JPWO2002023915A1 - ノイズ低減化方法、ノイズ低減化装置、媒体、及びプログラム - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば、ディジタル圧縮された復号画像に対して適用可能な、ノイズ低減化方法、ノイズ低減化装置、媒体、及びプログラムに関する。
背景技術
MPEGなどの画像圧縮技術では、離散コサイン変換(DCT)が一般的に用いられている。DCTに基づき圧縮された映像信号の復号化信号には、モスキートノイズと呼ばれるノイズが発生する。これは、画像圧縮を行う際に高周波成分を粗く量子化するために、高周波成分を多く含むブロックにおいて、高周波成分の一部が欠落するために、復号化の際に欠落した情報が復元できず、高周波の歪(リンギング)となってしまう為である。したがって、画像のエッジ付近に生じ、特に平坦部でリンギング状の歪が生じると顕著な劣化として検知される。
このようなモスキートノイズを、画像のエッジを変化させることなく低減化する方法としては、特開平9−200759号公報に示されるような方法がある。
尚、上記公報の全ての開示は、そっくりそのまま引用することにより、ここに一体化する。
これは、各DCTブロックに対して、勾配の大きさ(例えば、所定領域内の隣接画素の画素値の差分値)を計算し、それに基づいて異方性拡散を制御する方法である。
異方性拡散とは、ある閾値を設定し、閾値以下の変化に対して、平滑化処理を行うことにより微小ノイズの低減化を行う方法である。特開平9−200759号公報では、勾配の大きさに応じてブロック毎に閾値を設定することによって、エッジを保存したままモスキートノイズ低減化を実現する。
図9に上記異方性拡散を用いる方法のブロック図を示す。ここでは、輝度信号の処理を例にとって説明する。図9において、101、105、112は8ラインのラインメモリー、102は選択器、103、104、106、107は1ラインのラインメモリー、108は勾配計算器、109は勾配から異方性拡散を制御する閾値の計算器、110は閾値を計算する時に参照されるランダムアクセスメモリー(RAM)、111は異方性拡散器である。
この構成では、異方性拡散処理をした映像信号を、経路A0を通って選択器102に入力する。したがって、経路A0の一度異方性拡散処理した信号と処理をされていない経路B0の信号とを選択器102で切り替え、一連の異方性拡散処理を映像信号のドットクロックの2倍で動作させることにより、異方性拡散の処理を2度実施する。
復号後の信号を映像入力として、101の8ラインのラインメモリーに入力し、選択器102には、101のラインメモリーの出力と異方性拡散器109で処理された信号とを入力し、切り替えを行い出力する。
ラインメモリー101は、異方性拡散後の経路A0と映像信号入力の経路B0とを切り替えて処理を行う際に信号を一時格納するために利用する。
ラインメモリー103は、選択器102で切り替えた信号を入力し、その出力がさらにラインメモリー104の入力になる。選択器102とラインメモリー103、ラインメモリー104の出力の3ライン分の信号を勾配計算器108に入力する。
勾配計算器108では、3ライン分の信号を用いて勾配を計算し、DCTブロック内での勾配の最大値を出力する。閾値計算器109では、勾配値計算器108の出力であるDCTブロック内の勾配の最大値にしたがってRAM110を用いて閾値を計算し、異方性拡散器111に出力する。
8ラインのラインメモリー105は選択器102の出力を入力し、出力を異方性拡散器111に入力する。この8ラインのラインメモリー105では、DCTブロックに対して計算された閾値を同じDCTブロックの異方性拡散の閾値として用いるための位置合わせの目的で設けてある。
ラインメモリー106は、ラインメモリー105の出力を1ライン遅延して出力する。ラインメモリー107では、ラインメモリー106の出力をさらに1ライン遅延する。
異方性拡散器111では、ラインメモリー105、ラインメモリー106、ラインメモリー107の出力の3ライン分の信号から、閾値計算器109で計算した閾値を用いて、DCTブロック内の異方性拡散を行い出力する。
異方性拡散器111の出力は、経路A0を通して選択器102と、ラインメモリー112に入力する。ラインメモリー112は、一時格納メモリーとして利用し、2回の異方性拡散処理を行った信号のみを出力する。
異方性拡散を用いる方法では、隣接画素のみを拡散に寄与する画素として用いる。また、平滑化の度合いを決定する伝導値を安定条件下で、エッジを保存しながらノイズ低減化の効果を高めるように設定するため、高い効果を得るためには複数回の試行の必要がある。
特開平9−200759号公報の方法では、隣接画素との差分値に応じて、差分値が小さい場合と、大きい場合の平滑化度合いを大きく変えることで2回の試行で高いノイズ低減化効果を図っている。
この構成により、各DCTブロックにおいて、勾配が大きい場合には、閾値を大きくし、大きな平滑化を行う。また、勾配が小さい場合には、異方性拡散の閾値を小さくし、平滑化を小さくすることができる。
これにより、高周波成分が小さいブロックでは、異方性拡散の閾値を小さくして、細かな絵柄を保存する。
また、大きな高周波成分を持つブロックに対しては、大きな平滑化処理を施すことで、画像のエッジを保存しながら、モスキートノイズの低減化が実現できる。
しかしながら、上述の様にDCTブロックの情報を用いてモスキートノイズ低減化を行う方法では、例えばDCTブロックの位置情報を復号化器から受け取る必要がある。
ところが、一般的に普及しているDVDプレーヤーなどの復号器では、復号した画像信号のみを伝送するのが普通であり、DCTブロックの位置情報は伝送されてこない。
したがって、この様にブロックの位置情報が得られない場合、上記従来の方法ではノイズ低減化を行うことができないという課題があった。
また、DCTブロックが保持されない様な拡大、縮小処理を行った後の画像信号に対しても、ノイズ低減化を行うことができないという課題があった。
また、異方性拡散を用いる方法では、乗算器を多数使用し、効果を発揮するために複数回試行を繰り返す必要があるため、ハードウェアが非常に複雑になるといった課題があった。
発明の開示
本発明の目的は、DCTブロックなどの圧縮時の情報を利用することなく、又、従来の様な複雑なハードウェアを必要としないで、画像のエッジを保存したまま、ノイズを低減することが出来るノイズ低減化方法、ノイズ低減化装置、媒体及びプログラムを提供することである。
第1の本発明(請求項1記載の本発明に対応)は、ディジタル圧縮された画像信号の復号化信号に対して行うノイズ低減化方法であって、
注目画素を中心とした垂直M×水平N画素(M、Nは正の整数)の範囲において、所定の勾配の大きさを求める勾配値算出ステップと、
前記注目画素を中心とした垂直J×水平K画素(J、Kはそれぞれ、J<=M、K<=Nなる関係を満たす正の整数)の範囲において、前記注目画素とその注目画素以外の画素との(J×K−1)通りの差分値を計算する差分値計算ステップと、
前記勾配値算出ステップによって得られる前記勾配の大きさと、前記差分値計算ステップによって得られる前記(J×K−1)通りの差分値とから、補正値を算出する補正値計算ステップと、
前記補正値を前記注目画素に加算することによって新規注目画素を算出する加算ステップと、を備えるノイズ低減化方法である。
この方法により、例えば、DCTブロックなどの圧縮時の情報を利用することなく、複雑なハードウェアを必要としないモスキートノイズ低減化することが出来る。
又、第7の本発明(請求項7記載の本発明に対応)は、ディジタル圧縮された画像信号の復号化信号に対して行うノイズ低減化装置であって、
注目画素を中心とした垂直M×水平N画素(M、Nは正の整数)の範囲において、所定の勾配の大きさを求める勾配値算出手段と、
前記注目画素を中心とした垂直J×水平K画素(J、Kはそれぞれ、J<=M、K<=Nなる関係を満たす正の整数)の範囲において、前記注目画素とその注目画素以外の画素との(J×K−1)通りの差分値を計算する差分値計算手段と、
前記勾配値算出手段によって得られる前記勾配の大きさと、前記差分値計算手段によって得られる前記(J×K−1)通りの差分値とから、補正値を算出する補正値計算手段と、
前記補正値を注目画素に加算することによって新規注目画素を算出する加算手段と、を備えるノイズ低減化装置である。
この構成により、例えば、DCTブロックなどの圧縮時の情報を利用することなく、複雑なハードウェアを必要としないモスキートノイズ低減化装置を提供できる。
又、第13の本発明(請求項13記載の本発明に対応)は、ディジタル圧縮された画像信号の復号化信号に対して行うノイズ低減化装置であって、
注目画素を中心とした垂直M×水平N画素(M、Nは正の整数)の範囲において、所定の勾配の大きさを求める勾配値算出手段と、
前記注目画素を中心とした垂直J×水平K画素(J、Kはそれぞれ、J<=M、K<=Nなる関係を満たす正の整数)の範囲において、前記注目画素とその注目画素以外の画素との(J×K−1)通りの差分値を計算する差分値計算手段と、
前記勾配値算出手段によって得られる勾配の大きさと、前記差分値計算手段によって得られる前記(J×K−1)通りの差分値から、フィルタ係数を算出するフィルタ係数算出手段と、
前記算出したフィルタ係数に基づいてフィルタリングを行うフィルタリング手段と、を備えるノイズ低減化装置である。
この構成により、例えば、DCTブロックなどの圧縮時の情報を利用することなく、複雑なハードウェアを必要としないモスキートノイズ低減化装置を提供できる。
又、第19の本発明(請求項19記載の本発明に対応)は、上記第1の本発明のノイズ低減化方法の全部又は一部のステップの動作をコンピュータにより実行させるためのプログラム及び/又はデータを担持した媒体であって、コンピュータにより処理可能なことを特徴とする媒体である。
又、第20の本発明(請求項20記載の本発明に対応)は、上記第7又は第13の本発明のノイズ低減化装置の全部又は一部の手段の機能をコンピュータにより実行させるためのプログラム及び/又はデータを担持した媒体であって、コンピュータにより処理可能なことを特徴とする媒体である。
又、第21の本発明(請求項21記載の本発明に対応)は、上記第1の本発明のノイズ低減化方法の、前記勾配算出ステップと,差分値計算ステップと、補正値計算ステップと、加算ステップとの全部又は一部をコンピュータに実行させるためのプログラムである。
また、第22の本発明(請求項22記載の本発明に対応)は、上記第7又は第13の本発明のノイズ低減化装置の、前記勾配算出手段と,差分値計算手段と、補正値計算手段と、加算手段との全部又は一部としてコンピュータを機能させるためのプログラムである。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
以下の説明においては、入力映像信号として、ディジタル化されたデータを用い、「水平」は1枚のフレームとして表示される画面の水平方向を意味し、「垂直」は同じく1枚のフレームとして表示される画面の垂直方向を、また、1ラインは、1水平走査期間を意味するものとする。
(1)第1の実施の形態
図1は、本発明のノイズ低減化方法の一実施の形態を説明するためのフローチャートである。
本実施の形態では、注目画素を中心とした、画素間の差分値の最大値(本発明の「所定の勾配」に対応)を求める範囲を規定するM、Nを、それぞれ15とし、また、新規画素値を求めるために使用する画素範囲を規定するJ、Kを3として、また、映像信号入力として輝度信号を用いた例について説明する。
まず、ステップS1において、注目画素を中心に15×15画素の領域すべてについて隣接画素間の輝度値の差分値を計算する。
ステップS2では、ステップS1で計算された15×15画素の領域の隣接画素間の差分値の絶対値の最大値YAを計算する。
ステップS3では、注目画素を中心に3×3の領域で注目画素の輝度値とそれ以外の画素の輝度値の差分値を計算する。この差分値をそれぞれ、XA1、XA2、・・・、XA8とする。XA1、XA2、・・・、XA8の符号は注目画素がそれぞれの注目画素以外の輝度値より大きいか同じ場合は正、小さい場合は負とする。
ステップS4では、ステップS2で計算したYAと、ステップS3で計算したXAk(k=1、2、・・・、8)とを用いて、補正値AAk(k=1、2、・・・、8)を求める。即ち、YAとXA1から値AA1を、YAとXA2から値AA2のように対応させた補正値AA1、AA2、・・・AA8を求める。この補正値の具体的な求め方については、後述する(図2参照)。
次に、ステップS5では、ステップS4で求めた補正値AA1、AA2、・・・AA8を加算し、その結果をDAとする。
ステップS6では、DAの絶対値とある設定値LAを比較し、DAの絶対値がある設定値LAより小さい場合は、ステップS7に進み、加算値EAを、DAの値とする。ある設定値LAと同じまたは大きい場合には、ステップS8に進み、ある設定値LAをDAの符号と同符号にして加算値EAの値とする。
尚、設定値LAについては、後述する。
ステップS9では、注目画素の輝度値とステップS7またはS8で求めたEAを加算し、新規注目画素を求め、注目画素と置き換えて出力する。
ステップS10では、画素置き換えを行う画素の処理が完了したかを判断し、処理が完了していない場合は、処理していない画素を、注目画素としてステップS1からS9を繰り返す。
処理が完了した場合は、処理を終了する。
尚、本発明の勾配算出ステップは、ステップS1〜S2に対応する。また、本発明の差分値計算ステップは、ステップS3に対応する。また、本発明の補正値計算ステップは、ステップS4〜S8に対応する。また、本発明の加算ステップは、ステップS9に対応する。
ここで、上述した通り、補正値の求め方について説明する。
即ち、上記構成により例えば、YAに対して、XA1、XA2、・・・、XA8の絶対値が小さい場合には、注目画素を隣接画素の輝度値に近づけるように、補正値AA1、AA2、・・・、AA8を設定する。これにより、エッジ付近の微小変化を平坦化することができる。
また、XA1、XA2、・・・、XA8が、YAに近い値の場合には、補正値AA1、AA2、・・・、AA8は、小さい値に設定する。ここで、補正値を小さい値に設定することの意味については、更に後述する。
さらに設定値LAを用いて、EAに制限を設けることで、エッジを保ったままモスキートノイズの低減化を実現できる。
上記内容を、図2を用いて説明すると、次の通りである。ここで、図2は、補正値の絶対値の算出方法を説明するためのグラフである。同図に示す様に、差分値の最大値毎に、補正値の算出に使用するグラフが予め定められているが、何れのグラフも同様の特性を備えている。
図2に示す様に、例えば、補正値AA1(k=1の場合)の絶対値は、(数式1)で定義した式から得られる評価値(図2の横軸に対応する値)が大きくなるにしたがって、ある閾値TA1までは大きくなり、更に、上記評価値がある閾値TA2を超えると、その評価値が大きくなるにしたがって、小さい値となる様に、予め設定しておく。ここで、AA1、AA2、・・・、AA8の符号はそれぞれ、XA1、XA2、・・・、XA8に対応する。尚、(数式1)では、AA1、AA2、・・・AA8を、AAk(k=1,2,・・・、8)で表し、XA1、XA2、・・・、XA8を、XAk(k=1,2,・・・、8)で表した。
上記の様な補正値の求め方について、その効果という観点から更に説明する。
上記評価値が、閾値TA1(約0.3)より小さい場合は、15×15画素の領域内に存在するエッジ部分が、3×3画素の領域の外にある場合を意味している。従って、この様な場合は、上述した様に、3×3画素領域内の注目画素を隣接画素の輝度値に近づける様に、補正値を決定することにより、エッジが存在する領域以外の領域について確実に平坦化することが出来る。
これに対して、上記評価値が、閾値TA2を越える場合(即ち、差分値XAkが、最大値YAに近い値をとる場合)とは、15×15画素の領域内に存在するエッジ部分が、3×3画素の領域内にある可能性が高いことを意味している。従って、この様な場合は、本来は、注目画素を補正しない方が、エッジを保持することが出来るはずである。しかし、実際には、上記評価値が閾値TA1を越えた場合は、いきなり補正値を0にすると、急激な補正値の変化によって、却って新たなノイズが発生する場合がある。
そこで、本発明では、上記評価値が閾値TA1を越えても、補正値を急激に0にすることは避けて、図2に示す様に、閾値TA1〜TA2の間は、補正値を同じ値に保ち、上記評価値が閾値TA2を越えるに従って、徐々に補正値が0に近づく様に設定している。
この様にすることにより、新たなノイズの発生も無く、エッジを保ったまま、モスキートノイズを確実に低減出来る。
本発明では、注目画素を中心に処理を行うために、DCTブロックなどの圧縮時の情報に関係なく、画素置き換え方法は加算器のみの簡単な構成になる。
8ビットすなわち256階調のデータが用いられる場合、設定値LAは2以上16以下が好ましく、4以上8以下がより好ましい。
設定値LAは、注目画素に対する補正値の絶対値の最大値を規定する。この値を大きくすることで、ステップS1からS5での計算にしたがって補正値を計算することができる。しかし、ノイズを低減化するために必要な補正値の最大値は、ステップS1からステップS5で計算した値ほど大きくない場合がある。必要以上に大きな補正値にすることは無意味であり、エッジの保存効果が小さくなるといった影響を及ぼす。従って、LAを適当な値に設定することでこの弊害を抑止する効果を得ることができる。
なお、YAとXA1、XA2、・・・、XA8からAA1、AA2、・・・、AA8の演算は、例えば、それぞれすべて同じ演算でもよく、また、注目画素から見て、水平方向と垂直方向と斜め方向で違う演算でもよく、また、注目画素からの距離に応じて、距離が近いほど相対的に値が大きくなる演算の何れでもよく、また、それに限るものではない。
また、本発明の所定の勾配の大きさとしては、本実施の形態では、隣接画素間の輝度値の差分値の絶対値の内の最大値を用いる例について説明したが、これに限定されるものではない。上記所定の勾配の大きさとしては、例えば、隣接画素間の輝度値の差分値の絶対値の内の2番目に大きい値にしてもよく、あるいは、隣接画素間の輝度値の差分値の絶対値の最大のものから大きい順番に複数個の値を選んで、その平均値をとってもよく、又、これに限るものではない。
また、本実施の形態では、映像信号入力として、輝度信号を用いる例について示したが、これに限らず例えば、入力信号として、色差信号を用いてもよく、ステップS1とステップS2には、輝度信号を用いて、ステップS3からステップS11を同じ位置の色差信号を用いてもよく、それに限るものではない。
また、MおよびNを15、JおよびKを3の例について示したがそれに限るものではない。
(2)第2の実施の形態
図3は、本発明のノイズ低減化装置の一実施の形態であるモスキートノイズ低減化装置の構成を示すブロック図である。
本実施の形態では、注目画素を中心として画素間の差分値の最大値を求める範囲を規定するM、Nをそれぞれ15、置き換える新規画素値を求めるために使用する画素範囲を規定するJ、Kを3として、また、映像信号入力として輝度信号を用いた例について説明する。
図3において、11は14ライン入力信号を遅延させるラインメモリー、12は所定の範囲内で水平および垂直の隣接画素間の差分を計算する差分値計算器、13は最大値計算器、14は画素置き換え装置、15は8ライン入力信号を遅延させるラインメモリーである。以上のように構成したモスキートノイズ低減化装置について、以下その動作を述べる。
復号後の信号を映像入力としてラインメモリー11とラインメモリー15に入力する。ラインメモリー11は、入力映像信号を14ライン遅延し、入力信号と合わせて15ライン分の信号を差分値計算器12に出力する。ラインメモリー15は、画素置き換え装置14に入力信号に対して7ライン遅延したラインを中心に3ライン分の信号を出力する。
差分値計算器12は、ラインメモリー11から15ライン分の信号を受け取り、入力映像信号に対して、7ライン、差分値計算器12の入力に対して7画素分遅延した画素を注目画素として、注目画素を中心とした15×15の範囲にある画素すべてについて、水平ならびに垂直方向の隣接画素間の差分値を計算し、すべての差分値を最大値計算器13に出力する。
最大値計算器13は、差分値計算器12の出力である隣接画素間の差分値から15×15の範囲内での差分値の絶対値の最大値を求め、画素置き換え装置14に出力する。
画素置き換え装置14は、ラインメモリー15の出力である入力映像信号に対して6ライン遅延、7ライン遅延、8ライン遅延した信号に対して、注目画素を中心として3×3画素の範囲の信号を用い、差分値計算器12で規定した注目画素を中心として、最大値計算器13の出力に基づいて、新規注目画素を算出し、注目画素と置き換えて出力する。
この画素置き換え装置14について、図4を用いて詳しく説明する。
図4は、画素置き換え装置の一構成例を示したブロック図である。図4において、31、33は遅延器、32は差分値計算器、34は補正値を計算するためのルックアップテーブルとして用いるRAM、35は補正値計算器、36は加算器、37はフォーマット検出器、39はフォーマット検出結果によって、RAM34の内容を書き換える制御装置、38は制御装置39の参照する読み出し専用メモリー(ROM)である。
尚、本発明の補正値計算手段は、補正値計算器35等に対応し、本発明の加算手段は、加算器36に対応する。
図4に示す入力信号FB、GB、HBは、それぞれ図3に示す映像信号入力に対して、ラインメモリー15の出力のうち6ライン遅延、7ライン遅延、8ライン遅延の信号である。また、入力信号IBは、図3の最大値計算器13からの出力に対応する。
以上のように構成した画素置き換え装置について、以下その動作を述べる。
入力FB、GB、HBの3ラインの信号を同時に遅延器31に入力する。遅延器31から、3ラインの信号に対して、それぞれ、遅延なし、1画素遅延、2画素遅延の9本の信号を出力する。これらは、3×3の領域内の9画素に対応し、その中心つまり、入力GBから入力した信号を遅延器31により1画素遅延した出力信号が、注目画素である。
差分値計算器32は遅延器31からの出力を入力し、注目画素以外の遅延器31の8通りの出力と、注目画素との差分値をそれぞれ計算し出力する。補正値計算器35には、差分値計算器32の出力と、入力IBを入力する。補正値計算器35では、入力IBと差分値計算器32により計算された8通りの差分値の大きさに対応して、RAM34を用いて8通りの補正値を計算し、それらの加算を実行する。
加算した結果の絶対値が、ある設定値LBより大きい場合は、設定値LBを加算した結果と同符号の値を、設定値LBより小さい場合は、加算した結果を出力する。
入力GBを、差分値計算器32、補正値計算器35に要する遅延の合計と同じ遅延の遅延器33に入力しその出力を、注目画素と、補正値計算器35の出力を加算器36で加算することによって、注目画素を新規注目画素に置き換える。
また、フォーマット検出器37により検出した映像フォーマットに応じて、制御装置39によってROM38に保持する補正値用のデータを選択する。そして、選択された新たな補正値用データにより、RAM34の別の補正値用データを書き換えることにより、各フォーマットに対応した最適な補正値を持つことが可能となる。例えば、入力信号が映像信号の場合、垂直帰線期間にROM38に保持するデータをRAM34に転送することにより、実時間動作ができる。
この構成により例えば、注目画素を中心とした15×15画素の範囲の差分値の最大値に対して、3×3画素の範囲の差分値が小さい場合に、注目画素を隣接画素の画素値に近づけるような補正値を出力するように設定し、新規注目画素に置き換えることにより、エッジ付近の微小変化を平坦化することができる。
また、3×3画素の範囲の差分値が大きい場合には、小さい補正値を設定し、さらに設定値LBを用いて、補正値に制限を設けることで、エッジを保ったまま、モスキートノイズの低減化を実現できる。
また、注目画素を中心に処理を行うために、DCTブロックなどの圧縮時の情報に関係なく、画素置き換え装置の計算には、加算器のみを用いるために、ハードウェアが簡単に構成できる。
8ビットすなわち256階調のデータが用いられる場合、設定値Lは2以上16以下が好ましく、4以上8以下がより好ましい。
M×N領域の差分値の最大値をYB、J×K領域の注目画素以外と注目画素の差分値の代表値をXBとすると、RAM34に設定する補正値は、例えば図5に示すように、(数式2)が大きくなるにしたがって、ある閾値TBまでは大きくなり、閾値TBを超えると小さくなる値を持つことが好ましい。
また、RAM34に設定する補正値は、以下の(数式3)から算出されることがより好ましく、さらに(数式3)のnが1.2以上、1.3以下であることがより好ましい。
なお、RAMに設定するデータは例えば、それぞれすべて同じ値を持ってもよく、注目画素から水平方向と垂直方向と斜め方向で違う値を持ってもよく、注目画素からの距離に応じて違う値を持ってもよく、それに限るものではない。
また、本実施の形態では、ラインメモリー11とラインメモリー15を個々に示したが、共用化して、15ライン分の信号を差分値計算器12に、3ライン分の信号を画素置き換え装置14に出力してもよい。
また、映像信号入力として、輝度信号を用いる例について示したが、入力信号として、色差信号を用いてもよく、ラインメモリー11の入力に輝度信号を用いて、ラインメモリー15の入力に輝度信号と同じ位置の色差信号を用いてもよく、それに限るものではない。
また、MおよびNを15、JおよびKを3の例について示したがそれに限るものではない。
また、制御装置39はフォーマット検出器37の結果に応じて制御する構成を例にとって説明したが、例えば、入力映像のノイズレベルに応じて制御する構成としてもよく、それに限るものではない。
また、本発明の所定の勾配の大きさとしては、本実施の形態では、隣接画素間の輝度値の差分値の絶対値の内の最大値を用いる例について説明したが、これに限定されるものではない。上記所定の勾配の大きさとしては、例えば、隣接画素間の輝度値の差分値の絶対値の内の2番目に大きい値にしてもよく、あるいは、隣接画素間の輝度値の差分値の絶対値の最大のものから大きい順番に複数個の値を選んで、その平均値をとってもよく、又、これに限るものではない。
また、本実施の形態では、設定値LAを固定した場合について説明したが、例えば、入力映像のノイズレベルに応じて制御する構成としてもよく、これに限るものではない。
(3)第3の実施の形態
図6は本発明のノイズ低減化装置の一実施の形態のモスキートノイズ低減化装置の構成を示すブロック図である。
本実施の形態では、M、Nをそれぞれ15、Jを3、Kを5として、また、映像信号入力として輝度信号を用いた例について説明する。
図6において、51は14ライン入力信号を遅延させるラインメモリー、52は所定の範囲内で水平、および垂直の隣接画素間の差分値を計算する差分値計算器、53は最大値計算器、54は適応フィルタリング装置、55は8ライン入力信号を遅延させるラインメモリーである。
以上のように構成したモスキートノイズ低減化装置について、以下その動作を述べる。
復号後の信号を映像入力としてラインメモリー51とラインメモリー55に入力する。ラインメモリー51は、入力映像信号を14ライン遅延し、入力信号と合わせて15ライン分の信号を差分値計算器52に出力する。ラインメモリー55は、適応フィルタリング装置に入力信号に対して7ライン遅延したラインを中心に3ライン分の信号を出力する。
差分値計算器52は、ラインメモリー51から15ライン分の信号を受け取り、入力映像信号に対して、7ライン、差分値計算器52の入力に対して7画素分遅延した画素を注目画素として、注目画素を中心とした15×15の範囲にある画素すべてについて、水平ならびに垂直方向の隣接画素間の差分値を最大値計算器53に出力する。
最大値計算器53は、差分値計算器52の出力である隣接画素間の差分値から15×15の範囲内での差分値の絶対値の最大値を求め、適応フィルタリング装置54に出力する。
適応フィルタリング装置54は、ラインメモリー55の出力である入力映像信号に対して6ライン遅延、7ライン遅延、8ライン遅延した信号に、注目画素を中心として3×5画素の範囲の信号と、最大値計算器53の出力に基づいて、適応フィルタリング処理を行い出力する。
この適応フィルタリング装置について、以下詳しく説明する。
図7は、適応フィルタリング装置のブロック図である。図7において、71、73は遅延器、72は差分値計算器、74は、フィルタ係数を計算するためのルックアップテーブルとして用いるRAM、75はフィルタ係数算出器、76はフィルタリング装置、77はフォーマット検出器、79はフォーマット検出結果によって、RAM74の内容を書き換える制御装置、78は制御装置79の参照するROMである。
図7に示す入力信号FC、GC、HCは、それぞれ図6に示す映像信号入力に対して、ラインメモリー51の出力のうち6ライン遅延、7ライン遅延、8ライン遅延の信号である。また、入力信号ICは、図6の最大値計算器53からの出力に対応する。
以上のように構成した適応フィルタリング装置について、以下その動作を説明する。
入力信号FC、GC、HCの3ラインの信号を同時に遅延器71に入力する。遅延器71から3ラインの信号に対して、遅延なし、1画素遅延、2画素遅延、3画素遅延、4画素遅延の15本の信号を出力する。これらは、3×5領域内の15画素に対応し、その中心が注目画素である。
差分値計算器72は遅延器71からの出力を入力し、注目画素以外の遅延器71の14通りの出力と、注目画素との差分値をそれぞれ計算し出力する。
フィルタ係数算出器75には、差分値計算器72の出力と、入力ICを入力する。フィルタ係数算出器75では、入力ICと差分値計算器72により計算された14通りの差分値に対応して、RAM74の値を読み出すことにより、14通りのフィルタ係数の候補を算出する。
この14通りのフィルタ係数の候補はそれぞれ注目画素以外の14画素のフィルタ係数に対応する。
さらに、フィルタ係数の候補を、注目画素からの距離に分類し、例えば注目画素を中心とした3×3領域外のフィルタ係数は、注目画素を中心とした3×3領域内のすべての係数以下の値となるように再計算され、それぞれ14画素に対応したフィルタ係数となる、また、注目画素のフィルタ係数は、14画素のフィルタ係数とすべて加算して1になるように算出し、15画素に対応したフィルタ係数をフィルタリング装置76に出力する。
入力E2を、差分値計算器72、フィルタ係数計算器75に要する遅延の合計と同じ遅延の遅延器73に入力し、その出力に対して、フィルタ係数算出器75の出力の15画素のフィルタ係数を用いて、フィルタリング装置76によりフィルタリングを行い出力する。
また、フォーマット検出器77により検出した映像フォーマットに応じて、制御装置79によってROM78に保持するデータを選択し、RAM74のデータを書き換えることにより、各フォーマットに対応した最適な補正値を持つことが可能となる。
例えば、入力信号が映像信号の場合、垂直帰線期間にROM78に保持するデータをRAM74に転送することにより、実時間動作ができる。
この構成により、例えば、注目画素を中心とした15×15画素の範囲の差分値の最大値に対応して、3×5画素の範囲の差分値が小さい場合に、注目画素以外の14通りのフィルタ係数を大きくすることにより、エッジ付近の微小変化に対して平坦化を強くすることで、モスキートノイズを低減化できる。
また、15×15画素の範囲の差分値の最大値に対して、3×5画素の範囲の差分値が大きい場合には注目画素以外の14通りのフィルタ係数を小さくし、平坦化を弱くすることにより、エッジを保ったまま、モスキートノイズを低減化できる。
また、注目画素を中心に処理を行うために、DCTブロックなどの圧縮時の情報に関係なく、適応フィルタリングは、例えば3×5画素の範囲で行うため、一度の試行で効果の高いフィルタ効果をもたせることができ、ハードウェアが簡単になる。
8ビットすなわち256階調のデータが用いられる場合、15×15領域の差分値の最大値をYC、3×5領域の注目画素以外と注目画素との差分値の代表値をXCとすると、RAM34に設定するデータは、例えば図8に示すように(数式4)に応じて単調減少することが好ましく、以下の(数式5)から算出されることがより好ましい。
なお、RAMに設定するデータは例えば、それぞれすべて同じ値を持ってもよく、注目画素から水平方向と垂直方向と斜め方向で違う値を持ってもよく、注目画素からの距離に応じて違う値を持ってもよく、それに限るものではない。
本実施の形態では、ラインメモリー51とラインメモリー55とを個々に示したが、共用化して、15ライン分の信号を差分値計算器52に、3ライン分の信号を適応フィルタリング装置54に出力してもよい。
また、映像信号入力として、輝度信号を用いる例について示したが、入力信号として、色差信号を用いてもよく、ラインメモリー51の入力に輝度信号を用いて、ラインメモリー55の入力に輝度信号と同じ位置の色差信号を用いてもよく、それに限るものではない。
また、MおよびNを15、Jを3、Kを5の例について示したが、それに限るものではない。また、制御装置79はフォーマット検出器77の結果に応じて制御する構成を例にとって説明したが、例えば、入力映像のノイズレベルに応じて制御する構成としてもよく、それに限るものではない。
また、本発明の所定の勾配の大きさとしては、本実施の形態では、隣接画素間の輝度値の差分値の絶対値の内の最大値を用いる例について説明したが、これに限定されるものではない。上記所定の勾配の大きさとしては、例えば、隣接画素間の輝度値の差分値の絶対値の内の2番目に大きい値にしてもよく、あるいは、隣接画素間の輝度値の差分値の絶対値の最大のものから大きい順番に複数個の値を選んで、その平均値をとってもよく、又、これに限るものではない。
尚、上記実施の形態では、注目画素の加算処理(ステップS9)が、全ての画素について行われる場合について説明したがこれに限らず例えば、上記所定の勾配の大きさ(例えば、YA)に対して、差分値XAk(k=1,2,・・・、8)の絶対値が小さい場合、即ち、図2で説明すると、評価値が閾値TA1、又は、TA2以下となる場合のみ、注目画素への加算処理(ステップS9)を行い、それ以外の場合は、注目画素への加算処理は行わない構成としても良い。
また、本発明は、上述した本発明のノイズ低減化装置の全部又は一部の手段(又は、装置、素子、回路、部等)の機能をコンピュータにより実行させるためのプログラムであって、コンピュータと協働して動作するプログラムである。
また、本発明は、上述した本発明のノイズ低減化方法の全部又は一部のステップ(又は、工程、動作、作用等)の動作をコンピュータにより実行させるためのプログラムであって、コンピュータと協働して動作するプログラムである。
また、本発明は、上述した本発明のノイズ低減化方法の全部又は一部のステップの全部又は一部の動作をコンピュータにより実行させるためのプログラム及び/又はデータを担持した媒体であり、コンピュータにより読み取り可能且つ、読み取られた前記プログラム及び/又はデータが前記コンピュータと協動して前記動作を実行する媒体である。
また、本発明は、上述した本発明のノイズ低減化装置の全部又は一部の手段の全部又は一部の機能をコンピュータにより実行させるためのプログラム及び/又はデータを担持した媒体であり、コンピュータにより読み取り可能且つ、読み取られた前記プログラム及び/又はデータが前記コンピュータと協動して前記機能を実行する媒体である。
尚、本発明の一部の手段(又は、装置、素子、回路、部等)、本発明の一部のステップ(又は、工程、動作、作用等)とは、それらの複数の手段又はステップの内の、幾つかの手段又はステップを意味し、あるいは、一つの手段又はステップの内の、一部の機能又は一部の動作を意味するものである。
又、本発明のプログラムを記録した、コンピュータに読みとり可能な記録媒体も本発明に含まれる。
又、本発明のプログラムの一利用形態は、コンピュータにより読み取り可能な記録媒体に記録され、コンピュータと協働して動作する態様であっても良い。
又、本発明のプログラムの一利用形態は、伝送媒体中を伝送し、コンピュータにより読みとられ、コンピュータと協働して動作する態様であっても良い。
又、本発明のデータ構造としては、データベース、データフォーマット、データテーブル、データリスト、データの種類などを含む。
又、記録媒体としては、ROM等が含まれ、伝送媒体としては、インターネット等の伝送媒体、光・電波・音波等が含まれる。
又、上述した本発明のコンピュータは、CPU等の純然たるハードウェアーに限らず、ファームウアーや、OS、更に周辺機器を含むものであっても良い。
又、以上説明した様に、本発明の構成は、ソフトウェア的に実現しても良いし、ハードウェア的に実現しても良い。
産業上の利用可能性
以上のように本発明によれば、例えは、DCTブロックなどの圧縮時の情報を用いることなく、簡単なハードウェアにより、エッジを保ったまま、モスキートノイズを低減化できるという効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
図1は、本発明の第1の実施の形態によるノイズ低減化方法を示すフローチャートである。
図2は、補正値AAの絶対値の算出例を説明するためのグラフを表した図である。
図3は、本発明の第2の実施の形態によるノイズ低減化装置の構成を示すブロック図である。
図4は、図3に示す画素置き換え装置の構成例を示すブロック図である。
図5は、図3に示すRAMが保持するデータの例を示すグラフを表した図である。
図6は、本発明の第3の実施の形態によるノイズ低減化装置の構成を示すブロック図である。
図7は、図6に示す適応フィルタリング装置の構成例を示すブロック図である。
図8は、図6に示すRAMが保持するデータの例を示すグラフを表した図である。
図9は、従来のモスキートノイズ低減化装置の構成を示すブロック図である。
符号の説明
12、32、52、72 差分値計算器
13、53 最大値計算器
14 画素置き換え装置
35 補正値計算器
37、77 フォーマット検出器
39、79 制御装置
54 適応フィルタリング装置
75 フィルタ係数算出器
76 フィルタリング装置
Claims (22)
- ディジタル圧縮された画像信号の復号化信号に対して行うノイズ低減化方法であって、
注目画素を中心とした垂直M×水平N画素(M、Nは正の整数)の範囲において、所定の勾配の大きさを求める勾配値算出ステップと、
前記注目画素を中心とした垂直J×水平K画素(J、Kはそれぞれ、J<=M、K<=Nなる関係を満たす正の整数)の範囲において、前記注目画素とその注目画素以外の画素との(J×K−1)通りの差分値を計算する差分値計算ステップと、
前記勾配値算出ステップによって得られる前記勾配の大きさと、前記差分値計算ステップによって得られる前記(J×K−1)通りの差分値とから、補正値を算出する補正値計算ステップと、
前記補正値を前記注目画素に加算することによって新規注目画素を算出する加算ステップと、
を備えるノイズ低減化方法。 - 前記補正値計算ステップは、前記注目画素以外の(J×K−1)個の画素それぞれに対応した(J×K−1)通りの補正値を算出するステップである請求項1に記載のノイズ低減化方法。
- 前記補正値計算ステップにおいて計算する、前記注目画素以外の(J×K−1)個の画素に対応した(J×K−1)通りの補正値のそれぞれは、
(a−1)前記(J×K−1)通りの差分値のそれぞれが大きくなるにしたがって、前記所定の勾配と前記差分値とに基づく評価値が、予め定められた閾値Tを越えるまでは、大きくなり、(a−2)前記(J×K−1)通りの差分値のそれぞれが大きくなるにしたがって、前記閾値Tを超えると、それまでの値と同じ値を保ったままか又はそれまでの値より小さくなるように算出し、且つ、
その補正値の符号が、(b−1)前記注目画素の画素値がそれぞれ対応した(J×K−1)通りの画素値に対して大きいかまたは等しいときは正となり、j(b−2)前記注目画素の画素値が小さいときは負になる請求項2に記載のノイズ低減化方法。 - 前記補正値計算ステップは、前記(J×K−1)通りの補正値すべてを加算した結果の絶対値が、ある所定の値Lを超えている場合には、所定の値Lに前記(J×K−1)個の値すべて加算した結果と同符号にした値とし、所定の値L以下の場合には、前記(J×K−1)個の値をすべて加算した結果とする演算により補正値を計算する演算であることを特徴とする請求項2に記載の方法。
- 前記勾配算出ステップにより算出される前記所定の勾配の大きさは、前記垂直M×水平N画素の範囲における隣接画素の差分値の内、最大値を示す値である請求項1記載のノイズ低減化方法。
- 前記差分値の内、最大値を示す値が大きくなるに従って、前記補正値算出ステップにより算出される前記補正値はより大きくなる請求項5記載のノイズ低減化方法。
- ディジタル圧縮された画像信号の復号化信号に対して行うノイズ低減化装置であって、
注目画素を中心とした垂直M×水平N画素(M、Nは正の整数)の範囲において、所定の勾配の大きさを求める勾配値算出手段と、
前記注目画素を中心とした垂直J×水平K画素(J、Kはそれぞれ、J<=M、K<=Nなる関係を満たす正の整数)の範囲において、前記注目画素とその注目画素以外の画素との(J×K−1)通りの差分値を計算する差分値計算手段と、
前記勾配値算出手段によって得られる前記勾配の大きさと、前記差分値計算手段によって得られる前記(J×K−1)通りの差分値とから、補正値を算出する補正値計算手段と、
前記補正値を注目画素に加算することによって新規注目画素を算出する加算手段と、
を備えるノイズ低減化装置。 - 前記補正値計算手段は、前記注目画素以外の(J×K−1)個の画素それぞれに対応した(J×K−1)通りの補正値を算出する請求項7に記載のノイズ低減化装置。
- 前記補正値計算手段によって計算される、前記注目画素以外の(J×K−1)個の画素に対応した(J×K−1)通りの補正値のそれぞれは、
(a−1)前記(J×K−1)通りの差分値のそれぞれが大きくなるにしたがって、前記所定の勾配と前記差分値とに基づく評価値が、予め定められた閾値Tを越えるまでは、大きくなり、(a−2)前記(J×K−1)通りの差分値のそれぞれが大きくなるにしたがって、前記閾値Tを越えると、それまでの値と同じ値を保ったままか又はそれまでの値より小さくなるように算出され、且つ、
その補正値の符号が、(b−1)前記注目画素の画素値がそれぞれ対応した(J×K−1)通りの画素値に対して大きいかまたは等しいときは正となり、(b−2)前記注目画素の画素値が小さいときは負になる請求項8に記載のノイズ低減化装置。 - 前記補正値計算手段は、前記(J×K−1)通りの補正値すべてを加算した結果の絶対値が、ある所定の値Lを超えている場合には、所定の値Lに前記(J×K−1)個の値すべて加算した結果と同符号にした値とし、所定の値L以下の場合には、前記(J×K−1)個の値をすべて加算した結果とする演算により補正値を計算する演算である請求項8に記載のノイズ低減化装置。
- 前記(J×K−1)通りの補正値は、それぞれ(J×K−1)通りのメモリーから読み出される請求項8記載のノイズ低減化装置。
- 前記メモリーは、入力に応じて保持する内容が書き換え可能である請求項11に記載のノイズ低減化装置。
- ディジタル圧縮された画像信号の復号化信号に対して行うノイズ低減化装置であって、
注目画素を中心とした垂直M×水平N画素(M、Nは正の整数)の範囲において、所定の勾配の大きさを求める勾配値算出手段と、
前記注目画素を中心とした垂直J×水平K画素(J、Kはそれぞれ、J<=M、K<=Nなる関係を満たす正の整数)の範囲において、前記注目画素とその注目画素以外の画素との(J×K−1)通りの差分値を計算する差分値計算手段と、
前記勾配値算出手段によって得られる勾配の大きさと、前記差分値計算手段によって得られる前記(J×K−1)通りの差分値から、フィルタ係数を算出するフィルタ係数算出手段と、
前記算出したフィルタ係数に基づいてフィルタリングを行うフィルタリング手段と、
を備えるノイズ低減化装置。 - 前記フィルタ係数算出手段は、前記注目画素以外の(J×K−1)個の画素それぞれに対応した(J×K−1)通りのフィルタ係数を算出する請求項13記載のノイズ低減化装置。
- 前記フィルタ係数算出手段によって計算される、前記注目画素以外の(J×K−1)個の画素に対応した(J×K−1)通りのフィルタ係数は、
(a−1)前記M×Nの範囲における勾配の大きさが大きくなるにしたがって、同じ値を保ったままかまたは大きくなり、(a−2)前記(J×K−1)通りの差分値が大きくなるにしたがって、同じ値を保ったままか小さくなるフィルタ係数の候補から所定の演算によって求め、且つ、
(b)その注目画素のフィルタ係数は、注目画素のフィルタ係数と注目画素以外の(J×K−1)個のフィルタ係数の和が1になるように決定する請求項14に記載のノイズ低減化装置。 - 前記所定の演算は、前記フィルタ係数の候補が対応する画素の前記注目画素からの距離に応じて分類し、前記注目画素からの距離が遠い画素のフィルタ係数は注目画素の距離が近いどのフィルタ係数よりも小さくなるように値を補正する演算である請求項15記載のノイズ低減化装置。
- 前記(J×K−1)通りのフィルタ係数は、それぞれ(J×K−1)通りのメモリーから読み出される請求項14記載のノイズ低減化装置。
- 前記メモリーは、入力に応じて保持する内容が書き換え可能である請求項17記載のノイズ低減化装置。
- 請求項1〜6の何れかに記載のノイズ低減化方法の全部又は一部のステップの動作をコンピュータにより実行させるためのプログラム及び/又はデータを担持した媒体であって、コンピュータにより処理可能なことを特徴とする媒体。
- 請求項7〜18の何れかに記載のノイズ低減化装置の全部又は一部の手段の機能をコンピュータにより実行させるためのプログラム及び/又はデータを担持した媒体であって、コンピュータにより処理可能なことを特徴とする媒体。
- 請求項1〜6の何れかに記載のノイズ低減化方法の、前記勾配算出ステップと,差分値計算ステップと、補正値計算ステップと、加算ステップとの全部又は一部をコンピュータに実行させるためのプログラム。
- 請求項7〜18の何れかに記載のノイズ低減化装置の、前記勾配算出手段と,差分値計算手段と、補正値計算手段と、加算手段との全部又は一部としてコンピュータを機能させるためのプログラム。
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