JP2010171716A

JP2010171716A - 映像信号処理装置及び映像信号処理方法

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Publication number: JP2010171716A
Application number: JP2009012204A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Ozasa; 隆幸小笹; Atsushi Mino; 敦三野
Original assignee: Denso Ten Ltd
Current assignee: Denso Ten Ltd
Priority date: 2009-01-22
Filing date: 2009-01-22
Publication date: 2010-08-05

Abstract

【課題】従来技術において、例えば基準クロックは27 MHz程度であり、分解能が低いため、厳密には閾値分離したポイントから入力信号のHSYNCを生成することができなかった。
【解決手段】本発明の映像信号処理装置は、映像信号から同期分離閾値を算出する閾値算出手段と、基準クロックを逓倍する逓倍手段と、前記逓倍されたクロックと前記同期分離閾値とを比較して同期信号を生成する同期信号生成手段と、基準クロックを分周する分周手段と、前記分周されたクロックと前記同期信号との位相差を比較して位相差信号を生成する位相比較手段と、前記位相差信号に基づいて基準クロックを調整する調整手段と、を有することを特徴とする。
【選択図】図４

Description

本発明は、映像信号処理装置及び映像信号処理方法に関し、特に映像信号に同期した基準クロックを生成する映像信号処理装置及び映像信号処理方法に関する。

映像表示装置は、カーナビゲーションシステムやテレビ放送受像機等において広く利用されており、映像信号を正確に表示することが求められている。高精度な画像表示のためには、映像信号のタイミングと、画像表示の基準となる基準クロックとが正確に同期している必要がある。

そこで、まず従来の映像信号処理方法における映像信号と基準クロックとの関係について説明する。映像信号と基準クロックとの同期を取るためにＰＬＬ回路が用いられる。図１は従来の基準クロック調整回路の一例である。本回路は、２信号間の位相差を比較して差信号を発生する位相比較器１０１、交流成分をカットするループフィルタ１０２、電圧制御発振器(VCO)１０３及び分周回路１０４により構成されている。

動作について簡単に説明すると、まず、位相比較器１０１が、外部から入力される基準信号である入力映像信号から分離した水平同期信号（HSYNC）と、VCOの自走発振で生成された信号を分周した位相比較用のHSYNCとの位相比較を行なう。次に、位相差成分をパルス状の位相差信号（PHD）として出力し、差信号をループフィルタ(積分回路/LPF)１０２を通して直流化（高周波成分を遮断）する。これを一定の自走周波数を有し、制御端子への電圧印加により発振周波数を可変可能なVCOに入力し、入力された制御電圧に基づいてVCOが発振周波数の調整を行なうことによって基準信号との調相動作を行なう。

なお、図１の回路においては、フィードバックループ内に1/Nの分周器１０４を入れているので、VCOの1/Nの周波数の信号を比較信号として位相比較器１０１に返すことになり、基準周波数のN倍の周波数で同期発振したVCO出力を取り出すことが可能となる。

次に、従来技術により、映像信号に同期した基準クロックを生成する方法について図２を用いて説明する。まず、映像信号２０１が同期分離閾値２０２と交差する点を基準として同期信号を生成する。ここで、映像信号２０１が同期分離閾値２０２と一致する時刻をｔ₁とする。基準クロック２０３のパルスが時刻ｔ₁より遅れた時刻ｔ₂に立ち上がるとすると、映像信号から生成される同期信号（HSYNC）２０４は時刻ｔ₂に生成されることとなる。その結果、同期信号が生成されるべき時刻ｔ₁と実際に生成される時刻ｔ₂との間にギャップΔｔ（＝ｔ₂−ｔ₁）が生じることになる。

次に、映像信号から生成したHSYNC２０４と、基準クロックを分周して生成した位相差比較用のHSYNC２０５との位相差から位相差（PHD）信号２０６を生成する。PHD信号２０６は、位相差に応じてHiまたはLowを出力し、その他の状態ではハイインピーダンス（Hi-Z）状態とする。さらに、位相差が生じている期間だけVCOによる制御を行なうことにより、映像信号に同期した基準クロックを生成する。

一方、基準同期信号の位相制御を行なう方法として、分周数を変化させる方法が報告されている（特許文献１）。図３は車載用テレビ受信装置の主要部の構成を示すブロック図である。分周回路３１１は、基準クロック信号を分周し基準水平同期信号３１６を出力する。位相差検出回路３０８は、水平同期信号３０６と基準水平同期信号３１６との位相ずれ方向を位相ずれ方向検出信号として出力し、かつ、位相ずれが所定範囲内であるかを位相一致検出信号として出力する。分周数制御回路３１３は、所定Ｎフィールド周期毎に位相ずれ方向検出信号を参照し、フィールド毎にＮビットの分周数制御ビット列の各ビットを順に読み出し、そのビットが１であるフィールドのみ分周器の分周数を、参照結果を基に所定回数変化させる。これにより基準水平同期信号の細かい位相制御が可能となり、安定した映像を得ることができる。

特開平１０−１５０６０７（図１及び［００１４］段落参照）

しかしながら、従来技術において、例えば基準クロックは27 MHz程度であり、分解能が低いため、厳密には閾値分離したポイントから映像信号のHSYNCを生成することができなかった。そのため、位相差制御により同期した基準クロックを生成することができても本来の映像信号にマッチしたタイミングとはならない場合が多かった。その結果、最大で27 MHzの１クロック分である37nsの誤差を生じることになり、ジッタが生じる恐れがあった。

本発明では、位相差信号の生成精度を向上させることによって、映像信号に正確に同期した基準クロックを生成することを目的とする。

本発明の映像信号処理装置は、映像信号から同期分離閾値を算出する閾値算出手段と、基準クロックを逓倍する逓倍手段と、前記逓倍されたクロックと前記同期分離閾値とを比較して同期信号を生成する同期信号生成手段と、基準クロックを分周する分周手段と、前記分周されたクロックと前記同期信号との位相差を比較して位相差信号を生成する位相比較手段と、前記位相差信号に基づいて基準クロックを調整する調整手段と、を有することを特徴とする。

本発明の映像信号処理方法は、映像信号から同期分離閾値を算出するステップと、基準クロックを逓倍する逓倍ステップと、前記逓倍されたクロックと前記同期分離閾値とを比較して同期信号を生成する同期信号生成ステップと、基準クロックを分周する分周ステップと、前記分周されたクロックと前記同期信号との位相差を比較して位相差信号を生成する位相差信号生成ステップと、前記位相差信号に基づいて基準クロックを調整するステップと、を有することを特徴とする。

本発明の映像信号処理装置及び映像信号処理方法によれば、細かい精度で位相差信号を生成することができるので、より正確に基準クロックを映像信号に同期させることができる。

従来の基準クロック調整回路を示すブロック図である。従来技術における映像信号から生成した同期信号と基準クロックとの関係を示す図である。従来の車載用テレビ受信装置の主要部の構成を示すブロック図である。本発明の映像信号処理装置の主要部の構成を示すブロック図である。本発明における映像信号から生成した同期信号と４逓倍クロックとの関係を示す図である。本発明の映像信号処理方法のフローチャートである。

以下、図面を参照して、本発明に係る映像信号処理装置及び映像信号処理方法について説明する。ただし、本発明の技術的範囲はそれらの実施の形態には限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶ点に留意されたい。

まず、本発明の映像信号処理装置について図面を用いて説明する。本発明の映像信号処理装置は、同期信号を生成するための基準クロックの周波数を逓倍するための逓倍手段を備えている点を特徴としている。図４は、本発明の映像信号処理装置の主要部の構成を示すブロック図である。クランプ手段１は、映像信号の振幅レベルを調整する。Ａ／Ｄ変換手段２は、映像信号をデジタル信号に変換する。デジタルローパスフィルタ３は、映像信号から交流成分を除去する。閾値算出手段４は映像信号から同期信号を分離するための分離閾値を算出する。分離閾値は同期信号チップレベルとペデスタルレベルとの平均値から算出することができる。

閾値分離検出手段６及び７は、映像信号が分離閾値をまたぐ２点の値を算出する。算出方法について、図５を用いて具体的に説明する。図５は、本発明の映像信号処理装置の主要部の構成を示すブロックである。図５に示すように、まずサンプルクロック２３の立ち上がりエッジで映像信号２１が同期分離閾値２２をまたぐ２点を決定する。例えば時刻ｔ_aにおいて、映像信号は同期分離閾値より大きく、時刻ｔ_bにおいて、映像信号は同期分離閾値より小さくなっているとした場合、時刻ｔ_a、ｔ_bを求める。閾値分離検出手段６は、時刻ｔ_aと、このときの映像信号の値を算出し、閾値分離検出手段７は、時刻ｔ_bと、このときの映像信号の値を算出する。図５より、映像信号から分離した同期信号はｔ_aからｔ_bの間に生成されることがわかる。

Ａ／Ｂサンプル算出手段８は、同期信号を生成するタイミングを求めるための値Ａ及びＢを算出する。具体的には、図５において、時刻ｔ_aにおける映像信号と同期分離閾値との差をＡとし、時刻ｔ_a及びｔ_bにおける映像信号の差をＢとして算出する。同期信号を生成する時刻ｔ_cは、Ａ、Ｂを用いて、以下の式
ｔ_c＝ｔ_a＋（ｔ_b−ｔ_a）×Ａ／Ｂ
から算出することができる。

第２同期信号生成手段９は、映像信号が同期分離閾値をまたぐ時刻ｔ_cにおいて同期信号を生成する。具体的には図５に示すように、時刻ｔ_c近傍におけるクロックから同期信号を生成するが、本発明では４逓倍クロック２５の立ち上がりエッジを基準として同期信号を生成している。因みに従来技術においては、基準クロック２４の立ち上がりエッジから生成していた。ここで、基準クロックを一般的な27 MHzとすると、４逓倍クロックは108 MHzとなる。図５からわかるように、本来同期信号を設定すべき時刻ｔ_cには基準クロック２４の立ち上がりエッジは存在せず、同期信号は時刻ｔ_bに生成されることとなる。一方、本発明においては、４逓倍クロック２５の立ち上がりエッジは時刻ｔ_cの近傍に存在しているので、同期信号を本来生成すべき時刻ｔ_cにより近接したタイミングで生成することが可能となる。その結果、基準クロックの周波数を27 MHzとした場合の同期信号生成の最大の誤差が37 nsであるのに対して、４逓倍の108 MHzのクロックを用いた場合の最大の誤差を9 nsに縮小することができる。逓倍手段１０は上記の４逓倍クロック２５を生成している。本実施例においては、４逓倍の例を示したが、逓倍数ｎを４以外としてもよい。ただし、逓倍数を増加させると消費電力が増加するため、精度向上の観点から４逓倍程度が好ましい。

分周手段１１は、基準クロックを分周したクロックを生成する。例えば、映像信号がNTSC信号である場合には分周数は1716となる。処理遅延手段１２は、後述する位相差比較を行なう際に、同期信号を決定するための係数Ａ，Ｂを算出する時間だけタイミングをずらすために分周したクロックを遅延させる。具体的には遅延時間は２クロックとすることができる。

位相比較手段１３は、同期信号と分周した基準クロックとの位相差を比較して位相差（PHD）信号を生成する。具体的には、図５に示すように、同期信号２６と分周した基準クロック２７との位相差の差分をHiレベルとする位相差（PHD）信号２８を生成する。

調整手段１４は、上記の位相差信号に基づいて基準クロックの周波数を調整し、映像信号に同期させる。基準クロックは、Ａ／Ｄ変換以降の全ての処理部において利用される。２分周手段１５は基準クロックからサンプリングクロックを生成する。例えば基準クロックの周波数が27 MHzの場合は、サンプリングクロックの周波数は13.5 MHzとなる。

第１同期信号生成手段５は、閾値算出手段４で算出された分離閾値と映像信号のレベルとの比較を行なって、同期信号を生成する。

YC分離／RGBデコーダ１６は、映像信号を輝度信号（Y）と色信号（C）とに分離し、RGB信号を生成する。キャプチャ１７は映像情報を静止画または動画ファイルとして取り込み保存する。表示装置１８は、キャプチャに保存された映像情報を表示画面に表示する。

次に、本発明の映像信号処理方法について、図４のブロック図を参照しながら、図６のフローチャートを用いて説明する。ます、ステップＳ１０１においてクランプ手段１が映像信号をクランプ処理して、同期信号チップレベルを算出する。次に、ステップＳ１０２において、Ａ／Ｄ変換手段２が映像信号をデジタルデータに変換する。次にステップＳ１０３において、デジタルローパスフィルタ３がデジタル信号のノイズ除去を行なう。

さらに、ステップＳ１０４において、閾値算出手段４が映像信号の同期信号チップレベルとペデスタルレベルから同期分離閾値を算出する。次に、ステップＳ１０５において、閾値分離検出手段６及び７が、映像信号が分離閾値をまたぐ２点を算出する。具体的には、図５に示すようにサンプルクロック２３の立ち上がりエッジにおいて、映像信号が分離閾値をまたぐ時刻ｔ_a、ｔ_bを算出する。次に、ステップＳ１０６において、Ａ／Ｂサンプル算出手段８がＡ及びＢの値を算出する。具体的には、図５に示すように、Ａは時刻ｔ_aにおける映像信号と分離閾値との差から求められ、Ｂは時刻ｔ_aとｔ_bにおける映像信号の差から求められる。

次に、ステップＳ１０７において、第２同期信号生成手段９が、映像信号から同期信号を生成する。このとき、映像信号と分離閾値とが一致する時刻ｔ_cを求めておき、ｔ_c近傍に存在する４逓倍クロック２５の立ち上がりエッジから同期信号を生成する。４逓倍クロック２５を利用しているため、従来のように基準クロック２４を用いた場合に比べてより正確に同期した同期信号を生成することができる。さらに、ステップＳ１０８において、分周手段１１が基準クロックを分周したクロックを生成する。分周数はNTSC信号の場合は1716とすることができる。

次に、ステップＳ１０９において、位相比較手段１３が、同期信号２６と基準クロックを分周した信号２７との位相差を比較し、位相差（PHD）信号２８を生成する。次に、ステップ１１０において、映像信号から生成した同期信号２６の位相が、基準クロックを分周した信号２７の位相に比べて遅いか否かが判定され、遅い場合にはステップＳ１１１において、PHD信号の極性が反転される。

次に、ステップＳ１１２において、調整手段が、上記の位相差信号に基づいて基準クロックを調整し、映像信号に同期させる。基準クロックは、Ａ／Ｄ変換以降の全ての処理部において利用される。

また、ステップ１１３において第１同期信号生成手段５が同期信号を生成し、ステップＳ１１４において、YC分離／RGBデコーダ１６が、映像信号を輝度信号（Y）と色信号（C）とに分離し、RGB信号を生成する。次に、ステップＳ１１５において、キャプチャ１７が映像情報を静止画または動画ファイルとして取り込み保存する。さらに、ステップ１１６において、表示装置１８が、キャプチャに保存された映像情報を表示画面に表示する。

以上説明したとおり、本発明においては、映像信号を基準クロックに同期させる際に、逓倍したクロックを用いているので精度よく同期させることができる。

上記の実施例においては、映像信号としてNTSC信号を用いた場合を示したが、PAL信号を用いることもできる。その場合は、分周手段の分周数を映像信号の種類によって可変とし、PAL信号に対しては、分周手段における分周数を1728としてもよい。

１クランプ手段
２Ａ／Ｄ変換手段
３デジタルローパスフィルタ
４閾値算出手段
５第１同期信号生成手段
６閾値分離検出手段
７閾値分離検出手段
８Ａ／Ｂサンプル算出手段
９第２同期信号生成手段
１０逓倍手段
１１分周手段
１２処理遅延手段
１３位相比較手段
１４調整手段
１５２分周手段
１６ YC分離／RGBデコーダ
１７キャプチャ
１８表示装置

Claims

映像信号から同期分離閾値を算出する閾値算出手段と、
基準クロックを逓倍する逓倍手段と、
前記逓倍されたクロックと前記同期分離閾値とを比較して同期信号を生成する同期信号生成手段と、
基準クロックを分周する分周手段と、
前記分周されたクロックと前記同期信号との位相差を比較して位相差信号を生成する位相比較手段と、
前記位相差信号に基づいて基準クロックを調整する調整手段と、
を有することを特徴とする映像信号処理装置。
前記分周されたクロックを遅延させる処理遅延手段をさらに有する、請求項１に記載の映像信号処理装置。
映像信号から同期分離閾値を算出するステップと、
基準クロックを逓倍する逓倍ステップと、
前記逓倍されたクロックと前記同期分離閾値とを比較して同期信号を生成する同期信号生成ステップと、
基準クロックを分周する分周ステップと、
前記分周されたクロックと前記同期信号との位相差を比較して位相差信号を生成する位相差信号生成ステップと、
前記位相差信号に基づいて基準クロックを調整するステップと、
を有することを特徴とする映像信号処理方法。