JP4230027B2

JP4230027B2 - アナログ画像信号の信号処理方法

Info

Publication number: JP4230027B2
Application number: JP33101998A
Authority: JP
Inventors: ラインハルトヴォルフガング; コーレアカルロス; クロイスディミトリ; ツヴィングライナー
Original assignee: Deutsche Thomson Brandt GmbH
Current assignee: Deutsche Thomson Brandt GmbH
Priority date: 1997-11-21
Filing date: 1998-11-20
Publication date: 2009-02-25
Anticipated expiration: 2018-11-20
Also published as: EP0918313B1; CN1139871C; US6313881B1; DE69838472D1; JPH11289500A; DE19751719A1; CN1218351A; DE69838472T2; EP0918313A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はアナログ画像信号の信号処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本発明は、請求項１の前段部分に記載されているようにグラフィックス標準に準拠してディジタル的に生成され、計算ユニットから発生したアナログ画像信号の信号処理方法に基づいている。
本発明は、計算ユニット（例えば、パーソナルコンピュータ）から発生した画像をテレビジョンセットの画面に表示する問題を取り扱う。換言すれば、セットグラフィックス標準（例えば、ＥＧＡ、ＶＧＡ又は（Ｓ）ＶＧＡ）に準拠してコンピュータによって発生された画像をコンピュータモニタではなく、テレビジョンセットを用いて出力させることを意図している。この問題領域に関して、欧州特許出願ＥＰ−Ａ−０６９７６８９号は、コンピュータの出力信号又はテレビジョンビデオ信号の何れか一方を選択し、アナログ・ディジタル変換又はディジタル・アナログ変換を行うことなく、直接的にモニタに送出するマルチプレクスユニットを提案する。この場合、標準テレビジョン信号を表示させ得るモードを有するコンピュータモニタが使用される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記従来技術とは異なり、コンピュータで生成された画像を表示するためテレビジョン受像機の画面を使用することを目的とする。テレビジョン受像機が、例えば、従来の１００Ｈｚテクノロジー、又は、フォーマット適合（ワイド画面テレビジョン受像機の場合のズーム機能）のためのディジタル信号処理を具備しているならば、パーソナルコンピュータから入来するアナログ画像信号は、テレビジョン受像機の画像解像度及び画像サイズに適合させるためディジタル化されなければならない問題が生じる。できるだけ原画像に忠実に原画像データを再現するため、アナログ画像信号は、パーソナルコンピュータのグラフィックスカードで最初に発生された場合と、できるだけ同じ周波数、並びに、同じ位相でサンプリングされるべきである。換言すれば、画素同期式サンプリングが行われるべきである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載された特徴を有する本発明による方法は、最初に、アナログ・ディジタル変換がプリセットされたサンプリングクロックパルスを用いて実行され、次に、このプロセス中に記憶された画像は正しいサンプリング周波数を決定するため画像乱れが調べられ、これにより正しい周波数でサンプリングする問題を解決する。
【０００５】
本発明の方法は、所望の標準のコンピュータグラフィックス信号を原画像に忠実にＴＶ受像機に再生させることができる。
本発明の有利な展開は、従属項に記載された手段を用いることによって実現され得る。画像信号が多数のセクション（例えば、列）に分割され、個別のセクションの画素値が加算される場合、サンプリングされた画像に関して画像乱れを調べる点が有利である。その後、同じ画像は、僅かに修正されたサンプリング周波数で改めてサンプリングされ、（前と同じように）画素値が個別のセクション内で加算される。２回のサンプリング動作に対する個別のセクション内の加算値の差が形成される。差の値の分布における極大及び極小の数がカウントされる。その結果は、実際上、画像中に発生した画像乱れに対応する。極大及び極小の数によって、最適なサンプリング周波数に対する差に関する結論が得られる。訂正されたサンプリング周波数が設定された後、この動作は、最適なサンプリング周波数が検出されたことを確認するため繰り返される。
【０００６】
サンプリング周波数決定に関するアルゴリズムのための更に特定の有利な手段は、請求項３乃至１４に記載されている。非常に有利な手段は、請求項１０に記載された公知のグラフィックス標準に対する実現可能なサンプリング周波数を格納したテーブルを使用することである。そのテーブルに格納された値の中に、所望の結果が得られる値が含まれていない場合、更なる探索動作が行われる方が有利である。また、請求項１２及び１３に記載されているように、テーブル内の第１のサンプリング周波数から始めて、サンプリング周波数は、最適なサンプリング周波数が検出されるまで、定義された値ずつ徐々に増加される点が有利である。この手段によっても所望の結果が得られない場合、画像ラインのセクションへの分割を変更し、改めて探索を開始する選択の幅が残されている。
【０００７】
サンプリングされた画像のデータを調べる前に高域通過フィルタリングを用いることにより、画像中の関連した周波数だけが考慮される利点が得られる、
サンプリングされた画像毎に２個の連続した画素値の間の差の絶対値が加算され、サンプリング位相は徐々に増加若しくは減少され、この画像に関する画素値の差が改めて加算され、異なるサンプリング周波数に対する加算値の分布内で最大値が決定されるならば、最適なサンプリング位相を決定するために有利である。この最大値に関連した位相設定値は、最適なサンプリング位相値を指定する。この手段は請求項１６に記載されている。
【０００８】
初期に不明であるアクティブ画像が表示されるべき水平及び／又は垂直位置を厳密に決定するため、請求項１８に従って、表示されるべき画像のエッジにあるアクティブではない画素がカウントされるならば有利である。請求項１９によれば、画像が再び多数のセクションに分割され、個別のセクションの画素値が加算されるように、画像の左側エッジ又は右側エッジで画素のカウントが行われる。加算値は、画像のエッジの画素値で埋められたセクションと、表示されるべきコンピュータ画像の画素値を有するセクションとを定めるため、閾値と比較される。画像の右側エッジ及び左側エッジにおいて、閾値未満の加算値を有するセクションの数がカウントされる。次に、一方向で画素値に関してセクションのシフトが徐々に行われる。加算値は、新しいセクション毎に改めて決定され、加算値が閾値未満であるか、又は、閾値以上であるかを調べるため、比較が再度行われる。或いは、先に閾値を超えていた加算値が閾値未満に低下したかどうかを確かめることも可能である。左側エッジ領域又は右側エッジ領域の画素数は、１画素毎にシフトの回数と、シフト動作の開始時に閾値未満の加算値を有するセクションの数とを用いて決定される。画像の厳密な位置の決定は、例えば、引き続いて画像をテレビジョン受像機の画面の中心に配置するために必要とされる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施例の説明を行う。
前述の通り、本発明はパーソナルコンピュータのグラフィックス信号をテレビジョン受像機の画面に表示させることを目的としている。このための配置が図１に示され、この配置は、パーソナルコンピュータ１０と、パーソナルコンピュータ１０が接続されたテレビジョン受像機１１とを有する。パーソナルコンピュータ１０とテレビジョン受像機１１の接続は、ＲＧＢ信号と、垂直同期信号ＨＳＹＮＣ及び水平同期信号ＶＳＹＮＣとが、テレビジョン受像機に別々に転送されるように設計される。本例の場合、全ての信号がアナログ形式でテレビジョン受像機に伝送されることが想定されている。テレビジョン受像機は、ディジタル信号処理を備えた従来のテレビジョンセットでもよく、又は、従来の受像管でも構わない。また、上記テレビジョン受像機は、マトリックス形ディスプレイ（例えば、プラズマスクリーン、又は、液晶スクリーン）を有する最新型のテレビジョン受像機でもよい。これらの場合、供給されたアナログ信号をディジタル化することが不可欠である。
【００１０】
図２には、入来アナログＲＧＢ信号及び同期信号のサンプリング並びに処理を実行する変換器回路２０が示されている。変換器回路２０は、サンプリングユニット３０及びフォーマット変換ユニット４０の二つのブロックを含む。サンプリングユニット３０は、図３に詳細に示されている。サンプリングユニット３０はアナログ・ディジタル変換器３１を含む。アナログＲＧＢ信号は、アナログ・ディジタル変換器３１の入力側に供給される。ディジタルＲＧＢ信号は、アナログ・ディジタル変換器３１の出力側に現れる。ディジタルＲＧＢ信号は、一方でサンプリングユニット３０のＲＧＢ出力に転送され、他方で、検出ユニット３３に供給される。検出ユニット３３の機能は、最適な周波数及びサンプリング位相を決定し、伝送された画像の同期信号ＨＳＹＮＣ及びＶＳＹＮＣに対する厳密な位置を突きとめることである。位置情報は検出ユニット３３によってサンプリングユニット３０の出力ＰＯＳに転送される。最適な周波数及びサンプリング位相は、ＰＬＬ回路３４に伝達され、ＰＬＬ回路３４は最適化されたサンプリングクロックパルスを発生する。同期信号ＨＳＹＮＣ及びＶＳＹＮＣ、並びに、外部クロック信号ＣＬＫもＰＬＬ回路３４に供給される。
【００１１】
同期信号及び最適化されたサンプリングクロックパルスｆｐｉｘは、対応したサンプリングユニット３０の出力に転送される。ＰＬＬ回路３４の機能は、従来技術において周知であるので、これ以上詳しく説明する必要はない。検出ユニット３３の機能は後で詳述する。サンプリングユニット３０はインタフェース回路３２を更に有し、インタフェース回路３２は、例えば、広く普及しているＩ²Ｃバスのインタフェースとしての機能がある。このインタフェース回路を経由して、外部マイクロプロセッサからのコマンドを受信することができ、対応した設定がサンプリングユニット３０で行われる。
【００１２】
図４を参照するに、画像処理ユニット４０は、多相フィルタユニット４１を有する。受信されたコンピュータ画像をテレビジョン画面に出力するためのフォーマット適合は、例えば、この多相フィルタユニット内で行われる。この場合、例えば、水平及び垂直方向のズーム動作は、アスペクト比４：３のコンピュータ画像をアスペクト比１６：９のテレビジョン画像に変換するため行われる。必要なフィルタ装置及び／又はアルゴリズムは、従来技術において公知であるため、これ以上詳細に説明する必要はない。しかし、画像はＰＯＳ入力を介して受信された位置情報に従って中央に配置されることを付記しておく。
【００１３】
フォーマット適合のため、ディジタルＲＧＢ信号はフレーム記憶装置４３にバッファ記憶される。入力に現れる同期信号ＨＳＹＮＣ及びＶＳＹＮＣに関して、同期信号は、標準テレビジョン信号用の同期信号に対応するように多相フィルタユニット４１内で変換されることに注意する必要がある。次の画像出力の間に、フォーマット適合されたＲＧＢデータ及び同期信号は、Ｄ／Ａ変換ユニット４２に転送され、そこで、テレビジョン受像機の受像管を駆動するため作用するアナログ信号に変換される。
【００１４】
テレビジョン受像機が、従来の受像管の代わりにマトリックスディスプレイを有する場合、このＤ／Ａ変換ユニット４２は適宜省略しても構わない。画像処理ユニット４０は、特に、マイクロプロセッサのような外部モジュールへの接続用のインタフェース回路３２を有する。
図５には、画像信号の一部分が示されている。この画像信号によって伝送された画像内容は一例であり、実際上、発生した最大ビデオ周波数、即ち、連続した黒画素及び白画素により構成される画像に対応する。公知のＶＧＡ（ビデオグラフィックスアレイ）グラフィックスカードは、６４０＊４８０画素の画像を発生する。また、所謂スーパーＶＧＡグラフィックスカードは、さらに高解像度を有する画像を発生する。８００＊６００画素及び１０２４＊７６８画素の解像度は一例である。ＶＧＡ標準は、画像ラインのアクティブ領域は６４０画素を含むことだけを規定する。アクティブではない部分（ブランキング期間）を含む画像ラインは、例えば、グラフィックスカード製造者に依存して、８００、８０８若しくは８１６画素からなる。
【００１５】
図５の破線は、例示された画像信号に対する最適サンプリングポイントを示す。一方、垂直方向の実線は、セットサンプリング周波数の実際のサンプリングポイントを表す。この場合、一例として、サンプリング周波数は、８００個の画素を発生させ得る程度まで正確に設定されることがなく、むしろ、サンプリング周波数は僅かに不正確に設定されているので、その結果として、８０１個の画素がサンプリングされた場合を想定する。サンプリング間隔ＴＳ８０１は最適なサンプリング間隔ＴＳ８００よりも短い。この差の結果として差の値ｄｔが得られる。図５を参照するに、サンプリング時点ｔ_fで、サンプリングは２個の画素の間の遷移領域で行われていることがよく分かる。このため、白色値はサンプリングされず、濃淡階調値、或いは、後続のサンプリング中には黒色値までが代わりにサンプリングされるので、間違ったサンプリング動作が生じる。
【００１６】
かくして、画像乱れが画像中に生じる。図６には画像中に生じた画像乱れが認められる。同図において、同じ時間間隔中に１ライン毎に８００画素ではなく８０１画素をサンプリングするサンプリング周波数でサンプリングが行われる場合に、６４０＊４８０画素を有する実際のＶＧＡ画像に対し生じた画像乱れが示されている。サンプリング周波数が発生周波数と異なるため、発生された画素数よりもｎ個多い（若しくは少ない）画素がサンプリング動作によって生じる場合、厳密にｎ個の乱れのある領域が画像に生成される。この効果は、最適なサンプリング周波数の自動設定のための方法に利用される。
【００１７】
サンプリングされた画像の場合に、画像が発生された周波数に関する結論を導き出せるように、その画像は上記画像乱れを調べる必要がある。この目的のため、画像はセクション、例えば、列に分割される。セクションの数は、所望の解像度（即ち、識別可能な周波数偏差を意味する）と、この検出のために費やすことができるコストとに依存する。画像の１６個の列への分割は、上記必要条件に対する優れた妥協点であると認められた。最適なサンプリング周波数を見つける方法は、以下の通り進行する。
【００１８】
高域通過フィルタリングの後、サンプリングされた画像の画素値がセクション毎に加算される。この動作は、２種類の別個に設定されたサンプリング周波数に適用される。このセクション内の加算の結果は図７及び８に示されている。セクション番号（画像の水平方向の広がりに対応する）は横軸にプロットされている。この場合、図７は、実際のコンピュータ画像が８００画素で発生されていても８０２画素が生成されるようにサンプリングされた画像に対する結果を示す。これに対し、図８は、画像信号が１ライン当たりに８０３画素を生成するサンプリング周波数を用いてアクティブ画像領域でサンプリングされた同じ画像に対する結果を示す。個別のセクション内の加算の結果は縦軸に示されている。個別のセクションに対する値は記号●で表示されている。
【００１９】
正しくサンプリングされた画像セクションから画像乱れを分離するため、２通りの別個にサンプリングされた画像の値は次の段階で減算される。この減算の結果が図９に示されている。セクション番号（列番号）は横軸に示され、得られた差の値は縦軸にプロットされている。列６の領域の極大、列１３の領域の別の極大、及び、列１０の領域の極小が顕著に認められる。図９において、８０３画素でサンプリングされた画像の画像乱れが局所極大として認められ、８０２画素でサンプリングされた画像の画像乱れは局所極小として認められる。したがって、３個の極大と２個の極小が図９から検出できる。しかし、出現した乱れは画像ラインの全体に亘って（画像ラインのアクティブ部分だけではなく）分布しているので、不可視的な失われた乱れのある領域がアクティブ画像以外のブランキング期間に生じる。ブランキング期間中に、実際上サンプリングの間違いは起こり得ないので、発生する乱れは不可視的である。それにもかかわらず、図９の評価によって、第１の画像のサンプリングは第２のサンプリングよりも低い周波数で行われ、最適なサンプリング周波数は第１のサンプリングの場合のサンプリング周波数よりも低く保たれることが結論付けられる。したがって、低い方のサンプリング周波数が修正されたサンプリング周波数として設定され得る。
【００２０】
図９による対応した曲線を評価することによって、小領域内で正確なサンプリング周波数を直接推定することができる。しかし、この推定が有効であるのは非常に小さい領域に限られる。この領域は、１ライン当たり約７画素までの偏差によって構成される。極大及び極小の正確な数を検出できないとしても、発生する画像乱れが少ない場合には、周波数を正しい向きに移すことが可能である。第１のサンプリングの周波数が最適なサンプリング周波数からかなり離れている場合、例えば、１ライン毎に±５画素の刻みでサンプリング周波数を飛ばし、元の発生周波数が存在していた筈の方向を決めるためその結果を使用することが可能である。
【００２１】
図１０には、元の発生周波数を決定する第１の方法のフローチャートが示されている。この方法は、ステップ５０において、水平及び／又は垂直同期信号の立ち下がりエッジを検出することから始まる。
これが確認された場合、ステップ５１において、１ライン当たりの画素の所望の数ｎに対する初期値Ｎｄｅｆａｕｌｔが固定される。状態変数Ｚは第１の状態１ｓｔに設定される。
【００２２】
選択されたサンプリング周波数に従う画像のサンプリング動作がステップ５２で行われる。高域通過フィルタリングはステップ５３で実行される。ステップ５４で変数ｓは値１に設定される。この変数は、セクション数（列数）を指定する。
個々のセクションの画素値の加算はステップ５５で行われる。ステップ５６において、個々のセクション及び周波数に対し獲得された加算値がメモリに保存される。
【００２３】
質問ステップ５７において、セクション数の変数ｓが最終値Ｓに到達したか否かが検査される。最終値に未だ到達していないとき、変数ｓはステップ５８においてインクリメントされる。次に、本方法がステップ５５から再開される。
質問ステップ５７において、全てのセクションに対する加算が行われたことが確認された場合、状態変数Ｚが状態２ｎｄに到達したか否かを調べる検査が質問ステップ５９で行われる。状態２ｎｄに到達していない場合、ステップ６０において、僅かに増加したサンプリング周波数が設定され、状態変数Ｚは第２の状態２ｎｄに設定される。次に、ステップ５２乃至５９が繰り返される。
【００２４】
ステップ６１において、図９に従って２回のサンプリング動作の加算結果の間の差が形成される。結果として得られた差の値の分布の極大及び極小は、ステップ６２でカウントされる。
質問ステップ６３において、極大ＭＡＸを検出できなかったかどうかを確認するため検査が行われる。極大ＭＡＸが検出された場合、極小ＭＩＮが検出されなかったかどうかを確認するため質問ステップ６４で検査が行われる。極小ＭＩＮが検出された場合、質問ステップ６５において、カウントされた極大の数がカウントされた極小の数よりも多いかどうかを調べるため検査が行われる。
【００２５】
極大の数の方が多い場合、発生されるべき画素値の数に対する変数ｎは、ステップ６６でデクリメントされる。その後、ステップ５２乃至６５が繰り返される。
質問ステップ６５において、極小の数が極大の数以上であることが確かめられた場合、１ライン当たりの画素の発生数に対する変数ｎはステップ６７でインクリメントされる。上記の方法は、同様にステップ５２に進む。
【００２６】
本発明の方法は、質問ステップ６３において極大が判定できないことが確認されるか、或いは、質問ステップ６４において局所極小を識別できないことが確認されるまで続く。極大を判定できない場合、ステップ６８において、変数ｎの現在値が最適化されたサンプリング周波数として出力され、この方法が終了する。或いは、極小が判定できない場合、ステップ６９において、変数ｎの現在値から１を引いた値が変数ｎの最適な値として出力され、プログラムが終了する。
【００２７】
図１１は、元の発生周波数を判定する第２の方法の詳細なフローチャートである。当該プログラムはプログラムステップ９０からスタートする。プロラムステップ９１において、第１のエントリ１ＣＦが考慮されているサンプリング周波数のテーブルから選択され、サンプリング周波数Ｆとして設定される。
次のプログラムステップ９２において、選択された周波数Ｆに対するサンプリング動作が行われ、さらに、画像ラインの個々の列に対する加算値の分布が再び決定される。その上、選択されたサンプリング周波数がインクリメントされ（Ｆ＋１）、その結果として、１画像ライン当たりに１個ずつ多い画素が発生される。サンプリング動作は繰り返され、個々の列に対する加算値の分布が同じように形成される。差は再度計算される（ＳＵＢ）。
【００２８】
次のプログラムステップ９３では、差の値の分布中の明瞭な極大及び極小の判定が行われる。質問ステップ９４において、極大の数が１と一致し、かつ、極小の数が０と一致するかどうかを調べる検査が行われる。
検査の結果が肯定であるとき、プログラムステップ９５において、最適なサンプリング周波数が見つけられたかどうかが検証される。そのため、別個に設定されたサンプリング位相と正確に一致させるべく、サンプリング動作が改めて行われる。極大及び極小のカウントによって、ステップ９４において説明したように、少なくとも２種類の別個に設定されたサンプリング周波数に対し同じ結果が得られる。これは質問ステップ９６で検査される。
【００２９】
上記条件が真である場合、テーブルの第１のエントリのサンプリング周波数Ｆがステップ９７において、最適なサンプリング周波数ＯＳＦとして設定される。次に、個のプログラムはステップ９８で終了する。
質問ステップ９６において、最適なサンプリング周波数は検証できないという結果が得られた場合、次に質問ステップ９９が行われる。このステップは、質問ステップ９４において質問条件が否定的に判定された場合にも適用される。
【００３０】
次に、質問ステップ９９において、テーブル中で考慮されている最後のサンプリング周波数ＬＣＦが既に設定されているかどうかを調べるため質問が行われる。設定されていない場合、プログラムステップ１００において、次の考慮される周波数ＮＣＦがテーブルから選択され、サンプリング周波数Ｆとして設定される。このプログラムは再びプログラムステップ９２から続けられる。
【００３１】
質問ステップ９９において、テーブルからの最後のサンプリング周波数ＬＣＦが実質的に既に設定されていると判明した場合、テーブルに記憶された第１のサンプリング周波数１ＣＦに対しある増分（例えば、８）ずつ増加されたサンプリング周波数は、プログラムステップ１０１において新しいサンプリング周波数Ｆとして設定される。この増分値は、変更されていないサンプリング周波数値よりも１画像ライン当たりに８個多い画素が発生されるように選択される。この値は、グラフィックスカード製造者が発生周波数を上記の増分幅だけで変更できるように発生周波数用の設定値レジスタを選択することによって決まる。
【００３２】
その後、プログラムステップ１０２において、新たなサンプリングが設定されたサンプリング周波数Ｆで行われ、サンプリング周波数ＦとＦ＋１に対する差の値の分布が再度決定される（ＳＵＢ）。極大の数ｎｐｐ及び極小の数ｎｎｐはプログラムステップ１０３で再び決定される。
質問ステップ１０４において、１個の極大だけが発生し、かつ、極小は発生していないかどうかを調べるため新たな検査が行われる。検査の結果が肯定的である場合、設定されたサンプリング周波数Ｆの検証がプログラムステップ１０５で再び行われる。この検証は、プログラムステップ９５と全く同じ方法で進行する。質問ステップ１０６は質問ステップ９６と対応する。プログラムステップ１０７及び１０８は、プログラムステップ９７及び９８と対応するので、これ以上の説明は行わない。
【００３３】
設定されたサンプリング周波数が最適なサンプリング周波数として検証できない、或いは、質問ステップ１０４において既に否定的な結果が判定されている場合、プログラムは質問ステップ１０９に進み、質問ステップ１０９において、種々のグラフィックス標準に対する最後の実現可能なサンプリング周波数ＬＣＦが設定されたかどうかを調べるため質問が行われる。
【００３４】
結果が否定的である場合、設定されたサンプリング周波数Ｆは、プログラムステップ１０９において増分値（例えば、８）ずつ増加される。プログラムは次にプログラムステップ１０２に続く。質問ステップ１０９における質問の結果が肯定的であるとき、質問ステップ１１１において、画像ラインのセクションへの分割が既に修正されているか否かを調べるため付加的な質問が行われる。
【００３５】
結果が否定的である場合、ステップ１１２において分割が修正される。この結果として、画像内の特定の構造、例えば、グリッドセルを繰り返すことで表示されたグリッドのため、最適なサンプリング周波数を検出することが不可能になるような状況が回避される。セクションへの新たな分割が選択された後、プログラムはプログラムステップ９１から繰り返し行われる。この手段によって最適なサンプリング周波数が得られない場合、最終的に、対応したメッセージがプログラムステップ１１３において画面上に出力される。これは、例えば、エラーメッセージである。プログラムはプログラムステップ１１４で終了する。
【００３６】
公知のグラフィックス標準に対し異なるサンプリング周波数値を有するテーブルが以下に示されている。テーブル内の各値は、１画像ライン当たりにそのサンプリング周波数によって発生される画素数を指定する。
【００３７】
【表１】

【００３８】
最適なサンプリング位相の設定値について以下に詳述する。位相検波又は位相の最適化は、画像が発生された周波数が決定されたときに限り実施される。サンプリング位相が間違って設定された場合、画素値は正確に再現されない可能性があるので、位相が検出されるべきである。これは、特に、コンピュータによって発生されたグラフィックス信号の場合に当てはまる。その理由は、かかるグラフィックス信号は、個々の画素の間で非常に急激な変化を有することがあるからである。図１２は画像信号の一例を示す図である。基準信号ＴＰＸＬは画素の信号区間を指定する。画像信号の立ち上がりエッジの領域におけるサンプリングによって、誤りのある値が生じることは避けがたい。この立ち上がり時間は記号ＴＲＴによって示されている。図１３は２個の連続したサンプルの間の差ΔＵがサンプリング位相に依存することを示す。図１３の（ａ）において、、サンプリングクロック位相はサンプリングが厳密に画素の中心で行われるように定められている。サンプリンククロックパルスは同図の（ａ）の下半分に示されている。サンプリングは、サンプリングクロックパルスの立ち上がりエッジが出現したときに行われる。図１３の（ｂ）において、サンプリングクロックパルスは、同図の（ａ）のパルスに対し正確に１８０°だけシフトされている。この場合、サンプリングは、画素の中心で行われなくなり、次の画素値への遷移領域で行われる。個場合、２個の連続したサンプルの間の差ΔＵは、図１３の（ａ）の場合よりもかなり小さくなる。また、図１３の（ａ）及び（ｂ）から、２個の連続したサンプルの間の差は、最適なサンプリング（即ち、画素の中心におけるサンプリング）のときに極大となることが分かる。最適なサンプリング位相を決定するため本発明で使用される方法は、この事実を利用する。この目的のため、本方法は、画像中の少なくとも一つの水平遷移を理論的に必要とする。水平遷移は、ある画素から次の画素までの画素値の変化を意味する。ある種の状況において、殆どの画像中の全てのラインでこのような極大はえられないので、２個の連続した画素の間の差は、できる限り画像全体に亘って絶対値に関して加算される必要がある。この加算の結果として、サンプリングが行われた位相に関する相対的な概念が得られる。
【００３９】
しかし、この値は、位相だけではなく、相当な程度で画像内容にも依存する。したがって、本発明による方法において、同じ画像内容に関して発生された値だけが相互に比較される。２個の連続した画素の間の差を形成する代わりに、高域通過フィルタを採用することが可能である。これにより、例えば、フィルタの利得の減少は、加算後の絶対値が非常に小さくなることを意味するという利点が得られる。その上、特別な差分変数は他の変数よりも非常に重く重み付けをしてもよい。差の値の加算に対する式は、以下の通り記述される。
【００４０】
【数１】

【００４１】
サンプリング位相を決定する方法において、差の値の加算は、一つの画像に別々に設定された位相に対し多数回に亘って実行される。最大の加算値が生成される位相は、最良可能な位相設定値である。最適な位相をより厳密に検出するため、最大値に向かって収束する最適化方法を使用することが可能である。図１４には、種々の画像現物の異なる位相に対する加算結果が示されている。差分位相値は０乃至４０ｎｓの範囲で変化し、これは、画素が２５ＭＨｚクロックで発生された場合の画素期間に対応する。設定された位相は、ｎｓ単位の遅延値が指定された横軸に示されている。明瞭な水平遷移が少ししかないアメリカオオサンショウウオ(Hellbender)の原画像の場合でも、分布の極大は容易に判定され、最適な位相値が略２０ｎｓで確認され得る。
【００４２】
次に、図１５のフローチャートを参照して、位相検出の方法を説明する。位相はステップ７０で初期値０に設定される。画像は、ステップ７１において、現在設定されている位相でサンプリングされる。ステップ７２で、高域通過フィルタリングが行われる。高域通過フィルタを通過した画像の画素値はステップ７３で加算される。この値は、ステップ７４において、現在の位相設定値と共に保存される。
【００４３】
次に質問ステップ７５において、最終位相Ｉが設定されたかどうかが検査される。未だ、最終位相Ｉが設定されていない場合、位相設定値が変更される。その後、ステップ７１から７５までが繰り返される。
質問ステップ７５において、位相設定値に関して最終値に到達したことが確認された場合、最適な位相値は、最大値を探索することにより異なる位相設定値に対し保存された値から決定される。これはステップ７７において行われる。ステップ７８において、サンプリング位相は、最適化されたサンプリング位相が常に取り扱われるように設定される。
【００４４】
以下、本発明に従って画像ライン全体に対してアクティブ画像部の正確な水平位置を厳密に決定し得る方法を説明する。この方法は図１６を参照して詳細に説明する。ＶＧＡ、ＥＧＡ、ＣＧＡなどのコンピュータグラフィックスカード用のグラフィックス標準は、１ライン毎に発生された可視的な画素の数及び発生された可視的なラインの数だけを厳密に規定することを前提とすることにより、この方法はより明瞭に理解され得る。しかし、結局、ラインフライバック用のブランキング期間がアクティブラインの端から端まで分布され得るので、完全な画素ラインは多数の画素を必ず含む。ブランキング期間のサイズ、即ち、ビデオライン中に発生するアクティブではない画素の数を選択するのはグラフィックスカードの製造者の責任である。ＶＧＡ標準の場合、６４０個の画素が１ライン毎に出力される必要がある。しかし、実際の場合、画像ラインは、グラフィックスカードの製造者に依存して、例えば、８００、８０８又は８１６画素の長さを有する。したがって、画像の正確な水平位置は、グラフィックスカードの製造者に依存して必ずしも同一ではない。正確な位置を突きとめるため、以下の手続が行われる。
【００４５】
ブランキング期間を含む画像全体は１６列に分割される。サンプリングされた画像に対する個々の列内の画素値は、最適なサンプリング周波数を決定する方法に関して既に説明したように、加算される。かくして得られた加算値は閾値と比較される。アクティブ画素が存在しない列、並びに、アクティブ画素が包含される列は、この場合に実質的に決められる。これに応じて閾値が選択される。次に、アクティブ画素が出現しない画像の左端エッジと右端エッジの間の列の数が決定される。列は、サンプリングされた画素に対し１方向に１画素ずつ徐々にシフトされる。毎回、同じ画像がサンプリングされ、新しい列に対する加算値が決定される。次に、列が右側にシフトされた場合に、前回まで閾値に満たなかったセクションの加算値が閾値を超えたかどうかが判定される。加算値が最初に閾値を超えた場合、アクティブ画素が列に押し込まれたことが判り、画像の左側エッジに出現すべきアクティブではない画素の数を決定することができる。特に、この画素数は、第１にシフト動作の回数から、第２に１列当たりの画素数及びアクティブではない画素を含む画像の左側エッジの列の数から得られる。この手続は図１６に示されている。同図では、簡単化のため１列当たりに５個の画素だけが示されてる。実際の状況では、実質的に多数の画素、例えば、１列当たりに５０画素が設けられる。図１６の中央部において、アクティブ画素は、３回のシフト動作の後、最初に列Ａに押し込まれる。この結果として、画像の左側エッジのアクティブではない画素の数は、厳密に、３＋２×５−１＝１２画素に一致する必要がある。次のステップにおいて、画像の右側エッジのアクティブではない画素の数が決定される。この目的のため、列は同じ方向に更にシフトされる。このシフト動作は、始めにアクティブ画素を含んでいた最後の列がアクティブ画素値を全く含まなくなることが列に対する加算値から認めることができるようになるまで、実行される。図１６に示された例の場合、この状況は４回のシフト動作の後に達成されている。その結果として、５−４＋１×５＝６個のアクティブではない画素が画像の右側エッジに出現する必要がある。
【００４６】
画像の正確な位置が自動的に決定された後、画像をテレビジョン画面に表示するためのアクティブ画像領域の正確な中心位置決めは、容易に行うことができる。
水平方向に関するアクティブ画像部の開始を判定する一般的な式は以下の通り表される。
【００４７】
画像開始位置＝シフト動作回数＋（アクティブではない画素を含む画像の左側エッジの列数×１列当たりの画素数）−１
画像の右側エッジのアクティブではない画素数を判定する一般的な式は以下の通りである。
画像の右側エッジのアクティブではない画素数
＝（１列当たりの画素数−シフト動作回数）＋（アクティブではない画素を含む画像の左側エッジの列数×１列当たりの画素数）
これにより、アクティブ画像領域の終了に関する一般的な式は以下の通りである。
【００４８】
アクティブ画像領域の終了＝１ライン当たりの画素の総数−画像の右側エッジのアクティブではない画素数
或いは、上記の方法は、最初に、画像の右側エッジのアクティブではない画素の全数を判定し、次に、画像の左側エッジのアクティブではない画素数を決定することによって実施してもよい。提案された方法は、コンピュータプログラムを用いることによって簡単な方式で実施することが可能である。対応した方法が垂直画像位置を見つけるために容易に利用され得る。
【００４９】
提案された上記３種類の方法は、別々に使用しても、或いは、組み合わせて使用してもよい。上記方法は、例えば、コンピュータがテレビジョンセットに接続された後、リモートコントロールのボタンを押下することによって、ユーザの制御で開始させることができる。最適な値は保存され、後の処理のため維持される。計算ユニット又はコンピュータは、テレビジョンセットに外付けしてもよく、或いは、テレビジョンセットに統合してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】パーソナルコンピュータに接続されたテレビジョン受像機を示す図である。
【図２】パーソナルコンピュータのグラフィックス信号用の変換器の概略的なブロック図である。
【図３】周波数及び位相に関して正確な方式で画像信号をサンプリングする新規のサンプリングユニットのブロック図である。
【図４】表示されるべき画像のフォーマットマッチングのブロック図である。
【図５】画像信号が僅かに不正確なサンプリング周波数でサンプリングされた場合に、生じる影響を示す図である。
【図６】僅かに不正確に選択されたサンプリング周波数によって誘起された乱れた画像領域を伴う見本画像を表す図である。
【図７】第１のサンプリング周波数でサンプリングされた画像の種々のセクションに対する合計値の分布を示すグラフである。
【図８】第２のサンプリング周波数でサンプリングされた画像の種々のセクションに対する合計値の分布を示すグラフである。
【図９】図７及び図８に示された合計値の分布に従う合計値の間の差の値を示すグラフであり、
【図１０】最適なサンプリング周波数を決定する第１の方法のフローチャートである。
【図１１】最適なサンプリング周波数を決定する第２の方法のフローチャートである。
【図１２】画像信号を示す図である。
【図１３】（ａ）は第１のサンプリング位相によるビデオ信号のサンプリングを示し、（ｂ）は第２のサンプリング位相によるビデオ信号のサンプリングを示す図である。
【図１４】最適なサンプリング位相を突きとめる原理の説明図である。
【図１５】最適なサンプリング位相を決定する第１の方法のフローチャートである。
【図１６】表示されるべき画像に関する新規の位置識別法の原理を説明する図である。

Claims

グラフィックス標準に準拠して発生周波数で第１のディジタル画像信号を生成する計算ユニットから発生したアナログ画像信号の信号処理方法であって、
（ａ）上記アナログ画像信号を上記発生周波数と異なる第１のサンプリング周波数でアナログ・ディジタル変換することにより、第２のディジタル画像信号を１画素ライン分だけ生成する段階、
（ｂ）上記１画素ライン分を複数の空間的セクションに分割する段階、
（ｃ）個々の空間的セクションの画素値を合計する段階、
（ｄ）上記アナログ画像信号を上記発生周波数及び上記第１のサンプリング周波数と異なる第２のサンプリング周波数でアナログ・ディジタル変換することにより、第３のディジタル画像信号を１画素ライン分だけ生成する段階、
（ｅ）上記第３のディジタル画像信号に対し、上記（ｂ）及び（ｃ）を実行する段階、
（ｆ）上記第２のディジタル画像信号の空間的セクションの画素値の合計値を、上記第３のディジタル画像信号の対応する空間的セクションの画素値の合計値から減算し、上記の空間的セクション毎の画素値の合計値の差の分布を形成する段階、
（ｇ）上記分布中の極大及び極小の数をカウントする段階、
（ｈ）上記極大の数が上記極小の数より多い場合に上記第１及び第２のサンプリング周波数のうち低い方を修正サンプリング周波数として決定する段階、及び
（ｉ）上記極大の数が上記極小の数より少ない場合に上記第１及び第２のサンプリング周波数のうち高い方を修正サンプリング周波数として決定する段階、を有する信号処理方法。
上記複数の空間的セクションは１６個の列である、請求項１記載の信号処理方法。
上記第２のサンプリング周波数は、上記第１のサンプリング周波数より１画像ライン毎に１画素だけ多い又は少ない画素を発生するよう設定される、請求項１又は２記載の信号処理方法。
上記極大の数をカウントすることが不可能である場合に、上記修正サンプリング周波数は、上記第１及び第２のサンプリング周波数のうち後に設定された方に決定される、請求項１乃至３のうちいずれか１項記載の信号処理方法。
上記極小の数をカウントすることが不可能である場合に、上記修正サンプリング周波数は、上記第１及び第２のサンプリング周波数のうち後に設定されたサンプリング周波数より１画像ライン当たり１画素値だけ少ない画素数を発生するよう決定される、請求項１乃至３のうちいずれか１項記載の信号処理方法。
上記（ａ）乃至（ｉ）は極大又は極小の数をカウントすることが不可能になるまで繰り返される、請求項１乃至５のうちいずれか１項記載の信号処理方法。
種々のグラフィックス標準に対し考慮された複数のサンプリング周波数を含むテーブルが設けられ、上記第１のサンプリング周波数は上記テーブルに含まれるサンプリング周波数から選択される、請求項１乃至３のうちいずれか１項記載の信号処理方法。
上記極大又は極小の数をカウントすることが不可能であった場合、上記テーブルから別のサンプリング周波数を選択し上記（ａ）乃至（ｉ）を実行する、請求項７記載の信号処理方法。
上記テーブルに含まれる何れのサンプリング周波数を使用しても上記極大又は極小の数をカウントすることが不可能であった場合、上記極大又は極小の数をカウントできるまで、上記テーブルに含まれる各サンプリング周波数を所定の増分値ずつ増加した値を上記第１のサンプリング周波数として使用し上記（ａ）乃至（ｉ）の実行を繰り返す、請求項７又は８記載の信号処理方法。
上記所定の増分値は、先に使用されたサンプリング周波数よりも１画像ライン毎に８画素多い画素を生成するサンプリング周波数が設定される値に対応する請求項９記載の信号処理方法。
上記テーブルに含まれるサンプリング周波数を上記増分値ずつ増加させた何れの値を使用しても上記極大又は極小の数をカウントすることが不可能であった場合に、上記（ｂ）において上記１画素ライン分を異なる数の複数の空間的セクションへ分割する請求項９又は１０記載の信号処理方法。
上記アナログ画像信号、又は上記第２若しくは第３のディジタル画像信号は、高域通過フィルタリングを受ける、請求項１乃至１１のうちいずれか１項記載の信号処理方法。
グラフィックス標準に準拠して発生周波数で第１のディジタル画像信号を生成する計算ユニットから発生したアナログ画像信号の信号処理方法であって、
（ｊ）上記アナログ画像信号を所定のサンプリング周波数を使用し第１のサンプリング位相でアナログ・ディジタル変換することにより、第４のディジタル画像信号を１画素ライン分だけ生成する段階、
（ｋ）上記第４のディジタル画像信号の１画素ラインで２個の連続した画素の画素値の間の差の絶対値を加算する段階、
（ｌ）上記第１のサンプリング位相及び互いに異なる複数のサンプリング位相に対し上記（ｊ）及び（ｋ）を繰り返す段階、
（ｍ）上記（ｋ）及び（ｌ）で得た絶対値の上記サンプリング位相に対する分布を形成する段階、及び
（ｎ）上記（ｍ）で得られた分布中で極大を有するサンプリング位相を最適サンプリング位相として決定する段階、を有する信号処理方法。
（ｏ）上記アナログ画像信号を、上記所定のサンプリング周波数を使用し上記最適サンプリング位相でアナログ・ディジタル変換することにより、第５のディジタル画像信号を１画素ライン分だけ生成する段階、
（ｐ）ブランキング期間を有する上記第５のディジタル画像信号の１画素ライン分を複数の空間的セクションに分割する段階、
（ｑ）上記１画素ラインの左端の空間的セクションに対し、画素値を合計し、上記合計を閾値と比較する段階、
（ｒ）上記画素値の合計が上記閾値より高いという比較結果を得るまで、上記第５のディジタル画像信号の１画素ラインの中心に近い側に隣接する空間的セクションに対し、上記（ｑ）を繰り返す段階、
（ｓ）前回まで上記閾値より低い合計を有していた空間的セクションが上記閾値より高い合計を有するまで、左端から１画素ずつ除外し、上記第５のディジタル画像信号の１画素ラインの残りの部分を複数の空間的セクションに再分割し上記（ｑ）及び（ｒ）を繰り返す段階、
（ｔ）上記閾値より低い合計を有する空間的セクションの数とその中に含まれる画素数とを乗算し、上記（ｓ）で除外された画素数を加算することにより、上記第５のディジタル画像信号の左端に存在するアクティブでない画素数を算出する段階、
（ｕ）上記第５のディジタル画像信号の１画素ラインの右端に対し、前回まで上記閾値より高い合計を有していた空間的セクションが上記閾値より低い合計を有するまで、左端から１画素ずつ除外し、上記１画素ラインの残りの部分を複数の空間的セクションに再分割し上記（ｑ）及び（ｒ）を繰り返し、更に上記（ｔ）を実行する段階、を更に有する請求項１３記載の信号処理方法。