JP3243861B2 - 画像情報変換装置 - Google Patents
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Landscapes
- Image Processing (AREA)
- Television Systems (AREA)
- Compression Or Coding Systems Of Tv Signals (AREA)
Description
像機やビデオテープレコーダ装置等に用いて好適な画像
情報変換装置に関し、特に、外部から供給される通常の
解像度の画像情報を高解像度の画像情報に変換して出力
するような画像情報変換装置に関する。
指向の高まりから、より高解像度の画像を得ることがで
きるようなテレビジョン受像機の開発が望まれ、この要
望に応えて、いわゆるハイビジョンが開発された。この
ハイビジョンは、いわゆるNTSC方式に規定される走
査線数が525本なのに対して2倍以上の1125本と
なっているうえ、表示画面の縦横比も上記NTSC方式
が3:4に対して9:16と広角画面となっている。こ
のため、高解像度で臨場感のある画像を得ることができ
るようになっている。
イビジョンではあるが、上記NTSC方式の映像信号を
そのまま供給しても画像表示を行うことはできない。こ
れは、上述のようにNTSC方式とハイビジョン方式と
では規格が異なるからである。このため、上記NTSC
方式の映像信号に応じた画像を上記ハイビジョンで表示
しようとする場合、従来は、図9に示すような画像情報
変換装置を用いて映像信号のレート変換を行っていた。
置は、入力端子100を介して供給される上記NTSC
方式の映像信号の水平方向の補間処理を行う水平補間フ
ィルタ101と、上記水平方向の補間処理の行われた映
像信号の垂直方向の補間処理を行う垂直補間フィルタ1
02とから構成されている。
は、図10に示すような構成を有しており、上記入力端
子100を介して供給される上記NTSC方式の映像信
号は、入力端子110を介して第1〜第mの乗算器11
1〜111mにそれぞれ供給される。上記各乗算器11
1は、それぞれ上記映像信号に係数を乗算して出力す
る。上記係数の乗算された映像信号はそれぞれ第1〜第
m−1の加算器112〜112m−1に供給される。上
記各加算器112〜112m−1の間には、それぞれ時
間Tの遅延レジスタ113〜113mが設けられてい
る。そして、上記第mの乗算器111mから出力された
映像信号は、上記第mの遅延レジスタ113mにより時
間Tの遅延が施され、上記第m−1の加算器112m−
1に供給される。上記第m−1の加算器112m−1
は、上記第mの遅延レジスタ113mからの時間Tの遅
延時間の施された映像信号と、上記第m−1の乗算器1
11m−1からの映像信号とを加算処理して出力する。
この加算処理の施された映像信号は、第m−1の遅延レ
ジスタ113m−1により再度、時間Tの遅延時間の施
され、図示しない第m−2の加算器112m−2におい
て、同じく図示しない第m−2の乗算器112m−2か
らの映像信号と加算処理される。上記水平補間フィルタ
101は、このようにして上記NTSC方式の映像信号
の水平方向の画素の補間を行い、この水平補間処理を行
った映像信号を出力端子120を介して上記垂直補間フ
ィルタ102に供給する。
平補間フィルタ101と同様の構成を有しており、上記
水平補間処理の行われた映像信号に対して、垂直方向の
画素の補間を行う。これにより、上記NTSC方式の映
像信号がハイビジョンの規格に合致した映像信号に変換
されることとなる。このような変換のなされたハイビジ
ョンの映像信号は、ハイビジョン受像器に供給される。
これにより、上記NTSC方式の映像信号に応じた画像
をハイビジョン受像器で表示することができる。
画像情報変換装置は、NTSC方式の映像信号を基にし
て、単に水平方向及び垂直方向の補間を行っているにす
ぎないため、解像度は基となる上記NTSC方式の映像
信号と何ら変わらなかった。
ものであり、解像度を向上させて上記NTSC方式の映
像信号をハイビジョン用の映像信号に変換することがで
きるような画像情報変換装置の提供を目的とする。
換装置は、外部から供給された画像情報を複数のブロッ
クに分割する画像情報分割手段と、上記画像情報分割手
段により分割されたブロック毎に画像情報の二次元的な
レベル分布のパターンを検出し、この検出したパターン
に基づいて、そのブロックの画像情報が属するクラスを
決定してクラス検出情報を出力するクラス検出手段と、
上記外部から供給された画像情報を、この画像情報より
も高い解像度の画像情報に変換するための情報である代
表値が上記クラス毎に記憶されており、上記クラス検出
手段からのクラス検出情報に応じて上記代表値を出力す
る代表値記憶手段と、上記代表値記憶手段から供給され
た代表値に応じて、上記外部から供給された画像情報
を、該外部から供給された画像情報よりも高い解像度の
画像情報に変換して出力する画像情報変換手段とを有す
ることを特徴として上述の課題を解決する。
上記代表値記憶手段には、上記外部から供給される画像
情報に対応する、該画像情報よりも高い解像度の画像情
報である上記代表値が予め求められて記憶されることを
特徴として上述の課題を解決する。
上記代表値記憶手段には、上記ブロック内の各画素に基
づいて求められた複数の情報の重心値が、上記代表値と
して記憶されていることを特徴として上述の課題を解決
する。
上記代表値記憶手段に記憶される代表値は、上記ブロッ
ク内における各画素のレベルのうち、最小の画素レベル
を基準値として求められたものであることを特徴として
上述の課題を解決する。
上記代表値記憶手段に記憶される代表値は、該代表値の
近辺に位置する画素レベルを基準値として求められたも
のであることを特徴として上述の課題を解決する。
上記代表値記憶手段に記憶される代表値は、上記ブロッ
ク内における各画素のレベルの平均値又は加重平均値を
基準値として求められたものであることを特徴として上
述の課題を解決する。
上記代表値記憶手段に記憶される代表値は、上記ブロッ
ク内において所定の閾値よりも低いレベルの画素レベル
があった場合、この低レベルの画素レベルは用いられず
に算出されたものであることを特徴として上述の課題を
解決する。
上記代表値記憶手段は、同じ値の代表値が複数ある場
合、これを1つにまとめて記憶することを特徴として上
述の課題を解決する。
上記クラス検出手段により検出される、上記ブロックの
画像情報の二次元的なレベル分布のパターンを示す情報
を圧縮処理してパターン圧縮情報を出力する情報圧縮手
段を有し、上記クラス検出手段は、上記情報圧縮手段か
ら供給されるパターン圧縮情報に応じて、上記クラス検
出情報を出力することを特徴として上述の課題を解決す
る。
上記情報圧縮手段として、適応型ダイナミックレンジ符
号化回路を設けたことを特徴として上述の課題を解決す
る。
給された画像情報を画像情報分割手段により複数のブロ
ックに分割し、このブロック毎にクラス検出手段が、画
像情報の二次元的なレベル分布のパターンを検出すると
ともに、この検出したパターンに基づいて、そのブロッ
クの画像情報が属するクラスを検出しクラス検出情報を
出力する。代表値記憶手段には、上記外部から供給され
た画像情報を、この画像情報よりも高い解像度の画像情
報に変換するための情報である代表値が上記クラス毎に
記憶されており、この代表値は、上記クラス検出手段か
らのクラス検出情報に応じて出力される。そして、画像
情報変換手段が、上記代表値記憶手段から供給された代
表値に応じて、上記外部から供給された画像情報を、該
外部から供給された画像情報よりも高い解像度の画像情
報に変換して出力する。
しては、上記外部から供給される画像情報に対応する、
該画像情報よりも高い解像度の画像情報が予め求められ
て上記代表値として記憶される。
づいて求められた複数の情報の重心値が、上記代表値と
して上記代表値記憶手段に記憶される。
代表値は、上記ブロック内における各画素のレベルのう
ち、最小の画素レベルを基準値として求められ、或い
は、上記代表値の近辺に位置する画素レベルを基準値と
して求められ、或いは、上記ブロック内における各画素
のレベルの平均値又は加重平均値を基準値として求めら
れる。
上記ブロック内において所定の閾値よりも低いレベルの
画素レベルがあった場合、この低レベルの画素レベルは
用いずに、上記代表値の算出を行う。
代表値が複数ある場合、これを1つにまとめて上記代表
値の記憶がなされる。
上記クラス検出手段により検出される、上記ブロックの
画像情報の二次元的なレベル分布のパターンを示す情報
を圧縮処理してパターン圧縮情報を出力する情報圧縮手
段を設けることにより、上記代表値の情報量を削減す
る。
ダイナミックレンジ符号化回路が設けられる。
例について図面を参照しながら詳細に説明する。本実施
例に係る画像信号変換装置は、図1に示すように外部か
ら供給される画像情報として、例えばいわゆるNTSC
方式の映像信号がデジタル化され、SD(Standerd Dif
inition )データとして供給されるようになっており、
このSDデータを複数のブロックに分割する画像情報分
割手段であるブロック化回路1を有している。
は、上記ブロック化回路1から供給されるブロック毎の
SDデータの二次元的なレベル分布のパターンを検出す
るとともに、このレベル分布のパターンを示すデータを
圧縮処理してパターン圧縮情報であるパターン圧縮デー
タを出力する情報圧縮手段である適応型ダイナミックレ
ンジ符号化回路(Adaptive Dynamic Range Coding :A
DRC)2と、上記ADRC回路2からのパターン圧縮
データに基づいて、そのブロックの画像情報が属するク
ラスを検出しクラス検出情報であるクラスコードを出力
するクラス検出手段であるクラスコード発生回路3とを
有している。
は、上記SDデータを、この画像情報よりも高い解像度
の画像情報である、いわゆるハイビジョンの規格に合致
したHD(High Difinition )データに変換するための
情報である代表値が上記クラス毎に記憶されており、上
記クラスコード発生回路3からのクラスコードに応じて
上記代表値を出力する代表値記憶手段であるROMテー
ブル4を有している。
は、上記ROMテーブル4から供給された代表値に応じ
て、上記SDデータを上記HDデータに変換して出力す
る画像情報変換手段である推定演算回路5を有してい
る。
特徴としてブロック内ダイナミックレンジを定義し、主
としてレベル方向の冗長度を適応的に除去するものであ
り、空間方向のエラー伝搬が少ないことを特徴としてい
る。なお、詳しい動作は後に説明する。
表値は、以下に説明する学習により予め求められて記憶
される。
は、既に知られているHD画像(図2中黒丸で示すHD
画素により形成される画像)に対応した、該HD画像の
1/4の画素数のSD画像(図2中白丸で示すSD画素
により形成される画像)を形成する。具体的には、図2
に示すように、4つのHD画素から1つのSD画素を形
成することにより、上記HD画像の1/4の画素数のS
D画像が形成される。
D画像を形成する際、上記図2中実線で囲むHD画像の
部分領域10及びこの部分領域10よりも水平方向に例
えば2画素づれて位置する部分領域15内に存在するH
D画素の加重平均を求め、これを上記SD画像としても
よい。また、図3に示すような理想フィルタ回路によ
り、入力端子22を介して供給されるHDデータの垂直
方向の画素(垂直ライン)を垂直間引きフィルタ20に
より間引き処理し、さらに、水平間引きフィルタ21に
より、上記HDデータの水平方向の画素を間引き処理す
ることにより、出力端子23からSDデータを得るよう
にしてもよい。
子6を介して供給されるSDデータを、縦×横が3画素
×3画素の計9画素のブロックに分割するようになって
いる。このため、上記HD画像の1/4の画素数のSD
画像は、図2に示すように3画素×3画素のブロックに
分割され、例えば同図中白丸で示す9つのSDデータa
〜i、及び、この9つのSDデータの中心に位置するS
DデータであるSDデータaの周りに位置する4つのH
DデータA〜Dを一組の学習データとする等のように、
上記ブロック毎に学習データが求められる。
に、1つのHD画像のみを用いるのではなく複数のHD
画像を用いることにより、非常に多数の学習データを形
成することができ、より正確な代表値を得るための学習
データを得ることができる。
る。このクラス分割において、最も簡単な方法は、ブロ
ック内の学習データのビット系列をそのままクラス番号
とする手法である。しかし、この手法では膨大な容量の
ROMを設けなければならない。このため、上記学習デ
ータをADRC回路により圧縮し、この圧縮した学習デ
ータのパターンによりクラス分割を行うようにした。
は、局所的な強い相関によってレベル的に近い値をとる
ことが多い。このため、上記ADRC回路により、ブロ
ック内の画素レベルの最大値と最小値を求めてブロック
内ダイナミックレンジを定義することで、レベル方向の
冗長度を大幅に除去することができる。例えば、図4に
示すように8ビットの原データの持つ0〜255のダイ
ナミックレンジの中で、各ブロック毎に再量子化するの
に必要なブロック内ダイナミックレンジA,Bは小さく
なることがわかる。このため、再量子化に必要なビット
数は、大幅に低減することができる。
DRC回路は、例えば8ビットの学習データを3ビット
の学習データに圧縮処理するようになっている。
ロック内ダイナミックレンジをDR,ビット割り当てを
n,ブロック内画素のデータレベルをL,再量子化コー
ドをQ,復元値をL, として以下の数1式により、図5
(a)に示すようにブロック内の最大値MAXと最小値
MINとの間を指定されたビット長で均等に分割して再
量子化を行う。
子化による最上位の階調レベル(2 n −1)に相当する
データレベル間の平均値をとり、これを同図(b)に示
すように最大値MAX, とする。また、図6(a)に示
すように、上記再量子化による最下位の階調レベル0に
相当するデータレベル間の平均値をとり、これを同図
(b)に示すように最小値MIN, とする。そして、上
記新しく求められた最大値MAX, 及び最小値MIN,
からブロック内ダイナミックレンジDR, を新たに定義
し直して、以下の数2式により図5(b)に示すよう
に、上記新しく求められたブロック内の最大値MAX,
及び最小値MIN, をそのまま復元値として出力する様
に均等分割する。
重の再量子化を行うことにより、ノイズの悪影響を受け
ることがなく、ブロック歪み等の原因となる目立つ劣化
を防止することができる。また、エンコード,デコード
の繰り返しによるレベル劣化を防止することができる。
このため、S/N比がよく、定性的によい画像を得るこ
とができる。
行われた学習データは、ブロック毎にクラス分割され
る。
目した場合、図7に示すように該HD画素Aに対応する
SD画素a〜iのレベルをそれぞれsd0〜sd8、こ
のレベルがsd0〜sd8のSD画素a〜iを上記AD
RC回路によりPビットにデータ圧縮した結果の再量子
化データをそれぞれq0〜q8、そのダイナミックレン
ジをDR、最小値をminとして以下の数式3を用いて
そのブロックのクラス(class)を算出する。
てクラス分割を行う場合、図7に示すように上記SD画
素は、a,d,c,b,i,h,g,f,eの順に読み
出され、上記図2に示すHD画素Cに注目してクラス分
割を行う場合、図7に示すように上記SD画素は、a,
h,g,f,e,d,c,b,iの順に読み出される。
上記各SD画素a,d,c,b,i,h,g,f,eの
レベル、及び、a,h,g,f,e,d,c,b,iの
レベルは、それぞれsd0〜sd8となっている。すな
わち、第1番目〜第9番目に読み出すSD画素のレベル
をそれぞれsd0〜sd8とし、上記注目するHD画素
毎に上記SD画素の読み出し順序を変えるようにしてい
る。これにより、上記各SD画素毎にレベルを記憶する
必要がなく、上記ROMテーブル4の記憶容量を削減す
ることができる。
れた学習データは、以下に示す計算式によりその重心値
が算出される。
一つに注目した場合において、そのクラスにおける現在
までの学習データの積算値をsum(class),累
積度数をn(class)とすると、まず、以下の数4
式の演算を上記学習データに対して繰り返し行う。
g(class)を求める。
ク内における基準値であるこの“bass”としては、
例えばそのブロック内のSD画素の最小レベル、或い
は、最も注目するHD画素に近い位置(又は任意位置)
のSD画素のレベル、或いは、複数のSD画素のレベル
の単純平均値又は加重平均値等が用いられる。
は、他に、以下の数6式を用いて直接求めるようにして
もよい。
ジDRが所定の閾値よりも小さいときには、このような
学習は行わない。これにより、ノイズによる誤学習を防
止することができ、より正確な学習を行うことができ
る。
値であるg(class)は、HD画素のレベルが上記
“bass”からどれくらいの位置に平均的にあるかを
示している。従って、図8に示すように上記ROMテー
ブル4には、上記“class”をアドレスとし、上記
g(class)がデータ(代表値)として記録され
る。
置のHD画素に対するコードを統合化しているため、重
複するデータを削減することができ、上記ROMテーブ
ル4の容量を削減することができる。
係る画像情報変換装置の動作を説明する。
て上記ブロック化回路1に供給される。上記ブロック化
回路1は、例えば図2に示したように上記SDデータを
3画素×3画素の計9画素からなるブロックに分割し、
このブロック毎のSDデータをADRC回路2及び推定
演算回路5に供給する。
供給されるSDデータの二次元的なレベル分布のパター
ンを検出するとともに、上述のように上記各ブロック毎
に例えば8ビットのSDデータを3ビットのSDデータ
に圧縮するような演算を行うことによりパターン圧縮デ
ータを形成し、このパターン圧縮データをクラスコード
発生回路3に供給する。
に示した注目するHD画素及びSD画素のレベル及び上
記ADRC回路2から供給されるパターン圧縮データに
基づいて上記数3式の演算を行うことにより、そのブロ
ックが属するクラスを検出し、そのクラスを示すクラス
コードを上記ROMテーブル4に供給する。このクラス
コードは、上記ROMテーブル4からの読み出しアドレ
スを示すものとなっている。
は、SDデータのパターンを学習することにより、該S
Dデータに対応するHDデータを示す重心値(代表値)
が記憶されている。このため、上記ROMテーブル4か
らは、上記クラスコードで示されるアドレスから、その
クラスの上記重心値であるg(class)が読み出さ
れる。この重心値は上記推定演算回路5に供給される。
路1から供給されるSDデータ、及び、上記ROMテー
ブル4から供給される重心値であるg(class)に
基づいて、以下の数7式に示す演算を行うことにより、
入力されたSDデータに対応するHDデータ(hd, )
を算出し、これを出力端子7を介して出力する。この出
力端子7を介して出力される上記HDデータは、例えば
HDテレビジョン受像機やHDビデオテープレコーダ装
置等に供給される。
ータを予め学習により求めたうえで上記ROMテーブル
4に記憶しておき、入力されるSDデータ、及び、上記
ROMテーブル4から読み出した上記重心値に基づいて
演算を行い、該入力されたSDデータに対応するHDデ
ータを形成して出力することにより、入力されるSDデ
ータを単なる補間処理したのとは異なり、実際のHDデ
ータとほとんど変わらないHDデータを出力することが
できる。このため、解像度の向上を図ることができるう
え、鮮明な画像を得ることができる。
化回路1によりブロック化されたSDデータを、上記A
DRC回路2によりパターン検出して圧縮処理し、この
パターン圧縮データに基づいて上記ROMテーブル4か
ら代表値(重心値)を読み出すこととしたが、上記AD
RC回路2でデータ圧縮を行うか否かは任意であり、該
ADRC回路2でデータ圧縮を行わずにそのままのデー
タ長で以後の処理を行うようにしてもよい。
路2を設けることとしたが、これはほんの一例であり、
該ADRC回路2の代わりに例えばいわゆるDCT(デ
ィスクリート・コサイン・変換回路)を設ける等のよう
に、データ圧縮を行えることができる手段であれば何を
設けるかは自由である。
から供給される画像情報に対応する、該外部から供給さ
れる画像情報よりも高い解像度の画像情報を代表値とし
て代表値記憶手段に記憶しておき、外部から供給された
画像情報をブロック化してそのブロック毎にパターンを
検出し、この画像情報のパターンに応じた上記代表値を
上記代表値記憶手段から読み出して出力することによ
り、解像度の向上を図ったうえで画像情報の変換を行う
ことができる。
することにより、より正確な画像情報の変換を行うこと
ができる。
手段からの画像情報をブロック毎に圧縮処理することに
より、代表値記憶手段に記憶する代表値の情報量を削減
することができ、上記代表値記憶手段の記憶容量を削減
することができる。また、同じ値の代表値が複数ある場
合はこれらを1つにまとめて記憶することにより、上記
代表値記憶手段の記憶容量をさらに削減することができ
る。
ロック内において所定の閾値よりも低いレベルの画素レ
ベルがあったときは、この低レベルの画素レベルを用い
ずに上記代表値の算出を行うことにより、代表値の算出
の際に受けるノイズによる悪影響を防止することができ
る。このため、正確な値の上記代表値を算出することが
できる。
ック図である。
るブロック化回路が、入力されるSDデータをブロック
化する様子を説明するための模式図である。
るROMテーブルに記憶する代表値を算出する際に用い
る学習データを形成する回路である、HDデータの間引
き処理を行う理想フィルタ回路のブロック図である。
るADRC回路の理論を説明するための、各ブロック毎
のSDデータのダイナミックレンジを示すグラフであ
る。
ための模式図である。
ための模式図である。
ータと、このSDデータにより算出されるHDデータと
の対応関係を説明するための図である。
るROMテーブルに記憶される代表値を示す模式図であ
る。
である。
Claims (10)
- 【請求項1】 外部から供給された画像情報を複数のブ
ロックに分割する画像情報分割手段と、 上記画像情報分割手段により分割されたブロック毎に画
像情報の二次元的なレベル分布のパターンを検出し、こ
の検出したパターンに基づいて、そのブロックの画像情
報が属するクラスを決定してクラス検出情報を出力する
クラス検出手段と、 上記外部から供給された画像情報を、この画像情報より
も高い解像度の画像情報に変換するための情報である代
表値が上記クラス毎に記憶されており、上記クラス検出
手段からのクラス検出情報に応じて上記代表値を出力す
る代表値記憶手段と、 上記代表値記憶手段から供給された代表値に応じて、上
記外部から供給された画像情報を、該外部から供給され
た画像情報よりも高い解像度の画像情報に変換して出力
する画像情報変換手段とを有することを特徴とする画像
情報変換装置。 - 【請求項2】 上記代表値記憶手段には、上記外部から
供給される画像情報に対応する、該画像情報よりも高い
解像度の画像情報である上記代表値が予め求められて記
憶されることを特徴とする請求項1記載の画像情報変換
装置。 - 【請求項3】 上記代表値記憶手段には、上記ブロック
内の各画素に基づいて求められた複数の情報の重心値
が、上記代表値として記憶されていることを特徴とする
請求項2記載の画像情報変換装置。 - 【請求項4】 上記代表値記憶手段に記憶される代表値
は、上記ブロック内における各画素のレベルのうち、最
小の画素レベルを基準値として求められたものであるこ
とを特徴とする請求項2記載の画像情報変換装置。 - 【請求項5】 上記代表値記憶手段に記憶される代表値
は、該代表値の近辺に位置する画素レベルを基準値とし
て求められたものであることを特徴とする請求項2記載
の画像情報変換装置。 - 【請求項6】 上記代表値記憶手段に記憶される代表値
は、上記ブロック内における各画素のレベルの平均値又
は加重平均値を基準値として求められたものであること
を特徴とする請求項2記載の画像情報変換装置。 - 【請求項7】 上記代表値記憶手段に記憶される代表値
は、上記ブロック内において所定の閾値よりも低いレベ
ルの画素レベルがあった場合、この低レベルの画素レベ
ルは用いられずに算出されたものであることを特徴とす
る請求項2記載の画像情報変換装置。 - 【請求項8】 上記代表値記憶手段は、同じ値の代表値
が複数ある場合、これを1つにまとめて記憶することを
特徴とする請求項1,請求項2,請求項3,請求項4,
請求項5,請求項6,又は,請求項7記載の画像情報変
換装置。 - 【請求項9】 上記クラス検出手段により検出される、
上記ブロックの画像情報の二次元的なレベル分布のパタ
ーンを示す情報を圧縮処理してパターン圧縮情報を出力
する情報圧縮手段を有し、 上記クラス検出手段は、上記情報圧縮手段から供給され
るパターン圧縮情報に応じて、上記クラス検出情報を出
力することを特徴とする請求項1記載の画像情報変換装
置。 - 【請求項10】 上記情報圧縮手段として、適応型ダイ
ナミックレンジ符号化回路を設けたことを特徴とする請
求項9記載の画像情報変換装置。
Priority Applications (8)
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---|---|---|---|
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