JP4634254B2

JP4634254B2 - デジタル信号処理装置及びプログラム

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Publication number: JP4634254B2
Application number: JP2005234001A
Authority: JP
Inventors: 宏輝佐藤
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2005-08-12
Filing date: 2005-08-12
Publication date: 2011-02-16
Anticipated expiration: 2025-08-12
Also published as: US20070036458A1; JP2007049587A

Description

本発明は、デジタル信号処理装置に関し、特にウェーブレット変換を用いてデジタル画像信号のノイズリダクションを行うデジタル信号処理装置に関する。

図５〜図６は、デジタル画像信号の２次元ウェーブレット変換を説明するための概念図である。図５（Ａ）は、ウェーブレット変換装置１の概略を表すブロック図であり、図５（Ｂ）は、逆ウェーブレット変換装置２の概略を表すブロック図であり、図６はウェーブレット変換された画像信号を概略的に示す平面図である。

ウェーブレット変換装置１は、ウェーブレット変換部１１及びインターリーブ変換部５を含んで構成される。

デジタル画像信号Ｘ０は、ウェーブレット変換部１１に入力されると、ローパスフィルタＬＰＦ及びハイパスフィルタＨＰＦに送られる。ローパスフィルタＬＰＦで高周波を濾波された（低周波成分の）信号及びハイパスフィルタＨＰＦで低周波を濾波された（高周波成分の）信号は、それぞれダウンサンプリング部４に送られて、水平方向１／２に間引きされて、水平方向低周波成分Ｌ及び水平方向高周波成分Ｈのサブバンドデータに周波数分解される。

水平方向低周波成分Ｌは、ローパスフィルタＬＰＦ及びハイパスフィルタＨＰＦに送られる。その後、それぞれダウンサンプリング部４に送られて、垂直方向１／２に間引きされて、水平垂直方向低周波成分ＬＬ１及び水平方向低周波垂直方向高周波成分ＬＨ１のサブバンドデータに分解される。また、水平方向高周波成分Ｈは、ローパスフィルタＬＰＦ及びハイパスフィルタＨＰＦに送られる。その後、それぞれダウンサンプリング部４に送られて、垂直方向１／２に間引きされて、水平垂直方向高周波成分ＨＨ１及び水平方向高周波垂直方向低周波成分ＨＬ１のサブバンドデータに分解される。分解されたそれぞれのサブバンドデータ（ＬＬ１、ＬＨ１、ＨＨ１、ＨＬ１）は、インターリーブ変換部５により並べ替えられて、図６の右上に示す画面１００ｂのように配列される。

ウェーブレット変換部１１では、さらに所望のサブバンドデータに対して再帰的変換を行うことが出来る。例えば、水平垂直方向低周波成分ＬＬ１を入力信号Ｘ０として、再度ウェーブレット変換部１１に入力することにより、図６の右下に示すようなサブバンドデータ（ＬＬ２、ＬＨ２、ＨＨ２、ＨＬ２）を得ることが出来る。このように所定のサブバンドデータに対して再帰的変換を所定回数繰り返すことにより、特定の周波数帯域のサブバンドデータを得ることが出来る。

ウェーブレット逆変換装置２は、ウェーブレット逆変換部２２とインターリーブ逆変換部５を含んで構成される。ウェーブレット逆変換部２２は、分解されたサブバンドデータを逆ウェーブレット変換することにより復元し、インターリーブ逆変換部５により再構築することにより、元の画像に戻すことが出来る。

図７は、ウェーブレット変換を用いた従来のデジタル信号処理装置２００によるノイズリダクション処理を説明するためのブロック図である。

デジタル信号処理装置２００は、図５〜図６を参照して説明したウェーブレット変換により、デジタル画像信号Ｘ０をサブバンドデータＬＬ１、ＬＨ１、ＨＨ１、ＨＬ１に分解する。さらに、水平垂直方向低周波のサブバンドデータＬＬ１をウェーブレット変換し、得られた水平垂直方向低周波のサブバンドデータＬＬをさらに変換することを所定回数ｎ（例えば、２〜８回）繰り返して、サブバンドデータＬＬｎ、ＬＨｎ、ＨＨｎ、ＨＬｎを得る。ここで得られたサブバンドデータＬＨｎ、ＨＨｎ、ＨＬｎに対して後述するコアリング処理を行い、その後、ウェーブレット逆変換を繰り返して元のデジタル画像信号を復元する。このような処理を行うことにより、例えば、低帯域のノイズを抑えることが出来る（例えば、特許文献１参照）。なお、本明細書では、ウェーブレット変換で得られたサブバンドデータに対してさらにウェーブレット変換を行うことを「再帰的ウェーブレット変換」と呼ぶ。

図８及び図９は、コアリング処理を説明するためのグラフである。

図８（Ａ）は、コアリング処理を施さない場合の入力信号と出力信号の関係を表すグラフである。コアリング処理とは、例えば、入力信号の絶対値が閾値よりも低い場合に、信号を抑制（例えば、閾値以下を一律に０に）する処理である。図８（Ａ）に示すような関係を持つ信号に対してコアリング処理を行った場合、閾値以下の入力信号は０として出力され、図８（Ｂ）に示すような入力信号と出力信号の関係となる。

より具体的には、図９（Ａ）に示すような入力信号Ｘ０に対してウェーブレット変換を行い、図９（Ｂ）に示す低周波成分Ｌ１と図９（Ｃ）に示す高周波成分Ｈ１に分解し、高周波成分Ｈ１に対してコアリング処理を施す。これにより、図９（Ｄ）に示すように閾値以下の部分（点線で囲んだ部分）が０とされた高周波成分Ｈ１´が得られる。その後、低周波成分Ｌ１と高周波成分Ｈ１´を逆ウェーブレット変換することにより、図９（Ｅ）に示すようなノイズの押さえられた復元信号Ｘ０´を得ることが出来る。

特開２００３−１３４３５２号公報

上述の従来のデジタル信号処理装置のように、特定帯域のノイズを押さえるために、再帰的ウェーブレット変換を繰り返し、特定帯域のサブバンドをコアリングする場合、復元した信号に基づく画像にリンギングが発生したり、振幅の位相が変わってしまったりする場合がある。また、特定帯域のノイズを取ろうとする場合、位相のずれが蓄積してしまう。

本発明の目的は、リンギングの発生を抑制しつつ、デジタル信号のノイズを抑制することが可能なデジタル信号処理装置を提供することである。

本発明の一観点によれば、デジタル信号処理装置は、入力されるデジタル画像信号をダウンサンプリングして複数の領域に分割して並べ替えるインターリーブ変換部と、該並べ替えられたデジタル画像信号をウェーブレット変換して、低周波サブバンドと高周波サブバンドに分解するウェーブレット変換部とを有するウェーブレット変換手段と、前記高周波サブバンドのデータに対してコアリング処理を行うコアリング手段とを有し、前記インターリーブ変換部は、さらに前記ウェーブレット変換部により分解された低周波サブバンドと高周波サブバンドのデータを複数の領域に分割して並べ替えることを特徴とする。

また、本発明の他の観点によれば、デジタル信号処理装置は、入力されるデジタル画像信号を任意の倍率でダウンサンプリングして複数の領域に分割して並べ替えるサンプリング変換手段と、該並べ替えられたデジタル画像信号をウェーブレット変換して、低周波サブバンドと高周波サブバンドに分解するウェーブレット変換部と前記分解された低周波サブバンドと高周波サブバンドのデータを複数の領域に分割して並べ替えるインターリーブ変換部とを有するウェーブレット変換手段と、前記高周波サブバンドのデータに対してコアリング処理を行うコアリング手段とを有する。

本発明によれば、リンギングの発生を抑制しつつ、デジタル信号のノイズを抑制することが可能なデジタル信号処理装置を提供することができる。

図１は、本発明の第１の実施例によるデジタル信号処理装置１０１の構成を表すブロック図である。図２は、第１の実施例によるデジタル信号処理を説明するための図である。

デジタル信号処理装置１０１は、少なくともウェーブレット変換装置１、逆ウェーブレット変換装置２、コアリング処理部３を含んで構成される。本実施例のデジタル信号処理装置１０１は、ウェーブレット変換によって、入力されるデジタル画像信号を所定の帯域のサブバンドデータに分解し、水平垂直方向低周波成分ＬＬ１（以下、低周波サブバンドデータと呼ぶ）を参照して、水平方向低周波垂直方向高周波成分ＬＨ１、水平垂直方向高周波成分ＨＨ１及び水平方向高周波垂直方向低周波成分ＨＬ１（以下、これら３つのサブバンドデータを総称して高周波サブバンドデータと呼ぶ）に対してコアリング処理を行い、ノイズ成分を除去又は抑制するものである。

ウェーブレット変換装置１は、図４に示す従来のウェーブレット変換装置１と同様に、ウェーブレット変換部１１とインターリーブ変換部５を含んで構成される。本実施例では、まず、図２左上に示されるようなデジタル画像信号Ｘ０を、インターリーブ変換部５により純粋に１／４ダウンサンプリングして、図２右上に示すように、デジタル画像信号を４つの領域に並び替える（再配置する）。その後、並び替えられた画像信号はウェーブレット変換部１１に入力され、４つに分割された領域ごとに、水平垂直方向低周波成分（低周波サブバンド）ＬＬ１〜４と、水平方向低周波垂直方向高周波成分ＬＨ１〜４、水平垂直方向高周波成分ＨＨ１〜４及び水平方向高周波垂直方向低周波成分ＨＬ１〜４の高周波サブバンドデータに分解される。分解された各サブバンドデータはさらに、インターリーブ変換部５により、図２右下に示すように各領域内でさらに４つの領域に並べ替えられる（再配置される）。

従来のウェーブレット変換装置では、インターリーブ変換部５は、ウェーブレット変換部１１によって分解されたサブバンドデータを並び替えるのみであったが、本実施例では、ウェーブレット変換部１１によるウェーブレット変換の前に、インターリーブ変換部５によって入力画像信号を純粋にダウンサンプリングしている。このようにすることで、再帰的ウェーブレット変換を行わずとも、図２右下に示すように、各サブバンドデータについて再帰的ウェーブレット変換を行ったのと等しい低帯域に分解されたサブバンドデータを得ることが出来る。

次に、画面上４つの領域内の各高周波サブバンドデータは、コアリング処理部３によってコアリング処理される。このコアリング処理は、図８及び図９を参照して説明した従来のコアリング処理と同様の処理である。すなわち、入力信号Ｘ０の絶対値が閾値よりも低い場合に、信号を抑制（例えば、閾値以下を一律に０に）する。

その後、各領域の低周波サブバンドのデータ及びコアリング処理された高周波サブバンドのデータは、ウェーブレット逆変換部２によって、逆ウェーブレット変換され、さらに、インターリーブ逆変換部５によって、図２左下に示すように画面上の４つの領域に再配置される。すなわち、信号配列上は図２右上に示す状態に復元される。その後、さらに、インターリーブ逆変換部５によって、図２左上に示す元の入力信号と同様の信号配列となるように再構築される。

以上のように、本発明の第１の実施例では、インターリーブ変換部５によって入力画像信号を純粋にダウンサンプリングして、複数領域に分割し、分割した各領域に対してウェーブレット変換部１１によるウェーブレット変換を行うようにしたので、各サブバンドデータについて再帰的ウェーブレット変換を行ったのと等しい低帯域のサブバンドデータを、上記複数領域の各領域ごとに得ることが出来る。

また、このようにして得られた各領域の各高周波サブバンドデータに対してコアリング処理を行うことにより、再帰的ウェーブレット変換を行ってコアリング処理を行ったのと同様のノイズリダクション効果を得られる。さらに、本実施例では、再帰的ウェーブレット変換を行わないので、それによるリンギングの発生を抑えることが出来る。

なお、上記の実施例では、１／４ダウンサンプリングを例として説明したが、２の倍数の逆数であれば、任意の倍率でダウンサンプリングを行うことができる。例えば、１／８ダウンサンプリングを行った場合には、再帰的ウェーブレット変換を２回行ったのと同様の低帯域のサブバンドデータを得ることが出来る。同様に、１／１６であれば、３回の再帰的ウェーブレット変換と同様である。

上述の第１の実施例では、従来のウェーブレット変換を用いた信号処理装置と同等のハードウェア構成で実現できるという利点があるが、ダウンサンプリングの倍率が２の倍数の逆数に限られるという制限がある。そこでその制限をなくすことの出来る信号処理装置１０２を第２の実施例として以下に説明する。

図３は、本発明の第２の実施例によるデジタル信号処理装置１０１の構成を表すブロック図である。図４は、第２の実施例によるデジタル信号処理を説明するための図である。

この第２の実施例と第１の実施例との違いは、第２の実施例では、任意の倍率でダウンサンプリングを行うことのできるサンプリング変換部７をウェーブレット変換装置１の前段に設けたことにある。そこで、ウェーブレット変換部１１によるウェーブレット変換の前にインターリーブ変換部５で行っていたダウンサンプリングを、インターリーブ変換部５の代わりにサンプリング変換部７で行う。

サンプリング変換部７は、例えば、図４に示すように、１／９ダウンサンプリングのように、２の倍数の逆数以外の倍率でダウンサンプリングを行うことができる。すなわち、この第２の実施例によれば、ウェーブレット変換部１１によるウェーブレット変換の前に１／３、１／５、１／９等の倍率で純粋なダウンサンプリングを行うことができる。なお、インターリーブ変換部１１と同様の倍率によるダウンサンプリングも実行可能である。

このように、任意の倍率でダウンサンプリングを行ってからウェーブレット変換を行うことにより、通常の再帰的ウェーブレット変換では得ることの出来ない周波数帯域のサブバンドデータを得ることが出来る。よって、通常の再帰的ウェーブレット変換ではノイズを除去又は抑制できなかった周波数帯域においても、ノイズの除去又は抑制を行うことができる。さらに、この第２の実施例でも、第１の実施例と同様に再帰的ウェーブレット変換を行わないので、それによるリンギングの発生を抑えることが出来る。

以上、本発明の第１及び第２の実施例によれば、再帰的ウェーブレット変換を行わずに、再帰的ウェーブレット変換を行ったのと同様のノイズリダクションを実現しつつ、再帰的ウェーブレット変換によるリンギングの発生を抑えることが出来る。

以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組合せ等が可能なことは当業者に自明であろう。

本発明の第１の実施例によるデジタル信号処理装置１０１の構成を表すブロック図である。発明の第１の実施例によるデジタル信号処理を説明するための概念図である。本発明の第２の実施例によるデジタル信号処理装置１０２の構成を表すブロック図である。発明の第２の実施例によるデジタル信号処理を説明するための概念図である。ウェーブレット変換部及び逆変換部の概略を表すブロック図である。ウェーブレット変換された画像信号を概略的に示す平面図である。ウェーブレット変換を用いた従来のデジタル信号処理装置２００によるノイズリダクション処理を説明するためのブロック図である。コアリング処理を説明するためのグラフである。コアリング処理を説明するためのグラフである。

符号の説明

１…ウェーブレット変換部、２…逆ウェーブレット変換部、３…コアリング処理部、４…ダウンサンプリング部、５…インターリーブ変換部、７…サンプリング変換部、１０１、１０２…デジタル信号処理装置

Claims

入力されるデジタル画像信号をダウンサンプリングして複数の領域に分割して並べ替えるインターリーブ変換部と、該並べ替えられたデジタル画像信号をウェーブレット変換して、低周波サブバンドと高周波サブバンドに分解するウェーブレット変換部とを有するウェーブレット変換手段と、
前記高周波サブバンドのデータに対してコアリング処理を行うコアリング手段とを有し、
前記インターリーブ変換部は、さらに前記ウェーブレット変換部により分解された低周波サブバンドと高周波サブバンドのデータを複数の領域に分割して並べ替えることを特徴とするデジタル信号処理装置。
入力されるデジタル画像信号を任意の倍率でダウンサンプリングして複数の領域に分割して並べ替えるサンプリング変換手段と、
該並べ替えられたデジタル画像信号をウェーブレット変換して、低周波サブバンドと高周波サブバンドに分解するウェーブレット変換部と前記分解された低周波サブバンドと高周波サブバンドのデータを複数の領域に分割して並べ替えるインターリーブ変換部とを有するウェーブレット変換手段と、
前記高周波サブバンドのデータに対してコアリング処理を行うコアリング手段と
を有するデジタル信号処理装置。
デジタル画像信号をウェーブレット変換して、低周波サブバンドと高周波サブバンドに分解するウェーブレット変換部とデータを複数の領域に分割して並べ替えるインターリーブ変換部とを有するウェーブレット変換手段と、前記高周波サブバンドのデータに対してコアリング処理を行うコアリング手段とを有するデジタル信号処理装置において実行されるデジタル信号処理プログラムであって、
（ａ）入力されるデジタル画像信号をダウンサンプリングして複数の領域に分割して並べ替える第１のインターリーブ変換手順と、
（ｂ）該並べ替えられたデジタル画像信号をウェーブレット変換して、低周波サブバンドと高周波サブバンドに分解するウェーブレット変換手順と、
（ｃ）前記分解された低周波サブバンドと高周波サブバンドのデータを複数の領域に分割して並べ替える第２のインターリーブ変換手順と、
（ｄ）前記高周波サブバンドのデータに対してコアリング処理を行うコアリング手順と、
を有するデジタル信号処理プログラム。