JP2006311194A - フレームシンクロナイザおよびその同期方法,画像処理装置並びにフレーム同期プログラム。 - Google Patents
フレームシンクロナイザおよびその同期方法,画像処理装置並びにフレーム同期プログラム。 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】 画質を低下させることなくジャギーの発生を抑制する。
【解決手段】 フレームシンクロナイザ10は、第1の同期信号に同期して供給される入力映像データストリームを順次記憶するバッファメモリ14と、第2の同期信号に同期してバッファメモリ14から映像データを読み出すメモリ制御部15とを有する。メモリ制御部15は、バッファメモリ14の残存容量が所定の下限に達する前は、各フレームのうちの偶数番目水平ライン上の画素データからなる第1のフィールドと当該各フレームのうちの奇数番目水平ライン上の画素データからなる第2のフィールドとの一方のフィールドを所定の開始ラインより読み出すとともに他方のフィールドを第1の開始ラインより読み出す一方、バッファメモリ14の残存容量が前記所定の下限に達したときはこれに応じて、他方のフィールドのみを、前記第1の開始ラインから1水平ラインずれた第2の開始ラインより読み出す。
【選択図】 図3
【解決手段】 フレームシンクロナイザ10は、第1の同期信号に同期して供給される入力映像データストリームを順次記憶するバッファメモリ14と、第2の同期信号に同期してバッファメモリ14から映像データを読み出すメモリ制御部15とを有する。メモリ制御部15は、バッファメモリ14の残存容量が所定の下限に達する前は、各フレームのうちの偶数番目水平ライン上の画素データからなる第1のフィールドと当該各フレームのうちの奇数番目水平ライン上の画素データからなる第2のフィールドとの一方のフィールドを所定の開始ラインより読み出すとともに他方のフィールドを第1の開始ラインより読み出す一方、バッファメモリ14の残存容量が前記所定の下限に達したときはこれに応じて、他方のフィールドのみを、前記第1の開始ラインから1水平ラインずれた第2の開始ラインより読み出す。
【選択図】 図3
Description
本発明は、外部入力の同期信号に同期している映像信号を他の同期信号に同期した映像信号に変換するフレームシンクロナイザおよびその関連技術に関する。
映像信号をデジタル処理する符号化装置は、たとえば、光ディスクなどの大容量記録媒体に映像信号を記録する記録再生装置、あるいは放送信号や無線信号を受信する通信装置に広く組み込まれている。たとえばNTSC(National Television System Committee)方式では、アナログ映像信号には3種類の同期信号(垂直同期信号、水平同期信号および色同期信号)が多重化されている。このようなアナログ映像信号をデジタル処理しようとする場合、符号化装置は、その多重化された同期信号に同期して入力するアナログ映像信号をデジタル映像信号にA/D変換した後、そのデジタル映像信号をデジタル処理のために基準クロック信号(装置内部の基準同期信号)に同期した映像信号に変換する必要がある。かかる変換処理すなわち同期処理を行うのがフレームシンクロナイザであり、この種のフレームシンクロナイザは、デジタル映像信号を一時的に記憶するバッファメモリ(図示せず)と、このバッファメモリに対するデータの書き込み制御および読み出し制御を行うメモリ制御回路(図示せず)とを有している。この種のフレームシンクロナイザに関する従来技術は、たとえば特許文献1(特開2001−309202号公報)に開示されている。
しかしながら、従来のフレームシンクロナイザは、フレーム単位で同期処理を実行していたので、少なくとも2フレーム分の記憶容量を持つバッファメモリを必要とする。本発明者は、バッファメモリの記憶容量を削減すべくフィールド単位で同期処理を実行し得るフレームシンクロナイザを開発する際に、従来のフレームシンクロナイザの技術を採用すれば、表示画像のエッジがギザギザ状に表示される現象(ジャギー;jaggy)が起こるという問題に至った。かかる現象について以下に説明する。NTSC方式では、映像信号の各フレームは、奇数番目水平ライン上の画素データからなる第1フィールド(以下、トップフィールドと呼ぶ。)と、偶数番目水平ライン上の画素データからなる第2フィールド(以下、ボトムフィールドと呼ぶ。)とで構成されている。このため、フレームシンクロナイザのバッファメモリには、図1(A)に示されるように、トップフィールドT1,ボトムフィールドB1,トップフィールドT2,ボトムフィールドB2,…の順番でトップフィールドとボトムフィールドとが交互に記憶されることとなる。バッファメモリが、外部入力の水平同期信号に同期したデジタル映像信号を順次記憶し、メモリ制御回路が、基準クロック信号である水平同期信号に同期してバッファメモリから映像信号を読み出す場合、外部入力の垂直同期信号の周波数と装置内部の垂直同期信号の周波数との間にズレがあり、この状態が一定時間続けば、バッファメモリのオーバーフローまたはアンダーフローが起こる。
このようなオーバーフローまたはアンダーフローを回避するためにメモリ制御回路は、バッファメモリの残存容量が小さ過ぎる場合すなわちオーバーフロー発生の危険性が高いと判断した場合は、トップフィールドまたはボトムフィールドの一方を飛び越して他方のフィールドを読み出すことができる。図1(B)に例示されるように、時刻T1でオーバーフロー発生の危険性が高いと判断した場合、メモリ制御回路は、トップフィールドT1を飛び越してボトムフィールドB2をバッファメモリから読み出すことが可能である。一方、バッファメモリの残存容量が大き過ぎる場合すなわちバッファメモリのアンダーフロー発生の危険性が高いと判断した場合、メモリ制御回路は、トップフィールドまたはボトムフィールドの一方を繰り返しバッファメモリから読み出すことができる。図1(C)に例示されるように、時刻T2でアンダーフロー発生の危険性が高いと判断した場合には、メモリ制御回路は、ボトムフィールドB2をバッファメモリから繰り返し読み出すことができる。
しかしながら、図1(B),(C)に示されるように、トップフィールドT2を飛び越し、あるいはボトムフィールドB2を繰り返し読み出すことで、各フレームにおいて、トップフィールドとボトムフィールドとの時間軸上の位置がずれる。この位置ずれは、斜め方向の画像エッジがギザギザ状に表示されるジャギーの一因となり得る。たとえば、図2に示されるように、斜め方向の画像エッジを持つ文字「A」が表示される場合には、拡大部分115に示すようなギザギザ状のエッジ114bが出現し得る。
上記ジャギーを低減するためにローパスフィルタあるいは補間フィルタを用いて画像エッジ部分の低空間周波数成分を抽出する方法が可能ではあるが、この方法では、画像エッジ部分の輪郭がぼやけてしまい、画質が低下するという問題がある。
特開2001−309202号公報
以上に鑑みて本発明の目的は、上記ジャギーの発生を抑制し得るフレームシンクロナイザおよびその同期方法、画像処理装置並びにフレーム同期プログラムを提供することである。本発明の他の目的は、上記ジャギーの発生を抑制するとともに、バッファメモリに必要な容量の削減および消費電力の低減を可能にするフレームシンクロナイザおよびその同期方法、画像処理装置並びにフレーム同期プログラムを提供することである。
上記目的を達成すべく、請求項1記載の第1の発明は、第1の同期信号に同期して供給される入力映像データストリームを第2の同期信号に同期した出力映像データストリームに変換するフレームシンクロナイザであって、前記入力映像データストリームを記憶するバッファメモリと、前記第2の同期信号に同期して前記バッファメモリから出力映像データを読み出すメモリ制御部と、を有し、前記メモリ制御部は、前記バッファメモリの残存容量が所定の下限に達する前は、前記入力映像データストリームの各フレームのうちの偶数番目水平ライン上の画素データからなる第1のフィールドと当該各フレームのうちの奇数番目水平ライン上の画素データからなる第2のフィールドとの一方のフィールドを所定の開始ラインより読み出すとともに他方のフィールドを所定の第1の開始ラインより読み出す一方、前記バッファメモリの残存容量が前記所定の下限に達したときはこれに応じて、前記他方のフィールドのみを、前記第1の開始ラインから1水平ラインずれた第2の開始ラインより読み出すものである。
請求項12記載の第2の発明は、前記フレームシンクロナイザと、前記フレームシンクロナイザで変換された出力映像データストリームを符号化する符号化部とからなる画像処理装置である。
請求項13記載の第3の発明は、第1の同期信号に同期して供給される入力映像データストリームを記憶するバッファメモリを有し、第2の同期信号に同期して前記バッファメモリから映像データを読み出すことにより前記入力映像データストリームを前記第2の同期信号に同期した出力映像データストリームに変換するフレームシンクロナイザの同期方法であって、(a)前記バッファメモリの残存容量が所定の下限に達する前は、前記入力映像データストリームの各フレームのうちの偶数番目水平ライン上の画素データからなる第1のフィールドと当該各フレームのうちの奇数番目水平ライン上の画素データからなる第2のフィールドとの一方のフィールドを所定の開始ラインより読み出すとともに他方のフィールドを第1の開始ラインより読み出すステップと、(b)前記バッファメモリの残存容量が前記所定の下限に達したときはこれに応じて、前記他方のフィールドのみを、前記第1の開始ラインから1水平ラインずれた第2の開始ラインより読み出すステップと、を備える。
請求項15記載の第4の発明は、第1の同期信号に同期して供給される入力映像データストリームを記憶するバッファメモリを有し、第2の同期信号に同期して前記バッファメモリから映像データを読み出すフレームシンクロナイザにおいて、前記入力映像データストリームを前記第2の同期信号に同期した出力映像データストリームに変換する同期処理をマイクロプロセッサに実行させるフレーム同期プログラムであって、前記同期処理は、(a)前記バッファメモリの残存容量が所定の下限に達する前は、前記入力映像データストリームの各フレームのうちの偶数番目水平ライン上の画素データからなる第1のフィールドと当該各フレームのうちの奇数番目水平ライン上の画素データからなる第2のフィールドとの一方のフィールドを所定の開始ラインより読み出すとともに他方のフィールドを第1の開始ラインより読み出すステップと、(b)前記バッファメモリの残存容量が前記所定の下限に達したときはこれに応じて、前記他方のフィールドのみを、前記第1の開始ラインから1水平ラインずれた第2の開始ラインより読み出すステップと、を含むものである。
以下、本発明に係る種々の実施例について説明する。
図3は、本発明に係る実施例であるフレームシンクロナイザ10を含む画像処理装置1の構成を概略的に示すブロック図である。この画像処理装置1は、フレームシンクロナイザ10、符号化部20、クロック生成部21およびアナログ処理部30を有する。フレームシンクロナイザ10は、アナログ処理部11、デジタル処理部12、バッファメモリ14およびコントローラ(メモリ制御部)15を有している。バッファメモリ14は、第1バッファメモリ(フィールドメモリ)13Aと第2バッファメモリ(ラインメモリ)13Bとで構成される。
フレームシンクロナイザ10には、同期信号SYNC_Aとともにこの同期信号SYNC_Aに同期したアナログ映像信号VINが供給される。本実施例では、アナログ映像信号VINと同期信号SYNC_Aとが分離した状態でフレームシンクロナイザ10に供給されているが、この代わりに、アナログ映像信号VINに同期信号SYNC_Aが重畳されたNTSC信号が、フレームシンクロナイザ10に供給されてもよい。アナログ処理部11は、アナログ映像信号VINを増幅しその増幅信号にフィルタ処理を施し、フィルタ処理された信号をA/D変換する。またアナログ処理部11は、同期信号SYNC_Aから水平同期信号HSYNC_Aを抽出してコントローラ15に供給する。デジタル処理部12は、アナログ処理部11から供給されたデジタル映像信号DVをフォーマットデータストリーム(入力映像データストリーム)FVに変換するが、このフォーマットデータストリームFVは、たとえばITU−R BT.656などの出力フォーマットに準拠した画素データと同期情報(timing references)とを含み、トップフィールドとボトムフィールドとを交互に含むものである。上述の通り、トップフィールドは、各フレームのうちの奇数番目水平ライン上の画素データからなるフィールドを意味し、ボトムフィールドは、当該各フレームのうちの偶数番目水平ライン上の画素データからなるフィールドを意味する。本実施例では、説明の便宜上、トップフィールドおよびボトムフィールドの各々には、多重化された同期情報が付加されているものとする。
コントローラ15は、第1バッファメモリ13Aに対してデータストリームFVの書き込み制御を行う書き込み制御部16と、第1バッファメモリ13Aに対してデータストリームDFVの読み出し制御を行う読み出し制御部17と、第2バッファメモリ13Bに対してデータストリームDFVの読み出し制御を行う読み出し制御部18とを含む。コントローラ15は、マイクロプロセッサ、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、タイマー回路、内部バスおよび入出力インターフェースを含む集積回路で構成すればよい。ROMは、マイクロプロセッサに本実施例の同期制御処理の一部または全部を実行させる各種プログラムを格納している。書き込み制御部16、読み出し制御部17および読み出し制御部18は、ハードウェアで実現されてもよいし、あるいはROMに格納されたプログラムで実現されてもよい。
第1バッファメモリ13Aは、少なくとも1フィールド分の記憶容量を有する2ポートメモリである。後述する理由により、第1バッファメモリ13Aは、従来技術の如き4フィールド分すなわち2フレーム分の記憶容量を持つ必要がないので、バッファメモリ14に必要な記憶容量を小さくすることが可能である。書き込み制御部16は第1バッファメモリ13Aに書き込み制御信号WCを与え、当該書き込み制御信号WCに含まれる書き込みアドレスで指定された記憶領域にデータストリームFVを順次書き込む。また読み出し制御部17は読み出し制御信号RC1を第1バッファメモリ13Aに与えて、当該読み出し制御信号RC1に含まれる読み出しアドレスで指定される記憶領域から画素データを読み出し第2バッファメモリ13Bに与える。
コントローラ15は、クロック生成部21から供給される垂直同期信号VSYNC_Bと水平同期信号HSYNC_Aとに基づいて第1バッファメモリ13Aの残存容量を常時監視しており、残存容量が所定の上限または下限に達したときにはこれに応じて、後述のフィールドドロップ処理またはフィールドインサート処理を実行することで第1バッファメモリ13Aのオーバーフローまたはアンダーフローを回避させる。
ところで、トップフィールドの水平ライン全てが画像データを含むわけではない。ボトムフィールドについても同様である。たとえばNTSC方式では、トップフィールドの262本の水平ラインのうち画像データを244本の有効ライン(active lines)に含めることができ、ボトムフィールドの263本の水平ラインのうち画像データを243本の有効ラインに含めることができる。さらに、全ての有効ラインを画像処理に使用することも必要ではない。一般に、有効ラインのうち、デジタル処理に適した2のべき乗の倍数の水平ライン(以下、選択有効ライン(selected active lines)と称する。)のみを画像処理に使用するのが好ましい。たとえばNTSC方式では、トップフィールドの244本の有効ラインのうち、16(=24)の15倍の数である240本の選択有効ラインを画像処理に使用することができる。
第2バッファメモリ13Bは、たとえばFIFOメモリで構成され、第1バッファメモリ13Aからのトップフィールドまたはボトムフィールドのデータストリームを2〜3本の水平ライン分記憶する。第2バッファメモリ13Bは、読み出し制御信号RC2としてイネーブル信号が供給される間はデータストリームDFV2を出力する一方、読み出し制御信号RC2としてディスイネーブル信号が供給される間にはデータストリームDFV2の出力を停止する。また、第2バッファメモリ13Bは、読み出し制御信号RC2に応じて、トップフィールドまたはボトムフィールドの有効ラインのうち選択有効ラインを選択し、選択有効ラインのデータストリームを符号化部20に供給することができる。図4(A),(B),(C)は、トップフィールドTFの有効ラインのみを模式的に示す図であり、図5(A),(B),(C)は、ボトムフィールドBFの有効ラインのみを模式的に示す図である。
図4(A)では、244本の有効ラインのうち3番目の有効ライン(読み出し開始ライン)〜242番目の有効ライン(終了ライン)が選択有効ラインとして選択され、選択有効領域TF1を構成する。図4(B)では、3番目の有効ラインから上方に1水平ラインずれた2番目の有効ライン(読み出し開始ライン)〜241番目の有効ラインが選択有効領域TF2を構成し、図4(C)では、3番目の有効ラインから下方に1水平ラインずれた4番目の有効ライン(読み出し開始ライン)〜243番目の有効ラインが選択有効領域TF3を構成している。第2バッファメモリ13Bは、トップフィールドTFを符号化部20に供給する際、読み出し制御信号RC2に応じて、図4(A)〜(C)にそれぞれ対応する3種類の動作モードのいずれか1つのモードで動作する。すなわち、第2バッファメモリ13Bは、動作モードに応じて、図4(A)〜(C)に示される選択有効領域TF1,TF2,TF3のうちいずれか1つの領域のデータストリームDFV2を選択的に出力する機能を有している。
他方、図5(A)では、243本の有効ラインのうち3番目の有効ライン(読み出し開始ライン)〜242番目の有効ライン(終了ライン)が選択有効ラインとして選択され、選択有効領域BF1を構成する。図5(B)では、3番目の有効ラインから上方に1水平ラインずれた2番目の有効ライン(読み出し開始ライン)〜241番目の有効ラインが選択有効領域BF2を構成し、図5(C)では、3番目の有効ラインから下方に1水平ラインずれた4番目の有効ライン(読み出し開始ライン)〜243番目の有効ラインが選択有効領域BF3を構成している。第2バッファメモリ13Bは、ボトムフィールドBFを符号化部20に供給する際、読み出し制御信号RC2に応じて、図5(A)〜(C)にそれぞれ対応する3種類の動作モードのいずれか1つのモードで動作する。第2バッファメモリ13Bは、動作モードに応じて、図5(A)〜(C)に示される選択有効領域BF1,BF2,BF3のうちいずれか1つの領域のデータストリームDFV2を選択的に出力する機能を有する。
符号化部20は、フレームシンクロナイザ10から供給されたフォーマットデータストリームDFV2を符号化するブロックであり、クロック生成部21から供給される水平同期信号HSYNC_Bおよび垂直同期信号VSYNC_Bに同期して動作する。この符号化部20は、たとえば、MPEG(Moving Picture Experts Group)方式に従った圧縮符号化、公知のフォーマット変換、画像処理あるいは変調処理を実行するブロックであればよく、特に限定されない。
アナログ処理部30は、アナログ映像信号VINに同期して供給されるアナログ音声信号AINを処理するブロックであり、クロック生成部21から供給されるクロック信号(図示せず)に同期して動作する。具体的には、アナログ処理部30は、アナログ音声信号AINを増幅しその増幅信号にフィルタ処理を施し、フィルタ処理された信号をA/D変換し、その変換信号DAを出力する。
以上の構成を有するフレームシンクロナイザ10の制御動作について以下に説明する。図6,図7および図8は、本実施例の同期方法による処理手順を例示するフローチャートである。図6を参照すると、フレームシンクロナイザ10が起動したとき、コントローラ15は、状態フラグFGの初期値を「0」に設定し、この初期値を内部レジスタに記憶させる(ステップS1)。フレームシンクロナイザ10には、アナログ映像信号VINと同期信号SYNC_Aとが供給されている。
コントローラ15は、水平同期信号HSYNC_Aと基準クロック信号(垂直同期信号)VSYNC_Bとに基づいて第1バッファメモリ13Aの残存容量が所定の下限に達したか否かを判定する(ステップS2)。ジッタなどの要因により外部入力の水平同期信号HSYNC_Aの周波数が、装置内部の基準クロック周波数(水平同期信号HSYNC_Bの周波数)に一致せず当該基準クロック周波数よりも高い期間が続くとき、第1バッファメモリ13Aの残存容量はオーバーフロー発生の危険性を示す下限を下回る。このとき、コントローラ15は、残存容量が下限に達したと判定し、次いで、読み出し制御部17が、トップフィールドまたはボトムフィールドのいずれか一方を飛び越して他方のフィールドのみを第1バッファメモリ13Aから読み出すフィールドドロップ処理(ステップS4)を実行する。
図7は、フィールドドロップ処理の一例を示すフローチャートである。図7の例では、トップフィールドが飛び越され、ボトムフィールドが第1バッファメモリ13Aから読み出される。図7を参照すると、読み出し制御部17は、第1バッファメモリ13Aにトップフィールドが記憶されているか否かを判定する(ステップS10)。トップフィールドが記憶されていないと判定した場合、フィールドドロップ処理は実行されず、コントローラ15はライン選択処理(ステップS6;図6)を実行する。このライン選択処理については後述する。
第1バッファメモリ13Aにトップフィールドが記憶されていると判定した場合(ステップS10)、読み出し制御部17は、当該トップフィールドの先頭領域を指すアドレスから1フィールド分だけ読み出しアドレスを飛び越す(ステップS11)。この結果、読み出し制御部17は、第1バッファメモリ13Aにおけるトップフィールドの記憶領域を飛び越してボトムフィールドの記憶領域を指定する読み出しアドレスを発生することとなる。次いで、コントローラ15は、状態フラグFGのビットを反転する(ステップS12)。この結果、状態フラグFGの値は「0」から「1」に変化する。コントローラ15はその後メインルーチン(図6)に処理を戻す。
以上のフィールドドロップ処理(ステップS11,12)が実行された後は、読み出し制御部18によりライン選択処理(ステップS6)が実行される。図9は、ライン選択処理の一例を示すフローチャートである。図9を参照すると、読み出し制御部18は、第2バッファメモリ13Bが出力しようとしているデータストリームがトップフィールドのデータか否かを判定する(ステップS30)。フィールドドロップ処理の直後であるので、読み出し制御部18は、当該データストリームがトップフィールドのデータではないと判定し(ステップS30)、さらに状態フラグFGの値が「0」ではないと判定する(ステップS33)。
その後のステップS38〜S41を通じて、図5(B)に示される選択有効領域BF2のデータストリームが選択的に符号化部20に与えられる。すなわち、ステップS38では、読み出し制御部18は、当該データストリームがボトムフィールドBF(図5(B)参照)の上方1ライン上のデータ(1番目の有効ライン上のデータ)か否かを判定し、当該データストリームが上方1ライン上のデータであると判定すれば、読み出し制御信号RC2としてディスイネーブル信号を第2バッファメモリ13Bに供給することでデータストリームの出力を停止させる(ステップS40)。この結果、上方1ライン分のデータが間引かれることとなる。
一方、ステップS38で、当該データストリームが上方1ライン上のデータではないと判定すれば、読み出し制御部18は、さらに当該データストリームが下方2ライン上のデータ(242番目または243番目の有効ライン上のデータ)か否かを判定し(ステップS39)、当該データストリームが下方2ライン上のデータであると判定すれば、読み出し制御信号RC2としてディスイネーブル信号を第2バッファメモリ13Bに供給することでデータストリームの出力を停止させる(ステップS40)。この結果、下方2ライン分のデータが間引かれることとなる。
他方、ステップS39で、当該データストリームが下方2ライン上のデータではないと判定すれば、読み出し制御部18は、読み出し制御信号RC2としてイネーブル信号を第2バッファメモリ13Bに供給することでデータストリームの出力を許可する(ステップS41)。
図6に戻り、ステップS2においてコントローラ15が残存容量が下限に達しないと判定した場合には、さらに残存容量が所定の上限に達したか否かを判定する(ステップS3)。水平同期信号HSYNC_Aの周波数が、基準クロック周波数に一致せず当該基準クロック周波数よりも低い期間が続くとき、第1バッファメモリ13Aの残存容量はアンダーフロー発生の危険性を示す上限を上回る。このとき、コントローラ15は、残存容量が上限に達したと判定し、次いで、読み出し制御部17が、トップフィールドまたはボトムフィールドのいずれか一方を繰り返し第1バッファメモリ13Aから読み出すフィールドインサート処理(ステップS5)を実行する。
図8は、フィールドインサート処理の一例を示すフローチャートである。図8の例では、ボトムフィールドが繰り返し第1バッファメモリ13Aから読み出される。図8を参照すると、読み出し制御部17は、第1バッファメモリ13Aにボトムフィールドが記憶されているか否かを判定する(ステップS20)。ボトムフィールドが記憶されていないと判定した場合、フィールドインサート処理は実行されず、コントローラ15はライン選択処理(ステップS6;図6)を実行する。このライン選択処理については後述する。
第1バッファメモリ13Aにボトムフィールドが記憶されていると判定した場合(ステップS20)、読み出し制御部17は、読み出しアドレスを1フィールド分戻して当該ボトムフィールドの先頭領域を指す読み出しアドレスを発生する(ステップS21)。この結果、読み出し制御部17は、第1バッファメモリ13Aにおけるボトムフィールドの記憶領域を指定する読み出しアドレスを繰り返し発生することとなる。次いで、コントローラ15は、状態フラグFGを反転する(ステップS22)。この結果、状態フラグFGの値は「0」から「1」に変化する。なお、「1」のビットを反転させた値は初期値「0」である。コントローラ15はその後メインルーチン(図6)に処理を戻す。
以上のフィールドインサート処理(ステップS21,22)が実行された後は、読み出し制御部18がライン選択処理(ステップS6)を実行する。図9を参照すると、読み出し制御部18は、第2バッファメモリ13Bの出力データがトップフィールドのデータではないと判定し(ステップS30)、さらに状態フラグFGの値が「0」ではないと判定する(ステップS33)。その後のステップS38〜S41を通じて、図5(B)に示される選択有効領域BF2のデータストリームが選択的に符号化部20に与えられる。ステップS38〜S41の処理は、上述した通りである。
図6に戻り、ステップS2,S3においてコントローラ15が第1バッファメモリ13Aの残存容量が下限にも上限にも達していないと判定した場合には、ライン選択処理(ステップS6)が実行される。かかる場合、図9を参照すると、読み出し制御部18は、第2バッファメモリ13Bの出力データがトップフィールドのデータか否かを判定し(ステップS30)、当該データストリームがトップフィールドのデータであると判定した場合は、ステップS31,S32およびS36により、図4(A)に示される選択有効領域TF1のデータストリームが選択的に符号化部20に与えられる。すなわち、ステップS31では、読み出し制御部18は、当該データストリームがトップフィールドの上方または下方2ライン上のデータ(1番目,2番目,243番目または244番目の有効ライン上のデータ)か否かを判定し、当該データストリームが上方2ライン上のデータであると判定すれば、読み出し制御信号RC2としてディスイネーブル信号を第2バッファメモリ13Bに供給することで、データストリームの出力を停止させる(ステップS36)。この結果、上方2ライン分のデータが間引かれることとなる。一方、ステップS31で、当該データストリームが上方または下方2ライン上のデータではないと判定すれば、読み出し制御部18は、イネーブル信号を第2バッファメモリ13Bに供給することでデータストリームの出力を許可する。
また、前記ステップS30で、当該データストリームがトップフィールドのデータではないと判定した場合、読み出し制御部18は、さらに状態フラグFGの値が「0」であると判定し(ステップS33)、その後、ステップS34〜S37によって、図5(A)に示される選択有効領域BF1のデータストリームが選択的に符号化部20に与えられる。すなわち、ステップS34では、読み出し制御部18は、当該データストリームがボトムフィールドBF(図5(A)参照)の上方2ライン上のデータ(1番目または2番目の有効ライン上のデータ)か否かを判定し、当該データストリームが上方2ライン上のデータであると判定すれば、読み出し制御信号RC2としてディスイネーブル信号を第2バッファメモリ13Bに供給することでデータストリームの出力を停止させる(ステップS36)。この結果、上方2ライン分のデータが間引かれることとなる。
一方、ステップS34で、当該データストリームが上方2ライン上のデータではないと判定すれば、読み出し制御部18は、さらに当該データストリームが下方1ライン上のデータ(243番目の有効ライン上のデータ)か否かを判定し(ステップS35)、当該データストリームが下方1ライン上のデータであると判定すれば、読み出し制御信号RC2としてディスイネーブル信号を第2バッファメモリ13Bに供給することでデータストリームの出力を停止させる(ステップS36)。この結果、下方1ライン分のデータが間引かれることとなる。
他方、ステップS35で、当該データストリームが下方1ライン上のデータではないと判定すれば、読み出し制御部18は、読み出し制御信号RC2としてイネーブル信号を第2バッファメモリ13Bに供給することでデータストリームの出力を許可する(ステップS37)。
その後、図6に戻ってコントローラ15は、以上の同期制御処理を終了するか否かを判定し(ステップS7)、当該同期制御処理を終了すると判定する迄、上記ステップS2〜S6を繰り返し実行する。
上記同期制御処理によりジャギーの発生を抑制することが可能である。このことを図10〜図14を参照しつつ以下に説明する。たとえば図10(A)に示されるように、画像エッジE1,E2,E3,E4,…をそれぞれ含むフレームF1,F2,F3,F4,…を考える。図10(B)に示されるように、フレームF1は、トップフィールドT1およびボトムフィールドB1からなり、フレームF2は、トップフィールドT2およびボトムフィールドB2からなり、フレームF3は、トップフィールドT3およびボトムフィールドB4からなり、フレームF4は、トップフィールドT4およびボトムフィールドB4からなる。時間軸に沿ってこれらフィールドT1、B1,T2,B2,T3,B3,T4,B4,…が順次フレームシンクロナイザ10に供給されるものとする。
第1バッファメモリ13AがボトムフィールドB1を記憶した直後に、第1バッファメモリ13Aの残存容量が下限に達した場合は、フィールドドロップ処理(ステップS4)によりトップフィールドT2が飛び越される。従来のフレームシンクロナイザの場合、トップフィールドT2が飛び越されると、図11(A)に示されるようにトップフィールドT3,T4,T5とボトムフィールドB2,B3,B4との時間軸上の位置がずれるので、図11(B)に示されるように、表示フレームD1は、トップフィールドT1およびボトムフィールドB1からなるが、表示フレームD2は、ボトムフィールドB2およびトップフィールドT3からなり、表示フレームD3は、ボトムフィールドB3およびトップフィールドT4からなり、表示フレームD4は、ボトムフィールドB4およびトップフィールドT5からなる。したがって、表示フレームD2,D3,D4には、それぞれ、ギザギザ状の画像エッジJ2,J3,J4が出現する。
一方、本実施例のフレームシンクロナイザ10の場合、トップフィールドT2が飛び越されると、図5(B)に示されるようにボトムフィールドの選択有効領域BF2が選択され、デフォルト時の選択有効領域BF1(図5(A))と比べて上方に1ラインずれることとなる(ステップS38〜S41)。これは、デフォルト時の選択有効領域BF1の上方に1水平ライン分の画素データが付加され、当該選択有効領域BF1の下方の1水平ラインが削除されることと実質的に同じである。したがって、図12(A)に示されるように上方に水平ラインAL2,AL3,AL4がそれぞれ付加されたボトムフィールドB2a,B3a,B4aが生成される。よって、図12(B)に示されるように、表示フレームD1は、トップフィールドT1およびボトムフィールドB1からなり、表示フレームD2は、ボトムフィールドB2aおよびトップフィールドT3からなり、表示フレームD3は、ボトムフィールドB3aおよびトップフィールドT4からなり、表示フレームD4は、ボトムフィールドB4aおよびトップフィールドT5からなる。したがって、時間軸上の位置ずれが補償されるのでジャギーは発生しない。
また、図10において、第1バッファメモリ13AがトップフィールドT2を記憶した直後に、第1バッファメモリ13Aの残存容量が上限に達した場合は、フィールドインサート処理(ステップS5)によりボトムフィールドB2が繰り返し読み出される。従来のフレームシンクロナイザの場合、ボトムフィールドB2が繰り返し読み出されると、図13(A)に示されるようにボトムフィールドB2,B3とトップフィールドT3,T4との時間軸上の位置がずれるので、図13(B)に示されるように、表示フレームD1は、トップフィールドT1およびボトムフィールドB1からなり、表示フレームD2は、トップフィールドT2およびボトムフィールドB2からなるものの、表示フレームD3は、ボトムフィールドB2およびトップフィールドT3からなり、表示フレームD4は、ボトムフィールドB3およびトップフィールドT4からなる。したがって、表示フレームD3,D4には、それぞれ、ギザギザ状の画像エッジJ3,J4が出現する。
一方、本実施例のフレームシンクロナイザ10の場合、ボトムフィールドB2が繰り返し読み出されると、図5(B)に示されるようにボトムフィールドの選択有効領域BF2が選択され、デフォルト時の選択有効領域BF1(図5(A))と比べて上方に1水平ラインずれることとなる(ステップS38〜S41)。これは、デフォルト時の選択有効領域BF1の上方に1水平ライン分の画素データが付加され、当該選択有効領域BF1の下方の1水平ラインが削除されることと実質的に同じである。したがって、図14(A)に示されるように上方に水平ラインAL2,AL3がそれぞれ付加されたボトムフィールドB2a,B3aが生成される。よって、図14(B)に示されるように、表示フレームD1は、トップフィールドT1およびボトムフィールドB1からなり、表示フレームD2は、トップフィールドT2およびボトムフィールドB2からなり、表示フレームD3は、ボトムフィールドB2aおよびトップフィールドT3からなり、表示フレームD4は、ボトムフィールドB3aおよびトップフィールドT4からなる。したがって、時間軸上の位置ずれは補償されるのでジャギーは発生しない。
以上の如く、本実施例のフレームシンクロナイザ10は、フィールドドロップ処理(ステップS4)でトップフィールドまたはボトムフィールドのいずれか一方のフィールドが飛び越されても、他方のフィールドをバッファメモリ14から読み出す際に、デフォルト時の開始ラインと比べて1水平ラインずれた開始ラインより読み出している(図4,図5;ステップS38〜S41)。また、フィールドインサート処理(ステップS5)でトップフィールドまたはボトムフィールドのいずれか一方のフィールドが繰り返されても、他方のフィールドをバッファメモリ14から読み出す際には、デフォルト時の開始ラインと比べて1水平ラインずれたラインより読み出している(図4,図5;ステップS38〜S41)。したがって、ジャギーの発生を抑制することが可能である。
また、フレーム同期処理の際にフレーム単位で表示画像がずれる従来技術と比べると、本実施例のフレームシンクロナイザは、フィールドドロップ処理およびフィールドインサート処理の際にフィールド単位で表示画像がずれるので、1フレームの表示時間(NTSC方式の場合は約1/30秒)の半分の時間のずれしかユーザーに知覚させない。したがって、従来技術と比べて、本実施例の同期処理は画質低下を抑制することが可能である。
さらに、少なくとも2フレーム分以上の記憶容量を持つバッファメモリを必要とした従来のフレームシンクロナイザと比べて、本実施例のフレームシンクロナイザ10は、1フィールド分と2〜3本の水平ライン分の記憶容量を持つバッファメモリ4を有すれば足りる。したがって、バッファメモリの小容量化、製造コストの低減および低消費電力化が可能になる。
次に、上記実施例の変形例について説明する。図15は、この変形例のフレームシンクロナイザ10Aを含む画像処理装置1Aの構成を概略的に示すブロック図である。図15と図3との間で同一符号を付されたブロックは、同じ機能を有するものとしてその詳細な説明を省略する。本変形例のフレームシンクロナイザ10Aは、データストリームFVに基づいてシーンチェンジを検出し、その検出信号DSを書き込み制御部16、読み出し制御部17および読み出し制御部18に供給する点で上記実施例と異なる。
図16は、本変形例の同期方法による処理手順を例示するフローチャートである。図16と図6との間で同じステップ番号が付されたブロックでは、同じ処理が実行されるので、その詳細な説明を省略する。図16を参照すると、コントローラ15は、状態フラグFGの初期値を「0」に設定し(ステップS1)、その後、シーンチェンジ検出部19でシーンチェンジが検出されたか否かを判定する(ステップS40)。シーンチェンジが検出されない場合は、ステップS7に処理が移行する。一方、シーンチェンジが検出された場合に限り、ステップS2〜S7が実行される。
本変形例は、シーンチェンジが起きた時点でフィールドドロップ処理(ステップS4)、フィールドインサート処理(ステップS5)およびライン選択処理(ステップS6)を実行するので、シーンチェンジと略同時にこれらの処理が実行されることになる。また、シーンチェンジは比較的頻繁に起こるという事実に着目すれば、シーンチェンジの発生時以外のときにそれらの処理が実行される回数を減らすことができる。したがって、画像の品質低下を最小限に抑えることが可能である。
1 画像処理装置
10 フレームシンクロナイザ
11 アナログ処理部
12 デジタル処理部
13A 第1バッファメモリ(フィールドメモリ)
13B 第2バッファメモリ(ラインメモリ)
14 バッファメモリ
15 コントローラ(メモリ制御部)
16 書き込み制御部
17,18 読み出し制御部
19 シーンチェンジ検出部
20 符号化部
21 クロック生成部
10 フレームシンクロナイザ
11 アナログ処理部
12 デジタル処理部
13A 第1バッファメモリ(フィールドメモリ)
13B 第2バッファメモリ(ラインメモリ)
14 バッファメモリ
15 コントローラ(メモリ制御部)
16 書き込み制御部
17,18 読み出し制御部
19 シーンチェンジ検出部
20 符号化部
21 クロック生成部
Claims (16)
- 第1の同期信号に同期して供給される入力映像データストリームを第2の同期信号に同期した出力映像データストリームに変換するフレームシンクロナイザであって、
前記入力映像データストリームを記憶するバッファメモリと、
前記第2の同期信号に同期して前記バッファメモリから出力映像データを読み出すメモリ制御部と、を有し、
前記メモリ制御部は、前記バッファメモリの残存容量が所定の下限に達する前は、前記入力映像データストリームの各フレームのうちの偶数番目水平ライン上の画素データからなる第1のフィールドと当該各フレームのうちの奇数番目水平ライン上の画素データからなる第2のフィールドとの一方のフィールドを所定の開始ラインより読み出すとともに他方のフィールドを所定の第1の開始ラインより読み出す一方、前記残存容量が前記所定の下限に達したときはこれに応じて、前記他方のフィールドのみを、前記第1の開始ラインから1水平ラインずれた第2の開始ラインより読み出すことを特徴とするフレームシンクロナイザ。 - 請求項1記載のフレームシンクロナイザであって、前記メモリ制御部は、前記バッファメモリの残存容量が前記所定の下限に達した後は、前記第1および第2のフィールドのうちの一方のフィールドを前記所定の開始ラインより読み出すとともに他方のフィールドを前記第2の開始ラインより読み出すことを特徴とするフレームシンクロナイザ。
- 請求項1または2記載のフレームシンクロナイザであって、前記バッファメモリの残存容量が前記所定の下限に達したときに当該バッファメモリから読み出されたフィールドには、1水平ライン分の画素データが付加されていることを特徴とするフレームシンクロナイザ。
- 請求項1から3のうちのいずれか1項に記載のフレームシンクロナイザであって、前記メモリ制御部は、前記バッファメモリの残存容量が所定の上限に達する前は、前記第1および第2のフィールドを所定の開始ラインより読み出す一方、前記バッファメモリの残存容量が前記所定の上限に達したときはこれに応じて、前記バッファメモリから、前記第1および第2のフィールドのうちの一方のフィールドを、前記所定の開始ラインから1水平ラインずれた第3の開始ラインより繰り返し読み出すことを特徴とするフレームシンクロナイザ。
- 請求項4記載のフレームシンクロナイザであって、前記メモリ制御部は、前記バッファメモリの残存容量が前記所定の上限に達した後には、前記第1および第2のフィールドのうちの一方のフィールドを前記第3の開始ラインより読み出すとともに他方のフィールドを前記所定の開始ラインより読み出すことを特徴とするフレームシンクロナイザ。
- 請求項4または5記載のフレームシンクロナイザであって、前記バッファメモリの残存容量が前記所定の上限に達したときに当該バッファメモリから読み出されたフィールドには、1水平ライン分の画素データが付加されていることを特徴とするフレームシンクロナイザ。
- 請求項1から3のうちのいずれか1項に記載のフレームシンクロナイザであって、
前記バッファメモリは、前記第1および第2のフィールドを交互に記憶するフィールドメモリと、前記フィールドメモリから出力された画素データを所定数の水平ライン分だけ一時的に記憶するラインメモリとを含み、
前記メモリ制御部は、
前記フィールドメモリの残存容量が前記所定の下限に達したときにこれに応じて、前記一方のフィールドの記憶領域を飛び越して前記他方のフィールドの記憶領域を指定する読み出しアドレスを前記フィールドメモリに供給することで前記他方のフィールドのみを読み出す第1の読み出し制御部と、
前記フィールドメモリの残存容量が前記所定の下限に達したときにこれに応じて、前記ラインメモリから、前記他方のフィールドを前記第2の開始ラインより読み出す第2の読み出し制御部と、
を含むことを特徴とするフレームシンクロナイザ。 - 請求項4から6のうちのいずれか1項に記載のフレームシンクロナイザであって、
前記バッファメモリは、前記第1および第2のフィールドを交互に記憶するフィールドメモリと、前記フィールドメモリから出力された画素データを所定数の水平ライン分だけ一時的に記憶するラインメモリとを含み、
前記メモリ制御部は、
前記フィールドメモリの残存容量が前記所定の上限に達したときにこれに応じて、前記他方のフィールドの記憶領域を指定する読み出しアドレスを繰り返し前記フィールドメモリに供給することで前記他方のフィールドを繰り返し読み出す第1の読み出し制御部と、
前記フィールドメモリの残存容量が前記所定の上限に達したときにこれに応じて、前記ラインメモリから、前記他方のフィールドを前記第3の開始ラインより読み出す第2の読み出し制御部と、
を含むことを特徴とするフレームシンクロナイザ。 - 請求項1から3および請求項7のうちのいずれか1項に記載のフレームシンクロナイザであって、前記入力映像データストリームのシーンチェンジを検出するシーンチェンジ検出部をさらに備え、
前記メモリ制御部は、前記バッファメモリの残存容量が前記所定の下限に達し且つ前記シーンチェンジが検出されたときに、前記他方のフィールドのみを前記第2の開始ラインより読み出すことを特徴とするフレームシンクロナイザ。 - 請求項4から6および請求項8のうちのいずれか1項に記載のフレームシンクロナイザであって、前記入力映像データストリームのシーンチェンジを検出するシーンチェンジ検出部をさらに備え、
前記メモリ制御部は、前記バッファメモリの残存容量が前記所定の上限に達し且つ前記シーンチェンジが検出されたときに、前記バッファメモリから前記他方のフィールドを前記第3の開始ラインより繰り返し読み出すことを特徴とするフレームシンクロナイザ。 - 請求項1から10のうちのいずれか1項に記載のフレームシンクロナイザであって、前記メモリ制御部は、2のべき乗の倍数の水平ライン分の画素データからなるフィールドを前記バッファメモリから選択的に読み出すことを特徴とするフレームシンクロナイザ。
- 請求項1から11のうちのいずれか1項に記載のフレームシンクロナイザと、前記フレームシンクロナイザで変換された出力映像データストリームを符号化する符号化部とからなることを特徴とする画像処理装置。
- 第1の同期信号に同期して供給される入力映像データストリームを記憶するバッファメモリを有し、第2の同期信号に同期して前記バッファメモリから映像データを読み出すことにより前記入力映像データストリームを前記第2の同期信号に同期した出力映像データストリームに変換するフレームシンクロナイザの同期方法であって、
(a)前記バッファメモリの残存容量が所定の下限に達する前は、前記入力映像データストリームの各フレームのうちの偶数番目水平ライン上の画素データからなる第1のフィールドと当該各フレームのうちの奇数番目水平ライン上の画素データからなる第2のフィールドとの一方のフィールドを所定の開始ラインより読み出すとともに他方のフィールドを第1の開始ラインより読み出すステップと、
(b)前記バッファメモリの残存容量が前記所定の下限に達したときはこれに応じて、前記他方のフィールドのみを、前記第1の開始ラインから1水平ラインずれた第2の開始ラインより読み出すステップと、
を備えることを特徴とする同期方法。 - 請求項13記載の同期方法であって、
前記バッファメモリの残存容量が所定の上限に達する前は、前記第1および第2のフィールドを所定の開始ラインより読み出す一方、前記バッファメモリの残存容量が前記所定の上限に達したときはこれに応じて、前記バッファメモリから、前記第1および第2のフィールドのうちの一方のフィールドを、前記所定の開始ラインから1水平ラインずれた第3の開始ラインより繰り返し読み出すステップ、
をさらに備えることを特徴とする同期方法。 - 第1の同期信号に同期して供給される入力映像データストリームを記憶するバッファメモリを有し、第2の同期信号に同期して前記バッファメモリから映像データを読み出すフレームシンクロナイザにおいて、前記入力映像データストリームを前記第2の同期信号に同期した出力映像データストリームに変換する同期処理をマイクロプロセッサに実行させるフレーム同期プログラムであって、
前記同期処理は、
(a)前記バッファメモリの残存容量が所定の下限に達する前は、前記入力映像データストリームの各フレームのうちの偶数番目水平ライン上の画素データからなる第1のフィールドと当該各フレームのうちの奇数番目水平ライン上の画素データからなる第2のフィールドとの一方のフィールドを所定の開始ラインより読み出すとともに他方のフィールドを第1の開始ラインより読み出すステップと、
(b)前記バッファメモリの残存容量が前記所定の下限に達したときはこれに応じて、前記他方のフィールドのみを、前記第1の開始ラインから1水平ラインずれた第2の開始ラインより読み出すステップと、
を含むことを特徴とするフレーム同期プログラム。 - 請求項15記載のフレーム同期プログラムであって、前記同期処理は、
前記バッファメモリの残存容量が所定の上限に達する前は、前記第1および第2のフィールドを所定の開始ラインより読み出す一方、前記バッファメモリの残存容量が前記所定の上限に達したときはこれに応じて、前記バッファメモリから、前記第1および第2のフィールドのうちの一方のフィールドを、前記所定の開始ラインから1水平ラインずれた第3の開始ラインより繰り返し読み出すステップ、
をさらに含むことを特徴とするフレーム同期プログラム。
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