JPH06225212A - デジタル画像信号の補間方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 少ないメモリ容量で演算することが可能な補
間方法を提供し、結果として得られる出力画像に偽像を
生じさせないことである。 【構成】 係数発生手段から画像拡大に用いる画像デー
タの補間係数を拡大率に応じたサンプリング間隔で抽出
して係数データを作成し、作成された係数データを同一
位置の補間画素を求める際に使用する係数の組に分類す
ると共に各係数データを少ないビット数の値に切り捨
て、こうして得られた各分類毎の係数データの合計を求
め、この合計値が所定の値になるように各係数データを
補正後の係数データと補正前の係数データとの誤差が最
も大きい係数データから補正するものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は画像の拡大に用いるデジ
タル画像信号の補間方法に係り、特にデジタル画像を任
意の倍率で拡大できるような補間方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、画像情報の多様化が進み、従来の
ビデオ画像の他に高品位テレビやコンピュータに依る画
像等多くの画像が一般化してきた。これらの画像は夫々
画素クロック周波数、水平画素数及び走査線数が異なる
ため、これらの画像をディスプレイ装置、例えば複数台
のＮＴＳＣ方式のモニタディスプレイ装置を縦横に配列
したマルチビジョンシステムに表示しようとする場合、
画素の補間が必要になる。

【０００３】最も簡単な画素の補間方法としては、例え
ば図５に示すように補間する画素の位置に最も近い画素
の値と同じ値の画素を作成する最近傍補間という方法が
ある。しかしながら斯かる方法は得られる画像の品位が
低く、特に自然画の補間には不向きであるという欠点が
あった。

【０００４】また高品位な画像が得られる方法としてＣ
ｕｂｉｃ補間方法がある。これにはＣｕｂｉｃ関数と原
信号との畳み込み演算が必要であるが、斯かる演算を高
速に行うため関数の値、即ち畳み込み演算に用いる係数
値を離散的データとしてメモリに格納しておくことが必
要でメモリの容量が大きくなってハードの規模が拡大す
る欠点があった。

【０００５】また上記の方法は拡大率に応じたデータ、
例えば図４の例では入力デジタル画像を３倍に拡大する
場合は白丸の点の係数が必要で、４倍に拡大する場合は
黒丸の点の係数が必要であるため、幅広い拡大率に対応
する補間を行うためには規模の大きなメモリを必要とす
る欠点があった。このことは回路規模の増大を招き、コ
ストアップにつながる問題点があった。

【０００６】ところで画像のＲＧＢ信号の各８ビットの
偽像のない出力画像を得るためには、係数データの有効
桁数が最低でも１２ビット必要であることが知られてい
る。従ってメモリ容量を減少させるために係数のビット
数を少なく切り捨てすると、逆に演算誤差に依って出力
画像に偽像を生じる欠点があった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上述のような
従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、その目
的は少ないメモリ容量で演算することが可能な補間方法
を提供し、結果として得られる出力画像に偽像を生じさ
せないことである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明に係るデジタル画
像信号の補間方法は、係数発生手段から画像拡大に用い
る画像データの補間係数を拡大率に応じたサンプリング
間隔で抽出して係数データを作成し、作成された係数デ
ータを同一位置の補間画素を求める際に使用する係数の
組に分類すると共に各係数データを少ないビット数の値
に切り捨て、こうして得られた各分類毎の係数データの
合計を求め、この合計値が所定の値になるように各係数
データを補正後の係数データと補正前の係数データとの
誤差が最も大きい係数データから補正するものである。

【０００９】

【作用】先の従来の技術において説明したように、画像
信号の補間を行う際に補間係数のデータを少ないビット
数の値に切り捨てすると偽像が発生するのは、同一の補
間画素を畳み込み演算に依って求める際の、係数の合計
値が演算後の画素データの値に影響を与えるほどばらつ
くことが原因であり、係数の合計値をある規定値に揃え
ることができれば偽像の発生を抑制できることになる。

【００１０】画像の補間拡大において、補間される画素
を求めるために使用される係数の組は拡大率毎に一定サ
ンプリング間隔で繰り返し使用される。この各組の係数
値の総和が異なっていれば出力画像に一定周期で偽像が
現れることになるが、本発明の構成では係数の合計値を
ある規定値に揃うように係数データを補正しているので
偽像の発生しにくい補間拡大を行うことが可能となる。

【００１１】ここで係数組の総和と出力画像上の偽像と
の関係について説明する。出力画像を求める際の畳み込
み演算の式の例を挙げると、例えば次のような積和演算
になる。

【００１２】

【数１】

【００１３】（但し、ａｋ，ｂｋ，ｃｋ，ｄｋは係数、
Ｉ_i は入力画素値、Ｏ_j は出力画素値である）本来はａ
ｋ＋ｂｋ＋ｃｋ＋ｄｋの値は常に一定の値になる必要が
あるが、係数のビット長を短くした場合、丸め誤差が発
生して一定値になら倍場合が生じる。この場合は、Ｉが
すべて等しい時（入力が像が全面同じ画素値を持つ時）
を例に取ると前記数１は次のように変形できる。

【００１４】

【数２】

【００１５】即ち出力画素値Ｏ_j が係数の和によって変
化することになる。従って本来ならば原画像が全面同じ
画素値を持つならば拡大画像も全面同じ画素値でなけれ
ばならないはずのものが、係数和の変動に伴った偽像が
現れることになる。また係数の使用される組は周期的に
変化するので通常この偽像は格子状になる。

【００１６】

【実施例】以下本発明のデジタル画像信号の補間方法を
一実施例について図面を参照して詳細に説明する。

【００１７】図２は補間方法を実現するためのハードウ
ェア構成を示すブロック図であり、１は入力ビデオ信号
をフレーム毎に記憶するフレームメモリ、２は読み出し
制御部３に依り読み出された画像信号を係数発生手段４
から発生した係数に依り補間して出力ビデオ信号を作成
するデジタルフィルタ、５は拡大率に応じた係数を記憶
する係数メモリである。

【００１８】この構成において前記フレームメモリ１は
入力されたデジタルビデオ信号を一時的に記憶してお
く。前記読み出し制御部３は前記入力信号をフレームメ
モリ１から出力デジタルビデオ信号の標本化周波数に変
換してデジタルフィルタ２へ送る。前記デジタルフィル
タ２は補間方法に応じたタップ数（例えばＣｕｂｉｃ補
間を用いる場合は４タップ）を有し、係数発生手段４の
出力する係数と変換された前記デジタルビデオ信号との
積和演算を行う。前記係数メモリ５には補間係数が拡大
率毎に一定の間隔の離散データとして記憶される。そし
て記憶された補間係数はフィルタ係数として巡回的にデ
ジタルフィルタ２に供給され、デジタル画像データの補
間に用いられる。

【００１９】なお、前記係数メモリ５に記憶されるデー
タの個数は拡大しようとする画像の拡大率に依って異な
り、たとえば入力画像を３倍に拡大しようとする場合
は、タップ数×３＋１となり、特にＣｕｂｉｃ補間を用
いる場合には４×３＋１＝１３個の係数が必要となる。

【００２０】次に上記のハードウェア構成を有する補間
装置において、係数発生手段に依るの係数発生方法を図
１のフローチャートに基づいて説明する、まずステップ
Ｓ１にて補間係数を画像の拡大率に応じた離散間隔でサ
ンプリングし、高精度の係数データＧを作成する。次に
ステップＳ２で得られた係数データＧを同時に演算（同
じ補間画素を求める演算）に用いられる係数の組Ｇｎに
分類する。

【００２１】ここで拡大率に応じた離散間隔でサンプリ
ングし高精度の係数データを作成するとは、本方式の場
合、補間関数を記憶しておいて、これを拡大率に応じた
サンプリング間隔でサンプリングすることにより係数値
を求めることを意味する。例えば前記図３のような補間
関数を用いる場合には、入力画素数が４つになるため補
間関数Ｆは次の式で表される。

【００２２】

【数３】

【００２３】そして画像をｎ倍に拡大する場合の係数Ｃ
_i は次の式で表される。

【００２４】

【数４】

【００２５】こうして係数Ｃ_i を演算に依り求めて前記
係数データＧを作成し、これを畳み込み演算に使用する
ことになる。

【００２６】例えば３倍に拡大するときの係数は、図３
（ａ）の補間拡大画像に示された原補間関数上の丸、四
角、三角の原画素及び各補間画素は、同図（ｂ）に示さ
れるような３つの補間関数上の係数に分類され、これを
分けると同図（ｃ）のようになる。そしてこれらの係数
の組を係数データＧｉ（ｉ＝０〜ｍ）とする。

【００２７】まずステップＳ３でｉ＝０から初めて、ス
テップＳ４で得られた各係数データＧｉｊ（ｊ＝０〜
ｎ）を８ビットになるように四捨五入して係数データＧ
８ｉｊを求める。そしてステップＳ５でこの係数データ
Ｇ８ｉｊの合計和を求める。

【００２８】求めた８ビットの係数データＧ８ｉｊの合
計が１０進整数として見た場合に６４になるかどうかを
ステップＳ６で判定し、６４になればステップＳ７へ進
んでこれを係数メモリ５に書き込む。そしてステップＳ
８でｉを１つインクリメントして次の係数データの組を
同じように調べ、これをステップＳ９ですべての組の係
数データの和が６４になるまで繰り返す。

【００２９】前記ステップＳ６で合計が６４にならなか
った場合には、ステップＳ１０へ分岐して、ｊ＝０とお
き、ステップＳ１１で各係数値Ｇ８ｉｊとステップＳ２
で最初に求めた係数データＧｉｊとの誤差Ｄｊを求め
る。この誤差Ｄｊが最大か否かをステップＳ１２で判断
し、最大の時この係数データＧｉｊをステップＳ１４で
最大値を求める対象から除き、合計が６４になるように
ステップＳ１５で補正する。最大でない場合は最大のも
のが得られるまでｊの値をステップＳ１３で１つづつイ
ンクリメントして調べる。このようにして合計が６４に
ならない係数データＧｉｊの中で誤差Ｄｊが大きなもの
から順に係数の組の合計が６４になるように補正してい
くことにより、すべての係数データの組が合計６４にな
るものが得られる。これに依って誤差の２乗が最小にな
るデータが得られることになって、この係数を使用すれ
ば元の補間関数に近い周波数特性で、偽像の発生しない
補間拡大を行うことが可能となる。

【００３０】

【発明の効果】本発明は以上の説明のように構成したの
で、出力画像に偽像を生じることなく係数のビット長を
少ないビット長に抑えることができ、メモリ容量を減少
させることが可能となる。しかも画像信号を補間するた
めのデジタルフィルタ等の演算手段への入力ビット長も
減少するため、安価な演算手段の使用が可能となる効果
が期待できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のデジタル画像信号の補間方法を説明す
るフローチャートである。

【図２】図１のフローチャートを実施するためのハード
ウェア構成を示すブロック図である。

【図３】原補間関数（ａ）、及び分けられた補間関数
（ｂ）（ｃ）を示す図である。

【図４】従来の最近傍補間の原理を説明する図である。

【図５】最近傍補間の例を説明する図である。

【符号の説明】

１ フレームメモリ ２ デジタルフィルタ ３ 読み出し制御部 ４ 係数発生手段 ５ 係数メモリ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 野口 隆 大阪府守口市京阪本通２丁目18番地 三洋 電機株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 係数発生手段から画像拡大に用いる画像
   データの補間係数を拡大率に応じたサンプリング間隔で
   抽出して係数データを作成し、作成された係数データを
   同一位置の補間画素を求める際に使用する係数の組に分
   類すると共に各係数データを少ないビット数の値に切り
   捨て、こうして得られた各分類毎の係数データの合計を
   求め、この合計値が所定の値になるように各係数データ
   を補正後の係数データと補正前の係数データとの誤差が
   最も大きい係数データから補正することを特徴とするデ
   ジタル画像信号の補間方法。