JPH10510696A

JPH10510696A - 標準帯域幅のカラーテレビジョン信号から垂直の精細度が高められたカラービデオ信号を生成するための方法および装置

Info

Publication number: JPH10510696A
Application number: JP9514301A
Authority: JP
Inventors: ファルージャ，イブ・セ; スワーツ，ピーター・ディ
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-10-05
Filing date: 1996-09-24
Publication date: 1998-10-13
Also published as: EP0796540A1; EP0796540B1; JP4536760B2; DE69608410T2; JP2007300687A; WO1997013376A1; US5940141A; DE69608410D1

Abstract

(57)【要約】（１）互換性のある標準帯域幅の２−１の飛び越し走査テレビジョン信号、標準ＮＴＳＣもしくはＰＡＬテレビジョン信号のようなアナログ信号、または標準フォーマットのディジタル信号、たとえば標準ＮＴＳＣもしくはＰＡＬテレビジョン信号のディジタル表現、または２：１の飛び越し走査ＣＣＩＲ６０１の階層フォーマットの１つにおけるディジタルビデオ信号の、アナログまたはディジタル成分（たとえばＲＧＢ、Ｙ／Ｉ／Ｑ、Ｙ／Ｕ／Ｖ、Ｙ／Ｒ−Ｙ／Ｂ−Ｙ、Ｙ／Ｃｒ／Ｃｂ、など）は飛び越し走査から順次走査に変換され、順次走査フレーム速度は飛び越し走査フィールド速度に対応し、順次走査フレームの各々は飛び越し走査フィールドの各々の走査線の２倍の走査線を有し、この変換はしばしば「ライン２倍化」と呼ばれ、（２）順次走査信号のライン速度は、適切な後処理フィルタリングを含む補間によって増加され（もし順次走査信号のライン速度が２倍されたならば、全体としての効果はしばしば「ライン４倍化」、または、順次走査信号走査速度が１．５で乗される場合には「ライン３倍化」と呼ばれる）、そして（３）結果としての信号は垂直領域においてスペクトル伸長される。垂直の帯域幅エンハンスメントは広帯域幅の垂直ディテール信号をシミュレートする。垂直のディテール信号は処理された互換性のある信号それ自体から自己導出される。

Description

【発明の詳細な説明】標準帯域幅のカラーテレビジョン信号から垂直の精細度が高められたカラービデオ信号を生成するための方法および装置技術分野この発明は、テレビジョン信号処理に関する。より特定的には、この発明は、互換性のある標準帯域幅のテレビジョン信号（たとえば、標準アナログ方式もしくはディジタル方式で符号化されるＮＴＳＣもしくはＰＡＬテレビジョン信号またはディジタル方式で符号化されたＣＣＩＲ６０１４：２：２、４：２：０、４：１：１、もしくは２：１：１フォーマットのビデオ信号）から、再生されるとき心理的に見て不愉快なアーティファクトが比較的少ない、より高精細度的なビデオ画像を提供する信号を導出するための改良された信号処理装置および方法に関する。背景分野標準テレビジョン受信機との互換性のある標準アナログ方式のＮＴＳＣまたはＰＡＬ信号伝送を保持しつつ、エンハンスされたテレビジョン再生を提供するための多くの構成が提案されてきた。このような構成は、ＩＱＴＶ（Improved Qua lity Television：改良品質テレビジョン）、ＨＱＴＶ（High Quality Televisi on：高品質テレビジョン）、ＩＤＴＶ（Improved Definition Television：改良精細度テレビジョン）、ＥＤＴＶ（Extended Definition Television：高精細度テレビジョン）などとしてさまざまに説明されてきた。ディジタル方式で符号化されたビデオ信号に関し類似した問題および解決法が浮上してきた。たとえば、ＣＣＩＲ６０１４：２：２フォーマットを何らかのダウンコンバージョンおよび／または圧縮技術によって伝送または記憶のために、データが縮小された形式に変換すること、そして原フォーマットの画質に近づくまたはそれを超えるような態様でビデオ信号をデコードし、復元するというそれに伴う必要性がある。１９８０年代に、本発明者はスーパーＮＴＳＣシステムを開発した。これによると、高品質の順次走査源から導出される互換性のあるアナログＮＴＳＣ信号から高精細度の再生が得られた。このシステムは、たとえば、イブ・ファルージャ (Yves Faroudja)およびジョセフ・ロイゼン(Joseph Roizen)の「ＲＧＢに近い性能を達成するためのＮＴＳＣの改良」（Improving NTSC to Achieve Near-RGB P erformance）、『J．SMPTE』１９８７年８月号頁750-761、イブ・チャールズ・ファルージャ(Yves Charles Faroudja)の「ＮＴＳＣ、それを越えて」(NTSC a nd Beyond)、（『コンシューマ・エレクトロニクスに関するＩＥＥＥ紀要』(IEE E Transactions on Consumer Electronics)、１９８８年２月号、頁166-177、イブ・Ｃ・ファルージャ（Yves C．Faroudja）およびジョセフ・ロイゼンの「改良ＮＴＳＣについての発展報告」（A Progress Report on Improved NTSC）、『J ．SMPTE』１９８９年１１月号、頁817-822、ならびにファルージャ研究所(Farou dja Research)の『スーパーＮＴＳＣのシステム説明』（System Description Su per NTSC）、１９９０年３月１５日１、２、および３章に説明されている。高解像度の再生のために、スーパーＮＴＳＣは互換性のある複合ＮＴＳＮ信号を成分にデコードし、水平領域のクロマ信号成分を帯域伸長し、信号成分のラインを倍にし（すなわち、飛び越し走査フィールドの各々のライン数を２倍にするか、または、代わりに、飛び越し走査信号を順次走査に変換し、順次走査フレーム速度が飛び越し走査フィールド速度に対応し、各順次走査フレームが各飛び越し走査フィールドの２倍の走査線を有するようにする）、そして、高解像度モニタ上に表示する前に水平領域の輝度成分をスペクトル伸長する。ブロデール・ヴェントランド(Broder Wendland)およびハルトムート・シュレーダー(Hartmut Schroeder)が、「諸テレビジョン信号処理技術の画質について」（On Picture Quality of Some Television Signal Processing Techniques）『J．SMPTE』1984年10月号、頁915-922の中で開示しているシステム（図１、ライン３）は、高品質の源から導出され、本質的にエイリアシング・アーティファクトのない互換性のある６２５本のラインの２：１の飛び越し走査テレビジョン信号が、飛び越し走査信号から順次走査信号に変換され、ライン周波数が２倍になるよう補間され、そして再び飛び越し走査信号に変換され、１２４９本のラインの２：１の飛び越し走査テレビジョン信号が提供されるというものである。したがって、再生されたライン速度およびフレーム速度はそれぞれ受信された互換性のある信号のライン速度およびフレーム速度の２倍となっている。同様の方法は、Ｇ．Ｊ．トンジェ(Tonge)の「テレビジョン走査方法」（The Television Scanning Process）『J．SMPTE』1984年７月号、頁657-666でも説明されている。ヴェントランドおよびシュレーダーはまた、マイケル・ヤコブセン（Michael Jacobsen）の「ＴＶ受信機におけるディジタル処理によるＰＡＬ符号化されたＴＶ信号のための画像エンハンスメント」（Picture Enhancement for PAL-coded TV Signals by Digital Processing in TV Receivers）『J．SMPTE』1983年２月号、頁164-169を引用しつつ、「垂直方向における非線形エンハンスメント技術」（前掲書頁920、右コラム上）の実施についても言及している。しかしながら、引用された文献において開示されている唯一の「非線形」エンハンスメントは輝度アパーチャ補正構成であって、これはノイズレベルに応答して、同一フィールドの３本のラインから線形に導出される垂直ディテール信号の輝度信号への可変付加で、ディテール信号はその振幅を非線形に重み付けられている。また図１に関連して、以下の先行技術のアパーチャ補正の説明を参照されたい。本発明者のスーパーＮＴＳＣシステムならびにヴェントランドおよびシュレーダー、トンジェ、ならびにその他によって提案されたような構成によって得られる実質的な改良にもかかわらず、結果として得られるテレビジョンディスプレイは依然として互換性のない広帯域テレビジョン信号を用いたときに得られるものよりも劣っている。ポール・Ａ・スノプコ（Paul A．Snopko）およびジョング・Ｇ・キム(Jong G．Kim)の「アップコンバートされたＮＴＳＣビデオを用いた互換性のあるディジタルＨＤＴＶ」（Digital Compatible HDTV Using Upconverte d NTSC Video）『J．SMPTE』1993年３月号、頁186-189において、ＮＴＳＣ入力は飛び越し走査から非飛び越し走査に変換され、垂直ラインの数は、ＨＤＴＶ（高精細度テレビジョン）のフォーマットをシミュレートするため増加されている。著者は、「自明な理由で、ＮＴＳＣの画像をＨＤＴＶフォーマットにアップコンバートすることではＨＤＴＶの解像度は得られない」（前掲書、頁187、右コラム上）と嘆いている。ウィリアム・Ｅ・グレン（William E．Glenn）およびカレン・Ｇ・グレン（Ka ren G．Glenn）は、「高精細度伝送、信号処理、および表示」（High-Definitio n Transmission，Signal Processing and Display）『J．SMPTE』1990年７月号、頁538、541において、互換性ある５２５本のラインの飛び越し走査ＮＴＳＣテレビジョン信号が１１２５本のラインの順次走査信号に変換されるシステムを説明している。高精細度の信号を再構築するために、高周波数の垂直ディテール信号は補助チャネル内で伝送され、変換されたＮＴＳＣ信号と総和される。本発明者の米国特許第５，１５１，７８３号、第５，２３７，４１４号および第５，４２８，３９８号において開示されている実施例では、標準帯域幅のテレビジョン信号、たとえばＮＴＳＣ信号などは、動きに適合するラインダブラ（Ii ne doubler：飛び越し走査フィールドの各々におけるラインの数を２倍にするか、または、代わりに、飛び越し走査信号を順次走査信号に変換し、順次走査フレーム速度が飛び越し走査フィールド速度に対応し、順次走査フレームの各々が飛び越し走査フィールドの各々の２倍の走査線を有するようにする）に印加され、その出力は次に非線形エンハンサに印加され、これは水平および／または垂直の画像遷移のための帯域伸長を含む。しかしながら、本発明者は、標準帯域幅のテレビジョン信号のラインを２倍にした後に垂直の画像遷移のための帯域伸長を行なうと、視覚的に許容できないエイリアシングアーティファクト（たとえばモアレパターン）が生成されることを発見した。さらに、上記に引用した『スーパーＮＴＳＣのシステム説明』ではラインダブラの後に「水平および垂直方向の両方に対する帯域伸長器」について言及している。しかしながらこれは誤りであって、垂直の帯域伸長は決してスーパーＮＴＳＣの特徴ではなく、前掲書中の詳細なブロック図はただ水平領域のみにおける帯域伸長を開示している。したがって、エイリアシングアーティファクトの生成がなく、または補助信号情報を伝送する必要のない、互換性のあるビデオ信号から高精細度テレビジョン信号を再構築することのできる再生システムが依然として必要とされている。発明の概要この発明の教示によれば、（１）互換性のある標準帯域幅の２−１の飛び越し走査テレビジョン信号、標準ＮＴＳＣもしくはＰＡＬテレビジョン信号のようなアナログ信号、または標準ＮＴＳＣもしくはＰＡＬテレビジョン信号のディジタル表現のような標準フォーマットのディジタル信号、または２：１の飛び越し走査ＣＣＩＲ６０１の階層フォーマットの１つにおけるディジタルビデオ信号の、アナログまたはディジタルの成分（ＲＧＢ、Ｙ／Ｉ／Ｑ、Ｙ／Ｕ／Ｖ、Ｙ／Ｒ −Ｙ／Ｂ−Ｙ、Ｙ／Ｃｒ／Ｃｂ、など）は飛び越し走査から順次走査に変換され、順次走査のフレーム速度は飛び越し走査のフィールド速度に対応し、各順次走査フレームは各飛び越し走査フィールドの２倍の走査線を有し、この変換はしばしば「ラインの２倍化(line doubling)」と呼ばれ、（２）順次走査信号のライン速度は、適切な後処理フィルタリングを含む補間によって増加され（もし順次走査信号のライン速度が２倍になるならば、全体としての効果はしばしば「ラインの４倍化」と呼ばれ、または、順次走査信号の走査速度が１．５で乗じられるならば「ラインの３倍化」と呼ばれる）、そして（３）この結果としてできる信号は垂直領域においてスペクトル伸長される。順次走査信号のライン速度が２倍になった場合、結果として生じる順次走査のライン速度は入力信号の走査ライン速度の４倍になる。改良された垂直の解像度を利用するためには、結果としてできたテレビジョン信号は十分に良好な光学品質を有するモニタ、たとえば、ドットサイズの小さな直視モニタまたは３つの単色カラー管を用いた高品質の投影システムなどに表示されねばならない。本発明者は、飛び越し走査から順次走査へという型でラインを倍にし、順次走査信号のライン速度を増加させた後に垂直領域でスペクトル伸長を行なうと、垂直の解像度の明らかな増加が可能となり、高品質の元の源信号により近づき、一方で視覚的に許容できないエイリアシングアーティファクトの生成を防ぎ、補助ディテール信号の伝送の必要もないということを発見した。垂直の帯域幅エンハンスメントは広帯域の垂直ディテール信号をシミュレートする。垂直のディテール信号は処理された互換性のある信号自体から自己導出される。飛び越し走査から順次走査への変換を、走査線を十分にさらに増加させることと結合させると、垂直遷移の立上がり時間の減少を現実的かつ目に見えるものにできる。垂直のスペクトル伸長の度合いは、ライン速度の増加の量と相関されるべきである。ライン速度を２倍にするとライン速度のより小さな増加に比ベて、不所望のエイリアシングをもたらすことなく、より大きな垂直スペクトル伸長が可能になる。周波数領域においては、走査によってライン速度の倍数を中心とする繰返される一連の周期的スペクトルが生成される。垂直の帯域伸長によって各スペクトルは広げられ、スペクトルが初めから十分に間隔をあけて配置されていなければオーバーラッピングが生ずる。この発明は、単にラインが２倍にされた（すなわち飛び越し走査から順次走査に変換された）信号に帯域伸長を行なうほどスペクトルは十分に広い間隔をあけて配置されていないが、好ましくは補間によるライン速度のさらなる増加によって、スペクトルのオーバーラッピングによって生ずるエイリアシングアーティファクトを発生させることなく自己発生的帯域伸長が可能になるという認識に基づいている。垂直領域におけるスペクトル伸長または帯域伸長によって垂直遷移の立上がり時間は短くなり、顕著なプレシュート、オーバーシュート、またはリンギングなしに遷移は鋭くされる。スペクトル伸長または帯域伸長は非線形エンハンサによって与えられる。これは、少なくとも一部の信号伝送振幅レベルにおいては、垂直領域における原スペクトルの制御された高調波歪みによって印加される信号の帯域を伸長する。高調波歪みは、乗算手段およびゲート手段による処理を含む非線形処理の多くの形式によって実施し得る。このような装置はまた、「ビデオクリスプナ」ならびに、「制御された調波発生」、「スペクトル伸長」、「プレシュートおよびオーバーシュートなしのより短い立上がり時間および立下がり時間」、「乗算エンハンスメント」および「ゲート式エンハンスメント」を与える信号処理器を含む他の名称でもこの分野において知られている。先行技術のスペクトル伸長の例は、ゴールドマーク（Goldmark）およびリーブス(Reeves)の米国特許第２，７４０，０７１号、ハリウッド（Hollywood）の米国特許第２，８５１，５２２号、およびゴールドマークおよびハリウッドの「テレビジョン画像の鮮鋭さを向上させるための新技術」（A New Technique for Im proving the Sharpness of Television Pictures）『ＩＲＥ紀要』（Proceeding s of the IRE）1951年10月号、頁1314と題された論文において説明されている。非線形スペクトル伸長技術における改良は、本発明者の先行する米国特許第４，０３０，１２１号において示され、他の非線形信号エンハンスメントの例は、本発明者の米国特許第４，５０４，８５３号および第５，０１４，１１９号において示されている。この方法は、水平方向および垂直方向のいずれにも等しく適用可能であるが、垂直領域においてはこの結果は全体の信号の帯域幅ではなく周期的ライン速度間隔のスペクトルの帯域幅に影響を与える。本発明者は、その米国特許第５，１５１，７８３号および第５，２３７，４１４号において、どのように非線形エンハンスメントが垂直領域において適用され得るかを説明している。本段落において引用された上述の米国特許はすべてその全体としてここに引用によって援用される。図１は、いくつかのラインを重みと結合させることによって垂直の遷移をエンハンスする「アパーチャ補正器」型の先行技術の垂直エンハンサの機能ブロック図である。このような構成はオーバーシュートおよびアンダーシュートを生み出す。入力ビデオ波形電圧Ｖ_inは第１の１水平ライン（１Ｈ）遅延２および第２の１水平ライン（１Ｈ）遅延４に印加される。加算結合器６への１入力は遅延２および４の間の接合部からとられる。この入力はまたたとえば、−１／４重み付け８に印加され、遅延２および４の接合部はまた＋１／２重み付け１０に印加され、第２の遅延４の出力はまた−１／４重み付け１２に印加される。素子８、１０、および１２からの３つの重み付け出力は加算結合器１４に印加され、その出力は利得制御を有する可変増幅器／減衰器１６に印加される。素子１６の制御される出力は結合器６の他方の入力に与えられる。結合器６への２つの入力の加算結合によって補正された出力が与えられる。図１を理解する上で有益な理想的波形が図２Ａから図２Ｃに示される。１水平ライン間隔で配置されるビデオ信号のサンプルが、水平ラインの特定の位置に垂直サンプルを構成し、これらの振幅は、水平軸（横座標）上の時間ｔに対して垂直軸（縦座標）の上にプロットされている。１ライン遅延されたビデオ入力が図２Ａに示される。図２Ａの波形は負方向の垂直遷移を示し、結合器６への第１の入力である。素子１６の出力は図２Ｂの補正信号を与え、この信号は結合器６への他の入力である。結合器は２つの入力を総和し、図２Ｃに示す垂直にエンハンスされた出力を与える。エンハンスされた出力の波形は、立下がり時間は短くなっているものの、不所望のオーバーシュートおよびアンダーシュートの特徴を有する。図３は、先行技術の垂直の帯域伸長器の基本原理を示す機能ブロック図である。入力ビデオ波形電圧V_inはブロック１８に印加され、これは信号を微分するかまたは垂直領域において信号をハイパスフィルタリングする。微分されたまたはフィルタリングされた信号はブロック２０に印加され、これは上述の型の非線形帯域伸長処理を加える。入力信号はまた遅延整合２２に印加され、これはブロック１８および２０を通る時間遅延と実質的に等しい時間遅延を有する。ブロック２０および２２の出力はそれぞれ加算結合器２４に印加され、これは信号を総和し補正された出力を与える。図３を理解する上で有益な理想的波形が図４Ａから図４Ｃに示される。図２Ａから図２Ｃと同様に、１水平ライン間隔で配置されるビデオ信号のサンプルが、水平ラインの特定の位置に垂直サンプルを構成し、それらの振幅は水平軸（横座標）上の時間ｔに対して垂直軸（縦座標）上にプロットされている。図４Ａは負方向の垂直遷移を示し、遅延整合２２によって時間遅延された入力ビデオ波形電圧Ｖ_inを示す。図４Ａの波形に応答するブロック２０の出力は図４Ｂに図示する非線形補正信号であり、これは入力信号の遅延されたものと総和されると、図４Ｃに示す補正された出力信号を与える。補正された信号はオーバーシュートまたはアンダーシュートが全くなく、減少した遷移立下がり時間を表示する。この発明に従い、任意に、スペクトル伸長され、ラインが増加された、順次走査信号は、２−１の飛び越し走査信号に変換されてもよい。飛び越し走査フレーム速度は順次走査フレーム速度に対応する（したがって、飛び越し走査フィールド速度は順次走査フレーム速度の２倍である）。この結果としてのフレーム速度は入力コンパチブルテレビジョン信号のそれの２倍であり、信号が順次走査されたまま（飛び越し走査フレームあたりのライン速度が順次走査フレームあたりのライン速度と同じのままである）よりもライン構造を明白にすることなく再生される画像における知覚されるフリッカを減少させる。順次走査から飛び越し走査へのプロセスによってエイリアシングアーティファクトが発生するが、最も顕著なアーティファクトはフィールドごとに位相がずれており、高いフィールド速度（ＰＡＬシステムの場合には１００ヘルツ）によってこれらのアーティファクトは心理的に見て消去される。好ましくは、互換性のある標準帯域幅信号はエイリアシングアーティファクトを最小にするような態様で生成される。この発明の使用から得られる結果は受け取られる互換性のある信号における顕著なエイリアシング生成が増加するに伴い、より劣化する。適切に調整された動画フィルムチェーンソースから導出される信号はテレビジョンカメラから導出される信号よりも少ないエイリアシングを含む傾向があり、ソース信号を特別に処理することなく許容可能な信号を与え得る。しかしなから、もし必要ならば、エイリアスのない互換性のある信号を生成するための技術か上に引用したヴェントランドおよびシュレーダーによる雑誌論文に説明されており、さらに以下の文献にも説明されている。ブロデール・ヴェントランドおよびハルトムート・シュレーダーの「新しいＨＱＴＶシステムのための信号処理」（Signal Processing for New HQTV Systems）『テレビジョン画像品質』（Television Image Quality）SMPTE スカースデール（Scarsdale）1984 年，頁336-353、ブロデール・ヴェントランドの「高画質の高精細度テレビジョン」（Extended Definition Television with High Picture Quality）『J．SMP TE』1983年10月号、頁1028-1035、および、ブロデール・ヴェントランドの「現行標準との互換性に基づいた高精細度テレビジョンの研究」（High Definition Television Studies on Compatible Basis with Present Standards）『８０年代のテレビジョン技術』（Television Technology in the 80's）SMPTE スカースデール（Scarsdale）1983年，頁151-165。この発明は、互換性のある標準帯域幅の飛び越し走査テレビジョン信号が印加されるテレビジョン信号処理装置として実施されてもよい。この発明は、また、飛び越し走査信号を順次走査に変換し、順次走査フレーム速度が飛び越し走査フィールド速度に対応し、順次走査フレームの各々が飛び越し走査フィールドの各々の２倍の走査線を有するようなタイプである（上述のＬＤ１００ラインダブラのような）「ラインダブラ」への追加として実施されてもよい。またこれは、ライン４倍器への追加としてまたはラインダブラ／フレームダブラ(frame doubler )の組合せへの追加として実施してもよい。図面の簡単な説明図１はいくつかのラインを重みと結合させることによって垂直の遷移をエンハンスする「アパーチャ補正器」型の先行技術の垂直エンハンサの機能ブロック図である。図２Ａ−図２Ｃは図１を理解する上で有益な理想的波形を示す。図３は先行技術の垂直帯域伸長器の基本原理を示す機能ブロック図である。図４Ａ−図４Ｃは図３を理解する上で有益な理想的波形である。図５はこの発明の好ましい実施例の機能ブロック図である。図６はこの発明で使用するための先行技術のライン増加器の好ましい形態の機能ブロック図である。図７Ａ−図７Ｇは図６を理解する上で有益な理想的波形を示す。図８は先行技術のゲート型垂直帯域伸長器の一般原理を示す機能ブロック図である。図９Ａ−図９Ｅは図８を理解する上で有益な理想的波形を示す。図１０はこの発明で使用するための垂直帯域伸長器、乗算器型の帯域伸長器の好ましい形態の機能ブロック図である。図１１Ａ−図１１Ｇは図１０を理解する上で有益な理想的波形を示す。図１２はこの発明による、ラインダブラ（飛び越し走査から順次走査への変換器）、１／４−３／４ライン４倍器（ライン増加器）および垂直帯域伸長器の直列関係の機能ブロック図である。図１３Ａ−図１３Ｄは図１２を理解する上で有益な理想的波形を示す。図１４は走査変換器（「フレームダブラ」）の好ましい一形態の機能ブロック図を示す。図１５Ａ−図１５Ｆは図１４を理解する上で有益な理想的波形を示す。図１６はこのシステムの先行技術における入力表示器の簡略図である。図１７は任意のフレームダブラを使用した場合のこのシステムの出力表示器の簡略図である。発明の詳細な説明図５はこの発明の好ましい実施例の機能ブロック図であり、ここでは、互換性のある標準帯域幅の、２−１の飛び越し走査テレビジョン信号、たとえばアナログ方式のまたはディジタル方式の複合ＮＴＳＣまたはＰＡＬテレビジョン信号が、デコーダ２６によって成分にデコードされ、次に高品質モニタ上で表示されるとき実質的に心理的に見て不愉快なアーティファクトかないエンハンスされた垂直の解像度を有する信号を導出するために処理される。このデコーダは、受け取られるアナログまたはディジタルのビデオ信号が既に成分の形式にあるのならば、この発明の必要不可欠な部分ではない。このような受け取られる成分のディジタルビデオ信号は、たとえば、デコードされたＮＴＳＣもしくはＰＡＬテレビジョン信号または２：１の飛び越し走査ＣＣＩＲ６０１の階層フォーマットの１つにおけるディジタル成分ビデオ信号を含むであろう。デコーダ２６の構成は重要ではない。この分野では適切なアナログおよびディジタルのデコーダの多くの型が知られている。好ましくはデコードされた信号は十分に分離された輝度成分およびクロミナンス成分を有する。適切なデコーダの例は本発明者の先行する特許米国特許第４，１７９，７０５号、第４，２４０，１０５号、第４，７０６，１１２号、第４，８６４，３８９号、第４，８９３，１７６号、および第４，９１６，５２６号で開示されており、これらはすべてその全体として引用により援用される。簡潔にするために、デコーダ２６は２つの出力しか有さないものとして図示している。すなわち「輝度成分」および「クロミナンス成分」である。実際には単一チャネルにおいてしばしば多重化された２つのクロミナンス信号成分が存在する。当業者は理解するであろうが、デコーダの出力または入力成分ビデオ信号は、ＲＧＢ（これから輝度成分およびクロミナンス成分が導出されるであろう）、Ｙ／Ｉ／Ｑ、Ｙ／Ｕ／Ｖ、Ｙ／Ｒ−Ｙ／Ｂ−Ｙ、Ｙ／Ｃｒ／Ｃｂなどのアナログまたはディジタル成分であろう。さらに、ディジタル成分の場合には、デコーダの出力または受け取られるディジタル成分ビデオ信号は、いくつかの圧縮されたまたは圧縮されていないフォーマットのいずれであってもよい。これは、たとえば、ＣＣＩＲ（国際無線通信諮問委員会）（たとえばＣＣＩＲ勧告６０１によるディジタルビデオ符号化フォーマットの階層などで、４：２：２フォーマットはしばしばＣＣＩＲ６０１ビデオ信号と呼ばれる）、ＩＳＯ／ＭＰＥＧ（国際標準化機構の動画専門家グループ）、ＳＭＰＴＥ（動画テレビ技術者協会）、ＥＢＵ（ヨーロッパ放送連合）の勧告、標準または圧縮アルゴリズムならびに／または他の業界、政府または準政体の勧告または標準によるディジタル成分ビデオフォーマットのさまざまなものを含む。互換性ある標準帯域幅の２−１飛び越し走査入力テレビジョン信号は、複合形式または成分形式のいずれにおいても、フレーム当りｎ本のライン速度（ＰＡＬについては６２５本、ＮＴＳＣについては５２５本）、フィールド当りｎ／２本（ＰＡＬについては３１２．５本、ＮＴＳＣについては２６２．５本）、フレーム速度はｆヘルツ（ＰＡＬでは２５ヘルツ、ＮＴＳＣカラーでは２９．９７ヘルツ）、フィールド速度は２ｆヘルツ（ＰＡＬでは５０ヘルツ、ＮＴＳＣカラーでは５９．９４ヘルツ）を有するであろう。輝度成分信号はまず飛び越し走査から順次走査（Ｉ／Ｐ）への変換器（または「ラインダブラ」）２８に印加され、その出力においてフレーム速度２ｆヘルツでフレーム当りｎ本を有する順次走査信号を与える。Ｉ／Ｐ走査変換器２８の出力はライン速度増加器３０に印加され、その出力においてフレーム速度２ｆヘルツでフレーム当りｋｎ本を有する順次走査信号を与える。係数「ｋ」はライン速度乗算因数であり、これは１よりも大きく、好ましくは心理的に見て不愉快なエイリアシングアーティファクトを生むことなく、心理的に見た垂直の解像度の向上を提供するに十分な垂直の帯域幅伸長を可能にするほど大きいことか好ましい。係数「ｋ」は１．５または２のオーダであることが好ましいが、「ｋ」の厳密な値は重要ではない。したがって、ｋが２であるときは、結果としての信号はフレーム当り２ｎ本を有し、飛び越しフィールド当りの元のライン数の４倍の速度（ライン「４倍器」）を有する。ライン速度増加器３０の出力は垂直帯域伸長器３２に印加され、これは垂直の遷移の立上がり時間を短くし、よって再生された画像における垂直のディテールを心理的に見てエンハンスする。好ましくは、知覚されるフリッカを減少させるために、垂直帯域伸長器８の出力は表示される前に順次から飛び越し（Ｐ／Ｉ）走査変換器（または「フレームダブラ」）３４に印加されてもよい。任意に、Ｐ／Ｉ走査変換器は省いてもよい。もし使用されるならは、Ｐ／Ｉ走査変換器１０の出力はｋｎ本／フレーム、ｋｎ／２本／フィールド、２ｆヘルツのフレーム速度、および４ｆヘルツのフィールド速度を有する２−１の飛び越し走査信号である。このようにして、互換性のある入力信号のフレーム速度およびフィールド速度は出力フレーム速度およびフィールド速度において２倍になる。クロミナンス信号成分は、また別個の経路において同様の態様で、飛び越しから順次（Ｉ／Ｐ）走査変換器３６およびライン速度増加器３８によって処理される。このような処理は省かれてもよいが、クロミナンス信号成分もまた垂直領域において帯域伸長されることが好ましい。もしこの処理を含むのであれば、クロミナンスの垂直帯域伸長を輝度の垂直帯域遷移によって制御することが好ましい。なぜならば輝度信号成分は強健であるからである。輝度信号成分に動作する垂直帯域伸長器３２は、それ自身の作用を制御する垂直遷移検出器を含む。伸長器３２内の検出器制御信号はクロミナンス垂直帯域伸長器４０に印加され、輝度遷移に応答してクロミナンス伸長器４０の帯域伸長作用を制御してもよい。水平領域内の対応するクロマ遷移を鋭くするために輝度遷移を使用することは、本発明者の先行する米国特許第４，０３０，１２１号および第４，５０４，８５３号において開示されており、これらは各々その全体として引用によって援用される。代替的に、クロミナンス成分垂直帯域伸長器４０がそれ自体のクロミナンス遷移検出器を有し、よって輝度成分垂直帯域伸長器３２とは独立して動作してもよい。さらなる代替案としては、クロミナンス成分垂直帯域伸長器４０はそれ自体のクロミナンス遷移検出器を有しつつも、輝度垂直遷移検出器と協働して動作し、よって並行に輝度遷移が起こらずクロミナンス遷移が起こるときにのみ、検出されるクロミナンス遷移がクロミナンス垂直帯域伸長を制御するようにしてもよい。最後に、輝度経路におけるように、任意の順次から飛び越し（Ｐ／Ｉ）走査変換器４２は帯域伸長器４０の出力を受け取る。代替的に、垂直帯域伸長は輝度信号成分のためにのみ提供されてもよく、この場合にはブロック３６、３８、４０、および４２を有するクロミナンス成分信号経路は省略される。さらなる代替案としては、垂直帯域伸長はクロミナンス信号成分のためにのみ提供されてもよく、この場合には２つの副次的代替案がある。（１）クロミナンス成分垂直帯域伸長器の制御は輝度垂直遷移から導出され、したがって、ブロック２８および３０ならびにブロック３２の遷移検出器部分の保持が必要となる。（２）クロミナンス成分垂直帯域伸長器の制御はクロミナンス遷移から導出され、したがって、輝度成分経路内のブロック２８、３０、３２、および３４は省略できる。上述のように、Ｉ／Ｐ変換器２８および３６はしばしば「ラインダブラ」と呼ばれる。Ｉ／Ｐ変換器は同一のものでもよく、好ましくは、米国特許第４，８７６，５９６号、第４，９６７，２７１号、第４，９８２，２８０号、第４，９８９，０９０号、第５，２５９，４５１号、および第５，２９１，２８０号を含む本発明者の先行特許の１つもしくは２つ以上の教示に従って実施され、これらの各々はその全体として引用により援用され、または本発明者の公開された国際特許出願ＷＯ９４／３０００６により実施される。Ｉ／Ｐ変換器２８および３６は各々、米国特許第４，９８２，２８０号または国際公開ＷＯ９４／３０００６において開示される「フィルムモード」能力を含むことが好ましい。商業的に利用できる適切な製品は、カリフォルニア州サニィベイルのファルージャ研究所の販売しているモデルＬＤ１００ラインダブラである。Ｉ／Ｐ変換の特定の構成は重要ではない。Ｉ／Ｐ変換を行なうためのさまざまな他の構成がこの分野では知られており、それらを用いてもよい。ライン速度増加器３０および３８は同一であってもよく、好ましくは、ラインのデュプリケーション（duplication）よりもむしろ補間によってライン速度を増加させる。加えるに、周知のように、ライン速度増加器３０および３８は、ラインの増加量に比例するフィルタリング帯域幅を有する適切なアンチエイリアシング後処理フィルタリングを含む。たとえば、上に引用したヴェントランド、ヴェントランドおよびシュレーダー、ならびにトンジェによる論文を参照されたい。ディジタル領域においては、ライン増加器は垂直アップサンプリングおよびフィルタリングによって達成される。順次走査線の２倍化を与える（したがってラインの「４倍化」を起こす）ライン増加器の好ましい形態の１つは図６の機能ブロック図に示されており、これは１／４−３／４補間重み付けを与える。Ｉ／Ｐ変換器（ラインダブラ）２８の出力はライン増加器の入力を提供し、これは１水平ライン（１Ｈ）遅延４４ならぴに１／４重み付け４６および３／４重み付け４８の入力に印加される。図７Ａ−図７Ｇは図６を理解する上で有益な理想的波形を示しており、図６を説明する際に参照される。１水平ライン間隔で配置されるビデオ信号のサンプルが、特定の水平ラインの位置に垂直サンプルを構成し、水平軸（横座標）上の時間ｔに対して垂直軸（縦座標）上にこれらの振幅がプロットされている。図７Ａ、入力は負方向の垂直遷移を示し、図７Ｂはその１ライン遅延されたものを示す。１Ｈ遅延４４の出力はさらなる１／４重み付け５０およびさらなる３／４重み付け５２に印加される。重み付け４８および５０の出力は加算結合器５４において総和され、図７Ｃにおいて示される波形を提供する。重み付け４６および５２の出力は加算結合器５６において総和され、図７Ｄに示される波形を提供する。結合器５４からの図７Ｃの波形は２／１時間圧縮器および遅延５８に印加され、その出力において図７Ｅの波形を提供する。結合器５６からの図７Ｄの波形は２／１時間圧縮器６０に印加され、その出力において図７Ｆの波形を提供する。時間圧縮器の効果は理想的図７Ｅおよび７Ｆにおいては見られず、これらはラインの継続時間を示していない。ブロック５８の遅延は結合器５６からのサンプルの間で、結合器５４からの垂直サンプルを中央付ける。ブロック５８および６０の出力は加算結合器６２において総和され、「ライン４倍化された」出力を提供する。垂直帯域伸長器３２および４０は、伸長器４０が垂直遷移検出器を省き、伸長器３２において発生される垂直遷移検出信号を使用してもよいという点を除いて同一であってよい。上述のように、スペクトル伸長または帯域伸長は非線形エンハンサによって提供されてもよく、これは少なくともある信号遷移振幅レベルにおいては、印加された信号の帯域幅を垂直領域における原スペクトルの制御された高調波歪みによって伸長する。垂直帯域伸長器の構成は重要ではないが、上に引用した米国特許第４，２６２，３０４号、第５，１５１，７８３号および第５，２３７，４１４号に説明される非線形垂直エンハンサが好ましい。図２および図３Ａ−図３Ｃの関連する波形は、上述のように、垂直帯域伸長器の原理を説明する。ゲート型垂直帯域伸長器の一般原理は図８の機能ブロック図に示される。図９Ａ−図９Ｅは図８を理解する上で有益な理想的波形を示し、図８を説明する際に参照される。１水平ライン間隔で配置されるビデオ信号サンプルが、特定の水平ラインの位置に垂直サンプルを構成し、水平軸（横座標）上の時間ｔに対してそれらの振幅が垂直軸（縦座標）上にプロットされている。図９Ａは負方向の垂直遷移を示し、入力ビデオ波形電圧Ｖ_inの時間遅延されたものを示す。入力信号は垂直微分器６４に印加され、負方向の垂直遷移入力信号の遅延整合されたものに応答して図９Ｂに示される波形を有する出力をＢ点で提供する。入力信号はまた狭いゲート発生器６６に印加され、これは負方向のまたは正方向の垂直遷移の始まりに応答して約４本の垂直ラインの周期を有する図９Ｃに示すゲート信号をその出力点Ｃにおいて発生する。ゲート発生器６６の出力は乗算器６８を制御し、よって図９Ｄの波形に示されるように、垂直微分器６４の出力の一部分のみが点Ｄにおいて乗算器の出力に通される。点Ｄにおけるゲートされた補正信号は図９Ａの波形で示される入力信号の遅延されたものと総和され、図９Ｅの波形に示される点Ｅにおける補正された出力信号Ｖ_outを提供する。結果としての出力は、入力信号における約５または６本の垂直ラインに対し約１本の垂直ラインというより短い立下がり時間を有する。垂直帯域伸長器の好ましい形態の実施例の機能ブロック図が図１０に示される。図１１Ａ−図１１Ｇは図１０を理解する上で有益な理想的波形を示し、図１０を説明するときに参照される。１水平ライン間隔で配置されるビデオ信号サンプルが、特定の水平ラインの位置に垂直サンプルを構成し、水平軸（横座標）上の時間ｔに対してそれらの振幅が垂直軸（縦座標）上にプロットされている。図１１Ａは負方向の垂直遷移を示し、入力ビデオ波形電圧Ｖ_inの時間遅延されたものを示す。入力信号Ｖ_inは２水平ライン（２Ｈ）遅延７０に印加され、図１１Ａの波形に示される点Ａでの出力を提供し、これは減算結合器７２の入力の１つに印加される。遅延されない入力信号は結合器７２の他の入力に印加され、図１１Ｂの波形に示される点Ｂにおける出力を提供し、これは遅延されない入力信号と２Ｈ遅延された入力信号との差である。ブロック７０および７２は垂直微分器として機能する。結合器７２の出力は、微分された正方向および負方向の遷移のサインを取除く整流器７４の入力および１水平ライン（１Ｈ）遅延７６に印加される。代替的に、整流器７４はブロック７６への入力に位置づけられてもよい。整流器７４の出力はさらなる２Ｈ遅延および減算結合器の配置７８および８０に印加される。これはまた垂直微分器として機能し、点Ｃにおけるその出力は図１１Ｃに示す波形を有する。この出力は閾値８２に印加されてもよく、これは信号を選択された閾値よりも下げて、信号の品質が必要最低限であるときにエンハンシングノイズが起こらないようにし、さらにその出力はリミッタ８４に印加され、これは閾値信号の振幅を限定し、図１１Ｄの波形に示す点Ｄにおける出力を提供する。任意に、閾値８２は省略してもよい。信号Ｄは３つのレベル（すなわち０、＋１、−１）のスイッチング波形を構成する。点Ｄにおける出力は４象限線形（８ビット×８ビット）乗算器８６の１入力に１入力として印加される。点Ｅにおける１Ｈ遅延の出力における遅延整合された垂直の第１の微分信号は図１１Ｅの波形に示され、乗算器８６に他の入力として印加され、点Ｆにおいて図２Ｆの波形に示される補正信号出力となる。補正信号の振幅はさらなる乗算器８８に印加されることで変化させることができ、乗算器８８は補正信号の振幅を変化させることができるような利得制御を有する。利得調整制御信号は、加算結合器９０において２Ｈ遅延された入力信号と総和され、図１１Ｇの波形に示す出力信号Ｖ_out を提供する。出力波形は極めて小さな量のオーバーシュートおよびアンダーシュートを示しており、これは表示画像においては見えない。この発明により、図１２はラインダブラ（飛び越しから順次走査変換器）９２、１／４−３／４ライン４倍器（ライン増加器）９４、および垂直帯域伸長器９６の直列関係の機能ブロック図である。図１３Ａ−図１３Ｄは図１２を理解する上で有益な理想的波形を示し、図１２を説明するに際して参照される。１水平ライン間隔で配置されるビデオ信号サンプルか、特定の水平ラインの位置に垂直サンプルを構成し、水平軸（横座標）上の時間ｔに対してそれらの振幅が垂直軸（縦座標）上にプロットされる。２−１飛び越し走査ビデオ信号入力が「偶数」および「奇数」（アナログテレビジョンの言い方で）のフィールドからの交互のラインを有するものとして図１３Ａに示されている。ラインダブラ９２によって順次走査に変換されると、これらのサンプルは同じ順次走査フレームからのものとなる。ライン４倍器は垂直走査速度をアップサンプリングする。１／４−３／４「４倍器」は垂直の走査速度を２倍にし、図１３Ｃに示す波形を提供する。垂直帯域伸長器９６は約４垂直ラインから１垂直ラインに遷移の立下がり時間を短くすることによって垂直遷移をエンハンスする。順次から飛び越し走査変換器３４および４２は同一であってもよい。このような変換器はこの分野においてはよく知られており、変換器の特定の構成は重要ではない。走査変換器（「フレームダブラ」）の好ましい一形態は図１４に機能的に示されている。図１５Ａ−図１５Ｆは図１４を理解する上で有益な理想的波形を示し、図１４を説明するに際して参照される。１水平ライン間隔で配置されるビデオ信号サンプルが、特定の水平ラインの位置に垂直サンプルを構成し、水平軸（横座標）上の時間ｔに対して垂直軸（縦座標）上にそれらの振幅がプロットされる。図１５Ａ−図１５Ｆの波形はタイミングおよびラインからフレームおよびラインからフィールドの関係を示すよう意図されている。簡潔にするために、図は、仮説的だが理解しやすい標準的な、４倍後のフレーム当り８本のラインを示している。（順次走査線の数を２倍にするよう機能するライン速度増加器３０または３８のような）ライン４倍器９８の点Ａにおける出力が図１５Ａの波形として示され、ここでは順次走査されたライン１から８は連続したフレームで生じている。実際には、点Ａにおける信号はフィールド当りｎ本のラインを有する。順次走査されたラインはそれぞれブロック１００および１０２によって奇数ライン１、３、などおよび偶数ライン２、４、などに分離され、それぞれ図１５Ｂおよび図１５Ｃにおける波形を提供する。第１のフレーム圧縮器は時間遅延１０３および時間圧縮器１０４からなり、入力クロック周波数Ｋｎおよび出力クロック周波数Ｋ（ｎ＋1）のファーストインファーストアウトメモリとして実施され、奇数走査線サンプルを受け取り、それらのタイミング関係を修正して、それらがより短い時間期間に生じるようにし、圧縮された奇数走査線サンプルを遅延し、図１５Ｄの波形に示されているようにライン１についてのサンプルが１フレーム後に生じ、残りのサンプルがフレームのおよそ前半のみの間に続くようにする。第２のフレーム圧縮器は時間遅延１０５および時間圧縮器１０６からなり、これもまた入力クロック周波数がｋｎであり出力クロック周波数がｋ（ｎ＋1）であるファーストインファーストアウトメモリとして実施され、偶数の走査線サンプルを受け取り、それらのタイミング関係を修正し、よってそれらがより短い時間期間に生じるようにし、圧縮された偶数走査線サンプルを遅延し、よって図１５Ｅの波形に示されているように、ライン２についてのサンプルが１か２分の１フレーム後に生じ、残りのサンプルがフレームのおよそ後半部分のみの間に続くようにする。ブロック１０４および１０６における時間圧縮は極めて小さく（たとえば１２５０／１２５１）、フレーム当り奇数本のラインについての適切な飛び越し走査を達成するためにのみ使用される。この例では、ブランクラインが加えられている。しかしながら、代わりにラインを引くこともできる。ブロック１０４および１０６の出力は加算結合器１０８において総和され、これは点Ｆにおけるその出力において、図１５Ｆに示す波形の、ラインを２倍にされ、フレームを２倍にされた、２−１の飛び越し走査出力を提供する。このようにして、元の順次走査フレーム（またはフィールド、フィールドとフレームと同一である）は２つの飛び越し走査フィールドすなわち偶数フィールドと奇数フィールドとからなる飛び越し走査フレームとなる。新しい垂直同期パルスが各フィールドの間に加えられる（その方法は示されない）。適切な２−１の飛び越し走査を得つつ、２つの続いた垂直の同期パルス（偶数から奇数および奇数から偶数）の間の時間間隔を同一に保つために、若干の時間圧縮が両信号経路において行なわれる。ライン４倍器９８からの１２５０ラインの５０ヘルツの順次走査ビデオ信号の場合には、両装置の相対的時間圧縮は１２５０／１２５１である。この場合、点Ｆにおける出力は１／５０秒につき１２５１ラインまたは１／１００秒につき６２５．５飛び越し走査ラインである。時間圧縮を行なう代わりに、両信号経路において信号を時間伸長することもできる。たとえば、もしクロック比が１２５０／１２４９ならば、点Ｆにおける出力は１／５０秒につき１２４９ライン、または１／１００秒につき６２４５飛び越し走査ラインである。したがって、実際には、点Ｆにおける信号はフィールド当り（ｎ＋１）／２本のラインまたは、もし圧縮がブロック１０４および１０６における伸長ｎ／（ｎ −１）に置換えられるのならば、フィールド当り（ｎ−１）／２本のラインを有する。いずれの場合にも出力表示は図１７に簡略に示されているようになる。ここでは、１００フィールド／秒のフレーム速度を有する６本の飛び越し走査ラインのみが示されている。このシステムの入力表示の簡略な表現が図１６に示されており、５０フィールド／秒のフレーム速度を有する３つの飛び越し走査ラインを有している。この発明によるエンハンスメント技術は他のエンハンスメント技術によって補うこともできよう。たとえば、ハイ信号レベルに対してスペクトル伸長が、そしてローレベルについては線形処理が、および／または所望の他の処理たとえば水平領域におけるエンハンスメントを含むものが提供されている本発明者の米国特許第５，２３７，４１４号の技術を使用してもよい。この発明はアナログ、ディジタル、ハイブリッドアナログ／ディジタルおよび／またはディジタルの信号処理を用いて実施され、その機能はソフトウェアおよび／またはファームウェアによって実行されてよい。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号６０／００５，１１４ (32)優先日 1995年10月12日 (33)優先権主張国米国（ＵＳ） (31)優先権主張番号０８／５６１，６６０ (32)優先日 1995年11月22日 (33)優先権主張国米国（ＵＳ） (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＪＰ【要約の続き】（３）結果としての信号は垂直領域においてスペクトル伸長される。垂直の帯域幅エンハンスメントは広帯域幅の垂直ディテール信号をシミュレートする。垂直のディテール信号は処理された互換性のある信号それ自体から自己導出される。

Claims

【特許請求の範囲】１．テレビジョン信号のライン速度を増加させるステップと、ライン速度が増加したテレビジョン信号を垂直領域においてスペクトル伸長するステップとを含む、順次走査テレビジョン信号の垂直解像度をエンハンスするための方法。２．スペクトル伸長され、ライン速度の増加した順次走査テレビジョン信号を、２−１の飛び越し走査テレビジョン信号に変換するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。３．ライン速度は約１．５から２の因数によって増加される、請求項１または請求項２に記載の方法。４．２−１の飛び越し走査テレビジョン信号を順次走査テレビジョン信号に変換するステップと、順次走査テレビジョン信号のライン速度を増加させるステップと、ライン速度が増加した順次走査テレビジョン信号を垂直領域においてスペクトル伸長するステップとを含む、２−１の飛び越し走査テレビジョン信号の垂直の解像度をエンハンスするための方法。５．スペクトル伸長され、ライン速度の増加した順次走査テレビジョン信号を２ −１の飛び越し走査テレビジョン信号に変換するステップをさらに含む、請求項４に記載の方法。６．ライン速度は約１．５から２の因数によって増加される、請求項４または請求項５に記載の方法。