JPH0578207B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、サンプリング信号列に信号補間を行
なう予測装置にかかるものであり、特にビデオ信
号の帯域拡張による再生表示画像の高品位化に好
適な予測装置に関するものである。

［従来の技術］ 例えば、NTSC方式のテレビ放送用ビデオ信号
においては、その帯域幅が約4.2MHzに制限され
ている。これは、テレビカメラなどの画像入力装
置による制限ではないため、伝送路の周波数帯域
が拡張されれば品位の高い画像が再生ないし表示
されうる。

これを、ビデオ信号のデイジタルサンプリング
値で検討すると、ナイキストの定理ないし標本化
定理によれば、4.2MHzの帯域幅の信号は
8.4MSPS（メガサンプル／秒）以上でサンプリン
グを行なえば、原信号の情報は保存される。しか
し、伝送周波数帯域が制限されている場合、受信
信号のサンプリング密度をこれ以上増加させても
高品位化は不可能である。

そこで、サンプリング密度はその制限帯域に対
応させることとし、各サンプリング値間において
別の値を推定して補間することによつて合計
16.8MSPS以上の信号列とする。すなわち、サン
プリング密度の倍化を行なつてこれを表示対象と
すれば、再生画像の高品位化が可能である。

従来、このようなサンプリング密度の倍化は、
主として推定すべきサンプルの予測値を、その隣
接サンプル値または周囲のサンプル値の内挿補間
によつて求めることにより実施していた。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、このような従来の手段は、表示
画像の信号に新たな周波数帯域を発生させる形、
別言すれば原信号か失われた周波数帯域を復元す
るようなものではなく、画像の高品位化といつて
も単に見易さが増す程度の効果が期待されるに過
ぎないものである。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたもので、
従来の内挿補間法のかわりに適応型の外挿補間法
を用いて予測推定を行なうことにより、失われた
原信号の周波数帯域を推定して復元して、原信号
の良好な再生を行なうことができる画像の高品位
化に好適な予測装置を提供することを、目的とす
るものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、補間位置から第１の方向に存在する
２実サンプル値を用いてその補間位置に直線外挿
した予測値A1および外挿線の傾きα1を求める第
１の演算処理手段と、補間位置から第１の方向の
逆方向に存在する２実サンプル値を用いてその補
間位置に直線外挿した予測値B1および外挿線の
傾きβ1を求める第２の演算処理手段と、重み付
け係数γ1を前記α1およびβ1の値を考慮して決定
するとともに、その値からA1×γ1＋B1×（１−
γ1）の演算を行なつて第１の方向における予測
サンプル値を求める第３の演算処理手段と、補間
位置から第２の方向に存在する２実サンプル値を
用いてその補間位置に直線外挿した予測値A2お
よび外挿線の傾きα2を求める第４の演算処理手
段と、補間位置から第２の方向の逆方向に存在す
る２実サンプル値を用いてその補間位置に直線外
挿した予測値B2および外挿線の傾きβ2を求める
第５の演算処理手段と、重み付け係数γ2を前記
α2およびB2の値を考慮して決定するとともに、
その値からA2×γ2＋B2×（１−γ2）の演算を行
なつて第２の方向における予測サンプル値を求め
る第６の演算処理手段とを備えたことを特徴とす
るものである。

［作用］ この発明によれば、データが配列される第１の
方向と第２の方向に対して、すなわち二次元方向
に対して各々予測サンプル値の補間が行なわれ
る。

補間の操作は、該当方向および逆方向に各々あ
る２実サンプル値を用いて、補間位置に直線外挿
した予測値とその外挿線の傾きが各々求められ
る。次に、各傾きの値を利用して重み付け係数が
決定され、更にこれを利用した演算により、補間
位置の予測サンプル値が求められる。

［実施例］ 以下、本発明の実施例について、添付図面を参
照しながら説明する。最初に第１図ＡないしＤを
参照しながら、本発明にかかる予測手法の基本的
な原理について説明する。

まず、第１図に示すように、撮像装置（図示せ
ず）から得られた原信号は、同図Ａに曲線LAで
示すようになつており、これが所定の帯域制限を
受けた信号は、同図Ａに曲線LBで示すようにな
つているものとする。更に、この信号LB上のＳ
１，Ｓ２，Ｓ３…は、サンプリング信号である。

例えば、基準レベルないし「０」レベルが同図
Ｂに示す位置であるとすると、実線で示す信号
LBに対して、サンプリング信号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ
３，…は同図に示す大きさとなる。

ここでは、同図Ｄに示すように、実サンプル値
Ｓ２，Ｓ３間にサンプル値SAを予測して挿入し、
実サンプル値Ｓ３，Ｓ４間にサンプル値SBを予
測して挿入する場合を例として説明する。

予測サンプル値SAは、実サンプル値Ｓ１，Ｓ
２の線形外挿または実サンプル値Ｓ３，Ｓ４の線
形外挿で推定し得る。したがつて、予測サンプル
値SAは、これらの両者の重み付け平均値として
定められる。

しかし、本発明では、予測誤りによるノイズ発
生を低減し、かつ欠落した周波数帯域を極力復元
させる簡易な判定方式を採用する必要性から、以
下のように処理することとする。

すなわち、上述した両推定値に対するγおよび
（１−γ）の重み算出の基準として、予測サンプ
ル値SAの外挿推定を行なつた前後各２サンプル
値Ｓ１，Ｓ２方向の外挿線、およびＳ３，Ｓ４方
向の外挿線が各基準方向に対して作り出す傾き
（ないし差分）α，β（同図Ｃ参照）の絶対値を用
いるものとする。

ここでは、｜α｜，｜β｜のうち、小なる実サン
プル値の組による外挿点の重みγを「１」とする
例を同図Ｄに示す。

予測サンプル値SAの場合を例として説明する。
実サンプル値Ｓ１，Ｓ２による傾きαと、実サン
プル値Ｓ３，Ｓ４による傾きβの絶対値を比較す
ると、｜α｜のほうが｜β｜よりも小さい。した
がつて、実サンプル値Ｓ１，Ｓ２側の直線外挿値
が採用され、その重みγは「１」となる。他方、
実サンプル値Ｓ３，Ｓ４側の重み（１−γ）は
「０」となる。

予測サンプル値SBの場合には、同様にして実
サンプル値Ｓ２，Ｓ３による傾きと、実サンプル
値Ｓ４，Ｓ５による傾きの絶対値が各々比較され
る。この場合の傾きの絶対値は、実サンプル値Ｓ
４，Ｓ５側が小さいので、これによる外挿点が重
く扱われる。

以上のような方法で採択された実サンプル値と
予測サンプル値との列は、同図Ｅに示すようにな
る。このように、上述した手法によつて得られた
信号波形は、同図Ａに曲線LBで示した帯域制限
信号よりも高域の周波数成分を含んでおり、原信
号LAに一層近似した波形となつている。

本発明は、以上の予測手法を二次元的に拡張す
ることによつて、サンプリング密度を４倍化しよ
うとするものである。これを第２図を参照しなが
ら説明すると、同図に丸印で示すＳ１０〜１８が
実サンプル値を表わすものとする。これらの実サ
ンプル値Ｓ１０〜１８は、二次元状に交互に、別
言すれば市松状の配置を有する画素ないし絵素に
各々相当する。

上述した手法によれば、実サンプル値Ｓ１２〜
Ｓ１５から予測サンプル値Saを算出することが
できる。同様にして、実サンプル値Ｓ１０，Ｓ１
３，Ｓ１６，Ｓ１８から予測サンプル値Sbを算
出することができる。更に、実サンプル値Ｓ１
１，Ｓ１４，Ｓ１６，Ｓ１７から予測サンプル値
Scを算出することができる。

以上のようにな操作を行なうと、画面の水平走
査方向、垂直走査方向ともにサンプル密度が倍化
され、画像全体としては画素の４倍化が行なわれ
ることとなり、高品位の画像を実現することが可
能となる。

次に、第３図ないし第５図を参照しながら、本
発明にかかる予測装置の一実施例について説明す
る。なお、第３図にはデータシフト部、第４図に
は予測サンプル値の外挿推定部、第５図にはデー
タ出力部が各々示されている。

第３図において、入力端子１０は、シフトレジ
スタ１２、水平遅延回路１４の入力側に各々接続
されている。そして、シフトレジスタ１２の出力
側には、シフトレジスタ１６，１８，２０が各々
直列に接続されている。更に、水平遅延回路１４
の出力側には、シフトレジスタ２２，２４，２６
が各々直列に接続されており、他の水平遅延回路
２８の入力側も接続されている。

この水平遅延回路２８の出力側には、シフトレ
ジスタ３０〜４０が各々直列に接続されており、
他の水平遅延回路４２の入力側も接続されてい
る。そして、この水平遅延回路４２の出力側に
は、シフトレジスタ４４〜５２が各々直列に接続
されている。これらのうち、シフトレジスタ１
６，２０，２６，３２，３６，４０，４４，５
２、水平遅延回路２８の出力Ｓ１０〜Ｓ１８（第
２図参照）が、第４図に示す外挿推定部に対する
入力となり、一部は第５図に示すデータ出力部に
対する入力となる。

次に、第４図において、外挿推定部６０，６
２，６４は、同一の構成となつており、それらの
入力側には、上述した第３図の装置の出力側が
各々接続されている。これらのうち、外挿推定部
６０を例として説明すると、実サンプル値Ｓ１２
〜Ｓ１５は、外挿推定値算出機６６，６８に各々
入力されるようになつている。これらの外挿推定
値算出機６６，６８の出力側には、傾き比較機７
０、推定値選択機７２の入力側が各々接続されて
おり、更に傾き比較機７０の出力側は推定値選択
機７２の他の入力側に接続されている。これらの
外挿推定部６０，６２，６４の出力側は、第５図
に示すデータ出力部の入力側に接続されている。

次に、第５図において、上述した第４図の外挿
推定部６０，６２，６４の出力側は、倍速シフト
レジスタ７４，７６，７８の入力側に各々接続さ
れており、上述した第３図のシフトレジスタ３６
の出力側は、倍速シフトレジスタ８０の入力側に
接続されている。倍速シフトレジスタ８０，７６
の出力側は、切換機８２，８４の入力側に各々接
続されており、これらの切換機８２，８４の出力
側には、ラインメモリ８６〜９２が各々二つづつ
接続されている。

そして、ラインメモリ８６〜９２の出力側は、
マルチプレクサ９６の入力側に接続され、このマ
ルチプレクサ９６の出力側は、Ｄ／Ａコンバータ
９８を介して倍スキヤンモニタ１００の入力側に
接続されている。

これらのうち、まず第３図に示す装置におい
て、入力端子１０には、外部から帯域制限されて
伝送された画像信号の量子化サンプル値列が入力
されるようになつている。また、水平遅延回路１
４，２８，４２は、入力画像信号に対し、１水平
走査期間分遅延させてその出力を行なうものであ
る。

次に、第４図に示す装置において、外挿推定値
算出機６６，６８は、入力された２つの実サンプ
ル値による傾きの絶対値および外挿推定値を各々
逆方向から算出して出力するもので、傾きの絶対
値は傾き比較機７０に入力され、外挿推定値は推
定選択機７２に入力されるようになつている。

また、第５図に示す装置において、ラインメモ
リ８６〜９２は、倍スキヤンモニタ１００におけ
る１水平走査分に相当する倍密度サンプルデータ
を保持するものである。更に、これらのラインメ
モリ８６〜９２は交互に駆動され、例えば第２図
のサンプル値Ｓ１２，Ｓ１３，Sa，Ｓ１４など
が含まれる水平走査ライン上の画像データがライ
ンメモリ８６に格納されたとすると、ラインメモ
リ９０にはサンプル値Sb，Scなどが含まれる水
平走査ライン上の画像データが格納される。

そして、これらの画像データが読出されるとき
には、次のラインの画像データがラインメモリ８
８，９２に各々格納されるようになつている。こ
れらのラインメモリに対する画像データの格納は
切換機８２，８４によつて制御され、ラインメモ
リからの画像データの読み出しはマルチプレクサ
９６によつて制御されるようになつている。

次に、以上のように構成された実施例の動作に
ついて、上述した第２図の場合を例として説明す
る。

今、例えば8.4MSPSによる量子化サンプル値
（たとえば８ビツト）が、すなわち第２図の実サ
ンプル値Ｓ１０，Ｓ１２，Ｓ１３，……が入力端
子１０に到来したとする。これらの実サンプル値
は、シフトレジスタ１２，１６，１８……、水平
遅延回路１４，２８，４２を、8.4MHzのクロツ
クで順にシフトする。すると、ある瞬間、第２図
の実サンプル値Ｓ１０，Ｓ１２，Ｓ１３……が第
３図のデータシフト部の出力側に各々表われ、更
に第４図の外挿推定部６０，６２，６４に入力さ
れることとなる。

この場合において、外挿推定部６０を例として
説明すると、外挿推定値算出機６６には実サンプ
ル値Ｓ１２，Ｓ１３が各々入力され、外挿推定値
算出機６８には実サンプル値Ｓ１４，Ｓ１５が
各々入力されることとなる。したがつて、外挿推
定値算出機６６では実サンプル値Ｓ１２，Ｓ１３
による傾きの絶対値および外挿推定値が求めら
れ、外挿推定値算出機６８では実サンプル値Ｓ１
４，Ｓ１５による傾きの絶対値および外挿推定値
が求められる。

次に、これらのうち、傾きの絶対値は、傾き比
較機７０に出力されて比較され、小さいほうの実
サンプル値の組が推定値選択機７２に出力通知さ
れる。

推定値選択機７２では、かかる通知に基づいて
両外挿推定値のうち該当する外挿推定値が予測サ
ンプル値Saとして選択され、これが倍速シフト
レジスタ７４に出力されることとなる。同様に、
外挿推定部６２，６４からは、予測サンプル値
Sb，Scが各々出力され、倍速シフトレジスタ７
６，７８に各々出力される。他方、この時、倍速
シフトレジスタ８０には、シフトレジスタ３６の
出力である実サンプル値Ｓ１３が入力されてい
る。

これらの倍速シフトレジスタ７４〜８０の実サ
ンプル値および予測サンプル値は、8.4MHzの２
倍の16.8MHzのクロツクでシフトされ、切換機８
２，８４を介してラインメモリ８６，９０（ある
いは８８，９２）に各々入力される。そして、ラ
インメモリ８６，９０に各々１水平走査分ないし
１ライン分のサンプル値が倍密度で格納される
と、マルチプレクサ９６によつてそれらの読み出
しが行なわれる。このデータの読み出しは、更に
倍速度で、すなわちラインメモリに対する１ライ
ン分のデータの格納期間に二つのラインメモリの
２ライン分のデータの読み出しが行なわれる。

読み出されたデータ、すなわち第２図に示した
ようにして予測サンプル値の補間が行なわれたデ
ータは、Ｄ／Ａコンバータ９８に順に入力されて
アナログ信号に変換され、更に倍スキヤンモニタ
１００に入力されることとなる。他方、この間、
ラインメモリ８８，９２には、次の読み出し用の
ラインのデータが格納される。

このため、以上の動作が繰り返されると、倍ス
キヤンモニタ１００には、実サンプル値と予測サ
ンプル値とが二次元的に交互に配列された画像デ
ータが入力されることとなる。したがつて、倍ス
キヤンモニタ１００では、より原信号に忠実な広
帯域の信号による表示が行なわれこととなり、高
品位の画像が再生されることとなる。

なお、本発明は、何ら上記実施例に限定される
ものではなく、例えば、上記実施例では重みづけ
係数γを「１」とした場合であるが、それ以外の
値に設定してもよい。また、第３図〜第５図に示
した回路構成も、同様に作用を奏するように、
種々設計変更可能である。

更に、上記実施例では、テレビ画面上における
画素配列に鑑み、三角形の各辺を延長するように
して外挿補間を行なうようにしたが、直行する方
向に、すなわち格子状の方向に行なうようにして
もよい。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、補間位
置の第１の方向に存在する２実サンプル値を用い
てその補間位置に直線外挿した値をＡ，外挿線の
傾きをαとし、第２の方向に存在する２実サンプ
ル値を用いて補間位置に直線外挿した値をＢ、外
挿線の傾きをβとし、また重みづけ係数をγと
し、前記α，βの値を考慮してγを決定するとと
もにＡ×γ＋Ｂ×（１−γ）として予測値を求め、
更にこれらの操作を二次元的に行なうこととした
ので、比較的簡易な構成で、伝送路の帯域制限に
よつて欠落した信号の周波数帯域を、少ない予測
誤りによるノイズ発生で良好に予測復元できると
いう効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本原理の一次元的に示す説
明図、第２図は本発明の基本原理を示す説明図、
第３図〜第５図は本発明の一実施例を示す装置ブ
ロツク図である。 １２，１６，１８……シフトレジスタ、１４，
２８，４２……水平遅延回路、６０，６２，６４
……外挿推定部、６６，６８……外挿推定値算出
機、７０……傾き比較機、７２……推定値選択
機、７４，７６，７８，８０……倍速シフトレジ
スタ、８２，８４……切換機、８６，８８，９
０，９２……ラインメモリ、９６……マルチプレ
クサ、１００……倍スキヤンモニタ、Ｓ１，Ｓ
２，Ｓ３……実サンプル値、Sa，Sb，Sc……予
測サンプル値。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 補間位置の周囲にある実サンプル値を利用し
   て、補間位置の予測サンプル値を求める予測装置
   において、 補間位置から第１の方向に存在する２実サンプ
   ル値を用いてその補間位置に直線外挿した予測値
   A1および外挿線の傾きα1を求める第１の演算処
   理手段と、補間位置から第１の方向の逆方向に存
   在する２実サンプル値を用いてその補間位置に直
   線外挿した予測値B1および外挿線の傾きβ1を求
   める第２の演算処理手段と、重み付け係数γ1を
   前記α1およびβ1の値を考慮して決定するととも
   に、その値からA1×γ1＋B1×（１−γ1）の演算
   を行なつて第１の方向における予測サンプル値を
   求める第３の演算処理手段と、 補間位置から第２の方向に存在する２実サンプ
   ル値を用いてその補間位置に直線外挿した予測値
   A2および外挿線の傾きα2を求める第４の演算処
   理手段と、補間位置から第２の方向の逆方向に存
   在する２実サンプル値を用いてその補間位置に直
   線外挿した予測値B2および外挿線の傾きβ2を求
   めに第５の演算処理手段と、重み付け係数γ2を
   前記α2およびβ2の値を考慮して決定するととも
   に、その値からA2×γ2＋B2×（１−γ2）の演算
   を行なつて第２の方向における予測サンプル値を
   求める第６の演算処理手段と、 を備えたことを特徴とする予測装置。