JPH0646340A - 固体撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ハイビジョン伝送系のＭＵＳＥエンコーダシ
ステムを簡略化する。 【構成】 ＣＣＤ撮像素子６４の段階で１１／１２に時
間圧縮し、また、データ読み出し速度が４８．６ＭＨｚ
のＣＣＤ撮像素子６４を用いた場合においては、前段の
光学ローパスフィルタ６３で２０ＭＨｚ程度の帯域制限
を行うこと、および撮像装置での帯域制限を２０ＭＨｚ
程度に設定することで、ＭＵＳＥエンコーダの２０ＭＨ
ｚＬＰＦを省略し、かつ撮像装置の出力を含む信号処理
のデジタル化により、Ａ／Ｄ変換器も不要にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、固体撮像装置に係わ
り、詳しくは、高精細度テレビ（ＨＤＴＶ：いわゆるハ
イビジョン）の伝送系に用いて好適な固体撮像装置に関
する。

【０００２】高精細度テレビは標準テレビに比べ、格段
に鮮明で臨場感のある画像と音声を実現するものであ
り、このような高精細度テレビの放送方式として、１１
２５本６０フィールドのシステムからなるＭＵＳＥ方式
が開発されている。ＭＵＳＥ方式はハイビジョンを衛星
放送の１チヤンネル（帯域幅２７ＭＨｚ）で放送するこ
とを目的として開発された帯域圧縮信号伝送方式で、人
間の視覚特性と十分に整合をとることが考慮されてい
る。

【０００３】カラーテレビジョンをサービスするために
は、画像の明暗を伝える信号（輝度信号：Ｙ信号）と、
赤、青などの色具合を伝える信号（カラー信号：Ｃ信
号）との両方を伝える必要があり、ハイビジョンについ
ても安定な美しい画像を再生するための望ましい信号方
式を考えることが重要で、現状では複合信号方式と、Ｔ
ＣＩ方式とがある。そのうち、ＴＣＩ（Time Compresse
d Integration）方式はＹ信号とＣ信号とを時間圧縮し
て順次時間的に並べて伝送する方式である。

【０００４】このようなハイビジョンの伝送に使用され
るＭＵＳＥ方式のエンコーダとして、従来、図４に示す
ようなものが用いられている。図４はＭＵＳＥエンコー
ダの系統を示すブロック図であり、この系統によると、
ハイビジョン信号をまずＴＣＩエンコードしてからＭＵ
ＳＥエンコードするが、ＴＣＩ化は系統のどの部分で行
ってもよく、全く設計的には自由である。一方で、ＭＵ
ＳＥ方式はハイビジョンの映像イメージを比較的完全に
保ってエンコードできるので、ＴＣＩ信号になった状態
でエンコードできるのは、ＭＵＳＥ方式の１つの特徴と
いえる。

【０００５】図４において、ハイビジョン映像信号はカ
メラからのアナログＲＧＢの形で２０ＭＨｚのローパス
フィルタ１に供給され、帯域が制限されてＡ／Ｄ変換器
２に送られる。これは、Ａ／Ｄ変換する際のサンプリン
グ周波数が４４．５５ＭＨｚのためである。次いで、帯
域制限されたＲＧＢ信号は、Ａ／Ｄ変換器２において４
４．５５ＭＨｚのサンプリングクロックでＡ／Ｄ変換さ
れる。さらに、４４．５５ＭＨｚサンプリングのデータ
を４８．６ＭＨｚに変換し、データを１１／１２（すな
わち、４４．５５／４８．６）に時間圧縮する。

【０００６】この方法としては、例えば図５に示すよう
に、Ａ／Ｄ変換器５１の出力を４４．５５ＭＨｚでメモ
リ５２に一度書き込み、メモリ５２からのデータ読み出
し時には４８．６ＭＨｚで出力するという処理がある。

【０００７】図４に戻り、Ａ／Ｄ変換器２の出力は逆γ
処理回路３に供給され、カメラで行ったガンマ補正がも
う一度直線（線形信号）に戻される。次いで、マトリク
ス回路４ではＹ、色差信号が合成されて色差信号（Ｙ、
Ｒ−Ｙ、Ｂ−Ｙ）が得られ、これらの色差信号のうら２
つはローパスフィルタ５、６をそれぞれ介してＴＣＩエ
ンコード回路７に送られる。

【０００８】なお、この例ではＭＵＳＥ信号処理を行う
前に、ＴＣＩエンコード回路７においてＴＣＩ化してお
り、実際上は、ＴＣＩ化すると同時にＹ信号にも若干
（１２／１１）の時間圧縮をしている。時間圧縮をする
理由は、圧縮なしではＹ信号の水平ブランキング中に線
順次化したＣ信号を入れるには時間幅が不足であるため
である。この結果、Ｙ信号のクロックは４８．６ＭＨｚ
となる。Ｃ信号は８ＭＨｚ弱の帯域信号として、線順次
化してあり、Ｙ信号に比べて４：１の時間圧縮となり、
圧縮した結果６４．８Ｍｓ／ｓの信号となる。

【０００９】次いで、ＴＣＩエンコードされた信号は静
止系（Ｓ）と、動系（Ｍ）の２系統に分れ、それぞれ動
領域および静領域に対するプリフィルタリングおよびサ
ブサンプリング処理が行われる。すなわち、動系（Ｍ）
は動領域用プリフィルタ８によってライン間オフセット
サブサンプリングに対応するプリフィルタがかけられ、
次いで、サンプリング周波数変換回路９によって１６．
２ＭＨｚでライン間オフセットサブサンプリングが行わ
れる。

【００１０】また、静止系（Ｓ）は静止領域用プリフィ
ルタ１０によってフィールド間オフセットサブサンプリ
ングに対応するプリフィルタがかけられ、次いで、フィ
ールド間サブサンプリング回路１１でフィールド間サブ
サンプリングが行われ、さらに１２ＭＨｚのローパスフ
ィルタ１２によって不要な１２ＭＨｚ以上の成分が除去
され、次いで、サンプリング周波数変換回路１３に送ら
れて１６．２ＭＨｚでフィールド間オフセットサブサン
プリングが行われる。

【００１１】静、動とそれぞれのプリフィルタ処理が施
された信号は、混合器（ＭＩＸ）１４で動きの程度に応
じて混合される。動きの検出は動領域検出回路１５によ
って行われ、動きベクトルの検出は動きベクトル検出回
路１６によって行われる。混合器１４の出力は１６．２
ＭＨｚでフレーム間オフセットサブサンプリングして、
ＭＵＳＥ信号（デジタル形式）が得られる。得られた信
号は直線信号であり、このままアナログ伝送路を通す
と、黒レベル側の雑音が目立つ。そこで、伝送ガンマ回
路１８によって伝送のために黒レベル側側を伸長し、白
レベル側を圧縮する非線形処理（伝送ガンマ：Γ）する
ことが行われる。

【００１２】次いで、エンファシス回路１９でエンファ
シスが掛けられ、エンファシスでは逆にオーバーシュー
トを伸長する。次いで、信号多重回路２０でコントロー
ル信号などの付加が行われ、音声多重回路２１２に送ら
れる。なお、図４の（Ｄ）点で得られる信号は伝送路に
対する適応をしていない原始的なＭＵＳＥ信号という意
味で、「デジタルＭＵＳＥ」と呼ぶことがある。

【００１３】一方、音声の入力部は映像信号と同様でア
ナログであり、音声は音声エンコード回路３１によって
１３５０Ｋｂｉｔ／ｓのシリアルデータにエンコードさ
れ、次いで、このデータは時間軸圧縮回路３２で垂直ブ
ランキング期間に多重するように時間圧縮され、かつ２
値−３値変換が施されて瞬時伝送速度１２．１５ＭＢａ
ｕｄの３値デジタル信号となる。次いで、時間軸圧縮回
路３２の出力はローパスフィルタ３３を介して音声多重
回路３４に送られ、信号多重回路２０からの映像信号に
対して音声が多重化される。ここで得られた合成信号は
音声部分も含めてすべて１６．２Ｍｓ／ｓのサンプリン
グ値となり、この段階では信号の形式としては映像も、
音声もコントロール信号も区別がない。

【００１４】音声多重回路３４の出力は伝送路等化ロー
パスフィルタ３５に送られ、倍の周波数３２．４ＭＨｚ
で伝送路等化処理が行われ、次いで、Ｄ／Ａ変換器３６
によってＤ／Ａ変換された後、ローパスフィルタ３７を
通ってＭＵＳＥベースバンド信号が得られる。次いで、
ＦＭ変調回路３８でＭＵＳＥベースバンド信号がＦＭ変
調され、さらに送信部（ＴＸ）に送られて送信（例え
ば、衛星放送チヤンネルによる送信）される。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したよ
うに１１２５本６０フィールド方式のハイビジョン放送
における伝送は、帯域圧縮されたＭＵＳＥ信号によって
行われているが、ＭＵＳＥ信号は図４に示すように非常
に複雑な方式であり、このため、カメラ一体型ＶＴＲ
（カムコーダ）等の小型化が極めて重要である機器へＭ
ＵＳＥ方式を導入するに当り、ＭＵＳＥシステムの簡略
化が重要であるが、従来はＭＵＳＥシステムの簡略化が
十分になされていなかった。そのため、例えば低消費電
力化等を図ることができなった。

【００１６】一方、時間圧縮に関する技術としては、例
えば特開昭６２−３４４９０号公報に記載されたものが
ある。この技術は、映像信号を時間圧縮して記録する映
像信号処理装置に係わるものであり、具体的には時間軸
多重した映像信号を形成する際に、従来から用いられて
いるメモリの容量を減らして小型化、低コスト化を図ろ
うとするものである。

【００１７】しかしながら、この公報に記載の技術は、
撮像素子から画像読み出しを行うためのクロックを高速
化して映像信号の時間軸圧縮を行ってメモリの容量を減
らすものであった（図５参照）。あくまでもメモリの存
在が前提で、その容量を減らすことが可能であるのみ
で、詳細を後述するように本発明のごとくメモリそのも
のを省略することまで可能にするものではなかった。

【００１８】そこで、本発明者は鋭意検討の結果、従来
公報に記載の技術とは異なる発想により、ＭＵＳＥエン
コーダから時間圧縮動作を省略し、カメラ側で対処でき
る技術を開発した。すなわち、ＭＵＳＥエンコーダでは
スタジオ規格の信号を１１／１２に時間圧縮する動作を
行っているが、ＭＵＳＥ信号に変換することを前提にし
たカメラの場合、スタジオ規格を無視して最初から時間
圧縮された信号をカメラで取り扱っていれば、ＭＵＳＥ
エンコーダから時間圧縮動作を省略することができるこ
とを見出した。

【００１９】なお、この場合カメラはスタジオ規格を満
たせなくなるが、例えばＭＵＳＥ方式の記録形式のカム
コーダ等のＭＵＳＥ信号に限定して用途には十分であ
る。

【００２０】本発明は、ＭＵＳＥエンコーダのシステム
を簡略化できる固体撮像装置を提供することを目的とし
ている。

【００２１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明による固体撮像装置は、固体撮像素子の水平
方向読み出し周波数を本来的に規格設定された値のＸ倍
に設定し、該固体撮像素子を、高精細度テレビ伝送系の
撮像装置に配置し、該撮像装置からの画像信号を受ける
ＭＵＳＥエンコーダの１／Ｘの時間圧縮回路機能を代行
するようにしたことを特徴とする。

【００２２】また、好ましい態様として、前記Ｘ＝１２
／１１であることを特徴とする。

【００２３】前記固体撮像素子の水平方向読み出し周波
数を本来的に規格設定された値の１２／１１倍に設定
し、該撮像装置からの画像信号を、サンプリング周波数
４８．６ＭＨｚでデジタル信号に変換し、ＭＵＳＥエン
コーダの１１／１２の時間圧縮回路機能を代行するとと
もに、Ａ／Ｄ変換機能を代行することを特徴とする。

【００２４】前記固体撮像素子の水平方向読み出し周波
数を本来的に規格設定された値の１２／１１倍の４８．
６ＭＨｚに設定し、該撮像装置からの画像信号を、サン
プリング周波数４８．６ＭＨｚでデジタル信号に変換
し、ＭＵＳＥエンコーダの１１／１２の時間圧縮回路機
能を代行するとともに、Ａ／Ｄ変換機能を代行すること
を特徴とする。

【００２５】

【作用】本発明では、固体撮像素子の水平方向読み出し
周波数が、本来、規格設定された値のＸ倍（例えば、１
２／１１倍）に設定され、この固体撮像素子がハイビジ
ョン伝送系のカメラブロックに配置される。したがっ
て、カメラブロックからの画像信号を受けるＭＵＳＥエ
ンコーダにおいては、１／Ｘ（例えば、１１／１２）の
時間圧縮回路機能を省略でき、カメラ側で対処できるこ
とになる。すなわち、カメラ側ではＭＵＳＥ信号に変換
することを前提にして、スタジオ規格を無視して最初か
ら時間圧縮された信号がカメラで取り扱われる。

【００２６】

【本発明の原理】最初に、本発明の原理について説明す
る。本発明は固体撮像素子の段階で、上述したデータ時
間圧縮（１１／１２）を行うことを特徴としており、こ
の原理を２００万画素ＣＣＤ撮像素子を例にとり、説明
する。

【００２７】ハイビジョン放送のスタジオ規格に準拠し
た２００万画素ＣＣＤでは、有効画素数走査期間の水平
方向の画素数が１９２０で、Ｈ−ＣＣＤからのデータの
読み出し速度が７４．２５ＭＨｚとなるものが既に開発
されている。なお、Ｈ−ＣＣＤが２本の場合はＨ−ＣＣ
Ｄの動作周波数が３７．１２５ＭＨｚであるが、データ
はその２倍で出力されるため、データの読み出し速度は
７４．２５ＭＨｚと考える。

【００２８】本発明では、このＣＣＤ撮像素子のデータ
の読み出し速度を７４．２５×（１２／１１）＝８１Ｍ
Ｈｚに設定する。この操作の有無によるＣＣＤ撮像素子
からのデータの読み出し関係を図１、図２に示す。図１
（ａ）、（ｂ）において、５０は２００万画素のＣＣＤ
撮像素子である。まず、通常動作では図１（ａ）に示す
ように、２本Ｈ−ＣＣＤの場合、Ｈ−ＣＣＤを３７．１
２５ＭＨｚで駆動しており、２系統の出力から１９２０
サンプルするのに要する時間は、図２（ａ）に処理波形
を示すように１９２０／（７４．２５ＭＨｚ）＝約２
５．８６μｓかかる。

【００２９】一方、図１（ｂ）に示すように、２００万
画素のＣＣＤ撮像素子５０を（１１／１２）時間圧縮動
作させる場合は、２本Ｈ−ＣＣＤの場合、Ｈ−ＣＣＤを
４０．５ＭＨｚで駆動し、２系統の出力から１９２０サ
ンプルするのに要する時間は、図２（ｂ）に処理波形を
示すように、１９２０／（８１ＭＨｚ）＝約２３．７０
μｓとなり、信号データを通常に比べ２３．７０μｓ／
２５．８６μｓ＝（１１／１２）に時間圧縮することが
できる。

【００３０】このように、ＣＣＤ撮像素子の段階で１１
／１２に時間圧縮した信号を、伸長せずに圧縮されたま
ま処理することで、図４に示したＭＵＳＥエンコーダか
ら時間圧縮用のメモリ、あるいはそれに代る処理を省略
することができる。その結果、ＭＵＳＥシステムの十分
な簡略化が可能で、低消費電力化等を図ることができ
る。

【１６０ 本発明は以上の論理を原理としている。
なお、上記原理説明では２００万画素のＣＣＤ撮像素子
５０を例にしたが、本発明の適用は２００万画素のＣＣ
Ｄ撮像素子に限るものではない。 【００３１】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図３は本発明に係る固体撮像装置を適用したＭＵ
ＳＥエンコーダの一実施例の系統を示すブロック図であ
る。この系統ブロック図の説明に当り、前述した図４と
同様の部分には同一符号を付して重複説明を省略する。

【００３２】図３は３板カメラを用いた例であり、図３
の上部がカメラブロックで、下部がＭＵＳＥエンコーダ
ブロックである。カメラブロックの光学系は、被写体か
らの光を取り込むためのレンズ６１と、光信号をＧＲＢ
光に分解するためのプリズム６２と、入射光からモアレ
の原因となる高域成分を除去するための光学ローパスフ
ィルタ６３とから構成されている。

【００３３】この光学系を通過してきた３系統の光信号
は、約２０ＭＨｚ（水平）の帯域を有するＧＲＢ光信号
であり、それぞれ３系統のＣＣＤ撮像素子６４によって
電気信号に変換される。ＣＣＤ撮像素子６４は光電変換
部と走査部の機能が１つのシリコンチップ上に２００万
画素規模で作られている。ＣＣＤ撮像素子６４によって
変換された電気信号はＣＤＳ（相関二重サンプリング）
ブロック６５で低域ノイズが除去された後、それぞれ３
系統のＡ／Ｄ変換器６６によりサンプリング周波数４
８．６ＭＨｚでＡ／Ｄ変換される。また、同時にプリフ
ィルタ（ＬＰＦ）処理が行われ、２０ＭＨｚの帯域に制
限される。

【００３４】そして、デジタル信号となったＧＲＢ信号
はプロセスブロック６７でホワイトバランス、γ処理等
のデジタル処理がなされ、カメラからＧＲＢ信号デジタ
ル信号が出力される。カメラからのＧＲＢ信号デジタル
信号はＭＵＳＥエンコーダブロックにおけるマトリクス
回路４に入力され、以後、同様のエンコード処理が行わ
れ、ＭＵＳＥベースバンド信号が得られる。

【００３５】ここで、本実施例ではＣＣＤ撮像素子６４
の段階で１１／１２に時間圧縮し、また、データ読み出
し速度が４８．６ＭＨｚのＣＣＤ撮像素子６４を用いた
場合においては、前段の光学ローパスフィルタ６３で２
０ＭＨｚ程度の帯域制限を行うこと、および撮像装置で
の帯域制限を２０ＭＨｚ程度に設定することで、ＭＵＳ
Ｅエンコーダの２０ＭＨｚＬＰＦを省略することができ
るとともに、撮像装置の出力を含む信号処理のデジタル
化により、Ａ／Ｄ変換器さえも不要にしている。

【００３６】具体的には、次のような効果を得ることが
できる。 カメラ部のＡ／Ｄ変換前のプリＬＰＦを約２０ＭＨｚ
程度に設定することで、図４に示すＭＵＳＥエンコーダ
からＡ／Ｄ変換器のプリフィルタ（２０ＭＨｚＬＰＦ）
を省略することができる。 ＣＣＤ撮像素子６４の駆動を１１／１２に時間圧縮動
作で行っているため、ＭＵＳＥエンコーダの１１／１２
時間圧縮を省略することができる。

【００３７】カメラブロックでのＡ／Ｄ変換時のサン
プリング周波数を４８．６ＭＨｚに設定し、デジタル信
号で出力しているため、Ａ／Ｄ変換器そのものを不要す
ることができる。

【００３８】さらに、ＣＣＤ撮像素子６４からのデー
タ読み出し周波数を４８．６ＭＨｚに設定した場合、例
えばカメラ光学系の光学ローパスフィルタ６３の水平帯
域を約２０ＭＨｚに設定することにより、ＭＵＳＥエン
コーダブロックからＡ／Ｄ変換器のプリフィルタ（２０
ＭＨｚＬＰＦ）を省略するとともに、カメラブロックの
Ａ／Ｄ変換器のプリフィルタをも省略することができ
る。

【００３９】ＣＣＤ撮像素子６４のデータ読み出し周
波数４８．６ＭＨｚはカメラブロックでのＡ／Ｄ変換時
のサンプリング周波数４８．６ＭＨｚと同一であり、か
つＭＵＳＥエンコーダのサンプリング周波数とも同一で
あるから、ＭＵＳＥシステムで使用する周波数の種類を
低減することができる。

【００４０】なお、本発明と直接関係はないが、ＭＵＳ
Ｅシステムの簡素化のために、例えばカメラブロックの
プロセスにおいて、γ処理を行わなければ、カメラブロ
ックのγ処理とＭＵＳＥブロックの逆γ処理を省略する
ことができる。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
固体撮像素子の水平方向読み出し周波数を、本来、規格
設定された値のＸ倍に設定し、この固体撮像素子をハイ
ビジョン伝送系のカメラブロックに配置しているので、
カメラブロックからの画像信号を受けるＭＵＳＥエンコ
ーダにおいて、１／Ｘの時間圧縮回路機能を省略するこ
とができ、ＭＵＳＥシステムの十分な簡略化を行うこと
ができる。その結果、低消費電力化等を図ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の動作原理を説明する図である。

【図２】本発明の原理を説明する波形図である。

【図３】本発明に係る固体撮像装置を適用したハイビジ
ョン伝送系のブロック図である。

【図４】従来のハイビジョン伝送系のブロック図であ
る。

【図５】従来の時間軸圧縮を行う回路のブロック図であ
る。

【符号の説明】

７ ＴＣＩエンコード回路 １４ 混合器（ＭＩＸ） １９ エンファシス回路 ２０ 信号多重回路 ５０ ＣＣＤ撮像素子 ６１ レンズ ６２ プリズム ６３ 光学ローパスフィルタ ６４ ＣＣＤ撮像素子 ６５ ＣＤＳ（相関二重サンプリング）ブロック ６６ Ａ／Ｄ変換器 ６７ プロセスブロック

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固体撮像素子の水平方向読み出し周波数
   を本来的に規格設定された値のＸ倍に設定し、 該固体撮像素子を、高精細度テレビ伝送系の撮像装置に
   配置し、 該撮像装置からの画像信号を受けるＭＵＳＥエンコーダ
   の１／Ｘの時間圧縮回路機能を代行するようにしたこと
   を特徴とする固体撮像装置。
2. 【請求項２】 前記Ｘ＝１２／１１であることを特徴と
   する請求項１記載の固体撮像装置。
3. 【請求項３】 前記固体撮像素子の水平方向読み出し周
   波数を本来的に規格設定された値の１２／１１倍に設定
   し、 該撮像装置からの画像信号を、サンプリング周波数４
   ８．６ＭＨｚでデジタル信号に変換し、 ＭＵＳＥエンコーダの１１／１２の時間圧縮回路機能を
   代行するとともに、Ａ／Ｄ変換機能を代行することを特
   徴とする請求項２記載の固体撮像装置。
4. 【請求項４】 前記固体撮像素子の水平方向読み出し周
   波数を本来的に規格設定された値の１２／１１倍の４
   ８．６ＭＨｚに設定し、 該撮像装置からの画像信号を、サンプリング周波数４
   ８．６ＭＨｚでデジタル信号に変換し、 ＭＵＳＥエンコーダの１１／１２の時間圧縮回路機能を
   代行するとともに、Ａ／Ｄ変換機能を代行することを特
   徴とする請求項２記載の固体撮像装置。