JPH0771225B2 - テレビジヨン特殊効果装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はテレビジヨン特殊効果装置に関する。

［従来の技術］ テレビジヨン画像は、テレビジヨン番組の製作者が構成
した場面（シーン）の平面的な表現である。この場面
は、現実の物を撮影したものでもよいし、人工的手段
（例えばテレビジヨン・グラフイツク・システム）によ
り合成してもよいので、場面を表わす映像信号の信号源
は、カメラ又はフイルム・スキヤナだけでなく、フレー
ム・バツフア及びこのフレーム・バツフアの内容を調整
するコンピユータでもよい。通常、場面は、２つの場面
成分、即ち前景場面及び背景場面により構成されてお
り、トラベリング・マツト技法を用いて場面成分を組合
せる。例えば、第3a及び第3b図に示すように、前景場面
を無地のカラー・マツトをバツクにした環形とし、背景
場面を対照的な色をバツクにした矩形とすると、前景場
面と背景場面を組合せれば、合成画像は第3c図に示すよ
うになる。

映像変換システムは場面を表わす映像信号を操作するシ
ステムであるが、場面の特殊効果に用いてもよい。例え
ば、場面を右側に移動することもできる。第3a図の場面
を表わす前景映像信号を変換システムに供給し、第3a図
の場面の環形が右にシフトするようにこの映像信号を変
換し、変換された映像信号が第3d図の場面を表示するな
らば、変換された前景信号を背景信号と組合せて得た映
像信号は、第3e図に示す画像を表わすことになる。殆ど
の変換システムには、主に２種類、即ち、フオワード変
換システム、及び、フレームを基本にしたリバース変換
システムがある。第４図は、既知の原理に基づいたリバ
ース変換システムを表す。第４図のシステムは従来存在
しなかったと思われるが、本発明を理解する上で有効な
ので、このシステムを次に説明する。

第４図に示したシステムは、書込みクロツク発生器10の
制御により入力映像信号をデジタル化し、デジタル化さ
れた10ビツトのデジタル・ワード・シーケンスを、フオ
ワード・アドレス発生器14が発生するアドレスにより、
映像フレーム・バツフア12に書込む。なお、書込みクロ
ック発生器10及びアドレス発生器14は、フレーム・バッ
ファへ信号を書込むための書込み手段を構成する。入力
映像信号は、従来の飛越走査フオーマツトのアナログ複
合映像信号をその成分（通常はルミナンス（輝度）成分
及びクロミナンス（色度）成分）に分離し、これらの各
成分をデジタル化することにより得る。各クロミナンス
成分のサンプリング・レートはルミナンス成分のサンプ
リング・レートの半分に過ぎない。フレーム・バツフア
12は、ルミナンス成分を蓄積するメモリと、クロミナン
ス成分を蓄積するメモリとから構成される。しかし、こ
れらの成分は変換システム内で同じように処理されるの
で、これらの成分を別々に考察する必要はない。

映像画像のデジタル化により、画像の各走査線を小さい
が領域内において有限の複数ピクセル（例えば720ピク
セル）に効果的に分割できる。場面のパクセル位置は、
入力場面（例えば第3a図）の２座標表示アドレス（U,
V）で決定できる。表示アドレスとフオワード・アドレ
ス発生器（書込み手段）14が発生するメモリ・アドレス
とが１対１で対応するように、映像フレーム・バツフア
のアドレス空間を体系化する。よって、（U,V）と表現
できるフレーム・バツフア12のメモリ・アドレス位置
に、表示アドレス（U,V）のピクセルを表わすデジタル
・ワードを書込む。フレーム・バツフア12は３つのフイ
ールド・メモリを有し、１つのメモリに書込みが行われ
ると同時に他の２つのメモリから読出しが行われる。

フレーム・バツフア12から出力映像信号を読出すため
に、読出しアドレス・カウンタ16は読出しクロツク発生
器17の制御により動作し、順次、アドレス指定されるピ
クセルの出力場面（第3d図）内の位置を決める一連のア
ドレス（X,Y）を発生する。これら読出しアドレス・カ
ウンタ16及び読出しクロック発生器17は、第１アドレス
発生手段を構成する。座標値Ｘ及びＹの桁数は、座標値
Ｕ及びＶと夫々同じである。よって、表示アドレス（U,
V）が入力表示空間内において位置を定めるように、表
示アドレス（X,Y）が出力表示空間内で同じピクセル位
置を定義する。しかし、フレーム・バツフアから出力映
像信号を読出すには、表示アドレス（X,Y）を直接用い
ない。リバース・アドレス発生器（第２アドレス発生手
段）18は、出力場面表示アドレス（X,Y）を受け、これ
らアドレスと変換マトリクスＴ′とを乗算して、対応す
るメモリ・アドレス（Ｘ′,Y′）を発生する。このメモ
リ・アドレスを用いて、フレーム・バツフア12から映像
信号を読出す。ユーザ・インターフエース（I/F）19
が、変換マトリクスＴ′をリバース・アドレス発生器18
に供給して、リバース変換システムによる変換特性を定
める。例えば、入力場面を斜め上方の対角線方向でピク
セル間ピツチに等しい量だけ左に移動する変換を行なう
際、変換マトリクスは、表示アドレス（X,Y）に応答し
て発生したメモリ・アドレス（Ｘ′,Y′）が（Ｘ＋1,Y
＋１）となるようなマトリクスである。なお、ここで
は、座標系の原点が入力及び出力場面の左上隅であり、
Ｘ及びＹの値は夫々右及び下に向かって増えると仮定し
ている。

一般的な場合、整数の和又は差では、Ｘ及びＹに関連す
るＸ′及びＹ′の値に対して十分でないので、メモリ・
アドレス座標Ｘ′及びＹ′は表示アドレス座標Ｘ及びＹ
よりも有効桁数が多い。リバース・アドレスは、フレー
ム・バツフア12のみでなく、映像補間器20にも供給す
る。各リバース・アドレス（Ｘ′,Y′）に対して、フレ
ーム・バツフア12は各デジタル・ワードを出力するが、
このデジタル・ワードはリバース・アドレス（Ｘ′,
Y′）が定義した位置を囲むピクセル配列を表わす。例
えば、アドレス（Ｘ′,Y′）が定義した点に最も近い４
つのピクセルをこのデジタル・ワード（データ）は表わ
す。これら４つのデジタル・ワードを補間器20に供給す
ると、この補間器20は、これら４つのデジタル・ワード
をアドレス（Ｘ′,Y′）の分数部分に応じて単一のデジ
タル出力ワードに組合わせる。例えば、10進法を用いた
場合、各座標Ｘ及びＹの最下位桁が１であるが、座標
Ｘ′及びＹ′の最下位桁が10分の１であり、カウンタ16
が読出しアドレス（23,6）を発生し、変換マトリクス
Ｔ′との乗算によりこの読出しアドレスがリバース・ア
ドレス（56.3,19.8）に変化した場合、フレーム・バツ
フア12はこのリバース・アドレス（56.3,19.8）に応答
して、アドレス（56,19），（56,20），（57,19）及び
（57,20）に蓄積されたデジタル・ワードを与え、補間
器20は水平方向に３対７、垂直方向に８対２の重み付け
で、これらデジタル・ワードを単一のデジタル出力ワー
ドに組合わせる。このデジタル・ワードは、表示アドレ
ス（23,6）が定義した出力スクリーンの位置に発生すべ
き値を定義する。よって、これら映像フレーム・バッフ
ア12、リバース・アドレス発生器18及び補間器20は、入
力映像信号に２次元変換処理を行って、２次元変換した
映像信号を発生する映像信号変換手段を構成する。

リバース・アドレスの可能範囲は、フレーム・バツフア
12内の位置を定義するメモリ・アドレスの範囲よりも広
いので、有効に発生されたリバース・アドレスは、フレ
ーム・バツフアのアドレス空間内に存在しない位置を定
義するかもしれない。よって、リバース・アドレスをア
ドレス境界検出器22に供給する。この検出器22は、無効
リバース・アドレス（フレーム・バツフア12のアドレス
空間外の位置を定義するアドレス）に応答して信号を発
生し、この信号により、映像ブランキング回路24がフレ
ーム・バツフア12の出力信号を出力するのも禁止する。

映像フレーム・バツフア12、映像補間器20及び映像ブラ
ンキング回路24で構成された映像チヤンネルと並列に、
キー・フレーム・バツフア26、キー補間器28及びキー・
ブランキング回路30で構成されたキー・チヤンネルを設
ける。このキー・チヤンネルに供給されるキー信号は、
映像チヤンネルに供給された前景映像信号に関する不透
明情報を与える。この不透明情報は、キー信号の制御に
より前景映像信号及び背景映像信号を混合して生成した
複合画像（第3c図）において、背景映像信号が表わす背
景場面の見える範囲を定義する。前景対象物の境界の外
側では、前景場面は透明であり（キー＝０）、前景場面
による変更なしに、背景場面が見える。前景対象物が完
全に不透明（キー＝１）の場合、背景場面は前景対象物
により完全に見えなくなる。しかし、前景対象物がやや
透明（０＜キー＜１）の場合、キー信号の値に比例し
て、背景映像信号を前景映像信号と混合する。映像チヤ
ンネルが前景場面を変換するので、前景場面及びキーの
一致を維持するために、キーも変換する必要がある。よ
って、映像チヤンネルで前景信号を処理するのと同じ方
法により、キー信号をキー・チヤンネルで処理する。よ
って、このキー信号も、前景信号と同じ２次元的変換及
び補間を受けると共に、同じアドレス境界ブランキング
も受ける。

変換マトリクスＴ′は、所望の２次元変換Ｔの数学的逆
数であり、このためリバース変換システムは上述のよう
なものとして知られている。

テレビジヨン画像が前景場面及び背景場面で構成されて
いる場合、特殊効果を利用して画面がより現実味を帯び
るようにして、画像が２つ（又は３つ以上）の独立した
場面から構成されているようには見えないようにする。
画面に現実味を与えることができる効果は影（シヤド
ー）を付けることである。第5a図に示すように、前景を
垂直の柱（或いは長方形の板）40とし、背景を一様の色
の垂直面43とする。第5a図の場面は２つの独立した場面
から成つているので、柱40の影が面43に投影されること
はない。しかし、背景の場面の一部分の映像を変更して
影42が存在するように見せ掛けることは可能である（第
5b図）。この様な効果は、従来の映像特殊効果装置によ
り実現可能である。

デジタル映像効果装置は、一般に、空間的（或いは２次
元的）に信号処理を行なつて、合成され場面（物体とそ
の影）を作成することができる。先ず、所望の背景場面
をビデオテープに記録する。影を模擬的に作成するに
は、キー信号を特殊効果装置に入力し、シヤドー・マツ
ト（通常全画面が黒色）を特殊効果装置の映像入力端に
加える。尚、上記のキー信号は、前景の物体により影が
できる背景部分を特定する信号である。特殊効果装置の
出力は、前景の物体の大きさ及び形状と同一の大きさ及
び形状を有する黒色領域を表わす信号であるが、前景の
物体が背景に影を落としたように見せるために変位（オ
フセツト）している。この影の部分は背景に重ねて記録
される。次に、前景場面信号を、シヤドー・マツト信号
の代りに、特殊効果装置に入力し、前景場面をシヤドー
・マツト信号と同様に２次元的に処理するが、前景場面
の変位は行われない。変換された前景場面は、背景と影
部分の合成場面に重ねて記録される。上述の方法とは別
に、２つの特殊効果装置が利用できる場合には、シヤド
ー・マツト信号及び前景場面信号を別々の特殊効果装置
に入力し、キー信号を両方の特殊効果装置に加える。一
方の特殊効果装置は前景場面信号を処理（変換）し、他
方の特殊効果装置は変位した影の信号を作成する。両装
置の出力は合成され、背景場面の信号に重ねて記録され
る。

［発明が解決しようとする問題点］ 従来のテレビジヨン映像特殊効果装置では、２次元変換
した物体の影の信号を作成するには、１つの特殊効果装
置内で２度の信号処理を行なう必要がある。一方、２つ
の特殊効果装置が利用できる場合には、２つの信号処理
を別々の装置内で同時に行なうことができるが、２つの
信号処理を行なっていることには変わりはない。

したがつて、本発明の目的は、１度の信号処理により、
２次元変換を行った前景場面の物体の影を背景場面に作
成することができる。

［発明の概要］ 本発明の好適な実施例によれば、前景場面を表わす入力
映像信号と、前景場面の不透明部を表わすキー信号とを
処理する。入力映像信号に２次元変換処理を施し、変換
された映像信号を作成する。入力キー信号は、一連のデ
ジタル・データ・ワードを有し、これらのデータ・ワー
ドはキー・フレーム・バツフアに読み込まれる。連続し
た第１アドレス・ワード（X,Y）を発生させ、この連続
した第１アドレス・ワードを変換して連続した第２アド
レス・ワード（Ｘ′,Y′）を発生させる。連続した第２
アドレス・ワードは、第１変換キー（変換されたキー）
信号を発生させるために、デジタル・データ・ワードを
キー・フレーム・バツフアから読出すのに使用される。
連続した第１アドレス・ワードの変換は次のようにして
行われる。即ち、映像信号を入力映像信号に関して２次
元的に変換したと同様に、キー信号を入力キー信号に関
連して２次元的に変換する。連続した第２アドレス・ワ
ードを、連続した第３アドレス・ワードを作成するよう
に変形する。この第３アドレス・ワードは、デジタル・
データ・ワードをキー・フレーム・バツフアから読出し
て、第２変換キー信号を発生するのに使用される。次
に、変換された映像信号は、第１及び第２変換キー信号
と組み合わされる。

［実施例］ 以下、添付の図面を参照して本発明の実施例を説明す
る。

第１図に示したテレビジヨン特殊効果装置は、シャドー
・アドレス発生器44及びシヤドー処理回路48等を有する
点を除けば、第４図に示した装置と同様である。アドレ
ス境界検出器22の出力はキー信号ブランキング回路30に
は供給されず、第２アドレス境界検出器46が、シヤド
ー。アドレス発生器とキー信号ブランキング回路の間に
設けられている。更に、第１図の回路では、シヤドー処
理回路48が、ブランキング回路24と背景混合器32の間に
設けられている。

シヤドー・アドレス発生器（第３アドレス発生手段）44
は、リバース・アドレス発生器18から出力する一連のリ
バース・アドレス・ワードを受け、各アドレス・ワード
をリバース・アドレス・レジスタ50に一時的に記憶す
る。シヤドー・アドレス発生器44は、更に、ユーザ（操
作者）インターフエイス19からのシヤドー・オフセツト
・ワードを受けてシヤドー・オフセツト・レジスタ52に
記憶する。シヤドー・オフセツト・ワードは、前景の物
体とその影との２次元的な関係を表わす。例えば、前景
の物体が垂直に設けた柱であり且つ背景が垂直な壁であ
り、光源が左上隅にあるとすると、柱の影は柱の右下の
方にできることになる。この場合、変換装置による逆変
換のためシヤドー・オフセツト・ワードは上方で且つ左
側の変位を表わす。シヤドー・アドレス発生器44は、更
に、加算器56及びマルチプレクサ58を有する。加算器56
は、レジスタ50及び52に記憶されているワードを加算す
る。一方、読出し手段であるマルチプレクサ58は、加算
器56の出力とリバース・アドレス発生器18の出力を交互
に選択し、２つの出力を多重化した（時間的に交互に配
置した）アドレス信号を出力する。

上記の多重化アドレス信号は、キー・フレーム・バツフ
ア26及び補間器28に加えられ、キー信号のブランキング
回路30には多重化キー信号が供給される。第２アドレス
境界検出器64は、上記の多重化されたアドレス信号を受
け、両アドレス信号が有効信号でない場合には、ブラン
キング回路30に禁止信号を加える。多重化キー信号は、
第４図のリバース変換装置のキー・チヤンネルにより供
給される変換キー信号と同一のキー変換信号と、シヤド
ー・キー信号とから成る。変換キー信号は、２次元的に
変換された前景場面の不透明部分を特定する。第2a図に
簡単に示した例では、前景場面は不透明な柱であり、こ
の柱以外は背景場面である。キー信号は、前景の柱の境
界の内部では１の値を有し、その他の部分では０の値を
有する。一方、変換キー信号は、２次元的に変換された
（90度回転された）柱の境界内では１の値を有し、その
他の部分では０の値を有する（第2b図）。尚、縦の線を
施した部分（柱の境界線の内部）では、変換キー信号は
１の値であり、横の線を施した部分では、変換キー信号
は０の値をとる。

シヤドー・キー信号は、前景の柱がシヤドー・オフセツ
ト・ワードに従つて変位していることを除けば、変換キ
ー信号と同一である。多重化アドレス信号の発生に関連
して説明した上記の場合には、シヤドー・キー信号によ
り特定されるキーは、第2c図に示すような形態をとる。
シヤドー・オフセツト・ワードは上方且つ右側の変位を
表わしているが、変換装置による逆変換のため、下方且
つ左側へ変位したシヤドー・キー信号により特定された
キー信号が得られる。第2c図から判るように、キーは垂
直の壁に投影されて模擬の影のアウトライン（外縁）を
特定し、前景の柱の部分に施された変換に応じて90度回
転している。このように、影のアウトラインは、前景の
映像信号が変換されると、前景の物体（柱）と同じよう
になる。したがつて、影のアウトラインは、変換された
前景の物体の下方で且つ左側に位置することになる。

シヤドー処理回路（処理手段）48は、映像チヤンネルか
らは映像信号を受けると共にキー・チヤンネルからは多
重化キー信号を受ける。デマルチプレクサ／補間器60
は、キー・チヤンネルから多重化キー信号を受け、多重
化キー信号を分離すると共に時間的な補間を行ない、変
換キー信号を出力端子62から出力し、シヤドー・キー信
号を出力端子64から出力する。前景映像信号は、乗算器
66において、変換キー信号と乗算される。この乗算の目
的は、前景物体の信号を作成するためであり、この前景
物体の信号では、前景場面の不要部分はマスクされて隠
されている。変換された柱の境界の外では、前景物体の
信号は０となる。シヤドー・キー信号は乗算器68に加え
られ、この乗算器68において、シヤドー・キー信号は、
背景映像信号の所望減衰により変化する係数（シャドー
の程度を表す係数）と乗算される。減衰されたシヤドー
・キー信号は、次いで、更に、乗算器70において、変換
キー信号の補数と掛け合わされる。したがつて、シヤド
ー・キー信号は、変換キー信号が１である出力場面の全
点に対して０となる（第2d図）。乗算器70の出力である
シヤドー・キー信号は、第2e図に示す出力キー信号を得
るために、加算器72において変換キー信号と加算され
る。乗算器70から出力するシヤドー・キー信号は、更
に、他の乗算器74において、シヤドー・マツト信号と乗
算される。シヤドー・マツト信号は、単色（色はユーザ
・インターフエイス19からの信号により決定されるが、
通常は黒色）を表わす全フイールド信号である。乗算器
74の出力信号は合成映像信号であり、この合成映像信号
は、乗算器70からのシヤドー・キー信号により特定され
る形状を有し、シヤドー・マツト信号により決まる色を
有する画像信号である。すなわち、乗算器70からの映像
信号は、シャドーに対応する。加算器76は、乗算器74か
らの合成映像信号と乗算器66からの前景物体信号とを加
算する。乗算器76の出力信号は、変形された前景の物体
の画像及び影を表わしている。乗算器76の出力信号によ
り表現される影は、正確な形状を有し、乗算器68に加え
られる不透明係数により決定される不透明度と、シヤド
ー・マツト信号により決定される色相とを有する。加算
器76から出力する前景映像信号は、前景の物体画像及び
その影である２つの映像信号（夫々対応するキー信号が
乗算されている）から構成されているので、整形された
映像信号である。

シヤドー処理回路48から出力される前景映像信号及びキ
ー信号は、背景混合器32に供給される。尚、背景混合器
32には、図示の如く、背景映像信号もブロック32の下側
から加えられる。背景混合器32は、キー信号の値に従つ
て前景及び背景場面を組合わせ、映像出力を発生する。

以上、本発明を実施例に基づいて説明したが、本発明
は、上記実施例に限定されないことは当然であり、上記
実施例の変形・変更は当業者にとり自明である。例え
ば、上記の説明では、説明を簡単にするため、キー信号
は２つの値をとるようにしたが、一般的には、キー信号
は２値信号ではなく、０と１の間に、例えば、1024のレ
ベルを有する。０と１の間の値を取り得るキー信号を用
いれば、前景の部分を半透明にすることができる。更
に、本発明は、リバース変換装置との使用に限定される
ものではない。２つの連続したデジタル・アドレス・ワ
ードを使用してキー信号を夫々のキー・フレーム・バツ
フアに書込むことにより、更に、上記２つのキー・フレ
ーム・バツフアからデジタル・ワードを読出すために１
つの連続したアドレス・ワードを使用することにより、
前景変換装置を実現できる。更に、本発明は、フレーム
に基づいた（フレーム・ベースの）変換装置との使用に
限定されず、フイールド・ベースの変換装置にも応用で
きる。

［発明の効果］ 上述の如く、従来のテレビジヨン映像特殊効果装置で
は、２次元変換した前景の物体の影の信号を作成するた
めには、装置内で２度の信号処理を行う必要があった。
しかし、本発明によれば、入力映像信号に２次元変換処
理を行って、２次元変換した映像信号を発生する場合
に、キー・フレーム・バッファに記憶されたキー信号を
読出すアドレスを変更して、映像信号と同様にキー信号
を２次元変換するので、１度の信号処理により前景場面
の物体の影を背景場面に作成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示すブロツク図、第２図は第
１図の実施例を説明するための図、第3a図乃至第3e図は
本発明の背景を説明するための図、第４図はリバース変
換装置のブロツク図、第５図は本発明の背景を説明する
ための図である。 10、14……書込み手段 12、18、20……映像信号変換手段 16、17……第１アドレス発生手段 18……第２アドレス発生手段 26……キー・フレーム・バッフア 44……第３アドレス発生手段 48……処理手段 58……読出し手段

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】画像を表わす入力映像信号と、前記画像の
   不透明部分を表わすデジタル入力キー信号とを処理する
   テレビジョン特殊効果装置であって、 前記入力映像信号に２次元変換処理を行って、２次元変
   換した映像信号を発生する映像信号変換手段と、 キー・フレーム・バッファと、 前記デジタル入力キー信号を前記キー・フレーム・バッ
   ファに書込む書込み手段と、 第１アドレス・ワードを発生する第１アドレス発生手段
   と、 前記キー・フレーム・バッファから前記デジタル入力キ
   ー信号を読出す際に、前記入力映像信号に対する前記２
   次元変換と同様の２次元変換を行える第２アドレス・ワ
   ードを、前記第１アドレス・ワードを変換して発生する
   第２アドレス発生手段と、 前記第２アドレス・ワードを所定値だけオフセットして
   第３アドレス・ワードを発生する第３アドレス発生手段
   と、 前記第２及び第３アドレス・ワードを交互に選択して前
   記キー・フレーム・バッファから前記デジタル入力キー
   信号を読出し、夫々第１及び第２変換キー信号を発生す
   る読出し手段と、 前記第１及び第２変換キー信号を、前記２次元変換した
   映像信号と組み合わせる処理手段と を具えたテレビジョン特殊効果装置。