JPH0795591A - ディジタル画像信号処理装置 - Google Patents
ディジタル画像信号処理装置Info
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- JPH0795591A JPH0795591A JP25765693A JP25765693A JPH0795591A JP H0795591 A JPH0795591 A JP H0795591A JP 25765693 A JP25765693 A JP 25765693A JP 25765693 A JP25765693 A JP 25765693A JP H0795591 A JPH0795591 A JP H0795591A
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Abstract
変換する等の処理時に、入力画像の局所的特徴を表すク
ラス分けを行ない、また、参照画素数を多くしても、ク
ラス分けのためのデータが格納されるメモリの容量の増
大をなるべく抑える。 【構成】 走査変換回路2によって、注目画素の空間的
および時間的に近傍の複数の参照画素データが同時に出
力される。クラス予測器3は、テーブル5からのクラス
予測係数と参照画素の値との線形1次結合により所定の
SD画素に関して予測値を形成する。クラス決定回路4
は、全クラスについて計算された予測値と所定のSD画
素の真値との誤差の中の最小値を検出する。この最小値
と対応するクラスが注目画素のクラスとして決定され
る。また、テーブル5内には、クラス毎にデータ予測係
数が格納されている。このデータ予測係数と複数のSD
画素の値との線形1次結合によって、HD画素の値が演
算される。
Description
は時間的に近傍に存在する複数の画素を使用して注目画
素の値を作成することを必要とするディジタル画像信号
処理装置に関する。
つとして、画素をサブサンプリングによって間引くこと
によって、伝送データ量を減少させるものがある。その
一例は、MUSE方式における多重サブナイキストサン
プリングエンコーディング方式である。このシステムで
は、受信側で間引かれ、非伝送の画素を補間する必要が
ある。また、入力される標準精細度のビデオ信号を高精
細度のビデオへ変換するアップコンバージョンも提案さ
れている。この場合には、不足している画素を標準精細
度の信号から作成する必要がある。さらに、画像を電子
的に拡大する時には、不足する画素の値の補間を必要と
する。これらのものに限らず、シーンチェンジ検出、D
PCM等では、周辺の画素の値から注目画素の推定値を
作成する必要がある。
には、従来では、固定タップ、固定係数の補間フィルタ
を使用するのが普通であった。
伝送画素を補間する処理は、ある種の画像に対して有効
であっても、動きのある画像や静止画像等の多種多様な
種類の画像に関して、全体的に補間処理が効果的に発揮
されるとはと限らない。その結果として、伝送画素およ
び補間画素で構成される復元画像中に、「ぼけ」、動き
の不自然さである「ジャーキネス」等が発生する問題が
あった。
目画素の値をその周辺の画素と係数の線形1次結合で表
し、誤差の二乗が最小となるように、注目画素の実際の
値を使用して最小二乗法によりこの係数の値を決定する
ものが提案されている。この方法は、有効なものである
が、注目画素を含む画像の局所的特徴を充分に反映した
補間値を形成できるとは言えない。
画素の周辺のレベル分布に基づくクラス分類を行うこと
が提案されている。このクラスの生成方法としては、画
素データのレベルをそのまま使用するものが考えられ
る。この方法は、画素データが8ビットで表現されてい
る時には、4画素をクラス分類に使用する場合で、(2
8 )4 =232のクラスが必要となり、クラス分類のため
のデータを格納するメモリの容量が大きくなりすぎる問
題がある。
3−48088号公報には、間引き画素を補間する時
に、周辺の参照画素の平均値を計算し、平均値と各画素
の値との大小関係に応じて、各画素を1ビットで表現
し、(参照画素数×1ビット)のパターンに応じたクラ
ス分けを行うことが提案されている。しかしながら、こ
の方法は、各画素の値を2値化するものであるため、画
像の局所的特徴を正確に反映することが不充分となる。
クラス分類のために参照画素のデータを圧縮する場合に
は、圧縮率を高くした時には、同様の問題がある。
分類を行なうことによって、注目画素の持つ実際の値と
の誤差が少ない値を作成することが可能であり、また、
参照画素数が多い時でも、クラス分類のためのデータを
記憶するメモリの容量が比較的小さく、さらに、クラス
分類を正確に行うことができるディジタル画像信号処理
装置を提供することにある。
信号を解像度が高い画像信号へ変換(アップコンバージ
ョン)することができるディジタル画像信号処理装置を
提供することにある。
は、注目画素の値を注目画素の空間的および/または時
間的に近傍に存在する複数の画素を使用して作成するこ
とを必要とするディジタル画像信号処理装置において、
クラス毎に複数のクラス予測係数が予め格納されたテー
ブルと、入力ディジタル画像信号中に含まれ、注目画素
に対して空間的および/または時間的に近傍の複数の参
照画素とテーブルからのクラス予測係数の1次結合によ
り、入力ディジタル画像信号の所定画素データの予測値
を形成し、所定画素の真値と最も近い予測値を生じさせ
るクラス予測係数を識別することによって、注目画素の
クラスを決定するためのクラス分類手段と、決定された
クラス毎に注目画素の値を作成するためのデータ予測用
の値を発生するための手段とからなるディジタル画像信
号処理装置である。
注目画素の空間的および/または時間的に近傍に存在す
る複数の画素を使用して作成することを必要とするディ
ジタル画像信号処理装置において、クラス毎に複数のク
ラス予測係数を決定するための学習装置であって、入力
ディジタル画像信号中に含まれ、注目画素に対して空間
的および/または時間的に近傍の複数の参照画素とクラ
ス予測係数の1次結合により、入力ディジタル画像信号
の所定画素データの予測値を形成した時に、予測値と所
定画素の真値との誤差を最小とするように、クラス予測
係数を最小二乗法により決定するようにした学習装置で
ある。
1の画像信号を解像度がより高い第2の画像信号へ変換
するためのディジタル画像信号処理装置において、クラ
ス毎に複数のクラス予測係数が予め格納されたテーブル
と、第2の画像信号中の注目画素に対して、空間的およ
び/または時間的に近傍の複数の第1の画像信号中の参
照画素とテーブルからのクラス予測係数の1次結合によ
り、第1の画像信号の所定画素データの予測値を形成
し、所定画素の真値と最も近い予測値を生じさせるクラ
ス予測係数を識別することによって、注目画素のクラス
を決定するためのクラス分類手段と、決定されたクラス
毎に注目画素の値を作成するためのデータ予測用の値を
発生するための手段とクラス分類手段によるクラス決定
に応答して、決定されたクラスのデータ測データを使用
して注目画素の値を作成するための手段とからなるディ
ジタル画像信号処理装置である。
の複数の画素を参照して、局所的画像の特徴に従ってク
ラス分けを行うことができる。入力画像信号自身とクラ
ス分けのための予測係数との線形1次結合によって予測
値を形成した時に、真値との誤差が最小の予測値を生じ
させる予測係数と対応してクラスが決定される。正確な
クラス分けを意図して、参照画素数を多くしても、クラ
ス分類用のデータを記憶するメモリの容量がそれ程大き
くならない。
より高いものへ変換するアップコンバージョンに対して
この発明を適用した例について説明する。この発明は、
この応用以外にも、サブサンプリング等の処理で間引か
れた画素を補間するための処理、電子的に画像を拡大す
る処理、ビデオ信号中のシーンチェンジを検出する処
理、DPCMにおける予測値を形成する処理等の応用が
可能である。
現行のNTSC方式)のディジタル画像信号(SD信号
と称する)の入力端子である。具体的には、放送などに
よる伝送、VTR等からの再生信号が入力端子1に供給
される。2は、入力信号をブロック構造の信号に変換す
るための走査変換回路である。
測器3、クラス決定回路4および出力予測器6に供給さ
れる。クラス予測器3においては、予測係数が格納され
ているテーブル5からの暫定的あるいは初期的なクラス
予測係数d2と信号d0とを演算し、SD信号の予測値
d1を生成する。この予測値d1がクラス決定回路4に
供給される。
とSD信号の真値d0との比較からクラスを決定する。
一例として、真値d0との絶対予測誤差が最小の予測値
d1を生じさせるクラス予測係数と対応するものがその
SD信号のクラスとして決定される。このクラスの決定
の際にテーブル5が参照され、複数(n)のクラスの予
測係数が順次テーブル5からクラス決定回路4に供給さ
れる。出力予測器6は、決定されたクラスのデータ予測
係数d3とSD信号d0との演算によりHD信号を生成
する。このHD信号が出力端子7に取り出される。テー
ブル5には、予め学習により獲得されたクラス予測係数
およびデータ予測係数が格納されている。
測の一例について説明する。図2では、SD予測タップ
領域に含まれる17個のSD画素(それぞれの値をsd1
〜sd17と表す)の内、予測の対象である中央の画素(そ
の値がsd8 )以外の16個の参照画素の値を使用して、
SD画素の予測値sd´を形成する。すなわち、予測値sd
´は、クラス予測係数をk1 〜k17(但し、k8 を除
く)と表すと、下記の演算によって生成される。 sd´=k1×sd1 +・・+k7×sd7 +k9×sd9 +・・・+ k17×sd17 (1)
のであって、0〜n−1のn個のクラスについて予め決
定されたクラス予測係数がテーブル5に格納されてい
る。図2の例は、1次元の画素の配列であるが、2次元
の画素配列を用いて予測を行っても良い。参照画素数
は、16に限られないのは勿論であるが、この発明は、
参照画素数が多くても、クラス予測係数のデータ量が極
端に増加しない利点がある。
データ予測は、予測するHD画素の位置の近傍の3個の
SD画素を使用してなされる。図2の例では、データ予
測係数をw1 ,w2 ,w3 とすると、下記の演算によっ
て、HD画素の値hd´が生成される。 hd´=w1 ×sd7 +w2 ×sd8 +w3 ×sd9 (2)
のであって、0〜n−1のn個のクラスについて予め決
定されたデータ予測係数がテーブル5に格納されてい
る。つまり、テーブル5は、図3に示すように、0〜n
−1の各クラスのクラス予測係数とデータ予測係数とが
格納されたものである。クラス決定回路4においては、
最初にクラス0のクラス予測係数を使用して式(1)に
よって予測値sd´を形成し、これと真値との誤差の絶対
値を求める。以下、それ以外のクラスについても、同様
に予測値の誤差の絶対値を求め、これが最小のものをそ
のSD画素のクラスとして決定する。
予め学習により決定される。図4は、学習時の処理を示
すフローチャートである。一例として、標準的な絵柄の
画像を使用する。ステップ11から学習処理の制御が開
始され、ステップ12の学習データ形成では、既知の画
像に対応した学習データが形成される。具体的には、上
述したように、図2に示すように配列された17個の画
素の配列が一組の学習データとされる。
た全データ例えば1フレームのデータの処理が終了して
いれば、ステップ15の予測係数決定へ、終了していな
ければ、ステップ14の正規方程式生成へ制御が移る。
ステップ14の正規方程式生成では、後述する式
(8)、式(9)および式(10)の正規方程式が作成
される。
データ終了から制御がステップ15に移り、ステップ1
5の予測係数決定では、後述する式(10)を行列解法
を用いて解いて、予測係数k1〜k16を決定する。次の
ステップ16において、決定された係数k1 〜k17とS
D画素の値sd1 〜sd17との線形1次結合(上述の式
(1))によって、予測値sd´が計算され、この予測sd
´と真値sd8 との間の誤差の絶対値が計算される。誤差
の演算は、係数を決定するのに使用したSD画素と、そ
れ以外の全てのSD画素について行われる。係数を決定
するのに使用したSD画素について、誤差はきわめて少
ない。
絶対値としきい値Thとが比較される。誤差の絶対値が
しきい値Th未満であるならば、クラス予測係数がクラ
スiの係数としてメモリに格納される(ステップ1
8)。そして、i=nかどうかがステップ19で決定さ
れ、若しそうであるならば、学習処理が終了し、若しそ
うでない時には、iがインクリメントされる(ステップ
20)。そして、ステップ12に戻り、上述の処理が繰
り返される。
い値Th以上となるSD画素のデータが判別され、デー
タ選択のステップ21において、学習データとして使用
されるものがしきい値Th以上の誤差を生じさせたもの
に限定される。このように、クラス0からn−1のそれ
ぞれのクラス予測係数が決定される。
およびステップ15(予測係数決定)の処理をより詳細
に説明する。注目SD画素の真値sd8をyと表し、その
推定値sd´をy´と表し、その周囲のn個(図3では、
n=16)画素の値をx1 〜xn としたとき、クラス毎
に係数k1 〜kn によるnタップの線形1次結合 y´=k1 x1 +k2 x2 +‥‥+kn xn (3) を設定する。学習前はki が未定係数である。
データ数がmの場合、式(3)に従って、 yj ´=k1 xj1+k2 xj2+‥‥+kn xjn (4) (但し、j=1,2,‥‥m)
らないので、誤差ベクトルEの要素を ej =yj −(k1 xj1+k2 xj2+‥‥+kn xjn) (5) (但し、j=1,2,‥‥m)と定義して、次の式
(6)を最小にする係数を求める。
こで式4のki による偏微分係数を求める。
ればよいから、
呼ばれている。この方程式を掃き出し法等の一般的な行
列解法を用いて、ki について解けば、予測係数ki が
求まる。
は、一例であって種々の変形が可能である。
ら得られたSD信号とを用いて、予め学習によって決定
されている。図5は、データ予測のためのフローチャー
トである。ステップ31から学習処理の制御が開始さ
れ、ステップ32の学習データ形成では、既知の画像に
対応した学習データが形成される。具体的には、上述し
たように、図2の配列のように、3個のSD画素と一つ
のHD画素とが一組の学習データである。ステップ33
のデータ終了では、入力された全データ例えば1フレー
ムのデータの処理が終了していれば、ステップ36の予
測係数決定へ、終了していなければ、ステップ34のク
ラス決定へ制御が移る。
ス決定回路4と同様の処理である。つまり、学習により
上述のように決定されたクラス予測係数とSD信号の画
素データとの線形1次結合によって予測値を形成し、こ
れと真値との誤差が最小の予測値を生じさせるクラス予
測係数の属するクラスを弁別する。次のステップ35の
正規方程式生成では、正規方程式が作成される。
処理が終了後、制御がステップ36に移り、ステップ3
6の予測係数決定では、行列解法を用いて解いて、デー
タ予測係数wを決める。ステップ37の予測係数ストア
で、データ予測係数をメモリにストアし、ステップ38
で学習処理の制御が終了する。なお、ステップ35の正
規方程式生成およびステップ36の予測係数決定は、上
述のクラス予測係数に同様に最小二乗法に基づくもので
ある。
数を使用しないで、予め学習により形成された代表値を
使用することができる。図6は、学習時のハードウエア
の一例を示す。41で示す入力端子から学習用のディジ
タルHD信号が供給される。この入力信号としては、異
なる絵柄の静止画像信号を使用できる。HD信号が水平
間引き回路42および垂直間引き回路43を介されるこ
とによって、SD信号が形成される。
に供給される。クラス分類回路44は、図1の構成と同
様に、走査変換回路、クラス予測器、クラス予測係数が
格納されたテーブル、クラス決定回路からなる。クラス
分類回路44の出力に発生するクラスコードが度数メモ
リ45およびデータメモリ46に対してアドレスとして
供給される。これらのメモリ45、46は、学習開始前
では、クリアされている。
回路48を介して割算器49に被除数として供給され、
割算器49の出力信号(割算の商)がデータメモリ46
の入力データとされる。遅延回路47は、クラス分類に
必要な時間、データを遅延させるためのものである。
および+1回路51に供給される。+1回路51の出力
が度数メモリ45のデータ入力とされ、また、割算器4
9に除数として供給される。度数メモリ45およびデー
タメモリ46は、クラスコードでアドレスが指定される
と、そのアドレスの内容が読出され、また、そのアドレ
スに対して度数およびデータがそれぞれ書込まれる。+
1回路51によって、度数メモリ45の各アドレスに
は、累積度数が記憶される。
発生すると、そのクラスの累積度数と代表値とが度数メ
モリ45およびデータメモリ46からそれぞれ読出さ
れ、乗算器50で乗算される。従って、乗算器50から
は、累積代表値が発生する。この累積代表値と遅延回路
47からの現在の代表値とが加算回路48で加算され
る。加算結果が割算器49に供給され、現在の代表値を
考慮した代表値が形成され、これがデータメモリ46に
書込まれる。
繰り返すことにより、代表値の精度を高めることができ
る。データメモリ46に格納された各クラスの代表値が
アップコンバージョンのために使用される。図7は、代
表値を使用する時のテーブルの内容を示す。クラス0〜
n−1のそれぞれには、上述したクラス係数と図6の構
成で決定された代表値L0〜Ln-1 とが格納されてい
る。
を示すハードウエア構成に限らず、ソフトウェア処理に
よっても実現することができる。
信号の局所的特徴を抽出し、それに応じて規定されるH
D信号を出力するので、解像度を増大させるアップコン
バージョンを良好に行うことができる。この発明では、
複数の参照画素および予測係数の線形1次結合によって
予測値を生成し、この予測値と真値との誤差が最小のも
のを検出することによって、クラス分類を行っている。
従って、参照画素数と等しい予測係数を記憶するので、
参照画素数を多くしても、クラス分類用テーブルを格納
するメモリの容量がそれ程増大しない利点がある。
装置に対して適用した一実施例のブロック図である。
めの画素の配列を示す略線図である。
れるテーブルの構成を示す略線図である。
ウェア処理で行う時のフローチャートである。
ウェア処理で行う時のフローチャートである。
習時の構成の一例のブロック図である。
ブルの構成を示す略線図である。
テーブル
Claims (5)
- 【請求項1】 注目画素の値を上記注目画素の空間的お
よび/または時間的に近傍に存在する複数の画素を使用
して作成することを必要とするディジタル画像信号処理
装置において、 クラス毎に複数のクラス予測係数が予め格納されたテー
ブルと、 入力ディジタル画像信号中に含まれ、上記注目画素に対
して空間的および/または時間的に近傍の複数の参照画
素と上記テーブルからのクラス予測係数の1次結合によ
り、上記入力ディジタル画像信号の所定画素データの予
測値を形成し、上記所定画素の真値と最も近い上記予測
値を生じさせる上記クラス予測係数を識別することによ
って、上記注目画素のクラスを決定するためのクラス分
類手段と、 上記決定されたクラス毎に上記注目画素の値を作成する
ためのデータ予測用の値を発生するための手段とからな
るディジタル画像信号処理装置。 - 【請求項2】 注目画素の値を上記注目画素の空間的お
よび/または時間的に近傍に存在する複数の画素を使用
して作成することを必要とするディジタル画像信号処理
装置において、クラス毎に複数のクラス予測係数を決定
するための学習装置であって、 入力ディジタル画像信号中に含まれ、上記注目画素に対
して空間的および/または時間的に近傍の複数の参照画
素とクラス予測係数の1次結合により、上記入力ディジ
タル画像信号の所定画素データの予測値を形成した時
に、上記予測値と上記所定画素の真値との誤差を最小と
するように、上記クラス予測係数を最小二乗法により決
定するようにした学習装置。 - 【請求項3】 解像度が低い第1の画像信号を解像度が
より高い第2の画像信号へ変換するためのディジタル画
像信号処理装置において、 クラス毎に複数のクラス予測係数が予め格納されたテー
ブルと、 上記第2の画像信号中の上記注目画素に対して、空間的
および/または時間的に近傍の複数の上記第1の画像信
号中の参照画素と上記テーブルからのクラス予測係数の
1次結合により、上記第1の画像信号の所定画素データ
の予測値を形成し、上記所定画素の真値と最も近い上記
予測値を生じさせる上記クラス予測係数を識別すること
によって、上記注目画素のクラスを決定するためのクラ
ス分類手段と、 上記決定されたクラス毎に上記注目画素の値を作成する
ためのデータ予測用の値を発生するための手段と上記ク
ラス分類手段によるクラス決定に応答して、決定された
クラスのデータ測データを使用して上記注目画素の値を
作成するための手段とからなるディジタル画像信号処理
装置。 - 【請求項4】 請求項1、請求項2または請求項3に記
載のディジタル画像信号処理装置において、 上記データ予測用の値を発生するための手段は、第1の
画像信号中に含まれ、上記注目画素の空間的および/ま
たは時間的に近傍の複数の画素の値と複数の係数の線形
1次結合によって、上記注目画素の値を作成した時に、
作成された値と上記注目画素の真値との誤差を最小とす
るような、係数を上記クラス毎に発生することを特徴と
するディジタル画像信号処理装置。 - 【請求項5】 請求項1、請求項2または請求項3に記
載のディジタル画像信号処理装置において、 上記データ予測用の値を発生するための手段は、予め学
習により獲得された、上記注目画素の代表値を上記クラ
ス毎に発生することを特徴とするディジタル画像信号処
理装置。
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