(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信側からガンマ補正されて伝送された輝度信号をフィルターリングするローパスフィルター（１００）と、
該ローパスフィルター（１００）から出力された低域成分の輝度信号（ＹL ）に対し高域成分を補償する輝度信号補償器（１０１）と、
上記ローパスフィルター（１００）から出力された低域成分の輝度信号（ＹL ）と送信側からガンマ補正されて伝送された輝度信号との間で減算する減算器（１０２ａ）と、該減算器（１０２ａ）から出力された輝度信号（ＹH ′）の振幅の値を上記輝度信号補償器（１０１）から出力された、対応する輝度信号（ＹL 1-Γ）の振幅の値で除算する除算器（１０２ｂ）とからなる演算部（１０２）と、
送信側からガンマ補正されて伝送された色信号（ＸL ）に対し高域成分を補償する色信号補償器（１０３）と、
上記色信号補償器（１０３）から出力された色信号（ＸL Γ-1）を色信号（ＸL 1-Γ）に逆変換する逆変換部（１０４ａ）と、該逆変換部（１０４ａ）から出力された色信号（ＸL 1-Γ）の振幅の値と上記除算器（１０２ｂ）からの、対応する出力の振幅の値とを乗算する乗算器（１０４ｂ）と、該乗算器（１０４ｂ）の出力と上記逆変換部（１０４ａ）から出力された色信号（ＸL 1-Γ）とを加算して低域成分の色信号を出力する加算器（１０４ｃ）とからなる色信号復元部（１０４）と、
から構成されたことを特徴とするＴＶ受像機のガンマ補正回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＴＶ受像機の画質改善装置に係るもので、詳しくは、送信側をガンマ（γ）補正したときに発生する再現映像の画質劣化と色度及び輝度比率（Ｄｅｔａｉｌ）の低下現象とを補完し得るＴＶ受像機のガンマ補正回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
最近、ＴＶ受像機の大型化、高級化、及び高機能化に伴い、高輝度、高解像度、雑音除去、及び高鮮明度等のような画質を改善する研究が盛んに進行されている。
併し、このような努力にも拘わらず、現在までは画質劣化の発生に対する根本的な要素の改善が充分に解決されず、特に、色彩を定性的に分析して鮮明な色度を再現する研究が必要となっている。
【０００３】
一般に、ＮＴＳＣカラーＴＶシステムの信号は、ＲＧＢ座標系から獲得された映像がＹＩＱ座標系に変換されて色差信号として伝送され、ＴＶ受像機は伝送された色差信号をＲＧＢ信号に変換して色を再現しているが、この場合、元の画像を伝送する送受信回路、変復調回路、及びＴＶ受像機の夫々の特性により、多様な再現誤差が発生される。
【０００４】
且つ、ＮＴＳＣカラーＴＶシステムで用いられるカラー受像管（ＣＰＴ：Ｃｏｌｏｒ  Ｐｉｃｔｕｒｅ  Ｔｕｂｅ）は、図２に示したように、発光領域で下記〔数１〕の式のように、受像機の発光出力である輝度信号（Ｙ）が入力されたビデオ信号（ｘ）のγ乗に非線形的に比例するガンマ特性を有し、負（Ｎｅｇａｔｉｖｅ）の入力信号に対しては発光しない非線形特性を有している。
【０００５】
【数１】
0003579217.tif 000002
【０００６】
従って、ＮＴＳＣカラーＴＶシステムでは、上記のようなＴＶ受像機の非線形的な特性を補完するため、Ｒ，Ｇ，Ｂ信号をＹ，Ｉ，Ｑ信号に変換する前にＲ，Ｇ，Ｂ信号にＴＶ受像機の非線形的な特性を補完するγ補正処理を送信側で行っていた。
【０００７】
又、一般のＮＴＳＣカラーＴＶシステムの構成においては、図２に示したように、物体の明るさに関する情報を線形的に獲得して原色信号（Ｒ，Ｇ，Ｂ）を出力するカメラ１０と、該カメラ１０から出力した上記原色信号（Ｒ，Ｇ，Ｂ）にガンマ補正を行うガンマ補正部１１と、該ガンマ補正部１１から出力した原色信号（Ｒ，Ｇ，Ｂ）を色差信号（Ｙ，Ｉ，Ｑ）に変換するマトリックス１２と、該マトリックス１２から出力した色差信号（Ｙ，Ｉ，Ｑ）の周波数帯域を制限する帯域制限部１３と、該帯域制限部１３の出力と送信チャンネルの歪曲値（ｄ）とを加算する加算部１４と、該加算部１４の出力を原色信号（Ｒ，Ｇ，Ｂ）に変換する逆マトリックス１５と、該逆マトリックス１５から出力した原色信号（Ｒ，Ｇ，Ｂ）をディスプレーするカラー受像管（ＣＰＴ）１６と、から構成されていた。
【０００８】
このように構成された一般のＮＴＳＣカラーＴＶシステムの動作に対し、図面を用いて説明すると次のようであった。
先ず、カメラ１０は物体の明るさの情報を線形的に獲得して映像情報（Ｘ）を出力するが、該映像情報（Ｘ）は上記カメラ１０の各出力（ＥR ，ＥG ，ＥB ）、又は送信チャンネルの信号であって、下記のように、輝度信号及び２つの色信号のベクトル値として、表すことができる。
【０００９】
【数２】
0003579217.tif 000003
【００１０】
次いで、ガンマ補正部１１は上記映像情報（Ｘ）の入力を受け、ＴＶ受像機の非線形的な特性を補完するため、原色信号（Ｒ，Ｇ，Ｂ）にガンマ補正（下記〔数３〕で表す）を行い、その行列式は〔数４〕のようである。
【００１１】
【数３】
0003579217.tif 000004
【００１２】
【数４】
0003579217.tif 000005
【００１３】
次いで、マトリックス１２は上記ガンマ補正部１１からガンマ補正された原色信号（Ｒ，Ｇ，Ｂ）を受け、送信側の変換係数（Ｍ）を乗算（下記〔数５〕で表す）して、次のような輝度信号（Ｙ）及び色差信号（Ｉ，Ｑ）に変換した後、伝送チャンネルを通して伝送する。
【００１４】
【数５】
0003579217.tif 000006
【００１５】
Ψ（Ｘ）＝０．３Ｘ1 ＋０．５９Ｘ2 ＋０．１１Ｘ3
Ｉ（Ｘ）＝０．７Ｘ1 −０．５９Ｘ2 ＋０．１１Ｘ3
Ｑ（Ｘ）＝−０．３Ｘ1 −０．５９Ｘ2 ＋０．８９Ｘ3
ここで、上記マトリックス１２の変換係数（Ｍ）は次のような行列式で表現することができる。
【００１６】
【数６】
0003579217.tif 000007
【００１７】
次いで、伝送チャンネルに該当する帯域制限部１３は、上記マトリックス１２から出力された輝度信号（Ψ及び色差信号（Ｉ，Ｑ）の帯域を０．５ＭＨｚ、又は１．５ＭＨｚ帯域に制限するが、上記帯域制限部１３におけるチャンネル周波数特性（Ｆ）は次のようである。
0003579217.tif 000008
ここで、Ｅは単位行列、ｆc は色信号の遮断周波数を示す。
【００１８】
次いで、加算部１４は上記帯域制限部１３の出力に送信チャンネルの歪曲値（ｄ）を加算した後、チャンネルを通して出力する。
次いで、受信側の逆マトリックス１５は伝送チャンネルを通して伝送された輝度信号（Ｙ）及び色差信号（Ｉ，Ｑ）を原色信号（Ｒ，Ｇ，Ｂ）に変換してカラー受像管（ＣＰＴ）１６に出力するが、その過程は上記マトリックス１１の変換係数（Ｍ）を逆変換させて行われる。このとき、受信側での逆変換は行列Ｍ-1＝（ｌij）に表現され、これは送信側での行列Ｍ＝（ｍij）の逆行列を意味する。
【００１９】
従って、カラー受像管ＣＰＴ１６の出力は次のような色信号（ＸD ）及び輝度信号（ＹD ）を出力するようになる。
【００２０】
【数７】
0003579217.tif 000009
【００２１】
ここで、ｄは送信チャンネルの歪曲値を、γ＝１／Γを示す。
【００２２】
併し、上記カメラ１０から出力される上記映像情報（Ｘ）は、色信号の遮断周波数ｆc を基準に、低周波数成分（ＸL ）と高周波数成分（ＸH ）との和（Ｘi ＝ＸLi＋ＸHi）として表すことができる。
そして、高周波数成分が低周波数成分よりも小さいと仮定すると、上記ガンマ補正部１１の出力（上記〔数３〕）は次式のようになる。
【００２３】
【数８】
0003579217.tif 000010
【００２４】
従って、現在ＮＴＳＣカラーＴＶシステムで再現されるカラー受像管１６の出力（ＸD ）は次の式（１）のようであり、該式（１）で色信号の遮断周波数（ｆc ）以上の高周波数成分（ＸH ）は送信側のガンマ補正により歪曲されていることが分かる。
【００２５】
【数９】
0003579217.tif 000011
【００２６】
更に、カラー受像管１６から出力された輝度信号（ＹD ）は低周波数成分（ＹL ）及び高周波数成分（ＹDH）に表すことができ、且つ、高周波数成分（ＹDH）は次の式（３）のように表すことができる。
【００２７】
【数１０】
0003579217.tif 000012
【００２８】
【数１１】
0003579217.tif 000013
【００２９】
且つ、上記の式（３）から送信側のガンマ補正の結果、色信号帯域以下の輝度信号（ＹD ）の低周波数成分（ＹL ）は正確に再生されるが、高周波数成分（ＹDH）は送信側のガンマ補正により歪曲されることが分る。
このとき、再生される輝度信号の比率（Ｐ）は次式（４）のように表現される。
【００３０】
【数１２】
0003579217.tif 000014
【００３１】
即ち、映像が無彩色であるとＰ＝１で、輝度信号が正確に再生されるが、若し、高彩度の青色映像のみを伝送したときに再生される輝度信号の比率（Ｐ）は次式（５）のように、２０ｄＢになる。
【００３２】
【数１３】
0003579217.tif 000015
【００３３】
図３は、映像が白色からＲ，Ｇ，Ｂの高彩度映像に変化するとき、物体の明るさに対する上記カラー受像管１６で再生された輝度信号（ＹD ）の高周波数成分（ＹDH）の明るさを表したもので、高彩度映像であるとき色度及び輝度比率（ｄｃｔａｉｌ）の低下が大幅に現れることを示している。これは、送信側のガンマ補正による高彩度画像の色度及び輝度比率の低下を意味する。
【００３４】
併し、再生される輝度信号の比率（Ｐ）は、６つの変数であるＸL 及びＸH の関数であるため、一般的には１にならない。更に、上記の式（４）で１つの高周波成分のみが存在するとき、物体の色の輝度成分に対し再現された輝度の高周波成分は次の式（６）のように表すことができる。
【００３５】
【数１４】
0003579217.tif 000016
【００３６】
且つ、Ｒ，Ｇ，Ｂの高周波成分が存在するとき（ＸH1≒ＸH2≒ＸH3）、物体の色の輝度成分に対し再現された輝度の高周波成分は、次の式（７）のように表現することができる。このとき、高周波成分に対し再生された明るさは上記カメラ１０の出力明るさよりも大きい。
【００３７】
【数１５】
0003579217.tif 000017
【００３８】
以上説明したように、再現される映像が高彩度の映像である場合、色差信号（Ｉ，Ｑ）により伝送される明るさの程度は輝度信号の明るさの程度よりも大きく、色信号の帯域が０．５Ｍｈｚ、又は１．５ＭＨｚに制限されるため、遮断周波数より高い明るさは損失され、再現される映像に相当な画質の劣化が発生する原因になっていた。
【００３９】
このような画質の劣化現象を改善するため、日本のＥＤＴＶでは、図４に示したように、送信側でガンマ補正回路２０を使用し、受像機側で高周波信号を正確に再生するため、どれほどの高域部の輝度信号を送信側から伝送すべきであるかを決めるようにしている。
即ち、上記ガンマ補正回路２０のマトリックス２０ａは、カメラ１０から色信号（Ｒ，Ｇ，Ｂ）が入力すると、送信側の変換係数（Ｍ）を乗算した後、輝度成分（Ｙ）に変換し、該変換された輝度成分（Ｙ）はハイパスフィルター（ＨＰＦ）２０ｂより低域成分が除去されて、高域成分の輝度信号（ＹH ）のみが除算器２０ｄに印加される。
【００４０】
次いで、該除算器２０ｄは帯域制限部１３及び増幅器２０ｃを通して色信号（下記〔数１６〕で表す）を受け、該色信号で高域成分の輝度信号（ＹH ）を除算させて、補償された輝度信号（ｈ）を得るようになっている。
即ち、送信側から変調された信号（ＸR ）は受信側で次式（８）のように表現することができる。
【００４１】
【数１６】
0003579217.tif 000018
【００４２】
【数１７】
0003579217.tif 000019
【００４３】
若し、ｈ≪ＸL であると、カラー受像管１６から出力された輝度信号（ＹD ）は次の式（９）のようである。
【００４４】
【数１８】
0003579217.tif 000020
【００４５】
そして、上記式（９）から輝度信号（ＹD ）は物体の明るさ信号に比例するため、ｈの値は次の式（１０）のようになるべきである。
【００４６】
【数１９】
0003579217.tif 000021
【００４７】
このとき、上記カラー受像管１６のガンマ値が２であると仮定すると、上記ガンマ補正回路２０の出力値であるｈは次式（１１）のように表すことができる。
【００４８】
【数２０】
0003579217.tif 000022
【００４９】
結果的に、上記ガンマ補正回路２０は受像機側が高周波信号を正確に再生するため、どれほどの高域部の輝度信号を送信側から伝送するべきかに重点を置いて、輝度信号の高域部を補正していた。
【００５０】
【発明が解決しようとする課題】
然るに、このような送信側でのガンマ補正は、ＴＶ信号を伝送する放送システム側で付加的な補正回路を具現すべきであるため、現在のＮＴＳＣカラーＴＶシステムの規格を変更しなければならないという不都合な点があった。
【００５１】
【課題を解決するための手段】
そこで、このような問題点を解決するための本発明の目的は、現在のＮＴＳＣカラーＴＶシステムの規格に適合したガンマ補正回路を受信側で具現するようにし、画質の劣化現象と色度及び輝度比率（ｄｅｔａｉｌ）の低下現象とを低減し得るＴＶ受像機のガンマ補正回路を提供しようとするものである。
【００５２】
このような目的を達成するため、本発明に係るＴＶ受像機のガンマ（γ）補正回路においては、送信側からガンマ補正されて伝送された輝度信号をフィルターリングし低域成分の輝度信号を出力するローパスフィルターと、送信側からガンマ補正されて伝送された色信号及び上記ローパスフィルターから出力された低域成分の輝度信号に対し高域成分を補償する補正部と、上記ローパスフィルターから出力された低域成分の輝度信号と補正部で補償された輝度信号とを利用して所定の演算を行う演算部と、上記補正部で補償された色信号と上記演算部から出力された輝度信号とを利用して元の色信号に復元した後、カラー受像管に出力する色信号復元部と、を包含して構成されている。
【００５３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に対し図面を用いて説明する。
本発明に係るＴＶ受像機のガンマ補正回路の構成においては、図１に示したように、送信側からガンマ補正されて伝送された輝度信号をフィルターリングするローパスフィルター（ＬＰＦ）１００と、該ローパスフィルター１００から出力された低域成分の輝度信号（ＹL ）に対し高域成分を補償する輝度信号補償器１０１と、上記ローパスフィルター１００から出力された低域成分の輝度信号（ＹL ）と送信側からガンマ補正されて伝送された輝度信号との間で減算し、該減算された輝度信号（ＹH ′）を上記輝度信号補償器１０１から出力された輝度信号（下記〔数２１〕で表す）で除算する演算部１０２と、送信側からガンマ補正されて伝送された色信号（ＸL ）に対し高域成分を補償する色信号補償器１０３と、該色信号補償器１０３から出力された色信号（下記〔数２２〕で表す）を逆変換した後、上記演算部１０２の出力と乗算及び加算して、元の色信号に復元する色信号復元部１０４と、を包含して構成されている。
ここで上記色信号は、より詳しくは所謂色差信号を意味し、カラー受像管１０５内で、輝度色差信号→ＲＧＢ原色信号への逆マトリックス演算がなされる。
【００５４】
【数２１】
0003579217.tif 000023
【００５５】
【数２２】
0003579217.tif 000024
【００５６】
そして、上記演算部１０２においては、減算器１０２ａ及び除算器１０２ｂから構成されている。
且つ、上記色信号復元部１０４においては、上記色信号補償器１０３から出力された色信号（上記〔数２２〕で表す）を逆変換する逆変換部１０４ａと、該逆変換部１０４ａから出力された色信号（下記〔数２３〕で表す) と上記除算器１０２ｂの出力とを乗算する乗算器１０４ｂと、該乗算器１０４ｂの出力と上記逆変換部１０４ａから出力された色信号（下記〔数２３〕で表す) とを加算し、カラー受像管（ＣＰＴ）１０５に出力する加算器１０４ｃと、から構成されている。
【００５７】
【数２３】
0003579217.tif 000025
【００５８】
このように構成されたＴＶ受像機のガンマ（γ）補正回路の動作を図面を用いて説明すると次のようである。
先ず、伝送チャンネルを通して送信側からガンマ補正されて伝送された複合映像信号（すなわち輝度信号＋色差信号）が受信側に入力すると、ローパスフィルター１００は複合映像信号中の輝度信号を受けて低域成分をフィルターリングし、輝度信号補償器１０１は上記ローパスフィルター１００から出力された低域成分の輝度信号（ＹL ）に対し、高域成分を補償する。
【００５９】
次いで、演算部１０２の減算器１０２ａは上記ローパスフィルター１００から出力された低域成分の輝度信号（ＹL ）と送信側からガンマ補正されて伝送された輝度信号との間で減算し、除算器１０２ｂは上記減算器１０２ａから出力された輝度信号（ＹH ′）を上記輝度信号補償器１０１から出力された輝度信号（上記〔数２１〕で表す）で除算する。
【００６０】
一方、色信号補償器１０３は複合映像信号中の色信号（すなわち上記色差信号）（ＸL ）を受けて高域成分を補償し、色信号復元部１０４の逆変換部１０４ａは上記色信号補償器１０３から出力された色信号（上記〔数２２〕で表す）を逆変換し、乗算器１０４ｂは上記逆変換部１０４ａから出力された色信号（上記〔数２３〕で表す）と上記除算器１０２ｂの出力とを乗算する。
【００６１】
次いで、加算器１０４ｃは上記乗算器１０４ｂの出力と上記逆変換部１０４ａから出力された色信号（上記〔数２３〕で表す）とを加算して、低域成分の色信号をカラー受像管１０５に出力する。
ここで上記ＣＰＴ１０５の下のラインに入力される信号は、高域成分及び低域成分が共に存在する輝度信号（Ｙ）から低域成分の輝度信号（ＹL ）を減算して低域成分が除去された輝度信号（ＹH ′）を含んでいる。したがって、上記ＣＰＴ１０５の上のラインに低域成分の輝度信号（ＹL ）が入力されるのみでなく、上記ＣＰＴの下のラインを通して高域成分の輝度信号（ＹH ′）も共に入力されるため、信号を悪化させることはない。
また上記ＣＰＴ１０５の下のラインに入力される信号、すなわち色信号復元部１０４からの出力信号（ＹH ′／ＹL 1-ΓＸL Γ-1＋ＸL 1-Γ）は、既にＣＰＴ１０５のガンマ特性が適用された信号ではなく、一般のＮＴＳＣカラーＴＶシステムで再現された色信号（ＸD ）及び輝度信号（ＹD ）を補正するための信号である。
さらに上記色信号復元部１０４からの出力信号（ＹH ′／ＹL 1-ΓＸL Γ-1＋ＸL 1-Γ）には、再現された色信号（ＸD ）の高域部を補正するための信号（１／ＹL 1-ΓＸL Γ-1）が含まれている。したがって輝度信号補償器１０１からの出力（ＹL 1-Γ）、及び色信号補償器１０３からの出力（ＸL Γ-1）は、高域成分が補償された信号である。
【００６２】
即ち、一般ＮＴＳＣカラーＴＶシステムにおける遮断周波数以上の信号に対する歪曲現象を補償するため、上記の式（１）にＳｃｈｗａｒｚ  ｉｎｅｑｕａｌｉｔｙを適用すると、次式（１２）のようになる。
【００６３】
【数２４】
0003579217.tif 000026
【００６４】
このとき、上式（１２）に最大（下記〔数２５〕で表す）だけの高域部の補正を行うと、上記カラー受像管１０５から再現される色信号（ＸD ）は次式（１３）のようになる。
【００６５】
【数２５】
0003579217.tif 000027
【００６６】
【数２６】
0003579217.tif 000028
【００６７】
且つ、上記カラー受像管１０５で再現される輝度信号（ＹD ）は次式（１４）のようになる。
【００６８】
【数２７】
0003579217.tif 000029
【００６９】
ここで、再現された輝度信号（ＹD ）は歪曲なく、殆ど正確に再生されている。
【００７０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るＴＶ受像機のガンマ補正回路によれば、現在のＮＴＳＣカラーＴＶシステムの規格に適合したガンマ補正回路を受信側にて具現しているため、従来技術におけるような送信側でのガンマ補正により発生する画質の劣化現象及び色度及び輝度の低下現象を低減し得るという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るＴＶ受像機のガンマ補正回路を示したブロック図である。
【図２】一般のＮＴＳＣカラーＴＶシステムを示したブロック図である。
【図３】高彩度映像に対する輝度信号の劣化を示したグラフである。
【図４】ガンマ補正回路を具備したＥＤＴＶを示したブロック図である。
【符号の説明】
１００…ローパスフィルター
１０１…輝度信号補償器
１０２…演算部
１０２ａ…減算器
１０２ｂ…除算器
１０３…色信号補償器
１０４…色信号復元部
１０４ａ…逆変換部
１０４ｂ…乗算器
１０４ｃ…加算器
１０５…カラー受像管
【図１】
0003579217.tif 000030
【図２】
0003579217.tif 000031
【図３】
0003579217.tif 000032
【図４】
0003579217.tif 000033