JP4649355B2 - ブロックノイズ検出方法及び装置並びにブロックノイズ低減方法及び装置 - Google Patents
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Description
デジタル放送やディスクレコーダで使用されている画像圧縮の国際標準であるMPEG−2では、画像フレーム間で似ている部分を参照する動き補償により時間方向に圧縮を実現しているため、画像の内容によって圧縮の難易度が変化する。画像フレーム(以下、単に「フレーム」ともいう)間で似ている画像が少なく画像圧縮の難易度が高い場合には、画像データを高い圧縮率で符号化するために画像の高周波成分が欠落することによりブロック境界付近の画素値の連続性がなくなり、画面内に矩形のノイズ、いわゆるブロックノイズが発生する。
(1)特許文献1の技術は、デコーダが画素ブロックの境界を示す信号を出力しない場合であっても、ブロックノイズを正確に検出できるようにすることを目的としており、そのために、入力映像信号を微分して、その微分信号における孤立微分点(インパルス状のパルス)を検出し、その検出結果を、積分回路により画素ブロックの周期で積分処理することによって、画素ブロック周期で発生している孤立微分点の情報を累積加算し、その出力に基づきブロックノイズの有無をフレーム単位で判別するようになっている。したがって、画素ブロックの境界が明らかでない場合であってもブロックノイズの有無を正確に判別することができる。また、上記積分処理を水平方向及び垂直方向に行なうことで、ブロックノイズにより発生した水平方向及び垂直方向に相関のあるインパルス状のパルスを適切に検出することができ、ブロックノイズの有無を正確に判別することができる。
また、隣接画素の差分値をブロックノイズ周期で1フレーム分累積した値も画像の内容に大きく依存し、高周波成分の多い複雑な画像ではブロックノイズの発生の有無に関わらず、隣接画素差分値をブロックノイズサイズ周期で累積した値は大きな値となるため、ブロックノイズが発生している場合と画像が複雑な場合との見分けがつきにくく、ブロックノイズの正確な検出を難しくしている。
(1)本発明のブロックノイズ検出方法は、入力画像フレームの画像平面上の或る画素境界における隣接画素の画素値の差分値と、前記画素境界の少なくとも片側の複数画素から予測された前記画素境界における予測画素値とに基づいて、前記画素境界における画素境界段差を検出し、前記画素境界段差を1画像フレーム分累積してブロックノイズを検出することを特徴としている。
(3)また、本発明のブロックノイズ検出装置は、入力画像フレームの画像平面上の或る画素境界における隣接画素の画素値の差分値と、前記画素境界の少なくとも片側の複数画素から予測された前記画素境界における予測画素値とに基づいて、前記画素境界における画素境界段差を検出する画素境界段差検出手段と、前記画素境界段差を1画像フレーム分累積する累積手段と、該累積手段の累積結果に基づいてブロックノイズを検出するブロックノイズ検出手段とをそなえたことを特徴としている。
(5)また、本発明のブロックノイズ低減装置は、上記(3)記載のブロックノイズ検出装置と、該ブロックノイズ検出装置による検出結果に基づいて、前記入力画像フレームに対してブロックノイズ低減処理を施すブロックノイズ低減手段とをそなえたことを特徴としている。
(1)ある画素境界における隣接画素の画素値の差分と、当該画素境界の少なくとも片側の複数画素から予測した当該画素境界における予測画素値とに基づいて、当該画素境界における画素境界の段差を検出するので、画素境界段差を計算する場合に画素境界における予測画素値も考慮することができ、画素境界が傾斜している場合でもより正確な画素境界段差を検出することが可能となり、量子化スケールなどの圧縮符号化の復号情報を使用することなく、ブロックノイズ検出の精度を向上することができる。
(3)また、画素境界の片側の複数画素から線形予測により画素境界における予測画素値を予測すれば、簡易な計算、構成で、ブロックノイズ検出の精度を向上することができる。
(7)また、フレーム間差分が小さい場合には動き補償による画像圧縮効効率が高いため、ブロックノイズが発生する可能性が低くなるので、フレーム間差分が所定の閾値よりも小さい場合には、ブロックノイズ検出条件をブロックノイズが検出されにくい条件に制御(変更)すれば、動きが小さく画像が複雑な場合のブロックノイズの誤検出を低減することが可能となり、ブロックノイズ検出の精度が向上する。
(13)なお、ブロックノイズは圧縮率が高いために高周波成分を落ちてしまいブロック境界の連続性が取れなくなるため発生している。ブロックノイズ低減のためのフィルタリング処理は、ブロックノイズを低減するが画像がぼけてしまうなどの画質劣化も発生させてしまう。そこで、ブロックノイズ境界及びその近傍に対してのみフィルタリング処理を作用させれば、ブロックノイズの原因であるブロック境界における不連続性を低減しつつ、ブロック境界付近以外の画像の劣化を抑制することができるため、ブロックノイズ低減処理後の画質を向上させることが可能となる。
〔A〕ブロックノイズ検出装置の説明
図1は本発明の一実施形態としてのブロックノイズ検出装置の構成を示すブロック図で、この図1に示すブロックノイズ検出装置1は、画素境界段差計算部11と、画素境界段差累積部12と、ブロックノイズ検出部13とをそなえて構成されている。
そのため、本例の画素境界段差計算部11は、例えば図2に示すように、上記の画素境界Pにおける隣接画素5,6についての差分絶対値Aを計算する隣接画素差分絶対値計算部111と、上記の予測画素値7,8についての差分絶対値Bを計算する予測画素差分絶対値計算部112と、これらの計算部111及び112の計算結果を大小比較して小さい方の計算結果を画素境界段差として出力する画素境界段差比較部113とを少なくともそなえて構成される。
例えば、画素境界段差累積部12において、ある画素境界Pにおける画素境界段差をブロックノイズサイズ周期で累積する際に、図4(A)に示すように、算出された画素境界段差(この場合は小さい方の段差A)が前記所定の閾値未満である場合は、当該画素境界段差をそのまま1画像フレーム分の累積値計算に含めるが、図4(B)に示すように、算出された画素境界段差(この場合は段差B)が前記所定の閾値以上の場合には当該画素境界段差を0として1画像フレーム分の累積値計算に含めないようにする。
(1)多項式回帰分析による場合
例えば図5に示すように、まず、多項式回帰分析により画素境界Pの一方の複数画素から求めた多項式Y=C1X+C2 *X2+・・・+Cn *Xn(但し、Yは画素値、Xは画像平面上の座標)の係数C1,…,Cnを算出し、求めた曲線の多項式から画素境界Pにおける予測画素値7を計算する。同様に、他方の複数画素から画素境界Pにおける予測画素値8を計算し、これらの各予測画素値7,8の差分(絶対値)を画素境界段差として出力する。
この場合、予測画素差分絶対値計算部112は、例えば図7(A)及び図7(B)に示すように、画素境界Pの片側の少なくとも2画素5,5′(6,6′)から線形予測により画素境界Pにおける画素値7(8)を予測し、画素境界Pにおける両側からの予測画素値7,8の差分(絶対値)を計算することになる。なお、図7(A)は画素境界段差が差分絶対値A(つまり、画素境界Pにおける隣接画素5,6の差分絶対値)となる場合、図7(B)は画素境界段差が差分絶対値B(つまり、符号7,8で示す画素境界Pにおける予測画素差分絶対値)となる場合の例をそれぞれ示している。
即ち、図8の場合、予測画素差分絶対値計算部112は、図5及び図6の場合と同様に、画素境界Pの片側の2画素5,5′(6,6′)からそれぞれC1+C2 *Xを満たすC1,C2を求める多項式計算部と112dと、この多項式計算部112で求めた多項式から画素境界Pにおける両側それぞれの予測画素値7(8)を算出する画素値予測部112eと、この画素値予測部112eで算出された各予測画素値7,8の差分(絶対値)を計算し画素境界段差として出力する境界段差計算部112fとをそなえて構成することができる。
例えば、2倍に拡大された場合に1画素飛ばしで画素境界段差を計算することにより、拡大のための補間処理の影響を少なくすることができ、ブロックノイズの検出率の精度が向上する。具体例について示すと、720×480画素のSDTV画像がディスクレコーダなどの長時間モードなどにより352×240画素や352×480画素等のように画像サイズを縮小して符号化された場合、TVには720×480画素に拡大されて入力されることになる。
ここで、画素境界段差比計算部134は、ある画素境界段差における画素境界段差累積値をブロックノイズサイズの半分だけ離れた画素境界段差における画素境界段差累積値で割った値(つまり、比)をブロックノイズ検出評価値として計算するものであり、画素境界段差比較選別部135は、その評価値の中で最大値をとる値を比較、選別して選別結果として、また、その最大値をとる画素境界をブロックノイズ発生位置として出力するものである。
このように、ブロックノイズサイズ周期で画素境界段差を1フレーム分累積した値をブロックノイズサイズの半分だけ離れた位置における値同士の比を比較することにより、ブロックノイズ検出評価値の画像の複雑さに対する依存性が小さくなり、画素境界段差の累積値そのものを用いて検出する場合と比較して、画像の絵柄による影響を軽減でき、ブロックノイズの検出精度を向上することができる。
なお、上述したブロックノイズ検出装置1は、例えば図18に示すように、フレーム間差分値計算部14を付加してもよい。このフレーム間差分値計算部14は、現フレームまでの複数フレームからフレーム間の差分値、例えば、現フレームと前フレームの差分(絶対値)を計算するもので、本例では、その計算結果(フレーム間差分値)に応じてブロックノイズ検出部13でのブロックノイズ検出のための閾値が制御されるようになっている。
つまり、フレーム間差分値計算部14は、検出されたフレーム間差分値が所定の閾値よりも小さい場合に、ブロックノイズ検出部13でのブロックノイズ検出の判定条件をブロックノイズが検出されにくい方向に制御する制御手段としての機能も果たしていることになる。
また、上述したブロックノイズ検出装置1は、例えば図19に示すように、既述のブロックノイズ検出部13の後段に、ブロックノイズ検出結果検証部15を付加してもよい。このブロックノイズ検出結果検証部15は、ブロックノイズの検出サイズ、ブロックノイズの検出位置として、数フレームにわたって同一の値が入力された場合に、その検出結果をブロックノイズ検出結果として出力するものである。
図20は本発明の一実施形態に係るブロックノイズ低減装置の要部構成を示すブロック図で、この図20に示すブロックノイズ検出装置3は、上述したブロックノイズ検出装置1と、ブロックノイズ低減部2とをそなえて構成されている。なお、この図20において、ブロックノイズ検出装置1は、図1に示す基本構成を有するものとして示しているが、勿論、図1〜図19により前述したどのブロックノイズ検出装置1を適用することもできる。
そこで、上述のごとくブロック境界領域判定部22の判定結果に基づいて、ブロックノイズ境界付近の画素に対してのみフィルタリング処理を施すことにより、ブロックノイズの原因であるブロック境界における不連続性を低減しつつ、ブロック境界付近以外の画像の劣化を抑制することができ、ブロックノイズ低減処理後の画質を向上させることが可能となる。
なお、ブロックノイズ検出装置1のブロックノイズ検出部13として、図14及び図15により前述した構成を有するものを適用した場合には、ブロックノイズ低減装置3において、ブロックノイズ低減部2(ブロックノイズ低減フィルタ部21)によるフィルタリング強度が、ブロックノイズサイズ周期で画素境界段差を1フレーム分累積した値の最大値と2番目に大きい値との比に応じて制御されることになる。したがって、ブロックノイズ検出強度に応じたフィルタリング強度でブロックノイズ低減フィルタ部21を作用させることができ、ブロックノイズ低減処理後の画質を向上させることが可能となる。
なお、上述したブロックノイズ検出装置3におけるブロックノイズ低減部2は、例えば図22に示すように、上述したブロックノイズ低減フィルタ部21及びブロック境界領域判定部22に加えて、エッジ領域判定部23をそなえて構成してもよい。
ここで、このエッジ領域判定部23は、ブロックノイズ低減フィルタ部21によるフィルタリング対象画素がエッジ領域に当たるのかをエッジ検出フィルタ等で検出して、その結果をブロックノイズ低減フィルタ部21に出力するもので、ブロックノイズ低減フィルタ部21は、ブロック境界領域判定部22による判定結果とエッジ領域判定部23による判定結果とを受けて、フィルタリング対象画素がブロックノイズ境界周辺領域にあり、かつ、エッジ領域でない場合に、入力画像信号に対してブロックノイズ低減フィルタ部21によるフィルタリング処理を作用させ、それ以外の場合には、フィルタリング処理を作用させないことになる。
これにより、本来の画像による画素境界段差にブロックノイズ低減フィルタ部21のフィルタリング処理を作用させてしまい、画質が劣化してしまうことを減少させることができ、ブロックノイズ低減処理後の画質を向上させることが可能となる。
〔C〕付記
(付記1)
入力画像フレームの画像平面上の或る画素境界における隣接画素の画素値の差分値と、前記画素境界の少なくとも片側の複数画素から予測された前記画素境界における予測画素値とに基づいて、前記画素境界における画素境界段差を検出し、
前記画素境界段差を1画像フレーム分累積してブロックノイズを検出することを特徴とする、ブロックノイズ検出方法。
前記隣接画素の画素値の差分値と、前記画素境界の一方の複数画素から求められた前記画素境界における予測画素値と前記画素境界の他方の複数画素から求められた前記画素境界における予測画素値との差分値とを比較して、小さい方の差分値を前記画素境界における画素境界段差として検出することを特徴とする、付記1記載のブロックノイズ検出方法。
前記画素境界段差をブロックノイズサイズの周期で累積することを特徴とする、付記1又は2に記載のブロックノイズ検出方法。
(付記4)
前記画素境界の片側の少なくとも2画素から前記画素境界における各予測画素値を計算することを特徴とする、付記1〜3のいずれか1項に記載のブロックノイズ検出方法。
前記画素境界段差が所定の閾値よりも大きい場合は前記累積の対象から除外することを特徴とする、付記1〜4のいずれか1項に記載のブロックノイズ検出方法。
(付記6)
前記画素境界段差を1画像フレーム分累積した累積値と、当該累積値についての画素境界に関してブロックノイズサイズの半分だけ離れた位置における累積値との比を比較することにより、ブロックノイズ発生強度を判定することを特徴とする、付記1〜5のいずれか1項に記載のブロックノイズ検出方法。
前記画素境界段差を1画像フレーム分累積した累積値の最大値と2番目に大きい累積値との比に基づいて、ブロックノイズ発生強度を判定することを特徴とする、付記1〜5のいずれか1項に記載のブロックノイズ検出方法。
(付記8)
前記入力画像フレームを含む少なくとも2つの画像フレーム間の差分を求め、
その差分値が所定の閾値よりも小さい場合はブロックノイズ検出の判定条件をブロックノイズが検出されにくい方向に制御することを特徴とする、付記1〜7のいずれか1項に記載のブロックノイズ検出方法。
復号後に整数倍に拡大された画像に対してブロックノイズを検出する場合、前記整数倍に応じてブロックノイズサイズの倍数の周期で前記画素境界段差を累積することを特徴とする、付記1,2,4〜8のいずれか1項に記載のブロックノイズ検出方法。
(付記10)
前記ブロックノイズの検出結果が連続した複数の画像フレームで同一の値である場合に、当該検出結果を出力することを特徴とする、付記1〜9のいずれか1項に記載のブロックノイズ検出方法。
入力画像フレームの画像平面上の或る画素境界における隣接画素の画素値の差分値と、前記画素境界の少なくとも片側の複数画素から予測された前記画素境界における予測画素値とに基づいて、前記画素境界における画素境界段差を検出する画素境界段差検出手段と、
前記画素境界段差を1画像フレーム分累積する累積手段と、
該累積手段の累積結果に基づいてブロックノイズを検出するブロックノイズ検出手段とをそなえたことを特徴とする、ブロックノイズ検出装置。
該画素境界段差検出手段が、
前記隣接画素の画素値の差分値を求める隣接画素差分値計算部と、
前記画素境界の一方の複数画素から求められた前記画素境界における予測画素値と前記画素境界の他方の複数画素から求められた前記画素境界における予測画素値との差分値を求める予測画素差分値計算部と、
上記各計算部の計算結果を比較して、小さい方の差分値を前記画素境界における画素境界段差として検出する比較部とをそなえて構成されたことを特徴とする、付記11記載のブロックノイズ検出装置。
該累積手段が、
前記画素境界段差をブロックノイズサイズの周期で累積することを特徴とする、付記11又は12に記載のブロックノイズ検出装置。
(付記14)
該予測画素差分値計算部が、
前記画素境界の片側の少なくとも2画素から前記画素境界における各予測画素値を計算することを特徴とする、付記11〜13のいずれか1項に記載のブロックノイズ検出装置。
該画素境界段差検出手段又は該累積手段が、
前記画素境界段差が所定の閾値よりも大きい場合は前記累積の対象から除外することを特徴とする、付記11〜14のいずれか1項に記載のブロックノイズ検出装置。
(付記16)
該ブロックノイズ検出手段が、
該累積手段にて前記画素境界段差を1画像フレーム分累積した累積値と、当該累積値についての画素境界に関してブロックノイズサイズの半分だけ離れた位置における累積値との比を比較することにより、ブロックノイズ発生強度を判定する手段をそなえたことを特徴とする、付記11〜15のいずれか1項に記載のブロックノイズ検出装置。
該ブロックノイズ検出手段が、
該累積手段にて前記画素境界段差を1画像フレーム分累積した累積値の最大値と2番目に大きい累積値との比に基づいて、ブロックノイズ発生強度を判定する手段をそなえたことを特徴とする、付記11〜15のいずれか1項に記載のブロックノイズ検出装置。
前記入力画像フレームを含む少なくとも2つの画像フレーム間の差分を求めるフレーム間差分検出手段と、
該フレーム間差分検出手段により検出された差分値が所定の閾値よりも小さい場合に、該ブロックノイズ検出手段でのブロックノイズ検出の判定条件をブロックノイズが検出されにくい方向に制御する制御手段とをさらにそなえたことを特徴とする、付記11〜17のいずれか1項に記載のブロックノイズ検出装置。
該累積手段が、
復号後に整数倍に拡大された画像に対してブロックノイズを検出する場合、前記整数倍に応じてブロックノイズサイズの倍数の周期で前記画素境界段差を累積することを特徴とする、付記11,12,14〜18のいずれか1項に記載のブロックノイズ検出装置。
該ブロックノイズ検出手段による検出結果が連続した複数の画像フレームで同一の値である場合に、当該検出結果を出力するブロックノイズ検出結果検証手段をさらにそなえたことを特徴とする、付記11〜19のいずれか1項に記載のブロックノイズ検出装置。
(付記21)
付記1〜10のいずれか1項に記載のブロックノイズ検出方法によるブロックノイズの検出結果に基づいて、前記入力画像フレームに対してブロックノイズ低減処理を施すことを特徴とする、ブロックノイズ低減方法。
前記画素境界段差を1画像フレーム分累積した累積値と、当該累積値についての画素境界に関してブロックノイズサイズの半分だけ離れた位置における累積値との比に基づいて、前記ブロックノイズ低減処理としてのフィルタリング処理のフィルタリング強度を制御することを特徴とする、付記21記載のブロックノイズ低減方法。
前記画素境界段差を1画像フレーム分累積した累積値の最大値と2番目に大きい累積値との比に基づいて、前記ブロックノイズ低減処理としてのフィルタリング処理のフィルタリング強度を制御することを特徴とする、付記21記載のブロックノイズ低減方法。
(付記24)
前記ブロックノイズの検出結果に基づいて、前記ブロックノイズ低減処理の前記画像平面における適用範囲を、ブロックノイズが発生している画素境界及びその近傍に制御することを特徴とする、付記21〜23のいずれか1項に記載のブロックノイズ低減方法。
前記画素境界段差が閾値以上である場合は、前記ブロックノイズ低減処理を行なわないことを特徴とする、付記21〜24のいずれか1項に記載のブロックノイズ低減方法。
(付記26)
付記11〜20のいずれか1項に記載のブロックノイズ検出装置と、
該ブロックノイズ検出装置による検出結果に基づいて、前記入力画像フレームに対してブロックノイズ低減処理を施すブロックノイズ低減手段とをそなえたことを特徴とする、ブロックノイズ低減装置。
該累積手段にて前記画素境界段差を1画像フレーム分累積した累積値と、当該累積値についての画素境界に関してブロックノイズサイズの半分だけ離れた位置における累積値との比に基づいて、該ブロックノイズ低減手段によるフィルタリング処理のフィルタリング強度を制御するフィルタ制御手段をさらにそなえたことを特徴とする、付記26記載のブロックノイズ低減装置。
該累積手段にて前記画素境界段差を1画像フレーム分累積した累積値の最大値と2番目に大きい累積値との比に基づいて、前記ブロックノイズ低減手段によるフィルタリング処理のフィルタリング強度を制御するフィルタ制御手段をさらにそなえたことを特徴とする、付記26記載のブロックノイズ低減装置。
該ブロックノイズ検出手段による検出結果に基づいて、該ブロックノイズ低減手段による前記フィルタリング処理の前記画像平面における適用範囲を、ブロックノイズが発生している画素境界及びその近傍に制御するフィルタ範囲制御手段をさらにそなえたことを特徴とする、付記26〜28のいずれか1項に記載のブロックノイズ低減装置。
前記画素境界段差が閾値以上である場合は、該ブロックノイズ低減手段によるフィルタリング処理を停止すべく制御するフィルタ停止制御手段をさらにそなえたことを特徴とする、付記26〜29のいずれか1項に記載のブロックノイズ低減装置。
11 画素境界段差計算部
111 隣接画素差分絶対値計算部
112 予測画素差分絶対値計算部
112a,112d 多項式計算部
112b,112e 画素値予測部
112c,112f,112h 境界段差計算部
112g 画素値線形予測部
113 画素境界段差比較部
114 画素境界段差選別部
12 画素境界段差累積部
13 ブロックノイズ検出部
131 画素境界段差比較部
132 有効画素境界段差比計算部
133 ブロックノイズ強度判定部
134 画素境界段差比計算部
135 画素境界段差比較選別部
136 ブロックノイズ強度判定部
14 フレーム間差分値計算部
15 ブロックノイズ検出結果検証部
2 ブロックノイズ低減部
21 ブロックノイズ低減フィルタ部
22 ブロック境界領域判定部
23 エッジ領域判定部
3 ブロックノイズ低減装置
5,6 画素(隣接画素)
5′,6′
7,8 予測画素(予測画素値)
P,P0〜P7 画素境界
Claims (5)
- 入力画像フレームの画像平面上の或る画素境界における隣接画素の画素値の差分値と、前記画素境界の少なくとも片側の複数画素から予測された前記画素境界における予測画素値とに基づいて、前記画素境界における画素境界段差を検出し、
前記画素境界段差を1画像フレーム分累積してブロックノイズを検出することを特徴とする、ブロックノイズ検出方法。 - 前記隣接画素の画素値の差分値と、前記画素境界の一方の複数画素から求められた前記画素境界における予測画素値と前記画素境界の他方の複数画素から求められた前記画素境界における予測画素値との差分値とを比較して、小さい方の差分値を前記画素境界における画素境界段差として検出することを特徴とする、請求項1記載のブロックノイズ検出方法。
- 入力画像フレームの画像平面上の或る画素境界における隣接画素の画素値の差分値と、前記画素境界の少なくとも片側の複数画素から予測された前記画素境界における予測画素値とに基づいて、前記画素境界における画素境界段差を検出する画素境界段差検出手段と、
前記画素境界段差を1画像フレーム分累積する累積手段と、
該累積手段の累積結果に基づいてブロックノイズを検出するブロックノイズ検出手段とをそなえたことを特徴とする、ブロックノイズ検出装置。 - 請求項1又は2に記載のブロックノイズ検出方法によるブロックノイズの検出結果に基づいて、前記入力画像フレームに対してブロックノイズ低減処理を施すことを特徴とする、ブロックノイズ低減方法。
- 請求項3記載のブロックノイズ検出装置と、
該ブロックノイズ検出装置による検出結果に基づいて、前記入力画像フレームに対してブロックノイズ低減処理を施すブロックノイズ低減手段とをそなえたことを特徴とする、ブロックノイズ低減装置。
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