JP5715533B2 - Moving image quality restoration apparatus, moving image quality restoration method, and program - Google Patents

Moving image quality restoration apparatus, moving image quality restoration method, and program Download PDF

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Description

本発明は、動画像画質復元装置、動画像画質復元方法、およびプログラムに関する。   The present invention relates to a moving image quality restoration apparatus, a moving image quality restoration method, and a program.

従来、H.264(例えば、非特許文献1参照)に代表される映像圧縮符号化技術では、少ない符号量で原画像からの誤差を小さくするという、高い圧縮性能を実現している。しかしながら、この技術によって高圧縮された映像では、圧縮符号化過程における量子化などの処理により、特に高周波成分を伴うテクスチャにおいて大きな画質劣化が生じてしまう。   Conventionally, H.M. In the video compression coding technique represented by H.264 (for example, see Non-Patent Document 1), high compression performance is realized in which an error from an original image is reduced with a small code amount. However, in a video image highly compressed by this technique, a large image quality deterioration occurs particularly in textures with high frequency components due to processing such as quantization in the compression encoding process.

そこで、Non−Local Means(NLM)フィルタ方式(例えば、非特許文献2参照)が提案されている。このNLMフィルタ方式では、画面内の近傍領域で類似するテクスチャの画素(値)に大きな重みを付与して、画質劣化の生じたテクスチャの画質を復元することができる。   Therefore, a Non-Local Means (NLM) filter method (see, for example, Non-Patent Document 2) has been proposed. In this NLM filter method, it is possible to restore the image quality of a texture in which image quality degradation has occurred by assigning a large weight to pixels (values) of a similar texture in the vicinity region in the screen.

以下に、図8を用いて、NLMフィルタ方式におけるNLMフィルタ処理について説明する。   The NLM filter process in the NLM filter method will be described below using FIG.

NLMフィルタ処理では、NLMフィルタを用いて、フィルタ処理対象画素iの近傍のL×L個(Lは、L≧2を満たす任意の整数)の画素を対象としたフィルタ処理が行われる。NLMフィルタには、フィルタ処理対象画素iと、フィルタ係数算出画素jと、のそれぞれについて、近傍のM×M個(Mは、1≦M≦Lを満たす任意の整数)の画素の領域との類似性を評価し、類似性が高いほど、大きなフィルタ係数を設定する。具体的には、入力される画像を以下の式(1)のように表すものとすると、フィルタ処理対象画素iに対するフィルタ係数算出画素jにおけるフィルタ係数w(i、j)は、以下の式(2)により求めることができる。   In the NLM filter process, a filter process for L × L pixels (L is an arbitrary integer satisfying L ≧ 2) in the vicinity of the filter processing target pixel i is performed using the NLM filter. The NLM filter includes a region of M × M pixels (M is an arbitrary integer satisfying 1 ≦ M ≦ L) in the vicinity of each of the filtering target pixel i and the filter coefficient calculation pixel j. The similarity is evaluated, and the higher the similarity is, the larger the filter coefficient is set. Specifically, when an input image is expressed as the following expression (1), the filter coefficient w (i, j) in the filter coefficient calculation pixel j for the filter processing target pixel i is expressed by the following expression ( 2).

Figure 0005715533
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Figure 0005715533
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なお、式(2)において、Nは、フィルタ処理対象画素iの近傍のM×M個の画素の領域を示し、Nは、フィルタ係数算出画素jの近傍のM×M個の画素の領域を示すものとする。また、v(N)は、Nに対するグレーレベルでの明度を示し、v(N)は、Nに対するグレーレベルでの明度を示すものとする。また、hは、フィルタの強度を示すものとする。また、z(i)は、以下の式(3)により求めることができるものとする。 In Expression (2), N i represents a region of M × M pixels in the vicinity of the filter target pixel i, and N j represents M × M pixels in the vicinity of the filter coefficient calculation pixel j. An area shall be indicated. Also, v (N i ) represents the lightness at the gray level for N i , and v (N j ) represents the lightness at the gray level for N j . Further, h represents the strength of the filter. Also, z (i) can be obtained by the following equation (3).

Figure 0005715533
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NLMフィルタ処理では、以上により求められたフィルタ係数w(i,j)を、劣化画像に対して適用する。このNLMフィルタ処理により得られる画素値NL[v](i)は、以下の式(4)のように表すことができる。   In the NLM filter processing, the filter coefficient w (i, j) obtained as described above is applied to the degraded image. The pixel value NL [v] (i) obtained by this NLM filter processing can be expressed as the following equation (4).

Figure 0005715533
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Joint Video Team(JVT) of ISO/IEC MPEG and ITU-T VCEG, "Text of ISO/IEC 14496-10 Advanced Video Coding," July 2004.Joint Video Team (JVT) of ISO / IEC MPEG and ITU-T VCEG, "Text of ISO / IEC 14496-10 Advanced Video Coding," July 2004. A. Buades, B. Coll, and J. M. Morel, "A Non Local Algorithm for Image Denoising," Proc. IEEE Int. Conf. on Computer Vision and Pattern Recognition, vol. 2, pp. 60-65, June 2005.A. Buades, B. Coll, and J. M. Morel, "A Non Local Algorithm for Image Denoising," Proc. IEEE Int. Conf. On Computer Vision and Pattern Recognition, vol. 2, pp. 60-65, June 2005. ISO/IEC MPEG and ITU-T VCEG, "Text of ISO/IEC 13818-2 Generic coding of moving pictures and associated audio information: Video," 2000.ISO / IEC MPEG and ITU-T VCEG, "Text of ISO / IEC 13818-2 Generic coding of moving pictures and associated audio information: Video," 2000. C. Tomasi and R. Manduchi, "Bilateral filtering for gray and color images," In Proceedings of the Sixth International Conference on Computer Vision, page 839-846, 1998.C. Tomasi and R. Manduchi, "Bilateral filtering for gray and color images," In Proceedings of the Sixth International Conference on Computer Vision, page 839-846, 1998. S. Smith and J. Brady, "Susan - a new approach to low level image processing," International Journal of Computer Vision, 23(1):45-78, 1997.S. Smith and J. Brady, "Susan-a new approach to low level image processing," International Journal of Computer Vision, 23 (1): 45-78, 1997.

非特許文献2に示されているNLMフィルタ方式では、処理フレーム内の近傍領域のテクスチャのみを用いてフィルタ処理を行って、画質を復元する。このため、復元した画質は、処理フレームの画質の劣化の度合いに強く依存してしまう。したがって、非特許文献2に示されているNLMフィルタ方式を、ピクチャタイプごとに異なる量子化パラメータの与えられる圧縮映像に対して単純適用すると、フレームごとの画質の差異が大きくなってしまい、不自然な映像となってしまっていた。   In the NLM filter method disclosed in Non-Patent Document 2, the image quality is restored by performing filter processing using only the texture of the neighboring region in the processing frame. For this reason, the restored image quality strongly depends on the degree of degradation of the image quality of the processing frame. Therefore, when the NLM filter method shown in Non-Patent Document 2 is simply applied to a compressed video to which a different quantization parameter is given for each picture type, a difference in image quality for each frame becomes large, which is unnatural. It was a serious video.

そこで、本発明は、上述の課題を鑑みてなされたものであり、フレームごとの画質の差異を小さくして、テクスチャを高精度に復元できる動画像画質復元装置、動画像画質復元方法、およびプログラムを提供することを目的とする。   Accordingly, the present invention has been made in view of the above-described problems, and a moving image quality restoration apparatus, a moving image quality restoration method, and a program that can restore a texture with high accuracy by reducing a difference in image quality for each frame. The purpose is to provide.

本発明は、上記の課題を解決するために、以下の事項を提案している。   The present invention proposes the following matters in order to solve the above problems.

(1) 本発明は、局所的な絵柄の類似性に基づくフィルタ処理により動画像を高画質化する動画像画質復元装置(例えば、図1の動画像画質復元装置1に相当)であって、処理フレームを基準として、当該処理フレームの特定フレーム前までの各フレームと、当該処理フレームの所定フレーム後までの各フレームと、を近傍フレームとすると、前記近傍フレームごとに、処理フレームにおけるフィルタ処理対象画素の近傍の領域(例えば、図3のフィルタ処理対象画素iの近傍のL×L個の画素の領域に相当)に類似する領域を、参照領域(例えば、図3の参照領域に相当)として求める参照領域決定手段(例えば、図1の参照領域決定部10に相当)と、前記フィルタ処理対象画素の近傍の領域と、前記参照領域決定手段により求められた参照領域と、に基づいて、局所的な絵柄の類似性に基づくフィルタ係数(例えば、後述のNLMフィルタ係数に相当)を算出するフィルタ係数算出手段(例えば、図1のフィルタ係数算出部20に相当)と、前記フィルタ処理対象画素の近傍の領域に対して、前記フィルタ係数算出手段により算出されたフィルタ係数を用いてフィルタ処理を行うフィルタ処理適用手段(例えば、図1のフィルタ処理適用部30に相当)と、を備えることを特徴とする動画像画質復元装置を提案している。   (1) The present invention is a moving image quality restoration device (for example, equivalent to the moving image quality restoration device 1 of FIG. 1) that improves the quality of moving images by filtering based on local pattern similarity. If each frame up to a specific frame of the processing frame and each frame up to a predetermined frame after the processing frame are defined as neighboring frames based on the processing frame, the filtering target in the processing frame for each neighboring frame An area similar to an area in the vicinity of a pixel (for example, an area of L × L pixels in the vicinity of the pixel to be filtered i in FIG. 3) is set as a reference area (for example, an area corresponding to the reference area in FIG. 3). The reference area determining means to be obtained (for example, equivalent to the reference area determining unit 10 in FIG. 1), the area in the vicinity of the filtering target pixel, and the reference area determining means Based on the reference region, filter coefficient calculation means (for example, equivalent to the filter coefficient calculation unit 20 in FIG. 1) for calculating a filter coefficient (for example, corresponding to an NLM filter coefficient described later) based on local pattern similarity. ) And filter processing application means (for example, the filter processing application unit 30 in FIG. 1) that performs filter processing on the region in the vicinity of the filter processing target pixel using the filter coefficient calculated by the filter coefficient calculation means. In other words, a moving image quality restoration apparatus has been proposed.

この発明によれば、処理フレームの特定フレーム前までの各フレームと、処理フレームの所定フレーム後までの各フレームと、を近傍フレームとすると、局所的な絵柄の類似性に基づくフィルタ処理により動画像を高画質化する動画像画質復元装置に、参照領域決定手段、フィルタ係数算出手段、およびフィルタ処理適用手段を設けた。そして、参照領域決定手段により、近傍フレームごとに、処理フレームにおけるフィルタ処理対象画素の近傍の領域に類似する領域を、参照領域として求めることとした。また、フィルタ係数算出手段により、フィルタ処理対象画素の近傍の領域と、参照領域決定手段により求められた参照領域と、に基づいて、局所的な絵柄の類似性に基づくフィルタ係数を算出することとした。また、フィルタ処理適用手段により、フィルタ処理対象画素の近傍の領域に対して、フィルタ係数算出手段により算出されたフィルタ係数を用いてフィルタ処理を行うこととした。   According to the present invention, if each frame before a specific frame of the processing frame and each frame after the predetermined frame of the processing frame are neighboring frames, the moving image is obtained by the filtering process based on the local similarity of the pattern. Is provided with a reference area determining means, a filter coefficient calculating means, and a filter processing applying means. Then, the reference region determining means obtains, as the reference region, a region similar to the region near the filter processing target pixel in the processing frame for each neighboring frame. Further, the filter coefficient calculating means calculates a filter coefficient based on the local pattern similarity based on the area near the filter processing target pixel and the reference area obtained by the reference area determining means; did. In addition, the filter processing application unit performs the filter process on the region near the pixel to be filtered using the filter coefficient calculated by the filter coefficient calculation unit.

このため、(1)の動画像画質復元装置は、近傍フレームのテクスチャを用いてフィルタ処理を行って、画質を復元することができる。したがって、フィルタ処理に、処理フレームよりも画質の劣化の度合いが低い近傍フレームのテクスチャを用いることで、フレームごとの画質の差異を小さくして、テクスチャを高精度に復元できる。   Therefore, the moving image quality restoration apparatus (1) can restore the picture quality by performing the filter processing using the texture of the neighboring frame. Therefore, by using the texture of a neighboring frame that has a lower degree of image quality degradation than the processing frame for the filtering process, the difference in image quality for each frame can be reduced and the texture can be restored with high accuracy.

(2) 本発明は、(1)の動画像画質復元装置について、前記処理フレームの特定フレーム前までの各フレームとは、当該処理フレームのmフレーム前(mは、0≦m≦15を満たす任意の整数)までの各フレームのことであり、前記処理フレームの所定フレーム後までの各フレームとは、当該処理フレームのnフレーム後(nは、m=0の場合には1≦n≦15を満たす任意の整数であり、0<m≦15を満たす場合には0≦n≦15を満たす任意の整数)までの各フレームのことであることを特徴とする動画像画質復元装置を提案している。   (2) The present invention relates to the moving image quality restoration apparatus of (1), wherein each frame before the specific frame of the processing frame is m frames before the processing frame (m satisfies 0 ≦ m ≦ 15). Each frame up to a predetermined frame after the processing frame is n frames after the processing frame (n is 1 ≦ n ≦ 15 when m = 0). A moving picture image quality restoration device, which is an arbitrary integer satisfying 0 <m ≦ 15 in the case of 0 <m ≦ 15, and an arbitrary integer satisfying 0 ≦ n ≦ 15). ing.

この発明によれば、(1)の動画像画質復元装置において、近傍フレームとして、処理フレームのmフレーム前までの各フレームと、処理フレームのnフレーム後までの各フレームと、を用いることができ、上述した効果と同様の効果を奏することができる。   According to the present invention, in the moving image quality restoration apparatus of (1), each frame up to m frames before the processing frame and each frame up to n frames after the processing frame can be used as neighboring frames. The effect similar to the effect mentioned above can be show | played.

(3) 本発明は、(1)または(2)の動画像画質復元装置について、前記参照領域決定手段は、映像圧縮符号化ストリームから得られる参照リスト(例えば、後述の参照リストaに相当)および動きベクトル(例えば、後述の動きベクトルbに相当)に基づいて、前記フィルタ処理対象画素の近傍の領域に対して当該動きベクトルが指し示す領域を前記参照領域として求めることを特徴とする動画像画質復元装置を提案している。   (3) In the moving image quality restoration apparatus according to (1) or (2), the present invention provides a reference list (for example, equivalent to a reference list a to be described later), wherein the reference area determining means is obtained from a video compression coded stream. And a motion image quality characterized in that, based on a motion vector (e.g., corresponding to a motion vector b to be described later), an area indicated by the motion vector is obtained as the reference area with respect to an area in the vicinity of the filter processing target pixel. A restoration device is proposed.

この発明によれば、(1)または(2)の動画像画質復元装置において、参照領域決定手段により、映像圧縮符号化ストリームから得られる参照リストおよび動きベクトルに基づいて、参照領域として、フィルタ処理対象画素の近傍の領域に対して動きベクトルが指し示す領域を求めることとした。   According to the present invention, in the moving image quality restoration apparatus of (1) or (2), the reference region determination unit performs filtering processing as a reference region based on the reference list and the motion vector obtained from the video compression encoded stream. The region indicated by the motion vector is obtained with respect to the region in the vicinity of the target pixel.

このため、(3)の動画像画質復元装置は、参照領域を、映像圧縮符号化ストリームから得られる参照リストおよび動きベクトルを用いて求める。したがって、参照領域として、処理フレームにおけるフィルタ処理対象画素の近傍の領域に類似する領域を、近傍フレームごとに適切に求めることができ、上述した効果と同様の効果を奏することができる。   For this reason, the moving image quality restoration apparatus (3) obtains a reference area using a reference list and a motion vector obtained from a video compression encoded stream. Therefore, a region similar to the region near the pixel to be filtered in the processing frame can be appropriately obtained as the reference region for each neighboring frame, and the same effect as described above can be achieved.

(4) 本発明は、(1)または(2)の動画像画質復元装置について、前記参照領域決定手段は、前記処理フレームと前記近傍フレームとの間でのブロックマッチングに基づく動き推定により動きベクトルを求め、前記フィルタ処理対象画素の近傍の領域に対して当該動きベクトルが指し示す領域を前記参照領域として求めることを特徴とする動画像画質復元装置を提案している。   (4) In the moving image image quality restoration device according to (1) or (2), the reference area determination unit performs motion vector estimation by motion estimation based on block matching between the processing frame and the neighboring frame. And a moving image quality restoration apparatus is proposed in which a region indicated by the motion vector is obtained as the reference region with respect to a region in the vicinity of the pixel to be filtered.

この発明によれば、(1)または(2)の動画像画質復元装置において、参照領域決定手段により、処理フレームと近傍フレームとの間でのブロックマッチングに基づく動き推定により動きベクトルを求め、参照領域として、フィルタ処理対象画素の近傍の領域に対して動きベクトルが指し示す領域を求めることとした。   According to the present invention, in the moving image image quality restoration device of (1) or (2), the reference region determining means obtains a motion vector by motion estimation based on block matching between a processing frame and a neighboring frame, and refers to it. As the region, the region indicated by the motion vector is obtained with respect to the region near the pixel to be filtered.

このため、(4)の動画像画質復元装置は、参照領域を、処理フレームと近傍フレームとの間でのブロックマッチングに基づく動き推定により求めた動きベクトルを用いて求める。したがって、参照領域として、処理フレームにおけるフィルタ処理対象画素の近傍の領域に類似する領域を、近傍フレームごとに適切に求めることができ、上述した効果と同様の効果を奏することができる。   For this reason, the moving image quality restoration apparatus of (4) obtains a reference region using a motion vector obtained by motion estimation based on block matching between a processing frame and a neighboring frame. Therefore, a region similar to the region near the pixel to be filtered in the processing frame can be appropriately obtained as the reference region for each neighboring frame, and the same effect as described above can be achieved.

(5) 本発明は、(1)〜(4)のいずれかの動画像画質復元装置について、前記フィルタ係数算出手段は、前記フィルタ係数について、前記処理フレームにおける量子化ステップ幅(例えば、後述の処理フレームにおける量子化ステップ幅wに相当)と、前記近傍フレームにおける量子化ステップ幅(例えば、後述の近傍フレームにおける量子化ステップ幅wに相当)と、の比に応じた重み付けを行うことを特徴とする動画像画質復元装置を提案している。 (5) In the moving image image quality restoration device according to any one of (1) to (4), the filter coefficient calculation unit may perform a quantization step width (for example, described later) in the processing frame for the filter coefficient. be carried out as corresponding to the quantization step width w c) in the processing frame, the quantization step width in the vicinity of the frame (e.g., a corresponds to the quantization step width w n) in neighboring frames later, weighted according to the ratio of Has proposed a moving image quality restoration apparatus characterized by the above.

この発明によれば、(1)〜(4)のいずれかの動画像画質復元装置において、フィルタ係数算出手段により、フィルタ係数について、処理フレームにおける量子化ステップ幅と、近傍フレームにおける量子化ステップ幅と、の比に応じた重み付けを行うこととした。   According to this invention, in the moving image image quality restoration device according to any one of (1) to (4), the filter coefficient calculation means performs the quantization step width in the processing frame and the quantization step width in the neighboring frame for the filter coefficient. And weighting according to the ratio.

このため、(5)の動画像画質復元装置は、フィルタ係数に対して、処理フレームにおける量子化ステップ幅と、近傍フレームにおける量子化ステップ幅と、の比に応じた重み付けを行う。したがって、処理フレームと近傍フレームとの類似度が高くなるに従って、この近傍フレームにおけるフィルタ係数の、フィルタ処理に用いるフィルタ係数に対する影響を大きくすることができる。よって、フレームごとの画質の差異をさらに小さくして、テクスチャをより高精度に復元できる。   For this reason, the moving image quality restoration apparatus of (5) weights the filter coefficient according to the ratio between the quantization step width in the processing frame and the quantization step width in the neighboring frame. Therefore, as the degree of similarity between the processing frame and the neighboring frame increases, the influence of the filter coefficient in the neighboring frame on the filter coefficient used for the filtering process can be increased. Therefore, the difference in image quality for each frame can be further reduced, and the texture can be restored with higher accuracy.

(6) 本発明は、(1)〜(5)のいずれかの動画像画質復元装置において、前記フィルタ係数算出手段は、前記フィルタ処理対象画素の近傍の領域と、前記参照領域決定手段により求められた参照領域と、に基づいて、前記フィルタ係数を算出するとともに、前記処理フレームにおけるフィルタ処理対象画素の近傍の領域に基づいて、前記局所的な絵柄の類似性に基づくフィルタ係数を算出することを特徴とする動画像画質復元装置を提案している。   (6) In the moving image image quality restoration device according to any one of (1) to (5), the filter coefficient calculation unit may obtain the region near the pixel to be filtered and the reference region determination unit. And calculating the filter coefficient based on the local similarity of the pattern based on a region in the vicinity of the pixel to be filtered in the processing frame. Has proposed a moving image quality restoration apparatus characterized by the above.

この発明によれば、(1)〜(5)のいずれかの動画像画質復元装置において、フィルタ係数算出手段によるフィルタ係数の算出を、フィルタ処理対象画素の近傍の領域と、参照領域決定手段により求められた参照領域と、に基づいて行うだけでなく、処理フレームにおけるフィルタ処理対象画素の近傍の領域に基づいても行うこととした。   According to the present invention, in the moving image image quality restoration device according to any one of (1) to (5), the calculation of the filter coefficient by the filter coefficient calculation unit is performed by the region in the vicinity of the pixel to be filtered and the reference region determination unit. Not only based on the obtained reference area, but also based on the vicinity of the filter target pixel in the processing frame.

このため、(6)の動画像画質復元装置は、処理フレームにおけるフィルタ処理対象画素の近傍の領域に基づいて算出したフィルタ係数も、フィルタ処理に用いるフィルタ係数に用いる。このため、フィルタ処理対象画素の近傍の領域と、参照領域決定手段により求められた参照領域と、に基づいて算出したフィルタ係数のみを、フィルタ処理に用いるフィルタ係数に用いる場合と比べて、フレームごとの画質の差異をさらに小さくして、テクスチャをより高精度に復元できる。   For this reason, the moving image quality restoration apparatus of (6) also uses the filter coefficient calculated based on the region near the pixel to be filtered in the processing frame as the filter coefficient used for the filtering process. For this reason, compared with the case where only the filter coefficient calculated based on the area in the vicinity of the pixel to be filtered and the reference area obtained by the reference area determining unit is used as the filter coefficient used for the filtering process, for each frame. The texture can be restored with higher accuracy by further reducing the difference in image quality.

(7) 本発明は、局所的な絵柄の類似性に基づくフィルタ処理により動画像を高画質化する動画像画質復元方法であって、処理フレームを基準として、当該処理フレームの特定フレーム前までの各フレームと、当該処理フレームの所定フレーム後までの各フレームと、を近傍フレームとすると、前記近傍フレームごとに、処理フレームにおけるフィルタ処理対象画素の近傍の領域(例えば、図3のフィルタ処理対象画素iの近傍のL×L個の画素の領域に相当)に類似する領域を、参照領域(例えば、図3の参照領域に相当)として求める第1のステップ(例えば、図1の参照領域決定部10による処理相当)と、前記フィルタ処理対象画素の近傍の領域と、前記第1のステップにおいて求めた参照領域と、に基づいて、局所的な絵柄の類似性に基づくフィルタ係数(例えば、後述のNLMフィルタ係数に相当)を算出する第2のステップ(例えば、図1のフィルタ係数算出部20による処理に相当)と、前記フィルタ処理対象画素の近傍の領域に対して、前記第2のステップにおいて算出したフィルタ係数を用いてフィルタ処理を行う第3のステップ(例えば、図1のフィルタ処理適用部30による処理に相当)と、を備えることを特徴とする動画像画質復元方法を提案している。   (7) The present invention is a moving image image quality restoration method for improving the image quality of moving images by filtering based on local pattern similarity, up to a specific frame of the processing frame before the processing frame. Assuming that each frame and each frame after the predetermined frame of the processing frame are neighboring frames, for each neighboring frame, an area in the vicinity of the pixel to be filtered in the processing frame (for example, the pixel to be filtered in FIG. 3). A first step (for example, a reference area determination unit in FIG. 1) that obtains an area similar to an L × L pixel area in the vicinity of i as a reference area (for example, the reference area in FIG. 3) 10), a region in the vicinity of the pixel to be filtered, and the reference region obtained in the first step. A second step (for example, equivalent to processing by the filter coefficient calculation unit 20 in FIG. 1) for calculating a filter coefficient (for example, corresponding to an NLM filter coefficient described later) based on the characteristics, and a region in the vicinity of the filter processing target pixel On the other hand, a third step (for example, corresponding to the processing by the filter processing application unit 30 in FIG. 1) for performing the filter processing using the filter coefficient calculated in the second step is provided. A moving image quality restoration method is proposed.

この発明によれば、処理フレームの特定フレーム前までの各フレームと、処理フレームの所定フレーム後までの各フレームと、を近傍フレームとすると、まず、近傍フレームごとに、処理フレームにおけるフィルタ処理対象画素の近傍の領域に類似する領域を、参照領域として求めることとした。次に、フィルタ処理対象画素の近傍の領域と、参照領域と、に基づいて、局所的な絵柄の類似性に基づくフィルタ係数を算出することとした。次に、フィルタ処理対象画素の近傍の領域に対して、算出したフィルタ係数を用いてフィルタ処理を行うこととした。以上によれば、上述した効果と同様の効果を奏することができる。   According to the present invention, assuming that each frame before a specific frame of the processing frame and each frame after the predetermined frame of the processing frame are neighboring frames, first, for each neighboring frame, the filtering target pixel in the processing frame An area similar to the area in the vicinity of is determined as a reference area. Next, the filter coefficient based on the local similarity of the pattern is calculated based on the region in the vicinity of the filter processing target pixel and the reference region. Next, the filtering process is performed on the area near the filtering target pixel using the calculated filter coefficient. According to the above, an effect similar to the effect described above can be achieved.

(8) 本発明は、局所的な絵柄の類似性に基づくフィルタ処理により動画像を高画質化する動画像画質復元方法を、コンピュータに実行させるためのプログラムであって、処理フレームを基準として、当該処理フレームの特定フレーム前までの各フレームと、当該処理フレームの所定フレーム後までの各フレームと、を近傍フレームとすると、前記近傍フレームごとに、処理フレームにおけるフィルタ処理対象画素の近傍の領域(例えば、図3のフィルタ処理対象画素iの近傍のL×L個の画素の領域に相当)に類似する領域を、参照領域(例えば、図3の参照領域に相当)として求める第1のステップ(例えば、図1の参照領域決定部10による処理相当)と、前記フィルタ処理対象画素の近傍の領域と、前記第1のステップにおいて求めた参照領域と、に基づいて、局所的な絵柄の類似性に基づくフィルタ係数(例えば、後述のNLMフィルタ係数に相当)を算出する第2のステップ(例えば、図1のフィルタ係数算出部20による処理に相当)と、前記フィルタ処理対象画素の近傍の領域に対して、前記第2のステップにおいて算出したフィルタ係数を用いてフィルタ処理を行う第3のステップ(例えば、図1のフィルタ処理適用部30による処理に相当)と、をコンピュータに実行させるためのプログラムを提案している。   (8) The present invention is a program for causing a computer to execute a moving image image quality restoration method for improving the image quality of a moving image by a filtering process based on local pattern similarity, and using a processing frame as a reference, If each frame up to a specific frame of the processing frame and each frame up to a predetermined frame of the processing frame are neighboring frames, for each neighboring frame, an area in the vicinity of the pixel to be filtered in the processing frame ( For example, a first step of obtaining a region similar to a region of L × L pixels in the vicinity of the pixel to be filtered i in FIG. 3 as a reference region (for example, corresponding to the reference region in FIG. 3) ( For example, the processing is equivalent to the processing by the reference region determination unit 10 in FIG. And a second step (for example, by the filter coefficient calculation unit 20 in FIG. 1) that calculates a filter coefficient (for example, equivalent to an NLM filter coefficient described later) based on the local pattern similarity based on the reference region. And a third step (for example, the filter processing application unit in FIG. 1) that performs filter processing on the region in the vicinity of the pixel to be filtered using the filter coefficient calculated in the second step. Is equivalent to the processing by No. 30).

この発明によれば、処理フレームの特定フレーム前までの各フレームと、処理フレームの所定フレーム後までの各フレームと、を近傍フレームとすると、プログラムをコンピュータに実行させることで、まず、近傍フレームごとに、処理フレームにおけるフィルタ処理対象画素の近傍の領域に類似する領域を、参照領域として求めることとした。次に、フィルタ処理対象画素の近傍の領域と、参照領域と、に基づいて、局所的な絵柄の類似性に基づくフィルタ係数を算出することとした。次に、フィルタ処理対象画素の近傍の領域に対して、算出したフィルタ係数を用いてフィルタ処理を行うこととした。以上によれば、上述した効果と同様の効果を奏することができる。   According to the present invention, assuming that each frame before a specific frame of the processing frame and each frame after the predetermined frame of the processing frame are neighboring frames, by causing the computer to execute the program, first, for each neighboring frame In addition, an area similar to the area near the pixel to be filtered in the processing frame is obtained as the reference area. Next, the filter coefficient based on the local similarity of the pattern is calculated based on the region in the vicinity of the filter processing target pixel and the reference region. Next, the filtering process is performed on the area near the filtering target pixel using the calculated filter coefficient. According to the above, an effect similar to the effect described above can be achieved.

本発明によれば、フレームごとの画質の差異を小さくして、テクスチャを高精度に復元できる。   According to the present invention, the texture can be restored with high accuracy by reducing the difference in image quality for each frame.

本発明の第1実施形態に係る動画像画質復元装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the moving image quality restoration apparatus which concerns on 1st Embodiment of this invention. 前記動画像画質復元装置の動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating operation | movement of the said moving image image quality restoration apparatus. 前記動画像画質復元装置で求められる参照領域について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the reference area calculated | required with the said moving image image quality restoration apparatus. 本発明の第2実施形態に係る動画像画質復元装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the moving image image quality restoration apparatus which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 前記動画像画質復元装置の動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating operation | movement of the said moving image image quality restoration apparatus. 本発明の第3実施形態に係る動画像画質復元装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the moving image image quality restoration apparatus which concerns on 3rd Embodiment of this invention. 前記動画像画質復元装置の動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating operation | movement of the said moving image image quality restoration apparatus. NLMフィルタ方式におけるNLMフィルタ処理を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the NLM filter process in a NLM filter system.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態における構成要素は適宜、既存の構成要素などとの置き換えが可能であり、また、他の既存の構成要素との組合せを含む様々なバリエーションが可能である。したがって、以下の実施形態の記載をもって、特許請求の範囲に記載された発明の内容を限定するものではない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the constituent elements in the following embodiments can be appropriately replaced with existing constituent elements, and various variations including combinations with other existing constituent elements are possible. Accordingly, the description of the following embodiments does not limit the contents of the invention described in the claims.

<第1実施形態>
[動画像画質復元装置1の構成]
図1は、本発明の第1実施形態に係る動画像画質復元装置1の構成を示すブロック図である。動画像画質復元装置1は、H.264規格により圧縮符号化されたビットストリームの復号により動画像復号装置(図示省略)において得られた劣化画像に対して、復元処理を行う。この動画像画質復元装置1は、参照領域決定部10、フィルタ係数算出部20、およびフィルタ処理適用部30を備える。
<First Embodiment>
[Configuration of Moving Image Quality Restoration Apparatus 1]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a moving image quality restoration apparatus 1 according to the first embodiment of the present invention. The moving image quality restoration apparatus 1 is an H.264 standard. Restoration processing is performed on a degraded image obtained in a video decoding device (not shown) by decoding a bitstream compression-encoded according to the H.264 standard. The moving image quality restoration apparatus 1 includes a reference area determination unit 10, a filter coefficient calculation unit 20, and a filter processing application unit 30.

[動画像画質復元装置1の動作]
参照領域決定部10は、H.264規格により圧縮符号化されたビットストリームから得られる参照リストaおよび動きベクトル(Motion Vector;MV)bを入力とする。この参照領域決定部10は、処理フレームを構成する全ての画素に対して、図2に示す第1の参照領域決定処理をそれぞれ行う。
[Operation of Moving Image Quality Restoration Apparatus 1]
The reference area determination unit 10 is configured so that the H.264 A reference list a and a motion vector (MV) b obtained from a bitstream compression-encoded according to the H.264 standard are input. The reference area determination unit 10 performs the first reference area determination process shown in FIG. 2 for all the pixels constituting the processing frame.

第1の参照領域決定処理では、参照リストaおよび動きベクトルbに基づいて、フィルタ処理対象画素iの近傍のL×L個の画素の領域に対して動きベクトルbが指し示す領域を、図3に示すように、近傍フレームごとに参照領域として取得する。具体的には、フィルタ処理対象画素iの近傍のL×L個の画素の領域について、この領域の少なくとも一部を含む予測ブロックにおける参照リストaおよび動きベクトルbを用いて、各近傍フレームにおける上述の領域の少なくとも一部の参照領域を取得する。これによれば、参照領域として、フィルタ処理対象画素iの近傍のL×L個の画素の領域に類似する領域が近傍フレームごとに取得されることとなる。そして、取得した各近傍フレームにおける参照領域を、参照領域cとして出力する。   In the first reference area determination process, based on the reference list a and the motion vector b, the area indicated by the motion vector b with respect to the area of L × L pixels in the vicinity of the filter target pixel i is shown in FIG. As shown, it is acquired as a reference area for each neighboring frame. Specifically, with respect to a region of L × L pixels in the vicinity of the pixel to be processed i, the reference list a and the motion vector b in the prediction block including at least a part of this region are used, and the above-mentioned in each neighboring frame. A reference area of at least a part of the area is acquired. According to this, a region similar to a region of L × L pixels in the vicinity of the filter processing target pixel i is acquired for each neighboring frame as the reference region. Then, the obtained reference area in each neighboring frame is output as a reference area c.

なお、近傍フレームとは、フィルタ処理対象画素iを含む処理フレームを基準として、この処理フレームのmフレーム前(mは、0≦m≦15を満たす任意の整数)までの各フレームと、この処理フレームのnフレーム後(nは、m=0の場合には1≦n≦15を満たす任意の整数であり、0<m≦15を満たす場合には0≦n≦15を満たす任意の整数)までの各フレームと、のことである。これらmの値とnの値とは、予め定められる固定値であってもよいし、可変値であってもよい。   Note that the neighborhood frame refers to each frame up to m frames before the processing frame (m is an arbitrary integer satisfying 0 ≦ m ≦ 15) with respect to the processing frame including the filter processing target pixel i, and this processing. After n frames (n is an arbitrary integer that satisfies 1 ≦ n ≦ 15 when m = 0, and any integer that satisfies 0 ≦ n ≦ 15 when 0 <m ≦ 15) Each frame up to. The value of m and the value of n may be predetermined fixed values or variable values.

また、上述のように参照リストaおよび動きベクトルbを用いて参照領域を取得すると、処理フレームにおけるフィルタ処理対象画素iの近傍のL×L個の画素の領域と、取得した各近傍フレームにおける参照領域とは、類似することとなる。ここで、類似するとは、画素値の分布に関する評価値が類似するということであり、画素値の分布に関する評価値については、上述の式(2)の右辺で求めることができる。この画素値の分布に関する評価値が大きくなるに従って、フィルタ処理対象画素iの近傍のL×L個の画素の領域と参照領域との類似の度合いが、高くなる。   Further, when the reference area is acquired using the reference list a and the motion vector b as described above, the L × L pixel area in the vicinity of the filtering target pixel i in the processing frame and the reference in each acquired neighboring frame A region is similar. Here, “similar” means that the evaluation values related to the distribution of pixel values are similar, and the evaluation values related to the distribution of pixel values can be obtained from the right side of the above equation (2). As the evaluation value related to the distribution of pixel values increases, the degree of similarity between the L × L pixel area in the vicinity of the pixel i to be filtered and the reference area increases.

図1に戻って、フィルタ係数算出部20は、参照領域cと、上述の動画像復号装置において得られた劣化画像の画素値dと、を入力とする。このフィルタ係数算出部20は、処理フレームを構成する全ての画素に対して、図2に示す第1のフィルタ係数算出処理をそれぞれ行う。   Returning to FIG. 1, the filter coefficient calculation unit 20 receives the reference region c and the pixel value d of the deteriorated image obtained in the above-described moving image decoding apparatus. The filter coefficient calculation unit 20 performs the first filter coefficient calculation process shown in FIG. 2 for all the pixels constituting the processing frame.

第1のフィルタ係数算出処理では、NLMフィルタ係数eの算出を、図8を用いて上述したように処理フレームの画素のみを用いて行うだけでなく、近傍フレームの画素も用いて行う。具体的には、まず、図8を用いて上述したように、処理フレームにおけるフィルタ処理対象画素iの近傍のL×L個の画素の領域に基づいて、NLMフィルタ係数を求める。これによれば、処理フレームの画素のみを用いてNLMフィルタ係数が求められることとなる。次に、上述の式(2)により、参照領域cに含まれる各近傍フレームにおける参照領域ごとに、この参照領域と、フィルタ処理対象画素iの近傍のL×L個の画素の領域と、に基づいて、NLMフィルタ係数を求める。これによれば、処理フレームの画素と近傍フレームの画素とを用いて、近傍フレームごとにNLMフィルタ係数が求められることとなる。次に、処理フレームのみを用いて求めたNLMフィルタ係数と、近傍フレームごとに求めたNLMフィルタ係数と、に対して正規化を行って、NLMフィルタ係数eとして出力する。なお、NLMフィルタ係数は、局所的な絵柄の類似性に基づくフィルタ係数の一種である。   In the first filter coefficient calculation process, the NLM filter coefficient e is calculated not only using the pixels of the processing frame as described above with reference to FIG. 8 but also using the pixels of the neighboring frame. Specifically, first, as described above with reference to FIG. 8, the NLM filter coefficient is obtained based on the region of L × L pixels in the vicinity of the filter target pixel i in the processing frame. According to this, the NLM filter coefficient is obtained using only the pixels of the processing frame. Next, according to the above equation (2), for each reference region in each neighboring frame included in the reference region c, the reference region and the region of L × L pixels in the vicinity of the filter processing target pixel i are Based on this, NLM filter coefficients are obtained. According to this, the NLM filter coefficient is obtained for each neighboring frame using the pixel of the processing frame and the pixel of the neighboring frame. Next, normalization is performed on the NLM filter coefficient obtained using only the processing frame and the NLM filter coefficient obtained for each neighboring frame, and the result is output as the NLM filter coefficient e. The NLM filter coefficient is a kind of filter coefficient based on local pattern similarity.

図1に戻って、フィルタ処理適用部30は、参照領域cと、劣化画像の画素値dと、NLMフィルタ係数eと、を入力とする。このフィルタ処理適用部30は、処理フレームを構成する全ての画素に対して、図2に示すフィルタ処理適用処理をそれぞれ行う。   Returning to FIG. 1, the filter processing application unit 30 receives the reference region c, the pixel value d of the deteriorated image, and the NLM filter coefficient e as inputs. The filter processing application unit 30 performs the filter processing application processing shown in FIG. 2 on all the pixels constituting the processing frame.

フィルタ処理適用処理では、劣化画像の画素値dの参照領域cにおける画素のNLMフィルタ係数eを用いて、フィルタ処理対象画素iの近傍のL×L個の画素の領域に対してフィルタ処理を行って、フィルタ処理対象画素iのフィルタ処理された画素値fとして出力する。   In the filter process application process, a filter process is performed on a region of L × L pixels in the vicinity of the filter target pixel i using the NLM filter coefficient e of the pixel in the reference region c of the pixel value d of the deteriorated image. Thus, the filtered pixel value f of the pixel to be filtered i is output.

処理フレームを構成する全ての画素に対して上述のフィルタ処理適用処理を行うと、この処理フレームを構成する画素ごとに、画素値fが出力される。これら出力された画素値fが集まることで、復元画像として出力されることとなる。   When the above-described filter processing application process is performed on all the pixels constituting the processing frame, the pixel value f is output for each pixel constituting the processing frame. These output pixel values f are collected and output as a restored image.

以上の動画像画質復元装置1によれば、以下の効果を奏することができる。   According to the above moving image quality restoration apparatus 1, the following effects can be obtained.

動画像画質復元装置1は、NLMフィルタ係数eの算出を、処理フレームの画素を用いて行うだけでなく、近傍フレームの画素も用いて行う。このため、処理フレームにおけるフィルタ処理対象画素iの近傍のL×L個の画素の領域のテクスチャだけでなく、近傍フレームにおけるテクスチャも用いてフィルタ処理を行って、画質を復元することができる。したがって、フレームごとの画質の差異を小さくして、テクスチャを高精度に復元できる。   The moving image quality restoration apparatus 1 calculates the NLM filter coefficient e using not only the pixels of the processing frame but also the pixels of the neighboring frame. For this reason, it is possible to restore the image quality by performing the filter processing using not only the texture of the region of L × L pixels in the vicinity of the filter processing target pixel i in the processing frame but also the texture in the vicinity frame. Therefore, it is possible to reduce the difference in image quality for each frame and restore the texture with high accuracy.

また、動画像画質復元装置1は、圧縮符号化されたビットストリームから得られる参照リストaおよび動きベクトルbを用いるが、これら参照リストaおよび動きベクトルbは、H.264規格により圧縮符号化されたビットストリームに含まれるものである。このため、既存のビットストリームに情報を追加することなく、テクスチャを高精度に復元でき、動画像復号装置において得られた劣化画像を高画質化できる。   The moving image quality restoration apparatus 1 uses a reference list a and a motion vector b obtained from a compression-encoded bit stream. It is included in the bit stream compressed and encoded by the H.264 standard. For this reason, it is possible to restore the texture with high accuracy without adding information to the existing bit stream, and it is possible to improve the quality of the degraded image obtained in the video decoding device.

なお、テクスチャの高精度な復元は、縞模様といった周期的なテクスチャにおいて、顕著に実現できる。   Note that high-precision restoration of the texture can be realized remarkably in a periodic texture such as a striped pattern.

また、本実施形態では、動画像画質復元装置1は、H.264規格を想定しているが、これに限らず、上述の非特許文献3に示されているMPEG−2といった、H.264規格と同様の動き補償予測を用いた圧縮技術についても、適用できる。   In the present embodiment, the moving image quality restoration apparatus 1 is an H.264 video. H.264 standard is assumed, but the present invention is not limited to this, and H.264 such as MPEG-2 shown in Non-Patent Document 3 described above. The present invention can also be applied to a compression technique using motion compensation prediction similar to the H.264 standard.

<第2実施形態>
[動画像画質復元装置1Aの構成]
図4は、本発明の第2実施形態に係る動画像画質復元装置1Aの構成を示すブロック図である。動画像画質復元装置1Aは、図1に示した本発明の第1実施形態に係る動画像画質復元装置1とは、参照領域決定部10の代わりに参照領域決定部10Aを備える点が異なる。なお、動画像画質復元装置1Aにおいて、動画像画質復元装置1と同一構成要件については、同一符号を付し、その説明を省略する。
Second Embodiment
[Configuration of Moving Image Quality Restoration Apparatus 1A]
FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of a moving image quality restoration apparatus 1A according to the second embodiment of the present invention. The moving image quality restoration apparatus 1A is different from the moving image quality restoration apparatus 1 according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. 1 in that a reference area determination unit 10A is provided instead of the reference area determination unit 10. In the moving image quality restoration apparatus 1A, the same components as those in the moving image quality restoration apparatus 1 are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.

[動画像画質復元装置1Aの動作]
参照領域決定部10Aは、劣化画像gを入力とする。この参照領域決定部10Aは、処理フレームを構成する全ての画素に対して、図5に示す第2の参照領域決定処理を行う。
[Operation of Moving Image Quality Restoration Apparatus 1A]
The reference area determination unit 10A receives the deteriorated image g. This reference area determination unit 10A performs the second reference area determination process shown in FIG. 5 for all the pixels constituting the processing frame.

第2の参照領域決定処理では、まず、劣化画像gにおけるフィルタ処理対象画素iの近傍のL×L個の画素の領域について、処理フレームと近傍フレームとの間でのブロックマッチングに基づく動き推定を行って、動きベクトルを求める。次に、求めた動きベクトルがフィルタ処理対象画素iの近傍のL×L個の画素の領域に対して指し示す領域を、近傍フレームごとに参照領域として取得する。そして、取得した各近傍フレームにおける参照領域を、参照領域cとして出力する。   In the second reference region determination processing, first, motion estimation based on block matching between the processing frame and the neighboring frame is performed on the region of L × L pixels in the deteriorated image g near the pixel to be filtered i. Go and find the motion vector. Next, an area indicated by the obtained motion vector with respect to the area of L × L pixels in the vicinity of the filtering target pixel i is acquired as a reference area for each neighboring frame. Then, the obtained reference area in each neighboring frame is output as a reference area c.

以上の動画像画質復元装置1Aによれば、動画像画質復元装置1が奏することのできる上述の効果と同様の効果を奏することができる。   According to the above moving image quality restoration apparatus 1A, the same effects as those described above that can be achieved by the moving image quality restoration apparatus 1 can be obtained.

<第3実施形態>
[動画像画質復元装置1Bの構成]
図6は、本発明の第3実施形態に係る動画像画質復元装置1Bの構成を示すブロック図である。動画像画質復元装置1Bは、図1に示した本発明の第1実施形態に係る動画像画質復元装置1とは、フィルタ係数算出部20の代わりにフィルタ係数算出部20Aを備える点が異なる。なお、動画像画質復元装置1Bにおいて、動画像画質復元装置1と同一構成要件については、同一符号を付し、その説明を省略する。
<Third Embodiment>
[Configuration of Moving Image Quality Restoration Apparatus 1B]
FIG. 6 is a block diagram showing a configuration of a moving image quality restoration apparatus 1B according to the third embodiment of the present invention. The moving image quality restoration apparatus 1B is different from the moving image quality restoration apparatus 1 according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. 1 in that a filter coefficient calculation unit 20A is provided instead of the filter coefficient calculation unit 20. In the moving image quality restoration apparatus 1B, the same components as those in the moving image quality restoration apparatus 1 are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.

[動画像画質復元装置1Bの動作] [Operation of Moving Image Quality Restoration Apparatus 1B]

フィルタ係数算出部20Aは、参照領域cと、劣化画像の画素値dと、各フレームにおける量子化パラメータ情報(QP)hと、を入力とする。このフィルタ係数算出部20Aは、処理フレームを構成する全ての画素に対して、図7に示す第2のフィルタ係数算出処理をそれぞれ行う。   The filter coefficient calculation unit 20A receives the reference area c, the pixel value d of the deteriorated image, and the quantization parameter information (QP) h in each frame. The filter coefficient calculation unit 20A performs the second filter coefficient calculation process shown in FIG. 7 for all the pixels constituting the processing frame.

第2のフィルタ係数算出処理では、図2に示した第1のフィルタ係数算出処理と同様に、NLMフィルタ係数eの算出を、処理フレームの画素のみを用いて行うだけでなく、近傍フレームの画素も用いて行う。具体的には、まず、図8を用いて上述したように、処理フレームにおけるフィルタ処理対象画素iの近傍のL×L個の画素の領域に基づいて、NLMフィルタ係数を求める。これによれば、処理フレームの画素のみを用いてNLMフィルタ係数が求められることとなる。次に、上述の式(2)により、参照領域cに含まれる各近傍フレームにおける参照領域ごとに、この参照領域と、フィルタ処理対象画素iの近傍のL×L個の画素の領域と、に基づいて、NLMフィルタ係数を求める。これによれば、処理フレームの画素と近傍フレームの画素とを用いて、近傍フレームごとにNLMフィルタ係数が求められることとなる。次に、近傍フレームごとに求めたNLMフィルタ係数に対して、各近傍フレームにおける量子化パラメータ情報hを用いて重みを制御する。次に、処理フレームのみを用いて求めたNLMフィルタ係数と、重み制御を行った近傍フレームごとのNLMフィルタ係数と、に対して正規化を行って、NLMフィルタ係数eとして出力する。   In the second filter coefficient calculation process, similar to the first filter coefficient calculation process shown in FIG. 2, the NLM filter coefficient e is calculated not only using the pixels of the processing frame, but also the pixels of the neighboring frames. Is also used. Specifically, first, as described above with reference to FIG. 8, the NLM filter coefficient is obtained based on the region of L × L pixels in the vicinity of the filter target pixel i in the processing frame. According to this, the NLM filter coefficient is obtained using only the pixels of the processing frame. Next, according to the above equation (2), for each reference region in each neighboring frame included in the reference region c, the reference region and the region of L × L pixels in the vicinity of the filter processing target pixel i are Based on this, NLM filter coefficients are obtained. According to this, the NLM filter coefficient is obtained for each neighboring frame using the pixel of the processing frame and the pixel of the neighboring frame. Next, the weight is controlled using the quantization parameter information h in each neighboring frame for the NLM filter coefficient obtained for each neighboring frame. Next, normalization is performed on the NLM filter coefficient obtained using only the processing frame and the NLM filter coefficient for each neighboring frame subjected to weight control, and the result is output as the NLM filter coefficient e.

上述の量子化パラメータ情報hを用いた重みの制御では、例えば、量子化パラメータ情報hから得られる量子化ステップ幅を用いることができる。この量子化ステップ幅を用いる場合には、処理フレームにおける量子化ステップ幅をw、近傍フレームにおける量子化ステップ幅をwとすると、この近傍フレームにおけるNLMフィルタ係数に対してW/w倍の重みを付ける。 In the weight control using the quantization parameter information h described above, for example, a quantization step width obtained from the quantization parameter information h can be used. When this quantization step width is used, assuming that the quantization step width in the processing frame is w c and the quantization step width in the neighboring frame is wn, W c / w n for the NLM filter coefficient in this neighboring frame Double the weight.

以上の動画像画質復元装置1Bによれば、動画像画質復元装置1が奏することのできる上述の効果に加えて、以下の効果を奏することができる。   According to the above-described moving image quality restoration apparatus 1B, in addition to the above-described effects that the moving image quality restoration apparatus 1 can achieve, the following effects can be obtained.

動画像画質復元装置1Bは、各近傍フレームにおけるNLMフィルタ係数に対して、W/w倍の重みを付ける。このため、処理フレームと近傍フレームとの類似度が高くなるに従って、この近傍フレームにおけるNLMフィルタ係数の、NLMフィルタ係数eに対する影響を大きくすることができる。したがって、フレームごとの画質の差異をさらに小さくして、テクスチャをより高精度に復元できる。 The moving image quality restoration apparatus 1B attaches a weight of W c / w n times to the NLM filter coefficient in each neighboring frame. For this reason, as the similarity between the processing frame and the neighboring frame increases, the influence of the NLM filter coefficient in the neighboring frame on the NLM filter coefficient e can be increased. Accordingly, the difference in image quality for each frame can be further reduced, and the texture can be restored with higher accuracy.

なお、本発明の動画像画質復元装置1、1A、1Bの処理を、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶し、記録媒体に記録されたプログラムを動画像画質復元装置1、1A、1Bに読み込ませ、実行することによって、本発明を実現できる。   The processing of the moving image quality restoration apparatus 1, 1A, 1B of the present invention is stored in a computer-readable recording medium, and the program recorded on the recording medium is read by the moving image quality restoration apparatus 1, 1A, 1B. The present invention can be realized by executing.

また、上述のプログラムは、このプログラムを記憶装置などに格納した動画像画質復元装置1、1A、1Bから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネットなどのネットワーク(通信網)や電話回線などの通信回線(通信線)のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。   The above-described program is transmitted from the moving image quality restoration apparatus 1, 1A, 1B storing the program in a storage device or the like to another computer system via a transmission medium or by a transmission wave in the transmission medium. May be. Here, the “transmission medium” for transmitting the program refers to a medium having a function of transmitting information, such as a network (communication network) such as the Internet or a communication line (communication line) such as a telephone line.

また、上述のプログラムは、上述の機能の一部を実現するためのものであってもよい。さらに、上述の機能を動画像画質復元装置1、1A、1Bにすでに記録されているプログラムとの組合せで実現できるもの、いわゆる差分ファイル(差分プログラム)であってもよい。   Further, the above-described program may be for realizing a part of the above-described function. Furthermore, what can implement | achieve the above-mentioned function in combination with the program already recorded on the moving image image quality restoration apparatus 1, 1A, 1B, what is called a difference file (difference program) may be sufficient.

以上、この発明の実施形態につき、図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計なども含まれる。   The embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to this embodiment, and includes a design that does not depart from the gist of the present invention.

例えば、上述の実施形態では、局所的な絵柄の類似性に基づくフィルタとして、NLMフィルタを用いたが、これに限らず、NLMフィルタと同様の性質を持つフィルタ、例えばTotal Variationや、上述の非特許文献4に示されているBilateral Filterや、上述の非特許文献5に示されているSUSAN Filterなどを用いてもよい。   For example, in the above-described embodiment, an NLM filter is used as a filter based on local pattern similarity. However, the present invention is not limited to this, and a filter having properties similar to the NLM filter, such as Total Variation, A Bilatal Filter disclosed in Patent Document 4, a SUSAN Filter illustrated in Non-Patent Document 5 described above, or the like may be used.

また、上述の実施形態では、第2のフィルタ係数算出処理を、図7に示した第1の参照領域決定処理に組み合わせた例を示したが、これに限らず、例えば図5に示した第2の参照領域決定処理に組み合わせてもよい。   In the above-described embodiment, the example in which the second filter coefficient calculation process is combined with the first reference area determination process shown in FIG. 7 is shown. However, the present invention is not limited to this, and for example, the second filter coefficient calculation process shown in FIG. You may combine with 2 reference area determination processing.

また、上述の実施形態では、近傍フレームを規定するmは、0≦m≦15を満たす任意の整数であることとし、近傍フレームを規定するnは、m=0の場合には1≦n≦15を満たす任意の整数であり、0<m≦15を満たす場合には0≦n≦15を満たす任意の整数であるとしたが、これに限らず、mおよびnはそれぞれ任意の整数であってもよい。   Further, in the above-described embodiment, m defining the neighborhood frame is an arbitrary integer satisfying 0 ≦ m ≦ 15, and n defining the neighborhood frame is 1 ≦ n ≦ when m = 0. 15 and any integer satisfying 0 ≦ n ≦ 15 when 0 <m ≦ 15. However, the present invention is not limited to this, and m and n are each an arbitrary integer. May be.

1、1A、1B・・・動画像画質復元装置
10、10A・・・参照領域決定部
20、20A・・・フィルタ係数算出部
30・・・フィルタ処理適用部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 1A, 1B ... Moving image image quality restoration apparatus 10, 10A ... Reference area determination part 20, 20A ... Filter coefficient calculation part 30 ... Filter process application part

Claims (7)

局所的な絵柄の類似性に基づくフィルタ処理により動画像を高画質化する動画像画質復元装置であって、
処理フレームを基準として、当該処理フレームの特定フレーム前までの各フレームと、当該処理フレームの所定フレーム後までの各フレームと、を近傍フレームとすると、
前記近傍フレームごとに、処理フレームにおけるフィルタ処理対象画素の近傍の領域に類似する領域を、参照領域として求める参照領域決定手段と、
前記フィルタ処理対象画素の近傍の領域と、前記参照領域決定手段により求められた参照領域と、に基づいて、局所的な絵柄の類似性に基づくフィルタ係数を算出するフィルタ係数算出手段と、
前記フィルタ処理対象画素の近傍の領域に対して、前記フィルタ係数算出手段により算出されたフィルタ係数を用いてフィルタ処理を行うフィルタ処理適用手段と、を備え
前記フィルタ係数算出手段は、前記フィルタ係数について、前記処理フレームにおける量子化ステップ幅と、前記近傍フレームにおける量子化ステップ幅と、の比に応じた重み付けを行うことを特徴とする動画像画質復元装置。
A moving image quality restoration device that improves the quality of moving images by filtering based on local pattern similarity,
With the processing frame as a reference, each frame up to a specific frame of the processing frame and each frame up to a predetermined frame after the processing frame are set as neighboring frames.
For each of the neighboring frames, a reference area determining means for obtaining, as a reference area, an area similar to the area near the pixel to be filtered in the processing frame;
A filter coefficient calculation unit that calculates a filter coefficient based on local pattern similarity based on a region in the vicinity of the filtering target pixel and the reference region obtained by the reference region determination unit;
Filter processing applying means for performing filter processing on a region in the vicinity of the filter processing target pixel using the filter coefficient calculated by the filter coefficient calculating means ,
The moving picture image quality restoration device, wherein the filter coefficient calculation means weights the filter coefficient according to a ratio between a quantization step width in the processing frame and a quantization step width in the neighboring frame. .
前記処理フレームの特定フレーム前までの各フレームとは、当該処理フレームのmフレーム前(mは、0≦m≦15を満たす任意の整数)までの各フレームのことであり、
前記処理フレームの所定フレーム後までの各フレームとは、当該処理フレームのnフレーム後(nは、m=0の場合には1≦n≦15を満たす任意の整数であり、0<m≦15を満たす場合には0≦n≦15を満たす任意の整数)までの各フレームのことであることを特徴とする請求項1に記載の動画像画質復元装置。
Each frame before the specific frame of the processing frame is each frame up to m frames before the processing frame (m is an arbitrary integer satisfying 0 ≦ m ≦ 15),
Each frame up to a predetermined frame after the processing frame is n frames after the processing frame (n is an arbitrary integer satisfying 1 ≦ n ≦ 15 when m = 0, and 0 <m ≦ 15 The moving image quality restoration apparatus according to claim 1, wherein each frame is up to an arbitrary integer satisfying 0 ≦ n ≦ 15.
前記参照領域決定手段は、映像圧縮符号化ストリームから得られる参照リストおよび動きベクトルに基づいて、前記フィルタ処理対象画素の近傍の領域に対して当該動きベクトルが指し示す領域を前記参照領域として求めることを特徴とする請求項1または2に記載の動画像画質復元装置。   The reference area determining means obtains, as the reference area, an area indicated by the motion vector with respect to an area in the vicinity of the filtering target pixel based on a reference list and a motion vector obtained from a video compression encoded stream. The moving image quality restoration apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that 前記参照領域決定手段は、前記処理フレームと前記近傍フレームとの間でのブロックマッチングに基づく動き推定により動きベクトルを求め、前記フィルタ処理対象画素の近傍の領域に対して当該動きベクトルが指し示す領域を前記参照領域として求めることを特徴とする請求項1または2に記載の動画像画質復元装置。   The reference region determining means obtains a motion vector by motion estimation based on block matching between the processing frame and the neighboring frame, and a region indicated by the motion vector with respect to a region near the filtering target pixel. The moving image quality restoration device according to claim 1, wherein the moving image quality restoration device is obtained as the reference region. 前記フィルタ係数算出手段は、
前記フィルタ処理対象画素の近傍の領域と、前記参照領域決定手段により求められた参照領域と、に基づいて、前記フィルタ係数を算出するとともに、
前記処理フレームにおけるフィルタ処理対象画素の近傍の領域に基づいて、前記局所的な絵柄の類似性に基づくフィルタ係数を算出することを特徴とする請求項1からのいずれかに記載の動画像画質復元装置。
The filter coefficient calculation means includes
While calculating the filter coefficient based on the region in the vicinity of the filtering target pixel and the reference region obtained by the reference region determining means,
Based on the region near the filter processing target pixel in the processing frame, the moving image quality according to any one of claims 1 to 4, and calculates the filter coefficient based on the similarity of the local pattern Restore device.
局所的な絵柄の類似性に基づくフィルタ処理により動画像を高画質化する動画像画質復元方法であって、
処理フレームを基準として、当該処理フレームの特定フレーム前までの各フレームと、当該処理フレームの所定フレーム後までの各フレームと、を近傍フレームとすると、
前記近傍フレームごとに、処理フレームにおけるフィルタ処理対象画素の近傍の領域に類似する領域を、参照領域として求める第1のステップと、
前記フィルタ処理対象画素の近傍の領域と、前記第1のステップにおいて求めた参照領域と、に基づいて、局所的な絵柄の類似性に基づくフィルタ係数を算出する第2のステップと、
前記フィルタ処理対象画素の近傍の領域に対して、前記第2のステップにおいて算出したフィルタ係数を用いてフィルタ処理を行う第3のステップと、を備え
前記第2のステップでは、前記フィルタ係数について、前記処理フレームにおける量子化ステップ幅と、前記近傍フレームにおける量子化ステップ幅と、の比に応じた重み付けを行うことを特徴とする動画像画質復元方法。
A moving image quality restoration method for improving the quality of moving images by filtering based on local pattern similarity,
With the processing frame as a reference, each frame up to a specific frame of the processing frame and each frame up to a predetermined frame after the processing frame are set as neighboring frames.
A first step of obtaining, for each of the neighboring frames, a region similar to a region in the vicinity of the pixel to be filtered in the processing frame as a reference region;
A second step of calculating a filter coefficient based on a local pattern similarity based on a region in the vicinity of the pixel to be filtered and the reference region obtained in the first step;
A third step of performing a filtering process on the region in the vicinity of the filtering target pixel using the filter coefficient calculated in the second step ,
In the second step, the filter coefficient is weighted according to a ratio between a quantization step width in the processing frame and a quantization step width in the neighboring frame, with respect to the filter coefficient. .
局所的な絵柄の類似性に基づくフィルタ処理により動画像を高画質化する動画像画質復元方法を、コンピュータに実行させるためのプログラムであって、
処理フレームを基準として、当該処理フレームの特定フレーム前までの各フレームと、当該処理フレームの所定フレーム後までの各フレームと、を近傍フレームとすると、
前記近傍フレームごとに、処理フレームにおけるフィルタ処理対象画素の近傍の領域に類似する領域を、参照領域として求める第1のステップと、
前記フィルタ処理対象画素の近傍の領域と、前記第1のステップにおいて求めた参照領域と、に基づいて、局所的な絵柄の類似性に基づくフィルタ係数を算出する第2のステップと、
前記フィルタ処理対象画素の近傍の領域に対して、前記第2のステップにおいて算出したフィルタ係数を用いてフィルタ処理を行う第3のステップと、をコンピュータに実行させ
前記第2のステップでは、前記フィルタ係数について、前記処理フレームにおける量子化ステップ幅と、前記近傍フレームにおける量子化ステップ幅と、の比に応じた重み付けを行わせるためのプログラム。
A program for causing a computer to execute a moving image quality restoration method for improving the quality of moving images by filtering based on local pattern similarity,
With the processing frame as a reference, each frame up to a specific frame of the processing frame and each frame up to a predetermined frame after the processing frame are set as neighboring frames.
A first step of obtaining, for each of the neighboring frames, a region similar to a region in the vicinity of the pixel to be filtered in the processing frame as a reference region;
A second step of calculating a filter coefficient based on a local pattern similarity based on a region in the vicinity of the pixel to be filtered and the reference region obtained in the first step;
Causing the computer to execute a third step of performing a filtering process using the filter coefficient calculated in the second step on a region in the vicinity of the filtering target pixel ,
In the second step, a program for weighting the filter coefficient according to a ratio between a quantization step width in the processing frame and a quantization step width in the neighboring frame .
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