JP3743000B2 - Signal conversion apparatus and method - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は信号変換装置および方法に関し、特に、効率的に輝度信号と色信号の成分を処理して、より高解像度の画像信号を生成するようにした、信号変換装置および方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
わが国における標準テレビジョン放送は、NTSC(National Television System Committee)方式とされている。これに対して、最近、ハイビジョンに代表される、より高品位のテレビジョン放送方式が開発され、普及しつつある。NTSC方式の場合、その走査線数は525本とされ、アスペクト比は4対3とされている。これに対して、ハイビジョン方式においては、その走査線数は、1125本とされ、そのアスペクト比は16対9とされている。従って、ハイビジョン方式による場合、より高解像度で臨場感のある画像を楽しむことができる。
【0003】
このようなハイビジョン方式のテレビジョン受像機でNTSC方式の画像を表示するには、NTSC方式の映像信号に対応するSD(Standard Definition)信号を、より高解像度の映像信号に対応するHD(High Definition)信号に変換する必要がある。なお、以下においては、より多い数に変換される前の状態の信号を適宜、SD信号、SDデータ、または、SD画素と称し、変換された後の状態の信号を、HD信号、HDデータ、または、HD画素と称する。
【0004】
従来、このSD信号のHD信号への変換処理は、水平方向と垂直方向への単純な補間処理により行われていた。
【0005】
しかしながら、この補間処理は、縦続接続形のFIRフィルタにより行われるようになされているため、HD信号とはいっても、その解像度は、元のSD信号の場合と同一であった。むしろ、通常の画像を変換対象とした場合、垂直方向の補間をフィールド内処理して行い、フィールド間相関を使用していないため、静止画像部においては、変換ロスにより、SD信号より解像度が劣化する欠点があった。
【0006】
そこで、本出願人は、特願平6−205934号として、入力信号である画像信号レベルの3次元(時空間)分布に応じてクラス分割を行い、クラス毎に、予め学習により獲得された予測係数値を用いて、最適な推定値をHD信号として演算する方式を提案した。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、輝度信号と色信号の両方を、先の提案のような方式により処理すると、高解像度の画像を得ることができるが、係数を記憶するROMの容量が大きくなり、装置が大型化するだけでなく、コスト高となる課題があった。
【0008】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、小型化、低コスト化を図ることができるようにするものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の信号変換装置は、第1のディジタル画像信号の輝度信号成分を、第2のディジタル画像信号の輝度信号成分に変換するための第1の係数を、所定のクラスごとに記憶する記憶手段と、第1のディジタル画像信号の輝度信号成分に基づいて、クラスを求めるクラス分類を行うクラス分類手段と、第1のディジタル画像信号における第1の領域の空間的特徴の変化と、第1の領域より大きい第2の領域の空間的特徴の変化とを比較する比較手段と、比較手段による比較の結果、第2の領域の空間的特徴の変化より、第1の領域の空間的特徴の変化が大きい場合、第1のディジタル信号の輝度信号成分のタップ数を縮退するタップ縮退手段と、クラス分類手段が出力するクラスに対応する第1の係数を、記憶手段から読み出し、その第1の係数と、第1のディジタル画像信号の輝度信号成分との演算を行うことにより、第2のディジタル画像信号の輝度信号成分を求める第1の演算手段と、第1および第2のディジタル画像信号の画素どうしの位置関係に基づいて得られる第2の係数と、第1のディジタル画像信号の色信号成分との演算を行うことにより、第2のディジタル画像信号の色信号成分を求める第2の演算手段とを備え、第1の演算手段は、比較手段による比較の結果に応じてタップ縮退手段によりタップ数が縮退された第1のディジタル画像信号の輝度信号成分を用いて演算を行うことを特徴とする。
【0010】
請求項13に記載の信号変換方法は、第1のディジタル画像信号の輝度信号成分に基づいて、クラスを求めるクラス分類を行い、第1のディジタル画像信号における第1の領域の空間的特徴の変化と、第1の領域より大きい第2の領域の空間的特徴の変化とを比較し、比較の結果、第2の領域の空間的特徴の変化より、第1の領域の空間的特徴の変化が大きい場合、第1のディジタル信号の輝度信号成分のタップ数を縮退し、第1のディジタル画像信号の輝度信号成分を、第2のディジタル画像信号の輝度信号成分に変換するための第1の係数をクラスごとに記憶している記憶手段から、求められたクラスに対応する第1の係数を読み出し、その第1の係数と、比較の結果に応じてタップ数が縮退された第1のディジタル画像信号の輝度信号成分との演算を行うことにより、第2のディジタル画像信号の輝度信号成分を求める一方、第1および第2のディジタル画像信号の画素どうしの位置関係に基づいて得られる第2の係数と、第1のディジタル画像信号の色信号成分との演算を行うことにより、第2のディジタル画像信号の色信号成分を求めることを特徴とする。
【0011】
請求項1に記載の信号変換装置においては、記憶手段は、第1のディジタル画像信号の輝度信号成分を、第2のディジタル画像信号の輝度信号成分に変換するための第1の係数を、所定のクラスごとに記憶し、クラス分類手段は、第1のディジタル画像信号の輝度信号成分に基づいて、クラスを求めるクラス分類を行うようになされている。比較手段は、第1のディジタル画像信号における第1の領域の空間的特徴の変化と、第1の領域より大きい第2の領域の空間的特徴の変化とを比較するようになされており、タップ縮退手段は、比較手段による比較の結果、第2の領域の空間的特徴の変化より、第1の領域の空間的特徴の変化が大きい場合、第1のディジタル信号の輝度信号成分のタップ数を縮退するようになされている。第1の演算手段は、クラス分類手段が出力するクラスに対応する第1の係数を、記憶手段から読み出し、その第1の係数と、第1のディジタル画像信号の輝度信号成分との演算を行うことにより、第2のディジタル画像信号の輝度信号成分を求めるようになされており、第2の演算手段は、第1および第2のディジタル画像信号の画素どうしの位置関係に基づいて得られる第2の係数と、第1のディジタル画像信号の色信号成分との演算を行うことにより、第2のディジタル画像信号の色信号成分を求めるようになされている。また、第1の演算手段は、比較手段による比較の結果に応じてタップ縮退手段によりタップ数が縮退された第1のディジタル画像信号の輝度信号成分を用いて演算を行うようになされている。
【0012】
請求項13に記載の信号変換方法においては、第1のディジタル画像信号の輝度信号成分に基づいて、クラスを求めるクラス分類を行い、第1のディジタル画像信号における第1の領域の空間的特徴の変化と、第1の領域より大きい第2の領域の空間的特徴の変化とを比較し、比較の結果、第2の領域の空間的特徴の変化より、第1の領域の空間的特徴の変化が大きい場合、第1のディジタル信号の輝度信号成分のタップ数を縮退し、第1のディジタル画像信号の輝度信号成分を、第2のディジタル画像信号の輝度信号成分に変換するための第1の係数をクラスごとに記憶している記憶手段から、求められたクラスに対応する第1の係数を読み出し、その第1の係数と、比較の結果に応じてタップ数が縮退された第1のディジタル画像信号の輝度信号成分との演算を行うことにより、第2のディジタル画像信号の輝度信号成分を求める一方、第1および第2のディジタル画像信号の画素どうしの位置関係に基づいて得られる第2の係数と、第1のディジタル画像信号の色信号成分との演算を行うことにより、第2のディジタル画像信号の色信号成分を求めるようになされている。
【0014】
即ち、請求項1に記載の信号変換装置は、第1のディジタル画像信号を、その第1のディジタル画像信号より高い解像度の第2のディジタル画像信号に変換する信号変換装置において、第1のディジタル画像信号の輝度信号成分を、第2のディジタル画像信号の輝度信号成分に変換するための第1の係数を、所定のクラスごとに記憶する記憶手段(例えば、図6に示す係数RAM部40など)と、第1のディジタル画像信号の輝度信号成分に基づいて、クラスを求めるクラス分類を行うクラス分類手段(例えば、図6に示すクラス分類部33など)と、第1のディジタル画像信号における第1の領域の空間的特徴の変化と、第1の領域より大きい第2の領域の空間的特徴の変化とを比較する比較手段と、比較手段による比較の結果、第2の領域の空間的特徴の変化より、第1の領域の空間的特徴の変化が大きい場合、第1のディジタル信号の輝度信号成分のタップ数を縮退するタップ縮退手段と、クラス分類手段が出力するクラスに対応する第1の係数を、記憶手段から読み出し、その第1の係数と、第1のディジタル画像信号の輝度信号成分との演算を行うことにより、第2のディジタル画像信号の輝度信号成分を求める第1の演算手段(例えば、図6に示す積和部38および39など)と、第1および第2のディジタル画像信号の画素どうしの位置関係に基づいて得られる第2の係数と、第1のディジタル画像信号の色信号成分との演算を行うことにより、第2のディジタル画像信号の色信号成分を求める第2の演算手段(例えば、図6に示す補間画素演算部42など)とを備え、第1の演算手段は、比較手段による比較の結果に応じてタップ縮退手段によりタップ数が縮退された第1のディジタル画像信号の輝度信号成分を用いて演算を行うことを特徴とする。
【0015】
請求項3に記載の信号変換装置は、第1のディジタル画像信号がコンポジット信号である場合に、その第1のディジタル画像信号から、その輝度信号成分と色信号成分とを分離する分離手段(例えば、図1に示すD1インターフェース1など)をさらに備えることを特徴とする。
【0018】
請求項6に記載の信号変換装置は、第1の演算手段が、第1または第2のモードにそれぞれ対応する第1または第2のモードの演算手段(例えば、図6に示す積和部38または39など)を有し、縮退手段が、第1または第2のモードにそれぞれ対応する第1または第2のモードの縮退手段(例えば、図6に示すタップ縮退部35または36など)を有することを特徴とする。
【0019】
請求項7に記載の信号変換装置は、クラスの数を縮退する縮退手段(例えば、図16に示すアドレス縮退回路141およびクラス縮退回路142など)をさらに備えることを特徴とする。
【0020】
請求項8に記載の信号変換装置は、第1の演算手段に入力される第1のディジタル画像信号の走査線の順番を、第1のモードと第2のモードとの場合で変更する第1の変更手段(例えば、図1に示す走査線変換回路8など)と、第1の演算手段から出力される第2のディジタル画像信号の走査線の順番を、第1の変更手段により変更される前の順番に変更する第2の変更手段(例えば、図1に示す走査線変換回路11など)とをさらに備えることを特徴とする。
【0021】
請求項13に記載の信号変換方法は、第1のディジタル画像信号を、その第1のディジタル画像信号より高い解像度の第2のディジタル画像信号に変換する信号変換方法において、第1のディジタル画像信号の輝度信号成分に基づいて、クラスを求めるクラス分類を行い、第1のディジタル画像信号における第1の領域の空間的特徴の変化と、第1の領域より大きい第2の領域の空間的特徴の変化とを比較し、第2の領域の空間的特徴の変化より、第1の領域の空間的特徴の変化が大きい場合、第1のディジタル信号の輝度信号成分のタップ数を縮退し、第1のディジタル画像信号の輝度信号成分を、第2のディジタル画像信号の輝度信号成分に変換するための第1の係数をクラスごとに記憶している記憶手段(例えば、図6に示す係数RAM部40など)から、求められたクラスに対応する第1の係数を読み出し、その第1の係数と、比較の結果に応じてタップ数が縮退された第1のディジタル画像信号の輝度信号成分との演算を行うことにより、第2のディジタル画像信号の輝度信号成分を求める一方、第1および第2のディジタル画像信号の画素どうしの位置関係に基づいて得られる第2の係数と、第1のディジタル画像信号の色信号成分との演算を行うことにより、第2のディジタル画像信号の色信号成分を求めることを特徴とする。
【0023】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態について説明する。図1は、本発明の信号変換装置の構成例を示すブロック図である。インタフェース1には、ディジタルVTR(Video Tape Racorder)の規格であるD1に基づく、例えばNTSC方式その他のコンポジット信号の画像のディジタル画像データが入力される。インタフェース1は、入力された画像データから水平同期信号H、垂直同期信号V、およびフレーム同期信号Fを分離抽出し、PLL(Phase Lock Loop)クロック発生コントロール回路2に出力する。PLLクロック発生コントロール回路2は、入力された信号に同期してクロックを生成し、各回路に供給している。
【0024】
インタフェース1はまた、入力された画像データから輝度信号Y、色信号U,Vを分離し、マトリクス変換回路3に出力する。マトリクス変換回路3は、入力された信号から色差信号Pbと色差信号Prを生成し、時分割回路7に出力する。時分割回路7は、入力された色差信号PbとPrを時分割し、ラインメモリ6に供給する。
【0025】
マトリクス変換回路3は、インタフェース1からの輝度信号Yをラインメモリ6に直接供給するとともに、縦続接続されたフィールドメモリ4を介して、さらにフィールドメモリ5を介して、ラインメモリ6に出力する。従って、ラインメモリ6には、現在のフィールドの輝度信号、1フィールド前の輝度信号、および1フレーム(2フィールド)前の輝度信号Yが供給される。
【0026】
ラインメモリ6は、現在のフィールドの7ライン分の輝度信号Y、1フィールド前の2ライン分の輝度信号Y、および1フレーム前の3ライン分の輝度信号Yを記憶し、それぞれを走査線変換回路8に供給している。また、ラインメモリ6は、時分割回路7より供給された現在のフィールドの3ライン分の色信号CのデータPr,Pbを記憶し、これを走査線変換回路8に供給している。
【0027】
走査線変換回路8は、モード1(図4を参照して後述する)のとき、図2に示すように、入力された輝度信号Yと色信号Cを、それぞれ、そのまま解像度創造装置9に出力する。これに対して、モード2(図4を参照して後述する)の場合においては、図3に示すように、各フィールドの輝度信号または色信号の走査線の順番が、上下反転するように、すなわち、より上の走査線が、より下に配置されるように、走査線の順番を変換して解像度創造装置9に出力する。
【0028】
解像度創造装置9は、初期化回路10より供給されたデータに対応して初期化処理を行った後、走査線変換回路8より入力された輝度信号Yに対応する画素データと色信号Cに対応する画素データ(SDデータ)を、それぞれ別個に処理して、より高解像度の画素データ(HDデータ)を生成するようになされている。
【0029】
すなわち、解像度創造装置9は、図4に示すように、図中、大きな丸印で示すSDデータから、図中、小さな丸印で示すHDデータを生成する。図中、実線は、現在のフィールドの画素データを表し、破線は、直前のフィールドの画素データを表している。
【0030】
解像度創造装置9により生成されたHD信号の走査線は、走査線変換回路11により、その順番が元の順番に戻される。すなわち、走査線変換回路11は、モード1のとき、走査線変換回路8において、図2に示すように、走査線の順番は変更されていないので、解像度創造装置9より入力されたHD信号の各ラインをそのままの順番で出力する。これに対して、モード2においては、走査線変換回路8で、図3に示したように、その順番が入れ換えられているので、この順番をもとの順番に戻す処理が行われる。走査線変換回路11より出力された輝度信号成分はHDフィールドメモリ12に供給され、色信号成分はHDフィールドメモリ13に供給され、それぞれ記憶される。
【0031】
フィールドメモリ12,13においては、それぞれ走査線の数を1050本から1125本に変換する処理が行われた後、HDインタフェース14に供給される。HDインタフェース14は、入力されたHD信号を処理し、ハイビジョンのフォーマットに対応するHD信号に変換して出力する。
【0032】
なお、図1の信号変換装置を構成する各ブロックは、例えば1チップで構成されている。但し、複数のブロック(全部を含む)を、1チップで構成することも可能である。
【0033】
次に、その動作について説明する。インタフェース1は、入力されたNTSC方式の画像データから輝度信号Y、色信号U,Vを分離し、マトリクス変換回路3に出力する。マトリクス変換回路3は、輝度信号Yをラインメモリ6に直接供給するとともに、フィールドメモリ4,5を介して、1フレーム分(2フィールド分)だけ遅延した後、ラインメモリ6に出力する。このとき、フィールドメモリ4により1フィールド分だけ遅延された輝度信号もラインメモリ6に供給される。また、マトリクス変換回路3は、色差信号Pbと色差信号Prを生成し、時分割回路7はこれを時分割して、色差信号Pbまたは色差信号Prをラインメモリ6に供給する。
【0034】
ラインメモリ6は、入力された所定のフィールドの7ライン分の輝度信号の画素データ、フィールドメモリ4,5により遅延された1フレーム前の3ライン分の輝度信号の画素データ、およびフィールドメモリ4により遅延された2ライン分の輝度信号の画素データを走査線変換回路8に供給する。
【0035】
走査線変換回路8は、モード1のとき、図2に示すように、入力された現在のフィールドの7ライン分の輝度信号、3ライン分の1フレーム前の輝度信号、1フィールド前の2ライン分の輝度信号を、そのままの順番で解像度創造装置9に供給する。同様に、3ライン分の色信号の画素データも、そのままの順番で解像度創造装置9に供給する。
【0036】
これに対して、モード2においては、図3に示すように、現在のフィールドの7ライン分の輝度信号のうち、最も上側のラインが最も下側に、そして最も下側のラインが最も上側になるように、その順番を変更して、解像度創造装置9に供給する。また、1フレーム前のフィールドの輝度信号と1フィールド前の輝度信号についても、最も上側のラインが最も下側に配置され、最も下側のラインが最も上側に配置されるように、その順番を変更して、解像度創造装置9に供給する。3ライン分の色差信号についても同様に、最も上側のラインの信号が最も上側に配置され、最も下側のラインの信号が最も下側に配置されるように、その順番を変更して、解像度創造装置9に供給する。
【0037】
ここで、モード1とモード2について説明する。図4に示すように、いま注目画素をSD画素x13とするとき、それに対応して、SD画素x13の左上のHD画素y1と右上のHD画素y2、さらに、左下のHD画素y3と右下のHD画素y4が生成されるのであるが、このうちの上側の2つのHD画素y1,y2を生成するモードがモード1である。これに対して、下側のHD画素y3とy4を生成するモードがモード2である。
【0038】
図5に示すように、各フィールドにおけるSD画素の垂直方向の間隔を1とするとき、HD画素y1,y2と、SD画素x13の垂直方向の間隔は、1/8となる。また、HD画素y3,y4と、SD画素x13との間隔は、3/8となる。従って、HD画素y1,y2と、HD画素y3,y4の垂直方向の間隔は、4/8(=1/2)となる。
【0039】
解像度創造装置9は、入力されたSD画素データからHD画素データを生成し、走査線変換回路11に出力する。なお、この解像度創造装置9のより詳細な動作については、図6を参照して後述する。
【0040】
走査線変換回路11は、モード1のとき入力された輝度信号の各ラインの画素データと、色信号の各ラインの画素データを、そのままの順番でフィールドメモリ12またはフィールドメモリ13に、それぞれ出力する。解像度創造装置9においては、525本の走査線が、2倍の1050本の走査線に変換される。フィールドメモリ12,13においては、この1050本の走査線が、さらに1125本の走査線に変換されて、インタフェース14に供給される。この1050本から1125本への走査線の変換は、75本のダミーの走査線を付加することにより行われる。これは、例えば、フィールドメモリ12,13から、それぞれ実質的に無効な75本の走査線を読み出すことで行われる。
【0041】
インタフェース14は、フィールドメモリ12,13より供給された輝度信号Yと色信号Cを、ハイビジョンのフォーマットに対応するHD信号として出力する。
【0042】
なお、図1の実施の形態においては、フィールドメモリ12,13により、1050本の走査線を1125本に変換するようにしたが、1050本の走査線のままでよい場合には、これらのフィールドメモリ12,13は不要となる。
【0043】
図6は、解像度創造装置9の詳細な構成例を表している。ディレイレジスタ部31には、走査線変換回路8より、現在のフィールドの7ライン分の輝度信号、1フレーム前の3ライン分の輝度信号、および1フィールド前の2ライン分の輝度信号が供給され、記憶されるようになされている。
【0044】
図7は、ディレイレジスタ部31の構成例を表している。同図に示すように、ディレイレジスタ部31は、12ライン分の画素データを、それぞれ記憶できるように、12ライン分のレジスタ51−1乃至51−12が設けられており、各ラインには、P個の画素データを保持できるように、P個のレジスタが縦続接続されている。例えば、最も上側のラインにおいては、レジスタ51−1−1乃至51−1−Pが縦続接続されており、第2番目のラインにおいては、レジスタ51−2−1乃至51−2−Pが縦続接続されている。そして、所定のレジスタに保持されている画素データが、適宜読み出され、最大値最小値演算部32、クラス分類部33、動き判定部34、タップ縮退部35、またはタップ縮退部36に、それぞれ供給されるようになされている。どの画素データが供給されるかは、それぞれの部分毎に異なっている。
【0045】
図8は、最大値最小値演算部32の構成例を表している。同図に示すように、最大値最小値演算部32においては、所定の2つの画素データが、比較大選択回路61と比較小選択回路65に、それぞれ供給されている。比較大選択回路61は、2つの入力のうち大きい方を選択し、選択した画素データを、レジスタ62、および比較大選択回路63または比較大選択回路64のそれぞれ一方の入力に供給している。比較大選択回路63の他方の入力には、レジスタ62の出力が供給され、比較大選択回路64の他方の入力には、比較大選択回路63の出力が供給されている。
【0046】
比較小選択回路65は、2つの画素データのうち、小さい方を選択し、レジスタ66に出力するとともに、比較小選択回路67と比較小選択回路68の一方の入力に供給している。比較小選択回路67の他方の入力には、レジスタ66の出力が供給され、比較小選択回路68の他方の入力には、比較小選択回路67の出力が供給されている。そして、比較大選択回路64から最大値が、比較小選択回路68から最小値が、それぞれ出力されるようになされている。
【0047】
比較大選択回路61は、例えば図9に示すように構成されている。すなわち、2つの入力は、マルチプレクサ(MUX)71と比較器72に入力されている。比較器72は、入力された2つの画素データの大きさを比較し、大きい方を選択する選択信号をマルチプレクサ71に出力するようになされている。マルチプレクサ71の出力は、レジスタ73を介して出力されるようになされている。なお、比較大選択回路63,64も、比較大選択回路61と同様に構成されている。
【0048】
比較小選択回路65は、例えば図10に示すように構成されている。2つの画素データは、マルチプレクサ81と比較器82に入力されている。比較器82は、入力された2つの画素データの大きさを比較し、マルチプレクサ81が小さい方を選択出力するように、選択信号を出力している。マルチプレクサ81の出力は、レジスタ83を介して出力されている。
【0049】
次に、その動作について説明する。例えばクラス分類部33においては、主に空間内の波形表現のためのクラス分類(空間クラス)に必要な所定の範囲内の画素の最大値と最小値を必要とする。最大値最小値演算部32は、この最大値と最小値を演算するが、この場合、図4に示したHD画素y1,y2を生成するのに、図11に示すように、HD画素y1,y2の近傍の5つのSD画素k1乃至k5を選択し、この5つの画素の中の最大値と最小値を演算する。
【0050】
このとき、比較大選択回路61には、最初に、SD画素k1とk2が入力される。比較大選択回路61においては、比較器72が、SD画素k1とSD画素k2の大きさを比較し、そのうちの大きい方をマルチプレクサ71が選択するように選択信号を出力する。その結果、レジスタ73には、SD画素k1とk2のうち、大きい方が保持される。このデータは、図8のレジスタ62に供給され、保持される。
【0051】
次に、比較大選択回路61は、SD画素k3とk4の大小を比較する。そして、上述した場合と同様にして、レジスタ73に大きい方の画素が保持される。レジスタ73に保持されたSD画素k3とk4のうちの大きい方は、比較大選択回路63の他方の入力に供給される。比較大選択回路63は、レジスタ62に保持されているSD画素k1とk2のうちの大きい方と、レジスタ73に保持されているSD画素k3とk4のうちの大きい方を比較し、大きい方を選択して、そのレジスタ73を介して比較大選択回路64に出力する。
【0052】
次に、比較大選択回路61は、SD画素k5と0の画素(仮想的な画素)とを比較する。この場合は、SD画素k5が選択され、比較大選択回路64の他方の入力に供給される。比較大選択回路64は、比較大選択回路63より供給されたSD画素と、比較大選択回路61より供給されたSD画素k5の大小を比較し、大きい方を選択し、出力する。このようにして、比較大選択回路64は、SD画素k1乃至k5のうち、最大のものを選択し、出力する。
【0053】
一方、比較小選択回路65の比較器82は、最初に、SD画素k1とk2の大小を比較し、マルチプレクサ81に、小さい方を選択させる選択信号を出力する。これにより、レジスタ83を介して、SD画素k1とk2のうち、小さい方が出力され、レジスタ66に保持される。次に、比較小選択回路65は、SD画素k3とk4の大小を比較し、小さい方を選択して、比較小選択回路67に出力する。比較小選択回路67は、レジスタ66より供給されているSD画素k1とk2のうちの小さい方と、比較小選択回路65より供給されているSD画素k3とk4のうちの小さい方と比較し、小さい方を比較小選択回路68に出力する。
【0054】
さらに、比較小選択回路65は、SD画素k5と仮想の最大の画素データとを比較し、小さい方としてSD画素k5を選択し、レジスタ83を介して比較小選択回路68に供給する。比較小選択回路68は、比較小選択回路67の出力と、SD画素k5の大小を比較し、小さい方を選択して出力する。以上のようにして、比較小選択回路68からは、SD画素k1乃至k5のうち、最小のものが出力される。
【0055】
この他、クラス分類部33においては、小エリアの最大値および最小値と、大エリアの最大値および最小値を必要としている。そこで、最大値最小値演算部32は、この小エリアの最大値および最小値と、大エリアの最大値および最小値を、上述した場合と同様にして演算する。ここにおいて小エリアとは、図12に示すように、注目SD画素x13の上下左右に位置する、同一フィールド内の5つのSD画素x5,x12,x13,x14,x21である。最大値最小値演算部32は、この5つのSD画素の中の最大値と最小値を上述した場合と同様にして求め、クラス分類部33に出力する。
【0056】
また、大エリアとは、図13に示すように、注目画素としてのSD画素x13と、同一フィールド内の同一ライン上に位置するSD画素x11,x12,x14,x15、その上下のラインに位置するSD画素x4乃至x6,x20乃至x22、さらに、その上下のラインに位置するSD画素x2,x24の13画素を意味する。最大値最小値演算部32は、この13画素の中の最大値と最小値を上述した場合と同様にして求め、クラス分類部33に出力する。
【0057】
図14は、動き判定部34の構成例を表している。この構成例は、図15に示すように、現在のフィールドの3×3個のSD画素m1乃至m9と、その1フレーム前の空間的に対応する位置のSD画素n1乃至n9を利用して、動き判定を行う場合の構成例を表している。
【0058】
図14に示すように、絶対値演算回路101には、3×3個のSD画素のうち、最も上側のラインのSD画素(図15のSD画素m1乃至m3とSD画素n1乃至n3)が入力され、絶対値演算回路107には、その次のラインのSD画素(図15のSD画素m4乃至m6とSD画素n4乃至n6)が入力され、絶対値演算回路115には、最も下側のラインのSD画素(図15のSD画素m7乃至m9とSD画素n7乃至n9)が入力されるようになされている。絶対値演算回路101は、入力された2つのSD画素の差の絶対値を演算し、その演算結果を、レジスタ102、加算器103、および加算器105に出力している。加算器103は、レジスタ102の出力と絶対値演算回路101との出力とを加算し、レジスタ104に出力している。加算器105は、レジスタ104の出力と、絶対値演算回路101の出力とを加算し、レジスタ106に出力している。
【0059】
同様にして、絶対値演算回路107より出力される、2つSD画素の差の絶対値は、レジスタ107と加算器109,111に供給されている。加算器109は、レジスタ108の出力と絶対値演算回路107の出力を加算し、レジスタ110に出力している。加算器111は、レジスタ110の出力と絶対値演算回路107の出力とを加算し、レジスタ112に出力している。加算器113は、レジスタ106の出力とレジスタ112の出力とを加算し、レジスタ114に出力している。
【0060】
絶対値演算回路115は、入力された2つのSD画素の差の絶対値を演算し、その出力をレジスタ116と加算器117,119に出力している。加算器117は、レジスタ116の出力と絶対値演算回路115の出力を加算し、レジスタ118に出力している。加算器119は、レジスタ118の出力と、絶対値演算回路115の出力を加算し、レジスタ120に出力している。レジスタ120の出力は、レジスタ121に供給されている。加算器122は、レジスタ114の出力とレジスタ121の出力とを加算し、レジスタ123に出力している。
【0061】
レジスタ126とレジスタ127には、初期状態において、所定の設定値(閾値)が入力され、保持されるようになされている。比較器124は、レジスタ123に保持されている値と、レジスタ126に保持されている設定値(閾値)の大きさを比較し、その比較結果をエンコーダ128に出力している。比較器125は、レジスタ123に保持されている値と、レジスタ127に保持されている設定値(閾値)の大きさを比較し、その比較結果をエンコーダ128に出力している。エンコーダ128は、比較器124の出力と比較器125の出力に対応するエンコード処理を行うようになされている。
【0062】
次に、その動作について説明する。絶対値演算回路101は、現在のフィールドのSD画素m1と、1フレーム前の対応する空間位置のSD画素n1の差の絶対値を演算し、演算結果をレジスタ102に出力し、保持させる。次のタイミングにおいては、絶対値演算回路101は、SD画素m2とn2の差の絶対値を演算し、その演算結果を加算器103に出力する。加算器103は、レジスタ102より出力されたSD画素m1とn1の差の絶対値と、絶対値演算回路101より出力されたSD画素m2とn2の差の絶対値を加算し、加算結果をレジスタ104に出力し、保持させる。
【0063】
さらに、次のタイミングにおいては、絶対値演算回路101により、SD画素m3とn3の差の絶対値が演算され、加算器105に出力される。加算器105は、このSD画素m3とn3の差の絶対値と、レジスタ104に保持されているSD画素m1とn1の差の絶対値と、SD画素m2とn2の差の絶対値の和を加算し、レジスタ106に出力し、保持させる。
【0064】
以上のようにして、レジスタ106には、図15に示す最も上のラインのSD画素m1とn1の差の絶対値、SD画素m2とn2の差の絶対値、およびSD画素m3とn3の差の絶対値の和が保持される。
【0065】
同様の処理が、第2ライン目と第3ライン目のSD画素に対しても行われ、第2ライン目のレジスタ112には、SD画素m4とn4の差の絶対値、SD画素m5とn5の差の絶対値、およびSD画素m6とn6の差の絶対値の和が保持される。また、第3ライン目のレジスタ120には、SD画素m7とn7の差の絶対値、SD画素m8とn8の差の絶対値、およびSD画素m9とn9の差の絶対値の和が保持される。
【0066】
加算器113は、レジスタ106に保持されている値と、レジスタ112に保持されている値とを加算し、レジスタ114に出力する。レジスタ114の出力は、加算器122に供給される。この加算器122には、レジスタ120に保持されている値が、レジスタ121を介して供給される。従って、加算器122は、レジスタ114の出力と、レジスタ121の出力とを加算し、加算結果をレジスタ123に出力する。
【0067】
以上のようにして、レジスタ123には、結局、図15に示すSD画素m1乃至m9と、SD画素n1乃至n9の差の絶対値の和が保持される。すなわち、以上の回路により、次式が演算されることになる。
【数1】
【0068】
比較器124は、レジスタ123に保持されている値Sと、レジスタ126に保持されている閾値とを比較し、例えば、値Sの方が閾値より大きいとき1を、小さいとき0を、エンコーダ128に出力する。同様に、比較器125は、レジスタ123に保持されている値Sと、レジスタ127に保持されている閾値(レジスタ126に保持されている閾値より小さい値とされている)を比較し、例えば、値Sの方が閾値より大きいとき1を、小さいとき0を、エンコーダ128に出力する。エンコーダ128は、比較器124と125の出力がいずれも0であるとき、主に動きの程度を表すためのクラス(動きクラス)として0を出力し、比較器124の出力が0であり、比較器125の出力が1であるとき1を出力し、比較器124の出力が1である場合は、比較器125の出力が0または1のいずれであったとしても2を出力する。
【0069】
なお、以上においては、絶対値演算回路101,107,115で、差の絶対値を演算するようにしたが、差の絶対値の1/2を演算するようにしてもよい。この場合、レジスタ126,127に保持される値も、1画素当たりの差の絶対値に対応する値とされる。
【0070】
図16は、クラス分類部33の構成例を表している。ADRC(Adaptive Dynamic Range Coding)エンコーダ140には、ディレイレジスタ部31から、例えば、図11に示すSD画素k1乃至k5(図4のSD画素x5,x8,x13,x18,x21に対応する)が入力される。また、ADRCエンコーダ140には、最大値最小値演算部32より出力した、空間クラスの最大値と最小値が入力されている。ADRCエンコーダ140は、SD画素k1乃至k5の、それぞれの値をL、SD画素k1乃至k5のうちの最大値をMAX、最小値をMINとするとき、次式で表される再量子化コードQを演算する。
Q=[(L−MIN+0.5)×2n/DR]
なお、[ ]は、切り捨て処理を意味し、DRは次式で表される。
DR=MAX−MIN+1
nはビット割当を意味し、例えば1ビットADRCの場合、n=1とされる。
【0071】
以上のようにして、5個のSD画素は、それぞれ1ビットの再量子化コードQで表され、合計5ビットのSD画素とされる。
【0072】
ADRCエンコーダ140より出力された5ビットの空間クラスのデータは、アドレス縮退回路141に入力され、4ビットのデータに縮退される。図17は、アドレス縮退回路141の構成例を表している。
【0073】
図17に示すように、SD画素k1乃至k5に対応するADRCエンコーダ140の5ビットの出力をADRC0乃至ADRC4とする。ADRC0は、マルチプレクサ155乃至158に、その切換信号として供給される。マルチプレクサ155には、ADRC1が、直接またはインバータ151により反転されて、入力されている。マルチプレクサ156には、ADRC2が、直接またはインバータ152により反転されて、入力されている。マルチプレクサ157には、ADRC3が、直接またはインバータ153により反転されて、入力されている。マルチプレクサ158には、ADRC4が、直接またはインバータ154により反転されて、入力されている。
【0074】
各マルチプレクサ155乃至158は、ADRC0が0であるとき、それぞれADRC1乃至ADRC4を選択して、4ビットのデータSP0乃至SP3として出力する。これに対して、ADRC0が1であるとき、マルチプレクサ155乃至158は、それぞれ対応するインバータ151乃至154の出力を選択して、SP0乃至SP3として出力する。
【0075】
このようにして、5ビットの空間クラスは4ビットに変換されて、クラス縮退回路142に出力される。これにより、例えば”01111”のデータは、”1111”とされ、”10000”のデータも”1111”とされ、共通のクラスとされる。
【0076】
クラス縮退回路142にはまた、動き判定部34のエンコーダ128より出力した、2ビットの動きクラスが供給されている。すなわち、クラス縮退回路142には、合計6ビットのクラスコードが入力される。
【0077】
クラス縮退回路142は、この6ビットのクラスコードを5ビットに縮退し、エンコーダ143に出力している。エンコーダ143は、入力された5ビットのクラスコードをエンコードして出力するようになされている。
【0078】
クラス縮退回路142は、例えば、図18に示すように構成されている。図18の例においては、動き判定部34より出力された2ビットの動きクラスMVのMSBとしてのMV1と、LSBとしてのMB0が、オア回路161に供給されている。オア回路161の出力は、加算器162の一方の入力のMSB端子に入力されている。動きクラスのMSBとしてのMV1は、加算器162の一方の入力のMSBから2ビット目に入力されている。加算器162の一方の入力の下位3ビットは、接地され0とされている。
【0079】
ADRCエンコーダ140より出力された5ビットの空間クラスのデータであって、アドレス縮退回路141により4ビットに縮退されたデータSP3乃至SP0のうち、MSBのSP3は、シフタ163のMSBから2番目の端子に、SP2はMSBから2番目の端子に、SP1はMSBから3番目の端子に、そして、SP0はLSBの端子に、それぞれ入力されている。シフタ163のMSBの端子は接地され、0とされている。
【0080】
シフタ163は、動きクラスに対応して動作し、動きクラスが0である場合、入力された下位4ビットのデータを、そのまま加算器162の他方の入力の下位4ビットに入力させる。これに対して、動きクラスが0ではない場合(1または2である場合)、シフタ163は、下位4ビットのデータをLSB側に1ビットずつシフトさせる。すなわち、入力されたデータを、実質的に1/2の値とする。そして、ビットシフトした後のデータを、加算器162の他方の入力の下位4ビットに供給する。加算器162の他方の入力のMSBは、接地され、常に0とされている。
【0081】
加算器162は、一方の入力から供給された5ビットのデータと、他方の入力から供給された5ビットのデータとを加算し、加算結果をレジスタ164に出力し、保持させるようになされている。なお、この例における加算器162は、実質的に、図16におけるエンコーダ143を構成している。
【0082】
また、クラス分類部33には、減算器144に、図13に示す大エリアの最大値と最小値が、最大値最小値演算部32から供給されている。減算器144は、入力された最大値から最小値を減算し、比較器145に出力している。減算器146には、図12に示した小エリアの最大値と最小値が、最大値最小値演算部32より入力されている。減算器146は、入力された最大値から最小値を減算し、その減算結果を乗算器147に出力している。レジスタ148には、初期状態において、予め所定の設定値が保持されている。乗算器147は、減算器146より入力された値に、レジスタ148に保持されている係数を乗算し、その乗算器結果を比較器145に出力している。比較器145は、減算器144の出力と乗算器147の出力の大きさを比較し、減算器144の出力の方が大きい場合、短タップ選択信号を出力し、減算器144の出力が乗算器147の出力より小さいとき、長タップ選択信号を出力するようになされている。
【0083】
次に、その動作について説明する。ADRCエンコーダ140は、入力された5画素のSDデータk1乃至k5のそれぞれについて、上記した式に従って、再量子化コードQを演算し、空間クラスを表すデータとして、5ビットのデータADRC0乃至ADRC4を出力する。この5ビットのデータは、アドレス縮退回路141により、4ビットのデータSP3乃至SP0に縮退され、クラス縮退回路142のシフタ163に供給される。上述したように、クラス縮退回路142にはまた、動き判定部34より動きクラスMV1とMV0が供給されている。
【0084】
例えば、いま、上位2ビット(MV1,MV0)の動きクラスと、下位4ビット(SP3,SP2,SP1,SP0)の空間クラスよりなる6ビットによりクラスコードが構成されているものとすると、クラスコードが”010011”である場合、オア回路161は、”1”を加算器162の一方の入力のMSBに出力し、その次のビットには、動きクラスのMSBである”0”が入力される。加算器162の一方の入力の下位3ビットは常に0とされているため、結局、加算器162の一方の入力には”10000”が入力されることになる。
【0085】
一方、いまクラスは1であり、0ではないから、シフタ163は、端子SP3乃至SP0に入力された”0011”をLSB側に1ビットずつシフトして、”0001”とする。これが、加算器162の他方の入力の下位4ビットに入力され、そのMSBは常に0とされているため、結局、加算器162の他方の入力には”00001”が供給されることになる。その結果、加算器162の出力は、”10001”となり、これがレジスタ164に出力され、保持される。これにより、クラスコードが19(=010011)から、17(=10001)へ縮退される。
【0086】
同様に、クラスコードが”100101”である場合、加算器162の一方の入力には”11000”が入力され、他方の入力には”00010”が入力される。その結果、加算器162の出力は”11010”となり、クラスコードが37(=100101)から、26(=11010)に縮退される。
【0087】
図19は、このようにして、クラスが縮退される様子を表している。同図に示すように、動きクラスが0,1または2である場合における縮退前のクラスが、それぞれ0乃至15、16乃至31、または32乃至47であるとすると、合計48個のクラスを表すために、6ビットの符号が必要となる。これに対して、クラス縮退回路142により、クラス縮退処理を行うことにより、動きクラスが0である場合の縮退後のクラスは0乃至15とするが、動きクラス1である場合におけるクラスを16乃至23とし、動きクラスが2である場合におけるクラスを24乃至31とし、縮退前の1/2とすることにより、クラスの合計数は32個となり、5ビットで表すことが可能となる。従って、後述する係数RAM部40において記憶しておく係数の数がそれだけ少なくなり、係数RAM部40の容量をそれだけ小さくすることが可能となる。
【0088】
一方、減算器144は、大エリアの最大値から最小値を減算し、比較器145に出力している。減算器146は、小エリアの最大値から最小値を減算し、乗算器147に出力している。乗算器147は、減算器146の出力に、レジスタ148に保持されている係数を乗算し、比較器145に出力する。レジスタ148に設定する値は、図12に示す小エリアの5個のSD画素の最大値と最小値の差が、図13に示す大エリアの13個のSD画素の最大値と最小値の差に対応する値になるように調整するものである。そして、比較器145において、減算器144の出力と、乗算器147の出力の大きさを比較し、急峻な変化の有無を判定する。
【0089】
減算器144の出力の方が乗算器147の出力より小さいとき(急峻な変化がないとき)、比較器145は、長タップ選択信号を出力し、減算器144の出力の方が乗算器147の出力より大きいとき(急峻な変化があるとき)、比較器145は、短タップ選択信号を出力する。これにより、急峻な変化がある場合においては、予測範囲を狭くして、リンギング成分の発生を抑制するようにする。
【0090】
詳細は後述するが、長タップ選択信号が出力された場合、後述するタップ縮退部35,36において、図4に示す所定のフィールドに存在するSD画素x1,x2,x4乃至x6,x10乃至x16,x20乃至x22,x24の17個(17タップ)のSD画素をタップ縮退して、7画素(7タップ)のデータを生成し、この7タップに対して、係数を積和演算することで、HD画素を演算する。これに対して、短タップが選択された場合においては、図20に示すように、SD画素データx2,x5,x12乃至x14,x21,x24の実在する7個のSD画素(7タップ)に対して係数を積和演算することにより、HD画素を求めるようにする。いずれの場合も、最終的に係数が演算されるタップ数は7個とされているので、積和演算のための回路としての積和部38,39は、共通化することができる。
【0091】
コントロールROM部37は、クラス分類部33より出力されたクラスコードと、長タップまたは短タップ選択信号に対応して、タップ縮退部35,36を制御するようになされている。すなわち、長タップ選択信号が入力された場合には、コントロールROM部37は、タップ縮退部35,36を制御し、ディレイレジスタ部31より、図4に示した現在のフィールドの17タップのSD画素x1,x2,x4乃至x6,x10乃至x16,x20乃至x22,x24,x25を取り込ませる。これに対して、短タップ選択信号が入力された場合においては、コントロールROM部37は、タップ縮退部35,36に対して、ディレイレジスタ部31から、図20に示す現在のフィールドの7個のSD画素x2,x5,x12乃至x14,x21,x24を、タップ縮退部35,36に取り込ませる。
【0092】
タップ縮退部35,36は、図4に示す17個のSD画素を取り込んだとき、これを7個の画素に縮退する処理を行って、対応する積和部38,39に出力する。17個の画素を7個の画素に縮退する回路は、膨大な構成となるので、これを図示するのが困難である。そこで、ここでは、7個の画素を取り込んで、3個の画素に縮退する場合のタップ縮退部の構成例について、図21を参照して説明する。
【0093】
図21はモード1のタップ縮退部35の構成例を示している。図21に示すように、マルチプレクサ181−1の入力には、図22に示す7個のSD画素のうち、SD画素x2が、その2つの入力端子のそれぞれに供給される。マルチプレクサ181−2には、2つの入力のいずれにもSD画素x5が供給される。マルチプレクサ181−3の左側の入力には、SD画素x12が供給され、右側の入力には、SD画素x14が供給される。マルチプレクサ181−4には、2つの入力のいずれにもSD画素x13が供給されている。マルチプレクサ181−5の左側の入力には、SD画素x14が供給され、右側の入力には、SD画素x12が供給されている。マルチプレクサ181−6には、その2つの入力のいずれにもSD画素x21が供給され、マルチプレクサ181−7には、2つの入力のいずれにもSD画素x24が供給されている。
【0094】
すなわち、図22に示すように、垂直な線に対して左右対称に対応する画素が存在する画素は、対応するマルチプレクサの一方の入力と他方の入力に供給されている。そして、一方のマルチプレクサと他方のマルチプレクサの入力の配置が対称となるようになされている。すなわち、図21に示すように、マルチプレクサ181−3においては、その左側の入力にSD画素x12が供給され、右側の入力にSD画素x14が供給されているのに対して、マルチプレクサ181−5においては、その左側の入力にSD画素x14が供給され、右側の入力にSD画素x12が供給されている。
【0095】
そして、線対称として対応する画素が存在しない画素に対応するマルチプレクサの2つの入力のそれぞれには、同一の画素が供給されている。
【0096】
各マルチプレクサ181−1乃至181−7は、例えば、コントロールROM部37から論理0のコントロール信号が入力されたとき、左右の入力のうちの左側の入力を選択、出力し、論理1が入力されたとき、右側の入力を選択、出力する。従って、レジスタ182−1乃至182−7には、論理0のコントロール信号が、マルチプレクサ181−1乃至181−7に入力されたとき、SD画素x2,x5,x12,x13,x14,x21またはx24が、それぞれ保持される。これに対して、論理1のコントロール信号が、マルチプレクサ181−1乃至181−7に入力された場合においては、SD画素x2,x5,x14,x13,x12,x21またはx24が保持される。
【0097】
なお、マルチプレクサ181−1乃至181−7の制御に対して、レジスタ182−1乃至182−7以降の制御は、倍速で行われるようになされている。
【0098】
図20を参照して説明したように、SD画素x13の左上のHD画素y1を生成する場合、マルチプレクサ181−1乃至181−7に例えば論理0が入力され、右上のHD画素y2を生成する場合、論理1が入力される。
【0099】
レジスタ182−1に保持された画素データは、レジスタ186−1,188−1,190−1を介して、そのまま出力される。
【0100】
レジスタ182−2に保持されたSD画素は、マルチプレクサ183−1の右側の入力と、マルチプレクサ183−3の左側の入力に供給される。レジスタ182−3の出力は、マルチプレクサ183−1の左側の入力と、マルチプレクサ183−4の右側の入力に供給される。レジスタ182−4の出力は、マルチプレクサ183−2の一方の入力に供給されるとともに、マルチプレクサ183−5の右側の入力に供給される。レジスタ182−5の出力は、マルチプレクサ183−4の左側の入力に供給される。レジスタ182−6の出力は、マルチプレクサ183−3の右側の入力に供給される。レジスタ182−7の出力は、マルチプレクサ183−5の左側の入力に供給される。
【0101】
マルチプレクサ183−1乃至183−5は、コントロールROM部37より供給されるコントロールコードに対応して、左側の入力または右側の入力の一方を選択し、後段の回路に出力する。マルチプレクサ183−1は、選択したSD画素データを2の補数回路184−1に供給する。2の補数回路184−1は、コントロールROM部37からのコントロール信号に対応して、マルチプレクサ183−1より入力されたデータを、そのままレジスタ186−2に出力するか、または2の補数の演算を行って、演算結果をレジスタ186−2に出力する。2の補数演算は、SDデータのビットの1を0に反転し、0を1に反転し、さらに、LSBに1を付加(加算)することにより行われる。
【0102】
マルチプレクサ183−2は、コントロールROM部37からのコントロールコードに対応して、レジスタ182−4からのデータ、または0を選択し、レジスタ186−3に出力する。加算器187−1は、レジスタ186−2の出力と、レジスタ186−3の出力とを加算し、レジスタ188−2、レジスタ190−2を介して出力する。
【0103】
マルチプレクサ183−3は、レジスタ182−2の出力、またはレジスタ182−6の出力の一方をコントロールROM部37のコントロールコードに対応して選択し、2の補数回路184−2に供給する。2の補数回路184−2は、2の補数回路184−1における場合と同様に、コントロールROM部37からのコントロールコードに対応して、マルチプレクサ183−3より供給された画素データを、そのまま、または、2の補数演算を行って、レジスタ186−4に出力する。
【0104】
マルチプレクサ183−4は、レジスタ182−5の出力、またはレジスタ182−3の出力をコントロールROM部37からのコントロールコードに対応して選択し、選択した画素データを2の補数回路185に出力する。2の補数回路185は、マルチプレクサ183−4から入力された画素データに対して2の補数演算を行い、演算結果をレジスタ186−5に出力する。加算器187−2は、レジスタ186−4の出力と、レジスタ186−5の出力とを加算し、レジスタ188−3に出力する。
【0105】
マルチプレクサ183−5は、レジスタ182−7の出力と、レジスタ182−4の出力の一方を、コントロールROM部37のコントロールコードに対応して選択し、2の補数回路184−3に出力する。2の補数回路184−3は、コントロールROM部37からのコントロールコードに対応して、入力された画素データを、そのままレジスタ186−6に出力するか、または2の補数演算を行ってレジスタ186−6に出力する。レジスタ186−6の出力は、さらにレジスタ188−4に供給される。
【0106】
加算器189は、レジスタ188−3の出力と、レジスタ188−4の出力とを加算し、加算結果をレジスタ190−3に出力する。
【0107】
以上のようにして、図22に示す7タップのデータが、3タップのデータに変換される。
【0108】
近傍の画像データは、自己相関性が強いため、中心のSD画素データに対して、左右対称であることが多い。そこで、タップ縮退部35において、水平方向に鏡像関係にあるHD画素y1を求める場合と、HD画素y2を求める場合とで、鏡像関係にあるSD画素を入れ換えるだけで、実質的に同一の回路で、HD画素y1とHD画素y2のいずれをも求めることができる。
【0109】
同様に、タップ縮退部36において、水平方向に鏡像関係にあるHD画素y3と、HD画素y4を生成する場合においても、同様のタップ縮退処理を行うことができる。
【0110】
なお、タップ縮退部35,36において、17タップを取り込んで、7タップを出力する場合には、鏡像関係は、図23に示すようになる。すなわち、SD画素x4とx6が鏡像関係となる。同様に、SD画素x10とx16、x11とx15、x12とx14、x20とX22が、それぞれ鏡像関係となる。
【0111】
図21における鏡像関係にない画素データが入力されているマルチプレクサ181−1,181−2,181−4,181−6,181−7は、実質的には、常に同一の画素データを選択出力するので、省略することも可能である。
【0112】
以上のようにして、長タップモードにおいては、タップ縮退部35,36で、17タップから縮退された7タップのデータが、それぞれモード1とモード2の積和部38,39に入力される。短タップモード時においては、タップ縮退部35,36で取り込まれた7タップのデータが、そのまま積和部38,39に入力される。
【0113】
図24は、係数RAM部40の構成例を表している。この例は、3タップ分の係数を記憶する場合を示しているが、図6の係数RAM部40においては、上述したように7タップ分の係数が記憶される。
【0114】
初期化モード時、デコーダ202は、SRAM(Static Random Access Memory)205−1乃至205−3を書き込み状態にする。初期化カウンタ201は、クロックを計数し、そのカウント値を出力する。デコーダ202は、初期化モード時、マルチプレクサ203を制御し、初期化カウンタ201の出力を選択させる。その結果、初期化カウンタ201のカウント値がマルチプレクサ203からレジスタ204に供給され、保持される。そして、レジスタ204に保持されたカウント値が、SRAM205−1乃至205−3に書き込みアドレスとして供給される。また、このとき、初期化回路10より供給される係数データが、SRAM205−1乃至205−3に供給される。その結果、SRAM205−1乃至205−3には、初期化回路10より供給された係数が、初期化カウンタ201で指定したアドレスに書き込まれる。
【0115】
このようにして、SRAM205−1乃至205−3に必要な係数がすべて書き込まれたとき、初期化カウンタ201は、初期化回路10より供給されるリセット信号に対応してリセットされ、デコーダ202は、初期化カウンタ201がリセットされたとき、SRAM205−1乃至205−3を読み出しモードに設定するとともに、マルチプレクサ203を制御し、クラス分類部33のエンコーダ143の出力するクラスコードを選択させ、レジスタ204に供給させる。その結果、レジスタ204に保持されたクラスコードが読み出しアドレスとして、SRAM205−1乃至205−3に供給される。従って、SRAM205−1乃至205−3から、クラスコードに対応する係数が読み出され、レジスタ206−1乃至206−3を介して出力される。このようにして読み出された係数は、積和部38,39に供給される。
【0116】
ここで、係数RAM部40に記憶されるクラス毎の係数は、例えば、日本出願公開特許公報平9−51510(1997年2月18日公開)に記載されている学習方法を用いて算出することができる。すなわち、既に知られているHD信号を学習データとして利用して学習を行うことで、クラス毎の係数を算出することができる。具体的には、学習データとしてのHD信号を間引いて、学習用のSD信号を生成する。さらに、学習データとしてのHD信号を構成するあるHD画素を注目HD画素とし、その注目HD画素を、その周辺に位置する、学習用のSD信号を構成する幾つかのSD画素と所定の係数とを用いた線形一次結合モデルによって表す。このとき用いた係数を各クラス毎に最小自乗法を用いて求める。このように、既知のHD信号を学習データとして利用して係数を得る際には、1つのHD信号(1画面のHD画像)だけではなく、複数のHD信号を用いることにより、より正確な係数を得ることができる。なお、詳細については、上記出願を参照することとして、ここでは省略する。
【0117】
図25は、積和部38の構成例を表している。上述したように、積和部38(積和部39も同様)は、タップ縮退部35より供給される7タップのデータに対して、係数RAM部40より供給される7個の係数を乗算して、1つのHD画素データを演算により求めるのであるが、説明の便宜上、図25に4タップの積和演算を行う場合の構成例を示す。
【0118】
図25においては、タップ縮退部35より供給された4タップの画素データが、それぞれレジスタ211−1乃至211−4に保持される。また、係数RAM部40より供給された係数データが、レジスタ212−1乃至212−4に保持される。乗算器213−1は、レジスタ211−1に保持された画素データと、レジスタ212−1に保持された係数データとを乗算し、レジスタ214−1に出力する。乗算器213−2は、レジスタ212に保持された画素データと、レジスタ212−2に保持された係数データとを乗算し、乗算結果をレジスタ214−2に出力する。
【0119】
加算器215−1は、レジスタ214−1に保持された値と、レジスタ214−2に保持された値とを加算し、加算結果をレジスタ216−1に出力する。
【0120】
同様に、レジスタ211−3に保持された画素データと、レジスタ212−3に保持された係数データが、乗算器213−3により乗算され、レジスタ214−3に保持される。また、レジスタ211−4に保持された画素データと、レジスタ212−4に保持された係数データとが、乗算器213−4により乗算され、レジスタ214−4に保持される。
【0121】
加算器215−2は、レジスタ214−3に保持された値と、レジスタ214−4に保持された値とを加算し、レジスタ216−2に出力し、保持させる。
【0122】
加算器217は、レジスタ216−1に保持された値と、レジスタ216−2に保持された値とを加算し、レジスタ218を介して出力する。
【0123】
すなわち、この回路により、レジスタ211−1乃至211−4に保持される画素データを、便宜上、x1乃至x4とし、レジスタ212−1乃至212−4に保持される係数を、w1乃至w4とすると、レジスタ218には、次式で示す演算結果がHD画素データとして保持される。
HD=x1×w1+x2×w2+x3×w3+x4×w4
【0124】
以上のようにして、HD画素y1,y2が演算され、走査線変換回路11に出力される。
【0125】
同様にして、積和部39において、タップ縮退部36より供給された画素データと、係数RAM部40より供給された係数データとが積和演算されて、HD画素y3,y4が演算され、走査線変換回路11に出力される。
【0126】
以上のようにして、輝度信号成分について、SD画素からHD画素が生成される。同様の構成により、色信号成分についても、SD画素からHD画素を演算し、生成するようにすることも可能であるが、そのようにすると、色信号成分用の係数RAM部を設ける必要が生じ、解像度創造装置9が大型化し、高価となる。そこで、この実施の形態においては、色信号成分は、輝度信号成分とは異なる構成で処理されるようになされている。
【0127】
すなわち、図6に示すように、走査線変換回路8より入力された3ライン分の色信号成分の画素データは、ディレイレジスタ部41に入力され、保持される。このディレイレジスタ部41の構成は、輝度信号成分を保持するディレイレジスタ部31と、ライン数が異なる点を除き、基本的に同様の構成とされている。ディレイレジスタ部41には、注目画素のラインの色信号成分の画素データと、同一フィールドのその上下のラインの色信号成分の画素データの、合計3ライン分の画素データが保持されることになる。
【0128】
ディレイレジスタ部41に保持された画素データは、補間画素演算部42に入力され、補間処理が行われる。
【0129】
図26は、モード1において、HD画素y1,y2を生成する場合における図6の補間画素演算部42の構成例を表している。この補間画素演算部42には、図27に示すように、HD画素(の色信号成分)yC1,yC2の上側のラインのSD画素データ(端子U1乃至U5のSD画素データ)(色信号成分)と下側のラインのSD画素(端子J1乃至J5のSD画素データ)が入力されるようになされている。端子U1の8ビットのSD画素データは、シフタ231によりLSB側に3ビット分シフトされ、5ビットのSD画素データとして、マルチプレクサ233に入力されている。また、端子U3の8ビットのSD画素データは、シフタ232により、LSB側に3ビット分シフトされ、5ビットのSD画素データとして、マルチプレクサ233に入力されている。マルチプレクサ233は、シフタ231またはシフタ232により入力されたSD画素データのうち一方を、選択信号に対応して選択するようになされている。マルチプレクサ233の出力は、レジスタ234と235を介して、加算器236に供給されている。
【0130】
シフタ237は、端子U3から入力される8ビットのデータをLSB側に3ビット分シフトして、5ビットのデータとして加算器236に供給している。加算器236は、レジスタ235とシフタ237より供給された、それぞれ5ビットのデータを加算し、6ビットのデータとして、レジスタ238を介して加算器239に供給している。
【0131】
シフタ240は、端子J2の8ビットのSD画素データを、2ビット分だけLSB側にシフトして、6ビットのデータとして、マルチプレクサ242に供給している。シフタ241は、端子J4の8ビットのSD画素データを2ビット分だけLSB側にシフトして、6ビットのデータとしてマルチプレクサ242に供給している。マルチプレクサ242は、選択信号に対応して、2つの入力のうちの一方を選択し、レジスタ243を介して加算器239に供給している。
【0132】
加算器239は、レジスタ238の出力と、レジスタ243の出力を加算し、7ビットのデータをレジスタ244を介して加算器245に供給している。
【0133】
シフタ246は、端子J4より供給される8ビットのデータを1ビット分だけLSB側にシフトして、7ビットのデータとして加算器245に供給している。加算器245は、レジスタ244の出力と、シフタ246との出力とを加算し、8ビットのデータをレジスタ247を介して出力するようになされている。
【0134】
なお、図26における、シフタ231,232,237,240,241,246は、実質的にはMSB側から所定のビットだけを後段に配線することで実現することができる。
【0135】
図27に示すように、モード1において生成されるHD画素yC1,yC2と、端子J3の注目SD画素との距離をa1、HD画素yC1,yC2と端子U3のSD画素との距離をb1、HD画素yC1,yC2と端子U4,U2のSD画素との距離をc1、さらにHD画素yC1,yC2と端子J4,J2のSD画素との距離をd1とするとき、それらの逆数の比は次のようになる。
1/a1:1/b1:1/c1:1/d1=1/2:1/8:1/8:1/4
【0136】
同様に、モード2において生成されるHD画素yC3,yC4から端子J3のSD画素までの距離をa2、端子K3のSD画素までの距離をb2、端子K4,K2までの距離をc2、端子J4,J2のSD画素までの距離をd2とするとき、その距離の逆数の比は次のようになる。
1/a2:1/b2:1/c2:1/d2=
3/8:3/16:3/16:1/4
【0137】
次に、図28のタイミングチャートを参照して、その動作について説明する。いま、図27に示すように、端子U1乃至U5にSD画素A’乃至I’が順次入力され、端子J1乃至J5にSD画素A乃至Iが、順次供給されるものとすると、図28に示すように、各端子U1乃至U5、または各端子J1乃至J5の画素データは、隣の端子より、1クロック分ずつ、順次遅れることになる。
【0138】
マルチプレクサ233は、画素データのシフトの周期に対して、1/2の周期で、2つの入力のうちの一方の入力を交互に選択する。従って、図28に示すように、レジスタ234は、所定のタイミングにおいて、シフタ231より供給されるSD画素E’を保持したとすると、次のタイミングにおいては、シフタ232より供給されるSD画素C’を保持する。レジスタ234に保持されたSD画素E’,C’は、後段のレジスタ235に順次転送される。
【0139】
レジスタ235にSD画素E’が保持され、加算器236の一方の入力に供給されたとき、加算器236の他方の入力には、シフタ237からSD画素D’が供給される。加算器236は、2つの入力を加算し、レジスタ238に出力するので、レジスタ238には、データE’+D’が保持される。そして、次のタイミングにおいては、加算器236は、レジスタ235に保持されているSD画素C’と、シフタ237より供給されるSD画素D’とを加算するので、レジスタ238にはデータC’+D’が保持される。
【0140】
同様に、データ転送周期の1/2の周期で、2つの入力のうちの一方を交互に選択し、出力するマルチプレクサ242は、レジスタ238がデータC’+D’を保持しているタイミングのとき、シフタ240より供給されるSD画素Eを選択し、レジスタ243に保持させ、レジスタ238にデータC’+D’が保持されているタイミングにおいては、SD画素Cをレジスタ243に保持させる。
【0141】
加算器239は、レジスタ238とレジスタ243に保持されているデータを加算し、レジスタ244に出力するので、レジスタ244は、レジスタ238にデータE’+D’が保持され、レジスタ243にデータEが保持されている状態の次のタイミングにおいては、この2つのデータを加算したデータE’+D+Eを保持する。そして、レジスタ244は、さらに次のタイミングにおいては、データC’+D’+Cを保持する。
【0142】
レジスタ244にデータE’+D+Eが保持されたタイミングにおいて、シフタ246は、データDを出力する。従って、加算器245により、レジスタ244に保持されたデータE’+D+Eと、シフタ246より出力されたデータDとが加算され、レジスタ247にデータE’+D’+E+Dが保持される。同様に、次のタイミングにおいては、レジスタ244にデータC’+D’+Cが保持され、シフタ246よりデータDが供給されるので、レジスタ247には、データC’+D’+C+Dが保持される。
【0143】
図27を参照して説明したように、データE’,C’,D’,E,C,Dは、それぞれ各端子の画素データに対し、次の関係を有している。
E’=(1/8)U2
C’=(1/8)U4
D’=(1/8)U3
E=(1/4)J2
C=(1/4)J4
D=(1/2)J3
【0144】
従って、データE’+D’+E+Dは、次式で表されるHD画素yC2を表している。
yC2=(1/8)U2+(1/8)U3+(1/4)J2+(1/2)J3
【0145】
また、データC’+D’+C+Dは、次式で表されるHD画素yC1を表すことになる。
yC1=(1/8)U4+(1/8)U3+(1/4)J4+(1/2)J3
【0146】
以上においては、モード1においてHD画素yC1,yC2を求める場合を説明したが、モード2においてHD画素yC3,yC4を求める場合も、上述した式に従って、通常の補間処理により演算が行われる。
【0147】
以上においては、NTSC方式のSD信号を、ハイビジョンのHD信号に変換する場合を例として説明したが、本発明は、このような方式に限定されるものではない。要は、低品位の画素データから高品位の画素データを生成する場合に応用することが可能である。
【0148】
【発明の効果】
以上の如く、本発明の信号変換装置および信号変換方法によれば、輝度信号成分については、例えば、学習などによって得られた、クラスに対応する第1の係数を用いて演算を行うようにし、色信号成分については、第1および第2のディジタル画像信号の画素どうしの位置関係に基づいて得られる第2の係数を用いて演算を行うようにしたので、係数記憶のための容量を小さくし、小型化、低コスト化を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の信号変換装置の構成例を示すブロック図である。
【図2】図1の走査線変換回路8の順方向の動作を説明する図である。
【図3】図1の走査線変換回路8の逆方向の動作を説明する図である。
【図4】図1の解像度創造装置9の処理を説明する図である。
【図5】SD画素とHD画素の位置関係を説明する図である。
【図6】図1の解像度創造装置9の構成例を示すブロック図である。
【図7】図6のディレイレジスタ部31の構成例を示すブロック図である。
【図8】図6の最大値最小値演算部32の構成例を示すブロック図である。
【図9】図8の比較大選択回路61の構成例を示すブロック図である。
【図10】図8の比較小選択回路65の構成例を示すブロック図である。
【図11】空間クラスの画素の範囲を説明する図である。
【図12】小エリアの画素を説明する図である。
【図13】大エリアの画素を説明する図である。
【図14】図6の動き判定部34の構成例を示すブロック図である。
【図15】図14の絶対値演算回路101の処理を説明する図である。
【図16】図6のクラス分類部33の構成例を示すブロック図である。
【図17】図16のアドレス縮退回路141の構成例を示すブロック図である。
【図18】図16のクラス縮退回路142の構成例を示すブロック図である。
【図19】図16のクラス縮退回路142の動作を説明する図である。
【図20】短タップモードにおける画素の範囲を説明する図である。
【図21】図6のタップ縮退部35の構成例を示すブロック図である。
【図22】7タップの画素の範囲を説明する図である。
【図23】17タップの画素の範囲を説明する図である。
【図24】図6の係数RAM部40の構成例を示すブロック図である。
【図25】図6の積和部38の構成例を示すブロック図である。
【図26】図6の補間画素演算部42の構成例を示すブロック図である。
【図27】図26の補間画素演算部42の動作を説明する図である。
【図28】図26の補間画素演算部の動作を説明するタイミングチャートである。
【符号の説明】
4,5 フィールドメモリ, 6 ラインメモリ, 8 走査線変換回路, 9 解像度創造装置, 10 初期化回路, 11 走査線変換回路, 12,13 HDフィールドメモリ, 31 ディレイレジスタ部, 32 最大値最小値演算部, 33 クラス分類部, 34 動き判定部, 35,36 タップ縮退部, 37 コントロールRAM部, 38,39 積和部, 40 係数RAM部, 41 ディレイレジスタ部, 42 補間画素演算部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a signal conversion apparatus and method, and more particularly, to a signal conversion apparatus and method that efficiently process luminance and color signal components to generate a higher-resolution image signal.
[0002]
[Prior art]
Standard television broadcasting in Japan is NTSC (National Television System Committee) system. On the other hand, recently, higher-definition television broadcasting systems represented by high-vision have been developed and are becoming popular. In the case of the NTSC system, the number of scanning lines is 525, and the aspect ratio is 4: 3. On the other hand, in the high vision system, the number of scanning lines is 1125 and the aspect ratio is 16: 9. Therefore, in the case of the high-definition method, it is possible to enjoy a higher resolution and realistic image.
[0003]
In order to display an NTSC image on such a high-definition television receiver, an SD (Standard Definition) signal corresponding to the NTSC video signal is replaced with an HD (High Definition) signal corresponding to a higher resolution video signal. ) Needs to be converted to a signal. In the following, a signal in a state before being converted into a larger number is appropriately referred to as an SD signal, SD data, or SD pixel, and a signal in a state after being converted is referred to as an HD signal, HD data, Or, it is called an HD pixel.
[0004]
Conventionally, the conversion processing of the SD signal into the HD signal has been performed by simple interpolation processing in the horizontal direction and the vertical direction.
[0005]
However, since this interpolation processing is performed by a cascade connection type FIR filter, the resolution of the HD signal is the same as that of the original SD signal. Rather, when a normal image is to be converted, the interpolation in the vertical direction is performed by intra-field processing, and inter-field correlation is not used. Therefore, in the still image portion, the resolution is degraded compared to the SD signal due to conversion loss. There was a drawback.
[0006]
Therefore, the applicant of the present invention, as Japanese Patent Application No. 6-205934, performs class division according to the three-dimensional (spatio-temporal) distribution of the image signal level that is the input signal, and the prediction obtained by learning in advance for each class. A method of calculating an optimum estimated value as an HD signal using a coefficient value was proposed.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, if both the luminance signal and the color signal are processed by the method as proposed above, a high-resolution image can be obtained, but the capacity of the ROM for storing the coefficients becomes large, and the apparatus only becomes large. In addition, there was a problem of high costs.
[0008]
The present invention has been made in view of such a situation, and is intended to achieve downsizing and cost reduction.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The signal conversion apparatus according to claim 1 stores, for each predetermined class, a first coefficient for converting the luminance signal component of the first digital image signal into the luminance signal component of the second digital image signal. Storage means, class classification means for classifying a class based on the luminance signal component of the first digital image signal, and spatial features of the first region in the first digital image signalchange ofAnd spatial features of the second region that are larger than the first regionchange ofThe comparison means for comparing with the result of the comparison by the comparison means,If the change in the spatial characteristics of the first region is greater than the change in the spatial characteristics of the second region,Tap reduction means for reducing the number of taps of the luminance signal component of the first digital signal, and a first coefficient corresponding to the class output by the class classification means are read from the storage means, the first coefficient, The first arithmetic means for obtaining the luminance signal component of the second digital image signal by calculating the luminance signal component of the digital image signal and the positional relationship between the pixels of the first and second digital image signals Second arithmetic means for obtaining a color signal component of the second digital image signal by performing an arithmetic operation on the second coefficient obtained based on the color signal component of the first digital image signal, The first calculation means performs the calculation using the luminance signal component of the first digital image signal in which the number of taps is reduced by the tap reduction means according to the comparison result by the comparison means. To.
[0010]
Claim13The signal conversion method described in 1) performs class classification for obtaining a class based on the luminance signal component of the first digital image signal, and spatial features of the first region in the first digital image signal.change ofAnd spatial features of the second region that are larger than the first regionchange ofAnd the result of the comparison,If the change in the spatial characteristics of the first region is greater than the change in the spatial characteristics of the second region,The first coefficient for reducing the number of taps of the luminance signal component of the first digital signal and converting the luminance signal component of the first digital image signal into the luminance signal component of the second digital image signal for each class The first coefficient corresponding to the obtained class is read out from the storage means stored in the first digital image signal and the luminance of the first digital image signal in which the number of taps is degenerated according to the comparison result. Calculating the luminance signal component of the second digital image signal by performing an operation with the signal component, while obtaining a second coefficient obtained based on the positional relationship between the pixels of the first and second digital image signals; The color signal component of the second digital image signal is obtained by performing an operation with the color signal component of the first digital image signal.
[0011]
In the signal conversion device according to
[0012]
Claim13In the signal conversion method described in 1), class classification for obtaining a class is performed based on the luminance signal component of the first digital image signal, and the spatial characteristics of the first region in the first digital image signal are obtained.change ofAnd spatial features of the second region that are larger than the first regionchange ofAnd the result of the comparison,If the change in the spatial characteristics of the first region is greater than the change in the spatial characteristics of the second region,The first coefficient for reducing the number of taps of the luminance signal component of the first digital signal and converting the luminance signal component of the first digital image signal into the luminance signal component of the second digital image signal for each class The first coefficient corresponding to the obtained class is read out from the storage means stored in the first digital image signal and the luminance of the first digital image signal in which the number of taps is degenerated according to the comparison result. Calculating the luminance signal component of the second digital image signal by performing an operation with the signal component, while obtaining a second coefficient obtained based on the positional relationship between the pixels of the first and second digital image signals; By calculating the color signal component of the first digital image signal, the color signal component of the second digital image signal is obtained.
[0014]
That is, the signal conversion device according to
[0015]
Claim3When the first digital image signal is a composite signal, the signal conversion device described in 1) separates the luminance signal component and the color signal component from the first digital image signal (for example, FIG. 1). And a
[0018]
Claim6In the signal conversion apparatus described in (1), the first calculation means is the first or second mode calculation means corresponding to the first or second mode (for example, the product-
[0019]
Claim7The signal conversion device described in (1) further includes degeneration means for degenerating the number of classes (for example, the
[0020]
Claim8The signal conversion device described in 1 is a first changing unit that changes the order of the scanning lines of the first digital image signal input to the first calculating unit between the first mode and the second mode. (For example, the scanning
[0021]
Claim13In the signal conversion method described in 1), the first digital image signal is converted into the first digital image signal.Higher resolutionIn the signal conversion method for converting into the second digital image signal, class classification for obtaining a class is performed based on the luminance signal component of the first digital image signal,The change of the spatial feature of the first region in the first digital image signal is compared with the change of the spatial feature of the second region larger than the first region. Therefore, when the change in the spatial characteristics of the first region is large, the number of taps of the luminance signal component of the first digital signal is degenerated,Storage means (for example, a coefficient RAM shown in FIG. 6) that stores, for each class, a first coefficient for converting the luminance signal component of the first digital image signal into the luminance signal component of the second digital image signal A first coefficient corresponding to the determined class, and the first coefficient,The number of taps was reduced according to the comparison result.By calculating the luminance signal component of the first digital image signal by calculating the luminance signal component of the second digital image signal, the luminance signal component of the second digital image signal is obtained based on the positional relationship between the pixels of the first and second digital image signals. The color signal component of the second digital image signal is obtained by calculating the obtained second coefficient and the color signal component of the first digital image signal.
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below. FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of a signal conversion apparatus of the present invention. The
[0024]
The
[0025]
The
[0026]
The
[0027]
In the mode 1 (described later with reference to FIG. 4), the scanning
[0028]
The resolution creation device 9 performs initialization processing corresponding to the data supplied from the initialization circuit 10, and then corresponds to the pixel data and color signal C corresponding to the luminance signal Y input from the scanning
[0029]
That is, as shown in FIG. 4, the resolution creation device 9 generates HD data indicated by small circles in the figure from SD data indicated by large circles in the figure. In the figure, the solid line represents pixel data of the current field, and the broken line represents pixel data of the immediately preceding field.
[0030]
The scan line of the HD signal generated by the resolution creation device 9 is returned to the original order by the scan
[0031]
In the
[0032]
Note that each block constituting the signal conversion apparatus of FIG. 1 is configured by one chip, for example. However, it is also possible to configure a plurality of blocks (including all of them) with one chip.
[0033]
Next, the operation will be described. The
[0034]
The
[0035]
As shown in FIG. 2, when the scanning
[0036]
On the other hand, in
[0037]
Here,
[0038]
As shown in FIG. 5, when the vertical interval between SD pixels in each field is 1, the vertical interval between HD pixels y1 and y2 and SD pixel x13 is 1/8. The interval between the HD pixels y3 and y4 and the SD pixel x13 is 3/8. Therefore, the vertical interval between the HD pixels y1 and y2 and the HD pixels y3 and y4 is 4/8 (= 1/2).
[0039]
The resolution creation device 9 generates HD pixel data from the input SD pixel data and outputs the HD pixel data to the scanning
[0040]
The scanning
[0041]
The
[0042]
In the embodiment shown in FIG. 1, the
[0043]
FIG. 6 illustrates a detailed configuration example of the resolution creation device 9. The
[0044]
FIG. 7 illustrates a configuration example of the
[0045]
FIG. 8 illustrates a configuration example of the maximum value / minimum
[0046]
The comparison
[0047]
The comparative large selection circuit 61 is configured, for example, as shown in FIG. That is, the two inputs are input to the multiplexer (MUX) 71 and the
[0048]
The comparative
[0049]
Next, the operation will be described. For example, the
[0050]
At this time, the SD pixels k1 and k2 are first input to the comparative large selection circuit 61. In the comparative large selection circuit 61, the
[0051]
Next, the comparison size selection circuit 61 compares the sizes of the SD pixels k3 and k4. In the same manner as described above, the larger pixel is held in the
[0052]
Next, the comparison large selection circuit 61 compares the SD pixel k5 with the 0 pixel (virtual pixel). In this case, the SD pixel k5 is selected and supplied to the other input of the comparative
[0053]
On the other hand, the
[0054]
Further, the comparison
[0055]
In addition, the
[0056]
Further, as shown in FIG. 13, the large area is located on the SD pixel x13 as the target pixel, the SD pixels x11, x12, x14, and x15 located on the same line in the same field, and the upper and lower lines thereof. It means 13 pixels of SD pixels x4 to x6, x20 to x22, and SD pixels x2 and x24 located on the upper and lower lines. The maximum value / minimum
[0057]
FIG. 14 illustrates a configuration example of the
[0058]
As shown in FIG. 14, among the 3 × 3 SD pixels, the uppermost line SD pixels (SD pixels m1 to m3 and SD pixels n1 to n3 in FIG. 15) are input to the absolute
[0059]
Similarly, the absolute value of the difference between the two SD pixels output from the absolute
[0060]
The absolute
[0061]
In the initial state, a predetermined set value (threshold value) is input and held in the
[0062]
Next, the operation will be described. The absolute
[0063]
Further, at the next timing, the absolute
[0064]
As described above, the
[0065]
A similar process is performed for the SD pixels on the second line and the third line. The
[0066]
The
[0067]
As described above, the
[Expression 1]
[0068]
The
[0069]
In the above description, the absolute
[0070]
FIG. 16 illustrates a configuration example of the
Q = [(L−MIN + 0.5) × 2n/ DR]
[] Means a truncation process, and DR is expressed by the following equation.
DR = MAX-
n means bit allocation. For example, in the case of 1-bit ADRC, n = 1.
[0071]
As described above, each of the five SD pixels is represented by a 1-bit requantization code Q, which is a total of 5 bits of SD pixels.
[0072]
The 5-bit space class data output from the
[0073]
As shown in FIG. 17, the 5-bit outputs of the
[0074]
When ADRC0 is 0, each of the
[0075]
In this way, the 5-bit space class is converted to 4 bits and output to the
[0076]
The
[0077]
The
[0078]
The
[0079]
Of the data SP3 to SP0, which is 5-bit space class data output from the
[0080]
The
[0081]
The
[0082]
Further, the maximum value and the minimum value of the large area shown in FIG. 13 are supplied from the maximum value / minimum
[0083]
Next, the operation will be described. The
[0084]
For example, suppose that a class code is composed of 6 bits consisting of a motion class of upper 2 bits (MV1, MV0) and a space class of lower 4 bits (SP3, SP2, SP1, SP0). Is “010011”, the
[0085]
On the other hand, since the class is 1 and not 0, the
[0086]
Similarly, when the class code is “100101”, “11000” is input to one input of the
[0087]
FIG. 19 shows how a class is degenerated in this way. As shown in the figure, assuming that the classes before degeneration when the motion class is 0, 1 or 2 are 0 to 15, 16 to 31, or 32 to 47, respectively, a total of 48 classes are represented. Therefore, a 6-bit code is required. On the other hand, by performing class degeneration processing by the
[0088]
On the other hand, the
[0089]
When the output of the
[0090]
As will be described in detail later, when a long tap selection signal is output, SD pixels x1, x2, x4 to x6, x10 to x16, which are present in a predetermined field shown in FIG. Seventeen (17 taps) SD pixels of x20 to x22, x24 are subjected to tap degeneration to generate data of 7 pixels (7 taps). Calculate the pixel. On the other hand, when the short tap is selected, as shown in FIG. 20, for the seven existing SD pixels (7 taps) of the SD pixel data x2, x5, x12 to x14, x21, x24, Thus, the HD pixel is obtained by calculating the product sum. In any case, since the number of taps in which the coefficient is finally calculated is seven, the product-
[0091]
The
[0092]
When the
[0093]
FIG. 21 shows a configuration example of the
[0094]
That is, as shown in FIG. 22, a pixel in which there is a pixel corresponding to left-right symmetry with respect to a vertical line is supplied to one input and the other input of the corresponding multiplexer. The arrangement of the inputs of one multiplexer and the other multiplexer is made symmetric. That is, as shown in FIG. 21, in the multiplexer 181-3, the SD pixel x12 is supplied to the left input and the SD pixel x14 is supplied to the right input, whereas in the multiplexer 181-5 The SD pixel x14 is supplied to the left input, and the SD pixel x12 is supplied to the right input.
[0095]
The same pixel is supplied to each of the two inputs of the multiplexer corresponding to the pixel in which no corresponding pixel exists as line symmetry.
[0096]
For example, when a
[0097]
In contrast to the control of the multiplexers 181-1 to 181-7, the control after the registers 182-1 to 182-7 is performed at double speed.
[0098]
As described with reference to FIG. 20, when generating the upper left HD pixel y1 of the SD pixel x13, for example,
[0099]
The pixel data held in the register 182-1 is output as it is through the registers 186-1, 188-1, and 190-1.
[0100]
The SD pixel held in the register 182-2 is supplied to the right input of the multiplexer 183-1 and the left input of the multiplexer 183-3. The output of the register 182-2 is supplied to the left input of the multiplexer 183-1 and the right input of the multiplexer 183-4. The output of the register 182-4 is supplied to one input of the multiplexer 183-2 and also supplied to the right input of the multiplexer 183-5. The output of the register 182-5 is supplied to the left input of the multiplexer 183-4. The output of the register 182-6 is supplied to the right input of the multiplexer 183-3. The output of the register 182-7 is supplied to the left input of the multiplexer 183-5.
[0101]
The multiplexers 183-1 to 183-5 select one of the left input and the right input corresponding to the control code supplied from the
[0102]
The multiplexer 183-2 selects data from the register 182-4 or 0 corresponding to the control code from the
[0103]
The multiplexer 183-3 selects one of the output of the register 182-2 or the output of the register 182-6 in accordance with the control code of the
[0104]
The multiplexer 183-4 selects the output of the register 182-5 or the output of the register 182-3 corresponding to the control code from the
[0105]
The multiplexer 183-5 selects one of the output of the register 182-7 and the output of the register 182-4 according to the control code of the
[0106]
The
[0107]
As described above, the 7-tap data shown in FIG. 22 is converted into 3-tap data.
[0108]
Since neighboring image data has strong autocorrelation, it is often left-right symmetric with respect to the central SD pixel data. Therefore, in the tap degeneracy unit 35, when the HD pixel y1 having a mirror image relationship in the horizontal direction is obtained and when the HD pixel y2 is obtained, the SD pixel having the mirror image relationship is simply replaced, and the substantially same circuit is obtained. Both the HD pixel y1 and the HD pixel y2 can be obtained.
[0109]
Similarly, when the
[0110]
In addition, when 17 taps are taken in
[0111]
The multiplexers 181-1, 181-2, 181-4, 181-6, and 181-7 to which pixel data not in the mirror image relation in FIG. 21 are input substantially always select and output the same pixel data. Therefore, it can be omitted.
[0112]
As described above, in the long tap mode, the data of 7 taps reduced from 17 taps by the
[0113]
FIG. 24 illustrates a configuration example of the
[0114]
In the initialization mode, the
[0115]
Thus, when all the necessary coefficients are written in the SRAMs 205-1 to 205-3, the
[0116]
Here, the coefficient for each class stored in the
[0117]
FIG. 25 illustrates a configuration example of the product-
[0118]
In FIG. 25, the 4-tap pixel data supplied from the tap degeneration unit 35 is held in the registers 211-1 to 211-4, respectively. Further, the coefficient data supplied from the
[0119]
Adder 215-1 adds the value held in register 214-1 and the value held in register 214-2, and outputs the addition result to register 216-1.
[0120]
Similarly, the pixel data held in the register 211-3 and the coefficient data held in the register 212-3 are multiplied by the multiplier 213-3 and held in the register 214-3. Further, the pixel data held in the register 211-4 and the coefficient data held in the register 212-4 are multiplied by the multiplier 213-4 and held in the register 214-4.
[0121]
The adder 215-2 adds the value held in the register 214-3 and the value held in the register 214-4, and outputs the result to the register 216-2 for holding.
[0122]
The
[0123]
That is, by this circuit, pixel data held in the registers 211-1 to 211-4 are x1 to x4 for convenience, and coefficients held in the registers 212-1 to 212-4 are w1 to w4. The
HD = x1 * w1 + x2 * w2 + x3 * w3 + x4 * w4
[0124]
As described above, the HD pixels y1 and y2 are calculated and output to the scanning
[0125]
Similarly, the product-
[0126]
As described above, HD pixels are generated from SD pixels for the luminance signal component. With the same configuration, it is also possible to calculate and generate HD pixels from SD pixels for the color signal components, but in this case, it is necessary to provide a coefficient RAM unit for the color signal components. The resolution creation device 9 becomes large and expensive. Therefore, in this embodiment, the color signal component is processed with a configuration different from the luminance signal component.
[0127]
That is, as shown in FIG. 6, the pixel data of the color signal components for three lines input from the scanning
[0128]
The pixel data held in the
[0129]
FIG. 26 illustrates a configuration example of the interpolation
[0130]
The
[0131]
The
[0132]
The
[0133]
The
[0134]
Note that the
[0135]
As shown in FIG. 27, the HD pixel y generated in
1 / a1: 1 / b1: 1 / c1: 1 / d1 = 1/2: 1/8: 1/8: 1/4
[0136]
Similarly, HD pixel y generated in
1 / a2: 1 / b2: 1 / c2: 1 / d2 =
3/8: 3/16: 3/16: 1/4
[0137]
Next, the operation will be described with reference to the timing chart of FIG. 27, assuming that SD pixels A ′ to I ′ are sequentially input to terminals U1 to U5 and SD pixels A to I are sequentially supplied to terminals J1 to J5, as shown in FIG. As described above, the pixel data of each of the terminals U1 to U5 or each of the terminals J1 to J5 is sequentially delayed by one clock from the adjacent terminal.
[0138]
The
[0139]
When the SD pixel E ′ is held in the
[0140]
Similarly, the
[0141]
The
[0142]
At the timing when the data E ′ + D + E is held in the
[0143]
As described with reference to FIG. 27, the data E ′, C ′, D ′, E, C, and D have the following relationships with the pixel data of the respective terminals.
E '= (1/8) U2
C '= (1/8) U4
D '= (1/8) U3
E = (1/4) J2
C = (1/4) J4
D = (1/2) J3
[0144]
Therefore, the data E ′ + D ′ + E + D is an HD pixel y expressed by the following equation:C2 is represented.
[0145]
Further, the data C ′ + D ′ + C + D is an HD pixel y expressed by the following equation:C1 will be represented.
[0146]
In the above, in
[0147]
In the above description, the case where the NTSC SD signal is converted into the HD signal of the high vision has been described as an example. However, the present invention is not limited to such a method. In short, the present invention can be applied when generating high-quality pixel data from low-quality pixel data.
[0148]
【The invention's effect】
As described above, according to the signal conversion device and the signal conversion method of the present invention, for the luminance signal component, for example, the first coefficient corresponding to the class obtained by learning or the like is used.CalculationFor the color signal component, the second coefficient obtained based on the positional relationship between the pixels of the first and second digital image signals is used.CalculationTherefore, it is possible to reduce the capacity for coefficient storage, and to reduce the size and cost.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of a signal conversion apparatus of the present invention.
2 is a diagram for explaining a forward operation of the scanning
FIG. 3 is a diagram illustrating an operation in the reverse direction of the scanning
FIG. 4 is a diagram for explaining processing of the resolution creation device 9 of FIG. 1;
FIG. 5 is a diagram illustrating a positional relationship between SD pixels and HD pixels.
6 is a block diagram illustrating a configuration example of the resolution creation device 9 in FIG. 1;
7 is a block diagram illustrating a configuration example of a
8 is a block diagram illustrating a configuration example of a maximum value / minimum
9 is a block diagram illustrating a configuration example of a comparative large selection circuit 61 in FIG. 8;
10 is a block diagram illustrating a configuration example of a small
FIG. 11 is a diagram illustrating a range of pixels of a space class.
FIG. 12 is a diagram illustrating pixels in a small area.
FIG. 13 is a diagram illustrating pixels in a large area.
14 is a block diagram illustrating a configuration example of a
15 is a diagram for explaining processing of the absolute
16 is a block diagram illustrating a configuration example of a
17 is a block diagram showing a configuration example of an
18 is a block diagram illustrating a configuration example of a
FIG. 19 is a diagram for explaining the operation of the
FIG. 20 is a diagram illustrating a pixel range in a short tap mode.
21 is a block diagram illustrating a configuration example of a tap degeneration unit 35 in FIG. 6. FIG.
FIG. 22 is a diagram illustrating a 7-tap pixel range.
FIG. 23 is a diagram illustrating a 17-tap pixel range.
24 is a block diagram illustrating a configuration example of a
25 is a block diagram illustrating a configuration example of a product-
26 is a block diagram illustrating a configuration example of an interpolation
27 is a diagram for explaining the operation of the interpolated
FIG. 28 is a timing chart for explaining the operation of the interpolated pixel calculation unit of FIG.
[Explanation of symbols]
4, 5 field memory, 6 line memory, 8 scanning line conversion circuit, 9 resolution creation device, 10 initialization circuit, 11 scanning line conversion circuit, 12, 13 HD field memory, 31 delay register section, 32 maximum value minimum value calculation Unit, 33 class classification unit, 34 motion determination unit, 35, 36 tap reduction unit, 37 control RAM unit, 38, 39 product sum unit, 40 coefficient RAM unit, 41 delay register unit, 42 interpolation pixel calculation unit
Claims (13)
前記第1のディジタル画像信号の輝度信号成分を、前記第2のディジタル画像信号の輝度信号成分に変換するための第1の係数を、所定のクラスごとに記憶する記憶手段と、
前記第1のディジタル画像信号の輝度信号成分に基づいて、前記クラスを求めるクラス分類を行うクラス分類手段と、
前記第1のディジタル画像信号における第1の領域の空間的特徴の変化と、前記第1の領域より大きい第2の領域の空間的特徴の変化とを比較する比較手段と、
前記比較手段による比較の結果、前記第2の領域の空間的特徴の変化より、前記第1の領域の空間的特徴の変化が大きい場合、前記第1のディジタル信号の輝度信号成分のタップ数を縮退するタップ縮退手段と、
前記クラス分類手段が出力するクラスに対応する第1の係数を、前記記憶手段から読み出し、その第1の係数と、前記第1のディジタル画像信号の輝度信号成分との演算を行うことにより、前記第2のディジタル画像信号の輝度信号成分を求める第1の演算手段と、
前記第1および第2のディジタル画像信号の画素どうしの位置関係に基づいて得られる第2の係数と、前記第1のディジタル画像信号の色信号成分との演算を行うことにより、前記第2のディジタル画像信号の色信号成分を求める第2の演算手段と
を備え、
前記第1の演算手段は、前記比較手段による比較の結果に応じて前記タップ縮退手段によりタップ数が縮退された前記第1のディジタル画像信号の輝度信号成分を用いて演算を行う
ことを特徴とする信号変換装置。In a signal converter for converting a first digital image signal into a second digital image signal having a higher resolution than the first digital image signal,
Storage means for storing, for each predetermined class, a first coefficient for converting the luminance signal component of the first digital image signal into the luminance signal component of the second digital image signal;
Class classification means for classifying the class based on a luminance signal component of the first digital image signal;
Comparing means for comparing a change in spatial characteristics of a first region in the first digital image signal with a change in spatial features of a second region larger than the first region;
As a result of the comparison by the comparison means, if the change in the spatial feature of the first region is larger than the change in the spatial feature of the second region, the number of taps of the luminance signal component of the first digital signal Tap reduction means to reduce,
The first coefficient corresponding to the class output by the class classification unit is read from the storage unit, and the first coefficient and the luminance signal component of the first digital image signal are calculated, First computing means for determining a luminance signal component of the second digital image signal;
By calculating the second coefficient obtained based on the positional relationship between the pixels of the first and second digital image signals and the color signal component of the first digital image signal, the second coefficient A second computing means for obtaining a color signal component of the digital image signal,
The first calculation means performs calculation using a luminance signal component of the first digital image signal in which the number of taps is reduced by the tap reduction means according to a result of comparison by the comparison means. A signal converter.
ことを特徴とする請求項1に記載の信号変換装置。2. The signal conversion apparatus according to claim 1, wherein the calculation by the first calculation means is a product-sum calculation of the first coefficient and the tap reduced by the tap reduction means.
ことを特徴とする請求項1に記載の信号変換装置。2. The apparatus according to claim 1, further comprising separation means for separating the luminance signal component and the color signal component from the first digital image signal when the first digital image signal is a composite signal. The signal converter described.
前記第1のディジタル画像信号の色信号成分をビットシフトすることで、その色信号成分に、前記第2の係数を乗算した乗算結果を求め、
その乗算結果どうしを加算する
ことにより、前記第2の係数と、前記第1のディジタル画像信号の色信号成分との演算を行う
ことを特徴とする請求項1に記載の信号変換装置。The second calculation means includes:
By bit-shifting the color signal component of the first digital image signal, a multiplication result obtained by multiplying the color signal component by the second coefficient is obtained,
2. The signal conversion apparatus according to claim 1, wherein the multiplication result is added to calculate the second coefficient and the color signal component of the first digital image signal.
ことを特徴とする請求項1に記載の信号変換装置。The signal conversion apparatus according to claim 1, wherein the class classification unit obtains the class based on a spatial characteristic and a motion amount of a luminance signal component of the first digital image signal.
前記縮退手段は、前記第1または第2のモードにそれぞれ対応する第1または第2のモードの縮退手段を有する
ことを特徴とする請求項1に記載の信号変換装置。The first computing means includes first or second mode computing means corresponding to the first or second mode, respectively.
The signal conversion apparatus according to claim 1, wherein the degeneration unit includes a first or second mode degeneration unit corresponding to the first or second mode, respectively.
ことを特徴とする請求項1に記載の信号変換装置。The signal conversion apparatus according to claim 1, further comprising a reduction unit that reduces the number of classes.
前記第1の演算手段から出力される前記第2のディジタル画像信号の走査線の順番を、前記第1の変更手段により変更される前の順番に変更する第2の変更手段と
をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の信号変換装置。First changing means for changing the order of the scanning lines of the first digital image signal inputted to the first calculating means in the case of the first mode and the second mode;
And a second changing means for changing the order of the scanning lines of the second digital image signal output from the first calculating means to the order before being changed by the first changing means. The signal conversion apparatus according to claim 1.
ことを特徴とする請求項1に記載の信号変換装置。The first coefficient for each class stored in the storage means is generated by performing learning using an image signal having the same resolution as the second digital image signal as learning data. 2. The signal conversion apparatus according to 1.
ことを特徴とする請求項1に記載の信号変換装置。2. The signal conversion apparatus according to claim 1, wherein each of the storage unit, the class classification unit, and the first or second calculation unit is configured by one chip.
前記入力手段のそれぞれには、2つの前記第1のディジタル画像信号の輝度信号成分が入力され、
前記第1および第2のディジタル画像信号の画素どうしの位置関係及び前記比較手段からの比較の結果、前記第2の領域の空間的特徴の変化より、前記第1の領域の空間的特徴の変化が大きい場合、
前記入力手段のそれぞれは、前記2つの前記第1のディジタル画像信号の輝度信号成分のうちの一方を選択して、前記縮退処理手段へ出力し、
前記縮退処理手段は、タップ数を縮退する
ことを特徴とする請求項1に記載の信号変換装置。The tap reduction means has at least a plurality of input means and reduction processing means,
In each of the input means, two luminance signal components of the first digital image signal are input,
As a result of the positional relationship between the pixels of the first and second digital image signals and the comparison from the comparison means , the change in the spatial characteristics of the first area is determined from the change in the spatial characteristics of the second area. Is large,
Each of the input means selects one of the two luminance signal components of the first digital image signal and outputs the selected one to the degeneration processing means.
The signal conversion apparatus according to claim 1, wherein the degeneration processing unit degenerates the number of taps.
ことを特徴とする請求項12に記載の信号変換装置。Each of the input means receives the luminance signal component of the first digital image signal to be input as a tap, and has a mirror image relationship in the horizontal direction with respect to the vertical direction passing through the center of the tap. The signal conversion apparatus according to claim 12, wherein a pixel in which a pixel exists is input to one input unit, and the other pixels are input to one different input unit.
前記第1のディジタル画像信号の輝度信号成分に基づいて、クラスを求めるクラス分類を行い、
前記第1のディジタル画像信号における第1の領域の空間的特徴の変化と、前記第1の領域より大きい第2の領域の空間的特徴の変化とを比較し、
前記第2の領域の空間的特徴の変化より、前記第1の領域の空間的特徴の変化が大きい場合、前記第1のディジタル信号の輝度信号成分のタップ数を縮退し、
前記第1のディジタル画像信号の輝度信号成分を、前記第2のディジタル画像信号の輝度信号成分に変換するための第1の係数を前記クラスごとに記憶している記憶手段から、求められた前記クラスに対応する第1の係数を読み出し、その第1の係数と、前記比較の結果に応じてタップ数が縮退された前記第1のディジタル画像信号の輝度信号成分との演算を行うことにより、前記第2のディジタル画像信号の輝度信号成分を求める一方、
前記第1および第2のディジタル画像信号の画素どうしの位置関係に基づいて得られる第2の係数と、前記第1のディジタル画像信号の色信号成分との演算を行うことにより、前記第2のディジタル画像信号の色信号成分を求める
ことを特徴とする信号変換方法。In a signal conversion method for converting a first digital image signal into a second digital image signal having a higher resolution than the first digital image signal,
Classifying the class based on the luminance signal component of the first digital image signal,
Comparing a change in spatial characteristics of a first region in the first digital image signal with a change in spatial features of a second region that is larger than the first region;
When the change in the spatial feature of the first region is larger than the change in the spatial feature of the second region, the number of taps of the luminance signal component of the first digital signal is degenerated,
The storage unit storing the first coefficient for converting the luminance signal component of the first digital image signal into the luminance signal component of the second digital image signal for each class. By reading the first coefficient corresponding to the class, and calculating the first coefficient and the luminance signal component of the first digital image signal in which the number of taps is degenerated according to the result of the comparison, Obtaining a luminance signal component of the second digital image signal;
By calculating the second coefficient obtained based on the positional relationship between the pixels of the first and second digital image signals and the color signal component of the first digital image signal, the second coefficient A signal conversion method characterized by obtaining a color signal component of a digital image signal.
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