(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
現フィールドの補間データを生成する位置の上下各数画素から、ＬＰＦを用いて補間データを得るための補間基準データを出力する手段と、
現フィールドの補間データを生成する位置の上下各数画素から、ＢＰＦを用いて現フィールドの垂直周波数成分を出力する手段と、
前フィールドの現フィールドの補間画素位置と同じ位置を中心とした上下各数画素から、ＢＰＦを用いて垂直周波数成分を出力する手段と、
前フィールドの現フィールドの補間画素位置と同じ位置より上の画素を中心とした上下各数画素から、ＢＰＦを用いて垂直周波数成分を出力する手段と、
前フィールドの現フィールドの補間画素位置と同じ位置より下の画素を中心とした上下各数画素から、ＢＰＦを用いて垂直周波数成分を出力する手段と、
次フィールドの現フィールドの補間画素位置と同じ位置を中心とした上下各数画素から、ＢＰＦを用いて垂直周波数成分を出力する手段と、
次フィールドの現フィールドの補間画素位置と同じ位置より上の画素を中心とした上下各数画素から、ＢＰＦを用いて垂直周波数成分を出力する手段と、
次フィールドの現フィールドの補間画素位置と同じ位置より下の画素を中心とした上下各数画素から、ＢＰＦを用いて垂直周波数成分を出力する手段と、
前記現フィールドから得られる周波数成分と、前記前フィールドから得られる３つの周波数成分の最大値又は平均値と、前記次フィールドから得られる３つの周波数成分の最大値又は平均値とを比較演算し、現フィールドの周波数成分が前フィールド又は次フィールドの周波数成分の最大値又は平均値より大きいとき、「０」を出力し、現フィールドの周波数成分が前フィールド又は次フィールドの周波数成分の最大値又は平均値より小さいとき、「１」を出力する係数出力手段と、
該係数出力手段の出力と前記現フィールドの垂直周波数成分を出力する手段からの出力とを乗算し補正値を生成する手段と、
該補正値に前記補間基準データを加算し、補間データを生成する手段とを具備し、
インタレース画像をプログレッシブ画像へ変換（以下、「ＩＰ変換」と称する）する際、失われる周波数成分を補間することを特徴とする映像信号処理装置。
【請求項２】
前記補正値に前記補間基準データを加算する際に生じる折り返し成分を、加算後ＬＰＦを用いて除去する手段を具備したことを特徴とする請求項１に記載の映像信号処理装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の映像信号処理装置により生成された補間データと、前フィールド補間位置データを、動き検出結果により、動画部分は生成された補間データを、静止画部分は前フィールド補間位置データを選択する手段を具備したことを特徴とする映像信号処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、テレビジョン受像機等の映像信号処理装置にかかわり、特に、インタレース映像をプログレッシブ映像へ変換（ＩＰ変換）する際、高画質なプログレッシブ映像を得るのに好適な映像信号処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
画像信号の多くは、走査の形態に、飛び越し走査が用いられている。
しかし、この画像信号を、飛び越し走査の画像表示部に表示すると、ラインフリッカなどのインタレース妨害が発生し、画質が劣化する。
このインタレース妨害は、インタレース映像をプログレッシブ映像へ変換し、順次走査の形態で表示することで、除去することができる。
そして、この機能を備えたテレビジョン受像機も商品化されている。
ＩＰ変換では、インタレース走査で抜けた走査線の信号を補間処理で生成する信号処理を行う。
この補間処理には、動き適応型と、動き補償型の信号処理がある。
動き適応型は、静止画領域に適したフレーム間補間と、動画領域に適したフィールド内補間とを、画像の動き情報に応じて、混合比率を変化させる補間処理をし、１フレーム間差分信号の大小で、動き情報の検出を行うため、この動き情報は、必しも画像の正確な動きとの対応がとれていない。
【０００３】
このため、静止画領域では、インタレース妨害が完全に除去でき、顕著な画質改善の効果が得られるにもかかわらず、動画領域では、インタレース妨害の除去が不完全となり、画質の改善効果が少ないという課題を有している。
また、ここで、フィールド内補間の手法として、補間画素を、フィールド内に実在する上下画素を用いて平均化し得る方法が、従来知られている。
この手法では、片フィールドから生成することになるため、サンプリングを、（１／２）×Ｆで行ったことになり、シャノンの定理によれば、この方法で再生できる周波数帯域は、最大で（１／４）×Ｆとなる。なお、Ｆはサンプリング周波数を意味し、ＮＴＳＣ方式（走査線数５２５本、６０フィールド、２：１飛び越し走査）では、３０Ｈｚ、５２５／２ｃｐｌの点にサンプリング周波数Ｆが発生する。
【０００４】
図５は、フィールド内補間により得られる周波数帯域を示す図である。
しかしながら、実際には、（１／４）×Ｆ付近の周波数成分が失われ、解像感が低下した画像となりやすいという問題点を有している。
一方、動き補償型は、画像の動きを、動きベクトル情報として検出し、この動きベクトル情報で、前後のフィールドの信号に対して、動き補償の信号処理を行い、補間走査線の信号を生成する。
この方法では、画像の動きに、ほぼ合致した補間処理が可能になる。
そして、ＩＰ変換するための画像処理装置に関し、以下のような従来例がある。
特開平１０−１１２８４５号公報には、画像のフレーム間の動きベクトルを検出し、ＩＰ変換する技術が記載されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の装置のように、フレーム間の動きベクトルを検出し、ＩＰ変換するのでは、正確な動き補償の信号処理を行うために、精度の高い動きベクトルの検出が不可欠となる。
このため、膨大な信号処理が必要になるという課題を有している。
また、フィールド内補間では、従来の方法で再生できる周波数帯域は、前記したように、最大で（１／４）×Ｆとなるが、実際には、（１／４）×Ｆ付近の周波数成分が失われ、解像感が低下した画像となりやすいという問題点を有している。
【０００６】
本発明は、そのような状況に鑑みてなされたもので、従来の動き適応型の補間で、目障りな画像劣化を低減し、かつ、少ない演算量の信号処理で、動画部分の補間を行う場合の解像感の低下を防ぐことができるようにするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、映像信号処理装置であって、
現フィールドの補間データを生成する位置の上下各数画素から、ＬＰＦを用いて補間データを得るための補間基準データを出力する手段と、
現フィールドの補間データを生成する位置の上下各数画素から、ＢＰＦを用いて現フィールドの垂直周波数成分を出力する手段と、
前フィールドの現フィールドの補間画素位置と同じ位置を中心とした上下各数画素から、ＢＰＦを用いて垂直周波数成分を出力する手段と、
前フィールドの現フィールドの補間画素位置と同じ位置より上の画素を中心とした上下各数画素から、ＢＰＦを用いて垂直周波数成分を出力する手段と、
前フィールドの現フィールドの補間画素位置と同じ位置より下の画素を中心とした上下各数画素から、ＢＰＦを用いて垂直周波数成分を出力する手段と、
次フィールドの現フィールドの補間画素位置と同じ位置を中心とした上下各数画素から、ＢＰＦを用いて垂直周波数成分を出力する手段と、
次フィールドの現フィールドの補間画素位置と同じ位置より上の画素を中心とした上下各数画素から、ＢＰＦを用いて垂直周波数成分を出力する手段と、
次フィールドの現フィールドの補間画素位置と同じ位置より下の画素を中心とした上下各数画素から、ＢＰＦを用いて垂直周波数成分を出力する手段と、
前記現フィールドから得られる周波数成分と、前記前フィールドから得られる３つの周波数成分の最大値又は平均値と、前記次フィールドから得られる３つの周波数成分の最大値又は平均値とを比較演算し、現フィールドの周波数成分が前フィールド又は次フィールドの周波数成分の最大値又は平均値より大きいとき、「０」を出力し、現フィールドの周波数成分が前フィールド又は次フィールドの周波数成分の最大値又は平均値より小さいとき、「１」を出力する係数出力手段と、
該係数出力手段の出力と前記現フィールドの垂直周波数成分を出力する手段からの出力とを乗算し補正値を生成する手段と、
該補正値に前記補間基準データを加算し、補間データを生成する手段とを具備し、
インタレース画像をプログレッシブ画像へ変換（以下、「ＩＰ変換」と称する）する際、失われる周波数成分を補間するようにしたものである。
【０００８】
さらに、本発明は、前記映像信号処理装置において、前記補正値に前記補間基準データを加算する際に生じる折り返し成分を、加算後ＬＰＦを用いて除去する手段を具備したものである。
さらに、本発明は、前記映像信号処理装置により生成された補間データと、前フィールド補間位置データを、動き検出結果により、動画部分は生成された補間データを、静止画部分は前フィールド補間位置データを選択する手段を具備したことで、動画領域における解像感の低下を防ぐようにしたものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明による画像処理装置の実施形態を、図面に基づいて、以下に説明する。
図１は、本発明による画像処理装置の一実施例における構成を示すブロック図である。
現フィールドの実在する上下の画素から、補間基準画素を得るためのＬＰＦ１、得られた補間基準画素と、現フィールドの実在する上下の画素から周波数成分を得るためのＢＰＦ２、前フィールドから周波数成分を得るためのＢＰＦ３〜５、次フィールドから周波数成分を得るためのＢＰＦ６〜８、現フィールドと前フィールド、及び次フィールドより得られた周波数成分から、補間画素の本来持つべき周波数成分（つまり、失われた周波数成分）を抽出し係数化する演算器９、ＢＰＦ２で得られた現フィールドの周波数成分と、演算器９で得られた係数から補間対象画素への重畳量を得る乗算器１０、ＬＰＦ１で得た補間基準画素と、乗算器１０で得た重畳量を加算する加算器１１、加算器１１で生じる折り返し成分を除去するＬＰＦ１２、動き検出結果から、フィールド内補間データ、もしくは前フィールド補間位置データを選択するＳＥＬ１３から構成されている。
この各構成要素は、以下のように動作する。
【００１０】
図２は、入力画像データを説明するための模式図である。
まず、図２の入力画像データにおけるＢに示される範囲の中心にある補間データを生成する現フィールド内にある上下各３画素、計６画素を、ＬＰＦ１、及びＢＰＦ２へ入力する。
ＬＰＦ１は、入力されたデータから、補間データを得るための補間基準データを出力する。
この補間基準データは、図５に示す破線で塗りつぶされている領域の周波数成分が失われている可能性がある状態で出力され、加算器１１の一方の入力端に供給される。
【００１１】
図３は、本発明による画像処理装置に用いられているＢＰＦの周波数特性を示す図である。この特性は、全てのＢＰＦ２〜８が有する共通のものである。
ＢＰＦ２は、図３に示すように、図５の破線で塗りつぶされている領域の周波数成分が失われている可能性のある周波数領域を含む周波数特性を持ち、入力された現フィールドデータから、補間データ周辺における周波数成分を出力し、この出力された周波数成分データは、演算器９、及び乗算器１０の一方の入力端へ供給される。
一方、前フィールドの周波数成分を得るために、図２に示す画像データにおける前フィールドデータ中のＡ１に示される範囲の現フィールドの補間データと、同様な座標位置の画素を中心とした５画素を、図３のような周波数特性を持つＢＰＦ４へ入力し、前フィールドにおける補間データ座標位置付近の周波数成分を出力し、この周波数成分データは、演算器９へ供給される。
同様に、図２のＡ１に示される範囲の中心よりも、少し上に中心があるＡ０に示される範囲の前フィールドラインデータを、図３のような周波数特性を特つＢＰＦ３へ入力し、Ａ１が示す範囲の中心よりも、少し下に中心があるＡ２が示す範囲の前フィールドラインデータを、図３のような周波数特性を持つＢＰＦ５へ入力し、それぞれ出力される周波数成分を演算器９へ入力する。
【００１２】
また、前フィールドデータのＡ０〜Ａ２と同様に、図２の入力画像データにおける次フィールドデータＣ０〜Ｃ２が示す範囲においても、それぞれ、図３のような周波数特性を持つＢＰＦ６〜８へ入力し、出力される周波数成分を演算器９へ入力する。
このように、前フィールドと次フィールドにおいて、補間データ付近にある計６点の周波数成分を利用して補正値を算出することで、緩やかに動いている画像においても的確に周波数成分を補うことが可能となる。
演算器９は、ＢＰＦ２からの現フィールドの周波数成分、ＢＰＦ３〜５からの前フィールドの３つの周波数成分、ＢＰＦ６〜８からの次フィールドの３つの周波数成分から、図５の破線で塗りつぶしたフィールド内ＬＰＦ補間で失われた周波数領域の成分を係数化し出力する。
すなわち、現フィールドにおいて、フィールド内ＬＰＦ補間で失われた周波数成分がないときには、「０」、完全に失われているときには、「１」となるように係数化する。
【００１３】
実施例においては、Ａ０〜Ａ２の最大値、もしくは平均値と、Ｃ０〜Ｃ２の最大値、もしくは平均値と、Ｂを比較し、充分にＢが大きいときには、係数を「０」とし、Ｂが小さくなるときには、その度合に応じて適切な係数を１〜０までの間で選択するようにする。
乗算器１０では、演算器９から出力された係数と、ＢＰＦ２から出力される現フィールドの周波数成分を乗算し、補正値を算出し、加算器１１へ出力する。
加算器１１は、あらかじめＬＰＦ１から出力された補間基準データと、乗算器１０から出力された補正値とを加算し、補間データを出力する。
加算器１１から出力された補間データは、図３に示すように本来フレームデータに含まれる垂直周波数領域の上限を超えた周波数成分をもち得る可能性があり、この折り返し成分が、画像の品位を低下させる場合があるため、ＬＰＦ１２に入力され、折り返し成分が除去され、失った周波数成分が補われた補間データが得られる。
【００１４】
図４は、折り返し成分を除去するＬＰＦフィルタの周波数特性を示す図である。
ＳＥＬ１３には、従来技術である動き検出を行った結果と、ＬＰＦ１２から出力される補間データ、及び前フィールド補間位置データが供給され、静止画部分には、前フィールド補間位置データを、動画部分には、本発明による周波数成分が補われた補間データを出力することで最終的な補間データを得る。
【００１５】
【発明の効果】
従来、動画部分に採用される補間データは、実在する上下画素を用いて平均化していたが、この方法では、失われる周波数領域が存在し、解像感のない画像となってしまうのに対し、本発明によれば、失われる周波数領域を類推し、その周波数領域を補うため、動画部分においても解像感の高い、高品位なプログレッシブ画像を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る画像処理装置の一実施例の構成を示すブロック図である。
【図２】入力画像データを説明するための模式図である。
【図３】本発明による画像処理装置に用いられているＢＰＦの周波数特性を示す図である。
【図４】折り返し成分を除去するＬＰＦフィルタの周波数特性を示す図である。
【図５】フィールド内補間により得られる周波数帯域を示す図である。
【符号の説明】
１，１２…ＬＰＦ、２，３，４，５，６，７，８…ＢＰＦ、９…演算器、１０…乗算器、１１…加算器、１３…切替器（ＳＥＬ）。
【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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