JP2000232651A - ブロック変換符号化された画像表現から復号した電子的画像の中の歪を除去する方法 - Google Patents

ブロック変換符号化された画像表現から復号した電子的画像の中の歪を除去する方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明の目的は、ロック変換符号化された画
像表現から復号した電子的画像の中の歪を除去すること
である。 【解決手段】 本発明は、変換符号化された画像表現か
ら復号した電子的画像のブロックを受信するステップ
と、復号した画像の部分は低精細画素を有するかを決定
するステップと、低精細画素の所定数の所定の領域内の
画素として、境界画素を決定するステップと、そのステ
ップに基ずいて、１つ又はそれ以上の境界置換画素値を
得るために複数のフィルタのうちの１つで境界画素をフ
ィルタするステップと、１つ又はそれ以上の境界置換画
素値で、境界の、１つ又はそれ以上の画素を置換するこ
とにより、画像を再構成するステップとを有する、ブロ
ック変換符号化された画像表現から復号した電子的画像
の中の歪を防止する方法により達成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、画像処理に関し特
に、ブロック変換符号化された画像の歪を除去する方法
に関する。本発明は、１９９８年４月７日に発行され
た、Ｇａｎｄｈｉ他の米国特許番号５７３７４５１、
「ブロック変換符号化された画像のブロック歪を抑圧す
る方法及び、装置」に関連している。
【０００２】
【従来の技術】様々な損失のある圧縮方法が、あるコン
ピュータワークステーションから、画像データが逆圧縮
（再生）される別のコンピュータワークステーションへ
伝送する前に画像データを圧縮するために、ディジタル
画像処理で使用されている。良く知られた圧縮方法は、
損失のあるＪＰＥＧ（ジョイントフォトグラフィックエ
キスパートグループ）のような国際規格の、離散コサイ
ン変換を使用する。
【０００３】この点で、画像のディジタル表現は、重な
らない隣接する８ｘ８画素のブロックに分割される。画
像データの各重ならない８ｘ８画素のブロックは、画素
表現空間からＤＣＴ空間へ、ＤＣＴ変換される。画像デ
ータの各変換されたブロックは 1つのＤＣ係数と６３個
のＡＣ係数を有する。ＤＣ係数はブロックの平均輝度を
表し、ＡＣ係数は、ブロックの空間周波数情報を表す。
【０００４】他のコンピュータワークステーションに伝
送される前に、各ブロックのＤＣ及び、ＡＣ係数は、符
号化処理中に量子化され符号化される。量子化では、あ
る範囲の係数を 1つの値に割り当てるので数値の損失が
生じる。この割り当てを以後量子化レベルと呼ぶ。符号
化は、量子化値の組に２値符号を割り当てる。受信する
ワークステーションでは、ビットストリームは復号さ
れ、逆量子化されて、逆量子化された係数値の組を再構
成する。これらの逆量子化された係数値は、知られた従
来技術のように、実質的に、逆離散コサイン変換（ＩＤ
ＣＴ）で画素表現空間へ逆変換される。
【０００５】圧縮するワークステーションでは、圧縮処
理で発生されたビット数は、一部分、量子化で使用され
た量子化レベルに対応する。少ない量子化レベルを使用
すれば、即ち粗い量子化は、粗くない量子化よりも少な
いビット数を生じるであろう。しかし、粗い量子化は、
復号するワークステーションで望ましくない歪を生じ
る。粗い量子化は、隣接ブロック間のＤＣ係数の間の不
均衡を増加し、ブロック内のＡＣ係数情報を破壊する。
これは、ゆっくり強度が変化する領域で特に視覚的に不
快な歪を生じる。ゆっくり強度が変化する領域のように
比較的低い空間周波数情報を含む領域の場合には、画像
領域は、”低精細”であるといわれる。加えて、低精細
領域の付近では、画像領域は、”境界”と呼ばれる。ブ
ロック歪を低減する標準的な技術は、Ｍｉｔｃｈｅｌ
ｌ，Ｊ．Ｌ．及び、Ｗ．Ｂ．Ｐｅｎｎｅｂａｋｅｒによ
る、”ＪＰＥＧ向上”静止画データ圧縮規格、１９９３
年、２６１頁から２６５頁で参照される、ＡＣ予測とし
て知られ、再生ワークステーションで適用される。低周
波数ＡＣ係数に対するＡＣ予測は、逆量子化ＤＣ係数を
用いて、現在のブロックと、その８つの隣接するブック
から形成される。ブロックのＡＣ予測された係数は、ゼ
ロ量子化されたＡＣ係数値（即ちゼロに量子化されたも
の）を画像ブロックの伝送に先立ち、画素表現空間へ置
きかえる。この技術の１つの欠点は、ブロックの他の空
間周波数成分にかかわらず、ＡＣ予測された係数値をゼ
ロ量子化されたＡＣ係数値に置きかえることである。こ
れは、高周波数の画像の細部を視覚的に平滑化する望ま
しくない傾向がある。そして、隣接ブロック間の逆量子
化されたＤＣ係数の不均衡を減少するのに効果の無い低
周波数ＡＣ情報を生じる。ブロック歪を減少する適応的
な方法が、Ｄｅ Ｇａｒｉｄｏ他の欧州特許出願番号０
５８５５７３Ａ２に記載されている。適応ＡＣ予測器
は、現在のブロックと隣接の８ブロックの規定された動
き測定に基づいている。この技術は、上述の方法と違っ
て、高空間周波数領域でのＡＣ予測を介した低周波数情
報を生じない。このように、大きい動きブロックを示す
高空間周波数及び、テクスチャ情報は、保存される。大
きい動きブロックを示すこのＡＣ適応予測技術も、小さ
い動きの画像領域の隣接ブロック間の量子化されたＤＣ
係数の不均衡を減少しないという欠点がある。
【０００６】従って、上述の問題点を解決するために、
ブロック変換符号化画像の再生で改善することが要求さ
れる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上述
の問題点を解決することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、この目
的は、（ａ）変換符号化された画像表現から復号した電
子的画像のブロックを受信するステップと、（ｂ）復号
した画像の部分は低精細画素を有するかを決定するステ
ップと、（ｃ）低精細画素の所定数の所定の領域内の画
素として、境界画素を決定するステップと、（ｄ）ステ
ップ１（ｃ）に基ずいて、１つ又はそれ以上の境界置換
画素値を得るために複数のフィルタのうちの１つで境界
画素をフィルタするステップと、（ｅ）１つ又はそれ以
上の境界置換画素値で、境界の、１つ又はそれ以上の画
素を置換することにより、画像を再構成するステップと
を有する、ブロック変換符号化された画像表現から復号
した電子的画像の中の歪を防止する方法により達成され
る。
【０００９】本発明の、これらの又は、他の観点、目
的、特徴及び、優位点は以下の実施例の詳細な説明、及
び、図面で更に明らかに理解されよう。以下の説明は黒
白又は、カラーの画像又は、カラー画像の１チャネル
（輝度チャネル）に関する本発明の動作を詳細に説明す
る。カラー画像の他のチャネル（色差チャネル）への、
本発明の拡張は詳細な説明の最後で説明する。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下の説明では、ソフトウェアプ
ログラムとしての実施例で、本発明を説明する。当業者
には、そのようなソフトウェアと等価なものはハードウ
ェアでも構成できるということが容易く理解されよう。
図１は、本発明を利用するシステムを示す。コダックＤ
Ｃ５０のようなディジタルカメラ１０は、レンズ２０を
等して入力する光を受信するために、そして、入力光
を、写真産業では既知の入射光内に含まれている像２５
の電子的ディジタル表現に変換するための、電荷結合素
子ＣＣＤ（図示していない）を有する。ＣＣＤは画像の
電子的表現を、後に取り出すために及び、画像を蓄積す
るパーソナルコンピュータカード（ＰＣＣ）へ伝送す
る。
【００１１】しかし、ＰＣＣ３０へ画像を蓄積する前
に、カメラ１０のメモリモジュール（図示していない）
に蓄積された、ＪＰＥＧ圧縮ソフトウェアが、ＣＣＤか
ら受信された画像のディジタル表現を圧縮するのに使用
される。ＰＣＣ３０は、画像表現が逆圧縮され、ローカ
ルコンピュータ４０に電子的に接続されたモニタ５０に
表示されるように、ローカルコンピュータ又は、ワーク
ステーション４０に挿入される。代わりに、圧縮形式の
画像２５のディジタル表現は、モニタ７０で見るため、
又は、プリンタで印刷するために (図示していない) 、
又は、更に遠隔ユーザにより処理されるためにに逆圧縮
される、他の遠隔コンピュータ又は、ワークステーショ
ン６０へ伝送される。本発明のソフトウェアプログラム
は、視聴するために歪の発生を減少させる圧縮された画
像のディジタル表現を処理する遠隔コンピュータ５０に
蓄積されている。
【００１２】図２は、再生された画像の歪の発生を減少
させる本発明のソフトウェアプログラムを図示したもの
である。好適な実施例で、このソフトウェアは、損失の
あるＪＰＥＧ圧縮器で圧縮された形式の画像を受信し、
続いて、復号器により逆圧縮される。復号器は、入力デ
ータを逆量子化し、逆離散コサイン変換を行い、その結
果の再構成されたディジタル画像は画素値の８ｘ８ブロ
ックを有する。復号動作は、従来技術で知られているの
でここでは詳細に述べない。
【００１３】図２と３を参照する。再構成されたディジ
タル画像は、逆ブロック化処理を行うための画像ブロッ
クの平均値の調整を行う、ブロック平均平滑器８０へ入
力される。これに関し、ブロック平均平滑器８０は最初
に、８０ａで、各８ｘ８ブロックの平均画素値を計算
し、以後、各々の平均画素値は、平均ブロック値として
参照する。図示のために、標準ＪＰＥＧ再構成画像は、
５１２ｘ５１２であり、低解像度で、ブロック平均画像
は、６４ｘ６４平均画素値の配列である。
【００１４】各特定の平均ブロック値の局部分散は、図
４に示されるように、特定の平均ブロック値を中心とし
た３ｘ３配列を用いて、８０ｂで計算される。ここで、
ｎ1- 9 は、平均ブロック値ｎ5 を中心とした３ｘ３配列
の平均ブロック値８５を表す。実施例では、画像の端の
近くのブロックは、ブロック平均配列８５は画像内で中
心に置くことができないので、そのまま残される。当業
者は、これらの境界ブロックを扱う他の選択があること
は理解される。図２と３を再び参照し、ｂ（ｍ，ｎ）は
ブロック平均値を示すとすると、実施例の局部分散σb
2 （ｍ、ｎ）は以下で与えられる。
【００１５】
【数１】
【００１６】ここで、ｉ，ｊ及び、ｍ，ｎは、３ｘ３の
画像の中のブロック指標及び、全体の画像の中のブロッ
ク指標をそれぞれ示す。項
【００１７】
【外１】
【００１８】は、
【００１９】
【数２】
【００２０】により定義される。当業者は、式（１）で
与えられる分散の様々な同様の測定は、適切な変更を使
用できることがわかる。局部分散σb 2 （ｍ、ｎ）は、
閾値８０ｃよりも小さく、好ましくは、Ｔb ＝６４で、
ブロック平均画素ｂ（ｍ，ｎ）は、８ｘ８ブロック平均
８０ｃの、回りの３ｘ３窓のブロック平均値の加重平均
で置きかえられる。この加重平均は、
【００２１】
【外２】
【００２２】として参照され、以下の様に計算される。
【００２３】
【数３】
【００２４】ここで、ｉ，ｊ及び、ｍ，ｎは、３ｘ３の
画像の中のブロック指標及び、全体の画像の中のブロッ
ク指標をそれぞれ示す。ｗは３ｘ３加重窓で、
【００２５】
【数４】
【００２６】である。当業者は、望むなら、他の加重窓
も使用できる。代わりの窓は、以下のようである。
【００２７】
【数５】
【００２８】最大解像度画像の対応するブロックの画素
は、８０ｄで調整され、それらの平均は、平均
【００２９】
【外３】
【００３０】に等しい。ブロック平均平滑化の代わりの
方法は以下の通りである。上述のように、ブロックの平
均値の局部分散が閾値よりも小さいときは、ブロックの
平均値は、局部平均値に置きかえられる。この硬閾値
は、ずべての場合に、強いわけではない。それゆえ、更
なる計算を要する更に強いブロック平均平滑化の僅かに
変更された方法が使用されることが示唆される。特に、
ブロック平均ｂ（ｍ，ｎ）が見つけられ、そして、式
（１）のσb 2 と、式（３）の
【００３１】
【外４】
【００３２】が計算される。ブロック平均ｂ（ｍ，ｎ）
は、通常、値
【００３３】
【外５】
【００３４】により置きかえられる。
【００３５】
【数６】
【００３６】ここで、
【００３７】
【数７】
【００３８】であり、パラメータσap 2は演繹的に定義
される。局部分散σb 2 （ｍ，ｎ）は上昇し、α（ｍ，
ｎ）は１に近づきそして、
【００３９】
【外６】
【００４０】は、ｂ（ｍ，ｎ）に向かい、ブロック平均
は本質的に変わらない。しかし、σb 2 （ｍ，ｎ）が非
常に小さいときには、α（ｍ，ｎ）は０に近づき、
【００４１】
【外７】
【００４２】は、
【００４３】
【外８】
【００４４】に近づく。実験から、σb 2 ＝７５でこの
代わりの方法を使用した結果は、前述の硬閾値法を使用
した結果と、区別がつかないことが分かった。当業者に
は明らかなように、ブロック平均平滑化は、画素の再構
成前に、ＤＣＴ領域で、効果的に実行されることができ
る。低解像度の画像は、単に、各ブロックのＤＣ係数か
ら構成され得る。ＤＣ係数は、ブロックの平均値の８倍
なので、閾値パラメータＴｂは、６４でスケーリングさ
れる。この低解像度の画像の変更された画素は、画素値
の再構成前の対応するブロックに対する、新しいＤＣ係
数となる。
【００４５】図２と５を参照すると、ブロック平均調整
された画像は、どの画素が低精細で、どの画素が境界画
素かを画定する、グラディエント計算及び、画素のラベ
ル付け処理器９０へ入力する。以下で説明するが、画素
のラベルは、所定の画素に、もしあるなら、どのような
形式の平滑化が行われるかを決定するのに使用される。
グラディエント値９０ａと９０ｂは、以下のように、各
画素値に対して、計算される。ＧV （ｍ，ｎ）は、位置
（ｍ，ｎ）でのｖ（垂直）方向のグラディエントを示
し、同様に、Ｇh （ｍ，ｎ）は、位置（ｍ，ｎ）でのｈ
（水平）方向のグラディエントを示し、画像ｆ（ｍ，
ｎ）に対し、以下のように計算される。
【００４６】
【数８】
【００４７】グラディエント画像は、後の使用のため
に、蓄積される。次に、グラディエントの大きさの画
像、Ｇ（ｍ，ｎ）は９０ｃで計算され、以下のように与
えられる。
【００４８】
【数９】
【００４９】このグラディエントの大きさの画像は、９
０ｃで、９ｘ９の分離できるガウシャンカーネルｇを用
いて平滑化される。ここで、ｍ，ｎ∈[ −４，−
３，．．．３，４] に対して、
【００５０】
【数１０】
【００５１】であり、ここで、
【００５２】
【数１１】
【００５３】は正規化係数である。参照のために、この
カーネルの分離できる１−Ｄ係数は
【００５４】
【外９】
【００５５】である。結果の平滑化された画像は以後、
平滑化された画像、Ｇs （ｍ，ｎ）として参照される。
平滑化は、式（８）のグラディエント推定値のノイズを
減らし、更に、大きなグラディエントを散らす。それに
より、近くの画素は、実質的に低精細とラベル付けされ
る。これは以下に説明する。ここで、Ｔg は閾値で好ま
しくは４．５５２１であり、当業者は望ましい結果によ
ってこの閾値を変更でき、
【００５６】
【外１０】
【００５７】の場合には、位置（ｍ，ｎ）で、ブロック
平均調整された画像の画素は、低精細に９０ｄでラベル
付けされる。Ｇs （ｍ，ｎ）＞Ｔg の場合には、（ｍ，
ｎ）の画素は、ラベル付けされない。このラベル付けに
より、２値画像となり、以後”低精細マップ”として参
照される。ここで、”１”は対応する画素が低精細であ
ることを示し、”０”は対応する画素は境界画素である
ことを示す。
【００５８】境界画素は、以下のように、低精細マップ
から識別される。低精細マップの全ての”０”が中心の
１９ｘ１９の矩形の窓（即ち、これらの画素は低精細に
ラベル付けされていない）が使用されるのが好ましい。
この窓が、１つ以上の低精細画素（低精細マップの単一
の”１”以上）を被うなら、窓の中心の画素は、９０ｅ
で境界画素とラベル付けされる。この結果、”１”は対
応する画素が境界画素であること示し、全ての他の画素
は”０”にラベル付けされている、という２値画像とな
る。結果のマップは、以後”境界画素マップ”として参
照される。この点で、全ての低精細画素は、低精細マッ
プの中の”１”により示され、全ての境界画素は、境界
画素マップの中の”１”により示される。そして、全て
の他の画素は、ラベル付けされない。これらの画素ラベ
ルを蓄積する他の手段は、当業者には明らかである。
【００５９】図２と６を参照し、ブロック平均調整され
た画像の画素は、グラディエント計算と画素ラベル付け
処理器９０により得られたラベルに従って、１００で平
滑化される。境界画素は、４つの５ｘ５方向に向けられ
たフィルタのうちの１つを用いて、１００ａで平滑化さ
れる。フィルタのカーネルは以下に与えられる。
【００６０】
【数１２】
【００６１】
【数１３】
【００６２】
【数１４】
【００６３】
【数１５】
【００６４】望ましいなら、異なるカーネルが使用でき
ることに注意する。更なる方向に向けられたカーネル
も、以下に述べる判定処理への変更で使用できる。境界
画素のこの方向の平滑化は、リンギング及び／又は階段
状のようなエッジ歪を減少しながら、エッジを保存す
る。
【００６５】位置（ｍ，ｎ）の境界画素に対して、平滑
化に使用するカーネルは、以下の決定処理を使用して、
グラディエントＧv （ｍ，ｎ）及び、Ｇh （ｍ，ｎ）か
ら決定される。｜｜Ｇv （ｍ，ｎ）｜−｜Ｇh （ｍ，
ｎ）｜｜＜Ｔdir の場合には、更に符号[ Ｇv （ｍ，
ｎ）] ＝符号[ Ｇh （ｍ，ｎ）] ならばｄ 3を使用しそ
れ以外は、ｄ4 を使用する。そうでない場合には、更に
｜Ｇv （ｍ，ｎ）｜＜｜Ｇh （ｍ，ｎ）｜ならば、ｄ1
を使用し、それ以外は、ｄ2 ｄ使用する。
【００６６】この変低処理の効果は以下のようである。
垂直及び、水平のグラディエントは、大きさは大体等し
く、平滑化は、２つのグラディエントの符号に従って、
対角線方向（即ちｄ3 又は、ｄ4 ）の１つで行われる。
そうでなければ、垂直方向のグラディエントの大きさ
が、水平方向のグラディエントの大きさ差よりも小さい
場合には、平滑化は、垂直方向（即ちｄ1 ）に行われ
る。そうでない場合（即ち水平方向のグラディエントの
大きさが、垂直方向のグラディエントの大きさ差よりも
小さい場合）には、平滑化は、水平方向（即ちｄ2 ）に
行われる。
【００６７】好ましくは、Ｔdir は５である。使用され
る特定のフィルタは、境界のエッジの傾斜に依存する。
低精細画素は、低域フィルタの、大きなカーネルの１０
０ｂで平滑化される。実験では、１１ｘ１１の分割でき
るガウシャンカーネルｌを使用する。
【００６８】
【数１６】
【００６９】ここで、ｍ，ｎ∈[ −５，−４，．．．
４，５] であり、
【００７０】
【数１７】
【００７１】は正規化係数である．参照のために分離で
きるこのカーネルの１−Ｄ係数は、
【００７２】
【外１１】
【００７３】カーネルがブロック境界を大きくまたいで
常に伸びるように、１１ｘ１１サイズが選択される。こ
れにより、ブロック効果を減少できる。再び、当業者に
は明らかなように、他のカーネルも使用できることに注
意する。残りのラベル付けされていない画素は、変更さ
れない。これは、テクスチャ又は、他の詳細により歪が
マスクされた領域の急峻さを保存する。画素平滑段階１
００の出力は、最終処理画像である。
【００７４】（黒白画像又は、カラー画像の輝度チャネ
ルについての）本発明のステップを実行する擬似コード
プログラムは、付録Ａに含まれている。ここまでは、前
述のように、本発明の動作は、黒白画像又は、カラー画
像の単一（輝度）チャネルについて説明した。カラー画
像の場合には、他の（色差）チャネルに対する本発明の
動作は以下のようである。１つの単純な計算的に効果的
な解決は、現在の発明を輝度チャネルのみに適用し、他
の色差チャネルは変化しないままであることである。他
の直接的な実行は、現在の発明を最初に上述のように輝
度チャネルに適用し、そして、他の色差チャネルに別々
に繰返すことである。しかし、実施例では、以下のよう
に、現在の発明を、最初に輝度チャネルへ適用しそし
て、本発明を残りの色差チャネルに適用することに、結
果の情報が使用される。輝度チャンネルの所定のブロッ
クの平均が、８０ｄで調整される場合には、色差チャネ
ルの対応するブロックの平均が同様に調整される。輝度
チャンネルからの画素ラベル（即ち低精細マップ及び、
境界画素マップ）は、色差チャネルの対応する画素のラ
ベル付けに使用される。輝度チャネルの中の境界画素の
フィルタ処理に選択された方向は、色差チャネルの中の
境界画素の平滑化の方向を決定するのに使用される。最
後に、輝度チャンネルからのこの情報に従い、色差チャ
ネルの中の低精細及び、境界画素は適切に平滑化され
る。
【００７５】本発明は、実施例を参照して説明した。し
かし、本発明の範囲を離れること無く、当業者によって
変形や変更ができることは明らかである。
【００７６】
【発明の効果】本発明は、低精細周波数情報を含む領域
とその付近の境界領域を識別し、識別された内容に従っ
て単一の平滑動作を行うという優位性を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実行する典型的なコンピュータシステ
ムを示す図である。
【図２】本発明の概要を示すブロック図である。
【図３】図２の部分のブロック平均平滑器のブロック図
を示す図である。
【図４】図３の局部分散を計算するのに使用する３ｘ３
窓を示す図である。
【図５】図２の部分のグラディエント計算と画素ラベル
付けを示す図である。
【図６】図２の部分の低精細及び、境界画素の平滑化を
示す図である。
【符号の説明】
１０ ディジタルカメラ ２０ レンズ ２５ 像 ３０ ＰＣＣ ４０ ローカルコンピュータ ５０ モニタ ７０ モニタ ８０ ブロック平均平滑器 ９０ グラディエント計算及び、画素のラベル付け処理
器

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 （ａ）変換符号化された画像表現から復
    号した電子的画像のブロックを受信するステップと、 （ｂ）復号した画像の部分は低精細画素を有するかを決
    定するステップと、 （ｃ）低精細画素の所定数の所定の領域内の画素とし
    て、境界画素を決定するステップと、 （ｄ）ステップ１（ｃ）に基ずいて、１つ又はそれ以上
    の境界置換画素値を得るために複数のフィルタのうちの
    １つで境界画素をフィルタするステップと、 （ｅ）１つ又はそれ以上の境界置換画素値で、境界の、
    １つ又はそれ以上の画素を置換することにより、画像を
    再構成するステップとを有する、ブロック変換符号化さ
    れた画像表現から復号した電子的画像の中の歪を防止す
    る方法。
  2. 【請求項２】 １つ又はそれ以上の低精細置換画素値を
    得るための平滑フィルタで低精細画素をフィルタするス
    テップと、 １つ又はそれ以上の置換低精細画素で、低精細部の、１
    つ又はそれ以上の画素を置換することにより、画像を再
    構成するステップを更に有する請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 隣接ブロックの平均の偏差により１つの
    ブロックの平均値を調整するステップを更に有する請求
    項１記載の方法。
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