JP4341458B2

JP4341458B2 - 信号処理装置

Info

Publication number: JP4341458B2
Application number: JP2004120259A
Authority: JP
Inventors: 卓梅園
Original assignee: Victor Company of Japan Ltd
Current assignee: Victor Company of Japan Ltd
Priority date: 2004-04-15
Filing date: 2004-04-15
Publication date: 2009-10-07
Anticipated expiration: 2024-04-15
Also published as: JP2005303887A

Description

本発明は、ＰＡＬ方式の放送信号を標本化してデジタルコンポーネント信号に変換する信号処理装置に関する。

テレビ信号をMPEG（Moving Picture Experts Group）2形式で圧縮してデジタルでDVD（Digital Versatile Disk）等のディスクメディアに記録する場合、まずアナログビデオ信号を標本化してデジタルコンポーネント信号に変換しなければならない。

ITU-RBT.601（ITU-Ｒ：国際電気通信連合電気通信標準化部門、BT.601：勧告601）では、デジタルコンポーネント信号を構成する輝度信号（Ｙ）と色差信号（Ｃｂ，Ｃｒ）の標本化周波数はそれぞれ13.5MHzと6.75MHzと定められており、その比は、４：２：２となっている。

一方、DVD-Video規格では、MPEGストリームとしてMP@ML（Main Profile at Main Level）を採用しており、輝度信号と色差信号の標本化周波数の比は４：２：０となっている（例えば、特許文献１）。なお、実際には、４：２：０のフォーマットと４：０：２のフォーマットの繰り返しとなるが、便宜的に４：２：０と表記する。

このため、テレビ放送をMPEG2形式で圧縮してデジタルで記録再生するデジタルビデオレコーダーにおいては、MPEGエンコーダに入力する信号の輝度信号と色差信号の標本化周波数の比を４：２：２から４：２：０に変換することが必要である（例えば、特許文献２）。

この標本化周波数の比を４：２：２から４：２：０へ変換する処理では、フィルタを用いて空間的に４：２：０の位置に存在する色差信号を生成している。４：２：２のフォーマットでは、図３に示すような空間的な位置に輝度信号と色差信号が配置される。図３中、「×」マークは輝度信号の１フレーム中の空間的な位置を示し、「○」マークは色差信号の１フレーム中の空間的な位置を示す。MPEGでは、通常、輝度信号と色差信号の情報はそれぞれ8ビットのデータで表されるが、４：２：２のフォーマットでは、１画素毎に8ビットの輝度信号の情報が割り当てられ、２画素毎に１つの色差信号の情報が割り当てられる。

一方、４：２：０のフォーマットでは、１画素毎に8ビットの輝度信号の情報が割り当てられ、４画素毎に8ビットずつの色差信号（Ｃｂ，Ｃｒ）の情報が割り当てられ、図４に示すような空間的な位置に輝度信号と色差信号が配置される。

これを時間軸方向で表すと、TopフィールドおよびBottomフィールドは、それぞれ図５（４：２：２のフォーマット）および図６（４：２：０のフォーマット）に示すような空間的な位置に配置されることになる。

色差信号を４：２：２のフォーマットから４：２：０のフォーマットへの変換は、サンプリング位置を考慮したフィルタ係数を各色差信号の情報に対して乗算することによって行われている。例えば、図６に示す４：２：０のフォーマットにおけるTopフィールドのC’3ラインの色差信号は、４：２：２のフォーマットにおけるC3ラインとC5ラインとC7ラインの色差信号の情報を用いて、
[数１]
C’3=(16×C3＋192×C5＋48×C7)/256
といった式で変換されている。同様に、BottomフィールドのC’2ラインの色差信号も、４：２：２のフォーマットにおけるC2ラインとC4ラインとC6ラインの色差信号の情報を用いて、
[数２]
C’2=(48×C2＋192×C4＋16×C6)/256
といった式で変換されている。これらフィルタ係数は、上記の値に限定されているものではないが、予め設定された値である。

ところで、PAL（Phase Alternation by Line）方式の放送信号（以降、PAL信号と称す）においては、色副搬送波（カラーサブキャリア）の位相は、フィールド内で１テレビ水平ライン毎に反転している。

例えば、あるフレームでのそれぞれのラインにおける色差信号の位相を“＋”と“−”で表すと、図５の４：２：２のフォーマットにおいて、各色差信号に対する色副搬送波の位相は、
Topフィールド：＋C1、−C3、＋C5、−C7、＋C9、…
Bottomフィールド：＋C2、−C4、＋C6、−C8、＋C10、…
と表現できる。

しかし、次のフレームでは、
Topフィールド：−C1、＋C3、−C5、＋C7、−C9、…
Bottomフィールド：＋C2、−C4、＋C6、−C8、＋C10、…
となり、前のフレームと比較して、Topフィールドの色差信号に対する色副搬送波の位相が逆転している。これはPAL信号の水平走査線の数が625本と奇数であり、フレーム間で１ラインのずれが生じ、順番が交互に反転するためである。

色副搬送波の位相を考慮してそれぞれのフレームにおける色差信号を４：２：０のフォーマットに変換すると、最初のフレームでは、TopフィールドおよびBottomフィールドそれぞれに、
[数３]
Topフィールド
C’3₁=(−16×C3＋192×C5−48×C7)/256
C’5₁=(−16×C7＋192×C9−48×C11)/256
：
[数４]
Bottomフィールド
C’2₁=(48×C2−192×C4＋16×C6)/256
C’4₁=(48×C6−192×C8＋16×C10)/256
：
となり、次のフレームでは、TopフィールドおよびBottomフィールドそれぞれに、
[数５]
Topフィールド
C’3₂=(16×C3−192×C5＋48×C7)/256
C’5₂=(16×C7−192×C9＋48×C11)/256
：
[数６]
Bottomフィールド
C’2₂=(48×C2−192×C4＋16×C6)/256
C’4₂=(48×C6−192×C8＋16×C10)/256
：
となる。

特に、各色差信号の値が同じである場合には、最初のフレームでは、TopフィールドおよびBottomフィールドそれぞれに、
[数７]
Topフィールド
C’3₁= C’5₁=(−16×C＋192×C−48×C)/256=＋C/2
[数８]
Bottomフィールド
C’2₁= C’4₁=(48×C−192×C＋16×C)/256=−C/2
となり、次のフレームでは、TopフィールドおよびBottomフィールドそれぞれに、
[数９]
Topフィールド
C’3₂= C’5₂=(16×C−192×C＋48×C)/256=−C/2
[数１０]
Bottomフィールド
C’2₂= C’4₂=(48×C−192×C＋16×C)/256=−C/2
となる。

図６の４：２：０における変換後の各色差信号の位相は、
Topフィールド：＋C/2、−C/2、＋C/2、−C/2、＋C/2、…
Bottomフィールド：−C/2、−C/2、−C/2、−C/2、−C/2、…
となり、Topフィールドはフレーム毎にその位相が反転することになる。Bottomフィールドは常に位相が一定なので、各色差信号の値が同じであるこの信号をテレビ上で見ると、フレーム毎に明暗を繰り返し、フリッカーとなってしまう。

通常のテレビ放送では、このようにフレーム毎に位相が反転しても視聴に影響を与えることはほとんど無いが、各色差信号の値が全く同じである特殊な状況の信号パターンにおいては、フリッカーが顕著に表れてしまう。
特許３２９６７５８号特開２００１−３５９１１８号公報

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、再生する際にフリッカーが発生しないように、ＰＡＬ方式の放送信号を標本化してデジタルコンポーネント信号を生成する信号処理装置を提供する。

上記の目的を達成するために、本発明の信号処理装置は、PAL方式の映像信号を、輝度信号Y、色差信号Cb，Crのデジタルコンポーネント信号に変換した映像データに対して、輝度信号Y、色差信号Cb、色差信号Crの各標本化周波数の比が4：2：2である4：2：2フォーマットから、4：2：0である4：2：0フォーマットへの変換を行なう変換手段を備え、前記PAL方式の映像信号は、奇数フィールドと偶数フィールドとから構成されるフレームにおける前記奇数フィールドが、前記フレームの複数の奇数ラインから構成され、色副搬送波の位相が前記奇数ライン毎に180度異なり、前記フレーム毎に同一番目の前記奇数ラインにおける色副搬送波の位相が180度異なり、前記偶数フィールドが、前記フレームの複数の偶数ラインから構成され、色副搬送波の位相が前記偶数ライン毎に180度異なる、映像信号であり、前記変換手段は、前記4：2：2フォーマットにおける前記奇数フィールドの各ラインにおける色差信号Cb，Crに所定のフィルタ係数を乗算して加算することによって、前記4：2：0フォーマットにおける前記奇数フィールドの各ラインにおける色差信号Cb，Crを生成すると共に、前記4：2：2フォーマットにおける前記偶数フィールドの各ラインにおける色差信号Cb，Crに所定のフィルタ係数を乗算して加算することによって、前記4：2：0フォーマットにおける前記偶数フィールドの各ラインにおける色差信号Cb，Cr を生成し、前記所定のフィルタ係数は、加算対象となる各色差信号Cb，Crの値が全て等しい場合において、加算した結果、当該ラインにおける色差信号Cb，Crが消滅するよう設定されることを特徴とする。

本発明によれば、各色差信号の値が同じである場合に、色差信号が無くなるので、フリッカーが発生しなくなり、視覚上良好な結果が得られる。

本発明の信号処理装置の実施形態を、図１〜図２を用いて説明する。

本実施形態における信号処理装置としての記録再生装置１は、図１に示すように、チューナ２、ビデオデコーダ３、オーディオA/Dコンバータ４、ビデオキャプチャ５、MPEGエンコーダ６、出力コントローラ７、入力コントローラ８、MPEGデコーダ９、ビデオエンコーダ１０、およびオーディオD/Aコンバータ１１から構成される。

チューナ２は、PAL方式の放送信号（以降、PAL信号と称す）を受信し、受信したPAL信号を映像信号と音声信号に分離して出力する機能を有する。ビデオデコーダ３は、チューナ２から出力された映像信号をデジタルコンポーネント信号（輝度信号（Ｙ）と色差信号（Ｃｂ，Ｃｒ））である映像データに変換する機能を有し、オーディオA/Dコンバータ４は、チューナ２から出力された音声信号をデジタルデータ（音声データ）に変換する機能を有する。

ビデオキャプチャ５は、水平フィルタ１５、および垂直色差信号除去フィルタ１６から構成され、ビデオデコーダ３から出力される映像データに対してフィルタリング処理を行う機能を有する。

具体的には、水平フィルタ１５は、ビデオデコーダ３から出力される映像データを所定の画像サイズになるよう調整する機能を有し、垂直色差信号除去フィルタ１６は、水平フィルタ１５によってサイズ調整された映像データに対して、４：２：２のフォーマットから４：２：０のフォーマットへの色差信号（Ｃｂ，Ｃｒ）の変換処理を行う機能を有する（詳細については後述）。

MPEGエンコーダ６は、オーディオA/Dコンバータ４から出力される音声データと、ビデオキャプチャ５から出力される映像データを圧縮し、MPEG２形式のビデオデータを生成する機能を有する。

出力コントローラ７は、記憶媒体１２にビデオデータを書き込む記録装置２１を含み、MPEGエンコーダ６によって生成されたビデオデータの記憶媒体１２へ記録する際の記録制御を行う機能を有し、入力コントローラ８は、記憶媒体１２に書き込まれているビデオデータを読み取る読取装置を含み、記憶媒体１２に記録されているビデオデータを読み取る際の読取制御を行う機能を有する。

MPEGデコーダ９は、入力コントローラ８から出力されるビデオデータから映像データと音声データを分離、伸長する機能を有する。ビデオエンコーダ１０は、MPEGデコーダ９から出力される映像データを基に、映像信号を生成し出力する機能を有し、オーディオD/Aコンバータ１１は、MPEGデコーダ９から出力される音声データを基に、音声信号を生成し出力する機能を有する。

また、記憶媒体１２は、書き込み可能なCD-R、CD-RW、DVD-R、DVD-RW、DVD-RAM、DVD+RW、ハードディスク等である。

記録再生装置１が、PAL信号の記録を開始すると、チューナ２は、受信したPAL信号を映像信号と音声信号に分離して出力する。オーディオA/Dコンバータ４は、チューナ２から出力された音声信号をデジタルの音声データに変換し、ビデオデコーダ３は、チューナ２から出力された映像信号をデジタルの映像データに変換する。

次に、ビデオキャプチャ５の水平フィルタ１５は、ビデオデコーダ３から出力される映像データを所定の画像サイズになるよう調整し、垂直色差信号除去フィルタ１６は、各フレームのフィールド毎に色差信号の変換処理を行う。

例えば、垂直色差信号除去フィルタ１６は、フィルタ係数を下記の数１１の式で示す値に設定し、４：２：２のフォーマットにおけるTopフィールドのC3〜C7（CN〜C(N+4)）ラインにおける色差信号の情報を用いて、数１１の式に従って演算し、４：２：０のフォーマットにおけるC’3（C’N）の色差信号の情報を生成する。

[数１１]
Topフィールド
C’3=(0×C3＋128×C5＋128×C7)/256
（C’N=(0×CN＋128×C(N+2)＋128×C(N+4))/256：Nは奇数のライン番号）
同様に、垂直色差信号除去フィルタ１６は、フィルタ係数を下記の数１２の式で示す値に設定し、４：２：２のフォーマットにおけるBottomフィールドのC2〜C6ラインにおける色差信号の情報を用いて、数１２の式に従って演算し、４：２：０のフォーマットにおけるC’2（C’M）の色差信号の情報を生成する。

[数１２]
Bottomフィールド
C’2=(128×C2＋128×C4＋0×C6)/256
（C’M=(128×CM＋128×C(M+2)＋0×C(M+4))/256：Mは偶数のライン番号）
この時、フレーム毎に各色差信号の色副搬送波（カラーサブキャリア）の位相を見ると、Topフィールドの色副搬送波の位相はライン毎に180度反転しているので、各色差信号は、実際には、下記の数１３および数１４の式に従って、生成される。

[数１３]
１フレーム目
C’3₁=(0×C3＋128×C5−128×C7)/256=128(C5−C7)/256
C’2₁=(128×C2−128×C4＋0×C6)/256=128(C2−C4)/256
：
[数１４]
２フレーム目
C’3₂=(0×C3−128×C5＋128×C7)/256=128(−C5＋C7)/256
C’2₂=(128×C2−128×C4＋0×C6)/256=128(C2−C4)/256
：
各色差信号の値が全く同じである特殊な状況であれば、結果はいずれも“0”となり、色差信号は相殺され無くなることになるが、フリッカーは発生しなくなる。フリッカーの発生するより、色差信号が無くなる方が視覚上与える影響は小さいので、視覚上良好な結果が得られることになる。

このように、フレーム毎にTopフィールドとBottomフィールドとの色差信号の情報が変換された映像データにおけるその色差信号の空間的な位置は、図２に示すように、従来のものに比べて少し移動するだけで、視聴に影響を与えるほどの変化にはならない。図２中、破線で示す色差信号が、従来の変換方法での空間的な位置である（図６に相当する）。

次に、MPEGエンコーダ６は、オーディオA/Dコンバータ４から出力される音声データと、ビデオキャプチャ５から出力される映像データを圧縮し、MPEG２形式のビデオデータを生成し、出力コントローラ７は、MPEGエンコーダ６によって生成されたビデオデータの記憶媒体１２へ記録する。

このように変換された映像データを再生する場合においては、入力コントローラ８は記憶媒体１２からビデオデータを読み込み、MPEGデコーダ９に供給し、MPEGデコーダ９は、供給されたビデオデータを映像データと音声データに分離、伸長する。ビデオエンコーダ１０は、伸長された映像データをアナログの映像信号に変換し、オーディオD/Aコンバータ１１は、伸長された音声データをアナログの音声信号に変換し、それぞれ出力する。

なお、数１１〜数１４の式は、本実施形態における一例であって、これに限定されるものではない。

また、本発明の実施形態として、記録再生装置１を示したが、これに限定されるものではなく、図１中の破線で示すように、記録装置２１と再生装置２２とに分けて構成しても良い。この場合、再生装置２２は、入力コントローラ８、MPEGデコーダ９、ビデオエンコーダ１０、およびオーディオD/Aコンバータ１１を備え、従来のものと再生機能に変わりは無い。一方、記録装置２１は、チューナ２、ビデオデコーダ３、オーディオA/Dコンバータ４、ビデオキャプチャ５、MPEGエンコーダ６、および出力コントローラ７を備え、上述した記録再生装置１と同様の処理を行う。

記録再生装置の機能構成を示す図である。４：２：０フォーマットにおける輝度信号と色差信号の空間的位置を示す図である。４：２：２フォーマットにおける輝度信号と色差信号の空間的位置を示す図である。４：２：０フォーマットにおける輝度信号と色差信号の空間的位置を示す図である。４：２：２フォーマットにおける輝度信号と色差信号の空間的位置（Y−ｔ断面）を示す図である。４：２：０フォーマットにおける輝度信号と色差信号の空間的位置（Y−ｔ断面）を示す図である。

符号の説明

１…記録再生装置、２…チューナ、３…ビデオデコーダ、４…オーディオA/Dコンバータ、５…ビデオキャプチャ、６…MPEGエンコーダ、７…出力コントローラ、８…入力コントローラ、９…MPEGデコーダ、１０…ビデオエンコーダ、１１…オーディオD/Aコンバータ、１２…記憶媒体、１５…水平フィルタ、１６…垂直色差信号除去フィルタ、２１…記録装置、２２…再生装置

Claims

PAL方式の映像信号を、輝度信号Y、色差信号Cb，Crのデジタルコンポーネント信号に変換した映像データに対して、輝度信号Y、色差信号Cb、色差信号Crの各標本化周波数の比が4：2：2である4：2：2フォーマットから、4：2：0である4：2：0フォーマットへの変換を行なう変換手段を備え、
前記PAL方式の映像信号は、
奇数フィールドと偶数フィールドとから構成されるフレームにおける前記奇数フィールドが、前記フレームの複数の奇数ラインから構成され、色副搬送波の位相が前記奇数ライン毎に180度異なり、前記フレーム毎に同一番目の前記奇数ラインにおける色副搬送波の位相が180度異なり、
前記偶数フィールドが、前記フレームの複数の偶数ラインから構成され、色副搬送波の位相が前記偶数ライン毎に180度異なる、
映像信号であり、
前記変換手段は、
前記4：2：2フォーマットにおける前記奇数フィールドの各ラインにおける色差信号Cb，Crに所定のフィルタ係数を乗算して加算することによって、前記4：2：0フォーマットにおける前記奇数フィールドの各ラインにおける色差信号Cb，Crを生成すると共に、
前記4：2：2フォーマットにおける前記偶数フィールドの各ラインにおける色差信号Cb，Crに所定のフィルタ係数を乗算して加算することによって、前記4：2：0フォーマットにおける前記偶数フィールドの各ラインにおける色差信号Cb，Cr を生成し、
前記所定のフィルタ係数は、加算対象となる各色差信号Cb，Crの値が全て等しい場合において、加算した結果、当該ラインにおける色差信号Cb，Crが消滅するよう設定されることを特徴とする信号処理装置。