JPH07327164A - フレーム周波数変換装置 - Google Patents

フレーム周波数変換装置

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JPH07327164A
JPH07327164A JP14101694A JP14101694A JPH07327164A JP H07327164 A JPH07327164 A JP H07327164A JP 14101694 A JP14101694 A JP 14101694A JP 14101694 A JP14101694 A JP 14101694A JP H07327164 A JPH07327164 A JP H07327164A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 映画などのフィルム画像が2−3変換されて
ビデオ化されている場合に、元のフィルムイメージを抽
出し、ビデオCDに適したフレーム周波数(フレーム周
波数23.976Hz)に変換するフレーム周波数変換装置を提
供する。 【構成】 2−3変換されたビデオ信号を、フレーム並
び検出部1及びフィールド補正部3により、奇数フィー
ルドとこれに続く偶数フィールドとが同じコマからの画
像となるように並び変える。並び変えられたフレーム
を、フィルタ合成部5により、帯域制限しつつ1枚の画
像に変換する。帯域制限された1枚の画像から、データ
転送部7により重複している画像を間引き、所望のフレ
ーム周波数に合致した抽出画像とする。この抽出画像を
もとにして、ビデオCDプレーヤで2−3変換して再生
出力する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は2−3変換によってフィ
ルム画像からNTSC方式のビデオ信号に変換された映像信
号から、元のフィルムイメージ(コマ)をビデオ信号と
して抽出するフレーム周波数変換装置に関する。
【0002】
【従来の技術】画像圧縮技術の応用の一例として「ビデ
オCD」がある。このビデオCDは動画像と音声を高能
率符号化技術を用いて記録した光ディスクである。この
ディスクの規格では複数のピクチャレートに対応できる
ようになっており、毎秒29.97枚のピクチャレート及び
毎秒23.976枚のピクチャレートがある。また、NTSC方式
(テレビジョン)は毎秒29.97 フレーム(59.94 フィー
ルド)の画像であり、一方、標準的な映画は毎秒24コマ
の画像である。このように、映画とNTSC方式では1秒間
当りの画像の枚数が異なるため、映画などのフィルム素
材をビデオに収録する手段として、2−3変換方式が広
く用いられている。
【0003】この、2−3変換方式とは、図18(A)
及び(B)に示すように、あるフィルムのコマを2フィ
ールド出力し(例えば、同図(A)のコマ2を同図
(B)のフィールド2a,2bとし)、続く次のコマを
3フィールド出力する(例えば、同図(A)のコマ3を
同図(B)のフィールド3a,3b,3cとする)とい
う、周知の変換方式である。
【0004】そして、NTSC方式の場合、ビデオCDの圧
縮符号化はビデオカメラ等で収録されたビデオ信号を画
像圧縮エンコーダに入力し、実時間、あるいは非実時間
で符号化する。一方、映画などのフィルム作品の場合、
フィルム毎秒23.976コマで再生し、画像圧縮エンコーダ
と同期をとりながら、フィルムから直接毎秒23.976枚の
ピクチャのビデオ信号を得て符号化することも可能であ
る。
【0005】しかしながら、一般に映画などのフィルム
作品は再編集され、ビデオ化されている場合が多く、2
−3変換したNTSC方式のビデオ素材からの圧縮符号化も
要求される。図19(A)〜(D)はこのような圧縮符
号化の説明図である。従来、この符号化はビデオ収録さ
れた毎秒59.94 フィールドの画像から変換する方式と同
様、毎秒29.97 枚の動画像として、圧縮画像データに変
換していた(同図(B)→(C))。そして、ビデオC
D側では符号化された画像を毎秒29.97 枚のフォーマッ
トで再生する(同図(C)→(D))。この場合、画像
圧縮エンコーダの手前のビデオ処理で毎秒59.94 フィー
ルドの動画像から毎秒29.97 枚の画像へ変換される。こ
のため、従来2−3変換後のビデオから符号化する場合
も、同図(B)及び(C)に示すように、奇数,偶数フ
ィールドのうち、片フィールドのみを抽出する方法をと
っていた。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この画
像をビデオCDプレーヤで再生すると、同図(D)に示
すように、5フレーム周期で同じコマが2度(4フィー
ルド分)再生されることになる。これは、元の2−3変
換の画像より、更に動きの不連続性(ジャダー)を増加
させ、特に動きの速い部分において5フレーム周期で起
こる動きの不自然さは肉眼で検知できるレベルである。
【0007】そこで、本発明ではこのような不連続な動
きを回避するため、ソースが2−3変換後のビデオの場
合、2−3変換前のフィルムのコマを抽出し、NTSC信号
と同期関係にある毎秒23.976枚の画像データに変換す
る、フレーム周波数変換装置を提供するものである。こ
の装置を利用し、毎秒23.976枚のフォーマットで記録し
たビデオCDは、プレーヤで定常的に2−3変換をして
NTSC方式の再生画像を得ることができる。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために、例えば図1に示すように、2−3変換され
たビデオ信号のフィールド並び(フレーム種別信号)を
検出する手段(フレーム並び検出部1)と、前記ビデオ
信号の奇数フィールドとこれに続く偶数フィールドとが
同じコマからの画像となるように整列させる手段(フィ
ールド補正部3)と、整列された奇数及び偶数フィール
ドを1枚の画像に変換する手段(フィルタ合成部5)
と、出力するフレーム周波数に合致するように変換した
画像を間引く手段(間引きフレーム判定部6,データ転
送部7)とからなることを特徴とするフレーム周波数変
換装置を提供するものである。
【0009】
【作用】上記のように構成されたフレーム周波数変換装
置によれば、図2(A)〜(F)に示すように、2−3
変換されたビデオ信号(同図(A)→(B))は、フレ
ーム並び検出部1及びフィールド補正部3により、奇数
フィールドとこれに続く偶数フィールドとが同じコマか
らの画像となるように並び変えられる(同図(C))。
並び変えられたフレームは、フィルタ合成部5により、
その帯域が制限され1枚の画像に変換される(同図
(D))。さらに、帯域制限された1枚の画像から、デ
ータ転送部7により、重複する画像が間引かれて所望の
フレーム周波数に合致した抽出画像とされる(同図
(E))。そして、この抽出画像をもとにして、ビデオ
CDプレーヤで2−3変換されて再生出力される(同図
(F))。
【0010】
【実施例】本発明になるフレーム周波数変換装置の一実
施例を以下図面と共に詳細に説明する。図1はフレーム
周波数変換装置の構成図、図2はフレーム周波数変換装
置の動作を説明する図である。図2の(B)及び前述し
た図18の(B)に示すように、2−3変換された入力
ビデオ信号(単に、ビデオと称することもある)は5フ
レームで一巡する周期を持っている。この周期をテレシ
ネ周期と呼ぶことにする。ここで、フレームの並びに注
目したとき、ある奇数フィールドと次の偶数フィールド
が同じフィルムのコマからできているフレームを正規フ
レーム、違うフィルムのコマからできているフレームを
非正規フレームと呼ぶことにする。テレシネ周期の1周
期の期間において3フレームは正規フレーム、残りの2
フレームは非正規フレームである(図18参照)。
【0011】これを踏まえ、フレーム周波数変換装置の
構成及び動作を説明する。図1及び図2に示すように、
入力されたビデオ信号(図2の(B)のように2−3変
換されたビデオ信号)はフレーム並び検出部1に入力さ
れてフレーム並びの種別が検出され、検出されたフレー
ム種別信号をテレシネ位相発生部2に出力される。ま
た、フレーム並び検出部1は同時に検出された信号の信
頼度を判定し、信頼度が低いと判定した場合はフリーラ
ン信号をテレシネ位相発生部2に出力する。さらに、フ
レーム並び検出部1は処理の同期を合わせるためビデオ
信号を遅延し、次段のフィールド補正部3に出力する。
【0012】テレシネ位相発生部2ではフリーラン信号
が非能動のときは常時テレシネ位相を検出し、検出され
た位相をもとにテレシネ位相信号を出力する。一方、フ
リーラン信号が能動のときはテレシネ位相検出を停止
し、最後に検出された位相から継続して5フレーム周期
のテレシネ位相信号を出力する。フィールド補正部3で
は、このテレシネ位相信号をもとに、全て正規フレーム
になるようにフィールドを並べ替える(図2の
(C))。
【0013】編集点補正部4ではビデオの編集点におい
て奇数フィールドと偶数フィールドが同じコマになるよ
うに、偶数フィールドを奇数フィールドを補間する。各
フレームが正規フレームに変換されたビデオ信号は、必
要に応じてフィルタ(フィルタ合成部)5で水平方向の
フィルタリング及び2フィールド間で垂直フィルタリン
グされ、偶数フィールドで奇数フィールド1枚の画像に
される。ここで、ノイズリディューサを用いて時間軸方
向の処理をしてもよい(図2の(D))。
【0014】さらに、間引きフレーム判定部6では毎秒
29.97 枚の動画像から毎秒23.976枚へフレーム周波数を
変換するため、重複するフレームの一方を間引く信号を
発生させる。この信号をもとにデータ転送部7でビデオ
信号をフレーム単位で間引き、必要な画素数の画像デー
タを転送する(図2の(E))。そして、この抽出画像
をもとにして、ビデオCDプレーヤで2−3変換されて
再生出力される(図2の(F)) 次に、図1に示した各部の構成及び動作について、より
詳細に説明する。
【0015】<フレーム並び検出部1について>図3は
前述したフレーム並び検出部1の具体的な構成例であ
る。ビデオ入力は、フィールドメモリ11a,11b、
垂直補間フィルタ12により、奇数フィールドを垂直補
間され、前後の偶数フィールドの画素と対応する位置の
画素が求められる。なお、この垂直補間された画像は垂
直補間ビデオ信号として編集点補正部4でも使用する。
垂直補間フィルタ12、図14及び図15に示すよう
に、垂直フィルタ12は、複数のラインメモリLM,乗
算器M,加算器をAdを用いて構成する。垂直フィルタ
123は、図14に示す1ラインのメモリを用いた単純
平均の構成でも、図15に示す複数ラインを用いて精度
を向上させた構成でも良い。
【0016】そして、差分器13a,13b、絶対値化
手段14a,14bにより、偶数フィールドと続く奇数
フィールドの対応する画素間の差、奇数フィールドと続
く偶数フィールドの対応する画素間の差に対し絶対値を
とり、積分器15a,15b,比較器16により、それ
ぞれ1フィールド期間で積分した値( difOE, difE
O)どうし比較する。比較結果より、小さい方をフィー
ルド間が相関が高いと判定し、フレーム種別信号(AN
F)を出力する。このフレーム種別信号は、前記した非
正規フレーム及び正規フレームの種別を検出したもので
ある。
【0017】フレーム種別信号により、スイッチ17が
切り替えられて選択されたフィールド差分信号が編集点
補正部4に出力される。なお、前記した積分器15a,
15bによる積分領域は、ビデオ編集時に付加される字
幕領域を避けた領域にすると、判定精度が向上する。
【0018】また、比較器16は、ある一定値より積分
値どうしの差分の絶対値が小さい場合は判定の信頼性が
ないと判断し、不確定信号(VALID)を発生させ
る。パターン判定部18は、この不確定信号の発生する
パターンを、動領域の多い2−3変換ビデオ信号で発生
しうる不確定信号の発生パターンと比較し、その条件を
満足しない場合はフリーラン信号をテレシネ位相発生部
2に送る。このマッチング処理によって、フィールド間
の相関差が小さい画面が部分的に入力された場合の誤判
定を防止している。また、フレーム並び検出部1では、
同時に同期を合わせるためビデオを遅延し、フィールド
補正部3に入力させている。
【0019】なお、前述した図3の構成では、差分器,
絶対値化手段,積分器を2個必要としたが、各1個だけ
使用して積分した結果を遅延器19で1フィールド遅延
させて比較するような、図4に示す構成も可能である。
【0020】<テレシネ位相発生部2について>図5に
示すようにテレシネ位相検出部2は、位相検出器21,
位相信号発生器22により構成されている。また、図6
はテレシネ位相発生部の動作を説明するタイミングチャ
ートである。位相検出器21には、フレーム並び検出部
1からのフリーラン信号(図6の(C))及びフレーム
種別信号(図6の(B)、非正規フレーム及び正規フレ
ームの種別)が入力され位相の検出指定がなされる。位
相信号発生器22から検出指定された位相が、テレシネ
位相信号(図6の(E))としてフィールド補正部3,
間引きフレーム判定部6に出力されている。
【0021】そして、図6の(B)〜(E)に示すよう
に、フリーラン信号が非能動のとき、検出された位相に
同期して非正規フレームを示す、テレシネ位相信号を出
力する。一方、フリーラン信号が能動のときは、位相の
検出を停止して 最後に検出した位相から継続してテレ
シネ位相信号を繰返し出力する。
【0022】<フィールド補正部3について>図7に示
すようにフィールド補正部3は、フレームメモリ31,
論理和回路32,スイッチ33により構成されている。
また、図8はフィールド補正部の動作を説明するタイミ
ングチャートである。
【0023】フレーム並び検出部1で遅延されて同期が
とられたビデオ信号は、フレームメモリ31に入力され
ると共にスイッチ33に入力されて、切替えられる。す
なわち、全てのフレームを正規フレームにするために、
図8(B)〜(E)に示すように、論理和回路32でテ
レシネ位相信号とフレームパルス(図示しないマスター
同期回路から出力されたもの)との論理和がとられる。
同図(E)に示す論理和出力はフィールド選択信号とさ
れる。
【0024】このフィールド選択信号をもとに、フレー
ムメモリ31を通過したビデオ信号と通過しないビデオ
信号とをスイッチ33で切替え、非正規フレームの偶数
フィールドでビデオ信号を1フレーム遅延させる。これ
によって、図8(A)及び(F)に示すように、連続す
る奇数偶数フィールドでは同じコマが選ばれるような正
規フレームに変換される。例えば、同図(A)に示す第
2番目の非正規フレーム(フィールド1c,2a)は、
同図(F)の正規フレーム(フィールド1c,1b)と
される。これは、同図(A)の非正規フレームの偶数フ
ィールド2aが、1フレーム遅延された偶数フィールド
1bに切り替えられて、正規フレーム化されたものであ
る。
【0025】<間引きフレーム判定部6について>前述
したように、2−3変換の画像は通常5フレーム周期で
繰り返される。但し、部分的にこの関係が乱れるところ
もある。すなわち、フィルムが24.00 コマ/秒、VTR
側のフレーム周波数が29.97Hz のときは約17秒に1回
の割合でテレシネ位相がずれる。そこで、間引きフレー
ム判定部6では長い時間で平均した場合に23.976Hzにな
るような間引きフレーム信号を発生させる。
【0026】図9に示すように、間引きフレーム判定部
6は、5分周器61,間引き数設定器62,間引きパル
ス発生器63,オア回路64から構成されている。ま
た、図10は間引きフレーム判定部の動作を説明するタ
イミングチャートである。間引きフレーム判定部6に
は、テレシネ位相発生部2からテレシネ位相が入力さ
れ、図示しないマスター同期回路からフレームパルスが
入力されている。間引きフレーム判定部6からは、間引
フレーム信号がデータ転送部7へ出力される。
【0027】まず、フレームパルスを5分周器61で分
周し、5フレーム周期の開始パルスを発生させる(図1
0(C)参照)。この開始パルスで次の5フレーム間で
除去すべきフレーム数を間引き数設定器62に設定する
(通常は1)。そして、その時の間引き数設定値を間引
きパルス発生器63にセットする。間引きパルス発生器
63はカウンタを有し、そのカウンタでは間引きパルス
でカウントし、目的のカウント数まで間引きパルスの出
力を許可する(図10(E)参照)。この間引きパルス
は間引きフレーム信号として、データ転送部7に出力さ
れて、後述するように、重複するフレームの間引きが行
われる。また、同時に間引き数設定器62のカウンタを
ダウンカウントする。この値が次の5フレームでの間引
き数の設定値となる。ただし、必要間引き数がある一定
数値を越えた場合には、間引きパルス発生器63で強制
的に間引きフレーム信号を挿入する。このため、5フレ
ームの整数倍の時間単位で測定したフレーム周波数は2
3.976Hzになっている。
【0028】<編集点補正部4について>ところで、図
12の(A)のように、ビデオ信号が編集されている場
合もある。このような編集点において、2フィールド間
で垂直フィルタリングさせると、異なるコマの2つのフ
ィールドが合成されてしまう。これは、視覚上残像とし
て認識され、圧縮符号化した場合、画質が低下する。そ
こで、編集点での補正処理をしている。図11は編集点
補正部の構成図で、図12は編集点補正部の動作を説明
するタイミングチャートである。同図に示すように、編
集点補正部4は、遅延器41a〜41d,平均化手段4
2,加算器43,比較器44,フレーム遅延手段45,
スイッチ46で構成されている。編集点補正部4には、
フィールド補正部3からフィールド補正ビデオ信号が入
力され、フレーム並び検出器1から垂直補間ビデオ信号
及びフィールド差分信号が入力され、さらに、図示しな
いマスター同期回路からフレームパルスが入力されてい
る。編集点補正部4からは、編集点の補正がなされたビ
デオ信号が、次段のフィルタ合成部5へ出力されてい
る。
【0029】テレシネ位相発生部2より出力されたフィ
ールド差分信号を、遅延器41a〜41d,平均化手段
42により、過去数フレームで平均する。加算器43に
より、その平均値にある定数を加える。比較器44によ
り、定数が加算された平均値AVEと現在のフィールド
差分信号DIFとを比較し、図12(D)及び(F)に
示すように、現在のフィールド差分信号を越える場合に
シーンチェンジ検出信号を発生させる。
【0030】そして、同図の(F)及び(G)に示すよ
うに、シーンチェンジ検出信号が検出された場合は、フ
レーム遅延手段45,スイッチ46により、直前の奇数
フィールドを垂直補間した信号をさらに1フレーム遅延
させ、偶数フィールドに出力する。すなわち、同図の
(A)及び(G)に示すように、フィールド5c,6a
からなるフレームをフィールド5c,5c´とする。フ
ィールド5c´は直前の奇数フィールド5cを垂直補間
した信号である。なお、奇数フィールドを垂直補間した
信号には、前記したフレーム並び検出部1の差分検出の
ために生成された垂直補間フィルタの出力が使用されて
いる。また、編集点以外のシーンチェンジでもシーンチ
ェンジが検出され、偶数フィールドが補間されることが
あるが、画質への影響は小さい。
【0031】<フィルタ合成部5について>フィルタ合
成部5は、必要に応じて連続する奇数、偶数2つのフィ
ールドから2次元の帯域を制限すると共に、2つのフィ
ールドから1枚の画像に合成する手段である。図13に
示すように、フィルタ部5は、水平フィルタ51,フィ
ールドメモリ52,フレーム垂直フィルタ53で構成さ
れている。フィールドメモリ52に遅延された2つのフ
ィールドがフレーム垂直フィルタ53に入力され、フレ
ーム垂直フィルタ53で1枚の画像とされて、次段のデ
ータ転送部7へ出力されている。
【0032】通常、垂直方向は1/2の帯域に制限す
る。これを実現するために、図16及び図17に示すよ
うに、フレーム垂直フィルタ53は、複数のラインメモ
リLM,乗算器M,加算器Adを用いて構成する。フレ
ーム垂直フィルタ53は、図16に示す1ラインのメモ
リを用いた構成でも、図17に示す複数ラインを用いて
制度を向上させたた構成でも良い。
【0033】このように、2つのフィールドから1画面
を合成することにより、結果的にノイズ低減効果(−3
dB程度)があり、圧縮符号化に対し有利な方向に働
く。また、水平方向はフィルタで水平帯域を1/2以下
に制限する。なお、この部分に時間軸方向のノイズリデ
ューサを入れてもよい。
【0034】<データ転送部7について>データ転送部
7ではフィルタ合成処理された画像のうち、間引きフレ
ーム判定部6からの間引きフレーム信号に応じて、前述
した図10の(E)及び(F),図2の(E)及び
(F)に示すように、重複したフレームが間引かれて、
必要なフレームのみを伝送する。すなわち、図2の
(A)のフィルムのコマ1から重複したフレーム1ab
とフレーム1cbが生じるが、重複したフレーム1ab
が間引かれて、必要なフレーム1cdのみを伝送する。
なお、先のフレームの画質が落ちやすいので、重複した
フレームを間引く場合に、先のフレームを間引いてい
る。また、必要な画素数へのサブサンプルもここで行な
われる。
【0035】以上詳述したように、フレーム周波数変換
装置によれば、2−3変換されたビデオ信号から2−3
変換前のフィルムの画像(コマ)が抽出されるので、従
来のように、同じコマが再生されて動きの不連続性や不
自然さを生じさせることなく、映画などのフィルム画像
が2−3変換されてビデオ化されている場合でも、23.9
76HzのビデオCD入力画像が得られる。また、フィルタ
合成部5でフィルタ処理し、2フィールドから1画像を
生成しているので、ノイズ低減効果(−3dB程度)が
ある、符号化後の画質が向上する。さらに、編集点補正
部4により、シーンチェンジが検出された場合には直前
の奇数フィールドを補間した信号を偶数フィールドとす
るようにしたので、編集点で視覚上残像が認識されて、
画質が低下することもない。
【0036】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明になるフレ
ーム周波数変換装置によれば、2−3変換されたビデオ
信号から2−3変換前のフィルムの画像(コマ)が抽出
されるので、従来のように、同じコマが再生されて動き
の不連続性や不自然さを生じさせることなく、映画など
のフィルム画像が2−3変換されてビデオ化されている
場合でも、23.976HzのビデオCD入力画像が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明になるフレーム周波数変換装置の一実施
例を示す構成図である。
【図2】フレーム周波数変換装置の変換動作を説明する
タイミングチャートである。
【図3】フィールド並び検出部の構成例である。
【図4】フィールド並び検出部の別の構成例である。
【図5】テレシネ位相発生部の構成例である。
【図6】テレシネ位相発生部の動作を説明するタイミン
グチャートである。
【図7】フィールド補正部の構成例である。
【図8】フィールド補正部の動作を説明するタイミング
チャートである。
【図9】間引きフレーム判定部の構成例である。
【図10】間引きフレーム判定部及びデータ転送部の動
作を説明するタイミングチャートである。
【図11】編集点補正部の構成例である。
【図12】編集点補正部の動作を説明するタイミングチ
ャートである。
【図13】フィルタ合成部の構成例である。
【図14】垂直補間フィルタの構成例である。
【図15】垂直補間フィルタの構成例である。
【図16】フレーム垂直補間フィルタの構成例である。
【図17】フレーム垂直補間フィルタの構成例である。
【図18】2−3変換方式を説明するタイミングチャー
トである。
【図19】従来の方式を説明するタイミングチャートで
ある。
【符号の説明】
1 フレーム並び検出部 2 テレシネ位相発生部 3 フィールド補正部 4 編集点補正部 5 フィルタ合成部 6 間引きフレーム判定部 7 データ転送部

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】2−3変換されたビデオ信号のフィールド
    並びを検出する手段と、前記ビデオ信号の奇数フィール
    ドとこれに続く偶数フィールドとが同じコマからの画像
    となるように整列させる手段と、整列された奇数及び偶
    数フィールドを1枚の画像に変換する手段と、出力する
    フレーム周波数に合致するように変換した画像を間引く
    手段とからなることを特徴とするフレーム周波数変換装
    置。
  2. 【請求項2】シーンチェンジを検出する手段を有し、シ
    ーンチェンジが検出された場合には直前の奇数フィール
    ドで補間した信号を偶数フィールドとするようにしたこ
    と特徴とする請求項1に記載のフレーム周波数変換装
    置。
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