JP5512813B2 - ブロックアーティファクト低減器 - Google Patents

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Description

関連出願
本出願は、2009年7月21日に出願された米国仮出願第61/227,415号と、2010年7月12日に出願された米国出願第12/834,731号とに対して優先権を主張し、これらの両方は、参照によりその全体を組み込まれている。
関連分野
本発明は、デジタル画像処理に関連し、より詳細には、ブロックエンコード化された画像における、ブロックアーティファクトを低減させることに関連する。
背景
ブロックベースの離散コサイン変換(DCT)は、ITU−T H261、H263、H264、ISO JPEG、MPEG−1、および、MPEG−2を含む、数多くの標準ビデオ圧縮方法に対して使用される圧縮技術である。DCTを実行するために、画像が、最初に、ブロックへと分割される。DCTは、それぞれのブロックのそれぞれの行と列に対して適用されて、変換係数配列を生み出す。典型的な変換係数配列において、それぞれのブロック中の(0,0)エレメントは、DC(ゼロ周波数)成分であり、増加している垂直および水平インデックス値を有するエントリは、画像のより高い垂直および水平空間周波数を表す。
ブロックベースのDCTに伴う1つの一般的な問題は、画像が低ビットレートで圧縮されているときに、認知される程のアーティファクトをブロックベースのDCTが生成するかもしれないことである。このようなアーティファクトの1つは、画像の平滑な領域において、特に見受けられる。画像シーケンスにおいて、圧縮エンコーダにおける不十分なビットレート割り振りはまた、高速で動いている領域や、または、シーン変更の間に、ブロッキングアーティファクトを悪化させる。ブロックアーティファクト低減(BAR)に対する既存の技術があるものの、ほとんどの既存の方法は、知られているブロック境界および/またはブロックサイズ、あるいは、容易に検出可能なブロック境界および/またはブロックサイズを要求する。しかしながら、トリミングや複数世代の再エンコーディングのような、いくつかの一般的な画像操作は、ブロック境界ロケーションを検出し難くするかもしれない。画像が、適切な画像操作技術を使用して生成されていないとき、これはオンラインビデオストリーミングのようなメディアにおいてよく見受けられるが、ブロック境界情報は、歪んでいるか、または、損なわれていることが多い。このようであるので、BARに対する数多くの周知の方法は使えない。
したがって、知られていないブロックサイズを有する画像シーケンスに対してより適切であり、また、高速で動いている領域におけるブロッキングアーティファクトを低減できる、有効なブロックアーティファクト低減方法を提供する必要がある。
概要
ブロックアーティファクトを低減するシステムが提供される。本発明のいくつかの実施形態にしたがった、画像シーケンスにおけるブロックアーティファクトを低減するための装置は、画像信号の第1のフレームおよび画像信号の第2のフレームから、動き信号を検出する動き検出ユニットと、第2のフレームおよび動き信号に基づく補正強度と、第2のフレームとに基づいて、ブロック境界ロケーションを決定する、ブロック境界オフセットおよび動きベースの補正決定(BOMCS)ユニットと、ブロック境界ロケーションおよび補正強度に基づいて、第2のフレームをフィルタして、補正された画像信号を出力する強度フィルタとを具備する。
本発明のいくつかの実施形態にしたがった、画像シーケンスにおけるブロックアーティファクトを低減するための方法は、画像信号の第1のフレームおよび画像信号の第2のフレームから、動き信号を決定することと、第2のフレームから、ブロック境界ロケーションを決定することと、第2のフレームおよび動き信号から、補正強度を決定することと、ブロック境界ロケーションおよび補正強度にしたがって、第2のフレームをフィルタして、補正された画像信号を出力することとを含む。
本発明のこれらの、および、他の実施形態を、以下の図面に対する参照とともに、以下でさらに記述する。
図1aは、本発明に一貫した、ブロックアーティファクト低減器のある実施形態のブロック図を示す。 図1bは、本発明に一貫した、ブロックアーティファクト低減器の別の実施形態のブロック図を示す。 図2は、本発明に一貫した、大きな動き検出の実施形態のブロック図を示す。 図3は、本発明に一貫した、埋め込み動き推定、および、大きな動き検出ユニットの実施形態のブロック図を示す。 図4は、本発明に一貫した、ブロック境界オフセット、および、動きベースの補正強度検出ユニットのブロック図を示す。 図5aは、本発明のいくつかの実施形態とともに利用できる、高周波およびエッジ保存適応フィルタのブロック図を示す。 図5bは、本発明に一貫した、高周波およびエッジ保存適応フィルタの実施形態のブロック図を示す。 図6は、本発明に一貫した、垂直強度適応ウィンドウフィルタリングユニットの実施形態のブロック図を示す。 図7は、本発明に一貫した、水平強度適応ウィンドウフィルタリングユニットの実施形態のブロック図を示す。
発明の詳細な説明
ブロッキング効果は、比較的低ビットレートにおいて動作しているブロックベースのコーデックから一般的にもたらされる視覚的アーティファクトである。デコードされた画像上で見受けられる正方形または長方形の構造は、オリジナルの画像をゆがめる。ブロック構造は、比較的平坦なトーンの領域において、また、高速で動いている領域において特に著しい。
本発明に一貫した、ブロックアーティファクト低減(BAR)フィルタのいくつかの実施形態は、画像のブロック境界ロケーションの明示的な知識なしで、ブロッキングアーティファクトを、動き情報に相関させる方法を提供する。したがって、本発明のいくつかの実施形態にしたがったBARフィルタは、通常は、単に空間的なBARを、ブロッキングアーティファクト検出および補正の両方のための、時間的および空間的な適応アルゴリズムへと変換させることができる。ブロッキングアーティファクトを低減するために、本発明にしたがって、BARフィルタのいくつかの実施形態はまた、画像セグメント化、ブロック境界の強度、および、グローバルな動きとローカルな動きとの量に依拠して、ピクセル毎にフィルタリング強度を調整する。
図1aは、本発明に一貫した、ブロッキング効果を低減させるためのBARフィルタ10の実施形態を示す。BARフィルタ10は、動き検出ユニット6、ブロック境界オフセットおよび動きに基づいた補正強度決定(BOMCS)ユニット7、ならびに、強度フィルタリングユニット5を含む。BARフィルタ10は、画像信号X(t)12、および、その信号のフレーム遅延されたバージョンX(t−1)11を受信する。動き検出ユニット16は、信号X(t)12、および、X(t−1)11を比較して、動き推定信号EMEC21を出力する。EMEC21は、画像信号X(t)12、および、X(t−1)11の間の動き推定を表す。BOMCSユニット17は、ライン検出を使用して、画像信号X(t)のブロック境界ロケーションブロック17を検出する。ライン検出の結果を累積して、画像信号X(t)12中のブロック境界の優勢さを決定する。ブロック境界の優勢さが、1組の予め定められた値に比較されて、画像信号X(t)の圧縮レベルを決定する。補正強度CS22信号は、次に、動き推定信号EMEC21にしたがって、圧縮のレベルをスケーリングすることによって決定される。強度フィルタリングユニット5は、BOMCS7から、ブロック境界ロケーションブロック17、および、補正強度CS22を受信する。強度フィルタリングユニット5は、ブロック17によってブロック境界上にあるとして識別された画像信号X(t)12中のピクセルを、CS22にしたがってフィルタして、ブロックアーティファクト修正画像信号Xout16を生成する。このようにして、Xout16は、時間的および空間的情報の両方に基づいて補正され、これは、従来の単に空間的なBAR方法に比較されると、より効率的にブロッキングアーティファクトを減少させてもよい。
図1bは、本発明に一貫した、ブロックアーティファクトを低減させるためのBARフィルタ100の別の実施形態を示す。BARフィルタ100は、事前フィルタリングユニット101、画像強度セグメント化(IIS)ユニット102、高周波およびエッジ保存適応フィルタ(HEPAF)103、垂直強度適応ウィンドウフィルタ(VIAWF)104、水平強度適応ウィンドウフィルタ(HIAWF)105、大きな動き検出ユニット106、ならびに、ブロック境界オフセットおよび動きに基づいた補正強度決定(BOMCS)ユニット107を含む。
図1bに示したBARフィルタ100は、2つの入力、すなわち、画像データY(t)111、および、フレーム遅延された画像データY(t−1)112を有する。フレーム遅延された画像データY(t−1)112は、大きな動き検出ユニット106に供給され、画像データY(t)111は、BOMCSユニット107および事前フィルタリングユニット101に供給される。事前フィルタリングユニット101は、画像データY(t)111をフィルタするノイズ低減フィルタであり、事前フィルタされた画像データYtmp113を発生させ、この事前フィルタされた画像データYtmp113は、IISユニット102、VIAWFユニット104、および、HFEPAF103によって使用される。事前フィルタリングユニット101は、ランダムノイズフィルタ、または、モスキートノイズフィルタ、あるいは、複数のフィルタの組み合わせのような、いくつかの周知のノイズフィルタであってもよい。
大きな動き検出ユニット106は、2つの画像データ信号Y(t)およびY(t−1)を比較して、ローカルの大きな動き選択信号120と、埋め込み動き推定カウンタ(EMEC)信号121とを生成する。IISユニット102は、事前フィルタされた画像信号113と、ローカルの大きな動き選択信号120とを受け取って、適応しきい値119を発生させる。BOMCSユニット107は、EMEC信号121と、画像データY(t)とを受け取り、水平および垂直ブロック境界ロケーション信号117および118、ならびに、ブロック境界補正強度CS信号122を生成させる。HFEPAFユニット103は、事前フィルタされた画像信号Ytmp113をフィルタして、適応強度フィルタされた信号Yadp114を、VIAWF104に供給する。VIAWF104は、適応強度フィルタされた信号Yadp114、適応しきい値119、補正強度信号112、および、水平ブロック境界ロケーション信号117にしたがって、事前フィルタされた画像信号Ytmp113をフィルタして、垂直補正値Yvert115を発生させる。垂直補正値Yvert115は、適応しきい値119、垂直ブロック境界ロケーション信号118、および、補正強度信号112にしたがって、HIAWFユニット105によってさらにフィルタされる。HIAWFユニット105は、補正された画像信号であり、BARシステム100からの出力信号である出力信号116を発生させる。
図1bにおいて、画像Y(t)111およびそのフレーム遅延バージョンY(t−1)112を表す入力データは、画像輝度強度信号である。画像データのクロミナンス入力は、クロミナンス入力が異なるサンプリングパターンを使用することを除いては、輝度入力と同様に処理される。このようであるから、クロミナンス信号に対するBARシステムは、BARシステム100と実質的に同一であるので、クロミナンス信号に対するBARシステムの詳細な説明を省略する。
図1bにおいて利用されてもよいエレメント102−107のそれぞれの実施形態を、図2−7を参照して、より詳細に記述する。
図1bにおけるBARシステム100の実施形態は、ランダムノイズ、および、モスキートノイズ低減のための事前フィルタリングユニット101を備えるが、事前フィルタリングユニット101は、別の実施形態では省略されてもよく、画像信号Y(t)は、直接IISユニット102、VIAWFユニット104、および、HFEPAFユニット103に対して供給されてもよい。BARシステム100はまた、さまざまなアーティファクトを処理するためのポストデコーダプロセッサの一部であってもよい。
図2は、本発明のいくつかの実施形態に一貫した、大きな動き検出(HDM)ユニット106の実施形態を示す。HMDユニット106は、高コントラストおよび速く動いている領域において、より顕著になるブロッキング効果を活用する。真の動きベクトル推定は、同様の機能を実行してもよく、これは、ほとんどのインスタンスにおいて、MPEGビットストリームアクセスを有するものでさえも、不必要に費用がかかる。HDMユニット106は、動き強度推定に対して、画像差異および形状適応ウィンドウ平均技術を利用する。画像信号Y(t)111、および、そのフレーム遅延バージョンY(t−1)112が、HMD106に対して適用される。画像信号は、一般的にノイズが多いので、Y(t)およびY(t−1)から発生された画像差異Yd611は、2D LPフィルタ602によってフィルタされて、フィルタされた差異信号Yfd612を生成する。
フィルタ602は、適切な減衰を提供する何らかのローパスフィルタであってもよい。いくつかの実施形態では、以下のインパルス応答のうちの1つをLPフィルタ602において利用してもよい。
Figure 0005512813
または
Figure 0005512813
フィルタされた信号Yfd612は、形状適応ウィンドウ(SAW)603に対して提供される。SAW603は、ウィンドウ中のピクセルを2組に、すなわち、中央基準ピクセルより下の、または、中央基準ピクセルよりより上の所定のしきい値(SAWしきい値)内の値を有するピクセルと、その範囲内に無いピクセルとに分類するように動作する。形状適応ウィンドウの第1の出力613は、ピクセル類似性ωsである。第2の出力614は、ウィンドウ中の類似ピクセルの数Nsの反転値である。例えば、Yがウィンドウ603に対する入力信号である場合、これらの規定は以下のように表現されてもよい。
Figure 0005512813
SAW603の出力信号613および614は、高ノイズ画像差異Yd611に対するローカル平均を計算するためのローカル平均計算ユニット604によって使用される。出力信号615は、静的な領域においてさえも、依然としてノイズが多いので、しきい値MTh616を有するコアリングシステム605が使用されてもよい。コアリングシステム605は、絶対値において、Mest−Y−abs617を出力し、これは、動きベクトル長および信号強度に関する推定された動き強度であってもよい。コアリングシステムによって利用される技術は、埋め込み動き推定と同様であってもよい。ローカル動き推定信号Mest−Y−abs617が、しきい値を使用するローカル動き検出ユニット609に対して提供されて、ローカル動き検出(LMOT)信号618が生成される。Mest−Y−abs617はまた、Bar−Mot−Thのしきい値を有しているフレームベースの動き検出ユニット606もまた通過する。累積器607は、検出された動きイベントをカウントして、グローバル検出ユニット608およびマイクロプロセッサ731の両方に提供される、埋め込み動き推定カウンタ(EMEC)信号121を出力し、これは、図3を参照してより詳細に記述する。予め定められたしきい値Global−Thを有している、グローバル動き検出ユニット608は、EMEC信号121を受信し、グローバル動き検出(GMOT)信号619を出力する。低潜時動作に対して、グローバル検出ユニット619の結果を、次の入力画像フレームに対して使用してもよい。ANDゲート610は、LMOT618およびGMOT619を結合させて、大きい動き選択信号120を発生させる。大きい動き選択信号120は、図1bに示したように、強度適応ウィンドウフィルタリングユニット104および103に対して提供される。
いくつかの実施形態では、フレームベースの動き検出ユニット606は、32のBar−Mot−Thしきい値を使用する。いくつかの実施形態では、ローカル動き検出ユニット609は、8のLocal−Mot−Thしきい値を使用する。いくつかの実施形態では、ローカル動き検出ユニット608は、32のGlobal−Thしきい値を使用する。これらのユニットに対する、他のしきい値もまた使用してもよい。一般的に、より大きいしきい値は、入力画像のより大きい補正をもたらす。
図3は、図1bに示した、ブロック境界オフセットおよび動きに基づいた補正強度決定(BOMCS)ユニット107を図示する。ノイズの多い画像Y(t)111、および、HDM106からのフレームベースの埋め込み動き推定カウンタEMEC121は、BOMCS107の2つの入力である。BOMCS107は、ブロック境界ロケーション信号117および118と、フレームベースの補正強度信号122とを発生させる。図1bに示した、フィルタされ、ノイズ低減されたYtmp113を、いくつかの実施形態において、Y(t)の代わりに入力として利用してもよい。
入力画像信号Y(t)は、垂直ライン検出器701および水平ライン検出器702に対して提供される。垂直ライン検出器701および水平ライン検出器702は、何らかのエッジ検出フィルタを利用してもよい。例えば、それぞれ、以下のようなインパルス応答を利用してもよい。
Figure 0005512813
代わりに、垂直および水平ライン検出器はまた、以下の対によって記述されてもよい。
Figure 0005512813
フィルタ出力751が垂直境界テスト703に対して送られて、予備的な方法で、ピクセルが垂直の境界上にあるか否かを決定してもよい。垂直境界テスト703は、偽検出を減少させるために動作し、信号751の大きさと、サインとの両方に基づいていてもよい。ピクセル座標(x,y)に対する結果のバイナリ出力753は、水平カウンタ705−720に対して送られる。[x]モジュラス(modulus)に対応する、1つの水平カウンタ705−720が、一度にアクティブになる。それぞれのカウンタは、画像の1ピクセル列中の垂直境界上にありそうなピクセルの数のカウントを記憶する。同様に、フィルタ出力752が、水平境界テスト704に送られて、予備的にピクセルが水平境界上にあるか否かを決定する。ピクセル座標(x,y)に対する、結果のバイナリ出力は、垂直カウンタ721−736に対して送られる。[y]モジュラスに対応する、1つの垂直カウンタだけが、一度にアクティブになる。それぞれのカウンタは、画像の1ピクセル行中の水平境界上にありそうなピクセルの数のカウントを記憶する。
カウンタ出力、Ch0−15、および、Cv0−15が、さらなる解析のために、統合マイクロプロセッサ731に送られる。解析は、2つの部分、すなわち、ブロック境界オフセット検出(BOD)750と、自動ブロックアーティファクトインデックス(ABAI)752とを含む。
自動ブロックアーティファクトインデックス(ABAI)752の計算は、主に2つのタイプのインジケータに基づいている。すなわち、1)フレームベースの埋め込み動き推定カウンタEMEC121と、2)フレームベースのカウンタCh0−15、および、Cv0−15のグループとである。フレームベースのカウンタCh0−15、および、Cv0−15の最も主流のものを決定することは、最もありそうなブロックアーティファクトオフセットを示してもよい。これを行うために、ABAIは、最初に、累積カウンタの値を補正して、“濃淡のむら(blockiness)”のさまざまなレベルを表す値を経験的に予め決定する。これらの予め定められた値は、標準の組のコンテンツ全体を通しての圧縮の複数のレベルに由来する、実質的なブロッキングアーティバクトを測定することによって取得される。ブロックオフセットカウンタの組を、圧縮のレベルを最もよく表現する組に合わせることによって、または、逆の処理によって、濃淡のむらの度合い、自動化されたフレームベースのブロック補正強度が取得されてもよい。
しかしながら、この自動化されたブロック補正強度値は、いくつかの理由(ピクチャのグループ(GOP)構造、過敏な検出モジュール、等)のために、2つ以上の連続的フレームの間で、大きく変動するかもしれないので、自動化ブロック補正強度履歴が、マイクロプロセッサ731中で維持されてもよい。自動化ブロック補正強度履歴があると、自動化ブロック補正強度が複数のフレームにわたって保持されて、処理変動を最小化するために、より単純な応用においてプログレッシブ平均値が取得される。また、第1の組のフレーム上でブロッキングアーティファクトがより明示的であることを知っているので、それらの適応されたブロック補正強度は、検出されたGOP構造に対してマッピングされることができる。このことは、(取得された値がある場合、)取得された値の規則性を検出する第2の記憶されている履歴を使用して達成されてもよい。
次に、EMEC信号121を使用して、自動化ブロック補正強度を変調して、補正強度(CS)を発生させてもよい。いくつかの実施形態では、CSはプログレッシブ平均値のある範囲内に保持される。フレーム対フレームから現れる動きの量を表すことによって、1)大きな動きが検出されるときに、適用される補正強度をブーストするために、2)GOP規則性検出を調整するために、EMEC121が考慮に入れられる。
BOD750は、境界オフセットを提供し、フレームベースのカウンタCh0−15、および、Cv0−15中に保存された値から、水平境界ロケーション信号117と、垂直境界ロケーション信号118とを発生させる。高いカウンタ値は、ブロック境界の潜在的なロケーションを示す。GOPおよびBODからの出力を使用して、図1bに示した垂直強度適応ウィンドウフィルタリング(VIAWF)104、および、水平強度適応ウィンドウフィルタ(HIAWF)105を制御する。
BOD750は、ソフトウェアによって実現されてもよい。ABAI752のソフトウェア実施は、BOD750と並列的に実行されてもよく、埋め込み動き推定カウンタ(EMEC)信号121に関連して、同一のカウンタを使用して、フレーム毎のベースで必要とされるフィルタリングの強度を決定してもよい。
図4は、図1bに示した、画像強度セグメント化(IIS)ユニット102のブロック図を示す。IISユニット102は、画像分類カード204と、しきい値マップ205とを提供して、図1bに示した2つの強度適応ウィンドウフィルタリングユニット104および105に対する適応しきい値119を決定する。IISユニット102は、エッジ検出(ED)ユニット201、ローカル標準分散推定器(LSDE)202、および、保護された高周波検出器(PHFD)203に対して提供される入力信号Ytmp113を有する。
EDユニット201は、高性能エッジ検出器であってもよい。代わりに、EDユニット201は、SobelまたはPrewitt演算子、あるいは、SobelまたはPrewittコンパスに、単に基づいていてもよい。SobelまたはPrewitt演算子は、Cherri氏、Abdallah K.氏、および、Karim,Mohammad氏の“光学記号置換−Sobel、Prewitt、および、Roberts演算子を使用したエッジ検出”応用光学(ISSN 0003−6935)、vol. 28、1989年11月1日、p.4644−4648において、詳細に記述されており、ここでその全体が参照により組み込まれている。EDユニット201のいくつかの実施形態では、4つの方向に対する3×3のSobelコンパスが利用されてもよい。入力信号Ytmp113は、SobelまたはPrewitt演算子とともに畳み込み演算されて、各ピクセルにおいて、入力信号Ytmp113の画像強度の傾斜を計算する。結果は、そのピクセルにおいて、どのくらいの程度だけ“突然に”、または、“滑らかに”画像が変化するかを示し、したがって、画像のその部分がエッジを表している尤度がどのくらいの程度かを示す。
SobelまたはPrewitt演算子は両方とも、オリジナル画像とともに畳み込み演算される2つの3×3カーネルを使用して、1つは水平変更に対する、そしてもう1つは垂直に対する導関数の近似を計算する。もし、Aをソース画像として規定し、GxおよびGyが、それぞれのポイントにおいて、水平および垂直導関数近似を含む2つの画像である場合、Sobel演算子は以下の数式により計算される。
Figure 0005512813
Prewitt演算子は以下の数式により計算される。
Figure 0005512813
以下の数式により計算される、SobelまたはPrewitt畳み込み演算出力の絶対値を合計した後、しきい値比較器およびいくつかのバイナリコンテキストベースのフィルタが適用されて、孤立したものを除去し、および/または、失われた判定を追加してもよい。
Figure 0005512813
EDユニット201は、次に、バイナリ信号211としてのエッジ検出結果を、強度画像分類(IIC)ユニット204に提供する。
LSDEユニット202は、入力信号Ytmp113のローカル標準分散を推定する。スライディングウィンドウを利用して、推定の精度を改善してもよい。LSDE202中のスライディングウィンドウを利用して、ピクセルを2つのグループ、すなわち、中央基準ピクセルからのしきい値内にある値を有するピクセルと、および、その範囲の外側にあるピクセルとに分類するローカルセグメント化を利用できる。平均および標準分散は、しきい値範囲内にあるとして分類されたピクセルとともにだけ計算される。LSDE出力212は、IICユニット204に対して適用される。
PHFDユニット203は、保護マップ信号213を発生させ、これは、補正から保護されることになる高周波画像領域中のピクセルを識別する。PHFD203は、入力信号Ytmp113を受け取り、Laplacian 3×3フィルタ、しきい値比較器、および、追加、除去バイナリフィルタに基づいていてもよい。例えば、可能性あるLaplacianフィルタのインパルス応答は、以下の式によって与えられてもよい。
Figure 0005512813
8ビット画像データを使用する実施形態において、しきい値を48に設定してもよい。10ビット画像入力に対して、同様の結果を達成するために、しきい値は、4によって乗算されてもよい。他の高周波検出方法もまた、使用されてもよい。PHFD203は、画像入力Ytmpのピクセル高周波領域を示す保護マップ213を出力する。
強度画像分類(IIC)ユニット204は、ED201、LSDE202、および、PHFD203からの入力を使用して、画像信号Ytmp113のピクセルを、クラスへとセグメント化する。5クラスの実施形態では、クラスまたは領域は:補正なし、テクスチャ、エッジ、低テクスチャ、および、フラット領域であってもよい。保護マップ213によって識別されるピクセルは、補正なしクラスへと置き換えられる。EDユニット201が、エッジ上にあるとして識別するピクセルは、エッジクラスへと配置される。残りのピクセルは、LSDE202によって計算されるような、ローカル平均およびローカル標準分散の値に比較したそれらの相対値に依拠して、テクスチャ、エッジ、低テクスチャ、および、フラット領域へと分離される。IIC204の出力信号214は、しきい値マップ設定ユニット205に対して送られる。
しきい値マップ設定ユニット205は、IIC204出力214を、1組の基礎しきい値215へと変換する。8ビット画像入力実施形態において、基礎しきい値は、以下のようであってもよい。
補正なし しきい値=0
テクスチャ しきい値=2
エッジ しきい値=3
低テクスチャ しきい値=6
フラット しきい値=12 (9)
代わりの実施形態においては、異なる値をまた使用してもよい。
しきい値信号215は、動き利得制御ユニット206中でさらに調整され、これは、基礎しきい値を、動き情報に結合させる。動き利得は、可変利得値216に依拠して、例えば、1、1.5、2、または、4であってもよい。可変利得は、例えば、ユーザインターフェースによって取得されてもよく、代わりに利得に影響を及ぼす、入力画像の一般的品質を決定する事前処理解析ブロックによって選択されてもよく、または、ソフトウェア中で、もしくは、他の方法で予め設定されてもよい。図1bおよび2に示した、大きな動き検出ユニット106によって供給されるローカルの大きい動き選択信号120は、可変利得が適用されるか否かを制御する。ローカルの大きい動き選択信号120は、しきい値215が動き利得216によって乗算されたか否か、または、画像セグメント化基礎値215が、適応しきい値119として出力されたか否かを決定する。画像強度セグメント化(IIS)ユニット102の適応しきい値信号出力119は、図1bに図示されているように、垂直および水平強度適応ウィンドウフィルタリング(VIAWF、HIAWF)104および105の両方に対して送られる。
図5aは、エッジ保存適応フィルタ103aのブロック図を示す。一般的に、エッジ保存適応フィルタ103aは、詳細保存高性能ノイズ低減器(NR)として利用されてもよい。図5aに図示した、エッジ保存適応フィルタは、入力信号として、Ytmp113を受信し、並列に接続された、4つの方向のローパス(LP)フィルタLP0°320、LP45°322、LP90°324、および、LP135°326に基づいている。これらのフィルタのフィルタインパルス応答は、3つのタップ(1,2,1)/4から構成される。詳細保存適応フィルタは、B. Ramamurthi氏、および、A. Gersho氏の“ブロックコード化画像に対する非線形空間変数”vol ASSP−34、1986年10月、pp1258−1268において、記述されており、ここでその全体が参照により組み込まれている。LPフィルタ320、322、324、および、326からの出力信号と、フィルタされていない入力信号Ytmp113とが、方向ベースのフィルタ選択器328へと適用され、方向ベースのフィルタ選択器328は、方向および保護判定ユニット223によって出力される、方向マップ301によって駆動されている。ノイズ低減器として、図5a中に示した構成は、いくつかの欠点を有する。最初に、明示的に保護されているゾーンを除いた、他のすべての領域上でフィルタリングが実行される。さらに、ブロック境界だけをフィルタリングすることは、ブロッキングアーティファクトを十分に打ち消さない。
図5bは、本発明に一貫した、高周波およびエッジ保存適応フィルタ(HEPAF)103bの実施形態のブロック図を示し、この実施形態の欠点に対処するいくつかの実施形態を、図3a中に示した。図5b中に示したHEPAFユニット103bは、平均2乗誤差を最小化させ、モスキートノイズ低減に適切である、形状適応ウィンドウフィルタに基づいた、ノイズ低減ユニットである。HEPAF103bにおいて、入力信号Ytmp113は、2Dローパスフィルタ301、平均計算ユニット303、減算器306、および、分散計算ユニット304に適用される。3×3ローパスフィルタ301は、以下のインパルス応答によって実現されることができる。
Figure 0005512813
他のノイズ低減フィルタもまた使用してもよい。ローパス信号出力Y311は、スライディング形状適応ウィンドウSAW302に対して提供される。SAW302は、図2を参照して以前に記述したSAW603に類似して、ウィンドウ中のピクセルを、2組へと分類する。SAW302は、ピクセル類似性を表す、第1の出力ωij312と、ウィンドウ中の類似ピクセルの数Nの反転値である、第2の出力313とを出力する。SAW302からの出力の両方は、分散計算ユニット304および平均計算ユニット303に対して提供される。
平均計算ユニット303は、以下のような1組の類似強度ピクセル上で規定される、ローカル平均強度出力Ym314を提供する。
Figure 0005512813
分散計算ユニット304は、1組の類似強度ピクセル上で規定され、信号分散値315を提供する。一般的に、信号分散は、以下のように規定できる。
Figure 0005512813
平均および分散計算の、他の方法もまた使用してもよい。
図2に示した、信号分散315、ノイズ分散316、および、保護マップ213は、利得計算ユニット305に対して適用される。ノイズ分散316は、ユーザ入力によって規定でき、フィルタリングの強度に対する調整を提供する。SAWFは、エッジ保存フィルタであるので、高周波保護に対する修正は、必要な場合、利得計算ユニット305中で、利得K317を1に等しく設定することからなる。より詳細には、利得の表現は以下のようになる。
保護マップ213=1の場合、K=1 (9)
Figure 0005512813
ノイズ分散が、信号分散(SignalVariance)を超えるべきでないので、Kは、0および1の間に制約される。したがって、ノイズ分散は、保護マップ213によって、‘1’以外に規定されたエリア中の‘ブレンド’係数Kを直接制御する。
図5bによって図示されるように、信号出力Yadp114は、関数ユニット306、307、308によって実行される、以下の数式によって与えられる。
Figure 0005512813
このようであるので、ピクセルが、保護マップ213上にある場合、K317は1に等しく、Yadp=Ytmpであり、信号Ytmp113は、フィルタされておらず、Yadp114として出力されることを意味する。そうでない場合、Yadpを生成するために、Ymは利得値Kにしたがって調整される。Yadpが、図1bに示されるような垂直強度適応ウィンドウフィルタリングユニット104に送られる。HEPAF103bを図1bに示したが、いくつかの実施形態では、Y(t)が十分に低ノイズである場合、または、事前フィルタリングユニット101単体でノイズ低減に対して適切である場合、HEPAF(103aまたは103b)は省略されてもよい。このようなケースにおいて、HEPAF103は、潜時補償に対して適切な遅延を加えることにより通過されてもよく、遅延されたY(t)111、または、Ytmp113は、Yadp114として、直接使用されてもよい。
図6は、垂直強度適応ウィンドウフィルタリング(VIAWF)ユニット104の実施形態を示す。画像信号入力Ytmp113は、垂直強度適応ウィンドウ(VIAW)401および垂直平均計算(VMC)ユニット402に適用される。VIAWFユニット104は、0に等しい利得Kを有するSAWFと、垂直1Dスライディングウィンドウとに基づいている。スライディングウィンドウの次元は、最適なシステム性能に対して選ばれ、次元は、例えば、5×1であってもよい。ピクセルは、それらが中央参照ピクセル強度に対して類似の強度を有しているか否かに依拠して、VIAW401によって、2つのグループへと分類される。ピクセルベースの分類しきい値は、以前に記述した画像セグメント化ユニット102および大きな動き検出ユニット106から提供される適応しきい値信号119である。しきい値が十分に高い場合、ウィンドウ中の類似ピクセルの数は、1より大きくてもよい。VIAW401は、同様のSAWフィルタを記述する、数式(3)において提示したものに類似した、2つの出力410および411を提供する。出力410および411は、垂直平均計算ユニット402によって使用されて、垂直ローカル平均Yvm412を計算する。垂直ローカル平均Yvm412およびHFEPAFユニット103からの適応強度フィルタされたYadp114は、補正強度(CS)122と結合され、さらに、ミキサー403を通してBOMCSユニット107からの水平ブロック境界ロケーション信号117と結合され、垂直補正値Yvert115を提供し、以下の数式のようになる。
Figure 0005512813
このようであるので、CSが最大化されており、1に等しいとき、補正が最大化される(Yvert=Yvm)。
ここで、図7を参照して、VIAWF104からの垂直補正信号Yvert115が、水平強度適応ウィンドウフィルタリングHIAWFユニット105に適用される。HIAWF105は、水平強度適応ウィンドウ501および水平平均計算ユニット502を含む。HIAWF501は、水平強度適応ウィンドウ501中で使用されるウィンドウ501が1D水平ウィンドウであることを除いては、図6を参照して記述したVIAWFと同様に機能する。また、2つの垂直および水平フィルタリングシステムが直列に結合されることから、垂直に補正された画像信号Yvert115だけが、画像入力として供給される。Yhmは、平均計算ユニット502の水平平均信号出力512を表し、信号出力Yout116は、以下の表現により与えられる。
Figure 0005512813
垂直および水平強度適応ウィンドウフィルタリングユニット104および105があるので、ブロック境界コーナーにおいて、垂直および水平に、補正が2回実行される。
水平強度適応ウィンドウフィルタリングユニット105は、Yout116を出力し、これは、Barシステム100のブロックアーティファクト補正された画像信号出力である。
Barシステム100は、ブロック境界補正の補正強度122をスケールする際に、時間的な情報を使用する。時間的な情報はまた、VIAWF104およびHFEPAF105それぞれにおいて、適応しきい値強度適応ウィンドウ401および502に適用される利得を調整するのにも利用されてもよい。通常は、空間的のみのBARシステムに、動き情報を使用することによって、BARシステム100は、ブロッキングアーティファクトの検出および補正に関して、時間的および空間的適応アルゴリズムの両方を利用して、画像シーケンスのブロックアーティファクトを低減させることができる。
上に記述した発明の実施形態は、例示的な目的だけのものである。実施形態のエレメントを記述したが、これらのエレメントは、ハードウェア、ソフトウェアを通して実現されてもよい。一般的に、本発明の実施形態は、画像処理可能な任意のデバイス上で実現できる。実施形態の説明中で、例示的な配列方向およびさまざまな値を示したが、本開示の精神から逸脱することなく、他の方向や値が利用できる。当業者は、特に開示した実施形態からのさまざまな代替の実施形態を認識してもよい。これらの代替の実施形態はまた、本開示の範囲内に収まることが意図される。したがって、本発明は、以下の特許請求の範囲のみによって制限される。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
[1] 画像シーケンス中で、ブロックアーティファクトを低減させる装置において、画像信号の第1のフレームおよび前記画像信号の第2のフレームから、動き信号を検出する動き検出ユニットと、前記第2のフレームおよび前記動き信号に基づく補正強度と、前記第2のフレームとに基づいて、ブロック境界ロケーションを決定する、ブロック境界オフセットおよび動きベースの補正決定(BOMCS)ユニットと、前記ブロック境界ロケーションおよび前記補正強度に基づいて、前記第2のフレームをフィルタして、補正された画像信号を出力する強度フィルタとを具備する装置。
[2] 前記BOMCSユニットは、前記第2のフレーム中で検出されたブロック境界の優勢さに基づいて、前記第2のフレームの圧縮のレベルを決定し、前記圧縮のレベルおよび前記動き信号に関係する補正値を変調することによって、前記補正強度を決定する、[1]に記載の装置。
[3] 前記BOMCSユニットは、前記画像信号の複数のフレームを通しての補正強度履歴を記憶し、前記補正強度履歴に少なくとも部分的に基づいて、前記補正強度を決定する、[1]記載の装置。
[4] 前記BOMCSユニットは、補正強度規則性履歴を記憶し、前記補正強度規則性履歴に少なくとも部分的に基づいて、前記補正強度を決定する、[3]記載の装置。
[5] 前記強度フィルタは、前記第2のフレームを連続的にフィルタする、垂直強度適応ウィンドウフィルタおよび水平強度適応ウィンドウフィルタを含む、[1]記載の装置。
[6] 前記画像信号の前記第1のフレームを使用して、適応しきい値信号を決定する画像強度セグメント化ユニットをさらに具備し、前記強度フィルタは、強度適応ウィンドウフィルタを備え、前記適応しきい値信号は、前記強度適応ウィンドウフィルタの適応しきい値として使用される、[1]記載の装置。
[7] 前記動き検出ユニットは、ローカルの大きな動き選択信号を決定し、前記ローカルの大きな動き選択信号により選択されるピクセルに対する、前記適応しきい値信号に対して利得が適応される、[6]記載の装置。
[8] 前記画像強度セグメント化ユニットは、適応しきい値信号値にそれぞれ対応している領域へと、前記第2のフレームをセグメント化する、[6]記載の装置。
[9] 前記画像信号のオリジナルの第2のフレームのノイズを低減させる事前フィルタリングユニットをさらに具備する、[1]記載の装置。
[10] 前記画像信号をフィルタし、適応画像信号を前記強度フィルタに出力する、詳細保存適応フィルタをさらに具備し、前記強度フィルタは、前記ブロック境界によってブロック境界上に位置するとして示されない画像信号の領域に対して、前記適応画像信号を出力する、[1]記載の装置。
[11] 画像シーケンス中で、ブロックアーティファクトを低減させるための方法において、画像信号の第1のフレームおよび前記画像信号の第2のフレームから、動き信号を決定することと、前記第2のフレームから、ブロック境界ロケーションを決定することと、前記第2のフレームおよび前記動き信号から、補正強度を決定することと、前記ブロック境界ロケーションおよび前記補正強度にしたがって、前記第2のフレームをフィルタして、補正された画像信号を出力することと含む方法。
[12] 前記補正強度を決定することは、前記第2のフレーム中で検出されたブロック境界の優勢さに基づいて、前記第2のフレームの圧縮のレベルを決定することと、前記圧縮のレベルおよび前記動き信号に関係する補正値を変調して、前記補正強度を出力することとを含む、[11]記載の方法。
[13] 前記画像信号の複数のフレームを通しての補正強度履歴を記憶させることをさらに含み、前記補正強度を決定することは、前記補正強度履歴に少なくとも部分的に基づいている、[11]記載の方法。
[14] 補正強度規則性履歴を記憶することをさらに含み、前記補正強度を決定することは、前記補正強度規則性履歴に少なくとも部分的に基づいている、[13]記載の方法。
[15] 前記第2のフレームをフィルタすることは、垂直強度適応ウィンドウフィルタを使用して、前記第2のフレームをフィルタして、垂直に補正された第2のフレームを出力することと、水平強度適応ウィンドウフィルタを使用して、前記第2のフレームをフィルタして、前記補正された画像を出力することとを含む、[11]記載の方法。
[16] 前記第2のフレームを領域へとセグメント化することと、前記それぞれの領域に対して、適応しきい値信号値を割り当てして、適応しきい値信号を出力することとをさらに含み、前記強度フィルタは、強度適応ウィンドウフィルタを備え、前記適応しきい値信号は、前記強度適応ウィンドウフィルタの適応しきい値として使用される、[11]記載の方法。
[17] 前記第1および第2のフレームから、ローカルの大きな動き選択信号を決定することと、前記ローカルの大きな動き選択信号により選択されるピクセルに対する、前記適応しきい値信号に対して利得を適用することとをさらに含む、[11]記載の方法。
[18] オリジナルの画像信号をフィルタして、前記画像信号の第2のフレームを出力することをさらに含む、[16]記載の方法。
[19] 保存適応フィルタを使用して、前記画像データをフィルタし、適応画像信号を前記強度フィルタに出力することをさらに含み、前記適応画像信号は、前記ブロック境界ロケーション信号によって、ブロック境界上にあるとして示されない画像信号の領域に対して、前記補正された画像信号として出力される、[11]記載の方法。
[20] ブロックベースのコード画像中で、ブロッキングアーティファクトを低減させる装置において、画像信号の第1のフレームおよび前記画像信号の第2のフレームから、動き推定信号およびローカルの大きな動き選択信号を決定する動き検出ユニットと、前記第2のフレームおよび前記動き信号に基づく補正強度と、前記第2のフレームとに基づいて、垂直および水平ブロック境界ロケーションを決定する、ブロック境界オフセットおよび動きベースの補正決定(BOMCS)ユニットと、前記第2のフレームを領域へとセグメント化し、前記領域のそれぞれに対して、しきい値を割り当てる適応しきい値信号を出力する、画像強度セグメント化ユニットと、前記適応しきい値信号および前記補正強度にしたがって、前記ブロック境界ロケーションによって示されるピクセルを連続的にフィルタする、垂直強度適応ウィンドウフィルタおよび水平強度適応ウィンドウフィルタとを具備する装置。

Claims (18)

  1. 画像シーケンス中で、ブロックアーティファクトを低減させる装置において、
    画像信号の第1のフレームおよび前記画像信号の第2のフレームから、動き信号を検出する動き検出ユニットと、
    前記第2のフレームおよび前記動き信号に基づく補正強度と、前記第2のフレームとに基づいて、ブロック境界ロケーションを決定する、ブロック境界オフセットおよび動きベースの補正決定(BOMCS)ユニットと、
    前記ブロック境界ロケーションおよび前記補正強度に基づいて、前記第2のフレームをフィルタして、補正された画像信号を出力する強度フィルタと
    を具備し、
    前記BOMCSユニットは、
    ライン検出結果の使用により前記第2のフレーム中で検出されたブロック境界の優勢さの値と、1組の予め定められた値との比較結果に基づいて、前記第2のフレームの圧縮のレベルを決定し、
    前記動き信号に従って前記圧縮のレベルをスケーリングすることにより、前記補正強度を決定する装置。
  2. 前記BOMCSユニットは、前記画像信号の複数のフレームを通しての補正強度履歴を記憶し、前記補正強度履歴に少なくとも部分的に基づいて、前記補正強度を決定する、請求項1記載の装置。
  3. 前記BOMCSユニットは、補正強度規則性履歴を記憶し、前記補正強度規則性履歴に少なくとも部分的に基づいて、前記補正強度を決定する、請求項記載の装置。
  4. 前記強度フィルタは、前記第2のフレームを連続的にフィルタする、垂直強度適応ウィンドウフィルタおよび水平強度適応ウィンドウフィルタを含む、請求項記載の装置。
  5. 前記画像信号の前記第1のフレームを使用して、適応しきい値信号を決定する画像強度セグメント化ユニットをさらに具備し、
    前記強度フィルタは、強度適応ウィンドウフィルタを備え、前記適応しきい値信号は、前記強度適応ウィンドウフィルタの適応しきい値として使用される、請求項1記載の装置。
  6. 前記動き検出ユニットは、ローカルの大きな動き選択信号を決定し、前記ローカルの大きな動き選択信号により選択されるピクセルに対する、前記適応しきい値信号に対して利得が適応される、請求項記載の装置。
  7. 前記画像強度セグメント化ユニットは、適応しきい値信号値にそれぞれ対応している領域へと、前記第2のフレームをセグメント化する、請求項記載の装置。
  8. 前記画像信号のオリジナルの第2のフレームのノイズを低減させる事前フィルタリングユニットをさらに具備する、請求項記載の装置。
  9. 前記画像信号をフィルタし、適応画像信号を前記強度フィルタに出力する、詳細保存適応フィルタをさらに具備し、
    前記強度フィルタは、前記ブロック境界ロケーションによってブロック境界上に位置するとして示されない画像信号の領域に対して、前記適応画像信号を出力する、請求項1記載の装置。
  10. 画像シーケンス中で、ブロックアーティファクトを低減させるための方法において、
    画像信号の第1のフレームおよび前記画像信号の第2のフレームから、動き信号を決定することと、
    前記第2のフレームから、ブロック境界ロケーションを決定することと、
    前記第2のフレームおよび前記動き信号から、補正強度を決定することと、
    前記ブロック境界ロケーションおよび前記補正強度にしたがって、強度フィルタを使用して前記第2のフレームをフィルタして、補正された画像信号を出力することを含み、
    前記補正強度を決定することは、
    ライン検出結果の使用により前記第2のフレーム中で検出されたブロック境界の優勢さの値と、1組の予め定められた値との比較結果に基づいて、前記第2のフレームの圧縮のレベルを決定し、
    前記動き信号に従って前記圧縮のレベルをスケーリングすることにより、前記補正強度を決定する方法
  11. 前記画像信号の複数のフレームを通しての補正強度履歴を記憶させることをさらに含み、
    前記補正強度を決定することは、前記補正強度履歴に少なくとも部分的に基づいている、請求項10記載の方法。
  12. 補正強度規則性履歴を記憶することをさらに含み、
    前記補正強度を決定することは、前記補正強度規則性履歴に少なくとも部分的に基づいている、請求項11記載の方法。
  13. 前記第2のフレームをフィルタすることは、
    垂直強度適応ウィンドウフィルタを使用して、前記第2のフレームをフィルタして、垂直に補正された第2のフレームを出力することと、
    水平強度適応ウィンドウフィルタを使用して、前記第2のフレームをフィルタして、前記補正された画像信号を出力することと
    を含む、請求項10記載の方法。
  14. 前記第2のフレームを領域へとセグメント化することと、
    前記それぞれの領域に対して、適応しきい値信号値を割り当てして、適応しきい値信号を出力することと
    をさらに含み、
    前記強度フィルタは、強度適応ウィンドウフィルタを備え、前記適応しきい値信号は、前記強度適応ウィンドウフィルタの適応しきい値として使用される、請求項10記載の方法。
  15. 前記第1および第2のフレームからローカルの大きな動き選択信号を決定することと、
    前記ローカルの大きな動き選択信号により選択されるピクセルに対する、前記適応しきい値信号に対して利得を適用することと
    さらに含む、請求項14記載の方法。
  16. オリジナルの画像信号をフィルタして、前記画像信号の第2のフレームを出力することをさらに含む、請求項14記載の方法。
  17. 保存適応フィルタを使用して、前記画像信号をフィルタし、適応画像信号を前記強度フィルタに出力することをさらに含み、
    前記適応画像信号は、前記ブロック境界ロケーションによって、ブロック境界上にあるとして示されない画像信号の領域に対して、前記補正された画像信号として出力される、請求項10記載の方法。
  18. ブロックベースのコード画像中で、ブロッキングアーティファクトを低減させる装置において、
    画像信号の第1のフレームおよび前記画像信号の第2のフレームから、動き推定信号およびローカルの大きな動き選択信号を決定する動き検出ユニットと、
    前記第2のフレームおよび前記動き信号に基づく補正強度と、前記第2のフレームとに基づいて、垂直および水平ブロック境界ロケーションを決定する、ブロック境界オフセットおよび動きベースの補正決定(BOMCS)ユニットと、
    前記第2のフレームを領域へとセグメント化し、前記領域のそれぞれに対して、しきい値を割り当てる適応しきい値信号を出力する、画像強度セグメント化ユニットと、
    前記適応しきい値信号および前記補正強度にしたがって、前記ブロック境界ロケーションによって示されるピクセルを連続的にフィルタする、垂直強度適応ウィンドウフィルタおよび水平強度適応ウィンドウフィルタとを具備し、
    前記BOMCSユニットは、
    ライン検出結果の使用により前記第2のフレーム中で検出されたブロック境界の優勢さの値と、1組の予め定められた値との比較結果に基づいて、前記第2のフレームの圧縮のレベルを決定し、
    前記動き信号に従って前記圧縮のレベルをスケーリングすることにより、前記補正強度を決定する装置
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