JPH0319753B2 - - Google Patents

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JPH0319753B2
JPH0319753B2 JP55169019A JP16901980A JPH0319753B2 JP H0319753 B2 JPH0319753 B2 JP H0319753B2 JP 55169019 A JP55169019 A JP 55169019A JP 16901980 A JP16901980 A JP 16901980A JP H0319753 B2 JPH0319753 B2 JP H0319753B2
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Aasa Raitomaiya Guren
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Publication of JPH0319753B2 publication Critical patent/JPH0319753B2/ja
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    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N9/00Details of colour television systems
    • H04N9/64Circuits for processing colour signals
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N5/00Details of television systems
    • H04N5/222Studio circuitry; Studio devices; Studio equipment
    • H04N5/262Studio circuits, e.g. for mixing, switching-over, change of character of image, other special effects ; Cameras specially adapted for the electronic generation of special effects
    • H04N5/2628Alteration of picture size, shape, position or orientation, e.g. zooming, rotation, rolling, perspective, translation
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N9/00Details of colour television systems
    • H04N9/64Circuits for processing colour signals
    • H04N9/74Circuits for processing colour signals for obtaining special effects

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Television Systems (AREA)
  • Studio Circuits (AREA)
  • Compression Or Coding Systems Of Tv Signals (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 <産業上の利用分野> この発明はテレビジヨン画像寸法変更装置、特
にテレビジヨン画像を縮小および(または)拡大
して任意の所要縦横比を生成する装置に関する。
<従来技術・その問題点> 従来、テレビジヨン画像の寸法を変更するため
に種々のデジタル技法が利用されて来た。ある技
法では米国特許第4134128号明細書開示のように
水平走査線と水平走査線内の絵素(普通ピクセル
と呼ぶ)を省略することにより画像の縮小を行つ
ているが、この技法では信号情報が省略されるた
めに画像の品質が低下する欠点があつた。また他
の方法では、水平走査線間および水平走査線内の
ピクセル間の輝度成分に内挿を行つて画像を縮小
したり拡大したりしているが、単信号成分の内挿
のため、またエーリアシングの問題が生じること
があるため、この技法も画像の品質を低下させ
る。ここで「エーリアシング」とはナイキスト周
波数近傍またはそれ以下の周波数で抽出したサン
プルから再構成された信号中に生ずるスプリアス
信号をいう。
<発明の概要> この発明によるテレビジヨン画像寸法変更装置
は合成ビデオ信号を同期周波数でサンプリングす
ることによつてこの合成ビデオ信号から取出され
たピクセルを書込み制御および読出し制御により
メモリ11を通して調整する形式のもので、上記
合成ビデオ信号のピクセルをその合成ビデオ信号
の各基本成分(R、G、BまたはY、I、Q)に
関連する原ピクセルに分離する手段16と、上記
原ピクセルから内挿ピクセルを取出すために少な
くとも1個の基本成分に関連するプロセツサ手段
(18,20,22の少なくとも1つ)とを具備
している。
上記プロセツサ手段は、一方向の同じ座標軸に
沿つてこれから取出されたピクセル(P(n)、P
(n−1))を表わす第1の信号と、同じ方向の他
の座標軸に沿つてこれから取出されたピクセル
(P(n− 1H)、P(n− 1H−1))を表わす第
2の信号を発生する緩衝メモリ34を含む手段
と、比△nh:(1−△nh)で合成された上記第1
の信号のピクセル値を表わす第1の合成信号
(Pi1)を発生するスケーリングおよび合成手段4
6,58,52、および上記の比△nh:(1−△
nh)で合成された上記第2の信号のピクセル値を
表わす第2の合成信号(Pi2)を発生するスケー
リングおよび合成手段44,56,50と、上記
一方向を横切る方向に沿つて配列された上記第1
および第2の合成信号(Pi1、Pi2)を比△nv:(1
−△nv)で合成して得られたピクセル値を表わす
第3の合成信号(PI)を発生する他のスケーリン
グおよび合成手段48,60,54と、予め定め
られたピクセルに相当する上記第3の合成信号を
選択的に出力する手段76と、各場合に応じて原
ピクセルあるいは上記第1および第2の合成信号
の一方のピクセルに関する内挿ピクセルの位置
(△n)に従つて上記比を与えるために上記各ス
ケーリングおよび合成手段をそれぞれ調整するた
めの制御値(△nh、△nv)を発生するための手段
66とからなつている。
<実施例> 次に添付図面を参照しつつこの発明をさらに詳
細に説明する。
従来、テレビジヨン画像寸法を変更するために
時間/周波数スケーリングが利用されて来たが、
この技法を第1a図ないし第1e図に示す。第1
a図に示すように、この技法は原ピクセルの値を
通常主クロツクによつて決定されるある同期周波
数における周期(以下では同期周期と称す)△t
でビデオ信号f(t)からサンプリングすること
を必要とする。テレビジヨン画像の寸法を原寸の
1/Kに縮小するには、第1b図に示すようにビ
デオ信号f(t)に対する内挿ピクセル値を原ピ
クセル値から△t・Kの周期で取出し、この内挿
ピクセルを同期周期△tで再生して第1c図に示
すようにテレビジヨン信号f(K・t)を生成す
る。テレビジヨン画像の寸法を原寸のK倍に拡大
するには、第1d図に示すようにビデオ信号f
(t)に対する内挿ピクセル値を原ピクセル値か
ら△t/Kの周期で取出して、その内挿ピクセル
を同期周期△tで再生して第1e図に示すような
ビデオ信号f(t/K)を生成する。
第2図にはビデオ信号の各成分に関して各別に
内挿を行なうこの発明のテレビジヨン画像寸法変
更装置10が映像同期装置と関連してブロツク図
の形で示されている。ある同期または実時間周波
数例えば副搬送波周波数の4倍で合成ビデオ信号
をサンプリングする手段(図示せず)がこの映像
同期装置の一部として含まれ、各線ごとに所定数
のピクセルを生成し、各フイールドごとに所定数
の線を生成する。この映像同期装置にはまた書込
み制御器12および読出し制御器14によりピク
セル情報を調整するメモリ11が含まれている。
合成ビデオ信号のピクセルは画像寸法変更装置1
0の分離手段16に供給され、公知の成分R、
G、BまたはY、I、Q等のビデオ信号の各基本
成分に関係する原ピクセルに分離される。テレビ
ジヨン画像を縮小すべきときは合成信号ピクセル
を直接分離手段16に供給するが、拡大すべきと
きは映像同期装置内のメモリ11を介して供給す
る。各ビデオ成分に対する原ピクセルは各別の成
分プロセツサ手段18,20,22に供給され
て、これから画像縮小時は同期周波数より低い実
効周波数(同期周期より長い実効周期)で、画像
拡大時は同期周波数より高い実効周波数(同期周
期より短かい実効周期)で内挿ピクセル値を取出
す。この各ビデオ成分に関係する内挿ピクセルは
合成ビデオ信号組立て手段24に供給されて新し
い合成ビデオ信号に関係する新しいピクセルに組
立てられ、この新ピクセルが同期周波数で表示さ
れて前述の時間周波数スケーリング技法に従つて
寸法が変更されたテレビジヨン画像が得られる。
画像拡大時は新ピクセルが合成ビデオ組立て手段
24から直接表示器に供給されるが、縮小時は映
像同期装置内のメモリ11を介して表示器に供給
される。
原ピクセル、内挿ピクセル、新ピクセル相互間
の周波数または周期の変換は映像同期装置内のメ
モリ11により行なわれる。画像縮小中は内挿ピ
クセルは同期周波数より低い周波数で取出される
ため、合成ビデオ信号の原ピクセルは同期周波数
で直接分離手段16に供給される。しかしなが
ら、新ピクセルもまた組立て手段24により同期
周波数より低い周波数で取出されるため、メモリ
11を介して同期周波数で表示するようにしなけ
ればならない。また画像拡大中は内挿ピクセルは
同期周波数より高い実効周波数で取出されるた
め、合成ビデオ信号中の原ピクセルの同期周波数
を低くする必要がある。従つて、原ピクセルは同
期周波数で内挿ピクセルを取出すのに要する低い
周波数でメモリ11を経由してビデオ成分分離手
段16に供給される。このように原ピクセルの周
波数は低くなるため、拡大中に取出される内挿ピ
クセルの実効周波数は同期周波数より高くなる。
しかしながら、新ピクセルは実際に組立て手段2
4から同期周波数で取出され、これから直接表示
器に供給される。合成ビデオ信号の原ピクセルは
テレビジヨン画像のラスタ中で特定の水平および
垂直位置を有し、この発明の装置は画像寸法を水
平方向または垂直方向、あるいは水平、垂直の双
方の方向に縮小または拡大するようにすることが
できる。またこの水平および(または)垂直方向
における画像の伸縮度は成分プロセツサ手段1
8,20,22において調節することもできる。
また縮小または拡大された画像を例えば米国特許
第4227215号明細書開示のような通常の技法を用
いて位置制御器30によりラスタ内の任意の位置
に持つて来るように調整することもできる。
成分プロセツサ手段18,20,22は共通の
構造と同一の機能特性を持つが、種々の実施例が
考えられる。このような成分プロセツサ手段1
8,20,22に適した一推奨実施例を第3図に
ブロツクの形で示す。図において手段32は多項
式関数を適用して原ピクセル値から内挿ピクセル
値を取出すために利用される。緩衝メモリ34は
クロツクで駆動されるシフトレジスタのようなも
ので、原ピクセル値をクロツクによつて順次多項
式内挿手段32に供給する。第2図について前に
述べたように、原ピクセル値は単一のビデオ成分
に関係し、ビデオ成分分離手段16からメモリ3
4に供給される。内挿周波数制御手段36は多項
式内挿手段32に接続されて内挿ピクセルを取出
す周波数を制御する。
多項式関数はこの分野においてサンプル情報か
ら未知情報を内挿するのに普通利用され、多項式
の次数Nに依存して、内挿に要する情報サンプル
の数はN+1である。従つて多項式内挿手段32
の構造とメモリ34の所要容量は何次の多項式を
利用するかによつて決まる。原ピクセル値はクロ
ツクによつてメモリ34を通つて連続的に伝送さ
れ、周波数制御手段36が内挿手段32を作動さ
せるたびに1つの内挿ピクセルが取出される。
デジタル信号処理の技術から、第2図の組立て
手段24から取出されている新しい成分ビデオ信
号中の各成分の周波数スペクトル帯域幅は、分離
手段16に印加されている合成ビデオ信号中の各
成分の帯域幅に比して、画像縮小中は増大し、拡
大中は減少する。従つて、前述のようにナイキス
ト周波数より低い実効周波数で信号がサンプリン
グされるときはエーリアシングが起るため、第1
a図、第1b図および第1c図について述べたよ
うにして画像を縮小すると画像品質が劣化するこ
とがある。第2図に示すプロセツサ手段18,2
0,22の実施例によれば上述のエーリアシング
の問題を解消することができる。この実施例では
第3図に示すように濾波手段38が設けられ、画
像縮小時にはナイキスト周波数より高い内挿ピク
セルの実効周波数を確立するように原ピクセルの
帯域制限が行われる。前述のように水平および
(または)垂直方向の画像縮小率は調節し得るよ
うにすることができ、濾波手段38による帯域制
限は各方向における縮小率と共に変る。この縮小
率は前述のように内挿ピクセルの周波数により決
まるから、周波数制御手段36はまた第3図の濾
波手段38内の可変水平濾波器40および可変垂
直濾波器42をそれぞれ設定するように接続され
ている。
第2図の各成分プロセツサ手段18,20,2
2に多項式内挿手段32と濾波手段38を組込む
ことにより、原ピクセルは成分分離手段16から
可変水平および(または)垂直濾波器40,42
を介して緩衝メモリ34に供給される。水平濾波
器40は所定レベル以下の全周波数を通すように
調節することができ、垂直濾波器42は櫛型で水
平線周波数の高調波相互間に生ずる情報を通すよ
うに調節することができる。多項式内挿手段32
および濾波手段38はどちらも周波数制御手段3
6によつて制御されるため、画像縮小中に各プロ
セツサ手段18,20,22によつて取出される
内挿ピクセルの帯域幅は、エーリアシングの問題
を防ぐために内挿周波数によつて制限される。例
えば画像を水平垂直の両方向に1/4に縮小すると
きは、周波数制御手段36は内挿周波数を原ピク
セル周波数の25%に設定し、濾波手段38を原ピ
クセルの周波数スペクトルをその帯域幅の25%に
制限するように設定する。
多項式関数の次数が増すほどその解が複雑にな
るため、1次多項式関数による線形内挿が必要な
ハードウエア数が最も少ない。線形の場合この多
項式関数は第4図に示すような直線の式になり、
f(x)=a1x+a2の形をとる。ここでxの値は内
挿を要する位置によつて決まり、a1、a2はN+1
の隣接原ピクセルの値によつて決まる。隣接原ピ
クセル値をP(n)、P(n−1)と指定すると、
内挿ピクセル値PiはP(n)とP(n−1)の間に
ある。1次多項式関数の通常の解によると、a1
P(n)−P(n−1)、a2=P(n−1)で、x=
△nとすると、f(x)=〔P(n)−P(n−1)〕
△n+P(n−1)となる。△nが内挿周波数制
御手段36から取出されるものとすると、多項式
内挿手段32に必要なハードウエアは、所要の内
挿ピクセル値を取出すために隣接する2つの原ピ
クセル間の内挿が必要な各位置ごとに減算を1
回、加算を1回、乗算を1回行なう必要がある。
第2図の画像寸法変更装置は画像の水平または
垂直の一方向の寸法を変えるには充分である。こ
のような一方向の画像寸法変更装置として特開昭
54−138326号公報に示されている装置がある。こ
の発明は、水平垂直の両方向の画像寸法変更能力
を具えた装置を提供するものである。第5図に示
すように、まず隣接する水平線上の隣接する原ピ
クセル値の間の2つの位置について一方向の内挿
値を導いた後、この隣接水平線に沿う最初の2つ
の内挿位置間から第3の位置の内挿値を導き出
す。この3つの内挿を行うに要する原ピクセル値
は、今のピクセル値P(n)とP(n−1)とP
(n− 1H)とP(n− 1H−1)の4つだけであ
る。ただし1Hは1水平線のピクセル距離を示す。
まず前述の通常の解を適用して1水平線上の原ピ
クセル値P(n)、P(n−1)間の位置のPi1の値
およびその隣の水平線上の原ピクセル値P(n−
1H)、P(n− 1H−1)間の位置のPi2の値を導
出した後、Pi1とPi2の間の位置のPIの値を導出す
るとすれば、次式が得られる。
Pi1=〔P(n)−P(n−1)〕・△nh
P(n−1)=P(n)・△nh+P(n−1)・(1−
△nh) Pi2=〔P(n− 1H)−P(n− 1H−1)
〕・△nh+P(n− 1H−1) =P(n− 1H)・△nh+P(n− 1H−1
)・(1−△nh) PI=〔Pi1−Pi2〕・△nv+Pi2 △nh、△nvが内挿周波数制御手段36から引出
されるものとすると、多項式内挿手段32に必要
なハードウエアはPIの値を導くための3つの位置
の内挿に減算3回、加算3回、乗算3回を行う必
要がある。
第5図に示す内挿技法によつて成分プロセツサ
手段18,20,22に水平垂直の両方向の画像
寸法変更能力を与えることができるハードウエア
を第6図に示す。前述の説明によつて緩衝メモリ
34の容量は1水平線中の原ピクセルの数と原ピ
クセル1個の和で通常 1H+1遅延と呼ばれる値
で決まる。多項式内挿手段32内には3個の減算
器44,46,48と3個の加算器50,52,
54と3個の乗算器56,58,60が配置さ
れ、メモリ34から4つの原ピクセル値を受入れ
て前述のように内挿を行うようになつている。内
挿周波数制御手段36内では、水平および垂直の
寸法制御器62,64がそれぞれ加算器68,7
0を介してPI位置レジスタ66にデジタル設定レ
ベルを印加することにより、水平垂直の内挿周波
数により決まる内挿周期△h、△vを設定する。レ
ジスタ66内の今のPIの水平および垂直位置は加
算器68,70にそれぞれ帰還され、このためこ
れらの加算器は導出すべき次のPIを表わす出力を
生成する。レジスタ66は第5図の今のPIの誘導
における上記内挿周期△nh、△nvの大きさを表わ
す出力を乗算器56,58,60に印加すると共
に、その誘導におけるP(n)の水平および垂直
位置を表わす出力を原ピクセル位置比較器72に
印加する。n位置レジスタ74はメモリ34内の
今のP(n)の水平および垂直位置を表わす出力
を比較器72に印加し、比較器72の出力は多項
式内挿手段32を作動させる手段76に印加され
てこれを制御するようになつている。
原ピクセル値はクロツクによりメモリ34を通
つて連続的に転送され、メモリ34はまた連続的
に多項式内挿手段32にP(n)、P(n−1)、P
(n− 1H)、P(n− 1H−1)に関する情報を
供給している。さらにレジスタ66の出力△nh
△nvにより乗算器56,58,60の乗算係数が
連続的に設定されて多項式内挿手段32が若干の
内挿ピクセル値PIを連続的に出力するようになつ
ている。しかし作動手段76はレジスタ74が今
のP(n)がレジスタ66中の今のPIの値を内挿
するのに適当であることを示したとき比較器72
からの指令により多項式内挿手段の出力だけを通
す。画像縮小中は原ピクセル情報が同期周波数で
クロツクされて緩衝メモリ34に転送され、PI
置情報が同期周波数より低い周波数でレジスタ6
6に伝送されるため、比較器72は作動手段76
を制御して同期周波数より低い周波数でPI値を生
成させる。また画像拡大中は原ピクセル情報が同
期周波数以下の周波数で緩衝メモリ34に転送さ
れ、PI位置情報が同期周波数でクロツクされてレ
ジスタ66に転送されるため、比較器72は作動
手段76を制御して同期周波数でPI値を生成す
る。
第3図の濾波手段38に使用できる種々の形式
のデジタル濾波器が知られているが、第6図の可
変水平濾波器40および可変垂直濾波器42とし
ては通常のデジタル反復濾波器が使用される。原
ピクセル情報はクロツクにより3入力加算器78
の第1入力より可変水平濾波器40に転送され、
加算器78の出力は乗算器80および1ピクセル
遅延器82の入力に印加される。乗算器80の出
力は第3入力加算器84の1つの入力に印加され
る。遅延器82の出力は1ピクセル遅延器86の
入力および乗算器88,90の入力に印加され、
その乗算器88,90の出力はそれぞれ加算器7
8,84の第2の入力に供給される。遅延器86
の出力は乗算器92,94の入力に供給され、そ
の乗算器92,94の出力はそれぞれ加算器7
8,84の第3の入力に供給される。乗算器8
0,88,90,92,94は水平濾波係数を記
憶するメモリ96を介して水平寸法制御器62の
水平内挿周期△hによつて設定される可変乗算係
数を生成する。情報はクロツクにより3入力加算
器98の第1の入力を介して可変垂直濾波器42
に転送され、その加算器の出力は乗算器100お
よび1水平線遅延器102の入力に供給される。
乗算器100の出力は3入力加算器104の1つ
の入力に供給される。遅延器102の出力は1水
平線遅延器106の入力および乗算器108,1
10の入力に印加され、その乗算器108,11
0の出力はそれぞれ加算器98,104の第2の
入力に供給される。遅延器106の出力は乗算器
112,114の入力に供給され、乗算器11
2,114の出力はそれぞれ加算器98,104
の第3の入力に供給される。乗算器100,10
8,110,112,114は垂直濾波係数を記
憶するメモリ116を介して垂直寸法制御器64
の垂直内挿周期△vによつて設定される可変乗算
係数を生成する。
原ピクセル情報は可変水平濾波器40および可
変垂直濾波器42にクロツキングされ、ここで加
算器および遅延器が共働してその乗算器の乗算係
数に従つてその情報の周波数スペクトルを制限す
る。濾波器40,42の動作は当業者に公知であ
つて、例えばレストン者(Reston Publishing
Co.Inc.)発行のスタンレー(William D.
Stanley)著「デジタル信号処理(Digital
Signal Processing)」の第7章等多くの教科書に
説明されている。前述のように濾波器40,42
による帯域制限は画像縮小時だけ必要で、従つて
画像拡大時は乗算器80,100の乗算係数が1
に設定され、乗算器88,90,92,94,1
08,110,112,114の乗算係数が0に
設定されて、原ピクセル情報は帯域制限なく濾波
器40,42を通過するようになつている。さら
に濾波器40,42は緩衝器34に対して任意の
順序に配置することができる。
【図面の簡単な説明】
第1a図、第1b図、第1c図、第1d図およ
び第1e図はテレビジヨン画像の寸法変更に用い
られている従来の時間/周波数スケーリング法を
示す図、第2図はビデオ信号をその基本成分に分
離し、その各成分に時間/周波数スケーリング法
を適用する時間/周波数スケーリング法を使用し
たこの発明の画像寸法変更装置の推奨実施例のブ
ロツク図、第3図はビデオ信号の1成分を縮小ま
たは拡大するための第2図の装置で使用されるピ
クセル・プロセツサのブロツク図、第4図は1方
向に沿つて実行されたピクセルの1次多項式内挿
を示す図、第5図はこの発明による画像寸法変更
装置で実行されるピクセルの2方向1次多項式内
挿を示す図、第6図は第5図によつて示された2
方向内挿を実行する1成分ピクセル・プロセツサ
を示すブロツク図である。 11……メモリ、12……書込み制御器、14
……読出し制御器、16……分離手段、18,2
0,22……プロセツサ手段、34……緩衝メモ
リ、44,56,50;46,58,52;4
8,60,54……スケーリングおよび合成手
段、66……制御値発生手段、76……第3の合
成信号を選択的に出力する手段。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 合成ビデオ信号を同期周波数でサンプリング
    することによつてこの合成ビデオ信号から取出さ
    れたピクセルを書込み制御および読出し制御によ
    りメモリを通して調整するテレビジヨン画像寸法
    変更装置であつて、上記合成ビデオ信号のピクセ
    ルをその合成ビデオ信号の各基本成分に関連する
    原ピクセルに分離する手段と、上記原ピクセルか
    ら内挿ピクセルを取出すために少なくとも1個の
    基本成分に関連するプロセツサ手段とを具備し、 上記プロセツサ手段は、一方向の寸法を変更す
    るために、その方向の同じ座標軸に沿つてこれか
    ら取出されたピクセルを表わす第1の信号と、同
    じ方向の他の座標軸に沿つてこれから取出された
    ピクセルを表わす第2の信号とを発生する緩衝メ
    モリ手段を含む手段と、比△nh:(1−△nh)で
    合成された上記第1の信号のピクセル値を表わす
    第1の合成信号を発生するスケーリングおよび合
    成手段と、上記の比△nh:(1−△nh)で合成さ
    れた上記第2の信号のピクセル値を表わす第2の
    合成信号を発生するスケーリングおよび合成手段
    とを具備し、 上記プロセツサ手段は、さらに上記一方向を横
    切る方向の寸法を変更するために、上記一方向を
    横切る方向に沿つて配列された上記第1および第
    2の合成信号を比△nv:(1−△nv)で合成して
    得られたピクセル値を表わす第3の合成信号を発
    生する他のスケーリングおよび合成手段と、予め
    定められたピクセルに対応する上記第3の合成信
    号を選択的に出力するための手段と、各場合に応
    じて原ピクセルあるいは上記第1および第2の合
    成信号の一方のピクセルに関する内挿ピクセルの
    位置に従つて上記比を与えるために上記各スケー
    リングおよび合成手段をそれぞれ調整するための
    上記△nh、△nvに対応する制御値を発生する手段
    とを具備している、テレビジヨン画像寸法変更装
    置。
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