JP4948358B2 - 映像伝送システム及び方法 - Google Patents

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本発明は、プログレッシブ映像信号を伝送、例えば、記録再生する映像伝送システム及び方法に関する。
デジタル信号処理技術の進歩により、動画像、静止画像及び音声等、大量のデジタル情報を高能率符号化し、小型記録媒体への記録再生や、通信媒体を介したデータ伝送が可能になっている。このような技術を応用し、テレビ放送やビデオカメラの映像をストリームに変換する映像符号化装置の開発が行われている。
また、昨今、プラズマディスプレイや液晶ディスプレイなどの薄型フラットパネルを用いたテレビ受像機が急速に普及し、家庭で高精細な映像を再生できるようになってきた。これらのテレビ受像機の多くは、従来のインターレース方式の映像信号を表示するだけでなく、プログレッシブ形式の映像信号、即ちプログレッシブ映像信号も表示できる。インターレース映像信号とプログレッシブ映像信号の両方に対応するテレビ受像機は一般に、インターレース映像信号をプログレッシブ映像信号に変換するIP変換回路を内蔵する。また、映像再生装置がIP変換回路を内蔵し、インターレース出力とプログレッシブ出力を選択できることもある。なお、プログレッシブ映像信号をインターレース映像信号に変換する処理をPI変換という。
図7は、IP変換機能を具備する従来の映像再生装置の概略構成ブロック図を示す。
記録媒体110から読み出される映像ストリームは、復号化回路112に供給される。この映像ストリームは、ISO/IEC13818-2規格書又はITU-TH.264規格書で定義された公知の方式に従う圧縮方式で、インターレース映像信号を圧縮符号化したものである。復号化回路112は、記録媒体110からのストリームデータを復号化し、インターレース映像信号を生成する。
図8は、インターレース映像信号の模式図を示す。60分の1秒毎に、奇数ラインのみのフィールド画像(奇フィールド画像)と偶数ラインのみのフィールド画像(偶フィールド画像)が交互に現れる。そのため、半分の情報量で滑らかな動画を再現できる。しかし、各画面では垂直の解像度が半分になるので、チラツキなどの問題が指摘されている。このチラツキの問題を軽減するのに、IP変換が使用される。
復号化回路112から出力されるインターレース映像信号は、IP変換回路114と、IP変換回路116と、判定回路120に入力する。IP変換回路114,116は、どちらもインターレース映像信号をプログレッシブ映像信号に変換するが、その態様が異なる。IP変換回路114は、入力インターレース映像信号を構成する各フィールド画像に対し、同一フィールド内のラインを使うフィールド内補間によりプログレッシブ形式の映像信号、即ち、プログレッシブ映像信号を生成する。IP変換回路116は、入力インターレース映像信号を構成する各フィールド画像に対し、隣接するフィールドのラインを使うフィールド間補間によりプログレッシブ映像信号を生成する。
図9(a)は、IP変換回路114によるIP変換の様子を示し、図9(b)は、IP変換回路116によるIP変換の様子を示す。IP変換回路114は、フィールド内のフィルタ処理によって、不足する画素ラインを生成する。図9(a)に示す例では、上下の画素値の平均を補間画素の画素値としている。IP変換回路116は、入力インターレース映像信号を構成する各フィールド画像に対し、隣接フィールド画像を利用する。図9(b)に示す例では、直前のフィールド画像の不足するラインを、隣接するフィールドのラインで補間する。
フィールド内補間によるIP変換は、同じ画面内の近接画素を使用して不足ラインを補間するので、十分な解像度が得られない。他方、フィールド間補間によるIP変換は、時刻の異なるフィールドから補間しているので、動きの激しい映像の場合にブレが生じる。即ち、一長一短がある。
判定回路120は、復号化回路112から供給されるインターレース映像信号から映像の動きを判定し、判定結果によりセレクタ118を制御する。セレクタ118は、判定回路120の判定結果に基づき、動きの多い映像に対してIP変換回路114の出力を選択し、そうでない映像に対してIP変換回路116の出力を選択する。セレクタ118は、選択したプログレッシブ映像信号を出力端子122に出力する。判定回路120における判定は、フィールド単位で行っても良いし、補間する画素単位で行っても良い。
プログレッシブ画像の高精細化のため、プログレッシブ映像を生成するときに動き情報を用いる順次走査変換装置が、提案されている(例えば、特許文献1参照。)。
特開2006-304096号公報
従来例は、二種類のIP変換回路を用意し、映像の動きの有無に応じてその出力を選択することで、ブレが少なく、且つ解像度の高い映像信号を生成する。しかし、判定回路120の判定結果が常に正しいとは限らず、解像度が高い場合に誤判定を招きやすく、その影響も大きい。動きが少ないにもかかわらず、解像度の高さ故に動きがあると誤判定することがある。また、反対に、動きが多いのにもかかわらず、動きが少ないと誤判定したりすることがある。例えば、インターレース映像における細かな横縞模様は、本当に横縞なのか、それとも動きによって生じたものなのかの判定は、極めて困難である。
従来の映像再生装置の中には、非常に複雑な回路による動き検出や、何枚ものフレームバッファにより時間軸上の動き履歴の分析により、誤判定を軽減しようとするものがある。しかしながら、装置の規模が非常に大きくなるにもかかわらず、結局のところ、原理的にインターレース映像から動きを判定することは難しい。その結果、得られるプログレッシブ映像信号の映像品質が十分ではなかった。
また、昨今、プログレッシブ映像出力のビデオカメラや、地上デジタル放送等で、プログレッシブ映像信号を入手できるようになった。しかし、そのプログレッシブ映像信号をプログレッシブ映像のまま伝送、例えば、記録再生できる伝送システムは、十分には整備されていない。その場合、IP変換を経てインターレース映像として伝送するしかなく、再生出力時又は映像表示の際にプログレッシブ映像に変換することになる。PI変換とIP変換を経ることで、しばしば画質が大幅に劣化する。
本発明は、PI変換及びIP変換を経る場合に、これらの変換による画質劣化を低減する映像伝送システム及び方法を提示することを目的とする。
発明に係る映像伝送システムは、プログレッシブ映像信号からインターレース映像信号を生成する映像信号生成手段と、前記インターレース映像信号を第1の補間処理により第1の映像信号に変換する第1の変換手段と前記インターレース映像信号を前記第1の補間処理と異なる第2の補間処理により第2の映像信号に変換する第2の変換手段と、前記第1の映像信号と前記プログレッシブ映像信号との差分と、前記第2の映像信号と前記プログレッシブ映像信号との差分とを比較することに応じ、前記第1の補間処理及び前記第2の補間処理のいずれか一つを示す所定の情報を生成する情報生成手段と、記インターレース映像信号前記所定の情報記録媒体に記録する記録手段と、前記記録媒体から読み出された所定の情報に応じて、前記記録媒体から読み出されたインターレース映像信号をプログレッシブ形式に変換する再生手段とをすることを特徴とする。
本発明に係る映像伝送方法は、プログレッシブ映像信号からインターレース映像信号を生成するステップと、前記インターレース映像信号を第1の補間処理により第1の映像信号に変換するステップと、前記インターレース映像信号を前記第1の補間処理と異なる第2の補間処理により第2の映像信号に変換するステップと、前記第1の映像信号と前記プログレッシブ映像信号との差分と、前記第2の映像信号と前記プログレッシブ映像信号との差分とを比較することに応じて、前記第1の補間処理及び前記第2の補間処理のいずれか一つを示す所定の情報を生成するステップと、前記インターレース映像信号と前記所定の情報とを記録媒体に記録するステップと、前記記録媒体から読み出された所定の情報に応じて、前記記録媒体から読み出されたインターレース映像信号をプログレッシブ形式に変換するステップとを有することを特徴とする。
本発明によれば、PI変換及びIP変換に伴う画像劣化を低減できる。
以下、図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。
図1は、本発明に係る映像伝送システムの一実施例の記録系部分の概略構成ブロック図を示す。映像入力端子10には、外部からプログレッシブ映像信号が入力する。入力したプログレッシブ映像信号は、映像入力端子10から、フィールド間引き回路12とIP変換補助情報生成回路14に供給される。
フィールド間引き回路12は、映像入力端子10から入力されるプログレッシブ映像信号をフィールド毎に奇数ライン又は偶数ラインを間引いて、インターレース映像信号に変換する。フィールド間引き回路12は、インターレース映像信号生成手段である。映像符号化回路16は、フィールド間引き回路12により生成されるインターレース映像信号を公知の動画圧縮方式で符号化して映像ストリームを生成する。生成された映像ストリームは、記録媒体18に記録される。
IP変換補助情報生成回路14は、映像入力端子10からのプログレッシブ映像信号とフィールド間引き回路12からのインターレース映像信号とを比較し、その比較結果に従い当該インターレース映像信号をIP変換する際の補助情報を生成する。
図2は、IP変換補助情報生成回路14の回路構成例を示す。IP変換回路22は、フィールド間引き回路12からのインターレース映像信号をフィールド内補間によりプログレッシブ形式の映像信号に変換する。IP変換回路24は、フィールド間引き回路12からのインターレース映像信号を近接フィールドからの補間によりプログレッシブ形式の映像信号に変換する。
差分器26は、IP変換回路22の出力プログレッシブ映像信号から映像入力端子10からのプログレッシブ映像信号を減算する。他方、差分器28は、IP変換回路24の出力プログレッシブ映像信号から映像入力端子10からのプログレッシブ映像信号を減算する。比較器30は、フィールド画面単位、補間ライン単位、又は各補間ラインの画素単位で差分器26,28の出力の大きさを比較し、どちらが小さいかを示す信号を出力する。比較器30の出力が補助情報となる。即ち、補助情報は、フィールド間引き回路12により生成されたインターレース映像信号をプログレッシブ化する際に、フィールド内補間とフィールド間補間のどちらを使うべきかを示す。補助情報は、フィールド画面単位、フィールド画面内の補間ライン単位、又は、補間ラインの画素単位のいずれでもよいが、後のほうほど、高い画質が得られる。
IP変換回路22の伝達特性を、再生装置又は表示装置でのIP変換でのフィールド内補間のIP変換回路の伝達特性と近似させ、又は好ましくは一致させておくことは勿論である。同様に、IP変換回路24の伝達特性を、再生装置又は表示装置でのIP変換でのフィールド間補間のIP変換回路の伝達特性と近似させ、又は好ましくは一致させておく。
補助情報符号化回路20は、IP変換補助情報生成回路14により生成された補助情報を符号化する。符号化された補助情報は、映像ストリームに多重化されて、記録媒体18に記録される。勿論、符号化された補助情報は、対応する映像ストリームの再生時に参照できればよく、映像ストリームと分離して記録媒体18に記録されてもよい。本実施例では、補助情報は、フィールド画面単位、補間ライン単位、又は、各補間ラインの画素単位で、2つの補間方法のどちらが良いかを示す1ビット情報であるので、全データ量は、映像ストリームのそれに比べれば、格段に少ない。
映像入力端子10を、プログレッシブ映像信号を出力する撮像部に置換することで、図1に示す実施例は、プログレッシブ映像で被写体を撮影し、インターレース映像で記録媒体に記録するビデオカメラ又は撮像装置を構成する。
図3は、再生系の概略構成ブロック図を示す。記録媒体40には、記録媒体18と同様に、映像符号化回路16により生成された映像ストリームと、IP変換補助情報生成回路14により生成され、補助情報符号化回路20で符号化された補助情報が、記録されている。
映像復号化回路42は、記録媒体40から読み出した映像ストリームを復号化し、再生インターレース映像信号を出力する。IP変換回路44は、映像復号化回路42からの再生インターレース映像信号をフィールド内補間によりプログレッシブ信号に変換する。IP変換回路46は、映像復号化回路42からの再生インターレース映像信号を近接フィールドからの補間によりプログレッシブ信号に変換する。先に説明したように、IP変換回路44の伝達特性は、IP変換回路22の伝達特性と近似し、又は好ましくは一致する。同様に、IP変換回路46の伝達特性はIP変換回路24の伝達特性と近似し、又は好ましくは一致する。IP変換回路44,46の出力プログレッシブ信号は、セレクタ48に供給される。
補助情報復号化回路50は、記録媒体40から読み出された符号化された補助情報を復号化し、判定回路52に供給する。補助情報は、図2を参照して説明したように、どちらのIP変換結果が本来のプログレッシブ映像に近似しているかを事前に判定した結果である。判定回路52は、補助情報復号化回路50からの補助情報に従いセレクタ48を制御し、補助情報から見てより画質の良いプログレッシブ映像信号を選択させる。セレクタ48で選択されたプログレッシブ映像信号は、映像出力端子54から外部に出力される。
このように、本実施例では、記録の際のPI変換に対して予め好ましいIP変換方法を判定し、この判定結果(補助情報)を参照して、再生の際のIP変換方法を選択する。これにより、本来の画質に近い良好な画質のプログレッシブ映像を得ることができる。
図4は、IP変換補助情報生成回路14の別の回路例を示す。図5は、図4に示す回路で生成した補助情報に対する再生装置の概略構成ブロック図を示す。
図4に示すIP変換補助情報生成回路14の動作を説明する。IP変換回路60は、フィールド間引き回路12からのインターレース映像信号をフィールド内補間によりプログレッシブ信号に変換する。IP変換回路62は、フィールド間引き回路12からのインターレース映像信号を近接フィールドからの補間によりプログレッシブ信号に変換する。IP変換回路60,62から出力されるプログレッシブ映像信号は、セレクタ64に供給される。
判定回路66は、フィールド間引き回路12からのインターレース映像信号から、フィールド内補間(IP変換回路60)とフィールド間補間(IP変換回路62)のどちらが好ましいかを判定する。判定回路66は、判定結果に従いセレクタ64を制御し、IP変換回路60,62の出力信号の内、好ましいプログレッシブ映像信号を差分器68に、好ましくないプログレッシブ映像信号を差分器70に供給させる。
差分器68は、セレクタ64からの好ましいプログレッシブ映像信号から映像入力端子10からのプログレッシブ映像信号を減算する。他方、差分器70は、セレクタ64からの好ましくないプログレッシブ映像信号から映像入力端子10からのプログレッシブ映像信号を減算する。比較器72は、フィールド画面単位、補間ライン単位、又は各補間ラインの画素単位で差分器68,70の出力の大きさを比較し、どちらが小さいかを示す信号を出力する。比較器72の出力が補助情報となる。この補助情報は、判定回路66による判定の妥当性、即ち正しいか否かを示す。即ち、差分器68の出力の方が差分器70の出力より小さい場合、補助情報は、判定回路66の判定結果通りの補間方法を選択すれば良いことを示す。逆に、差分器70の出力の方が差分器68の出力以下の場合、補助情報は、判定回路66の判定結果とは異なる補間方法を選択すべきことを示す。
図5を参照して、再生動作を説明する。記録媒体80には、映像符号化回路16により生成された映像ストリームと、図4に示す構成のIP変換補助情報生成回路14により生成され、補助情報符号化回路20で符号化された補助情報が、記録されている。
映像復号化回路82は、記録媒体80から読み出した映像ストリームを復号化し、再生インターレース映像信号を出力する。IP変換回路84は、映像復号化回路82からの再生インターレース映像信号をフィールド内補間によりプログレッシブ信号に変換する。IP変換回路86は、映像復号化回路82からの再生インターレース映像信号を近接フィールドからの補間によりプログレッシブ信号に変換する。先に説明したように、IP変換回路84の伝達特性は、IP変換回路60の伝達特性と近似し、又は好ましくは一致する。同様に、IP変換回路86の伝達特性はIP変換回路62の伝達特性と近似し、又は好ましくは一致する。IP変換回路84,86の出力プログレッシブ信号は、セレクタ88に供給される。
補助情報復号化回路90は、記録媒体80から読み出された符号化された補助情報を復号化し、判定回路92に供給する。判定回路92には更に、映像復号化回路82から再生インターレース映像信号が入力する。判定回路92は、映像復号化回路82から再生インターレース映像信号から動きの有無を判定する。この段階の判定結果は、記録の際の判定回路66の判定結果と等しい。判定回路92は、更に、補助情報復号化回路90からの補助情報を加味して、最終的に、IP変換回路84,86の出力のどちらを選択すべきかを決定する。即ち、IP変換に適用すべき補間方法が決定される。判定回路92は、最終的な決定に従い、決定された補間方法による再生プログレッシブ映像信号を選択するようにセレクタ88を制御する。セレクタ88で選択されたプログレッシブ映像信号は、映像出力端子94から外部に出力される。
補助情報は、先に説明したように、判定回路66の判定結果を採用すべきか、この判定結果とは逆の結果を採用すべきかを示している。判定回路92は、補助情報を参照することで、より適切な再生プログレッシブ映像信号をセレクタ88に選択させることができる。具体的には、判定回路92は、先ず、動き判定で動きがあると判定されたときにはIP変換回路84を選択し、動きが無い(少ない)と判定されたときにはIP変換回路86を選択する。この一次判定結果に対して、補助情報が判定回路66の判定結果の採用を示す場合には、判定回路92は、一次判定結果をそのまま最終判定結果とする。逆に、補助情報が判定回路66の判定結果の不採用を示す場合には、判定回路92は、一次判定結果とは逆の結果を最終判定結果とする。判定回路92の判定単位(フィールド、補間ライン、又は、補間ラインの画素)は、補助情報の判定単位と同じである。伝送エラー等で補助情報が欠落したり、信頼性を失った場合には、判定回路92は、再生インターレース映像信号の動き判定結果に従いセレクタ88を制御する。
図6は、本発明の実施例3の記録系の概略構成ブロック図を示す。図1と同じ構成要素には同じ符号を付してある。
映像復号化回路96は、映像符号化回路16により符号化された映像ストリームを復号化してインターレース映像信号を生成し、IP変換補助情報生成回路98に供給する。図1に示す実施例のIP変換補助情報生成回路14は、符号化前のインターレース映像信号とプログレッシブ映像信号との比較から補助情報を生成した。これに対し、IP変換補助情報生成回路98は、符号化・復号化して得られるインターレース映像信号をプログレッシブ映像信号と比較して、補助情報を生成する。符号化と復号化を経た映像信号を用いるので、符号化による劣化を考慮した判定により補助情報を生成する。すなわち、映像再生装置におけるIP変換前の同じインターレース映像信号を使って適切な補助情報を決定でき、その結果、再生側でも適なIP変換方法を採用できる。
IP変換補助情報生成回路98の構成自体は、IP変換補助情報生成回路14のそれと同じである。再生側は、図3又は図5に示す構成からなる。
上記各実施例の構成では、符号化前のプログレッシブ映像信号からIP変換方法を決定する補助情報を生成するので、IP変換方法の誤判定が極めて少ない。また、IP変換方法を判定する回路を小規模化することができ、小さな回路規模で好適なプログレッシブ変換を実現できる。
本発明の一実施例の記録系部分の概略構成ブロック図を示す。 IP変換補助情報生成回路14の回路構成例を示す。 本実施例の再生系の概略構成ブロック図を示す。 IP変換補助情報生成回路14の別の回路例を示す。 図4に示すIP変換補助情報生成回路で生成した補助情報に対する再生装置の概略構成ブロック図を示す。 本発明の実施例3の記録系の概略構成ブロック図を示す。 IP変換機能を具備する従来の映像再生装置の概略構成ブロック図を示す。 インターレース映像信号の模式図を示す。 IP変換方法の説明図であり、(a)はフィールド内補間、(b)はフィールド間補間をそれぞれ示す。
符号の説明
10:映像入力端子
12:フィールド間引き回路
14:IP変換補助情報生成回路
16:映像符号化回路
18:記録媒体
20:補助情報符号化回路
22,24:IP変換回路
26,28:差分器
30:比較器
40:記録媒体
42:映像復号化回路
44,46:IP変換回路
48:セレクタ
50:補助情報復号化回路
52:判定回路
54:映像出力端子
60,62:IP変換回路
64:セレクタ
66:判定回路
68,70:差分器
72:比較器
80:記録媒体
82:映像復号化回路
84,86:IP変換回路
88:セレクタ
92:判定回路
94:映像出力端子
90:補助情報復号化回路
96:映像復号化回路
98:IP変換補助情報生成回路
110:記録媒体
112:復号化回路
114,116:IP変換回路
118:セレクタ
120:判定回路
122:出力端子

Claims (11)

  1. プログレッシブ映像信号からインターレース映像信号を生成する映像信号生成手段と、
    前記インターレース映像信号を第1の補間処理により第1の映像信号に変換する第1の変換手段と
    前記インターレース映像信号を前記第1の補間処理と異なる第2の補間処理により第2の映像信号に変換する第2の変換手段と、
    前記第1の映像信号と前記プログレッシブ映像信号との差分と、前記第2の映像信号と前記プログレッシブ映像信号との差分とを比較することに応じ、前記第1の補間処理及び前記第2の補間処理のいずれか一つを示す所定の情報を生成する情報生成手段と、
    記インターレース映像信号前記所定の情報記録媒体に記録する記録手段と、
    前記記録媒体から読み出された所定の情報に応じて、前記記録媒体から読み出されたインターレース映像信号をプログレッシブ形式に変換する再生手段
    とをすることを特徴とする映像伝送システム。
  2. 前記第1の補間処理は、フィールド内補間を行うための処理を含むことを特徴とする請求項1に記載の映像伝送システム。
  3. 前記第2の補間処理は、フィールド間補間を行うための処理を含むことを特徴とする請求項1または2に記載の映像伝送システム。
  4. 前記所定の情報は、フィールド画面内の補間ラインの画素単位で生成されることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の映像伝送システム。
  5. 前記所定の情報は、フィールド画面単位で生成されることを特徴とする請求項1から3いずれか1項に記載の映像伝送システム。
  6. 前記所定の情報は、フィールド画面内の補間ライン単位で生成されることを特徴とする請求項1から3いずれか1項に記載の映像伝送システム。
  7. 前記再生手段は、前記記録媒体から読み出されたインターレース映像信号の動き及び所定の情報に応じて、前記記録媒体から読み出されたインターレース映像信号をプログレッシブ形式に変換することを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の映像伝送システム。
  8. 前記映像信号生成手段は、前記プログレッシブ映像信号から生成された後に符号化が行われていないインターレース映像信号を生成することを特徴とする請求項1から7のいずれか1項に記載の映像伝送システム。
  9. 前記映像信号生成伝送手段は、前記プログレッシブ映像信号から生成された後に符号化されてから復号されたインターレース映像信号を生成することを特徴とする請求項1から7のいずれか1項に記載の映像伝送システム。
  10. 前記プログレッシブ映像信号は、被写体を撮影する撮像手段から出力されることを特徴とする請求項1から9のいずれか1項に記載の映像伝送システム。
  11. プログレッシブ映像信号からインターレース映像信号を生成するステップと、
    前記インターレース映像信号を第1の補間処理により第1の映像信号に変換するステップと、
    前記インターレース映像信号を前記第1の補間処理と異なる第2の補間処理により第2の映像信号に変換するステップと、
    前記第1の映像信号と前記プログレッシブ映像信号との差分と、前記第2の映像信号と前記プログレッシブ映像信号との差分とを比較することに応じて、前記第1の補間処理及び前記第2の補間処理のいずれか一つを示す所定の情報を生成するステップと、
    前記インターレース映像信号と前記所定の情報とを記録媒体に記録するステップと、
    前記記録媒体から読み出された所定の情報に応じて、前記記録媒体から読み出されたインターレース映像信号をプログレッシブ形式に変換するステップ
    とを有することを特徴とする映像伝送方法。
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