JPH04501491A - ビデオ信号処理システムおよび受信装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ＡＣＴＶの側部パネル雑音低減技法 この発明は、圧縮伸長法と予測信号処理法を採用したビデオ信号雑音低減システ ムに関するものである。

潜在的に雑音を含むチャンネルを介してテレビジョン信号の様なビデオ信号を伝 送する場合に、通常は、チャンネル雑音がビデオ信号の信号対雑音比および再生 される画像の品質を損ねることを防ぐ対策を考慮に入れている。圧縮伸長法（ｃ ｏｍｐａｎｄ　ｉｎｇ）は、雑音の多い状況下で伝送されるビデオ信号の品質を 改善する一つの方法である。

圧縮伸長法では、ビデオ信号の振幅を送信機において圧縮することによって、信 号の平均パワ一対ピークパワーの比を、従って雑音に対する余裕度（ｉ＋ｉｍｕ ｎ　１ｔｙ）を向上させている。この信号は、受信機においては、送信機の圧線 関数の逆の変換関数により振幅伸長して、表示器に対する適正な信号が得られる ように原ビデオ信号の振幅分布を回復させる。もし、送信機で非線形圧縮を行う ときには、信号は、小さな信号伸長と大きな信号圧縮の組合せによって変形され る。受信機ではこれと相補的な作用が行われる。

送信機で非線形振幅圧縮を行うと、たとえばテレビジョン形のビデオ信号の場合 ４．２ＭＨ２以上の、不要な帯域外高周波信号成分が生成される可能性がある。

これらの不要高周波成分は送信機の出力低域通過フィルタによって除くことがで きる。しかし、その様なフィルタも、また、受信機における振幅伸長後その受信 機のビデオ信号の品質と妥協可能であるような、不要な信号歪を導入する可能性 があることが判った。ここに開示するシステムは、信号対雑音特性を良好に維持 しながら、上記した形式のビデオ信号歪積を補償することを目的とするものであ る。それは、受信機の圧縮伸長機能部（すなわち振幅伸長器）を含む、受信機の 所定部分のモデルを、送信機中に組込むことによって達成できる。こうして、送 信機は、受信機側で処理されたビデオ信号の特性に関する情報にアクセスする手 段を具えている。この開示システムにおいては、送信される信号は、送信機入力 信号と、受信機側で受信される信号の算定すなわち予測器との差を表わす信号で ある。この信号は、予測が良好であれば小さなもので、それによって送信機にお ける圧縮伸長利得を通じて雑音余裕度が改善される。

第１図はこの発明による装置の送信機エンコーダ部のブロック図を示す。

第２図はこの発明による装置の受信機のデコーダ部のブロック図を示す。

第３図はこの発明による装置を含むワイドスクリーン・テレビジョン信号処理シ ステムの送信機の一部のブロック図である。

第４図はこの発明による装置を採用したワイドスクリーン・テレビジョン受像機 の一部のブロック図である。

第１図の送信機の構成において、入力ビデオ信号は信号減算器１０の１人力に印 加され、またその他方の入力には後述する信号予測器回路１５からの信号が供給 される。

減算器ｌＯからの出力差信号（Ｄ　Ｉ　Ｆ　Ｆ）は、ブロック１２の上方に例示 されている非線形変換関数を有する振幅圧縮器１２によって、非線形的な振幅圧 縮作用を受ける。圧縮器１２は、所定振幅閾値よりも大きな信号の振幅圧縮を行 い、小振幅信号については振幅伸長（増幅）を行う。

圧縮器１２は、受信機における相補変換関数を有する振幅伸長器と共に圧縮伸長 システムの一要素を構成している。

圧縮器１２の非線形変換特性は、この例にあってはビデオ信号帯域の上限である ４、２ＮＨ４よりも上方に延びる不要な高周波成分（たとえば、高調波など）を 発生する可能性がある。この様な帯域外の高周波成分は、信号を劣化させる雑音 を含んでいる可能性のあるチャンネルを介して、その出力信号が伝送される前に 、低域通過フィルタ１４により濾波除去される。しかし、フィルタ１４は、自身 で不要な信号歪を導入することがある。このフィルタによる歪は、たとえば画像 が動く場合に特にそうであるが実際に送信機で起こり得る圧縮関数と伸長関数の 間の不整合に付帯する歪と共に、予測器回路１５の共働作用によって低減または 除去される。

予測器１５は、第１図の装置によって伝送される信号を受信する受信機中に在る 振幅伸長器と振幅予測器回路の複製（レプリカ）回路である。ここで第２図を参 照すると、送信機で既に非線形振幅圧線されている、受信入力信号は、振幅伸長 器２１６によって、送信機の非線形変換関数の逆関数で振幅伸長される。伸長器 ２１６は送信機側の゛圧縮器１２と同様に、即時変換作用を行うもので、ＲＯＭ ルックアップ・テープの形に構成することができる。

第２図の残余の構造は、無限インパルス応答（ＩＩＲ）フィルタであって、これ は図示のように配置された加算器２１８、ピクセル記憶遅延素子２２０および信 号利得がＡの増幅器２２２より成る。遅延素子２２０は、たとえばテレビジョン 形情報を処理する場合は、１フレ一ム分離れたテレビジョン・ビデオ情報は通常 高度の時間的相関性をもっているという理由で、１フレーム遅延器である。遅延 素子２２０と増幅器２２２は、増幅器２２２の出力に予測信号を発生する。ユニ ット２２０からのフレーム遅延信号の場合には、増幅器２２２の出力における予 測信号は、前のフレームから得られるのと同じ画像ピクセルに増幅率Ａ（ｌより 小さく、たとえば０．７５）を乗じたものとなる。

この予測プロセスは、また、多数フィールドからの多数ピクセルの機能に影響を 及ぼすことがある。この例では、スケ−リグ係数Ａは１より小さくして、要素２ １８．２２０および２２２を含むループを雑音が減衰せずに循環伝播することを 防いでいる。すなわち、出力信号中の雑音は、ループを循環する度に係数Ａに応 じただけ減衰することになる。受信機内で更に追加のビデオ信号処理を受けるこ の出力信号は、ユニット２１６から得られる非線形的に振幅伸長された信号を増 幅器２２２がらの予測信号と相加することによって形成される。

第１図に戻って、予測器１５の出力からのこの予測信号は、遅延された受信機出 力信号に係数Ａを乗じた（スケールした）算定値を表わしている。ユニットｌＯ は、入力信号からこの予測信号を差引いて差信号を生成する。この差信号はユニ ット１２と１４で処理されて、伝送されるべき出力信号が生成される。

第１図の送信装置においては、この差信号は入力信号と予測信号との間の差であ る。加算器１８の出力は受信機の出力のモデルである。この受信機出力における 信号は送信機入力に供給される信号と同様なものと示すことができる。送信機の 減算器１０が生成する差信号が小さければ（良好な予測を表わす）、非線形振幅 圧縮器１２はこの差信号を増幅して、伝送前にその信号対雑音特性を具合よく改 善する。

４．２ＭＨｚのルミナンス信号に関して動作するここに開示のシステムによって 、スケーリング係数Ａを０．７５とし、圧縮伸長パラメータ（μ）が１１のμ− 則圧縮伸長器を使うことにより、２．７ｄｂの雑音低減が確認できた。Ａが０． ９でμが４０の場合は４．１ｄｂの雑音低減が得られた。

第３図は、たとえば５対３の広アスペクト比信号の処理用のような、両立性ワイ ドスクリーン・テレビジョン・システム用の、第１図に示した形式の圧縮および 予測回路を具えたエンコーダのブロック図を示している。上記の回路を除けば、 この第３図のシステムはストロール（Ｓｔｒｏｌｌｅ）氏他の米国特許第４８１ ６８９９号に詳細に示されている。

第３図において、ワイドスクリーン・テレビジョン信号の信号源３１０は、ワイ ドスクリーン・テレビジョンのカラー・ビデオ成分Ｙ（ルミナンス）と■、Ｑ（ 色差）をデジタル形式で供給する。信号源３１０は、また、たとえばマトリクス 、アナログ−デジタル変換器および低域通過フィルタ回路を含んでいる。信号源 ３１０からの信号は制御−中央パネル信号分離器および処理器３１８により処理 されて、３グループの出力信号、ＹＥ、ＩＥおよびＱＥ；ＹＯ，ＩＯおよびＱＯ ，ＹＨ，ＩＨおよびＱＨを生成する。この最初の２グループの信号（ＹＥ、ＩＥ 。

ＱＥとｙｏ、Ｉｏ、ＱＯ）は、処理されてそれぞれ中央パネル成分と、水平画像 過走査領域に時間圧縮された側部パネル低周波数ルミナンス情報（ルミナンス低 ）とを含む信号を発生する。第３グループの信号（ＹＨｌＩＨ。

ＱＨ）は処理されて、側部パネル高周波情報（側部パネル高）を含む信号を生成 する。この中央パネル信号成分と側部パネル信号成分は最終的に合成されて、４ 対３の表示アスペクト比を持つＮＴＳＣ両立性ワイドスクリーン信号となる。信 号ＹＯ１１０およびＱＯは、側部パネル高周波情報を含んでいない低周波側部情 報を供給し、これは左右の水平過走査領域中に挿入される。信号ＹＯ。

ＩＯおよびＱＯは、信号ＹＥ％ＩＥおよびＱＥと側部−中央信号合成器３２８、 たとえば時間マルチプレクサ、によって合成される前に、ブロック３２２内の振 幅圧縮および予測回路（第１図に示された形式）によって、個別に処理される。

合成器３２８は標準の４対３の画像アスペクト比を持った信号ＹＮ、ＩＮおよび ＱＮを生成する。

信号処理器およびＮＴＳＣエンコーダ３３６は、信号ＹＮ％　ＩＮおよびＱＮを 処理して、中央パネル情報と、水平過走査領域中に圧縮された側部パネル低周波 情報から成るＮＴＳＣ両立性両立性合成出力信号Ｃ／Ｓ酸する。

ユニット３３６は、ルミナンス・フィルタとクロミナンス・フィルタ、クロミナ ンス変調器、およびルミナンスおよびクロミナンス情報をエンコードするための 普通のＮＴＳＣエンコーディング回路を含んでいる。

側部パネル高周波成分ＹＨ，ＩＨおよびＱＨは、更にユニット３２１により時間 伸長された後、ユニット３４３で処理される。ユニット３４３中では、フィール ド周波数で位相が反転する補助抑圧副搬送波を、側部パネル高で変調する。この 変調された副搬送波は、振幅圧縮され帯域濾波されて、側部パネル高信号ＳＨを 発生するこの信号は合成器３４０内で信号Ｃ／ＳＬと合成されて、ワイドスクリ ーン両立性信号ＮＴＳＣとなる。信号ＮＴＳＣは、デジタル−アナログ変換器（ ＤＡＣ）３５４によってアナログ形式に変換された後、アンテナ３５６から放送 されるためにＲＦ変調器および送信機回路３５５に供給される。

振幅圧縮および予測回路３２２は、前記ストロール氏他の特許で開示された例示 ワイドスクリーン・エンコーダ・システムの画像解像度改善型におけると同様に 配置することができる。この様な解像度改善型システムは、アニーラ　（Ｊ、　 Ｓ、　Ｆｕｈｒｅｒ）氏の米国特許第４８５５８２４号「補助信号エンコード情 報の圧縮伸長機能を持つ両立性テレビジ膀ン・システム」に開示されている。

第４図は、第３図の送信機エンコーダによって生成された両立性ワイドスクリー ン−テレビジョン信号に対するワイドスクリーン受像機のデコーダのブロック図 を示すものである。伸長および予測回路４４２を除けば、この第４図のシステム は前述のストロール氏他の特許中に詳細に説明されている。

伝送された両立性ワイドスクリーン信号は、アンテナ４１０で受信され、入力復 調および信号処理ユニット４２２により復調されて、信号ＹＮＳ　ＩＮ、ＱＮお よび側部パネル高信号ＳＨを発生する。ユニット４２２は、信号ＳＨを回復する ための濾波および振幅伸長回路、および信号ＹＮ、ＩＮおよびＱＮを回復するた めの信号合成、濾波およびクロミナンス復調回路を具えている。処理器４５４は 側部パネル高信号ＳＨに応答して信号ＹＨ，ＩＨおよびＱＨを生成する。処理器 ４５４では、補助副搬送波が復調され、ルミナンスおよびクロミナンス側部パネ ル高成分が分離され、ルミナンス側部パネル高は時間圧縮されて側部パネル高信 号成分ＹＨ，ＩＨおよびＱＨが生成される。

信号ＹＮ、ＩＮおよびＱＮは、側部−中央分離器（デマルチプレクサ）４４０に よって、低周波側部パネル成分Ｙ０，１０．ＱＯと中央パネル成分ＹＥ、Ｉ　Ｅ 、ＱＥに分離される。信号ＹＥ、ＩＥ、ＱＥはユニット４４４によって時間圧縮 されて規定の中央パネル表示領域を占めるようにされる。信号ＹＯＳ１０．ＱＯ は、ユニット４４５によって時間圧縮される前に回路４４２内で、個々に、振幅 伸長と予測信号処理を受けて、規定の側部パネル表示領域を占めるようになる。

回路４４２は、信号Ｙ０，１０およびＱＯをそれぞれ処理するため第２図に示さ れた形式の回路を持っている。

時間伸長器４４５からの側部パネル低信号と処理器４５４からの側部パネル高信 号は、ユニット４４６内で合成されて、側部パネルのルミナンスおよびクロミナ ンス信号ＹＳ、ＩｓおよびＱＳとなる。再構成された側部パネル信号ＹＳ、ｌ５ １ＱＳは、スプライサ４６０によって、時間圧縮器４４４からの再構成済の中央 パネル信号ＹＣ，ＩＣ。

ＱＣと継ぎ合わされて、成分ＹＳＩおよびＱを含む完全に再構成されたワイドス クリーン信号となる。

ワイドスクリーン信号Ｙ、Ｉ、Ｑは、ビデオ信号処理器およびマトリクス増幅器 ４６４へ供給される前に、デジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ）４６２によって アナログ形式に変換される。ユニット４６４のビデオ信号処理画部分は、信号増 幅、ＤＣレベルシフト、ピーキング、輝度制御、コントラスト制御およびその他 普通の型のビデオ信号処理のための回路を持っている。マトリクス増幅器４６４ はルミナンス信号Ｙを色差信号１、Ｑと合成して、カラー画像を表わすビデオ信 号Ｒ，Ｇ％Ｂを生成する。

これらのカラー信号は、ユニット４６４中の表示器駆動増幅器によって、たとえ ばワイドスクリーン映像管であるような、ワイドスクリーン・カラー画像表示装 置４７０を直接駆動するに適したレベルに増幅される。

上述のように、第３図のエンコーダ装置は低周波側部パネル情報を時間圧縮され た形にコード化する。たとえば、ＤＣから７００　ＫＨｚまでのルミナンス情報 が約６対１に時間圧縮されて、この側部パネル低周波情報が４．２ＮＨ４の帯域 幅を占めるようにされる。受信機（第４図）は前述のように上記に対応した時間 伸長を行う。送信機における非線形振幅圧縮のプロセスは、この実施例のように 時間圧縮プロセスによって所要の周波数帯の上限（たとえば４．２　ＭＨｚ　） がその近くの周波数をもつ信号を生成する場合に、特に不所望な帯域外周波数を 発生する可能性がある。

時間圧縮と時間伸長のために、側部パネル低周波成分は、雑音の多いチャンネル 条件のとき、同じ周波数帯の中央パネル情報よりも更に多量の雑音エネルギを含 んでいる。この状態は、表示された中央パネル画像と側部パネル画像との雑音間 の不都合な差違として現れる。具体的には、側部パネル画像は、中央パネル画像 中の帯域幅の広い雑音とは対照的な、水平方向に筋の様に走る低周波雑音を呈し 、一層下都合なものである。従って、側部パネル情報は、特に信号対雑音比が約 ３５ｄｂ以下の伝送チャンネルの場合、中央パネル情報とは視覚的に異なったも のとして現れる。この様な訳で第１図と第２図の装置が、時間圧縮された側部パ ネル低周波情報の信号対雑音特性を向上するために、有利に使用される。ここに 開示された装置は、また、第３図の送信機システム中のユニット３１８と時間圧 縮器３２０の間に使用することも可能で、その様な場合、第１図の装置の出力信 号路は６対１に圧縮されたルミナンス低に対して７００　ＫＨｚに低域通過濾波 される。

ここに開示した信号圧縮伸長および予測装置はまた、第３図のユニット３２１か らの時間伸長された側部パネル高周波信号ＹＨ，ＩＨおよびＱＨを処理するのに 使用することもできる。その場合に、図示された第３図のシステムを使うと、伸 長器３２１による時間伸長作用により側部パネル高周波情報の信号対雑音比の改 善がなされることが判る。しかし、この改善は、標準の４対３アスペクト比を有 する標準テレビジョン受像機でワイドスクリーン・テレビジョン信号を受信した ときに、ユニット３４３が側部高で変調された補助副搬送波に対して与えるこの 変調された副搬送波の可視度を低下させる振幅減衰作用と、妥協させられる。こ こに開示された雑音低減装置は、特定システムの要求に従って側部高情報の雑音 余裕度を向上させるのに使用することができる。

補正書の翻訳文提出書 （特許法第１８４条の７第１項）

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. １．ビデオ信号の振幅を、所定の変換関数に従って圧縮する振幅圧縮手段（１２ ）と； 上記所定の変換関数の実質的に逆の変換関数を有する振幅伸長手段（１６）を含 み、上記圧縮手段からの出力信号に応動して前のビデオ信号サンプルの大きさの 関数として予測信号を生成する予測手段（１５）と；入力ビデオ信号と上記予測 信号との間の大きさの差を表わす差信号を上記振幅圧縮手段の入力に供給する手 段（１０）と； を具備して成る伝送ビデオ信号に対する雑音の影響を低減するためのビデオ信号 処理システム。
2. ２．請求項１のシステムによって伝送された信号の受信装置であって： 上記所定変換関数の実質的に逆の変換関数を有し、上記伝送された信号を受信す るための受信機振幅伸長手段と； 上記受信機振幅伸長手段からの出力信号を受入れる第１の入力と、第２の入力と 、出力とを有する合成手段と； 上記合成手段の上記出力からの信号に応動して前のビデオ信号サンプルの大きさ の関数として予測信号を生成する予測手段と； 上記予測信号を上記合成手段の上記第２入力に結合する手段と； を具備して成る受信装置。
3. ３．請求項２に記載の装置であって、上記予測手段が、信号減衰手段と；ビデオ 信号情報が実質的に相関するだけの期間信号を遅延させる手段と；を含んで成る 受信装置。
4. ４．規定の側部パネル情報を時間圧縮する手段を有し、主パネル画像成分と側部 パネル画像成分を含み標準テレビジョン画像のアスペクト比よりも大きな画像ア スペクト比を有するワイドスクリーン・テレビジョン型信号を処理するための、 請求項１に記載のビデオシステムであって； 上記振幅圧縮手段は所定の変換関数に従って上記側部パネル成分の振幅を圧縮し ； 上記予測手段は、上記圧縮手段からの出力信号に応動して前の側部パネル成分サ ンプルの大きさの関数として予測信号を生成し； 上記差信号供給手段は、入力制御パネル成分と上記予測信号の間の大きさの差を 表わす差信号を上記振幅圧縮器の入力に供給する； ものである、ビデオシステム。
5. ５．請求項１または４に記載のシステムであって、上記振幅圧縮器が、小振幅信 号は伸長させ大振幅信号は圧縮する、非線形変換関数を呈する、システム。
6. ６．請求項５に記載のシステムであって、更に上記振幅圧縮器からの出力信号を 濾波する手段を有し； 上記予測手段は、上記濾波手段によって濾波処理済みの上記振幅圧縮器からの出 力信号に応動ずるものである； システム。
7. ７．請求項６に記載のシステムであって、上記濾波手段が低域通過フィルタであ る、システム。
8. ８．請求項１または４に記載のシステムであって、上記予測手段が、 上記振幅伸長器の入力に相当する入力点および上記差信号供給手段に結合された 出力点と； 上記振幅圧縮手段から信号を受入れる第１入力と、第２入力と、出力とを有する 合成手段と；上記合成手段の上記出力から得られる信号を減衰させ時間遅延させ た信号を、上記出力点と上記合成手段の上記第２入力とに供給する変換手段と； から成るシステム。
9. ９．請求項８に記載のシステムであって、上記変換手段が、ビデオ信号情報が実 質的に相関するような期間だけ信号を遅延させる手段を具えている、システム。
10. １０．請求項８に記載のシステムであって、上記遅延手段が画像フレーム遅延期 間を呈するものである、システム。
11. １１．請求項４に記載のシステムによって送信されたワイドスクリーン信号を受 信するための装置であって、上記所定の変換関数の実質的に逆の変換関数を有し 、上記送信された信号を受入れる受信機振幅伸長手段と；上記受信機振幅伸長手 段からその出力信号を受入れる第１入力と、第２入力と、出力とを有する合成手 段と；上記合成手段の上記出力からの信号に応じて、前のビデオ信号サンプルの 大きさの関数として予測信号を生成する予測手段と； 上記予測信号を上記合成手段の上記第２入力に結合する手段と； 上記合成手段の上記出力からの信号を時間伸長する手段と； を具備して成る受信装置。
12. １２．主パネル画像成分と側部パネル画像成分とを含み、標準テレビジョン画像 の画像アスペクト比よりも大きな画像アスペクト比を有するワイドスクリーン・ テレビジョン型信号を受信するためのシステムにおける、側部パネル画像成分処 理装置であって、 非線形変換特性を有し、上記側部パネル画像成分に応動する振幅伸長手段（２１ ６）と； 上記受信機振幅伸長手段からの出力信号を受入れる第１入力と、第２入力と、出 力とを有する合成手段（２１８）と； 上記合成手段の上記出力からの信号に応動して前のビデオ信号サンプルの大きさ の関数として予測信号を生成する予測手段と； 上記予測信号を上記合成手段の第２入力に結合する手段と； 上記合成手段の上記出力からの信号を時間伸長する手段（４４５）と； を具備して成る側部パネル面像成分処理装置。