(57)【要約】【課題】狭い帯域で送る場合においても解像感のよい画像が得られる映像信号圧縮装置及び映像信号伸張装置を提供する。【解決手段】映像信号圧縮装置１は、原画像２１を横方向に２／３に縮小し、正方形画像２２にして、この正方形画像２２の角度を４５°回転して傾斜画像２３を作る。そして、この傾斜画像２３を横方向に３／２倍してひし形画像２４に変換し、標準テレビジョン信号となるように四隅の画像が存在しない余白部２５に黒画素を挿入して、７２０×４８０ピクセルで４：３の標準テレビジョン信号画像２６に正規化し、これをＭＰＥＧ形式で圧縮する。映像信号伸張装置３は、これとは逆に圧縮データを伸張後、４５°逆回転させて、余白の黒画素を除去し元の正常な画像に戻す。【選択図】      図１
2004343479.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
映像信号内の画像をあらかじめ決められた角度で傾ける画像角度変換手段と、
前記画像角度変換手段で傾けられた画像の余白に画素を付加して長方形画像を生成する正規化手段と、
前記正規化手段で正規化された前記映像信号を圧縮する圧縮手段と、
を備えることを特徴とする映像信号圧縮装置。
【請求項２】
圧縮されたディジタル映像信号を伸張する伸張手段と、
前記伸張手段で伸張された映像信号内の画像をあらかじめ決められた角度で傾ける画像角度変換手段と、
前記画像角度変換手段で変換された信号から一部を取り出して前記映像信号を生成する正規化手段と、
を備えることを特徴とする映像信号伸張装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、映像信号圧縮装置及び映像信号伸張装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
映像信号圧縮装置は、映像信号を様々な通信媒体や記録媒体で用いるためにそのデータ容量を圧縮する装置である。また、映像信号伸張装置は、映像信号圧縮装置によって圧縮されたデータから、画像として実際に見られるように圧縮されているデータを伸張する装置である。
【０００３】
例えば、テレビジョン放送などに用いられているＮＴＳＣ方式の標準精細度テレビジョン信号（ＳＤＴＶ（Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ  Ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ）信号）を７２０×４８０ピクセル（横×縦）でサンプリングして、ＭＰＥＧ２方式で圧縮伸張すると、４：３の画像を正方形としてＭＰＥＧ圧縮・伸張を行うので、水平方向の解像度は、下記（１）式の通りとなる。
７２０×３／４＝５４０（本）    …（１）
このとき垂直方向の解像度はピクセル数と同じ４８０本である。
【０００４】
このようなＭＰＥＧ圧縮された画像データを送信する場合、通常６Ｍｂｐｓぐらいの帯域が必要である。
【０００５】
しかし、通信回線の容量が少ないなどのために、圧縮後の全体のデータ量をより小さくしたい場合がある。このような場合、従来は１フレームの画像が７２０×４８０ピクセルの映像を、横方向の解像度がほぼ１／２の解像度、正確にはＨａｌｆＤ１と呼ばれる３５２×４８０ピクセルの画像に変換してから圧縮を行い、３Ｍｂｐｓ程度の帯域で送ることができる方法が採られている。
【０００６】
図５は、このようなＨａｌｆＤ１画像を説明するための説明図である。図５（ａ）に示す原画像１０１に対して、図５（ｂ）に示すようにＨａｌｆＤ１画像１０３は水平方向がほぼ半分の大きさとなる。
【０００７】
この方法では全体のピクセル数が半分になるので帯域は半分となる。一方解像度については、水平解像度は、下記（２）式の通りとなる。
【０００８】
３５２×３／４＝２６４（本）  …（２）
この場合、垂直解像度はＨａｌｆＤ１画像１０３においても４８０本のままである。
【０００９】
なお、画像信号を符号化する技術として、画面の領域に応じて視覚特性に適合した空間解像度の特性で符号化を行うようにしたものもある（例えば、特許文献１参照）。
【００１０】
【特許文献１】
特開平６−３３４９８５号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、人間の目は垂直方向と水平方向の感度が同等で、垂直解像度と水平解像度が同じ画像が自然に見えるといわれている。また、垂直解像度と水平解像度が大きく異なる場合、悪い方の解像度が、その画像の解像感として認識されることが知られている。
【００１２】
したがって、従来のＨａｌｆＤ１画像は、水平方向解像度が半分になっているため、この画像を再生したときに、人間の感覚としては解像感が悪く、特に大画面に表示した場合にぼけた感じになってしまうという課題があった。
【００１３】
本発明の目的は、狭い帯域で送る場合においても解像度のよい画像を得ることができる映像信号圧縮装置及び映像信号伸張装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、映像信号内の画像をあらかじめ決められた角度で傾ける画像角度変換手段と、前記画像角度変換手段で傾けられた画像の余白に画素を付加して長方形画像を生成する正規化手段と、前記正規化手段で正規化された前記映像信号を圧縮する圧縮手段とを備えることを要旨とする映像信号圧縮装置である。
【００１５】
請求項２の発明は、圧縮されたディジタル映像信号を伸張する伸張手段と、前記伸張手段で伸張された映像信号内の画像をあらかじめ決められた角度で傾ける画像角度変換手段と、前記画像角度変換手段で変換された信号から一部を取り出して前記映像信号を生成する正規化手段とを備えることを要旨とする映像信号伸張装置である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係わる映像信号圧縮装置及び映像信号伸張装置の実施の形態を説明する。
【００１７】
図１は、本実施の形態に係わる映像信号圧縮装置のブロック図。図２は、図１の映像信号圧縮装置における画像変換を示す模式図。図３は、本実施の形態に係わる映像信号伸張装置のブロック図。図４は、図３の映像信号伸張装置における画像変換を示す模式図である。
【００１８】
まず、本実施の形態に係わる映像信号圧縮装置について説明する。
【００１９】
映像信号圧縮装置１は、図１に示すように、Ａ／Ｄ変換部１１、画像変換部１３、画像正規化部１５、画像圧縮部１７、及び各部の動作を制御するＣＰＵ１９により構成されている。
【００２０】
Ａ／Ｄ変換部１１は、映像信号圧縮装置１に入力されたアナログの映像信号をディジタルの映像信号に変換する。
【００２１】
画像変換部１３は、アフィン変換を用いて、１フレームの画像の角度を変換する。ここでは、約４５度傾けて、ひし形となるように変換する。画像変換部１３は、本実施の形態における画像角度変換手段を構成する。
【００２２】
画像正規化部１５は、画像変換部１３によってひし形に変換された画像となった映像信号を標準テレビジョン信号の画像となるように変換する。画像正規化部１５は、本実施の形態における正規化手段を構成する。
【００２３】
画像圧縮部１７は、標準テレビジョン信号による映像信号をＭＰＥＧ形式によって圧縮する。画像圧縮部１７は、本実施の形態における圧縮手段を構成する。
【００２４】
ＣＰＵ１９は、これら各部による処理を制御する。
【００２５】
次に、上記のように構成された映像信号圧縮装置１の動作について説明する。
【００２６】
映像信号圧縮装置１に入力される信号は、アナログの映像信号であり、まずＡ／Ｄ変換部１１でディジタルの映像信号に変換される。変換後の映像信号による１フレームの画像は、図２（ａ）に示すように、７２０×４８０ピクセルの画像（ここでは原画像２１と称する）である。
【００２７】
ディジタル化された映像信号は、画像変換部１３でアフィン変換を用いて、１フレームの画像の向きがひし形となる画像の映像信号に変換される。
【００２８】
アフィン変換による画像変換は、例えば原画像２１の左上角を新しい画像の左辺中央に、原画像２１の右上角を新しい画像の上辺中央に、というようにして元の長方形の画像をひし形の画像となるように角度を変換するものである。変換後のひし形の縦横は変換前の画像の縦横と同一の７２０×４８０ピクセルである。したがって、ひし形の一辺の等価ピクセルは、下記（３）式の通りとなる。
【００２９】
√（（７２０×１／２）２  ＋（４８０×１／２）２  ）≒４３２（ピクセル）…（３）
ひし形の一辺は、それぞれ原画像２１の水平、垂直に相当するので、原画像２１の水平方向は４３２／７２０、垂直方向は４３２／４８０に縮小されることになる。
【００３０】
アフィン変換は一般に下記（４）式の通りである。
【００３１】
【数１】
2004343479.tif 000003
また、回転の変換式は（４）式において、ａ＝ｄ＝ｃｏｓθ、ｂ＝ｓｉｎθ、ｃ＝−ｓｉｎθ、ｅ＝ｆ＝０である。
【００３２】
また拡大・縮小のアフィン変換は、（４）式において、ｂ＝ｃ＝ｅ＝ｆ＝０とするとｘ軸方向にａ倍され、ｙ軸方向にｄ倍される。
【００３３】
実際の画像変換は、図２（ａ）に示された原画像２１を、図２（ｂ）に示すように、まず横方向に２／３に縮小し、正方形画像２２にして、次に、図２（ｃ）に示すように、画像の角度を４５°回転して傾斜画像２３を作る。そして、図２（ｄ）に示すように、画像部分を４５°傾けた傾斜画像２３を横方向に３／２倍してひし形画像２４に変換する。
【００３４】
これをアフィン変換の式であらわすと、下記（５）式の通りである。
【００３５】
【数２】
2004343479.tif 000004
（５）式において、後ろの係数部分だけ先に計算すると、
【数３】
2004343479.tif 000005
ｃｏｓ４５°＝ｓｉｎ４５°＝√２  だから
【数４】
2004343479.tif 000006
となる。
【００３６】
上記（６）式によって原画像２１をひし形に変換することができる。このようにして、画像変換部１３は（６）式を用いてアフィン変換を行いひし形の画像を得る。画像変換部１３で変換されたひし形画像２４は、画像正規化部１５に送られる。
【００３７】
画像正規化部１５では、標準テレビジョン信号となるように、図２（ｆ）に示すように、四隅の画像が存在しない余白部２５（図２（ｅ）参照）にピクセル（画素）を挿入し、７２０×４８０ピクセルで４：３の標準テレビジョン信号画像２６に正規化する。
【００３８】
このときに挿入するピクセルは、黒色（黒画素（Ｙ＝Ｃｒ＝Ｃｂ＝０））とすることが好ましい。これは、後述するＭＰＥＧ圧縮後のデータ量を少しでも少なくするためである。また、このような正規化を行うのは、画像圧縮の際に汎用の標準テレビジョン信号用ＭＰＥＧエンコードチップを使用することを可能にするためである。
【００３９】
画像正規化部１５で正規化された標準テレビジョン信号画像２６は画像圧縮部１７に送られ、ＭＰＥＧ圧縮される。このとき、先の画像正規化部１５において、余白部２５に挿入した画素を黒画素としているため、圧縮時のデータ量を削減することができる。
【００４０】
このようにして圧縮された信号は、標準テレビジョン信号をＭＰＥＧ方式で圧縮した信号と全く変わらないフォーマットとなるため、汎用の装置を使って伝送したり保存したりして使用することができる。
【００４１】
次に、このようにして圧縮された映像信号を再生するために伸張する映像信号伸張装置について説明する。
【００４２】
映像信号伸張装置３は、基本的に映像信号圧縮装置１の処理と逆の処理を行うことにより画像を伸張する。
【００４３】
本実施の形態による映像信号伸張装置３は、図３に示すように、画像伸張部３１、画像変換部３３、画像正規化部３５、Ｄ／Ａ変換部３７、及びＣＰＵ３９により構成されている。
【００４４】
画像伸張部３１は、ＭＰＥＧ形式により圧縮された映像信号を伸張する。画像伸張部３１は、本実施の形態における伸張手段を構成する。
【００４５】
画像変換部３３は、アフィン変換により、前述した映像圧縮装置によって圧縮する際にひし形にされた画像を元の正方形の画像に変換する。画像変換部３３は、本実施の形態における画像角度変換手段を構成する。
【００４６】
画像正規化部３５は、正方形に戻された映像信号が標準テレビジョン信号の画像となるように変換する。画像正規化部３５は、本実施の形態における正規化手段を構成する。
【００４７】
ＣＰＵ３９は、これら各部による処理を制御する。
【００４８】
次に、上記のように構成された映像信号伸張装置３の動作について説明する。
【００４９】
まず、映像信号伸張装置３に入力された圧縮ディジタル信号の標準テレビジョン信号画像２６は、画像伸張部３１で伸張されて、図４（ａ）に示すように、１フレームの画像として７２０×４８０ピクセルの伸張画像４１に伸張される。伸張された映像信号は画像変換部３３に渡される。
【００５０】
画像変換部３３では、アフィン変換により画像変換を行う。ここでは、伸張画像４１の左辺中央を新しい画像の左上角に、伸張画像４１の上辺中央を新しい画像の右上角に、というようにして先に説明した映像信号圧縮装置１での変換とは逆の変換を行う。これにより、図４（ｂ）に示すように、画像部分４２が正立した変換画像４３が得られる。画像変換部３３で変換された変換画像４３は、画像正規化部３５に渡される。
【００５１】
画像正規化部３５は、変換画像４３から必要な画像部分４２のみを取り出す。実際には、変換画像４３から不要な余白部２５（ここでは黒画素）を削除することで変換画像４３から必要な画像部分４２のみを取り出すことになる。
【００５２】
これにより、図４（ｃ）に示すように、１フレームが７２０×４８０ピクセルの原画像２１が得られる。
【００５３】
そして原画像２１となった映像信号（ディジタル信号）がＤ／Ａ変換部３７に送られてアナログの標準テレビジョン信号として出力される。出力されたアナログの標準テレビジョン信号は、例えばテレビモニター装置などによって再生される。
【００５４】
以上述べたように、本実施の形態に係わる映像信号圧縮装置１では、圧縮する画像の余白は黒画素としているので、ほとんど符号量を食わず、圧縮後の全体の符号量は、先に説明した従来技術の場合と同等に削減することができる。
【００５５】
一方、本実施の形態による映像信号圧縮装置１による圧縮では、原画像２１の水平方向は４３２／７２０、垂直方向は４３２／４８０に縮小される。このため、水平解像度は、下記（６）式の通りとなる。
【００５６】
４３２×３／４＝３２４（本）  …（６）
垂直解像度は４３２本となる。
【００５７】
従来のＨａｌｆＤ１を用いる方法では、水平解像度が２７０本であるので、本実施の形態では、従来の方法と同等の符号量で水平解像度を２０％改善することができる。
【００５８】
一方、垂直解像度は従来の４８０本に比べ４３２本と若干悪くなるが、見た目の解像感は前述のように水平・垂直の悪い方の解像度によって決まるので人間が見たときの感覚としては、影響ないといえる。
【００５９】
以上のように本実施の形態によれば、解像感に寄与しない垂直解像度を画質に影響しない程度に落としてその分水平解像度を改善することができるので、全体の符号量を変えずに見た目の解像感を改善することができる。
【００６０】
また、本実施の形態のように、一度画像を斜めに傾けてから圧縮することで、ブロック歪みが発生した場合に、発生したブロックが斜めとなる。人間の視覚上斜め方向の感度は低いことが知られているので、斜め方向にブロック歪みが発生しても視覚上目立たないという効果も得られる。
【００６１】
なお、画像を傾ける角度は、本実施の形態では、４５°としたが、４５°に限定されるものではない。ただし、この角度は映像信号圧縮装置１と映像信号伸張装置３で傾ける方向（回転方向）が逆で同じ角度となるようにあらかじめそれぞれの装置に設定しておく必要がある。これは、上述した説明から分かるように、映像信号圧縮装置１で傾けた回転角度に対して映像信号伸張装置３でこれを元に戻す際に同じ回転角度だけ逆方向に回転させる必要があるからである。
【００６２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の画像圧縮装置及び画像伸張装置によれば、画像を斜めに傾けてから縮小してディジタル圧縮し、伸張後に拡大して逆変換して再生するので、狭い帯域でも解像感のよい画像を得ることのできる画像圧縮・伸張が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態に係わる映像信号圧縮装置のブロック図。
【図２】図１の映像信号圧縮装置における画像変換を示す模式図。（ａ）は原画像を示す説明図。（ｂ）は横方向に縮小した正方形画像を示す説明図。（ｃ）、（ｄ）は正方形画像を４５°回転した傾斜画像を示す説明図。（ｅ）は傾斜画像を横方向に拡大したひし形画像を示す説明図。（ｆ）は余白部にピクセルを挿入した標準テレビジョン信号画像を示す説明図。
【図３】実施の形態に係わる映像信号伸張装置のブロック図。
【図４】図３の映像信号伸張装置における画像変換を示す模式図。（ａ）は伸張画像を示す説明図。（ｂ）は画像部分が正立した変換画像を示す説明図。（ｃ）は原画像を示す説明図。
【図５】従来のＨａｌｆＤ１画像を説明するための説明図。（ａ）は原画像を示す説明図。（ｂ）はＨａｌｆＤ１画像を示す説明図。
【符号の説明】
１  映像信号圧縮装置
３  映像信号伸張装置
１１  Ａ／Ｄ変換部
１３，３３  画像変換部
１５，３５  画像正規化部
１７  画像圧縮部
１９，３９  ＣＰＵ
２１  原画像
２２  正方形画像
２３  傾斜画像
２４  ひし形画像
２５  余白部
２６  標準テレビジョン信号画像
３１  画像伸張部
３７  Ｄ／Ａ変換部
４１  伸張画像
４２  画像部分
４３  変換画像
【図１】
2004343479.tif 000007
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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