JP2007048176A - デジタル信号処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 リンギングの発生を抑制しつつ、デジタル信号のノイズを抑制することが可能なデジタル信号処理装置を提供する。
【解決手段】 デジタル信号処理装置は、入力されるデジタル信号をウェーブレット変換して、第１の低周波サブバンドと第１の高周波サブバンドに分解し、該第１の低周波サブバンドをさらに第２の低周波サブバンドと第２の高周波サブバンドに分解するウェーブレット変換手段と、前記第２の高周波サブバンドの特定座標のデータに対してコアリング処理を行うコアリング手段と、前記第２の低周波サブバンドの前記第２の高周波サブバンドの特定座標がエッジ成分であるか否かを判定する判定手段と、前記判定手段が、前記第２の高周波サブバンドの特定座標がエッジ成分であると判定した場合に、前記コアリング手段が該第２の高周波サブバンドの特定座標のデータに対してコアリング処理を行わないように制御するコアリング制御手段とを有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、デジタル信号処理装置に関し、特にウェーブレット変換を用いてデジタル画像信号のノイズリダクションを行うデジタル信号処理装置に関する。

図４〜図６は、デジタル画像信号の２次元ウェーブレット変換を説明するための概念図である。図４は、ウェーブレット変換部の概略を表すブロック図であり、図５は、逆ウェーブレット変換部の概略を表すブロック図であり、図６はウェーブレット変換された画像信号を概略的に示す平面図である。

デジタル画像信号Ｘ０は、ウェーブレット変換部１に入力されると、ローパスフィルタＬＰＦ及びハイパスフィルタＨＰＦに送られる。ローパスフィルタＬＰＦで高周波を濾波された（低周波成分の）信号及びハイパスフィルタＨＰＦで低周波を濾波された（高周波成分の）信号は、それぞれダウンサンプリング部４に送られて、水平方向１／２に間引きされて、水平方向低周波成分Ｌ及び水平方向高周波成分Ｈのサブバンドデータに周波数分解される。

水平方向低周波成分Ｌは、ローパスフィルタＬＰＦ及びハイパスフィルタＨＰＦに送られる。その後、それぞれダウンサンプリング部４に送られて、垂直方向１／２に間引きされて、水平垂直方向低周波成分ＬＬ１及び水平方向低周波垂直方向高周波成分ＬＨ１のサブバンドデータに分解される。また、水平方向高周波成分Ｈは、ローパスフィルタＬＰＦ及びハイパスフィルタＨＰＦに送られる。その後、それぞれダウンサンプリング部４に送られて、垂直方向１／２に間引きされて、水平垂直方向高周波成分ＨＨ１及び水平方向高周波垂直方向低周波成分ＨＬ１のサブバンドデータに分解される。分解されたそれぞれのサブバンドデータ（ＬＬ１、ＬＨ１、ＨＨ１、ＨＬ１）は、インターリーブ変換部５により並べ替えられて、図６の右上に示す画面１００ｂのように配列される。

ウェーブレット変換部１では、さらに所望のサブバンドデータに対して再帰的変換を行うことが出来る。例えば、水平垂直方向低周波成分ＬＬ１を入力信号Ｘ０として、再度ウェーブレット変換部１に入力することにより、図６の右下に示すようなサブバンドデータ（ＬＬ２、ＬＨ２、ＨＨ２、ＨＬ２）を得ることが出来る。このように所定のサブバンドデータに対して再帰的変換を所定回数繰り返すことにより、特定の周波数帯域のサブバンドデータを得ることが出来る。

逆ウェーブレット変換部２は、分解されたサブバンドデータを逆ウェーブレット変換することにより復元し、インターリーブ変換部５により再構築することにより、元の画像に戻すことが出来る。

図７は、ウェーブレット変換を用いた従来のデジタル信号処理装置２００によるノイズリダクション処理を説明するためのブロック図である。

デジタル信号処理装置２００は、図４〜図６を参照して説明したウェーブレット変換により、デジタル画像信号Ｘ０をサブバンドデータＬＬ１、ＬＨ１、ＨＨ１、ＨＬ１に分解する。さらに、水平垂直方向低周波のサブバンドデータＬＬ１をウェーブレット変換し、得られた水平垂直方向低周波のサブバンドデータＬＬをさらに変換することを所定回数ｎ（例えば、２〜８回）繰り返して、サブバンドデータＬＬｎ、ＬＨｎ、ＨＨｎ、ＨＬｎを得る。ここで得られたサブバンドデータＬＨｎ、ＨＨｎ、ＨＬｎに対して後述するコアリング処理を行い、その後、ウェーブレット逆変換を繰り返して元のデジタル画像信号を復元する。このような処理を行うことにより、例えば、低帯域のノイズを抑えることが出来る（例えば、特許文献１参照）。なお、本明細書では、ウェーブレット変換で得られたサブバンドデータに対してさらにウェーブレット変換を行うことを「再帰的ウェーブレット変換」と呼ぶ。

図８及び図９は、コアリング処理を説明するためのグラフである。

図８（Ａ）は、コアリング処理を施さない場合の入力信号と出力信号の関係を表すグラフである。コアリング処理とは、例えば、入力信号の絶対値が閾値よりも低い場合に、信号を抑制（例えば、閾値以下を一律に０に）する処理である。図８（Ａ）に示すような関係を持つ信号に対してコアリング処理を行った場合、閾値以下の入力信号は０として出力され、図８（Ｂ）に示すような入力信号と出力信号の関係となる。

より具体的には、図９（Ａ）に示すような入力信号Ｘ０に対してウェーブレット変換を行い、図９（Ｂ）に示す低周波成分Ｌ１と図９（Ｃ）に示す高周波成分Ｈ１に分解し、高周波成分Ｈ１に対してコアリング処理を施す。これにより、図９（Ｄ）に示すように閾値以下の部分（点線で囲んだ部分）が０とされた高周波成分Ｈ１´が得られる。その後、低周波成分Ｌ１と高周波成分Ｈ１´を逆ウェーブレット変換することにより、図９（Ｅ）に示すようなノイズの押さえられた復元信号Ｘ０´を得ることが出来る。

特開２００３−１３４３５２号公報

上述の従来のデジタル信号処理装置のように、特定帯域のノイズを押さえるために、再帰的ウェーブレット変換を繰り返し、特定帯域のサブバンドをコアリングする場合、復元した信号に基づく画像にリンギングが発生したり、振幅の位相が変わってしまったりする場合がある。また、特定帯域のノイズを取ろうとする場合、位相のずれが蓄積してしまう。

本発明の目的は、リンギングの発生を抑制しつつ、デジタル信号のノイズを抑制することが可能なデジタル信号処理装置を提供することである。

本発明の一観点によれば、デジタル信号処理装置は、入力されるデジタル信号をウェーブレット変換して、第１の低周波サブバンドと第１の高周波サブバンドに分解し、該第１の低周波サブバンドをさらに第２の低周波サブバンドと第２の高周波サブバンドに分解するウェーブレット変換手段と、前記第２の高周波サブバンドの特定座標のデータに対してコアリング処理を行うコアリング手段と、前記第２の低周波サブバンドの前記第２の高周波サブバンドの特定座標に対応する座標の近傍データを参照して、前記第２の高周波サブバンドの特定座標がエッジ成分であるか否かを判定する判定手段と、前記判定手段が、前記第２の高周波サブバンドの特定座標がエッジ成分であると判定した場合に、前記コアリング手段が該第２の高周波サブバンドの特定座標のデータに対してコアリング処理を行わないように制御するコアリング制御手段とを有する。

また、本発明の他の観点によれば、デジタル信号処理装置は、入力されるデジタル信号をウェーブレット変換して、第１の低周波サブバンドと第１の高周波サブバンドに分解し、該第１の低周波サブバンドをさらに第２の低周波サブバンドと第２の高周波サブバンドに分解するウェーブレット変換手段と、前記第２の高周波サブバンドの特定座標のデータに対してコアリング処理を行うコアリング手段と、前記第２の低周波サブバンドに対してローパスフィルタ処理を行い第３の低周波サブバンドを抽出するローパスフィルタ手段と、前記第３の低周波サブバンドの前記第２の高周波サブバンドの特定座標に対応する座標の近傍データを参照して、前記第２の高周波サブバンドの特定座標がエッジ成分であるか否かを判定する判定手段と、前記判定手段が、前記第２の高周波サブバンドの特定座標がエッジ成分であると判定した場合に、前記コアリング手段が該第２の高周波サブバンドの特定座標のデータに対してコアリング処理を行わないように制御するコアリング制御手段とを有する。

本発明によれば、リンギングの発生を抑制しつつ、デジタル信号のノイズを抑制することが可能なデジタル信号処理装置を提供することができる。

図１は、本発明の第１の実施例によるデジタル信号処理装置１０１の構成を表すブロック図である。

デジタル信号処理装置１０１は、少なくともウェーブレット変換部１、逆ウェーブレット変換部２、コアリング処理部３及びコアリング制御部６を含んで構成される。本実施例のデジタル信号処理装置１０１は、再帰的ウェーブレット変換によって入力されるデジタル画像信号を所定の帯域のサブバンドデータに分解し、水平垂直方向低周波成分ＬＬｎ（以下、低周波サブバンドデータと呼ぶ）を参照して、水平方向低周波垂直方向高周波成分ＬＨｎ、水平垂直方向高周波成分ＨＨｎ及び水平方向高周波垂直方向低周波成分ＨＬｎ（以下、これら３つのサブバンドデータを総称して高周波サブバンドデータと呼ぶ）に対してコアリング処理を行い、ノイズ成分を抑制するものである。

ウェーブレット変換部１は、図４に示す従来のウェーブレット変換部１と同等の構成を有し、入力されるデジタル画像信号Ｘ０水平方向低周波成分Ｌ及び水平方向高周波成分Ｈのサブバンドデータに周波数分解した後に、該水平方向低周波成分Ｌを水平垂直方向低周波成分ＬＬ１及び水平方向低周波垂直方向高周波成分ＬＨ１のサブバンドデータに分解し、該水平方向高周波成分Ｈを、水平垂直方向高周波成分ＨＨ１及び水平方向高周波垂直方向低周波成分ＨＬ１のサブバンドデータに分解する。

さらに、ウェーブレット変換部１は、分解して得られた水平垂直方向低周波成分ＬＬに対して、ウェーブレット変換を再帰的に行うことにより特定の周波数帯域のサブバンドデータを得ることが出来る。本明細書において、水平垂直方向低周波成分ＬＬｎ、水平方向低周波垂直方向高周波成分ＬＨｎ、水平垂直方向高周波成分ＨＨｎ及び水平方向高周波垂直方向低周波成分ＨＬｎにおける「ｎ」は、ウェーブレット変換を繰り返した回数を示す。例えば、サブバンドデータＬＬｎ、ＬＨｎ、ＨＨｎ及びＨＬｎは、サブバンドデータＬＬｎ−１に対して再帰的ウェーブレット変換を行うことにより得られるサブバンドデータである。すなわち、サブバンドデータＬＬ２、ＬＨ２、ＨＨ２及びＨＬ２は、サブバンドデータＬＬ１に対して再帰的ウェーブレット変換を行うことにより得られるサブバンドデータである。

コアリング処理部３は、図８及び図９を参照して説明した従来のコアリング処理と同様の処理を高周波サブバンド（ＬＨｎ、ＨＬｎ、ＨＨｎ）に対して行う。すなわち、入力信号Ｘ０の絶対値が閾値よりも低い場合に、信号を抑制（例えば、閾値以下を一律に０に）する。従来のコアリング処理とは異なり、本実施例におけるコアリング処理部３は、コアリング制御部６からのコアリング制御（マスキング指示）を受けて高周波サブバンド（ＬＨｎ、ＨＬｎ、ＨＨｎ）の各座標のデータに対するコアリング処理を行う。例えば、マスキング指示を受けた座標のデータについてはコアリング処理を行わず、それ以外のデータについてコアリング処理を行う。

コアリング制御（マスキング指示）部６は、ウェーブレット変換において変換されたデータには画像の座標位置がそのまま適応できることを利用して、エッジ成分へのコアリングを制御する。エッジ成分へのコアリングを行うと、位相が変わってリンギングが発生する可能性が高くなる。そこで、本実施例では、このコアリング制御部６が、低周波サブバンドデータＬＬｎを参照することによりエッジ成分を検出し、高周波サブバンドＬＨｎ、ＨＬｎ、ＨＨｎの該検出されたエッジ成分に対してはコアリング処理を行わないように、コアリング処理部３を制御する。エッジ成分の検出方法については、図２を参照して後述する。

逆ウェーブレット変換部２は、コアリング処理されたサブバンドデータを逆ウェーブレット変換することにより復元し、インターリーブ変換部５により再構築することにより、ノイズが抑制された出力信号Ｘ０´を出力する。逆ウェーブレット変換部２の構成は図５に示す従来の逆ウェーブレット変換部２と同様である。

図２は、本発明の実施例によるコアリングマスク処理を説明するための概念図である。図２（Ａ）は、各サブバンドの同一座標を表す平面図であり、図２（Ｂ）は、該同一座標近傍の拡大平面図である。

図２（Ａ）に示す黒星及び白星は、いずれも元のデジタル画像信号Ｘ０上の同一座標点Ｚ（０，０）を示している。本実施例では、例えば、白星で示す高周波サブバンドＨＨｎの座標点Ｚ（０，０）のデータに対して、コアリングを行う（マスキングする）か否かを判断するために、黒星で示す低周波サブバンドＬＬｎの同一座標点Ｚ（０，０）に隣接する近傍データを参照して、高周波サブバンドＨＨｎの座標点Ｚ（０，０）のデータがエッジ成分か否かを判断する。

近傍データの参照は、例えば、まず、低周波サブバンドＬＬｎの同一座標点Ｚ（０，０）に隣接する座標Ｚ（−１，−１）、Ｚ（０，−１）、Ｚ（１，−１）、Ｚ（−１，０）、Ｚ（１，０）、Ｚ（−１，１）、Ｚ（０，１）、Ｚ（１，１）のデータを累積加算して平均化し、コアリング制御の判断対象である高周波サブバンド（ＬＨ、ＨＬ、ＨＨ）の同一座標データＺ（０，０）との差分を取り、それを絶対値化する（式（１）及び（２）参照）。

Z₁=Z(-1,-1)+Z(0,-1)+Z(1,-1)+Z(-1,0)+Z(1,0)+Z(-1,1)+Z(0,1)+Z(1,1) …（１）
Z₂=ABS(Z(0,0)-Z’) …（２）
次に、この算出された差分値（絶対値Ｚ_２）を適応範囲パラメータ（Ｐ）と比較し、高周波サブバンド（ＬＨｎ、ＨＬｎ、ＨＨｎ）の同一座標データＺ（０，０）がエッジ成分であるか否かを判断する。この時、差分値（絶対値Ｚ_２）が適応範囲パラメータ（Ｐ）以下（Ｚ_２≦Ｐ）であれば、高周波サブバンド（ＬＨｎ、ＨＬｎ、ＨＨｎ）の同一座標データＺ（０，０）に対してコアリング処理を行うようにコアリング処理部３を制御する。一方、差分値（絶対値Ｚ_２）が適応範囲パラメータ（Ｐ）より大きい（Ｚ_２＞Ｐ）場合は、高周波サブバンド（ＬＨｎ、ＨＬｎ、ＨＨｎ）の同一座標データＺ（０，０）に対してコアリング処理を行わないようにコアリング処理部３を制御（マスキング）する。なお、適応範囲パラメータ（Ｐ）は、当該座標におけるデータがエッジ成分であるか否かを判断するための所定値である。

以上のように、本発明の第１の実施例では、高周波サブバンド（ＬＨｎ、ＨＬｎ、ＨＨｎ）の特定座標のデータに対して、低周波サブバンドＬＬｎの該特定座標の近傍座標データを参照して、該高周波サブバンド（ＬＨｎ、ＨＬｎ、ＨＨｎ）の特定座標のデータがエッジ成分であるか否かを判断し、該判断に従い、エッジ成分にはコアリング処理を行わないようにすることができる。従って、リンギングが発生しやすいエッジ成分に対するコアリング処理を省略することが出来るので、リンギングを抑えつつノイズを除去又は抑制することが出来る。

図３は、本発明の第２の実施例によるデジタル信号処理装置１０２の構成を表すブロック図である。

この第２の実施例の第１の実施例との違いは、低周波サブバンドＬＬｎに対してローパスフィルタ処理を行い、コアリング制御（マスキング指示）部６が、該ローパスフィルタ処理された低周波サブバンドＬＬｎ＋１を参照して、エッジ成分の検出（コアリング制御）を行うことである。これ以外の構成及び処理は第１の実施例と同様である。

このように、低周波サブバンドＬＬｎに対してさらにローパスフィルタ処理を行ってから、コアリング制御部６が、低周波サブバンドＬＬｎ＋１の特定座標の近傍座標データの参照を行うことにより、リンギングの発生を抑えつつ低帯域のノイズを抑えることが出来る。

以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組合せ等が可能なことは当業者に自明であろう。

本発明の第１の実施例によるデジタル信号処理装置１０１の構成を表すブロック図である。 発明の実施例によるコアリングマスク処理を説明するための概念図である。 本発明の第２の実施例によるデジタル信号処理装置１０２の構成を表すブロック図である。 ウェーブレット変換部の概略を表すブロック図である。 逆ウェーブレット変換部の概略を表すブロック図である。 ウェーブレット変換された画像信号を概略的に示す平面図である。 ウェーブレット変換を用いた従来のデジタル信号処理装置２００によるノイズリダクション処理を説明するためのブロック図である。 コアリング処理を説明するためのグラフである。 コアリング処理を説明するためのグラフである。

符号の説明

１…ウェーブレット変換部、２…逆ウェーブレット変換部、３…コアリング処理部、４…ダウンサンプリング部、５…インターリーブ変換部、６…コアリング制御部、１０１、１０２…デジタル信号処理装置

Claims (2)

1. 入力されるデジタル信号をウェーブレット変換して、第１の低周波サブバンドと第１の高周波サブバンドに分解し、該第１の低周波サブバンドをさらに第２の低周波サブバンドと第２の高周波サブバンドに分解するウェーブレット変換手段と、
   前記第２の高周波サブバンドの特定座標のデータに対してコアリング処理を行うコアリング手段と、
   前記第２の低周波サブバンドの前記第２の高周波サブバンドの特定座標に対応する座標の近傍データを参照して、前記第２の高周波サブバンドの特定座標がエッジ成分であるか否かを判定する判定手段と、
   前記判定手段が、前記第２の高周波サブバンドの特定座標がエッジ成分であると判定した場合に、前記コアリング手段が該第２の高周波サブバンドの特定座標のデータに対してコアリング処理を行わないように制御するコアリング制御手段と
   を有するデジタル信号処理装置。
   
2. 入力されるデジタル信号をウェーブレット変換して、第１の低周波サブバンドと第１の高周波サブバンドに分解し、該第１の低周波サブバンドをさらに第２の低周波サブバンドと第２の高周波サブバンドに分解するウェーブレット変換手段と、
   前記第２の高周波サブバンドの特定座標のデータに対してコアリング処理を行うコアリング手段と、
   前記第２の低周波サブバンドに対してローパスフィルタ処理を行い第３の低周波サブバンドを抽出するローパスフィルタ手段と、
   前記第３の低周波サブバンドの前記第２の高周波サブバンドの特定座標に対応する座標の近傍データを参照して、前記第２の高周波サブバンドの特定座標がエッジ成分であるか否かを判定する判定手段と、
   前記判定手段が、前記第２の高周波サブバンドの特定座標がエッジ成分であると判定した場合に、前記コアリング手段が該第２の高周波サブバンドの特定座標のデータに対してコアリング処理を行わないように制御するコアリング制御手段と
   を有するデジタル信号処理装置。

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