特許 6203315 映像変換処理装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6203315

(24)【登録日】2017年9月8日

(45)【発行日】2017年9月27日

(54)【発明の名称】映像変換処理装置

(51)【国際特許分類】

   H04N 9/67 20060101AFI20170914BHJP

   H04N 9/69 20060101ALI20170914BHJP

   H04N 5/66 20060101ALI20170914BHJP

   G09G 5/02 20060101ALI20170914BHJP

   G09G 5/10 20060101ALI20170914BHJP

【ＦＩ】

   H04N9/67

   H04N9/69

   H04N5/66 A

   G09G5/02 B

   G09G5/10 B

【請求項の数】6

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2016-64663(P2016-64663)

(22)【出願日】2016年3月28日

【審査請求日】2016年3月29日

(73)【特許権者】

【識別番号】591053926

【氏名又は名称】一般財団法人ＮＨＫエンジニアリングシステム

(74)【代理人】

【識別番号】100147485

【弁理士】

【氏名又は名称】杉村 憲司

(74)【代理人】

【識別番号】100185225

【弁理士】

【氏名又は名称】齋藤 恭一

(72)【発明者】

【氏名】金澤 勝

【審査官】 大室 秀明

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００６−１２９４３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２４１１９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−２１７０４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−２７０８９３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０６Ｔ １／００−１／４０

Ｇ０６Ｔ ３／００−５／５０

Ｇ０６Ｔ ９／００−９／４０

Ｇ０９Ｇ ５／００−５／３６

Ｇ０９Ｇ ５／３７７−５／４２

Ｈ０４Ｎ ５／６６−５／７４

Ｈ０４Ｎ ９／４４−９／７８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

色度変換を行う映像変換処理装置において、入力映像信号から変換された入力光に比例する信号を、仮数とビット数情報とにより表記し、前記入力光に比例する信号の仮数とリニアマトリクスに基づいて色度変換の演算処理を行い、色度変換処理された信号の仮数と前記ビット数情報に基づいて出力映像信号を求め、
前記ビット数情報は、処理に想定される最大ビット数と入力光に比例する信号の最大値のビット数との差に基づくことを特徴とする映像変換処理装置。

【請求項2】

色度変換を行う映像変換処理装置において、
所定の電気・光変換式に基づいて、第１の映像信号を入力光に比例する信号に変換する逆ガンマ変換部と、
前記逆ガンマ変換部の出力である入力光に比例する信号に基づいて、前記入力光に比例する信号のビット数情報を算出する桁数検出部と、
前記逆ガンマ変換部の出力である入力光に比例する信号と、前記ビット数情報に基づいて、前記入力光に比例する信号の仮数を算出する仮数部と、
前記入力光に比例する信号の仮数とリニアマトリクスに基づいて、色度変換された光に比例する信号の仮数を出力するマトリクス部と、
前記色度変換された光に比例する信号の仮数と、前記ビット数情報を入力とし、前記所定の電気・光変換式の逆変換である光・電気変換式に基づいて、第２の映像信号を出力するガンマ変換部と、
を備え、
前記ビット数情報は、処理に想定される最大ビット数と入力光に比例する信号の最大値のビット数との差に基づくことを特徴とする映像変換処理装置。

【請求項3】

色度変換を行う映像変換処理装置において、
所定の電気・光変換式に基づいて、第１の映像信号を入力光に比例する信号に変換する逆ガンマ変換部と、
前記第１の映像信号に基づいて、前記入力光に比例する信号のビット数情報を算出する桁数検出部と、
前記逆ガンマ変換部の出力である入力光に比例する信号と、前記ビット数情報に基づいて、前記入力光に比例する信号の仮数を算出する仮数部と、
前記入力光に比例する信号の仮数とリニアマトリクスに基づいて、色度変換された光に比例する信号の仮数を出力するマトリクス部と、
前記色度変換された光に比例する信号の仮数と、前記ビット数情報を入力とし、前記所定の電気・光変換式の逆変換である光・電気変換式に基づいて、第２の映像信号を出力するガンマ変換部と、
を備える映像変換処理装置。

【請求項4】

請求項３に記載の映像変換処理装置において、前記ビット数情報は、処理に想定される最大ビット数と入力光に比例する信号の最大値のビット数との差に基づくことを特徴とする映像変換処理装置。

【請求項5】

請求項１〜４のいずれか一項に記載の映像変換処理装置において、前記仮数のビット数は、必要な精度から求めたビット数であることを特徴とする映像変換処理装置。

【請求項6】

請求項１〜５のいずれか一項に記載の映像変換処理装置において、映像信号は、ＨＤＲ（High Dynamic Range）対応の映像信号であることを特徴とする映像変換処理装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、映像変換処理装置に関し、特に、映像信号の３原色の色度変換処理装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、スーパーハイビジョン等の高解像度映像の実用化に伴って、広色域表示系映像や高輝度映像等のリアリティのある映像が求められており、ITU-R（International Telecommunication Union Radiocommunications Sector）のBT.2020（非特許文献１）等、映像表示に関する新たな信号規格が、様々策定されている。

【0003】

一般に映像信号規格は、空間解像度、時間解像度、表色系等、多くの項目を規定しており、規格が異なれば同じ映像を表示する信号も相違するが、ある規格で作成された映像信号を、他の規格の映像信号に変換することが必要となる場合がある。

【0004】

映像表示に関する信号規格としては多くのものが用いられているが、ここでは、現在のハイビジョン等で利用されているITU-R BT.709（以下、BT.709という。）と、８Ｋ等のスーパーハイビジョンで利用されるITU-R BT.2020（以下、BT.2020という。）を例として説明する。なお、他の映像信号規格についても同様な説明となる。

【0005】

BT.709とBT.2020の映像信号規格は、表１に示すように異なる３原色点を持つ。表１の数値は、ＣＩＥ（Commission International de l'Eclairage；国際照明委員会）で規定された色度図（CIE1931）の二次元座標で表した値（ｘ，ｙ）を示している。

【0006】

【表1】

【0007】

この違いのためBT.709で作成した映像信号をBT.2020に対応した映像機器（例えば表示装置）に入力するためには、画素数などの変換の他に３原色点の違いを補正するための変換処理装置が用いられる。この変換処理装置は、ＲＧＢ（赤緑青）の各光信号値に対して、３行３列の行列を掛け合わせるマトリクス処理によって、色信号を変換する。なお、この変換処理装置をリニアマトリクスと呼ぶ場合もあるが、ここでは、色度変換を行う３行３列の行列を「リニアマトリクス」と呼ぶこととする。

【0008】

図３に、従来の映像変換処理装置のブロック図の例を示す。映像変換処理装置３００は、逆ガンマ変換部１１，１２，１３と、３×３マトリクス部２０と、ガンマ変換部３１，３２，３３とを備える。ここでは映像信号をBT.2020に規定されている１２ビットとした。以下、簡単に動作説明を行う。

【0009】

映像変換処理装置３００の入力は、各１２ビットのＲ，Ｇ，Ｂ映像信号である。これら映像信号は、映像表示装置のディスプレイ上で本来の映像の白黒階調が適切に表示されるように、映像表示装置の入出力特性（ガンマ値）を考慮して、画像の階調を補正するガンマ補正がなされている。

【0010】

このガンマ補正は、本例でのBT.709、BT.2020（2015年時点）では、次の（１）式で定義されている（非特許文献２）。（１）式において、光信号Ｌと映像信号Ｖは、それぞれ最大値で正規化されている。なお、ここで光信号とは、必ずしも光からなる信号ばかりではなく、光量（入力光）に対して線形（リニア）関係にある信号を意味する。以下の説明においても、同様である。

【0011】

【数1】

【0012】

したがって、映像信号Ｖは非線形な補正がなされているため、色度変換（色変換ということもある）のためのマトリクス処理を行うためには、映像信号Ｖを一度元の光信号Ｌに戻す必要がある。

【0013】

逆ガンマ変換部１１，１２，１３は、ガンマ補正がなされている映像信号（Ｒ，Ｇ，Ｂ）をそれぞれ元の光信号（入力光に対し線形関係にある信号）に戻す、逆ガンマ変換処理を行う。逆ガンマ変換は、次式（２）で表される。（２）式は、（１）式を変形して導いた電気・光変換式であり、（１）式と（２）式は、互いに逆変換の関係にある。

【0014】

【数2】

【0015】

図４に、この逆ガンマ変換の変換特性を示す。横軸が映像信号（入力）、縦軸が光信号（出力）である。信号レベルが低い領域での精度を保つために、逆ガンマ変換での光信号出力は入力の映像信号よりも２ビット分細かく量子化する必要があるため、この例では出力を１４ビットとしている。逆ガンマ変換された信号は、光信号（入力光に対し線形関係にある信号）として、３×３マトリクス部２０に入力される。

【0016】

３×３マトリクス部（単に、マトリクス部と呼ぶことがある）２０は、ある映像信号規格の光信号（各色信号）を入力として、これを別の映像信号規格の光信号（各色信号）に変換する処理を行う。この色度変換処理は、入力信号がBT.2020、出力信号がBT.709の場合は（３）式のマトリクス計算となる。

【0017】

【数3】

【0018】

この変換処理の場合は、マトリクス内に負の係数があること、及び１よりも大きい係数があることの理由により、演算では入力信号の１４ビットに加え、符号用の１ビット、及び桁上げ処理の１ビットで、合計１６ビットの処理となる。このため出力信号も１６ビットとなる。ただし演算後では負は出力されない、桁上げとなる大きな数値は出力されないと考えられるので、信号値としては１４ビット出力と等価である。

【0019】

ガンマ変換部３１，３２，３３は、色変換された光信号（各色信号）を、映像信号に変換するためのガンマ変換処理を行う。この変換処理は、（１）式に示したガンマ補正と同一である。図５は、このガンマ変換の変換特性を示しており、横軸が光信号（入力）、縦軸が映像信号（出力）である。これは図４の縦軸と横軸が入れ替わったものと等しい。

【0020】

図３の変換処理装置をハードウェアで構成する場合、逆ガンマ変換部１１〜１３、及びガンマ変換部３１〜３３はルックアップテーブルで実現でき、また、３×３マトリクス部２０は掛け算器と加算器の組み合わせとなり、どれも１６ビット精度で構成できる。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0021】

【非特許文献1】Recommendation ITU-R BT.2020, "Parameter values for ultra-high definition television systems for production and international programme exchange"

【非特許文献2】標準規格 ＡＲＩＢ ＳＴＤ−Ｂ５６、「超高精細度テレビジョン方式スタジオ規格」、１．１版、一般社団法人 電波産業会、平成２６年３月１８日改定

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0022】

２０１５年より放送の分野でもＨＤＲ（High Dynamic Range：広ダイナミックレンジ）と呼ばれる方式が登場してきた。ＨＤＲは、BT.709で規定される従来のダイナミックレンジであるＳＤＲ（Standard Dynamic Range）では不可能であった、ハイライト表現が可能な映像表示方式である。

【0023】

ＨＤＲの信号方式における光信号−映像信号の関係式（光・電気変換式）の例を（４）式に示す。（４）式はＡＲＩＢ（Association of Radio Industries and Businesses）標準規格のＳＴＤ−６７で規定されているＯＥＴＦ（opto-electronic transfer function）である。なお、ＨＤＲの規格はＡＲＩＢ標準規格だけではなく、他にも、例えば、ＳＭＰＴＥ（Society of Motion Picture and Television Engineers）標準規格のST.2084（High Dynamic Range Electro-Optical Transfer Function of Mastering Reference Displays）等があり、異なる関係式が定められている。

【0024】

【数4】

【0025】

図６は、（４）式のＨＤＲ対応の光信号−映像信号の変換特性を図示したものである。横軸が光信号（入力）、縦軸が映像信号（出力）で、図６の点線で示した光レベルが、図４及び図５では光の最大値（基準白レベル）に対応する。図６では、点線での光の値は１．０、光の最大値は２０となっているので、（４）式に示すＨＤＲの場合は光信号の大きさが従来の２０倍まで対応する必要がある、ということがわかる。

【0026】

したがって、背景技術において説明したのは、従来のＳＤＲ対応の信号における映像変換処理であったが、ＨＤＲ対応の信号に対する映像変換処理では、従来の２０倍の大きさの光信号を処理することとなる。２０を表現するには５ビット必要なので、従来と同じ精度で光信号を処理するには、従来の演算より５ビット大きい計算処理が必要となる。例えば、逆ガンマ変換の場合は、従来（図３）では１４ビットの処理であったが、ＨＤＲの光信号を処理するためには１４＋５＝１９ビット必要となる。

【0027】

図７に、ＨＤＲ対応の映像信号−光信号の変換特性、すなわち、ＨＤＲ対応の逆ガンマ変換特性を示す。この変換特性は、（４）式を変形して、ＥをＥ’で表した関数（電気・光変換式）であり、横軸が入力映像信号（１２ビット）、縦軸が変換された光信号レベル（１９ビット）である。

【0028】

また、前述のように３×３マトリクス部の内部の演算では、符号と桁上げ処理に対応するため入力信号よりも２ビット多く必要であるから、２１ビットの処理となり、変換された光信号出力も２１ビットとなる。

【0029】

図８は、ＨＤＲに対応する３原色変換のための映像変換処理装置のブロック図の例である。ＨＤＲ対応の映像変換処理装置３１０は、逆ガンマ変換部１１，１２，１３と、３×３マトリクス部２０と、ガンマ変換部３１，３２，３３とを備えており、ブロック構成は図３と同じであるが、各光信号のビット数が従来よりも５ビット増加している。この映像変換処理装置３１０を実現するためには、各ブロックともに必要なビット数が増え、ハードウェア構成が困難になると考えられる。特にマトリクス部２０を半導体メモリだけで構成しようとすると、入力が５ビット×３色の合計１５ビット増えるので、メモリ容量は３０，０００倍以上になる。

【0030】

したがって、上記のような問題点に鑑みてなされた本発明の目的は、リニアマトリクスによる色度変換処理（特に、マトリクス部での演算処理）のビット数を削減した映像変換処理装置を提供することにあり、信号処理のビット数を大幅に増やすことなく、ＨＤＲ信号にも対応可能な映像変換処理装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0031】

上記課題を解決するために本発明に係る映像変換処理装置は、色度変換を行う映像変換処理装置において、入力映像信号から変換された入力光に比例する信号を、仮数とビット数情報とにより表記し、前記入力光に比例する信号の仮数とリニアマトリクスに基づいて色度変換の演算処理を行い、色度変換処理された信号の仮数と前記ビット数情報に基づいて出力映像信号を求め、前記ビット数情報は、処理に想定される最大ビット数と入力光に比例する信号の最大値のビット数との差に基づくことを特徴とする。

【0032】

また、上記課題を解決するために本発明に係る映像変換処理装置は、色度変換を行う映像変換処理装置において、所定の電気・光変換式に基づいて、第１の映像信号を入力光に比例する信号に変換する逆ガンマ変換部と、前記逆ガンマ変換部の出力である入力光に比例する信号に基づいて、前記入力光に比例する信号のビット数情報を算出する桁数検出部と、前記逆ガンマ変換部の出力である入力光に比例する信号と、前記ビット数情報に基づいて、前記入力光に比例する信号の仮数を算出する仮数部と、前記入力光に比例する信号の仮数とリニアマトリクスに基づいて、色度変換された光に比例する信号の仮数を出力するマトリクス部と、前記色度変換された光に比例する信号の仮数と、前記ビット数情報を入力とし、前記所定の電気・光変換式の逆変換である光・電気変換式に基づいて、第２の映像信号を出力するガンマ変換部と、を備え、前記ビット数情報は、処理に想定される最大ビット数と入力光に比例する信号の最大値のビット数との差に基づくことを特徴とする。

【0033】

また、上記課題を解決するために本発明に係る映像変換処理装置は、色度変換を行う映像変換処理装置において、所定の電気・光変換式に基づいて、第１の映像信号を入力光に比例する信号に変換する逆ガンマ変換部と、前記第１の映像信号に基づいて、前記入力光に比例する信号のビット数情報を算出する桁数検出部と、前記逆ガンマ変換部の出力である入力光に比例する信号と、前記ビット数情報に基づいて、前記入力光に比例する信号の仮数を算出する仮数部と、前記入力光に比例する信号の仮数とリニアマトリクスに基づいて、色度変換された光に比例する信号の仮数を出力するマトリクス部と、前記色度変換された光に比例する信号の仮数と、前記ビット数情報を入力とし、前記所定の電気・光変換式の逆変換である光・電気変換式に基づいて、第２の映像信号を出力するガンマ変換部と、を備えることを特徴とする。

【0034】

そして、前記仮数のビット数は、必要な精度から求めたビット数であることが望ましい。

【0035】

また、前記ビット数情報は、処理に想定される最大ビット数と入力光に比例する信号の最大値のビット数との差に基づくことが望ましい。

【0036】

また、前記映像信号は、ＨＤＲ（High Dynamic Range）対応の映像信号であることが望ましい。

【発明の効果】

【0037】

本発明における映像変換処理装置によれば、リニアマトリクスによる色度変換処理（特に、マトリクス部での演算処理）におけるビット数を削減することができる。また、ＨＤＲ対応の映像信号においても、信号処理のビット数を大幅に増やすことなく、色度変換処理を行うことができ、回路規模を小さくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0038】

【図1】本発明の第１の実施例の映像変換処理装置のブロック図である。

【図2】本発明の第２の実施例の映像変換処理装置のブロック図である。

【図3】従来の映像変換処理装置のブロック図の例である。

【図4】逆ガンマ変換の変換特性の例である。

【図5】ガンマ変換の変換特性の例である。

【図6】ＨＤＲ対応の光信号−映像信号の変換特性の例である。

【図7】ＨＤＲ対応の映像信号−光信号の変換特性の例である。

【図8】ＨＤＲ対応の従来の映像変換処理装置のブロック図の例である。

【図9】輝度の異なる２領域の例である。

【発明を実施するための形態】

【0039】

（本発明の原理）
本発明の原理について説明する。本発明は、人間の視覚特性とリニアマトリクスの特徴を利用して、信号処理のビット数を圧縮するものである。

【0040】

まず、人間の視覚特性について説明する。図９に示すように輝度Ｌと輝度Ｌ＋ΔＬの領域があるとき、次の（５）式を満足すると人間は輝度の差△Ｌを認識できる。これをWeberの定理（Weber-Fechner law）という。この式のＷは定数でWeber比と言われ、０．０１程度である。

【0041】

【数5】

【0042】

反対に、（５）式を満足しないほど△Ｌが小さければ、人間は２つの領域が同じ輝度であると認識する。例えば輝度１０００と１００９の違いをほぼ認識できないということになり、信号処理をする場合に必要な精度は入力信号の１％ということになる。

【0043】

この視覚特性を図８の映像変換処理装置に応用する。各逆ガンマ変換部１１〜１３の出力をＲγ，Ｇγ，Ｂγとするとき、必要な精度△ＲＧＢは、次の（６）式となる。ここで、必要な精度△ＲＧＢとは、当該画素において、光信号の差を認識できる最小の光信号量のことである。なお、ＷはWeber比であり、Ｍａｘは括弧内で最大の値を選択する関数である。

【0044】

【数6】

【0045】

ここで、光信号（逆ガンマ変換部の出力）の最大値が、次の（７）式で表されるとする。

【0046】

【数7】

【0047】

すると、（６）式と（７）式から、（８）式が成立する。なお、Ｗは約１／１００であるから、７ビットの差に相当する。

【0048】

【数8】

【0049】

したがって、必要な精度からは、各光信号Ｒγ，Ｇγ，Ｂγを表現するには２^N-7〜２^Nの８ビット必要であることがわかる。これは（７）式の最大値を有する光信号の上位８ビットであり、これを仮数Ｌと表記する。前述のとおり、視覚特性により、仮数のビットより小さい２⁰〜２^N-8のビットについては、どのような情報が入っていても映像からは識別できない。

【0050】

各光信号を表すには、上記の仮数Ｌと光信号の大きさ（例えば、（７）式を満たすＮの値）の情報があれば良い。一方、図８ではＲγ，Ｇγ，Ｂγを表現するために１９ビットを用いているので、Ｒγ，Ｇγ，Ｂγの値は（９）式の範囲であり、かつ精度の最小値は１である。精度が１というのは（８）式ではＮ＝７に相当する。

【0051】

【数9】

【0052】

上記よりＮの最小値は７、最大値は１９で、その差（１９−７＝１２）は４ビットで表現できる。例えば、最大値として１９ビットが想定されている信号処理エリアに、（７）式の最大値を有する信号値が書き込まれたとき、下位の２⁰〜２^Nの各ビットは有効な信号情報となるが、２^N+1〜２¹⁹の各ビットは、例えば全て０となる等、実質的な意味の無いビットである。このような有効利用されないビットが何ビットあるかという情報により、光信号が何ビットの大きさであるか（すなわち、（７）式を満たすＮの値）を知ることができる。このような情報をビット数情報Ｍとし、４ビット（Ｍ≦１２）で表記することができる。なお、ビット数情報として光信号Ｒγ，Ｇγ，Ｂγの桁数である有効な信号情報のビット数を用いることも可能であるが、この場合は最大値が１９ビットとなり表示に５ビット必要であるので、処理に必要なビットが１ビット多くなる。したがって、有効利用されない上位ビットのビット数の情報をビット数情報Ｍとする方が、データの圧縮効果が高い。よって、本発明の実施の形態では、有効利用されないビット（２^Nより上位のビット）が何ビットあるかという情報を、ビット数情報Ｍとして用いる。

【0053】

この表記方法を用いると、視覚上劣化なく処理を行うには、図８の逆ガンマ変換部１１〜１３の出力の１９ビットは、仮数Ｌの８ビットと、ビット数情報Ｍの４ビットの、合計１２ビットで表記できる。

【0054】

次に、リニアマトリクスの特徴について説明する。BT.2020からBT.709に変換するリニアマトリクスを（３）式に示した。この逆マトリクスを（１０）式に示すが、これはBT.709からBT.2020へ変換するリニアマトリクスになる。

【0055】

【数10】

【0056】

リニアマトリクスで対象とする３原色は、上記以外ではDCI規格、AdobeRGB等があるが、BT.709と大きく異なるものではなく、リニアマトリクスの数値も（３）式、（１０）式からの差は少ない。図８で、３×３マトリクス部２０からの出力をＲｍ，Ｇｍ，Ｂｍと表記すると（１１）式が成り立つ。

【0057】

【数11】

【0058】

（１１）式は、（３）式及び（１０）式において、リニアマトリクスの係数に２を超える数値が無いこと、及び、リニアマトリクスの左上から右下の対角上に並ぶ係数に０．５より小さい係数が無いこと、の理由から、マトリクス演算を行った結果の出力信号値（Ｒｍ，Ｇｍ，Ｂｍ）が、入力信号値（Ｒγ，Ｇγ，Ｂγ）の２倍以上の大きさにはならず、また、半分以下の値にもならないことを利用して、導かれている。

【0059】

（１１）式と（７）式を組み合わせることにより、（１２）式となる。

【0060】

【数12】

【0061】

したがって、Weber比（Ｗ）と、（１２）式から、Ｒｍ，Ｇｍ，Ｂｍの取扱いに必要な精度ΔＲＧＢ_mは、（１３）式となる。

【0062】

【数13】

【0063】

３×３マトリクス部の内部処理では、前述のように信号のビット数に加え、符号と桁上げ処理で２ビット必要である。このようにＲｍ，Ｇｍ，Ｂｍを表現するには２^N-8〜２^N+2の１１ビット＋２ビット必要であることがわかる。なお、前項ではＮの最小値を７としたが、（１３）式のとおり、Ｒｍ，Ｇｍ，Ｂｍの最小値が２^N-8なので、Ｎの最小値は８となり（よって、仮数Ｌは１０ビット）、ビット数情報Ｍは（１４）式とすることが適当である。

【0064】

【数14】

【0065】

以上より、リニアマトリクスによる演算処理も考慮すると、光信号出力の２１ビットは、仮数Ｌの１０ビットと、ビット数情報Ｍの４ビットと、符号＋桁上げ処理の２ビットの、合計１６ビットで表記できることがわかる。この原理を用いることにより、必要なビット数を大幅に増やすことはなくＨＤＲ対応の色変換を実現できる。

【0066】

（第１の実施例）
本発明の映像変換処理装置は、光信号の仮数Ｌとビット数情報Ｍを利用して、演算処理のビット数を削減したものである。図１に、本発明の第１の実施例の映像変換処理装置のブロック図を示す。

【0067】

図１の映像変換処理装置１００は、逆ガンマ変換部１１，１２，１３と、桁数検出部４０と、仮数部５１，５２，５３と、３×３マトリクス部２０と、ガンマ変換部３１，３２，３３とを備える。各ブロックの入出力及び処理について説明する。

【0068】

逆ガンマ変換部１１〜１３は、図８の逆ガンマ変換部と同じであり、図７のＨＤＲ対応の映像信号−光信号の変換特性に基づく変換処理を行う。入力映像信号（１２ビット）から光信号（入力光に対し線形関係にある信号、１９ビット）への変換で、（４）式のＥをＥ’で表した関数による変換を行う。この入力をＲｉ，Ｇｉ，Ｂｉ（各値は整数で、０〜２¹²）、出力をＲγ，Ｇγ，Ｂγ（各値は整数で、０〜２¹⁹）とし、（４）式でＥの最大値をEmaxとすると、具体的にはＲγを例として、（１５）式となる。Ｇγ，Ｂγも同様である。得られた光信号Ｒγ，Ｇγ，Ｂγは、仮数部５１〜５３と桁数検出部４０に出力される。

【0069】

【数15】

ａ，ｂ，ｃの各係数は（４）式と同じ。ｒ＝0.5

【0070】

桁数検出部４０は、逆ガンマ変換部からの出力である光信号Ｒγ，Ｇγ，Ｂγを入力とし、ビット数情報Ｍを出力する。前述のとおり、本実施の形態では、このビット数情報Ｍは、有効な信号情報となる２⁰〜２^Nのビットより上位の有効利用されないビットが何ビットあるかという情報を用いる。桁数検出部４０は、まず（７）式を満足するＮを求め、光信号Ｒγ，Ｇγ，Ｂγの最大値の有効な桁数を検出する。その後、次の（１６）式でビット数情報Ｍを計算する。得られたビット数情報Ｍを、仮数部５１〜５３とガンマ変換部３１〜３３に出力する。

【0071】

【数16】

【0072】

仮数部５１〜５３は、逆ガンマ変換部からの出力である光信号Ｒγ，Ｇγ，Ｂγ（各１９ビット）と、桁数検出部４０からの出力であるビット数情報Ｍ（４ビット）を入力とし、光信号の仮数Ｒｓ，Ｇｓ，Ｂｓ（各９ビット）を出力する。光信号Ｒγ，Ｇγ，Ｂγの下位から数えてｉ番目のビットをＲγ（ｉ）［ｉ＝１〜１９］、仮数Ｒｓ，Ｇｓ，Ｂｓので下位から数えてｊ番目のビットをＲｓ（ｊ）［ｊ＝１〜９］と表記すると、赤（Ｒγ，Ｒｓ）を例として、（１７）式となる。この（１７）式により得られた仮数Ｒｓ，Ｇｓ，Ｂｓを、３×３マトリクス部２０に出力する。

【0073】

【数17】

【0074】

３×３マトリクス部２０は、光信号の仮数Ｒｓ，Ｇｓ，Ｂｓ（９ビット）を入力とし、リニアマトリクスによる色度変換処理を行って、映像信号規格の異なる光信号の仮数Ｒｍ，Ｇｍ，Ｂｍ（１２ビット）を出力する。本発明の映像変換処理装置における、リニアマトリクスによる色度変換処理は、仮数から仮数への変換であり、処理のビット数が従来（図３、図８）より削減される。ここでは、BT.2020からBT.709への変換式を例に説明する。なお、他の映像信号規格への変換の場合も、リニアマトリクス（変換式）の係数が異なるだけで、信号処理は同様である。

【0075】

入力信号はＲｓ，Ｇｓ，Ｂｓ（各９ビット：0〜511の整数）、出力信号はＲｍ，Ｇｍ，Ｂｍ（各１２ビット：0〜4095だが、2048〜4095は−2048〜0を意味する）であるが、まず中間の変数として、次の（１８）式でＲｔ，Ｇｔ，Ｂｔ（実数）を定義する。（１８）式のマトリクスは、（３）式のマトリクスと同じである。

【0076】

【数18】

【0077】

このＲｔ，Ｇｔ，Ｂｔを用いて、Ｒｍ，Ｇｍ，Ｂｍを表すことができる。例として、Ｒｍは（１９）式のように表される。Ｇｍ，Ｂｍも同様である。なお、（１９）式は、Ｒｔが負の数のとき、２の補数で表記することを示している。

【0078】

【数19】

ここで[x]とはｘを超えない整数値である。

【0079】

ガンマ変換部３１〜３３は、光信号を映像信号に変換するために、例えば、（４）式に示す変換関数に基づいてガンマ変換（ガンマ補正）を行う。入力信号は光信号の仮数Ｒｍ，Ｇｍ，Ｂｍ（各１２ビット：0〜4095だが、2048〜4095は−2048〜0を意味する）とビット数情報Ｍ（４ビット：0〜10の整数）、出力信号は映像信号Ｒｏ，Ｇｏ，Ｂｏ（各１２ビット：0〜4095の整数）であるが、中間値として図８のガンマ変換部の入力値と同じＲｖ，Ｇｖ，Ｂｖ（各２１ビット：−1048575〜1048575の整数）を求める。

【0080】

仮数Ｒｍ，Ｇｍ，Ｂｍの下位から数えてｉ番目のビットをＲｍ（ｉ），Ｇｍ（ｉ），Ｂｍ（ｉ）とし、Ｒｖ，Ｇｖ，Ｂｖの下位から数えてｊ番目のビットをＲｖ（ｊ），Ｇｖ（ｊ），Ｂｖ（ｊ）と表記したとき、赤（Ｒ）を例とすると、Ｒｖ（ｊ）は、Ｒｍ（ｉ）を用いて、次の（２０）式の関係で表せる。なお、ｊ＝２０〜２０−Ｍが０の場合は正の数、１の場合は負の数（２の補数処理）を意味する。Ｇｖ（ｊ），Ｂｖ（ｊ）も同様である。

【0081】

【数20】

【0082】

（２０）式を用いて図８の光信号出力と等価な信号Ｒｖ，Ｇｖ，Ｂｖ（２１ビット）を作成することにより、図１のガンマ変換部３１〜３３を図８のガンマ変換部３１〜３３と同じ構成とすることができ、出力信号Ｒｏ，Ｇｏ，Ｂｏ（各１２ビット：0〜4095の整数）が得られ、これが出力映像信号となる。

【0083】

ＡＲＩＢ標準規格ＳＴＤ−Ｂ６７を例に、ガンマ変換の具体的な計算を説明する。基本的な変換式は（４）式である。Ｅの最大値をEmaxとするとき、（２１）式でE'maxを定義する。

【0084】

【数21】

（ａ，ｂ，ｃは、（４）式と同じ。）

【0085】

赤（Ｒ）を例とすると、Ｒｖは２１ビット、Ｒｏは１２ビットの信号であるから、ＥとＲｖの関係、Ｅ’とＲｏの関係は、それぞれ（２２）式、（２３）式で表される。緑（Ｇ）、青（Ｂ）も同様である。

【0086】

【数22】

【0087】

【数23】

【0088】

各ガンマ変換部３１〜３３の処理内容は、（２０）式を用いて信号Ｒｖ，Ｇｖ，Ｂｖを作成し、これを（２２）式で正規化された光信号Ｅとし、（４）式に基づいて正規化された映像信号Ｅ’に変換する。その後、（２３）式により１２ビットの映像信号Ｒｏ，Ｇｏ，Ｂｏを出力することと等価である。

【0089】

以上のとおり、仮数Ｌとビット数情報Ｍを用いることにより、３×３マトリクス部２０は最大１２ビットの計算処理に対応すれば良く、ＨＤＲの信号に対しても、ハードウェア構成を格別大きくすることなく、映像変換処理装置を構成できる。なお、本発明は、ＨＤＲの信号の色度変換に限られず、ＳＤＲの信号の色度変換にも適用可能であるが、ＳＤＲの信号は元の光信号のビット数が少ないため（図３を参照）、本発明による効果は比較的小さい。したがって、本発明は、ＨＤＲの信号の色度変換に適用することが好ましい。

【0090】

（第２の実施例）
図２に、本発明の第２の実施例の映像変換処理装置のブロック図を示す。

【0091】

図２の映像変換処理装置２００は、逆ガンマ変換部１１，１２，１３と、桁数検出部６０と、仮数部５１，５２，５３と、３×３マトリクス部２０と、ガンマ変換部３１，３２，３３とを備える。第１の実施例と異なるのは、桁数検出部６０の処理のみで、第１の実施例では逆ガンマ変換部の出力で行っていた最大値検出を、第２の実施例では、映像信号入力で行っている。以下、各ブロックの入出力及び処理について説明するが、第１の実施例と同じ部分は、説明を省略又は簡略にする。

【0092】

逆ガンマ変換部１１〜１３は、図１の逆ガンマ変換部１１〜１３と同じであり、映像信号（１２ビット）から光信号（入力光に対し線形関係にある信号、１９ビット）へ、（１５）式の変換を行う。

【0093】

桁数検出部６０は、映像信号Ｒｉ，Ｇｉ，Ｂｉを入力とし、ビット数情報Ｍを出力する。ビット数情報Ｍは次のとおり算出する。まず、次の（２４）式でＲｉ_Nを定義する。このＲｉ_Nは、図７において、光信号（Ｒγ）が２^Nとなるときの入力映像信号（Ｒｉ）の値を意味する。Ｇｉ_N，Ｂｉ_Nも同様に定義する。

【0094】

【数24】

【0095】

これを用いて、次の（２５）式を満足するＮを求める。（２５）式は、（７）式と等価であり、入力映像信号Ｒｉから、（７）式のＮを求めることに相当する。

【0096】

【数25】

【0097】

その後、このＮから、（１６）式を用いてビット数情報Ｍを計算する。

【0098】

仮数部５１〜５３は、逆ガンマ変換部からの出力である光信号Ｒγ，Ｇγ，Ｂγ（各１９ビット）と、桁数検出部６０からの出力であるビット数情報Ｍ（４ビット）を入力とし、光信号の仮数Ｒｓ，Ｇｓ，Ｂｓ（各９ビット）を出力する。その内部処理は、図１の仮数部５１〜５３と同じである。

【0099】

この処理以降については、第１の実施例と同じである。すなわち、３×３マトリクス部２０は、光信号の仮数Ｒｓ，Ｇｓ，Ｂｓ（９ビット）を入力とし、リニアマトリクスによる色変換処理を行って、映像信号規格の異なる光信号の仮数Ｒｍ，Ｇｍ，Ｂｍ（１２ビット）を出力する。

【0100】

また、ガンマ変換部３１〜３３は、光信号の仮数Ｒｍ，Ｇｍ，Ｂｍ（１２ビット）とビット数情報Ｍ（４ビット）を入力信号とし、映像信号Ｒｏ，Ｇｏ，Ｂｏ（１２ビット）を出力信号として、例えば、（４）式に示すガンマ変換（ガンマ補正）を行う。

【0101】

以上のとおり、第２の実施例は、映像信号入力から求めたビット数情報Ｍと仮数Ｌを用いることにより、第１の実施例と同様に、ＨＤＲの信号に対しても、ハードウェア構成を格別大きくすることなく、映像変換処理装置を構成できる。

【0102】

上述の実施形態は代表的な例として説明したが、本発明の趣旨及び範囲内で、多くの変更及び置換ができることは当業者に明らかである。したがって、本発明は、上述の実施形態によって制限するものと解するべきではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。例えば、実施形態に記載の複数の構成ブロックを１つに組み合わせたり、あるいは１つの構成ブロックを分割したりすることが可能である。また、実施形態で示した各信号のビット数は例示であり、映像信号規格が異なれば、また異なるビット数となる。

【符号の説明】

【0103】

１１，１２，１３ 逆ガンマ変換部
２０ ３×３マトリクス部
３１，３２，３３ ガンマ変換部
５１，５２，５３ 仮数部
４０，６０ 桁数検出部
１００，２００，３００，３１０ 映像変換処理装置

【要約】      （修正有）

【課題】リニアマトリクスによる色度変換処理のビット数を削減した映像変換処理装置を提供する。
【解決手段】色度変換を行う映像変換処理装置１００は、逆ガンマ変換部１１、１２、１３と、桁数検出部４０と、仮数部５１、５２、５３と、３×３マトリクス部と、ガンマ変換部３１、３２、３３とを備える。入力映像信号から変換された入力光に比例する信号を、仮数とビット数情報とにより表記し、前記入力光に比例する信号の仮数とリニアマトリクス２０に基づいて色度変換の演算処理を行い、色度変換処理された仮数と前記ビット数除法に基づいて出力映像信号を算出することを特徴とする。
【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】