JP6190130B2 - Color signal conversion device, color signal restoration device, and program - Google Patents
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本発明は、色信号を輝度・色差信号へ変換する色信号変換装置、輝度・色差信号を色信号に変換する色信号復元装置、及びプログラムに関する。 The present invention relates to a color signal conversion device that converts color signals into luminance / color difference signals, a color signal restoration device that converts luminance / color difference signals into color signals, and a program.
従来、映像信号となる色信号(RGB信号)を伝送する際には、輝度・色差信号(YCC信号)への変換が行われ、この変換はガンマ補正、マトリクス演算、及びLPF(低域通過型フィルター)の組み合わせにより行っていた(例えば、特許文献1参照)。図9は色信号を輝度・色差信号に変換する従来の色信号変換装置を示している。ここでは、入力される色信号をR,G,Bそれぞれの色の光に比例した値のr,g,bと表記し、伝送される輝度・色差信号をY,C1,C2と表記している。図10は輝度・色差信号を色信号に変換する従来の色信号復元装置を示している。色信号復元装置7の出力信号は色信号変換装置6の入力信号r,g,bとは一致しないため、r1,g1,b1と表記している。
Conventionally, when transmitting a color signal (RGB signal) as a video signal, conversion to a luminance / color difference signal (YCC signal) is performed. This conversion is performed by gamma correction, matrix calculation, and LPF (low-pass type). (For example, see Patent Document 1). FIG. 9 shows a conventional color signal converter for converting a color signal into a luminance / color difference signal. Here, the input color signal is expressed as r, g, and b in proportion to the light of each color of R, G, B, and the transmitted luminance / color difference signal is expressed as Y, C 1 , C 2. doing. FIG. 10 shows a conventional color signal restoration apparatus that converts luminance / color difference signals into color signals. Since the output signal of the color
ガンマ補正部10は、光の強度に比例した信号から映像信号に変換するガンマ変換を行う。入力をX、出力をYとすると、Y=Xγとなる。ここでγは定数であり、通常γ=0.45である。 The gamma correction unit 10 performs gamma conversion for converting a signal proportional to light intensity into a video signal. If the input is X and the output is Y, Y = Xγ . Here, γ is a constant, and usually γ = 0.45.
マトリクス演算部12は、(1)式で表される3×3の線形変換により、入力される色信号R,G,Bを輝度・色差信号Y,C1,C2に変換する。ここで、CR,CG,CBはR,G,Bから輝度への寄与を示す定数であり、CR+CG+CB=1.0である。例えばハイビジョンの場合は、CR=0.2126、CG=0.7152、CB=0.0722である。
The
LPF部30は低周波数成分のみを通過させる低域通過型フィルタであり、入力をX(i,j)、出力をY(i,j)、係数をCnm(n=−N〜N,m=−M〜M)とするとき、LPFの処理は(2)式で表される。ここで、i,jは画素の位置であり、N,Mはフィルタのタップ数である。 The LPF unit 30 is a low-pass filter that allows only low frequency components to pass. The input is X (i, j), the output is Y (i, j), and the coefficient is Cnm (n = −N to N, m = -M to M), the LPF process is expressed by the following equation (2). Here, i and j are pixel positions, and N and M are the number of filter taps.
逆マトリクス演算部22は、マトリクス演算部12の逆変換を行い、変換式は(3)式で表される。
The inverse
逆ガンマ補正部40は、ガンマ補正部10の逆変換を行い、変換式はX=Y1/γで表される。
The inverse
従来の手法の課題について、以下に説明する。画像は2次元であるが、説明を簡単に行うため1次元で説明する。すなわち、色信号変換装置への入力信号をr(i),g(i),b(i)とし、色信号変換装置からの出力信号をY(i),C1(2i),C2(2i)、i=1,2,・・・,Iとする。 The problem of the conventional method will be described below. Although the image is two-dimensional, it will be described in one dimension for easy explanation. That is, input signals to the color signal converter are r (i), g (i), b (i), and output signals from the color signal converter are Y (i), C 1 (2i), C 2 ( 2i), i = 1, 2,.
第1の課題として、入力画像によっては、出力信号が数式上では表現できても物理的に表示不可能な負の信号となる場合があるという問題があった。この点について、(4)式で表される信号Rの細かな縞模様を入力した場合を例に説明する。また、マトリクス変換及び逆マトリクス変換の演算についてのみ考える。 As a first problem, there is a problem that, depending on the input image, the output signal may be a negative signal that cannot be physically displayed even if it can be expressed in a mathematical expression. This point will be described by taking as an example a case where a fine stripe pattern of the signal R expressed by the equation (4) is input. Further, only matrix conversion and inverse matrix conversion are considered.
ここで、G(i)=B(i)=0とは、信号G,Bについてはすべてのiにおいて同じ値という意味である。マトリクス変換後の信号Y,C1,C2は(5)式となる。 Here, G (i) = B (i) = 0 means that the signals G and B have the same value in all i. Signals Y, C 1 and C 2 after matrix conversion are expressed by equation (5).
輝度・色差信号Y,C1,C2を逆マトリクス変換すると、出力信号R1,G1,B1は(6)式となる。 When the luminance / color difference signals Y, C 1 , C 2 are subjected to inverse matrix conversion, the output signals R 1 , G 1 , B 1 are expressed by equation (6).
(6)式に示すように、信号R1については値が正なので問題ないが、信号G1,B1については偶数の項の値が負となり、物理的には再現できない信号になる。 As shown in the equation (6), there is no problem because the value of the signal R 1 is positive, but the values of the even-numbered terms are negative for the signals G 1 and B 1 and cannot be physically reproduced.
第2の課題として、変換を繰り返し行うと信号が劣化するという問題があった。信号処理としてLPFを使用するので、信号r,g,bと信号Y,C1,C2の変換を繰り返すと信号が劣化する。LPFの入力Xが(7)式で表される単一周波数fの場合、その周波数に応じてLPFの出力Yは(8)式に示すように変化する。 As a second problem, there is a problem that the signal deteriorates when the conversion is repeatedly performed. Since LPF is used for signal processing, the signal deteriorates when the conversion of the signals r, g, b and the signals Y, C 1 , C 2 is repeated. When the input X of the LPF is a single frequency f expressed by the equation (7), the output Y of the LPF changes as shown in the equation (8) according to the frequency.
理想的なLPFではF1=F2であり、(8)式の2項目がなくなるが、実際に使用するLPFはタップ数を大きくできない等により2項目に示す遷移域が生じる。説明例としてF1<f<F2の周波数をとり、色信号変換装置に入力される信号r,g,bを(9)式とし、簡単のためガンマ補正、逆ガンマ補正については無視する。 In an ideal LPF, F 1 = F 2 and there are no two items in the equation (8). However, the LPF that is actually used has a transition area indicated by two items because the number of taps cannot be increased. As an illustrative example, the frequency of F 1 <f <F 2 is taken, and the signals r, g, and b input to the color signal converter are given by equation (9), and gamma correction and inverse gamma correction are ignored for simplicity.
このとき、色信号変換装置6から出力される信号Y,C1,C2は(10)式となる。 At this time, the signals Y, C 1 , and C 2 output from the color signal conversion device 6 are expressed by Equation (10).
(10)式の信号Y,C1,C2を色信号復元装置7に入力したとき、色信号復元装置7から出力される信号r,g,bは(11)式となる。(11)式の値は(9)式のr,g,b値とは異なるので、r1,g1,b1との表記にしている。
When the signals Y, C 1 and C 2 in the equation (10) are input to the color
さらに、(11)式の信号を色信号変換装置6に入力したとき、色信号変換装置6から出力される信号Y,C1,C2は(12)式となる。 Further, when the signal of the equation (11) is input to the color signal conversion device 6, the signals Y, C 1 and C 2 output from the color signal conversion device 6 become the equation (12).
このように伝送信号の変換を繰り返すと、信号の値が異なり劣化する。入力信号r,g,bと伝送後に再生した信号r1,g1,b1が異なるのは、伝送信号で色差信号にLPFによるフィルタ処理を行っているので当然と考えられるが、変換を繰り返し行うたびに信号が劣化していくのは望ましくない。 When the conversion of the transmission signal is repeated in this way, the signal value is different and deteriorates. The difference between the input signals r, g, and b and the signals r 1 , g 1 , and b 1 reproduced after transmission is considered to be natural because the transmission signal is subjected to LPF filtering on the color difference signal, but the conversion is repeated. It is not desirable that the signal deteriorates each time it is performed.
かかる事情に鑑みてなされた本発明の目的は、色信号から輝度・色差信号への変換及び輝度・色差信号から色信号への変換で生じる信号のクリップや、変換の繰り返しによる信号の劣化を改善することが可能な色信号変換装置、色信号復元装置、及びプログラムを提供することにある。 An object of the present invention made in view of such circumstances is to improve signal clipping caused by conversion from a color signal to a luminance / color difference signal and conversion from a luminance / color difference signal to a color signal, and signal deterioration due to repeated conversion. Another object of the present invention is to provide a color signal conversion device, a color signal restoration device, and a program that can be used.
上記課題を解決するため、本発明に係る色信号変換装置は、色信号を輝度・色差信号へ変換する色信号変換装置であって、入力される色信号r,g,bに対して線形変換を行い、輝度信号Lを生成するマトリクス演算部と、前記輝度信号L及び前記色信号r,bに対して所定のブロックごとに平均処理を行い、信号Lave,rave,baveを生成する平均化部と、前記輝度信号L、及び前記信号Lave,rave,baveに対してガンマ変換を行い、信号Γ(L),Γ(Lave),Γ(rave),Γ(bave)を生成するガンマ補正部と、前記信号Γ(rave)及び前記信号Γ(Lave)の差分信号と、前記信号Γ(bave)及び前記信号Γ(Lave)の差分信号とに対してサブサンプリング処理を行うサブサンプリング部と、を備えることを特徴とする。 In order to solve the above problems, a color signal conversion apparatus according to the present invention is a color signal conversion apparatus for converting a color signal into a luminance / color difference signal, and linearly converts the input color signals r, g, and b. And a matrix operation unit for generating the luminance signal L, and averaging processing for each of the predetermined blocks for the luminance signal L and the color signals r and b to generate signals L ave , r ave , and b ave . The averaging unit, the luminance signal L, and the signals L ave , r ave , b ave are subjected to gamma conversion, and signals Γ (L), Γ (L ave ), Γ (r ave ), Γ (b ave ), a difference signal between the signal Γ (r ave ) and the signal Γ (L ave ), and a difference signal between the signal Γ (b ave ) and the signal Γ (L ave ) Subsampling for subsampling processing Characterized in that it comprises a and.
上記課題を解決するため、本発明に係る色信号復元装置は、輝度・色差信号を色信号へ変換する色信号復元装置であって、輝度・色差信号に対して線形変換を行い、色信号を生成する逆マトリクス演算部と、前記色信号に対して内挿処理を行い、色信号の低周波成分信号Rlow,Glow,Blowを生成する内挿部と、前記信号Rlow,Glow,Blowに対して線形変換を行い、輝度信号の低周波成分を生成するマトリクス演算部と、前記輝度信号の低周波成分に対する高周波成分の割合を示す係数Wを生成する係数生成部と、前記色信号の低周波成分Rlow,Glow,Blowに係数Wを乗じた信号Rlow・W,Glow・W,Blow・Wを生成する乗算部と、前記信号Rlow・W,Glow・W,Blow・Wに対して所定のブロックごとに平均処理を行い、信号Rave,Gave,Baveを生成する平均化部と、前記信号Rlowに前記信号Rlow・Wを加えて前記信号Raveを減じた信号R1、前記信号Glowに前記信号Glow・Wを加えて前記信号Gaveを減じた信号G1、及び前記信号Blowに前記信号Blow・Wを加えて前記信号Baveを減じた信号B1を生成する手段と、前記信号R1,G1,B1に対して逆ガンマ変換を行う逆ガンマ補正部と、を備えることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, a color signal restoration device according to the present invention is a color signal restoration device that converts a luminance / color difference signal into a color signal, performs linear conversion on the luminance / color difference signal, and converts the color signal into a color signal. An inverse matrix calculation unit to be generated, an interpolation unit that performs interpolation processing on the color signal to generate low frequency component signals R low , G low , and B low of the color signal, and the signals R low , G low , B low for performing linear transformation to generate a low frequency component of the luminance signal, a matrix calculation unit for generating a coefficient W indicating a ratio of the high frequency component to the low frequency component of the luminance signal, A multiplier for generating signals R low · W, G low · W, B low · W by multiplying the low frequency components R low , G low , B low of the color signal by a coefficient W, and the signals R low · W, G low · W, B performs averaging processing for each predetermined block against ow · W, the signal R ave, G ave, an averaging unit for generating a B ave, the signal in addition to the signal R low · W to the signal R low R signal R 1 obtained by subtracting ave, the signal G low to the signal G low · W signals G 1 by subtracting the signal G ave in addition, and the signal B low · W were added the signal to the signal B low A means for generating a signal B 1 obtained by subtracting B ave and an inverse gamma correction unit for performing inverse gamma conversion on the signals R 1 , G 1 , B 1 are provided.
また、本発明に係る色信号復元装置は、輝度・色差信号を色信号へ変換する色信号復元装置であって、輝度・色差信号に対して線形変換を行い、色信号を生成する逆マトリクス演算部と、輝度・色差信号に対して線形変換を行い、色信号を生成する逆マトリクス演算部と、前記輝度信号及び色信号に対して逆ガンマ変換を行う逆ガンマ補正部と、前記逆ガンマ変換した色信号に対して内挿処理を行い、色信号の低周波成分信号Rlow,Glow,Blowを生成する内挿部と、前記信号Rlow,Glow,Blowに対して線形変換を行い、前記逆ガンマ変換した輝度信号の低周波成分を生成するマトリクス演算部と、前記逆ガンマ変換した輝度信号の低周波成分に対する高周波成分の割合を示す係数Wを生成する係数生成部と、前記色信号の低周波成分Rlow,Glow,Blowに係数Wを乗じた信号Rlow・W,Glow・W,Blow・Wを生成する乗算部と、前記信号Rlow・W,Glow・W,Blow・Wに対して所定のブロックごとに平均処理を行い、信号Rave,Gave,Baveを生成する平均化部と、前記信号Rlowに前記信号Rlow・Wを加えて前記信号Raveを減じた信号r1、前記信号Glowに前記信号Glow・Wを加えて前記信号Gaveを減じた信号g1、及び前記信号Blowに前記信号Blow・Wを加えて前記信号Baveを減じた信号b1を生成する手段と、を備えることを特徴とする。 The color signal restoration apparatus according to the present invention is a color signal restoration apparatus that converts a luminance / color difference signal into a color signal, and performs an inverse matrix operation that performs linear conversion on the luminance / color difference signal to generate a color signal. A reverse matrix calculation unit that performs linear conversion on the luminance / color difference signal to generate a color signal, an inverse gamma correction unit that performs reverse gamma conversion on the luminance signal and the color signal, and the reverse gamma conversion An interpolation unit that performs interpolation processing on the color signals thus generated and generates low-frequency component signals R low , G low , B low of the color signals, and linear conversion on the signals R low , G low , B low It was carried out, and a matrix calculation unit for generating a low-frequency component of the inverse gamma converted luminance signal, and a coefficient generation unit for generating a coefficient W indicating a proportion of a high frequency component to low frequency component of the inverse gamma converted luminance signal, A multiplier for generating signals R low · W, G low · W, B low · W by multiplying the low frequency components R low , G low , B low of the color signal by a coefficient W; and the signals R low · W, G low · W and B low · W are averaged for each predetermined block to generate signals R ave , G ave , and B ave , and the signal R low · W is added to the signal R low. signal r 1 obtained by subtracting the signal R ave added, the signal B low · the signal signal g 1 was added to G low · W subtracting the signal G ave, and the signal B low to the signal G low Means for generating a signal b 1 by adding W and subtracting the signal B ave .
さらに、本発明に係る色信号復元装置において、前記内挿部は、前記色信号に対して0次内挿を行い、前記信号Rlow,Glow,Blowを生成することを特徴とする。 Furthermore, in the color signal restoration device according to the present invention, the interpolation unit performs zero-order interpolation on the color signal to generate the signals R low , G low , and B low .
あるいは、本発明に係る色信号復元装置において、前記内挿部は、前記色信号に対して0次内挿を行い、信号Rip,Gip,Bipを生成する0次内挿部と、前記信号Rip,Gip,Bipの低周波成分信号Rlpf,Glpf,Blpfを抽出するLPF部と、前記信号Rlpf,Glpf,Blpfに対して所定のブロックごとに平均処理を行い、信号(Rlpf)ave,(Glpf)ave,(Blpf)aveを生成する平均化部と、を備え、前記信号Rip,Gip,Bipに前記信号Rlpf,Glpf,Blpfを加えて前記信号(Rlpf)ave,(Glpf)ave,(Blpf)aveを減じ、前記信号Rlow,Glow,Blowを生成することを特徴とする。 Alternatively, in the color signal restoration apparatus according to the present invention, the interpolation unit performs a zero-order interpolation on the color signal, and generates a signal R ip , G ip , B ip , An LPF unit for extracting low-frequency component signals R lpf , G lpf , and B lpf of the signals R ip , G ip , and B ip , and an average process for each predetermined block with respect to the signals R lpf , G lpf , and B lpf And an averaging unit that generates signals (R lpf ) ave , (G lpf ) ave , and (B lpf ) ave , and the signals R ipf , G lpf are included in the signals R ip , G ip , B ip , B lpf is added to subtract the signals (R lpf ) ave , (G lpf ) ave , (B lpf ) ave to generate the signals R low , G low , B low .
また、上記課題を解決するため、本発明に係るプログラムは、コンピュータを、上記色信号変換装置として機能させることを特徴とする。 In order to solve the above problems, a program according to the present invention causes a computer to function as the color signal conversion device.
また、上記課題を解決するため、本発明に係るプログラムは、コンピュータを、上記色信号復元装置として機能させることを特徴とする。 In order to solve the above problems, a program according to the present invention causes a computer to function as the color signal restoration device.
本発明によれば、色信号から輝度・色差信号への変換及び輝度・色差信号から色信号への変換で生じる信号のクリップや、変換の繰り返しによる信号の劣化を改善することができる。 According to the present invention, it is possible to improve signal clipping caused by conversion from a color signal to a luminance / color difference signal and conversion from a luminance / color difference signal to a color signal, and signal degradation due to repeated conversion.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態に係る色信号変換装置の構成を示すブロック図である。図1に示すように、色信号変換装置1は、ガンマ補正部10と、変換処理部11とを備える。ガンマ補正部10は、図9に示した従来の色信号変換装置6のガンマ補正部10と同一であり、光の強度に比例した信号から映像信号に変換する処理を行う。変換処理部11は、LPFを用いず、平均化処理を用いて色変換処理を行う。
(First embodiment)
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a color signal conversion apparatus according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the color
図2は、色信号変換装置1における変換処理部11の構成を示すブロック図である。変換処理部11は、マトリクス演算部12と、平均化部13と、サブサンプリング部14とを備える。
FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration of the
以降の説明のため、色信号変換装置1から出力される輝度信号Yの画素数をI×J、色信号変換装置1から出力される色差信号C1,C2の画素数をI1×J1とする。また、I,I1及びJ,J1の比を(13)式とする。
For the following description, the number of pixels of the luminance signal Y output from the
マトリクス演算部12は、図9に示した従来の色信号変換装置4のマトリクス演算部12と同一であり、(1)式で表される3×3の線形変換を行って輝度・色差信号を生成し、平均化部13に出力する。
The
平均化部13は、入力信号をPH×PV画素のブロックごとに平均処理を行い、サブサンプリング部14に出力する。入力信号の画素数をI×Jとし、入力画像をZ(i,j)(ここで、i=1〜I,j=1〜J)とし、平均処理を行う関数をAve(Z)と表記する。平均化部13の出力信号の画素数もI×J画素となり、出力信号をAve(Z)(i,j)(ここで、i=1〜I,j=1〜J)と表記すると、Ave(Z)(i,j)は(14)式で計算される。ここで、(14)式におけるi,jは(15)式で表される。(15)式におけるiH,jVは(16)式で表される。int( )は切り捨てで実数を整数に変換する関数である。
The averaging
また、平均をとるという性質から(17)式が成り立つ。 Further, the equation (17) is established from the property of taking an average.
サブサンプリング部14は、平均化部13から入力される信号に対してサブサンプリング処理を行う。入力信号の画素数をI×Jとし、入力画像をZ(i,j)(ここで、i=1〜I,j=1〜J)とし、サブサンプリング処理を行う関数をSS(Z)と表記する。サブサンプリング部14の出力信号の画素数はI1×J1となり、出力信号をU(i1,j1)(ここで、i1=1〜I1,j1=1〜J1)と表記すると、U(i1,j1)は(18)式で計算される。
The
変換処理部11の入力映像信号をR(i,j),G(i,j),B(i,j)とするとき、色信号変換装置1の出力信号Y(i,j),C1(i1,j1),C2(i1,j1)は(19)式で表される。
When the input video signal of the
この第2項、第3項にあるAve(Y(i,j))は第1項から得られる値なので、色信号変換装置1は等価的に(20)式の値を伝送していることになる。
Since Ave (Y (i, j)) in the second and third terms is a value obtained from the first term, the color
さらに(21)式より、色信号変換装置1は(22)式の値を伝送していることと等価である。
Furthermore, from the equation (21), the
次に、この色信号変換装置1から入力される輝度・色差信号から色信号を復元する色信号復元装置について説明する。
Next, a color signal restoration device that restores a color signal from the luminance / color difference signal input from the color
図3は、本発明の第1の実施形態に係る色信号復元装置2の構成を示すブロック図である。図3に示すように、色信号復元装置2は、復元処理部20と、逆ガンマ補正部40とを備える。復元処理部20は、色信号変換装置1から入力される輝度・色差信号から色信号を復元する。逆ガンマ補正部40は、図10に示した従来の色信号復元装置7の逆ガンマ補正部40と同一であり、ガンマ補正部10の逆変換を行う。
FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the color signal restoration apparatus 2 according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 3, the color signal restoration device 2 includes a
図4は、色信号復元装置2における復元処理部20の構成を示すブロック図である。図4に示すように、復元処理部20は、係数生成部21と、乗算部27と、平均化部13と、減算部25と、加算部28とを備える。
FIG. 4 is a block diagram illustrating a configuration of the
係数生成部21は、輝度信号の低周波成分に対する高周波成分の割合を示す係数Wを生成する。具体的には、係数生成部21は、平均化部13と、サブサンプリング部14と、逆マトリクス演算部22と、内挿部23と、マトリクス演算部24と、減算部25と、除算部26とを備える。平均化部13及びサブサンプリング部14は、色信号変換装置1における平均化部13及びサブサンプリング部14と同一の処理を行う。
The
逆マトリクス演算部22は、従来の色信号復元装置7の逆マトリクス演算部22と同一の処理を行い、(3)式で表される3×3の線形変換により、入力信号であるSS(Ave(Y(i,j)))、C1(i1,j1)、C2(i1,j1)から、SS(Ave(R(i,j)))、SS(Ave(G(i,j)))、SS(Ave(B(i,j)))を生成し、内挿部23に出力する。
The inverse
内挿部23は、逆マトリクス演算部22からの入力信号に内挿処理を行い、色信号の低周波成分Rlow,Glow,Blowを生成し、マトリクス演算部24及び乗算部27に出力する。入力信号の画素数をI1×J1とし、入力画像をU(i1,j1)(ここで、i1=1〜I1,j1=1〜J1)とし、内挿処理を行う関数をIP(U)と表記する。内挿部23の出力信号の画素数はI×Jとなり、出力信号をZ(i,j)(ここで、i=1〜I,j=1〜J)と表記すると、Z(i,j)は(23)式で計算される。ここでは単純な0次内挿とする。ここで、(22)式におけるiH,jVは(16)式で示した通りである。
The
内挿部23の入力信号はSS(Ave(R(i,j)))、SS(Ave(G(i,j)))、SS(Ave(B(i,j)))であるため、内挿部23の出力信号は、Rlow=IP(SS(Ave(R(i,j))))、Glow=IP(SS(Ave(G(i,j))))、Blow=IP(SS(Ave(B(i,j))))と表される。
Since the input signals of the
マトリクス演算部24は、入力信号であるRlow,Glow,Blowに対して(24)式で表される線形変換(マトリクス演算)を行い、IP(SS(Ave(Y(i,j))))を生成する。
The
減算部25、及び除算部26により、係数生成部21の出力信号である係数W(i,j)が(25)式により求まる。なお、IP(SS(Ave(Z)))=Ave(Z)であるため、(25)式は(26)式で表せる。
The
乗算部27は、内挿部23から入力される色信号の低周波成分Rlow,Glow,Blowに係数Wを乗じた信号Rlow・W,Glow・W,Blow・Wを生成し、平均化部13に出力する。
The multiplier 27 generates signals R low · W, G low · W, B low · W obtained by multiplying the low frequency components R low , G low , and B low of the color signal input from the
平均化部13は、入力される信号Rlow・W,Glow・W,Blow・Wに対して所定のブロックごとに平均処理を行い、信号Rave,Gave,Baveを生成し、減算部25に出力する。
The averaging
減算部25、及び加算部28により、復元処理部20は、(27)式に示すように、信号Rlowに信号Rlow・Wを加えて信号Raveを減じた信号R1、信号Glowに信号Glow・Wを加えて信号Gaveを減じた信号G1、及び信号Blowに信号Blow・Wを加えて信号Baveを減じた信号B1を出力する。
The
本発明による演算処理を行うことにより、従来の課題を解決できることを以下に示す。復元処理部20による演算結果が負の値となる場合があるという第1の課題に対しては、入力が(1)式の値として1次元で説明する。R,G,BやYの平均値は(28)式となる。
It will be described below that the conventional problems can be solved by performing the arithmetic processing according to the present invention. For the first problem that the calculation result by the
Y(i,j)の平均は(29)式となるので、(27)式の係数Wは(30)式となる。 Since the average of Y (i, j) is given by equation (29), the coefficient W of equation (27) is given by equation (30).
これらを(27)式に適応すると(31)式となり、少なくともこの例では負の信号は現れなくなり、信号の劣化が改善される。 When these are applied to the equation (27), the equation (31) is obtained. At least in this example, the negative signal does not appear, and the signal deterioration is improved.
次に変換を繰り返し行うと信号が劣化するという第2の課題について説明する。第2の課題を解決するには、色復元された(27)式から再度色変換を行うと、その値が(21)式と等価になればよい。まず(27)式から輝度Y1を生成すると、(32)式となる。 Next, a second problem that a signal deteriorates when conversion is repeatedly performed will be described. In order to solve the second problem, it is only necessary that the color conversion is performed again from the color restored equation (27) so that the value becomes equivalent to the equation (21). First, when the luminance Y 1 is generated from the equation (27), the equation (32) is obtained.
ここで、(26)式より(33)式が成り立つ。 Here, equation (33) is established from equation (26).
このため、(32)式は(34)式となる。 Therefore, equation (32) becomes equation (34).
ここで、さらに平均、サブサンプル、内挿の定義よりすべての値に対して(35)式が成り立つので、(34)式の第2項目は0となる。従って、(36)式が成立する。 Here, since the equation (35) holds for all values from the definitions of average, subsample, and interpolation, the second item of the equation (34) is zero. Therefore, Expression (36) is established.
次に、(27)式のR1,G1,B1について平均をとる。(17)式と(35)式より(37)式が成立する。同様に、(38)式及び(39)式も成立する。 Next, an average is taken for R 1 , G 1 , and B 1 in equation (27). Expression (37) is established from Expression (17) and Expression (35). Similarly, equations (38) and (39) are also established.
このように本発明によれば、色信号復元装置2の出力信号を色信号変換装置1に入力して再度色変換を行うと、変換後の輝度信号Y1は当初の輝度信号Yと同一の値となり、色信号R1,G1,B1は当初の色信号R,G,Bと平均値が保存されるので、変換の繰り返しによる劣化を改善することができる。
Thus, according to the present invention, when the output signal of the color signal restoration device 2 is input to the color
(第2の実施形態)
次に、本発明による第2の実施形態について説明する。第1の実施形態では内挿部23において(22)式のように0次内挿とした。この場合、絵柄によっては色のブロック構造が見える可能性がある。これを防ぐために、第2の実施形態の色信号復元装置では、LPFと平均を併用する。色信号変換装置については第1の実施形態と同一であるため、色信号復元装置3についてのみ説明する。また、第1の実施形態と同じ構成要素には同一の参照番号を付して説明を省略する。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment according to the present invention will be described. In the first embodiment, the
図5は、本発明の第2の実施形態に係る色信号復元装置3の構成を示すブロック図である。図5に示すように、復元処理部20は、係数生成部21’と、乗算部27と、平均化部13と、減算部25と、加算部28とを備える。第2の実施形態の色信号復元装置3は、第1の実施形態の色信号復元装置2と比較して、内挿部23に替えて内挿フィルタ部29を備える点のみ相違する。よって、以下、内挿フィルタ部29について説明する。
FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of the color
図6は、内挿フィルタ部29の構成を示すブロック図である。図6に示すように、内挿フィルタ部29は、内挿部23と、LPF部291と、平均化部13と、減算部25と、加算部28とを備える。平均化部13及び内挿部23は、第1の実施形態の平均化部13及び内挿部23と同一である。
FIG. 6 is a block diagram illustrating a configuration of the
LPF部291は、内挿部23から入力される信号Rip,Gip,Bipに対して、(40)式に示す演算を行い、信号Rlpf,Glpf,Blpfを抽出する。
The
ここで、P(n,m)はLPFの特性を決める定数列である。一例を(41)式に示す。(40)式のNは定数であり、(41)式の例ではN=3である。 Here, P (n, m) is a constant string that determines the characteristics of the LPF. An example is shown in equation (41). N in the equation (40) is a constant, and N = 3 in the example of the equation (41).
このLPFを内挿として使用すると平均値が保たれるとは限らないので課題は満足できない。そのため、平均値が保たれるようにするために、平均化部13は、LPF部291から入力される信号Rlpf,Glpf,Blpfに対して所定のブロックごとに平均処理を行い、信号(Rlpf)ave,(Glpf)ave,(Blpf)aveを生成する。
If this LPF is used as an interpolation, the average value is not always maintained, so the problem cannot be satisfied. Therefore, in order to maintain the average value, the averaging
内挿フィルタ部29は、減算部25及び加算部28により、信号Rip,Gip,Bipに信号Rlpf,Glpf,Blpfを加えて信号(Rlpf)ave,(Glpf)ave,(Blpf)aveを減じ、Rip,Gip,Bipの低周波成分信号Rlow=JP(SS(Ave(R(i,j))))、Glow=JP(SS(Ave(G(i,j))))、Blow=JP(SS(Ave(B(i,j))))を生成する。この処理を行う関数を、第1の実施形態の0次内挿の関数IP( )と区別するため、JP( )と表記する。内挿フィルタ部29は、入力信号をU(i1,j1)としたとき、(42)式に基づき、信号JP(U(i1,j1))(i,j)を生成する。
The
係数生成部21’は、(43)式により係数W’を生成する。
The
復元処理部20は、(27)式と同様に、(44)式により色信号R1,G1,B1を生成する。
The
このように、第2の実施形態では、内挿フィルタ部29にて0次内挿した後LPF処理を行うことにより、さらに復元画像の画質を向上させることが可能となる。また、第1の実施形態と同様に、信号のクリップや変換の繰り返しによる劣化を改善することができる。
As described above, in the second embodiment, it is possible to further improve the quality of the restored image by performing the LPF process after the 0th-order interpolation by the
(第3の実施形態)
次に、本発明による第3の実施形態について説明する。一般的に、映像システムで使用している輝度信号は色彩工学上では正確な輝度ではない。色彩工学の定義では、入力の光に比例した信号r,g,bから直接生成したものを輝度Lとする。本実施形態では、このような場合に各色成分の平均を伝送する場合について説明する。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment according to the present invention will be described. In general, the luminance signal used in the video system is not accurate in terms of color engineering. In the definition of color engineering, a luminance L is directly generated from signals r, g, and b proportional to input light. In the present embodiment, a case where the average of each color component is transmitted in such a case will be described.
図7は、本発明の第3の実施形態に係る色信号変換装置の構成を示すブロック図である。図7に示すように、色信号変換装置4は、マトリクス演算部12’と、平均化部13と、ガンマ補正部10と、減算部25と、サブサンプリング部14と、定数倍部30とを備える。
FIG. 7 is a block diagram showing a configuration of a color signal conversion apparatus according to the third embodiment of the present invention. As shown in FIG. 7, the color signal conversion device 4 includes a
マトリクス演算部12’は、入力信号r,g,bに対して(45)式で表される線形変換を行い、輝度信号Lを生成する。
The
平均化部13は、輝度信号L、及び信号r,bに対して平均処理を行い、信号Lave=Ave(L(i,j)),rave=Ave(r(i,j)),bave=Ave(b(i,j))を生成し、ガンマ補正部10に出力する。
The averaging
ガンマ補正部10は、輝度信号L、及び平均化部13から入力される信号Lave,rave,baveに対してガンマ変換を行い、信号Γ(L),Γ(Lave),Γ(rave),Γ(bave)を生成する。ここで、Γ( )はガンマ変換を表す関数である。
The gamma correction unit 10 performs gamma conversion on the luminance signal L and the signals L ave , r ave , and b ave input from the averaging
サブサンプリング部14は、信号Γ(rave)及び信号Γ(Lave)の差分信号と、信号Γ(bave)及び信号Γ(Lave)の差分信号とに対してサブサンプリング処理を行う。
The
最終的に、色信号変換装置4は、(46)式に基づき輝度・色差信号Y,C1,C2を生成する。定数倍部30−1,30−2は、(46)式に示すように、それぞれ1/2(1−CB)倍、1/2(1−CR)倍の演算処理を行う。 Finally, the color signal conversion device 4 generates luminance / color difference signals Y, C 1 and C 2 based on the equation (46). The constant multipliers 30-1 and 30-2 perform arithmetic processing of 1/2 (1-C B ) times and 1/2 (1-C R ) times, respectively, as shown in the equation (46).
これは(19)式から(22)式への導出と同様に、等価的に(47)式を伝送しているのと同じである。 This is equivalent to the transmission of equation (47) equivalently, as in the derivation from equation (19) to equation (22).
図8は、本発明の第3の実施形態に係る色信号復元装置の構成を示すブロック図である。図8に示すように、色信号復元装置5は、係数生成部21”と、乗算部27と、平均化部13と、減算部25と、加算部28とを備える。
FIG. 8 is a block diagram showing a configuration of a color signal restoration apparatus according to the third embodiment of the present invention. As illustrated in FIG. 8, the color signal restoration device 5 includes a
係数生成部21”は、平均化部13と、サブサンプリング部14と、逆マトリクス演算部22と、逆ガンマ補正部40と、内挿部23と、マトリクス演算部31と、減算部25と、除算部26とを備える。平均化部13及びサブサンプリング部14は、色信号変換装置1における平均化部13及びサブサンプリング部14と同一の処理を行う。
The
逆マトリクス演算部22は、従来の色信号復元装置7の逆マトリクス演算部22と同一の処理を行い、(3)式で表される3×3の線形変換により、入力信号であるSS(Ave(Y(i,j)))、C1(i1,j1)、C2(i1,j1)から、SS(Ave(R(i,j)))、SS(Ave(G(i,j)))、SS(Ave(B(i,j)))を生成し、逆ガンマ補正部40に出力する。
The inverse
逆ガンマ補正部40は、輝度信号Y、及び逆マトリクス演算部22から入力される色信号に対して逆ガンマ変換を行い、L(i,j)、Γ−1(DR(i1,j1)、Γ−1(DG(i1,j1)、Γ−1(DB(i1,j1)を生成する。ここで、Γ−1( )は逆ガンマ変換を表す関数である。
The inverse
内挿部23は、逆マトリクス演算部22からの入力信号に内挿処理を行い、色信号の低周波成分Rlow=IP(Γ−1(DR(i1,j1))),Glow=IP(Γ−1(DG(i1,j1))),Blow=IP(Γ−1(DB(i1,j1)))を生成し、マトリクス演算部31及び乗算部27に出力する。
The
マトリクス演算部31は、内挿部23から入力される信号Rlow,Glow,Blowに対して線形変換を行い、輝度信号Lの低周波成分を生成する。
The
係数生成部21”は、(48)式で表される係数W”を生成する。
The
乗算部27は、内挿部23から入力される色信号の低周波成分Rlow,Glow,Blowに係数Wを乗じた信号Rlow・W,Glow・W,Blow・Wを生成し、平均化部13に出力する。
The multiplier 27 generates signals R low · W, G low · W, B low · W obtained by multiplying the low frequency components R low , G low , and B low of the color signal input from the
平均化部13は、入力される信号Rlow・W,Glow・W,Blow・Wに対して所定のブロックごとに平均処理を行い、信号Rave,Gave,Baveを生成し、減算部25に出力する。
The averaging
減算部25、及び加算部28により、色信号復元装置5は、(49)式に示すように、信号Rlowに信号Rlow・Wを加えて信号Raveを減じた信号r1、信号Glowに信号Glow・Wを加えて信号Gaveを減じた信号g1、及び信号Blowに信号Blow・Wを加えて信号Baveを減じた信号b1を生成する。
The
このように第3の実施形態によれば、第1の実施形態と同様に、信号のクリップや変換の繰り返しによる劣化を改善することができる。また、本実施形態では内挿部23により内挿処理を行うが、第2の実施形態と同様に、内挿部23に代えて内挿フィルタ部29を備えてもよい。この場合、復元画像の画質を向上させることが可能となる。
As described above, according to the third embodiment, similarly to the first embodiment, it is possible to improve deterioration due to signal clipping and conversion. Further, in the present embodiment, the interpolation process is performed by the
なお、上述した色信号変換装置1,4として機能させるためにコンピュータを好適に用いることができ、そのようなコンピュータは、色信号変換装置1,4の各機能を実現する処理内容を記述したプログラムを、当該コンピュータの記憶部に格納しておき、当該コンピュータのCPUによってこのプログラムを読み出して実行させることで実現することができる。
It should be noted that a computer can be suitably used for causing the
また、上述した色信号復元装置2,3,5として機能させるためにコンピュータを好適に用いることができ、そのようなコンピュータは、色信号復元装置2,3,5の各機能を実現する処理内容を記述したプログラムを、当該コンピュータの記憶部に格納しておき、当該コンピュータのCPUによってこのプログラムを読み出して実行させることで実現することができる。
In addition, a computer can be suitably used to function as the color
上述の実施形態は、代表的な例として説明したが、本発明の趣旨及び範囲内で、多くの変更及び置換ができることは当業者に明らかである。したがって、本発明は上述の実施形態によって制限するものと解するべきではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。 Although the above embodiments have been described as representative examples, it will be apparent to those skilled in the art that many changes and substitutions can be made within the spirit and scope of the invention. Therefore, the present invention should not be construed as being limited by the above-described embodiments, and various modifications and changes can be made without departing from the scope of the claims.
このように、本発明は色信号を輝度・色差信号へ変換する用途や、輝度・色差信号を色信号に変換する用途に有用である。 Thus, the present invention is useful for applications that convert color signals into luminance / color difference signals and applications that convert luminance / color difference signals into color signals.
1,4 色信号変換装置
2,3,5 色信号復元装置
10 ガンマ補正部
11 変換処理部
12,12’ マトリクス演算部
13 平均化部
14 サブサンプリング部
20 復元処理部
21,21’,21” 係数生成部
22 逆マトリクス演算部
23 内挿部
24,31 マトリクス演算部
25 減算部
26 除算部
27 乗算部
28 加算部
29 内挿フィルタ部
30 定数倍部
40 逆ガンマ補正部
291 LPF部
1, 4 color
Claims (7)
入力される色信号r,g,bに対して線形変換を行い、輝度信号Lを生成するマトリクス演算部と、
前記輝度信号L及び前記色信号r,bに対して所定のブロックごとに平均処理を行い、信号Lave,rave,baveを生成する平均化部と、
前記輝度信号L、及び前記信号Lave,rave,baveに対してガンマ変換を行い、信号Γ(L),Γ(Lave),Γ(rave),Γ(bave)を生成するガンマ補正部と、
前記信号Γ(rave)及び前記信号Γ(Lave)の差分信号と、前記信号Γ(bave)及び前記信号Γ(Lave)の差分信号とに対してサブサンプリング処理を行うサブサンプリング部と、
を備えることを特徴とする色信号変換装置。 A color signal conversion device for converting a color signal into a luminance / color difference signal,
A matrix calculation unit that performs linear conversion on the input color signals r, g, and b to generate a luminance signal L;
An averaging unit that performs an averaging process for each predetermined block on the luminance signal L and the color signals r and b, and generates signals L ave , r ave , and b ave ;
The luminance signal L and the signals L ave , r ave , and b ave are subjected to gamma conversion to generate signals Γ (L), Γ (L ave ), Γ (r ave ), and Γ (b ave ). A gamma correction unit;
A sub-sampling unit that performs a sub-sampling process on the difference signal between the signal Γ (r ave ) and the signal Γ (L ave ) and the difference signal between the signal Γ (b ave ) and the signal Γ (L ave ) When,
A color signal conversion device comprising:
輝度・色差信号に対して線形変換を行い、色信号を生成する逆マトリクス演算部と、
前記色信号に対して内挿処理を行い、色信号の低周波成分信号Rlow,Glow,Blowを生成する内挿部と、
前記信号Rlow,Glow,Blowに対して線形変換を行い、輝度信号の低周波成分を生成するマトリクス演算部と、
前記輝度信号の低周波成分に対する高周波成分の割合を示す係数Wを生成する係数生成部と、
前記色信号の低周波成分Rlow,Glow,Blowに係数Wを乗じた信号Rlow・W,Glow・W,Blow・Wを生成する乗算部と、
前記信号Rlow・W,Glow・W,Blow・Wに対して所定のブロックごとに平均処理を行い、信号Rave,Gave,Baveを生成する平均化部と、
前記信号Rlowに前記信号Rlow・Wを加えて前記信号Raveを減じた信号R1、前記信号Glowに前記信号Glow・Wを加えて前記信号Gaveを減じた信号G1、及び前記信号Blowに前記信号Blow・Wを加えて前記信号Baveを減じた信号B1を生成する手段と、
前記信号R1,G1,B1に対して逆ガンマ変換を行う逆ガンマ補正部と、
を備えることを特徴とする色信号復元装置。 A color signal restoration device that converts luminance / color difference signals into color signals,
An inverse matrix calculation unit that performs linear conversion on the luminance / color difference signal and generates a color signal;
An interpolation unit that performs an interpolation process on the color signal to generate low-frequency component signals R low , G low , and B low of the color signal;
A matrix calculation unit that performs linear conversion on the signals R low , G low , and B low to generate a low-frequency component of a luminance signal;
A coefficient generator that generates a coefficient W indicating a ratio of a high-frequency component to a low-frequency component of the luminance signal;
A multiplier for generating signals R low · W, G low · W, B low · W by multiplying the low frequency components R low , G low , B low of the color signal by a coefficient W;
An averaging unit that performs an averaging process for each predetermined block on the signals R low · W, G low · W, and B low · W to generate signals R ave , G ave , and B ave ,
The signal the to R low signal R low · signals R 1 to W added by subtracting the signal R ave, signals G 1 obtained by subtracting the signal G ave adding the signal G low · W to the signal G low, It means for generating a signal B 1 obtained by subtracting the signal B ave and adding the signal B low · W to the signal B low,
An inverse gamma correction unit that performs inverse gamma conversion on the signals R 1 , G 1 , and B 1 ;
A color signal restoration apparatus comprising:
輝度・色差信号に対して線形変換を行い、色信号を生成する逆マトリクス演算部と、
前記輝度信号及び色信号に対して逆ガンマ変換を行う逆ガンマ補正部と、
前記逆ガンマ変換した色信号に対して内挿処理を行い、色信号の低周波成分信号Rlow,Glow,Blowを生成する内挿部と、
前記信号Rlow,Glow,Blowに対して線形変換を行い、前記逆ガンマ変換した輝度信号の低周波成分を生成するマトリクス演算部と、
前記逆ガンマ変換した輝度信号の低周波成分に対する高周波成分の割合を示す係数Wを生成する係数生成部と、
前記色信号の低周波成分Rlow,Glow,Blowに係数Wを乗じた信号Rlow・W,Glow・W,Blow・Wを生成する乗算部と、
前記信号Rlow・W,Glow・W,Blow・Wに対して所定のブロックごとに平均処理を行い、信号Rave,Gave,Baveを生成する平均化部と、
前記信号Rlowに前記信号Rlow・Wを加えて前記信号Raveを減じた信号r1、前記信号Glowに前記信号Glow・Wを加えて前記信号Gaveを減じた信号g1、及び前記信号Blowに前記信号Blow・Wを加えて前記信号Baveを減じた信号b1を生成する手段と、
を備えることを特徴とする色信号復元装置。 A color signal restoration device that converts luminance / color difference signals into color signals,
An inverse matrix calculation unit that performs linear conversion on the luminance / color difference signal and generates a color signal;
An inverse gamma correction unit that performs inverse gamma conversion on the luminance signal and the color signal;
An interpolation unit that performs interpolation processing on the color signal that has undergone inverse gamma conversion to generate low-frequency component signals R low , G low , and B low of the color signal;
A matrix calculation unit that performs linear conversion on the signals R low , G low , and B low and generates a low frequency component of the luminance signal that has been subjected to the inverse gamma conversion;
A coefficient generation unit that generates a coefficient W indicating a ratio of a high-frequency component to a low-frequency component of the luminance signal subjected to the inverse gamma conversion;
A multiplier for generating signals R low · W, G low · W, B low · W by multiplying the low frequency components R low , G low , B low of the color signal by a coefficient W;
An averaging unit that performs an averaging process for each predetermined block on the signals R low · W, G low · W, and B low · W to generate signals R ave , G ave , and B ave ,
The signal the to R low signal R signal r 1 which low · W added subtracting the signal R ave, signal g 1 obtained by subtracting the signal G ave adding the signal G low · W to the signal G low, It means for generating a signal b 1 which is obtained by subtracting the signal B ave and adding the signal B low · W to the signal B low,
A color signal restoration apparatus comprising:
前記色信号に対して0次内挿を行い、信号Rip,Gip,Bipを生成する0次内挿部と、
前記信号Rip,Gip,Bipの低周波成分信号Rlpf,Glpf,Blpfを抽出するLPF部と、
前記信号Rlpf,Glpf,Blpfに対して所定のブロックごとに平均処理を行い、信号(Rlpf)ave,(Glpf)ave,(Blpf)aveを生成する平均化部と、を備え、
前記信号Rip,Gip,Bipに前記信号Rlpf,Glpf,Blpfを加えて前記信号(Rlpf)ave,(Glpf)ave,(Blpf)aveを減じ、前記信号Rlow,Glow,Blowを生成することを特徴とする、請求項2又は3に記載の色信号復元装置。 The interpolation part is
A zero-order interpolation unit that performs zero-order interpolation on the color signal to generate signals R ip , G ip , and B ip ;
An LPF unit for extracting low-frequency component signals R lpf , G lpf , B lpf of the signals R ip , G ip , B ip ;
An averaging unit that performs an averaging process for each of the predetermined blocks on the signals R lpf , G lpf , and B lpf to generate signals (R lpf ) ave , (G lpf ) ave , and (B lpf ) ave , Prepared,
The signals R ipf , G lpf , B lpf are added to the signals R ip , G ip , B ip to subtract the signals (R lpf ) ave , (G lpf ) ave , (B lpf ) ave , and the signal R low , G low, and generates a B low, the color signal restoring apparatus according to claim 2 or 3.
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