JP4257287B2 - 画質改善装置および画質改善方法 - Google Patents

Description

本発明は、フレア補正に関する。

テレビジョン受像機やビデオプロジェクタなどの画像表示装置では、フレアの発生により画質が低下することが知られている。フレアとは、受像管や投射管のレンズや照射面における光の反射や散乱のために、明るいところの光が暗いところへ漏れ込み、表示画像の輝度差の大きいエッジ（例えば、白領域と黒領域の境界）がぼける現象をいう。

かかるフレアを補正するために、表示画像の輝度差の大きいエッジを強調する画像処理が行われている。図３を参照すると、エッジを強調する画像処理によりフレア補正を行う画質改善装置の従来例（特開平１−２４６９８４号公報（特許文献１）または特開平１−２４６９８５号公報（特許文献２）を参照）の構成を示したブロック図が示されている。図３では、輝度（Ｙ）色差（Ｃ）信号のうち、Ｙ信号についてエッジを強調する画像処理を行っている。

図３において、Ｙ入力信号（Ｙ_in）は、遅延補償回路３１と２次元ローパスフィルタ（ＬＰＦ）回路３２に入力される。遅延補償回路３１は、２次元ＬＰＦ回路３２の処理にかかる時間だけ入力信号を遅延させる回路である。２次元ＬＰＦ回路３２は、入力信号に対して、所定の周波数よりも高い周波数成分（エッジ成分）を除去するフィルタである。２次元ＬＰＦ回路３２は、遅延回路、増幅回路、加算回路などから構成され、ある画素のデータを近隣の複数の画素のデータの荷重平均などで置き換えることにより、入力信号の高周波数成分を除去する（特許文献２を参照）。

２次元ＬＰＦ回路３２に入力されたＹ入力信号はその高周波数成分が除去されるため、２次元ＬＰＦ回路３２からはエッジのなまった信号が出力される（図３中に示された波形を参照）。減算回路３４には、遅延補償回路３１により２次元ＬＰＦ回路３２の処理時間に対応した時間だけ遅延されたＹ入力信号と、２次元ＬＰＦ回路３２から出力されたエッジのなまった信号が入力される。減算回路３４は、前者の信号から後者の信号を引いた信号を出力する。したがって、減算回路３４は、２次元ＬＰＦ回路３２が除去した高周波数成分（エッジ成分）を抽出した信号を出力する（図３中に示された波形を参照）。増幅回路３５は、減算回路３４が出力した、高周波数成分を抽出した信号を所定数倍し、これを加算回路３６に出力する（図３中に示された波形を参照）。加算回路３６は、遅延補償回路３１により出力されたＹ入力信号に、増幅回路３５が出力した、高周波数成分を抽出した信号を所定数倍した信号を加える。その結果、Ｙ出力信号（Ｙ_out）は、Ｙ入力信号のエッジ成分が強調された信号となる（図３中に示された波形を参照）。以上により、フレア補正が行われる。なお、Ｃ入力信号（Ｃ_in）は、遅延補償回路３３により、２次元ＬＰＦ回路３２と、減算回路３４と、増幅回路３５と、加算回路３６の処理にかかる時間だけ遅延処理がなされる。そして、Ｃ出力信号（Ｃ_out）として出力される。

なお、以上の説明では、Ｙ信号のみでフレア補正を行っている。これは、輝度色差信号の中では、Ｙ信号でフレア補正を行うのが最も画質改善にとって効果的だからである。もっとも、Ｙ信号のみならず、Ｃ信号でもフレア補正を行ってもよい。さらに、ＲＧＢ（Ｒｅｄ，Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅ）信号においてフレア補正を行ってもよい（この場合、Ｇ信号でフレア補正を行うのが画質改善にとって最も効果的である）。
特開平１−２４６９８４号公報 特開平１−２４６９８５号公報

輝度色差信号は、例えばＮＴＳＣ方式（Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ Ｃｏｍｍｉｔｅｅ ｓｔａｎｄａｒｄ）などでは、インターレース信号として伝送されることが多い（ＲＧＢ信号は、インターレース信号として伝送されることはあまり多くはない）。図４を参照すると、インターレース信号（ｂ）の対概念である（ａ）プログレッシブ信号と比較しつつ、インターレース信号を説明するための模式図が示されている。インターレース信号では、プログレッシブ信号とは異なり、図４の行方向（ｙ方向）において奇数行に該当する映像信号をまず伝送し、続いて偶数行に該当する映像信号を伝送する。奇数行に該当する映像信号（Ｆ１）、偶数行に該当する映像信号（Ｆ２）はフィールド信号と呼ばれ、２つのフィールド信号により１フレームを構成する。以下、Ｆ１を構成するデータ系列をｓ₁，ｓ₂，ｓ₃，・・・とし、Ｆ２を構成するデータ系列をｔ₁，ｔ₂，ｔ₃，・・・とする。

このようなインターレース信号として伝送される輝度色差信号を図３の画質改善装置によりフレア補正すると、次のような問題が生じる。図５Ａ、図５Ｂを参照すると、この問題を説明するための模式図が示されている。なお、図５Ｂは、図５Ａの各図における直線ａで切った断面から、この問題を説明するための模式図である。

インターレース信号として伝送される輝度色差信号のフレア補正を行う場合、奇数行に該当する映像信号（Ｆ１）と偶数行に該当する映像信号（Ｆ２）を別個に図３の画質改善装置でフレア補正し、これを合成するのが通常である。

しかしながら、このような方法だと、映像が１行ごとに変化する場合、正しくフレア補正をすることができない。例えば、図５Ａ、図５Ｂの入力信号（ａ）のように、奇数行（Ｆ１）のみに輝度が存在する場合、図５Ａ、図５Ｂの入力信号をＦ１信号とＦ２信号に分解すると、Ｆ１信号（ｂ）は入力信号と同一、Ｆ２信号（ｃ）は単なる背景信号となる。そして、これらのフィールド信号を個別にフレア補正すると、Ｆ１信号についてはエッジの強調がなされるが（ｄ）、Ｆ２信号については、単なる背景信号であるため、エッジの強調はなされない（ｅ）。したがって、これらを合成すると、偶数行では全くエッジの強調がなされない不自然な画像が生成されることになる（ｆ）。参考までに、本来あるべきフレア補正後の画像を示した（ｇ）。

このような問題を避けるために、図６のように、画質改善装置６２の前に、インターレース／プログレッシブ変換回路６１を設け、インターレース信号をプログレッシブ信号に変換したうえで、図３の画質改善装置（画質改善装置６２）によりフレア補正を行うことが考えられる。このようにすると、Ｆ１信号、Ｆ２信号で個別にフレア補正を行わないので、上記問題は解決できる。しかしながら、変換された後のプログレッシブ信号のサンプリングクロック周波数は、変換される前のインターレース信号のサンプリングクロック周波数の２倍になるので、２次元ＬＰＦ回路３２は高速処理が要求され、負荷が大きくなりすぎるという問題が生じてしまう。

そこで本発明の目的は、インターレース信号のサンプリングクロック周波数のままでフレア補正を行うことができ、２次元ＬＰＦ回路などの素子に過大な負荷をかけずに済むとともに、映像が１行ごとに変化するような入力信号の場合であっても正しくフレア補正を行うことができる画質改善装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の画質改善装置では、１フィールド分の時間を遅延するフィールド遅延回路と平均値生成回路を設け、Ｆ１信号（データ系列をｓ₁，ｓ₂，ｓ₃，・・・とする）とＦ２信号（データ系列をｔ₁，ｔ₂，ｔ₃，・・・とする）の平均値信号（データ系列は（ｓ₁＋ｔ₁）／２，（ｓ₂＋ｔ₂）／２，（ｓ₃＋ｔ₃）／２，・・・となる）を生成する。そして、この平均値信号について２次元ローパスフィルタ処理を行い、所定の周波数よりも高い周波数成分（エッジ成分）を除去する。そして、２次元ローパスフィルタ処理された平均値信号のデータ系列を、入力された各フィールド信号のデータ系列から差し引き、各フィールド信号の高周波数成分を抽出した信号を生成する。そして、各フィールド信号について、高周波数成分を抽出した信号のデータ系列を所定数倍し、入力された各フィールド信号のデータ系列に加算する。そして、この２つのフィールド信号は合成されたうえで表示される。

Ｆ１信号とＦ２信号の平均値信号を生成することは、プログレッシブ信号に対して、行方向についてのある種の１次元ローパスフィルタ処理を行い、そのデータ数を行方向に半分に間引くことに対応する。したがって、平均値信号のデータ系列に対して２次元ローパスフィルタ処理を行い、これを各フィールドのデータ系列から差し引いて抽出された高周波数成分（エッジ成分）は、各フィールド信号を別個にして抽出された高周波数成分よりもはるかに精度が高い。なぜなら、各フィールド信号のデータを反映したうえで高周波数成分が抽出されているからである。

なお、本発明では、平均値信号を生成することにより、２次元ローパスフィルタ処理を行う前に、ある種の１次元ローパスフィルタ処理を行うことになってしまうが、平均値信号を生成することによる遮断周波数は、２次元ローパスフィルタ処理による遮断周波数よりも高い場合が多いと思われるので、それほど問題にはならない。

以上説明したように、本発明によれば、画質改善装置は、インターレース信号のまま、フレア補正のためのエッジ強調の画像処理を行うので、画質改善装置の各素子は、インターレース信号と同じサンプリングクロック周波数で動作できればよい。したがって、２次元ＬＰＦ回路などの素子には過大な負荷がかからない。また、映像が１行ごとに変化するような入力信号の場合であっても、エッジ成分は、Ｆ１信号とＦ２信号の双方を反映させた上で抽出されるので、フレア補正の精度が高くなる。

次に、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１を参照すると、本発明の画質改善装置の構成を示すブロック図が示されている。また、図２を参照すると、図５Ａの入力信号に対して、本発明の画質改善装置が行う処理を説明するための模式図が示されている（ただし、図５Ａの直線ａで切った断面から説明している）。

なお、図１の画質改善装置では、Ｙ信号のみでフレア補正を行っている。もちろん、Ｙ信号のみならず、Ｃ信号でもフレア補正を行ってもよい。さらに、ＲＧＢ信号においてもフレア補正を行ってもよい（ただし、ＲＧＢ信号は、インターレース信号で伝送されることはあまり多くはない）。

Ｙ入力信号（Ｙ_in）は、フィールド遅延回路１１と、遅延補償回路１３に入力される。また、Ｃ入力信号（Ｃ_in）は、遅延補償回路１５に入力される。遅延補償回路１３は、フィールド遅延回路１１と、平均値算出回路１２と、２次元ＬＰＦ回路１４の処理時間だけ、Ｙ入力信号を遅延させる。また、遅延補償回路１５は、フィールド遅延回路１１と、平均値算出回路１２と、２次元ＬＰＦ回路１４と、減算回路１６と、増幅回路１７と、加算回路１８の処理時間だけＣ入力信号を遅延させる。

フィールド遅延回路１１では、Ｆ１信号（図２（ｂ）を参照）、Ｆ２信号（図２（ｃ）を参照）の順で入力されてきたインターレースＹ入力信号（図２（ａ）はＦ１信号とＦ２信号を合成したものである）のうち、Ｆ１信号を１フィールド分遅延させる処理を行う。これにより、Ｆ１信号のデータ系列ｓ₁，ｓ₂，ｓ₃，・・・と、Ｆ２信号のデータ系列ｔ₁，ｔ₂，ｔ₃，・・・の位相が揃う（図２（ｄ）を参照）。

フィールド遅延回路１１で位相が揃えられたＦ１信号とＦ２信号は、平均値算出回路１２に入力される。平均値算出回路１２は、Ｆ１信号とＦ２信号の平均値信号を生成する。すなわち、平均値信号のデータ系列ｍ₁，ｍ₂，ｍ₃，・・・は、（ｓ₁＋ｔ₁）／２，（ｓ₂＋ｔ₂）／２，（ｓ₃＋ｔ₃）／２，・・・である（図２（ｅ）を参照）。平均値算出回路１２に入力されてくるＦ１信号とＦ２信号は、図４で説明したように、互いに隣り合う行のデータであるので、平均値算出回路１２は、２タップの１次元ＬＰＦ回路であって、各タップのフィルタ係数が０．５と０．５の行方向の１次元ＬＰＦ回路に相当する。ここで、タップとは、遅延回路と増幅回路の組み合わせの単位のことであり、フィルタ係数とは、この増幅回路の増幅率のことである。ＬＰＦ回路は、ある画素のデータを、当該画素を含め、タップ数に対応する数の隣接画素のデータの荷重平均で置き換えるが、平均値算出回路１２もこのようなＬＰＦ回路（１次元ＬＰＦ回路）の一種と考えることができる。

平均値算出回路１２から出力された平均値信号は、２次元ＬＰＦ回路１４に入力される。２次元ＬＰＦ回路１４は、平均値信号に対して２次元ローパスフィルタ処理を行い、所定の周波数よりも高い周波数成分を除去する。これにより、平均値信号のエッジ成分は除去される（図２（ｆ）を参照）。２次元ＬＰＦ回路１４の出力信号のデータ系列をｌ₁，ｌ₂，ｌ₃，・・・とする。

２次元ＬＰＦ回路１４の出力信号は、減算回路１６により、遅延補償回路１３により遅延されたインターレースＹ入力信号のＦ１信号およびＦ２信号から差し引かれる。これにより、Ｆ１信号とＦ２信号のそれぞれについて、高周波数成分（エッジ成分）が抽出される（Ｆ１信号について図２（ｇ）、Ｆ２信号について図２（ｈ）を参照）。Ｆ１信号のエッジ成分のデータ系列ｕ₁，ｕ₂，ｕ₃，・・・は、（ｓ₁−ｌ₁），（ｓ₂−ｌ₂），（ｓ₃−ｌ₃），・・・である。また、Ｆ２信号のエッジ成分のデータ系列ｖ₁，ｖ₂，ｖ₃，・・・は、（ｔ₁−ｌ₁），（ｔ₂−ｌ₂），（ｔ₃−ｌ₃），・・・である。

減算回路１６により抽出された各フィールド信号のエッジ成分は、増幅回路１７により所定数倍される。増幅回路１７により所定数倍された、Ｆ１信号のエッジ成分のデータ系列ｗ₁，ｗ₂，ｗ₃，・・・は、αｕ₁，αｕ₂，αｕ₃，・・・である（αは定数）。また、増幅回路１７により所定数倍された、Ｆ２信号のエッジ成分のデータ系列ｘ₁，ｘ₂，ｘ₃，・・・は、αｖ₁，αｖ₂，αｖ₃，・・・である。

そして、所定数倍された各フィールド信号のエッジ成分は、加算回路１８により、それぞれ元のＦ１信号およびＦ２信号に加算され、エッジが強調される（Ｆ１信号について図２（ｉ）、Ｆ２信号について図２（ｊ）を参照）。加算回路１７のＦ１出力信号のデータ系列ｙ₁，ｙ₂，ｙ₃，・・・は、（ｓ₁＋ｗ₁），（ｓ₂＋ｗ₂），（ｓ₃＋ｗ₃），・・・である。また、加算回路１７のＦ２出力信号のデータ系列ｚ₁，ｚ₂，ｚ₃，・・・は、（ｔ₁＋ｘ₁），（ｔ₂＋ｘ₂），（ｔ₃＋ｘ₃），・・・である。

最後に、これらが合成される。合成された結果は、図５Ｂ（ｆ）とは異なり、Ｆ２信号に対応する箇所でも、エッジ強調がなされている（図２（ｋ）を参照）。以上により、フレア補正が行われる。

前述のように、Ｆ１信号とＦ２信号の平均値信号を生成することは、当該インターレース信号から変換されたプログレッシブ信号に対して、タップ数が２で、各タップのフィルタ係数が０．５の行方向の１次元ローパスフィルタ処理を行い、そのデータ数を行方向に半分に間引くことに相当する。したがって、平均値信号のデータ系列に対して２次元ローパスフィルタ処理を行い、これを各フィールド信号のデータ系列から差し引いて抽出された高周波数成分（エッジ成分）は、各フィールド信号を別個にして抽出された高周波数成分よりもはるかに精度が高くなり、Ｆ２信号が単なる背景信号であっても正しく高周波数成分が抽出される。なぜなら、各フィールド信号のデータを反映させたうえで高周波数成分が抽出されているからである。

なお、本発明では、Ｆ１信号とＦ２信号の平均値信号を生成することにより、２次元ローパスフィルタ処理を行う前に、ある種の１次元ローパスフィルタ処理を行うことになってしまうが、Ｆ１信号とＦ２信号の平均値信号を生成することによる遮断周波数は、２次元ローパスフィルタ処理による遮断周波数よりも高い場合が多いと思われるので、それほど問題にはならない。

また、平均値算出回路１２により、サンプリング位相が１／２クロックずれてしまう（平均値算出回路１２により生成されるデータは、Ｆ１信号の行とＦ２信号の行の中間の位置に対応するデータであるため、平均値信号による映像は、行方向の画素の半周期分だけずれた映像になっている）。しかしながら、後段でさらに２次元ＬＰＦ回路１４による２次元ローパスフィルタ処理が施されることにより、隣接画素間の信号強度の違いが小さくなり、サンプリング位相の重要度は低くなる。このため、サンプリング位相が１／２クロックずれた信号を扱っても、画質改善性能への影響は小さい。そのうえ、入力信号からの減算により高周波数成分を抽出して補正信号を得るため、補正された信号の高周波数成分の位相は入力信号に合っている。したがって、２次元ローパスフィルタ処理された信号のサンプリング位相が１／２クロックずれていてもそれほど問題はない。

インターレース信号に対してフレア補正を行う、本発明の画質改善装置の構成を示すブロック図である。 図５Ａの入力信号に対して、本発明の画質改善装置が行う処理を説明するための模式図である（ただし、図５Ａの直線ａで切った断面から説明している）。 画質改善装置の従来例の構成を示したブロック図である。 プログレッシブ信号と比較しつつ、インターレース信号を説明するための模式図である。 インターレース入力信号が行ごとに変化する場合に、従来の画質改善装置で生じる問題を説明するための模式図である。 図５Ａの各図における直線ａで切った断面から、従来の画質改善装置で生じる問題を説明するための模式図である。 インターレース／プログレッシブ変換回路を設け、インターレース信号をプログレッシブ信号に変換することにより、従来の画質改善装置で生じる問題を解決する装置の構成を示す図である。

符号の説明

１１ フィールド遅延回路
１２ 平均値算出回路
１３ 遅延補償回路
１４ ２次元ローパスフィルタ回路
１５ 遅延補償回路
１６ 減算回路
１７ 増幅回路
１８ 加算回路
３１ 遅延補償回路
３２ ２次元ローパスフィルタ回路
３３ 遅延補償回路
３４ 減算回路
３５ 増幅回路
３６ 加算回路
６１ インターレース／プログレッシブ変換回路
６２ 画質改善装置

Claims (4)

1. 隣り合う行の画素のデータが時間的に分離された２つのフィールド信号に振り分けられて伝送されるインターレース信号を入力とし、入力された２つのフィールド信号の位相を揃える第１の手段と、
   前記第１の手段により位相を揃えられた２つのフィールド信号のデータ系列における同順位のデータの平均値をそれぞれ求め、該平均値をデータ系列とする平均値信号を生成する第２の手段と、
   前記平均値信号に対して２次元ローパスフィルタ処理を行い、所定の周波数よりも高い周波数成分を除去する第３の手段と、
   前記入力された２つのフィールド信号のデータ系列から、前記第３の手段により生成された、高周波数成分を除去した前記平均値信号のデータ系列を差し引き、各フィールド信号のそれぞれについて、高周波数成分を抽出した信号を生成する第４の手段と、
   前記第４の手段により生成された、各フィールド信号の高周波数成分を抽出した信号を所定数倍する第５の手段と、
   前記入力された２つのフィールド信号のデータ系列に、前記第５の手段により所定数倍された、各フィールド信号の高周波数成分を抽出した信号のデータ系列を加える第６の手段を有し、前記第１ないし第６の手段は前記インターレース信号のサンプリングクロック周波数と同一周波数のクロックで駆動されることを特徴する画質改善装置。
2. 前記インターレース信号は、輝度色差信号の輝度信号である、請求項１に記載の画質改善装置。
3. 隣り合う行の画素のデータが時間的に分離された２つのフィールド信号に振り分けられて伝送されるインターレース信号を入力とし、入力された２つのフィールド信号の位相を揃える第１のステップと、
   前記第１のステップで位相を揃えられた２つのフィールド信号のデータ系列における同順位のデータの平均値をそれぞれ求め、該平均値をデータ系列とする平均値信号を生成する第２のステップと、
   前記平均値信号に対して２次元ローパスフィルタ処理を行い、所定の周波数よりも高い周波数成分を除去する第３のステップと、
   前記入力された２つのフィールド信号のデータ系列から、前記第３のステップで生成された、高周波数成分を除去した前記平均値信号のデータ系列を差し引き、各フィールド信号のそれぞれについて、高周波数成分を抽出した信号を生成する第４のステップと、
   前記第４のステップで生成された、各フィールド信号の高周波数成分を抽出した信号を所定数倍する第５のステップと、
   前記入力された２つのフィールド信号のデータ系列に、前記第５のステップで所定数倍された、各フィールド信号の高周波数成分を抽出した信号のデータ系列を加える第６のステップを有し、前記第１ないし第６の手段は前記インターレース信号のサンプリングクロック周波数と同一周波数のクロックで駆動されることを特徴とする画質改善方法。
4. 前記インターレース信号は、輝度色差信号の輝度信号である、請求項３に記載の画質改善方法。

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