BRPI0714172A2 - mÉtodo e aparelho de processamento de imagem, programa de processamento de imagem e meio armazenador que armazena o programa - Google Patents
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Abstract
MÉTODO E APARELHO DE PROCESSAMENTO DE IMAGEM, PROGRAMA DE PROCESSAMENTO DE IMAGEM E MEIO ARMAZENADOR QUE ARMAZENA O PROGRAMA. A presente invenção refere-se a um método de processamento e imagem que inclui determinar uma primeira largura de banda com base os dados de imagem original; computar uma matriz de coeficientes de filtro para implementar características de frequência correspondendo a uma limitação de banda usando a primeira largura de banda; gerar primeiros dados da imagem filtrada sujeitando os dados da imagem original a um processo de filtragem usando a primeira matriz de coeficiente de filtro; derivar um valor de estimação de qualidade da imagem objetiva dos primeiros dados da imagem filtrada, e computar um coeficiente de alocação usado para determinar uma largura de banda ótima, com base no valor de estimação de qualidade da imagem objetiva; determinar a largura de banda ótima correspondendo ao coeficiente de alocação computado referindo-se a uma tabela na qual uma relação de correspondência entre o coeficiente de alocação e a largura de banda ótima é definida; computar uma matriz de coeficientes de filtro ótimos para implementar as características de frequência correspondentes a uma limitação de banda usando a largura de banda ótima; e gerar dados da imagem filtrada ótimos sujeitando os dados da imagem original a um processo de filtragem usando a matriz de coeficientes de filtro ótimos.
Description
Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MÉTODO E APARELHO DE PROCESSAMENTO DE IMAGEM, PROGRAMA DE PRO- CESSAMENTO DE IMAGEM E MEIO ARMAZENADOR QUE ARMAZENA O PROGRAMA".
CAMPO TÉCNICO
A presente invenção refere-se a um método e a um aparelho correspondente para processamento de imagem, usado para executar uma operação de filtragem simplificada para transformar uma imagem original em uma imagem que possui um valor de estimação específico da imagem obje- tiva, e também se refere a um programa de processamento de imagem usa- do para implementar o método de processamento de imagem, e um meio de armazenamento legível por computador que armazena o programa.
A prioridade é reivindicada sobre o Pedido de Patente JP N2 2006-182931, depositado em 3 de julho de 2006, cujo teor é aqui incorpora- do por meio de referência. TÉCNICA ANTERIOR
Sabe-se que um pré-filtro, que com freqüência é usado em um pré-processo de codificação de vídeo, é eficiente na redução da distorção de bloco, ruído mosquito ou similares, acompanhados da codificação, aumen- tando, desta forma, a qualidade da imagem subjetiva. A largura de banda de passagem (denominada abaixo "largura de banda") do pré-filtro usado é limi- tada, de modo a reduzir o ruído incluído na imagem original e aumentar a eficiência de codificação. Todavia, se a largura de banda for reduzida em demasia, a qualidade da imagem é extremamente degradada. A figura 7 mostra um método de processamento de imagem que
inclui uma limitação de banda.
Conforme demonstrado na figura 7, no método de processamen- to de imagem que inclui a limitação de banda, primeiramente, os dados da imagem original B(1) são inseridos, e em seguida são convertidos em um componente de freqüência 1(1) (vide a etapa S100). O componente de fre- qüência 1(1) é submetido a uma limitação de banda usando uma largura de banda r1 (0<r1<1), de modo que o componente de freqüência I(r1) é obtido (vide a etapa S101). O componente de freqüência I(r1) é submetido à trans- formação de imagem, gerando desta forma dados da imagem filtrada B(r1) (vide a etapa S102).
Quando o dito processamento de imagem é aplicado a todos os quadros de uma imagem de vídeo usando uma largura de banda idêntica, a qualidade da imagem de cada quadro filtrado não é igual, porque cada qua- dro possui as características de freqüência individuais de cada imagem. Ou seja, uma imagem que possui uma quantidade volumosa de componentes de baixa freqüência possui apenas uma pequena diferença da imagem origi- nal e, portanto, a degradação nas qualidades da imagem objetiva e subjetiva é pequena. Todavia, em uma imagem que possui uma volumosa quantidade de componentes de freqüência elevada, as bordas ou similares são suaves e borradas, o que degrada extremamente as qualidades objetiva e subjetiva da imagem.
Em geral é usado um valor de estimação da imagem objetiva,
por exemplo, PSNR (Relação Sinal do Pico-Ruído). Com um dado nível de sinal (S) e nível de ruído (Ν), o PSNR é indicado pela seguinte fórmula:
PSNR= 20xlogi0(S/N)
Em um método para solucionar a questão acima, o controle de qualidade da imagem subjetiva e objetiva é executado por meio de uma limi- tação de banda do tipo "abaixo-assinado em círculo" que é aplicada à ima- gem.
A figura 8 mostra a estrutura de um aparelho gerador de imagem filtrada ótima 100 para gerar dados ótimos de imagem filtrada pela limitação de banda do tipo "abaixo-assinado em círculo".
Conforme demonstrado na figura 8, o aparelho gerador de ima- gem filtrada ótima 100 inclui uma unidade de entrada de dados da imagem original 101, uma unidade analisadora do componente de freqüência 102, uma unidade de seleção manual da largura de banda 103, uma unidade de limitação de banda 104, uma unidade geradora de dados da imagem 105, uma unidade de computação PSNR 106, uma unidade de julgamento da i- magem 107, e uma unidade de saída de dados da imagem de banda limita- da ótima 108.
A figura 9 mostra um método de processamento de imagem dos dados de imagem filtrada ótima através da realização da limitação de banda do tipo "abaixo-assinado em círculo", onde o método é executado no apare- Iho gerador de imagem filtrada ótima 100 dotado da estrutura acima.
No aparelho gerador de imagem filtrada ótima 100, primeiramen- te, os dados da imagem original B(1) são inseridos na unidade de entrada de dados de imagem original 101, sendo em seguida convertidos em um com- ponente de freqüência 1(1) na unidade analisadora do componente de fre- quência 102 (vide a etapa S200).
Em seguida, na unidade de seleção manual da largura de banda 103, uma largura de banda provisória r1 é selecionada de forma manual (vi- de a etapa S201). Em seguida, na unidade de limitação de banda 104, o componente de freqüência 1(1) convertido é submetido à limitação de banda usando a limitação de banda r1 selecionada, de modo a obter um compo- nente de freqüência I(r1)(vide a etapa S202).
Em seguida, na unidade geradora de dados da imagem 105, o componente de freqüência I(r1) é submetido a uma transformação da ima- gem, gerando desta forma os dados da imagem B(r1) (vide a etapa S301). Na unidade de computação PSNR 106, os dados da imagem original B(1) são comparados aos dados da imagem B(r1), de modo a computar PSNR (r1) (indicado pelo "P(r1)" abaixo) (vide a etapa S204).
Na unidade de julgamento da imagem 107, determina-se se o P(r1) computado possui ou não uma qualidade de imagem desejada (vide a etapa S205). Se possuir a qualidade de imagem desejada, a unidade de saí- da de dados da imagem de banda limitada ótima 108 produz os dados de imagem B(r1) como dados de imagem de banda limitada ótima (isto é, dados de imagem filtrada ótima) (vide a etapa S206).
Todavia, é raro que o P(r1) obtido no primeiro turno do processo possua uma qualidade de imagem desejada. Quando não possui a qualida- de de imagem desejada, a operação retorna ao processo (na etapa S201) executado pela unidade de seleção manual da largura de banda 103, e uma largura de banda (r2) é selecionada novamente, de modo que a imagem de banda limitada relevante possui uma qualidade mais próxima à qualidade de imagem desejada. Portanto, a limitação de banda, a geração da imagem e a computação PSNR são novamente executadas de forma semelhante.
Ou seja, a operação descrita acima é repetida N vezes até que a
qualidade de imagem desejada seja obtida, e uma largura de banda rN, que é finalmente obtida, é usada como uma largura de banda ótima para gerar dados de imagem B(rN) através da unidade de saída de dados da imagem de banda limitada ótima 108. Os dados da imagem gerada B(rN) são usados como dados de imagem de banda limitada ótima (isto é, dados de imagem filtrada ótima) (vide a etapa S206).
Todavia, no método acima, diversas imagens de vídeo e todos os quadros formados das mesmas são submetidos à filtragem, a qualidade da imagem objetiva e subjetiva de cada sinal de imagem obtido é estimada, e a operação relevante é repetida de forma "abaixo-assinado em círculo" até que uma qualidade de imagem idêntica seja obtida para todos os quadros das imagens de vídeo. Considerando-se a demanda de custo e de tempo, quando muitas imagens são processadas, o método acima é inadequado e impraticável.
A fim de solucionar o problema acima, em uma técnica conheci-
da (veja o Documento de Patente 1), o processamento da imagem é execu- tado pela obtenção de uma largura de banda ótima com base nos dados de codificação de uma imagem (vídeo).
A figura 10 mostra a estrutura de um aparelho gerador de ima- gem filtrada ótima 200 para gerar dados ótimos de imagem filtrada usando dados de codificação.
Conforme demonstrado na figura 10, o aparelho gerador de ima- gem filtrada ótima 200 inclui uma unidade de entrada de dados da imagem original 201, uma unidade analisadora do componente de freqüência 202, uma unidade de codificação de dados da imagem 203, uma unidade de de- terminação da largura de banda limitada ótima 204, uma unidade de limita- ção de banda 205, uma unidade geradora de dados da imagem 206 e uma unidade de saída de dados da imagem de banda limitada ótima 207.
A figura 11 mostra um método de processamento de imagem dos dados de imagem filtrada ótima usando dados de codificação, onde o método é executado no aparelho gerador de imagem filtrada ótima 200 do- tado da estrutura acima.
No aparelho gerador de imagem filtrada ótima 200, primeiramen- te, os dados da imagem original B(1) são inseridos na unidade de entrada de dados de imagem original 201, sendo em seguida convertidos em um com- ponente de freqüência 1(1) na unidade analisadora do componente de fre- quência 202 (vide a etapa S300).
Em seguida, na unidade de codificação dos dados da imagem 203, os dados de entrada da imagem original B(1) são codificados (vide a etapa S203). Com base na quantidade de códigos obtidos pela codificação relevante, uma largura de banda ótima r1 é determinada na unidade de de- terminação da largura de banda 204 (vide a etapa S302).
Na unidade de limitação de banda 205, o componente de fre- qüência 1(1) convertido é submetido à limitação de banda com o uso da lar- gura de banda determinada r1, de modo a obter um componente de fre- qüência I(r1) (vide a etapa S303). Na unidade geradora de dados da imagem 206, o componente de freqüência I(r1) é submetido à transformação da ima- gem, gerando desta forma dados de imagem B(r1) (vide a etapa S304).
Finalmente, os dados de imagem B(r1) são produzidos como dados de imagem de banda limitada ótima (isto é, dados de imagem filtrada ótima) a partir da unidade de saída de dados da imagem de banda limitada ótima 207 (vide a etapa S305).
De modo correspondente, no aparelho gerador de imagem filtra- da ótima 200 convencional, formado conforme demonstrado na figura 10, após a realização da codificação, uma largura de banda ótima é determinada com base nos dados de codificação obtidos pela codificação. Portanto, os dados da imagem filtrada ótima são obtidos sem a realização de uma opera- ção repetitiva, como é exigido no aparelho gerador de imagem filtrada ótima 100, formado como demonstra a figura 8. O Documento de Patente 1: Pedido de Patente Japonesa Não Examinada, N2 da Primeira Publicação H06-225276.
Certamente, de acordo com o aparelho gerador de imagem fil- trada ótima 200, formado conforme demonstrado na figura 10, os dados de imagem filtrada ótima podem ser gerados sem a realização de uma opera- ção repetitiva, como é exigido no aparelho gerador de imagem filtrada ótima 100, formado como demonstrado na figura 8.
Todavia, no aparelho gerador de imagem filtrada ótima 200 da figura 10, após a realização da codificação, a largura de banda ótima é de- terminada com base nos dados de codificação obtidos pela codificação.
No dito método que usa dados de codificação, um processo de limitação de banda e um processo de codificação são inseparáveis. Portan- to, mesmo se o usuário preferisse executar apenas o processo de pré- filtragem usando a largura de banda ótima, a codificação também se faz ne- cessária. Se a codificação também for executada após o processo de pré- filtragem, a codificação seria realizada duas vezes. Em particular, se o ta- manho da imagem for grande, é necessário um tempo de processamento considerável.
Em consideração à explanação acima, a fim de otimizar a Iargu- ra de banda para o pré-filtro, é preferível empregar um método que possa simplificar o processamento relevante, e que possa ser controlado de forma voluntária com o uso, por exemplo, do PSNR (como padrão para a estima- ção da qualidade da imagem objetiva), quando comparado ao método que usa dados de codificação (por exemplo, a quantidade de códigos). DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO
À luz das circunstâncias acima, um objetivo da presente inven- ção é fornecer uma técnica inédita de processamento de imagem, pela qual um processo de filtragem adaptativo para imagens pode ser realizado de forma automática sem a execução de um processo de codificação, de modo a implementar um processo de filtragem adaptativo simplificado, e todos os quadros de uma imagem de vídeo possuem uma elevada qualidade de ima- gem subjetiva e um valor idêntico de estimação da qualidade da imagem objetiva.
Portanto, a presente invenção fornece um aparelho de proces- samento de imagem que compreende: (1) um dispositivo para determinar a primeira largura de banda com base no tamanho da imagem dos dados da imagem original de entrada; (2) um dispositivo para computar uma primeira matriz de coeficientes de filtro para implementar as características de fre- qüência correspondendo a uma limitação de banda usando a primeira largu- ra de banda; (3) um dispositivo para gerar primeiros dados da imagem filtra- da sujeitando os dados da imagem original a um processo de filtragem u- sando uma primeira matriz de coeficientes de filtro; (4) um dispositivo para derivar um valor de estimação de qualidade da imagem objetiva dos primei- ros dados da imagem filtrada, e computar um coeficiente de alocação usado para determinar uma largura de banda ótima, com base no valor de estima- ção de qualidade da imagem objetiva; (5) um dispositivo para determinar uma largura de banda ótima correspondendo a um coeficiente de alocação computado referindo-se a uma tabela de determinação de largura de banda ótima na qual uma relação de correspondência entre o coeficiente de aloca- ção e a largura de banda ótima é definida; (6) um dispositivo para computar uma matriz de coeficiente de filtro ótimo para implementar as características de freqüência correspondendo a uma limitação de banda com o uso de uma determinada largura de banda ótima; e (7) um dispositivo para gerar dados de imagem filtrada ótima sujeitando os dados da imagem original a um pro- cesso de filtragem usando a matriz de coeficiente de filtro ótimo.
A estrutura acima pode empregar uma primeira tabela de deter- minação da largura de banda em que a relação de correspondência entre o tamanho da imagem e a primeira largura de banda é definida. No dito caso, o dispositivo para determinação da primeira largura de banda determina a primeira largura de banda correspondente ao tamanho da imagem dos da- dos da imagem original referindo-se à primeira tabela de determinação da largura de banda.
Além disso, uma pluralidade de tabelas de determinação da lar- gura de banda ótima pode ser fornecida em correspondência ao tamanho da imagem e ao valor de estimação alvo para a qualidade da imagem objetiva. No dito caso, o dispositivo para determinação da largura de banda ótima se- leciona a tabela de determinação da largura de banda ótima, que correspon- de ao tamanho da imagem dos dados da imagem original e a um valor de estimação almejado para a qualidade da imagem objetiva designado, e de- termina a largura de banda ótima correspondente ao coeficiente de alocação (computado pelo dispositivo de computação do coeficiente de alocação) re- ferindo-se à tabela de determinação da largura de banda ótima selecionada.
Um método de processamento de imagem da presente inven- ção, que é implantado quando os dispositivos descritos acima operam, tam- bém pode ser implantado com o uso de um programa de computador. O dito programa de computador pode ser fornecido armazenando-o em um meio de armazenamento legível por computador apropriado, ou via rede. Quando a presente invenção é implantada, o programa é instalado e opera em um dis- positivo de controle como uma CPU.
No aparelho de processamento de imagem implantado segundo a descrição acima, quando os dados da imagem original são inseridos, a primeira largura de banda de acordo com o tamanho da imagem dos dados da imagem original é determinada referindo-se, por exemplo, à primeira ta- bela de determinação da largura de banda.
Em seguida, é computada a primeira matriz do coeficiente do filtro para implementação das características de freqüência correspondentes a uma limitação de banda que usa a primeira largura de banda determinada, e os dados da imagem original são submetidos a um processo de filtragem que usa a primeira matriz de coeficiente de filtro computada, gerando desta forma os primeiros dados da imagem filtrada.
A seguir, em um exemplo em que um PSNR é usado como o valor de estimação da qualidade da imagem objetiva, é derivado um PSNR dos primeiros dados da imagem filtrada para os dados da imagem original, e com base neles, um PSNR, que é obtido quando não se aplica limitação de banda aos dados da imagem original, pode ser dividido pelo PSNR derivado acima, de modo a computar o coeficiente de alocação usado na determina- ção da largura de banda ótima.
Em seguida, a tabela de determinação da largura de banda óti- ma correspondente ao tamanho da imagem dos dados da imagem original e um PSNR alvo designado são selecionados, e a largura de banda ótima cor- respondente ao coeficiente de alocação computado é determinada referindo- se à tabela de determinação da largura de banda ótima.
A seguir, a matriz do coeficiente de filtro ótimo, para implemen- tação das características de freqüência correspondentes à limitação de ban- da usando a largura de banda ótima determinada, é computada, e os dados da imagem original são submetidos a um processo de filtragem que usa a matriz do coeficiente de filtro ótimo, gerando desta forma os dados da ima- gem filtrada ótima.
De acordo com a presente invenção, o processo de filtragem para a transformação de uma imagem original em uma imagem dotada de um valor de estimação específico da qualidade da imagem objetiva pode ser realizado automaticamente sem a realização do processo de codificação.
Portanto, de acordo com a presente invenção, é possível realizar de modo automático um processo de filtragem adaptativo, pelo qual todos os quadros de uma imagem de vídeo possuem uma elevada qualidade de ima- gem subjetiva e um valor de estimação idêntico para a qualidade da imagem objetiva. Assim, é possível realizar uma limitação de banda inteligente e simplificada.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
A figura 1 mostra um aparelho gerador de imagem filtrada ótima como uma modalidade da presente invenção.
A figura 2 é um diagrama usado para explanar a primeira tabela de determinação da largura de banda.
A figura 3 é um diagrama usado para explanar a tabela de de- terminação da largura de banda ótima. A figura 4 também é um diagrama usado para explanar a tabela
de determinação da largura de banda ótima.
A figura 5 é um fluxo operacional executado pelo aparelho gera- dor de imagem filtrada ótima da modalidade.
A figura 6 é um diagrama usado para explanar os resultados dos experimentos para obter uma relação de correspondência entre a largura de banda e o PSNR.
A figura 7 é um diagrama usado para explanar um método de
processamento de imagem que inclui uma limitação de banda.
A figura 8 mostra a estrutura de um aparelho gerador de imagem filtrada ótima para gerar dados de imagem filtrada ótima realizando a limita- ção de banda do tipo "abaixo-assinado em círculo". A figura 9 é um fluxo operacional executado pelo aparelho gera-
dor de imagem filtrada ótima para gerar dados de imagem filtrada ótima rea- lizando a limitação de banda do tipo "abaixo-assinado em círculo".
A figura 10 mostra a estrutura de um aparelho gerador de ima- gem filtrada ótima convencional. A figura 11 é um fluxo operacional executado pelo aparelho ge-
rador de imagem filtrada ótima convencional. MELHOR MODO DE EXECUTAR A INVENÇÃO
Abaixo a presente invenção será explicada em detalhes de a- cordo com uma modalidade. A figura 1 mostra um aparelho gerador de imagem filtrada ótima
1 como uma modalidade da presente invenção.
De acordo com o aparelho gerador de imagem filtrada ótima 1 da presente modalidade, um processo de filtragem adaptativa para imagens pode ser automaticamente realizado sem a execução do processo de codifi- cação, de modo que um processo de filtragem adaptativa simplificada é im- plantado e todos os quadros de uma imagem de vídeo possuem elevada qualidade de imagem subjetiva e um PSNR idêntico. Portanto, o aparelho gerador de imagem filtrada ótima 1 inclui uma primeira tabela de determina- ção de largura de banda 10 (efetivamente, uma unidade de armazenamento para armazenar uma primeira tabela de determinação de largura de banda); uma tabela de determinação da largura de banda ótima 11 (efetivamente, uma unidade de armazenamento para armazenar tabelas de determinação de largura de banda ótima); uma unidade de entrada de dados de imagem original 12; uma primeira unidade de determinação de largura de banda 13; uma primeira unidade de computação da matriz de coeficiente de filtro 14; uma primeira unidade de geração de dados de imagem filtrada 15; uma uni- dade de computação de coeficiente de alocação 16; uma unidade de sele- ção da tabela de determinação da largura de banda ótima 17; uma unidade de determinação da largura de banda ótima 18; uma unidade de computação de matriz de coeficiente de filtro ótimo 19; uma unidade de geração de dados de imagem filtrada ótima 20 e uma unidade de saída de dados de imagem filtrada ótima 21.
Conforme mostrado na figura 2, a primeira tabela de determina- ção de largura de banda 10 gerencia os dados de valor da primeira largura de banda r1 em associação com cada tamanho de imagem, onde a primeira largura de banda r1 é usada para processar uma imagem do tamanho de imagem correspondente. Por exemplo, a relação de correspondência entre o tamanho da imagem e a primeira largura de banda r1 é gerenciada de modo que a primeira largura de banda r1 é C1 para uma imagem dotada de um tamanho da imagem de 4096x2048 pixels e C2 para uma imagem dotada de um tamanho da imagem de 1920x1080 pixels. Aqui, a tabela é ajustada de tal modo que, quanto maior o tama-
nho da imagem, menor a primeira largura de banda r1. Portanto, os valores Ci da primeira largura de banda r1 mostrada na figura 2 possuem a seguinte relação:
0<C1<C2<C3<C4<C5<C6<C7<... <1 A primeira tabela de determinação de largura de banda 10 pos-
sui uma estrutura de tabela que mostra o valor da primeira largura de banda r1 para cada tamanho da imagem. Todavia, outra estrutura de tabela pode ser empregada, mostrando um valor da primeira largura de banda r1 para cada tamanho da imagem. Conforme mostrado na figura 3, na tabela de determinação da
largura de banda ótima 11, uma pluralidade de PSNRs alvos é atribuída a cada tamanho da imagem, e uma pluralidade de tabelas para todas as com- binações é fornecida. Conforme mostrado na figura 4, cada um das tabelas para cada PSNR alvo atribuído a um tamanho da imagem gerencia os dados do valor de uma largura de banda ótima r2 (usada para a implementação do PSNR alvo) atribuída a cada coeficiente de alocação X (explicado posterior- mente) circunscrito a sua faixa de valor.
Por exemplo, a relação de correspondência entre a faixa do coe- ficiente de alocação Xea largura de banda ótima r2 (usada para a imple- mentação do PSNR alvo) é gerenciada de modo que a largura de banda ó- tima r2 seja: Bi para cada coeficiente de alocação X circunscrito a uma faixa de X<A-i; B2 para cada coeficiente de alocação X circunscrito a uma faixa de Aí<X<A2; e B3 para cada coeficiente de alocação X circunscrito a uma faixa de A2<X<A3.
Ai (i=1 a n-1) possui a seguinte relação: 0< Ai <A2<A3<.. .<An-2<An-i De acordo com o ajuste, onde quanto maior o coeficiente de alo-
cação X, maior a largura de banda r2 ótima, a seguinte relação também é obtida:
O<B1<B2<B3<...<Bn-2<Bn-i<Bn<1
A unidade de entrada de dados da imagem original 12 recebe dados da imagem original B(1) para os quais são gerados dados de imagem filtrada ótima, e determina o tamanho da imagem V dos dados da imagem original B(1).
A primeira unidade de determinação de largura de banda 13 se refere à primeira tabela de determinação da largura de banda 10 usando o tamanho da imagem V (determinado pela unidade de entrada de dados da imagem original 12), como uma chave, de modo a determinar a primeira lar- gura de banda r1 definida em correspondência ao tamanho da imagem V.
A primeira unidade de computação da matriz do coeficiente de filtro 14 computa uma primeira matriz de coeficiente de filtro para implemen- tar as características de freqüência correspondentes à limitação de banda usando a primeira largura de banda r1 determinada pela primeira unidade de determinação da largura de banda 13. A primeira unidade de geração de dados de imagem filtrada 15 submete os dados da imagem original B(1) a um processo de filtragem que usa a primeira matriz de coeficiente de filtro, a qual é computada pela primei- ra unidade de computação da matriz do coeficiente de filtro 14, de modo a gerar os primeiros dados da imagem filtrada B(r1).
A unidade de computação de coeficiente de alocação 16 compa- ra os dados da imagem original B(1) com os primeiros dados da imagem filtrada B(r1) gerados pela primeira unidade de geração de dados de imagem filtrada 15, de modo a medir P(r1), que é um PSNR dos primeiros dados da imagem filtrada B(r1). A unidade de computação de coeficiente de alocação 16 computa o coeficiente de alocação X com base no P(r1).
A unidade de seleção da tabela de determinação da largura de banda ótima 17 seleciona uma das tabelas de determinação da largura de banda ótima 11, as quais são fornecidas em associação ao tamanho da i- magem e ao PSNR alvo, onde aquele selecionado corresponde ao tamanho da imagem V (determinado pela unidade de entrada de dados da imagem original 12) e o PSNR alvo que é designado pelo usuário. A unidade de sele- ção da tabela de determinação da largura de banda ótima 17 produz um número de ID atribuído à tabela selecionada. A unidade de determinação da largura de banda ótima 18 de-
termina a largura de banda ótima r2 referindo-se à tabela de determinação da largura de banda ótima 11, que é selecionada pela unidade de seleção da tabela de determinação da largura de banda ótima 17 e é indicada pelo nú- mero de ID, usando o coeficiente de alocação X (computado pela unidade de computação de coeficiente de alocação 16) como uma chave.
A unidade de computação de matriz de coeficiente de filtro ótimo 19 computa uma matriz do coeficiente de filtro ótima para implementação das características de freqüência correspondentes à limitação de banda u- sando a largura de banda ótima r2, que é determinada pela unidade de de- terminação da largura de banda ótima 18.
A unidade de geração de dados de imagem filtrada ótima 20 submete os dados da imagem filtrada B(1) a um processo de filtragem que usa a matriz do coeficiente de filtro ótimo computada pela unidade de com- putação de matriz de coeficiente de filtro ótimo 19, de modo a gerar dados da imagem filtrada ótima B(r2).
A unidade de saída de dados de imagem filtrada ótima 21 pro- duz os dados da imagem filtrada ótima pela unidade de geração de dados de imagem filtrada ótima 20.
A figura 5 mostra um fluxo operacional executado pelo aparelho gerador de imagem filtrada ótima 1 da presente modalidade, formado se- gundo a descrição acima. De acordo com o fluxo operacional, o processo realizado pelo
aparelho gerador de imagem filtrada ótima 1 da presente modalidade será explicado em detalhe.
Conforme mostrado no fluxo operacional da figura 5, quando o aparelho gerador de imagem filtrada ótima 1 recebe uma solicitação para a geração de dados da imagem filtrada ótima, os dados da imagem filtrada B(1), para os quais são gerados os dados da imagem filtrada ótima, são in- seridos no aparelho e o tamanho da imagem V da imagem original B(1) é determinado (vide a primeira etapa S10).
Na etapa seguinte S11, a primeira tabela de determinação da largura de banda 10 é indicada usando-se o tamanho da imagem V determi- nado como uma chave, de modo a determinar a primeira largura de banda, a qual é definida em correspondência ao tamanho da imagem V.
Se o tamanho da imagem V dos dados da imagem filtrada B(1), que foram manipulados no aparelho gerador de imagem filtrada ótima 1 da presente modalidade, for fixado para um tamanho predeterminado, não há necessidade da primeira tabela de determinação da largura de banda 10, e a primeira largura de banda r1, que é definida antecipadamente em corres- pondência ao tamanho fixado, é determinada.
Na etapa seguinte S12, a primeira matriz do coeficiente de filtro para implementação das características de freqüência correspondentes à limitação de banda usando a primeira largura de banda r1 determinada é computada. Na etapa seguinte S13, os dados da imagem original B(1) são submetidos ao processo de filtragem usando a primeira matriz do coeficiente de filtro computada, de modo que os primeiros dados da imagem filtrada B(r1) são gerados.
Na etapa seguinte S14, os dados da imagem original B(1) são
comparados com os primeiros dados da imagem filtrada original B(r1), de modo que P(r1), que é o PSNR dos primeiros dados da imagem filtrada B(r1), são medidos. Com base em P(r1), o coeficiente de alocação X é com- putado.
Por exemplo, o coeficiente de alocação X é computado usando
P(r1) do seguinte modo:
X = 51.2 / P(r1) ... Fórmula (I)
A figura 6 mostra os resultados dos experimentos para obtenção das relações de correspondência entre a largura de banda r e P(r) (valor PSNR), onde cinco diferentes imagens 1 a 5, cada uma delas com um tama- nho da imagem de 1920 χ 1080 pixels, foram usadas como dados da ima- gem para os experimentos, e a filtragem foi aplicada aos componentes de brilho das imagens 1 a 5, usando uma matriz de coeficiente de filtro para implementar as características de freqüência correspondentes à igual largura de banda r (0,3<r<1) em ambas as direções vertical e horizontal.
Conforme mostrado nos experimentos, o valor "51.2" na Fórmula 1 indica o valor PSNR, que é obtido quando os dados da imagem original não são submetidos à limitação de banda.
Na etapa seguinte S15, uma das tabelas de determinação da largura de banda ótima 11, as quais são fornecidas em associação ao tama- nho da imagem V e ao PSNR alvo, é selecionada, onde aquela selecionada corresponde ao tamanho da imagem V (determinado pela unidade de entra- da de dados da imagem original 12) e pelo PSNR alvo que é designado pelo usuário.
Se o tamanho da imagem V dos dados da imagem original B(1),
os quais são manipulados no aparelho gerador de imagem filtrada ótima 1 da presente modalidade, for fixado para um tamanho predeterminado, é desnecessário fornecer as tabelas de determinação da largura de banda ó- tima 11 em associação ao tamanho da imagem e ao PSNR alvo, e é forneci- da uma pluralidade de tabelas de determinação da largura de banda ótima 11 em associação aos valores do PSNR alvo.
Adicionalmente, se o tamanho da imagem V dos dados da ima-
gem filtrada B(1), que foram manipulados no aparelho gerador de imagem filtrada ótima 1 da presente modalidade, for fixado para um tamanho prede- terminado, e o PSNR alvo, que é manipulado no aparelho gerador de ima- gem filtrada ótima 1, também for fixado para um valor predeterminado, então é necessário fornecer as tabelas de determinação da largura de banda ótima 11 em associação ao tamanho da imagem e ao PSNR alvo, sendo fornecida uma única tabela de determinação da largura de banda ótima 11 correspon- dente ao PSNR alvo.
Na próxima etapa S16, a largura de banda ótima r2 é determina- da indicando a tabela de determinação da largura de banda ótima 11 sele- cionada, usando o coeficiente de alocação X computado como uma chave.
Na próxima etapa S17, computa-se a matriz do coeficiente de filtro ótimo para implementação das características de freqüência correspon- dentes à limitação de banda usando a largura de banda r2 ótima determina- da.
Na etapa seguinte S18, os dados da imagem original B(1) são submetidos ao processo de filtragem usando a matriz do coeficiente de filtro ótima, de modo a gerar os dados da imagem filtrada B(r2) ótima para imple- mentação do PSNR alvo. Na etapa seguinte S19, os dados da imagem filtrada B(r2) ótima
gerados são produzidos, e a operação relevante é completada.
Conforme a descrição acima, o aparelho gerador de imagem filtrada ótima 1 da presente modalidade executa apenas dois processos de filtragem aplicados aos dados da imagem original B(1), gerando os dados da imagem filtrada B(r2) ótima para implementação do PSNR alvo.
Abaixo, a operação descrita acima será concretamente explica- da para os exemplos concretos, que são as imagens 1 a 5 dotadas das ca- racterísticas mostradas na figura 6.
De acordo com o processo da etapa S10 descrita acima, o ta- manho "1920x1080 pixels" é determinado como o tamanho da imagem V dos dados da imagem original B(1). Em seguida, de acordo com o processo da etapa S11 descrita acima, é indicada a primeira tabela de determinação da largura de banda 10 dotada da estrutura de dados mostrada na figura 2, de modo que C2 é determinado como a primeira largura de banda r1.
Se C2=0,5, então, de acordo com os processos das etapas S12 a S14 descritas acima, a primeira matriz de coeficiente de filtro para imple- mentação das características de freqüência correspondentes à limitação de banda usando r1 (=0,5) é usada para a geração dos primeiros dados da i- magem filtrada B(0,5) para cada uma das imagens 1 a 5 (possuindo as ca- racterísticas da figura 6), e P(0,5) como o PSNR de cada um dos primeiros dados da imagem filtrada B(0,5) é medido. De acordo com a medição, conforme mostrado na figura 6,
P(0,5) = 34,5 para a imagem 1; P(0,5) = 42,3 para a imagem 2; P(0,5) = 40,6 para a imagem 3; P(0,5) = 42,7 para a imagem 4; P(0,5) = 45,3 para a ima- gem 5.
Em seguida, de acordo com o processo da etapa S14 descrita acima, a fórmula "X = 51,2 / P(r1)" é computada de modo que: o coeficiente de alocação X = 1,48 para a imagem 1, o coeficiente de alocação X= 1,21 para a imagem 2, o coeficiente de alocação X= 1,26 para a imagem 3; o coeficiente de alocação X = 1,20 para a imagem 4; e o coeficiente de aloca- ção X = 1,13 para a imagem 5. Em seguida, de acordo com o processo da etapa S16 descrita
acima, a tabela de determinação da largura de banda ótima 11 dotada de uma estrutura de dados conforme mostrado na figura 4 é indicada usando o coeficiente de alocação X computado como uma chave, de modo que o valor B é determinado como a largura de banda r2 ótima em correspondência ao valor do coeficiente de alocação X.
Conforme descrito acima, a tabela de determinação da largura de banda ótima 11 possui as seguintes estruturas de dados: O<A1<A2<A3<... Αη-2<Αη-1 0<Β1<Β2<Β3<... Βη-2<Βη-1<Βη<1
Portanto, uma largura de banda r2 ótima maior é atribuída aos dados da imagem original B(1) dotados de um coeficiente de alocação X maior, e uma largura de banda r2 ótima menor é atribuída aos dados da i- magem original B(1) dotados de um coeficiente de alocação X menor.
Ou seja, conforme entendido pela fórmula "X = 51,2 / P(r1)", os dados da imagem original B(1) dotados de um coeficiente de alocação X maior possuem um P(r1) menor (o que indica um menor nível de sinal); e assim, a fim de implementar o PSNR alvo, é exigida uma largura de banda r2 ótima maior (isto é, a limitação de banda deve ser remediada). Em con- traste, os dados da imagem original B(1) dotados de um coeficiente de alo- cação X menor possuem um P(r1) maior; portanto, a fim de implementar o PSNR alvo, é necessária uma largura de banda r2 ótima menor. Em consideração ao exposto acima, a fim de indicar que uma
largura de banda r2 ótima maior é atribuída aos dados da imagem original B(1) dotados de um coeficiente de alocação X maior, e uma menor largura de banda r2 ótima é atribuída aos dados da imagem original B(1) dotados de um menor coeficiente de alocação X, sendo que a tabela de determinação da largura de banda ótima 11 possui as estruturas de dados: O<A1<A2<A3<... An-2<An-1 O<B1<B2<B3<... Bn-2<Bn-1<Bn<1
A largura de banda r2 ótima conforme determinada acima é uma largura de banda para a geração de dados da imagem filtrada B(r2) ótima que implanta o PSNR alvo. Portanto, de acordo com os processos supra- descritos nas etapas S16 a S17, a matriz do coeficiente de filtro ótimo para a implementação das características de freqüência correspondentes à limita- ção de banda usando a largura de banda r2 ótima é computada, e os dados da imagem original B(1) são submetidos ao processo de filtragem usando a matriz do coeficiente de filtro ótimo, gerando desta maneira os dados da i- magem filtrada B(r2) ótima para a implementação do PSNR alvo.
Conforme descrito acima, no aparelho gerador de imagem filtra- da ótima 1, uma primeira largura de banda provisória é determinada de a- cordo com o tamanho da imagem dos dados da imagem original, e baseado no tamanho da imagem, os dados provisórios da imagem filtrada são gera- dos de modo a medir o PSNR. Então, o parâmetro sem dimensões, como o coeficiente de alocação, é computado com base no PSNR medido, e a tabe- la de determinação da largura de banda ótima 11 é indicada usando o coefi- ciente de alocação computado como uma chave, de modo a determinar a largura de banda ótima para a implementação do PSNR alvo, onde a tabela de determinação da largura de banda ótima 11 possui uma estrutura de con- versão de dados, através da qual, quanto maior o coeficiente de alocação dos dados da imagem original, maior a largura de banda ótima determinada. Baseando-se na largura de banda ótima, são gerados os dados da imagem filtrada ótima para os dados da imagem original.
De acordo com o aparelho gerador de imagem filtrada ótima 1 dotado da estrutura acima, os dados da imagem original devem ser submeti- dos a apenas dois processos de filtragem, de modo a gerar dados da ima- gem filtrada ótima para a implementação do PSNR alvo.
Portanto, de acordo com o aparelho gerador de imagem filtrada ótima 1, um processo de filtragem adaptativa pode ser automaticamente e- xecutado sem a execução do processo de codificação, de modo que um processo de filtragem adaptativa simplificado é implantado, e todos os qua- dros de uma imagem de vídeo possuem uma elevada qualidade de imagem subjetiva e um valor de estimação da qualidade da imagem objetiva idêntico.
Muito embora a presente invenção tenha sido explicada de a- cordo com a modalidade que apresenta os desenhos, a presente invenção não se limita à modalidade.
Por exemplo, na presente modalidade, o PSNR é usado como um valor de estimação da qualidade da imagem objetiva. Entretanto, é pos- sível empregar um valor de estimação da qualidade da imagem objetiva dife- rente do PSNR.
Ainda, na presente modalidade, um tamanho da imagem de 1920x1080 pixels é mostrado como exemplo. Todavia, quando a primeira tabela de determinação da largura de banda 10 (vide a figura 2), a qual ge- rencia a primeira largura de banda r1 correspondente aos vários tamanhos da imagem (qualquer tamanho, por exemplo, o denominado 4kx2k, HD, SD, VGA, CIF e QCIF), é elaborado e armazenado antecipadamente, a presente invenção pode ser aplicada a imagens de qualquer tamanho.
Além disso, muito embora a explicação detalhada seja fornecida nas modalidades acima, quando as tabelas de determinação da largura de banda ótima 11 correspondentes aos vários PSNRs alvos são preparadas e armazenadas antecipadamente, o processamento de imagem para a imple- mentação do controle voluntário da qualidade da imagem pode ser executa- do usando a presente invenção.
Também na presente modalidade, para a primeira largura de banda r1 e a largura de banda r2 ótima, a largura de banda idêntica é deter- minada em ambas as direções horizontal e horizontal. Todavia, efeitos se- melhantes são obtidos quando diferentes larguras de banda são determina- das para as direções vertical e horizontal. Em uma imagem de vídeo mos- trando uma vista natural à distância ou um caminhão, ocorre uma variação maior no brilho na direção vertical em comparação com a direção vertical, pois existe atração na direção vertical. A fim de usar de forma positiva este efeito, diferentes larguras de banda são atribuídas às direções vertical e ho- rizontal.
Também na presente modalidade, nenhuma explicação específi- ca é fornecida para uma série de saídas de um filtro digital. Além disso, ne- nhuma limitação específica é imposta em um método de desenho de um fil- tro digital para implementar uma limitação de banda designada. Por exem- plo, uma forma de característica de freqüência desejada pode ser submetida a uma conversão de Z inversa, de modo a obter e desenhar uma matriz do coeficiente de filtro de um filtro digital que possui as características de fre- qüência relevantes.
Ainda, na presente modalidade, o valor "51,2" é empregado na
fórmula (1). Entretanto, o valor depende das características de um filtro digi- tal empregado, e deve ser apropriadamente modificado quando um filtro digi- tal diferente é usado.
Ainda na presente modalidade, o processamento da banda é aplicado apenas ao componente do brilho. Todavia, o processamento da banda também pode ser aplicado a um componente de diferença de cor. No dito caso, a eficiência de codificação pode ser ainda aprimorada. APLICABILIDADE INDUSTRIAL
A presente invenção é fornecida para implementar a filtragem para a transformação de uma imagem original em uma imagem dotada de um valor de estimação da qualidade da imagem objetiva específica por meio de um método simplificado. Do mesmo modo, o processo simplificado pode implementar a filtragem adaptativa para transformar todos os quadros de uma imagem de vídeo em imagens dotadas de uma elevada qualidade de imagem subjetiva e um valor idêntico de estimação da qualidade da imagem objetiva.
Claims (10)
1. Método de processamento de imagem compreendendo as etapas de: determinar uma primeira largura de banda com base no tamanho da imagem dos dados da imagem original de entrada; computar uma primeira matriz de coeficientes de filtro para im- plementar características de freqüência correspondendo a uma limitação de banda usando a primeira largura de banda; gerar primeiros dados da imagem filtrada sujeitando os dados da imagem original a um processo de filtragem usando a primeira matriz de coeficiente de filtro; derivar um valor de estimação de qualidade da imagem objetiva dos primeiros dados da imagem filtrada, e computar um coeficiente de alo- cação usado para determinar uma largura de banda ótima, com base no va- Ior de estimação de qualidade da imagem objetiva; determinar a largura de banda ótima correspondendo ao coefici- ente de alocação computado referindo-se a uma tabela de determinação de largura de banda ótima na qual uma relação de correspondência entre o coeficiente de alocação e a largura de banda ótima é definida; computar uma matriz de coeficientes de filtro ótimos para imple- mentar as características de freqüência correspondentes a uma limitação de banda usando a largura de banda ótima determinada; e gerar dados da imagem filtrada ótimos sujeitando os dados da imàgem original a um processo de filtragem usando uma matriz de coeficien- tes de filtro ótimos.
2. Método de processamento de imagem, de acordo com a rei- vindicação 1, em que: na etapa de determinar a primeira largura de banda, a primeira largura de banda correspondendo ao tamanho da imagem dos dados da i- magem original é determinada referindo-se a uma primeira tabela de deter- minação de largura de banda na qual uma relação de correspondência entre o tamanho da imagem e a primeira largura de banda é definida.
3. Método de processamento de imagem, de acordo com a rei- vindicação 1, em que: na etapa de determinar a largura de banda ótima, quando uma pluralidade de tabelas de determinação de largura de bandas ótimas são proporcionadas em correspondência ao tamanho da imagem e a um deter- minado valor de estimação de qualidade da imagem objetiva, a tabela de determinação de largura de banda ótima, que corresponde ao tamanho da imagem dos dados de imagem original e a um designado determinado valor de estimação de qualidade da imagem objetiva, é selecionada, e a largura de banda ótima correspondendo a um coeficiente de alocação computado é determinada referindo-se à tabela de determinação de largura de banda óti- ma selecionada.
4. Método de processamento de imagem, de acordo com a rei- vindicação 1, em que: na etapa de computar o coeficiente de alocação, o coeficiente de alocação é computado pela divisão do valor de estimação de qualidade da imagem objetiva, que é obtido quando os dados da imagem original não são sujeitos a uma limitação de banda, pelo valor de estimação de qualidade da imagem objetiva derivado.
5. Aparelho para processamento de imagem compreendendo: um dispositivo para determinar uma primeira largura de banda com base no tamanho da imagem dos dados da imagem original de entrada; um dispositivo para computar uma primeira matriz de coeficien- tes de filtro para implementar as características de freqüência correspon- dendo a uma limitação de banda usando a primeira largura de banda; um dispositivo para gerar primeiros dados da imagem filtrada sujeitando os dados da imagem original a um processo de filtragem usando uma primeira matriz de coeficientes de filtro; um dispositivo para derivar um valor de estimação de qualidade da imagem objetiva dos primeiros dados da imagem filtrada, e computar um coeficiente de alocação usado para determinar uma largura de banda ótima, com base no valor de estimação de qualidade da imagem objetiva; um dispositivo para determinar a largura de banda ótima corres- pondendo ao coeficiente de alocação computado referindo-se a uma tabela de determinação de largura de banda ótima na qual uma relação de corres- pondência entre o coeficiente de alocação e a largura de banda ótima é defi- nida; um dispositivo para computar uma matriz de coeficientes de filtro ótimos para implementar as características de freqüência correspondendo a uma limitação de banda usando a largura de banda ótima determinada; e um dispositivo para gerar dados da imagem filtrada ótimos su- jeitando os dados da imagem original a um processo de filtragem usando a matriz de coeficientes de filtro ótimos.
6. Aparelho para processamento de imagem, de acordo com a reivindicação 5, em que: o dispositivo para determinar a primeira largura de banda deter- mina a primeira largura de banda correspondendo ao tamanho da imagem dos dados da imagem original referindo-se a uma primeira tabela de deter- minação de largura de banda na qual uma relação de correspondência entre o tamanho da imagem e a primeira largura de banda é definida.
7. Aparelho para processamento de imagem, de acordo com a reivindicação 5, em que: quando uma pluralidade de tabelas de determinação de largura de bandas ótimas são proporcionadas em correspondência ao tamanho da imagem e um determinado valor de estimação de qualidade da imagem ob- jetiva, o dispositivo para determinar a largura de banda ótima: seleciona a tabela de determinação de largura de banda ótima, que corresponde ao tamanho da imagem dos dados da imagem original e um designado determinado valor de estimação de qualidade da imagem ob- jetiva, e determina a largura de banda ótima correspondendo ao coeficiente de alocação computado referindo-se à tabela de determinação de largura de banda ótima selecionada.
8. Aparelho para processamento de imagem, de acordo com a reivindicação 5, em que: o dispositivo para computar o coeficiente de alocação computa- do o coeficiente de alocação dividindo um valor de estimação da qualidade da imagem objetiva, que é obtido quando os dados da imagem original não são sujeitos a uma limitação de banda, pelo valor de estimação da qualidade da imagem objetiva derivado.
9. Programa para processamento de imagem que instrui um computador a executar um processo para implementar o método de proces- samento de imagem conforme definido na reivindicação 1.
10. Meio de armazenamento legível por computador que arma- zena um programa de processamento de imagem, que instrui um computa- dor a executar um processo para implementar o método de processamento de imagem conforme definido na reivindicação 1.
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