JP3782510B2 - 画像処理装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像処理装置に関し、特には、互いに異なる周波数でサンプリングされた画像データのサンプリング周波数の変換に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、画像処理分野においてもデジタルデータを扱うことが多くなっており、例えば、デジタルVTRに代表されるデジタルデータを記録再生する装置が知られている。
【0003】
今後、こうしたデジタルデータを記録する装置が普及していくのに伴い、撮像(入力)系と処理・記録系とで扱うデジタル画像データのサンプリング周波数をそろえる周波数変換の技術が重要になってくると考えられる。
【0004】
例えば、NTSCやPALのビデオ信号を13.5MHzでサンプリングし、記録再生することが知られているが、この画像を静止画像としてコンピュータに取り込みたい場合には、正方格子の画素となるようにサンプリング周波数を変換することが望ましい。例えば、変換後のサンプリング周波数としては、NTSCでは12.2727MHz、PALでは14.75MHzが代表的である。このような場合、デジタルデータのままでサンプリング周波数を変換することにより画質の劣化を抑制することができる。
【0005】
図12は、例えば、画像データのサンプリング周波数を13.5MHzと12.2727MHzとの間で相互に周波数変換する場合の動作概念を示す図である。この方式はいわゆる線形補間方式であり、求めたい画素の値をその画素に最も近い2つの画素の値から線形演算により求めるものである。
【0006】
図12において、上下の目盛りつきの軸は、13.5MHz,12.2727MHzそれぞれの最小公倍数で分割した場合の位置を示している。また、↓は線形補間によってできる周波数変換後の画素位置を示し、その両脇の数字n,mは↓で示した画素に最も近い左右の周波数変換前の画素に対する重み付けの値を示している。また、数字のないものは、ちょうど変換前と変換後の画素位置が一致している場合であり、このときはそのままの値を使う。
【0007】
これを見ると、重み付けの値は一定の周期で同じ数値をとることがわかる。このため、ハードではその周期をカウンタにより求め、現在の周期に該当する係数を係数器にロードすることで、周波数変換器を構成することができる。
【0008】
【発明が解決しようとしている課題】
しかし、この線形補間方式では、元の画素位置との関係で周波数特性が図 のように変わってくる。図内の数値は、図12の重み付けの値から加算比
k=m/(n+m)
を求めて場合分けしたものである。ここで、横軸は周波数、縦軸は振幅である。
【0009】
このように周波数特性が異なってくると、ナイキスト周波数fn付近での振幅が大きく異なってくるために、画面上では水平方向の縞を生じることになり、著しく画質を損なうこととなる。
【0010】
線形補間の代わりに補間フィルタを用いる方法もあるが、周波数の変換比によっては非常に膨大なタップ数が必要となるため、実際のハードに組み込むことは困難であった。
【0011】
本発明は前述の如き問題点を解消することを目的とする。
【0012】
また、本発明は、周波数特性を一定に保ちつつ、データのサンプリング周波数を変換することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】
従来抱えている課題を解決し、前記目的を達成するため、本発明は、第1のサンプリング周波数のデジタル画像データを前記第1のサンプリング周波数よりも低い第2のサンプリング周波数のデジタル画像データに変換する装置であって、前記第1及び第2のサンプリング周波数に基づく制限帯域を有し、前記第1のサンプリング周波数のデジタル画像データが何れの画素位置にある場合にも実効タップ係数の和が等しくなるよう前記第1のサンプリング周波数のデジタル画像データの画素位置に応じて前記実効タップ係数を変更しながら前記第1のサンプリング周波数のデジタル画像データをフィルタリングする補間フィルタと、前記補間フィルタからのデジタル画像データのサンプリング周波数を前記第2のサンプリング周波数に変換する変換手段とを備え、前記補間フィルタは、前記第1のサンプリング周波数のデジタル画像データの画素位置と前記第2のサンプリング周波数のデジタル画像データの画素位置とが一致するときと、不一致のときとで実効タップ数を切り換える構成とした。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。
【0015】
まず、サンプリング周波数の高い画像データをサンプリング周波数の低い画像データに変換する場合について説明する。
【0016】
図1は、本形態におけるデータ処理装置の構成を示す図であり、本形態では、画像データのサンプリング周波数を13.5MHzから12.2727MHzに変換する。
【0017】
本形態のデータ処理装置は、入力された13.5MHzのデジタル画像データを後述の如くフィルタリングするフィルタ回路2と、フィルタ回路2から出力される画像データのサンプリング周波数を12.2727MHzに変換する補間回路3及び、端子5からのクロックをカウントするカウンタ8から構成されている。
【0018】
図1の入力端子1から入力する画像データは、図2(a)に示すような時系列の画像データであり、フィルタ回路2はこのような入力画像データをフィルタリング処理する。
【0019】
フィルタ2は図3に示すような周波数特性を有している。
【0020】
ここで、入力データのサンプリング周波数fs=13.5MHzは、直流成分の折り返しが発生するのを防ぐためにトラップされている。本形態においては、このフィルタ2は21タップ(各タップの係数は、本形態では、1,2,2,3,3,4,5,5,6,6,6,6,6,5,5,4,3,3,2,2,1である)で構成されるフィルタと同様の周波数特性を有しており、実際に使う実行タップ数は最高3タップである。また、フィルタ回路2には、入力画像データのサンプリング周波数である13.5MHzのクロック5が入力されている。
【0021】
カウンタ8は11進のカウンタであり、端子7からの水平同期信号HD7によりリセットされ、クロック5をカウントする。そして、0から10までカウントすると自己リセットする。カウンタ8のカウント値もフィルタ回路2に出力されている。
【0022】
フィルタ回路2は図4の用に構成されており、入力デジタル画像データはクロック5に従って端子21から入力され、遅延素子22,23を介して3タップ分の係数器24〜26にそれぞれ供給される。また、カウンタ8のカウント値nは24〜26に供給され、各係数器は図5に示したカウンタ8のカウント値に従って係数を選択し、乗算を行う。
【0023】
次に、図5に示した係数の選択方法について図6を用いて説明する。
【0024】
図6において、大きい黒丸で示された2種類のサンプリング点は、それぞれサンプリング周波数12.2727MHz,13.5MHzの画像データの画素位置を示しており、小さい黒丸は周波数変換する際に画素位置を対応させるためのサンプリング点を示している。本形態においては、サンプリング周波数の比は11:10であるので、12.2727MHzの画像データは11分割、また、13,5MHzの画像データは10分割され、サンプリング周波数は共に135MHzとなっている。
【0025】
また、階段状にずれている白丸は、大きい白丸がサンプリング周波数13.5MHzの画像データの画素位置を示し、また、小さい白丸は小さい黒丸と同様に135MHzに対応したデータを示している。添字は13.5MHzの画像データの画素位置と12.2727MHzの画像データの画素位置とが一致したときの番号をゼロとしたときの、図5に示したフィルタの係数番号を示している。↓は12.2727MHzの画像データの画素ができる位置を示している。
【0026】
図6から明らかなように、入力画像データの画素位置に応じてカウンタの値が変化し、適宜フィルタの係数が設定されていく。そして、13.5MHzの画像データの画素位置と12.2727MHzの画像データの画素位置とが一致したときのみ実効タップ数が3タップになるが、その他の場合は実効タップ数は2タップであることがわかる。
【0027】
このように係数が乗算された各データは、加算器27,28にて加算される。
【0028】
13.5MHzの入力画像データはこのようにフィルタリングされるが、フィルタ後のサンプリング周波数は13.5MHzのままである。
【0029】
そこで、本形態では、フィルタリングの際に、入力画像データの11画素につき1画素だけダミーのデータを挿入している。すなわち、このダミーデータは、カウンタ8の出力nが10のときに挿入される。その結果、図2(b)に示したような時系列のダミーデータ(網掛けの画像データ)が挿入された画像データが補間回路3に出力される。
【0030】
補間回路3はメモリを有し、入力画像データのサンプリング周波数を変更する回路であり、クロック5に従って、フィルタ回路2からフィルタリングされた画像データをメモリに書き込む。更に、補間回路3には12.2727MHzのクロック6が供給されており、クロック5とクロック6の立ち上がりが一致したときにはダミーデータが入力されているものと判断してこれをスキップし、クロック6に従ってメモリに書き込まれたデータを読みだす。この結果、端子4からは図2(c)に示した時系列のサンプリング周波数12.2727MHzの画像データが出力される。
【0031】
このように、本形態において得られる周波数変換された画像データは、線形補間時に生じていた補間位置による周波数特性の違いがなく、良好な画質を維持している。また、フィルタのハード量も実効タップ数が3タップで済む。更に、フィルタの係数の合計を2のn乗とすることで、乗算をビットシフトで実現することができ、更にハード量を抑えることができる。
【0032】
次に、サンプリング周波数の低い画像データをサンプリング周波数の高い画像データに変換する場合について説明する。
【0033】
図7は、本形態におけるデータ処理装置の構成を示す図であり、本形態では、画像データのサンプリング周波数を12.2727MHzから13.5MHzに変換する。
【0034】
本形態のデータ処理装置は、入力データのサンプリング周波数を変換する補間回路103,補間回路3からのデータをフィルタリングするフィルタ回路102及びカウンタ108から構成される。
【0035】
図7において、入力端子101から入力されるサンプリング周波数12.2727MHzの画像データは、図8(a)に示すような時系列の画像データであり、補間回路103はこの入力画像データのサンプリング周波数を変換する。
【0036】
すなわち、補間回路103はメモリを有し、12.2727MHzのクロック105に従って、入力画像データをメモリに書き込む。更に、補間回路3には12.2727MHzのクロック6が供給されており、書き込まれたデータを周波数13.5MHzのクロック106に従って読みだす。このとき、クロック5とクロック6の立ち上がりが一致したときにはダミーデータ(図8の(b)に網掛けで示したデータ)を挿入するために直前のデータをもう一度読みだす。この結果、補間回路103からはサンプリング周波数13.5MHzの画像データが出力される。
【0037】
フィルタ回路102は補間回路103によりこのように周波数が変換された画像データをフィルタリング処理する。
【0038】
フィルタ102は図9に示すような周波数特性を有している。
【0039】
ここで、入力データのサンプリング周波数fs=12.2727MHzは、直流成分の折り返しが発生するのを防ぐためにトラップされている。本形態においては、このフィルタ102は23タップ(本形態では、各タップの係数は、1,2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,6,6,6,5,5,4,4,3,3,2,2,1とする)で構成されるフィルタと同様の周波数特性を有しており、実際に使う実行タップ数は最高3タップである。また、フィルタ回路102にはクロック106が入力されている。
【0040】
カウンタ108は11進のカウンタであり、水平同期信号HD107によりリセットされ、クロック106をカウントする。そして、0から10までカウントすると自己リセットする。カウンタ108のカウント値もフィルタ回路102に出力されている。
【0041】
フィルタ回路102は、前述の実施形態のときと同様に図4のように構成されており、補間回路103からのデジタル画像データはクロック106に従って端子21から入力され、遅延素子22,23を介して3タップ分の係数器24〜26にそれぞれ供給される。また、カウンタ108のカウント値nは24〜26に供給され、各係数器は図10に示したカウンタ108のカウント値に従って係数を選択し、乗算を行う。
【0042】
次に、図10に示した係数の選択方法について図11を用いて説明する。
【0043】
図11において、大きい黒丸で示された2種類のサンプリング点は、それぞれサンプリング周波数12.2727MHz,13.5MHzの画像データの画素位置を示しており、小さい黒丸は周波数変換する際に画素位置を対応させるためのサンプリング点を示している。本形態においては、サンプリング周波数の比は11:10であるので、12.2727MHzの画像データは11分割、また、13,5MHzの画像データは10分割され、サンプリング周波数は共に135MHzとなっている。
【0044】
また、階段状にずれている白丸は、大きい白丸がサンプリング周波数12.2727MHzの画像データの画素位置を示し、また、小さい白丸は小さい黒丸と同様に135MHzに対応したデータを示している。添字は13.5MHzの画像データの画素位置と12.2727MHzの画像データの画素位置とが一致したときの番号をゼロとしたときの、図10に示したフィルタの係数番号を示している。↓は13.5MHzの画像データの画素ができる位置を示している。
【0045】
図11から明らかなように、入力画像データの画素位置に応じてカウンタの値が変化し、適宜フィルタの係数が設定されていく。そして、13.5MHzの画像データの画素位置と12.2727MHzの画像データの画素位置とが一致したときのみ実効タップ数が3タップになるが、その他の場合は実効タップ数は2タップであることがわかる。
【0046】
このように係数が乗算された各データは、加算器27,28にて加算され、端子104から出力される。
【0047】
即ち、端子104からは、図8(c)に示した時系列のサンプリング周波数13.5MHzの画像データが出力される。
【0048】
このように、本形態において得られる周波数変換された画像データも前述の実施形態の場合と同様に、線形補間時に生じていた補間位置による周波数特性の違いがなく、良好な画質を維持している。また、フィルタのハード量も実効タップ数が3タップで済む。更に、フィルタの係数の合計を2のn乗とすることで、乗算をビットシフトにより実現することができ、更にハード量を抑えることができる。
【0049】
なお、前述の実施形態では、変換するデータのサンプリング周波数をそれぞれ、12.2727MHzと13.5MHzとしたが、これに限らず、他の周波数のデータを扱うことも可能である。
【0050】
例えば、サンプリング周波数が13.5MHzの画像データと14.75MHzの画像データとの間で周波数変換を行う場合には、図1及び図7に示した構成のままクロックの周波数を変えるだけで同様に周波数変換処理を行うことが可能になる。
【0051】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、互いに異なるサンプリング周波数の画像データ間でサンプリング周波数を変換する場合であっても、画素位置による周波数特性の変化を防止し、画質の劣化を抑えた良好な画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態としての周波数変換装置の構成を示すブロック図である。
【図2】図1の装置の各部の画像データの様子を示す図である。
【図3】図1の装置のフィルタ回路の特性を示す図である。
【図4】図1の装置のフィルタ回路の構成を示す図である。
【図5】図4に示したフィルタに設定する係数の様子を示した図である。
【図6】図1の装置の動作を説明するための図である。
【図7】本発明の他の実施形態としての周波数変換装置の構成を示すブロック図である。
【図8】図7の装置の各部の画像データの様子を示す図である。
【図9】図7の装置のフィルタ回路の特性を示す図である。
【図10】図7の装置のフィルタ回路の構成を示す図である。
【図11】図10に示したフィルタに設定する係数の様子を示した図である。
【図12】線形補間の動作を説明するための図である。
【図13】線形補間時の画像データの周波数特性を示す図である。
【符号の説明】
2 フィルタ回路
3 補間回路
8 カウンタ
Claims (2)
- 第1のサンプリング周波数のデジタル画像データを前記第1のサンプリング周波数よりも低い第2のサンプリング周波数のデジタル画像データに変換する装置であって、
前記第1及び第2のサンプリング周波数に基づく制限帯域を有し、前記第1のサンプリング周波数のデジタル画像データが何れの画素位置にある場合にも実効タップ係数の和が等しくなるよう前記第1のサンプリング周波数のデジタル画像データの画素位置に応じて前記実効タップ係数を変更しながら前記第1のサンプリング周波数のデジタル画像データをフィルタリングする補間フィルタと、
前記補間フィルタからのデジタル画像データのサンプリング周波数を前記第2のサンプリング周波数に変換する変換手段とを備え、
前記補間フィルタは、前記第1のサンプリング周波数のデジタル画像データの画素位置と前記第2のサンプリング周波数のデジタル画像データの画素位置とが一致するときと、不一致のときとで実効タップ数を切り換えることを特徴とする画像処理装置。 - 第1のサンプリング周波数のデジタル画像データを前記第1のサンプリング周波数よりも高い第2のサンプリング周波数のデジタル画像データに変換する装置であって、
前記第1のサンプリング周波数のデジタル画像データのサンプリング周波数を前記第2のサンプリング周波数に変換する変換手段と、
前記第1及び第2のサンプリング周波数に基づく制限帯域を有し、前記第2のサンプリング周波数のデジタル画像データが何れの画素位置にある場合にも実効タップ係数の和が等しくなるよう前記第2のサンプリング周波数のデジタル画像データの画素位置に応じて前記実効タップ係数を変更しながら前記変換手段からのデジタル画像データをフィルタリングする補間フィルタとを備え、
前記補間フィルタは、前記第1のサンプリング周波数のデジタル画像データの画素位置と前記第2のサンプリング周波数のデジタル画像データの画素位置とが一致するときと、不一致のときとで実効タップ数を切り換えることを特徴とする画像処理装置。
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