JP4101329B2 - ブロック歪み除去フィルタ、画像処理装置および画像信号のフィルタリング方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はブロック歪み除去フィルタ、画像処理装置および画像信号のフィルタリング方法に関する。特に本発明は、例えば、画像の圧縮符号化または復号化処理の際に発生するブロック歪みを除去するためのブロック歪み除去フィルタおよびこれを用いた画像処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
画像圧縮符号化技術を用いて画像を高能率圧縮した場合、様々な圧縮符号化技術に特有の画質劣化が生じることが多い。例えば、ＤＣＴ（離散コサイン変換）等を用いてブロック単位で画像圧縮を行う符号化方式の場合、ブロックの境界が不連続となるブロック歪みが生じることがある。
【０００３】
ブロック歪みは、ブロック単位で処理を行う圧縮符号化技術において視覚的に最も目立つ画質劣化であり、画質を向上させるためにはこれを低減または除去する必要がある。そのために従来行われてきた方法は、ブロック歪みを含む復号画像に対して局所的あるいは大域的に低域通過フィルタをかけることであった。
【０００４】
図８は、従来の低域通過フィルタによるブロック歪みの除去処理を説明するための図であり、図８（ａ）はフィルタ処理前の復号画像の輝度値を示し、図８（ｂ）はフィルタ処理後の輝度値を示す。なお、これらの図では画像中のブロック境界に直交した４本のスキャンラインが代表として示されており、それぞれのラインの縦方向は、黒丸で示した各ライン上に並べられた画素の輝度レベルを表している。
【０００５】
図８（ａ）に示すように、点線で示すブロック境界に直交する各ラインにおいて輝度レベルに差分Δが一律に生じており（Δの値は各ライン毎に多少異なる場合もあるが、ほとんど同じ値である）、ブロック境界が不連続となるブロック歪みが生じている。このようなブロック歪みがあると、復号画像がその場所においてモザイク的に見えてしまい、視覚的にかなり見づらいものとなってしまう。
【０００６】
そこで従来は、図８（ｂ）に示すように、ブロック境界における輝度レベルの差分Δを低域通過フィルタによって鈍らせ、輝度値の直線的なエッジをなくすことによってブロック歪みを低減するようにしていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、低域通過フィルタを用いてブロック歪みの除去処理を行うと、ブロック歪み以外の元々の画像の高域成分も除去されてしまい、画像がぼやけたものになってしまうという問題があった。
また、図８（ａ）に示したブロック境界における差分Δの値が小さい場合は、その差分Δで示される直線的なエッジを鈍らせる効果は小さくなり、ブロック歪みを効果的に除去できないという問題もあった。
【０００８】
後者の問題に関して例を挙げると、輝度２５６階調の画像において差分Δの値が“１”しかない場合、その差分Δには中間値が存在しないので低域通過フィルタの効果は全く期待できず、ブロック歪みが視覚的にはっきりと知覚されてしまっていた。このように差分Δの小さいブロック歪みであっても目障りであることが多いので、差分Δの小さいブロック歪みを除去することができない従来技術では、ブロック歪みによる画質劣化を十分に抑制することができなかった。
【０００９】
本発明は、このような問題を解決するために成されたものであり、原画像の高域成分を損なうことなくブロック歪みを除去することができ、しかも、ブロック境界における信号の差分値が小さいブロック歪みでも十分に除去できるブロック歪み除去フィルタおよび除去方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明のブロック歪み除去フィルタは、一画像を形成する複数の画素ブロックに含まれる画素信号が与えられて、上記複数の画素ブロックのブロック境界周辺の少なくとも２個の画素信号レベルの差を検出する検出手段と、上記差と基準値とを比較する比較手段と、乱数を発生する発生手段と、上記乱数をもとに複数の画素値パターンの１つを選択する選択手段と、上記差が上記基準値より小さいときに、上記ブロック境界周辺の画素信号レベルに、上記選択手段により選択された画素値パターンに示されている画素値を加えて、上記ブロック境界に沿ったエッジの直線性を乱す加算手段とを備え、上記複数の画素値パターンは、互いに異なる画素値パターンであり、且つ上記複数の画素値パターンの夫々は、上記ブロック境界に沿ったエッジの直線性を乱すための複数の画素値を有することを特徴とする。
【００１１】
本発明の画像処理装置は、符号化された一画像を形成する複数の画素ブロックに含まれる画素信号を復号化する復号化手段と、上記復号化された画素信号が与えられて、上記複数の画素ブロックのブロック境界周辺の少なくとも２個の画素信号レベルの差を検出する検出手段と、上記差と基準値とを比較する比較手段と、乱数を発生する発生手段と、上記乱数をもとに複数の画素値パターンの１つを選択する選択手段と、上記差が上記基準値より小さいときに、上記ブロック境界周辺の画素信号レベルに、上記選択手段により選択された画素値パターンに示されている画素値を加えて、上記ブロック境界に沿ったエッジの直線性を乱す加算手段とを備え、上記複数の画素値パターンは、互いに異なる画素値パターンであり、且つ上記複数の画素値パターンの夫々は、上記ブロック境界に沿ったエッジの直線性を乱すための複数の画素値を有することを特徴とする。
【００１２】
本発明の画像処理装置の他の一態様例では、一画像を形成する複数の画素ブロックに含まれる画素信号の予測誤差信号を符号化する符号化手段と、上記符号化された画素信号を復号化する復号化手段と、上記復号化された画素信号が与えられて、上記複数の画素ブロックのブロック境界周辺の少なくとも２個の画素信号レベルの差を検出する検出手段と、上記差と基準値とを比較する比較手段と、乱数を発生する発生手段と、上記乱数をもとに複数の画素値パターンの１つを選択する選択手段と、上記差が上記基準値より小さいときに、上記ブロック境界周辺の画素信号レベルに、上記選択手段により選択された画素値パターンに示されている画素値を加えて、上記ブロック境界に沿ったエッジの直線性を乱す加算手段と、上記加算手段の出力信号から予測信号を発生する予測手段と、上記一画像を形成する複数の画素ブロックに含まれる画素信号と上記予測信号との差分をとり、上記予測誤差信号を生成する差分手段とを備え、上記複数の画素値パターンは、互いに異なる画素値パターンであり、且つ上記複数の画素値パターンの夫々は、上記ブロック境界に沿ったエッジの直線性を乱すための複数の画素値を有することを特徴とする。
【００１３】
本発明の画像信号のフィルタリング方法は、一画像を形成する複数の画素ブロックに含まれる画素信号を供給する供給ステップと、上記複数の画素ブロックのブロック境界周辺の少なくとも２個の画素信号レベルの差を検出する検出ステップと、上記差と基準値とを比較する比較ステップと、乱数を発生する発生ステップと、上記乱数をもとに複数の画素値パターンの１つを選択する選択ステップと、上記差が上記基準値より小さいときに、上記ブロック境界周辺の画素信号レベルに、上記選択ステップにより選択された画素値パターンに示されている画素値を加えて、上記ブロック境界に沿ったエッジの直線性を乱す加算ステップとを含み、上記複数の画素値パターンは、互いに異なる画素値パターンであり、且つ上記複数の画素値パターンの夫々は、上記ブロック境界に沿ったエッジの直線性を乱すための複数の画素値を有することを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明のブロック歪み除去フィルタの一実施形態を示す図である。図１に示すブロック歪み除去フィルタは、ブロック境界差分検出部１と、しきい値判定部２と、パターン選択部３と、乱数発生部４と、加算器５とを有する。
【００２１】
ブロック境界差分検出部１は、複数のブロックに分割された画像（例えばＤＣＴ等を用いてブロック単位で符号化された画像を復号化した復号画像）中のブロック境界における信号値（例えば輝度信号値）の差分を検出する。また、しきい値判定部２は、検出された差分の絶対値と所定のしきい値とを比較して、該当するブロック境界においてブロック歪み除去処理を行うか否かを判定する。
【００２２】
パターン選択部３は、ブロック境界に直交するスキャンライン上におけるブロック境界の周囲複数画素の信号値に対して加算する加算値のパターンを、複数のパターンからランダムに選択する。乱数発生部４は、例えば２ビットの疑似乱数を発生する。発生した乱数によりパターン選択部３は複数のパターンからランダムにパターンを選択する。また、加算器５は、しきい値判定部２でブロック歪み除去処理を行うと判定したときに、ブロック境界の周囲複数画素の信号値のそれぞれに対して、パターン選択部３で選択された加算値を加算する。
【００２３】
以下、図１に示すブロック歪み除去フィルタの動作を、図２および図３を参照しながら説明する。
図２（ａ）に示すように、ブロック境界に直交してラスタスキャンを行ったとき、スキャンライン上の画素位置ｎとｎ＋１との間に点線で示すブロック境界があるとする。この場合、ブロック境界における両画素の例えば輝度信号の差分値Δは、画素位置ｎにおける画素値をＸn で表すと、
Δ＝Ｘn+1 −Ｘn
となり、図３のステップＳ１において図１のブロック境界差分検出部１で求められる。
【００２４】
次に、ステップＳ２でこの差分値Δの絶対値｜Δ｜と所定のしきい値Ｔｈとの大小をしきい値判定部２で比較する。そして、差分絶対値｜Δ｜がしきい値Ｔｈより小さいときは、ここにブロック歪みが存在するとみなしてステップＳ３以降のブロック歪み除去処理を行う。一方、差分絶対値｜Δ｜がしきい値Ｔｈ以上のときは、その画素値の差は原画像に存在するエッジ成分とみなして、スキャンライン上の輝度値をそのまま出力するようにする。
【００２５】
ブロック歪みは、本来は存在しないはずであるにも拘わらず残留しているノイズであるので、原画像に存在するエッジ成分に比べて差分絶対値｜Δ｜は小さいことが多い。したがって、差分絶対値｜Δ｜がしきい値Ｔｈより小さいときにのみブロック歪み除去処理を行い、差分絶対値｜Δ｜がしきい値Ｔｈ以上のときに処理除外としても、ほとんどのブロック歪みは除去することができる。
【００２６】
むしろ、差分絶対値｜Δ｜が大きいときにも処理対象とすると、輝度値のランダム化によって生じるノイズが大きくなってしまうので、それ自体が画質劣化につながる恐れがある。したがって、全てのブロック境界に対して一律に処理を施すことも可能であるが、本実施形態のようにしきい値判定を行うことで、ほとんどのブロック歪みを除去することができるとともに、ブロック歪み除去処理を行うことによって却って画質が劣化してしまう不都合を防止することができるようになる。
【００２７】
ステップＳ２においてしきい値判定部２により、差分絶対値｜Δ｜がしきい値Ｔｈより小さくブロック歪みが存在すると判定された場合は、ステップＳ３において、乱数発生部４で発生された例えば２ビットの疑似乱数に従ってパターン選択部３が、１つのスキャンライン上にあるブロック境界周囲の複数画素の信号値（本実施形態では、画素位置ｎ−１，ｎ，ｎ＋１，ｎ＋２の４つの画素値）に対して加算する加算値のパターンを、以下に示す４つのパターンの中から１つランダムに選択する。
【００２８】
パターン Ｘn-1 Ｘn Ｘn+1 Ｘn+2
１） ＋Δ ０ −Δ ０
２） ０ ＋Δ ０ −Δ
３） ０ ＋Δ −Δ ０
４） ＋Δ ０ ０ −Δ
【００２９】
そして、ステップＳ４で加算器５により、パターン選択部３で選択されたパターンの加算値をブロック境界周辺の４つの画素値Ｘn-1 ，Ｘn ，Ｘn+1 ，Ｘn+2 に対して加算し、その加算結果を出力する。例えば、パターン１）が選択された場合は、画素値Ｘn-1 には＋Δが、画素値Ｘn+1 には−Δがそれぞれ加算されて出力され、画素値Ｘn ，Ｘn+2 はそのままの値が出力される。
【００３０】
１つのスキャンラインに対して上述のようなパターン選択および加算処理が終わったら、次のスキャンラインに対して同様の処理を行う。このような処理を各スキャンライン（図２（ａ）の例では４本）に対して行うと、図２（ｂ）に示すように、各スキャンラインでランダムにパターンが選択されることによってブロック境界における信号差分値の直線的なエッジが消滅し、ブロック歪みが除去される。
【００３１】
この実施形態では、同一ブロック境界上で隣接する２本のスキャンラインに対して同じパターンを連続して選択する確率は１／４である。このように本実施形態のブロック歪み除去フィルタでは、連続して同じパターンを選択する確率が低いので、ブロック境界における信号差分値の規則性を乱すことによりブロック歪みが効果的に除去される。なお、同じパターンを連続して選択する可能性もあるが、その確率は低いため視覚的には問題ない。
【００３２】
本実施形態では、差分値Δがしきい値Ｔｈより小さい場合にのみ上述のようなブロック歪み除去処理を行い、しかも、その処理の対象はブロックの境界の両側２画素の狭い範囲内に限られているため、原画像の高域成分をあまり損なわずにブロック歪みの除去を行うことが可能である。なお、図２（ｂ）に示すような輝度信号値を持つ画像では、ブロックの境界付近において値的には乱れているが、差分値Δが小さいので視覚的には何ら問題ないものとなっている。なお、処理の対象は、ブロックの境界の両側２画素に限らず３画素以上でも良い。３画素以上の方が同じパターンを連続して選択しない確率が高まり、ブロック歪み除去性が高まる。
【００３３】
さらに、本実施形態では、画素ブロックの境界に沿ったエッジの直線性を乱すことによってブロック歪みを除去しているので、差分値Δが非常に小さい場合（特に、Δ＝１の場合）においても効果的にブロック歪みを除去することができる。
【００３４】
なお、本実施形態の処理で除去されるブロック歪みは、図２（ａ）（ｂ）に示すようにスキャンラインと直交する方向のものである。したがって、例えば矩形ブロックの場合には、水平方向のスキャンラインに対する処理と、垂直方向のスキャンラインに対する処理とをカスケードで行うことにより、水平方向および垂直方向の双方のブロック歪みに対して対応することができる。
【００３５】
ここで、画像信号の水平および垂直方向におけるブロック歪み除去について、図４を用いて説明する。図４は、図１の実施形態を適応した例である。
図４において、６は外部から入力した画像信号を記憶する画像メモリである。７は該画像メモリ６からの画像信号を水平および垂直方向に走査して画像の輝度信号を出力する走査回路である。８は該走査回路７で水平および垂直方向のどちらの方向を走査するかを指示するコントロール回路である。９はブロック歪み除去フィルタであり、例えば図１に示した回路で構成される。
【００３６】
次に、動作について説明する。
画像メモリ６に記憶された画像信号は、走査回路７に供給される。コントロール回路８は、走査回路７に対し入力する画像信号の走査方向を水平方向に切り替えるように指示する。これにより、走査回路７は、入力する画像信号を水平方向に走査し、水平方向の画像の輝度信号をブロック歪み除去フィルタ９に出力する。ブロック歪み除去フィルタ９は、入力する輝度信号を加工処理して画像メモリ６にフィードバックする。
【００３７】
水平方向の走査が終わると、次に垂直方向の走査をするべく、コントロール回路８は、走査回路７に対し入力する画像信号の走査方向を垂直方向に切り替えるように指示する。そして、走査回路７は、水平方向の走査と同様に入力する画像信号を垂直方向に走査し、垂直方向の画像の輝度信号をブロック歪み除去フィルタ９に出力する。ブロック歪み除去フィルタ９は、入力する輝度信号を加工処理して画像メモリ６にフィードバックする。
【００３８】
なお、以上の例では先に水平方向のブロック歪み除去を行い、次に垂直方向のブロック歪み除去を行うようにしたが、この順番は逆でも構わない。
【００３９】
以上に述べた本実施形態のブロック歪み除去フィルタを、静止画像符号化または予測を使用しない動画像符号化に適用した場合、および動画像予測符号化に適用した場合の応用例について、図５〜図７を参照して説明する。
図５は、静止画像符号化または予測を使用しない動画像符号化に対応した装置の構成例を示し、図６および図７は、動画像予測符号化に対応した装置の構成例を示す。
【００４０】
静止画像符号化または予測を使用しない動画像符号化の場合は、図５に示すように、復号化装置において本実施形態のブロック歪み除去フィルタを復号化器１０の後段にポストフィルタ１１として適用する。図示しない符号化装置により符号化された画像データ（一画像を形成する複数の画素ブロックに含まれる画素信号）を復号化器１０で復号化してポストフィルタ１１（ブロック歪み除去フィルタ）に与え、画像に生じるブロック歪みを除去する。ここで、符号化が矩形ブロックを単位として行われる場合、本実施形態のブロック歪み除去フィルタは、水平方向のスキャンラインに対する処理と、垂直方向のスキャンラインに対する処理とをカスケードで行うこととなる。
【００４１】
また、動画像予測符号化の場合は、図示しない符号化器の後段に図５に示した復号化器１０、ポストフィルタ１１を設けても良いが、図６に示すように、本実施形態のブロック歪み除去フィルタをローカル復号化器１４の出力に対するループフィルタ１５として使用することもできる。この場合には、符号化器１３により符号化された予測誤差である画像データ（一画像を形成する複数の画素ブロックに含まれる画素信号）がローカル復号化器１４で復号化され、その復号画像データが、ループフィルタ１５（ブロック歪み除去フィルタ）によりブロック歪みが除去された上で予測器１６に供給される。予測器１６により生成された予測信号が差分器１２に与えられる。差分器１２は、入力画像信号と予測信号とを比較し、その差分（予測誤差）信号を符号化器１３に与える。
【００４２】
図６に示す符号化装置に対応する復号化装置は、図７のように構成される。図６の符号化器１３により符号化された予測誤差である画像データ（一画像を形成する複数の画素ブロックに含まれる画素信号）が図７に示す復号化器１７で復号化される。復号化された画像データと予測器２０からの予測信号とが加算器１８にて加算されて本実施形態のブロック歪み除去フィルタ１９に入力され、ここでブロック歪みが除去された上で予測器２０にフィードバックされる。
【００４３】
図６および図７に示すように、本実施形態のブロック歪み除去フィルタを符号化装置側と復号化装置側との両方に適用することにより、図５のように復号化装置側で単純にポストフィルタとして適用した場合に比べて、より強力なブロック歪み除去効果を得ることができる。
【００４４】
【発明の効果】
本発明によれば、原画像の高域成分を損なうことなく、ブロックの境界における画素値の差分が小さなブロック歪みを効果的に除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のブロック歪み除去フィルタの一実施形態を示すブロック図である。
【図２】本実施形態のブロック歪み除去フィルタの動作を説明するための図である。
【図３】本実施形態のブロック歪み除去フィルタの動作を説明するためのフローチャートである。
【図４】本実施形態のブロック歪み除去フィルタを画像信号処理に適応した例を示す図である。
【図５】本実施形態のブロック歪み除去フィルタの応用例を示す図である。
【図６】本実施形態のブロック歪み除去フィルタの応用例を示す図である。
【図７】本実施形態のブロック歪み除去フィルタの応用例を示す図である。
【図８】従来のブロック歪み除去フィルタの動作を説明するための図である。
【符号の説明】
１ ブロック境界差分検出部
２ しきい値判定部
３ パターン選択部
４ 乱数発生部
５ 加算器
６ 画像メモリ
７ 走査回路
８ コントロール回路
９ ブロック歪み除去フィルタ
１０ 復号化器
１１ ポストフィルタ（ブロック歪み除去フィルタ）
１２ 差分器
１３ 符号化器
１４ ローカル復号化器
１５ ループフィルタ（ブロック歪み除去フィルタ）
１６ 予測器
１７ 復号化器
１８ 加算器
１９ ブロック歪み除去フィルタ
２０ 予測器
【発明の属する技術分野】
本発明はブロック歪み除去フィルタ、画像処理装置および画像信号のフィルタリング方法に関する。特に本発明は、例えば、画像の圧縮符号化または復号化処理の際に発生するブロック歪みを除去するためのブロック歪み除去フィルタおよびこれを用いた画像処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
画像圧縮符号化技術を用いて画像を高能率圧縮した場合、様々な圧縮符号化技術に特有の画質劣化が生じることが多い。例えば、ＤＣＴ（離散コサイン変換）等を用いてブロック単位で画像圧縮を行う符号化方式の場合、ブロックの境界が不連続となるブロック歪みが生じることがある。
【０００３】
ブロック歪みは、ブロック単位で処理を行う圧縮符号化技術において視覚的に最も目立つ画質劣化であり、画質を向上させるためにはこれを低減または除去する必要がある。そのために従来行われてきた方法は、ブロック歪みを含む復号画像に対して局所的あるいは大域的に低域通過フィルタをかけることであった。
【０００４】
図８は、従来の低域通過フィルタによるブロック歪みの除去処理を説明するための図であり、図８（ａ）はフィルタ処理前の復号画像の輝度値を示し、図８（ｂ）はフィルタ処理後の輝度値を示す。なお、これらの図では画像中のブロック境界に直交した４本のスキャンラインが代表として示されており、それぞれのラインの縦方向は、黒丸で示した各ライン上に並べられた画素の輝度レベルを表している。
【０００５】
図８（ａ）に示すように、点線で示すブロック境界に直交する各ラインにおいて輝度レベルに差分Δが一律に生じており（Δの値は各ライン毎に多少異なる場合もあるが、ほとんど同じ値である）、ブロック境界が不連続となるブロック歪みが生じている。このようなブロック歪みがあると、復号画像がその場所においてモザイク的に見えてしまい、視覚的にかなり見づらいものとなってしまう。
【０００６】
そこで従来は、図８（ｂ）に示すように、ブロック境界における輝度レベルの差分Δを低域通過フィルタによって鈍らせ、輝度値の直線的なエッジをなくすことによってブロック歪みを低減するようにしていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、低域通過フィルタを用いてブロック歪みの除去処理を行うと、ブロック歪み以外の元々の画像の高域成分も除去されてしまい、画像がぼやけたものになってしまうという問題があった。
また、図８（ａ）に示したブロック境界における差分Δの値が小さい場合は、その差分Δで示される直線的なエッジを鈍らせる効果は小さくなり、ブロック歪みを効果的に除去できないという問題もあった。
【０００８】
後者の問題に関して例を挙げると、輝度２５６階調の画像において差分Δの値が“１”しかない場合、その差分Δには中間値が存在しないので低域通過フィルタの効果は全く期待できず、ブロック歪みが視覚的にはっきりと知覚されてしまっていた。このように差分Δの小さいブロック歪みであっても目障りであることが多いので、差分Δの小さいブロック歪みを除去することができない従来技術では、ブロック歪みによる画質劣化を十分に抑制することができなかった。
【０００９】
本発明は、このような問題を解決するために成されたものであり、原画像の高域成分を損なうことなくブロック歪みを除去することができ、しかも、ブロック境界における信号の差分値が小さいブロック歪みでも十分に除去できるブロック歪み除去フィルタおよび除去方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明のブロック歪み除去フィルタは、一画像を形成する複数の画素ブロックに含まれる画素信号が与えられて、上記複数の画素ブロックのブロック境界周辺の少なくとも２個の画素信号レベルの差を検出する検出手段と、上記差と基準値とを比較する比較手段と、乱数を発生する発生手段と、上記乱数をもとに複数の画素値パターンの１つを選択する選択手段と、上記差が上記基準値より小さいときに、上記ブロック境界周辺の画素信号レベルに、上記選択手段により選択された画素値パターンに示されている画素値を加えて、上記ブロック境界に沿ったエッジの直線性を乱す加算手段とを備え、上記複数の画素値パターンは、互いに異なる画素値パターンであり、且つ上記複数の画素値パターンの夫々は、上記ブロック境界に沿ったエッジの直線性を乱すための複数の画素値を有することを特徴とする。
【００１１】
本発明の画像処理装置は、符号化された一画像を形成する複数の画素ブロックに含まれる画素信号を復号化する復号化手段と、上記復号化された画素信号が与えられて、上記複数の画素ブロックのブロック境界周辺の少なくとも２個の画素信号レベルの差を検出する検出手段と、上記差と基準値とを比較する比較手段と、乱数を発生する発生手段と、上記乱数をもとに複数の画素値パターンの１つを選択する選択手段と、上記差が上記基準値より小さいときに、上記ブロック境界周辺の画素信号レベルに、上記選択手段により選択された画素値パターンに示されている画素値を加えて、上記ブロック境界に沿ったエッジの直線性を乱す加算手段とを備え、上記複数の画素値パターンは、互いに異なる画素値パターンであり、且つ上記複数の画素値パターンの夫々は、上記ブロック境界に沿ったエッジの直線性を乱すための複数の画素値を有することを特徴とする。
【００１２】
本発明の画像処理装置の他の一態様例では、一画像を形成する複数の画素ブロックに含まれる画素信号の予測誤差信号を符号化する符号化手段と、上記符号化された画素信号を復号化する復号化手段と、上記復号化された画素信号が与えられて、上記複数の画素ブロックのブロック境界周辺の少なくとも２個の画素信号レベルの差を検出する検出手段と、上記差と基準値とを比較する比較手段と、乱数を発生する発生手段と、上記乱数をもとに複数の画素値パターンの１つを選択する選択手段と、上記差が上記基準値より小さいときに、上記ブロック境界周辺の画素信号レベルに、上記選択手段により選択された画素値パターンに示されている画素値を加えて、上記ブロック境界に沿ったエッジの直線性を乱す加算手段と、上記加算手段の出力信号から予測信号を発生する予測手段と、上記一画像を形成する複数の画素ブロックに含まれる画素信号と上記予測信号との差分をとり、上記予測誤差信号を生成する差分手段とを備え、上記複数の画素値パターンは、互いに異なる画素値パターンであり、且つ上記複数の画素値パターンの夫々は、上記ブロック境界に沿ったエッジの直線性を乱すための複数の画素値を有することを特徴とする。
【００１３】
本発明の画像信号のフィルタリング方法は、一画像を形成する複数の画素ブロックに含まれる画素信号を供給する供給ステップと、上記複数の画素ブロックのブロック境界周辺の少なくとも２個の画素信号レベルの差を検出する検出ステップと、上記差と基準値とを比較する比較ステップと、乱数を発生する発生ステップと、上記乱数をもとに複数の画素値パターンの１つを選択する選択ステップと、上記差が上記基準値より小さいときに、上記ブロック境界周辺の画素信号レベルに、上記選択ステップにより選択された画素値パターンに示されている画素値を加えて、上記ブロック境界に沿ったエッジの直線性を乱す加算ステップとを含み、上記複数の画素値パターンは、互いに異なる画素値パターンであり、且つ上記複数の画素値パターンの夫々は、上記ブロック境界に沿ったエッジの直線性を乱すための複数の画素値を有することを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明のブロック歪み除去フィルタの一実施形態を示す図である。図１に示すブロック歪み除去フィルタは、ブロック境界差分検出部１と、しきい値判定部２と、パターン選択部３と、乱数発生部４と、加算器５とを有する。
【００２１】
ブロック境界差分検出部１は、複数のブロックに分割された画像（例えばＤＣＴ等を用いてブロック単位で符号化された画像を復号化した復号画像）中のブロック境界における信号値（例えば輝度信号値）の差分を検出する。また、しきい値判定部２は、検出された差分の絶対値と所定のしきい値とを比較して、該当するブロック境界においてブロック歪み除去処理を行うか否かを判定する。
【００２２】
パターン選択部３は、ブロック境界に直交するスキャンライン上におけるブロック境界の周囲複数画素の信号値に対して加算する加算値のパターンを、複数のパターンからランダムに選択する。乱数発生部４は、例えば２ビットの疑似乱数を発生する。発生した乱数によりパターン選択部３は複数のパターンからランダムにパターンを選択する。また、加算器５は、しきい値判定部２でブロック歪み除去処理を行うと判定したときに、ブロック境界の周囲複数画素の信号値のそれぞれに対して、パターン選択部３で選択された加算値を加算する。
【００２３】
以下、図１に示すブロック歪み除去フィルタの動作を、図２および図３を参照しながら説明する。
図２（ａ）に示すように、ブロック境界に直交してラスタスキャンを行ったとき、スキャンライン上の画素位置ｎとｎ＋１との間に点線で示すブロック境界があるとする。この場合、ブロック境界における両画素の例えば輝度信号の差分値Δは、画素位置ｎにおける画素値をＸn で表すと、
Δ＝Ｘn+1 −Ｘn
となり、図３のステップＳ１において図１のブロック境界差分検出部１で求められる。
【００２４】
次に、ステップＳ２でこの差分値Δの絶対値｜Δ｜と所定のしきい値Ｔｈとの大小をしきい値判定部２で比較する。そして、差分絶対値｜Δ｜がしきい値Ｔｈより小さいときは、ここにブロック歪みが存在するとみなしてステップＳ３以降のブロック歪み除去処理を行う。一方、差分絶対値｜Δ｜がしきい値Ｔｈ以上のときは、その画素値の差は原画像に存在するエッジ成分とみなして、スキャンライン上の輝度値をそのまま出力するようにする。
【００２５】
ブロック歪みは、本来は存在しないはずであるにも拘わらず残留しているノイズであるので、原画像に存在するエッジ成分に比べて差分絶対値｜Δ｜は小さいことが多い。したがって、差分絶対値｜Δ｜がしきい値Ｔｈより小さいときにのみブロック歪み除去処理を行い、差分絶対値｜Δ｜がしきい値Ｔｈ以上のときに処理除外としても、ほとんどのブロック歪みは除去することができる。
【００２６】
むしろ、差分絶対値｜Δ｜が大きいときにも処理対象とすると、輝度値のランダム化によって生じるノイズが大きくなってしまうので、それ自体が画質劣化につながる恐れがある。したがって、全てのブロック境界に対して一律に処理を施すことも可能であるが、本実施形態のようにしきい値判定を行うことで、ほとんどのブロック歪みを除去することができるとともに、ブロック歪み除去処理を行うことによって却って画質が劣化してしまう不都合を防止することができるようになる。
【００２７】
ステップＳ２においてしきい値判定部２により、差分絶対値｜Δ｜がしきい値Ｔｈより小さくブロック歪みが存在すると判定された場合は、ステップＳ３において、乱数発生部４で発生された例えば２ビットの疑似乱数に従ってパターン選択部３が、１つのスキャンライン上にあるブロック境界周囲の複数画素の信号値（本実施形態では、画素位置ｎ−１，ｎ，ｎ＋１，ｎ＋２の４つの画素値）に対して加算する加算値のパターンを、以下に示す４つのパターンの中から１つランダムに選択する。
【００２８】
パターン Ｘn-1 Ｘn Ｘn+1 Ｘn+2
１） ＋Δ ０ −Δ ０
２） ０ ＋Δ ０ −Δ
３） ０ ＋Δ −Δ ０
４） ＋Δ ０ ０ −Δ
【００２９】
そして、ステップＳ４で加算器５により、パターン選択部３で選択されたパターンの加算値をブロック境界周辺の４つの画素値Ｘn-1 ，Ｘn ，Ｘn+1 ，Ｘn+2 に対して加算し、その加算結果を出力する。例えば、パターン１）が選択された場合は、画素値Ｘn-1 には＋Δが、画素値Ｘn+1 には−Δがそれぞれ加算されて出力され、画素値Ｘn ，Ｘn+2 はそのままの値が出力される。
【００３０】
１つのスキャンラインに対して上述のようなパターン選択および加算処理が終わったら、次のスキャンラインに対して同様の処理を行う。このような処理を各スキャンライン（図２（ａ）の例では４本）に対して行うと、図２（ｂ）に示すように、各スキャンラインでランダムにパターンが選択されることによってブロック境界における信号差分値の直線的なエッジが消滅し、ブロック歪みが除去される。
【００３１】
この実施形態では、同一ブロック境界上で隣接する２本のスキャンラインに対して同じパターンを連続して選択する確率は１／４である。このように本実施形態のブロック歪み除去フィルタでは、連続して同じパターンを選択する確率が低いので、ブロック境界における信号差分値の規則性を乱すことによりブロック歪みが効果的に除去される。なお、同じパターンを連続して選択する可能性もあるが、その確率は低いため視覚的には問題ない。
【００３２】
本実施形態では、差分値Δがしきい値Ｔｈより小さい場合にのみ上述のようなブロック歪み除去処理を行い、しかも、その処理の対象はブロックの境界の両側２画素の狭い範囲内に限られているため、原画像の高域成分をあまり損なわずにブロック歪みの除去を行うことが可能である。なお、図２（ｂ）に示すような輝度信号値を持つ画像では、ブロックの境界付近において値的には乱れているが、差分値Δが小さいので視覚的には何ら問題ないものとなっている。なお、処理の対象は、ブロックの境界の両側２画素に限らず３画素以上でも良い。３画素以上の方が同じパターンを連続して選択しない確率が高まり、ブロック歪み除去性が高まる。
【００３３】
さらに、本実施形態では、画素ブロックの境界に沿ったエッジの直線性を乱すことによってブロック歪みを除去しているので、差分値Δが非常に小さい場合（特に、Δ＝１の場合）においても効果的にブロック歪みを除去することができる。
【００３４】
なお、本実施形態の処理で除去されるブロック歪みは、図２（ａ）（ｂ）に示すようにスキャンラインと直交する方向のものである。したがって、例えば矩形ブロックの場合には、水平方向のスキャンラインに対する処理と、垂直方向のスキャンラインに対する処理とをカスケードで行うことにより、水平方向および垂直方向の双方のブロック歪みに対して対応することができる。
【００３５】
ここで、画像信号の水平および垂直方向におけるブロック歪み除去について、図４を用いて説明する。図４は、図１の実施形態を適応した例である。
図４において、６は外部から入力した画像信号を記憶する画像メモリである。７は該画像メモリ６からの画像信号を水平および垂直方向に走査して画像の輝度信号を出力する走査回路である。８は該走査回路７で水平および垂直方向のどちらの方向を走査するかを指示するコントロール回路である。９はブロック歪み除去フィルタであり、例えば図１に示した回路で構成される。
【００３６】
次に、動作について説明する。
画像メモリ６に記憶された画像信号は、走査回路７に供給される。コントロール回路８は、走査回路７に対し入力する画像信号の走査方向を水平方向に切り替えるように指示する。これにより、走査回路７は、入力する画像信号を水平方向に走査し、水平方向の画像の輝度信号をブロック歪み除去フィルタ９に出力する。ブロック歪み除去フィルタ９は、入力する輝度信号を加工処理して画像メモリ６にフィードバックする。
【００３７】
水平方向の走査が終わると、次に垂直方向の走査をするべく、コントロール回路８は、走査回路７に対し入力する画像信号の走査方向を垂直方向に切り替えるように指示する。そして、走査回路７は、水平方向の走査と同様に入力する画像信号を垂直方向に走査し、垂直方向の画像の輝度信号をブロック歪み除去フィルタ９に出力する。ブロック歪み除去フィルタ９は、入力する輝度信号を加工処理して画像メモリ６にフィードバックする。
【００３８】
なお、以上の例では先に水平方向のブロック歪み除去を行い、次に垂直方向のブロック歪み除去を行うようにしたが、この順番は逆でも構わない。
【００３９】
以上に述べた本実施形態のブロック歪み除去フィルタを、静止画像符号化または予測を使用しない動画像符号化に適用した場合、および動画像予測符号化に適用した場合の応用例について、図５〜図７を参照して説明する。
図５は、静止画像符号化または予測を使用しない動画像符号化に対応した装置の構成例を示し、図６および図７は、動画像予測符号化に対応した装置の構成例を示す。
【００４０】
静止画像符号化または予測を使用しない動画像符号化の場合は、図５に示すように、復号化装置において本実施形態のブロック歪み除去フィルタを復号化器１０の後段にポストフィルタ１１として適用する。図示しない符号化装置により符号化された画像データ（一画像を形成する複数の画素ブロックに含まれる画素信号）を復号化器１０で復号化してポストフィルタ１１（ブロック歪み除去フィルタ）に与え、画像に生じるブロック歪みを除去する。ここで、符号化が矩形ブロックを単位として行われる場合、本実施形態のブロック歪み除去フィルタは、水平方向のスキャンラインに対する処理と、垂直方向のスキャンラインに対する処理とをカスケードで行うこととなる。
【００４１】
また、動画像予測符号化の場合は、図示しない符号化器の後段に図５に示した復号化器１０、ポストフィルタ１１を設けても良いが、図６に示すように、本実施形態のブロック歪み除去フィルタをローカル復号化器１４の出力に対するループフィルタ１５として使用することもできる。この場合には、符号化器１３により符号化された予測誤差である画像データ（一画像を形成する複数の画素ブロックに含まれる画素信号）がローカル復号化器１４で復号化され、その復号画像データが、ループフィルタ１５（ブロック歪み除去フィルタ）によりブロック歪みが除去された上で予測器１６に供給される。予測器１６により生成された予測信号が差分器１２に与えられる。差分器１２は、入力画像信号と予測信号とを比較し、その差分（予測誤差）信号を符号化器１３に与える。
【００４２】
図６に示す符号化装置に対応する復号化装置は、図７のように構成される。図６の符号化器１３により符号化された予測誤差である画像データ（一画像を形成する複数の画素ブロックに含まれる画素信号）が図７に示す復号化器１７で復号化される。復号化された画像データと予測器２０からの予測信号とが加算器１８にて加算されて本実施形態のブロック歪み除去フィルタ１９に入力され、ここでブロック歪みが除去された上で予測器２０にフィードバックされる。
【００４３】
図６および図７に示すように、本実施形態のブロック歪み除去フィルタを符号化装置側と復号化装置側との両方に適用することにより、図５のように復号化装置側で単純にポストフィルタとして適用した場合に比べて、より強力なブロック歪み除去効果を得ることができる。
【００４４】
【発明の効果】
本発明によれば、原画像の高域成分を損なうことなく、ブロックの境界における画素値の差分が小さなブロック歪みを効果的に除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のブロック歪み除去フィルタの一実施形態を示すブロック図である。
【図２】本実施形態のブロック歪み除去フィルタの動作を説明するための図である。
【図３】本実施形態のブロック歪み除去フィルタの動作を説明するためのフローチャートである。
【図４】本実施形態のブロック歪み除去フィルタを画像信号処理に適応した例を示す図である。
【図５】本実施形態のブロック歪み除去フィルタの応用例を示す図である。
【図６】本実施形態のブロック歪み除去フィルタの応用例を示す図である。
【図７】本実施形態のブロック歪み除去フィルタの応用例を示す図である。
【図８】従来のブロック歪み除去フィルタの動作を説明するための図である。
【符号の説明】
１ ブロック境界差分検出部
２ しきい値判定部
３ パターン選択部
４ 乱数発生部
５ 加算器
６ 画像メモリ
７ 走査回路
８ コントロール回路
９ ブロック歪み除去フィルタ
１０ 復号化器
１１ ポストフィルタ（ブロック歪み除去フィルタ）
１２ 差分器
１３ 符号化器
１４ ローカル復号化器
１５ ループフィルタ（ブロック歪み除去フィルタ）
１６ 予測器
１７ 復号化器
１８ 加算器
１９ ブロック歪み除去フィルタ
２０ 予測器
Claims (12)
- 一画像を形成する複数の画素ブロックに含まれる画素信号が与えられて、上記複数の画素ブロックのブロック境界周辺の少なくとも２個の画素信号レベルの差を検出する検出手段と、
上記差と基準値とを比較する比較手段と、
乱数を発生する発生手段と、
上記乱数をもとに複数の画素値パターンの１つを選択する選択手段と、
上記差が上記基準値より小さいときに、上記ブロック境界周辺の画素信号レベルに、上記選択手段により選択された画素値パターンに示されている画素値を加えて、上記ブロック境界に沿ったエッジの直線性を乱す加算手段とを備え、
上記複数の画素値パターンは、互いに異なる画素値パターンであり、且つ上記複数の画素値パターンの夫々は、上記ブロック境界に沿ったエッジの直線性を乱すための複数の画素値を有することを特徴とするブロック歪み除去フィルタ。 - 上記比較手段は、上記差の絶対値と上記基準値とを比較することを特徴とする請求項１に記載のブロック歪み除去フィルタ。
- 上記乱数は、２ビットの疑似乱数であることを特徴とする請求項１又は２に記載のブロック歪み除去フィルタ。
- 符号化された一画像を形成する複数の画素ブロックに含まれる画素信号を復号化する復号化手段と、
上記復号化された画素信号が与えられて、上記複数の画素ブロックのブロック境界周辺の少なくとも２個の画素信号レベルの差を検出する検出手段と、
上記差と基準値とを比較する比較手段と、
乱数を発生する発生手段と、
上記乱数をもとに複数の画素値パターンの１つを選択する選択手段と、
上記差が上記基準値より小さいときに、上記ブロック境界周辺の画素信号レベルに、上記選択手段により選択された画素値パターンに示されている画素値を加えて、上記ブロック境界に沿ったエッジの直線性を乱す加算手段とを備え、
上記複数の画素値パターンは、互いに異なる画素値パターンであり、且つ上記複数の画素値パターンの夫々は、上記ブロック境界に沿ったエッジの直線性を乱すための複数の画素値を有することを特徴とする画像処理装置。 - 一画像を形成する複数の画素ブロックに含まれる画素信号の予測誤差信号を符号化する符号化手段と、
上記符号化された画素信号を復号化する復号化手段と、
上記復号化された画素信号が与えられて、上記複数の画素ブロックのブロック境界周辺の少なくとも２個の画素信号レベルの差を検出する検出手段と、
上記差と基準値とを比較する比較手段と、
乱数を発生する発生手段と、
上記乱数をもとに複数の画素値パターンの１つを選択する選択手段と、
上記差が上記基準値より小さいときに、上記ブロック境界周辺の画素信号レベルに、上記選択手段により選択された画素値パターンに示されている画素値を加えて、上記ブロック境界に沿ったエッジの直線性を乱す加算手段と、
上記加算手段の出力信号から予測信号を発生する予測手段と、
上記一画像を形成する複数の画素ブロックに含まれる画素信号と上記予測信号との差分をとり、上記予測誤差信号を生成する差分手段とを備え、
上記複数の画素値パターンは、互いに異なる画素値パターンであり、且つ上記複数の画素値パターンの夫々は、上記ブロック境界に沿ったエッジの直線性を乱すための複数の画素値を有することを特徴とする画像処理装置。 - 一画像を形成する複数の画素ブロックに含まれる画素信号を供給する供給ステップと、
上記複数の画素ブロックのブロック境界周辺の少なくとも２個の画素信号レベルの差を検出する検出ステップと、
上記差と基準値とを比較する比較ステップと、
乱数を発生する発生ステップと、
上記乱数をもとに複数の画素値パターンの１つを選択する選択ステップと、
上記差が上記基準値より小さいときに、上記ブロック境界周辺の画素信号レベルに、上記選択ステップにより選択された画素値パターンに示されている画素値を加えて、上記ブロック境界に沿ったエッジの直線性を乱す加算ステップとを含み、
上記複数の画素値パターンは、互いに異なる画素値パターンであり、且つ上記複数の画素値パターンの夫々は、上記ブロック境界に沿ったエッジの直線性を乱すための複数の画素値を有することを特徴とする画像信号のフィルタリング方法。 - 上記比較ステップは、上記差の絶対値と上記基準値とを比較するステップを含むことを特徴とする請求項６に記載の画像信号のフィルタリング方法。
- 上記乱数は、２ビットの疑似乱数であることを特徴とする請求項６又は７に記載の画像信号のフィルタリング方法。
- 上記供給ステップは、上記一画像を形成する複数の画素ブロックに含まれる画素信号をスキャンライン毎に供給するステップを含むことを特徴とする請求項６〜８の何れか１項に記載の画像信号のフィルタリング方法。
- 上記スキャンラインは、上記一画像に対して水平方向のスキャンラインであることを特徴とする請求項９に記載の画像信号のフィルタリング方法。
- 上記スキャンラインは、上記一画像に対して垂直方向のスキャンラインであることを特徴とする請求項９に記載の画像信号のフィルタリング方法。
- 上記供給ステップは、上記一画像を形成する複数の画素ブロックに含まれる画素信号を上記一画像の水平方向のスキャンライン毎および上記一画像の垂直方向のスキャンライン毎に各々供給し、
上記検出ステップは、上記水平、垂直の各々の方向において上記複数の画素ブロックのブロック境界周辺の少なくとも２個の画素信号レベルの差を検出することを特徴とする請求項６〜１１の何れか１項に記載の画像信号のフィルタリング方法。
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