(57)【要約】【課題】一般的なローパスフィルタでは、高域成分が信号レベルの大きさによらず遮断される。【解決手段】入力信号の信号レベル（振幅）に応じ、基本フィルタ特性を可変する。例えば、ローパスフィルタとしての基本フィルタ特性を保持しつつ、高域成分のうち信号レベルの低いものは選択的に通過できるようにする。また例えば、ハイパスフィルタとしての基本フィルタ特性を保持しつつ、低域成分のうち信号レベルの低いものは選択的に通過できるようにする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号の信号レベルに応じ、適応的に基本フィルタ特性を可変する手段
を有することを特徴とするフィルタ。
【請求項２】
基本フィルタ特性とは逆のフィルタ特性により入力信号を通過させる逆特性フィルタ段と、
前記逆特性フィルタ段を通過した周波数成分の信号レベルに応じ、前記周波数成分の少なくとも一部を適応的に抽出する抽出段と、
抽出された周波数成分を、前記入力信号より減算する減算段と
を有することを特徴とするフィルタ。
【請求項３】
請求項２に記載のフィルタであって、
前記抽出段は、
前記逆特性フィルタ段を通過した周波数成分のうち閾値よりも信号レベルが小さいものを選択する閾値処理段
を有することを特徴とするフィルタ。
【請求項４】
請求項２に記載のフィルタであって、
前記抽出段は、
前記逆特性フィルタ段を通過した周波数成分のうち閾値よりも信号レベルが大きいものを選択する閾値処理段
を有することを特徴とするフィルタ。
【請求項５】
請求項２に記載のフィルタであって、
前記抽出段は、
前記フィルタを通過した周波数成分の信号レベルを検出する検出段と、
検出された信号レベルに応じて適応的にゲインを設定するゲイン設定段と、
前記逆特性フィルタ段を通過した周波数成分のゲインを、前記ゲイン設定段で設定された値に応じて変更するゲイン変更段と
を有することを特徴とするフィルタ。
【請求項６】
請求項１又は２に記載のフィルタと、
前記フィルタの出力信号をガンマ補正するガンマ補正手段と
を有することを特徴とする信号処理装置。
【請求項７】
入力信号の信号レベルに応じ、適応的に基本フィルタ特性を可変するステップ
を有することを特徴とする信号処理方法。
【請求項８】
基本フィルタ特性とは逆のフィルタ特性により入力信号を通過させるステップと、
前記フィルタ工程を通過した周波数成分の信号レベルに応じ、前記周波数成分の少なくとも一部を適応的に抽出するステップと、
抽出された周波数成分を、前記入力信号より減算するステップと
を有することを特徴とする信号処理方法。
【請求項９】
コンピュータに、
入力信号の信号レベルに応じ、適応的に基本フィルタ特性を可変する機能
を実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【請求項１０】
コンピュータに、
基本フィルタ特性とは逆のフィルタ特性により入力信号を通過させるフィルタ機能と、
前記フィルタ機能により得られた周波数成分の信号レベルに応じ、前記周波数成分の少なくとも一部を適応的に抽出する抽出機能と、
抽出された周波数成分を、前記入力信号より減算する減算機能と
を実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【請求項１１】
コンピュータに、
入力信号の信号レベルに応じ、適応的に基本フィルタ特性を可変する機能
を実行させるためのプログラム。
【請求項１２】
コンピュータに、
基本フィルタ特性とは逆のフィルタ特性により入力信号を通過させるフィルタ機能と、
前記フィルタ機能により得られた周波数成分の信号レベルに応じ、前記周波数成分の少なくとも一部を適応的に抽出する抽出機能と、
抽出された周波数成分を、前記入力信号より減算する減算機能と
を実行させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はフィルタに関する。また本発明は、当該フィルタを使用した信号処理装置及びその信号処理方法に関する。また本発明は、当該フィルタ機能をコンピュータに実行させるプログラムに関する。また本発明は、当該プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
フィルタは、基本電子素子の一つであり、その用途や目的に応じて他の回路と組み合わされて使用される。従って、個々のフィルタの応用範囲は非常に広範囲に及ぶ。ここでは、映像（ビデオ）信号を処理する分野に応用する場合を例に、本発明に係るフィルタを開発するに至る経緯を説明する。
【０００３】
一般に、ビデオカメラ、ビデオテープレコーダその他の映像（ビデオ）機器で取り扱う映像信号には各種の信号処理が施されている。例えば、ガンマ補正、ニー補正、黒／白クリップ、輪郭強調、ホワイトバランス調整、色相調整などが施されている。
【０００４】
特に、撮像された映像信号をディジタル化してディジタル信号処理を施す方式のカメラの場合には、前述の非線形処理を施すために専用の信号処理部が設けられている。かかる信号処理部は、予め定めた制御パラメータに基づいて前述の処理を実行する。なお、制御パラメータは、メモリその他の記憶媒体に書き込まれている。
【０００５】
ところで、前述した非線形処理を映像信号に対して施すと、映像信号の波形に歪みが生じることが知られている。この歪みは、非線形処理後の映像信号に、非線形処理前の映像信号に含まれていた周波数成分の整数倍に当たる高調波成分を発生させる。
【０００６】
図１に、ディジタル信号処理方式を採用するカメラの構成例を示す。このカメラの回路構成を簡単に説明する。
まず、撮像素子１からアナログ映像信号Ｓ１が出力される。アナログ映像信号Ｓ１は増幅器２で増幅された後、アナログ／ディジタル変換回路３に入力される。アナログ／ディジタル変換回路３からはディジタル映像信号Ｓ２が出力される。
ディジタル映像信号Ｓ２は、輪郭強調信号生成回路４とニー補正回路５に入力される。輪郭強調信号生成回路４は、ディジタル映像信号Ｓ２の輪郭強調信号（高周波成分）Ｓ３を生成する。ニー補正回路５は、高ダイナミックレンジ化のため高輝度信号を圧縮する処理を実行する。
【０００７】
輪郭強調信号Ｓ３とニー補正後のディジタル映像信号Ｓ４とは加算器６にて加算される。加算器６からは輪郭補正されたディジタル映像信号Ｓ５が出力される。ローパスフィルタ７は、ディジタル映像信号Ｓ５から低周波数成分Ｓ６だけを抽出し、ガンマ補正回路８に与える。ガンマ補正回路８では、出力装置において画像が忠実に再現されるようにガンマ補正処理を実行する。加算器９は、ガンマ補正後のディジタル映像信号Ｓ７に輪郭強調信号Ｓ３を加算する。これにより、輪郭補正されたディジタル映像信号Ｓ８を得る。
【０００８】
このように、図１に示す回路構成のカメラでは、本線信号に対する非線形処理部の前後、具体的にはガンマ補正回路８の前段と後段のそれぞれにおいて、輪郭強調信号Ｓ３を加算する方式を採用する。
【０００９】
しかし、前段で輪郭強調信号Ｓ３を加算すると、高域信号が一様にガンマ補正回路８による非線形処理を受けて高調波を発生する。すなわち、標本化周波数ｆｓの１／２のナイキスト周波数（ｆｓ／２）を越える信号が全て０〜ｆｓ／２の帯域内に偽信号（エリアシング）として折り返ってしまう。
【００１０】
かかる偽信号の折り返しは、本来の信号には無かった低周波のビートを発生させる。また、偽信号の折り返しは、他の様々な現象の原因にもなり、画質を著しく損ねてしまう。
そこで、このような偽信号の発生を避けるため、図１に示す回路構成のカメラでは、輪郭強調信号Ｓ３をガンマ補正後にも加算している。
【００１１】
しかし、ガンマ補正後に加算した輪郭強調信号Ｓ３にはガンマ補正が掛らない。一方、実際にモニタ上に映像を表示する場合には、モニタの有する逆ガンマカーブが映像信号に作用する。このため、結果的に黒側では輪郭不足、白側では輪郭過多の映像が表示される問題があった。
【００１２】
また、輪郭強調信号をガンマ補正前に入れる場合でも、上述した折り返し歪を最小限に抑えるための手法として、入力信号を周波数別に処理する方法が提案されている。
この方法は、ディジタル映像信号の低周波成分は例え歪ませたとしても偽信号を発生し難いことを利用する。すなわち、低周波成分については非線形処理を行い、逆に歪ませると偽信号を発生しやすい高周波成分については、より線形に近い処理を行って偽信号の発生を抑制する。
【００１３】
具体的には、非線形処理をする直前にローパスフィルタを配置してディジタル映像信号の低周波成分のみを通過させた後、本線である線形処理側に加算することにより、偽信号を抑制した信号を生成する。
【特許文献１】特開平９−４６５５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
ところが、かかる方法を採用する場合でも、非線形処理において輪郭強調信号がフィルタリングされてしまう。このため、ガンマ補正後の映像信号の輪郭強調信号にはガンマ補正がかからない。結果的に、前述した図１の回路構成の場合と同様、ガンマ補正後に黒側では輪郭不足が、白側では輪郭過多が生じてしまう問題があった。
【００１５】
本発明は、以上の問題を考慮してなされたものであり、ビデオ機器に適用すれば前述した問題を解決でき、また他の電子機器に適用すれば基本的なフィルタ特性だけでは除去し得ない問題を解決することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
（ａ）第１の手法
かかる目的を実現すべく、本発明の一つでは、入力信号の信号レベル（振幅）に応じ、基本フィルタ特性を可変するフィルタを提案する。すなわち、基本フィルタ特性を維持しつつ、入力信号の信号レベルに応じて選択的に通過帯域を変更できるフィルタを提案する。図２は、基本フィルタ特性の可変機能を有するフィルタ１１を示す。
ここで、基本フィルタ特性とは、基本となるフィルタ特性をいうものとする。例えば、ローパスフィルタ特性であり、ハイパスフィルタ特性であり、バンドパスフィルタ特性であり、バンドエリミネーションフィルタ特性である。
【００１７】
本発明の一つは、かかる基本となるフィルタ特性の基本的な性質を保持しつつ、入力信号の信号レベルに応じてフィルタ特性を可変する。例えば、図３に、基本フィルタ特性をローパスフィルタとする場合の一例を示す。図３では、横軸に周波数を、縦軸に入力信号の信号レベルをとって表している。また、斜線で示す領域がフィルタを通過する領域を表している。
【００１８】
図３の場合、低域成分（ある閾値（基本フィルタの遮断周波数）より低い周波数帯域）は、いずれも入力信号がそのまま通過する。このように、基本的なフィルタ特性が維持されている。一方、高域成分（ある閾値（遮断周波数）より高い周波数帯域）に関しては、信号レベルに応じて通過特性が可変されている。例えば、図３（Ａ）の場合は、信号レベルが予め定めた閾値より小さければ、周波数が高くてもフィルタを通過することを示している。また図３（Ｂ）は、信号レベルが予め定めた閾値より大きければ、周波数が高くてもフィルタを通過することを示している。
【００１９】
図４は、基本フィルタ特性をハイパスフィルタとする場合の例である。図４（Ａ）は、ハイパスフィルタ特性を維持しつつ、低域成分であっても信号レベルが予め定めた閾値より小さければフィルタを通過させる場合を表している。また図４（Ｂ）は、ハイパスフィルタ特性を維持しつつ、低域成分であっても信号レベルが予め定めた閾値より大きければフィルタを通過させる場合を表している。図５は、基本フィルタ特性をバンドパスフィルタとする場合について、図６は、基本フィルタ特性をバンドエリミネーションフィルタとする場合についてそれぞれ表している。図の説明は前述した各例と同様であるため省略する。なお、図３〜図６はいずれも周波数の通過特性を説明するものであり、通過帯域のゲインについては後述するように様々な制御の手法が考えられる。
【００２０】
（ｂ）第２の手法
また、上述の目的を実現すべく、本発明の一つとして、図７に示す構成のフィルタ２１を提案する。このフィルタ２１は、基本フィルタ特性とは逆のフィルタ特性により入力信号を通過させる逆特性フィルタ段２２と、逆特性フィルタ段２２を通過した周波数成分の信号レベルに応じ、周波数成分の少なくとも一部を抽出する抽出段２３と、抽出された周波数成分を入力信号より減算する減算段２４とを有する。
【００２１】
ここでの逆特性フィルタ段２２には、例えば基本フィルタ特性をローパスフィルタとすると、ハイパスフィルタが該当する。ここでの基本フィルタ特性は、フィルタ全体として実現しようとする基本的なフィルタ特性である。従って、その基本フィルタ特性は、前述した第１の手法と同様、ローパスフィルタ特性、ハイパスフィルタ特性、バンドパスフィルタ特性、バンドエリミネーションフィルタ特性が考えられる。
【００２２】
なお、ローパスフィルタとハイパスフィルタとは互いに逆のフィルタ特性の関係にある。バンドパスフィルタとバンドエリミネーションフィルタとの関係も同様である。このため、ここでのフィルタ段は、基本フィルタ特性が前述のいずれかで一意に決まる。
【００２３】
抽出段２３は、逆特性フィルタ段２２を通過した周波数成分の信号レベル（振幅）に応じ、通過した周波数成分の一部を適応的に抽出する。ここで抽出される信号は、逆特性フィルタ段２２を通過した全帯域の信号とすることもできるし、予め定めた信号レベルの条件を満たすものだけに制限することもできる。例えば、ある信号レベル（閾値）を越える信号だけとすることもできる。その反対に、ある信号レベル（閾値）より小さい信号だけとすることもできる。いずれを採用するかは、フィルタに要求される特性による。
【００２４】
減算段２４は、入力信号より抽出された周波数成分を減算（除去）する。すなわち、減算段２４は、基本的なフィルタ特性では通過されることのない周波数成分のうちの一部の成分だけを最終出力段から除去する。換言すると、基本フィルタ特性を満たす周波数成分と、逆フィルタ特性を満たす周波数成分の一部とが最終出力として出力される。
【００２５】
（ｃ）第３の手法
さて、第２の手法で説明した抽出段２３は、例えば以下の構成とすることが望ましい。図８にその構成例を示す。図８には、図７との対応部分に同一符号を付して示す。図８に示す抽出段２３は、逆特性フィルタ段２２を通過した周波数成分のうち信号レベルが所定の条件を満たすものを選択する閾値処理段２３Ａと、選択された周波数成分のゲインを変更するゲイン変更段２３Ｂとを有している。なお、閾値処理段２３Ａの出力をそのまま出力する構成としても良い。すなわち、ゲイン変更段２３Ｂを用いない構成としても良い。
【００２６】
図８に示す抽出段２３は、逆特性フィルタ段２２を通過した周波数成分のうち信号レベルがある条件を満たすものだけを更に抽出し、そのゲインを変更する方式を採用する場合の構成例である。なお、閾値は外部より閾値処理段２３Ａに与える構成としても良いし、閾値は予め閾値処理段２３Ａの内部に用意した記憶部に格納する構成としても良い。
【００２７】
ここで、閾値は固定でも良いし、ユーザーが適宜可変できるようにしても良い。なお、可変できる場合でも任意の値を与えても良いし、複数用意した閾値の中から選択的に与える手法を採用しても良い。いずれにしても、閾値を変更できるようにすると、フィルタ特性の微調整を可能とできる。
【００２８】
なお、図３（Ａ）のフィルタ特性を得たい場合であれば、閾値処理段２３Ａは、信号レベルの高い成分（すなわち、図中の白抜き領域）のみを抽出する。また、図３（Ｂ）のフィルタ特性を得たい場合であれば、閾値処理段２３Ａは、信号レベルの低い成分（すなわち、図中の白抜き領域）のみを抽出する。基本フィルタ特性を他の特性とする場合も同様である。
【００２９】
ゲイン変更段２３Ｂは、抽出された周波数成分に与えるゲイン（振幅）を調整するために設けられる。ゲインを１に設定することも、すなわち入力した信号の振幅に変更を与えずに出力する設定とすることもできる。この場合、ゲイン変更段２３Ｂはバッファとして機能する。
【００３０】
ゲインは、閾値処理段２３Ａを通過した周波数成分の信号レベルに応じてその都度演算により求めることもできる。またゲインは、信号レベルとゲインとの関係を予め記録したルックアップテーブルから読み出すこともできる。ここでのゲインは、予め定めた値や演算式により固定的に与えても良いし、前述のように適宜可変しても良い。
【００３１】
またゲインは、ある帯域ごとに固定のゲインを与えても良い。例えば、通過した周波数成分の中でも信号レベルが低い信号に対してはゲインを大きく設定し、信号レベルが高い信号に対してはゲインを小さく設定しても良い。
【００３２】
（ｄ）第４の手法
また、第２の手法で説明した抽出段２３は、例えば以下の構成とすることもできる。図９にその構成例を示す。図９には、図７との対応部分に同一符号を付して示す。図９に示す抽出段２３は、逆特性フィルタ段２２を通過した周波数成分の信号レベルを検出する検出段２３Ｃと、検出された信号レベルに応じて適応的にゲインを設定するゲイン設定段２３Ｄと、逆特性フィルタ段２２を通過した周波数成分のゲインを、ゲイン設定段２３Ｄで設定された値に応じて変更するゲイン変更段２３Ｅとを有している。
【００３３】
図９に示す抽出段２３は、逆特性フィルタ段２２を通過した周波数成分の信号レベルに応じてゲインを変更する方式を採用する場合の構成例である。かかる構成によっても、最終的に取り除きたい信号成分だけを十分なゲインで出力することができる。
例えば信号レベルが低い信号に対してはゲインを大きく設定し、信号レベルが高い信号に対してはゲインを小さく設定することで、実質的に第３の手法と同様の結果を得ることができる。すなわち、この構成の抽出段２３の場合にも、逆特性フィルタ段２２を通過した全帯域の信号のうち実質的に信号レベルの小さいものだけを減算段２４に与えることができる。また、この反対に、実質的に信号レベルが大きいものだけを減算器２４に与えることもできる。
【００３４】
ここで、検出段２３Ｃは、周波数成分が採りうる全ての信号レベルについて出力することもできるし、複数段階の値として出力することもできる。出力値を複数の値に制限することにより、後段の回路規模の小型化や計算量の低減化を実現できる。
【００３５】
また、ゲイン設定段２３Ｄは、検出された信号レベルに応じてその都度演算により求めることもできる。またゲインは、信号レベルとゲインとの関係を予め記録したルックアップテーブルから読み出すこともできる。ここでのゲインは、予め定めた値や演算式により固定的に与えても良いし、前述のように適宜可変しても良い。
【００３６】
ゲイン設定段２３Ｄは、最終的に取り除きたい信号成分だけに十分なゲインを与えるように作用する。なお、閾値処理段と同様の処理結果を得たいのであれば、最終的に通過させる信号成分のゲインをゼロとすれば良い。もっとも、最終的に通過させる信号成分のゲインは非常に小さくすることで、実質的に同様の効果を得ることも可能である。ゲインの与え方は設定値による。
【００３７】
ゲイン変更段２３Ｅは、逆特性フィルタ段２２を通過した周波数成分を、ゲイン設定段２３Ｄで与えられたゲインで増幅する。このゲイン変更段２３Ｅの出力が、取り除くべき信号成分として減算段２４に出力される。
【発明の効果】
【００３８】
本発明によれば、本来ならば除去されるべき周波数成分をその信号レベルに応じてフィルタ出力に含めることができ、基本的なフィルタ特性を部分的に拡張できる。また、当該特性を有するフィルタを用いることにより、より適応的な制御が可能な電子機器や信号処理回路を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
以下、本発明の実施形態例を説明する。なお、本明細書で特に図示又は記載されない特質は、当該技術分野において知られているものから選択する。
以下の説明では、好適な実施の形態をハードウェアとして実現する場合について説明する。ただし、かかるハードウェアと等価なコンピュータプログラムによっても実現することができる。
【００４０】
本発明がコンピュータプログラムとして実現される場合、プログラムは、コンピュータ読取り可能な記憶媒体に記憶される。
この記憶媒体には、例えば、磁気ディスク（フレキシブルディスク又はハードディスク）又は磁気テープのような磁気記憶媒体、光ディスク、光テープ又はマシン読取り可能なバーコードのような光記憶媒体、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）又はリードオンリメモリ（ＲＯＭ）のような半導体記憶装置の他、コンピュータプログラムを記憶するために使用される他の物理装置又は媒体が含まれる。
【００４１】
また本発明がハードウェアで実現される場合、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）のような集積回路、又は当該技術分野において公知の他のデバイスとして実現されてもよい。また本発明は、ディジタル回路としてだけではなく、アナログ回路として実現することもできる。また、フィルタは、アクティブ型のフィルタでも良いし、パッシプ型のフィルタでも良い。勿論、アクティブ型とパッシブ型の混合回路でも良い。
【００４２】
（ａ）第１の実施形態
（ａ−１）ディジタル信号処理装置の全体構成
図１０に、本発明の一つに係るフィルタを適用したディジタル信号処理装置の一例を示す。このディジタル信号処理装置は、撮像装置に搭載して好適なものである。
まず、被写体からの光は、光学系を通じて入射され、イメージセンサ等から構成される撮像素子３１によって撮像される。撮像素子３１は、光３原色のＲ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の３つのチャンネルに対応した３つのイメージセンサからなる。このイメージセンサからは、Ｒ，Ｇ，Ｂの３チャンネルの撮像信号Ｓ３１が出力され、増幅回路３２に送られる。
【００４３】
増幅回路３２は、３チャンネルの撮像信号Ｓ３１に対して、黒／白バランス調整処理、黒／白シェーディング歪補正処理、フレア補正処理等の各種の処理を行うと共に、信号増幅を行う。この増幅回路３２の出力は、アナログ／ディジタル（Ａ／Ｄ）変換回路３３において、ディジタル映像信号Ｓ３２に変換される。
ディジタル映像信号Ｓ３２は２つの信号経路に分岐され、一方は本線系であるニー補正回路３５へ、他方は補間系である輪郭強調信号生成回路３４へ送られる。
【００４４】
輪郭強調信号生成回路３４は、水平方向及び垂直方向のそれぞれについて輪郭を強調するための処理、すなわち画像の輪郭部を映像信号上で補正して解像度を高めるための処理をする。具体的には、輪郭強調信号生成回路３４は、高周波信号である輪郭強調信号Ｓ３３を生成する。輪郭強調信号Ｓ３３は、垂直方向と水平方向のそれぞれについて生成される。生成された輪郭強調信号Ｓ３３は、ガンマ処理前加算器３６とガンマ処理後加算器３９のそれぞれに入力される。
【００４５】
ニー補正回路３５は、入出力特性の傾きとその変化点を与える係数を用い、ディジタル映像信号Ｓ３２に所定のニー補正処理を施して出力する。ニー補正後のディジタル映像信号Ｓ３４は、ガンマ処理前加算器３６において、前述の輪郭強調信号Ｓ３３と加算される。このように輪郭補正されたディジタル映像信号Ｓ３５のうちローパスフィルタ３７を通過したディジタル映像信号Ｓ３６がガンマ補正回路３８に送られる。なお、このローパスフィルタ３７として、本発明に係るフィルタ特性を有するローパスフィルタを適用する。因みに、本実形態の用途では、高周波成分のうち信号レベルの低いものを通過させる特性を有するフィルタを使用する。
【００４６】
ガンマ補正回路３８では、図１１に示すようなガンマカーブを用いたガンマ補正が施される。ガンマ補正後のディジタル映像信号Ｓ３７は、ガンマ処理後加算器３９において輪郭強調信号Ｓ３３と加算される。このように輪郭補正されたディジタル映像信号Ｓ３８が最終的に出力される。
なお図には表していないが、輪郭強調信号Ｓ３３のゲイン調整回路を設けても良い。すなわち、ガンマ補正前とガンマ補正後のそれぞれにおいて加算する輪郭強調信号Ｓ３３の配分を調整できるようにしても良い。かかるゲイン調整回路を設けることにより、輪郭の付き具合と折り返し歪みの発生具合を微調整できる。
【００４７】
（ａ−２）ローパスフィルタ３７とガンマ補正回路３８の構成
続いて、ローパスフィルタ３７とガンマ補正回路３８の詳細構成を説明する。なお、前述したニー補正回路３６とガンマ補正回路３８は、いずれも非線形処理回路である。ニー補正回路３６はレベル圧縮手段として機能し、ガンマ補正回路３８はレベル伸長手段として機能する。従って、いずれの回路についても波形の歪みに起因した高調波成分が発生する可能性がある。
しかしながら、本明細書では、特にガンマ補正処理に起因する折り返し成分を抑圧する観点からローパスフィルタの構成を説明する。
【００４８】
図１２に、ローパスフィルタ３７とガンマ補正回路３８の構成部分を示す。一般に、入力をｘ軸とし、出力をｙ軸として表すと、狭区間の曲線（ここでは、ガンマカーブ）は、ｙ＝ａｘ＋ｂの一次式で近似できる。ガンマ補正回路３８は、この性質を利用している。この例の場合、係数ａは対象区間におけるガンマカーブの接線の傾きを示し、係数ｂは対象区間のｙ軸の切片を示している。
実際の回路では、この一次式で表される近似直線を連続的につなぎ合わせることによりガンマカーブを実現する。
【００４９】
図１２の場合、傾きａと切片ｂの値は、予めメモリ等を利用したルックアップテーブル（ＬＵＴ）３８Ａに収められている。このルックアップテーブル３８Ａに、ディジタル映像信号Ｓ３５の値をアドレスとして与え、その値に応じた適切な係数ａとｂを読み出す。読み出された係数のうち傾きａは乗算器３８Ｂでディジタル映像信号Ｓ３５に乗算され、その出力と切片ｂが加算器３８Ｃで加算される。
【００５０】
このとき、ルックアップテーブル３８Ａに与えられるディジタル映像信号Ｓ３６は、ローパスフィルタ３７を通過したものであるため、高域ほどレベル変化が小さくなる。すなわち、ほぼ直流成分のみがルックアップテーブル３８Ａに入力され、傾きａと切片ｂの変動幅が小さくなり、線形（リニア）的な処理になる。その結果として歪が小さくなり、偽信号が抑圧される。
【００５１】
ところで、ガンマ補正によって発生する折り返し歪は、入力信号の周波数が高いだけでなく、信号レベルが大きい場合に画像上で顕著になる。換言すると、入力信号の周波数が高くても信号レベルが低いものはガンマ補正で折り返しが生じても画像に与える影響が少ない。その一方で、かかる高周波成分は輪郭を強調するのに寄与する。
そこで、ローパスフィルタ３７を構成する場合にも、単純に高い周波数を制限するのではなく、高い周波数の信号成分でも信号レベルが低い信号成分は、ローパスフィルタを通過させるように構成する。すなわち、フィルタ全体から見て、図３（Ａ）に示すフィルタ特性を有するように構成する。
【００５２】
図１３に、ローパスフィルタ３７の具体的な構成例を示す。ローパスフィルタ３７は、図８に示す構造のフィルタに属する。従って、入力段には、基本フィルタ特性とは逆特性のハイパスフィルタ３７Ａが用いられる。ハイパスフィルタ３７Ａは、入力データであるディジタル映像信号Ｓ３５の高域成分のみを通過させ、低域成分は通過を制限する。
このハイパスフィルタ３７Ａを通過した高域成分が閾値処理回路３７Ｂに与えられる。
【００５３】
閾値処理回路３７Ｂは、図１４に示す入出力特性を有する。すなわち、閾値処理回路３７Ｂは、設定した閾値Ｓth以上の信号レベルを有する信号成分のみを通過し、設定した閾値Ｓth以下の信号レベルを有する信号成分は遮断する。この閾値処理後の出力信号を、減算器３７Ｄでディジタル映像信号Ｓ３５から減算することにより、ローパスフィルタとしての基本特性を維持しつつ一部の高域成分は通過するフィルタを実現する。
なお本例では、閾値処理回路３７Ｂの後段に乗算器３７Ｃを配置する。乗算器３７Ｃを配置することにより、減算器３７Ｄに入力される信号成分の振幅を調整することができる。振幅の調整は、ゲイン信号Ｓg の大きさを可変することで行う。
【００５４】
ここで、閾値処理回路３７Ｂを設ける場合と、設けない場合とで特性がどのように変化するかを説明する。
閾値Ｓthをゼロに設定した場合、ローパスフィルタ３７としての特性は、入力段に用いたハイパスフィルタ３７Ａの逆特性そのものになる。従って、その場合の各フィルタ特性は、図１５に示すように左右対称となる。なお、図１５は、横軸に周波数、縦軸にゲインを示す。
【００５５】
一方、閾値Ｓthにある値を設定した場合、ハイパスフィルタ３７Ａの出力は、高域成分のうち閾値Ｓthよりも信号レベルの高いものだけが閾値処理回路３７Ｂを通過できるため、図１６に実線で示すように特性曲線が変化する。すなわち、閾値処理後の周波数特性（ハイパスフィルタ特性）を示す曲線は、図１５に比べて右側にシフトする。つまり、通過領域が高域側にシフトする。一方で、高域部分については信号レベルの小さいものが遮断されるため、高域であっても通過特性が低下した曲線となる。
【００５６】
この場合も、ローパスフィルタ３７のフィルタ特性は、ハイパスフィルタ３７Ａの逆特性として与えられる。このため、ローパスフィルタ３７のフィルタ特性は、図１６に破線で示すように高域側へとシフトする。すなわち、図１５に比べてより高域まで信号成分が通過する特性を有する。なお、高周波成分でも信号レベルの小さい信号成分はローパスフィルタ３７を通過できるため、図の右端は完全にはゼロに収束しない。
なお、図の右端である標本化周波数ｆｓ／２以上が完全に制限されていないことから当然、折り返し歪が発生する。
【００５７】
しかし、閾値Ｓを適当な値に調整することにより、設定した閾値以上の信号レベルを有する輪郭強調信号Ｓ３３に対しては、ローパスフィルタ処理を作用させることができる。つまり、かかる信号レベルを有する輪郭強調信号Ｓ３３に起因する折り返し歪を抑制することができる。
また、閾値以下の信号レベルを有する輪郭強調信号Ｓ３３に対しては（折り返し歪みによる画質の劣化のおそれのない信号成分に対しては）、ローパスフィルタ処理を作用させないことができる。つまり、輪郭強調信号Ｓ３３にもガンマ補正を作用させて、画像の再生時に適度な輪郭が現れるようにできる。
【００５８】
最後に、かかる技術的な効果を図面により説明する。図１７は、ローパスフィルタ３７を組み合わせたガンマ補正回路３８に、ノコギリ波を入力した場合におけるガンマ補正回路３８の入出力特性を示す。なお、ノコギリ波には、適当な間隔で上下に同じ高さを有する輪郭強調波形Ｓ３３を追加している。
図１８は、この波形の輪郭部分を拡大した図である。図１８では、それぞれ閾値設定がゼロ（通常のローパスフィルタ構成）の場合（図中、破線で示す。）と、閾値にある値を設定した場合（図中、実線で示す。）とで、輪郭強調波形のレベルと同じレベルを設定した時の波形を示している。
【００５９】
図１８を見て分かるように、輪郭強調波形の上側と下側で、閾値設定をした方がより下側に波形が寄っている。このことは、ガンマ補正が有効に作用していることの何よりの証拠である。
例えば、ガンマ補正回路３８の入力フィルタに一般的な構成のローパスフィルタを用いる場合には、非線形処理部分に高周波成分が一切通らないため、輪郭強調信号Ｓ３３にもガンマ補正が掛からない。図中破線で示す通りである。
【００６０】
一方、図中実線で示すように、本実施形態の構成のローパスフィルタ３７を用いる場合には、信号レベルの小さい輪郭強調信号Ｓ３３にガンマ補正が掛かるため、上側より下側の輪郭強調波形が長くなる。つまり、ガンマ補正によって波形がより強調されることになる。かくして、折り返し歪の影響を抑制しながら、輪郭を強調する輪郭強調信号Ｓ３３にもガンマ補正を施すことが可能になる。
【００６１】
（ａ−３）実施形態の効果
以上の通り、本実施形態に係るローパスフィルタ３７を用いることにより、高周波成分でも信号レベルの小さい成分を選択的に通過させることができる。そして、かかるローパスフィルタ３７の出力をガンマ補正回路３８に入力することにより、設定した閾値Ｓthより小さい信号レベルの輪郭強調信号Ｓ３３に対してはガンマ補正を掛けることが可能となる。
【００６２】
かくして、本実施形態におけるディジタル信号処理装置においては、信号レベルの大きな信号に対してはフィルタリングを行って折り返し歪を抑えると同時に、レベルの小さな信号に対してはガンマ補正を掛けることができる。すなわち、信号レベルに応じた選択的な処理を実行して再生画像の画質を向上させることができる。
【００６３】
（ｂ）第２の実施形態
（ｂ−１）ディジタル信号処理装置の全体構成
図１９に、本発明の一つに係るフィルタを適用したディジタル信号処理装置の一例を示す。このディジタル信号処理装置は、サンプリングレート変換装置に適用して好適なものである。本発明の一つは、このフィルタ部分に適用される。
【００６４】
通常、サンプリングレート変換装置は、アップサンプラ４１と、ローパスフィルタ４２と、ダウンサンプラ４３とで構成される。
アップサンプラ４１は、入力信号を変換前の周波数よりも高い周波数にてサンプリングする。このときのサンプリング周波数は、変換前の周波数と変換後の周波数との最小公倍数に設定される。
【００６５】
ローパスフィルタ４２は、所定のフィルタ特性に従い、アップサンプリング後の信号を低域濾波して出力する。このとき、フィルタ特性は、サンプリングレートの変換前後において低い方の周波数のナイキスト周波数以上を遮断するように設定される。
ダウンサンプラ４３は、低域濾波された信号を所望の周波数にダウンサンプリングして出力する。
サンプリングレートの変換は、かかる一連の処理を経て実現される。
【００６６】
このサンプリングレート変換装置の性能を決定するのがローパスフィルタ４２の特性である。ローパスフィルタ４２の特性次第によって、サンプリングレート変換後の信号の波形特性や周波数特性が決定される。
通常、ローパスフィルタ４２には、極力高い周波数まで伸びるようにナイキスト周波数付近までフラットな周波数特性が求められる。
【００６７】
ところが、周波数特性がナイキスト周波数付近まで伸びると言うことは、ローパスフィルタの遮断特性が急峻な特性になることを意味する。一方、遮断特性を急峻になると、ローパスフィルタの次数が大きくなる。このため、サンプリングレート変換後の波形にリンギングが生じ、波形特性を大きく損ねてしまう。
【００６８】
例えば、画像信号をサンプリングレート変換処理する場合は、被写体のエッジ前後にリンギングが生じ、著しく画質を損ねてしまう。
このとき、エッジ前後のレベル差が大きいほど、リンギングが大きく発生し画質が劣化する。
【００６９】
換言すると、エッジのような高い周波数成分でもレベル差が小さい場合は、発生するリンギングのレベルも低く、画質に与える影響が少ないことを意味する。そこで、あるレベル以下では、仮にリンギングが発生したとしても画質に与える影響が少ないとみなして、あまり急峻な遮断特性を有しないローパスフィルタを適用することを考える。
【００７０】
すなわち、あるレベル以下に関しては遮断周波数がナイキスト周波数まで極力伸びたローパスフィルタ、つまり急峻な特性をもつローパスフィルタを適用する一方、あるレベル以上では、リンギングを極力抑える緩やかな特性をもつローパスフィルタに切り替えることを考える。
【００７１】
このことは、入力信号のレベルに応じてローパスフィルタの特性をダイナミックに変更することを意味する。この場合のローパスフィルタの特性例を図２０に示す。図２０に示す二つのローパスフィルタＬＰＦ１及びＬＰＦ２は、いずれも同じ遮断周波数（カットオフ周波数）を有しながら、遷移域の特性がローパスフィルタ１よりローパスフィルタ２の方が急峻になっている。
【００７２】
通常、このような特性の違いがあると、２つのローパスフィルタの次数が異なり、遅延量が異なってしまう。そこで、実際の回路に適用する場合には、各ローパスフィルタの遅延量を補償するための処理や、ローパスフィルタの切り替え付近で不連続が生じないようにする処理が必要となる。
【００７３】
参考までに、この種のローパスフィルタの具体例を図２１に示す。ローパスフィルタ４２Ａは、図２０のローパスフィルタＬＰＦ１に対応する。すなわち、ローパスフィルタ４２Ａは、破線で示す遷移域が緩やかな特性を有する。一方、ローパスフィルタ４２Ｂは、図２０のローパスフィルタＬＰＦ２に対応する。すなわち、ローパスフィルタ４２Ｂは、実線で示す遷移域が急峻な特性を有する。
【００７４】
ブレンド回路４２Ｃは、２つのフィルタ出力を入力し、いずれか一方又はブレンド値を出力する。ここでの比率は、遅延回路４２Ｄで遅延補償された入力信号に基づいて閾値処理回路４２Ｅで決定される。閾値処理回路４２Ｅは、低い方の閾値１以下ではＬＰＦ２(急峻な特性)を適用し、高い方の閾値２以上ではＬＰＦ１(緩やかな特性)を適用する。なお、閾値処理回路４２Ｅは、閾値１と閾値２の中間の範囲では２つのブレンド値を適用する。このように、通常の回路では各種の処理を必要とする。
【００７５】
そこで、ローパスフィルタ４２に本発明の一つを適用する。ローパスフィルタ４２に要求される基本的な特性は図３（Ａ）と同様である。従って、回路構成には、図１３で説明したものを使用する。
なお、ローパスフィルタ４２が基本とするフィルタ特性は、ナイキスト周波数付近まで通過域を有するＬＰＦ２（図２０に実線で示す特性）に設定する。従って、ハイパスフィルタ３７Ａには、前述のＬＰＦ２の逆特性を有するものを使用する。
【００７６】
閾値処理回路３７Ｂは、通過した高域成分のうち設定した閾値Ｓth以上の信号レベルを有する信号成分のみを通過させ、設定したＳth以下の信号レベルを有する信号成分を遮断する。この閾値処理後の信号成分を減算器３７Ｄで入力信号から減算すると、ＬＰＦ２の通過帯域を満たしながら、信号レベルの小さい高域成分を選択的に通過させることができる。
【００７７】
すなわち、ナイキスト周波数以上では、緩やかな周波数特性を有するＬＰＦ１を選択したのと同様の出力特性を得ることができる。なおこの実施形態に係るローパスフィルタ４２の場合にも、閾値処理回路３７Ｂの後段に乗算器３７Ｄを配置することにより、最終的な出力特性を調整することができる。
【００７８】
（ｂ−２）実施形態の効果
以上の通り、高周波成分でも信号レベルの小さい成分は選択的に通過するローパスフィルタ４２を用いれば、ナイキスと周波数付近までフラットな特性を持たせることができる。しかも、サンプリングレート変換後の出力に大きなリンギングが発生することもない。従って、画質を損なわずにサンプリングレートを変換することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
本発明は、ガンマ補正回路を有する各種の映像機器に適用できる。また前述の構成のフィルタを用いる電子機器であれば、例えば、撮像カメラ、カメラ一体型ビデオレコーダその他の撮像部を有する装置やその信号処理回路に適用し得る。
また例えば、ビデオテープレコーダ、ディスクレコーダその他の記録媒体にコンテンツ（オーディオ、ビデオ、データを含む。以下同じ。）を記録する記録装置やその信号処理回路に適用し得る。
【００８０】
また例えば、ビデオプレーヤ、ディスクプレーヤ、ゲーム装置その他の記録媒体からコンテンツを再生する再生装置やその信号処理回路に適用し得る。
また例えば、プリンタ、テレビジョン受像器、表示機能付き端末その他の出力装置やその信号処理回路にも適用し得る。
【００８１】
また例えば、電話機、送信装置、受信装置その他の通信装置やその信号処理回路にも適用し得る。
また例えば、コンテンツの圧縮・伸長化、符号化・復号化その他の信号処理を実行する各種の電子機器やその信号処理回路にも適用し得る。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】通常フィルタを用いたディジタル信号処理装置の構成例を示す図である。
【図２】第１の手法に係るフィルタの構成を示す図である。
【図３】基本フィルタ特性がローパスフィルタである場合のフィルタ特性例を示す図である。
【図４】基本フィルタ特性がハイパスフィルタである場合のフィルタ特性例を示す図である。
【図５】基本フィルタ特性がバンドパスフィルタである場合のフィルタ特性例を示す図である。
【図６】基本フィルタ特性がバンドエリミネーションフィルタである場合のフィルタ特性例を示す図である。
【図７】第２の手法に係るフィルタの構成例を示す図である。
【図８】第３の手法に係るフィルタの構成例を示す図である。
【図９】図４の手法に係るフィルタの構成例を示す図である。
【図１０】実施形態例のフィルタを用いたディジタル信号処理装置の構成例を示す図である。
【図１１】ガンマ補正処理の説明に係る図である。
【図１２】ローパスフィルタとガンマ補正回路の詳細構成を示す図である。
【図１３】ローパスフィルタの詳細構成を示す図である。
【図１４】閾値処理回路における入出力特性を示す図である。
【図１５】閾値がゼロの場合のローパスフィルタとハイパスフィルタの周波数特性を示す図である。
【図１６】閾値処理を実行する場合のローパスフィルタとハイパスフィルタの周波数特性を示す図である。
【図１７】ガンマ補正回路における入出力特性を示す図である。
【図１８】図１７に示す入出力特性の拡大図である。
【図１９】サンプリングレート変換装置の回路構成を示す図である。
【図２０】ローパスフィルタに要求される２つのフィルタ特性を示す図である。
【図２１】図２０のローパスフィルタとして通常用いられている回路構成を示す図である。
【符号の説明】
【００８３】
１１      フィルタ（従来型）
２１      フィルタ（本発明）
２２      逆特性フィルタ段
２３      抽出段
２３Ａ    閾値処理段
２３Ｂ    ゲイン変更段
２３Ｃ    検出段
２３Ｄ    ゲイン設定段
２４      減算段
３７      ローパスフィルタ（本発明）
３７Ａ    ハイパスフィルタ（従来型）
３７Ｂ    閾値処理回路
３７Ｃ    乗算器
３７Ｄ    減算器
３８      ガンマ補正回路
３８Ａ    ルックアップテーブル
３８Ｂ    乗算器
３８Ｃ    加算器
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
2005065196.tif 000018
【図１７】
2005065196.tif 000019
【図１８】
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【図１９】
2005065196.tif 000021
【図２０】
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【図２１】
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