JP2000516427A - テレビジョン画像信号処理 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 フレーム又はフィールドメモリは、雑音減少及び／又はフリッカ減少のようなビデオ信号処理機能に対するテレビジョン受像機でしばしば用いられる。テレビジョン受像機は、テレテキスト、メニュー駆動制御システム、多言語スーパー、電子的なＴＶガイドのようなグラフィック形態も有する。ビデオ情報（ＶＩＤ）及びグラフィック情報（ＧＦＸ）を有するテレビジョン画像信号を処理する方法が開示されている。本発明によれば、ビデオ信号及びグラフィック信号が、相違する（損失及び損失のない）圧縮アルゴリズムによってそれぞれ圧縮され（２２；２４）、同一フィールド又はフレームメモリに格納され（２１）、処理（２０）後圧縮解除される（２３；２５）。ここでは、グラフィック品質に悪影響を及ぼすことなく記憶容量を著しく減少させる。本発明は、局所的に発生したグラフィック信号（ＴＸＴ，ＯＳＤ）だけでなく、受信テレビジョン信号に組これまたものとして検出されるグラフィック情報にも適用することができる。

Description

【発明の詳細な説明】 テレビジョン画像信号処理発明の分野 本発明は、ビデオ情報及びグラフィック情報を有するテレビジョン画像信号を 処理するテレビジョン画像信号処理方法であって、このテレビジョン画像信号処 理方法が、画像メモリに前記テレビジョン画像を記憶するステップを具えるテレ ビジョン画像信号処理方法に関するものである。また、本発明は、このような方 法を実施するのに適合したテレビジョン受像機に関するものである。発明の背景 現在のテレビジョン受像機は、雑音減少及び／又はフリッカ減少のような特徴 を有するデジタル信号処理回路が用いられるようになっている。一般に、受像機 は、このための画像メモリを有する。テレビジョン受像機は、テレテキスト受信 機能、複雑なメニュー駆動制御システムの機能、多言語スーパーの機能、電子的 なＴＶガイドの機能のような追加の特徴も有する。これら追加の特徴は、グラフ ィック情報のオンスクリーン表示を要求する。しばしば、このグラフィック情報 は、適度の記憶容量を要求する文字に基づくグラフィック装置によって発生させ られる。しかしながら、画素間に基づいてグラフィック情報を規定するとともに 大記憶容量を必要とする向上したグラフィック装置が近年要求されている。 例えば種々の機能に対して共有メモリを用いることによってこのようなテレビ ジョン受像機の記憶容量を減少させることが重要であることは言うまでもない。 このような共有メモリを有するテレビジョン受像機は、本出願人の米国特許出願 明細書第５，１１９，２００号に開示されている。この従来技術は、受信したビ デオ信号及び局所的に発生したグラフィック（テレテキスト）信号を格納する画 像メモリを具える。受像機は、スクリーン上の画素がビデオ情報又はグラフィッ ク情報を表すことを利用する。画素ごとに１ビットがメモリに格納されて、情報 のタイプを表す。従来の受像機によって、記憶されたグラフィック情報に悪影響 を及ぼすことなくメモリ内のビデオ情報をリフレッシュするとともにフィールド 又はフレームレートで処理することができる。本発明の目的及び要約 本発明の目的は、このようなテレビジョン受像機の記憶容量を更に減少させる ことである。 このために、本発明によるテレビジョン画像信号処理方法は、ビデオ情報及び グラフィック情報を有するテレビジョン画像信号を処理するテレビジョン画像信 号処理方法であって、このテレビジョン画像信号処理方法が、画像メモリに前記 テレビジョン画像を記憶するステップを具えるテレビジョン画像信号処理方法に おいて、前記ビデオ情報及びグラフィック情報を、相違する圧縮アルゴリズムで 圧縮し、圧縮したビデオ情報及びグラフィック情報を、前記画像メモリに格納す ることを特徴とするものである。好適には、両タイプの圧縮された情報を同一メ モリに格納する。 本発明は、所定の圧縮アルゴリズムをビデオ情報及びグラフィック情報に適用 した結果相違するタイプの情報に対して一般に相違するアーティファクト比及び 圧縮比となる場合に評価される。本発明は、データ減少及び符号化アーティファ クトに関するあるタイプの情報に対して適合する圧縮アルゴリズムが他のタイプ の情報に対して不適切であるおそれがあることを示す経験に基づく。信号の認識 は全体的に相違する。場合によっては、グラフィック情報はテキストであり、そ の判読可能性は重大な関心である。ビデオに対しては、移動オブジェクトの自然 の動作及び十分な信号対雑音比が重要である。例えば、画像情報のＭＰＥＧ圧縮 によって十分な結果が生じる。その理由は、それが概してビデオ統計に基づくも のだからである。しかしながら、同一のＭＰＥＧ圧縮をグラフィックに適用する ことによって、グラフィック画像品質が著しく劣化する。これは許容できないも のであると考えられる。その理由は、消費者は、これまでの間高品質のテレテキ スト及びオンスクリーン表示イメージに慣れているからである。 好適には、前記ビデオ情報に損失圧縮アルゴリズムを課すとともに、前記グラ フィック情報に損失のない圧縮アルゴリズムを課す。ここでは、テレビジョン信 号のデータを減少させるとともに、高品質のグラフィック情報を消費者の予測に 適合して保存する。 本発明は、グラフィック情報を特にテレテキストページ又はオンスクリーンメ ニューの形態で局所的に発生させる受像機に限定されるものではない。ビデオ情 報及びグラフィック情報を送信端で混合することもできる。テレビ局はロゴを送 信画像に挿入するとともに番組名及びスーパー用の複雑なグラフィック装置を用 いる。人気のあるクイズ番組は、プレーヤとプレーヤのスコアを有する電気的に 発生したゲームフィールドを同時に示すことに基づく。さらに、会話形テレビジ ョン及びビデオオンで満度の向上に伴って、ビデオイメージはしばしばグラフィ ックメニューに混合される。高品質の組み込まれたグラフィック情報を維持しな がらこれらテレビジョン画像に対する記憶の要求も減少させるために、本発明の 実施の形態は、所定の画像領域のテレビジョン画像信号の予め設定された特性に 基づいて前記画像領域の情報のタイプを決定するステップを具える。この場合、 テレビジョン受像機は、画像領域の情報（例えば、画素の矩形ブロック）がビデ オ情報であるかグラフィック情報であるかを自動的に検出し、それに応じてその 領域に対する適切な圧縮ストラテジを選択する。テレビジョン画像信号の特性の 一例を、所定のイメージ領域の画素値間の一様性の量とする。画像領域の情報の タイプの決定を、（空間的又は時間的に）隣接する画像領域の情報のタイプを考 慮することによって向上させることができる。図面の簡単な説明 図１〜３は、本発明によるテレビジョン受像機の実施の形態を示す。 図４〜６は、図２に示したグラフィック検出回路の例の線形図を示す。 図７は、図３〜５に示す検出回路の動作を説明するためのビデオ背景のグラフ ィック文字の一例を示す。 図８は、本発明によるテレビジョン受像機の他の実施の形態を示す。実施の形態の説明 図１は、本発明によるテレビジョン受像機を示す。この受像機は、所望のテレ ビジョン信号を受信するアンテナ１１及びチューナ１２を具える。受信したテレ ビジョン信号はビデオ復号化回路１２に供給されて、輝度信号及び色信号の形態 のビデオ情報信号ＶＩＤを取り出す。テレビジョン信号はテレテキストデコーダ １４にも供給されて、テレビジョン信号の垂直ブランキング間隔で送信されるテ レテキストデータＴＸＴに復号化する。ここで用いられる用語テレテキストは、 電子的な番組案内情報又は会話形テレビ番組に関連したデータを有するテレビジ ョン信号に従った符号化形態で送信される任意の種類の情報を意味するものと理 解すべきである。 受像機は、（遠隔）制御ユニット１６からのユーザコマンドを受信するともも に他の既知の方法で受像機の動作を制御するマイクロプロセッサ１５を具える。 更に詳しくは、このマイクロプロセッサを、特に受像機のスクリーン上に表示す べきメニューを表すオンスクリーン表示データＯＳＤを発生させるように配置す る。オンスクリーン表示データＯＳＤ及び／又はテレテキストデータＴＸＴは文 字発生器１７に供給されて、スクリーン上に表示するために関連のフレームレー トで表示可能なグラフィック情報ＧＦＸを画素形態で発生させる。通常のテレビ ジョン受像機では、ビデオ情報ＶＩＤ及びグラフィック情報ＧＦＸは、スクリー ン上に同時に表示するために結合回路１８を通じて表示スクリーン１９に供給さ れる。受像機は、特に（クロスカラーやクロスルミナンスのようなアーティファ クトを減少させることによって）ＰＡＬプラス復号化し、連続的なフレームの画 素を回帰的にフィルタ処理することによって）雑音を減少又は（移動補償された フレームレートの倍加によって）フリッカを減少させるイメージ増強回路２０を 具える。イメージ増強回路２０を、フィールド又はフレームメモリ２１に結合す る。 本発明によれば、ビデオ情報ＶＩＤ及びグラフィック情報ＧＦＸを、メモリ２ １に格納する前に個別に圧縮し、その後圧縮解除する。ビデオ情報ＶＩＤを圧縮 する第１圧縮段２２をメモリ２１の入力部に接続し、ビデオ情報ＶＩＤを圧縮解 除する第１圧縮解除段２３をメモリ２１の出力部に接続する。同様に、グラフィ ック情報ＧＦＸを圧縮する第２圧縮段２４をメモリ２１の入力部に接続し、グラ フィック情報ＧＦＸを圧縮解除する第２圧縮解除段２５をメモリ２１の出力部に 接続する。圧縮及び圧縮解除をリアルタイムで、すなわち、関連のフィールド又 はフレームレートで行う。 関連の圧縮段及び圧縮解除段を、情報の各タイプに対して最適なパフォーマン スを有するように選択する。好適には、ビデオ情報ＶＩＤを、ブロック予測符号 化、又は変換係数（ｔｒａｎｓｆｏｒｍ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）の（適合し た）量子化を行う変換符号化のタイプである適合性ダイナミックレンジ符号化（ Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｇｅ Ｃｏｄｉｎｇ；ＡＤＲＣ）の ような損失圧縮アルゴリズムに従って圧縮する。好適には、グラフィック情報Ｇ ＦＸを、実行長符号化（ｒｕｎ−ｌｅｎｇｔｈ ｃｏｄｉｎｇ）や、輪郭符号化 （ｃｏｎｔｏｕｒ ｃｏｄｉｎｇ）やテンプレート符号化（ｔｅｍｐｌａｔｅ ｃｏｄｉｎｇ）のような損失のない圧縮アルゴリズムにしたがって圧縮する。こ れら全ての圧縮方法はそれ自体従来既知であり、それらを更に説明する必要がな い。 一般に、イメージ増強回路２０は、同一の信号処理アルゴリズム（例えば、５ ０Ｈｚから１００Ｈｚへのフィールドレート倍加）をビデオ情報とグラフィック 情報の両方に適用する。しかしながら、ビデオ情報及びグラフィック情報を相違 するイメージ増強アルゴリズムに容易に適用できることが本発明の特徴である。 例えば、雑音減少の程度が、ビデオ情報に対する場合は静的なグラフィック情報 に対する場合に比べて小さくなるおそれがある。図１において、これを、２個の 個別のイメージ増強回路２０ａ及び２０ｂによって示す。 図２及び３は、本発明によるテレビジョン受像機の他の実施の形態を示す。図 １に既に示した回路に対して同一の参照番号を用いる。これら実施の形態の特徴 は、グラフィック情報の検出をグラフィック検出回路２６によって受信テレビジ ョン信号で行うことである。グラフィック情報は、特に送信局名、番組タイトル 、スーパー、クイズ番組のゲームコーナー等の形態で非常によく放送される。図 ２に示した実施の形態において、グラフィック検出回路２６はビデオ復号化回路 １３から放送信号を受信する。後に説明するような方法において、グラフィック 検出回路は、放送信号がビデオ情報とグラフィック信号のうちのいずれを表すか を検出するとともに、その検出に応答して分離装置２８を制御する。装置２８は 、放送信号に組み込まれたグラフィック情報をビデオ情報から分離する。ビデオ 情報ＶＩＤはビデオ圧縮段２２に供給される。組み込まれたグラフィック情報は 、結合回路２７を通じて、局所的に発生したグラフィック情報に結合される。そ の後、組み合わされたグラフィック情報ＧＦＸはグラフィック圧縮段２４に供給 さ れる。図３に示した実施の形態において、ビデオ復号化回路１３からの放送信号 及びキャラクター発生器１７からのグラフィック信号は先ず結合回路２７によっ て結合される。その後、結合された信号はグラフィック検出回路２６に供給され て、ビデオ情報ＶＩＤ及びグラフィック情報ＧＦＸに分離される。 図４は、グラフィック検出回路２６の一例の線形図を示す。それは、供給され た画像を例えば４＊４画素のブロックに分割するブロック分割手段２６０を具え る。矩形ブロックへの分割は必須ではないが、それを、ブロック符号化に基づく ビデオ圧縮アルゴリズムに関連させる。検出回路は、同一画素（すなわち輝度及 び／又は色）値を有する隣接する画素の数ｎを計数する手段２６１も具える。カ ウンタ２６１は、同一値を有する隣接する画素の数が６以上であることを表す出 力ｎ≧６を有する。出力ｎ≧６を検出回路の出力信号とする。したがって、予め 設定された数より多くの隣接する同一画素を有するブロックは、グラフィックブ ロックであると考えられる。そうでない場合にはビデオブロックであると考えら れる。検出回路の出力は分離装置２８（図２及び３）を制御する。したがって、 グラフィックブロックは、それがビデオ画素を有するか否かに関係なく損失なし で符号化される。ビデオブロックは損失で圧縮される。 図５は、グラフィック検出回路の他の例を示す。グラフィック検出のパフォー マンスを、ブロック内の画素値のダイナミックレンジＤ（すなわち、最小と最大 との間の距離）を考慮することによって向上させる。グラフィックブロックは、 通常は３０を超える大ダイナミックレンジによって特徴づけられる。しかしなが ら、全ての画素が同一値を有するするとともに零のダイナミックレンジを有する ブロックは、このルールの例外の上に形成する。これによれば、図４に示した実 施の形態は、ダイナミックレンジを計算する手段２６２を具える。計算器２６２ は、ダイナミックレンジが３０以上であることを表す出力Ｄ≧３０と、ダイナミ ックレンジが零であることを表す他の出力Ｄ＝０とを有する。両出力は、ＯＲゲ ート２６３によって論理和演算される。ＯＲゲートの出力は、カウンタ２６１の 出力ｎ≧６とともにＡＮＤゲート２６４によって論理積演算される。したがって 、隣接する同一画素の数が６を超えるとともにダイナミックレンジが３０より大 きい又は零である場合にはブロックがグラフィックブロックであると考えられる 。 図６は、グラフィック検出回路の他の例を示す。本例では、（ブロックがグラ フィックブロックであることを表す）ＡＮＤゲート２６４の出力がバッファ２６ ６に格納される。カウンタ２６１は、同一画素値を有する隣接する画素の数が２ 以上であることを表す他の出力ｎ≧２を有する。その出力は、バッファメモリ２ ６６に格納された隣接ブロックのタイプとともにＡＮＤゲート２６５によって論 理積演算される。したがって、「実際の」グラフィックブロック（６以上の同一 の隣接する画素）に隣接する場合には、２，３，４又は５のみの同一の隣接画素 を具えるブロックもグラフィックブロックであると考えられる。グラフィックブ ロックに対する両基準は、ＯＲゲート２６７によって論理和演算される。 図７は、一例として、検出回路の動作を説明するためのビデオ背景のグラフィ ック的な文字（“Ｔ”）を示す。二つの上側の４＊４ブロックは、１２の同一の 隣接するグラフィック画素を具え、したがって、「実際の」グラフィックブロッ クであると考えられる。二つの下側の４＊４ブロックは、４の同一の隣接する画 素を具える。図４及び５の例は、二つの下側ブロックがビデオブロックであるこ とを検出する。図６の例は、それがグラフィックブロックであることを検出する 。その理由は、それは「実際の」グラフィックブロックに隣接するからである。 図６の例は、グラフィックイメージ領域の境界が損失の圧縮によって悪影響が及 ぼされることを回避する。 図４〜６のグラフィック検出器の例をハードウェア回路の形態で示したが、そ れを、プログラムされたマイクロプロセッサの形態で（部分的に）実現すること もできる。 本発明の目的がテレビジョン受像機の記憶容量を減少させることであるので、 所定の圧縮比を設定すべきである。例えば、圧縮比２を所望のものとすることが できる。テレビジョン受像機は、圧縮されたイメージの各々が利用できる記憶容 量に適合するようなビットレートコントローラを具える。圧縮されたグラフィッ クデータの量が当然のものとして、ビットレート制御を（損失）ビデオ圧縮のみ に適合するのが有利である。ビデオ圧縮器は、目標のビット数を発生させるよう に制御され、その目標値はグラフィックデータの量に依存して決定される。ビデ オに利用できる記憶容量が不十分である場合には損失圧縮をビデオとグラフィッ クの両方に行う安全モードに切り替えるように受像機を配置することができる。 上記ビットレート制御ストラテジを実行する例を、図２に示した受像機にほぼ 対応する図８に示したテレビジョン受像機を参照して説明する。この受像機は、 グラフィック圧縮段２４からビット数Ｇを受け取るビットレート制御回路３１を 具え、このビット数は、以前のフレームのグラフィック情報を符号化するのに費 やされる。現フレームのグラフィックが以前のフレームのグラフィックに類似し ていると仮定される。ビデオ情報を符号化するのに利用できるビット数Ｖは、 Ｖ＝Ｃ−Ｇ となり、ここでＣはテレビジョン受像機のメモリ２１の容量を表す。ビットレー ト制御回路は、Ｖが予め設定された最小値より大きいか否かを検査する。最小値 より大きい場合、ビットレート制御回路は、 Ｆ＝（符号化されていないビデオビット数）／Ｖ で規定されるような圧縮比Ｆを計算する。本例において、メモリ２１の容量は、 圧縮されていない画像を記憶するのに要求される容量の半分であると仮定される 。したがって、圧縮比Ｆを少なくとも２に等しくする必要がある。２より下であ る場合、Ｆは２に設定される。このように計算された圧縮比は、他の既知の方法 で量子化を制御するビデオ圧縮段２２に供給されて、所望の圧縮が行われる。 利用できるビット数Ｖが、予め設定された最小値より下である場合、制御信号 を発生させて、全イメージを損失符号化させる。図において、この制御信号を、 グラフィック検出回路２６への接続３２の形態で示し、そのグラフィック検出回 路は、全イメージを損失圧縮段２２に供給するようにスイッチ２８を制御する。 同時に、圧縮比Ｆを２に設定し、これによって、全イメージがメモリに適合する ことを保証する。それにもかかわらず、グラフィック情報は、損失なく符号化さ れ（るが記憶されず）、次のフレームに対するＧの値を提供する。 フィールドメモリ又はフレームメモリは、雑音減少及び／又はフリッカ減少の ようなビデオ処理機能に対してテレビジョン受像機でしばしば用いられる。テレ ビジョン受像機は、テレテキスト、メニュー駆動制御システム、多言語スーパー 、電子的なＴＶガイド等のようなグラフィック形態も有する。 ビデオ情報（ＶＩＤ）及びグラフィック情報（ＧＦＸ）を有するテレビジョン 画像信号を処理する方法を開示する。本発明によれば、ビデオ信号及びグラフィ ック信号は、相違する（損失及び損失のない）圧縮アルゴリズムによってそれぞ れ圧縮され、同一のフィールド又はフレームメモリに記憶され、処理後に圧縮解 除される。これに伴って、グラフィック品質に悪影響を及ぼすことなく記憶容量 を著しく減少させる。本発明は、局所的に発生したグラフィック信号（ＴＸＴ， ＯＳＤ）だけでなく、受信テレビジョン信号に組これまたものとして検出される グラフィック情報にも適用することができる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ビデオ情報及びグラフィック情報を有するテレビジョン画像信号を処理する テレビジョン画像信号処理方法であって、このテレビジョン画像信号処理方法 が、画像メモリに前記テレビジョン画像を記憶するステップを具えるテレビジ ョン画像信号処理方法において、前記ビデオ情報及びグラフィック情報を、相 違する圧縮アルゴリズムで圧縮し、圧縮したビデオ情報及びグラフィック情報 を、前記画像メモリに格納することを特徴とするテレビジョン画像信号処理方 法。 ２．前記ビデオ情報に損失圧縮アルゴリズムを課すとともに、前記グラフィック 情報に損失のない圧縮アルゴリズムを課すことを特徴とする請求の範囲１記載 のテレビジョン画像信号処理方法。 ３．前記テレビジョン画像信号処理方法が、所定の画像領域のテレビジョン画像 信号の予め設定された特性に基づいて前記画像領域の情報のタイプを決定する ステップを具えることを特徴とする請求の範囲１記載のテレビジョン画像信号 処理方法。 ４．前記特性を、前記画像領域内の画素値間の一様性の程度とすることを特徴と する請求の範囲３記載のテレビジョン画像信号処理方法。 ５．前記特性を、前記画像領域内の画素値のダイナミックレンジとすることを特 徴とする請求の範囲３記載のテレビジョン画像信号処理方法。 ６．前記画像領域の情報のタイプを、隣接する画素領域の情報のタイプによって 更に決定することを特徴とする請求の範囲３記載のテレビジョン画像信号処理 方法。 ７．前記メモリに画像を記憶する際に予め設定されたビット数を取り出すために 前記圧縮を制御するステップを更に具えることを特徴とする請求の範囲１記載 のテレビジョン画像信号処理方法。 ８．前記ビデオ圧縮を、目標値のビット数を取り出すために制御し、その目標値 を、圧縮されたグラフィック情報の量に依存して決定することを特徴とする請 求の範囲７記載のテレビジョン画像信号処理方法。 ９．前記ビデオ情報及びグラフィック情報に、相違する信号処理アルゴリズムを 課すことを特徴とする請求の範囲１記載のテレビジョン画像信号処理方法。 １０．ビデオ情報及びグラフィック情報を有するテレビジョン画像信号を処理す る信号処理手段を具え、その信号処理手段が、テレビジョン画像信号を記憶す るメモリを有する、テレビジョン受像機において、前記テレビジョン受像機が 、相違する圧縮アルゴリズムに従って前記ビデオ情報及びグラフィック情報を 圧縮する圧縮手段と、前記メモリに前記ビデオ情報及びグラフィック情報を記 憶する手段とを具えることを特徴とするテレビジョン受像機。