JPH04504039A - 階層的分解及び復元方式における量子化誤差を低減するための方法 - Google Patents

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】 限Ｉ的分Ｍ及グ′−工における　−゛するた屹０方法関迷牲許出劇 この出願は次の米国特許出願と関係がある。

連続番号　、名称「多用途環境における高解像度ディジタル画像のタメノ混成残 差準拠式階層的記憶及び表示方法（Ａ　Ｉ（ＹＢｌｌｒｌｌ　ＩＩＥｓＩＤｔｌ ＡＬ　−ＢＡＳＥ［１ＨｒＥＩ？ＡＲＣＨＩＣＡＬ　５ＴＯＲＡＧＥ　ＡＮＤ　 Ｄ［５ＰＬＡＩ’　ＭＥＴＨＯＤ　ＦＯＲＨｒＧＩ（Ｉ？Ｂ５０ＬＵＴｒＯＮ　 ＩlＡＧＥＳ　ＩＮ　Ａ ＭＵＬＴＩ［ＩＳＥ　ＥＮＶＩＲＯＮＭＥＮＴ）　Ｊ、１９８９年１１月　出願 、連続番号４３２２９３、名称「多用途環境における高解像度ディジタル画像の だメツ階層的記憶及び表示方法（Ａ　ＨＩＥＲＡＲＣＨｒＣＡＬ　５ＴＯＲＡＧ Ｅ　ＡＮＤ　ＤｒＳＰＬＡＹ　ＭＥＴＨＯＤＦＯＲＨＩＧＩＩ　ＲＥＳＯＬＵＴ ＩＯＮ　ＤＩＧＩＴＡＬ　ｒＭＡＧＥｓ　ＩＮ　Ａ　ＭＵＬＴＩＵＳＥ　ＥＮＶ ＩＲＯＮＭＥＮＴ）　Ｊ@１９８９ 年１１月６日出願、並びに 連続番号　、名称「多次元ディジタル画像信号を量子化し及び／又は復元するた めの装置及び方法（ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ　ＡＮＤ　ＭＥＴＨＯ［ｌ　ＦＯＲＱＩ ＩＡＮＴＩＺＩＮＧ　ＡＮＤ　１０Ｒ花Ｃ０Ｎ５ＴＲＵＣＴＩＮＧ　ＭｔｌＬＴ ｒ−ＤＩＭＥＮＳＩＯＮＡＬ　ＤＩＧＩＴＡＬ　ＩＭＡＧＥ　５ＩＧＮＡＬＳ） 　Ｊ　、　１９８X年１２ 月　出願、 兄朋β丑針町団ｉ野 この発明は画像処理の分野に、更に詳細にはディジタル画像信号のための階層的 分解及び復元方法における量子化誤差を低減することに向けられている。

発盟Ω！量 ディジタル画像信号を利用した多くの応用例は階層的分解方式を使用している。

バート及びアデルソンの論文［コンパクト画像符号としてのラプラシアンピラミ ッドＪ　（Ａｌｌ　ａｒｔｉｃｌｅ　ｂｙ　Ｂｕｒｔ　ａｎｄ　Ａｄｅｌｓｏｎ 　ｅｎｔｉｔｌｅｄ　”Ｔｈｅ　Ｌａｐｌａｃｉａｎ　Ｐｙ窒≠高奄■ ａｓ　ａ　Ｃｏｍｐａｃｔ　Ｉｍａｇｅ　Ｃｏｄｅ　”　）　、　ＩＥＥＥ　Ｔ ｒａｎｓ、Ｃｏｎｎｎｕｎ、＋ＣＯＭ　−３１＋　１９８３{　５３２　〜 ５４０ページ所載、は原初（オリジナル）ディジタル画像信号が低域フィルタさ れてこの低域フィルタ通過ディジタル画像信号がその減小した帯域幅を利用する ためにデシメート（副標本化）される符号化方法を記載している。低域フィルタ リング及びデシメーティング（ｄｅｃｉｍａｔｉｎ＆）のこの分Ｍ通程は次に連 続した段階で繰り返されて階層的構造又はビラミント形成する。低域フィルタリ ング及びデシメーティングから生しる低空間解像度ディジタル画像信号は補間さ れ、そして補間された低空間解像度ディジタル画像信号からのより高い空間解像 度のディジタル画像信号の不完全な復元を補償するために高空間解像度残差ディ ジタル画像信号が形成される。ディジタル画像信号データ圧縮の利点はこれらの 残差ディジタル画像信号が減小した分散を持っており且つより積極的に量子化さ れ得るので実現されることができる。

上述のように、階層的方式は、捕間されて高空間解像度ディジタル画像信号を形 成し、且つ低解像度ディジタル画像信号を補間する過程において生成されなかっ た高空間解像度データを含んでいる高空間解像度残差ディジタル画像信号に加え られる低空間解像度ディジタル画像信号を使用するかもしれないであろう。別の 方法として、部分帯域若しくは他の分解方式及び／又は諸方式の組合せ（例えば 、中間解像度ディジタル画像信号に対して部分帯域を且つ最高解像度ディジタル 画像信号に対して残差を使用すること）も又階層的方法で実現され得るであろう 。

ディジタル画像信号を記憶し、伝送し、処理し、又は他の場合には操作するため の限られた責源を仮定すれば、これらのディジタル信号のデータロード又は大き さを圧縮することが望ましい。データ圧縮のためにディジタル画像信号を符号化 する前に変換技法を適用すること及び／又は量子化すること（ダイナミックレン ジレベルの数を低減すること）を含むことのできる画像データ圧縮を達成するた めの周知の諸技法がある。ディジタル画像信号データ圧縮を達成するためのこれ らの技法は階層的分解から生じるディジタル画像信号のどれか又はすべてに適用 されることができる。典型的には、より高い空間解像度がより高いデータロード を与える。より高い空間解像度の成分は、量子化し且つ損失のある圧縮技法を適 用することによって積極的に圧縮される。

これらの技法は又多用途環境に適用されることができる。多用途階層的分解及び 復元方式はこれらのディジタルに画像信号の低空間解像度表現への高速接近を可 能にする。更に、多用途特徴の階層的方式は次に、これらのより高い空間解像度 のディジタル画像信号を達成するために必要な情報を適当なアルゴリズムにより 加えることを含む適当な画像処理によって、これらのディジタル画像信号のより 高い空間解像度の表現がこれらの低空間解像度ディジタル画像信号から復元され ることを可能にする。

発盟Ω要約 一採択方法においては、ディジタル画像信号は、ａ）量子化高空間解像度ディジ タル画像信号を分解して低空間解像度量子化ディジタル画像信号を形成する段階 、 ｂ）段階ａ）の低空間解像度量子化ディジタル画像信号から高空間解像度量子化 ディジタル画像信号を予測する段階、 Ｃ）段階ｂ）の予測量子化高空間解像度ディジタル画像信号と段階ａ）の高空間 解像度ディジタル画像信号との間の差をとることによって高空間解像度残差ディ ジタル画像信号を形成する段階、 ｄ）段階Ｃ）の高空間解像度残差ディジタル画像信号を量子化することによって 量子化レベルの数を低減する段階、 ｅ）段階ｄ）の低減レベル高空間解像度残差ディジタル画像信号を分解して段階 ａ）の低空間解像度ディジタル画像信号と同じ空間解像度及び量子化数を持った ディジタル画像信号を形成する段階、 ｆ）段階ａ）の低空間解像度ディジタル画像信号及び段階ｅ）の低空間解像度デ ィジタル画像信号を組み合わす段階、並びに°ｇ）　段階ｆ）の組合せ低空間解 像度ディジタル画像信号及び段階ｄ）の量子化高空間解像度ディジタル画像を将 来の使用のために記憶し及び／又は伝送する段階、を実施することによって階層 的に分解される。

前述の事柄から理解され得ることであるが、より高い（高力）空間解像度のディ ジタル画像信号成分を量子化することによる誤差が低減される、階層的方法でデ ィジタル画像信号を分解するための改良された方法を提供することがこの発明の 主要な目的である。

上の分解方法から形成された低解像度ディジタル画像信号を復元するための改良 された方法を提供することがこの発明の別の目的である。

この発明の上述及びその他の目的は、次の説明、及びＭ４Ｑの文字がＩ（以の部 分を示し且つこの説明の一部分を形成している諸図面に関連して考慮されたとき に一層明らかになるであろう。

阻血■旦単奏説朋 図１は階層的分解方法を図解したプロセス流れブロック図である。

図２は階層的方法で分解されたディジタル画像信号を復元するための階層的方法 を図解したプロセス流れブロック図である。

図３は改良式階層的分解方法を図解したプロセス流れブロック図である。

図４は改良式階層的分解方法を実施することの典型的な結果を図解した表である 。

図５は改良式反復階層的分解方法を図解したプロセス流れブロック図である。

図６は改良式階層的分解方法により形成された諸成分から低解像度ディジタル画 像信号を復元するための改良式方法を図解したプロセス流れ図である。

図７は図３．５及び６に示された方法を実施することの典型的な結果を図解した 表である。

■の採　の詳細な一゛ より高い空間解像度のディジタル画像信号成分かより低い（低力）空間解像度の ディジタル画像信号成分よりも多く量子化される階層的分解方法によって生成さ れたより高い空間解像度のディジタル画像信号における誤差を低減するための方 法が記載されている。この方法は階層的分解方法のディジタル画像信号分解段階 を変更することによってより高い空間解像度のディジタル画像信号におけるより 低い量子化誤差を達成する。より高い空間解像度のディジタル画像信号における より低い量子化誤差はより低い空間解像度のディジタル画像信号を変更すること によって達成される。より低い空間解像度のディジタル画像信号に対するこれら の変更はより低い空間解像度のディジタル画像信号の品質に影響を与えない、又 は与えないように強制されることができる。

この発明の方法は一次元単一チヤ不ルディジタル画像信号として説明されている 。この技法の説明は技術に通した者がこの技法を多チヤネルディジタル画像信号 （例えば、カラーディジタル画像信号における赤、緑及び青の画像）に並びに１ より大きい空間次元を持ったディジタル画像信号に適用するのに十分である。あ とに続くこの技法は、「関連特許出願」の項で引用された諸出願に開示された画 形式のような他の量子化方式及び他の階層的分解方式と関連して通用されること ができるであろう。

多用途環境は高及び低空間解像度のディジタル画像信号の表示を必要とすること がある。例えば、低空間解像度ディジタル画像信号はＣＲＴ観察のために使用さ れることがあるかもしれないし、又高空間解像度ディジタル画像信号は透明陽画 のような高品質写真画像のために使用されることがあるかもしれない。低ダイナ ミックレンジＣＲＴ観察のためにディジタル画像信号に若干の誤差を加えること は高ダイナミツクレンジ写真透明画に記録された高空間解像度ディジタル画像信 号において誤差を持つほどｌｌＩ害にならないかもしれない。

Ｎ空間解像度段を持った残差階層的分解方法のプロセス流れブロック図が図１に 示されている。最高空間解像度ディジタル画像信号、ブロック１はブロック２に おいて分解されて、より低い空間解像度のディジタル画像信号、ブロック３を形 成する。ブロック３におけるディジタル画像信号は連続した分解段階、ブロック ４及び６によってより低い空間解像度のディジタル画像信号に更に分解されて、 ブロック５及び７におけるより低い空間解像度のディジタル画像信号を形成する 。

最低空間解像度ディジタル画像信号、ブロック７は次位最低空間解像度ディジタ ル画像信号、ブロック１４、を予測するために使用され、そしてこれはこの次位 最低解像度での実際のディジタル画像信号、ブロック５、との差をとられて、残 差ディジタル画像信号、ブロックＩＯを形成する。ブロックｌＯにおける残差デ ィジタル画像信号及びブロック１４における予測ディジタル画像信号の和はブロ ック１３における次に高い空間解像度のディジタル画像信号を予測するために使 用される。この方法は８４以の方法で継続され、その際ブロック８及び９におけ る残差ディジタル画像信号はそれぞれブロック１２及び１３における予測ディジ タル画像信号から形成さ九そしてそれぞれブロック１及び３におけるディジタル 画像信号からの差となっている。

ブロック２．４及び６に対する分解例は、高空間解像度ディジタル画像信号を低 域フィルタし、且つ副標本化して、より低い空間解像度のディジタル画像信号に することである。ブロック１１．１２．１３及び１４に対する予測段階の例は、 より低い空間解像度のディジタル画像信号を補間してより高い空間解像度のデイ ジタル画像信号にすることであろう。

記憶及び／又は伝送されるべきであるディジタルに画像信号は図１における大枠 のブロックに現れることに注意せよ。最低空間解像度ディジタル画像信号、ブロ ック７、及び残差ディジタル画像信号８．９、は記憶及び／又は伝送される。

これらの残差ディジタル画像信号の量子化（グイナミソクレンジレベルの数の低 減）は、ディジタル画像信号データロード減小又は圧縮を与えてデータ記憶、伝 送などを高めるために大抵実施される。

図２は図１に図解された分解方法において記憶及び／又は伝送されたディジタル 画像信号から、より高い空間解像度のディジタル画像信号を生成するために使用 される復元方法のプロセス流れブロック図である。より高い空間解像度のディジ タル画像信号、ブロック２２は最低空間解像度ディジタル画像信号、ブロック２ １から予測され、残差ディジタル画像信号、ブロック２８に加えられて、次に高 い空間解像度のディジタル画像信号、ブロック２３を形成する。予測のプロセス 、ブロック２４及び２６、並びに残差ディジタル画像信号を加えるプロセス、ブ ロック２９及び３０は、所望のより高い解像度のディジタル画像信号、ブロック ２３．２５及び／又は２７が復元されてしまうまで継続される。最良の復元は分 解及び復元の両方法において同じ予測手順が使用されたときに達成されることに 注意せよ。

この発明の主題は図３に図解されており、これにおいては二段階層的分解方法に 付加的な諸段階が加えられている。技術に通じた者は注目するはずであるが、採 択方法についての次の説明は二段階層的分解方法について説明されているけれど も、採択方法は、詩に高次空間解像度ディジタル画像信号成分が累進的により多 く量子化される応用例において、二つを超える段を持って階層的分解方法に拡張 されることができるであろう。

図３における段階の多くは図１において論述されたそれと同じである。最高空間 解像度ディジタル画像信号、ブロック４１はブロック４２において分解されて、 より低い空間解像度ディジタル画像信号、ブロック４３を形成する。ブロック４ ３における低空間解像度ディジタル画像信号はブロック４５における高空間解像 度ディジタル画像信号を予測するために使用され、そしてこれはブロック４１に おける出発点の高空間解像度ディジタル画像信号との差をとられて高空間解像度 残差ディジタル画像信号、ブロック４６を形成する。データロードの利点を達成 するために、ブロック４６における高空間解像度残差ディジタル画像信号が量子 化されて、すなわちダイナミノクレンジレベルの数が低減されて、量子化高空間 解像度残差ディジタル画像信号、ブロック４７を形成する。ブロック４６及び４ ７における高空間解像度ディジタル画像信号は差をとられ、そ１ノでその高空間 解像度差分ディジタル画像信号はブロック４日において分解され°て低空間解像 度ディジタル画像信号を形成し、そしてこの信号はブロック４３における低空間 解像度ディジタル画像信号に加えられてブロック４−４における変更低空間解像 度ディジタル画像信号を形成する。大枠のブロック、ブロック４７及び４４にお けるディジタル画像信号は将来の使用のために記憶及び／又は伝送される。図１ に記載された方法は、低空間解像度ディジタル画像信号に対する変更を含んでい ないが、ブロック４３及び４６（又は高空間解像度残差ディジタル画像信号にお ける量子化レベルの数が低減されたならばブロック４７）を記憶及び／又は伝送 するであろうごとに注意せよ。

この改良式方法においては高空間解像度残差ディジタル画像信号は低空間解像度 ディジタル画像信号よりも少ないレベルに量子化されることに注意せよ。多くの 多段システムにおいては、より高い空間解像度の残差ディジタル画像信号はよ、 り厳しく量子化される傾向がある。この累進的により多く量子化される方策はＬ 述の技法が２より多い段を持った多段システムに縦続接続の階層的方法で適用さ れることを可能にするであろう。

ブロック４８における分解手順はブロック４２における高空間解像度Ｙイジタル 画像信号を分解するために使用されたのと同じ手順であることが望まし、いこと に更に注意せよ。

図３に示されたこの発明の方法により分解されたディジタル画像信号は上に説明 され且つ図２に示された方法のような典型的な復元方法で復元され得ることにも 又注意せよ。

図３における分解方法及び図２における復元方法はこれらの方法の各段階を詳述 した図４における信号例に適用された。

列１は高空間解像度多レベル量子化ディジタル画像信号・〜と形成された原初信 号に対応している。列ｌからの形成された高空間解像度ディジタル画像信号は低 域フィルタリング及び副標本化によって分解されて、列■における低空間解像度 ディジタル画像信号を形成する。列■にむける分解された低空間解像度ディジタ ル画像信号は列■における高空間解像度ディジタル画像信号を単純な線形補間に より予測するために使用される。列ｍにおける高空間解像度チ′イジタル画像信 号は列Ｉにおける高空間解像度ディジタル画像信号との差をとられて列■におけ る高空間解像度残差ディジタル画像信号を形成する。列■における高空間解像度 残差ディジタル画像信号のレベルの数はこの因数による量子化によって低減され て列Ｖにおける量子化高空間解像度残差ディジタル画像信号を形成する。列■と 列Ｖとの間の差は列■における高空間解像度差分ディジタル画像信号を形成する 。

列■からの高空間解像度差分ディジタル画像信号は列■に間して説明されたのと 同様の方法で低域フィルタリング及び副標本化によって分解されて列■における 低空間解像度ディジタル画像信号を形成する。列■からの分解された低空間解像 度ディジタル画像信号は列■からの分解された低空間解像度ディジタル画像信号 に加えられて列■における新しい低空間解像度ディジタル画像を形成する。列■ 及び■におけるディジタル画像信号は将来の使用のために記憶及び／又は伝送さ れる信号である。

列■及び■からのこれらの記憶されたディジタル画像信号の将来の使用はとに説 明され且つ図２に示されたもののような復元方法の適用を必要とする。列■及び Ｘはそのような復元方法の適用の例であり、やはり図４に示されている。列■は 列■における低空間解像度ディジタル画像信号から、列■における高空間解像度 ディジタル画像信号を生成するために使用されたのと同じ線形補間方法による予 測によって形成された高空間解像度ディジタル画像信号に対応している０、列■ 及び■からの高空間解像度ディジタル画像信号は組み合わされて列Ｘにおける復 元された高空間解像度ディジタル画像信号を形成する。列ＸＩは列Ｘの高空間解 像度ディジタル画像信号と列Ｉからの高空間解像度ディジタル画像信号との間の 差であり、且つ量子化高空間解像度残差ディジタル画像信号と、この将来の復元 使用のために記憶及び／又は伝送された新しい低空間解像度ディジタル画像信号 から予測された高空間解像度Ｆイパジタル画像信号との組合せから形成された復 元高空間解像度ディジタル画像信号における誤差の測度である。

図１に示された従来技術の方法により高解像度ディジタル画像信号を復元する際 の誤差は列■における高空間解像度誤差ディジタル画像信号によって表現され、 且つこの発明の主題により高空間解像度ディジタル画像信号を復元する際の誤差 は列ＸＩにおける誤差高空間解像度ディジタル画像信号によって表現されること に注意せよ。平均絶対値及び平均二乗誤差は両方共この発明の方法の適用により ０．５から０．３に減小したことに注意せよ。

列■及び■におけるディジタル画像信号を形成するために分解方法において使用 された低域フィルタリング動作からの結果は切り捨てられていることに更に注意 せよ。これは、低域フィルタリング動作により生成された実数が「、５」で終わ る場合には最も近いより小さい整数値が低域フィルタ通過値として選択されてい ることを意味する。切上げは概して高空間解像度ディジタル画像信号を復元する 際の誤差を変えないが１、しかし、列■における量子化誤差は常に正であるので 、切捨ては低空間解像度ディジタル画像信号に対する変更の量、従って誤差、を 低減する。又、列■における負の量子化誤差を与える代替方法は、低域フィルタ リング動作により生成された実数が切り上げられたときに低空間解像度ディジタ ル画像信号に対するより少ない変更、従ってこの信号におけるより小さい誤差を 生成するであろうことに注意せよ、技術に通した者は一般に、この種類の操作に おける整数の数学的処理に関する問題を注意深く考察する必要を理解するはずで ある。

技術に通した者は、量子化誤差が白色雑音、すなわち周波数成分において一様な 雑音、であるので、この発明の方法が機能することを理解するであろう、高空間 解像度ディジタル画像信号成分よりも多くの量子化レベルを持っている低空間解 像度ディジタル画像信号にこの雑音の低周波数成分を置くことによって、復元高 空間解像度ディジタル画像信号に対する誤差は低減される。

丘述の方法に対する更なる改善においては、低空間解像度ディジタル画像信号成 分に対して付加的な、反復的変更を行うことにより復元高空間解像度ディジタ図 ５はディジタル画像信号を分解するだめの反復的方法を図解したプロセス流れブ ロック図である。図５のブロックの多くは図３におけるそれと数及び機能におい て同しであることに注意せよ。復元高空間解像度ディジタル画像信号における量 子化誤差の更なる低減を与える付加的なプロセスは下で説明される。

図５におけるプロセス流れブロック図の最初の通過は図３についてのＬ述のプロ セスと同じである。新しい低空間解像度ディジタル画像信号がブロック４４にお いて（初めて）形成された後、復元高空間解像度ディジタル画像信号における誤 差は次のプロセスの反復適用によって低減される。

ブロック４４における低空間解像度ディジタル画像信号はブロック４５における 予測プロセスへの入力としてブロック４３に取って代わり、ブロック４５におい ては高空間解像度ディジタル画像信号が形成さ娠その後ブロック４１における出 発点の高空間解像度ディジタル画像信号との差をとられて、ブロック４６におけ る高空間解像度残差ディジタル画像信号を形成する０画像データロードの利点を 達成するために、ブロック４６における高空間解像度残差ディジタル画像信号が 量子化され、すなわち、ダイナミックレンジレベルの数が低減されて、ブロック ４７における量子化高空間解像度残差ディジタル画像信号が形成される。ブロッ ク４６及び４７における高空間解像度ディジタル画像信号は差をとられ、そして この高空間解像度差分ディジタル画像信号はブロック４８において分解されて低 空間解像度ディジタル画像信号を形成するが、この信号は下で説明されるように ブロック４９において変更され、次にブロック４３における低空間解像度ディジ タル画像信号に加えられるブロック４４における更に別の新しい低空間解像度デ ィジタル両像信号を形成することができる。ブロック４４．４５．４６．４７． ４８及び４９を含むこの反復的プロセスは、所望ならば、ブロック４４において 形成された低空間解像度ディジタル画像に対する更なる変更がな（なるまで繰り 返されることができる。

変更段階、ブロック４９は、反復的プロセスから生しる正帰還が望ましくない結 果を引き起こす場合プロセスを制約又は制限するために典型的に使用される動作 からなることができるであろう。変更段階、プロ、り４９は、次のもののいずれ か又は組合せを含むことができるであろう。

ｌ）何もしないことは正にプロセスの反復を可能にする。付加的な制約のないこ のようなプロセスの帰還性は、低方空間解像度ディジタル画像信号に過大な誤差 をおくプロセスを生成することがある。

２）低方空間解像度ディジタル画像信号に対する変更を各反復ごとに累進的に小 さくなるように制約する。例えば、最低空間解像度ディジタル画像信号に対する 任意の変更の絶対値の最大値を前の反復を準備した最低空間解像度ディジタル画 像信号に対する任意の変更の絶対値の最大値よりも１小さい値になるように制限 する。例えば、（ブロック４９を通る最初の反復に対する）出発の最大値は裏方 空間解像度残差ディジタル画像信号の数に対する低空間解像度ディジタル画像信 号における量子化レベルの比、すなわちＩ７−化係数に関係づけられ得るであろ う。

３）　ことごとくの反復サイクルに対して、低空間解像度ディジタル画像信号に 対する変更を指定値になるように制限する。

４）反復の数を反復の指定数に制限する。

５）変更低空間解像度ディジタル画像信号、ブロック４４と原初低空間解像度デ ィジタル画像信号、ブロック４１との間の、任意の標本位置における差の絶対値 をある値に制限する。

プロ・７り４９における変更段階に対して考慮され得るような上の動作は反復的 −プロセスについて行われる動作の種類の典型的なものである。技術に通じた者 は理解することであろうが、他の類似の動作はブロック４９における変更段階の 全部又は一部分として含まれ得るであろう。

ブロック４９における動作に対する上述の制約は、量子化高空間解像度残差ディ ジタル画像信号、及びこの新低空間解像度ディジタル画像信号から予測された高 空間解像度ディジタル画像信号の組合せから形成された復元高空間解像度ディジ タル画像信号における誤差を低減するために使用された反復的プロセスから低空 間解像度ディジタル画像信号へ導入される誤差を低減するために使用される。

図６におけるプロセス流れブロック図は、新低空間解像度ディジタル画像信号の 外に高力空間解像度ディジタル画像信号成分を利用することによ−、て改良低空 間解像度ディジタル画像信号が復元され得る方法を示している。換言すれば、図 ３及び５におけるブロック４３の低解像度ディジタル画像信号によりよく近似し ている低空間解像度ディジタル画像信号が記憶テ゛イジタル画像信号成分、例え ば図３及び５のブロック４４及び４７において記憶されたディジタル画像信号成 分、から復元され得る。

図６におけるプロセス流れブロック図は二段階層的復元方法を図解している。

技術に通した者は注目するはずであるが、この復元方法の次の説明は二段階層的 分解力法により形成されたディジタル画像信号について図解されているけれども 、次の方法は、特に裏方空間解像度残差ディジタル画像信号が累進的により多く 量子化される応用例においては、２より多い段を有する階層的分解方法から形成 されたディジタル画像信号を復元するために拡張され得るであろう。

図６におけるブロック５１及び５２は、図５に示されたもののような、二段階層 的分解方法から記憶されたディジタル画像に対応している６特に、ブロック５１ ば図３及び５におけるブロック４４に記憶された低空間解像度ディジタル画像信 号に対応している。同様に、ブロック５２は図３及び５におけるブロック４７に 記憶された高空間解像度ディジタル画像信号に対応している。改良低空間解像度 ディジタル画像信号、ブロック５５は、分解プロセス後に記憶されたディジタル 画像信号、ブロック５１及び５２から高空間解像度ディジタル画像信号を復元し 、、そしてこの復元された高空間解像度ディジタル画像信号、ブロック５４を分 解して改良低空間解像度ディジタル画像信号、ブロック５５を形成することによ って形成された。高空間解像度１イジタル画像信号、ブロック５４は、低空間解 像度ディジタル画像信号、ブロック５１から高空間解像度ディジタル画像信号、 ブロック５３を予測し、そして高空間解像度残差ディジタル画像信号、ブロック ５２を加えることによって形成される。

技術に通じた者は理解することであろうが、改良低空間解像度ディジタル画像を 復元するための］二連のプロセスは高解像度ディジタル画像信号全体が復元され ることを必要としないかもしれない９選ばれた分解方法に依存して、高空間解像 度ディジタル画像信号の部分だけが、低空間解像度画像の所与の標本位置におけ る値を復元するために必要とされる。

図７は上の諸技法の二次元一様乱数デイノタル画像信号への通用による結果の表 である。この因数により高空間解像度残差ディジタル画像信号を量子化すること による誤差は、図Ｌ、３及び５に示された分解方法並びに図２及び６に示された 復元方法から生じる復元低及び高空間解像度ディジタル画像信号について示され ている。列ｌ及び■は、図１に図解された階層的分解方法から生じた平均絶対値 誤差及び平均二乗誤差をそれぞれ示している。列］及び■は図３に図解された反 復階層的分解方法から生した平均絶対値誤差及び平均二乗誤差をそれぞれ示して いる６列Ｖ及び■は図５に図解された階層的分解方法から生しる平均絶対値誤差 及び平均二乗誤差をそれぞれ示している。列■及び■に記載された誤差は変更段 階、ブロック４９における制約のない５回反復プロセスから生じる。行Ａは図２ に示された方法によって復元された高空間解像度ディジタル画像信号に生温５る 量子化誤差を示している。行Ｂは記憶された低空間解像度ディジタル画像信号に おける誤差を示している。行Ｃは図６に示された方法により復元された低空間解 像度ディジタル画像信号に生じる量召ヒ誤差を示している。

高空間解像度ディジタル画像信号における絶対値誤差はこの発明の方法において 従来技術の方法における０、４９から０．３９に低減され、更にこの発明の別の 方法によって０．３３に低減されていることに注意せよ。高空間解像度ディジタ ル画像信号における誤差のこの低減は分解プロセス後に記憶された低空間解像度 ディジタル画像信号において誤差を生成するという犠牲において達成される。低 空間解像度ディジタル画像信号における絶対値誤差は従来技術の方法におけるＯ からこの発明の方法における０、３１に増大され、更にこの発明の別の方法によ って０．５４に増大される。しかしながら、この方法発明の低空間解像度ディジ タル画像信号復元方法を適用することによって、復元低空間解像度ディジタル画 像信号における絶対値誤差は図３に示された方法により分解されたディジタル画 像信号については０．３１から０．１９に低減さ娠又図５に示された方法により 分解されたディジタル画像信号については０．５４から０．１４に低減されるや 図５に示された低空間解像度ディジタル画像信号分解方法は反復の数と共に増大 する誤差を与えることに注意せよ（図３に示された方法に対する列■及び■にお ける結果は定義Ｇごよって、図５に示された反復方法の最初の通過後の結果に等 しい）。しかしながら、記憶低空間解像度ディジタル画像信号における誤差は増 大するが、図６に示された方法により形成された低空間ディジタル画像信号にお ける誤差は図５に示された方法における反復の数と共に減小する。

この発明の好適な実施例であると考えられるものが示されたが、この発明の本質 的な精神から外れることなくそれに多くの変化及び変更が行われる得ることは明 白であろう。それゆえに、付属の諸請求項においては、この発明の真の範囲内に 入るようなすべての変化及び変更を包含することが意図されている。

ロローロローロロロ〒口０ロー０〇−〇ロー　７７！！ １　。〒Ｎ甲。甲、。。。。。。甲。。甲、。甲。

枦 零　さη　１ 、　′　び′−工にお心る　゛　・′　るための　法圃示Ｑ要約 階層的分解及び復元方式の高力空間解像度ディジタル画像信号における量子化誤 差を低減するための方法が開示されている。高空間解像度ディジタル画像信号に おける量子化誤差は、低空間解像度ディジタル画像信号における小さい誤差だけ を生成し得る方法で低空間解像度ディジタル画像信号を変更することによって低 減される。低空間解像度ディジタル画像信号における小さい誤差は改良式復元方 法を利用することによって低減される。

国際調査報告　ＰＣＴ／υＳ　９０１０７２５８国際調査報告 ＰＣ７１ＬＪＳ　Ｃ１０ノＣヲ＝ンＳ？ン

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. １．ａ）量子化高解像度ディジタル画像信号を分解して低解像度量子化ディジタ ル画像信号を形成する段階、 ｂ）段階ａ）の前記の低解像度量子化ディジタル画像信号から高解像度量子化デ ィジタル画像信号を予測する段階、 ｃ）段階ｂ）の前記の予測量子化高解像度ディジタル画像信号と段階ａ）の前記 の高解像度ディジタル画像信号との間の差をとることによって高解像度残差ディ ジタル画像信号を形成する段階、 ｄ）段階ｃ）の前記の高解像度残差ディジタル画像信号を量子化することによっ て量子化レベルの数を低減する段階、 ｅ）段階ｄ）の前記の低減レベル高解像度残差ディジタル画像信号を分解して段 階ａ）の前記の低解像度ディジタル画像信号と同じ解像度及び量子化レベルの数 を持ったディジタル画像信号を形成する段階、ｆ）段階ａ）の前記の低解像度デ ィジタル画像信号及び段階ｅ）の前記の低解像度ディジタル画像信号を組み合わ せる段階、並びにｇ）段階ｆ）の前記の組合せ低解像度ディジタル画像信号及び 段階ｄ）の前記の量子化高解像度ディジタル画像を将来の使用のために記憶及び ／又は伝送する段階、を含んでいる、ディジタル画像信号を階層的に分解するた めの方法。
2. ２．段階ａ）が更に、 Ｉ）前記の量子化高解像度ディジタル画像信号を低域フィルタする段階、及びＩ Ｉ）段階Ｉ）の前記の高解像度低域フィルタ通過ディジタル画像信号を副標本化 して前記の低解像度ディジタル画像信号を形成する段階、からなっている、請求 項１に記載の方法。
3. ３．段階Ｉ）が更に、 Ａ）０．５以下の非整数成分を持った段階ｉ）における前記の低域フィルタリン グの実数結果を切り捨てて次の低い方の整数値にする段階、及びＢ）０．５より 大きい非整数成分を持った段階ｉ）における前記の低域フィルタリングの実数結 果を切り上げて次の高い方の整数値にする段階、からなっている、請求項２に記 載の方法。
4. ４．段階ｂ）が更に、 Ｉ）段階ａ）の前記の低解像度ディジタル画像信号を補間して前記の予測高方解 像度ディジタル画像信号を形成する段階、からなっている、請求項１に記載の方 法。
5. ５．段階ｅ）が更に、 Ｉ）前記の量子化高解像度ディジタル画像信号を低域フィルタする段階、及びＩ Ｉ）段階Ｉ）の前記の高解像度低域フィルタ通過ディジタル画像信号を副標本化 して前記の低解像度ディジタル画像信号を形成する段階、からなっている、請求 項１に記載の方法。
6. ６．段階Ｉ）が更に、 Ａ）０．５以下の非整数成分を持った段階Ｉ）における前記の低域フィルタリン グの実数結果を切り捨てて次の低い方の整数値にする段階、及びＢ）０．５より 大きい非整数成分を持った段階Ｉ）における前記の低域フィルタリングの実数結 果を切り上げて次の高い方の整数値にする段階、からなっている、請求項５に記 載の方法。
7. ７．ａ）量子化高解像度ディジタル画像信号を分解して低解像度量子化ディジタ ル画像信号を形成する段階、 ｂ）段階ａ）の前記の低解像度量子化ディジタル画像信号から高解像度量子化デ ィジタル画像信号を予測する段階、 ｃ）段階ｂ）の前記の予測量子化高解像度ディジタル画像信号と段階ａ）の前記 の高解像度ディジタル画像信号との間の差をとることによって高解像度残差ディ ジタル画像信号を形成する段階、 ｄ）段階ｃ）の前記の高解像度残差ディジタル画像信号を量子化することによっ て量子化レベルの数を低域する段階、 ｅ）段階ｄ）の前記の低減レベル高解像度残差ディジタル画像信号を分解して段 階ａ）の前記の低解像度ディジタル画像信号と同じ解像度及び量子化レベルの数 を持ったディジタル画像信号を形成する段階、ｆ）段階ａ）の前記の低解像度デ ィジタル画像信号及び段階ｅ）の前記の低解像度ディジタル画像信号を組み合わ せる段階、ｇ）段階ｆ）の前記の低解像度量子化ディジタル画像信号から高解像 度量子化ディジタル画像信号を予測する段階、 ｈ）段階ｇ）の前記の予測量子化高解像度ディジタル面像信号と段階ａ）の前記 の高解像度ディジタル画像信号との間の差をとることによって高解像度残差ディ ジタル画像信号を形成する段階、 ｉ）段階ｈ）の前記の高解像度残差ディジタル画像信号を量子化することによっ て量子化レベルの数を低減する段階、 ｊ）段階ｉ）の前記の低減レベル高解像度残差ディジタル画像信号を分解して段 階ａ）の前記の低解像度ディジタル画像信号と同じ解像度及び量子化レベルの数 を持ったディジタル画像信号を形成する段階、ｋ）段階ｊ）の前記の分解ディジ タル画像信号を変更する段階、ｌ）段階ｆ）の前記の低解像度量子化ディジタル 画像信号から高解像度量子化ディジタル画像信号を予測する段階、 ｍ）誤差を更に低減するために段階ｇ）からＩ）までを反復する段階、並びにｎ ）段階ｆ）の前記の組合せの低解像度ディジタル画像信号及び段階ｄ）の前記の 量子化高解像度ディジタル画像を将来の使用のために記憶及び／又は伝送する段 階、 を含んでいる、ディジタル画像信号を階層的に分解するための方法。
8. ８．段階ａ）が更に、 Ｉ）前記の量子化高解像度ディジタル画像信号を低域フィルタする段階、及びＩ Ｉ）段階Ｉ）の前記の高解像度ディジタル画像信号を副標本化して前記の低解像 度ディジタル画像信号を形成する段階、からなっている、請求項７に記載の方法 。
9. ９．段階Ｉ）が更に、 Ａ）０．５以下の非整数成分を持った段階ｉ）における前記の低域フィルタリン グから生じる実数結果を切り捨てて次の低い方の整数値にする段階、及びＢ）０ ．５より大きい非整数成分を持った段階ｉ）における前記の低域フィルタリング から生じる実数結果を切り上げて次の高い方の整数値にする段階、からなってい る、請求項８に記載の方法。
10. １０．段階ｂ）が更に、 Ｉ）段階ａ）の前記の低解像度ディジタル画像信号を補間して前記の予測高力解 像度ディジタル画像信号を形成する段階、からなっている、請求項７に記載の方 法。
11. １１．段階ｅ）が更に、 Ｉ）前記の量子化低域フィルタ通過高解像度ディジタル画像信号を低域フィルタ する段階、及び ＩＩ）段階Ｉ）の前記の高解像度ディジタル画像信号を副標本化して前記の低解 像度ディジタル画像信号を形成する段階、からなっている、請求項１０に記載の 方法。
12. １２．段階Ｉ）が更に、 Ａ）０．５以下の非整数成分を持った段階Ｉ）における前記の低域フィルタリン グからの実数結果を切り捨てて次の低い方の整数値にする段階、及びＢ）０．５ より大きい非整数成分を持った段階Ｉ）における前記の低域フィルタリングから の実数結果を切り上げて次の高い方の整数値にする段階、からなっている、請求 項１１に記載の方法。
13. １３．段階ｋ）が更に、 Ｉ）段階ｄ）の前記の分解ディジタル画像信号に対して付加的な動作を行わない 段階、 からなっている、請求項７に記載の方法。
14. １４．段階ｋ）が更に、 Ｉ）段階ｊ）の前記の分解ディジタル画像信号に対する変更を制約して、この制 約の性質が段階ｄ）の量子化の量に関係づけられるようにする段階、からなって いる、請求項７に記載の方法。
15. １５．段階ｋ）が更に、 Ｉ）段階ｍ）の反復の数を制限する段階、からなっている、請求項７に記載の方 法。
16. １６．請求項１又は請求項６に記載された分解方法から生じる低解像度ディジタ ル画像信号における誤差を低減する、前記の低解像度ディジタル画像信号を復元 するための方法であって、高解像度ディジタル画像信号成分の更なる量子化に起 因する前記の誤差が、前記の低解像度ディジタル画像信号へ誤差を導入する諸段 階を実施することによって低減される、前記の方法。