JP2001522174A - デジタル画像の処理方法および処理装置 - Google Patents

デジタル画像の処理方法および処理装置

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JP2001522174A JP2000518499A JP2000518499A JP2001522174A JP 2001522174 A JP2001522174 A JP 2001522174A JP 2000518499 A JP2000518499 A JP 2000518499A JP 2000518499 A JP2000518499 A JP 2000518499A JP 2001522174 A JP2001522174 A JP 2001522174A
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Abstract

(57)【要約】 ＭＰＥＧ規格，Ｈ．２６１またはＨ．２６３規格による動き画像の伝送の際に、伝送すべき画像の所定の基準を満たす領域を、画像の他の部分よりも高い画像品質で符号化する。この領域は、これが所定の色、有利には人の肌に類似する色を有するときに基準を満たす。基準を満たす領域の高画像品質は、比較的に小さな量子化値、比較的に高い位置解像度、または比較的に高い画像反復速度により保証される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明は、デジタル画像の処理方法および処理装置に関する。
【０００２】 とりわけ従来の画像圧縮、すなわち伝送される画像データの低減により画像を
デジタル伝送する際には、伝送を行うチャネルがボトルネックとなる。画像デー
タはこのチャネルを介して（画像）コーダから（画像）デコーダへ伝送される。
このチャネルのバンド幅は通常は所定のものであり、一定である。そのためコー
ダで相応に圧縮がこのバンド幅に調整される。標準的なブロックベースの画像符
号化法、例えばＭＰＥＧ−４またはＨ．２６３（［１］参照）が提供する手段に
従って、時間単位ごとに伝送される画像の数が保証されるようにコーダを予調整
ないしは適合することができる。ここでは画像品質の低下は甘受される。
【０００３】 １つの例は、画像を表示する画像電話である。この画像はＩＳＤＮ Ｂチャネ
ルを介して64kbit/sの伝送速度で伝送され、相応する画像品質を有している。画
像は常に低解像度の画像シーケンスで細切れに、しかも比較的小さく表示される
。
【０００４】 ブロックベースの画像符号化法（例えばＭＰＥＧ規格またはＨ．２６３規格）
は［２］から公知である。
【０００５】 画像処理の際には伝送すべき画像全体に対して画像品質が設定される。使用さ
れるデータ速度に依存して、バンド幅が効率的に使用されるように、しかし画像
全体が伝送できるように画像品質が適合される。ここでの欠点は、画像全体を伝
送するために画像品質の低下を甘受しなければならないことである。
【０００６】 本発明の課題は、上記の欠点を回避した画像処理方法および画像処理装置を提
供することである。
【０００７】 この課題は請求項１および２０に記載の構成により解決される。
【０００８】 本発明の画像処理方法では、デジタル画像が２つの領域に分割され、ここで第
１の領域は所定の基準を満たし、第２の領域は所定の基準を満たさない。第１の
領域はこれに基づき比較的高い画像品質で処理される。
【０００９】 第１の領域に対してはこれが所定の基準を満たしているので、画像品質の改善
が達成される。従って本発明により、第１の領域を全体画像の一部として高品質
で電子処理し、例えば伝送または圧縮することができる。
【００１０】 本発明の改善形態では、画像を複数の領域に分割し、基準を満たす複数の第１
の領域を、基準を満たさない複数の第２の領域よりも高い画像品質で処理する。
【００１１】 このことにより画像内の複数領域を複数の第１の領域と複数の第２の領域に分
割し、画像内の第１の領域がつながらない領域であっても比較的に高い画像品質
を割り当てることができる。
【００１２】 別の改善形態では、画像の第１の領域が所定の色を有するときに基準が満たさ
れる。これは例えば人の皮膚の色に近い色とすることができる。
【００１３】 付加的な改善形態では、画像をブロックベースの画像符号化方法により処理す
る。ブロックベースの画像符号化方法に対する例は、ＭＰＥＧ規格またはＨ．２
６３規格により定義された画像符号化法である。
【００１４】 ブロックベースの画像符号化方法では、画像のブロックごとに（このブロック
は所定の大きさを有する）ブロックの色が第２の色値の形態で、有利にはこのブ
ロックの画素の平均によって検出される。第２の色値と第１の色値との比較演算
が実行される。比較演算の結果が所定の閾値より小されば基準が満たされ、従っ
てそのブロックは少なくとも人の皮膚に似た色を有している。それ以外の場合（
比較演算の結果が所定の閾値より小さくない）、このブロックに対する基準は満
たされない。
【００１５】 付加的な改善形態では、画像の各ブロックに対して方法が反復的に実行される
。
【００１６】 ブロックの所定の大きさは有利には８×８画素または１６×１６画素である。
【００１７】 比較演算は種々の形式で定義することができる。以下に３つの手段（式（１）
から（３）参照）を示す。
【００１８】 |xy - hy| + |xCr - hCr| + |xCb - hCb| ＜Ｓ （１） |xy - hy|2 + |xCr - hCr|2 + |xCb - hCb|2 ＜Ｓ （２） k1|D1| + k2|D2| + k3|D3| ＜Ｓ （３） ここで、 xy 第１の色値の輝度値（＝明度） xCr 第１の色値の第１のクロミナンス値（＝色相） xCb 第１の色値の第２のクロミナンス値（＝飽和度） hy 第２の色値の輝度値（＝明度） hCr 第２の色値の第１のクロミナンス値（＝色相） hCb 第２の色値の第２のクロミナンス値（＝飽和度） Ｓ 所定の閾値 k1,k2,k3 所定の重み付け値 D1 第１の色値輝度値と第２の色値の輝度値との第１の比較 D2 第１の色値の第１のクロミナンス値と第２の色値の第１のクロミナンス値
との第２の比較 D3 第１の色値の第２のクロミナンス値と第２の色値の第２のクロミナンス値
との第３の比較 を表す。
【００１９】 特に有利には３つのパラメータ（輝度値、第１のクロミナンス値、第２のクロ
ミナンス値）を画素ごとないしは画像ブロックごと（画像ブロックの画素から相
応に平均して）に、一度に所定の閾値と比較する。同じようにそれぞれ明度、色
相および飽和度を画像の各ブロックごとに、皮膚に色に所属する所定の値と比較
することも考えられる。この場合、３つの比較演算による結果が得られ、これら
３つの結果を基準が満たされているか否かの決定に使用することができる。言い
替えれば、D1,D2,D3について個々の比較結果が得られる。上記の式（１）から（
３）では３つの個々の比較値が相互に結合され、全体で所定の閾値と比較される
。
【００２０】 さらにＭＰＥＧ−４によるブロックベースの画像符号化方法を使用することが
できる。ここではＭＰＥＧ−４規格により、所定の領域（いわゆる画像オブジェ
クト）に対して、すなわち所定の基準が満たされている領域に対して伝送様式を
統一することができる。
【００２１】 別の改善形態では、比較的に高い画像品質が次のようにして達成される。すな
わち、第１の領域に対して比較的に高い画像反復速度を定めるのである。第１の
領域（またはデジタル画像内の相応に複数の第１の領域）に対して、（少なくと
も１つの）第２の領域に対する画像反復速度よりも高い画像反復速度を選択する
ことにより、第１の領域がとりわけ頻繁に更新され、従って運動が滑らかに表示
されるようになる。ニュースキャスターのように顔を表示する場合には、観察者
は唇の運動を連続的運動画像に見るが、これに対して皮膚の色に相応しない背景
はほとんど更新されず、従って背景での運動は細切れに知覚される。
【００２２】 第１の領域に対する画像品質を改善するための別の手段は、この第１の領域に
対する位置解像度を高めることである。このようにして第２の領域に対し比較的
多数の画素（ピクセル）が第１の領域の明りょうな表示を保証する。
【００２３】 画像品質を改善するための第３の手段は、量子化値を第１の領域に対しても第
２の領域に対しても制御することである。ここでは第１の領域は第１の量子化値
により、第２の領域は第２の量子化値により量子化される。第１の領域の比較的
に高い画像品質は、第１の量子化値を第２の量子化値よりも小さくすることによ
り保証される。
【００２４】 付加的改善形態の枠内では、ＭＰＥＧ規格に従い、第１の量子化値（比較的に
小さな値→高解像度→バンド幅に対する要求が高い）を第２の量子化値（比較的
に大きな値→低解像度→バンド幅に対する要求が低い）に切り換える（ここでは
第１の量子化値は第２の量子化値よりも小さい）。この切り換えは、ＤＱＵＡＮ
Ｔシンボルを第２の量子化値と共にパラメータとして伝送することにより行う。
反対に第２の量子化値から第１の量子化値への切り換えは、ＤＱＵＡＮＴシンボ
ルを第１の量子化値と共にパラメータとして伝送することにより行う。
【００２５】 本発明の改善形態では、できるだけ大きな関連のある領域が第１または第２の
領域として保証される。なぜならこのようにすれば、量子化値間の切換過程を小
さくすることができるからである。上に述べたように各切換過程にＤＱＵＡＮＴ
シンボルが先行する。このシンボルによりオーバヘッドが形成され、このオーバ
ヘッドのために、本来は画像情報に対して使用することのできるバンド幅が損失
してしまう。
【００２６】 画像の、基準を満たしている複数のブロックを相応の量子化値で処理する場合
、これら複数のブロック間にあり、式（１）から（３）の１つに従い所定の閾値
を上回る個別ブロックを、別の量子化値で基準を満たす画像ブロックとして量子
化しなければならない。従って有利には、特別に新たな量子化値で統合しなけれ
ばならない個別ブロックを比較的に小さな量子化値で、基準を満たしているブロ
ックのように処理する。
【００２７】 画像の後続ブロックに対してそれぞれ適用される量子化値間の切り換えを少な
くすることが目的である。基準を満たすブロックの中にある個別ブロックはその
ために有利には比較的小さな量子化値により処理し、これを取り囲む画像ブロッ
クと同じように相応に高い画像品質で伝送する。
【００２８】 本来の量子化の前の予備処理で、どのブロックが基準を満たしており、どのブ
ロックが基準を満たすブロックの近傍、および基準を満たさないブロックの近傍
にあり、画像のどのブロックが基準を満たさず、基準を満たすブロックに対して
所定の間隔にあるかを設定すると有利である。このようにすれば、画像の線毎の
処理に相応してブロックベースの符号化方法に基づき、量子化値間の切換過程の
有利な数および分配を検出することができる。このことは、基準を満たす、ない
しは満たさない、画像のブロックに対してできるだけ大きく関連する領域を検出
することにより行われる。
【００２９】 このためにブロックに対する閾値Ｓが、この閾値Ｓを隣接ブロックで上回る数
に依存して制御される。閾値Ｓは有利には、隣接ブロックの多数が所定の色を有
しているときに低下され、相応して隣接するブロックの少数が所定の色を有する
ときに上昇される。
【００３０】 前記の画像品質改善手段を組み合わせて適用することも可能である。画像品質
を改善したいという希望の大部分は、例えば使用される最大バンド幅の物理的枠
内での条件のみに制限される。このことはそれぞれの適用にのみ依存するのであ
って、画像品質改善手段の組み合わせ、とりわけデジタル画像の領域の改善を制
限するものではない。
【００３１】 本発明の要点は、伝送される画像内で画像品質を局所的に異なって設定するこ
とにある。このことは、皮膚の色に近い画像部分を画像の他の部分よりも高い画
像品質で伝送できるので非常に有利である。これに対する例はニュース放送であ
り、ここではニュースキャスターの顔および手を、肌の色でない画像領域よりも
比較的に小さい量子化値により、すなわち高い画像品質で量子化し、伝送する。
従って聴覚障害者であっても、情報を高品質の画像領域（肌の色の領域）から、
例えば読唇やジェスチャー解釈により得ることができる。とりわけこのことによ
り、画像電話が言語ないし聴覚障害者にとっても有効な通信媒体となる。なぜな
ら、手と表情（唇）が画像の他の部分よりも高品質で伝送され、ひいては言語な
いし聴覚障害者であっても唇の運動ないし手の運動によってコミュニケーション
する手段が提供される。
【００３２】 本発明ではさらに、プロセッサユニットによる画像処理装置が提供される。こ
の装置は、上に述べた方法ステップが実施されるように構成されている。
【００３３】 さらにデジタル画像の符号化装置が提供される。この装置はスペクトル変換を
実行するための手段を有しており、この手段はデジタル画像をスペクトル領域に
変換する。エントロピー符号化のための手段を設けることもでき、この手段はデ
ータ圧縮を実行する。さらに符号化装置はバッファを有し、このバッファはデー
タ速度が可変のデータをエントロピー符号化のための手段から受け取り、有利に
は固定データ速度のチャネルにさらに導通する。
【００３４】 本初径のさらなる改善形態では、バッファの充填状態が量子化装置の量子化値
に適合される。
【００３５】 別の改善形態では、量子化装置の適合が次のようにして行われる。すなわち、
充填されたバッファが量子化値を増大し、画像を不鮮明に伝送させ、空のバッフ
ァが量子化値を低減し、高い画像品質を保証するのである。
【００３６】 本発明の改善形態は従属請求項から明らかである。
【００３７】 本発明の実施例を以下、図面に基づいて詳細に説明する。
【００３８】 図１は、２つの計算器、カメラおよび画面を有する装置を示し、これにより画
像データの符号化、伝送、並びに復号化および表示が行われる。
【００３９】 図２は、デジタル画像をブロックベースで符号化するための装置の概略図であ
る。
【００４０】 図３は、計算器によるデジタル画像の量子化方法のステップを示す。
【００４１】 図４は、バッファ状態に依存して量子化を適合する様子を示す概略図である。
【００４２】 図５は、画像品質を向上するための手段の概略図である。
【００４３】 図１には、２つの計算器とカメラを有する装置が示されている。ここでは画像
符号化、画像データの伝送、および画像復号化を説明する。
【００４４】 カメラ１０１は第１の計算器１０２と線路１１９を介して接続されている。カ
メラ１０１は記録した画像１０４を第１の計算器１０２に伝送する。第１の計算
器１０２は第１のプロセッサユニット１０３を有しており、このプロセッサユニ
ットはバス１１８を介して画像メモリ１０５と接続されている。第１の計算器１
０２のプロセッサユニット１０３により画像符号化方法が実施される。この形式
で符号化された画像データ１０６は第１の計算器１０２から通信接続路１０７，
有利には線路または無線経路を介して第２の計算器１０８へ伝送される。第２の
計算器１０８は第２のプロセッサユニット１０９を含んでおり、このプロセッサ
ユニットはバス１１０を介して画像メモリ１１１と接続されている。第２のプロ
セッサユニット１０９では画像復号化方法が実施される。
【００４５】 第１の計算器１０２も第２の計算器１０８もそれぞれ画面１１２ないし１１３
を有しており、これに画像データ１０４が視覚化される。第１の計算器１０２お
よび第２の計算器１０８を操作するためにそれぞれ入力ユニットが設けられてお
り、これは有利にはキーボード１１４ないし１１５，並びにコンピュータマウス
１１６ないし１１７である。
【００４６】 カメラ１０１から線路１１９を介して第１の計算器１０２に伝送される画像デ
ータ１０４は有利には時間領域にあるデータである。一方、第１の計算器１０２
から第２の計算器１０８へ通信接続路１０７を介して伝送されるデータ１０６は
有利にはスペクトル領域にある画像データである。
【００４７】 画面１２０には復号化された画像データが表示される。
【００４８】 以下簡単に、ＭＰＥＧ画像符号化について説明する。詳しくは［２］の説明を
参照されたい。
【００４９】 ＭＰＥＧ規格で使用される符号化方法は実質的に、動き補償を行ったハイブリ
ッドＤＣＴ（離散的コサイン変換 Diskreten Cosinus Transformation）に基づ くものである。この方法は、ｎ×６４kbit/sの画像電話に対して（ＣＣＩＴＴ勧
告Ｈ．２６１）、３４ないし４５Mbit/sのＴＶコントリビューションに対して（
ＣＣＲ勧告７２３）および１．２Mbit/sのマルチメディア適用に対して（ＩＳＯ
−ＭＰＥＧ−１）類似の形態で使用される。ハイブリッドＤＣＴは、順次連続す
る画像の類似関係を利用した時間的処理段と、画像内の相関を利用した位置的処
理段とからなる。
【００５０】 位置的処理（フレーム内符号化）は実質的に古典的ＤＣＴ符号化に相応する。
画像は８×８の画素ブロックに分解され、これらのブロックがそれぞれＤＣＴに
より周波数領域に変換される。結果は８×８の係数行列であり、近似的に二次元
の空間周波数を変換された画像ブロックで反映する。ＡＣ係数の周波数は、ｆx 軸とｆy軸に沿って上昇し、一方ＤＣ係数（直流成分）は画像ブロックの平均的 グレー値を表す。
【００５１】 変換後にデータ拡張が行われる。なぜなら係数の振幅は計算精度の理由から有
利には１２ビットでサンプリングされるからである。もちろん自然の画像原画で
はエネルギーの凝縮がＤＣ値（直流成分）を中心に行われ、最高周波数の係数は
通常、ゼロである。
【００５２】 次のステップで、係数のスペクトル重み付けが行われる。これにより、高周波
係数の振幅精度が低下する。ここでは人の目の特性を利用する。人の目は空間周
波数が高いと、低い場合よりも解像度が落ちる。
【００５３】 データ圧縮の第２のステップは、適応量子化の形態で行われる。この適応量子
化により係数の振幅精度はさらに低下され、これにより小さな振幅はゼロに置換
される。ここでの量子化の程度は出力バッファの充填状態に依存する。バッファ
が空であれば、微細な量子化が行われ、これによりより多量のデータが形成され
る。一方、バッファが満杯であれば、粗い量子化が行われ、これによりデータ量
が低減される。
【００５４】 量子化の後にブロックが対角線でサンプリングされ（ジグザグ・スキャニング
）、続いてエントロピー符号化が行われる。この符号化により本来のデータ圧縮
が行われる。これに対しては２つの効果が利用される。
【００５５】 １）振幅値の統計。高い振幅値は低い振幅値と比較して滅多に発生せず、従っ
てまれな事象には長いコード語を、頻繁な事象には短いコード語を割り当てる（
可変長符号化、ＶＬＣ）。このようにして平均的には、データ速度が固定ワード
長による符号化の際に低くなる。ＶＬＣの可変速度は引き続きバッファメモリで
平滑化される。
【００５６】 ２）所定の値からは多くの場合でゼロだけが続くという事実を利用する。この
全てのゼロの代わりに、単にＥＯＢコード（End of Block）を伝送する。このこ
とにより、符号化利得が画像データを圧縮する際に有意になる。出発速度を５１
２ビットではなく、前記の例ではこのブロックに対して４６ビットで伝送する。
このことは１１以上の圧縮係数に相応する。
【００５７】 さらなる圧縮率は、時間的処理（フレーム内符号化）により得られる。差分画
像の符号化にはオリジナル画像を符号化する場合よりも必要なデータ速度が小さ
い。なぜなら振幅値が格段に小さいからである。
【００５８】 確かに画像中の動きが小さい場合には時間差も小さい。しかしこれに対して画
像中の動きが大きい場合には、発生する差も大きく、これを符号化するのは困難
である。この理由から、画像ごとの動きが測定され（動き予測）、差分形成の前
に補償される（動き補償）。ここでは動き情報は画像情報と共に伝送される。通
常はマクロブロック（例えば４つの８×８画像ブロック）当たりの動きベクトル
が使用される。
【００５９】 使用される予測の代わりに動き補償された双方向の予測を使用すると、差分画
像のさらに小さな振幅値が得られる。
【００６０】 動き補償されたハイブリッドコーダでは、画像信号自体が変換されるのではな
く、時間的差分信号が変換される。この理由からコーダは時間的反復ループを使
用する。なぜなら予測器は予測値をすでに伝送された（符号化された）画像の値
から計算しなければならないからである。同じ時間的反復ループがデコーダにも
存在し、コーダとデコーダは完全に同期する。
【００６１】 ＭＰＥＧ２符号化方法には主に、画像処理することのできる３つの異なる方法
が存在する。
【００６２】 Ｉ−画像：Ｉ−画像では時間的予測は使用されない。すなわち画像値が直接変換
され、符号化される。これは画像１に示されている。Ｉ−画像を使用するのは、
過去の知識なしに復号化過程を新たに開始できるようにするため、ないしは伝送
エラーの場合に再同期化を達成するためである。
【００６３】 Ｐ−画像：Ｐ−画像に基づいて時間的予測が行われる。ＤＣＴが時間的予測エラ
ーに適用される。
【００６４】 Ｂ−画像：Ｂ−画像では時間的に双方向の予測エラーが計算され、続いて変換さ
れる。双方向の予測は基本的に適合的に動作する。すなわち前方予測、後方予測
、または補間が許容される。
【００６５】 画像シーケンスがＭＰＥＧ−２符号化の際にはいわゆるＧＯＰ（Group Of Pic
tures）に分割される。２つのＩ−画像の間にあるｎ個の画像が１つのＧＯＰを 形成する。Ｐ−画像間の間隔はｍにより表される。ここではｍ−１個のＢ−画像
がＰ−画像の間にある。ＭＰＥＧシンタックスはｍとｎの選択を使用者に任せて
いる。ｍ＝１はＢ−画像を使用しないことを意味し、ｎ＝１はＩ−画像だけを符
号化することを意味する。
【００６６】 図２は、Ｈ．２６３規格（［１］参照）によるブロックベースの画像符号化方
法を実行するための装置の概略図である。
【００６７】 時間的に順次連続するデジタル画像を備えた符号化すべきビデオデータ流が画
像符号化ユニット２０１に供給される。デジタル画像はマクロブロック２０２で
分割される。ここで各マクロブロックは１６×１６の画素を有している。マクロ
ブロック２０２は４つの画像ブロック２０３，２０４，２０５，２０６を含む。
ここで各画像ブロックは８×８の画素を含み、各画素には輝度値（明度値）が配
属されている。さらに各マクロブロック２０２は２つのクロミナンスブロック２
０７と２０８を含み、これらのブロックは画素に配属されたクロミナンス値（色
情報、飽和度）を備えている。
【００６８】 １つの画像のブロックは輝度値（＝明度）、第１のクロミナンス値（＝色相）
および第２のクロミナンス値（＝飽和度）を含む。ここでは輝度値、第１のクロ
ミナンス値、および第２のクロミナンス値は色値と称される。
【００６９】 画像ブロックは変換符号化ユニット２０９に供給される。差分画像符号化の場
合には、時間的に先行する画像の画像ブロックの符号化すべき値が瞬時の符号化
すべき画像ブロックの値から減算される。そして差分形成情報２１０だけが変換
符号化ユニット（離散的コサイン変換、ＤＣＴ）２０９に供給される。このため
に接続路２３４を介して瞬時のマクロブロック２０２が動き予測ユニット２２９
に通知される。変換符号化ユニット２０９では、符号化すべき画像ブロックに対
して、ないしは差分画像ブロックに対してスペクトル係数２１１が形成され、量
子化ユニット２１２に供給される。この量子化ユニット２１２は本発明の量子化
装置に相応する。
【００７０】 量子化されたスペクトル係数２１３はスキャンユニット２１４にも、帰還経路
にある逆量子化ユニット２１５にも供給される。例えば“ジグザグ”スキャン法
によるスキャンの後、スキャンされたスペクトル係数２３２について、そのため
に設けられたエントロピー符号化ユニット２１６でエトロピー符号化が実行され
る。エントロピー符号化されたスペクトル係数は符号化画像データ２１７として
チャネル、有利には線路または無線区間を介してデコーダに伝送される。
【００７１】 逆量子化ユニット２１５では、量子化されたスペクトル係数２１３の逆量子化
が行われる。そうして得られたスペクトル係数２１８は逆変換符号化ユニット２
１９（逆離散コサイン変換，ＩＤＣＴ）に供給される。復元された符号化値（差
分符号化値も）は差分画像モードで加算器２２１に供給される。加算器２２１は
さらに画像ブロックの符号化値を受け取る。この符号化値は、時間的に先行する
画像からすでに実行された動き補償に従って得られる。加算器２２１により復元
された画像ブロック２２２が形成され、画像メモリ２２３に記憶される。
【００７２】 復元された画像ブロック２２２のクロミナンス値２２４は画像メモリ２２３か
ら動き補償ユニット２２５に供給される。明度値２２６に対してはそのために設
けられた補間ユニット２２７で補間が実行される。補間に基づき、それぞれの画
像ブロックに含まれる明度値の数が２倍にされる。全ての明度値２２８は動き補
償ユニット２２５にも、動き予測ユニット２２９にも供給される。動き予測ユニ
ット２２９はさらにそれぞれ符号化すべきマクロブロック（１６×１６画素）の
画像ブロックも接続路２３４を介して受け取る。動き予測ユニット２２９では、
補間された明度値を考慮して動き予測が行われる（ハーフピクセルベースの動き
予測）。有利には動き予測の際に、符号化すべき瞬時のマクロブロック２０２と
、時間的に先行する画像から復元されたマクロブロックにおける個々の明度値の
絶対差を検出する。
【００７３】 動き予測の結果は動きベクトルである。この動きベクトルにより、時間的に先
行する画像から選択されたマクロブロックと、符号化すべきマクロブロック２０
２との間の位置的ずれが表される。
【００７４】 明度情報もクロミナンス情報も動き予測ユニット２２９により求められたマク
ロブロックを基準にして動きベクトル２３０だけずらされ、マクロブロック２０
２の符号化値から減算される（データ矢印２３１参照）。
【００７５】 図３には、デジタル画像を計算器により量子化するための方法ステップが示さ
れている。
【００７６】 ステップ３０１で所定の色（画像の第１領域の基準）として肌色ＣＯＬHが検 出される。ステップ３０２で画像のブロックが読み込まれ、その色ＣＯＬBLが検
出される。ブロックの各個々のピクセルは明度値、色相、および飽和度を有して
いるから、ブロック全体に対して相応の平均値が形成される。この平均値は色値
ＣＯＬBLとしてまとめて表される。ステップ３０３で比較演算が実行され、瞬時
のブロックの色ＣＯＬBLが所定の色ＣＯＬH（肌色）と比較される。このような 比較演算は一般的に次にようにして行われる。
【００７７】 |ＣＯＬH−ＣＯＬBL|＜Ｓ （４） 上に述べたように、色値は明度、色相、飽和度を代表するものであり、これら
は色値の個々の要素として比較演算に用いられる。以下、３つの異なる比較演算
を上げるが、本発明はこれら演算に制限されるものではない。
【００７８】 |xy - hy| + |xCr - hCr| + |xCb - hCb| ＜Ｓ （１） |xy - hy|2 + |xCr - hCr|2 + |xCb - hCb|2 ＜Ｓ （２） k1|D1| + k2|D2| + k3|D3| ＜Ｓ （３） ここで、 xy 第１の色値の輝度値（＝明度） xCr 第１の色値の第１のクロミナンス値（＝色相） xCb 第１の色値の第２のクロミナンス値（＝飽和度） hy 第２の色値の輝度値（＝明度） hCr 第２の色値の第１のクロミナンス値（＝色相） hCb 第２の色値の第２のクロミナンス値（＝飽和度） Ｓ 所定の閾値 k1,k2,k3 所定の重み付け値 D1 第１の色値輝度値と第２の色値の輝度値との第１の比較 D2 第１の色値の第１のクロミナンス値と第２の色値の第１のクロミナンス値
との第２の比較 D3 第１の色値の第２のクロミナンス値と第２の色値の第２のクロミナンス値
との第３の比較 を表す。
【００７９】 ステップ３０３で比較演算の結果が閾値Ｓと比較される。所定の色（肌色）Ｃ
ＯＬHとブロックの色ＣＯＬBLとの差が所定の閾値Ｓより小さければ、ブロック の色ＣＯＬBLは少なくとも肌色ＣＯＬHに近似している。この場合ステップ３０ ４で、瞬時の量子化値ＱＷが第１の量子化値ＱＷ１と等しいか否かが問い合わさ
れる。ここで第１の量子化値ＱＷ１は第２の量子化値ＱＷ２より小さいことに注
意して欲しい。量子化値が小さければ小さいほど、これにより達成される画像品
質は高くなる。ステップ３０４の問い合わせで、量子化値ＱＷが第１の量子化値
ＱＷ１と等しければ、量子化が実行される（ステップ３０６参照）。それ以外の
場合、ステップ３０５で量子化値ＱＷとして第１の量子化値ＱＷ１がセットされ
、これに続いてステップ３０６で量子化が実行される。
【００８０】 比較演算３０３で、ロックの色ＣＯＬBLと肌色ＣＯＬHとの類似性が得られな ければ、ステップ３０７で瞬時の量子化値ＱＷが第２の量子化値ＱＷ２と等しい
か否かが問い合わされる。等しければ量子化が実行される（ステップ３０６参照
）。それ以外の場合、ステップ３０８で新たな量子化値ＱＷとして第２の量子化
値ＱＷ２がセットされる。
【００８１】 上に述べた前処理の枠内でステップ３０４と３０７では、量子化値ＱＷをステ
ップ３０３からの比較演算の結果として適合しなければならないか否かの問い合
わせだけでなく、ブロックのできるだけ大きな関連する（量子化値により伝送す
べき）領域が得られるようにする。
【００８２】 図４には、量子化をバッファ状態に依存して実行する構成が示されている。
【００８３】 図４のブロック４０１は、古典的なフレーム内コーダのブロック回路図の第１
のブロックを一括するものである。デジタル画像はＤＣＴに基づいて周波数領域
に変換され、そこでスペクトル係数の重み付けが行われ、ブロック４０２で量子
化が行われる。量子化の後、ステップ４０３で可変長符号化によるサンプリング
が実行され、このようにして得られたデータがバッファ４０４に書き込まれる。
バッファ４０４から圧縮された画像データがチャネル４０６を介してデコーダに
伝送される。
【００８４】 チャネルのデータ速度は一定であるが、画像伝送は少なくとも近似的にリアル
タイム要求を満たさなければならないから、伝送すべき各画像に対して所定の時
間が使用される。画像符号化がこの時間に行われなければ、画像全体が伝送され
ない。常に画像全体が伝送されることを保証するために、バッファ４０４の充填
状態に依存して量子化４０２が適合される（適合経路４０５参照）。画像符号化
で、残りの時間が画像全体をデコーダに伝送するのに十分でないことが判明すれ
ば、量子化値ＱＷを高めることにより量子化が適合される。このことにより不正
確で、不鮮明な画像圧縮が行われるが、相応に高速に圧縮を実行することができ
、リアルタイム要求を満たすことができる。
【００８５】 ここでは、基準を満たし、相応に高品質で伝送すべき第１の領域が残りの第２
の領域よりも高い画像品質であることが常に保証される。従って第１の領域に対
する量子化値は常に第２の領域に対する量子化値よりも小さい。
【００８６】 図５には、画像品質改善のための別の手段（ブロック５０１参照）が示されて
いる。
【００８７】 上の詳細に述べた方法を考慮し、画像品質改善はとりわけ所定の色を有する所
定の領域に対して行われる。画像の肌色面は画像の他の部分よりも比較的に高い
画像品質で伝送し、デコーダに提示すべきである。
【００８８】 第１の手段５０２は画像反復速度を上昇させる（所定の色を有する領域に対し
て）。相応の領域を頻繁に更新することにより、この領域は動き画像の他の部分
よりも滑らかに表示される。画像符号化の際に相応に調整することにより、この
領域のリアルタイム表示が有利に保証される。これにより肌色面の滑らかな動き
がデコーダの側でも知覚される。
【００８９】 第２の手段５０３は位置解像度を向上させる。所定の基準を満たす領域に対し
ては単位面積当たりの画素を増やすことにより、画像鮮鋭度が改善される。
【００９０】 最後に第３の手段５０４は、所定の領域（上に詳細に示した）に対して量子化
値を低減する。画像の他の部分よりも量子化値を低減することにより、所定の条
件を満たす、有利には肌色の当該領域に対する画像符号化が微細な量子化により
行われ、ひいては画像品質が向上する。
【００９１】 基準を満たす所定の領域に対する、前記の画像品質改善手段は組み合わせるこ
ともできる。
【００９２】 本明細書の枠内で、以下の刊行物を引用する。
【００９３】
【表１】
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、２つの計算器、カメラおよび画面を有する装置を示し、これにより画
像データの符号化、伝送、並びに復号化および表示が行われる。
【図２】 図２は、デジタル画像をブロックベースで符号化するための装置の概略図であ
る。
【図３】 図３は、計算器によるデジタル画像の量子化方法のステップを示す。
【図４】 図４は、バッファ状態に依存して量子化を適合する様子を示す概略図である。
【図５】 図５は、画像品質を向上するための手段の概略図である。
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１１年１１月１５日（１９９９．１１．１５）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5C057 AA01 AA11 BA02 CB07 DA20 DB06 DC01 EG01 EL01 EM01 EM16 GH05 5C059 KK00 MA23 MC11 NN01 PP04 SS07 TA41 TA45 TA47 TA50 TB08 TC11 TC12 TC43 TD01 TD11 UA02 UA32 UA38 5C066 AA01 AA11 BA02 CA05 CA27 DC06 DD06 GA02 GA05 HA01 HA03 JA03 KE16 KE17

Claims (41)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 画像処理方法において、 ａ）デジタル画像を２つの領域に分割し、第１の領域は所定の基準を満たし、第
    ２の領域は所定の基準を満たさず、 ｂ）第１の領域を第２の領域よりも高い画像品質で処理する、 ことを特徴とする画像処理方法。
  2. 【請求項２】 画像を複数の領域に分割し、 基準を満たす複数の第１の領域を、基準を満たさない複数の第２の領域よりも
    高い画像品質で処理する、請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 基準は、画像の領域が所定の色領域からの色を有することで
    ある、請求項１または２記載の方法。
  4. 【請求項４】 前記色は、人の肌の色にほぼ相応する、請求項３記載の方法
    。
  5. 【請求項５】 画像をブロックベースの画像符号化法により処理する、請求
    項１から４までのいずれか１項記載の方法。
  6. 【請求項６】 ブロックベースの画像符号化法はＭＰＥＧ規格、またはＨ．
    ２６１またはＨ．２６３規格により定められている、請求項５記載の方法。
  7. 【請求項７】 ａ）画像の所定の大きさを有するブロックに対して、当該ブ
    ロックの色を該ブロックの第２の色値の形態で検出し、 ｂ）第２の色値と第１の色値との比較演算を実行し、 ｃ）比較演算の結果が所定の閾値よりも小さければ基準が満たされ、すなわち当
    該ブロックは少なくとも肌色に近似し、 ｄ）それ以外の場合、基準は当該ブロックに対して満たされない、請求項５また
    は６記載の方法。
  8. 【請求項８】 画像の各ブロックに対して当該方法を反復的に実施する、請
    求項７記載の方法。
  9. 【請求項９】 ブロックの所定の大きさは、８画素×８画素である、請求項
    ７または８記載の方法。
  10. 【請求項１０】 ブロックの所定の大きさは、１６画素×１６画素である、
    請求項７または８記載の方法。
  11. 【請求項１１】 比較演算を次式により実行する： |xy - hy| + |xCr - hCr| + |xCb - hCb| ＜Ｓ ここで、 xy 第１の色値の輝度値（＝明度） xCr 第１の色値の第１のクロミナンス値（＝色相） xCb 第１の色値の第２のクロミナンス値（＝飽和度） hy 第２の色値の輝度値（＝明度） hCr 第２の色値の第１のクロミナンス値（＝色相） hCb 第２の色値の第２のクロミナンス値（＝飽和度） Ｓ 所定の閾値 である、請求項７から１０までのいずれか１項記載の方法。
  12. 【請求項１２】 比較演算を次式により実行する： |xy - hy|2 + |xCr - hCr|2 + |xCb - hCb|2 ＜Ｓ ここで、 xy 第１の色値の輝度値（＝明度） xCr 第１の色値の第１のクロミナンス値（＝色相） xCb 第１の色値の第２のクロミナンス値（＝飽和度） hy 第２の色値の輝度値（＝明度） hCr 第２の色値の第１のクロミナンス値（＝色相） hCb 第２の色値の第２のクロミナンス値（＝飽和度） Ｓ 所定の閾値 である、請求項７から１０までのいずれか１項記載の方法。
  13. 【請求項１３】 比較演算を次式により実行する： k1|D1| + k2|D2| + k3|D3| ＜Ｓ ここで、 k1,k2,k3 所定の重み付け値 D1 第１の色値輝度値と第２の色値の輝度値との第１の比較 D2 第１の色値の第１のクロミナンス値と第２の色値の第１のクロミナンス値
    との第２の比較 D3 第１の色値の第２のクロミナンス値と第２の色値の第２のクロミナンス値
    との第３の比較 Ｓ 所定の閾値 である、請求項７から１０までのいずれか１項記載記載の方法。
  14. 【請求項１４】 ブロックベースの画像符号化法をＭＥＰＧ−４規格に従っ
    て定め、ＭＰＥＧ−４規格に従って定められた領域は前記所定の基準を満たす、
    請求項１から１３までのいずれか１項記載の方法。
  15. 【請求項１５】 画像反復速度を第１の領域に対して高めることにより画像
    品質を向上させる、請求項１から１４までのいずれか１項記載の方法。
  16. 【請求項１６】 第１の領域に対して位置解像度を高め、第１の領域に対し
    ては比較的に多数の画素を処理することにより画像品質を向上させる、請求項１
    から１５までのいずれか１項記載の方法。
  17. 【請求項１７】 第１の領域を第１の量子化値により量子化し、第２の領域
    を第２の量子化値により量子化することにより、画像品質を向上させ、 第１の量子化値は第２の量子化値よりも小さい、請求項１から１６までのいず
    れか１項記載の方法。
  18. 【請求項１８】 第１の量子化値から第２の量子化値への切り換えを、ＤＱ
    ＵＡＮＴシンボルを第２の量子化値と共にパラメータとして伝送することにより
    行い、反対に第２の量子化値から第１の量子化値への切り換えを、ＤＱＵＡＮＴ
    シンボルを第１の量子化値と共にパラメータとして伝送することにより行う、請
    求項１７記載の方法。
  19. 【請求項１９】 基準が満たされた場合、複数のブロックを備え、所定の色
    （肌色）を有するできるだけ大きな関連領域を保証するために以下の手段を実行
    する： ａ）ブロックが基準を満たさず、当該ブロックが基準を満たす別のブロックによ
    りほぼ取り囲まれていれば、当該ブロックに対する比較演算の結果が所定の閾値
    より僅かに上にある場合には当該ブロックを第１の量子化値により符号化し、 ｂ）ブロックが基準を満たさず、当該ブロックが基準を満たすブロックの中央に
    存在していれば、当該ブロックも第１の量子化値により符号化する、請求項１７
    または１８記載の方法。
  20. 【請求項２０】 プロセッサユニットを有する画像処理装置において、 ａ）デジタル画像が２つの領域に分割され、第１の領域は所定の基準を満たし、
    第２の領域は所定の基準を満たさず、 ｂ）第１の領域は第２の領域よりも高い画像品質で処理されるように構成されて
    いる、 ことを特徴とする画像処理装置。
  21. 【請求項２１】 プロセッサユニットは、画像が複数の領域に分割され、 基準を満たす複数の第１の領域は、基準を満たさない複数の第２の領域よりも
    高い画像品質で処理されるように構成されている、請求項２０記載の装置。
  22. 【請求項２２】 プロセッサユニットは、画像の領域が所定の色領域からの
    色を有することが基準であるように構成されている、請求項２０または２１記載
    の装置。
  23. 【請求項２３】 プロセッサユニットは、前記色が人の肌の色にほぼ相応す
    るように構成されている、請求項２２記載の装置。
  24. 【請求項２４】 プロセッサユニットは、画像がブロックベースの画像符号
    化法により処理されるように構成されている、請求項２０から２３までのいずれ
    か１項記載の装置。
  25. 【請求項２５】 プロセッサユニットは、ブロックベースの画像符号化法が
    ＭＰＥＧ規格、またはＨ．２６１またはＨ．２６３規格に従って定められるよう
    に構成されている、請求項２４記載の装置。
  26. 【請求項２６】 プロセッサユニットは、 ａ）画像の所定の大きさを有するブロックに対して、当該ブロックの色が該ブロ
    ックの第２の色値の形態で検出され、 ｂ）第２の色値と第１の色値との比較演算が実行され、 ｃ）比較演算の結果が所定の閾値よりも小さければ基準が満たされ、すなわち当
    該ブロックは少なくとも肌色に近似し、 ｄ）それ以外の場合、基準は当該ブロックに対して満たされないように構成され
    ている、請求項２４または２５記載の装置。
  27. 【請求項２７】 プロセッサユニットは、画像の各ブロックに対して前記方
    法が反復的に実行されるよう構成されている、請求項２６記載の装置。
  28. 【請求項２８】 プロセッサユニットは、ブロックの所定の大きさが８画素
    ×８画素であるように構成されている、請求項２６または２７記載の装置。
  29. 【請求項２９】 プロセッサユニットは、ブロックの所定の大きさが１６画
    素×１６画素であるように構成されている、請求項２６または２７記載の装置。
  30. 【請求項３０】 プロセッサユニットは、比較演算が次式により実行される
    ように構成されている： |xy - hy| + |xCr - hCr| + |xCb - hCb| ＜Ｓ ここで、 xy 第１の色値の輝度値（＝明度） xCr 第１の色値の第１のクロミナンス値（＝色相） xCb 第１の色値の第２のクロミナンス値（＝飽和度） hy 第２の色値の輝度値（＝明度） hCr 第２の色値の第１のクロミナンス値（＝色相） hCb 第２の色値の第２のクロミナンス値（＝飽和度） Ｓ 所定の閾値 である、請求項２６から２９までのいずれか１項記載の装置。
  31. 【請求項３１】 プロセッサユニットは、比較演算が次式により実行される
    ように構成されている： |xy - hy|2 + |xCr - hCr|2 + |xCb - hCb|2 ＜Ｓ ここで、 xy 第１の色値の輝度値（＝明度） xCr 第１の色値の第１のクロミナンス値（＝色相） xCb 第１の色値の第２のクロミナンス値（＝飽和度） hy 第２の色値の輝度値（＝明度） hCr 第２の色値の第１のクロミナンス値（＝色相） hCb 第２の色値の第２のクロミナンス値（＝飽和度） Ｓ 所定の閾値 である、請求項２６から２９までのいずれか１項記載の装置。
  32. 【請求項３２】 プロセッサユニットは、比較演算が次式により実行される
    ように構成されている： k1|D1| + k2|D2| + k3|D3| ＜Ｓ ここで、 k1,k2,k3 所定の重み付け値 D1 第１の色値輝度値と第２の色値の輝度値との第１の比較 D2 第１の色値の第１のクロミナンス値と第２の色値の第１のクロミナンス値
    との第２の比較 D3 第１の色値の第２のクロミナンス値と第２の色値の第２のクロミナンス値
    との第３の比較 Ｓ 所定の閾値 である、請求項２６から２９までのいずれか１項記載の装置。
  33. 【請求項３３】 プロセッサユニットは、ブロックベースの画像符号化法が
    ＭＰＥＧ−４規格により定められ、ＭＰＥＧ−４規格により定められた領域に対
    して所定の基準が満たされるように構成されている、請求項２０から３２までの
    いずれか１項記載の装置。
  34. 【請求項３４】 プロセッサユニットは、画像反復速度を第１の領域に対し
    て高めることにより画像品質が向上されるように構成されている、請求項２０か
    ら３３までのいずれか１項記載の装置。
  35. 【請求項３５】 プロセッサユニットは、第１の領域に対して位置解像度を
    高め、第１の領域に対しては比較的に多数の画素を処理することにより画像品質
    が向上されるように構成されている、請求項２０から３４までのいずれか１項記
    載の装置。
  36. 【請求項３６】 プロセッサユニットは、第１の領域を第１の量子化値によ
    り量子化し、第２の領域を第２の量子化値により量子化することにより、画像品
    質が向上されるように構成されており、 第１の量子化値は第２の量子化値よりも小さい、請求項２０から３５までのい
    ずれか１項記載の装置。
  37. 【請求項３７】 プロセッサユニットは、第１の量子化値から第２の量子化
    値への切り換えを、ＤＱＵＡＮＴシンボルを第２の量子化値と共にパラメータと
    して伝送することにより行い、反対に第２の量子化値から第１の量子化値への切
    り換えを、ＤＱＵＡＮＴシンボルを第１の量子化値と共にパラメータとして伝送
    することにより行うように構成されている、請求項３６記載の装置。
  38. 【請求項３８】 プロセッサユニットは、基準が満たされた場合、複数のブ
    ロックを備え、所定の色（肌色）を有するできるだけ大きな関連領域を保証する
    ために以下の手段が実行されるように構成されている： ａ）ブロックが基準を満たさず、当該ブロックが基準を満たす別のブロックによ
    りほぼ取り囲まれていれば、当該ブロックに対する比較演算の結果が所定の閾値
    より僅かに上にある場合には当該ブロックを第１の量子化値により符号化し、 ｂ）ブロックが基準を満たさず、当該ブロックが基準を満たすブロックの中央に
    存在していれば、当該ブロックも第１の量子化値により符号化する、請求項３６
    または３７記載の方法。
  39. 【請求項３９】 ａ）スペクトル変換を実行する手段が設けられており、該
    手段はデジタル画像をスペクトル領域に変換し、 ｂ）エントロピー符号化のための手段が設けられており、該手段はデータ圧縮を
    実行し、 ｃ）バッファが設けられており、該バッファはデータ速度が可変であるデータを
    エントリピー符号化のための手段から受け取り、データ速度が固定であるチャネ
    ルにさらに導通する、請求項２０から３８までのいずれか１項記載の装置。
  40. 【請求項４０】 プロセッサユニットは、バッファの充填状態に依存して量
    子化値が適合されるように構成されている、請求項３９記載の装置。
  41. 【請求項４１】 プロセッサユニットは、量子化値が適合されるように構成
    されており、 当該適合は、バッファが満杯であるときに量子化値が高められ、これにより画
    像の伝送が不鮮明になり、バッファが空であるときに量子化値が低減され、これ
    により比較的に高い画像品質が保証されるように行われる、請求項４０記載の装
    置。
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