JP3435961B2 - 画像データ変換装置および画像データ変換方法 - Google Patents
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Description
像データをRGB形式の画像データに変換する画像デー
タ変換装置および画像データ変換方法に関する。
画像を表示する場合に、YUV形式の画像データ(以
下、YUVデータという)をRGB形式の画像データ
(以下、RGBデータという)に変換することが行われ
ている。ここに、YUVデータとは、画像を輝度成分
(Y)と色差成分(U,V)で表現した画像データをい
い、RGBデータとは、画像を赤色(R)、緑色(G)
および青色(B)の色成分で表現した画像データをい
う。
視覚の色差成分に対する解像度特性が輝度成分に対する
解像度特性に対して十分低いことを利用し、主として自
然画像をYUVデータで表現し、色差信号の解像度を輝
度信号の2分の1などにしてデータ量を圧縮する方法が
用いられる。この色差成分の圧縮率によって、YUVデ
ータには幾つかの形式がある。例えば、水平方向に隣接
する2ドットの色差データを同じデータとするYUV4
22(この場合、Yデータ4ドットにU,Vデータ2ド
ットが対応する)や、水平、垂直方向に2×2の正方形
の範囲の色差データを同じデータとするYUV420
(この場合、Yデータ4ドットにU,Vデータ1ドット
が対応する)がある。
するが、YUVからRGBへの変換アルゴリズムは、Y
UVデータの形式にかかわらず共通している。ここで、
YUVからRGBへの理論的な変換式は、次式(1)〜
(3)によって与えられる。
合、上の変換式(1)〜(3)に基づく画像データの変換が
行われるが、この変換に際しては以下のいずれかの方法
がとられる。一つは、CRTに転送する画像データをビ
デオメモリに格納する前に、ソフトウェアあるいは汎用
DSP(ディジタル・シグナル・プロセッサ)によって
YUV形式からRGB形式へ変換し、得られるRGBデ
ータをビデオメモリに格納し、これを表示スキャンに合
わせてビデオメモリからCRTへ順次転送する、という
方法である。
への変換処理をMPU(マイクロ・プロセッサ・ユニッ
ト)等が実行しなければならず、MPU等の負担が大き
くなる。また、一般に、YUVデータはUV成分を圧縮
していることからYUVデータよりRGBデータの方が
データ量が多いため、その分ビデオメモリの容量を多く
とることになる。
汎用DSP等の演算回路を設け、これによってビデオメ
モリから読み出したYUVデータをRGBデータに変換
し、CRTへ順次転送する、という方法である。しか
し、この方法では、YUVからRGBへの変換に複雑な
計算を要することからビデオメモリの後段に設ける演算
回路が大規模になるという問題がある。
VからRGBへの変換を近似式によって演算処理する方
法が従来より提案されている。この方法では、例えばR
成分への変換は下式(4)のように近似する。
フタと全加算器のみによって演算回路を構成することが
でき、回路規模の縮小化を図ることが可能になる。
近似手法においては、上述したように回路規模の縮小化
を図ることができるものの、変換後のR、G、Bの各成
分がそれぞれ真の値とは異なる近似値であるため、出力
画像の画質が劣化するという問題があった。
たもので、小さい回路規模で、かつ画質劣化を殆ど伴う
ことなく、YUVデータからRGBデータへの変換を行
うことができる画像データ変換装置および画像データ変
換方法を提供することを目的としている。
ために、請求項1記載の発明は、各々がR、GおよびB
のいずれかに対応する複数の変換式に基づいて、画像デ
ータをYUV形式からRGB形式に変換する画像データ
変換装置であって、前記複数の変換式の各々は、Y、U
およびV成分のうち2以上の成分を含むとともに、Y、
UおよびV成分のいずれかひとつを含む部分であって当
該複数の変換式のうち2以上の変換式に共通する部分を
有し、 前記複数の変換式のうち前記共通する部分による
演算結果を整数化した値を表す一次変換データと、その
演算に用いられたY、UまたはV成分の値とをそれぞれ
対応付けて予め記憶する記憶手段と、入力されるY、
U、V各成分の値に対応した前記一次変換データを前記
記憶手段から読み出す一次変換手段と、前記一次変換手
段によって読み出された一次変換データが表す値を、前
記複数の変換式における前記共通する部分の値として用
いた演算を行なうことによって、R、G、B各成分の値
を算出する二次変換手段とを具備することを特徴として
いる。
〜(c)によって与えられる変換式に基づいて、画像デ
ータをYUV形式からRGB形式に変換する画像データ
変換装置であって、
一次変換データと、その演算に用いられたY、U、V各
成分の値とをそれぞれ対応付けて予め記憶する記憶手段
と、
ある。)
た前記一次変換データを前記記憶手段から読み出す一次
変換手段と、前記一次変換手段によって読み出された一
次変換データが表す値を次式(g)〜(i)に用いて
R、G、B各成分の値を算出する二次変換手段と
載の発明において、前記二次変換手段は、乗算をビット
シフトで行うべく、上式(h)を2のべき乗を係数とする
所定の近似式で置き換えてG成分の値を算出することを
特徴としている。
載の発明において、前記所定の近似式は、
明は、請求項2ないし4のいずれかに記載の発明におい
て、前記一次変換と前記二次変換とをパイプラインで連
続的に処理することを特徴としている。
GおよびBのいずれかに対応する複数の変換式に基づい
て、画像データをYUV形式からRGB形式に変換する
画像データ変換方法であって、前記複数の変換式の各々
は、Y、UおよびV成分のうち2以上の成分を含むとと
もに、Y、UおよびV成分のいずれかひとつを含む部分
であって当該複数の変換式のうち2以上の変換式に共通
する部分を有し、 前記複数の変換式のうち前記共通する
部分による演算結果を整数化した値を表す一次変換デー
タと、その演算に用いられたY、UまたはV成分の値と
をそれぞれ対応付けて予め記憶する記憶手段から、入力
されるY、U、V各成分の値に対応した前記一次変換デ
ータを読み出す一次変換ステップと、前記一次変換ステ
ップにおいて読み出された一次変換データが表す値を、
前記複数の変換式における前記共通する部分の値として
用いた演算を行なうことによって、R、G、B各成分の
値を算出する二次変換ステップとを有することを特徴と
している。
の一実施形態について説明する。なお、以下の実施形態
では、YUV422データをRGBデータに変換する場
合を例とする。 (1)全体構成 図1はこの発明の一実施形態の全体構成を示すブロック
図である。同図において、1はMPU(マイクロ・プロ
セッサ・ユニット)であり、所定の演算処理によって生
成したYUVデータをCRTコントローラ2へ出力す
る。CRTコントローラ2は、MPU1から供給される
YUVデータを一旦VRAM(Video RAM)3に格納す
る。そして、画像を表示する際には、VRAM3から読
み出したYUVデータを、CRT4へ供給する同期信号
(以下、ドットクロックという)とタイミングを取りつ
つ変換回路5へ出力する。ここで、ドットクロックと
は、1ドットの画像データをCRT4へ転送する時間を
1周期とした周期パルス信号のことである。変換回路5
は、CRTコントローラ2から供給されるYUVデータ
をRGBデータに変換し、これをCRT4へ出力する。
この変換回路5の詳細については後述する。CRT4
は、CRTコントローラ2から供給されるドットクロッ
クと同期して、変換回路5から供給されるRGBデータ
に対応したカラー画像を表示する。
成について説明する。図2において、51a〜51cは
ROM(Read Only Memory)であり、各々YUVデータの
Y成分、U成分およびV成分の各値に対応した一次変換
データYY、UU、VVを保持する変換テーブルを記憶
している。ここに、一次変換データYY、UU、VV
は、次の一次変換式(5)〜(7)によって与えられる。た
だし、INT()は()内の値を整数化する関数であ
る。
〜(3)によるYUVからRGBへの変換を、上式(5)〜
(7)による一次変換と次式(8)〜(10)による二次変換
の2段階に分けて行うようになっている。
cに記憶された変換テーブルを引いて変換後のデータが
求められるが、二次変換については、ROM51a〜5
1cの後段の回路部分(以下、二次変換回路という)に
よって演算が行われる。また、これら一次変換と二次変
換はパイプラインで連続的に処理される。
成分への変換については計算が複雑になるため、乗算を
簡単なビットシフトで行うべく、次式(11)のように、
2のべき乗を係数とする近似式によって近似し、計算を
簡単化する。
52c,58,59、セレクタ53〜55、全加算器5
6,57、シフタ60〜62、符号反転回路63および
ラッチ回路64〜67からなっており、前述のドットク
ロックの2倍の周波数の基準クロックに同期して動作す
る。
M51a〜51cの出力を基準クロック周期の2倍の周
期(すなわちドットクロック周期)だけ遅延させる。ま
た、セレクタ53は、入力端a,bからの入力信号を基
準クロック周期毎に交互に選択し、出力する。セレクタ
54は、入力端a〜cからの入力信号を基準クロック周
期毎にa、c、b、c、a、c、b、c、……の順に選
択し、出力する。セレクタ55は、入力端a〜cからの
入力信号を基準クロック周期毎にb、a、c、a、b、
a、c、a、……の順に選択し、出力する。
遅延回路52aを介して入力端Aに入力される一次変換
データYYと入力端Bに入力されるセレクタ53の出力
(一次変換データUUまたはVV)を加算し、この加算
結果を出力する。全加算器57は、入力端Bに入力され
るセレクタ54の出力と入力端Aに入力されるセレクタ
55の出力を加算し、この加算結果を出力する。
をシフト操作することにより1/8倍し、これをセレク
タ55の入力端aに出力する。シフタ61は、ROM5
1bの出力値をシフト操作することにより1/16倍
し、これをセレクタ54の入力端bに出力する。シフタ
62は、ROM51cの出力をシフト操作することによ
り1/2倍し、これをセレクタ54の入力端cに出力す
る。符号反転回路63は、全加算器56の出力の符号ビ
ットを反転させることにより−1倍し、これをセレクタ
55の入力端bに出力する。
56の出力をラッチし、ラッチ回路66,67は、全加
算器57の出力をラッチする。また、遅延回路58は、
全加算器57の出力をドットクロック周期だけ遅延さ
せ、遅延回路59は、ラッチ回路65の出力を基準クロ
ック周期だけ遅延させる。
成からなる実施形態の動作を説明する。まず、CRTコ
ントローラ2によってY、U、Vの各成分がVRAM3
から読み出され、変換回路5に入力されると、Y、U、
Vの各成分に対応する一次変換データYYi,UUi,V
Vi(i=0,1,2,……)がドットクロック周期でR
OM51a〜51cから並行して読み出される。
器56によってR成分とB成分が算出される。すなわ
ち、全加算器56は、前述の式(8),(10)の計算を基
準クロック周期で交互に行い、区間T0ではB成分
B0,B1,……を出力し、区間T1ではR成分R0,
R1,……を出力する。
ラッチ回路64,65および遅延回路59にてタイミン
グを調整された後、ドットクロック周期でCRT4へ出
力される。
る。すなわち、全加算器57は、区間T0〜T3からな
る基準クロックの4倍の周期のうち区間T0において、
2において、
準クロックの4倍の周期でラッチ回路66にラッチされ
る。さらに、全加算器57は、区間T2から基準クロッ
ク周期後の区間T3において、上式(13)の計算結果U
Viを−1倍した値と一次変換データYYiを加算するこ
とにより、次式(14)によって与えられるG成分を算出
する。
チ回路67にてタイミングを調整された後、ドットクロ
ック周期でCRT4へ出力される。こうして、CRT4
では、変換回路5からドットクロック周期で供給される
R、G、Bの各成分に対応したカラー画像が表示され
る。
への理論的な変換式(1)〜(3)の共通部分を抽出してこ
れを一次変換式(5)〜(7)とし、この一次変換式(5)〜
(7)の計算結果を予めテーブルに保持しておき、これに
よって一次変換をテーブル変換にて行う。次いで、一次
変換結果を加算することによってR成分とB成分を算出
するとともに、G成分については2のべき乗を係数とす
る近似式(11)によって乗算を簡単なビットシフトで行
い近似的に算出する。この結果、YUVからRGBへの
変換を高速化できるとともに、変換回路5の構成を簡単
化することができる一方、近似計算されるのはG成分の
みであるため、変換に伴う画質劣化を抑えることができ
る。
結果を参照し、本実施形態による変換結果と従来技術に
よるCD−I規格に基づく変換結果とを比較する。表1
は、各サンプル画像について変換を行ったときの各色の
変換後の歪み率(SNR)をパーセント(%)で示して
おり、表2は、同じ結果をデシベル(dB)で示してい
る。
てのサンプル画像について本実施形態の方が歪み率が低
くなっており、近似計算したG成分についても特に歪み
が大きくなっているということはなく、これによる画質
劣化は殆どないといえる。
の高速化を図るべく、G成分を近似式(11)に基づき
近似計算したが、かかる近似式に限らず、その他の近似
式を採用してもよい。特に、式(11)では、簡単なビ
ット操作による計算を意図して、1/2、1/8、1/
16等の係数で表現することとしたが、回路規模等の制
約がなければ、このような表現に限らない。
UV422データをRGBデータに変換する場合を例と
したが、YUV420データ等の形式においても変換ア
ルゴリズムに変わりはないので本質的には同様の回路に
より構成可能である。
ば、YUVデータからRGBデータへの変換を、小さい
回路規模で、かつ画質劣化を殆ど伴うことなく、しかも
高速に行うことができるという効果が得られる。
ック図である。
ック図である。
グチャートである。
4…CRT、5…変換回路、51a〜51c…ROM、
52a〜52c,58,59…遅延回路、53〜55…
セレクタ、56,57…全加算器、60〜62…シフ
タ、63…符号反転回路、64〜67…ラッチ回路。
Claims (10)
- 【請求項1】 各々がR、GおよびBのいずれかに対応
する複数の変換式に基づいて、画像データをYUV形式
からRGB形式に変換する画像データ変換装置であっ
て、前記複数の変換式の各々は、Y、UおよびV成分のうち
2以上の成分を含むとともに、Y、UおよびV成分のい
ずれかひとつを含む部分であって当該複数の変換式のう
ち2以上の変換式に共通する部分を有し、 前記複数の変換式のうち前記共通する部分による演算結
果を整数化した値を表す一次変換データと 、その演算に
用いられたY、UまたはV成分の値とをそれぞれ対応付
けて予め記憶する記憶手段と、 入力されるY、U、V各成分の値に対応した前記一次変
換データを前記記憶手段から読み出す一次変換手段と、前記一次変換手段によって読み出された一次変換データ
が表す値を、前記複数の変換式における前記共通する部
分の値として用いた 演算を行なうことによって、R、
G、B各成分の値を算出する二次変換手段とを具備する
ことを特徴とする画像データ変換装置。 - 【請求項2】 次式(a)〜(c)によって与えられる
変換式に基づいて、画像データをYUV形式からRGB
形式に変換する画像データ変換装置であって、 【数1】 【数2】 【数3】 次式(d)〜(f)による計算結果を表す一次変換デー
タと、その演算に用いられたY、U、V各成分の値とを
それぞれ対応付けて予め記憶する記憶手段と、 【数4】 【数5】 【数6】 (ただし、INT()は()内の値を整数化する関数で
ある。)入力されるY、U、V各成分の値に対応した前記一次変
換データを前記記憶手段から読み出す一次変換手段と、 前記一次変換手段によって読み出された一次変換データ
が表す値を次式(g)〜(i)に用いてR、G、B各成
分の値を算出する二次変換手段と 【数7】 【数8】 【数9】 を具備することを特徴とする画像データ変換装置。 - 【請求項3】 前記二次変換手段は、乗算をビットシフ
トで行うべく、上式(h)を2のべき乗を係数とする所
定の近似式で置き換えてG成分の値を算出することを特
徴とする請求項2記載の画像データ変換装置。 - 【請求項4】 前記所定の近似式は、 【数10】 であることを特徴とする請求項3記載の画像データ変換
装置。 - 【請求項5】 前記一次変換と前記二次変換とをパイプ
ラインで連続的に処理することを特徴とする請求項1な
いし4のいずれかに記載の画像データ変換装置。 - 【請求項6】 各々がR、GおよびBのいずれかに対応
する複数の変換式に基づいて、画像データをYUV形式
からRGB形式に変換する画像データ変換方法であっ
て、前記複数の変換式の各々は、Y、UおよびV成分のうち
2以上の成分を含むとともに、Y、UおよびV成分のい
ずれかひとつを含む部分であって当該複数の変換式のう
ち2以上の変換式に共通する部分を有し、 前記複数の変換式のうち前記共通する部分による演算結
果を整数化した値を表す一次変換データと 、その演算に
用いられたY、UまたはV成分の値とをそれぞれ対応付
けて予め記憶する記憶手段から、入力されるY、U、V
各成分の値に対応した前記一次変換データを読み出す一
次変換ステップと、前記一次変換ステップにおいて読み出された一次変換デ
ータが表す値を、前記複数の変換式における前記共通す
る部分の値として用いた 演算を行なうことによって、
R、G、B各成分の値を算出する二次変換ステップとを
有することを特徴とする画像データ変換方法。 - 【請求項7】 次式(a)〜(c)によって与えられる
変換式に基づいて、 画像データをYUV形式からRGB
形式に変換する画像データ変換方法であって、 【数1】 【数2】 【数3】 次式(d)〜(f)による計算結果を表す一次変換デー
タと、その演算に用いられたY、U、V各成分の値とを
それぞれ対応付けて予め記憶する記憶手段から、入力さ
れるY、U、V各成分の値に対応した一次変換データを
読み出す一次変換ステップと、 【数4】 【数5】 【数6】 (ただし、INT()は()内の値を整数化する関数で
ある。)前記一次変換ステップにおいて読み出された一次変換デ
ータが表す値を次式( g)〜(i)に用いてR、G、B
各成分の値を算出する二次変換ステップと 【数7】 【数8】 【数9】 を有することを特徴とする画像データ変換方法。 - 【請求項8】 前記二次変換ステップにおいては、乗算
をビットシフトで行うべく、上式(h)を2のべき乗を
係数とする所定の近似式で置き換えてG成分の値を算出
することを特徴とする請求項7記載の画像データ変換方
法。 - 【請求項9】 前記所定の近似式は、 【数10】 であることを特徴とする請求項8記載の画像データ変換
方法。 - 【請求項10】 前記一次変換と前記二次変換とをパイ
プラインで連続的に処理することを特徴とする請求項6
ないし9のいずれかに記載の画像データ変換方法。
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