JP5416899B2

JP5416899B2 - 映像表示装置

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Publication number: JP5416899B2
Application number: JP2007302403A
Authority: JP
Inventors: 宏一浜田; 昌広影山
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2007-11-22
Filing date: 2007-11-22
Publication date: 2014-02-12
Anticipated expiration: 2027-11-22
Also published as: JP2009130557A

Description

映像信号を表示する映像表示装置に関する。

表示装置の画素数よりも画素数の多い映像を入力する場合など、表示装置の表示画素数以上の周波数成分を有する映像を表示する場合に、折り返し歪みと呼ばれる歪みが発生し画質が劣化する。

この折り返し歪みの発生を防止するために、原画像データに対してローパスフィルタによるフィルタリング処理を施して、原画像データの高周波成分を除去することが知られている（特許文献１の従来の技術参照。）。

特開２００２−１５２５０２

しかし、特許文献１に記載される方法では、画像縮小後の画素数相当の周波数（ナイキスト周波数）以上の周波数成分を除去している。ここで、画像縮小後の画素数は最も大きくても表示装置の表示画素数であるため、ナイキスト周波数以上の周波数成分を除去した場合、表示装置の観視者は、表示装置の表示画素数相当以上の高精細映像を知覚することはできないという課題があった。

本発明はこのような課題を鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、より高精細な映像表示をおこなうことにある。

上記目的を達成するために、本発明の一実施の態様は、例えば、特許請求の範囲に記載されるように構成すればよい。

本発明によれば、より高精細な映像表示をおこなうことが可能となる。

以下、本発明の実施例を、図面を参照して説明する。

また、各図面において、同一の符号が付されている構成要素は同一の機能を有することとする。

また、本明細書の各記載及び各図面における「動き量」という表現は、映像信号に含まれる被写体の動き量を意味する。

図１に本発明の実施例１に係る映像表示装置の一例を示す。

映像表示装置１００は、アンテナ１０１を介して放送波を受信する受信部１０３と、受信部１０３が受信した放送波に含まれる映像信号について画像処理をおこなう画像処理部１０３と、画像処理部１０３が画像処理した信号を表示する表示部１０８を有する。

受信部１０３は、アンテナ１０１から例えば、ＴＶ放送波を受信し、受信した放送波から、映像信号を抽出して画像処理部１０３に出力する。

画像処理部１０３は、画像処理部１０３に入力される映像信号に含まれる画像について、表示部１０８の表示画素数に適合するように画像のサイズを縮小する処理をおこなう。

なお、以下の説明では、画像処理部１０３に入力される映像信号は、表示部１０８の表示画素数よりも大きな画素数を有するものとする。

また、映像信号に含まれる画像について画素単位で種類の異なるローパスフィルタ（ＬＰＦ）処理をおこなう。

ここで、画像処理部１０３の一例は、画素位置算出部１０５、動き探索部１０６、判定部１０７、動き適応スケーラー１０４により構成することができる。

動き適応スケーラー１０４は、複数の種類の異なるローパスフィルタＬＰＦ１、ＬＰＦ２、・・・ＬＰＦnとスイッチ１１４を有し、判定部１０７の指示により、処理をおこなうローパスフィルタを切り替える。このとき、ローパスフィルタＬＰＦ１、ＬＰＦ２、・・・ＬＰＦnは、それぞれ異なるローパスフィルタをおこない、このときあわせて画像の縮小処理をおこなう。当該画像の縮小処理の詳細は後述する。

画素位置算出部１０５は、画像処理対象の画像（画像処理対象フレーム、または、画像処理対象フィールド）における画像処理対象画素の位置を算出し、判定部１０７に出力する。

動き探索部１０６が算出する当該画像処理対象画素についての動きベクトル、動き量を算出して判定部１０７に出力する。ここで、画像処理対象画素についての動きベクトル、動き量とは、映像信号に含まれる被写体の動きに応じて算出することができ、画像処理対象画素毎や画像ブロック毎に算出することができる。以下においては、画素毎に算出するものとして説明する。ブロック毎に算出する場合は、当該画像処理対象画素が属する画像ブロックについて算出した動きベクトル、動き量を各画像処理対象画素についての動きベクトル、動き量として用いればよい。

判定部１０７は、画素位置算出部１０５が算出する画像処理対象画素についての画素位置の情報を取得し、動き探索部１０６が算出する当該画像処理対象画素についての動きベクトル、動き量をもちいて、前記動き適応スケーラー１０４におけるローパスフィルタ処理の種類を選択し、動き適応スケーラー１０４に指示信号を出力する。

ここで、ここで、動き探索部１０６がおこなう動き探索は、一般的に用いられる従来技術を用いてかまわない。

例えば、映像信号において当該画像処理対象の画像（画像処理対象フレーム、画像処理対象フィールド）の時間的に後に配置される画像（フレーム、フィールド）において、当該画像処理対象画素または当該画像処理対象画素を中心とするブロックの有する画素値に近い画素値を有する画素またはブロックを探索して、当該画像処理対象画素を始点とする動きベクトルを求める動きベクトルとする方式であってもよい。

また、映像信号において当該画像処理対象の画像（画像処理対象フレーム、画像処理対象フィールド）の時間的に前後に配置される一組の画像（フレーム、フィールド）のそれぞれにおいて、画素値近い一組の画素を選択して両者の間の動きベクトルを算出する。当該動きベクトルを当該一組の画像の各画素において算出することにより、前記画像処理対象の画像上の前記画像処理対象画素を通過する動きベクトルを算出し、これを求める動きベクトルとする方式であってもよい。

次に、画像処理部１０３の動き適応スケーラー１０４がおこなうローパスフィルタ処理、画像縮小処理について説明する。

画像処理部１０３の動き適応スケーラー１０４がおこなう画像縮小処理は。例えば、横方向の画素数がＸ、縦方向の画素数がＹである映像信号２０１に対して、図２(a)に示されるように縦方向にα倍（α：縮小率、０より大きく１以下の値）、横方向にβ倍（β：縮小率、は０より大きく１以下の値）した映像信号２０２を生成する処理、図２(b)に示されるように縦方向のみα倍した映像信号２０３を生成する処理、図２(c)に示されるように横方向のみβ倍した映像信号２０４を生成する処理などがある。

具体的な処理を図３を用いて説明する、図３は、画像処理部１０３の動き適応スケーラー１０４がおこなう画像縮小処理を１次元方向で説明する図である。

画素列３０１は画像処理前の映像信号の１次元方向の画素列、画素列３０２は画像処理後の映像信号の１次元方向の画素列を示す。

画像処理部１０３の動き適応スケーラー１０４では、例えば、画素列３０１の画素３１１、３１２、３１３、３１４、３１５に、それぞれ係数a、b、c、ｄ、eを乗じて、その和を画素列３０２の画素３２１の画素値とする。

ここで、係数a、b、c、ｄ、eはタップ係数とよばれ、当該タップ係数を変化させることにより、さまざまなフィルタ処理をおこなうことができる。画像処理部１０３の動き適応スケーラー１０４では、タップフィルタの異なる複数のローパスフィルタＬＰＦ１、ＬＰＦ２、・・・ＬＰＦnを切り替えることにより、種類の異なるローパスフィルタ処理を実現する。

同様に、画素列３０２の画素３２２、画素３２３についても、画素列３０１の複数の画素の画素値に係数を乗じた和から生成する。ことのき、画像処理部１０３の動き適応スケーラー１０４は、図３に示すように、画素列３０２の画素数を画素列３０１の画素数よりも少なく生成する、すなわち間引いて生成することによって画像縮小処理を実現する。

このとき、間引きの頻度を変えることにより、図２(a)〜（c）に示される倍率α、βなどを調整することが可能となる。

なお、実施例１に係る映像表示装置１００の画像処理部１０３では、水平方向、垂直方向のいずれか一方にローパスフィルタ処理、画像縮小処理を行う。ここで、水平方向にローパスフィルタ処理を行う場合は、例えば、図４の(a)〜(d)に示すようなタップフィルタの係数を用いてローパスフィルタ処理を行えばよい。ここで、垂直方向にローパスフィルタ処理を行う場合は、例えば、図５の(a)〜(d)に示すようなタップフィルタの係数を用いてローパスフィルタ処理を行えばよい。

なお、図４、５に示すローパスフィルタは、簡便に構成できるローパスフィルタの一例を示したものであり、画像処理部１０３において行うローパスフィルタは、この例に限定されるものではない。従来から行われるローパスフィルタの設計方法で設計するローパスフィルタのタップ係数であれば、いずれのものを用いてもかまわない。

以下の実施例１の説明では、映像表示装置１００の画像処理部１０３は、垂直方向にローパスフィルタ処理、画像縮小処理を行うものとして説明する。また、以下の実施例１の説明における映像中の物体の移動方向とは、ローパスフィルタ処理、画像縮小処理を行う方向についての移動方向、すなわち垂直方向とする。また、以下の実施例１の説明における表示部１０８の画素数とは、ローパスフィルタ処理、画像縮小処理を行う方向の画素数、すなわち垂直方向の画素数をいう。

次に、図６を用いて、本実施に係る映像表示装置１００が、より高精細な映像表示をおこないうる原理について説明する。

図６は、映像表示装置１００の表示部１０８が表示する画素を１次元に示しており、時間方向にＴ₀(sec)だけ離れた２フレーム（フレーム１、フレーム２）の画素列と、表示部１０８を観視する観視者が知覚する画素列を示している。

以下の説明では、簡単のため、フレーム単位の画素列を用いて説明をおこなうが、これらは連続する画像であれば単位は特に問わない。すなわち、図６の説明で用いる２フレームについても連続して表示される２つの画像であれば、フレーム単位でなくともよい。

ここで、図６では、映像信号に表示される物体が静止ししている状態を示している。

このとき２フレームの画素値は、同一の画素値が表示されるため、観視者が知覚する画素数は、表示部１０８の画素数にと変わらない。

次に、図６の映像信号に表示される物体が、１フレームあたり、表示部の画素相当の単位（以下、「表示画素」と記載する。）で１／２画素の速度で移動する場合、すなわち１フレームあたりの動き量が１／２表示画素である場合（Ｔ₀(sec)に１／２表示画素の速度で移動する場合）について、時間方向にＴ₀(sec)だけ離れた２フレームの画素列と、表示部１０８を観視する観視者が知覚する画素列を図７に示す。

ここで、画像処理部１０３における画像縮小処理において、縦方向に前述の縮小率αで画像の縮小が行われているとすると、画像処理部１０３における画像縮小処理前の画像サイズにおいて動き探索を行って得た動き量が当該画像縮小処理前の画像の画素単位において（１／２）／α画素となる場合が、上述の「動き量が１／２表示画素である」ことに相当する。すなわち、表示画素単位の動き量は、入力画像における動き探索の結果（入力画像の画素単位の動き量）から縮小率αを用いて換算することにより、算出することが可能である。

図７において、物体の移動方向が図７の上方向である場合、観視者の視線は、表示部１０８に表示される物体の移動を追従することにより傾斜する。すると、図７に示されるように観視者が観視する画素数は、表示部１０８の画素数の２倍となる。

このように観視者が観視する画素数が２倍になるのは、１フレームあたり１／２表示画素の速度で移動する場合（Ｔ₀(sec)に１／２表示画素の速度で移動する場合）だけでなく、１フレームあたり１／２＋ｍ表示画素の速度で移動する場合（Ｔ₀(sec)に１／２＋ｍ表示画素の速度で移動する場合）も同様である（ここでｍは１以上の整数。）。ｍ表示画素だけ視線の傾斜が急峻になる以外は、１フレームあたり１／２表示画素の速度で移動する場合と同様だからである。

ここで、従来の映像表示装置では、図７のように観視者が観視する画素数が２倍となっても、解像度を２倍にすることはできない。これを、図８および図９を用いて説明する。

図８は、図７のフレーム１、フレーム２についての従来の映像表示装置の処理を示しており、画像縮小前の原信号の画素列、画像縮小後の表示信号の画素列を、それぞれ画素値を記載して示している。

ここで、原信号は図８に示す画素列の方向について表示部の画素数の２倍の画素数を有するものとする。このとき、画像縮小処理により、原信号の映像信号を図８に示す画素列の方向について１／２倍に縮小して表示している。

また、図８に示す従来の映像表示装置では、原信号の映像信号を１／２倍に縮小する際に、折り返し歪みの発生による画質の劣化を防止するため、ローパスフィルタ処理をおこない、表示部の表示画素数相当の周波数成分を除去する。このローパスフィルタ処理とカットする周波数帯域の詳細については後述する。

図８に示す処理はその一例を示しており、原信号における連続する２画素の平均値を表示信号の画素値とする平滑化フィルタ処理により、画素数を１／２倍に縮小した表示信号を生成している。このとき、物体の移動を考慮せず、フレーム１、フレーム２のそれぞれの表示信号を観視した場合は、表示部における画素数以上の高精細な解像度は観視できないが、折り返し歪みのない画像を観視することができる。

図８に示す処理により生成された表示信号のフレーム１、フレーム２の画素列の画素値、および観視者が観視する画素値を図９に示す。

ここで、図８における原信号の画素列の画素値は、原信号の１画素周期による画素値の増減の情報を含む、１と２の繰り返しと、３と４の繰り返しとからなっている。これに対し、図９に示すように、表示物体の移動よって視線が傾斜する場合に観視される画素列の画素値は、１．５が連続する部分と、３．５が連続する部分がからなり、原信号の１画素周期による画素値の増減の情報は失われている。これは、図８に示すローパスフィルタ処理により、原信号から表示部の画素数に相当する周波数以上の周波数成分が低減されたためである。したがって、図９において観視される画素列の画素数は、２倍になっても解像度が表示部の画素数の２倍にはならない。

次に、実施例１に係る映像表示装置１００では、図７のように観視者が観視する画素数が２倍になった場合に、解像度を２倍にすることができる。これを、図１０および図１１を用いて説明する。

次に、図１０は、図７のフレーム１、フレーム２についての実施例１に係る映像表示装置１００の画像処理部１０３の処理を示しており、画像縮小前の原信号の画素列、画像縮小後の表示信号の画素列を、それぞれ画素値を記載して示している。

ここで、原信号は図１０に示す画素列の方向について表示部の画素数の２倍の画素数を有するものとする。このとき、画像縮小処理により、原信号の映像信号を図１０に示す画素列の方向について１／２倍に縮小して表示している。

また、図１０に示す実施例１に係る映像表示装置１００では、原信号の映像信号を１／２倍に縮小する際に、表示部の表示画素数相当の周波数以上の成分も表示する。

図１０の例では、原信号における連続する２画素うち、１つの画素の画素値をそのまま、表示信号の画素値とすることにより、画素数を１／２倍に縮小した表示信号を生成している。すなわち本図の場合は、単純に２画素につき１画素を間引いて縮小画像を生成している。このとき、物体の移動を考慮せず、フレーム１、フレーム２のそれぞれの表示信号を観視した場合は、一般に知られるように、表示部における画素数以上の周波数成分は折り返し歪みとなって、画質が劣化した画像が観視されることになる。

次に、図１０に示す処理により生成された表示信号のフレーム１、フレーム２の画素列の画素値、および観視者が観視する画素値を図１０に示す。

ここで、図１０における原信号の画素列の画素値は、原信号の１画素周期による画素値の増減の情報を含む、１と２の繰り返しと、３と４の繰り返しとからなっている。これに対し、図１１に示すように、表示物体の移動よって視線が傾斜する場合に観視される画素列の画素値は、原信号の画素列の画素値と同様の１画素周期による画素値の増減の情報を含む、１と２の繰り返しと、３と４の繰り返しとなる。

すなわち、図１０に示す処理においては、表示部１０８の画素数以上の周波数成分を除去しなかったため、観視する画素数が、表示部１０８の画素数以上となった場合に、失われていない高周波成分を復元することが可能となるためである。

図１０および図１１に示す実施例１に係る映像表示装置１００の処理をおこなう場合は、観視者は、表示部１０８の画素数の倍の解像度を有する高精細な映像を観視することが可能となる。

次に、図１０および図１１に示す実施例１に係る映像表示装置１００の処理の効果がない場合について、図６、図１２、図１３をもちいて説明する。

図６はすでに説明したとおり、映像信号中の物体が静止している状態を示している。この場合、観視者に観視される画素数は表示部１０８の画素数と同じである。観視される画素数が増加しないため、観視される解像度を増加させることはできない。

さらに、図１０に示すように映像信号中の表示部１０８の画素数相当の周波数成分を除去せず表示部１０８に表示すれば、表示される画像には折返し成分が含まれ、画質が低下する。

また、図１２に示すように、映像信号中の物体が、１フレームあたり１表示画素の速度で移動する場合（Ｔ₀(sec)に１表示画素の速度で移動する場合）は、複数のフレームの画素が観視者の視線上に重なってしまい、観視される画素数は表示部１０８の画素数から増加することはない。よって、図６と同様に、観視される画素数が増加しないため、解像度を増加させることはできない。

また、この場合、観視者が観視する画像は、最後のフレームそのものであるので、最後に表示したフレームについて、図１０に示すように映像信号中の表示部１０８の画素数相当の周波数成分を除去せず表示部１０８に表示すれば、表示される画像には折返し成分が含まれ、画質が低下する。

また、図１３に示すように、映像信号中に１フレームあたりｍ表示画素の速度で移動する場合（Ｔ₀(sec)にｍ表示画素の速度で移動する場合）も同様に、観視される画素数は表示部１０８の画素数から増加することはなく、観視される解像度が増加することはない。

以上、図１０、図１１、図６、図１２、図１３を用いて説明したとおり、映像信号中の物体のフレーム間の動き量もしくは移動速度により、観視される画像の解像度および画質は異なるものとなる。

そのため、実施例１に係る映像表示装置１００では、画像処理部１０３において、映像中の画素ごとの動き探索結果に応じて異なるローパスフィルタ処理をおこなうことにより、映像信号中の周波数成分を調整して、表示部１０８に表示し、高精細な映像表示を好適におこなうことを可能とする。

次に、この画像処理部１０３におけるローパスフィルタ処理および映像信号の周波数成分について、図１４、図１５、図１６、図１７を用いて説明する。

まず、図１４には、ＴＶ放送波などに含まれる一般的な映像信号の信号強度の最大値を１とした場合の周波数成分を示している。ここで、図１４の縦軸は正規化された信号強度、横軸は周波数であり、周波数成分の原点は直流（ＤＣ）成分と呼ばれる。また、図に示すf_n1は、ナイキスト周波数を示している。

ナイキスト周波数とは、本実施例においては、表示部１０８の有する表示画素相当の周波数をいい、表示部１０８が垂直方向768画素で構成される表示部の場合のナイキスト周波数は768TV本相当の周波数となる。

次に、表示部の画素数と、映像信号の折り返し成分との関係について、図１５を用いて説明する。

図１５（a）に示される斜線部は、図１４の映像信号をナイキスト周波数がf_n1相当となる画素数の表示部に表示する場合の折り返し成分を示している。

ここで、図１５（a）に示すナイキスト周波数がf_n1相当の画素数よりも半分の画素数を有する表示部に画像を縮小して表示する場合は、f_n2 = f_n1であるf_n2がナイキスト周波数となり、図１５（b）に示す斜線部が折り返し成分となる。

ここで、実施例１に係る映像表示装置１００の表示部１０８が、ナイキスト周波数がf_n2相当の画素数を有する場合について、上記に説明したとおり、図６、図１２、図１３に示すような、映像信号中の物体の動き量が０である場合や、１フレームあたりｍ表示画素（ｍは1以上の整数）の速度で移動する場合（Ｔ₀(sec)にｍ表示画素の速度で移動する場合）は、観視される画像の折り返し歪みを低減するために、映像信号の周波数成分において、ナイキスト周波数f_n2より高周波の成分を除去することが望ましい。

また、図１１に示すような、１フレームあたり１／２＋ｍ表示画素（ここで、ｍは0以上の整数。）の速度で移動する場合（Ｔ₀(sec)に１／２＋ｍ表示画素の速度で移動する場合）は、表示部の画素数の2倍の解像度の画層が観視者に観視されるように、映像信号の周波数成分において、ナイキスト周波数f_n2の2倍、すなわちf_n1まで折り返し成分を通過させることが望ましい。

よって、実施例１に係る映像表示装置１００は、画像処理部１０３におけるローパスフィルタ処理を映像信号における画素ごとの動きベクトルの動き量に応じて切り替えることによって、図１５（ｃ）に示すように、通過する折り返し成分の最大周波数f_cを可変とすることにより、表示部１０８における高精細な映像表示を好適におこなうことを可能とする。

すなわち、実施例１に係る映像表示装置１００の画像処理部１０３におけるローパスフィルタ処理、すなわち、動き適応スケーラー１０４の複数のローパスフィルタの特性を図１６に示すような複数の特性とすることにより、これを実現する。

図１６は、ローパスフィルタの周波数成分の通過特性を示している。縦軸はローパスフィルタのゲイン、横軸は周波数である。一般にローパスフィルタの特性において、ゲインが０．５となる周波数、すなわち周波数成分の通過率が５０％となる周波数をカットオフ周波数（遮断周波数）とよぶ。

よって、図１５（a）に示すような周波数f_n1より高周波成分である斜線部の折り返し成分を除去するためには、画像処理部１０３の判定部１０７は、図１６（a）に示すような、カットオフ周波数が周波数f_n1であるローパスフィルタの選択を動き適応スケーラー１０４に指示し、動き適応スケーラー１０４のスイッチが当該ローパスフィルタを複数のローパスフィルタＬＰＦ１、ＬＰＦ２、・・・ＬＰＦnから選択すればよい。

同様に、図１５（b）に示すような周波数f_n2より高周波成分である斜線部の折り返し成分を除去するためには、画像処理部１０３の判定部１０７は、図１６（b）に示すような、カットオフ周波数が周波数f_n2であるローパスフィルタの選択を動き適応スケーラー１０４に指示し、動き適応スケーラー１０４のスイッチが当該ローパスフィルタを複数のローパスフィルタＬＰＦ１、ＬＰＦ２、・・・ＬＰＦnから選択すればよい。

さらに、図１５（ｃ）に示すように、周波数f_maxを可変として、周波数f_maxより高周波成分である斜線部の折り返し成分を除去するためには、画像処理部１０３の判定部１０７は、図１６（ｃ）に示すような、カットオフ周波数を周波数f_cvが所望の周波数f_maxとなるように、ローパスフィルタの選択を動き適応スケーラー１０４に指示し、動き適応スケーラー１０４のスイッチが当該ローパスフィルタを複数のローパスフィルタＬＰＦ１、ＬＰＦ２、・・・ＬＰＦnから選択すればよい。

ここで、実施例１に係る映像表示装置１００において、図１４の映像信号に対して、図１５（a）、図１５（ｂ）、図１５（ｃ）のそれぞれの特性のローパスフィルタを選択して処理した場合の、映像信号の周波数成分の通過成分をそれぞれ、図１７（a）、図１７（ｂ）、図１７（ｃ）に示す。それぞれの通過成分の最大周波数f_maxは、図に示すとおりとなる。図１７（a）においては最大周波数f_max = f_n1、図１７（ｂ）においては最大周波数f_max = f_n2となる。

いずれの映像信号の周波数成分においても、ローパスフィルタ処理により、最大周波数f_maxより大きい周波数成分が除去され、最大周波数f_max以下の周波数成分が通過している。

次に、図１８、図１９、図２０、図２１、を用いて、実施例１に係る映像表示装置１００の画像処理部１０３におけるローパスフィルタ処理の特性を、映像信号中の動き量と比較して説明する。

まず、図１８は従来の映像表示装置におけるローパスフィルタ処理の特性と映像信号中の動き量の関係を示したものである。縦軸は、表示部に表示される映像信号の最大周波数を示している。

このとき、映像表示装置におけるローパスフィルタ処理のカットオフ周波数よりも映像表示装置に入力される映像信号の最大周波数が大きいことが明らかな場合は、縦軸はローパスフィルタのカットオフ周波数を示すこととなる。

また、横軸は、映像信号中の連続する２枚の画像間の動き量（垂直方向または水平方向の動きベクトルの大きさまたは、連続する２枚の画像間における映像の移動速度）を表示画素単位で示したときの整数画素を除いた小数部分の量を示している。例えば、動き量がｍ＋γ表示画素（ｍは０以上の整数、γは０以上１以下の値）である場合、図１８の横軸はγを示している。ここで、以下の説明では、上記ｍを動き量の整数画素成分、上記γを動き量の小数画素成分と呼ぶこととする。

また、f_nは表示部の画素数相当のナイキスト周波数である。

このとき、図１８に示される従来の映像表示装置におけるローパスフィルタ処理の特性では、映像信号にナイキスト周波数f_nよりも高周波成分が存在していたとしても、映像信号中の動き量にかかわらず、ローパスフィルタ処理によってナイキスト周波数f_nよりも高周波成分を除去する。

したがって、図１８に示す動き量の小数画素成分が０．５表示画素（１／２表示画素）である場合は、図７に示すように観視される画素数が２倍となるが、ローパスフィルタ処理によってナイキスト周波数f_n2よりも高周波成分を除去されているために、観視される解像度は向上せず、観視者は映像を高精細に観視することはできない。

これに対し、実施例１に係る映像表示装置１００の画像処理部１０３におけるローパスフィルタ処理の特性を図１９に示す。縦軸、横軸については図１８と同一である。

図１９の例では、映像信号の動き量の小数成分が０の場合は、折り返し歪みの発生を防止するために、映像信号の最大周波数が表示部１０８のナイキスト周波数f_nとなるようにローパスフィルタ処理をおこなう。次に、観視される画素数が２倍となる動き量の小数部分が０.５表示画素の場合は、映像信号の最大周波数をナイキスト周波数f_nの2倍である２f_nとなるようにローパスフィルタ処理をおこない、観視される解像度を2倍としている。さらに、映像信号の動き量の小数成分が１表示画素の場合は、再び折り返し歪みの発生を防止するために、映像信号の最大周波数がナイキスト周波数f_nとなるようにローパスフィルタ処理をおこなう。

ここで、図１９においては、画像処理部１０３に入力される映像信号が表示部１０８のナイキスト周波数の2倍以上の周波数成分を有している前提で、動き量の小数部分が０.５表示画素の場合は、映像信号の最大周波数をナイキスト周波数f_nの2倍である２f_nとなるようにしている。

ここで、画像処理部１０３に入力される映像信号が表示部１０８のナイキスト周波数の2倍以上の周波数成分を有していない場合は、動き量の小数部分が０.５表示画素の場合に映像信号の周波数成分の高周波成分を除去せず最大まで通過させることにより、観視される解像度を、２倍まで達しなくとも、できるだけ向上させることができる。

すなわち、図１９に示される実施例１に係るローパスフィルタ処理では、映像信号の動き量の小数成分が０または１表示画素である場合、すなわち動き量が１表示画素の整数倍である場合に比べて、観視される画素数が２倍となる、動き量の小数部分が０.５表示画素の場合の映像信号の最大周波数またはローパスフィルタのカットオフ波長をより高周波にする。

これにより、実施例１に係る映像表示装置１００は、動き量の小数部分が０.５表示画素の場合に観視される解像度を向上させ、高精細な映像表示を実現することが可能となる。

また、図１９に示される実施例１に係るローパスフィルタ処理では、映像信号の動き量に応じて、映像信号の周波数成分の最大周波数が表示部のナイキスト周波数より高周波となるようにローパスフィルタのカットオフ周波数を選択し、かつ、映像信号の動き量が１表示画素の整数倍である場合には、表示部のナイキスト周波数以上の映像信号の周波数成分を除去するローパスフィルタ処理をおこなう。

これにより、実施例１に係る映像表示装置１００は、高精細な映像表示と折り返し歪みによる画質の劣化の防止を両立することができる。

また、言い換えれば、図１９に示される実施例１に係るローパスフィルタ処理では、映像信号の動き量に応じて、表示部のナイキスト周波数より高周波部分にける映像信号の周波数成分の除去帯域を変化させ、映像信号の動き量が１表示画素の整数倍である場合には、映像信号の動き量が１表示画素の整数倍である場合以外の場合に比べて、より広い帯域の高周波成分を除去するローパスフィルタ処理をおこなう。

ここで、図１８、図１９の横軸を動き量そのものとした場合のローパスフィルタ処理の特性は、それぞれ図２０(a)、図２０(b)に示すものとなる。

図２０(a)は、従来の映像表示装置のローパスフィルタ処理の特性を示し、映像信号の最大周波数またはローパスフィルタ処理のカットオフ周波数である縦軸の周波数は表示部のナイキスト周波数f_nで一定である。

これに対し、図２０(b)は、実施例１に係る映像表示装置１００の画像処理部１０３のローパスフィルタ処理の特性を示し、映像信号の最大周波数またはローパスフィルタ処理のカットオフ周波数を、動き量が１表示画素の整数倍の場合にはナイキスト周波数f_nとし、動き量が１表示画素の整数倍以外の場合には、ナイキスト周波数f_n以上とする周期的な特性となる。この場合の周期は、映像信号の動き量の変化において1表示画素周期である。

すなわち、図２０(b)に示されるように、実施例１に係る映像表示装置１００は、画像処理部１０３のローパスフィルタ処理の特性において、映像信号の最大周波数またはローパスフィルタ処理のカットオフ周波数を、動き量が１表示画素の整数倍の場合に極小値とし、動き量の小数成分が０．５表示画素である場合に極大値となる動き量の変化に対する1表示画素周期の特性とする。

これにより、実施例１に係る映像表示装置１００は、高精細な映像表示と折り返し歪みの発生の防止を両立した映像表示を実現することを可能としている。

なお、この場合極小値とは、動き量の増加に対する変化量が減少から増加に変化する値をいい、極大値とは、動き量の増加に対する変化量が増加から減少に変化する値をいう。

また、言い換えれば、実施例１に係る映像表示装置１００は、画像処理部１０３のローパスフィルタ処理において、表示部のナイキスト周波数より高周波部分にける映像信号の周波数成分の除去帯域を、映像信号の動き量に対して1表示画素周期で変化させ、映像信号の動き量が１表示画素の整数倍である場合に、映像信号の動き量が１表示画素の整数倍である場合以外の場合に比べてより広い帯域の高周波成分を除去するローパスフィルタ処理をおこなう。

以上説明した図１８、図１９、図２０に示す映像信号の最大周波数またはローパスフィルタ処理のカットオフ周波数は、表示部１０８が表示する表示映像から確認することができる。表示映像から映像信号の最大周波数を確認するには、例えば、株式会社次世代PDP開発センター（Advanced PDP Development Center Corporation）が提案する「動画解像度（ＡＰＤＣ方式）」（ＭｏｖｉｎｇＰｉｃｔｕｒｅＲｅｓｏｌｕｔｉｏｎＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔＳｙｓｔｅｍ／ｔｈｅＡＰＤＣＭｅｔｈｏｄ）と呼ばれる測定方法（動画解像度評価パターンを所定の速度で動かし、カメラの動きを画像の動き速度に合わせて撮像する方法）において、動画解像度評価パターンの表示速度を、上記図１８、図１９、図２０に示す動き量に調整したうえで測定することにより、測定が可能となる。

しかし、表示部１０８を構成する表示デバイスによっては、映像信号の動き量が大きくなるにつれて、表示部１０８に表示される表示映像の最大周波数が低下する場合がある。この場合は、図２０(a)、図２０(ｂ)に示される映像信号の最大周波数またはローパスフィルタ処理のカットオフ周波数を表示映像の最大周波数として確認すると、それぞれ図２１(a)、図２１(ｂ)に示すようになる。

この場合、表示部に表示される表示映像の最大周波数は、図２０(a)、図２０(ｂ)と比較して動き量が大きくなるにつれて傾斜した値となる。

しかし、この場合であっても、実施例１に係る映像表示装置１００は、図２０(ｂ)に示すように、表示部１０８に表示する表示映像の最大周波数を、動き量が１表示画素の整数倍の場合に極小値とし、動き量の小数成分が０．５表示画素である場合に極大値となる動き量の変化に対する１表示画素周期の特性とする。

また、実施例１に係る映像表示装置１００は、図２０(ｂ)に示すように、表示部１０８に表示する表示映像の最大周波数について、例えば、動き量ｍ表示画素（ｍは０以上の整数）の場合の表示映像の最大周波数および動き量ｍ＋１表示画素の場合の表示映像の最大周波数よりも、動き量ｍ＋０．５表示画素の場合の表示映像の最大周波数がより高周波となるように表示する。

なお、実施例１に係る映像表示装置１００において、図２０(ｂ)のように、映像信号の動き量が大きくなるにつれて、表示部１０８に表示される表示映像の最大周波数が低下する場合であっても、図２０(ｂ)に示すように動き量が１表示画素の整数倍であるとき、表示映像の最大周波数を結んだ線Ｈ０１は、映像信号の動き量に対する最大周波数の低下と同じ傾きを示す。

このとき、映像信号の動き量をｖとし、この直線を動き量を変数とする関数の値f(v)とする。ここで、図２１(ｂ)において、表示部１０８の画素数に相当するナイキスト周波数f_nに対するf(v)の比の逆数であるf_n/f(v)を、表示部１０８に表示される表示映像から測定する最大周波数に乗ずることにより、図２０(ｂ)に示される画像処理部１０３のローパスフィルタ処理後の映像信号の最大周波数またはローパスフィルタ処理のカットオフ周波数を算出することが可能である。

なお、以上の説明において、画像処理部１０３が画像処理する信号は、受信部１０３から画像処理部１０３に入力される映像信号であるとして説明したが、映像表示装置１００が、他の機器からの映像信号の入力を受ける入力部１０９を有する場合は、画像処理部１０３が画像処理する信号は、入力部１０９から画像処理部１０３に入力される映像信号であってもよい。

この場合、映像表示装置１００は、他の機器から入力される映像信号についても、より高精細に表示することが可能である。

また、映像表示装置１００が、セットワークに接続されるサーバからネットワークを介して映像信号を取得するネットワークインターフェース部１１０を有する場合は、画像処理部１０３が画像処理する信号は、ネットワークインターフェース部１１０から画像処理部１０３に入力される映像信号であってもよい。

この場合、映像表示装置１００は、セットワークに接続されるサーバからネットワークを介して取得する映像信号についても、より高精細に表示することが可能である。

また、映像表示装置１００が、光ディスク、ＨＤＤ（ハードディスク・ドライブ）などの磁気ディスク、半導体、などからなるリムーバブルメディアから映像信号を含む記録データを読み出す読出し部１１１と、読出し部１１１が読み出した記録データから映像信号を再生する再生制御部１１３とを有する場合は、画像処理部１０３が画像処理する信号は、再生制御部１１３から画像処理部１０３に入力される映像信号であってもよい。

この場合、映像表示装置１００は、リムーバブルメディアに記録される記録データに含まれる映像信号についても、より高精細に表示することが可能である。

また、映像表示装置１００が、ＨＤＤ（ハードディスク・ドライブ）などの磁気ディスク、半導体、などからなる記録部１１２と、記録部１１２から映像信号を再生する再生制御部１１３とを有する場合は、画像処理部１０３が画像処理する信号は、再生制御部１１３から画像処理部１０３に入力される映像信号であってもよい。

この場合、映像表示装置１００は、映像表示装置１００が有する記録部に記録される記録データに含まれる映像信号についても、より高精細に表示することが可能である。

以上説明した実施例１に係る映像表示装置によれば、表示部の画素数よりも画素数の多い映像を入力する場合など、表示部の画素数相当のナイキスト周波数以上の周波数成分を有する映像信号が入力された場合に、映像信号の動き量に応じて種類の異なるローパスフィルタ処理をおこなうことにより、より高精細な映像表示をおこなうことが可能となる。また、折り返し歪みの発生を低減することが可能となる。

次に、本発明の実施例２に係る映像表示装置の一例について説明する。

本発明の実施例２に係る映像表示装置は、図１に示す実施例１の映像表示装置１００に対して、画像処理部１０３のローパスフィルタ特性が異なるのみであり、その他の部分は共通する。

したがって、画像処理部１０３のローパスフィルタ特性以外の部分については説明を省略する。

ここで、図６と同様の映像信号に表示される物体が、１フレームあたり１／３表示画素の速度で移動する場合（Ｔ₀(sec)に１／３表示画素の速度で移動する場合）の時間方向にそれぞれＴ₀(sec)だけ離れた３フレームの画素列と、表示部１０８を観視する観視者が知覚する画素列を図２２に示す。

すると、図６と同様の原理で、表示部１０８を観視する観視者が知覚する画素数は３倍になることがわかる。

この効果は、１フレームあたり１／３＋ｍ表示画素（ｍは０以上の整数）の速度で移動する場合（Ｔ₀(sec)に１／３＋ｍ表示画素の速度で移動する場合）でも同様である。

このとき、図１０と図１１と同様の原理で、表示部１０８に入力する映像信号が、表示部１０８のナイキスト周波数の３倍の高周波成分を有していれば、図２２において観視者が観視する解像度は３倍となる。

よって、実施例２に係る映像表示装置１００は、映像信号の高精細表示効果と折り返し歪みの発生の防止を両立するために、画像処理部１０３のローパスフィルタ処理の特性において、映像信号の最大周波数またはローパスフィルタ処理のカットオフ周波数を、図２３に示す２３０１のような特性とする。

なお、図２３に示す２３０２は、実施例１に係る映像表示装置におけるローパスフィルタ処理の特性を示している。

すなわち、図２３に示す画像処理部１０３のローパスフィルタ処理の特性においては、動き量の小数画素成分が１/３表示画素、２/３表示画素の場合に、動き量の小数画素成分が０の場合よりも、映像信号の最大周波数またはローパスフィルタ処理のカットオフ周波数を高くすることにより、図２２に示す高解像度化効果を実現できる。

すなわち、実施例２に係る映像表示装置１００は、図６の観視画素数２倍時のみならず、図２２の観視画素数３倍時においても高解像度化を可能とするものである。

また、図２３に示すように、動き量の小数画素成分が１/２表示画素の場合についても、動き量の小数画素成分が０の場合よりも、映像信号の最大周波数またはローパスフィルタ処理のカットオフ周波数を高くすることにより、実施例１と同様に図１１に示す高解像度化効果を実現できる。

このとき、動き量の小数画素成分が０または１表示画素の場合には、映像信号の最大周波数またはローパスフィルタ処理のカットオフ周波数がナイキスト周波数f_nとなるようにローパスフィルタ処理を行い、折り返し歪みの発生による画質劣化を低減している。

また、上記の高解像度化効果を最大にするためには、動き量の小数画素成分が１/３表示画素、２/３表示画素の場合の映像信号の最大周波数またはローパスフィルタ処理のカットオフ周波数は、ナイキスト周波数f_nの３倍程度であることが望ましい。

しかし、実施例２の映像表示装置１００において、画像処理部１０３に入力される映像信号が表示部１０８のナイキスト周波数f_nの３倍以上の周波数成分を有していない場合は、動き量の小数部分が１／３表示画素または２／３表示画素の場合に、映像信号の周波数成分の高周波成分を除去せず最大まで通過させることにより、観視される解像度を、３倍まで達しなくとも、できるだけ向上させることができる。

ここで、図２３の横軸を動き量そのものとした場合はのローパスフィルタ処理の特性は、図２０(ｃ)に示すものとなる。

図２０(ｃ)に示されるように、実施例２に係る映像表示装置１００の画像処理部１０３のローパスフィルタ処理の特性においては、実施例１と同じく、映像信号の最大周波数またはローパスフィルタ処理のカットオフ周波数を、動き量が１表示画素の整数倍の場合にはナイキスト周波数f_nとし、動き量が１表示画素の整数倍以外の場合には、ナイキスト周波数f_n以上とする周期的な特性としている。この場合の周期は、映像信号の動き量の変化において1表示画素周期である。

これにより、実施例２に係る映像表示装置１００は、高精細な映像表示と折り返し歪みの発生の防止を両立した映像表示を実現することを可能としている。

また、言い換えれば、実施例２に係る映像表示装置１００は、画像処理部１０３のローパスフィルタ処理において、表示部のナイキスト周波数より高周波部分にける映像信号の周波数成分の除去帯域を、映像信号の動き量に対して1表示画素周期で変化させ、映像信号の動き量が１表示画素の整数倍である場合に、映像信号の動き量が１表示画素の整数倍である場合以外の場合に比べてより広い帯域の高周波成分を除去するローパスフィルタ処理をおこなう。

これにより、実施例２に係る映像表示装置１００は、高精細な映像表示と折り返し歪みによる画質の劣化の防止を両立することができる。

なお、映像信号の動き量が大きくなるにつれて、表示部１０８に表示される表示映像の最大周波数が低下する場合は、図２０(c)に示される映像信号の最大周波数またはローパスフィルタ処理のカットオフ周波数を表示映像の最大周波数として確認すると、図２１(c)に示すようになる。

ここで、図２１(ｃ)において、実施例１に示すf_n/f(v)を、表示部１０８に表示される表示映像から測定する最大周波数に乗ずることにより、図２０(ｃ)に示される画像処理部１０３のローパスフィルタ処理後の映像信号の最大周波数またはローパスフィルタ処理のカットオフ周波数を算出することが可能であることは、実施例１と同様である。

以上説明した実施例２に係る映像表示装置によれば、表示部の画素数よりも画素数の多い映像を入力する場合など、表示部の画素数相当のナイキスト周波数以上の周波数成分を有する映像信号が入力された場合に、映像信号の動き量に応じて種類の異なるローパスフィルタ処理をおこなうことにより、より高精細な映像表示をおこなうことが可能となる。また、折り返し歪みの発生を低減することが可能となる。

次に、本発明の実施例３に係る映像表示装置の一例について説明する。

本発明の実施例３に係る映像表示装置は、図１に示す実施例１の映像表示装置１００に対して、画像処理部１０３のローパスフィルタ特性が異なるのみであり、その他の部分は共通する。

実施例３に係る映像表示装置１００は、図６および図２２と同様の原理で、観視画素数４倍時においても高解像度化を可能とするものである。

ここで、観視画素数が４倍となるのは、映像信号において、１フレームあたり１／４＋ｍ表示画素（ｍは０以上の整数）の速度で移動する場合（Ｔ₀(sec)に１／４＋ｍ表示画素の速度で移動する場合）である。

よって、実施例３に係る映像表示装置１００は、映像信号の高精細表示効果と折り返し歪みの発生の防止を両立するために、画像処理部１０３のローパスフィルタ処理の特性において、映像信号の最大周波数またはローパスフィルタ処理のカットオフ周波数を、図２４に示す２４０１のような特性とする。

すなわち、図２３に示す画像処理部１０３のローパスフィルタ処理の特性においては、動き量の小数画素成分が１/４表示画素、２/４表示画素、３/４表示画素の場合に、動き量の小数画素成分が０の場合よりも、映像信号の最大周波数またはローパスフィルタ処理のカットオフ周波数を高くすることにより、観視画素数が４倍となる動き量における高解像度化効果を実現できる。

また、上記の高解像度化効果を最大にするためには、動き量の小数画素成分が１/４表示画素、２/４表示画素の場合の映像信号の最大周波数またはローパスフィルタ処理のカットオフ周波数は、ナイキスト周波数f_nの４倍程度であることが望ましい。

また、動き量の小数画素成分が２/４表示画素の場合は、実施例１の図７と同様の状況となるので、観視画素数は２倍までとなるため、映像信号の最大周波数またはローパスフィルタ処理のカットオフ周波数は、ナイキスト周波数f_nの２倍程度あれば十分である。

しかし、実施例２の映像表示装置１００において、画像処理部１０３に入力される映像信号が表示部１０８のナイキスト周波数f_nの４倍以上の周波数成分を有していない場合は、動き量の小数部分が１／４表示画素または３／４表示画素の場合に、映像信号の周波数成分の高周波成分を除去せず最大まで通過させることにより、観視される解像度を、４倍まで達しなくとも、できるだけ向上させることができる。

ここで、図２４の横軸を動き量そのものとした場合のローパスフィルタ処理の特性は、図２０(ｄ)に示すものとなる。

図２０(ｄ)に示されるように、実施例３に係る映像表示装置１００の画像処理部１０３のローパスフィルタ処理の特性においては、実施例１と同じく、映像信号の最大周波数またはローパスフィルタ処理のカットオフ周波数を、動き量が１表示画素の整数倍の場合にはナイキスト周波数f_nとし、動き量が１表示画素の整数倍以外の場合には、ナイキスト周波数f_n以上とする周期的な特性としている。この場合の周期は、映像信号の動き量の変化において1表示画素周期である。

これにより、実施例３に係る映像表示装置１００は、高精細な映像表示と折り返し歪みの発生の防止を両立した映像表示を実現することを可能としている。

また、言い換えれば、実施例３に係る映像表示装置１００は、画像処理部１０３のローパスフィルタ処理において、表示部のナイキスト周波数より高周波部分にける映像信号の周波数成分の除去帯域を、映像信号の動き量に対して1表示画素周期で変化させ、映像信号の動き量が１表示画素の整数倍である場合に、映像信号の動き量が１表示画素の整数倍である場合以外の場合に比べてより広い帯域の高周波成分を除去するローパスフィルタ処理をおこなう。

これにより、実施例３に係る映像表示装置１００は、高精細な映像表示と折り返し歪みによる画質の劣化の防止を両立することができる。

なお、映像信号の動き量が大きくなるにつれて、表示部１０８に表示される表示映像の最大周波数が低下する場合は、図２０(ｄ)に示される映像信号の最大周波数またはローパスフィルタ処理のカットオフ周波数を表示映像の最大周波数として確認すると、図２１(ｄ)に示すようになる。

ここで、図２１(ｄ)において、実施例１に示すf_n／f(v)を、表示部１０８に表示される表示映像から測定する最大周波数に乗ずることにより、図２０(ｄ)に示される画像処理部１０３のローパスフィルタ処理後の映像信号の最大周波数またはローパスフィルタ処理のカットオフ周波数を算出することが可能であることは、実施例１と同様である。

以上説明した実施例３に係る映像表示装置によれば、表示部の画素数よりも画素数の多い映像を入力する場合など、表示部の画素数相当のナイキスト周波数以上の周波数成分を有する映像信号が入力された場合に、映像信号の動き量に応じて種類の異なるローパスフィルタ処理をおこなうことにより、より高精細な映像表示をおこなうことが可能となる。また、折り返し歪みの発生を低減することが可能となる。

次に、本発明の実施例４に係る映像表示装置の一例について説明する。

本発明の実施例４に係る映像表示装置は、図１に示す実施例１の映像表示装置１００に対して、画像処理部１０３のローパスフィルタ特性が異なるのみであり、その他の部分は共通する。

実施例４に係る映像表示装置１００は、図６および図２２と同様の原理で、観視画素数５倍時においても高解像度化を可能とするものである。

ここで、観視画素数が５倍となるのは、映像信号において、１フレームあたり１／５＋ｍ表示画素（ｍは０以上の整数）の速度で移動する場合（Ｔ₀(sec)に１／５＋ｍ表示画素の速度で移動する場合）である。

よって、実施例４に係る映像表示装置１００は、映像信号の高精細表示効果と折り返し歪みの発生の防止を両立するために、画像処理部１０３のローパスフィルタ処理の特性において、映像信号の最大周波数またはローパスフィルタ処理のカットオフ周波数を、図２５に示す２５０１のような特性とする。

すなわち、図２３に示す画像処理部１０３のローパスフィルタ処理の特性においては、動き量の小数画素成分が１/５表示画素、２/５表示画素、３/５表示画素、４／５表示画素の場合に、動き量の小数画素成分が０の場合よりも、映像信号の最大周波数またはローパスフィルタ処理のカットオフ周波数を高くすることにより、観視画素数が５倍となる動き量における高解像度化効果を実現できる。

また、上記の高解像度化効果を最大にするためには、動き量の小数画素成分が１/５表示画素、２/５表示画素、３/５表示画素、４/５表示画素の場合の映像信号の最大周波数またはローパスフィルタ処理のカットオフ周波数は、ナイキスト周波数f_nの５倍程度であることが望ましい。

しかし、実施例４の映像表示装置１００において、画像処理部１０３に入力される映像信号が表示部１０８のナイキスト周波数f_nの５倍以上の周波数成分を有していない場合は、動き量の小数部分が１/５表示画素、２/５表示画素、３/５表示画素、４/５表示画素の場合に、映像信号の周波数成分の高周波成分を除去せず最大まで通過させることにより、観視される解像度を、５倍まで達しなくとも、できるだけ向上させることができる。

ここで、図２５の横軸を動き量そのものとした場合のローパスフィルタ処理の特性は、図２０(e)に示すものとなる。

図２０(e)に示されるように、実施例３に係る映像表示装置１００の画像処理部１０３のローパスフィルタ処理の特性においては、実施例１と同じく、映像信号の最大周波数またはローパスフィルタ処理のカットオフ周波数を、動き量が１表示画素の整数倍の場合にはナイキスト周波数f_nとし、動き量が１表示画素の整数倍以外の場合には、ナイキスト周波数f_n以上とする周期的な特性としている。この場合の周期は、映像信号の動き量の変化において1表示画素周期である。

これにより、実施例4に係る映像表示装置１００は、高精細な映像表示と折り返し歪みの発生の防止を両立した映像表示を実現することを可能としている。

これにより、実施例４に係る映像表示装置１００は、高精細な映像表示と折り返し歪みによる画質の劣化の防止を両立することができる。

なお、映像信号の動き量が大きくなるにつれて、表示部１０８に表示される表示映像の最大周波数が低下する場合は、図２０(e)に示される映像信号の最大周波数またはローパスフィルタ処理のカットオフ周波数を表示映像の最大周波数として確認すると、図２１(e)に示すようになる。

ここで、図２１(e)において、実施例１に示すf_n／f(v)を、表示部１０８に表示される表示映像から測定する最大周波数に乗ずることにより、図２０(e)に示される画像処理部１０３のローパスフィルタ処理後の映像信号の最大周波数またはローパスフィルタ処理のカットオフ周波数を算出することが可能であることは、実施例１と同様である。

以上説明した実施例４に係る映像表示装置によれば、表示部の画素数よりも画素数の多い映像を入力する場合など、表示部の画素数相当のナイキスト周波数以上の周波数成分を有する映像信号が入力された場合に、映像信号の動き量に応じて種類の異なるローパスフィルタ処理をおこなうことにより、より高精細な映像表示をおこなうことが可能となる。また、折り返し歪みの発生を低減することが可能となる。

次に、本発明の実施例５に係る映像表示装置の一例について説明する。

本発明の実施例５に係る映像表示装置は、図１に示す実施例１の映像表示装置１００に対して、画像処理部１０３のローパスフィルタ特性が異なるのみであり、その他の部分は共通する。

実施例５に係る映像表示装置１００は、図６および図２２と同様の原理で、観視画素数i倍時(iは３以上の整数)において、高解像度化を可能とし、かつローパスフィルタ処理の特性を簡略化し、ローパスフィルタ特性の切替処理にかかる処理量を低減したものである。

ここで、図２６に示すとおり、映像信号において、１フレームあたり１／i＋ｍ表示画素（ｍは０以上の整数）の速度で移動する場合（Ｔ₀(sec)に１／i ＋ｍ表示画素の速度で移動する場合）に、原理上、観視画素数がi倍となる。

ここで、実施例５に係る映像表示装置１００は、映像信号の高精細表示効果とを実現するために、画像処理部１０３のローパスフィルタ処理の特性において、映像信号の最大周波数またはローパスフィルタ処理のカットオフ周波数を、図２７に示す２７０１のような特性とする。

すなわち、図２７に示す画像処理部１０３のローパスフィルタ処理の特性においては、動き量の小数画素成分が１/i表示画素、２/i表示画素…i-２／i表示画素、i-1／i表示画素のいずれの場合も、動き量の小数画素成分が０の場合よりも、映像信号の最大周波数またはローパスフィルタ処理のカットオフ周波数を高くすることにより、観視画素数がi倍となる動き量における高解像度化効果を実現できる。

ここで。図２７の例では、映像信号の最大周波数またはローパスフィルタ処理のカットオフ周波数を、動き量の小数画素成分が０の場合は、ナイキスト周波数f_nとし、動き量の小数画素成分が１/i表示画素の場合は、周波数f_nのi倍とし、
動き量の小数画素成分が１/i表示画素〜i-1／i表示画素までは、映像信号の最大周波数またはローパスフィルタ処理のカットオフ周波数を一定とし、動き量の小数画素成分が１の場合に再び、ナイキスト周波数f_nとしている。

これにより、図２３、図２４，図２５に示すローパスフィルタ処理の特性と比較して、ローパスフィルタ処理を切り替えを行う必要のない動き量（動き量の小数画素成分が１/i表示画素〜i-1／i表示画素まで）が多く、ローパスフィルタ処理の切り替えにかかる処理量を低減することが可能である。

また、ローパスフィルタ処理の特性そのものを簡便化することが可能となる。

ここで、仮にiを無限大と考えた場合は、１/i表示画素は０画素に近づき、i-1／i表示画素は１に近づく。また、図２７に示すi×f_nは無限大となり、これはローパスフィルタによる高周波成分除去を行わないことを意味する。

すなわちこの場合は、実施例５に係る映像表示装置１００は、映像信号の動き量が１表示画素の整数倍の場合は、映像信号の最大周波数またはローパスフィルタ処理のカットオフ周波数をナイキスト周波数f_nとし、その他の場合にはローパスフィルタ処理をオフとする単純なローパスフィルタ処理の特性となる。

ここで、図２５の横軸を動き量そのものとした場合はローパスフィルタ処理の特性は、図２０(ｆ)に示すものとなる。

図２０(ｆ)に示されるように、実施例３に係る映像表示装置１００の画像処理部１０３のローパスフィルタ処理の特性においては、実施例１と同じく、映像信号の最大周波数またはローパスフィルタ処理のカットオフ周波数を、動き量が１表示画素の整数倍の場合にはナイキスト周波数f_nとし、動き量が１表示画素の整数倍以外の場合には、ナイキスト周波数f_n以上とする周期的な特性としている。この場合の周期は、映像信号の動き量の変化において1表示画素周期である。

これにより、実施例５に係る映像表示装置１００は、高精細な映像表示を比較的簡便なローパスフィルタ処理の切替により実現することを可能としている。

また、言い換えれば、実施例５に係る映像表示装置１００は、画像処理部１０３のローパスフィルタ処理において、表示部のナイキスト周波数より高周波部分にける映像信号の周波数成分の除去帯域を、映像信号の動き量に対して1表示画素周期で変化させ、映像信号の動き量が１表示画素の整数倍である場合に、映像信号の動き量が１表示画素の整数倍である場合以外の場合に比べてより広い帯域の高周波成分を除去するローパスフィルタ処理をおこなう。

なお、映像信号の動き量が大きくなるにつれて、表示部１０８に表示される表示映像の最大周波数が低下する場合は、図２０(ｆ)に示される映像信号の最大周波数またはローパスフィルタ処理のカットオフ周波数を表示映像の最大周波数として確認すると、図２１(ｆ)に示すようになる。

ここで、図２１(ｆ)において、実施例１に示すf_n／f(v)を、表示部１０８に表示される表示映像から測定する最大周波数に乗ずることにより、図２０(e)に示される画像処理部１０３のローパスフィルタ処理後の映像信号の最大周波数またはローパスフィルタ処理のカットオフ周波数を算出することが可能であることは、実施例１と同様である。

以上説明した実施例５に係る映像表示装置によれば、表示部の画素数よりも画素数の多い映像を入力する場合など、表示部の画素数相当のナイキスト周波数以上の周波数成分を有する映像信号が入力された場合に、より簡便なローパスフィルタ処理の切替により、高精細な映像表示をおこなうことが可能となる。

次に、本発明の実施例６に係る映像表示装置の一例について、図２８を用いて説明する。

本発明の実施例６に係る映像表示装置は、実施例１乃至実施例５の映像表示装置１００に対して、画像処理部１０３を、図２８に示す画像処理部２８０１としたものである。画像処理部以外の構成は共通する。

したがって、画像処理部以外の部分については説明を省略する。

画像処理部２８０１は、図１に示される画像処理部１０３の動き適応スケーラー１０４がおこなうローパスフィルタ処理、画像縮小処理を、水平方向と垂直方向とにそれぞれ行うものである。

ここで、図２８に示す画像処理部２８０１の一例は、動き探索部１０６、水平方向のローパスフィルタ処理、画像縮小処理を行う水平方向動き適応スケーラー２８０２、画像処理対象の画像における画像処理対象画素の水平位置を算出する水平画素位置算出部２８０３、判定部２８０４、垂直方向のローパスフィルタ処理、画像縮小処理を行う水平方向動き適応スケーラー２８０５、画像処理対象の画像における画像処理対象画素の垂直位置を算出する垂直画素位置算出部２８０６、判定部２８０７から構成される。

ここで、動き探索部１０６は実施例１と同様であるため、説明を省略する。

次に、水平画素位置算出部２８０３は、画像処理対象の画像における画像処理対象画素の水平位置を算出し、判定部２８０４に出力する。

判定部２８０４は、水平画素位置算出部２８０３が算出する画像処理対象画素についての水平方向の画素位置の情報を取得し、動き探索部１０６が算出する当該画像処理対象画素についての動きベクトル、動き量のうち、水平方向の成分をもちいて、前記水平方向動き適応スケーラー２８０２における水平方向のローパスフィルタ処理の種類を選択し、水平方向動き適応スケーラー２８０２に指示信号を出力する。

動き適応スケーラー２８０２は、複数の種類の異なるローパスフィルタＬＰＦＨ１、ＬＰＦＨ２、・・・ＬＰＦＨnとスイッチ２８０５を有し、判定部２８０４の指示により、処理をおこなうローパスフィルタを切り替える。

複数の種類の異なるローパスフィルタＬＰＦＨ１、ＬＰＦＨ２、・・・ＬＰＦＨnを構成するフィルタのタップフィルタの係数の一例は、例えば、図４の(a)〜(d)に示されるフィルタを用いればよい。

次に、垂直画素位置算出部２８０７は、画像処理対象の画像における画像処理対象画素の垂直位置を算出し、判定部２８０８に出力する。

判定部２８０８は、垂直画素位置算出部２８０７が算出する画像処理対象画素についての垂直方向の画素位置の情報を取得し、動き探索部１０６が算出する当該画像処理対象画素についての動きベクトル、動き量のうち、垂直方向の成分をもちいて、前記垂直方向動き適応スケーラー２８０６における垂直方向のローパスフィルタ処理の種類を選択し、垂直方向動き適応スケーラー２８０６に指示信号を出力する。

動き適応スケーラー２８０６は、複数の種類の異なるローパスフィルタＬＰＦＶ１、ＬＰＦＶ２、・・・ＬＰＦＶnとスイッチ２８０９を有し、判定部２８０８の指示により、処理をおこなうローパスフィルタを切り替える。

複数の種類の異なるローパスフィルタＬＰＦＶ１、ＬＰＦＶ２、・・・ＬＰＦＶnを構成するフィルタのタップフィルタの係数の一例は、例えば、図５の(a)〜(d)に示されるフィルタを用いればよい。

ここで、この画像処理部２８０１において、水平画素位置算出部２８０３、判定部２８０４、水平方向動き適応スケーラー２８０２からなる１次元のスケーラーの処理は、垂直画素位置算出部２８０７、判定部２８０８、前記垂直方向動き適応スケーラー２８０６からなる１次元のスケーラーの処理は、実施例１乃至実施例５に示す画像処理部の処理を、それぞれ、水平方向、垂直方向に行うものである。

よって、映像信号中の物体の動き量の水平方向成分、垂直方向成分の大きさに応じて、それぞれの方向のローパスフィルタ処理を独立に切り替えることにより、それぞれの方向について実施例１乃至実施例５に示す高精細な映像表示の効果を実現することができる。

以上説明した実施例６に係る映像表示装置によれば、実施例１乃至実施例５に示す高精細な映像表示の効果を１次元方向のみならず２次元方向において実現できる。

すなわち、表示部の画素数よりも画素数の多い映像を入力する場合など、表示部の画素数相当のナイキスト周波数以上の周波数成分を有する映像信号が入力された場合に、映像信号の動き量、動き方向に応じて、垂直方向、水平方向のそれぞれに種類の異なるローパスフィルタ処理をおこなうことにより、より高精細な映像表示をおこなうことが可能となる。また、折り返し歪みの発生を低減することが可能となる。

次に、本発明の実施例７に係る映像表示装置の一例について、図２９を用いて説明する。

本発明の実施例７に係る映像表示装置は、実施例１乃至実施例６の映像表示装置１００に対して、画像処理部１０３を、図２９に示す画像処理部２９０１としたものである。画像処理部以外の構成は共通する。

画像処理部２９０１は、画素位置算出部１０５、動き探索部１０６、動き適応スケーラー（ローパスフィルター）２９０２、係数発生部２９０３により構成することができる。

ここで、画素位置算出部１０５、動き探索部１０６の動作については、実施例１と同様であるので説明を省略する。

次に、動き適応スケーラー（ローパスフィルター）２９０２は、実施例１の動き適応スケーラー１０４と異なり、複数のローパスフィルタを切り替えるのではなく、係数発生部２９０３が生成する係数に従って、図ＥＥＥ１または図４に示されるようなタップフィルタの係数を変更することにより、複数の種類のローパスフィルタ処理および画像縮小処理を選択的に行うものである。

なお、係数発生部２９０３は、画素位置算出部１０５が算出する画像処理対象画素についての画素位置の情報を取得し、動き探索部１０６が算出する当該画像処理対象画素についての動きベクトル、動き量をもちいて、前記動き適応スケーラー（ローパスフィルター）２９０２におけるローパスフィルタ処理の種類を選択し、動き適応スケーラー（ローパスフィルター）２９０２のタップフィルタを変更するための係数を算出して出力する。

例えば、実施例７の画像処理部２９０１が、実施例１乃至実施例５に示す画像処理部１０３と同様の１次元方向のローパスフィルタ処理を行う場合は、例えば、水平方向のローパスフィルタ処理であれば、係数発生部２９０３の算出するタップフィルタの係数の一例は、例えば、図４の(a)〜(d)に示されるフィルタとすればよい。また例えば、垂直方向のローパスフィルタ処理であれば、係数発生部２９０３の算出するタップフィルタの係数の一例は、例えば、図５の(a)〜(d)に示されるフィルタとすればよい。

さらに、例えば、実施例７の画像処理部２９０１が、実施例６に示す画像処理部１０３と同様の２元方向のローパスフィルタ処理を行う場合は、例えば、係数発生部２９０３の算出するタップフィルタの係数の一例は、例えば、図３０の(a)〜(d)に示されるフィルタとすればよい。なお、図３０(a)は、水平方向に図４(a)のローパスフィルタ、垂直方向に図５(ｂ)のローパスフィルタを行う場合の例である。図３０(ｂ)は、水平方向に図４(ｂ)のローパスフィルタ、垂直方向に図５(ｃ)のローパスフィルタを行う場合の例である。図３０(ｃ)は、水平方向に図４(ｃ)のローパスフィルタ、垂直方向に図５(ｄ)のローパスフィルタを行う場合の例である。図３０(ｄ)は、水平方向に図４(ｄ)のローパスフィルタ、垂直方向に図５(a)のローパスフィルタを行う場合の例である。

以上説明した実施例７に係る映像表示装置は、実施例１乃至実施例６における効果に加えて、画像処理部における複数の種類のローパスフィルタ処理の切り替え処理を、より少ないハードウェア構成で実現することが可能であるという効果を有する。

次に、本発明の実施例８に係る映像表示装置の一例について説明する。

本発明の実施例８に係る映像表示装置３１００は、図１に示す実施例１の映像表示装置１００に対して、新たに画像高解像度化部３１０１を備える点で相違する。

また、画像処理部３１０２は、図１に示す実施例１〜５の画像処理部１０３または、図２８に示す実施例６に係る画像処理部２８０１、図２９に示す実施例７に係る画像処理部２９０１のいずれかである。これらの画像処理部の処理の詳細は、各実施例と同様であるため説明を省略する。

また、映像表示装置３１００のその他の部分は実施例１の映像表示装置１００と共通するため、説明を省略する。

実施例１〜実施例７では、各実施例の画像処理部は、入力される映像信号に含まれる画像について、表示部１０８の表示画素数に適合するように画像のサイズを縮小する処理をおこなっている。

すなわち、実施例１〜実施例７では、表示部１０８の表示画素数よりも、映像表示装置１００が受信などにより取得する画像の画素数が大きいことが前提である。

これに対し、本実施例では、映像表示装置３１００が受信などにより取得する映像信号を、画像高解像度化部３１０１が高解像度化しながら、画素数を増加させ、当該画素数を増加させた映像を画像処理部３１０２に入力する。

これにより、例えば、映像表示装置３１００が受信などにより取得する映像信号の画素数が、表示部１０８の表示画素数と同じもしくはこれより少ない場合であっても、表示部の画素数相当のナイキスト周波数以上の高精細な映像表示をおこなうことが可能となる。

このとき、高精細な映像表示の効果を得るためには、画像高解像度化部３１０１は、高解像度化後の映像の画素数が、縦方向または横方向のいずれかにおいて、表示部の画像数よりも多くなるように、映像の高解像度化処理を行う必要がある。

また、画像高解像度化部３１０１が高解像度化した映像信号が表示部１０８の表示画素数よりも大きい場合は、表示の際に折返し歪みが発生する可能性があるが、画像処理部３１０２において、実施例１〜実施例７に示したローパスフィルタ処理を行うことにより、これを低減することが可能となる。

ここで、実施例８に係る映像表示装置３１００が取り扱う画像サイズについて図４１を用いて説明する。図４１の各例に示す画像高解像度化処理とは、実施例８に係る映像表示装置３１００の画像高解像度化部３１０１において行われる画像高解像度化処理である。図４１の各例に示す画像縮小処理とは、実施例８に係る映像表示装置３１００の画像処理部３１０２において行われる画像縮小処理である。

図４１において、画像４１０１、画像４１０４、画像４１０６は、画像高解像度化部３１０１に入力される画像である。画像４１０２、画像４１０５、画像４１０７は、画像高解像度化部３１０１により高解像度化された後の画像である。また、画像４１０３は、画像処理部３１０２において縮小されたのち、表示部に表示される画像である。

ここで、Ｙは画像４１０１、画像４１０４、画像４１０６の画像の縦方向の画素数、Ｘは画像４１０１、画像４１０４、画像４１０６の画像の横方向の画素数である。

また、ａは画像高解像度化部３１０１における高解像度化処理の画像の縦方向の拡大率、ｂは画像高解像度化部３１０１における高解像度化処理の画像の横方向の拡大率である。

また、αは画像処理部３１０２における高解像度化処理の画像の縦方向の縮小率、βは画像処理部３１０２における高解像度化処理の画像の横方向の縮小率である。

まず、図４１(a)の例について説明する。図４１(a)の例では、画像４１０１と画像４１０３の画像の画素数が同じ場合を示している。すなわち、Ｙ＝Ｙ×ａ×α、Ｘ＝Ｘ×ｂ×βであり、ａ＝1／α、ｂ＝１／βである。

実施例８に係る映像表示装置３１００では、図４１（a）に示すように、映像表示装置３１００が受信などにより取得する映像信号の画素数が、表示部１０８の表示画素数と同じ場合であっても、画像高解像度化部３１０１における高解像度化処理をおこなうことによって、実施例１〜７と同様に、より高精細な映像表示をおこなうことができる。

次に、図４１(ｂ)の例について説明する。図４１(ｂ)の例では、画像４１０４が画像４１０３のよりも画素数が小さい場合を示している。すなわち、Ｙ＜Ｙ×ａ×α、Ｘ＜Ｘ×ｂ×βであり、ａ＞1／α、ｂ＞１／βである。

実施例８に係る映像表示装置３１００では、図４１（ｂ）に示すように、映像表示装置３１００が受信などにより取得する映像信号の画素数が、表示部１０８の表示画素数とよりも小さい場合であっても、画像高解像度化部３１０１における高解像度化処理をおこなうことによって、実施例１〜７と同様に、より高精細な映像表示をおこなうことができる。

次に、図４１(ｃ)の例について説明する。図４１(ｃ)の例では、画像４１０６が画像４１０３のよりも画素数が大きい場合を示している。すなわち、Ｙ＞Ｙ×ａ×α、Ｘ＞Ｘ×ｂ×βであり、ａ＜1／α、ｂ＜１／βである。

実施例８に係る映像表示装置３１００では、図４１（ｃ）に示すように、映像表示装置３１００が受信などにより取得する映像信号の画素数が、表示部１０８の表示画素数とよりも大きい場合に、実施例１〜７と同様に、より高精細な映像表示をおこなうことができるが、画像高解像度化部３１０１における高解像度化処理により、一旦画像の画素数を画像４１０７の大きさまで拡大した後、縮小処理を行う。これにより、高解像度化処理を伴わない実施例１〜７に比べて、縮小処理に前後の画素数の差が大きくなり、より高精細な映像表示をおこなうことができる。この原理については、実施例１〜７に示したとおりであるので、説明を省略する。

次に、図３２〜図４０を用いて本実施例に係る画像高解像度化部３１０１について説明する。

次に、実施例８に係る画像高解像度化部３１０１による高解像度化処理の詳細について説明する。

以下の画像高解像度化部３１０１の説明において、画像高解像度化部３１０１に入力する画像は、フレーム単位、フィールド単位のいずれでもかまわないが、説明の簡略化のためフレーム単位の画像であるとして説明する。

まず、画像高解像度化部３１０１は、例えば、(1)位置推定、(2)広帯域補間、(3)加重和、の3つの処理により高解像度化を行う。ここで、(1)位置推定は、入力された複数の画像フレームの各画像データを用いて、各画像データのサンプリング位相(標本化位置)の差を推定するものである。(2)広帯域補間は、各画像データを折返し成分も含め、原信号の高周波成分をすべて透過する帯域の広いローパスフィルタを用いて画素数(サンプリング点)を補間して増やし、画像データを高密度化するものである。(3)加重和は、各高密度化データのサンプリング位相に応じた重み係数により加重和をとることによって、画素サンプリングの際に生じた折返し成分を打ち消して除去するとともに、同時に原信号の高周波成分を復元するものである。

図３３に、この高解像度化技術の概要を示す。同図(a)に示すように、異なる時間軸上のフレーム#1(3301)、フレーム#2(3302)、フレーム#3(3303)が入力され、これらを合成して出力フレーム(3306)を得ることを想定する。簡単のため、まず被写体が水平方向に移動(3304)した場合を考え、水平線(3305)の上の1次元の信号処理によって高解像度化することを考える。このとき、同図(b)と同図(d)に示すように、フレーム#2(3302)とフレーム#1(3301)では、被写体の移動(3304)の量に応じて信号波形の位置ずれが生じる。上記(1)位置推定によってこの位置ずれ量を求め、同図(c)に示すように、位置ずれが無くなるようにフレーム#2(3302)を動き補償(3307)するとともに、各フレームの画素(3308)のサンプリング位相(3309)(3310)の間の位相差θ(3311)を求める。この位相差θ(3311)に基づき、上記(2)広帯域補間および(3)加重和を行うことにより、同図(e)に示すように、元の画素(3308)のちょうど中間(位相差θ=π)の位置に新規画素(3312)を生成することにより、高解像度化を実現する。 (3)加重和については後述する。なお、実際には被写体の動きが平行移動だけでなく、回転や拡大・縮小などの動きを伴うことも考えられるが、フレーム間の時間間隔が微小な場合や被写体の動きが遅い場合には、これらの動きも局所的な平行移動に近似して考えることができる。

このとき、画像高解像度化部３１０１の第一の構成例は、参考文献１、参考文献２もしくは非特許文献２に記載の高解像度処理を行う構成とすることである。この場合、上記(3)の加重和を行う際に、図３４に示すように、少なくとも３枚のフレーム画像の信号を用いれば、１次元方向の２倍の高解像度化が可能である。
〔参考文献１〕特開平８−３３６０４６号
〔参考文献２〕特開平９−６９７５５号
ここで、図３４をもちいて、画像高解像度化部３１０１の第一の構成例における高解像度化処理ついて説明する。図３４は、１次元の周波数領域で、各成分の周波数スペクトルを示した図である。同図において、周波数軸からの距離が信号強度を表し、周波数軸を中心とした回転角が位相を表す。上記(3)の加重和について、以下に詳しく説明する。

上記(2)の広帯域補間にて、ナイキスト周波数の2倍の帯域(周波数0〜サンプリング周波数fsまでの帯域)を透過する広帯域ローパスフィルタによって画素補間すると、原信号と同じ成分(以下、原成分)と、サンプリング位相に応じた折返し成分の和が得られる。このとき、3枚のフレーム画像の信号に対して上記(2)広帯域補間の処理を行うと、図３４(a)に示すように、各フレームの原成分(3401)(3402)(3403)の位相はすべて一致し、折返し成分(3404)(3405)(3406)の位相は各フレームのサンプリング位相の差に応じて回転することがよく知られている。それぞれの位相関係をわかりやすくするために、各フレームの原成分の位相関係を同図(b)に示し、各フレームの折返し成分の位相関係を同図(c)に示す。

ここで、３枚のフレーム画像の信号に対して、乗算する係数を適切に選択して上記(3)加重和を行うことにより、各フレームの折返し成分(3404)(3405)(3406)を互いに打ち消して除去することができ、原成分だけを抽出できる。このとき、各フレームの折返し成分(3404)(3405)(3406)のベクトル和を0にする、すなわち、Re軸(実軸)の成分とIm軸(虚軸)の成分を両方ともに0とするためには、少なくとも３つの折返し成分が必要となる。従って、少なくとも３枚のフレーム画像の信号を用いることにより、2倍の高解像度化を実現すること、すなわち１個の折返し成分を除去することができる。

次に、図３２に画像高解像度化部３１０１の第二の構成例を示す。この場合、少なくとも２枚のフレーム画像の信号を用いれば、１次元方向の２倍の高解像度化が可能である。以下に詳細を説明する。

まず、画像高解像度化部３１０１の入力部3200に複数の画像が入力される。

次に、位置推定部3201により、入力部3200に入力されたフレーム#1上の処理対象の画素のサンプリング位相(標本化位置)を基準として、フレーム#2上の対応する画素の位置を推定し、サンプリング位相差θ3202を求める。なお、このサンプリング位相差θ3202は、動きベクトル情報と等価な情報である。サンプリング位相差θ3202の算出は、例えば、動き探索処理を行うことで可能である。

次に、動き補償・アップレート部3215のアップレート器3203,3204により、位相差θ3202の情報を用いてフレーム#2を動き補償してフレーム#1と位置を合わせるとともに、フレーム#1とフレーム#2の画素数をそれぞれ2倍に増して高密度化する。位相シフト部3216では、この高密度化したデータの位相を一定量だけシフトする。ここで、データの位相を一定量だけシフトする手段として、π/2位相シフト器3206,3208を用いることができる。また、π/2位相シフト器3206,3208で生じる遅延を補償するために、遅延器3205,3207により高密度化したフレーム#1とフレーム#2の信号を遅延させる。折返し成分除去部3217では、遅延器3205,3207とヒルベルト変換器3206,3208の各出力信号に対して、係数決定器3209にて位相差θ3202をもとに生成した係数C0,C2,C1,C3を乗算器3210,3211,3212,3213にてそれぞれ乗算し、加算器3214にてこれらの信号を加算して出力を得る。この出力は、出力部3218から出力される。

なお、位置推定部3201は、上記従来技術をそのまま用いて実現することができる。アップレート器3203,3204、π/2位相シフト器3206,3208、折返し成分除去部3217の各詳細については後述する。

図３５に、図３２の画像高解像度化部３１０１の第二の構成例における動作を示す。同図は、図３２に示した遅延器3205,3207とπ/2位相シフト器3206,3208の各出力を1次元の周波数領域で示したものである。同図(a)において、遅延器3205,3207から出力されたアップレート後のフレーム#1とフレーム#2の信号はそれぞれ、原成分3501,3502と、元のサンプリング周波数(fs)から折り返された折返し成分3505,3506を加えた信号となる。このとき、折返し成分3506は上述の位相差θ3202だけ位相が回転している。一方、π/2位相シフト器3206,3208から出力されたアップレート後のフレーム#1とフレーム#2の信号はそれぞれ、π/2位相シフト後の原成分3503,3504と、π/2位相シフト後の折返し成分3507,3508を加えた信号となる。同図(b)および同図(c)は、同図(a)に示した各成分の位相関係をわかりやすくするために、原成分と折返し成分をそれぞれ抜き出して示したものである。ここで、同図(b)に示す4つの成分のベクトル和を取ったときに、Re軸の成分を1とし、Im軸の成分を0とするとともに、同図(c)に示す4つの成分のベクトル和を取ったときに、Re軸とIm軸の両方の成分を0とするように、各成分に乗算する係数を決定して加重和をとれば、折返し成分を打ち消してキャンセルし、原成分だけを抽出することができる。すなわち、2枚のフレーム画像だけを用いて、1次元方向の2倍の高解像度化行う画像信号処理装置を実現できる。この係数決定方法の詳細については後述する。

図３６に、図３２の画像高解像度化部３１０１の第二の構成例に用いるアップレート器3203,3204の動作を示す。同図において、横軸は周波数を、縦軸は利得(入力信号振幅に対する出力信号振幅の比の値)を表し、アップレート器3203,3204の「周波数-利得」特性を示している。ここで、アップレート器3203,3204では、もとの信号のサンプリング周波数(fs)に対して2倍の周波数(2fs)を新しいサンプリング周波数とし、もとの画素間隔のちょうど中間の位置に新しい画素のサンプリング点(=ゼロ点)を挿入することによって画素数を2倍にして高密度化するとともに、-fs〜+fsの間の周波数をすべて利得2.0の通過帯域とするフィルタをかける。このとき、同図に示すように、デジタル信号の対称性により、2fsの整数倍の周波数ごとに繰り返す特性となる。

図３７に、図３２の画像高解像度化部３１０１の第二の構成例に用いるアップレート器3203,3204の具体例を示す。同図は、図３６に示した周波数特性を逆フーリエ変換して得られるフィルタのタップ係数を示している。このとき、各タップ係数Ck(ただし、kは整数)は一般的に知られているsinc関数となり、サンプリングの位相差θ3202を補償するために(-θ)だけシフトし、Ck=2sin(πk+θ)/(πk+θ)とすればよい。なお、アップレート器3203では、位相差θ3202を0とおき、Ck=2sin(πk)/(πk)とすればよい。また、位相差θ(102)を、整数画素単位(2π)の位相差+小数画素単位の位相差で表すことにより、整数画素単位の位相差の補償については単純な画素シフトにより実現し、小数画素単位の位相差の補償については上記アップレート器3203,3204のフィルタを用いてもよい。

図３８に、図３２の画像高解像度化部３１０１の第二の構成例に用いるπ/2位相シフト器3206,3208の動作例を示す。π/2位相シフト器3206,3208として、一般に知られているヒルベルト変換器を用いることができる。同図(a)において、横軸は周波数を、縦軸は利得(入力信号振幅に対する出力信号振幅の比の値)を表し、ヒルベルト変換器の「周波数-利得」特性を示している。ここで、ヒルベルト変換器では、もとの信号のサンプリング周波数(fs)に対して2倍の周波数(2fs)を新しいサンプリング周波数として、-fs〜+fsの間の0を除く周波数成分をすべて利得1.0の通過帯域とする。また、同図(b)において、横軸は周波数を、縦軸は位相差(入力信号位相に対する出力信号位相の差)を表し、ヒルベルト変換器の「周波数-位相差」特性を示している。ここで、0〜fsの間の周波数成分についてはπ/2だけ位相を遅らせ、0〜-fsの間の周波数成分についてはπ/2だけ位相を進ませる。このとき、同図に示すように、デジタル信号の対称性により、2fsの整数倍の周波数ごとに繰り返す特性となる。

図３９に図３２の画像高解像度化部３１０１の第二の構成例に用いるπ/2位相シフト器3206,3208をヒルベルト変換器で構成した例を示す。同図は、図３８に示した周波数特性を逆フーリエ変換して得られるフィルタのタップ係数を示している。このとき、各タップ係数Ckは、k=2m(ただしmは整数)のときはCk=0とし、k=2m+1のときはCk=-2/(πk)とすればよい。

なお、本発明の第1の実施例に用いるπ/2位相シフト器3206,3208は、微分器を用いることも可能である。この場合、正弦波を表す一般式cos(ωt+α)をtで微分して1/ωを乗じると、d(cos(ωt+α))/dt*(1/ω)=-sin(ωt+α)=cos(ωt+α+π/2)となり、π/2位相シフトの機能を実現できる。すなわち、対象とする画素の値と隣接画素の値との差分を取ったのちに、1/ωの「周波数-振幅」特性を持ったフィルタを掛けることによってπ/2位相シフトの機能を実現してもよい。

図４０に、図３２の画像高解像度化部３１０１の第二の構成例に用いる係数決定器(109)の動作と具体例を示す。同図(a)に示すように、図３５(b)に示した４つの成分のベクトル和を取ったときに、Re軸の成分を1とし、Im軸の成分を0とするとともに、図３５(c)に示した４つの成分のベクトル和を取ったときに、Re軸とIm軸の両方の成分を0とするように、各成分に乗算する係数を決定すれば、2枚のフレーム画像だけを用いて、1次元方向の2倍の高解像度化行う画像信号処理装置を実現できる。図１に示すように、遅延器(105)の出力(アップレート後のフレーム#1の原成分と折返し成分の和)に対する係数をC0、π/2位相シフト器3206の出力(アップレート後のフレーム#1の原成分と折返し成分のそれぞれのπ/2位相シフト結果の和)に対する係数をC1、遅延器3207の出力(アップレート後のフレーム#2の原成分と折返し成分の和)に対する係数をC2、ヒルベルト変換器3206の出力(アップレート後のフレーム#2の原成分と折返し成分のそれぞれのπ/2位相シフト結果の和)に対する係数をC3、として図４０(a)の条件を満たすようにすると、図３５(b)および図３５(c)に示した各成分の位相関係から、図４０(b)に示す連立方程式を得ることができ、これを解くと図４０(c)に示す結果を導くことができる。係数決定器3209は、このようにして得た係数C0、C1、C2、C3を出力すればよい。一例として、位相差θ3202をπ/8ごとに0〜2πまで変化させたときの係数C0、C1、C2、C3の値を、図４０(d)に示す。これは、もとのフレーム#2の信号を、1/16画素の精度で位置推定し、フレーム#1に対して動き補償した場合に相当する。

なお、アップレート器3203,3204およびπ/2位相シフト器3206,3207は、理想的な特性を得るためには無限大のタップ数を必要とするが、タップ数を有限個で打ち切って簡略化しても実用上問題ない。このとき、一般的な窓関数(例えばハニング窓関数やハミング窓関数など)を用いてもよい。簡略化したヒルベルト変換器の各タップの係数を、C0を中心として左右点対象の値、すなわちC(-k)=-Ck(kは整数)とすれば、位相を一定量だけシフトすることができる。

以上説明したように、図３１の画像高解像度化部３１０１の構成を図３２乃至図４０において説明した構成とすることにより、複数の画像から高解像度化した画像を生成することが可能となる。

特に、図３２に示した画像高解像度化部３１０１の第二の構成によれば、２枚の画像から１枚の高解像画像を生成することが可能となる。

以上説明した画像高解像度化部３１０１における高解像度画像の生成処理を繰り返すことにより、複数の画像からなる映像を複数の高解像度画像からなる高画素数映像へと変換することが可能となる。

実施例８に係る映像表示装置では、以上説明した処理により、画像高解像度化部３１０１において映像信号を高解像度化して映像信号の画素数を増加させたのち、画像処理部３１０２に画素数を増加させた映像を入力する。

この画素数を増加した映像に対し、画像処理部３１０２が、実施例１〜実施例７に説明した処理を行うことにより、映像表示装置３１００が受信などにより取得する映像信号の画素数が、表示部１０８の表示画素数と同じもしくはこれより少ない場合であっても、表示部の画素数相当のナイキスト周波数以上の高精細な映像表示をおこなうことが可能となる。

以上説明した実施例８に係る映像表示装置によれば、表示部の画素数と画素数が同じ、もしくは画素数の少ない映像信号を入力する場合であっても、高解像度化処理を行い、映像信号の動き量に応じて種類の異なるローパスフィルタ処理をおこなうことにより、より高精細な映像表示をおこなうことが可能となる。また、折り返し歪みの発生を低減することが可能となる。

本発明の実施例１に係る映像表示装置の一例の説明図である。本発明の実施例１に係る画像縮小処理の一例の説明図である。本発明の実施例１に係るローパスフィルタ処理の一例の説明図である。本発明の実施例１に係るローパスフィルタ処理のタップフィルタ係数の一例の説明図である。本発明の実施例１に係るローパスフィルタ処理のタップフィルタ係数の一例の説明図である。観視される画素列の一例の説明図である。観視される画素列の一例の説明図である。従来の映像表示装置における画像縮小処理とローパスフィルタ処理の一例の説明図である。従来の映像表示装置において観視される画素列の一例の説明図である。本発明の実施例１に係る映像表示装置における画像縮小処理とローパスフィルタ処理の一例の説明図である。本発明の実施例１に係る映像表示装置において観視される画素列の一例の説明図である。観視される画素列の一例の説明図である。観視される画素列の一例の説明図である。映像信号の信号強度と周波数の関係の一例の説明図である。映像信号の信号強度における折り返し成分の一例の説明図である。本発明の実施例１におけるローパスフィルタ特性の一例の説明図である。本発明の実施例１における映像信号の信号強度の一例の説明図である。従来の映像表示装置における映像信号の最大周波数またはローパスフィルタのカットオフ周波数の一例の説明図である。本発明の実施例１に係る映像表示装置における映像信号の最大周波数またはローパスフィルタのカットオフ周波数の一例の説明図である。映像表示装置における映像信号の最大周波数またはローパスフィルタのカットオフ周波数の一例の説明図である。映像表示装置における表示最大周波数の一例の説明図である。観視される画素列の一例の説明図である。本発明の実施例２におけるローパスフィルタ特性の一例の説明図である。本発明の実施例３におけるローパスフィルタ特性の一例の説明図である。本発明の実施例４におけるローパスフィルタ特性の一例の説明図である。観視される画素列の一例の説明図である。本発明の実施例５におけるローパスフィルタ特性の一例の説明図である。本発明の実施例６に係る映像表示装置の画像処理部の一例の説明図である。本発明の実施例７に係る映像表示装置の画像処理部の一例の説明図である。本発明の実施例７に係るローパスフィルタ処理のタップフィルタ係数の一例の説明図である。本発明の実施例８に係る映像表示装置の一例の説明図である。本発明の実施例８に係る画像高解像度化部の一例の説明図である。本発明の実施例８に係る画像高解像度化処理の説明図である。本発明の実施例８に係る画像高解像度化処理の説明図である。本発明の実施例８に係る画像高解像度化処理の説明図である。本発明の実施例８に係るアップレート器の説明図である。本発明の実施例８に係るアップレート器の説明図である。本発明の実施例８に係る位相シフト器の説明図である。本発明の実施例８に係る位相シフト器の説明図である。本発明の実施例８に係る係数決定器の説明図である。本発明の実施例８に係る画像高解像度化処理及び画像縮小処理の一例の説明図である。

符号の説明

１００…映像表示装置、１０１…アンテナ、１０２…受信部、１０３…画像処理部、１０４…動き適応スケーラー、１０５…画素位置算出部、１０６…動き探索部、１０７…判定部、１０８…表示部、１０９…入力部、１１０…ネットワークインターフェース部、１１１…読み出し部、１１２…記録部、１１３…再生制御部、１１４…スイッチ、２８０１…画像処理部、２８０２…水平方向動き適応スケーラー、２８０３…水平方向画素位置算出部、２８０４…判定部、２８０５…スイッチ、２８０６…垂直方向動き適応スケーラー、２８０７…垂直方向画素位置算出部、２８０８…判定部、２８０９…スイッチ、２９０１…画像処理部、２９０２…動き適応スケーラー、２９０３…係数算出部、3200…入力部、3201…位置推定部、3203…アップレート器、3204…アップレート器、3205…遅延器、3206…ヒルベルト変換器、3207…遅延器、3208…ヒルベルト変換器、3209…係数決定器、3210…乗算器、3211…乗算器、3212…乗算器、3213…乗算器、3214…加算器、3215…動き補償・アップレート部、3216…位相シフト部、3217…折返し成分除去部

Claims

映像信号を含む放送波を受信する受信部と、
前記受信部が受信する放送波に含まれる映像信号を高解像度化する画像高解像度化部と、
前記画像高解像度化部が高解像度化した映像信号に画像処理をおこなう画像処理部と、
前記画像処理部の画像処理後の映像を表示する表示部とを備え、
前記画像処理部は、前記映像信号に含まれる被写体の動き量に応じて異なるローパスフィルタ処理を行った後、前記映像信号の画素数を少なくする画素数低減処理をおこない、
前記被写体の動きの方向と対応する方向に前記ローパスフィルタ処理をおこない、
前記画像処理部は、前記受信部が受信する放送波に含まれる映像信号に含まれる周波数成分の最大周波数が、前記表示部の画素数相当の周波数のＮ倍（Ｎは２以上の整数）以上である場合、前記受信部が受信する放送波に含まれる映像信号に含まれる被写体の動き量が前記表示部における１画素の整数倍にＮ分の１画素を加算した動き量に相当する場合のカットオフ周波数を、前記受信部が受信する放送波に含まれる映像信号に含まれる被写体の動き量が前記表示部における１画素の整数倍に相当する場合のカットオフ周波数に比べて高周波数とするローパスフィルタ処理をおこなうことを特徴とする映像表示装置。
請求項１に記載される映像表示装置であって、
前記画像処理部は、前記受信部が受信する放送波に含まれる映像信号に含まれる被写体の動き量が前記表示部における１画素の整数倍以外の動き量に相当する場合に、前記ローパスフィルタ処理におけるカットオフ周波数を、前記受信部が受信する放送波に含まれる映像信号に含まれる被写体の動き量が前記表示部における１画素の整数倍に相当する場合に比べて高周波数とすることを特徴とする映像表示装置。
請求項１に記載される映像表示装置であって、
前記画像処理部は、前記受信部が受信する放送波に含まれる映像信号に含まれる被写体の動き量が前記表示部における１画素の整数倍に０．５画素を加算した動き量に相当する場合に、前記ローパスフィルタ処理におけるカットオフ周波数を、前記受信部が受信する放送波に含まれる映像信号に含まれる被写体の動き量が前記表示部における１画素の整数倍に相当する場合に比べて高周波数とすることを特徴とする映像表示装置。
請求項２に記載される映像表示装置であって、
前記画像処理部は、前記受信部が受信する放送波に含まれる映像信号に含まれる被写体の動き量が前記表示部における１画素の整数倍に相当するときに、前記カットオフ周波数が極小値となる前記表示部における１画素に相当する周期のローパスフィルタ処理をおこなうことを特徴とする映像表示装置。
請求項１に記載される映像表示装置であって、
前記画像処理部は、前記受信部が受信する放送波に含まれる映像信号に含まれる被写体の動き量が前記表示部における１画素の整数倍に相当するときにカットオフ周波数が極小値となり、前記受信部が受信する放送波に含まれる映像信号に含まれる被写体の動き量が前記表示部における１画素の整数倍に０．５画素を加算した動き量に相当する場合にカットオフ周波数が極大値となる、前記表示部における１画素に相当する周期のローパスフィルタ処理をおこなうことを特徴とする映像表示装置。
請求項２に記載される映像表示装置であって、
前記画像高解像度化部は、
前記受信部が受信する放送波に含まれる映像信号の複数の画像フレームを合成することにより、画像フレームを構成する画素数を増加した出力画像フレームを生成し、前記表示に表示する映像信号を生成することを特徴とする映像表示装置。
請求項２に記載される映像表示装置であって、
前記画像高解像度化部は、前記受信部が受信する放送波に含まれる映像信号の２枚の画像フレームの画素数を増加させ、前記画素数が増加された２枚の画像フレームのそれぞれを、互いに異なる方向にπ／２シフトし、前記位相がシフトされた１枚の画像フレームと位相がシフトされる前の１枚の画像フレームとを加算して、出力画像フレームを生成し、前記表示に表示する映像信号を生成することを特徴とする映像表示装置。
入力映像を入力する入力部と、
前記入力部に入力された映像を高解像度化する画像高解像度化部と、
前記画像高解像度化部が高解像度化した映像に対して画像処理をおこなう画像処理部と、
前記画像処理部が処理した映像を表示する表示部とを備え、
前記画像処理部は、前記映像信号に含まれる被写体の動き量に応じて、映像信号の高周波成分を除去する高周波成分除去処理をおこなった後、前記入力映像の画像サイズを小さくする画像縮小処理をおこない、
前記被写体の動きの方向と対応する方向に前記高周波成分除去処理をおこない、
前記映像信号に含まれる周波数成分の最大周波数が、前記表示部の画素数相当の周波数のＮ倍（Ｎは２以上の整数）以上である場合、前記映像信号に含まれる被写体の動き量が前記表示部における１画素の整数倍にＮ分の１画素を加算した動き量に相当する場合に、前記映像信号に含まれる被写体の動き量が前記表示部における１画素の整数倍に相当するに相当する場合よりも狭い範囲の高周波成分を除去する高周波成分除去処理をおこなうことを特徴とする映像表示装置。
請求項８に記載される映像表示装置であって、
前記画像処理部は、前記映像信号に含まれる被写体の動き量が画素の整数倍の場合に、前記映像信号に含まれる被写体の動き量が前記表示部における１画素の整数倍以外の動き量に相当する場合よりも広範囲の高周波成分を除去する高周波成分除去処理をおこなうことを特徴とする映像表示装置。
請求項８に記載される映像表示装置であって、
前記画像処理部は、前記映像信号に含まれる連続する２枚の画像間における被写体の動き量が前記表示部における１画素の整数倍に相当する場合に、前記映像信号に含まれる連続する２枚の画像間における被写体の動き量が前記表示部における１画素の整数倍に０．５画素を加算した動き量に相当する場合よりも広範囲の高周波成分を除去する高周波成分除去処理をおこなうことを特徴とする映像表示装置。
請求項８に記載される映像表示装置であって、
前記画像処理部は、前記映像信号に含まれる被写体の動き量が前記表示部における１画素の整数倍に相当する場合には映像信号の高周波成分を除去する高周波成分除去処理をおこない、前記映像信号に含まれる被写体の動き量が前記表示部における１画素の整数倍以外の動き量に相当する場合には映像信号の高周波成分除去処理を行わず、画像縮小処理のみをおこなうことを特徴とする映像表示装置。