JP2001024906A - 信号圧縮回路およびそれを用いたビデオカメラ処理装置 - Google Patents
信号圧縮回路およびそれを用いたビデオカメラ処理装置Info
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Abstract
化精度の有効活用とチップサイズの縮小等を実現する。 【解決手段】 固体撮像素子11より出力されたアナロ
グ映像信号を、A/D変換器14を用いてデジタル映像
信号に変換し、信号処理部19で色信号と輝度信号につ
いて信号処理を行う場合に、輝度信号および色信号をA
/D変換後のデジタル映像信号を圧縮した後、ラインメ
モリ18を用いて複数ラインのデジタル映像信号を得、
このデジタル映像信号を伸張処理した後に、色成分を分
離する。これにより、色信号処理系には伸張(復元)し
た映像信号を用いて色再現性の向上を図り、輝度信号処
理系には伸張しない映像信号を用いてガンマ補正後の輝
度信号から輪郭抽出した場合と等価な特性を得る。
Description
アナログ信号出力をA/D変換器を用いてデジタル信号
化して以降の処理を行う信号圧縮回路およびそれを用い
たビデオカメラ処理装置に関する。
によるビデオカメラを説明する。同図において、固体撮
像素子501から読み出されたアナログ映像信号502
は、まずCDS(相関二重サンプリング)と呼ばれるノ
イズ低減回路503に入力する。ノイズ低減回路503
の出力は、GCA(ゲインコントロールアンプ)504
を介して、A/D変換器505に供給する。
ジタル変換された映像信号は、フリッカ補正、レンズシ
ェーディング補正等を行う前処理回路506に供給す
る。前処理回路506による量子化精度の悪化はなく、
よって前処理回路506の出力のビット深みは、A/D
変換器505の出力のビット深みと同じになる。
シャッタアイリス)とAGC(オートゲインコントロー
ル)の組合せ制御を行う制御回路507に供給する。制
御回路507は、入力信号を積算し被写体照度を検出し
て、A/D変換器505に入力される信号レベルが常に
一定となるように、GCA504の利得を調整するAG
C制御信号508を供給する。また、制御回路507
は、電子シャッタのスピード(蓄積時間)を可変する制
御信号509を出力する。制御信号509は、固体撮像
素子501から映像信号を読み出すために必要な駆動パ
ルス511を発生させるタイミング信号発生器510に
入力し、電子シャッタスピードを可変する。
(水平)ライン分のラインメモリ512にも供給する。
ラインメモリ512の出力は、前処理回路506の出力
に比べて1H期間分の遅延している。ラインメモリ51
2の出力は、さらに1Hライン分のラインメモリ513
に供給する。前処理回路506、ラインメモリ512,
513からの出力は、その遅延量からそれぞれ0H信
号、1H信号、2H信号と呼ばれ、以降の色信号処理・
輝度信号処理に必要な複数ライン分の信号となる。
た3ライン信号処理としているが、ラインメモリを1個
用いた2ライン信号処理、4個用いた5ライン信号処理
等もある。ラインメモリを多数用いると、信号処理精度
が向上し、画質的に有利とされるが、同時に回路規模・
チップコストも上がるので、一般的には2〜5ラインの
信号処理で行う。
ンス調整回路514を介して、R信号、G信号、B信号
になる。このR,G,B信号は、それぞれ独立してガン
マ(γ)補正と呼ばれる非線形処理回路515を介し
て、黒付近の伸張、白付近の圧縮を行う。
は、続いてマスキング処理と呼ばれる色補正およびRG
B信号を、Y,U,V信号に変換するマトリクス回路5
16で演算処理を行い、輝度のベースとなるYL信号と
色を示すU(B−Y)信号、V(R−Y)信号になる。
U,V信号は、帯域制限を行う為のLPF、時分割信号
にするためのスイッチ517を介し、U/V信号として
端子518より出力する。色分離・ホワイトバランス調
整回路514〜スイッチ517に至るまでは、ビデオカ
メラにおける色信号処理と呼ばれる部分である。
(YH)信号を生成する輝度生成回路519にも供給す
る。輝度生成回路519から出力されるY0+2H信
号、Y1H信号は、色信号処理と同様にガンマ補正回路
520を通る。これは、ガンマ補正回路520を通った
Y0+2H’信号とY1H’信号から輪郭抽出を行った
方が、より理想的な(黒付近〜白付近の全域で均等な)
輪郭信号が選られるためである。輪郭抽出回路521よ
り出力される輪郭(DTL)信号とマトリクス回路51
6から出力されるYL信号を加算器522で加算し、輝
度(Y)信号として端子523より出力する。
ジタル信号処理においては、ラインメモリが必須で有
り、量子化精度が高く(ビット深みが大きく)、多画素
対応(1Hの遅延段数が多い)したものほど、大規模に
なる。
なるラインメモリは、そのビット深みが増えるほどチッ
プ上の面積が広がる。ラインメモリがチップ全体に対し
て占める割合は大きい。よって、従来のデジタル信号処
理のようにA/D変換器のビット深みと同じ深みのライ
ンメモリを用いると、たとえば高画質化を追求した場合
に、多ビット化したA/D変換器+複数ライン分のライ
ンメモリによるチップサイズの拡大は避けられず、コス
トアップにつながる。
ルドメモリも同様である。現状ではフィールドメモリの
チップサイズとラインメモリを含むデジタル信号処理I
Cのチップサイズとがほぼ同等であり、ビット深みの増
加によるコストアップは無視できない。
流は10ビットであり、一方でフィールドメモリとして
用いる汎用RAMのビット深みは8または16ビット深
みを有するという問題もある。それぞれを別チップで構
成した場合には、ビット深みが異なる。
正は、黒付近の信号を伸張し、白付近の信号を圧縮する
非線形信号処理回路であり、黒付近で必要とされる量子
化精度に比べて白付近の精度はそれほど必要ない。つま
り、A/D変換された信号をそのままの精度でラインメ
モリにより遅延させることは、量子化精度の点では非常
に無駄の多い構成となる。
ア成分を含む映像信号をそのまま非線形圧縮し、その後
で色分離すれば色再現性の点で問題が生じるので、従来
のデジタル信号処理においてはチップサイズの拡大によ
るコストアップを無視していた。
ラインメモリに蓄える信号を圧縮していないため、ライ
ンメモリの容量が量子化精度の求めに応じて際限なく増
加し、その結果としてチップ面積が増加する傾向にあっ
た。
非線形信号処理回路を用いて、量子化精度の有効活用と
チップサイズの縮小を実現し得ることにある。
ために、この発明の信号圧縮回路では、固体撮像素子よ
り出力されたアナログ映像信号を、A/D変換器を用い
てデジタル映像信号に変換し、変換されたNビットの深
みを有する前記デジタル映像信号を複数の異なった特性
を持つLPFに同時に入力し、入力される前記デジタル
映像信号を、前記LPFの遅延量に合わせて遅延させた
遅延映像信号と前記各LPFの演算結果の出力とを任意
のタイミングで同時に選択出力可能な第1の選択手段
と、Nビット深みを有する前記遅延映像信号および前記
第1の選択手段の出力を任意の異なった値と同時に比較
する複数の比較手段と、前記遅延映像信号および前記第
1の選択手段の出力を任意の異なった係数で乗算し、そ
の後に任意の異なった直流成分を加算する複数の線形演
算手段と、前記複数の比較手段の出力から前記の複数の
線形演算手段の出力の選択を行う第2の選択手段とを具
備し、前記第2の選択手段より得られるMビット深みの
信号圧縮(M<N)を行った後で、複数のラインメモリ
を用いて得た複数ラインのデジタル映像信号と、フィー
ルド/フレームメモリを用いた複数画面のデジタル映像
信号とを得て、以降のデジタル信号処理部に出力するこ
とを特徴とする。
に異なった特性のLPFを挿入することで非線形信号圧
縮回路を実現したことで、簡単な回路構成(小規模)で
圧縮・伸張特性を得ることができる。
おいては、固体撮像素子より出力されたアナログ映像信
号を、A/D変換器を用いてデジタル映像信号に変換
し、以降の信号処理を行う場合に、輝度および色信号を
含む前記デジタル映像信号を圧縮した後、ラインメモリ
を用いて複数ラインのデジタル映像信号を得、該デジタ
ル映像信号を伸張処理した後に、色成分を分離したこと
を特徴とする。
(復元)した映像信号を用いて色再現性の向上を図り、
輝度信号処理系には伸張しない映像信号を用いてガンマ
補正後の輝度信号から輪郭抽出した場合と等価な特性を
得ることができる。
いて、図面を参照しながら詳細に説明する。図1は、こ
の発明の第1の実施の形態について説明するためのシス
テム図である。固体撮像素子11から読み出されたアナ
ログ映像信号は、まずCDS(相関二重サンプリング)
と呼ばれるノイズ低減回路12に供給する。このノイズ
低減回路12の出力は、GCA13で振幅調整し、A/
D変換器14を介してデジタル映像信号となる。
に供給し、ここで画面積算を行って平均輝度レベルを検
出し、ゲイン制御信号AGCと電子シャッタスピード制
御信号AESとを発生させる。ゲイン制御信号AGCは
GCA13に供給し、電子シャッタスピード制御信号A
ESは、固体撮像素子11の駆動パルスを発生させるタ
イミング発生器16に供給する。タイミング発生器16
において、固体撮像素子11の蓄積時間を可変する。ゲ
イン制御信号AGCと輝度積算値とをスイッチSW1に
供給し、ここで選択されて非線形信号圧縮回路17の一
部を構成する、LPFをオン/オフするスイッチSW2
を切り換える。
くなる低照度下で撮影の場合のように、S/Nが悪化す
ると考えられるときに、自動的にLPFをオンし、S/
N改善を行うことが可能になる。非線形信号圧縮回路1
7を介して圧縮された映像信号は、ラインメモリ18を
通って2ライン分の映像信号となり、ガンマ補正を含む
以降の信号処理回路19で処理を行い、その出力より色
信号U,Vと輝度信号Yの出力を得る。
体的な構成例と、非線形信号圧縮回路17より得られた
非線形圧縮信号の3ライン分(0〜2H信号)を得て信
号処理部19に供給する構成例を図2に挙げて説明す
る。図2において、17は2点折れ線の信号圧縮を行う
非線形信号圧縮回路で、200は、3ライン分の信号
(0〜2H信号)を得る3ライン映像信号抽出部であ
る。
前段のA/D変換器14を介して得られたデジタル化さ
れた映像信号は、遅延器21とLPF22とLPF23
に同時に供給する。ここでは、高輝度部分にLPF2
2,23を通さない構成としているので、LPFは2種
類で済む。LPF22,23は、遅延段数が同じで遮断
特性のみ異なっているものとする。スイッチ24,25
は、LPF22,23のオン/オフを行うもので、共通
の制御端子26で切り換えられる。スイッチ24,25
で3系統全てを遅延信号とすれば、単純な折れ線方式の
非線形処理回路になる。折れ点の位置は比較器27に供
給される設定値28,29で決まる。
よりそれぞれ演算器30で図3のAの傾きとオフセット
成分を、演算器31で図3のBの傾きとオフセット成分
を、演算器32で図3のCの傾きとオフセット成分を持
った映像信号となる。
で特性を滑らかにつなぐためのものである。LPFによ
り帯域の異なった信号を比較器27で同時に比較し、比
較結果が異なったときにのみ、その中間の特性を持つ信
号が得られることになる。この場合に得られる5種類の
遮断特性を有する映像信号は、スイッチ35,36によ
り選択して出力する。A/D変換器14を出力される入
力Nビットの映像信号は圧縮され、出力Mビットの映像
信号をスイッチ35より出力する。
いて説明する。非線形信号圧縮回路17で圧縮された信
号は、ラインメモリ37,38に順次供給し、0〜2H
の3ライン分の信号となって信号処理部19の輝度信号
処理器191に入る。更に、0〜2H信号は、伸張され
て色信号処理器192に入る。伸張器39〜41により
伸張された後の0〜2H信号を色信号処理器192で用
いる理由は、色再現性の向上にある。非線形処理された
映像信号から色分離すれば必ず色再現性が低下する。逆
に、伸張前の0〜2H信号を輝度信号処理器191で用
いれば、全映像レベルで安定した輪郭抽出を行うことが
できる、さらに、図2の圧縮について図3の入出力特性
図を用いて説明する。A/D変換器14の飽和レベルを
150%(オフセット10%)と仮定し、例えばLPF
23では−10%〜30%領域で1/2圧縮(オフセッ
ト±0%)を、LPF22では30%〜70%領域で1
/4圧縮(オフセット+10%)を、スルーのLPFな
しでは70%〜150%領域で1/8圧縮(オフセット
+20%とすれば、全体で入力振幅を1/4(−2ビッ
ト)にできる。つまり、10ビットのA/D変換器を用
いても、ラインメモリ37,38は、それぞれ8ビット
で済む。LPFの遮断特性は、LPF23の有する信号
通過帯域が最も狭く、逆にLPFなしの場合は全ての信
号が通過する。
正を考慮すると、黒付近のノイズレベルを押え、かつ黒
付近の量子化精度を最大限確保できるこの圧縮方式は、
非常に効率が良い。
非線形圧縮処理を施すことにより、色と輝度の信号処理
のために数ライン分信号を抽出する回路のラインメモリ
の容量を抑えつつ、量子化精度を確保することができ
る。
て説明するためのシステム図である。この実施の形態
は、単板式カラーカメラのデジタル信号処理部に適用さ
せたものである。なお、図1と図2と同一の構成部分に
は同一の符号を付して説明する。
グ映像信号は、まずノイズ低減回路12を介し、次にG
CA13で振幅調整され、A/D変換器14でデジタル
映像信号となり、高輝度キャリア補正回路50に供給す
る。
ラーカメラのデジタル信号処理において、高輝度領域の
キャリアバランスのずれを補正し、ライン間の輝度レベ
ル誤差をなくして“横スジ”の発生を押える回路であ
る。高輝度キャリア補正回路50において輝度レベル誤
差がなくなり、以降の信号処理における“横スジ”の発
生をなくすことができる。
の問題もある。それは高輝度キャリア補正回路50の演
算上に起因するもので、高輝度キャリア補正回路50よ
り出力される信号の量子化精度がA/D変換器14のそ
れよりも必ず悪化する点である。実際、量子化精度のな
い映像信号を、そのままラインメモリ37,38で遅延
するシステムは効率が悪い。
ル設定を300%、高輝度キャリア補正回路50の出力
飽和レベル設定を150%と仮定すれば、理論的に輝度
レベル誤差を“ゼロ”にすることが可能である。しか
し、高輝度キャリア補正回路50の出力の有する実効量
子化精度は、1/2(マイナス1ビット精度)になって
しまう。
段に非線形信号圧縮回路17を設置することで、量子化
精度を有効に使い、かつ低規模化・低コスト化すること
ができる。
リア補正回路50の出力は非線形信号圧縮回路17と同
時にALC回路15にも供給され、固体撮像素子11の
電子シャッタスピード(AES)、GCA13の利得調
整(AGC)、非線形信号圧縮回路17内のLPFのオ
ン/オフを行う。ALC回路15による信号積算に非線
形信号圧縮回路17の出力を使用しない理由は、非線形
処理後の映像信号では、ALCの誤動作(ハンチング
等)が生じる可能性があるからである。
インメモリ37,38に順次供給し、0〜2Hの3ライ
ン分の信号となって、信号処理部19の輝度信号処理器
191に供給し、輝度信号処理を行って出力より輝度信
号Yを出力する。さらに0〜2H信号は、それぞれ伸張
器39〜41により伸張して色信号処理器192に供給
し、色信号処理を行って色信号U,Vを出力する。
る場合に、高輝度キャリア補正を行った後の量子化精度
が、A/D変換された後のものよりも悪化するが、この
実施の形態では、高輝度キャリア補正を行った後に、非
線形信号圧縮を行ったことで、量子化精度を向上させる
ことができる。
ば、A/D変換器の有する量子化精度とガンマ補正回路
が必要とする量子化精度の間で効率良くメモリを使用で
き、コストダウンを実現すると同時にS/N改善や輪郭
抽出、色再現性の確保が可能となる。
のシステム図。
回路構成図。
めの説明図。
めのシステム図。
を説明するためのシステム図。
CA、14…A/D変換器、15…ALC回路、16…
タイミング信号発生器、17…非線形信号圧縮器、18
…ラインメモリ、19…信号処理部、191…輝度信号
処理器、192…色信号処理器、200…3ライン映像
信号抽出部。
Claims (6)
- 【請求項1】 固体撮像素子より出力されたアナログ映
像信号を、A/D変換器を用いてデジタル映像信号に変
換し、変換されたNビットの深みを有する前記デジタル
映像信号を複数の異なった特性を持つLPFに同時に入
力し、入力される前記デジタル映像信号を、前記LPF
の遅延量に合わせて遅延させた遅延映像信号と前記各L
PFの演算結果の出力とを任意のタイミングで同時に選
択出力可能な第1の選択手段と、 Nビット深みを有する前記遅延映像信号および前記第1
の選択手段の出力を任意の異なった値と同時に比較する
複数の比較手段と、 前記遅延映像信号および前記第1の選択手段の出力を任
意の異なった係数で乗算し、その後に任意の異なった直
流成分を加算する複数の線形演算手段と、前記複数の比
較手段の出力から前記の複数の線形演算手段の出力の選
択を行う第2の選択手段とを具備し、 前記第2の選択手段より得られるMビット深みの信号圧
縮(M<N)を行った後で、複数のラインメモリを用い
て得た複数ラインのデジタル映像信号もしくはフィール
ド/フレームメモリを用いた複数画面のデジタル映像信
号を得て、以降のデジタル信号処理部に出力することを
特徴とする信号圧縮回路。 - 【請求項2】 固体撮像素子より出力されたアナログ映
像信号を、A/D変換器を用いてデジタル映像信号に変
換し、以降の信号処理を行うビデオカメラ処理装置にお
ける自動絞り調整を行う自動絞り調整回路の輝度積算値
あるいはAGCのゲイン制御値により、 前記第1選択手段を自動的に切り換える構成とし、低照
度時に自動的に映像信号のS/N改善を行うことを特徴
とする請求項1に記載の信号圧縮回路。 - 【請求項3】 前記自動絞り調整回路は、電子シャッタ
アイリスとオートゲインコントロール制御を行うことを
特徴とする請求項2に記載の信号圧縮回路。 - 【請求項4】 固体撮像素子より出力されたアナログ映
像信号を、A/D変換器を用いてデジタル映像信号に変
換し、以降の信号処理を行うビデオカメラ処理装置にお
いて、 輝度および色信号を含む前記デジタル映像信号を圧縮し
た後、ラインメモリを用いて複数ラインのデジタル映像
信号を得、該デジタル映像信号を伸張処理した後に、色
成分を分離したことを特徴とするビデオカメラ処理装
置。 - 【請求項5】 色分離、ガンマ補正等の処理を行う色信
号処理系は、前記伸張処理を施した映像信号を用いて色
再現性を向上させ、輪郭抽出、コアリングを行う輝度信
号処理系は、伸張処理しない圧縮信号およびメモリ出力
信号を用いることで、ガンマ補正後の映像信号から抽出
した場合と近似な輪郭信号が得られることを特徴とする
請求項4に記載のビデオカメラ処理装置。 - 【請求項6】 固体撮像素子より出力されたアナログ映
像信号を、A/D変換器を用いてデジタル映像信号に変
換し、以降の信号処理を行う単板式のビデオカメラ処理
装置において、 前記A/D変換器の有する量子化精度に以降のデジタル
信号処理に必要とする飽和レベルより大きな飽和レベル
を設定し、A/D変換直後に高輝度部の色キャリアを補
正して輝度成分の誤差を減らす高輝度色キャリア補正回
路を用いた場合に、 前記A/D変換器の有する量子化精度よりも精度の悪化
した補正映像信号出力に、折れ線方式の非線形信号圧縮
回路を用いることで、量子化精度の有効活用、および規
模縮小を図ったことを特徴とするビデオカメラ処理装
置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11194666A JP2001024906A (ja) | 1999-07-08 | 1999-07-08 | 信号圧縮回路およびそれを用いたビデオカメラ処理装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11194666A JP2001024906A (ja) | 1999-07-08 | 1999-07-08 | 信号圧縮回路およびそれを用いたビデオカメラ処理装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
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Family
ID=16328299
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP11194666A Pending JP2001024906A (ja) | 1999-07-08 | 1999-07-08 | 信号圧縮回路およびそれを用いたビデオカメラ処理装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2001024906A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003047014A (ja) * | 2001-07-31 | 2003-02-14 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 撮像装置 |
US7116360B2 (en) | 2002-02-28 | 2006-10-03 | Seiko Epson Corporation | Image signal processing circuit and semiconductor device |
JP2009077410A (ja) * | 2002-08-23 | 2009-04-09 | Micron Technology Inc | 画素信号処理方法及び画素回路処理方法 |
-
1999
- 1999-07-08 JP JP11194666A patent/JP2001024906A/ja active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2009077410A (ja) * | 2002-08-23 | 2009-04-09 | Micron Technology Inc | 画素信号処理方法及び画素回路処理方法 |
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