JP2546461B2 - 画質改善装置 - Google Patents

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 ）等の各種ビデオ
機器、及び、画像データを扱う各種画像処理装置等に好
適な画質改善装置に関する。そして、この発明は、波形
の変化部即ち波形エッジを急峻化することで画質を改善
するが、観賞者に違和感を与えることなく自然な形で、
再生画像の鮮鋭度及び解像度を改善できる画質改善装置
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
による輪郭補正では、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る。従って、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、期待する程の画質
改善効果がなく、また、再生画像のエッジ部分に白黒の
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、滑らか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、かつ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、ＩＣ化に適した画質改善装置
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の信号を出力する直交高域濾波器と、前記
第１の信号が供給され、第３の信号を出力する同相高域
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る振幅
値と位相値とを用いた非線形処理により、前記第３の信
号の波形エッジを急峻化した第４の信号を出力する波形
合成器と、前記第１、第３及び第４の信号が供給され、
前記第１の信号の一部である前記第３の信号を前記第４
の信号と入れ替えることにより、前記第１の信号の波形
エッジが強調された出力信号を得る加減算器とより構成
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】本発明は、特に位相に非線形処理（非線形位
相変換処理）を施すことにより、元の信号の波形変化部
（エッジ部）を急峻化し、画質改善を図ったものであ
る。図１に、この発明の画質改善装置の第１及び第２実
施例（共に、請求項２に対応する非線形処理を用いたも
の）を示す。また、図２及び図５〜図１０はその動作説
明図、図３及び図４は波形合成器の具体的な構成例を示
す図である。動作説明図では、便宜上、簡略化した模擬
的な表現法も採用してある。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、信号波形をアナログ波形として示すも
のとする。

【０００６】図１（ａ）に示す第１実施例において、１
−１は直交高域濾波器、１−２は同相高域濾波器、１−
３は波形合成器、１−４は減算器、そして１−５は加算
器である。これらが本発明の基本構成である。なお、説
明の便宜上、各回路自体の処理時間による信号の遅れ、
及びその遅れを単に補正するためだけに通常用いられる
遅延回路等は、説明上必要な場合を除いて省略するもの
とする。この画質改善装置の扱う入力信号の例として
は、テレビジョンの輝度信号、色信号、ＲＧＢ信号等を
想定している。従って、上限が４ＭＨｚ迄の周波数成分
を有する入力信号に対し、以下での処理で信号波形の傾
斜部に非線形処理を施し、周波数帯域４ＭＨｚを越える
成分を付加して急峻化することでエッジ強調を行ってい
る。

【０００７】まず、本発明の基本動作を説明するため
に、ラインＬ１から入来する入力信号Ｓａとして、図５
（ａ）に示すような余弦波の１サイクルの信号を用い
る。これは上限周波数ｆ２（約４ＭＨｚ）で帯域制限さ
れた輝度信号の一例であり、振幅が１の波形である。横
軸は説明の便宜上、位相θで表しているが、次式

【０００８】

【数１】

【０００９】と同じ意味である。この時の余弦波の周波
数の値として、とりあえず２ＭＨｚ程度を考える。入力
信号Ｓａは、まず直交高域濾波器１−１に供給される。
この直交高域濾波器の特性は、は図２（ａ）及び（ｃ）
に示すような特性である。図２（ａ）に示す周波数特性
は、虚数部が次式で表され、

【００１０】

【数２】

【００１１】実数部が０となる。そのインパルス応答は
図２（ｃ）のような微分性の特性であり、信号Ｓａに対
して直交、即ちπ／２の位相差を有している。このよう
な直交高域濾波器１−１を実現するには、アナログ回路
またはディジタル回路による、例えば図２（ｃ）のイン
パルス応答を係数値とする原点対称型のトランスバーサ
ルフィルターなどが用いられる。直交高域濾波器１−１
の出力波形Ｓｂは図５（ｂ）のような正弦波になる。一
方、入力信号Ｓａは、同相高域濾波器１−２にも供給さ
れる。同相高域濾波器の特性は、図２（ｂ）及び（ｄ）
に示すような特性である。図２（ｂ）に示す周波数特性
は、実数部が次式で表され、

【００１２】

【数３】

【００１３】虚数部は０である。そのインパルス応答は
図２（ｄ）のような高域濾波特性であり、信号Ｓａに対
して同位相である。このような同相高域濾波器１−２を
実現するには、アナログ回路またはディジタル回路によ
り、例えば図２（ｄ）のインパルス応答のように、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
ターなどが用いられる。同相高域濾波器１−２の出力波
形Ｓｃは図５（ｃ）のように信号Ｓａと同一の余弦波に
なる。直交高域濾波器１−１と同相高域濾波器１−２と
は、振幅特性Ｇ（ｆ）が同一で、その特性は次式のよう
に表され、

【００１４】

【数４】

【００１５】直交高域濾波器１−１と同相高域濾波器１
−２とは、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（ａ）に示す特性は、虚数部に値を
持つ高域濾波器の特性であるので、その特性を有するも
のを直交高域濾波器と呼ぶことにした。また、図２
（ｂ）に示す特性は、実数部に値を持つ高域濾波器の特
性であるので、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。図２（ａ），（ｂ）に示す特性を、
ｆ＝０〜ｆ１（１．２５ＭＨｚ）の範囲で直線状に値が
大きくなり、ｆ＝ｆ１〜ｆ２（４ＭＨｚ）の範囲で一定
値になるように設定したのは、テレビジョンのＶＳＢ
（残留側波帯）伝送特性を考慮したためであるが、結果
的にはこの設定は、本発明には好適であった。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１−１の構成例を図１８（ａ）に示す。
直交高域濾波器１−１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ｐ
１〜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１−１のインパルス応答波形図を図１８（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１−２
の構成例を図１９（ａ）に示す。同相高域濾波器１−２
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３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１−２のインパルス応答波形図を図１９（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。図１（ａ）にもどっ
て、次段の波形合成器１−３には、直交高域濾波器１−
１及び同相高域濾波器１−２の各出力信号Ｓｂ、Ｓｃが
供給される。ここではまず、２つの信号Ｓｂ、Ｓｃを、
図２（ｆ）に示すように、Ｓｂを直交成分であることか
ら縦軸に、そしてＳｃを同相成分であることから横軸に
配置する。そして、次式に示す直交成分と同相成分との
ベクトル合成により、

【００１６】

【数５】

【００１７】合成振幅として、２つの信号Ｓｂ、Ｓｃの
２乗和の平方根Ｓｄが求められる。図５（ｄ）が信号Ｓ
ｄの波形図である。信号Ｓｄはこの例では１であるが、
当然のことながら、負の値にはならない。図２（ｆ）か
ら、合成位相θi も次式、

【００１８】

【数６】

【００１９】で求められる。位相θi の値は、通常−π
／２〜π／２の範囲で計算される。また、図５の横軸の
θと合成位相θi との極性は逆の関係になる。即ち、θ
i ＝−θである。次に、この位相θi の絶対値を求める
と、０〜π／２の範囲の値となり、図５（ｅ）のように
なる。さらに、この絶対値化された位相値を、最大値π
／２を基準にα（ここではα＝４）乗すると、図５
（ｆ）のように横軸の±π／２の位置にピークが集中す
るような波形になる。横軸の±π／２の位置は、図５
（ａ）に示す入力信号Ｓａの波形変化部のほぼ中点位置
である。このような非線形処理を行う位相値θi と合成
振幅Ｓｄ及び信号Ｓｃを用いて、出力Ｓｅを得る波形合
成器１−３の動作を式で表すと、次式のように成る。

【００２０】

【数７】

【００２１】出力Ｓｅの波形図を図５（ｇ）に示す。図
に示すように信号Ｓｅは、信号Ｓｃの立ち上がり及び立
ち下がり部が急峻化された波形である。図５（ｆ）に示
すように、非線形処理による新たな位相値θo は、元の
位相値θi の０付近では、０に近い値の領域が広がり、
元の位相値θi の±π／２付近では、新たな位相値θo
は、急激にπ／２に集中する。従って、図５（ｇ）に示
すように、この新しい位相値θo を基にした信号Ｓｅ
は、横軸のθが０付近の信号値（この場合は１付近の
値）の領域が広がり、横軸のθが±π／２に近付くにつ
れ、急激に位相値θo が変化しているので、その信号値
も急激に変化する。よって、信号Ｓｅは、信号Ｓｃの立
ち上がり及び立ち下がり部が急峻化された波形となる
（立ち上がり及び立ち下がり部のほぼ中点の位置の位相
値θi が±π／２である。）。このとき、信号Ｓｅの零
クロス点は、信号Ｓｃの零クロス点からずれていないの
で、元の信号である信号Ｓｃの位相情報（即ち、信号Ｓ
ａの位相情報）が、非線形処理後も保存される。零クロ
ス点は図５中に丸印で示した。振幅合成器１−３の具体
的な構成法を図３及び図４の例を用いて説明する。ま
ず、図３に波形合成器の基本要素ブロックの構成例をい
くつか示す。図３（ａ）は合成振幅Ｓｄと合成位相θi
を得るための構成例であり、機能的に４つのブロック
（３−１〜３−４）からなっている。ブロック３−１で
は入力信号Ｓｂ，Ｓｃから、前記数６の位相角θi を求
め、ブロック３−２で入力信号Ｓｂ及び位相角θi から
次式に示すような直交成分の寄与分、

【００２２】

【数８】

【００２３】を求め、ブロック３−３では入力信号Ｓｃ
及び位相角θi から次式に示すような同相成分の寄与
分、

【００２４】

【数９】

【００２５】を求め、ブロック３−４の加算器で、ブロ
ック３−２，３−３からの信号を加算合成して、数５に
示すような出力Ｓｄを得ている。これらをディジタル回
路で構成する場合は、ブロック３−１〜３−３は、予想
される全ての入力データに対する出力値を、予め計算し
てＲＯＭなどに書き込んで置き、これを参照して出力を
得るテーブルルックアップ方式などで実現される。

【００２６】図３（ｂ）は合成振幅Ｓｄを得るためのも
う１つの例であるが、機能的に４つのブロックから構成
されている。ブロック３−５，３−６は乗算器であり、
それぞれ入力信号Ｓｂ，Ｓｃの２乗値Ｓｂ² とＳｃ²を
求める。ブロック３−７の加算器でその２乗値は合成さ
れ、ブロック３−８で平方根が求められ、出力としてＳ
ｄが得られる。このような構成はディジタル、アナログ
どちらの回路でも実現できるが、ディジタル回路の場合
はブロック３−８はやはりＲＯＭなどが使用される。図
３（ｃ）は信号Ｓｄと信号Ｓｃとから、位相θi とＳｃ
の極性を表す信号を求める回路構成である。ブロック３
−９では入力される信号ＳｄとＳｃから、次式のように
して、

【００２７】

【数１０】

【００２８】位相θi を求めている。式のカッコの中が
正の値であることから、求められるθi の値はπ／２以
下の正の値である。ブロック３−１０では信号Ｓｃの
負、零、正の値に対応して、各々−１、０、１のような
極性を表す信号ｓｇｎ（Ｓｃ）を出力する。図４に図３
の構成要素を組み合わせて、波形合成器を構成した２つ
の例を示す。図４（ａ）は５つのブロックから成ってい
る。ブロック４−１には信号ＳｂとＳｃが入力され、そ
のブロック４−１内は図３（ｂ）のような構成であり、
信号Ｓｄが得られる。ブロック４−２には信号ＳｄとＳ
ｃが入力され、そのブロック４−２内は図３（ｃ）のよ
うな構成であり、合成位相θi が得られる。ブロック４
−３にはＳｄとθi が入力され、次式のような位相に関
する非線形処理が行われる。

【００２９】

【数１１】

【００３０】ブロック４−４は図３のブロック３−１０
と同様に、信号Ｓｃの極性を表す信号を生成している。
ブロック４−５は乗算器であり、ブロック４−３及び４
−４からの信号の積をとって、信号Ｓｅを得ている。図
４（ａ）の処理を式にまとめると次のようになる。

【００３１】

【数１２】

【００３２】次に、図４（ｂ）に示す波形合成器は、７
つのブロック（４−６〜４−１２）から成っている。こ
の中の初めの各ブロック４−６〜４−９は、図３（ａ）
のブロック３−１〜３−４と同じであり、入力される信
号ＳｂとＳｃとからここで合成振幅Ｓｄ及び合成位相θ
i が求められ、ブロック４−１０に加えられる。ブロッ
ク４−１０ではブロック４−３同様、次式のような非線
形処理が行われる。

【００３３】

【数１３】

【００３４】ブロック４−６からの位相θｉの値は−π
／２〜π／２の範囲の値をとりうるので、その絶対値化
の処理が必要になる。ブロック４−１１はブロック３−
１０と同じものであり、信号Ｓｃの極性信号を出力す
る。最後のブロック４−１２はブロック４−５と同じ乗
算器であり、ブロック４−１０とブロック４−１１とか
ら加えられる信号の積をとり、出力Ｓｅを得ている。図
４（ｂ）に示す波形合成器の処理を式にまとめると次の
ようになる。

【００３５】

【数１４】

【００３６】このように、ブロック１−３の波形合成器
では、信号ＳｂとＳｃとにより、信号Ｓｃの波形変化部
をより急峻化した信号Ｓｅをもとめているが、非線形処
理（図４に示すブロック４−３及び４−１０での処理）
の中で、実数パラメータαが用いられている。この非線
形処理は位相に対して行われるが、入力位相をθi 出力
位相をθo として、次式のように表される。

【００３７】

【数１５】

【００３８】この式で、パラメータαの値を１、２、
４、８としたときの位相の変化（θiが正の範囲で求め
たもの）を図２（ｇ）に示す。α＝１のときはθo ＝θ
i であり、入力された位相値がそのまま出力される。α
が大きくなるにつれて、出力が出にくくなり（入力位相
をθi が大きくなっても、出力位相θo はなかなか０か
ら大きくならない）、出力位相θoの値はπ／２に集中
してくる。このことは、αが大きくなるにつれて、０位
相領域を広げるような処理をしていることを意味してい
る。即ち、αが大きくなるほど、非線形処理による新た
な位相値θo は、元の位相値θi の０付近では、０に近
い値の領域が広がり、元の位相値θi の±π／２付近で
は、新たな位相値θo は、急激にπ／２に集中すること
を意味している。ここで図１（ａ）にもどって、波形合
成器１−３からの信号Ｓｅと同相高域濾波器１−２から
の信号Ｓｃとが供給される次のブロック１−４は、信号
Ｓｅから信号Ｓｃを減算する働きをする減算器である。
ブロック１−４では、次式のような信号Ｓｇが求められ
る。

【００３９】

【数１６】

【００４０】この信号Ｓｇはエッジ強調成分であり、図
５（ｈ）にその波形を示す。前述の数１６からも分かる
ように、この信号Ｓｇは信号ＳｅとＳｃとの差から求め
られており、信号Ｓｃの代わりにエッジ強調された信号
Ｓｅを入れ換える処理をするために、これらの信号間の
差を求めていることになる。図１（ａ）の最後のブロッ
ク１−５は加算器であり、次式のように入力信号Ｓａに
エッジ強調信号Ｓｇを加算合成して、出力信号Ｓｈを求
めている。

【００４１】

【数１７】

【００４２】図５（ｉ）が出力ラインＬ２から出力され
るこの信号Ｓｈの波形図である。図５（ａ）に示す本装
置への入力信号Ｓａに比べて信号Ｓｈは、波形の変化部
が急峻化されており、エッジ強調がなされている。ま
た、その強調の度合は、特に不自然なプリシュートやオ
ーバーシュートが付加されず、自然な形でかつ滑らかで
あり、この滑らかなエッジ（即ち波形傾斜部）の急峻化
が、本装置の特徴である。図５では信号の位相変化を操
作する様子を理解しやすくするために、横軸を位相値θ
で表してきたが、次に横軸を時間軸とする動作波形図を
用いて各ブロックの動作を見ることにする。図７は入力
信号Ｓａが２ＭＨｚの正弦波の例であり、図５を時間軸
上に書き直した例と見てよい。但し、波形合成器１−３
のパラメータαの値は４である。図７（ａ）〜（ｇ）は
各々以下のような信号である。 （ａ）入力信号Ｓａ （ｂ）直交高域濾波器１−１の出力信号Ｓｂ （ｃ）同相高域濾波器１−２の出力信号Ｓｃ （ｄ）波形合成器１−３の中で求められる合成振幅Ｓｄ （ｅ）波形合成器１−３の出力信号Ｓｅ （ｆ）減算器１−４の出力として求められるエッジ強調
信号Ｓｇ （ｈ）最終出力信号であるエッジ強調された信号Ｓｈ

【００４３】図８は入力信号Ｓａがステップ波形の例で
ある。これは上限周波数ｆ２（４ＭＨｚ）で帯域制限さ
れた輝度信号の例であり、振幅が１から零に変化する波
形部を、周波数０〜４ＭＨｚで１００％ロールオフ特性
の低域濾波器で処理をして得られる波形である。他の条
件等は図７の場合と同一である。図８（ａ）〜（ｇ）の
各波形図は図７（ａ）〜（ｇ）に１対１に対応してい
る。図７及び図８からも明らかなように、最終出力信号
Ｓｈは、入力信号Ｓａに比べて大幅に波形エッジが急峻
化されている。

【００４４】さらに詳しく、出力波形Ｓｈを入力波形Ｓ
ａと比較すると、出力波形Ｓｈは、入力波形Ｓａの波形
変化部（エッジ部）のほぼ中間点に滑らかな波形段差が
あり、波形変化部の傾斜が急峻化されており、的確にエ
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、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。

【００４５】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。なお、信号Ｓｈのエッジ部の急峻さ（エ
ッジ強調の度合）は、波形合成器１−３のパラメータα
が固定値であれば、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、より急峻な
傾斜であれば、強い度合のエッジ強調が行われる。一
方、緩かな傾斜に対しては、弱い度合のエッジ強調が行
われる。さらに、図５に示すように、信号Ｓｈの零クロ
ス点（零クロス点は図５中に丸印で示した）は、信号Ｓ
ａの零クロス点からずれていないので、元の信号Ｓａの
位相情報が、非線形処理後も保存される。

【００４６】このように、入力信号に付加されるエッジ
強調成分Ｓｇは、入力信号の周波数特性に依存し、入力
信号と位相情報を含めて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。

【００４７】次に、波形合成器１−３での非線形処理で
使用されるパラメータαの値を変えた時に、波形エッジ
がどのようになるかを２つの例で明らかにする。図９は
図８で使用したステップ波形が、入力信号Ｓａである時
の出力信号Ｓｈの波形図である。図９（ａ）〜（ｄ）で
はαの値を次のように設定して出力信号Ｓｈを求めてい
る。 （ａ）α＝１の時のＳｈ （ｂ）α＝２の時のＳｈ （ｃ）α＝４の時のＳｈ （ｄ）α＝８の時のＳｈ 図１０は図７と同じ周波数２ＭＨｚの正弦波を入力信号
Ｓａとした時の出力信号Ｓｈの波形図である。図１０
（ａ）〜（ｄ）でのαの値は、各々図９（ａ）〜（ｄ）
に対応して設定してある。

【００４８】図９と図１０から明らかなように、α＝１
の時はエッジ強調処理は行われないが、αが１より大き
くなるにつれて、エッジ強調の度合が進み、ある程度以
上の値ではエッジ強調効果は飽和することが分かる。経
験上ではα＝２〜４ぐらいのところが適当だと思われる
が、好みに合わせてαの値を調節し、エッジ強調の度合
いを最適化することができる。

【００４９】このようなエッジ強調の度合調節は、２つ
の高域濾波器１−１，１−２の出力Ｓｂ，Ｓｃの信号レ
ベルを同時に変え、等価的に信号Ｓｇの大きさをかえる
ことによっても可能である。また、図６及び次式に示す
ような、

【００５０】

【数１８】

【００５１】特性の異なる何種類かの高域濾波器を切り
替えて使用することにより、エッジ強調成分の周波数特
性を変えて、設定の最適化を図ることも可能である。数
１８に記載の高域濾波器（１）〜（４）は、直交及び同
相濾波器の４つの組み合わせ例を示すものである。何れ
にしても、目的に合わせた最適な周波数特性を選ぶこと
が大切である。以上のように、パラメータαの値や高域
濾波器の特性を変化させることにより、前述したエッジ
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
に依存するエッジ強調の度合いとは別に、エッジ強調の
度合いを調整できる。

【００５２】図１（ｂ）に第２実施例を示す。この実施
例は低い標本化周波数で標本化された入力信号に対して
も位相ずれを防止でき、デジタル回路構成に好適なもの
である。同図のブロック１−１〜１−５は、図１（ａ）
に示す同一ブロック番号のものと全く同じ働きをしてい
る。第２実施例で新たに付け加えられているのは、位相
調整器１−６、増幅器１−７、高域濾波器１−８、そし
て加算器１−９である。この付加ブロックに関しては、
本発明者による特許願（整理番号H03000791 ，出願日平
成３年９月３０日の画質改善装置）の第２２図の説明に
述べられているので、詳細な説明は省略するが、概略を
述べると以下のようになる。増幅器１−７は波形エッジ
強調信号Ｓｇの値を増幅率β（≧１）で増幅して、出力
Ｓｉを得、この増幅率βの値を可変とし、最適なエッジ
強調効果の設定を行う目的のものであり、

【００５３】高域濾波器１−８は図２（ｅ）に示すよう
に、入力信号Ｓａの周波数成分の高域、及び入力信号の
含有周波数帯域外の周波数成分（＞ｆ２）を信号Ｓｈか
ら抽出しこれをγ（≧０）倍して再度エッジ強調成分を
得ている。そして、そのエッジ強調成分を、加算器１−
９で信号Ｓｈに加算合成して、ラインＬ３から得られる
出力信号Ｓｋに、さらにエッジ強調効果を持たせる働き
をさせるためのものである。

【００５４】ブロック１−７〜１−９のような機能が必
要になるのは、波形合成器の非線形処理をあまり強く行
えない場合、例えば扱う信号が標本化され、離散化され
ているような場合である。特に、標本化周波数を余り高
い値にできない時に起こりがちな、非線形処理による位
相シフトをある程度の範囲内に押え込みたいようなとき
に有効であり、波形合成器の機能を補助する目的で用い
ることができる。

【００５５】位相調整器１−６は、まず、前述のように
信号が標本化され、離散化されている場合に起こる非線
形処理による位相シフトの現象に対して、同相成分Ｓｃ
の零クロス点を求める。次に、この零クロス点に近い順
にピックアップした複数個の標本値と、これに時間的に
対応する波形合成器１−３の出力Ｓｅの複数個の標本値
を用いて、前者の複数個の標本値の振幅比率を後者の複
数個の標本値に反映させて再合成することで、零クロス
点の情報を保存し、位相シフトを軽減することができ
る。このような処理を行うことで、標本化周波数の値を
通常より低い値に設定することが可能になる。このよう
に、信号が標本化され、回路をディジタルで構成するよ
うな場合に、ブロック１−６〜１−９が有効に機能する
ことになる。もちろんこの実施例も、第１実施例と同様
の効果を有する。

【００５６】次に、第３実施例について説明する。全体
のブロック構成は図１（ａ）に示す第１実施例と同一で
あるので、図は省略する。第３実施例は、請求項３に対
応し、前述の第１，第２実施例との相違点は、波形合成
器１−３での非線形処理の方法である。第１，第２実施
例では、図２（ｇ）に示すように、位相の非線形処理を
入力位相θi ＝０から連続的に行っている。これに対し
て、第３実施例では、図１１（ｆ）に示すように、入力
位相θi が所定値までは出力位相θo ＝０とし、入力位
相θi が所定値以上となると、その入力位相θi の値に
応じた出力位相θo とする非線形処理である。

【００５７】第３実施例の動作を非線形処理を中心にし
て、図１１〜図１７と共に説明する。ラインＬ１から入
来する入力信号Ｓａの一例として、図１３（ａ）に示す
ような余弦波の１サイクルを用いる。これは上限周波数
ｆ２（約４ＭＨｚ）で帯域制限された輝度信号の一例で
あり、振幅が１の波形である。横軸は説明の便宜上、数
１に示す位相θで表している。

【００５８】直交高域濾波器１−１，同相高域濾波器１
−２の特性として、図６（ａ），（ｂ）に示す特性を用
いる。即ち、直交高域濾波器１−１の特性は、図１１
（ａ）及び（ｃ）に示すような特性であり、同相高域濾
波器１−２の特性は、図１１（ｂ）及び（ｄ）に示すよ
うな特性である。直交高域濾波器１−１の出力波形Ｓｂ
は、濾波器のゲインとのかねあいから、図１３（ｂ）の
ように振幅が０．５の正弦波になる。同相高域濾波器１
−２の出力波形Ｓｃは、図１３（ｃ）のように信号Ｓａ
と同形で振幅が０．５の余弦波になる。波形合成器１−
３は、信号Ｓｂ，Ｓｃとから第１実施例と同様に合成振
幅Ｓｄを求めている。波形合成器１−３で求める合成位
相θi は、図１１（ｅ）から、次式となる。

【００５９】

【数１９】

【００６０】位相θi の値は、通常−π／２〜π／２の
範囲で計算され、図１３（ｅ）のようになる。横軸のθ
と、θi の極性は逆の関係になっている。さらに、この
合成位相値θi の絶対値が０からαπ／２（但し、０≦
α＜１）までを０、απ／２からπ／２までを入力位相
値に応じて直線状の特性となる様にすると、図１３
（ｆ）のように横軸π／２にピークが集中するような位
相波形になる。このような位相の非線形処理を伴う波形
合成器１−３の動作を、合成位相値θi 、合成振幅Ｓｄ
などを用いた式で表すと、次式のようになり、出力Ｓｅ
が求められる。

【００６１】

【数２０】

【００６２】出力Ｓｅの波形図を図１３（ｇ）に示す。
図のように信号Ｓｅは、信号Ｓｃの立ち上がり及び立ち
下がり部が急峻化された波形である。

【００６３】図１３（ｆ）に示すように、非線形処理に
よる新たな位相値θ_０は、元の位相値θｉの０から所定
値までは、位相値θ_０＝０の領域が広がり、元の位相値
θｉの±π／２付近では、新たな位相値θ_０は、急激に
±π／２に集中する。従って、図１３（ｇ）に示すよう
に、この新しい位相値θ_０を基にした信号Ｓｅは、信号
Ｓｃの横軸θが０の信号値（この場合は０．５）の領域
が広がる。そして、横軸θが±π／２に近付くにつれ、
急激に位相値θ_０は変化しているので、信号Ｓｅの信号
値も急激に変化する。よって、信号Ｓｅは、信号Ｓｃの
立ち上がり及び立ち下がり部が急峻化された波形となる
（立ち上がり及び立ち下がり部のほぼ中点の位置の位相
値θｉが±π／２である。）。このとき、信号Ｓｅの零
クロス点は、信号Ｓｃの零クロス点からずれていないの
で、元の信号である信号Ｓｃの位相情報（即ち、信号Ｓ
ａの位相情報）が、非線形処理後も保存される。零クロ
ス点は図１３中に丸印で示した。

【００６４】この波形合成器の具体的な構成法を、図１
２の例を用いて説明する。なお、図１２の符号と、図３
及び図４の符号とは、同一の符号でも同一のブロックを
意味するものではない。図１２は波形合成器の構成例で
ある。図１２は機能的に５つのブロック（３−１〜３−
５）からなっている。ブロック３−１では入力信号Ｓｂ
及びＳｃから、数１９の位相角θｉを求め、ブロック３
−２では入力信号Ｓｂ及び位相角θｉから次式に示すよ
うな直交成分の寄与分、

【００６５】

【数２１】

【００６６】を求めている。ブロック３−３では入力信
号Ｓｃ及び位相角θiから次式に示すような同相成分の
寄与分

【００６７】

【数２２】

【００６８】を求めている。ブロック３−４の加算器で
ブロック３−２，３−３からの信号を加算合成して、数
５のような出力Ｓｄを得ている。次のブロック３−５に
は、信号Ｓｃと、ブロック３−１からの位相値θi と、
ブロック３−４からの合成振幅値Ｓｄとが供給され、数
２０のような演算を行い出力Ｓｅが求められる。これら
をディジタル回路で構成する場合は、ブロック３−１〜
３−３及び３−５は、予想される全ての入力データに対
する出力値を、予め計算してＲＯＭなどに書き込んで置
き、これを参照して出力を得るテ−ブルルックアップ方
式などで実現できる。ブロック３−４はよく知られた汎
用回路で作れる。

【００６９】このように、波形合成器１−３では、信号
ＳｂとＳｃとにより、数２０のような処理を行い、信号
Ｓｃの波形変化部をより急峻化した信号Ｓｅを求めてい
る。位相に対して行われる非線形処理（ブロック３−
５）の中では、実数パラメータαが用いられている。入
力位相をθi 、出力位相をθo とすると、位相の非線形
処理は次式で表される。

【００７０】

【数２３】

【００７１】この式で、パラメータαの値を０、０．２
５、０．５、０．７５としたときの位相の非線形変化の
様子を図１１（ｆ）に示す。このようにα＝０の時はθ
o ＝θi で入力された位相値がそのまま出力されるが、
αが大きくなるにつれて、出力がでにくくなり、出力は
π／２に集中してくる。このことは、αが大きくなるに
つれて、０位相領域を広げるような処理をしていること
を意味している。即ち、αが大きくなるほど、非線形処
理による新たな位相値θo は、位相値０となる領域が広
がり、元の位相値θi の±π／２付近では、新たな位相
値θo は、急激に±π／２に集中することを意味してい
る。

【００７２】ここで図１にもどって、波形合成器１−３
からの信号Ｓｅと同相高域濾波器１−２からの信号Ｓｃ
が供給される減算器１−４は、第１実施例と同様にして
エッジ強調成分Ｓｇを求めている。図１３（ｈ）はエッ
ジ強調成分となるＳｇの波形図である。数１６からも分
かるように、この信号ＳｇはＳｅとＳｃの差から求めら
れており、信号Ｓｃの代わりにエッジ強調された信号Ｓ
ｅを入れ換える処理をするために、これらの信号間の差
を求めていることになる。次のブロック１−５は加算器
であり、第１実施例と同様に入力信号Ｓａにエッジ強調
信号Ｓｇを加算合成し、出力信号Ｓｈを求めている。図
１３（ｉ）が出力ラインＬ２から求められる信号Ｓｈの
波形図である。信号Ｓｈは、図１３（ａ）の入力信号Ｓ
ａに比べて波形の変化部が急峻化されており、エッジ強
調の効果が見られる。さらに、その強調の度合も特に不
自然なプリシュートやオーバーシュートが付く訳でもな
く、自然な形でかつ滑らかにエッジ即ち波形傾斜部が急
峻化しているのが特徴である。また、図１３に示すよう
に、信号Ｓｈの零クロス点（零クロス点は図１３中に丸
印で示した）は、信号Ｓａの零クロス点からずれていな
いので、元の信号Ｓａの位相情報が、非線形処理後も保
存されている。

【００７３】図１３では、信号の位相変化を操作する様
子を理解しやすくするために、横軸を位相値θで表して
きたが、次に横軸を時間軸とする波形図で動作説明を行
なう。図１４は入力信号Ｓａがステップ波形の場合の出
力信号Ｓｈの例である。信号Ｓａは上限周波数ｆ２（４
ＭＨｚ）で帯域制限された輝度信号の例であり、その信
号の振幅が１から零に変化する波形部を、周波数０〜４
ＭＨｚで１００％ロールオフ特性の低域濾波器で処理を
してエッジ強調処理を行なって得られる信号波形Ｓｈを
図示している。図１４（ａ）〜（ｄ）の違いは、波形合
成器１−３のパラメータαの値であり、以下のような設
定のもとに信号Ｓｈを得ている。 （ａ）α＝０ （ｂ）α＝０．２５ （ｃ）α＝０．５ （ｄ）α＝０．７５ 図１４（ａ）は波形合成器１−３の非線形処理の機能を
止めた場合であり、これに比較してαの値を大きくして
いくにつれ、立ち下がり波形部が急峻化していることが
分かる。

【００７４】図１５は入力信号Ｓａがパルス波形の場合
の処理例である。信号Ｓａは上限周波数ｆ２（４ＭＨ
ｚ）で帯域制限された２Ｔパルスの例である。４つの波
形の違いは、図１４同様パラメータαの値であり、図１
５（ａ）〜（ｄ）は図１４（ａ）〜（ｄ）に一対一に対
応している。図１６は入力信号Ｓａが２ＭＨｚの正弦波
の場合の処理例である。図１６（ａ）〜（ｄ）も図１４
（ａ）〜（ｄ）に一対一に対応しており、パラメータα
の値を０〜０．７５の範囲で変えたときのＳｈの出力例
である。図１５及び図１６においても、図１４と同様、
αの値を大きくしていくにつれ、立ち下がり波形部がよ
り急峻化する。本発明者は、経験上ではα＝０．５ぐら
いのところが適当な値だと考えるが、各自の好みに合わ
せてαの値を調節し、エッジ強調の度合いを各使用者に
おける最適なものとすることができる。

【００７５】図１７はパラメータαの値を０．５に固定
し、正弦波である入力信号Ｓａの周波数ｆの値を、１Ｍ
Ｈｚ〜３．５８ＭＨｚ（3.58MHz=色副搬送周波数fsc ）
の範囲で変えたときの、出力信号Ｓｈの波形を示したも
のである。 （ａ）ｆ＝１ＭＨｚ 、α＝０．５ （ｂ）ｆ＝２ＭＨｚ 、α＝０．５ （ｃ）ｆ＝３ＭＨｚ 、α＝０．５ （ｄ）ｆ＝３．５８ＭＨｚ、α＝０．５ このように、周波数ｆの値が大きくなるに伴い、エッジ
部の急峻化の度合が進んでくる。これは同相及び直交高
域濾波器１−２，１−１の周波数特性が、図１１
（ａ）、（ｂ）のように直線状に大きくなっていること
に基づいている。

【００７６】前述の波形合成器１−３では図１１
（ｆ）、または数２３のような位相に対する非線形処理
を行い、零位相の領域を広げ、位相変化を±π／２の軸
に集中させるような変換を行って、エッジ強調を図って
いるが、これと同様の効果をもたらす他の例を図１１
（ｇ）及び（ｈ）に示す。図１１（ｇ）では、位相θo
を位相θi の絶対値がαπ／２（但し、０≦α＜１）ま
でを零とし、それ以上のθi に対してはπ／２まで正弦
２乗カ−ブの特性となるものとしている。

【００７７】また、図１１（ｈ）は同様の主旨である
が、数個所の各設定点の間を直線近似で結ぶことによっ
て作られた位相変換特性である。これらの特性を実現す
る回路を、前述の波形合成器の非線形位相変換器として
使用すれば、本発明の目的が達せられる。同図（ｇ），
（ｈ）に示したカーブは、αを同じ値にして図１１
（ｆ）のカーブと比べると、零位相に近い領域が延びて
いる（即ち、位相θi を大きくしていっても位相θo が
なかなか大きくならない）ので、それだけ位相θo のπ
／２への集中が進み、同図（ｇ），（ｈ）による非線形
処理では、エッジ強調の度合が強く現われることにな
る。

【００７８】非線形処理をディジタル回路で行う場合に
問題になることは、標本化周波数にもよるが、波形の零
クロスのずれ、即ち位相歪が起こりがちになることであ
る。この実施例では、直交及び同相高域濾波器からの信
号の合成振幅値と合成位相値を併用しているので、位相
歪は少ない。しかしながら、パラメータαの値を大きく
していくと、位相歪現象をどうしても避けることが出来
なくなる。この種の位相歪を回避するためには、第２実
施例で説明したように位相調整器を用いればよい。この
第３実施例も、当然第１実施例と同様の効果を有する。

【００７９】以上のように、本発明によるエッジ強調処
理は、位相情報を含めて入力信号と完全な相関関係があ
り、かつ自然な形で滑らかにエッジ強調成分が付加され
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、鮮鋭度及び解像度の向上
感を抱かせることができる。

【００８０】また、図示した各実施例は、周知の回路で
市販のＩＣ等を用いて簡単に構成できるので、装置全体
は低コストで実現できる。さらに、上記実施例では、入
力信号例として、テレビジョンの輝度信号を用いたが、
本発明の画質改善装置は色信号やＲＧＢ信号などにも適
用できる。また、ディジタル化された画像データに対し
ても、本発明と等価な輪郭補正処理、エッジ強調処理
が、コンピュータを使用したソフトウェア処理によって
実現でき、本発明は、画像データのソフトウェアによる
加工処理にも応用できることになる。さらにまた、本発
明は、一般のデジタル伝送通信系の波形劣化を改善する
ことにも有効である。

【００８１】

【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）エッジ強調を、入力信号の傾斜部分の中点に波形
段差を的確に付加することにより行い、その結果、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、輪郭が強調される。 （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）入力信号に対するエッジ強調の度合は、入力信号
の含有周波数に依存し、さらに、非線形処理にもかかわ
らず、エッジ強調の度合は、入力信号と位相情報を含め
て完全な相関関係がある。また、このエッジ強調成分は
波形変化部を滑らかに急峻化させる。従って、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の向上感を抱かせることがで
きる。 （ニ）非線形処理にもかかわらず元の信号の位相情報が
保存されるなど、ディジタル回路で構成しやすくするた
めの工夫が盛り込まれており、この画質改善装置は、デ
ィジタル回路構成にも好適である。 （ホ）波形合成器の非線形処理のパラメータを調整する
ことにより、エッジ強調の度合いを、前記（ハ）におけ
るエッジ強調の度合いとは別に調整できる。従って、観
賞者は、自分の好みに合わせて、エッジ強調の度合いを
調整することにより、多様な画質が得られると共に、そ
の中から最適な画質を設定できる。 （ヘ）本発明の画質改善装置における各構成要素は、市
販のＩＣ等の汎用部品を用いて、簡単な回路構成で実現
できる。よって、この画質改善装置は、低コストで容易
に製造でき、幅広い用途を有しているので工業上有効、
有益である。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例のブロック構成図である。

【図２】第１実施例の動作説明図である。

【図３】第１実施例の波形合成器の具体的な構成要素の
例を示す図である。

【図４】第１実施例の波形合成器の具体的な構成例を示
す図である。

【図５】第１実施例の動作説明図である。

【図６】第１実施例の動作説明図である。

【図７】第１実施例の動作説明図である。

【図８】第１実施例の動作説明図である。

【図９】第１実施例の動作説明図である。

【図１０】第１実施例の動作説明図である。

【図１１】第３実施例の動作説明図である。

【図１２】第３実施例の波形合成器の具体的な構成例を
示す図である。

【図１３】第３実施例の動作説明図である。

【図１４】第３実施例の動作説明図である。

【図１５】第３実施例の動作説明図である。

【図１６】第３実施例の動作説明図である。

【図１７】第３実施例の動作説明図である。

【図１８】直交高域濾波器を説明するための図である。

【図１９】同相高域濾波器を説明するための図である。

【符号の説明】

１−１ 直交高域濾波器 １−２ 同相高域濾波器 １−３ 波形合成器 １−４ 減算器 １−５ 加算器

Claims (3)

(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、
   虚数部がＩ（ｆ）＝ｊｆ／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、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
   ２の信号を出力する直交高域濾波器と、 前記第１の信号が供給され、実数部がＲ（ｆ）＝｜ｆ／
   ｆｏ｜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３の信号を出力する同相高域
   濾波器と、 前記第２及び第３の信号が供給され、この２つの信号の
   ベクトル合成によって振幅値と位相値（θｉ）とを求
   め、前記位相値に非線形処理を施し、前記非線形処理を
   行った位相値（θｏ）と前記振幅値（Ｓｄ）と前記第３
   の信号の極性（ｓｇｎ（Ｓｃ） ）とを用いて、下記式
   により前記第３の信号の波形エッジを急峻化した第４の
   信号（Ｓｅ）を出力する波形合成器と、 Ｓｅ＝ｓｇｎ（Ｓｃ）Ｓｄ ｃｏｓ（θｏ） 前記第１、第３及び第４の信号が供給され、前記第１の
   信号から前記第３の信号を減算すると共に前記第４の信
   号を加算する演算を行い、前記第１の信号の波形エッジ
   が強調された出力信号を得る加減算器とより構成したこ
   とを特徴とする画質改善装置。
2. 【請求項２】前記波形合成器は、 π／２以下の正の値として前記位相値（θｉ）を求める
   回路と、 π／２を基準にそれより小さな前記位相値に対して、パ
   ラメータαを用いてより小さな値となる非線形位相変換
   処理を行い、新たな位相値（θｏ）を求める回路と、 この新たな位相値（θｏ）と、前記振幅値（Ｓｄ）と、
   前記第３の信号の極性（ｓｇｎ（Ｓｃ） ）とを用い
   て、下記式により前記第４の信号（Ｓｅ）を得る回路と
   を備えたことを特徴とする請求項１記載の画質改善装
   置。Ｓｅ＝ｓｇｎ（Ｓｃ）Ｓｄ ｃｏｓ（θｏ）
3. 【請求項３】前記波形合成器は、 −π／２以上でπ／２以下の値として前記位相値（θ
   ｉ）を求める回路と、 この前記位相値の絶対値を入力とし、この入力が所定の
   値までは出力値を零、それ以上の値に対しては、パラメ
   ータαを用いて入力値に応じた出力値が得られるような
   非線形位相変換処理を行い、零位相の領域を広げた新た
   な位相値（θｏ）を求める回路と、 この新たな位相値（θｏ）と、前記振幅値（Ｓｄ）と、
   前記第３の信号の極性（ｓｇｎ（Ｓｃ） ）とを用い
   て、下記式により前記第４の信号（Ｓｅ）を得る回路と
   を備えたことを特徴とする請求項１記載の画質改善装
   置。Ｓｅ＝ｓｇｎ（Ｓｃ）Ｓｄ ｃｏｓ（θｏ） 但し、θｏ＝０のときＳｅ＝０