JP2546447B2

JP2546447B2 - 画質改善装置

Info

Publication number: JP2546447B2
Application number: JP3050528A
Authority: JP
Inventors: 茂広伊藤
Original assignee: Victor Company of Japan Ltd
Current assignee: Victor Company of Japan Ltd
Priority date: 1991-02-22
Filing date: 1991-02-22
Publication date: 1996-10-23
Anticipated expiration: 2011-10-23
Also published as: JPH04268881A

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及び第４の信号が供給され、前記第４の信号に前記
第２の信号の極性を付与した信号から、前記第２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５の信号を出力する波形形成器と、前記第５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６の信号を出力する雑音制限器と、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、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は波形形成器の具体的な構成例を示す
図、及び雑音制限器の特性図、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は波形形成器、５は雑音制限器、６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Ｓ
a 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。同相高域濾波器２の出力信号
Ｓcと、振幅合成器３の出力信号Ｓd とは、波形形成器
４に供給される。波形形成器４では、次式、

【００２０】

【数８】

【００２１】即ち、

【００２２】

【数９】

【００２３】に基づき、信号Ｓc の極性に応じて信号Ｓ
d の極性を変えた信号と、信号Ｓc との差からエッジ強
調成分である信号Ｓe （図５（ｅ）参照）を得る。この
波形形成器４を、デジタル回路で実現した例（市販のTT
L-ICを使用）を図４（ａ）に示す。ここで、データ（信
号Ｓc,Ｓd,Ｓe)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Ｅ
ＯＲ回路（排他的論理和回路）であり、ブロック４−１
０〜４−１７はインバータ回路、ブロック４−９，４−
１８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（ＭＳＢ）が供給され、他方の入力端子には、共通
に信号Ｓc のＭＳＢである信号Ｓc7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Ｓc7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）は、次の全加算器
４−１８の一方の入力端子Ｂ１（ＬＳＢ）〜Ｂ８（ＭＳ
Ｂ）に供給される。ここまでの処理は、式（８）の右辺
の前半の処理である。

【００２４】次に、同相高域濾波器２の出力信号Ｓc 、
即ち、Ｓc0（ＬＳＢ）〜Ｓc7（ＭＳＢ）は、インバータ
回路４−１０〜４−１７によって反転されて、全加算器
４−１８の他方の入力端子Ａ１〜Ａ８に供給される。全
加算器４−１８のキャリー入力Ｃ０は、電源Ｖcc（５V
）に接続されている。インバータ回路４−１０〜４−
１７があるため、全加算器４−１８では減算処理を行う
ことになる。全加算器４−１８の出力Σ１〜Σ８が、信
号Ｓe 、即ち、Ｓe0（ＬＳＢ）〜Ｓe7（ＭＳＢ）であ
り、ここまでの処理で、式（８）、即ち式（９）の処理
が完了する。ここで、図１にもどって、波形形成器４の
出力Ｓe は雑音制限器５に供給され、雑音制限器５は信
号Ｓf を出力する。雑音制限器５の特性の一例を、図４
（ｂ）に示す。この特性は次式、

【００２５】

【数１０】

【００２６】に示すように、入力信号Ｓe の振幅値がβ
に以下の場合には、入力信号Ｓe を出力させず、信号Ｓ
e の値がβより大の場合には、信号Ｓe からβを引いた
値の信号を出力させ、信号Ｓe の値が−βより小の場合
には、信号Ｓe にβを足した値の信号を出力させる特性
である。この特性（非線形特性の一種）による処理は、
一般にスレッシュホールド（threshhold）処理と呼ばれ
ている。上記スレッシュホールド処理によって、信号Ｓ
e の振幅値がβ以下の小レベル部分の、振幅値がβ以下
の雑音成分を除去できる。図５（ｆ）に雑音制限器５の
出力信号Ｓf の波形を示す。β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４（ｂ）に示す破線は、雑音制限処理をしな
い無処理の特性、

【００２７】

【数１１】

【００２８】を示すものであり、スレッシュホールド処
理との比較の意味で示すものである。非線形特性による
雑音除去自体は公知の技術であるが、こうした画質改善
装置への応用例は従来ない。非線形特性の雑音制限器５
を、波形形成器４の後段に設け、エッジ強調成分Ｓe の
雑音を除去することは、次に説明するような優れた効果
を生む。エッジ強調成分Ｓe の、本来値が０であるべき
小振幅部分（即ち、入力信号Ｓa のエッジ強調が必要な
い部分に付加される信号部分）に重畳されている雑音成
分を除去でき、本来の正確なエッジ強調成分が得られ、
画質改善に極めて有効である。エッジ強調成分Ｓe の大
振幅部分、即ち、エッジ強調成分として入力信号Ｓa の
波形傾斜部に付加される部分には、雑音制限器５の雑音
抑圧動作はあまりきかないが、大振幅部分では、小振幅
の雑音成分がマスキングされており、この部分に小振幅
の雑音成分が残っていたとしても、エッジ強調動作には
ほとんど影響ない。雑音制限器５の他の特性例を、図４
（ｃ）に示す。この特性は次式、

【００２９】

【数１２】

【００３０】に示すように、折れ線特性であり、図４
（ｂ）に示す特性と同様に、小振幅の雑音成分を抑圧す
る効果を狙っている。この特性の方が、図４（ｂ）に示
す特性よりも、雑音除去による信号Ｓf への影響（波形
変化への影響）が少ない。雑音制限器５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。

【００３１】雑音制限器５の出力信号Ｓf は、加算器６
に供給され、この画質改善装置の入力信号である信号Ｓ
a に加算される。加算器６により得られる波形は、図５
（ｇ）に示す波形Ｓg （この画質改善装置の出力信号波
形）である。この出力波形Ｓg を入力波形Ｓa と比較す
ると、出力波形Ｓg 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Ｓg 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（ｇ）に示す出力波形
Ｓg 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。こうして、ラインＬ２から出力される信号Ｓg 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。

【００３２】なお、信号Ｓg 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（ｈ）
に示すように、より急峻な傾斜であれば、同図（ｉ）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（ｊ）に示すように緩かな傾斜に対しては、同図
（ｋ）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。

【００３３】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、波形形成器４から得られるエッジ強調成分が、図６
（ｅ）に示す信号Ｓe であり、最終的に得られる出力信
号が図６（ｇ）に示す信号Ｓg である。この信号Ｓg 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。

【００３４】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。

【００３５】

【数１３】

【００３６】

【数１４】

【００３７】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。図１に示した実
施例では、雑音制限器を波形形成器４の後段にのみ設け
たが、波形形成器４の前後、即ち、波形形成器４と同相
高域濾波器２との間に、もう一つ同様の雑音制限器を設
けてもよい。波形形成器４と同相高域濾波器２との間に
設けた雑音制限器により、信号Ｓc の雑音を抑圧すれ
ば、波形形成器４での信号Ｓc の極性判断の精度が向上
し、より正確なエッジ強調成分Ｓe が得られる。

【００３８】

【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）雑音制限器５を、波形形成器４の後段に設けたこ
とにより、エッジ強調成分Ｓe の雑音を抑圧することが
でき、本来の正確なエッジ強調成分が得られ、耐雑音性
能の向上した画質改善が行える。（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】波形形成器の具体的な構成例を示す図、及び雑
音制限器の特性図である。

【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波形形成器５雑音制限器６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及び第４の信号が供給され、前記第４の信号に
前記第２の信号の極性を付与した信号から、前記第２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５の信号を出力する波形形成器と、前記第５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６の信号を出力する雑音
制限器と、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、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。