(57)【要約】本発明は、サンプリングレート変換方法に関する。信号品質を向上するデジタル信号の有効なサンプリングレート変換方法を提供する本発明の目的を解決するために、デジタル信号のサンプリングレート変換及び利得制御されたフィルタ処理を組み合わせた方法を提案し、この場合、入力信号が、フィルタ処理された出力信号に変換され、入力信号を第１のポリフェーズフィルタによってフィルタ処理して第１中間信号を生成するステップと、入力信号を第２のポリフェーズフィルタによってフィルタ処理して第２中間信号を生成するステップと、第２中間信号に利得制御信号を乗算して第３中間信号を生成するステップと、第３中間信号に第１中間信号を加算して出力信号を生成するステップとを具える。本発明の目的は、デジタル信号のサンプリングレート変換及び利得制御されたフィルタ処理を組み合わせた装置及びコンピュータプログラムによっても解決される。
2006524463.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
デジタル信号のサンプリングレート変換及び利得制御されたフィルタ処理を組み合わせた方法であって、入力信号が、フィルタ処理された出力信号に変換され、
前記入力信号を第１のポリフェーズフィルタによってフィルタ処理して、第１中間信号を生成するステップと、
前記入力信号を第２のポリフェーズフィルタによってフィルタ処理して、第２中間信号を生成するステップと、
前記第２中間信号に利得制御信号を乗算して、第３中間信号を生成するステップと、
前記第３信号を前記第１信号に加算して前記出力信号を生成するステップとを具えることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記第１のポリフェーズフィルタが、周波数領域で低域通過フィルタ特性を有することを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記第２のポリフェーズフィルタが、周波数領域で帯域通過フィルタ特性を有することを特徴とする請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】
前記利得制御信号を、前記第３のポリフェーズフィルタによって前記入力信号をフィルタ処理することによって発生した信号から取得することを特徴とする請求項１から３のうちのいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記第３のポリフェーズフィルタを微分フィルタとすることを特徴とする請求項４記載の方法。
【請求項６】
前記ポリフェーズフィルタの各乗算タップに対するフィルタ係数を、ルックアップテーブルに格納し、位相制御信号に応答して周期的に読み出すことを特徴とする請求項１から５のうちのいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記ポリフェーズフィルタがシフトレジスタを共有することを特徴とする請求項１から６のうちのいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記入力信号をビデオ信号とし、前記入力信号が、前記ポリフェーズフィルタによってフィルタ処理される前にガンマ補正によって線形的な光領域に変換され、前記出力信号が、逆ガンマ補正によってガンマ領域に戻されることを特徴とする請求項１から７のうちのいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記入力信号をビデオ信号とし、少なくとも前記第１及び第２のポリフェーズフィルタ内のレジスタの各出力値に対してガンマ補正を実行し、前記出力信号を、逆ガンマ補正によってガンマ領域に戻すことを特徴とする請求項１から７のうちのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記入力信号を標準テレビジョン放送（ＳＤＴＶ）信号とし、
前記出力信号を高品位テレビジョン放送（ＨＤＴＶ）信号とし、
前記第１のポリフェーズフィルタが空間スケーリングを実行し、
前記第２のポリフェーズフィルタがピーキング及び／又はＬＴＩを実行し、
前記第３のポリフェーズフィルタがエッジ勾配検出を行うことを特徴とする請求項１から９のうちのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
デジタル信号のサンプリングレート変換及び利得制御されたフィルタ処理を組み合わせた装置であって、入力信号が、フィルタ処理された出力信号に変換され、
位相イネーブル信号によって一体的に制御される複数のレジスタを具え、前記デジタル信号の連続する値を格納するシフトレジスタと、
各レジスタの出力に第１のタイプのフィルタ係数を乗算するとともに、これらの積を互いに加算して第１中間信号を生成する回路と、
各レジスタの出力に第２のタイプのフィルタ係数を乗算するとともに、これらの積を互いに加算して第２中間信号を生成する回路と、
前記第２中間値に利得制御信号を乗算して第３中間信号を生成する回路と、
前記第１中間信号及び第３中間信号を加算して前記出力信号を生成する回路と、
前記第１及び第２のタイプのフィルタ係数を、位相制御信号に応答してサイクル的に変更する手段とを具えることを特徴とする装置。
【請求項１２】
前記第１のタイプのフィルタ係数を、フィルタ直流利得が常に１となるように選択したことを特徴とする請求項１１記載の装置。
【請求項１３】
前記第２のタイプのフィルタ係数を、フィルタ直流利得が零に近づくように選択したことを特徴とする請求項１１又は１２記載の装置。
【請求項１４】
前記装置が、各フィルタの出力に第３のタイプのフィルタ係数を乗算するとともに、これらの積を互いに加算して、前記利得制御信号の基準としての役割を果たす信号を生成する回路を更に具えることを特徴とする請求項１１から１３のうちのいずれか１項に記載の装置。
【請求項１５】
デジタル信号のサンプリングレート変換及び利得制御されたフィルタ処理を組み合わせた装置であって、入力信号が、フィルタ処理された出力信号に変換され、
位相イネーブル信号によって一体的に制御される複数のレジスタを具え、前記デジタル信号の連続する値を格納するシフトレジスタと、
互いに隣接するレジスタの出力間の差を形成し、これらの差に第１のタイプのフィルタ係数を乗算し、これらの積に少なくとも一つのレジスタの出力を加算して第１中間信号を生成する回路と、
前記差に第２のタイプのフィルタ係数を乗算するとともに、これらの積を互いに加算して第２中間信号を生成する回路と、
前記第２中間値に利得制御信号を乗算して第３中間信号を生成する回路と、
前記第１中間信号及び第３中間信号を加算して前記出力信号を生成する回路と、
前記第１及び第２のタイプのフィルタ係数を、位相制御信号に応答してサイクル的に変更する手段とを具えることを特徴とする装置。
【請求項１６】
前記装置が、前記差に第３のタイプのフィルタ係数を乗算するとともに、これらの積を互いに加算して、前記利得制御信号の基準としての役割を果たす信号を生成する回路を更に具えることを特徴とする請求項１５記載の装置。
【請求項１７】
前記装置が、位相制御信号に応答して前記第１及び第２のタイプのフィルタ係数を発生するルックアップテーブルを更に具えることを特徴とする請求項１１から１６のうちのいずれか１項に記載の装置。
【請求項１８】
前記装置が、前記入力信号にガンマ補正を適用する一つのガンマ補正回路と、前記出力信号に逆ガンマ補正を適用する一つの逆ガンマ補正回路とを更に具えることを特徴とする請求項１１から１７のうちのいずれか１項に記載の装置。
【請求項１９】
前記装置が、前記レジスタの出力にガンマ補正を適用する複数のガンマ補正回路と、前記出力信号に逆ガンマ補正を適用する一つの逆ガンマ補正回路とを更に具えることを特徴とする請求項１１から１７のうちのいずれか１項に記載の装置。
【請求項２０】
前記入力信号を標準テレビジョン放送（ＳＤＴＶ）信号とし、
前記出力信号を高品位テレビジョン放送（ＨＤＴＶ）信号とし、
前記第１のタイプのフィルタ係数が空間スケーリングを実現し、
前記第２のタイプのフィルタ係数がピーキング及び／又はＬＴＩを実現し、
前記第３のタイプのフィルタ係数がエッジ勾配検出を実現することを特徴とする請求項１４，１６，１８又は１９記載の方法。
【請求項２１】
デジタルコンピュータの内部メモリに直接ロード可能なコンピュータプログラムであって、前記プログラムがコンピュータ上で実行されるときに請求項１のステップを実行するソフトウェアコード部を具えることを特徴とするコンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デジタル信号のサンプリングレート変換及び利得制御されたフィルタ処理を組み合わせた方法であって、入力信号が、フィルタ処理された出力信号に変換され、前記入力信号を第１のポリフェーズフィルタによってフィルタ処理して、第１中間信号を生成するステップと、前記入力信号を第２のポリフェーズフィルタによってフィルタ処理して、第２中間信号を生成するステップと、前記第２中間信号に利得制御信号を乗算して、第３中間信号を生成するステップと、前記第３信号を前記第１信号に加算して前記出力信号を生成するステップとを具えることを特徴とする方法に関する。また、本発明は、デジタル信号のサンプリングレート変換及び利得制御されたフィルタ処理を組み合わせた装置及びコンピュータプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタル信号処理の種々のアプリケーションの分野において、第１のサンプリングレートを有する信号を第１のサンプリングレートより小さい又は大きい第２のサンプリングレートに変換することが要求される。例えば、テレビジョン画像処理の分野において、テレビジョンセットのPicture-In-Picture(PIP)若しくはPicture-Out-of-Pictureモードで生じるように、又は、大抵のテレビ局によって現在放送されている標準(Standard Definition :SD)を、高品位(High Definition :HD)フォーマットを表示するよう設計されたテレビジョンセットに表示するのに関連して、種々の表示フォーマットで表されるテレビジョン信号の表示は、不可欠な要求である。
【０００３】
サンプリングレート変換すなわちコンポーネント（ＶＧＡ）ビデオのテレビジョンへの変換を行う従来の装置が、米国特許第６，２８１，８７４号に開示されている。入力ビデオ信号のスケーリングは、固定された遮断周波数及びプログラマブル遅延を有する低域通過補間フィルタとして動作するポリフェーズフィルタによって実行される。ポリフェーズフィルタの係数を変更することによって、入力ビデオ信号は、画素クロックの一部によって時間シフトされ、出力ビデオ信号のフリッカを低減するために同時に低域通過フィルタ処理される。
【０００４】
そのようなポリフェーズフィルタの基本構成を図１に示す。ポリフェーズフィルタは、シフトレジスタ１を形成する複数のレジスタ１−１．．．１−４を処理する。シフトレジスタ１は、位相イネーブル信号３によって制御され、位相イネーブル信号３は、新たなセットのデジタル値が各レジスタ１−１．．．１−４にロードされたか否か又は既にレジスタに含まれるデジタル値が維持されているか否かを制御する。上記デジタル値を、デジタル入力信号４の連続するデジタル値とする。
【０００５】
さらに、レジスタ１−１．．．１−４のレジスタ出力値は、結合回路５に入力され、結合回路５は、結合回路出力値を生じるレジスタ出力値の加算又は減算を行う。さらに、単一の結合回路出力値はそれぞれ、乗算部６−１．．．６−５によってフィルタ係数ａ１（ｉ）．．．ａ５（ｉ）で重み付けされ、加算部７−１．．．７−４によって、他の重み付けされた結合回路出力値に加算され、最終的には出力信号８のデジタル値を生成する。各乗算部６−１．．．６−５で適用されるフィルタ係数ａ１（ｉ）．．．ａ５（ｉ）は、固定されず、周期的な位相制御信号ｉに応答して、制限されたセットのフィルタ係数｛ａ１（１）．．．ａ１（Ｎ）｝．．．｛ａ５（１）．．．ａ５（Ｎ）｝から選択され、この場合、Ｎを、各乗算部６−１．．．６−５で利用できる互いに相違するフィルタ係数の数又はサイクルごとのフィルタ処理ステップの数とする。
【０００６】
位相制御信号ｉによってトリガされ、各結合回路出力値に対するフィルタ係数ａ１（ｉ）．．．ａ５（ｉ）の重み付け及び出力信号８の一つのデジタル値を生成する重み付けされた結合回路出力値の加算を具える各フィルタ処理ステップにおいて、フィルタ係数ａ１（ｉ）．．．ａ５（ｉ）は、ポリフェーズフィルタのインパルス応答を規定する。ポリフェーズフィルタがサンプリングレート変換することを所望される場合、各フィルタ処理ステップにおいて、基本的には同一のフィルタ特性であるが互いに相違するフィルタの位相が達成されるように、フィルタ係数｛ａ１（１）．．．ａ１（Ｎ）｝．．．｛ａ５（１）．．．ａ５（Ｎ）｝のセットを選択することができる。周波数領域における互いに相違するフィルタの位相は、時間領域において互いに相違する遅延に戻され、その結果、選択された遅延に応じて、入力信号のサンプリングレートとは異なるサンプリングレートでデジタル入力信号が再びサンプリングされる。各フィルタ処理ステップにおいて、図１のポリフェーズフィルタ構成は、一つの出力信号値を発生する。アップ変換(up-conversion)1を行う、すなわち、入力信号のサンプリングレートを増大するために、出力信号値間の遅延が入力信号のサンプリングレートの逆より小さくなるようにフィルタ係数が選択される。さらに、位相イネーブル信号３に応じて、レジスタ１−１．．．１−４は、各フィルタ処理ステップにおいて必ずしも新たな入力信号値でロードされず、以前のフィルタ処理ステップの入力信号サンプリング値を格納する。例えば、５／４のサンプリングレートアップ変換比が所望される場合、四つの入力信号値が五つの出力信号値を発生し、１サイクルの五つのフィルタ処理ステップのうちの一つにおいて、以前の値が、新たな入力信号のサンプリング値の代わりにレジスタ１−１．．．１−４に格納される。位相イネーブル信号３は、シフトレジスタ１の動作をトリガし、それに対して、位相制御信号ｉによって、１サイクルの各フィルタ処理ステップにおいて適切なフィルタ係数が乗算部６−１．．．６−５に適用される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
画像処理におけるアップ変換(up-conversion)のアプリケーションの分野に戻ると、アップ変換が入力画像のナイキスト制限より上の周波数を生じないのは一般的な欠点である。視聴者は、アップ変換された画像の拡張されたスペクトルにおいて高周波数成分を予測するが、これら高周波成分を欠く結果、アップ変換された画像が先鋭でないことを感じる。
【０００８】
したがって、画像処理のこのアプリケーション特有の例に由来して、本発明の一般的な目的は、画像品質が向上する、デジタル信号のサンプリングレート変換の有効な方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の目的を解決するために、デジタル信号のサンプリングレート変換及び利得制御されたフィルタ処理を組み合わせた方法であって、入力信号が、フィルタ処理された出力信号に変換され、前記入力信号を第１のポリフェーズフィルタによってフィルタ処理して、第１中間信号を生成するステップと、前記入力信号を第２のポリフェーズフィルタによってフィルタ処理して、第２中間信号を生成するステップと、前記第２中間信号に利得制御信号を乗算して、第３中間信号を生成するステップと、前記第３信号を前記第１信号に加算して前記出力信号を生成するステップとを具えることを特徴とする方法を提案する。
【発明の効果】
【００１０】
第１及び第２のポリフェーズフィルタの使用により、入力デジタル信号のサンプリングレート変換及び２段階のフィルタ処理を実現することができる。フィルタ係数によって規定される第１及び第２のポリフェーズフィルタの設計において、第１及び第２のポリフェーズフィルタのフィルタ位相を、同一のサンプリングレート変換を達成するよう等しく選択することができ、それに対して、第１及び第２のポリフェーズフィルタのフィルタ特性を固定する再の自由度を、十分に相違する二つのフィルタ関数を実現するように設定することができる。例えば、第１のポリフェーズフィルタを、補間のために低域通過フィルタとして実現する場合、第２のフィルタを、信号品質を向上するために、選択した周波数範囲を増幅するよう設計することができる。第２中間信号を乗算した利得制御信号は、第３中間信号の振幅を制御し、加算された出力信号が更に多くの雑音を搬送するのを防止するとともに過度のクリッピングを行うのを防止する。利得制御がない場合、両方のポリフェーズフィルタの係数が結合され、サンプリングレート変換及びフィルタ処理の際に一つのポリフェーズフィルタしか必要としない。しかしながら、第２のフィルタのダイナミックの制御はもはや不可能であり、出力信号のダイナミックレンジが制御不可能になり、したがって、知覚的な魅力がない。
【００１１】
本発明によれば、前記第１のポリフェーズフィルタが、周波数領域で低域通過フィルタ特性を有するのが有利である。この場合、第１のポリフェーズフィルタは、低域通過補間フィルタとして動作する。
【００１２】
前記第２のポリフェーズフィルタが、周波数領域で帯域通過フィルタ特性を有するのが更に好適である。第２のポリフェーズフィルタの帯域通過フィルタ特性は、デジタル信号の高周波成分のみを増幅し、その結果、加算された出力信号において、第１中間信号における高周波成分の知覚の欠如が、第３中間信号、すなわち、利得制御された第２中間信号の加算によって補償される。本発明を画像処理に適用する場合、第２のポリフェーズフィルタの帯域通過特性によって、ピーキング法又は非線形的な輝度遷移改善(Luminance Transition Improvement: LTI)の実現を許容する。しかしながら、これらピーキング及びＬＴＩ法は、新たな高周波成分を増幅し及び形成し、これによって、先鋭な出力信号が、専用のダイナミックレンジを超えることがあり、その結果、出力信号が更に多くの雑音を搬送するとともに過度のクリッピングを行う。したがって、第３中間信号のダイナミックレンジは、第１中間信号に加算される前に利得制御信号によって制御される。
【００１３】
本発明によれば、前記利得制御信号を、前記第３のポリフェーズフィルタによって前記入力信号をフィルタ処理することによって発生した信号から取得するのが、更に好ましい。第１及び第２のポリフェーズフィルタの遅延に従う遅延を達成するとともに、第２中間信号値の各々に対して利得制御値を取得する機能、例えば、本発明を画像処理に適用する場合にはエッジ勾配検出器を実現するフィルタ特性を達成するように、第３のポリフェーズフィルタの係数を設計することができる。
【００１４】
好適には、利得制御信号を、微分フィルタ特性を有するポリフェーズフィルタから取得する。画像処理に関連して、そのような微分フィルタは、例えばエッジ勾配検出器を実現する。
【００１５】
本発明によれば、好適には、前記ポリフェーズフィルタの各乗算タップに対するフィルタ係数を、ルックアップテーブルに格納し、位相制御信号に応答して周期的に読み出す。
【００１６】
本発明によるデジタル信号のサンプリングレート変換及び利得制御されたフィルタ処理を組み合わせた方法の有効な実現は、前記ポリフェーズフィルタがシフトレジスタを共有することを特徴とする。これは、各レジスタが高価なラインメモリを表す垂直テレビジョン信号処理の分野に特に関連する。
【００１７】
入力信号をビデオ信号とする場合、好適には、前記入力信号が、前記ポリフェーズフィルタによってフィルタ処理される前にガンマ補正によって線形的な光領域に変換され、前記出力信号が、逆ガンマ補正によってガンマ領域に戻される。線形的な光領域のフィルタ処理によってエイリアジングが低減する。さらに、第２のポリフェーズフィルタ（ＬＴＩ及びピーキング）のパフォーマンスが向上される。
【００１８】
入力信号をビデオ信号とする場合、少なくとも前記第１及び第２のポリフェーズフィルタ内のレジスタの各出力値に対してガンマ補正を実行し、前記出力信号を、逆ガンマ補正によってガンマ領域に戻すことも好ましい。この場合、レジスタ出力値が複数のガンマ補正回路に供給されて、結合回路５のガンマ補正されたレジスタ出力値の組合せを行う前にガンマ領域から線形的な光領域への変換を行う。線形的な光領域におけるフィルタ処理によってエイリアジングが低減する。さらに、第２のポリフェーズフィルタ（ＬＴＩ及びピーキング）のパフォーマンスが向上される。ガンマ補正は、一般的にはビデオ信号のワード長を増大し、その結果、レジスタ前でガンマ補正を適用することは、全てのレジスタを更に広くし、したがって、更に高価なものにすることを意味する。レジスタ後に配置されたガンマ補正回路によりガンマ補正を複数回適用すると、更に廉価になる。これを、ガンマ補正回路の廉価な近似が利用できる場合にのみ達成することができる。レジスタの後方でガンマ補正を適用する他の利点は、エッジ検出用の第３のポリフェーズフィルタが線形的な光領域で作動するかわりにガンマ領域で好適に作動し続けることができることである。逆ガンマ補正は、出力信号に対して一度だけ実行される。
【００１９】
テレビジョン画像処理の分野における本発明による方法の好適なアプリケーションは、前記入力信号を標準テレビジョン放送（ＳＤＴＶ）信号とし、前記出力信号を高品位テレビジョン放送（ＨＤＴＶ）信号とし、前記第１のポリフェーズフィルタが空間スケーリングを実行し、前記第２のポリフェーズフィルタがピーキング及び／又はＬＴＩを実行し、前記第３のポリフェーズフィルタがエッジ勾配検出を行うことを特徴とする。したがって、ＳＤＴＶ信号をＨＤＴＶ上で見ることができ、高品位ディスプレイは、陰極線管（ＣＲＴ）ディスプレイとマトリックスディスプレイの両方を含む。
【００２０】
本発明の第１例によれば、デジタル信号のサンプリングレート変換及び利得制御されたフィルタ処理を組み合わせた装置であって、入力信号が、フィルタ処理された出力信号に変換され、位相イネーブル信号によって一体的に制御される複数のレジスタを具え、前記デジタル信号の連続する値を格納するシフトレジスタと、各レジスタの出力に第１のタイプのフィルタ係数を乗算するとともに、これらの積を互いに加算して第１中間信号を生成する回路と、各レジスタの出力に第２のタイプのフィルタ係数を乗算するとともに、これらの積を互いに加算して第２中間信号を生成する回路と、前記第２中間値に利得制御信号を乗算して第３中間信号を生成する回路と、前記第１中間信号及び第３中間信号を加算して前記出力信号を生成する回路と、前記第１及び第２のタイプのフィルタ係数を、位相制御信号に応答してサイクル的に変更する手段とを具えることを特徴とする。第１及び第２のタイプのフィルタ係数を独立して調整して、サンプリングレート変換及び互いに相違する周波数領域でのフィルタ特性による２段階のフィルタ処理を実行することができ、この場合、利得制御信号によって、規定されたダイナミックレンジを第３中間信号が超えるのを防止する。第１及び第２のポリフェーズフィルタの両方が同一のシフトレジスタを共有するが、互いに相違するフィルタ係数を用いる。
【００２１】
本発明の第１例によれば、前記第１のタイプのフィルタ係数を、フィルタ直流利得が常に１となるように選択するのが好ましい。直流利得を１に固定すると、補間を実現することができる低域通過フィルタに対する要求が最小になる。
【００２２】
本発明の第１例によれば、前記第２のタイプのフィルタ係数を、フィルタ直流利得が零に近づくように選択するのが更に好適である。第２のポリフェーズフィルタを零直流利得に設計すると、簡単な帯域通過フィルタを実現する。画像処理に関連して、そのような帯域通過フィルタは、入力信号のＬＴＩ及びピーキングに適しており、この場合、第２のポリフェーズフィルタの共振周波数は、入力信号のスペクトルに対して一定である。
【００２３】
本発明の第１例によれば、前記装置が、各フィルタの出力に第３のタイプのフィルタ係数を乗算するとともに、これらの積を互いに加算して、前記利得制御信号の基準としての役割を果たす信号を生成する回路を具えるのが更に好適である。
【００２４】
第３のタイプのフィルタ係数は、重み付けされた第２中間信号の各値に対して利得制御信号の決定の基準としての役割を果たす信号を取得するように設計され、この場合、第３のポリフェーズフィルタの遅延を、第１及び第２のポリフェーズフィルタの遅延に等しくし、第３のポリフェーズフィルタのフィルタ特性は、利得制御信号の基準としての役割を果たす基準信号の発生、例えば、画像処理のアプリケーションの分野におけるエッジ勾配検出器を実現する。絶対値を形成し、最も急勾配のエッジのピークを減少するためにルックアップテーブルのような非線形回路を適用し、かつ、雑音信号のピークを減少するためにコア機能(coring function)を適用することによって、利得制御信号を、第３のポリフェーズフィルタによる出力としての信号から取得することができる。
【００２５】
本発明の第２例によれば、デジタル信号のサンプリングレート変換及び利得制御されたフィルタ処理を組み合わせた装置であって、入力信号が、フィルタ処理された出力信号に変換され、位相イネーブル信号によって一体的に制御される複数のレジスタを具え、前記デジタル信号の連続する値を格納するシフトレジスタと、互いに隣接するレジスタの出力間の差を形成し、これらの差に第１のタイプのフィルタ係数を乗算し、これらの積に少なくとも一つのレジスタの出力を加算して第１中間信号を生成する回路と、前記差に第２のタイプのフィルタ係数を乗算するとともに、これらの積を互いに加算して第２中間信号を生成する回路と、前記第２中間値に利得制御信号を乗算して第３中間信号を生成する回路と、前記第１中間信号及び第３中間信号を加算して前記出力信号を生成する回路と、前記第１及び第２のタイプのフィルタ係数を、位相制御信号に応答してサイクル的に変更する手段とを具えることを特徴とする。第１及び第２のタイプのフィルタ係数を独立して調整して、サンプリングレート変換及び互いに相違する周波数領域でのフィルタ特性による２段階のフィルタ処理を実行することができ、この場合、利得制御信号によって、規定されたダイナミックレンジを第３中間信号が超えるのを防止する。第１及び第２のポリフェーズフィルタの両方が同一のシフトレジスタを共有するが、互いに相違するフィルタ係数を用いる。互いに相違するレジスタの出力間の差をフィルタ係数の乗算前に形成することによって、第２のポリフェーズフィルタに対する直流利得が零になる。第１のポリフェーズフィルタは、これらの差によっても動作するが、レジスタ出力の重み付けされた差の総和に少なくとも一つのレジスタの出力を加算することによって表された直流経路を付加的に具える。
【００２６】
本発明の第２例によれば、前記装置が、前記差に第３のタイプのフィルタ係数を乗算するとともに、これらの積を互いに加算して、前記利得制御信号の基準としての役割を果たす信号を生成する回路を具えるのが更に好適である。
【００２７】
第３のタイプのフィルタ係数は、重み付けされた第２中間信号の各値に対して利得制御信号の決定の基準としての役割を果たす信号を取得するように設計され、この場合、第３のポリフェーズフィルタの遅延を、第１及び第２のポリフェーズフィルタの遅延に等しくし、第３のポリフェーズフィルタのフィルタ特性は、利得制御信号の基準としての役割を果たす基準信号の発生、例えば、画像処理のアプリケーションの分野におけるエッジ勾配検出器を実現する。絶対値を形成し、最も急勾配のエッジのピークを減少するためにルックアップテーブルのような非線形回路を適用し、かつ、雑音信号のピークを減少するためにコア機能(coring function)を適用することによって、利得制御信号を、第３のポリフェーズフィルタによる出力としての信号から取得することができる。
【００２８】
本発明の第１及び第２例によれば、前記装置が、位相制御信号に応答して前記第１及び第２のタイプのフィルタ係数を発生するルックアップテーブルを更に具えるのが更に好適である。本発明の第１及び第２例によれば、前記装置が、前記入力信号にガンマ補正を適用する一つのガンマ補正回路と、前記出力信号に逆ガンマ補正を適用する一つの逆ガンマ補正回路とを具えるのが更に好適である。ガンマ補正回路は、入力信号をガンマ領域から線形的な光領域に変換する。線形的な光領域におけるフィルタ処理は、エイリアジングを低減し、第２のポリフェーズフィルタのパフォーマンス（ＬＴＩ及びピーキング）を向上する。逆ガンマ補正が、逆ガンマ補正回路によって出力信号に対して実行される。
【００２９】
本発明の第１及び第２例によれば、特に画像処理のアプリケーションに対して、前記装置が、前記レジスタの出力にガンマ補正を適用する複数のガンマ補正回路と、前記出力信号に逆ガンマ補正を適用する一つの逆ガンマ補正回路とを具えるのが更に好適である。レジスタ出力がガンマ補正回路に供給されて、ガンマ領域から線形的な光領域への変換が行われる。線形的な光領域のフィルタ処理は、エイリアジングを低減する。さらに、第２のポリフェーズフィルタのパフォーマンス（ＬＴＩ及びピーキング）を向上する。ガンマ補正は、一般的にビデオ信号のワード長を増大し、その結果、レジスタ前でガンマ補正を適用することは、全てのレジスタを更に広くし、したがって、更に高価にすることを意味する。レジスタの後方に配置されたガンマ補正回路によってガンマ補正を複数回適用することは、更に廉価である。これを、ガンマ補正回路の廉価な近似が利用できる場合にのみ達成できる。レジスタの後方にガンマ補正を適用することの他の利点は、エッジ検出用の第３のポリフェーズフィルタが線形的な光領域で作動する代わりにガンマ領域で好適に作動し続けることができることである。逆ガンマ補正が出力信号に対して実行される。ガンマ補正回路が単なる近似であるとしても、逆ガンマ補正回路は、以前のガンマ補正回路の逆の機能を正確に実現する必要がある。逆ガンマ補正を一度だけ適用するので、設計を少しだけ高価にするだけでよい。
【００３０】
テレビジョン画像処理の分野における本発明の第１及び第２例の好適なアプリケーションは、前記入力信号を標準テレビジョン放送（ＳＤＴＶ）信号とし、前記出力信号を高品位テレビジョン放送（ＨＤＴＶ）信号とし、前記第１のタイプのフィルタ係数が空間スケーリングを実現し、前記第２のタイプのフィルタ係数がピーキング及び／又はＬＴＩを実現し、前記第３のタイプのフィルタ係数がエッジ勾配検出を実現することを特徴とする。
【００３１】
本発明は、デジタルコンピュータの内部メモリに直接ロード可能なコンピュータプログラムであって、前記プログラムがコンピュータ上で実行されるときに請求項１のステップを実行するソフトウェアコード部を具えることを特徴とするコンピュータプログラムも言及する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
本発明のこれら及び他の態様を、後に説明する実施の形態を参照しながら明らかにする。
【００３３】
互いに相違する図面の構成要素の番号付けにおいて、繰り返される構成要素には常に同一番号を付す。
【００３４】
図２は、デジタル信号のサンプリングレート変換及び利得制御されたフィルタ処理を組み合わせた方法の線形的な表示であり、この場合、ビデオ信号９のＹ（輝度）成分の垂直サンプリングレート変換及び垂直ピーキングをとる。図２の構成は、画素の行及び列からなる入力ビデオ信号９の複数の互いに隣接するラインを格納する複数のメモリ１０−１．．．１０−６を具える。本例では、６ラインメモリの代わりに、テレビジョンシステムに応じて、２を超える数のラインメモリを用いることができる。ここでは垂直画像処理のみを考察し、したがって、ラインメモリ１０−１．．．１０−６の同一列の垂直方向で互いに隣接する画素に対して、サンプリングレート変換及びピーキングが課される。ラインメモリ１０−１．．．１０−６に格納された垂直方向で互いに隣接する画素は、ポリフェーズフィルタ１１のバンクによってフィルタ処理され、このバンクは、垂直スケーリング用のポリフェーズフィルタ１１−１、垂直ピーキング用のポリフェーズフィルタ１１−２及び垂直ダイナミックの計算用のポリフェーズフィルタ１１−３用の三つのポリフェーズフィルタを具える。これらポリフェーズフィルタは、第１中間信号１２、第２中間信号１３及び利得制御信号１４をそれぞれ生成する。第２中間信号は、乗算部１５によって利得制御信号１４に乗算されて第３中間信号を生成し、第３中間信号は、加算部１７によって第１中間信号に加算され、最終的には、スケーリング及びピーキングされた出力信号８を生成する。
【００３５】
サンプリングレート変換（垂直スケーリング）及び利得制御されたフィルタ処理（ピーキング）の組合せは、低域通過スフィルタとしての第１のポリフェーズフィルタ１１−１、帯域通過フィルタとしての第２のポリフェーズフィルタ１１−２及び微分フィルタとしての第３のポリフェーズフィルタ１１−３を実現することによって達成される。この場合、第１中間信号１２は、従来知られているようなスケーリングされ及び低域通過フィルタ処理された出力信号を表し、これは、元の入力信号スペクトルのナイキスト制限より上の高周波数を欠いている。ピーキングが行われる第２中間信号１３を第１中間信号１２に加算することによって、少なくともナイキスト制限より下の周波数成分の増強(boosting)が、和信号で達成され、したがって、画像品質の人工的な向上が達成される。非線形ＬＴＩによって、和信号の空のスペクトルを充填する高次の高調波を生成することができる。技術的に実現可能な範囲の和信号のダイナミックゲインを保持するとともに、過度の画像クリッピング及び和信号の雑音の増大を防止するために、第２中間信号１３が利得制御信号１４に乗算され、結果的に得られる第３中間信号１６が第１中間信号１２に加算される。利得制御信号は、エッジ勾配検出器(edge steepness detector)としての第３のポリフェーズフィルタ１１−３を実現することによって垂直画像ダイナミック(vertical image dynamics)から取得される。高周波数の増強が、雑音の増大を回避するために信号の著しいエッジ振幅に対してのみ行われる。三つ全てのポリフェーズフィルタ１１−１．．．１１−３は、同一のレジスタを用いる。サンプリングレート変換を許容する、垂直方向で隣接する画素の再サンプリングを行うために、ポリフェーズフィルタの周波数領域のフィルタ特性が各フィルタ処理ステップに対してほぼ等しくなるとともに、フィルタの位相が位相制御信号ｉに応答して周期的に変化するように、ポリフェーズフィルタのフィルタ係数が規定される。図２に示さない移相イネーブル信号３によって、ラインメモリ１０−１，．．．，１０−６の適切な移相が行われ、その結果、サイクルの各フィルタ処理ステップにおいて、フィルタ係数及びシフトレジスタ（ラインメモリ）の画素成分の正確な整合が行われ、これは、アップ変換（サンプリングレートの増大）を行えるようにするためにサイクルの一部のフィルタ処理ステップにおいてラインメモリの画素成分を移相しないステップを含む。ピーキングを行うポリフェーズフィルタの共振周波数を、元の画像において、常に重大な成分が存在する高周波数にできることは、スケーリングおよびピーキングを同時に実現するには有益である。この周波数は、アップ変換比に依存しない。それに対して、スケーリング及びピーキングが２ステップの手順（最初にスケーリングした後にピーキング）で実行される場合、元の周波数を同一に保持するためにピーキングフィルタをアップ変換比に適合させる必要がある。既に説明したように、アップ変換された画像のピーキングによる先鋭は、元の画像が含む最高周波数を増強することによって達成される。しかしながら、ＬＴＩのような非線形的な方法によって、アップ変換後に更に広いスペクトルを充填するのを試みる際に、そのような周波数の高次の高調波を発生することができる。
【００３６】
図３は、本発明によるビデオ信号のサンプリングレート変換及び利得制御されたフィルタ処理を組み合わせた装置の第１の好適な実施の形態を示す。図３は、レジスタ１−１．．．１−４を具えるとともに位相イネーブル信号３に応答して動作するシフトレジスタ１を示す。ビデオストリームの画素、ライン及びフレームからなる入力ビデオ信号を表す入力信号４が、シフトレジスタ１に供給される。したがって、シフトレジスタ１は、図１に示すようなラインメモリのセットの１列を表す。テレビジョンシステムに応じて、２を超える任意の数のレジスタを、この特定の実施の形態に示した４個のレジスタの代わりにシフトレジスタ１で用いることができる。さらに、シフトレジスタ１の機能を、巡回的な乗算器スイッチ又は他の制御自在の記憶装置を有する巡回バッファによって良好に設けることができる。
【００３７】
各レジスタの出力は、ガンマ補正回路１９−１．．．１９−４を通過して、ガンマ補正されたレジスタ出力信号を生成し、その後、乗算部６−１．．．６−４を具える重み付けブロック２０に供給され、この場合、ガンマ補正されたレジスタ出力信号はそれぞれ、フィルタ係数ａ１（ｉ）．．．ａ４（ｉ）に乗算され、重み付けされるガンマ補正されたレジスタ出力信号は、加算部７−１．．．７−３によって加算が施されて第２中間信号１２を生成する。レジスタ１及び第１の重み付けブロック２０は、図１に示すような第１のポリフェーズフィルタを表す。しかしながら、図１の結合回路５は、ここでは必要とされない。
【００３８】
乗算部６−１．．．６−４、フィルタ係数ｂ１（ｉ）．．．ｂ４（ｉ）及び加算部７−１．．．７−３を有するとともに第２中間信号を発生する第２の重み付けブロック２１を設ける。シフトレジスタ１及び第２の重み付けブロック２１は、第２中間信号１３を生成する第２のポリフェーズフィルタを表す。
【００３９】
図３に示さない第３のポリフェーズフィルタは、シフトレジスタ１及び第３の重み付けブロックからなる。このポリフェーズフィルタは、利得制御信号１４を生じる利得制御部の一部であり、利得制御信号１４に第２中間信号１３が乗算されて第３中間信号１６を生成し、第３中間信号１６は、加算部１７によって第１中間信号１２に加算される。和信号が逆ガンマ(anti-gamma)補正回路２８に供給され、最終的には出力信号８を生成する。利得制御部は、絶対値回路と、ポリフェーズフィルタによって検出された最も急峻な勾配のピークを低減する小ルックアップテーブル又は他の非線形機能と、雑音信号のピークを低減するコア回路(coring circuit)の構成要素とのうちの一つ以上を更に有する。
【００４０】
各サイクルにおける係数ａ１（ｉ）．．．ａ４（ｉ）の総和を、直流利得が常に１となって低域通過フィルタを実現するように選択する。サイクルの各フィルタ処理ステップに対するフィルタ係数ａ１（ｉ）．．．ａ４（ｉ）は、インデックスとしての位相制御信号ｉによってルックアップテーブルから取り出される。各サイクルにおける係数ｂ１（ｉ）．．．ｂ４（ｉ）の総和は、直流利得を常に零にして、ピーキング及びＬＴＩに適した帯域通過フィルタを実現するように選択される。したがって、第３のポリフェーズフィルタに対する微分フィルタを実現する係数は、ルックアップテーブルに格納され、入力信号の適切な遅延を行うよう現在のフィルタ処理サイクルに従って読み出される。
【００４１】
ガンマ補正回路１９−１．．．１９−４は、線形的な光領域で垂直スケーリング及びピーキングを実行するのを許容し、垂直方向のエイリアジングを減少するとともにピーキングを向上する。利得制御信号の計算は、好適にはガンマ領域で実行される。ガンマ補正は、一般的にはビデオ信号のワード長を増大し、その結果、レジスタ以前のガンマ補正の適用は、全てのレジスタ１−１．．．１−４を更に広くし、したがって、更に高価なものにする必要があることを意味する。レジスタ１−１．．．１−４以前にガンマ補正を適用する代わりに、図３に示すようにレジスタ１−１．．．１−４の後に配置したガンマ補正回路１９−１．．．１９−４によって複数回ガンマ補正を適用すると更に廉価になると仮定される。これを、ガンマ補正回路１９−１．．．１９−４の廉価な近似が設計された場合にのみ達成することができる。レジスタ１−１．．．１−４の後方でガンマ補正を適用する他の利点は、エッジ検出用の第３のポリフェーズフィルタが線形光領域で作動する代わりにガンマ領域で良好に作動し続けることができることである。ガンマ補正回路が近似的なものにすぎないとしても、逆ガンマ補正回路２８は、以前のガンマ補正回路１９−１．．．１９−４と全く逆の機能を実現する必要がある。逆ガンマ補正が１度だけ適用されるので、設計をやや高価なものにするだけでよい。
【００４２】
図４は、本発明によるビデオ信号のサンプリングレート変換及び利得制御されたフィルタ処理の組合せの装置の第２の好適な実施の形態を示す。図４は、レジスタ１−１．．．１−４を具えるとともに位相イネーブル信号３に応答して動作するシフトレジスタ１を示す。ビデオストリームの画素、ライン及びフレームからなる入力ビデオ信号を表す入力信号４は、シフトレジスタ１に供給される。したがって、シフトレジスタ１は、図１に示すようなラインメモリのセットの１列を表す。テレビジョンシステムに応じて、この特定の実施の形態に示した４個のレジスタの代わりに、２を超える任意の数のレジスタを用いることができる。シフトレジスタ１の機能を、巡回乗算器スイッチ又は他の制御可能な記憶装置を有する巡回バッファによって良好に設けることができる。各レジスタの出力がガンマ補正回路１９−１．．．１９−４を通過し、ガンマ補正されたレジスタ出力信号を生じる。その後、結合回路５は、インバータ部２２−１．．．２２−３及び加算部２３−１．．．２３−３によって互いに隣接する二つのガンマ補正されたレジスタ出力信号の差をペアワイズで形成し、結果的に得られる差信号を、変更されていない第１のガンマ補正されたレジスタ出力信号とともに、乗算部６−１．．．６−３を具える重み付けブロック２４に供給し、この場合、結合回路５による出力としての差信号にフィルタ係数ａ１（ｉ）．．．ａ３（ｉ）が乗算され、重み付けされた差信号及び変更されていない第１のガンマ補正されたレジスタ出力信号が、過信部７−１．．．７−３によって互いに加算されて第１中間信号１２を生成する。シフトレジスタ１及び第１の重み付けブロック２４は、図１に示す第１のポリフェーズフィルタを表す。重み付けブロック２４内では、変更されていない第１のガンマ補正されたレジスタ出力信号は、係数が乗算されず、重み付けされた差信号の和に加算される。この経路に番号２５を付す。しかしながら、図１で導入したようなポリフェーズフィルタの形式上の規定を維持するために、この経路２５を、一定の重み付けａ０（ｉ）＝１．．．Ｎが乗算される重み付けブロック入力値として良好に想定することができる。この単一の重み付けは、明らかに一つのルックアップテーブル及び一つの乗算部を省略し、したがって、パフォーマンスが向上する。
【００４３】
第１の重み付けブロック２４に対応して、乗算部６−１．．．６−４、フィルタ係数ｂ１（ｉ）．．．ｂ３（ｉ）及び加算部７−１．．．７−３を有する第２の重み付けブロック２６を設ける。シフトレジスタ１及び第２の重み付けブロック２６は、第２中間信号１３を生成する第２のポリフェーズフィルタを表す。第２の重み付けブロック２６において、変更されない第１のガンマ補正されたレジスタ出力値は、重み付けされた差信号の和に加算されない。対応する経路に番号２７を付し、この経路を、図１のようなポリフェーズフィルタの規定に従って、一定の重み付けｂ０（ｉ），ｉ＝０．．．Ｎを乗算した重み付けブロック入力値と解釈することができる。このような零の重み付けは、明らかに、一つのルックアップテーブル、一つの乗算部及び一つの加算部を省略することができ、したがって、パフォーマンスが向上する。その理由は、直流利得が零に保障されるからである。
【００４４】
図４に示さない第３のポリフェーズフィルタは、シフトレジスタ１及び第３の重み付けブロックからなる。このポリフェーズフィルタは、利得制御信号を生成する利得制御部の一部であり、利得制御信号１４は、第２中間信号が乗算されて第３中間信号１６を生成し、第３中間信号１６は、加算部１７によって第１中間信号１２に加算される。その後、和信号が逆ガンマ補正回路２８に供給され、最終的には出力信号８が生じる。利得制御部は、絶対値回路と、ポリフェーズフィルタによって検出された最も急峻な勾配のピークを低減する小ルックアップテーブル又は他の非線形機能と、雑音信号のピークを低減するコア回路(coring circuit)の構成要素とのうちの一つ以上を更に有する。
【００４５】
第１の重み付けブロック２４内の経路２５は直流経路を表し、それに対して、乗算部６−１．．．６−３は、交流信号を表す互いに隣接するガンマ補正されたレジスタ出力信号からのペアワイスの差信号上で動作する。直流経路２５の信号を、重み付けされた信号に加算することによって、低域通過フィルタが実現される。
【００４６】
サイクルの各フィルタ処理ステップに対するフィルタ係数ａ１（ｉ）．．．ａ３（ｉ）が、インデックスとしての位相制御信号によりルックアップテーブルから取り出される。
【００４７】
第２の重み付けブロックにおいて、直流経路が存在せず、乗算部６−１．．．６−３が、交流信号のみを表す互いに隣接するガンマ補正されたレジスタ出力信号からのペアワイズの差信号上で動作する。したがって、第２のポリフェーズフィルタのフィルタ特性は、ピーキング及びＬＴＩに適した零直流利得の帯域通過特性となる。サイクルの各フィルタ処理ステップに対するフィルタ係数ｂ１（ｉ）．．．ｂ３（ｉ）は、インデックスとしての位相制御信号ｉによってルックアップテーブルから取り出される。
【００４８】
したがって、第３のポリフェーズフィルタに対して微分フィルタを実現するための係数が、ルックアップテーブルに格納され、入力信号の適切な遅延を達成するために現在のフィルタサイクルに従って読み出される。
【００４９】
ガンマ補正回路１９−１．．．１９−４は、線形的な光領域で垂直スケーリング及びピーキングを実行するのを許容し、垂直方向のエイリアジングを減少するとともにピーキングを向上する。利得制御信号の計算は、好適にはガンマ領域で実行される。ガンマ補正は、一般的にはビデオ信号のワード長を増大し、その結果、レジスタ以前のガンマ補正の適用は、全てのレジスタ１−１．．．１−４を更に広くし、したがって、更に高価なものにする必要があることを意味する。レジスタ１−１．．．１−４以前にガンマ補正を適用する代わりに、図４に示すようにレジスタ１−１．．．１−４の後に配置したガンマ補正回路１９−１．．．１９−４によって複数回ガンマ補正を適用すると更に廉価になると仮定する。これを、ガンマ補正回路１９−１．．．１９−４の廉価な近似が設計された場合にのみ達成することができる。レジスタ１−１．．．１−４の後方でガンマ補正を適用する他の利点は、エッジ検出用の第３のポリフェーズフィルタが、線形光領域で作動する代わりにガンマ領域で良好に作動し続けることができることである。ガンマ補正回路が近似的なものにすぎないとしても、逆ガンマ補正回路２８は、従来のガンマ補正回路１９−１．．．１９−４と全く逆の機能を実現する必要がある。逆ガンマ補正が１度だけ適用されるので、設計をやや高価なものにするだけでよい。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】ポリフェーズフィルタの一般的な構成を示す。
【図２】本発明によるビデオ信号のサンプリングレート変換及び利得制御されたフィルタ処理を組み合わせた方法を線形的に示す。
【図３】本発明によるビデオ信号のサンプリングレート変換及び利得制御されたフィルタ処理を組み合わせた装置の第１の実施の形態を線形的に示す。
【図４】本発明によるビデオ信号のサンプリングレート変換及び利得制御されたフィルタ処理を組み合わせた装置の第２の実施の形態を線形的に示す。
【図１】
2006524463.tif 000003
【図２】
2006524463.tif 000004
【図３】
2006524463.tif 000005
【図４】
2006524463.tif 000006
【国際調査報告】
2006524463.tif 000007
2006524463.tif 000008
2006524463.tif 000009