JPH04124977A

JPH04124977A - 画質改善装置

Info

Publication number: JPH04124977A
Application number: JP2246717A
Authority: JP
Inventors: Shigehiro Ito; 伊藤　茂広
Original assignee: Victor Company of Japan Ltd
Current assignee: Victor Company of Japan Ltd
Priority date: 1990-09-17
Filing date: 1990-09-17
Publication date: 1992-04-24
Also published as: US5262978A

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）この発明は、テレビジョン（ＴＶ）受像機、ヒデオテー
プレコーダ（ＶＴＲ）　、プリンタ等の各種ビデオ機器
、画像の認識、計測、測定２診断等を行う各種画像処理
装置、及び各種データ通信装置などに用いられて好適な
画質改善装置に関する。そして、この発明は、特に不要
な成分を付加することなくエツジ強調成分のみを自然な
形で入力信号に付加できる画質改善装置を提供すること
を目的としている。

（従来の技術）従来の画質改善装置の一例を第９図に示す。１１゜１２
は微分回路、１３はリミッタ（振幅制限回路）、１４は
全波整流回路、１５は乗算器、１６は加算器である。な
お、説明の便宜上、各回路の処理時間による信号の遅れ
、及びその遅れを補正するために通常用いられる遅延回
路等は、省略するものとする。

ラインＬ１から入来する入力信号Ｓ！は、第１Ｏ図（ａ
）に示すように、上限周波数ｆＯで帯域制限されている
ものとする。Ｔｖ倍信号は、輝度信号がこの入力信号に
相当する。上限周波数ｆＯの値は４ＭＨＩ程度である。

以下の動作説明に用いる入力信号は、説明を簡単にする
ために、上限周波数Ｉａと同じ周波数の余弦波、Ｓ　ｓ　（＋）　；ｃｏｓ　（２πｔｏ　＋）　　　　
　　・・・（１）とする。これを第１１図（ａ）に示す
。

入力信号Ｓ！は、微分回路１１に供給される。

微分回路１１の特性は、第１０図（ｂ）に示す特性であ
り、周波数特性の虚数部が、Ｉ　（ｊ）□ｉ　Ｉ　／ｌｏ　　　　　　　　−（２）
で表され、実数部が０となる。

第１１図（ｂ）は微分回路１１の出力波形であり、Ｓ　ｂ（ｊ）＝−ｓｉｎ（２ｙｒ　Ｉｎ　ｔ）　　　　
　−（３）なる正弦波として表される。

微分回路１１の出力信号Ｓｂは、微分回路１２に供給さ
れる。微分回路１２は微分回路１１と同一のものであり
、微分回路１２の出力信号は、第１１図（ｃ）に示すよ
うな余弦波、Ｓ　ｃ（ｔ）ニーｃｏｓ（２ｙｒ　ｆｏ　ｆ）　　　　
　−（４）となる。

微分回路１１と微分回路１２との特性を合成すると、第
１０図（ｃ）に示すように、周波数特性の実数部が、Ｒ（＋）ニー（１／１ｏ）２　　　　　　　・・・（５
）となり、虚数部がＯとなる２次微分特性になる。

微分回路１２の出力信号は、次段のリミッタ１３に供給
されて、ここで第１１図（ｅ）に示すように振幅が一定
レベルに制限されると共に、信号波形から極性情報が取
出される。

一方、微分回路１１の出力信号は、全波整流回路１４に
も供給され、第１１図（ｄ）に示すように全波整流され
る。乗算器１５では、全波整流回路１４からの全波整流
波形と、リミッタ１３からの振幅制限波形との乗算が行
われ、第１１図（ｆ）に示す波形の信号が得られる。こ
の出力信号が、エツジ強調成分である。なお、乗算器１
５は、乗算結果の極性を反転して出力する構成となって
いる。

加算器１６は、ラインＬ１から入来する入力信号に、乗
算器１５から供給されるエツジ強調成分を加え、第１１
図（ｇ）に実線で示す信号をラインＬ２へ出力する。第
１１図（ａ）に示す入力信号と、東１１図（ｇ）に実線
で示す出力信号（画質改善処理後の信号）とを比較する
と、零クロス近傍の波形の傾斜が急になっており、エツ
ジ強調効果が現れている。

（発明が解決しようとする課題）入力信号が式（１）で表される場合、微分特性が式（２
）であるならば、ラインＬ２に得られる出力信号が、第
１１図（ｇ）に点線で示される矩形波となったときに、
本来の理想的なエツジ強調がなされたといえる。しかし
、実際にラインＬ２に得られる出力信号は、東１１図（
ｇ）に実線で示したように、近似的に矩形波に近づけた
波形の信号である。そのため、出力信号中に、どうして
も微分波形を全波整流した波形が、不要なリップル成分
として残ってしまい、本来滑らかであるべき出力波形が
歪むという欠点があった。

入力信号が映像信号の場合には、この歪みは、画質劣化
の原因となる。よって、従来の画質改善装置では、エツ
ジ強調をあまり強くかけすぎると、画質改善のためのエ
ツジ強調が、逆に画質劣化を招くことになり、エツジ強
調成分の付加量の調節が非常に難しかった。

この発明が解決しようとする課題は、不要な成分を付加
することなくエツジ強調成分のみを自然な形で入力信号
に付加できる画質改善装置とするには、どのような手段
を講じればよいかという点である。

（課題を解決するための手段）そこで、上記課題を解決するために本発明は、入力信号
である第１の信号が供給されて第２の信号を出力する同
相高域濾波器と、前記第１の信号が供給されて第３の信号を出力する直交
高域濾波器と、前記第２及び第３の信号が供給され、その２つの信号を
ベクトル合成することによって得られた振幅値を有する
第４の信号を出力する振幅合成器と、前記第２及び第４の信号が供給され、振幅値が前期第４
の信号の振幅値と同一であり、極性が前期第２の信号と
一致する第５の信号を出力する波形形成器と、前記第２及び第５の信号が供給され、エツジ強調成分で
ある第６の信号を出力する減算器と、前記第１及び第６
の信号が供給され、前期第１の信号に前期第６の信号を
加えることによって、エツジが強調された出力信号を得
る加算器とより構成したことを特徴とする画質改善装置
を提供するものである。

（実　施　例）第１図に、この発明の画質改善装置の一実施例を示す。

１は直交高域濾波器、２は同相高域濾波器、３は振幅合
成器、４は波形形成器、５は減算器、６は加算器である
。なお、従来例と同様に、説明の便宜上、各回路の処理
時間による信号の遅れ、及びその遅れを補正するために
通常用いられる遅延回路等は、省略するものとする。

まず、ラインＬ１から入来する入力信号Ｓ１が、第２図
（ａ）に示すように、従来例と同様、上限周波数ｔｏ（
約４ＭＨＩ）で帯域制限された箪３図（ａ）に示す余弦
波である場合にいて説明する。ＴＶ信号では、輝度信号
がこの入力信号に相当する。

入力信号Ｓａは、５ａ（ｔ）；ｃｏｓ（２πｊｏ　り　　　　　−（６）
で示される。この入力信号Ｓ！は、直交高域濾波器１に
供給される。直交高域濾波器１の特性は、第２図（ｂ）
に示す特性であり、周波数特性の虚数部が、Ｉ　（１）・ｊｊ／ｊｏ　　　　　　　　・・・（７）
で表され、実・敷部が０となる。直交高域濾波器′１に
は、アナログ回路またはデジタル回路による“廁えば原
点対称型のトランスバーサルフィルタ等が用いられる。

第３図（ｂ）は直交高域濾波器１の出力波形であり、Ｓ　ｂ（＋）＝−ｓｉｎ（２ｙｒ　ｊｏ　　ｔ）　　　
　　−（８）なる正弦波として表される。

一方、入力信号Ｓａは、同相高域濾波器２にも供給され
る。同相高域濾波器２の特性は、第２図（ｃ）に示す特
性であり、周波数特性の実数部が、Ｒ（ｆ）＝　ｌ　Ｉ
／Ｉｏ　ｌ　　　　　　　　・・・（９）となり、虚数
部が０となる特性である。同相高域濾波器２には、アナ
ログ回路またはデジタル回路による、時間＝０の軸に対
称な係数値を持つトランスバーサルフィルタ等が用いら
れる。

直交高域濾波器１と同相高域濾波器２とは、振幅特性Ｇ
　（ｆ）が同一のＧ（ｆ）＝　　　　　１）　　　＋Ｉ（１）２）□ｌ　
ｆ／Ｉｏｌ　　　　　　　　−（１０）であり、位相が
π／２異なる、互いに直交関係にある特性を有する。

第２図（ｂ）に示す特性は、虚数部に値を持つので、そ
の特性を有するものを直交高域濾波器と呼び、第２図（
ｃ）に示す特性は、実数部に値を持つので、その特性を
有するものを同相高域濾波器と呼ぶことにした。

同相高域濾波器２の出力信号は、ｊｌＩ３図（ｃ）に示
すような余弦波、Ｓ　ｃ（ｔ）＝ｃｏ＋（２πＩｏ　＋）　　　　　−（
１１）となる。

振幅合成器３には、直交高域濾波器１及び同相高域濾波
器２の各出力信号Ｓ　ｂ（＋）、　　Ｓ　ｃｌ）が供給
される。振幅合成器３では、次式（１２）に示す直交成
分と同相成分とのベクトル合成により、ａｍ＝　　　ｂ
ｔ　　＋　　ｃ＋　　　−（１２）２つの信号Ｓ　ｂ（
ｊ）、　　Ｓ　ｃ（＋’）の２乗和の平方根ａｍが求め
られる。第３図（ｄ）に示すａａｌの値は１である。

振幅合成器３は、回路的には、乗算器、加算器、及び非
線形増幅器で実現できるが、例えば、デジタル回路の場
合には、予め計算したデータをＲＯＭ等に書込んでおき
、これを参照して出力を得るテーブル・ルック・アップ
方式の回路等でも実現できる。

次に、波形形成器４には、振幅合成器３からの振幅値ａ
ｍと、同相高域濾波器２の出力信号Ｓｃ（＋）とが供給
される。そして、波形形成器４は、次式（１３）のよう
に、振幅がａｍで、正、０、負の極性が、Ｓｅ（＋）の
極性に一致する新たな信号を形成する。

Ｓｄ（＋）＝ｓｇｎ（Ｓｃ（＋））　　・ａｍ　−（１
３）波形形成器４の出力信号Ｓｄ（＋）は、第３図（ｅ
）に示す振幅１の矩形波となる。

波形形成器４は、回路的には、コンパレータと、乗算器
とで実現できるが、例えば、デジタル回路の場合には、
単純な構成の正負反転回路、ＲＯＭを使用するテーブル
・ルック・アップ方式の回路等でも実現できる。

減算器５には、同相高域濾波器２の出力信号Ｓｃ（＋）
と、波形形成器４の出力信号Ｓｄ（＋１とが供給される
。そして、減算器５は、信号５ｃ（ｔ）から信号５ｄ（
１）を減算し、第３図（ｆ）示す信号Ｓｅ（＋）を出力
する。

Ｓ　ｅ（＋）＝Ｓ　ｃｌ）−Ｓ　ｄ（＋）Ｓ　ｃ（＋）
−ｓｇｎ（Ｓ　ｃ（ｆ））　　・ａ　ｍ・・・　（１４
）この信号Ｓｅ（＋）が、エツジ強調成分である。

加算器６は、入力信号Ｓｔ（＋）にこのエツジ強調成分
Ｓｅ（＋）を加え、次式（１５）で示される信号Ｓｌ（
＋）を出力する。

Ｓ　ｆ（【）□　Ｓ　ａ（＋）＋　Ｓ　ｅ（＋）　　　
−（１５）第３図（ｇ）に信号ＳＲ＋）を示す。

出力信号Ｓｌ）は、入力信号５ｌ（１）の傾斜部に適格
にエツジ強調成分が付加された、理想的な矩形波となっ
ている。もちろん、出力信号Ｓｌ（＋）には、エツジ強
調成分以外の不要成分は付加されていない。また、出力
信号５ＩＮ）の振幅が、入力信号５ａ（））の振幅と同
一である点も特徴的である。

出力信号Ｓｌ）と入力信号５ａ（１）とをフーリエ変換
し、スペクトル分布を比べてみると、２つの信号の違い
がさらに明確になる。第２図（ｄ）は、第３図（ａ、）
に示す入力信号Ｓ！（＋）のスペクトル分布であり、第
２図（ｅ）は、第３図（ｇ）に示す出力信号５ｌ（１１
のスペクトル分布である。

第２図（ｄ）が、周波数【：ｆＯに単一のスペクトルが
存在しているのに対して、ｈ４２図（ｅ）は、周波数１
＝！ｏ及びその奇数倍の周波数にスペクトルが存在して
いることがわかる。入力信号５ａ（ｆ）は、ｆｏ以下の
周波数領域に帯域制限された信号であるから、この画質
改善装置の処理により、入力信号５ｓ（ｔ）に帯域外の
周波数成分が付加されたことを第２図（ｅ）は示してい
る。

この画質改善装置は、入力信号Ｓａ（＋）の有する周波
数帯域外の周波数成分を入力信号Ｓａ（＋）に付加（エ
ツジ強調成分の付加）することにより、鮮鋭度及び解像
度の向上を図っている。

次に、箪４図（ａ）〜（ｇ）は、入力信号５１（ｊ）を
余弦波とし、その周波数ｆをＩ＝ｆｏ／２　　　　　　
　　　　　・・・（１６）とした場合の、各部の動作波
形図である。第４図（ａ）〜（ｇ）の測定位置は、それ
ぞれ第３図（ａ）〜（ｇ）の測定位置に対応している。

第４図（ｆ）に示すエツジ強調成分の振幅は、第３図（
ｆ）に示すエツジ強調成分の振幅の半分である。よって
、第４図（ｇ）に示すように、エツジ強調効果（画質改
善効果）は第３図（ｇ）に示す場合に比べて半減してい
る。

ここで、第４図の時間軸の時間間隔に合わせて東３図を
書換えると、第５図のようになり、第４図と篤５図とを
比べれば、ＩｌｏとＩ＝Ｉｏ／２との違いがさらに明確
になる。

このように、本実施例の画質改善装置によって作り出さ
れるエツジ強調成分は、周波数特性を有し、入力信号の
周波数に比例する。よって、この画質改善装置によるエ
ツジ強調効果（画質改善効果）は、入力信号の周波数が
低くなるほど小さくなる。この特徴は、入力信号が映像
信号のような場合には、観賞者に対して違和感を与える
ことなく、自然に鮮鋭度及び解像度を改善するために必
要な条件である。

第６図は、入力信号Ｓａ（＋）を同図（ａ）に示すよう
なパルス信号とした場合の動作波形図である。

第６図（ａ）〜（ｇ）の測定位置は、それぞれ第３図（
ａ）〜（ｇ）の測定位置に対応している。

第７図は、入力信号Ｓａ（＋）を同図（ａ）に示すよう
な立上がりエツジを含む信号とした場合の動作波形図で
ある。第７図（ａ）〜（ｇ）の測定位置も同様に、それ
ぞれ第３図（ａ）〜（ｇ）の測定位置に対応している。

第６図及び第７図の各場合においても、エツジ強調の効
果が明確であり、画質改善が十分に図られている。

次に、第８図（ａ）は、第２図（ａ）のように、帯域内
に−様なスペクトルを有する次式で示される信号の波形
図である。

Ｓ　ａ（ｔ）＝（ｓｉｎ（２πＩｏ　）））／　（：９
ｒ　Ｉｏｔ）・・・（１７）第８図（ｂ）は、同図（ａ）の信号を本実施例の画質改
善装置に入力した場合の出力信号の波形図である。同図
（ｂ）において、中心のパルス部だけでなく、リンギン
グ部分も矩形波に近い形になっており、入力信号の帯域
外成分が十分に付加され、画質改善が図られていること
がわかる。

なお、上述の説明では、入力信号をＴＶ信号の輝度信号
としたが、入力信号はＴＶ信号の色信号であってもよい
し、ＲＧＢそれぞれ色別の原色信号等であってもよい。

本実施例の画質改善装置の用途としては、ＴＶ受像機に
限らず、ＶＴＲ，ビデオディスクプレーヤ、カメラ、ス
キャナ、モニタ装置、プリンタ等の各種ビデオ機器、画
像の認識、計測、測定、診断等を行なう各種画像処理装
置などが考えられる。

さらに、アイパターンの改善のために、データ通信装置
に応用することも考えられる。

（発明の効果）以上の通り、本発明の画質改善装置は、不要成分を付加
することなく、エツジ強調成分のみを、入力信号の傾斜
部に適格に付加できる。これによって、出力信号は、入
力信号の有する周波数帯域外の周波数成分が付加されと
ものとなり、この画質改善装置は、入力信号の鮮鋭度及
び解像度を向上させることができ、大幅に画質改善を図
ることができる。

さらに、エツジ強調成分は、入力信号の周波数に比例す
るので、この画質改善装置は、観賞者に対して違和感を
与えることなく、自然な形で鮮鋭度及び解像度を向上さ
せることができる。

また、本発明の各構成要素は、従来の回路を組合わせる
ことにより構成できるので、本発明は容易に実現可能で
あり、幅広い用途を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は一実施例のブロック構成図、第２図はその実施
例の動作説明のための図、第３図〜第８図はその実施例
の動作波形図、第９図は従来例のブロック構成図、第１
０図はその従来例の動作説明のための図、第１１図はそ
の従来例の動作波形図である。１・・・直交高域濾波器、２・・・同相高域濾波器、３
・・・振幅合成器、４・・・波形形成器、５・・・減算
器、６・・・加算器。特　許　出願人　日本ビクター株式会社才１図崩９圓オ６Σ オ７り才１０回オｌＩΣ 斗手続補上書平成３年１月：Ｌ７日

Claims

【特許請求の範囲】入力信号である第１の信号が供給されて第２の信号を出
力する同相高域濾波器と、前記第１の信号が供給されて第３の信号を出力する直交
高域濾波器と、前記第２及び第３の信号が供給され、その２つの信号を
ベクトル合成することによって得られた振幅値を有する
第４の信号を出力する振幅合成器と、前記第２及び第４の信号が供給され、振幅値が前期第４
の信号の振幅値と同一であり、極性が前期第２の信号と
一致する第５の信号を出力する波形形成器と、前記第２及び第５の信号が供給され、エッジ強調成分で
ある第６の信号を出力する減算器と、前記第１及び第６
の信号が供給され、前期第１の信号に前期第６の信号を
加えることによって、エッジが強調された出力信号を得
る加算器とより構成したことを特徴とする画質改善装置
。