(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
インタレースビデオ信号をプログレスビデオ信号に変換する重み付きメディアンフィルタ補間装置において、
フィルタアパーチャが選択されたフィルタモードに依存する５タップのメディアンフィルタと、
複数のビデオ信号サンプルのそれぞれに対する重みを”０”又は”１”のどちらかに設定することによって、上記フィルタモードを画素毎に選択する際に、重みが”１”に対応するビデオ信号サンプルの数が常に奇数であるように選択する手段とを備え、
メディアン値を生成するための上記ビデオ信号サンプルは、上部画素Ｔと、下部画素Ｂと、前フィールド画素Ｐと、次フィールド画素Ｓと、空間線形フィルタ出力サンプルＦＩＲＸとに対して重みを”１”又は”０”として選択されることを特徴とする重み付きメディアンフィルタ補間装置。
【請求項２】
重みを”１”とすると、５つの利用可能なビデオ信号サンプルの全てが選択されることを特徴とする請求項１記載の重み付きメディアンフィルタ補間装置。
【請求項３】
重みが”１”であるビデオ信号サンプルの数を３とし、重みが”０”であるビデオ信号サンプルの数を２つとすることを特徴とする請求項１記載の重み付きメディアンフィルタ補間装置。
【請求項４】
３タップメディアンモードにおいては、上記上部画素Ｔ＝１、上記下部画素Ｂ＝１、上記前フィールド画素Ｐ＝１、上記次フィールド画素Ｓ＝０及び上記空間線形フィルタ出力サンプルＦＩＲＸ＝０とすることを特徴とする請求項３記載の重み付きメディアンフィルタ補間装置。
【請求項５】
３タップメディアンモードにおいては、上記上部画素Ｔ＝１、上記下部画素Ｂ＝１、上記前フィールド画素Ｐ＝０、上記次フィールド画素Ｓ＝１及び上記空間線形フィルタ出力サンプルＦＩＲＸ＝０とすることを特徴とする請求項３記載の重み付きメディアンフィルタ補間装置。
【請求項６】
上記５つのビデオ信号サンプルのメディアンは、以下の式
ＭＥＤＩＡＮ＝ＭＡＸ{ＭＩＮ(Ｗ;Ｘ);ＭＡＸ(Ｙ;Ｚ)}
Ｗ＝ＭＩＮ{Ｓ;ＭＡＸ[Ｐ;ＭＡＸ(Ｔ;Ｂ)]}
Ｘ＝ＭＡＸ{ＭＩＮ[Ｐ;ＭＡＸ(Ｔ;Ｂ)];ＦＩＲＸ}
Ｙ＝ＭＩＮ{ＭＩＮ[Ｐ;ＭＡＸ(Ｔ;Ｂ)];ＦＩＲＸ}
Ｚ＝ＭＩＮ{Ｔ;Ｂ}
によって生成されることを特徴とする請求項２記載の重み付きメディアンフィルタ補間装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、重み付きメディアンフィルタ補間装置に関し、特に、インタレース走査のビデオ信号をプログレス走査のビデオ信号に変換する処理に関する。
【０００２】
【従来の技術】
重み付きメディアンフィルタについては、ビー・アーノルド（B. Arnold）、エヌ・バラクリシュナン（N. Balakrishnan）、エイチ・ナガラヤ（H. Nagaraja）著、ニューヨークのジョンウィレイ・アンド・ソンズ社（JohnWiley & Sons）より１９９２年に出版された「統計学入門（”A first course in order statistics”；以下、参考文献１とする）」に記載されており、良く知られた技術である。
【０００３】
サンプルに対して重みを付けるということは、個々のサンプルの繰返し動作と見なすことができる。この解釈に従うと、重み”０”は、個々のサンプルが、ランキング動作中ではないとみなす。
【０００４】
インタレース走査からプログレス走査への変換は、受信されたインタレース走査の信号をプログレス（ラスタ）走査の信号にするためのものであるが、信号補間アルゴリズム（interpolation algorithm;以下、ＩＰＣという。）を用いて、インタレース走査のビデオ信号における欠落ラインを補間するためにも用いることができる。多少の動きに関係しない走査ラスタ変換方法は、ケー・オエステモエ（K. Oeistaemoe）及びワイ・ヌーボ（Y. Neuvo）著、１９９１年８月発行、民生用電子機器に関するＩＥＥＥ会報（IEEE Transactions on Consumer Electronics）、第３７巻、Ｎｏ．３、２９６〜３００頁の「走査レート変換及びクロスエラーキャンセルのための動きに依存しない方法（”A Motion Insensitive Method for Scan Rate Conversion and Cross Error Cancellation”；以下、参考文献２とする。）」及び、米国特許第５４８３２８８号（以下、参考文献３とする）で提案されており、知られている。
【０００５】
ＩＰＣ補間処理としては、所謂５タップのメディアンフィルタが知られている。参考文献２に開示されているように、このフィルタには、例えば、前フレーム及び次フレームからの対応する画素と、それらの線形平均と、上下のラインからの画素とが入力される。また、同様に、インタレース走査から１００Ｈｚのインタレース走査への変換のための３タップのメディアンフィルタが、ジー・デハーン（G. de Haan）、ピー・ビイェツェン（P. Biezen）及びオー・オヨ（O. Ojo）著、１９９５年６月発行、ビデオ技術のための回路及びシステムに関するＩＥＥＥ会報（IEEE Transactions on Circuits and Systems for Video Technology）、第５巻、Ｎｏ．３、２０７〜２１７頁の「動き補償１００Ｈｚテレビジョンのための展開アーキテクチャ（”An Evolutionary Architecture for Motion-Compensated 100 Hz Television”以下、参考文献４とする）」で提案されている。
【０００６】
従来の又は正式に提案されているフィルタは、時間領域においては、例えば動画が劣化したり、プログレス表示モードのときにフリッカが残るという問題があり、空間領域においては解像度が低下し、垂直方向における輪郭がぼけるという問題がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上述のような従来の実情に鑑みてなされたものであり、ビデオ信号のインタレース走査をプログレス走査に変換するために用いられる補間フィルタを提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るインタレースビデオ信号をプログレスビデオ信号に変換する重み付きメディアンフィルタ補間装置は、フィルタアパーチャが選択されたフィルタモードに依存する５タップのメディアンフィルタと、複数のビデオ信号サンプルのそれぞれに対する重みを”０”又は”１”のどちらかに設定することによって、フィルタモードを画素毎に選択する際に、重みが”１”に対応するビデオ信号サンプルの数が常に奇数であるように選択する手段とを備える。そして、メディアン値を生成するためのビデオ信号サンプルは、上部画素Ｔと、下部画素Ｂと、前フィールド画素Ｐと、次フィールド画素Ｓと、空間線形フィルタ出力サンプルＦＩＲＸとに対して重みを”１”又は”０”として選択される。
【０００９】
本発明に係る重み付きメディアンフィルタ補間装置によれば、特定の重み付けの値は、特定のＩＰＣ補間フィルタを定義するために選択される。一般的なＩＰＣ補間フィルタは、選択されたモードに従って、利用できるソースフィールドに基づいて特定の特性を有する信号を出力する。
【００１０】
５タップ重み付きメディアン補間装置において、２つのサブセットは、５タップ重み付きメディアンフィルタ機構に含まれる２つの交換可能な補間フィルタを定義している。例えば、５タップ重み付きメディアンＩＰＣフィルタにおいて、特に、空間線形フィルタ出力サンプルが用いられているとき、３次元フィルタアパーチャは、インタレースビデオ信号の入力を水平方向の領域と、垂直方向の領域と、時間領域との連続した３つのフィールドに拡張することができる。
【００１１】
フィルタの動作には、ソース信号サンプル、例えば上部画素Ｔと、下部画素Ｂと、前フィールド画素Ｐと、次フィールド画素Ｓと、水平／垂直線形フィルタサンプルである線形ソース信号サンプルとの重み付けによって様々なモードがある。
【００１２】
１つのサンプルの重みは、”０”又は”１”のどちらかである。本発明によって特定された重み付けは、ビデオ信号サンプルの数が常に奇数であるように重み付けされる。すなわち、５タップのメディアンフィルタのとき、”１つ”、”３つ”又は”５つ”と重み付けされるのが好ましい。このように選択することによって、メディアン動作が明確になる。例えば、”１”である重みが３つのとき、メディアンは３つのサンプルより導かれ、”１”である重みが５つのとき、メディアンは５つのサンプルより導かれる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る重み付きメディアンフィルタ補間装置の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本発明は、以下に述べる実施の形態に限定されるべきではない。
【００１４】
図１〜図４に「補間の重心」、すなわち「フィルタリング動作の中心」を、それぞれの例について、枠に囲まれた領域によって示す。
【００１５】
図１に示す領域１は、本発明を適用した５タップのメディアンフィルタが補間に用いる画素を示す図である。補間対象のフィールド（以下、重心（center of gravity）フィールドという。）を横軸上に縦棒で示す。ここで、各タップの重みを全て”１”とすると、メディアンサンプル数は、５となる。
【００１６】
図２は、本発明に係る重み付きメディアンフィルタ補間装置の具体的な構成を示すブロック図である。
【００１７】
この重み付きメディアンフィルタ補間装置は、図２に示すように、入力されるビデオ信号の画素を１フィールド分遅延するフィールドメモリ１１と、このフィールドメモリ１１で遅延された画素を更に１フィールド分遅延するフィールドメモリ１２と、フィールドメモリ１１からの画素を１ライン分遅延するラインメモリ１３と、フィールドメモリ１１からの画素とラインメモリ１３の画素の平均値を求める平均化回路１４と、後述するメディアンを求める５タップのメディアンフィルタ２０とを備える。
【００１８】
したがって、メディアンフィルタ２０には、３つの連続したフィールドの画素、すなわち入力されるフィールドの画素と、フィールドメモリ１１で遅延された重心フィールドの画素と、更にフィールドメモリ１２で遅延された画素とが供給される。また、このメディアンフィルタ２０には、フィールドメモリ１１からの画素をラインメモリ１３で遅延した画素と、平均化回路１４によって求められるフィールドメモリ１１からの画素とラインメモリ１３からの画素の平均値とが供給される。具体的には、例えば全ての重みが”１”のときは、メディアンサンプルとして、図１に示すように、重心フィールドの上部画素Ｔと、下部画素Ｂと、前フィールド又は先行フィールドの画素（以下、先行画素という。）Ｐと、次フィールド又は後続フィールドの画素（以下、後続画素という。）Ｓと、平均化回路１４からの垂直方向の平均値、すなわち有限インパルス応答フィルタ（finite impulse response：以下、ＦＩＲという。）からの空間的に垂直方向にＦＩＲフィルタリングされた値（以下、ＦＩＲＸ＝（Ｔ＋Ｂ）／２という。）とが、メディアンフィルタ２０に供給される。
【００１９】
ここで、つぎに、基本の５タップのメディアンフィルタの構成について、簡単に説明する。この５タップのメディアンフィルタは、図３に示すように、式１に示す演算を行うための９つの比較器５１〜５９を備える。
【００２０】
ＭＥＤＩＡＮ(ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ)＝ＭＡＸ{ＭＩＮ[ＭＩＮ(ａ;Ｗ);ＭＡＸ(Ｘ;Ｙ)];ＭＡＸ[ＭＩＮ(Ｘ;Ｙ);Ｚ]}
Ｗ＝ＭＡＸ{ｂ;ＭＡＸ[ｃ;ＭＡＸ(ｄ;ｅ)]}
Ｘ＝ＭＩＮ{ｂ;ＭＡＸ[ｃ;ＭＡＸ(ｄ;ｅ)]}
Ｙ＝ＭＡＸ{ＭＩＮ[ｃ;ＭＡＸ(ｄ;ｅ)];ＭＩＮ(ｄ;ｅ)}
Ｚ＝ＭＩＮ{ＭＩＮ[ｃ;ＭＡＸ(ｄ;ｅ)];ＭＩＮ(ｄ;ｅ)}
・・・式１
【００２１】
一方、本発明を適用した５タップのメディアンフィルタ２０は、平均化回路１４からの空間的に線形フィルタリングされた値を用いることによって、図４に示すように、式２の演算を行うための７個の比較器２１〜２７を備える。
【００２２】
ＭＥＤＩＡＮ＝ＭＡＸ{ＭＩＮ(Ｗ;Ｘ);ＭＡＸ(Ｙ;Ｚ)}
Ｗ＝ＭＩＮ{Ｓ;ＭＡＸ[Ｐ;ＭＡＸ(Ｔ;Ｂ)]}
Ｘ＝ＭＡＸ{ＭＩＮ[Ｐ;ＭＡＸ(Ｔ;Ｂ)];ＦＩＲＸ}
Ｙ＝ＭＩＮ{ＭＩＮ[Ｐ;ＭＡＸ(Ｔ;Ｂ)];ＦＩＲＸ}
Ｚ＝ＭＩＮ{Ｔ;Ｂ}
・・・式２
【００２３】
すなわち、式１において、ａ≦ｃ≦ｅ又はｅ≦ｃ≦ｄと仮定すると、Ｔ≦ＦＩＲＸ≦Ｂ又はＢ≦ＦＩＲＸ≦Ｔとなることから、式１に比して簡素化された式２が得られる。換言すると、メディアンフィルタ２０は、図３に示すメディアンフィルタに対して、２つの比較器５２、５４を削除した簡単な構成とすることができる。
【００２４】
つぎに、本発明を適用した重み付きメディアンフィルタ補間装置の、例えば５つの重みのうちの３つの重みを”１”、２つの重みを”０”と設定した３タップメディアンモードについて説明する。この３タップメディアンモードでは、例えば図１の領域２に示すように、上部画素Ｔの重みを１（以下、単にＴ＝１という。）、下部画素Ｂ＝１、先行画素Ｐ＝１とし、後続画素Ｓ＝０、ＦＩＲＸ＝０とする。
【００２５】
したがって、このモードでは、本発明を適用した重み付きメディアンフィルタ補間装置は、例えば図５に示す入力されるビデオ信号の画素を１フィールド分遅延するフィールドメモリ１２と、入力されるビデオ信号の画素を１ライン分遅延するラインメモリ１３と、３タップのメディアンフィルタ３０とを備える構成と等価となる。なお、図２に示す回路と同じ回路には、同じ符号を付して、その詳細な説明は省略する。そして、３タップのメディアンフィルタ３０には、入力される重心フィールドの画素Ｂと、ラインメモリ１３で遅延された重心フィールドの画素Ｂの上のラインの対応する位置の画素Ｔと、フィールドメモリ１２で遅延された前フィールドの画素Ｂに対応する位置の画素Ｐとが供給される。以下、このモードにおける動作を３タップメディアン先行動作という。
【００２６】
また、３タップメディアンモードでは、例えば図１の領域３に示すように、上部画素Ｔ＝１、下部画素Ｂ＝１、後続画素Ｓ＝１、先行画素Ｐ＝１とし、ＦＩＲＸ＝０とする。したがって、このモードでは、本発明を適用した重み付きメディアンフィルタ補間装置は、例えば図６に示す入力されるビデオ信号の画素を１フィールド分遅延するフィールドメモリ１１と、フィールドメモリ１１で遅延されたビデオ信号の画素を１ライン分遅延するラインメモリ１３と、３タップのメディアンフィルタ４０とを備える構成と等価となる。なお、図２に示す回路と同じ回路には、同じ符号を付して、その詳細な説明は省略する。そして、３タップのメディアンフィルタ４０には、フィールドメモリ１１で遅延された重心フィールドの画素Ｂと、ラインメモリ１３で遅延された重心フィールドの画素Ｂの上のラインの対応する位置の画素Ｔと、重心フィールドの前フィールドの画素Ｂに対応する位置の画素Ｓとが供給される。以下、このモードにおける動作を３タップメディアン後続動作という。なお、３タップメディアン後続動作では、入力されたフィールドの値が出力されることから、出力には遅延が生じない。
【００２７】
図７は、重み付きメディアンフィルタ補間装置の各動作モードを説明するための図である。上述したように、重み付きメディアンフィルタ補間装置は、図７に示すように、以下のような補間モードで動作する。
【００２８】
・３タップメディアン先行モード
Ａ：奇数フィールド入力
Ｂ：偶数フィールド入力
・３タップメディアン後続モード
Ｃ：偶数フィールド入力
Ｄ：奇数フィールド入力
・５タップメディアンモード
Ｅ：奇数フィールド入力
Ｆ：偶数フィールド入力
【００２９】
図７において、各フィールドＡ〜Ｄの網掛けのラインは、各補間処理において必要とされるラインを示し、縦線は、補完されるフィールド（重心フィールド）を示す。また、枠に囲まれた領域は、それぞれのケースのフィルタアパーチャと、入力ソースの遅延を示す。
【００３０】
以上の説明でも明らかなように、本発明に係る重み付きメディアンフィルタ補間装置は、従来のメディアンフィルタ補間装置に比して、様々なソースフィールド状態に適応した柔軟性を達成できる。特に、空間的な画素値を補間によって生成するために、画素の線形平均をメディアンフィルタの１つの重みとして用いる場合、３次元フィルタを有するメディアンフィルタ補間装置を実現することができる。このことは、参考文献２で述べられている従来の技術において、第５のメディアン画素として単なる時間的な画素（前フィールド画素Ｐと後フィールド画素Ｓの平均）と生成される線形平均を用いられることとは対照的である。
【００３１】
【発明の効果】
上述のように、本発明に係るインタレースビデオ信号をプログレスビデオ信号に変換する重み付きメディアンフィルタ補間装置は、フィルタアパーチャが選択されたフィルタモードに依存する５タップのメディアンフィルタと、複数のビデオ信号サンプルのそれぞれに対する重みを”０”又は”１”のどちらかに設定することによって、上記フィルタモードを画素毎に選択する際に、重みが”１”に対応するビデオ信号サンプルの数が常に奇数であるように選択する手段とを備える。そして、メディアン値を生成するためのビデオ信号サンプルは、上部画素Ｔと、下部画素Ｂと、前フィールド画素Ｐと、次フィールド画素Ｓと、空間線形フィルタ出力サンプルＦＩＲＸとに対して重みを”１”又は”０”として選択される。
【００３２】
上述のような構成を有する係る重み付きメディアンフィルタ補間装置では、従来のメディアンフィルタ補間装置に比べて、様々なソースフィールド状態に適応した柔軟性を実現することができる。特に、画素の線形平均をメディアンフィルタの重みの１つとして用いて空間的な画素値を補間によって生成することにより、３次元フィルタリングを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明を適用した５タップのメディアンフィルタが補間に用いる画素を示す図である。
【図２】  本発明に係る重み付きメディアンフィルタ補間装置の具体的な構成を示すブロック図である。
【図３】  基本の５タップのメディアンフィルタの構成を示す図である。
【図４】  本発明を適用した５タップのメディアンフィルタの構成を示す図である。
【図５】  本発明を適用した重み付きメディアンフィルタ補間装置の具体的な構成を示すブロック図である。
【図６】  本発明を適用した重み付きメディアンフィルタ補間装置の具体的な構成を示すブロック図である。
【図７】  重み付きメディアンフィルタ補間装置の各動作モードを説明するための図である。
【符号の説明】
１１，１２  フィールドメモリ、１３  ラインメモリ、１４  平均化回路、２０  メディアンフィルタ
【図１】
0004434352.tif 000002
【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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