JPH07184085A - 映像信号処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 垂直ディティール回路と２次元フィルタに必
要な１Ｈ（Ｈ：水平走査期間）遅延素子を共用するよう
にし、回路規模の削減を図る。 【構成】 入力映像信号は第１の遅延素子１ａにおいて
１Ｈ遅延され、第１の遅延素子１ａの出力信号は第２の
遅延素子１ｂにおいて１Ｈ遅延される。入力映像信号、
第１および第２の遅延素子１ａおよび１ｂの出力信号は
垂直ディティール回路２ａとメディアンフィルタ７とに
入力される。このような構成にすることにより、垂直デ
ィティール回路２ａとメディアンフィルタ７に必要な１
Ｈ遅延素子が共用でき、回路規模の削減を図ることが可
能になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ビデオカメラなどの映
像機器において画質向上の目的で用いられる、輪郭強調
回路やノイズ低減回路などの映像信号処理装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】最近、ビデオカメラやＶＴＲに対する高
画質化の要求が高まってきており、それに対して様々な
高画質化技術が導入されている。その中において最も基
本的な要素として解像感およびＳ／Ｎの向上があげられ
る。まずは前者について説明する。

【０００３】テレビの表示方式は、垂直方向には走査線
単位の離散的な表示しかできないため、アパーチャ効果
と呼ばれるエッジなまりが発生する。これは、画像の表
示画素幅が無限に小さいものでなく、有限の幅を持つた
めに起こるものであり、信号に含まれる高周波成分が減
衰する現象である。テレビ画面上では、垂直方向の画素
幅が走査線の幅となるため、この現象が起こる。アパー
チャ効果のため、垂直エッジにおいて輪郭がぼやけ、画
面全体の解像感は劣化する。

【０００４】この現象を補正するため、垂直方向の高周
波成分（ディティール）を強調する垂直ディティール強
調処理（垂直アパーチャ補正処理、垂直輪郭強調処理と
もいう。）というものが、ビデオカメラやＶＴＲの信号
処理に取り入れられている。この処理（以下、垂直ディ
ティール処理という。）について図３および図４を用い
て簡単に説明する。

【０００５】図３は垂直ディティール処理回路の一例を
示したものである。１は入力信号を１Ｈ（Ｈ：水平走査
期間）遅延させる１Ｈ遅延素子、３は減算器、６は加算
器である。また、図４は図３の回路の各部における信号
のタイミングを１Ｈ単位で示すものである。

【０００６】端子１１からの入力映像信号は１Ｈ遅延素
子１ａに、１Ｈ遅延素子１ａの出力信号は１Ｈ遅延素子
１ｂに、それぞれ入力される。さらに、端子１１からの
入力映像信号と１Ｈ遅延素子１ａ，１ｂの出力信号であ
る３走査線分の映像信号は垂直ディティール回路２ｂに
入力される。入力映像信号と１Ｈ遅延素子１ａ，１ｂの
出力信号のタイミングを図４の（１），（２），（３）
にそれぞれ示す。

【０００７】入力映像信号は、加算器６ａにおいて１Ｈ
遅延素子１ｂの出力信号と加算される。加算器６ａの出
力は乗算手段１３において１／２倍される。乗算手段１
３の出力信号を図４の（４）に示す。乗算手段１３の出
力信号は減算器３において１Ｈ遅延素子１ａの出力信号
から減算される。減算器３の出力信号を図４の（５）に
示す。

【０００８】減算器３の出力には、入力映像信号に含ま
れる垂直ディティール成分が現れるが、同時に映像信号
中のノイズも多く含んでいるので、このノイズを除去す
る必要がある。一般的に、ノイズは信号に比べて振幅が
小さいので、振幅によってノイズをある程度判別するこ
とができる。そこで、減算器３の出力信号はコアリング
回路４に入力される。

【０００９】コアリング回路４は図５に示されるよう
に、振幅が所定の閾値より小さい入力に対しては０を出
力し、振幅が所定の閾値より大きい入力に対しては閾値
の分だけ振幅を減算した値を出力する。この処理により
比較的振幅の小さいノイズは除去され、比較的振幅の大
きい垂直ディティール成分が取り出される。

【００１０】コアリング回路４の出力は、一般的にレベ
ルがかなり大きいため、ディティール信号として使用す
るには不適当である。そこで、ゲイン調整回路５におい
て適当なレベルに減衰させてディティール信号を作成
し、加算器６ｂに入力する。ゲイン調整回路５の出力を
図４の（６）に示す。同図において、ｄはゲイン調整回
路５の出力振幅である。

【００１１】加算器６ｂでは、ゲイン調整回路５の出力
信号を１Ｈ遅延素子１ａの出力に加算する。加算器６ｂ
の出力を図４の（７）に示す。図４の（７）から明かな
ように、加算器６ｂの出力には垂直エッジが強調された
信号が得られる。

【００１２】次に、Ｓ／Ｎの向上について説明する。現
行のノイズ低減手段としてはいろいろな方式が存在し、
空間的処理のみ行う１次元および２次元処理と、時間的
処理まで行う３次元処理に大きく分かれる。１次元およ
び２次元処理による方式はＳ／Ｎ改善度やディティール
劣化の点では３次元処理に及ばないが、回路規模が小さ
くてすむ点や、３次元巡回処理特有の残像劣化が無いと
ころから広く用いられているものである。その中でも、
最近メディアンフィルタが注目されている。

【００１３】メディアンフィルタは、処理点を中心にし
てとった奇数個のデータから成るブロック内のデータの
うち中央の値を出力する非線形フィルタであり、インパ
ルス性ノイズに効果的である。また、特長としてエッジ
部における劣化すなわちエッジなまりが原理的に無い。
ここでその原理について説明する。

【００１４】図６はメディアンフィルタの入力ブロック
のとり方の例を説明するための図である。黒丸は画素デ
ータを表し、ｈおよびｖはモニタ画面の水平および垂直
方向を示す。最も簡単な１次元メディアンフィルタの入
力ブロックは同図（１）のようなものである。図中に矩
形で示された入力ブロック内の３つのデータのうち、中
央の値つまり２番目に大きいものを出力する。

【００１５】これを実際の波形にあてはめて考える。図
７はメディアンフィルタの処理を説明するための図であ
り、（Ａ）〜（Ｄ）は水平方向に並んだデータ列、
（Ｅ）は水平および垂直方向に並んだデータ列を示した
ものである。また、（１）〜（９）はデータ列の位置を
表す座標である。図７の（Ａ）はインパルス性ノイズを
想定したもので、（５）の位置にあるデータのみ値が大
きく、他のデータは全て等しい値をもつ場合である。こ
のようなデータ列に対してメディアンフィルタの処理を
行った場合、（５）の位置にあるデータを処理する時以
外は出力は入力と同じである。しかし、（５）の位置に
あるデータを処理する場合には（４）または（６）の値
が出力されるので、出力は同図（Ｂ）のように全て等し
い値をもつデータ列になる。

【００１６】このように、メディアンフィルタはインパ
ルス性ノイズを除去することが可能である。また、その
アルゴリズムから明かなように、データ列が全て等しい
値を持つ場合や、単調増加または減少している場合には
出力値は入力と同じになる。前述のエッジにおける劣化
が無いという特長も、画像におけるエッジが単調増加ま
たは単調減少のデータ列であることを考えると明かであ
る。

【００１７】以上は最も簡単な１次元メディアンフィル
タ処理の説明であるが、ノイズ低減処理として十分な性
能を得るためには２次元に拡張する必要がある。その理
由を次に説明する。

【００１８】まず、１次元メディアンフィルタ処理を行
うことによりディティールが消失する例を示す。図７の
（Ｃ）は水平方向のディティールを示すものであるが、
このデータ列にメディアンフィルタ処理を施す場合を考
える。（１）〜（３）の位置にあるデータが入力となる
時には、（２）の位置にあるデータの値が出力される。
また、（２）〜（４）の位置にあるデータが入力となる
時には、（２）または（４）の位置にあるデータの値が
出力される。同様に考えていくと、出力結果は同図
（Ｄ）のようになり、ディティールは消失する。

【００１９】この現象を防ぐための手段として、例えば
図６の（２）のように入力ブロックを垂直方向にも拡張
して２次元とする方法がある。このようにブロックをと
れば、水平または垂直方向のディティール劣化が改善さ
れる。この場合の処理を図７の（Ｅ）を用いて説明す
る。

【００２０】図７の（Ｅ）は水平方向は同図（Ｃ）と同
じパターンで、垂直方向に一様なものである。ｖ軸は便
宜上（５）の位置を通っており、図を見やすくするため
に垂直方向はｖ軸上のデータしか表記していない。この
場合に（４）〜（６）の位置、およびｖ軸上の（５）の
両側のデータとの５つでメディアンフィルタ処理を行う
と、出力値としてはメディアンフィルタのアルゴリズム
から３番目に大きなデータが出力されることになる。こ
のとき、ｖ軸上にある３つのデータが互いに似かよった
値であり、（４）および（６）の値とは十分離れている
と仮定すると、ｖ軸上にある３つのデータのうちのいづ
れかの値が出力され、（４）および（６）の位置にある
データは出力されない。従って、この場合は垂直方向の
１次元メディアンフィルタ処理と同等になり、ノイズ低
減処理が行われ、ディティール劣化は生じない。

【００２１】以上のことは（５）の位置以外の場所にお
いても同様であり、また水平方向に一様な垂直ディティ
ールに対しても全く同様である。従って、入力ブロック
を２次元とすることにより、水平または垂直方向のディ
ティール劣化は改善される。よって、メディアンフィル
タは２次元が望ましいことがわかる。ただし、ディティ
ール劣化を完全に無くすことは難しく、実際の使用に際
してはディティール検出を伴った適応型処理となる。

【００２２】図８にメディアンフィルタの構成例を示
す。端子１１からの入力映像信号は１Ｈ遅延素子１ａに
入力される。１Ｈ遅延素子１ａの出力は１Ｈ遅延素子１
ｂに入力される。さらに、入力映像信号と１Ｈ遅延素子
１ａ，１ｂの出力である３走査線分の映像信号はメディ
アンフィルタ７に入力される。Ｓ／Ｐ変換器８は１Ｈ遅
延素子１ａの出力をシリアル／パラレル変換し、水平方
向に連続したデータを同時化する。ディティール検出回
路１０は１Ｈ遅延素子１ａ，１ｂの出力ならびにＳ／Ｐ
変換器８の出力からディティール部を検出し、中央値選
択回路９に検出信号を出力する。中央値選択回路９は、
ディティールが検出されない場合には１Ｈ遅延素子１
ａ，１ｂの出力ならびにＳ／Ｐ変換器８の出力から中央
値を選択して出力し、ディティールが検出された場合に
はＳ／Ｐ変換器８の出力のうち、ブロックの中央の位置
にあるデータを出力する。

【００２３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、垂直ディティ
ール回路を実現するためには、図３に示すように１Ｈ遅
延素子が不可欠となる。また、メディアンフィルタもそ
の性能を十分に発揮するためには１Ｈ遅延素子が必要と
なる。従って、両者を同時に実現したい場合にはそれぞ
れに必要な数の和だけ１Ｈ遅延素子を用意しなければな
らない。ところが１Ｈ遅延素子は他の構成要素に比べて
占有面積が大きく、多用することは装置の小型化におい
て不利である。特に、ディジタルＬＳＩ内に組み込む場
合にはチップ面積の著しい増大を招く。

【００２４】

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に本発明の映像信号処理装置は、入力映像信号を所定期
間遅延する第１の遅延素子と、前記第１の遅延素子の出
力信号を所定期間遅延する第２の遅延素子と、前記入力
映像信号と前記第１および第２の遅延素子の出力信号を
用いて映像信号に含まれる所定の周波数成分を抽出する
周波数抽出手段と、前記入力映像信号と前記第１および
第２の遅延素子の出力信号に対してフィルタ処理を施す
フィルタ手段と、前記周波数抽出手段の出力信号と前記
フィルタ手段の出力信号を加算する加算手段とで構成し
ている。

【００２５】また、本発明の映像信号処理装置は、入力
映像信号を所定期間遅延する第１の遅延素子と、前記第
１の遅延素子の出力信号を所定期間遅延する第２の遅延
素子と、前記入力映像信号と前記第１および第２の遅延
素子の出力信号を用いて映像信号に含まれる所定の周波
数成分を強調する周波数強調手段と、前記入力映像信号
と、前記第２の遅延素子の出力信号と、前記周波数強調
手段の出力信号に対してフィルタ処理を施すフィルタ手
段とで構成している。

【００２６】

【作用】本発明は上記した構成により、垂直ディティー
ル回路とメディアンフィルタに必要な１Ｈ遅延素子を共
有化し、装置の小型化を図るものである。

【００２７】

【実施例】以下、本発明の実施例である映像信号処理装
置について、図面を参照しながら説明する。図１は本発
明の第１の実施例である映像信号処理装置のブロック図
を示すものである。１は１Ｈ遅延素子、２ａは垂直ディ
ティール回路、７はメディアンフィルタ、６ｂは加算器
である。垂直ディティール回路２ａは、減算器３、コア
リング回路４、ゲイン調整回路５、加算器６、乗算手段
１３から構成される。メディアンフィルタ７の内部の各
構成要素は従来例と同じであるため、説明を割愛する。

【００２８】端子１１から入力された入力映像信号は、
１Ｈ遅延素子１ａに入力される。１Ｈ遅延素子１ａの出
力信号は１Ｈ遅延素子１ｂに入力される。さらに、入力
映像信号と１Ｈ遅延素子１ａ，１ｂの出力である３走査
線分の映像信号は垂直ディティール回路２ａおよびメデ
ィアンフィルタ７に入力される。

【００２９】垂直ディティール回路２ａでは、減算器
３、コアリング回路４、ゲイン調整回路５、加算器６お
よび乗算手段１３により、従来例の場合と全く同様に垂
直ディティール成分が抽出され、ゲイン調整回路５の出
力には垂直ディティール信号のみが得られ、加算器６ｂ
に入力される。

【００３０】一方、メディアンフィルタ７では従来例の
場合と全く同様にフィルタ処理が施され、その出力は加
算器６ｂに入力される。加算器６ｂではメディアンフィ
ルタ７の出力であるノイズの低減された信号に、垂直デ
ィティール回路２ａの出力である垂直ディティール信号
が加算され、垂直エッジ強調処理とノイズ低減処理が施
された出力が得られる。

【００３１】ただし、この構成では、垂直ディティール
回路２ａの出力に含まれるノイズを、メディアンフィル
タ７の出力に加算してしまうことになり、ノイズ低減さ
れた信号に再びノイズを付加するようなことになる。こ
のため、加算器６ｂの出力信号のＳ／Ｎはメディアンフ
ィルタ７の出力信号のそれに比べて低下する。この現象
を改善するために、次の構成が考えられる。

【００３２】図２は本発明の第２の実施例である映像信
号処理装置の実施例のブロック図を示すものである。１
は１Ｈ遅延素子、２ｂは垂直ディティール回路、７はメ
ディアンフィルタである。垂直ディティール回路２ｂお
よびメディアンフィルタ７の内部の各構成要素は従来例
と同じであるため、説明を割愛する。

【００３３】端子１１から入力された入力映像信号は、
１Ｈ遅延素子１ａに入力される。１Ｈ遅延素子１ａの出
力信号は１Ｈ遅延素子１ｂに入力される。さらに、入力
映像信号と１Ｈ遅延素子１ａ，１ｂの出力である３走査
線分の映像信号は垂直ディティール回路２ｂに入力され
る。

【００３４】垂直ディティール回路２ｂでは、減算器
３、コアリング回路４、ゲイン調整回路５、加算器６
ａ，６ｂおよび乗算手段１３により、従来例の場合と全
く同様に垂直ディティール成分が抽出され、加算器６ｂ
の出力には垂直ディティール信号が付加された映像信号
が得られる。垂直ディティール回路２ｂの出力と１Ｈ遅
延素子１ａ，１ｂの出力である３走査線分の映像信号
は、メディアンフィルタ７に入力される。

【００３５】メディアンフィルタ７では従来例の場合と
全く同様にフィルタ処理が施され、垂直ディティール回
路２ｂの出力である垂直エッジの強調された信号に対し
てノイズ低減処理が施された出力が得られる。この構成
であれば、垂直ディティール回路２ｂを通ることによっ
て幾分Ｓ／Ｎの劣化した信号をメディアンフィルタ７に
入力することになるため、より効果的なノイズ低減が可
能となる。

【００３６】ただし、この場合には垂直ディティール回
路２ｂで付加したディティール信号をメディアンフィル
タ７で除去してしまわないように注意しなければならな
い。そのためにはメディアンフィルタ７内のディティー
ル検出回路１０における検出の閾値を、垂直ディティー
ル回路２ｂで付加されるディティール信号のレベル（図
４中にｄで示されている）よりも小さくしておくことが
必要になる。

【００３７】

【発明の効果】以上のように本発明は、入力映像信号と
第１および第２の遅延素子の出力を周波数抽出手段とフ
ィルタ手段とに供給し、それぞれの出力を加算する構成
とすることにより、垂直ディティール回路と２次元フィ
ルタにおける必須構成要素である、垂直方向の遅延素子
の共用を実現することができ、その実用的効果は大き
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例である映像信号処理装置
の構成を示すブロック図

【図２】本発明の第２の実施例である映像信号処理装置
の構成を示すブロック図

【図３】従来の垂直ディティール回路の構成例を示すブ
ロック図

【図４】同従来例の垂直ディティール回路の動作を説明
するための波形図

【図５】同従来例のコアリング回路の動作を説明するた
めの特性図

【図６】メディアンフィルタの原理を説明するための模
式図

【図７】メディアンフィルタの動作を説明するための波
形図

【図８】従来のメディアンフィルタの構成例を示すブロ
ック図

【符号の説明】

１ １Ｈ遅延素子 ２ａ 垂直ディティール回路（周波数抽出手段） ２ｂ 垂直ディティール回路（周波数強調手段） ６ 加算器（加算手段） ７ メディアンフィルタ（フィルタ手段）

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力映像信号を所定期間遅延する第１の
   遅延素子と、 前記第１の遅延素子の出力信号を所定期間遅延する第２
   の遅延素子と、 前記入力映像信号と前記第１および第２の遅延素子の出
   力信号を用いて映像信号に含まれる所定の周波数成分を
   抽出する周波数抽出手段と、 前記入力映像信号と前記第１および第２の遅延素子の出
   力信号に対してフィルタ処理を施すフィルタ手段と、 前記周波数抽出手段の出力信号と前記フィルタ手段の出
   力信号を加算する加算手段とを備え、 前記加算手段の出力信号を出力映像信号とする映像信号
   処理装置。
2. 【請求項２】 第１および第２の遅延素子の遅延期間
   は、１水平走査期間であるとした請求項１記載の映像信
   号処理装置。
3. 【請求項３】 周波数抽出手段において抽出される周波
   数成分は、垂直方向の高周波成分であるとした請求項１
   または２記載の映像信号処理装置。
4. 【請求項４】 フィルタ手段は、２次元フィルタである
   とした請求項１，２または３記載の映像信号処理装置。
5. 【請求項５】 フィルタ手段は、２次元メディアンフィ
   ルタであるとした請求項１，２，３または４記載の映像
   信号処理装置。
6. 【請求項６】 入力映像信号を所定期間遅延する第１の
   遅延素子と、 前記第１の遅延素子の出力信号を所定期間遅延する第２
   の遅延素子と、 前記入力映像信号と前記第１および第２の遅延素子の出
   力信号を用いて映像信号に含まれる所定の周波数成分を
   強調する周波数強調手段と、 前記入力映像信号と、前記第２の遅延素子の出力信号
   と、前記周波数強調手段の出力信号に対してフィルタ処
   理を施すフィルタ手段とを備え、 前記フィルタ手段の出力信号を出力映像信号とする映像
   信号処理装置。
7. 【請求項７】 第１および第２の遅延素子の遅延期間
   は、１水平走査期間であるとした請求項６記載の映像信
   号処理装置。
8. 【請求項８】 周波数強調手段において強調される周波
   数成分は、垂直方向の高周波成分であるとした請求項６
   または７記載の映像信号処理装置。
9. 【請求項９】 フィルタ手段は、２次元フィルタである
   とした請求項６，７または８記載の映像信号処理装置。
10. 【請求項１０】 フィルタ手段は、２次元メディアンフ
    ィルタであるとした請求項６，７，８または９記載の映
    像信号処理装置。