JPH10164520A

JPH10164520A - 信号変換装置および方法

Info

Publication number: JPH10164520A
Application number: JP8314780A
Authority: JP
Inventors: Tetsujiro Kondo; 哲二郎近藤; Yasuhiro Fujimori; 泰弘藤森
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1996-11-26
Filing date: 1996-11-26
Publication date: 1998-06-19
Anticipated expiration: 2016-11-26
Also published as: JP3750702B2

Abstract

(57)【要約】【課題】変換後のＨＤ（High Definition）信号に対
応する画像の画質を良好にする。【解決手段】パターン決定部１１は、注目画素の周辺
のＳＤ（Standard Definition）画素を調べ、適当なＳ
Ｄ画素パターンを選択する。予測係数ＲＯＭ１２は、そ
のパターンに対応する、すべてクラスの係数セット｛ａ
_i｝をクラス決定部１４に出力する。一方、パターン選
択部１３は、ＳＤ信号から、そのパターンの画素を抽出
し、クラス決定部１４に出力する。クラス決定部１４
は、供給されたＳＤ画素と係数セットより、予測誤差の
少ないクラスを選択する。そして、予測係数ＲＯＭ２１
は、選択されたパターンとクラスに対応する係数セット
｛ｗ_i｝を演算部２２に出力する。演算部２２は、その
係数セットと、上記のパターンのＳＤ画素との積和演算
の結果を注目画素のＨＤ信号として出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、信号変換装置およ
び方法に関し、特に、所定の画素の値を近傍の画素の値
から算出するときの近傍の画素の複数のパターンのう
ち、ＨＤ信号の所定の画素の値を、標準ＴＶ信号から生
成するときに使用するパターンを選択し、所定の方式で
画素が分類されている複数のクラスのうち、ＨＤ信号の
所定の画素が属するクラスを選択し、選択したパターン
およびクラスに対応して、標準ＴＶ信号から、ＨＤ信号
の所定の画素の値を生成する信号変換装置および方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】最近、標準ＴＶ（television）信号（Ｓ
Ｄ（Standard Definition）信号）をＨＤ（High Defini
tion）信号に変換するアップコンバータが開発されつつ
ある。

【０００３】図１０は、ＳＤ信号における各画素の配置
とＨＤ信号における各画素の配置の対応関係の一例を示
している。ここでは、説明の簡素化のために、ＨＤ信号
の画素数を、水平方向および垂直方向にそれぞれ２倍と
している。図中の「◎」の位置のＳＤ信号の画素（ＳＤ
画素）に注目すると、近傍の４箇所（図中のｍｏｄｅ
１，ｍｏｄｅ２，ｍｏｄｅ３，ｍｏｄｅ４）にＨＤ信号
の画素（ＨＤ画素）が存在する。

【０００４】従来のアップコンバータにおいては、補間
フィルタでＳＤ信号の画素からＨＤ信号に対応する補間
画素を生成することにより、ＳＤ信号がＨＤ信号に変換
される。

【０００５】図１１は、ＳＤ信号のフィールドデータか
ら、ＨＤ画素を生成する補間フィルタである２次元ノン
セパラブルフィルタ（図１１（Ａ））と、水平／垂直セ
パラブルフィルタ（図１１（Ｂ））の構成例を示してい
る。

【０００６】図１１（Ａ）の２次元ノンセパラブルフィ
ルタにおいては、ＳＤ信号が、ｍｏｄｅ１用２次元フィ
ルタ６１、ｍｏｄｅ２用２次元フィルタ６２、ｍｏｄｅ
３用２次元フィルタ６３、および、ｍｏｄｅ４用２次元
フィルタ６４に、それぞれ供給される。

【０００７】ｍｏｄｅ１用２次元フィルタ６１、ｍｏｄ
ｅ２用２次元フィルタ６２、ｍｏｄｅ３用２次元フィル
タ６３、および、ｍｏｄｅ４用２次元フィルタ６４は、
近傍のＳＤ画素から、各ｍｏｄｅのＨＤ画素を２次元フ
ィルタにより生成し、そのＨＤ画素をそれぞれ選択部６
５に出力する。

【０００８】そして、選択部６５は、ｍｏｄｅ１用２次
元フィルタ６１、ｍｏｄｅ２用２次元フィルタ６２、ｍ
ｏｄｅ３用２次元フィルタ６３、および、ｍｏｄｅ４用
２次元フィルタ６４より供給されたＨＤ画素を直列化
し、そのデータをＨＤ信号として出力する。

【０００９】図１１（Ｂ）の水平／垂直セパラブルフィ
ルタにおいては、ＳＤ信号が、垂直補間フィルタ７１，
７３に、それぞれ供給される。

【００１０】垂直補間フィルタ７１は、ＳＤ信号より、
ｍｏｄｅ１およびｍｏｄｅ２に対応する走査線データを
生成し、そのデータを水平補間フィルタ７２に出力し、
垂直補間フィルタ７３は、ＳＤ信号より、ｍｏｄｅ３お
よびｍｏｄｅ４に対応する走査線データを生成し、その
データを水平補間フィルタ７４に出力する。

【００１１】水平補間フィルタ７２は、供給された各走
査線に対して水平フィルタ処理を行い、ｍｏｄｅ１およ
びｍｏｄｅ２の位置のＨＤ画素を生成し、そのデータを
選択部７５に出力し、水平補間フィルタ７４は、供給さ
れた各走査線に対して水平フィルタ処理を行い、ｍｏｄ
ｅ３およびｍｏｄｅ４の位置のＨＤ画素を生成し、その
データを選択部７５に出力する。

【００１２】そして、選択部７５は、水平補間フィルタ
７２より供給されたｍｏｄｅ１およびｍｏｄｅ２のＨＤ
画素と、水平補間フィルタ７４より供給されたｍｏｄｅ
３およびｍｏｄｅ４のＨＤ画素を直列化し、そのデータ
をＨＤ信号として出力する。

【００１３】以上のようにして、補間フィルタによりＳ
Ｄ信号がＨＤ信号に変換されている。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ようにしてＨＤ信号を生成する場合、画素数は増えるも
のの、補間フィルタとして理想フィルタを使用しても、
ＨＤ信号の空間解像度は、ＳＤ信号のそれとほとんど変
わらないので、ＨＤ信号に対応する画像を大画面で観賞
すると、視覚的に画質が良好ではないという問題を有し
ている。

【００１５】本発明は、そのような状況に鑑みてなされ
たもので、所定の画素の値を近傍の画素の値から算出す
るときの近傍の画素の複数のパターンのうち、ＨＤ信号
の所定の画素の値を標準ＴＶ信号から生成するときに使
用するパターンを選択し、所定の方式で画素が分類され
ている複数のクラスのうち、ＨＤ信号の所定の画素が属
するクラスを選択し、選択したパターンおよびクラスに
対応して、標準ＴＶ信号からＨＤ信号の所定の画素の値
を生成するようにして、変換後のＨＤ信号に対応する画
像の画質を良好にするものである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の信号変
換装置は、所定の画素の値を近傍の画素の値から算出す
るときの近傍の画素の複数のパターンと、所定の方式で
画素が分類されている複数のクラスの、パターンおよび
クラス毎に、所定の画素の値を、近傍の画素の値から算
出するときに利用される係数を記憶する記憶手段と、複
数のパターンのうち、ＨＤ信号の所定の画素の値を、標
準ＴＶ信号から生成するときに使用するパターンを選択
するパターン選択手段と、複数のクラスのうち、所定の
画素が属するクラスを選択するクラス選択手段と、選択
されたパターンおよびクラスに対応して、標準ＴＶ信号
から、ＨＤ信号の所定の画素の値を生成する生成手段と
を備えることを特徴とする。

【００１７】請求項７に記載の信号変換方法は、所定の
画素の値を近傍の画素の値から算出するときの近傍の画
素の複数のパターンのうち、ＨＤ信号の所定の画素の値
を、標準ＴＶ信号から生成するときに使用するパターン
を選択するステップと、所定の方式で画素が分類されて
いる複数のクラスのうち、ＨＤ信号の所定の画素が属す
るクラスを選択するステップと、選択したパターンおよ
びクラスに対応して、標準ＴＶ信号から、ＨＤ信号の所
定の画素の値を生成するステップとを備えることを特徴
とする。

【００１８】請求項１に記載の信号変換装置において
は、記憶手段が、所定の画素の値を近傍の画素の値から
算出するときの近傍の画素の複数のパターンと、所定の
方式で画素が分類されている複数のクラスの、パターン
およびクラス毎に、所定の画素の値を、近傍の画素の値
から算出するときに利用される係数を記憶するととも
に、パターン選択手段は、複数のパターンのうち、ＨＤ
信号の所定の画素の値を、標準ＴＶ信号から生成すると
きに使用するパターンを選択し、クラス選択手段は、複
数のクラスのうち、所定の画素が属するクラスを選択
し、生成手段は、選択されたパターンおよびクラスに対
応して、標準ＴＶ信号から、ＨＤ信号の所定の画素の値
を生成する。

【００１９】請求項７に記載の信号変換方法において
は、所定の画素の値を近傍の画素の値から算出するとき
の近傍の画素の複数のパターンのうち、ＨＤ信号の所定
の画素の値を、標準ＴＶ信号から生成するときに使用す
るパターンを選択し、所定の方式で画素が分類されてい
る複数のクラスのうち、ＨＤ信号の所定の画素が属する
クラスを選択し、選択したパターンおよびクラスに対応
して、標準ＴＶ信号から、ＨＤ信号の所定の画素の値を
生成する。

【００２０】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の信号変換装置の
第１の実施の形態の構成を示している。この信号変換装
置は、入力されるＳＤ信号に対応して、所定のＨＤ画素
を生成するときに利用されるＳＤ画素のパターン（後
述）と、そのＨＤ画素が所定の分類方法（後述）で分類
されるクラスを選択するクラス分類部１、入力されるＳ
Ｄ信号を、所定の領域の画素で構成されるブロックごと
に適応処理部３（生成手段）に供給するブロック生成部
２、および、クラス分類部１により選択された画素のパ
ターンとクラスに対応する係数と、ブロック生成部２よ
り供給される画素データとの積和を計算し、その結果を
ＨＤ信号として出力する適応処理部３で構成されてい
る。

【００２１】クラス分類部１のパターン決定部１１（パ
ターン選択手段）は、注目画素の周辺のＳＤ画素に対し
て、縦方向、横方向、左上がりの斜め方向、右上がりの
斜め方向における画素の相関を調べ、相関の強い方向に
配列している画素のパターンを、画素の予測値を算出す
るときに使用する画素のパターンとして選択するように
なされている。

【００２２】従って、パターン決定部１１は、縦方向の
相関が強い場合、図２（Ａ）に示すように垂直方向に配
列しているＳＤ画素のパターンを選択し、横方向の相関
が強い場合、図２（Ｂ）に示すように水平方向に配列し
ているＳＤ画素のパターンを選択するとともに、左上が
りの斜め方向の相関が強い場合、図２（Ｃ）に示すよう
に左上がりの斜め方向に配列しているＳＤ画素のパター
ンを選択し、右上がりの斜め方向の相関が強い場合、図
２（Ｄ）に示すように右上がりの斜め方向に配列してい
るＳＤ画素のパターンを選択し、選択したパターンに対
応する値（信号）を予測係数ＲＯＭ１２（記憶手段）お
よびパターン選択部１３に供給するようになされてい
る。

【００２３】また、パターン決定部１１は、注目画素の
周辺のＳＤ画素に、強い相関の方向がない場合、注目画
素の周辺のアクティビティの値に対応して、図２（Ｅ）
乃至図２（Ｇ）に示すように、２次元のＳＤ画素のパタ
ーンのいずれかを選択するようになされている。

【００２４】予測係数ＲＯＭ１２は、所定のＨＤ画素を
生成するときに利用されるＳＤ画素のパターンと、所定
の分類方法でＳＤ画素が分類されるクラスとに対応し
て、そのパターンに含まれるＳＤ画素から、注目画素に
対応するＳＤ予測値（ＳＤ画素の予測値）を算出すると
きに、各ＳＤ画素の値に乗じる予測係数ａ_iのセット
｛ａ_i｝（そのパターンに含まれるＳＤ画素の数と同一
の数の係数）を予め記憶している。

【００２５】即ち、予測係数ＲＯＭ１２は、ＳＤ画素の
パターン数とクラス数の積の数だけ係数セット｛ａ_i｝
を記憶している。

【００２６】また、予測係数ＲＯＭ１２は、パターン決
定部１１より供給されたＳＤ画素のパターンの情報に対
応して、そのパターンに対応する、すべてクラスの係数
セット｛ａ_i｝をクラス決定部１４（クラス決定手段）
に出力するようになされている。

【００２７】パターン選択部１３は、パターン決定部１
１より供給されたＳＤ画素のパターンの情報に対応し
て、入力されたＳＤ信号から、そのパターンに含まれる
画素を抽出し、抽出したＳＤ画素のデータをクラス決定
部１４に出力するようになされている。

【００２８】クラス決定部１４は、パターン選択部１３
から供給されたＳＤ画素と、予測係数ＲＯＭ１２より供
給された所定の数のクラスに対応する係数セット
｛ａ_i｝との積和を、各クラスに対応するＳＤ予測値
（ＳＤ画素の予測値）としてそれぞれ算出し、それらの
ＳＤ予測値のうち予測誤差が最も小さいものに対応する
クラスを選択し、その選択したクラスと、パターン決定
部１１に選択されたパターンを示す信号を適応処理部３
の予測係数ＲＯＭ２１（第２の記憶手段）に出力するよ
うになされている。

【００２９】適応処理部３の予測係数ＲＯＭ２１は、所
定のＨＤ画素を生成するときに利用されるＳＤ画素のパ
ターンと、そのＨＤ画素が所定の分類方法で分類される
クラスとに対応して、そのパターンに含まれるＳＤ画素
から注目画素に対応するＨＤ予測値（ＨＤ画素の予測
値）を算出するときに、各ＳＤ画素に乗じる係数のセッ
ト｛ｗ_i｝（そのパターンに含まれるＳＤ画素の数と同
一の数の係数）を予め記憶している。

【００３０】即ち、予想係数ＲＯＭ２１は、ＳＤ画素の
パターンと、クラス数の積の数だけ係数セット｛ｗ_i｝
を記憶している。

【００３１】また、予測係数ＲＯＭ２１は、クラス分類
部１のクラス決定部１４より供給された信号に対応し
て、選択されたパターンおよびクラスに対応する係数セ
ット｛ｗ_i｝を演算部２２に出力するようになされてい
る。

【００３２】演算部２２は、予測係数ＲＯＭ２１より供
給された係数セット｛ｗ_i｝と、ブロック生成部２より
供給されたＳＤ画素のうちの、上述のパターンに対応す
る画素値との積和演算を行い、その演算結果を注目画素
のＨＤ信号として出力するようになされている。

【００３３】次に、図３のフローチャートを参照して、
図１の信号変換装置の動作について説明する。

【００３４】最初に、ステップＳ１において、クラス分
類部１のパターン決定部１１は、注目画素の周辺のＳＤ
画素に対して、縦方向、横方向、左上がりの斜め方向、
右上がりの斜め方向における画素の相関を調べ、縦方向
の相関が強い場合、図２（Ａ）に示すように垂直方向に
配列しているＳＤ画素のパターンを選択し、横方向の相
関が強い場合、図２（Ｂ）に示すように水平方向に配列
しているＳＤ画素のパターンを選択するとともに、左上
がりの斜め方向の相関が強い場合、図２（Ｃ）に示すよ
うに左上がりの斜め方向に配列しているＳＤ画素のパタ
ーンを選択し、右上がりの斜め方向の相関が強い場合、
図２（Ｄ）に示すように右上がりの斜め方向に配列して
いるＳＤ画素のパターンを選択し、選択したパターンに
対応する値（信号）を予測係数ＲＯＭ１２およびパター
ン選択部１３に供給する。

【００３５】また、パターン決定部１１は、注目画素の
周辺のＳＤ画素において、強い相関がない場合、注目画
素の周辺のアクティビティの値に対応して、図２（Ｅ）
乃至図２（Ｇ）に示すように、２次元のＳＤ画素のパタ
ーンのいずれかを選択する。

【００３６】そして、予測係数ＲＯＭ１２は、パターン
決定部１１より供給されたＳＤ画素のパターンの情報に
対応して、そのパターンに対応する、すべてクラスの係
数セット｛ａ_i｝をクラス決定部１４に出力する。

【００３７】一方、パターン選択部１３は、パターン決
定部１１より供給されたＳＤ画素のパターンの情報に対
応して、そのパターンに含まれる画素を、入力されたＳ
Ｄ信号から抽出し、抽出したＳＤ画素のデータをクラス
決定部１４に出力する。

【００３８】次に、ステップＳ２において、クラス分類
部１のクラス決定部１４は、パターン選択部１３から供
給されたＳＤ画素と、予測係数ＲＯＭ１２より供給され
た所定の数のクラスに対応する係数セット｛ａ_i｝よ
り、注目画素に対応するクラスを選択する。

【００３９】ここで、図４のフローチャートを参照し
て、ステップＳ２におけるクラス決定部１４の動作につ
いて説明する。

【００４０】ステップＳ２１において、クラス決定部１
４は、ＳＤ予測値が算出されたクラスをカウントするカ
ウンタｎの値を０に設定する。

【００４１】次に、クラス決定部１４は、ステップＳ２
２において、所定のクラスに対応する係数セット
｛ａ_i｝と、供給されたＳＤ画素値との積和を演算し、
その演算結果であるＳＤ予測値と、注目画素の実際のＳ
Ｄ画素値から予測誤差を算出し、ステップＳ２３におい
て、そのクラスに対応する予測誤差を、内蔵する記憶部
（図示せず）に記憶させる。

【００４２】例えば、画素パターンとして、図２（Ｇ）
のもの（２４個の周辺画素を含む）を利用する場合、Ｓ
Ｄ予測値ｙ_SD’は、次式に従って、２４個の画素ｘ
_i（ｉ＝１，・・・，２４）と、それに対応する２４個
の予測係数ａ_iより算出される。

【数１】

【００４３】そして、ステップＳ２４において、クラス
決定部１４は、カウンタｎの値を１だけ増加させた後、
ステップＳ２５に進む。

【００４４】ステップＳ２５において、クラス決定部１
４は、カウンタｎの値がクラス数Ｎと同一であるか否か
を判断し、カウンタｎの値がクラス数Ｎと同一ではない
場合、すべてのクラスに対する予測誤差を算出していな
いので、ステップＳ２２に戻り、次のクラスに対する予
測誤差を算出する。

【００４５】一方、ステップＳ２５において、クラス決
定部１４は、カウンタｎの値がクラス数Ｎと同一である
と判断した場合、ステップＳ２６に進み、Ｎ個のクラス
に対する予測誤差のうちの最小値を調べ、ステップＳ２
７において、その最小値に対応するクラスを、注目画素
に対応するクラスに選択する。

【００４６】このようにして、クラス決定部１４は、注
目画素に対応するクラスを選択し、その情報を、既に選
択されている画素パターンの情報とともに、適応処理部
３の予測係数ＲＯＭ２１に出力する。

【００４７】次に、図３のステップＳ３に進み、適応処
理部３の予測係数ＲＯＭ２１は、クラス分類部１のクラ
ス決定部１４より供給された信号に対応して、選択され
たパターンおよびクラスに対応する係数セット｛ｗ_i｝
を演算部２２に出力する。

【００４８】そして、演算部２２は、予測係数ＲＯＭ２
１より供給された係数セット｛ｗ_ｉ｝と、ブロック生成
部２より供給されたＳＤ画素のうちの上述のパターンに
対応するものとの積和演算を行い、その演算結果を注目
画素のＨＤ信号として出力する。

【００４９】例えば、ＨＤ予測値ｙ_ＨＤ’は、図２
（Ｆ）に示す画素パターンが選択されている場合、次式
に示すように、その画素パターンに含まれている１２個
の画素と中心の画素の合計１３個のＳＤ画素の値ｘ
_iと、それらの画素に対応する予測係数セット｛ｗ_i｝よ
り、式（２）に従って算出される。

【数２】

【００５０】以上のようにして、ＳＤ信号が、ＨＤ信号
に変換される。

【００５１】次に、図５のフローチャートおよび図６を
参照して、予測係数ＲＯＭ１２に記憶されているＳＤ予
測値に対応する係数セット｛ａ_i｝と、予測係数ＲＯＭ
２１に記憶されているＨＤ予測値に対応する係数セット
｛ｗ_i｝を算出する方法について説明する。

【００５２】最初に、ステップＳ４１において、現在の
クラス数を表す変数Ｎｃの値が、１に設定される。そし
て、クラス分類が全く行われていない状態、即ち、クラ
ス数が１である状態において、所定の画素パターンに含
まれるｎ個の画素に対応するｎ個の予測係数で構成され
る係数セットＡ＝｛ａ_i｝が、１画面に対応するｍ個の
ＳＤ画素Ｙ_SDと、入力されるＳＤ画素を、その画素パタ
ーンに含まれる画素ごとにブロック化したデータＸか
ら、以下のように最小自乗法を利用して算出される。

【００５３】１画面分の画素に対応するｍ個のＳＤ予測
値で構成されるベクトルＹ_SD’は、式（３）に示すよう
に、係数セットＡとデータＸで表される。

【数３】

【００５４】このときのＳＤ予測値Ｙ_SD’と、実際のＳ
Ｄ画素Ｙ_SDとの誤差（ベクトル）をＥとすると、次式に
示す残差方程式が得られる。

【数４】

【００５５】各予測係数ａ_iの最確値は、誤差ベクトル
の２乗（ノルムの２乗）｜Ｅ｜²を最小にするときの値
となる。従って、予測係数ａ_iの最確値は、式（５）に
示すｎ個の条件を満足するものとなる。

【数５】

【００５６】一方、上述の誤差ベクトルＥの要素ｅを予
測係数ａ_iで偏微分すると、式（６）の関係が得られ
る。

【数６】

【００５７】従って、上記の式（５），（６）より、次
の関係式が得られる。

【数７】

【００５８】そして、式（７）と、式（４）より、次に
示す正規方程式が得られる。

【数８】

【００５９】この正規方程式は、未知数である予測係数
ａ_iの個数と同一の数の連立方程式であるので、例えば
掃き出し法（Gauss-Jordanの消去法）で解くことができ
る。

【００６０】このように最小２乗法を利用して、まず、
クラス分割していない（クラス数Ｎｃが１である）状態
の予測係数セット｛ａ_i｝が算出される。

【００６１】なお、ステップＳ４１の終了した時点で
は、クラス数は１であり、予測係数セットの数も１であ
るので、図６の状態４１に対応する。

【００６２】次に、ステップＳ４２において、現在のク
ラス数Ｎｃが、予め設定されているクラス数（最終的に
生成するクラス数）Ｎと同一であるか否かが判断され、
ＮｃとＮが同一ではないと判断された場合、ステップＳ
４３に進み、クラス分割処理が開始される。

【００６３】ステップＳ４３において、分割するクラス
をカウントするカウンタｋの値が１に設定される。

【００６４】次に、ステップＳ４４において、カウンタ
ｋの値に対応する第ｋ番目のクラスが分割される（後
述）。

【００６５】なお、元のクラス数が１である場合、ステ
ップＳ４４の終了した時点では、クラス数は２であり、
予測係数セットの数は１であるので、図６の状態４２に
対応する。

【００６６】そして、ステップＳ４５において、カウン
タｋの値が、変数Ｎｃの値と同一であるか否かが判断さ
れ、ｋの値がＮｃの値と同一ではないと判断された場
合、ステップＳ４６において、カウンタｋの値が１だけ
増加された後、ステップＳ４４に戻り、次のクラスの分
割が行われる。

【００６７】一方、ステップＳ４５において、ｋの値が
Ｎｃの値と同一であると判断された場合、元のＮｃ個の
クラスの分割が終了したことになり、ステップＳ４７に
進む。

【００６８】ステップＳ４７において、カウンタｋの値
が１に設定される。

【００６９】そして、ステップＳ４８において、分割前
のＮｃ個のクラスのうちの第ｋ番目のクラスの分割の調
整が行われ、さらに、分割後の各クラスに対応する予測
係数セット｛ａ_i｝が算出される（後述）。

【００７０】なお、元のクラス数が１である場合、ステ
ップＳ４８の終了した時点では、クラス数は２であり、
予測係数セットの数も２であるので、図６の状態４３に
対応する。

【００７１】そして、ステップＳ４９において、カウン
タｋの値が、変数Ｎｃの値と同一であるか否かが判断さ
れ、ｋの値がＮｃの値と同一ではないと判断された場
合、ステップＳ５０においてカウンタｋの値が１だけ増
加された後、ステップＳ４８に戻り、次のクラスの分割
の調整および分割後の予測係数セット｛ａ_i｝の算出が
行われる。

【００７２】一方、ステップＳ４９において、ｋの値が
Ｎｃの値と同一であると判断された場合、元のＮｃ個の
クラスの分割の調整、および、分割後の各クラスに対応
する予測係数セット｛ａ_i｝の算出が終了したことにな
るので、ステップＳ５１に進む。

【００７３】ステップＳ４３乃至ステップＳ５０におけ
るクラス分割の処理により、現在のクラス数が２倍にな
ったので、ステップＳ５１においては、変数Ｎｃの値が
元の２倍の値に設定される。そして、ステップＳ４２に
戻り、変数Ｎｃの値が、設定されているクラス数Ｎと同
一であるか否かが再度判断される。

【００７４】このようにして、ステップＳ４３乃至ステ
ップＳ５０におけるクラス分割の処理が繰り返され、ス
テップＳ４２においてクラス数がＮになったと判断され
たとき（図６の状態４５になったとき）、ステップＳ５
２に進む。

【００７５】ステップＳ５２において、上述のようにし
て算出されたクラス分類におけるクラス毎に、ＨＤ画素
に対する、合計Ｎ個の予測係数セット｛ｗ_i｝（図６の
状態４６に対応する）が算出される。

【００７６】このとき、ＨＤ画素に対する予測係数セッ
ト｛ｗ_i｝は、上述のＳＤ画素に対する予測係数セット
｛ａ_i｝と同様に、最小自乗法を利用して算出される。
ただし、このとき、ＳＤ画素値Ｙ_SDの代わりにＨＤ画素
値Ｙ_HDが利用される。

【００７７】以上のようにして、ＳＤ画素値を利用し
て、１画面の画素を、Ｎ個のクラスに分類した後、その
クラス毎に、ＨＤ画素に対する予測係数セット｛ｗ_i｝
が算出される。

【００７８】そして、このように所定の画素パターンに
対して算出されたＳＤ画素に対するＮ個の予測係数セッ
ト｛ａ_i｝は、予測係数ＲＯＭ１２に記憶され、ＨＤ画
素に対するＮ個の予測係数セット｛ｗ_i｝は、予測係数
ＲＯＭ２１に記憶される。

【００７９】さらに、上述の処理（予測係数セット｛ａ
_i｝，｛ｗ_i｝の算出）は、予め設定されている個数の画
素パターンに対してそれぞれ行われる。従って、画素パ
ターンの数をＮｐとすると、予測係数ＲＯＭ１２には、
合計Ｎ×Ｎｐ個の予測係数セット｛ａ_i｝が記憶され、
予測係数ＲＯＭ２１には、合計Ｎ×Ｎｐ個の予測係数セ
ット｛ｗ_i｝が記憶される。

【００８０】次に、図７のフローチャートを参照して、
上述のステップＳ４４における第ｋ番目のクラスの分割
処理について説明する。

【００８１】最初にステップＳ６１において、このクラ
ス（第ｋ番目のクラス）に属する所定の画素ｊが選択さ
れる。

【００８２】次に、ステップＳ６２において、このクラ
スに対応する予測係数セット｛ａ_i｝を使用して、この
画素ｊに対するＳＤ予測値ｙ_SD’が算出される。

【００８３】そして、ステップＳ６３において、この画
素ｊのＳＤ画素値（実際の値）と、算出したＳＤ予測値
ｙ_SD’の差の絶対値が、画素ｊに対する予測誤差ｅ
（ｊ）として算出される。

【００８４】ステップＳ６４においては、画素ｊの予測
誤差ｅ（ｊ）が、所定の閾値ｅ_thより小さいか否かが判
断され、予測誤差ｅ（ｊ）が閾値ｅ_thより小さいと判断
された場合、画素ｊは、ステップＳ６６において、クラ
ス（サブクラス）Ｃ２に分類され、予測誤差ｅ（ｊ）が
閾値ｅ_th以上であると判断された場合、画素ｊは、ステ
ップＳ６５において、クラス（サブクラス）Ｃ１に分類
される。

【００８５】そして、ステップＳ６７において、このク
ラスのすべての画素を、クラスＣ１，Ｃ２のいずれかに
分類したか否かが判断され、分類していない画素がある
と判断された場合、ステップＳ６８において次の画素ｊ
を選択した後、ステップＳ６２に戻り、その画素ｊの分
類がステップＳ６２乃至ステップＳ６６で行われる。

【００８６】一方、ステップＳ６７において、このクラ
スのすべての画素を、クラスＣ１，Ｃ２のいずれかに分
類したと判断された場合、クラス分割の処理が終了さ
れ、図５のステップＳ４５に進む。

【００８７】このようにして、所定のクラスが、２つの
サブクラスＣ１，Ｃ２に分割される。

【００８８】次に、図８のフローチャートを参照して、
上述のステップＳ４８における元の第ｋ番目のクラスの
分割の調整、および、分割後のクラスに対応する予測係
数セット｛ａ_i｝の算出の処理について説明する。

【００８９】まず、ステップＳ８１において、上述のス
テップＳ４４において生成したサブクラスＣ１に属する
画素に対応する予測係数セット｛ａ_i｝が、図５のステ
ップＳ４１における予測係数｛ａ_i｝の算出と同様に、
最小自乗法で算出される。このとき、サブクラスＣ１に
属する画素の数をｍ₁とすると、ｍ₁個のＳＤ画素に対す
るＳＤ予測値Ｙ_SD’の予測誤差（誤差ベクトルのノルム
の２乗）が最小になるように、サブクラスＣ１に対する
予測係数セット｛ａ_i｝が算出される。

【００９０】次に、ステップＳ８２において、上述のス
テップＳ４４において生成したサブクラスＣ２に属する
画素に対応する予測係数セット｛ａ_i｝が、図５のステ
ップＳ４１における予測係数｛ａ_i｝の算出と同様に、
最小自乗法で算出される。このとき、サブクラスＣ２に
属する画素の数をｍ₂とすると、ｍ₂個のＳＤ画素に対す
るＳＤ予測値Ｙ_SD’の予測誤差（誤差ベクトルのノルム
の２乗）が最小になるように、サブクラスＣ２に対する
予測係数セット｛ａ_i｝が算出される。

【００９１】ステップＳ８３においては、元の第ｋ番目
のクラス（即ち、サブクラスＣ１またはサブクラスＣ
２）に属する画素のうちの所定の画素ｊが選択される。

【００９２】次に、ステップＳ８４において、その画素
ｊが属するサブクラスに対応する予測係数セット
｛ａ_i｝を使用して、その画素ｊのＳＤ予測値ｙ_SD’が
算出される。そして、そのＳＤ予測値ｙ_SD’と、画素ｊ
のＳＤ画素値（実際の値）の差の絶対値が、画素ｊの予
測誤差ｅ（ｊ）として計算される。

【００９３】そして、ステップＳ８５において、元の第
ｋ番目のクラスに属するすべての画素について予測誤差
が算出されたか否かが判断され、予測誤差が算出されて
いない画素がある場合、ステップＳ８６において、その
画素を選択した後、ステップＳ８４に戻り、その画素の
予測誤差が計算される。

【００９４】一方、ステップＳ８５において、元の第ｋ
番目のクラスに属するすべての画素について予測誤差が
算出されたと判断された場合、ステップＳ８７に進む。

【００９５】そして、ステップＳ８７において、算出さ
れた予測誤差の評価が行われる。この場合、予測誤差の
最大値Ｍａｘ（ｅ（ｊ））が、第２の閾値ｅ_th2より小
さいか否かが判断され、予測誤差の最大値Ｍａｘ（ｅ
（ｊ））が、第２の閾値ｅ_th2以上であると判断された
場合、ステップＳ８８に進む。

【００９６】ステップＳ８８においては、元の第ｋ番目
のクラスに属する画素のうちの所定の画素ｊが選択され
る。

【００９７】次にステップＳ８９において、画素ｊの予
測誤差ｅ（ｊ）が、所定の閾値ｅ_thより小さいか否かが
判断され、予測誤差ｅ（ｊ）が閾値ｅ_thより小さいと判
断された場合、ステップＳ９１において、画素ｊは、サ
ブクラスＣ２に新たに分類され、予測誤差ｅ（ｊ）が閾
値ｅ_th以上であると判断された場合、ステップＳ９０に
おいて、画素ｊは、サブクラスＣ１に新たに分類され
る。

【００９８】そして、ステップＳ９２において、このク
ラスのすべての画素を、クラスＣ１，Ｃ２のいずれかに
分類したか否かが判断され、分類していない画素がある
と判断された場合、ステップＳ９３において次の画素ｊ
を選択した後、ステップＳ８９に戻り、その画素ｊの分
類がステップＳ８９乃至ステップＳ９１で行われる。

【００９９】一方、ステップＳ９２において、このクラ
スのすべての画素が、クラスＣ１，Ｃ２のいずれかに分
類されたと判断された場合、ステップＳ８８乃至ステッ
プＳ９２におけるクラスの分割処理が終了したことにな
るので、ステップＳ８１に戻る。そして、ステップＳ８
１，Ｓ８２において、新たに分割したサブクラスＣ１，
Ｃ２に対して予測係数セット｛ａ_i｝がそれぞれ計算さ
れるとともに、ステップＳ８３乃至ステップＳ８７にお
いて予測誤差が評価される。

【０１００】そして、ステップＳ８７において、予測誤
差の最大値Ｍａｘ（ｅ（ｊ））が、第２の閾値ｅ_th2よ
り小さいと判断されるまで、上述の処理が繰り返され
る。予測誤差の最大値Ｍａｘ（ｅ（ｊ））が、第２の閾
値ｅ_th2より小さいと判断されると、クラスの分割の調
整、および、分割後のクラスの予測係数セット｛ａ_i｝
の算出の処理を終了し、図５のステップＳ４９に進む。

【０１０１】なお、上述の処理において、ステップＳ８
７における予測誤差の評価は、予測誤差の最大値Ｍａｘ
（ｅ（ｊ））に対して行っているが、その他の方法で行
ってもよい。例えば、予測誤差の総和に対して所定の閾
値を設けるようにしてもよい。また、予め設定した回数
だけ、上述の処理を繰り返すようにしてもよい。

【０１０２】図９は、本発明の信号変換装置の第２の実
施の形態の構成を示している。この信号変換装置は、第
１の実施の形態の適応処理部３を変更しただけであるの
で、その適応処理部３Ａ（生成手段）の説明だけを行
う。

【０１０３】適応処理部３Ａの予測値ＲＯＭ２３は、ク
ラス分類部１のクラス決定部１４より供給される、選択
された画素パターンおよびクラスに対応する信号と、ブ
ロック生成部２より供給されるＳＤ画素値に対応して、
第１の実施の形態における予測係数ＲＯＭ２１および演
算部２２により算出されるＨＤ予測値に対応するＨＤ画
素値を記憶している。

【０１０４】なお、この値は、例えば、クラス毎の平均
値を生成する重心法で算出される。

【０１０５】次に、図９の信号変換装置の動作について
説明する。この信号変換装置は、第１の実施の形態の適
応処理部３を変更しただけであるので、その適応処理部
３Ａの動作の説明だけを行う。

【０１０６】適応処理部３Ａの予測値ＲＯＭ２３は、ク
ラス分類部１のクラス決定部１４より、選択された画素
パターンおよびクラスに対応する信号を供給され、ブロ
ック生成部２よりＳＤ画素値を供給されると、それらの
値に対応するＨＤ画素値を出力する。

【０１０７】以上のようにして、画素パターンおよびク
ラスに対応してＨＤ信号を生成することにより、変換後
の画質を良好にすることができる。

【０１０８】なお、パターン決定部１１においては、上
述の方法の他、画像の波形パターンを表現するときにそ
れぞれ利用される信号圧縮技術であるＡＤＲＣ（適応的
ダイナミックレンジ符号化）のコードパターンによる選
択、ＢＴＣ（ブロック符号化）のコードパターンによる
選択、ベクトル量子化による選択、ＤＰＣＭ（予測符号
化）のコードパターンによる選択、周波数変換したデー
タのパターンによる選択などを利用するようにしてもよ
い。

【０１０９】

【発明の効果】以上のごとく、請求項１に記載の信号変
換装置および請求項７に記載の信号変換方法によれば、
所定の画素の値を近傍の画素の値から算出するときの近
傍の画素の複数のパターンのうち、ＨＤ信号の所定の画
素の値を、標準ＴＶ信号から生成するときに使用するパ
ターンを選択し、所定の方式で画素が分類されている複
数のクラスのうち、ＨＤ信号の所定の画素が属するクラ
スを選択し、選択したパターンおよびクラスに対応し
て、標準ＴＶ信号から、ＨＤ信号の所定の画素の値を生
成するので、変換後のＨＤ信号に対応する画像の画質を
良好にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の信号変換装置の第１の実施の形態の構
成を示すブロック図である。

【図２】画素パターンの例を示す図である。

【図３】図１の信号変換装置の動作について説明するフ
ローチャートである。

【図４】図３のステップＳ２の処理の詳細を説明するフ
ローチャートである。

【図５】予測係数セット｛ａ_i｝，｛ｗ_i｝を算出する処
理について説明するフローチャートである。

【図６】予測係数セット｛ａ_i｝，｛ｗ_i｝を算出する手
順の一例について説明する図である。

【図７】図５のステップＳ４４の処理の詳細について説
明するフローチャートである。

【図８】図５のステップＳ４８の処理の詳細について説
明するフローチャートである。

【図９】本発明の信号変換装置の第２の実施の形態の構
成を示すブロック図である。

【図１０】ＳＤ画素とＨＤ画素の空間配置の一例を示す
図である。

【図１１】従来のアップコンバータの構成例を示すブロ
ック図である。

【符号の説明】

１クラス分類部，２ブロック生成部，３，３Ａ
適応処理部，１１パターン決定部，１２予測係
数ＲＯＭ，１３パターン選択部，１４クラス決定
部，２１予測係数ＲＯＭ，２２演算部，２３
予測値ＲＯＭ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】入力された標準ＴＶ信号を、ＨＤ信号に
変換する信号変換装置において、所定の画素の値を近傍の画素の値から算出するときの前
記近傍の画素の複数のパターンと、所定の方式で画素が
分類されている複数のクラスの、前記パターンおよび前
記クラス毎に、所定の画素の値を、前記近傍の画素の値
から算出するときに利用される係数を記憶する記憶手段
と、前記複数のパターンのうち、ＨＤ信号の所定の画素の値
を、前記標準ＴＶ信号から生成するときに使用するパタ
ーンを選択するパターン選択手段と、前記複数のクラスのうち、前記所定の画素が属するクラ
スを選択するクラス選択手段と、選択された前記パターンおよびクラスに対応して、前記
標準ＴＶ信号から、ＨＤ信号の前記所定の画素の値を生
成する生成手段とを備えることを特徴とする信号変換装
置。
【請求項２】前記記憶手段は、標準ＴＶ信号の所定の
画素の予測値を、前記近傍の画素の値から算出するとき
に利用される第１の係数を記憶し、ＨＤ信号の所定の画素の値を、前記近傍の画素の値から
算出するときに利用される第２の係数を記憶する第２の
記憶手段をさらに備え、前記生成手段は、前記第２の記憶手段に記憶されている
係数と、前記標準ＴＶ信号から、ＨＤ信号を生成するこ
とを特徴とする請求項１に記載の信号変換装置。
【請求項３】前記生成手段は、前記選択されたパター
ンおよびクラス、並びに、前記標準ＴＶ信号に対応し
て、ＨＤ信号の所定の画素の値を記憶する記憶部を備え
ることを特徴とする請求項１に記載の信号変換装置。
【請求項４】前記パターン選択手段は、生成するＨＤ
信号の画素の近傍のアクティビティに応じて、前記パタ
ーンを選択することを特徴とする請求項１に記載の信号
変換装置。
【請求項５】前記パターン選択手段は、生成するＨＤ
信号の画素の近傍の標準ＴＶ信号のＡＤＲＣコードに対
応して、前記パターンを選択することを特徴とする請求
項１に記載の信号変換装置。
【請求項６】前記パターン選択手段は、生成するＨＤ
信号の画素の近傍の標準ＴＶ信号を周波数変換したデー
タに対応して、前記パターンを選択することを特徴とす
る請求項１に記載の信号変換装置。
【請求項７】入力された標準ＴＶ信号を、ＨＤ信号に
変換する信号変換方法において、所定の画素の値を近傍の画素の値から算出するときの前
記近傍の画素の複数のパターンのうち、ＨＤ信号の所定
の画素の値を、前記標準ＴＶ信号から生成するときに使
用するパターンを選択するステップと、所定の方式で画素が分類されている複数のクラスのう
ち、ＨＤ信号の前記所定の画素が属するクラスを選択す
るステップと、選択した前記パターンおよびクラスに対応して、前記標
準ＴＶ信号から、ＨＤ信号の前記所定の画素の値を生成
するステップとを備えることを特徴とする信号変換方
法。