JPS612482A - サブナイキスト標本化フイルタ - Google Patents

サブナイキスト標本化フイルタ

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JPS612482A
JPS612482A JP59123089A JP12308984A JPS612482A JP S612482 A JPS612482 A JP S612482A JP 59123089 A JP59123089 A JP 59123089A JP 12308984 A JP12308984 A JP 12308984A JP S612482 A JPS612482 A JP S612482A
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篤道 村上
Kotaro Asai
光太郎 浅井
Atsushi Ito
敦 伊藤
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 この発明は、例えば高品位テレビディジタル伝送におい
て、ナイキスト周波数以下の標本化周波数で標本化され
る画像信号から高品質画像を再生するためのサブナイキ
スト標本化フィルタに関するものである。
〔従来技術〕
まず、従来のナイキスト周波数以下の標本化周波数にて
標本化5するサブナイキスト標本化手法を、第1図につ
いて説明する。第1図は従来の正方形格子状に標本化さ
れた画像信号系列からサブサンプルして抽出した画像信
号−配列を示す説明図である。図において、画像信号の
最高周波数をf?。
画像信号のナイキスト標本化周波数を’B+サブナイキ
スト標本化周波数を”/2とし、また、fs〉2fvと
する。ナイキスト標本化周波数f8にて画像信号を2次
元配列上で正方形格子状に標本化された画像信号系列に
対し、水平走査の1ライン周期ごとに位相反転したサブ
ナイキスト標本化した画像信号の2次元配列を、第1図
に示している。第1図に示す様に、○印はサブナイキス
ト標本化により抽出されるサンプル画素を、また、e印
は間引かれるために後で補間再生される補間画素をそれ
ぞれ示している。この様に、サブナイキスト標本化手法
は、画像信号のサンプル数を減少して伝送及び記録時の
データ量を削減する高能率符号化の一手法として有効で
ある。このため、サブナイキスト標本化により折り返し
雑音を抑圧する前置フィルタと、補間再生時の補間雑音
の少ない補間フィルタがサブナイキスト標本化フィルタ
として必要である。
第2図は従来のサブナイキスト標本化システムの一例を
示すブロック構成図、第3図及び第4図は、それぞれ第
2図のサブナイキスト標本化システムに適用される前置
フィルタ及び補間フィルタを示すブロック構成図である
。各図において、2゜10はA/D変換器、4は前置フ
ィルタ、6はサブサンプラ、8は補間フィルタ、12.
18はライン遅延回路、14.16はドツト遅延回路、
20は低域通過フィルタ、22.25はサブサンプルラ
イン遅延回路、27は平均値補間フィルタ、29は補間
スイッチである。
まず、上記第2図に示す従来のサブナイキスト標本化シ
ステムの動作について説明する。アナログ入力画像信号
1はA/D変換器2を通してナイキスト標本化周波数f
sにて標本化されてディジタル入力画像信号3に変換さ
れる。このディジタル入力画像信号3は、前置フィルタ
4にてサブナイキスト標本化により低域に折り返す高域
周波数成分を抑圧された後、サブサンプラ6にて、第1
図に示す様にサブナイキスト標本化される。このサブナ
イキスト標本化されたサブサンプル出力画像信号7は補
間フィルタ8にて間引かれた画素成分を補間され、ディ
ジタ再生画像信号9となり、D/A変換器10にてアナ
ログ再生画像信号11となる。
次に、上記第3図に示す従来の前置フィルタの動作につ
いて説明する。ここで、ディジタル入力画像信号3を、
画素位置に対応させて8(m、n)(m、nは整数)と
表わす。今、各ライン遅延回路12及び18と各ドツト
遅延回路14及び16を通してディジタル入力画像信号
3に、第1図に示す8 (m、n+1)が入力された時
点で、8 (m+1.n)13.S (m、n)15.
S (m−1゜n)17及びS (m、 n−1) 1
9+7)5つノ画像信号が同時に出力される。各画像信
号3,13゜15.17及び工9に対し、低域通過フィ
ルタ2゜は以下の処理を施し、S”(m、n)15に対
する前置フィルタ出力画像信号5として、以下に示す様
なP(m、n)を出力する。
4−8 (m、 n) +S (m+1. n) +8
 (m、 n+1) )P(m、n)は、次のサブサン
プラ6による折り返し雑音の原因となるS(m、n)の
高域成分を抑圧する2次元の低域通過フィルタ20の出
力である。
次に、上記第4図に示す従来の補間フィルタの動作につ
いて説明する。前置フィルタ4の出力画像信号であるP
 (m、n)5は、サブサンプラ6により1ラインごと
に交叉する様に飛び飛びに間引かれて画像データを半減
する。サブサンプラ6の出力であるサブサンプル出力画
像信号7の系列は、時系列上で、・・・、 P (m、
 n−1) 、・・・・・・。
P (m−1,n)、P (m+i、n)+ ・−・・
+ P(m、n+1)、・・・・・・の様に順次に出力
される。
それゆえ、サブサンプラ6にて間引かれた画像信号を、
補間フィルタ8は以下のごとく再生する。
サブサンプル出力画像信号7のP (m、n+1)が入
力された時点で、各サブサンプルライン遅延回路22及
び25とドツト遅延回路14は、P(m−1,n)23
.P (m+11 n)24及びP(m。
fr−1)26の4つの画像信号を同時に出力する。
これらの画像信号から平均値補間フィルタ27は、以下
の処理でP (m、n)に対応する以下に示す様な補間
画像信号Q (m、n)28を再生する。
P (m+1. n) +P (m、 n+1)  )
補間スイッチ29は、サブサンプル出力画像信号23と
補間画像信号28を交互に選択し、′7デイジタ再生画
像信号R(m、n)9を、時系列上で、−−−−、−、
:P(m、 n−1) 、 −・−−−−、Q (m−
2,n) 。
P (m−1,n)、Q (m、n)、P (m+1゜
n)、・・・・・・、P (m、n−1−1)、・・・
・・・とじて得る。
以上の様に構成された従来のサブナイキスト標本化シス
テムにおける前置フィルタと補間フィルタは、サブナイ
キスト標本化による折り返し雑音は抑圧できるが、原画
像信号の2次元周波数比合は半減する。すなわち、画像
の各方向の解像度は約1/2に劣化する欠点があった。
また、水平方向の低域成分を水平補間し、水平方向の高
域成分を垂直補間する補間フィルタと、この補間フィル
タに適合する前置フィルタもあるが、この場合でも、垂
直1、水平同時に高域となる成分に対しては、上記した
様な従来のサブナイキスト標本化システムと同様に、2
次元空間の周波数応答しか得られないという欠点があっ
た。
〔発明概要〕
この発明は、上記の様な従来のものの欠点を改善する目
的でなされたもので、正方形格子状に標本化された画像
信号系列に対し、各画素の周辺の画像信号レベル変化度
が最小となる方向から低域通過フィルタ処理を実行する
適応形前置フィルタと、この適応形前置フィルタから出
力する画像信号を、サブサンプラにてサブナイキスト標
本化された画像信号に対し、間引かれた画素の周辺の画
像信号レベル変化度が最小となる方向から補間処理を実
行する適応形補間フィルタを備えることにより、画像の
解像度の劣化が少ないサブナイキスト標本化フィルタを
提供するものである。
〔発明の実施例〕
以下、この発明の実施例を図について説明する。
第5図はこの発明の一実施例であるサブナイキスト標本
化フィルタを用いたサブナイキスト標本化システムを示
すブロック構成図、第6図及び第7図は、それぞれ第5
@のサブナイキスト標本化システムに適用される適応形
前置フィルタ及び適応形袖間フィルタを示すブロック構
成図である。各図において、31は適応形前置フィルタ
、34は適応形補間フィルタ、41はアクティビティ演
算回路、48は比較決定回路、49は低域通過フィルタ
バンク、57はセレクタ、67は補間フィルタバンクで
ある。なお、各図中、上記第2図〜第4図と同一符号を
付した部分は同一、又は相当部分を示している。
まず、上記第5図に示すこの発明の一実施例であるサブ
ナイキスト標本化フィルタを用いたサブナイキスト標本
化システムの動作について説明する。アナログ入力画像
信号1はA/D変換器2を通してナイキスト標本化周波
数f8にて標本化されてディジタル入力画像信号3に変
換される。このディジタル入力画像信号3は、適応形前
置フィルタ31により全サンプルについて、画像の2次
元配列上の各方向の画像信号レベル変化度(アクティビ
ティ)を観察し、最もアクティビティの低い方向から低
域通過フィルタリング処理を施す。
適応形前置フィルタ31では、全方向(水平、垂直及び
斜め方向)に対し急しゅんに変化する信号成分(例えば
、不規則なインパルス性信号成分)が抑圧されるのみで
ある。次いで、適応形前置フィルタ31を通した適応形
前置フィルタ出力画像信号32は、サブサンプラ6によ
り、第1図に示す様なサブナイキスト標本化周波数f8
/2にてサブナイキスト標本化され、適応形前置フーイ
ルタ出力画像信号32が、1/2に間引きにより削除さ
れたサブサンプル出力画像信号33となる。このサブサ
ンプル出力画像信号33が伝送及び記録されることにな
る。この場合の圧縮率は1/2である。次いで、適応形
補間フィルタ34は、間引かれた画像信号に隣接するサ
ブサンプル出力画像信号33から各方向のアクティビテ
ィを観察し、最もアクティビティの低い方向のサブサン
プル出力画像信号33のセットを用いて補間(例えば、
平均値補間)する。この適応形補間画像信号とサブサン
プル出力画像信号33は交互に選択され、ナイキストレ
ート1/f8のディジタル再生画像信号35としてD/
A変換器10に送出され、アナログ再生画像信号36と
なる。
次に、上記第6図に示すこの発明による適応形前置フィ
ルタの動作について説明する。ナイキストレート1/f
8 にて入力されるディジタル入力画像信号3に、第1
図に示す様なS (m、 n+1)が入力された時点に
おいて、各ライン遅延回路12及び18と各ドツト遅延
回路14及び16は所定の入力画像信号の遅延を行い、
以下の4つの画像信号を同時に出力する。すなわち、S
 (m+1゜n)37.S (m、n)38.S (m
−1,n)39及びS (m、n−1)40である。コ
レラノ画襲傘、信号を用いて、アクティビティ演算回路
41は、画面上のS(m、n)を中心とする6方向のア
クティビティを、以下の様に算出する。
垂直方向アクティビティA1(m、 n)= l S 
(m、 n−1) −8(m、 n+1)  l 42
水平方向アクテイビテイA2  (m、 n)= 18
  (m−1,n) −8(m+1. n)  l 4
3左土方向アクテイビテイA3 (m、 n)= l 
S (m、 n−1) −8(m−1,n )l 44
右上方向アクテイビテイA4(m、 n)= IS (
m、 n−1) −8(m+1. n) l 45左下
方向アクテイビテイAs (m、 n)−l S  (
m−1,n) −8(m、 n+1) l 46右下方
向アクテイビテイAs (m、 n)= l S  (
m+1. n) −8(m、 n+1)  I47上記
6方向のアクティビティAi (m、n)(、i−1〜
6)は、比較決定回路48に送出され、アクティビティ
の最小値mi n Ai  (m、 n )をとる方向
が検出される。比較決定回路48はアクティビティが最
小の方向コード56を出力する。同時に、低域通過フィ
ルタバンク49は、上記各画像信号3.37,38.3
9及び40の5つのサンプルを用いて、6方向の低域通
過フィルタ処理を実行する。低域通過フィルタバンク4
9の各出力画像信号Xi  (m、n)(i=1〜6)
は、以下の様になる。
垂直方向フィルタ出力X1(m、 n)+1)]I5 水平方向フィルタ出力X2 (m、 n)n)]I5 左上方向フィルタ出力X3 (m、 n)n)]I5 右上方向フィルタ出力X4 (m、 n)n)]I5 左下方向フィルタ出力Xs (m、 n)+1) ] 
54 右下方向フィルタ出力Xs (m、 n)n+1) ]
 55 上記6個のフィルタリングされた各出力画像信号Xi 
(m、n)は、アクティビティが最小となる方向コード
K (m、  n) = (i l min Ai (
m。
n))56にしたがってXk(m、n)がセレクタ57
にて選択され、適応形前置フィルタ3,1の適応形前置
フィルタ出力画像信号X (m、 n) 32となる。
この適応形前置フィルタ31の適応形前置フィルタ出力
画像信号X (m、n)32は画像の劣化が少ない。次
いで、適応形前置フィルタ31の適応形前置フィルタ出
力画像信号32はサブサンプラ6を通して、第1図に示
す様にサブナイキスト標本化され、サブサンプル出力画
像信号33となる。すなわち、時系列上で、・・・・、
・・、X(m。
n−1) 、 ・・・・・−、X (m−1、n) 、
 X (m−)−1゜n)、・・・・・・、X (m、
n+1)、・・・・・・となる。
次に、上記第7図に示すこの発明による適応形補間フィ
ルタの動作について説明する。今、サブサンプル出力画
像信号33としてX (m、 n+1)が現われた時点
で、各サブサンプルライン遅延回路22及び25とドツ
ト遅延回路14は、X(m+1.n)58.X (m−
1,n)59及びX(m。
n−1)60の4つの画像信号を同時に出力する。
この時、アクティビティ演算回路41は以下の処理を実
行し、座標(m、n)の周辺の6方向のアクティビティ
Bj  (m、n)(j=1〜6)を算出する。
垂直方向アクティビティf3 t (m、 n)= l
 X (m、 n−1) −X (m、 n+1) l
 61水平方向アクテイビテイB 2 (m、 n)−
l X (m−1,n) −X (m+1. n) l
 62左上方向アクテイビテイf3s (m、 n)−
l X (m、 n−1) −X (m−1,n) l
 63右上方向アクテイビテイB4 (m、 n)= 
l X  (m、 n−1) −X (m+1. n)
  l  64左下方向アクテイビテイBs (m、 
n)= l X (rr、−1,n) −X (m、 
n+1)  l 65右下方向アクテイビテイBa (
m、 n)= l X  (m+1.、 n) −X 
(m、 n+1)  l  66上記サブサンプル出力
画像信号33の座標(m。
n)の周辺の6方向のアクティビティBj(m、n)が
最小となる方向が比較決定回路48にて求められる。ア
クティビティが最小となる方向コードLセレクタ57に
送られる。同時に、補間フィルタパンク67では、サブ
サンプラ6にて間![かれた画像信号を最適な方向から
補間再生するため、6方向の補間フィルタにて各方向の
適応形補間画像信号Yj  (m、n)(i=1〜6)
 を、以下の様に求める。
垂直方向補間フィルタ出力Yl (m、 n)水平方向
補間フィルタ出力Y2 (m、 n)左上方向補間フィ
ルタ出力Y3(m、 n)台上方向補間フィルタ出力Y
4゜(m、n)左下方向補間フィルタ出力Ys (m、
 n)= −[X (m−1,n) +X (m、 n
+1) ] 72右下方向補間フィルタ出力Ye (m
、 n)= −[X (m+1. n) +X (m、
 n+1) ] 73これらの適応形補間画像信号Yj
  (m、n)(j=1〜6)はセレクタ57に送出さ
れ、アクティビティが最小となる方向コードL (m、
n)74に基づき、アクティビティが最小の方向の補間
画像信号YL(m、n)が適応形補間画像信号Y(m。
n)75として選択出力される。補間スイッチ29はサ
ブナイキストレートのサブサンプル出力画像信号58と
上記適応形補間信号75を交互に選択し、ナイキストレ
ートのディジタル再生画像信号35の系列を、時系列上
で、・・・・・・、 X (m、 n−1) 。
−、Y (m−2,n) 、 X (m−1、n) 、
 Y(m、n)、X (m+l、n)、−・−、X (
m。
n+1)、・・・・・・とじて出力T7)。これらの適
応形ディジタル再生画像信号Z (m、n)35の系列
は、D/A変換器10を通して適応形アナログ再生画像
信号3翳して再生される。
以上の述べた様に、この発明による適応形前置フィルタ
31.サブサンプラ6、適応形補間フィルタ34等で構
成されるサブナイキスト標本化システムによれば、デー
タ量を半減しても、折り返し雑音、補間雑音が小さい上
に、解像度の劣化が少ない画像再生が得られる。
なお、上記実施例では、フィールド内のサブナイキスト
標本化システムについて説明したが、複数のフレーム周
期における、第1@に示す様な配列のサブナイキスト標
本化システムにも、フレームメモリを導入することによ
り適用できる。さらに、時間軸方向にフィールド間、フ
レーム間で交互にサブサンプル画素位置が反転する場合
は、時間軸方向のアクティビティを導入した補間フィル
タを用いることが可能であることはもちうんである。
また、上記実施例では、アクティビティが最小となる方
向にてフィルタを切り換える様にし声が、アクティビテ
ィのミディアム(中央値)で切り換えても良−へ 〔発明の効果〕 この発明は以上説明した様に、サブナイキスト標本化フ
ィルタにおいて、正方形格子状に標本化された画像信号
系列に対し、各画素の周辺の画像信号レベル変化度が最
小となる方向から低域通過フィルタ処理を実行する適応
形前置フィルタと、この適応形前置フィルタから出力す
る画像信号を、サブサンプラにてサブナイキスト標本化
された画像信号に対し、間引かれた画素の周辺の画像信
号レベル変化度が最小となる方向から補間処理を実行す
る適応形補間フィルタを備える様にしたので、データ量
が半減しても、折り返し雑音、補藺雑音が小さいと共に
、画像の解像度の劣化が非常に少ない高性能のサブナイ
キスト標本化システムを実現できるという優れた効果を
奏するものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の正方形格子状に標本化された画像信号系
列からサブサンプルして抽出した画像信号配列を示す説
明図、第2図は従来のサブナイキスト標本化システムの
一例を示すブロック構成図、第3図及び第4図は、それ
ぞれ第2図のサブナイキスト標本化システムに適用され
る前置フィルタ及び補間フィルタを示すブロック構成図
、第5図はこの発明の一実施例であるサブナイキスト標
本化フィルタを用いたサブナイキスト標本化システムを
示すブロック構成図、第6図及び第7図は、それぞれ第
5図のサブナイキスト標本化システムに適用される適応
形前置フィルタ及び適応形補間フィルタを示すブロック
構成図である。 図において、1・・・アナログ入力画像信号、2゜10
・・・A/D変換器、3・・・ディジタル入力画像信号
、4・・・前置フィルタ、5・・・前置フィルタ出力画
像信号、6・・・サブサンプラ、7,23,33.58
・・・サブサンプル出力画像信号、8・・・補間フィル
タ、9・・・ディジタル再生画像信号、11・・・アナ
ログ再生画像信号、12.18・・・ライン遅延回路、
13゜15.17,19.24,26.37〜40,5
9゜60・・・画像信号、20・・・低域通過フィルタ
、22゜25・・・サブサンプルライン遅延回路、27
・・・平均値補間フィルタ、28・・・補間画像信号、
29・・・補間スイッチ、31・・・適応形前置フィル
タ、32・・・適応形前置フィルタ出力画像信号、34
・・・適応形補間フィルタ、35・・・適応形ディジタ
ル再生画像信号、36・・・適応形アナログ再生画像信
号、41・・・アクティビティ演算回路、42〜47.
61〜66・・・アクティビティ、48・・・比較決定
回路、49・・・低域通過フィルタバンク、50〜55
・・・出力画像信号、56.74・・・アクティビティ
が最小となル方向コード、57・・・セレクタ、68〜
75・・・適応形補間画像信号である。 なお、各図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)ナイキストレートにて画面上に正方形格子状に標
    本化された画像信号系列に対し、各画素の周辺の画像信
    号レベル変化度を検出し、この周辺の画像信号レベル変
    化度が最小となる方向から低域通過フィルタ処理を実行
    する適応形前置フィルタと、この適応形前置フィルタか
    ら出力する画像信号に対し、画面上に1ラインごとに交
    互に位相反転して飛び飛びの画素を抽出し、画像信号サ
    ンプルを低減する様にサブナイキスト標本化するサブサ
    ンプラと、このサブサンプラにてサブナイキスト標本化
    された画像信号に対し、間引かれた画素の周辺の画像信
    号レベル変化度が最小となる方向の周辺の画像信号から
    補間信号を形成し、前記サブナイキスト標本化された画
    像信号と前記補間信号を交互に選択出力して、前記ナイ
    キストレートの画像信号を再生する適応形補間フィルタ
    とを備えたことを特徴とするサブナイキスト標本化フィ
    ルタ。
  2. (2)前記各画素の周辺の画像信号レベル変化度がミデ
    ィアム(中央値)となる方向から、低域通過フィルタ処
    理及び補間処理を実行することを特徴とする特許請求の
    範囲第1項記載のサブナイキスト標本化フィルタ。
  3. (3)複数のフレーム周期で同一画素位置が交番しなが
    らサブナイキスト標本化される系において、前記各画素
    の空間的、時間的な周辺の画像信号レベル変化度を利用
    して、前置低域通過フィルタリング及び補間フィルタリ
    ングを実行することを特徴とする特許請求の範囲第1項
    記載のサブナイキスト標本化フィルタ。
  4. (4)前記各画素の周辺の画像信号レベル変化度として
    、各方向の隣接する2組の画素の差分絶対値を用いるこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第1項記載のサブナイキ
    スト標本化フィルタ。
  5. (5)中心画素に対し、前記周辺の画像信号レベル変化
    度が最小となる方向に隣接する2組の画素と前記中心画
    素の画像信号にて、2次の低域通過フィルタ処理を実行
    する適応形前置フィルタと、前記サブサンプラにて間引
    かれた画素の周辺の画像信号レベル変化度が最小となる
    方向に隣接する2組の画素の画像信号の平均値を補間信
    号とする適応形補間フィルタと、を備えたことを特徴と
    する特許請求の範囲第1項記載のサブナイキスト標本化
    フィルタ。
JP59123089A 1983-12-12 1984-06-15 サブナイキスト標本化フイルタ Granted JPS612482A (ja)

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