JP2530249B2 - 画質改善装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、テレビジョン（TV）受像機、ヒデオテー
プレコーダ（VTR）、プリンタ等の各種ビデオ機器、画
像の認識，計測，測定，診断等を行う各種画像処理装
置、及び各種データ通信装置などに用いられて好適な画
質改善装置に関する。そして、この発明は、特に入力信
号のエッジ強調が必要な部分のみに、エッジ強調成分を
付加できる画質改善装置を提供することを目的としてい
る。

（従来の技術） 従来の画質改善装置の一例を第７図に示す。11は２次
微分回路、12は加算器である。なお、説明の便宜上、各
回路の処理時間による信号の遅れ、及びその遅れを補正
するために通常用いられる遅延回路等は省略するものと
する。

ラインL1は入力ラインであり、TV信号の輝度信号が入
来するものとする。２次微分回路11では、入力信号に対
して、２次の微分を行い、入力信号波形の高域成分を取
出している。取出した高域成分を加算器12により、ライ
ンL1からの入力信号に所定量加算する。これにより、波
形の高域成分が強調された（エッジが強調された）出力
信号が、ラインL2に得られる。

従来は、こうした方法により信号波形のエッジを強調
し、再生画像の輪郭を補正して、画質の改善を図ってい
た。

（発明が解決しようとする課題） しかし、従来の画質改善装置は、線形処理回路であ
り、入力信号波形のどの部分に対しても、一様に高周波
領域を持ち上げる処理（一様にエッジ強調成分を付加す
る処理）をしている。従って、入力信号波形の立上がり
や立下がり部分（エッジ強調が必要な部分）でエッジ強
調が行われるばかりでなく、エッジ強調が必要でない部
分（例えば、振幅一定の正弦波や変調波の部分）の振幅
も大きくなってしまう。このため、従来の画質改善装置
では、再生画像のエッジ部分は改善されるものの、再生
画像全体としては不自然なものとなってしまう問題点が
あった。

この発明が解決しようとする課題は、入力信号のエッ
ジ強調が必要な部分のみにエッジ強調成分を付加できる
画質改善装置とするためには、どのような手段を講じれ
ばよいかという点にある。

（課題を解決するための手段） そこで、上記課題を解決するために本発明は、 入力信号である第１の信号が供給されて第２の信号を
出力する同相高域濾波器と、 前記第１の信号が供給されて第３の信号を出力する直
交高域濾波器と、 前記第２及び第３の信号が供給され、その２つの信号
をベクトル合成することによって得られた振幅値を有す
る第４の信号を出力する振幅合成器と、 前記第４の信号が供給され、前記第４の信号の振幅値
の変化分を第５の信号として出力する検出回路と、 前記第２及び第５の信号が供給され、エッジ強調成分
である第６の信号を出力する波形形成器と、 前記第１及び第６の信号が供給され、前記第１の信号
に前記第６の信号を加えることによって、エッジが強調
された出力信号を得る加算器とより構成し、 前記入力信号の波形の種類に応じて、エッジに対する
強調の度合を可変としたことを特徴とする画質改善装置
を提供するものである。

（実 施 例） 第１図に、この発明の画質改善装置の第１実施例を示
す。

１は直交高域濾波器、２は同相高域濾波器、３は振幅
合成器、４は微分器、５は絶対値化回路、６は波形形成
器、７は加算器である。なお、従来例と同様に、説明の
便宜上、各回路の処理時間による信号の遅れ、及びその
遅れを補正するために通常用いられる遅延回路等は、省
略するものとする。

ラインL1から入来する入力信号Saは、第２図（ａ）に
示すように、上限周波数fo（約4MHz）で帯域制限された
信号であるTV信号の輝度信号とする。ここでは、まず、
入力信号Saが、第３図（ａ）に示す余弦波である場合に
ついて説明する。

入力信号Saは、 Sa（ｔ）＝cos（２πfa t） …（１） 但し、fa＝fo/2 で示される。この入力信号Saは、直交高域濾波器１に供
給される。直交高域濾波器１の特性は、第２図（ｂ）に
示す特性であり、周波数特性の虚数部が、 Ｉ（ｆ）＝j f/fo …（２） で表され、実数部が０となる。直交高域濾波器１には、
アナログ回路またはデジタル回路による例えば原点対称
型のトランスバーサルフィルタ等が用いられる。

第３図（ｂ）は直交高域濾波器１の出力波形であり、 Sb（ｔ）＝−0.5sin（２πfa t） …（３） なる正弦波として表される。

一方、入力信号Saは、同相高域濾波器２にも供給され
る。同相高域濾波器２の特性は、第２図（ｃ）に示す特
性であり、周波数特性の実数部が、 Ｒ（ｆ）＝|f/fo| …（４） となり、虚数部が０となる特性である。同相高域濾波器
２には、アナログ回路またはデジタル回路による、時間
＝０の軸に対称な係数値を持つトランスバーサルフィル
タ等が用いられる。

直交高域濾波器１と同相高域濾波器２とは、振幅特性
Ｇ（ｆ）が同一の であり、位相ががπ/2異なる、互いに直交関係にある特
性を有する。

第２図（ｂ）に示す特性は、虚数部に値を持つので、
その特性を有するものを直交高域濾波器と呼び、第２図
（ｃ）に示す特性は、実数部に値を持つので、その特性
を有するものを同相高域濾波器と呼ぶことにした。

入力信号Saは、上限周波数foで帯域制限された信号で
あるから、直交高域濾波器１と同相高域濾波器２との周
波数帯域は、周波数foまでの帯域であっても、何ら支障
はない。

同相高域濾波器２の出力信号Scは、第３図（ｃ）に示
すような余弦波、 Sc（ｔ）＝0.5cos（２πfa t） …（６） となる。

ここで、一般的な原点対称型のトランスバーサルフィ
ルタによる直交高域濾波器１の構成例を第８図（ａ）に
示す。直交高域濾波器１は、直列接続された遅延時間Ｔ
の2N個の遅延回路p1〜p2Nと、各遅延回路の入出力信号
に重み付けを行う2N＋１個の増幅器ｑ−Ｎ〜qN（Ｎは自
然数または０）と、重み付けされた各信号を加算合成す
る合成器r1とからなっている。遅延回路p1〜p2Nがデジ
タル信号処理の場合は、遅延時間Ｔは標本化周期とな
る。また、増幅器ｑ−Ｎ〜qNの各重み付け値はＡ−Ｎ〜
ＡNである。

ラインLaから入来した信号は、所定の遅延時間が与え
られ、重み付けがなされ（所定倍され）、加算合成され
てラインLbから出力される。前記式（２）の特性が得ら
れるようにするためには、少なくとも重み付け値A0＝0,
An＝−Ａ−ｎ（ｎ＝−Ｎ〜Ｎ）の条件が必要である。

図示した直交高域濾波器１のインパルス応答波形図を
第８図（ｂ）に示す。インパルス応答波形は原点対称型
となっており、この濾波器の重み付けの状態をそのまま
表わしている。

次に、時間＝０の軸に対称な係数を有する一般的なト
ランスバーサルフィルタによる同相高域濾波器２の構成
例を第９図（ａ）に示す。同相高域濾波器２は、直列接
続された遅延時間Ｔの2N個の遅延回路u1〜u2Nと、各遅
延回路の入出力信号に重み付けを行う2N＋１個の増幅器
ｖ−Ｎ〜vNと、重み付けされた各信号を加算合成する合
成器w1とからなっている。遅延回路u1〜u2Nがデジタル
信号処理の場合は、遅延時間Ｔは標本化周期となる。ま
た、増幅器ｖ−Ｎ〜vNの各重み付け値はＢ−Ｎ〜ＢNで
ある。

ラインLcから入来した信号は、所定の遅延時間が与え
られ、重み付けがなされ（所定倍され）、加算合成され
てラインLdから出力される。前記式（４）の特性が得ら
れるようにするためには、少なくとも重み付け値B0＝0,
Bn＝Ｂ−ｎ（ｎ＝−Ｎ〜Ｎ）の条件が必要である。

図示した同相高域濾波器２のインパルス応答波形図を
第９図（ｂ）に示す。インパルス応答波形は時間＝０の
軸（時間基準位置）に対して対称となっており、この濾
波器の重み付けの状態をそのまま表わしている。

振幅合成器３には、直交高域濾波器１及び同相高域濾
波器２の各出力信号Sb,Scが供給される。振幅合成器３
では、次式（７）に示す直交成分と同相成分とのベクト
ル合成により、 ２つの信号Sb,Scの２乗和の平方根amが求められる。第
３図（ｄ）に示すamの値は0.5である。これは、fa＝fo/
2であるためであり、fa＝foであれば、am＝１である。

振幅合成器３は、回路的には、乗算器、加算器、及び
非線形増幅器で実現できるが、例えば、デジタル回路の
場合には、予め計算したデータをROM等に書込んでお
り、これを参照して出力を得るテーブル・ルック・アッ
プ方式の回路等でも実現できる。

次の微分器４は、振幅合成器３から供給される振幅値
amを微分し、その変化分を取出す働きをしている。振幅
値amの値は0.5で一定であるので、微分器４の出力信号S
dは、振幅０の波形となる。微分器４は、直交高域濾波
器１と同様の回路で実現できる。

絶対値化回路５は、供給される信号の振幅値を取出す
回路であり、この場合、供給される信号Sdの振幅は０で
あるので、絶対値化回路５の出力信号Seは、第３図
（ｅ）に示すように０である。

波形形成器６には、絶対値化回路５の出力信号Seと、
同相高域濾波器２の出力信号Scとが供給される。そし
て、波形形成器６は、信号Seを信号Scの極性で制御して
新たな信号Sfを形成する。この信号Sfが、エッジ強調成
分である。

Sf（ｔ）＝sgn（Sc（ｔ））・Se（ｔ） …（８） 第３図（ｆ）に信号Sfを示す。この場合は、信号Sfは
０である。

このように、入力信号Saが、第３図（ａ）に示すよう
な振幅一定の信号（エッジ強調が必要でない信号）であ
る場合には、エッジ強調成分Sfは０となる。つまり、入
力信号Saが、振幅一定の正弦波、余弦波、変調波、及び
直流信号の場合には、エッジ強調成分Sfは０となる。

一方、入力信号Saが、パルスやバーパルスの様なエッ
ジ強調が必要な信号の場合には、後述するように、０で
はないエッジ強調成分Sfが得られる。

上記の式（８）で示したエッジ強調成分Sfは、一例で
あり信号Se,Scの用い方によっては、他の形のエッジ強
調成分も形成できる。例えば、 St（ｔ）＝Ａ・Sc（ｔ）・Se（ｔ） …（９） （但し、Ａはエッジ強調の度合を決める定数） などである。要するに、エッジ強調成分Sfは次式、 Sf（ｔ）＝ｆ（Sc（ｔ）,Se（ｔ）） …（10） のように、信号Se,Scの関係形で表せる、即ち、エッジ
強調成分Sfは信号Se,Scから形成されるものであり、こ
れが本発明のポイントである。

なお、波形形成器６は、アナログ回路、デジタル回路
を問わず、極性反転機能を有する増幅器で容易に実現で
きる。

加算器７は、入力信号Saにエッジ強調成分Sfを加え、
出力信号Sgを得る。第３図（ｇ）に信号Sgを示す。同図
（ｇ）と同図（ａ）とを比べてもわかるように、出力信
号Sgは入力信号Saと同一波形であり、エッジ強調成分を
付加されていない。

ここまでは、エッジ強調成分が付加されない例につい
て説明したが、次に、エッジ強調成分が付加される例を
説明する。エッジ強調成分が付加される例として、入力
信号がパルスの場合を第４図（ａ）〜（ｇ）に、入力信
号がバーパルス等の波形の立上がり部分を含む信号の場
合を第５図（ａ）〜（ｇ）に示す。なお、第４図（ａ）
〜（ｇ）、及び第５図（ａ）〜（ｇ）の各測定位置は、
それぞれ第３図（ａ）〜（ｇ）の各測定位置に対応して
いる。

入力信号Saが第４図（ａ）に示すパルスの場合は、エ
ッジ強調成分Sfは同図（ｆ）に示すものとなり、ライン
L2に得られる出力信号Sgは同図（ｇ）に示すものとな
る。

入力信号Saが第５図（ａ）に示す信号の場合には、エ
ッジ強調成分Sfは同図（ｆ）に示すものとなり、ライン
L2に得られる出力信号Sgは同図（ｇ）に示すものとな
る。

いずれの入力信号の場合も、得られる出力信号は、第
４図（ｇ），第５図（ｇ）に示すように、波形のエッジ
部、傾斜部がシャープになっており、エッジ強調成分が
適格に付加されていることがわかる。このエッジ強調成
分の付加により、再生画像の輪郭部が強調されて画質の
鮮鋭度が向上し、画質が改善される。

なお、加算器７において、エッジ強調成分の付加量
を、視覚的に最適な値に調整するようにしてもよい。

このように、本実施例の画質改善装置は、入力信号の
波形を判別し、入力信号が振幅一定の正弦波、余弦波、
変調波等の場合には、エッジ強調成分を付加せず、入力
信号がパルスや、バーパルス等の波形の立上がり部分を
含む信号及び振幅が変化する正弦波、余弦波、変調波等
の場合には、波形の傾斜部にエッジ強調成分を付加す
る。従って、この画質改善装置は、エッジ強調が必要な
部分のみにエッジ強調成分を付加でき、視覚的に不自然
さを与えることなく再生画像の輪郭部を強調して画質の
鮮鋭度を向上させることにより、画質を改善することが
できる。

次に、第２実施例を第６図（ａ）に示す。第１実施例
との相違点は、２次微分回路８を新たに設け、波形形成
器６に供給する信号を、２次微分回路８の出力信号と絶
対値化回路５の出力信号とにした点である。２次微分回
路８の特性は、第２図（ｄ）に示す特性であり、周波数
特性の実数部が、 Ｒ（ｆ）＝（f/fo）^２ となる特性である。

この第２実施例は、エッジ強調を第１実施例よりも高
周波領域に移した形のものである。また、第２実施例
は、従来例の２次微分回路11で得られるエッジ強調成分
と同じエッジ強調成分を用いながらも、入力信号の波形
を判別することにより、画質改善を従来例よりも効果的
に図れる。

第６図（ｂ）は、第３実施例の構成を示す図である。
ここでは、第２実施例の２次微分回路８の特性（第２図
（ｄ）参照）が、第１実施例の同相高域濾波器２の特性
（第２図（ｃ）参照）の２乗であることに注目し、同相
高域濾波器２の特性と同一の特性を有する同相高域濾波
器９を新たに設ける。そして、同相高域濾波器２の出力
信号を同相高域濾波器９に供給して、再度同一処理する
ことにより、入力信号を２次微分することによって得ら
れる信号と同等の信号を得ている。この同相高域濾波器
９の出力信号を、絶対値化回路５の出力信号と共に波形
形成器６に供給する。

以上、第１〜３実施例は、入力信号の同相及び直交の
各高域成分をベクトル合成することにより包絡線成分を
求め、その包絡線成分の振幅値の変化の度合に応じて、
エッジ強調を行っている。よって、第１〜３実施例は、
エッジ強調が必要な部分のみにエッジ強調成分を付加す
ることができ、従来例よりもさらに効果的に画質改善を
図ることができる。

なお、上述の説明では、入力信号をTV信号の輝度信号
としたが、入力信号はTV信号の色信号であってもよい
し、RGBそれぞれ色別の原色信号等であってもよい。

（発明の効果） 以上の通り、本発明の画質改善装置は、入力信号の波
形を判別し、入力信号が振幅一定の正弦波、余弦波、変
調波等の場合には、エッジ強調成分を付加せず、入力信
号がパルスや、バーパルス等の波形の立上がり部分を含
む信号、及び振幅が変化する正弦波、余弦波、変調波等
の場合には、波形の傾斜部にエッジ強調成分を付加す
る。従って、この画質改善装置は、エッジ強調が必要な
部分のみにエッジ強調成分を付加でき、視覚的に不自然
さを与えることなく再生画像の輪郭部を強調して画質の
鮮鋭度を向上させることにより、画質を改善することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１実施例のブロック構成図、第２図は第１実
施例の動作説明のための図、第３図〜第５図は第１実施
例の動作波形図、第６図（ａ）は第２実施例のブロック
構成図、第６図（ｂ）は第３実施例のブロック構成図、
第７図は従来例のブロック構成図、第８図は直交高域濾
波器を説明するための図、第９図は同相高域濾波器を説
明するための図である。 １……直交高域濾波器、2,9……同相高域濾波器、３…
…振幅合成器、４……微分器、５……絶対値化回路、６
……波形形成器、７……加算器、８……２次微分回路。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】入力信号である第１の信号が供給されて、
   実数部がＲ（ｆ）＝|f/fo|（但し、foは第１の信号の上
   限を定める帯域制限周波数）となり、虚数部が０となる
   周波数特性に従って前記第１の信号を処理した第２の信
   号を出力する同相高域濾波器と、 前記第１の信号が供給されて、虚数部がＩ（ｆ）＝j f/
   foとなり、実数部が０となる周波数特性に従って前記第
   １の信号を処理した第３の信号を出力する直交高域濾波
   器と、 前記第２及び第３の信号が供給され、その２つの信号を
   ベクトル合成することによって得られた振幅値を有する
   第４の信号を出力する振幅合成器と、 前記第４の信号が供給され、前記第４の信号の振幅値の
   変化分を第５の信号として出力する検出回路と、 前記第２及び第５の信号が供給され、エッジ強調成分で
   ある第６の信号を出力する波形形成器と、 前記第１及び第６の信号が供給され、前記第１の信号に
   前記第６の信号を加えることによって、エッジが強調さ
   れた出力信号を得る加算器とより構成し、 前記入力信号の波形の種類に応じて、エッジに対する強
   調の度合を可変としたことを特徴とする画質改善装置。
2. 【請求項２】入力信号である第１の信号が供給されて、
   実数部がＲ（ｆ）＝|f/fo|（但し、foは第１の信号の上
   限を定める帯域制限周波数）となり、虚数部が０となる
   周波数特性に従って前記第１の信号を処理した第２の信
   号を出力する同相高域濾波器と、 前記第１の信号が供給されて、虚数部がＩ（ｆ）＝j f/
   foとなり、実数部が０となる周波数特性に従って前記第
   １の信号を処理した第３の信号を出力する直交高域濾波
   器と、 前記第２及び第３の信号が供給され、その２つの信号を
   ベクトル合成することによって得られた振幅値を有する
   第４の信号を出力する振幅合成器と、 前記第４の信号が供給され、前記第４の信号の振幅値の
   変化分を第５の信号として出力する検出回路と、 前記第１の信号が供給されて第７の信号を出力する２次
   微分回路と、 前記第７及び第５の信号が供給され、エッジ強調成分で
   ある第６の信号を出力する波形形成器と、 前記第１及び第６の信号が供給され、前記第１の信号に
   前記第６の信号を加えることによって、エッジが強調さ
   れた出力信号を得る加算器とより構成し、 前記入力信号の波形の種類に応じて、エッジに対する強
   調の度合を可変としたことを特徴とする画質改善装置。