JP3608544B2 - パラメータ生成装置および方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、データ圧縮における間引き画素の補間、標準解像度のテレビジョン信号を高解像度のテレビジョン信号に変換するアップコンバージョン等に適用可能なパラメータ生成装置および方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
標準解像度あるいは低解像度(これらをSDと略称する)画像を高解像度(HDと略称する)画像に変換するアップコンバージョン、電子ズーム、または画像の拡大においては、補間フィルタによって、不足している画素のデータを補償することがなされている。さらに、伝送データ量を圧縮するために、サブサンプリングによって画素を間引き、受信側でこの間引き画素を補間フィルタによって補間することがなされている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、フィルタによる補間で得られた出力画像の解像度が劣化する問題がある。例えばSDのビデオ信号をフィルタで補間してHDのテレビジョン信号を形成しても、入力SD信号中に存在していないHD成分(高周波成分)が復元されない。その結果、出力画像の空間的解像度が低下する。
【0004】
従って、この発明の目的は、高解像度成分を復元することが可能なパラメータ生成装置および方法を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明は、データの分布に応じてクラスタリングされたパラメータであるクラスデータが格納される格納手段と、入力される入力画像の複数の入力データを複数のクラスにクラスタリングするクラスタリング手段と、入力される入力画像の複数の入力データのクラスに対応したクラスデータを格納手段から読み出す読出手段と、
読出手段から読み出されたクラスデータと入力される入力画像の複数の入力データとを用いて演算処理を行うことによって、出力画像のデータ全てを生成する画像データ生成手段と、生成された出力画像のデータを出力する画像データ出力手段とを有する画像変換装置のためのパラメータを生成するパラメータ生成装置であって、
入力される複数の入力データの分布に応じて入力される複数の入力データを複数のクラスにクラスタリングし、入力される複数の入力データに対応した複数のクラス情報を出力するクラスタリング手段と、
注目データと注目データの周辺の周辺データとを用いた演算処理によって、出力画像のデータ全てを生成するためのクラス情報に対応した複数のパラメータを求めるパラメータ生成手段と、
クラス情報と複数のパラメータとを格納する格納手段と、を有することを特徴とするパラメータ生成装置である。
【0006】
請求項5の発明は、入力される入力画像の複数の入力データを複数のクラスにクラスタリングするクラスタリング工程と、データ分布に応じてクラスタリングされたパラメータであるクラスデータが格納されている格納手段から、入力される入力画像の複数の入力データのクラスに対応したクラスデータを読み出す読出工程と、読出工程で読み出されたクラスデータと入力される入力画像の複数の入力データとを用いて演算処理を行うことによって、出力画像のデータ全てを生成する画像データ生成工程と、生成された出力画像のデータを出力する画像データ出力工程とを有する画像変換方法のためのパラメータを生成するパラメータ生成方法であって、
入力される複数の入力データの分布に応じて入力される複数の入力データを複数のクラスにクラスタリングし、入力される複数の入力データに対応した複数のクラス情報を出力するクラスタリング工程と、
注目データと注目データの周辺の周辺データとを用いた演算処理によって、出力画像のデータ全てを生成するためのクラス情報に対応した複数のパラメータを求めるパラメータ生成工程と、
クラス情報と複数のパラメータとを格納する格納工程と、を有することを特徴とするパラメータ生成方法である。
【0007】
複数の入力データの分布状態に応じたクラス分けがされ、各クラスに関するデータ変換、すなわち、クラス情報を出力データへ変換、またはクラス情報を出力データを形成するためのパラメータに変換するマッピング表が使用される。このマッピング表は、トレーニング用の種々の絵柄の源画像を用いて予め形成されている。従って、このマッピング表によって、入力画像信号に含まれない高解像度成分を復元することができる。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の説明の参考のために、間引き圧縮されたデータを伝送し、受信側で間引き画素を復元する伝送システムについて説明する。図1は、かかかる伝送システムを全体的に示す。図1中で、1は、伝送すべきディジタルビデオデータの入力端子である。
【0009】
入力ディジタルビデオデータがサブサンプリング回路2に供給され、水平方向に一つおきの画素データが間引かれる。図2に示すように、元の画素の配列で×で示す画素が間引き画素を示している。従って、この間引き処理によって、伝送する必要があるデータ量が半分に減少する。
【0010】
サブサンプリング回路2の出力データが高能率符号化のエンコーダ3に供給される。高能率符号化としては、DCT(Discrete Cosine Transform)等の直交変換符号化、ADRC(ダイナミックレンジ適応型符号化)等の既知のものを採用できる。このエンコーダ3によって、伝送されるデータ量がより低減される。
【0011】
エンコーダ3の出力データが送信処理回路4に供給される。送信処理回路4は、エラー訂正符号化、フレーム化、チャンネル符号化等の処理を行なう。送信処理回路4の出力端子5に送信データが発生し、この送信データが伝送路6を介して送信される。伝送路6は、通信路に限らず、磁気記録および再生のプロセスをも意味的に含むものである。
【0012】
受信データが入力端子7から受信処理回路8に供給される。受信処理回路8は、チャンネル符号化の復号、フレーム分解、エラー訂正等の処理を行なう。受信処理回路8の出力が高能率符号化のデコーダ9に供給される。デコーダ9の復号出力が合成回路10および同時化回路11に供給される。
【0013】
同時化回路11は、図2に示すように、補間すべき間引き画素xの上下左右に位置する伝送画素データa、b、c、dを同時にクラスタリング回路12および補間データ作成回路14に対して出力する。クラスタリング回路12からの出力データ、すなわち、クラス情報がメモリ13にアドレス信号として供給される。
【0014】
このメモリ13には、後述のように形成されたデータ変換用のマッピング表が格納されている。この例では、メモリ13には、データ変換のための複数のパラメータを含むマッピング表が格納されている。クラスタリング回路12の出力データと対応するアドレスから読み出されたパラメータが補間データ作成回路14に供給される。補間データ作成回路14は、同時化回路11からの伝送画素データa、b、c、dとメモリ14からのパラメータw1、w2、w3、w4とを使用して、
x=w1a+w2b+w3c+w4d
の演算によって補間データxを形成する。
【0015】
この補間データxが合成回路10に供給される。合成回路10は、伝送画素が存在する時にデコーダ9の出力を選択し、間引き画素の位置では、補間データ作成回路14からの補間データを選択する。従って、合成回路10の出力端子15には、受信データと対応する復号ビデオデータが得られる。
【0016】
メモリ13には、トレーニングによって予め作成されたマッピング表が格納されている。図3は、この発明によるパラメータ生成装置、すなわち、マッピング表を作成するための構成を示す。図3において、入力端子21には、ディジタルビデオ信号が供給され、これが同時化回路22に供給される。このディジタルビデオ信号は、マッピング表の作成を考慮した標準的な信号であることが好ましく、例えば種々の絵柄の静止画像からなる信号を採用できる。図2に示すように、同時化回路22は、注目画素のデータxとその上下左右の画素データa、b、c、dとを同時にデータメモリ23およびクラスタリング回路24に供給する。但し、図3に示すトレーニング時では、注目画素xに関しては、間引きされておらず、実際の値が存在している。
【0017】
クラスタリング回路24は、図1のクラスタリング回路12と同様に、画素データをクラスタリングし、クラス情報を発生する。クラスタリングとしては、階調によるクラスタリング、パターンによるクラスタリング等を使用できる。階調を使用する時には、画素データが8ビットであると、クラスの個数が極めて多くなるので、各画素のビット数をADRC等の高能率符号化で減少させることが好ましい。パターンを使用する時には、4画素で構成される複数のパターン(例えば平坦、右上に値が上昇、右下に値が減少、等)を用意し、同時化回路22の出力データを複数のパターンのいずれかにクラス分けする。
【0018】
クラスタリング回路24の出力がスイッチング回路25の一方の入力端子25aに供給される。スイッチング回路25の他方の入力端子25bには、カウンタ26の出力が供給される。カウンタ26は、クロックCKを計数することによって、順次変化するアドレスを発生する。このスイッチング回路25の出力がデータメモリ23およびパラメータ用のメモリ28に対して、それらのアドレスとして供給される。
【0019】
データメモリ23には、クラス情報であるアドレスに対して、画素データa、b、c、dおよびxのサンプル値が書き込まれる。例えばデータメモリ23のあるアドレスAD0には、画素データaに関して(a10、a20、・・・、an0)、画素データbに関して(b10、b20、・・・、bn0)、画素データcに関して(c10、c20、・・・、cn0)、画素データdに関して(d10、d20、・・・、dn0)、画素データxに関して(x10、x20、・・・、xn0)が蓄えられる。クラスタリング回路24からの他のアドレスについても、同様に画素データがデータメモリ23に蓄えられる。
【0020】
次に、スイッチング回路25が入力端子25aから25bに切り換えられ、データメモリ23の内容がカウンタ26からのアドレスによって順次読み出される。データメモリ23の読み出し出力が最小自乗法の演算回路27に供給される。演算回路27は、最小自乗法によって、誤差を最小とするパラメータw1〜w4を求めるものである。
【0021】
一つのアドレスに注目すると、このアドレスに関しては、下記の連立方程式が成り立つ。
x1=w1a1+w2b1+w3c1+w4d1
x2=w1a2+w2b2+w3c2+w4d2
・
・
・
xn=w1an+w2bn+w3cn+w4dn
【0022】
ここで、x1〜xn、a1〜an、b1〜bn、c1〜cn、d1〜dnが既知であるので、x1〜xn(実際の値)に対する誤差の自乗を最小とするようなパラメータw1〜w4が求められる。他のアドレスについても同様である。
【0023】
演算回路27で求められたパラメータw1〜w4がメモリ28に書き込まれる。このメモリ28に書き込まれているマッピング表が図1のメモリ13に対して記憶される。従って、図1の構成において、間引き画素であるxの値がメモリ13から出力されるパラメータw1〜w4を使用して補間データ作成回路14で形成できる。
【0024】
マッピング表としては、上述のパラメータに限らず、出力データの値そのものが得られるものを使用しても良い。この場合には、図1中の補間データ作成回路14を省略できる。図4は、かかるマッピング表を形成するための構成を示す。図3の構成と同様に同時化された複数の画素データがクラスタリング回路に供給され、クラスタリング回路の出力がデータメモリ30および度数メモリ31に対してアドレスとして供給される。
【0025】
度数メモリ31の読み出し出力が加算器32に供給され、+1され、加算器32の出力がメモリ31の同一アドレスに書き込まれる。メモリ30および31は、初期状態として各アドレスの内容がゼロにクリアされる。
【0026】
データメモリ30から読み出されたデータが乗算器33に供給され、度数メモリ31から読み出された度数と乗算される。乗算器33の出力が加算器34に供給され、加算器34にて入力データxと加算される。加算器34の出力が割算器35に被除数として供給される。割算器35には、加算器32の出力が除数として供給される。この割算器35の出力(商)がデータメモリ30の入力データとされる。
【0027】
上述の図4の構成では、あるアドレスが最初にアクセスされる時には、メモリ30および31の読み出し出力が0であるため、データx1がそのままメモリ30に書き込まれ、メモリ31の対応するアドレスの値が1とされる。若し、その後で、このアドレスが再びアクセスされると、加算器32の出力が2であり、加算器34の出力が(x1+x2)である。従って、割算器35の出力が(x1+x2)/3であり、これがメモリ30に書き込まれる。一方、度数メモリ31には、度数2が書き込まれる。更に、その後で、上述のアドレスがアクセスされると、同様の動作によって、メモリ30のデータが(x1+x2+x3)/3に更新され、度数も3に更新される。
【0028】
上述の動作を所定期間で行うことによって、メモリ30には、クラスタリング回路の出力によってクラスが指定されると、そのときのデータが出力されるようなマッピング表が蓄えられる。言い換えれば、入力ビデオ信号の複数の画素データが与えられた時に、それをクラスタリングしたものと平均的に対応が取れたデータを出力するマッピング表が形成できる。
【0029】
図5に示すこの発明の一実施形態は、SDビデオ信号をHDビデオ信号にアップコンバージョンするものである。図5において、41で示す入力端子にディジタルのSDビデオ信号が供給される。このSDビデオ信号の例は、SDVTRの再生信号、放送信号等である。このSDビデオ信号が同時化回路42に供給され、同時化回路42の出力データがクラスタリング回路43に供給される。クラスタリング回路43の出力がマッピング表M1〜M4がそれぞれ蓄えられたメモリ44a〜44dにアドレス信号として供給される。
【0030】
図6は、SD画像およびHD画像の関係を部分的に示す。図6において、○の画素データがSD画像のもので、×の画素データがHD画像のものである。例えば12個のSD画像の画素データa〜lから4個のHD画像の画素データy1〜y4が生成される。メモリ44aのマッピング表M1は、画素データy1を発生するためのもので、メモリ44b、44c、44dのマッピング表M2、M3、M4は、画素データy2、y3、y4をそれぞれ発生するためのものである。
【0031】
メモリ44a〜44dの読み出し出力がセレクタ45に供給される。セレクタ45は、セレクト信号発生回路46の出力によって制御される。セレクト信号発生回路46には、HD画像のサンプルクロックが入力端子47から供給される。セレクタ45によって、4個の画素データy1〜y4が順番に選択され、これらの画素データが走査変換回路48に供給される。走査変換回路48は、HD画像の画素データをラスター走査の順に出力端子49に発生する。この出力端子49には、D/A変換器(図示せず)を介してHD用モニタが接続される。出力画像の画素数は、入力SDビデオ信号の画素数の4倍であって、HD用モニタによって、HD画像を再生できる。
【0032】
この発明によるパラメータ生成装置、すなわち、メモリ44a〜44dに格納されるマッピング表M1〜M4の作成のための構成の一例を図7に示す。図7中で、51で示す入力端子にディジタルのHDビデオ信号が供給される。このHDビデオ信号は、マッピング表の作成を考慮した標準的な信号であることが好ましい。実際には、標準的な画像をHDビデオカメラにより撮像することによって、あるいは撮像信号をHDVTRに記録することによって、HDビデオ信号を得ることができる。
【0033】
このHDビデオ信号が同時化回路52に供給される。この同時化回路52は、図6に示す位置関係を有する画素データa〜lとy1〜y4とを同時に出力する。画素データa〜lがクラスタリング回路53に供給される。クラスタリング回路53は、上述の構成例と同様に、階調、パターン等でクラス分けを行なう。このクラスタリング回路53の出力がマッピング表作成回路54a〜54dに対して共通に供給される。
【0034】
同時化回路52からの画素データy1〜y4がマッピング表作成回路54a〜54dに対して供給される。マッピング表作成回路54a〜54dは、同一の構成を有している。上述の図4に示される平均値を求める構成と同様のものをマッピング表作成回路54a〜54dとして採用することができる。マッピング表作成回路54aの場合には、図4中で画素データxに代えてy1が供給される。この入力以外は、図4と同一の構成をマッピング表作成回路54aとして採用できる。さらに、パラメータを使用する図3と同様の構成をマッピング表作成回路54a〜54dとして採用しても良い。
【0035】
マッピング表作成回路54a〜54dにそれぞれ設けられたメモリには、HDビデオ信号とSDビデオ信号との間の相関を示すマッピング表が蓄えられる。言い換えれば、SDビデオ信号の複数のデータが与えられた時に、この複数のデータをクラスタリングしたものと平均的に対応が取れたHDビデオ信号の画素データを出力するマッピング表が形成できる。このマッピング表が図5の構成のメモリ44a〜44d内に格納される。
【0036】
なお、上述の一実施形態は、SDビデオ信号をHDビデオ信号にアップコンバージョンする例であるが、これ以外に、画像の拡大に対しても、この発明は、同様に適用できる。
【0037】
【発明の効果】
この発明によれば、標準解像度(SD)のビデオ信号を高解像度(HD)のビデオ信号に変換し、高解像度の画像をモニタに表示できる。この発明では、SD画素の間のHD画素だけを生成するだけではなく、元のSD画素の位置の画素も演算によって生成している。このようにHD画素を生成する理由は、SDからHDにアップコンバージョンする際にもとのSD画像は、解像度が低い画像であるので、SD画像の画素と新たに生成したHD画素とが混在した画像は、HD画像の画質としては不十分となる問題を避けるためである。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明が適用された伝送システムの概略的なブロック図である。
【図2】画素の位置関係を示す略線図である。
【図3】マッピング表を作成するための構成の一例のブロック図である。
【図4】マッピング表を作成するための構成の他の例のブロック図である。
【図5】この発明の一実施形態のブロック図である。
【図6】SD画像とHD画像の画素の位置関係を示す略線図である。
【図7】マッピング表を作成するための構成の一例のブロック図である。
【符号の説明】
6・・・伝送路、12・・・クラスタリング回路、13・・・マッピング表が記憶されているメモリ、14・・・補間データ作成回路、41・・・SDビデオ信号の入力端子、44a〜44d・・・マッピング表が格納されているメモリ、49・・・HDビデオ信号の出力端子
Claims (8)
- データの分布に応じてクラスタリングされたパラメータであるクラスデータが格納される格納手段と、入力される入力画像の複数の入力データを複数のクラスにクラスタリングするクラスタリング手段と、入力される上記入力画像の複数の入力データのクラスに対応した上記クラスデータを上記格納手段から読み出す読出手段と、
上記読出手段から読み出された上記クラスデータと入力される上記入力画像の複数の入力データとを用いて演算処理を行うことによって、出力画像のデータ全てを生成する画像データ生成手段と、生成された上記出力画像のデータを出力する画像データ出力手段とを有する画像変換装置のためのパラメータを生成するパラメータ生成装置であって、
入力される複数の入力データの分布に応じて上記入力される複数の入力データを複数のクラスにクラスタリングし、上記入力される複数の入力データに対応した複数のクラス情報を出力するクラスタリング手段と、
注目データと上記注目データの周辺の周辺データとを用いた演算処理によって、上記出力画像のデータ全てを生成するための上記クラス情報に対応した複数のパラメータを求めるパラメータ生成手段と、
上記クラス情報と上記複数のパラメータとを格納する格納手段と、を有することを特徴とするパラメータ生成装置。 - 請求項1記載のパラメータ生成装置において、
上記複数の入力データはそれぞれ画像データであって、上記クラスタリング手段は、上記複数の入力データの階調に基づいて、上記複数の入力データを複数のクラスにクラスタリングすることを特徴とするパラメータ生成装置。 - 請求項1記載のパラメータ生成装置において、
上記複数の入力データはそれぞれ画像データであって、上記クラスタリング手段は、上記複数の入力データのパターンに基づいて、上記複数の入力データを複数のクラスにクラスタリングすることを特徴とするパラメータ生成装置。 - 請求項1記載のパラメータ生成装置において、
上記パラメータ生成手段は、最小自乗法によって上記複数のパラメータを求めることを特徴とするパラメータ生成装置。 - 入力される入力画像の複数の入力データを複数のクラスにクラスタリングするクラスタリング工程と、データ分布に応じてクラスタリングされたパラメータであるクラスデータが格納されている格納手段から、入力される上記入力画像の複数の入力データのクラスに対応した上記クラスデータを読み出す読出工程と、上記読出工程で読み出された上記クラスデータと入力される上記入力画像の複数の入力データとを用いて演算処理を行うことによって、出力画像のデータ全てを生成する画像データ生成工程と、生成された上記出力画像のデータを出力する画像データ出力工程とを有する画像変換方法のためのパラメータを生成するパラメータ生成方法であって、
入力される複数の入力データの分布に応じて上記入力される複数の入力データを複数のクラスにクラスタリングし、上記入力される複数の入力データに対応した複数のクラス情報を出力するクラスタリング工程と、
注目データと上記注目データの周辺の周辺データとを用いた演算処理によって、上記出力画像のデータ全てを生成するための上記クラス情報に対応した複数のパラメータを求めるパラメータ生成工程と、
上記クラス情報と上記複数のパラメータとを格納する格納工程と、を有することを特徴とするパラメータ生成方法。 - 請求項6記載のパラメータ生成方法において、
上記複数の入力データはそれぞれ画像データであって、上記複数の入力データは、上記複数の入力データの階調に基づいて、複数のクラスにクラスタリングされることを特徴とするパラメータ生成方法。 - 請求項6記載のパラメータ生成方法において、
上記複数の入力データはそれぞれ画像データであって、上記複数の入力データは、上記複数の入力データのパターンに基づいて、複数のクラスにクラスタリングされることを特徴とするパラメータ生成方法。 - 請求項6記載のパラメータ生成方法において、
上記複数のパラメータは、最小自乗法によって求めることを特徴とするパラメータ生成方法。
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