JP4126629B2 - 映像信号処理装置及び映像信号処理方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は映像信号処理装置及び映像信号処理方法に関し、例えばインタレース方式のテレビジョン信号を順次走査方式（ノンインタレース方式）のテレビジョン信号に変換する映像信号処理装置及び映像信号処理方法に適用して好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、標準テレビジョン信号として１つのフレームを第１のフィールド（奇数フィールド）及び第２のフィールド（偶数フィールド）によって構成するインタレース方式のものがあり、このインタレース方式のテレビジョン信号では各フィールド画像はフレーム画像を半分に間引いた信号となっている。
【０００３】
インタレース方式のテレビジョン信号をノンインタレース方式（順次走査方式）のテレビジョン信号に変換する方法として、第１のフィールド画像に対して第２のフィールド画像を予測生成することにより第１のフィールド画像及び第２のフィールド画像からなる１枚の画像を得る方法が考えられる。
【０００４】
この方法においては、予測生成しようとする第２のフィールド画像を実在する１つのフィールドの画素のみを用いて生成する方法と、実在する複数のフィールドの画素を用いて予測する方法とが考えられる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、例えば動きの速い動画像についてインタレース方式からノンインタレース方式への変換を行う場合には、複数のフィールドの画素を用いた予測演算を行うと２重像等の画質劣化が生じることにより、１つのフィールド内の画素のみを用いた予測によってノンインタレース方式の信号を生成する。このようにフィールド内での予測演算によってノンインタレース方式の信号を生成する場合、フィールド内の画素は１画面（フレーム）の画素を半分に間引いて生成されていることにより、垂直解像度が半分に低下する問題があった。
【０００６】
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、画質の劣化を回避しながら映像信号を変換し得る映像信号処理装置及び映像信号処理方法を提案しようとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決するため本発明においては、２−３プルダウン変換が施された画像からなるインタレース方式の映像信号である第１の映像信号を、クラス分類適応処理によりノンインタレース方式の映像信号である第２の映像信号に変換する映像信号処理装置において、第1の映像信号が、２−３プルダウン変換が施された画像からなる映像信号であるか否かを判定する判定手段と、判定手段で２−３プルダウン変換が施された画像を有すると判定された場合に、２−３プルダウン変換におけるプルダウン位相を検出する位相検出手段と、生成対象画素である注目画素に対して入力された第１の映像信号フィールド画像に対して検出されたプルダウン位相に基づいて特化したフィールド画像に対応する２−３プルダウン変換前の画像と同一の画像に対応した複数のフィールド画像から、該注目画素位置に対して空間的に周辺の複数の画素を抽出し、抽出された当該複数の画素から注目画素の特徴を表すクラスを決定するクラス決定手段と、クラスそれぞれに対応するクラス毎に、第２の映像信号に対応する学習データを用いて予め生成された予測データを記憶する記憶部を有し、決定されたクラスに対応する予測データを読み出す予測データ発生手段と、決定されたクラスに応じて発生された予測データと、複数のフィールドから抽出された複数の画素との積和演算により第２の映像信号の注目画素を発生する注目画素発生手段とを具えるようにしたことにより、２−３プルダウン方式によって映画フィルムから変換されているため映画モードテレビジョン信号に対して互いに同一のコマ画像から生成された複数のフィールド画像からクラス分類タップ及び予測タップを切り出すことができるため、動きの速い動画像である場合でも、複数のフィールドから予測タップを切り出すことができ、画像の動きによらず常に解像度の高いノンインタレース画像を得ることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下図面について、本発明の一実施の形態を詳述する。
【０００９】
（１）クラス分類適応処理の原理
ここでは例えば標準解像度の画像データ（以下、これをＳＤ（Standard Definition ）画像データと呼ぶ）をその各画素の信号レベル分布に応じたクラスに分類し、クラス毎に所定のデータ処理を施すことにより高解像度の画像データ（以下、これをＨＤ（High Definition ）画像データと呼ぶ）を生成するいわゆるクラス分類適応処理の原理について説明する。
【００１０】
図１は、このクラス分類適応処理を実現するアップコンバータ５１の回路構成を示す。アップコンバータ１は、外部から供給される例えば８ビットのパルス符号変調（ＰＣＭ：Pulse Code Modulation ）データでなるＳＤ画像データＳ５１をクラス分類部５２及び予測演算部５３に入力する。クラス分類部５２は、例えば図２に示すように、ＳＤ画像データＳ５１のうち注目画素及び当該注目画素を中心とした複数の周辺画素でなる合計７画素（タップ）をクラス分類用の画素（以下、これをクラスタップと呼ぶ）として設定し、それらの信号レベル分布に基づいてクラスコードＳ５２を生成する。因みに、図中実線は第１フィールドを示し、点線は第２フィールドを示す。
【００１１】
このクラス分類部５２によってクラスコードＳ５２を生成する方法としては、ＰＣＭデータを直接使用する（すなわちＰＣＭデータをそのままクラスデータＳ５２とする）方法や、ＡＤＲＣ（Adaptive Dynamic Range Coding ）等のデータ圧縮方法を用いてクラス数を削減するような方法が考えられる。このうちＰＣＭデータをそのままクラスコードＳ５２とする方法では、クラスタップとして８ビットのＰＣＭデータを７タップ用いることから、クラス数が２56という膨大な数のクラス数に分類されることになり、実用上問題がある。
【００１２】
そこで実際には、クラス分類部５２は、ＡＤＲＣのようなデータ圧縮処理（すなわち再量子化処理）を施すことによりクラス数を削減するようになされている。このＡＤＲＣによる分類法は、注目画素を中心とする近傍領域内の数タップからＡＤＲＣコードを、次式
【００１３】
【数１】
【００１４】
によって求め、当該ＡＤＲＣコードに基づいてクラスコードＳ５２を生成する手法を用いている。ここで、ｃi はＡＤＲＣコード、ｘi は各クラスタップの入力画素値、ＭＩＮは領域内にある各クラスタップの入力画素値のうちの最小画素値、ＤＲは領域内のダイナミックレンジ（最大画素値と最小画素値との差分）、ｋは再量子化ビット数である。
【００１５】
すなわちＡＤＲＣによる分類法は、領域内のダイナミックレンジから再量子化ビット数に応じた量子化ステップ幅を算出し、入力画素値から最小画素値を減算した画素値を量子化ステップ幅に応じて再量子化するものである。例えば領域内の７タップにおいて各クラスタップを１ビットに再量子化する１ビットＡＤＲＣを行う場合では、領域内のダイナミックレンジに基づいて７タップの各入力画素値を適応的に１ビット量子化し、その結果、７タップの入力画素値を７ビットのデータに削減することができるので、全体としてクラス数を１２８クラスにまで削減することができる。
【００１６】
図１に戻って、予測係数ＲＯＭ（Read Only Memory）５４は、後述する学習回路６０によって予め生成された各クラス毎に対応した予測係数データＳ５３を格納しており、クラス分類部５２から供給されるクラスコードＳ５２に応じた予測係数データＳ５３を読み出し、これを予測演算部５３に送出する。予測演算部５３は、例えば図３に示すように、外部から入力されるＳＤ画像データＳ５１のうち、注目画素及び当該注目画素を中心とした複数の周辺画素でなる合計１３タップを予測演算用の画素（以下、これを予測タップと呼ぶ）として選定し、当該予測タップの各画素値と予測係数データＳ５３とを用いて、線形一次結合でなる次式
【００１７】
【数２】
【００１８】
によって表される積和演算を行うことにより、予測タップには存在しないＨＤ画素の集まりであるＨＤ画像データＳ５４を生成し、これを外部に出力する。ここで、ｘi ′は各ＨＤ画素値、ｘi は各予測タップの画素値、ｗi は予測係数、ｎは予測タップ数であり、この場合ｎは１３である。
【００１９】
ところで図４は、予測係数ＲＯＭ５４に格納されている予測係数データを生成する学習回路６０の回路構成を示し、当該学習回路６０は、予測係数データを予め生成して、これを予測係数ＲＯＭ５４に格納するようになされている。学習回路６０は、いわゆる教師信号としてのＨＤ画像データＳ６０を垂直間引きフィルタ６１及び予測係数算出回路６２に入力する。学習回路６０は、ＨＤ画像データＳ６０を垂直間引きフィルタ６１及び水平間引きフィルタ６３によって間引くことにより、生徒信号としてのＳＤ画像データＳ６１を生成し、これをクラス分類部６４及び予測係数算出回路６２に入力するようになされている。
【００２０】
クラス分類部６４は、図１に示すアップコンバータのクラス分類部５２と同様の構成でなり、ＳＤ画像データＳ６１からクラスタップを選定し、その信号レベル分布に基づいてクラスコードＳ６２を生成した後、これを予測係数算出回路６２に送出する。予測係数算出回路６２は、ＨＤ画像データＳ６０及びＳＤ画像データＳ６１を基に、クラスコードＳ６２が示すクラスに応じた予測係数をクラス毎に算出し、その結果得た予測係数データＳ６３を予測係数ＲＯＭ５４に格納する。
【００２１】
この場合、予測係数算出回路６２は、上述の（２）式における予測係数ｗを最小自乗法によって求めるようになされている。具体的には予測係数算出回路６２は、ＸをＳＤ画素値、Ｗを予測係数、ＹをＨＤ画素値として、いわゆる観測方程式と呼ばれる次式
【００２２】
【数３】
【００２３】
を生成するように各データを収集する。ここでｍは予測するＨＤ画素の画素数を示す学習データ数、ｎは予測タップ数である。
【００２４】
次に予測係数算出回路６２は、この（３）式を基に、次式
【００２５】
【数４】
【００２６】
に示す残差方程式を立てる。従って各予測係数ｗi は、この（４）式から、次式
【００２７】
【数５】
【００２８】
が最小のときに最適な値となることがわかる。すなわち次式
【００２９】
【数６】
【００３０】
を満たすように予測係数ｗi が算出される。
【００３１】
そこで予測係数算出回路６２は、このｎ個ある（６）式を満たすようなｗ1 、ｗ2 、……、ｗn を算出すればよいことになり、上述の（４）式から、次式
【００３２】
【数７】
【００３３】
を得、これら（６）及び（７）式から、次式
【００３４】
【数８】
【００３５】
を求める。そして予測係数算出回路６２は、上述の（４）及び（８）式から、次式
【００３６】
【数９】
【００３７】
によって表される正規方程式を生成する。このようにして予測係数算出回路６２は、予測タップ数ｎと同一次数の連立方程式でなる正規方程式を生成し、掃き出し法（Gauss Jordanの消去法）を用いてこの正規方程式を解くことにより、各予測係数ｗi を算出する。
【００３８】
以下、学習回路６０による予測係数生成手順について図５に示すフローチャートを用いて説明する。学習回路６０はステップＳＰ６１から入り続くステップＳＰ６２において、教師信号としてのＨＤ画像データＳ６０から生徒信号としてのＳＤ画像データＳ６１を生成することにより、予測係数を生成するのに必要な学習データを生成する。ステップＳＰ６３において、学習回路６０は、予測係数を生成するのに必要十分な学習データが得られたか否か判定し、その結果、未だ必要十分な学習データが得られていないと判断された場合にはステップＳＰ６３において否定結果を得ることによりステップＳＰ６４に移行する。
【００３９】
ステップＳＰ６４において、学習回路６０は、ＳＤ画像データＳ６１からクラスタップを選定し、その信号レベル分布に基づいてクラス分類を行う。ステップＳＰ６５において、学習回路６０は、各クラス毎に上述の（９）式でなる正規方程式を生成し、ステップＳＰ６２に戻って同様の処理手順を繰り返すことにより、予測係数を生成するのに必要十分な正規方程式を生成する。
【００４０】
これに対してステップＳＰ６３において肯定結果が得られると、このことは必要十分な学習データが得られたことを表しており、このとき学習回路６０はステップＳＰ６６に移って、上述の（９）式でなる正規方程式を掃き出し法によって解くことにより、予測係数ｗ1 、ｗ2 、……、ｗn を各クラス毎に生成する。そしてステップＳＰ６７において、学習回路６０は、生成した各クラス毎の予測係数ｗ1 、ｗ2 、……、ｗn を予測係数ＲＯＭ５４（図１）に格納し、ステップＳＰ６８において当該予測係数生成手順を終了する。
【００４１】
（２）クラス分類適応処理を用いた走査線変換装置
図６は図１〜図５について上述したクラス分類適応処理を用いた映像信号処理装置として、インタレース方式のテレビジョン信号をノンインタレース方式のテレビジョン信号に変換する走査線変換装置１００を示すものである。
【００４２】
図６において走査線変換装置１００は、インタレース方式の入力テレビジョン信号ＳTVをフィールドディレイ回路１０２を介して１フィールド遅延させた後、映画モード、位相検出部１０１に入力する。映画モード、位相検出部１０１は、入力テレビジョン信号ＳTVが映画フィルムに記録された映像を基に生成されたテレビジョン信号ＳTV1 （以下これを映画モードテレビジョン信号と呼ぶ）であるか否かを判断する。
【００４３】
ここで、映画モードテレビジョン信号ＳTV1 とは映画フイルムに記録された２４〔コマ／秒〕の映像を２−３プルダウンと呼ばれる方法により３０〔フレーム／秒〕（６０〔フィールド／秒〕）の標準テレビジョン信号に変換したものである。この２−３プルダウン処理は、図７に示すように、１／２４〔秒〕ごとにコマ画像Ｃ１、Ｃ２、……（図７（Ａ））が形成されている映画フィルムの第１のコマ画像Ｃ１から標準テレビジョン信号（映画モードテレビジョン信号ＳTV1 ）のフィールド１Ａ及び１Ｂ（図７（Ｂ））を生成し、第２のコマ画像Ｃ２から標準テレビジョン信号（映画モードテレビジョン信号ＳTV1 ）のフィールド２Ａ、２Ｂ及び３Ａ（図７（Ｂ））を生成する。以下同様にして、映画フィルムの各コマ画像Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、……からそれぞれ２フィールド分又は３フィールド分の標準テレビジョン信号（映画モードテレビジョン信号ＳTV1 ）を順次生成する。
【００４４】
これにより、２４〔コマ／秒〕ごとのコマ画像からなる映画フィルムの映像は、３０〔フレーム／秒〕（６０〔フィールド／秒〕）の標準テレビジョン信号（映画モードテレビジョン信号ＳTV1 ）に順次変換される。
【００４５】
かかる２−３プルダウン方式によって生成された映画モードテレビジョン信号ＳTV1 においては、第１のフレームを構成するフィールド１Ａ及び１Ｂは同じコマ画像Ｃ１から生成されたものとなり、また、第２のフレームを構成するフィールド２Ａ及び２Ｂは同じコマ画像Ｃ２から生成されたものとなり、また、第３のフレームを構成するフィールド３Ａ及び３Ｂは互いに異なるコマ画像Ｃ１及びＣ２から生成されたものとなる。
【００４６】
従って、図６に示す走査線変換装置１００の映画モード、位相検出部１０１は、フィールドディレイ回路１０２を介して入力された入力テレビジョン信号ＳTVについて、図７（Ｂ）に示すように各フィールド画像についてフレーム間差分を求め、当該フレーム間差分がないフィールド画像が周期的に検出されたとき、当該フィールド画像を２−３プルダウン方式によって生成された映画モードテレビジョン信号ＳTV値のフィールドであると判断する。
【００４７】
この判断処理手順を図８に示す。すなわち図８において映画モード、位相検出部１０１は、ステップＳＰ１０１から当該処理手順に入ると、ステップＳＰ１０２において各フィールドのフレーム差分を計算する。この計算手法では、注目フィールドの画素に対して１フレーム前の画素値との差分を各画素ごとに演算する。
【００４８】
ステップＳＰ１０２における演算が終了すると、映画モード、位相検出部１０１はステップＳＰ１０３に移ってステップＳＰ１０２における演算結果（フレーム差分）を１フィールド分積算する。そして映画モード、位相検出部１０１は続くステップＳＰ１０４に移り、第１の条件として、ステップＳＰ１０３において算出された積算値が所定の閾値ＴＨ以下であるか否かを判断する。因みに、この閾値ＴＨは極めて「０」に近い値であることにより、ステップＳＰ１０４において肯定結果か得られるとこのことは注目フィールドが１フレーム前のフィールドに対して差分がほぼ「０」であることを表している。
【００４９】
従って、このとき映画モード、位相検出部１０１はステップＳＰ１０５に移り、第２の条件として、上述の第１の条件を満たすフィールドが５フィールドごとに現れたか否かを判定する。ここで肯定結果が得られると、このことはこのとき入力されているテレビジョン信号ＳTVが２−３プルダウン方式によって映画フィルムから変換されたテレビジョン信号である可能性が高いことを表しており、このとき映画モード、位相検出部１０１は続くステップＳＰ１０６に移り、条件３として、上述のステップＳＰ１０５において得られた条件２の状態が数秒間続くか否かを判断する。
【００５０】
ここで肯定結果が得られると、このことはこのとき入力されているテレビジョン信号ＳTVが２−３プルダウン方式によって映画フィルムから変換された映画モードテレビジョン信号ＳTV1 であることが確実であることを表しており、このとき映画モード、位相検出部１０１は当該入力テレビジョン信号ＳTVを映画モードテレビジョン信号ＳTV1 であると判定し、ステップＳＰ１０７に移る。
【００５１】
そして、映画モード、位相検出部１０１はステップＳＰ１０７において、フレーム差分が「０」になるフィールド（図７（Ｂ）においてフィールド３Ａ、５Ｂ、８Ａ、……）を第５のフィールドφ５とし、順次ナンバリングを行う。これにより、図７（Ｃ）に示すように映画モードテレビジョン信号ＳTV1 のプルダウン位相が確定する。
【００５２】
このようにして映画モードテレビジョン信号ＳTV1 の位相が得られると、映画モード、位相検出部１０１は当該位相を表す位相検出信号Ｓ１０１をクラス領域切り出し部１０５及び予測領域切り出し部１０６に供給する。クラス領域切り出し部１０５及び予測領域切り出し部１０６は、それぞれフィールドディレイ回路１０２を介して１フィールド遅延した入力テレビジョン信号ＳTVと、これに前後する２つのフィールド画像信号を現在の入力テレビジョン信号ＳTVの入力ライン及びフィールドディレイ回路１０３から入力する。
【００５３】
そして、クラス領域切り出し部１０５は位相検出信号Ｓ１０１に基づいて、各位相ごとに最適となるフィールドからクラスタップを切り出す。すなわち、図７との対応部分に同一符号を付して示す図９に示すように、入力テレビジョン信号ＳTVとして入力されている映画モードテレビジョン信号ＳTV1 のプルダウン位相がφ１である場合、クラス領域切り出し部１０５はフィールド１Ａ及びフィールド１Ｂをクラス領域（クラス分類タップ）として切り出す。この状態を図１０（Ａ）に示す。
【００５４】
また入力テレビジョン信号ＳTVとして入力されている映画モードテレビジョン信号ＳTV1 のプルダウン位相がφ２である場合、クラス領域切り出し部１０５はフィールド１Ａ及びフィールド１Ｂをクラス領域（クラス分類タップ）として切り出す。この状態を図１０（Ｂ）に示す。
【００５５】
また入力テレビジョン信号ＳTVとして入力されている映画モードテレビジョン信号ＳTV1 のプルダウン位相がφ３である場合、クラス領域切り出し部１０５はフィールド２Ａ及びフィールド２Ｂをクラス領域（クラス分類タップ）として切り出す。この状態を図１０（Ｃ）に示す。因みに、この場合、フィールド３Ａはフィールド２Ａと同一のコマ画像Ｃ２から生成された同一構成のフィールド画像であることから、フィールド２Ａに代えて当該フィールド３Ａを用いるようにすればノイズを低減することができる。
【００５６】
また入力テレビジョン信号ＳTVとして入力されている映画モードテレビジョン信号ＳTV1 のプルダウン位相がφ４である場合、クラス領域切り出し部１０５はフィールド２Ａ及びフィールド２Ｂをクラス領域（クラス分類タップ）として切り出す。この状態を図１０（Ｄ）に示す。因みに、この場合、フィールド３Ａはフィールド２Ａと同一のコマ画像Ｃ２から生成された同一構成のフィールド画像であることから、フィールド２Ａに代えて当該フィールド３Ａを用いるようにすればノイズを低減することができる。
【００５７】
また入力テレビジョン信号ＳTVとして入力されている映画モードテレビジョン信号ＳTV1 のプルダウン位相がφ５である場合、クラス領域切り出し部１０５はフィールド２Ｂ及びフィールド３Ａをクラス領域（クラス分類タップ）として切り出す。この状態を図１０（Ｅ）に示す。因みに、この場合、フィールド２Ａはフィールド３Ａと同一のコマ画像Ｃ２から生成された同一構成のフィールド画像であることから、フィールド３Ａに代えて当該フィールド２Ａを用いるようにすればノイズを低減することができる。
【００５８】
また、これに対して予測領域切り出し部１０６は位相検出信号Ｓ１０１に基づいて、各位相ごとに最適となるフィールドからクラスタップを切り出す。すなわち、図９に示すように、入力テレビジョン信号ＳTVとして入力されている映画モードテレビジョン信号ＳTV1 のプルダウン位相がφ１である場合、予測領域切り出し部１０６はフィールド１Ａの画像に対応する補完ラインを予測するためにフィールド１Ａ及びフィールド１Ｂをクラス領域（クラス分類タップ）として切り出す。この状態を図１０（Ａ）に示す。
【００５９】
また入力テレビジョン信号ＳTVとして入力されている映画モードテレビジョン信号ＳTV1 のプルダウン位相がφ２である場合、予測領域切り出し部１０６はフィールド１Ｂの画像に対応する補完ラインを予測するためにフィールド１Ａ及びフィールド１Ｂをクラス領域（クラス分類タップ）として切り出す。この状態を図１０（Ｂ）に示す。
【００６０】
また入力テレビジョン信号ＳTVとして入力されている映画モードテレビジョン信号ＳTV1 のプルダウン位相がφ３である場合、予測領域切り出し部１０６はフィールド２Ａの画像に対応する補完ラインを予測するためにフィールド２Ａ及びフィールド２Ｂをクラス領域（クラス分類タップ）として切り出す。この状態を図１０（Ｃ）に示す。因みに、この場合、フィールド３Ａはフィールド２Ａと同一のコマ画像Ｃ２から生成された同一構成のフィールド画像であることからフィールド２Ａに代えて当該フィールド３Ａを用いるようにすればノイズを低減することができる。
【００６１】
また入力テレビジョン信号ＳTVとして入力されている映画モードテレビジョン信号ＳTV1 のプルダウン位相がφ４である場合、予測領域切り出し部１０６はフィールド２Ｂの画像に対応する補完ラインを予測するためにフィールド２Ａ及びフィールド２Ｂをクラス領域（クラス分類タップ）として切り出す。この状態を図１０（Ｄ）に示す。因みに、この場合、フィールド３Ａはフィールド２Ａと同一のコマ画像Ｃ２から生成された同一構成のフィールド画像であることからフィールド２Ａに代えて当該フィールド３Ａを用いるようにすればノイズを低減することができる。
【００６２】
また入力テレビジョン信号ＳTVとして入力されている映画モードテレビジョン信号ＳTV1 のプルダウン位相がφ５である場合、予測領域切り出し部１０６はフィールド３Ａの画像に対応する補完ラインを予測するためにフィールド２Ｂ及びフィールド３Ａをクラス領域（クラス分類タップ）として切り出す。この状態を図１０（Ｅ）に示す。因みに、この場合、フィールド２Ａはフィールド３Ａと同一のコマ画像Ｃ２から生成された同一構成のフィールド画像であることからフィールド３Ａに代えて当該フィールド２Ａを用いるようにすればノイズを低減することができる。
【００６３】
かくして予測領域切り出し部１０６は、映画フィルムの同一のコマ画像から得られたフィールドの画像を予測タップの切り出し領域として用いることにより、動きの速い動画像について複数フィールドの画像から予測タップを切り出しても、画像の劣化を防止しつつ走査線を増やすことができる。
【００６４】
かくして、クラス領域切り出し部１０５においてプルダウン位相に応じて切り出されたクラス分類タップを表すクラス分類タップ情報Ｓ１０５はクラス決定部１０７に供給され、当該クラス決定部１０７においてクラス分類タップに基づくクラスが決定される。
【００６５】
クラス決定部１０７はクラス分類タップに基づいて決定したクラスをクラス情報Ｓ１０７としてクラスコード発生部１０８に供給する。クラスコード発生部１０８はクラス決定部１０７において決定されたクラスに応じたクラスコードを発生し、このクラスコード情報Ｓ１０８を予測係数テーブル１０９に供給する。
【００６６】
予測係数テーブル１０９は、予め学習によって設定されている予測係数をクラスコードに応じて読み出し、当該予測係数を予測係数情報Ｓ１０９として予測演算部１１０に供給する。
【００６７】
予測演算部１１０は、予測領域切り出し部１０６においてプルダウン位相に応じて切り出された予測タップを予測タップ情報Ｓ１０６として入力し、当該予測タップ及び予測係数テーブル１０９から受け取った予測係数に基づいて上述の（２）式について上述した演算式によって予測演算を行う。かくして予測演算部１１０は予測係数を用いた予測演算によって走査線を変換してなるノンインタレース方式の出力画像信号ＳOUT を出力する。
【００６８】
因みに、入力テレビジョン信号ＳTVとして映画モードテレビジョン信号ＳTV1 以外のテレビジョン信号ＳTV2 が入力された場合、動き量推定部１０４は入力画像のフレーム間差分に基づいてその動き量を推定し、当該動き量を表す動き量情報Ｓ１０４をクラス領域切り出し部１０５及び予測領域切り出し部１０６に供給する。
【００６９】
クラス領域切り出し部１０５及び予測領域切り出し部１０６は、入力テレビジョン信号ＳTVが映画モードテレビジョン信号ＳTV1 以外のテレビジョン信号ＳTV2 である場合には、その旨を映画モード、位相検出部１０１から受け取りると共に、動き領域推定部１０４から供給される動き量情報に基づいたクラス領域及び予測領域の切り出しを行う。
【００７０】
このとき、入力画像の動きが大きい場合には１フィールド内での予測タップの切り出しが行われ、入力画像の動きが小さい場合には２フィールドでの予測タップの切り出しが行われ、さらに入力画像が静止画である場合には３フィールドでの予測タップの切り出しが行われる。
【００７１】
これにより、入力テレビジョン信号ＳTVが２−３プルダウン方式でない場合には入力画像の動きに応じた予測タップの切り出しが行われることにより、速い動きに伴う画質の劣化を回避し得る。
【００７２】
ここで、図１１は図６について上述した走査線変換装置１００の予測係数テーブル１０９に格納される予測係数を設定する学習回路１５０を示し、図４について上述した学習方法と同様の方法によって予測係数を決定する。
【００７３】
すなわち学習回路１５０は、ノンインタレース方式の画像を教師画像信号Ｓ１５１として正規方程式加算部１５６に入力すると共に、当該教師画像から間引き処理によってインタレース方式に変換された生徒画像信号Ｓ１５０を映画モード、位相検出部１５１に入力する。
【００７４】
映画モード、位相検出部１５１は生徒画像信号Ｓ１５０が映画モードテレビジョン信号であるか否かと、映画モードテレビジョン信号である場合にそのプルダウン位相とを図７について上述したフレーム間差分による検出方法により検出し、その結果をクラス領域切り出し部１５２、予測領域切り出し部１５５及びクラスコード発生部１５４にそれぞれ供給する。
【００７５】
クラス領域切り出し部１５２及び予測領域切り出し部１５５は図１０について上述した場合と同様にしてプルダウン位相に応じたクラス分類タップ及び予測タップの切り出しを行う。
【００７６】
クラス領域切り出し部１５２において切り出されたクラス分類タップＳ１５２はクラス決定部１５３に供給され、当該クラス決定部１５３においてクラス分類タップに応じたクラスが決定され、当該決定結果情報Ｓ１５３はクラスコード発生部１５４に供給される。
【００７７】
クラスコード発生部１５４は映画モード、位相検出部１５１から供給される映画モード及びプルダウン位相の情報とクラス決定部１５３から供給されるクラス決定結果情報Ｓ１５３とに基づいた総合的なクラスコードを発生し、当該クラスコードを表すクラスコード情報Ｓ１５４を予測係数算出部１５６に供給する。
【００７８】
予測係数算出部１５６は、予測領域切り出し部１５５から供給される予測タップＳ１５５及びクラスコード発生部１５４から供給されるクラスコード情報Ｓ１５４に基づいて、（９）式について上述した正規方程式により予測係数を決定し、当該決定された予測係数Ｓ１５６を予測係数テーブル１０９に格納する。
【００７９】
（３）動作及び効果
以上の構成において、走査線変換装置１００は、入力テレビジョン信号ＳTVが映画モードテレビジョン信号ＳTV1 である場合には、当該映画モードテレビジョン信号ＳTV1 が２−３プルダウン方式により映画フィルムから変換されていることに着目し、当該映画モードテレビジョン信号ＳTV1 において互いに同一のコマ画像から生成された複数のフィールド画像からクラス分類タップ及び予測タップを切り出すことにより、当該映画モードテレビジョン信号ＳTV1 が動きの速い動画像である場合でも、複数のフィールドから予測タップを切り出すことができる。
【００８０】
従って、１つのフィールドから予測タップを切り出す場合に比べて、その解像度を一段と高くすることができる。
【００８１】
以上の構成によれば、２−３プルダウン方式によって映画フィルムから変換されたインタレース方式の映画モードテレビジョン信号をノンインタレース方式に変換する場合に、同一のコマ画像から変換された複数のフィールド画像からクラス分類タップ及び予測タップを切り出して補完ラインを予測生成するようにしたことにより、画像の動きによらず常に解像度の高いノンインタレース画像を得ることができる。
【００８２】
（４）他の実施の形態
なお上述の実施の形態においては、インタレース方式のテレビジョン信号をノンインタレース方式に変換する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えばＳＤ画像をＨＤ画像に変換する場合等においても適用することができる。
【００８３】
また上述の実施の形態においては、クラス分類タップ及び予測タップの切り出し方法として図１０に示した方法を用いる場合について述べたが、タップの切り出し方法はこれに限らず、他の種々の切り出し方法を用いることができる。
【００８４】
また上述の実施の形態においては、２−３プルダウン方式によって映画フィルムから生成されたインタレース方式のテレビジョン信号をノンインタレース方式に変換する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、要は入力画像信号として複数のフィールド画像が同一の画像に基づいて生成されている場合において、当該同一の画像に基づく複数のフィールド画像を用いてタップを切り出すようにすれば良い。
【００８５】
【発明の効果】
上述のように本発明によれば、２−３プルダウン変換が施された画像からなるインタレース方式の映像信号である第１の映像信号を、クラス分類適応処理によりノンインタレース方式の映像信号である第２の映像信号に変換する映像信号処理装置において、第1の映像信号が、２−３プルダウン変換が施された画像からなる映像信号であるか否かを判定する判定手段と、判定手段で２−３プルダウン変換が施された画像を有すると判定された場合に、２−３プルダウン変換におけるプルダウン位相を検出する位相検出手段と、生成対象画素である注目画素に対して入力された第１の映像信号フィールド画像に対して検出されたプルダウン位相に基づいて特化したフィールド画像に対応する２−３プルダウン変換前の画像と同一の画像に対応した複数のフィールド画像から、該注目画素位置に対して空間的に周辺の複数の画素を抽出し、抽出された当該複数の画素から注目画素の特徴を表すクラスを決定するクラス決定手段と、クラスそれぞれに対応するクラス毎に、第２の映像信号に対応する学習データを用いて予め生成された予測データを記憶する記憶部を有し、決定されたクラスに対応する予測データを読み出す予測データ発生手段と、決定されたクラスに応じて発生された予測データと、複数のフィールドから抽出された複数の画素との積和演算により第２の映像信号の注目画素を発生する注目画素発生手段とを具えるようにしたことにより、２−３プルダウン方式によって映画フィルムから変換されているため映画モードテレビジョン信号に対して互いに同一のコマ画像から生成された複数のフィールド画像からクラス分類タップ及び予測タップを切り出すことができるため、動きの速い動画像である場合でも、画像の動きによらず常に解像度の高いノンインタレース画像を得ることができ、かくして画像の動きによらず常に解像度の高いノンインタレース画像を生成し得る映像信号処理装置及び映像信号処理方法を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるクラス分類適応処理の原理の説明に供するブロック図である。
【図２】本発明によるクラス分類適応処理の原理の説明に供する略線図である。
【図３】本発明によるクラス分類適応処理の原理の説明に供する略線図である。
【図４】本発明によるクラス分類適応処理の原理の説明に供するブロック図である。
【図５】本発明によるクラス分類適応処理の原理の説明に供するフローチャートである。
【図６】本発明による映像信号処理装置を用いた走査線変換装置の一実施の形態を示すブロック図である。
【図７】映像モードの検出の説明に供する略線図である。
【図８】映画モード、位相検出処理手順を示すフローチャートである。
【図９】タップの切り出しの説明に供する略線図である。
【図１０】タップの切り出しの説明に供する略線図である。
【図１１】学習回路の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１００……走査線変換装置（映像信号処理装置）、１０１、１５１……映画モード、位相検出部、１０２、１０３……フィールドディレイ回路、１０４……動き量推定部、１０５、１５２……クラス領域切り出し部、１０６、１５５……予測領域切り出し部、１０７、１５３……クラス決定部、１０８、１５４……クラスコード発生部、１０９……予測係数テーブル、１１０……予測演算部、１５０……学習回路、１５６……予測係数算出部。
【発明の属する技術分野】
本発明は映像信号処理装置及び映像信号処理方法に関し、例えばインタレース方式のテレビジョン信号を順次走査方式（ノンインタレース方式）のテレビジョン信号に変換する映像信号処理装置及び映像信号処理方法に適用して好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、標準テレビジョン信号として１つのフレームを第１のフィールド（奇数フィールド）及び第２のフィールド（偶数フィールド）によって構成するインタレース方式のものがあり、このインタレース方式のテレビジョン信号では各フィールド画像はフレーム画像を半分に間引いた信号となっている。
【０００３】
インタレース方式のテレビジョン信号をノンインタレース方式（順次走査方式）のテレビジョン信号に変換する方法として、第１のフィールド画像に対して第２のフィールド画像を予測生成することにより第１のフィールド画像及び第２のフィールド画像からなる１枚の画像を得る方法が考えられる。
【０００４】
この方法においては、予測生成しようとする第２のフィールド画像を実在する１つのフィールドの画素のみを用いて生成する方法と、実在する複数のフィールドの画素を用いて予測する方法とが考えられる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、例えば動きの速い動画像についてインタレース方式からノンインタレース方式への変換を行う場合には、複数のフィールドの画素を用いた予測演算を行うと２重像等の画質劣化が生じることにより、１つのフィールド内の画素のみを用いた予測によってノンインタレース方式の信号を生成する。このようにフィールド内での予測演算によってノンインタレース方式の信号を生成する場合、フィールド内の画素は１画面（フレーム）の画素を半分に間引いて生成されていることにより、垂直解像度が半分に低下する問題があった。
【０００６】
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、画質の劣化を回避しながら映像信号を変換し得る映像信号処理装置及び映像信号処理方法を提案しようとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決するため本発明においては、２−３プルダウン変換が施された画像からなるインタレース方式の映像信号である第１の映像信号を、クラス分類適応処理によりノンインタレース方式の映像信号である第２の映像信号に変換する映像信号処理装置において、第1の映像信号が、２−３プルダウン変換が施された画像からなる映像信号であるか否かを判定する判定手段と、判定手段で２−３プルダウン変換が施された画像を有すると判定された場合に、２−３プルダウン変換におけるプルダウン位相を検出する位相検出手段と、生成対象画素である注目画素に対して入力された第１の映像信号フィールド画像に対して検出されたプルダウン位相に基づいて特化したフィールド画像に対応する２−３プルダウン変換前の画像と同一の画像に対応した複数のフィールド画像から、該注目画素位置に対して空間的に周辺の複数の画素を抽出し、抽出された当該複数の画素から注目画素の特徴を表すクラスを決定するクラス決定手段と、クラスそれぞれに対応するクラス毎に、第２の映像信号に対応する学習データを用いて予め生成された予測データを記憶する記憶部を有し、決定されたクラスに対応する予測データを読み出す予測データ発生手段と、決定されたクラスに応じて発生された予測データと、複数のフィールドから抽出された複数の画素との積和演算により第２の映像信号の注目画素を発生する注目画素発生手段とを具えるようにしたことにより、２−３プルダウン方式によって映画フィルムから変換されているため映画モードテレビジョン信号に対して互いに同一のコマ画像から生成された複数のフィールド画像からクラス分類タップ及び予測タップを切り出すことができるため、動きの速い動画像である場合でも、複数のフィールドから予測タップを切り出すことができ、画像の動きによらず常に解像度の高いノンインタレース画像を得ることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下図面について、本発明の一実施の形態を詳述する。
【０００９】
（１）クラス分類適応処理の原理
ここでは例えば標準解像度の画像データ（以下、これをＳＤ（Standard Definition ）画像データと呼ぶ）をその各画素の信号レベル分布に応じたクラスに分類し、クラス毎に所定のデータ処理を施すことにより高解像度の画像データ（以下、これをＨＤ（High Definition ）画像データと呼ぶ）を生成するいわゆるクラス分類適応処理の原理について説明する。
【００１０】
図１は、このクラス分類適応処理を実現するアップコンバータ５１の回路構成を示す。アップコンバータ１は、外部から供給される例えば８ビットのパルス符号変調（ＰＣＭ：Pulse Code Modulation ）データでなるＳＤ画像データＳ５１をクラス分類部５２及び予測演算部５３に入力する。クラス分類部５２は、例えば図２に示すように、ＳＤ画像データＳ５１のうち注目画素及び当該注目画素を中心とした複数の周辺画素でなる合計７画素（タップ）をクラス分類用の画素（以下、これをクラスタップと呼ぶ）として設定し、それらの信号レベル分布に基づいてクラスコードＳ５２を生成する。因みに、図中実線は第１フィールドを示し、点線は第２フィールドを示す。
【００１１】
このクラス分類部５２によってクラスコードＳ５２を生成する方法としては、ＰＣＭデータを直接使用する（すなわちＰＣＭデータをそのままクラスデータＳ５２とする）方法や、ＡＤＲＣ（Adaptive Dynamic Range Coding ）等のデータ圧縮方法を用いてクラス数を削減するような方法が考えられる。このうちＰＣＭデータをそのままクラスコードＳ５２とする方法では、クラスタップとして８ビットのＰＣＭデータを７タップ用いることから、クラス数が２56という膨大な数のクラス数に分類されることになり、実用上問題がある。
【００１２】
そこで実際には、クラス分類部５２は、ＡＤＲＣのようなデータ圧縮処理（すなわち再量子化処理）を施すことによりクラス数を削減するようになされている。このＡＤＲＣによる分類法は、注目画素を中心とする近傍領域内の数タップからＡＤＲＣコードを、次式
【００１３】
【数１】
によって求め、当該ＡＤＲＣコードに基づいてクラスコードＳ５２を生成する手法を用いている。ここで、ｃi はＡＤＲＣコード、ｘi は各クラスタップの入力画素値、ＭＩＮは領域内にある各クラスタップの入力画素値のうちの最小画素値、ＤＲは領域内のダイナミックレンジ（最大画素値と最小画素値との差分）、ｋは再量子化ビット数である。
【００１５】
すなわちＡＤＲＣによる分類法は、領域内のダイナミックレンジから再量子化ビット数に応じた量子化ステップ幅を算出し、入力画素値から最小画素値を減算した画素値を量子化ステップ幅に応じて再量子化するものである。例えば領域内の７タップにおいて各クラスタップを１ビットに再量子化する１ビットＡＤＲＣを行う場合では、領域内のダイナミックレンジに基づいて７タップの各入力画素値を適応的に１ビット量子化し、その結果、７タップの入力画素値を７ビットのデータに削減することができるので、全体としてクラス数を１２８クラスにまで削減することができる。
【００１６】
図１に戻って、予測係数ＲＯＭ（Read Only Memory）５４は、後述する学習回路６０によって予め生成された各クラス毎に対応した予測係数データＳ５３を格納しており、クラス分類部５２から供給されるクラスコードＳ５２に応じた予測係数データＳ５３を読み出し、これを予測演算部５３に送出する。予測演算部５３は、例えば図３に示すように、外部から入力されるＳＤ画像データＳ５１のうち、注目画素及び当該注目画素を中心とした複数の周辺画素でなる合計１３タップを予測演算用の画素（以下、これを予測タップと呼ぶ）として選定し、当該予測タップの各画素値と予測係数データＳ５３とを用いて、線形一次結合でなる次式
【００１７】
【数２】
によって表される積和演算を行うことにより、予測タップには存在しないＨＤ画素の集まりであるＨＤ画像データＳ５４を生成し、これを外部に出力する。ここで、ｘi ′は各ＨＤ画素値、ｘi は各予測タップの画素値、ｗi は予測係数、ｎは予測タップ数であり、この場合ｎは１３である。
【００１９】
ところで図４は、予測係数ＲＯＭ５４に格納されている予測係数データを生成する学習回路６０の回路構成を示し、当該学習回路６０は、予測係数データを予め生成して、これを予測係数ＲＯＭ５４に格納するようになされている。学習回路６０は、いわゆる教師信号としてのＨＤ画像データＳ６０を垂直間引きフィルタ６１及び予測係数算出回路６２に入力する。学習回路６０は、ＨＤ画像データＳ６０を垂直間引きフィルタ６１及び水平間引きフィルタ６３によって間引くことにより、生徒信号としてのＳＤ画像データＳ６１を生成し、これをクラス分類部６４及び予測係数算出回路６２に入力するようになされている。
【００２０】
クラス分類部６４は、図１に示すアップコンバータのクラス分類部５２と同様の構成でなり、ＳＤ画像データＳ６１からクラスタップを選定し、その信号レベル分布に基づいてクラスコードＳ６２を生成した後、これを予測係数算出回路６２に送出する。予測係数算出回路６２は、ＨＤ画像データＳ６０及びＳＤ画像データＳ６１を基に、クラスコードＳ６２が示すクラスに応じた予測係数をクラス毎に算出し、その結果得た予測係数データＳ６３を予測係数ＲＯＭ５４に格納する。
【００２１】
この場合、予測係数算出回路６２は、上述の（２）式における予測係数ｗを最小自乗法によって求めるようになされている。具体的には予測係数算出回路６２は、ＸをＳＤ画素値、Ｗを予測係数、ＹをＨＤ画素値として、いわゆる観測方程式と呼ばれる次式
【００２２】
【数３】
を生成するように各データを収集する。ここでｍは予測するＨＤ画素の画素数を示す学習データ数、ｎは予測タップ数である。
【００２４】
次に予測係数算出回路６２は、この（３）式を基に、次式
【００２５】
【数４】
に示す残差方程式を立てる。従って各予測係数ｗi は、この（４）式から、次式
【００２７】
【数５】
が最小のときに最適な値となることがわかる。すなわち次式
【００２９】
【数６】
を満たすように予測係数ｗi が算出される。
【００３１】
そこで予測係数算出回路６２は、このｎ個ある（６）式を満たすようなｗ1 、ｗ2 、……、ｗn を算出すればよいことになり、上述の（４）式から、次式
【００３２】
【数７】
を得、これら（６）及び（７）式から、次式
【００３４】
【数８】
を求める。そして予測係数算出回路６２は、上述の（４）及び（８）式から、次式
【００３６】
【数９】
によって表される正規方程式を生成する。このようにして予測係数算出回路６２は、予測タップ数ｎと同一次数の連立方程式でなる正規方程式を生成し、掃き出し法（Gauss Jordanの消去法）を用いてこの正規方程式を解くことにより、各予測係数ｗi を算出する。
【００３８】
以下、学習回路６０による予測係数生成手順について図５に示すフローチャートを用いて説明する。学習回路６０はステップＳＰ６１から入り続くステップＳＰ６２において、教師信号としてのＨＤ画像データＳ６０から生徒信号としてのＳＤ画像データＳ６１を生成することにより、予測係数を生成するのに必要な学習データを生成する。ステップＳＰ６３において、学習回路６０は、予測係数を生成するのに必要十分な学習データが得られたか否か判定し、その結果、未だ必要十分な学習データが得られていないと判断された場合にはステップＳＰ６３において否定結果を得ることによりステップＳＰ６４に移行する。
【００３９】
ステップＳＰ６４において、学習回路６０は、ＳＤ画像データＳ６１からクラスタップを選定し、その信号レベル分布に基づいてクラス分類を行う。ステップＳＰ６５において、学習回路６０は、各クラス毎に上述の（９）式でなる正規方程式を生成し、ステップＳＰ６２に戻って同様の処理手順を繰り返すことにより、予測係数を生成するのに必要十分な正規方程式を生成する。
【００４０】
これに対してステップＳＰ６３において肯定結果が得られると、このことは必要十分な学習データが得られたことを表しており、このとき学習回路６０はステップＳＰ６６に移って、上述の（９）式でなる正規方程式を掃き出し法によって解くことにより、予測係数ｗ1 、ｗ2 、……、ｗn を各クラス毎に生成する。そしてステップＳＰ６７において、学習回路６０は、生成した各クラス毎の予測係数ｗ1 、ｗ2 、……、ｗn を予測係数ＲＯＭ５４（図１）に格納し、ステップＳＰ６８において当該予測係数生成手順を終了する。
【００４１】
（２）クラス分類適応処理を用いた走査線変換装置
図６は図１〜図５について上述したクラス分類適応処理を用いた映像信号処理装置として、インタレース方式のテレビジョン信号をノンインタレース方式のテレビジョン信号に変換する走査線変換装置１００を示すものである。
【００４２】
図６において走査線変換装置１００は、インタレース方式の入力テレビジョン信号ＳTVをフィールドディレイ回路１０２を介して１フィールド遅延させた後、映画モード、位相検出部１０１に入力する。映画モード、位相検出部１０１は、入力テレビジョン信号ＳTVが映画フィルムに記録された映像を基に生成されたテレビジョン信号ＳTV1 （以下これを映画モードテレビジョン信号と呼ぶ）であるか否かを判断する。
【００４３】
ここで、映画モードテレビジョン信号ＳTV1 とは映画フイルムに記録された２４〔コマ／秒〕の映像を２−３プルダウンと呼ばれる方法により３０〔フレーム／秒〕（６０〔フィールド／秒〕）の標準テレビジョン信号に変換したものである。この２−３プルダウン処理は、図７に示すように、１／２４〔秒〕ごとにコマ画像Ｃ１、Ｃ２、……（図７（Ａ））が形成されている映画フィルムの第１のコマ画像Ｃ１から標準テレビジョン信号（映画モードテレビジョン信号ＳTV1 ）のフィールド１Ａ及び１Ｂ（図７（Ｂ））を生成し、第２のコマ画像Ｃ２から標準テレビジョン信号（映画モードテレビジョン信号ＳTV1 ）のフィールド２Ａ、２Ｂ及び３Ａ（図７（Ｂ））を生成する。以下同様にして、映画フィルムの各コマ画像Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、……からそれぞれ２フィールド分又は３フィールド分の標準テレビジョン信号（映画モードテレビジョン信号ＳTV1 ）を順次生成する。
【００４４】
これにより、２４〔コマ／秒〕ごとのコマ画像からなる映画フィルムの映像は、３０〔フレーム／秒〕（６０〔フィールド／秒〕）の標準テレビジョン信号（映画モードテレビジョン信号ＳTV1 ）に順次変換される。
【００４５】
かかる２−３プルダウン方式によって生成された映画モードテレビジョン信号ＳTV1 においては、第１のフレームを構成するフィールド１Ａ及び１Ｂは同じコマ画像Ｃ１から生成されたものとなり、また、第２のフレームを構成するフィールド２Ａ及び２Ｂは同じコマ画像Ｃ２から生成されたものとなり、また、第３のフレームを構成するフィールド３Ａ及び３Ｂは互いに異なるコマ画像Ｃ１及びＣ２から生成されたものとなる。
【００４６】
従って、図６に示す走査線変換装置１００の映画モード、位相検出部１０１は、フィールドディレイ回路１０２を介して入力された入力テレビジョン信号ＳTVについて、図７（Ｂ）に示すように各フィールド画像についてフレーム間差分を求め、当該フレーム間差分がないフィールド画像が周期的に検出されたとき、当該フィールド画像を２−３プルダウン方式によって生成された映画モードテレビジョン信号ＳTV値のフィールドであると判断する。
【００４７】
この判断処理手順を図８に示す。すなわち図８において映画モード、位相検出部１０１は、ステップＳＰ１０１から当該処理手順に入ると、ステップＳＰ１０２において各フィールドのフレーム差分を計算する。この計算手法では、注目フィールドの画素に対して１フレーム前の画素値との差分を各画素ごとに演算する。
【００４８】
ステップＳＰ１０２における演算が終了すると、映画モード、位相検出部１０１はステップＳＰ１０３に移ってステップＳＰ１０２における演算結果（フレーム差分）を１フィールド分積算する。そして映画モード、位相検出部１０１は続くステップＳＰ１０４に移り、第１の条件として、ステップＳＰ１０３において算出された積算値が所定の閾値ＴＨ以下であるか否かを判断する。因みに、この閾値ＴＨは極めて「０」に近い値であることにより、ステップＳＰ１０４において肯定結果か得られるとこのことは注目フィールドが１フレーム前のフィールドに対して差分がほぼ「０」であることを表している。
【００４９】
従って、このとき映画モード、位相検出部１０１はステップＳＰ１０５に移り、第２の条件として、上述の第１の条件を満たすフィールドが５フィールドごとに現れたか否かを判定する。ここで肯定結果が得られると、このことはこのとき入力されているテレビジョン信号ＳTVが２−３プルダウン方式によって映画フィルムから変換されたテレビジョン信号である可能性が高いことを表しており、このとき映画モード、位相検出部１０１は続くステップＳＰ１０６に移り、条件３として、上述のステップＳＰ１０５において得られた条件２の状態が数秒間続くか否かを判断する。
【００５０】
ここで肯定結果が得られると、このことはこのとき入力されているテレビジョン信号ＳTVが２−３プルダウン方式によって映画フィルムから変換された映画モードテレビジョン信号ＳTV1 であることが確実であることを表しており、このとき映画モード、位相検出部１０１は当該入力テレビジョン信号ＳTVを映画モードテレビジョン信号ＳTV1 であると判定し、ステップＳＰ１０７に移る。
【００５１】
そして、映画モード、位相検出部１０１はステップＳＰ１０７において、フレーム差分が「０」になるフィールド（図７（Ｂ）においてフィールド３Ａ、５Ｂ、８Ａ、……）を第５のフィールドφ５とし、順次ナンバリングを行う。これにより、図７（Ｃ）に示すように映画モードテレビジョン信号ＳTV1 のプルダウン位相が確定する。
【００５２】
このようにして映画モードテレビジョン信号ＳTV1 の位相が得られると、映画モード、位相検出部１０１は当該位相を表す位相検出信号Ｓ１０１をクラス領域切り出し部１０５及び予測領域切り出し部１０６に供給する。クラス領域切り出し部１０５及び予測領域切り出し部１０６は、それぞれフィールドディレイ回路１０２を介して１フィールド遅延した入力テレビジョン信号ＳTVと、これに前後する２つのフィールド画像信号を現在の入力テレビジョン信号ＳTVの入力ライン及びフィールドディレイ回路１０３から入力する。
【００５３】
そして、クラス領域切り出し部１０５は位相検出信号Ｓ１０１に基づいて、各位相ごとに最適となるフィールドからクラスタップを切り出す。すなわち、図７との対応部分に同一符号を付して示す図９に示すように、入力テレビジョン信号ＳTVとして入力されている映画モードテレビジョン信号ＳTV1 のプルダウン位相がφ１である場合、クラス領域切り出し部１０５はフィールド１Ａ及びフィールド１Ｂをクラス領域（クラス分類タップ）として切り出す。この状態を図１０（Ａ）に示す。
【００５４】
また入力テレビジョン信号ＳTVとして入力されている映画モードテレビジョン信号ＳTV1 のプルダウン位相がφ２である場合、クラス領域切り出し部１０５はフィールド１Ａ及びフィールド１Ｂをクラス領域（クラス分類タップ）として切り出す。この状態を図１０（Ｂ）に示す。
【００５５】
また入力テレビジョン信号ＳTVとして入力されている映画モードテレビジョン信号ＳTV1 のプルダウン位相がφ３である場合、クラス領域切り出し部１０５はフィールド２Ａ及びフィールド２Ｂをクラス領域（クラス分類タップ）として切り出す。この状態を図１０（Ｃ）に示す。因みに、この場合、フィールド３Ａはフィールド２Ａと同一のコマ画像Ｃ２から生成された同一構成のフィールド画像であることから、フィールド２Ａに代えて当該フィールド３Ａを用いるようにすればノイズを低減することができる。
【００５６】
また入力テレビジョン信号ＳTVとして入力されている映画モードテレビジョン信号ＳTV1 のプルダウン位相がφ４である場合、クラス領域切り出し部１０５はフィールド２Ａ及びフィールド２Ｂをクラス領域（クラス分類タップ）として切り出す。この状態を図１０（Ｄ）に示す。因みに、この場合、フィールド３Ａはフィールド２Ａと同一のコマ画像Ｃ２から生成された同一構成のフィールド画像であることから、フィールド２Ａに代えて当該フィールド３Ａを用いるようにすればノイズを低減することができる。
【００５７】
また入力テレビジョン信号ＳTVとして入力されている映画モードテレビジョン信号ＳTV1 のプルダウン位相がφ５である場合、クラス領域切り出し部１０５はフィールド２Ｂ及びフィールド３Ａをクラス領域（クラス分類タップ）として切り出す。この状態を図１０（Ｅ）に示す。因みに、この場合、フィールド２Ａはフィールド３Ａと同一のコマ画像Ｃ２から生成された同一構成のフィールド画像であることから、フィールド３Ａに代えて当該フィールド２Ａを用いるようにすればノイズを低減することができる。
【００５８】
また、これに対して予測領域切り出し部１０６は位相検出信号Ｓ１０１に基づいて、各位相ごとに最適となるフィールドからクラスタップを切り出す。すなわち、図９に示すように、入力テレビジョン信号ＳTVとして入力されている映画モードテレビジョン信号ＳTV1 のプルダウン位相がφ１である場合、予測領域切り出し部１０６はフィールド１Ａの画像に対応する補完ラインを予測するためにフィールド１Ａ及びフィールド１Ｂをクラス領域（クラス分類タップ）として切り出す。この状態を図１０（Ａ）に示す。
【００５９】
また入力テレビジョン信号ＳTVとして入力されている映画モードテレビジョン信号ＳTV1 のプルダウン位相がφ２である場合、予測領域切り出し部１０６はフィールド１Ｂの画像に対応する補完ラインを予測するためにフィールド１Ａ及びフィールド１Ｂをクラス領域（クラス分類タップ）として切り出す。この状態を図１０（Ｂ）に示す。
【００６０】
また入力テレビジョン信号ＳTVとして入力されている映画モードテレビジョン信号ＳTV1 のプルダウン位相がφ３である場合、予測領域切り出し部１０６はフィールド２Ａの画像に対応する補完ラインを予測するためにフィールド２Ａ及びフィールド２Ｂをクラス領域（クラス分類タップ）として切り出す。この状態を図１０（Ｃ）に示す。因みに、この場合、フィールド３Ａはフィールド２Ａと同一のコマ画像Ｃ２から生成された同一構成のフィールド画像であることからフィールド２Ａに代えて当該フィールド３Ａを用いるようにすればノイズを低減することができる。
【００６１】
また入力テレビジョン信号ＳTVとして入力されている映画モードテレビジョン信号ＳTV1 のプルダウン位相がφ４である場合、予測領域切り出し部１０６はフィールド２Ｂの画像に対応する補完ラインを予測するためにフィールド２Ａ及びフィールド２Ｂをクラス領域（クラス分類タップ）として切り出す。この状態を図１０（Ｄ）に示す。因みに、この場合、フィールド３Ａはフィールド２Ａと同一のコマ画像Ｃ２から生成された同一構成のフィールド画像であることからフィールド２Ａに代えて当該フィールド３Ａを用いるようにすればノイズを低減することができる。
【００６２】
また入力テレビジョン信号ＳTVとして入力されている映画モードテレビジョン信号ＳTV1 のプルダウン位相がφ５である場合、予測領域切り出し部１０６はフィールド３Ａの画像に対応する補完ラインを予測するためにフィールド２Ｂ及びフィールド３Ａをクラス領域（クラス分類タップ）として切り出す。この状態を図１０（Ｅ）に示す。因みに、この場合、フィールド２Ａはフィールド３Ａと同一のコマ画像Ｃ２から生成された同一構成のフィールド画像であることからフィールド３Ａに代えて当該フィールド２Ａを用いるようにすればノイズを低減することができる。
【００６３】
かくして予測領域切り出し部１０６は、映画フィルムの同一のコマ画像から得られたフィールドの画像を予測タップの切り出し領域として用いることにより、動きの速い動画像について複数フィールドの画像から予測タップを切り出しても、画像の劣化を防止しつつ走査線を増やすことができる。
【００６４】
かくして、クラス領域切り出し部１０５においてプルダウン位相に応じて切り出されたクラス分類タップを表すクラス分類タップ情報Ｓ１０５はクラス決定部１０７に供給され、当該クラス決定部１０７においてクラス分類タップに基づくクラスが決定される。
【００６５】
クラス決定部１０７はクラス分類タップに基づいて決定したクラスをクラス情報Ｓ１０７としてクラスコード発生部１０８に供給する。クラスコード発生部１０８はクラス決定部１０７において決定されたクラスに応じたクラスコードを発生し、このクラスコード情報Ｓ１０８を予測係数テーブル１０９に供給する。
【００６６】
予測係数テーブル１０９は、予め学習によって設定されている予測係数をクラスコードに応じて読み出し、当該予測係数を予測係数情報Ｓ１０９として予測演算部１１０に供給する。
【００６７】
予測演算部１１０は、予測領域切り出し部１０６においてプルダウン位相に応じて切り出された予測タップを予測タップ情報Ｓ１０６として入力し、当該予測タップ及び予測係数テーブル１０９から受け取った予測係数に基づいて上述の（２）式について上述した演算式によって予測演算を行う。かくして予測演算部１１０は予測係数を用いた予測演算によって走査線を変換してなるノンインタレース方式の出力画像信号ＳOUT を出力する。
【００６８】
因みに、入力テレビジョン信号ＳTVとして映画モードテレビジョン信号ＳTV1 以外のテレビジョン信号ＳTV2 が入力された場合、動き量推定部１０４は入力画像のフレーム間差分に基づいてその動き量を推定し、当該動き量を表す動き量情報Ｓ１０４をクラス領域切り出し部１０５及び予測領域切り出し部１０６に供給する。
【００６９】
クラス領域切り出し部１０５及び予測領域切り出し部１０６は、入力テレビジョン信号ＳTVが映画モードテレビジョン信号ＳTV1 以外のテレビジョン信号ＳTV2 である場合には、その旨を映画モード、位相検出部１０１から受け取りると共に、動き領域推定部１０４から供給される動き量情報に基づいたクラス領域及び予測領域の切り出しを行う。
【００７０】
このとき、入力画像の動きが大きい場合には１フィールド内での予測タップの切り出しが行われ、入力画像の動きが小さい場合には２フィールドでの予測タップの切り出しが行われ、さらに入力画像が静止画である場合には３フィールドでの予測タップの切り出しが行われる。
【００７１】
これにより、入力テレビジョン信号ＳTVが２−３プルダウン方式でない場合には入力画像の動きに応じた予測タップの切り出しが行われることにより、速い動きに伴う画質の劣化を回避し得る。
【００７２】
ここで、図１１は図６について上述した走査線変換装置１００の予測係数テーブル１０９に格納される予測係数を設定する学習回路１５０を示し、図４について上述した学習方法と同様の方法によって予測係数を決定する。
【００７３】
すなわち学習回路１５０は、ノンインタレース方式の画像を教師画像信号Ｓ１５１として正規方程式加算部１５６に入力すると共に、当該教師画像から間引き処理によってインタレース方式に変換された生徒画像信号Ｓ１５０を映画モード、位相検出部１５１に入力する。
【００７４】
映画モード、位相検出部１５１は生徒画像信号Ｓ１５０が映画モードテレビジョン信号であるか否かと、映画モードテレビジョン信号である場合にそのプルダウン位相とを図７について上述したフレーム間差分による検出方法により検出し、その結果をクラス領域切り出し部１５２、予測領域切り出し部１５５及びクラスコード発生部１５４にそれぞれ供給する。
【００７５】
クラス領域切り出し部１５２及び予測領域切り出し部１５５は図１０について上述した場合と同様にしてプルダウン位相に応じたクラス分類タップ及び予測タップの切り出しを行う。
【００７６】
クラス領域切り出し部１５２において切り出されたクラス分類タップＳ１５２はクラス決定部１５３に供給され、当該クラス決定部１５３においてクラス分類タップに応じたクラスが決定され、当該決定結果情報Ｓ１５３はクラスコード発生部１５４に供給される。
【００７７】
クラスコード発生部１５４は映画モード、位相検出部１５１から供給される映画モード及びプルダウン位相の情報とクラス決定部１５３から供給されるクラス決定結果情報Ｓ１５３とに基づいた総合的なクラスコードを発生し、当該クラスコードを表すクラスコード情報Ｓ１５４を予測係数算出部１５６に供給する。
【００７８】
予測係数算出部１５６は、予測領域切り出し部１５５から供給される予測タップＳ１５５及びクラスコード発生部１５４から供給されるクラスコード情報Ｓ１５４に基づいて、（９）式について上述した正規方程式により予測係数を決定し、当該決定された予測係数Ｓ１５６を予測係数テーブル１０９に格納する。
【００７９】
（３）動作及び効果
以上の構成において、走査線変換装置１００は、入力テレビジョン信号ＳTVが映画モードテレビジョン信号ＳTV1 である場合には、当該映画モードテレビジョン信号ＳTV1 が２−３プルダウン方式により映画フィルムから変換されていることに着目し、当該映画モードテレビジョン信号ＳTV1 において互いに同一のコマ画像から生成された複数のフィールド画像からクラス分類タップ及び予測タップを切り出すことにより、当該映画モードテレビジョン信号ＳTV1 が動きの速い動画像である場合でも、複数のフィールドから予測タップを切り出すことができる。
【００８０】
従って、１つのフィールドから予測タップを切り出す場合に比べて、その解像度を一段と高くすることができる。
【００８１】
以上の構成によれば、２−３プルダウン方式によって映画フィルムから変換されたインタレース方式の映画モードテレビジョン信号をノンインタレース方式に変換する場合に、同一のコマ画像から変換された複数のフィールド画像からクラス分類タップ及び予測タップを切り出して補完ラインを予測生成するようにしたことにより、画像の動きによらず常に解像度の高いノンインタレース画像を得ることができる。
【００８２】
（４）他の実施の形態
なお上述の実施の形態においては、インタレース方式のテレビジョン信号をノンインタレース方式に変換する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えばＳＤ画像をＨＤ画像に変換する場合等においても適用することができる。
【００８３】
また上述の実施の形態においては、クラス分類タップ及び予測タップの切り出し方法として図１０に示した方法を用いる場合について述べたが、タップの切り出し方法はこれに限らず、他の種々の切り出し方法を用いることができる。
【００８４】
また上述の実施の形態においては、２−３プルダウン方式によって映画フィルムから生成されたインタレース方式のテレビジョン信号をノンインタレース方式に変換する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、要は入力画像信号として複数のフィールド画像が同一の画像に基づいて生成されている場合において、当該同一の画像に基づく複数のフィールド画像を用いてタップを切り出すようにすれば良い。
【００８５】
【発明の効果】
上述のように本発明によれば、２−３プルダウン変換が施された画像からなるインタレース方式の映像信号である第１の映像信号を、クラス分類適応処理によりノンインタレース方式の映像信号である第２の映像信号に変換する映像信号処理装置において、第1の映像信号が、２−３プルダウン変換が施された画像からなる映像信号であるか否かを判定する判定手段と、判定手段で２−３プルダウン変換が施された画像を有すると判定された場合に、２−３プルダウン変換におけるプルダウン位相を検出する位相検出手段と、生成対象画素である注目画素に対して入力された第１の映像信号フィールド画像に対して検出されたプルダウン位相に基づいて特化したフィールド画像に対応する２−３プルダウン変換前の画像と同一の画像に対応した複数のフィールド画像から、該注目画素位置に対して空間的に周辺の複数の画素を抽出し、抽出された当該複数の画素から注目画素の特徴を表すクラスを決定するクラス決定手段と、クラスそれぞれに対応するクラス毎に、第２の映像信号に対応する学習データを用いて予め生成された予測データを記憶する記憶部を有し、決定されたクラスに対応する予測データを読み出す予測データ発生手段と、決定されたクラスに応じて発生された予測データと、複数のフィールドから抽出された複数の画素との積和演算により第２の映像信号の注目画素を発生する注目画素発生手段とを具えるようにしたことにより、２−３プルダウン方式によって映画フィルムから変換されているため映画モードテレビジョン信号に対して互いに同一のコマ画像から生成された複数のフィールド画像からクラス分類タップ及び予測タップを切り出すことができるため、動きの速い動画像である場合でも、画像の動きによらず常に解像度の高いノンインタレース画像を得ることができ、かくして画像の動きによらず常に解像度の高いノンインタレース画像を生成し得る映像信号処理装置及び映像信号処理方法を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるクラス分類適応処理の原理の説明に供するブロック図である。
【図２】本発明によるクラス分類適応処理の原理の説明に供する略線図である。
【図３】本発明によるクラス分類適応処理の原理の説明に供する略線図である。
【図４】本発明によるクラス分類適応処理の原理の説明に供するブロック図である。
【図５】本発明によるクラス分類適応処理の原理の説明に供するフローチャートである。
【図６】本発明による映像信号処理装置を用いた走査線変換装置の一実施の形態を示すブロック図である。
【図７】映像モードの検出の説明に供する略線図である。
【図８】映画モード、位相検出処理手順を示すフローチャートである。
【図９】タップの切り出しの説明に供する略線図である。
【図１０】タップの切り出しの説明に供する略線図である。
【図１１】学習回路の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１００……走査線変換装置（映像信号処理装置）、１０１、１５１……映画モード、位相検出部、１０２、１０３……フィールドディレイ回路、１０４……動き量推定部、１０５、１５２……クラス領域切り出し部、１０６、１５５……予測領域切り出し部、１０７、１５３……クラス決定部、１０８、１５４……クラスコード発生部、１０９……予測係数テーブル、１１０……予測演算部、１５０……学習回路、１５６……予測係数算出部。
Claims (4)
- ２−３プルダウン変換が施された画像からなるインタレース方式の映像信号である第１の映像信号を、クラス分類適応処理によりノンインタレース方式の映像信号である第２の映像信号に変換する映像信号処理装置において、
上記第1の映像信号が、上記２−３プルダウン変換が施された上記画像からなる上記映像信号であるか否かを判定する判定手段と、
上記判定手段で上記２−３プルダウン変換が施された上記画像を有すると判定された場合に、上記２−３プルダウン変換におけるプルダウン位相を検出する位相検出手段と、
生成対象画素である注目画素に対して入力された上記第１の映像信号のフィールド画像に対して検出された上記プルダウン位相に基づいて特定した上記フィールド画像に対応する上記２−３プルダウン変換前の上記画像と同一の上記画像に対応した複数のフィールド画像から、該注目画素位置に対して空間的に周辺の複数の画素を抽出し、抽出された当該複数の画素から上記注目画素の特徴を表すクラスを決定するクラス決定手段と、
上記クラスそれぞれに対応する当該クラス毎に、上記第２の映像信号に対応する学習データを用いて予め生成された予測データを記憶する記憶部を有し、決定された上記クラスに対応する上記予測データを読み出す予測データ発生手段と、
上記決定されたクラスに応じて発生された上記予測データと、上記複数のフィールドから抽出された上記複数の画素との積和演算により上記第２の映像信号の上記注目画素を発生する注目画素発生手段と
を具える映像信号処理装置。 - 上記の第１の映像信号は、映画のフィルムに記録された映像を基に生成された上記インタレース方式の信号である
請求項１に記載の映像信号処理装置。 - 上記の第１の映像信号は、標準解像度の上記映像信号であり、上記第２の映像信号は当該標準解像度の上記映像信号より画素数が増加した高解像度の上記映像信号である
請求項１に記載の映像信号処理装置。 - ２−３プルダウン変換が施された画像からなるインタレース方式の映像信号である第１の映像信号を、クラス分類適応処理によりノンインタレース方式の映像信号である第２の映像信号に変換する映像信号処理方法において、
上記第1の映像信号が、上記２−３プルダウン変換が施された上記画像からなる上記映像信号であるか否かを判定する判定ステップと、
上記判定手段で上記２−３プルダウン変換が施された上記画像を有すると判定された場合に、上記２−３プルダウン変換におけるプルダウン位相を検出する位相検出ステップと、
生成対象画素である注目画素に対して入力された上記第１の映像信号フィールド画像に対して検出された上記プルダウン位相に基づいて特化した上記フィールド画像に対応する上記２−３プルダウン変換前の上記画像と同一の上記画像に対応した複数のフィールド画像から、該注目画素位置に対して空間的に周辺の複数の画素を抽出し、抽出された当該複数の画素から上記注目画素の特徴を表すクラスを決定するクラス決定ステップと、
上記クラスそれぞれに対応する当該クラス毎に、上記第２の映像信号に対応する学習データを用いて予め生成された予測データを記憶する記憶部を有し、決定された上記クラスに対応する上記予測データを読み出す予測データ発生ステップと、
上記決定されたクラスに応じて発生された上記予測データと、上記複数のフィールドから抽出された上記複数の画素との積和演算により上記第２の映像信号の上記注目画素を発生する注目画素発生ステップと
を具える映像信号処理方法。
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