JP3101852B2 - テレビジョン画像信号変換装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、テレビジョン画像信号
をディジタル画像信号にアナログ−ディジタル変換する
テレビジョン画像信号変換装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ディジタル化にともない、アナログ回線
を用いてテレビジョン信号を伝送する代わりに、テレビ
ジョン信号をアナログ−ディジタル（Ａ／Ｄ）変換して
ディジタルのＰＣＭ信号に変換し、必要場合には回線ス
ピードに合わせるため画像信号の特徴を利用したデータ
圧縮の方法等を用いて符号化を行い、ディジタル回線を
通して伝送が行われる。

【０００３】テレビジョン信号を伝送する回線の特性規
定は、アナログの回線を意識した規定（例えば、米国の
テレビジョン伝送規格ＥＩＡ／ＴＩＡ ＳＴＡＮＤＡＲ
ＤＥＩＡ／ＴＩＡ−２５０Ｃ）となっており、現在では
ディジタルの伝送規格がないので、ディジタル化して伝
送する場合もこの規格が準用されることになる。

【０００４】伝送特性を決めるものは、ディジタルの伝
送路ではＦＥＣ等により実用的に伝送のエラーはなしと
見なせるため、テレビジョン信号の符号化復号化装置の
符号化伝送特性によって決められることになる。すなわ
ち、ＰＣＭ信号をデータ圧縮しないでそのまま伝送す
る。または、放送品質用のデータ圧縮方式等を用いた符
号化伝送装置の伝送特性は、主にＡ／Ｄ変換器とＤ／Ａ
変換器の特性に依存することになる。

【０００５】アナログ伝送路では、伝送特性は距離に比
例して劣化することになるが、ディジタル伝送路では距
離によって劣化は増大しない。このため、距離による劣
化を意識して定めたアナログ伝送特性の規格を、距離に
依存しないディジタルのテレビジョン信号の伝送特性に
適用することは符号化装置（ＣＯＤＥＣ）にとって過大
な特性を要求されることになる。

【０００６】通常のテレビジョン信号を見る場合、ＰＣ
Ｍ信号として８ビットの精度があれば量子化雑音による
劣化は視覚上ほぼ見えないと言われている。しかし、前
述のＲＳ−２５０Ｃ規格からＣＯＤＥＣを見ると、例え
ば信号対雑音特性（Ｓ／Ｎ）は８ビットのＰＣＭの精度
では、充分な伝送路の特性を持っているとはいえず、高
品質な伝送を行う場合には、さらにビット精度を上げる
必要があった。ちなみに、ＲＳ−２５０Ｃの規格で信号
振幅（ｐｐ）対雑音（ｒｍｓ）比（Ｓ／Ｎ比）は、Ｓｈ
ｏｒｔ Ｈａｕｌで６７ｄＢ，Ｅｎｄ ｔｏ Ｅｎｄで
５４ｄＢとなっている。ｎビットのＰＣＭ方式で量子化
雑音が一様分布する場合、Ｓpp／Ｎrms＝１０．８＋６
ｎで与えられ、テレビジョン信号のダイナミックレンジ
等を考慮すると、Ｓｈｏｒｔ Ｈａｕｌを満たすために
は１０ビット以上必要となる。

【０００７】Ｓ／Ｎ特性の測定は、テレビジョン信号の
輝度信号の大きさ（０．７Ｖ）に対する平坦部分の雑音
の大きさを視覚特性を考慮したウェイティングフィルタ
を通して測定した比の値（ｄＢ）で表される。Ａ／Ｄ変
換による量子化雑音が一様分布でランダムに発生すれば
理論特性に沿ったＳ／Ｎ値となる。しかし量子化雑音の
発生に片寄りが生じると、一様分布とウェイティングフ
ィルタによる効果が期待できず、ＲＭＳ値の比に近い値
となり、悪いＳ／Ｎ値となる。このため、ＣＯＤＥＣの
特性としては最悪の場合の値を用いた特性保証とならざ
るを得なかった。

【０００８】そこで、平坦部の信号をＡ／Ｄ変換したＰ
ＣＭ信号とＳ／Ｎの関係を見ると、平坦レベルがどのよ
うに量子化されるかによって、次の場合が考えられる。

【０００９】（１）平坦部の振幅変動が１量子化ステッ
プの範囲内に入り、Ａ／Ｄ変換したＰＣＭ値としては一
定の値となる場合：この時Ｄ／Ａ変換した出力波形の平
坦部は一定のレベルの信号となり、Ｎrms値は非常に小
さくでき、受信側の平坦部波形信号から測定されるＳ／
Ｎ値は理論値に比してよい値となる。

【００１０】（２）ＤＣオフセットのレベルがずれて、
平坦部の振幅変動が１量子化ステップの範囲を越える場
合：ＰＣＭ値としては一定のＰＣＭ値から、範囲を越え
たとき、次のＰＣＭ値に変わることになる。受信側では
１量子化ステップの振幅の雑音が発生することになり発
生頻度が増すにしたがってＳ／Ｎ値も下がる。量子化雑
音発生の様子が一様分布でないと理論Ｓ／Ｎよりかなり
悪くなる。

【００１１】（３）Ａ／Ｄ変換する信号の平坦部に少し
サグが生じていて、一つの量子化ステップの範囲に入ら
ず、途中から次のステップに変わる場合：この時Ｄ／Ａ
変換した出力波形は途中でＰＣＭの値が変わるためのス
テップが生じ、平坦な信号に１量子化ステップの振幅の
ステップ状の量子化雑音が加わったことになる。この波
形をＳ／Ｎ測定すると理論値に比した良くないＳ／Ｎ値
となる。

【００１２】（１）〜（３）の場合について従来は特に
意識することなくＡ／Ｄ変換を行い、Ｓ／Ｎ値を測定し
ていたため、最悪値として（２）や（３）の場合の値が
でるため、高いＳ／Ｎが必要な場合はＰＣＭのビット精
度を高くする必要がある。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】Ａ／Ｄ変換したディジ
タル信号を再びＤ／Ａ変換してアナログ信号にしたテレ
ビジョン信号のＳ／Ｎ測定を行うのに、テレビジョン信
号の平坦部の雑音電力を測定して決める方法において、
平坦部ぼ視覚特性を良好に保ちＳ／Ｎ特性を不当に悪く
しないようにするためには、Ａ／Ｄ変換したＰＣＭ値に
ステップ状の低周波の量子化雑音が重畳されないように
平坦部の信号をＡ／Ｄ変換することが重要である。

【００１４】従来は、水平同期部分のクランプレベルを
固定的に調整して平坦部にサグが出ないように、また低
周波のステップ状の量子化雑音が出ないようにしたが、
入力信号によって波形が微妙に異なり、また平坦部の振
幅レベルも一定ではないので、ある決められた固定の信
号波形に対してのみ調整ができるだけで、一般的な改善
方法ではなく、高いＳ／Ｎ値を安定して得るためには高
いビット精度にする必要があった。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明によるテレビジョ
ン画像信号変換装置は、アナログテレビジョン画像信号
をディジタル信号に変換する変換手段と、ディジタル化
された画像信号の平坦部のレベルの様子を検出する平坦
部検出検出手段と、前記平坦部のレベルの様子から前記
平坦部のディジタル信号がＰＣＭ値の一定値となるよう
にオフセットを調整する制御信号を発生する制御手段
と、前記制御信号にしたがって前記変換手段の入力側の
アナログ信号または出力側のディジタル信号にオフセッ
ト信号を加えてディジタル化された画像信号の平坦部に
おいて所要のビット数について一定のＰＣＭ値となるよ
うにオフセットするオフセット手段とを有することを特
徴とする。

【００１６】

【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。

【００１７】図１は本発明の一実施例のブロック図であ
り、オフセットを入力アナログ信号に加える構成（アナ
ログオフセット制御）の場合である。

【００１８】テレビジョン信号は、オフセット回路１で
制御回路５の制御信号に応じてＤＣオフセット電圧が加
えられ、Ａ／Ｄ変換回路２へ供給され、ディジタル変換
され、ＰＣＭ信号が出力される。タイミング回路３は、
テレビジョン信号から同期信号を検出して、これをもと
にＶＩＴ信号が加えられている信号区間を示すタイミン
グ信号を出力し、平坦部検出回路４へ送る。ＶＩＴ信号
は、伝送路の伝送特性がテレビジョン信号を伝送中にオ
ンラインで測定できるように垂直同期区間の特定のライ
ンに加えられたテスト信号であり、Ｓ／Ｎ特性はＶＩＴ
信号の平坦部の波形から測定が行われる。

【００１９】平坦部検出回路４では、ＶＩＴ信号の平坦
部の平坦部のＰＣＭ信号の値が密偵のＰＣＭ信号値とな
ってＡ／Ｄ変換されているか、または一定ではなく二つ
またはそれ以上のＰＣＭレベルを上下に変動しているか
を検出する。

【００２０】制御回路５では、平坦部のＰＣＭ信号値が
二つの値をとる場合はどちらのＰＣＭ値の方が発生頻度
が多いかをもとに、発生頻度の多いＰＣＭ値の方に平坦
部のＰＣＭ値がすべてがなるようなオフセットの制御を
行う制御信号を出力し、」オフセット回路１へ供給す
る。ＶＩＴ信号の平坦部のＰＣＭ値が一つの値に集中し
ない場合は、フィードバック制御によりＤＣオフセット
が加えられてＡ／Ｄ変換されたＰＣＭ値が一つの値に集
中するようになる。

【００２１】図２は、平坦部検出回路４の具体的構成を
示すブロック図である。ＰＣＭ信号は頻度分布測定回路
１１に入力され、ＶＩＴ信号のラインの画像信号区間の
レベル頻度分布を測定する。Ａ／Ｄ変換の標本化周波数
が４ｆSC（１４．３ＭＨｚ）で量子化が８ビットの場
合、テレビジョンしんごうの１水平ラインは６３．６μ
秒で画素数は９１０画素、画像区間は５２．７μ秒で約
７５４画素（１０ビット以内の値）となる。

【００２２】頻度分布の測定回路は、例えば２５６Ｗ
（８ビット）×１０ビットのランダムアクセスメモリと
加算器を用い、メモリアドレス（８ビット）を８ビット
ＰＣＭ信号のレベルに対応させ、各レベルの頻度分布の
積算はレベルに対応するメモリのアドレスの内容値に１
を累積加算していくことにより構成できる。

【００２３】１ラインの測定が終わると、平坦部レベル
検出回路１２で頻度分布の内容を読み出して、平坦部の
レベルを検出する。平坦部の多い信号ではレベル頻度分
布が集中しているところが平坦部のレベルと見なせるた
め最大頻度の部分を検出する。最大値の検出はメモリ書
き込み時に最大頻度のレベル値を別に記憶しておけば簡
単に検出できる。

【００２４】平坦部の信号レベルがＡ／Ｄ変化のＰＣＭ
量子化ステップの中間にある場合は、平坦部のＰＣＭ信
号値は一つのレベルに集中する。ＰＣＭ量子化のステッ
プの境界にある場合は、境界の上下二つのレベルに集中
する。いずれにしても、最大頻度のレベルが平坦レベル
Ｆ0 と判定する。

【００２５】制御回路５では、平坦レベルへの頻度分布
の集中が最大となるような制御を行う。平坦レベルＦ0
に対して一つ上のレベルＦ+1と一つ下のレベルＦ-1の頻
度分布を比較して両者の頻度分布が同じになるように制
御する。

【００２６】Ｆ+1の頻度分布が大きい場合は、ＤＣのオ
フセット電圧を少し下げるように制御を行ってＦ+1の頻
度分布を下げるようにする。Ｆ-1の頻度分布が大きい場
合は、ＤＣオフセット電圧を少し下げるように制御を行
ってＦ-1の頻度分布を下げるようにする。

【００２７】この制御により、平坦部のレベルはＦ0 に
集中させることができる。言い替えると、平坦部の信号
レベルを一定のＰＣＭ値のレベルになるようにＡ／Ｄ変
換することができる。

【００２８】入力テレビジョン信号がＡ／Ｄ変換器のダ
イナミックレンジに入るように信号レベルクランプを行
う必要があるが、この従来から行われている信号レベル
のクランプに本発明の平坦部のクランプの制御を付け加
える場合の両者の制御関係について説明する。

【００２９】まず、従来の信号レベルクランプの種類と
しては、アナログ的にあらかじめ設定レベルにクランプ
する方法と、ディジタル的にクランプする部分のＰＣＭ
値のずれを検出してフィードバッククランプする方法が
ある。後者の場合で、信号レベルクランプとしてソフト
クランプとハードクランプとがある。

【００３０】ソフトクランプは、Ａ／Ｄ変換されたＰＣ
Ｍ値の最大値が、ある値以上になるとＤＣオフセットを
少しさげる。逆に最小値がある値以上になると、ＤＣオ
フセットを少し上げる。信号レベルのクランプを優先さ
せるため、オフセットの制御量は平坦部クランプの制御
量に比して大きなものとする。

【００３１】ハードクランプは、水平同期信号のシンク
チップやバックポーチをＰＣＭ値のある値になるように
フィードバッククランプ制御するものである。ハードク
ランプのＰＣＭ値を一つの値にすると、制御が平坦部ク
ランプと競合してしまうことが起こる可能性があるの
で、ハードクランプのＰＣＭ値の値に±１または±２程
度の幅を持たせて、その範囲をずれた時、範囲内にはい
るようにクランプ制御を行う。制御はソフトクランプと
同じである。

【００３２】さらに、クランプする同期信号の部分の値
を測定し、クランプしたい値より±０．５以上離れて入
る場合は、平坦部のクランプの制御を必ずしも平坦部の
最大頻度のレベルに集中させるようにするのではなく、
場合によっては二番目の頻度分布のレベルのところが最
大になるように適応的に制御する方法も考えられる。こ
のようにすると、同期信号部分のクランプレベルが所要
のクランプレベルより１以上離れることが起こらない。

【００３３】Ｓ／Ｎ測定は、ＶＩＴ信号のみではなく、
フラットフィールド信号の全画面に対して行われる場合
もある。フラットフィールド信号等の場合、全画面の平
坦部クランプ制御を行った場合、ラインの途中でクラン
プのレベルが一つ変わる可能性がある。この場合は、変
化点がブロックの境目として目につきやすいので、途中
で変わらないようにする必要がある。前のラインまたは
近傍のラインの平坦部レベルと現ラインの平坦部レベル
とが近い値の場合、現ラインも近傍のラインの最大頻度
のレベルに合わせて、現ラインでも最大頻度となるよう
なＤＣオフセット制御を行うようにする。

【００３４】平坦部クランプ制御を行うには、頻度分布
の測定から制御までに１ラインの遅延が生じる。しか
し、ラインごとの制御量を１フレーム分（んＴＳＣ信号
で５２５ライン）遅延させる回路を設ければ、時間的な
遅延は別として場所的（空間的）なズレは改善できる。

【００３５】図３は本発明の第二の実施例を示すブロッ
ク図である。第二の実施例では、平坦部クランプのＤＣ
オフセットをフィードバック制御するのではなく、ＰＣ
Ｍ信号をそのままディジタルで加算して制御する構成
（ディジタルオフセット制御）となっている。

【００３６】テレビジョン信号は、Ａ／Ｄ変換回路３１
で最終的に出力するＰＣＭ出力信号のビット数より１ビ
ット多いビット数でＡ／Ｄ変換される。最終的に８ビッ
ト必要な場合は９ビットＰＣＭ信号に変換する。タイミ
ング回路３２は、テレビジョン信号から同期信号を検出
してＶＩＴ信号の区間等動作に必要なタイミング信号を
発生して平坦部検出回路３３へ送る。平坦部検出回路３
２では、９ビットのＰＣＭしんごうのレベルの頻度分布
を必要な画像区間測定して平坦部のレベルを検出する。
最大の頻度分布のレベルの値をＸ１とすると、Ｘ１のレ
ベルの両隣（上下）のレベルで頻度分布の大きい方のレ
ベルＸ２を検出し、平坦部レベルとしてＸ１とＸ２のレ
ベルを制御回路３４に送る。

【００３７】制御回路３４では、Ｘ１とＸ２の上位ビッ
トが同じ値かを判定する。同じなら、オフセット信号Ｙ
は０とする。Ｘ１とＸ２の上位８ビットが異なる場合
は、オフセット信号Ｙは１とする。オフセット信号Ｙは
オフセット回路３６へ送られる。Ａ／Ｄ変換回路３１の
９ビットのＰＣＭ信号は遅延回路３５へ送られ、１ライ
ンの平坦部のレベル検出が終わるまで１ラインの周期遅
延されてオフセット回路３６へ送られ、９ビットＰＣＭ
信号のＬＳＢにオフセット信号Ｙが加算される。

【００３８】オフセット回路３６から出力される二つの
平坦部のレベル信号は、Ｘ１＋ＹとＸ２＋Ｙであるが、
この二つのレベルの上位８ビットはオフセット加算処理
により同じ値となる。加算結果は量子化回路３７へ送ら
れ、ＬＳＢが、１ビット打ち切り量子化され８ビットの
ＰＣＭ信号となる。すなわち、量子化回路３７の出力に
は、平坦部のレベルが一つにレベルのＰＣＭ信号になる
ように変換されたＰＣＭ出力信号が得られる。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明において
は、テレビジョン信号をＡ／Ｄ変換する場合、ＶＩＴ信
号等の平坦部分の雑音の大きさでＳ／Ｎ値を測定する方
法に対して、平坦部の部分の信号レベルをＰＣＭ信号の
一つのレベルになるように制御してＰＣＭ信号に変換す
ることができる。さらに、Ｄ／Ａ変換した平坦部は一定
のレベルの波形となり、平坦な水平ラインの途中で１量
子化ステップレベルが変わっても低周波の量子化雑音が
生じることのない波形を得ることができる。このため、
視覚的に良好な信号が得られるとともに、Ｓ／Ｎ測定に
おいても低周波の量子化雑音によって必要以上に悪いＳ
／Ｎ値となることも避けることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のブロック図である。

【図２】図１に示した実施例における検出回路の構成図
である。

【図３】本発明の二実施例のブロック図である。

【符号の説明】

１，３６ オフセット回路 ２，３１ Ａ／Ｄ変換回路 ３，３２ タイミング回路 ４，３３ 平坦部検出回路 ５，３５ 制御回路 ６，３８ Ｄ／Ａ変換回路 １１ 頻度分布測定回路 １２ 平坦部レベル検出回路 ３７ 量子化回路

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アナログテレビジョン画像信号をディジ
   タル信号に変換する変換手段と、 ディジタル化された画像信号の平坦部のレベルの様子を
   検出する平坦部検出検出手段と、 前記平坦部のレベルの様子から前記平坦部のディジタル
   信号がＰＣＭ値の一定値となるようにオフセットを調整
   する制御信号を発生する制御手段と、 前記制御信号にしたがって前記変換手段の入力側のアナ
   ログ信号にオフセット信号を加えてディジタル化された
   画像信号の平坦部において所要のビット数について一定
   のＰＣＭ値となるようにオフセットするオフセット手段
   とを有することを特徴とするテレビジョン画像信号変換
   装置。
2. 【請求項２】 アナログテレビジョン画像信号をディジ
   タル信号に変換する変換手段と、 ディジタル化された画像信号の平坦部のレベルの様子を
   検出する平坦部検出検出手段と、 前記平坦部のレベルの様子から前記平坦部のディジタル
   信号がＰＣＭ値の一定値となるようにオフセットを調整
   する制御信号を発生する制御手段と、 前記制御信号にしたがって前記変換手段の出力側のディ
   ジタル信号にオフセット信号を加えてディジタル化され
   た画像信号の平坦部において所要のビット数について一
   定のＰＣＭ値となるようにオフセットするオフセット手
   段とを有することを特徴とするテレビジョン画像信号変
   換装置。