JPH0724423B2

JPH0724423B2 - 動き適応型輝度信号色信号分離装置及び動き検出回路

Info

Publication number: JPH0724423B2
Application number: JP62336122A
Authority: JP
Inventors: 賢二杉山
Original assignee: Victor Company of Japan Ltd
Current assignee: Victor Company of Japan Ltd
Priority date: 1987-12-29
Filing date: 1987-12-29
Publication date: 1995-03-15
Anticipated expiration: 2010-03-15
Also published as: JPH01176189A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明はテレビジョン受像器等、画像を取り扱う機器に
おいて、複合カラーテレビジョン信号から輝度信号と色
信号を分離して取り出す輝度信号色信号分離装置に関す
る。

［従来の技術］現在、テレビ放送等で一般に使われるカラーテレビジョ
ン標準方式は輝度信号成分と色信号成分が周波数多重化
された複合信号となっている。そのため、カラーテレビ
ジョン受像器等では複合信号から輝度信号と色信号を分
離して取り出す必要があり、正確な分離手法が種々開発
されている。その方法の一つとして、特公昭61−58079
号公報に示されている「輝度・色差信号分離装置」があ
る。この手法は、輝度信号色信号分離フィルタにおい
て、画像が静止の時にはフレーム間で時間軸方向の処理
を行い、動いている所ではフィールド内で空間（垂直方
向・水平方向）処理を行う動き適応型処理を行うことに
より精度の高い分離を可能とするものである。この様な
動き適応型処理において重要となるのが画像のどの部分
が動いているかの検出である。この検出が不適当である
とフレーム間処理をすべき所でフィールド内処理を、逆
にフィールド内処理をすべき所でフレーム間処理をする
ことになる。前者の場合、フレーム間処理により輝度信
号と色信号のクロストークがなく、解像度の損失もな
く、できるところでフィールド内処理となるためにある
程度のクロストークや解像度の低下が生じることにな
る。一方、後者の場合、動きに対するボケとともに色の
ある部分で色のキャリヤ成分が輝度信号に残留すること
になり、大面積でドット妨害が網目状に発生することに
なる。すなわち、前者の場合には劣化といってもせいぜ
い通常の２次元くし形フィルタを用いたものと同等で実
用上大きな問題とならないが、後者の場合著しい画質劣
化となる。

そこで動き検出系においては静止している部分を動いて
いると誤検出することがあっても、動いている部分を静
止していると見誤らないようにする必要がある。そこで
1987年テレビジョン学会全国大会13−１（P305−P306）
の論文に示されているように、動き検出信号（動き係
数）であるにフレーム差信号に対して時空間処理を行う
ことにより動き領域を拡大、平滑化し、動きを見落とす
ことがないようにしている。ここで時間軸方向のフィル
ムはメモリ素子のコストや動き適応型走査線補間処理と
の動き検出の共用を考慮してフィールドディレイを持っ
た巡回型のものとなっている。一方、複合カラー信号か
ら動きを検出しようとした場合、１フレーム差の信号は
色副搬送波の位相が逆になっているので、輝度の変化に
ついては差信号にローパスフィルタ（LPF）をかけて取
り出し、色の変化については和信号に対してバンドパス
フィルタ（BPF）を通すことによって取り出される。し
かしこの場合の色の変化はクロスカラー成分を大量に含
むことになり、誤検出となりやすく使用困難である。し
たがって色の変化についても検出しようとすると色副搬
送波の位相が合っている２フレーム差信号を用いる必要
がある。

しかし、比較的速い動き、すなわちフレーム間で画像の
移動量が多い場合に、２フレーム間では差がなくても、
その中の１フレーム間で差が生じることがあり、これだ
けでは誤検出となる。そこで前記の文献等では１フレー
ム差と２フレーム差の両方を使うことにしている。この
場合、輝度の変化は両者で検出されるが、色の変化は２
フレーム差のみで検出されることになる。

［発明が解決しようとする問題点］従来の動き適応型輝度信号色信号分離装置では各ドット
ごとの動き検出信号に対し領域拡大を行っているので次
のような問題を生じる。まず、パルス性のノイズが画像
に混入した場合、そのノイズにより孤立点として発生す
る動き点が処理において領域拡大されるので、信号のS/
Nが悪い場合、不必要に動きとして検出されてしまう。
そこでその対策として検出感度を下げると画像信号の振
幅が大きな部分では良好に動きが検出できるものの、振
幅が少ない部分ではたとえ画像が動いていても差信号の
振幅も小さいので動きとして検出することが困難で、誤
検出となる。逆に画像がカメラの振動等やテレシネなど
により微少に動いている場合、画像の急峻なエッジ部分
ではその動きが、サンプル間隔に対して十分小さくても
差信号はかなりの値となるので、領域拡大により不必要
に動きとして検出されやすい。

また現フィールドに対して垂直方向のフィルタがかから
ないので画像が速く動いた場合、動き領域の拡大が十分
行なわれず、誤検出が起こしやすくなる。

一方従来手法では、１フレーム差と２フレーム差を用い
た検出を行っているが、これらの結果を用いて加算また
は論理和をとるので、色の変化に対する検出感度が輝度
より低くなりがちである。また１フレーム差信号はその
帯域を広げすぎるとドット妨害の分が混入し誤検出をす
ることになり、逆に帯域を狭くすると検出感度を下げる
ことになる。

さらに時間方向フィルタとして１フィールド遅延を持っ
た巡回型を用いているので、実際のフレーム間処理にお
いて使用されないフィールドのタップが変化した場合に
も動きとして検出される。また、１フレーム差で色変化
が検出されていないので、巡回型フィルタを用い２フレ
ーム差で検出した色変化により補おうとすると巡回型フ
ィルタの時定数をかなり長くする必要がある。この場
合、速い動きでは動き領域がかなり尾を引く形となり実
際の動き領域からかなり離れた部分までが動きとして検
出され、画質の劣化が目立ちやすくなる。

［問題点を解決するための手段］本発明は上記従来の動き適応型輝度信号色信号分離装置
の問題点を解決するため、動き検出回路における時空間
フィルタ又は空間フィルタの前後に非線形回路を置いた
ものである。すなわち、本発明によればコンポジットカ
ラー信号にそれぞれ応答する動き検出回路及び時空間フ
ィルタと、前記動き検出回路にて検出した画像の動きを
示す信号に応じて前記時空間フィルタにおける処理を適
応的に変化する手段と、前記時空間フィルタの出力信号
と前記コンポジットカラー信号から色信号と輝度信号を
作る手段からなる動き適応型輝度信号色信号分離装置で
あって、前記動き検出回路が前記コンポジットカラー信
号のフレーム単位の差をとる手段と、前記フレーム単位
の差をとる手段で得られた差信号を絶対値化する手段
と、前記絶対値化する手段で得られた絶対値信号に応答
する空間ローパスフィルタ又は時空間ローパスフィルタ
を有するものにおいて、前記空間ローパスフィルタ又は
時空間ローパスフィルタの前に飽和値を有する第１非線
形回路を設け、前記空間ローパスフィルタ又は時空間ロ
ーパスフィルタの出力に応答し飽和値を有する第２非線
形回路を設けたことを特徴とする特許請求の範囲第１項
記載の動き適応型輝度信号色信号分離装置が提供され、
更にコンポジットカラー信号のフレーム単位の差をとる
手段と、前記フレーム単位の差をとる手段で得られた差
信号を絶対値化する手段と、前記絶対値化する手段で得
られた絶対値信号に応答する空間ローパスフィルタ又は
時空間ローパスフィルタを有する動き検出回路におい
て、前記空間ローパスフィルタ又は時空間ローパスフィ
ルタの前に飽和値を有する第１非線形回路を設け、前記
空間ローパスフィルタ又は時空間ローパスフィルタの出
力に応答し飽和値を有する第２非線形回路を設けたこと
を特徴とする動き検出回路が提供される。又、動き適応
を走査線補間とは共用しないという前提がある場合は、
画像の動きの検出は２フレーム差で行い、時空間フィル
タにおける時間軸方向フィルタは１フレーム遅延を用い
た非巡回型フィルタとしている。

［実施例］以下図面と共に本発明の実施例について説明する。第１
図は本発明による動き適応型輝度信号色信号分離装置の
実施例を示すブロック図である。

入力端子10は図示しないA/D変換器でデジタル信号とさ
れた複合カラーテレビジョン信号（以下コンポジットカ
ラー信号という）の入力端子であり、このコンポジット
カラー信号は動き検出回路12に入力される。動き検出回
路12は524H（Ｈは１ラインを示す）遅延回路14、20、1H
遅延回路16、18を有しており、これらの遅延回路は２フ
レーム遅延回路を構成しており２フレーム差を有する２
つのコンポジットカラー信号が減算器22に与えられて差
信号が得られる。上記遅延回路14、16、18、20は動き検
出回路の構成要素であると共に、後述する時間方向バン
ドパスフィルタ（BPF）及び垂直方向BPFの構成要素とも
なっている。

この減算器22の出力は絶対値化回路24に与えられて絶対
値信号とされ、この絶対値信号は第１非線形回路26を介
して525H遅延回路28及び最大値選択回路30の１つの入力
に与えられ、又525H遅延回路28の出力は最大値選択回路
30の他の入力に与えられている。この525H遅延回路28と
最大値選択回路30は時間方向ローパスフィルタ（LPF）
を構成するものである。最大値選択回路30の出力は空間
LPF32を介して第２非線形回路34に与えられ、第２非線
形回路34の出力は動き係数ｋを示す信号として乗算器52
に与えられている。上記空間LPF32は垂直方向LPF及び水
平方向LPFの縦続接続により構成されるものである。

遅延回路14と遅延回路16の間のタップは加算器36の１つ
の入力に与えられ、遅延回路18と遅延回路20の間のタッ
プは加算器36の他の入力に与えられて加算されている。
又、入力端子のコンポジットカラー信号と遅延回路20の
出力から得られる２フレーム遅れのコンポジット信号は
加算器38にそれぞれ与えられて加算される。遅延回路1
6、18間のタップは減算器40、42の＋端子にそれぞれ与
えられると共に遅延回路からなる遅延補償回路46を介し
て減算器58の＋の端子に与えられる。加算器36、38の出
力は減算器40、42の−端子に与えられ、減算器40、42の
出力はそれぞれ遅延回路からなる遅延補償回路44、48に
与えられる。遅延補償回路44の出力は減算器50の＋端子
に与えられ、一方遅延補償回路48の出力は減算器50の−
端子と加算器54の１つの入力端子に与えられる。減算器
50の出力は乗算器52にて上記動き係数ｋとの間で乗算が
行なわれ、その積信号が加算器54の他の入力に与えられ
る。加算器54ので出力は水平BPF56を介して色信号
（Ｃ）出力端子62と減算器58の−端子に与えられる。こ
こで減算器58の＋端子に与えられているコンポジットカ
ラー信号から色信号が減算され、輝度信号（Ｙ）が輝度
信号出力端子60へ出力される。

上記構成において、遅延回路14、16、18、加算器36、減
算器40が垂直方向BPFを構成し、遅延回路14、16、18、2
0、加算器38、減算器42が時間方向BPFを構成している。

第１図の実施例においては動き検出回路12を除くフレー
ム間の処理回路（時間方向BPF）やフィールド内の処理
回路（垂直方向BPF、水平方向BPF）は最も基本的なもの
を示したが、さらに複雑で高度の処理の場合でもこの動
き検出回路12が適応できる。ただし、その場合に、時間
方向フィルタは１フレームおきにタップを持ち、そのタ
ップ間のフィールド信号はデジタルフィルタのタップと
して用いないものでなければならない。これは本動き検
出回路が１フレームごとの変化のみを検出する形式のた
めであるが、時間方向フィルタは１フレームごとにタッ
プを持つもので十分処理できるので実用上あまり問題と
ならない。なお、動き検出回路12を除く処理については
特公昭61−58079号公報の「輝度・色信号分離装置」な
どで述べられているものと同様である。ただし第１図の
ものは時間方向BPFと垂直方向BPFの出力はスイッチによ
る切換ではなく、動きの程度によって連続的に混合する
ものとなっている。次に動き検出回路12の動作について
説明する。まず入力されたコンポジットカラー信号は遅
延回路14、16、18、20からなる２フレーム分の遅延回路
と減算器22にて差信号が得られる。

ここでこの２フレーム分の遅延回路は途中にタップを持
ち、前述のように色信号を分離する位相関係の直線な時
間方向BPFと垂直方向BPFを形成するのにも用いられてい
る。この２フレーム差信号は絶対値化された後第１非線
形回路26に入力される。

この第１非線形回路26はその入出力特性が第２図に示す
ようなものとなっている。すなわち、絶対値化回路26か
らの入力信号レベルが０から255まで変化するものとす
れば、入力レベルが０からノイズレベルに相当する例え
ば４までの間は出力信号レベルは０であり、入力レベル
が４から16まで増加するとき、出力信号も０から１まで
単調増加し、ここで飽和する特性となっている。この第
１非線形回路26は絶対値信号からただちに動き係数を得
るためのものではなく、各ドットのフレーム間差をむだ
のない信号に変換するためのものである。したがって微
少差は無視し、逆にある程度以上の変化には制限をか
け、画像の振幅の程度にあまり関係なく動き検出ができ
るようにする。また、ここでの制限により、パルス性ノ
イズによる誤動作を最小限にする。非線形変換された信
号は２ビット（４レベル）から４ビット（16レベル）程
度の信号となり時空間フィルタへと入力される。まず遅
延回路28と選択回路30により構成される時間方向LPFが
あるがこれは主に２フレーム差検出によって検出できな
い、中央のタップの変化を検出するために用いられる。
すなわち、遅延回路28で１フレーム分遅延した差信号を
加えることにより、３個のタップのうちどれかひとつで
も変化していれば動きと検出されるようになる。

ここでこの様子を第３図に示す。第３図はある幅の縦線
が横に移動した場合の例であるが、理想的な動き検出に
対し、２フレーム差のみでは中央が欠落している。これ
に対し従来用いられるフィールド遅延を用いた巡回型
（IIR）フィルタで補おうとした場合、目的とする部分
は２フィールド目になるので本来のレベルよりある程度
小さくなってしまう。また不必要なフィールド成分にも
動き検出が生じ、これがかなり尾を引く形となる。これ
に対しフレーム遅延を用いた非巡回型（FIR）フィルタ
では１フレーム分不必要な成分が発生するものの、３個
のタップに対しておおよそ適切な検出が行なわれること
になる。ここで時間フィルタは２つの差信号を単純に加
算するリニア処理でもよいが、加算のため２つの差信号
で両方動きになっている部分だけが不必要に大きな値を
持つことになる。そこで、この処理は両者の最大値を選
択するような処理とするのが適切である。従って選択回
路30は２つの差信号のうち大きい方の信号を選択して出
力するものである。

次に空間LPF32であるが、これは動き判定をするために
ある面積をもった領域を見て、その中のドットがどの程
度変化しているか見るために用いられるものである。こ
こで、この空間LPF32とその後段の第２非線形回路34に
より、各ドット変化の大きさと変化しているドットの数
によって動きが判定される。これは動き信号を時空間処
理により領域拡大すると行った従来手法とは基本的に考
えを異にするものである。本発明の手法ではたとえどの
ように大きな変化でもそれが孤立していれば動きとはな
らず、パルス性ノイズや、エッジの微少なずれ等は動き
とならない。逆に比較的変化の振幅が小さくても空間LP
F32の領域全体で発生している変化は動きとなりやす
く、振幅の小さな部分も動きが検出されるようにしてい
る。

ここで第２非線形回路34の特性を第４図に示す。図に示
すように第２非線形回路34は第１非線形回路26と類似の
入出力特性を有していて、入力信号レベルがある程度以
下のときは動きとはせず、逆にある程度以上のときはす
べて動きとなる。ここで第１非線形回路26が完全に２値
化回路で、又、空間LPF32が短形レスポンスを持つもの
とすると、空間フィルタのタップ領域内で変化している
ドットの数のみによって動きが判定されることになり、
本手法の考え方をより明確なものとすることができる。
しかし実際には完全な２値化はせずにある程度のレベル
数を持たせ、フィルタのレスポンスカーブもなだらかに
することにより、動きと静止のスムーズな処理変更がで
きるようにしている。ここで空間LPF32のタップは垂直
で３〜５ライン、水平で７〜11ドット程度（色副搬送波
の４倍の周波数でサンプルした場合）が適切で、この場
合領域内に21〜55ドット程度が入ることになる。

一方、ここでの処理ビット数は第１非線形回路26により
ビット数が２〜４ビットと制限されているのでそれに対
応したものでよく、通常の信号系と比較してかなり簡単
なものとなっている。

上記実施例では第１非線形回路26の出力が525H遅延回路
28と最大値選択回路30からなる時間方向LPFを介して空
間LPF32に与えられているが、この時間方向LPFを省い
て、第１非線形回路26の出力を直接空間LPF32に与える
ようにしてもよい。

［発明の効果］本発明の動き適応型輝度信号色信号分離装置及び動き検
出回路は、動き検出回路の入力部を出力部にある非線形
回路と時空間フィルタ又は空間フィルタを組み合わせる
ことにより、ノイズや微少動きと言った本来フレーム間
処理を行うのが適切と考えらる画像の部分で、動き検出
をしないよう構成されている、そのため、従来フィール
ド内処理となり画質が低下していた部分も輝度信号と色
信号のクロストークがなく、解像度の低下もないフレー
ム間処理が行なわれることにより画質が改善される。逆
に従来、比較的信号振幅の小さい部分で動きとして検出
され難かった部分も、ある面積にわたり変化していれば
動きとして検出され、動きによるボケや残像が発生する
ことが少なくなっている。又、動き検出回路12に時間方
向フィルタを用いる場合はフレーム遅延を用いた非巡回
型とし、検出を２フレーム差としているので、輝度の変
化と色の変化を平等に検出でき、分離処理で用いる時間
軸方向BPFの各タップに対しても平等に変化を検出でき
る。このためバランスのとれたムダのない検出が可能と
なっている。検出領域も不必要なフィールドについて検
出しないので画像が速く動いた場合に、動きとして検出
されフィールド内処理となる部分は必要な部分に対して
さほど拡大せず、画質の低下が小さくなっている。

更に本発明における動き検出回路での信号処理は大半の
部分が２〜４ビット程度の処理でよく、回路規模やメモ
リー容量も比較的小さくてすむから安価に生産すること
が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の動き適応型輝度信号色信号分離装置の
実施例のブロック図、第２図、第４図はそれぞれ第１図
に示した第１非線形回路および第２非線形回路の特性
図、第３図は動き検出用時間方向LFPの動作を説明する
図である。 12……動き検出回路、14、16、18、20、28……遅延回
路、22、40、42、50、58……減算器、24……絶対値化回
路、26、34……非線形回路、30……最大値選択回路、32
……空間LPF、36、38、54……加算器、52……乗算器、5
6……水平方向BPF

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】コンポジットカラー信号にそれぞれ応答す
る動き検出回路及び時空間フィルタと、前記動き検出回
路にて検出した画像の動きを示す信号に応じて前記時空
間フィルタにおける処理を適応的に変化する手段と、前
記時空間フィルタの出力信号と前記コンポジットカラー
信号から色信号と輝度信号を作る手段からなる動き適応
型輝度信号色信号分離装置であって、前記動き検出回路
が前記コンポジットカラー信号のフレーム単位の差をと
る手段と、前記フレーム単位の差をとる手段で得られた
差信号を絶対値化する手段と、前記絶対値化する手段で
得られた絶対値信号に応答する空間ローパスフィルタ又
は時空間ローパスフィルタを有するものにおいて、前記
空間ローパスフィルタ又は時空間ローパスフィルタの前
に飽和値を有する第１非線形回路を設け、前記空間ロー
パスフィルタ又は時空間ローパスフィルタの出力に応答
し飽和値を有する第２非線形回路を設けたことを特徴と
する動き適応型輝度信号色信号分離装置。
【請求項２】前記フレーム単位の差をとる手段が前記コ
ンポジットカラー信号を２フレームだけ遅延する手段を
有していることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
の動き適応型輝度信号色信号分離装置。
【請求項３】前記第１非線形回路が前記絶対値信号のレ
ベルが０からノイズレベルに相当する第１の所定値まで
増加するとき出力レベルが０であり、前記絶対値信号の
レベルが前記第１の所定値を超えて前記第１の所定値よ
り大きい第２の所定値まで増加するとき出力レベルが単
調増加し、前記絶対値信号が前記第２の所定値以上で出
力レベルが飽和する構成を有することを特徴とする特許
請求の範囲第１項記載の動き適応型輝度信号色信号分離
装置。
【請求項４】前記第２非線形回路が前記絶対値信号のレ
ベルが０からノイズレベルに相当する第１の所定値まで
増加するとき出力レベルが０であり、前記絶対値信号の
レベルが前記第１の所定値を超えて前記第１の所定値よ
り大きい第２の所定値まで増加するとき出力レベルが単
調増加し、前記絶対値信号が前記第２の所定値以上で出
力レベルが飽和する構成を有することを特徴とする特許
請求の範囲第１項記載の動き適応型輝度信号色信号分離
装置。
【請求項５】前記時空間ローパスフィルタを構成する時
間方向ローパスフィルタが非巡回型フィルタであり、前
記第１非線形回路からの信号を１フレームだけ遅延する
手段と前記第１非線形回路からの信号と前記１フレーム
だけ遅延する手段からの信号のうち、値の大きい方の信
号を出力する選択手段からなることを特徴とする特許請
求の範囲第１項記載の動き適応型輝度信号色信号分離装
置。
【請求項６】前記時空間フィルタを構成する時間方向バ
ンドパスフィルタが１フレームおきにタップを有し、そ
のタップの間のフィールド信号をデジタルフィルタのタ
ップとして用いていない構成であることを特徴とする特
許請求の範囲第１項記載の動き適応型輝度信号色信号分
離装置。
【請求項７】前記２フレームだけ遅延する手段が第１の
524H遅延回路と、第１及び第２の1H遅延回路と、第２の
524H遅延回路の縦続接続からなり、前記各遅延回路が前
記時空間フィルタを構成する素子として共用されている
ことを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の動き適応
型輝度信号色信号分離装置。
【請求項８】コンポジットカラー信号のフレーム単位の
差をとる手段と、前記フレーム単位の差をとる手段で得
られた差信号を絶対値化する手段と、前記絶対値化する
手段で得られた絶対値信号に応答する空間ローパスフィ
ルタ又は時空間ローパスフィルタを有する動き検出回路
において、前記空間ローパスフィルタ又は時空間ローパ
スフィルタの前に飽和値を有する第１非線形回路を設
け、前記空間ローパスフィルタ又は時空間ローパスフィ
ルタの出力に応答し飽和値を有する第２非線形回路を設
けたことを特徴とする動き検出回路。
【請求項９】前記フレーム単位の差をとる手段が前記コ
ンポジットカラー信号を２フレームだけ遅延する手段を
有していることを特徴とする特許請求の範囲第８項記載
の動き検出回路。
【請求項１０】前記第１非線形回路が前記絶対値信号の
レベルが０からノイズレベルに相当する第１の所定値ま
で増加するとき出力レベルが０であり、前記絶対値信号
のレベルが前記第１の所定値を超えて前記第１の所定値
より大きい第２の所定値まで増加するとき出力レベルが
単調増加し、前記絶対値信号が前記第２の所定値以上で
出力レベルが飽和する構成を有することを特徴とする特
許請求の範囲第８項記載の動き検出回路。
【請求項１１】前記第２非線形回路が前記絶対値信号の
レベルが０からノイズレベルに相当する第１の所定値ま
で増加するとき出力レベルが０であり、前記絶対値信号
のレベルが前記第１の所定値を超えて前記第１の所定値
より大きい第２の所定値まで増加するとき出力レベルが
単調増加し、前記絶対値信号が前記第２の所定値以上で
出力レベルが飽和する構成を有することを特徴とする特
許請求の範囲第８項記載の動き検出回路。
【請求項１２】前記時空間ローパスフィルタを構成する
時間方向ローパスフィルタが非巡回型フィルタであり、
前記第１非線形回路からの信号を１フレームだけ遅延す
る手段と前記第１非線形回路からの信号と前記１フレー
ムだけ遅延する手段からの信号のうち、値の大きい方の
信号を出力する選択手段からなることを特徴とする特許
請求の範囲第８項記載の動き検出回路。