JPH0752925B2

JPH0752925B2 - ビデオ信号処理装置

Info

Publication number: JPH0752925B2
Application number: JP61105389A
Authority: JP
Inventors: ウィリアムエイモスデビッドモーガン; ジョンヘドリーデビッド
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1985-05-08
Filing date: 1986-05-08
Publication date: 1995-06-05
Anticipated expiration: 2010-06-05
Also published as: CA1254650A; JPS62283784A; EP0205252A1; DE3665639D1; US4682217A; EP0205252B1

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、ビデオ信号処理装置、詳しくは高鮮明度ビデ
オ・システムの特殊効果装置に用いて好適のビデオ信号
処理装置に関するものであるが、必ずしもこれに限定さ
れない。

〔発明の概要〕

本発明は、入力２次元映像を３次元面に投影したときに
得られる視覚効果と同じ効果を出すため、ビデオ信号を
各々がＸ及びＹ座標値をもつ入力画素アドレスを有する
デジタル化されたサンプル値に変え、上記効果を出すと
き各入力画素アドレスが動かされる３次元面上のそれぞ
れの画素アドレスに対応するＸ及びＹのスケール乗算並
びにＺ座標値をマッピング・メモリに記憶し、各入力画
素アドレスのＸ及びＹ座標値にこれに対応するＸ及びＹ
スケール乗数を乗じ、その結果得られるスケールされた
Ｘ及びＹ座標値とそれに対応するＺ座標値を遠近変換装
置に供給して、上記効果に対応する出力Ｘ及びＹ座標値
を導出するようにしたものである。

〔従来の技術〕

英国における放送標準テレビジョン信号は625ライン／
フレーム、50フィールド／秒のPAL方式信号であるが、
他の国のPAL、NTSC及びSECAM放送信号は、同様かやや低
いライン周波数（例えば525ライン／フレーム）及び同
様かやや高いフィールド周波数（例えば60フィールド／
秒）を使用している。これらの放送信号に大きな変化が
起こる見通しは今のところないが、もっと高鮮明度のビ
デオ・システムを求める傾向は増えつつある。このよう
なシステムは、例えば閉回路テレビジョン・システム、
衛星通信システム及び一般のスタジオにおけるフィルム
・メーキングに使用できる。かような高鮮明度ビデオ・
システムの１として、1125ライン／フレーム及び60フィ
ールド／のものが提案された。この提案システムは、現
在テレビジョン受像機に用いられている縦横比4:3の画
面の代わりに、縦横比5:3のものを使用するものであ
る。

ビデオ信号に適用可能な特殊効果は、よく知られてい
る。例えば、陰極線管面の映像は２又は３次元において
オフセット（任意方向に移動）でき、スケール（拡大又
は縮小）でき、ロール（回転）できる。

かような特殊効果を得る１つの方法を述べると、入力ア
ドレス・ビデオ信号を各々が画素アドレスをもつサンプ
ル値にデジタル化し、それら個々の画素アドレスを必要
な特殊効果を得るように修正し、この修正した画素アド
レスにおけるサンプル値をフィールド・メモリに記憶
し、このフィールド・メモリより上記サンプル値を読出
して必要な出力アナログ信号に再変換している。

特殊効果装置によって得られる効果は、一般に２つのタ
イプに分けられる。１つは、映像面を曲げたり捻ったり
しない直線的な効果であり、３次元にも適用しうる。も
う１つは映像を３次元面に投影して画像面を歪ませる非
直線的効果である。３次元直線的効果の一例は、とんぼ
返りのように遠近画法で映像面を傾けることである。３
次元非直線的効果の一例は、入力映像面を円錐面に投影
することである。

直線であれば非直線的であれ、３次元効果を生ずるため
に必要な２つの過程は、原２次元画素アドレスを３次元
空間における画素アドレスに変換すること、及び２次元
の目視面上へ再び透視（又は遠近）変換（perspecfive
transformaotion）することである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

直線的効果の場合、必要な２次元又は３次元画像アドレ
スは、例えばコンピュータ作図に用いられるマトリック
ス計算によって得られる。しかし、テレビジョン・シス
テムに要求される実時間動作を得るには、技法の大幅な
修正が必要である。非直線的効果については、目指す効
果が達成されるばかりでなく必要な速さで、且つ高価で
複雑なハードウェアを必要とせずにそれができる方法及
び回路が要望されている。これが本発明の課題である。

したがって、本発明の１つの目的は、入力２次元映像を
３次元面に投影した場合に得られるのと同じ視覚効果を
得る改良されたビデオ信号処理装置を提供することであ
る。

本発明の他の目的は、入力２次元映像を３次元面に投影
した場合に得られるのと同じ視覚効果を得るため、マッ
ピング・メモリを用いる改良されたビデオ信号処理装置
を提供することである。

本発明の更に他の目的は、映像の直線的操作を含む視覚
効果を得るため、マイクロプロセッサ及びハードウェア
・マトリックス回路を具えた改良されたビデオ信号処理
回路を提供することである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、次の如き諸手段を有する。

（ａ）上記入力２次元映像に対応するビデオ信号を、
各々がＸ及びＹ座標値をもつ入力画素アドレスを有する
デジタル化されたサンプル値に変える手段、（ｂ）上記各入力画素アドレスが上記効果を出すとき
に動かされる３次元面上のそれぞれの画素アドレスに対
応するＸ及びＹスケール乗算並びにＺ座標値を記憶する
手段、（ｃ）メモリより上記各画素アドレスに対応する上記
Ｘ及びＹスケール乗数及びＺ座標値を取出し、各入力画
素アドレスの上記Ｘ及びＹ座標値にそれぞれ対応するＸ
及びＹスケール乗数を乗ずる手段、（ｄ）スケールされたＸ及びＹ座標値及びこれに対応
するＺ座標値を遠近変換装置に供給して、上記視覚効果
に対応する所要の出力Ｘ及びＹ座標値を取出す手段。

〔作用〕

本発明の構成によれば、マイクロプロセッサの使用が可
能となり、複雑・高価なハードウェアを必要とすること
なく、所要の３次元非直線的効果を得るためのビデオ信
号処理を高速で行うことができる。

〔実施例〕

第１図は、高鮮明度ビデオ・システムの特殊効果装置の
一部を示すブロック図である。実施例を述べる前に、上
述した高鮮明度ビデオ・システムにおける特殊効果装置
の例について、第１図を参照して全装置の一部を簡単に
述べる。基本的に、特殊効果装置は２つのフィールド・
メモリを有する。１つはフィールド０（ゼロ）メモリ
（１）、もう１つはフィールド１（ワン）メモリ（２）
である。また、書込み読出しのため、書込みアドレス発
生器（３）及び読出しアドレス発生器（４）がある。こ
れらの素子はスイッチ（５），（６），（７）及び
（８）によって相互に接続され、これらの各スイッチは
フィールド周波数で動作する。入力端子（９）に印加さ
れるデジタル・サンプル値の形の入力データは、スイッ
チ（５）によりフィールド０メモリ（１）又はフィール
ド１メモリ（２）へ選択的に供給される。出力端子（1
0）への出力データは、スイッチ（６）によりフィール
ド０メモリ（１）又はフィールド１メモリ（２）から選
択的に供給される。書込みアドレス発生器（３）及び読
出しアドレス発生器（４）は、フィールド０メモリ
（１）及びフィールド１メモリ（２）へスイッチ（７）
及び（８）により選択的に相互に接続される。

特殊効果装置の動作は、次のとおりである。入力アナロ
グ信号は、１水平走査線当たり2048個のサンプルにサン
プリングされ、それら各サンプル値は８ビットのワード
にパルス符号変調（PCM）され、入力デジタル・データ
の形で入力端子（９）に供給される。書込みは、フィー
ルド０メモリ（１）及びフィールド１メモリ（２）へス
イッチ（５）の位置に従い、且つ書込みアドレス発生器
（３）の制御により交互に行われる。個々のデジタル信
号の適当なメモリ（１）又は（２）に対する書込み・読
出しをするだけでなく、陰極線管面ラスタにおける画素
アドレスを所望の特殊効果が得られるように修正するの
に必要な複雑なアドレス計算は、入力端子（11）より書
込みアドレス発生器（３）に供給される信号によって制
御される。１フィールドのメモリ（１）への書込みが終
わるとスイッチ（５）〜（８）は位置を変え、メモリ
（１）又は（２）に記憶されたデジタル信号は読出しア
ドレス発生器（４）の制御の下に順次読出しされる。読
出しアドレス発生器（４）または、入力端子（12）より
供給される信号によって制御される。読出しされたデジ
タル信号が出力端子（10）へ供給される間、次のフィー
ルドのデジタル信号が他のメモリ（１）又は（２）に書
込まれる。

本発明は、特に特殊効果が３次元非直線的効果である場
合、特殊効果を得るのに必要な複雑なアドレス計算を行
う書込みアドレス発生器（３）の演算方法に関してい
る。

第２図は、本発明ビデオ信号処理装置の実施例の要部を
示すブロック図である。同図において、（20）は、２次
元より３次元に位置付け（マップ）をするマッピング・
メモリで、２つの主入力Ｘ及びＹと３つの主出力のα，
β及びＺとを有する。Ｘ入力には入力画素Ｘアドレスが
乗算器（21）を介して供給され、これらの入力Ｘアドレ
スはまた、α出力に接続された乗算器（22）にも供給さ
れる。入力画素Ｙアドレスは乗算器（23）を介してＹ入
力に供給され、これらの入力Ｙアドレスはまた、β出力
に接続された乗算器（24）にも供給される。乗算器（2
5）は、Ｚ出力に接続される。X,Y及びＺ出力は、それぞ
れ乗算器（22），（24）及び（25）より取出される。乗
算器（21），（23）及び（25）は、Ｘスケール・ファク
ター信号、Ｙスケール・ファクター信号及びＺスケール
・ファクター信号によってそれぞれ制御される。

マッピング・メモリ（20）は、ルックアップ（照合）テ
ーブルとして働くランダムアクセスメモリ（RAM）であ
り、予め得たい特殊効果に対応するデータが格納され
る。したがって、マッピング・メモリ（20）は、２次元
入力映像のラスタにおける画素アドレスに対応するＸ及
びＹ座標を３次元空間にどのように位置付け（マッピン
グ）するかに関する指示を記憶している。各サンプル位
置に対し、３つのパラメータが記憶される。すなわち、
Ｘ及びＹスケール乗算であるα及びβ並びに絶対深度座
標であるＺの３つである。しばらく１次元だけを考える
に、所望の特殊効果を得るためラスタの水平走査線にお
ける各画素アドレスへ加える作用といえば、その画素ア
ドレスを異なるアドレスへ水平方向に移動させることで
あろう。このアドレスの変更は、原アドレスのＸ座標に
スケール乗算を乗ずることで行うことができる。実際
は、所望の特殊効果は各画素アドレスを２次元内で動か
すことであるから、画素の原アドレスのＸ及びＹ座標の
両方にそれぞれのスケール乗数を乗ずることが必要であ
ろう。したがって、マッピング・メモリ（20）は、各画
素アドレスがマッピング・メモリ（20）のＸ及びＹ入力
に供給されると、その画素アドレスに対応したスケール
乗数のα，βをアクセスし、それをα，β出力に供給す
る動作を行う。しかし、特殊効果として更に画素アドレ
スを第３すなわち深さの方向にも動かしたい場合、マッ
ピング・メモリ（20）に更にＺ出力に対しアクセス及び
供給を行う。Ｚ出力は、入力アドレスのX,Y座標により
示された画素アドレスに対応し且つ所望の特殊効果に対
応するアドレスのＺ座標である。

入力画素アドレスに対応するスケール乗数のα，βは、
それぞれ乗算器（22），（24）に供給される。乗算器
（22），（24）は、入力画素のそれぞれの入力X,Yアド
レスを所要の新しい値にスケールする。このスケールさ
れた値は、マッピング・メモリ（20）から取出されるＺ
アドレスと共に、それぞれの出力に供給される。

これより、乗算器（21），（23）及び（25）の目的を説
明する。上述では、２次元映像から２次元非直線的効果
への転換は１ステップで行われる、と仮定した。しか
し、特殊効果は、普通、連続するフィールドにわたって
次第に達成する必要がある。

第３図は、最初平坦な81点のグリッド（格子）が球面上
に次第にマッピングされるコンピュータ・シミュレーシ
ョンを示すものである。第３図において、所望の特殊効
果が、最初２次元の映像を変化させて映像が次第に球面
の回りに巻かれるように見せることである、とする。１
番目の図は、はじめの平たい映像及びその81点が矩形で
あることを示す。ただし、デジタル・ビデオ信号では、
これらの矩形の各々は、単に１画素を表わしＸ及びＹア
ドレスをも１つのサンプル値に対応することを記憶され
たい。図を順に追ってゆくと、特殊効果が次第に進行す
るにつれサンプル値がどのように動くかが分かる。ま
た、あとの方の図特に最後の図から、特殊効果が進むに
つれ、Ｘ及びＹ座標に関する限り同じ画素アドレスをも
つがＺアドレスが異なるサンプル値が出てくることが分
かるであろう。いいかえると、サンプル値のうち他のサ
ンプル値の背後に移動するものが出てくる。

透明的効果を望む場合は、これらのサンプル値は出力ビ
デオ信号を作るのにどらちも使用するが、中実的効果を
望む場合は、目視面に近い、すなわちＺアドレスの小さ
いサンプル値を、同一X,Yアドレスをもつサンプル値の
Ｚアドレスを比較して選択することになる。

第３図の最後の図をみると、この場合、マッピング・メ
モリ（20）に入れるべきデータは、最初の２次元映像か
ら最後の３次元映像へ移動するとき変化する個々の画素
のアドレスの位置を数学的に計算して求めうることが分
かる。同様に、どんな特殊効果の場合でも、必要なデー
タを数学的に計算することができる。これらには、最初
の２次元映像を球、円筒又は円錐の面のような数学的に
たやすく表現できる３次元面上にマッピングしうる特殊
効果が含まれる。しかし、テーブルや電話機の面のよう
なもっと複雑な面の場合、更にその面を座標値で位置付
けするコンピュータ解析がまず要求される。そして、こ
れより、コンピュータはマッピング・メモリ（20）に入
れるに必要なデータを計算できる。

実際の装置では、予め計算された色々なα，βスケール
乗数及びＺ座標をディスクに記憶しておき、必要の際に
マッピング・メモリ（20）に格納する。

第２図及び原２次元映像を３次元面に順次マッピングす
る問題に戻ると、このマッピングはもう１つのスケール
乗数を用いて行う。マッピング・メモリ（20）に記憶す
るα，βスケール乗数と混同しないように、これをスケ
ール・ファクターと呼び、特に乗算器（21），（23）及
び（25）に供給するものをそれぞれX,Y及びＺスケール
・ファクター信号と呼ぶ。X,Y及びＺスケール・ファク
ター信号の作用は、最初入力X,Yアドレスを３次元形に
マッピングしようとする２次元面の中央部に集めること
である。それから、Ｘ及びＹスケール・ファクター信号
は、アドレスが３次元形の境界に向かって広がるように
次第に変化する。この広げる作用は、X,Yスケール・フ
ァクター信号の値を徐々に変えることにより徐々に行わ
れる。

これは、第4A〜4C図より理解されるであろう。これらの
図は、原２次元映像を次第に円筒面にマッピングする場
合の最初、中間及び最終の各段階における入力、マップ
及び出力を示している。全段階を通じ、原映像の中央上
方の画素Ａのアドレスは、スケール・ファクター及びマ
ッピングの両方によっても変化しない。したがって、画
素Ａの出力アドレスは入力アドレスと同じである。しか
し、はじめ右上方にある画素Ｂのアドレスは、第4A図の
最初の段階でスケール・ファクターの作用により中央に
近付けられる。したがって、画素Ｂの出力アドレスは、
この最初の段階ではマッピング時スケール乗算器によっ
て殆ど変化しない。第4B図の中間段階では、画素Ｂのア
ドレスは、中央に余り近付かず、マッピング時スケール
乗算器によって或る程度変化する。その出力アドレス
は、画素Ｂが最初平坦な映像面の原位置から離れるよう
に動き円筒の形を取るために曲がり始めることを示す。
第4C図の最終段階では、スケール・ファクターは画素Ｂ
の入力アドレスを変化させず、マッピング時スケール乗
算器はこのアドレスに一杯の効果を与え、画素Ｂの出力
アドレスは可成り移動する。実際は、最終の円筒形映像
上で占めるべき位置まで移動する。

この場合、第３図の球面上にマッピングする場合のよう
に、或る画像のアドレスが他のアドレスの背後にくるこ
とに注意されたい。上述のように、透明的な効果を要求
する場合は、これらの両画素は共に出力ビデオ信号を作
るのに使用されるが、中実的効果を要求する場合は、目
視面に近い、すなわちＺアドレスの小さい方の画素を、
X,Yアドレスが同じ画素のＺアドレスを比較することに
より選択する。

第５図は、第２図の実施例の詳細を示すブロック図であ
る。この図は、マッピング・メモリ（20）及び乗算器
（22），（24），（25）（乗算器（21），（23）は簡単
のため図示せず）の外に、マップ前マトリックス（3
0）、マルチプレクサ（31）、マップ後マトリックス（3
2）、遠近変換装置（33）もう１つのマルチプレクサ（3
4）を示す。入力Ｘ及びＹアドレスは、マップ前マトリ
ックス（30）の各入力、乗算器（22）及び（24）（前述
のように）、マルチプレクサ（31）の各入力及びマルチ
プレクサ（34）の各入力にそれぞれ供給される。マルチ
プレクサ（31）は、更にゼロ（０）Ｚ入力アドレスを受
ける。0Zアドレスは、原２次元映像上の全Ｘ及びＹアド
レスに対応するＺアドレスである。マルチプレクサ（3
1）の他の３入力は、それぞれ乗算器（22），（24）及
び（25）の出力を受ける。これらの入力は、要求する特
殊効果に従ってマッピングされた入力ビデオ・データの
画素にそれぞれ対応するX,Y及びＺアドレスである。

マルチプレクサ（31）は、直線・非直線効果制御信号に
制御されて動作し、最初の入力アドレス又はマッピング
後の入力アドレスのいずれか、すなわち非直線的特殊効
果を含むかどうかを要求に応じて選択する。マルチプレ
クサ（31）からの３つの出力アドレスＸ″,Y″及びＺ″
はマップ後マトリックス（32）に供給され、そのＸ,Y
及びＺアドレス遠近変換装置（33）に供給される。
遠近変換装置（33）はまた、遠近距離制御信号を受け出
力アドレスＸ及びＹをマルチプレクサ（34）に供給す
る。マルチプレクサ（34）はまた、入力Ｘ及びＹアドレ
スを受け、効果・非効果制御信号の下に、変化しない入
力X,Yアドレスか、又は要求される非直線的特殊効果に
従いマップ後マトリックス（32）及び遠近変換装置（3
3）より取出された出力X,Yアドレスか、又はマルチプレ
クサ（31）が入力X,Yアドレスがマップ前マトリックス
（30）及びマッピング・メモリ（20）を側路するよう制
御されている場合は、マップ後マトリックス（32）及び
遠近変換装置（33）のみにより取出された出力X,Yアド
レスのいずれかを出力に供給する。

マップ前マトリックス（30）は、２次元効果のオフセッ
ティング（映像の面内におけるシフト又は移動）、スケ
ーリング（映像の拡大又は縮小）及びローリング（回
転）のいずれか又はいずれかの組合せを行う動作をす
る。例えば、非中心点の周りの回転は、その点へのオフ
セッティング、その点の周りの回転及び最初の位置への
逆オフセッティングの組分せである。これらの効果はす
べてよく知られており、必要なマトリックスは、チャッ
プマン・アンド・ホール・コンピューティング1984のデ
ニス・ハリスによる「コンピュータ・グラフィックス・
アンド・アプリケーションズ」に記載されている。各個
の効果を得るには１つの３×２マトリックスで充分であ
るが、単に３×３マトリックスを作るために第３のライ
ン（行）を加える。そうすると、任意の２以上のマトリ
ックスを直ちに互いに乗算して所要の効果の組合せが得
られる。この乗算はマイクロコンピュータにおいて行
い、その結果得られるマトリックスは、要求に応じて、
乗算器と加算器を有するマップ前マトリックス（30）に
対し１組の係数として格納する。

マップ後マトリックス（32）は、３次元効果のオフセッ
ティング（２次元のみもある。）、スケーリング、ロー
リング、ピッチング及びヨーイング（首振り）のいずれ
か又はいずれかの組合せを行う行動をする。これらの効
果もまたよく知られており、必要なマトリックスは上記
の「コンピュータ・グラフィックス・アンド・アプリケ
ーションズ」に記載されている。この場合、各個の効果
を得るには１つの４×３マトリックスで充分であるが、
単に４×４マトリックスを作るために第４のライン
（行）を加える。そうすると、２以上のマトリックスを
直ちに互いに乗算して所要の効果の組合せが得られる。
この乗算はマイクロコンピュータで行い、その結果得ら
れるマトリックスは、要求に応じて、乗算器と加算器を
有するマップ後マトリックス（32）に対し１組の係数と
して格納する。映像は、実時間で処理されなければなら
ない。すなわち、各フィールドについて必要なすべての
処理は、ビデオ・フィールド・レート（本例では60フィ
ールド／秒）で遂行されねばならない。コンピュータが
所要の高速で処理を遂行するのは不可能であるので、マ
ップ後マトリックス（32）は、高速マイクロプロセッサ
及びハードウェア・マトリックス回路をもつハイブリッ
ド（混成）装置を有する。基本的に、マイクロプロセッ
サは１個の４×４マトリックスの係数を計算するのに必
要である。４×４マトリックスは、必要により２以上の
オフセッティング、スケーリング、ローリング、ピッチ
ング及びヨーイングにそれぞれ対応するマトリックスを
組合せた複合マトリックスである。より簡単なマップ前
マトリックス（30）も同様にして実現でき、これら２つ
のマトリックス（30）及び（32）についてはあとで詳細
に述べる。

遠近変換装置（33）は、Ｚアドレス及び選択した視距
離に応じてＸ及びＹアドレスを変え、幾何学的遠近
画を導入するものである。これもまた既知の技法であ
り、その方法は上述の「コンピュータ・グラフィックス
・アンド・アプリケーションズ」に記載されている。遠
近変換の必要は、非常に簡単な例から理解されるであろ
う。原２次元矩形映像がその上縁と一致する水平軸の周
りに蝶番により後方に動くと仮定する。動くにつれ映像
の各画素はＺアドレス（上記の軸に沿う画素に対しては
ゼロとなる。）を得るであろうが、映像の操作の底縁の
長さは同映像の上縁の長さと等しいままである。いいか
えると、動きは３次元内であるが、眼には何の遠近効果
も与えないであろう。遠近変換装置（33）の機能は、必
要な幾何学的遠近効果を加えることである。上記の簡単
な例では、底縁を短くし、間にある水平線を次第に短く
することが含まれる。

上述した方法及び装置の種々の変形及び拡張は、勿論特
許請求の範囲から逸脱することなく可能である。装置の
一例として、１つの３次元非直線的効果からもう１つの
効果に進むようにすることが可能である。例えば、原２
次元映像を円筒面上にマッピングし、次いで更に球面上
にマッピングしてもよい。このためには２つのマッピン
グ・メモリが必要であるが、或いは１つの大きなマッピ
ング・メモリを使用してもよい。簡単にいえば、その方
法は、それぞれスケール乗数α，βで乗算されたＸ及び
Ｙ座標並びに対応するＺ座標を円筒像及び球像の両方に
対して導出することである。その結果得られるX,Y及び
Ｚアドレスを平均化し、次第に重み付けをして「円筒」
から「球」へ所望時間間隔で徐々に像の変換を行う。

本発明はまた、一面において、第１図の書込みアドレス
発生器（３）が特殊効果（特に特殊効果が２又は３次元
直線的効果である場合）を達成するのに必要な複雑なア
ドレス計算を行う方法にも関係しており、また、マップ
前マトリックス（30）及びマップ後マトリックス（32）
の形式や作用にも関係している。

上述のように、マップ前マトリックス（30）は、２次元
効果のオフセッティング（映像の内面におけるシフト又
は移動）、スケーリング（映像の拡大又は縮小）及びロ
ーリング（回転）のいずれか１つ又はいずれかの組合せ
を行う行動をする。各個の効果を得るには１つの３×２
マトリックスで充分であるが、単に３×３マトリックス
を作るため第３のライン（行）を加える。そうすると、
２以上のマトリックスを直ちに互いに乗算して、所要の
効果を組合せが得られる。この乗算はマイクロコンピュ
ータ内で行い、その結果のマトリックスは、要求に応
じ、乗算器と加算器をもつマップ前マトリックス（30）
に対し１組の係数として格納する。

また、上述のように、マップ後マトリックス（32）は、
３次元効果のオフセッティング（これは２次元のみでも
よい。）、スケーリング、ローリング、ピッチング及び
ヨーイングのいずれか１つ又はいずれかの組合せを行う
動作をする。この場合、各個の効果を得るには１つの４
×３マトリックスで充分であるが、単に４×４マトリッ
クスを作るため第４のライン（行）を加える。そうする
と、２以上のマトリックスを直ちに互いに乗算して、所
要の効果を組合せが得られる。効果の組合せは、例え
ば、オフセット点の周りのローリングのようにオフセッ
ティング、ローリング及び逆オフセッティングを含んで
いる。この場合、３つの適当なマトリックスを互いに乗
算することにより。所要の効果に対応する１つのマトリ
ックスが得られる。この乗算はマイクロコンピュータ内
で行い、その結果のマトリックスは、要求に応じ、乗算
器と加算器をもつマップ後マトリックス（32）に対する
１組の係数として格納する。

以下、マップ後マトリックス（32）の一例を第６及び第
７図を参照して述べる。これから、より簡単なマップ前
マトリックス（30）も、同様にして実現しうることが明
らかになるであろう。

前述のように、３次元効果のオフセッティング、スケー
リング、ローリング、ヨーイング及びピッチングを達成
するために行うべきマップ後マトリックス（32）の数学
的演算は、例えば前述の「コンピュータ・グラフィック
ス・アンド・アプリケーションズ」により公知である。
しかし、いま述べている例では、映像を実時間で処理し
なければならない。すなわち、各フィールドに対し必要
なすべての処理はビデオ・フィールド・レート（本例で
は、60フィールド／秒）で達成しなければならない。コ
ンピュータでは所要の高速で処理できないので、本実施
例では高速マイクロプロセッサ及びハードウェァ・マト
リックス回路をもつハイブリッド装置を用いる。マイク
ロプロセッサは、１つの４×４マトリックスの係数を計
算するのに必要である。４×４マトリックスは、必要に
応じ、それぞれ２以上のオフセッティング、スケーリン
グ・ローリング・ピッチング又はヨーイングに対応する
マトリックスを組合せた複合マトリックスとなる。

いま、１つの画素の３次元入力アドレスがx,y.zで、必
要な操作後その画素の出力アドレスがx new,y new,z ne
wであるとする。一般に、正確な操作が未だ特定されて
いない場合は、 x new＝a₁x＋b₁y＋c₁z＋d₁ y new＝a₂x＋b₂y＋c₂z＋d₂ z new＝a₃x＋b₃y＋c₃z＋d₃ ただし、a₁,a₂,a₃,b₁,b₂,b₃,c₁,c₂,c₃,d₁,d₂及びd₃,
は、行おうとする操作によって決まる係数である。上記
３方程式をマトリックスで書くと、次のようになる。

これをマトリックスの乗算ができるように中央部を４×
４マトリックスにして書直すと、オフセッティングの場合、映像を３次元においてそれぞ
れ、0x,0y,0zの距離だけオフセットするとすれば、 x new＝ｘ＋0x y new＝ｙ＋0y z new＝ｚ＋0z この場合の４×４マトリックスは、次のようになる。

スケーリングの場合、映像を３次元においてそれぞれス
ケール係数Sx,Sy,Szによってスケールするとすれば、 x new＝Sx・ｘ y new＝Sy・ｙ z new＝Sz・ｚこの場合の４×４マトリックスは、次のようになる。

ローリングの場合、映像を角度θだけロールするとすれ
ば、 x new＝x cosθ＋y sinθ y new＝−x sisθ＋y sinθ z new＝ｚこの場合の４×４マトリックスは、次のようになる。

ピッチングの場合、映像を角度θだけピッチするとすれ
ば、 x new＝ｘ y new＝y cosθ＋z sinθ z new＝−y sinθ＋z cosθ この場合の４×４マトリックスは、次のようになる。

ヨーイングの場合、映像を角度θだけヨー（yaw）する
とすれば、 x new＝x cosθ＋z sinθ y new＝ｙ z new＝−x sinθ＋z cosθ この場合の４×４マトリックスは、次のようになる。

上述した３次元直線的効果のいずれか１つ又はいずれか
組合せは、適当なマトリックスを選ぶことにより、又は
組合せの場合は複数の適当なマトリックスを選ぶことに
より達成しうる。そして、所要のパラメータ値をそれら
のマトリックスに入れ、また、組合せの場合は得られた
マトリックスを互いに乗算することにより、任意の３次
元直線的効果を達成しうる。この第１ステップは、第６
図に示すマイクロプロセッサ（40）によって実行され
る。マイクロプロセッサ（40）は、プログラム・メモリ
（41）に記憶されたプログラム及び選択入力によって制
御される。選択入力は、オフセッティング、スケーリン
グ、ローリング、ピッチング及びヨーイングのうち、ど
の効果とするかを特定し、必要に応じてオフセット距
離、スケール係数及びロール、ピッチ又はヨー角を特定
するものである。プログラムの制御により、マイクロプ
ロセッサ（40）は、適当な４×４マトリックス（単数又
は複数）を選択し、パラメータを置換し、必要に応じ、
得られたマトリックスを互いに乗算して所要の係数a₁〜
d₃を含む出力マトリックスを与える。これらの出力マト
リックスは、ラッチ回路（42）を介してそれぞれの出力
a₁〜d₃に供給される。マイクロプロセッサ（40）は、処
理すべきビデオ信号の各フィールド期間内に上述の演算
を行い、所要の係数a₁〜d₃が次のフィールド期間におい
て使用できるようにする。

係数a₁〜d₃は、第７図に示すハードウェア・マトリック
ス回路に供給される。１フィールド内の各画素の出力x
newは、その画素の入力座標x,y及びｚをそれぞれ乗算器
（50），（51）及び（52）に供給することによって得ら
れる。これらは、乗算器において、前のフィールドの終
わりにマイクロコンピュータ（40）からそれぞれ加えら
れる係数a₁,b₁及びc₁と乗算される。乗算器（50）及び
（51）の出力は加算器（59）により加算され、加算器
（59）の出力は乗算器（52）の出力と加算器（60）によ
り加算され、加算器（60）の出力は係数d₁と加算器（6
1）により加算される。加算器（61）の出力がx newであ
る。出力y new及びz newも、同様にして得られる。

これら３出力x new,y new及びz newは、第８図のＸ,Y
及びＺに相当し遠近変換装置（33）に供給される。

上述したように、マップ前マトリックス（30）の構成及
び作用も同様であるが、２次元直線的効果のオフセッテ
ィング、スケーリング及びローリングを含むだけである
ため、マトリックスが３×３でありこれに応じてマトリ
ックス回路が簡単になる。

以上、高鮮明度ビデオ・システムを例に取って説明した
が、本発明は、必要なデジタル形式で表わせるどんなビ
デオ信号に対しても適用しうるものである。

また、本発明は、図示の実施例に限らず、特許請求の範
囲に記載した発明の要旨を逸脱することなく種々の変形
・変更をすることができるものである。

〔発明の効果〕

本発明によれば、高価で複雑なハードウェアを必要とす
ることなく、実時間でビデオ信号を処理して、入力２次
元映像を３次元面に投影した場合に得られる視覚効果と
同じ効果を得るこが可能となる。したがって、テレビジ
ョン・システム等の特殊効果装置に用いて好適である。

【図面の簡単な説明】第１図は高鮮明度ビデオ・システムの特殊効果装置の一
部を示すブロック図、第２図は本発明の実施例の要部を
示すブロック図、第３図は最初平坦な81点のグリットが
球面上に次第にマッピングされるコンピュータ・シミュ
レーションを示す図、第4A、第4B及び第4C図はそれぞれ
最初平坦な映像を次第に円筒面にマッピングする場合の
最初、中間及び最終段階を示す図、第５図は第２図の実
施例の詳細を示すブロック図、第６図は第２図の実施例
の一部の詳細を示すブロック図、第７図は第２図の実施
例の他の一部の詳細を示すブロック図である。 α，β……X,Yのスケール乗数、（20）……マッピング
・メモリ、（21）〜（25）……乗算手段、（33）……遠
近変換装置。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】入力２次元映像を３次元面に投影したとき
に得られる視覚効果と同じ効果を得るためのビデオ信号
処理装置であって、上記入力２次元映像に対応するビデオ信号を、各々がＸ
及びＹ座標値をもつ入力画素アドレスを有するデジタル
化されたサンプル値の形で得る手段と、上記各入力画素アドレスが上記効果を出すときに動かさ
れる上記３次元面のそれぞれの画素アドレスに対応する
Ｘ及びＹのスケール乗数並びにＺ座標値を記憶するため
のマッピング・メモリと、上記各入力画素アドレスのＸ及びＹ座標値に上記マッピ
ング・メモリより取出したＸ及びＹスケール乗数を乗ず
る乗算手段と、スケールされたＸ及びＹ座標値とそれに対応するＺ座標
値が供給され、上記効果に対応する出力Ｘ及びＹ座標値
を出力する遠近変換装置とを具えたビデオ信号処理装
置。