JP4228348B2 - 画像信号処理方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ノンインターレース走査の画像信号からインターレース走査の画像信号を生成すると共に、画面を垂直方向に拡大または縮小して表示する画像信号の処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ハイビジョン放送の普及に伴い、アスペクト比１６：９の横長の表示画面を有するテレビジョン受像機やディスプレイ装置が多く製品化されている。このような製品には、従来の放送方式が採用しているアスペクト比４：３の画像を１６：９の画面に表示させるためのさまざまな工夫がなされている。
一例として、アスペクト比４：３の画像を横方向に拡大して１６：９にするときに、中央付近は拡大量を少なくし、左右に行くほど拡大量を多くすることで、見易い画像のアスペクト変換を実現している手法がある。また、映画など元のソース画像が横長である場合には、その画像の上下に黒帯を設けて４：３のアスペクト比（いわゆるレターボックスサイズ）にして放送される例が多いが、この場合に、受像側では、画像部分を主体に垂直方向に拡大してアスペクト比を１６：９にし、黒帯部分を表示させないようにする機能を持った製品などがある。
【０００３】
また最近は、プログラムソースが洋画などの場合に、この黒帯部分に日本語字幕を重畳させる信号形態が多くなっている。このような場合には、この字幕が重畳されているの黒帯を画面に出し、読み易くするために拡大したり、あるいは逆に字幕を小さく表示したりするなど、画像部分と異なる拡大率に受像機側で調整できるようにするなどの工夫が行われている。
【０００４】
図５は字幕を表示する場合の表示形態の一例を示したものである。同図で、受像機側ではＷ１とＷ２の比率を変えたり、あるいは、比率は一定でも、表示される画像や字幕の大きさを夫々変えることが出来るようにするなど、レターボックスサイズの有効画像領域と画面下部の字幕領域をできるだけ効率良く画面全体に表示させるために、それぞれの領域を異なる拡大または縮小率とする倍率の切換機能を備えることが行われる。
【０００５】
一方、従来のアスペクト比４：３の画像をハイビジョンの画質に近づけるための工夫として、インターレース走査の信号をノンインターレース走査の信号（１フィールドの走査線数を２倍にする）に変換し、きめの細かさを実現している。
更にまた、このノンインターレース走査の信号をインターレース走査の信号に再変換し、走査線の形態をよりハイビジョン信号に近づけることで、きめの細かさを向上させると共に、受像機の偏向系の切り換えを容易にする方法が取られている例もある。
【０００６】
下記特許文献１は、上記の例で述べた、アスペクト比４：３のレターボックスサイズの信号から、主に画像部分を拡大し、アスペクト比１６：９の画像に変換すると共に、ノンインターレス走査信号に変換し、更にこの信号を、インターレース信号に再変換する場合の信号処理について、特にインターレース走査時の画像が、正確に補間されるような画像信号を生成する技術について開示している。
しかし、この例を含め、従来のノンインターレース走査の信号をインターレース走査の信号に変換する方法は、画面を拡大または縮小して表示するときに、画面上は全体が均一の倍率で拡大または縮小する場合にしか対応していない。したがって、上述したように、レターボックスサイズの黒帯部分に字幕表示を行うような画像信号で、字幕部分と画像部分を異なる倍率で拡大または縮小するような場合には、従来のインターレース走査への変換方法では不具合が発生する。
【０００７】
図６は、画面上を２つに分割し、上部と下部で異なる倍率の縮小または拡大をする場合に、従来の方法でノンインターレース走査の信号からインターレース走査の信号をライン信号の補間で生成する場合の動作を示したものである。
同図では、縦方向に並んだ丸印が、夫々１フィールドの画像信号中の１ライン信号を表している。なお、図面を分り易くするために、説明に関連する部分のライン信号のみを表記してある。
同図のＡ、Ｂはノンインターレス走査の入力画像信号で、この信号から、ライン補間によって、インターレース走査の縮小画像信号Ｃ、Ｄあるいは拡大画像信号Ｃ’、Ｄ’を生成する。
Ｃ、Ｄの縮小倍率は、一例として、上部画面で８／１２、下部画面が８／１１であり、Ｃ’、Ｄ’の拡大倍率は、上部画面で８／６、下部画面が８／５に設定している。
【０００８】
まず同図で、インターレース走査の一方のフィールドＣのライン信号▲１▼が、入力信号のフィールドＡのライン信号▲１▼と同じ位置に生成される所からフィールドが始まり、次いで上部画面の縮小倍率から導かれた倍率係数Ｋ１で決まる位置にＣのライン信号▲２▼が生成される。次に図は途中のライン信号を省略して下部画面に切換わる点に移り、下部画面の縮小倍率から導かれた倍率係数Ｋ２で決まる▲３▼の位置に下部画面の最初のライン信号が生成される。同様にして、下部画面の２番目のライン信号▲４▼が生成され、以降は順次同様に生成される。
【０００９】
一方、インターレース走査の他方のフィールドＤでは、最初のライン信号▲１▼は、オフセット係数Ｓ２により、Ｃの▲１▼と▲２▼の中間点に生成される。次いでライン信号▲２▼は、上部画面の縮小倍率から導かれた倍率係数Ｋ１で決まる図の位置に生成される。次に下部画面に切換わり、下部画面の縮小倍率から導かれた倍率係数Ｋ２で決まる▲３▼の位置にライン信号が生成される。以下は図示してないが、ＣとＤのライン信号は同じ相対位置関係で順次生成される。
Ｃ’、Ｄ’の拡大画像信号の生成も上記と同様に行われる。なお、本図の説明で用いている倍率係数Ｋ１、Ｋ２やオフセット係数Ｓ２、およびライン信号が生成される位置、生成の方法については後述する。
以上のようにして、ノンインターレース走査の信号から、フィールド毎にライン信号の生成位相の異なるインターレース走査の画像信号が生成される。
【００１０】
【特許文献１】
特開平７−９５５４０号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
図６に示したように、上記の従来例による画像信号の生成では、縮小倍率が変わった下部画面において、インターレース走査の条件が十分に得られていないことになる。すなわち、フィールドＤでは、ライン信号▲３▼から以降のライン信号は、フィールドＣのライン信号の位置に対して１８０度位相シフトの位置（中間位置）になっていないのである。このためこの部分では、例えば、斜めの線にギザギザが見えたりするような画質の劣化が現れることになる。
本発明はこのような問題点に鑑みなされたものであり、ノンインターレース走査の画像信号を、画面上の所定位置で上部画面と下部画面に分け、夫々の画面を異なる倍率で垂直方向に拡大または縮小表示させる画像信号を生成すると共に、画質劣化の生じないインターレース走査の画像信号を生成する方法を提供することを目的とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決する手段として以下の構成からなる。すなわち、
複数のライン信号から構成されているノンインターレース走査の画像信号を入力し、前記ライン信号を用いた補間処理により、インターレース走査を行うための画像信号を生成すると共に、
画面上の所定位置で上部画面と下部画面に分け、前記上部画面と前記下部画面を夫々異なる倍率で垂直方向に拡大または縮小表示させるための画像信号を生成して出力する画像信号処理方法において、
前記入力されたノンインターレース走査の画像信号から、前記出力される画像信号のインターレース走査を構成する第１のフィールドのライン信号を生成するにあたり、
前記上部画面を所定の第１の倍率で表示するために、前記第１の倍率から導かれた第１の倍率係数Ｋ１を用いてライン信号を順次生成し、次いで前記下部画面を所定の第２の倍率で表示するために、最初のライン信号は、前記第１の倍率と前記第２の倍率とから導かれた第１のオフセット係数Ｓ１を用いて生成し、その後のライン信号は、前記第２の倍率から導かれた第２の倍率係数Ｋ２を用いて順次生成する第１のステップと、
前記入力されたノンインターレース走査の画像信号から、前記出力される画像信号のインターレース走査を構成する第２のフィールドのライン信号を生成するにあたり、
前記上部画面を所定の第１の倍率で表示するために、最初のライン信号は、前記第１の倍率から導かれた第２のオフセット係数Ｓ２を用いて生成し、その後のライン信号は、前記第１の倍率係数Ｋ１を用いてライン信号を順次生成し、次いで前記下部画面を所定の第２の倍率で表示するために、前記第２の倍率係数Ｋ２を用いてライン信号を順次生成する第２のステップと、
を有し、
前記第１、第２の倍率係数Ｋ１、Ｋ２並びに前記第１、第２のオフセット係数Ｓ１、Ｓ２は、次式により導かれることを特徴とする画像信号処理方法。
Ｋ１＝各ライン信号の間隔×（１／前記第１の倍率）
Ｋ２＝各ライン信号の間隔×（１／前記第２の倍率）
Ｓ１＝（Ｋ１＋Ｋ２）／２
Ｓ２＝Ｋ１／２
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の画像信号処理方法の実施形態につき、好ましい実施例により図面を参照して説明する。
図１は、本実施例においてノンインターレース走査の信号からインターレース走査の信号を生成する動作を示す図、図２はインターレース走査のライン信号を生成する回路のブロック図、図３は図２中の補間フィルタの具体的な構成を示すブロック図、図４は図２の動作を説明するためのパルスのタイミング図である。
【００１４】
まず、図１は、本実施例において、画面上を２つに分割し、上部と下部で異なる倍率の縮小または拡大をする場合に、ノンインターレース走査の信号からインターレース走査の信号をライン信号の補間で生成する場合の動作を示したもので、従来例の図６に対応するものである。なお、図の表現や設定条件は、図６の場合と同一であるので、ここでの記述は省略する。
【００１５】
同図で、フィールドの始まりでは、インターレース走査の一方のフィールドＣのライン信号▲１▼が、入力信号のフィールドＡのライン信号▲１▼と同じ位置に生成され、次いで上部画面の縮小倍率から導かれた倍率係数Ｋ１で決まる位置にＣのライン信号▲２▼が生成される。次に図は途中のライン信号を省略して下部画面に切換わる点に移り、下部画面の最初のライン信号▲３▼は、オフセット係数Ｓ１で決まる位置に生成される。オフセット係数Ｓ１については後述する。次に下部画面の２番目のライン信号である▲４▼は、下部画面の縮小倍率から導かれた倍率係数Ｋ２で決まる位置に生成される。以降のライン信号は、倍率係数Ｋ２で決まる位置に順次生成される。
【００１６】
一方、インターレース走査の他方のフィールドＤでは、最初のライン信号▲１▼は、オフセット係数Ｓ２で決まる位置に生成されるが、このオフセット係数Ｓ２は、上記倍率係数Ｋ１の１／２に設定されているので、Ｃのライン信号▲１▼と▲２▼のちょうど中間に位置するようになる。これは従来例の図６も同様である。
次いでＤのライン信号▲２▼は、上記倍率係数Ｋ１で決まる図の位置に生成される。次に下部画面に切換わり、下部画面の縮小倍率から導かれた倍率係数Ｋ２で決まる▲３▼の位置にライン信号が生成される。以下は図示してないが、ＣとＤのライン信号は同じ相対位置関係で順次生成される。
以上のようにして、ノンインターレース走査の信号からフィールド毎に生成位相の異なるインターレース走査の画像信号が生成される。
なお、Ｃ’、Ｄ’の拡大画像信号の生成も上記と同様に行われる。
【００１７】
上記説明の中から、本実施例の動作を表した図１と従来例の図６との違いを明確にすると、本実施例のフィールドＣにおいては、下部画面に切換った直後のライン信号▲３▼を生成するときに用いる係数が、オフセット係数Ｓ１に変わったことである。従来例では、ここの係数は倍率係数Ｋ２が使われる。
これにより本実施例では、下部画面に切換った後のフィールドＣの▲３▼以降のライン信号が生成される位置（生成される信号の重み付けの位置）が移動し、フィールドＤのライン信号との位置関係が改善されるので、従来方法によるインターレース走査の不具合が解消されるようになる。
【００１８】
次に、本実施例で使っている各種の係数と縮小（拡大）倍率の関係を説明する。本実施例では、入力信号の各ライン信号の間隔を３２とし、この数値を基準に各種の係数を設定している。なお、この３２の数は、入力ノンインターレース走査信号の２ライン信号間を３２分割し、新たにライン補間によって生成するインターレース走査のライン信号を、この１／３２の間隔上の位置に生成させることを表している。すなわち、ライン補間の位置の精細度に関係する数値である。
まず、倍率と倍率係数（Ｋ１、Ｋ２）の関係は次の通りである。
Ｋ１、Ｋ２＝３２×（１／倍率）
例えば、倍率が８／１２のときの倍率係数は、「３２×１２／８＝４８」となる。図１、図６で使われる倍率係数Ｋ１とＫ２は、このようにして決められている。次に、オフセット係数Ｓ１、Ｓ２は、次式のように設定されている。
Ｓ１＝（Ｋ１＋Ｋ２）／２
Ｓ２＝Ｋ１／２
以上の係数が本実施例で用いられている。
【００１９】
次に、上記のインターレース走査の信号を生成する回路構成について、図２、図３および図４を用いて説明する。
図２において、ノンインターレース走査の入力画像信号は、画像メモリ１に入力される。この画像メモリ１は、１ないし２フィールド分の蓄積容量を持った画像メモリである。画像メモリ１に入力され、蓄積された画像信号は、次に読み出しアドレスに応じて、指定されたライン信号１とその直後のライン信号２が読み出され、補間フィルタ２に供給される。
補間フィルタ２は、内部が図３に示すごとく構成されており、入力のライン信号１は、乗算回路２１の一方に接続され、他方には、補間係数発生回路３から供給される補間係数１が接続される。同様に入力のライン信号２は、乗算回路２２の一方に接続され、他方には、補間係数発生回路３から供給される補間係数２が接続される。夫々の乗算回路の出力は、次の加算回路２３に供給され、ここで両信号は加算されて新たなライン信号が補間生成される。このライン信号は出力画像信号として外部に出力される。
【００２０】
図２の補間係数発生回路３は、係数加算回路４から供給される係数の積算数から、補間に用いる２つの補間係数を作成する。また、係数加算回路４はフィールドの始めにリセットパルスでリセットをしてから、倍率係数切換え回路５から供給される各種の係数を順次加算するものである。この補間係数発生回路３と係数加算回路４の動作については後で述べる。
【００２１】
次に、図２の倍率係数切換え回路５の動作を説明する。この回路は、上部画面と下部画面とが縮小や拡大の倍率が異なる場合に、夫々の倍率係数を供給すると共に、インターレース走査のためのオフセット係数を供給する切換え回路である。
倍率係数切換え回路５には３つの切換えスイッチがあり、夫々の端子に接続されている係数をパルスによって切り換える構成になっている。各スイッチは、切換えパルスとして正パルスが入来したときに、図の下側の端子に接続され、他のときは上側の端子に接続されている。
ここで使用されるパルスのタイミングと極性は図４に示してある。
【００２２】
まず、ＳＷ３は、図４に示す「２．切換え位置パルス」によって、上部画面の期間（Ｗ１）は上側端子に、下側画面の期間（Ｗ２）は下側端子に接続されるので、ここで係数の選択動作が大きく分かれる。ＳＷ３の上側端子には、ＳＷ１の選択により倍率係数Ｋ１かオフセット係数Ｓ２のどちらかが接続され、同様に下側端子には、ＳＷ２の選択により倍率係数Ｋ２かオフセット係数Ｓ１のどちらかが接続される。
ＳＷ１およびＳＷ２は、夫々ＡＮＤ回路を経由したパルスで切換るので、このＡＮＤ回路の２つの入力端子が両方共に正パルスの時だけ下側に接続される。したがって、ＡＮＤ１では、図４の「３．オフセットパルス１」と「１．フィールドパルス」のＩＮＶ（反転）が接続されているので、ＳＷ１が下側に接続されるのは、「３．オフセットパルス１」の「ａ」で示したパルスの時であり、同様に、ＳＷ２では、「４．オフセットパルス２」の「ｂ」で示したパルスの時となる。
【００２３】
次に、上記のような各部の動作に基づき、各係数がＳＷ３を経由して係数加算回路４に供給されるまでを簡単に説明する。
まず、フィールドの始まりからＷ１が経過するまでは「倍率係数Ｋ１」が出力される。次いでＷ２の期間に入るとＳＷ３が切換ると同時にＳＷ２も切換り「オフセット係数Ｓ１」が出力されるが、すぐにＳＷ２は戻り、「倍率係数Ｋ２」がフィールドの終わりまで出力される。
次のフィールドに移ると、まず「オフセット係数Ｓ２」が出力されるが、すぐに「倍率係数Ｋ１」に切換り、次にＷ２の期間入ってＳＷ３が切換り「倍率係数Ｋ２」がフィールドの終わりまで出力される。
なお、ＳＷ３の出力は、１つのライン信号を生成するために１つの係数がその都度出力されるようになっている。
【００２４】
ＳＷ３の出力は係数加算回路４に供給され、ここでは入力された係数を順次加算（積算）する。この加算された係数は、次の補間係数発生回路３に供給されて、２つの補間係数が作成される。
次に補間係数の作成について具体的な例を用いて説明する。例として、図１のフィールドＤのライン信号▲３▼を生成する場合を述べる。
このライン信号▲３▼は、同図で示すように、入力信号のフィールドＢのライン信号▲４▼と▲５▼から補間されて生成されるが、このとき、このフィールドＢのライン信号▲４▼のライン番号は次のように決められる。
ライン信号の番号（ｎ）＝「（積算係数／３２）の整数部」＋１
したがって、図１の数値を入れると次のようになる。
ライン信号▲４▼＝（２４＋４８＋４４）／３２ の整数部＋１＝４
次に、補間係数は次の式により求める。
補間係数ａ＝（積算係数−３２×（ｎ−１））／３２＝（（２４＋４８＋４４）／３２×（４−１））／３２＝２０／３２
補間係数ｂ＝（１−補間係数ａ）＝１−２０／３２＝１２／３２
したがって、本実施例の補間フィルタ２に供給される補間係数１、２は、ライン信号の補間の重み付けに用いるので夫々次のような関係になる。
補間係数１＝補間係数ｂ
補間係数２＝補間係数ａ
こうして求められた補間係数は、図１に示すように、フィールドＤのライン信号▲３▼を生成するのに使われる。
以上は、１つのライン信号を生成する場合を例に、補間係数の作成方法を述べたが、他のライン信号の補間係数についても同様に求められる。
【００２５】
以上、図２、図３および図４を用いて、ノンインターレース走査の信号から、画面の上部と下部を異なる倍率で縮小または拡大表示させるインターレース走査の信号を生成する方法および回路構成について説明した。
なお、本実施例では、入力信号のライン信号間隔を３２として、これに基づいて各種の係数を設定しているが、この数値に限ることなく、任意の値を用いることが出来る。
また、本実施例では、新しいライン信号を生成するための補間を、２つのライン信号を用いて行っているが、これに限定されることなく、精度を向上させるために、更に前後のラインを含めた多くのライン信号から補間することも可能である。
【００２６】
【発明の効果】
以上の構成により、本発明の画像信号処理方法は、回路規模が小さく、また簡単な切換え動作で、画面上部と下部を異なる倍率で縮小または拡大できると共に、画質劣化の少ない効果的なインターレース走査の画像信号を補間生成することが出来る効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による画像信号処理方法の実施例で、インターレース走査のライン信号を生成する動作を示す図である。
【図２】インターレース走査のライン信号を生成する本実施例のブロック図である。
【図３】図２中の補間フィルタの具体的な構成を示すブロック図である。
【図４】図２の動作を説明するためのパルスのタイミング図である。
【図５】画面を上部と下部に分けて表示する表示形態を示す図である。
【図６】従来の方法でライン信号を補間したときの動作を示す図である。
【符号の説明】
１、画像メモリ
２、補間フィルタ
３、補間係数発生回路
４、アドレス加算回路
５、倍率係数切換え回路

Claims (1)

1. 複数のライン信号から構成されているノンインターレース走査の画像信号を入力し、前記ライン信号を用いた補間処理により、インターレース走査を行うための画像信号を生成すると共に、
   画面上の所定位置で上部画面と下部画面に分け、前記上部画面と前記下部画面を夫々異なる倍率で垂直方向に拡大または縮小表示させるための画像信号を生成して出力する画像信号処理方法において、
   前記入力されたノンインターレース走査の画像信号から、前記出力される画像信号のインターレース走査を構成する第１のフィールドのライン信号を生成するにあたり、
   前記上部画面を所定の第１の倍率で表示するために、前記第１の倍率から導かれた第１の倍率係数Ｋ１を用いてライン信号を順次生成し、次いで前記下部画面を所定の第２の倍率で表示するために、最初のライン信号は、前記第１の倍率と前記第２の倍率とから導かれた第１のオフセット係数Ｓ１を用いて生成し、その後のライン信号は、前記第２の倍率から導かれた第２の倍率係数Ｋ２を用いて順次生成する第１のステップと、
   前記入力されたノンインターレース走査の画像信号から、前記出力される画像信号のインターレース走査を構成する第２のフィールドのライン信号を生成するにあたり、
   前記上部画面を所定の第１の倍率で表示するために、最初のライン信号は、前記第１の倍率から導かれた第２のオフセット係数Ｓ２を用いて生成し、その後のライン信号は、前記第１の倍率係数Ｋ１を用いてライン信号を順次生成し、次いで前記下部画面を所定の第２の倍率で表示するために、前記第２の倍率係数Ｋ２を用いてライン信号を順次生成する第２のステップと、
   を有し、
   前記第１、第２の倍率係数Ｋ１、Ｋ２並びに前記第１、第２のオフセット係数Ｓ１、Ｓ２は、次式により導かれることを特徴とする画像信号処理方法。
   Ｋ１＝各ライン信号の間隔×（１／前記第１の倍率）
   Ｋ２＝各ライン信号の間隔×（１／前記第２の倍率）
   Ｓ１＝（Ｋ１＋Ｋ２）／２
   Ｓ２＝Ｋ１／２

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