JP2008022428A - 復号化装置、復号化方法及びプログラム - Google Patents

復号化装置、復号化方法及びプログラム Download PDF

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Abstract

【課題】 画質劣化の少ない復号画像を生成する復号化装置を提供する。
【解決手段】 復号化装置２は、入力されたＪＰＥＧ符号データを復号化し、復号化された画像データに対して、ブロック歪を除去するフィルタリング処理を施し、フィルタ出力値の正規化ＤＣＴ係数が目標範囲内に収まるまで、フィルタ強度を再設定してフィルタリング処理を繰り返し施す。これにより、画像に含まれるエッジの量、又は、画像を符号化したときの圧縮パラメタなどによらず、最適なフィルタ強度を適用して画質向上を図ることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、符号化処理により生成された符号データを復号化する復号化装置に関する。特に、本発明は、データの量子化を伴う符号化処理により生成された符号データを、逆量子化を行うことにより復号化する復号化装置に関する。
例えば、特許文献１には、ＤＣＴ（離散コサイン変換）のブロック境界に低域通過フィルタを掛けることによって、ブロック歪を抑制する方法が開示されている。
また、特許文献２には、ブロック毎に画像内のエッジの有無を判断し、エッジが鈍らないフィルタを選択して掛ける方法が開示されている。
また、特許文献３には、量子化ステップサイズの大きさに基づいて低域通過フィルタのフィルタ係数を切り替える方法が開示されている。
特開平５−０１４７３５号公報 特開平５−３１６３６１号公報 特開平７−１７０５１２号公報
本発明は、上述した背景からなされたものであり、画質劣化の少ない復号画像を生成する復号化装置を提供することを目的とする。
［復号化装置］
上記目的を達成するために、本発明にかかる復号化装置は、補正処理が施された画像情報に基づいて、補正処理の強度を設定する強度設定手段と、前記強度設定手段により設定された強度で、復号化された画像情報に補正処理を施す補正手段とを有する。
好適には、前記補正手段により補正された画像情報が既定の条件に達するまで、前記強度設定手段による強度の設定処理と、前記補正手段による補正処理とを繰り返すよう制御する制御手段をさらに有する。
好適には、前記強度設定手段は、前記補正手段により補正処理が施された画像情報と、符号化処理の量子化区間内に設定された目標範囲とに基づいて、補正処理の強度を設定する。
好適には、前記目標範囲は、各量子化区間に対応する量子化値を含まない範囲に設定され、前記強度設定手段は、前記補正手段により補正処理が施された画像情報が前記目標範囲に入るように、補正処理の強度を設定する。
好適には、補正処理が施された複数の画像情報それぞれを、量子化区間の間隔に基づいて正規化する正規化手段と、前記正規化手段により正規化された複数の画像情報の最大値又は平均値を評価値として生成する評価値生成手段とをさらに有し、前記強度設定手段は、前記評価値生成手段により生成された評価値が、前記目標範囲に入るように、補正処理の強度を設定する。
好適には、補正処理が施された画像を既定サイズのブロック毎に直交変換して、変換係数を生成する変換係数生成手段をさらに有し、前記正規化手段は、前記変換係数生成手段により生成された変換係数を正規化し、前記評価値生成手段は、前記ブロック毎に、正規化された変換係数の最大値又は平均値を生成し、前記強度設定手段は、前記ブロック毎に、それぞれのブロックについて生成された最大値又は平均値に基づいて、補正処理の強度を設定する。
好適には、前記補正手段は、復号化された画素値に対して低域通過フィルタ処理を施し、前記強度設定手段は、前記低域通過フィルタ処理のフィルタ係数を変更することにより、補正処理の強度を設定する。
好適には、前記補正手段は、符号化処理の処理単位であるブロックの周縁部の画素のみに対して、補正処理を施す。
［復号化方法］
また、本発明にかかる復号化方法は、復号化された画像情報に対して、補正処理を施し、補正処理が施された画像情報が既定の条件に合致するか否かを判断し、補正処理が施された画像処理が既定の条件に合致しない場合に、この画像情報に基づいて、補正処理の強度を設定し、設定された強度で、復号化された画像情報に補正処理を施す。
［プログラム］
また、本発明にかかるプログラムは、復号化された画像情報に対して、補正処理を施すステップと、補正処理が施された画像情報が既定の条件に合致するか否かを判断するステップと、補正処理が施された画像処理が既定の条件に合致しない場合に、この画像情報に基づいて、補正処理の強度を設定するステップと、設定された強度で、復号化された画像情報に補正処理を施すステップとをコンピュータに実行させる。
本発明の復号化装置によれば、より高画質な復号画像を生成することができる。
まず、本発明の理解を助けるために、その背景及び概略を説明する。
ＪＰＥＧ等のブロック単位変換符号化によって歪んだ画像の画質を改善する方式が種々提案されている。例えば、画質改善技術として、ブロック歪部分にローパスフィルタを掛けることによって、歪成分を抑制する方式が一般的である。具体的には、ＤＣＴのブロック境界に低域通過フィルタを掛けることによって、ブロック歪を抑制しようとする方式である。全てのブロック境界にフィルタを掛けると、保存すべき高域成分も失われてしまうため、圧縮率の高いデータのみにフィルタを掛けるという工夫がなされている。
このような方式では、画像の部分によって、フィルタを掛けたほうが良い部分とフィルタを掛けないほうが良い部分がある場合に対応できない。
そこで、複数の低域通過フィルタを用意し、ブロック毎に画像内のエッジの有無を判断し、エッジが鈍らないフィルタを選択して掛ける方式が考えられる。例えば、ＤＣＴ係数内のゼロ係数の分布を見て、縦エッジが存在すると判断された場合には、縦エッジを保存するような低域通過フィルタを掛ける。
あるいは、量子化ステップサイズの大きさに基づいて低域通過フィルタのフィルタ係数を切り替える。
このように、ブロック毎にエッジの有無などを判定して、その判定結果に基づいてブロック歪抑制フィルタを掛けるような方式では、以下に示す問題点がある。
すなわち、エッジが有る部分とエッジの無い部分でフィルタが切り替わるため、エッジ有り無しの閾値の前後で画質が急激に変化してしまう。
また、圧縮率が高い時には、ブロック歪量が大きいため、エッジを潰してもブロック歪を抑制したほうが画質が高くなることもあるはずである。すなわち、ブロック歪を抑制した時の画質向上効果と、元々存在するエッジを鈍らせることによる画質低下効果とを比べてフィルタを掛けるか否かを判断したほうが全体の画質を高くできるはずであるのに、エッジの有無のみを判断材料としている。
あるいは、上記のように、圧縮率や圧縮パラメタでフィルタを切り替える方式では、元々エッジの多い画像などに強い強度のフィルタを掛けてしまってエッジを鈍らせてしまう危険性がある。
そこで、本実施形態における復号化装置２は、ブロック毎の画質が急激に変化することがないようにし、かつ、画像のブロック毎に、画像のエッジ成分や圧縮パラメタに適応して、最も適したフィルタを掛けることのできるブロック歪抑制を実現する。
［ハードウェア構成］
まず、本実施形態における復号化装置２のハードウェア構成を説明する。
図１は、本発明にかかる復号化方法が適応される復号化装置２のハードウェア構成を、制御装置２０を中心に例示する図である。
図１に例示するように、復号化装置２は、ＣＰＵ２０２及びメモリ２０４などを含む制御装置２０、通信装置２２、ＨＤＤ・ＣＤ装置などの記録装置２４、並びに、ＬＣＤ表示装置あるいはＣＲＴ表示装置及びキーボード・タッチパネルなどを含むユーザインターフェース装置（ＵＩ装置）２６から構成される。
復号化装置２は、例えば、復号化プログラム５（後述）がインストールされた汎用コンピュータであり、通信装置２２又は記録装置２４などを介して符号データを取得し、取得された符号データを復号化してプリンタ装置１０に転送する。
［復号化プログラム］
図２は、制御装置２０（図１）により実行され、本発明にかかる復号化方法を実現する復号化プログラム５の機能構成を例示する図である。
図２に例示するように、復号化プログラム５は、エントロピ復号化部５００、逆量子化部５１０、逆直交変換部５２０、フィルタ処理部５３０、補正制御部５４０、強度設定部５５０、及び出力画像生成部５６０を有する。また、補正制御部５４０は、直交変換部５４２、正規化部５４４、及び評価値生成部５４６を含む。
復号化プログラム５において、エントロピ復号化部５００は、入力された符号データを、エントロピ復号化して、復号化されたシンボルを逆量子化部５１０に出力する。
本例のエントロピ復号化部５００は、国際標準ＪＰＥＧ方式にしたがって、入力されたＪＰＥＧ符号データを復号化して、量子化インデクスを生成し、生成された量子化インデクスを逆量子化部５１０に出力する。
逆量子化部５１０は、エントロピ復号化部５００から入力された量子化インデクスに基づいて、逆量子化値を生成し、生成された逆量子化値を５２０に出力する。
本例の逆量子化部５１０は、エントロピ復号化部５００から入力された量子化インデクスを量子化区間の間隔（量子化ステップサイズ）に基づいて逆量子化して、ＤＣＴ係数を生成し、生成されたＤＣＴ係数を逆直交変換部５２０に出力する。
逆直交変換部５２０は、逆量子化部５１０から入力された逆量子化値を逆直交変換して、復号画像の画素値を生成し、生成された復号画像の画素値をフィルタ処理部５３０に出力する。なお、画素値、逆量子化値（ＤＣＴ係数）、及び量子化インデクスは、いずれも本発明にかかる画像情報の具体例である。
本例の逆直交変換部５２０は、逆量子化部５１０から入力されたＤＣＴ係数に対して、逆離散コサイン変換（ＩＤＣＴ）を施して、復号画像の画素値を生成し、生成された画素値をフィルタ処理部５３０に出力する。
フィルタ処理部５３０は、既定の補正強度で、逆直交変換部５２０から入力された復号画像の画素値に対して補正処理を施し、補正処理が施された画素値を補正制御部５４０に出力する。
本例のフィルタ処理部５３０は、強度設定部５５０により設定された補正係数を用いて、逆直交変換部５２０から入力された復号画像における８×８サイズのブロックの周縁部のみに対して、ローパスフィルタ（低域通過フィルタ）処理を施し、ローパスフィルタ処理が施された復号画像を補正制御部５４０に出力する。
補正制御部５４０は、フィルタ処理部５３０から入力された復号画像の画素値に基づいて、再補正が必要か否かを判断し、再補正が必要であると判断した場合には、補正強度を変更するよう強度設定部５５０に指示し、再補正が必要でないと判断した場合には、フィルタ処理部５３０から入力された復号画像の画素値を出力画像生成部５６０に出力する。
本例の補正制御部５４０は、フィルタ処理部５３０による補正処理で生ずる復号画像の変化量が既定の条件に達するまで、強度設定部５５０にフィルタ係数を更新させ、更新されたフィルタ係数でフィルタ処理部５３０に補正させる。
より具体的には、直交変換部５４２は、フィルタ処理部５３０から入力された復号画像を直交変換（本例では、ＤＣＴ）して、変換された変換係数（本例では、ＤＣＴ係数の変化量）を生成する。
正規化部５４４は、直交変換部５４２により変換された変換係数（本例では、ＤＣＴ係数）を、量子化区間の間隔（量子化ステップサイズ）に基づいて正規化する。
評価値生成部５４６は、正規化部５４４により正規化された変換係数（本例では、ＤＣＴ係数の変化量）の最大値又は平均値を評価値として生成する。ここで、変換係数の最大値又は平均値とは、例えば、ＤＣＴ処理を行うブロックそれぞれに含まれる複数の変換係数に関する最大値又は平均値である。
そして、補正制御部５４０は、評価値生成部５４６により生成された評価値（変換係数の最大値又は平均値）が既定の目標範囲に含まれるか否かを判断し、評価値が目標範囲に含まれる場合には、フィルタ処理部５３０から入力された復号画像（本例では、補正前の復号画像及び変化量）を出力画像生成部５６０に出力し、評価値が目標範囲に含まれない場合には、フィルタ係数を更新するよう強度設定部５５０に指示し、更新されたフィルタ係数でフィルタ処理を行うようフィルタ処理部５３０に指示する。
強度設定部５５０は、補正制御部５４０からの指示に応じて、補正強度を設定し、設定された補正強度を適用して補正処理を行うようフィルタ処理部５３０に指示する。
本例の強度設定部５５０は、評価値が目標範囲に入るようにフィルタ係数を変更し、変更されたフィルタ係数でフィルタ処理を行うようフィルタ処理部５３０に指示する。
出力画像生成部５６０は、補正制御部５４０から入力された画像情報に基づいて、出力画像を生成する。
本例の出力画像生成部５６０は、補正制御部５４０から入力された復号画像（フィルタ処理前の画像）及び変換量（フィルタ処理による変化量）に基づいて、出力画像（復号画像）を生成する。
次に、上記構成及びその動作をより詳細に説明する。
まず、詳細説明を行うための準備を行う。
ＪＰＥＧ符号化では、図３（Ａ）に例示するように、画像信号を８×８のブロックに分割し、ブロック毎の処理を行う。図３（Ａ）に示すように、８×８ブロックの水平方向位置を示すインデクスをmとする。水平方向のブロック数をMとする。水平方向に左から順にm=0,1,...,M-1のブロック番号を与える。
また、図３（Ａ）に示すように、８×８ブロックの垂直方向位置を示すインデクスをnとする。垂直方向のブロック数をNとする。垂直方向に上から順にn=0,1,...,N-1のブロック番号を与える。
各ブロックは、mとnのペア(n,m)で特定される。括弧内は、(垂直方向インデクスn、水平方向インデクスm)の順で記述されるとする。
すなわち、画像サイズW,Hとブロック数M,Nの関係は以下に示される。
M=W/8
N=H/8
また、各ブロック内の画素値は、syx(n,m)で表現する。すなわち、syx(n,m)は、ブロック(n,m)内の、y行x列の画素値を示す。
ＪＰＥＧ符号化では、各ブロックはＤＣＴされて、ＤＣＴ係数となる。ブロック(n,m)の水平周波数u、垂直周波数vのＤＣＴ係数を、Svu(n,m)と定義する。S00(n,m)が、ブロック(n,m)のDC成分となる。また、S77(n,m)が最も２次元周波数の高いAC成分となる。図３（Ｂ）は、１ブロック内のDCT係数を示すものである。
また、水平周波数u、垂直周波数vに対応する量子化ステップサイズをQvuと定義する。
さらに、ブロック(n,m)の水平周波数u、垂直周波数vの量子化DCT係数(量子化インデクス)を、Sqvu(n,m)と定義する。ＪＰＥＧ標準(ITU-T Rec. T.81)では、Sqvu(n,m)の演算式が規定されている。
また、ブロック(n,m)の水平周波数u、垂直周波数vの逆量子化DCT係数を、Rvu(n,m)と定義する。ＪＰＥＧ標準(ITU-T Rec. T.81)では、Rvu(n,m)の演算式が規定されている。
また、ＪＰＥＧ標準(ITU-T Rec. T.81)では、逆量子化DCT係数Rvu(n,m)は、ブロック(n,m)毎にIDCT（逆離散コサイン変換）されて、画素ブロックsyx(n,m)となる。x,yは、それぞれ、ブロック内の水平方向と垂直方向の位置を表す0〜7の数値である。最終的に、上記ブロックSyx(n,m)をブロックラスタ変換して復号画像を得る。
次に、図２の復号化プログラム５による処理の概略を説明する。
まず、復号化プログラム５のエントロピ復号化部５００は、ＪＰＥＧ標準(ITU-T Rec. T.81)にしたがって、入力されたＪＰＥＧ符号を解釈して量子化インデクスSqvu(n,m)を生成とする。量子化インデクスの計算の方法は、JPEG標準(ITU-T Rec. T.81)に記載されているものと同じである。
そして、逆量子化部５１０は、量子化インデクスSqvu(n,m)を逆量子化して、逆量子化結果Rvu(n,m)を生成する。
逆直交変換部５２０は、逆量子化結果Rvu(n,m)をIDCTして、暫定復号画素値s0 yx(n,m)を生成する。
フィルタ処理部５３０及び強度設定部５５０は、補正制御部５４０からの制御に応じて、上記暫定復号画素値s0 yx(n,m)を少なくとも１回フィルタリングして、最終的な復号画素値syx(n,m)を出力画像として生成する。
次に、フィルタ処理部５３０、補正制御部５４０及び強度設定部５５０に関して、より詳細に説明する。以下の説明において、フィルタ処理部５３０で用いられるフィルタ係数を規定するパラメタをパラメタａとする。すなわち、強度設定部５５０は、パラメタaを変化させることにより、フィルタ処理部５３０によるフィルタの強度を変更する。
暫定復号画素値がフィルタ処理部５３０に入力されると、まず、フィルタ処理部５３０は、デフォルトフィルタパラメタで暫定復号画素値s0 yx(n,m)をフィルタリングする。
次に、補正制御部５４０は、フィルタ部５３０によるフィルタリング結果を判定して、所定の条件に合致すれば、そのフィルタリング結果を用いて出力画素ブロックsyx(n,m)を得る。所定の条件に合致しない場合は、強度設定部５５０は、新たなパラメタａを設定して、フィルタリングを再度行うようフィルタ処理部５３０に指示する。
フィルタ処理部５３０、補正制御部５４０及び強度設定部５５０は、上記を繰り返して、所定の条件に合致するフィルタ結果を得る。
以下、それぞれの細かな動作の内容を示す。
［フィルタ処理部］
フィルタ処理部５３０は、パラメタａ（フィルタ強度ａ）に依存してローパス特性を変化させることのできるフィルタリング手法を採用している。
フィルタ処理部５３０は、図４（Ａ）に例示するように、画素ブロックs0 yx(n,m)をフィルタリングするとき、この画素ブロックの周囲８つの画素ブロックs0 yx(n±1,m±1)を用いる。
画素ブロックs0 yx(n,m)の中で、フィルタリングを行う画素（つまり、フィルタリングによって画素値が変化する画素）は、図４（Ｂ）のハッチング部に示されるようなブロック境界の画素（つまり、x,y=0又は7の場合)のみである。
各境界画素は、以下の２種類に分類される。
頂点画素：(x,y)=(0,0),(0,7),(7,0),(7,7)
非頂点画素：x,y=0 又は 7、ただし頂点画素以外
図５（Ａ）のハッチング部は、頂点画素を示している。頂点画素の場合、本例のフィルタ処理部５３０は、図５（Ｂ）に例示するように、周囲３ブロックの画素を用いてフィルタリングを行う。
ここで、頂点画素の画素値をＡとし、頂点画素に隣接する他ブロックの画素値をＢ、Ｃ、Ｄとすると、フィルタ出力Ｅは、図５（Ｃ）に例示する式で算出される。ここで、注意しなければならないのは、フィルタ出力Ｅが、入力画素値からの差分（フィルタ処理による変化量）であるという点である。
図５（Ｃ）に例示するフィルタ出力Ｅの式は、フィルタリング結果の画素値として、画素値Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤの平均値と、画素値Ａとの間を、（１−ａ）：ａに内分する点を採用するものである。パラメタａの値によって、補正強度（すなわち、内分位置）が変化する。
また、図６（Ａ）のハッチング部は、非頂点画素を示している。非頂点画素の場合、フィルタ処理部５３０は、図６（Ｂ）に例示するように、隣接するブロックの１画素を用いてフィルタリングを行う。ここで、非頂点画素の画素値をＡとし、非頂点画素に隣接する他ブロックの画素値をＢとすると、フィルタ出力Ｅは、図６（Ｃ）に例示する式で算出される。ここでも、フィルタ出力Ｅは、入力画素値からの差分（フィルタ処理による変化量）である。
図６（Ｃ）に例示するフィルタ出力Ｅの式は、フィルタリング結果の画素値として、画素値Ａ及びＢの平均値と、画素値Ａとの間を、（１−ａ）：ａに内分する点を採用するものである。
以上のように、フィルタ処理部５３０が頂点画素及び非頂点画素に対してフィルタリングを行うと、フィルタ強度ａが大きい場合には、ボケた出力画像となり、フィルタ強度ａが小さい場合には、ブロック歪除去度合いが小さくなる。
なお、図５及び６では、右上の頂点画素と右辺の非頂点画素の計算例を示した。他の位置のフィルタ出力値は、適宜対称性を利用して算出すればよい。フィルタリング画素以外の出力値は、０となる。
なお、出力画像生成部５６０は、上述のフィルタリングによって得られたフィルタ出力値Ｅ（以下、フィルタ差分値）をs1 yx(n,m)とし、暫定復号画素値s0 yx(n,m)と、フィルタ差分値s1 yx(n,m)とを合算して、最終的な出力画像syx(n,m)を算出する。
［補正制御部］
補正制御部５４０の直交変換部５４２は、まず、上述のフィルタリングによって得られたフィルタ差分値s1 yx(n,m)をＤＣＴ変換する。このＤＣＴによって得られたＤＣＴ係数を、Svu(n,m)とする。
次に、正規化部５４４及び評価値生成部５４６は、図７（Ａ）に例示する式で、正規化DCT係数最大値maxSq1を算出する。とする。正規化DCT係数最大値maxSq1とは、正規化されたブロック内のＤＣＴ係数のうちの最大値である。本例のように、正規化部５４４及び評価値生成部５４６による処理を単一の数式で実現してもよいし、複数の数式で実現してもよい。
次に、補正制御部５４０は、正規化DCT係数最大値maxSq1（すなわち、評価値）の判定を行う。評価値の判定には、予め下記の閾値ThMax及びThMinを設定しておく。
補正制御部５４０は、maxSq1＜ThMax、かつ、maxSq1＞ThMinのとき、「条件に合致する」と判断し、これ以外のとき、「条件に合致しない」と判断する。すなわち、図７（Ｂ）に例示するように、本例の補正制御部５４０は、閾値ThMax及びThMinで規定される目標範囲（図７（Ｂ）のハッチング領域）内に評価値（maxSq1）が含まれているか否かを判断する。この目標範囲は、０（すなわち、フィルタ処理による変化なしの状態）を含まず、かつ、±０．５を超えない範囲（すなわち、フィルタリングの結果が量子化区間を超えない範囲）で設定されることが望ましい。
［強度設定部］
強度設定部５５０は、線形補間法を用いて、次にフィルタリングを行う時に用いるパラメタａを設定する。
まず、a0=0、maxSq0=0とする。次に、強度設定部５５０は、a1=（所定の初期値）とする。すなわち、強度設定部５５０は、最初のフィルタリングのパラメタaをa1とする。
次に、強度設定部５５０は、補正制御部５４０からの出力値（正規化DCT係数最大値maxSq1）、a0、a1、及び、maxSq0を用いて、線形補間によりフィルタ強度newaを算出する。
すなわち、強度設定部５５０は、図７（Ｃ）に例示する式で、新たなフィルタ強度newaを算出する。なお、ThOpt=(ThMax+ThMin)/2である。
強度設定部５５０は、２度目以降のパラメタ設定を行う場合、a0=a1,a1=newa、maxSq0=maxSq1として、つぎに算出される正規化DCT係数最大値（maxSq1）を用いて、図７（Ｃ）の式によりフィルタ強度newaを求めればよい。
なお、補正制御部５４０は、パラメタ設定回数（すなわち、フィードバックの回数）を限定させるため、あるいは安定させるため、収束安定化処理を設けてもよい。
例えば、補正制御部５４０は、第１の収束安定化処理として、反復回数（パラメタａを更新してフィルタ処理を行った回数）が所定の閾値以上になったときは、s1を全て0の値にして、出力画像を算出させる。
また、補正制御部５４０は、第２の収束安定化処理として、maxSq1とmaxSq0の差分の絶対値が所定の閾値未満となったとき、maxSq1＜ThMaxのときs1をそのまま採用して出力画像を算出させ、これ以外の場合に、s1を全て0の値にして、出力画像を算出させる。
また、補正制御部５４０は、第３の収束安定化処理として、反復回数が既定値Ｋ以下である場合に、評価値maxSq1が閾値ThMaxと閾値ThMinとの間に入ったときのみ、「条件に合致する」と判断し、反復回数が既定値Ｋより大きい場合に、評価値maxSq1が閾値ThMax以下（あるいは未満）であれば、「条件に合致する」と判断する。ＪＰＥＧの量子化ステップサイズが小さいときには、画素値の変化に対して、「ＤＣＴ係数を量子化ステップで割った値」の変化が大きいため、「ＤＣＴ係数を量子化ステップで割った値」を閾値ThMaxと閾値ThMinの間に入れることが難しくなる。すなわち、収束が遅くなる可能性がある。あるいは、収束しない可能性もある。そこで、第３の収束安定化処理では、反復回数が多い場合に、下の閾値ThMinを無効にして、安定的に収束させるという方策を採る。
なお、上記第１〜第３の収束安定化処理は、適宜組み合わせて適用してもよい。
また、強度設定部５５０は、第１回目のフィルタリング処理に用いるフィルタパラメタを想定の中で最も大きなもの（フィルタリングの効果が最も強いもの）に設定し、補正制御部５４０は、第１回目のフィルタリングの結果、maxSq1＜ThMaxとなった場合に、「条件に合致する」として、このフィルタリングの結果をそのまま最小してもよい。このようにすることによって、なだらかな画像であって、非常に強いフィルタを掛けてもmaxSq1の値が大きくならないような画像に対しても、反復回数を小さくさせることができる。
［全体動作］
図８は、復号化プログラム５（図２）による復号化処理（Ｓ１０）を説明するフローチャートである。
図８に例示するように、ステップ１００（Ｓ１００）において、補正制御部５４０（図２）は、符号データが入力されると、フィルタ強度ａなどのパラメタを初期化するよう他の構成に指示し、復号化プログラム５の各構成は、パラメタの初期化を行う。
ステップ１０５（Ｓ１０５）において、エントロピ復号化部５００（図２）は、入力された符号データをハフマン符号化方式で復号化し、復号化された量子化インデクスを逆量子化部５１０に出力する。
ステップ１１０（Ｓ１１０）において、逆量子化部５１０は、エントロピ復号化部５００から入力された量子化インデクスを逆量子化して、ＤＣＴ係数を生成し、生成されたＤＣＴ係数を逆直交変換部５２０に出力する。
ステップ１１５（Ｓ１１５）において、逆直交変換部５２０は、逆量子化部５１０から入力されたＤＣＴ係数に対してＩＤＣＴ処理を施して、暫定復号画素値s0 yx(n,m)を生成し、生成された暫定復号画素値s0 yx(n,m)をフィルタ処理部５３０に出力する。
ステップ１２０（Ｓ１２０）において、フィルタ処理部５３０は、強度設定部５５０により設定されたパラメタａ（フィルタ強度ａ）を用いて、逆直交変換部５２０から入力された暫定復号画素値s0 yx(n,m)をフィルタリングして、フィルタ出力値s1 yx(n,m)（フィルタ差分値）を算出し、算出されたフィルタ差分値s1 yx(n,m)を補正制御部５４０に出力する。なお、第１回目のフィルタ処理では、強度設定部５５０により初期パラメタａ（既定値）が設定されており、第２回目以降のフィルタ処理では、強度設定部５５０により変更されたパラメタａがＳ１４５において設定される。
ステップ１２５（Ｓ１２５）において、補正制御部５４０の直交変換部５４２は、フィルタ処理部５３０から入力されたフィルタ差分値s1 yx(n,m)をＤＣＴ変換し、ＤＣＴ係数Svu(n,m)を生成する。
ステップ１３０（Ｓ１３０）において、正規化部５４４及び評価値生成部５４６は、図７（Ａ）の式を用いて、直交変換部５４２により各ブロックのSvu(n,m)から、正規化DCT係数最大値maxSq1（すなわち、評価値）を算出する。
ステップ１３５（Ｓ１３５）において、補正制御部５４０は、算出された評価値（正規化DCT係数最大値maxSq1）が閾値ThMaxと閾値ThMinとの間の範囲（目標範囲）に含まれているか否かを判断し、評価値が目標範囲に含まれている場合に、暫定復号画素値s0 yx(n,m)及びフィルタ差分値s1 yx(n,m)を出力画像生成部５６０に出力する。
復号化プログラム５は、評価値が目標範囲に含まれている場合に、Ｓ１５５の処理に移行し、評価値が目標範囲に含まれていない場合に、Ｓ１４０の処理に移行する。
ステップ１４０（Ｓ１４０）において、補正制御部５４０は、反復回数（すなわち、パラメタａを更新した回数）が既定値以下であるか否かを判断する。
復号化プログラム５は、反復回数が既定値以下である場合に、Ｓ１４５の処理に移行し、反復回数が既定値を超える場合に、Ｓ１５０の処理に移行する。
ステップ１４５（Ｓ１４５）において、補正制御部５４０は、正規化DCT係数最大値maxSq1を強度設定部５５０に出力して、パラメタａ（フィルタ強度ａ）を更新するよう指示する。
強度設定部５５０は、補正制御部５４０から入力された正規化DCT係数最大値maxSq1を用いて、図７（Ｃ）の式によりフィルタ強度newaを算出し、算出されたフィルタ強度newaをフィルタ強度ａとしてフィルタ処理部５３０に設定する。
復号化プログラム５は、強度設定部５５０により新たなフィルタ強度ａが設定されると、Ｓ１２０の処理に戻って、このフィルタ強度ａを用いたフィルタ処理を行う。
ステップ１５０（Ｓ１５０）において、補正制御部５４０は、フィルタ差分値s1 yx(n,m)を全て０として、暫定復号画素値s0 yx(n,m)及びこのフィルタ差分値s1 yx(n,m)を出力画像生成部５６０に出力する。すなわち、復号化プログラム５は、反復回数が既定値を超えると、フィルタ処理部５３０により補正量を０として出力画像を生成して、強制的に終了する。
ステップ１５５（Ｓ１５５）において、出力画像生成部５６０は、補正制御部５４０から入力された暫定復号画素値s0 yx(n,m)及びフィルタ差分値s1 yx(n,m)を合算して、出力画像syx(n,m)を算出する。
以上説明したように、本実施形態における復号化装置２は、ブロック毎にフィルタリング結果の評価値が目標範囲内であるか否かを判断し、評価値が目標範囲内となるまでフィルタ強度の更新及びフィルタ処理を繰り返すことにより、画像のブロック毎にブロック歪の除去に最も適したフィルタを掛けることができる。
また、本復号化装置２は、このようにフィルタ強度を適応化することにより、画像種類や圧縮パラメタの変化に対応して、画質を向上させることができる。
［変形例１］
次に、上記実施形態の変形例を説明する。
フィルタ手法は、パラメタを入力してフィルタ強度を変化できるものであればなんでもよく、上記実施形態で例示したフィルタに限定されるものではない。
例えば、上記実施形態ではブロック境界の画素のみにフィルタを掛けたが、フィルタを掛ける画素は、ブロック境界に限定する必要はない。フィルタを掛ける画素をブロック内の画素全部とすることもできるし、ブロック境界からの距離が２画素以内の画素等とすることもできる。
また、例えば、上記実施形態と異なるフィルタとして、フィルタ強度をａとして、「分散ａの２次元ガウシアンフィルタ」等と定義して適用してもよい。
ただし、ブロック毎にフィルタ強度を変更する必要があるから、隣接するブロックと同じフィルタを掛けるとは限らない。そのため、フィルタ強度の違いによって、画素値の逆転が起こる危険性がある。
例えば、図６（Ｂ）のように、ブロック境界で隣接する画素値をＡ、Ｂとし、Ａ＜Ｂとする。ＡがフィルタリングによりＡ’となり、ＢがフィルタリングによりＢ’となり、この結果、Ａ’＞Ｂ’となってしまう可能性がある。このように画素値が逆転することは画質上好ましくない。
そこで、第１の変形例では、フィルタ後のブロック境界の画素値が、ブロック境界画素間の中間値(上記の例でいえば、（Ａ＋Ｂ）/２)を超えないように制御する。
［変形例２］
また、上記実施形態では、フィルタ出力として、フィルタ差分値（フィルタ処理による変化量）を算出していたが、これに限定されるものではない。
そこで、第２の変形例のフィルタ処理部５３０は、画素値をフィルタ出力とするフィルタを適用する。
本変形例のフィルタ処理部５３０は、頂点画素に対してフィルタ処理を施す場合には、図５（Ａ）及び（Ｂ）に例示する複数の画素値Ａ〜Ｄを用いる点で上記実施形態と同じであるが、フィルタ出力Ｅを算出する式が異なる。すなわち、本変形例のフィルタ処理部５３０は、図９（Ａ）に例示する式を用いて、頂点画素の画素値Ａに対するフィルタ出力Ｅを算出する。この場合のフィルタ出力Ｅは、差分値（フィルタ処理による変化量）ではなく、フィルタ処理がなされた画素値そのものである。
なお、本変形例においてもパラメタａがフィルタ強度を規定する係数であり、図９（Ａ）の式は、フィルタリング結果の画素値として、頂点画素の画素値Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤの平均値と、処理対象である頂点画素の画素値Ａとの間を、（１−ａ）：ａに内分する点を採用するものである。
また、本変形例のフィルタ処理部５３０は、非頂点画素に対してフィルタ処理を施す場合には、図６（Ａ）及び（Ｂ）に例示するように、隣接するブロックの１画素（画素値Ｂ）を用いて、図９（Ｂ）に例示する式により、フィルタ出力Ｅを算出する。
この場合も、図９（Ｂ）の式は、フィルタリング結果の画素値として、画素値Ａ、Ｂの平均値と、画素値Ａとの間を、（１−ａ）：ａに内分する点を採用するものである。
以上のようにフィルタリングを行うと、フィルタ強度ａが大きなときには、ボケた出力画像となり、フィルタ強度ａが小さなときには、ブロック歪の除去度合いが小さくなる。
なお、本変形例では、出力画像生成部５６０は、上述のフィルタリングによって得られたフィルタ出力Ｅをそのまま出力画像とすることができる。
ただし、本変形例では、補正制御部５４０の動作が異なる。具体的には、正規化部５４４及び評価値生成部５４６は、図９（Ｃ）に例示する式を用いて、正規化ＤＣＴ係数最大値maxSq1を算出する点で、上記実施形態と異なる。なお、図９（Ｃ）の式において、Sqvu(n,m)は、最初に復号化装置２に入力された量子化インデクスである。
そして、正規化ＤＣＴ係数最大値maxSq1の算出式の他は、上記実施形態と同様の動作でよい。
このように、本変形例では、量子化インデクスSqvu(n,m)を保持しておかなければならない点が上記実施形態とは異なり、その代わりに、syx(n,m)を求めるときに、s0 yx(n,m)を加算する必要がない。
［変形例３］
上記実施形態では、正規化DCT係数の最大値を、フィルタ処理結果を評価するための評価値として用いたが、正規化されたＤＣＴ係数の平均値を評価値として用いてもよい。
そこで、第３の変形例における補正制御部５４０（正規化部５４４及び評価値生成部５４６）は、上記実施形態で説明した正規化ＤＣＴ係数最大値maxSq1に加えて、正規化されたＤＣＴ係数の平均値meanSq1を算出する。
この場合に、補正制御部５４０は、正規化ＤＣＴ係数平均値meanSq1を用いた判定を行う。ただし、正規化ＤＣＴ係数最大値maxSq1＞０．５の場合には、判定結果を「合致しない」とする。この条件は、入力量子化インデクスの値が変化しないように量子化範囲制限を守るために付加されたものである。すなわち、maxSq1が０．５以下となるようにSvu(n,m)を制御することによって、Svu(n,m)を再度量子化した場合に、演算誤差の影響を無視すれば、入力されたＪＰＥＧ符号と全く同じＪＰＥＧ符号を得ることができる。この制限を、以下の説明では、量子化範囲制限と呼ぶ。
なお、量子化範囲制限を無視すれば、復号化プログラム５は、meanSq1のみを算出するようにしてもよい。
［変形例４］
上記実施形態では、量子化インデクスをそのまま逆量子化して復号画像を生成しているが、第４の変形例では、量子化インデクスに対してフィルタ処理を行って補正し、補正された量子化インデクスの復号画像をフィルタ処理部５３０の処理対象する。
図１０は、第４の変形例における復号化プログラム５２の構成を例示する図である。なお、本図に示された各構成のうち、図２に示された構成と実質的に同一のものには同一の符号が付されている。
図１０に例示するように、本変形例の復号化プログラム５２は、図２の復号化プログラム５にインデクス補正部５７０を追加した構成をとる。
インデクス補正部５７０は、量子化インデクスSqvu(n,m)を入力して、量子化インデクス補正値αを算出する。注目ブロックの量子化インデクス補正値αは、この注目ブロックに隣接する他のブロックの同一周波数成分に対応する量子化インデクス値を用いて算出される。
この場合、逆量子化部５１０は、インデクス補正部５７０により補正された量子化インデクス値（すなわち、Sqvu(n,m)+α）を逆量子化する。その他の動作は、上記実施形態と同様である。
ただし、量子化範囲制限を守ることを前提とする場合には、インデクス補正部５７０は、さらに、図１１（Ａ）に示す処理を行う。また、図１１（Ａ）の処理の代わりに、補正制御部５４０が、図１１（Ｂ）に例示する式により、maxSq1を算出し、図１１（Ｃ）に例示する条件に合致するか否かを判断してもよい。
［実験結果]
次に、上記実施形態又は変形例による画質向上効果を実験結果で説明する。
まず、上記実施形態又は変形例の基本的な考え方を示す。
（１）ブロック歪は、ブロック境界に発生した高周波成分であるため、ブロック境界にローパスフィルタを掛ければ、ブロック歪を除去することが可能となる。
（２）強い（つまり、高周波成分抑制量の大きな）フィルタを掛けることによって、ブロック歪をより多く除去することが可能となる。
（３）また、圧縮率の高い画像は、ブロック歪量が大きいので、より強いフィルタを掛けることが有利である。
（４）しかし、フィルタ強度が大きくなると、画像に元々存在していた高周波成分（エッジ成分）も除去してしまうので、かえって画質が劣化してしまうことが問題である。
（５）すなわち、圧縮率が高く、あるいは、ブロック歪量が多い画像に対しては、強いフィルタを掛けたほうがよく、圧縮率が低い、あるいは、ブロック歪量が少ない画像に対しては、弱いフィルタを掛けたほうがよい。
（６）さらに、もともとの画像に存在しているエッジ成分が多い画像に対しては、弱いフィルタを掛けたほうがよく、もともとの画像に存在しているエッジ成分が少ない画像に対しては、強いフィルタを掛けても構わない。
そこで、上記実施形態又は変形例では、高周波抑制強度をパラメタとして入力できるフィルタを用意して、画像の部分ごとに上記パラメタを調整する。
ここで最大の問題となるのは、フィルタパラメタ（フィルタ強度）をどのように調整すればよいかという点である。フィルタ強度は、画像の性質（エッジの有無）や、圧縮率、圧縮パラメタなど様々な要因で変化すべきものである。
そこで、上記実施形態又は変形例では、上記の要因を単純化した一つの尺度に変換して、フィルタ強度ａの調整を極めて簡単かつロバストなものにした。
具体的には、フィルタ差分値の正規化DCT係数のブロック内の最大値が所定の値の範囲内に収まるようなフィルタ強度とすることによって、フィルタ強度を調整する。
この効果を以下の実験結果で示す。
実験は以下の条件で行った。
（１）画像1〜画像9の9種類の画像を用いた。
（２）JPEGのqualityパラメタを5、10、20、40、80の5種類にして圧縮して、それぞれ復号化した。
（３）標準JPEG方式で復号を行った。
（４）さらに、フィルタ強度aでフィルタを掛けて、標準JPEG方式の画質(PSNR)からの画質改善効果(PSNR[dB])を計測した。
（５）フィルタ強度aの設定方法は、「固定」、「最大値に基づく調整」、及び、「平均値の調整」の３種とした。なお、「最大値に基づく調整」とは、正規化DCT係数のブロック内の最大値がTx〜Tｙの範囲内になるように制御したものであり(ただしy=x+1)、「平均値に基づく調整」とは、正規化DCT係数のブロック内の平均値がtx〜tyの範囲内になるように制御したものである(ただしy=x+1)。
実験結果を以下に示す。
図１２及び図１３は、各画像毎に5種類のJPEGのqualityパラメタを5、10、20、40、80で行い、符号化復号化した場合の画質改善効果（5種類のqualityパラメタの結果の平均の値）を示すグラフである。具体的には、図１２が、フィルタ強度を固定値（ａ０〜ａ９）とした場合の画質改善効果を示し、図１３（Ａ）が、複数の閾値（Ｔ０〜Ｔ１１）を設定して正規化ＤＣＴ係数最大値に基づいてフィルタ強度を調整した場合の画質改善効果を示し、図１３（Ｂ）が、複数の閾値（ｔ０〜ｔ１８）を設定して正規化ＤＣＴ係数平均値に基づいてフィルタ強度を調整した場合の画質改善効果を示す。
また、図１４及び図１５は、5種類のJPEGのqualityパラメタ(5,10,20,40,80)毎に、9種の画像に対して符号化復号化した場合の画質改善効果（9種の画像の結果の平均値）を示すグラフである。具体的には、図１４が、フィルタ強度を固定値（ａ０〜ａ９）とした場合の画質改善効果を示し、図１５（Ａ）が、複数の閾値（Ｔ０〜Ｔ１１）を設定して正規化ＤＣＴ係数最大値に基づいてフィルタ強度を調整した場合の画質改善効果を示し、図１５（Ｂ）が、複数の閾値（ｔ０〜ｔ１８）を設定して正規化ＤＣＴ係数平均値に基づいてフィルタ強度を調整した場合の画質改善効果を示す。
図１２及び図１４からわかるように、フィルタ強度を固定化した場合、画像によって最適なフィルタ強度値ａが異なる。画像によっては、強いフィルタを掛けたほうがよい場合があるし、他の画像では強いフィルタを掛けると反って画質が悪くなってしまうことが分かる。例えば、図１２において、画像4は、比較的なだらかな画像であるため、フィルタ強度は強くてもよい。画像7は、比較的エッジの多い画像であるため、フィルタ強度を強くすると画質が劣化してしまう。
また、フィルタ強度を固定化した場合、圧縮パラメタに依存して最適なフィルタ強度値ａが異なる。例えば、図１４において、画質の低い圧縮パラメタ(例えば5)に対しては、強いフィルタ強度が望ましい。また、画質の高い圧縮パラメタ(例えば80)に対しては、弱いフィルタ強度が望ましい。
さらには、図１２及び図１４をみてわかるように、どの画像やどの圧縮パラメタに対しても、上手くいく固定のフィルタ強度を設定することは困難である。
また、図１３及び図１５からわかるように、正規化DCT係数最大値、あるいは、正規化DCT係数平均値を用いてフィルタ強度ａを調整する場合、画像に依存せずに、大体同じ閾値Tｈの量で画質を最大化することができる。
さらに、圧縮パラメタにも依存せずに、大体同じTｈの量で画質を最大化することができる。
すなわち、Th＝T4、あるいは、Th=t4程度に設定すれば、正規化DCT係数最大値、あるいは、正規化DCT係数平均値を用いる場合、ほとんどの画像やほとんどの圧縮パラメタでほぼ最適なフィルタを掛けることができる。
このように、画像や圧縮パラメタに依存せずに画質を最大化できる点が上記実施形態又は変形例の最大の利点である。
さらに付け加えると、従来手法では画像のエッジ部分を抽出してフィルタを切り替えたり、入力符号の量子化ステップサイズでフィルタを切り替えたりしていた。このような場合、エッジ量とフィルタの関係、あるいは、量子化ステップサイズとフィルタの関係が合致しているかどうかの判断が非常に難しい。上記実施形態及び変形例では、単純に、量子化インデクスの変化量をある範囲に限定しているだけであるため、画質への影響を直接測りやすいという利点がある。
本発明にかかる復号化方法が適応される復号化装置２のハードウェア構成を、制御装置２０を中心に例示する図である。 制御装置２０（図１）により実行され、本発明にかかる復号化方法を実現する復号化プログラム５の機能構成を例示する図である。 画素ブロック及び変換係数を説明する図である。 フィルタリングに必要なブロック、及び、フィルタリングの対象となる画素を例示する図である。 頂点画素に対するフィルタリングを説明する図である。 非頂点画素に対するフィルタリングを説明する図である。 補正制御部５４０及び強度設定部５５０による処理を説明する図である。 復号化プログラム５（図２）による復号化処理（Ｓ１０）を説明するフローチャートである。 変形例２で用いられる式を例示する図である。 第２の復号化プログラム５２の構成を例示する図である。 量子化範囲制限を守るための処理を説明する図である。 フィルタ強度を固定値とした場合の画質改善効果を示すグラフ（画像毎にプロット）である。 複数の閾値を設定して。正規化ＤＣＴ係数の最大値又は平均値に基づいてフィルタ強度を調整した場合の画質改善効果を示すグラフ（画像毎にプロット）である。 フィルタ強度を固定値とした場合の画質改善効果を示すグラフ（圧縮パラメタ毎にプロット）である。 複数の閾値を設定して。正規化ＤＣＴ係数の最大値又は平均値に基づいてフィルタ強度を調整した場合の画質改善効果を示すグラフ（圧縮パラメタ毎にプロット）である。
符号の説明
２・・・復号化装置
５,５２・・・復号化プログラム
５００・・・エントロピ復号化部
５１０・・・逆量子化部
５２０・・・逆直交変換部
５３０・・・フィルタ処理部
５４０・・・補正制御部
５４２・・・直交変換部
５４４・・・正規化部
５４６・・・評価値生成部
５５０・・・強度設定部
５６０・・・出力画像生成部
５７０・・・インデクス補正部

Claims (10)

  1. 補正処理が施された画像情報に基づいて、補正処理の強度を設定する強度設定手段と、
    前記強度設定手段により設定された強度で、復号化された画像情報に補正処理を施す補正手段と
    を有する復号化装置。
  2. 前記補正手段により補正された画像情報が既定の条件に達するまで、前記強度設定手段による強度の設定処理と、前記補正手段による補正処理とを繰り返すよう制御する制御手段
    をさらに有する請求項１に記載の復号化装置。
  3. 前記強度設定手段は、前記補正手段により補正処理が施された画像情報と、符号化処理の量子化区間内に設定された目標範囲とに基づいて、補正処理の強度を設定する
    請求項１に記載の復号化装置。
  4. 前記目標範囲は、各量子化区間に対応する量子化値を含まない範囲に設定され、
    前記強度設定手段は、前記補正手段により補正処理が施された画像情報が前記目標範囲に入るように、補正処理の強度を設定する
    請求項３に記載の復号化装置。
  5. 補正処理が施された複数の画像情報それぞれを、量子化区間の間隔に基づいて正規化する正規化手段と、
    前記正規化手段により正規化された複数の画像情報の最大値又は平均値を評価値として生成する評価値生成手段と
    をさらに有し、
    前記強度設定手段は、前記評価値生成手段により生成された評価値が、前記目標範囲に入るように、補正処理の強度を設定する
    請求項４に記載の復号化装置。
  6. 補正処理が施された画像を既定サイズのブロック毎に直交変換して、変換係数を生成する変換係数生成手段
    をさらに有し、
    前記正規化手段は、前記変換係数生成手段により生成された変換係数を正規化し、
    前記評価値生成手段は、前記ブロック毎に、正規化された変換係数の最大値又は平均値を生成し、
    前記強度設定手段は、前記ブロック毎に、それぞれのブロックについて生成された最大値又は平均値に基づいて、補正処理の強度を設定する
    請求項５に記載の復号化装置。
  7. 前記補正手段は、復号化された画素値に対して低域通過フィルタ処理を施し、
    前記強度設定手段は、前記低域通過フィルタ処理のフィルタ係数を変更することにより、補正処理の強度を設定する
    請求項１に記載の復号化装置。
  8. 前記補正手段は、符号化処理の処理単位であるブロックの周縁部の画素のみに対して、補正処理を施す
    請求項１に記載の符号化装置。
  9. 復号化された画像情報に対して、補正処理を施し、
    補正処理が施された画像情報が既定の条件に合致するか否かを判断し、
    補正処理が施された画像処理が既定の条件に合致しない場合に、この画像情報に基づいて、補正処理の強度を設定し、
    設定された強度で、復号化された画像情報に補正処理を施す
    復号化方法。
  10. 復号化された画像情報に対して、補正処理を施すステップと、
    補正処理が施された画像情報が既定の条件に合致するか否かを判断するステップと、
    補正処理が施された画像処理が既定の条件に合致しない場合に、この画像情報に基づいて、補正処理の強度を設定するステップと、
    設定された強度で、復号化された画像情報に補正処理を施すステップと
    をコンピュータに実行させるプログラム。
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