JP3630246B2 - Image signal interpolation apparatus and image signal interpolation method - Google Patents
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Description
【0001】
【目次】
以下の順序で本発明を説明する。
産業上の利用分野
従来の技術(図7〜図9)
発明が解決しようとする課題
課題を解決するための手段(図1及び図2)
作用(図1)
実施例
(1)全体構成(図1〜図3)
(2)クラス分類処理(図4及び図5)
(3)予測係数メモリの作成(図6)
(4)実施例の動作(図1)
(5)実施例の効果
(6)他の実施例
発明の効果
【0002】
【産業上の利用分野】
本発明は画像信号補間装置及び画像信号補間方法に関し、例えばサブサンプリングによつて間引かれた画素を補間することにより画像の解像度を向上させる画像信号補間装置及び画像信号補間方法に適用して好適なものである。
【0003】
【従来の技術】
従来、画像信号を記録、伝送する際の帯域圧縮あるいは情報量削減のための方法としてサブサンプリングによつて原画像の画素を所定間隔おきに間引く方法が広く用いられている。その一例としては、MUSE(MUltiple Sub−nyquist Sampling Encoding)方式における多重サブナイキストサンプリングエンコーデイング方式がある。
【0004】
またサブサンプリングの一例としてオフセツトサブサンプリングが広く用いられている。このオフセツトサブサンプリングにおいては、2次元の場合には図7に示すように水平方向(x方向)及び垂直方向(y方向)のサンプリング間隔(Tx、Ty)をそれぞれ原信号における画素間隔(Hx、Hy)の2倍に設定することにより、1画素おきにサブサンプリング(×)する。またオフセツトサブサンプリングでは、垂直方向に隣合うサンプリング点(○)を互いにサンプリング間隔の半分(Tx/2)だけオフセツトする。この結果オフセツトサブサンプリング後の画像信号の伝送帯域は、図8に示すように斜め方向の空間周波数に対して水平あるいは垂直方向の空間周波数成分を広帯域化することができ、この結果視覚上画質劣化の目立たない間引き処理を行うことができる。
【0005】
ここでオフセツトサブサンプリングされた画像信号をモニタに表示したりプリントアウトする場合には、図9に示すように各サンプリング点間の画素を隣接画素を用いて補間する必要がある。このような補間処理は、図8に示す斜線領域の周波数成分を通過させると共に、折り返し点Aを含む領域の周波数成分の通過を阻止する空間フイルタとして機能するものであり、この補間処理はサンプリング理論上では後置フイルタとして位置付けられる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、オフセツトサブサンプリングは、サブサンプリング前の前置フイルタが正しくかけられている場合には非常に有効な手法であるが、例えばハードウエア上の制約によつて前置フイルタを十分にかけられない場合や伝送帯域の広帯域化をはかるために前置フイルタを十分にかけない場合等には折り返し歪みに基づく画像劣化が発生する問題がある。
【0007】
この折り返し歪みの発生を軽減する一つの方法として、適応型補間方法が提案されている。この方法は、サブサンプリングされた画像信号に対して補間処理を行う際に、補間画素の周辺で相関の強い方向を検出し、当該検出結果に応じて複数の異なつた補間手段を選択的に用いて補間処理を行うものである。
【0008】
ところで、適応型補間方法においては、補間精度が相関の強い方向を検出する際の検出精度と個々の補間手段の能力とに大きく依存する。そのため、個々の補間手段の能力が十分でなく適切な補間ができない場合や、相関の強い方向を誤判定した場合には、本来の信号成分を減少させるばかりでなく、逆に折り返し歪みを増大させてしまう問題点があつた。
【0009】
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、折り返し歪みの発生を未然に回避して真値に近い補間画素値を求めることができる簡易な構成の画像信号補間装置及び画像信号補間方法を提案しようとするものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決するため本発明においては、所定画素が間引かれた伝送画像データ(D1)を入力し、当該間引かれた画素を補間する画像信号補間装置(1)において、伝送画像データ(D1)を補間対象画素(図2の×印)を中心にした所定の大きさのブロツクに分割する画像信号ブロツク化手段(2)と、ブロツク内画素(図2のa〜l)の高域信号(D4)を抽出するハイパスフイルタ手段(3)と、高域信号(D4)に基づいてブロツク内画素(a〜l)のレベル分布のパターンを検出し、当該検出結果に応じて補間対象画素をクラス分類するクラス分類手段(4及び5)と、クラス分類手段(4及び5)によつて分類されたクラスに対応する予測係数(D7)を発生する予測係数発生手段(6)と、予測係数(D7)と伝送画像データ(D1)とを用いて予測演算することにより、補間対象画素に対応する補間データ(D2)を算出する補間データ算出手段(7)とを備えるようにした。
また本発明においては、所定画素が間引かれた伝送画像データ(D1)を入力し、当該間引かれた画素を補間する画像信号補間方法において、伝送画像データ(D1)を補間対象画素(図2の×印)を中心にした所定の大きさのブロツクに分割し、ブロツク内画素(図2のa〜l)の高域信号(D4)を抽出し、高域信号(D4)に基づいてブロツク内画素(a〜l)のレベル分布のパターンを検出し、当該検出結果に応じて補間対象画素をクラス分類する。そして当該分類されたクラスに対応する予測係数(D7)を発生し、予測係数(D7)と伝送画像データ(D1)とを用いて予測演算することにより、補間対象画素に対応する補間データ(D2)を算出するようにした。
【0011】
【作用】
クラスに対応した予測係数(D7)を使つて補間データ(D2)を求めるようにしたことにより、折り返し歪みを回避して真値に近い補間データ(D2)を得ることができる。さらに、ハイパスフイルタ手段(3)によつてブロツク内画素(a〜l)の高域信号(D4)を抽出し、当該高域信号(D4)に基づいて補間対象画素をクラス分類するようにしたことにより、補間対象画素を少ないクラス数で的確に分類できるようになり、その結果、予測係数発生手段(6)の構成を簡易化できる。
【0012】
【実施例】
以下図面について、本発明の一実施例を詳述する。
【0013】
(1)全体構成
図1において、1は全体として画像信号補間装置を示し、オフセツトサブサンプリングによつて情報量が削減された入力画像データD1に対してクラス分類による適応補間処理を施すことにより折り返し歪みを回避して真値に近い補間データD2を生成するようになされている。
【0014】
具体的には、画像信号補間装置1は、補間対象画素の周辺のサンプリング画素(すなわち入力画像データD1に含まれている画素)のレベル分布のパターンに応じて補間対象画素(すなわち間引かれた画素)をクラス分類し、予め各クラス毎に学習により求められている予測係数を読み出し、この予測係数を使つて補間画素値を求める。
これにより画像信号補間装置1においては、補間対象画素を単にその周辺のサンプリング画素を用いた平均補間によつて求める場合と比較して、格段に真値に近い補間画素値を求めることができる。
【0015】
画像信号補間装置1は入力画像データD1をブロツク化回路2に入力し、当該ブロツク化回路2において入力画像データD1を所定の大きさのブロツクに分割してブロツク化画像データD3を形成する。この場合、ブロツク化回路2は、図2に示すように、補間対象画素(×印)を中心としてその周辺の12個の周辺画素a〜lによつて各ブロツクを形成するようになされている。
【0016】
ハイパスフイルタ回路3はブロツク化画像データD3を入力し、そのブロツク内の補間対象画素の周辺にある周辺画素a〜lの高域信号D4を抽出して適応ダイナミツクレンジ符号化(ADRC(Adaptive Dynamic Range Coding ))回路4に送出する。この場合、ハイパスフイルタ回路3としては、例えば図3に示すような係数を用いて高域信号D4を抽出する。
【0017】
ADRC回路4はハイパスフイルタ回路3から送出される高域信号D4を受け、この高域信号D4に対して適応ダイナミツクレンジ符号化処理を施して各画素値をビツト圧縮することによりパターン圧縮データD5を形成する。
このパターン圧縮データD5はクラスコード発生回路5に与えられる。クラスコード発生回路5はパターン圧縮データD5に基づいたクラスコードD6を発生し、これを予測係数メモリ6に与える。予測係数メモリ6はクラスコードD6を読み出しアドレスとして、予めクラス毎に後述する学習によつて求められて記憶されている予測係数D7を予測演算回路7に送出する。
【0018】
予測演算回路7はブロツク化画像データD3に含まれる各画素値a〜lと予測係数D7とを用いて線型一次結合式に基づく演算を行うことにより、補間対象画素の画素値を算出し、これを補間データD2として出力する。
【0019】
かくして画像信号補間装置1においては、予め学習によつて求めた予測係数D7を用いて補間画素を形成するようにしたことにより真値に近い補間画素値を得ることができる。これに加えて画像信号補間装置1では、ハイパスフイルタ回路3によつて各ブロツク毎に高域信号D4を抽出し(すなわちブロツク内の緩やかな変化を取り除き、そのブロツク内の特徴的な変化だけを取り出す)、その高域信号D4を適応ダイナミツクレンジ符号化処理して得たパターン圧縮データD5を基にクラス分類するようにしたことにより、クラス分類の効率を格段に改善し得ると共に、クラス数が減少して予測係数メモリ6の構成を簡易化し得る。
【0020】
(2)クラス分類処理
次にADRC回路4及びクラスコード発生回路5によるクラス分類処理について説明する。ADRC回路4は画像のもつ局所的特徴としてブロツク内ダイナミツクレンジを定義し、主としてレベル方向の冗長度を適応的に除去する。例えば図4に示すように、1画素当たり8ビツトの画素データの持つ0〜 255のダイナミツクレンジの中で、各ブロツク毎に再量子化するために必要なブロツク内ダイナミツクレンジA、Bは大幅に小さくなることが分かる。従つてこの小さなダイナミツクレンジA、B内で再量子化を行えば、必要なビツト数を大幅に低減することができる。
【0021】
具体的には、ADRC回路4は先ずブロツク内ダイナミツクレンジをDR、ビツト割当をp、ブロツク内の各画素レベルをx、再量子化コードをQとして、次式
【数1】
により、図5(A)に示すようにブロツク内の最大値MAXと最小値MINとの間を指定されたビツト長で均等に分割して再量子化を行う。因に、図5は3ビツトで再量子化した場合(すなわちp=3の場合)を表わす。
【0022】
次に、図5(A)の最上位の階調レベル(2p −1)に相当するデータレベル内に存在するブロツク内画素の平均値をとり、これを図5(B)に示すように最大値MAX′とする。また図5(A)の最下位の階調レベル0に相当するデータレベル内に存在するブロツク内画素の平均値をとり、これを図5(B)に示すように最小値MIN′とする。
【0023】
次に新しく求めた最大値MAX′及び最小値MIN′によりブロツク内ダイナミツクレンジDR′を新たに定義し直して、再量子化コードをqとして、新しく求めたブロツク内の最大値MAX′及び最小値MIN′に基づいて、次式
【数2】
により図5(B)に示すような再量子化を行う。
このようにADRC回路4は二重の再量子化を行うことにより、ノイズによる悪影響を低減して効率の良い情報量圧縮を行いパターン圧縮データD5を形成する。
【0024】
クラスコード発生回路6は、このようにADRC回路4によつてpビツトにデータ圧縮された結果の再量子化データをq1 〜qn として、次式
【数3】
を実行することにより、そのブロツクの属するクラスすなわち補間対象画素のクラスを表わすクラスコードc(D6)を決定する。
【0025】
(3)予測係数メモリの作成
次に予測係数メモリ6に記憶させる予測係数の求め方を、図6に従つて説明する。先ずステツプSP1において予測係数を学習するために、既に知られている画像に対応した学習データを形成する。具体的には、図2におけるサンプリング画素a〜lと、補間対象画素(×印)のサブサンプル以前の画素値を一組の学習データとする。
なお、このように学習データを形成する際に、1つの画像のみを用いるのではなく複数の画像を用いることで非常に多数の学習データを形成すれば、より正確な予測係数を得ることができる。
【0026】
ステツプSP2では必要上十分な学習データが形成されたか否か判定する。そして更に学習データが必要であると判定した場合にはステツプSP3に進み、十分な学習データが得られたと判定した場合にはステツプSP4に移る。
ステツプSP3では学習データをクラス分類する。このとき上述した画像信号補間装置1でしたのと同様のクラス分類を行うようにする。具体的には、先ずハイパスフイルタによつて学習サンプリングデータの高域信号を抽出し、当該抽出した学習サンプリングデータの高域信号をADRC符号化により圧縮した後にクラスコードを形成することにより各学習データをクラス分類する。
【0027】
次にステツプSP5において、クラス分類された学習データに基づき、各クラス毎に正規化方程式を形成する。ステツプSP5での処理を具体的に説明する。ここでは一般化するために学習データとしてn個のサンプリング画素が存在する場合について述べる。先ず各サンプリング画素の画素レベルx1 、……、xn と注目補間画素のサブサンプル以前の画素レベルyの関係を、クラス(c)毎に予測係数w1 、……、wn によるnタツプの線型一次予測式で表現することにより、次式
【数4】
を形成する。
【0028】
この(4)式における予測係数w1 、……、wn を求めれば良い。そこで実際の補間対象画素と補間処理結果の誤差が最小になるような予測係数w1 、……、wn を求める。ここで学習はクラス毎に複数の学習データに対して行うので、学習データ数がmとすると一般的なm>nである場合には予測係数w1 、……、wn は一意に決定できない。そこで誤差ベクトルeの要素を、それぞれの学習データxk1、……、xkn、yk (k=1、2、……、m)における予測誤差をek として、次式
【数5】
のように定義して、次式
【数6】
を最小にする予測係数w1 、……、wn を求める。いわゆる最小二乗法による解法である。
【0029】
ここで(6)式のwi による偏微分係数を求めると、次式
【数7】
となる。(7)式が0になるような各wi を決めればよい。そこで次式
【数8】
及び
【数9】
のように、Xij、Yi を定義すると、上述した(7)式は行列を用いて、次式
【数10】
の正規化方程式に書き換えることができる。
【0030】
ここで(10)式の正規化方程式は未知数がn個の連立方程式であるから、これにより最確値である各未定係数w1 、……、wn を求めることができる。すなわちこの予測係数算出処理手順では、ステツプSP5において各クラス毎に未定係数w1 、……、wn を求めることができるような正規化方程式を形成できるまでステツプSP1−SP2−SP3−SP5−SP1のループを繰り返す。
【0031】
やがてステツプSP5において各クラス毎に(10)式で表わされる正規化方程式が形成され、ステツプSP2において肯定結果が得られると、ステツプSP4に進んで、ここで(10)式の正規化方程式を解いて各クラス毎の予測係数w1 、……、wn を決定する。具体的には、一般に(10)式の左辺の行列は正定値対称なので、コレスキー法により解くことができる。
次にステツプSP6において、各クラス毎に決定された予測係数w1 、……、wn を予測係数メモリ6の対応するクラスのアドレスに格納し、続くステツプSP7において当該予測係数算出処理手順を終了する。
【0032】
(4)実施例の動作
以上の構成において、画像信号補間装置1は間引かれた画素を補間対象画素として、当該補間対象画素をその周辺のブロツク化画像データD3の状態に応じてクラス分類する。
この場合、画像信号補間装置1はクラス分類の前処理として、ハイパスフイルタ回路3で補間対象画素の周辺画素から高域信号D4を抽出する。そして画像信号補間装置1はこの高域信号D4に対して適応ダイナミツクレンジ符号化処理を施してパターン圧縮データD5を形成し、このパターン圧縮データD5を用いて補間対象画素のクラス分類を示すクラスコードD6を形成する。
このように画像信号補間装置1では、ブロツク化画像データD3から緩やかな変化を取り除き、特徴的な変化だけを取り出してクラス分類するようにしたことにより、不必要なクラス数の増加を抑制し得、効率の良いクラス分類ができるようになる。
【0033】
次に、画像信号補間装置1はクラスコードD6を読み出しアドレスとして、予測係数メモリ6に記憶された予測係数D7を読み出す。そして予測演算回路7によつてこのクラスcに対応した予測係数w1 (c)〜w12(c)とブロツク化画像データD3に含まれるサンプリング画素a〜lの画素データx1 〜x12とを、次式
【数11】
のように線形一次結合することにより、補間対象画素に対応する補間値y′を算出し、これを補間データD2として出力する。
【0034】
このようにして画像信号補間装置1においては、原画に含まれる画素データとほとんど変わらない補間データD2を形成することができる。この補間データD2は合成回路(図示せず)により入力画像データD1と合成された後、例えばテレビジヨン受像装置やビデオテープレコーダ装置等に供給される。
【0035】
(5)実施例の効果
以上の構成によれば、補間対象画素の周辺画素から高域信号D4を抽出し、当該高域信号D4を用いて補間対象画素をクラス分類したことにより、補間対象画素を少ないクラス数で的確にクラス分類できる。これにより真値に近い補間データを形成し得る簡易な構成の画像信号補間装置1を実現できる。
【0036】
(6)他の実施例
なお上述の実施例においては、補間対象画素をクラス分類する場合、周辺画素の高域信号D4をADRC回路4及びクラスコード発生回路5を用いてビツト圧縮することによりクラス分類した場合について述べたが、クラス分類手段としてはこれに限らず、例えば離散コサイン変換(DCT)、差分量子化(DPCM)、サブバンド符号化やウエーブレツト変換等の種々の圧縮手段を適用し得る。さらにクラス分類の方法としてはビツト圧縮によるものに限らず、例えば補間対象画素の周辺画素において相関性の強い方向を検出し、当該検出結果に基づいてクラス分類するようにしても良い。
【0037】
また上述の実施例においては、クラス毎の予測係数を最小二乗法による学習によつて求めた場合について述べたが、予測係数の求め方はこれに限らず、種々の学習方法を用いることができる。
【0038】
さらに上述の実施例においては、予測係数メモリ6及び予測演算回路7を設け、予め学習によつて予測係数メモリ6に記憶された予測係数D7をクラスコードD6に応じて読み出し、読み出した予測係数D7とブロツク化画像データD3とを線形一次結合することにより補間データD2を求めるようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、予測係数メモリ6及び予測演算回路7に代えて、予め学習によつて求めたクラス毎の代表値を格納するメモリを設け、クラスに応じた代表値を読み出して、当該読み出した代表値を補間データとするようにしても良い。
【0039】
この場合、メモリに格納する代表値を求める第1の方法としては、加重平均による学習がある。詳述すれば、補間対象画素に対応する真の画素値をクラス毎に積算し、この積算結果を積算した画素値の個数によつて割るといつた処理を様々な画像に対して行うことによりクラス毎の代表値を得るものである。
また代表値を求める第2の方法としては、正規化による学習がある。詳述すれば、補間対象画素を含む複数の画素からなるブロツクを形成し、当該ブロツク内のダイナミツクレンジによつて、補間対象画素に対応する真の画素値からブロツクの基準値を減算した値を正規化し、この正規化した値の累積値を累積度数で割るといつた処理を様々な画像に対して行うことによりクラス毎の代表値を得るものである。
【0040】
【発明の効果】
上述のように本発明によれば、伝送画像データを所定の大きさのブロツクに分割する画像信号ブロツク化手段と、ブロツク内画素の高域信号を抽出するハイパスフイルタ手段と、高域信号に基づいて補間対象画素をクラス分類するクラス分類手段と、分類されたクラスに対応する予測係数を発生する予測係数発生手段と、予測係数と伝送画像データとを用いて予測演算することにより、補間対象画素に対応する補間データを算出する補間データ算出手段とを設けるようにしたことにより、折り返し歪みの発生を未然に回避して真値に近い補間画素値を求めることができる。
【0041】
また本発明によれば、ハイパスフイルタ手段によつてブロツク内画素の高域信号を抽出し、当該高域信号に基づいて補間対象画素をクラス分類するようにしたことにより、補間対象画素を少ないクラス数で的確に分類できるようになり、その結果、構成を簡易化できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例による画像信号補間装置の構成を示すブロツク図である。
【図2】クラス分類処理に用いる周辺画素の説明に供する略線図である。
【図3】ハイパスフイルタ回路の係数を示す略線図である。
【図4】ADRC回路によるビツト圧縮の説明に供する略線図である。
【図5】ADRC回路によるビツト圧縮の説明に供する略線図である。
【図6】学習による予測係数算出処理手順を示すフローチヤートである。
【図7】オフセツトサブサンプリングの説明に供する略線図である。
【図8】2次元のオフセツトサブサンプリングにより伝送可能な帯域の空間周波数スペクトラムを示す略線図である。
【図9】補間処理の説明に供する略線図である。
【符号の説明】
1……画像信号補間装置、2……ブロツク化回路、3……ハイパスフイルタ回路、4……ADRC回路、5……クラスコード発生回路、6……予測係数メモリ、7……予測演算回路。[0001]
【table of contents】
The present invention will be described in the following order.
Industrial application field Conventional technology (FIGS. 7 to 9)
Means for Solving the Problems to be Solved by the Invention (FIGS. 1 and 2)
Action (Fig. 1)
Example (1) Overall configuration (FIGS. 1 to 3)
(2) Class classification processing (FIGS. 4 and 5)
(3) Creation of prediction coefficient memory (FIG. 6)
(4) Operation of the embodiment (FIG. 1)
(5) Effects of the embodiments (6) Effects of other embodiments of the invention
[Industrial application fields]
The present invention relates to an image signal interpolation apparatus and an image signal interpolation method, and is suitable for application to an image signal interpolation apparatus and an image signal interpolation method for improving the resolution of an image by interpolating pixels thinned out by subsampling, for example. It is a thing.
[0003]
[Prior art]
Conventionally, a method of thinning out pixels of an original image at predetermined intervals by sub-sampling is widely used as a method for band compression or information reduction when recording and transmitting an image signal. As an example, there is a multiple sub Nyquist sampling encoding method in the MUSE (Multiple Sub-nyquist Sampling Encoding) method.
[0004]
As an example of subsampling, offset subsampling is widely used. In this offset sub-sampling, in the two-dimensional case, as shown in FIG. 7, the sampling interval (Tx, Ty) in the horizontal direction (x direction) and the vertical direction (y direction) is set to the pixel interval (Hx in the original signal). , Hy), sub-sampling (×) is performed every other pixel. In offset subsampling, sampling points (() adjacent in the vertical direction are offset by half of the sampling interval (Tx / 2). As a result, the transmission band of the image signal after offset sub-sampling can widen the spatial frequency component in the horizontal or vertical direction with respect to the spatial frequency in the oblique direction as shown in FIG. It is possible to perform a thinning process in which deterioration is not noticeable.
[0005]
Here, when the offset subsampled image signal is displayed on a monitor or printed out, it is necessary to interpolate pixels between sampling points using adjacent pixels as shown in FIG. Such an interpolation process functions as a spatial filter that passes the frequency components in the hatched area shown in FIG. 8 and prevents the frequency components in the area including the turning point A from passing. Above it is positioned as a post filter.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, offset subsampling is a very effective method when the prefilter before subsampling is applied correctly, but the prefilter cannot be applied sufficiently due to hardware restrictions, for example. In some cases, or when the pre-filter is not sufficiently applied in order to increase the transmission band, there is a problem that image degradation based on aliasing distortion occurs.
[0007]
As one method for reducing the occurrence of aliasing distortion, an adaptive interpolation method has been proposed. In this method, when interpolation processing is performed on a subsampled image signal, a direction having a strong correlation is detected around the interpolation pixel, and a plurality of different interpolation means are selectively used according to the detection result. Interpolation processing is performed.
[0008]
By the way, in the adaptive interpolation method, the interpolation accuracy largely depends on the detection accuracy when detecting a direction having a strong correlation and the ability of each interpolation means. Therefore, when the ability of each interpolation means is not sufficient and proper interpolation is not possible, or when a direction with strong correlation is misjudged, not only the original signal component is reduced but also the aliasing distortion is increased. There was a problem.
[0009]
The present invention has been made in consideration of the above points, and an image signal interpolation apparatus and an image signal interpolation method having a simple configuration capable of obtaining an interpolation pixel value close to a true value by avoiding occurrence of aliasing distortion in advance. Is to try to propose.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve this problem, in the present invention, transmission image data (D1) in which predetermined pixels are thinned out is input, and transmission image data (1) is interpolated in the thinned out pixels. The image signal blocking means (2) for dividing D1) into blocks of a predetermined size centered on the interpolation target pixel (marked with x in FIG. 2), and the high frequencies of the pixels in the block (a to l in FIG. 2) The high-pass filter means (3) for extracting the signal (D4) and the level distribution pattern of the pixels (a to l) in the block are detected based on the high-frequency signal (D4), and the pixel to be interpolated according to the detection result Class classification means (4 and 5) for classifying the data, prediction coefficient generation means (6) for generating a prediction coefficient (D7) corresponding to the class classified by the class classification means (4 and 5), and prediction Coefficient (D7) and transmission image By predicting calculation using the chromatography data (D1), and the like and a interpolation data calculation means for calculating the interpolated data (D2) corresponding to the interpolation target pixel (7).
Further, in the present invention, in the image signal interpolation method for inputting the transmission image data (D1) in which the predetermined pixels are thinned out and interpolating the thinned pixels, the transmission image data (D1) is converted into the interpolation target pixels (FIG. 2 is divided into blocks of a predetermined size centered on each other, and a high-frequency signal (D4) of pixels in the block (a to l in FIG. 2) is extracted, and based on the high-frequency signal (D4) A level distribution pattern of the pixels (a to l) in the block is detected, and the interpolation target pixel is classified according to the detection result. Then, a prediction coefficient (D7) corresponding to the classified class is generated, and prediction calculation is performed using the prediction coefficient (D7) and the transmission image data (D1), so that interpolation data (D2) corresponding to the interpolation target pixel is obtained. ) Was calculated.
[0011]
[Action]
By obtaining the interpolation data (D2) using the prediction coefficient (D7) corresponding to the class, it is possible to avoid the aliasing distortion and obtain the interpolation data (D2) close to the true value. Further, the high pass signal (D4) of the pixels (a to l) in the block is extracted by the high pass filter means (3), and the interpolation target pixel is classified based on the high pass signal (D4). As a result, the interpolation target pixels can be accurately classified with a small number of classes, and as a result, the configuration of the prediction coefficient generating means (6) can be simplified.
[0012]
【Example】
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0013]
(1) Overall Configuration In FIG. 1,
[0014]
Specifically, the image
As a result, in the image
[0015]
The image
[0016]
The high-
[0017]
The
The pattern compression data D5 is given to the class
[0018]
The
[0019]
Thus, in the image
[0020]
(2) Class Classification Processing Next, class classification processing by the
[0021]
Specifically, the
Thus, as shown in FIG. 5A, requantization is performed by equally dividing the maximum value MAX and the minimum value MIN in the block by the designated bit length. Incidentally, FIG. 5 shows a case where requantization is performed with 3 bits (that is, p = 3).
[0022]
Next, an average value of the pixels in the block existing in the data level corresponding to the highest gradation level (2 p −1) in FIG. 5A is taken, and this is obtained as shown in FIG. The maximum value is MAX ′. Further, the average value of the pixels in the block existing in the data level corresponding to the
[0023]
Next, the dynamic range DR ′ in the block is newly redefined with the newly determined maximum value MAX ′ and minimum value MIN ′, and the requantized code is defined as q, and the maximum value MAX ′ and minimum value in the newly determined block. Based on the value MIN ′,
Thus, requantization as shown in FIG.
In this way, the
[0024]
The class
Is executed to determine the class code c (D6) representing the class to which the block belongs, that is, the class of the interpolation target pixel.
[0025]
(3) Creation of Prediction Coefficient Memory Next, how to obtain the prediction coefficient stored in the
In addition, when forming learning data in this way, a more accurate prediction coefficient can be obtained if a large number of learning data is formed by using a plurality of images instead of using only one image. .
[0026]
In step SP2, it is determined whether necessary and sufficient learning data has been formed. If it is determined that further learning data is necessary, the process proceeds to step SP3. If it is determined that sufficient learning data is obtained, the process proceeds to step SP4.
In step SP3, the learning data is classified. At this time, the same class classification as in the image
[0027]
Next, in step SP5, a normalization equation is formed for each class based on the learning data classified into classes. The processing at step SP5 will be specifically described. Here, for generalization, a case where n sampling pixels exist as learning data will be described. First pixel level x 1 of each sampling pixel, ..., a sub-sample previous relationship pixel level y of the target interpolation pixel and x n, prediction coefficients w 1 for each class (c), ..., n according to w n taps By expressing with the linear primary prediction formula of
Form.
[0028]
And the following formula:
[0029]
Here, when the partial differential coefficient by w i of the equation (6) is obtained, the following equation is obtained:
It becomes. (7) may be determined each w i such expression becomes zero. Therefore, the following formula:
And [Equation 9]
When X ij and Y i are defined as follows, the above equation (7) uses a matrix and the following equation:
Can be rewritten as
[0030]
Since this case (10) normal equation of formula is unknowns are n simultaneous equations, thereby the unknown coefficients are the most probable value w 1, ......, it can be obtained w n. That is, in this prediction coefficient calculation processing procedure, steps SP1-SP2-SP3-SP5-SP1 are performed until a normalization equation that can determine undetermined coefficients w 1 ,..., W n for each class in step SP5 can be formed. Repeat the loop.
[0031]
Eventually, in step SP5, a normalization equation expressed by equation (10) is formed for each class. If a positive result is obtained in step SP2, the process proceeds to step SP4, where the normalization equation of equation (10) is solved. The prediction coefficients w 1 ,..., W n for each class are determined. Specifically, since the matrix on the left side of equation (10) is generally positive definite, it can be solved by the Cholesky method.
Next, at step SP6, the prediction coefficients w 1, which is determined for each class, ..., and stores the w n to the corresponding address of a class of the
[0032]
(4) Operation of Embodiment In the above configuration, the image
In this case, the image
As described above, in the image
[0033]
Next, the image
By performing linear linear combination as described above, an interpolation value y ′ corresponding to the interpolation target pixel is calculated and output as interpolation data D2.
[0034]
In this way, the image
[0035]
(5) According to the above configuration, the high-frequency signal D4 is extracted from the peripheral pixels of the interpolation target pixel, and the interpolation target pixel is classified using the high-frequency signal D4. Can be accurately classified with a small number of classes. As a result, the image
[0036]
(6) Other Embodiments In the above-described embodiment, when classifying the interpolation target pixel, the high-frequency signal D4 of the peripheral pixel is bit-compressed by using the
[0037]
In the above-described embodiment, the case where the prediction coefficient for each class is obtained by learning using the least square method has been described. However, the method for obtaining the prediction coefficient is not limited to this, and various learning methods can be used. .
[0038]
Further, in the above-described embodiment, the
[0039]
In this case, as a first method for obtaining the representative value stored in the memory, there is learning by weighted average. More specifically, the true pixel value corresponding to the pixel to be interpolated is accumulated for each class, and when this division result is divided by the number of accumulated pixel values, processing is performed on various images. A representative value for each class is obtained.
As a second method for obtaining the representative value, there is learning by normalization. More specifically, a block formed of a plurality of pixels including an interpolation target pixel is formed, and a block reference value is subtracted from a true pixel value corresponding to the interpolation target pixel by a dynamic range in the block. When the accumulated value of the normalized value is divided by the accumulated frequency, the representative value for each class is obtained by performing processing on various images.
[0040]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the image signal blocking means for dividing the transmission image data into blocks of a predetermined size, the high-pass filter means for extracting the high-frequency signal of the pixels in the block, and the high-frequency signal are used. Classifying means for classifying the pixel to be interpolated, prediction coefficient generating means for generating a prediction coefficient corresponding to the classified class, and prediction calculation using the prediction coefficient and the transmission image data, so that the interpolation target pixel By providing the interpolation data calculation means for calculating the interpolation data corresponding to the above, it is possible to obtain the interpolation pixel value close to the true value while avoiding the occurrence of aliasing distortion.
[0041]
Further, according to the present invention, the high-pass filter means extracts the high-frequency signal of the pixel in the block, and classifies the interpolation target pixel based on the high-frequency signal. It becomes possible to classify accurately by numbers, and as a result, the configuration can be simplified.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an image signal interpolation apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram for explaining peripheral pixels used for class classification processing;
FIG. 3 is a schematic diagram illustrating coefficients of a high-pass filter circuit.
FIG. 4 is a schematic diagram for explaining bit compression by an ADRC circuit.
FIG. 5 is a schematic diagram for explaining bit compression by an ADRC circuit.
FIG. 6 is a flowchart showing a prediction coefficient calculation processing procedure by learning.
FIG. 7 is a schematic diagram for explaining offset subsampling.
FIG. 8 is a schematic diagram showing a spatial frequency spectrum of a band that can be transmitted by two-dimensional offset subsampling.
FIG. 9 is a schematic diagram for explaining an interpolation process;
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (18)
上記伝送画像データを補間対象画素を中心にした所定の大きさのブロツクに分割する画像信号ブロツク化手段と、
上記ブロツク内画素の高域信号を抽出するハイパスフイルタ手段と、
上記高域信号に基づいて上記ブロツク内画素のレベル分布のパターンを検出し、当該検出結果に応じて上記補間対象画素をクラス分類するクラス分類手段と、
上記クラス分類手段によつて分類されたクラスに対応する予測係数を発生する予測係数発生手段と、
上記予測係数と上記伝送画像データとを用いて予測演算することにより、上記補間対象画素に対応する補間データを算出する補間データ算出手段と
を具えることを特徴とする画像信号補間装置。In an image signal interpolating apparatus for inputting transmission image data in which predetermined pixels are thinned out and interpolating the thinned out pixels,
Image signal blocking means for dividing the transmission image data into blocks of a predetermined size centered on the interpolation target pixel;
A high-pass filter means for extracting a high-frequency signal of the pixel in the block;
Class classification means for detecting a level distribution pattern of the pixels in the block based on the high-frequency signal and classifying the interpolation target pixel according to the detection result;
Prediction coefficient generation means for generating a prediction coefficient corresponding to the class classified by the class classification means;
An image signal interpolation apparatus comprising: interpolation data calculation means for calculating interpolation data corresponding to the interpolation target pixel by performing a prediction calculation using the prediction coefficient and the transmission image data.
上記予測係数と上記伝送画像データとを線形一次結合式を用いて演算することにより、補間対象画素に対応する補間データを算出する
ことを特徴とする請求項1に記載の画像信号補間装置。The interpolation data calculation means includes
The image signal interpolation apparatus according to claim 1, wherein interpolation data corresponding to an interpolation target pixel is calculated by calculating the prediction coefficient and the transmission image data using a linear linear combination formula.
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の画像信号補間装置。3. The image signal interpolating apparatus according to claim 1, wherein the class classification means is data compression means for compressing the high frequency signal.
ことを特徴とする請求項3に記載の画像信号補間装置。4. The image signal interpolating apparatus according to claim 3, wherein the data compression means is an adaptive dynamic range coding (ADRC) means.
予め学習により求められた各クラス毎の予測係数を格納するメモリを有し、上記クラス分類手段により分類されたクラスに対応する予測係数を発生する
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の画像信号補間装置。The prediction coefficient generating means is:
3. The method according to claim 1, further comprising: a memory for storing a prediction coefficient for each class obtained in advance by learning, and generating a prediction coefficient corresponding to the class classified by the class classification unit. The image signal interpolating device described.
上記伝送画像データを補間対象画素を中心にした所定の大きさのブロツクに分割する画像信号ブロツク化手段と、
上記ブロツク内画素の高域信号を抽出するハイパスフイルタ手段と、
上記高域信号に基づいて上記ブロツク内画素のレベル分布のパターンを検出し、当該検出結果に応じて上記補間対象画素をクラス分類するクラス分類手段と、
上記クラス分類手段により分類されたクラスに対応する代表値を発生する代表値発生手段と
を具え、上記代表値発生手段により発生された上記代表値を上記補間対象画素に対応する補間データとする
ことを特徴とする画像信号補間装置。In an image signal interpolating apparatus for inputting transmission image data in which predetermined pixels are thinned out and interpolating the thinned out pixels,
Image signal blocking means for dividing the transmission image data into blocks of a predetermined size centered on the interpolation target pixel;
A high-pass filter means for extracting a high-frequency signal of the pixel in the block;
Class classification means for detecting a level distribution pattern of the pixels in the block based on the high-frequency signal and classifying the interpolation target pixel according to the detection result;
Representative value generation means for generating a representative value corresponding to the class classified by the class classification means, and the representative value generated by the representative value generation means is used as interpolation data corresponding to the interpolation target pixel. An image signal interpolation device characterized by the above.
ことを特徴とする請求項6に記載の画像信号補間装置。7. The image signal interpolating apparatus according to claim 6, wherein the class classification means is data compression means for compressing the high frequency signal.
ことを特徴とする請求項7に記載の画像信号補間装置。8. The image signal interpolating apparatus according to claim 7, wherein the data compression means is an adaptive dynamic range coding (ADRC) means.
予め学習により求められた各クラス毎の代表値を格納するメモリを有し、上記クラス分類手段により分類されたクラスに対応する代表値を発生する
ことを特徴とする請求項6に記載の画像信号補間装置。The representative value generating means is:
7. The image signal according to claim 6, further comprising a memory for storing a representative value for each class obtained in advance by learning, and generating a representative value corresponding to the class classified by the class classification means. Interpolator.
上記伝送画像データを補間対象画素を中心にした所定の大きさのブロツクに分割する第1のステツプと、A first step of dividing the transmission image data into blocks of a predetermined size centered on the interpolation target pixel;
上記ブロツク内画素の高域信号を抽出する第2のステツプと、A second step of extracting a high-frequency signal of the pixel in the block;
上記高域信号に基づいて上記ブロツク内画素のレベル分布のパターンを検出し、当該検出結果に応じて上記補間対象画素をクラス分類する第3のステツプと、A third step of detecting a level distribution pattern of the pixels in the block based on the high-frequency signal and classifying the interpolation target pixel according to the detection result;
上記第3のステツプによつて分類されたクラスに対応する予測係数を発生する第4のステツプと、A fourth step for generating a prediction coefficient corresponding to the class classified by the third step;
上記予測係数と上記伝送画像データとを用いて予測演算することにより、上記補間対象画素に対応する補間データを算出する第5のステツプとA fifth step of calculating interpolation data corresponding to the interpolation target pixel by performing a prediction calculation using the prediction coefficient and the transmission image data;
を具えることを特徴とする画像信号補間方法。An image signal interpolation method comprising:
上記予測係数と上記伝送画像データとを線形一次結合式を用いて演算することにより、補間対象画素に対応する補間データを算出するInterpolation data corresponding to the interpolation target pixel is calculated by calculating the prediction coefficient and the transmission image data using a linear linear combination formula.
ことを特徴とする請求項10に記載の画像信号補間方法。The image signal interpolation method according to claim 10.
ことを特徴とする請求項10又は請求項11に記載の画像信号補間方法。12. The image signal interpolation method according to claim 10, wherein the image signal interpolation method is performed.
ことを特徴とする請求項12に記載の画像信号補間方法。The image signal interpolation method according to claim 12.
予め学習により求められた各クラス毎の予測係数を格納するメモリを有し、上記第3のステツプにより分類されたクラスに対応する予測係数を発生するA memory for storing a prediction coefficient for each class obtained in advance by learning is generated, and a prediction coefficient corresponding to the class classified by the third step is generated.
ことを特徴とする請求項10又は請求項11に記載の画像信号補間方法。12. The image signal interpolation method according to claim 10, wherein the image signal interpolation method is performed.
上記伝送画像データを補間対象画素を中心にした所定の大きさのブロツクに分割する第1のステツプと、A first step of dividing the transmission image data into blocks of a predetermined size centered on the interpolation target pixel;
上記ブロツク内画素の高域信号を抽出する第2のステツプと、A second step of extracting a high-frequency signal of the pixel in the block;
上記高域信号に基づいて上記ブロツク内画素のレベル分布のパターンを検出し、当該検出結果に応じて上記補間対象画素をクラス分類する第3のステツプと、A third step of detecting a level distribution pattern of the pixels in the block based on the high-frequency signal and classifying the interpolation target pixel according to the detection result;
上記第3のステツプにより分類されたクラスに対応する代表値を発生する第4のステツプと、A fourth step for generating a representative value corresponding to the class classified by the third step;
上記第4のステツプにより発生された上記代表値を上記補間対象画素に対応する補間データとする第5のステツプとA fifth step in which the representative value generated in the fourth step is used as interpolation data corresponding to the interpolation target pixel;
を具えることを特徴とする画像信号補間方法。An image signal interpolation method comprising:
ことを特徴とする請求項15に記載の画像信号補間方法。The image signal interpolation method according to claim 15, wherein:
ことを特徴とする請求項16に記載の画像信号補間方法。The image signal interpolating method according to claim 16.
予め学習により求められた各クラス毎の代表値を格納するメモリを有し、上記第3のステツプにより分類されたクラスに対応する代表値を発生するIt has a memory for storing representative values for each class obtained in advance by learning, and generates representative values corresponding to the classes classified in the third step.
ことを特徴とする請求項15に記載の画像信号補間方法。The image signal interpolation method according to claim 15, wherein:
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