(57)【要約】【課題】なだらかに変動する連続した映像のＡＤ変換後のディジタル信号を増幅した場合に、離散的に出力コードが欠落した階段状になることを低減し、かつ繰返し周期性を持った映像信号の影響を受けないなだらかな階調に変化する印象を与える映像信号に処理する。【解決手段】ＡＤ変換後のディジタル信号を所望のディジタル信号レベルにするクランプシステム６において、映像信号の１画面（１フレーム）以上の繰返し周期でランダム状に値が分布するｎビットのディザ信号を出力するディザ信号生成器１１と、整数ｍビット＋小数ｎビットの誤差信号の小数ｎビットにディザ信号を加減算する加算器１０とを設ける。ｍビットの整数ビットと、ｎビットの少数ビットに前記ディザ信号発生回路から出力されたディザ信号が加減算されたｎビットの小数ビットとを、最終的な補正値としてＡＤ変換後のディジタル映像信号に加減算し、後段のディジタル信号処理部２に入力する。【選択図】図１
2010226595.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アナログ映像信号をＸビットのディジタル映像信号に変換して出力するアナログ／ディジタル変換器(以下、ＡＤ変換器と記す)と、前記ＡＤ変換器から出力されたＸビットのディジタル映像信号を入力し、前記ディジタル映像信号を所望のディジタル信号値をもとに安定化させて安定化ディジタル映像信号とするクランプシステムと、前記安定化ディジタル映像信号を増幅処理するディジタルゲイン処理機能を有するディジタル信号処理部とを備えた映像信号処理装置において、前記ディジタル信号処理部から出力されるディジタル信号の離散階調を低減する離散階調低減方法であって、
前記クランプシステムで、ランダム状に分布する値を持ったｎビットのディザ信号を生成し、クランプ制御信号に応じて前記ディジタル映像信号または前記安定化ディジタル映像信号を平均化演算し、前記ディジタル映像信号または前記安定化ディジタル映像信号の平均化演算結果と前記所望のディジタル信号値との誤差信号を演算し、前記誤差信号に対して前記ディザ信号を加算もしくは減算した信号を、前記ディジタル映像信号を安定化させるための補正値として前記ディジタル映像信号に加算もしくは減算し、それによってＸビット＋ｎビットの前記安定化ディジタル映像信号を前記ディジタル信号処理部へ入力する離散階調低減方法。
【請求項２】
前記クランプシステムで、前記ディジタル映像信号を前記所望のディジタル信号値をもとに安定化するために、前記ディジタル映像信号または前記安定化ディジタル映像信号のレベルを前記クランプ制御信号に応じて平均し、前記所望のディジタル信号値との前記誤差信号を演算し、それによってｍビットの整数ビットとｎビットの小数ビットとからなる前記誤差信号の値を保持し、前記ディザ信号を前記誤差信号の値におけるｎビットの小数ビットに対して加算もしくは減算した信号を前記補正値として用いる請求項１に記載の離散階調低減方法。
【請求項３】
前記ディザ信号は、映像信号の１画面(１フレーム)以上の周期で繰り返す請求項１または請求項２に記載の離散階調低減方法。
【請求項４】
前記ディザ信号はリニアフィードバックシフトレジスタからなるディザ信号生成器により生成される請求項１または請求項２に記載の離散階調低減方法。
【請求項５】
前記ディザ信号は、ランダムに変化するｎビットのディジタル信号と、ランダムに変化する１ビットの符号ビットとからなる請求項１または請求項２に記載の離散階調低減方法。
【請求項６】
アナログ映像信号をＸビットのディジタル映像信号に変換して出力するアナログ／ディジタル変換器(以下、ＡＤ変換器と記す)と、前記ＡＤ変換器から出力されたＸビットのディジタル映像信号を入力し、前記ディジタル映像信号を所望のディジタル信号値をもとに安定化させて安定化ディジタル映像信号とするクランプシステムと、前記安定化ディジタル映像信号を増幅処理するディジタルゲイン処理機能を有するディジタル信号処理部とを備え、
前記クランプシステムが、ランダム状に分布する値を持ったｎビットのディザ信号を生成するディザ信号生成器と、クランプ制御信号に応じて前記ディジタル映像信号または前記安定化ディジタル映像信号を平均化演算する平均化演算回路と、前記平均化演算回路による前記ディジタル映像信号または前記安定化ディジタル映像信号の平均化演算結果と前記所望のディジタル信号値との誤差信号を演算する誤差演算回路と、前記誤差信号に対して前記ディザ信号を加算もしくは減算した信号を、前記ディジタル映像信号を安定化させるための補正値として出力する第１の加算器と、前記ディジタル映像信号に前記補正値を加算もしくは減算し、それによってＸビット＋ｎビットの安定化ディジタル映像信号として前記ディジタル信号処理部に入力することにより、前記ディジタル信号処理部から出力されるディジタル信号の離散階調を低減する第２の加算器とからなる映像信号処理装置。
【請求項７】
前記クランプシステムで、前記ディジタル映像信号を前記所望のディジタル信号値をもとに安定化するために、前記平均化演算回路により前記ディジタル映像信号または前記安定化ディジタル映像信号のレベルを前記クランプ制御信号に応じて平均し、前記誤差演算回路により前記所望のディジタル信号値との前記誤差信号を演算し、それによってｍビットの整数ビットとｎビットの小数ビットとからなる前記誤差信号の値を保持し、前記第１の加算回路により前記ディザ信号を前記誤差信号の値におけるｎビットの小数ビットに対して加算もしくは減算した信号を前記補正値として用いた請求項６に記載の映像信号処理装置。
【請求項８】
前記ディザ信号は、映像信号の１画面(１フレーム)以上の周期で繰り返す請求項６または請求項７に記載の映像信号処理装置。
【請求項９】
前記ディザ信号生成器はリニアフィードバックシフトレジスタからなる請求項６または請求項７に記載の映像信号処理装置。
【請求項１０】
前記ディザ信号は、ランダムに変化するｎビットのディジタル信号と、ランダムに変化する１ビットの符号ビットとからなる請求項６または請求項７に記載の映像信号処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディジタル映像信号を有する映像信号処理方法、特にディジタル信号処理後のディジタル映像信号の離散階調を低減する離散階調低減方法と、ディジタル信号処理後のディジタル映像信号の離散階調を低減することができる映像信号処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、このような分野における信号処理において、図７に示すように、アナログ／ディジタル変換（以下、ＡＤ変換と記す）処理した信号を所望のディジタル信号値をもとに安定化させるためのクランプシステムを有し、その後に信号レベルの増幅を行うディジタルゲイン処理機能などを有したディジタル信号処理を有するものがある。
【０００３】
図７において、符号１はアナログ映像信号をディジタル映像信号に変換するＡＤ変換器を示す。符号２はディジタル映像信号に対して上記のディジタル信号処理を行うディジタル信号処理部を示す。符号３はＡＤ変換器１から出力されるディジタル映像信号の平均化演算を行うディジタル平均化回路を示す。符号４はディジタル映像信号の平均化演算結果と所望のディジタル信号値との誤差信号を演算し誤差信号に相当する補正値を出力する誤差演算回路を示す。符号５はディジタル映像信号に上記補正値を加算もしくは減算し、それによって安定化ディジタル映像信号としてディジタル信号処理部２に入力する加算器を示す。
【０００４】
しかし、上記ディジタル信号処理においては、ＡＤ変換後の有効ビット内での処理を行うため、特にディジタルゲイン処理に関しては、なだらかに変動する連続した信号を増幅した場合に、離散的に階段状に出力コードが欠落した階段状になるため、画像表示した場合には、本来なだらかに変化する階調変化部分が、不自然に階段状に表示されるという問題が発生する。
【０００５】
この一例を図３および図４を参照して説明する。図３になだらかに変動する連続した信号を入力した場合の、ＡＤ変換後にディジタルゲイン処理で増幅する前のディジタルコードの出現頻度を表したヒストグラムグラフを示す。また、図４に信号レベルの増幅を行うディジタルゲイン処理機能などを有したディジタル信号処理で有効ビット以上に増幅した場合のヒストグラムグラフを示す。
【０００６】
これら図３と図４に示したように、有効ビット以上にディジタルゲイン処理で増幅したものは、出現するディジタルコードが離散的に欠落したものとなり、階段状の階調となって画像表示される。
【０００７】
このような問題を解決する一手段として、ＡＤ変換後のディジタル信号に冗長ビットを持たせ、有効ビットを増やすことで、ディジタルゲイン処理後の離散的な出現コードの欠落を補う手段がある。しかし、ＡＤ変換の有効ビットを増やすには精度的な限界がある。これを回避する手段として、ランダムなディザ信号を付加する手法が、後述の特許文献１で開示されている。
【０００８】
特許文献１に開示された構成を図８に示す。図８において、符号１はイメージセンサから入力されるアナログ信号を入力してｎビットのディジタル信号を出力するＡＤ変換器を示す。符号７はＡＤ変換器１から出力されるｎビットのディジタル信号に対して設定値を乗算する乗算器を示す。符号８はＡＤ変換器１から出力されるｎビットのディジタル信号のうちの最下位ビットのデータをもとに、ランダム状に値が分布するｍビットのディザ信号を生成する信号生成器を示す。符号９は乗算器７の出力信号と信号生成器８の出力信号とを加算して処理後の信号出力とする加算器を示す。
【０００９】
図８に示すような特許文献１の構成においては、ディジタルゲイン処理後の離散的な階調の信号に、ＡＤ変換器１からの最下位ビットのデータに基づいてランダム状に値が分布するディザ信号を生成する信号生成器８を備え、この信号生成器８から出力されたディザ信号を加算器９で加算する構成をとっている。
【特許文献１】特開２００８−００５３８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、特許文献１の構成のように、ＡＤ変換器１の最下位ビットのデータに基づいてディザ信号を生成する場合、入力された映像信号において定期的な繰り返し周期の固定パターンを持った信号（繰返し周期性を持った映像信号）が最下位ビットに現れた場合には、発生されるランダム状のディザ信号にも周期的な固定パターンを生じてしまう。また、最下位ビットに信号が発生しないような映像信号が入力された場合には、ディザ信号は発生されない。
【００１１】
したがって、本発明の目的は、ＡＤ変換後のディジタル映像信号をディジタル信号処理する前に、所望のディジタル信号値をもとに安定化させるためのクランプシステムを有した映像信号処理装置で、かつディジタル信号処理後に離散的な階調になるディジタル信号を、ＡＤ変換器出力の最下位ビットに依存せず、コード欠落が無いなだらかに変動する階調の信号にすることができる離散階調低減方法および映像信号処理装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明の請求項１に記載の離散階調低減方法は、アナログ映像信号をＸビットのディジタル映像信号に変換して出力するアナログ／ディジタル変換器(以下、ＡＤ変換器と記す)と、ＡＤ変換器から出力されたＸビットのディジタル映像信号を入力し、ディジタル映像信号を所望のディジタル信号値をもとに安定化させて安定化ディジタル映像信号とするクランプシステムと、安定化ディジタル映像信号を増幅処理するディジタルゲイン処理機能を有するディジタル信号処理部とを備えた映像信号処理装置において、ディジタル信号処理部から出力されるディジタル信号の離散階調を低減する離散階調低減方法である。
【００１３】
この離散階調低減方法は、クランプシステムで、ランダム状に分布する値を持ったｎビットのディザ信号を生成し、クランプ制御信号に応じてディジタル映像信号または安定化ディジタル映像信号を平均化演算し、ディジタル映像信号または安定化ディジタル映像信号の平均化演算結果と所望のディジタル信号値との誤差信号を演算し、誤差信号に対してディザ信号を加算もしくは減算した信号を、ディジタル映像信号を安定化させるための補正値としてディジタル映像信号に加算もしくは減算し、それによってＸビット＋ｎビットの安定化ディジタル映像信号をディジタル信号処理部へ入力する。
【００１４】
この方法によれば、ＡＤ変換後のＸビットのディジタル信号に、ｎビットのランダム状に値が分布するディザ信号を含む補正値を加算もしくは減算するため、Ｘビットの有効ビット以上にディジタルゲイン処理で増幅した場合でも、ｎビットのディザ信号がビットの欠落を補い、離散的な階調になることを低減でき、かつ入力された映像信号における周期的な固定パターンの影響が無い、なだらかな印象をもった画像に処理でき、ＡＤ変換後のディジタル信号の最下位ビットに依存することはない。
【００１５】
本発明の請求項２に記載の離散階調低減方法は、請求項１に記載の構成において、クランプシステムで、ディジタル映像信号を所望のディジタル信号値をもとに安定化するために、ディジタル映像信号または安定化ディジタル映像信号のレベルをクランプ制御信号に応じて平均し、所望のディジタル信号値との誤差信号を演算し、それによってｍビットの整数ビットとｎビットの小数ビットとからなる誤差信号の値を保持し、ディザ信号を誤差信号の値におけるｎビットの小数ビットに対して加算もしくは減算した信号を補正値として用いるものである。
【００１６】
この方法によれば、このクランプシステムで処理した誤差信号の小数ビットに、ランダム状に値が分布するディザ信号を加算もしくは減算するため、画像表示した映像は不自然でない階調を持った印象を与えることができる。
【００１７】
本発明の請求項３に記載の離散階調低減方法は、請求項１または２に記載の構成において、ディザ信号は映像信号の１画面(１フレーム)以上の周期で繰り返すものである。
【００１８】
この方法によれば、ディザ信号は１画面（１フレーム）以上での繰返し周期を持っているため、映像信号を画像表示した場合でも、周期的な映像信号の固定パターンの影響を受けず、かつ横筋・縦筋・斜め筋のような周期的に現れるディザ信号の悪影響は見えなくなる。１画面以下の繰返し周期で繰り返すディザ信号を用いた場合の例として、１画面が水平方向２５６画素×垂直方向２５６ライン時の合計６５５３６画素の画像における、１２７画素周期のディザ信号を発生した場合の画像イメージを図９に示し、２０４７画素周期のディザ信号を発生した場合の画像イメージを図１０に示す。図９および図１０のように、１画面内で複数回の繰返し周期をもったディザ信号を用いた場合画像イメージとして悪影響を及ぼすことになるが、本発明の場合、上記のように、ディザ信号は１画面（１フレーム）以上での繰返し周期を持っているため、ディザ信号が画像イメージに何ら悪影響を及ぼすことはない。
【００１９】
本発明の請求項４に記載の離散階調低減方法は、請求項１または２に記載の方法において、ディザ信号は、リニアフィードバックシフトレジスタからなるディザ信号生成器により生成されるものである。
【００２０】
この方法によれば、シフトレジスタをシリーズに接続した一般的なリニアフィードバックシフトレジスタの回路構成で、シフトレジスタでの構成段数により、容易にランダム状に値が分布するディザ信号の繰返し周期を設定することができる。
【００２１】
本発明の請求項５に記載の離散階調低減方法は、請求項１または２に記載の方法において、ディザ信号は、ランダムに変化するｎビットのディジタル信号と、ランダムに変化する１ビットの符号ビットとからなるものである。
【００２２】
この方法によれば、前述のクランプシステムで演算したmビットの整数ビットと、ｎビットの小数ビットで構成された誤差信号の内、ｎビットの小数ビットにディザ信号を加算することで、ｍビットの整数ビットの最下位ビットを中心に、＋／−方向にランダム状に分布したディザ信号を付加することができる。
【００２３】
さらに、請求項１、２、３の方法によれば、クランプシステムの誤差信号にディザ信号を加算または減算するため、クランプシステムでの演算で生じた最下位ビットレベルの誤差はディザ信号で緩和されることになり、クランプ演算誤差で生じる画像の印象を緩和することができる。この効果は、単にディザ信号を加算か減算かのいずれかを行うだけでも達成できる。付加されたディザ信号の分布が、符号付であれば上記最下位ビットを中心に＋／−の乱数信号を発生できる。加算もしくは減算のみであれば、ディザ信号の分布は、上記最下位ビットの＋側もしくは−側に偏った分布になる。いずれによってもクランプ誤差で生じる画像の印象は、ランダムに変化する誤差信号でかき消され、緩和されることになる。
【００２４】
本発明の請求項６に記載の映像信号処理装置は、アナログ映像信号をＸビットのディジタル映像信号に変換して出力するアナログ／ディジタル変換器(以下、ＡＤ変換器と記す)と、ＡＤ変換器から出力されたＸビットのディジタル映像信号を入力し、ディジタル映像信号を所望のディジタル信号値をもとに安定化させて安定化ディジタル映像信号とするクランプシステムと、安定化ディジタル映像信号を増幅処理するディジタルゲイン処理機能を有するディジタル信号処理部とを備えている。
【００２５】
そして、クランプシステムが、ランダム状に分布する値を持ったｎビットのディザ信号を生成するディザ信号生成器と、クランプ制御信号に応じてディジタル映像信号または安定化ディジタル映像信号を平均化演算する平均化演算回路と、平均化演算回路によるディジタル映像信号または安定化ディジタル映像信号の平均化演算結果と所望のディジタル信号値との誤差信号を演算する誤差演算回路と、誤差信号に対してディザ信号を加算もしくは減算した信号を、ディジタル映像信号を安定化させるための補正値として出力する第１の加算器と、ディジタル映像信号に補正値を加算もしくは減算し、それによってＸビット＋ｎビットの安定化ディジタル映像信号としてディジタル信号処理部に入力することにより、ディジタル信号処理部から出力されるディジタル信号の離散階調を低減する第２の加算器とからなる。
【００２６】
この構成によれば、ＡＤ変換後のＸビットのディジタル信号に、ｎビットのランダム状に値が分布するディザ信号を含む補正値を加算もしくは減算するため、Ｘビットの有効ビット以上にディジタルゲイン処理で増幅した場合でも、ｎビットのディザ信号がビットの欠落を補い、離散的な階調になることを低減でき、かつ入力された映像信号における周期的な固定パターンの影響が無い、なだらかな印象をもった画像に処理でき、ＡＤ変換後のディジタル信号の最下位ビットに依存することはない。
【００２７】
本発明の請求項７に記載の映像信号処理装置は、請求項６に記載の構成において、クランプシステムで、ディジタル映像信号を所望のディジタル信号値をもとに安定化するために、平均化演算回路によりディジタル映像信号または安定化ディジタル映像信号のレベルをクランプ制御信号に応じて平均し、誤差演算回路により所望のディジタル信号値との誤差信号を演算し、それによってｍビットの整数ビットとｎビットの小数ビットとからなる誤差信号の値を保持し、第１の加算回路によりディザ信号を誤差信号の値におけるｎビットの小数ビットに対して加算もしくは減算した信号を補正値として用いる。
【００２８】
この構成によれば、このクランプシステムで処理した誤差信号の小数ビットに、ランダム状に値が分布するディザ信号を加算もしくは減算するため、画像表示した映像は不自然でない階調を持った印象を与えることができる。
【００２９】
本発明の請求項８に記載の映像信号処理装置は、請求項６または７に記載の構成において、ディザ信号は、映像信号の１画面(１フレーム)以上の周期で繰り返すものである。
【００３０】
この構成によれば、ディザ信号は１画面（１フレーム）以上での繰返し周期を持っているため、映像信号を画像表示した場合でも、周期的な映像信号の固定パターンの影響を受けず、かつ横筋・縦筋・斜め筋のような周期的に現れるディザ信号の悪影響は見えなくなる。
【００３１】
本発明の請求項９に記載の映像信号処理装置は、請求項６または７に記載の構成において、ディザ信号生成器はリニアフィードバックシフトレジスタからなるものである。
【００３２】
この構成によれば、シフトレジスタをシリーズに接続した一般的なリニアフィードバックシフトレジスタの回路構成で、シフトレジスタでの構成段数により、容易にランダム状に値が分布するディザ信号の繰返し周期を設定することができる。
【００３３】
本発明の請求項１０に記載の映像信号処理装置は、請求項６または７に記載の構成において、ディザ信号は、ランダムに変化するｎビットのディジタル信号と、ランダムに変化する１ビットの符号ビットとからなるものである。
【００３４】
この構成によれば、前述のクランプシステムで演算したmビットの整数ビットと、ｎビットの小数ビットで構成された誤差信号の内、ｎビットの小数ビットにディザ信号を加算することで、ｍビットの整数ビットの最下位ビットを中心に、＋／−方向にランダム状に分布したディザ信号を付加することができる。
【００３５】
さらに、請求項６、７、８の構成によれば、クランプシステムの誤差信号にディザ信号を加算または減算するため、クランプシステムでの演算で生じた最下位ビットレベルの誤差はディザ信号で緩和されるため、クランプ演算誤差で生じる画像の印象を緩和することができる。この効果は、単にディザ信号を加算か減算かのいずれかを行うだけでも達成できる。付加されたディザ信号の分布が、符号付であれば上記最下位ビットを中心に＋／−の乱数信号を発生できる。加算もしくは減算のみであれば、ディザ信号の分布は、上記最下位ビットの＋側もしくは−側に偏った分布になる。いずれによってもクランプ誤差で生じる画像の印象は、ランダムに変化する誤差信号でかき消され、緩和されることになる。
【発明の効果】
【００３６】
本発明の離散階調低減方法および映像信号処理装置によれば、ＡＤ変換後のＸビットのディジタル信号に、ｎビットのランダム状に値が分布するディザ信号を含む補正値を加算もしくは減算するため、Ｘビットの有効ビット以上にディジタルゲイン処理で増幅した場合でも、ｎビットのディザ信号がビットの欠落を補い、離散的な階調になることを低減でき、かつ入力された映像信号における周期的な固定パターンの影響が無い、なだらかな印象をもった画像に処理でき、ＡＤ変換後のディジタル信号の最下位ビットに依存することはない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
【００３８】
上記構成を基本とした本発明の離散階調低減方法に係わる映像信号処理装置の実施の形態を以下に説明する。
【００３９】
（実施の形態１）
本発明の離散階調低減方法に係わる実施の形態１の映像信号処理装置を図１のブロック図を参照しながら説明する。
【００４０】
この映像信号処理装置は、図１に示すように、アナログ映像信号をＡＤ変換器１によりアナログ／ディジタル変換し、ＡＤ変換器１よりＸビットのディジタル映像信号を出力する。このＸビットのディジタル映像信号のうち下位側からｍビットのディジタル信号をクランプシステム６に入力する。このクランプシステム６では、所定のタイミングで発生するクランプ制御信号に応じてディジタル平均化回路３によりｍビットのディジタル信号を平均化し、整数ｍビットと小数ｎビットのディジタル信号を平均処理結果として出力する。
【００４１】
なお、Ｘ＝ｍ、すなわちＸビットのディジタル映像信号の全ビットをクランプシステム６に入力して平均化してもよい。実際に使用する場合、クランプの制御範囲に応じてビット数を削り、演算ロジックのゲート数(規模)を削減する。例えば、Ｘ＝１２ビットの信号に対し、クランプの所望の安定化レベルが１２８ＬＳＢの場合で、±１２８ＬＳＢ相当のクランプ制御範囲を持たせる場合は、１２ビット中下位８ビットを取り込んでクランプの演算を行う。
【００４２】
ディジタル誤差演算回路４では、ディジタル平均化回路３からの出力結果と所望のディジタル信号値との誤差信号を演算により求めてクランプ制御信号終了時に保持する。この誤差信号は、符号ビットと整数ｍビットと小数ｎビットのディジタル信号からなる。符号ビットは、所望のディジタル信号値に対し、ディジタル平均化回路３の出力が大きい場合は負値を示し、ディジタル平均化回路３の出力が小さい場合は正値を示す。
【００４３】
上記クランプシステム６の動作タイミングの一例を図５に示す。図５において、クランプ制御信号は、入力された映像信号の一定レベル映像信号期間の周期に同期し、図５の例ではクランプ制御信号がハイレベル期間の間、ディジタル平均化回路３でディジタル信号を平均化処理する。また、クランプ制御信号がハイレベルからローレベルに遷移するタイミングで上記の通りディジタル誤差演算回路４で誤差信号を演算し、保持する。
【００４４】
上記の映像信号の一定レベル映像信号期間というのは例えば、以下のような期間を指す。すなわち、テレビジョン受像機やＣＣＤカメラなどの映像信号では、一般的に有効画面外のタイミングに、黒レベル信号などの一定な値が続く期間（ブランキング期間など）が設けられており、この期間が映像信号処理でクランプ処理に用いられる。
【００４５】
一方、ディザ信号生成器１１では、１画面(１フレーム)以上の繰返し周期を持ちランダム状に値が分布するｎビットのディジタル信号と、ランダムに変化する符号ビットとが出力される。そして、加算器１０では、ディジタル誤差演算回路４で保持されたｍ＋ｎビットの誤差信号と、ディザ信号生成器１１からの出力であるｎビットのディザ信号とを、ディザ信号生成器１１から出力された符号ビットに従い加算もしくは減算し、その結果として符号ビット＋整数ｍビット＋小数ｎビットのディジタル信号を出力する。
【００４６】
この符号ビット＋整数ｍビット＋ディザ信号成分を含む小数ｎビットのディジタル信号をクランプシステム６における最終的な補正値となる。そして、加算器５でＡＤ変換器５から出力されるＸビットのディジタル映像信号とこの補正値とが加算もしくは減算される。ここで、上記クランプシステム６の補正値の符号ビットが正の場合は、ＡＤ変換器１の出力信号であるＸビットのディジタル映像信号に上記補正値を加算する。また、クランプシステム６の補正値の符号ビットが負の場合は、ＡＤ変換器１の出力信号であるＸビットのディジタル映像信号から上記補正値を減算する。それによって、Ｘビット＋ディザ信号成分を含む小数ｎビットの安定化ディジタル映像信号をディジタル信号処理部２へ入力する。
【００４７】
上記ディザ信号生成器１１の構成例を図６に示す。図６の信号生成器１１は、一般的なリニアフィードバックシフトレジスタ（以下、ＬＦＳＲと記す）の構成からなる。図６では、１画面周期以上の繰返し周期を持ちランダム状に値が分布する信号を発生させる一例として、２２段のシフトレジスタ１２と排他的論理和回路１３とで構成したＬＦＳＲを示しており、このＬＦＳＲからは、４１９４３０３画素周期でランダム状に値が分布したディザ信号が繰り返し出力されることになる。また、図６の構成例では、４ビットのディザ信号と１ビットの符号ビットを出力させるために、４段目、８段目、１２段目、１６段目、２０段目のシフトレジスタ出力をディザ信号生成器の出力として用いている。
【００４８】
この実施の形態によれば、クランプシステム６において、ＡＤ変換後のＸビットのディジタル映像信号に、ｎビットのランダム状に値が分布するディザ信号を含む補正値を加算もしくは減算するため、ディジタル演算処理部２においてＸビットの有効ビット以上にディジタルゲイン処理で増幅した場合でも、ｎビットのディザ信号がビットの欠落を補い、離散的な階調になることを低減でき、かつ入力された映像信号における周期的な固定パターンの影響が無い、なだらかな印象をもった画像に処理でき、ＡＤ変換後のディジタル信号の最下位ビットに依存することはない。
【００４９】
また、このクランプシステム６で処理した誤差信号の小数ビットに、ランダム状に値が分布するディザ信号を加算もしくは減算するため、画像表示した映像は不自然でない階調を持った印象を与えることができる。
【００５０】
なお、整数ビットへのディザ信号の加算を行った場合には、最終的な映像信号へランダムノイズとして影響を及ぼしてしまい、離散信号の低減ができたとしてもノイズ感の強い映像になってしまう。また、薄暗い画像などの時にディジタル信号処理で信号増幅を行った場合には、ノイズ感はより顕著なものになってしまう。一方、本実施形態のように、小数ビットへ加算することで、ディジタル信号処理で信号増幅率が低い場合にはディザ信号の影響は無く、薄暗い画像などの時にディジタル信号処理で信号増幅率を大きくした時にのみディザ信号が映像信号として現れてくるが、ディジタル信号処理部よりも手前の回路自体が持つノイズも増幅されるため、ディザ信号の影響でのノイズ感の悪影響は緩和される。
【００５１】
さらに、ディザ信号は１画面（１フレーム）以上での繰返し周期を持っているため、映像信号を画像表示した場合でも、周期的な映像信号の固定パターンの影響を受けず、かつ横筋・縦筋・斜め筋のような周期的に現れるディザ信号の悪影響は見えなくなる。
【００５２】
ディザ信号の繰返し周期については、１フレーム内に２，３回程度の繰返し周期があっても画質的には影響が見え難い事を実験的には確認している。ただし、テレビジョン受像機のインターレース方式やＣＣＤカメラのスチル画像のように、複数枚のフレームで画像を構成する場合には、１フレーム内に２，３回程度の繰返し周期であっても、１画像で複数回の繰り返しが存在することになり、画質的な影響を及ぼす。そのため、１フレーム以上の周期で繰り返すことが好ましい。
【００５３】
さらにまた、クランプシステムの誤差信号にディザ信号を加算または減算するため、クランプシステムでの演算で生じた最下位ビットレベルの誤差はディザ信号で緩和されるため、クランプ演算誤差で生じる画像の印象を緩和することができる。この効果は、単にディザ信号を加算か減算かのいずれかを行うだけでも達成できる。付加されたディザ信号の分布が、符号付であれば上記最下位ビットを中心に＋／−の乱数信号を発生できる。加算もしくは減算のみであれば、ディザ信号の分布は、上記最下位ビットの＋側もしくは−側に偏った分布になる。いずれによってもクランプ誤差で生じる画像の印象は、ランダムに変化する誤差信号でかき消され、緩和されることになる。
【００５４】
（実施の形態２）
本発明の離散階調低減方法に係わる実施の形態２を図２のブロック図を参照しながら説明する。
【００５５】
図２で、クランプシステム６の動作としては、前述の実施の形態１に記載の動作と同様なため、詳細な説明を割愛し、図１の構成との差異についてのみ説明する。前述の図１の実施の形態１で説明した構成ではフィードフォワード型のクランプシステムの構成になっているが、図２の実施の形態２では、フィードバック型の構成になっている。
【００５６】
ディジタル信号処理部２に入力されるＸビット＋小数ｎビットのディジタル信号の整数部Ｘビット中のｍビットをクランプシステム６に入力し、クランプシステム６において、加算器１０から符号ビット＋整数ｍビット＋ディザ信号が含まれる小数ｎビットを出力し、ＡＤ変換後のＸビットのディジタル映像信号に、クランプシステム６の加算器１０からの符号ビットに従い加算器５で加算もしくは減算することでＸビットのディジタル映像信号の値を所望のレベルに補正し、Ｘビット＋ディザ信号成分を含む小数ｎビットのディジタル信号をディジタル信号処理部２へ入力する。
【００５７】
この実施の形態によれば、実施の形態１と同様の作用効果を奏する。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明によれば、映像信号処理などに用いられるＡＤ変換後のディジタル信号を、Ｘビット＋ディザ信号成分を含む小数ｎビットのディジタル信号にできるため、ディジタルゲイン処理機能などのディジタル信号処理する前に、所望のディジタル信号値をもとに安定化させるためのクランプシステムを有するシステムで、かつディジタル処理後に離散的な階調になるディジタル信号を、ＡＤ変換器出力のビットに依存せず、かつ周期的なディザ信号の影響も無く、コード欠落が無いなだらかに変動する階調の画像の印象にする処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の離散階調低減方法の動作に係わる実施の形態１の映像信号処理装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の離散階調低減方法の動作に係わる実施の形態２の映像信号処理装置の構成を示すブロック図である。
【図３】なだらかに変動する連続した信号を入力した場合のＡＤ変換後のディジタルコードの出現頻度を表したヒストグラムグラフである。
【図４】図３のＡＤ変換後のディジタル信号に、ディジタルゲイン処理で有効ビット以上に増幅した場合のヒストグラムグラフである。
【図５】クランプシステム６の動作タイミングの一例を示すタイミング図である。
【図６】ディザ信号生成器１１の構成例を示すブロック図である。
【図７】ＡＤ変換後の信号を所望のディジタル信号値をもとに安定化させるためのクランプシステムを有し、かつディジタル信号処理を有する従来の映像信号処理装置の一例の構成を示すブロック図である。
【図８】特許文献１記載の映像信号処理装置の構成を示すブロック図である。
【図９】１２７画素周期のディザ信号を発生した場合の画像イメージを示す図である。
【図１０】２０４７画素周期のディザ信号を発生した場合の画像イメージを示す図である。
【符号の説明】
【００６０】
１    ＡＤ変換器
２    ディジタル信号処理部
３    ディジタル平均化回路
４    ディジタル誤差演算回路
５    加算器
６    クランプシステム
７    乗算器
８    信号生成器
９    加算器
１０    加算器
１１    ディザ信号生成器
１２    シフトレジスタ
１３    排他的論理和回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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