JP3608708B2 - 画素数変換回路 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶プロジェクタ等に用いられる、所定の解像度を有するデジタル画像の画素数を変換する画素数変換回路に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の画素数変換回路の一例として、特開平6−350397号公報に記載のものがある。この公報には、複数の2次関数を繋ぎ合わせて作成した補間関数を用いることが記載されている。
【0003】
この複数の2次関数を繋ぎ合わせて作成した補間関数を用いることによって、従来のNN(Nearest−Neighbor),BL(Bi−Linear),CC(Cubic−Convolution)による補間関数の不具合を解決することができる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、画素数変換回路は、テレビジョン信号のような一般的なビデオ画像の画素数を変換するだけではなく、パソコン信号によるパソコン画像の画素数も変換する。パソコン信号は、個々の画素に対応した矩形波形の連続によって構成されたビデオ信号を、A/D変換器によってデジタル信号に変換する際、その矩形波形の平坦部中央でサンプルされ、かつ、帯域制限されていない信号である。
【0005】
また、A/D変換器を介することなく、直接デジタル信号を伝送する場合には、帯域制限されておらず、サンプリングによる折り返し歪を許容したデジタル信号と言うこともできる。これに対し、一般的なビデオ信号は帯域制限された信号である。本明細書では、パソコン信号のような帯域制限されていない信号をジャストサンプル信号と称することとする。
【0006】
以下、ジャストサンプル信号の代表としてパソコン信号を例に挙げて説明する。一般的なビデオ画像では何らの問題もなかったとしても、画素数変換回路に入力するデジタル画像がパソコン信号によるパソコン画像である場合には、パソコン画像はサンプル周波数に対して折り返しが多いため、入力画像と変換画像との間に画質の差が大きく現れてしまうことがある。
【0007】
そこで、入力するデジタル画像がパソコン画像の場合でも、折り返し歪を抑えて、かつ、鮮鋭感のある高画質な変換画像が得られることが望ましい。
【0008】
本発明はこのような問題点に鑑みなされたものであり、パソコン信号のようなジャストサンプル信号によるデジタル画像を高画質に画素数変換することができる画素数変換回路を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上述した従来の技術の課題を解決するため、デジタル画像の原画素より補間画素を生成して画素数を増加させる補間フィルタを備える画素数変換回路において、前記補間フィルタによって画素数変換する前記デジタル画像を、帯域制限されていない第1のデジタル画像または帯域制限された第2のデジタル画像とし、前記補間フィルタによって画素数変換する前記デジタル画像が前記第1のデジタル画像であるときの前記補間フィルタの周波数帯域を、前記補間フィルタによって画素数変換する前記デジタル画像が前記第2のデジタル画像であるときの前記補間フィルタの周波数帯域よりも広く、かつ、サンプル周波数の1/2よりも広く設定することを特徴とする画素数変換回路を提供する。
ここで、前記補間フィルタによって画素数変換する前記デジタル画像が前記第1のデジタル画像であるときの前記補間フィルタの周波数帯域を、画素数の増加に応じて広く設定することが好ましい。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の画素数変換回路について、添付図面を参照して説明する。図1は本発明の画素数変換回路の一実施例を示すブロック図、図2は本発明の画素数変換回路による補間関数の一例を示す図、図3は本発明の画素数変換回路による周波数帯域の切り替えを説明するための図、図4は図2に示す補間関数を発生するためのフローチャート、図5は図1中の補間フィルタ4の具体的構成の一例を示すブロック図、図6〜図8は図2に示す補間関数を用いた場合の周波数特性を示す図である。
【0011】
図1において、画像メモリ1には画像信号が記憶されている。マイクロコンピュータ(以下、マイコンと略記する)2は後に詳述する補間関数より、補間フィルタ4で用いるフィルタ係数を発生し、係数メモリ3に入力する。係数メモリ3は一例としてランダム・アクセス・メモリ(RAM)によって構成され、入力されたフィルタ係数を記憶する。制御信号発生器5は画像メモリ1,係数メモリ3,補間フィルタ4にそれぞれ制御信号を供給し、画像メモリ1,係数メモリ3,補間フィルタ4をそれぞれ制御する。
【0012】
画像メモリ1より読み出された画像信号と係数メモリ3より読み出されたフィルタ係数は補間フィルタ4に入力される。なお、フィルタ係数とは、上記の補間関数によって決定されるフィルタのタップ係数のことである。補間フィルタ4は入力された画像信号とフィルタ係数とのコンボリューションによって補間画素を生成し、画素数を変換して出力する。本実施例では、一例として4個の原画素より補間画素を生成する。
【0013】
ここで、本実施例による補間関数について図2を用いて説明する。本実施例では、前述のNN,BL,CCによる補間関数や、複数の2次関数を繋ぎ合わせて作成した補間関数よりも、補間関数の発生が容易で、その補間関数を種々切り替える場合でも、補間関数を切り替えるための構造が複雑化しない、線形の折れ線を繋ぎ合わせた補間関数を用いることとする。
【0014】
図2(A),(B)に示す線形の折れ線を繋ぎ合わせた補間関数を、区分線形補間関数と称することとする。区分線形補間関数の最も好ましい例として、図2(A),(B)に示すような台形を挙げることができ、他の例としては三角形や矩形を挙げることもできる。
【0015】
図2において、(A)は、図1に示す画素数変換回路によって画素数変換するデジタル画像が、テレビジョン信号のような一般的なビデオ画像の場合の補間関数であり、(B)は、図1に示す画素数変換回路によって画素数変換するデジタル画像が、パソコン信号によるパソコン画像の場合の補間関数である。
【0016】
本実施例では、原画素間隔を1とし、補間関数が左右2画素の合計4画素区間で、その他の部分はゼロとし、それを1/(32×4)に分割した場合について説明する。また、補間関数は一般的には左右対称であるため、ここでは、右半分の形状のみについて説明する。
【0017】
図2(A)において、横軸0〜1.0における台形の上底の長さをa、下底の長さをb(=1.0)、高さを1.0、横軸1.0〜2.0における台形の高さをh(<0)とする。また、ここでは、長さの短い方の底を上底とすると、横軸1.0〜2.0における台形の横軸1.0から上底の始点までの横軸における長さをc、上底の長さをdとする。なお、本実施例では、横軸1.0〜2.0における台形の上底の長さdと下底の長さとの比は、横軸0〜1.0における台形の上底の長さaと下底の長さbとの比を同一とする。即ち、d=aである。勿論、台形の形状は、本実施例に限定されず、適宜に設定する。
【0018】
図1に示す画素数変換回路によって画素数変換するデジタル画像がパソコン画像の場合には、図2(B)に示すように、図2(A)に示す1サンプル周期に対して0.7のような補間関数とする。即ち、これは、パソコン画像の場合には、補間フィルタ4の周波数帯域を一般的なビデオ画像の場合よりも広く設定する(広帯域にする)ことを意味する。
【0019】
ここで、一般的なビデオ画像の場合とパソコン画像の場合との、補間フィルタ4の周波数帯域の切り替えについて、図3を用いて説明する。一般的なビデオ画像の場合における補間フィルタ4の周波数帯域を実線で示すような帯域とすると、パソコン画像の場合には、補間フィルタ4の周波数帯域を一点鎖線で示すようにより広くする。このとき、パソコン画像の場合における補間フィルタ4の周波数帯域は、サンプル周波数(ここでは32Hz)の1/2の周波数(即ち、ナイキスト周波数)よりも広く設定する。なお、サンプル周波数の1/2の周波数よりも広い帯域とは、利得が0.5以上となっている周波数がサンプル周波数の1/2の周波数を超えている状態である。
【0020】
さらに、パソコン画像の場合における補間フィルタ4の周波数帯域は、画素数の増加に応じて広く設定する。即ち、画素数の増加率が大きければ大きいほど、補間フィルタ4の周波数帯域を広くする。以上のようにすると、図3に破線で示すような広帯域な周波数特性を有するパソコン画像を画素数変換する場合、鮮鋭感のある伸長画像を得ることができる。
【0021】
なお、図2に示す補間関数は、図1中のマイコン2によって、図4に示すように簡単に発生することができる。図4において、ステップS1で、図2中のそれぞれのパラメータa,b(=1.0),hを設定する。同時に、パラメータc,dを算出する。なお、c=(b−d)/2であり、d=aである。ステップS2で、m=0とする。なお、mは横軸の位置を表す変数であり、m=0は図2における原点を、また、m=1.0は原点から1画素分離れた座標をそれぞれ表すことになる。ステップS3で、m<aであるか判定し、m<aであれば、ステップS4に移る。ステップS4で、f(m)=1.0と設定する。f(m)とは、図2に示す補間関数である。
【0022】
ステップS3で、m<aでなければ、ステップS5に移る。ステップS5で、m<bであるか判定し、m<bであれば、ステップS6に移る。ステップS6で、f(m)=1.0−(m−a)/(b−a)と設定する。ステップS5で、m<bでなければ、ステップS7に移る。ステップS7で、m<b+cであるか判定し、m<b+cであれば、ステップS8に移る。ステップS8で、f(m)=−(m−b)×(h/c)と設定する。
【0023】
ステップS7で、m<b+cでなければ、ステップS9に移る。ステップS9で、m<b+c+dであるか判定し、m<b+c+dであれば、ステップS10に移る。ステップS10で、f(m)=−hと設定する。ステップS9で、m<b+c+dでなければ、ステップS11に移る。ステップS11で、f(m)=−h+(m−b−c−d)×(h/c)と設定する。
【0024】
ステップS4,S6,S8,S10,S11それぞれで補間関数f(m)を設定したら、ステップS12に移り、m+1をmとし、ステップS13で、m<2.0であるか判定する。m<2.0であれば、ステップS3より繰り返し、m<2.0でなければ、終了する。
【0025】
以上のようにして、図1中のマイコン2は、パラメータa,b(=1.0),hを設定するだけで、図2に示す補間関数を容易に発生させることができる。本実施例では、マイコン2によって補間関数を発生したが、ハードウェア的な構成によって補間関数を発生することも可能である。但し、マイコン2によってソフトウェア的に補間関数を発生する方が、種々の補間関数を容易に発生させることができるので、より好ましい実施形態である。
【0026】
このようにして発生した補間関数は上記のように係数メモリ3に記憶される。そして、制御信号発生器5による制御によって、補間される画素の位置に応じて、その補間関数によって決まるフィルタ係数が係数メモリ3より読み出される。補間フィルタ4は、画像メモリ1より読み出された画像信号である原画素とフィルタ係数とによってコンボリューション演算を行い、補間画素を生成する。
【0027】
ここで、補間フィルタ4の構成の一例について図5を用いて説明する。補間フィルタ4は、ラッチ41〜44,乗算器45〜48,加算器49より構成される。ラッチ41〜44は入力された原画素を順次1画素分遅延する。乗算器45〜48には、上記の補間関数によって決まるそれぞれのフィルタ係数f0〜f3が入力され、ラッチ41〜44の出力とフィルタ係数f0〜f3とを乗算する。乗算器45〜48の出力は加算器49によって加算され、補間画素が生成される。
【0028】
以上のように構成される本実施例の画素数変換回路による周波数特性について説明する。図6は、図2中の横軸0〜1.0における台形の上底の長さを1/4、下底の長さを1.0、高さを1.0とし、横軸1.0〜2.0における台形の高さを0とした場合の周波数特性、図7(A),(B)は、図2中の横軸0〜1.0における台形は図6の場合と同様で、横軸1.0〜2.0における台形の高さを−0.1とした場合の周波数特性である。図7(A)は図2(A)の場合の周波数特性であり、図7(B)は図2(B)の場合の周波数特性である。両者のパラメータは同一である。
【0029】
さらに、図8は、図2中の横軸0〜1.0における台形は図6の場合と同様で、横軸1.0〜2.0における台形の高さを−0.3とした場合の周波数特性を示している。なお、図6〜図8において、横軸は1画素を32分割した場合の周波数(frequency)(無単位)、縦軸は振幅(amplitude)(単位:dB)である。
【0030】
図6においては、通過帯域がなだらかな特性を示す。なお、前述のサンプル周波数fsのfs/4に相当するのは、周波数8近傍である。これは、従来のBLによる補間関数に近い特性である。図7においては、通過帯域がフラットな特性を示す。これは、従来のCCによる補間関数に近い特性である。図8においては、通過帯域における周波数8近傍でブーストした特性を示す。これは、前述の複数の2次関数を繋ぎ合わせて作成した補間関数に近い特性である。
【0031】
このように、本実施例の画素数変換回路においては、区分線形補間関数の一部のパラメータを変更することにより、周波数特性を種々変更することができるので、最適な周波数特性を容易に選択することが可能となる。
【0032】
そして、この周波数特性を、テレビジョン信号,パソコン信号等、入力された画像信号の周波数特性に応じて最適なものを選択したり、また、画像の拡大率に応じて最適なものを選択することができる。
このとき、本実施例においては、区分線形補間関数を用いているので、パラメータの設定が容易であり、構造が複雑化してしまうことはなく、容易に補間関数、そして、補間フィルタ4のタップ係数(フィルタ係数)を発生することができる。さらに、係数メモリ3の容量を削減することもできる。
【0033】
本実施例では、補間フィルタ4に対し、区分線形補間関数によってフィルタ係数を与えるよう構成したが、前述のNN,BL,CCによる補間関数や、複数の2次関数を繋ぎ合わせて作成した補間関数によってフィルタ係数を与える構成としてもよい。
【0034】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明の画素数変換回路は、ジャストサンプル信号によるデジタル画像であるときには、補間フィルタの周波数帯域を、テレビジョン信号のような一般的なビデオ画像によるデジタル画像のときよりも広く、かつ、サンプル周波数の1/2よりも広く設定するよう構成したり、また、画素数の増加に応じて広く設定するよう構成したので、ジャストサンプル信号によるデジタル画像を鮮鋭感ある高画質な画素数変換を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示すブロック図である。
【図2】本発明による補間関数の一例を示す図である。
【図3】本発明による周波数帯域の切り替えを説明するための図である。
【図4】図2に示す補間関数を発生するためのフローチャートを示す図である。
【図5】図1中の補間フィルタ4の具体的構成の一例を示すブロック図である。
【図6】図2に示す補間関数を用いた場合の周波数特性を示す図である。
【図7】図2に示す補間関数を用いた場合の周波数特性を示す図である。
【図8】図2に示す補間関数を用いた場合の周波数特性を示す図である。
【符号の説明】
1 画像メモリ
2 マイクロコンピュータ
3 係数メモリ
4 補間フィルタ
5 制御信号発生器
Claims (2)
- デジタル画像の原画素より補間画素を生成して画素数を増加させる補間フィルタを備える画素数変換回路において、
前記補間フィルタによって画素数変換する前記デジタル画像を、帯域制限されていない第1のデジタル画像または帯域制限された第2のデジタル画像とし、
前記補間フィルタによって画素数変換する前記デジタル画像が前記第1のデジタル画像であるときの前記補間フィルタの周波数帯域を、前記補間フィルタによって画素数変換する前記デジタル画像が前記第2のデジタル画像であるときの前記補間フィルタの周波数帯域よりも広く、かつ、サンプル周波数の1/2よりも広く設定することを特徴とする画素数変換回路。 - 前記補間フィルタによって画素数変換する前記デジタル画像が前記第1のデジタル画像であるときの前記補間フィルタの周波数帯域を、画素数の増加に応じて広く設定することを特徴とする請求項1記載の画素数変換回路。
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JPH11355560A JPH11355560A (ja) | 1999-12-24 |
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