(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のサンプリング周波数のデジタル画像データを前記第１のサンプリング周波数よりも低い第２のサンプリング周波数のデジタル画像データに変換する装置であって、
前記第１及び第２のサンプリング周波数に基づく制限帯域を有し、前記第１のサンプリング周波数のデジタル画像データが何れの画素位置にある場合にも実効タップ係数の和が等しくなるよう前記第１のサンプリング周波数のデジタル画像データの画素位置に応じて前記実効タップ係数を変更しながら前記第１のサンプリング周波数のデジタル画像データをフィルタリングする補間フィルタと、
前記補間フィルタからのデジタル画像データのサンプリング周波数を前記第２のサンプリング周波数に変換する変換手段とを備え、
前記補間フィルタは、前記第１のサンプリング周波数のデジタル画像データの画素位置と前記第２のサンプリング周波数のデジタル画像データの画素位置とが一致するときと、不一致のときとで実効タップ数を切り換えることを特徴とする画像処理装置。
【請求項２】
第１のサンプリング周波数のデジタル画像データを前記第１のサンプリング周波数よりも高い第２のサンプリング周波数のデジタル画像データに変換する装置であって、
前記第１のサンプリング周波数のデジタル画像データのサンプリング周波数を前記第２のサンプリング周波数に変換する変換手段と、
前記第１及び第２のサンプリング周波数に基づく制限帯域を有し、前記第２のサンプリング周波数のデジタル画像データが何れの画素位置にある場合にも実効タップ係数の和が等しくなるよう前記第２のサンプリング周波数のデジタル画像データの画素位置に応じて前記実効タップ係数を変更しながら前記変換手段からのデジタル画像データをフィルタリングする補間フィルタとを備え、
前記補間フィルタは、前記第１のサンプリング周波数のデジタル画像データの画素位置と前記第２のサンプリング周波数のデジタル画像データの画素位置とが一致するときと、不一致のときとで実効タップ数を切り換えることを特徴とする画像処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像処理装置に関し、特には、互いに異なる周波数でサンプリングされた画像データのサンプリング周波数の変換に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、画像処理分野においてもデジタルデータを扱うことが多くなっており、例えば、デジタルＶＴＲに代表されるデジタルデータを記録再生する装置が知られている。
【０００３】
今後、こうしたデジタルデータを記録する装置が普及していくのに伴い、撮像（入力）系と処理・記録系とで扱うデジタル画像データのサンプリング周波数をそろえる周波数変換の技術が重要になってくると考えられる。
【０００４】
例えば、ＮＴＳＣやＰＡＬのビデオ信号を１３．５ＭＨｚでサンプリングし、記録再生することが知られているが、この画像を静止画像としてコンピュータに取り込みたい場合には、正方格子の画素となるようにサンプリング周波数を変換することが望ましい。例えば、変換後のサンプリング周波数としては、ＮＴＳＣでは１２．２７２７ＭＨｚ、ＰＡＬでは１４．７５ＭＨｚが代表的である。このような場合、デジタルデータのままでサンプリング周波数を変換することにより画質の劣化を抑制することができる。
【０００５】
図１２は、例えば、画像データのサンプリング周波数を１３．５ＭＨｚと１２．２７２７ＭＨｚとの間で相互に周波数変換する場合の動作概念を示す図である。この方式はいわゆる線形補間方式であり、求めたい画素の値をその画素に最も近い２つの画素の値から線形演算により求めるものである。
【０００６】
図１２において、上下の目盛りつきの軸は、１３．５ＭＨｚ，１２．２７２７ＭＨｚそれぞれの最小公倍数で分割した場合の位置を示している。また、↓は線形補間によってできる周波数変換後の画素位置を示し、その両脇の数字ｎ，ｍは↓で示した画素に最も近い左右の周波数変換前の画素に対する重み付けの値を示している。また、数字のないものは、ちょうど変換前と変換後の画素位置が一致している場合であり、このときはそのままの値を使う。
【０００７】
これを見ると、重み付けの値は一定の周期で同じ数値をとることがわかる。このため、ハードではその周期をカウンタにより求め、現在の周期に該当する係数を係数器にロードすることで、周波数変換器を構成することができる。
【０００８】
【発明が解決しようとしている課題】
しかし、この線形補間方式では、元の画素位置との関係で周波数特性が図  のように変わってくる。図内の数値は、図１２の重み付けの値から加算比
ｋ＝ｍ／（ｎ＋ｍ）
を求めて場合分けしたものである。ここで、横軸は周波数、縦軸は振幅である。
【０００９】
このように周波数特性が異なってくると、ナイキスト周波数ｆｎ付近での振幅が大きく異なってくるために、画面上では水平方向の縞を生じることになり、著しく画質を損なうこととなる。
【００１０】
線形補間の代わりに補間フィルタを用いる方法もあるが、周波数の変換比によっては非常に膨大なタップ数が必要となるため、実際のハードに組み込むことは困難であった。
【００１１】
本発明は前述の如き問題点を解消することを目的とする。
【００１２】
また、本発明は、周波数特性を一定に保ちつつ、データのサンプリング周波数を変換することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
従来抱えている課題を解決し、前記目的を達成するため、本発明は、第１のサンプリング周波数のデジタル画像データを前記第１のサンプリング周波数よりも低い第２のサンプリング周波数のデジタル画像データに変換する装置であって、前記第１及び第２のサンプリング周波数に基づく制限帯域を有し、前記第１のサンプリング周波数のデジタル画像データが何れの画素位置にある場合にも実効タップ係数の和が等しくなるよう前記第１のサンプリング周波数のデジタル画像データの画素位置に応じて前記実効タップ係数を変更しながら前記第１のサンプリング周波数のデジタル画像データをフィルタリングする補間フィルタと、前記補間フィルタからのデジタル画像データのサンプリング周波数を前記第２のサンプリング周波数に変換する変換手段とを備え、前記補間フィルタは、前記第１のサンプリング周波数のデジタル画像データの画素位置と前記第２のサンプリング周波数のデジタル画像データの画素位置とが一致するときと、不一致のときとで実効タップ数を切り換える構成とした。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。
【００１５】
まず、サンプリング周波数の高い画像データをサンプリング周波数の低い画像データに変換する場合について説明する。
【００１６】
図１は、本形態におけるデータ処理装置の構成を示す図であり、本形態では、画像データのサンプリング周波数を１３．５ＭＨｚから１２．２７２７ＭＨｚに変換する。
【００１７】
本形態のデータ処理装置は、入力された１３．５ＭＨｚのデジタル画像データを後述の如くフィルタリングするフィルタ回路２と、フィルタ回路２から出力される画像データのサンプリング周波数を１２．２７２７ＭＨｚに変換する補間回路３及び、端子５からのクロックをカウントするカウンタ８から構成されている。
【００１８】
図１の入力端子１から入力する画像データは、図２（ａ）に示すような時系列の画像データであり、フィルタ回路２はこのような入力画像データをフィルタリング処理する。
【００１９】
フィルタ２は図３に示すような周波数特性を有している。
【００２０】
ここで、入力データのサンプリング周波数ｆｓ＝１３．５ＭＨｚは、直流成分の折り返しが発生するのを防ぐためにトラップされている。本形態においては、このフィルタ２は２１タップ（各タップの係数は、本形態では、１，２，２，３，３，４，５，５，６，６，６，６，６，５，５，４，３，３，２，２，１である）で構成されるフィルタと同様の周波数特性を有しており、実際に使う実行タップ数は最高３タップである。また、フィルタ回路２には、入力画像データのサンプリング周波数である１３．５ＭＨｚのクロック５が入力されている。
【００２１】
カウンタ８は１１進のカウンタであり、端子７からの水平同期信号ＨＤ７によりリセットされ、クロック５をカウントする。そして、０から１０までカウントすると自己リセットする。カウンタ８のカウント値もフィルタ回路２に出力されている。
【００２２】
フィルタ回路２は図４の用に構成されており、入力デジタル画像データはクロック５に従って端子２１から入力され、遅延素子２２，２３を介して３タップ分の係数器２４〜２６にそれぞれ供給される。また、カウンタ８のカウント値ｎは２４〜２６に供給され、各係数器は図５に示したカウンタ８のカウント値に従って係数を選択し、乗算を行う。
【００２３】
次に、図５に示した係数の選択方法について図６を用いて説明する。
【００２４】
図６において、大きい黒丸で示された２種類のサンプリング点は、それぞれサンプリング周波数１２．２７２７ＭＨｚ，１３．５ＭＨｚの画像データの画素位置を示しており、小さい黒丸は周波数変換する際に画素位置を対応させるためのサンプリング点を示している。本形態においては、サンプリング周波数の比は１１：１０であるので、１２．２７２７ＭＨｚの画像データは１１分割、また、１３，５ＭＨｚの画像データは１０分割され、サンプリング周波数は共に１３５ＭＨｚとなっている。
【００２５】
また、階段状にずれている白丸は、大きい白丸がサンプリング周波数１３．５ＭＨｚの画像データの画素位置を示し、また、小さい白丸は小さい黒丸と同様に１３５ＭＨｚに対応したデータを示している。添字は１３．５ＭＨｚの画像データの画素位置と１２．２７２７ＭＨｚの画像データの画素位置とが一致したときの番号をゼロとしたときの、図５に示したフィルタの係数番号を示している。↓は１２．２７２７ＭＨｚの画像データの画素ができる位置を示している。
【００２６】
図６から明らかなように、入力画像データの画素位置に応じてカウンタの値が変化し、適宜フィルタの係数が設定されていく。そして、１３．５ＭＨｚの画像データの画素位置と１２．２７２７ＭＨｚの画像データの画素位置とが一致したときのみ実効タップ数が３タップになるが、その他の場合は実効タップ数は２タップであることがわかる。
【００２７】
このように係数が乗算された各データは、加算器２７，２８にて加算される。
【００２８】
１３．５ＭＨｚの入力画像データはこのようにフィルタリングされるが、フィルタ後のサンプリング周波数は１３．５ＭＨｚのままである。
【００２９】
そこで、本形態では、フィルタリングの際に、入力画像データの１１画素につき１画素だけダミーのデータを挿入している。すなわち、このダミーデータは、カウンタ８の出力ｎが１０のときに挿入される。その結果、図２（ｂ）に示したような時系列のダミーデータ（網掛けの画像データ）が挿入された画像データが補間回路３に出力される。
【００３０】
補間回路３はメモリを有し、入力画像データのサンプリング周波数を変更する回路であり、クロック５に従って、フィルタ回路２からフィルタリングされた画像データをメモリに書き込む。更に、補間回路３には１２．２７２７ＭＨｚのクロック６が供給されており、クロック５とクロック６の立ち上がりが一致したときにはダミーデータが入力されているものと判断してこれをスキップし、クロック６に従ってメモリに書き込まれたデータを読みだす。この結果、端子４からは図２（ｃ）に示した時系列のサンプリング周波数１２．２７２７ＭＨｚの画像データが出力される。
【００３１】
このように、本形態において得られる周波数変換された画像データは、線形補間時に生じていた補間位置による周波数特性の違いがなく、良好な画質を維持している。また、フィルタのハード量も実効タップ数が３タップで済む。更に、フィルタの係数の合計を２のｎ乗とすることで、乗算をビットシフトで実現することができ、更にハード量を抑えることができる。
【００３２】
次に、サンプリング周波数の低い画像データをサンプリング周波数の高い画像データに変換する場合について説明する。
【００３３】
図７は、本形態におけるデータ処理装置の構成を示す図であり、本形態では、画像データのサンプリング周波数を１２．２７２７ＭＨｚから１３．５ＭＨｚに変換する。
【００３４】
本形態のデータ処理装置は、入力データのサンプリング周波数を変換する補間回路１０３，補間回路３からのデータをフィルタリングするフィルタ回路１０２及びカウンタ１０８から構成される。
【００３５】
図７において、入力端子１０１から入力されるサンプリング周波数１２．２７２７ＭＨｚの画像データは、図８（ａ）に示すような時系列の画像データであり、補間回路１０３はこの入力画像データのサンプリング周波数を変換する。
【００３６】
すなわち、補間回路１０３はメモリを有し、１２．２７２７ＭＨｚのクロック１０５に従って、入力画像データをメモリに書き込む。更に、補間回路３には１２．２７２７ＭＨｚのクロック６が供給されており、書き込まれたデータを周波数１３．５ＭＨｚのクロック１０６に従って読みだす。このとき、クロック５とクロック６の立ち上がりが一致したときにはダミーデータ（図８の（ｂ）に網掛けで示したデータ）を挿入するために直前のデータをもう一度読みだす。この結果、補間回路１０３からはサンプリング周波数１３．５ＭＨｚの画像データが出力される。
【００３７】
フィルタ回路１０２は補間回路１０３によりこのように周波数が変換された画像データをフィルタリング処理する。
【００３８】
フィルタ１０２は図９に示すような周波数特性を有している。
【００３９】
ここで、入力データのサンプリング周波数ｆｓ＝１２．２７２７ＭＨｚは、直流成分の折り返しが発生するのを防ぐためにトラップされている。本形態においては、このフィルタ１０２は２３タップ（本形態では、各タップの係数は、１，２，２，３，３，４，４，５，５，６，６，６，６，６，５，５，４，４，３，３，２，２，１とする）で構成されるフィルタと同様の周波数特性を有しており、実際に使う実行タップ数は最高３タップである。また、フィルタ回路１０２にはクロック１０６が入力されている。
【００４０】
カウンタ１０８は１１進のカウンタであり、水平同期信号ＨＤ１０７によりリセットされ、クロック１０６をカウントする。そして、０から１０までカウントすると自己リセットする。カウンタ１０８のカウント値もフィルタ回路１０２に出力されている。
【００４１】
フィルタ回路１０２は、前述の実施形態のときと同様に図４のように構成されており、補間回路１０３からのデジタル画像データはクロック１０６に従って端子２１から入力され、遅延素子２２，２３を介して３タップ分の係数器２４〜２６にそれぞれ供給される。また、カウンタ１０８のカウント値ｎは２４〜２６に供給され、各係数器は図１０に示したカウンタ１０８のカウント値に従って係数を選択し、乗算を行う。
【００４２】
次に、図１０に示した係数の選択方法について図１１を用いて説明する。
【００４３】
図１１において、大きい黒丸で示された２種類のサンプリング点は、それぞれサンプリング周波数１２．２７２７ＭＨｚ，１３．５ＭＨｚの画像データの画素位置を示しており、小さい黒丸は周波数変換する際に画素位置を対応させるためのサンプリング点を示している。本形態においては、サンプリング周波数の比は１１：１０であるので、１２．２７２７ＭＨｚの画像データは１１分割、また、１３，５ＭＨｚの画像データは１０分割され、サンプリング周波数は共に１３５ＭＨｚとなっている。
【００４４】
また、階段状にずれている白丸は、大きい白丸がサンプリング周波数１２．２７２７ＭＨｚの画像データの画素位置を示し、また、小さい白丸は小さい黒丸と同様に１３５ＭＨｚに対応したデータを示している。添字は１３．５ＭＨｚの画像データの画素位置と１２．２７２７ＭＨｚの画像データの画素位置とが一致したときの番号をゼロとしたときの、図１０に示したフィルタの係数番号を示している。↓は１３．５ＭＨｚの画像データの画素ができる位置を示している。
【００４５】
図１１から明らかなように、入力画像データの画素位置に応じてカウンタの値が変化し、適宜フィルタの係数が設定されていく。そして、１３．５ＭＨｚの画像データの画素位置と１２．２７２７ＭＨｚの画像データの画素位置とが一致したときのみ実効タップ数が３タップになるが、その他の場合は実効タップ数は２タップであることがわかる。
【００４６】
このように係数が乗算された各データは、加算器２７，２８にて加算され、端子１０４から出力される。
【００４７】
即ち、端子１０４からは、図８（ｃ）に示した時系列のサンプリング周波数１３．５ＭＨｚの画像データが出力される。
【００４８】
このように、本形態において得られる周波数変換された画像データも前述の実施形態の場合と同様に、線形補間時に生じていた補間位置による周波数特性の違いがなく、良好な画質を維持している。また、フィルタのハード量も実効タップ数が３タップで済む。更に、フィルタの係数の合計を２のｎ乗とすることで、乗算をビットシフトにより実現することができ、更にハード量を抑えることができる。
【００４９】
なお、前述の実施形態では、変換するデータのサンプリング周波数をそれぞれ、１２．２７２７ＭＨｚと１３．５ＭＨｚとしたが、これに限らず、他の周波数のデータを扱うことも可能である。
【００５０】
例えば、サンプリング周波数が１３．５ＭＨｚの画像データと１４．７５ＭＨｚの画像データとの間で周波数変換を行う場合には、図１及び図７に示した構成のままクロックの周波数を変えるだけで同様に周波数変換処理を行うことが可能になる。
【００５１】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、互いに異なるサンプリング周波数の画像データ間でサンプリング周波数を変換する場合であっても、画素位置による周波数特性の変化を防止し、画質の劣化を抑えた良好な画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態としての周波数変換装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図１の装置の各部の画像データの様子を示す図である。
【図３】図１の装置のフィルタ回路の特性を示す図である。
【図４】図１の装置のフィルタ回路の構成を示す図である。
【図５】図４に示したフィルタに設定する係数の様子を示した図である。
【図６】図１の装置の動作を説明するための図である。
【図７】本発明の他の実施形態としての周波数変換装置の構成を示すブロック図である。
【図８】図７の装置の各部の画像データの様子を示す図である。
【図９】図７の装置のフィルタ回路の特性を示す図である。
【図１０】図７の装置のフィルタ回路の構成を示す図である。
【図１１】図１０に示したフィルタに設定する係数の様子を示した図である。
【図１２】線形補間の動作を説明するための図である。
【図１３】線形補間時の画像データの周波数特性を示す図である。
【符号の説明】
２  フィルタ回路
３  補間回路
８  カウンタ
【図１】
0003782510.tif 000002
【図２】
0003782510.tif 000003
【図３】
0003782510.tif 000004
【図４】
0003782510.tif 000005
【図５】
0003782510.tif 000006
【図６】
0003782510.tif 000007
【図７】
0003782510.tif 000008
【図８】
0003782510.tif 000009
【図９】
0003782510.tif 000010
【図１０】
0003782510.tif 000011
【図１１】
0003782510.tif 000012
【図１２】
0003782510.tif 000013
【図１３】
0003782510.tif 000014