JP2884384B2 - 映像信号圧縮方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えばテレビカメラに
用いられるような撮像管及び固体撮像素子などの撮像素
子から出力される出力映像信号を圧縮する時の映像信号
圧縮方法に関し、特に圧縮の変化に伴う疑似輪郭強調の
発生を防止する技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】撮像管及び固体撮像素子などの撮像素子
を使用したテレビカメラでは、素子そのもののダイナミ
ックレンジが４００〜６００％程度と大きいため、通常
使用する場合、ニー処理回路を設けて、映像信号を圧縮
して使用する。ニー回路とは、撮像管及び固体撮像素子
などの撮像素子に過大な光量が入射した時、映像信号の
出力レベルが大きくなりすぎるため、あるレベル（ニー
ポイント）を設け、このレベル以上で圧縮する回路であ
る。これをアナログ回路で実施した場合には、図５のよ
うな回路となる。図６の線ａで示すように、入力信号が
画面の左から右にかけて徐々にレベルが上がっていく場
合、出力信号は図６の線ｂで示すように回路中のダイオ
ードの特性によりニーポイントレベル付近で滑らかに圧
縮される。但し、このニーポイントレベル付近での折れ
曲がり特性は使用するダイオードの特性で一意的に決ま
る。

【０００３】ニー回路をデジタル回路で構成する場合
は、アナログ回路のようなダイオード特性の効果はない
ので滑らかに圧縮されない。デジタル回路で映像信号を
圧縮するには、ニーポイントより大きい出力レベルにつ
いては、単に直線的に圧縮するようにしている。つま
り、ニーポイントで折れ線特性となるように圧縮され
る。かかる従来の映像信号圧縮装置を図７を参照して説
明する。入力映像信号ｙが入力端子１から入力される
と、映像信号の入力レベルｙは比較器２でニーポイント
レベルＫＰと比較され、入力レベルｙがニーポイントレ
ベルＫＰよりも小さい時には、入力レベルｙは圧縮され
ず、そのまま切替器１１を介して出力端子１２から映像
信号として出力される。

【０００４】また、入力レベルｙがニーポイントレベル
ＫＰ以上の時には、レベル差検出器５において、そのレ
ベル差（ｙ−ＫＰ）が検出され、該レベル差（ｙ−Ｋ
Ｐ）に０≦ｋ＜１なる所定の圧縮係数ｋが乗算され、該
乗算結果がニーポイントＫＰに加算される。そしてこの
加算値を出力レベルＹとして映像信号が切替器１１を介
して出力端子１２から出力される。つまり、図８に示す
ような折れ線特性で圧縮して出力されることとなる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このように
ニーポイントＫＰを境として折れ線となる圧縮特性で
は、折れ線の折れ部分、つまりニーポイント部分で高調
波成分が現れてしまい、例えばテレビカメラの出力をモ
ニターテレビに映した時には、非圧縮から圧縮にステッ
プ的に切り替えられるため、該部分を輪郭と誤判断して
輪郭強調回路によって強調された画像となり、本当は輪
郭でないのに偽の輪郭となり適切でない。

【０００６】また、図５のようなアナログ回路の場合で
は、映像信号の出力レベルが入力レベルの変化に対して
滑らかに変化する特性を得ようとしても、折れ曲がり部
分での特性は使用するダイオードの特性で一意的に決ま
り自由に変更することができない。ところで、図８のよ
うな折れ線特性にしない方法としてルック・アップテー
ブルを使用する方法がある。それは、予め入力信号のレ
ベルに対して、出力信号が図６の線ｂのごとくなるよう
にＲＯＭなどで構成するルック・アップテーブルに入出
力特性を記憶しておく方法である。

【０００７】しかしながらこの方法では次の点に問題が
ある。映像信号レベルの３０％の量子化レベル１２８と
する場合、ダイナミック６００％の入力信号の量子化レ
ベルは２５６０となり、ルック・アップ・テーブルに使
用するＲＡＭやＲＯＭの容量は２５６０ワード必要であ
る。また、圧縮係数Ｋの可変範囲により、さらにその可
変範囲分の容量が必要である。例えば、Ｋの範囲が０か
ら１までとして、その範囲で１１段階（例えば０．０，
０．１，０．２，．．．，０．９，１．０）で変化する
なら、ＲＯＭの容量は少なくても２５６×１１＝２８２
６０ワード必要となる。

【０００８】このようにルック・アップ・テーブルを使
用して、入力信号の全ダイナミッックレベルに対して圧
縮した出力信号を得る場合、そのルック・アップ・テー
ブルの容量は相当巨大なものになってしまう。本発明は
このような従来の課題に鑑みてなされたもので、まず、
映像信号の出力レベルが入力レベルの変化に対して滑ら
かに変化する特性として、偽の輪郭信号の発生を防止し
た映像信号圧縮方法を提供することを目的とする。

【０００９】また、映像信号の出力レベルが入力レベル
の変化で滑らかに変化する特性を自由に設定することが
可能な映像信号圧縮方法を提供することを目的とする。
さらに、本発明は、ルック・アップ・テーブルを使用し
て圧縮する場合でも入力信号レベルの所定範囲内のみ
に、ルック・アップ・テーブルを使用して、その容量を
最小にすることが可能な映像信号圧縮方法を提供するこ
とを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】このため本発明は、映像
信号の入力レベルが所定値以上であるときに、入力レベ
ルと前記所定値との差に圧縮係数ｋ（０≦ｋ＜1.0 ）を
乗じた値と、前記入力レベルと前記所定値との差の増大
に応じて滑らかに単調増加する値に（1.0 −ｋ）を乗算
した値と、前記所定値と、を加算した値を映像信号の出
力レベルとするようにした。

【００１１】また、前記映像信号の入力レベルが前記所
定値未満のときに、入力レベルと等しいレベルで出力す
る構成とした。

【００１２】また、前記入力レベルと前記所定値との差
の増大に応じて滑らかに単調増加する値が、前記差の増
大に対して増加率が漸減して０になるようにした。

【００１３】

【作用】上記の構成によれば、入力レベルが所定値以上
であるときに、入力レベルと前記所定値とのレベル差に
圧縮係数ｋを乗じた値を、前記所定値に加算した値は、
従来の圧縮方法による値であるが、ここで、前記レベル
差の増大に応じて滑らかに単調増加する値に（１．０−
ｋ）を乗じた値を加算するだけの簡単な処理を行うだけ
で、容易に圧縮率を滑らかに増大させることが可能とな
る。ここで、２つの値に分けて所定値に加算することに
より、圧縮レベルを所望の値に設定しようとするとき、
圧縮係数ｋの値を変化させれば済み、圧縮係数ｋを変え
ても所定範囲の両端における増加率は変わらないため、
滑らかなつながりを保持できる。

【００１４】

【００１５】

【００１６】また、映像信号の入力レベルが所定値未満
のときは、入力レベルと等しいレベルで映像信号を出力
すれば、映像信号は入力レベルが圧縮されずに出力され
る。 更に、入力レベルと所定値との差の増大に応じて滑
らかに単調増加する値が、前記差の増大に対して増加率
が漸減して０になる構成であれば、増加率が０になる入
力レベル以上では、出力レベルは入力レベルの増大に応
じて滑らかに、しかも連続的に増大するようになる。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１〜４に基づい
て説明する。図１は、本発明の一実施例を示す構成図で
あり、図１に示す回路は、入力レベルが所定値レベルを
越えた時に、それ以上の信号を、所定範囲内で出力レベ
ルが入力レベルの変化に対して滑らかに変化する特性を
持たせるように圧縮する回路であり、圧縮を開始する前
記所定レベルを所定レベルを、以後、ニーポイントＫＰ
とし、所定範囲内の終了のレベルをニーカーブエンドポ
イントＫＥとする。

【００１８】尚、図２はその概念図を示す。図１におい
て、比較器２では、入力端子１に入力された映像信号の
入力レベルｙとニーポイントレベルＫＰとの大小比較が
行われ、比較器６では、入力映像信号の入力レベルｙと
ニーカーブエンドポイントＫＥとの大小比較が行われ
る。レベル差検出器５では、入力レベルｙとニーポイン
トＫＰとのレベル差（ｙ−ＫＰ）が検出される。

【００１９】乗算器８は、圧縮係数をｋ（０≦ｋ＜１）
として、レベル差検出器５で検出されたレベル差（ｙ−
ＫＰ）をｋ倍するものである。ＲＯＭ（リード・オンリ
ー・メモリ）７は、ルックアップテーブルとして使用さ
れるメモリであり、ＲＯＭ７には、図２（Ｂ）に示すよ
うに、レベル差（ｙ−ＫＰ）が０の時には０が出力さ
れ、レベル差（ｙ−ＫＰ）が（ＫＥ−ＫＰ）の時には最
大値が出力され、そしてその増加傾向としては、レベル
差（ｙ−ＫＰ）が増加するにつれて増加率が１から漸減
し、レベル差（ｙ−ＫＰ）が（ＫＥ−ＫＰ）の付近で増
加率が０となるような微分特性を有するデータが予め記
憶されている。尚、レベル差（ｙ−ＫＰ）が（ＫＥ−Ｋ
Ｐ）の時に出力される最大値をルック・アップ・テーブ
ルの最大値ＣＬと呼ぶこととする。

【００２０】このＲＯＭ７に記憶されるルック・アップ
・テーブルは次のようにして作成される。ニー処理は、
入力レベルが高い場合に出力レベルを１１０％以下に抑
えるものであるので、もっとも圧縮した出力を得る場
合、即ち、圧縮係数ｋが０の時に、例えば出力信号を１
０２％以下に抑えるものとする。また、入力レベルが９
５％から１２５％の範囲のレベルで、滑らかに圧縮した
特性の出力を得るものとする。この場合、ニーポイント
ＫＰを９５％、ニーカーブエンドポイントＫＥを１２５
％とする。また、ルック・アップ・テーブルの最大値Ｃ
Ｌは、１０２％−９５％＝７％とすべきであるが、量子
化レベルに変換する都合上、６．５６％とする。

【００２１】ここで、以後、映像レベル３０％単位で量
子化レベルを１２８とする。ニーポイントＫＰからニー
カーブエンドポイントＫＥの範囲が３０％（＝１２５−
９５）であり、量子化レベルに直すと１２８なので、ル
ック・アップ・テーブルの容量は１２８ワードとなる。
また、ルック・アップ・テーブルの最大値ＣＬは映像レ
ベルで６．５６％であるので、量子化レベルで２８×
（６．５６×１２８／３０）となる。

【００２２】よって、ルック・アップ・テーブルに記憶
するデータは表１のように、０から始まり最大値２８で
終了し、増加率を最初が１で、次第に０となるようにす
る。

【００２３】

【表１】

【００２４】尚、以上の設定は映像特性に合わせて、ま
た、特殊効果などの絵作りのために、任意に設定できる
ようにしておく。このＲＯＭ７に前記レベル差（ｙ−Ｋ
Ｐ）をアドレス入力すると対応した値が出力される。切
替器１３では、比較器６の出力を得て、入力レベルｙが
ニーカーブエンドポイントＫＥより小さい場合は、ルッ
ク・アップ・テーブルの出力を、また入力レベルｙがニ
ーエンドポイントＫＥより大きい場合は、最大値ＣＬを
出力する。

【００２５】乗算器９は、切替器１３の出力を（１−
ｋ）倍するものであり、加算器１０は、ニーポイントＫ
Ｐに、乗算器８，９からの出力を加算するものである。
切替器１１は、比較器２の制御により、入力映像信号又
は加算器１０の出力を切り替えるものである。次に動作
を説明する。

【００２６】入力端子１から入力された映像信号の入力
レベルｙは、夫々、比較器２でニーポイントＫＰと比較
され、比較器６でニーカーブエンドポイントＫＥと比較
される。入力レベルｙがニーポイントＫＰよりも小さい
場合（ｙ＜ＫＰ）、比較器２により切替器１１が制御さ
れ、入力映像信号は圧縮されずにそのまま出力される。

【００２７】入力レベルｙがニーポイントＫＰよりも大
きい場合、レベル差検出器５において入力レベルｙとニ
ーポイントＫＰとのレベル差（ｙ−ＫＰ）が検出され
る。このレベル差（ｙ−ＫＰ）は、図２（Ａ）に示すよ
うに乗算器８でｋ倍されて加算器１０に出力されると共
に、ＲＯＭ７のアドレスに入力される。ＲＯＭ７では、
アドレス入力されたレベル差（ｙ−ＫＰ）が、記憶され
ているルック・アップ・テーブルに基づいてデータ変換
される。

【００２８】切替器１３では、比較器６の出力を得て、
入力レベルｙがニーエンドポイントＫＥより小さい場合
は、ルック・アップ・テーブルの出力を、また入力レベ
ルｙがニーエンドポイントＫＥより大きい場合は、最大
値ＣＬを出力する。即ち、ＫＰ≦ｙ＜ＫＥである場合に
は、アドレス入力したレベル差（ｙ−ＫＰ）は表１に示
すようなレベル差（ｙ−ＫＰ）に応じたデータＬＴ（ｙ
−ＫＰ）にデータ変換され、入力レベルｙがニーカーブ
エンドポイントＫＥ以上の場合（ｙ≧ＫＥ）には、ルッ
ク・アップ・テーブルの最大値と同じ値、即ちＣＬが出
力される。

【００２９】切替器１３の出力データは乗算器９で（１
−ｋ）倍されて加算器１０に入力される。加算器１０で
は、乗算器８の出力と、乗算器９の出力とニーポイント
ＫＰが加算される。切替器１１では、比較器２の制御に
より、入力レベルｙがニーポイントＫＰより小さい場合
は、そのまま入力レベルｙを、また、入力レベルｙがニ
ーポイントＫＰより大きい場合は加算器１０の出力を切
り替え、出力Ｙを得る。

【００３０】以上の結果を式で表せば、次式のようにな
る。 Ｙ＝ｙ （但し、ｙ＜Ｋ
Ｐの時） Ｙ＝ｋ・（ｙ−ＫＰ）＋（１−ｋ）・ＬＴ（ｙ−ＫＰ）＋ＫＰ （但し、ＫＰ≦ｙ＜ＫＥの時） Ｙ＝ｋ・（ｙ−ＫＰ）＋（１−ｋ）・ＣＬ＋ＫＰ （但し、ｙ≧ＫＥの時）かかる構成によれば、映像信号
の入力レベルｙがニーポイントＫＰからニーカーブエン
ドポイントＫＥまでの範囲で、出力レベルＹは図２
（Ｃ）のｋ＝０．０のように、圧縮特性は、折れ線とは
ならずに滑らかな曲線になり、高周波成分を生じないの
で、ニーポイントＫＰ近辺の映像信号に輪郭強調回路に
よる偽の輪郭が生じなくなる。

【００３１】また、ルック・アップ・テーブルを用いて
レベル差（ｙ−ＫＰ）に応じた値に変換し、この変換値
に（１．０−ｋ）を乗算した値を従来の圧縮方法による
値（ｋ・（ｙ−ＫＰ）＋ＫＰ）に加算することにより、
１つのルック・アップ・テーブルを用いて容易に、ニー
ポイントＫＰからニーカーブエンドポイントＫＥまで出
力レベルを滑らかに増大させることができる。そして圧
縮係数ｋの値を変化させれば圧縮レベルを所望の値に設
定することができ、圧縮係数ｋを変えても所定範囲の両
端における増加率は変わらないため、滑らかなつながり
を保持でき、例えばｋ＝０．８の場合は図２（Ｃ）のｋ
＝０．８の特性となり、ｋ＝０．３の場合はｋ＝０．３
の特性となる。

【００３２】また、図３のように、ニーポイントＫＰか
らニーカーブエンドポイントＫＥまでの範囲を狭い範囲
に設定すればニーポイント近傍での滑らかな変化を保持
した上で図７に示すニー回路から出力される図８の特性
に近い特性とすることができ、一方、図４のように、所
定範囲を拡げれば緩やかに変化する緩やかさの強調され
た特性となり、映像特性に合わせて任意に設定できる。

【００３３】またニーポイントＫＰからニーカーブエン
ドポイントＫＥまでの範囲における圧縮をルック・アッ
プ・テーブルを使用して行う図１のような回路におい
て、そのルック・アップ・テーブルの容量は、ニーポイ
ントＫＰからニーカーブエンドポイントＫＥまでの範囲
を設定することにより決まり、本実施例の場合では、容
量が１２８ワードと非常に少量にすることが出来る。

【００３４】尚、実施例では、デジタル方式によるルッ
ク・アップ・テーブルを使用したが、これに限らず、ル
ック・アップ・テーブルの代わりに非線型回路で構成し
てもよく、同様の効果を得ることができる。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、入
力レベルと所定値との差の増大に応じて滑らかに単調増
加する値に（1.0 −ｋ）を乗算した値を、従来の圧縮方
法による圧縮値に加算するだけの簡単な処理を行うだけ
で、出力レベルを入力レベルの増大に応じて滑らかに増
大させることができ、しかも２つの値を分けて加算する
ことにより、前記圧縮係数ｋを０≦ｋ＜１の範囲内で可
変設定すれば、圧縮レベルを所望の値に設定することが
でき、圧縮係数ｋを変化させても滑らかなつながりを保
持することができる。

【００３６】

【００３７】また、映像信号の入力レベルが所定値未満
のとき、入力レベルと等しいレベルで映像信号を出力す
れば、映像信号は入力レベルが圧縮されずに出力され、
更に、入力レベルと所定値との差の増大に応じて滑らか
に単調増加する値が、前記差の増大に対して増加率が漸
減して０になるようにすれば、増加率が０になる入力レ
ベル以上では、出力レベルは入力レベルの増大に応じて
滑らかに、しかも連続的に増大するようになる。

【００３８】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す構成図。

【図２】本発明の概念図

【図３】図１の構成の圧縮特性を示す説明図。

【図４】同上説明図。

【図５】従来のアナログ回路を示す回路図。

【図６】圧縮特性の説明図。

【図７】従来のデジタル回路を示す回路図。

【図８】図７の圧縮特性を示す説明図。

【符号の説明】

２，６ 比較器 ５ レベル差検出器 ７ ＲＯＭ １０ 加算器 １１ 切替器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H04N 5/14 - 5/217

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】映像信号の入力レベルが所定値以上である
   ときに、入力レベルと前記所定値との差に圧縮係数ｋ
   （０≦ｋ＜1.0 ）を乗じた値と、前記入力レベルと前記
   所定値との差の増大に応じて滑らかに単調増加する値に
   （1.0 −ｋ）を乗算した値と、前記所定値と、を加算し
   た値を映像信号の出力レベルとすることを特徴とする映
   像信号圧縮方法。
2. 【請求項２】前記映像信号の入力レベルが前記所定値未
   満のときに、入力レベルと等しいレベルで出力すること
   を特徴とする請求項１記載の映像信号圧縮方法。
3. 【請求項３】前記入力レベルと前記所定値との差の増大
   に応じて滑らかに単調増加する値が、前記差の増大に対
   して増加率が漸減して０になることを特徴とする請求項
   １又は２に記載の映像信号圧縮方法。