JPS62283784A - ビデオ信号処理装置 - Google Patents

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】 発明の詳細な説明 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ビデオ信号処理装置、詳しくは高鮮明度ビデ
オ・システムの特殊効実装五に用いて好適のビデオ信号
処理回路に関するものであるが、必ずしもこれに限定さ
れない。

〔発明の礪要〕

本発明は、入力２次元映像を３次元面に投影したときに
得られる視覚効果と同じ効果を出すため、ビデオ信号を
各々がＸ及びＹ座標値をもつ人力画素アドレスを有する
デジタル化されたサンプル値に変え、上記効果を出すと
き各入力画素アドレスが動かされる３次元面上のそれぞ
れの画素アドレスに対応するＸ及びＹのスケール乗算並
びにＺ座標値をマッピング・メモリに記憶し、各入力画
素アドレスのＸ及びＹ座標値にこれに対応するＸ及びＹ
スケール乗数を乗じ、その結果ｉ４られるスケールされ
たＸ及びＹ座標値とそれに対応するＺ座標値を遠近変換
装置に供給して、上記効果に対応する出力Ｘ及びＹ座標
値を導出するようにしたものである。

〔従来の技術〕

英国における放送Ｉ！準子テレビジョン信号６２５ライ
ン／フレーム、５０フイ一ルド／秒のＰＡＬ方式信号で
あるが、他の国（７）ＰＡＬＳＮＴＳＣ及びＳＥＣＡＭ
放送信号は、同様かやや低いライン周波数（例えば５２
５ライン／フレーム）及び同様かやや高いフィールド周
波数（例えば６０フイ一ルド／秒）を使用している。こ
れらの放送信号に大きな変化が起こる見通しは今のとこ
ろないが、もっと高鮮明度のビデオ・システムを求める
傾向は増えつつある。

このようなシステムは、例えば閉回路テレビジョン・シ
ステム、衛星通信システム及び一般のスタジオにおける
フィルム・メーキングに使用できる。

かような高鮮明度ビデオ・システムの１つとして、１１
２５ライン／フレーム及び６０フイ一ルド／秒のものが
提案された。この提案システムは、現在テレビジョン受
像機に用いられている縦横比４：３の画面の代わりに、
縦横比５：３のものを使用するものである。

ビデオ信号に通用可能な特殊効果は、よく知られている
。例えば、陰極線管面の映像は２又は３次元においてオ
フセット（任意方向に移動）でき、スケール（拡大又は
縮小）でき、ロール（回転）できる。

かような特殊効果を得る１つの方法を述べると、入力ア
ドレス・ビデオ信号を各々が画素アドレスをもつサンプ
ル値にデジタル化し、それら個々の画素アドレスを必要
な特殊効果を得るように修正し、この修正し、た画素ア
ドレスにおけるサンプル値をフィールド・メモリに記憶
し、このフィールド・メモリより上記サンプル値を読出
して必要な出力アナログ信号に再変換している。

特殊効実装五によって得られる効果は、一般に２つのタ
イプに分けられる。１つは、映像面を曲げたり捻ったり
しない直線的な効果であり、３次元にも適用しうる。も
う１つは映像を３次元面に投影して映像面を歪ませる非
直線的効果である。

３次元直線的効果の一例は、とんぼ返りのように遠近画
法で映像面を傾けることである。３次元非直線的効果の
一例は、入力映像面を円錐面に投影することである。

直線であれ非直線的であれ、３次元効果を生ずるために
必要な２つの過程は、原２次元画素アドレスを３次元空
間における画素アドレスに変換すること、及び２次元の
目視面上へ再び透視（又は遠近）変換（ｐｅｒｓｐｅｃ
ｆｉｖｅ　ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ）することで
ある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

直線的効果の場合、必要な２次元又は３次元画素アドレ
スは、例えばコンピュータ作図に用いられるマトリック
ス計算によって得られる。しかし、テレビジョン・シス
テムに要求される実時間動作を得るには、技法の大幅な
修正が必要である。非直線的効果については、目指す効
果が達成されるばかりでなく必要な速さで、且つ高価で
複雑なハードウェアを必要とせずにそれができる方法及
び回路が要望されている。これが本発明の課題である。

したがって、本発明の１つの目的は、入力２次元映像を
３次元面に投影した場合に得られるのと同じ視覚効果を
得る改良されたビデオ信号処理装置を提供することであ
る。

本発明の他の目的は、入力２次元映像を３次元面にＰｊ
ｔ影した場合に得られるのと同じ視覚効果を得るため、
マッピング・メモリを用いる改良されたビデオ信号処理
装置を提供することである。

本発明の更に他の目的は、映像の直線的操作を含む視覚
効果を得るため、マイクロプロセッサ及びハードウェア
・マトリックス回路を具えた改良されたビデオ信号処理
回路を提供することである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、次の如き諸手段を有する。

（ａｌ　　上記入力２次元映像に対応するビデオ信号を
、各々がＸ及びＹ座標値をもつ入力画素アドレスを有す
るデジタル化されたサンプル値に変える手段、 山）　上記各入力画素アドレスが上記効果を出すときに
動かされる３次元面上のそれぞれの画素アドレスに対応
するＸ及びＹスケール乗数並びにＺ座標値を記憶する手
段、 （Ｃ）　　メモリより上記各画素アドレスに対応する上
記Ｘ及びＹスケール乗数及びＺ座標値を取出し、各入力
画素アドレスの上記Ｘ及びＹ座標値にそれぞれ対応する
Ｘ及びＹスケール乗数を乗ずる手段、 （ｄｌ　　スケールされたＸ及びＹ座標値及びこれに対
応するＺ座標値を遠近変換装置に供給して、上記視覚効
果に対応する所要の出力Ｘ及びＹ座標値を取出す手段。

〔作用〕

本発明の構成によれば、マイクロプロセッサの使用が可
能となり、複雑・高価なハードウェアを必要とすること
なく、所要の３次元非直線的効果を得るためのビデオ信
号処理を高速で行うことができる。

〔実施例〕

第１図は、高鮮明度ビデオ・システムの特殊効実装置の
一部を示すブロック図である。実施例を述べる前に、上
述した高鮮明度ビデオ・システムにおける特殊効実装置
の例について、第１図を、参照して全装置の一部を簡単
に述べる。基本的に、特殊効実装置は２つのフィールド
・メモリを有する。１つはフィールドＯ（ゼロ）メモ１
月１）、もう１つはフィールド１　（ワン）メモリ（２
）である。また、書込み読出しのため、書込みアドレス
発生器（３）及び読出しアドレス発生器（４）がある。

これらの素子はスイッチ（５１，（６１，（７）及び（
８）によって相互に接続され、これらの各スイッチはフ
ィールド周波数で動作する。入力端子（９）に印加され
るデジタル・サンプル値の形の入力データは、スイッチ
（５）によりフィールド０メモリ（１）又はフィールド
１メモ１月２）へ選択的に供給される。出力端子（１０
）への出力データは、スイッチ（６）によりフィールド
０メモリ（１）又はフィールド１メモリ（２）から選択
的に供給される。書込みアドレス発生器（３）及び読出
しアドレス発生器（４）は、フィールドＯメモ１月１）
及びフィールド１メモ１月２）へスイッチ（７）及び（
８）により選択的に交互に接続される。

特殊効実装置の動作は、次のとおりである。入力アナロ
グ信号は、１水平走査線当たり２０４８個のサンプルに
サンプリングされ、それら各サンプル値は８ビツトのワ
ードにパルス符号質１（ＰＣＭ）され、入力デジタル・
データの形で入力端子（９）に供給される。書込みは、
フィールドＯメモ１月１）及びフィールド１メモＩ月２
）へスイッチ（５）の位置に従い、且つ書込みアドレス
発生器（３）の制御により交互に行われる。個々のデジ
タル信号の適当なメモ１月１）又は（２）に対する書込
み・読出しをするだけでなく、陰極線管面ラスタにおけ
る画素アドレスを所望の特殊効果が得られるように修正
するのに必要な複雑なアドレス計算は、入力端子（１１
）より書込みアドレス発生器（３）に供給される信号に
よって制御される。１フイールドのメモ１月１）への書
込みが終わるとスイッチ（５）〜（８）は位置を変え、
メモ１月１）又は（２）に記憶されたデジタル信号は読
出しアドレス発生器（４）の制御の下に順次読出しされ
る。

読出しアドレス発生器（４）はまた、入力端子（１２）
より供給される信号によって制御される。読出しされた
デジタル信号が出力端子（１０）へ供給される間、次の
フィールドのデジタル信号が他のメモｉ月１）又は（２
）に書込まれる。

本発明は、特に特殊効果が３次元非直線的効果である場
合、特殊効果を得るのに必要な複雑なアドレス計算を行
う書込みアドレス発生器（３）の演算方法に関している
。

第２図は、本発明ビデオ信号処理装置の実施例の要部を
示すブロック図である。同図において、（２０）は、２
次元より３次元に位置付け（マツプ）をするマッピング
・メモリで、２つの主人力Ｘ及びＹと３つの主出力のα
、β及びＺとを有する。

Ｘ入力には入力画素Ｘアドレスが乗算器り２１）を介し
て供給され、これらの入力Ｘアドレスはまた、α出力に
接続された乗算器（２２）にも供給される。

入力画素Ｙアドレスは乗算器（２３）を介してＹ入力に
供給され、これらの入力Ｙアドレスはまた、β出力に接
続された乗算器（２４）にも供給される。

乗算器（２５）は、Ｚ出力に接続される。Ｘ、Ｙ及びＺ
出力は、それぞれ乗算器（２２）　、　　（２４）及び
（２５）より取出される。乗算器（２１）　、　　（２
３）及び（２５）は、Ｘスケール・ファクター信号、Ｙ
スケール・ファクター信号及びＺスケール・ファクター
信号によってそれぞれ制御される。

マッピング・メモリ　（２０）は、ルックアップ（照合
）テーブルとし°ｒｆ６＜ランダムアクセスメモリ　（
ＲＡＭ）であり、予め得たい特殊効果に対応するデータ
が格納される。したがって、マッピング・メモリ　（２
０）は、２次元入力映像のラスタにおける画素アドレス
に対応するＸ及びＸ座標を３次元空間にどのように位置
付け（マツピング）するかに関する指示を記憶している
。各サンプル位置に対し、３つのパラメータが記憶され
る。すなわち、Ｘ及びＹスケール乗算であるα及びβ並
びに絶対深度座標であるＺの３つである。しばらく１次
元だけを考えるに、所望の特殊効果を得るためラスタの
水平走査線における各画素アドレスへ加える作用といえ
ば、その画素アドレスを異なるアドレスへ水平方向に移
動させることであろう。

このアドレスの変更は、原アドレスのＸ座標にスケール
乗数を乗ずることで行うことができる。実際は、所望の
特殊効果は各画素アドレスを２次元内で動かすことであ
るから、画素の原アドレスのＸ及びＸ座標の両方にそれ
ぞれのスケール乗数を乗ずることが必要であろう。した
がって、マッピング・メモリ　（２０）は、各画素アド
レスがマフピング・メモリ　（２０）のＸ及びＹ入力に
供給されると、その画素アドレスに対応したスケール乗
数のα、βをアクセスし、それをα、β出力に供給する
動作を行う。しかし、特殊効果として更に画素アドレス
を第３すなわち深泊の方向にも動かしたい場合、マッピ
ング・メモリ　（２０）は更にＺ出力に対しアクセス及
び供給を行う。Ｚ出力は、入力アドレスのＸ、Ｘ座標に
より示された画素アドレスに対応し且つ所望の特殊効果
に対応するアドレスのＺ座標である。

入力画素アドレスに対応するスケール乗数のα、βは、
それぞれ乗算器（２２）　、　　（２４）に供給される
。乗算器（２２）　、　　（２４）は、入力画素のそれ
ぞれの入力Ｘ、Ｙアドレスを所要の新しい値にスケール
する。このスケールされた値は、マ・７ピング・メモリ
　（２０）から取出されるＺアドレスと共に、それぞれ
の出力に供給される。

これより、乗算器（２１）　、　　（２３）及び（２５
）の目的を説明する。上述では、２次元映像から３次元
非直線的効果への転換は１ステ・ノブで行われる、と仮
定した。しかし、特殊効果は、普通、連続するフィール
ドにわたって次第に達成する必要がある。

第３図は、最初平坦な８１点のグリッド（格子）が球面
上に次第にマツピングされるコンピュータ・シミュレー
ションを示すものである。第３図において、所望の特殊
効果が、最初２次元の映像を変化させて映像が次第に球
面の周りに巻かれるように見せることである、とする。

１番目の図は、はじめの平たい映像及びその８１点が矩
形であることを示す。ただし、デジタル・ビデオ信号で
は、これらの矩形の各々は、単に１画素を表わしＸ及び
Ｙアドレスをもつ１つのサンプル値に対応することを記
憶されたい。図を順に追ってゆくと、特殊効果が次第に
進行するにつれサンプル値がどのように動くかが分かる
。また、あとの方の図特に最後の図から、特殊効果が進
むにつれ、Ｘ及びＸ座標に関する限り同じ画素アドレス
をもつがＺアドレスが異なるサンプル値が出てくること
が分かるであろう。いいかえると、サンプル値のうち他
のサンプル値の背後に移動するものが出てくる。

透明的効果を望む場合は、これらのサンプル値は出力ビ
デオ信号を作るのにどらちも使用するが、中実的効果を
望む場合は、目視面に近い、すなわちＺ、アドレスの小
さいサンプル値を、同−Ｘ、　　Ｙアドレスをもつサン
プル値のＺアドレスを比較して選択することになる。

第３図の最後の図をみると、この場合、マノピング・メ
モリ　（２０）に入れるべきデータは、最初の２次元映
像から最後の３次元映像へ移動するとき変化する個々の
画素のアドレスの位置を数学的に計算して求めうるごと
が分かる。同様に、どんな特殊効果の場合でも、必要な
データを数学的に計算することができる。これらには、
最初の２次元映像を球、円筒又は円錐の面のような数学
的にたやすく表現できる３次元面上にマツピングしうる
特殊効果が含まれる。しかし、テーブルや電話機の面の
ようなもっと複雑な面の場合、更にその面を座標値で位
置付けするコンピュータ解析がまず要求される。そして
、これより、コンピュータはマッピング・メモリ　（２
０）に入れるに必要なデータを計算できる。

実際の装置では、予め計算された色々なα、βスケール
乗数及びＺ座標をディスクに記憶しておき、必要の際に
マッピング・メモリ　（２０）に格納する。

第２図及び原２次元映像を３次元面に順次マツピングす
る問題に戻ると、このマツピングはもう１つのスケール
乗数を用いて行う。マッピング・メモリ　（２０）に記
憶するα、βスケール乗数と混同しないように、これを
スケール・ファクターと呼び、特に乗算器（２１）　、
　　（２３）及び（２５）に供給するものをそれぞれＸ
、Ｙ及びＺスケール・ファクター信号と呼ぶ。Ｘ、Ｙ及
びＺスケール・ファクター信号の作用は、最初人力Ｘ、
Ｙアドレスを３次元形にマツピングしようとする２次元
面の中央部に集めることである。それから、Ｘ及びＹス
ケール・ファクター信号は、アドレスが３次元形の境界
に向かって広がるように次第に変化する。

この広げる作用は、Ｘ、Ｙスケール・ファクター信号の
値を徐々に変えることにより徐々に行われる。

これは、第４Ａ〜４Ｃ図より理解されるであろう。これ
らの図は、原２次元映像を次第に円筒面にマツピングす
る場合の最初、中間及び最終の各段階における入力、マ
ツプ及び出力を示している。

全段階を通じ、原映像の中央上方の画素Ａのアドレスは
、スケール・ファクター及びマツピングの両方によって
も変化しない。したがって、画素Ａの出力アドレスは入
力アドレスと同じである。しかし、はじめ右上方にある
画素Ｂのアドレスは、第４Ａ図の最初の段階でスケール
・ファクターの作用により中央に近付けられる。したが
って、画素Ｂの出力アドレスは、この最初の段階ではマ
ツピング時スケール乗算器によって殆ど変化しない。

第４Ｂ図の中間段階では、画素Ｂのアドレスは、中央に
余り近付かず、マツピング時スケール乗算器によって成
る程度変化する。その出力アドレスは、画素Ｂが最初平
坦な映像面の原位五から離れるように動き円筒の形を取
るために曲がり始めることを示す。第４Ｃ図の最終段階
では、スケール・ファクターは画素Ｂの入力アドレスを
変化させず、マツピング時スケール乗算器はこのアドレ
スに一杯の効果を与え、画素Ｂの出力アドレスは可成り
移動する。実際は、最終の円筒形映像上で占めるべき位
置まで移動する。

この場合、第３図の球面上にマツピングする場合のよう
に、成る画素のアドレスが他のアドレスの背後にくるこ
とに注意されたい。上述のように、透明的な効果を要求
する場合は、これらの両画素は共に出力ビデオ信号を作
るのに使用されるが、中実的効果を要求する場合は、目
視面に近い、すなわちＺアドレスの小さい方の画素を、
Ｘ、Ｙアドレスが同じ画素のＺアドレスを比較するごと
により選択する。

第５図は、第２図の実施例の詳細を示すブロック図であ
る。この図は、マッピング・メモリ　（２０）及び乗算
器（２２）　、　　（２４）　、　　（２５）　　（乗
算器（２１）　。

（２３）は簡単のため図示せず）の外に、マツプ前マト
リックス（３０）、マルチプレクサ（３１）　、マツプ
後マトリックス（３２）　、遠近変換装置（３３）もう
１つのマルチプレクサ（３４）を示す。人力Ｘ及びＹア
ドレスは、マツプ前マトリックス（３０）の各入力、乗
算器（２２）及び（２４）　　（前述のように）、マル
チプレクサ（３１）の各入力及びマルチプレクサ（３４
）の各入力にそれぞれ供給される。

マルチプレクサ（３１）は、更にゼロ（０）Ｚ入力アド
レスを受ける。ＯＺアドレスは、原２次元映像上の全Ｘ
及びＹアドレスに対応するＺアドレスである。マルチプ
レクサ（３１）の他の３人力は、それぞれ乗算器（２２
）　、　　（２４）及び（２５）の出力を受ける。これ
らの入力は、要求する特殊効果に従ってマツピングされ
た入力ビデオ・データの画素にそれぞれ対応するＸ、Ｙ
及びＺアドレスである。

マルチプレクサ（３１）は、直線・非直線効果制御信号
に制御されて動作し、最初の入力アドレス又はマツピン
グ後の入力アドレスのいずれか、すなわち非直線的特殊
効果を含むかどうかを要求に応じて選択する。マルチプ
レクサ（３１）からの３つの出力アドレスＸ”、Ｙ″及
びＺ　ＩＩはマツプ後マトリックス（３２）に供給され
、その出力Ｘ　Ｉｒｅ。

Ｙ′″及びＺ″′′アドレス近変換装置（３３）に供給
される。遠近変換装置（３３）はまた、遠近距離制御信
号を受は出力アドレスＸ及びＹをマルチプレクサ（３４
）に供給する。マルチプレクサ（３４）はまた、人力Ｘ
及びＹアドレスを受け、効果・非効果制御信号の下に、
変化しない入力Ｘ、Ｙアドレスか、又は要求される非直
線的特殊効果に従いマツプ後マトリックス（３２）及び
遠近変換装置（３３）より取出された出力Ｘ、Ｙアドレ
スか、又はマルチプレクサ（３１）が入力Ｘ、Ｙアドレ
スがマツプ前マトリックス（３０）及びマフピング・メ
モリ　　（２０）を側路するよう制御されている場合は
、マツプ後マトリックス（３２）及び遠近変換装！（３
３）のみにより取出された出力Ｘ、Ｙアドレスのいずれ
かを出力に供給する。

マツプ前マトリックス（３０）は、２次元効果のオフセ
ツティング（映像の面内におけるシフト又は移動）、ス
ケーリング（映像の拡大又は縮小）及びローリング（回
転）のいずれか又はいずれかの組合せを行う動作をする
。例えば、非中心点の周りの回転は、その点へのオフセ
ツティング、その点の周りの回転及び最初の位置への逆
オフセツティングの組合せである。これらの効果はすべ
てよく知られており、必要なマトリックスは、チャツプ
マン・アンド・ホール・コンピユーテイング１９８４の
デニス・ハリスによる［コンピュータ・グラフィックス
・アンド・アプリケーションズ」に記載されている。各
個の効果を得るには１つの３×２７トリツクスで充分で
あるが、単に３×３マトリツクスを作るために第３のラ
イン（行）を加える。そうすると、任意の２以上のマト
リックスを直ちに互いに乗算して所要の効果の組合せが
得られる。この乗算はマイクロコンピュータにおい゛て
行い、その結果得られるマトリックスは、要求に応じて
、乗算器と加算器を有するマツプ前マトリックス（３０
）に対し１組の係数として格納する。

マツプ後マトリックス（３２）は、３次元効果のオフセ
ツティング（２次元のみもある。）、スケーリング、ロ
ーリング、ピッチング及びヨーイング（首振り）のいず
れか又はいずれかの組合せを行う動作をする。これらの
効果もまたよく知られており、必要なマトリックスは上
記の「コンピュータ・グラフィックス・アンド・了ブリ
ケーションズ」に記載されている。この場合、各個の効
果を得るには１つの４×３マトリツクスで充分であるが
、単に４×４マトリツクスを作るために第４のライン（
行）を加える。そうするど、２以上のマトリックスを直
ちに互いに乗算して所要の効果の組合せが得られる。こ
の乗算はマイクロコンピュータで行い、その結果得られ
るマトリックスは、要求に応じて、乗算器と加算器を有
するマツプ後７トワツクス（３２）に対し１組の係数と
して格納する。映像は、実時間で処理されなければなら
ない。すなわち、各フィールドについて必要なすべ°こ
の処理は、ビデオ・フィールド・レート（本例では６０
フイ一ルド／秒）で遂行されねばならない。

コンピュータが所要の高速で処理を遂行するのは不可能
であるので、マツプ後マトリックス（３２）は、高速マ
イクロプロセッサ及びハードウェア・マトリックス回路
をもつハイブリッド（混成）装置を有する。基本的に、
マイクロプロセッサは１個の４×４マトリツクスの係数
を計算するのに必要である。４×４マトリツクスは、必
要により２以上のオフセツティング、スケーリング、ロ
ーリング、ピッチソゲ又はヨーイングにそれぞれ対応す
るマトリックスを組合せた複合マトリックスである。よ
り簡単なマツプ前マトリックス（３０）も同様にして実
現でき、これら２つのマトリックス（３０）及び（３２
）についてはあとで詳細に述べる。

遠近変換装置（３３）は、Ｚ″′′アドレス選択した視
距離に応じてＸ″及びＹ　ＩＩＩアドレスを変え、幾何
学的遠近画を導入するものである。これもまた既知の技
法であり、その方法は上述の「コンピュータ・グラフィ
ックス・アンド・アプリケーションズ」に記載されてい
る。遠近変換の必要は、非常に簡単な例から理解される
であろう。原２次元矩形映像がその上縁と一致する水平
軸の周りに蝶番により後方に動くと仮定する。動くにつ
れ映像の各画素はＺアドレス（上記の軸に沿う画素に対
してはゼロとなる。）を得るであろうが、映像の最初の
底縁の長さは同映像の上縁の長さと等しいままである。

いいかえると、動きは３次元内であるが、眼には何の遠
近効果も与えないであろう。

遠近変換装置（３３）の機能は、必要な幾何学的遠近効
果を加えることである。上記の簡単な例では、底縁を短
くし、間にある水平線を次第に短くすることが含まれる
。

上述した方法及び装置の種々の変形及び拡張は、勿論特
許請求の範囲から逸脱することなく可能である。拡張の
一例として、１つの３次元非直線的効果からもう１つの
効果に進むようにすることが可能である０例えば、原２
次元映像を円筒面上にマツピングし、次いで更に球面上
にマツピングしてもよい。このためには２つのマッピン
グ・メモリが必要であるが、或いは１つの大きなマッピ
ング・メモリを使用してもよい。簡単にいえば、その方
法は、それぞれスケール乗数α、βで乗算されたＸ及び
Ｙ座標並びに対応するＺ座標を円筒像及び球像の両方に
対して導出することである。その結果得られるＸ、Ｙ及
びＺアドレスを平均化し、次第に重み付けをして「円筒
」から「球」へ所望時間間隔で徐々に像の変換を行う。

本発明はまた、−面において、第１図の書込みアドレス
発生器（３）が特殊効果（特に特殊効果が２又は３次元
直線的効果である場合）を達成するのに必要な複雑なア
ドレス計算を行う方法にも関係しており、また、マツプ
前マトリックス（３０）及びマツプ後マトリックス（３
２）の形式や作用にも関係している。

上述のように、マツプ前マトリックス（３０）は、２次
元効果のオフセツティング（映像の面内におけるシフト
又は移動）、スケーリング（映像の拡大又は縮小）及び
ローリング（回転）のいずれか１つ又はいずれかの組合
せを行う動作をする。各個の効果を得るには１つの３×
２マトリツクスで充分であるが、単に３×３マトリツク
スを作るため第３のライン（行）を加える。そうすると
、２以上のマトリックスを直ちに互いに乗算して、所要
の効果の組合せが得られる。この乗算はマイクロコンピ
ュータ内で行い、その結果のマトリ・ノクスは、要求に
応じ、乗算器と加算器をもつマツプ前マトリックス（３
０）に対し１組の係数として格納する。

また、上述のように、マツプ後マトリックス（３２）は
、３次元効果のオフセツティング（これは２次元のみで
もよい。）、スケーリング、ローリング、ピッチング及
びヨーイングのいずれか１つ又はいずれかの組合せを行
う動作をする。この場合、各個の効果を得るには１つの
４×３７トリツクスで充分であるが、単に４×４マトリ
ツクスを作るため第４のライン（行）を加える。そうす
ると、２以上のマトリックスを直ちに互いに乗算して、
所要の効果の組合せが得られる。効果の組合せは、例え
ば、オフセット点の周りのローリングのようにオフセン
ティング、ローリング及び逆オフセツティングを含んで
いる。この場合、３つの適当なマトリックスを互いに乗
算することにより、所要の効果に対応する１つのマトリ
ックスが得られる。この乗算はマイクロコンピュータ内
で行い、その結果のマトリックスは、要求に応じ、乗算
器と加算器をもつマツプ後マトリックス（３２）に対す
る１組の係数として格納する。

以下、マツプ後マトリックス（３２）の−例を第６及び
第７図を参照して述べる。これから、よりｗｉＩＮなマ
ツプ前７トリツクス（３０）も、同様にして実現しうろ
ことが明らかになるであろう。

前述のように、３次元効果のオフセツティング、スケー
リング、ローリング、ヨーイング及びピッチングを達成
するために行うべきマツプ後マトリックス（３２）の数
学的演算は、例えば前述の「コンピュータ・グラフィッ
クス・アンド・アブリケーションズ」により公知である
。しかし、いま述べている例では、映像を実時間で処理
しなければならない。すなわち、各フィールドに対し必
要なすべての処理はビデオ・フィールド・レート（本例
では、６０フイ一ルド／秒）で達成しなければならない
。コンピュータでは所要の高速で処理できないので、本
実施例では高速マイクロプロセッサ及びハードウェア・
マトリックス回路をもつハイブリッド装置を用いる。マ
イクロプロセッサは、１つの４×４マトリツクスの係数
を計算するのに必要である。４×４マトリツクスは、必
要に応じ、それぞれ２以上のオフセツティング、スケー
リング、ローリング、ピッチング又はヨーイングに対応
するマトリックスを組合せた複合マトリックスとなる。

いま、１つの画素の３次元入力アドレスがＸ。

ｙ、ｚで、必要な操作後その画素の出力アドレスがＸ　
ｎｅＷＩ　ｙ　ｎｅＷＩ　Ｚ　ｎｅ−であるとする。一
般に、正確な操作が未だ特定されていない場合は、ｘ　
ｎｅｗ　＝　ａｌ　ｘ　＋ｂｔ　ｙ　＋　ＣＬ　２　＋
　ｄｔｙｎｅＷ　”　ａ２Ｘ　＋　ｂ２ｙ＋　Ｃ２Ｚ　
＋　ｄ２ｚ　ｎｅｗ　＝　ａ３ｘ　＋ｂ３ｙ　＋　Ｃ３
２＋　ｄ３ただし、ａｌ＋　　ａ２＋　　ａｆｆ、　　
ｔ１１＋　　ｂ２＋　　ｔ１３＋Ｃ１＋　　Ｃ２＋　　
Ｃ３＋　　ｄｔ＋　　ｄ２及びｄ３は、行おうとする藻
作によって決まる係数である。上記３方程式をマトリッ
クスで書（と、次のようになる。

を４×４マトリツクスにして書直すと、オフセツティン
グの場合、映像を３次元においてそれぞれＯｘ、Ｏｙ、
Ｏｚの距離だけオフセットするとすれば、 ｘｎｅｗ＝ｘ＋ｏｘ ｙｎｅｗ＝Ｖ＋ｏｙ ｚ　ｎｅｗコ　Ｚ＋ＯＺ この場合の４×４マトリツクスは、次のようになる。

スケーリングの場合、映像を３次元においてそれぞれス
ケール係数Ｓｘ、　Ｓｙ、　Ｓｚによってスケールする
とすれば、 ｘｎｅｗ＝　　Ｓｘ　　°　ｘ ｙ　　ｎｅ賀　”　　Ｓｙ　　°ｙ ｚｎｅｗ＝ｓｚ　　−ｚ この場合の４×４マトリツクスは、次のようになる。

ローリングの場合、映像を角度θだけロールするとすれ
ば、 ｘ　ｎｅｗ　””　ｘ　ｃｏｓθ＋　ｙ　ｓｉｎθｙ　
ｎｅｗ　＝　−ｘ　ｓｉｎθ＋　ｙ　ｓｉｎθｚ　ｎｅ
誓　＝　　２ この場合の４×４マトリツクスは、次のようになる。

ピッチングの場合、映像を角度θだけピッチするとすれ
ば、 ｘ　　ｎｅｗ　　”　　　ｘ ｙ　ｎｅｗ　”　ｙ　ｃｏｓθ＋ｚｓｔｎθｚ　ｎｅｓ
ｎ　＝　−ｙ　ｓｉｎθ＋ｚ　ｃｏｓθこの場合の４×
４マトリツクスは、次のようになる。

ヨーイングの場合、映像を角度θだけヨー（ｙａｗ　）
するとすれば、 ｘ　ｎｅｗ　”’　ｘ　ｃｏｓθ＋　ｚ　ｓｉｎθｙ　
　ｎｅｗ　　”　　Ｖ ｚ　ｎｅｗ　＝　−ｘ　ｓｉｎθ＋ｚ　ｃｏｓθこの場
合の４Ｘ４マトリツクスは、次のようになる。

上述した３次元直線的効果のいずれか１つ又はいずれか
の組合せは、適当なマトリックスを選ぶことにより、又
は組合せの場合は複数の適当なマトリックスを選ぶこと
により達成しうる。そして、所要のパラメータ値をそれ
らのマトリックスに入れ、また、組合せの場合は得られ
たマトリックスを互いに乗算することにより、任意の３
次元直線的効果を達成しうる。この第１ステツプは、第
６図に示すマイクロプロセッサ（４０）によって実行さ
れる。マイクロプロセッサ（４０）は、プログラム・メ
モリ　（４１）に記憶されたプログラム及び選択入力に
よって制御される。選択入力は、オフセツティング、ス
ケーリング、ローリング、ピッチング及びヨーイングの
うち、どの効果とするかを特定し、必要に応じてｉフセ
ソト距離、スケール係数及びロール、ピッチ又はヨー角
を特定するものである。プログラムの制御により、マイ
クロプロセッサ（４０）は、適当な４×４マトリツクス
（単数又は複数）を選択し、パラメータを置換し、必要
に応じ、得られたマトリックスを互いに乗算して所要の
係数ａ４〜ｄ３を含む出力マトリックスを与える。これ
らの出力マトリックスは、ランチ回路（４２）を介して
それぞれの出力ａ１〜ｄ３に供給される。マイクロプロ
セッサ（４０）は、処理すべきビデオ信号の各フィール
ド期間内に上述の演算を行い、所要の係数ａ１〜ｄ３が
次のフィールド期間において使用できるようにする。

係数ａ１〜ｄ３は、第７図に示すハードウェア・マトリ
ックス回路に供給される。■フィールド内の各画素の出
力ｘ　ｎｅ−は、その画素の入力座標Ｘ＋Ｖ及び２をそ
れぞれ乗算器（５０）　、　　（５１）及び（５２）に
供給することに゛よって得られる。これらは、乗算器に
おいて、前のフィールドの終わりにマイクロコンピュー
タ（４０）からそれぞれ加えられる１系数ａ１　＋　　
ｂｌ及びｃｌと乗算される。乗算器（５０）及び（５１
）の出力は加算器（５９）により加算され、加算器（５
９）の出力は乗算器（５２）の出力と加算器（６０）に
より加算され、加算器（６０）の出力は係数ｄｌと加算
器（６１）により加算される。加算器（６１）の出力が
ｘ　ｎｅ−である。出力ｙ　ｎｅｗ及びｚ　ｎｅｗも、
同様にして得られる。

これら３出力ｘ　ｎｅｗ、、　ｙ　ｎｅ−及びｚ　ｎｅ
ｗは、第５図のＸ　＃ｊ　、　Ｙ　ＩＩＩ及びＺ″′に
相当し遠近変換装置（３３）に供給される。

上述したように、マツプ前マトリックス（３０）の構成
及び作用も同様であるが、２次元直線的効果のオフセツ
ティング、スケーリング及びローリングを含むだけであ
るため、マトリックスが３×３でありこれに応じてマト
リックス回路が簡単になる。

以上、高鮮明度ビデオ・システムを例に取って説明した
が、本発明は、必要なデジタル形式で表わせるどんなビ
デオ信号に対しても通用しうるちのである。

また、本発明は、図示の実施例に限らず、特許請求の範
囲に記載した発明の要旨を逸脱することな（種々の変形
・変更をすることができるものである。

〔発明の効果〕

本発明によれば、高価で複雑なハードウェアを必要とす
ることなく、実時間でビデオ信号を処理して、入力２次
元映像を３次元面に投影した場合に得られる視覚効果と
同じ効果を得ることが可能となる。したがって、テレビ
ジョン７・システム等の特殊効実装Ｒに用いて好適であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は高鮮明度ビデオ・システムの特殊効果装置の一
部を示すブロック図、第２図は本発明の実施例の要部を
示すブロック図、第３図は最初平坦な８１点のグリツド
が球面上に次第にマツピングされるコンピュータ・シミ
ュレーションを示す図、第４Ａ、第４Ｂ及び第４Ｃ図は
それぞれ最初平坦な映像を次第に円筒面にマツピングす
る場合の最初、中間及び最終段階を示す図、第５図は第
２図の実施例の詳細を示すブロック図、第６図は第２図
の実施例の一部の詳細を示すブロック図、第７図は第２
図の実施例の他の一部の詳細を示すブロック図である。 α、β・・Ｘ、Ｙのスケール乗数、（２０）・・マッピ
ング・メモリ、（２１）〜（２５）・・乗算手段、（３
３）・・遠近変換装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 入力２次元映像を３次元面に投影したときに得られる視
   覚効果と同じ効果を得るためのビデオ信号処理装置であ
   って、 上記入力２次元映像に対応するビデオ信号を、各々がＸ
   及びＹ座標値をもつ入力画素アドレスを有するデジタル
   化されたサンプル値の形で得る手段と、 上記各入力画素アドレスが上記効果を出すときに動かさ
   れる上記３次元面のそれぞれの画素アドレスに対応する
   Ｘ及びＹのスケール乗数並びにＺ座標値を記憶するため
   のマッピング・メモリと、上記各入力画素アドレスのＸ
   及びＹ座標値に上記マッピング・メモリより取出したＸ
   及びＹスケール乗数を乗ずる乗算手段と、 スケールされたＸ及びＹ座標値とそれに対応するＺ座標
   値が供給され、上記効果に対応する出力Ｘ及びＹ座標値
   を出力する遠近変換装置とを具えたビデオ信号処理装置
   。