JP3387203B2 - カラービデオ信号の相関検出装置、y/c分離装置および学習装置並びにこれらの方法 - Google Patents
カラービデオ信号の相関検出装置、y/c分離装置および学習装置並びにこれらの方法Info
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Description
号のY/C分離装置、特に、クラス分類適応型のY/C
分離装置に使用して好適なカラービデオ信号の相関検出
装置、Y/C分離装置および学習装置並びにこれらの方
法に関する。
信号Yと画像の色彩を表す搬送色信号C(以下、色信号
Cと称する)が周波数多重された1次元画像信号であ
り。この1次元画像信号は、現行のカラーテレビジョン
放送に用いられている。テレビジョン放送の受け手、す
なわち、受像器側では、NTSC信号から輝度信号Yと
色信号Cへ分離する装置を持つことによって輝度信号Y
と色信号Cを区別し、各信号の処理がなされる。
Cへ分離する装置をY/C分離装置と呼び、このY/C
分離装置は、1つの帯域通過型フィルタを用いて夫々の
信号帯域を分割するのが一般的である。しかしながら、
画像信号の種類によっては、NTSC信号の輝度信号Y
および色信号Cが重複する部分が存在することがあり、
そのため周波数多重されたNTSC信号を完全にY/C
分離することは事実上不可能である。
よって各種妨害(視覚的劣化)が生じる。この各種妨害
を軽減するために、幾つかの種類の帯域制限フィルタを
動き判定処理、或いは相関判定処理に基づいて、適応的
に選択したり、合成したりする方法が提案されている。
C分離と異なる新たな方法として、クラス分類適応型Y
/C分離装置が提案されている。これは、Y/C分離の
対象である、注目画素を空間的あるいは時間的に近傍の
画素のレベル分布のパターンに基づいてクラス分類し、
各クラスに関して予め求められている係数と周辺の複数
の画素との線形1次結合によって、分離後のY信号およ
び/またはC信号を得るものである。
基づいて注目画素のクラス分類を行なうことが可能であ
る。例えばNTSC信号において、1フレーム差分から
時間相関を検出する場合を考える。図8は、時間的に連
続する3フィールドFL0、FL1、FL2にそれぞれ
含まれ、また、水平方向で同一位置を占める複数画素を
示す。図8において、垂直(ライン)位置V0の画素x
1 が注目画素である。また、白い丸の画素は、色信号の
色副搬送波の位相が+のものを示し、黒い丸の画素は、
色信号の色副搬送波の位相が−のものを示す。NTSC
の場合では、色副搬送波の位相がライン毎およびフレー
ム毎に反転する。従って、フィールドFL0とフィール
ドFL2との間で同一位置を占める画素の副搬送波の位
相が反転する。この関係から、同一位置を占める画素間
のフレーム差のみからは、時間相関を検出できない。
の場合、時間相関を検出するために、一般的にフィール
ド内分離Y信号(すなわち、NTSC信号の低域成分)
の1フレーム差を計算するようになされる。すなわち、
注目画素x2 とその上の画素x1 と、フィールドFL2
の同一位置の画素x2 ´およびx1 ´とを使用して下記
の演算がなされる。 x1 +x2 −(x1 ´+x2 ´)=( Y1+Y2 )−(Y1´
+Y2´)+( C1−C2 )+(C1 ´−C2´)
記の式は、Y信号のみの変化を表している。さらに、Y
1=Y2、Y1´=Y2´ならば、上記の式は、Y信号
の時間変化のみを表している。しかしながら、Y信号が
高域成分を持つ場合や、C信号が高域成分を持つ場合に
は、上述のようなフイールド内のY/C分離がうまくな
されず、誤ったY信号が検出される。従って、時間相関
検出を誤る問題があった。
分類を行なう時には、高精度のY/C分離を行なうこと
ができない。また、クラス分類適応型Y/C分離に限ら
ず、時間方向の処理(時間方向くし型フィルタ)および
空間方向の処理(垂直くし型フィルタ)を使用し、これ
らを時間相関検出を用いて切り替える、従来の3次元Y
/C分離の場合でも同様の問題が生じる。Y/C分離の
精度の低下によって、処理後の画像の画質劣化が生じ
る。
に関して、時間相関の検出を正しく行なうことがてきる
カラービデオ信号の相関検出装置、Y/C分離装置およ
び学習装置並びにこれらの方法を提供することにある。
第2のディジタル色差信号がディジタル直交変調された
色信号と輝度信号とからなるカラービデオ信号が供給さ
れ、カラービデオ信号中の注目画素の時間方向の相関を
検出するようにしたカラービデオ信号の相関検出装置に
おいて、注目画素について、注目画素およびその近傍の
画素を用いて複数種類のY/C分離を行ない、複数種類
のY/C分離の結果から時間方向の差を複数計算し、計
算された複数の差を用いて相関性の有無を判定する相関
検出手段と相関性の有無に基づいてクラスを決定し、注
目画素をクラスに分類するクラス分類手段とを備えたこ
とを特徴とするカラービデオ信号の相関検出装置。ま
た、この発明は、このように検出される時間装置に基づ
いてクラス分類を行い、クラス毎に予め学習によって得
られた予測係数を使用してY/C分離を行なうものであ
る。さらに、この発明は、予測係数を学習するための学
習装置である。
その結果から相関の有無を検出するので、Y信号および
C信号を含む画素データの時間相関を精度良く検出する
ことができる。複数種類のY/C分離をフィールド内で
行い、結果の信号の1フレーム差分に基づいて相関を検
出するので、相関検出の結果から注目画素のクラスを決
定することができる。
分離装置に対して適用した一実施例を示す。1で示す入
力端子には、NTSC方式のディジタルカラービデオ信
号(NTSC信号と称する)が供給される。なお、以下
の処理は、特に説明しないが全てディジタル信号処理と
したものである。入力NTSC信号は、一例として放送
波信号である。
回路3および演算回路4にそれぞれ供給される。クラス
分類回路3は、後述のように、フィールド内のY/C分
離を複数の方法で行い、その結果の信号に基づいて時間
相関を検出し、検出された時間相関と対応するクラスを
決定する回路である。クラス分類回路3の出力信号が係
数メモリ5に対してアドレス信号として供給される。
って予め求められた係数が格納されている。係数メモリ
5からの係数が演算回路4に供給される。演算回路4
は、注目画素の周辺の画素のデータと係数との線形1次
結合によって、注目画素のY/C分離を行ない、Y信号
を出力する。この分離されたY信号が出力端子6に取り
出される。また、遅延回路2で時間合わせがされたNT
SC信号が減算回路7に供給される。減算回路7には、
分離されたY信号が供給されるので、減算回路7からC
信号が得られる。このC信号が出力端子8に得られる。
ための学習は、一例として、図2に示す構成によってな
される。図2において、11は、色差信号Iが供給され
る入力端子を示し、12は、色差信号Qが供給される入
力端子を示す。供給される色差信号IおよびQは、直交
変調回路14へ供給される。
された副搬送波が入力端子13から直交変調回路14と
90°移相回路15へ供給される。移相回路15からの
副搬送波も直交変調回路14へ供給される。直交変調回
路14では、二つの副搬送波を用いて供給された色差信
号IおよびQが直交変調される。すなわち、直交変調回
路15では、色信号Cを生成し、生成された色信号C
は、加算器16に供給される。
され、供給された輝度信号Yは、加算器16および学習
処理回路17へ供給される。色信号Cおよび輝度信号Y
が加算されたNTSC信号が帯域制限フィルタ19へ供
給され、色信号Cおよび輝度信号Yの夫々の高域成分が
抑圧される。入力されるコンポーネント信号Y、I、Q
は、例えばカラービデオカメラのR、G、B出力をマト
リクス演算することによって形成されたものである。
が学習処理回路17およびクラス分類回路20に供給さ
れる。クラス分類回路20が後述のように、時間相関に
基づいてクラス分けを行なう。クラス分類回路20は、
図1中のクラス分類回路3と同様のクラス分けを行な
う。クラス分類回路20からのクラスを指示するコード
信号が学習処理回路17に供給される。
いて、NTSC信号からY信号を分離できるように最適
な予測係数が学習され、得られた予測係数が係数メモリ
21へ供給される。係数メモリ21では、クラス毎に予
測係数が記憶される。この係数メモリ21が図1中の係
数メモリ5と対応している。
し、31で示す入力端子に帯域制限されたNTSC信号
が供給される。このNTSC信号が走査変換回路32に
供給される。走査変換回路32は、フィールド内Y/C
分離のための複数画素のデータを同時化し、相関処理部
33にこれらの画素データが供給される。この複数画素
データは、例えば8画素データであり、二つの画素デー
タずつを使用して4通りのY/C分離がなされる。
分離処理を行なうとともに、分離結果の1フレーム間の
差の絶対値を演算する。この差が2値化回路34に供給
される。2値化回路34には、入力端子35からしきい
値THが供給され、差としきい値THとの比較によっ
て、差が0または1に変換される。2値化回路34に対
してクラス決定回路36が接続される。クラス決定回路
36は、2値化回路34の出力を受けてクラスを指示す
る4ビットのコード信号を出力端子37に発生する。
説明する。図4の左側には、注目画素を含むフィールド
FL0内でなされる4種類のY/C分離が示され、その
右側には、1フレーム後のフィールドFL2内でなされ
る4種類のY/C分離が示されている。このY/C分離
は、破線で囲んだ2画素を使用してなされる。なお、図
中の白丸、黒丸、白四角、黒四角はC信号の副搬送波の
位相関係を示している。Y/C分離は、白丸と黒丸の加
重平均、あるいは白四角と黒四角の加重平均で行うこと
ができる。
分離結果のフレーム差の絶対値が求められる。この4種
類のY/C分離は、二つの垂直方向の分離と二つの水平
方向のY/C分離とを含んでいる。なお、1/2 の係数を
乗じて平均化しても良い。さらに、フィールドFL0と
FL2とで異なる値の係数を乗じても良い。
が共に定常である(相関がある)時のみ、Y信号が分離
できる。そうでないときには一般に上記の式に示すよう
な値をとる。例えばR1に関しての式において、C信号
の空間内変化がなければ(C1=C2、C1´=C2
´)となり、Y信号のみからなる式となり、R1がY信
号の時間変化の空間平均をあらわしている。さらに、Y
信号の空間内変化がなければ(Y1=Y2、Y1´=Y
2´)、R1は、Y信号の時間変化のみを表すものとな
る。時間相関のみを検出できないとしても、クラス分類
適応Y/C分離においては、学習によって効果的な係数
を求めることができるので、あえて時間方向のみの相関
を検出する必要はなく、物理的に特性のそろったデータ
群に分類することによって、良好なY/C分離を行なう
ことができる。
信号およびC信号の時間的空間的な変化をすべて含んで
いる。ただし、図4の例の場合、フイールド内のY/C
分離の範囲が、垂直2タップ、水平2タップに限定され
ているので、空間的な変化は、タップの範囲、垂直ある
いは水平方向の局所領域に限定されている。時間的な変
化は、Y信号の変化が大半を占めている。
回路20内の相関処理部33によってなされる。次に2
値化回路34によって、差の絶対値がしきい値THと比
較されることによって2値化される。すなわち、if
(R1<TH) ビット0=1 それ以外 ビット0=0; if (R2<TH) ビット1=1 それ以外 ビット1=0; if (R3<TH) ビット2=1 それ以外 ビット2=0; if (R4<TH) ビット3=1 それ以外 ビット3=0; ビットの1は、相関ありを意味し、その0は、相関なし
を意味する。
の4ビットの下記のパターンが発生し、4ビットのパタ
ーンに対応して16個のクラスが決定される。 0000 クラス=0 0001 クラス=1 0010 クラス=2 0011 クラス=3 0100 クラス=4 0101 クラス=5 0110 クラス=6 0111 クラス=7 1000 クラス=8 1001 クラス=9 1010 クラス=10 1011 クラス=11 1100 クラス=12 1101 クラス=13 1110 クラス=14 1111 クラス=15
よびR4の全てに関して相関なし、すなわち、時間的お
よび空間的に相関がないことを意味する。クラス=1、
クラス=2、クラス=4、クラス=8は、それぞれR1
に関してのみ、R2に関してのみ、R3に関してのみ、
R4に関してのみ、相関がありを表している。また、ク
ラス=7は、R4に関してのみ相関がないことを表して
いる。クラス=11、クラス=13、クラス=14は、
それぞれR3、R2、R1に関してのみ相関がないこと
を表している。そして、クラス=15は、R1、R2、
R3、R4の全てに相関があることを表している。
ある。上述の図4の例では、色信号の副搬送波の位相が
反転している二つの画素を使用しているが、図5の例で
は、副搬送波の位相が同じものを使用している。単純平
均を使用した場合に、下記の演算によって差の絶対値が
求められる。
R4´がしきい値により2値化され、クラスを指示する
4ビットのコード信号が形成されるのは、上述の例と同
様である。
3および20が上述のようなクラス分けを行なうので、
相関のある方向のタップの係数が大きくなるといった具
合に、それぞれ物理特性を反映した係数を得ることがで
きる。
きのフローチャートを図6に示す。ステップ41から学
習処理の制御が開始され、ステップ42の学習データ形
成では、既知のカラー画像に対応した学習データが形成
される。具体的には、1次元の信号で供給される色信号
CおよびNTSC信号が所定の配列に並び替えられる。
ステップ43のデータ終了では、入力された全データ、
例えば1フレームのデータの処理が終了していれば、ス
テップ46の予測係数決定へ、終了してなければ、ステ
ップ44のクラス決定へ制御が移る。
うに、フィールド内のY/C分離によって得られたY信
号の時間相関に基づいたクラスが決定される。ステップ
45の正規方程式加算では、後述する式(6)および式
(7)の正規方程式が作成される。
処理が終了後、制御がステップ46に移り、ステップ4
6の予測係数決定では、後述する式(8)を行列解法を
用いて解いて、予測係数を決める。ステップ47の予測
係数ストアで、予測係数をメモリにストアし、ステップ
48で学習処理の制御が終了する。
およびステップ46(予測係数決定)の処理をより詳細
に説明する。供給されるY信号の真値をyとし、その推
定値をy´とし、注目画素の周囲のNTSC信号の値を
x1 〜xn としたとき、クラス毎に係数w1 〜wn によ
るnタップの線形1次結合 y´=w1 x1 +w2 x2 +‥‥+wn xn (1) を設定する。学習前はwi が未定係数である。
データ数がmの場合、式(1)に従って、 yj ´=w1 xj1+w2 xj2+‥‥+wn xjn (2) (但し、j=1,2,‥‥m)
らないので、誤差ベクトルEの要素を ej =yj −(w1 xj1+w2 xj2+‥‥+wn xjn) (3) (但し、j=1,2,‥‥m)と定義して、次の式
(4)を最小にする係数を求める。
こで、wi による偏微分係数を求める。
めればよいから、
呼ばれている。この方程式を掃き出し法等の一般的な行
列解法を用いて、wi について解けば、係数wi が求ま
り、クラスコードをアドレスとして、この係数wi をメ
モリに格納しておく。
応処理によりY信号を求めているが、図7に示すよう
に、C信号を求めるようにしても良い。また、Y信号お
よびC信号のそれぞれを独立して求めても良い。
タップ数は上記のものに限定されない。また、相関値の
表現の仕方は上記のしきい値処理に限定されない。例え
ばブロック内のダイナミックレンジDRによって、最小
値を除去した後のY/C分離の結果を再量子化し、再量
子化値の差を求めるようにしても良い。
C分離と空間方向Y/C分離とを適応的に切り替えるY
/C分離に対しても適用できる。よりさらに、この発明
は、Y/C分離に限らず、時間相関の検出に対して適用
することができる。
相関を検出することができる。この発明は、フィールド
内でのY/C分離を行なうので、フレームメモリを必要
としない利点がある。また、この発明は、クラス分類適
応Y/C分離におけるクラス分類に適用することがで
き、少ないビット数でもって、注目画素のもつ特徴を反
映したクラスを決定することができる。
のブロック図である。
ブロック図である。
る。
る。
示す一例である。
である。
Claims (8)
- 【請求項1】 第1および第2のディジタル色差信号が
ディジタル直交変調された色信号と輝度信号とからなる
カラービデオ信号が供給され、上記カラービデオ信号中
の注目画素の時間方向の相関を検出するようにしたカラ
ービデオ信号の相関検出装置において、注目画素について、上記注目画素およびその近傍の画素
を用いて 複数種類のY/C分離を行ない、 上記複数種類のY/C分離の結果から時間方向の差を複
数計算し、 上記計算された複数の差を用いて相関性の有無を判定す
る相関検出手段と上記相関性の有無に基づいてクラスを
決定し、上記注目画素を上記クラスに分類するクラス分
類手段とを備えたことを特徴とするカラービデオ信号の
相関検出装置。 - 【請求項2】 第1および第2のディジタル色差信号が
ディジタル直交変調された色信号と輝度信号とからなる
カラービデオ信号が供給され、上記色信号と上記輝度信
号とを分離するY/C分離装置において、注目画素について、上記注目画素およびその近傍の画素
を用いて 複数種類のY/C分離を行ない、 上記複数種類のY/C分離の結果から時間方向の差を複
数計算し、 上記計算された複数の差を用いて相関性の有無を判定す
る相関検出手段と上記相関性の有無に基づいてクラスを
決定し、上記注目画素を上記クラスに分類するクラス分
類手段とを上記クラス毎に予め学習によって決定された
予測係数が格納されたメモリ手段と、 上記カラービデオ信号と、上記メモリ手段から読出され
た上記クラスに対応する係数とが供給され、注目画素お
よびその近傍の複数の画素データと上記係数との演算に
よって、上記輝度信号および/または上記色信号の予測
値を生成するための演算手段とを有することを特徴とす
るY/C分離装置。 - 【請求項3】 請求項1または2に記載の装置におい
て、 上記相関検出は、注目画素およびその近傍であって、副
搬送波の位相が上記注目画素と反転した他の画素とを使
用したY/C分離の結果の第1の信号と、1フレーム後
の上記注目画素および上記他の画素と同一位置の二つの
画素を使用したY/C分離の結果の第2の信号との差に
基づいてなされることを特徴とする装置。 - 【請求項4】 請求項1または2に記載の装置におい
て、 上記相関検出は、注目画素を使用したY/C分離の結果
の第1の信号と、1フレーム後の上記注目画素と同一位
置の画素の近傍であって、副搬送波の位相が同一の二つ
の画素を使用したY/C分離の結果の第2の信号との差
に基づいてなされることを特徴とする装置。 - 【請求項5】 色信号と輝度信号を分離するY/C分離
のための予測係数を生成する学習装置において、 第1および第2のディジタル色差信号がディジタル直交
変調された色信号と輝度信号とからなるカラービデオ信
号を生成する手段と、 上記カラービデオ信号に対して、注目画素について、上
記注目画素およびその近傍の画素を用いて複数種類のY
/C分離を行ない、 上記複数種類のY/C分離の結果から時間方向の差を複
数計算し、 上記計算された複数の差を用いて相関性の有無を判定す
る相関検出手段と、上記相関性の有無に基づいてクラスを決定し、上記注目
画素を上記クラスに分類するクラス分類手段と、 上記注目画素の近傍の複数の画素データと予測係数との
演算によって生成された上記輝度信号および/または上
記色信号の予測値と、上記輝度信号および/または上記
色信号の真値との誤差を最小とする予測係数を上記クラ
ス毎に決定する手段とからなることを特徴とする学習装
置。 - 【請求項6】 第1および第2のディジタル色差信号が
ディジタル直交変調された色信号と輝度信号とからなる
カラービデオ信号が供給され、上記カラービデオ信号中
の注目画素の時間方向の相関を検出するようにしたカラ
ービデオ信号の相関検出方法において、注目画素について、上記注目画素およびその近傍の画素
を用いて 複数種類のY/C分離を行ない、 上記複数種類のY/C分離の結果から時間方向の差を複
数計算し、 上記計算された複数の差を用いて相関性の有無を判定す
る相関検出ステップと、上記相関性の有無に基づいてクラスを決定し、上記注目
画素を上記クラスに分類するクラス分類ステップとを 有
することを特徴とするカラービデオ信号の相関検出方
法。 - 【請求項7】 第1および第2のディジタル色差信号が
ディジタル直交変調された色信号と輝度信号とからなる
カラービデオ信号が供給され、上記色信号と上記輝度信
号とを分離するY/C分離方法において、注目画素について、上記注目画素およびその近傍の画素
を用いて 複数種類のY/C分離を行ない、 上記複数種類のY/C分離の結果から時間方向の差を複
数計算し、 上記計算された複数の差を用いて相関性の有無を判定す
る相関検出ステップと、上記相関性の有無に基づいてクラスを決定し、上記注目
画素を上記クラスに分類するクラス分類ステップと、 上記カラービデオ信号と上記クラスと対応する予測係数
とが供給され、注目画素の近傍の複数の画素データと上
記係数との演算によって、上記輝度信号および/または
上記色信号の予測値を生成するための演算ステップとを
有することを特徴とするY/C分離方法。 - 【請求項8】 色信号と輝度信号を分離するY/C分離
のための予測係数を生成する学習方法において、 第1および第2のディジタル色差信号がディジタル直交
変調された色信号と輝度信号とからなるカラービデオ信
号を生成するステップと、 上記カラービデオ信号に対して、注目画素について、上
記注目画素およびその近傍の画素を用いて複数種類のY
/C分離を行ない、 上記複数種類のY/C分離の結果から時間方向の差を複
数計算し、 上記計算された複数の差を用いて相関性の有無を判定す
る相関検出ステップと、上記相関性の有無に基づいてクラスを決定し、上記注目
画素を上記クラスに分類するクラス分類ステップと、 上記注目画素の近傍の複数の画素データと予測係数との
演算によって生成された上記輝度信号および/または上
記色信号の予測値と、上記輝度信号および/または上記
色信号の真値との誤差を最小とする予測係数を上記クラ
ス毎に決定するステップとを有することを特徴とする学
習方法。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10198594A JP3387203B2 (ja) | 1994-04-15 | 1994-04-15 | カラービデオ信号の相関検出装置、y/c分離装置および学習装置並びにこれらの方法 |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP10198594A JP3387203B2 (ja) | 1994-04-15 | 1994-04-15 | カラービデオ信号の相関検出装置、y/c分離装置および学習装置並びにこれらの方法 |
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Publication Number | Publication Date |
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JPH07288842A JPH07288842A (ja) | 1995-10-31 |
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ID=14315145
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JP10198594A Expired - Lifetime JP3387203B2 (ja) | 1994-04-15 | 1994-04-15 | カラービデオ信号の相関検出装置、y/c分離装置および学習装置並びにこれらの方法 |
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JP2000138949A (ja) | 1998-10-30 | 2000-05-16 | Sony Corp | 画像情報変換装置および変換方法 |
-
1994
- 1994-04-15 JP JP10198594A patent/JP3387203B2/ja not_active Expired - Lifetime
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