複数画素の信号に基づいて二次微分し、二次微分信号を出力する二次微分信号生成手段と、
前記二次微分信号を前記注目画素の映像信号に加算する加算手段と、
前記注目画素と前記注目画素の前後の信号の少なくとも３つの信号の最大値と最小値とを検出し出力する最大最小検出部と、
少なくとも前記加算手段からの出力信号、前記最大最小検出部からの最大値、または最小値の信号から出力する信号を選択するメディアンフィルタ処理部と、
を有する映像信号処理装置。
帯域制限フィルタが、ローパスフィルタ、或いはバンドリジェクションフィルタであることを特徴とする請求項１記載の映像信号処理装置。