JP3894177B2 - Video signal processing apparatus and video signal processing method - Google Patents
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Description
本発明は、例えばアナログ撮像信号をディジタル化したディジタル映像信号にディジタル非線形処理を施す映像信号処理装置及び映像信号処理方法に関する。 The present invention relates to a video signal processing apparatus and a video signal processing method for performing digital non-linear processing on a digital video signal obtained by digitizing an analog imaging signal, for example.
一般に、ビデオカメラやビデオテープレコーダなどで取り扱う映像信号には、ガンマ補正、ニー補正、ホワイトブラッククリップ、輪郭補正、ホワイトバランス調整、色相調整、ディテールクリスプニング、レベルディペンドなどの各種信号処理が施される。 In general, video signals handled by video cameras and video tape recorders are subjected to various signal processing such as gamma correction, knee correction, white black clip, contour correction, white balance adjustment, hue adjustment, detail crispening, and level depend. The
例えば通常のカラービデオカメラの場合には、当該カメラに内蔵される、CCDイメージセンサなどを用いた撮像部により得られる撮像信号から輝度信号やクロマ信号を形成して出力する撮像信号処理回路において、上記ガンマ補正、輪郭補正、ホワイトバランス調整、色相調整などの各種信号処理が施されるようになっている。 For example, in the case of a normal color video camera, in an imaging signal processing circuit that forms and outputs a luminance signal or a chroma signal from an imaging signal obtained by an imaging unit using a CCD image sensor or the like built in the camera, Various signal processing such as gamma correction, contour correction, white balance adjustment, and hue adjustment are performed.
そして、撮像信号をディジタル化し、このディジタル撮像信号に対してディジタル処理を施して出力するディジタル信号処理カメラでは、予めいわゆるEEPROM(electrically erasable and programmable read only memory)などの不揮発性メモリに書き込まれている制御パラメータに基づいて、上記ガンマ補正、輪郭補正、ホワイトバランス調整、色相調整などを施すようになされており、これら各種信号処理を行うための信号処理部を有している。 In a digital signal processing camera that digitizes an imaging signal, performs digital processing on the digital imaging signal, and outputs the digital imaging signal, it is written in a nonvolatile memory such as a so-called EEPROM (electrically erasable and programmable read only memory) in advance. Based on the control parameters, the gamma correction, the contour correction, the white balance adjustment, the hue adjustment, and the like are performed, and a signal processing unit for performing these various signal processes is provided.
ここで、図29を用いて、一般的なディジタル信号処理カメラの構成について説明する。 Here, the configuration of a general digital signal processing camera will be described with reference to FIG.
この図29において、被写体からの光は、光学系100を通じて入射されCCDイメージセンサ110により撮像される。このCCDイメージセンサ110からの撮像信号は、例えば3原色のR(赤),G(緑),B(青)の3つの撮像信号からなるものであり、この撮像信号がプリアンプ111に送られる。当該プリアンプ111にて増幅された撮像信号は、ビデオアンプ回路112に送られる。当該ビデオアンプ回路112では、上記R,G,Bの撮像信号に対して、黒/白バランス調整、黒/白シェーディング歪補正、フレア補正等の処理を行うと共に、信号増幅を行う。このビデオアンプ回路112の出力信号は、アナログ/ディジタル(A/D)コンバータ113にてディジタルビデオデータに変換され、欠陥補正回路114に送られる。当該欠陥補正回路114では、上記CCDイメージセンサ110の欠陥部に対応する補正を行う。
In FIG. 29, light from a subject enters through the
上記欠陥補正回路114にて欠陥補正がなされた後のディジタルビデオデータは、水平及び垂直方向の輪郭強調処理を行うための輪郭強調信号を生成する輪郭強調信号生成回路に送られる。当該輪郭強調信号生成回路は、1H遅延回路115,116,117からリミッタ129までの各構成要素よりなるものである。
The digital video data after the defect correction by the defect correction circuit 114 is sent to a contour enhancement signal generation circuit that generates a contour enhancement signal for performing horizontal and vertical contour enhancement processing. The contour emphasis signal generation circuit is composed of components from the
当該輪郭強調信号生成回路において、先ず、直列接続された1H遅延回路115,116,117では、上記欠陥補正回路114を介して供給されたディジタルビデオデータを、順次1H(Hは水平周期)分だけ遅延させると共に、それぞれ遅延したビデオデータを出力する。これにより、これら1H遅延回路115,116,117からは、垂直方向に3ライン分ずれたディジタルビデオデータが出力される。なお、当該1H遅延回路115,116,117は垂直方向の輪郭強調信号を生成するために設けられているものである。
In the edge emphasis signal generation circuit, first, in the
次に、各1H遅延回路115,116,117からの上記3ライン分ずれたディジタルビデオデータは、垂直方向のディジタルハイパスフィルタ(HPF)121を通過し、さらに水平方向のディジタルローパスフィルタ(LPF)122を通過する。これにより、上記ディジタルビデオデータからは、垂直方向の輪郭成分が取り出されることになる。同時に、各1H遅延回路115,116,117からの上記3ライン分ずれたディジタルビデオデータは、垂直方向のディジタルローパスフィルタ(LPF)124を通過し、さらに水平方向のディジタルハイパスフィルタ(HPF)125も通過する。これにより、上記ディジタルビデオデータからは、水平方向の輪郭成分が取り出されることになる。
Next, the digital video data shifted by the three lines from the
上記HPF121及びLPF122により取り出された上記垂直方向の輪郭成分は、乗算器123に送られ、ここで端子144を介して供給される垂直方向の輪郭強調の度合いを調整するためのゲイン調整係数が乗算される。同時に上記LPF124及びHPF125により取り出された上記水平方向の輪郭成分は、乗算器127に送られ、ここで端子145を介して供給される水平方向の輪郭強調の度合いを調整するためのゲイン調整係数が乗算される。
The vertical contour components taken out by the HPF 121 and the
これら乗算器123,127の出力データは、加算器128にて加算され、リミッタ129にて所定のレベルに制限された後、水平及び垂直方向の輪郭強調処理を行うための輪郭強調信号として加算器130に送られ、当該加算器130にて本線のディジタルビデオデータと加算される。なお、上記リミッタ129は、加算器130への入力レベルを制限するために設けられている。
The output data of these
ここで、この図29の構成例において、上記輪郭強調信号が加算される本線のディジタルビデオデータは、上記1H遅延回路116からの出力をリニアマトリクス回路132によって補正した後のディジタルビデオデータとなされている。なお、上記リニアマトリクス回路132は、CCDイメージセンサ110の撮像特性が理想撮像特性と異なることから生ずる色再現誤差を補正するために設けられている。
Here, in the configuration example of FIG. 29, the main digital video data to which the contour emphasis signal is added is digital video data after the output from the
上記加算器130から出力された水平及び垂直方向の輪郭強調がなされたディジタルビデオデータは、ニー補正回路133にて所定のニー特性によるニー補正が施された後、ガンマ補正回路134にて所定のガンマ補正が施され、さらにB/Wクリップ回路135にて黒/白のクリップ処理が施される。
The digital video data subjected to edge enhancement in the horizontal and vertical directions output from the
次に、これらニー補正回路133、ガンマ補正回路134、B/Wクリップ回路135による非線形処理が施されたディジタルビデオデータは、マトリクス回路138に送られる。このマトリクス回路138では、前記R,G,Bのディジタルビデオデータから、輝度(Y)と色差(R−Y),(B−Y)のディジタルビデオ信号を形成する。
Next, the digital video data subjected to nonlinear processing by the
当該マトリクス回路138からのディジタルビデオ信号は、パラレル/シリアル(P/S)コンバータ141にてシリアルのディジタルビデオデータに変換された後、端子143から出力される。また、当該マトリクス回路138からのディジタルビデオ信号は、エンコーダ139により、ディジタルのコンポジットビデオデータに変換され、さらにディジタル/アナログ(D/A)コンバータ140によりアナログのコンポジット映像信号に変換され、端子142から出力される。
The digital video signal from the
ところで、映像信号に対して上記ガンマ補正、ニー補正、黒/白クリップ等の非線形処理を施すと、波形が歪み、このため当該非線形処理後の信号には上記映像信号に含まれる周波数成分の整数倍の高調波成分が発生するようになる。 By the way, when nonlinear processing such as gamma correction, knee correction, black / white clipping, etc. is performed on the video signal, the waveform is distorted. Therefore, the signal after the nonlinear processing has an integer of frequency components included in the video signal. Double harmonic components are generated.
上記従来のディジタル信号処理カメラにおいては、本線の信号に対する非線形処理部の前、特にガンマ補正回路の前段で上記輪郭強調信号等の高域信号を加算するようにしているため、当該高域信号が一様にガンマ補正回路による非線形処理を受けて高調波を発生し、標本化周波数fsの1/2のナイキスト周波数(fs/2)を越える信号が全て0〜fs/2の帯域のどこかに偽信号(エリアシング)として折り返ってしまうことになる。これにより、本来の信号には無かった低周波のビートが発生するなど、画質を著しく損なうようになっている。 In the conventional digital signal processing camera, since the high frequency signal such as the contour emphasis signal is added before the non-linear processing unit for the main line signal, particularly before the gamma correction circuit, the high frequency signal is Harmonics are generated by a non-linear process uniformly performed by the gamma correction circuit, and all signals exceeding the Nyquist frequency (fs / 2) that is 1/2 of the sampling frequency fs are somewhere in the band of 0 to fs / 2. It will be folded back as a false signal (aliasing). As a result, the image quality is remarkably impaired, such as a low-frequency beat that is not present in the original signal.
ここで、本線信号へのガンマ補正の前に輪郭強調信号のような高域信号を加算することによって偽信号(エリアシング)が発生する様子について、以下に説明する。 Here, how a false signal (aliasing) is generated by adding a high frequency signal such as a contour enhancement signal before gamma correction to the main line signal will be described below.
図30には、図29の構成うちガンマ補正に起因する折り返し成分の発生について説明するための要部構成を抜き出し簡略化して示している。 FIG. 30 shows an essential part of the configuration shown in FIG. 29 for simplifying the extraction of the aliasing component caused by the gamma correction.
この図30において、端子160にはアナログ信号が供給され、このアナログ信号は図29のA/Dコンバータ113に対応するA/Dコンバータ161に送られ、当該A/Dコンバータ161にて例えばサンプリング周波数fs=18MHzでサンプリングされてディジタル信号に変換される。このディジタル信号aは、図29の輪郭強調信号生成回路を簡略化して示すHPF162と、図29の本線信号経路に挿入される各種構成要素を簡略化して示すLPF164とに送られる。当該LPF164の出力信号cが図29の本線信号に対応し、上記HPF162からの出力信号bが図29の輪郭強調信号すなわち高域信号に対応している。上記LPF164の出力信号cには、図29の加算器130に対応する加算器168によって上記HPF162からの高域信号bが加算される。その後、当該加算器168の出力信号dが、図29のガンマ補正回路134に対応する(ニー補正回路133については省略する)ガンマ補正回路167に送られ、当該ガンマ補正回路167にてガンマ補正すなわち非線形処理が施され、出力端子169から信号eとして出力され、この信号eが図29のB/Wクリップ回路135に送られることになる。
In FIG. 30, an analog signal is supplied to a
ここで、図30の各部の信号について、便宜上アナログ波形的に表して説明すると、上記サンプリング周波数fs=18MHzのA/Dコンバータ161からのディジタル信号aが、例えば図31に示すような0〜9MHzのスイープ信号aSであるとしたとき、上記HPF162から出力される高域信号は図32に示すような信号bSとなり、また、上記LPF164からの出力信号は図33に示すような信号cSとなる。したがって、上記信号bS及びcSを加算器168にて加算することにより、図34に示すような信号dSが得られるようになる。その後、当該信号dSに対してガンマ補正回路167にてガンマ補正処理を施すことにより、当該ガンマ補正回路167からは図35に示すような偽信号成分(エリアシング歪)が乗った信号eSが出力されることになる。
Here, the signals of the respective parts in FIG. 30 will be described in terms of analog waveforms for convenience, and the digital signal a from the A /
また、前記図30の構成において、上記A/Dコンバータ161からのディジタル信号aが、例えば図36に示すようなバースト信号aBであるとしたとき、上記HPF162から出力される高域信号は図37に示すような信号bBとなり、また、上記LPF164からの出力信号は図38に示すような信号cBとなる。したがって、上記信号bB及びcBを加算器168にて加算することにより、図39に示すような信号dBが得られるようになる。その後、当該信号dBに対してガンマ補正回路167にてガンマ補正処理を施すことにより、当該ガンマ補正回路167からは図40に示すような偽信号成分(エリアシング歪)が乗った信号eBが出力されることになる。
In the configuration of FIG. 30, when the digital signal a from the A /
上述したような偽信号の発生を避けるために、例えば、輪郭強調信号(高域信号)をガンマ補正回路の後に加えるようにすると、確かに偽信号の発生は抑えられるが、この場合ガンマ補正回路の前の信号で輪郭強調信号を作り、この輪郭強調信号をガンマ補正回路の後に加えることになるので、低いレベルの本線信号に対しては輪郭強調が行い難くなり、逆に高いレベルの本線信号に対しては輪郭強調が大きく付き過ぎる傾向が出てきてしまう。具体的に言うと、ガンマ補正後にのみ輪郭強調信号を加えるようにすると、本線信号の黒付近に、殆ど輪郭強調が付かないという問題が起こってくる。 In order to avoid the generation of the false signal as described above, for example, if a contour emphasis signal (high frequency signal) is added after the gamma correction circuit, the generation of the false signal is surely suppressed. Since the contour emphasis signal is generated from the signal before the signal, and this contour emphasis signal is added after the gamma correction circuit, it is difficult to perform the contour emphasis on the low level main signal, and conversely the high level main signal. Tends to be over-enhanced. More specifically, if the contour emphasis signal is added only after the gamma correction, there is a problem that the contour emphasis is hardly added near the black of the main line signal.
そこで、本発明の目的は、上述した実情に鑑みてなされたものであり、非線形処理、特にガンマ補正処理に起因する偽信号の発生を軽減でき、かつ、本線信号のレベルにかからわずに輪郭強調を行うことができる映像信号処理装置及び映像信号処理方法を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is made in view of the above-described circumstances, and can reduce generation of false signals due to nonlinear processing, particularly gamma correction processing, and can be performed regardless of the level of the main line signal. An object of the present invention is to provide a video signal processing apparatus and a video signal processing method capable of performing edge enhancement.
本発明は、 非線形処理カーブを用いたディジタル非線形処理によりディジタル映像信号の信号レベルを変える映像信号処理装置であって、入力ディジタル映像信号に高周波成分のレベルを低下させるローパスフィルタ処理を施すフィルタ手段と、上記フィルタ手段により上記ローパスフィルタ処理が施されたディジタル映像信号のレベルに対応して、上記非線形処理カーブを連続した複数区間に分割した各区間毎に直線近似するための乗算係数データと加算係数データを発生する係数データ発生手段と、上記フィルタ手段による上記ローパスフィルタ処理を施さない上記入力ディジタル映像信号に上記乗算係数データを乗算する乗算手段と、上記乗算手段により上記乗算係数データが乗算されたディジタル映像信号に上記係数データ発生手段により発生された上記加算係数データを加算する加算手段とを有し、上記係数データ発生手段により非線形特性近似の係数を発生させる元となるディジタル映像信号に上記フィルタ手段によりローパスフィルタをかけ、高域ほど非線形特性カーブ上の狭い領域を使うようにしたことを特徴とする。 The present invention relates to a video signal processing apparatus that changes the signal level of a digital video signal by digital nonlinear processing using a nonlinear processing curve, and filter means for performing low-pass filter processing to reduce the level of a high-frequency component on an input digital video signal; Multiplication coefficient data and addition coefficient for linearly approximating each non-linear processing curve divided into a plurality of continuous sections corresponding to the level of the digital video signal subjected to the low-pass filter processing by the filter means coefficient data generation means for generating data, and multiplying means for multiplying the multiplication coefficient data to the input digital video signal not subjected to the low-pass filter processing by the filter means, the multiplication coefficient data is multiplied by said multiplying means Coefficient data generating means for digital video signal And an adding means for adding said addition coefficient data generated by, low-pass filtered by the filter means into a digital video signal as a source for generating the coefficients of the nonlinear characteristics approximated by the coefficient data generation means, the high-frequency It is characterized by using a narrow area on the nonlinear characteristic curve.
また、本発明は、非線形処理カーブを用いたディジタル非線形処理によりディジタル映像信号の信号レベルを変える映像信号処理方法であって、入力ディジタル映像信号に高周波成分のレベルを低下させるローパスフィルタ処理を施すステップと、上記ローパスフィルタ処理が施されたディジタル映像信号のレベルに対応して、上記非線形処理カーブを連続した複数区間に分割した各区間毎に直線近似するための乗算係数データと加算係数データを発生するステップと、上記ローパスフィルタ処理を施さない上記入力ディジタル映像信号に上記乗算係数データを乗算するステップと、上記乗算係数データが乗算されたディジタル映像信号に上記加算係数データを加算するステップとを有し、上記非線形特性近似の係数を発生させる元となるディジタル映像信号に上記ローパスフィルタ処理を施すことにより、高域ほど非線形特性カーブ上の狭い領域を使うようにしたことを特徴とする。
非線形処理カーブを用いたディジタル非線形処理によりディジタル映像信号の信号レベルを変える映像信号処理方法であって、入力ディジタル映像信号に高周波成分のレベルを低下させるローパスフィルタ処理を施すステップと、上記ローパスフィルタ処理が施されたディジタル映像信号のレベルに対応して、上記非線形処理カーブを連続した複数区間に分割した各区間毎に直線近似するための乗算係数データと加算係数データを発生するステップと、上記ローパスフィルタ処理を施さない上記入力ディジタル映像信号に上記乗算係数データを乗算するステップと、上記乗算係数データが乗算されたディジタル映像信号に上記加算係数データを加算するステップとを有し、上記非線形特性近似の係数を発生させる元となるディジタル映像信号に上記ローパスフィルタ処理を施すことにより、高域ほど非線形特性カーブ上の狭い領域を使うようにしたことを特徴とする。
The present invention is also a video signal processing method for changing the signal level of a digital video signal by digital non-linear processing using a non-linear processing curve, wherein the input digital video signal is subjected to low-pass filter processing for reducing the level of a high frequency component. Corresponding to the level of the digital video signal subjected to the low-pass filter processing, the multiplication coefficient data and the addition coefficient data are generated for linear approximation for each section obtained by dividing the nonlinear processing curve into a plurality of continuous sections. A step of multiplying the input digital video signal not subjected to the low-pass filter processing by the multiplication coefficient data, and a step of adding the addition coefficient data to the digital video signal multiplied by the multiplication coefficient data. de that is, the source for generating the coefficients of the nonlinear approximator By the digital video signal subjected to the low-pass filtering, characterized in that it has to use the narrow region on the non-linear characteristic curve the higher the frequency.
A video signal processing method for changing a signal level of a digital video signal by digital non-linear processing using a non-linear processing curve, the step of performing low-pass filter processing for reducing the level of a high frequency component on an input digital video signal, and the low-pass filter processing Generating the multiplication coefficient data and the addition coefficient data for linear approximation for each section obtained by dividing the nonlinear processing curve into a plurality of continuous sections corresponding to the level of the digital video signal subjected to the processing, and the low pass Multiplying the input digital video signal not filtered by the multiplication coefficient data; and adding the addition coefficient data to the digital video signal multiplied by the multiplication coefficient data; Digital video signal that generates the coefficients of By applying the low-pass filtering, characterized in that it has to use the narrow region on the high-frequency as a nonlinear characteristic curve.
本発明では、入力ディジタル映像信号に高周波成分のレベルを低下させるローパスフィルタ処理を施し、上記ローパスフィルタ処理が施されたディジタル映像信号のレベルに対応して、上記非線形処理カーブを連続した複数区間に分割した各区間毎に直線近似するための乗算係数データと加算係数データを発生し、上記ローパスフィルタ処理を施さない上記入力ディジタル映像信号に上記乗算係数データを乗算し、上記乗算係数データが乗算されたディジタル映像信号に上記加算係数データを加算することにより、例え歪ませたとしても偽信号(エリアシング)を発生し難い低周波の信号については、例えばガンマカーブに従った非線形処理を行い、逆に、歪ませると偽信号を発生しやすい高周波の信号については、より線形に近い処理を行って偽信号の発生を抑制することが可能となっている。また、このように本線信号のレベルに基づき、レベルが小さいほど線形処理に近づけるようにすると、高周波成分の輝度レベル依存性を無くすことができ、これにより黒の輪郭強調がつかなくなるという問題もなくなる。すなわち、本発明においては、非線形処理、特にガンマ補正処理に起因する偽信号の発生を軽減でき、かつ、本線信号のレベルにかかわらずに輪郭強調を行うことが可能である。 In the present invention, the input digital video signal is subjected to low-pass filter processing for reducing the level of high-frequency components, and the nonlinear processing curve is divided into a plurality of continuous sections corresponding to the level of the digital video signal subjected to the low-pass filter processing. Multiplication coefficient data and addition coefficient data for linear approximation are generated for each divided section, the input digital video signal not subjected to the low-pass filter processing is multiplied by the multiplication coefficient data, and the multiplication coefficient data is multiplied. For example, non-linear processing according to a gamma curve is performed on low frequency signals that are difficult to generate false signals (aliasing) even if they are distorted by adding the above addition coefficient data to the digital video signal. In addition, high-frequency signals that tend to generate false signals when distorted are processed more linearly. It is possible to suppress the generation of a false signal Te. In addition, if the level is made closer to linear processing based on the level of the main line signal in this way, the luminance level dependency of the high frequency component can be eliminated, thereby eliminating the problem that black contour enhancement cannot be achieved. . That is, in the present invention, generation of false signals due to nonlinear processing, particularly gamma correction processing, can be reduced, and contour enhancement can be performed regardless of the level of the main line signal.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1には、本発明の撮像装置の一例として、ディジタル信号処理カメラの構成例を示し、先ず、当該図1の構成の基本的な動作を説明する。 FIG. 1 shows a configuration example of a digital signal processing camera as an example of the imaging apparatus of the present invention. First, the basic operation of the configuration of FIG. 1 will be described.
この図1において、被写体からの光は、光学系1を通じて入射されCCDイメージセンサ10により撮像される。当該CCDイメージセンサ10は、光3原色のR(赤),G(緑),B(青)の3つのチャンネルに対応した3つのCCDイメージセンサからなり、さらにこれら3つのCCDイメージセンサは、3原色の画素を構成する一つの画素(この場合、例えばGの画素)が残りの2つの画素(Rの画素とBの画素)に対して空間的(光学的)に1/2画素ピッチずらして配置されている。また、これら3チャンネルのCCDイメージセンサはそれぞれが50万画素を有し、かつ水平駆動周波数が18MHzで動作されるものである。
In FIG. 1, light from a subject enters through an
このCCDイメージセンサ10からのR,G,Bの3チャンネルの撮像信号は、プリアンプ11に送られる。当該プリアンプ11にて増幅された撮像信号は、ビデオアンプ回路12に送られる。当該ビデオアンプ回路12では、上記R,G,Bの撮像信号に対して、黒/白バランス調整、黒/白シェーディング歪補正、フレア補正等の処理を行うと共に、信号増幅を行う。このビデオアンプ回路12の出力信号は、アナログ/ディジタル(A/D)コンバータ13にてディジタルビデオデータに変換され、欠陥補正回路14に送られる。当該欠陥補正回路14では、上記CCDイメージセンサ10の欠陥画素に対応する補正を行う。
The three-channel R, G, B imaging signals from the
上記欠陥補正回路14にて欠陥補正がなされた後のディジタルビデオデータは、水平及び垂直方向の輪郭強調処理すなわち画像の輪郭部を映像信号上で補正して解像度を上げるための高周波信号である輪郭強調信号を生成する輪郭強調信号生成回路に送られる。当該輪郭強調信号生成回路は、1H遅延回路15,16,17と、垂直方向のディジタルハイパスフィルタ21(以下HPF21と呼ぶ)と、水平方向のディジタルローパスフィルタ22(以下LPF22と呼ぶ)と、垂直方向のディジタルローパスフィルタ24(以下LPF24と呼ぶ)と、水平方向のディジタルハイパスフィルタ25(以下HPF25と呼ぶ)と、乗算器23及び27と、加算器28と、リミッタ29とからなるものである。
The digital video data after the defect correction is performed by the defect correction circuit 14 is a contour that is a high-frequency signal for increasing the resolution by correcting the contour of the image in the horizontal and vertical directions, that is, correcting the contour of the image on the video signal. The signal is sent to a contour enhancement signal generation circuit that generates an enhancement signal. The edge emphasis signal generation circuit includes a
当該輪郭強調信号生成回路において、先ず、直列接続された1H遅延回路15,16,17では、上記欠陥補正回路14を介して供給されたディジタルビデオデータを、順次1H(Hは水平周期)分だけ遅延させると共に、それぞれ遅延したディジタルビデオデータを出力する。これにより、これら1H遅延回路15,16,17からは、垂直方向に3ライン分ずれたディジタルビデオデータが出力される。なお、当該1H遅延回路15,16,17は垂直方向の輪郭強調信号を生成するために設けられているものである。
In the edge emphasis signal generation circuit, first, in the
次に、各1H遅延回路15,16,17からの上記3ライン分ずれたディジタルビデオデータは、後述する零挿入回路18,19,20を介して、上記HPF21を通過し、さらにLPF22を通過する。これらHPF21とLPF22を通過することにより、上記ディジタルビデオデータからは、垂直方向の輪郭成分が取り出されることになる。同時に、各1H遅延回路15,16,17からの上記3ライン分ずれたディジタルビデオデータは、後述する零挿入回路18,19,20を介して、上記LPF24を通過し、さらにHPF25も通過する。これらLPF24とHPF25を通過することにより、上記ディジタルビデオデータからは、水平方向の輪郭成分が取り出されることになる。
Next, the digital video data shifted by 3 lines from the
上記HPF21及びLPF22により取り出された上記垂直方向の輪郭成分は、乗算器23に送られ、ここで端子44を介して供給される垂直方向の輪郭強調の度合いを調整するためのゲイン調整係数が乗算される。同時に上記LPF24及びHPF25により取り出された上記水平方向の輪郭成分は、後述するディジタルローパスフィルタ26(以下LPF26と呼ぶ)を介して、乗算器27に送られ、ここで端子45を介して供給される水平方向の輪郭強調の度合いを調整するためのゲイン調整係数が乗算される。
The vertical contour components taken out by the
これら乗算器23,27の出力データは、加算器28にて加算され、リミッタ29にて所定のレベルに制限された後、水平及び垂直方向の輪郭強調処理を行うための輪郭強調信号として、後述する乗算器30を介して加算器52に送られ、当該加算器52にて本線のディジタルビデオデータと加算される。なお、上記リミッタ29は、乗算器30への入力レベルを制限するために設けられている。
The output data of the
ここで、この図1の構成例において、上記乗算器30を介した輪郭強調信号が加算器52にて加算される本線のディジタルビデオデータは、上記1H遅延回路16からの出力データが、後述する零挿入回路19及びディジタルローパスフィルタ31(以下LPF31と呼ぶ)を介し、さらにリニアマトリクス回路32によって補正がなされ、ニー補正回路33とガンマ補正回路34による非線形処理を受けた後のディジタルビデオデータとなされている。
Here, in the configuration example of FIG. 1, the main line digital video data to which the contour enhancement signal via the
なお、上記リニアマトリクス回路32は、CCDイメージセンサ10の撮像特性が理想撮像特性と異なることから生ずる色再現誤差を補正するために設けられている。また、上記ニー補正回路33では所定のニー特性によるニー補正が施された、ガンマ補正回路34では図2に示すようなガンマカーブを用いたガンマ補正が施される。ここで、上記ニー補正回路33及びガンマ補正回路34は、例えば、レベル圧縮・伸長処理手段として機能するものである。すなわち、上記ニー補正回路33では、ニー特性として所定のニースロープ及びニーポイントを示す係数を用いたニー補正処理を上記本線のディジタルビデオデータに施す。なお、このニー補正処理の一具体例としては、例えば、ニースロープ及びニーポイントを示す係数を複数種類(例えば2種類)用意しておき、この複数種類の係数を適宜選択して用いるようにすることができる。また、上記ガンマ補正回路34でも、図2に示すガンマカーブに基づく補正係数を用いたガンマ補正処理を上記本線のディジタルビデオデータに施す。このガンマ補正処理においても、その一具体例として例えば、ガンマ補正係数を複数種類(例えば2種類)用意しておき、この複数種類の係数を適宜選択して用いるようにすることができる。
The
次に、これらニー補正回路33とそれに続くガンマ補正回路34を介した出力データに対して、加算器52により上記水平及び垂直方向の輪郭強調信号が加算されて得られたディジタルビデオデータは、さらにB/Wクリップ回路35にて非線形処理である黒/白のクリップ処理が施される。このB/Wクリップ回路35による非線形処理が施されたディジタルビデオデータは、後述するディジタルローパスフィルタ36(以下LPF36と呼ぶ)及びデシメーション回路37を介して、マトリクス回路38に送られる。このマトリクス回路38では、前記R,G,Bのディジタルビデオデータから、輝度(Y)と色差(R−Y),(B−Y)のディジタルビデオ信号を形成する。
Next, the digital video data obtained by adding the horizontal and vertical contour emphasis signals by the adder 52 to the output data via the
当該マトリクス回路38からのディジタルビデオ信号は、パラレル/シリアル(P/S)コンバータ41にてシリアルのディジタルビデオデータに変換された後、端子43から出力される。また、当該マトリクス回路38からのディジタルビデオ信号は、エンコーダ39により、ディジタルのコンポジットビデオデータに変換され、さらにディジタル/アナログ(D/A)コンバータ40によりアナログのコンポジット映像信号に変換され、端子42から出力される。なお、本発明の構成例では、信号帯域をいわゆるCCIR(国際無線通信諮問委員会)のRec601規格に対応してDC(直流)〜6MHzとしている。
The digital video signal from the
ところで、本発明の図1に示すディジタル信号処理カメラにおいては、前述したような非線形処理のうち、特にガンマ補正処理に起因する折り返し成分がもたらす画質劣化を抑圧するために、前記1H遅延回路16と零挿入回路19を介した本線のディジタルビデオデータが供給されるディジタルローパスフィルタ50(以下LPF50と呼ぶ)と、当該LPF50の出力データと前記ガンマ補正回路34にて使用するものと同様の図2に示すガンマカーブとに基づいてガンマカーブ上のポイントの微分値、すなわち接線の傾きに対応する係数データを発生するガンマ傾き係数発生回路51と、当該係数データを上記リミッタ回路29を介した輪郭強調信号に乗算する乗算器30とを設け、さらに、上記乗算器30を介した輪郭強調信号を本線のディジタルビデオデータに加算するための加算器52を、前記ガンマ補正回路34の直後に配置するようにしている。
By the way, in the digital signal processing camera shown in FIG. 1 of the present invention, in order to suppress the image quality deterioration caused by the aliasing component caused by the gamma correction process among the nonlinear processes as described above, The digital low-pass filter 50 (hereinafter referred to as LPF 50) to which main line digital video data is supplied via the zero
以下に、上記ガンマ補正に起因する折り返し成分の発生防止について説明する。 Hereinafter, prevention of the aliasing component due to the gamma correction will be described.
図3には、図1の構成うちガンマ補正に起因する折り返し成分の発生防止について説明するための要部構成を抜き出し簡略化して示している。 FIG. 3 shows a simplified configuration of a main part of the configuration shown in FIG. 1 for explaining prevention of aliasing components caused by gamma correction.
この図3において、端子60にはアナログ信号が供給され、このアナログ信号は図1のA/Dコンバータ13に対応するA/Dコンバータ61に送られ、当該A/Dコンバータ61にて例えばサンプリング周波数fs=18MHzでサンプリングされてディジタル信号Aに変換される。このA/Dコンバータ61からのディジタル信号Aは前記輪郭強調信号生成回路を簡略化して示すHPF62と、図1の本線信号経路に挿入されるLPF31からニー補正回路33までの構成を簡略化して示すLPF63と、図1のLPF50に対応するLPF63とに送られる。
In FIG. 3, an analog signal is supplied to a terminal 60, and this analog signal is sent to an A /
上記HPF62の出力信号Dは、図1の乗算器30に対応する乗算器66に送られる。また、上記LPF64の出力信号Bは図1のガンマ補正回路34に対応するガンマ補正回路67に送られ、上記LPF63の出力信号Eは図1のガンマ傾き係数発生回路51に対応する係数発生回路65に送られる。当該ガンマ傾き係数発生回路65の出力信号Fは、上記HPF62の出力信号Dへの乗算係数として、上記乗算器66に送られる。
The output signal D of the
上記乗算器66の出力信号Gは、加算器68に送られ、当該加算器68によって、輪郭強調信号(すなわち高域信号)として本線の信号である上記ガンマ補正回路67の出力信号Cに加算される。この加算器68の出力信号Hが端子69を介して図1のB/Wクリップ回路35に送られることになる。
The output signal G of the
ここで、図3の各部の信号について、便宜上アナログ波形的に表して説明すると、上記サンプリング周波数fs=18MHzのA/Dコンバータ61からのディジタル信号Aが、例えば図4に示すような0〜9MHzのスイープ信号ASであるとしたとき、上記LPF64から出力される本線信号Bは図5に示すような信号BSとなる。また、当該信号BSはガンマ補正回路67にてガンマ補正処理されることで、図6に示すような信号CSとなる。
Here, the signals of the respective parts in FIG. 3 are described in terms of analog waveforms for convenience, and the digital signal A from the A /
また、上記HPF62からは図7に示すような信号DSが出力され、上記LPF63からは図8に示すような信号ESが出力される。すなわち、上記信号ESは、LPF63により低域通過がなされた信号であるため、高周波の信号ほど振幅が小さくなる。当該信号ESが送られるガンマ傾き係数発生回路65では、上記信号ESのレベル(振幅)に対応したガンマカーブ上のポイントの接線の傾きに応じた図9に示すような信号FSを生成する。言い換えれば、上記ガンマ傾き係数発生回路65では、前記図2において、横軸の入力を信号ESのレベル(振幅)としたとき、当該入力信号ESのレベルに対応する横軸上の長さに応じたガンマカーブ上の範囲内の各ポイントについて、それぞれ接線の傾きを求め、この各ポイントの接線の傾きに応じた信号FSを生成して出力する。当該信号FSが乗算係数として乗算器66に送られ、当該乗算器66にて上記HPF62からの信号DSに乗算される。
Further, from the HPF62 is output signal D S as shown in FIG. 7, from the LPF63 signal E S as shown in FIG. 8 is output. That is, the signal E S are the signal low-pass has been made by the
ここで、例えば、上記信号ESの低周波側のレベルは大きい(振幅が広い)ため、これに対応するガンマカーブ上の範囲も広いものとなり、この場合は当該信号ESのレベルに対応した当該ガンマカーブ上の各ポイントでの接線の傾きの値も大きく変わることになる。すなわち当該接線の傾きの値が大きく変わるということは、上記乗算器66にて上記信号DSの低周波側に乗ずる数(信号FSに対応する係数値)が大きく変化するということであり、これは非線形性が強くなる(大きく歪む)ことを表している。一方、例えば上記信号ESの高周波側のレベルは小さい(振幅が狭い)ため、これに対応するガンマカーブ上の範囲も狭いものとなりこの場合は当該信号ESのレベルに対応した当該ガンマカーブ上の各ポイントでの接線の傾きの値はあまり変わらないことになる。すなわち当該接線の傾きの値があまり変わらないということは、上記信号DSの高周波側に乗ずる数(信号FSに対応する係数)も変化が少ないということであり、これは線形性が強くなることを表している。
Here, for example, the level of the low frequency side of the signal E S is large (the amplitude is large), even becomes wide as the range of the gamma curve corresponding thereto, in this case corresponding to the level of the signal E S The value of the tangent slope at each point on the gamma curve also changes greatly. That means that the value of the tangent slope changes significantly, (coefficient value corresponding to the signal F S) number is multiplied to the low frequency side of the signal D S at the
このように、本発明の構成では、例え歪ませたとしても偽信号(エリアシング)を発生し難い低周波の信号については、ガンマカーブに従った非線形処理を行い、逆に、歪ませると偽信号を発生しやすい高周波の信号については、より線形に近い処理を行って偽信号の発生を抑制するようにしている。また、このように本線信号のレベルに基づき、レベルが小さいほど線形処理に近づけるようにすると、黒の輪郭強調がつかなくなるという問題もなくなる。 As described above, in the configuration of the present invention, even if the signal is distorted, a low-frequency signal that hardly generates a false signal (aliasing) is subjected to nonlinear processing according to the gamma curve, and conversely, if the signal is distorted, the signal is false. For high-frequency signals that are likely to generate signals, processing that is closer to linear is performed to suppress generation of false signals. In addition, when the level is made closer to the linear processing based on the level of the main line signal in this way, there is no problem that black outline enhancement cannot be performed.
なお、仮にLPF63による高域通過制限を強くかけて、信号ESの高周波側の振幅(レベル)を0にしたとしても、そのときの当該信号ESのレベル(すなわち振幅0)に対応するガンマカーブ上のポイントの接線の傾きに対応する信号FSが、信号DS(すなわち輪郭強調信号)に乗じられるので、ガンマ補正処理の圧縮特性は保たれる。すなわち、信号ESの振幅が0のときのガンマカーブ上のポイントの接線の傾きは、その値が変動しないので完全な線形処理となる。
Incidentally, if over strong high-pass limited by
上述したようにして乗算器66から出力された信号は図10に示すような信号GSとなり、この信号GSが加算器68に送られ、当該加算器68にて本線のガンマ補正処理が施された信号CSと加算される。この加算器68の出力信号は、図11に示すような信号HSとなる。
The signal output from the
なお、上述の例では、信号ASに全く周波数特性の劣化がないように描かれているが、実際は信号ESの信号のように高周波の振幅が落ちているため、図3中のLPF63を設けないようにすることも可能である。しかし、本発明では、信号ASに対して、LPF63による高域通過制限を積極的に施すことにより、より高周波のエリアシングの発生を抑圧するようにしている。
In the above example, although depicted as no deterioration of the frequency characteristic at all signal A S, since the actual high-frequency amplitude as signal of the signal E S is falling, the LPF63 in FIG It is also possible not to provide it. However, in the present invention, with respect to the signal A S, by actively performing high-
また、前記図3の構成において、上記A/Dコンバータ61からのディジタル信号Aが、例えば図12に示すようなバースト信号ABであるとしたとき、上記LPF64から出力される本線信号Bは図13に示すような信号BBとなる。当該信号BBはガンマ補正回路67にてガンマ補正処理されることで、図14に示すような信号CBとなる。
In the configuration of FIG. 3, when the digital signal A from the A /
一方、上記HPF62からは図15に示すような信号DBが出力され、上記LPF63からは図16に示すような信号EBが出力される。すなわち、当該バースト信号ABの例においても、上記信号EBは、LPF63により低域通過がなされた信号であるため、高周波の信号ほど振幅が小さくなる。当該信号EBが送られるガンマ傾き係数発生回路65では、前述同様に上記信号EBのレベル(振幅)に対応したガンマカーブ上のポイントの接線の傾きに応じた図17に示すような信号FBを生成する。当該信号FBが乗算係数として乗算器66に送られ、当該乗算器66にて上記HPF62からの信号DBに乗算される。
On the other hand, from the HPF62 output signal D B as shown in FIG. 15, from the LPF63 is output signal E B as shown in FIG. 16. That is, in the example of the burst signal A B, the signal E B are the signal low-pass has been made by the
このバースト信号ABの例においても、例えば、上記信号EBの低周波側のレベルは大きい(振幅が広い)ため、これに対応するガンマカーブ上の範囲も広いものとなり、この場合は当該信号EBのレベルに対応した当該ガンマカーブ上の各ポイントでの接線の傾きの値も大きく変わることになり、結果として上記乗算器66にて上記信号DBの低周波側に乗ずる数(信号FBに対応する係数値)が大きく変化するということであり、これは非線形性が強くなる(大きく歪む)ことを表している。また、例えば上記信号EBの高周波側のレベルは小さい(振幅が狭い)ため、これに対応するガンマカーブ上の範囲も狭いものとなりこの場合は当該信号EBのレベルに対応した当該ガンマカーブ上の各ポイントでの接線の傾きの値はあまり変わらないことになり、結果として上記信号DBの高周波側に乗ずる数(信号FBに対応する係数)も変化が少ないということであり、これは線形性が強くなることを表している。 In the example of the burst signal A B, for example, the level of the low frequency side of the signal E B is large (the amplitude is large), even becomes wide as the range of the gamma curve corresponding thereto, in this case the signal the value of the tangent slope at each point on the gamma curve corresponding to the level of E B also becomes vary large, resulting in the number to be multiplied to the low frequency side of the signal D B at the multiplier 66 (signal F ( Coefficient value corresponding to B ) greatly changes, which indicates that nonlinearity becomes stronger (distorts greatly). Further, for example, the level of the high frequency side of the signal E B is small (the amplitude is narrow), so the gamma curve on which corresponds to the level of the signal E B in this case also becomes narrow range on the gamma curve corresponding to this the value of the tangent slope at each point will be not much, as a result it means that change the number (coefficients corresponding to the signal F B) multiplied to the high frequency side of the signal D B is small, which is This shows that the linearity becomes stronger.
さらに、仮にLPF63による高域通過制限を強くかけて、信号EBの高周波側の振幅(レベル)を0にしたとしても、そのときの当該信号EBのレベル(すなわち振幅0)に対応するガンマカーブ上のポイントの接線の傾きに対応する信号FBが、信号DB(すなわち輪郭強調信号)に乗じられるので、ガンマ補正処理の圧縮特性は保たれる。すなわち、信号EBの振幅が0のときのガンマカーブ上のポイントの接線の傾きは、その値が変動しないので完全な線形処理となる。 Furthermore, if LPF63 over strong high-pass restrictions, even as a high-frequency side of the amplitude (level) and 0 of the signal E B, gamma corresponding to the level (i.e., amplitude 0) of the signal E B at that time Since the signal F B corresponding to the slope of the tangent of the point on the curve is multiplied by the signal D B (that is, the contour enhancement signal), the compression characteristic of the gamma correction process is maintained. That is, the gradient of tangent points on the gamma curve when the amplitude of the signal E B is 0 is a complete linear processing so that the value does not vary.
上述したようにして乗算器66から出力された信号は図18に示すような信号GBとなり、この信号GBが加算器68に送られ、当該加算器68にて本線のガンマ補正処理が施された信号CBと加算される。この加算器68の出力信号は、図19に示すような信号HBとなる。
The signal output from the
このように、上記バースト信号ABの例においても、低周波の信号については例え歪ませたとしても偽信号(エリアシング)が発生し難いのでガンマカーブに従った非線形処理を行い、逆に、高周波の信号については歪ませると偽信号を発生し易いので、より線形に近い処理を行うようにして偽信号の発生を抑制するようなことができる。また、この例の場合も、本線信号のレベルが小さいほど線形処理に近づけるようにすることで、黒の輪郭強調がつかなくなるという問題もなくなる。 Thus, in the example of the burst signal A B, because false signals even likened distorting for low frequency signals (aliasing) hardly occurs performs nonlinear processing in accordance with the gamma curve, conversely, If a high frequency signal is distorted, a false signal is likely to be generated. Therefore, it is possible to suppress the generation of a false signal by performing processing that is more linear. Also in this example, the problem that black contour enhancement cannot be achieved is eliminated by making it closer to linear processing as the level of the main line signal is smaller.
なお、上述したような偽信号の発生防止のための手法は、輪郭強調信号発生回路部分に適用するだけでなく、ガンマ補正回路自身にも応用することができる。すなわち、前記図2において、入力をx軸とし、出力をy軸としたとき、ガンマカーブは狭い区間で見るとy=ax+bの一次式で近似できる。なお、この式におけるaはガンマカーブ上の接線の傾きを、bはy軸切片を示す。したがって、前述と同様にローパスフィルタによって高周波の振幅を小さくすると、高域ほどレベル変化が小さくなって、傾きaと切片bの変動幅が小さくなり、このため線形(リニア)な処理になり、結果として歪が小さくなるため、エリアシングが抑圧される。 Note that the technique for preventing the generation of false signals as described above can be applied not only to the contour emphasis signal generation circuit part but also to the gamma correction circuit itself. That is, in FIG. 2, when the input is the x axis and the output is the y axis, the gamma curve can be approximated by a linear expression of y = ax + b when viewed in a narrow section. In this equation, a represents the slope of the tangent line on the gamma curve, and b represents the y-axis intercept. Therefore, when the amplitude of the high frequency is reduced by the low-pass filter in the same manner as described above, the level change becomes smaller as the frequency becomes higher, and the fluctuation range of the slope a and the intercept b becomes smaller. As the distortion becomes smaller, aliasing is suppressed.
この場合のガンマ補正回路の具体的構成は、図20に示すようになる。この図20において、端子70には図1のニー補正回路33からの出力データが供給され、当該データがローパスフィルタ(LPF)71にて高域通過制限される。また、上記端子70を介して入力されたデータは、乗算器73を介し、さらに加算器74を介して出力端子75に送られるようになっている。上記LPF71の出力は、係数生成回路72に送られ、当該係数生成回路72では、入力レベルに応じて、上記傾きaと切片bとを求めて出力する。上記傾きaのデータが上記乗算器73の乗算係数として送られ、上記切片bのデータが上記加算器74にて上記乗算器73の出力データに加算される。
A specific configuration of the gamma correction circuit in this case is as shown in FIG. In FIG. 20, output data from the
また、上記係数生成回路72は、具体的には、図21に示すように構成される。この図21において、端子80にはLPF71の出力が供給され、当該出力はレベルコンパレータ81に送られ、ここで当該LPF71の出力レベルが測定される。当該レベルコンパレータ81の出力は、係数aテーブル82と切片bテーブル83とに送られ、係数aテーブル82からは上記測定レベルに応じた係数aのデータが読み出され、切片bテーブル83からは上記測定レベルに応じた切片bのデータが読み出される。
Further, the
次に、本発明の図1に示すディジタル信号処理カメラにおいては、上記ガンマ補正の他のニー補正や黒/白クリップ等の非線形処理に起因する折り返し成分がもたらす画質劣化をも抑圧するために、当該非線形処理部分での標本化周波数を上げて、上記折り返し成分が信号帯域内に発生しないようにしている。すなわち、図1の構成では、非線形処理部分の前段の零挿入回路18,19,20及びLPF22,26,31にてアップコンバータを構成し、これらアップコンバータの構成により、非線形処理部分での標本化周波数を上げるようにしている。
Next, in the digital signal processing camera shown in FIG. 1 of the present invention, in order to suppress deterioration in image quality caused by aliasing components caused by nonlinear processing such as knee correction other than the above gamma correction and black / white clip, The sampling frequency in the nonlinear processing portion is increased so that the aliasing component does not occur in the signal band. That is, in the configuration of FIG. 1, the zero
以下に、上記アップコンバータを設けたことによる非線形処理に起因する折り返し成分の発生防止について説明する。 Hereinafter, the generation prevention of the aliasing component due to the non-linear processing by providing the up-converter will be described.
ここで、元の標本化周波数をfsとし、アップコンバート後の標本化周波数をfs′としたとき、通常は回路構成を簡単にするために上記周波数fs′は周波数fsの2倍や4倍などの整数倍にとることが多い。しかし、いわゆるCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)により構成されるディジタル回路では、消費電力が動作周波数に比例するので、余り高い周波数に持ち上げることは好ましいことではない。 Here, when the original sampling frequency is fs and the sampling frequency after up-conversion is fs ′, the frequency fs ′ is usually twice or four times the frequency fs in order to simplify the circuit configuration. Often an integer multiple of. However, in a digital circuit constituted by a so-called CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor), the power consumption is proportional to the operating frequency, so it is not preferable to raise it to a very high frequency.
このようなことから、本構成例では、本線信号に対するニー補正回路33からB/Wクリップ回路35までの非線形処理部分で周波数fs′=2fsとしている。なお、上記リミッタ29部分については周波数fs′=4fsとすることもできる。上述のように、非線形処理部分での周波数fs′を上記fs′=2fsとすると、図22に示すように、3次高調波までは元の信号帯域に折り返さないようにすることが可能となる。
For this reason, in this configuration example, the frequency fs ′ = 2fs is set in the nonlinear processing portion from the
図1に戻って、上記アップコンバータの構成について説明する。 Returning to FIG. 1, the configuration of the up-converter will be described.
アップコンバータは、前記1H遅延回路15,16,17からの出力データ(すなわち標本化データ列)に対して図23のAに示すように零データを挿入し、標本化周波数を持ち上げるための零挿入回路18,19,20と、この零データが挿入されたデータ列に対して帯域制限を施すことにより図23のBに示すようなデータ列を得るためのLPF22,26,31とからなる。すなわち、当該アップコンバータにおいて、1H遅延回路15,16,17からの図24のAに示すような出力データ(すなわち標本化データ列)に図23のAのように零を挿入すると、図24のBに示すように周波数fs/2以上の帯域には周波数fsからの折り返し成分が発生するが、このとき上記LPFにより図24のCに示すように周波数fs/2以下に帯域制限を施すと、その折り返し成分が除去された図23のBに示すような出力データが得られることになる。なお、図23及び図24には、周波数fs′=2fsの場合を例に挙げている。
The up-converter inserts zero data into the output data (that is, the sampled data string) from the
ここで、もしも上記アップコンバート後のLPFによる帯域制限が甘く、例えば図24のCの図中点線で示すように周波数fs/2以上の帯域に上記折り返し成分が残っていると、図25に示すような折り返し歪が生ずる。なお、アナログ信号処理カメラでは、信号帯域以上は例えばローパスフィルタで減衰されており、また回路にも利得がそれほど無いので問題にならない。 Here, if the band limitation by the LPF after the up-conversion is low, for example, if the aliasing component remains in the band of frequency fs / 2 or more as shown by the dotted line in FIG. Such folding distortion occurs. In the analog signal processing camera, the signal band or more is attenuated by, for example, a low-pass filter, and there is no problem because the circuit does not have much gain.
すなわち、図25において、アップコンバータのLPFの特性が甘く、帯域制限部で折り返し成分が漏れてしまうと、図25のAのように、元の周波数fの信号成分と周波数fs−fの折り返し成分とが、非線形処理部に入力される結果となる。その結果、当該非線形処理部において相互に変調を受けたような形になり、図25のBに示すように、周波数f及び周波数fs−fの整数倍と、周波数fs−fと周波数fの差分すなわち周波数fs−2fの整数倍の項が生ずる。このため、例えば標本化周波数を周波数fs′に上げて、折り返しが発生しないように工夫をしたとしても、周波数fs−2fのような低周波成分が生じてしまい、それほど効果がでないことになる。なお、図25のBにおいて、fの高調波成分は2f,3fであり、fの高調波成分のfs′からの折り返し成分はfs′−2f,fs′−3fであり、fs−fの高調波成分は2(fs−f),3(fs−f)であり、fs−fの高調波成分のfs′からの折り返し成分はfs′−2(fs−f),3(fs−f)−fs′,2fs′−3(fs−f)であり、fと(fs−f)の差分とその高調波成分はfs−2f,2(fs−2f)であり、fと(fs−f)の差分とその高調波成分のfs′からの折り返し成分はfs′−(fs−2f),fs′−2(fs−2f)である。 That is, in FIG. 25, if the LPF characteristic of the up-converter is poor and the aliasing component leaks at the band limiting unit, the signal component of the original frequency f and the aliasing component of the frequency fs-f as shown in FIG. Is the result input to the nonlinear processor. As a result, the non-linear processing unit has a form of mutual modulation, and as shown in FIG. 25B, the frequency f and an integer multiple of the frequency fs-f and the difference between the frequency fs-f and the frequency f are obtained. That is, a term that is an integral multiple of the frequency fs-2f is generated. For this reason, for example, even if the sampling frequency is increased to the frequency fs ′ so as to prevent the occurrence of aliasing, a low frequency component such as the frequency fs-2f is generated, which is not very effective. In FIG. 25B, the harmonic components of f are 2f and 3f, the aliasing components of f harmonic components from fs' are fs'-2f and fs'-3f, and the harmonic components of fs-f. The wave components are 2 (fs-f) and 3 (fs-f), and the folded components from fs' of the harmonic components of fs-f are fs'-2 (fs-f) and 3 (fs-f). -Fs', 2fs'-3 (fs-f), the difference between f and (fs-f) and its harmonic components are fs-2f, 2 (fs-2f), and f and (fs-f ) And the return components of the harmonic components from fs ′ are fs ′ − (fs−2f) and fs′−2 (fs−2f).
このように、非線形処理によって、上記図25のような折り返し成分等が生ずると、その後に、fs/2までに帯域制限を施したとしても、fsからの折り返し成分(fs−f)の3次高調波の折り返し成分3(fs−f)−fs′と、fとfsからの折り返し成分(fs−f)の差分fs−2fの2つが、帯域内に折り返しとして残ることになる。 As described above, when the aliasing component as shown in FIG. 25 is generated by the non-linear processing, the third-order of the aliasing component (fs−f) from fs even if the band is limited up to fs / 2 thereafter. Two of the harmonic folding component 3 (fs−f) −fs ′ and the difference fs−2f of the folding component (fs−f) from f and fs remain as folding in the band.
したがって、上記零挿入後の帯域制限は、fs/2以上を十分に(通常は−40dB以下、特に目立つ周波数は−60dB以下に)阻止しなくてはならない。 Therefore, the band limitation after the zero insertion must sufficiently prevent fs / 2 or more (usually -40 dB or less, particularly conspicuous frequency is -60 dB or less).
ここで、fs′=2fsのときは、特に以下の周波数が目立つ。 Here, when fs ′ = 2fs, the following frequencies are particularly noticeable.
例えば、f=2fs/2+α(α<<fs/2)とすると、fとfsからの折り返し成分(fs−f)の差分=fs−2f=−2αとなり、αが非常に小さいと、直流に近い低周波の折り返し歪が目立つ。 For example, if f = 2fs / 2 + α (α << fs / 2), the difference between the aliasing component (fs−f) from f and fs = fs−2f = −2α, and if α is very small, Near-frequency aliasing distortion is noticeable.
また、例えばf=fs/3+α(α<<fs/2)とすると、fsからの折り返し成分(fs−f)の3次高調波の折り返し成分=3(fs−f)−fs′=3αとなって、低周波の折り返し歪が目立つ。さらに、fとfsからの折り返し成分(fs=f)の差分=fs−2f=fs/3−2αとなって、元の信号の周波数f(=fs/3+α)との間に、周波数3αの低周波数のうなりを生ずる。 For example, when f = fs / 3 + α (α << fs / 2), the third harmonic return component of the return component (fs−f) from fs = 3 (fs−f) −fs ′ = 3α Thus, low-frequency aliasing distortion is conspicuous. Further, the difference between the aliasing components from f and fs (fs = f) = fs−2f = fs / 3−2α, and the frequency 3α between the frequency f (= fs / 3 + α) of the original signal This produces a low frequency beat.
また、例えばf=fs/4+α(α<<fs/2)とすると、fとfsからの折り返し成分(fs−f)の差分=fs−2f=fs/2−αとなって、2倍の高調波成分2f(=fs/2+2α)との間に、周波数2αの低周波のうなりを生ずる。 For example, if f = fs / 4 + α (α << fs / 2), the difference between the aliasing components (fs-f) from f and fs = fs−2f = fs / 2−α A low frequency beat of a frequency 2α is generated between the harmonic component 2f (= fs / 2 + 2α).
このようなことから、上述したfsから折り返す周波数fs/2、2fs/3、3fs/4付近の減衰率は、なるべく大きく取らなくてはならない。しかし、通過域はfs/2までとなっているので、一番初めの周波数fs/2付近は、通常のローパスフィルタの遷移域になってしまい、十分な減衰を得ることができない。この場合、予め必要な帯域よりも高い周波数fsで標本化し、fs/2付近の減衰率を大きく取るか、若しくはfs/2付近に出る折り返し歪は諦めて、折り返し成分を洩らしてしまうことが考えられる。 For this reason, the attenuation factor in the vicinity of the frequencies fs / 2, 2fs / 3, and 3fs / 4 returned from fs described above must be as large as possible. However, since the pass band is up to fs / 2, the vicinity of the first frequency fs / 2 becomes a transition area of a normal low-pass filter, and sufficient attenuation cannot be obtained. In this case, sampling at a frequency fs higher than a necessary band in advance and taking a large attenuation rate in the vicinity of fs / 2 or giving up the aliasing distortion in the vicinity of fs / 2 may cause the aliasing component to leak. It is done.
ここで、後者のように周波数fs/2付近に出る折り返し歪は諦めて、図26のAに示すように通過域を延ばし、折り返し成分を洩らしてしまうようにした場合において、周波数fsからの折り返し歪成分fs−fは、前記CCDイメージセンサ10の空間画素ずらしによって高域成分をR+Gに置き換えれば打ち消されてしまうことになるので、前記帯域制限のためのLPFの特性は甘くてよいと考えられる。しかし、実際には、画面の周辺部では倍率色収差の影響により、上記CCDイメージセンサ10の空間画素ずらしの効果は全くなく、このため画面の周辺部での折り返し歪が非常に目立つ(ただし、前記アップコンバートを行わない場合よりは1桁程少ない)結果となる。
Here, when the aliasing distortion that appears near the frequency fs / 2 is given up as in the latter case, the aliasing component is leaked by extending the passband and leaking the aliasing component as shown in FIG. Since the distortion component fs-f is canceled if the high-frequency component is replaced with R + G by shifting the spatial pixel of the
これに対して、本発明の構成例では、信号帯域を必要最小限に絞って、その代わりに、折り返し成分として発生する高域での減衰率を大きくすることにより、折り返し歪を減らすようにしている。なお、本発明の構成例では、実際には、3チャンネル分のCCDイメージセンサ10がそれぞれ同じ50万画素を有しているので、図26のBに示すように、上記周波数fsとfs′は同じ周波数であるが、信号帯域を前記CCIR Rec601におけるDC(直流)〜6MHzに絞り、その代わりに9MHz以上の減衰率を大きくして、折り返し歪を減らすようにしている。
On the other hand, in the configuration example of the present invention, the signal band is reduced to the minimum necessary, and instead, the attenuation factor in the high frequency generated as the aliasing component is increased to reduce the aliasing distortion. Yes. In the configuration example of the present invention, since the
このように、周波数fs/2以上での減衰を十分にとるようにすれば、図27のAに示すような信号を非線形処理部に入力したとしても、図27のBに示すような信号帯域の高調波成分と、それらのfs′からの折り返し成分しか現れないことになる。 As described above, if the attenuation at the frequency fs / 2 or more is sufficiently taken, even if the signal as shown in FIG. 27A is inputted to the nonlinear processing unit, the signal band as shown in B of FIG. Only the harmonic components of, and their aliasing components from fs ′ appear.
次に、当該非線形処理後も上述したようにアップコンバートしたままそのままで処理を続けるようにしてもよいが、回路の消費電力は標本化周波数に比例するので、本発明の構成例では標本化周波数を低い標本化周波数に落とす、すなわちダウンコンバート(或いはデシメーション)するようにしている。 Next, after the nonlinear processing, the processing may be continued with the up-conversion as described above. However, since the power consumption of the circuit is proportional to the sampling frequency, in the configuration example of the present invention, the sampling frequency is used. Is reduced to a lower sampling frequency, that is, down-converted (or decimated).
ただし、そのままデシメーションすると、高調波成分が折り返すことになるので、非線形処理部のB/Wクリップ回路35の後段にディジタルローパスフィルタ(LPF)36を設け、当該LPF36にて、図27のBと同様に示す図28のAの信号に対して帯域制限を施すことで、図28のBに示すようにする。
However, if the decimation is performed as it is, the harmonic component will be folded back, so a digital low pass filter (LPF) 36 is provided at the subsequent stage of the B /
なお、このLPF36は、ダウンコンバート後の周波数fs″が、fs″>fsである場合は0〜fs/2の帯域制限を行い、また、fs″がfs″<fsである場合には0〜fs″/2の帯域制限を行う。
The
上記LPF36の後は、デシメーション回路37にて、ダウンコンバートを行うことで、図28のCに示すようにする。
After the
なお、ダウンコンバートの際には、必ずしも元の標本課周波数fsに戻す必要はない。例えば、50万画素のCCDイメージセンサ10の水平駆動周波数に合わせてfs=18MHzで標本化し、非線形処理をfs′=36MHzで処理した後、fs″=13.5MHzにダウンコンバートしてシリアルディジタル通信規格に則って出力するなどといったことが考えられる。
In the case of down-conversion, it is not always necessary to return to the original sampling frequency fs. For example, sampling is performed at fs = 18 MHz in accordance with the horizontal drive frequency of the
上述のように、本発明の構成例においては、非線形処理の前段にアップコンバータを挿入し、さらに帯域制限を施して折り返し成分を除去し、高調波の折り返しが基本波(信号周波数)と干渉しないような高い標本化周波数で非線形処理を行い、その後、帯域制限を施して高調波成分を除去し、ダウンコンバータによって標本化周波数を下げるようにすることで、非線形処理に起因する折り返し成分がもたらす画質劣化を抑圧できるようにしている。また、本発明の構成例によれば、全体を高い標本化周波数で処理するのに比べて、消費電力が少なく、しかも必要な部分だけ標本化周波数を上げることにより、折り返し歪の少ない信号処理が可能となっている。 As described above, in the configuration example of the present invention, an up-converter is inserted before the non-linear processing, further band limiting is performed to remove the aliasing component, and the harmonic aliasing does not interfere with the fundamental wave (signal frequency). Image quality caused by the aliasing component due to nonlinear processing by performing nonlinear processing at such a high sampling frequency, and then band-limiting to remove harmonic components and lowering the sampling frequency with a down converter Deterioration can be suppressed. In addition, according to the configuration example of the present invention, compared to processing the whole at a high sampling frequency, power consumption is small, and by increasing the sampling frequency only in a necessary portion, signal processing with less aliasing distortion can be performed. It is possible.
なお、図1の例では、帯域制限を施すためのディジタルローパスフィルタを、水平方向の輪郭強調信号を生成する経路内のLPF22と、水平方向の輪郭強調信号を生成する経路内に設けたLPF26と、本線経路に設けたLPF31との3つに分けているが、これは各々の経路において必要とされる帯域が違うためである。したがって、これら3つのLPF22,26,31に代えて、これらと同じ動作を行うLPFを、各零挿入回路18,19,20の直後に入れるようにすることも可能である。
In the example of FIG. 1, the digital low-pass filter for performing band limitation includes an
71 ローパスフィルタ、72 係数生成回路、73 乗算器、74 加算器 71 Low-pass filter, 72 coefficient generation circuit, 73 multiplier, 74 adder
Claims (8)
入力ディジタル映像信号に高周波成分のレベルを低下させるローパスフィルタ処理を施すフィルタ手段と、
上記フィルタ手段により上記ローパスフィルタ処理が施されたディジタル映像信号のレベルに対応して、上記非線形処理カーブを連続した複数区間に分割した各区間毎に直線近似するための乗算係数データと加算係数データを発生する係数データ発生手段と、
上記フィルタ手段による上記ローパスフィルタ処理を施さない上記入力ディジタル映像信号に上記乗算係数データを乗算する乗算手段と、
上記乗算手段により上記乗算係数データが乗算されたディジタル映像信号に上記係数データ発生手段により発生された上記加算係数データを加算する加算手段とを有し、
上記係数データ発生手段により非線形特性近似の係数を発生させる元となるディジタル映像信号に上記フィルタ手段によりローパスフィルタをかけ、高域ほど非線形特性カーブ上の狭い領域を使うようにしたことを特徴とする映像信号処理装置。 A video signal processing apparatus that changes a signal level of a digital video signal by digital nonlinear processing using a nonlinear processing curve,
Filter means for performing low-pass filter processing to reduce the level of high-frequency components in the input digital video signal;
Multiplication coefficient data and addition coefficient data for linear approximation for each section obtained by dividing the nonlinear processing curve into a plurality of continuous sections corresponding to the level of the digital video signal subjected to the low-pass filter processing by the filter means. Coefficient data generating means for generating
Multiplying means for multiplying the input digital video signal not subjected to the low-pass filter processing by the filter means with the multiplication coefficient data;
Adding means for adding the addition coefficient data generated by the coefficient data generation means to the digital video signal multiplied by the multiplication coefficient data by the multiplication means ;
A low-pass filter is applied to the digital video signal from which the coefficient data generating means generates a coefficient for approximating the nonlinear characteristic by the filter means, and a narrower region on the nonlinear characteristic curve is used for higher frequencies. Video signal processing device.
上記ローパスフィルタ処理が施されたディジタル映像信号の信号レベルを検出するレベル検出手段と、
上記レベル検出手段により検出された上記ディジタル映像信号の信号レベルに応じて、上記非線形処理カーブを直線近似する区間を選択する選択手段と、
上記選択手段により選択された区間の乗算係数データと加算係数データを出力する係数データ出力手段と
を含むことを特徴とする請求項1記載の映像信号処理装置。 The coefficient data generating means is
Level detecting means for detecting the signal level of the digital video signal from which the low-pass filter processing has been performed,
Selection means for selecting a section for linearly approximating the nonlinear processing curve according to the signal level of the digital video signal detected by the level detection means;
2. The video signal processing apparatus according to claim 1, further comprising: coefficient data output means for outputting multiplication coefficient data and addition coefficient data for the section selected by the selection means.
上記入力ディジタル映像信号の標本化周波数を上げてから上記非線形処理カーブを用いたディジタル非線形処理を行うことを特徴とする請求項1記載の映像信号処理装置。 A zero insertion means for up-converting the frequency of the input digital video signal is provided in the previous stage,
2. The video signal processing apparatus according to claim 1, wherein after the sampling frequency of the input digital video signal is increased, digital nonlinear processing using the nonlinear processing curve is performed.
入力ディジタル映像信号に高周波成分のレベルを低下させるローパスフィルタ処理を施すステップと、
上記ローパスフィルタ処理が施されたディジタル映像信号のレベルに対応して、上記非線形処理カーブを連続した複数区間に分割した各区間毎に直線近似するための乗算係数データと加算係数データを発生するステップと、
上記ローパスフィルタ処理を施さない上記入力ディジタル映像信号に上記乗算係数データを乗算するステップと、
上記乗算係数データが乗算されたディジタル映像信号に上記加算係数データを加算するステップとを有し、
上記非線形特性近似の係数を発生させる元となるディジタル映像信号に上記ローパスフィルタ処理を施すことにより、高域ほど非線形特性カーブ上の狭い領域を使うようにしたことを特徴とする映像信号処理方法。 A video signal processing method for changing a signal level of a digital video signal by digital non-linear processing using a non-linear processing curve,
Applying low pass filter processing to reduce the level of high frequency components to the input digital video signal;
A step of generating multiplication coefficient data and addition coefficient data for linear approximation for each section obtained by dividing the nonlinear processing curve into a plurality of continuous sections corresponding to the level of the digital video signal subjected to the low-pass filter processing. When,
Multiplying the input digital video signal not subjected to the low-pass filter processing by the multiplication coefficient data;
Adding the addition coefficient data to the digital video signal multiplied by the multiplication coefficient data,
A video signal processing method characterized in that a narrower region on a nonlinear characteristic curve is used in a higher frequency region by applying the low-pass filter process to a digital video signal that is a source for generating a coefficient of the nonlinear characteristic approximation.
上記ローパスフィルタ処理が施されたディジタル映像信号の信号レベルを検出するステップと、
検出された上記ディジタル映像信号の信号レベルに応じて、上記非線形処理カーブを直線近似する区間を選択するステップと、
選択された区間の乗算係数データと加算係数データを出力するステップと
を含むことを特徴とする請求項5記載の映像信号処理方法。 The step of generating the multiplication coefficient data and the addition coefficient data is as follows:
Detecting a signal level of the digital video signal subjected to the low-pass filter processing;
Selecting a section for linearly approximating the nonlinear processing curve according to the detected signal level of the digital video signal;
6. The video signal processing method according to claim 5, further comprising a step of outputting multiplication coefficient data and addition coefficient data for the selected section.
上記入力ディジタル映像信号の標本化周波数を上げてから上記非線形処理カーブを用いたディジタル非線形処理を行うことを特徴とする請求項5記載の映像信号処理方法。 Performing zero insertion processing on the input digital video signal for up-converting the frequency,
6. The video signal processing method according to claim 5, wherein digital nonlinear processing using the nonlinear processing curve is performed after increasing the sampling frequency of the input digital video signal.
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