JP3777831B2 - 画像情報変換装置および変換方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、コンポジット−コンポーネント変換等に使用することが可能な画像情報変換装置および変換方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来のコンポジット−コンポーネント変換は、NTSC信号をY成分、C成分(I,Q)に分離し、その後の処理によってYUVあるいはRGBのコンポーネント信号に変換している。このため、全体的な回路構成が大きいという問題があった。
【0003】
また、従来のコンポジット−コンポーネント変換による出力画像には、コンポジット信号をY成分、C成分に分離する処理におけるエラー等に起因して、ドット妨害、クロスカラー等の様々な劣化が現れていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
従って、この発明の目的は、コンポジット−コンポーネント変換を行うに際し、回路構成を縮小し、また、コンポーネント画像信号上の劣化を軽減することが可能な画像情報変換装置および変換方法を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
この発明は、コンポジット画像信号に画像情報変換を施し、コンポーネント画像信号を形成する画像情報変換装置において、
着目点の画素とカラーサブキャリア信号が同一位相の画素の内で、着目点に対して所定の位置関係にある画素を、コンポジット画像信号から選択する第1の画像データ選択手段と、
第1の画像データ選択手段によって選択される画像データから、着目点が属するクラスを示すクラスコードを生成するクラスコード生成手段と、
コンポジット画像信号から、着目点に対して所定の位置関係にある画素を選択する第2の画像データ選択手段と、
クラス毎に予め決定された予測係数を記憶し、クラスコード生成手段の出力に対応する予測係数を出力する係数記憶手段と、
記憶手段の出力と、第2の画像データ選択手段の出力とに基づいて、コンポーネント画像信号を推定するための演算処理を行う演算処理手段とを有し、
予測係数は、
コンポジット画像信号と同一の信号形式を有する第1の画像信号と、コンポーネント画像信号と同一の信号形式を有する第2の画像信号とに基づく所定の演算処理により、第1の画像信号が供給される際の第1の画像データ選択手段およびクラスコード生成手段の動作によって生成されるクラスコードに対応して算出されることを特徴とする画像情報変換装置である。
【0006】
この発明は、コンポジット画像信号に画像情報変換を施し、コンポーネント画像信号を形成する画像情報変換方法において、
着目点の画素とカラーサブキャリア信号が同一位相の画素の内で、着目点に対して所定の位置関係にある画素を、コンポジット画像信号から選択する第1の画像データ選択ステップと、
第1の画像データ選択ステップによって選択される画像データから、着目点が属するクラスを示すクラスコードを生成するクラスコード生成ステップと、
コンポジット画像信号から、着目点に対して所定の位置関係にある画素を選択する第2の画像データ選択ステップと、
クラス毎に予め決定された予測係数データを記憶し、クラスコード生成ステップの結果に対応する予測係数を出力する記憶ステップと、
記憶ステップの結果と、第2の画像データ選択ステップの結果とに基づいて、コンポーネント画像信号を推定するための演算処理を行う演算処理ステップとを有し、
予測係数は、
コンポジット画像信号と同一の信号形式を有する第1の画像信号と、コンポーネント画像信号と同一の信号形式を有する第2の画像信号とに基づく所定の演算処理により、第1の画像信号が供給される際の第1の画像データ選択ステップおよびクラスコード生成ステップによって生成されるクラスコードに対応して算出されることを特徴とする画像情報変換方法である。
【0007】
以上のような発明によれば、着目点の画素と同一位相の画素に基づいて、クラス分類適応処理を行うことができる。
【0008】
【発明の実施の形態】
この発明の一実施形態についての説明に先立って、理解を容易とするために、NTSC方式の一般的なテレビジョン受像機の全体的な構成について図1を参照して説明する。受信アンテナ11が電波を捉え、捉えた電波に基づく信号をチューナー12に供給する。チューナー12は、供給される信号から所望のチャンネルを選択して増幅し、中間周波増幅回路13に供給する。中間周波増幅回路13は、供給される信号を増幅して、ゲインが適切に調整されたNTSC信号を生成し、このNTSC信号をY/C分離回路14に供給する。
【0009】
Y/C分離回路14は、供給されるNTSC信号をY信号(輝度信号)とC信号(色信号)とに分離する。そして、C信号をクロマ復調回路15に供給し、Y信号をマトリクス回路16に供給する。クロマ復調回路15は、C信号を色復調してベースバンドのR−Y,B−Yコンポーネント信号を生成し、生成したR−Y,B−Yコンポーネント信号をマトリクス回路16に供給する。マトリクス回路16は、供給される信号にマトリクス処理を施し、原色R,G,B信号を生成する。そして、生成したR,G,B信号をCRT(Cathod Ray Tube)17に供給する。
【0010】
図1に示した構成は、コンポジット画像信号としてのNTSC信号をY/C分離回路204、クロマ復調回路205およびマトリクス回路206によって処理することによって原色RGB信号を得るものなので、処理を行う構成の回路規模が大きくなるという問題があった。また、画像のエッジ、動画部分等に、ドット妨害やクロスカラー等のY/C分離回路204の動作エラーに起因する画質劣化が発生しやすいという問題があった。
【0011】
この発明は、クラス分類適応処理を用いて、図1中のY/C分離回路14およびクロマ復調回路15を含む処理系18、またはY/C分離回路14、クロマ復調回路15およびマトリクス回路16を含む処理系19が行う処理を一括して行うものである。
【0012】
この発明の一実施形態における全体的な構成の一例を図2に示す。受信アンテナ11、チューナー12および中間周波増幅回路13によって順次なされる処理によって生成される信号がA/D変換器21に供給され、A/D変換されてクラス分類適応処理部22に供給される。クラス分類適応処理部22は、ベースバンドのY,R−Y,B−Yコンポーネント信号を生成し、生成したY,R−Y,B−Yコンポーネント信号をマトリクス回路23に供給する。マトリクス回路23は、供給される信号に基づいて原色色信号R,G,Bを生成し、生成した原色色信号R,G,BをCRT17に供給する。
【0013】
また、この発明の一実施形態における全体的な構成の他の例を図3に示す。受信アンテナ11、チューナー12および中間周波増幅回路13によって順次なされる処理によって生成される信号がA/D変換器31に供給され、A/D変換されてクラス分類適応処理部32に供給される。クラス分類適応処理部32は、供給される信号に基づいて原色色信号R,G,Bを生成し、生成した原色色信号R,G,BをCRT17に供給する。
【0014】
ここで、クラス分類適応処理は、入力画像信号の信号レベルの3次元(時空間)分布に応じてクラス分類を行い、クラス毎に予め学習によって獲得された予測係数値を所定のメモリに格納し、かかる予測係数値を使用した重み付け加算式によって着目画素の画素値として最適な予測値を出力する処理である。
【0015】
この発明の一実施形態における、コンポジット−コンポーネント変換に係る構成の一例を図4に示す。ここでは、コンポジット画像信号としてNTSC信号を用いる場合を例として説明する。NTSC信号がクラス分類回路10と、クラス分類適応処理回路12とに供給される。クラス分類回路10は、供給されるNTSC信号についてのクラス分類を行い、クラス分類の結果に対応するクラスコードを発生して、発生したクラスコードを予測係数記憶回路11に供給する。予測係数記憶回路11は、クラスコードに対応して、より具体的にはクラスコードをアドレスとする等の方法によって予測係数を予め記憶している。
【0016】
そして、予測係数記憶回路11は、供給されるクラスコードに対応する予測係数を、クラス分類適応処理回路12に出力する。クラス分類適応処理回路12は、供給されるNTSC信号から所定の画素位置の画素値を予測タップとして抽出し、抽出した予測タップと、予測係数記憶回路11から供給される予測係数とに基づいて、以下の式(1)に従う積和演算を行うことにより、コンポーネント信号としてのYUV信号あるいはRGB信号を予測推定する。
【0017】
y=w1 ×x1 +w2 ×x2 +‥‥+wn ×xn (1)
ここで、yは、予測推定される着目画素である。また、x1 ,‥‥,xn が各予測タップであり、w1 ,‥‥,wn が各予測係数である。
【0018】
次に、学習すなわち、クラス毎の予測係数を得るための構成の一例を図5に示す。コンポジット画像信号としてのNTSC信号(生徒データと称される)がクラス分類回路20と、最小自乗学習回路21とに供給される。クラス分類回路20は、図4中のクラス分類回路10と同様に、供給されるNTSC信号からクラスコードを生成し、生成したクラスコードを最小自乗学習回路21に供給する。
【0019】
一方、最小自乗学習回路21には、コンポーネント画像信号としてのYUV信号またはRGB信号(教師データと称される)が供給される。最小自乗学習回路21は、生徒データおよび教師データに基づいて、最小自乗法を用いて、より具体的には正規方程式を解くことによって、予測係数w1 ,‥‥,wn を算出する。
【0020】
正規方程式について説明する。上述の式(1)において、学習前は予測係数w1 ,‥‥,wn が未定係数である。学習は、クラス毎に複数の教師データを入力することによって行う。教師データの種類数をmと表記する場合、式(1)から、以下の式(2)が設定される。
【0021】
yk =w1 ×xk1+w2 ×xk2+‥‥+wn ×xkn (2)
(k=1,2,‥‥,m)
m>nの場合、予測係数w1 ,‥‥,wn は一意に決まらないので、誤差ベクトルeの要素ek を以下の式(3)で定義して、式(4)によって定義される誤差ベクトルeを最小とするように予測係数を定めるようにする。すなわち、いわゆる最小自乗法によって予測係数を一意に定める。
【0022】
ek =yk −{w1 ×xk1+w2 ×xk2+‥‥+wn ×xkn} (3)
(k=1,2,‥‥m)
【0023】
【数1】
【0024】
式(4)のe2 を最小とする予測係数を求めるための実際的な計算方法としては、e2 を予測係数wi (i=1,2‥‥)で偏微分し(式(5))、iの各値について偏微分値が0となるように各予測係数wi を定めれば良い。
【0025】
【数2】
【0026】
式(5)から各予測係数wi を定める具体的な手順について説明する。式(6)、(7)のようにXji,Yi を定義すると、式(5)は、式(8)の行列式の形に書くことができる。
【0027】
【数3】
【0028】
【数4】
【0029】
【数5】
【0030】
式(8)が一般に正規方程式と呼ばれるものである。ここで、Xji(j,i=1,2‥‥n),およびYi (i=1,2‥‥n)は、教師データおよび生徒データに基づいて計算される。すなわち、最小自乗学習回路21は、XjiおよびYi の値を算出して正規方程式(8)を決定し、さらに、正規方程式(8)を解いて各予測係数wi を定める処理を行う。予測係数wi の総数は、コンポーネント数と、クラス数と、モード数(これについては後述する)の積に等しい。
【0031】
次に、図4中のクラス分類回路10によるクラスコードの生成についてより詳細に説明する。入力するNTSC信号内の画素の内、着目画素に対して所定の位置にある、所定個数の画素をクラスタップとして抽出し、抽出した各クラスタップのデータに例えば1ビットADRC等の処理を施す。かかる処理により、各クラスタップに対応して例えば1ビットのデータ、従って、例えば5個のクラスタップに対して5ビットのデータがクラスコードとして生成される。このようにして生成されるクラスコードにより、着目画素の周囲における波形の特徴が示される。
【0032】
但し、NTSC信号はY信号の上にカラーサブキャリア信号が重畳されてなる信号なので、NTSC信号に対して単純にADRC処理を行っても、カラーサブキャリア信号の影響によって画素間の位相が異なるため、的確な波形分類を行うことはできない。画素間の位相の違いについて図6を参照して説明する。図6は、NTSC信号を色のサブキャリア周波数fscの4倍のサンプリング周波数4fscでサンプリングした場合の色信号(C信号)の位相を示す略線図である。図6Aは現在より2時点前のフィールドについて図示したものであり、図6Bは現在のフィールドについて図示したものである。ここで、縦方向、横方向がそれぞれ、画像中の垂直、水平に対応しており、また、黒丸、黒四角、白丸、白四角がそれぞれ、0度、+90度、+180度、+270度の位相を示す。図5Aと、図5Bとでは、対応する位置の画素間で、位相が180度ずれている。
【0033】
そこで、この発明の一実施形態では、着目画素を含む同位相の画素をクラスタップとして使用する。そのようなクラスタップ構造の一例を図7に示す。ここで、薄墨を付した5個の画素をクラスタップとして使用する。なお、着目画素には、互いに交差する2本の斜線を付した。このクラスタップ構造において1ビットADRCを用いる場合には、25 =32クラスに分類される。このようなクラスタップ構造を用いる場合には、同位相画素のみに基づいてADRCによるクラス分類を行うので、カラーサブキャリア信号の影響を受けること無く、着目画素付近の局所的な波形分類を正確に行うことができる。
【0034】
クラスタップ構造として、図7に示したもの以外を用いることも可能である。例えば、静止画の部分に対して、図8に示すように、着目画素、着目画素を含む現フィールド内で着目画素と同位相である4個の画素、および現フィールドから2フィールド前(すなわち1フレーム前)のフィールド内で着目画素と同位相である4個の画素の、計9個の画素をクラスタップとして使用しても良い。かかるクラスタップ構造において1ビットADRCを用いる場合には、29 =512クラスに分類され、図7を参照して上述した場合に比べて、着目画素付近の局所的な波形分類をより詳しく表現するクラスコードが生成される。
【0035】
クラスコードの生成に係る構成についてより詳細に説明する。図7に示したクラスタップ構造を用いる場合には、5個のクラスタップに対応する画素データが1ビットADRC回路51に供給される。1ビットADRC回路51は、供給される画素データに基づいてADRC処理を行い、処理結果として1ビットすなわち1/0の何れかからなるデータをクラスコード生成回路52に供給する。クラスコード生成回路52は、供給されるデータから、所定のデータ形式のクラスコードを生成する。
【0036】
また、図8に示したクラスタップ構造を用いる場合には、9個のクラスタップに対応する画素データが1ビットADRC回路61に供給される。1ビットADRC回路61は、供給される画素データに基づいてADRC処理を行い、処理結果として1ビットすなわち1/0の何れかからなるデータをクラスコード生成回路62に供給する。クラスコード生成回路62は、供給されるデータから、所定のデータ形式のクラスコードを生成する。
【0037】
さらに、図9中の1ビットADRC回路51のより詳細な構成について、図12を参照して説明する。5個のクラスタップに対応する画素データが最大値検出回路71、最小値検出回路72、およびしきい値処理回路74に供給される。最大値検出回路71、最小値検出回路72は、供給される5個のデータから、それぞれ、最大値、最小値を検出し、検出結果をしきい値計算回路74に供給する。しきい値計算回路73は、最大値、最小値の平均値としてのしきい値を算出し、算出したしきい値をしきい値処理回路74に供給する。
【0038】
しきい値処理回路74は、供給されるしきい値を参照して5個のクラスタップに対応する画素データにそれぞれ対応する1ビットすなわち1/0の何れかからなるデータを生成し、生成した1ビットデータをクラスコード発生回路75に出力する。図10の1ビットADRC回路61の構成も、9個のクラスタップに対応する画素データについて処理を行う点以外については同様である。
【0039】
一般的には、入力画像信号中に動きのある部分と、静止している(または動きが充分小さく、静止していると見なせる)部分とが混在している。このため、実際の画像情報変換処理においては、各画素毎に動き判定を行い、動き判定の結果に応じたクラスタップ構造を使用する。このような場合により実際的に使用されるクラスタップの一例を図12に示す。互いに交差する2本の斜線を付して示す着目画素、着目画素を含む現フィールド内で着目画素と同位相である10個の画素、および現フィールドから2フィールド前(すなわち1フレーム前)のフィールド内で着目画素と同位相である11個の画素にそれぞれ割り当てられる22個のクラスタップと、オフセット成分に対して割り当てられる1個のクラスタップとからなる計23タップを使用することができる。
【0040】
ここで、オフセット成分は、コンポジット−コンポーネント変換に際して、コンポジット画像信号とコンポーネント画像信号の間に生じるDC的なずれである。オフセット成分に対して割り当てられるクラスタップは、他のクラスタップと同様に扱うことができる。また、かかるオフセット成分は、コンポジット−コンポーネント変換の規格に基づく理論的な計算によって求めることができる。そこで、オフセット成分に対して割り当てられるクラスタップのデータとして、理論値を固定的に用いるようにしても良い。一般的には、クラスタップについて上述した2個の扱いの何れを用いても、実際上は同様の動作精度が得られる。
【0041】
また、上述したこの発明の一実施形態は、NTSC信号をコンポジット画像信号として入力させるするものであるが、NTSC以外の信号をコンポジット画像信号として用いる場合にも、この発明を適用することは可能である。
【0042】
また、上述したこの発明の一実施形態は、テレビジョン受像機におけるコンポジット−コンポーネント変換について、この発明を適用したものであるが、この発明の適用対象はこれに限定されるものでは無い。例えば、テレビジョン受像機用のチューナやアダプタ、VTR等のビデオレコーダ、および放送業務用の設備において画像情報変換を行う場合に、この発明を適用することができる。
【0043】
【発明の効果】
上述したように、この発明は、クラス分類適応処理を行うに際し、クラスタップとして着目点の画素とカラーサブキャリア信号が同一位相の画素のみを抽出するようにしたものである。
【0044】
このため、NTSC信号等、画素位置によって位相が異なるような信号を入力画像信号とする場合にも、的確なクラス分類が可能となる。
【0045】
従って、NTSC信号等のコンポジット画像信号をコンポーネント画像信号に変換するコンポジット−コンポーネント変換を、クラス分類適応処理を用いて適切に行うことが可能となる。
【0046】
このため、NTSC信号にY/C分離を施し、その後のマトリクス処理等によってコンポーネント信号を得る従来のコンポジット−コンポーネント変換における問題点を解消することができる。すなわち、コンポジット−コンポーネント変換に係る回路構成を縮小できると共に、Y/C分離エラーに起因するドット妨害、クロスカラー等の様々な劣化を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】NTSC方式の一般的なテレビジョン受像機の全体的な構成の一例を示すブロック図である。
【図2】この発明の一実施形態における全体的な構成の一例を示すブロック図である。
【図3】この発明の一実施形態における全体的な構成の他の例を示すブロック図である。
【図4】この発明の一実施形態における予測推定に係る構成の一例を示すブロック図である。
【図5】この発明の一実施形態における学習に係る構成の一例を示すブロック図である。
【図6】NTSC信号中の画素の位相について説明するための略線図である。
【図7】この発明の一実施形態におけるクラスタップ構造の一例を示す略線図である。
【図8】この発明の一実施形態におけるクラスタップ構造の他の例を示す略線図である。
【図9】クラスコードの生成に係る構成の一例を示すブロック図である。
【図10】クラスコードの生成に係る構成の他の例を示すブロック図である。
【図11】図9に示したクラスコードの生成に係る構成の一例について、詳細に説明するためのブロック図である。
【図12】この発明の一実施形態におけるクラスタップ構造のさらに他の例を示す略線図である。
【符号の説明】
22、32・・・クラス分類適応処理部
Claims (9)
- コンポジット画像信号に画像情報変換を施し、コンポーネント画像信号を形成する画像情報変換装置において、
着目点の画素とカラーサブキャリア信号が同一位相の画素の内で、上記着目点に対して所定の位置関係にある画素を、コンポジット画像信号から選択する第1の画像データ選択手段と、
上記第1の画像データ選択手段によって選択される画像データから、上記着目点が属するクラスを示すクラスコードを生成するクラスコード生成手段と、
上記コンポジット画像信号から、上記着目点に対して所定の位置関係にある画素を選択する第2の画像データ選択手段と、
上記クラス毎に予め決定された予測係数を記憶し、上記クラスコード生成手段の出力に対応する予測係数を出力する係数記憶手段と、
上記記憶手段の出力と、上記第2の画像データ選択手段の出力とに基づいて、コンポーネント画像信号を推定するための演算処理を行う演算処理手段とを有し、
上記予測係数は、
上記コンポジット画像信号と同一の信号形式を有する第1の画像信号と、上記コンポーネント画像信号と同一の信号形式を有する第2の画像信号とに基づく所定の演算処理により、上記第1の画像信号が供給される際の上記第1の画像データ選択手段および上記クラスコード生成手段の動作によって生成されるクラスコードに対応して算出されることを特徴とする画像情報変換装置。 - 請求項1において、
上記クラスコード生成手段は、
上記第1の画像データ選択手段によって選択される画像データに基づくADRC処理を行うADRC処理手段を有し、
上記ADRC処理手段の出力に応じて上記クラスコードを構成するコードを出力する比較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1において、
上記第1の画像データ選択手段は、
上記着目点を含むフィールド内の、着目点の画素と同一位相の5個の画素を抽出することを特徴とする画像情報変換装置。 - 請求項1において、
上記第1の画像データ選択手段は、
上記着目点を含むフィールド内の着目点の画素と同一位相の5個の画素と、上記着目点を含むフィールド以外のフィールド内の上記着目点の画素と同一位相の4個の画素とを抽出することを特徴とする画像情報変換装置。 - 請求項4において、
上記第1の画像データ選択手段は、
上記着目点を含むフィールドから2フィールド前のフィールドから、上記着目点の画素と同一位相の4個の画素を抽出することを特徴とする画像情報変換装置。 - 請求項1において、
上記第1の画像データ選択手段は、
上記着目点を含むフィールド内の着目点の画素と同一位相の11個の画素と、上記着目点を含むフィールド以外のフィールド内の上記着目点の画素と同一位相の11個の画素とを抽出することを特徴とする画像情報変換装置。 - 請求項1において、
上記クラスコード生成手段は、
上記第1の画像データ選択手段によって選択される画像データに加えて、さらに、画像情報変換に際して上記コンポジット画像信号と上記コンポーネント画像信号との間に生じるオフセット成分を使用して、クラスコードを生成することを特徴とする画像情報変換装置。 - 請求項1において、
上記コンポジット画像信号は、
NTSC信号であることを特徴とする画像情報変換装置。 - コンポジット画像信号に画像情報変換を施し、コンポーネント画像信号を形成する画像情報変換方法において、
着目点の画素とカラーサブキャリア信号が同一位相の画素の内で、上記着目点に対して所定の位置関係にある画素を、コンポジット画像信号から選択する第1の画像データ選択ステップと、
上記第1の画像データ選択ステップによって選択される画像データから、上記着目点が属するクラスを示すクラスコードを生成するクラスコード生成ステップと、
上記コンポジット画像信号から、上記着目点に対して所定の位置関係にある画素を選択する第2の画像データ選択ステップと、
上記クラス毎に予め決定された予測係数データを記憶し、上記クラスコード生成ステップの結果に対応する予測係数を出力する記憶ステップと、
上記記憶ステップの結果と、上記第2の画像データ選択ステップの結果とに基づいて、コンポーネント画像信号を推定するための演算処理を行う演算処理ステップとを有し、
上記予測係数は、
上記コンポジット画像信号と同一の信号形式を有する第1の画像信号と、上記コンポーネント画像信号と同一の信号形式を有する第2の画像信号とに基づく所定の演算処理により、上記第1の画像信号が供給される際の上記第1の画像データ選択ステップおよび上記クラスコード生成ステップによって生成されるクラスコードに対応して算出されることを特徴とする画像情報変換方法。
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