JPH074003B2 - 信号圧縮装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はビデオカメラやビデオテープレコーダなどの映
像機器に用いられる信号圧縮装置に関するものである。

従来の技術 従来の信号圧縮装置としては、テレビジョン学会技術報
告VoL5No.12 P43〜P46「ハイラチチュードカメラ」に
示されている。

第12図は従来の信号圧縮装置を用いた撮像装置のブロッ
ク図を示すものであり、１は撮像素子であり、光電変換
を行なう。２は信号処理回路であり、ガンマ補正前の輝
度信号と、２つの色差信号を合成する。３はガンマ補正
回路であり、輝度信号のガンマ補正を行なうと同時に信
号レベルの圧縮を行なう。４はエンコーダ回路であり、
輝度信号と２つの色差信号よりたとえばNTSC信号に変換
し出力する。３のガンマ補正回路の特性は第６図に示す
変換特性を用い、入力信号レベルの大きい100％から400
％までの信号を、出力信号として130％までに圧縮す
る。

以上のように構成された従来の信号圧縮装置においては
400％までのレンジを持った輝度信号を130％までのレン
ジに変換することが可能となる。しかし100％を越える
レベルにおいて、信号は大きく圧縮されて出力される。
たとえば第13図に示したように100％のレベル以上で変
化するような信号が入力されたとき、第６図に示す特性
の変換では第14図に示す波形に変換され、入力レベル15
0％前後で変化している成分は1/10の変化レベルに圧縮
され出力される。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら上記のような構成では、大きなレベルの信
号は飽和せずに出力できるが、圧縮率が大きくなり、ゲ
イン1/10と大幅に低下するという問題点を有していた。

本発明はかかる点に鑑み、大きなレベルの信号を圧縮す
る場合においてもゲインを大幅に下げることなく信号を
圧縮する、または、小さなレベルの信号はゲインを上
げ、全てのレベルで信号の変化成分が、十分なレベルと
なるように信号を圧縮する信号圧縮装置を提供すること
を目的とする。

問題点を解決するための手段 本発明は上記目的を達成するため、入力信号を帯域制限
する帯域制限回路と、この帯域制限回路よりの信号振幅
を変化させるゲインコントロール回路と、前記入力信号
から前記ゲインコントロール回路の出力信号を減算する
減算回路と、前記入力信号のレベルの状態を検出する状
態検出回路とを具備し、前記ゲインコントルール回路は
前記状態検出回路の出力により回路の利得を変化させ、
前記状態検出回路は前記入力信号の平均をとる第１の平
均回路と、前記入力信号の定められたレベル以下の平均
をとる第２の平均回路と、前記２つの平均回路からの信
号または入力信号レベルの分布により前記ゲインコント
ロール回路の利得を制御するゲイン制御回路とを備え、
前記入力信号のレベルの高い部分の変化成分は圧縮せず
にその信号レベルのみを圧縮し、また前記入力信号のレ
ベルの低い部分は相対的に伸張または圧縮しない構成で
ある。

また、前記状態検出回路は、入力された信号に対する画
像上でｎ個（ｎは任意の正の数）に分割しこのｎ分割し
た範囲において平均をとる平均回路と、この平均回路か
らの信号またはｎ個に分割した範囲の信号レベルの分布
により、画像上の各部分でゲインコントロール回路の利
得を決定するゲイン制御回路とを備え、画像上の各部分
に適した信号処理を行う構成である。

作用 本発明は前記の構成により、入力された信号のレベルの
高い部分を検出し、この検出された信号の低周波部分を
減算することにより、高いレベルの信号を低いレベルに
変換し、信号レベルの圧縮を行なう。また入力された信
号の状態により、信号の低周波部分を減算するゲインを
変化させることにより、信号レベルの圧縮をより効果的
に行い、また低レベルの信号も十分な信号レベルとなる
よう、低いレベルのゲインを上げ、全てのレベルで信号
の変化成分が十分なレベルとなるよう、信号を圧縮す
る。

実施例 第１図は本発明の第１の実施例における信号圧縮装置と
この信号圧縮装置を用いた撮像装置のブロック図を示す
ものである。第１図において10はレベル圧縮ブロックで
あり11は分布検出ブロックである。１〜４の撮像装置に
関するブロックは第７図の従来のものと同様であり、レ
ベル圧縮ブロック10と分布検出ブロック11にガンマ補正
前の輝度信号を入力する。レベル圧縮ブロック10と分布
検出ブロック11の詳細なブロック図を第２図に示す。

第２図において13は信号帯域を制限する帯域制限回路で
あり、14は外部回路よりの制御信号によりゲインを制御
するゲイン制御回路であり、15,16は入力信号の平均を
とる平均回路であり、17はゲインコントロール回路14の
ゲインを決定するゲイン制御回路であり、18は減算回路
である。

このレベル圧縮ブロック10に入力される信号を、たとえ
ば第13図に示した信号とする。入力された信号は、まず
帯域制限回路13により帯域制限を行なう。この帯域制限
時の信号を第３図に示す。帯域制限は水平方向だけでな
く垂直方向にも行なう２次元のLPF構成が自然なレベル
圧縮を行なうことが出来る。（後で説明を行なう。） このように帯域制限された信号のレベルをゲインコント
ロール回路14により制御する。この制御を行なう信号は
状態検出ブロック11により演算する。状態検出ブロック
11は、２つの平均回路15,16とゲイン制御回路17より構
成される。平均回路15は入力された信号の全レベルの平
均値A_tを演算し、平均回路16は入力された信号のレベル
の高い範囲をのぞいた平均値A_mを演算する。ゲイン制御
回路17は２つの平均値の比Rav を演算し、このRavの値によりゲインコントロール回路1
4のゲインを第４図実線に示すように決定する。平均値
の比Ravが１に近い所（第４図では1.0〜0.9の範囲）で
は、ゲインはゼロであり、ゲインコントロール回路14の
出力を０とする。またRavが小さい所（第４図では0.6以
下の範囲）ではゲイン0.4であり、ゲインコントロール
回路14の出力を帯域制限回路13の出力レベルの0.4にす
る。

今、入力信号の高輝度のレベルを150とする。帯域制限
された信号波形を第３図に示す。そしてゲインコントロ
ール回路14の出力は60のレベルとなる。そして減算回路
18により入力された信号からこの60のレベルを持った信
号を引くことにより、低周波の帯域において信号レベル
を90まで圧縮することができる。

このようにして圧縮した信号を第５図に示す。ゲインコ
ントロール回路のゲインを大きくすると上記のように信
号の減算量が増加して信号の圧縮量が増加する。ゲイン
の制御は第４図の実線に示すものに限定する必要はな
く、一点鎖線のような特性でも良い。この場合は平均値
の比Ravが0.4以下の範囲で、輝度レベル150の信号は108
まで圧縮される。

第５図において信号のレベルが急峻に変化する部分は、
その前後においてオーバーシュート、アンダーシュート
の波形となるが、このような信号のレベル変化は人間の
明るさ知覚時に錯視を発生させる。従って信号レベルを
圧縮しても人間が知覚する画像の明るさは殆ど圧縮され
ず、信号の圧縮にとって良い結果となる。特に２次元の
帯域制限をしたときその効果は高い。

以上に示した信号の圧縮では高輝度レベルにある振幅の
微小変化した信号は圧縮されず、そのままの振幅レベル
で出力することが可能となる。

このように圧縮した信号で従来の撮像装置と同様にガン
マ補正回路３によりガンマ補正を行なう。ここで行なう
ガンマ補正は従来のものと同様で良い。ガンマ特性は第
６図に示したものを用いるとガンマ補正後の出力は第７
図に示す波形となる。ガンマ処理を行なう前に、本発明
の処理を行ない、信号のレベルを低減することにより、
高輝度のレベルにある小さな変化をともなう信号も、大
きな振幅レベルの低減を受けることなく出力することが
可能となる。また高レベルの信号が圧縮されてその信号
レベルが低減される部分を低レベルの信号に割り振るこ
ともできる。つまり、γ補正回路３の低レベルのゲイン
（第６図の場合ゲインは３〜1.4）を従来より大きくす
ることも可能となる。従って低レベルの変化成分を従来
より大きく、また高レベルの変化成分を圧縮することな
く十分なレベルで出力できる圧縮を行うことが可能とな
る。

以上のように本実施例によれば、入力された信号に帯域
制限を行なって、状態検出部で定められたゲインでもと
の信号より減算することにより、信号レベルの圧縮を行
なう。この圧縮を行なうことにより、ガンマ補正曲線の
傾きのみで単純にレベルを圧縮した圧縮方法と比較し
て、高輝度のレベルにある小さな変化をともなう信号に
おいても変化部分の振幅レベルの圧縮を受けない信号全
体のレベル圧縮を行うことができる。

また全体の信号レベルが圧縮されるため低レベルの信号
を相対的に拡大できる。このようにすべての信号レベル
で、小振幅の変化成分を圧縮しないか、または拡大し、
同時に全体の信号レベルとしては圧縮が行える。

なお本実施例においては状態検出部を、入力された信号
の平均値と、レベルの高い範囲を除いた平均値を用いて
信号の状態検出を行なっているが、信号の状態の検出方
法はこの方法にかぎる必要はなく、信号レベルの分布よ
りその状態を検出し、高いレベルに分布が多い場合、圧
縮が大きくなる方向にゲインコントロール回路14を制御
することもできる。また入力される画像の信号量が多い
場合には、一つの画像を複数のブロックに分割し、ブロ
ック内のデータの平均した値やブロック内の信号レベル
の分布を用いて信号の状態検出を行うこともできる。複
数のブロックに分割した場合、画像の部分的な特徴に対
応したレベルの圧縮が行え、画像中に様々なレベルの変
化があるものに対しても、それぞれの部分的な画像の状
態に対応した適切な処理が行える。

また本実施例においては信号の圧縮量を、信号の状態を
検出し、その状態に応じて可変さす構成として示した
が、圧縮量を固定として動作を行なわすこともできる。

第２の実施例として圧縮量を固定した信号圧縮装置の構
成を第８図に示す。同図において、13は帯域制限回路、
18は減算回路で、以上は第２図の構成と同様なものであ
る。第２図の構成と異なるのは非線形回路12を帯域制限
回路13の前に設け、さらにゲイン設定回路21を外部から
の信号により制御せず、定められた一定のゲインで動作
させる点である。

前記のように構成された第２の実施例について以下その
動作を説明する。

基本的な動作は第１の実施例と同様であり、非線形回路
12により低レベルの信号を零レベルに変換する。この変
換された信号に対して帯域制限回路13により帯域制限
（２次元の帯域制限）してから一定の定数をゲイン設定
回路により掛け、入力された信号からこの信号を減算す
ることにより、入力された信号のレベルを圧縮する。本
実施例の場合、ゲイン設定回路の定数は固定となり、常
に一定の圧縮動作が行なわれることになる。したがって
低レベルの入力信号を、非線形回路12により零レベルに
変換し、この零に変換された範囲においては圧縮動作を
行なわないようにする。０レベルから50レベルまでの信
号を０に変換し、帯域制限回路13を通過した信号を第９
図に示す。入力信号の波形は第１の実施例と同じ第13図
に示すものである。ゲイン設定回路21の定数を0.5とし
た場合の出力波形を第10図に示す。150レベルの信号が1
00レベルまで圧縮できる。

以上の様に、本実施例によれば非線形回路を帯域制限回
路の前におき、さらにゲイン設定回路、減算回路を設け
ることにより状態検出回路を省略した構成においても低
レベルの入力信号を圧縮することなく、入力信号のレベ
ルの高い部分をそのレベルに応じて圧縮することができ
る。このとき非線形回路を帯域制限回路の前におくこと
により、帯域制限後の波形を歪ませずに入力信号から減
算できる。これにより信号のトランジェント部の前後で
信号が滑らかに変化し、画像の観察時に明るさ錯視の効
果が発生する。このため圧縮された信号の画像は、信号
のレベル圧縮を受けた印象は殆どなく、自然で且つ十分
な信号の圧縮が可能となる。

なお、第１の実施例においては入力信号を直接帯域制限
回路13に入力していたが、第11図に示す構成にして第２
の実施例のように非線形回路12を用いた構成にしても自
然で且つ十分な圧縮が得られることは言うまでもない。
第11図の構成の動作は第１及び第２の実施例と同様であ
るので、その説明は省略する。

また、第２の実施例において非線形回路をのぞいた構成
においても十分な信号圧縮を行なうことも可能である。

また非線形回路の０に変換するレベルやゲイン設定回路
の定数は必要に合せて可変しても良いのは明らかであ
る。

なお、本発明のレベル圧縮装置とビデオカメラ等に用い
られるガンマ回路を合せて用いても良好なレベル圧縮が
行なえることも明らかである。

発明の効果 以上説明したように、本発明によれば、大きな振幅レベ
ルの信号も、その中に含まれる微小変化する成分を圧縮
することなく、また低レベルの信号は相対的に拡大でき
る。また帯域制限後に非線形処理を行わないため、明る
さ錯視の効果を十分に付けることができ、信号レベルの
圧縮を受けた印象は殆ど発生せず、自然でかつ十分な信
号振幅の圧縮を行うことができる。さらに画像中に様々
なレベルの変化があるものに対しても、それぞれの部分
的な画像の状態に対応した適切な拡大や圧縮処理が行
え、低いレベルの部分から高いレベルの部分まで、画像
の部分的な特徴に応じた自然で見やすい処理を行い、か
つ全体の信号レベルは圧縮が行え、その効果は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明における一実施例の信号圧縮装置及びそ
れを用いた撮像装置のブロック図、第２図は信号圧縮装
置の構成例を示すブロック図、第３図及び第５図は本実
施例の動作波形図、第４図は本実施例のゲイン制御回路
のゲイン制御特性図、第６図は撮像装置のガンマ特性
図、第７図は本発明における一実施例の信号圧縮装置を
用いた撮像装置の動作波形図、第８図は本発明における
第２の実施例の信号圧縮装置のブロック図、第９図及び
第10図は同実施例の動作波形図、第11図は一実施例のブ
ロック図、第12図は従来例のガンマ補正回路のみによる
信号圧縮を行なった撮像装置のブロック図、第13図は入
力波形の一例を示す波形図、第14図は従来例の出力波形
を示す波形図である。 10……レベル圧縮ブロック、11……状態検出ブロック、
12……非線形回路、13……帯域制限回路、14,21……ゲ
イン設定回路、15,16……平均回路、17……ゲイン制御
回路。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】入力信号を帯域制限する帯域制限回路と、
   この帯域制限回路よりの信号振幅を変化させるゲインコ
   ントロール回路と、前記入力信号から前記ゲインコント
   ロール回路の出力信号を減算する減算回路と、前記入力
   信号のレベルの状態を検出する状態検出回路とを具備
   し、前記ゲインコントルール回路は前記状態検出回路の
   出力により回路の利得を変化させ、前記状態検出回路は
   前記入力信号の平均をとる第１の平均回路と、前記入力
   信号の定められたレベル以下の平均をとる第２の平均回
   路と、前記２つの平均回路からの信号または入力信号レ
   ベルの分布により前記ゲインコントロール回路の利得を
   制御するゲイン制御回路とを備え、前記入力信号のレベ
   ルの高い部分の変化成分は圧縮せずにその信号レベルの
   みを圧縮し、また前記入力信号のレベルの低い部分は相
   対的に伸張または圧縮しないことを特徴とする信号圧縮
   装置。
2. 【請求項２】入力信号を帯域制限する帯域制限回路と、
   この帯域制限回路よりの信号振幅を変化させるゲインコ
   ントロール回路と、前記入力信号から前記ゲインコント
   ロール回路の出力信号を減算する減算回路と、前記入力
   信号のレベルの状態を検出する状態検出回路とを具備
   し、前記ゲインコントルール回路は前記状態検出回路の
   出力により回路の利得を変化させ、前記状態検出回路
   は、前記入力信号に対する画像上でｎ個（ｎは任意の正
   の数）に分割しこのｎ分割した範囲において平均をとる
   平均回路と、この平均回路からの信号またはｎ個に分割
   した範囲の信号レベルの分布により、画像上の各部分で
   前記ゲインコントロール回路の利得を決定するゲイン制
   御回路とを備えたことを特徴とする信号圧縮装置。