JP3982081B2 - ディジタル映像信号評価方法および処理装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ディジタル映像信号の標本点のタイミング偏差（ジッタ）を評価するための映像信号評価方法およびタイミング偏差を補正するようにした処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディジタル画像処理において、画像データの標本化（ディジタル／アナログ変換）時の標本化パルス（クロックパルス）は、同期基準信号（水平同期信号またはカラーバースト信号）に基づくＰＬＬ（Phase Locked Loop ）回路により生成されるのが一般的である。ＰＬＬ回路の動作が不完全である場合には、生成した標本化パルスにタイミング偏差（ジッタ）が生じ、結果として標本化後の画像データにおいて、標本化位相に関する歪みが含まれる。このため、このような問題を回避するため、一般的に入力信号に対してＰＬＬ回路の動作を最適化する工夫がなされている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、テレビジョン受像機等においては、基本周波数にバラツキを有する各種入力信号を受信する必要があり、ＰＬＬ回路の中心周波数を厳密に管理することが困難で、精緻な画像処理を行う場合において標本化位相の歪みが問題となる。
【０００４】
一方、ＶＴＲ（ビデオ・テープレコーダ）における再生信号等の時間的揺らぎを吸収するものとして、ＴＢＣ（Time Base Corrector)処理が知られているが、この処理は、一般に同期基準信号に基づく標本化パルス単位での処理であり、最小単位としての画素以下のタイミング偏差の吸収に関しては、対応不可能であり、画素以下のタイミング偏差に対応できる装置が要望されている。
【０００５】
従って、この発明の目的は、標本化時のタイミング偏差を最小単位である画素以下の精度で検出することが可能なディジタル映像信号評価方法、およびタイミング偏差の補正を行うことが可能なディジタル映像信号処理装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
以上の問題を解決するために、請求項１の発明は、同期基準信号に同期してアナログの映像信号を標本化したディジタル映像信号のタイミング偏差を評価するディジタル映像信号評価方法において、
所定走査線間の相関値を算出し、
得られた相関値に基づいて、曲線式を用いた同定処理により画素以下のタイミング偏差を所定走査線ごとに求めることを特徴とするディジタル映像信号評価方法である。
【０００７】
請求項４の発明は、同期基準信号に同期してアナログの映像信号を標本化したディジタル映像信号の偏差を検出し、この偏差を補正するディジタル映像信号処理装置において、
所定走査線間の相関値を算出し、得られた相関値に基づいて、曲線式を用いた同定処理により画素以下のタイミング偏差を所定走査線ごとに求め、タイミング偏差に応じた補正信号を発生する手段と、
補正信号に応じてディジタル映像信号の位相を補正する補正手段と
を備えたことを特徴とするディジタル映像信号処理装置である。
【０００８】
この発明では、所定走査線間の相関係数が算出され、得られた相関係数に基づいて所定の曲線式を用いた同定処理により、最小単位である画素以下の精度でタイミング偏差を検出できる。検出したタイミング偏差を参照して、注目画素を含む時空間内画素群の相対的な標本化位相関係を把握でき、より精緻な画像信号処理が可能となる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施形態について図面を参照して説明する。図１は、この発明の一実施形態の全体構成を示す。図１に示すようにこの発明による標本化処理装置が同期信号分離部２、標本化処理部３、標本化パルス生成部４、水平位相補正処理部５および画素以下ジッタ量推定部６により構成されている。
【００１０】
図１において１で示されるのが入力端子であり、この入力端子に例えばアナログの映像信号が入力され、入力端子１を介してアナログの映像信号が同期信号分離部２に供給される。同期信号分離部２において、映像信号から水平同期信号が分離され、分離された水平同期信号が標本化パルス生成部４に供給される。また、同期信号分離部２からの映像信号が標本化処理部３に供給される。
【００１１】
標本化パルス生成部４は、電圧制御発振器等を有したＰＬＬ回路等により構成されており、標本化パルス生成部４において、水平同期信号に基づいて映像信号と調相した標本化パルスが生成される。標本化パルスの周波数は、例えば４ｆsc（ｆscは色副搬送波周波数）である。入力映像信号がカラー映像信号の場合に、バースト信号に同期した標本化パルスを標本化パルス生成部４が生成するようにしても良い。標本化パルス生成部４において生成された標本化パルスが標本化処理部３に供給される。
【００１２】
標本化処理部３は、例えばサンプルホールド回路およびＡ／Ｄ変換器により構成されており、標本化処理部３において、先ず、映像信号に対して標本化パルスのタイミングで以てサンプルホールドを行う。そして、サンプルホールドされた電圧値に対して量子化を行うことでアナログ・ディジタル変換がなされる。標本化処理部３において形成されたディジタルの映像信号が水平位相補正処理部５に供給されると共に、画素以下ジッタ量推定部６に供給される。
【００１３】
画素以下ジッタ量推定部６は、例えば、ライン間相関評価および曲線同定を行うことによって、タイミング偏差を最小単位である画素以下の精度で検出し、この検出結果に基づいて補正位相情報を形成する。画素以下ジッタ量推定部６において形成された補正位相情報が水平位相補正処理部５に供給される。なお、画素以下ジッタ量推定部６は、ハードウエアにより構成しても良いが、画素以下ジッタ量推定部６に設けられたマイクロプロセッサによりソフトウェア処理によって実現される。
【００１４】
水平位相補正処理部５は、画素以下ジッタ量推定部６からの補正位相情報に基づいてディジタルの映像信号のライン間の相関を回復する方向に水平位相の補正処理を行う。例えば、この補正処理は、予め求めた係数を割り当てた水平画素群の加重和処理によってなされる。水平位相補正処理部５において水平位相が高精度に補正され、得られた精緻なディジタルの映像信号が出力端子７を介して取り出される。出力端子７には、図示せずもディジタル映像信号処理部が接続されている。
【００１５】
上述したように、画素以下ジッタ量推定部６においては、タイミング偏差が最小単位である画素以下の精度で検出され、この検出結果に基づいて補正位相情報が形成される。このような画素以下ジッタ量推定部６の処理の理解を容易とするため、先ず、テレビジョン走査と、タイミング偏差について図２および図３を参照して簡単に説明する。
【００１６】
図２は、テレビジョン受像機等において飛び越し走査（２：１インタレース走査）により形成される表示画面を模式的に示す。一般にテレビジョン映像信号は、伝送時には時間１次元の信号形態を取っており、表示を行う際には、画面水平方向に掃引する走査線を画面垂直方向に並べ、２次元の画像を形成する。図２において実線１２で示されるのが偶数フィールドの走査線であり、また、図２において破線１３で示されるのが奇数フィールドの走査線である。また、偶数フィールドの走査線に注目し、画面最上部より第０走査線とし、掃引順に走査線に番号が付されている。従って、第ｎ走査線と第（ｎ＋１）走査線とは、垂直方向に連続する走査線となる。
【００１７】
図３Ａおよひ図３Ｂは、走査線毎に標本化パルスのタイミング偏差が生じた状態で映像信号を標本化した場合を示す。なお、図３Ａおよひ図３Ｂにおける縦軸ｚが信号レベルを示し、横軸が時間を示す。また、図３Ａが第ｎ走査線を示し、図３Ｂが第（ｎ＋１）走査線を示す。ここでは、第ｎ走査線上の情報が第（ｎ＋１）走査線上の情報と完全に一致する、すなわち、画面垂直方向に強相関な映像信号を仮定している。
【００１８】
本来、正しく標本化パルスが生成されていれば、走査線の先頭から数えた各標本点（ｍ−２），（ｍ−１），ｍ，（ｍ＋１），（ｍ＋２）における信号レベルｚは、第ｎ走査線と第（ｎ＋１）走査線間で一致する。しかしながら、映像信号を標本化する標本化パルスが第ｎ走査線と第（ｎ＋１）走査線間で、図３Ａおよひ図３Ｂに示すように時間的偏差tdが生じている場合には、標本化後のデータレベルに微小な差が伴う。
【００１９】
上述した状態で、標本化後の映像データに対し何らかの信号処理、例えば、走査線間の線形演算による補間処理を行うことを想定する。補間処理としては、走査線間にわたる複数個の標本点群の距離に比例した加重和により行うものとすると、第ｎ走査線上の標本点と第（ｎ＋１）走査線上の標本点の標本化位相ズレが、補間演算に用いる標本点のレベル変化の形で補間データに歪みとして伝播する。このことは、精緻な信号処理を行う必要が有る場合において問題となる。この発明はこのような問題を解決するもので、タイミング偏差を最小単位である画素以下の精度で検出し、この検出結果に基づいて補正位相情報を形成し、この補正位相情報に基づいて水平補正を行うことでジッタを除去し、精緻な画像処理を可能とする。
【００２０】
以下、この発明の一実施形態における画素以下ジッタ量推定部６の処理を図４、図５およひ図６を参照して詳細に説明する。ライン相関評価は、相関係数ｒを求めることでライン相関を評価する。一般に相関係数ｒは、ｎ対の数値（ｘ１，ｙ１），（ｘ２，ｙ２），・・・，（ｘｎ，ｙｎ）についての統計量であり、
ｒ＝Σ（ｘｉ−Avｘ）（ｙｉ−Avｙ）／（（ｎ−１）ＳｘＳｙ）・・・(1)
により求めることができる。なお、Σ計算は、（ｉ＝１）からｎ（：自然数）までの積算である。また、Avｘは、ｘの平均値、Avｙは、ｙの平均値、Ｓｘは、ｘの標準偏差、Ｓｙは、ｙの標準偏差である。
【００２１】
相関係数ｒは、（−１≦ｒ≦１）の範囲にあり、正の相関で「ｘが大きい程ｙも大きい」という関係が強ければ強い程ｒは、１に近づき、負の相関で「ｘが大きい程ｙが小さい」という関係が強ければｒは、−１に近づく。
【００２２】
図４は、相関計数をライン間の相関評価に適用した一例を示す。いま、注目する走査線上のｍ個の標本点（画素）に関し、同一フィールド内の上下の走査線との間で相関評価を行う。図４では、注目する走査線を第ｌ走査線とし、フィールド内１ライン上の第（ｌ−１）走査線と、フィールド内１ライン下の第（ｌ＋１））との間で相関評価を考える。なお、図４において、黒点で示されるのが第ｌ走査線上のｍ個の標本点であり、白点で示されるのが第（ｌ−１）走査線および第（ｌ＋１）のｍ個の標本点である。
【００２３】
図４Ａに示すように第１の相関係数ｒ１が第ｌ走査線の標本点群（１〜ｍ）と、第（ｌ−１）走査線上の１標本点左方にシフトした標本点群（０〜ｍ−１）との間によって算出される。また、図４Ｂに示すように第２の相関係数ｒ２が第ｌ走査線の標本点群（１〜ｍ）と、第（ｌ−１）走査線上の標本点群（１〜ｍ）との間によって算出される。さらに、図４Ｃに示すように第３の相関係数ｒ３が第ｌ走査線の標本点群（１〜ｍ）と、第（ｌ−１）走査線上の１標本点右方にシフトした標本点群（２〜ｍ＋１）との間によって算出される。
【００２４】
さらに、図４Ｄに示すように第４の相関係数ｒ４が第ｌ走査線の標本点群（１〜ｍ）と、第（ｌ＋１）走査線上の１標本点左方にシフトした標本点群（０〜ｍ−１）との間によって算出される。また、図４Ｅに示すように第５の相関係数ｒ５が第ｌ走査線の標本点群（１〜ｍ）と、第（ｌ＋１）走査線上の標本点群（１〜ｍ）との間によって算出される。さらに、図４Ｆに示すように第６の相関係数ｒ６が第ｌ走査線の標本点群（１〜ｍ）と、第（ｌ＋１）走査線上の１標本点右方にシフトした標本点群（２〜ｍ＋１）との間によって算出される。
【００２５】
上述した関係で６個の相関係数ｒ１〜ｒ６が算出される。具体的な一例として、ある絵柄の画面に対して実際に相関係数ｒ１〜ｒ６を求めた結果を空間的な位置関係に対応付けて図５に示す。つまり、図５において矢印２１で示される右端に走査線番号（ｌ−１），ｌ，（ｌ＋１）が付されると共に、図５において矢印２２で示される上端に標本点の水平シフトを行わない相関係数の計算を示すｎと、標本点を左方に１標本点シフトしてなされる相関係数の計算を示す（ｎ−１）と、標本点を右方に１標本点シフトしてなされる相関係数の計算を示す（ｎ＋１）が付されている。
【００２６】
図５の例では、第１の相関係数の計算結果として（ｒ１＝0.99732969) 得られ、第２の相関係数の計算結果として（ｒ２＝0.99777023) が得られ、第３の相関係数の計算結果として（ｒ３＝0.99722908) 得られ、第４の相関係数の計算結果として（ｒ４＝0.99722082) 得られ、第５の相関係数の計算結果として（ｒ５＝0.99776312) 得られ、第６の相関係数の計算結果として（ｒ６＝0.99731820) が得られている。
【００２７】
上述したように６個の相関係数ｒ１〜ｒ６が算出され、この演算結果に基づいて曲線同定処理がなされ、標本点間に存在するピーク位置の推定がなされる。例えば、図５に示す相関係数ｒ１〜ｒ６の計算結果の場合に当てはめてみると、第（ｌ−１）走査線では、各相関係数は、ｎに対して（ｎ−１），（ｎ＋１）で対称でなく、相関係数のピーク値は、（ｎ−１）とｎとの間に存在すると推定される。
【００２８】
例えば、同定処理を行う際に用いられる曲線式としては、
ｒ＝ａ（ｘ−ｐ）² ＋ｑ ・・・(2)
で表現される２次式が用いられる。この時、同定処理を行う際に参照する標本点数に関しては任意であるが、例えば、３点を用いるものとし、連続する３点の標本点を（ｎ−１），ｎ，（ｎ＋１）とし、それぞれの標本点位置をｘ（ｎ−１），ｘｎ，ｘ（ｎ＋１）とし、相関係数をｒ（ｎ−１），ｒｎ，ｒ（ｎ＋１）とすると、図６に示すように同定処理がなされる。
【００２９】
つまり、連続する３点の標本点（ｎ−１），ｎ，（ｎ＋１）の標本点位置ｘ（ｎ−１），ｘｎ，ｘ（ｎ＋１）と、相関係数をｒ（ｎ−１），ｒｎ，ｒ（ｎ＋１）とを上記(2) 式に代入し、定数ｐを解く。得られたｐと標本点位置ｘ（ｎ−１），ｘｎ，ｘ（ｎ＋１）の相対関係から、ピークの存在する標本点間の位置が推定される。つまり、図６において実線２３で示す２次曲線上の最大値（図中白点２４で示される）の座標位置が確定され、得られた定数ｐと標本点位置ｘ（ｎ−１），ｘｎ，ｘ（ｎ＋１）との相対関係からピーク値の存在する標本点間の位置が推定される。
従って、上述した処理によってタイミング偏差が最小単位である画素以下の精度で検出され、この検出結果に基づいて補正位相情報が形成される。この補正位相情報が水平位相補正処理部５に供給され、水平位相補正処理部５において、補正位相情報に基づいてディジタルの映像信号のライン間の相関を回復する方向に水平位相の補正処理がなされ、精緻な画像処理が可能なディジタルの映像信号が形成される。
【００３０】
なお、この発明は、標本点のタイミング偏差を走査線間の相関係数による評価により求める点が特徴的な部分であり、主たる画像の垂直相関性（ライン間強相関）が前提となっているが走査線上の画素群の統計量的な評価を行うことで、画像依存性に対する耐性が得られる特長を有する。また、主たる画像の垂直相関性が弱い場合においても、この発明によって得られる補正位相情報を主たる処理の参照情報として一時的に蓄積し、補正位相情報を用いて補正を行うかどうかの判定を行いながら対応すれば処理の破綻を回避することが可能である。
【００３１】
また、上述した一実施形態の曲線同定処理の説明においては、用いられる曲線式として２次式を用いる場合について説明したが、必要に応じて３次以上の曲線式を用いるようにしても良い。
【００３２】
さらに、上述した一実施形態の曲線同定処理においては、参照する標本点数が３点である場合について説明したが、４点以上の標本点数としても良い。なお、この場合には、例えば、最小二乗法により差が最小となる関数で近似する処理によりピーク値の位置の推定がなされる。
【００３３】
【発明の効果】
この発明に依れば、標本化時のタイミング偏差を最小単位である画素以下の精度で検出することができ、この検出結果を用いることで注目画素を含む時空間内画素群の相対的な標本化位相関係を把握することができ、より精緻な画像処理が可能とされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態の全体構成を示すブロック図である。
【図２】この発明におけるテレビジョン走査の説明に用いる略線図である。
【図３】この発明におけるタイミング偏差の説明に用いる略線図である。
【図４】この発明の一実施形態の動作説明に用いる略線図である。
【図５】この発明の一実施形態の動作説明に用いる略線図である。
【図６】この発明の一実施形態の動作説明に用いる略線図である。
【符号の説明】
１・・・入力端子、２・・・同期信号分離部、３・・・標本化処理部、４・・・標本化パルス生成部、５・・・水平位相補正処理部、６・・・画素以下ジッタ量推定部、７・・・出力端子

Claims (5)

1. 同期基準信号に同期してアナログの映像信号を標本化したディジタル映像信号のタイミング偏差を評価するディジタル映像信号評価方法において、
   所定走査線間の相関値を算出し、
   得られた上記相関値に基づいて、曲線式を用いた同定処理により画素以下のタイミング偏差を上記所定走査線ごとに求めることを特徴とするディジタル映像信号評価方法。
2. 請求項１において、
   上記相関値は相関係数ｒであり、上記相関係数ｒの算出は、Σ計算を（ｉ＝１）からｎ（：自然数）までとし、Avｘをｘの平均値とし、Avｙをｙの平均値とし、Ｓｘをｘの標準偏差とし、Ｓｙをｙの標準偏差として、
   ｒ＝Σ（ｘｉ−Avｘ）（ｙｉ−Avｙ）／（（ｎ−１）ＳｘＳｙ）・・・(1)
   ｒ＝Σ（ｘｉ−Avｘ）（ｙｉ−Avｙ）／（ｎＳｘＳｙ） ・・・(1) ’
   によりなされることを特徴とするディジタル映像信号評価方法。
3. 請求項１において、
   上記所定の曲線式を用いた同定処理は、ａ，ｐ，ｑを定数として、
   ｒ＝ａ（ｘ−ｐ）² ＋ｑ ・・・(2)
   に基づいてなされることを特徴とするディジタル映像信号評価方法。
4. 同期基準信号に同期してアナログの映像信号を標本化したディジタル映像信号の偏差を検出し、この偏差を補正するディジタル映像信号処理装置において、
   所定走査線間の相関値を算出し、得られた上記相関値に基づいて、曲線式を用いた同定処理により画素以下のタイミング偏差を上記所定走査線ごとに求め、上記タイミング偏差に応じた補正信号を発生する手段と、
   上記補正信号に応じて上記ディジタル映像信号の位相を補正する補正手段と
   を備えたことを特徴とするディジタル映像信号処理装置。
5. 請求項４において、
   上記補正手段は、上記ディジタルの映像信号の水平位相をライン間相関を回復する方向に補正することを特徴とするディジタル映像信号処理装置。

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