JPH09322116A

JPH09322116A - 画像処理装置

Info

Publication number: JPH09322116A
Application number: JP8131871A
Authority: JP
Inventors: Ken Terasawa; 見寺澤
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1996-05-27
Filing date: 1996-05-27
Publication date: 1997-12-12
Anticipated expiration: 2016-05-27
Also published as: JP3782510B2

Abstract

(57)【要約】【課題】周波数特性を一定に保ちつつ、データのサン
プリング周波数を変換する。【解決手段】画像処理装置は、第１のサンプリング周
波数のデジタル画像データを第２のサンプリング周波数
のデジタル画像データに変換する装置であって、前記第
１のサンプリング周波数のデジタル画像データをフィル
タリングするフィルタと、前記フィルタからのデジタル
画像データのサンプリング周波数を第２のサンプリング
周波数に変換する変換手段とを備え、前記フィルタは前
記第１及び第２のサンプリング周波数に基づく制限帯域
を有し、実効タップ係数の和がいずれも等しく、且つ２
のｎ乗であるように構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、画像処理装置に関
し、特には、互いに異なる周波数でサンプリングされた
画像データのサンプリング周波数の変換に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】近年、画像処理分野においてもデジタル
データを扱うことが多くなっており、例えば、デジタル
ＶＴＲに代表されるデジタルデータを記録再生する装置
が知られている。

【０００３】今後、こうしたデジタルデータを記録する
装置が普及していくのに伴い、撮像（入力）系と処理・
記録系とで扱うデジタル画像データのサンプリング周波
数をそろえる周波数変換の技術が重要になってくると考
えられる。

【０００４】例えば、ＮＴＳＣやＰＡＬのビデオ信号を
１３．５ＭＨｚでサンプリングし、記録再生することが
知られているが、この画像を静止画像としてコンピュー
タに取り込みたい場合には、正方格子の画素となるよう
にサンプリング周波数を変換することが望ましい。例え
ば、変換後のサンプリング周波数としては、ＮＴＳＣで
は１２．２７２７ＭＨｚ、ＰＡＬでは１４．７５ＭＨｚ
が代表的である。このような場合、デジタルデータのま
までサンプリング周波数を変換することにより画質の劣
化を抑制することができる。

【０００５】図１２は、例えば、画像データのサンプリ
ング周波数を１３．５ＭＨｚと１２．２７２７ＭＨｚと
の間で相互に周波数変換する場合の動作概念を示す図で
ある。この方式はいわゆる線形補間方式であり、求めた
い画素の値をその画素に最も近い２つの画素の値から線
形演算により求めるものである。

【０００６】図１２において、上下の目盛りつきの軸
は、１３．５ＭＨｚ，１２．２７２７ＭＨｚそれぞれの
最小公倍数で分割した場合の位置を示している。また、
↓は線形補間によってできる周波数変換後の画素位置を
示し、その両脇の数字ｎ，ｍは↓で示した画素に最も近
い左右の周波数変換前の画素に対する重み付けの値を示
している。また、数字のないものは、ちょうど変換前と
変換後の画素位置が一致している場合であり、このとき
はそのままの値を使う。

【０００７】これを見ると、重み付けの値は一定の周期
で同じ数値をとることがわかる。このため、ハードでは
その周期をカウンタにより求め、現在の周期に該当する
係数を係数器にロードすることで、周波数変換器を構成
することができる。

【０００８】

【発明が解決しようとしている課題】しかし、この線形
補間方式では、元の画素位置との関係で周波数特性が図
のように変わってくる。図内の数値は、図１２の重み
付けの値から加算比ｋ＝ｍ／（ｎ＋ｍ）を求めて場合分けしたものである。ここで、横軸は周波
数、縦軸は振幅である。

【０００９】このように周波数特性が異なってくると、
ナイキスト周波数ｆｎ付近での振幅が大きく異なってく
るために、画面上では水平方向の縞を生じることにな
り、著しく画質を損なうこととなる。

【００１０】線形補間の代わりに補間フィルタを用いる
方法もあるが、周波数の変換比によっては非常に膨大な
タップ数が必要となるため、実際のハードに組み込むこ
とは困難であった。

【００１１】本発明は前述の如き問題点を解消すること
を目的とする。

【００１２】また、本発明は、周波数特性を一定に保ち
つつ、データのサンプリング周波数を変換することを目
的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】従来抱えている課題を解
決し、前記目的を達成するために、本発明は、第１のサ
ンプリング周波数のデジタル画像データを第２のサンプ
リング周波数のデジタル画像データに変換する装置であ
って、前記第１のサンプリング周波数のデジタル画像デ
ータをフィルタリングするフィルタと、前記フィルタか
らのデジタル画像データのサンプリング周波数を前記第
２のサンプリング周波数に変換する変換手段とを備え、
前記フィルタは前記第１及び第２のサンプリング周波数
に基づく制限帯域を有し、実効タップ係数の和がいずれ
も等しく、且つ２のｎ乗（ｎは整数）であるように構成
されている。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を用いて詳細に説明する。

【００１５】まず、サンプリング周波数の高い画像デー
タをサンプリング周波数の低い画像データに変換する場
合について説明する。

【００１６】図１は、本形態におけるデータ処理装置の
構成を示す図であり、本形態では、画像データのサンプ
リング周波数を１３．５ＭＨｚから１２．２７２７ＭＨ
ｚに変換する。

【００１７】本形態のデータ処理装置は、入力された１
３．５ＭＨｚのデジタル画像データを後述の如くフィル
タリングするフィルタ回路２と、フィルタ回路２から出
力される画像データのサンプリング周波数を１２．２７
２７ＭＨｚに変換する補間回路３及び、端子５からのク
ロックをカウントするカウンタ８から構成されている。

【００１８】図１の入力端子１から入力する画像データ
は、図２（ａ）に示すような時系列の画像データであ
り、フィルタ回路２はこのような入力画像データをフィ
ルタリング処理する。

【００１９】フィルタ２は図３に示すような周波数特性
を有している。

【００２０】ここで、入力データのサンプリング周波数
ｆｓ＝１３．５ＭＨｚは、直流成分の折り返しが発生す
るのを防ぐためにトラップされている。本形態において
は、このフィルタ２は２１タップ（各タップの係数は、
本形態では、１，２，２，３，３，４，５，５，６，
６，６，６，６，５，５，４，３，３，２，２，１であ
る）で構成されるフィルタと同様の周波数特性を有して
おり、実際に使う実行タップ数は最高３タップである。
また、フィルタ回路２には、入力画像データのサンプリ
ング周波数である１３．５ＭＨｚのクロック５が入力さ
れている。

【００２１】カウンタ８は１１進のカウンタであり、端
子７からの水平同期信号ＨＤ７によりリセットされ、ク
ロック５をカウントする。そして、０から１０までカウ
ントすると自己リセットする。カウンタ８のカウント値
もフィルタ回路２に出力されている。

【００２２】フィルタ回路２は図４の用に構成されてお
り、入力デジタル画像データはクロック５に従って端子
２１から入力され、遅延素子２２，２３を介して３タッ
プ分の係数器２４〜２６にそれぞれ供給される。また、
カウンタ８のカウント値ｎは２４〜２６に供給され、各
係数器は図５に示したカウンタ８のカウント値に従って
係数を選択し、乗算を行う。

【００２３】次に、図５に示した係数の選択方法につい
て図６を用いて説明する。

【００２４】図６において、大きい黒丸で示された２種
類のサンプリング点は、それぞれサンプリング周波数１
２．２７２７ＭＨｚ，１３．５ＭＨｚの画像データの画
素位置を示しており、小さい黒丸は周波数変換する際に
画素位置を対応させるためのサンプリング点を示してい
る。本形態においては、サンプリング周波数の比は１
１：１０であるので、１２．２７２７ＭＨｚの画像デー
タは１１分割、また、１３，５ＭＨｚの画像データは１
０分割され、サンプリング周波数は共に１３５ＭＨｚと
なっている。

【００２５】また、階段状にずれている白丸は、大きい
白丸がサンプリング周波数１３．５ＭＨｚの画像データ
の画素位置を示し、また、小さい白丸は小さい黒丸と同
様に１３５ＭＨｚに対応したデータを示している。添字
は１３．５ＭＨｚの画像データの画素位置と１２．２７
２７ＭＨｚの画像データの画素位置とが一致したときの
番号をゼロとしたときの、図５に示したフィルタの係数
番号を示している。↓は１２．２７２７ＭＨｚの画像デ
ータの画素ができる位置を示している。

【００２６】図６から明らかなように、入力画像データ
の画素位置に応じてカウンタの値が変化し、適宜フィル
タの係数が設定されていく。そして、１３．５ＭＨｚの
画像データの画素位置と１２．２７２７ＭＨｚの画像デ
ータの画素位置とが一致したときのみ実効タップ数が３
タップになるが、その他の場合は実効タップ数は２タッ
プであることがわかる。

【００２７】このように係数が乗算された各データは、
加算器２７，２８にて加算される。

【００２８】１３．５ＭＨｚの入力画像データはこのよ
うにフィルタリングされるが、フィルタ後のサンプリン
グ周波数は１３．５ＭＨｚのままである。

【００２９】そこで、本形態では、フィルタリングの際
に、入力画像データの１１画素につき１画素だけダミー
のデータを挿入している。すなわち、このダミーデータ
は、カウンタ８の出力ｎが１０のときに挿入される。そ
の結果、図２（ｂ）に示したような時系列のダミーデー
タ（網掛けの画像データ）が挿入された画像データが補
間回路３に出力される。

【００３０】補間回路３はメモリを有し、入力画像デー
タのサンプリング周波数を変更する回路であり、クロッ
ク５に従って、フィルタ回路２からフィルタリングされ
た画像データをメモリに書き込む。更に、補間回路３に
は１２．２７２７ＭＨｚのクロック６が供給されてお
り、クロック５とクロック６の立ち上がりが一致したと
きにはダミーデータが入力されているものと判断してこ
れをスキップし、クロック６に従ってメモリに書き込ま
れたデータを読みだす。この結果、端子４からは図２
（ｃ）に示した時系列のサンプリング周波数１２．２７
２７ＭＨｚの画像データが出力される。

【００３１】このように、本形態において得られる周波
数変換された画像データは、線形補間時に生じていた補
間位置による周波数特性の違いがなく、良好な画質を維
持している。また、フィルタのハード量も実効タップ数
が３タップで済む。更に、フィルタの係数の合計を２の
ｎ乗とすることで、乗算をビットシフトで実現すること
ができ、更にハード量を抑えることができる。

【００３２】次に、サンプリング周波数の低い画像デー
タをサンプリング周波数の高い画像データに変換する場
合について説明する。

【００３３】図７は、本形態におけるデータ処理装置の
構成を示す図であり、本形態では、画像データのサンプ
リング周波数を１２．２７２７ＭＨｚから１３．５ＭＨ
ｚに変換する。

【００３４】本形態のデータ処理装置は、入力データの
サンプリング周波数を変換する補間回路１０３，補間回
路３からのデータをフィルタリングするフィルタ回路１
０２及びカウンタ１０８から構成される。

【００３５】図７において、入力端子１０１から入力さ
れるサンプリング周波数１２．２７２７ＭＨｚの画像デ
ータは、図８（ａ）に示すような時系列の画像データで
あり、補間回路１０３はこの入力画像データのサンプリ
ング周波数を変換する。

【００３６】すなわち、補間回路１０３はメモリを有
し、１２．２７２７ＭＨｚのクロック１０５に従って、
入力画像データをメモリに書き込む。更に、補間回路３
には１２．２７２７ＭＨｚのクロック６が供給されてお
り、書き込まれたデータを周波数１３．５ＭＨｚのクロ
ック１０６に従って読みだす。このとき、クロック５と
クロック６の立ち上がりが一致したときにはダミーデー
タ（図８の（ｂ）に網掛けで示したデータ）を挿入する
ために直前のデータをもう一度読みだす。この結果、補
間回路１０３からはサンプリング周波数１３．５ＭＨｚ
の画像データが出力される。

【００３７】フィルタ回路１０２は補間回路１０３によ
りこのように周波数が変換された画像データをフィルタ
リング処理する。

【００３８】フィルタ１０２は図９に示すような周波数
特性を有している。

【００３９】ここで、入力データのサンプリング周波数
ｆｓ＝１２．２７２７ＭＨｚは、直流成分の折り返しが
発生するのを防ぐためにトラップされている。本形態に
おいては、このフィルタ１０２は２３タップ（本形態で
は、各タップの係数は、１，２，２，３，３，４，４，
５，５，６，６，６，６，６，５，５，４，４，３，
３，２，２，１とする）で構成されるフィルタと同様の
周波数特性を有しており、実際に使う実行タップ数は最
高３タップである。また、フィルタ回路１０２にはクロ
ック１０６が入力されている。

【００４０】カウンタ１０８は１１進のカウンタであ
り、水平同期信号ＨＤ１０７によりリセットされ、クロ
ック１０６をカウントする。そして、０から１０までカ
ウントすると自己リセットする。カウンタ１０８のカウ
ント値もフィルタ回路１０２に出力されている。

【００４１】フィルタ回路１０２は、前述の実施形態の
ときと同様に図４のように構成されており、補間回路１
０３からのデジタル画像データはクロック１０６に従っ
て端子２１から入力され、遅延素子２２，２３を介して
３タップ分の係数器２４〜２６にそれぞれ供給される。
また、カウンタ１０８のカウント値ｎは２４〜２６に供
給され、各係数器は図１０に示したカウンタ１０８のカ
ウント値に従って係数を選択し、乗算を行う。

【００４２】次に、図１０に示した係数の選択方法につ
いて図１１を用いて説明する。

【００４３】図１１において、大きい黒丸で示された２
種類のサンプリング点は、それぞれサンプリング周波数
１２．２７２７ＭＨｚ，１３．５ＭＨｚの画像データの
画素位置を示しており、小さい黒丸は周波数変換する際
に画素位置を対応させるためのサンプリング点を示して
いる。本形態においては、サンプリング周波数の比は１
１：１０であるので、１２．２７２７ＭＨｚの画像デー
タは１１分割、また、１３，５ＭＨｚの画像データは１
０分割され、サンプリング周波数は共に１３５ＭＨｚと
なっている。

【００４４】また、階段状にずれている白丸は、大きい
白丸がサンプリング周波数１２．２７２７ＭＨｚの画像
データの画素位置を示し、また、小さい白丸は小さい黒
丸と同様に１３５ＭＨｚに対応したデータを示してい
る。添字は１３．５ＭＨｚの画像データの画素位置と１
２．２７２７ＭＨｚの画像データの画素位置とが一致し
たときの番号をゼロとしたときの、図１０に示したフィ
ルタの係数番号を示している。↓は１３．５ＭＨｚの画
像データの画素ができる位置を示している。

【００４５】図１１から明らかなように、入力画像デー
タの画素位置に応じてカウンタの値が変化し、適宜フィ
ルタの係数が設定されていく。そして、１３．５ＭＨｚ
の画像データの画素位置と１２．２７２７ＭＨｚの画像
データの画素位置とが一致したときのみ実効タップ数が
３タップになるが、その他の場合は実効タップ数は２タ
ップであることがわかる。

【００４６】このように係数が乗算された各データは、
加算器２７，２８にて加算され、端子１０４から出力さ
れる。

【００４７】即ち、端子１０４からは、図８（ｃ）に示
した時系列のサンプリング周波数１３．５ＭＨｚの画像
データが出力される。

【００４８】このように、本形態において得られる周波
数変換された画像データも前述の実施形態の場合と同様
に、線形補間時に生じていた補間位置による周波数特性
の違いがなく、良好な画質を維持している。また、フィ
ルタのハード量も実効タップ数が３タップで済む。更
に、フィルタの係数の合計を２のｎ乗とすることで、乗
算をビットシフトにより実現することができ、更にハー
ド量を抑えることができる。

【００４９】なお、前述の実施形態では、変換するデー
タのサンプリング周波数をそれぞれ、１２．２７２７Ｍ
Ｈｚと１３．５ＭＨｚとしたが、これに限らず、他の周
波数のデータを扱うことも可能である。

【００５０】例えば、サンプリング周波数が１３．５Ｍ
Ｈｚの画像データと１４．７５ＭＨｚの画像データとの
間で周波数変換を行う場合には、図１及び図７に示した
構成のままクロックの周波数を変えるだけで同様に周波
数変換処理を行うことが可能になる。

【００５１】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、互いに異なるサンプリング周波数の画像デー
タ間でサンプリング周波数を変換する場合であっても、
画素位置による周波数特性の変化を防止し、画質の劣化
を抑えた良好な画像を得ることができる。

【００５２】しかも、フィルタのゲインをどの係数の組
み合わせにおいてもタップ係数の合計を２のｎ乗に設定
したので、各係数の組み合わせパターンによるゲインの
変化が少なく、安定したデジタル画像データを得ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態としての周波数変換装置の構
成を示すブロック図である。

【図２】図１の装置の各部の画像データの様子を示す図
である。

【図３】図１の装置のフィルタ回路の特性を示す図であ
る。

【図４】図１の装置のフィルタ回路の構成を示す図であ
る。

【図５】図４に示したフィルタに設定する係数の様子を
示した図である。

【図６】図１の装置の動作を説明するための図である。

【図７】本発明の他の実施形態としての周波数変換装置
の構成を示すブロック図である。

【図８】図７の装置の各部の画像データの様子を示す図
である。

【図９】図７の装置のフィルタ回路の特性を示す図であ
る。

【図１０】図７の装置のフィルタ回路の構成を示す図で
ある。

【図１１】図１０に示したフィルタに設定する係数の様
子を示した図である。

【図１２】線形補間の動作を説明するための図である。

【図１３】線形補間時の画像データの周波数特性を示す
図である。

【符号の説明】

２フィルタ回路３補間回路８カウンタ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１のサンプリング周波数のデジタル画
像データを第２のサンプリング周波数のデジタル画像デ
ータに変換する装置であって、前記第１のサンプリング周波数のデジタル画像データを
フィルタリングするフィルタと、前記フィルタからのデジタル画像データのサンプリング
周波数を前記第２のサンプリング周波数に変換する変換
手段とを備え、前記フィルタは前記第１及び第２のサンプリング周波数
に基づく制限帯域を有し、実効タップ係数の和がいずれ
も等しく、且つ２のｎ乗（ｎは整数）であることを特徴
とする画像処理装置。
【請求項２】前記第１のサンプリング周波数は前記第
２のサンプリング周波数よりも高く、前記フィルタは、前記第１のサンプリング周波数の画像
データの所定画素数毎にダミーデータを挿入する挿入手
段を有することを特徴とする請求項１に記載の画像処理
装置。
【請求項３】前記所定画素数は前記第１のサンプリン
グ周波数と前記第２のサンプリング周波数とに基づいて
決定されることを特徴とする請求項２に記載の画像処理
装置。
【請求項４】前記フィルタは、前記第１のサンプリン
グ周波数の画像データの位置に応じて前記実効タップ数
を変更することを特徴とする請求項１に記載の画像処理
装置。
【請求項５】前記フィルタは、前記第１のサンプリン
グ周波数の画像データの位置と前記第２のサンプリング
周波数の画像データの位置とが一致するときと、不一致
のときとで前記実効タップ数を切り換えることを特徴と
する請求項４に記載の画像処理装置。
【請求項６】前記フィルタは、前記実効タップ数より
も多数のタップ数を有するフィルタの周波数特性に等し
い特性を有することを特徴とする請求項１に記載の画像
処理装置。
【請求項７】第１のサンプリング周波数のデジタル画
像データを第２のサンプリング周波数のデジタル画像デ
ータに変換する装置であって、前記第１のサンプリング周波数の画像データのサンプリ
ング周波数を前記第２のサンプリング周波数に変換する
変換手段と、前記変換手段からのデジタル画像データをフィルタリン
グするフィルタとを備え、前記フィルタは前記第１及び第２のサンプリング周波数
に基づく制限帯域を有し、実行タップ係数の和がいずれ
も等しく、且つ２のｎ乗（ｎは整数）であることを特徴
とする画像処理装置。
【請求項８】前記第２のサンプリング周波数は前記第
１のサンプリング周波数よりも高く、前記変換手段は前記第１のサンプリング周波数の所定画
素数毎に同一の画像データを複数回出力することを特徴
とする請求項７に記載の画像処理装置。
【請求項９】前記所定画素数は前記第１のサンプリン
グ周波数と前記第２のサンプリング周波数とに基づいて
決定されることを特徴とする請求項８に記載の画像処理
装置。
【請求項１０】前記フィルタは、前記第１のサンプリ
ング周波数の画像データの位置に応じて前記実効タップ
数を変更することを特徴とする請求項７に記載の画像処
理装置。
【請求項１１】前記フィルタは、前記第１のサンプリ
ング周波数の画像データの位置と前記第２のサンプリン
グ周波数の画像データの位置とが一致するときと、不一
致のときとで前記実効タップ数を切り換えることを特徴
とする請求項１０に記載の画像処理装置。
【請求項１２】前記フィルタは、前記実効タップ数よ
りも多数のタップ数を有するフィルタの周波数特性に等
しい特性を有することを特徴とする請求項７に記載の画
像処理装置。