CN101969557A - 图像记录设备、图像记录方法和程序 - Google Patents

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Abstract

提供一种图像记录设备，包括：高分等级单元，用于将具有第一灰度深度的输入图像高分等级，从而生成具有高于所述第一灰度深度的第二灰度深度的高灰度图像；图像量化单元，用于量化通过所述高分等级单元生成的所述高灰度图像，使得量化误差调制到具有相对低的人类视觉特性的灵敏度的波段，从而生成具有低于所述第二灰度深度的第三灰度深度的记录目标图像；编码单元，用于编码通过量化单元生成的所述记录目标图像；以及记录单元，用于将通过所述编码单元编码的所述记录目标图像记录在记录介质中。

Description

图像记录设备、图像记录方法和程序
技术领域
本发明涉及图像记录设备、图像记录方法和程序。
背景技术
通常，当在记录介质中记录数字图像数据时，根据符合记录介质的编码方法确定要记录的图像数据的灰度深度(也称为位深度)。例如，当使用蓝光盘TM(BD)和DVD作为记录介质时，8位灰度深度用于YUV等的每个颜色。然而，要记录的图像数据的灰度深度不必是8位，并且在包括创作的内容创建领域，例如当图像质量特别重要时，可以处理对于每个YUV具有10位或更高灰度深度的图像数据。在此情况下，例如当在上述记录介质中记录时，量化具有高灰度深度的图像数据，使得灰度深度变为8位。
通过执行这种量化处理，可以通过位截除减少数据量，然而图像质量可能劣化，也就是说，例如平滑灰度特性丢失并且伪轮廓(色带(color banding))可能出现。在这点上，已知如用于将通过量化处理生成的误差调制到具有相对低的人类视觉特性的敏感度的波段的系统抖动方法或误差扩散方法的方法。通过使用如系统抖动方法或误差扩散方法的方法，可以将用户察觉的图像质量劣化抑制到某种程度。此外，根据在日本专利申请公开No.2009-81848中公开的方法，可能通过执行具有类似于人类视觉的相反特性的振幅特性的噪声整形并且同时抑制振荡(hunting)现象，抑制用户察觉的图像质量劣化。
此外，作为用于通过另一方法抑制用户察觉的图像质量劣化的技术，提出了扩展灰度深度以便在再现记录介质中记录的图像数据时获得更好图像质量的技术(例如，参照日本专利申请公开No.H09-219833和2008-306656)。
发明内容
然而，对于已经量化并且减小其灰度深度的图像数据，不能应用执行量化同时维持图像质量的方法，如系统抖动方法、误差扩散方法、或在日本专利申请公开No.2009-81848中公开的方法。例如，尽管在日本专利申请公开No.H09-219833和2008-306656中公开的用于在再现图像数据时扩展灰度深度的方法对于再现和显示的图像是有效的，但是它们不改进在记录介质中记录的图像的质量。
因此，本发明用于提供新颖的和改进的图像记录设备、图像记录方法和程序，其能够将通过量化减小其灰度深度的图像数据转换为具有视觉上更接近具有更高灰度深度的图像质量的图像质量的图像数据，并且记录该图像数据。
根据本发明的实施例，提供一种图像记录设备，包括：高分等级(highly-gradating)单元，用于将具有第一灰度深度的输入图像高分等级，从而生成具有高于所述第一灰度深度的第二灰度深度的高灰度图像；图像量化单元，用于量化通过所述高分等级单元生成的所述高灰度图像，使得量化误差调制到具有相对低的人类视觉特性的灵敏度的波段，从而生成具有低于所述第二灰度深度的第三灰度深度的记录目标图像；编码单元，用于编码通过量化单元生成的所述记录目标图像；以及记录单元，用于将通过所述编码单元编码的所述记录目标图像记录在记录介质中。
根据这样的配置，当输入图像的灰度深度(第一灰度深度)是在该灰度深度的情况下不可能期望足够的灰度可再现性的灰度深度时，通过由高分等级单元的高分等级处理将输入图像的灰度深度暂时增加到第二灰度深度。然后，其灰度深度增加的高灰度图像通过图像量化单元量化到低于第二灰度深度的第三灰度深度。此时，执行通过图像量化单元的量化处理，使得量化误差调制到具有相对低的人类视觉特性的灵敏度的波段。由此，生成比输入图像的由用户察觉的图像质量增加其由用户察觉的图像质量的记录目标图像，并且编码记录目标图像并且此后记录在记录介质中。
所述图像记录设备还可以包括控制单元，用于当低于特定阈值的值设为所述编码单元的编码处理的位速率时，关断所述图像量化单元，并且允许所述编码单元将输入图像编码为所述记录目标图像。
所述图像记录设备还可以包括分析单元，用于对于包括在所述输入图像中的具有一个或多个像素的每个部分图像，输出指示图像质量劣化的存在或不存在的图像质量劣化数据，以及所述图像量化单元可以基于所述图像质量劣化数据，通过使用其中出现图像质量劣化的部分图像的第一像素值和其中没有出现图像质量劣化的部分图像的第二像素值生成所述记录目标图像，该第一像素值通过量化所述高灰度图像使得将量化误差调制到具有人类视觉特性的相对低的灵敏度的波段而获得，并且该第二像素值是输入图像的像素值。
所述图像质量劣化数据可以是指示对于每个部分图像是否出现伪轮廓的数据。
所述图像记录设备还可以包括控制单元，用于对于执行通过所述图像量化单元的量化处理的整个记录目标图像或执行量化处理的部分，暂时增加分配到通过编码单元的编码处理的位的量。
根据本发明的另一实施例，提供一种图像记录方法，包括以下步骤：将具有第一灰度深度的输入图像高分等级，从而生成具有高于所述第一灰度深度的第二灰度深度的高灰度图像；量化所述高灰度图像，使得量化误差调制到具有相对低的人类视觉特性的灵敏度的波段，从而生成具有低于所述第二灰度深度的第三灰度深度的记录目标图像；编码所述记录目标图像；以及将编码的记录目标图像记录在记录介质中。
根据本发明的另一实施例，提供一种程序，用于使得用于控制图像记录设备的计算机用作：高分等级单元，用于将具有第一灰度深度的输入图像高分等级，从而生成具有高于所述第一灰度深度的第二灰度深度的高灰度图像；图像量化单元，用于量化通过所述高分等级单元生成的所述高灰度图像，使得量化误差调制到具有相对低的人类视觉特性的灵敏度的波段，从而生成具有低于所述第二灰度深度的第三灰度深度的记录目标图像；编码单元，用于编码通过量化单元生成的所述记录目标图像；以及记录单元，用于将通过所述编码单元编码的所述记录目标图像记录在记录介质中。
如上所述，根据基于本发明实施例的图像记录设备、图像记录方法和程序，可以将通过量化减小其灰度深度的图像数据转换为具有视觉上更接近具有更高灰度深度的图像质量的图像质量的图像数据，并且记录该图像数据。
附图说明
图1是图示可应用本发明实施例的图像记录设备的配置的框图；
图2是图示用于根据本发明实施例的图像质量转换处理的配置的框图；
图3图示用于确定图像质量劣化的存在或不存在的流程图的示例；
图4是图示根据本发明实施例的图像量化单元的具体配置示例的框图；
图5是图示根据位速率的设置的图像质量转换处理的控制示例的流程图；
图6是图示根据每个像素的图像质量劣化的存在或不存在的图像质量转换处理的控制示例的流程图；
图7是图示根据位速率的设置的图像质量转换处理的另一控制示例的流程图；以及
图8是图示编码处理中位的数量的动态分配的示例的流程图。
具体实施方式
下文中，将参照附图详细描述本发明的优选实施例。注意到，在说明书和附图中，具有基本相同功能和结构的结构元件用相同的参考标号表示，并且省略这些结构元件的重复说明。
按照以下顺序描述“(各)实施例的详细描述”。
1.根据实施例的图像记录设备的示例
2.根据实施例的图像质量转换处理的配置示例
3.根据实施例的图像质量转换处理的控制示例
4.总结
<1.根据实施例的图像记录设备的示例>
首先，描述可应用根据本发明实施例的图像转换处理的图像记录设备的示例。参照图1，图示图像记录设备10作为示例。例如，图像记录设备10配置为这样的图像记录设备，其能够记录经由网络接收或从外部设备输入到记录介质的包括图像数据或一系列图像数据和音频数据的视频数据。也就是说，图像记录设备10用于记录从外部输入到记录介质(如硬盘或BD)的图像数据和音频数据。此外，如从图1理解的，作为示例的图像记录设备10还用于再现在上述记录介质中记录的图像数据或音频数据。
参照图1，图像记录设备10提供有模拟调谐器11、A/D转换器12、模拟输入端子13、DV输入端子14、DV解码器15、数字调谐器16、i.LINK端子17、USB端子18、通信单元19、图像质量转换单元20、AV编码器28、流处理器30、AV解码器40、定标器(scaler)52、音频处理器54、硬盘驱动器(HDD)62、BDD 64、图形处理器70、显示处理器72、D/A转换器74、中央处理单元(CPU)80、只读存储器(ROM)82、随机存取存储器(RAM)84和用户接口86。
模拟调谐器11从由用于模拟广播的天线1接收的电视广播(airwaves)选择目标频道，并且执行频道的无线电波的解调以生成接收信号(视频和音频的模拟信号)。此外，模拟调谐器11对接收信号执行特定的视频信号处理，如中频的放大、色彩信号的分离、色差信号的生成和同步信号的提取，并且输出包括一系列图像数据的视频信号。A/D转换器12以特定采样频率将从上述模拟调谐器11、模拟输入端子13等输入的视频和音频的模拟信号转换为数字信号，以输出到图像质量转换单元20。同时，从外部设备2输入视频和音频的模拟信号到模拟输入端子13。此外，从如DV数字摄像机的外部设备3输入视频和音频的DV信号到DV输入端子14。DV解码器15解码DV信号以输出到图像质量转换单元20。
数字调谐器16从用于卫星广播或地面数字广播的天线4接收的无线电波选择目标频道，并且输出该频道的包括一系列图像数据和视频和音频的数字数据(位流)到流处理器30。此外，如高分辨率视频(HDV)数字摄像机的外部设备5和6连接到外部输入端子，如i.LINK端子17和USB端子18。经由IEEE 1394从外部设备5传送的视频和音频的HDV信号(流)通过i.LINK端子17输入到流处理器30。通信单元19经由如以太网TM7的IP网络传输多种数据到外部设备(未图示)和从外部设备(未图示)接收多种数据。例如，通信单元19接收经由太网TM7等分发的因特网协议电视(IPTV)的节目的视频和音频信号，并且输出到流处理器30。
图像质量转换单元20转换包括在从A/D转换器12、DV解码器15、定标器52等输入的视频信号中的每个输入图像的图像质量，以生成记录目标图像，作为通过AV编码器28的图像的编码处理的预备步骤。然后，图像质量转换单元20将生成的记录目标图像输出到AV编码器28。另一方面，图像质量转换单元20例如输出从A/D转换器12或DV解码器15输入的音频数据到AV编码器28而不对其采用特定处理。稍后更详细描述用于通过图像质量转换单元20的图像质量转换处理的具体配置。
AV编码器28对应于编码单元的硬件。AV编码器28压缩/编码从图像质量转换单元20输入的一系列记录目标图像的数字数据和从音频处理器54等输入的音频的数字数据到特定记录格式。AV编码器28可以是例如能够支持HD视频和SD视频的高性能编码器。此外，AV编码器28可以是能够支持立体声音频和多声道音频的编码器。AV编码器28输出编码的记录目标图像和音频的数字数据(位流)到流处理器30。
流处理器30在数据记录或再现时对记录目标数据或再现目标数据(流)执行特定数据处理。例如，在数据记录时，流处理器30复用和加密通过上述AV编码器28编码的压缩数据，并且在执行缓冲器控制的同时将数据记录在HDD 62或BDD 64的记录介质中。此外，在数据再现时，流处理器30解密和解复用从HDD 62或BDD 64的记录介质读取的压缩数据，并且输出到AV解码器40。
AV解码器40执行解码处理以扩展从流处理器30输入的压缩视频和音频。
作为在上述AV编码器28和AV解码器40中使用的压缩编码方法(编解码器类型)，对于包括一系列图像数据的视频，例如可以使用MPEG2、H.264(AVC：先进视频编码)、VC1等。此外，对于音频，可以使用杜比AC3、MPEG2AAC(先进音频编码)、LPCM(线性脉冲代码调制)等。此外，作为视频信号中包括的图像数据的大小，可以使用“480i”、“480p”、“720p”、“1080i”、“1080p”等。此外，作为音频信号的声道的数目，可以使用“2声道”、“5.1声道”、“7.1声道”等。注意到，通常，AV解码器常常设计为能够支持根据多种广播和记录介质的类型(BD等)的视频/音频格式。另一方面，AV编码器可以设计为能够仅支持一些可选的视频/音频格式。
定标器52基于来自CPU 80的指令，将从AV解码器40输入的视频信号的格式转换为特定记录格式。例如，当输入以属于HD类别的“720p”、“1080p”等的格式的视频信号时，定标器52可以将视频信号转换为图像记录设备10可以支持的HD类别的特定记录格式(如“1080i”)。然后，定标器52将转换的视频信号输出到AV编码器28。
音频处理器54基于来自CPU 80的指令，将从AV解码器40输入的音频信号的格式转换为特定记录格式。例如，音频处理器54可以将属于多声道类别的“7.1声道”、“4声道”、“5声道”等的格式的音频信号转换为图像记录设备10可以支持的特定记录格式(如“5.1声道”)。然后，音频处理器54将转换的音频信号输出到AV编码器28。
例如，硬盘驱动器(HDD)62将从流处理器30输入的视频/音频信号的流记录到作为记录介质的硬盘。此外，例如，HDD 62读取硬盘中记录的数据以输出到流处理器30。类似地，例如，BD驱动器(BDD)64也将流写入到作为记录介质的BD，或者从BD读取流。注意到，其中记录视频/音频信号的记录介质不限于这样的示例，并且例如可以是如DVD-R、DVD-RW、DVD-RAM和磁光盘的光盘或者如闪速存储器的多种半导体存储器。此外，记录介质可以嵌入图像记录设备10中，并且可以可拆卸地附接。
图形处理器70生成指示图像记录设备10的操作设置或操作条件的显示数据或字幕，并且将其叠加在从AV解码器40输入的图像上。显示处理器72例如根据输出格式整形从图形处理器70输入的覆盖图像，以输出到D/A转换器74。D/A转换器74将从显示处理器72输入的包括一系列图像的视频和音频的数字信号转换为模拟信号，以输出到监视器8和扬声器9。
CPU 80用作算术处理单元和控制设备，用于控制图像记录设备10的每个单元。CPU 80根据ROM 82中存储的程序、或从HDD 62或BDD 64加载到RAM 84的程序，通过使用RAM 84执行多种处理。ROM 82存储由CPU 80使用的程序并且适当地改变参数等。
用户接口86用作用于用户输入多种指令到图像记录设备10的输入单元。用户接口86可以由如按钮、开关、触摸面板和遥控器的操作装置和用于根据到操作装置的输入操作生成输入信号以输出到CPU 80等的输入控制电路形成。
注意到，能够将包括一系列图像数据的视频和音频记录在记录介质中并且再现在记录介质中记录的视频和音频的图像记录设备10在此描述为图像记录设备的示例，对其可以应用根据本发明实施例的图像质量转换处理。然而，如从以下描述清楚的，根据本发明实施例的图像质量转换处理可以应用到能够记录至少一个或多个图像数据的图像记录设备。也就是说，在图1中图示的图像记录设备10的各单元中，例如，对应于记录和再现音频的单元或对应于视频(图像)的再现的单元可以省略。
<2.根据实施例的图像质量转换处理的配置示例>
如上所述，根据图1中图示的图像记录设备10，例如经由网络接收的图像数据或从外部设备输入的图像数据等可以记录在如BD或硬盘的记录介质中。此时，许多一般地分发的图像数据具有8位的灰度深度。然而，当在显示器上显示或打印量化为8位的灰度深度的图像数据时，存在这样的情况，其中在亮度应该逐渐改变的部分中出现像称为伪轮廓的水平曲线图案的曲线。这是因为，8位的灰度深度在亮度逐渐改变的部分中是不够的，并且作为量化粗糙的结果，亮度改变阶梯式出现。因此，图1中图示的图像质量转换单元20将包括如伪轮廓的图像质量劣化的输入图像转换为其中增强灰度可再现性的图像(也就是说，改进由用户察觉的图像质量)。
图2图示用于根据该实施例的图像质量转换处理和相关处理块的图像质量转换单元20的配置的框图。参照图2，图像记录设备10的图像质量转换单元20包括高分等级单元22、分析单元24和图像量化单元26。图2还图示连接到图像量化单元26和CPU 80的AV编码器28，CPU 80控制图像质量转换单元20和AV编码器28的每个单元。
在图2中，包括在从A/D转换器12、DV解码器15或定标器52输入的视频信号中的每个输入图像Iin顺序提供到高分等级单元22和分析单元24。输入图像Iin例如是具有用于每个YUV的对应于8位的第一灰度深度等的图像。高分等级单元22将这样的输入图像Iin高分等级，从而生成具有高于第一灰度深度的第二灰度深度的高灰度图像Ihigh。
通过高分等级单元22的高分等级处理可以使用例如在上述日本专利申请公开No.H09-219833中公开的分类自适应处理。在此情况下，高分等级单元22将输入图像Iin的像素分类为特定类别，并且通过使用对应于分类的类别的预测系数和感兴趣的像素周围的像素值计算高灰度图像Ihigh的每个像素值。此外，通过高分等级单元22的高分等级处理可以使用例如在上述日本专利申请公开No.2008-306656中公开的方法。在此情况下，高分等级单元22首先扩展输入图像Iin的灰度深度，以通过使用带通滤波器允许高频波段的图像信号通过。接下来，高分等级单元22通过使用限幅器将被允许通过的高频波段中的图像信号的振幅限制为特定级别。然后，高分等级单元22从输入图像Iin的图像信号减去其振幅受限的图像信号，从而生成具有第二灰度深度的高灰度图像Ihigh。通过这样的高分等级处理，例如，在具有第二灰度深度的高灰度图像Ihigh中，改进了在输入图像Iin生成时由于量化粗糙而出现的如伪轮廓的图像质量劣化。注意到，例如当第一灰度深度是8位时，第二灰度深度可以是大于8位的可选值(如10、12或14位)。
除了上述高分等级处理外，高分等级单元22可以应用平滑滤波器到其中很可能出现伪轮廓的像素(或包括多个像素的部分图像)，从而进一步改进图像质量。此外，高分等级单元22可以生成高灰度图像Ihigh，通过执行场递归噪声降低或压缩型噪声降低移除了其块噪声或微小噪声(mosquito noise)。此外，高分等级单元22可以执行多种图像质量调整处理，如色调曲线、颜色调整和增强。
以此方式，将由高分等级单元22生成的高灰度图像Ihigh提供到图像量化单元26。
同时，分析单元24生成图像质量劣化数据，其指示对于输入图像Iin中包括的至少一个像素的大小的每个部分图像的图像质量劣化的存在或不存在。由分析单元24生成的图像质量劣化数据可以例如由操作为控制单元的CPU 80或图像量化单元26使用，如稍后所述。此外，分析单元24可以例如根据基于在上述日本专利申请公开No.2008-306656中公开的方法确定的图像质量劣化的程度，调整通过高分等级单元22的高分等级处理中的增益。
更具体地，分析单元24顺序设置输入图像Iin中包括的像素的每一个作为感兴趣的像素。然后，分析单元24确定在水平方向上感兴趣的像素和相邻像素之间的关系，从而确定感兴趣的像素是否作为其中出现伪轮廓的部分可见。例如，可以基于在图3中图示的步骤S102、S104和S106的三个确定标准执行该部分是否作为伪轮廓可见的确定。
图3图示用于通过分析单元24确定图像质量劣化的存在或不存在的流程图的示例。参照图3，分析单元24首先在步骤S102确定感兴趣的像素的相邻像素中的信号电平是否在水平方向单调增加或单调减小。在此，当相邻像素中的信号电平单调增加或单调减小时，处理进到步骤S110。如果不是该情况，则处理进到步骤S104。
接下来，在步骤S104，分析单元24确定感兴趣的像素和在感兴趣的像素的左右的下一像素之间的信号电平的差是否大于包括临近像素的某一区域(下文中，称为临近区域)中的信号电平的改变量。在此，当感兴趣的像素和在感兴趣的像素的左右的下一像素之间的信号电平的差大于临近区域中的信号电平的改变量时，处理进到步骤S110。如果不是该情况，则处理进到步骤S106。
接下来，在步骤S106，分析单元24确定在由更大区域的相邻像素形成的区域中的信号电平的改变量是否不大于预设阈值。在此，当在由更大区域的相邻像素形成的区域中的信号电平的改变量不大于上面的阈值时，处理进到步骤S110。如果不是该情况，则处理进到步骤S108。
作为这种条件确定的结果，分析单元24在步骤S108确定此时感兴趣的像素不是出现伪轮廓的像素。另一方面，分析单元24在步骤S110确定此时感兴趣的像素是出现(可能出现)伪轮廓的像素。
分析单元24对于输入图像Iin中包括的所有像素重复这种条件确定，并且例如通过“0”和“1”的任一值为每个像素生成指示是否出现图像质量劣化的图像质量劣化数据。可替代地，分析单元24可以不为每个像素而是为包括多个像素的每个部分图像生成上述图像质量劣化数据。
图像量化单元26量化从高分等级单元22输入的具有第二灰度深度的上述高灰度图像Ihigh，从而生成具有低于上述第二灰度深度的第三灰度深度的记录目标图像Irec。此时，图像量化单元26量化高灰度图像Ihigh，使得量化误差调制到具有相对低的人类视觉特性的灵敏度的波段。因此，当再现记录目标图像Irec时由用户察觉的图像质量变得比当再现输入图像Iin时由用户察觉的图像质量更高。
图4是图示图像量化单元26的进一步具体配置的示例的框图。参照图4，图像量化单元26包括稳定器100和灰度调制器200。此外，在图4中，从高分等级单元22输入的高灰度图像Ihigh的二维图像信号表示为输入信号IN(x，y)，并且作为通过图像量化单元26的处理的结果输出的记录目标图像Irec的二维图像信号表示为输出信号OUT(x，y)。
稳定器100包括固定值检测单元110、随机噪声生成单元120、开关130和加法器140。灰度调制器200包括量化单元210、逆量化单元220、减法器230、反馈计算单元240和加法器250。稳定器100和灰度调制器200通过信号线109相互连接。
固定值检测单元110比较输入信号IN(x，y)是否具有与过去修改的信号F(x，y)具有相同数据，从而检测相同数据作为固定值连续输入。
随机噪声生成单元120生成随机噪声。随机噪声生成单元120例如可以生成具有依赖于灰度调制器200的反馈计算单元240的滤波器系数的噪声电平的随机噪声。
开关130是通过固定值检测单元110控制开/关的开关。当通过固定值检测单元110检测到固定值时(也就是说，相同数据的连续输入)，开关130提供由随机噪声生成单元120生成的随机噪声到加法器140。在其他情况下，开关130不提供随机噪声到加法器140。
加法器140将输入信号IN(x，y)加到开关130的输出信号。也就是说，当从开关130提供随机噪声时，加法器140输出通过将输入信号IN(x，y)加上随机噪声生成的修改的信号F(x，y)到信号线109。另一方面，当不从开关130提供随机噪声时，加法器140直接输出输入信号IN(x，y)作为修改的信号F(x，y)到信号线109。
从稳定器100输出到信号线109的修改的信号F(x，y)输入到灰度调制器200。
灰度调制器200的量化单元210将加法器250的输出量化到低于第二灰度深度的第三灰度深度。例如，当第二灰度深度是14位并且第三灰度深度是8位时，量化单元210截除14位的低6位，以输出高8位作为输出信号OUT(x，y)。
逆量化单元220逆量化(去量化)通过量化单元210量化的输出信号OUT(x，y)。更具体地，例如，当第二灰度深度是14位并且第三灰度深度是8位时，逆量化单元220嵌入“000000”到输出信号OUT(x，y)的低6位以输出14位宽数据。
减法器230通过从加法器250的输出减去逆量化单元220的输出，计算由量化单元210截除的量化误差Q(x，y)。然后，减法器230输出计算的量化误差Q(x，y)到信号线239。
反馈计算单元240将预先设置的滤波器系数乘以从减法器230输出的过去的量化误差Q(x，y)，并且将它们相加。将由反馈计算单元240通过乘积和操作计算的值提供到加法器250作为反馈值。
加法器250将输入到灰度调制器200的修改的信号F(x，y)加到从反馈计算单元240提供的反馈值，并且将结果输出到量化单元210和减法器230。
也就是说，在图4中图示的图像量化单元26中，灰度调制器200形成Δ∑调制器，并且具有噪声整形效果以将量化误差(量化噪声)调制到高频区域。在此，为了将量化误差调制到例如即使当相对于视角的每单位角的最高频率是大约30cpd时也几乎不被人眼察觉的波段，希望设置滤波器特性为比Jarvis滤波器和Floyd滤波器的滤波器特性更高的区域。然而，当滤波器特性设置为这样的高区域时，其中Δ∑调制器发散的振荡现象容易出现。振荡现象是当连续输入相同数据时出现的现象。另一方面，当连续输入相同数据时，图像量化单元26的稳定器100添加微小噪声，用于Δ∑调制器不发散。根据此，避免了在图像量化单元26中振荡现象的出现。
再次参照图2，继续对于根据该实施例的图像质量转换处理的配置的描述。
AV编码器28操作为如上所述的图像记录设备10中的编码单元。当从图像量化单元26输入具有第三灰度深度的记录目标图像Irec时，AV编码器28根据如MPEG2的特定记录格式压缩/编码记录目标图像Irec，并且将数据输出到图1中图示的流处理器30。
CPU 80用作如上所述的算术处理单元和控制设备，并且操作为根据该实施例的图像质量转换处理中的控制单元。
<3.根据实施例的图像质量转换处理的控制示例>
在该部分，参照图5到8详细描述通过图2中图示的CPU 80的图像质量转换处理的控制的四个示例。
[3-1.第一示例]
首先，例如，由上述图像量化单元26生成的记录目标图像Irec与输入图像Iin相比通常具有非常小的高频振幅。因此，当根据一般记录格式压缩/编码记录目标图像Irec时，不可能有效地获得高可压缩性，结果可能难以实现低位速率。因此，例如，当通过AV编码器28的编码处理的位速率设为低于特定阈值时，CPU 80可以关断高分等级单元22和图像量化单元26的处理，并且直接输出输入图像Iin作为记录目标图像Irec到AV编码器28。AV编码器28中的编码处理的位速率例如通过图1中图示的用户接口86由用户指定，并且预先保持在图像记录设备10的任何记录介质中。
图5是图示根据位速率的设置的图像质量转换处理的控制示例的流程图。参照图5，CPU 80首先例如通过用户接口86获得预先设置的位速率(S202)。接下来，CPU 80确定获得的位速率是否低于特定阈值(S204)。在此，特定阈值可以是15MBps等。在步骤S204，当获得的位速率低于特定阈值时，处理进到步骤S208。如果不是该情况，则处理进到步骤S206。在步骤S206，CPU 80允许高分等级单元22和图像量化单元26执行上述图像质量转换处理(S206)。在步骤S208，CPU 80不允许高分等级单元22和图像量化单元26执行上述图像质量转换处理，并且允许它们直接输出输入图像Iin作为记录目标图像Irec到AV编码器28。
通过这样的控制，例如当指定低位速率时(当预期高可压缩性)，压缩效率比图像质量的改进具有优先级，并且变得可能仅当希望图像质量的改进时执行上述图像质量转换处理。
[3-2.第二示例]
此外，在该实施例中，例如，通过图像量化单元26的处理可以基于从分析单元24输出的上述图像质量劣化数据为每个像素接通/关断。也就是说，例如，图像量化单元26可以通过使用其中出现图像质量劣化的像素的第一像素值和其中没有出现图像质量劣化的像素的第二像素值生成上述记录目标图像Irec，该第一像素值通过量化所述高灰度图像Ihigh的像素值使得将量化误差调制到具有人类视觉特性的相对低的灵敏度的波段而获得，并且该第二像素值是输入图像Iin的像素值。
图6是图示根据对于每个像素的图像质量劣化存在或不存在的图像质量转换处理的控制示例的流程图。参照图6，输入图像Iin的一个像素首先设为感兴趣的像素(S302)。接下来，通过使用由分析单元24生成的图像质量劣化数据确定在设置的感兴趣的像素中是否出现图像质量劣化(S304)。在此，当在感兴趣的像素中出现图像质量劣化时，处理进到步骤S308。如果不是该情况，则处理进到步骤S306。在步骤S306，输入图像Iin的像素值输出到AV编码器28作为形成记录目标图像Irec的感兴趣的像素的像素值(S306)。在步骤S308，在上述图像质量转换处理之后的像素值输出到AV编码器28作为形成记录目标图像Irec的感兴趣的像素的像素值(S308)。此后，当对于输入图像Iin的所有像素没有完成记录目标图像Irec的像素值的输出时，处理返回到步骤S302(S310)。另一方面，当对于输入图像Iin的所有像素完成记录目标图像Irec的像素值的输出时，该流程图的处理结束。
通过这样的控制，例如，变得可能通过将目标缩窄到通过图像质量劣化数据指定的其中出现伪轮廓的部分来改进图像质量，从而实现压缩效率和灰度的可再现性的平衡。注意到，图6中图示的控制可以不对每个像素而是对包括多个像素的部分图像执行。
[3-3.第三示例]
此外，通过结合参照图5描述的方法和参照图6描述的方法，可以根据分类为三级的位速率控制图像质量转换处理。
图7是图示图像质量转换处理的这种控制的示例的流程图。参照图7，CPU 80首先获得例如通过用户接口86预先设置的位速率(S402)。接下来，CPU 80确定获得的位速率是否低于第一阈值(S404)。在此，第一阈值可以是4MBps等。在步骤S404，当位速率低于第一阈值时，处理进到步骤S412。如果不是该情况，则处理进到步骤S406。接下来，在步骤S406，CPU 80确定获得的位速率是否低于第二阈值(S406)。在此，特定阈值可以是15MBps等。在步骤S406，当位速率低于第二阈值时，处理进到步骤S410。如果不是该情况，则处理进到步骤S408。在步骤S408，CPU 80允许高分等级单元22和图像量化单元26执行上述图像质量转换处理(S408)。此外，在步骤S410，根据参照图6描述的方法，CPU 80通过使用图像质量劣化数据，按每一像素(或每一部分图像)接通/关断通过高分等级单元22和图像量化单元26的图像质量转换处理(S410)。此外，在步骤S412，CPU 80不允许高分等级单元22和图像量化单元26执行上述图像质量转换处理，并且允许它们直接输出输入图像Iin作为记录目标图像Irec到AV编码器28。
通过这样的控制，例如当指定低位速率时，压缩效率比图像质量的改进具有优先级。此外，例如当指定中间位速率时，仅在出现如伪轮廓的图像质量劣化的部分中改进图像质量。当指定高位速率时，改进整个图像的图像质量。根据此，变得可能根据用户或设备的需要适应性地改变灰度的可再现性的级别。
[3-4.第四示例]
此外，CPU 80可以对于执行通过图像量化单元26的量化处理的记录目标图像Irec，暂时增加分配到通过AV编码器28的编码处理的位的量。例如，可以基于指示图像质量劣化的数据是否包括在图像质量劣化数据中或输入图像Iin和记录目标图像Irec之间是否存在差别，确定是否执行通过图像量化单元26的量化处理。
图8是图示在这样的编码处理中的位的量的动态分配的示例的流程图。注意到，在图8中图示的示例中，配置从图像质量转换单元20输出的一系列记录目标图像Irec顺序提供到AV编码器28。CPU 80首先对于通过AV编码器28的编码处理的每个图像分配位的量为预先设置的默认值(S502)。接下来，对于输入的记录目标图像Irec，CPU 80例如根据指示图像质量劣化的数据是否包括在图像质量劣化数据中确定是否执行图像质量的转换(S504)。在此，当确定执行图像质量的转换时，处理进到步骤S506。另一方面，当确定不执行图像质量的转换时，跳过步骤S506。接下来，在步骤S506，CPU 80增加在步骤S502分配的编码处理中的位的量(S506)。CPU 80可以例如根据在一个图像中出现图像质量劣化的像素的速率改变速率以增加位的量。然后，AV编码器28根据分配的位的量压缩/编码记录目标图像Irec(S508)。此后，当所有的记录目标图像Irec的编码没有完成时，处理返回到步骤S502(S510)。另一方面，当所有的记录目标图像Irec的编码完成时，该流程图中的处理结束。
通过位的量的这种动态分配，例如，同样当希望低位速率作为包括一系列图像数据的整个视频时，变得可能仅暂时分配大量位到其中出现图像质量劣化的图像，以应用图像质量转换处理。注意到，这样的位的量的动态分配不限于图8中的示例，并且例如可以以记录目标图像Irec中包括的部分图像为单位或以包括多个记录目标图像Irec的画面组(GOP)为单位执行。
<4.总结>
如上所述，参照图1到8描述了本发明的实施例。根据基于该实施例的图像记录设备10，量化为第一灰度深度的输入图像的灰度深度通过高分等级处理暂时增加到第二灰度深度，在第一灰度深度的情况下不可能期望足够的灰度可再现性。然后，通过用于使用禁止灰度可再现性降低的方法，灰度深度增加的图像量化为第三灰度深度。根据此，例如，即使当第一灰度深度和第三灰度深度是相等值时，也比记录介质中可以记录的输入图像的视觉图像质量改进该图像的视觉图像质量。通过参照图5到8描述的方法，尽管图像质量的改进通常带来记录图像的位的量的增加，但是可以在关于位速率的需要和图像质量的改进之间实现合适的平衡。此外，还变得可能将根据该实施例的图像质量转换处理仅应用到其中期望图像质量的改进的部分。
[修改的示例]
应该注意到，在该实施例中主要描述这样的示例，其中输入图像Iin已经量化为这样的灰度深度(第一灰度深度)，在该灰度深度的情况下不可能期望足够的灰度可再现性。然而，可以考虑具有足够灰度深度(例如，10位或更高)的输入图像输入根据该实施例的图像记录设备10。在此情况下，可能通过简单地应用通过图像量化单元26的量化处理到输入图像，减小灰度深度同时维持灰度可再现性(也就是说，同时维持由用户察觉的图像质量)。然而，结果，通过AV编码器28的编码处理的可压缩性降低，并且可能难以实现用户期望的位速率。因此，即使当具有足够灰度深度的输入图像输入到图像记录设备10时，也允许图2中图示的分析单元24通过平滑部分检测等指定其中容易出现伪轮廓的区域。然后，通过图像量化26的量化处理仅应用到指定区域(或包括该区域的输入图像)。根据此，变得可能在量化时维持灰度可再现性和关于位速率的需要之间实现适当平衡。
本领域的技术人员应该理解，取决于设计要求和其它因素，可以出现各种修改、组合、子组合和替换，只要它们在权利要求或其等价物的范围内。
例如，图像转换单元20的高分等级单元22、分析单元24和图像量化单元26描述为不同于本说明书的图2中的CPU 80的处理块。然而，每个处理块例如可以通过使用其中描述图像转换单元20的高分等级单元22、分析单元24和图像量化单元26的处理的程序实现为软件。在此情况下，例如，其中描述每个处理的程序预先存储在ROM 82中，并且在要由CPU 80执行的执行时由RAM 84读取。此外，该本说明书中描述为由CPU 80控制的处理可以通过使用代替CPU 80的硬件逻辑控制。
本申请包含涉及于2009年7月27日向日本专利局提交的日本优先权专利申请JP 2009-174395中公开的主题，在此通过引用并入其全部内容。

Claims (7)

1.一种图像记录设备，包括：
高分等级单元，用于将具有第一灰度深度的输入图像高分等级，从而生成具有高于所述第一灰度深度的第二灰度深度的高灰度图像；
图像量化单元，用于量化通过所述高分等级单元生成的所述高灰度图像，使得量化误差被调制到具有人类视觉特性的相对低的灵敏度的波段，从而生成具有低于所述第二灰度深度的第三灰度深度的记录目标图像；
编码单元，用于编码通过量化单元生成的所述记录目标图像；以及
记录单元，用于将通过所述编码单元编码的所述记录目标图像记录在记录介质中。
2.如权利要求1所述的图像记录设备，
其中所述图像记录设备还包括控制单元，用于当低于特定阈值的值设为所述编码单元的编码处理的位速率时，关断所述图像量化单元，并且允许所述编码单元将输入图像编码为所述记录目标图像。
3.如权利要求1所述的图像记录设备，
其中所述图像记录设备还包括分析单元，用于对于包括在所述输入图像中的具有一个或多个像素的每个部分图像，输出指示图像质量劣化的存在或不存在的图像质量劣化数据，以及
所述图像量化单元基于所述图像质量劣化数据，通过使用其中出现图像质量劣化的部分图像的第一像素值和其中没有出现图像质量劣化的部分图像的第二像素值生成所述记录目标图像，该第一像素值通过量化所述高灰度图像使得将量化误差调制到具有人类视觉特性的相对低的灵敏度的波段而获得，并且该第二像素值是输入图像的像素值。
4.如权利要求3所述的图像记录设备，
其中所述图像质量劣化数据是对于每个部分图像指示是否出现伪轮廓的数据。
5.如权利要求1所述的图像记录设备，
其中所述图像记录设备还包括控制单元，用于对于通过所述图像量化单元执行量化处理的整个记录目标图像或执行量化处理的部分，暂时增加分配到通过编码单元的编码处理的位的量。
6.一种图像记录方法，包括以下步骤：
将具有第一灰度深度的输入图像高分等级，从而生成具有高于所述第一灰度深度的第二灰度深度的高灰度图像；
量化所述高灰度图像，使得量化误差被调制到具有人类视觉特性的相对低的灵敏度的波段，从而生成具有低于所述第二灰度深度的第三灰度深度的记录目标图像；
编码所述记录目标图像；以及
将编码的记录目标图像记录在记录介质中。
7.一种程序，用于使得用于控制图像记录设备的计算机用作：
高分等级单元，用于将具有第一灰度深度的输入图像高分等级，从而生成具有高于所述第一灰度深度的第二灰度深度的高灰度图像；
图像量化单元，用于量化通过所述高分等级单元生成的所述高灰度图像，使得量化误差调制到具有相对低的人类视觉特性的灵敏度的波段，从而生成具有低于所述第二灰度深度的第三灰度深度的记录目标图像；
编码单元，用于编码通过量化单元生成的所述记录目标图像；以及
记录单元，用于将通过所述编码单元编码的所述记录目标图像记录在记录介质中。
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