JPS61118082A - フレ−ム数変換方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野〕 本発明は、テレビジョン標準方式の変換などに用いるフ
レーム数変換方式に関し、特に、フレーム数の変換に伴
って生ずる動き画像の画質劣化をできる限り軽減し得る
ようにしたものである。

（従来技術） 一般に、この種フレーム数変換に際しては、従来、第８
図に示すように、補間フィルタｌを用いて、相隣る２フ
レームの中間に、双方からの距離に対し逆比例した割合
いで双方のフレームの信号を荷重加賀した信号のフレー
ムを設ける線形内挿が行なわれてい友。すなわち、第８
図はにフレーム７秒のテレビジョン映像信号をＮフレー
ム７秒のテレビジョン映像信号に変換する場合を示して
おり、Ｍ＝６０　、　Ｎ＝５０としたときにおける７レ
ーム数変換過程は第９図に示すようになる。すなわち、
入力信号の６フレ一ム期間を１変換周期として第１〜第
６フレームを出力信号の５フレームａ−８Ｋｆ換する０
しかして、入力テレビジョン映像信号が表わす画像の動
きがある領域においては、第１Ｏ図の上段に示すように
、例えば方形波形をなす移動物体の位置が第１フレーム
と第２フレームとで異なる位置に移動するとともに、そ
の移動に応じ、その物体の撮像出力信号波形が、第１０
図の下段に示すように、エツジ部に傾斜が生じて画像が
ぼける。すなわち、１フレ一ム期間に移動する画面上の
距離を画素数で表わした速度ｙ　Ｐｅｌ／フレームで動
く物体の撮像出力信号波形は、カメラの光電変換層が呈
する蓄積効果により、例えば２：ｌインターレース走査
においては１イ。

秒間の順次のＶ画素分の元！変換出刃電荷が蓄積されて
、撮像出力信号波形のエツジが傾斜する。

（問題点り かかる信号波形の動き画像信号について相隣る２フレ一
ム間の荷重加算による線形内挿を行な５フレーム数変換
過程の例ｔ−第１１図（ａ）〜（Ｃ）に示す。

第１１図は、第９図に示したフレーム数変換過程の例に
おける入力信号の第８フレームと第・蚤フレームとく補
間フィルタにより線形内挿を施して出力信号のＣフレー
ムを形成する過程とそれぞれ示したものである。すなわ
ち、第９図におけるＣフレーム０時点が第３および第４
のフレームかラソれぞれ４＝６の割合いの距離にあるの
で、ｐ４３および第４の各フレームの入力信号を６：４
の割合いで荷重加算したものが図示の信号波形を有する
Ｃフレームの出力信号となる。第１１図示の信号波形か
ら明らかなように、動き画像に線形内挿（よるフレーム
数変換を施すと、カメラの蓄積効果によりＴｏに拡かつ
比信号波形の幅が動き領域の幅Ｔｓｔでさらに拡がる。

その結果、フレーム数変換後の動き画像には信号波形の
ぼけが生ずるとともに１荷重加算の割合いが順次のフレ
ーム毎に異なるので、信号波形の不規則な変化による移
動物体画像のエツジ部の不規則な動き、すなわち、いわ
ゆるジャーキネスが生じ、著しく変換出力画質が劣化す
る、という欠点が従来のフレームｆｆｆ換万式に生じて
いた。

（発明の目的〕 本発明の目的は、上述した従来の欠点を除去し、フレー
ム数の変換に際し、動き画像に対して線形内挿を施して
も動き画像のエツジ部忙ぼけやジャーキネスが生じて画
質を著しく劣化させることのないフレーム数変換万式を
提供することにある〇（発明の構成） すなわち、本発明フレーム数変換方式は、テレビジョン
映像信号の順次の連続する２フレ一ム間の荷重加算を行
なり補間フィルタにより新たなフレームの内挿信号を形
成して所定複数フレーム周期毎にフレーム数を変換する
Ｋあたり、前記テレビジョン映像信号が表わす画像につ
いて検出した画像の動き量に応じて時間軸を圧縮した前
記内挿信号を前記画像の動き量に応じて時間軸を圧縮し
ない前記内挿信号に介挿して組合わせ、その内挿信号の
組合わせを前記画像の動き量に応じて通過％注を変化さ
せる低域通過フィルタを介して取出すようにしたことを
特徴とする ものである。

（実施例） 以下に図面を参照して実施例につき本発明の詳細な説明
する。

まず、本発明方式によるフレーム数変換装置の基本的構
成の例を第１図に示す。図示の構成においては、Ｎフレ
ーム７秒の入力テレビジョン映像信号を、この種フレー
ム数変換の信号処理に慣用の補間フィルタ２に導いて従
来と同様にして前述したような線形内挿を施すとともに
、動き領域検出回路３にも導き、後述するようにして入
力テレビジョン映像信号が表わす画像内の動きのある画
像領域を検出し、所要の各種制御信号を形成する。

補間フィルタ２によシ従来どおりに線形内挿を行なって
形成した新たな中間フレームの画像信号は、その画像信
号が表わす画像の静止領域については、そのまま切換え
スイッチ６’Ｃ３Ｗ２）の端子Ｃ２）ＶＣ導き、動き領
域については、時間軸圧縮回路４、切換えスイッチ６（
ＳＷＩＪおよび低域通過フィルタ５よりなる本発明によ
る処理回路で後述するように処理したものを同じ切換え
スイッチ６’Ｃ３Ｗ２）の端子（］）Ｋ導き、動き領域
検出回路３における動き検出の結果に応じて形成した制
御信号ＯＬＩによりその切換えスイッチ６’Ｃ３Ｗ２）
ｔ−切換え、静止領域および動き領域にそれぞれ適合し
次内挿補間画像信号をＮフレーム７秒のフレーム数変換
出力画像信号として取出す。

上述した動き領域補間内挿画像信号処理回路においては
、被写体の動きにより、第１１図に示したように１工ツ
ジ部が画像の動きの程度、したがって、画像信号の高域
％注に応じてなまった内挿補間画像信号の時間軸を１よ
り大きいｎ倍にしてその信号波形を圧縮し、画像の動き
（よるエツジ部のなまりを見掛は上補正して高域成分を
一旦増大させ、かかる補正を施した時間軸圧縮回路４の
出力信号を切換えスイッチ６（ＳＷＩ）の端子（１）に
導き、その１子（２）に導いた補正前の内挿補間画像信
号と、画ｆ象の動きの程度、したがって、入力画像信号
の高域特性に応じた動き領域検出回路３からの制御信号
ａＩｌａによ）切換えて低域通過フィルタ５に導き、動
き領域検出回路３からの制御信号ＯＬ２により制御した
フィルタ５０通過特性に応じて上述し次時間軸圧縮補正
出力画像信号の低域成分を、動きによるエツジ部のなま
りを近似的に波形整形した動き領域の内挿補間画像信号
として切換えスイッチｅ’　（ＳＷ２　）の端子（１）
に取出す。

つぎに、第１図に示した本発明のフレーム数変換装置に
おける動き領域検出回路３の詳細構成の例を第２図に示
し、その詳細構成における圧縮時間判別回路１６の構成
例を第３図に示し、さらに、本発明方式のフレーム数変
換における動き領域に対する新たなフレームの内挿信号
処理過程の例を４４図（（転）〜（ｄ）に順次に示して
、動き領域の検出に基づく内挿信号処理の態様を詳細に
説明する。

第４図中（（転）〜（Ｃ）に示す信号処理過程は第１１
図（勾〜（０）に示した従来の信号処理過程と全く同じ
ものであり、動き領域は同図中）　、　（Ｇｊ）に示す
で３の信号区間となる。なお、Ｔ１は入力信号フレーム
における移動物体の信号区間であり、τ、はそのエツジ
部の立上り信号区間でロク、これらの信号区間が同図の
）に示す内挿信号フレーム０においてはそれぞれＴ２お
よびて、となり、それぞれＴ、　）　Ｔ工およびＴ２〉
τ、の関係にあるので、前述したように動き画像にぼけ
が生ずる。これに対して、時間軸圧縮係数今においては
、同図（ｄ）にはｎｘｍ　２とした場合の例を示すが、
同図Φ）に、示した内挿フレームＣの信号振＠を予めｎ
倍に増大させたうえで、信号波形の時間軸をｎ倍にして
信号波形を圧縮し、見掛は上信号波形のエツジ部を尖鋭
にする。なおこの時間軸圧縮係数ｎは１より大きい数値
とするが、回路構成の上からはｎ＝２とするのが好適で
ある。例えば、高品位テレビジョンにおいてｈｓ動物体
を撮像した画像信号の周波数帯域が約１４ＭＨｚ程度と
なるが、その時間軸を２倍に圧縮すると、周波数帯域は
約２４１４Ｈｚとなり、かかる広帯域画像信号をディジ
タル処理する際の標本化周波数は最低で４８　ＭＨｚと
する必要がある。しかして、ディジタル信号処理の標本
化周波数を４８　ＭＨｚ以上に設定することは可能でに
あるが、かかる高い標本化周波数によるディジタル信号
処理は極めて困難である。−万、時間軸圧縮係数ｎは】
以上の数値であればよいのであるが、整数に設定しない
と時間軸圧縮の際に会費な標本化周波数の変換が極めて
困難となる。したがって、かかる二つの技術的困難を避
けて本発明の目的を達成するためＫは、上述したように
、時間軸圧縮係数ｎ＝＝２とするのが最適となる。また
、ｎ±２として、前述したよりに時間軸圧縮に先立ち、
第４図（ｂ）Ｋ示し九動き領域のＣフレームにおける内
挿信号の振幅を予め２倍にするのは、時間軸圧縮により
各信号スためである。

さて、本発明フレーム数変換方式においては、時間軸圧
縮係数ｎ＝ｚとして第４図中）に示した動き領域の内挿
信号に時間軸圧縮を施すに当り、第４図（（１）に実線
で示すよつに、振幅を予め２倍にした時間長Ｔ２の区間
の動き領域内挿信号を所定の標本化周波数ｆ８でバック
アメモリに書込む。つの区間τ、において、２倍の標本
化周波数２ｆｓでバッファメモリから°画像信号を続出
し、最後に、かかる構成のメモリ出力標本化信号を低域
通過フィルタを介して取出せば、第４図（ａ）に点線で
示すようにもとの撮儂出力信号に近似した信号波形に整
形した動き領域内挿信号が得られる。なお、その前後の
零レベルの信号区間には、黒色領域で示すように、もと
の内挿信号をそのまま挿入する。

上述のような本発明方式による適応型の動き領域内挿信
号を形成するために第１図示のフレーム数変換装置くお
いて使用する各種の制御信号（３Ｌ１〜ＣＬａを形成す
る動き領域検出回路３およびその中の圧縮時間判別回路
の詳細構成を第２図および第３図をそれぞれ参照して説
明する。

すなわち、第１図示のフレーム数変換装置くおけるスイ
ッチ（ＳＷＩ）６は、第４図（ｄ）に点線で示した信号
領域には、端子（１）に導いた時間軸圧縮回路働からの
時間軸圧縮した動き領域内挿信号を取出し、その前後の
黒色領域には、端子（２）に導いた補間フィルタ２から
の静止領域内挿信号を取出して低域フィルタ５に供給す
る。また、スイッチ（ＳＷ２Ｊ６’は、第４図（＋）Ｉ
Ｋ示し比動き領域で２には、低域フィルタ５から端子（
１）に導い次前述のように整形した第４図（ｄ）に示し
た動き領域内挿信号を取出し、その前後においては補間
フィルタ２から端子＜２）　Ｋ導い几静止領域内挿信号
を取出して、Ｎフレーム７秒のフレーム数変換出力画像
信号とするが、それらのスイッチＣ３Ｗ２）６’および
スイッチ（ＳＷＩ）６並びに低域フィルタ５０通過特性
を入力ｉｉｉ＋像信号の動き領域検出結果に応じてそれ
ぞれ制（２）する制御信号ＣＬＩおよびＯＬ３並びにＯ
Ｌ２は、第２図に示す構成の動き領域検出回路によって
形成する。

第２図示の動き領域検出回路においてな、Ｍフレーム／
秒の入力画像信号をフレームメモリ７に供給してその入
出力両信号を減算器２３に導き、その減算出力として得
られる被写体の移動に伴って生ずるフレーム間差信号を
用いて動き領域の検出を行なう。また、フレームメモリ
７０入出力両信号をそれぞれ高域通過フィルタ８．９１
Ｃ導いてそれぞれの高域成分を取出し、それらの高域成
分をそれぞれ絶対値回路１０．１１を介してＨＡＭ回路
すなわち非加算混合回路１２に導き、順次のフレームに
おける入力画像信号の高域成分の絶対値のりち大きい方
を取出し、低域フィルタ１３によシノイズを除去して平
滑化したものを制御信号ＯＬ２として、第１図示のフレ
ーム数変換装置くおける低域通過フィルタ５および第３
図につき後述する圧縮時間判別回路中の低域通過フィル
タ２１に供給し、それらの低域通過フィルタ５．ｚｌの
通過特性を入力画像信号の高域特性に応じて制御するこ
とにより、動き領域におけるフレーム数変換出力画像信
号の帯域特性を入力画像信号の帯域時ａＫ適合させる。

−万、上述したフレーム間差信号は、低域通過フィルタ
１４に導いてノイズ成分を除去した後に、絶対値回路１
５に供給して取出したフレーム間差信号の絶対値を第３
図につき後述する圧縮時間判別回路１６に供給する。こ
の圧縮時間判別回路１８においては、そのフレーム間差
信号の絶対値と第１図示のフレーム数変換装置における
時間軸圧縮回路４からの時間軸圧縮を施した動き領域画
像信号と上述した低域フィルタ１３からの制御信号ＯＬ
２とに基づき、第４図（ｄ）に示したフレーム数変換出
刃画像信号波形における信号区間τ８．τ。および黒色
領域のタイミングを判別して、第１図示の構成における
スイッチ（ＳＷ２　）　６’および（ＳＷｌ）６等をそ
れぞれ制御する制御信号ＣＬＩおよびＣＬ２ｉ形成する
。

すなわち、第３図に示す構成の圧縮時間判別回路におい
ては、第４図（ｂｌに示した信号区間で２の動き領域を
示すフレーム間差信号の絶対値を第２図示の動き領域検
出回路における絶対値回路］５から第３図示の構成にお
ける圧縮時間設定回路】７に纏く。この圧縮時間設定回
路１７においては、動き領域における前述した各信号区
間の判別およびそれぞれの信号区間における前述しｔ各
標本化周波数を設定する制御信号を形成する。本発明方
式により画像の動きに適応して動き領域を設定するため
のこの制御信号は、動きの速い被写体の画像など動きに
よるなまりが著しくても視覚上適応制御を要しないもの
については動き領域を設定する必要がないので、入力画
像信号中の高域特性に応じて形成した第２図示の構成に
おける低域通過フィルタ１３からの前述した制御信号Ｇ
Ｌｇを印加し次アンドゲートＺ２によりゲートして、第
１図示の構成におけるスイッチ（ＳＷ２）６’の切換え
を制御する制御信号ＧＬＩとする。また、動き領域の信
号区間Ｔ８内であっても、時間軸圧縮し九動き領域内挿
信号の信号区間τ、と前後に付する信号レベル零の信号
区間τ、とのスイッチ（５ＷＩ）６による切換えを制御
する制御信号（３Ｌ３は、第１図示の構成における時間
軸圧縮回路４からの時間軸圧縮動き領域内挿信号数回じ
く第１図示の構成における低域通過フィルタ５と同一通
過特性に制御する低域通過フィルタ２１のＦ波出力を絶
対値器１８に導いて取出した信号機幅の絶対値を振幅判
定回路１９に導いて得た時間軸圧縮動き領域内挿信号の
信号区間に適応し九制御信号を印加しであるアントゲ−
）２０に、圧縮時間設定回路１７からの上述した制御信
号を導いてゲートすることにより、形成する。

つき゛に、第１図および第３図の構成における低域通過
フィルタ５および２１の低域通過％注について、具体例
金挙げて説明すると、例えば、信号周波数帯域２０　Ｍ
Ｈｚの高品位テレビジョン信号における画像中の被写体
がＶ　ｐｅｌ／フレームの速度で移動したときの信号波
形の変化の例を第５図（（転）〜（ｄｌにそれぞれ示す
。同図（ａｌ　Ｆｌ被写体の静止時Ｖ＝０の場合の信号
波形を示し、信号帯域によって決まるエツジ部の幅τ′
に となる。同図中）〜（（１１は、その被写体がそれぞれ
Ｖ＝　５　、２　、１０　ｐｅｌ／フッーエ　の速度で
移動した場合の信号波形を示し、テレビジョンカメラに
おける光電変換ターゲットが呈する信号電荷蓄積効果圧
よ〕、エツジ部の幅τ′が同図（ａｔの静止時より移動
速度に応じて増大している。すなわち、同図（ｂ）〜回
、におけるエツジ部の幅τｔ〜τ≦および見掛けの帯域
幅３丁〜ＢＱはそれぞれつぎのようになる０したがって
、第２図示の構成圧おける高域通過フィルタ８．９によ
り信号波形のエツジ部がなす高域成分の占める信号幅τ
′を検出し、その信号幅τ′より算出する信号帯域幅Ｂ
′を決める低域通過フィルタ５．２１の遮断周波数ＦＨ
ｚとその通過特性を制御する制御信号ＯＬ２の信号レベ
ルとの間に存する第１０図に示すような変化特性に従っ
て、それらの低域通過フィルタ５．２１の遮断周波数Ｆ
Ｈｚを被写体の移動速度に適応して制御すればよいこと
罠なる。

なお、以上の説明においては、高域通過および低域通過
の各フィルタの％注をはじめとして、７レーム数変換の
信号処理はすべて水平および垂直の二次元空間を対象と
したが、各信号処理回路の構成を簡単にするために水平
方向のみの一次元信号処理を行なう場合にも、適応制御
能力は多少低下はするが、上述したと同様に画像の動き
に適応した内挿信号の処理を行なうこともできる〇また
、第２図示の構成における高域通過フィルタ８．９の通
過帯域特性は、第７図に示すように、例えば高品位テレ
ビジョン信号では２０　ＭＨｚとする入力画像信号の最
高周波数Ｆ。を超えると相対振幅が減衰し、ｏ−ＩＦｏ
の周波数帯域においては高域成分になるほど戸波出力が
増大するような特性とする。

（効果） 以上の説明から明らかなように、本発明によれば、線形
内挿によりフレーム数変換を行なう際の動き領域の画像
に施した線形内挿によって信号波形の劣化が画像エツジ
部のぼけやジャーキネスとなって生ずるのに対し、動き
領域の画像信号に動きに適応した信号処理を適切に行な
って、その動きに伴う画質劣化を小さい値に抑えること
ができ、さらに、水平方向のみに対する一方向信号処理
によっても、画像の動きに適応した制御１能力を大幅に
劣化させることなく、また、回路構成を著しく簡略化し
得るという格別の効果が得られる。

したがって、５２５本／６０フィールド方式と６２ｍ本
１５０フイ一ルド万式との標準テレビジョン方式の相互
間、あるいは　１１２５不／６０フイ一ルド方式と６２
５　本／ａ　ｏフィールド方式との高品位テレビジョン
信号相互間における方式変換に本発明方式のフレーム数
変換を施せば動き画像に対しても良質の方式変換を行な
うことができ、従来のような動き物体画像のエツジ部に
生じた画像のぼけやジャーキネスを著しく軽減すること
ができる０

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方式によるフレーム数変換装置の構成例
を示すブロック線図、 第２図は同じくそのフレーム数変換装置における動き領
域検出回路の構成例を示すブロック線図、８ｇ８図は同
じくその動き領域検出回路における圧縮時間判別回路の
構成例を示すブロック線図、第４図（ａｌ〜（ｄｌは本
発明方式によるフレーム数変換過程の例を順次に示す信
号波形図、 第５図（ａｔ〜（ｄ）は動き画像信号波形の動き運匿に
よる変化の例を順次に示す信号波形図、第６図は本発明
方式のフレーム数変換に用いる低域通過フィルタの通過
特性制御信号レベルと遮断周波数との関係の例を示す％
性的線図、第７図は本発明方式のフレーム数変換に用い
る高域通過フィルタの通過帯域％注の例を示す特性曲線
図、 第８図はフレーム数変換装置の概略構成を示すブロック
線図、 第９図はフレーム数変換過程の典型例を示す線図、 第１０図は物体画像の信号波形とその物体の・移動時の
画像信号波形との関係の例を示す信号波形図、 第１１図（（転）〜（Ｃ１は従来のフレーム数変換過程
の例を順次に示す信号波形図である。 ｌ・・・フレーム数変換装置２・・・補間フィルタ３・
・・動き領域検出回路　令・・・時間軸圧縮回路５　、
１３　、１４　、２１・・・低域通過フィルタ６．６′
・・・切換エスイッチ７・・・フレームメモリ８．９・
・・高域通過フィルタ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、テレビジョン映像信号の順次の連続する２フレーム
   間の荷重加算を行なう補間フィルタにより新たなフレー
   ムの内挿信号を形成して所定複数フレーム周期毎にフレ
   ーム数を変換するにあたり、前記テレビジョン映像信号
   が表わす画像について検出した画像の動き量に応じて時
   間軸を圧縮した前記内挿信号を前記画像の動き量に応じ
   て時間軸を圧縮しない前記内挿信号に介挿して組合わせ
   、その内挿信号の組合わせを前記画像の動き量に応じて
   通過特性を変化させる低域通過フィルタを介して取出す
   ようにしたことを特徴とするフレーム数変換方式。