JP2002501691A - 適応フィルタ - Google Patents

適応フィルタ

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Abstract

(57)【要約】 ブロックで符号化されその後復号化されたフレームからブロッキングアーティファクトを除くために、ある数の画素(n)をブロック境界(30)の両側から検査のために選択する。検査のために選択される画素の数は、ブロック境界周囲のフレームの画像内容、特にブロック境界(30)を渡る画素の値の差と、ブロックの変換符号化に使用される変換係数の量子化ステッブの大きさとに依存する。

Description

【発明の詳細な説明】 適応フィルタ 本発明は、一般にディジタルビデオ画像の処理に関する。特に、本発明は符号 化ビデオ画像の復号化に関連してブロック境界によって生じる画像の誤りを除去 することに関する。 図1に示すような構成は、一般に、圧縮した形でディジタルビデオ画像を伝送 するために使用される。ビデオ画像はシーケンシャルフレームから構成される。 現在のフレームは、入力データIn(x,y)として送信システム10に到達す る。差分加算器11で、現在のフレームは、現在のフレームから、前の画像に基 づき形成された予測フレームPn(x,y)を減ずることによって、差分フレー ムEn(x,y)に変換される。この差分フレームは、以下に説明する方法でブ ロック12で符号化され、この符号化された差分フレームはマルチプレクサ13 に向けられる。新しい予測フレームを形成するために、この符号化された差分フ レームは、デコーダ14にも向けられ、このデコーダ14は復号化された差分フ レームEn(x,y)を生成し、加算器15で予測フレームPn(x,y)と合 計され、その結果,復号化されたフレームIn(x,y)が生じる。これはフレ ームメモリ16にセーブされる。次のフレームを符号化するために、フレームメ モリ16にセーブされたフレームは、基準フレームRn(x,y)として読み出 され、動き補償及び予測ブロック17で、式(1)に従って予測フレーム17に変 換される。 数の対[Δx(x,y),Δy(x,y)]は、位置(x,y)での画素の動 きベクトルと呼ばれ、数Δx(x,y)及びΔy(x ,y)は、画素の水平及び垂直変化である。それらは動き推定ブロック18と動 き情報符号化ブロック19とで計算される。圧縮されるフレームの画素に関係し た全ての動きベクトルからなる動きベクトルの集合[Δx(・),Δy(・)] がマルチプレクサ13にも向けられ、マルチプレクサ13は、この動きベクトル のセットを、受信機に送るため、符号化された差分フレームと共に同じデータの 流れに多重化する。幾つかのフレームは、部分的又は全体的に予測することが非 常に困難なため、それらを符号化する場合、予測を用いることは実際的ではない 。このようなフレーム又はフレーム部分は、予測なしでいわゆるイントラコーデ ィングを用いて符号化され、それらに関する動きベクトル情報は受信機に送られ ない。 受信機20では、デマルチプレクサ21が符号化差分フレームと動きベクトル により伝送された動き情報とを分離し、符号化差分フレームをデコーダ22に向 け、デコーダ22は復号化された差分フレームEn(x,y)を生成し、前のフ レームに基づき形成された予測フレームPn(x,y)と加算器23で合計され 、その結果、復号化されたフレームIn(x,y)が生じる。これは受信デコー ダの出力24に向けられ、同時にフレームメモリ25に基準フレームとしてセー ブされる。次のフレームを復号化するために、フレームメモリにセーブされたフ レームが基準フレームとして読み出され、動き補償及び予測ブロック26で、上 記に示した式(1)に従って新しい予測フレームに変換される。 差分フレームの符号化又は予測なしに送られるフレームあるいはフレーム部分 をイントラコーディングすることに、ブロック12で適用される符号化方法は、 一般に変換に基づくものであり、その中で最も一般的なものは、離散コサイン変 換DCTである。フレームは例えば8x8画素の大きさの隣接するブロックに分 割される。符 号化及び復号化する場合、ブロックは互いに独立して処理される。変換は、符号 化されるブロックに対し計算され、その結果、ある変数に依存した一連の項が生 じる。これらの項の係数は、ディジタルで処理できるために離散的基準化で量子 化される。量子化によって誤差が丸められるが、ブロックから再構成された画像 において目に見えることがあり、その結果、2つの隣接したブロックの境界で画 素値に不連続性が存在する。ある復号化されたフレームが次のフレームの予測フ レームを計算するために使用されるので、誤りはシーケンシャルフレームで繰り 返されることがあり、従って、受信機で再生された画像において目に見えるエッ ジが生じる。このような画像の誤りはブロッキングアーティファクト(blocking artefact)と呼ばれる。 このブロッキングアーティファクトを除くための幾つかの先行技術の方法が知 られている。これらの方法は次の特色、すなわち ブロッキングアーティファクトを除くためにどの画素が値の修正を必要として いるかを決定し、 修正される各画素に適切な低域フィルタリングを、画素の周囲に置かれた、フ ィルタリングウィンドウに含まれる他の画素の値に基づいて決定し、 修正される画素に対し新しい値を計算し、及び その新しい値を最も近いディジタル化された階調値に丸めることを特徴とする 。 フィルタの選択及びフィルタを導入する決定に影響する因子は、例えば、ブロ ック境界を渡る画素の値の差、変換の結果受け取られた係数の量子化ステップの 大きさ、及び、処理されている画素とは別の側での画素値の差であろう。 これらの先行技術の方法は、実際には画像の一部となるべき画像 の線までも除去する傾向にある。他方、先行技術の方法はすべてのブロッキング アーティファクトを常に除去できるとは限らない。 本発明の目的は、ブロッキングアーティファクトを除去する新しい種類のフィ ルタリング構成を提供することにある。また本発明は該本発明による方法及び装 置が先行技術の解決策よりもより信頼でき又効率的に作用するという目的を持つ 。 本発明のこれらの目的は、フィルタリングする画素の選択とフィルタリングプ ロセスとを、フレームの特色及びフィルタリング点の周囲に、前よりも柔軟に適 応させることによって達成される。 検査するためある数の画素がブロック境界の両側から選択される、ブロックで 符号化されその後復号化されたフレームからブロッキングアーティファクトを除 去する本発明の方法は、検査のために選択された画素の数が、ブロック境界周囲 のフレームの画像内容に依存することを特徴とする。 本発明は、本発明の方法を実現する装置にも関する。本発明による装置は、検 査及びフィルタリングのため画素を選択するためのフレームの画像内容に従って 適応可能に作用する手段を備えることを特徴とする。 ブロッキングアーティファクトはブロック境界でだけで生じるので、本発明に よるフィルタリングは、ブロック境界とそのすぐ近くの画素にのみ集中される。 画像の一部であるエッジが、画像領域のどこにでもあり得る。修正のためにブロ ッキングアーティファクトを含む画素だけが選択され、画像の一部であるエッジ の品質がフィルタリングの間、損なわれないために、本発明をもたらした研究に おいて次の仮定がなされた。すなわち、 画像の一部であるエッジにおいては、階調値の変化は一般にブロッキングアー ティファクトにおけるものよりも大きいこと、及び 階調値の変化が小さい実際の画像のエッジは、フィルタリングにより階調値の 差を丸めることで著しくは損傷を受けないことである。 符号化される画像は、一般に垂直及び水平にブロックに分割されるので、画像 は垂直及び水平のブロック境界の両方を含む。垂直ブロック境界に関しては、境 界の左右に画素が存在し、水平ブロック境界に関しては、境界の上下に画素が存 在する。一般に、画素の位置は、ブロック境界の第1の側及び第2の側に存在す るとして説明できる。本発明によるフィルタリングの場合、修正される画素の数 、使用されるフィルタの特徴的な特色、及びフィルタリングウインドウのサイズ は、次の因子に依存する。 a)ブロック境界を渡る画素値の差Δは、多くの方法で定義できる。ある定義 としては、Δ=|r1−11|(式中、r1はブロック境界の第1の側の、境界 に最も近い画素の値であり、11はブロック境界の第2の側の、境界に最も近い 画素の値である)である。 b)符号化で使用された変換の結果受け取られた係数の量子化ステップQPの 大きさ。 c)ブロック境界の第1の側の画素間の画素値の差、及び対応したブロック境 界の第2の側の画素間の画素値の差。 本発明による方法及び装置において、フィルタリングのため選択される画素の 数は変えることができ、ブロック境界の異なった側で必ずしも同じではない。画 素の数は上記の因子に従って、問題の領域のフレームによって含まれる画像情報 の一般的な特徴に適応されるので、本方法は先行技術の方法よりもより信頼でき る。実際の画像エッジを不適切に弱めることなく、多数のブロッキングアーティ ファクトが除去できる。 次に、本発明を好ましい実施態様及び添付図面を参照してより詳 細に説明する。図中、 図1は先行技術のビデオ画像伝送構成を示す。 図2は本発明による方法でのブロック境界に関連した画素の位置を示す。 図3はビデオ画像伝送構成において本発明によるフィルタリングを設けるため の代替例を示す。 図4は本発明による方法を実現する装置の概略図を示す。 図5は演算中の図4の装置を示す。 上記中、先行技術の説明に関連して図1を参照したが、本発明及び好適な実施 態様の以下の説明ではだいたい図2ないし5を参照する。これらの図の対応する 部分には同じ参照数字を用いる。 図2は垂直ブロック境界30に関連した画素r1〜r6と11〜16の位置を 示す。本発明による方法を実現するため、まず、あるバラメータを指定しなけれ ばならない。バラメータnはブロック境界から一方向へ検査される画素の最大数 であり、その値は図2の場合6である。パラメータnの値を、ブロック境界を渡 る画素の値の差Δと、符号化の結果受けた取られた係数の量子化ステップの大き さQPとの両方にある関係を持つように選択することが実際的である。ここで使 用するために次の定義が推奨される。式中、α=QP・log(QP)である。QPがブロック境界の異なる側のブロ ック内で異なった値をもつ場合、定義にはただ1つだけのQP値の参照を含む以下 に示す全ての場合と同様に、QPのより 小さい値が計算に使用される。本発明はパラメータnの値の決定を限定するもの ではないが、定義(2)のガイドラインによると、符号化変換の結果受け取られ た係数の量子化ステップの大きさQPに比較して、ブロック境界を渡る画素値の 差Δが小さい場合、パラメータnの値が一般に大きいことは有利である。画素値 の差Δが、非常に大きい場合、おそらくブロック境界に実際の画像エッジが存在 するであろうし、このフィルタリングの時点ではそれらの画素は全く検査されな い(n=0)。 次のステップは、ブロック境界の一方の側の画素間のアクティビティ(activi ty)、すなわち画素値の差を示すパラメータdl及びdrを決定することである 。パラメータdrに関して好ましい定義(3)は次の通りである。 dr=6 そうでなければ、 dr=i ここでiは次の状態を満たす。 すべてのj∈[l,i]に対して i∈[l,n], |rl-ri-l|>β/i, ここで、補助パラメータβ=4・log(QP)である。パラメータdlの値 は、全てのrをIに置きかえることを別にすれば、同様に決定される。定義(3 )で生じる数6は、定義(2)に従ってnの可能な最も高い値が6であるという 事実の結果である。nがそれとは異なって定義されれば、バラメータdrとdl は定義(3)に従って定義され、数6はこの新しい定義に従ってnの可能な限り 高い値に置きかえられなければならない。 本発明に関して、フレームに含まれる画像情報がブロック境界の異なる側で異 なることがあるので、パラメータdr及びdlの値が互いに独立して計算される ことは有利である。本発明はパラメータdr及びdlの定義を限定するものでは なく、定義(3)のガイドラインによると、実際の画像エッジがブロック境界に 並んで存在すれば、これらのパラメータがブロック境界に比較的近いブロッキン グアーティファクト処理を制限するために使用されることは有利である。この定 義(3)の本質的な特色は、パラメータdrの値(及び対応してパラメータdl の値)が、ブロックエッジから数えられたどれほどの数の画素がブロックエッジ での画素と近似的に同じ値をもつかを知らせるように記述できる。 パラメータnの値が高いということ(例えば、6)は、ブロック境界での画素 値の差が、そのブロック領域での画素値の一般的な変動に比べて比較的小さいこ とを示している。この場合、実際の画像エッジが丁度ブロック境界に並んで存在 する可能性がある。パラメータdr(又はdl)の充分小さい値を選択すること によって、ブロック境界に近い実際の画像エッジを損傷する作用を持たないよう 、ブロッキングアーティファクトを修正する目的にフィルタリングを制限するこ とが可能である。ある状況のもとでは、ブロックエッジから数えられた多数の画 素が、ブロックエッジでの画素と近似的に同じ値をもつ。この場合、定義(3) はバラメータdr又は(dI)に比較的大きい値を与えるが、ブロックの間に画 素値の明確な飛躍があれば、これに起因したバラメータnの値が小さいこと及び 定義(3)でnの値を考慮することによって、パラメータdr(又はdl)の値 として、不必要なフィルタリングを生じる不適切に高い値が選択されていないこ とが確認される。 更に、フィルタリングされるべき可能な限り多数の画素が決定されなければな らない。これは図2でそれ自体の表記を持たないが、例えは3であり、これは、 画素r1,r2,r3,11,12,及び13の値を修正するためにだけフィル タリングが使用できることを意味する。 これらのパラメータn,dr,及びdlの値が決定されると、適切なフィルタ を使用してフィルタリングが実行される。本発明は、使用されるフィルタの種類 に制限を置くものではなく、好ましいと見出されたフィルタリング構成を次に説 明する。フィルタリングに選択された画素の新しい値を決定するためにフィルタ リングが使用される。所定の瞬間にフィルタリングされる画素の新しい値に関し て、フィルタリングウインドウに現れる画素の平均値が計算される。この場合、 フィルタリングウインドウはフィルタリングされる画素に関して対称であり、フ ィルタリングされる画素に加えて以下に説明するようにパラメータdr及びdl の値に依存して、その両側から1,2又は3つの画素を含む。計算された平均値 は、ディジタル化された最も近い階調値に丸められ、それがフィルタリングされ た画素の新しい値になる。 次の表は、パラメータdrの値に従って画素r1,r2及びr3に関するフィ ルタリングウインドウの幅の決定を示す。画素11,12及び13の値は、パラ メータdlの値に従い同じ方法で決定される。表においてXは問題の画素が全く フィルタリングされないことを意味し、数はフィルタリングウインドウが検査さ れている画素のそれぞれの側からその数で示された量の画素を含むことを意味す る。特に、フィルタリングがどの画素に対しても集中されるためには、パラメー タdrとdlの両方が1より大きい値を持たなければならないことを表が示して いる。 * ピクセルr2のフィルタリングに対してピクセルr1のフィルタされた値が使 われる。** ピクセルr3のフィルタリングに対してピクセルr1及びr2のフィルタされ た値が使われる。***l>2ならば3、そうでなければ2。 上記の説明は、長さが12画素で、垂直ブロック境界の両側に対称に置かれた画 素列の水平部分のフィルタリングの実行に関するものである。この説明は水平ブ ロック境界の両側に対称に置かれた画素行の垂直部分に関連して容易に一般化で きる。図2は反時計回りで90°回転でき、それによって、ブロック境界30は 水平になり、図に示された画素は,垂直画素行の部分を形成し、画素r1〜r6 は上側画素になり、画素11〜16は下側画素になる。本発明の方法でフレーム 全体をフィルタリングするためには、フレームの全ての垂直ブロック境界が列毎 に調べられ、全ての水平ブロック境界は行毎に調べられる。その順序はそれほど 重要ではなく、従って、まずフレームの全ての水平ブロック境界を行毎に調べ、 その後全ての水平ブロック境界を列毎に調べてもよい。 図3は、先行技術の画像伝送構成のどの点が本発明のフィルタリングにより改 良できるかを示す。第1の代替例は、参照数字31に例示された受信機のデコー ダの出力に、本発明によるフィルタリングを実行するブロックを置くことである .。この場合、復号化されて いる間、外部に向けられているビデオ画像だけがフィルタリングされる。他の代 替例は、復号化されたフレームが、参照数字32に示されているように、予測フ レームを形成するためフレームメモリ25に向けられる点の前に、本発明による フィルタリングを受信機で実行するブロックを置くことである。この代替例は、 ブロッキングアーティファクトを除去することが、予測フレームの形成に対して も効果をもち、ブロッキングアーティファクトによって生じ裸眼で見られるであ ろう線が予測フレームを介して次のフレームに2重にされないという利点を有す る。最後に言及した効果を達成するために、本発明によるフィルタリングを実行 するブロックは、フレームメモリ25の前か又は後にも置くことができるが、参 照数字32で示された位置が好ましく、この段階でなされた場合、フィルタリン グは外部に向けられるフレームと、メモリにセーブされるフレームとに同時に影 響するからである。送信機において、送信端で修正された予測フレームを生成す ることにも本発明を適用することが望ましい場合、本発明によるフィルタリング を実行するブロックを参照数字33及び34に示されているようにフレームメモ リ16の前又は後に置くことができる。 本発明によるフィルタリングを実行するブロックは、ディジタル信号プロセッ サ又はディジタル信号を処理するのに適合した対応する装置で実現することが特 に有利であり、それは入力データとして受け取った信号に所定の処理機能を集中 させるようプログラムできるからである。ディジタル信号プロセッサのプログラ ミング段階で、定義35〜38は、フィルタリングを制御するパラメータを計算 するため、図4に従ってセーブされる。図5による演算ステップで、信号プロセ ッサで画素毎に処理できるように、フレームはレジスタ40に一時的にセーブさ れる。パラメータnで示される多数の画 素が、ある所定の瞬間、あるブロック境界のある点のそれぞれの側から、検査さ れる画素41としてフレームから選択され、d−パラメータ42が計算され、フ ィルタリング43が行われ、及びこれらの処置が全てのブロックの全ての境界が 完了するまで繰り返され、その後、フレームはレジスタ40から送られ、新しい フレームが処理のためにセーブされることができる。図4及び5による処置は、 個別の信号プロセッサで実行でき、又は信号処理の他の構成も含むような信号プ ロセッサの演算の一部となすこともできる。 本発明は次の請求の範囲から逸脱することなく、実際的な進歩性なく当業者の 能力を用いて変更できる。例えば、パラメータΔは、式Δ=|(r1+r2)− (I1+I2)|又は適切とみなされる他の式を用いて計算できる。上記の他の パラメータの定義は、例としてのみ意図されたものである,。本発明は、ディジ タルテレビジョン受信機及びディジタルビデオ画像を受信し復号化する他の装置 に特に有利に使用される。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,DE, DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,IT,L U,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ,CF ,CG,CI,CM,GA,GN,ML,MR,NE, SN,TD,TG),AP(GH,GM,KE,LS,M W,SD,SZ,UG,ZW),EA(AM,AZ,BY ,KG,KZ,MD,RU,TJ,TM),AL,AM ,AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BR,BY, CA,CH,CN,CU,CZ,DE,DK,EE,E S,FI,GB,GE,GH,GM,GW,HU,ID ,IL,IS,JP,KE,KG,KP,KR,KZ, LC,LK,LR,LS,LT,LU,LV,MD,M G,MK,MN,MW,MX,NO,NZ,PL,PT ,RO,RU,SD,SE,SG,SI,SK,SL, TJ,TM,TR,TT,UA,UG,US,UZ,V N,YU,ZW

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.ブロックで符号化されその後復号化されたディジタルビデオ信号のフレー ムからブロッキングアーティファクトを除去する方法であって、ある数の画素( n)が検査のためにブロック境界(30)の両側から選択され、検査のために選 択された前記画素の値がフィルタリングによって修正されるブロッキングアーテ ィファクトを除去する方法において、前記検査のために選択された画素の数(n )が、前記ブロック境界(30)の周囲のフレームの画像内容に依存することを 特徴とするブロッキングアーティファクトを除去する方法。 2.前記検査のために選択される画素の数(n)が、前記ブロック境界(30 )を渡る画素の値の差に依存することを特徴とする請求項1に記載の方法。 3.r1がブロック境界の第1の側の、前記ブロック境界に最も近い画素の値 であり、11がブロック境界の第2の側の、前記ブロック境界に最も近い画素の 値であるとき、前記画素の値の差が値Δ=|r1−11|によって示されること を特徴とする請求項2に記載の方法。 4.前記検査のために選択された画素の数が、前記ブロックの変換符号化に使 用される変換係数の量子化ステップの大きさにも依存することを特徴とする請求 項2に記載の方法。 5.α=QP・log(QP)、及びQPが前記ブロックの変換符号化に使用 される前記変換係数の量子化ステップの大きさであるとき、前記検査のために選 択された画素の数が、式 によって決定されることを特徴とする請求項4に記載の方法。 6.フィルタリングされる画素が、前記検査のために選択された画素から選択 され、フィルタリングされる各画素に対して、前記画素の周囲に置かれたフィル タリングウインドウに現れる画素に基づき新しい値が決定されることを特徴とす る請求項1に記載の方法。 7.前記フィルタリングされる画素の新しい値が、前記フィルタリングウイン ドウに現れる画素の平均値であることを特徴とする請求項6に記載の方法。 8.整数パラメータdrが前記ブロック境界の第1の側のアクティビティを示 し、整数パラメータdlが前記ブロック境界の第2の側のアクティビティを示し 、r1,r2及びr3が前記ブロック境界の第1の側の、前記ブロック境界にこ の順序で最も近い3つの画素であり、Xは前記画素がフィルタリングされないこ とを意味し、数は前記フィルタリングされる画素に加えて、前記数で示された量 の画素が、前記フィルタリングされる画素の両側から前記フィルタリングウイン ドウに移されることを意味し、「3又は2」は、「d1>2であれば3、そうで なければ2」を意味し、前記ブロック境界の他方の側で前記フィルタリングされ る画素の新しい値を決定するために、全てのrをIに及びその逆に置き換えるこ とを除いて、同様に定義されたフィルタリングウインドウが使用されるとき、前 記ブロック境界の第1の側で前記フィルタリングされる画素の新し い値を決定するために、フィルタリングウインドウが使用され、前記ウインドウ の大きさが、表 によって決定されることを特徴とする請求項6に記載の方法。 9.補助パラメータβ=4・log(QP)であり、QPは前記ブロックの変 換符号化に使用される前記変換係数の量子化ステップの大きさであり、パラメー タd1の値は、全てのrをIに置きかえることを除いて同様に決定され、 すべ てのj∈[l,i]に対して i∈[l,n], |r1-ri+1|>β/i, のとき、 dr=6 そうでなければ、 dr=i であることを特徴とする請求項8に記載の方法。 10.請求項1に記載の方法をディジタルテレビジョン受信機に使用する方法 。 11.ブロックで符号化されその後復号化されたディジタルビデオ信号のフレ ームからブロッキングアーティファクトを除去する装 置であって、検査するために選択された画素の値を修正するフィルタからなるブ ロッキングアーティファクトを除去する装置において、検査しフィルタリングす る画素を選択するため、前記フレームの画像内容に従って適応して作用する手段 (41)を備えることを特徴とするブロッキングアーティファクトを除去する装 置。 12.検査される画素としてセーブされたフレームから画素を選択するプログ ラム可能な手段(41)と、前記検査される画素の中からフィルタリングされる 画素を選択するプログラム可能な手段(44)と、前記フィルタリングされる画 素の新しい値を決定するブログラム可能な手段(43)とを備えることを特徴と する請求項11に記載の装置。
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