JP5124380B2 - 信号処理回路 - Google Patents

Description

本発明は、映像または音声の信号処理、例えば、鮮鋭度を向上する信号処理に関する。

本技術分野における背景技術として、特開平７−１８４０８４号公報（特許文献１）がある。この公報には、「［目的］映像信号の輪郭部分を補正する輪郭補正装置に関し、水平及び垂直方向と斜め方向の輪郭補正量を独立に調整可能とする。［構成］入力映像信号の垂直高域周波数領域から水平方向の低域周波数成分を抽出する水平低域通過フィルタ16と、垂直高域周波数領域から水平方向の高域周波数成分を抽出する水平高域通過フィルタ18と、垂直低域周波数領域から水平方向の高域周波数成分を抽出する水平高域通過フィルタ21と、垂直及び斜め成分と水平成分の補正量をそれぞれ調整する乗算器17,19,22を設けることにより、水平及び垂直方向と斜め方向の輪郭補正量が独立に調整でき、画像の縦線及び横線の輪郭部分の強調には影響を与えずに、斜め線等の輪郭部分におけるノイズを含めた高域周波数成分だけが抑えられた輪郭補正画像を得る。」と記載されている。

特開平７−１８４０８４号公報

上記従来技術は、入力映像信号の高域周波数成分を抽出し、斜め方向の補正量を抑制することにより、斜め方向の輪郭強調とノイズが抑えられた輪郭強調を得る。しかし、斜め方向を除く垂直方向および水平方向については、入力映像信号の高域周波数成分を抽出してこれを強調することにより映像の鮮鋭度を向上しているので、入力映像信号の高域周波数に多く含まれるのノイズ成分も一緒に強調してしまうという問題点があった。また、入力映像信号の周波数特性を変えるため、強調された輪郭の前後にアンダーシュートやオーバーシュートの波形歪みが発生し、不自然な映像になってしまうという問題点があった。

本発明の目的は、映像または音声の鮮鋭度を向上することである。例えば、ノイズが強調されたり、アンダーシュートやオーバーシュートを発生させたりせずに、映像または音声の鮮鋭度を向上することである。

上記目的を達成するため、本発明のある一面の概要は、入力信号の周波数成分を検出し、その奇数倍の高調波にあたる周波数成分を生成して入力信号に加算する。詳細には特許請求の範囲に記載のとおりである。

本発明によれば、映像または音声の鮮鋭度を向上することができる。例えば、以下のとおりである。本発明は、入力信号には存在しない周波数成分である高調波成分の強調を行う。入力信号の高域周波数成分をそのまま強調するわけではないので、高域周波数成分に多く含まれるノイズ成分を強調してしまうことがない。強調量の検出は低域周波数成分で行っているので、ノイズの強調を少なくすることができる。また、入力信号の高域周波数成分をそのまま強調するわけではないので、アンダーシュートやオーバーシュートを抑えることができる。

上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

以下、図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。

図１は、本発明による信号処理回路のブロック構成図である。

図１において、１は入力端子、２は周波数変換回路、３は奇数次高調波周波数成分生成回路、４は逆周波数変換回路、５は加算回路、６は出力端子である。入力端子１から入力された信号Ａは、周波数変換回路２および加算回路５に供給されている。周波数変換回路２の出力信号Ｂは奇数次高調波周波数成分生成回路３に供給され、奇数次高調波周波数成分生成回路３の出力信号Ｃは逆周波数変換回路４に供給され、逆周波数変換回路４の出力信号Ｄは加算回路５に供給され、加算回路５の出力信号Ｅは出力端子６に供給され、外部へ出力されている。

図２は、図１に示した信号処理回路に、ある入力信号Ａが入力された場合の各信号のレベルを表した図である。

信号Ａが入力されると周波数変換回路２は周波数軸への変換処理を行い、信号Ｂとして出力する。図２の例のように、信号Ａとして周期が１／ｆの正弦波が入力された場合には、信号Ｂには周波数成分ｆが出力される。次に奇数次高調波周波数成分生成回路３が周波数成分ｆの奇数高調波にあたる周波数成分３ｆを信号Ｃとして出力する。この実施例では、３次高調波３ｆのみ生成するようになっているが、５次高調波５ｆ、７次高調波７ｆなどのさらに高次の高調波も作成するようにしてもよい。次に逆周波数変換回路４により信号Ｃが周波数軸から戻され、信号Ｄとして図２に示したような高調波の波形となって出力される。最後に信号Ｄと入力信号Ａが加算回路５で加算されて、信号Ｅとして出力端子６から出力される。

図２の信号Ｅの波形のように、エッジが立った波形となるので、鮮鋭度の向上した映像または音声信号を得ることができる。

図３は、本発明によるデジタル画像信号処理回路のブロック構成図である。図１に示した実施例における周波数変換処理は、変換を行う時間軸上の範囲が大きいほど正確に周波数成分を検出することができる。例えば画像信号処理の場合は、実際の変換処理は、サンプリングされデジタル化された入力信号の画素データを複数画素用いて変換処理を行うことが一般的であるが、変換を行う時間軸上の範囲が大き過ぎると、取り扱うデータの数が膨大になってしまい、回路の実現上好ましくない。図３に示した実施例は、この周波数変換を４つの画素を用いて行うように構成した例である。

図３において、１は入力端子、７は４画素ブロック化回路、８は離散コサイン１次成分算出回路、９は離散コサイン３次成分生成回路、１０は離散コサイン３次成分逆変換回路、１１は加算回路、１２は４画素逆ブロック化回路、６は出力端子である。入力端子１から入力された信号Ａは、４画素ブロック化回路７に供給され、４画素ブロック化回路７の出力信号は離散コサイン１次成分算出回路８および加算回路１１に供給されている。離散コサイン１次成分算出回路８の出力信号Ｆは離散コサイン３次成分生成回路９に供給され、離散コサイン３次成分生成回路９の出力信号Ｇは離散コサイン３次成分逆変換回路１０に供給され、離散コサイン３次成分逆変換回路１０の出力信号Ｈは加算回路１１に供給され、加算回路１１の出力信号は４画素逆ブロック化回路１２に供給され、４画素逆ブロック化回路１２の出力信号Ｅは出力端子６に供給され、外部へ出力されている。

図４は、図３に示した信号処理回路に、ある入力信号Ａが入力された場合の各信号のレベルを表した図である。

入力端子１から入力された信号Ａは、４画素ブロック化回路７において隣合う４画素を一組とされ、離散コサイン１次成分算出回路８において、４画素を一組とする離散コサイン変換の１次成分が算出される。４画素を一組とする離散コサイン変換は、周波数軸上で言うと、画像のサンプリング周波数ｆｓの１／４の周波数を基準とした、直流成分（０次成分）、１次成分、２次成分、３次成分に対する係数の組に変換する直交変換であるが、ここではそのうち１次成分のみを算出する。

離散コサイン１次成分算出回路８における離散コサイン変換は、４画素の組を１画素ずつずらしながら行う。図４に示したように、周期が４／ｆｓ（周波数がサンプリング周波数の１／４）の正弦波が入力された場合には、離散コサイン変換の１次成分と入力信号の位相が合った時に、１次成分が最大となり、位相がずれると小さくなる。また、位相が逆転するとマイナスの値になる。その結果、離散コサイン１次成分算出回路８の出力信号Ｆは、時間と共に図４に示したように変化する。

次に離散コサイン３次成分生成回路９が信号Ｆの奇数高調波にあたる３次成分を信号Ｇとして出力する。この実施例では、４画素の離散コサイン変換を用いているので３次成分しかないが、例えば８画素の離散コサイン変換を用いて５次成分、７次成分も作成するなど、さらに高次の離散コサイン変換成分を作成するようにしてもよい。次に離散コサイン３次成分逆変換回路１０により信号Ｇが周波数軸から戻され、信号Ｈとして出力される。信号Ｈは、４画素の組が１画素ずつずれて重なっているが、図４には見易さのためそのうちの一部のみ表示している。信号Ｈは、図４に示したように、離散コサイン変換の１次成分と入力信号の位相が合った時に大きな高調波の波形となって出力される。最後に信号Ｈと入力信号Ａが加算回路１１で加算され、４画素逆ブロック化回路１２において、重なっている信号を加算して信号Ｅとして出力端子６から出力される。

図４の信号Ｅの波形のように、エッジが立った波形となるので、鮮鋭度の向上した映像または音声信号を得ることができる。

図５は、本発明による、補正を制限した信号処理回路のブロック構成図である。

図５において、１は入力端子、７は４画素ブロック化回路、１３は離散コサイン１次・３次成分算出回路、９は離散コサイン３次成分生成回路、１０は離散コサイン３次成分逆変換回路、１１は加算回路、１２は４画素逆ブロック化回路、６は出力端子である。入力端子１から入力された信号Ａは、４画素ブロック化回路７に供給され、４画素ブロック化回路７の出力信号は離散コサイン１次・３次成分算出回路１３および加算回路１１に供給されている。離散コサイン１次・３次成分算出回路１３の出力信号ＦおよびＪは離散コサイン３次成分生成回路９に供給され、離散コサイン３次成分生成回路９の出力信号Ｇは離散コサイン３次成分逆変換回路１０に供給され、離散コサイン３次成分逆変換回路１０の出力信号Ｈは加算回路１１に供給され、加算回路１１の出力信号は４画素逆ブロック化回路１２に供給され、４画素逆ブロック化回路１２の出力信号Ｅは出力端子６に供給され、外部へ出力されている。

図３に示した実施例の構成と異なるのは、離散コサイン１次成分算出回路８の代わりに離散コサイン１次・３次成分算出回路１３で構成され、信号Ｆだけでなく、信号Ｊも離散コサイン１次・３次成分算出回路１３から出力され、離散コサイン３次成分生成回路９に供給されている点である。

本実施例は、矩形波のような予め十分な鮮鋭度を有する信号が入力された場合に補正が効きすぎてアンダーシュートやオーバーシュートが起こるのを防ぐように構成された例である。離散コサイン１次・３次成分算出回路１３および離散コサイン３次成分生成回路９以外の動作は図３に示した実施例と同じである。離散コサイン１次・３次成分算出回路１３は、離散コサイン変換の１次成分だけでなく、３次成分も算出し、算出した３次成分を出力信号Ｊとして離散コサイン３次成分生成回路９へ供給する。

図６は、図５に示した信号処理回路に、矩形波が入力された場合の各信号のレベルを表した図である。矩形波には３次成分が含まれているので、離散コサイン１次・３次成分算出回路１３の出力信号Ｊには図６にしめしたような出力が出てくる。離散コサイン３次成分生成回路９は、図３に示した実施例と同様に入力信号Ｆから３次成分を生成するが、入力信号Ｊがある場合には生成を制限する。図６の例では、入力信号Ｊのレベルが大きいので、離散コサイン３次成分生成回路９の出力信号Ｇを０にする。したがって、信号Ｈもゼロとなり、加算回路１１では何も加算されず、入力信号Ａと同じものが出力信号Ｅとして出力される。一方、図５に示した信号処理回路に、図４で示したような正弦波が入力された場合は、信号Ｊが０になるので、制限がかからず、出力信号Ｇ以降の動作は図３に示した信号処理回路と同じになる。

すなわち、図４の波形のようにエッジが立ち、鮮鋭度の向上した映像または音声信号を得ることができ、かつ、図６のような予め十分な鮮鋭度を有する信号が入力された場合に補正が効きすぎてアンダーシュートやオーバーシュートが起こることを防ぐこともできる。

図７は、本発明による、補正の方法を変えた信号処理回路のブロック構成図である。

図７において、１は入力端子、７は４画素ブロック化回路、１５は離散コサイン変換回路、９は離散コサイン３次成分生成回路、１６は加算回路、１７は離散コサイン逆変換回路、１２は４画素逆ブロック化回路、６は出力端子である。入力端子１から入力された信号Ａは、４画素ブロック化回路７に供給され、４画素ブロック化回路７の出力信号は離散コサイン変換回路１５に供給されている。離散コサイン変換回路１５の出力信号Ｆは離散コサイン３次成分生成回路９および離散コサイン逆変換回路１７に供給され、離散コサイン変換回路１５の出力信号ＫおよびＬは離散コサイン逆変換回路１７に供給され、離散コサイン変換回路１５の出力信号Ｊは離散コサイン３次成分生成回路９および加算回路１６に供給され、離散コサイン３次成分生成回路９の出力信号Ｇは加算回路１６に供給され、加算回路１６の出力信号は離散コサイン逆変換回路１７に供給され、離散コサイン逆変換回路１７の出力信号は４画素逆ブロック化回路１２に供給され、４画素逆ブロック化回路１２の出力信号Ｅは出力端子６に供給され、外部へ出力されている。

図７に示した信号処理回路は、図５に示した信号処理回路と同じ結果と効果を奏するが、その補正方法が異なる。図５に示した信号処理回路が時間軸上で補正信号を加算するのに対し、図７に示した信号処理回路は周波数軸上で加算を行う。離散コサイン変換回路１５は、１次成分Ｆおよび３次成分Ｊに加えて、直流（０次）成分Ｋと２次成分Ｌの算出も行い、すなわち、離散コサイン変換の全ての係数の計算を行う。離散コサイン３次成分生成回路９で生成した補正信号Ｇは、加算回路１６において元の３次成分Ｊと加算され、離散コサイン逆変換回路１７に供給される。離散コサイン逆変換回路１７では、補正された３次成分（Ｊ＋Ｇ）とその他の成分（Ｆ、Ｋ、Ｌ）と合わせて離散コサインの逆変換を行い、周波数軸から時間軸のデータに戻す。これにより、図５に示した信号処理回路と同じ結果を得ることができる。

例えば、テレビやカメラ、オーディオ機器などの映像または音声を取り扱うあらゆる映像音響機器において提供される映像または音声の鮮鋭度を向上することができる。

本発明による信号処理回路のブロック構成図 図１に示した信号処理回路にある入力信号が入力された場合の各信号のレベルを表した図 本発明によるデジタル画像信号処理回路のブロック構成図 図３に示した信号処理回路にある入力信号が入力された場合の各信号のレベルを表した図 補正を制限した信号処理回路のブロック構成図 図５に示した信号処理回路にある入力信号が入力された場合の各信号のレベルを表した図 補正の方法を変えた信号処理回路のブロック構成図

符号の説明

１‥‥入力端子、２‥‥周波数変換回路、３‥‥奇数次高調波周波数成分生成回路、４‥‥逆周波数変換回路、５‥‥加算回路、６‥‥出力端子、７‥‥４画素ブロック化回路、８‥‥離散コサイン１次成分算出回路、９‥‥離散コサイン３次成分生成回路、１０‥‥離散コサイン３次成分逆変換回路、１１‥‥加算回路、１２‥‥４画素逆ブロック化回路、１１‥‥加算回路、１２‥‥４画素逆ブロック化回路、１３‥‥離散コサイン１次・３次成分算出回路、１５‥‥離散コサイン変換回路、１６‥‥加算回路、１７‥‥離散コサイン逆変換回路。

Claims (3)

1. 映像または音声の鮮鋭度を向上する信号処理回路であって、
   入力信号の周波数成分を検出する周波数検出手段と、
   検出した周波数成分からその奇数倍の高調波にあたる周波数成分を生成する高調波成分生成手段と、
   生成した高調波にあたる周波数成分を入力信号に加えることにより映像または音声の鮮鋭度を向上する信号補正手段を備え、
   前記信号補正手段は入力信号に高調波にあたる周波数成分が既に存在する場合には生成した高調波にあたる周波数成分の加算を弱めるように制御を行うことを特徴とする信号処理回路。
2. 請求項１に記載の信号処理回路であって、
   周波数検出手段はデジタル化された入力信号のデータに離散的な直交変換を行って特定の周波数成分に対応する直交変換係数を取り出す手段であり、高調波成分生成手段は取り出した直交変換係数の奇数倍の高次成分にあたる直交変換係数を生成する手段であり、信号補正手段は生成した高次成分にあたる直交変換係数に離散的な直交変換の逆変換を行って入力信号のデータに加算する手段であることを特徴とする信号処理回路。
3. 請求項１に記載の信号処理回路であって、
   周波数検出手段はデジタル化された入力信号のデータに離散的な直交変換を行って特定の周波数成分に対応する直交変換係数を取り出す手段であり、高調波成分生成手段は取り出した直交変換係数の奇数倍の高次成分にあたる直交変換係数を生成する手段であり、信号補正手段は入力信号の直交変換係数の組に生成した高次成分にあたる直交変換係数を加算して加算後の直交変換係数の組に離散的な直交変換の逆変換を行う手段であることを特徴とする信号処理回路。

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