JP4435871B2 - Ｒｇｂ／ｙｕｖコンボリューション・システム - Google Patents

Description

本発明は、インターレース表示のための、コンピュータにより発生したビデオ信号をフィルタする方法および装置に関する。さらに詳しくは、本発明は、コンピュータにより発生したビデオ信号を、コンボリューション処理を介して、垂直方向にフィルタ処理してＣＲＴディスプレイ上に表示するための方法および装置に関する。
背景技術
ある種の陰極線管（ＣＲＴ）コンピュータ・ディスプレイは、標準テレビジョン信号と両立性をもつように設計されている。これら種類のディスプレイは、インターレース・ラスター走査で動作する。従って、これら種類のディスプレイを用いるパーソナル・コンピュータは、インターレースのラスター走査フォーマットで用いるためのピクセル・データを発生する必要がある。
コンピュータにより発生したデータは、ビデオ・カメラや他の種類のビデオ信号源（ソース）からのビデオ信号よりもインターレースのラスター走査表示には適していない。コンピュータにより発生したピクセル・データは、ピクセルからピクセルへの全領域にわたって振幅の変化を呈示することができ、そしてあるピクセルから次のピクセルまで実際上どのような変化も生じ得る。これに対比して、カメラのようなソースからのビデオ信号はビーム・スポットを用い、ビーム・スポットは１つのピクセルの区域より大きい区域を包含するので、１つのピクセルのためのデータはある程度までまわりの区域の強度と色を考慮することになる。カメラのようなビデオ・ソースでは、ビームがイメージを走査するときにソフトニングが生じる。
カメラ等からのビデオ・データをインターレース・ディスプレイ上に表示するときには、ある走査線から次の走査線に突然の移り変わりが生じない。一般に、被写体は鋭く限界された端縁（エッジ）をもっておらず、しかも鋭く限界された端縁をもっている被写体であっても、その端縁は、通常、走査線と一列に並ぶことはない。その結果、看者の眼は走査線間に端縁を見出すことはできず、しかもそれらの間を識別することができない。個々に１／３０秒でフラッシングするインターレースされたラインは、１／６０秒でフラッシングしているようにみえる。その理由は、１／６０秒毎にある走査線または次の走査線がリフレッシュされるからである。従って、カメラからのビデオ・データはフリッカなしに連続しているようにみえる。
コンピュータにより発生したイメージにおいては、実際上、白または黒の実線のないところではどこでも突然の振幅の移り変わりがあり得る。このような移り変わりが垂直方向に生じると、看者の眼にとっては、ある走査線から次の走査線で端縁を検出することは容易であり、そして、走査線が個々に１／３０秒でフラッシングしているのが見える。従って、表示されたイメージは目につくほどにフリッカを生じて、画像が乱れてしまう。
コンピュータにより発生したビデオ表示においてフリッカを除去するために種々の技術が用いられてきた。ある場合には、ピクセルを、生成されフィルタされたピクセル・データに平均化し、ないし畳み込むことによって、フィルタがカメラ・ビームのソフトニング効果を真似るようにする。たとえば、米国特許第５，００５，０１１号はコンボリューションにより垂直方向のフィルタ処理を実行するシステムを開示している。このようなシステムでは、コンボリューション処理によってビデオ・データの垂直走査線を平均化して、暗いラインと明るいラインとの間の移り変わりをやわらげる。コンボリューション処理を終ることによって、黒いラインは隣接する、より明るいラインによって明るくされ、および白いラインは隣接する、より暗いラインによって暗くされる。コンボリューションを行った結果として、ラインのコントラストはくっきりとしないで定められる。
慣例のコンピュータ・ディスプレイ・システムでは、コンピュータにより発生したビデオ・データを処理して、ピクセル・データを赤、緑および青（ＲＧＢ）成分の形で表わし、およびそのＲＧＢデータを畳み込み、そして輝度−色度（ＹＵＶ）の形態に変換してビデオ・モニタへの表示に供する。各ＲＧＢ成分はピクセルの相対的暗さまたは明るさに関する情報を含んでいるので、各成分はコンボリューション処理に関わる。さらに詳しくは、コンボリューション処理に関わる各ピクセルの赤、緑および青成分値をメモリにストアする必要がある。コンボリューション処理は、その処理に関わる各ピクセルの赤、緑および青成分の各々を個別に畳み込むのに十分なハードウェアおよび／または計算能力を必要とする。
発明の要旨
本発明の目的は、あるシステムにおける必要メモリ（memory requirements）を減少させてインターレースによるコンピュータ・ディスプレイにおけるフリッカを除去することにある。
本発明の一形態によれば、コンピュータにより発生したビデオ信号を、コンボリューションの前に、輝度−色度（ＹＵＶ）信号に変換する。ＹＵＶ信号をそのＹ，ＵおよびＶ成分に分離する。輝度（Ｙ）成分のみがフリッカに寄与するので、フリッカを除去するためにはＹ成分のみを畳み込む必要がある。Ｙ成分をコンボルバに入力し、そしてコンボリューション処理を実行する。コンボリューション処理を介して走査線を平均化することによりＹ成分を垂直方向にフィルタ処理してフリッカを減少する。ついで、Ｙ，ＵおよびＶ成分をエンコード（符号化）してＣＲＴディスプレイ上に表示するのに適した信号にする。ＹＵＶフォーマットへの変換は、典型的には、コンピュータにより発生したビデオ信号をインターレースのディスプレイ上に表示する処理の一部分であるので、Ｙ成分にコンボリューションを実行するのにハードウェアを何ら追加する必要はない。Ｙ成分のみが畳み込まれるので、Ｒ，ＧおよびＢ成分を畳み込むのに必要とされるバッファ・メモリに対してわずか１／３のバッファ・メモリしか必要としない。これによって必要なハードウェアの量を減少させ、それによりコストを低減させる。
【図面の簡単な説明】
図１は本発明を用いたデータ処理システムを示す図である。
図２は本発明によるコンボリューション・システムを示す図である。
図３ａ〜図３ｆは本発明によるコンボリューション・プロセスを示す図である。
好適実施例の詳細な説明
本発明では、ＣＲＴディスプレイ上に表示されるコンピュータにより発生したビデオ信号におけるフリッカを回避するために、表示する前にコンピュータ・データを予め処理する。以下の実施例では、表示する前に予め処理される、コンピュータにより発生したビデオ・データの例示として、赤−緑−青（ＲＧＢ）データを用いる。当業者は、そのビデオ・データをコンピュータによって完全に発生させるか、あるいはコンピュータ以外のソース（たとえば、ビデオ・テープ）からのビデオ・データとコンピュータ・ソースとを組合せることにより発生させることを理解するであろう。
図１は、コンピュータにより発生した表示用のビデオ・データを予め処理するデータ処理システムを示す。図１を参照するに、コンピュータにより発生したＲＧＢデータをまずコンピュータ内のＶＲＡＭ５から検索する。このＶＲＡＭはＣＲＴ上に表示するために処理されるビデオ・データをストアする。ビデオ・データをＶＲＡＭからフォーマッタ６にラッチしてＲＧＢピクセル・データに変換する。６４ビットＲＡＭをＶＲＡＭ５として用いることができ、およびビデオ・データを６４ビット・データ・バス上でフォマッタ６にラッチすることができる。ラッチされたビデオ・データをフォーマッタ６によって、たとえば、ピクセルあたり８、１６または３２ビットから成るＲＧＢピクセル・データに変換する。ＲＧＢピクセル・データは、たとえば、２４ビットから成り、赤、緑および青成分に対して各８ビットを割当てる。
フォーマットされたＲＧＢデータをガンマ補正部１０においてガンマ補正する。ガンマ補正を行って、ＣＲＴディスプレイの非線形光強度曲線に対する補償を行う。ガンマ補正部１０は非線形乗算器として作用する。ガンマ補正部１０は、たとえば、８ビット入力および８ビット出力のトリプル２５６×８ＲＡＭとすることができる。８ビットのシステムに対しては、ＲＧＢ値をＣＣＩＲ６０１標準範囲の１６〜２５３に限定することができる。ＲＧＢ値が１６〜２３５の範囲に限られていないときには、使用可能な複合ビデオ信号が生成されるが、しかし、このビデオ信号は標準レベルを越える電圧レベルを含み、その結果として「黒より黒い」レベルまたは「白より白い」レベルを生じる。ガンマ補正部の出力は、たとえば２４ビットから成るｒｇｂ信号である。
ガンマ補正された出力ＲＧＢをガンマ補正部１０から色空間変換部２０に供給し、等価なＹＵＶ値に変換する。色空間変換は次の式に従って行われる。
Ｙ＝（77/256）^*r＋（150/256）^*g＋（29/256）^*b
Ｕ＝（b-Y）^*（148/256）＋（128/256）
Ｖ＝（r-Y）^*（189/256）＋（128/256）
たとえば、２４ビットのｒｇｂ信号を、色空間変換部２０により、上記式に従って、Ｙ，ＵおよびＶ成分の各々に対して８ビットの２４ビットから成る等価なＹＵＶ値に変換する。
ＹＵＶフォーマットに変換した後、Ｙ，ＵおよびＶ成分を分離し、そのＹ成分をコンボルバ３０に入力する。コンボルバ３０において、Ｙラインを平均化することによりＹラインを垂直方向にフィルタ処理する。畳み込まれた出力Ｙ′は、輝度のコントラストがくっきりとしないで定められた、平均化された走査線から成る。畳み込まれた出力Ｙ′を、ＵおよびＶ成分と共に、エンコーダ４０により、ＮＴＳＣ信号、ＰＡＬ信号あるいは他のＣＲＴディスプレイ上での表示に適したアナログ信号にエンコードする。
図２は本発明によるコンボリューション・システムを詳細に示す。図２に示したコンボリューション・システムにおいて、Ｙ成分は数ラインから成るが、図示の都合上、５ラインのみを考えていく。これら５ラインはａ〜ｅとして示す。図２を参照すると、本発明によるコンボリューション・システムは２個の内部ライン・バッファ３２および３４を有する。これらライン・バッファは、たとえば、７６８×８ライン・バッファとすることができる。
ライン・バッファにより交互のラインをストアして、コンバイナ３６によって組合せる。コンバイナ３６により入力ラインを組合せて、組合せ出力を生成し、およびシフタ３８により組合せ出力に２で割る演算を実行する。たとえば、コンバイナ３６において２つの８ビット入力を組合せて９ビットの組合せ出力を生成することができる。シフタ３８において、９ビットの組合せ出力の上位８ビットを１ビットだけシフトすることによって、９ビットの組合せ出力を２で割算して、最下位ビットを除去することができる。
図３ａ〜図３ｆは、本発明によるコンボリューション・プロセスを詳細に示す。図３ａ〜図３ｆを参照するに、コンボリューションは数ステップにおいて行われる。図３ａに示すように、着目している現在のラインｂの上のラインａを最初に数字３２で示すライン・バッファＡにストアする。次に、図３ｂに示すように、現在のラインｂの下のラインｃを数字３４で示すライン・バッファＢにストアする。ラインａをライン・バッファＡから出力して、コンバイナ３６において、ラインｃと組合せて、組合せ出力ａ＋ｃを生成する。ライン・バッファＢにラインｃをストアすることは、コンバイナ３６においてラインｃをラインａと組合せるのと同時に行うことができる。
図３ｃを参照するに、シフタ３８において、組合せ出力ａ＋ｃを２で割算して、得られた値１／２（ａ＋ｃ）をライン・バッファＡにストアする。次いで、図３ｄを参照するに、コンバイナ３６において、現在のラインｂをライン・バッファＡの出力と組合せて、組合せ出力１／２ａ＋ｂ＋１／２ｃを生成する。図３ｅに示すように、シフタ３８において、組合せ出力１／２ａ＋ｂ＋１／２ｃを２で割算して、得られた値１／４ａ＋１／２ｂ＋１／４ｃを表示用の平均化されたラインとして出力する。
最後に、図３ｆを参照するに、ライン・バッファＢにストアされたラインｃを出力してライン・バッファＡにストアする。次いで、ラインｃは、次の現在ラインｄの上のラインになり、図３ａ〜図３ｆに示したプロセスがラインｃ〜ｅなど、Ｙ成分のすべてのラインに対して繰返される。このようにして、Ｙ成分を垂直方向にフィルタ処理して、フリッカを回避する。
本発明によれば、コンボルバによってＹ成分を垂直方向にフィルタ処理することによって、フリッカを回避することができる。Ｙ成分のみを畳み込むので、Ｙ成分のみの中のビット数に等しい幅をそれぞれもっている２つのライン・バッファのみが必要となる。たとえば、２４ビットのＲＧＢ信号から形成された２４ビットのＹＵＶ信号のＹ成分のみを畳み込むことによって、コンボルバにおいては、Ｒ，ＧおよびＢ成分を畳み込むのに必要であろう２４ビット幅のバッファの代わりに、８ビット幅のバッファを用いることができる。これにより、必要なメモリの量が減り、従って、コストが低減する。さらに、実際のコンボリューション・プロセスは最小量のハードウェア、すなわち、２つのライン・バッファと、１つのコンバイナと、１つのシフタとで実行することができ、それによって、コストがさらに低減する。

Claims (18)

1. コンピュータにより発生したデータをインターレース表示するための方法であって、
   ｎビットのビデオ・データを発生するステップと、
   ｎビットのビデオ・データをｎビットの輝度−色度（ＹＵＶ）データに変換するステップと、
   ＹＵＶデータを各々ｍビットのＹ，ＵおよびＶ成分に分離するステップと、
   以下のステップを実行することによってＹ成分を平均化するステップであって
   ａ）現在の走査線の上の第１走査線を第１ライン・バッファにストアするステップと、
   ｂ）現在の走査線の下の第２走査線を第２ライン・バッファにストアし、およびコンバイナにより第２走査線を、ストアされている第１走査線と組合せて第１組合せを生成するステップと、
   ｃ）シフタにより第１組合せを割算して、割算された第１組合せを前記第１ライン・バッファにストアするステップと、
   ｄ）前記コンバイナにより現在の走査線を、前記第１ライン・バッファにストアされている割算された第１組合せと組合せて第２組合せを生成するステップと、
   ｅ）前記シフタにより第２組合せを割算して表示用の平均化された走査線を生成するステップと
   第２組合せの平均化されたＹ成分と、ＵおよびＶ成分とを表示するステップと
   を具えたことを特徴とする方法。
2. 請求項１の方法において、前記発生するステップは、
   コンピュータ以外のソースからのビデオ・データとコンピュータ・ソースとを組合せるステップをさらに具えたことを特徴とする方法。
3. 請求項１の方法において、ビデオ・データは赤−緑−青（ＲＧＢ）ビデオ・データであることを特徴とする方法。
4. 請求項１の方法において、前記変換するステップの前にビデオ・データをガンマ補正するステップをさらに具えたことを特徴とする方法。
5. 請求項１の方法において、ｎ＝２４ビット、およびｍ＝８ビットであることを特徴とする方法。
6. 請求項１の方法において、表示するステップの前に、Ｙ成分、およびＵおよびＶ成分を、表示に適した形式にエンコードするステップをさらに具えたことを特徴とする方法。
7. 請求項１の方法において、Ｙ成分は数本の走査線を含み、および平均化するステップは、式
   １／４ａ＋１／２ｂ＋１／４ｃ
   に従って実行され、ここで、ｂはＹ成分の現在の走査線、ａは現在の走査線のすぐ上の走査線、およびｃは現在の走査線のすぐ下の走査線であることを特徴とする方法。
8. 請求項１の方法において、平均化するステップは、ステップｅ）の後に、
   ｆ）第２走査線を第２ライン・バッファから第１ライン・バッファに移動させ、ここで第２走査線は次の現在走査線の上の走査線になるステップと、
   ｇ）Ｙ成分のすべての走査線に対してステップａ）〜ステップｅ）を繰返すステップと
   を具えたことを特徴とする方法。
9. 請求項１の方法において、第１ライン・バッファおよび第２ライン・バッファはそれぞれ８ビット幅であることを特徴とする方法。
10. コンピュータにより発生したデータをインターレース表示するための装置であって、
    ｎビットのビデオ・データを発生する手段と、
    ｎビットのビデオ・データをｎビットの輝度−色度（ＹＵＶ）データに変換する手段と、
    ＹＵＶデータを各々ｍビットのＹ，ＵおよびＶ成分に分離する手段と、
    Ｙ成分のみを平均化する手段であって、
    第１走査線をストアする第１ライン・バッファと、
    第２走査線をストアする第２ライン・バッファと、
    第１走査線を第２走査線と組合せて第１組合せを形成し、および第１組合せを現在の走査線と組合せて第２組合せを形成するコンバイナと、
    第１組合せを、コンバイナにより組合せる前に、割算して第２組合せを形成し、および第２組合せを割算して畳み込まれた出力を表示のために提供するシフタと
    を具えた手段と、
    第２組合せの平均化されたＹ成分と、平均化されていないＵおよびＶ成分とを表示する手段と
    を具えたことを特徴とする装置。
11. 請求項１０の装置において、ビデオ・データは赤−緑−青（ＲＧＢ）ビデオ・データであることを特徴とする装置。
12. 請求項１０の装置において、変換手段により変換を行う前にビデオ・データをガンマ補正するガンマ補正手段をさらに具えたことを特徴とする装置。
13. 請求項１０の装置において、ｎ＝２４ビット、およびｍ＝８ビットであることを特徴とする装置。
14. 請求項１０の装置において、表示手段により表示を行う前に、平均化されたＹ成分、およびＵおよびＶ成分を、表示に適した形式にエンコードするエンコード手段をさらに具えたことを特徴とする装置。
15. 請求項１０の装置において、Ｙ成分は数本の走査線を含み、および平均化する手段は、式
    １／４ａ＋１／２ｂ＋１／４ｃ
    に従って畳み込みを行い、ここで、ｂはＹ成分の現在の走査線、ａは現在の走査線のすぐ上の走査線、およびｃは現在の走査線のすぐ下の走査線であることを特徴とする装置。
16. 請求項１０の装置において、割算された第２組合せを表示のために出力し、第２走査線を第２ライン・バッファから第１ライン・バッファに移動させ、および第２走査線が次の現在走査線の上の走査線になるようになし、およびＹ成分のすべての走査線に対して、前記プロセスを第１ライン・バッファと、第２ライン・バッファと、コンバイナと、シフタとによって繰返すようにしたことを特徴とする装置。
17. 請求項１０の装置において、第１ライン・バッファおよび第２ライン・バッファはそれぞれ８ビット幅であることを特徴とする装置。
18. 表示用ビデオ・データを畳み込む装置であって、
    第１走査線をストアするための第１ライン・バッファと、
    第２走査線をストアするための第２ライン・バッファと、
    第１走査線を第２走査線と組合せて第１組合せを形成し、および第１組合せを現在の走査線と組合せて第２組合せを形成するコンバイナと、
    コンバイナにより組合せて第２組合せを形成する前に、第１組合せを割算し、および第２組合せを割算して、表示用の畳み込まれた出力を提供するシフタと
    を具えたことを特徴とする装置。

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