JP2575432B2

JP2575432B2 - 画素のブロックを介して作動する、ディジタル化された画像の符号化／復号化によって生じた雑音を低減するための方法及び装置

Info

Publication number: JP2575432B2
Application number: JP62506791A
Authority: JP
Inventors: トロー，ドミニク
Original assignee: TOMUSON GURAN PYUBURITSUKU
Current assignee: TOMUSON GURAN PYUBURITSUKU
Priority date: 1986-10-31
Filing date: 1987-10-28
Publication date: 1997-01-22
Anticipated expiration: 2012-01-22
Also published as: WO1988003346A1; KR950006779B1; DE3772530D1; ATE66773T1; FR2606187B1; US4903128A; KR880702031A; ES2024537B3; EP0270405A1; JPH01501115A; EP0270405B1; FR2606187A1

Description

【発明の詳細な説明】［発明の属する技術分野］本発明はディジタル化された画像の処理、さらに特定
的には、これらの画像を記憶し又は伝送するために必要
なディジタルデータの処理能力を低減させるため設計さ
れたシステムに係る。

［従来の技術及び発明の解決しようとする課題］低処理能力率でのカラーのディジタル画像の符号化は
高いデータ減少比を要求する。例えば10Mビット／秒の
処理能力率が想定されるならば、140Mビット／秒でデー
タを供給するディジタル画像ソースについて、データ減
少率は14である。

公知の方法は、この形式の圧縮率を得るため直交変換
を実施する符号器／復号器を使用する。しかしこの形式
の圧縮率はある種の状況においては画像内に障害を生じ
る。

これらの障害は次のようなものである。

−ブロックの境界が画像の一様な帯域内で可視化す
る。

−可視振動が分離した遷移部に鋭く現われる。

−データ復元の障害が画像の暗帯域内で可視化する。

本発明の目的は、画像ブロックの濾過を通してこれら
の障害を取除く、符号化条件に適合させた方法及びこれ
らに対応する装置を提供することである。

［課題を解決するための手段］本発明によれば、ディジタル画像の符号化／復号化に
よって生じる雑音を低減するための方法は、画素または
ポイントのブロック作動によるものであり、復号化され
たブロックの処理対象画素の特性値の以下の処理を含
む。

画像の前記処理対象画素を中心とする窓から該窓内の
画素値の平均値（Moy）を決定し、符号器の作動状態についての特性データ（NR）と前記
平均値（Moy）とから濾過パラメータ（ｐ）を決定し、前記処理対象画素について濾過された値ｙ（i,j）
を、該画素の復号化された特性値ｘ（i,j）から、式：ｙ（i,j）＝ｐ・ｘ（i,j）＋（１−ｐ）・Moy を用いて決定する処理。

本発明の目的は、符号化／復号化装置によって生じた
雑音を低減するために、復号器の出力に接続された入力
（Ｅ）を有する装置であって、前記入力（Ｅ）が値2Mに等しい容量をもつラインメモ
リ（10）の入力と、値２・（Ｎ＋２）に等しい容量をも
つカラムメモリ（20）の入力と、値（Ｎ＋２）・（Ｍ＋
２）に等しい容量をもつ作動メモリ（30）の入力とに接
続されており、前記作動メモリも同様にラインメモリ及
びカラムメモリに接続されており、さらに該装置は、前記作動メモリ（30）内に記憶された、値ｘ（i,j）
の処理対象画素を中心とする窓内の画素値から平均値を
計算するための回路（40）であって、その出力から該窓
内の画素値の平均値（Moy）を供給する回路（40）と、入力が前記平均値計算回路の出力と、符号器の作動状
態についての特性データを受信する装置の入力とに接続
されている濾過パラメータ（ｐ）を決定するための回路
（60）と、前記平均値計算回路の出力と、前記濾過パラメータを
決定するための回路の出力とに接続されている濾過回路
（70）であって、該濾過回路の出力がｙ（i,j）＝ｐ・ｘ（i,j）＋（１−ｐ）・Moy の濾過された特性値のシーケンスを供給する回路（70）
と、を含むことを特徴とする雑音を低減するための装置
によって達成される。

［発明の実施の形態］符号化は画像ブロックの直交変換の後に、非常に簡単
に云えば、変換から生じる成分数に従って、これらの成
分を記憶し又は伝送するために、各変換ブロックのスペ
クトル成分の様々なサイズの部分を選択することに等し
い。選択された成分の数は符号器の作動状態の関数であ
り、即ちスループットの調整の関数である。スループッ
トを調節するために設計された素子は、空の状態又は充
填された状態を交互にとることができるバッファメモリ
を含む。バッファメモリが充填されると、メモリの充填
レベルを下げるための符号化された成分の数を減らすこ
とが必要になる。任意の瞬間において、バッファメモリ
の充填は、符号器／復号器の作動状態の特性値である状
態変数NRによって数量化することができる。バッファメ
モリがほとんど充填されていないときはNRは低い値で、
直交変換から生じるすべての成分が伝送されることがで
き、従ってバッファメモリが完全に充填されたとき、NR
は高い値を持ちかつ伝送される成分数は調整によって減
らさなければならない。

従って調整成分は、任意の瞬間に各ブロック内で符号
化されるべき成分数を決定する。次に、ブロックの適正
な復元のために必要となるであろう成分数はこのブロッ
ク内に当初から含まれるデータに左右されるから、調整
成分はこれを考慮に入れない。この事態は符号器／復号
器によって復元された画像内に引起こされる主要な障害
の源である。

本発明によれば、これらの障害は画像ブロックの適応
濾過によって低減される。この濾過は第１に局部の平均
輝度値を考慮し、第２に調整パラメータNRを考慮する。
さらに、画像の暗領域内のデータ復元障害に対処するた
め、調整パラメータの値がそれを許すならば、これらの
暗領域内のデリケートな細部を符号化する可能性を保持
することが重要である。

本発明の雑音低減法の以下の詳しい説明は、障害が最
も目立つ輝度の濾過のためのものである。しかしこの説
明は限定的なものではなく、同様な方法は色成分にも適
用することができる。

非濾過ブロックにより作動するテレビ信号用符号化／
復号化システムの符号器によって復元されるディジタル
化された、即ち本発明の処理装置に入力される前の画素
の輝度値をｘ（i,j）とする。

本発明による濾過画像の画素の輝度値をｙ（i,j）と
する。

ラインｉ及びカラムｊの処理対象画素を中心とする隣
接要素を含む窓内の画素の輝度レベルの平均をMoyとす
る。この窓は以下に定義されるように３×３の寸法をも
つことができる。

この場合、この窓内の輝度の平均は、 Moy＝1/9Σｘ（ｉ＋k,i＋ｌ）但しｋ＝｛−1,0,＋１｝及びｌ＝｛−1,0,＋１｝以下に示す通り決定された濾過パラメータｐについ
て、本発明で使用される濾過は次の形をもつ。

ｙ＝（i,j）＝ｐ・ｘ（i,j）＋（１−ｐ）・Moy この公式は、ｐ＝１であればｙ＝（i,j）＝ｘ（i,j）
であることを示し、復号化された輝度の値はこのように
伝送される。これに対しｐ＝ｏであればｙ（i,j）＝Moy
であり、濾過された値は、窓内の平均を除いて画素の輝
度の符号化された値にもはや左右されない。

このｐの値は第１に、窓内の平均値Moyの関数として
選ばれ、第２に調整パラメータNRの関数として選択され
る。濾過のために用いられるｐの値がそこから決定され
る２つの変数NR及びMoyの関数は、画像の心理視覚の様
相に関連する。例えば、次のタイプの関数、が良好な結果を与えることが示される。但しａとｂは処
理後に上記のように画像の心理視覚の様相に従って決定
された経験値の定数である。例えばａは110に等しく、
ｂは６に等しいであろう。NR及びNoyの値に従って、ｐ
の異なった値が得られる。第１図は様々なNR値に従って
及び以下に示す定数、即ちｂ＝６及びａ＝110として、
窓内の平均値Moyの関数としてのｐの値を示す。定数ｂ
の値はカーブｐ＝ｆ（NR,Moy）の傾斜に影響し、他方で
は定数ａは所定の値NRについて、ｐ＝0.5をとるMoy値を
決定する。このカーブは、所定の局部の平均値Moyにつ
いて、値ｐは状態変数NRが増加するとき減少することを
示す。これが、バッファメモリが飽和したときにより強
力な濾過によってブロック遷移の影響を低減するとい
う、求める目標であった。

実際に１具体例の構造では、状態変数NRの値は、様々
な特性値ｐ（Moy）、即ち所定の状態変数の値について
平均値を介してアクセス可能な様々なプログラムされた
メモリを使用するため、量子化されなければならない。
例えば0,0.5,1,2,3,4,5,7,10の９個のレベルに従って調
整変数を量子化することが可能である。従って装置は、
異った平均値に従ってアクセス可能な９個のPROMをも
ち、PROM,NPROMのアドレスは例えば次のようなコード変
換表によって得られる。

濾過は次のように行われる。

ブロックによる処理が直交変換によって行われ、画像
はこの直交変換について相互に独立して考えられるコー
ド化ブロックに小分けされるから、本発明の濾過はフレ
ームによって、分析がブロックに等しい高さでありかつ
長さがラインに等しい長さであるバンドに沿って行われ
るようにして実行される。またラインの最終ブロックは
濾過作業のため、すぐ下に続くバンドのブロックの分析
に直ちに引継がれ、即ち走査方向は１つのバンドからそ
れに続くバンドへ変更される。第２図はコード化ブロッ
クが濾過作業のために分析される順序を示す。ブロック
は左から右へ分析される奇数行のバンドであり、偶数行
のバンドブロックは右から左へ分析される。

コード化ブロック間の境界を可能なかぎり消去するた
め、隣接ブロックの画素に割り当てられた復号化された
値を考慮することが必要である。代表的には３×３の寸
法の窓を用いる分析は、先行バンドの同じ列のブロック
の最終の２つのラインの画素及び、（当該ブロックの走
査方向で）同じバンドに先行する最後の２つのカラムの
画素、並びに先行バンドに先立つブロック、即ち「対角
線ブロック」内のこれら２つのラインと２つのカラムを
結合する４つの画素値を考慮するであろう。

上に指摘した通り、各ブロック内で、濾過は例えば３
×３の寸法のスライド窓を用いて行われる。従って濾過
されるべき当該ブロックのためのメモリに加えて、バン
ド内の走査方向に従って右から左へラインメモリとカラ
ムメモリをもつことが必要になる。

本発明に従って16×16の画素のブロックによってコー
ド化するための処理に必要な画素は第３図及び第４図
に、第３図は右から左及び第４図は左から右へそれぞれ
矢印で示されているブロック毎の画像の分析方向と共に
示されている。第３図及び第４図では、「・」で示した
画素は当該ブロックに属するものであり、「＋」で示し
た画素はラインメモリ内に記憶されたポイントであり、
「×」で示した画素はカラムメモリに属する画素であ
る。実線は当該ブロックの境界を示す。ラインメモリ内
に記憶された値は、当該ブロックの上のブロックの最後
の２つのラインから来ている。「×」と印された画素は
第１に同じ先行コード化バンドに隣接するブロックか
ら、第２には下側の列に属する先行バンドのブロック、
即ちフレームの分析される方向に従って上の右側かある
いは上の左側のブロックから来ている。濾過窓が移動す
るにつれて、ブロック内の様々な画素が濾過される。１
例として、２つの特定の瞬間の濾過窓が第３図と第４図
のそれぞれに示されている。濾過窓の中心の画素は、窓
がこの位置にある瞬間に濾過される処理対象画素であ
る。これは斜線で示されている。

上記のような慣習法では、濾過ブロックはコード化さ
れたブロックと正確には一致しない。実際に濾過処理さ
れたブロックの境界は第３図及び第４図にダッシュで示
される。上記の処理法は、濾過されたブロックをコード
化されたブロックと一致させるため少し修正することが
できる。このため、処理されたブロックは16×16のサイ
ズのコード化ブロックについて18画素×18画素の寸法を
持つから、処理は次のように行われる。

ｙ（i,j）＝ｘ（ｉ＋1,j＋１）・ｐ＋（１−ｐ）・Moy この公式は右から左へ走査されるバンドに属するブロ
ックについても有効である。右から左へ走査されるバン
ドに属するブロックについては、公式は次の通りであ
る。

ｙ（i,j）＝ｘ（ｉ＋1,j−１）・ｐ＋（１−ｐ）・Moy 従って、16×16画素の濾過でブロックは、ｉライン内
にその左上側の第１画素をもち、ｊカラムは１に等し
い。

第５図は本発明の雑音低減装置の構成図である。

この装置は、復号化ブロックからデータ列を受取る、
Ｎライン及びＭカラムのサイズのデータ入力Ｅを有す
る。この入力は先ず第１に、復号化ブロックの２つの下
側のラインを記憶するために設計されたラインメモリ10
に接続されている。このメモリは２つの画像ラインの容
量をもつ。データ入力Ｅはさらにカラムメモリ20の入力
にも接続されており、このメモリ20は各復号化ブロック
について、同じラインの先行ブロックの最初の２つのカ
ラム及び、上記のように対角線ブロックのかどの４つの
画素を記憶するべく設計されている。このメモリは２
（Ｎ＋２）画素の容量をもつ。装置はさらに（Ｎ＋２）
・（Ｍ＋２）画素の容量を有し、第１に当該ブロック内
の画素、即ちＮ×Ｍ画素を受取りかつ第２にラインメモ
リ10内及びカラムメモリ20内に記憶された画素を受取る
ように設計されたブロックメモリ30を含んでいる。この
ためにブロックメモリ30は３つの入力をもち、それぞれ
ラインメモリ10の出力、カラムメモリ20の出力、及びデ
ータ入力Ｅに接続されている。ブロックメモリ30はさら
に走査方向を指示する信号をもつ入力と、作動の進行に
つれて異なった初期値設定場所に登録される画素に対応
する濾過値を与えるように設計された別の入力とをも
つ。

濾過作業については、ブロックメモリ30は、（例え
ば）３×３のスライド窓内の平均を計算するための回路
40の入力に接続された出力をもつ。この回路は各窓内の
値から平均値Moyを計算する。

この平均値MoyはPROMメモリ60の入力に付与され、こ
のメモリはNRの異なった可能な値について、様々な可能
な平均値と関連した一連の値を含む。このため変数NR
は、その量子化を行う相互コード化回路50の入力に付与
される。量子化された値はPROM60のアドレスの１部であ
り、アドレスの他の部分は平均Moyの値である。量子化
制御パラメータNR及び平均に従って、PROM60はその後濾
過のために使用されるであろうパラメータｐの値を送出
する。このｐ値は濾過回路70の入力に付与され、この回
路の他方の入力は平均計算回路40の出力に結合し、この
回路は当該ポイントｙ（i,j）について濾過値を計算す
る。この濾過値はブロックメモリ30に付与され、ここで
初期復号化値を１シフト以内で置き換えられる。ブロッ
クメモリ30は濾過値列を与えるデータ出力Ｓをもつ。

各画素についての濾過処理は、３×３の窓の位置に応
じて順序回路から出力された信号に従って、ブロックメ
モリ30から出力されたデータの平均値が平均値計算回路
40で求められてPROMメモリ60及び濾過回路70に入力さ
れ、PROMメモリ60は平均値とパラメータNRから相互コー
ド化回路50で量子化された値とから濾過パラメータｐを
求め、濾過回路70は濾過された値を求めてブロックメモ
リ30に入力し、ブロックメモリ30は濾過値列のデータＳ
を出力する。

上記の様々な回路は、順序回路80によって制御され
る。このシーケンサは、第６図のタイムチャートによっ
て図示された第５図のメモリ10,20及び30を取扱う特殊
機能をもつ。

この図において、Ｅはメモリ内で書込みが行われる瞬
間を示し、Ｌはメモリが読取られる瞬時を示す。C₁₀は
メモリ10内の上側の２つのラインの読取り及び書込み動
作のタイムチャート、C₂₀はメモリ20内の２つの先行横
方向カラムの読取り及び書込み動作と、これにプラスし
て上側の対角線ブロックに属する４つの画素（ブロック
の走査に応じて左又は右へ）のタイムチャートである。

ブロックメモリ30内への書込み相対的な３段階で処理
される。

−Ｎ×Ｍのサイズの主ブロックC₃₀で、 −横方向カラムＣ_30′で、 −上側の２つのラインＣ_30″で、主要処理段階は第６図の下側のタイムチャート上にt1
からt9と印されている。これらの異なる段階は次の通り
である。

−瞬間t1において： −メモリ30内への復号化ブロックの第１画素の書込み。

−メモリ30（Ｃ_30′）内への上側ラインにある画素の書
込み、従ってメモリ20の読取り。

−メモリ30（Ｃ_30″）内へのカラムの点の書込み、従っ
てメモリ20の読取り。

−メモリ10から取られた４つの上側対角線方向にある画
素のメモリ20内への書込み（後続ブロックの処理のた
め）。

−瞬間t2において：メモリ20内への対角線方向にある画
素の書込みの終了。

−瞬間t3において：濾過の開始内及び次にメモリ帯域30
の読取り開始（濾過された画素）。

−瞬間t4において：後続ブロックのためのカラム内の画
素に対応するブロックラインの２つの末端にある画素
の、メモリ20内への書込みで、前記書込みはブロック内
のライン数と同じ回数で行われる。

−瞬間t5において：メモリ10内の上側ラインにある画素
の読取りの終了と、メモリ30（C₃₀）内への書込みの終
了。

−瞬間t6において：メモリ20内へのカラムの画素の読取
りの終了及びメモリ30（C₃₀）内への書込み。

−瞬間t7において：ブロックの２つの最終ラインへの到
着；これらのラインはメモリ30内と同時にメモリ10内に
記憶される。

−瞬間t8において：メモリ30内に書込まれた当該ブロ
ックの終了をマークし、t1から示されたすべての手順が
再び開始される（ダッシュ）。

−瞬間t9において：当該ブロックの処理の終了。

本発明は上に説明した具体例に限定されないし、また
例として示したディジタル値に限定されない。特に平均
を計算するため用いられる窓は、もっと大きくてもよ
く、例えば５×５画素の大きさでもよく、処理対象画素
はこの窓の中心の画素である。さらに調整パラメータNR
値が、平均値及び量子化調整パラメータからパラメータ
値ｐを見い出すように量子化されている配列法は非限定
的な例である。これら２つの値からパラメータｐの決定
を可能にする任意の配列法が使用できる。

本発明は、より特定的には、ディジタルビデオテープ
レコーダの画像の復元に適用することができる。

図面の簡単な説明第１図は濾過窓内の平均の関数としての濾過パラメータ
の変化を示すグラフである。

第２図はブロック毎の画像の走査を示す説明図である。

第３図及び第４図は、走査されるブロック内の濾過窓
の、それぞれ右から左及び左から右への運動を図解する
説明図である。

第５図は本発明の雑音低減装置の構成を示すブロック図
である。

第６図は第５図のメモリ10,20及び30の取扱いの順序を
説明する説明図である。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】画素のブロックを介して作動する、ディジ
タル画像の符号化／復号化によって生じた雑音を低減す
るための方法であって、復号化されたブロックの処理対
象画素の特性値を、画像の前記処理対象画素を中心とする窓から該窓内の画
素値の平均値（M oy）を決定し、符号器の作動状態についての特性データ（NR）と前記平
均値（M oy）とから濾過パラメータ（ｐ）を決定し、前記処理対象画素について濾過された値ｙ（i,j）を、
該画素の復号化された特性値ｘ（i,j）から、式：ｙ（i,j）＝ｐ・ｘ（i,j）＋（１−ｐ）・M oy を用いて決定することによって処理することを特徴とす
るディジタル画像の符号化／復号化によって生じた雑音
を低減するための方法。
【請求項２】平均値が低く、わずかな誤りでも目立つ場
合には、濾過を非常に強く、すなわちｐを０に近くし、
これに対し、平均値が高いときに濾過を弱くし、従っ
て、復号値がほぼ変更なしに伝送され且つｐは１に等し
い特許請求の範囲第１項に記載の方法。
【請求項３】前記特性データNRが、伝送の前に符号化さ
れた成分を格納するバッファメモリの充填レベルに関連
しており、バッファメモリがほとんど充填されていない
ときに濾過の強さは減少されるかあるいは無効果、すな
わちｐ＝１であり、バッファメモリが飽和に向かうとき
には濾過効果を増大させる特許請求の範囲第１項又は第
２項に記載の方法。
【請求項４】濾過パラメータｐが濾過窓内の平均値（M
oy）並びにパラメータNRに従って、ａ及びｂはあらかじ
め決定された値をもつ２つの定数であるとしたとき、以
下の関数：に従って変化する特許請求の範囲第３項に記載の方法。
【請求項５】画素に関連した特性値がディジタル化され
た輝度値である特許請求の範囲第１項に記載の方法。
【請求項６】Ｎライン×Ｍカラムのディジタル画素のブ
ロックを介して作動する、符号化／復号化装置によって
生じた雑音を低減するために、復号器の出力に接続され
た入力（Ｅ）を有する装置であって、前記入力（Ｅ）が値2Mに等しい容量をもつラインメモリ
（10）の入力と、値２・（Ｎ＋２）に等しい容量をもつ
カラムメモリ（20）の入力と、値（Ｎ＋２）・（Ｍ＋
２）に等しい容量をもつ作動メモリ（30）の入力とに接
続されており、前記作動メモリも同様にラインメモリ及
びカラムメモリに接続されており、さらに該装置は、前記作動メモリ（30）内に記憶された、値ｘ（i,j）の
処理対象画素を中心とする窓内の画素値から平均値を計
算するための回路（40）であって、その出力から該窓内
の画素値の平均値（M oy）を供給する回路（40）と、入力が前記平均値計算回路の出力と、符号器の作動状態
についての特性データを受信する装置の入力とに接続さ
れている濾過パラメータ（ｐ）を決定するための回路
（60）と、前記平均値計算回路の出力と、前記濾過パラメータを決
定するための回路の出力とに接続されている濾過回路
（70）であって、該濾過回路の出力がｙ（i,j）＝ｐ・ｘ（i,j）＋（１−ｐ）・M oy の濾過された特性値のシーケンスを供給する回路（70）
と、を含むことを特徴とする雑音を低減するための装
置。
【請求項７】符号器の作動状態が、該符号器内のメモリ
の充填レベルに関連する状態変数NRにより特徴づけら
れ、前記装置が相互コード化回路（50）を含んでおり、
該回路は、前記状態変数（NR）を受取り、パラメータｐ
を決定するための回路を形成しているプログラムメモリ
PROMのアドレスの１部を構成するデータを与え、前記平
均値（M oy）が該アドレスの他の部分を構成している特
許請求の範囲第６項に記載の装置。