(57)【要約】【課題】　デジタルビデオシステムでアナログ映像信号をデジタル信号の方に変換するＡ/Ｄ変換過程にて量子化ビット数を増やさずに量子化の誤差を最小化して画質が改善できるＡ/Ｄ変換装置を提供する。【解決手段】 本デジタルビデオシステムのＡ/Ｄ変換装置は、入力されるアナログ映像信号を外部から入力される基準電圧値に基づいてＡ/Ｄ変換してデジタル信号の方に出力するＡ/Ｄ変換器と、所定の時間度に順次的繰返して基準レベルが変更された基準電圧をＡ/Ｄ変換器に提供する基準電圧提供部とを備える。【選択図】　　　図１
2004080780.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
　入力されるアナログ映像信号を外部から入力される基準電圧値に基づいてＡ/Ｄ変換してデジタル信号に出力するＡ/Ｄ変換器と、
　次の式から決められるＭ個の前記基準電圧値を所定の時間度に順次的繰返して前記Ａ/Ｄ変換器へ提供する基準電圧提供部と、を含むことを特徴とするデジタルビデオシステムのＡ/Ｄ変換装置。
【数１】
2004080780.tif 000008
　ここで、VREFは前記基準電圧値であり、Δは前記Ａ/Ｄ変換時に使われる量子化ステップの幅である。
【請求項２】
　前記所定の時間は、水平走査期間であることを特徴とする請求項１に記載のデジタルビデオシステムのＡ/Ｄ変換装置。
【請求項３】
　前記所定の時間は、垂直走査期間であることを特徴とする請求項１に記載のデジタルビデオシステムのＡ/Ｄ変換装置。
【請求項４】
　前記アナログ映像信号は、飛越走査方式の映像信号であることを特徴とする請求項１に記載のデジタルビデオシステムのＡ/Ｄ変換装置。
【請求項５】
　前記アナログ映像信号は順次走査方式の映像信号であることを特徴とする請求項１に記載のデジタルビデオシステムのＡ/Ｄ変換装置。
【請求項６】
　前記Ｎ個は、２つであることを特徴とする請求項１ないし請求項５のうちいずれか一項に記載のデジタルビデオシステムのＡ/Ｄ変換装置。
【請求項７】
　前記Ｎ個は、４つであることを特徴とする請求項１ないし請求項５のうちいずれか一項に記載のデジタルビデオシステムのＡ/Ｄ変換装置。
【請求項８】
　（ａ）入力されるアナログ映像信号を外部から入力される基準電圧値に基づいてＡ/Ｄ変換してデジタル信号に出力するステップと、
　（ｂ）次の式から決められるＭ個の前記電圧基準値を所定の時間度に順次的繰返して前記（ａ）ステップに提供するステップと、を含むことを特徴とするデジタルビデオシステムのＡ/Ｄ変換方法、
【数２】
2004080780.tif 000009
　ここで、VREFは前記基準電圧値であり、Δは前記Ａ/Ｄ変換時に使われる量子化ステップの幅である。
【請求項９】
　前記所定の時間は、水平走査期間であることを特徴とする請求項８に記載のデジタルビデオシステムのＡ/Ｄ変換方法。
【請求項１０】
　前記所定の時間は、垂直走査期間であることを特徴とする請求項８に記載のデジタルビデオシステムのＡ/Ｄ変換方法。
【請求項１１】
　前記アナログ映像信号は、飛越走査方式の映像信号であることを特徴とする請求項８に記載のデジタルビデオシステムのＡ/Ｄ変換方法。
【請求項１２】
　前記アナログ映像信号は、順次走査方式の映像信号であることを特徴とする請求項８に記載のデジタルビデオシステムのＡ/Ｄ変換方法。
【請求項１３】
　前記Ｎ個は、２つであることを特徴とする請求項８ないし請求項１２のうちいずれか一項に記載のデジタルビデオシステムのＡ/Ｄ変換方法。
【請求項１４】
　前記Ｎ個は、４つであることを特徴とする請求項８ないし請求項１２のうちいずれか一項に記載のデジタルビデオシステムのＡ/Ｄ変換方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
　本発明は、デジタルビデオシステムのＡ/Ｄ変換装置及びその方法に関し、特に、Ａ/Ｄ変換過程で量子化ビット数を増加させずに量子化の誤差を最小化し画質を改善できるデジタルビデオシステムのＡ/Ｄ変換装置及びその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
　ＤＴＶ（デジタルＴＶ）などのデジタルビデオシステムでは、画面に映像をディスプレーするためにアナログ入力信号をデジタル符号化するＡ/Ｄ変換過程が必要とされる。
【０００３】
　Ａ/Ｄ変換過程は、連続的に変化するアナログの映像信号や音声信号を離散的な（ディスクリート）デジタル信号の方に変換する過程である。Ａ/Ｄ変換過程にての標本化周波数及び量子化ビット数は、デジタルビデオシステムの画質、音質、及び情報量に影響力を及ぼす。つまり、標本化周波数を高くしてサンプリングを稠密させるほど高域周波数の再生が可能になり、優れた画質や音質が得られる。しかし、標本化周波数に比例して転送及び記録のための情報量もその分増加する。
【０００４】
　同様に、１サンプル当り取られる量子化ビット数も画質、音質、及び情報量にその影響を及ぼす。例えば、肖像権保護のためによく使われるモザイク画面は不明であるためその内容が判別し難いが、これはデジタル信号処理過程で量子化ビットの数を極めて低く設定したからである。
【０００５】
　Ａ/Ｄ変換の過程で、量子化は連続的に分布する標本値を不規則な数値列に表現する操作であるためある程度の情報損失は避けられない。例えば、量子化ステップ幅が１Ｖである場合、入力信号値が０.５Ｖ以下であれば０Ｖ、０.５〜１.５Ｖであれば１Ｖ、１.５Ｖ〜２.５Ｖであれば２Ｖになるよう入力値を四捨五入して出力値を得ることができる。よって、連続的なアナログ信号を階段型の不連続信号に変化して符号化すれば、入力信号値と出力信号との間には誤差が発生するしかない。これを量子化誤差という。量子化誤差は、信号に対しては一種の雑音であるため量子化雑音とも言われる。
【０００６】
　量子化誤差は量子化ステップの幅の半分を超さず、量子化ステップの幅を縮めば縮むほどこれに比例して縮む。量子化ステップの幅を縮むということは、結局、量子化ビット数を増やすことと繋がるが、量子化ビット数を増やすには限界あるため本質的に０にはならない。言い換えれば、量子化ビット数を増やせば増やす程、量子化のステップ幅が縮むため画質と音質が改善されるものの、標本化周波数の場合と同様に量子化の周波数に比例して情報量がその分増加するためやたらにその数値を高くするのは困難である。
【０００７】
　前述した技術的な制約のため情報量の少ない音響機器が映像機器より前もってデジタル化され、代表的なデジタル音響機器であるCDの標本化周波数及び量子化ビット数はそれぞれ４４.１kHz及び１６ビットである。再生帯域幅がオーディオ信号に比べて２００倍も多い動映像信号の場合、量子化ビット数を１６ビット以上にすると情報量が数え切れないくらい増加するため映像信号をデジタル符号に変換及び記録することが実際なところ不可能である。よって、デジタルビデオシステムにての量子化ビット数は経済的、人の視覚特性、及び実際の画面で判断できる主観的な評価などによって実用上問題のない画質レベルを考慮して決めなければならない。一般的には、量子化ビット数は８ビットあるいは１０ビットが使われ、最近には１２ビットのデジタルプロセッサーカメラも現れるようになった。
【０００８】
　８ビットの分解能は、最大２８（＝２５６）で、１０ビットの分解能は最大２１０（＝１０２４）、１２ビットの分解能は最大２１２（＝４０９６）レベルになる。従って、８ビットのシステムは１０ビットのシステムに比べて量子化ステップ幅が大きくなって、扱われる情報量は極めて少なくなる。反面、８ビットのシステムは１０ビットのシステムに比べて量子化のステップ幅が大きくなるため斜線または円弧のような斜めの物体をアナログシステムのように精密に描き出すことが容易でなくなる。
【０００９】
　従って、デジタルビデオシステムにて質の高い画質及び音質を得るためには量子化ビット数を増やし量子化ステップの幅を縮めるべきであるが、これによって増加する情報量の処理のための回路構成が複雑になり、値段も上昇するようになる。
【００１０】
　これらの理由によってデジタルビデオシステムは、量子化ビット数で８ビットを使用する８ビットシステムが一般的であり、この場合、Ａ/Ｄ変換過程にて量子化ビット数が８ビットのみならず、画面内に一つの点に対応する構成要素である画素、またはピクセルを表すための、輝度（Ｙ）や色信号（Cb、Cr）などの信号についても８ビットに量子化されたレベルを使用する。
【００１１】
　よって、画素を表すための輝度（Ｙ）や色信号（Cb、Cr）などの量子化レベルを８ビット以上にして回路具現の複雑性やコストを増加させる方法、あるいはＡ/Ｄ変換過程で量子化ビット数を増やさずにも量子化誤差を最小化して画質が改善できるデジタルビデオシステムＡ/Ｄ変換装置が必要とされる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
　本発明は、前述した問題点を解決するために案出されたもので、本発明の目的は、デジタルビデオシステムにてアナログ映像信号をデジタル信号の方に変換するＡ/Ｄ変換過程において量子化ビット数を増やすことなく量子化誤差を最小化して画質を改善できるＡ/Ｄ変換装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
　前記目的を達成するための本発明に係るデジタルビデオシステムのＡ/Ｄ変換装置は、入力されるアナログ映像信号を外部から入力される基準電圧値に基づいてＡ/Ｄ変換してデジタル信号に出力するＡ/Ｄ変換器と、次の式から決められるＭ個の値を所定の時間度に順次的繰返して前記基準電圧値に提供する基準電圧提供部とを含む。
【００１４】
【数３】
2004080780.tif 000003
　ここで、VREFは前記基準電圧値であり、Δは前記Ａ/Ｄ変換時に使われる量子化ステップの幅である。
【００１５】
　前記所定の時間は水平走査期間であるか、垂直走査期間であることが好ましく、前記アナログ映像信号は、飛越走査方式の映像信号あるいは順次走査方式の映像信号であることが好ましい。そして、前記Ｎ個は、２つもしくは４つであることが好ましい。
【００１６】
　一方、本発明のデジタルビデオシステムのＡ/Ｄ変換方法として、（ａ）入力されるアナログ映像信号を外部から入力される基準電圧値に基づいてＡ/Ｄ変換してデジタル信号に出力するステップと、（ｂ）次の式から決められるＭ個の前記電圧基準値を所定の時間度に順次的繰返して前記（ａ）ステップに提供するステップとを含む。
【００１７】
【数４】
2004080780.tif 000004
　ここで、VREFは前記基準電圧値であり、Δは前記Ａ/Ｄ変換時に使われる量子化ステップの幅である。
【００１８】
　前記所定の時間は水平走査期間であるか、垂直走査期間であることが好ましく、前記アナログ映像信号は、飛越走査方式の映像信号あるいは順次走査方式の映像信号であることが好ましい。そして、前記Ｎ個は、２つもしくは４つであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
　本発明よれば、デジタルビデオシステムにてＡ/Ｄ変換過程で量子化ビット数を増やすことなく量子化の誤差を最小化することができる。よって低コストと簡単な回路具現で画質を改善することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
　以下、図面を参照して本発明をより詳しく説明する。
【実施例１】
【００２１】
　図１は、本発明に係るデジタルビデオシステムのＡ/Ｄ変換装置の概略的なブロック図である。本デジタルビデオシステムのＡ/Ｄ変換装置は、Ａ/Ｄ変換器１０と基準電圧発生部１２とからなる。Ａ/Ｄ変換器１０は、入力されるアナログ映像信号をＡ/Ｄ変換して符号化されたデジタル信号を出力させる。基準電圧発生部１２は、Ａ/Ｄ変換器１０がアナログ映像信号をデジタル出力信号の方に変化する過程で基準電圧として使われる基準電圧値（VREF）を提供する。
【００２２】
　図２は、図１のデジタルビデオシステムのＡ/Ｄ変換装置の動作方法を説明するためのフローチャートである。説明の便宜上、Ａ/Ｄ変換器１０に入力されるアナログ映像信号が順次走査（progressive　scanあるいはnon-interlaced　scan）方式の映像信号だと仮定する。順次走査方式は、コンピュータモニタ、デジタルＴＶなどに使用され、フィルムをスクリーンに映写するようにして１つの画面をフレーム単位にして全体フレームをいっぺんに表示する方式である。図３は、垂直同期信号によって偶数（even）フレームと奇数（odd）フレームの映像信号が連続的に入力されることが示されている。かかる順次走査方式のアナログ映像信号が入力される場合、基準電圧発生部１２は、入力されるアナログ映像信号が奇数フレーム映像信号であるかを判断する（Ｓ２０）。判断の結果、奇数番目フレーム映像信号である場合には基準レベルを変更させる（Ｓ２２）。基準レベルの変更は、基準電圧発生部１２がＡ/Ｄ変換器１０に提供する基準電圧値（VREF）を増加あるいは減少させることを指す。この際、増加あるいは減少される値は、初期に設定された基準電圧値に基づいてＡ/Ｄ変換過程で使用される量子化ステップの幅の半分程度に該当する値である。
【００２３】
　もし、入力されるアナログ映像信号が偶数番目フレームの映像信号である場合、初期に設定された基準電圧値の方にＡ/Ｄ変換を行なう（Ｓ２４）。かかる過程（Ｓ２０、Ｓ２２）を繰返して行なう。そして、奇数番目フレーム映像信号であるか、偶数番目フレーム映像信号であるかは、垂直同期信号を検出して一回は奇数番目フレーム映像信号にし、次回は偶数番目フレーム映像信号に設定する過程を繰り返すればいい。
【００２４】
　かかる方法によってＡ/Ｄ変換を行なって現れる効果を説明すれば次の通りである。図４Ａ及び図４Ｂは、Ａ/Ｄ変換過程で基準レベルが変更される場合、Ａ/Ｄ変換器１０から出力されるデジタル値を説明するための図である。図４Ａは、初期に設定された電圧基準値を用いてＡ/Ｄ変換する過程を図示している。図４Ａで、t＋０、t＋１、t＋２、の時間度にサンプリングしたデジタル値及び量子化の誤差を表にすると次の通りである。
【００２５】
【表１】
2004080780.tif 000005
　図４Ｂは、奇数番目フレーム映像信号から基準レベルが変更されＡ/Ｄ変化される過程を示している。ここでは、基準電圧値が増加された場合であって、図面では、実線で示した波形は基準電圧値が増加されサンプリングされている波形を示し、点線で示した波形は基準電圧値の変更なしにサンプリングされている波形を示す。実線で示した波形にて、ｔ+０、ｔ+１、ｔ+２の時間度にサンプリングしたデジタル値及び量子化の誤差は次の表の通りである。
【００２６】
【表２】
2004080780.tif 000006
　表１及び表２を参照すると、ｔ＋０にてサンプリングした値は基準電圧値が変更のない場合にはＮとなり、基準電圧値が増加された場合にはＮ＋１になることが分かる。このように算出されたデジタル値を図５に示したように、画面上の特定画素Ａの輝度値（Ｙ）レベルに使用すると仮定すれば、Ａ点の輝度値は、最初にはＮと表示され次はＮ＋１と表示される過程を繰り返す。つまり、Ａ点の輝度値はＮ→Ｎ＋１→Ｎ→Ｎ＋１．．．となり、輝度値の変化は垂直同期信号（Vsync）によって早く変わるので視覚的には画面上の画素Ａの輝度値がＮ値とＮ＋１値になって光っているように見えず、ＮとＮ＋１の中間値であるＮ＋0.5程度の値に感じられる。かかる方法によって、Ａ/Ｄ変換過程において量子化ビット数を増やさずに、視覚的には量子化ビット数を増やしたような画質改善の効果を挙げることができる。
【００２７】
　さらに、前述した実施例にては説明の便宜上、入力されるアナログ映像信号が順次走査方式であると仮定したが、入力されるアナログ映像信号が飛越走査方式の信号であっても同じ方式で画質を改善することができる。つまり、奇数に入力される映像信号の奇数フィルド及び偶数フィルドでは基準レベルの変更なしにＡ/Ｄ変換を行ない、偶数に入力される映像信号の奇数及び偶数フィルドでは基準レベルを変更してＡ/Ｄ変換を行なう。そして、垂直同期信号の代りに水平同期信号を使用して基準レベルを変更したり、垂直同期信号と水平同期信号とを複合的に使用することもできる。また、基準レベルの変更を２度に１回ずつ行なう代りに４度に1回あるいはその以上に行なうなど、多様に変化を与えることが可能である。
【００２８】
　図６は、本発明に係るデジタルビデオシステムＡ/Ｄ変換装置の他の実施例を示したブロック図である。示したＡ/Ｄ変換装置の基本的な動作は、図２及び図３に説明したＡ/Ｄ変換装置と同様である。但し、基準電圧値を発生する方法においてその差異がある。Ａ/Ｄ変換装置はＡ/Ｄ変換器３０、基準電圧発生部３２、及びクランプ回路部３４からなる。
【００２９】
　クランプ回路部３４は、入力されるアナログ映像信号の基準レベルをクランプする。Ａ/Ｄ変換器３０は、クランプ回路部３４を介して入力されるアナログ映像信号をＡ/Ｄ変換してデジタル信号を出力する。
【００３０】
　基準電圧発生部３２は、クランプ回路部３４から提供される基準レベルに基づいてＡ/Ｄ変換器３０がアナログ映像信号をデジタル出力信号の方に変化させる際に基準電圧として使用する基準電圧値（VREF）を提供する。
【００３１】
　図７Ａは、クランプ回路部３４に入力されるアナログ映像信号の例を示している。アナログ映像信号にはバックポーチ区間がある。
【００３２】
　即ち、映像信号にはブランク（帰線期間）、つまり、画面上に映像信号が存しない期間かある。例えば水平ブランク期間中、画面の走査線は図５に示されたよう、画面の右側から左側へ復帰するが、これを帰線消去期間と言う。また、映像信号の同期パルスの後端から帰線消去信号の後端までをバックポーチ区間と言う。かかるバックポーチ空間での電圧値を用いて基準電圧値を算出し、図７Ａでの矢印はクランプの位置を示す。
【００３３】
　図７Ｂは、バックポーチ区間で映像信号を微細放電させた波形を示している。同図のように、バックポーチ区間の信号値は量子化ステップ幅の範囲内で若干減少する。このような信号波形にて、ａ点での値を基準レベルが変更されない基準電圧値に使用し、ｂ点での基準電圧値を基準レベルが変更された基準値に使用して垂直走査期間あるいは水平走査期間度に交代しながらＡ/Ｄ変換器３０へ提供すると、前述した基準レベル変更の効果が得られる。
【００３４】
　図７Ｃは、バックポーチ区間にて映像信号を微細充電した波形を示している。この場合、バックポーチ区間にての信号値は量子化ステップ幅の範囲内で若干増加する。前述したように、ａ点での値を基準レベルが変更されない基準電圧値にし、ｂ点での電圧値を基準レベルが変更された基準電圧値にして、垂直走査期間あるいは水平走査期間度に交代しながらＡ/Ｄ変換器３０へ提供し、基準レベル変更の効果を得ることができる。
【００３５】
　一方、前述した全ての実施例では、２つの基準電圧値を使用する場合につき説明したが、基準電圧値に２つ以上を使用することも可能である。例えば、量子化ステップ幅内の大きさを１とした際に、基準電圧値を基準に０、1/4、２/４、４/３がそれぞれ増加あるいは減少される４つの基準電圧値を使用すれば、量子化ビット数を４倍に増加させた場合と類似した効果がある。つまり、量子化ビット数をＭ倍に増加させた効果を得るためには次の式によって算出されるＭ個の基準電圧値を所定の時間度に交代に使用すればよい。
【００３６】
【数５】
2004080780.tif 000007
　ここで、VREFは前記基準電圧値であり、Δは前記Ａ/Ｄ変換時に使われる量子化ステップの幅である。
【００３７】
　以上、本発明を本発明の原理を例示するための望ましい実施例と関連して説明し示したが、本発明はそのように示しかつ説明されたそのままの構成及び作用に限られない。かえって、特許請求の範囲の思想及び範疇を逸脱せず多様な変更及び修正が可能であることを当業者らはよく理解できろう。従って、そのような全ての適切な変更及び修正と均等物も本発明の範囲に属すると見なされるべきである。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
　本発明はデジタルビデオシステムのＡ/Ｄ変換装置に使用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明に係るデジタルビデオシステムのＡ/Ｄ変換装置の概略的なブロック図である。
【図２】図１のデジタルビデオシステムのＡ/Ｄ変換装置の動作方法を説明するためのフローチャートである。
【図３】図１のデジタルビデオシステムのＡ/Ｄ変換装置の動作方法を説明するためのフローチャートである。
【図４Ａ】Ａ/Ｄ変換過程を説明するための図である。
【図４Ｂ】Ａ/Ｄ変換過程を説明するための図である。
【図５】本発明に係るデジタルビデオシステムのＡ/Ｄ変換装置の効果を説明するための図である。
【図６】本発明に係るデジタルビデオシステムのＡ/Ｄ変換装置の他の実施例に対するブロック図である。
【図７Ａ】基準電圧値を検出する過程を説明するための図である。
【図７Ｂ】基準電圧値を検出する過程を説明するための図である。
【図７Ｃ】基準電圧値を検出する過程を説明するための図である。
【符号の説明】
【００４０】
１０、３０　Ａ/Ｄ変換器
１２、３２　基準電圧発生部
３４　　クランプ回路部
【図１】
2004080780.tif 000010
【図２】
2004080780.tif 000011
【図３】
2004080780.tif 000012
【図４Ａ】
2004080780.tif 000013
【図４Ｂ】
2004080780.tif 000014
【図５】
2004080780.tif 000015
【図６】
2004080780.tif 000016
【図７Ａ】
2004080780.tif 000017
【図７Ｂ】
2004080780.tif 000018
【図７Ｃ】
2004080780.tif 000019