JP2006340005A - ディジタル信号処理装置とディジタル信号処理方法およびプログラム。 - Google Patents

Abstract

【課題】遮断特性を犠牲にすることなくリンギングを抑圧する。
【解決手段】リンギング抑圧係数生成部２１は、入力信号Ｄinに生じているリンギングのリンギング量に応じたリンギング抑圧係数Ｋsrを生成する。リンギング抑圧部３１は、リンギング抑圧係数Ｋsrと入力信号Ｄinの高域成分からリンギング抑圧信号を生成し、この信号を入力信号Ｄinに加えることでリンギングの抑圧された出力信号Ｄoutを得る。リンギング抑圧係数Ｋsrは、入力信号Ｄinのアップサンプリングを行い、アップサンプリング後の信号における高域成分のピーク値と、ピーク値となったタイミングにおけるアップサンプリング後の信号における低域成分の変動とから生成する。ピーク位置は、高域成分を微分して得た微分信号のゼロクロス検出を行い、検出したゼロクロス位置をピーク位置とする。
【選択図】 図１

Description

この発明は、ディジタル信号処理装置とディジタル信号処理方法およびプログラムに関する。詳しくは、入力信号に生じたリンギングのリンギング量に応じたリンギング抑圧係数を生成して、このリンギング抑圧係数と入力信号の高域成分からリンギング抑圧信号を生成し、リンギング抑圧信号を入力信号に加えてリンギングを抑圧するものである。

従来、ディジタル信号処理では、ＦＩＲ(Finite-duration Impulse Response)フィルタやＩＩＲ(Infinite -duration Impulse Response)フィルタを用いて、所望の帯域信号を通過させることが行われている。ここで、ディジタル信号をＦＩＲフィルタで処理する場合、理想フィルタの無限インパルス応答を有限で打ち切るために所謂フーリエ級数におけるギブス現象を生じて、通過域から阻止域への遷移部分、またはその逆への遷移部分でリンギングが発生する。

このようなリンギングの影響を軽減するため、遷移部分に小さい係数を掛ける所謂窓関数処理でリンギングを抑圧することが行われている。また、特許文献１に示されているように、急峻な遮断特性である第１のローパスフィルタと、緩やかな遮断特性である第２のローパスフィルタを設けて、信号レベルがステップ状に変換する近傍で、第１および第２のローパスフィルタから出力されたディジタル信号の混合比を変化させることでリンギングを抑圧することも行われている。

特開平８−７９５５８号公報

ところで、遷移部分に小さい係数を掛けてリンギングを抑圧する場合、フィルタの遮断特性を優先すると、リンギングを十分に抑圧することができず、例えばディジタル画像信号を高次のＦＩＲフィルタによって処理する場合、コントラスト差の大きい画像部分（黒から白、あるいは白から黒に切りかわる輪郭部分）でリンギングが発生し、輪郭が二重、三重に見えるような画像の劣化を招いてしまう。また、リンギングの抑圧を優先すると遮断特性が穏やかとなり鮮鋭度が低下してしまう。

また、急峻な遮断特性である第１のローパスフィルタと緩やかな遮断特性である第２のローパスフィルタから出力されたディジタル信号の混合比を変化させる場合、第１のローパスフィルタからの出力の割合を大きくしてフィルタの遮断特性を優先すると、リンギングの抑圧が不十分となる。また、第２のローパスフィルタからの出力の割合を大きくしてリンギングの抑圧を優先すると、フィルタの遮断特性が穏やかになってしまう。

そこで、この発明では、遮断特性を犠牲にすることなく入力信号のリンギングを抑圧できるディジタル信号処理装置とディジタル信号処理方法およびプログラムを提供するものである。

この発明では、入力信号に生じたリンギングのリンギング量に応じたリンギング抑圧係数を生成して、このリンギング抑圧係数と入力信号の高域成分とからリンギング抑圧信号を生成し、リンギング抑圧信号を入力信号に加えることでリンギングを抑圧する。

リンギング抑圧係数は、例えば入力信号のアップサンプリングを行い、アップサンプリング後の入力信号における高域成分のピーク値と、ピーク値となったタイミングにおける低域成分の変動とから生成する。ピーク位置は、例えば高域成分を微分して得た微分信号を用いてゼロクロス検出を行い、検出されたゼロクロス位置をピーク位置とする。また、入力信号の遷移部分におけるリンギング抑圧係数を調整可能とする。

この発明によれば、入力信号に生じたリンギングのリンギング量に応じたリンギング抑圧係数が生成される。このリンギング抑圧係数と入力信号の高域成分とからリンギング抑圧信号が生成されて、このリンギング抑圧信号を入力信号に加えることでリンギングが抑圧される。このため、遮断特性を犠牲にすることなく入力信号のリンギングを抑圧できる。

以下、図を参照しながら、この発明の実施の一形態について説明する。図１は、ディジタル信号処理装置の構成を示している。このディジタル信号処理装置１０は、リンギング抑圧係数生成部２１とリンギング抑圧部３１を有している。リンギング抑圧係数生成部２１は、入力信号Ｄinからリンギングを生じている部分、例えばＦＩＲフィルタ処理後のエッジ部分やインパルス部分のように信号レベルが大きく遷移してリンギングを生じている部分を検出して、リンギング量に応じたリンギング抑圧係数Ｋsrを生成する。リンギング抑圧部３１は、リンギング抑圧係数生成部２１で生成されたリンギング抑圧係数Ｋsrを用いて、入力信号Ｄinに生じているリンギングを抑圧する処理を行う。

図２は、リンギング抑圧係数生成部２１の構成を示している。リンギング抑圧係数生成部２１は、入力信号Ｄinに生じているリンギングのリンギング量に応じたリンギング抑圧係数Ｋsrを生成する。ここで、エッジ部分やインパルス部分の信号をＦＩＲフィルタ処理してリンギングが生じたとき、このリンギング部分では、高域に大きなエネルギーを持つと同時に低域にレベル変動がある。また、エッジ部分やインパルス部分の信号ではなく、ＦＩＲフィルタを通過する連続高周波のような信号は、高域に大きなエネルギーを持っていても低域には大きなレベル変動を生じない。したがって、リンギング抑圧係数生成部２１は、入力信号の高域エネルギー検出と低域の変動検出(微分検出)を同時に行い、２つの検出結果を用いてリンギング量に応じたリンギング抑圧係数Ｋsrを生成する。

入力信号Ｄinは、補間フィルタ２２に供給される。補間フィルタ２２は、入力信号Ｄinの１クロック以下の演算によってリンギングを抑圧することができるようにアップサンプリングを行い、得られた信号を入力信号Ｄaとして低域通過フィルタ（Low Pass Filter:ＬＰＦ）２３と高域通過フィルタ（High Pass Filter:ＨＰＦ）２５に供給する。

低域通過フィルタ２３は、入力信号Ｄaから低域成分を抽出して低域信号Ｄalとして微分処理部２４に供給する。微分処理部２４は、低域通過フィルタ２３から供給された低域信号Ｄalを微分して、低域の変動を示す低域変動信号Ｄaldを生成してサンプリング部２７に供給する。

高域通過フィルタ２５では、入力信号Ｄaから高域成分を抽出して高域信号Ｄahとしてピーク検出部２６に供給する。ピーク検出部２６は、高域信号Ｄahにおける各ピークレベルＬpを検出して乗算処理部２８に供給する。また、高域信号Ｄahの信号レベルがピークとなったときの位相を示すタイミング信号ＴＭpを生成してサンプリング部２７に供給する。

図３は、ピーク検出部２６の構成の一部を示しており、タイミング信号ＴＭpを生成する部分である。高域通過フィルタ２５から供給された高域信号Ｄahは、微分処理部２６１に供給される。微分処理部２６１は、高域信号Ｄahの微分信号Ｄahdを生成してゼロクロス検出部２６２に供給する。ゼロクロス検出部２６２は、微分処理部２６１から供給された微分信号Ｄahdのゼロクロス位置を検出して、このゼロクロス位置を示す信号を、ピークレベルの位相を示すタイミング信号ＴＭpとして生成する。ここで、高域信号Ｄahを微分すると、高域信号Ｄahのピーク位置で微分信号Ｄahdがゼロとなる。このため、ゼロクロス検出部２６２で微分信号Ｄahdのゼロクロス位置を検出することで、高域信号Ｄahの信号レベルがピークとなる位相を検出できる。

サンプリング部２７は、ピーク検出部２６でから供給されたタイミング信号ＴＭpに基づいて、高域信号Ｄahの信号レベルがピークとなったときに低域変動信号Ｄaldのサンプリングを行い、サンプリングされた低域変動信号Ｄald-sを乗算処理部２８に供給する。

乗算処理部２８は、高域信号ＤahのピークレベルＬpとサンプリングされた低域変動信号Ｄald-sを乗算する。さらに、乗算結果の絶対値を正規化する処理を行い、リンギング量に応じたリンギング抑圧係数Ｋsrを生成する。このリンギング抑圧係数Ｋsrは、例えば乗算結果の絶対値が最大値となるとき「１」となるように正規化する。

図４は、リンギング抑圧部の構成を示している。入力信号Ｄinは、高域通過フィルタ３２と減算器３４に供給される。高域通過フィルタ３２は、入力信号Ｄinから高域成分を抽出して高域信号Ｄhとして乗算器３３に供給する。

乗算器３３は、高域通過フィルタ３２で抽出された高域信号Ｄhとリンギング抑圧係数Ｋsrを乗算してリンギング抑圧信号Ｄshを生成する。また生成したリンギング抑圧信号Ｄshを減算器３４に供給する。

減算器３４は、供給されたリンギング抑圧信号Ｄshを入力信号Ｄinから減算することで、入力信号Ｄinのリンギングを抑圧して出力信号Ｄoutを生成する。

次に、ディジタル信号処理装置の動作について説明する。図５は、入力信号Ｄinがエッジ部分をＦＩＲフィルタ処理した信号である場合のリンギング抑圧係数生成動作を示している。図５Ａに示す入力信号Ｄinが低域通過フィルタ２３に供給された場合、低域通過フィルタ２３からは図５Ｂに示すようにフィルタ処理後の信号である低域信号Ｄalが出力されて微分処理部２４に供給される。微分処理部２４は、低域信号Ｄalを微分して図５Ｃに示すように低域変動信号Ｄaldを生成して、サンプリング部２７に供給する。

高域通過フィルタ２５からは、図５Ｄに示すようにフィルタ処理後の信号である高域信号Ｄahが出力されてピーク検出部２６に供給される。ピーク検出部２６は、高域信号Ｄahの信号レベルのピークを検出して図５Ｅに示すタイミング信号ＴＭpを生成してサンプリング部２７に供給する。なお、図５Ｅでは、タイミング信号ＴＭpがハイレベル「Ｈ」となったとき、高域信号Ｄahの信号レベルがピーク位置であることを示している。

サンプリング部２７は、タイミング信号ＴＭpに基づいて低域変動信号Ｄaldのサンプリングを行い、乗算処理部２８に供給する。乗算処理部２８は、サンプリング部２７でサンプリングされた低域変動信号Ｄald-s（図５Ｃの○印）と、ピーク位置の高域信号Ｄahを掛け合わせたのち、乗算結果の絶対値を求めて正規化することで、図５Ｆに示すリンギング抑圧係数Ｋsrを生成する。ここで、入力信号としてエッジ信号が供給されたときのリンギング抑圧係数は、遷移域の中心を基準として略対象となる。

図６は、入力信号Ｄinがインパルス部分をＦＩＲフィルタ処理した信号である場合のリンギング抑圧係数生成動作を示している。なお、図６において、図６Ａは入力信号Ｄin、図６Ｂは低域信号Ｄal、図６Ｃは低域変動信号Ｄald、図６Ｄは高域信号Ｄah、図６Ｅはタイミング信号ＴＭp、図６Ｆはリンギング抑圧係数Ｋsrを示している。

ここで、入力信号Ｄinがインパルス部分をＦＩＲフィルタ処理した信号であるときのリンギング抑圧係数Ｋsrは、インパルスの中心を基準として略対象となる。

図７は、入力信号が連続高周波信号である場合のリンギング抑圧係数生成動作を示している。なお、図７において、図７Ａは入力信号Ｄin、図７Ｂは低域信号Ｄal、図７Ｃは低域変動信号Ｄald、図７Ｄは高域信号Ｄah、図７Ｅはタイミング信号ＴＭp、図７Ｆはリンギング抑圧係数Ｋsrを示している。ここで、高域通過フィルタ２５における通過域の連続高周波信号が供給された場合は、低域にエネルギーを持たないため、低域通過フィルタ２３の出力がゼロになる。実際には低域通過フィルタ２３と高域通過フィルタ２５の帯域が全く交差しない様にフィルタを構成するのは困難である上に、単一周波数の信号が入ることは無いので、図７Ｂに示す様に低域通過フィルタ２３の出力にも信号が漏れこんできてしまう。しかし、低域通過フィルタ２３から出力される低域信号Ｄalを微分して得られる低域変動信号Ｄaldは低域信号（入力信号）に比べ位相が９０度ずれるため、高域信号Ｄahの信号がピークとなるとき、低域変動信号Ｄaldの信号レベルが理想的にはゼロになる。このため、連続高周波信号が供給されたときのリンギング抑圧係数Ｋsrは、略ゼロとなる。

このように、高域信号Ｄahのピーク位相で低域変動信号Ｄaldをサンプリングしたときの信号レベルが略ゼロの状態でないならば、入力信号はエッジ部分やインパルス部分をＦＩＲフィルタ処理した信号と判別できる。

ここで、高域通過フィルタ２５からの高域信号Ｄahに対して閾値を設定して、高域信号Ｄahの信号レベルが閾値以上のときにピーク位相の検出を行う。また、低域変動信号Ｄaldに対して閾値を設定して、低域変動信号Ｄaldの信号レベルが閾値以上のときに、ピーク位相でサンプリングを行うものとすれば、エッジ部分やインパルス部分に対してリンギング抑圧係数Ｋsrを生成できる。

さらに、隣接するピーク位相に対して低域変動信号Ｄaldの信号レベルの履歴をとり、信号レベルの変化から、入力信号Ｄinがエッジ部分あるいはインパルス部分のいずれをＦＩＲフィルタ処理した信号であるか区別することもできる。例えば、低域変動信号Ｄaldの信号レベルが増加したのちゼロレベルを通り越して減少してからゼロレベルに戻るとき、インパルス部分をＦＩＲフィルタ処理した信号であると判別できる。

リンギング発生量は、高域のエネルギーと低域変動の積と考えれば、高域信号Ｄahのピークレベルと低域変動信号Ｄaldの信号レベルの積がリンギング発生量を示すものとなり、リンギング抑圧係数Ｋsrはリンギング発生量と関連した値となる。

このようにして得られたリンギング抑圧係数Ｋsrと、リンギング抑圧部３１の高域通過フィルタ３２から出力された高域信号Ｄhとを掛け合わせるものとすれば、リンギング発生量に応じた信号レベルのリンギング抑圧信号Ｄshを生成できる。このリンギング抑圧信号Ｄshを減算器３４で入力信号Ｄinから減算すれば、リンギング成分がリンギング抑圧信号Ｄshによって打ち消されて、リンギングが抑圧された出力信号Ｄoutを得ることができる。

また、リンギングの抑圧では、演算したリンギング抑圧係数Ｋsrをそのまま全て用いる場合に限られるものではなく、遷移部分におけるリンギング抑圧係数Ｋsrを独立に調整可能としてもよい。例えば、入力信号Ｄinがインパルス部分をＦＩＲフィルタ処理した信号である場合、遷移域の中心ＣＴＬに対して両側のリンギング抑圧係数Ｋsrを小さくすれば、図８に示すように、リンギング抑圧係数Ｋsrをそのまま用いた場合（破線で示す）に比べて、実線で示すようにスルーレートを高くできる。なお、一点鎖線はリンギング抑圧前の状態を示している。

また、リンギング抑圧部３１の高域通過フィルタ３２のタップ数を、前段のＦＩＲフィルタと等しくすれば、前段のＦＩＲフィルタによって生じたリンギングを全てサンプリングして、補正することができる。

ところで、上述のリンギング抑圧処理は、ソフトウェアで行うこともできる。この場合、ソフトウェアは、メモリに予め記憶しておくものとしたり、記録媒体に記録しておく、あるいは通信回線を介して供給し、メモリや記録媒体から読み出したあるいは通信回線を介して供給されたプログラムを実行して図９に示すリンギング抑圧処理を行う。なお、プログラムはコンピュータやディジタル信号処理装置等において、マイクロプロセッサを用いて構成された制御部で実行する。

ステップＳＴ１で制御部は、低域変動信号Ｄaldの生成を行う。この低域変動信号Ｄaldの生成では、入力信号Ｄinのアップサンプリングを行ったのち低域通過フィルタ処理を行い、得られた信号を微分して低域変動信号Ｄaldを生成する。

ステップＳＴ２で制御部は、タイミング信号ＴＭpの生成を行う。タイミング信号ＴＭpの生成では、入力信号Ｄinのアップサンプリングを行って得られた信号の高域通フィルタ処理を行い。フィルタ処理後の信号のピーク位置を示すタイミング信号ＴＭpを生成する。

ステップＳＴ３で制御部は、リンギング抑圧係数Ｋsrの生成を行う。リンギング抑圧係数Ｋsrの生成では、ステップＳＴ２で生成したタイミング信号ＴＭpに基づき、ピーク位置での低域変動信号Ｄaldの信号レベルと、このタイミングでの高域信号Ｄahの信号レベルとを乗算して、乗算結果の絶対値を正規化してリンギング抑圧係数Ｋsrを生成する。

ステップＳＴ４で制御部は、リンギング抑圧信号Ｄshの生成を行う。リンギング抑圧信号Ｄshの生成では、ステップＳＴ３で求めたリンギング抑圧係数Ｋsrと、入力信号Ｄinに対して高域通過フィルタ処理を行って得た高域信号Ｄhとを乗算して、リンギング抑圧信号Ｄshを生成する。

ステップＳＴ５で制御部は、出力信号Ｄoutの生成を行う。この出力信号Ｄoutの生成では、ステップＳＴ４で生成したリンギング抑圧信号Ｄshがリンギング成分に応じた信号であるので、入力信号Ｄinからリンギング抑圧信号Ｄshを減算して、リンギング成分が抑圧された出力信号Ｄoutを得ることができる。

このように、上述の実施の形態によれば、ＦＩＲフィルタ処理を行いリンギングが生じた場合であっても、遮断特性を犠牲にすることなくリンギングの影響を軽減できるので、ＦＩＲフィルタ処理で周波数特性を優先しても、エッジ信号やインパルス信号で輪郭が二重、三重に表示されてしまうことを防止できる。

ディジタル信号処理装置の構成を示す図である。 リンギング抑圧係数生成部の構成を示す図である。 ピーク検出部の構成の一部を示す図である。 リンギング抑圧部の構成を示す図である。 入力信号がエッジ部分をＦＩＲフィルタ処理した信号である場合のリンギング抑圧係数生成動作を説明するための図である。 入力信号がインパルス部分をＦＩＲフィルタ処理した信号である場合のリンギング抑圧係数生成動作を説明するための図である。 入力信号が連続高周波信号である場合のリンギング抑圧係数生成動作を説明するための図である。 リンギング抑圧係数を可変した場合の動作を説明するための図である。 リンギング抑圧処理を示すフローチャートである。

符号の説明

１０・・・ディジタル信号処理装置、２１・・・リンギング抑圧係数生成部、２２・・・補間フィルタ、２３・・・低域通過フィルタ、２４・・・微分処理部、２５・・・高域通過フィルタ、２６・・・ピーク検出部、２７・・・サンプリング部、２８・・・乗算処理部、３１・・・リンギング抑圧部、３２・・・高域通過フィルタ、３３・・・乗算器、３４・・・減算器、２６１・・・微分処理部、２６２・・・ゼロクロス検出部

Claims (7)

1. 入力信号に生じたリンギングのリンギング量に応じたリンギング抑圧係数を生成するリンギング抑圧係数生成部と、
   前記入力信号の高域成分と前記リンギング抑圧係数とからリンギング抑圧信号を生成し、該リンギング抑圧信号を前記入力信号に加えて前記リンギングを抑圧するリンギング抑圧部とを有する
   ことを特徴とするディジタル信号処理装置。
2. 前記リンギング抑圧係数生成部は、前記入力信号の高域成分のピーク値と、該ピーク値となったタイミングにおける前記入力信号の低域成分の変動とから前記リンギング抑圧係数を生成する
   ことを特徴とする請求項１記載のディジタル信号処理装置。
3. 前記リンギング抑圧係数生成部では、前記入力信号のアップサンプリングを行い、該アップサンプリング後の入力信号の高域成分と低域成分を用いる
   ことを特徴とする請求項２記載のディジタル信号処理装置。
4. 前記リンギング抑圧係数生成部では、前記入力信号の高域成分についての微分信号を用いてゼロクロス検出を行い、検出されたゼロクロス位置をピーク位置とする
   ことを特徴とする請求項２記載のディジタル信号処理装置。
5. 前記入力信号の遷移部分における前記リンギング抑圧係数を調整するリンギング抑圧係数調整部を設けた
   ことを特徴とする請求項１記載のディジタル信号処理装置。
6. 入力信号に生じたリンギングのリンギング量に応じたリンギング抑圧係数を生成するリンギング抑圧係数生成工程と、
   前記入力信号の高域成分と前記リンギング抑圧係数からリンギング抑圧信号を生成し、該リンギング抑圧信号を前記入力信号に加えて前記リンギングを抑圧するリンギング抑圧工程とを有する
   ことを特徴とするディジタル信号処理方法。
7. コンピュータに、
   入力信号に生じたリンギングのリンギング量に応じたリンギング抑圧係数を生成するリンギング抑圧係数生成工程と、
   前記入力信号の高域成分と前記リンギング抑圧係数からリンギング抑圧信号を生成し、該リンギング抑圧信号を前記入力信号に加えて前記リンギングを抑圧するリンギング抑圧工程とを実行させる
   ことを特徴とするプログラム。
   

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