(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディジタル映像色信号から画像エッジ箇所を検出するエッジ検出手段と、エッジ箇所における注目画素とその左の複数個離れた離間画素との変化量の絶対値をＬｄとし、前記注目画素とその右の複数個離れた離間画素との変化量の絶対値をＲｄとするとき、Ｌｄ≦Ｒｄ又はＬｄ＜Ｒｄであるときには注目画素を左の離間画素の値に一致させ、Ｌｄ＞Ｒｄ又はＬｄ≧Ｒｄであるときには注目画素を右の離間画素の値に一致させる画素値置き換え手段と、を備えたことを特徴とするディジタル画像エッジ補正回路。
【請求項２】
請求項１に記載のディジタル画像エッジ補正回路において、エッジ検出手段は、注目画素から左側の離間画素と右側の離間画素と当該注目画素の３画素配列における変化の方向が同一であるときにエッジ箇所であると判断するように構成されていることを特徴とするディジタル画像エッジ補正回路。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載のディジタル画像エッジ補正回路において、注目画素と離間画素との変化量の絶対値が予め定めた規定量よりも大きい場合に、画素値置き換え処理を行うように構成したことを特徴とするディジタル画像エッジ補正回路。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のディジタル画像エッジ補正回路において、色副搬送波の４倍に相当する周波数で映像信号をサンプリングして画素を取得することを特徴とするディジタル画像エッジ補正回路。
【請求項５】
請求項４に記載のディジタル画像エッジ補正回路において、離間画素は注目画素から４画素目の画素であることを特徴とするディジタル画像エッジ補正回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、地上波放送やＢＳ放送或いは再生ビデオ信号などのアナログ映像信号をディジタル変換し、このディジタル映像信号を処理して画像エッジの補正を行うディジタル画像エッジ補正回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現行ＮＴＳＣ方式のカラーテレビ信号では、輝度（Ｙ）信号の帯域は４．２ＭＨｚであり、色差（Ｉ，Ｑ或いはＲ−Ｙ，Ｂ−Ｙ，Ｇ−Ｙ）信号の帯域は０．５ＭＨｚ〜１．５ＭＨｚである。この映像信号にて画像を映し出すモニターの解像度は、有効表示領域が５２．５μｓであるとすると、２２０．５本（５２．５μｓ×４．２ＭＨｚ）で足りることになる。一方、ＨＤＴＶ（Ｈｉｇｈ  Ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ  Ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ）用モニターの解像度は走査線数９６０本で水平方向の画素数は１９２０ドットであり、ＳＤＴＶ（Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ  Ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ）用モニターにおいても解像度は走査線数５００本近くあり（通常は３６０本以上）、水平方向の画素数は７２０ドットである。
【０００３】
ところで、上記ＨＤＴＶ用或いはＳＤＴＶ用モニターで上記高精細の映像信号と現行ＮＴＳＣのアナログ映像信号とを見比べると、現行ＮＴＳＣのアナログ映像信号による画像エッジは緩やかになり、映像がぼやけて見えてしまう。従来より、このような映像のぼやけを補正する技術として、ピーキング（輪郭補正）と呼ばれる技術（色信号についてはＣＴＩ：Ｃｏｌｏｒ  Ｔｒａｎｓｉｅｎｔ  Ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔと呼ばれ、輝度信号についてはＬＴＩと呼ばれている）がある。この技術は、元映像信号を二次微分したものを元映像信号から減算したり、或いはバンドパスフィルタで抽出した信号を元映像信号に加算するという方法で実現されている。しかしながら、上記方法では、元信号の変化量に比例して補正量が決まるため、大振幅の元信号の変化点（エッジ）前後においては補正量が大きくなり、その結果、白方向或いは黒方向に信号が飽和するなど、かえって映像信号を劣化させることがあった。
【０００４】
本願出願人は、かかる点に鑑み、先に以下の内容の出願を行った。図７において、Ａ／Ｄ変換器１は、入力されたＮＴＳＣ方式のアナログコンポジット映像信号をディジタル映像信号に変換する。現行のＮＴＳＣ方式のアナログコンポジット映像信号では、最高周波数は４．２ＭＨｚとなっている。このアナログコンポジット映像信号を色副搬送波の４倍に相当する周波数（４ｆｓｃ＝１４．３１８１８ＭＨｚ（１周期６９．８ｎｓ））でサンプリングして量子化を行う。ここで、最高周波数が４．２ＭＨｚである映像信号については、画像エッジを構成するのに少なくともその半波長の１１９ｎｓが必要であり、上記の４ｆｓｃでサンプリングを行うと、画像エッジ中にサンプリング点が少なくとも２か所存在することになる。すなわち、映像信号のエッジ途中で一つ以上の画素が存在することになる。
【０００５】
エッジ検出回路２はディジタル映像信号から画像エッジを検出する。この画像エッジの検出においては、３つの連続するサンプリングデータ（３画素配列）について、左画素をＬａ、注目画素をａ、右画素をＲａとすると、図８の（イ）及び（ハ）に示すように、同方向にレベル変化していく場合（Ｌａ＜ａ＜Ｒａ，Ｌａ＞ａ＞Ｒａ）と、同図の（ロ）及び（ニ）に示すように、そうではない場合（Ｌａ≦ａ≧Ｒａ，Ｌａ≧ａ≦Ｒａ）とがあり、上記の（ロ）及び（ニ）の場合はエッジではないと考えられる。エッジとなるのは上記の（イ）及び（ハ）で示される単一増加傾向および単一減少傾向の画素配列である。すなわち、エッジ検出回路２は、３画素配列における変化の方向が同一であるときにエッジ箇所であると判断するようになっている。
【０００６】
変位量検出回路３は、エッジを構成している画素間の変位量（絶対値）が一定量αより大きいか否かを判断する。すなわち、画素Ｌａから注目画素ａへの変位量をＡとし、注目画素ａから画素Ｒａへの変位量をＢとし、α＜Ａで且つα＜Ｂであるかどうか判断する。ここで、αを或るレベルに設定し、α以下の変位量の信号に対しては従来からのピーキング処理等を行うようにしてもよく、或いは、αをゼロ付近のレベルに設定し、略全信号に対して本案のエッジ補正を施すようにしてもよい。
【０００７】
傾き比較回路４は、変化量検出回路３にて一定量α以上の変位量を持つと判断された画素配列について、Ａ＞Ｂであるかどうかの判断を行う。
【０００８】
信号処理回路５に設けられた画素値置き換え回路５ａは、Ａ＞Ｂの判定によるＹＥＳ，ＮＯの結果に基づいて注目画素ａの値を置き換える処理を行う。すなわち、図９（ａ）に示すように、Ａ≦Ｂ（ＮＯ）のときには、注目画素ａの値を左画素Ｌａの値に一致させ（画素Ｌａ′を生成し）、同図（ｂ）に示すように、Ａ＞Ｂ（ＹＥＳ）のときには、注目画素ａの値を右画素Ｒａの値に一致させる（画素Ｒａ′を生成する）。
【０００９】
Ｄ／Ａ変換器６は信号処理されたディジタル映像信号をアナログの原色信号（Ｒ，Ｇ，Ｂ信号）に変換して図示しないディスプレイに出力する。
【００１０】
図１０は、以上説明した画素値置き換えの一連の処理内容を示したフローチャートである。エッジ検出・判断処理において画素配列がエッジを構成しないと判断されたとき（ステップＳ１でＮＯ）、または傾き（変化量）検出・判断処理で変化量が一定量αより小さいと判断されたとき（ステップＳ２でＮＯ）には、リターン動作となる（画素値置き換えは行わない）。一方、エッジ検出・判断処理において画素配列がエッジを構成すると判断され（ステップＳ１でＹＥＳ）且つ傾き（変化量）検出・判断処理で変化量が一定量αより大きいと判断されたとき（ステップＳ２でＹＥＳ）には、傾き（変化量）比較・判断処理に進み、Ａ＞Ｂであるかどうかの判断を行う（ステップＳ３）。ステップＳ３でＹＥＳと判断されたときには、注目画素ａの値を右画素Ｒａの値に一致させ、ＮＯと判断されたときには、注目画素ａの値を左画素Ｌａの値に一致させる（ステップＳ４）。かかる処理によって、画像の歪みを少なくしつつエッジを急峻にして画像のぼやけを抑制することができる。
【００１１】
ところで、送信時の色差信号の帯域は０．５ＭＨｚ〜１．５ＭＨｚであり、輝度信号に比べて狭く、しかもＩ軸成分に関してもＱ軸と同じ狭い帯域幅で受信復調する狭帯域受信方式を一般的に用いているので、色差信号の帯域は０．５ＭＨｚである。この色差信号が画像のエッジを構成するのには少なくともその半波長の１μｓが必要となる。この色差信号を４ｆｓｃでサンプリングすると、エッジ中にサンプリング点が少なくとも１４か所存在する。すなわち、色差信号のエッジの途中で１３個以上の画素が存在することになる。
【００１２】
上記の色差信号に対応した画素値置き換えの処理を、図１１及び図１２に基づいて説明していく。この色差信号についても図１１のフローチャートに示すように、３画素配列に基づくエッジ検出・判断処理（ステップＳ１１）、傾き（変化量）検出・判断処理（ステップＳ１２）、傾き（変化量）比較・判断処理（ステップＳ３）を行う。そして、画素値の置き換え処理（ステップＳ１４）では、Ａ＞Ｂの連続性を持つ画素配列については右画素からの連続性を検出し、Ａ≦Ｂの連続性を持つ画素配列については左画素からの連続性を検出し、それぞれ連続性を示した各画素を連続性の始めの画素の値に置き換える。
【００１３】
図１２に示す信号変化においては、エッジ途中に画素が１３点存在しており、６Ｌａ・５Ｌａ間の変化量Ａと５Ｌａ・４Ｌａ間の変化量Ｂでは、Ａ≦Ｂであり、５Ｌａ・４Ｌａ間の変化量Ａと４Ｌａ・３Ｌａ間の変化量ＢについてもＡ≦Ｂとなり、４Ｌａ・３Ｌａ間の変位量Ａと３Ｌａ・２Ｌａ間の変位量ＢについてもＡ≦Ｂであるごとく、Ａ≦Ｂの連続性の状態となっており、１Ｌａ・ａ間の変位量Ａとａ・１Ｒａ間の変位量ＢについてはＡ＝Ｂであるとし、ここまでＡ≦Ｂの連続性が続いている。その後は、Ａ＞Ｂの連続性が続く。
【００１４】
前述の図１１に示した処理を行うことにより、図１２に示すごとく、エッジ途中に画素が１３点存在しているとすると、画素ａ点から左側では画素ａを含み画素５Ｌａまでの画素につき、Ａ≦Ｂの連続性の始まりである画素６Ｌａ点の値に置き換え、画素ａ点より右側から画素５Ｒａまでの画素につき、Ａ＞Ｂの連続性の始まりである画素６Ｒａ点の値に置き換える。これにより、色差信号のような帯域の狭い信号についても、画像の歪みを少なくしつつエッジを急峻にして画像のぼやけを抑制することができる。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の処理では、元信号にノイズが存在するときに、不具合を生じるおそれがある。例えば、図１３に示すように、１Ｌａがノイズの影響で１Ｌａ″になると、３Ｌａ・２Ｌａ間の差異Ａと、２Ｌａ・１Ｌａ″間の差異Ｂとにおいて、Ａ＞Ｂの関係になり、注目画素２Ｌａは１Ｌａ″と同じ値の１Ｌａ′に置き換えられてしまう。また、注目画素１Ｌａ″は２Ｌａ・１Ｌａ″間の差異Ａと１Ｌａ′−ａとの差異Ｂとにおいて、Ａ≦Ｂの関係になり、注目画素１Ｌａ″は２Ｌａと同じ値の２Ｌａ′に置き換えられる。また、図１４に示すように、１Ｌａがノイズの影響で大きくずれて１Ｌａ''' になると、エッジとは判定されなくなり、２画素分がＣＴＩ処理されないまま残ってしまう。
【００１６】
また、上記のごとく、色差信号を４ｆｓｃでサンプリングすると、エッジ中にサンプリング点が少なくとも１４か所存在し、色差信号のエッジの途中で１３個以上の画素が存在することになり、これら全てについてＣＴＩを施すには、エッジの向き及び傾きの連続性をそれぞれ５画素程度検出するか、或いは検出・判定・補間の一連のアルゴリズムを５回程度繰り返さなければならず、インストラクション数或いはゲート数が増加してしまうことになる。
【００１７】
この発明は、上記の事情に鑑み、ノイズの影響を受けにくくしかも処理速度の向上が図れるディジタル画像エッジ補正回路を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
この発明のディジタル画像エッジ補正回路は、上記の課題を解決するために、ディジタル映像色信号から画像エッジ箇所を検出するエッジ検出手段と、エッジ箇所における注目画素とその左の複数個離れた離間画素との変化量の絶対値をＬｄとし、前記注目画素とその右の複数個離れた離間画素との変化量の絶対値をＲｄとするとき、Ｌｄ≦Ｒｄ又はＬｄ＜Ｒｄであるときには注目画素を左の離間画素の値に一致させ、Ｌｄ＞Ｒｄ又はＬｄ≧Ｒｄであるときには注目画素を右の離間画素の値に一致させる画素値置き換え手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１９】
上記の構成であれば、注目画素の画素置き換えにおいては、当該注目画素から複数画素離れた離間画素に対する変化量で処理するため、ノイズの影響を受けにくくできる。また、画素の連続性を検出して当該連続性の始端となる画素に一致させる処理も行わないから処理速度も向上できる。
【００２０】
エッジ検出手段は、注目画素から左側の離間画素と右側の離間画素と当該注目画素の３画素配列における変化の方向が同一であるときにエッジ箇所であると判断するように構成されていてもよい。また、エッジ箇所を成す注目画素と離間画素との変化量の絶対値が予め定めた規定量よりも大きい場合に、画素値置き換え処理を行うように構成してもよい。また、色副搬送波の４倍に相当する周波数で映像信号をサンプリングして画素を取得してもよい。この場合、離間画素は注目画素から４画素目の画素であるのが望ましい。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態を図１乃至図６に基づいて説明する。なお、回路構成は図７に示した構成と同様であり、Ａ／Ｄ変換回路１、エッジ検出回路２、変化量検出回路３、傾き比較回路４、信号処理回路５（画素置き換え５ａ）、及びＤ／Ａ変換器５を備えるが、処理対象は色信号であり、隣接画素間での検出・判定・補間ではなく、４画素離れた画素間での検出・補間を行うこととしている。ここで、搬送色信号は、互いに位相が９０°異なるＲ−Ｙ信号とＢ−Ｙ信号との合成波であり、これを基準副搬送波の０°のポイントでサンプリング（検波）すると、Ｂ−Ｙ信号が得られ、同様に基準副搬送波の９０°、１８０°、２７０°のポイントでサンプリング（検波）すると、それぞれＲ−Ｙ、−（Ｂ−Ｙ）、−（Ｒ−Ｙ）が得られる。
【００２２】
Ｂ−Ｙ信号については、０°のポイントでサンプリング（検波）されたＢ−Ｙ信号と１８０°のポイントでサンプリング（検波）されたものを反転させた−（−（Ｂ−Ｙ））信号を合成することで得られる。同様に、Ｒ−Ｙ信号については、９０°のポイントでサンプリング（検波）されたＲ−Ｙ信号と２７０°のポイントでサンプリング（検波）されたものを反転させた−（−（Ｒ−Ｙ））信号を合成することで得られる。このように、４ｆｓｃでサンプリング（検波）したとき、その色信号のデータは「４画素おき」に注目したほうが本来のデータの動きに則しているといえる。
【００２３】
図１に示すフローチャートにおいて、画像のエッジ検出では（ステップＳ１）、図２に示すように、注目画素ａに対して４画素左の４Ｌａと４画素右の４Ｒａとの比較を行う。この場合、図２の（イ）及び（ハ）に示すように、同方向にレベル変化していく場合（４Ｌａ＜ａ＜４Ｒａ，４Ｌａ＞ａ＞４Ｒａ）と、同図の（ロ）及び（ニ）に示すように、そうではない場合（４Ｌａ≦ａ≧４Ｒａ，４Ｌａ≧ａ≦４Ｒａ）とがあり、上記の（ロ）及び（ニ）の場合はエッジではないと考えられる。エッジとなるのは上記の（イ）及び（ハ）で示される単一増加傾向および単一減少傾向の画素配列である。すなわち、エッジ検出においては、３画素配列における変化の方向が同一であるときにエッジ箇所であると判断するようにしている。
【００２４】
変位量検出（傾き検出）においては（ステップＳ２）、エッジを構成している画素間の変位量（絶対値）が一定量αより大きいか否かを判断する。すなわち、画素４Ｌａから注目画素ａへの変位量をＬｄとし、注目画素ａから画素４Ｒａへの変位量をＲｄとし、α＜Ｌｄで且つα＜Ｒｄであるかどうか判断する。ここで、αを或るレベルに設定し、α以下の変位量の信号に対しては従来からのピーキング処理等を行うようにしてもよく、或いは、αをゼロ付近のレベルに設定し、略全信号に対して本案のエッジ補正を施すようにしてもよい。
【００２５】
傾き比較においては（ステップＳ３）、変化量検出にて一定量α以上の変位量を持つと判断された画素配列について、Ｌｄ＞Ｒｄかの判断を行う。
【００２６】
画素値置き換えでは（ステップＳ４）、Ｌｄ＞Ｒｄの判定によるＹＥＳ，ＮＯの結果に基づいて注目画素ａの値を置き換える処理を行う。すなわち、図３（ａ）に示すように、Ｌｄ≦Ｒｄ（ＮＯ）のときには、注目画素ａの値を４画素左の画素４Ｌａの値に一致させ（画素４Ｌａ′を生成し）、同図（ｂ）に示すように、Ｌｄ＞Ｒｄ（ＹＥＳ）のときには、注目画素ａの値を４画素右の画素４Ｒａの値に一致させる（画素４Ｒａ′を生成する）。
【００２７】
上述した処理により、図４のごとく、注目画素１Ｌａがノイズの影響で１Ｌａ″になったとしても、その４画素左の５Ｌａとの差異（Ｌｄ）と、その４画素右の３Ｒａとの差異（Ｒｄ）とにおいて、Ｌｄ＞Ｒｄの関係になり、１Ｌａ″は５Ｌａと同じ値の５Ｌａ′に置き換えられる。また、注目画素ａについてはその４画素左の４Ｌａとの差異（Ｌｄ）と、その４画素右の４Ｒａとの差異（Ｒｄ）とにおいて、Ｌｄ＞Ｒｄの関係になり、ａは４Ｌａと同じ値の４Ｌａ′に置き換えられる。また、同様に、注目画素１Ｒａについては、５Ｒａと同じ値の５Ｒａ′に置き換えられる。これにより、図１３に示したような不具合が回避されることになる。なお、かかる処理により、５Ｌａ′、４Ｌａ′、５Ｒａ′点が残る（６Ｌａ′又は６Ｒａ′にきっちりと一致しない部分が存在する）ことになるが、これらはエッジの始まり又は終わりの部分であり、元々画素間の変位量の少ない部分であるので、何ら問題はない。
【００２８】
また、図５に示すように、注目画素１Ｌａがノイズの影響で１Ｌａ''' になった場合、１Ｌａ''' は３Ｒａ′に置き換えられてしまうが、２Ｌａ及びａは正常に処理され、ノイズの影響は１画素に留まることになる。
【００２９】
上述した例では、「４画素おき」とする処理を行ったが、「２画素おき」或いは「６画素おき」といった処理とすることも可能である。ただし、「８画素おき」とした場合、図６に示すごとく、信号のピークを越えたところでの検出・判定・補間となることが多く、不具合を生じてしまう。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明のディジタル画像エッジ補正回路によれば、複数画素（望ましくは４画素おき）間での検出・判定・補間とするため、ノイズの影響を受けにくくしかも処理速度の向上が図れるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施形態のディジタル画像エッジ補正回路における画像エッジ補正の処理内容を示したフローチャートである。
【図２】エッジ判定に関する画素配列の態様を示した説明図である。
【図３】画素値の置き換えの様子を示した説明図である。
【図４】画素値の置き換えの様子を示した説明図である。
【図５】画素値の置き換えの様子を示した説明図である。
【図６】８画素おきとした場合の画素値の置き換えの様子を示した説明図である。
【図７】先に出願した内容のディジタル画像エッジ補正回路のブロック図である。
【図８】エッジ判定に関する画素配列の態様を示した説明図である。
【図９】画素値の置き換えの様子を示した説明図である。
【図１０】画像エッジ補正の処理内容を示したフローチャートである。
【図１１】画像エッジ補正の処理内容を示したフローチャートである。
【図１２】画素値の置き換えの様子を示した説明図である。
【図１３】先に出願した内容でのノイズによる悪影響を示した説明図である。
【図１４】先に出願した内容でのノイズによる悪影響を示した説明図である。
【符号の説明】
１    Ａ／Ｄ変換回路
２    エッジ検出回路
３    変化量検出回路
４    傾き比較回路
５    信号処理回路
５ａ  画素置き換え回路
６    Ｄ／Ａ変換器
４Ｌａ    離間画素
４Ｒａ    離間画素
Ｌｄ      変位量
Ｒｄ      変位量
【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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