JP2004515134A - 映像信号処理 - Google Patents

Abstract

映像信号の輝度成分（Ｙ）から導出される制御信号（ｋ＿ｌｕｍ）が、映像画像中の動きのレベルに基づいて、一時的なノイズ低減フィルタ（１０）を適応的に制御するのに用いられる。メモリ（３０）への記憶のため制御信号を圧縮するのに、制御信号は２ｘ２のピクセルエリアのそれぞれで平均化され、次に、非線形圧縮関数が適用される。好適には、非線形圧縮関数は、ノイズフィルタ（１０）のノイズ低減係数（ＮＲＦ）における知覚的に実質的に線形的な応答に対応する制御信号の量子化値を選択する。

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、映像信号処理のための方法及び装置に関する。また、本発明は、このような映像信号処理装置を有するディスプレイ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
映像処理信号の一例では、映像信号中のノイズを低減するためにノイズ低減関数が利用される。ノイズ低減処理は、最初に映像信号の輝度成分に、次に、クロミナンス成分にというように、順番に適用することができる。好都合なことに、映像信号の輝度成分とクロミナンス成分との両方に同一のノイズ低減回路が使用される。輝度により制御される処理では、制御信号は随意に、輝度成分から導出され、輝度成分の処理の間にバックグラウンドメモリに書き込まれ、引き続きのクロミナンス成分の処理の間にバックグラウンドメモリから読み込まれる。この、輝度により導出された制御信号は、異なった形式の映像信号処理でも使用されることができる。制御信号の記憶には比較的大容量のデータを伴うという問題が生じる。例えば、典型的な従来技術のシステムにおいては、輝度により導出されたノイズ低減制御信号は７ビットの量子化を有し、映像信号の各ピクセルについて１バイトのデータ記憶容量が必要になる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、改良された映像信号処理を提供することである。この目的のため、本発明は、データ量が低減される、輝度により導出された制御信号の圧縮の方法及び装置を提供する。本発明の他の側面は、輝度により導出された制御信号が圧縮される、映像信号処理の方法及び装置を提供することである。本発明は独立請求項に規定される。有利な実施例は従属請求項に規定される。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の第一の側面によれば、映像信号処理回路に用いられる、輝度により導出された制御信号の圧縮の方法及び装置が提供され、当該方法及び装置は、輝度により導出された制御信号を非線形圧縮関数を用いて量子化することを有する。
【０００５】
好適には、この方法は映像信号ノイズ低減回路に用いられる。好適には、量子化された輝度により導出された制御信号は、ノイズ低減回路のノイズ低減係数に実質的に線形な知覚的変化を生じさせる。好適には、非線形圧縮関数は、輝度により導出された制御信号の量子化レベルのどの一ステップの違いでも、ノイズ低減回路のノイズ低減係数に実質的に一定な知覚ステップ変化を生じさせるように適用される。好適には、非線形圧縮関数は、ｄＢで表したとき、輝度により導出された制御信号の量子化レベル間のどの一ステップの違いでも、ノイズ低減回路のノイズ低減係数に実質的に等しい違いを生じさせるように適用される。例えば、ノイズ低減係数におけるステップ変化の違いは約５０％以下で、好適には約２５％以下で、理想的には約１０％以下である。つまり、最大のステップ変化と最小のステップ変化との間での大きさの違いは好適には約１０％より大きくない。
【０００６】
好適には、非線形圧縮関数は、（ａ） ノイズ低減回路により適用されるべきノイズ低減係数の、所望の範囲を決定するステップと、（ｂ） 前記範囲を、所定の数の実質的に等しいステップに分割するステップと、（ｃ） 量子化閾値の組として、各ステップに適当な、輝度により導出された制御信号の値の組を計算するステップと、により決定される。経験により、０ｄＢから約１２ｄＢというノイズ低減係数範囲は、人の視覚系の特性を考えると特に許容できる範囲であることが分かっている。輝度により導出された制御信号が好都合に４ビットに量子化されるように、範囲は適宜１６の離散的なステップに分割される。しかし、いかなる適切な範囲及び適切なステップの数も選択されることができる。
【０００７】
好適には、この方法は輝度により導出された制御信号を所定のピクセルエリアにわたって平均化するステップも有する。輝度により導出された制御信号は、現在の画像位置において映像信号中の時間的な変化の量を高い詳細度で表す。有利なことに、人間の視覚系は、映像信号の輝度成分の詳細度に対する感度と比較して、クロミナンス成分の詳細度に対して比較的低い感度を有することが分かっている。従って、輝度により導出された制御信号は好適には輝度成分にピクセルごとに適用される。しかし、クロミナンス成分を処理するのに使用する際に、クロミナンス成分の低い感度のため、輝度により導出された制御信号の平均は所定のエリアで決定される。一つの好適な実施例において、輝度により導出された制御信号は２ｘ２のピクセルエリアについて平均化され、データ記憶の要件を４倍低減する。
【０００８】
本発明の方法及び装置の好適な特徴は、上述の文及び以下の説明により明らかになる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明のより良い理解のため、及び、本発明の実施例がいかに効果を奏するように実施されるかを示すため、例示により、本発明の好適な実施例に採用される映像信号処理回路を有するディスプレイ装置の模式的全体像を示す、付属の図１がここで参照される。
【００１０】
図を参照すれば、ノイズフィルタ１０を用いて映像信号からノイズを除去することが望まれる。適切には、ノイズフィルタ１０は再帰型フィルタである。フィルタ回路１０は、順次、映像信号の輝度成分（Ｙ）、次にクロミナンス成分（Ｕ／Ｖ）に作用し、それぞれに対応するノイズフィルタリングした信号Ｙ’及びＵ’／Ｖ’を生じさせる。ノイズフィルタ１０は制御回路２０により制御される。制御回路２０は、ノイズフィルタ１０により適用されるノイズ低減のレベルを決定する。ノイズフィルタ１０により適用されるノイズフィルタリングのレベルは映像信号の動きのレベルに従って適応される。例えば、画像の品質を保持しつつ、動きのぶれのような追加のアーチファクトを導入するのを避けるために、映像信号画像の動きのあるエリアに適用されるノイズフィルタリングは低減されることが望まれる。それに対し、比較的小さな動きの画像のエリアでは、ノイズフィルタリングを増加させることが望まれる。従って、制御回路２０は、画像の特定の位置における一時的な変化のレベルを表す輝度成分（Ｙ）から導出される制御信号（ｋ＿ｌｕｍ）を発生させる。制御信号は、しばしば、動き検知信号、又は、輝度により導出されたノイズ低減制御信号と呼ばれる。制御信号（ｋ＿ｌｕｍ）は、輝度処理に対して即座に使用され、次のクロミナンス処理用にバックグラウンドメモリ３０に記憶される。ノイズフィルタ１０の出力信号はディスプレイ４０に表示される。
【００１１】
好適な映像信号処理方法は、輝度成分から制御信号ｋ＿ｌｕｍを導出するステップと、輝度成分に適用されるノイズ低減関数を制御するステップと、前記制御信号を記憶するステップと、クロミナンス成分に適用されるノイズ低減関数を制御するステップと、を有する。本方法は、記憶されるべきデータ量が低減されるように、輝度により導出された制御信号を圧縮するステップも含む。圧縮ステップが次により詳細に説明される。
【００１２】
好適には、輝度成分を信号処理する際の完全な制御が得られるように、制御信号ｋ＿ｌｕｍは、映像信号中の画像の各ピクセルに対して導出される。しかし、制御信号は、記憶されるべきデータ量を低減するために、記憶の前に圧縮される。第一の圧縮ステップは、制御信号ｋ＿ｌｕｍを所定のピクセルエリアにわたって平均化するステップを有する。好適な実施例では制御信号は２ｘ２輝度ピクセル（つまり、一つの列に２ピクセル、次の列に２ピクセル）で平均化される。この好適な実施例は、４：２：２ＹＵＶカラーフォーマットを仮定している。しかし、いかなる適切なピクセルエリアでも選択されることができる。第二の圧縮ステップは、平均化された制御信号に非線形圧縮関数を適用するステップを有する。
【００１３】
通常、まだ圧縮されていない制御信号ｋ＿ｌｕｍは、人間の視覚系の知覚品質に適する制御の粒度を提供するために、７ビットの量子化を有する。しかし、バックグラウンドメモリにデータを４ビット又は８ビットで記憶するのが最も便利である。制御信号ｋ＿ｌｕｍの標準的な７ビットの量子化は、従って、ピクセルごとに１バイトのデータを必要とする。一つの選択肢は、制御信号ｋ＿ｌｕｍの量子化を、例えば４ビットを用いるように、低減することである。あいにく、４ビットへの線形的量子化は、再帰型ノイズ低減フィルタ関数は平滑なフェーディングには不十分であることが分かっている。説明のため、制御信号ｋに依存したノイズ低減係数（ＮＲＦ）を計算することによる分析が行われることができる。
一次の再帰ループのＮＲＦは（１）のように計算される。
【数１】

好適には、ＮＲＦは人間の視覚系により比例的な知覚を与えるためｄＢで引用される。４ビットに量子化された制御信号ｋを取れば、各量子化レベルにおけるノイズ低減係数は、以下の表１に示されるように計算される。
【００１４】
【表１】

【００１５】
表１に示されるように、線形的に量子化されたｋ値は、ノイズ低減係数に非線形的な挙動を起こさせる。ｋ値が高いとき、レベル間でのノイズ低減係数の変化は比較的小さい。例えば、１と１５／１６との違いは０．５４ｄＢのノイズ低減の違いを生じる。しかし、ｋ値が低いとき、ＮＲＦには大きな変化がある。例えば、２／１６と１／１６との違いは３．１ｄＢのノイズ低減の違いを生じる。特に高いノイズ低減係数においては、二つのレベル間でのスイッチは、好ましくない追加のアーチファクトを生じ得る。つまり、３ｄＢのオーダーのノイズ低減係数の変化は、ノイズフィルタリングされた画像の低品位の視覚的認知を生じる。
【００１６】
ここで、制御信号に適用される非線形圧縮関数を決定するのに好適な方法を説明する。第一のステップは、ノイズ低減係数の所望の範囲を決定するステップを有する。経験により、最大のＮＲＦは約１２ｄＢで十分であることが分かっている。第二のステップは、ＮＲＦ範囲を実質的に等しい部分に分割するステップを有する。好適な実施例では、ＮＲＦ範囲は、４ビット量子化に対応する１６の部分に分割される。ＮＲＦ範囲は、ノイズ低減係数が実質的に線形的な挙動を示すように分割される。約１２ｄＢというＮＲＦ範囲では、４ビットの量子化は全範囲にわたって約０．８ｄＢのステップの切り換えを可能にする。所望のＮＲＦ値に対して上の式１の逆を取ることにより、対応するｋ値は式２に従って計算されることができる。
【数２】

ｋ値の計算はアルゴリズムに依存し、従って、ＮＲＦ式の逆として計算されるべきである。好適な例の状況をとると、１２ｄＢのＮＲＦ範囲での４ビットの量子化は、以下の表２に記述されるｋ値を生じさせる。
【００１７】
【表２】

【００１８】
ｋ値のステップによる違いは、ＮＲＦ値の範囲中で変化する。例えば０ｄＢと０．８ｄＢとの間のようにＮＲＦ値が低いときは、ｋは０．０９１８変化し、１１．２ｄＢと１２ｄＢとの間のようにＮＲＦ値が高いときは、ｋ値のステップによる違いは
【数３】

である。量子化ステップの同等の全数は（線形的量子化で）、
【数４】

となり、事実上の５．５ビットの量子化に対応する。従って、非線形圧縮関数は直接的な線形的量子化よりも大きな実質的量子化を可能にし、これにより、映像信号画像の良い知覚的品質を保持しつつメモリ記憶装置の要件を低減させる。
【００１９】
映像信号の処理中に適用される制御信号の圧縮を可能にする方法及び装置が説明された。有利には、メモリ記憶装置の条件は低減され、これは低減されたハードウェアのコスト及びより速い信号処理につながる。また、圧縮の方法及び装置の利点を利用した映像信号処理の方法及び装置が説明された。本発明の好適な実施例がノイズ低減回路の例を用いて説明されたが、本発明は、映像信号処理の多くの他の形で用いられる輝度により導出された制御信号の圧縮に適用可能である。
【００２０】
前述の実施例は、本発明を制限するのではなく説明しているのであって、当業者は付随の請求項の範囲から離れることなく多くの代替の実施例を設計することが可能であるということに注意すべきである。請求項中で、括弧内のいかなる参照番号も、請求項を制限するようには解釈されない。「有する（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という言葉は、請求項に記載された以外の要素やステップの存在を排除するものではない。要素の前の「一つの（ａ又はａｎ）」という言葉は、そのような要素が複数存在することを排除するものではない。本発明は、幾つかの特別な要素を有するハードウェア、及び、適切にプログラムされたコンピュータにより、実行することができる。幾つかの手段を列挙する、装置の請求項では、これらの手段の幾つかは、ハードウェアの同一の要素により実施されることができる。特定の方法が、互いに異なる独立請求項に再引用されているという事実だけでは、これらの方法の結合が有利に使用されることができないということを意味しない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好適な実施例に採用される映像信号処理回路を有するディスプレイ装置の模式的全体像。

Claims (12)

1. 映像信号処理回路に用いられる、輝度により導出された制御信号の圧縮の方法であって、
   非線形圧縮関数を用いて前記輝度により導出された制御信号を量子化するステップを有することを特徴とする方法。
2. 請求項１に記載の方法であって、前記方法が映像信号ノイズ低減回路に用いられることを特徴とする方法。
3. 請求項１に記載の方法であって、前記非線形圧縮関数が、前記ノイズ低減回路のノイズ低減係数に実質的に線形的な知覚的変化を生じさせるように適用される方法。
4. 請求項２に記載の方法であって、前記非線形圧縮関数が、
   ノイズ低減回路により適用されるべきノイズ低減係数の所望の範囲を決定し、
   前記範囲を、所定の数の実質的に等しいステップに分割し、
   量子化閾値の組として、前記ステップのそれぞれに、適当な、輝度により導出された制御信号の値の組を計算する
   ことにより決定されることを特徴とする方法。
5. 請求項１に記載の方法であって、
   所定のピクセルエリアにわたって前記輝度により導出された制御信号を平均化するステップを更に有することを特徴とする方法。
6. 映像信号処理方法であって、
   映像信号の輝度成分から第一制御信号を導出するステップと、
   前記第一制御信号により制御されるノイズ低減関数を適用するステップと、
   非線形圧縮関数を用いて前記第一制御信号を圧縮し、第二制御信号を生じさせるステップと、
   メモリに前記第二制御信号を記憶するステップと、
   当該記憶された第二制御信号に基づいて前記映像信号のクロミナンス成分にノイズ低減関数を適用するステップと、
   を有する方法。
7. 請求項６に記載の映像信号処理方法であって、前記方法の前記圧縮ステップが、前記第二制御信号が前記クロミナンス成分に適用されるノイズ低減係数に実質的に線形的な知覚的変化を生じさせるように、非線形圧縮関数を適用するステップを有することを特徴とする方法。
8. 請求項６に記載の映像信号処理方法であって、前記非線形圧縮関数が、
   ノイズ低減回路により適用されるべきノイズ低減係数の所望の範囲を決定し、
   前記範囲を、所定の数の実質的に等しいステップに分割し、
   量子化閾値の組として、前記ステップのそれぞれに、適当な、輝度により導出された制御信号の値の組を計算する
   ことにより決定されることを特徴とする方法。
9. 請求項６に記載の映像信号処理方法であって、前記計算ステップが、所定のピクセルエリアで前記第一制御信号を平均化するステップを有することを特徴とする方法。
10. 映像信号処理回路で用いられる、輝度により導出された制御信号の圧縮のための装置であって、
    非線形圧縮関数を用いて前記輝度により導出された制御信号を量子化する制御回路を有する装置。
11. 映像信号処理装置であって、
    ノイズが低減された信号を提供するノイズフィルタと、
    映像信号の輝度成分から第一制御信号を導出し、前記ノイズフィルタにより映像信号の輝度成分に適用されるノイズ低減関数を前記第一制御信号を用いて制御し、第二制御信号を生じさせるため非線形圧縮関数を用いて前記第一制御信号を圧縮し、前記ノイズフィルタにより映像信号の輝度成分に適用されるノイズ低減関数を前記第二制御信号を用いて制御する制御回路と、
    前記第二制御信号を記憶するメモリと、
    を有する装置。
12. 請求項１１に記載の映像信号処理装置と、
    前記ノイズの低減された信号を表示するディスプレイ装置と、
    を有するディスプレイ装置。

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