JP2001507905A - ビデオのモアレ減少のための回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ビデオ信号のナイキスト周波数の第２高調波の生成を防ぐことによってモアレを減少させるための方法とデバイス。非線形関数（１０）が、電気信号と輝度との間に直線性を有する出力信号を生成するためにａ）電気的なビデオ信号と輝度間に非線形を有するデジタルビデオ信号、およびｂ）アナログビデオ信号の１つに適用される。出力信号は、電気信号と輝度間に線形を有するディスプレイ（１）上に表示される。

Description

【発明の詳細な説明】 ビデオのモアレ減少のための回路 発明の背景 １．発明の分野 本発明は一般にはビデオのモアレ減少に関し、特には、ビデオ信号のナイキス ト周波数の第２高調波の生成を防止するための方法と装置に関する。 ２．従来技術の記述 モアレは、水上の波のように見えるパターンに対する共通語である。現実の世 界における例は橋上の２つの囲いの間の干渉であるが、しかしそれはまた簡単な パターンで容易に示される。モアレは、２つのサンプリングプロセスが互いに釣 り合わないで、十分なフィルタリングがないとき現れる（内挿／間引き）。 モニタにおけるモアレの記述は複雑である。起源は、電気サイドにおけるビデ オフォーマットと機械−光学サイドにおけるシャドウマスクによる２次元サンプ リングとの間における相関のないサンプリングプロセスである。シャドウマスク のサンプリング周波数は、シャドウマスク上の２つの開口間の距離によって規定 される。これらのサンプリング周波数とそのすべての倍数はキャリアと呼ばれる であろう。何故なら、それらの振舞いが振幅変調に匹敵しているからである。 ビデオ入力信号のスペクトラムは、これらのサンプリング周波数とそのすべて の倍数によって繰返される。（繰返しスペクトラム） 典型的に、第１のキャリア（ベースバンドビデオ信号に最も近いキャリア）の 繰返しスペクトラムがベースバンドとオーバラップするとき、エイリアスの周波 数が現れる。エイリアスの周波数がベースバンドの帯域幅内に生じるとき、引起 されたモアレパターンは、信号情報の損失なしには除去され得ない。 以下に説明されるように、水平画素のサンプリング周波数がシャドウマスクの サンプリング周波数に近いとき、エイリアシングがまた生じる。この場合には、 ビデオ信号のナイキスト周波数（画素のサンプリング周波数の半分）の第２高調 波が最大のエイリアシングを生成する。 シャドウマスクは第１の水平サンプリング周波数を有している。この第１のサ ンプリング周波数は、入力ビデオ信号の画素周波数またはビデオ信号のより高い 高調波に接近すべきでない。しかしながら、シャドウマスクのサンプリング周波 数がグラフィックスフォーマットの画素周波数に殆んど匹敵するようなシャドウ マスクを使用することは普通のことである。もし、ビデオ信号の互い違いの画素 のオン・オフパターンがシャドウマスクのナイキスト周波数の範囲内にあるなら ば、ビデオ信号の第２高調波はエイリアシングを生成する。 この第２高調波および偶数のより高次の高調波は、非線形関数がビデオ信号に 適用されるときに生成される。非線形関数は典型的にＣＲＴガンそれ自体の中で 生じ、そしてガンマ特性として知られている。ガンマ特性は、送信以前に、信号 に非線形の逆ガンマ関数を適用するカメラによって前置補正される。この前置補 正は、ディスプレイの結果として生じる輝度がビデオ信号のシーンの輝度に対し て線形の関係を有することを約束する。コンピュータグラフィツクスの場合には 、大部分のグラフィックスはＣＲＴ特性に関して発生される。ＣＲＴのガンマ特 性は、電気的な振幅Ｕ_inと輝度Ｌとの間のベキ関数である： Ｌ＝ｋ（Ｕ_in）⁷ ＴＶＴ′sに対するγ値は通常２．２であると規定されているが、γは管に依 存し、そして２．２から２．５までに及ぶ。ＣＲＴのガンマ特性のような非線形 処理の影響が、信号ｓ_g（n）によって図１ｅ−ｇに示されている。正規化された 入力の振幅０と１に対しては、出力信号は同じで；それ故、０と１に近い振幅を 有するバーストは変化しないであろう。しかし、すべての他の振幅はガンマ特性 のため変化される。これは、図１ｇのスペクトラム｜ｓ_g（f）｜に示されるよう により高次の高調波（２ｆ_o、等）を生成する。繰返し周波数ｆ_s−２ｆ_oは、キ ャリアｆ_sによって生成された低いエイリアス周波数である。例証の目的のため に信号に適用された低域通過フィルタは、それがどうして信号周波数ｆ_oと繰返 し周波数ｆ_s−ｆ_oを除去することができ、エイリアス周波数ｆ_s−２ｆ_oを除去す ることはできないかを示している。出力信号はＤＣレベルとエイリアス周波数を 含んでいる。図１ａ−ｄは非線形関数の適用なしの信号を示している。 アナログ低域通過フィルタは、ＷＯ−Ａ−９７／０９８２０（代理人の見出し ＰＨＮ １５，４３３）に示されているように、第２高調波を減少させるため に使用され、そしてナイキスト周波数までの通過帯域と第２高調波の前の阻止帯 域とを有している。低域通過フィルタは線形（輝度に比例した電圧）信号のため の逆ガンマ関数の後に置かれ、そして低域通過フィルタを通した後では、信号は 入って来る非線形のガンマ特性に逆変換される。この例における第２高調波は低 域通過フィルタによって除去される。図２は、従来技術におけるアナログ低域通 過フィルタ２のこの配置の例を示している。もし、低域通過フィルタ２が存在し ないならば、そのときには非線形関数３ａと逆非線形関数３ｂとが単に相互の影 響を打消すために動作し、そして非線形関数３ａへの入力ビデオ信号は、表示さ れたビデオ信号に等価になりそしてすべてのより高い高調波を含むであろう。低 域通過フィルタ２は、特に、コンピュータモニタの高い画素周波数のために使用 されるときには、高次のものでなくてはならない。しかしながら、この低域通過 フィルタ２は高価であり、そして画像のシャープネスを減少させる。 発明の概要 従って、本発明の目的は、第２高調波が生成されてからそれの影響をマスクす るよりも、むしろ、モアレのためのきわどいビデオ信号における第２高調波の生 成を防止することにある。 本発明の別の目的は、高価な高次の低域通過フィルタを必要とすることなくモ アレを減少させることにある。 本発明のさらに別の目的は、ディスプレイが線形のディスプレイであるとき、 カメラエンドにおける非線形の逆ガンマ関数を補正する方法と装置を提供するこ とにある。 本発明のそのうえに別の目的は、解像度の損失なしにモアレを減少させること にある。 本発明のそのうえにさらに別の目的は、パルス（単一のライン）や推移におけ るシャープネスの損失なしにモアレを減少させることにある。 本発明のなお一層の別の目的は、互い違いの画素パターンにおけるエイリアシ ングを抑制することにある。 本発明のなお一層のさらに別の目的は、非常に小さいハードウエアの出費でモ アレを減少させることにある。 従って、本発明は幾つかのステップと他の各々に関してのそのようなステップ の１つまたはより以上の関係を含み、そして構成の特徴、要素の組合せおよびそ のようなステップをなし遂げるために採用されている部分の配置を具体化する装 置と、以下の詳細な開示に例示されたすべてと、本発明の範囲とが独立クレーム に表されている。有利な実施形態が従属クレームによって規定されている。 図面の簡単な説明 本発明の十分な理解のために、以下の図面が参照される。 図１ａ−ｇは、非線形関数の適用ありと無しの場合のビデオ信号と結果として 生ずる信号のスペクトラムを示している。 図２は、モアレを減少させるために低域通過フィルタを使用する従来の装置を 示している。 図３ａは、ビデオ信号の画素から画素までの互い違いの振幅を示している。 図３ｂは、Ｄ／Ａ変換後の図３ａにおける信号を示している。 図４は、非線形関数がＤ／Ａ変換後に直接置かれている本発明の実施形態を示 している。 図５は、非線形関数がＤ／Ａ変換器の前に置かれている本発明の別の実施形態 を示している。 図６は、γ特性を有するＣＲＴを具えた本発明のそのうえに別の実施形態を示 している。 好ましい実施形態の詳細な記述 図１は、低い周波数のエイリアシングが現在のＣＲＴにおけるガンマ関数のよ うな非線形の信号処理によるものでありうることを示している。入力周波数は、 図１ａに示される入力信号のナイキスト周波数（ｆ_o＝０．４７ｆ_s）より僅かに 低いと仮定しよう。シャドウマスクは図１ｂに示されるそれに類似したサンプル された信号を生じさせる。 図１ｃは、ガンマ関数なしに低域通過フィルタリングされサンプルされた信号 を示している。好ましくは、低域通過フィルタ（ＬＰＦ）はＣＯＳ²特性を有し ている。図１ｃから分かるようにＤＣ値が得られ、すなわち、第２高調波はない 。 図１ｄに示されるサンプルされた信号のスペクトラムは第２高調波２ｆ_oを含ま ない。それ故、ビデオ信号のナイキスト周波数の第２高周波はサンプリング周波 数と干渉しない。 図１ｅは、ビデオ信号への非線形ガンマ関数（γ＝２．２）の影響を示してい る。図１ｅにおいて信号を低域通過フィルタリングした後には、正弦波の波形、 すなわち、図１ｇに示されるスペクトラムから明らかなように、ｆ_s−２ｆ_oの周 波数を有する第２高調波が図１ｆに見られる。それは、サンプリング周波数ｆ_s と直接干渉してエイリアス周波数ｆ_s−２ｆ_oを生成する第２高調波周波数２ｆ_o である。 図２は、モアレを減少させるために低域通過フィルタ２を使用する従来の装置 を示している。図２において、フィルタ３ａはカメラにおけるγ−関数の補償を 提供し、そしてフィルタ３ｂは管のガンマを補償するための逆γ−関数を提供し ている。 図３ａ，３ｂは、デジタル（図３ａ）とアナログ（図３ｂ）環境における画素 パターンの違いを示している。 図３ａは、ビデオ信号の画素から画素までの互い違いの振幅を示している（デ ジタル領域における離散的な画素の位置）。この互い違いの信号は第２およびよ り高い高調波を含んでいる。Ｄ／Ａ変換後においては、信号は図３に示されるよ うに見える（アナログ領域における連続した画素パターン）。そこには第２また は他の偶数の高調波はなく、従って第２高調波を抑制するための低域通過フィル タの必要はない。図３ｂのアナログ信号がひとたび帯域幅の制限された信号処理 を受けたとすると、ＣＲＴのガンにおけるガンマ関数のような非線形関数が、エ イリアシングを引起す第２高調波を生成するであろう。典型的に、デジタル信号 が処理されるとき、ビデオのナイキスト周波数以上のすべての周波数を抑制する ために、Ｄ／Ａ変換器の直後に低域通過フィルタが置かれる。この低域通過フィ ルタは図３ｂに示される矩形のパターンがソフトスロープを有するより正弦波に 近いパターンに変化することを生じさせる。そしてどんな引き続いて配置された 非線形関数も厄介な第２そしてより高い高調波を導入するであろう。こうして、 図２で使われているような、アナログ領域における低域通過フィルタは第２高調 波を除去するけれども、デジタル領域においては、Ｄ／Ａ変換器の適用があると き、以下に説明されるように信号がＤ／Ａ変換の適用以前に線形にされる限り、 この低域通過フィルタは不必要である。 図４においては、非線形関数１０がＤ／Ａ変換器１４の直後に、それらの間に どんな（低域通過）フィルタリングもなく置かれている。Ｄ／Ａ変換器は、例え ば、グラフィックスやガンマが保護されたビデオ信号におけるデジタルビデオを 受信する。もし、Ｄ／Ａ変換器１４と非線形関数１０の両方がビデオのナイキス ト周波数よりもっと広い帯域幅を有するならば、図３ｂに示される矩形のパター ンは振幅において変化するが形状（特に、スロープ）においては変化しない。こ れは、第２高調波が少しも生成されないことを意味している。使用される非線形 関数１０は、電気的振幅（電圧または電流）と輝度（ΔＵ〜ΔＬ）間の線形性（ 比例動作）を達成するために非線形振幅動作を補償する。ビデオ増幅器ＶＡとデ ィスプレイデバイス１のオーバーオールの特性は線形であるべきである。 ガンにおける非線形関数を補正するために信号に適用される逆非線形関数を、 カメラ（図示されない）は有していることが仮定されている（グラフィックスの 領域では、ソフトウエアが非線形のＣＲＴを具えた表示装置のために設計されて いることが仮定されている。）。図５は、本発明の第１の実施形態に従った装置 を示し、その中では、非線形関数１０はＤ／Ａ変換１４以前に適用されている。 ガンまたはディスプレイ１は線形なディスプレイであり（電圧に比例した明るさ 、または電流に比例した明るさ）、その結果ディスプレイはガンマ特性を示さな いことが仮定されている。しかしながら、信号は逆非線形ガンマ関数で前置補正 されているかも知れない。従って、非線形関数１０が、カメラにおける共通の前 置補正を除去するためにデジタル入力信号に適用されている。非線形関数１０は 、その出力端子において、電気信号（電圧または電流）（例えば、ビデオ信号の 振幅）とディスプレイ１上に見られる輝度（ΔＵ〜ΔＬ）間に線形な相関がある という見方において適用される。信号はそれから、それがガン１に達する以前に Ｄ／Ａ変換器１４によってもＤ／Ａ変換される。その画素の“サンプル アンド ホールド”機能を有するＤ／Ａ変換器１４は、互い違いのオン−オフパターン の第２高調波を抑制する。もし第２高調波がないならば、そこには減少したモア レ がある。フィルタリングはＤ／Ａ変換器１４の後で起り、その理由は、このポイ ントにおいてすでに電気信号と輝度間の線形の関係があるからである。帯域幅が 制限された信号処理要素は、非線形関数１０とＤ／Ａ変換器１４間の点１２にお いて配置することが許される。 上述（図４）した本発明の代案の実施形態においては、Ｄ／Ａ変換器１４が最 初にデジタルビデオ信号に適用され、そして非線形関数１０がその後にアナログ ビデオ信号に適用される。どんなフィルタリングも、例えば、点１１において非 線形関数１０の前に起り得ない。その理由は、このフィルタリングは互い違いの オン−オフの画素パターンのスロープをソフトにし、そして次の非線形関数が図 １ｇに示されるような第２高調波を生成するであろうからである。非線形関数１ ０の適用以前に低域通過フィルタリングがないから、再びどんな第２高調波も生 成されない。 本発明のそのうえに別の実施形態においては、ディスプレイが電気信号と輝度 に関してガンマ特性を呈することが仮定されている。図６は本発明のこの実施形 態を示している。カメラ（図示されない）はＣＲＴを補正するために逆ガンマ関 数を適用することが再び仮定されている。この場合においては、図示のように、 信号はＤ／Ａ変換１４され、そしてそれから第１の非線形関数１０がカメラにお ける前置補正を補正するために適用されるか、または、図５におけるように、第 １の非線形関数１０がカメラにおける前置補正を補正するために適用され、そし てそれからビデオ信号がＤ／Ａ変換１４されるからである。第２の逆ガンマ関数 １５は、ガンのガンマ関数１６を補正するためにガン１以前に適用される。カメ ラにおける前置補正を補正するこの第２の逆ガンマ関数１５の代わりに、それは ガン１におけるガンマ関数１６を直接補正する。再び、非線形関数１５とディス プレイデバイスの非線形関数（ＣＲＴの場合におけるγ）との間においては広い 帯域幅（すなわち、低域通過フィルタのない）であるべきことが重要である。も し、電気信号が２つの非線形関数（１５と１６）間で形状において変化されない ならば、それは偶数高調波の導入を妨げ、そしてオーバーオールの出力は再び電 気信号と輝度間において線形の関係である。もし、この信号がフィルタリングさ れるならば、非線形のガンの特性１６は図１ｇに示される第２高調波を生成する であろう。信号処理は非線形関数１０と１５間において許される。 非線形関数をつくることはよく知られていることに留意されるべきである。例 えば、それらは簡単なルックアップテーブルにおいて、または非線形特性を有す るアナログ回路によって実行され得る。 先行する記述から明瞭にされたそれらの中で上記に示された目的が効率的に達 成されることがこうして分かるであろう。そして、本発明の精神と範囲から逸脱 することなく、示された上記方法を実行することおよび構成においてある変形が なされるから、上記記述に含まれそして添付図面に示されたすべての事項は例証 として、そして限定の意味ではなく説明されることが意図されている。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 1. その振幅とその輝度間に非線形を有するデジタルビデオ信号とともに使用す るモレア減少のための回路であって、前記ビデオ信号の振幅と前記輝度間に線 形を呈するディスプレイとともに使用する回路は、 非線形関数；および 前記デジタルビデオ信号をアナログビデオ信号に変換するＤ／Ａ変換器；を 含んでいて、そして その中において前記非線形関数が、その振幅と前記ディスプレイ上に見られ る輝度との間に線形を有する出力信号を生成するために、ａ）前記デジタルビ デオ信号、およびｂ）前記アナログビデオ信号の１つに適用されることを特徴 とするビデオのモアレ減少のための回路。 2. 請求の範囲第１項記載の回路において、前記非線形関数は、前記Ｄ／Ａ変換 器以前において前記デジタルビデオ信号に作用するために位置されていること を特徴とするビデオのモアレ減少のための回路。 3. 請求の範囲第２項記載の回路において、該回路はさらに帯域幅が制限された 信号処理要素を含み、そしてその中において、前記非線形関数は前記デジタル ビデオ信号に適用されそして前記帯域幅が制限された信号処理要素はその後に 位置されていることを特徴とするビデオのモアレ減少のための回路。 4. 請求の範囲第２項記載の回路において、前記Ｄ／Ａ変換器は前記デジタルビ デオ信号を前記アナログビデオ信号に変換し、そして前記非線形関数は、該非 線形関数の適用以前に前記アナログビデオ信号に作用するどんな帯域幅が制限 された信号処理要素もなしに、前記Ｄ／Ａ変換器以降に適用されていることを 特徴とするビデオのモアレ減少のための回路。 5. その振幅とその輝度間に第１の非線形を有するデジタルビデオ信号とともに 使用するモレア減少のための回路であって、前記ビデオ信号の振幅と前記輝度 間に第２の非線形を呈するディスプレイとともに使用する回路は、 第１の非線形関数； 前記デジタルビデオ信号をアナログビデオ信号に変換するＤ／Ａ変換器； その中において前記非線形関数が、その振幅とその輝度との間に線形を有す る出力信号を生成するために、ａ）前記ディスプレイビデオ信号、およびｂ） 前記アナログビデオ信号の１つに適用され；そして 前記ディスプレイの第２の非線形を補償するために前記アナログビデオ信号 に適用される第２の非線形関数 を含んでいることを特徴とするビデオのモアレ減少のための回路。 6. 請求の範囲第５項記載の回路において、前記ディスプレイの第２の非線形は ガンマ特性として規定されていることを特徴とするビデオのモアレ減少のため の回路。 7. その振幅とその輝度間に非線形を有するデジタルビデオ信号とともに使用す るモアレを減少させるための方法であって、前記ビデオ信号の振幅と前記輝度 間に線形を呈するディスプレイとともに使用する方法は、 非線形関数を適用するステップ；および 前記デジタルビデオ信号をアナログビデオ信号にＤ／Ａ変換するステップ； を含んでいて、そして その中において前記非線形関数を適用するステップが、その振幅とその輝度 との間に線形を有する出力信号を生成するために、ａ）前記デジタルビデオ信 号、およびｂ）前記アナログビデオ信号の１つに適用されることを特徴とする ビデオのモアレを減少させるための方法。 8. その振幅とその輝度間に第１の非線形を有するデジタルビデオ信号とともに 使用するモアレを減少させるための方法であって、前記ビデオ信号の振幅と前 記輝度間に第２の非線形を有するするディスプレイとともに使用する方法は、 第１の非線形関数を適用するステップ； 前記デジタルビデオ信号をアナログビデオ信号にＤ／Ａ変換するステップ； その中において前記第１の非線形関数を適用するステップが、その振幅とそ の輝度との間に線形を有する出力信号を生成するために、ａ）前記デジタルビ デオ信号、およびｂ）前記アナログビデオ信号の１つに前記第１の非線形関数 を適用し；および 前記ディスプレイの第２の非線形を補償するために前記ビデオ信号に第２の 非線形関数を適用するステップ を含んでいることを特徴とするビデオのモアレを減少させるための方法。 9. その振幅とその輝度間に第２の非線形特性を有するデジタルビデオ信号とと もに使用するための、ビデオ信号の振幅とその輝度間に第１の非線形特性を呈 するディスプレイデバイスは、 第１の非線形関数； 前記デジタルビデオ信号をアナログビデオ信号に変換するＤ／Ａ変換器； その中において前記第１の非線形関数が、その振幅とその輝度との間に線形 を有する出力信号を生成するために、ａ）前記ディスプレイビデオ信号、およ びｂ）前記アナログビデオ信号の１つに適用され；そして 前記ディスプレイの第１の非線形特性を補償するために前記ビデオ信号に適 用される第２の非線形関数 を含んでいることを特徴とするディスプレイデバイス。 10．ビデオ信号の振幅とその輝度間に線形特性を呈し、そしてその振幅とその輝 度間に非線形を有するデジタルビデオ信号とともに使用するためのディスプレ イデバイスは、 非線形関数； 前記デジタルビデオ信号をアナログビデオ信号に変換するＤ／Ａ変換器；を 含んでいて、そして その中において前記非線形関数が、その振幅とその輝度との間に線形を有す る出力信号を生成するために、ａ）前記ディスプレイビデオ信号、およびｂ） 前記アナログビデオ信号の１つに適用されることを特徴とするディスプレイデ バイス。 11．請求の範囲第１０項記載のディスプレイデバイスにおいて、ディスプレイデ バイスはアナログディスプレイデバイスであることを特徴とするディスプレイ デバイス。 12．請求の範囲第１０項記載のディスプレイデバイスにおいて、ディスプレイデ バイスはデジタルディスプレイデバイスであることを特徴とするディスプレイ デバイス。