信号圧縮回路およびそれを用いたビデオカメラ処理装置
【課題】 折れ線方式の非線形処理回路を用いて、量子化精度の有効活用とチップサイズの縮小等を実現する。
【解決手段】 固体撮像素子１１より出力されたアナログ映像信号を、Ａ／Ｄ変換器１４を用いてデジタル映像信号に変換し、信号処理部１９で色信号と輝度信号について信号処理を行う場合に、輝度信号および色信号をＡ／Ｄ変換後のデジタル映像信号を圧縮した後、ラインメモリ１８を用いて複数ラインのデジタル映像信号を得、このデジタル映像信号を伸張処理した後に、色成分を分離する。これにより、色信号処理系には伸張（復元）した映像信号を用いて色再現性の向上を図り、輝度信号処理系には伸張しない映像信号を用いてガンマ補正後の輝度信号から輪郭抽出した場合と等価な特性を得る。
【解決手段】 固体撮像素子１１より出力されたアナログ映像信号を、Ａ／Ｄ変換器１４を用いてデジタル映像信号に変換し、信号処理部１９で色信号と輝度信号について信号処理を行う場合に、輝度信号および色信号をＡ／Ｄ変換後のデジタル映像信号を圧縮した後、ラインメモリ１８を用いて複数ラインのデジタル映像信号を得、このデジタル映像信号を伸張処理した後に、色成分を分離する。これにより、色信号処理系には伸張（復元）した映像信号を用いて色再現性の向上を図り、輝度信号処理系には伸張しない映像信号を用いてガンマ補正後の輝度信号から輪郭抽出した場合と等価な特性を得る。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、固体撮像素子のアナログ信号出力をＡ／Ｄ変換器を用いてデジタル信号化して以降の処理を行う信号圧縮回路およびそれを用いたビデオカメラ処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】図５を用いて、従来のデジタル信号処理によるビデオカメラを説明する。同図において、固体撮像素子５０１から読み出されたアナログ映像信号５０２は、まずＣＤＳ（相関二重サンプリング）と呼ばれるノイズ低減回路５０３に入力する。ノイズ低減回路５０３の出力は、ＧＣＡ（ゲインコントロールアンプ）５０４を介して、Ａ／Ｄ変換器５０５に供給する。
【０００３】Ａ／Ｄ変換器５０５により、アナログ／デジタル変換された映像信号は、フリッカ補正、レンズシェーディング補正等を行う前処理回路５０６に供給する。前処理回路５０６による量子化精度の悪化はなく、よって前処理回路５０６の出力のビット深みは、Ａ／Ｄ変換器５０５の出力のビット深みと同じになる。
【０００４】前処理回路５０６の出力は、ＡＥＳ（電子シャッタアイリス）とＡＧＣ（オートゲインコントロール）の組合せ制御を行う制御回路５０７に供給する。制御回路５０７は、入力信号を積算し被写体照度を検出して、Ａ／Ｄ変換器５０５に入力される信号レベルが常に一定となるように、ＧＣＡ５０４の利得を調整するＡＧＣ制御信号５０８を供給する。また、制御回路５０７は、電子シャッタのスピード（蓄積時間）を可変する制御信号５０９を出力する。制御信号５０９は、固体撮像素子５０１から映像信号を読み出すために必要な駆動パルス５１１を発生させるタイミング信号発生器５１０に入力し、電子シャッタスピードを可変する。
【０００５】前処理回路５０６の出力は、同時に１Ｈ（水平）ライン分のラインメモリ５１２にも供給する。ラインメモリ５１２の出力は、前処理回路５０６の出力に比べて１Ｈ期間分の遅延している。ラインメモリ５１２の出力は、さらに１Ｈライン分のラインメモリ５１３に供給する。前処理回路５０６、ラインメモリ５１２，５１３からの出力は、その遅延量からそれぞれ０Ｈ信号、１Ｈ信号、２Ｈ信号と呼ばれ、以降の色信号処理・輝度信号処理に必要な複数ライン分の信号となる。
【０００６】ここでの説明は、ラインメモリを２個用いた３ライン信号処理としているが、ラインメモリを１個用いた２ライン信号処理、４個用いた５ライン信号処理等もある。ラインメモリを多数用いると、信号処理精度が向上し、画質的に有利とされるが、同時に回路規模・チップコストも上がるので、一般的には２〜５ラインの信号処理で行う。
【０００７】０Ｈ〜２Ｈ信号は、色分離・ホワイトバランス調整回路５１４を介して、Ｒ信号、Ｇ信号、Ｂ信号になる。このＲ，Ｇ，Ｂ信号は、それぞれ独立してガンマ（γ）補正と呼ばれる非線形処理回路５１５を介して、黒付近の伸張、白付近の圧縮を行う。
【０００８】ガンマ補正後のＲ’，Ｇ’，Ｂ’の各信号は、続いてマスキング処理と呼ばれる色補正およびＲＧＢ信号を、Ｙ，Ｕ，Ｖ信号に変換するマトリクス回路５１６で演算処理を行い、輝度のベースとなるＹＬ信号と色を示すＵ（Ｂ−Ｙ）信号、Ｖ（Ｒ−Ｙ）信号になる。Ｕ，Ｖ信号は、帯域制限を行う為のＬＰＦ、時分割信号にするためのスイッチ５１７を介し、Ｕ／Ｖ信号として端子５１８より出力する。色分離・ホワイトバランス調整回路５１４〜スイッチ５１７に至るまでは、ビデオカメラにおける色信号処理と呼ばれる部分である。
【０００９】０Ｈ〜２Ｈ信号は、高域成分を含む輝度（ＹＨ）信号を生成する輝度生成回路５１９にも供給する。輝度生成回路５１９から出力されるＹ０＋２Ｈ信号、Ｙ１Ｈ信号は、色信号処理と同様にガンマ補正回路５２０を通る。これは、ガンマ補正回路５２０を通ったＹ０＋２Ｈ’信号とＹ１Ｈ’信号から輪郭抽出を行った方が、より理想的な（黒付近〜白付近の全域で均等な）輪郭信号が選られるためである。輪郭抽出回路５２１より出力される輪郭（ＤＴＬ）信号とマトリクス回路５１６から出力されるＹＬ信号を加算器５２２で加算し、輝度（Ｙ）信号として端子５２３より出力する。
【００１０】ところで、従来のビデオカメラにおけるデジタル信号処理においては、ラインメモリが必須で有り、量子化精度が高く（ビット深みが大きく）、多画素対応（１Ｈの遅延段数が多い）したものほど、大規模になる。
【００１１】ビデオカメラのデジタル信号処理に必須となるラインメモリは、そのビット深みが増えるほどチップ上の面積が広がる。ラインメモリがチップ全体に対して占める割合は大きい。よって、従来のデジタル信号処理のようにＡ／Ｄ変換器のビット深みと同じ深みのラインメモリを用いると、たとえば高画質化を追求した場合に、多ビット化したＡ／Ｄ変換器＋複数ライン分のラインメモリによるチップサイズの拡大は避けられず、コストアップにつながる。
【００１２】また、信号処理の高機能化に必要なフィールドメモリも同様である。現状ではフィールドメモリのチップサイズとラインメモリを含むデジタル信号処理ＩＣのチップサイズとがほぼ同等であり、ビット深みの増加によるコストアップは無視できない。
【００１３】現状、ビデオカメラ用のＡ／Ｄ変換器の主流は１０ビットであり、一方でフィールドメモリとして用いる汎用ＲＡＭのビット深みは８または１６ビット深みを有するという問題もある。それぞれを別チップで構成した場合には、ビット深みが異なる。
【００１４】ビデオカメラの信号処理におけるガンマ補正は、黒付近の信号を伸張し、白付近の信号を圧縮する非線形信号処理回路であり、黒付近で必要とされる量子化精度に比べて白付近の精度はそれほど必要ない。つまり、Ａ／Ｄ変換された信号をそのままの精度でラインメモリにより遅延させることは、量子化精度の点では非常に無駄の多い構成となる。
【００１５】しかしながら、Ａ／Ｄ変換された色キャリア成分を含む映像信号をそのまま非線形圧縮し、その後で色分離すれば色再現性の点で問題が生じるので、従来のデジタル信号処理においてはチップサイズの拡大によるコストアップを無視していた。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】上記した従来の場合、ラインメモリに蓄える信号を圧縮していないため、ラインメモリの容量が量子化精度の求めに応じて際限なく増加し、その結果としてチップ面積が増加する傾向にあった。
【００１７】そこで、この発明の目的は、折れ線方式の非線形信号処理回路を用いて、量子化精度の有効活用とチップサイズの縮小を実現し得ることにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】上記した課題を解決するために、この発明の信号圧縮回路では、固体撮像素子より出力されたアナログ映像信号を、Ａ／Ｄ変換器を用いてデジタル映像信号に変換し、変換されたＮビットの深みを有する前記デジタル映像信号を複数の異なった特性を持つＬＰＦに同時に入力し、入力される前記デジタル映像信号を、前記ＬＰＦの遅延量に合わせて遅延させた遅延映像信号と前記各ＬＰＦの演算結果の出力とを任意のタイミングで同時に選択出力可能な第１の選択手段と、Ｎビット深みを有する前記遅延映像信号および前記第１の選択手段の出力を任意の異なった値と同時に比較する複数の比較手段と、前記遅延映像信号および前記第１の選択手段の出力を任意の異なった係数で乗算し、その後に任意の異なった直流成分を加算する複数の線形演算手段と、前記複数の比較手段の出力から前記の複数の線形演算手段の出力の選択を行う第２の選択手段とを具備し、前記第２の選択手段より得られるＭビット深みの信号圧縮（Ｍ＜Ｎ）を行った後で、複数のラインメモリを用いて得た複数ラインのデジタル映像信号と、フィールド／フレームメモリを用いた複数画面のデジタル映像信号とを得て、以降のデジタル信号処理部に出力することを特徴とする。
【００１９】上記した手段により、それぞれの直線領域に異なった特性のＬＰＦを挿入することで非線形信号圧縮回路を実現したことで、簡単な回路構成（小規模）で圧縮・伸張特性を得ることができる。
【００２０】また、この発明のビデオカメラ処理装置においては、固体撮像素子より出力されたアナログ映像信号を、Ａ／Ｄ変換器を用いてデジタル映像信号に変換し、以降の信号処理を行う場合に、輝度および色信号を含む前記デジタル映像信号を圧縮した後、ラインメモリを用いて複数ラインのデジタル映像信号を得、該デジタル映像信号を伸張処理した後に、色成分を分離したことを特徴とする。
【００２１】この手段により、色信号処理系には伸張（復元）した映像信号を用いて色再現性の向上を図り、輝度信号処理系には伸張しない映像信号を用いてガンマ補正後の輝度信号から輪郭抽出した場合と等価な特性を得ることができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、この発明の第１の実施の形態について説明するためのシステム図である。固体撮像素子１１から読み出されたアナログ映像信号は、まずＣＤＳ（相関二重サンプリング）と呼ばれるノイズ低減回路１２に供給する。このノイズ低減回路１２の出力は、ＧＣＡ１３で振幅調整し、Ａ／Ｄ変換器１４を介してデジタル映像信号となる。
【００２３】Ａ／Ｄ変換器１４の出力はＡＬＣ回路１５に供給し、ここで画面積算を行って平均輝度レベルを検出し、ゲイン制御信号ＡＧＣと電子シャッタスピード制御信号ＡＥＳとを発生させる。ゲイン制御信号ＡＧＣはＧＣＡ１３に供給し、電子シャッタスピード制御信号ＡＥＳは、固体撮像素子１１の駆動パルスを発生させるタイミング発生器１６に供給する。タイミング発生器１６において、固体撮像素子１１の蓄積時間を可変する。ゲイン制御信号ＡＧＣと輝度積算値とをスイッチＳＷ１に供給し、ここで選択されて非線形信号圧縮回路１７の一部を構成する、ＬＰＦをオン／オフするスイッチＳＷ２を切り換える。
【００２４】この切り換えは、ＧＣＡ１３の利得が大きくなる低照度下で撮影の場合のように、Ｓ／Ｎが悪化すると考えられるときに、自動的にＬＰＦをオンし、Ｓ／Ｎ改善を行うことが可能になる。非線形信号圧縮回路１７を介して圧縮された映像信号は、ラインメモリ１８を通って２ライン分の映像信号となり、ガンマ補正を含む以降の信号処理回路１９で処理を行い、その出力より色信号Ｕ，Ｖと輝度信号Ｙの出力を得る。
【００２５】ここで、非線形信号圧縮回路１７のより具体的な構成例と、非線形信号圧縮回路１７より得られた非線形圧縮信号の３ライン分（０〜２Ｈ信号）を得て信号処理部１９に供給する構成例を図２に挙げて説明する。図２において、１７は２点折れ線の信号圧縮を行う非線形信号圧縮回路で、２００は、３ライン分の信号（０〜２Ｈ信号）を得る３ライン映像信号抽出部である。
【００２６】まず、信号圧縮部１７について説明する。前段のＡ／Ｄ変換器１４を介して得られたデジタル化された映像信号は、遅延器２１とＬＰＦ２２とＬＰＦ２３に同時に供給する。ここでは、高輝度部分にＬＰＦ２２，２３を通さない構成としているので、ＬＰＦは２種類で済む。ＬＰＦ２２，２３は、遅延段数が同じで遮断特性のみ異なっているものとする。スイッチ２４，２５は、ＬＰＦ２２，２３のオン／オフを行うもので、共通の制御端子２６で切り換えられる。スイッチ２４，２５で３系統全てを遅延信号とすれば、単純な折れ線方式の非線形処理回路になる。折れ点の位置は比較器２７に供給される設定値２８，２９で決まる。
【００２７】３系統の映像信号は、演算器３０〜３２によりそれぞれ演算器３０で図３のＡの傾きとオフセット成分を、演算器３１で図３のＢの傾きとオフセット成分を、演算器３２で図３のＣの傾きとオフセット成分を持った映像信号となる。
【００２８】加算器３３，３４はＬＰＦの切換わり部分で特性を滑らかにつなぐためのものである。ＬＰＦにより帯域の異なった信号を比較器２７で同時に比較し、比較結果が異なったときにのみ、その中間の特性を持つ信号が得られることになる。この場合に得られる５種類の遮断特性を有する映像信号は、スイッチ３５，３６により選択して出力する。Ａ／Ｄ変換器１４を出力される入力Ｎビットの映像信号は圧縮され、出力Ｍビットの映像信号をスイッチ３５より出力する。
【００２９】次に、３ライン映像信号抽出部２００について説明する。非線形信号圧縮回路１７で圧縮された信号は、ラインメモリ３７，３８に順次供給し、０〜２Ｈの３ライン分の信号となって信号処理部１９の輝度信号処理器１９１に入る。更に、０〜２Ｈ信号は、伸張されて色信号処理器１９２に入る。伸張器３９〜４１により伸張された後の０〜２Ｈ信号を色信号処理器１９２で用いる理由は、色再現性の向上にある。非線形処理された映像信号から色分離すれば必ず色再現性が低下する。逆に、伸張前の０〜２Ｈ信号を輝度信号処理器１９１で用いれば、全映像レベルで安定した輪郭抽出を行うことができる、さらに、図２の圧縮について図３の入出力特性図を用いて説明する。Ａ／Ｄ変換器１４の飽和レベルを１５０％（オフセット１０％）と仮定し、例えばＬＰＦ２３では−１０％〜３０％領域で１／２圧縮（オフセット±０％）を、ＬＰＦ２２では３０％〜７０％領域で１／４圧縮（オフセット＋１０％）を、スルーのＬＰＦなしでは７０％〜１５０％領域で１／８圧縮（オフセット＋２０％とすれば、全体で入力振幅を１／４（−２ビット）にできる。つまり、１０ビットのＡ／Ｄ変換器を用いても、ラインメモリ３７，３８は、それぞれ８ビットで済む。ＬＰＦの遮断特性は、ＬＰＦ２３の有する信号通過帯域が最も狭く、逆にＬＰＦなしの場合は全ての信号が通過する。
【００３０】以降の信号処理回路１９におけるガンマ補正を考慮すると、黒付近のノイズレベルを押え、かつ黒付近の量子化精度を最大限確保できるこの圧縮方式は、非常に効率が良い。
【００３１】このように、デジタル化された映像信号に非線形圧縮処理を施すことにより、色と輝度の信号処理のために数ライン分信号を抽出する回路のラインメモリの容量を抑えつつ、量子化精度を確保することができる。
【００３２】図４は、この発明の他の実施の形態について説明するためのシステム図である。この実施の形態は、単板式カラーカメラのデジタル信号処理部に適用させたものである。なお、図１と図２と同一の構成部分には同一の符号を付して説明する。
【００３３】固体撮像素子１１から読み出されるアナログ映像信号は、まずノイズ低減回路１２を介し、次にＧＣＡ１３で振幅調整され、Ａ／Ｄ変換器１４でデジタル映像信号となり、高輝度キャリア補正回路５０に供給する。
【００３４】高輝度キャリア補正回路５０は、単板式カラーカメラのデジタル信号処理において、高輝度領域のキャリアバランスのずれを補正し、ライン間の輝度レベル誤差をなくして“横スジ”の発生を押える回路である。高輝度キャリア補正回路５０において輝度レベル誤差がなくなり、以降の信号処理における“横スジ”の発生をなくすことができる。
【００３５】高輝度キャリア補正回路５０の出力には次の問題もある。それは高輝度キャリア補正回路５０の演算上に起因するもので、高輝度キャリア補正回路５０より出力される信号の量子化精度がＡ／Ｄ変換器１４のそれよりも必ず悪化する点である。実際、量子化精度のない映像信号を、そのままラインメモリ３７，３８で遅延するシステムは効率が悪い。
【００３６】例えば、Ａ／Ｄ変換器１４の入力飽和レベル設定を３００％、高輝度キャリア補正回路５０の出力飽和レベル設定を１５０％と仮定すれば、理論的に輝度レベル誤差を“ゼロ”にすることが可能である。しかし、高輝度キャリア補正回路５０の出力の有する実効量子化精度は、１／２（マイナス１ビット精度）になってしまう。
【００３７】そこで、高輝度キャリア補正回路５０の次段に非線形信号圧縮回路１７を設置することで、量子化精度を有効に使い、かつ低規模化・低コスト化することができる。
【００３８】つまり、図１でも説明したが、高輝度キャリア補正回路５０の出力は非線形信号圧縮回路１７と同時にＡＬＣ回路１５にも供給され、固体撮像素子１１の電子シャッタスピード（ＡＥＳ）、ＧＣＡ１３の利得調整（ＡＧＣ）、非線形信号圧縮回路１７内のＬＰＦのオン／オフを行う。ＡＬＣ回路１５による信号積算に非線形信号圧縮回路１７の出力を使用しない理由は、非線形処理後の映像信号では、ＡＬＣの誤動作（ハンチング等）が生じる可能性があるからである。
【００３９】非線形信号圧縮回路１７の出力信号は、ラインメモリ３７，３８に順次供給し、０〜２Ｈの３ライン分の信号となって、信号処理部１９の輝度信号処理器１９１に供給し、輝度信号処理を行って出力より輝度信号Ｙを出力する。さらに０〜２Ｈ信号は、それぞれ伸張器３９〜４１により伸張して色信号処理器１９２に供給し、色信号処理を行って色信号Ｕ，Ｖを出力する。
【００４０】単板式カラーカメラのデジタル信号処理する場合に、高輝度キャリア補正を行った後の量子化精度が、Ａ／Ｄ変換された後のものよりも悪化するが、この実施の形態では、高輝度キャリア補正を行った後に、非線形信号圧縮を行ったことで、量子化精度を向上させることができる。
【００４１】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれば、Ａ／Ｄ変換器の有する量子化精度とガンマ補正回路が必要とする量子化精度の間で効率良くメモリを使用でき、コストダウンを実現すると同時にＳ／Ｎ改善や輪郭抽出、色再現性の確保が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施の形態について説明するためのシステム図。
【図２】図１の主要部の具体例について説明するための回路構成図。
【図３】図２の圧縮の入出力特性図について説明するための説明図。
【図４】この発明の他の実施の形態について説明するためのシステム図。
【図５】従来のビデオカメラにおけるデジタル信号処理を説明するためのシステム図。
【符号の説明】
１１…固体撮像素子、１２…ノイズ低減回路、１３…ＧＣＡ、１４…Ａ／Ｄ変換器、１５…ＡＬＣ回路、１６…タイミング信号発生器、１７…非線形信号圧縮器、１８…ラインメモリ、１９…信号処理部、１９１…輝度信号処理器、１９２…色信号処理器、２００…３ライン映像信号抽出部。
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、固体撮像素子のアナログ信号出力をＡ／Ｄ変換器を用いてデジタル信号化して以降の処理を行う信号圧縮回路およびそれを用いたビデオカメラ処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】図５を用いて、従来のデジタル信号処理によるビデオカメラを説明する。同図において、固体撮像素子５０１から読み出されたアナログ映像信号５０２は、まずＣＤＳ（相関二重サンプリング）と呼ばれるノイズ低減回路５０３に入力する。ノイズ低減回路５０３の出力は、ＧＣＡ（ゲインコントロールアンプ）５０４を介して、Ａ／Ｄ変換器５０５に供給する。
【０００３】Ａ／Ｄ変換器５０５により、アナログ／デジタル変換された映像信号は、フリッカ補正、レンズシェーディング補正等を行う前処理回路５０６に供給する。前処理回路５０６による量子化精度の悪化はなく、よって前処理回路５０６の出力のビット深みは、Ａ／Ｄ変換器５０５の出力のビット深みと同じになる。
【０００４】前処理回路５０６の出力は、ＡＥＳ（電子シャッタアイリス）とＡＧＣ（オートゲインコントロール）の組合せ制御を行う制御回路５０７に供給する。制御回路５０７は、入力信号を積算し被写体照度を検出して、Ａ／Ｄ変換器５０５に入力される信号レベルが常に一定となるように、ＧＣＡ５０４の利得を調整するＡＧＣ制御信号５０８を供給する。また、制御回路５０７は、電子シャッタのスピード（蓄積時間）を可変する制御信号５０９を出力する。制御信号５０９は、固体撮像素子５０１から映像信号を読み出すために必要な駆動パルス５１１を発生させるタイミング信号発生器５１０に入力し、電子シャッタスピードを可変する。
【０００５】前処理回路５０６の出力は、同時に１Ｈ（水平）ライン分のラインメモリ５１２にも供給する。ラインメモリ５１２の出力は、前処理回路５０６の出力に比べて１Ｈ期間分の遅延している。ラインメモリ５１２の出力は、さらに１Ｈライン分のラインメモリ５１３に供給する。前処理回路５０６、ラインメモリ５１２，５１３からの出力は、その遅延量からそれぞれ０Ｈ信号、１Ｈ信号、２Ｈ信号と呼ばれ、以降の色信号処理・輝度信号処理に必要な複数ライン分の信号となる。
【０００６】ここでの説明は、ラインメモリを２個用いた３ライン信号処理としているが、ラインメモリを１個用いた２ライン信号処理、４個用いた５ライン信号処理等もある。ラインメモリを多数用いると、信号処理精度が向上し、画質的に有利とされるが、同時に回路規模・チップコストも上がるので、一般的には２〜５ラインの信号処理で行う。
【０００７】０Ｈ〜２Ｈ信号は、色分離・ホワイトバランス調整回路５１４を介して、Ｒ信号、Ｇ信号、Ｂ信号になる。このＲ，Ｇ，Ｂ信号は、それぞれ独立してガンマ（γ）補正と呼ばれる非線形処理回路５１５を介して、黒付近の伸張、白付近の圧縮を行う。
【０００８】ガンマ補正後のＲ’，Ｇ’，Ｂ’の各信号は、続いてマスキング処理と呼ばれる色補正およびＲＧＢ信号を、Ｙ，Ｕ，Ｖ信号に変換するマトリクス回路５１６で演算処理を行い、輝度のベースとなるＹＬ信号と色を示すＵ（Ｂ−Ｙ）信号、Ｖ（Ｒ−Ｙ）信号になる。Ｕ，Ｖ信号は、帯域制限を行う為のＬＰＦ、時分割信号にするためのスイッチ５１７を介し、Ｕ／Ｖ信号として端子５１８より出力する。色分離・ホワイトバランス調整回路５１４〜スイッチ５１７に至るまでは、ビデオカメラにおける色信号処理と呼ばれる部分である。
【０００９】０Ｈ〜２Ｈ信号は、高域成分を含む輝度（ＹＨ）信号を生成する輝度生成回路５１９にも供給する。輝度生成回路５１９から出力されるＹ０＋２Ｈ信号、Ｙ１Ｈ信号は、色信号処理と同様にガンマ補正回路５２０を通る。これは、ガンマ補正回路５２０を通ったＹ０＋２Ｈ’信号とＹ１Ｈ’信号から輪郭抽出を行った方が、より理想的な（黒付近〜白付近の全域で均等な）輪郭信号が選られるためである。輪郭抽出回路５２１より出力される輪郭（ＤＴＬ）信号とマトリクス回路５１６から出力されるＹＬ信号を加算器５２２で加算し、輝度（Ｙ）信号として端子５２３より出力する。
【００１０】ところで、従来のビデオカメラにおけるデジタル信号処理においては、ラインメモリが必須で有り、量子化精度が高く（ビット深みが大きく）、多画素対応（１Ｈの遅延段数が多い）したものほど、大規模になる。
【００１１】ビデオカメラのデジタル信号処理に必須となるラインメモリは、そのビット深みが増えるほどチップ上の面積が広がる。ラインメモリがチップ全体に対して占める割合は大きい。よって、従来のデジタル信号処理のようにＡ／Ｄ変換器のビット深みと同じ深みのラインメモリを用いると、たとえば高画質化を追求した場合に、多ビット化したＡ／Ｄ変換器＋複数ライン分のラインメモリによるチップサイズの拡大は避けられず、コストアップにつながる。
【００１２】また、信号処理の高機能化に必要なフィールドメモリも同様である。現状ではフィールドメモリのチップサイズとラインメモリを含むデジタル信号処理ＩＣのチップサイズとがほぼ同等であり、ビット深みの増加によるコストアップは無視できない。
【００１３】現状、ビデオカメラ用のＡ／Ｄ変換器の主流は１０ビットであり、一方でフィールドメモリとして用いる汎用ＲＡＭのビット深みは８または１６ビット深みを有するという問題もある。それぞれを別チップで構成した場合には、ビット深みが異なる。
【００１４】ビデオカメラの信号処理におけるガンマ補正は、黒付近の信号を伸張し、白付近の信号を圧縮する非線形信号処理回路であり、黒付近で必要とされる量子化精度に比べて白付近の精度はそれほど必要ない。つまり、Ａ／Ｄ変換された信号をそのままの精度でラインメモリにより遅延させることは、量子化精度の点では非常に無駄の多い構成となる。
【００１５】しかしながら、Ａ／Ｄ変換された色キャリア成分を含む映像信号をそのまま非線形圧縮し、その後で色分離すれば色再現性の点で問題が生じるので、従来のデジタル信号処理においてはチップサイズの拡大によるコストアップを無視していた。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】上記した従来の場合、ラインメモリに蓄える信号を圧縮していないため、ラインメモリの容量が量子化精度の求めに応じて際限なく増加し、その結果としてチップ面積が増加する傾向にあった。
【００１７】そこで、この発明の目的は、折れ線方式の非線形信号処理回路を用いて、量子化精度の有効活用とチップサイズの縮小を実現し得ることにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】上記した課題を解決するために、この発明の信号圧縮回路では、固体撮像素子より出力されたアナログ映像信号を、Ａ／Ｄ変換器を用いてデジタル映像信号に変換し、変換されたＮビットの深みを有する前記デジタル映像信号を複数の異なった特性を持つＬＰＦに同時に入力し、入力される前記デジタル映像信号を、前記ＬＰＦの遅延量に合わせて遅延させた遅延映像信号と前記各ＬＰＦの演算結果の出力とを任意のタイミングで同時に選択出力可能な第１の選択手段と、Ｎビット深みを有する前記遅延映像信号および前記第１の選択手段の出力を任意の異なった値と同時に比較する複数の比較手段と、前記遅延映像信号および前記第１の選択手段の出力を任意の異なった係数で乗算し、その後に任意の異なった直流成分を加算する複数の線形演算手段と、前記複数の比較手段の出力から前記の複数の線形演算手段の出力の選択を行う第２の選択手段とを具備し、前記第２の選択手段より得られるＭビット深みの信号圧縮（Ｍ＜Ｎ）を行った後で、複数のラインメモリを用いて得た複数ラインのデジタル映像信号と、フィールド／フレームメモリを用いた複数画面のデジタル映像信号とを得て、以降のデジタル信号処理部に出力することを特徴とする。
【００１９】上記した手段により、それぞれの直線領域に異なった特性のＬＰＦを挿入することで非線形信号圧縮回路を実現したことで、簡単な回路構成（小規模）で圧縮・伸張特性を得ることができる。
【００２０】また、この発明のビデオカメラ処理装置においては、固体撮像素子より出力されたアナログ映像信号を、Ａ／Ｄ変換器を用いてデジタル映像信号に変換し、以降の信号処理を行う場合に、輝度および色信号を含む前記デジタル映像信号を圧縮した後、ラインメモリを用いて複数ラインのデジタル映像信号を得、該デジタル映像信号を伸張処理した後に、色成分を分離したことを特徴とする。
【００２１】この手段により、色信号処理系には伸張（復元）した映像信号を用いて色再現性の向上を図り、輝度信号処理系には伸張しない映像信号を用いてガンマ補正後の輝度信号から輪郭抽出した場合と等価な特性を得ることができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、この発明の第１の実施の形態について説明するためのシステム図である。固体撮像素子１１から読み出されたアナログ映像信号は、まずＣＤＳ（相関二重サンプリング）と呼ばれるノイズ低減回路１２に供給する。このノイズ低減回路１２の出力は、ＧＣＡ１３で振幅調整し、Ａ／Ｄ変換器１４を介してデジタル映像信号となる。
【００２３】Ａ／Ｄ変換器１４の出力はＡＬＣ回路１５に供給し、ここで画面積算を行って平均輝度レベルを検出し、ゲイン制御信号ＡＧＣと電子シャッタスピード制御信号ＡＥＳとを発生させる。ゲイン制御信号ＡＧＣはＧＣＡ１３に供給し、電子シャッタスピード制御信号ＡＥＳは、固体撮像素子１１の駆動パルスを発生させるタイミング発生器１６に供給する。タイミング発生器１６において、固体撮像素子１１の蓄積時間を可変する。ゲイン制御信号ＡＧＣと輝度積算値とをスイッチＳＷ１に供給し、ここで選択されて非線形信号圧縮回路１７の一部を構成する、ＬＰＦをオン／オフするスイッチＳＷ２を切り換える。
【００２４】この切り換えは、ＧＣＡ１３の利得が大きくなる低照度下で撮影の場合のように、Ｓ／Ｎが悪化すると考えられるときに、自動的にＬＰＦをオンし、Ｓ／Ｎ改善を行うことが可能になる。非線形信号圧縮回路１７を介して圧縮された映像信号は、ラインメモリ１８を通って２ライン分の映像信号となり、ガンマ補正を含む以降の信号処理回路１９で処理を行い、その出力より色信号Ｕ，Ｖと輝度信号Ｙの出力を得る。
【００２５】ここで、非線形信号圧縮回路１７のより具体的な構成例と、非線形信号圧縮回路１７より得られた非線形圧縮信号の３ライン分（０〜２Ｈ信号）を得て信号処理部１９に供給する構成例を図２に挙げて説明する。図２において、１７は２点折れ線の信号圧縮を行う非線形信号圧縮回路で、２００は、３ライン分の信号（０〜２Ｈ信号）を得る３ライン映像信号抽出部である。
【００２６】まず、信号圧縮部１７について説明する。前段のＡ／Ｄ変換器１４を介して得られたデジタル化された映像信号は、遅延器２１とＬＰＦ２２とＬＰＦ２３に同時に供給する。ここでは、高輝度部分にＬＰＦ２２，２３を通さない構成としているので、ＬＰＦは２種類で済む。ＬＰＦ２２，２３は、遅延段数が同じで遮断特性のみ異なっているものとする。スイッチ２４，２５は、ＬＰＦ２２，２３のオン／オフを行うもので、共通の制御端子２６で切り換えられる。スイッチ２４，２５で３系統全てを遅延信号とすれば、単純な折れ線方式の非線形処理回路になる。折れ点の位置は比較器２７に供給される設定値２８，２９で決まる。
【００２７】３系統の映像信号は、演算器３０〜３２によりそれぞれ演算器３０で図３のＡの傾きとオフセット成分を、演算器３１で図３のＢの傾きとオフセット成分を、演算器３２で図３のＣの傾きとオフセット成分を持った映像信号となる。
【００２８】加算器３３，３４はＬＰＦの切換わり部分で特性を滑らかにつなぐためのものである。ＬＰＦにより帯域の異なった信号を比較器２７で同時に比較し、比較結果が異なったときにのみ、その中間の特性を持つ信号が得られることになる。この場合に得られる５種類の遮断特性を有する映像信号は、スイッチ３５，３６により選択して出力する。Ａ／Ｄ変換器１４を出力される入力Ｎビットの映像信号は圧縮され、出力Ｍビットの映像信号をスイッチ３５より出力する。
【００２９】次に、３ライン映像信号抽出部２００について説明する。非線形信号圧縮回路１７で圧縮された信号は、ラインメモリ３７，３８に順次供給し、０〜２Ｈの３ライン分の信号となって信号処理部１９の輝度信号処理器１９１に入る。更に、０〜２Ｈ信号は、伸張されて色信号処理器１９２に入る。伸張器３９〜４１により伸張された後の０〜２Ｈ信号を色信号処理器１９２で用いる理由は、色再現性の向上にある。非線形処理された映像信号から色分離すれば必ず色再現性が低下する。逆に、伸張前の０〜２Ｈ信号を輝度信号処理器１９１で用いれば、全映像レベルで安定した輪郭抽出を行うことができる、さらに、図２の圧縮について図３の入出力特性図を用いて説明する。Ａ／Ｄ変換器１４の飽和レベルを１５０％（オフセット１０％）と仮定し、例えばＬＰＦ２３では−１０％〜３０％領域で１／２圧縮（オフセット±０％）を、ＬＰＦ２２では３０％〜７０％領域で１／４圧縮（オフセット＋１０％）を、スルーのＬＰＦなしでは７０％〜１５０％領域で１／８圧縮（オフセット＋２０％とすれば、全体で入力振幅を１／４（−２ビット）にできる。つまり、１０ビットのＡ／Ｄ変換器を用いても、ラインメモリ３７，３８は、それぞれ８ビットで済む。ＬＰＦの遮断特性は、ＬＰＦ２３の有する信号通過帯域が最も狭く、逆にＬＰＦなしの場合は全ての信号が通過する。
【００３０】以降の信号処理回路１９におけるガンマ補正を考慮すると、黒付近のノイズレベルを押え、かつ黒付近の量子化精度を最大限確保できるこの圧縮方式は、非常に効率が良い。
【００３１】このように、デジタル化された映像信号に非線形圧縮処理を施すことにより、色と輝度の信号処理のために数ライン分信号を抽出する回路のラインメモリの容量を抑えつつ、量子化精度を確保することができる。
【００３２】図４は、この発明の他の実施の形態について説明するためのシステム図である。この実施の形態は、単板式カラーカメラのデジタル信号処理部に適用させたものである。なお、図１と図２と同一の構成部分には同一の符号を付して説明する。
【００３３】固体撮像素子１１から読み出されるアナログ映像信号は、まずノイズ低減回路１２を介し、次にＧＣＡ１３で振幅調整され、Ａ／Ｄ変換器１４でデジタル映像信号となり、高輝度キャリア補正回路５０に供給する。
【００３４】高輝度キャリア補正回路５０は、単板式カラーカメラのデジタル信号処理において、高輝度領域のキャリアバランスのずれを補正し、ライン間の輝度レベル誤差をなくして“横スジ”の発生を押える回路である。高輝度キャリア補正回路５０において輝度レベル誤差がなくなり、以降の信号処理における“横スジ”の発生をなくすことができる。
【００３５】高輝度キャリア補正回路５０の出力には次の問題もある。それは高輝度キャリア補正回路５０の演算上に起因するもので、高輝度キャリア補正回路５０より出力される信号の量子化精度がＡ／Ｄ変換器１４のそれよりも必ず悪化する点である。実際、量子化精度のない映像信号を、そのままラインメモリ３７，３８で遅延するシステムは効率が悪い。
【００３６】例えば、Ａ／Ｄ変換器１４の入力飽和レベル設定を３００％、高輝度キャリア補正回路５０の出力飽和レベル設定を１５０％と仮定すれば、理論的に輝度レベル誤差を“ゼロ”にすることが可能である。しかし、高輝度キャリア補正回路５０の出力の有する実効量子化精度は、１／２（マイナス１ビット精度）になってしまう。
【００３７】そこで、高輝度キャリア補正回路５０の次段に非線形信号圧縮回路１７を設置することで、量子化精度を有効に使い、かつ低規模化・低コスト化することができる。
【００３８】つまり、図１でも説明したが、高輝度キャリア補正回路５０の出力は非線形信号圧縮回路１７と同時にＡＬＣ回路１５にも供給され、固体撮像素子１１の電子シャッタスピード（ＡＥＳ）、ＧＣＡ１３の利得調整（ＡＧＣ）、非線形信号圧縮回路１７内のＬＰＦのオン／オフを行う。ＡＬＣ回路１５による信号積算に非線形信号圧縮回路１７の出力を使用しない理由は、非線形処理後の映像信号では、ＡＬＣの誤動作（ハンチング等）が生じる可能性があるからである。
【００３９】非線形信号圧縮回路１７の出力信号は、ラインメモリ３７，３８に順次供給し、０〜２Ｈの３ライン分の信号となって、信号処理部１９の輝度信号処理器１９１に供給し、輝度信号処理を行って出力より輝度信号Ｙを出力する。さらに０〜２Ｈ信号は、それぞれ伸張器３９〜４１により伸張して色信号処理器１９２に供給し、色信号処理を行って色信号Ｕ，Ｖを出力する。
【００４０】単板式カラーカメラのデジタル信号処理する場合に、高輝度キャリア補正を行った後の量子化精度が、Ａ／Ｄ変換された後のものよりも悪化するが、この実施の形態では、高輝度キャリア補正を行った後に、非線形信号圧縮を行ったことで、量子化精度を向上させることができる。
【００４１】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれば、Ａ／Ｄ変換器の有する量子化精度とガンマ補正回路が必要とする量子化精度の間で効率良くメモリを使用でき、コストダウンを実現すると同時にＳ／Ｎ改善や輪郭抽出、色再現性の確保が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施の形態について説明するためのシステム図。
【図２】図１の主要部の具体例について説明するための回路構成図。
【図３】図２の圧縮の入出力特性図について説明するための説明図。
【図４】この発明の他の実施の形態について説明するためのシステム図。
【図５】従来のビデオカメラにおけるデジタル信号処理を説明するためのシステム図。
【符号の説明】
１１…固体撮像素子、１２…ノイズ低減回路、１３…ＧＣＡ、１４…Ａ／Ｄ変換器、１５…ＡＬＣ回路、１６…タイミング信号発生器、１７…非線形信号圧縮器、１８…ラインメモリ、１９…信号処理部、１９１…輝度信号処理器、１９２…色信号処理器、２００…３ライン映像信号抽出部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 固体撮像素子より出力されたアナログ映像信号を、Ａ／Ｄ変換器を用いてデジタル映像信号に変換し、変換されたＮビットの深みを有する前記デジタル映像信号を複数の異なった特性を持つＬＰＦに同時に入力し、入力される前記デジタル映像信号を、前記ＬＰＦの遅延量に合わせて遅延させた遅延映像信号と前記各ＬＰＦの演算結果の出力とを任意のタイミングで同時に選択出力可能な第１の選択手段と、Ｎビット深みを有する前記遅延映像信号および前記第１の選択手段の出力を任意の異なった値と同時に比較する複数の比較手段と、前記遅延映像信号および前記第１の選択手段の出力を任意の異なった係数で乗算し、その後に任意の異なった直流成分を加算する複数の線形演算手段と、前記複数の比較手段の出力から前記の複数の線形演算手段の出力の選択を行う第２の選択手段とを具備し、前記第２の選択手段より得られるＭビット深みの信号圧縮（Ｍ＜Ｎ）を行った後で、複数のラインメモリを用いて得た複数ラインのデジタル映像信号もしくはフィールド／フレームメモリを用いた複数画面のデジタル映像信号を得て、以降のデジタル信号処理部に出力することを特徴とする信号圧縮回路。
【請求項２】 固体撮像素子より出力されたアナログ映像信号を、Ａ／Ｄ変換器を用いてデジタル映像信号に変換し、以降の信号処理を行うビデオカメラ処理装置における自動絞り調整を行う自動絞り調整回路の輝度積算値あるいはＡＧＣのゲイン制御値により、前記第１選択手段を自動的に切り換える構成とし、低照度時に自動的に映像信号のＳ／Ｎ改善を行うことを特徴とする請求項１に記載の信号圧縮回路。
【請求項３】 前記自動絞り調整回路は、電子シャッタアイリスとオートゲインコントロール制御を行うことを特徴とする請求項２に記載の信号圧縮回路。
【請求項４】 固体撮像素子より出力されたアナログ映像信号を、Ａ／Ｄ変換器を用いてデジタル映像信号に変換し、以降の信号処理を行うビデオカメラ処理装置において、輝度および色信号を含む前記デジタル映像信号を圧縮した後、ラインメモリを用いて複数ラインのデジタル映像信号を得、該デジタル映像信号を伸張処理した後に、色成分を分離したことを特徴とするビデオカメラ処理装置。
【請求項５】 色分離、ガンマ補正等の処理を行う色信号処理系は、前記伸張処理を施した映像信号を用いて色再現性を向上させ、輪郭抽出、コアリングを行う輝度信号処理系は、伸張処理しない圧縮信号およびメモリ出力信号を用いることで、ガンマ補正後の映像信号から抽出した場合と近似な輪郭信号が得られることを特徴とする請求項４に記載のビデオカメラ処理装置。
【請求項６】 固体撮像素子より出力されたアナログ映像信号を、Ａ／Ｄ変換器を用いてデジタル映像信号に変換し、以降の信号処理を行う単板式のビデオカメラ処理装置において、前記Ａ／Ｄ変換器の有する量子化精度に以降のデジタル信号処理に必要とする飽和レベルより大きな飽和レベルを設定し、Ａ／Ｄ変換直後に高輝度部の色キャリアを補正して輝度成分の誤差を減らす高輝度色キャリア補正回路を用いた場合に、前記Ａ／Ｄ変換器の有する量子化精度よりも精度の悪化した補正映像信号出力に、折れ線方式の非線形信号圧縮回路を用いることで、量子化精度の有効活用、および規模縮小を図ったことを特徴とするビデオカメラ処理装置。
【請求項１】 固体撮像素子より出力されたアナログ映像信号を、Ａ／Ｄ変換器を用いてデジタル映像信号に変換し、変換されたＮビットの深みを有する前記デジタル映像信号を複数の異なった特性を持つＬＰＦに同時に入力し、入力される前記デジタル映像信号を、前記ＬＰＦの遅延量に合わせて遅延させた遅延映像信号と前記各ＬＰＦの演算結果の出力とを任意のタイミングで同時に選択出力可能な第１の選択手段と、Ｎビット深みを有する前記遅延映像信号および前記第１の選択手段の出力を任意の異なった値と同時に比較する複数の比較手段と、前記遅延映像信号および前記第１の選択手段の出力を任意の異なった係数で乗算し、その後に任意の異なった直流成分を加算する複数の線形演算手段と、前記複数の比較手段の出力から前記の複数の線形演算手段の出力の選択を行う第２の選択手段とを具備し、前記第２の選択手段より得られるＭビット深みの信号圧縮（Ｍ＜Ｎ）を行った後で、複数のラインメモリを用いて得た複数ラインのデジタル映像信号もしくはフィールド／フレームメモリを用いた複数画面のデジタル映像信号を得て、以降のデジタル信号処理部に出力することを特徴とする信号圧縮回路。
【請求項２】 固体撮像素子より出力されたアナログ映像信号を、Ａ／Ｄ変換器を用いてデジタル映像信号に変換し、以降の信号処理を行うビデオカメラ処理装置における自動絞り調整を行う自動絞り調整回路の輝度積算値あるいはＡＧＣのゲイン制御値により、前記第１選択手段を自動的に切り換える構成とし、低照度時に自動的に映像信号のＳ／Ｎ改善を行うことを特徴とする請求項１に記載の信号圧縮回路。
【請求項３】 前記自動絞り調整回路は、電子シャッタアイリスとオートゲインコントロール制御を行うことを特徴とする請求項２に記載の信号圧縮回路。
【請求項４】 固体撮像素子より出力されたアナログ映像信号を、Ａ／Ｄ変換器を用いてデジタル映像信号に変換し、以降の信号処理を行うビデオカメラ処理装置において、輝度および色信号を含む前記デジタル映像信号を圧縮した後、ラインメモリを用いて複数ラインのデジタル映像信号を得、該デジタル映像信号を伸張処理した後に、色成分を分離したことを特徴とするビデオカメラ処理装置。
【請求項５】 色分離、ガンマ補正等の処理を行う色信号処理系は、前記伸張処理を施した映像信号を用いて色再現性を向上させ、輪郭抽出、コアリングを行う輝度信号処理系は、伸張処理しない圧縮信号およびメモリ出力信号を用いることで、ガンマ補正後の映像信号から抽出した場合と近似な輪郭信号が得られることを特徴とする請求項４に記載のビデオカメラ処理装置。
【請求項６】 固体撮像素子より出力されたアナログ映像信号を、Ａ／Ｄ変換器を用いてデジタル映像信号に変換し、以降の信号処理を行う単板式のビデオカメラ処理装置において、前記Ａ／Ｄ変換器の有する量子化精度に以降のデジタル信号処理に必要とする飽和レベルより大きな飽和レベルを設定し、Ａ／Ｄ変換直後に高輝度部の色キャリアを補正して輝度成分の誤差を減らす高輝度色キャリア補正回路を用いた場合に、前記Ａ／Ｄ変換器の有する量子化精度よりも精度の悪化した補正映像信号出力に、折れ線方式の非線形信号圧縮回路を用いることで、量子化精度の有効活用、および規模縮小を図ったことを特徴とするビデオカメラ処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００１−２４９０６（Ｐ２００１−２４９０６Ａ）
【公開日】平成１３年１月２６日（２００１．１．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願平１１−１９４６６６
【出願日】平成１１年７月８日（１９９９．７．８）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【出願人】（０００２２１０２９）東芝エー・ブイ・イー株式会社 (19)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１３年１月２６日（２００１．１．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１１年７月８日（１９９９．７．８）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【出願人】（０００２２１０２９）東芝エー・ブイ・イー株式会社 (19)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]