JPH06326555A - サブバンド・フィルタ装置及びその応用 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ハードウェアが著しく少なくて済むサブバン
ド・フィルタ装置を得る。 【構成】 本発明フィルタ装置は、デシメーション段１
０と補間段１１を具え、各段は低周波路と高周波路を含
む。デシメーション段の両路は、夫々デシメータ１６
ａ，１６ｂを有し、共通の入力１８に接続される。補間
段の両路は、夫々補間器１７ａ，１７ｂを有し、加算器
１９に接続される。デシメーション又は補間の一方の段
の低周波路に低域通過ハーフバンド・フィルタ１４を、
他方の段の低周波路にオールパス・フィルタを含む。デ
シメーション又は補間の他方の段の高周波路に相補的高
域通過ハーフバンド・フィルタ１５を、その段の他方の
段の高周波路にオールパス・フィルタを含む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、サブバンド（帯域分
割）フィルタ装置及びその応用、特に、ビデオ信号処理
の分野における応用に関するものであるが、これに限ら
れるわけではない。

【０００２】

【従来の技術】サブバンド符号化に使用するサブバンド
・フィルタ装置は、公知である。サブバンド符号化は、
１組のフィルタを使用して入力信号を数個の狭い帯域
（サブバンド）に分解する符号化技法に適用される技術
用語である。分離されたサブバンドは、通信や記録など
の目的で別々にデシメート（サブサンプル）される。デ
シメートされた信号は、復元段階で補間され、ろ波され
て加算され、原信号が再現される。サブバンド符号化は
一般に、音声及び（又は）ビデオ画像信号の処理に適用
される。

【０００３】図１は、サブバンド符号化に用いる簡単な
フィルタ装置を示すブロック図である。この装置は、低
域通過フィルタ（ＬＰＦ）１、ＬＰＦ２、高域通過フィ
ルタ（ＨＰＦ）３、ＨＰＦ４を有する。フィルタ１及び
３は、共通の入力に接続され、入力されるサンプルのス
トリームを受信する。フィルタ１及び３の出力は、夫々
デシメータ５ａ及び５ｂに接続される。フィルタ２及び
４は夫々補間器６ａ及び６ｂから入力を受け、これらの
フィルタの出力は加算器７で合成され、フィルタ夫々の
出力となる。この装置は、デシメータ５ａ，５ｂと補間
器６ａ，６ｂの間の信号の記録や送信など（８で示
す。）を考慮に入れている。入力に供給された信号はフ
ィルタ１，３によってろ波され、デシメータ５ａ，５ｂ
は夫々、これに供給されたサンプルを選択又は排除して
２の率でサンプルレートを減らす。よって、デシメータ
５ａ，５ｂの出力信号の記録、送信など（８）は、原入
力信号の半分のサンプルレートで行われる。このサンプ
ルレートは、対応するデシメータ５ａ，５ｂにより捨て
られたサンプルの位置にサンプルを発生する補間器６
ａ，６ｂによって復元される。

【０００４】図２は、図１のサブバンド符号化フィルタ
装置を拡大した例を示す簡略図である。同図において、
ＬＦは低周波数信号路、ＨＦは高周波数信号路を表し、
記録、送信など（９）のために入力信号が８つの信号路
にデシメートされている。図２の配列では、信号の送信
や記録などは、８信号路の各々について原入力信号の１
／８のサンプルレートで行われる。

【０００５】サブバンド符号化システムにおいても勿
論、できる限り良い復元画像を得ることが望ましい。種
々の異なるサブバンド符号化システムが、こわゆる「完
全な再現」に近い復元を行っている。我々の同時係属中
の英国特許出願ＧＢ−９１１１７８２．０号及びＧＢ−
９１１５７７２．７号は、サブバンド符号化用の完全再
現フィルタ対を提案している。これらの出願で提案した
装置のフィルタは、完全再現、直線位相及び整数係数に
ついて鍵となる特性を示す。これらの装置は、周知の
「ハーフバンド」フィルタを使用するものである。ハー
フバンド・フィルタは、次のような特性を有する。即
ち、１／２ナイキスト点を中心とする対称的周波数応
答、直線位相応答、相補的ＨＰＦ及びＬＰＦの対を一緒
に用いると全域通過フィルタになること、全偶数タップ
係数が、ゼロ項を除き、ゼロであることである。このよ
うなフィルタは、図３に示すような代表的周波数応答及
び図４に示すような代表的時間応答（ただし、ｆ_n はナ
イキスト周波数を表す。）をもつものとして図解的に示
すことができる。

【０００６】図１に示すような装置として、上記ＧＢ−
９１１１７８２．０号は、低周波数のマッチしたデシメ
ーション及び補間フィルタの対１及び２と、高周波数の
マッチしたデシメーション及び補間フィルタの対３及び
４とを提案している。低周波数フィルタ１及び２の一方
は、ハーフバンド・フィルタである。他方の低周波数フ
ィルタは、ハーフバンド・フィルタより多くのタップを
有し、この他方のフィルタに対するタップ係数は、上記
２つの低周波数フィルタのたたみ込み（convolution)に
よって作られるハーフバンド・フィルタのゼロ項から得
られる１組の連立方程式の解により定められる。高周波
数フィルタについては、フィルタ３は２に対し補助的フ
ィルタであり、フィルタ４は１に対し相補的フィルタで
ある（即ち、３及び４は夫々２及び１と同じ大きさの係
数を有するが、１つおきの係数の極性が反転してい
る）。したがって、低周波数フィルタ対のたたみ込みは
ハーフバンド・フィルタであり、低及び高域通過部が対
称であれば、確実に「完全な再現」が達成される。上記
ＧＢ−９１１５７７２．７号は、これと類似の装置を提
案している。それは、１対のマッチしたデシメーション
及び補間フィルタをなす第１及び第２フィルタのうち、
第１フィルタはハーフバンド・フィルタであり、第２フ
ィルタは第１フィルタより多い少なくとも１対のタップ
を有し、第２フィルタのタップ係数は、第１及び第２フ
ィルタのたたみ込みにより作られるハーフバンド・フィ
ルタのゼロ項から得られる１組の連立方程式の解と、第
２フィルタの選択したタップ係数を、第２フィルタの残
りのタップ係数が上記選択したタップ係数の組に関する
連立方程式の解により定められるように設定することを
含む試行錯誤の繰返しとによって定められるものであ
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述した従
来のものに比べ、ハードウェアが著しく少なくて済むサ
ブバンド・フィルタ装置を提供しようとするものであ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段及び作用】本発明サブバン
ド・フィルタ装置は、デシメーション段及び補間段を有
し、各段は低周波路（パス）及び高周波路を含み、デシ
メーション段の各段は、１つのデシメータをもち入力信
号を受ける共通入力に接続され、補間段の各路は、１つ
の補間器をもち両路に沿って出力される信号を合成する
手段に接続される。本発明装置は更に、デシメーション
及び補間段の一方の段の低周波路に奇数のタップをもつ
低域通過ハーフバンド・フィルタを設け、その段の他方
の段の低周波路にオールパス（全域通過）フィルタを設
け、デシメーション及び補間数の他方の段の高周波路に
相補的な高域通過ハーフバンド・フィルタを設け、その
段の他方の段の高周波路にオールパス・フィルタを設け
る。

【０００９】よって、本発明によるフィルタ装置は、２
つのデシメーション及び補間段の路の一方に夫々オール
パス・フィルタが設けられる（即ち、これらの路は単な
るオールパス路である）から、前に提案された装置の半
数のフィルタ段しか含まない。前に提案されたもので
は、高域及び低域通過部の各々に第１フィルタとしてハ
ーフバンド・フィルタを使用し、各部における第２フィ
ルタのタップに対する係数を、各部における２つのフィ
ルタのたたみ込みがハーフバンド・フィルタになるよう
に決定し、高域及び低域通過部を対称とすることによ
り、完全再現を達成しているが、本発明では、低及び高
域通過部の各々に１つのハーフバンド・フィルタのみを
設け、これらのフィルタを反対の段に置いて所要の対称
性を与えることにより、簡単に完全再現を達成してい
る。したがって、本発明によるフィルタ装置をサブバン
ド符号化システムに使用すれば、上述の従来装置に比
し、特に図２に示したような多数サブバンド符号化シス
テムにおいて、ハードウェアを著しく減少することがで
きる。

【００１０】後述のように、ハーフバンド・フィルタ
は、完全再現を達成するために奇数タップの長さを有す
る必要がある。また、補間段路に沿って出力される信号
を合成する手段は、復元された信号が原信号レベルと同
じ信号レベルをもつように、ハーフバンド・フィルタの
中央タップの係数値に等しい率で、合成信号のレベルを
下げるように構成するのがよい。

【００１１】本発明によるフィルタ装置は、ビデオ信号
処理の幾つかの分野で有利に使用することができる。特
に、ＬＰＦがフィルタ装置の補間段に在り、ＨＰＦがフ
ィルタ装置のデシメーション段に在る場合、本発明は、
フィルタ装置のデシメーション段の入力に供給されるプ
ログレッシブ（順次）走査フォーマット・ビデオ信号を
処理するための、次のようなフィルタ装置を具えたビデ
オ信号処理システムを提供する。そのシステムでは、ハ
ーフバンド・フィルタの遅延素子は、それらのフィルタ
が垂直フィルタとして構成されるようにライン遅延素子
であり、低周波路のデシメータは、これに供給される連
続するプログレッシブ走査フレームにおける奇数のピク
セル（画素）ライン及び偶数のピクセル・ラインを交互
に選択するように構成され、高周波路のデシメータは、
これに供給される対応する連続フレームにおける偶数ピ
クセル・ライン及び奇数ピクセル・ラインを交互に選択
するように構成される。これにより使用時に、デシメー
ション段の低周波路に沿って出力される信号は、入力プ
ログレッシブ走査フォーマット信号のフレームレートに
等しいフィールドレートを有する２：１飛越しフォーマ
ット・ビデオ信号となる。この構成は特に、デシメーシ
ョン段の低周波路に沿って出力される２：１飛越しフォ
ーマット信号がろ波されないので有利であり、したがっ
て垂直方向解像度のロス（損失）がなく、その上更に、
原プログレッシブ走査フォーマット信号を再現すること
ができる。これに対し、上述の前に提案されたフィルタ
装置を同じようにプログレッシブ走査−飛越し変換に使
用したとすると、デシメーション段の低周波路にフィル
タが在るため、２：１飛越しフォーマット信号の垂直解
像度にロスが生じるであろう。したがって、その飛越し
信号の表示により得られる画像は、「軟調」のものにな
るであろう。

【００１２】同じフィルタ構成、即ち補間段にＬＰＦが
在り、デシメーション段にＨＰＦが在る場合、本発明
は、フィルタ装置のデシメーション段の入力に供給され
るプログレッシブ走査フォーマット・ビデオ信号を処理
するための、次のようなフィルタ装置を具えたビデオ信
号処理システムをも提供する。そのシステムでは、ハー
フバンド・フィルタの遅延素子は、それらのフィルタが
時間フィルタとして構成されるようにフレーム遅延素子
であり、低周波路のデシメータは、上記プログレッシブ
走査信号の１つおきのフレームを選択するように構成さ
れ、高周波路のデシメータは、低周波路のデシメータに
より選択されたフレームに対応するフレームを排除する
ように構成される。これにより使用時に、デシメーショ
ン段の低周波路に沿って出力される信号は、入力信号の
フレームレートの１／２に等しいフレームレートをもつ
プログレッシブ走査フォーマット・ビデオ信号となる。
よって、原信号の完全な再現を可能とすると共に、低周
波路のデシメータによって出力されるフレームレートの
減少した信号をろ波することなく、プログレッシブ走査
信号のフレームレートの低減を達成することができる。
これに対し、上述の前に提案されたフィルタ装置を同じ
ように使用したとすると、これらの装置の低周波デシメ
ーション・フィルタは、フレームレートが減少した信号
に時間的なぼやけを生じるであろう。

【００１３】上述したようなビデオ信号処理システムで
は、デシメートされた高周波出力は、別々のチャンネル
を介して低周波出力に送信したり、或いは送信するため
にデシメートされたオールパス出力の中に符号化したり
することができる。よって、該システムは、デシメーシ
ョン段の高周波路に沿って出力される信号を、送信する
ために、デシメーション段の低周波路に沿って出力され
る信号の中に符号化する手段と、送信された信号を、対
応する補間段路に供給するために成分信号に復号する手
段とを含んでもよい。

【００１４】本発明を具体化したフィルタ装置は、エッ
ジ歪み効果を減らすために、ハーフバンド・フィルタに
供給されるサンプル・アレイのエッジ（端縁）において
サンプル値を鏡面反射させるような鏡像（対称）エッジ
拡張手段を含むことができる。この対称エッジ拡張手段
は、ハーフバンド・フィルタに供給するサンプルを記憶
するためのランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）手段と、
あとで述べるように上記フィルタに供給すべきサンプル
に従って上記ＲＡＭ手段に選択的にアドレスするための
アドレス指定手段とを含んでもよい。

【００１５】本発明は、プログレッシブ走査フォーマッ
ト・ビデオ信号を２：１飛越しフォーマット信号に変換
し、あとで該２：１飛越しフォーマット信号を用いて原
プログレッシブ走査フォーマット信号を再現する方法に
まで拡張される。この方法は、これまで述べたフィルタ
装置を用いて実行される。

【００１６】本発明はまた、第１のプログレッシブ走査
フォーマット・ビデオ信号を、該第１信号のフレームレ
ートの１／２に等しいフレームレートをもつ第２のプロ
グレッシブ走査フォーマット・ビデオ信号に変換し、そ
れから該第２信号を用いて上記第１信号をあとで再現す
る方法にも拡張される。その方法は、これまで述べたフ
ィルタ装置を用いて行われる。

【００１７】更に、本発明は、４×４ビデオ信号を第１
及び第２の４：２：２ビデオ信号に変換し、あとで該第
１及び第２の４：２：２ビデオ信号から４×４ビデオ信
号を復元する方法にまで拡張される。その方法は、各フ
ィルタ装置についてこれまで述べた１対のフィルタ装置
を用いて行われる。この応用については、あとで述べ
る。

【００１８】一般的にいって、本明細書において本発明
による装置を参照して特徴を述べた場合、同じ特徴が本
発明方法によって与えられ、その逆も同じであることを
理解されたい。

【００１９】

【実施例】以下、図面により本発明を具体的に説明す
る。図５は、本発明によるサブバンド・フィルタ装置の
実施例を示すブロック図である。同図のサブバンド・フ
ィルタ装置は、全体的に１０で示すデシメーション段
と、全体的に１１で示す補間段とを有する。デシメーシ
ョン段１０は、オールパス（信号）路１２ａと高周波路
１３ａとを含み、補間段１１は、低周波路１２ｂとオー
ルパス路１３ｂとを含む。補間段１１の低周波路１２ｂ
は、その中にＬＰＦ１４に有する。デシメーション段の
高周波路１３ａは、その中にＨＰＦ１５を有する。デシ
メーション段１０のオールパス路及び高周波路は夫々、
その中にデシメータ１６ａ及び１６ｂを有する。同様
に、補間数１１の低周波路及びオールパス路は夫々、そ
の中に補間器１７ａ及び１７ｂを有する。（分かり易く
するため、デシメータ１６ｂをフィルタ１５と離し、補
間器１７ａをフィルタ１４と離して示したが、デシメー
タ１６ｂ及び補間器１７ａを夫々フィルタ１５及び１４
の一部として設けてもよいことは、勿論である。）デシ
メーション段１０の両路１２ａ，１３ａは、入力信号を
受けるため共通入力１８に接続される。補間段１１の両
路１２ｂ、１３ｂは、これら両路に沿って出力される信
号を加算する加算器１９に接続される。このフィルタ装
置は、入力１８に供給される信号のサンプルレートの半
分のレートで信号の送信や記録など２０を行う。

【００２０】完全な再現を与えるため、ＬＰＦ１４及び
ＨＰＦ１５はハーフバンド・フィルタであり、また、Ｈ
ＰＦ１５はＬＰＦ１４の相補的フィルタである。即ち、
フィルタ１５はフィルタ１４と同じ大きさの係数を有す
るが、１つおきに係数の極性が反転されている。なお、
フィルタ１４及び１５は、奇数のタップを有する。

【００２１】図６は、本発明によるサブバンド・フィル
タ装置の他の実施例を示すブロック図である。図６の実
施例は、図５のそれと大体似ており、対応する部分には
同じ符号を付してある。ただし、この例では、デシメー
ション段１０は低周波路２２ａ及びオールパス路２３ａ
を有し、補間段１１はオールパス路２２ｂ及び高周波路
２３ｂを有する。本例では、ＬＰＦ１４はデシメーショ
ン段１０の低周波路２２ａの中に在り、ＨＰＦ１５は補
間段１１の高周波路２３ｂの中に在る。

【００２２】図５及び６のフィルタ装置の完全再現を達
成する動作は、これより図７を参照して説明する。図７
は、特定の入力及びハーフバンド・フィルタのセットに
対する図５の実施例における種々の段階に存在する信号
を示す。一般的にいえば、ハーフバンド・フィルタの係
数はどんなオーダーでもよいが、本例では、ＬＦＰ１４
を次のような係数をもつ１／４オーダーのハーフバンド
・フィルタとする。 −１，０，９，１６，９，０，−１ 和＝３２ よって、相補的ＨＰＦの係数は次のようになる。 １，０，−９，１６，−９，０，１

【００２３】いま、図７の（ａ）列に示す入力サンプル
のストリームより成る入力信号が、図５の装置の入力１
８に供給されたと仮定する。ただし、ハーフバンド・フ
ィルタの遅延素子は１サンプル遅延素子である。最初に
装置の低周波部を考えると、オールパス路１２ａのデシ
メータ１６ａより出力される信号は、図７の（ｂ）列に
示すようになる。デシメータ１６ａは、単にサンプルレ
ートを２の率で下げるだけであり、本例では１つおきの
サンプルを選択し、他のサンプルを排除している。フィ
ルタ１４，１５は奇数タップ長をもつので、デシメータ
１６ａ，１６ｂは逆相を取り、デシメータ１６ａは入力
ストリームから偶数サンプルを選択する。補間器１７ａ
の作用は、受信したサンプルストリームの、対応するデ
シメータ１６ａにより排除されたサンプルの位置に０値
サンプルを挿入して、原入力サンプルレートを復元する
ことである。補間器１７ａの出力はそれから、ＬＰＦ１
４に供給され、ろ波される。上述した係数セットの場
合、ＬＰＦ１４の路１２ｂへの出力は、図７の（ｃ）列
に示すようになる。

【００２４】次に装置の高周波部を考えると、図７の
（ａ）列に示す入力ストリームは、路１３ａにおけるＨ
ＰＦ１５に供給され、ろ波される。上述した係数セット
の場合、ＨＰＦ１５の出力は図７の（ｄ）列のようにな
る。デシメータ１６ｂはそれから、受信したサンプルス
トリームから奇数サンプルを選択し、図７の（ｅ）列に
示すように、原入力サンプルレートの半分のレートで出
力を生じる。同じく、路１３ｂにおける補間器１７ｂ
は、受信したサンプルストリームの、対応するデシメー
タ１６ｂにより排除されたサンプルの位置に対応する位
置に０値サンプルを挿入して、原入力サンプルレートを
復元する作用を行う。したがって、路１３ｂへの補間器
１７ｂの出力は、図７の（ｆ）列のようになる。

【００２５】補間段の両路１２ｂ，１３ｂに沿って出力
される信号は、加算器１９に供給され加算されて、図７
の（ｇ）列に示すような加算出力を生じる。（ａ）列と
（ｇ）列を比べると、１６というスケーリング・ファク
タ（倍率）を別にして、完全な再現が達成されているこ
とが明らかである。１６のスケーリング・ファクタは、
ハーフバンド・フィルタ１４，１５の中央タップに対す
る係数値に対応する。よって、加算器１９の出力は、そ
のレベルを中央タップ係数値に等しい率で下げるため、
スケーラー（計数器）に供給してもよい。

【００２６】上述の例は、図５の装置の動作を説明する
ものであったが、図６の装置についても、同様の解析を
行うことにより同じ結果が得られることが分かるであろ
う。

【００２７】図７の簡単な例の考察から、完全再現を達
するには、ハーフバンド・フィルタは奇数のタップを有
する必要があることが明らかである。また、ｎビットの
入力サンプルの場合、デシメーション段のハーフバンド
・フィルタ１４又は１５の出力は、完全再現のためには
（ｎ＋１）ビット・サンプルを供給すべきであることが
認められる。デシメーション段のオールパス路１２ａ又
は２３ａの出力は、依然としてｎビットのままである。
このことは、出力が一般にｎビットよりずっと高い解像
度のものでなければならない従来のろ波動作とは異なっ
ている。

【００２８】図５のフィルタ装置は、これより図８を参
照して述べるように、プログレッシブ走査フォーマット
及び２：１飛越しフォーマット・ビデオ信号間の変換に
特に適することが分かった。毎秒ｘフレームに対応する
プログレッシブ走査フォーマット信号は、該プログレッ
シブ走査フォーマット信号の各フレームから、該フレー
ムの奇数ピクセル・ラインを選択して奇数フィールドを
作り、該フレームの偶数ピクセル・ラインを選択して偶
数フィールドを作ることにより、２：１飛越しフォーマ
ット信号の１フィールドを導出し、毎秒ｘフィールドに
対応する２：１飛越しフォーマット信号に変換すること
ができる。したがって、この処理は、図８に示すよう
に、フィールド毎にサンプルをずらす簡単な垂直サブサ
ンプリングである。図８の左側に、垂直−時間（Ｖ／
Ｔ）面内のプログレッシブ走査フォーマット信号のピク
セル・アレイを示す。即ち、該アレイの連続するコラム
（縦列）は、時間的に連続するフレームにおけるビデオ
画像の或るコラムのピクセルを表す。図８の右側に、垂
直−時間面内の２：１飛越しフォーマット信号の対応す
るピクセル・アレイを示す。したがって、同じく、該ア
レイの連続コラムは、時間的に連続するフィールドにお
けるビデオ画像の或るコラムのピクセルを表す。図に示
す如く、飛越し信号を作るため、該サブサンプリング処
理において各フィールドでコラムにおける１つおきのピ
クセルが排除される。排除されるピクセルの位置は、フ
ィールド毎に交番する。

【００２９】図８に示す垂直サブサンプリングは、図５
に示したタイプのフィルタ装置によって行うことができ
る。この場合、フィルタは垂直フィルタとして構成さ
れ、フィルタの遅延素子はライン遅延素子、即ち、入力
ピクセル・サンプルを、入力１８に供給されるプログレ
ッシブ走査フォーマット信号の１ライン（走査線）期間
遅らせる素子であるのがよい。オールパス路１２ａのデ
シメータ１６ａは、１入力フレームにおける１つおきの
ピクセル・ラインを選択するように構成され、デシメー
タ１６ａが連続する入力フレームの奇数ピクセル・ライ
ンと偶数ピクセル・ラインとを交互に選択するように、
１つおきの入力フレームに対し１ライン遅延が適用され
る。デシメータ１６ｂも、同じく各入力フレームにおけ
る１つおきのピクセル・ラインを選択するが、その動作
は、デシメータ１６ａの動作と１ライン期間だけ位相が
ずれている。こうして、デシメータ１６ａは、オールパ
ス路１２ａ上の入力信号に対し、図８に示すサブサンプ
リング動作を行う。高周波路１３ａ上の入力信号はろ波
され、デシメータ１６ｂは、図８にて排除されたピクセ
ルとして示したろ波されたピクセルに対応するピクセル
を選択する。

【００３０】したがって、上述の構成において、デシメ
ーション段のオールパス路１２ａにおけるデシメータ１
６ａの出力は、図８に示すように、入力プログレッシブ
走査信号のフレームレートに対応するフィールドレート
をもつ通常の２：１飛越しフォーマット信号である。デ
シメーション段の高周波路１３ａ上では、入力フレーム
がＨＰＦ１５によって垂直方向にろ波され、上述の如く
デシメータ１６ｂによってデシメートされる。よって、
デシメートされた高域通過出力は、デシメータ１６ａの
飛越しフォーマット出力における「欠落した」ピクセル
に対応するライン間トウィッタ（twitter)成分を表す。
また、オールパス路の飛越し出力は、この飛越し出力が
単に入力信号からサンプルを選択したものであるから、
該入力信号と同数のビットにより表されることに注意さ
れたい。

【００３１】補間数では、各補間器１７ａ及び１７ｂ
は、入力サンプルストリーム内の、対応デシメータ１６
ａ又は１６ｂにより排除されたサンプルの位置に対応す
る位置に、０値サンプルを導入することにより、原サン
プルレートを復元する動作をする。補間器１７ａの出力
はそれから、ＬＰＦ１４によって垂直方向にろ波され、
路１２ｂ及び１３ｂ上に生成されたサンプルストリーム
は、加算器１９によって加算される。加算器１９により
出力される信号のレベルは、前に述べた理由により、フ
ィルタ１４，１５の中央タップの係数に等しい率で下げ
られる。下げられた出力は、原入力プログレッシブ走査
フォーマット信号が完全に再現されたものを表す。

【００３２】上述の構成により、プログレッシブ走査フ
ォーマット・ビデオ信号を、遠隔のＴＶ受像機に送信す
るために標準の２：１飛越しフォーマット信号に変換す
ることができる。デシメートされた高域通過出力は、送
信のために飛越し信号の中に符号化することができ、或
いは付加チャンネルを介して送信することもできる。通
常のＴＶ受像機は、高域通過データを無視するので、標
準２：１飛越し信号を受信して飛越しディスプレイを駆
動するであろう。しかし、高級受像機に上記フィルタ装
置の補間段を組入れて原プログレッシブ走査信号を復元
し、プログレッシブ走査ディスプレイを駆動することに
より、画質の向上を図ることができる。更に、デシメー
ション路１２ａにろ波過程がないので、通常の受像機に
使用される２：１飛越し信号における垂直解像度のロス
がないことに注意されたい。

【００３３】図５に示したタイプのフィルタ装置はま
た、「フリッカ」を抑制するため、プログレッシブ走査
ビデオ信号のフレームレート変換に適用できる。即ち、
連続するフレームが表示されるフレームレートで表示画
像にフリッカが感ぜられる場合に、有利に使用できる。
従来のプログレッシブ走査ＴＶディスプレイは、受信し
たプログレッシブ走査信号の各フレームを２回表示す
る、例えば５０Ｈｚ信号の場合、１００Ｈｚでフレーム
を表示する、即ち５０Ｈｚ信号の各フレームを２回表示
することにより、フリッカを抑制できる。こうするとフ
リッカは減るが、各フレームを２回表示することにより
２重映像効果が生じ動きがぼやけるので、運動描写の質
が低下する。図５に示したタイプのフィルタ装置を用い
ると、ＴＶ信号を標準レートの２倍で、例えば５０Ｈｚ
の代わりに１００Ｈｚで得ることができる。送信のため
及び従来のＴＶ受像機により通常の如く使用するため
に、５０Ｈｚ信号を取出すことができる。しかし、フィ
ルタ装置の補間段を含む高級受像機によれば、表示する
ために元の１００Ｈｚ信号を再現することができる。こ
れにより、フリッカは、運動描写の質を何ら減らすこと
なく抑制される。

【００３４】図９に示すように、フレームレートを下げ
ることは、本質的に時間的サブサンプリングである。図
９の左側に、垂直−時間（Ｖ／Ｔ）面における１００Ｈ
ｚのプログレッシブ走査ビデオ信号のピクセル・アレイ
を示す。図９の右側に、５０Ｈｚプログレッシブ走査信
号の対応するピクセル・アレイを示す。これより、１０
０Ｈｚ信号の１つおきのフレームのピクセルが、サブサ
ンプリング処理にて排除されていることが分かる。この
時間的サブサンプリング処理は、図５に示したタイプの
フィルタ装置のデシメーション段により達成できる。こ
の場合、フィルタ１４及び１５は時間フィルタとして構
成され、これらフィルタの遅延素子はフレーム遅延素子
（即ち、入力サンプルを、入力１８に供給されるプログ
レッシブ走査フォーマット信号の１フレーム期間だけ遅
らせる素子）である。オールパス路１２ａのデシメータ
１６ａは、これに供給される１つおきの入力フレームの
ピクセルを選択するよう構成される。デシメータ１６ｂ
は、デシメータ１６ａと１フレーム期間だけずれた位相
で動作する。こうすると、高周波路１３ａにおいて、入
力フレームはＨＰＦ１５により時間的にろ波され、デシ
メータ１６ｂは、図９において排除されたピクセルとし
て示したろ波されたピクセルに対応するピクセルを選択
することになる。

【００３５】したがって、この構成により、デシメータ
１６ａの出力は、図９に示す入力信号のフレームレート
の半分のレートのプログレッシブ走査信号になることが
分かるであろう。路１３ａの高域通過デシメート出力
は、送信のためにデシメータ１６ａの出力に含めて符号
化し、或いは補助チャンネルを介して送信することがで
きる。どちらの場合も、従来のＴＶ受像機は、補助デー
タを無視するので、平常どおり５０Ｈｚ信号を受信して
使用できるであろう。しかし、高級受像機では、図５の
フィルタ装置の補間段１１を含むことになろう。この場
合、各補間器１７ａ及び１７ｂは、対応するデシメータ
１６ａ又は１６ｂによって排除されたサンプルの位置に
対応する、入力サンプルストリーム内の位置に０値サン
プルを導入することにより、原入力プログレッシブ走査
信号のサンプルレートを復元する動作をする。補間器１
７ａの出力は、それからＬＰＦ１４によって時間的にろ
波され、両（信号）路１２ｂ及び１３ｂに生成されたサ
ンプルストリームは、加算器１９によって加算される。
加算器１９の出力信号のレベルはそれから、原信号レベ
ルに戻すため、フィルタ１４及び１５の中央タップの係
数に等しい率で下げられる。この下げられた出力は、原
入力プログレッシブ走査フォーマット信号の完全に復元
されたものを表す。

【００３６】よって、上述した構成によれば、通常の走
査レートの２倍でＴＶ信号を作成し、従来の受像機に用
いるため標準フレームレート信号を導出して送信するこ
とができ、高級受像機では、原プログレッシブ走査信号
を復元して表示画質を改善することができる。デシメー
ション路１２ａにはろ波過程がないので、デシメータ１
６ａが出力する標準フレームレート信号には、標準フレ
ームレート信号のみを用いる従来受像機における画像の
鮮明度を下げる如き時間的ぼやけがない。

【００３７】上述より、図５のフィルタ装置の路１２ａ
にフィルタがないため、サブサンプリング処理により該
路に沿う信号出力に或る程度のエイリアス（重複歪み）
が生じるが、これは、信号が、或るタイプのエイリアス
が普通の、走査を正確に表すような上述した機器では有
利である。

【００３８】図６に示したタイプのフィルタ装置は、こ
れより図１０を参照して述べる如き、４×４及び４：
２：２ビデオ信号間の変換に適用できる。４×４信号
は、Ｙ，Ｂ−Ｙ及びＲ−Ｙチャンネル並びに線形キー・
チャンネルＫを有する全帯域幅信号である。そのデータ
レートは、２×ＣＣＩＲ６０１である。時に、４×４信
号を２つの４：２：２信号として２つのデジタルビデオ
テープレコーダ（ＤＶＴＲ）に記録する必要が生じる。
これは、図１０に示すように、２つのデータ分割器２０
ａ及び２０ｂを用いて簡単な方法で達成できる。各デー
タ分割器は、図６に示したようなフィルタ装置のデシメ
ーション段１０を含む。４×４信号のＢ−Ｙチャンネル
は、データ分割器２０ａを形成するデシメーション段１
０の入力１８に供給される。同様に、４×４信号のＲ−
Ｙチャンネルは、データ分割器２０ｂを形成するデシメ
ーション段１０の入力１８に供給される。データ分割器
２０ａは、Ｂ−Ｙ信号を２つの信号Ｃ_B 及びＣ_B ′に分
割する。この２信号は、データ分割器２０ａにおけるデ
シメータ１６ａ，１６ｂ夫々の出力である。即ち、図に
示すように、Ｃ_B は、低周波（ＬＦ）デシメーション路
２２ａに沿って出力される信号であり、Ｃ_B ′は、オー
ルパス（ＡＰ）デシメーション路２３ａに沿って出力さ
れる信号である。同様に、Ｒ−Ｙ信号は、データ分割器
２０ｂにより、該分割器におけるデシメータ１６ａ，１
６ｂ夫々の出力である２つの信号Ｃ_R 及びＣ_R ′に分割
される。即ち、Ｃ_R は、低周波（ＬＦ）デシメーション
路２２ａに沿って出力される信号であり、Ｃ_R ′は、オ
ールパス（ＡＰ）デシメーション路２３ａに沿って出力
される信号である。

【００３９】色信号Ｃ_B 及びＣ_R は、４×４信号のＹ成
分と一緒に第１のＤＶＴＲ（ＤＶＴＲ１）に供給され、
色信号Ｃ_B ′及びＣ_R ′は、Ｋ成分（信号Ｙ″として送
られる。）と一緒に第２のＤＶＴＲ（ＤＶＴＲ２）に供
給される。データ分割器のＬＦ路上の信号をろ波する
と、一方のチャンネル（ＤＶＴＲ１へ）にエイリアスの
ない４：２：２ソース（信号源）が与えられ、他方のチ
ャンネル（ＤＶＴＲ２へ）に原データの単なる分割成分
が与えられる。即ち、ＤＶＴＲ１に供給されるＹ，
Ｃ_B ，Ｃ_R 信号は、ナイキストの１／２周波数における
ハーフバンド・フィルタ１４の応答が−６ｄＢであるの
で、低エイリアス周波数内容をもつ色成分Ｃ_B及びＣ_R
を有する。したがって、Ｙ，Ｃ_B ，Ｃ_R 信号から質のよ
い画像が得られる。Ｙ″，Ｃ_B ′，Ｃ_R ′信号の色成分
は単にサブサンプルされた成分であるが、Ｙ″，
Ｃ_B ′，Ｃ_R ′信号は直接独立して使用しない単なる補
足的信号であるので、その質はここでは余り重要ではな
い。この信号は、２つの４：２：２信号から原４×４信
号を再現したい場合に使用する。この場合、Ｂ−Ｙ成分
の完全な復元は、図６に示すような補間段１１の補間器
１７ａ，１７ｂに信号Ｃ_B ，Ｃ_B′を供給することによ
り、簡単に達せられる。同様に、Ｒ−Ｙ成分の完全な復
元も、図６に示すような補間段１１の補間器１７ａ，１
７ｂに信号Ｃ_R ，Ｃ_R ′を供給することにより、簡単に
達せられる。

【００４０】どんなろ波動作においても、或る程度のエ
ッジ効果があるものである。入力サンプルストリームが
フィルタの複数タップに供給される場合、ろ波された出
力サンプルは、その中央タップに供給された入力サンプ
ルに対応するので、エッジ歪み効果が発生する。したが
って、入力サンプルアレイが有限の場合、該アレイのエ
ッジ（端縁）では、入力サンプルに対応するろ波出力サ
ンプルを生成するためのサンプルが不足する。このため
エッジ歪み効果が発生し、その歪みの程度は、当該フィ
ルタのオーダー（タップの数）に依存する。

【００４１】エッジ歪み効果を減らす幾つかの方法があ
るが、本発明の実施例に使用するハーフバンド・フィル
タのような対称的、直線位相サブバンド・フィルタの場
合、エッジ効果は、鏡像（対称）エッジ拡張技法を用い
ることにより解消できると決定された。この技法によれ
ば、ハーフバンド・フィルタに供給されるサンプルアレ
イのエッジにおけるサンプルが、エッジの周りに鏡像の
ように対称的に拡張されて必要な入力サンプルを与え、
アレイのエッジ近くの入力サンプルに対応するろ波（さ
れた）出力サンプルを発生することができる。例えば、
値が０〜ｍａｘ（最大）に及ぶサンプル位置をもつ入力
アレイの場合、鏡像拡張は次のように行われる。 値＜０の場合， 値＝−値 値＞ｍａｘの場合， 値＝（ｍａｘ^* ２）−値

【００４２】換言すると、データは、鏡像のようにアド
レス指定される。サイズＮのサンプルブロックが与えら
れると、ゼロより小さいサンプルアドレスは、どれも極
性符号が反転され、値Ｘをもつ（Ｎ−１）より大きいサ
ンプルアドレスは、どれも極性符号が反転され、値Ｘを
もつ（Ｎ−１）より大きいサンプルアドレスは、どれも
（２^* （Ｎ−１）−Ｘ）に変更される。例えば、Ｎ＝２
５６で最大アドレスが２５５の場合、２５６のアドレス
値は（５１０−２５６）＝２５４に変更される。

【００４３】図１１は、鏡像拡張技法を示す説明図であ
る。中央のブロック３０は、与えられたサンプルアレイ
のサンプルの組を表し、これに対応するろ波出力サンプ
ルを発生しようとするものである。この例では、上記サ
ンプルの組を、ピクセル位置０にある左側画像エッジ３
２からピクセル位置（ｎ−１）にある右側画像エッジま
でのｎピクセルのラインである、と仮定する。左側画像
エッジ３２から右へのピクセル位置１，２，３，‥‥
は、左側画像エッジ３２の左へ鏡面反射（３６）され
る。右側画像エッジ３４から左へのピクセル位置ｎ−
１，ｎ−２，‥‥は、右側画像エッジ３４の右へ鏡面反
射（３８）される。鏡面反射（対称拡張）されるピクセ
ル位置の数は、該反射に関係するフィルタのタップ数に
依存する。即ち、当該フィルタが全部で（２ｍ＋１）の
タップを有する場合、ｍピクセルが鏡面反射される。

【００４４】図１２は、図１１の鏡像拡張技法を実施す
る装置を示すブロック図である。同図の装置は、別個の
部品を用いてデジタルフィルタ内で鏡像拡張を行うもの
である。例えば、上述のプログレッシブ走査・飛越し変
換に図５のフィルタ装置を使用する場合に行われる垂直
ろ波動作において、１フレームのピクセルに対応する入
力サンプルがランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）４０に
記憶される。ＲＡＭアドレス制御器４２は、デジタルフ
ィルタ集積回路（ＩＣ）４４に供給すべきピクセル値を
選択するため、ＲＡＭに対する読出し及び書込みアドレ
スを選択的に指定する。この場合、ピクセルのコラム
（縦列）をろ波しようとしているので、鏡像拡張は上下
の画像エッジの周りに行わなければならない。この例で
は、フィルタの遅延素子はライン遅延素子であるから、
記憶されたフレームにおけるピクセル・ラインは、該フ
レームの上下のエッジの周りに鏡像拡張すべきである。
したがって、ＲＡＭアドレス制御器４２は、ピクセル・
ラインのフィルタへの供給を制御し、鏡像拡張されたピ
クセル・ラインは、フレーム・ブランキング期間に供給
される。ＲＡＭ４０，ＲＡＭアドレス制御器４２及びデ
ジタルフィルタＩＣ４４を含む装置４６は、上述の例に
おけるフィルタ１４，１５のどちらか一方を構成するの
に使用できる。その場合、ＲＡＭアドレス制御器４２
は、ＲＡＭ４０へのサンプルの書込みと、デジタルフィ
ルタＩＣ４４へのサンプルの供給とを制御する。ろ波処
理を時間軸に沿って行う場合、エッジ拡張も、時間軸に
沿って行わなければならない、即ち、遅延素子はフィー
ルド又はフレーム遅延素子でなければならない。

【００４５】

【発明の効果】以上説明したとおり、本発明によれば、
サブバンド符号化システムに用いるサブバンド・フィル
タ装置を、従来のものに比べハードウェアが著しく少な
くて済むように構成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】サブバンド符号化に用いる簡単なフィルタ装置
の例を示すブロック図である。

【図２】サブバンド符号化に用いる多段フィルタ装置の
例を示すブロック図である。

【図３】本発明に用いるハーフバンド・フィルタの代表
的な周波数応答を示す特性図である。

【図４】本発明に用いるハーフバンド・フィルタの時間
応答を示す特性図である。

【図５】本発明サブバンド・フィルタ装置の第１の実施
例を示すブロック図である。

【図６】本発明サブバンド・フィルタ装置の第２の実施
例を示すブロック図である。

【図７】図５のフィルタ装置の完全再現動作を示す説明
図である。

【図８】図５の装置によるビデオ信号のプログレッシブ
走査から飛越しフォーマットの変換を示す説明図であ
る。

【図９】図５の装置によるプログレッシブ走査ビデオ信
号のフレームレートの低減を示す説明図である。

【図１０】図６のフィルタ装置の応用例を示すブロック
図である。

【図１１】本発明フィルタ装置のエッジ効果を減らすた
めの鏡像拡張技法を示す説明図である。

【図１２】図１１の鏡像拡張技法を実現する装置の例を
示すブロック図である。

【符号の説明】

１０ デシメーション段 １１ 補間段 （１２ａ，１２ｂ），（２２ａ，２２ｂ） 低周波路 （１３ａ，１３ｂ），（２３ａ，２３ｂ） 高周波路 １６ａ，１６ｂ デシメータ １８ 共通入力 １７ａ，１７ｂ 補間器 １９ 合成手段 １４ 低域通過ハーフバンド・フィルタ（ＬＰＦ） １５ 高域通過ハーフバンド・フィルタ（ＨＰＦ） ４６ 鏡像エッジ拡張手段 ４０ ランダムアクセスメモリ手段（ＲＡＭ） ４２ アドレス指定手段 ４４ デジタルフィルタＩＣ

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 デシメーション段及び補間段を具え、各
   段から低周波路及び高周波路を有するサブバンド・フィ
   ルタ装置であって、 上記デシメーション段の上記両路は夫々その中にデシメ
   ータを含み、入力信号を受信するための共通入力に接続
   され、 上記補間段の上記両路は夫々その中に補間器を含み、上
   記両路に沿って出力される信号を合成するための手段に
   接続され、 上記デシメーション又は補間段の一方の段の低周波路
   に、奇数のタップをもつ低域通過ハーフバンド・フィル
   タを含み、その段の他方の段の低周波路にオールパス・
   フィルタを含み、 上記デシメーション又は補間段の他方の段の高周波路
   に、相補的高域通過ハーフバンド・フィルタを含み、そ
   の段の他方の段の高周波路にオールパス・フィルタを含
   むサブバンド・フィルタ装置。
2. 【請求項２】 上記補間段の上記両路に沿って出力され
   る信号を合成する手段は、上記ハーフバンド・フィルタ
   の中央タップに対する係数値に等しい率で、合成された
   信号のレベルを下げるように構成された請求項１の装
   置。
3. 【請求項３】 上記ハーフバンド・フィルタに供給され
   るサンプル・アレイのエッジにおけるサンプル値を鏡像
   拡張する鏡像エッジ拡張手段を含む請求項１の装置。
4. 【請求項４】 上記鏡像エッジ拡張手段は、上記ハーフ
   バンド・フィルタに供給されるべきサンプルを記憶する
   ランダムアクセスメモリ手段と、上記フィルタに供給さ
   れるべきサンプルに従って上記メモリ手段を選択的にア
   ドレスするためのアドレス指定手段とを有する請求項３
   の装置。
5. 【請求項５】 入力信号がｎビット・サンプルより成る
   場合、上記ハーフバンド・フィルタを中に含む上記デシ
   メーション段の一方の路に沿って出力される信号は（ｎ
   ＋１）ビット・サンプルより成り、上記デシメーション
   段の他方の路に沿って出力される信号はｎビット・サン
   プルより成る請求項１の装置。
6. 【請求項６】 請求項１のフィルタ装置を具えたサブバ
   ンド符号化システム。
7. 【請求項７】 上記補間段に上記低域通過フィルタがあ
   り、上記デシメーション段に上記高域通過フィルタがあ
   る請求項１の装置。
8. 【請求項８】 請求項７のフィルタ装置を含み、該フィ
   ルタ装置の上記デシメーション段の入力に供給されるプ
   ログレッシブ走査フォーマット・ビデオ信号を処理する
   ためのビデオ信号処理システムであって、 上記ハーフバンド・フィルタの遅延素子は、該フィルタ
   が垂直フィルタとして構成されるようにライン遅延素子
   であり、上記低周波路のデシメータは、それに供給され
   る連続するプログレッシブ走査フレームにおける奇数ピ
   クセル・ライン及び偶数ピクセル・ラインを交互に選択
   するように構成され、上記高周波路のデシメータは、そ
   れに供給される対応する連続フレームにおける偶数ピク
   セル・ライン及び奇数ピクセル・ラインを交互に選択す
   るよう構成され、 それによって使用時に、上記デシメーション段の上記低
   周波路に沿って出力される信号が、上記入力プログレッ
   シブ走査フォーマット信号のフレームレートに等しいフ
   ィールドレートをもつ２：１飛越しフォーマット・ビデ
   オ信号であるビデオ信号処理システム。
9. 【請求項９】 請求項７のフィルタ装置を含み、該フィ
   ルタ装置の上記デシメーション段の入力に供給されるプ
   ログレッシブ走査フォーマット・ビデオ信号を処理する
   ためのビデオ信号処理システムであって、 上記ハーフバンド・フィルタの遅延素子は、該フィルタ
   が時間的フィルタとして構成されるようにフレーム遅延
   素子であり、上記低周波路のデシメータは、上記プログ
   レッシブ走査信号の１つおきのフレームを選択し、上記
   高周波路のデシメータは、上記低周波路のデシメータに
   よって選択されたフレームに対応するフレームを排除す
   るように構成され、 それによって使用時に、上記デシメーション段の上記低
   周波路に沿って出力される信号が、上記入力信号のフレ
   ームレートの１／２に等しいフレームレートをもつプロ
   グレッシブ走査フォーマット・ビデオ信号であるビデオ
   信号処理システム。
10. 【請求項１０】 上記デシメーション段の上記高周波路
    に沿って出力される信号を、送信するために、上記デシ
    メーション段の上記低周波路に沿って出力される信号の
    中に符号化する手段と、送信された信号を、上記補間段
    の対応路に供給するために、その成分信号に復号する手
    段とを含む請求項８のシステム。
11. 【請求項１１】 上記デシメーション段の上記高周波路
    に沿って出力される信号を、送信するために、上記デシ
    メーション段の上記低周波路に沿って出力される信号の
    中に符号化する手段と、送信された信号を、上記補間数
    の対応路に供給するために、その成分信号に復号する手
    段とを含む請求項９のシステム。
12. 【請求項１２】 プログレッシブ走査フォーマット・ビ
    デオ信号を２：１飛越しフォーマット信号に変換し、あ
    とで該２：１飛越しフォーマット信号を用いて原プログ
    レッシブ走査フォーマット・ビデオ信号を復元する方法
    であって、請求項１のフィルタ装置を用いて行う方法。
13. 【請求項１３】 第１のプログレッシブ走査フォーマッ
    ト・ビデオ信号を、該第１信号のフレームレートの１／
    ２に等しいフレームレートをもつ第２のプログレッシブ
    走査フォーマット・ビデオ信号に変換し、あとで該第２
    信号を用いて上記第１信号を復元する方法であって、請
    求項１のフィルタ装置を用いて行う方法。
14. 【請求項１４】 ４×４ビデオ信号を第１及び第２の
    ４：２：２ビデオ信号に変換し、あとで該第１及び第２
    の４：２：２ビデオ信号から上記４×４ビデオ信号を再
    現する方法であって、各々が請求項１のフィルタ装置で
    ある１対のフィルタ装置を用いて行う方法。