(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１未満の伸張係数を使用すると画像信号が圧縮され、１より大きい伸張係数を使用すると画像信号が伸長される、画像信号のアスペクト比を調整する方法において、
前記伸張係数の二次導関数の信号に対応する少なくとも正の一定値と負の一定値とを入力し、
前記少なくとも正の一定値と負の一定値とを積分して前記伸張係数の一次導関数の信号を生成し、
前記伸張係数の前記一次導関数の信号を積分して前記伸張係数を生成し、
前記伸張係数に応じて前記画像信号を伸張して、該画像信号の前記アスペクト比を調整する、
各過程を有し、前記一次導関数の信号を生成する過程が、前記画像信号の各ラインの終点部において前記一次導関数を反転する過程を有していることを特徴とする画像信号のアスペクト比を調整する方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、前記一次導関数の信号を生成し、前記伸長係数を生成する過程が前記伸張係数の極値に対応する時点で初期化されることを特徴とする画像信号のアスペクト比を調整する方法。
【請求項３】
１未満の圧縮係数を使用すると画像信号が伸張され、１より大きい圧縮係数を使用すると画像信号が圧縮される、画像信号のアスペクト比を調整する回路において、
前記圧縮係数の二次導関数の信号に対応する少なくとも正の一定値と負の一定値とを入力する手段と、
前記少なくとも正の一定値と負の一定値とを積分して前記圧縮係数の一次導関数の信号を生成する第１積分手段と、
前記圧縮係数の前記一次導関数の信号を積分して前記圧縮係数を生成する第２積分手段と、
前記圧縮係数に応じ前記画像信号を圧縮して該画像信号の前記アスペクト比を調整する手段と、
を有し、前記一次導関数の信号を生成する第１積分手段が、前記画像信号の各ラインの終点部において前記一次導関数を反転する手段を有することを特徴とする画像信号のアスペクト比を調整する回路。
【請求項４】
テレビジョン信号受信機において、
請求項３に記載のアスペクト比調整回路であって、テレビジョン信号を入力して調整されたアスペクト比を持つ表示信号を生成する当該アスペクト比調整回路と、
前記表示信号を入力して前記テレビジョン信号を前記調整されたアスペクト比で表示する表示装置と、
を有することを特徴とするテレビジョン信号受信機。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、画像信号の例えば１６：９と４：３のアスペクト比の間のような非線形アスペクト比調整に関する。
背景技術
国際特許出願公開第ＷＯ−Ａ−９４／０３９９９号公報は４：３表示器上に１６：９の画像を表示する方法が開示され、該方法においてはテレビジョン信号の各ラインは、処理されていない信号のセグメントの長さと該信号から得られる結果としての信号の長さとの比がラインに沿って変化するように圧縮及び／又は伸張される。好ましくは、各ラインには「円柱」処理が施され、これにより当該ラインは円の弧に沿って延ばされたかのように圧縮され且つ弧の両端を結ぶ平面上の方向に沿って投影される。１６：９の表示器を持つ受像機は上記円柱処理を元に戻す回路を必要とする。上記公開公報は円柱圧縮及び／又は伸張を実行する如何なる回路も開示していない。
発明の開示
本発明の目的は、非線形アスペクト比調整を実行する実際的な方法及び回路を提供することにある。この目的のため、本発明の第１の特徴によれば、請求項１に記載したようなアスペクト比調整方法が提供される。又、本発明の第２の特徴によれば、請求項４に記載したようなアスペクト比調整回路が提供される。又、請求項５に規定された本発明の第３の特徴によれば、上記のようなアスペクト比調整回路を有するテレビジョン信号受信機が提供される。請求項６に規定の本発明の第４の特徴によれば、標準より広いアスペクト比を持つ入力画像信号に基づいて標準アスペクト比を持つ互換性テレビジョン信号を、請求項１の方法により生成する方法が提供される。又、有効な実施例が従属請求項に記載されている。
本発明によれば、画像信号のアスペクト比の調整は、少なくとも１個の一定値に基づいて伸張又は圧縮係数の二次導関数を生成し、該二次導関数に基づいて前記伸張又は圧縮係数の一次導関数を生成し、該一次導関数に基づいて前記伸張又は圧縮係数を生成し、該伸張（圧縮）係数に応じて前記画像信号を伸張（圧縮）して、該画像信号のアスペクト比を調整することにより実行され、１未満の伸張係数を使用すると前記画像信号が圧縮され、１未満の圧縮係数を使用すると前記画像信号が伸張される。
本発明の上記及び他の特徴は、以下に説明する実施例から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
図面において：
第１図は、伸張係数を得るための回路の一実施例を示し、
第２ａ図〜第２ｆ図は、第１図の実施例等の動作を示す種々のグラフ、
第３図は、第１図の回路を持つ本発明によるテレビジョン受像機を示し、
第４図は、本発明によるアスペクト比調整回路の好ましい実施例を示し、
第５ａ図及び第５ｂ図は第４図の実施例の２つの変形例を示し、
第６図は、標準より広いアスペクト比を持つ入力画像信号に基づき標準アスペクト比を持つ互換性テレビジョン信号を発生する方法を示す。
発明を実施するための最良の形態
第１図に示す伸張係数発生回路３３においては、３つの一定値０、Ｃ１及びＣ２がマルチプレクサ１に供給され、該マルチプレクサは時点Ｘ0l、Ｘ0r、Ｘ1r及びＸ1lで切り替えられ、上記入力一定値から選択された信号Ｄ２を出力する（第２ａ図参照）。この信号Ｄ２は伸張係数ＥＦを得るために（積分器３〜１３及び１４〜２１により）２度積分され、該伸張係数により画像信号が伸張される（該伸張係数が１より小の場合は圧縮される）。結果として、Ｄ２は上記伸張係数ＥＦの二次導関数である。伸張係数ＥＦは入力サンプル率と出力サンプル率との間の比率である。
最初の積分器３〜１３においては、前記二次導関数Ｄ２は加算器３の第１入力端子に供給され、該加算器の出力端子はマルチプレクサ５の第１入力端子に接続されている。マルチプレクサ５は、第２ｃ図の左側に示されたタイミング信号Ｘ2lにより制御される。マルチプレクサ５の出力はレジスタ７を介して前記加算器３の第２入力端子に供給される。上記レジスタ７は、第２ｃ図に示される時点Ｘ0lで印加されるクリア信号によりクリアされる。このレジスタ７の出力は、レジスタ１１及びインバータ１３を介して前記マルチプレクサ５の第２入力端子へも供給される。該レジスタ１１は、第２ｃ図の右側に示された時点Ｘ2rで能動状態にされる。レジスタ７の出力端子は第２ｂ図に示される信号Ｄ１を出力し、該信号は前記伸張係数ＥＦの一次導関数を形成している。
第２積分器１４〜２１においては、上記一次導関数Ｄ１が加算器１４の第１入力端子に供給され、該加算器の出力端子はマルチプレクサ１５の第１入力端子に接続されている。このマルチプレクサ１５も前記タイミング信号Ｘ2lにより制御される。マルチプレクサ１５の出力はマルチプレクサ１７の第１入力端子に供給され、該マルチプレクサの第２入力端子は第２ｃ図に示す負の一定値Ｃ０を入力する。マルチプレクサ１７はタイミング信号Ｘ0lにより制御される。このマルチプレクサ１７の出力はレジスタ１９を介して前記加算器１４の第２入力端子に供給される。レジスタ１９の出力はレジスタ２１を介してマルチプレクサ１５の第２入力端子にも供給される。このレジスタ２１も、時点Ｘ2rで能動化される。上記レジスタ１９の出力端子は第２ｃ図に示す前記伸張係数ＥＦを出力する。
第２ｃ図の曲線は、ライン期間にわたる前記伸張係数ＥＦの動的変化を示している。この伸張係数ＥＦは、実効的に、サンプル率変換係数である。この伸張係ＥＦは設定値の二次積分を用いることにより得られ、その結果として放物線形状の出力が得られる。ライン内で他の一定値の二次積分に変更することにより、一次及び零次での不連続を伴うことなく、他の放物を導入することが可能である。従って、種々の曲線を放物状の領域を伴って生成することができる。上述した領域間の切り換えは、ライン内の任意のピクセル位置で実行することができる。これらのピクセル位置は、固定のものとすることも又はプログラム可能とすることもできる。
通常、画像の中央における伸張係数が直接プログラム可能であることが望ましい。この場合、ラインの側部での伸張係数は積分処理の結果となる。
第２ａ〜２ｃ図は、５つの領域を持つ伸張係数の形成を図示している。Ｘil位置はラインの左半部での各領域の遷移部を示し、Ｘirはラインの右半部での各領域の遷移部を示している。対称な曲線に関しては、全てのｉに関して下記式が成り立つ。
Ｘil＝活性ライン長−Ｘir
当該伸張係数を初期化する適切な解決策は、Ｘ0l位置で処理を開始することである。この場合、伸張係数ＥＦは設定値Ｃ０に強制される。又、一次及び二次導関数Ｄ１、Ｄ２も強制的に零にされねばならない。一次導関数Ｄ１は、時点Ｘ0lでレジスタ７をクリアすることにより強制的に零にされる。二次導関数Ｄ２は、マルチプレクサ１の上側の入力端子を選択することにより零にされる。時点Ｘ0r及びＸ1rにおいて二次導関数Ｄ２の他の値に切り換えることにより、ＥＦ曲線の右半部が形成される。時点Ｘ0rとＸlrとの間では、第２ｃ図の曲線は正の一定値Ｃ１を２重積分する結果として得られる。時点ＸlrとＸ2rとの間では、負の一定値Ｃ２の２重積分が時点Ｘlrでの積分結果に加算される。後続ラインの始点では、即ちＸ2l（始点）に対応する時点Ｘ2r（終点）においては、伸張係数ＥＦ及び一次導関数Ｄ１の各値は先行のラインから複写されねばならず、これには一次導関数Ｄ１は反転されねばならない。一次導関数Ｄ１の当該反転は、各ラインの始点Ｘ2lにおいてマルチプレクサ５を一旦インバータ１３の出力端子に切り換え、この場合該インバータ１３はレジスタ１１から先行ラインの終点Ｘ2rにおける一次導関数Ｄ１の最終値を入力する。伸張係数自体の傷の無い引継がなされる。何故なら、各ラインの始点Ｘ2lにおいてマルチプレクサ１５は一旦レジスタ２１の出力端子に切り換えられ、先行ラインの終点Ｘ2rにおける伸張係数ＥＦの最終値を入力するからである。時点Ｘ2lからは、第２ｃ図の曲線の左半部が形成される。時点Ｘ2lとＸ1lとの間では、負の一定値Ｃ２が積分され、時点Ｘ2lで既に負の値である一次導関数Ｄ１に加算される。一方、一次導関数Ｄ１の負の値が積分され、時点Ｘ2lでの伸張係数ＥＦの値に加算され、この結果伸張係数ＥＦが減少する。Ｘ1lとＸ0lとの間では、正の一定値Ｃ１が積分され時点Ｘ1lでの一次導関数Ｄ１の値に加算され、かくして一次導関数Ｄ１は負の値から零に増加する。この場合、一次導関数Ｄ１は負であるから、その積分結果は伸張係数ＥＦの依然としての減少となる。
第２ｄ図〜第２ｆ図は第２ａ図〜第２ｃ図に対応するが、伸張係数ＥＦの反転である圧縮係数ＣＦ＝ＥＦ-1の導出を示している。定数Ｃ０’は１より大であり、一方定数Ｃ１’及びＣ２’は前述した一定値Ｃ１及びＣ２の符号とは逆の符号を各々有している。このように、本発明においては、圧縮及び伸張の考え方は完全に入れ替え可能であり、本発明はこれらの考え方の一方のみに限定されるものではないことが解る。又、第１図の実施例は、伸張係数ＥＦの代わりに圧縮係数ＣＦを完全に発生することができることも解る。
第３図は、第１図の回路を有するテレビジョン受像機を示している。このテレビジョン受像機は、標準のアスペクト比４：３を持つ受信テレビジョン信号ＴＶ-4:3に応答して、第１図の伸張係数発生回路３３に対し前述したタイミングＸir及びＸilを供給するタイミング回路３１を有している。該テレビジョン受像機は、上記受信テレビジョン信号ＴＶ-4:3を入力し、全ての通常の処理動作を実行して処理済みテレビジョン信号を出力する処理回路３５も有している。この処理されたテレビジョン信号はアスペクト比調整回路３７に供給され、該回路は調整されたアスペクト比１６：９を持つ表示信号ＤＳ-16:9を表示装置３９に供給し、前記テレビジョン信号ＴＶ-4:3の表示を上記の調整されたアスペクト比１６：９でなす。
上記アスペクト比調整回路３７は、伸張係数ＥＦに依存してサンプル率変換を実行するための補間回路を有していてもよい。この場合、２つの方法のサンプル率変換が考えられる、即ちクロック変調と補間技術によるサンプル率変換とである。
第４図はアスペクト比調整回路３７の好ましい実施例を示している。圧縮係数ＣＦ（第２ｆ図）＝ＥＦ-1が加算器４１の第１入力端子に供給され、該加算器の出力端子はレジスタ４３を介して該加算器の第２入力端子に接続されている。加算器４１とレジスタ４３との組み合わせは、通常、離散時間発振器（ＤＴＯ）と呼ばれている。レジスタ４３の出力端子は所望の遅延δ、即ち入力サンプルの位置に対する出力ピクセルの補間位置、を出力する。この遅延δはサブピクセルの精度を有するのが極めて望ましい。上記遅延δは可変位相遅延回路４５に供給され、該回路は前記処理回路３５から処理されたテレビジョン信号を入力すると共に、表示信号を前記表示装置３９に供給する。可変位相遅延回路は、米国特許第5,349,548号（ＰＨＮ１４１０８）、ヨーロッパ特許出願第94,203,622.9（ＰＨＮ１４６７６）並びにそれらに対応する特許及び特許出願から既知である。好ましい実施例では、上記可変位相遅延回路は、色度に４個のタップを、輝度に１０個のタップを持つ遅延線を用いている。
第５ａ図及び第５ｂ図は、第４図の実施例の更に詳細な変形例を示している。各ラインの始点では、ＤＴＯはマルチプレクサ４２を切り換えることによりリセットされるが、該マルチプレクサは加算器４１とレジスタ４３との間に、時点Ｘ2lでレジスタ４３に零値が供給されるように結合されている。ＤＴＯの圧縮係数データＣＦに対する動作は、補間フィルタ４５ｂの前段にＦＩＦＯメモリ４５ａを持つような第５ａ図に示す構成で最も容易に説明される。好ましい補間フィルタは可変位相遅延フィルタにより形成される。上記ＤＴＯはビデオラインに沿って前記圧縮係数ＣＦを単純に積分し、各出力ピクセルに関してサブピクセル精度の補間位置δが得られる。この位置δのサブピクセル部分は補間フィルタ４５ｂ供給され、一方その整数部分はＦＩＦＯ４５ａをアドレスするために直接的に（アドレスとして）又は間接的に（メモリ４５ａの読み出し可能化信号の可能化又は不能化を介して）使用される。上記ＤＴＯは次式に従って演算を実行する。
位置（Ｘ）＝ΣX21X（ＣＦ（Ｘ））
読み出し可能化信号ＲＥによる間接的アドレス指定の場合は、
ＲＥ＝１  if［address(X)=address(X-1)+1］，else ＲＥ＝０
１を超える圧縮係数ＣＦの扱いを容易にするため、及び補間フィルタ４５ｂに対するサンプルの流れを、各クロックサイクルにおいて正確に位置された出力ピクセルを生成するに充分な程高速にするために、付加的に、各クロックサイクルにおいてＦＩＦＯ４５ａ内の例えば２つのピクセルにアクセスするような手段が採られる。これによれば実効データ率が倍になり、かくして２迄の値を持つ圧縮係数ＣＦが可能となる。
例えば、もし圧縮係数ＣＦが（一定して）０．７２である場合は、位置値は次表におけるように振る舞い、該表においてＣＦは位置Ｘにおける圧縮係数であり、行δはサブピクセル精度の補間位置を示し、行４５ａはＦＩＦＯ４５ａのメモリ読み出しアドレスを示し、行４５ｂは補間フィルタ４５ｂにより扱われるサブピクセル部分を示し、行ＲＥは読み出し可能化信号ＲＥを示す。
0003960622.tif 000002
上記は、実際に補間フィルタ４５ｂにとっては、補間がなされる時点で、補間位置δの左側に幾つかのサンプルと補間位置δの右側に幾つかのサンプルとの両方が必要であるという意味で単純化される。経験のある設計者はこのことに気付き、適切なパイプライン方法を適用するであろう。
他の代替え案は、第５ｂ図に示すように補間フィルタ４５ｃにＦＩＦＯメモリ４５ｄが後続する構成をとることである。この場合は、補間フィルタ４５ｃへのデータ流は一定であるが、各クロックサイクルにおいて補間フィルタ４５ｃにより補間サンプルが生成されることはない。そのような場合は、書込可能化信号ＷＥがＦＩＦＯ４５ｄへの書込を制御するために用いられる。補間フィルタ４５ｃがライン中の次のサンプルを作成することが可能な場合は、各クロックサイクルにおいて書込可能化信号ＷＥが活性状態にされる。書込可能化信号ＷＥを発生するために、下記のアルゴリズムが適用される。
ＷＥ＝１ if［address(X)=address(X-1)+1］，else ＷＥ＝０
しかし、この場合はＷＥは次のクロックサイクルにおいて再び１になる。
１未満の圧縮係数ＣＦの扱いを容易にするため、及び補間フィルタ４５ｃからのサンプルの流れを、入力サンプルの流れに追従するほど充分高速にするために、付加的に、クロックサイクル毎にＦＩＦＯ４５ｄに対して例えば２つのピクセルを生成することができるような手段が採られる。これによれば実効データ率が倍になり、かくして１／２迄の値を持つ圧縮係数ＣＦが可能となる。これは、補間フィルタ４５ｃのクロック周波数を倍にすることによっても得ることができる。
次の表では、１．４４なる一定のＣＦ（Ｘ）での補間処理の例が示される。この場合、行clckはクロックサイクルを示し、行４５ｄはＦＩＦＯメモリの書込アドレスを示し、行４５ｃはフィルタの補間位置を示し、行ＷＥは書込可能化信号ＷＥを示す。
0003960622.tif 000003
第２ｃ図の曲線はテレビジョン信号受信機にとって好適である。もし、このような曲線がテレビジョン符号器において１６：９のアスペクト比の信号を４：３フォーマットに収縮させるために使用される場合は、当該曲線は第２ｆ図に示すように上下を逆にしなければならず、これはＣ１の代わりに負の値Ｃ１’が選択され、Ｃ０の代わりに１より大なる値Ｃ０’が選択されると容易に得ることができる。第６図は、標準より広いアスペクト比（１６：９）を持つ入力画像信号ＰＳ-16:9に基づいて、標準のアスペクト比４：３を持つ互換性テレビジョン信号ＴＶ-4:3を発生する方法を図示している。画像信号源ＰＳＳは、標準より広いアスペクト比１６：９を持つ入力画像信号ＰＳ-16:9を生成する。タイミング信号６１は、この入力画像信号ＰＳ-16:9に応答して、第１図に示したものと類似の圧縮係数発生回路６３に対し前述したようなタイミングＸir及びＸilを供給する。圧縮係数発生回路６３は１より大なる一定値ＣＯ’と、前述した一定値Ｃ１及びＣ２とは反対の符号を各々有する一定値Ｃ１’及びＣ２’とを入力する。この圧縮係数発生回路６３は圧縮信号ＣＦ＝ＥＦ-1を出力し、この信号の値は１／（前述した伸張係数ＥＦの値）である。入力画像信号ＰＳ-16:9は、第４図に示した回路３７と類似したアスペクト比調整回路６７に供給される。このアスペクト比調整回路６７は、上記圧縮係数ＣＦに依存して、標準アスペクト比４：３を持つ画像信号ＰＳ-4:3を生成する。出力回路６９は上記画像信号ＰＳ-4:3に基づいて標準アスペクト比４：３を持つ互換性テレビジョン信号ＴＶ-4:3を出力する。
上述した各実施例は本発明を限定するというよりも図示するためのものであり、当業者であれば添付請求の範囲から逸脱することなく他の多くの実施例を設計することが可能であることに注意されたい。請求項における括弧内の符号は請求の範囲を何等限定するものではない。また、本発明は幾つかの個別素子を有するハードウェアにより構成することも、適切にプログラムされたコンピュータにより構成することもできる。領域の数は自由に調整することができることは自明であり、極端な状況では、一つの固定値Ｃ１のみが二次導関数のために用いられ、その場合には、結果として伸張係数曲線又は圧縮係数曲線として単なる放物線が得られる。時点Ｘ0lとＸ0rとは一致し得る。第１図においては、レジスタ１９が時点Ｘ0lにおいてクリアされるならマルチプレクサ１７は削除することができる。この場合、一定値Ｃ０が、このように調整された第１図の回路の出力に加算され、これにより放物線状曲線の所望の最小値が得られる。前述したように、圧縮及び伸張の概念は完全に入れ替え可能であり、本発明はこれら概念の一方のみに限定されるべきではない。
前述したように、クロック変調は、必要なサンプル率変換に関する補間技術の代案として用いることができる。クロック変調の解決策は、ＦＩＦＯメモリと、別個の書込及び読み出しクロックとにより達成することができる。その場合、同様な動的圧縮／伸張機能は、圧縮係数ＣＦがＦＩＦＯメモリの読み出しクロックを直接決定する電圧制御型発振器ＶＣＯに供給されるようにして、得ることができる。この場合、該ＦＩＦＯメモリの書込クロックはラインに同期されたクロック発生器により制御される。他の例として、読み出しクロックがラインに同期されたクロック発生器により制御される場合は、前記伸張係数ＥＦを電圧制御型発振器ＶＣＯに供給して当該ＦＩＦＯメモリの書込クロックを決定することができる。
【図１】
0003960622.tif 000004
【図２ａ】
0003960622.tif 000005
【図２ｂ】
0003960622.tif 000006
【図２ｃ】
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【図２ｄ】
0003960622.tif 000008
【図２ｅ】
0003960622.tif 000009
【図２ｆ】
0003960622.tif 000010
【図３】
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【図４】
0003960622.tif 000012
【図５ａ】
0003960622.tif 000013
【図５ｂ】
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【図６】
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