JP5128070B2 - 画像信号の副搬送波追跡のためのデジタル処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、画像信号処理装置に係り、特に、副搬送波、すなわち、カラーバースト信号（ＣＢＳ：Ｃｏｌｏｒ Ｂｕｒｓｔ Ｓｉｇｎａｌ）を追跡するための装置及び方法に関する。

ＴＶセット、ＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）モニタのようなディスプレイシステムは、入力される画像信号を処理するための装置を備える。従来の画像信号処理装置１００のブロック図が図１に示されている。図１を参照すれば、画像信号処理装置１００は、アナログ−デジタル変換器１１０、バースト分離器１２０、位相比較及び周波数補償器１３０及びＹ／Ｃ分離及び復調器１４０を備える。

アナログ−デジタル変換部１１０は、入力アナログ画像信号をデジタル信号に変換し、変換されたデジタル信号をバースト分離器１２０に出力する。入力アナログ画像信号は、ＣＶＢＳ（Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ Ｖｉｄｅｏ Ｂｌａｎｋｉｎｇ Ｓｙｎｃ：複合ビデオ信号）信号２００でありうる。周知のように、ＣＶＢＳ信号は、図２のようなフロントポーチ信号２１０、水平同期レベル信号２２０、バックポーチ信号２３０、及びアクティブビデオ信号２４０を含む。

バースト分離器１２０は、変換されたデジタル信号からバックポーチ区間内のＣＢＳ（副搬送波）を抽出する。位相比較及び周波数補償器１３０は、バースト分離器１２０から抽出したＣＢＳからバースト信号を追跡する。Ｙ／Ｃ分離及び復調器１４０は、位相比較及び周波数補償器１３０で追跡されたバーストの周波数または位相を利用して、変換されたデジタル信号から輝度信号Ｙと色差信号Ｃとを抽出し、輝度信号Ｙと色差信号Ｃとを補間し、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）のようなディスプレイ装置の規格に適した色信号を生成する。Ｙ／Ｃ分離及び復調器１４０は、ディスプレイ装置の規格によって、三色信号（ＲＧＢ信号）または輝度信号Ｙ及び色差成分信号Ｃｂ，Ｃｒのような形態に色信号を生成する。色信号は、ディスプレイ装置でユーザが見られるようにディスプレイされる。このような従来の画像信号処理装置１００については、特許文献１に詳細に記述されている。

位相比較及び周波数補償器１３０は、ＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ Ｌｏｃｋ Ｌｏｏｐ）やループフィルタを利用してバースト信号を追跡する。バースト信号には、変調方式による色差信号の抽出のための情報が含まれている。ＮＴＳＣ／ＰＡＬ（Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ／Ｐｈａｓｅ Ａａｌｔｅｒｎａｔｉｏｎ ＢｙＬｉｎｅ）方式では、ＣＶＢＳ信号に含まれたバースト信号の位相が色差情報を表わし、ＳＥＣＡＭ（Ｓｅｑｕｅｎｔｉａｌ Ｃｏｕｌｅｕｒ Ａ Ｍｅｍｏｉｒｅ）方式では、バースト信号の周波数Ｆ_ｓｃの変化が色差情報を表わす。したがって、位相比較及び周波数補償器１３０で追跡した位相情報や周波数情報にエラーがあれば、本来の色差信号が得られない。

しかし、従来の位相比較及び周波数補償器１３０では、バースト信号の位相情報や周波数情報のうち何れか一つを追跡する。例えば、現在追跡された位相（／周波数）情報が以前水平スキャン周期で追跡された位相（／周波数）情報と比較される。比較結果に差があれば、それだけ補償された新たな情報で追跡情報が更新される。このとき、追跡された位相がバースト信号の開始位置で正しいとしても、バースト信号の終了位置では正しくないこともある。すなわち、追跡情報の有する位相がバースト信号の開始位置に対する位相と一致できるが、周波数は、一致せず、バースト信号の終了位置の位相が正しくないこともあるという問題点がある。
米国特許５,３５５,１７１号

本発明が解決しようとする技術的課題は、一定位相を仮定してＣＢＳ（副搬送波）の位相を追跡して位相補償し、追跡した位相の連続性及び累積量によって周波数補償するデジタル画像信号の処理装置を提供することである。

本発明が解決しようとする他の技術的課題は、ＣＢＳ（副搬送波）の位相及び周波数を追跡して補償する新たなデジタル画像信号の処理方法を提供することである。

前記課題を達成するための本発明の一面による画像信号の副搬送波追跡器は、位相比較器、位相補償器及び周波数補償器を備えることを特徴とする。前記位相比較器は、仮定された一定位相を基盤としてバースト信号の位相を追跡する。前記位相補償器は、前記追跡された位相によって補償位相を決定する。前記周波数補償器は、前記補償位相の変化による補償周波数を決定する。

前記位相比較器は、前記補償周波数による周波数変動を反映して位相を追跡することを特徴とする。前記仮定された一定位相は、前記補償位相によって決定される前記補償位相の正の値、前記補償位相の負の値、及び‘０’の値を含むことを特徴とする。

前記位相補償器は、前記追跡された位相が以前追跡位相と同じであれば、カウントを増加させ、増加したカウント値によって前記補償位相の更新を決定し、そうでなければ、カウントをリセットすることを特徴とする。前記位相補償器は、前記カウント値が臨界値より大きければ、前記追跡された位相が‘０’の値であるか否かによって前記補償位相を決定した後に次の位相を追跡し、そうでなければ、直ぐ次の位相を追跡することを特徴とする。前記位相補償器は、前記追跡された位相が‘０’であれば、一定最小値内で前記補償位相を低下させ、そうでなければ、一定最大値内で前記補償位相を上昇させることを特徴とする。

前記周波数補償器は、前記追跡された位相が‘０’の値ではなく、前記カウント値が臨界値より大きくなれば、周波数誤差がいることを認識して、前記補償位相の短期変化を反映した第１補償周波数を生成することを特徴とする。前記周波数補償器は、前記カウント値が前記臨界値より大きく、前記補償位相の累積量が臨界位相より大きくなれば、前記補償位相の長期変化を反映した第２補償周波数を生成することを特徴とする。

前記課題を達成するための本発明の他の一面による画像信号処理装置は、アナログ−デジタル変換部、バースト分離器、副搬送波追跡器、及びＹ／Ｃ分離及び復調器を備えることを特徴とする。前記アナログ−デジタル変換部は、入力アナログ画像信号をデジタル信号に変換する。前記バースト分離器は、前記変換されたデジタル信号からバースト信号を抽出する。前記副搬送波追跡器は、仮定された一定位相を基盤として前記抽出されたバースト信号の位相を追跡して補償位相を更新し、前記補償位相の短期変化及び長期変化をチェックして補償周波数を決定する。前記Ｙ／Ｃ分離及び復調器は、前記補償位相及び前記補償周波数によって前記デジタル信号への変換から輝度信号及び色差信号を分離してディスプレイ駆動のための色信号を生成する。

前記他の課題を達成するための本発明の一面による画像信号の副搬送波の追跡方法は、仮定された一定位相を基盤としてバースト信号の位相を追跡するステップと、前記追跡された位相によって補償位相を決定するステップと、前記補償位相の変化による補償周波数を決定するステップと、を含むことを特徴とする。

前記他の課題を達成するための本発明の他の一面による画像信号の処理方法は、入力アナログ画像信号をデジタル信号に変換するステップと、前記変換されたデジタル信号からバースト信号を抽出するステップと、仮定された一定位相を基盤として前記抽出されたバースト信号の位相を追跡して補償位相を更新するステップと、前記補償位相の短期変化及び長期変化をチェックして補償周波数を決定するステップと、前記補償位相及び前記補償周波数によって前記変換されたデジタル信号から輝度信号及び色差信号を分離するステップと、を含むことを特徴とする。

本発明による画像信号処理装置では、ＣＢＳの一定位相を仮定して位相追跡するので、演算量が少なくなり、位相補償が正しくないと判断されれば、周波数補償を行うことによって、エラーなしに色差情報を正確に得られ、ディスプレイの色再現性能を改善できる。

本発明と本発明の動作上の利点及び本発明の実施によって達成される目的を十分に理解するためには、本発明の望ましい実施形態を例示する添付図面及び図面に記載された内容を参照しなければならない。

以下、添付した図面を参照して、本発明の望ましい実施形態を説明することによって、本発明を詳細に説明する。各図面に付された同一参照符号は、同一部材を表わす。

図３は、本発明の一実施形態による画像信号処理装置３００のブロック図である。画像信号処理装置３００は、アナログ−デジタル変換部（ＡＤＣ：Ａｎａｌｏｇ−Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｏｒ）３１０、バースト分離器３２０、副搬送波追跡器３３０、及びＹ／Ｃ分離及び復調器３４０を備える。

画像信号処理装置３００は、入力アナログ画像信号のバックポーチに載せられたＣＢＳ（副搬送波）の位相及び周波数を追跡して補償するための装置であって、副搬送波追跡器３３０から生成する補償位相δ及び補償周波数ΔｆによってＹ／Ｃ分離及び復調器３４０の動作がなされる。入力アナログ画像信号は、図２のような形態のＣＶＢＳ信号２００でありうる。

ＡＤＣ ３１０は、入力アナログ画像信号をサンプリングしてデジタル信号に変換し、変換されたデジタル信号をバースト分離器３２０に出力する。バースト分離器３２０は、変換されたデジタル信号からＣＢＳを抽出する。

副搬送波追跡器３３０は、抽出されたＣＢＳの位相及び周波数を追跡する。副搬送波追跡器３３０は、仮定された一定位相θ_ｉを基盤に、推定した補償位相δを決定し、補償位相δの短期変化及び長期変化をチェックして補償周波数Δｆを決定する。副搬送波追跡器３３０が決定する補償位相δ及び補償周波数Δｆは、一水平スキャン周期ごとに更新される。

Ｙ／Ｃ分離及び復調器３４０は、副搬送波追跡器３３０で決定した補償位相δと前記補償周波数Δｆとによってデジタル信号への変換から輝度信号Ｙ及び色差信号Ｃを分離してディスプレイ駆動のための色信号を生成する。Ｙ／Ｃ分離及び復調器３４０は、ＬＣＤのようなディスプレイ装置の規格によって三色信号（ＲＧＢ信号）または輝度信号Ｙと色差成分信号Ｃｂ，Ｃｒのような形態で色信号とを生成する。この色信号は、ディスプレイ装置でユーザが見られるようにディスプレイされる。

図３の副搬送波追跡器３３０の具体的なブロック図が図４に示されている。図４を参照すれば、副搬送波追跡器３３０は、位相比較器３３１、位相補償器３３２及び周波数補償器３３３を備える。副搬送波追跡器３３０の動作説明のために、図６のフローチャートが参照される。

位相比較器３３１は、バースト分離器３２０から抽出されたＣＢＳの位相を追跡し、追跡された位相θを出力する。位相補償器３３２は、追跡された位相θによって補償位相δを決定する。

図６に示したように、副搬送波追跡回路の動作方法は、６００によって指示される。特に、位相補償器３３２で、所定カウンタ（図示せず）及び追跡された位相θの移転値θ’はリセットされ、補償位相δが任意の初期値δ_０に設定される（図６のＳ６１０）。これにより、位相比較器３３１は、ＣＢＳを受信して仮定された一定位相θ_ｉを基盤にＣＢＳの位相を追跡する（図６のＳ６２０）。すなわち、位相比較器３３１は、位相補償器３３２で推定した補償位相δによって、ＣＢＳが補償位相δの正の値＋δ、補償位相δの負の値−δ、及び‘０’の値０のうち何れかを有する推定バースト信号５２０と相関度が大きいかを計算する。相関度が大きい時の補償位相が図５のＣＢＳ ５００の位相に推定される。

例えば、本発明では、図５のように推定バースト信号５２０と位相差が‘０（ｚｅｒｏ）’である信号、位相差が＋δである信号及び位相差が−δである信号のように、三つの場合が仮定される。推定バースト信号５２０の周波数Ｆ_ｓｃは、周波数補償器３３３で推定した補償周波数Δｆを反映して決定される。このとき、仮定された位相θ_ｉそれぞれを有する推定バースト信号５２０と入力バースト信号ＣＢＳとの相関度が数式１のように計算され、相関度が最も大きい場合の位相が追跡された位相θとして出力される（図６のＳ６２０）。

数式１で、ｊはデジタルサンプルインデックス、ｓは該当デジタルバースト信号ＣＢＳのサイズ、Ｂ_ｓ〜Ｂ_ｅはカラーバースト区間、ωは推定バースト信号５２０の角速度２πＦ_ｓｃ、φはカラーバースト開始点Ｂｓでの位相を意味する。このとき、φ値では、ＮＴＳＣ、ＰＡＬ、ＳＥＣＡＭのようなビデオ信号標準の種類によって計算された適切な量を反映する。例えば、ＰＡＬの場合、ＰＡＬスイッチングを反映するために、現在追跡中であるバースト信号ＣＢＳにφ値で水平スキャンラインごとにπ／４が加減される。

位相補償器３３２は、位相比較器３３１で追跡された位相θによって補償位相δを決定する（図６のＳ６３０〜Ｓ６９５）。

位相補償器３３２は、追跡された位相θが以前追跡位相θ’と同じであるか否かを比較し（図６のＳ６３０）、同じではなければ、カウントをリセットする（図６のＳ６４０）。このとき、前記で追跡された位相θは、以前追跡位相θ’に更新し（図６のＳ６５０）、次の水平スキャン周期の補償位相δを決定するための追跡を行う（図６のＳ６３０〜Ｓ６９５）。位相補償器３３２は、追跡された位相θが以前追跡位相θ’と同じであれば、カウントを増加させ、増加したカウント値ＣＮＴによって補償位相δの更新を決定する（図６のＳ６６０〜Ｓ６９５）。

位相補償器３３２は、カウント値ＣＮＴと臨界値Ｎ_ｂｎｄとを比較し（図６のＳ６７０）、カウント値ＣＮＴが臨界値Ｎ_ｂｎｄより大きくなければ、前記で追跡された位相θは、以前追跡位相θ’に更新し（図６のＳ６５０）、次の水平スキャン周期の補償位相δを決定するための追跡を行う（図６のＳ６３０〜Ｓ６９５）。カウント値ＣＮＴが臨界値Ｎ_ｂｎｄより大きければ、位相補償器３３２は、追跡された位相θが‘０’の値であるか否かによって補償位相δを決定する（図６のＳ６８０〜Ｓ６９５）。臨界値Ｎ_ｂｎｄは、位相の補償に適した値に設定される。

補償位相δの決定方法は、次の通りである。位相補償器３３２は、追跡された位相θが‘０’であれば、一定最小値δ_ｍｉｎ内で補償位相δを低下させ（図６のＳ６９０）、そうでなければ、一定最大値δ_ｍａｘ内で補償位相δを上昇させる（図６のＳ６９５）。例えば、現在追跡された位相θが１であり、係数αが０.５であり、最小値δ_ｍｉｎが０.４であり、図６のＳ６９０が連続されるとき、補償位相δは、順次に１→０.５→０.４→０.４．．．のように減少し、結局、最小値０.４に一定になる。また、例えば、現在追跡された位相θが１であり、係数βが２であり、最大値δ_ｍａｘが３であり、図６のＳ６９５が連続されるとき、補償位相δは、順次に１→２→３→３．．．のように増加し、結局、最大値３に一定になる。係数αは、０と１との間の値であって、１に近ければ、δの変化量を少なくして追跡速度を低下させる効果を有し、０に近ければ、δの変化量を多くして追跡速度を上昇させる効果を有する。係数βは、１より大きい値であって、１に近ければ、δの変化量を少なくして位相変化に鈍感に反応させる効果を有し、その値が大きくなるほど位相変化に敏感に反応させる効果を有する。

すなわち、前述した方法で補償位相δを計算するとき、数式１で追跡された位相θが＋δで連続するか、または−δで連続する時は、現在補償量がバーストの位相を追跡するには小さいと判断して補償位相δを伸ばし、追跡された位相θが０で連続すれば、バーストの位相が安定的に追跡された状態と判断して補償位相δを減らす。言い換えれば、推定バースト信号５２０及び入力バースト信号ＣＢＳの位相エラーが小さくなるほど、図６のＳ６９０で補償位相δを減らし、位相エラーが大きくなるほど、補償位相δを増加させる。これは、推定バースト信号５２０の位相が正確であるほど位相エラーが小さくなるので、補償位相δを減らして精密な追跡を可能にするという意味がある。

一方、周波数補償器３３３は、位相補償器３３２で決定された補償位相δの変化による補償周波数Δｆを決定する。周波数補償器３３３での周波数追跡は、前述した方法で決定された補償位相δの連続性及び累積量を利用してなる。

まず、位相比較器３３１で追跡された位相θが‘０’の値でない一定サイズ以上である状態で＋δで連続されるか、または−δで連続されるときには、周波数補償器３３３は、単純な位相誤差によるエラーではない周波数に誤差があると判断して、数式２のように、第１補償周波数Δｆ_ｓを決定して出力する。数式２で、ν_１は０から１の間の値をもって現在の水平スキャン周期の位相誤差を周波数補償にある程度反映するかを決定する短期変化周波数補償率ファクタであり、ｄｉｒｅｃｔｉｏｎは、１、＋１、または０の値を有する補償位相δの方向値であり、ＮＵＭＳＡＭは、一水平スキャンラインでのデジタルサンプル数である。前記短期変化補償率ν_１が１に近いほど現在の位相誤差全体を周波数補償に反映するので、周波数追跡速度を向上させる効果を有させ、０に近いほど現在の位相誤差を周波数補償に少なく反映するので、周波数追跡速度を低下させる効果を有させる。

追跡された位相θが＋δで連続するか、または−δで連続するかは、位相補償器３３２のカウント値ＣＮＴが臨界値ＴＨＶより大きいか否かによって決定されうる。したがって、周波数補償器３３３は、追跡された位相θが‘０’の値ではなく、前記カウント値ＣＮＴが臨界値ＴＨＶより大きくなれば、周波数誤差があるということを認識し、これにより、補償位相δの短期変化を反映した第１補償周波数Δｆ_ｓを生成する。臨界値ＴＨＶは、周波数補償に適切な値に設定される。

また、周波数補償器３３３は、第１補償周波数Δｆ_ｓによっても位相誤差が補償されず、一定期間が過ぎる場合には、その間の補償位相δの累積量が臨界位相Ｔ_{ｐｈａｓｅ}以上であるか否かを比較して、数式３のように第２補償周波数Δｆｌを決定して出力する。数式３で、ν_２は、０から１の間の値であって長期変化周波数補償率ファクタであり、設定されるν_２値によってＮ個の水平スキャン周期の位相誤差を周波数補償にある程度反映するかが決定される。臨界位相Ｔ_{ｐｈａｓｅ}は、周波数補償に適切な値に設定される。数式３で、ｉは、水平スキャンラインのインデックス、ｄｉｒｅｃｔｉｏｎｉは、当該水平スキャンラインに対して１、＋１、または０の値を有する補償位相δの方向値であり、ＮＵＭＳＡＭ_ｉは、当該水平スキャンラインでのデジタルサンプル数である。

すなわち、周波数補償器３３３は、位相補償器３３２のカウント値ＣＮＴが臨界値ＴＨＶより大きく、補償位相δの累積量が臨界位相Ｔ_{ｐｈａｓｅ}より大きくなれば、補償位相δの長期変化を反映した第２補償周波数Δｆｌを生成する。

前述したように、本発明の一実施形態による画像信号処理装置３００では、位相比較器３３１が仮定された一定位相θ_ｉを基盤としてＣＢＳの位相θを追跡し、追跡された位相θによって位相補償器３３２で更新される補償位相δによってＹ／Ｃ分離及び復調を行う。また、更新される補償位相δの短期変化及び長期変化のチェックによって周波数補償器３３３で決定される補償周波数ΔｆによってＹ／Ｃ分離及び復調を行う。

本発明は、図面に示された実施形態を参考として説明されたが、これは、例示的なものに過ぎず、当業者ならば、これから多様な変形及び均等な他の実施形態が可能であるということが分かる。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲の技術的思想によって決定されなければならない。

本発明は、ＴＶセット、ＰＣモニターのようなディスプレイシステムの画像信号処理装置関連の技術分野に適用可能である。

従来の画像信号処理装置のブロック図である。 ＣＶＢＳ信号を説明するための図面である。 本発明の一実施形態による画像信号処理装置のブロック図である。 図３の副搬送波追跡器の具体的なブロック図である。 ＣＢＳに対する補償位相量を説明するための図面である。 副搬送波追跡器の動作説明のためのフローチャートである。

符号の説明

３００ 画像信号処理装置
３１０ ＡＤＣ
３２０ バースト分離器
３３０ 副搬送波追跡器
３４０ Ｙ/Ｃ分離及び復調器

Claims (10)

1. 補償位相によって決定される複数の異なる一定位相と補償周波数によって決定される周波数とを有する複数の推定バースト信号と入力バースト信号との相関度を計算し、前記相関度が最も大きい推定バースト信号が有する位相を追跡された位相として出力する位相比較器と、
   前記追跡された位相によって補償位相を決定する位相補償器と、
   前記補償位相の変化に基いて補償周波数を決定する周波数補償器と、を備えることを特徴とする画像信号の副搬送波追跡器。
2. 前記位相比較器は、
   前記補償周波数による周波数変動を反映して位相を追跡することを特徴とする請求項１に記載の画像信号の副搬送波追跡器。
3. 前記複数の異なる一定位相は、
   前記補償位相によって決定されることを特徴とする請求項１に記載の画像信号の副搬送波追跡器。
4. 前記複数の異なる一定位相は、
   前記補償位相の正の値、前記補償位相の負の値、及び‘０’の値を含むことを特徴とする請求項３に記載の画像信号の副搬送波追跡器。
5. 前記位相補償器は、
   前記追跡された位相が以前の追跡位相と同じであれば、カウントを増加させ、増加したカウント値によって前記補償位相の更新を決定し、そうでなければ、カウントをリセットすることを特徴とする請求項１に記載の画像信号の副搬送波追跡器。
6. 前記位相補償器は、
   前記カウント値が臨界値より大きければ、前記追跡された位相が‘０’の値であるか否かによって前記補償位相を決定した後、次の位相を追跡し、そうでなければ、直ぐ次の位相を追跡することを特徴とする請求項５に記載の画像信号の副搬送波追跡器。
7. 前記位相補償器は、
   前記追跡された位相が‘０’であれば、一定の最小値内で前記補償位相を低下させ、そうでなければ、一定の最大値内で前記補償位相を上昇させることを特徴とする請求項６に記載の画像信号の副搬送波追跡器。
8. 前記周波数補償器は、
   前記追跡された位相が‘０’の値ではなく、前記カウント値が臨界値より大きくなれば、周波数誤差があるということを認識して、前記補償位相の短期変化を反映した第１補償周波数を生成することを特徴とする請求項５に記載の画像信号の副搬送波追跡器。
9. 前記周波数補償器は、
   前記カウント値が前記臨界値より大きく、前記補償位相の累積量が臨界位相より大きくなれば、前記補償位相の長期変化を反映した第２補償周波数を生成することを特徴とする請求項８に記載の画像信号の副搬送波追跡器。
10. 入力アナログ画像信号をデジタル信号に変換するアナログ−デジタル変換部と、
    前記変換されたデジタル信号からバースト信号を抽出するバースト分離器と、
    補償位相によって決定される複数の異なる一定位相と補償周波数によって決定される周波数とを有する複数の推定バースト信号と前記抽出されたバースト信号との相関度を計算し、前記相関度が最も大きい推定バースト信号が有する位相を追跡された位相として出力し、前記追跡された位相によって補償位相を更新し、前記補償位相の短期変化及び長期変化をチェックして補償周波数を決定する副搬送波追跡器と、
    前記補償位相と前記補償周波数とによって、前記デジタル信号の変換から輝度信号及び色差信号を分離し、ディスプレイ駆動のための色信号を生成するＹ／Ｃ分離及び復調器と、を備えることを特徴とする画像信号処理装置。

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