JP3987592B2 - 合成ビデオ信号の生成方法および回路 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、前景輝度信号のクリッピングレベルに依存して第１のキー信号（ｋ）が導出される輝度セルフキーモードに従って前景信号および背景信号から形成される合成ビデオ信号を生成する方法であって、背景信号が反転された第１のキー信号と乗算され、ビデオ出力信号は前景信号と第２のキー信号との乗算により生成され、両方の乗算結果が加算されるという形式の方法に関する。本発明はまた、この方法を実施するための回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
テレビジョン技術は、複数の画像またはそれらの相応するビデオ信号を混合する幾つかの方法を使用している。頻繁に使用される方法はフェージング、または２つの画像信号源のスイッチングであり、この場合信号源の一方は前景信号を供給しかつ他方は背景信号を供給する。制御信号またはキー信号（通例は前景信号から導出される）を用いて、これら信号は、ビデオ信号において生じる調整可能なカラーまたは調整可能なレベルに依存して画像周期内に次のように自動的に切り換えることができる。すなわち、これら調整可能な値に達したとき、前景信号に代わって背景信号が画像内において現れるかまたは表示されようにであり、ここでフェージングは、調整可能なカラーの場合はクロマキーとも称されかつ調整可能なレベルの場合には輝度キーと称される。輝度キーモードにおいてキー信号が前景信号から導出され、かつこれがクリッピングレベルおよび調整可能な利得に依存している場合、その時それは、輝度セルフキーモードに関している。
【０００３】
輝度キーモードにおいて、前景信号ＦＧおよび背景信号ＢＧのフェージングは第３の画像源からの輝度信号Ｙによって調整可能なクリッピングレベルＣｌｉｐに依存して行われる。図１のａ）を参照するに、図１のｂ）に示されているキー信号ｋは、５０％のフェージングを固定するクリッピングレベルＣｌｉｐを用いて輝度信号Ｙから導出される。この場合キー信号は、合成出力信号Ｖｏを生成するために、図１のｃ）に示されているように背景信号ＢＧ上の前景信号ＦＧのフェージングのために用いられる。その場合前景画像ＦＧは、輝度信号ＹがクリッピングレベルＣｌｉｐを明らかに上回っているところの位置において表示される画像に現れ、かつ背景画像ＢＧは、輝度信号ＹがクリッピングレベルＣｌｉｐを明らかに下回っているところの位置において現れる。
【０００４】
クリッピングレベルＣｌｉｐの周りに対称的に位置している線形なフェージング領域は、パラメータ利得を用いて択一的に固定してもよい。さらに、フェージング領域は、最小限界値Ｙｕおよび最大限界値Ｙｏによって決定することもできる。フェージングは一般に、次式に従って定義されている：
Ｖｏ＝ｋ＊ＦＧ＋（１−ｋ）＊ＢＧ （１）
上式中、Ｖｏはフェージング過程の間に生成される前景信号ＦＧと背景信号ＢＧとから成る出力信号であり、ｋは、クリップおよび利得回路を用いた処理によって第３源の輝度情報Ｙから導出されるキー信号である。この場合、ｋは、信号ＹがＹｏより大きいとき値１を有しかつ信号ＹがＹｕより小さいとき値零を有する。その間では、キー信号は０と１との間の値をとる。このフェージング過程の間、前景信号ＦＧの一部分しか現れないが、それは背景信号ＢＧの補数部分（１ーｋ）によって補充される。
【０００５】
上述したように、基本的にキー信号ｋの変化を定める２つのモードがある。一方において、これは、クリッピングレベルＣｌｉｐおよび／またはパラメータ利得を用いて行ってよいが、この場合そこから決定的な前景信号状態および背景信号状態に達するというような２つの限界値パラメータＹ_ｕおよびＹ_ｏは同時に影響を受ける。他方において、これは、比例領域を定義する２つの値Ｙ_ｕおよびＹ_ｏを用いて行うことが可能である。その場合、低い方のクリッピングレベルＹ _ｕ は、高い方のレベルＹ_ｏとは無関係に固定することができ、およびその逆も可能である。キー信号ｋに対して、所定のＹ差と関連のｋ値との比をとる関係式（段取り）
（Ｙ_ｏ−Ｙ_ｕ）／１＝（Ｙ−Ｙ_ｕ）／ｋ （２）
を用いて次の式：
０＜ｋ＜１の場合の ｋ＝（Ｙ−Ｙ_ｕ）／（Ｙ_ｏ−Ｙ_ｕ） （３）
を立てることができる。
【０００６】
式（１）に従ったフェージングは、限界値間では線形であると考えてよい。その理由は、キー信号ｋと出力信号Ｖｏとの間に線形な関係があるからである。このことは、前景信号および背景信号が第３の，別個の信号源によって制御されるときにのみ当てはまる。
【０００７】
上述したように、キー信号ｋは、輝度セルフキーモードにおいて前景信号ＦＧから導出され、すなわち制御する画像信号源は、制御される画像信号源ＦＧと同一である。いわば、ＦＧ源はそれ自体にフェードインする。２つの源のフェージングに対する式（１）は同一であるが、今や同じ輝度信号への２重の依存性がある。キー信号ｋは今や、線形処理によって正確に同じ前景信号ＦＧに由来したものとなり、以降、この前景信号と乗算されるべきものである。前景信号ＦＧのこの“２重乗算”により、前景信号ＦＧと積ｋ＊ＦＧとの間に２次の関係性がある。
【０００８】
この種の２次の関係性の結果として、前景輝度はフェージング過程の間に低く評価される。図１のｄ）に図示されているように、異なった強さの信号欠陥（ブラック）が、ＦＧとＢＧとの間の移行領域において生じ、この欠陥はキー信号エッジに沿ったブラックラインを招来する。このフェージング過程は、前景信号ＦＧの画像内容のそれぞれの物体エッジにおいて行われ、このエッジにおいてキー信号変化が生成される。
【０００９】
分かり易くするために、前景信号が暗い背景上の明るい文字であると仮定する。キープロセス（処理）に基づき、暗い背景は文字から分離されかつ背景信号に置換されるべきである。前景信号から背景信号へのフェージングまたはその逆のフェージングの上述の過程は、すべての文字縁において行われる。このことは、すべての文字縁に暗い筋が現れることを意味し、それは、明るい文字に対する新しい背景がまた比較的明るいとき特に目障りになる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
それ故に、本発明の課題は、このような目障りなエッジを抑圧することができるようにした、冒頭に述べた形式の方法および装置を提供することである。
【００１１】
ヨーヨッパ特許第０３６５１８号明細書には、前景乗算に代わって、相補的キー信号の値を有する低い方のクリッピングレベルをキー信号ｋを用いて前景信号から減算して、輝度セルフキーモードにおけるこの“２重乗算”を回避することができるようにした装置および方法が開示されている。しかし、減算はこの場合輝度信号に対してしか有効に作用することができないので、関連の色度値は不定である。したがって、色度値減算に対して確定的なクリッピングレベルは可用でないので、キー信号を用いた乗算による現在公知のフェージングを色度信号に対して実施しなければならない（雑誌“JSMPTE”,１９９１年、第１７８ないし１８１頁、特に第１８１頁第２段落も参照）。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１の特徴部分に記載の構成を有する本発明の方法は、上述の目障りなブラックエッジが、輝度信号に対しても色度信号に対しても低減されるという利点を有する。
【００１３】
請求項１に記載の方法の有利な実施例および改良例は、その他の請求項に記載の手段によって可能である。本発明の方法を実施するための有利な回路は、その他の独立請求項に記載されている。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に本発明を図示の実施例につき図面を用いて詳細に説明する。
【００１５】
現在公知の方法は図１との関連において冒頭に説明しており、次に本発明の方法を図２を参照して説明する。
【００１６】
本発明の課題は、積を形成するとき、輝度信号の上述の２次の依存性を回避することにある。２重乗算はキー信号ｋにおいてしか生じず、式（１）におけるその相補的値には生じないので、信号ｋは、不都合な２次の依存性が：
Ｖｏ＝ｈ＊ＦＧ＋（１−ｋ）＊ＢＧ （４）
により除去されるような双曲線状の変化を有する新しい制御信号ｈに置換されるべきである。
【００１７】
式（４）において、ｈ＊ＦＧは通例“充填信号”と称される、出力信号Ｖｏの部分である。というのは、それは、画像の背景におけるキイドアパーチャを充填するからである。したがって、
ｈ＊Ｙ_FG＝Ｙ_Fill （５）
は、充填輝度信号と称することが可能である。
【００１８】
図２のａ）には、この式を説明するためにこの場合に時間に関して線形であるべき前景輝度信号Ｙ_FGの時間に関する変化が示されている。前景信号ＦＧの関連の色度成分の変化は初期的に重要である。線形のキー信号処理の目的は、図２のｂ）に示されているＹ_Fill信号である。Ｙ_FG信号が低い輝度レベルＹｕのところまでは抑圧されておりかつＹ_FG信号が高い輝度レベルＹｏのところからは変化しない形において伝送され、かつそれらの間の重要な領域においてＹ_FG信号と生成充填信号Ｙ_Fillとの間に線形な関係があることが示されている。
【００１９】
図２のｃ）には、例えばクリッピングレベル（Ｃｌｉｐ）および利得（Ｇａｉｎ）を用いた通例のキー信号処理において生成されるキー信号ｋが示されている。後の段階において、この信号は予め補正された信号ｈによって置換すべきである。しかし、最初、さらに、図２のｄ）に示されている相補的信号（１−ｋ）を形成することが要求され、この補数信号によって背景フェージングを実施すべきである。図２のｄ）に示されている相補的信号（１−ｋ）は、Ｙ_FGが低い方の輝度レベルＹｕ（１００％の背景フェージング）にまだ達していないところではその“１状態”を有し、かつＹ_FGが高い方の輝度レベルＹｏ（背景フェージングなし）を上回っているところではその“０状態”を有する。
【００２０】
既述のように、この“２重乗算”を回避するために、充填輝度信号Ｙ_Fillは実際には、前景輝度信号Ｙ_FGとキー信号ｋとの乗算（フェージング）により比例領域において生成されるべきでなく、ヨーヨッパ特許第０３６５１８号明細書にも記載されているように、Ｙｕが前景信号ＦＧから完全に除去されるべきである輝度信号成分である、評価された低い方の輝度信号レベルＹｕの減算によって生成されるべきである。その場合この評価係数は、相補的キー信号（１−ｋ）であるべきである。というのは、これにより、背景領域における輝度信号の完全な除去が行われ、一方前景領域（Ｙｏより上方のＹ_FG）は影響されずに留まるからである。その間は、増大する輝度信号レベルとともに減算が線形に低下する比例領域である。
【００２１】
補数キー信号（１ーｋ）を用いて、充填輝度信号Ｙ_Ｆｉｌｌに対する上述の要求される減算関係は次のように表すことができる：
Ｙ_Ｆｉｌｌ＝Ｙ_ＦＧ−（１−ｋ）＊Ｙｕ （６）
特に図２のａ），ｄ）およびｂ）参照。信号Ｙ_ＦＧから（１−ｋ）＊Ｙｕの減算により、値が零に制限される点Ｙ_ＦＧ＝Ｙｕまで負の値が生じる。この点より上方から、減数は線形に低下し、すなわち信号Ｙ_Ｆｉｌｌは信号Ｙ_ＦＧに線形に近付く。Ｙ_ＦＧ＝Ｙｏから、減数は零であるので、信号はＹ_Ｆｉｌｌ＝Ｙ_ＦＧである。この減算は実際に、図２のｂ）において要求された課題とおりの所望の変化を生成する。しかし、上述したように、この過程は輝度信号に対してのみ適用可能である。
しかしながら今や、式（５）に従ったフェージング式に加えて、式（６）に従った減算式を用いて信号Ｙ_Ｆｉｌｌを決定するための第２の段取りがある。これらの２つの式ｈ＊Ｙ_ＦＧ＝Ｙ_ＦＧ−（１−ｋ）＊Ｙをイコールで結ぶことによって、結果的に次式が得られる：
０＜ｈ＜１の場合の ｈ＝１−（１−ｋ）＊Ｙｕ／Ｙ_ＦＧ （７）
本発明によれば、充填輝度信号をイコールで結ぶこの過程および生成キー信号ｈの適用は、充填輝度信号に対して提案されるのみならず、充填色度成分ＣｒおよびＣｂに対しても提案される。このことは、輝度セルフキーモードにおいて式（４）に従ったフェージングが、式（７）に従ったキー信号ｈを用いて３つすべての前景成分Ｙ，ＣｒおよびＣｂをフェージングするために実施され、一方部分領域におけるキー信号ｋは前景輝度信号Ｙ_ＦＧに直接比例しかつＹｕは前景輝度信号Ｙ_ＦＧの低い方のクリッピングレベルを表していることを意味する。
【００２２】
しかしながら今や、式（５）に従ったフェージング式に加えて、式（６）に従った減算式を用いて信号Ｙ_Fillを決定するための第２の段取りがある。これらの２つの式ｈ＊Ｙ_FG＝Ｙ_FG−（１−ｋ）＊Ｙを等式化ことによって、結果的に次式が得られる：
０＜ｈ＜１の場合のｈ＝１−（１−ｋ）＊Ｙｕ／Ｙ_FG （７）
本発明によれば、充填輝度信号を等式化（方程式の関係性で表現）するこの過程および生成キー信号ｈの適用は、充填輝度信号に対して提案されるのみならず、充填色度成分ＣｒおよびＣｂに対しても提案される。このことは、輝度セルフキーモードにおいて式（４）に従ったフェージングが、式（７）に従ったキー信号ｈを用いて３つすべての前景成分Ｙ，ＣｒおよびＣｂをフェージングするために実施され、一方部分領域におけるキー信号ｋは前景輝度信号Ｙ_FGに直接比例しかつＹｕは前景輝度信号Ｙ_FGの低い方のクリッピングレベルを表していることを意味する。
【００２３】
しかし、この解決法の最も一般的な形を表す式（７）において、まだ２つの異なった信号変数、すなわちＹ_FGおよび（１−ｋ）の依存性があることは不都合である。しかし課題では、唯一の変数のみに対する依存性に制限されるべきである。前景輝度信号Ｙ_FGかまたはキー信号ｋを唯一の制御値とするかに依存して、式（７）の２つの異なった変形が生じる。
【００２４】
キー信号ｋを唯一の制御値とすべき場合、Ｙ_FG（＝Ｙ）が式（３）を用いて置換されるべきである。これにより次式が得られる：
【００２５】
【数３】

【００２６】
しかし、前景輝度信号Ｙ_FGを唯一の制御値とすべき場合、ｋが式（３）を用いて置換されるべきである。これにより次式が得られる：
【００２７】
【数４】

【００２８】
それから新しいキー信号ｈは両方の場合とも１つの値のみによって制御される。というのは、ＹｏおよびＹｕはスタチックなパラメータにすぎないからである。選ばれた例に対するキー信号ｈの時間に関する変化は図２のｅ）に示されている。それは正確に、前景信号Ｙ_FGによる乗算を用いた要求される線形のＹ_Fillを形成するために必要である変化である。
【００２９】
式（８）に従った本発明による方法を実施するための第１の実施例が図３に示されている。例えばデジタル成分Ｙ，Ｃｒ，Ｃｂを有する前景信号ＦＧが、入力側１から乗算器２の第１の入力側に供給され、一方入力側１から取り出される輝度信号Ｙ_FGがキー信号生成回路３に供給される。後に増幅され、制限されたキー信号ｋ並びにその相補的な数（１−ｋ）が、公知の方法でかつ上述したようにＹｕおよびＹｏを用いた制御または調整可能なクリッピングレベルＣｌｉｐおよび予め選択可能な利得Ｇａｉｎを用いた制御によって信号Ｙ_FGから生成される。今やランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ４）におけるテーブルはキー信号ｋを用いてアドレス指定され、このテーブルには、式（８）に従った予め補正されたキー信号ｈおよび線形なキー信号ｋの関係が、可能なあらゆるｋ値に対して予め計算されかつ記憶されている。ｈ値は、例えばパラメータＹｕおよび／またはＹｏまたはＣｌｉｐおよび／またはＧａｉｎが変化するとき、迅速な更新を実施することもできるデジタル信号プロセッサ（図示されていない）において予め計算しておいてもよい。フェージング過程の間、これらのｈ値は再呼び出しされかつ乗算器２の第２の入力側に供給され、一方充填信号はその場合その出力側から取り出すことができる。
【００３０】
同じくデジタル成分Ｙ，Ｃｒ，Ｃｂを有する背景信号ＢＧは、第２の乗算器７の第１の入力側に供給され、この乗算器の第２の入力側は補数キー信号（１−ｋ）を受け取る。それから相応キイド背景信号ＢＧは、乗算器７の出力側から取り出すことができる。乗算器２および７の出力はさらに、加算器８のそれぞれの入力側に供給され、その結果結果生じる、前景信号および背景信号から成るビデオ出力信号Ｖｏはその出力側９から取り出すことができる。
【００３１】
図４のブロック線図は、図３のブロック線図とはランダムアクセスメモリ４′の評価の点で相異している。キー信号ｋに代わって、メモリ４′におけるテーブルをアドレス指定するために前景輝度信号Ｙ_FGが使用され、このテーブルには、式（９）に従った予め補正されたキー信号ｈおよび前景輝度信号Ｙ_FGの関係が計算されて記憶されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】現在公知の方法に従って処理すべき信号を説明するための線図である。
【図２】本発明の方法に従って処理すべき信号を説明するための線図である。
【図３】本発明による方法を実施するための第１の実施例のブロック線図である。
【図４】本発明による方法を実施するための第２の実施例のブロック線図である。
【符号の説明】
ＦＧ 前景信号、 ＢＧ 背景信号、 Ｙ 輝度信号、 Ｙ_FG 前景輝度信号、 Ｖｏ 合成ビデオ信号、 ｋ キー信号、 ｈ 予め補正された制御キー信号、 ２，７ 乗算器、 ４ メモリ、 ８ 加算器

Claims (10)

1. 前景輝度信号のクリッピングレベルに依存して第１のキー信号（ｋ）が導出される輝度セルフキーモードに従って、前景信号および背景信号から形成される合成ビデオ信号を生成する方法であって、
   背景信号（ＢＧ）が反転された第１のキー信号（１−Ｋ）と乗算され、
   ビデオ出力信号は前景信号（ＦＧ）と第２のキー信号（ｈ）との乗算により生成され、
   両方の乗算結果が加算される
   という形式の方法において、
   前景信号（ＦＧ）に対する第２のキー信号は第１のキー信号または前景輝度信号から導出され、ここで第２のキー信号（ｈ）は双曲線状の形状の第２のキー信号（ｈ）を形成するように処理される
   ことを特徴とする合成ビデオ信号の生成方法。
2. 第２のキー信号（ｈ）は式ｈ＝１−（１−ｋ）＊Ｙｕ／Ｙ_ＦＧに従って形成され、ただしＹ_ＦＧは前景輝度信号でありかつＹｕは前景輝度信号の低い方のクリッピングレベルに相応している
   請求項１記載の合成ビデオ信号の生成方法。
3. フェージングを次式
   

   

   に従った第１のキー信号ｋを用いて制御し、ただしＹｏは高い方のクリッピングレベルでありかつＹｕは低い方のクリッピングレベルである
   請求項１記載の合成ビデオ信号の生成方法。
4. フェージングを次式
   

   

   に従った前景輝度信号（Ｙ_ＦＧ）を用いて制御し、ただしＹｏは高い方のクリッピングレベルでありかつＹｕは低い方のクリッピングレベルである
   請求項１記載の合成ビデオ信号の生成方法。
5. 双曲線形状の第２のキー信号（ｈ）を第１のキー信号（ｋ）のすべての値に対して計算しかつテーブルの形で記憶する
   請求項１記載の合成ビデオ信号の生成方法。
6. 双曲線形状の第２のキー信号（ｈ）をすべての前景輝度信号値（ＹFG）に対して計算しかつテーブルの形で記憶する
   請求項４記載の合成ビデオ信号の生成方法。
7. フェージングをビデオ信号の輝度および色成分に対して実施する
   請求項１記載の合成ビデオ信号の生成方法。
8. 第１の乗算器（２）が設けられており、該乗算器の第１入力側には前景信号（Ｙ_ＦＧ）の輝度および色度成分（Ｙ，Ｃｒ，Ｃｂ）が供給されかつ第２の入力側は、双曲線状に形成された制御輝度信号（ｈ）を供給するランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）（４）の出力側に接続されており、かつ第２の乗算器（７）が設けられており、該乗算器の第１入力側には背景信号（Ｙ_ＢＧ）の輝度および色度成分（Ｙ，Ｃｒ，Ｃｂ）が供給されかつ第２の入力側には前記線形のキー信号（ｋ）の相補的値（信号量）（１ーｋ）が供給され、かつ前記２つの乗算器（２，７）は加算器（８）のそれぞれの入力側に接続されており、一方合成ビデオ信号画像の出力ビデオ信号（Ｖｏ）はその出力側において取り出される
   ことを特徴とする請求項１記載の方法を実施するための回路。
9. ランダムアクセスメモリ（４）は、前景輝度信号（Ｙ_ＦＧ）から導出される線形のキー信号（ｋ）を用いてアドレス指定可能である
   請求項８記載の回路。
10. ランダムアクセスメモリ（４′）は、前景輝度信号（Ｙ_ＦＧ）を用いてアドレス指定可能である
    請求項８記載の回路。

Images