KR20070072523A - 화상 처리 장치 및 처리 방법 - Google Patents
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Abstract
기본 패턴 생성 장치(81)에 의해, 랜덤 노이즈의 히스토그램이 필름 입자 기본 패턴 정보(53)와 거의 동일하게 된 필름 입자 기본 패턴(86)이 생성된다. 필름 입자 기본 패턴(86)은, (64×64)화소이며, 그 중의 (16×16)화소의 영역이 잘라내져 승산기(84)에 공급된다. 부호화측에서 작성된 필름 입자 강도 정보(54)와, 복호 화상 정보(42)의 (16×16)화소의 영역의 화소값의 평균값(87)에 기초하여 강도 정보(88)가 생성된다. 이 강도 정보(88)에 의해 기본 패턴(86)의 강도가 조정된다. 강도 조정이 이루어진 필름 입자 화상(89)이 가산기(85)에서 복호 화상 정보(42)의 (16×16)화소의 영역에 대하여 화소 단위로 가산된다.
필름 입자 기본 패턴 정보, 필름 입자 강도 정보, 기본 패턴 생성 장치, 영역 평균값, 복호 화상, 복호 화상 영역
Description
본 발명은, 예를 들면 필름 화상을 MPEG-4 AVC(또는 H.264) 부호화를 이용하여 부호화하는 경우에 대하여 적용되는 화상 처리 장치 및 처리 방법에 관한 것이다.
종래의 화상 전송 수신, 또는 화상 기록 재생 장치(이하, 양자를 간단히 화상 전송 장치로 총칭함)에 대하여, 도 1을 참조하여 설명한다. 우선, 입력 화상 (11)이 화상 부호화 장치(12)에 의해 부호화되고, 부호화 정보는 전송계에 따라서, 무선·유선 전송로(13) 또는 축적 미디어(14)에 송출 또는 기록된다. 수신 재생측에서는 얻어진 데이터가 화상 복호 장치(15)에 의해 복호되어, 복호 화상(16)이 얻어진다.
화상 부호화 장치(12)에서, 입력 화상 데이터가 몇분의 1 내지 수십분의 1로 그 데이터량이 삭감된 후에 송신 또는 기록된다. 예를 들면 MPEG-4 AVC(또는 H.264) 부호화에 의해 화상 데이터를 1.5Mbps의 전송 레이트까지 낮게 할 수 있다. 이와 같은 부호화를 행하고 있기 때문에, 복호측에서 얻어지는 복호 화상(16)과 입력 화상(11)의 차이는 인간에 의해 열화로서 인식된다.
종래의 화상 전송 장치에서는 송신 또는 기록 시에 입력 화상 데이터량의 삭감을 행한다. 일반적으로 MPEG-4 AVC(또는 H.264) 부호화 등의 화상 부호화 규격에서는 인간의 시각에 있어서 현저한 열화 없이 효율적으로 데이터량을 삭감하는 방식이 규정되어 있다. 그러나, 한정된 전송 대역 폭이나 기억 용량 하에서는 화상의 디테일 정보가 대폭 손상된다. 특히 영화와 같은 필름 화상을 전송 또는 기록하는 경우에는, 영화의 질감의 대부분을 표현하고 있는 필름 입자 정보가 상실되기 때문에 얻어지는 복호 화상의 질이 현저하게 열화된다.
도 2a는, 입력 화상(11)으로서 적용되는 필름 화상의 일례를 도시하고, 도 2b는, 복호 화상(16)의 일례를 도시한다. 도 2a, B로부터 알 수 있는 바와 같이, 입력 화상(21)에서는 필름의 질감으로서 검지되는 필름 입자를 지각할 수 있음에도 불구하고, 복호 화상(22)에서는 그 필름 입자 정보가 대부분 상실되어 밋밋한 화상으로 되어 있다. 이와 같이 필름 입자가 상실되기 때문에, 필름의 질감을 느낄 수 없는 문제가 발생한다.
종래에서는, 스캐너로 취득한 화상의 노이즈를 억제하여, 샤프니스를 강조하는 것이 일본의 특개평11-250246호 공보에 기재되어 있다.
이러한 특개평11-250246호 공보에 기재된 것은, 필름 화상에 특유의 입상 노이즈를 억제하는 것으로서, 고능률 부호화에 의한 부호화를 위해서 상실된 필름 화상의 질감을 복호측에서 개선하는 것은 아니다.
따라서, 본 발명의 목적은, 복호측에서 필름 입자 정보의 상실이 거의 감지되지 않아, 입력 화상에서의 필름의 질감은 유지할 수 있어, 결과적으로 대폭적인 화질의 개선을 가능하게 하는 화상 처리 장치 및 처리 방법을 제공하는 것에 있다.
<발명의 개시>
전술한 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 제1 양태는, 입력 화상 신호를 고능률 부호화하는 화상 처리 장치로서,
입력 화상 중에서 급준한 변화를 포함하지 않는 영역을 검출하는 영역 검출 수단과,
영역 검출 수단에 의해 검출된 영역 내의 화소값의 레벨 분포를 나타내는 기본 패턴 정보를 추출하는 제1 추출 수단과,
부가할 필름 입자의 강도를 나타내는 강도 정보를 구하는 제2 추출 수단과,
부호화 데이터와 기본 패턴 정보와 강도 정보를 전송 또는 기록하는 수단
으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 화상 처리 장치이다. 또한, 본 발명은, 전술한 부호화측의 장치의 처리를 실현하는 부호화측의 화상 처리 방법이다.
본 발명의 제2 양태는, 고능률 부호화된 부호화 데이터와, 입력 화상 중에서 급준한 변화를 포함하지 않는 영역 내의 화소값의 레벨 분포를 나타내는 기본 패턴 정보와, 필름 입자를 부가할 정도를 나타내는 강도 정보를 수신 또는 재생하는 화상 처리 장치로서,
부호화 데이터를 복호하는 복호 수단과,
랜덤 노이즈의 레벨 분포를 기본 패턴 정보에 나타내어지는 레벨 분포와 마찬가지의 것으로 변환해서 필름 입자 화상을 재구성하는 기본 패턴 생성 수단과,
강도 정보에 의해 필름 입자 화상의 강도를 조정하는 강도 조정 수단과,
강도가 조정된 필름 입자 화상을 복호 수단에 의해 얻어진 복호 화상 정보에 부가하는 부가 수단
으로 이루어지는 화상 처리 장치이다. 또한, 본 발명은, 전술한 복호측의 장치의 처리를 실현하는 복호측의 화상 처리 방법이다.
본 발명은, 입력 화상 신호를 고능률 부호화하고, 부호화 데이터를 전송 또는 기록하고, 수신 또는 재생된 부호화 데이터를 복호하는 화상 처리 장치로서,
부호화측에,
입력 화상 중에서 급준한 변화를 포함하지 않는 영역을 검출하는 영역 검출 수단과,
영역 검출 수단에 의해 검출된 영역 내의 화소값의 레벨 분포를 나타내는 기본 패턴 정보를 추출하는 제1 추출 수단과,
부가할 필름 입자의 강도를 나타내는 강도 정보를 구하는 제2 추출 수단과, 부호화 데이터와 기본 패턴 정보와 강도 정보를 전송 또는 기록하는 수단
을 설치하고,
복호측에,
부호화 데이터와, 기본 패턴 정보와, 강도 정보를 수신 또는 재생하는 수단과,
랜덤 노이즈의 레벨 분포를 기본 패턴 정보에 나타내어지는 레벨 분포와 마찬가지의 것으로 변환해서 필름 입자 화상을 재구성하는 기본 패턴 생성 수단과,
강도 정보에 의해 필름 입자 화상의 강도를 조정하는 강도 조정 수단과,
강도가 조정된 필름 입자 화상을 복호 수단에 의해 얻어진 복호 화상 정보에 부가하는 부가 수단
을 설치한 화상 처리 장치이다. 또한, 본 발명은, 전술한 부호화측 및 복호측의 장치의 처리를 실현하는 부호화측 및 복호측의 화상 처리 방법이다.
도 1은 본 발명을 적용할 수 있는 종래의 화상 전송 장치의 일례를 도시하는 블록도.
도 2a 및 도 2b는 종래의 화상 전송 장치에서의 입력 화상과 복호 화상의 예를 도시하는 개략 선도.
도 3은 본 발명에 따른 화상 전송 장치의 일 실시 형태의 개략을 도시하는 블록도.
도 4는 본 발명의 일 실시 형태에서의 필름 입자 정보 추출 장치의 일례의 블록도.
도 5는 필름 입자 추출 장치에서의 필름 입자 기본 패턴 정보 추출 장치의 일례의 블록도.
도 6은 필름 입자 추출 장치에서의 필름 입자 강도 정보 추출 장치의 일례의 블록도.
도 7b 도 7b 및 도 7c는 필름 입자 기본 패턴 정보의 추출 처리를 개략적으로 설명하는 개략 선도.
도 8은 본 발명의 일 실시 형태에서의 필름 입자 부가 장치의 일례의 블록 도.
도 9는 필름 입자 부가 장치에서의 기본 패턴 생성 장치의 일례의 블록도.
도 10은 필름 입자 부가 처리를 개략적으로 설명하는 개략 선도.
도 11은 필름 입자 정보 추출 및 필름 입자 부가 처리의 처리의 제1 방법을 설명하는 타이밍차트.
도 12는 필름 입자 정보 추출 및 필름 입자 부가 처리의 처리의 제2 방법을 설명하는 타이밍차트.
도 13은 필름 입자 정보 추출 및 필름 입자 부가 처리의 처리의 제3 방법을 설명하는 타이밍차트.
도 14는 필름 입자 정보 추출 및 필름 입자 부가 처리의 처리의 제4 방법을 설명하는 타이밍차트.
도 15는 필름 입자 정보 추출 및 필름 입자 부가 처리의 처리의 제5 방법을 설명하는 타이밍차트.
도 16은 필름 입자 정보 추출 및 필름 입자 부가 처리의 처리의 제6 방법을 설명하는 타이밍차트.
<발명을 실시하기 위한 최량의 형태>
이하, 본 발명의 일 실시 형태에 대해서 도면을 참조하여 설명한다. 도 3은, 본 발명에 따른 화상 전송 장치를 도시한다. 우선 부호화측에 대해서 설명한다. 입력 화상(31)이 화상 부호화 장치(32)에서 고능률 부호화되어, 데이터량이 압축된 부호화 정보(34)가 생성된다. 부호화 정보(34)는, 전송계에 따라서, 무선 ·유선 전송로(36)에 송출되거나, 또는 DVD(Digital Versatile Disc) 등의 축적 미디어(37)에 기록된다.
참조 부호 33이 필름 입자 정보 추출 장치를 나타낸다. 필름 입자 정보 추출 장치(33)는, 입력 화상(31)으로부터 필름 입자 정보를 추출하고, 추출된 필름 입자 정보(35)가 부호화 정보(34)와 마찬가지로 전송계에 따라서, 무선·유선 전송로(36)에 송출되거나, 또는 축적 미디어(37)에 기록된다.
다음으로 복호측에 대해서 설명한다. 복호측에서, 수신 부호화 정보(38)가 화상 복호 장치(40)에 공급되고, 화상 복호 장치(40)가 수신 부호화 정보(38)로부터 복호 화상 정보(42)를 생성한다. 참조 부호 41이 필름 입자 부가 장치를 나타낸다. 필름 입자 부가 장치(41)는, 수신 필름 입자 정보(39)로부터 필름 입자 정보를 재생한 후, 복호 화상 정보(42)의 특성에 따라서 재구성된 필름 입자 정보를 부가하여, 복호 화상(43)으로서 출력한다.
전술한 화상 부호화 장치(32) 및 화상 복호 장치(40)는, 일례로서 MPEG-4 AVC(또는 H.264) 부호화 규격에 의한 처리를 행한다. 이 경우에는, 부호화 정보(34)가 소정 길이의 유닛을 단위로 하는 스트림 데이터의 구성을 갖는다. 스트림 데이터 중에서, 동화상의 복호에 필수가 아닌, 보족적인 부가 정보(SEI: Supplemental Enhancement Information으로 칭함)를 전송하기 위한 유닛을 사용하여 필름 입자 정보(35)가 전송 또는 기록된다. 즉, SEI에는, 유저가 독자적으로 정의하는 정보가 존재하고 있으므로, 이 유저·데이터를 이용하여 필름 입자 정보(35)가 전송 또는 기록된다.
도 4는, 필름 입자 추출 장치(33)의 일례를 도시한다. 필름 입자 추출 장치(33)는, 기본 패턴 추출 장치(51) 및 강도 추출 장치(52)로 구성되어 있다. 기본 패턴 추출 장치(51)는, 입력 화상(31)으로부터 필름 입자를 나타내기 위한 정보를 추출하여, 필름 입자 기본 패턴 정보(53)로서 출력한다. 강도 추출 장치(52)는, 프레임마다 임의의 평균값을 갖는 영역에 어느 정도의 강도의 필름 입자를 부가할지라고 하는 정보를 화소값의 범위, 예를 들면, 0-20, 21-40, …마다 계산하고, 그 정보를 필름 입자 강도 정보(54)로서 출력한다. 필름 입자 정보(35)는, 필름 입자 기본 패턴 정보(53) 및 필름 입자 강도 정보(54)의 양자를 총칭하는 것이다.
도 5는, 기본 패턴 추출 장치(51)의 일례의 구성을 도시한다. 기본 패턴 추출 장치(51)는, 균일 영역 추출 장치(61)와 필터 뱅크(62)와 히스토그램 계산 장치(63, 64, 65, 66 및 67)로 이루어진다.
균일 영역 추출 장치(61)는, 입력 화상(31)으로부터 필름 입자가 균일하게 분포되어 있고, 또한, 화상이 급준한 변화를 포함하지 않는 소정의 크기의 영역(이와 같은 영역을 균일 영역으로 칭함)을 추출하고, 균일 영역 데이터(68)를 출력한다. 균일 영역의 예는, 배경의 빈 화상과 같은 평탄한 화상이다. 균일 영역 데이터(68)는, 균일 영역 내에 존재하는 복수의 화소 데이터로 이루어진다. 또한, 균일 영역 데이터(68)를 얻기 위해서, 인간이 직접 지정하는 방법, 또는 장치가 출력한 후보 중에서 하나를 지정하는 등의 방법도 가능하다.
이와 같이 얻어진 균일 영역 데이터(68)가 이후의 복수의 하이패스 필터(도 면에서 H로 나타냄)와, 로우패스 필터(도면에서 L로 나타냄)로 구성되는 필터 뱅크(62a 및 62b)에 의해 복수의 서브 밴드로 분할된다. 필터 뱅크(62a, 62b)를 구성하는 각 필터는, 2차원으로 필터 계수가 규정된 디지털 필터이다.
또한, 도 5에 도시하는 구성예와 같이, 하나의 하이패스 밴드와, 하나의 로우패스 밴드로 필터 뱅크(62a 및 62b)의 각각을 구성하고 있지만, 이에 부가하여, 복수의 밴드 패스 필터를 설치하는 구성도 가능하고, 단수도 도 5에 도시한 2단이 아니라 다단의 구성이 가능하다.
베이스 밴드와, 각 서브 밴드의 출력은, 각각의 밴드에 대응한 히스토그램 계산 장치(63∼67)에 공급된다. 히스토그램 계산 장치(63∼67)에 의해 각 밴드의 화소값의 도수 분포 정보(이하, 히스토그램으로 적절히 칭함)가 각각 추출되고, 추출된 히스토그램 정보가 필름 입자 기본 패턴 정보(53)로서 출력된다.
히스토그램 정보는, 미리 정해진 화소값 범위(이하, 분할 구간으로 적절히 칭함)에 포함되는 화소의 개수를 나타내는 빈도 정보이다. 예를 들면, 미리 정한 분할 구간이 -19∼-10, -9∼0, 1∼+10, +11∼+20의 4구간이었던 것으로 하고, 그 때의 히스토그램 계산 장치에의 입력 데이터의 각 화소의 값이 예를 들면 〔-11, -5, -1, +3, +8, +14〕이었던 것으로 하면, 출력되는 히스토그램 정보는, 각 범위에 포함되는 화소 데이터의 도수, 즉, 〔1, 2, 2, 1〕로 된다. 히스토그램 정보는, 각각의 밴드마다 출력된다.
도 6은, 강도 추출 장치(52)의 일례의 구성을 도시한다. 강도 추출 장치(52)는, 균일 영역 추출 장치(71)와 강도 계산 장치(72)로 구성되어 있다. 균일 영역 추출 장치(61)와 마찬가지의 균일 영역 추출 장치(71)에 의해, 입력 화상(31)으로부터, 균일 영역이 추출되고, 균일 영역 정보(73)가 출력된다. 이 경우, 화상의 급준한 영역에 대해서는, 비균일 영역으로서, 다른 균일 영역과는 구별된 정보가 출력된다. 도 6에 도시하는 바와 같이, 입력 화상 중의 ａ, b, c, d, e, f가 균일 영역이며, 검게 칠한 영역이 비균일 영역이다.
균일 영역 정보(73)가 강도 계산 장치(72)에 공급된다. 강도 계산 장치(72)에서는, 각 균일 영역에 대하여, 그 영역의 평균 화소값과 필름 입자의 분산값을 산출한다. 필름 입자의 분산값의 산출에는, 예를 들면, 균일 영역 내의 화소값의 분산값 그 자체를 이용하는 등의 방법이 가능하다. 그리고, 평균 화소값과 필름 입자의 분산값을 사용하여 필름 입자 강도 정보(54)가 산출된다. 필름 입자 강도 정보(54)는, 미리 정해진 영역 평균값의 범위에서의 필름 입자의 분산의 평균값이다.
예를 들면, 미리 정한 영역 예를 들면 (16×16)화소의 영역의 화소값의 평균값의 범위를, 0∼15, 16∼31, …, 240∼255로 하고, 입력 화상의 균일 영역에서의 영역 평균값과 분산값의 조가 (영역 평균값=28, 분산값=500), (30, 1000), (44, 400), (250, 20)이었던 것으로 하면, 출력 필름 입자 강도 정보는, 〔0, 750(=(500+1000)/2, 400, …, 20〕으로 된다. 이들은, 화상이 R, G, B 또는 Y, Cb, Cr의 컴포넌트로 구성되어 있었던 때에는, 각 컴포넌트마다 출력된다. 이 필름 입자 강도 정보는, 1/1000로 되는 등의 정규화 처리가 이루어져, 복호측에서 생성된 필름 입자 기본 패턴에 승산되는 데에 적합한 값으로 변환된다.
컴포넌트 비디오 신호 예를 들면 Y, Cb, Cr의 컴포넌트로 이루어지는 경우, 휘도 신호 Y만으로 필름 입자 정보를 검출하고, 검출한 결과에 의해 Y, Cb, Cr의 각 컴포넌트에 생성한 필름 입자 정보를 부가하는 방법과, 각 컴포넌트마다 필름 입자 정보를 검출하고, 검출한 결과에 의해 Y, Cb, Cr의 각 컴포넌트에 생성한 필름 입자 정보를 부가하는 방법이 가능하다.
전술한 부호화측의 처리에서의 기본 패턴 추출 처리에 대해서 도 7b∼C를 참조하여 개략적으로 설명한다. 도 7b에 도시하는 바와 같이, 1프레임의 입력 화상 I로부터 균일 영역 R이 검출된다. 균일 영역 R의 크기는, 소정의 크기 예를 들면 (64×64)화소로 된다. 균일 영역 R의 화소가 필터 뱅크(62a)에 의해, 베이스 밴드, 저역 및 고역으로 분할된다. 도 5의 구성에서는, 또한 필터 뱅크(62b)에 의해 저역을 주파수 분할하고 있지만, 도 7b∼C에서는, 간단히 하기 위해서, 필터 뱅크(62a)만을 사용한 예를 도시하고 있다.
도 7B는, 주파수 분할의 일례를 도시하고 있다. 도 7B에서, 횡축이 공간 수평 주파수를 나타내고, 종축이 공간 수직 주파수를 나타낸다. 사각형의 영역이 베이스 밴드 B1이고, 수평 및 수직의 양 주파수가 높아지는 영역이 고역 B2이며, 수평 및 수직의 양 주파수가 낮아지는 영역이 저역 B3이다. 파선이 고역의 경계의 위치를 나타내고, 실선이 저역의 경계의 위치를 나타내고 있다. 이 예에서는, 저역 및 고역의 주파수 영역이 중역 부근에서 겹치고 있다.
각 서브 밴드의 출력 데이터가 히스토그램 계산 장치(63, 64 및 65)에 각각 공급된다. 히스토그램 계산 장치(63)가 도 7c에서, F1로 나타내는 바와 같은 베이 스 밴드에 관한 히스토그램을 계산하고, 히스토그램 계산 장치(63)가 도 7c에서, F1로 나타내는 바와 같은 베이스 밴드에 관한 히스토그램을 계산하고, 히스토그램 계산 장치(63)가 도 7c에서, F1로 나타내는 바와 같은 베이스 밴드에 관한 히스토그램을 계산한다.
도 7c에서, 종축이 도수이고, 횡축이 화소값의 분할 구간이며, 각 분할 구간은, 밴드마다 미리 정해진 화소값의 범위를 갖고 있다. 히스토그램 F1, F2, F3이 필름 입자 기본 패턴 정보이다.
도 7b∼C에서는, 필름 입자 강도 정보에 대해서는 설명되어 있지 않지만, 전술한 바와 같이, 필름 입자 강도 정보는, (16×16)화소와 같이, 미리 정해진 영역의 화소값의 평균값의 범위에서의 필름 입자의 분산의 평균값이며, 필요에 따라서 정규화 처리를 받은 것이다.
다음으로 복호측의 구성 및 처리에 대해서 설명한다. 도 8은, 복호측의 필름 입자 부가 장치(41)의 일례를 도시한다. 필름 입자 부가 장치(41)는, 필름 입자의 기본 패턴 생성 장치(81)와, 패턴 강도 계산 장치(82)와, 영역 평균값 계산 장치(83)와, 승산기(84)와, 가산기(85)로 구성되어 있다. 기본 패턴 생성 장치(81)는, 필름 입자 기본 패턴 정보(53)로부터 복호 화상 정보(42)에 부가되는 기초로 되는 필름 입자의 패턴을 생성하여, 필름 입자 기본 패턴(86)을 출력한다. 필름 입자의 패턴은, 부호화측에서 기본 패턴 추출을 위해서 설정된 영역과 동일한 크기의 영역 예를 들면 (64×64)화소의 영역으로 된다.
영역 평균값 계산 장치(83)는, 복호 화상 정보(42)의 미리 정해진 영역, 예 를 들면 (16×16)화소의 영역의 화소값의 평균값을 구하여, 영역 평균값(87)을 출력한다. 영역 평균값(87)이 패턴 강도 계산 장치(82)에 공급된다. 패턴 강도 계산 장치(82)는, 영역 평균값(87)이 필름 입자 강도 정보(54) 중 어느 평균값 구간에 속하는지를 판정하고, 그 구간에 대응한 필름 입자 강도를 필름 입자 강도 정보(88)로서 출력한다.
예를 들면, 미리 정한 영역 평균값의 범위가 0∼15, 16∼31, …, 240∼255이었던 것으로 하고, 그 때의 필름 입자 강도 정보(54)가 〔0, 750, 400, …, 20〕인 경우, 입력된 영역 평균값이 23이었던 것으로 하면, 그 때 출력되는 필름 입자 강도가 750으로 된다. 단, 필름 입자 강도 정보는, 전술한 바와 같이, 미리 부호화측에서 정규화 처리를 받은 경우에는, 그대로 강도 조정을 위한 승산에 사용할 수 있는 값으로 변환되어 있다. 이 정규화는, 복호측에서 행할 수도 있다.
필름 입자 기본 패턴(86)은, 필름 입자 강도 정보(88)와 승산기(84)에 의해 승산된다. 승산기(84)로부터 재구성된 필름 입자 화상(89)이 얻어진다. 필름 입자 화상(89)이 가산기(85)에서 복호 화상 정보(42)에 가산된다. 가산기(85)로부터 복호 화상(43)이 출력된다. 가산기(85)에서는, 예를 들면 (16×16)화소 단위로 필름 입자 화상(89)이 복호 화상 정보(42)의 (16×16)화소에 대하여 대응하는 위치의 화소끼리가 가산된다. 필름 입자 화상(89)은, 기본 패턴 생성 장치(81)에서 생성된 (64×64)화소의 기본 패턴으로부터 잘라내어진 것이다.
또한, 필름 입자 기본 패턴(86)은, 화면에서의 균일성을 나타내기 위해서, 필름 입자 패턴을 부가하는 영역 단위, 예를 들면 16×16(화소)마다 그 패턴을 시 프트하여 가산하는 것도 가능하다. 예를 들면, 영역의 사이즈를 H×V, 패턴의 화소값을 G(h, v)(0≤h<H)(0≤v<V)로 한 경우, 영역마다 난수 randh, randv(0≤randh<H, 0≤randv<V)를 생성하고, 실제로 부가하는 패턴 A를 이하와 같이 계산함으로써 난수로 시프트된 패턴을 얻을 수 있다. 이 패턴을, 필름 입자 기본 패턴(86)으로 해도 된다.
A(h, v)=G(mod(h+randh, H), mod(v++randv, V))
도 9는, 필름 입자 기본 패턴 생성 장치(81)의 일례의 구성을 도시한다. 기본 패턴 생성 장치(81)는, 노이즈 생성 장치(91)와, 히스토그램 매칭 장치(92, 93, 94, 95, 96)와, 하이패스 필터(97, 99)와, 로우패스 필터(98, 100)와, 합성 필터 뱅크(101)로 구성되어 있다.
노이즈 생성 장치(91)는, 필름 입자 기본 패턴과 동일 사이즈(H×V) 예를 들면 (64×64)화소의 노이즈(가우스 노이즈, 일양 난수 등의 랜덤 노이즈)를 생성한다. 생성된 노이즈가 히스토그램 매칭 장치(92)에 공급된다. 히스토그램 매칭 장치(92)는, 필름 입자 기본 패턴 정보(53)와 거의 동일한 히스토그램을 갖도록 노이즈에 대하여 변환을 행한다. 히스토그램 매칭 장치(92)를 소프트웨어 처리에 의해 실현한 경우의 변환 알고리즘의 일례를 하기에 설명한다.
〔히스토그램 매칭 장치에서의 히스토그램 매치 알고림즘〕
1. 필름 입자 기본 패턴 정보(53)에서의 매치시키는 대상으로 되는 히스토그램의 최소값을 CMIN, 최대값을 CMAX, CMIN과 CMAX 사이의 히스토그램의 분할 구간의 수를 number of bins로 한다. bins는, 히스토그램 분할 구간의 하나를 나타내 고 있다. 또한, 부호화측에서 작성되어, 수신 또는 재생된 히스토그램의 누적 분포 함수를 CDF ref(bin)(0≤bin<number of bins-1)로 한다.
2. 입력 신호(노이즈 생성 장치(91)의 출력)를 val org(h, v)로 하고, 입력 신호의 누적 분포 함수를 CDF org(bin)(0≤bin<number of bins-1)로 한다.
3. 입력 신호 val org(h, v)의 각각의 요소에 대해서, 이하의 의사 코드에 의해 val repl을 얻고, val org(h, v)를 그 값으로 치환한다.
val=CDF org(((val org(h, v)-CMIN)/(CMAX-CMIN)*(number of bins-1)));
for(i=0;i<number of bins;i++)
if(CDF ref(i)>=val)
break;
if(i==number of bins)i--;
val repl=i/(number of bins-1)*(CMAX-CMIN)+CMIN;
다른 히스토그램 매칭 장치(93, 94, 95, 96)도, 전술한 알고리즘의 히스토그램 매칭 기능을 갖는다. 히스토그램 매칭 장치(92)의 출력 신호가 분석 하이패스 필터(97) 및 분석 로우패스 필터(98)에 공급되고, 분석 하이패스 필터(97)의 출력이 히스토그램 매칭 장치(93)에 공급되고, 분석 로우패스 필터(98)의 출력이 히스토그램 매칭 장치(94)에 공급된다.
또한, 히스토그램 매칭 장치(94)의 출력 신호가 분석 하이패스 필터(99) 및 분석 로우패스 필터(100)에 공급되고, 분석 하이패스 필터(99)의 출력이 히스토그램 매칭 장치(95)에 공급되고, 분석 로우패스 필터(100)의 출력이 히스토그램 매칭 장치(96)에 공급된다.
필름 입자 기본 패턴 정보(53)는, 히스토그램 매칭 장치(92∼96)의 각각에 대하여 서로 다른 히스토그램 정보를 공급한다. 도 7c에서의 히스토그램 정보 F1이 베이스 밴드에 관한 것이므로, 히스토그램 매칭 장치(92)에 대하여 공급되고, 히스토그램 정보 F2가 고역에 관한 것이기 때문에, 히스토그램 매칭 장치(93)에 대하여 공급되고, 히스토그램 매칭 장치(92)에 대하여 공급되며, 히스토그램 정보 F3이 저역에 관한 것이므로, 히스토그램 매칭 장치(94)에 대하여 공급된다.
분석 하이패스 필터(97 및 99), 분석 로우패스 필터(98 및 100)에 의해 서브 밴드 분할이 행해지고, 각 서브 밴드의 성분이 합성 필터 뱅크(101)에 공급된다. 합성 필터 뱅크(101)는, 히스토그램 매칭 장치(93)의 출력 신호가 공급되는 합성 하이패스 필터(102)와, 히스토그램 매칭 장치(95)의 출력 신호가 공급되는 합성 하이패스 필터(103)와, 히스토그램 매칭 장치(96)의 출력 신호가 공급되는 합성 로우패스 필터(104)로 구성되어 있다.
합성 하이패스 필터(103)의 출력 신호 및 합성 로우패스 필터(104)의 출력 신호가 가산기(105)에서 가산되고, 합성 하이패스 필터(102)의 출력 신호와 가산기(105)의 출력 신호가 가산기(106)에 의해 가산된다. 가산기(106)의 출력으로서 필름 입자 기본 패턴 정보(86)가 취출된다. 또한, 합성 필터 뱅크의 구성은, 부호화측에서의 서브 밴드의 분할의 구성에 대응한 것으로 된다.
필름 입자 기본 패턴 정보(86)가 전술한 바와 같이, 필름 입자 강도 정보(88)와 승산기(84)에 의해 승산됨으로써, 강도가 보정 또는 조정된다. 강도 조 정된 필름 입자 화상(89)이 복호 화상 정보(42)에 가산되어, 고능률 부호화 및 복호화에 의해 상실된 필름 입자 정보가 갖는 고화질의 복호 화상(43)이 얻어진다.
도 10은, 복호측에서의 필름 입자 화상의 재구성 처리를 개략적으로 설명하는 것이다. 기본 패턴 생성 장치(81)에 의해, 노이즈의 히스토그램이 필름 입자 기본 패턴 정보(53)와 거의 동일하게 된 필름 입자 기본 패턴(86)이 생성된다. 필름 입자 기본 패턴(86)은, (64×64)화소이며, 그 중 (16×16)화소의 영역이 잘라내어져 승산기(84)에 공급된다.
부호화측에서 작성되고, 필름 입자 강도 정보(54)가 보존되며, 복호 화상 정보(42)의 (16×16)화소의 영역의 화소값의 평균값(87)에 따라서 강도 정보(88)가 출력된다. 이 강도 정보(88)에 의해 기본 패턴(86)의 강도가 조정된다. 강도 조정이 이루어진 필름 입자 화상(89)이 가산기(85)에서 복호 화상 정보(42)의 (16×16)화소의 영역에 대하여 화소 단위로 가산된다.
다음으로, 필름 입자 정보의 추출과 필름 입자 화상의 재구성의 처리의 몇 가지의 방법에 대해서, 컴포넌트 비디오 신호의 경우를 예로 들어 설명한다. 도 11은, 제1 처리 방법을 도시한다. 제1 처리 방법은, 컴포넌트 Y, Cr, Cb의 각각에서 따로따로 필름 입자 기본 패턴 정보와 필름 입자 강도 정보를 추출하고, 또한, 각 프레임에서, 이들 정보를 추출하는 것이다. 씬 A와 씬 B가 존재하는 화상 신호가 도시되어 있다. 복호측에서도, 컴포넌트 Y, Cr, Cb의 각각에 관해서, 프레임마다의 필름 입자 기본 패턴 정보와 필름 입자 강도 정보를 사용하여 필름 입자가 재구성된다.
도 12는, 제2 처리 방법을 도시한다. 제2 처리 방법에서는, 컴포넌트 Y, Cr, Cb의 각각에서 따로따로 필름 입자 기본 패턴 정보와 필름 입자 강도 정보가 추출된다. 필름 입자 기본 패턴 정보는, 각 씬의 선두의 프레임에서만 추출된다. 복호측에서는, 추출된 기본 패턴 정보가 동일한 씬 내의 전체 프레임에 대하여 공통으로 사용된다. 필름 입자 강도 정보는, 제1 처리 방법과 마찬가지로, 컴포넌트마다 추출되고, 또한, 각 프레임에서 추출된다.
도 13은, 제3 처리 방법을 도시한다. 제3 처리 방법에서는, 컴포넌트 중의 휘도 신호 Y로부터만 필름 입자 기본 패턴 정보가 추출된다. 또한, 필름 입자 기본 패턴 정보는, 각 씬의 선두의 프레임에서만 추출된다. 복호측에서는, 추출된 기본 패턴 정보가 동일한 씬 내의 전체 프레임 및 전체 컴포넌트에 대하여 공통으로 사용된다. 필름 입자 강도 정보는, 제1 처리 방법과 마찬가지로, 컴포넌트마다 추출되고, 또한, 각 프레임에서 추출된다.
도 14는, 제4 처리 방법을 도시한다. 제4 처리 방법에서는, 컴포넌트 Y, Cr, Cb의 각각에서 따로따로 필름 입자 기본 패턴 정보와 필름 입자 강도 정보가 추출된다. 필름 입자 기본 패턴 정보 및 필름 입자 강도 정보의 양자는, 각 씬의 선두의 프레임에서만 추출된다. 복호측에서는, 추출된 기본 패턴 정보 및 강도 정보가 동일한 씬 내의 전체 프레임에 대하여 공통으로 사용된다.
도 15는, 제5 처리 방법을 도시한다. 제5 처리 방법에서는, 컴포넌트 중의 휘도 신호 Y로부터만 필름 입자 기본 패턴 정보가 추출된다. 또한, 필름 입자 기본 패턴 정보는, 각 씬의 선두의 프레임에서만 추출된다. 복호측에서는, 추출된 기본 패턴 정보가 동일한 씬 내의 전체 프레임 및 전체 컴포넌트에 대하여 공통으로 사용된다. 필름 입자 강도 정보는, 컴포넌트 Y, Cr, Cb의 각각에서 따로따로 추출된다. 필름 입자 강도 정보는, 각 씬의 선두의 프레임에서만 추출된다. 복호측에서는, 추출된 필름 입자 강도 정보가 동일한 씬 내의 전체 프레임에 대하여 컴포넌트마다 공통으로 사용된다.
도 16은, 제6 처리 방법을 도시한다. 제6 처리 방법에서는, 필름 입자 기본 패턴 정보 및 필름 입자 강도 정보의 양자가 컴포넌트 중의 휘도 신호 Y로부터만 추출된다. 복호측에서는, 추출된 기본 패턴 정보 및 강도 정보의 양자가 동일한 씬 내의 전체 프레임 및 전체 컴포넌트에 대하여 공통으로 사용된다.
전술한 제1 내지 제6 처리 방법은, 필름 입자 부가에 의한 화질 개선 효과와, 전송하는 필름 입자 정보의 데이터량과의 균형을 고려하여 적절한 것이 사용된다. 또한, 제1 내지 제6 처리 방법의 2 이상의 방법을 선택 가능하게 구성하여 유저의 조작에 의해 절환하도록 해도 된다.
이상, 본 발명의 실시 형태에 대해서 구체적으로 설명했지만, 본 발명은, 전술한 실시 형태에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 기술적 사상에 기초하는 각종 변형이 가능하다. 예를 들면, 서브 밴드의 분할 방법으로서는, 수평 주파수 방향 및 수직 주파수 방향의 각각을 2분할하여 4개의 서브 밴드를 형성해도 된다. 또한, 노이즈 성분을 필름 입자 기본 패턴 정보에 따라서 가공하는 방법으로서는, 전술한 알고리즘 이외의 것을 적용할 수 있다. 또한, 본 발명에서는, 동화상의 고능률 부호화 방법으로서는, MPEG-4 AVC(또는 H.264) 부호화 이외의 MPEG2 등의 부호 화를 사용해도 된다.
본 발명에 따르면, 복호측에서 상실되는 필름 입자 정보를 부호화측에서 미리 효율적으로 추출한 후에 복호측에 전송하거나, 또는, 기록 미디어에 대하여 기록하고, 복호측에서는 얻어진 정보로부터 화상에 부가할 필름 입자 정보를 재구성하여 복호 화상에 부가함으로써, 필름의 질감을 복호 화상에 부여하여, 결과적으로 대폭적인 화질의 개선을 행하는 것을 가능하게 한다.
Claims (15)
- 입력 화상 신호를 고능률 부호화하는 화상 처리 장치에 있어서,입력 화상 중에서 급준한 변화를 포함하지 않는 영역을 검출하는 영역 검출 수단과,상기 영역 검출 수단에 의해 검출된 상기 영역 내의 화소값의 레벨 분포를 나타내는 기본 패턴 정보를 추출하는 제1 추출 수단과,부가할 필름 입자의 강도를 나타내는 강도 정보를 구하는 제2 추출 수단과,부호화 데이터와 상기 기본 패턴 정보와 상기 강도 정보를 전송 또는 기록하는 수단으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 화상 처리 장치.
- 제1항에 있어서,상기 제1 추출 수단은, 상기 영역 내의 화소의 값의 도수 분포를 상기 기본 패턴 정보로 하는 화상 처리 장치.
- 제1항에 있어서,상기 제1 추출 수단은, 상기 영역 내의 화소를 복수의 주파수 대역으로 분할하고, 각 주파수 대역마다 상기 기본 패턴 정보를 추출하는 화상 처리 장치.
- 제1항에 있어서,상기 제2 추출 수단은, 영역마다의 화소의 평균값에 따라서 상기 강도 정보를 생성하는 화상 처리 장치.
- 제1항에 있어서,상기 제1 및 제2 추출 수단이 상기 기본 패턴 정보 및 상기 강도 정보를 상기 입력 화상 중의 프레임마다 검출하는 화상 처리 장치.
- 제1항에 있어서,상기 제1 및 제2 추출 수단이 상기 기본 패턴 정보 및 상기 강도 정보를 상기 입력 화상 중의 씬마다 검출하는 화상 처리 장치.
- 제1항에 있어서,상기 제1 및 제2 추출 수단 중 한쪽이 상기 기본 패턴 정보 및 상기 강도 정보 중 한쪽을 상기 입력 화상의 프레임마다 검출하고, 상기 제1 및 제2 추출 수단 중 다른쪽이 상기 기본 패턴 정보 및 상기 강도 정보 중 다른쪽을 상기 입력 화상 중의 씬마다 검출하는 화상 처리 장치.
- 고능률 부호화된 부호화 데이터와, 입력 화상 중에서 급준한 변화를 포함하지 않는 영역 내의 화소값의 레벨 분포를 나타내는 기본 패턴 정보와, 필름 입자를 부가할 정도를 나타내는 강도 정보를 수신 또는 재생하는 화상 처리 장치로서,부호화 데이터를 복호하는 복호 수단과,랜덤 노이즈의 레벨 분포를 상기 기본 패턴 정보에 나타내어지는 레벨 분포와 마찬가지의 것으로 변환해서 필름 입자 화상을 재구성하는 기본 패턴 생성 수단과,상기 강도 정보에 의해 상기 필름 입자 화상의 강도를 조정하는 강도 조정 수단과,강도가 조정된 상기 필름 입자 화상을 상기 복호 수단에 의해 얻어진 복호 화상 정보에 부가하는 부가 수단으로 이루어지는 화상 처리 장치.
- 제8항에 있어서,상기 기본 패턴 생성 수단에 의해 생성된 상기 필름 입자 화상 내의 영역을 잘라내어 상기 복호 화상 정보에 부가하는 화상 처리 장치.
- 제9항에 있어서,잘라내지는 상기 영역의 위치를 랜덤하게 변화시키는 화상 처리 장치.
- 제8항에 있어서,상기 강도 조정 수단은, 화상의 일정 영역 단위로 강도를 조정하는 화상 처 리 장치.
- 입력 화상 신호를 고능률 부호화하고, 부호화 데이터를 전송 또는 기록하고, 수신 또는 재생된 상기 부호화 데이터를 복호하는 화상 처리 장치에 있어서,부호화측에,입력 화상 중에서 급준한 변화를 포함하지 않는 영역을 검출하는 영역 검출 수단과,상기 영역 검출 수단에 의해 검출된 상기 영역 내의 화소값의 레벨 분포를 나타내는 기본 패턴 정보를 추출하는 제1 추출 수단과,부가할 필름 입자의 강도를 나타내는 강도 정보를 구하는 제2 추출 수단과,부호화 데이터와 상기 기본 패턴 정보와 상기 강도 정보를 전송 또는 기록하는 수단을 설치하고,복호측에,상기 부호화 데이터와, 상기 기본 패턴 정보와, 상기 강도 정보를 수신 또는 재생하는 수단과,랜덤 노이즈의 레벨 분포를 상기 기본 패턴 정보에 나타내어지는 레벨 분포와 마찬가지의 것으로 변환해서 필름 입자 화상을 재구성하는 기본 패턴 생성 수단과,상기 강도 정보에 의해 상기 필름 입자 화상의 강도를 조정하는 강도 조정 수단과,강도가 조정된 상기 필름 입자 화상을 상기 복호 수단에 의해 얻어진 복호 화상 정보에 부가하는 부가 수단을 설치한 화상 처리 장치.
- 입력 화상 신호를 고능률 부호화하는 화상 처리 방법에 있어서,입력 화상 중에서 급준한 변화를 포함하지 않는 영역을 검출하는 영역 검출 스텝과,상기 영역 검출 스텝에 의해 검출된 상기 영역 내의 화소값의 레벨 분포를 나타내는 기본 패턴 정보를 추출하는 제1 추출 스텝과,부가할 필름 입자의 강도를 나타내는 강도 정보를 구하는 제2 추출 스텝과,부호화 데이터와 상기 기본 패턴 정보와 상기 강도 정보를 전송 또는 기록하는 스텝으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 화상 처리 방법.
- 고능률 부호화된 부호화 데이터와, 입력 화상 중에서 급준한 변화를 포함하지 않는 영역 내의 화소값의 레벨 분포를 나타내는 기본 패턴 정보와, 필름 입자를 부가할 정도를 나타내는 강도 정보를 수신 또는 재생하는 화상 처리 방법으로서,부호화 데이터를 복호하는 복호 스텝과,랜덤 노이즈의 레벨 분포를 상기 기본 패턴 정보에 나타내어지는 레벨 분포 와 마찬가지의 것으로 변환해서 필름 입자 화상을 재구성하는 기본 패턴 생성 스텝과,상기 강도 정보에 의해 상기 필름 입자 화상의 강도를 조정하는 강도 조정 스텝과,강도가 조정된 상기 필름 입자 화상을 상기 복호 스텝에 의해 얻어진 복호 화상 정보에 부가하는 부가 스텝으로 이루어지는 화상 처리 방법.
- 입력 화상 신호를 고능률 부호화하고, 부호화 데이터를 전송 또는 기록하고, 수신 또는 재생된 상기 부호화 데이터를 복호하는 화상 처리 방법에 있어서,부호화측의 처리는,입력 화상 중에서 급준한 변화를 포함하지 않는 영역을 검출하는 영역 검출 스텝과,상기 영역 검출 스텝에 의해 검출된 상기 영역 내의 화소값의 레벨 분포를 나타내는 기본 패턴 정보를 추출하는 제1 추출 스텝과,부가할 필름 입자의 강도를 나타내는 강도 정보를 구하는 제2 추출 스텝과,부호화 데이터와 상기 기본 패턴 정보와 상기 강도 정보를 전송 또는 기록하는 스텝으로 이루어지고,복호측의 처리는,상기 부호화 데이터와, 상기 기본 패턴 정보와, 상기 강도 정보를 수신 또는 재생하는 스텝과,랜덤 노이즈의 레벨 분포를 상기 기본 패턴 정보에 나타내어지는 레벨 분포와 마찬가지의 것으로 변환해서 필름 입자 화상을 재구성하는 기본 패턴 생성 스텝과,상기 강도 정보에 의해 상기 필름 입자 화상의 강도를 조정하는 강도 조정 스텝과,강도가 조정된 상기 필름 입자 화상을 상기 복호 스텝에 의해 얻어진 복호 화상 정보에 부가하는 부가 스텝으로 이루어지는 화상 처리 방법.
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