(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号の処理対象となる注目位置のデータ及びその周辺の複数データをクラスタップとし、該クラスタップからクラス分類情報を求めて上記入力信号をクラス分類するクラス分類手段と、
上記クラス分類手段により分類されたクラスに応じてクラス毎に予め設定された予測係数を出力する予測係数出力手段と、
上記入力信号の処理対象となる上記注目位置のデータ及びその周辺の複数データを予測タップとし、該予測タップを上記予測係数出力手段からの予測係数を用いて予測演算して目的とする出力信号のデータの予測値を出力する予測演算手段と、
上記入力信号に応じて上記クラス分類手段への入力データ及び上記予測演算手段への入力データの各間引き間隔を制御する間引き制御手段とを有し、
上記間引き制御手段は、
予め設定された複数の間引き間隔毎に、間引かれたデータを補間したときの値と真値との誤差の絶対値和をアクティビティとして求める演算手段と、
この演算手段により求められたアクティビティを上記間引き間隔が小さいものから順に所定の閾値と比較して該所定の閾値を初めて超えたときの間引き間隔を最適間引き率に決定する間引き率決定手段とを有する信号処理装置。
【請求項２】
上記クラス分類情報は上記クラスタップを圧縮符号化したときの符号化データから求められる請求項１記載の信号処理装置。
【請求項３】
上記予測タップのデータ数は上記クラスタップのデータ数よりも多い請求項１記載の信号処理装置。
【請求項４】
上記クラス分類手段の前段にクラスタップ生成手段を、上記予測演算手段の前段に予測タップ生成手段をそれぞれ有し、上記間引き制御手段は、上記クラスタップ生成手段及び上記予測タップ生成手段での各タップを得るための間引き率を制御する請求項１記載の信号処理装置。
【請求項５】
上記入力信号はビデオ信号であり、上記クラスタップ生成手段及び上記予測タップ生成手段での各タップは、１次元タップ又は２次元タップである請求項４記載の信号処理装置。
【請求項６】
上記目的とする出力信号は、上記入力信号よりも高解像度のビデオ信号である請求項５記載の信号処理装置。
【請求項７】
入力信号の処理対象となる注目位置のデータ及びその周辺の複数データをクラスタップとし、このクラスタップからクラス分類情報を求めて上記入力信号をクラス分類するクラス分類工程と、
上記クラス分類工程により分類されたクラスに応じてクラス毎に予め設定された予測係数を出力する予測係数出力工程と、
上記入力信号の処理対象となる上記注目位置のデータ及びその周辺の複数データを予測タップとし、該予測タップを上記予測係数出力工程からの予測係数を用いて予測演算して目的とする出力信号のデータの予測値を出力する予測演算工程と、
上記入力信号に応じて上記クラス分類工程への入力データ及び上記予測演算工程への入力データの各間引き間隔を制御する間引き制御工程とを有し、
上記間引き制御工程は、
予め設定された複数の間引き間隔毎に、間引かれたデータを補間したときの値と真値との誤差の絶対値和をアクティビティとして求める演算工程と、
この演算工程により求められたアクティビティを上記間引き間隔が小さいものから順に所定の閾値と比較して該所定の閾値を初めて超えたときの間引き間隔を最適間引き率に決定する間引き率決定工程とを有する信号処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、予測係数生成方法及び信号処理装置に関し、特に、クラス分類してクラス毎に補間処理等を行う場合に用いられる予測係数を生成するための予測係数生成方法及び生成された予測係数を用いて処理を行う信号処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年において、映像信号や音声信号の解像度あるいはサンプリング周波数等を向上させる技術が種々提案されている。例えば、標準あるいは低解像度に相当する標準テレビジョン信号から、高解像度のいわゆるＨＤＴＶ信号にアップコンバージョンを行う場合や、サブサンプル補間を行う場合には、従来の線形補間による手法よりも、例えば特開平６−１７８２７７号公報や特開昭７−７９４１８号公報に開示されるようなクラス分類を伴う変換処理を行う方が、性能的に良好な結果を得られることが知られている。
【０００３】
このクラス分類を伴う変換処理とは、例えば、標準あるいは低解像度に相当する標準テレビジョン信号（ＳＤ信号）を高解像度の信号（ＨＤ信号）に変換する場合に、入力されたＳＤ信号をクラス分類してクラスコードを発生し、このクラスコードを用いてクラス毎に予め設定されている予測係数を選んで上記入力ＳＤ信号を予測演算処理することにより、ＨＤ信号を得るものである。上記予測演算処理には例えば線形１次式が用いられる。
【０００４】
上記クラス分類を伴う変換処理は、上述したようなＳＤ信号からＨＤ信号へのアップコンバージョン以外にも、映像信号の走査方式についてインターレース／プログレッシブ変換を行う場合や、走査線数を変換する場合や、ぼけた画像を鮮明な画像に変換する場合や、電子ズーム処理や、フレーム数変換処理（例えば１秒間に２４フレームと３０フレームとの間での変換）や、フォーマット変換処理等の種々の信号変換処理に適用して好ましい結果が得られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述したようなクラス分類を伴う変換処理により、例えば原信号の解像度を向上する場合に、ぼけの小さい部分の改善度に比べてぼけの大きい部分での改善度が低いということがある。このぼけの大きい部分の改善度を上げるには、クラス分類の際に予め画素を間引いておいたり、予測演算の際の予測タップの間隔を間引いて広くとることが考えられる。
【０００６】
しかしながら、上記間引きを施すと、ぼけの小さい部分についての解像度向上が十分に行えなくなるという欠点がある。
【０００７】
本発明は、上述したような実情に鑑みてなされたものであり、ぼけの小さい部分と大きい部分とを有する映像信号等のような入力信号に対して、それぞれの部分に最適な解像度向上等の変換処理を施すことができるような信号処理装置及び信号処理方法の提供を目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上述した課題を解決するために、入力信号の処理対象となる注目位置のデータ及びその周辺の複数データをクラスタップとし、該クラスタップからクラス分類情報を求めて上記入力信号をクラス分類するクラス分類手段と、上記クラス分類手段により分類されたクラスに応じてクラス毎に予め設定された予測係数を出力する予測係数出力手段と、上記入力信号の処理対象となる上記注目位置のデータ及びその周辺の複数データを予測タップとし、該予測タップを上記予測係数出力手段からの予測係数を用いて予測演算して目的とする出力信号のデータの予測値を出力する予測演算手段と、上記入力信号に応じて上記クラス分類手段への入力データ及び上記予測演算手段への入力データの各間引き間隔を制御する間引き制御手段とを有し、上記間引き制御手段は、予め設定された複数の間引き間隔毎に、間引かれたデータを補間したときの値と真値との誤差の絶対値和をアクティビティとして求める演算手段と、この演算手段により求められたアクティビティを上記間引き間隔が小さいものから順に所定の閾値と比較して該所定の閾値を初めて超えたときの間引き間隔を最適間引き率に決定する間引き率決定手段とを有する。
【０００９】
上記間引き制御は、予め設定された複数の間引き間隔についての変化の度合いを表すアクティビティを求め、求められたアクティビティに基づき上記間引き間隔の最適のものを決定することが好ましい。
【００１０】
また上記間引き制御は、上記間引き間隔が小さいものから順に上記アクティビティを求め、各間引き間隔毎のアクティビティが所定の閾値を初めて超えたときの間引き間隔を最適間引き率に決定することが好ましい。
【００１１】
具体的には、上記クラス分類のためにクラスタップを生成し、上記予測演算のために予測タップを生成しており、これらのクラスタップ及び予測タップについての間引き率を制御する。
【００１２】
入力信号の処理対象となる注目位置におけるクラスタップ及び予測タップの間隔を最適に間引いて、原入力信号のぼけの小さい部分では短いタップ間隔で、ぼけの大きい所では長いタップ間隔でそれぞれ処理を行う。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る実施の形態について図面を参照しながら説明する。
先ず、本発明に係る信号処理装置として、上述したクラス分類を伴う変換処理を行う信号変換装置の具体例を、図１を参照しながら説明する。この具体例では、特に、画像のＳＤ信号をＨＤ信号に解像度変換する画像情報変換装置を想定している。
【００１４】
ところで、上述のクラス分類を伴う変換処理におけるクラス分類のためには、現在の処理対象となる注目位置のデータ及びその周辺の複数データが使用され、これらのデータは、フィルタのタップに対応することから、クラスタップと称される。また、上記予測演算処理についても、注目位置のデータ及びその周辺の複数データが使用され、これらのデータは予測フィルタのタップであることから、予測タップと称される。
【００１５】
図１において、入力端子１１には標準解像度のＳＤ信号が供給され、間引き制御部２０を介して、予測タップ生成回路１２及びクラスタップ生成回路１５に送られている。予測タップ生成回路１２から出力される予測タップは、予測演算回路１３に送られて予測演算される。また、クラスタップ生成回路１５からのクラスタップは、クラス分類回路１６に供給されてクラス分類が行われ、決定されたクラスのインデックスをアドレスとして予測係数ＲＯＭ１７がアクセスされて予測係数が読み出され、予測演算回路１３に送られる。
【００１６】
予測演算回路１３は、推定演算回路あるいは補間値生成回路とも称され、クラス毎に適応的に選択されて予測係数ＲＯＭ１７から供給された予測係数を用いて、予測タップ生成回路１２からの予測タップに基づいて予測演算を行うことで、入力されたＳＤデータに対するＨＤデータを算出するものである。予測演算回路１３にて予測演算されることにより得られたＨＤ信号は、出力端子１４より取り出される。
【００１７】
クラス分類回路１６は、クラスタップ生成回路１５からのクラスタップを、例えばＡＤＲＣ（適応型ダイナミックレンジ符号化）することによりクラス情報を出力する。このクラス分類回路１６における適応型ダイナミックレンジ符号化とは、特開昭６１−１４４９８９号公報等に開示されるように、本来ビデオ信号の高能率圧縮符号化のために開発されたものであるが、ビデオ信号のレベル分布のパターンを短い語長で効率的に表現できることから、このＡＤＲＣ符号化データに基づいてクラス分類のための情報を得ているものである。すなわち、ビデオ信号の符号化単位となるブロック内のダイナミックレンジＤＲは、当該ブロック内の最大値ＭＡＸ及び最小値ＭＩＮにより、
ＤＲ ＝ ＭＡＸ−ＭＩＮ＋１
と表せ、ブロック内の各画素データのレベルＬをｎビットに再量子化するときの再量子化コードＱは、
Ｑ ＝［（Ｌ−ＭＩＮ＋0.５）・２n／ＤＲ］
ただし、［  ］は切り捨て処理を意味する
となる。上記ブロック内の再量子化コードＱを用いて、当該ブロックのビデオ信号をクラス分類するための情報を求める。
【００１８】
このクラス情報は、クラスコードあるいはクラスのインデックスとして予測係数ＲＯＭ１７に送られ、クラスに応じた予測係数が読み出され、予測演算回路１３に送られる。
【００１９】
次に、間引き制御部２０について説明する。
間引き制御部２０は、入力信号の変化の程度、例えば変化がなだらかか否か、あるいは画像信号の場合のぼけ具合等に応じて、上記クラスタップや予測タップの間引き率を変化させるような適応的な制御を行うものである。具体的に、図１の間引き制御部２０では、入力端子１１からの上記ＳＤ信号がアクティビティ演算回路２１に送られてアクティビティが演算され、間引き率決定回路２２はこのアクティビティに応じて間引き率を決定する。決定された間引き率により、予測タップ生成回路１２及びクラスタップ生成回路１５のタップの間引き率が制御される。間引き制御部２０の遅延回路２３は、アクティビティ演算回路２１及び間引き率決定回路２２での処理時間だけ入力信号を遅延するものである。
【００２０】
このような入力信号のアクティビティに基づく間引き率の制御について、図２〜図４を参照しながら説明する。ここでは、簡単のために、１次元のクラスタップ及び予測タップを用いて画像の解像度変換処理を行うものと仮定するが、２次元、３次元へも容易に拡張できることは勿論である。
【００２１】
図２の（Ａ）に示すように、入力画素が１次元方向にサンプリングされているものとし、現在処理の対象となる注目画素を中心として５個のクラスタップと１３個の予測タップをとるものとする。注目画素の近傍に高域成分がある場合には、タップの間隔を詰めて解像度変換処理を行うと解像度向上の改善度が高いが、注目画素の近傍に高域成分が少なく、なだらかに変化している場合には、改善度が少ないことが分かっている。その場合、図２の（Ｂ）のように間引き間隔を開けて面積的に広い部分をカバーするようにタップをとることにより、解像度が向上する。この場合、入力画像信号のアクティビティと間引き率と改善度との間には最適な関係に着目し、本発明の実施の形態においては、入力画像信号のアクティビティを演算して求め、求められたアクティビティに基づいて、クラスタップ及び予測タップの間引き率を決定している。
【００２２】
なお、図２の（Ａ）、（Ｂ）中の斜線を施した画素が、入力画素から取り出されて次段に送られるクラスタップ及び予測タップを示し、（Ａ）は高域成分が多いとき、（Ｂ）は高域成分が少ないときをそれぞれ示している。
【００２３】
ここでアクティビティの具体例としては、図２の（Ａ）のような密な（間引きなしの）１次元のクラスタップを基本とし、図２の（Ｂ）のような１以上の画素を間引いたクラスタップにおける補間誤差の絶対値和をアクティビティとみなしている。このようにして得られたアクティビティを所定の閾値ｔｈと比較することで、最適の間引き間隔を決定する。
【００２４】
図３の（Ａ）は、１次元の入力信号を、縦軸をレベル方向として示したものであり、１間引きでクラスタップをとる例を示している。間引きされた後に得られる５個のクラスタップの画素値をＸ1〜Ｘ5とし、これらのタップ間の間引かれる画素値をＹ1〜Ｙ4とするとき、中央のＸ3 が注目画素である。このときのアクティビティ（すなわちこの実施の形態での補間誤差の絶対値和の平均）Ａ1 は、
Ａ1 ＝ ｛Σ｜Ｙi −（Ｘi−Ｘi+1）／２｜｝／４
ただし、１≦ｉ≦４
の式で表される。
【００２５】
また、図３の（Ｂ）は、同様に２間引きの場合の例を示したものである。この場合、５個のクラスタップ（画素値Ｘ1〜Ｘ5）に対して、タップ間毎にそれぞれ２個ずつの画素が間引かれ、これらを順にＹ1,Ｙ2、Ｙ3,Ｙ4、Ｙ5,Ｙ6、Ｙ7,Ｙ8とする。この図３の（Ｂ）のときのアクティビティ（補間誤差の絶対値和の平均）Ａ2 は、
Ａ2 ＝ ｛Σ｜Ｙ2i-1 −（２Ｘi＋Ｘi+1）／３｜＋
｜Ｙ2i −（Ｘi＋２Ｘi+1）／３｜  ｝／８
ただし、１≦ｉ≦４
の式で表される。
【００２６】
以下、同様にして、間引き間隔を増やしたときの補間誤差の絶対値和の平均値（Ａ3、Ａ4、・・・）を求めていく。なお、間引き無しのときは、アクティビティＡ0 として、
Ａ0 ＝ α｛Σ｜Ｘi−Ｘi+1｜｝／４
ただし、α＜１，１≦ｉ≦４
の式で示される隣接画素差分の絶対値和の平均値を用いる。
【００２７】
以上のようにして求めたアクティビティをＡ0 から順次、所定の閾値ｔｈと比較し、閾値より初めて大きくなったときのアクティビティが示す間引き率を最適間引き率と決定する。
【００２８】
これを論理式のように表すと、
ｉｆ  （Ａ0 ＞ｔｈ）      間引き無し
else if （Ａ1 ＞ｔｈ）    １間引き
else if （Ａ2 ＞ｔｈ）    ２間引き
else if （Ａ3 ＞ｔｈ）    ３間引き
else if （Ａ4 ＞ｔｈ）    ４間引き
else if （Ａ5 ＞ｔｈ）    ５間引き
・・・
となる。
【００２９】
図４は、図１の間引き率決定回路２２における、上記アクティビティに基づく間引き率の決定の手順を説明するためのフローチャートであり、８間引きまで行う場合の具体例を示している。
【００３０】
この図４において、最初のステップＳ４１では、上記隣接画素差分の絶対値和の平均値により求められたアクティビティＡ0 が、所定の閾値ｔｈよりも大きいか否かを判別している。ＹＥＳのときにはステップＳ４２に進み、間引き率決定回路２２は間引き無しコードを発生して、図１の予測タップ生成回路１２及びクラスタップ生成回路１５に送っている。ステップＳ４１でＮＯと判別されたときには、ステップＳ４３に進み、上記１間引きのときの補間誤差の絶対値和の平均値として求められたアクティビティＡ1 が、所定の閾値ｔｈよりも大きいか否かを判別している。このステップＳ４３で、ＹＥＳと判別されたときにはステップＳ４４に進んで１間引きコードを発生し、ＮＯと判別されたときには次のステップＳ４５に進んでいる。ステップＳ４５では、上記２間引きのときのアクティビティＡ2 が、所定の閾値ｔｈよりも大きいか否かを判別し、ＹＥＳと判別されたときにはステップＳ４６に進んで２間引きコードを発生し、ＮＯと判別されたときには次のステップに進んでいる。このような処理を以下同様に３間引き〜６間引きについて順次行い、６間引きのときのアクティビティＡ6 が所定の閾値ｔｈ以下のときにはステップＳ４７に進んで、上記７間引きのときのアクティビティＡ7 が所定の閾値ｔｈよりも大きいか否かを判別する。このステップＳ４７で、ＹＥＳと判別されたときにはステップＳ４８に進んで７間引きコードを発生し、ＮＯと判別されたときには次のステップＳ４９に進んで８間引きコードを発生している。なお、上記間引き率決定回路２２にて発生された上記１間引きコード〜８間引きコードは、図１の予測タップ生成回路１２及びクラスタップ生成回路１５に送られることは勿論である。
【００３１】
次に、上記図１に示したクラス分類を伴う変換処理のクラス毎の予測係数を最小自乗法によって求めるための学習装置について、図５を参照しながら説明する。この具体例では、上記図１に示す信号処理装置として、標準あるいは低解像度の映像信号に相当する標準テレビジョン信号（ＳＤ信号）を、高解像度の映像信号であるいわゆるＨＤＴＶ信号（ＨＤ信号）に変換する装置を想定し、このＳＤ信号をＨＤ信号に変換する変換装置に用いられる予測係数を求めるための学習を行うための学習装置を図５に示している。
【００３２】
図５の入力端子５１には、教師信号となる高解像度のＨＤ信号が供給されており、このＨＤ信号をダウンコンバータ５２に送ってローパスフィルタリング処理やダウンサンプリング処理等を施すことにより、ＨＤ信号に対応する擬似的な標準解像度のＳＤ信号を得ている。これらのＨＤ信号及びＳＤ信号は、正規方程式生成回路５３に送られる。また、ダウンコンバータ５２からのＳＤ信号は、間引き制御部６０を介し、予測タップ生成回路５４及びクラスタップ生成回路５５に送られている。
【００３３】
間引き制御部６０は、上記図１の間引き制御部２０と同様な構成を有し、上記ダウンコンバートされたＳＤ信号がアクティビティ演算回路６１に送られてアクティビティが演算され、このアクティビティに基づいて間引き率決定回路６２が予測タップ及びクラスタップの間引き率を決定している。また、遅延回路６３は、アクティビティ演算回路６１及び間引き率決定回路６２での処理時間分だけ入力信号を遅延させている。これらのアクティビティ演算回路６１、間引き率決定回路６２及び遅延回路６３は、図１のアクティビティ演算回路２１、間引き率決定回路２２及び遅延回路２３にそれぞれ対応するものであり、動作は上述した図１の各部と同様であるため、説明を省略する。
【００３４】
間引き制御部６０の遅延回路６３を介した上記ＳＤ信号が供給される予測タップ生成回路５４及びクラスタップ生成回路５５には、間引き制御部６０の間引き率決定回路６２からの間引き制御信号あるいは間引きコードが入力され、各タップの間引き間隔が制御されるようになっている。予測タップ生成回路５４からの予測タップは、正規方程式生成回路５３に送られ、クラスタップ生成回路５５からのクラスタップはクラス分類回路５６でクラス分類されて、クラス情報が正規方程式生成回路５３に送られる。予測タップ生成回路５４、クラスタップ生成回路５５及びクラス分類回路５６は、動作は上述した図１の各予測タップ生成回路１２、クラスタップ生成回路１５及びクラス分類回路１６とそれぞれ同様であるため、説明を省略する。
【００３５】
正規方程式生成回路５３は、クラス毎にそれぞれ正規方程式を生成する回路であり、学習素材が入力し終わった後に得られた各クラス毎の正規方程式を連立方程式解法回路５７に送り、各クラス毎に正規方程式から連立方程式を解いて各クラス毎の予測係数を求め、これらの各クラス毎の予測係数を予測係数メモリ５８に記憶する。この予測係数メモリ５８の記憶内容が、図１の予測係数ＲＯＭ１７に書き込まれて用いられる。
【００３６】
以上説明したような本発明の実施の形態によれば、入力信号の処理対象となる注目位置におけるクラスタップ及び予測タップの間隔を最適に間引いて、原入力信号のぼけの小さい所では短いタップ間隔で、ぼけの大きい所では長いタップ間隔でそれぞれ処理を行うことにより、ぼけの小さい部分でも、ぼけの大きい部分でも、改善度の低下がなく、より一層の解像度の向上が図れる。
【００３７】
なお、本発明は上述した実施の形態のみに限定されるものではなく、例えば、アクティビティ演算回路２１、間引き率決定回路２２及び遅延回路２３は、ハードウェア的に表しているが、ソフトウェアにより実現できることは勿論である。また、標準解像度の映像信号（ＳＤ信号）を高解像度の映像信号（ＨＤ信号）に変換する場合のみに限定されず、所定解像度の映像信号を他の解像度の映像信号に変換する場合や、所定のサンプリング周波数あるいはサンプルビット数のオーディオ信号を、他のサンプリング周波数やサンプルビット数のオーディオ信号に変換する場合等にも適用できることは勿論である。
【００３８】
【発明の効果】
本発明によれば、入力信号をクラス分類し、分類されたクラスに応じた予測係数予測係数を用いて予測演算して予測値を出力する際に、上記入力信号に応じて上記クラス分類及び上記予測演算の対象となるデータの各間引き間隔を制御することにより、入力信号の各部に応じた最適の間引き率での信号処理が行われ、より一層の品質向上が図れる。
【００３９】
また、上記間引き制御として、予め設定された複数の間引き間隔についての変化の度合いを表すアクティビティを求め、上記間引き間隔が小さいものから順に上記アクティビティを求め、各間引き間隔毎のアクティビティが所定の閾値を初めて超えたときの間引き間隔を最適間引き率に決定することにより、最適な間引き間隔を合理的に求めることができる。
【００４０】
また、上記クラス分類のためにクラスタップを生成し、上記予測演算のために予測タップを生成しており、これらのクラスタップ及び予測タップについての間引き率を制御し、入力信号の処理対象となる注目位置におけるクラスタップ及び予測タップの間隔を最適に間引いて、原入力信号のぼけの小さい部分では短いタップ間隔で、ぼけの大きい部分では長いタップ間隔でそれぞれ処理を行うことにより、ぼけの小さい部分でも、ぼけの大きい部分でも、改善度の低下がなく、より一層の品質向上が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態として、クラス分類を伴う変換処理を行う画像情報変換装置の一例を示すブロック図である。
【図２】入力信号から取り出されるクラスタップ及び予測タップについて、高域成分が多いときと少ないときとをそれぞれ示す図である。
【図３】入力信号から取り出されるクラスタップの信号変化について、１間引きのときと２間引きのときとをそれぞれ示す図である。
【図４】入力信号のアクティビティに基づく間引き率決定の手順を説明するためのフローチャートである。
【図５】本発明の実施の形態を説明するための、クラス分類を伴う変換処理の予測係数を求めるための学習装置の一例を示すブロック図である。
【符号の説明】
１２  予測タップ生成回路、  １３  予測演算回路、  １５  クラスタップ生成回路、  １６  クラス分類回路、  １７  予測係数ＲＯＭ、  ２０  間引き制御部、  ２１  アクティビティ演算回路、  ２２  間引き率決定回路
【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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