JP2508509B2

JP2508509B2 - デイジタルカラ−ビデオ信号の補間回路

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Publication number: JP2508509B2
Application number: JP61193831A
Authority: JP
Inventors: 哲二郎近藤
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1986-08-19
Filing date: 1986-08-19
Publication date: 1996-06-19
Anticipated expiration: 2011-06-19
Also published as: JPS6350190A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は、ディジタルコンポジットカラービデオ信
号の伝送システムの受信側又は記録／再生システムの再
生側に設けられる補間回路に関する。

〔発明の概要〕

この発明では、サブサンプリング等によりデータが間
引かれた所定の画素を実在するカラービデオデータによ
って補間するためのディジタルカラービデオ信号の補間
回路において、所定の画素の周囲の画素の実在するカラ
ービデオデータにより所定の画素のカラービデオデータ
が補間され、この補間値が歪除去回路に供給され、歪除
去回路では、所定の画素とカラーサブキャリアの位相が
同一の複数の画素のカラービデオデータと補間値とが比
較され、この複数の画素のカラービデオデータと補間値
の集合の中で略中央もレベルを持つデータに補間値が置
換され、歪の発生が防止される。

〔従来の技術〕

NTSC方式のコンポジットカラービデオ信号を直接符号
化して得られるディジタルカラービデオ信号を伝送する
場合、伝送帯域を狭くするためにサブサンプリングが用
いられる。サブサンプリングによって例えば1/2の画素
のデータが間引かれる。サブサンプリングを行う場合、
折り返し歪の発生を防止するためにプリフィルタが設け
られている。受信側には、この間引き画素を補間する補
間回路が使用される。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来の補間回路としては、ディジタルローパスフィル
タが知られている。しかしながら、輝度信号に搬送色信
号が重畳されたコンポジットカラービデオ信号の場合、
搬送色信号の位相を考慮する必要があるため、従来の補
間フィルタは、適用が困難であった。

また、プリフィルタを用いると、カラービデオ信号の
高域成分が失われる問題があった。

この発明の目的は、コンポジットカラービデオ信号に
適用することができる時間領域で設計された補間回路を
提供することにある。

この発明の他の目的は、プリフィルタを設けずに、カ
ラービデオ信号の高周波成分を保存できると共に、折り
返し歪の発生を防止することができるディジタルカラー
ビデオ信号の補間回路を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明は、実在するカラービデオデータと対応する
画素の間の所定の画素のカラービデオデータを実在する
カラービデオデータによって補間するためのディジタル
カラービデオ信号の補間回路において、所定の画素の周囲の実在するカラービデオデータから
補間値を生成することにより所定の画素のカラービデオ
データを補間する補間回路（16）と、所定の画素の周囲に位置し、所定の画素とカラーサブ
キャリアの位相が同一の複数の画素のカラービデオデー
タと補間回路からの所定の画素の補間値との集合におい
て、各データの大小関係を判別し、この判別結果から、
複数の画素のカラービデオデータと補間値の集合の中で
略中央のレベルを持つデータを決定し、決定された中央
のレベルを持つデータによって補間値を置換する歪除去
手段（17）とを備えたことを特徴とするディジタルカラービデオ信号
の補間回路である。

〔作用〕

テレビジョン画像は、水平方向（サンプル方向）及び
垂直方向（ライン方向）に相関を有しているので、サブ
サンプリングにより間引かれた画素のデータは、補間回
路16において間引き画素の近傍の画素のデータを合成し
たデータにより補間することができる。この補間回路16
は、従来のディジタルローパスフィルタと異なり、コン
ポジットカラービデオ信号の補間を行うことができる。

また、サブサンプリングの前にプリフィルタが設けら
れず、カラービデオ信号の高域成分が保存される。受信
側では、折り返し歪が発生し、その結果、補間値が歪む
おそれがあるが、歪除去回路17により視覚上目立つ歪が
除去できる。つまり、歪除去回路17では、カラーサブキ
ャリアが同位相の近傍の例えば４画素のデータx₁〜x₄と
補間値₀とが比較され、補間値₀とデータx₁〜x₄の集
合の中で略中央のレベルを持つデータに補間値₀が置
換される。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例について図面を参照して説
明する。この説明は、下記の項目の順序でなされる。

a.送信側の構成 b.受信側の構成 c.ブロック化回路 d.ダイナミックレンジ検出回路 e.量子化回路 f.補間回路 g.歪除去回路 h.変形例 a.送信側の構成第１図は、送信側（記録側）の構成を全体として示す
ものである。１で示す入力端子に例えばNTSC方式のカラ
ービデオ信号が供給される。このカラービデオ信号がA/
D変換器２に供給され、例えば4fsc（fsc:カラーサブキ
ャリア周波数）のサンプリング周波数で１サンプルが８
ビットに量子化されたディジタルカラービデオ信号がA/
D変換器２から得られる。このディジタルカラービデオ
信号がサブサンプリング回路３に供給され、サブサンプ
リング回路３の出力信号がブロック化回路４に供給され
る。サブサンプリング回路３の前段には、帯域制限用の
プリフィルタが設けられず、入力カラービデオ信号の高
域成分が失われない。

サブサンプリング回路３において、ディジタルカラー
ビデオ信号が2fscのサンプリング周波数でサンプリング
される。また、ブロック化回路４により、入力ディジタ
ルテレビジョン信号が符号化の単位である２次元ブロッ
ク毎に連続する信号に変換される。この実施例では、１
フィールドの画面が分割されてなる１ブロックが（４ラ
イン×８画素＝32画素）の大きさとされている。第３図
は、この１ブロックを示すものであり、第３図におい
て、実線は、奇数フィールドのラインを示し、破線は、
偶数フィールドのラインを示す。この例と異なり、例え
ば４フレームの各フレームに属する４個の２次元領域か
ら構成された３次元ブロックに対してもこの発明が適用
できる。

ブロック化回路４の前段に設けられたサブサンプリン
グ回路３によって、ブロック内の画素が第４図に示すよ
うに間引かれ、１ブロックの画素数が16画素とされる。
第４図において○がサブサンプリングされた画素を示
し、×が間引かれた画素を示す。

ブロック化回路４の出力信号がダイナミックレンジ検
出回路５及び遅延回路６に供給される。ダイナミックレ
ンジ検出回路５は、ブロック毎にダイナミックレンジDR
及び最小値MINを検出する。遅延回路６からの画素デー
タPDが減算回路７に供給され、減算回路７において、最
小値MINが除去された画素データPDIが形成される。

量子化回路８には、サブサンプリングされ、減算回路
７を介された最小値除去後の画素データPDI及びダイナ
ミックレンジDRが供給される。量子化回路８では、ダイ
ナミックレンジDRに適応して画素データPDIの量子化が
行われる。量子化回路８からは、１画素データが４ビッ
トに変換されたコード信号DTが得られる。

この量子化回路８からのコード信号DTがフレーム化回
路９に供給される。フレーム化回路９には、ブロック毎
の付加コードとして、ダイナミックレンジDR（８ビッ
ト）及び最小値MIN（８ビット）が供給される。フレー
ム化回路９は、コード信号DT及び上述の付加コードに誤
り訂正符号化の処理を施し、また同期信号を付加する。
フレーム化回路９の出力端子10に送信データが得られ、
この送信データがディジタル回線等の伝送路に送出され
る。ディジタルVTRの場合には、出力信号が記録アン
プ，回転トランス等を介して回転ヘッドに供給される。

b.受信側の構成第２図は、受信（又は再生）側の構成を示す。入力端
子11からの受信データは、フレーム分解回路12に供給さ
れる。フレーム分解回路12により、コード信号DTと付加
コードDR,MINとが分解されると共に、エラー訂正処理が
なされる。コード信号DTが復号化回路13に供給され、ダ
イナミックレンジDRが復号化回路13に供給される。

復号化回路13は、送信側の量子化回路８の処理と逆の
処理を行う。即ち、８ビットの最小レベル除去後のデー
タが代表レベルに復号され、このデータと８ビットの最
小値MINとが加算回路14により加算され、元の画素デー
タが復号される。加算回路14の出力データがブロック分
解回路15に供給される。ブロック分解回路15は、送信側
のブロック化回路４と逆に、ブロックの順番の復号デー
タをテレビジョン信号の走査と同様の順番に変換するた
めの回路である。ブロック分解回路15の出力信号が補間
回路16に供給される。補間回路16では、間引かれた画素
のデータが近傍の４個のサブサンプルデータにより補間
される。補間回路16からのサンプリング周波数4fscのデ
ィジタルカラービデオ信号が歪除去回路17に供給され
る。歪除去回路17の出力信号がD/A変換器18に供給され
る。D/A変換器18の出力端子19にアナログカラービデオ
信号が得られる。送信側でプリフィルタが設けられてい
ない場合、折り返し歪が例えば輝度レベルの急峻な変化
の点で発生し、補間値が大きく歪むおそれがある。この
歪が歪除去回路17によって除去される。

c.ブロック化回路ブロック化回路４について第５図，第６図及び第７図
を参照して説明する。説明の簡単のため、１フィールド
の画面が第６図に示すように、（４ライン×８画素）の
構成と仮定し、この画面が破線で示すように、垂直方向
に２分割され、水平方向に４分割され、（２ライン×２
画素）の８個のブロックが形成される場合について説明
する。

第５図において、21で示す入力端子に第７図Ａに示す
ように、（Th₀〜Th₃）の４ラインからなる入力データＡ
が供給され、22で示す入力端子に入力データＡと同期し
ているサンプリングクロックＢ（第７図Ｂ）が供給され
る。数字の（１〜８）がラインTh₀のサンプルデータを
夫々示し、数字の（11〜18）がラインTh₁のサンプルデ
ータを夫々示し、数字の（21〜28）がラインTh₂のサン
プルデータを夫々示し、数字の（31〜38）がラインTh₃
のサンプルデータを夫々示す。入力データＡがThの遅延
量の遅延回路23及び2Ts（Ts:サンプリング周期）の遅延
量の遅延回路24に供給される。また、サンプリングクロ
ックＢが1/2分周回路27に供給される。

遅延回路24の出力信号Ｃ（第７図Ｃ）がスイッチ回路
25及び26の一方の入力端子に夫々供給され、遅延回路23
の出力信号Ｄ（第７図Ｄ）がスイッチ回路25及び26の他
方の入力端子に夫々供給される。スイッチ回路25は、1/
2分周回路27の出力信号Ｅ（第７図Ｅ）により制御さ
れ、また、スイッチ回路26はパルス信号Ｅがインバータ
28により反転されたパルス信号により制御される。スイ
ッチ回路25及び26は、2Ts毎に交互に入力信号（Ｃ又は
Ｄ）を選択する。スイッチ回路25からの出力信号Ｆが第
７図Ｆに示され、スイッチ回路26からの出力信号Ｇが第
７図Ｇに示される。

スイッチ回路25の出力信号Ｆがスイッチ回路29の第１
の入力端子及び4Tsの置換量を有する遅延回路30に供給
される。スイッチ回路26の出力信号Ｇが2Tsの置換量を
有する遅延回路31に供給される。遅延回路30の出力信号
Ｈ（第７図Ｈ）がスイッチ回路29の第３の入力端子に供
給される。遅延回路31の出力信号Ｉ（第７図Ｉ）がスイ
ッチ回路29の第２の入力端子及び4Tsの置換量を有する
遅延回路32に供給される。遅延回路32の出力信号Ｊ（第
７図Ｊ）がスイッチ回路29の第４の入力端子に供給され
る。

1/2分周回路33には、1/2分周回路27の出力信号が供給
され、出力信号Ｋ（第７図Ｋ）が形成される。この信号
Ｋによってスイッチ回路29が制御され、4Ts毎に第1,第
2,第３及び第４の入力端子が順次選択される。従って、
スイッチ回路29から出力端子34に取り出される信号Ｌ
は、第７図Ｌに示すものとなる。つまり、データのフィ
ールド毎の順序がブロック毎の順序（例えば１→２→11
→12）に変換される。勿論、１フィールドの実際の画素
数は、第６図に示される例と異なってはるかに多いが、
上述と同様の走査変換によって、第３図に示すブロック
毎の順序に変換される。

d.ダイナミックレンジ検出回路第８図は、ダイナミックレンジ検出回路３の一例の構
成を示す。41で示される入力端子には、ブロック化回路
４から前述のように、１ブロック毎に符号化が必要な領
域の画素データが順次供給される。この入力端子41から
の画素データは、選択回路42及び選択回路43に供給され
る。一方の選択回路42は、ディジタルカラービデオ信号
の画像データとラッチ44の出力データとの間で、よりレ
ベルの大きい方を選択して出力する。他方の選択回路43
は、入力ディジタルカラービデオ信号の画素データとラ
ッチ45の出力データとの間で、よりレベルの小さい方を
選択して出力する。

選択回路42の出力データが減算回路46に供給されると
共に、ラッチ44に取り込まれる。選択回路43の出力デー
タが減算回路46及びラッチ48に供給されると共に、ラッ
チ45に取り込まれる。ラッチ44及び45には、ラッチパル
スが制御部49から供給される。制御部49には、ディジタ
ルカラービデオ信号と同期するサンプリングクロック，
同期信号等のタイミング信号が端子50から供給される。
制御部49は、ラッチ45,45及びラッチ47,48にラッチパル
スを所定のタイミングで供給する。

各ブロックの最初で、ラッチ44及び45の内容が初期設
定される。ラッチ44には、全て‘0'のデータが初期設定
され、ラッチ45には、全て‘1'のデータが初期設定され
る。順次供給される同一のブロックの画素データの中
で、最大レベルがラッチ44に貯えられる。また、順次供
給される同一のブロックの画素データの中で、最小レベ
ルがラッチ45に貯えられる。

最大レベル及び最小レベルの検出が１ブロックに関し
て終了すると、選択回路42の出力に当該ブロックの最大
レベルが生じる。一方、選択回路43の出力に当該ブロッ
クの最小レベルが生じる。１ブロックに関しての検出が
終了すると、ラッチ44及び45が再び初期設定される。

減算回路46の出力には、選択回路42からの最大レベル
MAX及び選択回路43からの最小レベルMINを減算してなる
各ブロックのダイナミックレンジDRが得られる。これら
のダイナミックレンジDR及び最小レベルMINが制御ブロ
ック49からのラッチパルスにより、ラッチ47及び48に夫
々ラッチされる。ラッチ47の出力端子51に各ブロックの
ダイナミックレンジDRが得られ、ラッチ48の出力端子52
に各ブロックの最小値MINが得られる。

e.量子化回路量子化回路８は、ダイナミックレンジDRに適応した符
号化を行う。第９図は、量子化回路８の一例を示す。第
９図において、55で示すROMには、最小値除去後の画素
データPDI（８ビット）を圧縮されたビット数例えば４
ビットに変換するためのデータ変換テーブルが格納され
ている。ROM55に対して、入力端子56からのダイナミッ
クレンジDRと入力端子57からの画素データPDIとがアド
レス信号として供給される。ROM55では、ダイナミック
レンジDRの大きさによりデータ変換テーブルが選択さ
れ、出力端子58に４ビットのコード信号DTが取り出され
る。

量子化回路８においては、コード信号DTが２ビット
（実施例では、４ビット）の場合、第10図に示すよう
に、ブロックのダイナミックレンジDRが４個の領域に分
割される。この４個の領域が（00）（01）（10）（11）
の２ビットのコード信号DTにより区別され、中央のレベ
ルL0.L1.L2,L3が夫々各領域の代表レベルとされる。最
小値除去後のデータPDIが含まれる領域に応じて２ビッ
トのコード信号DTが発生する。ディジタルカラービデオ
信号のレベルは、ディジタル搬送色信号が重畳されてい
ても、ブロック内で相関を有しており、各ブロックのダ
イナミックレンジDRは、過渡部でない定常部では、狭い
範囲に集中している。従って、４ビットのように、1/2
に圧縮されたビット数で量子化しても画質の劣化が殆ど
生じない。また、各画素が他の画素と独立して符号化さ
れるので、ディジタルカラービデオ信号の急激なレベル
変化を再現することができ、DPCMと比較して周波数特性
を良好とできる。

なお、最小レベルMIN及び最大レベルMAXの夫々のレベ
ルを有する画素データが１ブロック内に必ず存在してい
る。従って、誤差が０のコード信号を多くするには、第
11図に示すように、ダイナミックレンジDRを（2^m−１）
（但し、ｍは、量子化ビット数）に分割し、最小レベル
MINを代表最小レベルL0とし、最大レベルMAXを代表最大
レベルL3としても良い。

また、量子化回路８は、ROM以外にダイナミックレン
ジDRを分割する割算器及び最小値除去後のデータPDIが
属するレベル領域を判定するための比較回路からなる構
成等を使用しても良い。

f.補間回路第12図は、補間回路16の一例を示す。第12図におい
て、60で示す入力端子には、ブロック分解回路15からの
ディジタルカラービデオデータ（実在するデータ）が供
給される。周辺画素抽出回路61において、補間に使用さ
れる４個の画素のデータx₁₀，x₂₀，x₃₀，x₄₀が取り出さ
れる。周辺画素抽出回路61は、２個のライン遅延回路及
び複数個のサンプル遅延回路によって構成されている。

第13図は、補間しようとする注目画素（データx₀）と
その周辺の画素の位置関係を示すものである。サンプリ
ング周波数が4fscに選定されているので、カラーサブキ
ャリアの位相に関して４個の位相（○△●▲で表され
る）が周期的に繰り返される。○及び●のカラーサブキ
ャリアの位相並びに△及び▲のカラーサブキャリアの位
相が逆相である。注目画素の上下及び左右に隣接する画
素のデータx₁₀，x₂₀，x₃₀，x₄₀が補間に使用される。ま
た、この注目画素の斜め方向に位置し、カラーサブキャ
リアの位相が注目画素と同一の位相の４個の画素のデー
タx₁，x₂，x₃，x₄が後述する歪除去のために使用され
る。

周辺画素抽出回路61からのデータx₁₀及びx₂₀が加算回
路62に供給され、加算回路62の出力信号が加算回路68に
供給される。また、周辺画素抽出回路61からのデータx
₃₀及びx₄₀がシフトレジスタで構成された1/2倍回路63及
び64に夫々供給される。これらの1/2倍回路63及び64の
出力信号がインバータ65及び66を夫々介して加算回路67
に供給される。加算回路68の出力信号が補間値₀とし
て出力端子69に取り出される。

上述の補間回路16において、補間値₀は、次式によ
って求められる。₀ ＝x₁₀＋x₂₀＋1/2（−x₃₀−x₄₀）テレビジョン画像の相関によりデータx₁₀〜x₄₀は、次
のように表される。

x₁₀＝Ｙ＋Ｃ′ x₂₀＝Ｙ−Ｃ′ x₃₀＝Ｙ−Ｃ x₄₀＝Ｙ−Ｃ（Y:輝度信号成分、C,C′：搬送色信号成分）従って、補間値₀は、₀ ＝（Ｙ＋Ｃ′）＋（Ｙ−Ｃ′）＋1/2（−Ｙ＋Ｃ−Ｙ
＋Ｃ）＝2Y＋（−Ｙ＋Ｃ）＝Ｙ＋Ｃなお、補間に使用する周辺画素は、４個以外の個数を
使用することができる。

g.歪除去回路第14図を参照して歪除去回路17の一例について説明す
る。この例では、ミディアンフィルタによって歪除去回
路17が構成されている。第14図において、72で示す周辺
画素抽出回路に対して、入力端子71から実在するカラー
ビデオデータが供給される。周辺画素抽出回路72は、第
13図に示されるように、入力端子70からの補間データ
₀の斜め方向に位置し、且つカラーサブキャリアの位相
が補間データ₀と同位相の画素のデータx₁，x₂，x₃，x
₄を抽出する。

補間値₀及び周辺画素のデータx₁，x₂，x₃，x₄がセ
レクタ73に供給され、これらの５個のデータの中の１個
のデータが出力端子74に選択的に得られる。セレクタ73
には、３ビットの制御信号が制御信号発生回路76から供
給される。また、補間値₀と周辺画素のデータx₁，
x₂，x₃，x₄が比較回路群75に供給される。比較回路群75
には、10個の比較回路が設けられており、５個のデータ
（₀〜x₄）の中の２個のデータの全ての組み合わせ（1
0通りある）が比較回路により夫々比較され、10ビット
の出力信号が比較回路群75から発生する。比較回路群75
の出力信号が制御信号発生回路76に供給される。

制御信号発生回路76では、５個のデータ（₀〜x₄）
をレベルの大きい順に並べた時の中央のレベルのデータ
を選択するための３ビットの制御信号が10ビットの入力
信号から形成される。制御信号発生回路76は、例えばRO
Mにより構成されている。

補間回路16は、第12図に示されるような簡単な回路構
成により実現できる。折り返し歪が発生する場合には、
受信側で復号されたデータが歪み、その結果、補間値
₀もインパルスノイズ状に歪む。上述の歪除去回路17に
よって、このように歪んだ補間値がこの補間値及び近傍
のデータの中の略中央のレベルに置換されるので、歪を
目立たなくすることができる。

h.変形例この発明は、ダイナミックレンジに適応した符号化方
式として、固定長の符号化方式に限らず、可変長の符号
化方式に対しても適用できる。可変長の符号化方式で
は、ブロック毎のダイナミックレンジDRが所定の量子化
歪と対応する量子化ステップでもって分割され、即ち、
ダイナミックレンジDRがダイナミックレンジDRに適応し
た個数のレベル範囲に分割され、最小値除去後のデータ
が属するレベル範囲と対応するコード信号が形成され
る。

以上の説明では、コード信号DTとダイナミックレンジ
DRと最小値MINとを送信している。しかし、付加コード
としてダイナミックレンジDRの代わりに最大値MAX,量子
化ステップ又は最大歪を伝送しても良い。

また、入力信号のブロック化の処理を行ってからサブ
サンプリングを行っても良い。更に、１ブロックのデー
タをフレームメモリ，ライン遅延回路，サンプル遅延回
路を組み合わせた回路により、同時に取り出すようにし
ても良い。

〔発明の効果〕

この発明は、時間領域で設計されているので、サンプ
リング周波数が異なる場合にも適用することができ、ま
た、従来の補間フィルタでは困難であった輝度信号に搬
送色信号が重畳されたコンポジットカラービデオ信号を
補間することができる利点がある。また、この発明で
は、サブサンプリングの前段にプリフィルタを設けず
に、伝送されるカラービデオ信号の高周波成分を保存す
ることができる。この場合に、折り返し歪が発生する可
能性があるが、受信側に設けられた歪除去回路により、
視覚上、目立つ歪が除去できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明を適用できるカラービデオ信号の伝送
システムの送信側のブロック図、第２図は受信側の構成
を示すブロック図、第３図は符号化の処理の単位である
ブロックの説明に用いる略線図、第４図はサブサンプリ
ングの説明に用いる略線図、第５図，第６図及び第７図
はブロック化回路の一例のブロック図，その説明に用い
る略線図及びその動作説明のためのタイミングチャー
ト、第８図はダイナミックレンジ検出回路の一例のブロ
ック図、第９図は量子化回路の一例のブロック図、第10
図及び第11図は量子化の一例及び他の例の説明に用いる
略線図、第12図は補間回路の一例のブロック図、第13図
は周辺画素の説明に用いる略線図、第14図は歪除去回路
の一例のブロック図である。図面における主要な符号の説明 1:カラービデオ信号の入力端子、4:ブロック化回路、5:
ダイナミックレンジ検出回路、7:減算回路、8:量子化回
路、13:復号化回路、15:ブロック分解回路、16:補間回
路、17:歪除去回路。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】実在するカラービデオデータと対応する画
素の間の所定の画素のカラービデオデータを上記実在す
るカラービデオデータによって補間するためのディジタ
ルカラービデオ信号の補間回路において、上記所定の画素の周囲の上記実在するカラービデオデー
タから補間値を生成することにより上記所定の画素のカ
ラービデオデータを補間する補間手段と、上記所定の画素の周囲に位置し、上記所定の画素とカラ
ーサブキャリアの位相が同一の複数の画素のカラービデ
オデータと上記補間回路からの上記所定の画素の上記補
間値との集合において、各データの大小関係を判別し、
この判別結果から、上記複数の画素のカラービデオデー
タと上記補間値の集合の中で略中央のレベルを持つデー
タを決定し、決定された上記中央のレベルを持つデータ
によって上記補間値を置換する歪除去手段とを備えたことを特徴とするディジタルカラービデオ信号
の補間回路。