视频信号数字处理的装置和方法及所用的信息存储媒体 本发明涉及视频信号数字处理的装置、视频信号数字处理用的信息存储媒体及视频信号数字处理方法。特别是涉及例如以简单的结构或处理步骤对彩色视频信号进行数字处理，使用取入的图像数据进行图像处理用的装置、信息存储媒体及方法。
向来，作为将彩色图像信号以数字方式取入、进行存储处理用的视频信号数字处理的装置，已知有图9所示的电路。这种视频信号数字处理的装置由同步分离电路1、副载波发生电路2、辉度-色调分离电路3、移相电路4、色差解调电路5r、5g、5b、加法电路6r、6g、6b、对红(R)、绿(G)、蓝(B)三原色的R、G、B信号的每一种进行模拟数字(A/D)变换的A/D转换器7r、7g、7b，以及内藏图像存储器的图像处理系统8构成。
而同步分离电路1一旦得到彩色视频信号(所谓复合信号或视频复合信号)，即分离为复合同步信号、脉冲标志(包含于彩色脉冲信号中)和Y/C信号三种信号，将复合同步信号直接提供给图像处理系统8，同时将脉冲标志提供给副载波发生电路，将辉度-色调信号给予辉度-色调分离电路3。辉度-色调分离电路3将色调(C)信号提供给色差解调电路5r、5g、5b，同时把辉度(Y)信号提供给加法电路6r、6g、6b。副载波发生电路根据脉冲发生标志发生副载波信号(即脉冲相位信号)，提供给移相电路4。移相电路4根据脉冲相位信号将比彩色脉冲信号延迟90度的相位信号提供给色差解调电路5r，同时将延迟235.8度的相位信号提供给色差解调电路5g，再将延迟180度的相位信号提供给色差解调电路5b，各色差解调电路5r、5g、5b根据C信号与相位信号分别发生色差信号R-Y、G-Y、B-Y，提供给相应地加法电路6r、6g、6b。加法电路6r、6g、6b将辉度(Y)信号与各色差信号R-Y、G-Y、B-Y相加，以此分别发生R信号、G信号、B信号，提供给对应的A/D转换器7r、7g、7b。A/D转换器7r、7g、7b对R信号、G信号、B信号各信号分别进行A/D变换，以此发生与各色信号对应的数字(色数据)，提供给图像处理系统8，在内藏于图像处理系统8的图像存储器(或帧缓存器)中分别存储R、G、B。
图9所示的已有技术由模拟电路构成辉度-色调分离电路3、移相电路4、色差解调电路5r、5g、5b，而且A/D转换器设有7r、7g、7b三个系统，因此电路结构极其复杂，价格高昂。所以已有的视频信号数字处理系统是面向狂热者，而不适于向一般家庭以能够普及的价格销售。而且模拟电路部分不能进行数字处理，因而程序(软件)处理有困难。
因此，本发明的主要目的是，提供能够以简单、便宜的结构将彩色视频信号变换成容易进行数字处理的数据格式取入的视频信号数字处理装置，提供用于视频信号的数字处理的信息记录媒体及视频信号的数字处理方法。
本发明的视频信号数字处理装置是对彩色视频信号以数字方式进行处理再提供给显示手段的装置，其特征在于，具备将彩色视频信号变换为数字信号的模拟数字变换手段、存储与1个画面的多个像素对应的辉度信号的数字值的第1暂时存储手段、存储与1个画面的多个像素对应的三原色的色数据的数字值的第2暂时存储手段、辉度数据提取手段、读入时刻指定手段、色数据提取手段、写入控制手段，以及读出控制手段。而辉度数据提取手段在彩色视频信号以帧单位变化的移动图像期间利用模拟数字变换手段从数字信号中提取黑白图像的辉度。读入时刻指定手段在彩色视频信号中指定应读入色数据的时刻。色数据提取手段从读入时刻指定手段指定的时刻的彩色视频信号中对每一种颜色提取三原色的色数据的数字值。写入控制手段在读入时刻指定手段指定之前将辉度信号提取手段提取的每一帧的辉度信号的数字值按帧扫描顺序写入第1暂时存储手段，在读入时刻指定手段指定读入时刻时，将色数据提取手段提取的不同颜色的色数据写入第2暂时存储手段。读出控制手段依序读出第1暂时存储手段存储的每一帧的辉度数据提供给显示手段，以此从黑白画面显示移动图像，依序读出第2暂时存储手段存储的某一帧的不同颜色的色数据提供给显示手段，借助于此以彩色画面显示静止图像。
本发明的视频信号的数字处理用的信息存储媒体是具备将彩色视频信号变换为数字信号的模拟-数字变换手段、存储对应于1个画面的多个像素的辉度信号的数字值的第1暂时存储手段、存储与1个画面的多个像素对应的三原色的色数据的数字值的第2暂时存储手段，以及信息处理手段(CPU)，并且对彩色视频信号以数字方式处理再提供给显示手段用的视频信号数字处理装置使用的信息存储媒体，其特征在于，信息存储媒体被信息处理手段处理的程序存储着辉度数据提取程序、读入时刻指定程序、色数据提取程序、第1写入程序、第2写入程序、第1读出程序，以及第2读出程序。而辉度数据提取程序能够起如下的作用，即利用信息处理手段进行的处理，在彩色视频信号以帧单位变化的移动图像期间，从由模拟数字变换手段变换过的数字信号中提取黑白图像的辉度。读入时刻指定程序起在彩色视频信号中指定应该读入色数据的时刻的作用。色数据提取程序起从读入时刻指定手段指定的时刻的彩色视频信号对每一种颜色提取三原色的色数据的数字值的作用。第1写入程序起着在读入时刻指定程序指定色数据的读入之前将利用以辉度信号提取程序为依据的处理提取的各帧的辉度信号的数字值按帧扫描顺序写入上述第1暂时存储手段的作用。第2写入程序起着在读入时刻指定程序指定读入时刻时将利用以色数据提取程序为依据的处理提取的各色的色数据写入第2暂时存储手段的作用。第1读出程序起着依序读出第1暂时存储手段存储的各帧的辉度数据提供给显示手段，借助于此以黑白画面显示移动图像的作用。第2读出程序起着依序读出第2暂时存储手段存储的或是帧的各种颜色的色数据提供给显示手段，借助于此以彩色画面显示静止图像的作用。
采用本发明，可以得到在将彩色视频信号变换为容易进行数字处理的数字格式取入的情况下，能够实现以简单而且廉价的结构的视频信号数字处理装置，用于视频信号的数字处理的信息记录媒体及视频信号数字处理方法。又，由于是可编程序的，可以对每一应用软件或游戏软件实施与用途相应的解调处理。
图1是说明本发明一实施例的视频信号数字处理装置的原理用的方框图。
图2是本发明其他实施例的由程序处理实现的情况下的主程序的流程图。
图3是表示切出1行进行处理的详细子程序的流程图。
图4是表示1行的变换处理的详细子程序的流程图。
图5是表示辉度的检测处理的详细子程序的流程图。
图6是表示脉冲基准信号的检测处理的子程序的流程图。
图7是表示零相位的检测处理子程序的流程图。
图8是表示色调-彩度的检测处理的子程序的流程图。
图9是已有的彩色视频信号数字处理装置的方框图。
图1是用于说明本发明的原理的方框图。在图1中，由电视接收的广播电波的图像或摄像机拍摄的图像或录像机重放的图像等彩色视频信号(下面简称“视频信号”)被输入同步分离电路11。同步分离电路11根据视频信号分离成复合同步信号(水平同步信号、垂直同步信号)和此外的其他信号(彩色脉冲信号、辉度信号、色调信号等)，将复合同步信号提供给输入控制电路12，同时将其他信号提供给模拟/数字(A/D)变换电路13。输入控制电路12根据CPU14来的控制信号发生取样时钟信号fs提供给A/D变换电路13，同时发生从复合同步信号提取出的水平同步信号Hsync。该取样时钟信号fs被选择为例如彩色脉冲信号(3.58MHz)的4倍的频率。A/D变换电路13与取样时钟信号fs同步对视频信号进行A/D变换，将视频信号的数字值提供给传输缓存器15，使其以先入先出的模式存储。传输缓存器15具有存储与2行份额的像素数目(dot)对应的视频信号的数字值的存储容量，根据CPU14的控制，以先入先出的模式读出，将视频信号的数字值提供给视频缓存器(下称“V缓存器”)16。V缓存器16具有存储与1个画面份额的像素数目对应的视频信号的数字值的存储容量，与取样频率同步、只累积1个画面份额地存储从传输缓存器15传输来的像数单元的数字值。
但是，本发明中，对于输入的视频信号每一帧的变化产生的移动图像，在黑白画面的状态下利用在彩色CRT显示器(下称CRT)上显示，减少处理数据量状态下，让使用者看到影像或图像。然后，在使用者利用读入指示开关的操作或利用鼠标器选择表示读入决定的图标去选择所希望的画面时，读入彩色画面显示用的图像数据，并且在下述彩色画面用纹理(texture)缓存器(下称“CT缓存器”)28存储1个画面份额的图像数据，取入彩色画面形成的静止画面的图像数据。为此，V缓存器16的后级电路结构如下所述，进行下述动作。
在使用者选择所希望的画面这前，CPU14没有给出读入命令，因此写入控制电路17预先如图所示将总线切换开关18a及18b切换到上侧。在这种状态下，存储于V缓存器16的一个画面份额的视频信号的数字值按照构成一个画面的像素顺序被读出，提供给黑电平检测电路19及辉度信号检测电路20。黑电平检测电路19将水平消隐(blanking)信号的辉度电平作为黑电平(基准电平)提供给辉度信号检测电路20。辉度信号检测电路20以黑电平为基准根据从V缓存器16读出的视频信号中的每一像素的数字值求辉度信号的数字值(即辉度数据；例如8位)。通过总线切换开关18a将该辉度数据提供给黑白画面用的纹理缓存器(下称“WT缓存器”)21。WT缓存器21对每一像素(dot)存储8位的辉度数据，具有一个画面份额的存储容量。例如，用于确认图像取入的黑白图像显示，是CRT显示器的显示画面中的一部分，纵横如果以232像素(dot)×192像素的尺寸显示，则WT缓存器21需要232×192(=44544)字节的容量。于是，WT缓存器21根据写入控制电路17提供的写入地址依序存储辉度数据，以此存储1个画面份额的辉度数据。
该WT缓存器21中存储的辉度数据根据读出控制电路22的读出控制在垂直消隐期间里被读出，被写入视频RAM29。视频RAM29中存储的辉度数据与CRT的水平扫描同步地被读出，由D/A变换电路31变换成模拟信号的辉度信号，由解码器或复合视频信号发生电路32变换为复合视频信号，被送到CRT作为黑白移动图像显示。
使用者看CRT上显示的影像或图像，在所要的图像显示时操作鼠标器，选择指示读入决定的图标。与此相应，一旦CPU14将读入命令给予读入控制电路17，读入控制电路17在V缓存器16的1帧份额的数据读出所需要的时间里将总线切换开关18a及18b切换到下侧。以此将黑白图像数据处理系统(WT缓存器21)断开，使彩色图像数据处理系统被激活。在这种状态下，V缓冲器16存储的1个画面份额的视频信号的数字值按照构成1个画面的像素顺序被读出，传送给脉冲信号检测电路23及色信号检测电路24。脉冲信号检测电路23检测出脉冲信号，提供给相位检测电路25。相位检测电路25依据脉冲信号发生基准的相位信号，提供给色信号检测电路24。色信号检测电路24依据与色调对应的的相位信号，从V缓冲器16提供的色饱和度信号中产生表示包饱和度信号和矢量值的数据，提供给色调-彩度检测电路26。色调-彩度检测电路26依据表示色饱和度信号的矢量值的数据检测出色调数据与彩度数据，提供给RGB变换电路27。RGB变换电路27依据辉度信号检测电路20提供的辉度数据、色调数据与彩度数据，计算出R信号、G信号、B信号各自的数字值(5位)，将R信号、G信号、B信号各自的数字数据提供给CT缓存器28。CT缓存器28选用具有对于每一像素的R、G、B数据(各5位，每一像素2字节)存储一个画面份额的存储容量的缓冲器。于是，CT缓存器28按照写入控制电路17提供的写入地址顺序依序存储1个画面份额的各像素的R数据、G数据及B数据。
该CT缓存器28存储的R、G、B各色数据根据读出控制电路22的读出控制在垂直消隐期间被读出，被写入视频RAM29。视频RAM29存储的R、G、B各色数据与CRT的水平扫描同步被读出，由D/A转换器31变换为模拟信号的R、G、B信号，由解码器或复合视频信号发生电路32变换为复合视频信号，提供给CRT作为彩色的静止画面显示。
这时，只要能够在程序上对于，是显示彩色的取入图像，以取代用于确认取入图像的显示画面(换句话说，时间分配地切换显示时间进行显示)，还是缩小各画面的尺寸，在1个画面中偏开显示位置进行显示，(换句话说，进行窗口显示)进行选择即可。也就是说，以使用者容易看、容易使用的模式显示或切换显示即可。然后，读入CT缓存器28的彩色的静止画面被选择出1个画面中的任意大小(例如人或动物的面孔或头部或身体的一部分等)，切出该部分的色数据，用于与别的人物或动物的身体合成或附加于其上进行显示。
下面对利用程序处理以软件方式实现本发明的技术思想的情况下的具体实施例加以说明。在这种情况下，同步分离电路11、输入输出控制电路12、A/D转换器13、传输缓存器15以硬件电路构成作为控制装置，与CPU14关联设置，而V缓存器16、WT缓存器21及CT缓存器28用大容量的可写入、读出的存储器(RAM)构成。还有，与写入控制电路17、总线切换开关18a及18b、黑电平检测电路19、辉度信号检测电路20、读出控制电路22、脉冲信号检测电路23、色信号检测电路24、相位检测电路25、色调-彩度检测电路26及RGB变换电路27相同的功能，利用程序数据构成，由CPU14对这些程序数据进行处理以进行图2～图8所示的流程图的动作。
图2是本发明利用其他实施例的程序处理实现的情况下的主程序的流程图。首先说明将黑白图像数据写入W缓存器21的处理。
(将移动图像作为黑白图像数据取入的处理)
在步骤(图中以S表示)1中，进行将1行份额的彩色视频信号作为黑白图像信号切出处理。该1行份额的视频信号的切出处理，相当于将1行份额写入图1实施例的传输缓存器15的处理用的视频信号的数据读入，由下述图3所示的子程序完成。在步骤2，进行水平同步信号期间(图3右上方的①～②；以下简称“H(水平)电平”)的跳跃处理(飞越处理)。在步骤3，进行将水平消隐信号的辉度电平作为黑电平(基准电平)检测的处理。在下一步骤4的脉冲信号的检测处理，在黑白图像数据处理的情况下被省略，进入下一步骤5。在步骤5，对1行份额的图像数据进行变换处理。该处理由下述图4所示的子程序完成。在接着的步骤6，判断视频信号的最后一行份额的处理是否结束，如果没有处理完最后一行，就返回步骤1，反复进行步骤1～6的动作直到完成最后一行的处理。
图3是步骤1的进行1行切出处理的详细的子程序的流程图。1行切出处理的进行如下所述。在步骤11，进行对H(水平)电平的开始点(流程图右边所示的波形图①的部分)的检测。在步骤12，进行对H(水平)电平的终止点(流程图右边所示的波形图②的部分)的检测。在步骤13，对H(水平)电平的终止点进行检测后，以一定的周期进行取样处理，进行将所取样的黑白视频信号传输缓存器15的写入处理。在步骤14，对下一H(水平)电平的开始点(流程图右边所示的波形图③的部分)进行检测，在下一步骤15进行过度取样滤波处理(换句话说，就是将图3的步骤15右侧的波形图上边所示的取样间隔插补为下边所示的取样间隔的处理)后，返回步骤2。
图4是表示步骤5中的1行变换处理的详细子程序的流程图。1行变换处理按照下述处理进行。也就是说，在步骤21，取入(读入)A/D变换过的水平方向的1像素份额的视频信号的取样。在步骤22，进行辉度的检测处理。该辉度检测处理利用图5所示的子程序的执行来完成。下面的步骤23所示的色调及色彩的检测处理及步骤24所示的变换为RGB值的变换处理，在将黑白图像数据写入WT缓存器21的情况下被省略(也就是说，程序不要了)。然后，在步骤25，判断1行份额的处理是否终止，在1行份额的处理尚未终止的情况下反复进行步骤21、22和25，一旦1行份额的处理终止，即返回主程序的步骤6。
图5是表示步骤22的辉度的检测处理的详细子程序的流程图。辉度的检测处理根据下面的处理进行。亦即，在步骤31，求像素取样的辉度电平的平均值P。在步骤32，进行减法处理，将辉度电平的平均值P减去黑电平b(P-b=A)。在步骤33，进行相对于辉度基准电平(B)的定标处理(即A÷B的运算处理)，以此进行色饱和度-辉度信号的检测处理。然后进入图4的步骤23。
在1个帧的期间进行上述处理，以此将1个画面份额的辉度数据写入与显示画面的像素位置对应的地址在WT缓存器21的存储区。对于读出控制，则与图1中所说明的动作相同，利用硬件电路进行。
在这种状态下，黑白图像的移动图像被显示于CRT，而使用者看到想取入的、所希望的图像时，操作键盘、鼠标器或游戏机用的操作器等输入装置进行图像取入指示。与此相应，用于将彩色图像数据写入CT缓存器28的处理进行如下。
(将1个画面份额的静止图像作为彩色图像数据取入的处理)
下面对彩色视频信号的取入处理、换句话说就是将彩色图像数据写入CT缓存器28的写入处理加以说明。彩色视频信号的取入处理是，作为上述步骤4的脉冲检测处理进行图6所示的脉冲检测子程序的处理及图7所示的零相位检测子程序的处理，同时，作为上述步骤23的色调-彩度的检测处理进行图8所示的子程序的处理。
具体地说，在步骤1，切出1行份额的彩色视频信号。该1行份额的视频信号的切出处理利用图4所示的子程序完成，而由于与黑白视频信号的情况相同，故省略相同的部分的说明，只对不同点进行说明。在步骤2，进行H(水平)电平的跳跃处理。在步骤3，进行黑电平的检测处理。在步骤4，进行脉冲信号的检测处理。具体地说，进行图6及图7所示的处理。
下面参照图6对脉冲基准信号的检测处理子程序加以说明。在步骤41，进行对H(水平)电平的终止点的检测。在步骤42，判断是否脱离黑电平的信号，如果是脱离的信号，就等待没有脱离的信号到来，一旦没有脱离的信号到来，就进入下一步骤43。在步骤43，开始进行脉冲信号的取入。在步骤44，判断是否脱离黑电平的信号，如果不是脱离的信号，就等待脱离的信号到来，一旦脱离的信号到来，就进入下一步骤45。在步骤45，脉冲信号的取入终止。借助于此，在脉冲信号期间里，进行脉冲信号的取入。在步骤46，判断能否得到最低限度以上的波形。在不能得到的情况下，在下一步骤47发出警告，在能得到的情况下，在步骤48检测位相为零的位置。
位相为零的位置的检测，如图7所示，在步骤51判断是否在黑电平以下，如果是在黑电平以上，则等待其变成黑电平以下，一旦变成黑电平以下，就进入下一步骤52。在步骤52，判断是否在黑电平以上，如果是在黑电平以下，就等待其变成黑电平以上，一旦变成黑电平以上，就判断为是0相位。在下一步骤53，返回现在位置。然后，在步骤49，基准信号表在1周期里被取入。在接着的步骤50，变成脉冲终止位置即零相位，返回主程序的步骤5。然后，在步骤5，进行1份额的变换处理，具体地说，进行图5所示的子程序的处理。
1行变换处理利用图4的子程序所示的处理进行。在步骤21，进行A/D变换过的水平方向1个像素份额的视频信号的取样的取入(读入)。在步骤22，进行辉度的检测处理。这辉度检测处理借助于实行图5所示的子程序来完成。在接着的步骤23所示的色调及彩度的检测处理借助于处理图8所示的子程序进行。
也就是说，在步骤61，以色矢量的角度为依据检测色调。在步骤62，进行色矢量长度的计算()，以检测色调。在步骤63，进行色矢量的规一化处理。在步骤64，进行彩度的微调整之后，返回步骤4。在步骤24，以色调、彩度和辉度各数据为依据分别求R信号、G信号、B信号的数字值。在步骤25，判断1行份额的处理是否已经终止。在1行份额的处理未终止的情况下，反复进行步骤21～25的动作，一旦1行份额的处理终止，即返回主程序的步骤6。在步骤6，判断视频信号的最后一行份额的处理是否已经终止，如果尚未处理完最后一行，在返回步骤1，反复进行步骤1～6的动作，直到最后一行的处理完成。
利用上述处理，将1帧份额的静止图像的彩色图像数据写入CT缓存器28。读出CT缓存器28的存储数据，显示彩色静止图像情况下的动作与图1实施例的硬件电路的动作相同。
由于进行上面说明的图2-图8所示的流程图的处理，图1实施例的硬件电路的功能利用程序处理也能实现。在利用软件处理的情况下，移动图像情况下作为黑白图像信号取入，作为黑白图像数据写入WT缓存器21，因此与作为彩色视频信号的移动图像取入的情况相比，可以减少数据的处理量，以较少的处理步骤实现处理，提供处理效率，也有减轻CPU负担的效果。