JPH0774985A - 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であり、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改善できる装置を提
供する。 【構成】 遅延信号形成回路１−１により、入力信号か
ら時間Ｔx 間隔毎及び時間Ｔy 間隔毎に信号を抽出す
る。エッジ強調信号形成回路１−２により、Ｔx 間隔毎
の信号の信号値を連結する信号特性曲線を２次関数式で
近似し、その式の２次関数項と１次関数項との係数値及
び定数項を処理して、水平方向エッジ強調信号を形成す
る。同様にして、Ｔy 間隔毎の信号の信号値から、エッ
ジ強調信号形成回路１−３により垂直方向エッジ強調信
号を形成する。２つのエッジ強調信号を加算器１−６で
加算合成し、その合成したエッジ強調信号を加算器１−
７で入力信号に付加し、波形変化部を２次元的に急峻化
した出力信号を得る。

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、さらには再生画像に２
次元的に輪郭補正を行って、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、第１の時間間隔毎及び第２の時間
間隔毎に入力信号から信号値を抽出する抽出回路と、前
記第１の時間間隔毎に抽出された信号値が供給され水平
方向のエッジ強調信号を得る水平方向エッジ強調信号形
成回路と、前記第２の時間間隔毎に抽出された信号値が
供給され垂直方向のエッジ強調信号を得る垂直方向エッ
ジ強調信号形成回路と、前記水平方向及び垂直方向の２
つのエッジ強調信号を合成して合成エッジ強調信号を得
る合成回路と、前記合成エッジ強調信号を前記入力信号
に加算し、前記入力信号の波形変化部を急峻化した出力
信号を得る加算回路とから構成し、前記水平方向エッジ
強調信号形成回路、及び前記垂直方向エッジ強調信号形
成回路はそれぞれ、前記抽出回路から供給される時間間
隔毎の信号値のうち、時間的に隣り合う少なくとも３つ
の信号値を連結する信号特性曲線を、２次関数項と１次
関数項と定数項との和から成る２次関数で近似するため
に、前記３つの信号値を少なくとも含む複数個の信号値
を所定比率で加算合成して前記定数項を求めると共に、
前記３つの信号値を少なくとも含む複数個の信号値から
前記２次関数項及び１次関数項の各係数値を求める第１
の合成処理回路と、前記２次関数項と前記１次関数項と
の２つの係数値から振幅値を求め、前記振幅値に対する
前記２次関数項の係数値の比率から余弦値を求め、前記
余弦値を非線形処理して振幅制限余弦値を求め、前記振
幅制限余弦値と前記振幅値とから２次関数項のエッジ強
調された新たな係数値を求め、その新たな係数値と前記
２次関数項の係数値との差から方向別のエッジ強調信号
を得る第２の合成処理回路とから成る、ことを特徴とす
る画質改善装置を提供するものである。

【０００６】

【実施例】図１はこの発明の画質改善装置の一実施例を
示すブロック構成図であり、図２は図１内の遅延信号形
成回路の詳細構成を示す図、図３は図１内の水平方向エ
ッジ強調信号形成回路の詳細構成を示す図、図４は図１
内の垂直方向エッジ強調信号形成回路の詳細構成を示す
図である。また、図５〜図１６は動作説明図である。

【０００７】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。

【０００８】図１において、１−１は遅延信号形成回路
（信号値を抽出する抽出回路）、１−２は水平方向エッ
ジ強調信号形成回路、１−３は垂直方向エッジ強調信号
形成回路、１−４は第１の増幅器、１−５は第２の増幅
器、１−６は第１の加算器（この１−４〜１−６が合成
エッジ強調信号を得る合成回路を成す）、そして１−７
は第２の加算器（出力信号を得る加算回路）である。

【０００９】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。

【００１０】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（図５（ｅ）の参照）の範囲で周波数成分が存在す
る（図５（ｅ）の参照）ＮＴＳＣ放送方式の信号を例
として扱うものとする。

【００１１】ここでの画質改善は、再生画像に対して２
次元的な輪郭強調を行うことが目的であり、この実施例
で取り扱う信号は図５（ａ）に示すように水平方向にｘ
o の間隔で配置された５つの信号値（ｚx(n),n=-2,-1,
0,1,2）と、垂直方向にｙo の間隔で配置された５つの
信号値（ｚy(m),m=-2,-1,0,1,2）である。ｘo 及びｙo
は空間距離であり、実際の信号ではそれぞれ時間間隔Ｔ
x （下記の数１）及び時間間隔Ｔy （下記の数２）に相
当する値である。

【００１２】

【数１】

【数２】

【００１３】図５（ｂ）は図５（ａ）の水平方向の５つ
の信号値を、それぞれの間隔及び大きさが分かるように
描いた波形図である。図５（ｃ）は図５（ａ）の垂直方
向の５つの信号値を、やはりそれぞれの間隔及び大きさ
が分かるような形で描いた図である。

【００１４】まず、図１に示すラインＬ１から入来する
入力信号Ｓi が、図６（ａ）及び（ｂ）に示すような２
次元パルス（黒の背景に白色の矩形パターンが表示され
る画像に相当する）の場合について説明する。図６
（ａ）の波形図は横方向が水平方向、縦方向が垂直方向
であり、図５（ａ）のように表示画像を見るようなイメ
ージで描いた波形図であり、２次元的な波形の広がりを
見るための図である。表示範囲は水平方向が -1 μsec
〜1 μsec 、垂直方向が -635 μsec 〜635 μsecであ
る。従って、垂直方向の走査線の本数は２１本である。
図６（ｂ）は図６（ａ）の垂直方向に対する透視図であ
り、図６（ａ）における２１本の走査波形図を重ね書き
することで、図６（ａ）では分かりにくい波形の詳細な
変化が見えるようになる。以下の動作説明の中でも、こ
うした波形の表示法を採用する。図６〜図１６の各図の
（ｂ）及び（ｄ）は、こうした垂直方向への走査波形２
１本の重ね書き波形図である。

【００１５】この入力信号Ｓi の波形は、水平方向に
は、振幅が１で幅が１μsec のパルス波形を零から４Ｍ
Ｈｚ迄余弦波状に減衰する周波数特性の低域濾波器に通
し、４ＭＨｚ以上の帯域外成分を取り除いた波形であ
る。また、垂直方向には、合計９本の走査線にわたって
前記のパルスを配置し、これに垂直方向の低域濾波器を
用いて軽い高域低減処理を行って得られる波形になって
いる。

【００１６】図１に示すように、入力信号ｓi は遅延信
号形成回路１−１に供給される。図２に遅延信号形成回
路１−１の具体的な構成例を示す。図２において、時間
補正のための遅延回路であるブロックａ−１〜ａ−４は
入力される信号を時間Ｔy （前記の数２参照、空間距離
ｙo に相当）だけ遅延させて出力させ、遅延回路ａ−５
〜ａ−８は入力される信号を時間Ｔx （前記の数１参
照、空間距離ｘo に相当）だけ遅延させて出力させ、遅
延回路ａ−９〜ａ−１２は入力される信号を時間２Ｔx
遅延させて出力させる。

【００１７】図５（ａ）との対応で言えば、入力信号Ｓ
i が遅延回路ａ−１とａ−２を経由してラインＬx2から
出力されるのがｚx(2)であり、さらにａ−５を経由して
ラインＬx1から出力されるのがｚx(1)であり、さらにａ
−６を経由してラインＬx0から出力されるのがｚx(0)で
あり、さらにａ−７を経由してラインＬx-1 から出力さ
れるのがｚx(-1) であり、さらにａ−８を経由してライ
ンＬx-2 から出力されるのがｚx(-2) である。これらの
出力ｚx(n)(n=-2,-1,0,1,2）は水平方向のエッジ強調信
号を形成するための信号として用いられる。

【００１８】一方、入力信号Ｓi が遅延回路ａ−９を経
由してラインＬy2から出力されるのがｚy(2)であり、ａ
−１及びａ−１０を経由してラインＬy1から出力される
のがｚy(1)であり、ａ−１、ａ−２、ａ−５、ａ−６を
経由してラインＬy0から出力されるのがｚy(0)であり、
ａ−２からａ−３、ａ−１１を経由してラインＬy-1か
ら出力されるのがｚy(-1) であり、ａ−３からａ−４、
ａ−１２を経由してラインＬy-2 から出力されるのがｚ
y(-2) である。これらの出力ｚy(m)(m=-2,-1,0,1,2）は
垂直方向のエッジ強調信号を形成するために用いられ
る。図２における出力ｚx(0)とｚy(0)とは同一の信号で
あるが、それぞれ水平及び垂直方向の信号値列の中心
（基準）となる信号ｚ(0) であり、以下での処理はこの
ｚ(0) を基準にして説明を行うことになる。図６（ａ）
及び（ｂ）はこのｚ(0) の波形図でもある。

【００１９】図１にもどって、遅延信号形成回路１−１
から出力される信号のうち、ｚx(n)(n=-2,-1,0,1,2）は
次の水平方向エッジ強調信号形成回路１−２に供給さ
れ、ｚy(m)(m=-2,-1,0,1,2）は次の垂直方向エッジ強調
信号形成回路１−３に供給される。図３に示すものが水
平方向エッジ強調信号形成回路１−２の詳細な構成例で
あり、図４に示すものが垂直方向エッジ強調信号形成回
路１−３の詳細な構成例である。図３と図４に示す２つ
のエッジ強調信号形成回路は同一構成、同一機能であ
り、相違点は使用するパラメータの値などである。エッ
ジ強調信号形成回路１−２にはラインＬxn(n=-2,-1,0,
1,2）から、それぞれ５つの信号ｚx(n)(n=-2,-1,0,1,
2）が入力される。これらの信号は時間的、空間的には
図５（ｂ）の様な配置になっている。まず、エッジ強調
信号形成回路１−２では、５つの信号値の中の時間的に
隣り合う３つの信号値ｚx(-1) 、ｚx(0)、ｚx(1)を結ぶ
信号特性曲線を次の２次関数式で近似する。

【００２０】

【数３】

【００２１】ｚx の式の右辺の第１項は２次関数からな
る２次関数項、第２項は１次関数からなる１次関数項そ
して第３項は定数項である。前記の信号値ｚx(n)(n=-2,
-1,0,1,2）を基に、定数値ａx ，ｂx ，ｃx 、そして変
数ｘを求め、波形急峻化のパラメータを与えて水平方向
のエッジ強調信号ｈx を求めるのが、このブロック１−
２の機能である。

【００２２】垂直方向エッジ強調信号形成回路１−３に
はラインＬym(m=-2,-1,0,1,2）から、それぞれ５つの信
号ｚy(m)(m=-2,-1,0,1,2）が入力される。これらの信号
は時間的、空間的には図５（ｃ）の様な配置になってい
る。これらの中の時間的に隣り合う３つの信号値ｚy(-
1) 、ｚy(0)、ｚy(1)を結ぶ信号特性曲線を次の２次関
数式で近似する。

【００２３】

【数４】

【００２４】ｚy の式の右辺の第１項は２次関数からな
る２次関数項、第２項は１次関数からなる１次関数項そ
して第３項は定数項である。前記の信号値ｚy(m)(m=-2,
-1,0,1,2）を基に、定数値ａy ，ｂy ，ｃy 、そして変
数ｙを求め、波形急峻化のパラメータを与えて垂直方向
のエッジ強調信号ｈy を求めるのが、このブロック１−
３の機能である。

【００２５】水平と垂直の２つのエッジ強調信号ｈx 、
ｈy は基準位置（ｔ＝０、ｘ＝ｙ＝０）に対して求めら
れる。上記数３と数４における基準位置の値は同じ値で
あり、次式で表される。

【００２６】

【数５】

【００２７】このｚ(0) の値に対して、水平及び垂直方
向のエッジ強調信号ｈx 、ｈy を求め、ｈx に対しては
第１の増幅器１−４でβx （増幅率）倍し、ｈy に対し
ては第２の増幅器１−５でβy （増幅率）倍する。次の
第１の加算器１−６で２つのエッジ強調信号を加算合成
して合成エッジ強調信号ｅを求め、さらに次の第２の加
算器１−７で、数５に示した基準位置の値ｚ(0) に合成
エッジ強調信号ｅを合成し、入力信号をエッジ強調処理
した信号ｚo （次式参照）をラインＬ2 から出力する。
以上が図１の概略的な動作説明である。

【００２８】

【数６】

【００２９】次に、図１の中の２つのエッジ強調信号形
成回路１−２，１−３について詳細な説明を行うことに
する。まず、図３に示す水平方向エッジ強調信号形成回
路１−２の動作について説明する。図３に示すように、
エッジ強調信号形成回路１−２は８つの機能ブロックで
構成されており、ｂ−１は定数項合成器、ｂ−２は２次
関数項係数値合成器、ｂ−３は１次関数項係数値合成
器、ｂ−４は振幅合成器、ｂ−５は余弦値合成器、ｂ−
６は振幅制限増幅器、ｂ−７は乗算器、ｂ−８は減算器
である。ブロックｂ−１〜ｂ−３が第１の合成処理回路
を構成し、ブロックｂ−４〜ｂ−８が第２の合成処理回
路を構成する。

【００３０】前述の式、数３で表される曲線が３つの信
号値ｚx(-1) 、ｚx(0)、ｚx(1)を結ぶ曲線であるとの条
件から、この３つの信号値ｚx(-1) 、ｚx(0)、ｚx(1)を
数３に代入すると次式が得られる。

【００３１】

【数７】

【００３２】この式の定数ａx 、ｂx 、ｃx を求める処
理を行うのが、次の３つのブロックｂ−１〜ｂ−３であ
る。定数項合成器ｂ−１には、遅延信号形成回路１−１
から５つの信号ｚx(n)(n=-2,-1,0,1,2）が供給され、次
式のように混合率ｋn で加算合成された定数項の値ｃx
が出力される。

【００３３】

【数８】

【００３４】結果的に、定数項合成器ｂ−１は低域濾波
器の機能を果たしている。混合率ｋn の値を次式で与
え、

【００３５】

【数９】

【００３６】ｃx の値を５つの信号の平均値とした時の
出力波形図を、図７（ａ），（ｂ）に示す。この場合の
定数項合成器ｂ−１の特性は、図５（ｇ）のような周波
数特性を有する低域濾波器特性である。以下での装置の
動作説明ではこの特性を使用する。こうした等混合率に
よる平均値処理の低域濾波器の特性は、使用する信号値
の数で変わる。信号値の数を減らすと、低域濾波器の遮
断周波数の値が高くなっていく。逆に、信号値の数を増
やしていくと、低域濾波器の遮断周波数の値が低い方に
移動していく。

【００３７】定数項ｃx の値を求める低域濾波器として
は、上記の様な平均値による方法の他にも係数ｋn の与
え方によって、限られた条件下ではあるが、いろいろな
特性の低域濾波器を実現することができる。

【００３８】次の２次関数項係数値合成器ｂ−２には、
ラインＬx0を介してのｚx(0)と、定数項合成器ｂ−１か
らの定数項の値ｃx の２つの信号が供給され、次式のよ
うな処理が行われ、２次関数項の係数値ａx が出力され
る。

【００３９】

【数１０】

【００４０】この式は数８及び数９を数７の第２式に代
入することで求められる。２次関数項係数値合成器の機
能は減算器である。図８（ａ），（ｂ）に係数値ａx の
波形図を示す。明らかに入力信号（図６（ａ），
（ｂ））の水平高域信号成分である。次段の１次関数項
係数値合成器ｂ−３には信号ｚx(-1) ，ｚx(0)，ｚx
(1)、及び既に求められている２次関数項の係数値ａx
が供給され、次式のようにしてｘo がまず求められ、

【００４１】

【数１１】

【００４２】続いて１次関数項の係数値ｂx が次式によ
って求められる。

【００４３】

【数１２】

【００４４】この数１２は、数７の第１式と第３式の和
と、既に求められているｃx 及びａx からｘo の値（数
１１）を得、数７の第３式から第１式を減算することな
どで求められる。１次関数項係数値合成器ｂ−３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。図９（ａ），（ｂ）に
示すのがｂx の波形図である。

【００４５】次段の振幅合成器ｂ−４には、２次関数項
係数値合成器ｂ−２からの係数値ａx と１次関数項係数
値合成器ｂ−３からの係数値ｂx とが供給されている。
係数値ａx は基準点（ｔ＝０、即ちｘ＝０）に対して偶
関数となる２次関数項の係数値であり、係数値ｂx は基
準点に対して奇関数となる１次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を考慮し
て、係数値ａx を横軸にとり、係数値ｂx を縦軸にとっ
て描いた図５（ｄ）に示すような直角三角形から振幅値
Ａx は次式で求められ出力される。

【００４６】

【数１３】

【００４７】この振幅合成器ｂ−４の出力Ａx の波形図
は図１０（ａ），（ｂ）である。振幅合成器の機能もテ
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。

【００４８】次の余弦値合成器ｂ−５には２次関数項係
数値合成器ｂ−２からの係数値ａxと振幅合成器ｂ−４
からの振幅値Ａx とが供給されており、図５（ｄ）の直
角三角形の斜辺Ａx と横軸の係数値ａx との関係から、
余弦値COS φx は次式で求められ出力される。

【００４９】

【数１４】

【００５０】２つの係数値ａx ，ｂx の合成から求めら
れる振幅値Ａx により、係数値ａxをノーマライズして
振幅１の波形を得る働きをするのが、余弦値合成器ｂ−
５の機能である。余弦値合成器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。数１４の位相値φx の値は、図５（ｄ）の
縦軸の値ｂx と横軸の値ａx の比からも、次式のように
求められる。

【００５１】

【数１５】

【００５２】この位相値φx から、数１４に示す余弦値
（COS φx ）を求めることもできる。次の振幅制限増幅
器ｂ−６は通称リミッタと呼ばれる回路であり、その入
出力特性の一例を図５（ｆ）に示す。入力ｑx に対する
出力ｇx （qx）の関係を式で表すと次のようになる。

【００５３】

【数１６】

【００５４】入力される信号レベルが振幅制限パラメー
タαx の値よりも相対的に小さい時には、入力された信
号はαx 倍に増幅されて出力され、一方、入力される信
号レベルがαx よりも相対的に大きい時には、入力され
た信号は振幅制限されて、振幅１の信号を出力させるよ
うな働きをしている。これにより、前段から入力される
余弦値の小振幅部分の信号波形の傾斜が急峻化され、そ
れ以外の信号部分は振幅値１の信号波形で出力されるこ
とになる。

【００５５】次のブロックｂ−７は乗算器であり、振幅
合成器ｂ−４からの振幅値Ａx と振幅制限増幅器ｂ−６
からの出力ｇx との積ｅx が求められる。

【００５６】

【数１７】

【００５７】このブロックの出力ｅx は、２次関数項係
数値ａx が振幅制限増幅器ｂ−６で変形された結果とし
て得られたものである。従って、振幅制限パラメータα
x ＝１の場合には、ｅx はａx と全く同じ波形になる。
よって、次式のように、

【００５８】

【数１８】

【００５９】定数項ｃx と加算合成すると、数７の第２
式の値ｚx(0)が水平方向にエッジ強調された信号ｚoxが
求められることになる。しかし、本発明ではさらに垂直
方向も含めた２次元輪郭強調を行うのが目的なので、数
１８のような加算はこの段階では行わない。

【００６０】次の減算器ｂ−８には２次関数項係数値合
成器ｂ−２からの信号ａx と乗算器ｂ−７からの信号ｅ
x が供給され、次式のような水平方向のエッジ強調信号
ｈxが求められ、ラインＬhxを介して出力される。

【００６１】

【数１９】

【００６２】数１６における振幅制限パラメータをαx
＝０．２５として処理されたｈx の波形図を図１１
（ａ）及び（ｂ）に示す。各走査線上の入力パルス波形
のトランジェントの所に明確な強調成分が形成されてい
る事が分かる。以上が図３の機能である。

【００６３】次に、図４に内部構成を示す垂直方向エッ
ジ強調信号形成回路１−３の動作について説明する。前
記したように回路構成自体は水平方向エッジ強調信号形
成回路１−２と同一である。図４において、ｃ−１は定
数項合成器、ｃ−２は２次関数項係数値合成器、ｃ−３
は１次関数項係数値合成器、ｃ−４は振幅合成器、ｃ−
５は余弦値合成器、ｃ−６は振幅制限増幅器、ｃ−７は
乗算器、ｃ−８は減算器である。ブロックｃ−１〜ｃ−
８は図３に示したブロックｂ−１〜ｂ−８と一体一に対
応している。

【００６４】垂直方向エッジ強調信号形成回路１−３で
は、前述の式数４で表される曲線が３つの信号値ｚy(-
1) 、ｚy(0)、ｚy(1)を結ぶ曲線であるとの条件である
から、この３つの信号値ｚy(-1) 、ｚy(0)、ｚy(1)を数
４に代入することで次式が得られる。

【００６５】

【数２０】

【００６６】この式の定数ａy 、ｂy 、ｃy を求める処
理を行うのが、次の３つのブロックｃ−１〜ｃ−３であ
る。定数項合成器ｃ−１には５つの信号ｚy(m)(m=-2,-
1,0,1,2）が、遅延信号形成回路１−１から供給され、
次式のように混合率ｋn で加算合成された定数項の値ｃ
y が出力される。

【００６７】

【数２１】

【００６８】結果的に、定数項合成器ｃ−１は低域濾波
器の機能を果たしている。混合率ｋn の値を次式で与
え、

【００６９】

【数２２】

【００７０】ｃy の値を５つの信号の平均値とした時の
出力波形図を図７（ｃ）及び（ｄ）に示す。この場合の
定数項合成器ｂ−１の特性は、図５（ｈ）のような周波
数特性を有する低域濾波特性である。以下での装置の動
作説明ではこの特性を使用する。こうした等混合率によ
る平均値処理の低域濾波器の特性は、使用する信号値の
数で変わる。信号値の数を減らすと、低域濾波器の遮断
周波数の値が高くなっていく。逆に、信号値の数を増や
していくと、低域濾波器の遮断周波数の値が低い方に移
動していく。

【００７１】定数項ｃy の値を求める低域濾波器として
は、上記の様な平均値による方法の他にも係数ｋn の与
え方によって、限られた条件下ではあるが、いろいろな
特性の低域濾波器を実現することができる。

【００７２】次の２次関数項係数値合成器ｃ−２には、
ラインＬy0を介してのｚy(0)と、定数項合成器ｃ−１か
らの定数項の値ｃy の２つの信号が供給され、次式のよ
うな処理が行われ、２次関数項の係数値ａy が出力され
る。

【００７３】

【数２３】

【００７４】この式は数２１及び数２２を数２０の第２
式に代入することで求められる。２次関数項係数値合成
器の機能は減算器である。図８（ｃ）及び（ｄ）に係数
値ａy の波形図を示す。明らかに入力信号（図６（ａ）
及び（ｂ））の垂直高域信号成分である。

【００７５】次の１次関数項係数値合成器ｃ−３には信
号ｚy(-1) ，ｚy(0)，ｚy(1)、及び、既に求められてい
る２次関数項の係数値ａy が供給され、次式のようにし
てｙo をがまず求められ、

【００７６】

【数２４】

【００７７】続いて１次関数項の係数値ｂy が次式によ
って求められる。

【００７８】

【数２５】

【００７９】この数２５は、数２０の第１式と第３式の
和と、既に求められているｃy 及びａy からｙo の値
（数２４）を得、数２０の第３式から第１式を減算する
ことなどで求められる。１次関数項係数値合成器ｃ−３
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。図９（ｃ）及び
（ｄ）に示すのが係数値ｂy の波形図である。

【００８０】次段の振幅合成器ｃ−４には、２次関数項
係数値合成器ｃ−２からの係数値ａy と１次関数項係数
値合成器ｃ−３からの係数値ｂy とが供給されている。
係数値ａy は基準点（ｔ＝０、即ちｙ＝０）に対して偶
関数となる２次関数項の係数値であり、係数値ｂy は基
準点に対して奇関数となる１次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を考慮し
て、係数値ａy を横軸にとり、係数値ｂy を縦軸にとっ
て描いた図５（ｄ）に示すような直角三角形から振幅値
Ａy は次式で求められ出力される。

【００８１】

【数２６】

【００８２】この振幅合成器ｃ−４の出力Ａy の波形図
は図１０（ｃ）及び（ｄ）である。振幅合成器の機能も
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。

【００８３】次の余弦値合成器ｃ−５には２次関数項係
数値合成器ｃ−２からの係数値ａyと振幅合成器ｃ−４
からの振幅値Ａy とが供給されており、図５（ｄ）の直
角三角形の斜辺Ａy と横軸の係数値ａy との関係から、
余弦値COS φy は次式で求められ出力される。

【００８４】

【数２７】

【００８５】２つの係数値ａy とｂy の合成から求めら
れる振幅値Ａy により、係数値ａyをノーマライズして
振幅１の波形を得る働きをするのが、余弦値合成器の機
能である。この余弦値合成器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。

【００８６】数２７の位相値φy の値は、図５（ｄ）の
縦軸の値ｂy と横軸の値ａy の比からも、次式のように
求められる。

【００８７】

【数２８】

【００８８】この位相値φy から、数２７に示す余弦値
（COS φy ）を求めることもできる。次の振幅制限増幅
器ｃ−６は通称リミッタと呼ばれる回路であり、その入
出力特性の一例をは図５（ｆ）に示す。入力ｑy に対す
る出力ｇy （qy）の関係を式で表すと次のようになる。

【００８９】

【数２９】

【００９０】入力される信号レベルが振幅制限パラメー
タαy の値よりも相対的に小さい時には、入力された信
号はαy 倍に増幅されて出力され、一方、入力される信
号レベルがαy よりも相対的に大きい時には、入力され
た信号は振幅制限されて、振幅１の信号を出力させるよ
うな働きをしている。これにより、前段から入力される
余弦値の小振幅部分の信号波形の傾斜が急峻化され、そ
れ以外の信号部分は振幅値１の信号波形で出力されるこ
とになる。

【００９１】次のブロックｃ−７は乗算器であり、振幅
合成器ｃ−４からの振幅値Ａy と振幅制限増幅器ｃ−６
からの出力ｇy との積ｅy が求められる。

【００９２】

【数３０】

【００９３】このブロックの出力ｅy は、２次関数項係
数値ａy が振幅制限増幅器ｃ−６で変形された結果とし
て得られたものである。従って、振幅制限パラメータα
y ＝１の場合には、ｅy はａy と全く同じ波形になる。
よって、次式のように、

【００９４】

【数３１】

【００９５】定数項ｃy と加算合成すると、数２０の第
２式の値ｚy(0)が垂直方向にエッジ強調された信号ｚoy
が求められることになる。しかし、本発明ではさらに水
平方向も含めた２次元輪郭強調を行うのが目的なので、
数３１のような加算はこの段階では行わない。

【００９６】次の減算器ｃ−８には２次関数項係数値合
成器ｃ−２からの信号ａy と乗算器ｃ−７からの信号ｅ
y が供給され、次式のような垂直方向のエッジ強調信号
ｈyが求められ、ラインＬhyを介して出力される。以上
が図４の機能である。

【００９７】

【数３２】

【００９８】数２９における振幅制限パラメータをαy
＝０．２５として処理されたｈy の波形図を図１１
（ｃ）及び（ｄ）に示す。各走査線上の入力パルス波形
のトランジェントの所に明確な強調成分が形成されてい
ることが分かる。

【００９９】図１にもどって、ラインＬhxを介して出力
される水平方向のエッジ強調信号ｈx は、第１の増幅器
１−４で増幅（βx 倍）されてｅx ＝βx ｈx となり、
次段の第１の加算器１−６に加えられる。一方、ライン
Ｌhyを介して出力された垂直方向のエッジ強調信号ｈy
は、第２の増幅器１−５で増幅（βy 倍）されてｅy＝
βy ｈy となり、次段の第１の加算器１−６に加えられ
る。

【０１００】第１の加算器１−６では次式に示すよう
に、増幅器１−４からの信号ｅx と、増幅器１−５から
の信号ｅy とが加算合成され、エッジ強調信号ｅが得ら
れる。

【０１０１】

【数３３】

【０１０２】図１２（ａ）及び（ｂ）は、振幅制限パラ
メータがαx ＝αy ＝０．２５で、増幅器の増幅率をβ
x ＝βy ＝０．５とした時のエッジ強調信号ｅの波形図
である。次の第２の加算器１−７では、次式のように遅
延信号形成回路１−１からの基準点の信号ｚ(0) と加算
器１−６からのエッジ強調信号ｅの加算合成が行われ、
最終出力信号ｚo が求められる。

【０１０３】

【数３４】

【０１０４】図１２（ｃ）及び（ｄ）は振幅制限パラメ
ータがαx ＝αy ＝０．２５で、増幅器の増幅率をβx
＝βy ＝０．５とした時のｚo の波形図である。図１２
（ｃ）及び（ｄ）を入力信号である図６（ａ）及び
（ｂ）と比較すると２次元パルスの周辺の傾斜が２倍以
上急峻化されていることが分かる。

【０１０５】図１３（ａ）〜（ｄ）は図１２（ａ）〜
（ｄ）と一体一に対応した各部の波形図であるが、ここ
では振幅制限パラメータがαx ＝αy ＝０．２５で、増
幅器の増幅率をβx ＝βy ＝０．７５であり、図１２に
比べて増幅率をやや大きめにしてある。ｚo の波形図を
入力信号と比較するとエッジ強調効果が明確である。図
１２（ａ）〜（ｄ）との比較では増幅率の値の差がでて
いる。

【０１０６】図１４（ａ）及び（ｂ）は、図６（ａ）及
び（ｂ）が矩形の白色パターンであったのに対して、や
やひし形になった白色パターンの入力信号の例である。
これに対する各部の出力波形図を図１５及び図１６の
（ａ）〜（ｄ）に示す。これは前述の図１２及び図１３
と一体一に対応した各部の波形図である。何れも波形傾
斜部の急峻化の効果が明確であるが、同一の値のパラメ
ータを使った比較では単純な矩形白色パターンの場合よ
りもプリシュート及びオーバーシュートが大きい。しか
しながら、従来方法の２次微分によるエッジ強調の場合
との比較では、プリシュート及びオーバーシュートは問
題にならない程度に小さい。以上の如く、ひし形の様な
斜めのパターンに対しても、本実施例は十分効果的に機
能していることが分かる。

【０１０７】なお、エッジ強調処理の中で用いられる低
域濾波器（定数項合成器ｂ−１，ｃ−１）の特性として
は、数９や数２２の様な等混合率による平均値を用いる
方法以外にもいくつかの方法があり、例えば次式のよう
な混合率を用いる方法もある。

【０１０８】

【数３５】

【数３６】

【０１０９】数３５は水平方向、数３６は垂直方向に関
する低域濾波器の例である。数３５，数３６に示した混
合率では、細部の特性に関しては上記の動作説明で用い
た特性とは異なるが、本質的には同様に機能する。

【０１１０】また、１次関数係数値ｂx またはｂy を求
める際に、信号がかなり複雑な変化を伴う波形の場合
に、主として演算誤差によるピークパルスが発生する場
合がある。このようなピークパルスの周波数成分は主と
して入力信号の含有周波数帯域外の成分であるので、ｂ
x 叉はｂy に対して帯域制限のための低域濾波器をかけ
ることで、このピークパルスを取り除くことができる。
図５（ｅ）のはｂx に対する低域濾波器の特性であ
り、fa=4.5MHz とした例である。

【０１１１】さらに、水平方向エッジ強調信号ｈx に対
して、入力信号帯域の数倍の帯域までで帯域制限する低
域濾波器を設けることにより、エッジ強調の度合いをさ
らに細かく調整することができる。図５（ｅ）のはそ
の低域濾波器の特性の一例（fb=5fm の場合）である。

【０１１２】また、増幅器１−４，１−５のエッジ強調
信号に対する利得を、実際の画像を観察しながら調整す
れば、好みに合わせた最適な状態の画質改善効果を得る
ことができる。さらには、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。

【０１１３】以上のように、本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、かつ最適
なエッジ強調信号が、自然な形で滑らかに再生画像に２
次元的に付加されるので、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。

【０１１４】上記した実施例の各ブロックはは、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。

【０１１５】なお、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ＶＴＲ、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。

【０１１６】

【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。 （イ）入力信号の水平・垂直各方向の波形変化部（エッ
ジ）の情報を求めるために、入力信号における所定時間
（水平方向に対応する時間Ｔx 、または垂直方向に対応
する時間Ｔy ）毎の隣接する少なくとも３つの信号値を
結ぶ特性曲線を２次関数項、１次関数項、及び定数項の
和で近似する。次に、２次関数項と１次関数項との係数
値及び定数項を処理することによって、水平・垂直各方
向のエッジを急峻化するための強調信号を形成する。そ
して、その２つのエッジ強調信号を合成して入力信号に
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
波数成分を再合成して入力信号に付加でき、２次元的に
入力信号のエッジ強調が行われ、輪郭が強調された再生
画像となる出力信号を得ることができる。

【０１１７】（ロ）水平及び垂直の方向に対して、３つ
の信号値を結ぶ特性曲線の定数項を求める際に、隣接す
る複数個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、
２次関数項及び１次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
はかなり広範囲であり、使用状況に応じた種々の設定が
可能である。

【０１１８】（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。

【０１１９】（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。

【０１２０】（ホ）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】本発明の一実施例のブロック構成図である。

【図２】実施例内の遅延信号形成回路の構成例を示す図
である。

【図３】実施例内の水平方向エッジ強調信号形成回路の
構成例を示す図である。

【図４】実施例内の垂直方向エッジ強調信号形成回路の
構成例を示す図である。

【図５】実施例の動作説明図である。

【図６】実施例の動作説明図である。

【図７】実施例の動作説明図である。

【図８】実施例の動作説明図である。

【図９】実施例の動作説明図である。

【図１０】実施例の動作説明図である。

【図１１】実施例の動作説明図である。

【図１２】実施例の動作説明図である。

【図１３】実施例の動作説明図である。

【図１４】実施例の動作説明図である。

【図１５】実施例の動作説明図である。

【図１６】実施例の動作説明図である。

【符号の説明】

１−１ 遅延信号形成回路（信号値を抽出する抽出回
路） １−２ 水平方向エッジ強調信号形成回路 １−３ 垂直方向エッジ強調信号形成回路 １−４ 第１の増幅器 １−５ 第２の増幅器 １−６ 第１の加算器 １−７ 第２の加算器（出力信号を得る加算回路）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第１の時間間隔毎及び第２の時間間隔毎に
   入力信号から信号値を抽出する抽出回路と、 前記第１の時間間隔毎に抽出された信号値が供給され水
   平方向のエッジ強調信号を得る水平方向エッジ強調信号
   形成回路と、 前記第２の時間間隔毎に抽出された信号値が供給され垂
   直方向のエッジ強調信号を得る垂直方向エッジ強調信号
   形成回路と、 前記水平方向及び垂直方向の２つのエッジ強調信号を合
   成して合成エッジ強調信号を得る合成回路と、 前記合成エッジ強調信号を前記入力信号に加算し、前記
   入力信号の波形変化部を急峻化した出力信号を得る加算
   回路とから構成し、 前記水平方向エッジ強調信号形成回路、及び前記垂直方
   向エッジ強調信号形成回路はそれぞれ、 前記抽出回路から供給される時間間隔毎の信号値のう
   ち、時間的に隣り合う少なくとも３つの信号値を連結す
   る信号特性曲線を、２次関数項と１次関数項と定数項と
   の和から成る２次関数で近似するために、前記３つの信
   号値を少なくとも含む複数個の信号値を所定比率で加算
   合成して前記定数項を求めると共に、前記３つの信号値
   を少なくとも含む複数個の信号値から前記２次関数項及
   び１次関数項の各係数値を求める第１の合成処理回路
   と、 前記２次関数項と前記１次関数項との２つの係数値から
   振幅値を求め、前記振幅値に対する前記２次関数項の係
   数値の比率から余弦値を求め、前記余弦値を非線形処理
   して振幅制限余弦値を求め、前記振幅制限余弦値と前記
   振幅値とから２次関数項のエッジ強調された新たな係数
   値を求め、その新たな係数値と前記２次関数項の係数値
   との差から方向別のエッジ強調信号を得る第２の合成処
   理回路とから成る、ことを特徴とする画質改善装置。