JPH02254870A - 映像信号の量子化方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は映像信号の量子化方法に係り、特にテレビジョ
ン信号を量子化してプリンタに出力する場合に適用する
に好適な映像信号の量子化方法に関する。

（従来の技術〕 第４図は従来のテレビジョン映像信号の量子化方法の説
明図である。図に示す様に、−数的なＮＴＳＣテレビジ
ョン信号は水平同期信号に０．２８６Ｖ。

黒レベルから白レベルまでを０．７１４Ｖとして規格化
されている。この規格に従うならばテレビジョンカメラ
などで捕らえた輝度信号の白に対応づけるレベルで信号
をクリップさせてももちろん問題はないが、実際にはク
リップレベルは白レベルよりも大きなレベルＯＬを含む
１２峙程度に設定するのが普通である。これは輝度信号
の白領域のダイナミックレンジを拡大するためのもので
、画面上の輝度の高い部分の白飛びを防止するものであ
る。

輝度に対する信号レベルの割り当ては相対的なもので、
例えば「白いワイシャツを着た人がそれより輝度の高い
光るものをバックに立っている」ような画面に対して、
白いワイシャツを１００パーセント白とするか、光るも
のを１００パーセント自とするかは絞り値の設定や撮影
者の意志によって決定される。そして、白いワイシャツ
を１００パーセント白とし、同時にクリップレベルを１
００パーセントとした場合、それよりも明るい光るもの
に関しては完全に白飛びとなるのを覚悟しなければなら
ない。一方、光るものを１００パーセント白とした場合
、白いワイシャツは例えば５０パ一セント程度のレベル
の信号となフてしまい白でなくて灰色になってしまう。

このような不都合を少しでも救うため、テレビジョンカ
メラでは１００パーセント白よりも輝度の高いレベルＯ
Ｌを含めて例えば１２０パーセントレベルの信号を出力
する様になっている。

一方、テレビジョン映像信号は輝度の変化に対して０．
４５のガンマ（γ）をかけである。これは映像信号を映
出するブラウン管のガンマが２，２であることに対応し
ている。このため、−数的なテレビジョン映像信号は１
００パーセント白レベル以下の輝度に関してはガンマ＝
　０．４５のガンマをかけている。これに対して、１０
０パーセント白レベル以上のレベル領域ＯＬの信号に関
してはなるべく多くの輝度分布を拾うためにＸ１５＋α
の傾きの直線で表現している。その結果、輝度信号の２
００パーセントレベルまでが信号の１２０パーセントレ
ベルに納まることになる。

ここで、輝度のＯ〜１００パーセントレベルまでを［Ａ
］　４Ｊｉｊ５、輝度の１００パーセントレベル以上の
領域を［８］領域と表現することにする。この場合、映
像信号のレベルは［Ａ］領領域はＯパーセントから１０
０パーセントレベルの輝度変化に対応してｒからｑまで
変化する。また、［Ｂ］領領域は１００パーセントから
例えば２００パーセントレベルの輝度変化に対応してｑ
からｐまで変化する。そして、ペデスタルレベルからの
電圧は ｒ　＝　ｏ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　［Ｖ］ｑ　＝　０．７１４　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　［Ｖ］ｐ　＝０．７１４　　Ｘ　
１．２　　＝０．８５７　　　　　　　　　　［Ｖ］と
なる。

上記の信号を単純に量子化する場合、量子化ビット数を
”８”ビットとすると、データＤｇとしては各レベルに
対して ｐ＝″２５５“ ｑ；”２１２” ｒ＝＝　　　　０ となる。

なお、上記の量子化は一般的なＡ／Ｄ変換器によって映
像信号をディジタル信号に変換することで行なわれる。

Ａ／Ｄ変換器でディジタル化されたデータＤｇは第４図
に示すようにガンマやニーがかかったままであるが、こ
の信号を用いて画像処理を行なったり、プリントしよう
とする場合、ガンマをほどいて直線化等の処理を加える
必要があるが、この場合演算回路またはルックアップテ
ーブルを用いて直線化されたデガンマデータＤｄｇを得
ることになる。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の映像信号の量子化方法は以上の様に行なっていた
ので、以下に述べるような問題点がある。

この量子化された信号を再びアナログ信号に戻してブラ
ウン管上で見る場合は特に問題はないが、これを量子化
したままデガンマなどの直線変換処理を行ない例えばプ
リントアウトなどに用いる場合は、データの割り付けが
問題となって来る。

先ず、この映像信号を用いてこれを第５図の濃度特性図
に示すように人力データに対してリニアな濃度特性を有
するプリンタに映像をプリントアウトしようとした場合
、ガンマやニーのかかったデータＤｇを直線化する必要
がある。この直線化は第４図に示すように輝度レベルの
変化に対してデータが直線的に変化するようにγ＝１の
カーブに戻すことで行なわれる。ところが、先に述べた
ように輝度は１００パーセントを越える例えば２００パ
ーセントレベルまでの情報を有するため、輝度のＯパー
セントレベルから２００パーセントレベルに対応するデ
ガンマ信号Ｄｄｇはｄからａまで変化することになり、
第４図にも示す様にレベルｒが輝度Ｏパーセントに相当
するデータｄに対応し、レベルｑが輝度１００パーセン
トに相当するレベルＣに対応し、レベルｐが輝度２００
パーセントに相当するレベルａにそれぞれ対応ずけられ
る。これらに８ビツトを割り振り付けると ａ＝”２５５” ｄ冨“　０” となり、映像信号の輝度１００パーセントレベルに対応
するデガンマデータＤｄｇは Ｃ冨″１２７″ となる。このため、本来の映像信号が表現したかった１
００パーセント以下の輝度の階調情報が低下してしまう
という問題がある。これを、救うためには白ｌＯＯパー
セントレベルに対して８ビツトのフルデータを割り当て
て、 ｄ　＝”　　０″ ｃ　　＝　”２５５” ａ　＝”５１１” とするか、デガンマする前のデータＤｇに対応づけて１
２０パーセントレベルのデータＤｄｇをｂとして、 ｄ＝”　０” ｂ＝”２５５” ｃ　＝　”２１２” ａ−”４２５” とする方法が考えられるが、データか９ビツトとなり以
降のデータ処理系等が大規模化するという問題点がある
。

一方、データを８ビツトとしても９ビツトとしても例え
ば輝度レベル２００パーセントに濃度の白を割り当てる
とプリンタでは映像信号の本来の白１００パーセントを
中間レベルの濃度とすることになり、白が灰色にプリン
トされてしまうという問題点もある。

さらに、映像信号を発生する撮像関連機器の設計によっ
ては１２０パ一セントレベル以上の所にクリップレベル
を設定するケースも多く、これらの全ての機器を介在し
て人力される映像信号の全てに対してこれをプリントに
適した範囲のデータに量子化するということは非常な困
難を伴い良好なプリントを得ることが困難であるという
問題点がある。

したがって、本発明の目的は上記従来技術の課題を解決
するもので、ガンマ処理された映像信号を直線化するに
当たり、１００パーセント以上の白レベルをそのレベル
のピーク値に応じて可変的に圧縮することによりプリン
タに出力した場合の階調表現能力を高めることの出来る
映像信号の量子化方法を提供するにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するために、本発明は輝度の第１のレベ
ルまでは一定のガンマ（γ＜０）がかかって変化し、輝
度の第１のレベルから第２のレベルまでは一定の傾きで
変化する映像信号を、第２のレベルまで均等に量子化し
、輝度の第１のレベル以下に対応する量子化信号につい
てはデガンマして直線化し、輝度の第１のレベルから第
２のレベルまでは信号のピーク値に応じて量子化信号に
ゲインをかけてピーク値が一定のレベル以下になるよう
に対応させる映像信号の量子化方法を提供するものであ
る。

さらに、本発明は輝度に対して一定のガンマ（γ＜０）
がかかって変化する映像信号を、均等に量子化し、輝度
の第１のレベル以下に対応する量子化信号についてはデ
ガンマして直線化し、輝度の第１のレベルから第２のレ
ベルまでは信号のピーク値に応じて量子化信号にゲイン
をかけてピーク値が一定のレベル以下になるように対応
させる映像信号の量子叱方、法を提供するものである。

〔実施例〕

以下、図面を参照しながら本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明の一実施例に係る映像信号の量子化方法
の説明図である。図からも明らかなように、木実施例の
方法では輝度信号のＯパーセントレベルから２００パー
セントレベルまでの与えられた映像信号を先ず９ビツト
で量子化して、各輝度レベルに対して Ｓ；５１１“ ｑ＝”２５５″′ ｒ＝＋００ のデータを割り当てる。その結果、映像信号の１００パ
ーセントレベル以上の信号に関しては２００パーセント
レベルまで量子化が可能である。このデータを直線化処
理する場合、１００パーセントレベル以下に関してはガ
ンマを完全に直線化処理して、レベルｒに対応する直線
化データｄ、レベルｑに対応する直線化データＣのそれ
ぞれに対してｄ＝　　　Ｏ” ｃ＝’２１２＠ を割り当てる。一方、輝度信号の１００パーセントレベ
ル以上のレベルに関しては、当初与えられたニーのかか
ったままのデータをその大きさに応じて傾きの項にゲイ
ンＧをかけ傾きを変換してＧ・×７５＋αなる直線に変
換し出力する。つまり、映像信号の１００パーセントレ
ベル以上に関しては、例えば第３図に示すように、その
ピーク値が１２０パーセント以下の場合はゲインＧとし
て１を用い（八）、そのピーク値が１２０パーセントか
ら１２５パーセントの範囲にある場合はゲインＧとして
２０／２５を用い（Ｂ）、そのピーク値が１２５パーセ
ントから１３０パーセントの範囲にある場合はゲインＧ
として２０／３０を用い（Ｃ）、そのピーク値が１３０
パーセントから１４０パーセントの範囲にある場合はゲ
インＧとして２０／４０を用い（Ｄ）、ピーク値が１４
０パーセントから１６０パーセントの範囲にある場合は
ゲインＧとして２０７６０を用い（Ｅ）、そのピーク値
が１６０パ一セント以上の範囲にある場合はゲインＧと
して２０／１００を用いる（Ｆ）ことによって、１００
パーセントレベルから２００パーセント以下のレベルの
信号が必ず１２０パーセントレベル以下に納まるような
圧縮処理が行なわれることになる。その結果、以上の各
レベルに対して第１図の八、Ｂ、（：、Ｄ、Ｆの傾きの
直線が得られ輝度１００パーセント以上に対応する直線
化データＤｄｇはその最大値が１２０パーセントレベル
に対応するデータｂとして８ビツトの最大である ｂ　＝　”２５５” となる。

第２図は以上の処理を実現するための構成の一例を示す
ものである。図において、へ／Ｄ変換部２は人力された
映像信号Ｖを９ビツトで量子化して、この量子化データ
Ｏｇをフレームメモリ４に格納する。この量子化と同時
に最大値検出部６ではデータの最大値がとのレベルの範
囲にあるかを判定してルックアップテーブル８に選択信
号を送出する。ルックアップテーブル８は１００パーセ
ント以下のレベルの信号に対してはガンマγ＝　０．４
５を直線化する処理を行ない、１００パーセントレベル
以上に関してはそのレベルに応じて最大値検出部６から
送られてくる選択信号に基づいて第３図（Ａ）〜　（Ｆ
）の変換特性を有するテーブルを選択して第１図の八〜
Ｆの直線に変換して、デガンマデータ［ｌｄｇとして出
力する。

以上のような処理を行なう結果、輝度０パーセントから
輝度１００パーセントを越える範囲を８ビツトのデガン
マデータＤｄｇで表現できるばかりでなく、映像信号の
１００パーセント白に対してもデガンマデータＤｄｇと
して”２１２”を割り当てることができるため、データ
を有効に利用できる。更に、第５図のような濃度特性を
有するプリンタにおいても映像（ｇ号の本来の白に対応
するプリントが灰色になるという問題点を解消すること
ができる。

尚、上記実施例では映像信号が１００パーセント白以上
でｘ１５＋αの傾きのニーを有し２００パーセントレベ
ル以下で映像信号がクリップされている場合を例示した
が、ニーの傾きやクリップレベルが異なる場合も同様に
適用可能なことはもちろんである。

また、映像信号がニーを有せず、輝度１００パーセント
白レベル以上もガンマがかかっているような場合も同様
に適用可能であり、１００パーセント以上のレベルに付
いてのみデカンマを行なわずガンマがかかったままのデ
ータのレベルに応じて第３図のような変換特性でデータ
を割り当てれば良い。

なお、上記の各処理を実現するためには第２図の構成に
示したルックアップテーブル８の内容を適宜設定するだ
けで簡単に実現することができるが、コンピュータ演算
によるデータ変換を行なう系でも実施可能でありソフト
ウェアだけで対応することができるものである。

その結果、例えば背景に明るい部分を有する映像信号を
プリントする場合、本来表現すべき部分を暗くすること
なく、背景の白飛びを有効に防止することが出来る。

〔発明の効果〕

以上述べた様に、本発明によれば映像信号で表現されて
いる広いダイナミックレンジの信号を量子化した上でこ
れを直線化しプリンタ等に表現しようとする場合に、デ
ータの有効な割り付けが可能であり、更にプリンタの有
する濃度特性に映像信号を適合させることができるため
ハイライト部の再現性を高めることができる映像信号の
量子化方法を得ることができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る映像信号量子化方法の
説明図、 第２図は本発明の方法を実施する場合の構成の一例を示
すブロック図、 第３図は本発明の量子化における１００パーセントレベ
ル以上のデータの変換方法の説明図、第４図は従来の映
像信号の量子化方法の説明図、 第５図はプリンタの入力データに対する濃度特性の一例
を示す濃度特性図である。 ２・・・Ａ／Ｄ変換部 ４・・・フレームメモリ ６・・・最大値検出部 ８・・・ルックアップテーブル 第２図 （Ａ） ＣＢ＞ （Ｃ） 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）輝度の第１のレベルまでは一定のガンマ（γ＜０）
   がかかって変化し、輝度の第１のレベルから第２のレベ
   ルまでは一定の傾きで変化する映像信号を、第２のレベ
   ルまで均等に量子化し、輝度の第１のレベル以下に対応
   する量子化信号についてはデガンマして直線化し、輝度
   の第１のレベルから第２のレベルまでは信号のピーク値
   に応じて量子化信号にゲインをかけてピーク値が一定の
   レベル以下になるように対応させることを特徴とする映
   像信号の量子化方法。 ２）輝度に対して一定のガンマ（γ＜０）がかかって変
   化する映像信号を、均等に量子化し、輝度の第１のレベ
   ル以下に対応する量子化信号についてはデガンマして直
   線化し、輝度の第１のレベルから第２のレベルまでは信
   号のピーク値に応じて量子化信号にゲインをかけてピー
   ク値が一定のレベル以下になるように対応させることを
   特徴とする映像信号の量子化方法。