JP2007228620A - ディジタルテレビジョンのフィルム対ビデオ形式 - Google Patents

Abstract

【課題】映画のフィルムをテレビジョンで放送する場合、フレーム速度の違いから生じる影響を補償するための形式検出器を提供する。
【解決手段】ディジタルテレビジョン受像機（２０）のフィルム対ビデオ形式検出器（２４）である。検出器（２４）は現在のフィールドと２つ前のフィールドから画素データを受け、画素差異値の集合を決定し、これを合計してフィールド差異値を得、前記フィールド差異値としきい値とを比較する。これらの段階を繰り返して、フィールド差異指標の数列を得る。この数列を分析して、フィルム対ビデオ形式に対応するパターンを持つかどうかを決定する。
【選択図】図３

Description

本発明はテレビジョン受像機に関し、より詳しくは入ってくるテレビジョン信号が、あるフィルム変換処理による形式になっていることを検出する受像機に関する。

最初フィルムに記録した映画を、テレビジョン放送で表示したい場合がよくある。テレビジョン放送のフィールド速度に合わせるためには、何らかのフィルム対ビデオ変換を行わなければならない。

一般に、映画は毎秒２４こまのこま速度で記録して表示する。しかしテレビジョン放送は、ＮＴＳＣ標準の毎秒５９．９４フィールドなどの、異なる速度を用いる。ＮＴＳＣ標準では、２フィールド毎に飛越しを行って１フレームを構成する。

フィルム速度をテレビジョンのフィールド速度に変換する一つの方法に、「３：２プルダウン」走査法がある。これは第１フィルムこまを２回走査し、次に第２フィルムこまを３回走査し、また次のフレームを２回走査する、などと繰り返す。ＮＴＳＣ垂直走査周期が毎秒６０フィールドよりやや小さいので、実際の表示速度はやや遅くてよい。

テレビジョン放送の受像端では、入ってくるテレビジョン信号をディジタルデータに変換して処理するのが最近の傾向である。この処理には、表示中の場面が動くときに視聴者に人工像が見えないようにするための補償を含む。飛越しによるテレビジョンのフィールドの間の動きの影響を補償するため各種の処理方法が開発されているが、これらの方法はフィルム対ビデオ形式用に設計されてはいない。従って、入ってくる信号が３：２プルダウン形式であるときに検出して、動きを適当に補償する必要がある。

本発明の１態様は、ビデオ入力信号のディジタルテレビジョン受像機用の形式検出器である。画素比較器が、現在のフィールドの画素の画素データ値を２つ前のフィールドの対応するデータ値と比較して、画素差異値の集合を得る。加算器が、この画素差異値の集合を受けてその絶対値を合計し、フィールド差異値を得る。しきい値比較器が、フィールド差異値を所定のしきい値と比較し、フィールド差異指標値を発生する。シーケンス分析器が、フィールド差異指標値の数列が認識できるシーケンスかどうかを決定する。

本発明の技術的な利点は、入ってくるデータの形式に対してテレビジョンのデータ処理を最適化できることである。本発明は、所望の映画のこま対ビデオのフィールドの比を得るように連続的に繰り返して走査したフィルムを表す、任意のテレビジョン信号に対して有用である。

標準のテレビジョン形式のデインターレースアルゴリズムに用いる動き検出論理に、本発明の形式検出器を容易に統合することができる。これによりディジタルプロセッサは、受信中のデータに最も適した画素処理アルゴリズムに、実時間で切り替えることができる。

図１は、ＮＴＳＣテレビジョン信号として放送するための、走査中の映画フィルムの１部分を示す。図示のように、フィルムは毎秒２４こまを表示する。こま１は２回走査してテレビジョン信号の２フィールドを得る。フレーム２は３回走査し、フレーム３は２回走査する、など。その結果得られるテレビジョン信号は毎秒６０フィールドであり、標準ＮＴＳＣ形式の毎秒５９．９４フィールドの速度に近い。この操作を「３：２プルダウン走査」と呼ぶ。

上の説明はＮＴＳＣテレビジョン信号への３：２プルダウン走査についてであるが、同じ考えは映画フィルムを走査して他のテレビジョン形式へ変換する場合にも適用される。例えば、毎秒５０フィールドのＰＡＬ放送では、映画の１こま当たり２テレビジョンフィールドのフィルム対ビデオ比を用いる。従って、３：２プルダウン走査形式をここでは一般に「フィルム対ビデオ形式」と呼び、その特徴は、所望のこま対フィールドの比になるような周期的なシーケンスで元の画像のこまを走査することである。この説明の例では、所望の比は

である。整数のこま数でいえば、これは２こま毎に５フィールドであって、３：２プルダウン走査により最もよい対称が得られる。

最初フィルムに写した場面に動きが見えるのは、隣接するフィールドの間に変化がある場合である。同じ映画のこまを表すフィールドには動きがない。しかし、異なる映画のこまを走査した境界では、場面が変わると動きが見えてよい。

テレビジョン受像機がディジタル処理要素を持っていると、視聴者に人工像が見えないように何らかの動き補償処理を行うことができる。しかし、どういう処理が最もよいかはディジタル化されたテレビジョン信号の形式による。言い換えると、同じ処理アルゴリズムでも、標準ＮＴＳＣデータで用いるような３：２プルダウン形式を表すデータには最良のアルゴリズムでない場合がある。

図２は、ディジタルテレビジョン受像機２０の基本的構成要素のブロック図である。主スクリーンの画素データ処理のために重要な構成要素だけを示す。同期やオーディオ信号の処理に用いられるような他の構成要素や、クローズドキャプショニングなどの２次的なスクリーン機能は図示しない。

ＤＭＤに基づくディジタルテレビジョン装置についての詳細は、米国特許第５，０７９，５４４号、「標準から独立のディジタル化ビデオ装置」、および米国特許一連番号 （Ａｔｔｙ Ｄｋｔ番号ＴＩ−１７８５５）、「ディジタルテレビジョン装置」に記述されている。これらは共にテキサス・インスツルメンツ社に譲渡されたもので、参考としてここに示す。

米国特許一連番号０７／６７８，７６１、「パルス幅変調ディスプレイ装置に用いるＤＭＤ構造とタイミング」は、ＤＭＤに基づくディスプレイ装置に用いるビデオデータの形式化の方法と、画素の明るさを変えるためのビット平面の変調方法を記述している。色車を備えた、ＤＭＤに基づくディスプレイ装置を用いて連続した色画像を与える方法は、米国特許一連番号０７／８０９，８１６、「白光を強化した色フィールドの連続映写」に記述されている。これらの特許出願はテキサス・インスツルメンツ社に譲渡されたもので、参考としてここに示す。

受像機２０の動作を概観すると、信号インターフェースユニット２１はアナログビデオ信号を受信して、ビデオ信号と同期信号とオーディオ信号に分離する。ビデオ信号をＡ／Ｄ変換器２２ａに渡す。次にこのデータをＹ／Ｃ分離器２２ｂに渡すと、Ｙ／Ｃ分離器２２ｂは輝度（「Ｙ」）データとクロミナンス（「Ｃ」）データに分離する。図２ではＹ／Ｃ分離の前に信号をディジタルデータに変換するが、他の実施態様ではアナログフィルタを用いて、Ｙ／Ｃ分離をＡ／Ｄ変換の前に行うことができる。分離したＹデータとＣデータをフィールドバッファ２３に渡す。

図２に示すように、受像機２０はビデオデータ列を受けることもできる。この場合、サンプリングや色の分離を行う必要がなく、データをそのままフィールドバッファ２３に送る。

以下に説明するように、２つのフィールドの間に動きがあるかどうかを決定するには、現在のフィールドからの画素データと２つ前のフィールドからの画素データを比較する必要がある。フィールドバッファ２３は、現在のフィールドデータが入ってくる間、その前のフィールドデータを記憶することができる。入ってくるデータは飛越しフィールドも表すので、フィールドバッファ２３は３フィールドを記憶する容量を持ち、従って現在のフィールドからの画素データを２つ前のフィールドからの画素データと比較することができる。説明の便宜上、これらのフィールドを次のように識別する。
現在のフィールド フィールド_n
２つ前のフィールド フィールド_n-2

形式検出器２４は前のフィールドデータをフィールドバッファ２３から、現在のフィールドデータをＹ／Ｃ分離器２２ｂから受ける。形式検出器２４は、本発明に従って構成し動作するもので、図４−図７に関連して更に以下に説明する。形式検出器２４は制御信号を処理装置２５に渡す。処理装置２５は、入ってくるデータが動く場面を表すかどうか、またそれが３：２プルダウン形式かどうかを示す。

処理装置２５は、各種の画素データ処理タスクを実行する。これらのタスクは、形式検出器２４からの制御信号が示すデータの形式に従って決まる、適当なアルゴリズムを用いた動きの補償を含む。一般に、標準ＮＴＳＣデータに適した動き補償アルゴリズムは、フィルム対ビデオのデータには適していない。形式検出器２４からの制御信号は処理装置２５を制御して、適当なアルゴリズムを実行する。

映画の動き補償すなわちデインターレーシングに加えて、処理装置２５は画素データを準備して表示するための他のタスクを実行する。これらのタスクは、スケーリング、色空間変換、画質制御を含んでよい。図２に明確に示してはいないが、処理装置２５は、表示準備のできたデータをディスプレイ装置２６に与えるフレームメモリなど、適当な操作に必要なメモリを備える。

ディスプレイ装置２６は標準のＣＲＴディスプレイ装置でよく、この場合は、ディスプレイのスクリーンを走査するため画素・フレームデータをアナログ形式に変換する。または、ディスプレイ装置２６は空間光変調器（ＳＬＭ）装置でよく、この場合は、ディスプレイ装置は光を同時に放出または反射することのできる画素の配列を備える。ＳＬＭディスプレイでは、ＣＲＴスクリーンを走査するのではなく画素にアドレスすることにより、各画像フレームを発生する。画像フレームはビット平面に時分割し、各ビット平面は同じビット重みの画素値を表す。

例えば、画素データが２４ビットを持ち、各色毎に８ビットであれば、各色は８ビット平面を持つ。色データは、色車でまたは多重ＳＬＭと組み合わせて、連続して表示することができる。ＳＬＭの１つの型は、テキサス・インスツルメンツ社が開発したディジタルマイクロミラー装置（ＤＭＤ）である。適当なＤＭＤの詳細は、米国特許第４，９５６，６１９号、「空間光変調器」に記述されている。この特許はテキサス・インスツルメンツ社に譲渡されたもので、参考としてここに示す。

図３は本発明の基本的な段階を示す。段階３１で、現在のフィールドと２つ前のフィールドの画素値を比較する。フィールド差異値がゼロより大きければ、比較しているフィールドの間に変化があることを示す。段階３２で、フィールド差異値としきい値Ｔとを比較して、変化が単にノイズによるものでないことを確認する。段階３２の結果、フィールド差異指標が得られる。説明の便宜上、フィールド指標値「１」は現在のフィールドと２つ前のフィールドとの間に変化があることを表す。指標値「０」はこれらのフィールドの間に変化がないことを表す。段階３１と３２を繰り返して、フィールド指標の数列を得る。

段階３３で、フィールド指標の数列を分析する。以下に説明するように、この分析の結果、入ってくるデータは動きのある３：２プルダウン形式か、動きのある標準形式か、動きのないどちらかの形式かである。追加の分析も、入ってくるデータが動きのある標準形式かどうかを示す。段階３１と３２を繰り返す度に段階３３を繰り返す。このようにして、データが変って数列が変わるにつれて分析を更新する。

図４は、動きがある場合とない場合の、３：２プルダウンのフィールド差異指標の数列を示す。同じ映画フレームの２つの偶数フィールドまたは２つの奇数フィールドの間を比較する場合を除いて、動きがある場合は全てのフィールド指標は「１」である。従って数列は０，１，１，１，１，０，１，１，１，１．．．のパターンになる。動きがない場合は、数列は０，０，０，０．．．のパターンになる。

図５は、動きがある場合とない場合の、標準のビデオのフィールド差異指標の数列を示す。動きがある場合は、全てのフィールド指標は「１」である。動きがない場合は、全てのフィールド指標は「０」である。動きがある場合とない場合の周期がランダムな標準ビデオでは、結果は０と１のランダムなパターンである。

図６は、形式検出器２４の１実施態様を示す。形式検出器は連続的に実時間で動作するので、入ってくる信号の全ての形式変化を検出して実時間制御信号を処理装置２５に送る。「実時間」とは、映像が実際的に動いて見えるほど十分に速いことを意味する。

画素比較器６１は、同じ画素位置における２つの画素値を受ける。一般に画素値は輝度（Ｙ）値である。本発明の別の実施態様では、形式検出器２５は輝度データと共に、または代わりに、クロミナンス（「Ｃ」）データを用いて動きを検出してよい。一方の値は現在のフィールドのものであり、他方の値は２つ前のフィールドのものである。これらの値を、それぞれＹ_{field n, pixel i}とＹ_{field n-2, pixel i}で示す。ｉの値は比較するフィールド当たりの画素の数に従って増分する。

画素比較器６１は２つの画素値を比較して画素差異値を発生する。例えば、画素データがＹ−Ｕ−Ｖ色空間を表す場合は、各画素は２４ビットのデータで表される。その中の８ビットは輝度（Ｙ）データを表す。現在および２つ前のフィールドからのこれらの８ビットを比較する。再び図５と図６において、動きがない場合は比較するのは全て同じ奇数フィールドデータまたは偶数フィールドデータの間であり、フィールド差異値は０である。

しかし動きがあれば、比較するのは２つの異なるフィールドの間であり、３：２プルダウン形式の５フィールド毎のデータを除いては、画素差異値は非ゼロである。画素差異値の絶対値は０から２５５の範囲でよい。場面の暗い部分が明るい背景を横切って動くと、画素差異値は２５５と高い。しかし明るい部分が暗い背景を横切って動くと、画素差異値は−２５５（その絶対値は２５５）と低い。

加算器６２は、比較器６１から送られる画素差異値の絶対値を加算する。その結果としてフィールド差異値が得られ、現在のフィールドと２つ前のフィールドの間に変化があればそのレベルを表す。

この説明の実施態様で、画素比較器６１はフィールド内の全ての画素を比較し、加算器６２が発生する合計は全ての画素からの差異値の和である。しかし他の実施態様では、比較器６１は必ずしも各フィールドの全ての画素を比較するわけではない。一般に、画素比較器６１と加算器６２の機能は、各フィールドの間に動きがあるかどうかを示す差異値を与えることである。

しきい値比較器６３は、フィールド差異値と所定のしきい値と比較する。この比較により、差異値がノイズによるものでないことを確認する。しきい値比較器６３の出力は、各フィールドの間に動きがあるかどうかを示す単なる「はい／いいえ」信号でよい。

シーケンス分析器６４はしきい値比較器６３の出力を受け、「はい／いいえ」値が１つ以上の形式パターンに従うものかどうかを決定する。この説明の例では、シーケンス分析器６４は１，１，１，１，０，１，１，１，１，０．．．のパターンのデータの直列ストリングを受けるとする。このパターンは３：２プルダウン形式を示す。

シーケンス分析器６４の出力は形式制御信号で、処理装置２５に与えられる。この信号は画素データの形式を示すので、適当な画素処理アルゴリズムを実行することができる。

図７は、フィールド指標値を分析する１つの方法を示す状態図である。第１指標値は状態Ａで受ける。状態Ｂまたは状態Ｃの後、０，０のパターンは動きがないことを示すが、０，１または１，０または１，１のパターンは標準ビデオ形式のランダムな動きか、または３：２プルダウン形式を示してよい。状態Ｄまたは状態Ｅでのフィールド指標が０、または状態Ｅでのフィールド指標が１であれば、３：２プルダウン形式ではなく、ランダムな動きを示す。しかし、状態Ｆで５フィールド指標の数列を受けた後では、１，１，１，１，０のパターンは３：２形式を示す。

フィールド指標値を分析する別の方法は、任意の５フィールド指標値をシーケンス分析器６４のメモリに記憶する段階を含む。次にシーケンス分析器６４は、これらの５つの値が次のパターンのどれであるかを決定する。
０，１，１，１，１
１，０，１，１，１
１，１，０，１，１
１，１，１，０，１
１，１，１，１，０
これらのパターンは、入ってくるデータが３：２プルダウン形式であることを示す。

シーケンス分析器６４を用いて他の分析方法を実現することができる。共通の特徴は、入ってくるデータが３：２プルダウン形式を持つ場合は、現在のフィールドと２つ前のフィールドとの比較から得られるパターンを認識することである。

形式検出器２４の各種の要素を実現するのは簡単で、ここに説明した論理機能を実行するようプログラムされた市販の論理要素の組合わせでよい。または、形式検出器２４は命令に基づくプログラミングを行うプロセッサでよい。後者の場合は、形式検出器２４の機能は、処理装置２５を実現するのに用いたのと同じプロセッサで行うことができる。

他の実施態様
本発明について特定の実施態様を参照して説明したが、この説明は制限的な意味に解釈してはならない。開示した実施態様の各種の変形や別の実施態様は、この技術に精通した人には明らかである。従って、特許請求の範囲は本発明の真の範囲内にある全ての変形を含むものである。

以上の説明に関して更に以下の項を開示する。
（１） ビデオ信号の受像機の形式検出器であって、
前記ビデオ信号の現在のフィールドの画素のデータ値と前記ビデオ信号の２つ前のフィールドの対応する画素のデータ値とを比較して画素差異値の集合を得る画素比較器と、
前記画素差異値の集合の絶対値を加算してフィールド差異値を得る加算器と、
前記フィールド差異値と所定のしきい値とを比較して２進フィールド差異指標を発生するしきい値比較器と、
フィールド差異指標の数列が認識可能なパターンに従うかどうかを決定するシーケンス分析器と、
を備える形式検出器。

（２） 前記画素比較器は２つの画素値の間の差異を計算する論理回路である、第１項記載の形式検出器。
（３） 前記画素比較器は２つの画素値の間の差異を計算するようプログラムされたプロセッサである、第１項記載の形式検出器。
（４） 前記加算器は論理回路である、第１項記載の形式検出器。
（５） 前記加算器は前記画素差異値の絶対値を加算するようプログラムされたプロセッサである、第１項記載の形式検出器。

（６） 前記しきい値比較器は論理回路である、第１項記載の形式検出器。
（７） 前記しきい値比較器は前記フィールド差異値と前記所定のしきい値とを比較するようプログラムされたプロセッサである、第１項記載の形式検出器。
（８） 前記シーケンス分析器は論理回路である、第１項記載の形式検出器。

（９） 入ってくるビデオ信号の形式を検出する方法であって、
前記ビデオ信号の現在のフィールドの画素から第１画素データ値を受け、
前記ビデオ信号の２つ前のフィールドの対応する画素から第２画素データ値を受け、
前記第１画素値と第２画素値の間の差異を計算して画素差異値を得、
前記受ける段階と前記計算する段階を所定の画素数だけ繰り返し、
前記繰返し段階で得られた前記画素差異値の絶対値を合計してフィールド差異値を得、
前記フィールド差異値が所定のしきい値を超えるかどうかを決定して２進フィールド差異指標を得、
上記全段階を繰り返して、一連の連続したフィールドに対するフィールド差異指標の数列を得、
フィールド差異指標の前記数列を分析して、それがフィルム対ビデオ変換に対応するパターンを持つかどうかを決定する、
段階を備える方法。

（１０） 前記画素データ値は輝度値である、第９項記載の方法。
（１１） 全ての前記段階を実時間画像発生速度で実行する、第９項記載の方法。
（１２） 前記受けて計算する段階をフィールド当たりの画素の数より少ない回数繰り返す、第９項記載の方法。

（１３） 前記分析する段階は、前記フィールド指標の数列が動きのない場面に対応するパターンを持つかどうかを決定する、第９項記載の方法。
（１４） 前記分析する段階は、各フィールド指標を受けながら形式状態を決定することにより行う、第９項記載の方法。
（１５） 前記分析する段階は、連続する指標の集合を記憶することにより、また前記フィールド指標の集合が１つ以上の記憶されたパターンと合致するかどうかを決定することにより行う、第９項記載の方法。

（１６） ビデオ信号の受像機のディジタル処理装置であって、
前記ビデオ信号の少なくとも３フィールドのデータからの画素データを記憶するフィールドバッファと、
前記ビデオ信号の形式を検出する形式検出器であって、現在のフィールドの画素のデータ値と２つ前のフィールドの対応する画素のデータ値とを比較して画素差異値の集合を得る画素比較器と、前記画素差異値の集合の絶対値を加算してフィールド差異値を得る加算器と、前記フィールド差異値と所定のしきい値とを比較して２進フィールド差異指標を発生するしきい値比較器と、フィールド差異指標の数列がフィルム対ビデオ変換に対応するパターンに従うかどうかを決定するシーケンス分析器と、
を備える形式検出器と、
前記画素データを受け、前記形式検出器から形式制御信号を受け、前記形式制御信号に従って前記画素データを処理する処理装置と、
を備えるディジタル処理装置。

（１７） 前記ビデオ信号を前記画素データに変換するためのアナログ・ディジタル変換器を更に備える、第１６項記載のディジタル処理装置。
（１８） 前記画素データを輝度要素とクロミナンス要素に分離するための色分離ユニットを更に備える、第１６項記載のディジタル処理装置。
（１９） 前記シーケンス分析器は前記フィルム差異指標の数列が動きのない場面から生じるパターンを持つかどうかを決定する、第１６項記載のディジタル処理装置。
（２０） 表示のために前記処理装置からデータのビット平面を受けるための空間光変調器を更に備える、第１６項記載のディジタル処理装置。

（２１） ディジタルテレビジョン受像機（２０）のフィルム対ビデオ形式検出器（２４）である。検出器（２４）は現在のフィールドと２つ前のフィールドから画素データを受け、画素差異値の集合を決定し、これを合計してフィールド差異値を得、前記フィールド差異値としきい値とを比較する。これらの段階を繰り返して、フィールド差異指標の数列を得る。この数列を分析して、フィルム対ビデオ形式に対応するパターンを持つかどうかを決定する。

ＮＴＳＣテレビジョン信号として放送するための、走査中の映画フィルムの１部分を示す図。 ディジタルテレビジョン受像機の基本的な構成要素のブロック図。 ３：２プルダウン形式を検出する基本的な段階を示す図。 ３：２プルダウン形式から生じるフィールド差異指標のパターンを示す図。 標準のビデオ形式から生じるフィールド差異指標のパターンを示す図。 形式検出器のブロック図。 フィールド差異指標の数列を分析する方法を示す状態図。

符号の説明

２０ ディジタルテレビジョン受像機
２１ 信号インターフェースユニット
２２ａ Ａ／Ｄ変換器
２２ｂ Ｙ／Ｃ分離器
２３ フィールドバッファ
２４ 形式検出器
２５ 処理装置
２６ ディスプレイ装置
６１ 画素比較器
６２ 加算器
６３ しきい値比較器
６４ シーケンス分析器

Claims (2)

1. ビデオ信号の受像機の形式検出器であって、
   前記ビデオ信号の現在のフィールドの画素のデータ値と前記ビデオ信号の２つ前のフィールドの対応する画素のデータ値とを比較して画素差異値の集合を得る画素比較器と、
   前記画素差異値の集合の絶対値を加算してフィールド差異値を得る加算器と、
   前記フィールド差異値と所定のしきい値とを比較して２進フィールド差異指標を発生するしきい値比較器と、
   フィールド差異指標の数列が認識可能なパターンに従うかどうかを決定するシーケンス分析器と、
   を備える形式検出器。
2. 入ってくるビデオ信号の形式を検出する方法であって、
   前記ビデオ信号の現在のフィールドの画素から第１画素データ値を受け、
   前記ビデオ信号の２つ前のフィールドの対応する画素から第２画素データ値を受け、
   前記第１画素値と第２画素値の間の差異を計算して画素差異値を得、
   前記受ける段階と前記計算する段階を所定の画素数だけ繰り返し、
   前記繰返し段階で得られた前記画素差異値の絶対値を合計してフィールド差異値を得、
   前記フィールド差異値が所定のしきい値を超えるかどうかを決定して２進フィールド差異指標を得、
   上記全段階を繰り返して、一連の連続したフィールドに対するフィールド差異指標の数列を得、
   フィールド差異指標の前記数列を分析して、それがフィルム対ビデオ変換に対応するパターンを持つかどうかを決定する、
   段階を備える方法。

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