JPH0738781A - 画質改善装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 各種ビデオ機器等に好適な画質改善装置に関
する。特に波形の変化部即ち波形エッジを急峻化するこ
とで画質を改善するが、観賞者に違和感を与えることな
く自然な形で画質改善を行うことができ、再生画像の鮮
鋭度及び解像度を効果的に改善するための装置を提供す
る。 【構成】 入力信号から一定時間間隔毎の３つの信号値
を遅延回路１−１，１−２で抽出する。抽出した３つの
信号値を連結する信号特性曲線を、余弦項と正弦項と定
数項の和で近似するために、合成器１−３で３つの信号
値を所定比率で合成して定数項を求めると共に、余弦項
及び正弦項の係数値を合成器１−４，１−５で求める。
余弦項及び正弦項の係数値から振幅値及び位相値を合成
器１−６，１−７で求め、位相値を非線形変換し、その
位相値と余弦項の係数値と振幅値とから、入力信号の波
形変化部を急峻化した出力信号を合成器１−８で得る。

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 ）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
波形の変化部即ち波形エッジを急峻化することで画質を
改善するが、観賞者に違和感を与えることなく自然な形
で画質改善を行うことができ、再生画像の鮮鋭度及び解
像度を効果的に改善できる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
による輪郭補正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る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従って、従来の装置で
は、この２次微分波形を元の信号に付加しエッジ強調を
行おうとすると、過度の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、そのため再生画像のエッジに
不自然な白黒の縁どりができるなど、輪郭補正として期
待する程の効果が得られなかった。

【０００４】この発明は、元の信号の波形変化部即ち、
エッジ部の略中点位置にできるだけ滑らかなスロープで
波形を急峻化するための信号成分を付加することでエッ
ジ強調を行い、過度の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、かつ自然な形で鮮鋭度及び解像度を
向上できる画質改善装置を提供することを目的としてい
る。

【０００５】

【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、

【０００６】入力信号から一定時間間隔毎の３つの信号
値を抽出する抽出回路と、

【０００７】抽出した３つの信号値を連結する信号特性
曲線を、余弦項と正弦項と定数項の和で近似するため
に、前記３つの信号値を所定比率で合成して前記定数項
を求めると共に、前記余弦項及び前記正弦項の係数値を
求める第１の合成回路と、

【０００８】前記余弦項の係数値と前記正弦項の係数値
とから振幅値及び位相値を求め、前記位相値を非線形変
換し、その非線形変換した位相値と前記余弦項の係数値
と前記振幅値とから新たな信号特性曲線を求め、入力信
号の波形変化部を急峻化した出力信号を得る第２の合成
回路とより構成したことを特徴とする画質改善装置を提
供するものである。

【０００９】

【実施例】図１はこの発明の画質改善装置の第１実施例
の構成図である。また、図２は第１実施例を更に効果的
に機能させるための追加回路（調整回路）の構成例を示
す図、図３〜図１１は実施例の動作説明図である。

【００１０】動作説明図では、便宜上、簡略化した模擬
的な表現法も採用してある。また、動作機能を実現する
ための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に、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。

【００１１】図１において、１−１は第１の遅延回路、
１−２は第２の遅延回路、１−３は定数項合成器、１−
４は余弦項係数値合成器、１−５は正弦項係数値合成
器、１−６は振幅合成器、１−７は位相合成器、そして
１−８は出力信号合成器である。第１及び第２の遅延回
路１−１，１−２が抽出回路を構成し、定数項合成器１
−３，余弦項係数値合成器１−４，正弦項係数値合成器
１−５が第１の合成回路を構成し、振幅合成器１−６，
位相合成器１−７，出力信号合成器１−８が第２の合成
回路を構成する。

【００１２】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、説明上必要な場合
を除いて省略するものとする。

【００１３】この画質改善装置の扱う入力信号の例とし
ては、テレビジョンの輝度信号、色信号、ＲＧＢ信号等
を想定している。ここでは特に、周波数帯域が４ＭＨｚ
迄のＮＴＳＣ放送方式の映像信号を例として扱うものと
する。

【００１４】まず、ラインＬ１から入来する入力信号ｙ
inが、図４（ａ）に示すような余弦波の場合について説
明する。この余弦波は、周波数ｆ＝２ＭＨｚの輝度信号
の例である。入力信号ｙinは、まず、第１の遅延回路１
−１に供給される。これは遅延時間Ｔが次式で与えられ
る遅延回路である。

【００１５】

【数１】

【００１６】このＴの値は通常ＮＴＳＣ信号を標本化す
る際に使用される標本周期である。遅延回路１−１の出
力はラインＬ２上に出力され、次段の第２の遅延回路１
−２に供給される。この第２の遅延回路１−２の遅延時
間は、上記遅延回路１−１の遅延時間Ｔと同一である。

【００１７】図３（ａ）に２つの遅延回路１−１，１−
２の入出力信号の関係を示す。中心（ｔ＝０）の信号ｙ
0 を基準にして、時間Ｔだけ隔てた左右２つの信号をｙ
_-1及びｙ1 とする（各信号の信号値も信号と同じ符号を
使用する）。信号ｙ0 は第１の遅延回路の出力信号であ
り、信号ｙ_-1は第２の遅延回路の出力信号であり、信号
ｙ1 は第１の遅延回路の入力信号に相当する。以下の動
作説明に使用する波形図はこの信号ｙ0 を時間基準にし
ている。

【００１８】これら３つの信号の信号値を通る特性曲線
を次式で近似する。

【００１９】

【数２】

【００２０】ｙの式の右辺の第１項は余弦項、第２項は
正弦項そして第３項は定数項である。この式の係数値
ａ，ｂ、定数項ｃ、及び変数θを決めるために、前記の
信号値ｙ_-1、ｙ0 、ｙ1 を使用する。この３つの信号値
を数２に代入することで次式が得られる。

【００２１】

【数３】

【００２２】この式の定数ａ、ｂ、ｃを求める処理を行
うのが、次の３つのブロック１−３〜１−５である。

【００２３】定数合成器１−３には３つの信号ｙ_-1、ｙ
1 、ｙ0 が供給され、次式のように混合率ｋ0 、ｋ1 で
加算合成された定数項の値ｃが出力される。

【００２４】

【数４】

【００２５】この定数合成器１−３は加算合成器の機能
を果たしている。ｋ1 の値を1/(2+2 ^1/2 ) にした時の
出力波形図を図４（ｂ）に示す。この混合率の決め方に
ついては、後で説明する。

【００２６】次の余弦項係数値合成器１−４にも３つの
信号ｙ_-1、ｙ1 、ｙ0 が供給され、次式のようにして余
弦項の係数値ａが出力される。

【００２７】

【数５】

【００２８】この数５の式は数４式を数３式の第２式に
代入することで求められる。余弦項係数値合成器１−４
の機能は加減算合成機能である。

【００２９】次の正弦項係数値合成器１−５には信号ｙ
_-1、ｙ1 及び既に求められている定数値ｃとａが供給さ
れ、次式のようにして正弦項の係数値ｂが出力される。

【００３０】

【数６】

【００３１】数６但し書きの混合率の条件は、余弦波の
振幅は１より大きくはならないことから導かれている。
この混合率の条件を満たす例として、ｋ1 ＝1/(2+ 2
^1/2 )の値を用い、動作波形例を描いている。この時は
θ0 ＝１３５゜である。

【００３２】この式は数３の第１式と第３式の和と、既
に求められているｃ及びａからθ0の値を得、数３の第
３式から第１式を減算することなどで求められる。正弦
項係数値合成器１−５の機能は、テーブルルックアップ
方式のＲＯＭなどを使用するディジタル回路などで実現
できる。数４〜数６によって数２の特性式が確定したこ
とになる。

【００３３】次の振幅合成器１−６にはブロック１−４
からの係数値ａとブロック１−５からの係数値ｂとが供
給されている。図３（ｂ）に示すように、係数値ａは余
弦項の係数値であることから横軸に、係数値ｂは正弦項
の係数値であることから縦軸に描いた時の直角三角形か
ら振幅値Ａは次式で求められ振幅合成器１−６から出力
される。

【００３４】

【数７】

【００３５】この振幅合成器１−６の出力波形図は図４
（ｃ）である。振幅合成器１−６の機能もテーブルルッ
クアップ方式のＲＯＭなどを使用するディジタル回路な
どで実現できる。

【００３６】位相合成器１−７にはブロック１−４から
の係数値ａとブロック１−５からの係数値ｂとが供給さ
れている。図３（ｂ）の直角三角形の縦軸と横軸との比
から、位相値φは次式で求められ位相合成器１−７から
出力される。

【００３７】

【数８】

【００３８】位相合成器１−７の出力波形図は図４
（ｄ）である。図ではπ／２の値を１にノーマライズし
て表示してある。このブロックの機能もディジタル回路
によるテーブルルックアップ方式のＲＯＭなどを使用し
て実現できる。

【００３９】出力信号合成器１−８には、数４で求めら
れた定数値ｃ、数５で求められた余弦項係数値ａ、数７
で求められた振幅値Ａ、そして数８で求められた位相値
φが供給され、非線形パラメータαを用いて次式のよう
な出力信号ｚo が合成され、ラインＬ３から出力され
る。

【００４０】

【数９】

【００４１】このように、位相値を０〜１の範囲にノー
マライズした値をα乗した値をπ/2倍し、非線形位相変
換処理を行い余弦項を得、これをＡ倍して係数値ａの極
性を与えたものに定数値ｃを加えた出力信号ｚo を求め
る処理をしている。出力信号合成器１−８の機能もディ
ジタル回路で、テーブルルックアップ方式のＲＯＭなど
を使用して実現できる。

【００４２】非線形パラメータαが２，４，８，１６の
各場合の出力波形図を、図５（ａ），（ｂ），（ｃ），
（ｄ）にそれぞれ示す。入力信号波形図である図４
（ａ）と比較して、図５の何れの波形も傾斜部が急峻化
されていることがわかる。非線形パラメータαの値が大
きくなるにつれて急峻化の度合いが進むことも明かであ
る。多少のプリシュート及びオーバーシュートもある
が、その大きさは信号値の１０数％程度に収まっている
ので、波形急峻化の大きな効果に対して問題になる程の
量ではない。

【００４３】図１に示す実施例での処理を式でまとると
次のようになる。即ち、数１の近似特性式を次式

【００４４】

【数１０】

【００４５】のように変形し、位相値φを次式の非線形
変換処理で、新たな位相値φo

【００４６】

【数１１】

【００４７】を求め、特性式を次式ｚのように変換し、

【００４８】

【数１２】

【００４９】θ＝０でのｚ即ちｚo を数９のように求
め、信号ｙ0 に代えて出力する処理である。

【００５０】図２は図１における出力信号ｚo のエッジ
強調効果を最適化するための調整回路である。減算器２
−１と利得調整器２−２と加算器２−３との３つのブロ
ックで構成される。減算器２−１にはラインＬ３を介し
て出力信号合成器１−８からの信号ｚo とラインＬ２を
介して第１の遅延回路１−１の出力信号ｙ0 が供給され
ており、ｚo からｙ0 を減算し、信号ｈを出力してい
る。

【００５１】

【数１３】

【００５２】この信号ｈは図１の処理で形成されたエッ
ジ強調信号成分である。図６（ａ）に、非線形パラメー
タα＝１６のときの信号ｈの波形図を示す。

【００５３】次段の利得調整器２−２は、前段からの信
号ｈの振幅を調整する。ここで与える利得値をβ（＞
０）とし、振幅調整されたエッジ強調信号を次段の加算
器２−３で前述の入力信号ｙ0 と加算する。得られる最
終出力信号ｚooは次式で与えられ、ラインＬ４を介して
出力される。

【００５４】

【数１４】

【００５５】図６（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、それぞれ
βの値が０．３，０．５，０．７の時の出力信号ｚooの
波形図である。利得βの値は、実際にディスプレーに表
示された画像を観察して、最適なエッジ強調効果が得ら
れるように設定する。

【００５６】図１における波形エッジ強調効果を周波数
領域で観測した時の図を図７に示す。図７（ａ）は図４
（ａ）の入力信号のスペクトル図である。確かに約２Ｍ
Ｈｚの周波数成分が観測される。これに対して図７
（ｂ）は図５（ｄ）、即ち非線形パラメータα＝１６の
時の実施例の出力信号ｚo のスペクトル図である。図７
（ａ）と同じ２ＭＨｚの成分に加えて、その奇数倍の周
波数の高調波成分が観測される。これらの高調波成分が
波形エッジを強調するために新たに付加されたスペクト
ルである。図７（ｃ）はエッジ強調信号成分ｈ（図６
（ａ）参照）のスペクトルである。これが本実施例で、
新たに形成された高調波成分である。図７（ｄ）は利得
β＝０．７の時の最終出力信号ｚoo（図６（ｄ））のス
ペクトルである。図７（ａ）に示す入力に図７（ｃ）の
エッジ強調成分が０．７倍で付加されている。

【００５７】以上が周波数２ＭＨｚの余弦波を入力信号
として加えた時の、図１及び図２に示す実施例の基本動
作の説明であったが、次に、パルスエッジに対して実施
例の装置がどのように働くかを見てみることにする。

【００５８】振幅が１、幅が５μｓｅｃのパルス信号
を、０〜４ＭＨｚの範囲において余弦特性で減衰するロ
ールオフ特性の低域濾波器で帯域制限した信号の波形の
右下がり傾斜部に注目して、波形観察を行うことにす
る。

【００５９】図８、図９、図１０、図１１は、パラメー
タ（α、β）設定も含めて、それぞれ図４、図５、図
６、図７に一対一に対応した、パルス信号入力に対する
各部の出力波形図である。余弦波入力の時と同様に波形
傾斜部が急峻化していることが分かる。非線形パラメー
タαの値が大きくなると、やはりプリシュート及びオー
バーシュートが見られるが、１０数％以内には収まって
いる。これは、従来技術の２次微分を付加する場合に比
べれば、遥かに少ない量であり、適度なプリシュート及
びオーバーシュートならば、画質改善につながる。一
方、波形急峻化は、従来技術を遥かに凌ぐ度合いであ
り、波形急峻化の効果は非常に大きい。また、図１１
（ａ）と（ｂ）を比較（入力と出力とのスペクトルの比
較）して分かることは、パルスエッジに関わる側波帯成
分が、新たに形成され付加されていることである。本来
４ＭＨｚ迄であった信号帯域が１０ＭＨｚ迄拡大されて
いる。

【００６０】３つの信号値を結ぶ特性曲線の定数項を決
める際に、数４式に示すように３つの信号を所定比率で
加算合成しているが、これは定数項を信号の低域成分か
ら得るための処理であり、交流成分である正弦項及び余
弦項の零クロス点の精度を向上させる働きをしている。
定数項を求める際の３つの信号の加算合成比率は、数４
式及び数６式の但し書きで設定可能範囲が明確になって
いるので、使用目的、使用条件に合わせた値を選ぶこと
ができる。

【００６１】以上のように、実施例によるエッジ強調処
理では、入力信号と完全な相関関係があり、かつ自然な
形で滑らかにエッジ強調成分が付加されるので、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、鮮鋭度及び解像度の向上感を抱かせる
ことができる。

【００６２】次に、第２実施例及び第３実施例をそれぞ
れ図１２（ａ），（ｂ）に示す。図１３は図１２に示す
各実施例をさらに効果的に機能させるための追加回路
（調整回路）の構成例を示す図、図１４〜図２４は動作
説明図である。

【００６３】動作説明では、便宜上、簡略化した模擬的
な表現法も採用してある。また、動作機能を実現するた
めの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に、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。

【００６４】図１２（ａ）において、１−１は第１の遅
延回路、１−２は第２の遅延回路、１−３は定数項合成
器、１−１４は双曲余弦関数項係数値合成器、１−１５
は双曲正弦関数項係数値合成器、１−６は振幅合成器、
１−７は位相合成器、そして１−８は出力信号合成器で
ある。第１及び第２の遅延回路１−１，１−２が抽出回
路を構成し、定数項合成器１−３，双曲余弦関数項係数
値合成器１−１４，双曲正弦関数項係数値合成器１−１
５が第１の合成回路を構成し、振幅合成器１−６，位相
合成器１−７，出力信号合成器１−８が第２の合成回路
を構成する。

【００６５】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、説明上必要な場合
を除いて省略するものとする。

【００６６】この画質改善装置の扱う入力信号の例とし
ては、テレビジョンの輝度信号、色信号、ＲＧＢ信号等
を想定している。ここでは特に、周波数帯域が４ＭＨｚ
迄のＮＴＳＣ放送方式の映像信号を例として扱うものと
する。

【００６７】まず、ラインＬ１から入来する入力信号ｙ
inが、図１５（ａ）に示すような余弦波の場合について
説明する。この余弦波は、周波数ｆ＝２ＭＨｚの輝度信
号の例である。入力信号ｙinは、まず第１の遅延回路１
−１に供給される。これは遅延時間Ｔが次式で与えられ
る遅延回路である。

【００６８】

【数１５】

【００６９】このＴの値は通常ＮＴＳＣ信号を標本化す
る際に使用される標本周期である。この遅延回路の出力
はラインＬ２上に出力され、次の第２の遅延回路１−２
に供給される。この第２の遅延回路１−２の遅延時間
は、上記遅延回路１−１の遅延時間Ｔと同一である。

【００７０】図１４（ａ）に２つの遅延回路１−１，１
−２の入出力信号の関係を示す。中心（ｔ＝０）の信号
値ｙ0 を基準にして、時間Ｔだけ隔てた左右２つの信号
ｙ_-1及びｙ1 とする（各信号の信号値も信号と同じ符号
を使用する）。信号値ｙ0 は第１の遅延回路の出力信号
であり、信号ｙ_-1は第２の遅延回路の出力信号であり、
ｙ1 は第１の遅延回路の入力信号に相当する。以下の動
作説明に使用する波形図はこの信号ｙ0 を時間基準にし
ている。

【００７１】これら３つの信号の信号値を結ぶ信号特性
曲線を次式で近似する。

【００７２】

【数１６】

【００７３】ｙの式の右辺の第１項は双曲余弦（hyperb
olic cosine ）関数からなる双曲余弦関数項、第２項は
双曲正弦（hyperbolic sine ）関数からなる双曲正弦関
数項、そして第３項は定数項である。この式の係数値
ａ，ｂ、定数値ｃ、及び変数ｘを定めるために、前記の
信号値ｙ_-1、ｙ0 、ｙ1 を使用する。この３つの信号値
を数１６に代入することで次式が得られる。

【００７４】

【数１７】

【００７５】この式の定数ａ，ｂ，ｃを求める処理を行
うなうのが、第１の合成回路である次の３つのブロック
１−３，１−１４，１−１５である。

【００７６】定数合成器１−３には３つの信号ｙ_-1、ｙ
1 、ｙ0 が供給され、次式のように混合率ｋ0 、ｋ1 で
加算合成された定数項の値ｃが出力される。

【００７７】

【数１８】

【００７８】この定数合成器１−３は加算合成器の機能
を果たしている。混合率の値を次式で与え、

【００７９】

【数１９】

【００８０】ｃの値を３つの信号の平均値とした時の出
力波形図を図１５（ｂ）に示す。

【００８１】次の双曲余弦関数項係数値合成器１−１４
にも３つの信号ｙ-1、ｙ1 、ｙ0 が供給され、次式のよ
うにして係数値ａが出力される。

【００８２】

【数２０】

【００８３】この式は数１８及び数１９を数１７の第２
の式に代入することで求められる。合成器１−１４の機
能は加減算合成機能である。

【００８４】次の双曲正弦関数項係数値合成器１−１５
には信号ｙ_-1、ｙ1 及び既に求められている定数値ｃと
ａが供給され、次式のようにして係数値ｂが出力され
る。

【００８５】

【数２１】

【００８６】この式は数１７の第１式と第３式の和と、
既に求められているｃ及びａからｃｏｓｈｘ0 の値を
得、数１７の第３式から第１式を減算することなどで求
められる。合成器１−１５の機能は、テーブルルックア
ップ方式のＲＯＭなどを使用するディジタル回路などで
実現できる。数１８〜数２１によって数１６の特性式が
確定したことになる。

【００８７】次の振幅合成器１−６にはブロック１−１
４からの係数値ａとブロック１−１５からの係数値ｂと
が供給されている。係数値ａは基準点（ｔ＝０、即ちｘ
＝０）に対して偶関数となる双曲余弦関数項の係数値で
あり、係数値ｂは基準点に対して奇関数となる双曲正弦
関数項の係数値である。一般に偶関数と奇関数は直交関
係にあることから、図１４（ｂ）に示すように、係数値
ａを横軸にとり、係数値ｂを縦軸にとって描いた直角三
角形から、振幅値Ａは次式で求められ出力される。

【００８８】

【数２２】

【００８９】この振幅合成器１−６の出力波形図は図１
５（ｃ）である。振幅合成器１−６の機能もテーブルル
ックアップ方式のＲＯＭなどを使用するディジタル回路
などで実現できる。

【００９０】次の位相合成器１−７にはブロック１−１
４からの係数値ａとブロック１−１５からの係数値ｂと
が供給されている。図１４（ｂ）の直角三角形の横軸と
縦軸の係数値の比から、位相値φは次式で求められ位相
合成器１−７から出力される。

【００９１】

【数２３】

【００９２】この位相合成器１−７の出力波形図は図１
５（ｄ）である。図ではπ／２の値を１にノーマライズ
して表示してある。このブロックの機能もディジタル回
路で、テーブルルックアップ方式のＲＯＭなどを使用し
て実現できる。

【００９３】次の出力信号合成器１−８には、数１８で
求められた定数値ｃ、数２０で求められた係数値ａ、数
２２で求められた振幅値Ａ、そして数２３で求められた
位相値φが供給され、非線形パラメータαを用いて次式
のような出力信号ｚo が合成され、ラインＬ３から出力
される。

【００９４】

【数２４】

【００９５】このように、出力信号合成器１−８は、位
相値を０〜１の範囲にノーマライズした値をα乗した値
をπ/2倍し、非線形位相変換処理を行い余弦項を得、こ
れをＡ倍して係数値ａの極性を与えたものに定数値ｃを
加えた出力信号ｚo を求める処理をしている。合成器１
−８の機能もディジタル回路で、テーブルルックアップ
方式のＲＯＭなどを使用して実現できる。

【００９６】非線形パラメータαが２，４，８，１６の
各場合の出力波形図を、図１６（ａ），（ｂ），
（ｃ），（ｄ）にそれぞれ示す。入力信号波形図である
図１５（ａ）と比較して、図１６の何れの波形も傾斜部
が急峻化されていることがわかる。非線形パラメータα
の値が大きくなるにつれて急峻化の度合いが進むことも
明かである。

【００９７】図１２（ａ）に示す第２実施例での処理を
式でまとめると次のようになる。即ち、数１５の近似特
性式を次式

【００９８】

【数２５】 のように変形し、位相値φを次式の非線形変換処理で、
新たな位相値φo

【００９９】

【数２６】

【０１００】を求め、特性式を次式ｚのように変換し、

【０１０１】

【数２７】

【０１０２】ｘ＝０でのｚ、即ちｚo を数２４のように
求め、信号ｙ0 に代えて出力する処理である。

【０１０３】図１３は図１２における出力信号ｚo のエ
ッジ強調効果を最適化するための調整回路である。減算
器２−１と利得調整器２−２と加算器２−３の３つのブ
ロックで構成される。減算器２−１にはラインＬ３を介
して出力信号合成器１−８からの信号ｚo とラインＬ２
を介して第１の遅延回路１−１からの信号ｙ0 が供給さ
れており、ｚo からｙ0 を減算し、信号ｈを出力してい
る。

【０１０４】

【数２８】

【０１０５】この信号ｈは図１２に示す回路における処
理で形成されたエッジ強調信号成分である。図１７
（ａ）に、非線形パラメータα＝１６のときの信号ｈの
波形図を示す。

【０１０６】次段の利得調整器２−２は、前段からの信
号ｈの振幅を調整する。ここで与える増幅率をβ（＞
０）とし、振幅調整されたエッジ強調信号を次段の加算
器２−３で前述の入力信号ｙ0 と加算する。得られる最
終出力信号ｚooは次式で与えられ、ラインＬ４を介して
出力される。

【０１０７】

【数２９】

【０１０８】図１７の（ｂ），（ｃ），（ｄ）は、それ
ぞれβの値が２，３，５の時の出力信号ｚooの波形図で
ある。このβの値は、実際にディスプレーに表示された
画像を観察して、最適なエッジ強調効果が得られるよう
に設定する。

【０１０９】図１２（ａ）の第２実施例における波形エ
ッジ強調効果を周波数領域で観測した時の図を図１８に
示す。図１８（ａ）は図１５（ａ）の入力信号のスペク
トル図である。約２ＭＨｚの周波数成分が観測される。
これに対して図１８（ｂ）は図１６（ｄ）、即ち非線形
パラメータα＝１６の時の実施例の出力信号ｚo のスペ
クトル図である。図１８（ａ）と同じ２ＭＨｚの成分に
加えて、その奇数倍の周波数の高調波成分が観測され
る。これらの高調波成分が波形エッジを強調するために
新たに付加されたスペクトルである。図１８（ｃ）はエ
ッジ強調信号成分ｈ（図１７（ａ）参照）のスペクトル
図である。これが本実施例で新たに形成された高調波成
分である。図１８（ｄ）は増幅率β＝３の時の最終出力
信号ｚoo（図１７（ｄ））のスペクトル図である。図１
８（ａ）に示す入力に図１８（ｃ）のエッジ強調成分が
３倍されて付加されている。このように、第２実施例の
処理ではエッジ強調成分がやや小さめに付加されるの
で、図１３の利得調整器で増幅率βの値を１より大きな
値に設定して増幅し、所用の特性を得る必要がある。

【０１１０】以上が周波数２ＭＨｚの余弦波を入力信号
として加えた時の、図１２（ａ）及び図１３に示す実施
例の基本動作の説明であるが、次に、パルスエッジに対
して、どのように働くかを見てみることにする。振幅が
１、幅が５μｓｅｃのパルス信号を、０〜４ＭＨｚの範
囲において余弦特性で減衰するロールオフ特性の低域濾
波器で帯域制限した波形の右下がり傾斜部に注目して、
波形観察を行うことにする。

【０１１１】図１９、図２０、図２１、図２２はパラメ
ータ（α、β）設定も含めて、それぞれ図１５、図１
６、図１７、図１８に一対一に対応したパルス信号入力
に対する各部の出力波形図である。余弦波入力の時と同
様に波形傾斜部が急峻化していることが分かる。また、
図２２（ａ）と（ｄ）を比較して分かることは、パルス
エッジに関わる側波帯成分が、新たに形成され付加され
ている。本来４ＭＨｚ迄であった信号帯域が１０ＭＨｚ
以上迄拡大されている。

【０１１２】次に、入力信号が次式のように周波数帯域
４ＭＨｚ迄平坦なスペクトル成分を持つパルス信号（ｓ
ｉｎｃ関数）の場合の応答を調べてみることにする。

【０１１３】

【数３０】

【０１１４】図２３（ａ）が入力信号波形図である。図
２３（ｂ）がα＝１６、β＝１の時の、ラインＬ４から
の出力信号ｚoo（ｚo ）の波形図である。図２３（ｃ）
がα＝１６、β＝２の時のｚooの波形図であり、図２３
（ｄ）がα＝１６、β＝３の時のｚooの波形図である。
このようにリンギングのある複雑な波形に対しても、波
形変化部を正確に捉えて急峻化処理が行われていること
が分かる。

【０１１５】図２４はこのｓｉｎｃ関数の入出力信号の
違いを周波数領域で比較したものである。図２４（ａ）
は図２３（ａ）と同じ周波数帯域４ＭＨｚのｓｉｎｃ
（ｘ）パルスの波形図であり、入力信号である。図２４
（ｂ）はその周波数スペクトルである。図２４（ｃ）が
図２３（ｃ）と同じα＝１６、β＝２の時の出力信号ｚ
ooの波形図である。図２４（ｄ）がその周波数スペクト
ルである。このエッジ強調処理で付加されたスペクトル
成分は、前述の単一余弦波やパルスの時よりもかなり複
雑な高調波が含まれているように見えるが、基本原理は
同じであり、波形変化部の奇数次の高調波が新たに形成
され合成された結果、このような一見複雑なスペクトル
になるものと考えられる。

【０１１６】次に、図１２（ｂ）に示す第３実施例につ
いて説明する。図１２（ａ）に示した第２実施例の説明
の中で導いた係数値ａ，ｂ、そして定数値ｃを求める
式、数２０、数２１、数１８を見ると、これらの式には
次式のような１次差分値

【０１１７】

【数３１】

【０１１８】と、次式のような２次差分値が

【０１１９】

【数３２】

【０１２０】含まれていることが分かる。このｄ1 を係
数ｋ1 倍したものが係数ａであり、ｄ0 を係数ｋ1 など
で形成された値で定数倍したものが係数ｂであり、定数
ｃは基準値ｙ0 と係数ｋ1 とｄ1 から求められる。これ
らの特徴を捉えて、図１２（ａ）に示す第２実施例と機
能は全く同じであるが、構成を変えたものが、図１２
（ｂ）に示す第３実施例である。

【０１２１】図１２（ｂ）でブロックｂ−１，ｂ−２
は、それぞれ図１２（ａ）のブロック１−１と１−２と
同じ遅延回路である。ブロックｂ−３は数３１に示した
１次差分値ｄ0 を求める回路であり、ブロックｂ−４は
数３２に示した２次差分値ｄ1を求める回路である。ブ
ロックｂ−５では数２２の振幅Ａを次式のように置き換
えて、Ａを求めている。

【０１２２】

【数３３】

【０１２３】ブロックｂ−６では数２３の位相φを次式
のように置き換えて求めている。

【０１２４】

【数３４】

【０１２５】次のブロックｂ−７では数２４の出力ｚo
を次式のように置き換えて、ｚo を求めている。

【０１２６】

【数３５】

【０１２７】図１２（ａ）と（ｂ）とのどちらの構成法
を採用するかは、設計者の考え方次第で決まるものと考
える。

【０１２８】ここで、前述したように、３つの信号値を
結ぶ特性曲線の定数項を決める際に、３つの信号を所定
比率で加算合成しているが、これは定数項を信号の低域
成分から得るための処理であり、交流成分である双曲余
弦関数項と双曲正弦関数項の零クロス点の精度を向上さ
せる働きをしている。定数項を求める際の３つの信号の
加算合成比率は、数１８の但し書きで設定可能範囲が明
確になっているので、使用目的、使用条件に合わせた値
を選ぶことができる。

【０１２９】以上のように、実施例によるエッジ強調処
理では、入力信号と完全な相関関係があり、かつ自然な
形で滑らかにエッジ強調成分が付加されるので、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、鮮鋭度及び解像度の向上感を抱かせる
ことができる。

【０１３０】上記した各実施例の各ブロックは、周知の
回路や市販のＩＣ等を用いて簡単に構成できるので、装
置全体は低コストで実現できる。

【０１３１】なお、上記各実施例では、入力信号例とし
て、テレビジョンの輝度信号を用いたが、本発明の画質
改善装置は色信号やＲＧＢ信号などにも適用できる。ま
た、ディジタル化された画像データに対しても、本発明
と等価な輪郭補正処理、エッジ強調処理、拡大縮小画像
データに対する同様の処理などを、コンピュータを使用
したソフトウェア処理によって実現でき、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こ
とになる。さらに、この発明は、ＮＴＳＣからＨＤＴＶ
に至る各種の放送方式、これらの信号を記録再生するＶ
ＴＲ、また各種のコンピュータ画像など、低解像度から
高解像度の再生画像の画質の均一化に特に効果がある。
また、一般のデジタル伝送通信系の波形劣化を改善する
ことにも有効である。

【０１３２】本発明者は、本発明と同様の目的の出願を
以前にも行っている。例えば、特願平３−３１３６０５
の画質改善装置（平成３年１０月３１日出願，整理番号
Ｈ０３０００８７０）や、特願平３−３６０６１６の波
形補正装置（平成３年１２月２７日出願，整理番号Ｈ０
３００１０９３）があるが、これら先の出願では直交及
び同相高域濾波器の合成振幅及び合成位相値を求め、合
成位相値の非線形変換などにより、エッジ強調成分を求
めて、画質改善を行っている。これに対し本発明は、２
つの高域濾波器などを使用せずに、同様の効果を簡単な
手段で得ることを狙いとしており、より実用性の高い発
明である。

【０１３３】

【発明の効果】以上の通り本発明の画質改善装置は、下
記の効果を有する。

【０１３４】（イ）入力信号の内の所定時間（Ｔ）毎の
隣接する３つの信号値を結ぶ特性曲線を余弦項（または
双曲余弦関数項）、正弦項（または双曲正弦関数項）、
及び定数項の和で近似することによって、入力信号の波
形変化部（エッジ）の情報を求める。そして、余弦項と
正弦項の係数値（または双曲余弦関数項と双曲正弦関数
項の係数値）の比率から得られる位相値を非線形変換処
理して、エッジを急峻化するための強調信号を合成し、
そのエッジ強調信号を入力信号に付加し、入力信号の傾
斜部の略略中央部を急峻化できる。これによって、入力
信号の有する周波数帯域外の周波数成分を入力信号に付
加でき、エッジが強調され、輪郭が強調された出力信号
を得ることができる。

【０１３５】（ロ）３つの信号値を結ぶ特性曲線の定数
項を求める際に、３つの信号値を所定比率で加算合成し
ているが、これは定数項を信号の低域成分から得るため
の処理であり、正弦項及び余弦項（または双曲余弦関数
項と双曲正弦関数項）を効果的に機能させる働きをして
いる。さらに、前記加算合成の比率の設定可能範囲が明
確にされているので、使用状況に応じて比率を調整する
場合に調整作業が容易となる。

【０１３６】（ハ）２次微分を用いる従来の輪郭補正の
ような、原信号の振幅を遥かに越えたプリシュート、オ
ーバーシュートの付くエッジ強調に対して、本発明は原
信号の振幅内の波形変化に極力押え込むことができるエ
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、良好な画質改善が行える。

【０１３７】（ニ）入力信号に対する波形エッジ強調の
度合は入力信号の含有周波数に依存すると共に、その度
合は、振幅情報と位相情報を含めて完全な相関関係が保
たれている。また、このエッジ強調成分は波形変化部を
滑らかに急峻化させる。従って、処理後の画質は観賞者
に対して違和感を与えることなく、自然な形で鮮鋭度及
び解像度の向上感を抱かせることができる。

【０１３８】（ホ）エッジ強調成分を分離し、その振幅
を調整する機能を追加した場合には、使用者は、実際の
再生画像を観察しながら好みに応じて最適な画質改善状
態を得ることができる。さらに、プリシュート、オーバ
ーシュートの効果を生かし、従来よりも細いプリシュー
ト、オーバーシュートを付けエッジ強調を行うこともで
きる。

【０１３９】（ヘ）本発明の画質改善装置における各構
成要素は、市販のＩＣ等の汎用部品を用いて、簡単な回
路構成で実現できるので、この画質改善装置は、装置全
体が低コストであると共に、容易に製造でき、さらに、
幅広い用途を有しているので工業上有効、有益である。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例のブロック構成図である。

【図２】第１実施例に追加する調整回路の構成図であ
る。

【図３】第１実施例の動作説明図である。

【図４】第１実施例の動作説明図である。

【図５】第１実施例の動作説明図である。

【図６】第１実施例の動作説明図である。

【図７】第１実施例の動作説明図である。

【図８】第１実施例の動作説明図である。

【図９】第１実施例の動作説明図である。

【図１０】第１実施例の動作説明図である。

【図１１】第１実施例の動作説明図である。

【図１２】第２及び第３実施例のブロック構成図であ
る。

【図１３】第２実施例に追加する調整回路の構成図であ
る。

【図１４】第２実施例の動作説明図である。

【図１５】第２実施例の動作説明図である。

【図１６】第２実施例の動作説明図である。

【図１７】第２実施例の動作説明図である。

【図１８】第２実施例の動作説明図である。

【図１９】第２実施例の動作説明図である。

【図２０】第２実施例の動作説明図である。

【図２１】第２実施例の動作説明図である。

【図２２】第２実施例の動作説明図である。

【図２３】第２実施例の動作説明図である。

【図２４】第２実施例の動作説明図である。

【符号の説明】

１−１ 第１の遅延回路 １−２ 第２の遅延回路 １−３ 定数項合成器 １−４ 余弦項係数値合成器 １−５ 正弦項係数値合成器 １−６ 振幅合成器 １−７ 位相合成器 １−８ 出力信号合成器

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】入力信号から一定時間間隔毎の３つの信号
   値を抽出する抽出回路と、 抽出した３つの信号値を連結する信号特性曲線を、余弦
   項と正弦項と定数項の和で近似するために、前記３つの
   信号値を所定比率で合成して前記定数項を求めると共
   に、前記余弦項及び前記正弦項の係数値を求める第１の
   合成回路と、 前記余弦項の係数値と前記正弦項の係数値とから振幅値
   及び位相値を求め、前記位相値を非線形変換し、その非
   線形変換した位相値と前記余弦項の係数値と前記振幅値
   とから新たな信号特性曲線を求め、入力信号の波形変化
   部を急峻化した出力信号を得る第２の合成回路とより構
   成したことを特徴とする画質改善装置。
2. 【請求項２】請求項１記載の画質改善装置において、前
   記第２の合成回路の出力信号と前記入力信号との差から
   エッジ強調信号を求め、そのエッジ強調信号の振幅を調
   整し、前記入力信号に振幅調整したエッジ強調信号を合
   成して新たな出力信号を得る調整回路を設けたことを特
   徴とする画質改善装置。
3. 【請求項３】入力信号から一定時間間隔毎の３つの信号
   値を抽出する抽出回路と、 抽出した３つの信号値を連結する信号特性曲線を、双曲
   余弦関数項と双曲正弦関数項と定数項の和からなる双曲
   線関数で近似するために、前記３つの信号値を所定比率
   で合成して前記定数項を求めると共に、前記双曲余弦関
   数項及び双曲正弦関数項の係数値を求める第１の合成回
   路と、 前記双曲余弦関数項の係数値と前記双曲正弦関数項の係
   数値とから振幅値及び位相値を求め、前記位相値を非線
   形変換し、その非線形変換した位相値と前記双曲余弦関
   数項の係数値と前記振幅値とから新たな信号特性曲線を
   求め、入力信号の波形変化部を急峻化した出力信号を得
   る第２の合成回路とより構成したことを特徴とする画質
   改善装置。
4. 【請求項４】請求項３記載の画質改善装置において、前
   記第２の合成回路の出力信号と前記入力信号との差から
   エッジ強調信号を求め、そのエッジ強調信号の振幅を調
   整し、前記入力信号に振幅調整したエッジ強調信号を合
   成して新たな出力信号を得る調整回路を設けたことを特
   徴とする画質改善装置。