JPH09233434A - 信号変換装置および方法 - Google Patents
信号変換装置および方法Info
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- JPH09233434A JPH09233434A JP8056892A JP5689296A JPH09233434A JP H09233434 A JPH09233434 A JP H09233434A JP 8056892 A JP8056892 A JP 8056892A JP 5689296 A JP5689296 A JP 5689296A JP H09233434 A JPH09233434 A JP H09233434A
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Abstract
分類適応処理を行った後、各予測係数の和に応じたゲイ
ン補正を行うことで、画質劣化を防止する。 【解決手段】 入力端子1を介してSD信号d0がクラ
ス分類部2、予測演算部4へ供給される。クラス分類部
2では、(3×3)ブロックからなるSD信号の特徴か
らクラスd1が求められる。予測係数ROM3では、ビ
ット数を削減した予測係数wi ´が格納され、クラスd
1に対する予測係数d2が読み出される。予測演算部4
は、乗算器5と補正部6から構成される。乗算器5で
は、SD信号d0と予測係数d2との線形1次結合式に
基づいた適応処理(積和演算)が実行される。補正部6
では、クラスd1に基づいて、乗算器5からの演算結果
d3の信号補正が行われ、その結果予測値d4が取り出
される。
Description
に対してクラス分類を行うクラス分類適応処理に関し
て、特に、ビット数を削減した予測係数を用いるように
した信号変換装置および方法に関する。
流れは、確実に普及の一途を辿り、様々なディジタル機
器が出現している。そして、信号フォーマットの異なる
ディジタル機器間の接続においては、信号変換を実現す
る信号変換装置が必要となる。この一例として、標準T
V信号(SD(Standard Difinition )信号)をHD
(High Difinition )モニタで表示する場合には、SD
信号からHD信号へのフォーマット変換用のアップコン
バータなどが挙げられる。
来例について説明する。まず、図11には、SD信号と
HD信号の各画素の空間配置例を示す。ここでは説明の
簡素化のため、HD信号の画素数を水平方向、垂直方向
に各々2倍としている。図11中の◎のSD画素に注目
すると、この注目画素の近傍4種類(mode1、mode2、
mode3、mode4)の位置にHD画素が存在する。従来の
アップコンバータにおいては、入力SD信号に補間フィ
ルタを適用することで補間画素が生成され、生成された
HDフォーマットの信号が出力される。
成例としては、SD信号のフィールドデータから、4種
類の位置のHD画素を生成することが考えられる。この
補間フィルタの構造は、空間内2次元ノンセパラブルフ
ィルタと、水平/垂直セパラブルフィルタに分類され
る。このうちの空間内2次元ノンセパラブルフィルタの
構成例を図12に示す。入力端子41からSD信号が供
給され、供給されたSD信号は、mode1用2次元フィル
タ42、mode2用2次元フィルタ43、mode3用2次元
フィルタ44およびmode4用2次元フィルタ45へ供給
される。このように、4種類の位置のHD画素毎に独立
に補間処理が実行され、それぞれの出力は、選択部46
へ供給される。選択部46では、補間処理が施されたH
D画素の直列化が行われ、出力端子47からHD信号と
して出力される。
ィルタの構成例は、図13に示す。入力端子51からS
D信号が供給され、供給されたSD信号は、垂直補間フ
ィルタ52および54へ供給される。垂直補間フィルタ
52および54によって、SD信号からHD信号の2本
の走査線データが生成される。例えば、垂直補間フィル
タ52において、mode1用およびmode2用のフィルタ処
理が行われ、垂直補間フィルタ54において、mode3用
およびmode4用のフィルタ処理が行われる。垂直方向の
補間処理が行われた信号は、垂直補間フィルタ52およ
び54から水平補間フィルタ53および55へ供給され
る。水平補間フィルタ53および55では、各走査線毎
に水平フィルタを用い4種類のHD画素が補間され、そ
れぞれのHD画素は、選択部56へ供給される。選択部
56では、補間処理が施されたHD画素の直列化が行わ
れ、出力端子57からHD信号として出力される。
アップコンバータにおいて、補間フィルタとして理想フ
ィルタを使用しても、画素数は増えるものの空間解像度
は、SD信号と変わらない。また、一般的にHD画像
は、大きな画面で鑑賞される場合が多く、解像度が向上
しないためにアップコンバートされたHD画像の印象
は、良くないという問題があった。
応処理を適用することが提案されている。このクラス分
類適応処理では、予め各クラス毎に予測係数が生成さ
れ、生成された予測係数をROMなどの蓄積媒体に記憶
するものである。このため、クラス数が多くなるほど、
ゲート数(回路量)が増加し、大きな負担となる。そこ
で、四捨五入のような丸め処理によって、各クラスの予
測係数のビット数を削減することで、ゲート数の増加を
抑圧することが考えられる。
予測係数と入力信号とを使用して、適応処理(積和演
算)を実行すると、大きな画質劣化を招く。その主な原
因は、クラス間のゲインの違いによるものである。一般
的に予測係数は、固定小数点で格納されているため、単
純な予測係数のビット数の削減を行うことによって、ク
ラス間のゲインが変動することになる。
を鑑みてなされたものであり、ビット数を削減した予測
係数を用いることができ、然も、変換出力信号の劣化が
少ない信号変換装置および方法を提供することにある。
は、予測係数を用いるクラス分類適応処理において、予
めクラス毎に用意されたビット数が削減された予測係数
を用いて適応処理を行う適応処理手段と、適応処理手段
からの出力信号に対して信号補正を行う補正手段とから
なることを特徴とする信号変換装置である。
を用いるクラス分類適応処理において、予めクラス毎に
用意されたビット数が削減された予測係数を用いて適応
処理を行うステップと、適応処理からの出力信号に対し
て信号補正を行うステップとからなることを特徴とする
信号変換方法である。
コンバージョンを行うために、予測法を用いた信号変換
装置において、クラス毎に格納される予測係数のビット
数を削減することで、乗算器のゲート数(回路量)を削
減できる。このとき、ビット数を削減した予測係数の和
が1とならないものに対して、実質的にこの和が1とな
るように予測値に対してゲイン補正が施され、最終的な
予測値として出力される。
て、図面を参照しながら詳細に説明する。この発明の信
号変換装置の一実施例を図1に示す。1で示す入力端子
からSD信号d0が入力され、このSD信号d0は、ク
ラス分類部2および予測演算部4へ供給される。クラス
分類部2では、供給されるSD信号d0を例えば3画素
×3ライン(以下、(3×3)ブロックと称する)から
なる信号の特徴に応じてクラスd1が分類される。この
クラスd1は、予測係数ROM3および予測演算部4へ
供給される。予測係数ROM3には、図2に示すように
ビット数を削減した予測係数wi ´が格納され、このク
ラスd1に応答する予測係数d2が読み出される。
4へ供給される。予測演算部4は、演算器5および補正
部6から構成される。予測演算部4へ供給されたSD信
号d0および予測係数d2は、乗算器5へ供給され、ク
ラスd1は、補正部6へ供給される。乗算器5では、S
D信号d0と予測係数d2の線形1次結合式に基づく積
和演算が実行され、積和演算が行われた演算結果d3が
補正部6へ供給される。補正部6では、後述するように
クラスd1に応じて演算結果d3の信号補正が行われ
る。すなわち、この補正部6では、予測係数ROM3に
記憶されているビット数を削減した予測係数wi ´の和
に応じた信号補正が実行される。信号補正が行われた予
測値は、d4として出力端子7から取り出される。
た予測係数wi ´と入力信号とを使用して、適応処理
(積和演算)を実行すると、大きな画質劣化を招く。そ
の主な原因は、クラス間のゲインの違いによるものであ
る。一般的に予測係数wi は、図3に示すように、固定
小数点で格納されている。例えば、図3Aに示すような
整数部5桁および小数点以下11桁からなる予測係数
を、図3Bに示すように整数部5桁および小数点以下3
桁の予測係数にする、単純なビット数の削減を行うと、
クラス間のゲインが変動することになる。例えば、図3
Cに示すように予測係数が削除されることなく整数部5
桁および小数点以下3桁に含まれる場合、以下の式
(1)が成り立つ。
数を削減した予測係数wi ´では、式(1)が成り立た
ない。例えば、予測係数の和が1.2または0.9など
の値となる。そこで、この実施例では、ビット数を削減
した予測係数wi ´と入力信号とを使用して適応処理
(積和演算)を実行した後、ゲイン補正を目的とした後
処理を補正部6において行う。
算器5からの演算結果d3とクラス分類部2からのクラ
スd1がLUT(Look-Up-Table )11へ供給される。
LUT11は、図5に示すようにクラス毎に入力値(d
3)に対する出力値(d4)のテーブルであり、メモリ
に格納されている。この出力値(d4)は、ビット数を
削減した予測係数wi ´に応じたゲイン補正が施された
値となっており、供給された演算結果d3に応答する予
測値d4が読み出され、出力される。
算器5からの演算結果d3が乗算器16へ供給され、ク
ラス分類部2からのクラスd1がROM15へ供給され
る。ROM15は、図7に示すように供給されるクラス
d1に対する定数gi のテーブルであり、メモリに格納
されている。このクラスd1に対する定数gi が読み出
される。読み出された定数gi は、乗算器16へ供給さ
れる。乗算器16では、演算結果d3と定数gi との乗
算が実行され、その演算結果は、予測値d4として出力
される。
によって、生成される演算結果d3に対して、ビット数
を削減した予測係数wi ´に応じたゲイン補正が施され
る。このゲイン補正とは、図2に示すクラス毎の各予測
係数wi ´の和を1になるように定数gi を乗ずる処理
を意味する。この定数gi は、式(2)から求められ
る。
ラス毎に格納される(図7)。格納された定数gi を用
いて適応処理(積和演算)の実行後に式(3)に示すゲ
イン補正が行われる。
用いたLUT11や乗算器16などが用いられる。こう
して、図1に示す構成により、積和演算に使用する乗算
器のビット数を削減でき、然も、ゲイン補正によって、
ビット数の削減による画質劣化を防止することができ
る。
セパラブルのアップコンバータの構成を示す。入力端子
21から供給されるSD信号d11がクラス分類部2
2、mode1予測演算部24、mode2予測演算部25、mo
de3予測演算部26およびmode4予測演算部27に供給
される。クラス分類部22では、上述したように供給さ
れたSD信号d11からクラスd12が分類され、分類
されたクラスd12は、予測係数ROM23へ供給され
る。予測係数ROM23では、図2に示すようなビット
数を削減した予測係数wi ´が格納され、クラスd12
に応じて予測係数wi ´が読み出される。読み出された
予測係数wi ´は、d13としてmode1予測演算部2
4、mode2予測演算部25、mode3予測演算部26およ
びmode4予測演算部27に供給される。
にSD信号d11と予測係数wi ´とから予測値が求め
られ、求められた予測値に対してゲイン補正が行われ
る。ゲイン補正が行われた最終的な予測値は、HD信号
d14として選択部28へ供給される。mode2予測演算
部25、mode3予測演算部26およびmode4予測演算部
27でも同様にして最終的な予測値がHD信号d15、
d16およびd17として選択部28へ供給される。選
択部28では、供給されたHD画素の直列化が行われ、
出力端子29からHD信号d18として出力される。こ
のmode1予測演算部24、mode2予測演算部25、mode
3予測演算部26およびmode4予測演算部27は、図1
に示す予測演算部4と同様の構成である。
ルのアップコンバータの構成を図9に示す。入力端子3
1から供給されるSD信号d21がクラス分類部32、
垂直予測演算部34および35へ供給される。クラス分
類部32では、上述したように供給されたSD信号d2
1からクラスd22が分類され、分類されたクラスd2
2は、垂直予測係数ROM33および水平予測係数RO
M36へ供給される。垂直予測係数ROM33では、図
2に示すようなビット数を削減した予測係数wi ´が格
納され、クラスd22に応じて予測係数wi ´が読み出
される。読み出された予測係数wi ´は、d23として
垂直予測演算部34および35へ供給される。
信号d21と予測係数d23とから2本の走査線データ
が生成される。例えば、垂直予測演算部34において、
図11に示すmode1用およびmode2用の予測値が生成さ
れ、垂直予測演算部35において、mode3用およびmode
4用の予測値が生成される。生成されたmode1用および
mode2用の予測値d24は、垂直予測演算部34から水
平予測演算部37へ供給され、mode3用およびmode4用
の予測値d25は、垂直予測演算部33から水平予測演
算部38へ供給される。
OM36では、垂直予測係数ROM33と同様にビット
数を削減した予測係数wi ´が格納され、クラスd22
に応じて予測係数wi ´が読み出される。読み出された
予測係数wi ´は、d26として水平予測演算部37お
よび38へ供給される。水平予測演算部37では、供給
されたmode1用およびmode2用の予測値d24と予測係
数d26とから最終的な予測値となるHD画素d27の
予測が行われる。同様に、水平予測演算部38では、供
給されたmode3用およびmode4用の予測値d25と予測
係数d26とから最終的な予測値となるHD画素d28
の予測が行われる。予測されたHD画素d27およびd
28は、選択部39へ供給される。選択部39では、供
給されたHD画素の直列化が行われ、出力端子40から
HD信号d29として出力される。垂直予測演算部3
4、35および水平予測演算部37、38は、図1に示
す予測演算部4と同様の構成である。
換装置では、ゲート数(回路量)を削減したアップコン
バージョンが可能となる。すなわち、この発明は、アッ
プコンバータにのみ適用されるものではなく、クラス分
類適応処理が適用される他の信号変換装置、例えば間引
き画素の補間(サブサンプリング)、階層符号化の他の
階層の予測、ノイズ除去(N/S改善)、Y/C分離、
クロマキーのキー信号の生成、ビット数変換(8ビット
から10ビットへの変換)、エラー修整、DPCMによ
る予測値の生成、電子ズーム(拡大したときの画素補
間)などに適用することができる。
類適応処理を簡単に説明する。このクラス分類適応処理
とは、入力信号の特徴に基づき入力信号をいくつかのク
ラスに分類し、予め用意された適切な適応処理をクラス
毎に実行し所望の出力値を得る手法である。まず、クラ
ス分類法の例としては、入力信号(SD信号)に対し
て、クラス生成タップを設定し、入力信号のレベル分布
のパターンによりクラスを生成する手法が挙げられる。
信号波形のクラス生成法としては、次の例などが提案さ
れている。
ータを直接使用する方法 2)ADRC(Adaptive Dynamic Range Coding )を適
用する方法 3)DPCM(Differential PCM)を適用する方法 4)BTC(Block Trancation Coding )を適用する方
法 5)VQ(Vector Quantization )を適用する方法 6)周波数領域クラス(DCT(Discrete Cosine Tran
sform )、アダマール変換、フーリエ変換その他)を適
用する方法
分類用に8ビットデータを7タップ使用すると、256と
いう膨大な数のクラスに分類される。信号波形の特徴を
掴むという意味では理想的であるが、回路上の負担は大
きく、実用上問題である。そこで実際は、ADRCなど
を適用しクラス数の削減を図る。ADRCは、信号圧縮
技術として開発された手法であるが、クラス表現に適し
ている。基本的には、再量子化処理であり式(4)で示
される。
定義されるADRCを用いて生成されるADRCコード
に基づきクラス分類を行う。例えば、7画素データに対
し、1ビットの再量子化を実行する1ビットADRCを
適用すると、7画素から定義されるダイナミックレンジ
に基づき、それらの最小値を除去した上で、7タップの
データを適応的に1ビット量子化する。その結果、7画
素データを7ビットで表現することになり、128クラ
スに削減することが可能となる。他に上述した圧縮技術
として一般的なものをクラス分類法として用いることが
提案されている。また、クラス分類の性能を更に向上さ
せるため、入力信号のアクティビティーも考慮した上で
クラス分類が行われることがある。
ス分類法にADRCを使用した場合、ダイナミックレン
ジを用いることが多い。また、DPCMならば差分絶対
値和、BTCのときは標準偏差の絶対値などが用いられ
る。このときには、アクティビティーによる分類結果毎
にADRCクラス分類などを行うことになる。また、学
習過程において、アクティビティーの小さいデータを学
習対象から外す。この理由は、アクティビティーの小さ
い部分は、ノイズの影響が大きく、本来のクラスの予測
値から外れることが多い。それを学習に入れると予測精
度が低下する。これを避けるため、学習においては、ア
クティビティーの小さいデータを除外する。
いて説明する。適応処理には、予測法と重心法の2種類
が提案されている。この実施例では、予測法のみを用い
るために予測法を用いたクラス分類適応処理について述
べる。予測法は、学習により予めクラス毎に用意された
予測係数を用いた積和演算により、最適予測値を生成す
る手法である。例えば、注目画素を含む近傍の9個のS
D画素より予測タップを形成し、予測値を生成する予測
式の例を式(5)に示す。
理の構成例は、上述した図1で表される。
Mに格納される予測係数は、予め学習により生成してお
く。この学習方法について述べる。式(5)の線形一次
結合モデルに基づく予測係数を最小自乗法により生成す
る一例を示す。最小自乗法は、次のように適用される。
一般化した例として、Xを入力データ、Wを予測係数、
Yを予測値として次の式(6)を考える。
に最小自乗法を適用する。式(5)の例においては、n
=9、mが学習データ数となる。式(6)の観測方程式
をもとに、式(8)の残差方程式を考える。
値は、
ち、次の式(9)の条件を考慮すれば良いわけである。
これを満たすw1 、w2 、・・・wn を算出すれば良
い。そこで、残差方程式(8)から式(10)が得られ
る。
られる。
の正規方程式(12)が得られる。
と同じ数の方程式を立てることが可能であるので、各w
i の最確値を求めることができる。そして、掃き出し法
(Gauss-Jordanの消去法)を用いて連立方程式を解く。
この連立方程式が解かれることよって、クラス毎に予測
係数が求められる。この予測係数のビット数が削減され
てROMなどの記憶媒体に格納される。この格納された
ROMは、予測係数ROMとして使用される。
る予測係数の学習の一例を図10のフローチャートを用
いて説明する。このフローチャートは、ステップS1か
ら学習処理の制御が始まり、ステップS1の学習データ
形成では、例えば1フレームの中の8ビットの画素デー
タとそれに対応する10ビットの画素データとから学習
データが形成される。フィールド内またはフレーム内の
周辺画素の値が学習データとして採用される。注目画素
の真値と複数の周辺画素の値とが一組の学習データであ
る。
周辺画素で構成されるブロックのダイナミックレンジが
所定のしきい値より小さいもの、すなわちアクティビテ
ィーの低いものは、学習データとして扱わない制御がな
される。アクティビティーが低いものは、ノイズの影響
を受けやすく、正確な学習結果が得られないおそれがあ
るからである。ステップS2のデータ終了では、入力さ
れた全データ、例えば1フレームのデータの処理が終了
していれば、ステップS5の予測係数決定へ制御が移
り、終了していなければ、ステップS3のクラス決定へ
制御が移る。
に、フィールド内またはフレーム内の所定の8ビットの
画素データに基づいたクラス決定がなされる。ステップ
S4の正規方程式生成では、上述した式(9)の正規方
程式が作成される。全データの処理が終了後、ステップ
S2のデータ終了から制御がステップS5に移る。この
ステップS5の予測係数決定では、この正規方程式の行
列解法を用いて解いて、予測係数を決める。ステップS
6の予測係数ストアでは、ビット数の削減処理を行った
後、予測係数をメモリにストアし、この学習のフローチ
ャートが終了する。
ット数を削減しているのでSD信号からHD信号へのア
ップコンバージョンなどの信号変換装置のゲート数(回
路量)を削減することができ、さらにコストを削減する
ことができ、また消費電力を削減することができる。然
も、この発明は、ゲイン補正を行っているのでビット数
を削減した予測係数を使用しても画質劣化を防止するこ
とができる。
である。
減した予測係数を格納した一例である。
係数を説明するための略線図である。
る。
る。
係数のゲイン補正を行う定数を格納した一例である。
信号変換装置の一例である。
変換装置の一例である。
習する一例を示すフローチャートである。
ある。
置の一例である。
一例である。
・・予測演算部、5・・・乗算器、6・・・補正部
Claims (5)
- 【請求項1】 予測係数を用いるクラス分類適応処理に
おいて、 予めクラス毎に用意されたビット数が削減された上記予
測係数を用いて適応処理を行う適応処理手段と、 上記適応処理手段からの出力信号に対して信号補正を行
う補正手段とからなることを特徴とする信号変換装置。 - 【請求項2】 請求項1に記載の信号変換装置におい
て、 上記補正手段は、上記クラス毎に上記適応処理手段の出
力信号に対してゲイン補正を行うことを特徴とする信号
変換装置。 - 【請求項3】 請求項1に記載の信号変換装置におい
て、 上記適応処理手段の出力信号に対してルックアップテー
ブルを使用した信号補正を行うことを特徴とする信号変
換装置。 - 【請求項4】 請求項1に記載の信号変換装置におい
て、 上記適応処理手段の出力信号と補正用ゲインとを乗算器
に供給することによって、信号補正を行うことを特徴と
する信号変換装置。 - 【請求項5】 予測係数を用いるクラス分類適応処理に
おいて、 予めクラス毎に用意されたビット数が削減された上記予
測係数を用いて適応処理を行うステップと、 上記適応処理からの出力信号に対して信号補正を行うス
テップとからなることを特徴とする信号変換方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP05689296A JP3852124B2 (ja) | 1996-02-20 | 1996-02-20 | 信号変換装置および方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP05689296A JP3852124B2 (ja) | 1996-02-20 | 1996-02-20 | 信号変換装置および方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH09233434A true JPH09233434A (ja) | 1997-09-05 |
JP3852124B2 JP3852124B2 (ja) | 2006-11-29 |
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ID=13040098
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP05689296A Expired - Fee Related JP3852124B2 (ja) | 1996-02-20 | 1996-02-20 | 信号変換装置および方法 |
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JP (1) | JP3852124B2 (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002536935A (ja) * | 1999-02-12 | 2002-10-29 | ソニー エレクトロニクス インク | 複合分類に基づく適応分類タップ選択方法及び装置 |
JP4779282B2 (ja) * | 2000-03-30 | 2011-09-28 | ソニー株式会社 | 情報処理装置 |
-
1996
- 1996-02-20 JP JP05689296A patent/JP3852124B2/ja not_active Expired - Fee Related
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---|---|---|---|---|
JP2002536935A (ja) * | 1999-02-12 | 2002-10-29 | ソニー エレクトロニクス インク | 複合分類に基づく適応分類タップ選択方法及び装置 |
JP4779282B2 (ja) * | 2000-03-30 | 2011-09-28 | ソニー株式会社 | 情報処理装置 |
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---|---|
JP3852124B2 (ja) | 2006-11-29 |
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