JPH0666903B2 - デイジタルのビデオ信号処理装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、区分的線形伝達特性を有する信号処理装置に
関し、特に、ディジタルのビデオ信号処理装置において
垂直のデテール信号をコアリングするための信号処理装
置に関する。

発明の背景 ビデオ信号処理装置、例えば、テレビジョン受像機にお
いて、ビデオ信号のルミナンス信号成分とクロミナンス
信号成分とを分離して、この２つの成分を別々に処理す
ることは従来から行なわれている。これは、ビデオ信号
を濾波して高周波成分（クロミナンス）と低周波成分
（ルミナンス）との帯域に分離することにより簡単に行
なうことができるが、好ましい方法としては、ルミナン
スとクロミナンス成分が間挿されているという性質を利
用して信号をくし型フィルタで分離する方法が挙げられ
る。くし型フィルタを使う場合、２つもしくはそれ以上
の連続するビデオ情報ラインが加算あるいは減算によっ
て合成され、分離されたルミナンス信号とクロミナンス
信号が出力に発生し、相補的くし型形状の応答特性を示
す。しかしながら、ビデオ信号をビデオ周波数帯域の全
域にわたってくし型フィルタで濾波すると、クロミナン
スとルミナンスの両方の情報が、通常クロミナンスの出
力と呼ばれる出力信号の中に含まれる。NTSCのテレビジ
ョン方式の場合、クロミナンス情報は、この出力信号中
の約2.0MHz以上の周波数帯域を占め、垂直デテール情報
と呼ばれるルミナンス情報は、約1.0MHz以下であり、垂
直デテール情報の精確な周波数上限は背景情報の関数で
ある。

ビデオ情報でディジタル的に処理する場合、ディジタル
的に符号化されたクロミナンスと垂直デテール情報信号
は有限インパルス応答型の低域フィルタと帯域フィルタ
とで分離することができる。続いて、クロミナンス情報
は復調され、ディジタルのクロミナンス信号処理回路で
処理され、垂直デテール情報は、くし型フィルタのルミ
ナンス出力に発生する、くし型フィルタで濾波されたル
ミナンス信号と合成され、完全に復元したルミナンス信
号とを発生する。

ルミナンス信号中の垂直デテール情報を復元させること
に加えて、より鮮鋭で鮮明な再生画像を発生するピーキ
ング信号として、垂直デテール情報を余分にルミナンス
信号に加えることの好ましいことが分っている。また実
験によると、ピーキング信号と復元したルミナンス信号
とを合成する前に、特定の非線形信号振幅の伝達関数特
性を示す回路でピーキング信号を処理することが望まし
いことも分っている。アナログ信号用のこの非一線形処
理回路は米国特許第4,245,237号明細書に開示されてい
る。この処理回路によると、垂直デテール信号の振幅が
異なると信号の利得量が異なる。特に、小さな振幅の信
号は低い利得で変換され、これはコアリングと呼ばれ低
い振幅の雑音を減衰させる。中間の振幅の信号は強調さ
れ（ピーキング）、大きな振幅の信号は振幅減衰される
（ペアリング）。

ディジタル化されたビデオ信号を同様な方法で処理する
ディジタル回路が米国特許第4,422,094号明細書に開示
されている。この発明の装置は、所望の伝達関数を表わ
すデータ語でプログラムされているディジタル・メモリ
を含んでいる。処理されるディジタルの垂直デテール信
号はメモリへのアドレス入力コードとして供給される。
メモリは、アドレス入力コードに応答し、所望の伝達特
性で変換された、入力信号に対応する出力信号を発生す
る。入力信号およびメモリからの出力信号は合成され、
くし型フィルタで濾波したルミナンス信号と合成され
る。メモリを使って伝達関数を実現する場合の問題点
は、信号特性の関数として関数を簡単に変更することが
できないことである。伝達関数を変えるためには、メモ
リをプログラミングし直さなければならないのが普通で
ある。メモリをプログラミングし直すことは、余分のバ
ッファ・メモリを必要とし、また、幾つかのフレーム期
間を必要とする比較的時間の掛かるプロセスである。

発明の目的 本発明の１つの目的は、区分的線形伝達関数を使って、
例えば、垂直デテール信号を処理するための、メモリを
使わないディジタル信号処理装置を提供することであ
る。本発明のもう１つの目的は、追加のハードウェアを
必要とすることなく、ほぼ瞬間的にプログラミングし直
すことのできるディジタル信号処理装置を提供すること
である。

発明の概要 本発明は、対称であり、また区分的線形である非線形伝
達関数を発生する装置に関する。本発明の１つの特徴
は、正および負の値をとるディジタルのビデオ信号を処
理することであり、このディジタルのビデオ信号の絶対
値を発生するための手段が設けられる。また、この絶対
値と基準値との差に対応する信号を発生するための手段
も設けられる。極性弁別器が一方の極性の差のみ通過さ
せる。極性反転回路が、ディジタルのビデオ信号源に生
ずる信号サンプルの極性に応答し、その入力に供給され
るサンプルの極性を反転させる。極性弁別器を極性反転
回路の入力に結合させるための手段も設けられる。この
ようにして、極性反転回路の出力は、基準値に関数的に
従属し、対称的に処理された信号である。

本発明のもう１つの特徴によると、第１および第２の閾
値／極性弁別器が、それぞれの基準信号入力ポートに供
給される第１および第２の基準値を受け取る。第１の閾
値／極性弁別器の信号入力ポートは絶対値手段に結合さ
れ、第２の閾値／極性弁別器の入力ポートは第１の閾値
／極性弁別器の出力ポートに結合される。閾値／極性弁
別器は、基準値を越える入力信号についてのみ一方の極
性の出力信号を発生する。信号スケーリング手段は第２
の閾値／極性弁別器の出力に結合される入力を有する。
信号合成手段は、信号スケーリング手段の出力に結合さ
れる入力ポートと、第１の閾値／極性弁別器の出力に結
合されるもう１つの入力とを有する。処理済みのディジ
タル信号が信号合成手段の出力に得られる。

１つの実施例において、処理される信号は、符号のつい
ていない振幅の大きさの値とサンプルの極性を示す信号
とを出力する絶対値回路に供給される。この大きさの値
は、第1,第2,第３の信号合成回路と第1,第2,第３の信号
極性弁別器（ここで、極性弁別器とは一方の極性の信号
のみ通過させる回路のことをいう。）との縦続接続され
たものに供給される。第２の信号合成回路は第１の極性
弁別器により第１の信号合成回路の出力に結合され、第
３の信号合成回路は、第２の極性弁別器と第１の信号ス
ケーリング手段との直列接続により第２の信号合成回路
の出力に結合される。また、第３の信号合成回路は、第
１の極性弁別器と第２の信号スケーリング回路との直列
接続により第１の信号合成回路の出力に結合される。そ
して、第３の信号合成回路の出力は第３の極性弁別器を
介して信号補数化回路に結合される。この信号補数化回
路は絶対値回路からの極性信号により制御される。

第１の信号合成回路は、大きさの値から第１の基準値を
引き算する。第１の極性弁別器を通過する単一極性の差
はコアリングされた信号に対応する。第２の基準値が第
２の信号合成回路によりこの単一極性の差から引かれ、
第１のスケーリング回路によりスケーリングされる。ま
た、第１の極性弁別器からの単一極性の差は第２のスケ
ーリング回路によりスケーリングされる。第３の信号合
成回路は、第２のスケーリング回路からのスケーリング
されたサンプル差から第１のスケーリング回路からのス
ケーリングされたサンプル差を引き算する。第３の信号
合成回路からの単一極性信号は第３の極性弁別器を介し
て信号補数化回路に結合される。サンプル値Ｘ_ｎに対す
る回路出力Ｙ_ｎは次式で表わされる。

Ｙ_ｎ＝（K₂（Ｘ_ｎ−Ｘ_{Ｒ １}））_ｐ−K₁（（Ｘ_ｎ−
Ｘ_{Ｒ １}）_ｐ−Ｘ_{Ｒ ２}）_ｐ）_ｐ ここで、括弧につけられている添字ｐは、括弧内の関数
の値が単一の極性であることを意味し、K₁とK₂は第１お
よび第２のスケーリング因数であり、Ｘ_{Ｒ １}とＸ_{Ｒ ２}は
第１および第２の基準値である。

スケーリング因数もしくは基準値を変えるための手段を
設けることにより、関数はプログラム可能なものとな
る。

実施例 第１図および第２図において、要素を相互接続する太い
矢印は、例えば、並列ビットの２進信号を伝達する並列
信号線を表わし、細い矢印はアナログ信号を伝達する単
一信号線を表わす。ここでは、原則として、サンプルは
２の補数形式であり、回路の構成要素は２の補数信号を
処理するように設計されているものとする。

第１図を参照すると、テレビジョン受像機におけるディ
ジタル信号の処理部分が示されている。放送無線周波
（以下、RFという。）ビデオ信号がアンテナ10で受信さ
れ、通常のチューナー中間周波（以下、IFという。）検
波器12に供給される。チューナーIF検波器12は、アナロ
グ・ディジタル変換器（以下、AD変換器という。）のア
ナログ信号入力端子に供給されるベースバンドの複合ビ
デオ信号を発生する。AD変換器14は、例えば、色副搬送
波サンプル周波数の４倍の周波数でアナログ信号に対応
する２進信号を発生する。AD変換器14からのディジタル
信号は、ディジタルの複合ビデオ信号を別々のルミナン
ス成分（Ｙ）とクロミナンス成分（Ｃ）とに分離するデ
ィジタルのくし型フィルタ16の入力ポートに供給され
る。ルミナンス信号は、ピーキングとコアリングの回
路、コントラスト制御回路などを含んでいるルミナンス
処理回路18に供給される。この回路18からの処理済みの
サンプルは合計回路22に供給される。処理済みのルミナ
ンス信号は、回路22により、くし型フィルタで濾波され
たクロミナンス信号から得られる垂直デテール信号と合
成される。合計回路22からの信号はマトリックス回路24
に供給され、そこで処理済みクロミナンス信号と合成さ
れて画像表示装置を駆動する赤色R,緑色G,青色Ｂの信号
を発生する。

くし型フィルタ16からのクロミナンス信号はクロミナン
ス処理回路26に供給される。クロミナンス処理回路26
は、色副搬送波を中心とする帯域フィルタ，色相制御回
路，自動肌色回路，飽和度制御回路，復調器などを含ん
でいる。この回路26は、クロミナンス信号から処理済み
色差信号成分（Ｒ−Ｙ）と（Ｂ−Ｙ）すなわち、ＩとＱ
とを発生し、これらをマトリックス回路24に供給する。

くし型フィルタ16で処理されたクロミナンス信号は、ク
ロミナンス成分をほぼ完全に減衰させ、くし型フィルタ
で濾波されたクロミナンス信号中に生ずるルミナンスの
垂直デテールを通過させる低域フィルタ28にも供給され
る。ルミナンスの垂直デテール情報が何故くし型フィル
タで濾波されたクロミナンス信号中に存在するかの詳し
い説明については、1980年３月発行のアールシーエーレ
ビュー（RCA Reviekw）、vol.41,pp.3−28に掲載され
たディー・エイチ・プリチャード（D.H.Pritchard）氏
による“カラーテレビジョン受像機の画像強調のための
CCDくし型フィルタ”（Ａ CCD Comb Filter for C
olor TV Receiver Picture Enhancement）という題
目の論文を参照されたい。垂直デテール情報は垂直デテ
ール処理回路30でピーキング処理されて合計回路22に供
給され、そこで主ルミナンス信号と再合成される。

ディジタル受像機の場合、回路の構成要素のほとんどの
ものは、中央制御ユニット、例えば、マイクロプロセッ
サにより制御される。中央制御ユニットは、視聴者の指
令，信号品質などに応答し、ほぼ一定の品質の再生画像
を発生して保持する。この制御は第１図の装置において
も行なわれているが、便宜上、第１図の中央制御ユニッ
ト20は、ルミナンス処理回路18と垂直デテール処理回路
30だけに結合されている。

一般に、ルミナンス信号の２つの成分が同じように処理
されるように、ルミナンス処理回路18の前で垂直デテー
ルとくし型フィルタで濾波された信号とを再合成するこ
とが望ましい。しかしながら、ディジタル受像機を設計
する場合、ルミナンス処理回路の前で垂直デテールが再
合成されるように回路機能を区切ることは実際問題とし
て難しい。この場合、垂直デテール処理回路30は、制御
入力信号に応答してルミナンス処理回路18の制御された
変化に追随することができるように設計されていなけれ
ばならない。例えば、ルミナンス処理回路18中のコント
ラスト乗算器がルミナンス・サンプルに対してより大き
な利得を与えると、垂直デテール処理回路も垂直デテー
ル信号に対してより大きな利得を同時に与えることがで
きなければならない。同様に、ルミナンス処理回路18中
のノイズ低減回路が信号幅を狭めるように制御される
と、垂直デテール処理回路はノイズ・コアリング閾値を
同時に増大させるように制御されなければならない。

第２図は、機能可変型すなわちプログラム可能な垂直デ
テール信号処理装置を示す。第２図の装置は、垂直デテ
ール信号をコアリングし、ピーキングし、またペアリン
グし、その後元の信号に加えてルミナンス信号と再合成
される信号を発生する。コアリング，ピーキング，ペア
リングの機能は第３図に示されている。第３図におい
て、入力信号は水平軸と関連しており、出力信号は垂直
軸と関連している。零からREF1までの入力信号に対し
て、出力信号は零に保持され、これはコアリングと呼ば
れる。REF1からREF2までの入力値については、入力信号
は定数K2が掛けられる。スケーリングされていない入力
信号にスケーリングされた入力信号を加えると、このRE
F1からREF2までの入力値の範囲において、入力信号に比
べてピーキングされた、すなわち強調された合成信号が
得られる。REF2と点０の間では、入力信号は負の因数で
スケーリングされる。この負の因数の大きさは、通常、
定数K2よりも小さい。スケーリングされていない入力値
に負の因数でスケーリングされた入力値を加えると、RE
F2の値より大きい入力値の範囲において、入力信号に比
べてペアリングされた、すなわち減少した合成信号が得
られる。この合成信号は零軸と交差しないように制限さ
れる。第２図の装置によると、供給信号の大きさだけを
処理した後、負の供給入力サンプルに対応する処理済み
サンプルの極性を変えることによって機能の対称性が得
られる。

第２図を参照すると、垂直デテール信号がバス35上に供
給され、絶対値回路37の入力ポートおよび遅延要素50に
送られる。遅延要素50からの垂直デテール信号は合成回
路51に結合され、そこで要素48からの処理済み垂直デテ
ール信号と合成され、コアリング，ピーキング，ペアリ
ングされた垂直デテール信号を発生する。この信号は、
例えば、制御ユニットにより与えられる利得因数K₃を信
号に掛ける乗算器すなわちスケーリング回路52に供給さ
れる。遅延要素50は、入力バス35と合成回路51との間に
入れられ、バス35と回路要素48との間の並列垂直デテー
ル信号処理経路中の遅延を補償するものである。

絶対値回路37は、供給された垂直デテール信号を大きさ
の値だけに変換するものである。大きさの値Ｘ_ｎが減算
器39に供給される。制御ユニットからの第１の基準値Ｘ
_{Ｒ １}（第３図におけるREF1に対応する）が減算器39の減
数入力に供給され、減算器39は信号の差の値（Ｘ_ｎ−Ｘ
_{Ｒ １}）を出力する。要素39は加算器で構成することもで
き、その場合、制御ユニットから供給される基準値Ｘ_Ｒ
１は負の極性で与えられる。

減算器39からの差の値は、極性弁別器としての機能を有
するように接続されているアンドゲート40に供給され
る。差の値（Ｘ_ｎ−Ｘ_{Ｒ １}）の符号ビットはアンドゲー
ト40の反転−入力端子に供給され、差の値のビットは非
反転−入力端子に供給される。このように構成すると、
アンドゲート40は正の差の大きさのみを通過させる。
（アンドゲート40は、各々符号ビット線に結合される反
転入力と、大きさのビット線の各々に接続される第２の
入力を有する並列２−入力アンドゲートをＮ個使って実
現することができる。アンドゲート40からの出力信号
は、基準値Ｘ_{Ｒ １}よりも大きい信号の大きさの値につい
てのみ零でない値を有する。従って、減算器39とアンド
ゲート40との組み合わせによりコアリングの機能を実現
することができ、Ｘ_{Ｒ １}の値よりも小さい振幅の低レベ
ル信号変化が除去される。

アンドゲート40からの大きさの値は合成回路41とアンド
ゲート43との直列接続に結合される。合成回路41は制御
ユニットから供給される第２の基準値Ｘ_{Ｒ ２}（第３図の
REF2−REF1に対応する）を有する。合成回路41とアンド
ゲート43との組み合わせは、減算器39とアンドゲート40
との組み合わせと同様な機能を有する。しかしながら、
アンドゲート43は、絶対値回路37からの入力の大きさが
（Ｘ_{Ｒ １}＋Ｘ_{Ｒ ２}）の値よりも大きいものについてのみ
零でない値を発生る。

アンドゲート43からの出力値は、供給サンプルにK₁なる
因数を掛ける、すなわちスケーリングするスケーリング
回路に供給される。スケーリング回路45は固定のスケー
リング因数を持っているものでもよいし、また制御ユニ
ットからスケーリング因数を与えることによってプログ
ラム可能とするともできる。後者の場合、スケーリング
回路45は真の乗算器でもよいし、あるいはシフトおよび
加算によるプログラム可能な乗算器などでもよい。前者
の場合、スケーリング回路45は、ハード・ワイヤードに
よるシフトおよび加算によるスケーリング回路で構成す
ることができる。あるいは、スケーリング因数が固定の
２進の倍数もしくは約数ならば、スケーリング回路45
は、ハード・ワイヤード構成により左右にビットをシフ
トさせ、ビット位置のシフト毎に２なる因数による乗除
を実行することができる。

スケーリング回路45からのスケーリングされた大きさの
値は信号合成回路46の第１の入力ポートに供給される。
遅延要素42とスケーリング回路44を介して結合される、
アンドゲート40からのサンプルは合成回路46の第２の入
力ポートに供給れ、そこでスケーリング回路45からのサ
ンプルがスケーリング回路44からのサンプルから引き算
される。遅延要素42は、アンドゲート40の出力ポートお
よび合成回路46の入力ポート間の並列処理経路に生ずる
信号処理時間の差を補償するものである。スケーリング
回路44の構成はスケーリング回路45と同様のものであ
る。実施例では、スケーリング因数K1とK2はそれぞれ３
／２と１であり、基準値Ｘ_{Ｒ １}とＸ_{Ｒ ２}はそれぞれ10進
の４と28である。

絶対値回路37が発生する大きさの値がＸ_{Ｒ １}よりも小さ
いと、合成回路46の値は零である。大きさの値がＸ_{Ｒ １}
より大きいが（Ｘ_{Ｒ ２}＋Ｘ_{Ｒ １}）よりも小さいと、アン
ドゲート43は全て零の値を発生し、スケーリング回路44
によってのみ出力信号が与えられる。大きさの値が（Ｘ
_{Ｒ １}＋Ｘ_{Ｒ ２}）よりも大きいと、スケーリング回路44と
45の両方により出力が与えられ、一方は正であり、他方
は負である。従って、出力応答は、Ｘ_{Ｒ １}を越えない大
きさについては零であり、Ｘ_{Ｒ １}よりも大きいが（Ｘ_Ｒ
２＋Ｘ_{Ｒ １}）よりも小さい大きさについてはK₂なる利得
であり、（Ｘ_{Ｒ ２}＋Ｘ_{Ｒ １}）よりも大きい大きさについ
ては（K₂−K₁）なる利得である。

合成回路46はゲート47に供給され、ゲート47の出力は正
の値のみを発生する。アンドゲート47からの出力サンプ
ルは２の補数化回路48に供給される。この２の補数化回
路48は、バス35に供給される負の垂直デテール信号に対
応する処理済みの大きさについては算術的否定とり、極
性を反転させる。２の補数化回路48による極性の反転動
作は、遅延要素49により適当な時間だけ遅延された個々
のサンプルに付随する符号ビットに応じて行なわれる。

回路の非線形部分の入力側に設けられる絶対値回路37お
よびその出力側に設けられる２の補数化回路48との組み
合わせにより出力信号が対称的にコアリングされる。す
なわち、第2a図に示すように、アンドゲート40を２の補
数化回路48の入力に直接結合させても出力信号は対称的
にコアリングされる。スケーリング回路44を介してアン
ドゲート40を２の補数化回路48に結合すると、利得因数
K₂が掛けられてコアリングされた信号が発生する。アン
ドゲート40と２の補数化回路48との間に、アンドゲート
41および43のような差分回路および極性弁別器の並列接
続の組み合わせを追加すると、区分的線形処理の結果が
得られる。また、処理されていない信号に処理済み信号
を加えると、ピーキングされ、かつペアリングされた信
号が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、垂直デテール信号処理に関連する基本回路構
成要素を示すディジタル・テレビジョン受像機のブロッ
ク図である。 第２図は、本発明を具体化する垂直デテール信号処理装
置の論理略図である。 第2a図は、本発明の特徴に従って、対称的にコアリング
された垂直デテール信号を発生する回路構成を示す図で
ある。 第３図は、垂直デテール処理回路のピーキングおよびペ
アリング部分の伝達関数である。 22……合計回路、30……垂直デテール処理回路、37……
絶対値回路、39……減算器、40……極性弁別器、41……
減算器、43……アンドゲート、46……減算器、47……ア
ンドゲート、48……２の補数化回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】正および負の値をとるディジタルのビデオ
   信号を供給するための手段と、 前記ディジタルのビデオ信号に応答し、該信号の絶対値
   に対応する信号を発生するための手段と、 基準値Ｘ_{Ｒ １}の源と、 前記ディジタルのビデオ信号の絶対値および基準値Ｘ_{Ｒ
   １}に応答し、両者の差の値に対応する信号を発生するた
   めの手段と、 前記差の値に応答し、一方の極性の差の値のみ通過させ
   る極性弁別器と、 入力ポートおよび出力ポートを有し、前記ディジタルの
   ビデオ信号を供給するための手段に生ずるディジタルの
   信号サンプルの極性に応答し、その入力ポートに供給さ
   れる信号サンプルの極性を反転させる極性反転回路と、 前記極性弁別器を前記極性反転回路の入力ポートに結合
   させるための手段とを含んでおり、 前記極性反転回路からの出力信号が前記基準値Ｘ_{Ｒ １}に
   関数的に従属し、対称的に処理された信号であることを
   特徴とするディジタルのビデオ信号処理装置。