JP3034887B2 - 画像処理方法及び装置 - Google Patents

画像処理方法及び装置

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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は静止画像をデータ圧縮して伝送または記録
したのち伸張する画像処理方法および装置に関する。
〔従来の技術〕
自然画符号化方式の標準化を図るために“Baseline S
ystem"や“Extended system"等の各種国際化標準方式が
提案されている。
第3図は国際化標準方式のうちの“Baseline System"
の処理手順を示す概略図である。このシステムは入力画
像を8×8画素からなるブロックに分割し、各ブロック
毎に離散コサイン変換(DCT:Discrete Cosine Transfor
mation)を行い(処理P1)、得られたDCT係数を8×8
個の閾値からなる量子化マトリクスの各閾値により除算
することで量子化を行う(処理P2)。第4図に輝度信号
用の量子化マトリクスを示す。量子化されたDCT係数のD
C成分は前のブロックで量子化されたDC成分と差分が取
られ、その差分のビット数がハフマン符号化される(処
理P3およびP4)。AC成分はブロック内でジグザグスキャ
ンされて一次元の数列に変換されたのち、連続する零
(無効係数)の個数と有効係数のビット数とで2次元の
ハフマン符号化が行われる(処理P3およびP4)。第5図
にジグザグスキャンの順序を示すテーブルを示す。
なお、処理P2における量子化処理のときには量子化マ
トリクスの各閾値に対してある係数(スケールファク
タ)が乗算され量子化が行われる。この係数により圧縮
画像の画質および圧縮率が調整される。
こうして圧縮されたデータは、処理P1〜P4とは逆の処
理によって伸張される。すなわち、処理P4′におけるハ
フマン復号化、処理P3′におけるDC成分およびAC成分の
復号化、処理P2′における逆量子化および処理P1′にお
ける逆DCT(IDCT)である。
〔発明が解決しようとする課題〕
前述の処理手順において、圧縮率を高くすると、「ブ
ロック歪」と称するモザイク状のパターンが発生し画質
が劣化する。これは1画面を、1ブロック8×8画素か
らなる複数のブロックに分割して処理しているため、量
子化によって発生する誤差がブロックの境界で不連続性
を引き起こすからである。
すなわち、第6図に示すように、原画像信号が緩やか
に変化している場合、それを8画素単位でブロック化を
行い、DCT変換して量子化すると、AC成分が欠落してDC
成分しか伝送されず、IDCTされた画像信号は8画素区間
毎に一定の平均値となってしまい、これがブロック歪と
なる。ブロック歪は信号の変化が緩やかな平坦部に発生
しやすい。これは平坦部ではAC成分が僅かとなり、量子
化によりその成分が欠落しやすいからである。
この発明はブロック歪を消去し、圧縮率を高くしても
良好な画像を得ることの出来る画像処理方法および装置
を提供することを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
第1の発明においては、1ブロックn×n個の画素か
らなる複数のブロックに分割し、各ブロック毎に離散コ
サイン変換を行い、変換して得られるn×n個の変換係
数を、n×n個の閾値からなる量子化マトリクスの各閾
値によって除算することにより量子化を行う工程を含む
データ圧縮工程と、上記量子化された変換係数に上記量
子化マトリクスの各閾値を乗算して逆量子化したのち逆
離散コサイン変換を行う工程を含むデータ伸張工程とを
有する画像処理方法において、 上記離散コサイン変換された各ブロック毎の変換係数
より該ブロックが緩やかな画像の平坦部に属するブロッ
クを検出し、検出された平坦部に属するブロックおよび
それに隣接するブロックの上記逆離散コサイン変換して
得られる全画像データに対し、ローパス・フィルタ処理
を行うことにより上記平坦部に発生するブロック歪を解
消するようにする。
また第2の発明においては、入力画像を、1ブロック
n×n個の画素からなる複数のブロックに分割し、各ブ
ロック毎に離散コサイン変換を行う手段と、変換して得
られるn×n個の変換係数を、n×n個の閾値からなる
量子化マトリクスの各閾値によって除算することにより
量子化を行う手段を含むデータ圧縮手段と、上記量子化
された変換係数に上記量子化マトリクスの各閾値を乗算
して逆量子化する手段と、逆量子化された変換係数に対
して逆離散コサイン変換を行う手段を含むデータ伸張手
段とを備えた画像処理装置において、 上記離散コサイン変換された各ブロック毎の変換係数
より該ブロックが緩やかな画像の平坦部に属するブロッ
クを検出する手段と、検出された平坦部に属するブロッ
クおよびそれに隣接するブロックの上記逆離散コサイン
変換して得られる全画像データに対し、ローパス・フィ
ルタ処理を行う手段と、を備える。
〔作用〕
この発明による画像処理は、離散コサイン変換などの
処理によって圧縮した画像データを、逆離散コサイン変
換などの伸張処理によって再生する際に、信号変化が緩
やかな画像の平坦部に発生するブロック歪を防止するよ
うにしている。
画像の平坦部は一画面を構成する各ブロックのDCTス
ペクトルから検出する。検出したブロックはそのブロッ
クの画面上の位置を示すアドレスが記憶され、逆離散コ
サイン変換された画像データに対し、記憶したアドレス
に対するブロックとそれに隣接するブロックとに対して
ローパス・フィルタ処理を行う。
このようにすれば、ブロック歪は量子化によって高周
波成分が欠落するために起きる信号波形の階段状化であ
るので、この階段状波形にローパス・フィルタ処理を行
うことにより滑らかな原信号に近づけることができ、ブ
ロック歪の解消を図ることが出来る。
〔実施例〕
第1図はこの発明による画像処理の処理手順を示す概
略図で、第3図と同一部分には同一符号を付して説明す
る。
まず、入力画像は水平方向にnドット,垂直方向にn
ラインのn×n画素、例えば8×8画素からなるブロッ
クに分割され、各ブロック毎に離散コサイン変換(DC
T)される(処理P1)。
DCTによって得られたDCT係数は8×8個の閾値からな
る量子化マトリクスの各閾値により除算されて量子化が
行われる(処理P2)。
量子化されたDCT係数のDC成分は前のブロツクで量子
化されたDC成分と差分が取られ、その差分のビット数が
ハフマン符号化される。AC成分はブロック内でジグザグ
スキャンが行われ一次元の数列に変換されたのち連続す
る零(無効係数)の個数と有効係数のビット数とで2次
元のハフマン符号化が行われる(処理P3およびP4)。
ハフマン符号化はDC成分およびAC成分共に量子化され
た係数値そのものを使用せず、その値を表現するのに必
要なビット数がハフマン符号化の入力になる。そしてハ
フマン符号と別にそのビット数の値が付加情報として付
け加えられる。例えば、量子化された係数が2(10進
数)とした場合、2進数で表現すると“000…010"とな
るが、これを表現するのに必要なビット数2がこの値を
代表する値としてハフマン符号化される。そして、付加
ビットとして2ビットのデータ“10"が付加される。
また、量子化された係数が負の場合は付加ビットから
1を引いたデータが付加される。例えば、量子化された
係数が−2(10進数)とした場合、2進数(2の補数表
示)で表現すると“111…110"となり、下2ビットが付
加ビットとなるが、“10"から「1」を引いた“01"が付
加ビットとして付加される。こうすることにより、量子
化された係数が正のときは付加ビットは1で始まり、負
であれば0で始まることになり、正負の判別が容易に行
える。
こうして圧縮されたデータは、処理P1〜P4とは逆の処
理によって伸張される。すなわち、処理P4′でのハフマ
ン復号化、処理P3′でのDC成分およびAC成分の復号化、
処理P2′での逆量子化および処理P1′での逆DCT(IDC
T)である。
処理P4′〜P1′によって伸張されたデータは、さらに
ローパス・フィルタ処理(処理P5)によって高域成分が
除去されたのち出力される。このローパス・フィルタ処
理は、ブロック歪が発生しやすい平坦部のブロックとそ
れに隣接するブロックに対してのみ行われる。その理由
はブロック歪は前述の第6図に示すように、量子化によ
ってその高周波成分が欠落するために起きる信号波形の
階段状化であるので、この階段状波形にローパス・フィ
ルタ処理を行うことにより、滑らかな原信号に近づける
ためである。
当該ブロックが平坦部に属するブロックであるか否か
の検出は処理P6で行われる。この処理のために、逆量子
化(処理P2′)された各ブロック毎のDCT変換係数が入
力される。処理P6で平坦な画像部分に属するブロックが
検出されると、そのブロックの画面上での位置(アドレ
ス)が処理P7で記憶され、IDCT(処理P1′)された画像
データに対して処理P7で記憶されたアドレスのブロック
とそれに隣接するブロックに対して高域成分を除去する
ローパス・フィルタ処理(処理P5)が行われる。
平坦部に属するブロックを検出する処理(処理P6)
は、逆量子化されたDCT変換係数をCij(i,j=1,2,…,
8)とすると、その絶対値|Cij|はそのブロックの画像内
容の各周波数成分の大きさを表しているので、画像内容
が平坦(信号の変化がゆるやか)であれば、i,jが大き
いときの|Cij)は小さい。すなわち、高周波成分は少な
い。逆に変化の激しい画像内容であれば、高周波成分は
多くなる。そこで、画像内容を示すパラメータaを、 と定義すると、パラメータaはDCT絶対値スペクトルの
全体に対する低域成分の比を示し、aが大きいほど画像
は平坦であることを示す。そこで、ある閾値vを定め、
v≦aとなれば、そのブロックは平坦な画像内容である
と判定できる。
なお、平坦部と判定されたブロックに隣接するブロッ
クに対するローパス・フィルタ処理は、カットオフ周波
数を高くすることによって絵柄の細かい隣接ブロックで
のフィルタ処理によるシャープさの減少を低減すること
ができる。第2図に一画面における平坦部と判定された
ブロックとそれに隣接するブロックの位置関係の一例を
示す。図において、斜線部は平坦部として検出されたブ
ロックを示し、点線部はそれに隣接するブロックであ
る。
〔発明の効果〕
この発明によれば、一画面を構成する各ブロックのDC
Tスペクトルから画面の平坦部に属するブロックを検出
し、そのブロックの画面上の位置を示すアドレスを記憶
し、逆離散コサイン変換された画像に対してローパス・
フィルタ処理を行っているので、平坦部に発生しやすい
ブロック歪を消去でき、圧縮率を高くしても良好な画像
を提供することが出来る。
また、平坦部と判定されたブロックに隣接するブロッ
クに対しては、カットオフ周波数の高いローパス・フィ
ルタを使用しているので、隣接ブロックにおける画像の
シャープさの劣化を防止することが出来る。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明による画像処理の処理手順を示す図、 第2図は一画像の画面構成図、 第3図は従来の画像処理の処理手順を示す図、 第4図は輝度信号の量子化マトリクスを示す図、 第5図はジグザグスキャンのテーブルを示す図、 第6図はブロック歪の原因となる階段状波形を示す波形
図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 松崎、伊藤、村上、「D−119 ブロ ック単位の適応処理を用いた雑音除去フ ィルタ」、昭和63年電子情報通信学会春 季全国大会講演論文集、分冊D−2, p.2−111,昭和63年3月 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H04N 7/24 - 7/68 H04N 1/41 - 1/419

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】入力画像を、1ブロックn×n個の画素か
    らなる複数のブロックに分割し、各ブロック毎に離散コ
    サイン変換を行い、変換して得られるn×n個の変換係
    数を、n×n個の閾値からなる量子化マトリクスの各閾
    値によって除算することにより量子化を行う工程を含む
    データ圧縮工程と、上記量子化された変換係数に上記量
    子化マトリクスの各閾値を乗算して逆量子化したのち逆
    離散コサイン変換を行う工程を含むデータ伸張工程とを
    有する画像処理方法において、 上記離散コサイン変換された各ブロック毎の変換係数よ
    り該ブロックが緩やかな画像の平坦部に属するブロック
    を検出し、検出された平坦部に属するブロックおよびそ
    れに隣接するブロックの上記逆離散コサイン変換して得
    られる全画像データに対し、ローパス・フィルタ処理を
    行うことにより上記平坦部に発生するブロック歪を解消
    することを特徴とする画像処理方法。
  2. 【請求項2】上記画像の平坦部に属するブロックの検出
    を、1ブロック内の変換係数を、Cij(i,j=1,2,…,n)
    とし、 で定義されるパラメータaを算出して、このパラメータ
    aが所定の閾値以上のものを検出するようにしたことを
    特徴とする請求項1記載の画像処理方法。
  3. 【請求項3】上記隣接するブロックの画像データに対し
    て上記ローパス・フィルタ処理を行うときは、上記検出
    したブロックに対するローパス・フィルタ処理時のカッ
    ト・オフ周波数よりも高いカット・オフ周波数でローパ
    ス・フィルタ処理を行うことを特徴とする請求項1また
    は2記載の画像処理方法。
  4. 【請求項4】入力画像を、1ブロックn×n個の画素か
    らなる複数のブロックに分割し、各ブロック毎に離散コ
    サイン変換を行う手段と、変換して得られるn×n個の
    変換係数を、n×n個の閾値からなる量子化マトリクス
    の各閾値によって除算することにより量子化を行う手段
    を含むデータ圧縮手段と、上記量子化された変換係数に
    上記量子化マトリクスの各閾値を乗算して逆量子化する
    手段と、逆量子化された変換係数に対して逆離散コサイ
    ン変換を行う手段を含むデータ伸張手段とを備えた画像
    処理装置において、 上記離散コサイン変換された各ブロック毎の変換係数よ
    り該ブロックが緩やかな画像の平坦部に属するブロック
    を検出する手段と、検出された平坦部に属するブロック
    およびそれに隣接するブロックの上記逆離散コサイン変
    換して得られる全画像データに対し、ローパス・フィル
    タ処理を行う手段と、を備えたことを特徴とする画像処
    理装置。
  5. 【請求項5】上記画像の平坦部に属するブロックを検出
    する手段が、1ブロック内の変換係数をCij(i,j=1,2,
    …,n)とし、 で定義されるパラメータaを算出して、このパラメータ
    aが所定の閾値以上のものを検出するようにしたことを
    特徴とする請求項4記載の画像処理装置。
  6. 【請求項6】上記ローパス・フィルタ処理を行う手段
    が、上記隣接するブロックの画像データに対してローパ
    ス・フィルタ処理を行うときは、上記検出したブロック
    に対するローパス・フィルタ処理時のカット・オフ周波
    数よりも高いカット・オフ周波数でローパス・フィルタ
    処理を行うことを特徴とする請求項4または5記載の画
    像処理装置。
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