JPH05110901A - 画質改善装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ビデオ機器、各種画像処理装置に好適な画質
改善装置である。この発明は、入力信号の傾斜部分の中
点に波形段差を適格に付加することによって、エッジ強
調を観賞者に違和感を与えることなく自然な形で行うこ
とができると共に、デジタル回路化が容易な装置を提供
することを目的としている。 【構成】 入力信号S1、遅延回路１の出力信号S2、遅延
回路２の出力信号S3を信号選択回路７に供給する。信号
S1，S2，S3から、減算器３〜５及び制御信号形成回路６
によって、制御信号Scを得る。信号選択回路７は、制御
信号Scに応じて、供給される３つの信号S1、S2、S3の内
の１つを選択出力して、エッジ強調された出力信号Ｓｏ
を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、テレビジョン（TV）
受像機、ヒデオテープレコーダ（VTR ）、プリンタ等の
各種ビデオ機器、及び、画像データを扱う各種画像処理
装置等に好適な画質改善装置に関する。そして、この発
明は、特にエッジ強調を観賞者に違和感を与えることな
く自然な形で行い、再生画像の鮮鋭度及び解像度を改善
できると共に、デジタル回路化に適した画質改善装置を
提供することを目的としている。

【０００２】

【従来の技術】従来、画質改善のために用いられる輪郭
補正では、２次微分処理によって輪郭補正成分を求め、
この補正成分を元の信号に適量付加していた。この方法
では、輪郭補正成分である２次微分波形が、元の信号の
波形変化部（エッジ部）の中点よりもかなり外側にピー
クを持つ波形となっていた。よって、この２次微分波形
を元の信号に付加すると、プリシュートやオーバーシュ
ートが発生することがあり、再生画像上のエッジに白と
黒の縁どりができるなどの不自然な輪郭補正となること
があった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】この発明が解決しよう
とする課題は、元の信号の波形変化部（エッジ部）の中
点位置に波形段差を付加することによるエッジ強調によ
り、プリシュートやオーバーシュートによる不自然な輪
郭補正を防ぎ、観賞者に対して違和感を与えることな
く、自然な形で鮮鋭度及び解像度を向上させることがで
きると共に、デジタル回路化に適した画質改善装置とす
るには、どのような手段を講じればよいかという点にあ
る。

【０００４】

【課題を解決するための手段】そこで、上記課題を解決
するために本発明は、入力信号である第１の信号を所定
時間遅延させた第２の信号と、前記第２の信号を前記所
定時間遅延させた第３の信号とを出力する遅延回路と、
前記第１の信号から前記第２の信号を減算して得た第４
の信号を出力する第１の減算器と、前記第２の信号から
前記第３の信号を減算して得た第５の信号を出力する第
２の減算器と、前記第４の信号から前記第５の信号を減
算して得た第６の信号を出力する第３の減算器と、前記
第４、第５、及び第６の信号が供給され、前記第４、第
５、及び第６の信号の極性の組合わせに応じて変化す
る、制御信号である第７の信号を出力する制御信号形成
回路と、前記第１、第２、第３、及び第７の信号が供給
され、制御信号である前記第７の信号に応じて、前記第
１、第２、及び第３の信号の内の１つを選択して出力す
る信号選択回路とより構成し、前記信号選択回路は、前
記第４、第５、及び第６の３つの信号の値が同時に正ま
たは同時に負である同極性の値であるとき、前記第３の
信号を出力し、前記第４及び第５の信号の値が同時に正
または同時に負である同極性の値であり、かつ、前記第
６の信号の値が、前記第４及び第５の信号の値の極性と
異なる極性の値のとき、前記第１の信号を出力し、前記
第４、第５、及び第６の３つの信号の値の組合わせが上
記以外の組合わせのとき、前記第２の信号を出力して、
前記入力信号である第１の信号のエッジが強調された出
力信号を得ることを特徴とする画質改善装置を提供する
ものである。

【０００５】

【実施例】図１に、この発明の画質改善装置の一実施例
を示す。また、図２は減算器の特性を示す図、図３は制
御信号形成回路及び信号選択回路の具体的な構成例を示
す図、図４は図１に示した実施例の動作説明図である。
図４では、説明をわかりやすくするために、波形傾斜部
の段差を誇張して表現してある。また、具体的回路例と
してデジタル回路を挙げる場合でも、その動作説明をわ
かりやすくするため、図４では、その回路の信号波形を
アナログ波形として示すものとする。図１において、１
及び２は同一の遅延時間を有する遅延回路、３〜５は減
算器、６は制御信号形成回路、７は信号選択回路であ
る。なお、説明の便宜上、各回路自体の処理時間による
信号の遅れ、及びその遅れを単に補正するためだけに通
常用いられる遅延回路等は、省略するものとする。この
画質改善装置の扱う入力信号としては、各種映像信号、
輝度信号、ＲＧＢ信号等が考えられる。まず、ラインＬ
１から入来する入力信号Ｓ１が、図４（ａ）に示すよう
なバーパルス波形の信号である場合について説明する。
この信号はＴＶ映像信号の輝度信号の一波形例であり、
周波数成分が上限周波数４MHz までに帯域制限されてい
るものとする。入力信号Ｓ１は、遅延回路１に供給され
る。遅延回路１の有する遅延時間Ｔは、

【０００６】

【数１】

【０００７】である。この遅延時間Ｔの値は、ＴＶ映像
信号を量子化し、デジタル系で信号処理する際に通常用
いられる標本化周波数ｆs （ｆs ＝４ｆsc）を基に設定
された値であり、遅延時間Ｔは標本化周期に一致してい
る。ＴＶ映像信号の周波数成分が４MHz までで帯域制限
されている場合には、理想特性から求められる次式のイ
ンパルス応答、

【０００８】

【数２】

【０００９】の半値幅（約150.8nｓ）から、遅延時間Ｔ
の値を次式、

【００１０】

【数３】

【００１１】即ち、半値幅の１／２以下の値に設定する
ことで、この発明の目的は達成される。遅延回路１で、
時間Ｔだけ遅延した出力信号Ｓ２を図４（ｂ）に示す。
次段の遅延回路２は、遅延回路１と同一機能の回路であ
り、供給された信号Ｓ２をさらに時間Ｔだけ遅延した信
号Ｓ３（図４（ｃ）参照）を出力する。減算器３は、入
力信号Ｓ１から遅延回路１の出力信号Ｓ２を減算し、次
式に示す信号Ｓ４を出力する。

【００１２】

【数４】

【００１３】減算器４は、減算器３と同一の機能を有
し、遅延回路１の出力信号Ｓ２から遅延回路２の出力信
号Ｓ３を減算し、次式に示す信号Ｓ５を出力する。

【００１４】

【数５】

【００１５】減算器５も、減算器３と同一の機能を有
し、減算器３の出力信号Ｓ４から減算器４の出力信号Ｓ
５を減算し、次式に示す信号Ｓ６を出力する。

【００１６】

【数６】

【００１７】減算器３〜５のインパルス応答を、図２
（ａ）〜（ｄ）に示す。図示のインパルス応答波形は、
各信号の相対的な時間関係を表しており、信号Ｓ２を基
準としてｔ＝０の原点を定めて表示されている。図２
（ａ）は式（４）に、図２（ｂ）は式（５）に、図２
（ｃ）は式（６）にそれぞれ対応している。図２（ｄ）
は、式（６）に式（４）と式（５）とを代入して得られ
る次式（７）に対応している。

【００１８】

【数７】

【００１９】図２（ｅ），（ｆ）は、図２（ａ）〜
（ｄ）に示すインパルス応答をフーリエ変換して得た周
波数応答の虚数部Ｉ(f) と実数部Ｒ(f)とをそれぞれ示
している。図２（ｅ），（ｆ）中の〜は、それぞれ
図２（ａ）〜（ｄ）の各周波数応答に対応している。

【００２０】

【数８】

【００２１】上記の式（８）及び、図２（ｅ），（ｆ）
は、減算器３，４，５が、信号Ｓ２に対して直交する高
域濾波器として働いていることを表している。但し、減
算器３，４の動作タイミングは、減算器５に対してＴ／
２だけ前後にシフトしている。さらに、式（８）及び、
図２（ｅ），（ｆ）は、減算器３，４，５の各動作を総
合すれば、減算器３，４，５は全体として、信号Ｓ２に
対して同相高域濾波器として働いていることを表してい
る。次段の制御信号形成回路６には、減算器３，４，５
の各出力信号Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６が供給される。そして、
制御信号形成回路６は、信号Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６の極性の
組合わせに応じて、制御信号Ｓｃを形成する。制御信号
Ｓc は、次式（９）に示す３つの信号Ｓc1，Ｓc2，Ｓc3
から成る、ローアクティブ（負論理）のロジック信号で
ある。信号Ｓc1，Ｓc2，Ｓc3の各波形図を図４（ｈ），
（ｉ），（ｇ）に示す。

【００２２】

【数９】

【００２３】以上のように、信号Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６の値
が、共に正または共に負で同極性のとき、信号Ｓc3が０
（Ｌｏｗ）となり、信号Ｓ４，Ｓ５の値が、共に正また
は共に負で同極性であり、かつ、信号Ｓ６の値が信号Ｓ
４，Ｓ５とは異なる極性の値のとき信号Ｓc1が０（Ｌｏ
ｗ）となり、信号Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６の値の組合わせが上
記以外の組合わせのとき、信号Ｓc2が０（Ｌｏｗ）とな
る。

【００２４】制御信号形成回路６を実現する回路例を図
３（ａ）に示す。図３（ａ）において、変換器３−１〜
３−３は、信号Ｓ４〜Ｓ６を、正のときは１、ゼロのと
きは０、負のときは−１に変換し、それを２の補数表示
の２ｂｉｔ化された信号として出力する。各変換器の変
換表を表１に、信号Ｓ４〜Ｓ６の２の補数表示の２ｂｉ
ｔ化された信号を次式（１０）にそれぞれ示す。

【００２５】

【表１】

【００２６】

【数１０】

【００２７】変換器３−１〜３−３は、ＴＴＬ−ＩＣ
や、ＲＯＭなどによるテーブル・ルックアップ方式で実
現できると共に、ＰＬＡ（Programmable Logic Array）
等でも実現できる。３つの変換器出力は、ＡＮＤ回路３
−４〜３−８、ＯＲ回路３−９，３−１０、ＮＡＮＤ回
路３−１１，３−１３、ＮＯＲ回路３−１２を経て、次
式に示す制御信号Ｓc1，Ｓc2，Ｓc3となる。

【００２８】

【数１１】

【００２９】なお、図３（ａ）上では、各信号名Ｓc1，
Ｓc2，Ｓc3は、単なる名称として記載してあるが、上式
（１１）では、その信号の使用目的、動作を明確にする
ため、ローアクティブ（負論理）の論理式で（即ち、バ
ーを付して）、各信号を示している。前述の信号Ｓ４，
Ｓ５，Ｓ６は、高域濾波器の働きをする減算器の出力信
号であるため、一般的にみて、高周波雑音成分を多く含
んでいる危険性がある。こうした雑音成分に対する制御
信号形成回路６の性能を向上させるため、変換器３−１
〜３−３における基準値を、０でなく小さな正の値β
（高周波雑音成分のレベル程度の値）に設定する。そし
て、比較器３−１〜３−３は、信号Ｓ４〜Ｓ６を、βよ
り大のときは１、−β以上β以下のときは０、−βより
小のときは−１に変換し、２の補数表示の２ｂｉｔ化さ
れた信号として出力する。この基準値βの設定により、
制御信号形成回路６は、耐雑音性能が向上する。ここで
図１にもどって、制御信号Ｓｃ（信号Ｓc1，Ｓc2，Ｓc
3）、及び信号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３は、次段の信号選択回
路７に供給される。信号選択回路７は、制御信号Ｓｃに
応じて、信号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３の内の１つの信号を選択
出力する。信号選択回路７の出力Ｓｏは、次式（１２）
に示すものとなる。

【００３０】

【数１２】

【００３１】即ち、信号選択回路７は、制御信号Ｓc1が
０（Ｌｏｗ）のとき、信号Ｓ１を選択出力し、制御信号
Ｓc2が０（Ｌｏｗ）のとき、信号Ｓ２を選択出力し、制
御信号Ｓc3が０（Ｌｏｗ）のとき、信号Ｓ３を選択出力
する。

【００３２】信号選択回路７を実現する回路例を図３
（ｃ）に示す。ブロック３−１４，３−１５，３−１６
はスイッチ回路である。各スイッチ回路３−１４〜３−
１６には、信号Ｓ１〜Ｓ３がそれぞれ供給され、制御信
号Ｓc1〜Ｓc3の内の１つが０（Ｌｏｗ）のとき、その制
御信号が供給されているスイッチ回路がオンとなり、信
号Ｓ１〜Ｓ３の内のどれか１つが、共通化された出力端
子から出力される。各スイッチ回路３−１４〜３−１６
は、同一構成の回路である。図３（ｂ）に、スイッチ回
路３−１４〜３−１６の具体的回路例として、スイッチ
回路３−１４を代表として示す。信号Ｓ１，Ｓｏを８ｂ
ｉｔ，２の補数表示のものとする。ブロック３−２０〜
３−２７は制御端子付のバッファ回路であり、共通化さ
れた制御端子には、制御信号Ｓc1が供給されている。こ
の制御信号Ｓc1が０（Ｌｏｗ）のときに、入力信号Ｓ
１、即ち、Ｓ10（ＬＳＢ）〜Ｓ17（ＭＳＢ）は、そのま
ま出力Ｓｏ（即ち、Ｓ00（ＬＳＢ）〜Ｓ07（ＭＳＢ））
として出力される。制御信号Ｓc1が１（Ｈｉｇｈ）のと
きには、出力はトライステートまたはハイインピーダン
ス状態となる。こうして得られる信号選択回路７の出力
信号Ｓｏ（この画質改善装置の出力）は、図４（ｊ）に
示す波形となる。

【００３３】この出力波形Ｓｏを入力波形Ｓ１と比較す
ると、出力波形Ｓｏは、入力波形Ｓ１の波形変化部（エ
ッジ部）のほぼ中間点に波形段差が付加され、波形傾斜
部の傾斜が急峻となっており、適格にエッジ強調された
波形となっていることがわかる。出力信号Ｓｏを再生す
れば、輪郭補正された画像が得られる。また、この画質
改善装置のエッジ強調処理は、図４（ｊ）に示す出力波
形Ｓｏからもわかるように、従来の輪郭補正のようなプ
リシュート、オーバーシュートなどの原信号の振幅を越
えたエッジ強調処理とならず、原信号の振幅内のエッジ
強調処理である。従って、この画質改善装置を組込んだ
機器を、デジタル回路で構成した場合でもオーバーフロ
ーの問題が発生せず、その機器は、良好な画質改善が行
える。こうして、ラインＬ２から出力される信号Ｓｏ
は、エッジ強調が行われた結果、新たな側波帯成分が形
成され、入力信号Ｓ１が本来有する帯域を越えたスペク
トルが新たに付加された信号となる。この新たなスペク
トルの付加は、等価的に、原信号の解像度が向上したと
の印象を観賞者に与え、画像の鮮鋭度を改善する働きを
している。

【００３４】ここで、信号Ｓｏのエッジ部の急峻さ（エ
ッジ強調の度合）は、エッジ強調前の元の信号における
エッジ部が有する周波数特性に依存している。元の信号
の立上がり部及び立下がり部（エッジ部）が、図４
（ｋ）に示すように、より急峻な傾斜であれば、同図
（ｌ）に示すような強い度合のエッジ強調が行われる。
一方、同図（ｍ）に示すように緩かな傾斜に対しては、
同図（ｎ）に示すような弱い度合のエッジ強調が行われ
る。このように、エッジ強調処理の度合は、入力信号の
周波数に依存し、入力信号と完全な相関関係があるの
で、この画質改善装置は、観賞者に対して違和感を与え
ることなく、自然な形で、鮮鋭度及び解像度を向上させ
ることができる。

【００３５】また、図示した実施例は、複雑な回路構成
で高価な直交高域濾波器及び同相高域濾波器を用いず
に、それら濾波器よりも簡単な回路構成で低コストの減
算器により制御信号Ｓｃを形成でき、適格にエッジ強調
された信号を得ている。従って、本発明者による先の特
許願（出願日 平成３年２月２７日，整理番号 H03000
046 ）に比べて、装置全体の低コスト化を図れる。

【００３６】上記実施例では、入力信号として、上限周
波数４MHz までに帯域制限された輝度信号をあげたが、
本発明の画質改善装置は、ＲＧＢ信号などのベースバン
ド系全ての映像信号及び画像信号を扱うことができる。
また、この画質改善装置は、ＣＧ（コンピュータグラフ
ィックス）画像や、自然画像を扱う画像処理装置にも好
適である。特に、デジタル化された画像データに対して
は、本発明と等価な輪郭補正処理、エッジ強調処理が、
コンピュータを使用したソフトウェア処理によっても実
現でき、本発明は、画像データのソフトウェアによる加
工処理にも応用できる。さらにまた、本発明は、デジタ
ル伝送系の波形歪によって発生するアイパターンの劣化
を改善することにも有効である。

【００３７】

【発明の効果】以上の通り本発明の画質改善装置は、以
下の効果を有する。 （イ）エッジ強調を、入力信号の傾斜部分の中点に波形
段差を適格に付加することにより行い、その結果、入力
信号の有する周波数帯域外の周波数成分が付加された出
力信号が得られるので、再生画像の輪郭補正が行える。 （ロ）従来の輪郭補正のようなプリシュート、オーバー
シュートなどの原信号の振幅を越えたエッジ強調となら
ず、原信号の振幅内のエッジ強調処理である。従って、
この画質改善装置を組込んだ機器を、デジタル回路で構
成した場合でもオーバーフローの問題が発生せず、その
機器は、良好な画質改善が行える。 （ハ）入力信号に対するエッジ強調の度合は、入力信号
の周波数に依存し、入力信号と完全な相関関係があるの
で、この画質改善装置は、観賞者に対して違和感を与え
ることなく、自然な形で、鮮鋭度及び解像度を向上させ
ることができる。 （ニ）複雑な回路構成の濾波器を用いずに、簡単な回路
構成で低コストの減算器により制御信号Ｓｃを形成でき
るので、装置全体の低コスト化が図れる。 （ホ）本発明の各構成要素は、従来の回路を組合わせる
ことによりそれぞれ構成できるので、本発明の画質改善
装置は容易に製造でき、幅広い用途を有するものであ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施例のブロック構成図である。

【図２】減算器の特性を示す図である。

【図３】制御信号形成回路及び信号選択回路の具体的な
構成例を示す図である。

【図４】図１に示した実施例の動作説明図である。

【符号の説明】

１，２ 遅延回路 ３，４，５ 減算器 ６ 制御信号形成回路 ７ 信号選択回路

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成４年２月１２日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２７

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２７】変換器３−１〜３−３は、ＴＴＬ−ＩＣ
や、ＲＯＭなどによるテーブル・ルックアップ方式で実
現できると共に、ＰＬＡ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ
Ｌｏｇｉｃ Ａｒｒａｙ）等でも実現できる。３つの変
換器出力は、ＡＮＤ回路３−４〜３−８、ＯＲ回路３−
９，３−１０、ＮＡＮＤ回路３−１１，３−１２，３−
１３を経て、次式に示す制御信号Ｓｃ１，Ｓｃ２，Ｓｃ
３となる。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２８

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２８】

【数１１】

【手続補正３】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図３

【補正方法】変更

【補正内容】

【図３】

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】入力信号である第１の信号を所定時間遅延
   させた第２の信号と、前記第２の信号を前記所定時間遅
   延させた第３の信号とを出力する遅延回路と、 前記第１の信号から前記第２の信号を減算して得た第４
   の信号を出力する第１の減算器と、 前記第２の信号から前記第３の信号を減算して得た第５
   の信号を出力する第２の減算器と、 前記第４の信号から前記第５の信号を減算して得た第６
   の信号を出力する第３の減算器と、 前記第４、第５、及び第６の信号が供給され、前記第
   ４、第５、及び第６の信号の極性の組合わせに応じて変
   化する、制御信号である第７の信号を出力する制御信号
   形成回路と、 前記第１、第２、第３、及び第７の信号が供給され、制
   御信号である前記第７の信号に応じて、前記第１、第
   ２、及び第３の信号の内の１つを選択して出力する信号
   選択回路とより構成し、 前記信号選択回路は、前記第４、第５、及び第６の３つ
   の信号の値が同時に正または同時に負である同極性の値
   であるとき、前記第３の信号を出力し、 前記第４及び第５の信号の値が同時に正または同時に負
   である同極性の値であり、かつ、前記第６の信号の値
   が、前記第４及び第５の信号の値の極性と異なる極性の
   値のとき、前記第１の信号を出力し、 前記第４、第５、及び第６の３つの信号の値の組合わせ
   が上記以外の組合わせのとき、前記第２の信号を出力し
   て、前記入力信号である第１の信号のエッジが強調され
   た出力信号を得ることを特徴とする画質改善装置。