JP2546446B2

JP2546446B2 - 画質改善装置

Info

Publication number: JP2546446B2
Application number: JP3049086A
Authority: JP
Inventors: 茂広伊藤
Original assignee: Victor Company of Japan Ltd
Current assignee: Victor Company of Japan Ltd
Priority date: 1991-02-21
Filing date: 1991-02-21
Publication date: 1996-10-23
Anticipated expiration: 2011-10-23
Also published as: JPH04267680A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【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
各種ビデオ機器に好適な画質改善装置に関する。そし
て、この発明は、特にエッジ強調成分を、入力信号の傾
斜部分に観賞者に違和感を与えることなく自然な形で付
加でき、再生画像の鮮鋭度及び解像度を改善できると共
に、耐雑音性能にも優れた画質改善装置を提供すること
を目的としている。

【０００２】

【従来の技術】従来、画質改善のために用いられる輪郭
補正では、２次微分処理によって輪郭補正成分を求め、
この補正成分を元の信号に適量付加していた。この方法
では、輪郭補正成分である２次微分波形が、元の信号の
波形変化部（エッジ部）の中点よりもかなり外側にピー
クを持つ波形となっていた。よって、この２次微分波形
を元の信号に付加すると、プリシュートやオーバーシュ
ートが発生することがあり、再生画像上のエッジに白と
黒の縁どりができるなどの不自然な輪郭補正となること
があった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】この発明が解決しよう
とする課題は、元の信号の波形変化部（エッジ部）の中
点位置に波形段差を付加することによるエッジ強調によ
り、プリシュートやオーバーシュートによる不自然な輪
郭補正を防ぎ、観賞者に対して違和感を与えることな
く、自然な形で鮮鋭度及び解像度を向上させることがで
きると共に、耐雑音性能にも優れた画質改善装置とする
には、どのような手段を講じればよいかという点にあ
る。

【０００４】

【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２の信号が供給され、その信号の小振幅信号部を抑圧
することにより得られた第５の信号を出力する雑音制限
器と、前記第４及び第５の信号が供給され、前記第４の
信号に前記第５の信号の極性を付与することにより得ら
れた第６の信号を出力する波形形成器と、前記第５及び
第６の信号が供給され、前記第６の信号から前記第５の
信号を減算することにより得られた、エッジ強調成分で
ある第７の信号を出力する減算器と、前記第１及び第７
の信号が供給され、前記第１の信号に前記第７の信号を
加えることによって、前記第１の信号のエッジが強調さ
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。

【０００５】

【実施例】図１に、この発明の画質改善装置の一実施例
を示す。また、図２は直交高域濾波器及び同相高域濾波
器の特性を示す図、図３は振幅合成器の具体的な構成例
を示す図、図４は雑音制限器の特性図、及び波形形成器
の具体的な構成例を示す図、図５及び図６は図１に示し
た実施例の動作説明図である。図５及び図６では、説明
をわかりやすくするために、波形傾斜部の段差を誇張し
て表現してある。また、具体的回路例としてデジタル回
路を挙げる場合でも、その動作説明をわかりやすくする
ため、図５及び図６では、その回路の信号波形をアナロ
グ波形として示すものとする。図１において、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
は雑音制限器、５は波形形成器、６は減算器、７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。まず、ライ
ンＬ１から入来する入力信号Ｓa が、図５（ａ）に示す
ようなパルス波形の信号である場合について説明する。
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、図２（ｂ）に示す特性であり、
周波数特性の虚数部が、

【０００６】

【数１】

【０００７】で表され、実数部が０となる。直交高域濾
波器１のインパルス応答を図２（ｃ）に示す。図示のイ
ンパルス応答波形は、ＴＶ映像信号のように、上限周波
数４MHz で帯域制限された信号に対して得られる波形で
ある。このような特性を有する直交高域濾波器１は、ア
ナログ回路またはデジタル回路による、例えば時間基準
ｔ＝０に対する原点対称型のトランスバーサルフィルタ
等で構成できる。直交高域濾波器１により、図５（ｂ）
に示す信号Ｓb が得られる。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、図２（ｅ）に示す特性であり、周波数特性の実数
部が、

【０００８】

【数２】

【０００９】となり、虚数部が０となる特性である。同
相高域濾波器２のインパルス応答を図２（ｆ）に示す
（上限周波数４MHz で帯域制限された信号に対して得ら
れるインパルス応答波形）。このような特性を有する同
相高域濾波器２は、アナログ回路またはデジタル回路に
よる、時間基準ｔ＝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で構成できる。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

【００１０】

【数３】

【００１１】であり、位相がπ／２異なる、互いに直交
関係にある特性を有する。図２（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、図２（ｅ）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。同相高域濾波器２の出力信号Ｓｃは、図
５（ｃ）に示す波形となる。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
の構成例を図７（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〜ｐ２
Ｎ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。前記数１式の特性が得ら
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
を図７（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の構成例を図８（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。前記数２式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図８（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Ｓ
ｂ，Ｓｃが供給される。振幅合成器３では、次式（４）
に示す直交成分と同相成分とのベクトル合成により、

【００１２】

【数４】

【００１３】出力Ｓd が得られる。振幅合成器３を実現
する回路例を図３（ａ），（ｂ）に示す。図３（ａ）に
示す回路例では、２つの入力信号Ｓb ，Ｓc から、信号
Ｓc を横軸、信号Ｓb を縦軸としたときの角度θ

【００１４】

【数５】

【００１５】を、ブロック３−１で求める。次に、ブロ
ック３−２で信号Ｓbとｓｉｎθとの積、

【００１６】

【数６】

【００１７】を求め、ブロック３−３で信号Ｓc とｃｏ
ｓθとの積、

【００１８】

【数７】

【００１９】を求める。そして、加算器３−４で式
（６），（７）の和を求めることにより、前述のベクト
ル合成式（４）で示される出力が得られる。ブロック３
−１〜３−３は、ＲＯＭなどによるテーブル・ルックア
ップ方式で実現できる。図３（ｂ）に示す振幅合成器３
の回路例では、乗算器３−５，３−６によって、それぞ
れ入力信号Ｓb ，Ｓc の２乗値Ｓb ²，Ｓc ²を得、こ
れらを加算器３−７で加算し、ブロック３−８でその平
方根を求めている。ブロック３−８は、ＲＯＭなどによ
るテーブル・ルックアップ方式で実現できる。この図３
（ａ），（ｂ）に示す振幅合成器３の出力Ｓd は、図５
（ｄ）に示す波形となる。雑音制限器４は、同相高域濾
波器２の出力Ｓc が供給され、信号Ｓe を出力する。雑
音制限器４の特性の一例を、図４（ａ）に示す。この特
性は次式、

【００２０】

【数８】

【００２１】に示すように、入力信号Ｓc の振幅値がα
に満たない場合には、入力信号Ｓc を出力させず、信号
Ｓc の振幅値がα以上の場合には、信号Ｓc をそのまま
出力させる特性である。これによって、信号Ｓc の振幅
値がα未満の小レベル部分、即ち、振幅値がα未満の雑
音相当成分を除去できる。出力信号Ｓe の極性を基にエ
ッジ強調成分が形成されることになるので（詳細は後
述）、特に極性が雑音に影響されて反転しやすい入力信
号Ｓc の小レベル部分の雑音を除去することは、画質改
善に有効である。αの実際の値は、非常に小さなもので
あり、この画質改善装置への入力信号Ｓa のダイナミッ
クレンジ（変動幅）に対して、数％以内の値である。図
５（ｃ）に破線でαの値を示し、図５（ｅ）に雑音制限
器４の出力信号Ｓe の波形を示す。非線形特性による雑
音除去自体は公知の技術である。しかし、こうした画質
改善装置への応用例は従来なく、信号Ｓe の極性を基に
エッジ強調成分のもととなる信号を形成する波形形成器
５の前段に雑音制限器４を設けたことは、波形形成器５
の極性判断の精度を向上させ、画質改善に極めて有効で
ある。雑音制限器４の他の特性例を、図４（ｂ）に示
す。この特性は次式、

【００２２】

【数９】

【００２３】に示すように、信号Ｓc の振幅値がα未満
のときは、２乗特性で雑音を抑圧する。信号Ｓc の振幅
値がα以上のときは、図４（ａ）に示す特性と同様に、
信号Ｓc をそのまま出力する。図４（ａ）に示す特性よ
りも、図４（ｂ）に示す特性の方が、雑音除去による信
号Ｓc への影響（波形変化への影響）が少ない。雑音制
限器４は、ＲＯＭなどによるテーブル・ルックアップ方
式で実現できる。雑音制限器４の出力信号Ｓe と、振幅
合成器３の出力信号Ｓd とは、波形形成器５に供給され
る。波形形成器５では、次式、

【００２４】

【数１０】

【００２５】即ち、

【００２６】

【数１１】

【００２７】に基づき、信号Ｓe の極性に応じて信号Ｓ
d の極性を変えた信号Ｓf （図５（ｆ）参照）を得る。
この波形形成器５を、デジタル回路で実現した例（市販
のTTL-ICを使用）を図４（ｃ）に示す。ここで、データ
（信号Ｓd,Ｓe,Ｓf)は８ｂｉｔ，２の補数表示のもので
ある。同図に示すブロック４−１〜４−８は、２入力の
ＥＯＲ回路（排他的論理和回路）であり、４−９は全加
算器である。ＥＯＲ回路４−１〜４−８の一方の入力端
子には、信号Ｓd 、即ち、Ｓd0（ＬＳＢ）〜Ｓd7（ＭＳ
Ｂ）が供給され、他方の入力端子には、共通に信号Ｓe
のＭＳＢである信号Ｓe7が供給されている。ＥＯＲ回路
４−１〜４−８の各出力は、全加算器４−９の一方の入
力端子Ａ１〜Ａ８に供給される。全加算器４−９のもう
一方の入力端子Ｂ１〜Ｂ８は、ＧＮＤに接続されてい
る。全加算器４−９のキャリー入力Ｃ０には、信号Ｓe7
が供給されている。これによって得られる加算出力Σ１
（ＬＳＢ）〜Σ８（ＭＳＢ）が、信号Ｓf 、即ちＳf0
（ＬＳＢ）〜Ｓf7（ＭＳＢ）であり、ここまでの処理
で、式（１０）、即ち式（１１）の処理が終了する。こ
こで、図１にもどって、減算器６には、雑音制限器４の
出力信号Ｓe と、波形形成器５の出力信号Ｓf とが供給
さる。減算器６は、次式（１２）に従って、信号Ｓf か
ら信号Ｓeを減算し、信号Ｓg （図５（ｇ）参照）を得
る。

【００２８】

【数１２】

【００２９】この信号Ｓg が、エッジ強調成分である。
減算器６の出力信号Ｓg は、加算器７に供給され、この
画質改善装置の入力信号である信号Ｓa に加算される。
加算器７により得られる波形は、図５（ｈ）に示す波形
Ｓh （この画質改善装置の出力信号波形）である。この
出力波形Ｓh を入力波形Ｓa と比較すると、出力波形Ｓ
h は、入力波形Ｓa の波形変化部（エッジ部）のほぼ中
間点に波形段差があり、波形傾斜部の傾斜が急峻となっ
ており、適格にエッジ強調された波形となっていること
がわかる。出力信号Ｓh を再生すれば、輪郭補正された
画像が得られる。また、この画質改善装置のエッジ強調
処理は、図５（ｈ）に示す出力波形Ｓh からもわかるよ
うに、従来の輪郭補正のようなプリシュート、オーバー
シュートなどの原信号の振幅を越えたエッジ強調処理と
ならず、原信号の振幅内のエッジ強調処理である。従っ
て、この画質改善装置を組込んだ機器を、デジタル回路
で構成した場合でもオーバーフローの問題が発生せず、
その機器は、良好な画質改善が行える。

【００３０】こうして、ラインＬ２から出力される信号
Ｓh は、エッジ強調が行われた結果、新たな側波帯成分
が形成され、入力信号Ｓa が本来有する帯域を越えたス
ペクトルが新たに付加された信号となる。この新たなス
ペクトルの付加は、等価的に、原信号の解像度が向上し
たとの印象を観賞者に与え、画像の鮮鋭度を改善する働
きをしている。

【００３１】なお、信号Ｓh のエッジ部の急峻さ（エッ
ジ強調の度合）は、エッジ強調前の元の信号におけるエ
ッジ部が有する周波数特性に依存している。元の信号の
立上がり部及び立下がり部（エッジ部）が、図５（ｉ）
に示すように、より急峻な傾斜であれば、同図（ｊ）に
示すような強い度合のエッジ強調が行われる。一方、同
図（ｋ）に示すように緩かな傾斜に対しては、同図
（ｌ）に示すような弱い度合のエッジ強調が行われる。
このように、入力信号に付加されるエッジ強調成分は、
入力信号の周波数に依存し、入力信号と完全な相関関係
があるので、この画質改善装置は、観賞者に対して違和
感を与えることなく、自然な形で、鮮鋭度及び解像度を
向上させることができる。

【００３２】ここで、入力信号Ｓa として、変調周波数
ｆ２（＝４MHz ）のＡＭ変調波が入来した場合の各ブロ
ックの出力波形を、図５に対応させて図６に示す。周波
数４MHz は、ＮＴＳＣ方式のＴＶ映像信号では、上限周
波数である。図６（ａ）〜（ｃ）における包絡線（破線
で図示した波形）が、図６（ｄ）に示す波形Ｓd であ
り、減算器６から得られるエッジ強調成分が、図６
（ｇ）に示す信号Ｓg であり、最終的に得られる出力信
号が図６（ｈ）に示す信号Ｓh である。この信号Ｓh に
からわかるように、搬送波が矩形波化され、エッジ強調
されている。なお、直交高域濾波器１の特性として図２
（ｂ）に示した特性、同相高域濾波器２の特性として図
２（ｅ）に示した特性を用いたが、直交高域濾波器１の
特性として図２（ａ）に示した特性、同相高域濾波器２
の特性として図２（ｄ）に示した特性をそれぞれ用いて
もよい。図２（ａ）に示した特性は次式（１３）に示す
特性であり、図２（ｄ）に示した特性は次式（１４）に
示す特性である。

【００３３】

【数１３】

【００３４】

【数１４】

【００３５】また、図２（ａ），（ｂ），（ｄ），
（ｅ）に示す各特性に対して、入力信号の存在する周波
数範囲外の信号をカットする帯域制限をかけてもよい。
これは、耐雑音性能の向上につながる。

【００３６】

【発明の効果】以上の通り本発明の画質改善装置は、以
下の効果を有する。（イ）エッジ強調成分を入力信号の傾斜部分の中点に適
格に付加できるので、入力信号の有する周波数帯域外の
周波数成分が付加された出力信号が得られ、再生画像の
輪郭補正が行える。（ロ）従来の輪郭補正のようなプリシュート、オーバー
シュートなどの原信号の振幅を越えたエッジ強調となら
ず、原信号の振幅内のエッジ強調処理である。従って、
この画質改善装置を組込んだ機器を、デジタル回路で構
成した場合でもオーバーフローの問題が発生せず、その
機器は、良好な画質改善が行える。（ハ）エッジ強調成分のもととなる信号を形成する波形
形成器５の前段に雑音制限器４を設けたことにより、波
形形成器５の極性判断の精度が向上し、耐雑音性能に優
れた画質改善装置となる。（ニ）入力信号に付加されるエッジ強調成分は、入力信
号の周波数に依存し、入力信号と完全な相関関係がある
ので、この画質改善装置は、観賞者に対して違和感を与
えることなく、自然な形で、鮮鋭度及び解像度を向上さ
せることができる。（ホ）本発明の各構成要素は、従来の回路を組合わせる
ことによりそれぞれ構成できるので、本発明の画質改善
装置は容易に製造でき、幅広い用途を有するものであ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施例のブロック構成図である。

【図２】直交高域濾波器及び同相高域濾波器の特性を示
す図である。

【図３】振幅合成器の具体的な構成例を示す図である。

【図４】雑音制限器の特性図、及び波形形成器の具体的
な構成例を示す図である。

【図５】図１に示した実施例の動作説明図である。

【図６】図１に示した実施例の動作説明図である。

【図７】直交高域濾波器を説明するための図である。

【図８】同相高域濾波器を説明するための図である。

【符号の説明】

１直交高域濾波器２同相高域濾波器３振幅合成器４雑音制限器５波形形成器６減算器７加算器

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【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、虚数部がＩ（ｆ）＝ｊｆ／
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２の信号が供給され、その信号の小振幅信号部を
抑圧することにより得られた第５の信号を出力する雑音
制限器と、前記第４及び第５の信号が供給され、前記第４の信号に
前記第５の信号の極性を付与することにより得られた第
６の信号を出力する波形形成器と、前記第５及び第６の信号が供給され、前記第６の信号か
ら前記第５の信号を減算することにより得られた、エッ
ジ強調成分である第７の信号を出力する減算器と、前記第１及び第７の信号が供給され、前記第１の信号に
前記第７の信号を加えることによって、前記第１の信号
のエッジが強調された出力信号を得る加算器とより構成
したことを特徴とする画質改善装置。