JP2016220168A - 映像処理装置、映像処理方法及び映像処理プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】色再現性の低下を防止しつつ、複数の規格の各々に基づく映像信号を、色域が広い規格に基づく映像信号に変換する。
【解決手段】映像処理装置は、複数の規格の各々に基づく映像信号を、他の規格に基づく映像信号に変換する変換処理を実行する変換部２を有する映像処理装置であって、入力された映像信号が従う規格を判別する入力信号判別部１を備える。変換部２は、変換処理の過程で、ＲＧＢ形式の映像信号を生成するＲＧＢ映像信号生成部２Ａを含む。ＲＧＢ映像信号生成部２Ａは、入力信号判別部１の判別結果に基づいて、ＲＧＢ形式の映像信号が示すデータの範囲を調整する。
【選択図】図７

Description

本発明は、ある色空間の映像信号を色成分の範囲が異なる他の映像信号に変換する映像処理装置、映像処理方法及び映像処理プログラムに関する。

HDTV（High Definition TeleVision）の映像信号の規格として、ITU-R （International Telecommunication Union Radiocommunication Sector）勧告 BT.709-5 （以下、BT.709-5規格という。）がある。また、動画用拡張色空間の規格として、IEC （International Electrotechnical Commission ）勧告 61966-2-4（xvYCC とも呼ばれる。以下、IEC 61966-2-4 規格という。））がある。

また、UHDTV （Ultra High Definition Television（UHDTV ）：SHV （Super Hi-Vision ）ともいう。）の映像信号の規格として、ITU-R 勧告BT.2020 （以下、BT.2020 規格という）がある。

BT.709-5規格又はIEC 61966-2-4 規格に基づいて作成された映像コンテンツをUHDTV 受像機で扱えるようにするために、映像信号の変換を行うことが求められる。

ある規格に従って作成された映像信号を他の規格に従う映像信号に変換する映像信号変換装置が、例えば、特許文献１，２に記載されている。

特許文献１に記載された色変換装置は、IEC 61966-2-4 規格の映像信号をIEC 61966-2-1 規格であるsRGB（standard RGB）色空間の映像信号に変換する。なお、sRGBでは、R,G,Bのそれぞれが、０〜１（［０，１］）の範囲で表現される。また、BT.709-5規格の色域は、sRGBの色域と同等である。

特許文献２に記載された映像信号変換装置は、入力された映像信号が、IEC 61966-2-4 規格の映像信号であるのか、YＣ_ｂＣ_ｒ 規格（ITU-R BT.601による）の映像信号であるのか判別する。そして、判別結果に基づいて、入力された映像信号を、sRGB 色空間の映像信号に変換する。

sRGB の色成分の範囲は［０，１］であるが、IEC 61966-2-4 の色成分の範囲は［０，１］よりも広く、［−１．１２０６，２．１３０５］である。そこで、特許文献２に記載された映像信号変換装置では、IEC 61966-2-4 規格の映像信号をsRGB の映像信号に変換する場合に、変換結果が［０，１］の範囲を逸脱するときには、所定の方法で、変換結果が［０，１］の範囲に収められる。

特開２００９−２０７１１５号公報 特開２００８−１８７６９５号公報

しかし、特許文献２には、色成分の範囲が狭い規格に基づく映像信号を、色成分の範囲が広い規格に基づく映像信号に変換する方法は開示されていない。

特に、BT.2020 規格における色域は広いが、相対的に色域が狭いBT.709-5規格を含む複数の規格の各々に基づく映像信号をBT.2020 規格に基づく映像信号に変換する際に、何らかの工夫を施さないと、変換後の映像信号の色再現性が低下する。

そこで、本発明は、色再現性の低下を防止しつつ、複数の規格の各々に基づく映像信号を、色域が広い規格に基づく映像信号に変換できる映像処理装置、映像処理方法及び映像処理プログラムを提供することを目的とする。

本発明による映像処理装置は、複数の規格の各々に基づく映像信号を、他の規格に基づく映像信号に変換する変換処理を実行する変換手段を有する映像処理装置であって、入力された映像信号が従う規格を判別する入力信号判別手段を備え、変換手段は、変換処理の過程で、ＲＧＢ形式の映像信号を生成するＲＧＢ映像信号生成手段を含み、ＲＧＢ映像信号生成手段は、入力信号判別手段の判別結果に基づいて、ＲＧＢ形式の映像信号が示すデータの範囲を調整することを特徴とする。

本発明による映像処理方法は、複数の規格の各々に基づく映像信号を、他の規格に基づく映像信号に変換する変換処理を実行するための映像処理方法であって、入力された映像信号が従う規格を判別し、変換処理の過程でＲＧＢ形式の映像信号を生成するときに、判別された規格に基づいて、ＲＧＢ形式の映像信号が示すデータの範囲を調整することを特徴とする。

本発明による映像処理プログラムは、複数の規格の各々に基づく映像信号を、他の規格に基づく映像信号に変換する変換処理を実行するためのプログラムであって、コンピュータに、入力された映像信号が従う規格を判別する処理と、変換処理の過程でＲＧＢ形式の映像信号を生成するときに、判別された規格に基づいて、ＲＧＢ形式の映像信号が示すデータの範囲を調整する処理とを実行させることを特徴とする。

本発明によれば、色再現性の低下を防止しつつ、複数の規格の各々に基づく映像信号を、色域が広い規格に基づく映像信号に変換できる。

映像処理装置の第１の実施形態を示すブロック図である。 変換部の構成例を示すブロック図である。 映像処理装置の動作を示すフローチャートである。 変換部の動作を示すフローチャートである。 映像処理装置の第２の実施形態を示すブロック図である。 プログラムを用いた情報処理システムの例を示すブロック図である。 映像処理装置の主要部を示すブロック図である。 他の態様の映像処理装置の主要部を示すブロック図である。

実施形態１．
図１は、本発明による映像処理装置の第１の実施形態を示すブロック図である。図１に示す映像処理装置は、入力信号がいずれの規格に基づく映像信号であるのか判別して判別結果としての規格情報を生成する入力信号判別部１０と、入力信号判別部１０の判別結果に従って、入力信号（映像信号）を、所定の規格に基づく映像信号に変換する変換部２０とを備える。

入力信号判別部１０の判別対象の規格は、一例として、BT.709-5規格とIEC 61966-2-4 規格とである。変換部２０による変換後の映像信号の規格は、一例として、BT.2020 規格である。

なお、本実施形態では、入力信号は、BT.709-5規格の映像信号及びIEC 61966-2-4 規格の映像信号であり、変換後の映像信号は、BT.2020 規格の映像信号であるが、変換後の映像信号による色域に比べて狭い色域の映像信号が、複数種類の入力信号のうちに含まれているのであれば、入力信号及び映像信号は、他の規格に基づく映像信号であってもよい。

また、入力されうる映像信号の規格として、BT.709-5規格及びIEC 61966-2-4 規格以外の規格が含まれていてもよい。すなわち、映像処理装置は、３つ以上の規格の各々に基づく映像信号を変換可能であるように構成されていてもよい。

図２は、変換部２０の構成例を示すブロック図である。図２に示す構成例では、変換部２０は、逆量子化部２１、第１変換部２２、第１補正部２３、信号変換部２４、第２補正部２５、第２変換部２６及び量子化部２７を含む。

なお、本実施形態では、入力信号は、輝度信号及び２つの色差信号を含むＹＣ_ｂＣ_ｒ方式の映像信号（以下、ＹＣ_ｂＣ_ｒ信号ともいう。）である。また、輝度信号をＹ信号、色差信号をＣ_ｂ信号及びＣ_ｒ信号ということがある。

逆量子化部２１は、Ｙ信号、Ｃ_ｂ信号及びＣ_ｒ信号を逆量子化して、Ｙ’信号、Ｃ_ｂ’信号及びＣ_ｒ’信号を生成する。第１変換部２２は、Ｙ’信号、Ｃ_ｂ’信号及びＣ_ｒ’信号を、ＲＧＢ方式の信号（ＲＧＢ信号、すなわちＲ信号、Ｇ信号及びＢ信号）に変換する。ただし、第１変換部２２が出力するＲＧＢ信号を、Ｒ’信号、Ｇ’信号及びＢ’信号とする。

第１補正部２３は、ＲＧＢ信号（Ｒ’信号、Ｇ’信号及びＢ’信号）を補正する処理を行う。補正の一例として、Electro-Optical Transfer Function （EOTF：電気光伝達関数）での補正がある。

信号変換部２４は、BT.709-5規格の映像信号又はIEC 61966-2-4 規格の映像信号を、BT.2020 規格の映像信号に変換する。信号変換部２４の出力信号は、ＲＧＢ方式の映像信号（Ｒ₂₀₂₀信号、Ｇ₂₀₂₀信号及びＢ₂₀₂₀信号とする。）である。

第２補正部２５は、Ｒ₂₀₂₀信号、Ｇ₂₀₂₀信号及びＢ₂₀₂₀信号を補正する処理を行う。補正の一例として、Optical-Electro Transfer Function （OETF：電気光伝達関数）での補正がある。なお、OETFでの補正は、実質的に、ガンマ補正である。また、第２補正部２５の出力信号を、Ｒ’₂₀₂₀信号、Ｇ’₂₀₂₀信号及びＢ’₂₀₂₀信号とする。

第２変換部２６は、Ｒ’₂₀₂₀信号、Ｇ’₂₀₂₀信号及びＢ’₂₀₂₀信号を、ＹＣ_ｂＣ_ｒ方式の映像信号に変換する。量子化部２７は、第２変換部２６が出力した映像信号を量子化する。

なお、本実施形態では、入力信号はＹＣ_ｂＣ_ｒ方式の映像信号であり、変換後の映像信号の形式もＹＣ_ｂＣ_ｒ方式であるが、ＲＧＢ方式の映像信号が入力される装置では、逆量子化部２１及び第１変換部２２は不要である。また、変換後の映像信号をＲＧＢ方式で出力する装置では、第２変換部２６及び量子化部２７は不要である。

図３は、映像処理装置の動作を示すフローチャートである。映像処理装置において、入力信号判別部１０は、図３に示すように、入力信号が基づく規格を判別する（ステップＳ１０１）。

入力信号判別部１０は、例えば、輝度信号のデータの範囲（信号が示すデータの範囲）又は色差信号のデータの範囲に基づいて、入力信号が従っている規格を判別する。一例として、輝度信号のデータの範囲が１６〜２３５に収まっている場合、又は、色差信号のデータの範囲が１６〜２４０に収まっている場合に、BT.709-5規格の映像信号が入力されていると判定する。輝度信号のデータのうちに１６〜２３５の範囲に収まらないものがある場合、又は、色差信号のデータののうちに１６〜２４０の範囲に収まらないものがある場合、IEC 61966-2-4 規格の映像信号が入力されていると判定する。

入力信号判別部１０は、データの範囲以外に基づいて入力信号が従っている規格を判別してもよい。例えば、映像信号に付随するメタデータに基づいて、入力信号が基づく規格を判別してもよい。

入力信号判別部１０は、入力信号が基づく規格がBT.709-5規格であると判定した場合には（ステップＳ１０２）、規格情報として、BT.709-5規格を示す情報を変換部２０に出力する（ステップＳ１０３）。入力信号が基づく規格がIEC 61966-2-4 規格であると判定した場合には、規格情報として、IEC 61966-2-4 規格を示す情報を変換部２０に出力する（ステップＳ１０４）。

変換部２０は、規格情報に従って、入力信号を、BT.2020 規格の映像信号に変換する（ステップＳ１０５）。

次に、変換部２０の動作を説明する。図４は、変換部２０の動作を示すフローチャートである。

変換部２０において、逆量子化部２１は、（１）式を用いて、Ｙ信号、Ｃ_ｂ信号及びＣ_ｒ信号を逆量子化して、Ｙ’信号、Ｃ_ｂ’信号及びＣ_ｒ’信号を生成する（ステップＳ１３１）。

Ｙ’ ＝（Ｙ ／2^N-8− 16）／219
Ｃ_ｂ’＝（Ｃ_ｂ／2^N-8−128）／224 （１）
Ｃ_ｒ’＝（Ｃ_ｒ／2^N-8−128）／224

（１）式において、Ｎはビット数である。Ｎ＝８の場合には、（１）式は、（１）’式のように表される。

Ｙ’ ＝（Ｙ − 16）／219
Ｃ_ｂ’＝（Ｃ_ｂ−128）／224 （１）’
Ｃ_ｒ’＝（Ｃ_ｒ−128）／224

次に、第１変換部２２は、（２）式を用いて、Ｙ’信号、Ｃ_ｂ’信号及びＣ_ｒ’信号をＲＧＢ信号（Ｒ’信号、Ｇ’信号及びＢ’信号）に変換する（ステップＳ１３２）。

次いで、第１補正部２３は、ＲＧＢ信号（Ｒ’信号、Ｇ’信号及びＢ’信号）を補正する処理を行う（ステップＳ１３３）。ステップＳ１３３の処理において、第１補正部２３は、EOTFで補正を行う。EOTFでの補正は、一例として、以下の（３）〜（５）式を用いた補正である。

第１補正部２３は、（３）〜（５）式を用いた補正の演算結果が、所定範囲から外れた場合には、演算結果を、所定範囲の値に収める。

例えば、第１補正部２３は、規格情報がBT.709-5規格を示している場合に、演算結果であるＲ信号、Ｇ信号又はＢ信号が０より小さいときに、演算結果を０に変更して出力する。また、演算結果であるＲ信号、Ｇ信号又はＢ信号が１より大きいときに、演算結果を１に変更して出力する。

また、第１補正部２３は、規格情報がIEC 61966-2-4 規格を示している場合に、演算結果であるＲ信号、Ｇ信号又はＢ信号が−１．１２０６より小さいときに、演算結果を−１．１２０６に変更して出力する。また、演算結果であるＲ信号、Ｇ信号又はＢ信号が２．１３０５より大きいときに、演算結果を２．１３０５に変更して出力する。

さらに、信号変換部２４は、下記の（６）式を用いて、第１補正部２３が出力したＲ信号、Ｇ信号及びＢ信号を、BT.2020 規格の映像信号（Ｒ₂₀₂₀信号、Ｇ₂₀₂₀信号及びＢ₂₀₂₀信号）に変換する（ステップＳ１３４）。

次に、第２補正部２５は、Ｒ₂₀₂₀信号、Ｇ₂₀₂₀信号及びＢ₂₀₂₀信号を、OETFで補正する処理を行い、補正後の信号であるＲ’₂₀₂₀信号、Ｇ’₂₀₂₀信号及びＢ’₂₀₂₀信号を出力する（ステップＳ１３５）。OETFでの補正は、一例として、以下の（７）〜（９）式を用いた補正である。

次いで、第２変換部２６は、下記の（１０）式を用いて、Ｒ’₂₀₂₀信号、Ｇ’₂₀₂₀信号及びＢ’₂₀₂₀信号を、ＹＣ_ｂＣ_ｒ方式の映像信号（Ｙ’₂₀₂₀信号、Ｃ_ｂ’₂₀₂₀信号及びＣ_ｒ’₂₀₂₀信号に変換する。

Ｙ’₂₀₂₀＝0.2627×Ｒ’₂₀₂₀＋0.6780×Ｇ’₂₀₂₀＋0.0593×Ｂ’₂₀₂₀
Ｃ_ｂ’₂₀₂₀＝（Ｂ’₂₀₂₀−Ｙ’₂₀₂₀）／1.8814 （１０）
Ｃ_ｒ’₂₀₂₀＝（Ｒ’₂₀₂₀−Ｙ’₂₀₂₀）／1.4746

そして、量子化部２７は、下記の（１１）式を用いて、第２変換部２６が出力した映像信号を量子化する。

Ｙ₂₀₂₀＝（219×Ｙ’₂₀₂₀＋16）×2^N-8
Ｃ_ｂ2020＝（224×Ｃ_ｂ’₂₀₂₀＋128）×2^N-8 （１１）
Ｃ_ｒ2020＝（224×Ｃ_ｒ’₂₀₂₀＋128）×2^N-8

（１１）式において、Ｎはビット数である。Ｎ＝８の場合には、（１１）式は、（１１）’’式のように表される。

Ｙ₂₀₂₀＝219×Ｙ’₂₀₂₀＋16
Ｃ_ｂ2020＝224×Ｃ_ｂ’₂₀₂₀＋128 （１１）’
Ｃ_ｒ2020＝224×Ｃ_ｒ’₂₀₂₀＋128

また、量子化部２７は、（１１）式又は（１１）’式による演算結果の整数部（integer ）を最終的に量子化された変換後の映像信号とする。

以上に説明したように、本実施形態の映像処理装置は、BT.709-5規格又はIEC 61966-2-4 規格の映像信号をBT.2020 規格の映像信号に変換する過程において、具体的には、変換処理の中途において、各々の規格の色信号の範囲を逸脱しないようにしつつ変換処理を実行する。よって、映像信号の変換処理を実行するときに、色再現性の低下を抑制することができる。

例えば、BT.709-5規格の映像信号とIEC 61966-2-4 規格の映像信号とを区別せずに、単一の手法（例えば、第１補正部２３が、BT.709-5規格とIEC 61966-2-4 規格とを区別せずに処理を実行するような手法）で変換処理を実行すると、一方の規格に基づく映像信号の色再現性が低下する。色再現性の低下は、特に、色成分の範囲の境界の近傍で顕著である。

実施形態２．
図５は、本発明による映像処理装置の第２の実施形態を示すブロック図である。図５に示す映像処理装置は、図１に示された入力信号判別部１０と変換部２０とに加えて、切替部３０を備える。

切替部３０は、BT.709-5規格又はIEC 61966-2-4 規格を示す規格情報を入力可能である。切替部３０は、規格情報が入力された場合には、入力信号を変換部２０に出力する。なお、変換部２０にも外部からの規格情報が入力される。規格情報は、例えば、映像処理装置の運用者によって設定される。

切替部３０は、規格情報が入力されない場合には、入力信号を入力信号判別部１０に出力する。そして、入力信号判別部１０及び変換部２０は、第１の実施形態の場合と同様の処理を行う。また、外部から規格情報が入力された場合にも、変換部２０は、第１の実施形態の場合と同様の処理を行うが、外部から規格情報に従って、変換処理を実行する。

なお、一例として、映像処理装置にスイッチが設けられ、スイッチによって、自動（規格情報を入力せず）／BT.709-5規格／IEC 61966-2-4 規格のいずれかを設定可能であるようにしてもよい。

また、上記の各実施形態を、ハードウェアで構成することも可能であるが、コンピュータプログラムにより実現することも可能である。

図６に示す情報処理システムは、プロセッサ１００１及びプログラムメモリ１００２を備える。図６に示された情報処理システムにおいて、プログラムメモリ１００２には、図１又は図５に示された各ブロックの機能を実現するためのプログラムが格納される。そして、プロセッサ１００１は、プログラムメモリ１００２に格納されているプログラムに従って処理を実行することによって、図１又は図５に示された映像処理装置の機能を実現する。

図７は、本発明による映像処理装置の主要部を示すブロック図である。図７に示すように、映像処理装置は、入力された映像信号が従う規格を判別する入力信号判別部１（例えば、図１に示す入力信号判別部１０に相当）と、複数の規格の各々に基づく映像信号を、他の規格に基づく映像信号に変換する変換処理を実行する変換部２（例えば、図１に示す変換部２０に相当）とを備え、変換部２は、変換処理の過程で、ＲＧＢ形式の映像信号を生成するＲＧＢ映像信号生成部２Ａ（例えば、図２に示す第１変換部２２と第１補正部２３とで実現される。）を含み、ＲＧＢ映像信号生成部２Ａは、入力信号判別部１の判別結果に基づいて、ＲＧＢ形式の映像信号が示すデータの範囲を調整することを特徴とする。

図８は、本発明による他の態様の映像処理装置の主要部を示すブロック図である。図８に示す映像処理装置は、入力信号判別部１と変換部２とに加えて、入力された映像信号を、入力信号判別部１又は変換部２に出力する切替部３（例えば、図５に示す切替部３０に相当）を備え、切替部３は、外部から規格が設定されない場合に、入力された映像信号を入力信号判別部１に出力し、規格が設定された場合に、入力された映像信号を変換部２に出力する。

１ 入力信号判別部
２ 変換部
２Ａ ＲＧＢ映像信号生成部
３ 切替部
１０ 入力信号判別部
２０ 変換部
２１ 逆量子化部
２２ 第１変換部
２３ 第１補正部
２４ 信号変換部
２５ 第２補正部
２６ 第２変換部
２７ 量子化部
３０ 切替部
１００１ プロセッサ
１００２ プログラムメモリ

Claims (12)

1. 複数の規格の各々に基づく映像信号を、他の規格に基づく映像信号に変換する変換処理を実行する変換手段を有する映像処理装置であって、
   入力された映像信号が従う規格を判別する入力信号判別手段を備え、
   前記変換手段は、前記変換処理の過程で、ＲＧＢ形式の映像信号を生成するＲＧＢ映像信号生成手段を含み、
   前記ＲＧＢ映像信号生成手段は、前記入力信号判別手段の判別結果に基づいて、ＲＧＢ形式の映像信号が示すデータの範囲を調整する
   ことを特徴とする映像処理装置。
2. 前記ＲＧＢ映像信号生成手段は、ＲＧＢ形式の映像信号が示すデータの範囲を、前記入力信号判別手段の判別結果の規格におけるデータの範囲に収める
   請求項１記載の映像処理装置。
3. 複数の規格の映像信号は、少なくともITU-R 勧告BT.709-5に従う映像信号とIEC 勧告 61966-2-4に従う映像信号とを含み、
   前記変換手段は、入力された映像信号を、ITU-R 勧告BT.2020 に従う映像信号に変換する
   請求項１又は請求項２記載の映像処理装置。
4. 入力された映像信号を、前記入力信号判別手段又は前記変換手段に出力する切替手段を備え、
   前記切替手段は、外部から規格が設定されない場合に、入力された映像信号を前記入力信号判別手段に出力し、規格が設定された場合に、入力された映像信号を前記変換手段に出力する
   請求項１から請求項３のうちのいずれか１項に記載の映像処理装置。
5. 複数の規格の各々に基づく映像信号を、他の規格に基づく映像信号に変換する変換処理を実行するための映像処理方法であって、
   入力された映像信号が従う規格を判別し、
   前記変換処理の過程でＲＧＢ形式の映像信号を生成するときに、判別された規格に基づいて、ＲＧＢ形式の映像信号が示すデータの範囲を調整する
   ことを特徴とする映像処理方法。
6. ＲＧＢ形式の映像信号が示すデータの範囲を、判別された規格におけるデータの範囲に収める
   請求項５記載の映像処理方法。
7. 複数の規格の映像信号は、少なくともITU-R 勧告BT.709-5に従う映像信号とIEC 勧告 61966-2-4に従う映像信号とを含み、
   入力された映像信号を、ITU-R 勧告BT.2020 に従う映像信号に変換する
   請求項５又は請求項６記載の映像処理方法。
8. 外部から規格が設定された場合に、入力された映像信号が従う規格を判別することなく、入力された映像信号を他の規格に基づく映像信号に変換する
   請求項５から請求項７のうちのいずれか１項に記載の映像処理方法。
9. 複数の規格の各々に基づく映像信号を、他の規格に基づく映像信号に変換する変換処理を実行するためのプログラムであって、
   コンピュータに、
   入力された映像信号が従う規格を判別する処理と、
   前記変換処理の過程でＲＧＢ形式の映像信号を生成するときに、判別された規格に基づいて、ＲＧＢ形式の映像信号が示すデータの範囲を調整する処理とを
   実行させるための映像処理プログラム。
10. コンピュータに、
    ＲＧＢ形式の映像信号が示すデータの範囲を、判別された規格におけるデータの範囲に収める処理を実行させる
    請求項９記載の映像処理プログラム。
11. ITU-R 勧告BT.709-5に従う映像信号又はIEC 勧告 61966-2-4に従う映像信号を、ITU-R 勧告BT.2020 に従う映像信号に変換する処理を実行させる
    請求項９又は請求項１０記載の映像処理プログラム。
12. コンピュータに、
    外部から規格が設定された場合に、入力された映像信号が従う規格を判別することなく、入力された映像信号を他の規格に基づく映像信号に変換する処理を実行させる
    請求項９から請求項１１のうちのいずれか１項に記載の映像処理プログラム。

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