JP5752167B2 - Image data processing method and image data processing apparatus - Google Patents

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Description

本発明は、インターレース画像をプログレッシブ画像に変換するための画像データ処理方法及び該方法を用いた画像データ処理装置に関する。   The present invention relates to an image data processing method for converting an interlaced image into a progressive image, and an image data processing apparatus using the method.

テレビやビデオなどの動画像の走査方式には大別して、インターレース方式とプログレッシブ(ノンインターレースとも呼ばれる)方式とがある。近年は通信路や伝送路の大容量化の進展に伴って高精細の画質を得ることができるプログレッシブ方式が多く用いられるようになってきているが、過去に撮影されたり収録されたりした動画像にはインターレース方式のものが数多くある。こうしたインターレース方式の動画像をプログレッシブ方式に対応したモニタで表示させるためには、インターレース画像信号をプログレッシブ画像信号に変換する必要がある。以下の説明では、このインターレース画像信号からプログレッシブ画像信号への変換を、慣用に従ってインターレース解除という。   The moving image scanning methods for television and video are roughly classified into an interlace method and a progressive (also called non-interlace) method. In recent years, progressive systems that can obtain high-definition image quality have come to be used in many cases with the increase in capacity of communication channels and transmission channels, but moving images that have been shot or recorded in the past have been used. There are many interlaced types. In order to display such an interlaced moving image on a monitor compatible with the progressive method, it is necessary to convert the interlaced image signal into a progressive image signal. In the following description, this conversion from an interlaced image signal to a progressive image signal is referred to as deinterlacing according to common usage.

インターレース解除の手法には大別して、空間的補間法と時間的補間法とがある。簡単にいうと、空間的補間法とはインターレース解除の対象である1フレーム以外のフレームを参照することなく、当該フレーム内の情報のみを用いて欠落部分(具体的には欠落している水平走査線)の情報を補う補間法である。これに対し、時間的補間法とはインターレース解除の対象である1フレームだけでなくその前後のフレーム(場合によっては前後それぞれ複数のフレーム)も参照して欠落部分の情報を補う補間法である。一般的には、空間的補間法に比べ時間的補間法のほうが復元性能は高いものの、フレーム間での動きや変化の推定などが適切に行えない場合もあり、時間的補間法と空間的補間法とが組み合わせて使用されることも多い。したがって、空間的補間法の性能向上はインターレース解除自体の性能向上に大きく繋がる。   Deinterlacing methods are roughly classified into spatial interpolation methods and temporal interpolation methods. In short, the spatial interpolation method refers to a missing part (specifically, a horizontal scan that is missing) by using only the information in the frame without referring to a frame other than the one frame to be deinterlaced. This is an interpolation method that supplements the information of (line). On the other hand, the temporal interpolation method is an interpolation method that compensates for missing portion information by referring not only to one frame to be deinterlaced but also to the frames before and after that (in some cases, a plurality of frames before and after the frame). In general, the temporal interpolation method has higher restoration performance than the spatial interpolation method, but there may be cases where motion and changes between frames cannot be estimated properly. Often used in combination with the law. Therefore, the performance improvement of the spatial interpolation method greatly leads to the performance improvement of deinterlacing itself.

インターレース解除のための空間的補間法として、従来、様々な手法が使用され又は提案されている。これら手法には大別して、線形補間法と非線形補間法とがある。線形補間法は文字通り、線形多項式を用い、隣接する走査線間における輝度や色の差を直線的に補間して目的とする画素値を求める補間法である。   Conventionally, various methods have been used or proposed as a spatial interpolation method for deinterlacing. These methods are roughly classified into linear interpolation methods and nonlinear interpolation methods. The linear interpolation method is literally an interpolation method that uses a linear polynomial and linearly interpolates luminance and color differences between adjacent scanning lines to obtain a target pixel value.

いま、図19に示す復元画像上の補間対象走査線中の座標位置(i,j)にある画素xの画素値を周辺の画素の画素値から補間する場合を考える。図中、垂直座標位置iは画像の上方から下方に向かって順に付した走査線の番号、水平座標位置jは1本の走査線中の各画素の位置を左方から右方に向かって順に付した画素の番号である。垂直座標位置iの走査線は補間対象の走査線(インターレース解除によって画素値が補間される走査線)であり、該走査線上にある画素の値は不明である。これに対し、垂直座標位置i+1、i−1、i+3、i−3、…の走査線には観測画像Yから抽出した画素値が配列されている。着目している画素(補間対象画素)xの周辺に位置する各画素について、図中に示すように、a〜hと記し、以下の数式中で例えばaと記した場合には、画素aの画素値を意味するものとする。   Consider a case in which the pixel value of the pixel x at the coordinate position (i, j) in the interpolation target scanning line on the restored image shown in FIG. 19 is interpolated from the pixel values of surrounding pixels. In the figure, the vertical coordinate position i is a scanning line number assigned in order from the top to the bottom of the image, and the horizontal coordinate position j is the position of each pixel in one scanning line in order from left to right. This is the number of the attached pixel. The scanning line at the vertical coordinate position i is a scanning line to be interpolated (a scanning line in which the pixel value is interpolated by deinterlacing), and the value of the pixel on the scanning line is unknown. On the other hand, pixel values extracted from the observed image Y are arranged on the scanning lines at the vertical coordinate positions i + 1, i-1, i + 3, i-3,. For each pixel located around the pixel of interest (interpolation target pixel) x, as shown in the figure, it is written a to h. It shall mean a pixel value.

最も単純な線形補間では、画素xの画素値はその上下に位置する画素の値の平均となる。即ち、数式で表すと、
x=(b+e)/2
となる。これを発展させた方法として、より多くの画素値を用いた補間法も提案されている。例えば、上下2個ずつの画素値を用いた3次補間法は次の式で表せる。
x=−0.0625g+0.5625b+0.5625e−0.0625h
In the simplest linear interpolation, the pixel value of the pixel x is an average of the values of the pixels located above and below it. In other words, when expressed in mathematical formulas:
x = (b + e) / 2
It becomes. As a method developed from this, an interpolation method using more pixel values has been proposed. For example, a cubic interpolation method using two upper and lower pixel values can be expressed by the following equation.
x = -0.0625g + 0.5625b + 0.5625e-0.0625h

これら線形補間法はデータ処理が簡単である割に高い復元性能が得られる。しかしながら、補間が垂直方向にのみしか行われないため、画像上に斜線や斜め方向に延伸するエッジ部が存在した場合、その斜線やエッジ部でジャギーを生じ易く、主観的な画質があまり良好でないという欠点がある。なお、説明の煩雑さを避けるために、以下の説明では、特に言及しない場合であっても、斜線は斜め方向に延伸するエッジ部も含むものとする。   These linear interpolation methods provide high restoration performance for simple data processing. However, since interpolation is performed only in the vertical direction, if there is an oblique line or an edge extending in the oblique direction on the image, jaggies are likely to occur in the oblique line or the edge part, and the subjective image quality is not so good. There is a drawback. In addition, in order to avoid the complexity of description, in the following description, even if not particularly mentioned, the oblique line includes an edge portion extending in an oblique direction.

非線形補間法は主として上記線形補間法の欠点を克服するものであり、例えば、ELA(Edge-based Line Averaging)法、APM(Adaptive Pseudo Median)法、MBI(Median Based Interpolation)法、LCID(Low-Complexity Interpolation method for Deinterlacing)法などの各種手法が知られている(例えば特許文献1参照)。簡単に言えば、これら手法では、着目している画素xの周辺にある相関の高い画素の値の組を探索し、そこから平均値又は中央値として補間対象画素xの画素値を推定する。   The non-linear interpolation method mainly overcomes the drawbacks of the above-mentioned linear interpolation method. Various methods such as the Complexity Interpolation method for Deinterlacing method are known (see, for example, Patent Document 1). In short, in these methods, a set of highly correlated pixel values around the pixel x of interest is searched, and the pixel value of the interpolation target pixel x is estimated as an average value or a median value therefrom.

例えばELA法では、|a−f|が|b−e|及び|c−d|よりも小さければ、画素aと画素fとを結ぶ斜線が存在すると判断し、a+fの平均値を画素xの値として採用する。即ち、次のような式に従って画素値を求めることができる。
m:=min{|a−f|,|b−e|,|c−d|}
|a−f|=mであるとき、x=(a+f)/2
|b−e|=mであるとき、x=(b+e)/2
|c−d|=mであるとき、x=(c+d)/2
ただし、mに一致するものが複数存在する場合には、|b−e|=eであるとみなして処理する。細部に相違はあるものの、APM法、MBI法、LCID法なども基本的には同様である。
For example, in the ELA method, if | a−f | is smaller than | b−e | and | c−d |, it is determined that there is a diagonal line connecting the pixel a and the pixel f, and the average value of a + f is determined from the pixel x. Adopt as a value. That is, the pixel value can be obtained according to the following equation.
m: = min {| af |, | be |, | cd |}
When | a−f | = m, x = (a + f) / 2
When | b−e | = m, x = (b + e) / 2
When | c−d | = m, x = (c + d) / 2
However, if there are a plurality of items that match m, it is assumed that | b−e | = e. Although there are differences in details, the APM method, MBI method, LCID method and the like are basically the same.

こうした非線形補間法は、斜線の存在を識別し、斜線が存在する場合にそれに特化した処理を行うものであるため、当然のことながら、直線補間法に比べれば、斜線は滑らかに補間され、主観的な画質の向上が望める。そのため、例えば原画像に対する復元性能を示すPSNR(Peak Signal-to-Noise Ratio)などの客観指標でみた復元性能は線形補間法に及ばないものの、空間的補間法において広く使用されている。   These nonlinear interpolation methods identify the presence of diagonal lines, and perform processing specialized for the presence of diagonal lines. Naturally, the diagonal lines are smoothly interpolated compared to the linear interpolation method, It can be expected to improve subjective image quality. For this reason, for example, the restoration performance viewed from an objective index such as PSNR (Peak Signal-to-Noise Ratio) indicating the restoration performance of the original image is not widely used in the linear interpolation method, but is widely used in the spatial interpolation method.

しかしながら、上記のような従来の非線形補間法においても、画像中に現れる斜線の状態によっては必ずしも良好な補間が行えない場合がある。例えばELA法では、完全な白色の背景の上に細い斜線が存在する等、空間的な高周波成分が多い画像に対して、本来斜線の一部であると判断すべき画素を背景の一部であると誤って認識してしまい、途切れた斜線となってしまうことがある。APM法、MBI法 LCID法などの手法ではこれを改善するための工夫がなされているものの、その改善効果は十分とはいえない。   However, even in the conventional nonlinear interpolation method as described above, there are cases where good interpolation cannot always be performed depending on the state of oblique lines appearing in the image. For example, in the ELA method, for an image having a large amount of spatial high-frequency components, such as a thin diagonal line on a completely white background, a pixel that should originally be determined to be a part of the diagonal line is a part of the background. It may be mistakenly recognized as being present, resulting in broken diagonal lines. Although techniques for improving the APM method, the MBI method, and the LCID method have been devised, the improvement effect is not sufficient.

また従来の非線形補間法では、推定可能な斜線の傾き(角度)が限られる。一般的に、ELA法等の各種手法は45°の傾きの斜線についてはかなり正確に補間するものの、45°を超えて大きく傾斜した斜線に対してはジャギーなどを生じ易い。より細かく斜線の傾きに対応している手法も提案されているものの、水平に近い斜線では良好な補間がなされにくい(特許文献2参照)。   Further, in the conventional nonlinear interpolation method, the slope (angle) of the oblique line that can be estimated is limited. In general, various methods such as the ELA method interpolate a slanted line with a 45 ° inclination fairly accurately, but jaggies or the like are likely to occur with a slanted line greatly exceeding 45 °. Although a method corresponding to the inclination of the oblique line more finely has been proposed, it is difficult to perform good interpolation with the oblique line close to the horizontal (see Patent Document 2).

即ち、従来の線形補間法は、客観的指標でみた復元性能は非線形補間法に勝るものの、斜線においてジャギーを生じ易く、主観的な画質は劣る。一方、斜線処理に特化した従来の非線形補間法においても、斜線の状態によっては必ずしも適切に復元されるとは限らず、客観的な復元性能では線形補間法に劣る。   That is, the conventional linear interpolation method is superior to the nonlinear interpolation method in terms of restoration performance as viewed from an objective index, but jaggy is likely to occur in the oblique lines, and the subjective image quality is inferior. On the other hand, even a conventional nonlinear interpolation method specialized for oblique line processing is not necessarily restored appropriately depending on the state of oblique lines, and is inferior to linear interpolation method in objective restoration performance.

特開2007−184934号公報JP 2007-184934 A 特開2012−213136号公報JP 2012-213136 A 特許第3820331号公報Japanese Patent No. 3820331 特許第5142300号公報Japanese Patent No. 5142300

掛水(H. Kakemizu)、ほか3名、「ノイズ・リダクション・オブ・ジェーペグ・イメージズ・バイ・サンプルド-データ・エッチ-インフィニティ・オプティマル・イプシロン・フィルターズ(Noise Reduction of JPEG Images by Sampled-data H-infinity Optimal Epsilon Filters)」、プロシーディング・サイス・アニュアル・コンファレンス(Proc. SICE Annual Conference)、2005年、pp. 1080-1085H. Kakemizu and three others, "Noise Reduction of JPEG Images by Sampled-" Data Reduction-Data Etch-Infinity Optimal Epsilon Filters data H-infinity Optimal Epsilon Filters), Proc. SICE Annual Conference, 2005, pp. 1080-1085

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、従来の非線形補間法を用いても適切な補間ができないような斜線部分を良好に復元することができるとともに、PSNR等の客観的指標で示される復元性能も高くすることができ、インタレース画像信号から品質の良好なプログレッシブ画像信号を得ることができる画像データ処理方法及び画像データ処理装置を提供することにある。   The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and the object of the present invention is to satisfactorily restore a hatched portion that cannot be properly interpolated even by using a conventional nonlinear interpolation method. To provide an image data processing method and an image data processing apparatus capable of improving restoration performance indicated by an objective index such as PSNR and obtaining a progressive image signal with good quality from an interlaced image signal. is there.

上述したように、従来の直線補間法は、インターレース画像上の斜線の復元性が劣るものの、客観的復元性能は比較的高い。実際上、原画像から得たインターレース画像に対して3次直線補間法を用いてインターレース解除した復元画像上の補間対象画素の画素値(補間値)と原画像における対応する画素の画素値との誤差を調べると、大きな誤差を示す部位は斜線が顕著に現れるエッジ部に集中しており、それ以外の部位の誤差は比較的小さい。このことから、線形補間法では適切に処理できない斜線部分を適切に処理し、それ以外の部位を線形補間法で処理することで、客観的な復元性能の向上と主観的な画質の向上を両立できることが推測される。一方、非線形補間法における客観的復元性能が線形補間法に比べて劣るのは、斜線推定の精度が十分に高くないために、本来は斜線として扱うべきでない部位までも斜線として処理してしまう点にあると推測できる。   As described above, the conventional linear interpolation method has a relatively high objective restoration performance although it is inferior in the restoration of the oblique lines on the interlaced image. In practice, the pixel value (interpolation value) of the pixel to be interpolated on the restored image obtained by deinterlacing the interlaced image obtained from the original image using the cubic linear interpolation method and the pixel value of the corresponding pixel in the original image When the error is examined, the portion showing the large error is concentrated on the edge portion where the oblique line is noticeable, and the error of the other portion is relatively small. Therefore, both the objective restoration performance and the subjective image quality can be improved by appropriately processing the shaded part that cannot be processed properly by the linear interpolation method and processing the other parts by the linear interpolation method. I guess it can be done. On the other hand, the objective restoration performance of the nonlinear interpolation method is inferior to that of the linear interpolation method because the accuracy of the oblique line estimation is not sufficiently high, and even parts that should not be treated as oblique lines are processed as oblique lines. Can be guessed.

こうしたことから、本願発明者は、従来の非線形補間法に比べてより確実性の高い斜線判定方法を導入し、確実に斜線があると判定できる部位に特化して斜線を再現するように補間を行い、斜線でない部位や斜線である疑いはあるものの確実性が低い部位には垂直方向に線形補間を実行するという手法に想到し、様々なシミュレーション実験により、そうした手法でインターレース解除の性能を向上させることができることを確認した。   For this reason, the inventor of the present application has introduced a diagonal determination method with higher certainty compared to the conventional nonlinear interpolation method, and performs interpolation so as to reproduce the diagonal line specifically for a part that can be determined to have a diagonal line. We have come up with a technique that performs linear interpolation in the vertical direction for parts that are not hatched or suspected to be hatched but have low reliability, and various simulation experiments improve the performance of deinterlacing. Confirmed that it can.

即ち、上記課題を解決するためになされた本発明に係る画像データ処理方法は、1フィールドのインターレース画像信号を画素の補間処理によってプログレッシブ画像信号に変換する画像データ処理方法であって、
a)補間対象画素の上の走査線中の隣接するN個(Nは3以上の整数)の画素からなる画素列及び該補間対象画素の下の走査線中の同じく隣接するN個の画素からなる画素列の右端部同士及び左端部同士を結合した仮想的な環状画素列を生成し、該環状画素列を右方向及び左方向に1画素ずつ回転させつつ垂直方向に位置する二個の画素の画素値の差分をN組の画素の組についてそれぞれ求め、その差分の総和が最小になるときの回転量及び回転方向に基づいて、前記補間対象画素を含む斜線の有無の判定、及び斜線がある場合のその延伸方向の識別を行う斜線判定ステップと、
b)前記斜線判定ステップにおいて前記補間対象画素を含む斜線有りと判定された場合には、その斜線の延伸方向に前記補間対象画素を挟む複数の画素を用いた直線補間により該補間対象画素の画素値を求め、前記補間対象画素を含む斜線無しと判定された場合には、前記補間対象画素を垂直方向に挟む複数の画素を用いた直線補間により該補間対象画素の画素値を求める補間値演算ステップと、
を有することを特徴としている。
That is, an image data processing method according to the present invention made to solve the above-described problem is an image data processing method for converting an interlaced image signal of one field into a progressive image signal by pixel interpolation processing,
a) From a pixel row composed of N (N is an integer of 3 or more) adjacent pixels in the scanning line above the interpolation target pixel and from the N adjacent pixels in the scanning line below the interpolation target pixel. Two pixels located in the vertical direction while generating a virtual annular pixel row in which the right end portions and the left end portions of the pixel row are combined, and rotating the annular pixel row one pixel at a time in the right and left directions. The difference between the pixel values is determined for each of the N sets of pixels, and based on the rotation amount and the rotation direction when the sum of the differences is minimized, the presence / absence of a diagonal line including the interpolation target pixel, An oblique line determination step for identifying the stretching direction in a certain case,
b) When it is determined that there is a diagonal line including the interpolation target pixel in the diagonal line determination step, the pixel of the interpolation target pixel is obtained by linear interpolation using a plurality of pixels sandwiching the interpolation target pixel in the extending direction of the diagonal line. Interpolation value calculation for obtaining a pixel value of the interpolation target pixel by linear interpolation using a plurality of pixels sandwiching the interpolation target pixel in the vertical direction when it is determined that there is no oblique line including the interpolation target pixel Steps,
It is characterized by having.

また上記課題を解決するためになされた本発明に係る画像データ処理装置は、上記本発明に係る画像データ処理方法を実施するための装置であり、1フィールドのインターレース画像信号を画素の補間処理によってプログレッシブ画像信号に変換する画像データ処理装置であって、
a)補間対象画素の上の走査線中の隣接するN個(Nは3以上の整数)の画素からなる画素列及び該補間対象画素の下の走査線中の同じく隣接するN個の画素からなる画素列の右端部同士及び左端部同士を結合した仮想的な環状画素列を生成し、該環状画素列を右方向及び左方向に1画素ずつ回転させつつ垂直方向に位置する二個の画素の画素値の差分をN組の画素の組についてそれぞれ求め、その差分の総和が最小になるときの回転量及び回転方向に基づいて、前記補間対象画素を含む斜線の有無の判定、及び斜線がある場合のその延伸方向の識別を行う斜線判定手段と、
b)前記斜線判定手段により前記補間対象画素を含む斜線有りと判定された場合には、その斜線の延伸方向に前記補間対象画素を挟む複数の画素を用いた直線補間により該補間対象画素の画素値を求め、前記補間対象画素を含む斜線無しと判定された場合には、前記補間対象画素を垂直方向に挟む複数の画素を用いた直線補間により該補間対象画素の画素値を求める補間値演算手段と、
を備えることを特徴としている。
An image data processing apparatus according to the present invention, which has been made to solve the above problems, is an apparatus for carrying out the image data processing method according to the present invention. One field of interlaced image signals is subjected to pixel interpolation processing. An image data processing device for converting to a progressive image signal,
a) From a pixel row composed of N (N is an integer of 3 or more) adjacent pixels in the scanning line above the interpolation target pixel and from the N adjacent pixels in the scanning line below the interpolation target pixel. Two pixels located in the vertical direction while generating a virtual annular pixel row in which the right end portions and the left end portions of the pixel row are combined, and rotating the annular pixel row one pixel at a time in the right and left directions. The difference between the pixel values is determined for each of the N sets of pixels, and based on the rotation amount and the rotation direction when the sum of the differences is minimized, the presence / absence of a diagonal line including the interpolation target pixel, Oblique line determination means for identifying the stretching direction in a certain case,
b) When it is determined by the oblique line determining means that there is an oblique line including the interpolation target pixel, the pixel of the interpolation target pixel is obtained by linear interpolation using a plurality of pixels sandwiching the interpolation target pixel in the extending direction of the oblique line. Interpolation value calculation for obtaining a pixel value of the interpolation target pixel by linear interpolation using a plurality of pixels sandwiching the interpolation target pixel in the vertical direction when it is determined that there is no oblique line including the interpolation target pixel Means,
It is characterized by having.

本発明に係る画像データ処理装置により実施される本発明に係る画像データ処理方法において、1枚のインターレース画像が与えられると、斜線判定ステップでは、該画像中の一つの補間対象画素について、その上の走査線中の隣接するN個の画素からなる画素列及び該補間対象画素の下の走査線中の同じく隣接するN個の画素からなる画素列を抽出し、その二つの画素列の右端部同士及び左端部同士を結合した仮想的な環状画素列を生成する。なお、通常、Nの値は奇数とし、補間対象画素の位置を中心とし、その左右に(N−1/2)個ずつ画素を抽出することでN個の画素からなる画素列を抽出するとよい。   In the image data processing method according to the present invention implemented by the image data processing apparatus according to the present invention, when one interlaced image is given, in the oblique line determination step, one interpolation target pixel in the image is further processed. A pixel column composed of N pixels adjacent to each other in the scanning line and a pixel column composed of N pixels adjacent to each other in the scanning line below the pixel to be interpolated are extracted, and the right end portion of the two pixel columns A virtual annular pixel column is generated by joining the left ends to each other. In general, the value of N is an odd number, and a pixel column composed of N pixels is extracted by extracting (N−1 / 2) pixels from the center of the position of the interpolation target pixel. .

さらに斜線判定ステップでは、2×N個の画素からなる環状画素列を右方向及び左方向に1画素ずつ回転させつつ垂直方向に位置する二個の画素の画素値の差分をN組の画素の組についてそれぞれ求め、その差分の総和が最小になるときの回転量及び回転方向を調べる。
In yet hatched determination step, 2 × N number of the difference between two pixel values of pixels positioned in the vertical direction while rotating by one pixel a ring shaped pixel rows ing from the pixel to the right and left direction N sets of Each pixel group is obtained, and the rotation amount and the rotation direction when the sum of the differences is minimized are examined.

いま、補間対象画素を含む斜線が存在した場合、環状画素列を右方向又は左方向に或る画素数分だけ回転させたときに、斜線を構成する画素が補間対象画素を挟んで垂直方向に並ぶ。斜線を構成する画素の画素値はほぼ同じである筈であるから、その補間対象画素を挟んで垂直方向に位置する二個の画素の画素値の差は小さい。一方、補間対象画素の周囲でその斜線以外の領域が平坦である、つまり画素値がほぼ同じであるとすると、上述したように斜線を構成する画素が補間対象画素を挟んで垂直方向に並んだときに、その補間対象画素以外においても垂直方向に位置する二個の画素の画素値の差は小さくなる。これは、例えば斜線を挟んで位置する二つの領域がそれぞれ異なる明度や色の平坦部であっても同様である。そのため、上下の画素の画素値の差分の総和に基づいて、斜線を構成する画素が補間対象画素を挟んで垂直方向に並んだことを認識することができ、斜線が有ると判定することができる。逆に、例えば上下の画素の画素値の差分の総和が小さくならない場合には、斜線が無いものと判定することができる。 Now, if there is a diagonal line including the interpolation target pixel, when the circular pixel row is rotated by a certain number of pixels in the right direction or the left direction, the pixels constituting the diagonal line are in the vertical direction across the interpolation target pixel. line up. Since the pixel values of the pixels constituting the oblique lines should be substantially the same, the difference between the pixel values of the two pixels positioned in the vertical direction across the interpolation target pixel is small. On the other hand, if the area other than the diagonal line around the interpolation target pixel is flat, that is, the pixel values are almost the same, the pixels constituting the diagonal line are arranged in the vertical direction with the interpolation target pixel interposed therebetween as described above. In some cases, the difference between the pixel values of two pixels positioned in the vertical direction is small even outside the interpolation target pixel. This is the same even if, for example, the two regions located across the oblique line are flat portions of different brightness and color. Therefore, based on the sum of the differences between the pixel values of the upper and lower pixels, it can be recognized that the pixels constituting the diagonal line are arranged in the vertical direction with the interpolation target pixel interposed therebetween, and it can be determined that there is a diagonal line. . Conversely, for example, when the sum of the differences between the pixel values of the upper and lower pixels does not become small, it can be determined that there is no oblique line.

また、斜線を構成する画素が補間対象画素を挟んで垂直方向に並ぶまでの環状画素列の回転量(画素数)及び回転方向を求めることで、斜線の延伸方向を識別することができる。さらにまた、平坦部中に斜線が存在する場合だけでなく、それぞれ異なる明度や色を持つ二つの平坦部が接している斜めエッジ部に補間対象画素が含まれる場合も同様に、その斜めエッジ部を構成する画素が補間対象画素を挟んで垂直方向に並んだとき、垂直方向に位置する二個の画素の画素値の差は小さくなる。したがって、斜線判定ステップでは、斜めエッジ部も斜線と同様にその有無を判定することができ、斜めエッジ部が存在する場合にはその延伸方向を識別することができる。   Further, by obtaining the rotation amount (number of pixels) and the rotation direction of the annular pixel row until the pixels constituting the oblique line are arranged in the vertical direction with the interpolation target pixel interposed therebetween, the oblique line extending direction can be identified. Furthermore, not only when there is a diagonal line in the flat part, but also when the pixel to be interpolated is included in an oblique edge part where two flat parts having different brightness and color are in contact with each other, the oblique edge part Are arranged in the vertical direction with the interpolation target pixel in between, the difference between the pixel values of the two pixels positioned in the vertical direction becomes small. Therefore, in the oblique line determination step, the presence or absence of the oblique edge portion can be determined similarly to the oblique line, and when the oblique edge portion exists, the extending direction can be identified.

このようにして、本発明に係る画像データ処理方法における斜線判定ステップでは、平坦部中に存在する斜線や二つの平坦部を区分する斜めエッジ部の有無の判定やそれらの延伸方向の識別を高い精度で行うことができる。   In this way, in the oblique line determination step in the image data processing method according to the present invention, the determination of the presence or absence of the oblique line existing in the flat part or the oblique edge part that divides the two flat parts and the identification of the extending direction are high. Can be done with precision.

また、本発明に係る画像データ処理方法において、前記斜線判定ステップでは、前記環状画素列を右方向に回転させたときの前記差分の総和の最小値と該環状画素列を左方向に回転させたときの前記差分の総和の最小値との差に基づいて、前記補間対象画素を含む斜線の有無を判定するようにしてもよい。これにより、例えば、斜線や斜めエッジ部以外の領域が平坦部ではなく複雑な模様が存在するような場合で斜線や斜めエッジ部の延伸方向を判断するのが難しい場合などに、斜線や斜めエッジ部が存在しないと判定することで、確実性が低いにもかかわらず斜線有りと判定することを回避することができる。   In the image data processing method according to the present invention, in the oblique line determination step, the minimum value of the sum of the differences when the annular pixel row is rotated rightward and the annular pixel row rotated leftward. The presence / absence of a diagonal line including the interpolation target pixel may be determined based on a difference from a minimum value of the sum of the differences. Thus, for example, when it is difficult to determine the extension direction of the oblique line or the oblique edge part when a region other than the oblique line or the oblique edge part has a complicated pattern instead of a flat part, the oblique line or the oblique edge part is used. By determining that there is no part, it is possible to avoid determining that there is a hatched line even though the certainty is low.

また本発明に係る画像データ処理方法において、
前記補間値演算ステップでは、前記補間対象画素を含む斜線の延伸方向における該補間対象画素の補間又は垂直方向における該補間対象画素の補間の少なくともいずれか一方において、原画像信号を帯域制限フィルタを通して帯域制限したアナログ画像信号と、アナログ画像信号を離散化するサンプラ、サンプル点間に所定数の0点データを挿入するアップサンプラ、フィルタリングを行うデジタルフィルタ、離散信号を連続信号に戻すホールド、を含むアナログ/デジタル/アナログ変換系を通して得られるアナログ画像信号との誤差を小さくするようにデジタルフィルタを設計すべく設定した条件式を、有限次元離散時間系に近似的に変換することで得た計算式を所定の条件に基づいてH制御により解くことによって又はそれに相当する厳密な計算で解くことによって算出したパラメータを有するサンプル値Hフィルタを用いたフィルタリング処理により、前記補間対象画素の画素値を算出することが好ましい。
In the image data processing method according to the present invention,
In the interpolation value calculating step, in at least one of interpolation of the interpolation target pixel in the extending direction of the oblique line including the interpolation target pixel and interpolation of the interpolation target pixel in the vertical direction, the original image signal is band-passed through a band limiting filter. Analog including a limited analog image signal, a sampler that discretizes the analog image signal, an upsampler that inserts a predetermined number of zero-point data between sample points, a digital filter that performs filtering, and a hold that converts the discrete signal back to a continuous signal / A formula obtained by approximately converting a conditional expression set to design a digital filter to reduce an error with an analog image signal obtained through a digital / analog conversion system into a finite-dimensional discrete-time system. By solving with H∞ control based on a predetermined condition or equivalent Preferably, the pixel value of the interpolation target pixel is calculated by a filtering process using a sample value H filter having a parameter calculated by solving with a strict calculation.

本願発明者は、これまで長年に亘り、特にデジタルオーディオの分野において、連続時間特性を扱うことができるサンプル値制御理論、より詳しくはサンプル値H制御をデジタルオーディオ信号を扱うデジタル/アナログ変換技術などに導入する試みについて研究を続けてきた(特許文献3参照)。この技術は、元のデジタル信号のサンプルを単に離散時間信号としてのみ捉えるのではなく、サンプル間応答に含まれるアナログ特性をも考慮してD/A変換やサンプリングレート変換の際のデジタルフィルタの設計を行うことによって、アナログオーディオとしての聴感上での音質が最良又はそれに近い状態となるようにすることを意図するものであった。さらに、本願発明者は、近年の画像の圧縮技術の進展及びそれに伴う画質改善の必要性に鑑み、サンプル値H最適化の手法を画像のノイズ除去や解像度変換などに適用する試みについて研究を行っている。例えば特許文献4では、MPEG方式などで圧縮率を高めたときに出現し易くなるブロックノイズやモスキートノイズを目立たなくしつつ、原画像の良さを損なわないような高画質を達成することができる画像ノイズ除去方法を提案している。また、非特許文献1には、サンプル値H最適化手法に基づいて設計されたデジタルフィルタによるサンプル点間補間を用いることで、任意倍率で以て画像の解像度を変換可能とした解像度変換器が開示されている。 The inventor of the present application has been in the field of digital audio over a long period of time, particularly in the field of digital audio, and more particularly, a sample value control theory capable of handling a continuous time characteristic, more specifically, a digital / analog conversion technique for handling a digital audio signal with a sample value H∞ control. Research has been continued on attempts to introduce the system (see Patent Document 3). This technology does not simply capture the original digital signal sample as a discrete-time signal, but also considers analog characteristics included in the inter-sample response, and designs a digital filter for D / A conversion and sampling rate conversion. This is intended to achieve the best or close sound quality on the audibility as analog audio. Furthermore, in view of the recent progress in image compression technology and the need for image quality improvement accompanying this, the present inventor has conducted research on attempts to apply the sample value H∞ optimization technique to image noise removal, resolution conversion, and the like. Is going. For example, in Patent Document 4, image noise that can achieve high image quality that does not impair the goodness of the original image while making the block noise and mosquito noise that are likely to appear when the compression rate is increased by the MPEG method or the like inconspicuous. A removal method is proposed. Non-Patent Document 1 discloses a resolution converter that can convert the resolution of an image at an arbitrary magnification by using interpolation between sample points by a digital filter designed based on a sample value H optimization method. Is disclosed.

上記好ましい態様の画像データ処理方法では、補間対象画素に対し垂直方向に又は斜線の延伸方向に直線補間を行う際に、従来の単純直線補間や3次補間ではなく、サンプル値Hフィルタを用いた補間が実施される。このサンプル値Hフィルタによる補間では、原画像と復元画像との誤差ができるだけ小さくなるように補間値が計算されるので、復元性能を一層向上させることができる。 In the image data processing method according to the above preferred embodiment, when performing linear interpolation in the vertical direction or the oblique extension direction with respect to the interpolation target pixel, the sample value H filter is used instead of the conventional simple linear interpolation or cubic interpolation. Interpolation was performed. In the interpolation using the sample value H∞ filter, the interpolation value is calculated so that the error between the original image and the restored image is as small as possible, so that the restoration performance can be further improved.

本発明に係る画像データ処理方法及び画像データ処理装によれば、従来の非線形補間法では適切に補間されず、例えばジャギーが生じたり途切れが発生したりするような斜線や斜めエッジ部であっても、良好に復元することができる。また、斜線や斜めエッジ部とみなすべきでない部位については斜線として処理を行うことがないので、PSNR等の客観的指標で示される復元性能を高くすることができる。それにより、インタレース画像信号から品質の良好なプログレッシブ画像信号を得ることができる。   According to the image data processing method and the image data processing apparatus according to the present invention, the conventional nonlinear interpolation method is not appropriately interpolated, for example, a slanted line or a slanted edge portion where jaggies or breaks occur. Can be restored well. In addition, since a portion that should not be regarded as a slanted line or a slanted edge portion is not processed as a slanted line, the restoration performance indicated by an objective index such as PSNR can be improved. Thereby, a progressive image signal with good quality can be obtained from the interlaced image signal.

本発明の一実施例である画像データ処理方法を実施する画像データ処理装置の機能ブロック図。1 is a functional block diagram of an image data processing apparatus that implements an image data processing method according to an embodiment of the present invention. 本実施例である画像データ処理方法に用いられるデジタルフィルタを設計するための誤差系モデルを示す図。The figure which shows the error type | system | group model for designing the digital filter used for the image data processing method which is a present Example. 図2に示した誤差系モデルを単一レート系モデルに変換したときのブロック図。FIG. 3 is a block diagram when the error system model shown in FIG. 2 is converted into a single rate system model. 図3に示した単一レート系モデルを一般プラント形式に書き直したブロック図。The block diagram which rewrote the single rate type | system | group model shown in FIG. 3 to the general plant format. 図4を有限次元離散時間系に変換したときのブロック図。FIG. 5 is a block diagram when FIG. 4 is converted into a finite-dimensional discrete time system. 原画像から推定されるアナログ特性の例を示す図。The figure which shows the example of the analog characteristic estimated from an original image. 本実施例の画像データ処理方法において処理対象である二種類の斜線の例を示す図。The figure which shows the example of two types of diagonal lines which are a process target in the image data processing method of a present Example. 本実施例の画像データ処理方法においてアップサンプル画像中の補間対象画素に対して設定される局所的循環部を示す図。The figure which shows the local circulation part set with respect to the interpolation object pixel in an up sample image in the image data processing method of a present Example. 図8に示した局所的循環部の回転による斜線判定の概略説明図。FIG. 9 is a schematic explanatory diagram of oblique line determination by rotation of a local circulation unit shown in FIG. 8. 斜線判定で注意を要する画素パターンを示す図。The figure which shows the pixel pattern which requires attention by diagonal line determination. 本実施例の画像データ処理方法におけるインターレース解除のフローチャート。The flowchart of the deinterlacing in the image data processing method of a present Example. 斜線判定の詳細なフローチャート。The detailed flowchart of diagonal line determination. インターレース解除評価用動画akiyoのプログレッシブ動画像。Progressive video of akiyo video for evaluating deinterlacing. インターレース解除評価用動画akiyoのインターレース動画像。Interlaced video of akiyo video for evaluating deinterlacing. 図14に示したインターレース動画像に対し従来の線形補間によりインターレース解除した画像。An image obtained by deinterlacing the interlaced moving image shown in FIG. 14 by conventional linear interpolation. 図14に示したインターレース動画像に対し従来のELAによりインターレース解除した画像。An image obtained by deinterlacing the interlaced moving image shown in FIG. 14 by conventional ELA. 図14に示したインターレース動画像に対し本実施例の画像データ処理方法によりインターレース解除した画像。An image obtained by deinterlacing the interlaced moving image shown in FIG. 14 by the image data processing method of this embodiment. 各種手法によるインターレース解除を行ったときの動画10種に対するPSNRの平均、及びakiyoとcityに対するPSNRを示す図。The figure which shows the average of PSNR with respect to 10 types of animation when deinterlacing by various methods, and PSNR with respect to akiyo and city. 復元画像上の座標(i,j)にある画素xとその周辺の画素の配置とを示す図。The figure which shows arrangement | positioning of the pixel x in the coordinate (i, j) on a decompression | restoration image, and its surrounding pixel.

以下、本発明に係る画像データ処理方法及び該方法を実行する画像データ処理装置の一実施例について、添付図面を参照しつつ説明する。本実施例の画像データ処理装置は、フィールド毎に、つまりは画像1枚毎に、インターレース画像信号を補間することによりプログレッシブ画像信号に変換する、つまりインターレース解除処理を行うものである。   Hereinafter, an image data processing method according to an embodiment of the present invention and an image data processing apparatus that executes the method will be described with reference to the accompanying drawings. The image data processing apparatus according to the present embodiment converts the interlaced image signal into a progressive image signal by interpolating the interlaced image signal for each field, that is, for each image, that is, performs the deinterlacing process.

図1は本実施例の画像データ処理装置の機能ブロック図である。
本実施例の画像データ処理装置において、インターレース解除部1は、1枚のインターレース画像を構成する画像データを受けて、サンプル点間補間により飛び越し走査された走査線上の画素を0点データとして埋めるアップサンプラ2と、挿入された0点データの近傍の画素の画素値を用いて0点データに代わる補間値を算出する線形補間フィルタ3と、アップサンプリングされた画像上で補間対象画素毎に斜線に含まれる又は斜めエッジ部に含まれるか否かを判定するとともに、その斜線又は斜めエッジ部の延伸方向を識別する斜線判定部4と、入力された画像データに対し周波数特性を分析する周波数分析部5と、その周波数分析結果に応じてデジタルフィルタのフィルタ係数を選択するフィルタ選択部6と、を含む。
FIG. 1 is a functional block diagram of the image data processing apparatus of this embodiment.
In the image data processing apparatus according to the present embodiment, the deinterlacing unit 1 receives image data constituting one interlaced image, and fills in the pixels on the scanning line interlaced by inter-sample point interpolation as zero point data. A sampler 2, a linear interpolation filter 3 that calculates an interpolation value instead of 0-point data using pixel values of pixels in the vicinity of the inserted 0-point data, and hatched lines for each interpolation target pixel on the upsampled image A hatching determination unit 4 for determining whether or not included in the diagonal edge portion, and identifying the diagonal line or the extending direction of the diagonal edge portion, and a frequency analysis unit for analyzing the frequency characteristics of the input image data 5 and a filter selection unit 6 that selects a filter coefficient of the digital filter according to the frequency analysis result.

線形補間フィルタ3は、原画像の特性を考慮したフィルタリングを実行するH最適線形フィルタであり、2次元の線形畳み込み演算を実行する一つの重要な要素である。また、斜線判定部4は、処理対象であるインターレース画像上の斜線や斜めエッジ部を高い確実性を以て認識し且つその斜線の延伸方向を正確に把握するために、後述するような特徴的な処理を実行するものである。
まず、本実施例の画像データ処理装置における線形補間フィルタ3について詳しく説明する。
The linear interpolation filter 3 is an H∞ optimal linear filter that performs filtering in consideration of the characteristics of the original image, and is one important element that executes a two-dimensional linear convolution operation. In addition, the oblique line determination unit 4 recognizes oblique lines and oblique edges on the interlaced image to be processed with high certainty and accurately grasps the extending direction of the oblique lines as will be described later. Is to execute.
First, the linear interpolation filter 3 in the image data processing apparatus of the present embodiment will be described in detail.

上述したように、本実施例の画像データ処理装置で使用される線形補間フィルタは、サンプル値制御理論を用いて設計されたサンプル値H線形フィルタであり、複数の画素の画素値を用いた補間処理によって補間対象画素の画素値を求めるものである。いま、サンプル点間補正を行う、伝達特性がK(z)であるH最適線形フィルタを設計するために、図2に示すような誤差系モデルを考える。図2において、下側の信号経路がレート変換の信号処理系であり、上側の信号経路がその信号処理系による時間遅れを考慮した遅延系である。 As described above, the linear interpolation filter used in the image data processing apparatus according to the present embodiment is a sample value H linear filter designed using the sample value control theory, and uses pixel values of a plurality of pixels. The pixel value of the interpolation target pixel is obtained by interpolation processing. Now, in order to design an H∞ optimal linear filter that performs correction between sample points and has a transfer characteristic of K (z), consider an error system model as shown in FIG. In FIG. 2, the lower signal path is a signal processing system for rate conversion, and the upper signal path is a delay system that takes into account the time delay due to the signal processing system.

図2において、入力wは連続時間信号であり、W(s)は連続時間信号を帯域制限するアンチエリアシングフィルタ11、Shは連続時間信号をサンプル周期h(>0)でサンプリングして離散時間信号とするサンプラ13、↑Mはこの離散時間信号のサンプル間に0信号を挿入することでサンプル周期hの離散時間信号に変換するアップサンプラ14、K(z)は上記挿入された0信号を適宜の値に修正するデジタルフィルタ15、Hh/Mは離散時間信号を連続時間信号に変換するべく周期h/Mで動作する0次ホールド16、である。一方、e-mhsは時間遅れ要素12である。アンチエリアシングフィルタ11のアナログ特性がW(s)、デジタルフィルタ15の伝達特性がK(z)である。而して、図2に示した誤差系モデルは、帯域制限信号rに上述した信号処理による時間遅れmhを与え、減算器18により0次ホールド16の出力である復元信号yと遅延した帯域制限信号との誤差信号eを取り出すシステムであるとみることができる。この誤差信号eも連続時間信号である。 2, the input w is a continuous time signal, W (s) anti-aliasing filter 11 for band-limiting the continuous time signal, S h is discrete by sampling a continuous-time signal at sample period h (> 0) Sampler 13, ↑ M, which is a time signal, inserts a zero signal between samples of the discrete time signal to convert it into a discrete time signal having a sample period h, and K (z) is the inserted zero signal. Is a digital filter 15 that corrects to an appropriate value, and H h / M is a zero-order hold 16 that operates at a period h / M to convert a discrete-time signal into a continuous-time signal. On the other hand, e −mhs is the time delay element 12. The analog characteristic of the anti-aliasing filter 11 is W (s), and the transfer characteristic of the digital filter 15 is K (z). Thus, the error system model shown in FIG. 2 gives the time limit mh due to the signal processing described above to the band limit signal r, and the band limit delayed by the subtractor 18 from the restored signal y that is the output of the 0th-order hold 16. It can be considered that this is a system for extracting an error signal e from the signal. This error signal e is also a continuous time signal.

ここでは、最適なフィルタを得るために、誤差信号eができる限り小さくなるようにIIR型のデジタルフィルタ15を構成するものとする。即ち、安定な連続時間フィルタ(アンチエリアシングフィルタ11)と正の整数m、Mとが与えられている条件の下で、IIR型のデジタルフィルタ15を設計する。そのために、連続時間信号wから誤差信号eへ変換するシステムをTewとおいたとき、与えられたγに対し、次の(1)式を満たすような伝達特性K(z)を求める。
つまり、この(1)式が上述したIIR型デジタルフィルタを設計すべく設定した条件式である。ここでγは誤差の大きさを支配するものであり、小さいほどよい。H制御では、これを繰り返し計算によって最小化する方法が採られる。
Here, in order to obtain an optimal filter, the IIR digital filter 15 is configured so that the error signal e is as small as possible. That is, the IIR digital filter 15 is designed under the condition that a stable continuous-time filter (anti-aliasing filter 11) and positive integers m and M are given. Therefore, when a system for converting the continuous time signal w to the error signal e is set as T ew , a transfer characteristic K (z) satisfying the following expression (1) is obtained for a given γ.
That is, this equation (1) is a conditional equation set to design the IIR type digital filter described above. Here, γ dominates the magnitude of the error, and the smaller the better. In H∞ control, a method of minimizing this by repeated calculation is employed.

図2に示した誤差系モデルはアップサンプラを含むため時変系となっており、このままでは扱いが困難である。そこで、アップサンプラ及びむだ時間系を含む系(マルチレート系)を単一のサンプル周期の有限次元系に変換するために離散時間リフティング及び逆リフティングを導入する。上述の特許文献3、4、非特許文献1等でよく知られているので詳細な説明は略すが、リフティングの導入により、図2に示したマルチレート系のモデルは図3に示す単一レート系のモデルに等価的に変換される。次に、図3中にある連続時間むだ時間要素であるe-mhsを有限次元化するために、系の入力をmステップだけ遅らせるような変換を行う。これにより、所望の設計問題は、伝達特性K(z)の代わりに非因果的なフィルタzmK'(z)を設計する問題に変換される。 Since the error system model shown in FIG. 2 includes an upsampler, it is a time-varying system and is difficult to handle as it is. Therefore, discrete time lifting and inverse lifting are introduced to convert a system including an upsampler and a time delay system (multirate system) into a finite dimensional system having a single sample period. Since it is well known in the above-mentioned Patent Documents 3 and 4, Non-Patent Document 1 and the like, detailed description is omitted, but with the introduction of lifting, the multi-rate system model shown in FIG. Equivalent to a system model. Next, in order to make e −mhs which is a continuous time dead time element in FIG. 3 into a finite dimension, a conversion is performed so as to delay the input of the system by m steps. Thereby, the desired design problem is converted into a problem of designing a non-causal filter z m K ′ (z) instead of the transfer characteristic K (z).

これをさらに有限次元離散時間系の設計問題に帰着させる。その手法の詳細は、カルゴネカー、山本、「ディレイド・シグナル・リコンストラクション・ユージング・サンプルド−データ・コントロール(Delayed signal reconstruction using sampled-data control)」、プロシーディングス・オブ・35ス・コンファレンス・オン・デシジョン・アンド・コントロール(Proc. of 35th Conf. on Decision and Control)、p.1259-1263、1996年、に記載されているが、ここではFSFH(ファーストサンプル・ファーストホールド)手法を適用することにより、制約条件のない近似的な離散時間系設計問題に帰着させる。   This is further reduced to a design problem for finite-dimensional discrete-time systems. Details of the method are given by Kargonek, Yamamoto, “Delayed signal reconstruction using sampled-data control”, Proceedings of 35th Conference on It is described in Decision and Control (Proc. Of 35th Conf. On Decision and Control), p.1259-1263, 1996, but here by applying FSFH (First Sample First Hold) method This results in an approximate discrete-time design problem with no constraints.

FSFH手法はサンプル値制御系の性能を評価する一手法であって、h周期のサンプル値系の連続時間入出力をh/N(Nは自然数)周期で動作するサンプラとホールドによって離散化し、十分に大きなNに対する離散時間信号で連続時間信号を近似する方法である。FSFH手法の詳細は、山本、マディエフスキ、アンダーソン、「コンピュテーション・アンド・コンバージェンス・オブ・フリクエンシ・レスポンス・ビア・ファスト・サンプリング・フォー・サンプルド−データ・コントロール・システムズ(Computation and convergence of frequency response via fast sampling for sampled-data control systems)」、プロシーディングス・オブ・36ス・コンファレンス・オン・デシジョン・アンド・コントロール(Proc. of 36th Conf. on Decision and Control)、p.2157-2162、1997年、に記載されているのでここでは省略する。   The FSFH method is a method for evaluating the performance of the sample value control system, and the continuous time input / output of the sample value system of h period is discretized by a sampler and hold that operates at a period of h / N (N is a natural number). This is a method of approximating a continuous-time signal with a discrete-time signal for a large N. Details of the FSFH method can be found in Yamamoto, Madievski, Anderson, “Computation and convergence of frequency response via Fast sampling for sampled-data control systems (Computation and convergence of frequency response via). fast sampling for sampled-data control systems), Proc. of 36th Conf. on Decision and Control, p.2157-2162, 1997, Are omitted here.

設計のために図3を一般化プラント形式に描き直したものが図4である。この図4中に示した連続時間系システム20の行列式gに対しリフティングを行い、FSFH手法を用いて近似離散化すると図5に示す離散時間系に帰着され、サンプル値系システム30の近似離散時間系Gは次の式で与えられる。
ここで、Gの各行列及び作用素は次のように定義される。
FIG. 4 is a redraw of FIG. 3 into a generalized plant format for design purposes. When the determinant g of the continuous-time system 20 shown in FIG. 4 is lifted and approximated by the FSFH method, it is reduced to the discrete-time system shown in FIG. The time system G is given by the following equation.
Here, each matrix and operator of G are defined as follows.

上記近似離散時間系Gを用いて上記(1)式は次の(2)式で近似され、(1)式を満たすような伝達特性K(z)を求めるということは近似的に有限次元離散時間系の問題に帰着される。
ただし、
である。即ち、図4は図5に示す有限次元離散時間系に変換されることになる。
而して、(2)式を求め、ごく一般的な離散時間H制御問題を解けば、所望のIIR型デジタルフィルタの伝達特性K(z)が得られることになる。
なお、上述したサンプル値制御理論によるフィルタ設計手法の基本は特許文献3、4、非特許文献1のほか、本願発明者が各種学会等で発表している論文などに記載されている既知のものである。
Using the approximate discrete time system G, the above equation (1) is approximated by the following equation (2), and obtaining the transfer characteristic K (z) satisfying the equation (1) is approximately a finite-dimensional discrete Reduced to a time-related problem.
However,
It is. That is, FIG. 4 is converted into the finite-dimensional discrete time system shown in FIG.
Thus, the desired transfer characteristic K (z) of the IIR type digital filter can be obtained by obtaining equation (2) and solving a very general discrete time H∞ control problem.
The basics of the filter design method based on the sample value control theory described above are known ones described in Patent Documents 3 and 4 and Non-Patent Document 1, as well as papers published by the inventor at various academic societies. It is.

さて、図2に戻ると、復元したい、つまりインターレース解除したい画像のアナログ信号の特性を連続時間のアナログ特性W(s)として与えることで、この特性が与える信号rと信号復元系の出力である復元信号yとの誤差信号eを、wからeへのシステムのHノルムの意味で最小化するように、離散信号のサンプル点間をフィルタが補間することになる。したがって、サンプル点間補正に先立ってアナログ特性W(s)を決定しなければならないが、これは一般に既知ではない。また、上記フィルタの設計にはH最適化の方法を用いるが、これは計算量の多い処理であり、動画像をオンライン処理する際にリアルタイムで最適なフィルタ設計を行うことは非現実的である。このような制約から、ここでは次のように対応する。 Now, returning to FIG. 2, by giving the analog signal characteristic of the image to be restored, that is, the image to be deinterlaced, as the analog characteristic W (s) of continuous time, the signal r given by this characteristic and the output of the signal restoration system are obtained. The filter interpolates between the sample points of the discrete signal so as to minimize the error signal e from the restored signal y in the sense of the H norm of the system from w to e. Therefore, the analog characteristic W (s) must be determined prior to correction between sample points, which is generally not known. In addition, the H optimization method is used for designing the filter, which is a computationally intensive process, and it is impractical to perform optimum filter design in real time when moving images are processed online. is there. Due to such restrictions, the following is dealt with here.

(1)一般的であると推測されるアナログ特性W(s)を複数用意し、各アナログ特性W(s)に応じた線形補間フィルタを予めオフラインで計算しておく。計算により得られた複数のフィルタをK1、…、Kpとする。本実施例の画像データ処理装置では、このフィルタK1、…、Kpに関するパラメータをアナログ特性に対応付けてフィルタ選択部6に格納しておけばよい。
(2)インターレース解除処理の対象となる観測画像Yが与えられたとき、K1、…、Kpの中で最も復元性能が高いフィルタKqを選択してその観測画像Yに適用する。本実施例の画像データ処理装置では、このようなフィルタ選択のための処理を、周波数分析部5及びフィルタ選択部6で実行する。
このような方法を採れば、アナログ特性W(s)が未知であってもインターレース解除を実行することができ、さらに、リアルタイムでフィルタを計算する必要もないのでH最適化に伴う計算量も問題とならない。
(1) A plurality of analog characteristics W (s) estimated to be general are prepared, and a linear interpolation filter corresponding to each analog characteristic W (s) is previously calculated offline. A plurality of filters obtained by calculating K 1, ..., a K p. In the image data processing apparatus of the present embodiment, the parameters relating to the filters K 1 ,..., K p may be stored in the filter selection unit 6 in association with the analog characteristics.
(2) When an observation image Y to be deinterlaced is given, a filter K q having the highest restoration performance is selected from K 1 ,..., K p and applied to the observation image Y. In the image data processing apparatus of the present embodiment, such processing for filter selection is executed by the frequency analysis unit 5 and the filter selection unit 6.
By adopting such a method, it is possible to perform deinterlacing even if the analog characteristic W (s) is unknown, and furthermore, since it is not necessary to calculate a filter in real time, the calculation amount associated with the H∞ optimization is also increased. It doesn't matter.

ここでは、観測画像Yのみが与えられている条件下で、複数のフィルタK1、…、Kpの中で最も高い復元性能を示すフィルタKqを選択する必要がある。そのために、以下のような処理を実行する。いま一例として、W1(jω)、W2(jω)、W3(jω)という三種類のアナログ特性がW(s)として予め用意されている場合について考える。このアナログ特性の一例を図6に示す。 Here, it is necessary to select the filter K q showing the highest restoration performance among the plurality of filters K 1 ,..., K p under the condition where only the observation image Y is given. For this purpose, the following processing is executed. As an example, consider the case where three types of analog characteristics W 1 (jω), W 2 (jω), and W 3 (jω) are prepared in advance as W (s). An example of this analog characteristic is shown in FIG.

図6に示すように、三種類のアナログ特性の中で、W1(jω)は相対的に高周波成分を多く含み、W3(jω)は低周波成分を多く含み、W2(jω)は両者の中間的な特性を持つ。これらの特性は予備的な実験から得られた原画像の周波数スペクトルの典型例を模したものであり、復元したいと考える原信号のスペクトルに対する推定に相当する。これらのアナログ特性は、ω=0の付近ではほぼ同じであるが、それよりも少し高い周波帯域では|W1(jω)|<|W2(jω)|<|W3(jω)|という関係にある。これらは原画像の特性に関する推定であるが、こうした低周波域のスペクトルの特徴は完全ではないものの或る程度観測画像にも反映される。そこで、|W1(jω)|<|W2(jω)|<|W3(jω)|であると推測される周波数帯域において観測画像の周波数成分のゲインを調べ、そのゲインの大きさに従ってアナログ特性を切り替えるようにする。 As shown in FIG. 6, among the three types of analog characteristics, W 1 (jω) contains a relatively high frequency component, W 3 (jω) contains a lot of low frequency components, and W 2 (jω) is It has intermediate characteristics between the two. These characteristics imitate a typical example of the frequency spectrum of the original image obtained from the preliminary experiment, and correspond to estimation of the spectrum of the original signal that is desired to be restored. These analog characteristics are substantially the same in the vicinity of ω = 0, but | W 1 (jω) | <| W 2 (jω) | <| W 3 (jω) | There is a relationship. These are estimates relating to the characteristics of the original image, but such low-frequency spectrum characteristics are reflected to some extent in the observed image, though not completely. Therefore, the gain of the frequency component of the observed image is examined in the frequency band estimated to be | W 1 (jω) | <| W 2 (jω) | <| W 3 (jω) |, and according to the magnitude of the gain. Switch analog characteristics.

具体的には、インターレース解除時に、周波数分析部5が観測画像に対し離散フーリエ変換を実行し、その結果の中で所定の低周波域のゲインを調べ、その結果に基づいて予め用意された複数のアナログ特性W(s)の中で最適なアナログ特性を一つ選択する。そして、フィルタ選択部6では、その選択されたアナログ特性W(s)に対する最適な補間フィルタとしての伝達特性K(z)を選択する。これにより、伝達特性K(z)が固定されれている場合と比較して、原画像の特性を考慮したより適切なフィルタリングを実行することができる。それによって、インターレース解除された復元画像と原画像との誤差をより小さくすることができ、復元性能の向上に有効である。
なお、以下の説明において、上述したサンプル値H最適化手法に基づく特徴的な構成のフィルタを慣用に従ってYYフィルタと呼ぶこととする。
Specifically, at the time of deinterlacing, the frequency analysis unit 5 performs a discrete Fourier transform on the observation image, examines a gain in a predetermined low frequency region among the results, and prepares a plurality of previously prepared based on the result The optimum analog characteristic is selected from the analog characteristics W (s). Then, the filter selection unit 6 selects a transfer characteristic K (z) as an optimal interpolation filter for the selected analog characteristic W (s). Thereby, compared with the case where the transfer characteristic K (z) is fixed, more appropriate filtering in consideration of the characteristic of the original image can be executed. As a result, the error between the deinterlaced restored image and the original image can be further reduced, which is effective in improving restoration performance.
In the following description, a filter having a characteristic configuration based on the above-described sample value H optimization method is referred to as a YY filter according to common usage.

次に、本実施例の画像データ処理装置において斜線判定部4で実行される特徴的な斜線の判定処理について説明する。
ここでは、図7に示す二つの態様の斜線を実際に斜線とみなす。図7(a)は画像上の二つの平坦部(画素値がほぼ同じである領域)を斜線が分離している例であり、図7(b)は二つの平坦部の境界(エッジ部)自体が斜線とみなされる例である。この二つの態様以外の、例えば周辺に複雑な模様を伴う斜線は確実な識別が困難であるため、もともと斜線であるとみなさないようにする。このように周囲に平坦部を伴う斜線に限定して斜線を識別することで、本来、斜線であると判断すべきでない部分を斜線であると判断してしまうことを回避でき、確実性の高い斜線判定を可能としている。斜線を検出するために、図8のような仮想的な環状の画素列を考える。
Next, a characteristic oblique line determination process executed by the oblique line determination unit 4 in the image data processing apparatus of the present embodiment will be described.
Here, the oblique lines in the two modes shown in FIG. 7 are actually regarded as oblique lines. FIG. 7A shows an example in which two flat portions (regions having substantially the same pixel value) on the image are separated by diagonal lines, and FIG. 7B shows a boundary (edge portion) between the two flat portions. This is an example that is considered to be a diagonal line. Other than these two modes, for example, a diagonal line with a complicated pattern around it is difficult to reliably identify, so that it is not considered to be a diagonal line from the beginning. In this way, by identifying the oblique lines by limiting to the oblique lines with a flat portion around the periphery, it is possible to avoid judging that the part that should not be judged as the oblique line is the oblique line, and with high certainty. Diagonal line determination is possible. In order to detect oblique lines, a virtual annular pixel row as shown in FIG. 8 is considered.

図8は、インターレース解除の処理過程において観測画像Yを垂直方向に2倍アップサンプリングして得られる画像の一部である。行座標i−1とi+1に対応するのは観測画像に由来する走査線であり、アップサンプリングにより生成された走査線上の座標(i,j)にある画素xを周辺の走査線上の画素値に基づいて補間する。図8は画像の一部であるが、アップサンプリング画像において初期値0となっている画素の全てを補間値で置き換えることで、インターレース解除がなされた復元画像が得られる。ここでは、補間対象画素xの上の走査線において該補間対象画素xを中心としてその両側に2画素ずつ、合計5画素の画素列と、補間対象画素xの下の走査線において該補間対象画素xを中心としてその両側に2画素ずつ、合計5画素の画素列とを抽出し、右端部同士、及び左端部同士を図8に示すように繋ぐことで、10個の画素からなる環状の画素列を生成する。この画素値がu1,…,u5,v1,…,v5である10個の画素から構成される環状の画素列を「局所的循環部」と呼ぶこととする。局所的循環部は(3)式のように数ベクトルとして表すこともできる。
C:={u1234554321} …(3)
FIG. 8 shows a part of an image obtained by upsampling the observed image Y twice in the vertical direction in the process of deinterlacing. Corresponding to the row coordinates i−1 and i + 1 are scanning lines derived from the observed image, and the pixel x at the coordinates (i, j) on the scanning line generated by upsampling is changed to the pixel values on the peripheral scanning lines. Interpolate based on. Although FIG. 8 is a part of an image, a restored image that has been deinterlaced can be obtained by replacing all of the pixels that have an initial value 0 in the upsampled image with an interpolation value. Here, in the scanning line above the interpolation target pixel x, two pixels on both sides of the interpolation target pixel x as the center, a total of 5 pixel columns, and the interpolation target pixel in the scanning line below the interpolation target pixel x An annular pixel composed of 10 pixels is extracted by extracting a pixel row of 5 pixels in total, 2 pixels on both sides of x, and connecting the right end portions and the left end portions as shown in FIG. Generate a column. An annular pixel row composed of 10 pixels whose pixel values are u 1 ,..., U 5 , v 1 ,..., V 5 is referred to as a “local circulation unit”. The local circulation part can also be expressed as a number vector as shown in equation (3).
C: = {u 1 u 2 u 3 u 4 u 5 v 5 v 4 v 3 v 2 v 1 } (3)

上記数ベクトルによる表現では、vjの順序がujの順序と逆になることに注意を要す
る。このように数ベクトルの形式で表された局所的循環部に対し、回転操作を表す関数rotを(4)式、(5)式、(6)式に示すように再帰的に定義する。
rotL(C):={u2345543211} …(4)
rotR(C):={v1123455432} …(5)
rot(C,n):=C (n=0の場合) …(6)
:=rot(rotL(C),n−1) (n<0の場合)
:=rot(rotR(C),n+1) (n>0の場合)
It should be noted that in the expression by the number vector, the order of v j is reversed from the order of u j . As described above, the function rot representing the rotation operation is recursively defined as shown in the equations (4), (5), and (6) for the local circulation unit represented in the form of a number vector.
rot L (C): = {u 2 u 3 u 4 u 5 v 5 v 4 v 3 v 2 v 1 u 1 } (4)
rot R (C): = {v 1 u 1 u 2 u 3 u 4 u 5 v 5 v 4 v 3 v 2 } (5)
rot (C, n): = C (when n = 0) (6)
: = Rot (rot L (C), n-1) (when n <0)
: = Rot (rot R (C), n + 1) (when n> 0)

関数rotL、rotRはそれぞれコンピュータにおけるビット演算として一般的な左回転シフトと右回転シフトに相当する操作であり、rotは引数nが負であるならばn回の右回転シフト(rotR)、正であるならばn回の左回転シフト(rotL)を行った結果を出力する関数である。関数rotL、rotRの作用を図示したのが図9である。 The functions rot L and rot R are operations corresponding to general left rotation shift and right rotation shift as bit operations in a computer, respectively, and rot is n right rotation shifts (rot R ) if the argument n is negative. If it is positive, it is a function that outputs the result of n left rotation shifts (rot L ). FIG. 9 illustrates the operation of the functions rot L and rot R.

また、局所的循環部の中で、補間対象画素xを挟んだ上の走査線及び下の走査線において垂直方向に位置する二つの画素の値の差異を求める関数diffを次の(7)式のように定義する。
diff(C):=Σ|C[n]−C[5×2+1−n]| …(7)
ここでΣはn=1から5までの総和である。
上記定義は局所的循環部の幅(画素数)が5で、長さ(全画素数)が10=5×2の場合のものであるが、任意の局所的循環部幅Lに対し、上記(7)式中の「5」の部分をLに置き換えることで同様の操作を定義することができる。また、(6)式に示す関数rotと(7)式に示す関数diffとを用いて次の(8)式で定義される値ρCを、局所的循環部Cの最適回転量と呼ぶこととする。ただし、Sは局所的循環部幅Lに対し0<S<L/2を満たす整数であり、具体的な決め方については後述する。
ρC:=argmin diff(rot(C,n)) …(8)
ここで、argminの対象範囲は−S≦n≦Sである(特記しない限り、以下の式でも同じ)。最適回転量がρCであるとき、補間対象画素xを通る、傾きが1/ρCである斜線が存在しているものとみなす。以下、この特徴的な判定方法をLCM(Local Circulation Matching)と呼ぶ。
図9を参照して、このLCMのアルゴリズムを具体的に説明する。
Further, in the local circulation part, a function diff for obtaining a difference between values of two pixels positioned in the vertical direction on the upper scanning line and the lower scanning line across the interpolation target pixel x is expressed by the following equation (7): Define as follows.
diff (C): = Σ | C [n] −C [5 × 2 + 1−n] | (7)
Here, Σ is the sum from n = 1 to 5.
The above definition is for the case where the width (number of pixels) of the local circulation portion is 5 and the length (total number of pixels) is 10 = 5 × 2, but for any local circulation portion width L, A similar operation can be defined by replacing “5” in the formula (7) with L. Also, the value ρ C defined by the following equation (8) using the function rot shown in equation (6) and the function diff shown in equation (7) is called the optimum rotation amount of the local circulation unit C. And However, S is an integer satisfying 0 <S <L / 2 with respect to the local circulation part width L, and a specific method of determination will be described later.
ρ C : = argmin diff (rot (C, n)) (8)
Here, the target range of argmin is −S ≦ n ≦ S (unless otherwise specified, the same applies to the following equations). When the optimal rotation amount is ρ C, it is considered that there is a diagonal line that passes through the interpolation target pixel x and has an inclination of 1 / ρ C. Hereinafter, this characteristic determination method is referred to as LCM (Local Circulation Matching).
The LCM algorithm will be specifically described with reference to FIG.

図9に示すように、局所的循環部を右方向及び左方向に様々に回転させてみると、その中で回転量n=+1であるときに、もともと斜線を構成していた画素が補間対象画素xを挟んで上下に位置する。このとき、補間対象画素xを挟む上下の画素値は一致する(厳密に一致しない場合でもその画素値はほぼ等しくなる)。また、補間対象画素xの上下以外の他の上下に並ぶ2個の画素の画素値も近い値となる。何故なら、その上下の2個の画素は、図7で示したような同じ平坦部に位置するものであるからである。そのため、このとき、(7)式により計算されるdiff(rot(C,n))は最小となる。つまり、(8)式から最適回転量ρCは+1と求まり、その逆数である傾き1の斜線が補間対象画素xを通っていると判定される。 As shown in FIG. 9, when the local circulation part is rotated variously in the right direction and the left direction, when the rotation amount is n = + 1, the pixel originally constituting the diagonal line is the object to be interpolated. Located above and below the pixel x. At this time, the upper and lower pixel values sandwiching the interpolation target pixel x match (even if they do not exactly match, the pixel values are substantially equal). In addition, the pixel values of the two pixels arranged above and below other than the top and bottom of the interpolation target pixel x are also close to each other. This is because the two upper and lower pixels are located on the same flat portion as shown in FIG. Therefore, at this time, diff (rot (C, n)) calculated by the equation (7) is minimized. That is, the optimum rotation amount ρ C is obtained as +1 from the equation (8), and it is determined that the diagonal line with the gradient 1 which is the reciprocal thereof passes through the interpolation target pixel x.

上記斜線判定は、以下のような二つの前提に基づく。
(1)補間対象画素xの上下にある走査線上に値が一致する画素が存在するとき、その両画素を結ぶ斜線があると推定できる。
(2)斜線や斜めエッジ部以外の領域が平坦であるならば、その平坦部に含まれる画素の間での画素値の差異は小さいと推定できる。上記のような局所的循環部における回転操作は、斜線や斜めエッジ部以外の領域を折り返すことでその中での誤差(画素値の差異)を調べる効果を持つ。例えば図9において、回転量n=+1であるときに、u2、u1やu3、v1といった上下に並んだ画素の組において画素値の差をそれぞれ調べることになる。
従来の非線形補間法による斜線部の検出は、斜線そのもののみに注目しており、その斜線の周辺に平坦部があるか否かについては考慮しない。これに対し、このLCMによる斜線の検出手法は、斜線の周囲が平坦であることを条件とすることにより、検出される斜線が確実性の高いものへ限定される効果を持つ。
The oblique line determination is based on the following two assumptions.
(1) When there are pixels whose values match on the scanning lines above and below the interpolation target pixel x, it can be estimated that there is a diagonal line connecting the two pixels.
(2) If the region other than the oblique line and the oblique edge portion is flat, it can be estimated that the difference in pixel value between the pixels included in the flat portion is small. The rotation operation in the local circulation portion as described above has an effect of examining an error (difference in pixel value) in the region other than the oblique line and the oblique edge portion. For example, in FIG. 9, when the rotation amount is n = + 1, the difference in pixel value is examined for each set of vertically aligned pixels such as u 2 , u 1 , u 3 , and v 1 .
The detection of the hatched portion by the conventional non-linear interpolation method focuses only on the hatched line itself, and does not consider whether there is a flat portion around the hatched line. On the other hand, this oblique line detection method using LCM has an effect that the oblique line to be detected is limited to a highly reliable one on the condition that the periphery of the oblique line is flat.

ただし、実際の画像では、斜線や斜めエッジ部の周囲は平坦であるとは限らず、その部分の画素値の状態は様々であるため、斜線判定を行う際に以下のような幾つかの操作を行うことで不確かな斜線判定を回避する。
(1)斜線の方向が不明瞭である場合の対処
図10(a)はこの場合に想定される状況の一例である。この例では、原画像において右上から左下へ向かう黒い斜線が存在する、又は、左上から右下へと向かう白い斜線が存在する、のいずれとも考えられる。この場合、回転量n=+1とn=−1の両方が最適回転量となる。こうした場合、実際にはノイズの影響で正しくないほうに決まることも考えられ、そうなると画質を損なう要因となる。そこで、右回転又は左回転のいずれかを決定するのが難しい状況では、意図的に斜線としての処理を行わないようにする。具体的には、回転方向を左に限定したときの左方向最適回転量ρLと回転方向を右に限定したときの右方向最適回転量ρRとを求め、次の(9)式で定める左右最適回転量差Dgapを計算する。そして、この左右最適回転量差Dgapが所定の閾値TLRを超えた場合にのみ、左回転又は右回転の一方の確実性が高いと判断し、ρL又はρRの一方を最適回転量ρCとして採用する。
gap:={|diff(rot(C,ρL))−diff(rot(C,ρR))|}/{diff(rot(C,ρL))+diff(rot(C,ρR))} …(9)
However, in the actual image, the area around the oblique line and the oblique edge part is not always flat, and the pixel value state of the part is various. To avoid uncertain oblique line judgment.
(1) Coping when the direction of the oblique line is unclear FIG. 10A is an example of a situation assumed in this case. In this example, it can be considered that either a black diagonal line from the upper right to the lower left exists in the original image, or a white diagonal line from the upper left to the lower right exists. In this case, both the rotation amounts n = + 1 and n = −1 are the optimal rotation amounts. In such a case, it may actually be determined inaccurately due to the influence of noise, which would be a factor that impairs image quality. Therefore, in a situation where it is difficult to determine either the right rotation or the left rotation, the processing as the oblique line is not intentionally performed. Specifically, the left optimal rotation amount ρ L when the rotation direction is limited to the left and the right optimal rotation amount ρ R when the rotation direction is limited to the right are obtained and defined by the following equation (9): The left-right optimal rotation amount difference D gap is calculated. Then, only if this lateral optimum rotation amount difference D gap exceeds a predetermined threshold value T LR, it determines that there is a high one certainty left rotation or right rotation, the optimum rotation amount of one of the [rho L or [rho R to adopt as ρ C.
D gap : = {| diff (rot (C, ρ L )) − diff (rot (C, ρ R )) |} / {diff (rot (C, ρ L )) + diff (rot (C, ρ R )) )}… (9)

(2)局所的循環部Cの幅Lに最適回転量ρCが近い場合の対処
図10(b)はこの場合に想定される状況の一例である。この例では、図中にPで示す枠の中に含まれる幅が5である局所的循環部を考えている。このとき、最適回転量はρC=−2であり、左上から右下へと向かう黒い斜線が存在すると判断される。しかしながら、Cに含まれないさらに外側の領域を見れば、例えば座標(i−1,j−2)にある画素は枠Pの外側の領域の縁部であって、画素xを通る斜線は存在しないというのが正しい判断である。このような誤判定が起きる一つの原因は、最適回転量の探索範囲が局所的循環部Cの幅の両端にまで広がっていると、LCMの特徴である斜線の周囲の状況を判断に反映させるという機能が働かないことにある。実際、図10(b)の例では、座標(i−1,j−2)の左方に存在する画素が局所的循環部に含まれず、回転量n=−2に対して回転前の走査線の上下間で比較を行うという適切な動作が行われない。この種の誤判定を低減するためには、最適回転量の探索範囲を制限するパラメータSを局所的循環部Cの幅Lの半分よりも小さく設定するとよい。
(2) Countermeasure when the optimum rotation amount ρ C is close to the width L of the local circulation portion C FIG. 10B is an example of a situation assumed in this case. In this example, the local circulation part whose width | variety contained in the frame shown by P in the figure is 5 is considered. At this time, the optimum rotation amount is ρ C = −2, and it is determined that there is a black diagonal line from the upper left to the lower right. However, if you look at the outer area that is not included in C, for example, the pixel at coordinates (i-1, j-2) is the edge of the outer area of the frame P, and there is a diagonal line that passes through the pixel x The correct decision is not to. One cause of such misjudgment is that if the search range of the optimum rotation amount extends to both ends of the width of the local circulation part C, the situation around the oblique line, which is a feature of LCM, is reflected in the judgment. This is because the function does not work. Actually, in the example of FIG. 10B, the pixel existing to the left of the coordinates (i−1, j−2) is not included in the local circulation unit, and scanning before rotation with respect to the rotation amount n = −2. The proper operation of comparing between the top and bottom of the line is not performed. In order to reduce this type of misjudgment, the parameter S for limiting the search range for the optimum rotation amount may be set to be smaller than half the width L of the local circulation unit C.

(3)斜線が存在しないにもかかわらず最適回転量が求まる場合の対処
(4)〜(8)式による最適回転量は上下の走査線の差異が最小となる回転量とのみ定義されているため、最小でありさえすれば対応する差異がどれだけ大きくても最適回転量が定まることになる。しかしながら、これは確実性の高い斜線を推定するということを意味しない。そこで、こうした状況を回避するために、rot(C,ρC)に含まれる上半分の画素値列(換言すればrot(C,ρC)[1],…,rot(C,ρC)[L])と下半分の画素値列(換言すればrot(C,ρC)[2L],…,rot(C,ρC)[L+1])との相関係数を求め、その値が所定の閾値Tcorrを超えない場合には、斜線が存在する確実性が低いとみなし、斜線処理を実施しない。
(3) What to do when the optimal amount of rotation can be obtained despite the absence of diagonal lines
The optimum rotation amount according to equations (4) to (8) is defined only as the rotation amount that minimizes the difference between the upper and lower scanning lines, so as long as it is the smallest, no matter how large the corresponding difference is, the optimum rotation amount The amount will be determined. However, this does not mean estimating a highly reliable oblique line. In order to avoid this situation, rot (C, [rho C) half the pixel value string on included in (in other words rot (C, ρ C) [ 1], ..., rot (C, ρ C) [L]) and the lower half pixel value string (in other words, rot (C, ρ C ) [2L],..., Rot (C, ρ C ) [L + 1])) If the predetermined threshold value T corr is not exceeded, it is considered that there is a low degree of certainty that the diagonal line exists, and the diagonal line process is not performed.

(4)局所的循環部の望ましい幅の異なる斜線の傾き依存性
最適回転量の探索範囲は高々±L/2の範囲に制限されるため、水平に近い傾きの斜線を検出するためには、より幅の大きな局所的循環部を用いなければならない。しかしながら、幅の大きな局所的循環部を用いると、小さな傾きを検出するには広すぎる範囲を照合してしまい、本来なら斜線があると判定すべきところを見逃す可能性が高まる。図10(c)はこの場合に想定される状況の一例である。
(4) Dependency of inclination of oblique line with different desired width of local circulation part The search range of the optimum rotation amount is limited to a range of ± L / 2 at most. Therefore, in order to detect oblique line with inclination close to horizontal, A wider local circulation must be used. However, when a wide local circulation portion is used, a range that is too wide to detect a small inclination is collated, and there is a high possibility that a portion that should be determined as having a diagonal line is missed. FIG. 10C is an example of a situation assumed in this case.

図10(c)の例では、局所的循環部の幅Lを5とすれば、中央の補間対象画素xを右上から左下へと向かう斜線が検出される。しかしながら、局所的循環部の幅Lを7としてしまうとこの斜線は検出されなくなる。このような問題を回避するためには、回転量に応じて異なる大きさの局所的循環部を用いるとよい。即ち、局所的循環部を次の(10)式のように定義すればよい(なお,式中のL/2は適宜整数に丸めるものとする)。
C(L):=[X(i−1,j−L/2),…,X(i−1,j),…,X(i−1,j+L/2),X(i+1,j+L/2),…,X(i+1,j),…,X(i+1,j−L/2)] …(10)
このように定義された可変長の局所的循環部に対し、最適回転量の定義も次の(11)式に示すように修正することができる。
ρC:=argmin diff(rot(C(n+Lw),n)) …(11)
ただし、ここでのパラメータLwは可変長でない局所的循環部を用いる場合のL−Sに相当する値である。このLwをウイング長と呼ぶこととする。以降の説明で、C’はC(n+Lw)を意味するものとし、Cとは区別する。
In the example of FIG. 10C, if the width L of the local circulation portion is 5, a diagonal line from the upper right to the lower left is detected for the center interpolation target pixel x. However, if the width L of the local circulation portion is set to 7, this oblique line cannot be detected. In order to avoid such a problem, it is preferable to use a local circulation unit having a different size according to the rotation amount. That is, the local circulation part may be defined as in the following equation (10) (L / 2 in the equation is appropriately rounded to an integer).
C (L): = [X (i-1, j-L / 2), ..., X (i-1, j), ..., X (i-1, j + L / 2), X (i + 1, j + L / 2), ..., X (i + 1, j), ..., X (i + 1, j-L / 2)] ... (10)
For the variable length local circulation section defined in this way, the definition of the optimum rotation amount can also be corrected as shown in the following equation (11).
ρ C : = argmin diff (rot (C (n + Lw), n)) (11)
However, the parameter Lw here is a value corresponding to L−S when using a local circulation portion that is not variable length. This Lw is called the wing length. In the following description, C ′ means C (n + Lw) and is distinguished from C.

次に、図1に示した構成の画像データ処理装置により実施される、上述したサンプル値H線形フィルタとLCMによる斜線判定・処理とを組み合わせたインターレース解除の処理手順を説明する。図11はこの処理手順を示すフローチャート、図12はその中の斜線判定処理の詳細フローチャートである。 Next, a deinterlacing processing procedure combining the above-described sample value H∞ linear filter and oblique line determination / processing by LCM, which is performed by the image data processing apparatus having the configuration shown in FIG. 1, will be described. FIG. 11 is a flowchart showing this processing procedure, and FIG. 12 is a detailed flowchart of the oblique line determination processing therein.

まずインターレース画像である1フィールドの観測画像Yを構成する画像データが与えられたならば、周波数分析部5は該画像データに対し離散フーリエ変換を実行し、その結果に基づき所定の低周波域のゲインを調べる。フィルタ選択部6はその分析結果に基づき、適切な伝達特性K(z)を有する線形フィルタを決定する(ステップS1)。なお、上述したように、複数の伝達特性K(z)をそれぞれ持つ複数の線形フィルタは予め求めておくようにする。   First, when image data constituting an observation image Y of one field which is an interlaced image is given, the frequency analysis unit 5 performs a discrete Fourier transform on the image data, and based on the result, a predetermined low frequency region is obtained. Check the gain. The filter selection unit 6 determines a linear filter having an appropriate transfer characteristic K (z) based on the analysis result (step S1). As described above, a plurality of linear filters each having a plurality of transfer characteristics K (z) are obtained in advance.

一方、アップサンプラ2は観測画像Yを垂直方向に2倍アップサンプリングした初期復元画像Xを生成する(ステップS2)。この初期復元画像Xにおいてアップサンプリングにより生成された画素の初期値は例えば0とする。   On the other hand, the upsampler 2 generates an initial restored image X obtained by upsampling the observed image Y twice in the vertical direction (step S2). The initial value of the pixel generated by upsampling in this initial restored image X is, for example, 0.

続いて、斜線判定部4は、初期復元画像Xの中のアップサンプリングによって生成された走査線中の一つの画素を補間対象画素xとして選択する(ステップS3)。そして、そして、座標が(i,j)である補間対象画素xに対し、まず該画素xが斜線部(又は斜めエッジ部)であるか否かを判定する(ステップS4)。
具体的には、次のような処理を実行する。即ち、x(i,j)を中心とするウイング長Lwの局所的循環部を設定し、これをCと定義する(ステップS11)。そして、0≦n≦Sについて、次式により左方向最適回転量ρLを算出し、
ρL:=argmin diff(rot(C,n))
−S≦n≦0について、次式により右方向最適回転量ρRを算出する(ステップS12)。
ρR:=argmin diff(rot(C,n))
そして、左方向最適回転量ρLと右方向最適回転量ρRとを用い、(9)式により左右最適回転量差Dgapを計算する(ステップS13)。
Subsequently, the oblique line determination unit 4 selects one pixel in the scanning line generated by upsampling in the initial restored image X as the interpolation target pixel x (step S3). Then, for the interpolation target pixel x whose coordinates are (i, j), it is first determined whether or not the pixel x is a hatched portion (or a slanted edge portion) (step S4).
Specifically, the following processing is executed. That is, a local circulation portion having a wing length Lw centered on x (i, j) is set and defined as C (step S11). Then, for 0 ≦ n ≦ S, the leftward optimum rotation amount ρ L is calculated by the following equation:
ρ L : = argmin diff (rot (C, n))
For −S ≦ n ≦ 0, the rightward optimum rotation amount ρ R is calculated by the following equation (step S12).
ρ R : = argmin diff (rot (C, n))
Then, the left and right optimum rotation amount ρ L and the right direction optimum rotation amount ρ R are used, and the left and right optimum rotation amount difference D gap is calculated by the equation (9) (step S13).

次いで、左右最適回転量差Dgapが所定の閾値TLRに対しDgap<TLRであるか否かを判定し(ステップS14)、Dgap<TLRであれば(ステップS14でYesであれば)右回転と左回転のいずれが適切であるか判断不可であると判断し、斜線は存在しないものとみなしてρCを0とする(ステップS15)。一方、Dgap≧TLRである(ステップS14でNoである)場合には、左右いずれの方向の画素値差が大きいかを判定するべくdiff(rot(C,ρL))<diff(rot(C,ρR))であるか否かを判定する(ステップS16)。そして、ステップS16でYesであれば左方向最適回転量ρLを最適回転量ρCとし(ステップS17)、Noであれば右方向最適回転量ρRを最適回転量ρCとする(ステップS18)。 Next, it is determined whether or not the left-right optimal rotation amount difference D gap is D gap <T LR with respect to a predetermined threshold T LR (step S14). If D gap <T LR (Yes in step S14) For example, it is determined that it is impossible to determine whether right rotation or left rotation is appropriate, and it is assumed that there is no oblique line, and ρ C is set to 0 (step S15). On the other hand, when D gap ≧ T LR (No in step S14), diff (rot (C, ρ L )) <diff (rot to determine whether the pixel value difference in the left or right direction is large. It is determined whether or not (C, ρ R )) (step S16). Then, if Yes in step S16 to the left optimum rotation amount [rho L the optimum rotation amount [rho C (step S17), If No rightward optimum rotation amount [rho R as the optimum rotation amount [rho C (step S18 ).

最適回転量ρCが一旦定まったならば、その最適回転量ρCに従って回転させたあとの時点における局所的循環部Cの上半分の画素列UpperContentと下半分の画素列LowerContentを次のように定義する(ステップS19)。
UpperContent:={rot(C,ρC)[1],…,rot(C,ρC)[ρC+Lw]}
LowerContent:={rot(C,ρC)[2(ρC+Lw)],…,rot(C,ρC)[ρC+Lw+1]}
そして、上半分の画素列UpperContentと下半分の画素列LowerContentとの相関係数corr(UpperContent,LowerContent)を計算し(ステップS20)、その相関係数が閾値Tcorr未満であるか否かを判定する(ステップS21)。相関係数が閾値未満であれば(ステップS21でNoであれば)実際には斜線が存在しない可能性が高いものと判断し、上記ステップS17、S18で定めた最適回転量にかかわらず最適回転量ρCを0とする(ステップS22)。以上の処理により、与えられた局所的循環部に対する最適回転量ρCが確定する。
Once the optimum rotation amount ρ C is determined, the upper half pixel row UpperContent and the lower half pixel row LowerContent of the local circulation unit C at a time point after being rotated according to the optimum rotation amount ρ C are as follows: Define (step S19).
UpperContent: = {rot (C, ρ C ) [1], ..., rot (C, ρ C ) [ρ C + Lw]}
LowerContent: = {rot (C, ρ C ) [2 (ρ C + Lw)],..., Rot (C, ρ C ) [ρ C + Lw + 1]}
Then, a correlation coefficient corr (UpperContent, LowerContent) between the upper half pixel row UpperContent and the lower half pixel row LowerContent is calculated (step S20), and it is determined whether or not the correlation coefficient is less than the threshold T corr. (Step S21). If the correlation coefficient is less than the threshold value (No in step S21), it is determined that there is a high possibility that there is actually no oblique line, and the optimum rotation is performed regardless of the optimum rotation amount determined in steps S17 and S18. The quantity ρ C is set to 0 (step S22). With the above processing, the optimum rotation amount ρ C for a given local circulation portion is determined.

そのあと、最適回転量ρCが0であるか否かを判定する(ステップS23)。これは、図11においてステップS5の判定処理に相当する。最適回転量ρCが0である(ステップS23でYesである)場合には、確実性の高い斜線が存在しないとの判定結果であるから、これを受けた線形補間フィルタ3は補間対象画素xを挟む垂直方向の画素の画素値を用い、上記のように定められたサンプル値Hフィルタによる補間処理によって、補間対象画素xの画素値を計算する(ステップS25又はS7)。このときには、上述したようにフィルタ選択部6で選択された特性のフィルタを使用するから、推定される原画像の特性によってフィルタの係数が相違する。 Thereafter, it is determined whether or not the optimum rotation amount ρ C is 0 (step S23). This corresponds to the determination process in step S5 in FIG. When the optimal rotation amount ρ C is 0 (Yes in step S23), it is a determination result that there is no highly reliable oblique line, and the linear interpolation filter 3 that has received this is the interpolation target pixel x. The pixel value of the pixel to be interpolated x is calculated by the interpolation processing using the sample value H∞ filter determined as described above using the pixel values of the pixels in the vertical direction sandwiching the pixel (step S25 or S7). At this time, as described above, the filter having the characteristic selected by the filter selection unit 6 is used, so that the filter coefficient differs depending on the estimated characteristic of the original image.

一方、最適回転量ρC≠0である(ステップS23でNoである)場合には、確実性の高い斜線又は斜めエッジ部が存在するとの判定結果であるから、補間対象画素xを含む斜線又は斜めエッジ部の延伸方向の画素の画素値を用い、単純線形補間により補間対象画素xの画素値を計算する(ステップS24又はS6)。このとき、最適回転量ρCが斜線又は斜めエッジ部の延伸方向を示す。つまり、補間対象画素x(i,j)の画素値は{x(i−1,j+ρC)+x(i+1,j−ρC)}/2により求まる。 On the other hand, when the optimum rotation amount ρ C ≠ 0 (No in step S23), it is a determination result that there is a highly reliable oblique line or oblique edge portion, and therefore, the oblique line including the interpolation target pixel x or Using the pixel value of the pixel in the extending direction of the oblique edge portion, the pixel value of the interpolation target pixel x is calculated by simple linear interpolation (step S24 or S6). At this time, the optimum rotation amount ρ C indicates the extending direction of the oblique line or the oblique edge portion. That is, the pixel value of the interpolation target pixel x (i, j) is obtained by {x (i−1, j + ρ C ) + x (i + 1, j−ρ C )} / 2.

ステップS3〜S7(又はS11〜S25)の処理によって1個の補間対象画素の画素値が求まるから、全ての補間対象画素に対する処理が終了する(ステップS8でYesとなる)まで、補間対象画素を変更しながらステップS3〜S7の処理を繰り返し、全ての補間対象画素に対する処理が終了しならば当該フィールドのインターレース解除処理を終了して、プログレッシブ画像を出力する。   Since the pixel value of one interpolation target pixel is obtained by the processing in steps S3 to S7 (or S11 to S25), the interpolation target pixel is selected until the processing for all the interpolation target pixels is completed (Yes in step S8). While changing, the processes in steps S3 to S7 are repeated. When the processes for all the interpolation target pixels are completed, the deinterlacing process for the field is terminated and a progressive image is output.

上記フローチャートの処理を実行する際にユーザが用意すべき又は設定すべきパラメータは次のとおりである。これらについては、予め実験的に求めて設定しておくことができる。
(1)候補として想定する複数のアナログ特性W(s)
(2)アナログ特性W(s)を識別するために参照する低周波域の範囲
(3)アナログ特性W(s)の識別閾値
(4)局所的循環部のウイング長Lw
(5)最適回転量の探索限界S
(6)左右最適回転量Dgapの判定閾値TLR
(7)画素値の一致度合いの相関係数に対する判定閾値Tcorr
The parameters to be prepared or set by the user when executing the processing of the flowchart are as follows. These can be obtained experimentally and set in advance.
(1) Multiple analog characteristics W (s) assumed as candidates
(2) Low frequency range referred to identify analog characteristic W (s) (3) Identification threshold of analog characteristic W (s) (4) Wing length Lw of local circulation section
(5) Optimum rotation amount search limit S
(6) determination threshold T LR of the left and right optimum amount of rotation D gap
(7) Determination threshold T corr for the correlation coefficient of the degree of coincidence of pixel values

なお、上記フローチャートでは、1フィールドの観測画像毎に離散フーリエ変換を行い、その結果に基づいてアナログ特性を選択することを想定しているが、専ら計算量節約の観点から、伝達特性が大きくは変化しないと考えられる同一シーン内では(つまり連続する複数のフィールドに亘って)、一旦決定したアナログ特性を共通に使用しても構わない。   In the above flowchart, it is assumed that the discrete Fourier transform is performed for each observation image of one field and the analog characteristic is selected based on the result. However, from the viewpoint of saving calculation amount, the transfer characteristic is large. In the same scene that is considered not to change (that is, across a plurality of consecutive fields), the analog characteristics once determined may be used in common.

次に、本発明に係る画像データ処理装置で実施される画像データ処理方法の効果を、コンピュータ上のシミュレーション計算により評価した結果を説明する。この評価実験には、Xiph.orgがインターネット<URL: http://media.xiph.org/video/derf/>において提供している10種類の動画(akiyo、bowing、city、container、crew、foreman、hall monitor、news、pamphlet、soccer)を用いた。これら画像はいずれも高さn1=288画素、幅n2=388画素、毎秒30フレーム、全長300フレームのプログレッシブ動画である。実験にあたっては、プログレッシブ動画を垂直方向に2倍ダウンサンプリングすることでインターレース動画像を生成し、これにインターレース解除処理を適用した。   Next, the results of evaluating the effect of the image data processing method implemented by the image data processing apparatus according to the present invention by simulation calculation on a computer will be described. In this evaluation experiment, 10 types of videos (akiyo, bowing, city, container, crew, foreman provided by Xiph.org on the Internet <URL: http://media.xiph.org/video/derf/> , Hall monitor, news, pamphlet, soccer). Each of these images is a progressive moving image having a height n1 = 288 pixels, a width n2 = 388 pixels, 30 frames per second, and a total length of 300 frames. In the experiment, an interlaced video was generated by downsampling the progressive video twice in the vertical direction, and the deinterlacing process was applied to it.

ここでは、線形補間(単純線形補間フィルタ)、3次補間(3次補間フィルタ)、YY(斜線判定を行わない動的切替えサンプル値Hフィルタ)、ELA、APM、MBI、LCID、LCM(LCMと単純線形補間フィルタとの組合せ)、LCM+3次補間(LCMと3次補間フィルタとの組合せ)、LCM+YY(LCMと動的切替えサンプル値Hフィルタとの組合せ)について評価した。また、LCMのチューニングパラメータは、局所的循環部のウイング長:Lw=5、最適回転量の探索限界(画素数):S=3、左右最適回転量の判定閾値:TLR=0.4、画素値一致度合いの相関係数に対する判定閾値:Tcorr=0.6と定めた。 Here, linear interpolation (simple linear interpolation filter), cubic interpolation (cubic interpolation filter), YY (dynamic switching sample value H filter without diagonal line determination), ELA, APM, MBI, LCID, LCM (LCM) And a simple linear interpolation filter), LCM + cubic interpolation (combination of LCM and cubic interpolation filter), and LCM + YY (combination of LCM and dynamic switching sample value H∞ filter). The tuning parameters of the LCM are as follows: Wing length of local circulation part: Lw = 5, search limit of optimum rotation amount (number of pixels): S = 3, determination threshold of right and left optimum rotation amount: T LR = 0.4, Determination threshold for the correlation coefficient of the pixel value coincidence degree: T corr = 0.6.

図18に上記各手法を用いたときの動画10種に対するPSNRの平均、及びakiyoとcityいう二種の画像に対するPSNRを示す。図中の( )内の数値はPSNRのランキングである。全体的に、線形フィルタとLCMとを組み合わせると復元性能が向上する傾向が現れており、線形フィルタの適用部位を適切に選択することで線形フィルタの能力を発揮できることが分かる。また、動的切替えYYフィルタは単純な線形補間に対して平均で0.49[dB]、3次補間に対しても0.10[dB]の性能向上を実現しており、線形フィルタの設計にあたって原画像のアナログ特性を考慮した結果が性能向上に反映されているといえる。このようなアナログ特性の活用の効果はLCMとの組合せの際にも反映されており、LCM+YY、LCM+3次補間、LCMの間にある復元性能の序列は、動的切替えYYフィルタ、3次補間フィルタ、線形補間フィルタの間の序列に対応している。全体として、平均性能では本実施例のLCM+YYが最も高い性能を示しており、3次補間に対しては平均で0.36[dB]、斜線処理の従来法で最も復元性能の良いLCIDに対しても0.75[dB]だけ復元性能が向上していることが分かる。   FIG. 18 shows the average PSNR for 10 types of moving images and the PSNR for two types of images called akiyo and city when the above-described methods are used. The numerical value in () in the figure is the PSNR ranking. Overall, when the linear filter and the LCM are combined, there is a tendency that the restoration performance improves, and it can be seen that the ability of the linear filter can be exhibited by appropriately selecting the application site of the linear filter. In addition, the dynamic switching YY filter achieves an average performance improvement of 0.49 [dB] for simple linear interpolation and 0.10 [dB] for cubic interpolation. It can be said that the result of considering the analog characteristics of the original image is reflected in the performance improvement. The effect of utilizing such analog characteristics is also reflected in the combination with LCM, and the order of restoration performance between LCM + YY, LCM + cubic interpolation, and LCM is the dynamic switching YY filter and the cubic interpolation filter. , Corresponding to an order between linear interpolation filters. Overall, LCM + YY of the present embodiment shows the highest performance in terms of average performance, with an average of 0.36 [dB] for cubic interpolation, and LCID with the best restoration performance in the conventional method of oblique line processing. However, it can be seen that the restoration performance is improved by 0.75 [dB].

また、評価用動画の中のakiyoについて、プログレッシブ動画像、インターレース動画像、従来の補間法の一つである線形補間によりインターレース解除した画像、従来の補間法の一つであるELAによりインターレース解除した画像、そして、本実施例の方法(LCM+YY)によりインターレース解除した画像を、図13〜図17に示す。これら各画像中には、異なる二箇所の斜線部の拡大画像も示している。図17と図15とで斜線の復元性を比べてみると、本実施例の手法では、45°以上の傾きがあって従来法ではジャギーが現れる斜線部の処理が改善されていることが分かる。また図17と図16とを比較すると、従来法では斜線検出に失敗して線が途切れている部位において、本実施例による方法は正しく斜線を検出し滑らかにこれを繋いでいることが分かる。以上のように、本実施例による画像データ処理方法は客観的な評価指標のみならず画質の主観的な評価の点でも優位性を実現していることが確認できる。   In addition, for the akiyo in the video for evaluation, progressive video, interlaced video, images deinterlaced by linear interpolation which is one of the conventional interpolation methods, and deinterlace by ELA which is one of the conventional interpolation methods Images and images deinterlaced by the method of this embodiment (LCM + YY) are shown in FIGS. In these images, enlarged images of two different shaded portions are also shown. Comparing the restoring characteristics of the hatched lines in FIG. 17 and FIG. 15, it can be seen that the method of the present embodiment has improved the process of the hatched area where there is an inclination of 45 ° or more and jaggy appears in the conventional method. . Further, comparing FIG. 17 with FIG. 16, it can be seen that in the conventional method, the method according to the present embodiment correctly detects the diagonal line and smoothly connects the diagonal line at the portion where the diagonal line detection fails and the line is interrupted. As described above, it can be confirmed that the image data processing method according to the present embodiment realizes superiority not only in the objective evaluation index but also in the subjective evaluation of the image quality.

なお、上記実施例は本発明の一例にすぎず、本発明の趣旨の範囲で適宜変形や修正、追加を行っても本願特許請求の範囲に包含されることは当然である。   It should be noted that the above embodiment is merely an example of the present invention, and it should be understood that modifications, corrections, and additions may be made as appropriate within the scope of the present invention and included in the scope of claims of the present application.

1…インターレース解除部
2…アップサンプラ
3…線形補間フィルタ
4…斜線判定部
5…周波数分析部
6…フィルタ選択部
11…アンチエリアシングフィルタ
12…時間遅れ要素
13…サンプラ
14…アップサンプラ
15…デジタルフィルタ
16…0次ホールド
18…減算器
20…連続時間系システム
30…サンプル値系システム
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Deinterlacing part 2 ... Up sampler 3 ... Linear interpolation filter 4 ... Diagonal line determination part 5 ... Frequency analysis part 6 ... Filter selection part 11 ... Anti-aliasing filter 12 ... Time delay element 13 ... Sampler 14 ... Up sampler 15 ... Digital Filter 16 ... 0th-order hold 18 ... Subtractor 20 ... Continuous time system 30 ... Sample value system

Claims (7)

1フィールドのインターレース画像信号を画素の補間処理によってプログレッシブ画像信号に変換する画像データ処理方法であって、
a)補間対象画素の上の走査線中の隣接するN個(Nは3以上の整数)の画素からなる画素列及び該補間対象画素の下の走査線中の同じく隣接するN個の画素からなる画素列の右端部同士及び左端部同士を結合した仮想的な環状画素列を生成し、該環状画素列を右方向及び左方向に1画素ずつ回転させつつ垂直方向に位置する二個の画素の画素値の差分をN組の画素の組についてそれぞれ求め、その差分の総和が最小になるときの回転量及び回転方向に基づいて、前記補間対象画素を含む斜線の有無の判定、及び斜線がある場合のその延伸方向の識別を行う斜線判定ステップと、
b)前記斜線判定ステップにおいて前記補間対象画素を含む斜線有りと判定された場合には、その斜線の延伸方向に前記補間対象画素を挟む複数の画素を用いた直線補間により該補間対象画素の画素値を求め、前記補間対象画素を含む斜線無しと判定された場合には、前記補間対象画素を垂直方向に挟む複数の画素を用いた直線補間により該補間対象画素の画素値を求める補間値演算ステップと、
を有することを特徴とする画像データ処理方法。
An image data processing method for converting an interlaced image signal of one field into a progressive image signal by pixel interpolation processing,
a) From a pixel row composed of N (N is an integer of 3 or more) adjacent pixels in the scanning line above the interpolation target pixel and from the N adjacent pixels in the scanning line below the interpolation target pixel. Two pixels located in the vertical direction while generating a virtual annular pixel row in which the right end portions and the left end portions of the pixel row are combined, and rotating the annular pixel row one pixel at a time in the right and left directions. The difference between the pixel values is determined for each of the N sets of pixels, and based on the rotation amount and the rotation direction when the sum of the differences is minimized, the presence / absence of a diagonal line including the interpolation target pixel, An oblique line determination step for identifying the stretching direction in a certain case,
b) When it is determined that there is a diagonal line including the interpolation target pixel in the diagonal line determination step, the pixel of the interpolation target pixel is obtained by linear interpolation using a plurality of pixels sandwiching the interpolation target pixel in the extending direction of the diagonal line. Interpolation value calculation for obtaining a pixel value of the interpolation target pixel by linear interpolation using a plurality of pixels sandwiching the interpolation target pixel in the vertical direction when it is determined that there is no oblique line including the interpolation target pixel Steps,
An image data processing method comprising:
請求項に記載の画像データ処理方法であって、
前記斜線判定ステップでは、前記環状画素列を右方向に回転させたときの前記差分の総和の最小値と該環状画素列を左方向に回転させたときの前記差分の総和の最小値との差に基づいて、前記補間対象画素を含む斜線の有無を判定することを特徴とする画像データ処理方法。
The image data processing method according to claim 1 ,
In the oblique line determination step, a difference between a minimum value of the sum of the differences when the annular pixel row is rotated in the right direction and a minimum value of the sum of the differences when the annular pixel row is rotated in the left direction. And determining whether or not there is a diagonal line including the interpolation target pixel.
請求項1又は2に記載の画像データ処理方法であって、
前記補間値演算ステップでは、前記補間対象画素を含む斜線の延伸方向における該補間対象画素の補間又は垂直方向における該補間対象画素の補間の少なくともいずれか一方において、原画像信号を帯域制限フィルタを通して帯域制限したアナログ画像信号と、アナログ画像信号を離散化するサンプラ、サンプル点間に所定数の0点データを挿入するアップサンプラ、フィルタリングを行うデジタルフィルタ、離散信号を連続信号に戻すホールド、を含むアナログ/デジタル/アナログ変換系を通して得られるアナログ画像信号との誤差を小さくするようにデジタルフィルタを設計すべく設定した条件式を、有限次元離散時間系に近似的に変換することで得た計算式を所定の条件に基づいてH制御により解くことによって又はそれに相当する厳密な計算で解くことによって算出したパラメータを有するサンプル値Hフィルタを用いたフィルタリング処理により、前記補間対象画素の画素値を算出することを特徴とする画像データ処理方法。
The image data processing method according to claim 1 or 2 ,
In the interpolation value calculating step, in at least one of interpolation of the interpolation target pixel in the extending direction of the oblique line including the interpolation target pixel and interpolation of the interpolation target pixel in the vertical direction, the original image signal is band-passed through a band limiting filter. Analog including a limited analog image signal, a sampler that discretizes the analog image signal, an upsampler that inserts a predetermined number of zero-point data between sample points, a digital filter that performs filtering, and a hold that converts the discrete signal back to a continuous signal / A formula obtained by approximately converting a conditional expression set to design a digital filter to reduce an error with an analog image signal obtained through a digital / analog conversion system into a finite-dimensional discrete-time system. By solving with H∞ control based on a predetermined condition or equivalent An image data processing method comprising: calculating a pixel value of the interpolation target pixel by a filtering process using a sample value H filter having a parameter calculated by solving with a strict calculation.
請求項に記載の画像データ処理方法であって、
前記補間値演算ステップでは、処理対象であるインターレース画像に対し所定周波数域におけるゲインを調べ、そのゲインに応じて前記サンプル値Hフィルタの伝達特性を変更することを特徴とする画像データ処理方法。
The image data processing method according to claim 3 ,
In the interpolation value calculating step, an image data processing method is characterized in that a gain in a predetermined frequency region is examined for an interlaced image to be processed, and a transfer characteristic of the sample value H∞ filter is changed according to the gain.
1フィールドのインターレース画像信号を画素の補間処理によってプログレッシブ画像信号に変換する画像データ処理装置であって、
a)補間対象画素の上の走査線中の隣接するN個(Nは3以上の整数)の画素からなる画素列及び該補間対象画素の下の走査線中の同じく隣接するN個の画素からなる画素列の右端部同士及び左端部同士を結合した仮想的な環状画素列を生成し、該環状画素列を右方向及び左方向に1画素ずつ回転させつつ垂直方向に位置する二個の画素の画素値の差分をN組の画素の組についてそれぞれ求め、その差分の総和が最小になるときの回転量及び回転方向に基づいて、前記補間対象画素を含む斜線の有無の判定、及び斜線がある場合のその延伸方向の識別を行う斜線判定手段と、
b)前記斜線判定手段により前記補間対象画素を含む斜線有りと判定された場合には、その斜線の延伸方向に前記補間対象画素を挟む複数の画素を用いた直線補間により該補間対象画素の画素値を求め、前記補間対象画素を含む斜線無しと判定された場合には、前記補間対象画素を垂直方向に挟む複数の画素を用いた直線補間により該補間対象画素の画素値を求める補間値演算手段と、
を備えることを特徴とする画像データ処理装置。
An image data processing device that converts an interlaced image signal of one field into a progressive image signal by pixel interpolation processing,
a) From a pixel row composed of N (N is an integer of 3 or more) adjacent pixels in the scanning line above the interpolation target pixel and from the N adjacent pixels in the scanning line below the interpolation target pixel. Two pixels located in the vertical direction while generating a virtual annular pixel row in which the right end portions and the left end portions of the pixel row are combined, and rotating the annular pixel row one pixel at a time in the right and left directions. The difference between the pixel values is determined for each of the N sets of pixels, and based on the rotation amount and the rotation direction when the sum of the differences is minimized, the presence / absence of a diagonal line including the interpolation target pixel, Oblique line determination means for identifying the stretching direction in a certain case,
b) When it is determined by the oblique line determining means that there is an oblique line including the interpolation target pixel, the pixel of the interpolation target pixel is obtained by linear interpolation using a plurality of pixels sandwiching the interpolation target pixel in the extending direction of the oblique line. Interpolation value calculation for obtaining a pixel value of the interpolation target pixel by linear interpolation using a plurality of pixels sandwiching the interpolation target pixel in the vertical direction when it is determined that there is no oblique line including the interpolation target pixel Means,
An image data processing apparatus comprising:
請求項5に記載の画像データ処理装置であって、The image data processing apparatus according to claim 5,
前記斜線判定手段は、前記環状画素列を右方向に回転させたときの前記差分の総和の最小値と該環状画素列を左方向に回転させたときの前記差分の総和の最小値との差に基づいて、前記補間対象画素を含む斜線の有無を判定することを特徴とする画像データ処理装置。The oblique line determining means is a difference between a minimum value of the sum of the differences when the annular pixel row is rotated in the right direction and a minimum value of the sum of the differences when the annular pixel row is rotated in the left direction. And determining whether or not there is a diagonal line including the interpolation target pixel.
請求項5又は6に記載の画像データ処理装置であって、
前記補間値演算手段は、前記補間対象画素を含む斜線の延伸方向における該補間対象画素の補間又は垂直方向における該補間対象画素の補間の少なくともいずれか一方において、原画像信号を帯域制限フィルタを通して帯域制限したアナログ画像信号と、アナログ画像信号を離散化するサンプラ、サンプル点間に所定数の0点データを挿入するアップサンプラ、フィルタリングを行うデジタルフィルタ、離散信号を連続信号に戻すホールド、を含むアナログ/デジタル/アナログ変換系を通して得られるアナログ画像信号との誤差を小さくするようにデジタルフィルタを設計すべく設定した条件式を、有限次元離散時間系に近似的に変換することで得た計算式を所定の条件に基づいてH制御により解くことによって又はそれに相当する厳密な計算で解くことによって算出したパラメータを有するサンプル値Hフィルタを用いたフィルタリング処理により、前記補間対象画素の画素値を算出することを特徴とする画像データ処理装置。
The image data processing apparatus according to claim 5 or 6 ,
The interpolation value calculating means passes the original image signal through a band limiting filter in at least one of interpolation of the interpolation target pixel in the oblique line extending direction including the interpolation target pixel and interpolation of the interpolation target pixel in the vertical direction. Analog including a limited analog image signal, a sampler that discretizes the analog image signal, an upsampler that inserts a predetermined number of zero-point data between sample points, a digital filter that performs filtering, and a hold that converts the discrete signal back to a continuous signal / A formula obtained by approximately converting a conditional expression set to design a digital filter to reduce an error with an analog image signal obtained through a digital / analog conversion system into a finite-dimensional discrete-time system. Exactly equivalent to solving by H∞ control based on predetermined conditions An image data processing apparatus, wherein the pixel value of the interpolation target pixel is calculated by a filtering process using a sample value H filter having a parameter calculated by solving by simple calculation.
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