JP2008283250A

JP2008283250A - 諧調補正装置

Info

Publication number: JP2008283250A
Application number: JP2007123192A
Authority: JP
Inventors: Hideki Abe; 秀喜安部; Naoto Okawa; 直人大川
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2007-05-08
Filing date: 2007-05-08
Publication date: 2008-11-20
Anticipated expiration: 2027-05-08
Also published as: JP4983380B2

Abstract

【課題】輪郭部周辺等のＨＡＬＯ状の輝度差や偽輪郭といった副作用や、適応ＬＰＦの適応ミスによる不自然なディティール消失が目立たない諧調補正装置を得ること。
【解決手段】入力信号に応じて特性が変化するＬＰＦ（ローパスフィルター）を備えた適応型ＬＰＦ手段と、前記適応型ＬＰＦ手段の出力を入力とし諧調補正処理をおこなう諧調補正手段と、前記適応型ＬＰＦ手段の出力と入力信号との差分をとる差分手段と、前記諧調補正手段の出力と前記差分手段の出力との和を出力する加算手段とから構成される。
【選択図】図１

Description

本発明はデジタル映像信号処理を行うテレビやプロジェクタ、ビデオ、デジタルカメラなどの映像機器に関するものである。

近年、テレビなどの映像機器において、映像信号をデジタル信号処理で諧調補正を行うことは一般的になってきた。諧調補正では映像の特定の諧調に強くゲインがかかるためデジタルのような有限のビット数を持つ数値空間では量子化誤差が増加してしまう。このような諧調補正によって強調された量子化ノイズは、なだらかな変化のある部分に等高線状の擬似輪郭やマッハバンドといった不具合として知覚されてしまう。

この改善に映像信号のビット数を増加させればよいが、Ａ／Ｄコンバータの分解能の制限やＩ／Ｏのビット数に制限があるため限界があり、通常は１０ビット精度が一般的である。また、近年は国内・海外ともにデジタル放送が普及しておりそのコーデックには広くＭＰＥＧ２（本来はＭｏｖｉｎｇＰｉｃｔｕｒｅＥｘｐｅｒｔＧｒｏｕｐの略称であり、団体を指すが広くコーデックの１方式を指す言葉として使われている）が用いられているが、ＭＰＥＧ２では映像信号は８ビットでありさらに条件が厳しくなっている。

図４は従来の諧調補正を行なうデジタル処理の諧調補正装置である。この装置ではＬＰＦ４０１（ロー・パス・フィルタ）とＨＰＦ４０２（ハイ・パス・フィルタ）を入力信号に対しパラレルで備え、ＬＰＦ処理後に諧調補正手段１０２にて諧調補正を行っている。ＨＰＦ処理後の信号は諧調補正後に加算器１０４にて加算している。
特開平６−３０３３０号公報

しかしながら、ビット拡張の効果を出そうとＬＰＦのタップ数を増やし遮断域を低くすると、大きなエッジの周りにＨＡＬＯ状（着目点の周りに後光のように発生する状態）の輝度変化が生じるという問題を有している。ＨＰＦ後の信号に非線形ゲインを加えることである程度は改善できるが、非線形ゲインのために生じる誤差の為、ディティールが不自然に消えたり残ってしまうという問題も生じていた。

本発明は以上のべたような従来の課題を解決するもので、単に低周波成分のみに諧調補正を施したときに生じる輪郭部周辺等のＨＡＬＯ状の輝度差や偽輪郭といった副作用を低減できる諧調補正装置を提供することを目的とする。また、ディティールが部分的に失われた映像となる副作用の生じない諧調補正装置補正装置を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の諧調補正装置は、
入力信号に応じて特性が変化するＬＰＦ（ローパスフィルター）を備えた適応型ＬＰＦ手段と、適応型ＬＰＦ手段の出力を入力とし諧調補正処理をおこなう諧調補正手段と、適応型ＬＰＦ手段の出力と入力信号との差分をとる差分手段と、諧調補正手段の出力と前記差分手段の出力との和を出力する加算手段とを有する。

本構成によって、適応型ＬＰＦ手段により入力映像信号の低周波成分が取り出され、後段の諧調補正手段により低周波成分のみに諧調補正が行われるので、単に低周波成分のみに諧調補正を施したときに生じる輪郭部周辺等のＨＡＬＯ状の輝度差や偽輪郭といった副作用を低減した諧調補正装置を提供することができる。

また、応型ＬＰＦの出力と入力信号との差分を諧調補正後に加算する構成となっているために、適応ＬＰＦの適応ミスを後段で打ち消すことが可能となり、ディティールが部分的に失われた映像となる副作用の生じない諧調補正装置を提供することができる。

本発明の諧調補正装置によれば、輪郭部周辺等のＨＡＬＯ状の輝度差や偽輪郭といった副作用を低減し、ディティールが部分的に失われた映像となる副作用の生じない諧調補正装置を提供することができる。

以下本発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における諧調補正装置のブロック図である。

図１において、適応型ＬＰＦ手段１０１は入力信号に応じて応答特性が変化するＬＰＦ（ロー・パス・フィルター）である。

適応型ＬＰＦ手段１０１のブロック図を図３に示す。ＦＦ（フリップ・フロップ）３０１〜３０６は入映像信号に同期したクロック信号（図示せず）に基づきデータをホールドする。入力信号が示す画素をＤ０、ＦＦ３０１に入力されホールドされた画素をＤ１、ＦＦ３０２に入力されホールドされた画素をＤ２、ＦＦ３０３に入力されホールドされた画素をＤ３、ＦＦ３０４に入力されホールドされた画素をＤ４、ＦＦ３０５に入力されホールドされた画素をＤ５、ＦＦ３０６に入力されホールドされた画素をＤ６とする。

なお、本実施の形態ではＦＦは６個としたが、これに限られるものではない。

一般に、通常のＬＰＦでは出力をＨとすると、出力Ｈは下記の式により計算される。

Ｈ＝Ａ０＊Ｄ０＋Ａ１＊Ｄ１＋Ａ２＊Ｄ２＋Ａ３＊Ｄ３＋Ａ４＊Ｄ４＋Ａ５＊Ｄ５＋Ａ６＊Ｄ６／（Ａ０＋Ａ１＋Ａ２＋Ａ３＋Ａ４＋Ａ５＋Ａ６）
位相特性が線形である対象フィルタでは、特にＡ０＝Ａ６，Ａ１＝Ａ５、Ａ２＝Ａ４となる。一般的にこのような信号処理の回路では波形ひずみが生じないことからよく用いられるものである。

適応型ＬＰＦ手段１０１は、フィルタ係数Ａ０〜Ａ６を入力信号に応じて動的に変化させる。本実施の形態では、各フィルタ係数Ａｎに対応する画素Ｄｎが中央画素Ｄ３に対し最も遠い２つのフィルタ係数を０とする。

具体的には、下記の数式により、中央画素Ｄ３と各フィルタ係数Ａｎに対応するデータＤｎとの差分の絶対値Ｇ０〜Ｇ５を計算する。

Ｇ０＝｜Ｄ０−Ｄ３｜、Ｇ１＝｜Ｄ１−Ｄ３｜、Ｇ２＝｜Ｄ２−Ｄ３｜、Ｇ３＝｜Ｄ４−Ｄ３｜、Ｇ４＝｜Ｄ５−Ｄ３｜、Ｇ５＝｜Ｄ６−Ｄ３｜
次に、絶対値Ｇ０〜Ｇ５のうち、大きい方から２つの絶対値を抽出する。本実施の形態においては、例えば、大きい方から２つの絶対値がＧ１とＧ４であったとする。この場合、Ｇ１に対応する画素はＤ１でありＧ４に対応する画素はＤ５であることから、Ｄ１及びＤ５に対応するフィルタ係数であるＡ１及びＡ５を０とする。これにより、大きなエッジ部分におけるエッジのなまりを抑制することが可能となる。

また、本実施の形態では０とするフィルタ係数Ａ０〜Ａ６を２個としたが、絶対値Ｇ０〜Ｇ５の最大値の大きさで０とするフィルタ係数Ａ０〜Ａ６を可変としてもよい。たとえば、絶対値Ｇ０〜Ｇ５の最大値がある閾値より大きければ、０とするフィルタ係数の個数を増やすとなおよい。これにより、大きなエッジの影響はより遠くまで及ぶが、フィルタ係数Ａ０〜Ａ６のうち０とするフィルタ係数の個数を増やすことにより大きなエッジの影響はより遠くまで及ぶことを防止することができる。

また、絶対値Ｇ０〜Ｇ５の最大値の大きさでフィルタ係数Ａ０〜Ａ６の大きさを連続的に変化させてもよい。この場合、適応時の変化が小さいのでノイズの発生を抑制することができる。

以上説明したように適応型ＬＰＦ手段１０１では入力信号に応じて適応的にＬＰＦフィルタ係数を変化させるので大きなエッジの影響を受けずにＬＰＦのタップ数を大きくすることができるので、効果を大きくすることができる。なお、これら演算により信号のビット数が増加するために、後段の諧調補正手段１０２での乗算による諧調の喪失も防ぐことが可能となる。

諧調補正手段１０２は映像信号にトーンカーブやコントラスト、ブライトネス等の諧調処理を行うものである。

減算器１０３は入力信号から適応型ＬＰＦ手段１０１の信号を減算する手段である。

加算手段１０４は諧調補正手段１０２の出力に減算手段１０３の出力を加算するものである。

以上のように構成された本発明の実施の形態にについて詳細にその動作を説明する。

図２は本実施の形態における各信号の波形を示した信号波形図である。図２に示すステップ波形が入力信号（a）である。

適応型ＬＰＦ手段１０１に入力信号（a）が入力され、適応型ＬＰＦ出力（ｂ）が出力される。適応型ＬＰＦ出力（ｂ）について、入力信号（a）のステップの部分で不連続点があるのは上述したように適応ＬＰＦ手段１０１のフィルタ係数が変化しエッジが保存されたためである。

また、減算器１０３の出力は図の下段に示す差分出力（ｃ）となる、適応ＬＰＦ手段１０１の適応処理に適応ミスがあった場合やノイズ等の影響が大きく出力波形に影響を及ぼす場合、その誤差もこの減算器１０３にて抽出される。

諧調補正手段１０２によって適応ＬＰＦ出力（ｂ）にゲインがかかったものが出力信号（ｄ）である。この場合に、適応型ＬＰＦ手段１０１のＬＰＦフィルタ係数の算出において適応ミスが生じていた場合、ここでさらに強調されることになるが、加算手段１０４にて減算器１０３からの出力信号である差分信号（ｃ）が加算されるため、適応誤差を打ち消すことができる。

また、このような適応誤差はエッジの付近や平坦部のノイズのあるところであるので諧調の影響が低く十分に打ち消し可能である。

以上説明したように本実施の形態では、適応型ＬＰＦ手段により入力映像信号の一部エッジが保存された状態で低周波成分が取り出され、後段の諧調補正手段によりエッジが保持された低周波成分のみに諧調補正が行われるので、ＨＡＬＯ状の輝度差や偽輪郭といった副作用を低減し、適応ミスによる部分的ディティール消失等の副作用の生じない諧調補正装置を提供することができる。

なお、適応型ＬＰＦ手段の構成は水平処理のみで記載したが、垂直方向も含め２次元フィルターとした方が、効果がより大きくなることはいうまでもない。

（実施の形態２）
適応型ＬＰＦ手段１０１の出力信号のビット数は入力信号のそれに対し、演算により増加している。これをたとえば単純に入力信号と同じビット数となるように下位ビットを落して減算器１０３に入力すると入力信号が本来持っている最低諧調変化分の信号はこの時点で打ち消されるので加算器１０４で余計な加算を行わず諧調が悪化することがない。

以上説明したように、適応型ＬＰＦ手段１０１の出力ビット数を入力信号のビット数と一致するように削減し、入力信号から差分をとることで入力信号の持つＬＳＢ以下の誤差信号は後段で加算されないので、擬似輪郭の少ない諧調補正装置が得られる。

本発明の諧調補正装置は、輪郭部周辺等のＨＡＬＯ状の輝度差や偽輪郭といった副作用を低減し、ディティールが部分的に失われた映像となる副作用の生じない諧調補正が可能であるので、デジタル映像信号処理を行うデジタル機器全般に応用でき、テレビ、ビデオ、ＤＶＤプレーヤーやレコーダー、デジタルスチルカメラ、ビデオカメラ、また映像処理を行うソフトウエアにも有用である。

本発明の実施の形態１におけるブロック図本実施の形態における各信号の波形を示した信号波形図適応型ＬＰＦ手段１０１のブロック図従来の諧調補正装置のブロック図

符号の説明

１０１適応型ＬＰＦ手段
１０２諧調補正手段
１０３減算器
１０４加算器
３０１〜３０６ＦＦ（フリップ・フロップ）
３０７演算手段

Claims

入力信号に応じて特性が変化するＬＰＦ（ローパスフィルター）を備えた適応型ＬＰＦ手段と、
前記適応型ＬＰＦ手段の出力を入力とし諧調補正処理をおこなう諧調補正手段と、
前記適応型ＬＰＦ手段の出力と入力信号との差分をとる差分手段と、
前記諧調補正手段の出力と前記差分手段の出力との和を出力する加算手段とを備えた諧調補正装置であって、
前記適応型ＬＰＦ手段の特定のフィルタを通過する信号の画素値と、前記特定のフィルタ以外のフィルタを通過する信号の画素値との差分を計算し、最も差分の大きい画素が通過したフィルタもしくは差分の大きい方から複数個の画素が通過したフィルタのフィルタ係数を０にすることを特徴とする諧調補正装置。
前記適応型ＬＰＦ手段は入力に対し出力のビット数が増加していることを特徴とする請求項１記載の諧調補正装置。
前記差分手段は前記適応型ＬＰＦ手段の出力のビット数を削減してから差分をとることを特徴とする請求項１または２記載の諧調補正装置。