(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
初期サンプル・レートでデジタル信号をどのように処理するかを定義した初期のフィルタ係数zを入力として受ける適応デジタル・フィルタと、
上記デジタル信号が新たなサンプル・レートで処理される際に、周波数応答が上記初期サンプル・レート及び上記新たなサンプル・レートの両方で一定になるように、上記初期サンプル・レート及び上記新たなサンプル・レートの比R並びに上記初期のフィルタ係数zに応じて、上記適応デジタル・フィルタの新たなフィルタ係数を決定する決定手段とを具え、
上記決定手段は、
上記初期のフィルタ係数z及び上記比Rを用いて係数要素zFactor(z,R)を
zFactor(z,R):=(1/z){(z(1+R)+(1-R))/(z(1-R)+(1+R))}
により計算する手段と、
上記係数要素zFactor(z,R)により上記初期のフィルタ係数zを変更して上記新たなフィルタ係数を発生する手段と
を有することを特徴とする可変サンプル・レート再帰型デジタル・フィルタ。
【請求項２】
デジタル信号を可変サンプル・レート再帰形式でデジタルろ波する方法であって、
上記デジタル信号を処理する適応デジタル・フィルタ用の初期サンプル・レートと、対応する初期のフィルタ係数zとを決定するステップと、
上記初期のフィルタ係数zと、上記初期サンプル・レート及び新たなサンプル・レートの比Rとに応じて、上記デジタル信号を処理するための新たなフィルタ係数を決定するステップとを具え、
上記新たなフィルタ係数を決定するステップは、
上記初期のフィルタ係数z及び上記比Rを用いて係数要素zFactor(z,R)を
zFactor(z,R):=(1/z){(z(1+R)+(1-R))/(z(1-R)+(1+R))}
により計算し、上記係数要素zFactor(z,R)により上記初期のフィルタ係数zを変更して上記新たなフィルタ係数を発生し、
上記新たなフィルタ係数を上記適応デジタル・フィルタに適用して、上記適応デジタル・フィルタの周波数応答が上記初期サンプル・レート及び上記新たなサンプル・レートの両方にて一定となるようにすることを特徴とするデジタルろ波方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般に、デジタルろ波に関し、特に、可変サンプル・レートの範囲にわたって、周波数応答を一定に維持する可変サンプル・レート再帰型デジタル・フィルタ及びろ波方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
サンプル・レートの変換、ジッタ／ワンダの補償や測定、画像信号の品質測定などの多くの信号処理アプリケーションにとって共通の課題は、可変サンプル・レートの範囲にわたって周波数応答を一定に維持することである。人間の視覚モデル（human vision models）に基づく画像品質測定では、異なるフォーマット、異なる表示（フレーム・レートや空間分解能）、及び異なる視覚距離（人間の目に対する視野内での異なる空間サンプル・レート）により、テスト・ビデオ・シーケンス及び基準ビデオ・シーケンスを観察している。かかる画像品質測定においては、測定効率及び確度の両方を維持することが重要である。適応フィルタの空間的及び時間的な周波数応答を維持する点は、例えば、２００１年５月１６日に出願された米国特許出願第０９／８５８７７５号（日本特許出願第２００２−１２９９５３号に対応）に記載されている。かかる米国特許出願は、人間視覚システム・モデル用の適応時空フィルタであって、第１帯域幅により、入力ビデオ信号を低域通過時空ろ波して、第１ろ波出力を発生する第１低域通過時空ろ波手段と；第２帯域幅により、入力ビデオ信号を低域通過時空ろ波して、第２ろ波出力を発生する第２低域通過時空ろ波手段と；知覚パラメータに応じて、第１及び第２低域通過時空ろ波手段用の適応フィルタ係数を発生する係数発生手段と；第１及び第２ろ波出力の差を求め、適応時空フィルタの出力を発生する手段とを具え；求めた差が人間視覚システム・モデルの知覚応答に校正された帯域通過応答を有することを特徴としている。かかる技術によれば、例えば、再サンプリングすることなく、表示に近い（即ち、スクリーンの高さの２倍の距離の）ビデオ・シーケンスと、表示から遠い（即ち、スクリーンの高さの１０倍の距離の）ビデオ・シーケンスとの知覚的な違いをシミュレーションできる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述のシミュレーションを従来方法で行うには、ビデオ・シーケンスを異なるサンプル・レートでサンプリングするために、再サンプリングをして、人間視覚モデル回路（入力ビデオ・シーケンスを人間の視覚モデルに応じて処理する回路）を再校正する必要がある。校正には、非常に時間がかかるので、個別の視覚距離の総てに対して人間視覚モデル回路を校正することは望ましくない。再サンプリングとは、データを２回サンプリングすることである。すなわち、基準ビデオ及びテスト・ビデオの両方に対して計算を行う（両方の差を求める）前に、先ず、人間視覚モデル回路への入力をサンプリングして校正を行い、次に、人間視覚モデル回路へ入力を別のサンプル・レートでサンプリングして校正をする必要がある。これには、余分な処理が必要となる。また、これら２つのサンプル・レート以外でのサンプル・レートでの校正値を補間で求める場合に、不正確さが生じる。
【０００４】
そこで、新たなサンプル・レートの各々に対して再サンプリングや再校正を必要としないで、可変サンプル・レートの範囲にわたって一定の周波数応答を維持できる可変サンプル・レート再帰型デジタル・フィルタ及びろ波方法が望まれている。
【０００５】
したがって、本発明は、新たなサンプル・レートの各々に対して再サンプリングをして再校正をする必要がなく、サンプル・レートの範囲にわたって周波数応答を一定に維持できる可変サンプル・レート再帰型デジタル・フィルタ及びろ波方法の提供にある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の可変サンプル・レート再帰型デジタル・フィルタは、初期サンプル・レートでデジタル信号をどのように処理するかを定義した初期のフィルタ係数zを入力として受ける適応デジタル・フィルタ（１８、２０）と；デジタル信号が新たなサンプル・レートで処理される際に、周波数応答が上記初期サンプル・レート及び新たなサンプル・レートの両方で一定になるように、初期サンプル・レート及び新たなサンプル・レートの比R並びに初期のフィルタ係数zに応じて、適応デジタル・フィルタの新たなフィルタ係数を決定する決定手段（２４、２６）とを具え；この決定手段は、初期のフィルタ係数z及び比Rを用いて、係数要素zFactor(z,R)を
zFactor(z,R):=(1/z){(z(1+R)+(1-R))/(z(1-R)+(1+R))}
により計算する手段と、係数要素zFactor(z,R)により初期のフィルタ係数zを変更して新たなフィルタ係数を発生する手段とを有することを特徴としている。
また、本発明は、デジタル信号を可変サンプル・レート再帰形式でデジタルろ波する方法であって；デジタル信号を処理する適応デジタル・フィルタ（１８、２０）用の初期サンプル・レートと、対応する初期のフィルタ係数zとを決定するステップと；この初期のフィルタ係数と、初期サンプル・レート及び新たなサンプル・レートの比Rとに応じて、デジタル信号を処理するための新たなフィルタ係数（Ｚ1）を決定するステップとを具え；この新たなフィルタ係数を決定するステップは、初期のフィルタ係数z及び比Rを用いて係数要素zFactor(z,R)を
zFactor(z,R):=(1/z){(z(1+R)+(1-R))/(z(1-R)+(1+R))}
により計算し、この係数要素zFactor(z,R)により初期のフィルタ係数zを変更して新たなフィルタ係数を発生し；新たなフィルタ係数を適応デジタル・フィルタに適用して、この適応デジタル・フィルタの周波数応答が初期サンプル・レート及新たなサンプル・レートの両方にて一定となるようにすることを特徴としている。
【０００７】
本発明は、複数の等化サンプル・レートの各々に応じて、適応デジタル・フィルタのフィルタ係数を変化させる可変サンプル・レート再帰型デジタル・フィルタを提供する。適応デジタル・フィルタは、特定のサンプル・レートに対して初期校正を行い、使用すべき特定のフィルタ係数を決定する。サンプル・レートが変化すると、校正された初期サンプル・レートと新たなサンプル・レートとの間の比を求め、この比から、係数要素（coefficient factor）を計算する。この係数要素を用いて、初期校正されたサンプル・レート用の初期フィルタ係数を変更し、新たなサンプル・レート用の新たな係数を発生する。この新たな係数を適応デジタル・フィルタに適用して、再サンプリングや再校正をすることなく、また、周波数応答を変えることなく、所望の信号処理を行える。
【０００８】
本発明の目的、利点及び新規な特徴は、添付図を参照した以下の説明から更に明らかになろう。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明による可変サンプル・レート再帰型デジタル・フィルタを用いた人間視覚モデル回路を有する画像品質測定装置のブロック図である。この図１において、人間視覚モデルに基づいた画像品質測定装置１０は、可変サンプル・レート再帰型デジタル・フィルタを用いた信号処理装置の一例として示されている。かかる画質品質測定装置１０は、基準ビデオ・シーケンス及びテスト（劣化）ビデオ・シーケンスを入力として受ける。表示装置１２及び１４は、これらビデオ・シーケンスを夫々蓄積し、表示する。人間視覚モデル回路１６は、人間の視覚モデルに基づいてこれらビデオ・シーケンスの処理を行う。基準チャネル及びテスト・チャネルの各々は、例えば、上述の米国特許出願で記載されたように、適応デジタル・フィルタ（３Ｄ適応フィルタ）１８及び２０により先ず処理された後、モデル要素の残りの回路部分２２により処理されて（例えば、適応デジタル・フィルタ１８及び２０の出力信号の差を求めて）、画像品質測定出力を発生する。適応デジタル・フィルタ１８及び２０の各々は、等価な視覚距離、即ち、空間的サンプル・レートと、フレーム・レート、即ち、時間的サンプル・レートとの制御器（決定手段）２４及び２６を夫々具えている。これら制御器２４及び２６は、デジタル信号をどのように処理するかを定義した可変係数をデジタル・フィルタ１８及び２０に供給し、これらデジタル・フィルタを特定の視覚距離及び／又はフレーム・サンプル・レートに独立に同調させる。
【００１０】
異なるサンプル・レートによるサンプリングの応答を等価にするため、デジタル適応フィルタ１８及び２０用の制御信号、即ち、新たな係数は、各サンプル・レートにおける双１次変換（bilinear transforms）のレートを得ることにより求まる。従来のように、サンプル・レート変化が線形であり、双１次変換Ｂがｚ領域（空間）のフィルタ・ポールをｓ領域（周波数）に変換する。また、ｓ領域のポールをサンプル・レート比とかけ算して、ｚ領域に戻す変換を行う。
B{Pz}->Ps; B-1{Ps*R}->P'z=K*Pz
ここで、Bは、双１次変換であり；B-1は、Bの逆変換であり；Pzは、ｚ領域でのフィルタ・ポールであり；Psは、ｓ領域での変換されたフィルタ・ポールであり；Rは、初期サンプル・レート及び新たなサンプル・レートの比であり；Kは、定数、即ち、zFactorであり、P'zは、ｚ領域に変換で戻された新たなフィルタ・ポールである。よって、上述の式B{Pz}->Psは、Pzの双１次変換によりPsが生じることを示し、式B-1{Ps*R}->P'z=K*Pzは、PsとRのかけ算の双１次変換の逆変換によりP'zが生じ、これがK及びPzの積に等しいことを示す。
【００１１】
初期サンプル・レート、即ち、校正されたサンプル・レートと、対応するフィルタ係数とを与えることにより、以下に定めるようにK、即ち、係数要素zFactorをフィルタの初期係数にかけ算して、新たなサンプル・レート用の新たなフィルタ係数を得る。
zFactor(z,R):=(1/z){(z(1+R)+(1-R))/(z(1-R)+(1+R))}
ここで、zは、初期ｚ領域の係数であり、Rは、サンプル・レートの比（古いサンプル・レート／新たなサンプル・レート）である。また、:=は、左辺を右辺に置換することを意味する。この計算は、制御器（決定手段）２４及び２６の夫々が実施する可変等化サンプル・レート係数変換器の機能で実現できる。この可変等化サンプル・レート係数変換器を図２に示すが、この機能は、ハードウェア又はソフトウェアで実現できる。なお、左下のブロックＩ／Ｘは、入力の逆数を出力し、ブロックＸは、かけ算機能を実行し、ブロック＋は、足し算機能を実行する。右下のかけ算ブロックに、初期係数Ｚ及び比Ｒに応じた係数要素zFactorと、初期係数Ｚが入力して、新たな係数が出力する点に留意されたい。
【００１２】
次式の形式のフィルタ用再帰型１次差式（recursive, first order, difference equation）を考察する。
yn+1:=yn+c(xn-yn) ;  yn=yn-1+c(xn-1-yn-1)=(1-c)yn-1+cxn-1
なお、ｙは出力を表し、ｘは入力を表し、ｃは定数を表す。この式のZ変換は、次のようになる。
H(z,c):=c/(z-1+c)
直流利得が１に維持されて、c/(1-1+c)=1ならば、z=1で、H(z,c)=1であり、フィルタは、(1-c)でポールを有する。すなわち、c=0.3に対して、ポール＝0.7である。周波数応答F(c,ω)は、次のようになる。
F(c,ω):=H(e-jω, c)
ωn=π(n/N)
ここで、ｎ／Ｎは、０と１との間で変化する。
【００１３】
次に、双１次変換に基づいた空間的再サンプリングの後に、フィルタ複合周波数応答をマッチングさせる例を説明する。この場合のフィルタは、２個のロウパス・フィルタ間の差により生じるバンドパス・フィルタである。初期サンプル・レートＴ0が１／６０で、各ロウパス・フィルタ係数がＣts0＝０．６で、Ｃtc0＝０．４８とし、レートがＴ1＝１／２４に変化した場合、比Ｒが０．４になる。すなわち、Ｔ0／Ｔ1＝（１／６０）／（１／２４）＝２４／６０＝０．４となる。次に、新たな係数は、Ｃts1：＝zFactor（Ｃts0，Ｒ）×Ｃts0及びＣtc1：＝zFactor（Ｃtc0，Ｒ）×Ｃtc0となる。すなわち、Ｃts1＝０．８１８で、Ｃtc1＝０．７５４となる。新たなサンプル・レートは、ω1＝ω0×Ｒである。バンドパス・フィルタの周波数応答は、初期サンプル・レートに対して、Ｆt0（ω）：＝｜Ｆ（Ｃtc0，ω）2−Ｆ（Ｃts0，ω）2｜により、また、新たなサンプル・レートに対して、Ｆt1（ω）：＝｜Ｆ（Ｃtc1，ω）2−Ｆ（Ｃts1，ω）2｜により得られる。図３は、本発明により、異なるサンプル・レートでも、可変サンプル・レート再帰型デジタル・フィルタの周波数応答が一定であることを示すグラフである。この図３に示すように、適切な尺度で、２つの特性線を一緒に描いているが、実線は、初期サンプル・レートでの複合フィルタの周波数応答であり、点線は、新たなサンプル・レートにおける複合フィルタの周波数応答である。この図により、双１次変換を用いることにより、フィルタに対して、所望の一定の周波数応答結果が得られることが判る。
【００１４】
【発明の効果】
よって、本発明の可変サンプル・レート再帰型デジタル・フィルタ及びろ波方法によれば、双１次変換を用いて、初期係数と、初期サンプル・レート及び新たなサンプル・レートの比とに応じて係数要素を求め、この係数要素を用いて、新たなサンプル・レート用の初期係数を調整する。よって、可変サンプル・レート再帰型デジタル・フィルタに、調整された新たな係数を適用すると、異なるサンプル・レートにおける周波数応答を一定にできる。したがって、本発明は、新たなサンプル・レートの各々に対して再サンプリングや再校正を必要とせずに、可変サンプル・レートの範囲にわたって周波数応答を一定に維持できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による可変サンプル・レート再帰型デジタル・フィルタを用いた人間視覚モデル回路を有する画像品質測定装置のブロック図である。
【図２】本発明による可変サンプル・レート再帰型デジタル・フィルタ用の可変等化サンプル・レート係数変換器のブロック図である。
【図３】本発明により、異なるサンプル・レートでも、可変サンプル・レート再帰型デジタル・フィルタの周波数応答が一定であることを示すグラフである。
【符号の説明】
１０  画像品質測定装置
１２  基準用表示器
１４  テスト用表示器
１６  人間視覚モデル回路
１８、２０  適応デジタル・フィルタ
２２  残りのモデル要素回路
２４  基準用等価視覚距離及びフレーム・レート制御器（決定手段）
２６  テスト用等価視覚距離及びフレーム・レート制御器（決定手段）
【図１】
0004159318.tif 000002
【図２】
0004159318.tif 000003
【図３】
0004159318.tif 000004