JP4401113B2

JP4401113B2 - デジタルビデオシステムの信号処理装置及び方法

Info

Publication number: JP4401113B2
Application number: JP2003180762A
Authority: JP
Inventors: 虎雄康
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2002-07-12
Filing date: 2003-06-25
Publication date: 2010-01-20
Anticipated expiration: 2023-06-25
Also published as: US20040008279A1; CN1467999A; CN1207909C; US7148931B2; KR20040006348A; JP2004048745A; KR100436765B1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、デジタルビデオシステムの信号処理装置及びその方法に係わり、さらに詳しくはより多いビット数で量子化された映像信号を、損失の最小化を図りつつ、少ないビット数で表示できるデジタルビデオシステムの信号処理装置及びその方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＤＴＶ（デジタルＴＶ）などのデジタルビデオシステムにおいて、画面に映像をディスプレーするためには、アナログ入力信号をデジタル符号化するＡ/Ｄ変換の過程が必要とされる。
【０００３】
Ａ/Ｄ変換の過程は、連続的に変化するアナログの映像や音声信号を離散的なデジタル符号に変換する過程で、Ａ/Ｄ変換の過程でのサンプリング周波数及び量子化ビット数は、デジタルビデオシステムの画質、音質、及び情報量にその影響を及ぼす。つまり、サンプリング周波数を高めてサンプリングを稠密させるほど、高域周波数の再生が可能になり、優れた画質と音質が得られる。しかし、サンプリング周波数に比例して伝送及び記録のための情報量もその分増加する。
【０００４】
同様に、１サンプル当り用いられる量子化ビット数も画質、音質、及び情報量にその影響を及ぼす。例えば、肖像権保護のためによく使われるモザイク画面は不明であるためその内容が判別し難いが、これはデジタル信号処理過程で量子化ビットの数を極めて低く設定したからである。他方、量子化ビット数を増やせば増やす程、量子化のステム幅が縮むため画質と音質は改善されるものの、サンプリング周波数の場合と同様に量子化の周波数に比例して情報量がその分増加するためやたらにその数値を高めるのは困難である。
【０００５】
前述した技術的な制約のため情報量の少ない音響機器が映像機器より前もってデジタル化され、代表的なデジタル音響機器であるCDのサンプリング周波数及び量子化ビット数はそれぞれ４４.１kHz及び１６ビットである。再生帯域幅がオーディオ信号に比べて２００倍も多い動映像信号の場合、量子化ビット数を１６ビット以上にすると情報量が数え切れないくらい増加するため映像信号をデジタル符号に変換及び記録することが実際なところ不可能となる。よって、デジタルビデオシステムにての量子化ビット数は経済的、人の視覚特性、及び実際の画面で判断できる主観的な評価などによって実用上問題のない画質レベルを考慮して決めなければならない。一般的には、量子化ビット数は８ビットあるいは１０ビットが使われ、最近には１２ビットのデジタルプロセッサーカメラも現れるようになっている。
【０００６】
８ビットの分解能は、最大２^８（＝２５６）で、１０ビットの分解能は最大２^１０（＝１０２４）、１２ビットの分解能は最大２^１２（＝４０９６）レベルになる。従って、８ビットのシステムは１０ビットのシステムに比べて量子化ステップを踏んでいる一方、扱われる情報量は極めて少なくなる。反面、８ビットのシステムは１０ビットのシステムに比べて量子化のステム幅が長くなるため斜線または円弧のような斜めの物体をアナログシステムのように精密に描き出すことは容易ではない。
【０００７】
従って、デジタルビデオシステムにて質の高い画質及び音質を得るためには量子化ビット数を増やすべきであるが、これによって増加する情報量の処理のために回路構成が複雑になり、値段も上昇するようになる。
【０００８】
これらの理由によってデジタルビデオシステムは、量子化ビット数で８ビットを使用する８ビットシステムが一般的であり、この場合、Ａ/Ｄ変換過程にて量子化ビット数が８ビットのみならず、画面内に一つの点に対応する構成要素である画素、またはピクセルを表すための、撓み（Ｙ）や色信号（Cb、Cr）などの信号についても８ビットに量子化されたレベルを使用する。すなわち、８ビットデジタルビデオシステムにては、Ａ/Ｄ変換過程で入力される映像信号を１０ビット以上に量子化しても下位２ビットは無視され、残りの８ビットのみを用いて画面に映像をディスプレーする。
【０００９】
ところが、技術の発展によりＡ/Ｄ変換過程で８ビット以上を量子化することは、具現も容易でコストの負担もほとんど生じなくなっている。これに比べ、画素を表わすための撓み（Ｙ）や色信号（Cb、Cr）などの量子化レベルを８ビット以上にすることは回路の具現面においても値段的な面においても簡単な問題ではない。
【００１０】
従って、デジタルビデオシステムにて、Ａ/Ｄ変換過程で入力映像信号を１０ビット以上に量子化できる場合、量子化されたデータで下位ビットを捨て、上位８ビットのみを用いて画面にディスプレーする代わりに、捨てられた下位ビットを画面にディスプレーする際に反映して画質が改善できる信号処理装置及びその方法が必要とされる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は前述した問題点を解決するために案出されたもので、その目的は、画素当り８ビット量子化レベルに撓みや色信号などの信号がディスプレーできるデジタルビデオシステムにて、８ビット以上に量子化された入力映像信号の損失を最小化しつつ、画面にディスプレーして画質を改善することができる信号処理装置及びその方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、Ｍビットに量子化された信号のうち上位ＮビットのＮＡＮＤ論理を出力するＮＡＮＤゲートと、Ｍビットに量子化された信号のうち下位（Ｍ−Ｎ）ビットが入力され、下位（Ｍ−Ｎ）ビットを、下位（Ｍ−Ｎ）ビットの値に応じた所定の値に変換するデコーダーと、垂直同期信号に同期したパルスを発生するパルス発生器と、デコーダーの出力値、及びパルス発生器の出力パルスが供給されており、パルス発生器の出力パルスに応じてデコーダーの出力値を構成する各ビットを順次に選択する選択器と、ＮＡＮＤゲートのＮＡＮＤ論理出力と選択器の出力値とが供給されており、ＮＡＮＤゲートのＮＡＮＤ論理出力と選択器の出力ビット値と論理積を出力するＡＮＤゲート部と、Ｍビットに量子化された信号のうち上位ＮビットにＡＮＤゲート部の出力を加算する加算器とを有し、上位Ｎビットの１０進数値をＡとし、下位（Ｍ−Ｎ）ビットの１０進数値をＢとしたとき、上位Ｎビットが全て１ではない場合には、２ ^{（Ｍ−Ｎ）} 回の垂直走査期間のうちのＢ値に応じた回数の垂直走査期間、（Ａ＋１）値を出力し、他の期間、Ａ値を出力するとともに、前記上位Ｎビットが全て１である場合には、前記垂直走査期間、Ａ値を出力することを特徴とする。
【００１３】
また、ＡＮＤゲート部は、ＮＡＮＤゲートのＮＡＮＤ論理出力と選択器の出力値との論理積を出力する第１のＡＮＤゲートと、外部からのイネーブル信号とＡＮＤゲートの出力とが供給されており、イネーブル信号とＡＮＤゲートの出力との論理積を加算器に出力する第２のＡＮＤゲートとを有することを特徴とする。
【００１４】
また、Ｍビットは１０ビットであり、Ｎビットは８ビットであることを特徴とする。
【００１５】
さらに、Ｍビットは１２ビットであり、Ｎビットは８ビットであることを特徴とする。
【００１６】
本発明は、画素当りＮビットに量子化された映像信号を表示することができるデジタルビデオシステムの信号処理方法において、垂直同期信号に同期したパルスを発生するパルス発生手順と、Ｍビットに量子化された信号のうち下位（Ｍ−Ｎ）ビットが入力され、ビット値を、下位（Ｍ−Ｎ）ビットの値に応じた所定の値に変換するビット変換手順と、ビット変換手順で変換された値、及び、パルス発生手順で発生した出力パルスが供給されており、出力パルスに応じてビット変換手順で変換された出力値の各ビットを順次に選択出力する選択手順と、Ｍビットに量子化された信号のうち上位ＮビットのＮＡＮＤ論理を出力するＮＡＮＤ手順と、ＮＡＮＤ手順で出力されたＮＡＮＤ論理出力と選択手順で出力された出力値との論理積を出力するＡＮＤ手順と、Ｍビットに量子化された信号のうち上位ＮビットにＡＮＤゲート部の出力を加算する加算手順とを有し、上位Ｎビットの１０進数値をＡとし、下位（ＭーＮ）ビットの１０進数値をＢとしたとき、上位Ｎビットが全て１ではない場合には、２ ^{（Ｍ−Ｎ）} 回の垂直走査期間のうちの前記Ｂ値に応じた回数の垂直走査期間、（Ａ＋１）値を出力し、他の期間、Ａ値を出力するとともに、前記上位Ｎビットが全て１である場合には、垂直走査期間、Ａ値を出力することを特徴とする。
【００１７】
ＡＮＤ手順は、外部からイネーブル信号が入力される場合のみ出力することを特徴とする。
【００１８】
Ｍビットは１０ビットであり、Ｎビットは８ビットであることを特徴とする。
【００１９】
Ｍビットは１２ビットであり、Ｎビットは８ビットであることを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明をさらに詳しく説明する。
【００２１】
図1は本発明に係わるデジタルビデオシステムの信号処理装置の回路図である。本デジタルビデオシステムの信号処理装置は、NANDゲート１０、デコーダー１２、パルス発生器１４、第１のANDゲート２０、第２のANDゲート２２、及び加算器２４からなる。
【００２２】
NANDゲート１０にはＳ２からＳ９までの上位８ビットが入力され、デコーダー１２にはＳ０，Ｓ１の下位２ビットが入力される。ここで、Ｓ０からＳ９まではＡ/Ｄ変換過程を経て１０ビットにデジタル符号化された映像信号を表す。
【００２３】
デコーダー１２は入力されるＳ０、Ｓ１のビット値が変換することによりＸ２，Ｘ１，Ｘ０の出力端子には次の表に示されるような値に出力される。
【００２４】
【表１】

デコーダー１２の出力値は選択器１６の入力値に伝達される。すなわち、選択器１６のＶ１の入力端子は接地され、Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４の入力端子にてはそれぞれＸ０，Ｘ１，Ｘ２の出力端子から出力される値が入力される。選択器１６は、パルス発生器１４の入力値に応じてＶ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４の入力端子に入力される値のうちいずれの一つを選択して出力する。
【００２５】
パルス発生器１４は、垂直同期信号（Vsync）を受入れ、図２に示すような、Ｖ及びＶ/２の信号波形を生成する。垂直同期信号は、映像ディスプレー時画面のスタートを表すために使われる信号である。同図を参照すると、Ｖの波形は垂直同期信号が発生して消滅する度に１と０を繰り返す波形であり、Ｖ/２の波形はＶ波形が発生して消滅する度に１と０を繰り返す波形である。つまり、パルス発生器１４を介して選択器１６の選択端子に入力されるＶ/２及びＶの値は、００→０１→１０→１１→００のよう繰り返し変わる。これによって、選択器１６はＶ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４の入力端子順に入力される値を出力する。従って、デコーダー１２に入力されるＳ１、Ｓ０の値に応じて選択器１６に出力される値について整理すると次の通りである。
【００２６】
【表２】

加算器２４は、第１及び第２のANDゲート２０、２２を介して入力されるビット値に、Ｓ９からＳ２までの値を加算してＮ０からＮ７までの８ビット値を出力する。
【００２７】
回路図から分かるように、NANDゲート１０、デコーダー１２、パルス発生器１４、選択器１６、第1のANDゲート２０、及び第２のANDゲート２２からなる加算器入力部を介して出力される値は０または１となる。ここで、NANDゲート１０及び第１のANDゲート２０は、Ｓ９からＳ２までが１１１１１１１１である場合、選択器１６からの出力を０にさせる。これは１１１１１１１１の値に１を加算して結果値が００００００００になることを避けるためである。すなわち、Ｓ９からＳ２までが最大値を有する場合、これ以上大きい値を有することができないため補償の意味がなくなるためである。そして、第２のANDゲート２２は、外部から入力されるイネーブル信号が１である場合のみ、選択器１６からの出力が正常に出力できるよう全体回路の動作を制御する。
【００２８】
図４は本発明に係わるデジタルビデオシステムにての信号処理方法を説明するためのフローチャートである。先に入力されるＭビットのうち上位Ｎビット値であるＡを算出する（Ｓ１００）。図３の回路図にてはＭ＝１０であり、Ｎ＝８である場合、すなわち、１０ビットの入力値に対して８ビットを出力する場合である。ここで、Ｓ９からＳ０までが１０００００００１０と仮定すると、上位８ビット値であるＡは１２８（＝１０００００００）となる。
【００２９】
次に（Ｍ−Ｎ）ビットの下位ビット値であるＢを算出する（Ｓ１１０）。Ｍ＝１０であり、Ｎ＝８であれば、Ｍ−Ｎ＝２となる。よって、２ビットの下位ビットはＳ１、Ｓ０になり、前述の例で２ビットの下位ビット値は２（＝１０）となるため、Ｂは２になる。
【００３０】
また、２^Ｍ−Ｎ番の垂直走査にてＢ番はＡ＋１を出力し、（２^Ｍ−Ｎ−Ｂ）番はＡを出力する（Ｓ１２０）。前述した例で、Ｍ−Ｎ＝２であるため、２^Ｍ−Ｎ＝２^２＝４となる。従って、４番の垂直走査にてＢ番、つまり２番はＡ＋１＝１２９を出力し、（２^２−２）、つまり２番はＡ＝１２８を出力する。
【００３１】
かかる方法は、結局、加算器２４が垂直同期信号によって第１及び第２のANDゲート２０、２２を介して入力される１または０値をＳ９からＳ２までに加算した加算値を出力することになる。
【００３２】
従って、前述したデジタルビデオシステムの信号処理方法は、Ｍビットに量子化されたビット信号が入力される入力部、及びＭビットにて上位Ｎビットの１０進数値をＡとし、Ｎビットを除外した（ＭーＮ）ビットの下位ビットの１０進数値をＢとすると、２^Ｍ−Ｎ番の垂直走査の間、（２^Ｍ−Ｎ−Ｂ）番はＡを出力し、Ｂ番はＡ＋１を出力する出力部からなる。
【００３３】
図３は一般的なデジタルビデオシステムにて画面に走査する過程を示す図である。画面上一つの画素をＡとし、Ａ/Ｄ変換の過程で算出された入力映像が１０ビットに量子化され、Ｓ９からＳ０までが１０００００００１０と仮定する。該値が画面上の画素Ａの撓み値（Ｙ）レベルで使われるとすると、従来の方法によればＳ１及びＳ０値は無視されるため、Ａ点の撓み値は１２８（＝１０００００００）と固定値になる。
【００３４】
しかし、本発明の場合、加算器２４を介して出力されるＮ値は１０００００００→１００００００１→１００００００１→１０００００００になり、これによってＡ点の撓み値は１２８→１２９→１２９→１２８のように繰り返し変化する。Ａ点の撓み値の変化は垂直同期信号によって素早く変わるため、視覚的には画面上の画素Ａの撓み値が１２８と１２９との間で光っているように見えるのではなく、１２８と１２９値の中間くらいの撓み値に感じられる。つまり、１２８＋１/２くらいの撓み値に感じられることとなる。
【００３５】
もし、Ｓ９からＳ０までが１０００００００１である場合、Ａの撓み値は１２８→１２９→１２８→１２８のように繰り返して変化し、この際は１２８＋１/４くらいの撓み値に感じられる。同様、Ｓ９からＳ０までが１００００００１１である場合、Ａ点の撓み値は１２８→１２９→１２９→１２９のように繰り返し変化し、これは１２８＋３/４くらいの撓み値に感じられるようになる。
【００３６】
よって、かかる方法により、一つのレベル間の１/４、２/４、３/４程度の値に示すことが可能になる。これに従って、ハードウェアー的なシステムの分解能は最大２^８（＝２５６）であるが、視覚的な分解能は最大２^１０（＝１０２４）のように感じられる。つまり、より多いビット数で量子化された映像信号をより少ない数のビットレベルで画面に表示できると共に、画質の改善が可能となる。
【００３７】
【発明の効果】
以上、述べた通りに、本発明に係わる画素当り８ビット量子化レベルで映像信号をディスプレーすることができるデジタルビデオシステムにて、８ビット以上に量子化された入力信号が入力される場合、下位信号を捨てる代わりに垂直同期信号に応じて上位ビット値に合算し表すことにより、視覚的に改善された画質が得られる。さらに、以上では本発明の好ましい実施の形態について図示しかつ説明したが、本発明は前述した特定の実施の形態例に限らず、請求の範囲で請求する本発明の範疇を逸脱せず本発明に属する技術分野で通常の知識を持つ者によって多様な変形実施が可能であることは勿論、このような変形実施は本発明の技術的な思想や展望から個別的に理解されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わるデジタルビデオシステムの信号処理装置の回路図である。
【図２】垂直同期信号、Ｖ、及びＶ/２の波形図である。
【図３】本発明に係わるデジタルビデオシステムの処理信号装置の動作を説明するための図である。
【図４】本発明に係わるデジタルビデオシステムの信号処理装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
１０ NANDゲート
１２デコーダー
１４パルス発生器
１６選択器
２０第１のANDゲート
２２第２のANDゲート
２４加算器

Claims

Ｍビットに量子化された信号のうち上位ＮビットのＮＡＮＤ論理を出力するＮＡＮＤゲートと、
前記Ｍビットに量子化された信号のうち下位（Ｍ−Ｎ）ビットが入力され、下位（Ｍ−Ｎ）ビットを、下位（Ｍ−Ｎ）ビットの値に応じた所定の値に変換するデコーダーと、
垂直同期信号に同期したパルスを発生するパルス発生器と、
前記デコーダーの出力値、及び前記パルス発生器の出力パルスが供給されており、前記パルス発生器の出力パルスに応じて前記デコーダーの出力値を構成する各ビットを順次に選択する選択器と、
前記ＮＡＮＤゲートのＮＡＮＤ論理出力と前記選択器の出力値とが供給されており、前記ＮＡＮＤゲートのＮＡＮＤ論理出力と前記選択器の出力ビット値と論理積を出力するＡＮＤゲート部と、
前記Ｍビットに量子化された信号のうち上位Ｎビットに前記ＡＮＤゲート部の出力を加算する加算器とを有し、
前記上位Ｎビットの１０進数値をＡとし、前記下位（Ｍ−Ｎ）ビットの１０進数値をＢとしたとき、前記上位Ｎビットが全て１ではない場合には、２ ^{（Ｍ−Ｎ）} 回の垂直走査期間のうちの前記Ｂ値に応じた回数の垂直走査期間、（Ａ＋１）値を出力し、他の期間、Ａ値を出力するとともに、前記上位Ｎビットが全て１である場合には、前記垂直走査期間、Ａ値を出力することを特徴とするデジタルビデオシステムの信号処理装置。
前記ＡＮＤゲート部は、前記ＮＡＮＤゲートのＮＡＮＤ論理出力と前記選択器の出力値との論理積を出力する第１のＡＮＤゲートと、
外部からのイネーブル信号と前記ＡＮＤゲートの出力とが供給されており、該イネーブル信号と前記ＡＮＤゲートの出力との論理積を前記加算器に出力する第２のＡＮＤゲートとを有することを特徴とする請求項１記載のデジタルビデオシステムの信号処理装置。
前記Ｍビットは１０ビットであり、前記Ｎビットは８ビットであることを特徴とする請求項１に記載のデジタルビデオシステムの信号処理装置。
前記Ｍビットは１２ビットであり、前記Ｎビットは８ビットであることを特徴とする請求項１に記載のデジタルビデオシステムの信号処理装置。
画素当りＮビットに量子化された映像信号を表示することができるデジタルビデオシステムの信号処理方法において、
垂直同期信号に同期したパルスを発生するパルス発生手順と、
Ｍビットに量子化された信号のうち下位（Ｍ−Ｎ）ビットが入力され、ビット値を、下位（Ｍ−Ｎ）ビットの値に応じた所定の値に変換するビット変換手順と、
前記ビット変換手順で変換された値、及び、前記パルス発生手順で発生した出力パルスが供給されており、該出力パルスに応じて前記ビット変換手順で変換された出力値の各ビットを順次に選択出力する選択手順と、
前記Ｍビットに量子化された信号のうち上位ＮビットのＮＡＮＤ論理を出力するＮＡＮＤ手順と、
前記ＮＡＮＤ手順で出力されたＮＡＮＤ論理出力と前記選択手順で出力された出力値との論理積を出力するＡＮＤ手順と、
前記Ｍビットに量子化された信号のうち上位Ｎビットに前記ＡＮＤゲート部の出力を加算する加算手順とを有し、
前記上位Ｎビットの１０進数値をＡとし、前記下位（ＭーＮ）ビットの１０進数値をＢとしたとき、前記上位Ｎビットが全て１ではない場合には、２ ^{（Ｍ−Ｎ）} 回の垂直走査期間のうちの前記Ｂ値に応じた回数の垂直走査期間、（Ａ＋１）値を出力し、他の期間、Ａ値を出力するとともに、前記上位Ｎビットが全て１である場合には、前記垂直走査期間、Ａ値を出力することを特徴とするデジタルビデオシステムの信号処理方法。
前記ＡＮＤ手順は、外部からイネーブル信号が入力される場合のみ出力することを特徴とする請求項５に記載のデジタルビデオシステムの信号処理方法。
前記Ｍビットは１０ビットであり、前記Ｎビットは８ビットであることを特徴とする請求項５に記載のデジタルビデオシステムの信号処理方法。
前記Ｍビットは１２ビットであり、前記Ｎビットは８ビットであることを特徴とする請求項５に記載のデジタルビデオシステムの信号処理方法。