JP3946780B2 - ビデオ信号同期装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、ビデオ信号の同期装置、更に詳しくいえば、入力と出力の間でロックされていないビデオ信号をフレーム同期する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ビデオ同期は、２つの非同期ビデオソースを「ロックする」ための周知の要件である。例えば、屋外の放送車が局部同期信号で或る信号を発生し、それを独自の基準同期信号で動いているスタジオに中継する場合などに、必要である。
【０００３】
実際では、２つのフレーム同期周波数は極めて接近しており、一般に４００万分の１ぐらいの差しかないが、位相及び正確な周波数は、図１に示すように僅かに相違している。
【０００４】
一般に、同期は、図２に示すようにバッファメモリを用いて行われる。書込みポインタ（アドレス発生器）が入力ビデオデータを該バッファに入力ビデオ信号に同期して書込み、読出しポインタが記憶されたデータを外部の出力同期基準信号に同期して読出す。しかし、入力及び出力同期信号（ＳＹＮＣ）の周波数が異なるときは、読出し及び書込みポインタが互いに変動する。詳しくいうと、読出しポインタの動作が書込みポインタより遅れるときは、フレームが飛ばされて動きの中に急なジャンプを起こすビデオスキップ（映像が飛ぶこと）が現れる。また、書込みポインタが読出しポインタより遅れると、同じビデオが続けて２度出力されフレームが繰返される結果、映像の動きが一瞬止まって見える。
【０００５】
繰返されたり、飛ばされたりする連続ビデオ部分は通常、コンポーネントビデオの場合に２フィールド（１フレーム）、ＮＴＳＣの場合４フィールド、ＰＡＬの場合８フィールドである。あとの２つの場合は、ＳＣ−Ｈ（副搬送波−水平同期）位相関係を維持する必要があるためである。
【０００６】
上述したタイプの同期装置がフレームを飛ばしたり、反復したりすると、明らかに動きが不連続に見える。更に、この不連続な動きは、音声と映像信号の両方が同時に同期されている場合、耳障りな感じを引き起こす。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、上述の方法によって生じるフレームの欠落や反復の障害がないビデオ信号同期装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段及び作用】
本発明のビデオ信号同期装置は、連続する入力映像のビデオ信号から、外部同期信号に同期した連続する出力映像のビデオ信号を生成するビデオ信号同期装置であって、入力映像を時間軸方向に１次元補間する時間方向１次元補間手段と、入力映像を時間軸方向と垂直軸方向で２次元補間する時間−垂直方向２次元補間手段と、入力映像の動きを検出する動き検出手段と、この動き検出手段の第１の出力と時間方向１次元補間手段の出力を乗算する第１の乗算器と、動き検出手段の第２の出力と時間−垂直方向２次元補間手段の出力を乗算する第２の乗算器と、第１及び第２の乗算器の出力を加算する加算手段とを備え、外部同期信号に同期したタイミングで時間方向１次元補間手段と時間−垂直方向２次元補間手段とを作動させて、第１の乗算器から出力される動きの少ない部分の映像と、第２の乗算器から出力される動きの多い部分の映像を前記加算手段で加算して出力することを特徴としている。なお、ここで外部同期信号は出力画像の同期信号、すなわち、出力同期信号と同じものである。
【００１４】
【実施例】
以下、本発明を図面により具体的に説明する。
図１は、垂直・時間空間における入力及び出力フィールドの相対的ピクセル位置を示す説明図である。
図２は、バッファメモリを用いる公知のビデオ同期装置を示すブロック図である。
図３は、垂直・時間インタポレータ（補間器）を用いる本発明の第１の実施例を示すブロック図である。
図３に示す装置は、本発明の最も簡単な実施例で、入力信号は単に垂直・時間インタポレーション（補間）を受けるだけである。この方法により、各出力ピクセルは、垂直及び時間方向における周囲の入力ピクセルから計算される。入力及び出力同期信号分離器８及び９は、入力及び出力同期信号を取出す。これらより、各出力ピクセルの周囲の入力ピクセルに対する相対的時間位置が計算される。この情報は、係数選択回路１０を介して垂直・時間インタポレータ５を制御し、線形垂直・時間インタポレーションにより出力ピクセルを作成するのに使用される。出力ピクセルの入力ピクセルに対する相対的位置は変化するので、上記インタポレータ５は周囲入力ピクセルの出力ピクセルへの関与（度）を変える。したがって、データを飛ばしたり、繰返したりする必要がない。
【００１５】
この装置は、比較的簡単であるが、垂直及び時間的解像度が通常その処理によって僅かに低下する。
【００１６】
図４は、動き補正変換技法を用いる本発明の第２実施例を示す。この特定のシステムはビデオ標準方式（レート）変換システムを表すが、これは、上記の技法を用いて出力ビデオ信号の位相又は周波数を連続的に調整する本発明の実施例を示している。
【００１７】
簡単な線形補間に従えば、映像の特徴部分が２つの位置の間で動くとき、補間された映像は、両位置における該特徴部分がフェードされて表されたものを含むであろう。しかし、動き補正変換に従えば、映像の動きを示すベクトルが計算され、補間により上記特徴部分の両位置間の映像を表したものが生成される。この実施例では、動き補正変換処理が、入力及び出力同期信号の間の時間位相差に基いて周囲の入力ピクセルから出力ピクセルを計算するのに使用され、したがって、情報を欠落させたり、繰返したりする必要は全くない。
【００１８】
この実施例は、垂直及び時間的解像度を維持し、これが低下するという第１の実施例の問題点を解決するものの、比較的高いコストがかかり、且つ複雑である。
【００１９】
これより、図５〜図８を参照して本発明の第３の実施例を説明する。本実施例は、入力映像におけるライン数は再同期される出力映像と同じであるので、入力データから出力データへの変換は主として時間的なものであり、したがって、変換の方法及び装置を簡略化できるという認識に基いている。
【００２０】
入力映像（画像）又は画像の領域が、例えばフレームからフレームにわたって静止している場合、どんな垂直補間も行う必要はない。即ち、本実施例は、本質的に、映像が静止しているか或いは動いているかを決定し、画像領域が静止していれば垂直解像度を保持し、画像領域が動いていれば、垂直・時間インタポレーションを用いて出力映像を生成する、動き適応方法を用いるものである。
【００２１】
画像領域が動いているとして検出された場合、どのタイプの補間（インタポレーション）を使うかということは本発明にとって重要でないが、本実施例では、２次元空間補間されたサンプルとフレーム内１次元補間されたサンプルとを組合せる動き適応方法を用いて、適度な処理の複雑さで高品質の補間出力を提供している。
【００２２】
図５は、動きのない画像領域に対する垂直・時間空間を示す。この場合、出力サンプルは、先行フィールドの置換、隣接フィールドにおけるサンプルの平均、或いは両側のサンプルの加重結合の生成のいずれかにより直接発生することができる。加重結合の場合、例えば、次式によりその隣接ピクセルからＰ₀ を計算する。
Ｐ₀ ＝（ｔ₂ ／Ｔ）×Ｐ₁ ＋（ｔ₁ ／Ｔ）×Ｐ₂
即ち、Ｐ₀ の値は、両側の２つの隣接する入力ピクセルに対する近接度に従って作成する。
【００２３】
図６において、画像領域が動いていると決定された場合、その出力は、所望出力サンプルの周りの入力サンプルの加重結合によって作成する。補間器は一般に、推定しようとする値の位置の周囲の４又は１６サンプルを使用する。
【００２４】
図７は、上述の処理を実行する装置（本発明の第３実施例）を示すブロック図である。動き検出器１８は、映像の静止部分に対しては値「０」を取り、全体が動く領域に対しては値「１」を取る出力Ｋを発生する。どの出力ピクセルの値も、夫々静止映像及び動く映像に基く２つの補間方法に対応する２つのブロック１２及び１３により、同時に推定される。乗算器１５及び１６は、夫々ブロック１２，１３の出力に動き検出器１８の出力 Kを乗算し、２つの乗算出力を加算器１７に送り、所望ピクセルの推定値を発生する。
【００２５】
出力Ｋは、図８に示すような「穏やかな」転換特性をもつように配慮され、これにより、Ｋが０と１の間の値を取るとき、静から動への滑らかな変移処理が可能になる。動き検出器１８は、各ピクセルについて順に動き度（動く度合）を決定し、１つのビデオフィールドの種々の領域をそれらの個々の動き度に従ってブロック１２又は１３のいずれか一方から作成できるようにしてもよい。
【００２６】
上述の実施例はすべて、出力データ作成のための連続的な処理及び補間により、なお出力の質が低下する欠点がある。
【００２７】
第４の実施例は、これまでの実施例で用いた連続処理に由来する劣化を避ける方法及び装置を提供するものである。
図９に示すように、本実施例は、大部分の時間、ビデオ映像情報を、従来技術に関して述べたのと同じようにバッファメモリを介して出力する。しかし、本実施例では、フレームを飛ばしたり、反復したりしなければならない状態にバッファが近づくと、本装置は、不連続部分に穏やかで「滑らかな」変移を実現するために、反復又は飛ばされようとするフレームを含む複数のフレームにわたって処理を行う。
【００２８】
変移期間では、上述の実施例よりもっと意義のある補間が必要であるが、これらの個所における動きの滑らかさは、余りよくないことがある。しかし、本実施例では、番組素材の殆ど全部が処理による劣化を受けない利点がある。
【００２９】
図９の実施例は、図２の公知の同期装置に示したものと大体同じビデオメモリ６、アドレス発生器７、同期信号（ＳＹＮＣ）分離器８及び９を有する。ただし、この外に、垂直・時間インタポレータ５及び係数選択器１０並びにアドレス発生器７で制御されるスイッチ１１がある。スイッチ１１は、ビデオメモリ６からの標準出力、又は、欠落もしくは反復フィールドを含む変移期間における上記インタポレータ５の出力のいずれか一方を選択する。
【００３０】
一例として、図１０及び１１に、公知の同期装置により作成されたフレームと、本実施例により作成されたフレームとの比較を示す。反復フレーム（図１１）の変移期間に必要な係数値を考えるに、本同期装置から出力されるフレームは、従来の同期装置の出力から次のようにして計算できる。
ＦＡ＝３／４ Ｆ５＋１／４ Ｆ６，
ＦＢ＝１／２ Ｆ６＋１／２ Ｆ７，
ＦＣ＝３／４ Ｆ７＋１／４ Ｆ６，
ＦＤ＝３／４ Ｆ７＋１／４ Ｆ８，
ＦＥ＝１／２ Ｆ７＋１／２ Ｆ８，
ＦＦ＝３／４ Ｆ９＋１／４ Ｆ８。
即ち、図１１におけるＦＡ〜ＦＦは、変移を滑らかにするためのＦ５〜Ｆ９（Ｆ７を含む）の加重結合を表す。
【００３１】
この例では、できるだけ複雑でないハードウェアとするために、極性が同じフィールドだけの組合せと簡単な係数値とを選んだ。しかし、一般的な垂直・時間インタポレータには通常、係数値や極性が異なるフィールドの混合部分に対する制約はない。
【００３２】
図１０に示す欠落ビデオ列の場合にも、類似の図式が成立つ。図１０におけるＦＡ〜ＦＦは、変移を滑らかにするためのＦ６〜Ｆ１２（Ｆ９を含む）の加重結合を表す。
【００３３】
このシステムの実現は、比較的容易であり、変移を和らげるために０．２５，０．５及び０．７５のやさしい２進的係数と、同じ極性のフィールドのみの結合とを用いる、ＢＫＰＦ−１０８Ｃに関して簡略化したフォーマットを考慮した。実際には、図９のスイッチ１１は、インタポレータ５の係数１及び０を選択することにより「実質的に」実現できることに留意されたい。
【００３４】
本技法は、すべてのビデオ標準方式に対して同じように適用可能であるが、一例として６２５／５０Ｈｚのみを考慮した。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したとおり、本発明によれば、従来のビデオ信号同期装置で発生するフレームの欠落や反復による画像の不連続を目立たないようにすることができる。また、音声と映像信号の両方が同期されている場合の耳障りも軽減される。
【図面の簡単な説明】
【図１】垂直・時間空間における入力及び出力フィールドの相対的ピクセル位置を示す説明図である。
【図２】バッファメモリを用いる公知のビデオ同期装置を示すブロック図である。
【図３】垂直・時間インタポレータを用いる本発明の第１実施例を示すブロック図である。
【図４】動き補正変換技法を用いる本発明の第２実施例を示すブロック図である。
【図５】静止画像領域の垂直・時間空間及びその補間を示す説明図である。
【図６】動く画像領域の垂直・時間空間及びその補間を示す説明図である。
【図７】図５及び６の補間を行う本発明の第３実施例を示すブロック図である。
【図８】図７の実施例における転換特性を示す曲線図である。
【図９】本発明の第４実施例を示すブロック図である。
【図１０】フレーム欠落時の図９装置の処理を従来例と比較して示す説明図である。
【図１１】フレーム反復時の図９装置の処理を従来例と比較して示す説明図である。
【符号の説明】
５ 垂直・時間インタポレータ
１８ 動き検出器
６ メモリバッファ

Claims (1)

1. 連続する入力映像のビデオ信号から、外部同期信号に同期した連続する出力映像のビデオ信号を生成するビデオ信号同期装置であって、
   前記入力映像を時間軸方向に１次元補間する時間方向１次元補間手段と、
   前記入力映像を時間軸方向と垂直軸方向で２次元補間する時間−垂直方向２次元補間手段と、
   前記入力映像の動きを検出する動き検出手段と、
   前記動き検出手段の第１の出力と前記時間方向１次元補間手段の出力を乗算する第１の乗算器と、
   前記動き検出手段の第２の出力と前記時間−垂直方向２次元補間手段の出力を乗算する第２の乗算器と、
   前記第１及び第２の乗算器の出力を加算する加算手段と、を有し、
   前記外部同期信号に同期したタイミングで前記時間方向１次元補間手段と前記時間−垂直方向２次元補間手段とを作動させて、前記第１の乗算器から出力される動きの少ない部分の映像と、前記第２の乗算器から出力される動きの多い部分の映像を前記加算手段で加算して出力する
   ことを特徴とするビデオ同期装置。

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