JP3669834B2 - 2進画像の補間方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は2進画像の補間方法に係り、特に補間により生ずる画素値の決定に用いられる臨界値を周りの画素の状態値(コンテクスト)に応じて決定する改良した補間方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
最近のMPEG−4(Moving Picture Expert Group-4)では、形状(shape)情報を処理する機能が追加された。形状情報とは画像の客体情報であり、これは2進画像として表現される。この2進画像を符号化するためMPEG−4では文脈基盤の算術符号化器(Context-based Arithmetic Encoder:CAE)を使用する。損失形状符号化のために2進形状の各マクロブロックでダウンサンプリング方法とアップサンプリング方法が行われる。形状画像はM×Mブロックの大きさを有する形状マクロブロックに分割される。
【0003】
ダウンサンプリングとは2進画像を与えられた変換率(Conversion ratio)により縮小することをいう。縮小された画像ブロックは変換率と共に伝送される。ここで、変換率は元の2進画像と追って復元された2進画像との間の誤差が所定の範囲内に含まれるよう決定される。
ダウンサンプリングにより生じた縮小画像はコンテクスト基盤算術符号化器(Context-based Arithmetic Encoder;以下CAEという)により符号化され伝送される。
【0004】
縮小画像の復元のためにアップサンプリング(up sampling)という方法を使用する。アップサンプリングとは、補間により縮小画像から元の2進画像ブロックの大きさを有するブロックを復元する過程である。
このようなアップサンプリングでは、復元された2進画像で生じるブロックキング現象(blocking effect)、スムージング現象(smoothing effect)などを緩和する効率的な補間方法が求められる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記した要求に応じてなされたものであり、補間により形成される画素(補間画素)の周りにある画素(参照画素)の状態値(コンテクスト)を用いて補間することにより、ブロックキング現象、スムージング現象などを緩和する改良した補間方法を提供することをその目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため本発明に係る2進画像の補間方法は、ダウンサンプリングにより縮小された2進画像ブロックから元の2進画像ブロックの大きさを有するブロックを復元する補間方法において、補間画素の周りにある縮小画像の画素(参照画素)の状態値(コンテクスト)及びそれぞれのコンテクストに対応する臨界値を有する臨界値テーブルを作成する過程と、補間画素に隣接するかあるいは周りに位置する縮小画像の画素(注目画素)に基づき補間値を算出する過程と、補間画素の周りに位置する縮小画像の画素(参照画素)のコンテクストを算出する過程と、前記算出されたコンテクストに相応する臨界値を前記臨界値テーブルより獲得する過程と、前記補間値と獲得された臨界値とを比較し、補間値が獲得された臨界値より大きい場合は補間画素の画素値を"1"と、その反対の場合は"0"と決定する過程とを含むことを特徴とする。
ここで、前記臨界値テーブルの作成過程は、参照画素値の総和が取れる値を求める過程と、参照画素値の総和が取れる値のそれぞれに対し補間値が取れる値を求める過程と、参照画素値の総和が取れる値に対し可能な臨界値の候補値を設定する過程と、参照画素値の総和が取れる値に相応するコンテクストのそれぞれに対し設定された臨界値の候補値のうち臨界値を選択して臨界値テーブルを作成する過程とを含むのが望ましい。
【0007】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面に基づき本発明を詳細に説明する。
図1はMPEG−4において、客体情報を有する2進画像の符号 化及び復号化方法を示すものである。図1に示した方法はダウンサンプリング過程100、符号化過程102、逆符号化過程104、それからアップサンプリング過程106を含む。
【0008】
ダウンサンプリング過程100でM×Nの2進画像が(M×CR)×(N×CR)の縮小画像に変換される。ここで、CRは元の2進画像とダウンサンプリングにより生じた縮小画像とのサイズ比を表す変換率である。
符号化過程102は縮小画像を符号化する。2進画像の符号化のためにMPEG−4ではCAEが使われる。CAEは処理方法が単純で、しかも符号化効率がわりに高いのでMPEG−4の検証モデル(Verification Model)として採択された。
符号化過程102を通じて符号化された縮小画像は伝送路を通じて伝送される。逆符号化過程104は符号化された縮小画像より縮小画像を復元する。アップサンプリング過程106は縮小画像ブロックに対して補間処理を行い、元の2進画像ブロックの大きさを有するブロックを復元する。
【0009】
図2は図1に示したダウンサンプリング過程をさらに詳細に説明するためのものである。2進画像のマクロブロックが図2に示されており、ここで、"○"で表示した円は2進画素に相応する。図2の円内に示したように、マクロブロック内の"○"で表示した画素は"×"で表示した画素に変換する。ここで、マクロブロックの大きさは変換率に応じて決められる。MPEG−4において変換率は1、1/2、1/4などに決定される。このような変換を2進画像の全てのマクロブロックに対して行うことにより、変換率ほど縮小された画像(縮小画像)が得られる。図2はマクロブロックの"○"で表示した4個の画素が画素201に縮小された場合、即ち、変換率が1/2の場合を示している。
ダウンサンプリングにおいて4個の画素("0"で表示した)のうち半分以上の画素が"1"であれば変換された画素("×"で表示した)の画素値は"1"となる。ここで、"1"の値を有する画素は客体を含むピクチュア(picture)を示し、"0"の値を有する画素は客体の外部にあるピクチュアを示す。"1"の画素と"0"の画素を両方とも有するマクロブロックは客体情報の境界ブロックを示す。
【0010】
図3は図1に示したアップサンプリング過程をさらに詳細に説明するためのものである。アップサンプリング過程で縮小画像ブロックに含まれた画素を用いた補間処理により元の2進ブロックの大きさを有するマクロブロックが復元される。
図3において"×"で表示した画素は復元された形状ブロックの画素を示し、"○"で表示した画素は縮小された形状ブロックの画素を示す。
基本的に、復元された形状ブロック300の画素("×"で表示した)は円303内に示したように、縮小形状マクロブロックの隣る画素("0"で表示した)より獲得される。形状ブロック300の境界線上にある画素は隣接するマクロブロックの画素及びボーダー(border)内の画素より獲得される。
例えば、上側のボーダー301と左側のボーダー302の画素はそれぞれ上側のマクロブロックと左側のマクロブロックに属するダウンサンプリングされた画素として参照される。
マクロブロック300の下側の境界と右側の境界の画素はブロック300外部の隣接する画素を参照し、ブロック外部の画素は図3に示したようなブロック内部の最外側の画素を拡張することにより獲得される。
【0011】
図4に基づき従来の補間方法を詳細に説明する。
図4においてA、B、C、D、E、F、G、H、I、J、K、Lで示した画素は補間に関与する画素(注目画素)であり、P1、P2、P3、P4は補間により生じた画素(補間画素)である。ここで、注目画素A、B、C、D、E、F、G、H、I、J、K、Lは補間画素P1、P2、P3、P4を取り囲んでいる画素である。さらに、注目画素は縮小画像に属する画素であり、補間画素は復元された2進画像に属する画素である。
【0012】
まず、補間値INP[P]を算出する。
INP[P1]=r*A+s*(B+C+D)+t*(E+F+G+H+I+J+K+L)
INP[P2]=r*B+s*(A+C+D)+t*(E+F+G+H+I+J+K+L)
INP[P3]=r*C+s*(A+B+D)+t*(E+F+G+H+I+J+K+L)
INP[P4]=r*D+s*(A+B+C)+t*(E+F+G+H+I+J+K+L)
ここで、それぞれ補間画素からの距離に応じる加重値としてrは最も近くに隣る注目画素の加重値、その次に近くに隣る注目画素の加重値、それから周りに位置する注目画素の加重値であり、r>s>tの関係を満足する。
【0013】
次は、算出された補間値INP[P]と臨界値THRとを比較する。ここで、臨界値は最大の補間値の1/2となる値である。例えば、r、s、及びtの値がそれぞれ4、2、及び1であれば、臨界値THRは8となる。補間値INP[P]が臨界値THRより大きいならば補間画素の画素値は"1"となり、そうでない場合は"0"となる。
ここで、適用された臨界値THRは一つであるが、補間値INPは複数になることもあり得るため、補間値INP[P]と臨界値THRとが相互近接した場合は適用された画素値が正確かどうかが不明になる曖昧性が存在する。これにより、復元された2進画像におけるブロックキング現象あるいはスムージング現象が深刻化する問題点がある。
ブロックキングあるいはスムージング現象を改良するために補間値INP[P]と比較される臨界値を補間画素の周りの画素(参照画素)の状態値(コンテクスト)により適応的に決定することによって補間画素の画素値の決定時の曖昧性を緩和する。
【0014】
本発明の一実施形態に係る改良した補間方法を図5乃至図8に基づき説明する。図5乃至図8において"0"で表示したものA、B、C、D、E、F、G、H、I、J、K、Lは縮小画像に属する注目画素であり、E、F、G、H、I、J、K、Lは参照画素であり、また"×"で表示したものP1、P2、P3、P4は復元された2進画像の画素(補間画素)である。
【0015】
まず、補間値INP[P]を算出する。
IMP[P1]=r*A+s*(B+C+D)+t*(E+F+G+H+I+J+K+L)
IMP[P2]=r*B+s*(A+C+D)+t*(E+F+G+H+I+J+K+L)
IMP[P3]=r*C+s*(A+B+D)+t*(E+F+G+H+I+J+K+L)
IMP[P4]=r*D+s*(A+B+C)+t*(E+F+G+H+I+J+K+L)
ここで、r、s、tはそれぞれ補間画素からの距離に応じる加重値であり、それぞれ最も近くに隣る注目画素の加重値、その次に近くに隣る注目画素の加重値、それから最も遠くに位置する注目画素の加重値であり、さらにr>s>tの関係を満足する。r、s、及びtの値は例えばそれぞれ4、2、及び1である。
【0016】
次に、参照画素の状態値(コンテクスト)を算出する。コンテクストは次の<数2>により算出される。
【数2】
ここで、Pは補間画素の位置、Oは参照画素をそれぞれ示し、kは参照画素が参照される順番あるいは加重値を示すインデックスである。ここで、インデックスkは補間画素と隣接する注目画素との相対的な位置に応じて変わる。図5乃至図8に示したのはそれぞれP1乃至P4を補間する時の参照画素のインデックスである。
【0017】
次いで、算出されたコンテクストの値に応ずる臨界値THRcを図9に示した臨界値表に基づき決定する。図9に示した臨界値テーブルは縮小画像と復元された2進画像との比較により復元誤差が少なくなるよう実験的に決定されものである。
図9に示した臨界値テーブルにおいて最左側の列はコンテクストの値を順番に16個ずつ組んで配列したものであり、各行は各コンテクストの値に相当する臨界値を並べたものである。
コンテクストを得るための参照画素の個数が8であるためこれらの可能な組合は総256個である。
【0018】
図5でコンテクストの値が0の場合は参照画素"F E L K J I H G"の値が"00000000"の場合であり、コンテクストの値が1の場合は"10000000"の場合であり、コンテクストの値が2の場合は"01000000"の場合であり、コンテクスト値が255の場合は"11111111"の場合であ
る。
【0019】
図9の臨界値テーブルに示したように、コンテクストの値が0の場合の臨界値は400における5であり、コンテクストの値が1の場合の臨界値は402における6であり、コンテクストの値が2の場合の臨界値は404における6であり、コンテクストの値が255の場合の臨界値は406における14である。
補間値INP[P]とコンテクストに応ずる臨界値THRcとを比較して補間画素の画素値を決定する。
補間値INP[P]がもしコンテクストに応ずる臨界値THRcより大きいならば補間画素の画素値は"1"になり、小さいならば"0"になる。
【0020】
本発明において用いられる臨界値テーブルは参照画素値に鑑みて効率的に決定できる。
参照画素値に鑑みて臨界値テーブルを作成する過程を図5乃至図13に基づき説明すれば次の通りである。
1)参照画素値の総和が取れる値を求める。
ここで、参照画素値の総和とはコンテクストを算出するに寄与する参照画素の画素値を全部加えたものである。例えば、図5においてE、F、G、H、I、J、K、Lで表記された参照画素の画素値を全部和したものをいう。図5に示した場合において、参照画素の個数は総8つなので参照画素値の総和が取れる値は0、1、2、3、4、5、6、7、8の9個のうち何れか1個である。
【0021】
2)参照画素値の総和が取れる値のそれぞれに対して補間値が取れる値を求める。
図10は参照画素値の総和と補間値が取れる値との関係を示すためのものである。図10に示したテーブルにおいて、最左側の列は参照画素値の総和を大きさの順に配列したものであり、各行は得られた参照画素値の総和に対し補間値が取れる値を並べたものである。ここで、加重値r、s、tはそれぞれ4、2、1を適用した。
例えば、参照画素値の総和が0の時、つまり、参照画素の画素値が全て0の時、補間値は0、2、4、6、8、10のうち何れか一つである。
補間値が0の場合は隣接する注目画素A、B、C、Dが全て"0"の場合に相当し、10の場合は隣接する注目画素A、B、C、Dが全て"1"の場合に相当する。
同じく参照画素値の総和が8の時、つまり、参照画素の画素値が全て1の時、補間値は8、10、12、14、16、18のうち何れか一つである。
【0022】
3)補間値が取れる値に対応する可能な臨界値の候補値を設定する。
図11は補間値が取れる値に対応する臨界値の候補値を設定した例を示すものである。図11において、可能な臨界値の候補値は臨界値が取れる値を大きさ順に並べた時隣接する二値との中間値に設定されたものである。
4)参照画素値の総和が取れる値に相応するコンテクスト値のそれぞれに対して設定された臨界値の候補値の中で臨界値を選択する。ここで、臨界値は設定された臨界値の候補値のうち中間値になることもありうる。
5)コンテクストと前記選定された臨界値をマッチングしてテーブルを作成する。ここで、それぞれのコンテクストはそれに相応する参照画素値の総和に対して選択された臨界値にマッチングされる。
【0023】
図12は図11に示した臨界値の候補値のうち中間値を取ってコンテクストの可能な組合に対し適用したものを示している。
図12の臨界値テーブルに示したように、コンテクストの値が0の場合の臨界値は600における5であり、コンテクストの値が1の場合の臨界値は602における6であり、コンテクストの値が2の場合の臨界値は604における6であり、コンテクストの値が255の場合の臨界値は606における13である。
【0024】
コンテクストの値が0であれば図10で参照画素値の総和が"0"の場合であり、この場合存在しうる臨界値の候補値は図11で−1、1、3、5、7、9、11のうち何れか一つであり、これらの中で中間値を取れれば臨界値は5となる。コンテクストの値が1であれば図10で参照画素値の総和が"1"の場合であり、この場合存在しうる臨界値の候補値は図11で0、2、4、6、8、10、12のうち何れか一つであり、これらの中で中間値を取れれば臨界値は6となる。コンテクストの値が2であれば図10で参照画素値の総和が"2"の場合であり、この場合存在しうる臨界値の候補値は図11で1、4、5、7、9、11、13のうち何れか一つであり、これらの中で中間値を取れれば臨界値は7となる。コンテクストの値が255であれば図10で参照画素値の総和が"8"の場合であり、この場合存在しうる臨界値の候補値は図11で7、9、11、13、15、17、19のうち何れか一つであり、これらの中で中間値を取れれば臨界値は13となる。
【0025】
また、図12に示した臨界値に±2の可変範囲をおき、実際の2進画像に適用して誤差が最小値を取って作成したものが図13に示した臨界値テーブルである。
本発明によれば補間画素の周囲にある注目画素の状態値(コンテクスト)により補間値と臨界値との間の曖昧性をなくす。これにより、復元された2進画像におけるブロックキング現象、スムージング現象が縮まる。
【0026】
図14乃至図16は本発明に係る効果を示すためのものである。図14は子供たちが遊んでいる様子を示した元の2進画像であり、図15は従来の双線形補間による補間結果を示したものであり、図16は本発明で提案した方法による補間結果を示したものである。
図15と図16の比較結果で示したように、本発明の補間方法により復元された画像は従来の双線形補間により復元された画像に比べてブロックキング現象及びスムージング現象がに大いに減ったことが分かる。
【0027】
【発明の効果】
本発明の補間方法によれば、補間画素周囲の注目画素の状態値(コンテクスト)により補間値と臨界値との間の曖昧性を取り除くことによって復元された2進画像におけるブロックキング現象、スムージング現象が縮まる。
また、本発明の補間方法によればコンテクストの組合にともなう臨界値をあらかじめ得られた臨界値テーブルより迅速に得ることができるため補間速度を改良できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 MPEG−4の2進画像符号化及び復号化の方法を示したものである。
【図2】 前記図1に示したダウンサンプリング過程が行われた形状マクロブロックを示したものである。
【図3】 前記図1に示したアップサンプリング過程が行われた形状マクロブロックを示したものである。
【図4】 従来の補間方法を説明するためのものである。
【図5】 本発明に係る補間方法を説明するためのものである。
【図6】 本発明に係る補間方法を説明するためのものである。
【図7】 本発明に係る補間方法を説明するためのものである。
【図8】 本発明に係る補間方法を説明するためのものである。
【図9】 臨界値テーブルの例を示したものである。
【図10】 参照画素値の総和と補間値が取れる値との関係を示すためのものである。
【図11】 参照画素値の総和が取れる値に相応する可能な臨界値の候補値の例を示すものである。
【図12】 前記図11に示した臨界値の候補値をコンテクストの可能な組合に対し適用したものを示すものである。
【図13】 前記図12の臨界値の限られた範囲に鑑みて作成されたコンテクストの可能な組合に対する臨界値テーブルを示すものである。
【図14】 元の2進画像を示す図である。
【図15】 前記図14の2進画像に対する、従来の技術の補間効果を示す図である。
【図16】 前記図14の2進画像に対する、本発明に係る補間効果を示す図である。
【符号の説明】
100 ダウンサンプリング過程
102 符号化過程
104 逆符号化過程
106 アップサンプリング過程
CR 変換率
201 画素
300 ブロック
301 上限のボーダー
302 下限のボーダー
A,B,C,D,E,F,G,H,I,J,K,L 画素
P1,P2,P3,P4 補間画素
INP[P] 補間値
THR,THRc 臨界値
r,s,t 加重値
P 補間画素の位置
O 参照画素
k 参照画素のインデックス
Claims (8)
- ダウンサンプリングにより縮小された2進画像ブロックより元の2進画像ブロックの大きさを有するブロックを復元する補間方法において、補間画素の周りに位置する縮小画像の画素(参照画素)の状態値(コンテクスト)及びそれぞれのコンテクストCPに対応する臨界値を有する臨界値テーブルを作成する過程と、
補間画素に隣接するかあるいはその周囲に位置する縮小画像の画素(注目画素)に基づき補間値を算出する過程と、
補間画素の周囲に位置する縮小画像の画素(参照画素)のコンテクストCPを算出する過程と、
前記算出されたコンテクストに相応する臨界値を前記臨界値テーブルより獲得する過程と、
前記補間値と獲得された臨界値とを比較し、補間値が獲得された臨界値より大きいならば補間画素の画素値を"1"と、その反対の場合は"0"と決定する過程とを含む2進画像の補間方法。 - 前記補間値の算出過程は、注目画素のうち補間画素P1、P2、P3、及びP4の直ぐ隣りに位置する4個の画素をA、B、C、Dとし、これら(A、B、C、D)の周りに位置する8個の画素をE、F、G、H、I、J、K、Lとし、INP[P]を補間画素Pの補間値とした場合、
INP[P1]=r*A+s*(B+C+D)+t*(E+F+G+H+I+J+K+L)
INP[P2]=r*B+s*(A+C+D)+t*(E+F+G+H+I+J+K+L)
INP[P3]=r*C+s*(A+B+D)+t*(E+F+G+H+I+J+K+L)
INP[P4]=r*D+s*(A+B+C)+t*(E+F+G+H+I+J+K+L)
(ここで、r、s、tは補間画素からの距離に応じる加重値であって、それぞれ補間画素から最も近くに位置する注目画素の加重値、その次に近く位置する3つの注目画素の加重値、それから周りに位置する8つの注目画素の加重値であり、r>s>tの関係を満足する)
のような補間方法により補間値を算出することを特徴とする請求項1に記載の2進画像の補間方法。 - 前記コンテクストの算出過程において、
前記参照画素のインデックスは補間画素と隣接する注目画素との相対的な位置に応じて変わることを特徴とする請求項3に記載の2進画像の補間方法。 - 前記臨界値テーブルの作成過程は、
参照画素値の総和が取れる値を求める過程と、
参照画素値の総和が取れる値のそれぞれに対し補間値が取れる値を求める過程と、
前記補間値が取れる値に対し可能な臨界値の候補値を設定する過程と、
参照画素値の総和が取れる値に相応するコンテクストのそれぞれに対し設定された臨界値の候補値のうち臨界値を選択して臨界値テーブルを作成する過程とを含む請求項1に記載の2進画像の補間方法。 - 前記補間値が取れる値に対応する臨界値の候補値を設定する過程は、補間値が取れる値を順番に並べた時に隣接する二値の中間値を取って臨界値の候補値として設定することを特徴とする請求項5に記載の2進画像の補間方法。
- 参照画素値の総和が取れる値のそれぞれに対し設定された臨界値の候補値のうち臨界値を選択する過程は、設定された臨界値の候補値の中間値を取って前記臨界値として設定することを特徴とする請求項5に記載の2進画像の補間方法。
- 決定された臨界値に所定の可変範囲を与えた上で、実際の2進画像に適用し、誤差の少ないものを選択して臨界値テーブルを調整する過程をさらに備えることを特徴とする請求項7に記載の2進画像の補間方法。
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