JPS63191489A - Nonlinear quantization processing system for television luminance signal - Google Patents
Nonlinear quantization processing system for television luminance signalInfo
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- Compression Or Coding Systems Of Tv Signals (AREA)
Abstract
Description
【発明の詳細な説明】 〈産業上の技術分野〉 本発明は、テレビジョン映像信号を量子化し。[Detailed description of the invention] <Industrial technology field> The present invention quantizes a television video signal.
その量子化された映像信号に対し蓄積或いは伝送等のデ
ジタル処理を行うシステムにおいて、映像信号を量子化
する際の量子化特性に関するものである。The present invention relates to quantization characteristics when quantizing a video signal in a system that performs digital processing such as storage or transmission on the quantized video signal.
〈従来技術〉 まず、使用する用語を。<Conventional technology> First, the terminology used.
E :映像(輝度)信号電圧(ガンマ補正前)Eo :
映像(輝度)信号電圧(ガンマ補正後)T :受像管の
ガンマ値
E、:黒レベル映像信号電圧
E8 :白レベル映像信号電圧
■ :受像管入力電圧
B :管面輝度
B、:管面最低輝度
B8 :管面最高輝度
S :映像信号圧縮電圧
C:コントラスト比
に、:定数
と定義する。E: Video (luminance) signal voltage (before gamma correction) Eo:
Video (luminance) signal voltage (after gamma correction) T: Picture tube gamma value E,: Black level video signal voltage E8: White level video signal voltage ■: Picture tube input voltage B: Tube surface brightness B,: Tube surface minimum Brightness B8: Maximum brightness on the tube surface S: Video signal compression voltage C: Contrast ratio: Defined as a constant.
背景光等による受像管の管面上での反射が無視できるよ
うな理想的な状況下では、受像管の管面輝度Bと映像信
号の入力電圧■との間には。Under ideal conditions in which reflections on the picture tube surface due to background light etc. can be ignored, there is a difference between the picture tube surface brightness B and the input voltage of the video signal.
B=kOV’ ・・ (2)
で与えられる非線形な関係がある。ガンマ値γは一般に
約2.2であるため、正しい階調特性で再生するために
は受像管のガンマ値γを送信側或いは受像機内部の何れ
かで電気的に補正する必要がある。一般的にテレビジョ
ン映像信号は、受像管のガンマ値γを送信側で補正した
後に送出することに定められており、送信側で受像機の
ガンマ特性を予め補正するガンマ補正式は。B=kOV' (2) There is a nonlinear relationship given by: Since the gamma value γ is generally about 2.2, in order to reproduce with correct gradation characteristics, it is necessary to electrically correct the gamma value γ of the picture tube either on the transmitting side or inside the receiver. Generally, television video signals are transmitted after the gamma value γ of the picture tube is corrected on the transmitting side, and the gamma correction formula is used to pre-correct the gamma characteristics of the receiver on the transmitting side.
EW ”’ −Eb ”「 で表される。EW ”’ -Eb ”” It is expressed as
テレビジョン映像信号をフレームメモリに蓄積したりデ
ジタル伝送したりする際に、従来では上記のガンマ補正
を施されたテレビジョン映像信号を線形に量子化してい
た。ガンマ値が1を超えるので、映像信号電圧E0を線
形に量子化すると。Conventionally, when storing a television video signal in a frame memory or digitally transmitting it, the gamma-corrected television video signal is linearly quantized. Since the gamma value exceeds 1, if the video signal voltage E0 is linearly quantized.
上記の理想的な状況下で再生される輝度は、輝度−3=
レベルの低い部分に対しては小さい量子化ステップ、輝
度レベルの高い部分に対しては大きな量子化ステップと
なるように量子化される。このときの輝度ステップの変
化の程度は対数系列と比較して幾分緩やかであるが、慎
通った特性を有している。The brightness reproduced under the above ideal situation is quantized so that brightness - 3 = small quantization step for low level parts and large quantization step for high brightness level parts. be done. Although the degree of change in brightness step at this time is somewhat gentler than in the logarithmic series, it has reasonable characteristics.
しかし、一般的なテレビジョンの観視条件を考慮すると
、背景光等による管面反射の影響が無視できない。(2
)式で示される受像管の入出力特性は。However, when considering general television viewing conditions, the influence of tube surface reflection due to background light etc. cannot be ignored. (2
) The input and output characteristics of the picture tube are shown by the equation.
実際には画面の反射光等の影響を受け、入力電圧■−〇
であっても管面輝度B=0とはならない。In reality, it is affected by reflected light from the screen, etc., and even if the input voltage is -0, the screen brightness B does not become 0.
即ち、管面最低輝度Bbn管面最高輝度B8を用いると
、(4)式のように表すことが出来る。That is, by using the lowest luminance Bbn on the tube surface and the highest luminance B8 on the tube surface, it can be expressed as in equation (4).
B= (B、l Bb )V’ +Bb −+4
)さらに、コントラスト比をCで表せば、Bb −1゜
B、、=Cとして管面輝度Bを1さらにCに正規化する
と、(4)式は次の(5)式のように表すことが出来る
。B= (B,l Bb)V' +Bb -+4
)Furthermore, if the contrast ratio is expressed as C, then Bb -1°B,, = C, and if the tube surface brightness B is 1 and normalized to C, equation (4) can be expressed as the following equation (5). I can do it.
B= (C−1)V’ +1 ・・・ (5
)したがって+Bbの影響によって、電圧に対して=4
−
線形に量子化する方法を用いると、輝度レベルの低い(
■が小さい)部分では、輝度の量子化ステップが(2)
式を想定した場合よりも更に小さくなる。B= (C-1)V' +1... (5
) Therefore, due to the influence of +Bb, = 4 for the voltage
− Using the linear quantization method, low brightness levels (
In the part where ■ is small), the brightness quantization step is (2)
It is even smaller than when assuming Eq.
つまり、従来の方法で量子化した場合には5輝度レベル
の低い部分のステップが小さすぎ、相対的に輝度レベル
の中程度の部分の輝度ステップを大きくしすぎていたこ
とになる。よって、量子化レベルを通常用いられている
8ビツトよりも小さくし55ビツト(32レベル)程度
にすると2人間の視覚特性に適合した輝度ステップが実
現されていないために、再生画像における輝度レベルの
中程度部分の量子化雑音が目立つ欠点があった。 ′〈
発明の目的〉
本発明は1人間の感覚が明るさに対して対数的であるこ
とを利用し、再生された画像の輝度のステップが対数的
に等間隔となる様に映像信号の電気的な量子化特性を定
めるようにしたもので、量子化レベル数を少なくしても
量子化雑音が目立ちにくい利点がある。In other words, when quantization is performed using the conventional method, the steps in the low part of the 5 brightness levels are too small, and the brightness steps in the relatively middle part of the brightness level are made too large. Therefore, if the quantization level is set to about 55 bits (32 levels), which is lower than the normally used 8 bits, a brightness step that is compatible with the visual characteristics of two people is not realized, and the brightness level in the reproduced image will change. There was a drawback that quantization noise was noticeable in the middle part. ′〈
Purpose of the Invention The present invention takes advantage of the fact that human senses are logarithmic with respect to brightness, and uses electrical control of the video signal so that the brightness steps of the reproduced image are logarithmically evenly spaced. The quantization characteristics are determined, which has the advantage that quantization noise is less noticeable even if the number of quantization levels is reduced.
〈発明の構成及び作用の説明〉
背景光等による管面反射の影響を含め、再生される輝度
のステップが対数的に等間隔となるように映像信号の電
気的な量子化特性を定める。いま。<Description of structure and operation of the invention> The electrical quantization characteristics of the video signal are determined so that the steps of the reproduced brightness are logarithmically evenly spaced, including the influence of tube surface reflection due to background light, etc. now.
量子化された入力電圧■に対する管面輝度Bのステップ
が対数的に等間隔になるようにすることを考えているの
であるから、(5)式の両辺の対数をとって輝度の対数
に関する式に変換すると。Since we are thinking of making the steps of the screen brightness B with respect to the quantized input voltage ■ logarithmically evenly spaced, we take the logarithms of both sides of equation (5) to form the equation regarding the logarithm of the brightness. When converted to .
log B=log ((C−1) V’ +1)
・・・ (6)となる。さらに、■を映像信号電圧E
0とし、(6)式の右辺をOから1に正規化したものを
映像信号圧縮電圧Sとおけば。log B=log ((C-1) V' +1)
...(6). Furthermore, ■ is the video signal voltage E
0 and normalize the right side of equation (6) from O to 1 as the video signal compression voltage S.
log C
となる。よって、再生される輝度のステップが対数的に
等間隔になるような映像信号の電気的な量子化特性は、
映像信号電圧E0を(1)式によって圧縮変換し、S上
で線形に量子化を行うことによって得られる。また、(
l)式を逆変換しE。を受像管入力電圧■として(7)
式に示す。It becomes log C. Therefore, the electrical quantization characteristics of the video signal such that the reproduced brightness steps are logarithmically evenly spaced are as follows:
It is obtained by compression-converting the video signal voltage E0 using equation (1) and linearly quantizing it on S. Also,(
l) Inversely transform the equation and obtain E. As the picture tube input voltage (7)
As shown in the formula.
この(7)式によって量子化された映像信号圧縮電圧S
から、量子化された受像管入力電圧■を求めることが出
来る。ここで、コントラスト比Cと。Video signal compression voltage S quantized by this equation (7)
From this, the quantized picture tube input voltage ■ can be obtained. Here, the contrast ratio is C.
ガンマ値γは、実際に用いる受像管の特性に一致したも
のを使用するのが最も望ましい。また、再生する画像の
輝度分布の影響を受けて、コントラスト比Cと、ガンマ
値Tの最適値が変化することも有り得る。しかし、これ
らの値は正確に最適値を求める必要はなく、実際の計測
値や実験の結果から、 r=2.5 、 C=20
程度を用いれば良いことが分かっている。It is most desirable to use a gamma value γ that matches the characteristics of the picture tube actually used. Further, the optimal values of the contrast ratio C and the gamma value T may change due to the influence of the brightness distribution of the image to be reproduced. However, these values do not need to be precisely optimized, and from actual measurement values and experimental results, r = 2.5, C = 20.
It has been found that it is best to use degrees.
次に本発明の実施例について図面を用いて説明する。第
1図は1本発明の一実施例ブロック図であって、1はA
/Dコンハーク、2は変数変換回路、3はフレームメモ
リ、4は変数逆変換回路。Next, embodiments of the present invention will be described using the drawings. FIG. 1 is a block diagram of an embodiment of the present invention, in which 1 is an A
2 is a variable conversion circuit, 3 is a frame memory, and 4 is a variable inverse conversion circuit.
5はD/Aコンバータ、6は受像管(テレビモニタ)で
ある。本回路の動作は、アナログ映像信号EaをA/D
コンバータ1によってデジタル信号(Nビット)に変換
し、Eoを変数変換回路2に入力する。変数変換回路2
では、Eoを(1)式によって得られる0から1の値S
を線形に量子化した値Siに対応させる変換テーブル7
を参照してEoをn (<N)ビットのデータに変換し
た後に、フレームメモリ3に蓄積する。例えば、A/D
コンバータ1の変換精度が8ビツト(N=8)であれば
、Eoは、0から255/255までの256段階の数
値となる。これを、量子化ビット数を5(n=5)にし
て変換すれば、Oから31 (00000〜11111
)までのデータとして記憶される。5 is a D/A converter, and 6 is a picture tube (television monitor). The operation of this circuit is to convert the analog video signal Ea into an A/D converter.
The converter 1 converts it into a digital signal (N bits), and inputs Eo to the variable conversion circuit 2. Variable conversion circuit 2
Then, let Eo be the value S from 0 to 1 obtained by equation (1).
Conversion table 7 that corresponds to the linearly quantized value Si
After Eo is converted into n (<N) bit data with reference to , it is stored in the frame memory 3. For example, A/D
If the conversion accuracy of converter 1 is 8 bits (N=8), Eo will be a numerical value in 256 steps from 0 to 255/255. If this is converted by setting the number of quantization bits to 5 (n=5), 0 to 31 (00000 to 11111
) is stored as data.
次に、記憶されたデータを再生し受像管に表示するには
、フレームメモリ3の値をまず変数逆変換回路4に入力
する。この変数逆変換回路4では。Next, in order to reproduce the stored data and display it on the picture tube, the values in the frame memory 3 are first input to the variable inverse conversion circuit 4. In this variable inverse conversion circuit 4.
変数変換回路2と同様に(7)式を用いて予め作られて
いる逆変換テーブル8を参照し、データを0から1に正
規化された受像管入力電圧■に変換する。Similar to the variable conversion circuit 2, the inverse conversion table 8 prepared in advance using equation (7) is referred to, and the data is converted into a picture tube input voltage normalized from 0 to 1.
第2図は8ビット信号を5ビツトに変換する場合の変換
−逆変換テーブル7,8の例を説明している。さらに、
■がD/Aコンバータ5によってアナログ映像信号Ea
’に変換されて受像管6に画像が表示される。これらの
回路を通すことによって。FIG. 2 illustrates an example of conversion-inverse conversion tables 7 and 8 for converting an 8-bit signal into 5-bit signals. moreover,
■ is converted into an analog video signal Ea by the D/A converter 5.
' and the image is displayed on the picture tube 6. By passing these circuits.
量子化された受像管入力電圧Vに対する管面輝度Bのス
テップを対数的に等間隔になる様にすることができる。The steps of the tube surface brightness B with respect to the quantized picture tube input voltage V can be made logarithmically evenly spaced.
また、第3図に示した入出力特性から管面輝度Bのステ
ップを対数的に等間隔にすると、映像信号電圧の量子化
ステップ幅り、は1m−32として。Furthermore, if the steps of the tube surface brightness B are logarithmically evenly spaced from the input/output characteristics shown in FIG. 3, the quantization step width of the video signal voltage is 1 m-32.
1) Do >Dm−+の関係が成立ち。1) The relationship Do > Dm-+ is established.
かつ
2) Di≦Dm−+ (i f:m −1)の関係
を満たすり、が1つ以上存在する
条件を満たすことが分かる。and 2) It can be seen that the condition that the relationship Di≦Dm-+ (if:m-1) is satisfied or one or more exists is satisfied.
なお、上述の実施例ではメモリに記憶するよりも高精度
な線形A/D変換をした後に変数変換を行ったが、線形
A/D、D/Aコンバータの前後に第(1)式及び(7
)式の特性を有するアナログ非直線増幅器を付加したり
、上述の特性を有する非直線A/D、D/Aコンバータ
を用いる構成でも良いことはもちろん、さらには、第+
11式及び(7)式で示した変換特性は厳密さを要求さ
れるものではなく。In addition, in the above embodiment, variable conversion was performed after performing linear A/D conversion with higher accuracy than storing in memory, but equation (1) and ( 7
) It is also possible to add an analog nonlinear amplifier having the characteristics of the equation () or use a nonlinear A/D or D/A converter with the above characteristics.
The conversion characteristics shown in Equation 11 and Equation (7) are not required to be exact.
適当な近似も許される。Reasonable approximations are also allowed.
〈発明の効果〉
以上説明したように9本発明によれば、視覚的な量子化
雑音が低減される利点がある。見方を変えれば、同じ品
質で映像を記録する場合において。<Effects of the Invention> As explained above, according to the present invention, there is an advantage that visual quantization noise is reduced. From a different perspective, when recording video with the same quality.
従来の場合と比較してフレームメモリの容量が少なくて
すむ利点がある。This has the advantage of requiring less frame memory capacity than the conventional case.
また、上記の説明は画像データをフレームメモリに単に
蓄積し、再生するシステムについて例を挙げたが、デジ
タル化した画像データを符号化し通信回線を用いて遠方
に伝送する場合においても有効である。Further, although the above explanation has been given as an example of a system in which image data is simply stored in a frame memory and reproduced, it is also effective in the case where digitized image data is encoded and transmitted over a long distance using a communication line.
第1図は本発明の実施例、第2図は変換−逆変換テーブ
ルを説明する説明図、第3図は本発明と従来の方式との
入出力特性を比較する説明図を示す。
図中、1はA/Dコンバーク、2は変数変換回路、3は
フレームメモリ、4は変数逆変換回路。
5はD/Aコンバータ、7.8は夫々テーブルを表す。FIG. 1 shows an embodiment of the present invention, FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining a conversion-inverse conversion table, and FIG. 3 is an explanatory diagram for comparing the input/output characteristics of the present invention and a conventional method. In the figure, 1 is an A/D converter, 2 is a variable conversion circuit, 3 is a frame memory, and 4 is a variable inverse conversion circuit. 5 represents a D/A converter, and 7.8 represents a table.
Claims (2)
たは伝送を含むデジタル処理を行う処理システムにおい
て、ガンマ補正が行われた輝度信号をm階調に量子化す
る際のi(0≦i<m)番目の量子化ステップ幅をD_
iとするとき、 1)D_0>D_m_−_1の関係が成立ち、かつ 2)D_i≦D_m_−_1(i≠m−1)の関係を満
たすD_iが1つ以上存在する 量子化特性を有することを特徴としたテレビジョン輝度
信号非直線量子化処理方式。(1) In a processing system that quantizes a video signal with gradations and performs digital processing including storage and/or transmission, i (0≦ The i<m)th quantization step width is D_
When i, 1) the relationship of D_0>D_m_-_1 is established, and 2) the quantization characteristic is such that there is one or more D_i satisfying the relationship of D_i≦D_m_-_1 (i≠m-1). A television luminance signal non-linear quantization processing method featuring:
マ補正後の映像信号電圧E_0; 最小値を0、最大値を1として正規化した映像信号圧縮
電圧S; 受像管のガンマ値をγ; コントラスト比をC; とするとき、E_0に対して以下に示す第(1)式で変
換して得られるS上で線形的に等間隔に量子化すること
によって、受像管に再生された濃淡画像の輝度レベルの
ステップが対数的に等間隔となるように輝度信号を量子
化することを特徴とした特許請求の範囲第(1)項記載
のテレビジョン輝度信号非直線量子化処理方式。 S=log{(C−1)E_0^r+1}/logC…
(1)(3)γ=2.5、C=20.0として第(1)
式を計算することを特徴とした特許請求の範囲第(2)
項記載のテレビジョン輝度信号非直線量子化処理方式。(2) Video signal voltage E_0 after gamma correction, normalized with the minimum value as 0 and maximum value as 1; Video signal compression voltage S, normalized with the minimum value as 0 and maximum value as 1; Gamma value of the picture tube When γ is the contrast ratio; A television brightness signal non-linear quantization processing method according to claim (1), characterized in that the brightness signal is quantized so that the brightness level steps of the grayscale image are logarithmically evenly spaced. . S=log{(C-1)E_0^r+1}/logC...
(1) (3) γ=2.5, C=20.0 and (1)
Claim No. (2) characterized in that the formula is calculated.
Television luminance signal non-linear quantization processing method described in .
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62023766A JPS63191489A (en) | 1987-02-04 | 1987-02-04 | Nonlinear quantization processing system for television luminance signal |
Applications Claiming Priority (1)
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---|---|---|---|
JP62023766A JPS63191489A (en) | 1987-02-04 | 1987-02-04 | Nonlinear quantization processing system for television luminance signal |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS63191489A true JPS63191489A (en) | 1988-08-08 |
Family
ID=12119465
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP62023766A Pending JPS63191489A (en) | 1987-02-04 | 1987-02-04 | Nonlinear quantization processing system for television luminance signal |
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Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS63191489A (en) |
-
1987
- 1987-02-04 JP JP62023766A patent/JPS63191489A/en active Pending
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