JP2006060335A - 画像処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＭＰＥＧ２方式の信号を当該方式によって輝度変化の激しい動画領域や、エッジ成分のある映像信号においても誤検出のすくないブロックノイズリダクション処理を行うことが可能である画像処理装置の提供。
【解決手段】 入力された輝度信号の画素ブロック間でブロックノイズの有無判定を行ってブロック境界線を検出するブロック境界検出手段２と、入力された輝度信号の画素ブロック単位毎の平均輝度を演算して検出する画素ブロック平均輝度検出手段４と、ブロック境界線検出結果と画素ブロック毎の平均輝度検出結果を基にブロックノイズのフィルタリング処理を行うフィルタ回路１とを備え、入力された圧縮画像信号を表示する際に、ブロック境界線の前後画素ブロックと一フレーム前の前後の画素ブロックの相関関係によってフィルタリングの処理を変化させてブロックノイズを軽減する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、液晶、ＰＤＰ（プラズマディスプレイ）、ＰＡＬＣ（プラズマアドレス液晶）、有機ＥＬ、ＣＲＴ（ブラウン管）等を表示デバイスとしたテレビジョン受像機（以下、「ＴＶ」と呼ぶ）或いはモニターにＤＶＤなどのＭＥＰＧ２方式の信号を表示する際や地上波デジタル放送等のＭＰＥＧ２方式の放送を表示する際に、当該方式の処理検出を行い、ＭＰＥＧ２方式特有のブロックノイズを映像信号内から得た情報に応じて最適なフィルタリング処理を行い軽減することが可能な画像処理装置に関するものである。

近年、ＤＶＤ、デジタル放送などでＭＰＥＧ２方式信号のソースの氾濫が進んでいる。ＭＰＥＧ２の圧縮方式は不可逆変換であるため圧縮による映像の欠落は不可避となっている。映像の欠落としては高周波数情報の欠落やモスキートノイズなどが挙げられるが、最大の問題は画素ブロック単位の圧縮に伴う８×８のブロックノイズの発生である。高速で動くシーンや、画面がパンした時、もしくは海や波など動く領域が大きいシーンなど動きの変化量が多い映像、或いは階調変化が乏しい映像などでは一部に四角形の映像の破綻が見られる。さらに、ブロックノイズなどの映像の欠落は、圧縮レートが高い、つまりビットレートが低い映像ほど多く発生し、画質劣化の要因となっている。

また、ＭＰＥＧ２方式は、主として３種類のフレームから成り立っている。他フレームとは独立に符号化される開始ポイントであって、ＪＰＥＧとほぼ同等の圧縮処理が行われるＩ（Ｉｎｔｒａ−ｐｉｃｔｕｒｅ）フレームと、前のＩフレームから動き補償で予測して求められるＰ（Ｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅ ｐｉｃｔｕｒｅ）フレームと、前後のＩ、Ｐフレームから補間して求められるＢ（Ｂｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｌｙ ｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅ ｐｉｃｔｕｒｅ）フレームとがある。これらの補間処理や動き補償処理において基本となる処理ブロックは、該当する画像を８×８の画素に分割した画素ブロックである。画像中の高い周波数成分、つまりディテールを除去するなど情報量を減らすため、画素ブロック毎にＤＣＴ（離散コサイン変換）を行ったり、量子化を行なったり、動きベクトル検出を行ったりしている（特許文献１、２参照）。

これらのＭＰＥＧ２エンコード処理の特長により画素ブロック単位間で情報圧縮による誤差がブロックノイズとして発生し、特に低ビットレートの映像信号においては著しい画質劣化の要因となっている。
特開平１０−２７６４３３号公報 特開平９−２７５５６０号公報

ブロックノイズを減少させる手段として大きく分けて２つの方法がある。一つ目は、ＭＰＥＧデコーダよりビットレート情報を取得しその値によってビットレートが低い場合は強強度のフィルタリング処理、高い場合は低強度のフィルタリング処理を行うなどフィルターの係数を変化させる方法である（図３参照）。この方法は、ブロックノイズを軽減することができるが、固定受動フィルターを用いていることもあり、ブロックノイズ以外の映像成分も除去することになり、映像全体のディテールが欠落し画質劣化の要因となる。

もう一つの方法は、ブロック境界線位置を映像信号内から検出し画素ブロック境界線のみをフィルタリング処理する方法である（図４参照）。この方法は、ブロックノイズを映像全体のディテール感を欠落せずに除去可能であるが、縦線などの信号のエッジをブロック境界線と誤って検出し、エッジぼけの症状に陥ったり、輝度変化の激しい信号で誤検出を行ったりし画質劣化の要因となる。原因として、当該処理は画面の信号レベルの画素変化のみを検出し判断しているため、そのエッジが映像そのものなのか、ブロックノイズによるエッジであるかを区別することができないためである。

そこで、本発明は、ＭＰＥＧ２方式の信号を当該方式によって輝度変化の激しい動画領域や、エッジ成分のある映像信号においても誤検出のすくないブロックノイズリダクション処理を行うことが可能である画像処理装置を提供することを目的とする。

この発明は、上記の課題を解決するために、以下の構成を備えている。
本発明の映像処理装置は、水平同期信号、垂直同期信号、クロック信号より８×８の画素ブロック検出用のタイミングパルスを生成するタイミング発生手段と、タイミングパルスと入力された輝度信号から８×８の画素ブロック境界線を検出し画素ブロック境界信号を生成する画素ブロック境界検出手段と、タイミングパルスと輝度信号から画素ブロックの平均信号レベル検出を行う画素ブロック平均輝度検出手段と、一フレーム前の画素ブロックの平均信号レベルを格納する差分情報格納手段と、画素ブロック境界信号と平均信号レベル信号からフィルターの係数を決定するフィルター制御手段と、フィルター制御信号に基づき入力信号をフィルタリング処理して出力信号を出力するフィルタ回路からなる構成を有するものである。

本発明の画像処理装置は、入力された輝度信号の画素ブロック間でブロックノイズの有無判定を行ってブロック境界線を検出するブロック境界検出手段と、入力された輝度信号の画素ブロック単位毎の平均輝度を演算して検出する画素ブロック平均輝度検出手段と、ブロック境界線検出結果と画素ブロック毎の平均輝度検出結果を基にブロックノイズのフィルタリング処理を行うフィルタ回路とを備え、入力された圧縮画像信号を表示する際に、ブロック境界線の前後画素ブロックと一フレーム前の前後の画素ブロックの相関関係によってフィルタリングの処理を変化させてブロックノイズを軽減することを特徴とする構成を有するものである。

本発明の画像処理装置は、上記ブロック境界検出手段が、ブロック境界検出を行うとき信号ソースの種類によってしきい値を変更してブロックノイズの有無判定を行う。

本発明の画像処理装置は、上記画素ブロックを分離するタイミング発生信号生成を行う際に、画面の任意の領域を検出領域として設定するタイミング発生手段を有する。

本発明の画像処理装置は、信号ソースの種類によりフィルタリング処理を停止させるフィルタ制御手段を有する。

本発明の画像処理装置は、上記ブロック境界検出手段、上記タイミング発生手段又は上記フィルタ制御手段を、制御信号によってしきい値及びフィルタリング処理の動作停止を制御するＣＰＵを有する。

本発明の画像処理装置は、上記ＣＰＵが、テーブル化された設定値を持ち、入力信号毎に異なる設定をする。

本発明によれば、ＭＰＥＧ２方式の信号を当該方式によって輝度変化の激しい動画領域や、エッジ成分のある映像信号においても誤検出のすくないブロックノイズリダクション処理を行うことが可能である。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面を参照して詳細に説明する。
本発明による画像処理装置の実施の形態を、図１を中心に以下に説明する。本実施の形態の映像処理装置は、フィルタ回路１と、画素ブロック境界検出（手段）２と、タイミング発生（手段）３と、画素ブロック平均輝度検出（手段）４と、差分情報格納（手段）５と、フィルター制御（手段）６とからなる。

入力端子Ｉｈ、Ｉｖ、Ｉｃｌｋから入力された水平同期信号Ｈｓｙｎｃ、垂直同期信号Ｖｓｙｎｃ及びクロック信号Ｃｌｏｃｋは、タイミング発生（手段）３に入力される。タイミング発生（手段）３は、水平同期信号Ｈｓｙｎｃ、垂直同期信号Ｖｓｙｎｃから任意に定められた水平開始点、垂直開始ラインからクロック信号Ｃｌｏｃｋに基づいて８×８の画素ブロック決定用のタイミングパルスを生成し、ブロック境界検出（手段）２と画素ブロック差分検出（手段）４にタイミングパルスａを伝達させる。図５に実施の一例を記載する。

ブロック境界検出（手段）２は、入力端子Ｉｙから入力された輝度信号Ｙから、タイミングパルスａで指定された前後画素周辺の映像信号を検出し、前後の画素の差分が任意の閾値以上であり（検出Ａ）、かつ、タイミングパルスａで分離された画素ブロックのブロック境界周辺の画素が任意の差分範囲の以下であること（検出Ｂ）から検出を行い、該当画素ブロック間でブロックノイズの有無判定を行う。図６に実施の一例を記載する。判定結果は、フィルター制御（手段）６に画素ブロック境界信号ｂとして伝達される。

一方、画素ブロック平均輝度（差分）検出（手段）４は、入力された輝度信号Ｙをタイミングパルスａによって画素ブロック単位毎に分割し、その平均信号レベルを演算する。演算結果は、平均輝度情報格納（手段）５に記録される。

フィルター制御（手段）６は、画素ブロック境界信号ｂによって境界であると認定された場合、境界の現フレームと一フレーム前の前後の画素ブロックの平均輝度レベルによってフィルター設定を変化させる。

図７に基づいて制御方法の一例を説明する。画素ブロックＡと一フレーム前の画素ブロックＣの平均輝度レベルの差分が一定以上あり、そして画素ブロックＢと一フレーム前の画素ブロックＤの平均輝度レベルの差分が一定以上ある場合は、フレーム間の相関が全くなくシーンチェンジが発生したと考えられる。シーンチェンジが発生すると、前後のフレーム相関がなくなり、ブロックノイズが多数発生する。従って図８に示したような強強度フィルターによるフィルタリング処理を行う。

また、画素ブロックＡと一フレーム前の画素ブロックＣの平均輝度レベルの差分が一定以下であり、そして画素ブロックＢと一フレーム前の画素ブロックＤの平均輝度レベルの差分が一定以下であり、さらに画素ブロックＡと画素ブロックＢの平均輝度レベルの差分が一定以下の場合は、低階調変化部分の静止画領域と考えられる。静止画領域のブロックノイズは比較的目につきやすく画質劣化の要因となるため、図８に示したような中強度フィルターによるフィルタリング処理を行う。

また、画素ブロックＡと一フレーム前の画素ブロックＣの平均輝度レベルの差分が一定以下であり、そして画素ブロックＢと一フレーム前の画素ブロックＤの平均輝度レベルの差分が一定以下であり、さらに画素ブロックＡと画素ブロックＢの平均輝度レベルの差分が一定以上の場合は、ブロックノイズではなく、静止映像のエッジ情報があると考えられる。このような映像領域に対してフィルタリング処理を行うと映像全体のディテール感の欠如につながるため、フィルタリング処理を行わない。

また、画素ブロックＡと一フレーム前の画素ブロックＣの平均輝度レベルの差分が一定以下であり、そして画素ブロックＢと一フレーム前の画素ブロックＤの平均輝度レベルの差分が一定以上である場合、及び、これとは逆に、画素ブロックＡとＣの差分が一定以上で画素ブロックＢとＤの差分が一定以下の場合、静止領域と動画領域の境界領域と考えられる。この部分はエッジとも捉えられるが、動画領域でブロックノイズが発生する点、モスキートノイズの発生領域である点から、図８に示したような弱強度フィルターによるフィルタリング処理を行う。

上記の条件をまとめたものを図９に示す。ここで、｜Ａ−Ｃ｜＞＞αは、画素ブロックＡと一フレーム前の画素ブロックＣの平均輝度レベルの差分が一定以上あるという意味であり、他も同様である。

本発明の実施例１に係る画像処理装置の回路構成を示すブロック図。 本発明の実施例２に係る画像処理装置の回路構成を示すブロック図。 従来の技術の回路構成を示すブロック図１。 従来の技術の回路構成を示すブロック図２。 タイミング発生回路の動作説明図。 ブロック境界検出回路の動作説明図。 画素ブロックの相関関係図。 フィルタリング処理による一例。 フィルター制御内容の一覧。

符号の説明

１ フィルタ回路
２ ブロック境界検出
３ タイミング発生
４ 画素ブロック平均輝度検出
５ 平均輝度情報格納
６ フィルター制御
７ ＣＰＵ

Claims (6)

1. 入力された輝度信号の画素ブロック間でブロックノイズの有無判定を行ってブロック境界線を検出するブロック境界検出手段と、入力された輝度信号の画素ブロック単位毎の平均輝度を演算して検出する画素ブロック平均輝度検出手段と、ブロック境界線検出結果と画素ブロック毎の平均輝度検出結果を基にブロックノイズのフィルタリング処理を行うフィルタ回路とを備え、入力された圧縮画像信号を表示する際に、ブロック境界線の前後画素ブロックと一フレーム前の前後の画素ブロックの相関関係によってフィルタリングの処理を変化させてブロックノイズを軽減することを特徴とする画像処理装置。
2. 上記ブロック境界検出手段は、ブロック境界検出を行うとき信号ソースの種類によってしきい値を変更してブロックノイズの有無判定を行う請求項１記載の画像処理装置。
3. 上記画素ブロックを分離するタイミング発生信号生成を行う際に、画面の任意の領域を検出領域として設定するタイミング発生手段を有する請求項１記載の画像処理装置。
4. 信号ソースの種類によりフィルタリング処理を停止させるフィルタ制御手段を有する請求項１記載の画像処理装置。
5. 上記ブロック境界検出手段、上記タイミング発生手段又は上記フィルタ制御手段を、制御信号によってしきい値及びフィルタリング処理の動作停止を制御するＣＰＵを有する請求項１〜４のいずれか１項に記載の画像処理装置。
6. 上記ＣＰＵは、テーブル化された設定値を持ち、入力信号毎に異なる設定をする請求項５記載の画像処理装置。

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