JP3608708B2

JP3608708B2 - 画素数変換回路

Info

Publication number: JP3608708B2
Application number: JP16188998A
Authority: JP
Inventors: 禎史金田
Original assignee: Victor Company of Japan Ltd
Current assignee: Victor Company of Japan Ltd
Priority date: 1998-06-10
Filing date: 1998-06-10
Publication date: 2005-01-12
Anticipated expiration: 2018-06-10
Also published as: JPH11355560A

Description

【０００１】
【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

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。