JPH0447860A

JPH0447860A - 解像度変換処理方法

Info

Publication number: JPH0447860A
Application number: JP2157164A
Authority: JP
Inventors: Hironao Jiyosawa; 裕尚如澤; Yutaka Watanabe; 裕渡辺
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1990-06-15
Filing date: 1990-06-15
Publication date: 1992-02-18

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野］本発明は、直交変換を用いた解像度変換処理力）去に関
するものである。

〔従来の技術〕

動画像、静止画像の高能率符号化方法としては離散コサ
イン変換（ＤＣＴ）が代表的である６ＤＣＴは、直交変
換の中で最適な変換であるカルーネンレーへ変換（ＫＬ
Ｔ）に匹敵する高い符号化効率を示すが、変換係数量子
化時のブロック歪みの問題が避けられない。この問題点
を解決するための手法として、　　Ｌ　ＯＴ　（Ｌａｐ
ｐｅｄ　ＯｒｔｈｏｇｏｎａｌＴｒａｎｓｆｏｒｍ）な
る直交変換が提案されている（文献、　Ｈ，Ｓ、Ｍａｌ
ｖａｒ　ａｎｄ　Ｄ、Ｈ，５ｔａｅｌｉｎ　：　“Ｔｈ
ｅ　ＬＯＴ　：Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ　Ｃｏｄｉｎｇ　ｗ
ｉｔｈｏｕｔ　Ｂｌｏｃｋｉｎｇ　Ｅｆｆｅｃｔｓ”。

ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ　ｏｎ　Ａｃｏｕ
ｓｔｉｃｓ、　５ｐｅｅｃｈ＋　ａｎｄＳｉｇｎａｌ　
Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ、Ｖｏｌ、　ＡＳＳＰ−３７，Ｎ
ｏ−４＋　ｐｐ、５５３５５９、　Ａｐｒ、１９８９）
　。

第５図に示すように、２次元ＤＣＴではＮＸＮサンプル
の入力画像に対してＮＸＮ個の変換係数が得られる。こ
れに対し、第４図に示すように。

２次元ＬＯＴでは周囲の隣接ブロックにＮ／２画素づつ
オーバーラップした２ＮＸ２Ｎサンプルの入力画像Ｘに
対してＮＸＮ個の変換係数ｙが得られる。ＬＯＴの変換
式を式（１）に示す。

ｙ　＝Ｐ”　ｘ　Ｐａ、　　　　　　　　　　　　（１
）Ｊ：逆対角単位行列（ＮｘＮ）Ｄ、：ＤＣＴ偶数次基底ベクトルＤ、：ＤＣＴ奇数次基底ベクトルＺ：任意の直交行列（ＮｘＮ）（ＮｘＮ／２）（ＮＸＮ／２）二こで、低次の係数へのエネルギー集中という意味で最
適なＬＯＴは、直交行列ＺをＰＴＲ，、Ｐの固有ベクト
ルとした時に得られるＩＩＲＸＩ＋は入力画像の相関行
列（２ＮＸ２Ｎ）である。

また、逆変換は式（４）で示され、ＮＸＮの変換係数行
列ｙから２ＮＸ２Ｎの逆変換行列Ｘ′が得られる。

ｘ＝Ｐ、、Ｐ；　　　　　　　　　　　　　　　（４）
但し、ＬＯＴの変換基底行列Ｐ。は正方行列でないため
、変換係数ｙを逆変換するだけでは入力画像Ｘの画素値
は再生できない。入力画像Ｘは、逆変換行列Ｘ′に隣接
ブロックとのオーバーラツプ部分の逆変換値とを足し合
わせることによって再生される。

このように、ＬＯＴでは入力信号を隣接ブロックにオー
バーラツプさせることによってブロック外の画素値も含
めて変換するため、ＤＣＴＯような係数量子化時のブロ
ック歪みを生じないという利点がある。また、このオー
バーラツプブロック構成ゆえに、データ欠損時の画質劣
化を最小限に抑えることも可能となる。

一方、直交変換を用いて画像の解像度変換を行う場合、
直交変換のアルゴリズムとしては一般的に２次元ＤＣＴ
が用いられる。ＤＣＴを用いた解像度変換処理方法では
、第２図に示すように直交変換部でＮＸ’Ｎの入力画像
をＮＸＮのＤＣＴ係数に変換し、係数分離部で低次のＭ
ＸＭの変換係数を抽出する。次に、係数分離部で抽出さ
れたＭＸＭの係数に対し、逆直交変換部で（ＭｘＭ）逆
ＤＣＴを施すことによって縦横をＭ／Ｎに縮小した画像
が得られる。ＤＣＴの高次の係数を除いて逆変換する操
作は高次基底の射影量をＯとすることに等しく、縮小画
像の帯域をＭ／Ｎに制限することが可能となる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、ＤＣＴは入力信号としてＮ周期の対称信号を仮
定しているため、対称信号が入力された場合には高次基
底の射影量をＯとすることによって縮小画像の帯域を完
全に制限できるが、非対称信号が入力された場合には十
分な帯域制限が行えない。すなわち、実際の画像信号を
入力して縦横をＭ／Ｎに縮小した画像を生成する際、Ｄ
ＣＴの低次のＭＸＭの係数のみを用いて（ＭｘＭ）逆Ｄ
ＣＴを行っても、縮小画像の帯域はＭ／Ｎに制限されず
、折り返し歪みを生しることとなる。

本発明の目的は、ＤＣＴを用いた解像度変換における上
記課題を解決し、折り返し歪みをより効果的に低減する
解像度変換処理方法を提供することにある。

［課題を解決するための手段］上記目的を達成するため１本発明の直交変換による解像
度変換処理方法ではＮ点離散コサイン変換の偶数次基底行列と奇数次基底行
列との差分を要素とする行列と、これを行単位に逆順序
に並べ変えた行列とを縦につなげて長さ２Ｎの偶数次基
底行列を形成し；この偶数次基底行列の下半分の要素の
符号を反転させることによって長さ２Ｎの奇数次基底行
列を形成し；これら偶数次基底行列と奇数次基底行列と
を横につなげた行列に、任意のＮ次直交行列を乗じた行
列を変換基底として用い；隣接ブロックにＮ／２画素づ
つオーバーラツプした長さ２Ｎの入力画像をＮ個の係数
に変換する直交変換部と。

直交変換部で得られたＮ個の変換係数の内、低次のＭ個
の変換係数を抽出する係数分離部と。

抽出されたＭ個の変換係数をＭ点逆変換することによっ
てＭ／Ｎ縮小逆変換行列を生成する逆直交変換部と。

逆直交変換部で得られたＭ／Ｎ縮小逆変換行列のオーバ
ーラツプ部分を足し合わせてＭ／Ｎ縮小画像を出力する
画像合成部から構成されることを特徴とする。

（作　用〕本発明によればＤＣＴを用いた解像度変換に比べ５縮小画像の折り返し歪みをより効果的に低減する
ことが可能となる。

〔実施例〕

以下１本発明の実施例を詳細に説明する。

第３図は本発明の一実施例における直交変換処理方法を
示す図で、１次元（Ｎ＝８）の場合の図である。

第３図に示すように、変換の対象となるブロック内の８
画素と隣接ブロンクに４画素づつオーバーラツプした計
１６個の画素は８画素づつ２つのグループに分けられ、
それぞれ同し構成のＤＣＴ変換部１９（Ｎ＝８）で変換
される。ＤＣＴ変換部１９において偶数番号の書かれた
出力はＤＣＴの偶数次基底の係数、奇数番号の書かれた
出力はＤＣＴの奇数次基底の係数が出力される。上下２
つのＤＣＴ変換部から出力されたＤＣＴ係数は２段にわ
たる加算減操作を受けて８個のデータとなり、定数１７
２を乗じた後に行列変換部２０に入力される。行列変換
部２０では、８個の入力ベクトルに直交行列Ｚを乗しる
操作を行う。以上の一連の操作により１行列変換部２０
の出力には、２つのＤＣＴ変換部１９に入力された１６
個の入力ベクトルに式（２）の変換基底を乗じた値、す
なわちＬＯＴの変換係数が得られる。

第１図は本発明の一実施例における解像度変換処理方法
を示す図である。

第１図に示すように、隣接ブロックにオーパーラ、プし
た２ＮＸ２Ｎの入力画像６は直交変換部２で（ＮＸＮ）
ＬＯＴによってＮＸＮの係数行列７に変換される。係数
分離部３では係数行列７からＭｘＭの低次係数行列８を
抽出し、逆直交変換部４ではこの低次係数行列８に対し
て（ＭｘＭ）逆ＬＯＴを施して縮小逆変換行列９を生成
する。

さらに、この縮小逆変換行列９に隣接ブロックの縮小逆
変換行列のオーバーラツプ部分を加算することによって
縦横をＭ／Ｎに解像度変換した縮小画像１０が得られる
。

例えば、Ｍ＝Ｎ／２．すなわち縦横１７２に縮小する場
合、２ＮＸ２Ｎの入力画像６は直交変換部２で（ＮＸＮ
）ＬＯＴによってＮＸＮの係数行列７に変換される。係
数分離部３では係数行列７からＮ／２　Ｘ　Ｎ／２の低
次係数行列８を抽出し、逆直交変換部４ではこの低次係
数行列８に対して（Ｎ／２Ｘ　Ｎ／２）逆ＬＯＴを施し
て縮小逆変換行列９を生成する。さらに、この縮小逆変
換行列９に隣接ブロックの縮小逆変換行列のオーバーラ
ツプ部分を加算することによって縦横をＮ／２に解像度
変換した縮小画像１０が得られる。

また１Ｍの値はＮ未満の任意の正整数でよくＮ＝１６の
場合なら３／１６あるいは９７１６といった解像度変換
も可能である。

高次の変換係数を除去して逆変換する操作によって折り
返し歪みの原因となる高域成分がどの程度遮断されるか
をＤＣＴを用いた解像度変換と比較した結果を第６図、
第７図に示す。第６図は。

本発明の場合の解像度変換装置にインパルスおよび実際
の高品位ＴＶ信号を入力して得られた画像の電カスベク
トル図、第７図はＤＣＴを用いた解像度変換装置にイン
パルスおよび実際の高品位Ｔ■信号を入力して得られた
画像の電カスベクトル図である。但し１Ｍ点の逆変換に
よって縮小を行ってしまった後は折り返し歪みの原因と
なる高域成分は低域成分として折り返されてしまうため
。

係数分離の代わりに高次係数を０とし、Ｎ点逆変換によ
って得られた画像の電カスベクトルを示した。いずれの
場合も画像を１７２に縮小する場合（Ｍ＝Ｎ／２）の特
性であり、規格化カットオフ周波数０．２５を超える電
力成分が縮小の際に低域成分に折り返すこととなる。

第７図に示すように、ＤＣＴはＮ周期の対称信号の入力
を仮定しているため、インパルスのような非対称信号が
入力された場合には帯域が十分に制限されないことがわ
かる。また、実際の高品位ＴＶ信号を入力した場合にも
、規格化周波数０．２５を超える成分が十分に制限され
ないことがわかる。

一方、第６図に示すように７本発明の場合における高域
遮断特性は非常に優れており、インパルス、高品位ＴＶ
信号のいづれの場合にも規格化周波数０．２５を超える
高域成分は殆ど遮断されていることがわかる。

〔発明の効果〕

以上説明したように１本発明によれば、ＤＣＴを用いた
解像度変換処理方法と比べて縮小画像の折り返し歪みを
より効果的に低減できる。また。

高品位テレビ（ＨＤＴＶ）の符号化情報の一部を用いて
標！１！Ｔｖの再生が可能なコンパティプル符号化に本
発明の解像度変換処理方法を応用することにより、ＤＣ
Ｔを用いたコンパティプル符号化よりも折り返し歪みの
少ないより高品質な標準ＴＶ西像を提供することができ
る。また、ＬＯＴ本来の特徴としてブロンク歪みがなく
データ欠損に耐性を持つといった特徴を兼ね備え、より
優れた画質の符号化を実現することが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における解像度変換処理方法
を示す図、第２図はＤＣＴを用いた解像度変換処理方法
を示す図、第３図はＬＯＴの実現態様を示す図、第４図
はＬＯＴの概念を示す図。第５図はＤＣＴの概念を示す図、第６図は本発明におけ
る帯域制限の効果を示す図、第７図はＤＣＴを用いた解
像度変換における帯域制限の程度を示す図である。１・・・解像度変換装置、２・・・直交変換部、３・・
・係数分離部、４・・・逆直交変換部、５・・・画像合
成部６・・・入力画像、７・・・係数行列、８・・・低
次係数行列９・・・縮小逆変換行列、１０・・・縮小画
像、１１・・・解像度変換装置、１２・・・直交変換部
、１３・・・係数分離部、１４・・・逆直交変換部、１
５・・・入力画像１６・・・係数行列、１７・・・低次
係数行列、１８・・・縮小画像、１９・・・ＤＣＴ変換
部、２０・・・行列変換部２１・・・入力画像、２２・
・・変換係数、２３・・・入力画像、２４・・・変換係
数。特許出願人　日本電信電話株式会社

Claims

【特許請求の範囲】Ｎ点離散コサイン変換の偶数次基底行列と奇数次基底行
列との差分を要素とする行列と、これを行単位に逆順序
に並べ変えた行列とを縦につなげて長さ２Ｎの偶数次基
底行列を形成し；この偶数次基底行列の下半分の要素の
符号を反転させることによって長さ２Ｎの奇数次基底行
列を形成し；これら偶数次基底行列と奇数次基底行列と
を横につなげた行列に、任意のＮ次直交行列を乗じた行
列を変換基底として用い；隣接ブロックにＮ／２画素づ
つオーバーラップした長さ２Ｎの入力画像をＮ個の係数
に変換する直交変換部と、直交変換部で得られたＮ個の変換係数の内、低次のＭ個
の変換係数を抽出する係数分離部と、抽出されたＭ個の
変換係数をＭ点逆変換することによってＭ／Ｎ縮小逆変
換行列を生成する逆直交変換部と、逆直交変換部で得られたＭ／Ｎ縮小逆変換行列のオーバ
ーラップ部分を足し合わせてＭ／Ｎ縮小画像を出力する
画像合成部から構成されることを特徴とした解像度変換
処理方法。