JPH09182031A - 改良されたビデオ処理システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 一つのプロセッサで多数のビデオ方式に対応
できるようにすること。 【解決手段】 ビデオ信号処理用の改善された処理シス
テム（１０）であり、このシステムは共通レートのデジ
タル入力信号と共にほぼ最大の効率で１つの新しいバー
ジョンのスキャンラインビデオプロセッサ（１２）しか
使用しない。このプロセッサは限られた量の命令スペー
ス内で動き検出、動き適応スキャン変換、水平および垂
直方向スケーリングを実行し、シャープネス制御を行
い、これら機能を４つの異なるビデオ方式に適用する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はディスプレイシステ
ムに関し、より詳細にはビデオ信号をデジタル処理する
ディスプレイシステムに関する。

【０００２】

【従来技術】現在のほとんどのディスプレイシステムは
ディスプレイスクリーンの裏面の蛍光体に電子を打ち込
む、走査式電子銃を有する陰極線管（ＣＲＴ）ディスプ
レイを使用している。走査式電子銃の性質により放送ビ
デオ信号はインターレース（飛び越し走査）方式で送ら
れる。データの各フレームは２つのフィールド、すなわ
ちフレームのうちの奇数番号ラインを含むフィールド
と、偶数番号ラインを含むフィールドとに分割される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ディスプレイ市場で現
在の技術が最重要視しているディスプレイはこのタイプ
の方式を利用できない。１つの例として、空間光変調器
が挙げられる。この空間光変調器は選択を行うようアド
レス指定されるアドレス指定回路上に設けられた個々に
選択可能な素子のアレイから通常構成されている。これ
ら変調器のアドレス指定回路は一般に行と列に構成さ
れ、これにより奇数番号ラインまたは偶数番号ラインの
すべてを選択することは困難であり、時間とコストのか
かるものとなっている。

【０００４】このようなデータの方式をデータの全フレ
ームを形成する順次走査方式に変換するための方法が開
発されている。喪失フィールドのピクセル値を推定する
よう、以前のフィールドを使用して喪失したフィールド
を補間することにより、何回もこのような形成を行って
いる。このような補間法は高価で、かつ計算上の条件が
厳しくなるので、システム性能の条件およびコストが増
す。

【０００５】他に行わなければならない適応化として異
なる方式の入力データをシステムがディスプレイできる
ようにしなければならないことが挙げられる。一般にＣ
ＲＴシステムでは、入力方式はアナログ入力のままであ
り、電子銃は新しい諸元に調節されたままである。アレ
イ内の個々の素子では画像上のピクセルと素子とが１：
１に対応していることが多い。例えば、１ライン当たり
６４０個のピクセルと４８０本のラインを備えたシステ
ムは、１ライン当たり６４０個の素子と、これら素子の
４８０ラインを有するデバイスを必要とするが、このデ
バイスはスケーリング（拡大・縮小）能力は有しない。

【０００６】これらタイプのシステムでは、入力データ
は１ライン当たりのピクセル数に等しいレートで一般に
デジタル化される。従って、１ライン当たり６４０個の
ピクセルは１ライン当たり６４０個のサンプルでデジタ
ル化される。従って、プロセッサはアレイ内の固定され
た数の素子上で２つ以上の方式をディスプレイできるよ
う調節可能なだけでなく、所定方式とコンパーチブルな
サンプリングレートを有していなければならない。

【０００７】ビデオ処理分野における１つの技術進歩と
して、スキャンライン（走査線）ビデオプロセッサが挙
げられる。これらプロセッサは上記問題を解決できる数
種の利点を有する。しかしながら、第１バージョンのこ
れらプロセッサは極めて限られた命令スペースしか有し
ないので、１つのディスプレイシステムで数個のプロセ
ッサを使用しなければならない。これらプロセッサのよ
り新しいバージョンは、より広い命令スペースを有し、
先のバージョンと比較して競争可能な価格となってい
る。

【０００８】従って、上記の完全な機能が可能であり、
可能な限り最小数のプロセッサしか使用しないでスキャ
ンラインビデオプロセッサのより新しいバージョンを利
用するシステムが求められている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の１つの特徴は、
ビデオデータ用の処理システムにある。このシステムは
データを受信し、これを共通レートでフォーマット化ま
たはサンプリングする。これによりシステムは異なる入
力方式に対応してデータをフォーマット化し、処理する
ことが可能となっている。このシステムは動き検出、動
き適応走査変換、水平および垂直方向の拡大縮小および
シャープネス（鮮鋭度）制御の機能を実行するのに１個
のプロセッサしか使用しない。

【００１０】このシステムの利点は、余分なプロセッサ
を必要とせず、よってマルチプロセッサシステムよりも
安価となることである。

【００１１】本発明の別の利点は、他の方式の他にパル
プラス（ＰＡＬｐｌｕｓ）のような新しい方式を処理で
きることにある。

【００１２】本システムの更に別の利点は、利用可能な
命令スペースをオーバーランニングすることなく、複素
ＦＩＲフィルタを利用できることである。

【００１３】本発明およびその別の利用をより完全に理
解できるようにするため、添付図面と共に次の詳細な説
明を参照する。

【００１４】

【発明の実施の態様】図１は、１つのスキャンラインビ
デオプロセッサ（ＳＶＰ）１２しか使用しないビデオ処
理用の全システムアーキテクチャ１０を示す。入力輝度
信号Ｙはフィールド遅延回路１４および１６で２フィー
ルドだけ遅延される。この２フィールドの遅延を利用す
ることにより、最前（最初）のフィールドおよび最前か
ら２番目のフィールドからのデータにアクセスすること
が可能となる。例えば、Ｙにおける入力フィールドをフ
ィールド２とすると、フィールド遅延回路１４の後の点
Ａにおいては最前のフィールド、すなわちフィールド１
となる。また、フィールド遅延回路１６の後の点Ｂにお
いては最前の次のフィールド、すなわちフィールド０と
なる。フィールド２およびフィールド０は同じ番号のラ
インを有するが、異なるビデオフレームからのものであ
る。このような追加データを、図２を参照して説明する
ように、データの補間に利用する。

【００１５】入力信号Ｙはプロセッサ１２に達したと
き、既に一般にデジタル信号となっていることに留意し
なければならない。このようなデジタル信号は現在の放
送ビデオ信号で行われているようにアナログ信号をデジ
タル化した結果得られる。更にこの信号は、デジタル信
号として発生できる。図１のシステムはディスプレイ用
の画像を形成する１つ又は複数の空間光変調器上で任意
のデータを使用できるものであることが求められる。

【００１６】従って、アナログ入力からデータをデジタ
ル化する場合、データを共通レートでサンプリングしな
ければならない。データが既にデジタルである場合、こ
のデータは共通するレート、すなわち１ライン当たりの
共通サンプル数に変換しなければならない。これについ
ては図３および図４を参照して説明する。図５および図
６はマルチ方式に合わせるため、共通レート信号をスケ
ーリング（拡大縮小）するための特別な技術を説明する
ものである。これら機能のすべてをスキャンラインビデ
オプロセッサによって実現できる。本発明の利点は、同
じプロセッサによりこれら機能のすべてを実現でき、よ
ってハードウェア量およびシステムのコストを低減でき
ることである。

【００１７】図２は、動き適応順次（ｐｒｏｇｒｅｓｓ
ｉｖｅ）スキャン変換のための１つの可能な方法を示す
ものである。この方法はフィールド間の動き信号を考慮
しながらインターレースデータフィールドから喪失フィ
ールドを補間するのに使用される。混合回路３０は、フ
ィールド３が入力フィールドである場合のデータの次の
ようなラインからのデータを使用する。すなわち、最前
のフィールドであるフィールド遅延回路ＤＬ２２からの
フィールド２、水平遅延回路２４およびフィールド遅延
回路ＤＬ２６からの最前の次のフィールドであるフィー
ルド１内の隣接するライン、上部のデータパスからの動
き信号ｋ、を利用する。上部のデータパスは入力信号Ｙ
と、フィールド３と、同じ番号のラインを有する、フィ
ールド１からの隣接ラインとの比較をまず利用する。演
算または他の回路は３２においてこれらの差を検出す
る。

【００１８】この結果得られる差信号は、３４における
水平ローパスフィルタＨＬＰＦ１３６を通過され、絶対
値回路ＡＢＳ３６において絶対値が検出される。非線形
関数回路ＮＬ３８が用いられる。この非線形関数回路は
ノイズに起因する小さい差信号を除去するためのスレッ
ショルド処理（ｔｈｒｅｓｈｏｌｄｉｎｇ）を実行す
る。この非線形関数回路は差信号の分解能を４ビットま
で低下させる。比較器４４は、数個の値、すなわちフィ
ールド遅延回路４０からのデータ、すなわちフィールド
０からのデータと、水平遅延回路４２ａ、４２ｂおよび
４２ｃからの隣接ラインから処理を行うラインまでのデ
ータと、非線形関数回路３２からの４ビット信号と、の
最大値を決定する。

【００１９】次に、この最大値は垂直ローパスフィルタ
ＶＬＰＦ１ ４６および水平ローパスフィルタＨＬＰＦ
２ ４８においてそれぞれ水平および水平方向にフィル
タリングされる。この非線形関数回路ＮＬ５０は信号ノ
イズを低減する点で回路３８の機能に類似する。次にこ
の結果得られる動き信号ｋは、混合回路３０へ送られ、
補間された出力信号を決定するのに使用される。

【００２０】このような動き適応走査変換を実行した
後、データはディスプレイ用の画像を形成するのに使用
される空間光変調器の大きさに合わせるように一般にス
ケーリングしなければならない。これについては図３ａ
〜３ｄおよび４ａ〜４ｄを参照して説明する。図３ａ〜
３ｄは４つの異なる方式をグラフで示すものである。図
３ａはＮＴＳＣ入力信号に必要なスケーリングおよび処
理をグラフで表示するものである。

【００２１】図３ａから理解できるように、入力アクテ
ィブピクセルエリアは７２０サンプル幅であり、４８０
ライン長である。１ライン当たり７２０個のサンプリン
グレートは先に説明した共通レートの一例である。４：
３の長方形ピクセルアスペクト比を維持するには１ライ
ン当たり７２０個のサンプルから、６４０個のサンプル
へサンプルダウンしなければならない。しかしながら、
７２０サンプルを選択したことにより、ある種の分数ス
ケーリング方法でなく、９：８の整数スケーリング方法
となっている。このような変換を行うには垂直方向のス
ケーリングは不要である。

【００２２】デバイス上でのディスプレイに関し、図３
ａの左側は本例で使用されるデバイスが８４８×４８０
の大きさを有することを示している。これにより６４０
×４８０のＮＴＳＣ規格のディスプレイが可能となって
いる。

【００２３】図４ａはＮＴＳＣ信号のためのプロセスフ
ローをブロック図で示すものである。プロスキャン（ｐ
ｒｏｓｃａｎ）補間５４、動き検出５２およびシャープ
ネス制御５６のプロセスブロックは図４ａに示された各
実施例におけるものと同じである。次に、プロスキャン
補間５４前に輝度信号Ｙは動き検出５２を受け、次に５
８にて水平方向にスケーリングされ、最後に５６でシャ
ープネス制御される。色度信号Ｃは最初に６０で水平方
向のスケーリングを受け、５４でプロスキャン補間を受
ける。

【００２４】図３ｂはＮＴＳＣレターボックスと称され
る方式のための同様な変換を示す。入力ピクセルアクテ
ィブエリアは７２０サンプル幅のままであるが、標準の
４８０本のラインの代わりに３６０本のラインの縮小ラ
インを有する。他の１２０本のラインは片側当たり６０
本のラインから成る黒色ボーダーとなっている。このタ
イプの方式は垂直および水平方向双方のスケーリングを
行うことにより８４８×４８０に変換できる。この方式
は１６：９のアスペクト比を有し、このアスペクト比と
するには画像を水平方向に７２０個のサンプルから８４
８個の素子にスケーリングし、垂直方向に３６０本のラ
インから４８０本のラインの素子に変換することが必要
である。スケーリング比は水平方向に５：６（７２０／
８４８）であり、垂直方向に３：４（３６０／４８０）
である。入力信号に見られる水平の黒色ボーダーは最終
画像から切り取られる。

【００２５】図４ｂはＮＴＳＣレターボックス方式の処
理関数を示す。輝度信号は再び動き検出５２、プロスキ
ャン補間５４、および５：６の水平方向スケーリング６
２を受ける。色度信号は５：６の水平方向スケーリング
６４、プロスキャン変換５４を受け、次に垂直方向スケ
ーリング６８において輝度信号と共に使用される。最後
に輝度信号は５６でシャープネス制御される。

【００２６】ＰＡＬ方式信号でも同じタイプの処理を利
用できる。図３ｃに示すように、入力データは７２０×
５７６の寸法を有する。しかしながら、ディスプレイに
使用するには５７６本のラインのうちの５４８本のライ
ンしか使用しない。この入力データは９：８の比率で水
平方向にスケールダウンされ、８：７の比率で垂直方向
にスケールダウンされる。図４ｃにはこの方法のブロッ
ク図が示されている。７０において色度および輝度の双
方の８：７の垂直方向のスケーリングを行えば、同じ方
法を使用できる。

【００２７】ＰＡＬ方式で比較的新しく開発された方式
としてＰＡＬｐｌｕｓがある。このＰＡＬｐｌｕｓは１
６：９のアスペクト比のためのビデオ情報を含むという
点でＮＴＳＣレターボックスに類似する。しかしなが
ら、１６：９の画像を発生するのに必要な４：３のアス
ペクト比に合わせるため、水平方向に圧縮されている。
図３ｄから理解できるように、画像は水平方向および垂
直方向にもスケーリングしなければならず、コラムのう
ちのいくつかを切り取らなければならない。データは水
平方向に５：６の比率でスケーリングし、７２０から８
６４へとしなければならない。この結果、デバイスの８
４８のコラムに合わせるのに１６本のコラムを切り取ら
なければならない。垂直方向には５４８の行を８：７の
比率でスケーリングし、これを４８０の行に縮小しなけ
ればならない。図４ｄには色度および輝度信号のための
この方法の処理ブロックが示されている。

【００２８】スケーリングのために使用されるフィルタ
は極めて複雑となり、かつ数百個もの命令を必要とす
る。しかしながら、この大きさの処理および命令シーケ
ンスをプラニングする際に注意を払うことにより、より
新しいバージョンのＳＶＰではプロセッサクロックとし
て４３メガヘルツを使用することにより２７３０個まで
の命令が可能となっている。これにより、図５に示され
るようなスケーリング用の極めて複雑で精密なフィルタ
を使用することが可能となっている。

【００２９】３：４のスケーリングのための垂直方向の
スケーリング係数を説明するための例が示されている。
３：４のスケーリングプロセスでは４を発生するのに３
本のラインが使用される。例えばＹ０、Ｙ１、Ｙ２およ
びＹ３を発生するのにラインＸ₂ 、Ｘ₃ およびＸ₄ が使
用される。図示された係数と入力データＸ０〜Ｘ７のラ
インのドット積を利用することにより、出力ラインＹ０
〜Ｙ４が得られる。例えば［ＡＢ］・［ＸＹ］＝ＡＸ＋
ＢＹである。添え字の数字は係数を発生したサブフィル
タから表示される。例えばＹ０₁ は係数−３／５１２、
１３／５１２、４９２／５１２、１３／５１２および−
３／５１２を有する。これら係数はサブフィルタ１から
生じたものである。このフィルタは１、２、３、０、
１....等の順に利用される。ここでＹ４では、使用され
るサブフィルタが繰り返されるのと同じように、係数が
繰り返して使用開始されることにも留意されたい。

【００３０】ここで使用されるフィルタは画質と実現コ
ストとの間の妥協を図るよう最適にされた有限インパル
ス応答（ＦＩＲ）フィルタである。

【００３１】最後に、本システムの１つのプロセッサ
は、これまで説明したような水平方向のスケーリングも
実行できるものでなければならない。図６にはかかる方
法のグラフ表示が示されている。入力サンプルは次のよ
うな出力サンプルを発生するように組み合わされる。

【００３２】

【数１】

【００３３】このシステムは上記関数のすべてを実行す
るのに２６０８個の命令を使用するが、この命令の数は
利用可能な２７３０個の命令スペースのうちの約９５％
である。利用される命令スペースの大きさのために古い
ＳＶＰではこれまでは高度なＦＩＲフィルタは利用でき
なかった。一般にスケーリングを行うにはできるだけ多
くのスケーリング比を使用するが、これまではシステム
の機能を犠牲にすることなくスケーリング比を制限して
いた。

【００３４】最後に、本システムは新しい異なる方式に
適応できる機能を有する。本システムではこれまで検討
されていなかったＰＡＬｐｌｕｓも容易に使用された。
これは本システムの固有のフレキシビリティによるもの
である。

【００３５】これまで改善されたスキャンラインプロセ
ッサに基づくビデオシステムの特定の実施例を説明した
が、かかる特定の引用は、特許請求の範囲を除き本発明
の範囲を限定するものではないと見なすべきである。

【００３６】関連出願 本願は米国特許出願第60/002,757号（TI-21386）（発明
の名称：スキャンラインビデオプロセッサを使用した改
善されたビデオ処理）、および米国特許出願第60/002,7
55号（TI-20246）（発明の名称：デジタルディスプレイ
用シャープネス制御）と同時に出願された米国特許出願
に対応する。

【００３７】以上の説明に関し、以下の項を開示する。 （１）共通レートでサンプリングされるデジタル入力信
号と、スキャンラインビデオプロセッサとを備え、該プ
ロセッサは前記共通レートで前記デジタル入力信号を受
信し、動き検出、動き適応プロスキャン補間、水平およ
び垂直方向スケーリングを実行でき、前記入力信号にシ
ャープネス制御を行う改善されたビデオ処理システム。 （２）前記共通レートはビデオ入力信号の１ライン当た
り７２０個のサンプルである、前記第１項記載のシステ
ム。 （３）有限インパルス応答フィルタを使用することによ
り前記垂直方向スケーリングを行う、前記第１項記載の
システム。 （４）有限インパルス応答フィルタを使用することによ
り前記水平方向スケーリングを行う、前記第１項記載の
システム。

【００３８】（５）数個の放送ビデオ方式を受信し、デ
ィスプレイできる、前記第１項記載のシステム。 （６）前記デジタル入力信号はＮＴＳＣである、前記第
１項記載のシステム。 （７）前記デジタル入力信号はＮＴＳＣレターボックス
である、前記第１項記載のシステム。 （８）前記デジタル入力信号はＰＡＬである、前記第１
項記載のシステム。 （９）前記デジタル入力信号はＰＡＬｐｌｕｓである、
前記第１項記載のシステム。

【００３９】（１０）ビデオ信号処理用の改善された処
理システム１０であり、このシステムは共通レートのデ
ジタル入力信号と共にほぼ最大の効率で１つの新しいバ
ージョンのスキャンラインビデオプロセッサ１２しか使
用しない。このプロセッサは限られた量の命令スペース
内で動き検出、動き適応スキャン変換、水平および垂直
方向スケーリングを実行し、シャープネス制御を行い、
これら機能を４つの異なるビデオ方式に適用する。

【図面の簡単な説明】

【図１】１つのスキャンラインビデオプロセッサしか必
要としないビデオ処理のためのシステムアーキテクチャ
のブロック図である。

【図２】ビデオデータのための処理システムで使用でき
る動き適応走査レート変換方法の一例を示す図である。

【図３】入力ビデオ信号の方式の変形例を示す図であ
る。

【図４】入力ビデオ信号の方式に対し実行しなければな
らない処理機能のブロック図である。

【図５】ビデオデータ用処理システムで使用できる、あ
るタイプの垂直スケーリングのグラフである。

【図６】ビデオデータ用処理システムで使用できる、あ
るタイプの水平スケーリングのグラフである。

【符号の説明】

１０ システムアーキテクチャ １２ スキャンラインビデオプロセッサ １４、１６ フィールド遅延回路 ２０、２２、２４、２６ フィールド遅延回路 ３０ 混合回路 ３４ 水平ローパスフィルタ ３８ 非線形関数 ４０ フィールド遅延回路 ４４ 比較器（最大値検出回路） ５２ 動き検出 ５４ プロスキャン補間 ５６ シャープネス制御 ５８、６２ 水平方向スケーリング ６８、７０ 垂直方向スケーリング

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大原 一浩 アメリカ合衆国テキサス州プラノ，レガシ ー ドライブ 801，アパートメント ナ ンバー 222

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 共通レートでサンプリングされるデジタ
   ル入力信号と、 スキャンラインビデオプロセッサとを備え、該プロセッ
   サは前記共通レートで前記デジタル入力信号を受信し、
   動き検出、動き適応プロスキャン補間、水平および垂直
   方向スケーリングを実行でき、前記入力信号にシャープ
   ネス制御を行う改善されたビデオ処理システム。