(57)【要約】　　　（修正有）【課題】コンピュータで画像処理が簡単に行え、かつデータ圧縮も容易に行える画像信号、特にテレビジョン信号の信号フォーマットの技術を提供する。【解決手段】アスペクト比が１６：９の従来の順次走査方式の有効走査線数は４８０本であるので、画素をスクエアにする為には、水平有効画素数を約８５３に設定すれば良い。しかしながら、画像データを、ＪＰＥＧやＭＰＥＧを用いる場合、離散コサイン変換（ＤＣＴ）の１ブロックは８画素×８画素であり、色差情報は一般的に輝度の半分のサンプル点とする為、画素数が１６の倍数になっている方が都合がよい。１６の倍数で、８５３に最も近い倍数は８４８であるが、この８４８は他の画像信号からの変換を考えると、変換時のハードウェアの規模が増大してしまう。そこで、水平有効画素数を約８５３に近く１６の倍数である８６４画素とした。【選択図】図１
2004007628.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像信号入出力処理装置であって、
アスペクト比が１６：９であり、有効走査線数が４８０本、有効水平画素数が８６４個の画像信号が入出力されることを特徴とする画像信号入出力処理装置。
【請求項２】
画像信号の変換装置であって、
アスペクト比が１６：９であり、有効水平画素数が７２０個の画像信号における輝度のサンプリングレートを６／５倍に変換し、アスペクト比が１６：９であり、有効水平画素数が８６４個の画素信号に変換する手段を有することを特徴とする変換装置。
【請求項３】
画像信号の変換装置であって、
アスペクト比が１６：９であり、有効水平画素数が６４０個の画像信号における輝度のサンプリングレートを２７／２０倍に変換し、アスペクト比が１６：９であり、有効水平画素数が８６４個の画素信号に変換する手段を有することを特徴とする変換装置。
【請求項４】
画像信号の変換装置であって、
アスペクト比が１６：９であり、有効水平画素数が１２８０個の画像信号における輝度のサンプリングレートを２７／４０倍に変換し、アスペクト比が１６：９であり、有効水平画素数が８６４個の画素信号に変換する手段を有することを特徴とする変換装置。
【請求項５】
画像信号の変換装置であって、
アスペクト比が１６：９であり、有効水平画素数が１４４０個の画像信号における輝度のサンプリングレートを３／５倍に変換し、アスペクト比が１６：９であり、有効水平画素数が８６４個の画素信号に変換する手段を有することを特徴とする変換装置。
【請求項６】
画像信号の変換装置であって、
アスペクト比が１６：９であり、有効水平画素数が１９２０個の画像信号における輝度のサンプリングレートを９／２０倍に変換し、アスペクト比が１６：９であり、有効水平画素数が８６４個の画素信号に変換する手段を有することを特徴とする変換装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は画像信号の信号フォーマット、及び変換技術に関し、特にテレビジョン信号における信号フォーマット、及び変換技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、高画質の要求から、走査方式がインタレース方式から順次走査方式に移行しつつある。代表的な順次走査方式のディジタルインタフェースとしては、５２５順次走査（以下、５２５ｐと言う）アナログ信号の輝度信号を周波数２７ＭＨｚでサンプリングし、色差信号を１３．５ＭＨｚでサンプリングする４：２：２ｐ方式と、５２５順次走査アナログ信号の輝度信号を周波数２７ＭＨｚでサンプリングし、色差信号を６．７５ＭＨｚでサンプリングする４：２：０ｐ方式とが知られている。
【０００３】
上述の４：２：２ｐ方式及び４：２：０ｐ方式は、有効走査線数が４８０本、有効水平画像数が７２０画素であり、そのアスペクト比は１６：９である。一方、近年のコンピュータの隆盛に伴い、画像もコンピュータで処理する場合が多くなってきた。
【０００４】
ところで、画像データはデータ量が巨大なものとなる為、画像をデジタル化して伝送したり、ＣＤ−ＲＯＭやハードディスクなどの記録媒体に記録したりする場合には通常圧縮符号化される。
【０００５】
圧縮符号化方式の中では、画像の空間周波数が低周波に集中する性質を利用して圧縮を行うＤＣＴをベースとした符号化方式が比較的多く使用されている。これはＪＰＥＧ（Ｊｏｉｎｔ　Ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｉｃ　Ｅｘｐｅｒｔｓ　Ｇｒｏｕｐ）やＭＰＥＧ（Ｍｏｖｉｎｇ　ＰｉｃｔｕｒｅＥｘｐｅｒｔｓ　Ｇｒｏｕｐ）などの国際標準である符号化方式でも採用されている。図４（ａ）〜（ｆ）にＭＰＥＧに準拠した符号フォーマットの階層図を示す。ＭＰＥＧの符号は図４（ａ）に示すようにいくつかの階層構造となっている。一番上の階層が図４（ａ）に示したビデオ・シーケンスであり、複数のＧＯＰ（Ｇｒｏｕｐ　Ｏｆ　Ｐｉｃｔｕｒｅ）　から構成される。
【０００６】
ＧＯＰは図４（ｂ）に示したとおり、複数のピクチャから構成される。そして、１つのピクチャが１枚の画像を示している。ピクチャはフレーム内符号であるＩピクチャと、前方向のみのフレーム間符号であるＰピクチャと、前後の双方間のフレーム間符号であるＢピクチャの３種類がある。ピクチャは図４（ｃ）に示したように任意の領域に分割された複数のスライスから構成される。スライスは左から右へ、または上から下への順序で並んだ複数のマクロブロックから構成される。
【０００７】
マクロブロックは図４（ｅ）に示したように１６×１６ドットのブロックを更に８×８ドットのブロックに分割して輝度成分（Ｙ１，Ｙ２，Ｙ３，Ｙ４）と輝度成分に一致する領域の８×８ドットのブロックの色差成分（Ｃｂ，Ｃｒ）の６個のブロックとから構成される。従って、ピクチャが１６×１６ドットのブロックに分割されることが前提となる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述の如く４：２：２ｐ方式及び４：２：０ｐ方式は、有効走査線数が４８０本、有効水平画像数が７２０画素であり、そのアスペクト比は１６：９である。従って、各画素の形状はスクエア（正方）ではなく、４：２：２ｐ方式及び４：２：０ｐ方式の画像信号はコンピュータで簡単に画像処理することは出来なかった。何故なら、コンピュータで画像を処理する場合、例えばある画像を画面上で回転する場合、各画素の形状がスクエアでないと、回転した画像が元の画像と異なった形状となってしまう。
【０００９】
そこで本発明の目的は、コンピュータで画像処理が簡単に行え、かつデータ圧縮も容易に行える画像信号、特にテレビジョン信号の信号フォーマット、及び従来の画像信号をその画像信号に変換する技術を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的を達成する第１の発明は、画像信号入出力処理装置であって、
アスペクト比が１６：９であり、有効走査線数が４８０本、有効水平画素数が８６４個の画像信号が入出力されることを特徴とする。
【００１１】
本発明の目的を達成する第２の発明は、画像信号の変換装置であって、
アスペクト比が１６：９であり、有効水平画素数が７２０個の画像信号における輝度のサンプリングレートを６／５倍に変換し、アスペクト比が１６：９であり、有効水平画素数が８６４個の画素信号に変換する手段を有することを特徴とする。
【００１２】
本発明の目的を達成する第３の発明は、画像信号の変換装置であって、
アスペクト比が１６：９であり、有効水平画素数が６４０個の画像信号における輝度のサンプリングレートを２７／２０倍に変換し、アスペクト比が１６：９であり、有効水平画素数が８６４個の画素信号に変換する手段を有することを特徴とする。
【００１３】
本発明の目的を達成する第の４発明は、画像信号の変換装置であって、
アスペクト比が１６：９であり、有効水平画素数が１２８０個の画像信号における輝度のサンプリングレートを２７／４０倍に変換し、アスペクト比が１６：９であり、有効水平画素数が８６４個の画素信号に変換する手段を有することを特徴とする。
【００１４】
本発明の目的を達成する第５の発明は、画像信号の変換装置であって、
アスペクト比が１６：９であり、有効水平画素数が１４４０個の画像信号における輝度のサンプリングレートを３／５倍に変換し、アスペクト比が１６：９であり、有効水平画素数が８６４個の画素信号に変換する手段を有することを特徴とする。
【００１５】
本発明の目的を達成する第６の発明は、画像信号の変換装置であって、
アスペクト比が１６：９であり、有効水平画素数が１９２０個の画像信号における輝度のサンプリングレートを９／２０倍に変換し、アスペクト比が１６：９であり、有効水平画素数が８６４個の画素信号に変換する手段を有することを特徴とする。
【００１６】
本発明が提案する、この信号フォーマットは、各画素の形状がほぼスクエアであり、縦横の画素数が１６の倍数となる為、そのままＪＰＥＧやＭＰＥＧの圧縮符号化方式を用いることが出来る。
【００１７】
【発明の実施の形態】
まず、本発明の信号フォーマットについて説明する。本発明の信号フォーマットは、図１に示す如く、アスペクト比が１６：９の画面において、有効走査線数が４８０本、有効水平画素数が８６４個であることを特徴とする。
【００１８】
アスペクト比が１６：９の従来の順次走査方式の有効走査線数は４８０本である。この有効走査線数を変更せずに各画素が正方な画素を得るためには、画素数が下記の式を満足するものであればよい。
【００１９】
画素数＝１６／９×４８０＝８５３．３
従って、水平有効画素数を約８５３に設定すれば、各画素がスクエアな画素となり、コンピュータでの画像処理が容易に出来る。
【００２０】
ところで、この画像データを記録・伝送する場合、非圧縮の状態では画像のデータ量は膨大なものとなり、データ圧縮は欠かせない。しかし、上述したＪＰＥＧやＭＰＥＧを用いる場合、離散コサイン変換（ＤＣＴ）の１ブロックは８画素×８画素であり、色差情報は一般的に輝度の半分のサンプル点とする為、画素数が１６の倍数になっている方が都合がよい。
【００２１】
１６の倍数で、８５３に最も近い倍数は８４８であるが、この８４８は他の画像信号からの変換を考えると、変換時のハードウェアの規模が増大してしまう。例えば、走査線４８０本飛越走査（以下、４８０ｉと呼ぶ）や、走査線４８０本順次走査（以下、４８０ｐと呼ぶ）フォーマットでは、水平有効画素数が７２０画素である。従って、この画素数を８４８個にする為には、輝度のサンプリングレートを５３／４５倍、すなわち、ハードウェ的には輝度のサンプリングレートを５３倍周した後に４５分周しなければならない。他の信号フォーマットも同様なことが起こる。
【００２２】
そこで、他の画像フォーマットからも変換が容易で、かつ、ＪＰＥＧやＭＰＥＧ等の画像圧縮の使用を考慮し、正方に近い画素を得るため、水平有効画素数を約８５３に近く１６の倍数である８６４画素とした。これにより、コンピュータでの画像処理が容易にでき、更にＪＰＥＧやＭＰＥＧ等の画像圧縮の技術が用いることができる。
【００２３】
実際、本発明が提案する水平有効画素数が８６４個の画像信号は、水平画素数が異なる他の信号フォーマットからの変換にも都合が良い。
【００２４】
例えば、ＶＧＡフォーマットでは、水平有効画素数が６４０画素である。従って、この画素数を本発明が提案する水平有効画素数が８６４画素に変換する為には、輝度のサンプリングレートを２７／２０にすれば良く、ハードウェアの規模を増大させずに、変換装置を設計することができる。
【００２５】
また、特に４８０ｉや、４８０ｐフォーマットでは、水平有効画素数が７２０画素である。従って、この画素数を本発明が提案する水平有効画素数が８６４画素に変換する為には、輝度のサンプリングレートを６／５にすれば良く、非常にハードウェアの規模が小さい変換装置を設計することができる。
【００２６】
更に、有効走査線７２０本順次走査（以下、７２０ｐ呼ぶ）フォーマットでは、水平有効画素数が１２８０画素である。従って、この画素数を本発明が提案する水平有効画素数が８６４画素に変換する為には、輝度のサンプリングレートを２７／４０にすれば良く、ハードウェアの規模を増大させずに、変換装置を設計することができる。
【００２７】
更に、有効走査線１０８０本飛越走査（以下、１０８０ｉと呼ぶ）や、有効走査線１０８０本順次走査（以下、１０８０ｐと呼ぶ）フォーマットのうち、水平有効画素数が１９２０画素の場合には、本発明が提案する水平有効画素数が８６４画素の画像信号に変換する為には、輝度のサンプリングレートを９／２０にすれば良く、ハードウェアの規模を増大させずに、変換装置を設計することができる。
【００２８】
更に、１０８０ｉや、１０８０ｐフォーマットのうち、水平有効画素数が１４４０画素の場合、本発明が提案する水平有効画素数が８６４画素の画像信号に変換する為には、輝度のサンプリングレートを３／５にすれば良く、非常にハードウェアの規模が小さい変換装置を設計することができる。
【００２９】
次に、変換装置の一例として、４：２：２ｐ方式の信号を本発明の信号フォーマットに変換する装置について説明する。
【００３０】
４：２：２ｐ方式はディジタルインタフェースであり、５２５ｐアナログ信号の輝度信号がサンプリング周波数２７ＭＨｚで、色差信号が１３．５ＭＨｚでサンプリングされた８：４：４方式の映像データを、ライン一本毎にインタレース状に抜き出したものを一組のインタレースデータとし、抜き出したラインと相補関係にあるラインを別のインタレースデータとして分けた後、時間軸上に２倍に伸長して、各々が１３．５ＭＨｚサンプリングの５２５インタレースデジタルコンポーネント信号と同一データ構造の二つのビットストリームでインタフェースするものである。
【００３１】
従って、４：２：２ｐ方式の輝度データＹのサンプリング周波数は２７ＭＨｚであり、色差データＣＢ，ＣＲのサンプリング周波数は１３．５ＭＨｚである。
【００３２】
そこで、輝度データＹ及び色差データＣＢ，ＣＲのサンプリングレートを６／５倍に変更して、有効水平画素数を８６４個に変換する。
【００３３】
以下、４：２：２ｐ方式の信号を本発明の信号フォーマットに変換する装置について、図２を参照しながら説明する。図２は本変換装置のブロック図である。
【００３４】
２１は分離回路である。この分離回路２１は４：２：２ｐ方式のデータを、輝度データＹ、色差データＣＢ及び色差データＣＲに分離する。２２は第１のＰＬＬ回路であり、輝度データＹのサンプリング周波数である２７ＭＨｚに同期した６倍の周波数の１６２ＭＨｚのクロック信号を生成する。２３１は第２のＰＬＬ回路であり、色差データＣＢのサンプリング周波数である１３．５ＭＨｚに同期した６倍の周波数の８１ＭＨｚのクロック信号を生成する。
【００３５】
２３２は第３のＰＬＬ回路であり、色差データＣＲのサンプリング周波数である１３．５ＭＨｚに同期した６倍の周波数の８１ＭＨｚのクロック信号を生成する。２４は第１の内挿／フィルタ回路である。この内挿／フィルタ回路２４は、ＰＬＬ回路２２からの１６２ＭＨｚのクロック信号に基づいて、各画素の輝度データＹの間に０データを５個挿入する。そして、挿入したことによる生じる高調波成分を除去する。更に、内挿／フィルタ回路２４は、０を挿入したことによりレベルが低下するので、６倍のゲインを与えている。
【００３６】
２５１は第２の内挿／フィルタ回路である。この内挿／フィルタ回路２５１は、ＰＬＬ回路２２からの８１ＭＨｚのクロック信号に基づいて、各画素の色差データＣＢの間に０データを５個挿入する。そして、挿入したことによる生じる高調波成分を除去する。更に、内挿／フィルタ回路２５１は、０を挿入したことによりレベルが低下するので、６倍のゲインを与えている。
【００３７】
２５２は第３の内挿／フィルタ回路である。この内挿／フィルタ回路２５２は、ＰＬＬ回路２２からの８１ＭＨｚのクロック信号に基づいて、各画素の色差データＣＲの間に０データを５個挿入する。そして、挿入したことによる生じる高調波成分を除去する。更に、内挿／フィルタ回路２５２は、０を挿入したことによりレベルが低下するので、６倍のゲインを与えている。
【００３８】
２６は第１の分周回路である。この分周回路２６は、ＰＬＬ回路２２からの１６２ＭＨｚのクロック信号を入力し、この１６２ＭＨｚのクロック信号を５分周して３２．４ＭＨｚのクロック信号を生成する。２７１は第２の分周回路である。この分周回路２７は、ＰＬＬ回路２３１からの８１ＭＨｚのクロック信号を入力し、この８１ＭＨｚのクロック信号を５分周して１６．２ＭＨｚのクロック信号を生成する。
【００３９】
２７２は第２の分周回路である。この分周回路２７は、ＰＬＬ回路２３２からの８１ＭＨｚのクロック信号を入力し、この８１ＭＨｚのクロック信号を５分周して１６．２ＭＨｚのクロック信号を生成する。２８は第１の間引き回路である。この間引き回路２８は、分周回路２６からの３２．４ＭＨｚのクロック信号に基づいて、内挿された輝度データＹを間引きする。そして、水平有効画素数が８６４個のデータを出力する。
【００４０】
２９１は第２の間引き回路である。この間引き回路２９１は、分周回路２７からの１６．２ＭＨｚのクロック信号に基づいて、内挿された色差データＣＢを間引きする。そして、水平有効画素数が８６４／２個のデータを出力する。は第３の間引き回路である。この間引き回路２９２は、分周回路２７からの１６．２ＭＨｚのクロック信号に基づいて、内挿された色差データＣＲを間引きする。そして、水平有効画素数が８６４／２個のデータを出力する。
【００４１】
３０はデジタル圧縮エンコーダであり、水平有効画素が８６４個の輝度データＹと、水平有効画素数が８６４／２個の色差データＣＢ及び水平有効画素数が８６４／２個の色差データＣＲとを入力し、デジタル圧縮する。
【００４２】
次に、４：２：０ｐ方式の信号を本発明の信号フォーマットに変換する装置について説明する。
【００４３】
４：２：０ｐ方式は、上述した８：４：４方式の映像データの色差信号のみを垂直低域通過フィルタに通した後、垂直方向に１本毎にインタレース状に間引いたデータ方式である。従って、輝度信号は２７ＭＨｚサンプリングの順次走査データを持ち、色差信号は６．７５ＭＨｚサンプリングのデータを持つ。従って、上述の４：２：０ｐ方式における変換装置のＰＬＬ回路２３１及びＰＬＬ回路２３２が、色差データのサンプリング周波数である６．７５ＭＨｚに同期した４０．５ＭＨｚのクロック信号を生成するようにすればよい。
【００４４】
以下、図３を参照しながら動作を説明する。４：２：０ｐ方式のデータが分離回路２１に入力され、輝度データＹ、色差データＣＢ及び色差データＣＲに分離される。そして、輝度データＹは、ＰＬＬ回路２２で生成された１６２ＭＨｚのクロック信号に基づいて、内挿／フィルタ回路２４で内挿されて高調波成分が除去される。すなわち、輝度データＹは、画素数が６倍のデータに変換されたことになる。
【００４５】
又、色差データＣＢ，は、ＰＬＬ回路２３１で生成された４０．５ＭＨｚのクロック信号に基づいて、内挿／フィルタ回路２５１で内挿されると共に、高調波成分が除去される。すなわち、色差データＣＢは、画素数が６倍のデータに変換されたことになる。同様に、色差データＣＲは、ＰＬＬ回路２３２で生成された４０．５ＭＨｚのクロック信号に基づいて、内挿／フィルタ回路２５２で内挿されると共に、高調波成分が除去される。すなわち、色差データＣＲは、画素数が６倍のデータに変換されたことになる。
【００４６】
一方、ＰＬＬ回路２２で生成された１６２ＭＨｚのクロック信号は、分周回路２６により５分周される。そして、３２．４ＭＨｚのクロック信号が生成される。又、ＰＬＬ回路２３１及びＰＬＬ回路２３２で生成された４０．５ＭＨｚのクロック信号は、分周回路２７１及び分周回路２７２により５分周される。そして、８．１ＭＨｚのクロック信号が生成される。
【００４７】
内挿された輝度データＹは、間引き回路２８により、３２．４ＭＨｚサンプルで間引きされる。すなわち、６個の画素毎に５個間引きされ、８６４サンプルの輝度データが出力される。又、内挿された色差データＣＢは、間引き回路２９１により、８．１ＭＨｚサンプルで間引きされる。すなわち、６個の画素毎に５個間引きされる。同様に、内挿された色差データＣＲは、間引き回路２９２により、８．１ＭＨｚサンプルで間引きされる。すなわち、６個の画素毎に５個間引きされる。そして、色差データとしては、８６４／２サンプルのデータが出力される。
【００４８】
そして、デジタル圧縮エンコーダ３０により、８６４サンプルの輝度データと８６４／２サンプルの色差データとはデジタル圧縮される。尚、図２、図３の例では説明を解りやすくする為、Ｙ、ＣＢ及びＣＲ毎にＰＬＬ回路を設けたが、実際にはＰＬＬ回路２２の一つでよく、図２の例では１／２分周、図３の例では１／４分周して各々８１ＭＨｚ、４０．５ＭＨｚのクロックを得ることが可能である。
【００４９】
尚、本発明の画像信号入出力装置の適用例として、変換装置について説明したが、アスペクト比が１６：９であり、有効走査線数が４８０本、有効水平画素数が８６４個の画像信号が入出力される装置、例えばディスプレ等であっても良い。
【００５０】
また、上述の実施の形態では、４：２：０ｐと４：２：２ｐとの例を示したが、ＶＧＡ、７２０ｐ、１０８０ｉ、１０８０ｐでも基本的に同じ原理で変換が可能であり、ＰＬＬの周波数倍率や分周周波数、フィルタの設定値が異なるだけである。
【００５１】
【発明の効果】
本発明の画像信号の信号フォーマットは、アスペクト比が１６：９において各画素が正方であるので、コンピュータでの画像処理が容易にできる。又、縦横の画素数が１６の倍数であるため、ＪＰＥＧやＭＰＥＧ等のデータ圧縮にも適している。
【００５２】
更に、他の信号フォーマットの画像信号を、本発明の画像信号に変換する際にも、複雑なレート変換器を用いることなく、簡単な構成で変換することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の画像信号の信号フォーマットを説明する為の図である。
【図２】図２は本発明の変換装置のブロック図である。
【図３】図３は本発明の変換装置のブロック図である。
【図４】図４はデータ圧縮の技術について説明する為の図である。
【符号の説明】
２１　分離回路
２２，２３　ＰＬＬ回路
２４，２５，２５内挿／フィルタ回路
２６，２７　分周回路
２８，２９１，２９２間引き回路
３０　エンコーダ
【図１】
2004007628.tif 000003
【図２】
2004007628.tif 000004
【図３】
2004007628.tif 000005
【図４】
2004007628.tif 000006