JPH05207329A - デジタルビデオカメラの信号処理回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 デジタルビデオカメラに於いて、デジタル信
号処理に使用するメモリの容量を減少させ、且つ、上記
デジタル処理回路を簡素化すること。 【構成】 デジタル信号のビット数を非線形のデータ圧
縮回路によって圧縮したのちデジタル信号処理もしくは
メモリへの書込みを行い、その信号処理後もしくはメモ
リから読出した信号を非線形のデータ伸長回路によって
伸長して元のデジタル信号に復元する構成である。ま
た、上記データ圧縮回路及びデータ伸長回路を比較回
路、ビットシフト回路選択回路等の組合わせによって構
成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、撮像素子から得られる
アナログ映像信号をデジタル信号に一旦変換して、電子
ズームや手ブレ補正等のための信号処理をデジタル的に
行うようにしたデジタルビデオカメラに関する。

【０００２】

【従来の技術】ビデオカメラの信号処理をデジタル化し
た場合の利点の一つとして、電子ズームや手ブレ補正等
をデジタルメモリを使用して比較的容易に実現できるこ
とが挙げられる。

【０００３】このような場合、従来は、ＣＣＤ撮像素子
から得るアナログ映像信号をＡ／Ｄ変換器によって８ビ
ットのデジタル信号に変換し、この８ビットのデジタル
信号を各種メモリに格納した後、上記各機能を実現する
ためのデジタル信号処理を行っている。

【０００４】しかしながら、このようなビデオカメラに
於いて、８ビットのデジタル信号に対してガンマ補正等
の所謂非線形処理を行うと、処理後の信号にノイズが目
立つようになる。これは、Ａ／Ｄ変換器の量子化精度の
不足によって発生する映像信号の低レベル部の量子化誤
差が、非線形処理によって拡大されるからである。

【０００５】このような欠点を解消するには、Ａ／Ｄ変
換器にビット数の大きなものを使用して量子化精度を向
上させればよい訳であるが、現在では８ビットよりビッ
ト数の大きいＡ／Ｄ変換器は高価であり、又、それに伴
い前述のような信号処理回路に大きな容量のメモリが必
要になることから、これに代えて次のような方法が提案
されている。それは、特開平２−２３７７８号公報（Ｈ
０４Ｎ５／１４）に示されるように、映像信号の低レベ
ル部に必要な量子化精度を確保するためにアナログ映像
信号をＡ／Ｄ変換前に折線近似により非線形化し、この
非線形化後のアナログ信号をＡ／Ｄ変換して各種デジタ
ル信号処理するようにしたものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
方法に依れば、アナログ回路を構成する素子の温度やバ
ラツキ等による不安定性により各折線特性の境界部が変
動するため、Ａ／Ｄ変換後のデジタル処理によって確実
に線形に復元することは困難であり、上記境界部での画
質劣化を招く。このため、大きな画質劣化を伴うことな
く、デジタル信号のビット数を減少させて、電子ズーム
や手ブレ補正等のデジタル処理を行う際に必要とするメ
モリ容量を大幅に削減することは困難であった。

【０００７】そこで、本発明はこのような欠点を解消し
たデジタルビデオカメラを実現することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明では、アナログ映
像信号をＡ／Ｄ変換して得たデジタル信号をデータ圧縮
回路によって一旦非線形圧縮してビット数を減少させ、
その圧縮された信号に対してデジタル処理回路で線形の
各種デジタル信号処理を行い、そのデジタル処理後の信
号をデータ伸長回路によって非線形伸長して元のビット
数のデジタル信号に復元し、その後、Ｄ／Ａ変換してア
ナログ映像信号に戻すようにした。

【０００９】また、前記データ圧縮回路は、非線形圧縮
特性を折線近似する際の各折線の傾斜に相当するゲイン
をＡ／Ｄ変換後のデジタル信号にそれぞれ与える複数の
ビットシフト回路と、前記デジタル信号を前記各折線の
始点又は終点の入力レベルに相当する複数の閾値と比較
する比較回路と、この比較回路の出力に応じて前記複数
のビットシフト回路の出力信号の一つを選択して導出す
る第１選択回路と、前記比較回路の出力に応じて前記各
折線の出力軸との交点に相当するオフセット値の一つを
選択して導出する第２選択回路と、この第１第２選択回
路の各出力信号を加算して圧縮後のデジタル出力信号を
得る加算回路とから構成される。

【００１０】更に、前記データ伸長回路は、非線形伸長
特性を折線近似する際の各折線の傾斜に相当するゲイン
をそれぞれ与える複数のビットシフト回路と、前記デジ
タル処理回路から出力されるデジタル信号を前記各折線
の始点又は終点の入力レベルに相当する複数の閾値と比
較する比較回路と、この比較回路の出力に応じて前記各
折線の入力軸との交点に相当するオフセット値の一つを
選択して導出する第３選択回路と、この第３選択回路の
出力信号を前記デジタル信号から減算して前記各ビット
シフト回路に入力させる減算回路と、前記比較回路の出
力に応じて前記複数のビットシフト回路の出力信号の一
つを選択して伸長後のデジタル出力信号として導出する
第４選択回路とから構成される。

【００１１】

【作 用】本発明に依れば、アナログ映像信号をＡ／Ｄ
変換してデジタル的に信号処理を行う際に、そのデジタ
ル信号処理の前後で非線形の圧縮／伸長が行われること
により、デジタル信号処理及びそれに使用するメモリへ
の書込み／読出しがビット数の少ないデジタル信号に対
して大きな画質劣化を伴うことなく行われる。

【００１２】また、上記の圧縮／伸長は、乗算器を使用
することなく、ビットシフト回路、比較回路、選択回路
等の安価なデジタル要素回路の組合わせにより非常に簡
単に実現される。

【００１３】

【実施例】図面は本発明の一実施例を示し、図１は本発
明に関係するデジタルビデオカメラの要部ブロック図で
ある。同図に於いて、１はＣＣＤ撮像素子、２はその撮
像素子１からのアナログ映像信号を適当なタイミングで
順次サンプルホールドするサンプルホールド回路であ
り、そのサンプルホールド後の映像信号がＡ／Ｄ変換回
路３で１０ビットのデジタル信号に変換される。このデ
ジタル信号は一方では信号選択回路４に直接入力され、
他方ではデータ圧縮回路５に入力される。

【００１４】前記データ圧縮回路５は、０〜１０２３レ
ベルを表す１０ビットの前記デジタル信号を８ビットの
信号（０〜２５５レベル）に圧縮するために、図２Ａに
示す５本の折線で近似される非線形特性によるレベル圧
縮を行い、その圧縮後の８ビットのデジタル信号が次の
デジタル処理回路６に入力される。このデジタル処理回
路６は、入力された８ビットのデジタル映像信号に対し
て、必要に応じてメモリ７を使用しながら、水平、垂直
補間やＹ／Ｃ（輝度／色）分離或るいは電子ズームや手
ブレ補正等のための、線形の各種デジタル信号処理を行
う。従って、前記メモリ７への書込み及び読出しは何れ
も８ビットのまゝ行われる。そして、このデジタル処理
後の信号がデータ伸長回路８に入力される。

【００１５】前記データ伸長回路８は、入力された８ビ
ットのデジタル信号を元の１０ビットのデジタル信号に
復元するために、先の図２Ａと丁度逆の特性を呈する図
２Ｂの５本の折線で近似される非線形特性によるレベル
伸長を行う。そして、その伸長後の１０ビットのデジタ
ル信号が前記信号選択回路４に入力される。

【００１６】前記信号選択回路は４は、デジタル映像信
号を処理する際に、信号処理の内容によってはレベル圧
縮せずに１０ビットのまゝ行う方がよい場合に、上記デ
ータ圧縮／伸長回路をバイパスするために設けられたも
のであり、必要に応じてＡ／Ｄ変換回路３からの信号と
データ伸長回路８からの信号を選択して導出するように
なっている。

【００１７】図３は前記データ圧縮回路５の具体的構成
を示しており、１０は１０ビットの入力デジタル信号を
図２Ａの圧縮特性を表す５本の折線Ｃ1〜Ｃ5の各始点又
は終点の入力レベルに相当する閾値（96、192、384、768）
と比較する比較回路、１２〜１５は上記各折線の傾斜に
相当するゲイン（1/2、1/4、1/8、1/16）をそれぞれ与える
ビットシフト回路、１６は上記入力デジタル信号の直通
路１１（ゲイン＝１のビットシフト回路）又はビットシ
フト回路１２〜１５のうちの一つの出力信号を前記比較
回路１０の出力に応じて選択して導出する第１選択回
路、１７は上記各折線の出力軸（Ｙ軸）との交点に相当
するオフセット値(0、48、96、144、192）を前記第１選択回
路１５の出力に応じて選択して導出する第２選択回路、
また、１８は上記第１第２選択回路１５、１６の出力信
号をデジタル加算して出力する加算回路である。

【００１８】したがって、図３に於いて、今、例えばレ
ベル１２０を示す１０ビットの入力信号が入力される
と、９６＜１２０＜１９２であるから比較回路１０は第
２の出力を呈し、それによって第１選択回路１５はビッ
トシフト回路１２の出力値６０を出力し、第２選択回路
１６はオフセット値４８を導出する。そして、この各出
力値の加算結果であるレベル１０８の８ビットの信号
（０１１０１１００）が加算回路１８から出力される。
これは図２Ａの圧縮特性の折線Ｃ2を使用してレベル圧
縮が行われたことになる。

【００１９】その他のレベルのデジタル信号が入力され
た場合も、その信号レベルに応じた圧縮特性の折線Ｃ1
〜Ｃ5即ち直通路１１又はビットシフト回路１２〜１５
の出力値とオフセット値が選択されることによって、０
〜１０２３レベルに亘る１０ビットのデジタル信号が０
〜２５５レベルに亘る８ビットのデジタル信号に変換さ
れて出力されることになるのである。

【００２０】次に、図４は図１内のデータ伸長回路８の
具体的構成を示しており、２０は８ビットの入力信号を
図２Ｂの伸長特性を表す５本の折線Ｅ1〜Ｅ5の各始点又
は終点の入力レベルに相当する閾値(96、144、192、240)と
比較する比較回路、２１はこの比較回路２０の出力に応
じて上記各折線の入力軸（Ｘ軸）との交点に相当するオ
フセット値(0、48、96、144、192)の一つを選択して導出す
る第３選択回路、２２はこの選択回路の出力信号を上記
入力信号から減算する減算回路、２４〜２７はこの減算
回路の出力信号に対して上記各折線の傾斜に相当するゲ
イン(2、4、8、16)をそれぞれ与えるビットシフト回路、２
８は前記比較回路２０の出力に応じて前記減算回路２２
からの直通路２３（ゲイン＝１のビットシフト回路）及
び各ビットシフト回路２４〜２７の出力信号のうちの一
つを選択して導出する第４選択回路である。

【００２１】したがって、図４に於いて、今、例えばレ
ベル１０８を示す８ビットの入力信号が入力されると、
９６＜１０８＜１４４であるから比較回路２０は第２の
出力を呈し、それによって第３選択回路２１はオフセッ
ト値４８を導出し、従って、減算回路２２の出力信号は
６０となる。そして、比較回路２０の上記第２の出力に
よって第４選択回路２７はこの信号が入力されたときの
ビットシフト回路２４の１０ビットの出力信号６０×２
＝１２０即ち（０００１１１１０００）を導出する。従
って、図２Ｂの伸長特性の折線Ｅ2を使用してレベル伸
長が行われたことになる。

【００２２】その他のレベルのデジタル信号が入力され
た場合も、その信号レベルに応じた伸長特性の折線Ｅ1
〜Ｅ5即ち直通路２３又はビットシフト回路２４〜２７
の出力値とオフセット値が選択されることによって、０
〜２５３レベルに亘る８ビットのデジタル信号が元の０
〜１０２３レベルに亘る１０ビットのデジタル信号に変
換されて出力されることになるのである。

【００２３】図５Ａは図１のＡ／Ｄ変換回路３の出力信
号が９ビットのときに、その９ビットの信号の最下位桁
に１ビットの０を付加することによって１０ビットの信
号に変換し、この１０ビットの信号を８ビットに非線形
圧縮する場合の圧縮特性を示している。また、図５Ｂは
その８ビットの信号を１０ビットに非線形伸長する場合
の伸長特性を示しており、この圧縮／伸長各特性は何れ
も３本の折線で近似されるようになっている。

【００２４】また、この図５の場合のデータ圧縮回路及
びデータ伸長回路の回路構成は図示しないが、図５Ａ、
Ｂと図３、図４との対比から容易に分かるように、図３
於いてビットシフト回路を１２、１４、１５の３個、オ
フセット値も０、１４４、１９２の３個とし、比較回路
１０の閾値を３８４、７６８の２個とする。また、直通
路１１を削除すればよい。同様に図４に於て、ビットシ
フト回路を２４、２６、２７の３個、オフセット値を
０、１４４、１９２とし、比較回路２０の閾値を１９
２、２４０とし、且つ、直通路２３を削除すればよい。

【００２５】以上は図１に示すようにデータ圧縮回路５
で非線形圧縮したデジタル映像信号に対して前述した線
形の各種デジタル処理を施したのち、データ伸長回路８
で非線形伸長して元の信号に復元する場合の実施例を例
にとって説明したが、このような圧縮を行う大きな目的
は、上記デジタル処理の際に使用するメモリ７の容量を
削減することにある。したがって、上記デジタル信号処
理自体は圧縮前の信号に対して行った方が良い場合は、
図６の実施例のように構成（図１との対応部分には同一
番号を付与）してメモリ７の書込み、読出しの前後での
み圧縮、伸長を行えばよい。なお、メモリへの書込み、
読出しも広い意味ではデジタル信号の線形処理になるの
で、本発明ではこのようなメモリへの書込み、読出し動
作も含めて広義では非線形デジタル信号処理と称するこ
とにする。

【００２６】

【発明の効果】本発明に依れば、デジタル信号のビット
数を一旦圧縮して線形のデジタル信号処理を行い、その
デジタル処理後の信号を伸長して元のビット数の信号に
復元するようにしているので、デジタルビデオカメラの
信号処理に必要なメモリの容量を大きな画質劣化を伴わ
ずに削減することができ、また、その圧縮回路及び伸長
回路を簡単な回路構成で実現できるため、ビデオカメラ
のコストダウン及び小型化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の要部を示すブロック図であ
る。

【図２】Ａはそのデータ圧縮回路の特性図、Ｂはデータ
伸長回路の特性図である。

【図３】上記実施例のデータ圧縮回路の具体的構成を示
す回路ブロック図である。

【図４】上記実施例のデータ伸長回路の具体的構成を示
す回路ブロック図である。

【図５】Ａ及びＢはデータ圧縮／伸長の他の例を説明す
るための特性図である。

【図６】本発明の他の実施例の要部を示すブロック図で
ある。

【符号の説明】

５ データ圧縮回路 ６ デジタル処理回路 ７ メモリ ８ データ伸長回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 朝枝 徹 大阪府守口市京阪本通２丁目18番地 三洋 電機株式会社内 (72)発明者 山本 徹 大阪府守口市京阪本通２丁目18番地 三洋 電機株式会社内 (72)発明者 川上 聖肇 大阪府守口市京阪本通２丁目18番地 三洋 電機株式会社内 (72)発明者 宅間 正男 大阪府守口市京阪本通２丁目18番地 三洋 電機株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 撮像素子から得るアナログ映像信号をＡ
   ／Ｄ変換してデジタル処理を行った後、Ｄ／Ａ変換して
   カメラ映像出力信号を取り出すようにしたデジタルビデ
   オカメラに於いて、前記Ａ／Ｄ変換後のデジタル信号の
   ビット数を非線形圧縮するデータ圧縮回路と、このデー
   タ圧縮回路の出力信号に対して線形のデジタル処理を行
   うデジタル処理回路と、このデジタル処理回路の出力信
   号のビット数を非線形伸長するデータ伸長回路とを備
   え、このデータ伸長回路のデジタル出力信号をＤ／Ａ変
   換するようにしたことを特徴とするデジタルビデオカメ
   ラの信号処理回路。
2. 【請求項２】 前記データ圧縮回路は、非線形圧縮特性
   を折線近似する際の各折線の傾斜に相当するゲインをＡ
   ／Ｄ変換後のデジタル信号にそれぞれ与える複数のビッ
   トシフト回路と、前記デジタル信号を前記各折線の始点
   又は終点の入力レベルに相当する複数の閾値と比較する
   比較回路と、この比較回路の出力に応じて前記複数のビ
   ットシフト回路の出力信号の一つを選択して導出する第
   １選択回路と、前記比較回路の出力に応じて前記各折線
   の出力軸との交点に相当するオフセット値の一つを選択
   して導出する第２選択回路と、この第１第２選択回路の
   各出力信号を加算して圧縮後のデジタル出力信号を得る
   加算回路とからなる請求項１記載のデジタルビデオカメ
   ラの信号処理回路。
3. 【請求項３】 前記データ伸長回路は、非線形伸長特性
   を折線近似する際の各折線の傾斜に相当するゲインをそ
   れぞれ与える複数のビットシフト回路と、前記デジタル
   処理回路から出力されるデジタル信号を前記各折線の始
   点又は終点の入力レベルに相当する複数の閾値と比較す
   る比較回路と、この比較回路の出力に応じて前記各折線
   の入力軸との交点に相当するオフセット値の一つを選択
   して導出する第３選択回路と、この第３選択回路の出力
   信号を前記デジタル信号から減算して前記各ビットシフ
   ト回路に入力せしめる減算回路と、前記比較回路の出力
   に応じて前記複数のビットシフト回路の出力信号の一つ
   を選択し伸長後のデジタル出力信号として導出する第４
   選択回路とからなる請求項１記載のデジタルビデオカメ
   ラの信号処理回路。