JP3546698B2 - Scan line interpolation circuit - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インタレース画像をプログレッシブ画像に変換する際等に用いられる走査線補間回路に関する。
【0002】
【従来の技術】
NTSC信号やハイビジョン信号等の標準的なテレビジョン信号はインタレース(飛び越し走査)信号である。図5は走査線構造を示す図であり、(a)はインタレース信号、(b)はプログレッシブ(順次走査)信号、(c)は走査線補間によってインタレース信号をプログレッシブ信号に変換した信号を示している。なお、プログレッシブ信号はノンインタレース信号と称されることもある。図5中の○は走査線を示し、×は補間された走査線を示している。
【0003】
この図5において、垂直方向Vは画面の垂直方向であり、水平方向tは時間方向である。インタレース信号は、図5(a)に示すように、1つのフレームが時間及び垂直方向にずれた2つのフィールドで構成される。これに対し、プログレッシブ信号は、図5(b)に示すように、走査線構造にずれがない。インタレース信号においては、画像の垂直方向の高い周波数成分が多くなると、ラインフリッカを生じる等のインタレース妨害が存在する。一方、プログレッシブ信号では、インタレース妨害は存在しない。
【0004】
そこで、図5(c)に示すように、インタレースで間引かれている部分の走査線を周辺の走査線で補間し、プログレッシブ信号に変換することによって、インタレース妨害を除去する処理方法がある。このような処理方法は、順次走査変換もしくは倍密変換と称される。
【0005】
従来においては、順次走査変換や倍密変換のための走査線補間は、動き適応処理で行われる。即ち、図6に示すように、画像が静止している場合は、前後フィールドの画素A,Bの平均値を×で示す新しい画素Qとするフィールド間補間を行うことによって、新しい走査線を生成する。画像が動いている場合は、上下の画素C,Dの平均値を×で示す新しい画素Qとするフィールド内補間を行うことによって、新しい走査線を生成する。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、フィールド間補間やフィールド内補間による順次走査変換は、入力信号に対する時間−垂直領域における時空間のフィルタとみなすことができ、フィールド間補間は時間ローパスフィルタ(以下、ローパスフィルタをLPFと略記する)、フィールド内補間は垂直LPFの特性を持つ。
【0007】
図7(a)は時間周波数f−垂直空間周波数νに関する静止画像のスペクトルを示したものである。静止画像では、図7(a)に示すように、画像のスペクトルはf=0の軸上にしか存在しない。なお、f=60,−60(Hz)に存在する●を中心に広がるスペクトルは、偶数次の高調波スペクトルである。静止画像の場合の補間処理であるフィールド間補間の阻止域は、図7(a)に斜線を付した部分で示され、斜線を付していない領域のスペクトルが順次走査変換後の出力信号となる。
【0008】
従って、静止画像では、フィールド間補間を行うことによって、偶数次の高調波スペクトルを含む原スペクトルを損なうことなく、インタレース妨害となる破線で示すf=30,−30(Hz)に存在する×を中心に広がる奇数次の高調波スペクトルのみを除去することができる。これによって、画質劣化のないプログレッシブ信号を得ることができる。
【0009】
一方、図7(b)は時間周波数f−垂直空間周波数νに関する動画像のスペクトルを示したものである。一般的には、動画像は、図7(b)に示すように、フィールド間相関が小さく、画像のスペクトルが時間高域にまで広がっていることが多い。動画像に対してはフィールド間補間を用いることができない理由は、このことから説明できる。即ち、フィールド間補間では、動画像の大きな特徴である時間高域のスペクトルを除去してしまうことになるからである。
【0010】
そこで、動画像では時間高域のスペクトルを除去しないような、図7(b)に斜線を付した部分で示される阻止域の特性を持つ垂直フィルタ、即ち、フィールド内補間でなければならない。しかし、フィールド内補間による固定的な垂直LPFでは、時間高域のスペクトルは保存されるが、原スペクトルの一部が欠落し、奇数次の高調波スペクトルが完全に除去されない。そのため、従来の走査線補間回路による動き適応処理においては、動き部分では解像度が劣化し、ラインフリッカやジャギ等のインタレース妨害が完全には除去されない。
【0011】
本発明はこのような問題点に鑑みなされたものであり、走査線補間するに際して画像に動き部分が存在しても、解像度の劣化やインタレース妨害が発生することなく、高画質な走査線補間画像を得ることができる走査線補間回路を提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上述した従来の技術の課題を解決するため、入力された画像信号の走査線を補間する走査線補間回路において、被補間フィールドである現フィールドの空間的に上下に位置する走査線よりフィールド内補間信号を生成するフィールド内補間手段(5)と、前記現フィールドの垂直方向に低い周波数成分である現フィールド低域信号を生成する現フィールド低域信号生成手段(7)と、前記現フィールドに対して時間的に後の垂直方向に高い周波数成分である後フィールド高域信号を生成する後フィールド高域信号生成手段(3)と、前記現フィールドに対して時間的に前の垂直方向に高い周波数成分である前フィールド高域信号を生成する前フィールド高域信号生成手段(8)と、前記現フィールドに対して時間的に前後するフィールドから画像の動き方向と動き量とを検出する動き方向検出手段(4)と、前記動き方向検出手段によって検出された動き方向に従って、前記後フィールド高域信号をシフトする第1のシフト手段(9)と、前記動き方向検出手段によって検出された動き方向に従って、前記前フィールド高域信号をシフトする第2のシフト手段(10)と、前記第1及び第2のシフト手段によってシフトされた前記後フィールド高域信号及び前記前フィールド高域信号と、前記現フィールド低域信号とを加算して時空間補間信号を生成する時空間補間信号生成手段(13,14)と、前記動き方向検出手段によって検出された動き量に従って、前記フィールド内補間信号と前記時空間補間信号とを適応混合する適応混合手段(11,12,15)とを備えて構成したことを特徴とする走査線補間回路を提供するものである。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の走査線補間回路について、添付図面を参照して説明する。図1は本発明の走査線補間回路の一実施例を示すブロック図、図2は図1中の動き方向検出器4の具体的構成の一例を示すブロック図、図3は本発明の走査線補間回路を動き適応補間装置に応用した例を示すブロック図、図4は本発明の走査線補間回路を順次走査変換装置に応用した例を示すブロック図、図8は本発明の走査線補間回路を説明するための画像スペクトルを示す図である。
【0014】
まず、図8を用いて、本発明の走査線補間回路の原理について説明する。画像が垂直方向や水平方向に平行移動しているときの画像のスペクトルは、方向性を伴って広がるという特徴を持つ。例えば、画像を水平方向の動き速度Vx=0、垂直方向の動き速度Vy=2(走査線/フィールド)で等速移動させた場合、図8に示すように、画像のスペクトルはf−ν平面上の太実線で示す決まった直線上にのみ存在する。
【0015】
そこで、本発明では、現フィールドに対して時間的に前後するフィールドから画像の動き方向と動き量とを検出する。これによって、複数の特徴的な画像のスペクトルをそれぞれ区別することが可能となる。また、検出された動き方向に基づき、前及び後フィールド高域信号を空間的に上下左右にシフトさせ、現フィールド低域信号に加算して時空間補間信号を得る。これによって、それぞれの特徴的な画像のスペクトルに最適な周波数特性を持つ補間処理を施すことが可能となる。
【0016】
例えば、図8に示すスペクトルを持つ画像に対しては、図8に斜線を付した(黒く塗りつぶした)部分が阻止域となる時空間補間を行うようにすることによって、画質劣化のないプログレッシブ信号を得ることができる。
【0017】
ここで、本発明の走査線補間回路の構成及び動作について具体的に説明する。図1において、入力端子1より入力されたインタレース画像信号は、フィールド遅延器2,垂直ハイパスフィルタ(以下、ハイパスフィルタをHPFを略記する)3,動き方向検出部4に入力される。
【0018】
フィールド遅延器2は入力された画像信号を1フィールド分の時間だけ遅延し、その遅延した画像信号をフィールド内補間器5とフィールド遅延器6と垂直LPF7に入力する。フィールド遅延器6は入力された画像信号を1フィールド分の時間だけ遅延し、その遅延した画像信号を動き方向検出部4と垂直HPF8に入力する。従って、垂直HPF3と、フィールド内補間器5及び垂直LPF7と、垂直HPF8には、それぞれ1フィールドずつ異なった画像信号が入力されることになる。なお、フィールド遅延器2より出力された画像信号を現フィールドとする。
【0019】
垂直HPF3は、被補間フィールドである現フィールドに対して時間的に後のフィールドの高域信号を取り出し、画像シフト器9に入力する。同様に、垂直HPF8は、被補間フィールドである現フィールドに対して時間的に前のフィールドの高域信号を取り出し、画像シフト器10に入力する。即ち、垂直HPF3は、現フィールドに対して時間的に後の垂直方向に高い周波数成分である後フィールド高域信号を生成する後フィールド高域信号生成手段であり、垂直HPF8は、現フィールドに対して時間的に前の垂直方向に高い周波数成分である前フィールド高域信号を生成する前フィールド高域信号生成手段である。
【0020】
動き方向検出部4は、後述するような構成及び方法によって、2フィールド(1フレーム)間の画像の動き方向を示す値(以下、動き方向値)sと、画像の動き量を示す値(動き量値)kとを求め、画像の動き方向値sを画像シフト器9及び画像シフト器10に入力し、画像の動き量値kを乗算器11及び乗算器12に入力する。即ち、動き方向検出部4は、現フィールドに対して時間的に前後するフィールドから画像の動き方向と動き量とを検出する動き方向検出手段である。
【0021】
画像シフト器9及び画像シフト器10は、動き方向値sに従って入力された高域信号を空間的に移動させ、加算器13に入力する。なお、画像シフト器9で空間的に移動するフィールドと、画像シフト器10で空間的に移動するフィールドとは、被補間フィールドである現フィールドから見て時間関係が逆なので移動方向も逆にする。加算器13は、空間的に移動された前後フィールドの高域信号を加算し、加算器14に入力する。
【0022】
垂直LPF7は現フィールドの低域信号を取り出し、加算器14に入力する。なお、垂直LPF7は、現フィールドの垂直方向に低い周波数成分である現フィールド低域信号を生成する現フィールド低域信号生成手段である。加算器14は加算器13より入力された前後フィールドの高域信号の加算結果と垂直LPF7より入力された現フィールドの低域信号とを加算し、時空間補間信号を生成する。即ち、加算器13と加算器14は、後フィールド高域信号及び前フィールド高域信号と現フィールド低域信号とを加算して時空間補間信号を生成する時空間補間信号生成手段である。この時空間補間信号は、乗算器11に入力される。
【0023】
さらに、フィールド内補間器5は、被補間走査線の空間的に上下に位置する走査線を加算し、フィールド内補間信号を生成する。フィールド内補間器5においては、上記の時空間補間信号を生成する際に生じた遅延分と同等の遅延がなされ、時空間補間信号と同期したフィールド内補間信号が乗算器12に入力される。
【0024】
上記のように、乗算器11と乗算器12には動き方向検出部4から動き量値kが入力されている。乗算器11は入力された時空間補間信号に(1−k)を乗じ、乗算器12は入力されたフィールド内補間信号にkを乗じ、それぞれの乗算結果を加算器15に入力する。加算器15は、動き量値kによって重み付けされた時空間補間信号及びフィールド内補間信号を加算し、最終的な補間信号を出力端子16より出力する。なお、乗算器11,12及び加算器15は、動き方向検出手部4によって検出された動き量値kに従って、フィールド内補間信号と時空間補間信号とを適応混合する適応混合手段である。
【0025】
次に、図1中の動き方向検出部4の詳細な構成及び動作について説明する。図2において、入力されたインタレース画像信号は画像シフト器17に入力され、フィールド遅延器6より出力された画像信号は画像シフト器18に入力される。画像シフト設定器19は、予め設定されている探索範囲に応じて画像シフト値を順次発生し、画像シフト器17と画像シフト器18と動き方向判定器23に入力する。なお、探索範囲とは、画像信号の動き方向及び動き量を検出するために、入力信号をシフトする範囲を意味する。
【0026】
例えば、探索範囲を垂直方向に走査線単位で±1、水平方向に画素単位で±2とすると、画像シフト設定器19は、3×5(垂直×水平)で15個の画像シフト値を順次発生することになる。画像シフト器17と画像シフト器18は、その画像シフト値に従って入力された画像信号を空間的に移動させ、減算器20に入力する。なお、画像シフト器17で空間的に移動されるフィールドと、画像シフト器18で空間的に移動されるフィールドとは、被補間フィールドである現フィールドから見て時間関係が逆なので移動方向も逆にする。
【0027】
減算器20は、画像シフト器17の出力と画像シフト器18の出力とを減算することによってフレーム間差をとり、その差信号(フレーム間差分値)を絶対値化器21に入力する。絶対値化器21は入力されたフレーム間差分値を絶対値化し、空間LPF22に入力する。空間LPF22は、絶対値化されたフレーム間差分値に空間的なローパスフィルタをかけることによって空間的な変化をスムージングし、動き方向判定器23に入力する。上記のように、動き方向判定器23には画像シフト設定器19より各画像シフト値が入力されており、動き方向判定器23は、空間LPF22より入力される各画像シフト値のフレーム間差分値を比較する。
【0028】
動き方向判定器23は、フレーム間差分値の比較の結果、フレーム間差分値が最小値となる画像シフト値を画像の動き方向値sとして出力端子24に出力する。この動き方向値sは、上記のように、図1中の画像シフト器9,10に入力される。また、動き方向判定器23は、最小値のフレーム間差分値を非線形変換器25に入力する。非線形変換器25は、入力されたフレーム間差分値を非線形変換し、画像の動き量値kとして出力する。即ち、入力されたフレーム間差分値がノイズレベル以下の場合を0とし、所定のレベル以上の場合を1とし、その間を線形に変換する。
【0029】
この所定のレベルは、図1中のフィールド内補間器5により得たフィールド内補間信号の方が、明らかに加算器14までの処理によって得た時空間補間信号よりも適正であるとするレベルに設定する。このようにして得られた動き量値kは、出力端子26より出力される。この動き量値kは、上記のように、図1中の乗算器11,12に入力される。
【0030】
本発明の走査線補間回路は以上のように構成される。そして、本発明の走査線補間回路は、図3に示すように、動き適応補間装置の走査線補間回路として、また、図4に示すように、順次走査線変換装置の走査線補間回路として用いられる。
【0031】
まず、図3において、入力端子1より入力された画像信号は、走査線補間回路30,フィールド間補間器31,動き検出器33に入力される。走査線補間回路30は、図1に示す本発明による走査線補間回路である。走査線補間回路30は動き用補間信号を生成し、適応混合器32に入力する。フィールド間補間器31は、図6で説明したように、被補間フィールドの時間的に前後フィールドの画素A,Bの平均値を静止用補間信号として生成し、適応混合器32に入力する。動き検出器33は画像の動きを検出する。適応混合器32は、動き検出器33により検出された動きの大きさに応じて動き用補間信号と静止用補間信号とを適応混合し、最終的な補間信号を出力端子34より出力する。
【0032】
次に、図4において、入力されたインタレース画像信号は、走査線補間回路40とフィールド遅延器41に入力される。走査線補間回路40は、図1に示す本発明による走査線補間回路である。走査線補間回路40により生成された補間信号はラインバッファ42に入力される。フィールド遅延器41は入力された画像信号に対して走査線補間回路40により生じた遅延分と同等の遅延をし、ラインバッファ43に入力する。ラインバッファ42とラインバッファ43は1ライン分の信号を保持し、入力信号の2倍の速度で読み出す。ラインバッファ42,43の出力はスイッチ44に入力され、このスイッチ44で交互に選択されることによって順次走査信号となり、出力端子45より出力される。
【0033】
以上のようにして、本発明の走査線補間回路は、画像の動き方向と大きさを検出し、そのときの画像のスペクトルに最適な時空間補間フィルタの特性に変化させることができるので、順次走査変換や倍密変換等の走査線補間に際し、解像度が劣化することなく、また、ラインフリッカやジャギ等のインタレース妨害も発生しない。
【0034】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明の走査線補間回路は、被補間フィールドである現フィールドの空間的に上下に位置する走査線よりフィールド内補間信号を生成するフィールド内補間手段と、現フィールドの垂直方向に低い周波数成分である現フィールド低域信号を生成する現フィールド低域信号生成手段と、現フィールドに対して時間的に後の垂直方向に高い周波数成分である後フィールド高域信号を生成する後フィールド高域信号生成手段と、現フィールドに対して時間的に前の垂直方向に高い周波数成分である前フィールド高域信号を生成する前フィールド高域信号生成手段と、現フィールドに対して時間的に前後するフィールドから画像の動き方向と動き量とを検出する動き方向検出手段と、動き方向検出手段によって検出された動き方向に従って、後フィールド高域信号をシフトする第1のシフト手段と、動き方向検出手段によって検出された動き方向に従って、前フィールド高域信号をシフトする第2のシフト手段と、第1及び第2のシフト手段によってシフトされた後フィールド高域信号及び前フィールド高域信号と、現フィールド低域信号とを加算して時空間補間信号を生成する時空間補間信号生成手段と、動き方向検出手段によって検出された動き量に従って、フィールド内補間信号と時空間補間信号とを適応混合する適応混合手段とを備えて構成したので、走査線補間するに際して画像に動き部分が存在しても、解像度の劣化やインタレース妨害が発生することなく、高画質な走査線補間画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示すブロック図である。
【図2】図1中の動き方向検出器4の具体的構成の一例を示すブロック図である。
【図3】本発明を動き適応補間装置に応用した例を示すブロック図である。
【図4】本発明を順次走査変換装置に応用した例を示すブロック図である。
【図5】各種走査線構造を示す図である。
【図6】フィールド間補間及びフィールド内補間を示す図である。
【図7】従来の問題点を説明するためのフィールド間補間及びフィールド内補間の画像のスペクトルを示す図である。
【図8】本発明を説明するための画像スペクトルを示す図である。
【符号の説明】
2,6 フィールド遅延器
3,8 垂直ハイパスフィルタ
4 動き方向検出部
5 フィールド内補間器
7 垂直ローパスフィルタ
9,10 画像シフト器
11,12 乗算器
13,14,15 加算器
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a scanning line interpolation circuit used for converting an interlaced image into a progressive image.
[0002]
[Prior art]
Standard television signals such as NTSC signals and HDTV signals are interlaced (interlaced scanning) signals. 5A and 5B are diagrams showing a scanning line structure. FIG. 5A shows an interlaced signal, FIG. 5B shows a progressive (sequential scanning) signal, and FIG. 5C shows a signal obtained by converting an interlaced signal into a progressive signal by scanning line interpolation. Is shown. Note that the progressive signal may be referred to as a non-interlaced signal. In FIG. 5, a circle indicates a scanning line, and a cross indicates an interpolated scanning line.
[0003]
In FIG. 5, the vertical direction V is the vertical direction of the screen, and the horizontal direction t is the time direction. As shown in FIG. 5A, the interlace signal is composed of two fields in which one frame is shifted in time and in the vertical direction. On the other hand, the progressive signal has no shift in the scanning line structure as shown in FIG. In an interlaced signal, when the number of high frequency components in the vertical direction of an image increases, interlace interference such as generation of line flicker occurs. On the other hand, in a progressive signal, there is no interlace interference.
[0004]
Therefore, as shown in FIG. 5C, a processing method for removing interlace interference by interpolating a scan line of a part decimated by interlace with a peripheral scan line and converting the interpolated scan line into a progressive signal. is there. Such a processing method is referred to as progressive scan conversion or double density conversion.
[0005]
Conventionally, scanning line interpolation for progressive scan conversion and double-density conversion is performed by motion adaptive processing. That is, as shown in FIG. 6, when the image is stationary, a new scanning line is generated by performing inter-field interpolation with the average value of the pixels A and B in the preceding and succeeding fields as a new pixel Q indicated by x. I do. If the image is moving, a new scanning line is generated by performing intra-field interpolation with a new pixel Q indicated by the average value of the upper and lower pixels C and D.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, the progressive scan conversion by the inter-field interpolation or the intra-field interpolation can be regarded as a spatio-temporal filter in the time-vertical region for the input signal, and the inter-field interpolation is a time low-pass filter (hereinafter, the low-pass filter is abbreviated as LPF). ), Intra-field interpolation has the property of a vertical LPF.
[0007]
FIG. 7A shows a spectrum of a still image with respect to a time frequency f and a vertical spatial frequency ν. In a still image, as shown in FIG. 7A, the spectrum of the image exists only on the axis of f = 0. Note that the spectrum that spreads around the circle at f = 60, −60 (Hz) is an even-order harmonic spectrum. The blocking area of the inter-field interpolation which is the interpolation processing in the case of the still image is indicated by the hatched portion in FIG. 7A, and the spectrum of the non-hatched area corresponds to the output signal after the sequential scan conversion and the output signal. Become.
[0008]
Therefore, in the still image, by performing inter-field interpolation, the original spectrum including the even-order harmonic spectrum is not impaired, and f = 30, −30 (Hz) indicated by a broken line that causes interlace interference is present. , Only the odd-order harmonic spectrum spreading around. As a result, a progressive signal without image quality degradation can be obtained.
[0009]
On the other hand, FIG. 7B shows a spectrum of a moving image related to the time frequency f and the vertical spatial frequency ν. Generally, in a moving image, as shown in FIG. 7B, the inter-field correlation is small, and the spectrum of the image often spreads to a high time region. The reason why inter-field interpolation cannot be used for a moving image can be explained from this. That is, in the inter-field interpolation, a spectrum in a high time range, which is a great feature of a moving image, is removed.
[0010]
Therefore, a vertical filter having a characteristic of a stop band indicated by a shaded portion in FIG. 7B, that is, an intra-field interpolation, must be used so as not to remove a spectrum in a high time band in a moving image. However, in the fixed vertical LPF by the intra-field interpolation, although the spectrum in the high time region is preserved, a part of the original spectrum is lost, and the odd-order harmonic spectrum is not completely removed. Therefore, in the motion adaptive processing by the conventional scanning line interpolation circuit, the resolution deteriorates in the moving part, and interlace interference such as line flicker and jaggedness is not completely removed.
[0011]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of such a problem, and even if a moving part exists in an image during scanning line interpolation, high-quality scanning line interpolation is performed without deterioration in resolution or interlace interference. It is an object to provide a scanning line interpolation circuit capable of obtaining an image.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a scanning line interpolation circuit for interpolating a scanning line of an input image signal, wherein the scanning line is located vertically above and below a current field which is an interpolated field. An intra-field interpolation means for generating an intra-field interpolation signal; a current-field low-frequency signal generation means for generating a current-field low-frequency signal which is a frequency component lower in the vertical direction of the current field; A post-field high-band signal generating means (3) for generating a post-field high-band signal which is a high frequency component in the vertical direction after the current field, and a vertical-field signal in front of the current field in the vertical direction. A front field high band signal generating means (8) for generating a front field high band signal which is a high frequency component in the direction; Moving direction detecting means (4) for detecting a moving direction and a moving amount of an image from the field, and a first shifting means for shifting the post-field high-frequency signal in accordance with the moving direction detected by the moving direction detecting means ( 9), second shifting means (10) for shifting the previous field high-frequency signal in accordance with the motion direction detected by the motion direction detecting means, and the second shift means shifted by the first and second shift means. A spatio-temporal interpolation signal generating means (13, 14) for adding a rear field high frequency signal, the previous field high frequency signal, and the current field low frequency signal to generate a spatiotemporal interpolation signal; Adaptive mixing means (11, 12, 15) for adaptively mixing the intra-field interpolation signal and the spatiotemporal interpolation signal in accordance with the motion amount detected by It is to provide a scanning line interpolation circuit, characterized in that configuration was.
[0013]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, a scanning line interpolation circuit according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the scanning line interpolation circuit of the present invention, FIG. 2 is a block diagram showing an example of a specific configuration of the motion direction detector 4 in FIG. 1, and FIG. 3 is a scanning line of the present invention. FIG. 4 is a block diagram showing an example in which the interpolation circuit is applied to a motion adaptive interpolation device, FIG. 4 is a block diagram showing an example in which the scanning line interpolation circuit of the present invention is applied to a progressive scan conversion device, and FIG. 8 is a scanning line interpolation circuit of the present invention. FIG. 5 is a diagram showing an image spectrum for explaining the following.
[0014]
First, the principle of the scanning line interpolation circuit of the present invention will be described with reference to FIG. The spectrum of an image when the image is moving in a vertical or horizontal direction has a characteristic that the spectrum spreads with directionality. For example, when the image is moved at a constant speed at a horizontal movement speed Vx = 0 and a vertical movement speed Vy = 2 (scanning line / field), the spectrum of the image is in the f-ν plane as shown in FIG. It exists only on the fixed straight line shown by the thick solid line above.
[0015]
Therefore, in the present invention, the motion direction and the motion amount of the image are detected from a field temporally before and after the current field. This makes it possible to distinguish the spectra of a plurality of characteristic images. Also, based on the detected motion direction, the front and rear field high frequency signals are spatially shifted up, down, left and right and added to the current field low frequency signal to obtain a spatiotemporal interpolation signal. This makes it possible to perform an interpolation process having an optimal frequency characteristic on each characteristic image spectrum.
[0016]
For example, for an image having the spectrum shown in FIG. 8, by performing spatio-temporal interpolation in which a shaded portion (filled in black) in FIG. 8 is a stop band, a progressive signal without image quality degradation is performed. Can be obtained.
[0017]
Here, the configuration and operation of the scanning line interpolation circuit of the present invention will be specifically described. In FIG. 1, an interlaced image signal input from an input terminal 1 is input to a field delay unit 2, a vertical high-pass filter (hereinafter, high-pass filter is abbreviated to HPF) 3, and a motion direction detection unit 4.
[0018]
The field delay unit 2 delays the input image signal by a time corresponding to one field, and inputs the delayed image signal to the intra-field interpolator 5, field delay unit 6, and vertical LPF 7. The field delay unit 6 delays the input image signal by a time corresponding to one field, and inputs the delayed image signal to the motion direction detection unit 4 and the vertical HPF 8. Therefore, different image signals are input to the vertical HPF 3, the intra-field interpolator 5 and the vertical LPF 7, and the vertical HPF 8, each of which differs by one field. The image signal output from the field delay unit 2 is defined as a current field.
[0019]
The vertical HPF 3 extracts a high-frequency signal of a field temporally later than the current field, which is the interpolated field, and inputs the signal to the image shifter 9. Similarly, the vertical HPF 8 extracts a high-frequency signal of a field temporally before the current field, which is the interpolated field, and inputs the signal to the image shifter 10. That is, the vertical HPF 3 is a post-field high-band signal generation unit that generates a post-field high-band signal that is a high-frequency component in the vertical direction after the current field in time, and the vertical HPF 8 is Means for generating a front-field high-band signal that is a high-frequency component in the vertical direction immediately before the current field.
[0020]
The motion direction detection unit 4 uses a configuration and method to be described later to set a value (hereinafter, motion direction value) s indicating a motion direction of an image between two fields (one frame) and a value (movement direction) indicating an amount of motion of the image. And the motion direction value s of the image is input to the image shifters 9 and 10, and the motion amount value k of the image is input to the multipliers 11 and 12. That is, the movement direction detection unit 4 is a movement direction detection unit that detects a movement direction and a movement amount of an image from a field temporally before and after the current field.
[0021]
The image shifter 9 and the image shifter 10 spatially move the input high-frequency signal according to the motion direction value s, and input the high-frequency signal to the adder 13. Note that the field that moves spatially by the image shifter 9 and the field that spatially moves by the image shifter 10 have the opposite temporal relationship with respect to the current field that is the interpolated field, so that the moving directions are also reversed. . The adder 13 adds the high-frequency signals of the preceding and succeeding fields that have been spatially moved, and inputs the sum to the adder 14.
[0022]
The vertical LPF 7 takes out the low-frequency signal of the current field and inputs it to the adder 14. The vertical LPF 7 is a current-field low-band signal generating unit that generates a current-field low-band signal that is a low-frequency component of the current field in the vertical direction. The adder 14 adds the result of the addition of the high-frequency signals of the preceding and succeeding fields input from the adder 13 and the low-frequency signal of the current field input from the vertical LPF 7 to generate a spatiotemporal interpolation signal. That is, the adder 13 and the adder 14 are spatio-temporal interpolation signal generation means for generating a spatio-temporal interpolation signal by adding the rear field high band signal, the previous field high band signal, and the current field low band signal. This spatiotemporal interpolation signal is input to the multiplier 11.
[0023]
Further, the intra-field interpolator 5 adds the scanning lines spatially located above and below the interpolated scanning line to generate an intra-field interpolation signal. In the intra-field interpolator 5, a delay equivalent to the delay generated when the spatio-temporal interpolation signal is generated is made, and the intra-field interpolation signal synchronized with the spatio-temporal interpolation signal is input to the multiplier 12.
[0024]
As described above, the motion amount value k is input to the multipliers 11 and 12 from the motion direction detector 4. The multiplier 11 multiplies the input spatiotemporal interpolation signal by (1−k), the multiplier 12 multiplies the input intra-field interpolation signal by k, and inputs each multiplication result to the adder 15. The adder 15 adds the spatio-temporal interpolation signal weighted by the motion amount value k and the intra-field interpolation signal, and outputs a final interpolation signal from the output terminal 16. Note that the multipliers 11 and 12 and the adder 15 are adaptive mixing means for adaptively mixing the intra-field interpolation signal and the spatiotemporal interpolation signal according to the motion amount value k detected by the motion direction detection unit 4.
[0025]
Next, a detailed configuration and operation of the movement direction detection unit 4 in FIG. 1 will be described. 2, the input interlaced image signal is input to an image shifter 17, and the image signal output from the field delay 6 is input to an image shifter 18. The image shift setting unit 19 sequentially generates image shift values according to a preset search range, and inputs the image shift values to the image shift unit 17, the image shift unit 18, and the motion direction determination unit 23. Note that the search range means a range in which an input signal is shifted in order to detect a moving direction and a moving amount of an image signal.
[0026]
For example, assuming that the search range is ± 1 in a scanning line unit in the vertical direction and ± 2 in a pixel unit in the horizontal direction, the image shift setting unit 19 sequentially shifts 15 image shift values of 3 × 5 (vertical × horizontal). Will occur. The image shifter 17 and the image shifter 18 spatially move the input image signal according to the image shift value and input the image signal to the subtracter 20. Note that the field spatially moved by the image shifter 17 and the field spatially moved by the image shifter 18 have opposite time relations with respect to the current field, which is the interpolated field, so that the moving directions are also opposite. To
[0027]
The subtractor 20 subtracts the output of the image shifter 17 from the output of the image shifter 18 to obtain an inter-frame difference, and inputs the difference signal (inter-frame difference value) to the absolute value converter 21. The absolute value converter 21 converts the input difference value between frames into an absolute value and inputs the absolute value to the spatial LPF 22. The spatial LPF 22 smoothes a spatial change by applying a spatial low-pass filter to the absolute value of the inter-frame difference value, and inputs the result to the motion direction determiner 23. As described above, each image shift value is input to the motion direction determiner 23 from the image shift setting device 19, and the motion direction determiner 23 calculates an inter-frame difference value of each image shift value input from the spatial LPF 22. Compare.
[0028]
As a result of the comparison between the inter-frame difference values, the motion direction determiner 23 outputs, to the output terminal 24, the image shift value at which the inter-frame difference value becomes the minimum as the motion direction value s of the image. This movement direction value s is input to the image shifters 9 and 10 in FIG. 1 as described above. Further, the motion direction determiner 23 inputs the minimum inter-frame difference value to the nonlinear converter 25. The non-linear converter 25 performs non-linear conversion on the input inter-frame difference value, and outputs the result as an image motion amount value k. That is, the case where the input inter-frame difference value is equal to or less than the noise level is set to 0, and the case where the input inter-frame difference value is equal to or higher than the predetermined level is set to 1, and the interval is linearly converted.
[0029]
This predetermined level is a level at which the intra-field interpolation signal obtained by the intra-field interpolator 5 in FIG. 1 is clearly more appropriate than the spatio-temporal interpolation signal obtained by the processing up to the adder 14. Set. The motion amount value k thus obtained is output from the output terminal 26. This motion amount value k is input to the multipliers 11 and 12 in FIG. 1 as described above.
[0030]
The scanning line interpolation circuit of the present invention is configured as described above. The scanning line interpolation circuit of the present invention is used as a scanning line interpolation circuit of a motion adaptive interpolation device as shown in FIG. 3, and as a scanning line interpolation circuit of a sequential scanning line conversion device as shown in FIG. Can be
[0031]
First, in FIG. 3, an image signal input from the input terminal 1 is input to a scanning line interpolation circuit 30, an inter-field interpolator 31, and a motion detector 33. The scanning line interpolation circuit 30 is the scanning line interpolation circuit according to the present invention shown in FIG. The scanning line interpolation circuit 30 generates a motion interpolation signal and inputs the signal to the adaptive mixer 32. As described with reference to FIG. 6, the inter-field interpolator 31 generates an average value of the pixels A and B in the temporally preceding and succeeding fields of the interpolated field as a stationary interpolation signal, and inputs the interpolated signal to the adaptive mixer 32. The motion detector 33 detects the motion of the image. The adaptive mixer 32 adaptively mixes the motion interpolation signal and the stationary interpolation signal according to the magnitude of the motion detected by the motion detector 33, and outputs a final interpolation signal from an output terminal 34.
[0032]
Next, in FIG. 4, the input interlaced image signal is input to the scanning line interpolation circuit 40 and the field delay unit 41. The scanning line interpolation circuit 40 is the scanning line interpolation circuit according to the present invention shown in FIG. The interpolation signal generated by the scanning line interpolation circuit 40 is input to the line buffer 42. The field delay unit 41 delays the input image signal by the same amount as the delay generated by the scanning line interpolation circuit 40, and inputs the same to the line buffer 43. The line buffer 42 and the line buffer 43 hold a signal for one line and read out the signal at twice the speed of the input signal. The outputs of the line buffers 42 and 43 are input to a switch 44, and are alternately selected by the switch 44 to form a sequential scanning signal, which is output from an output terminal 45.
[0033]
As described above, the scanning line interpolation circuit of the present invention can detect the motion direction and size of an image and change the characteristics of the spatio-temporal interpolation filter optimal for the spectrum of the image at that time. At the time of scanning line interpolation such as scan conversion and double-density conversion, resolution is not degraded, and interlace interference such as line flicker and jaggedness does not occur.
[0034]
【The invention's effect】
As described in detail above, the scanning line interpolation circuit of the present invention includes an intra-field interpolation unit that generates an intra-field interpolation signal from scanning lines spatially located above and below a current field that is an interpolated field; A current-field low-frequency signal generating means for generating a current-field low-frequency signal that is a vertically low-frequency component, and a post-field high-frequency signal that is a vertically high-frequency component temporally behind the current field. A post-field high-frequency signal generating means for generating, a front-field high-frequency signal generating means for generating a front-field high-frequency signal that is a high frequency component in the vertical direction in front of the current field in time, Moving direction detecting means for detecting the moving direction and the moving amount of the image from the temporally preceding and succeeding fields, and the moving direction detecting means First shift means for shifting the rear-field high-frequency signal in accordance with the moving direction, second shifting means for shifting the preceding-field high-frequency signal in accordance with the motion direction detected by the motion direction detecting means, A spatiotemporal interpolation signal generating means for generating a spatiotemporal interpolation signal by adding the post-field high-frequency signal and the previous field high-frequency signal shifted by the second shift means and the current field low-frequency signal; In accordance with the amount of motion detected by (1), adaptive mixing means for adaptively mixing the intra-field interpolation signal and the spatio-temporal interpolation signal is provided. A high-quality scanning line interpolation image can be obtained without causing deterioration or interlace interference.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing one embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing an example of a specific configuration of a motion direction detector 4 in FIG.
FIG. 3 is a block diagram showing an example in which the present invention is applied to a motion adaptive interpolation device.
FIG. 4 is a block diagram showing an example in which the present invention is applied to a progressive scan conversion device.
FIG. 5 is a diagram showing various scanning line structures.
FIG. 6 is a diagram showing inter-field interpolation and intra-field interpolation.
FIG. 7 is a diagram showing a spectrum of an image of inter-field interpolation and intra-field interpolation for explaining a conventional problem.
FIG. 8 is a diagram showing an image spectrum for explaining the present invention.
[Explanation of symbols]
2, 6 field delay unit 3, 8 vertical high-pass filter 4 motion direction detection unit 5 intra-field interpolator 7 vertical low-pass filter 9, 10 image shifter 11, 12 multiplier 13, 14, 15 adder

Claims (1)

入力された画像信号の走査線を補間する走査線補間回路において、
被補間フィールドである現フィールドの空間的に上下に位置する走査線よりフィールド内補間信号を生成するフィールド内補間手段と、
前記現フィールドの垂直方向に低い周波数成分である現フィールド低域信号を生成する現フィールド低域信号生成手段と、
前記現フィールドに対して時間的に後の垂直方向に高い周波数成分である後フィールド高域信号を生成する後フィールド高域信号生成手段と、
前記現フィールドに対して時間的に前の垂直方向に高い周波数成分である前フィールド高域信号を生成する前フィールド高域信号生成手段と、
前記現フィールドに対して時間的に前後するフィールドから画像の動き方向と動き量とを検出する動き方向検出手段と、
前記動き方向検出手段によって検出された動き方向に従って、前記後フィールド高域信号をシフトする第1のシフト手段と、
前記動き方向検出手段によって検出された動き方向に従って、前記前フィールド高域信号をシフトする第2のシフト手段と、
前記第1及び第2のシフト手段によってシフトされた前記後フィールド高域信号及び前記前フィールド高域信号と、前記現フィールド低域信号とを加算して時空間補間信号を生成する時空間補間信号生成手段と、
前記動き方向検出手段によって検出された動き量に従って、前記フィールド内補間信号と前記時空間補間信号とを適応混合する適応混合手段とを備えて構成したことを特徴とする走査線補間回路。
In a scanning line interpolation circuit that interpolates a scanning line of an input image signal,
Intra-field interpolation means for generating an intra-field interpolation signal from scanning lines spatially located above and below the current field which is the field to be interpolated,
Current field low band signal generating means for generating a current field low band signal which is a low frequency component in the vertical direction of the current field,
A post-field high-band signal generation unit that generates a post-field high-band signal that is a high frequency component in the vertical direction after the current field,
A previous-field high-band signal generation unit that generates a previous-field high-band signal that is a high frequency component in the vertical direction before the current field in time,
A movement direction detection means for detecting a movement direction and a movement amount of an image from a field temporally before and after the current field,
First shifting means for shifting the post-field high-frequency signal according to the movement direction detected by the movement direction detection means;
Second shifting means for shifting the previous field high-frequency signal according to the movement direction detected by the movement direction detection means;
A spatio-temporal interpolation signal for generating a spatio-temporal interpolation signal by adding the post-field high band signal and the pre-field high band signal shifted by the first and second shift means and the current field low band signal. Generating means;
A scanning line interpolation circuit comprising: adaptive mixing means for adaptively mixing the intra-field interpolation signal and the spatiotemporal interpolation signal in accordance with the amount of motion detected by the motion direction detection means.
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