JPH10336431A - ２進画像の補間方法 - Google Patents

２進画像の補間方法

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JPH10336431A
JPH10336431A JP10045877A JP4587798A JPH10336431A JP H10336431 A JPH10336431 A JP H10336431A JP 10045877 A JP10045877 A JP 10045877A JP 4587798 A JP4587798 A JP 4587798A JP H10336431 A JPH10336431 A JP H10336431A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ２進画像の補間方法を提供する。 【解決手段】 補間画素の周囲にある参照画素の状態値
（コンテクスト）により補間値ＩＮＰ[Ｐ]と臨界値ＴＨ
Ｒcとの間の曖昧性を取り除くことによって、復元され
た２進画像におけるブロッキング現象、スムージング現
象が減る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は２進画像の補間方法
に係り、特に補間により生じる画素値の決定に用いられ
る可変臨界値を周りの画素の状態値（コンテクスト）に
より決定する改良した補間方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】最近のＭＰＥＧ−４（Moving Picture E
xpert Group-4）では、以前とは違って、形状（shape）
情報を処理する機能が追加された。形状情報とは画像の
客体情報をいうのであり、２進画像として表現される。
この２進画像を符号化するためにＭＰＥＧ−４はコンテ
クスト基盤の算術符号化器（Context-based Arithmetic
Encoder；以下ＣＡＥという）を使用する。損失形状符
号化のためにダウンサンプリング（down sampling）及
びアップサンプリング（up sampling）が各形状マクロ
ブロックで行われる。形状画像はＭ×Ｎのブロック大き
さを有する形状ブロックに分割される。
【０００３】ダウンサンプリングとは、２進画像ブロッ
クを与えられた変換率により縮小するのをいう。縮小さ
れた画像（縮小画像）ブロックは変換率と共に伝送され
る。ここで、変換率は元の２進画像ブロックと追って復
元された２進画像ブロックとの間の誤差が所定範囲内に
含まれるように決められる。ダウンサンプリングにより
生じた縮小画像ブロックはＣＡＥにより符号化され伝送
される。
【０００４】このような縮小画像の復元のためにアップ
サンプリング（up sampling）という方法が用いられ
る。アップサンプリングとは補間により縮小画像ブロッ
クから元の２進画像ブロックを復元する過程である。こ
のようなアップサンプリングでは、復元された２進画像
で生じるブロッキング現象（blocking effect）、スム
ージング現象（smoothing effect）などを緩和する効率
的な補間方法が求められる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記した要求
に応じてなされたものであり、補間により形成される画
素（補間画素）の周囲にある画素の状態値（コンテクス
ト）を用いて補間することにより、ブロッキング現象、
スムージング現象などを緩和する改良した補間方法を提
供することをその目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
本発明に係る２進画像の補間方法は、ダウンサンプリン
グにより縮小された２進画像より元の２進画像を復元す
る補間方法において、補間画素の周囲にある縮小された
画像の画素値（注目画素値）に基づき補間値を算出する
過程と、前記注目画素の周囲にある画素（参照画素）の
状態値（コンテクスト）を算出する過程と、前記算出さ
れたコンテクストに相応する臨界値を獲得する過程と、
前記補間値と獲得された臨界値とを比較し、補間値が獲
得された臨界値より大きいならば補間画素の画素値を"
１"と、そうでなければ"０"と決定する過程とを含むこ
とを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】以下添付した図面に基づき本発明
をさらに詳細に説明する。図１はＭＰＥＧ−４におい
て、客体情報を有する２進画像の符号化及び復号化方法
を示したものである。図１に示した方法は、ダウンサン
プリング過程１００、符号化過程１０２、逆符号化過程
１０４、及びアップサンプリング過程１０６を含む。
【０００８】ダウンサンプリング過程１００でＭ×Ｎの
２進画像ブロックが（Ｍ×ＣＲ）×（Ｎ×ＣＲ）の縮小
画像ブロックに変換される。ここで、ＣＲとは元の２進
画像ブロックとダウンサンプリングにより生じた縮小画
像ブロックとのサイズ比を示す変換率である。符号化過
程１０２は縮小画像を符号化する。２進画像の符号化の
ためにＭＰＥＧ−４ではＣＡＥが使われる。ＣＡＥは客
体を示す２進画像をブロック化し、各ブロックを同一の
方法により処理する符号化器である。このＣＡＥは処理
方法が単純で、しかも符号化効率がわりに高いため、Ｍ
ＰＥＧ−４の検証モデルとして採択された。符号化過程
１０２を通じて符号化された縮小画像は伝送路を通じて
伝送される。逆符号化過程１０４は符号化された縮小画
像より縮小画像を復元する。アップサンプリング過程１
０６は縮小画像に対し補間処理を行い、元の２進画像を
復元する。
【０００９】図２は図１に示したダウンサンプリング過
程１００をさらに詳しく説明するためのものである。２
進画像２００は図２に格子状で示した複数のマクロブロ
ック（macro block）にブロック化する。マクロブロッ
ク２０１内の"○"で表示した画素は"×"で表示した一つ
の画素に変換される。ここで、マクロブロックの大きさ
は変換率に応じて決められる。ＭＰＥＧ−４において変
換率は１、１/２、１/４などに決められる。このような
変換を全てのマクロブロックに対して行うことにより変
換率だけ縮小された画像（縮小画像）が得られる。図２
に示したのはマクロブロックの４個の画素（"○"で表示
した画素）が属する場合、即ち、変換率が１/２の場合
である。ダウンサンプリングにおいて、マクロブロック
の４個の画素からなる各グループで、半分以上の画素
が"１"であれば変換された画素の画素値は"１"となる。
ここで、画素値"１"及び"０"はそれぞれ客体が存在する
部分及び存在しない部分を示す。画素値が"１"の部分
と"０"の部分との境界線は客体情報の境界線を示す。
【００１０】図３は図１に示したアップサンプリング過
程１０６をより詳細に説明するためのものである。アッ
プサンプリング過程は縮小画像に含まれた４個の画素を
用いた補間処理により元の２進画像の画素を復元する。
図３に基づき従来の補間方法を詳しく説明する。図３に
おいてＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄで示した画素は補間に関与する画
素（注目画素）であり、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４は補間
により生じた画素（補間画素）である。ここで、注目画
素Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは補間画素Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４を
取り囲んでいる画素である。さらに、注目画素は縮小画
像に属する画素であり、補間画素は復元された２進画像
に属する画素である。
【００１１】まず、注目画素Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを用いて補
間値ＩＮＰ[Ｐ]を求める。補間値を求めるために線形補
間方法が用いられる。線形補間方法による補間値ＩＮＰ
[Ｐ]は次の通り求められる。 ＩＮＰ［Ｐ１］＝ｒ＊Ａ＋ｓ＊（Ｂ＋Ｃ＋Ｄ） ＩＮＰ［Ｐ２］＝ｒ＊Ｂ＋ｓ＊（Ａ＋Ｃ＋Ｄ） ＩＮＰ［Ｐ３］＝ｒ＊Ｃ＋ｓ＊（Ａ＋Ｂ＋Ｄ） ＩＮＰ［Ｐ４］＝ｒ＊Ｄ＋ｓ＊（Ａ＋Ｂ＋Ｃ） ここで、ｒ及びｓは加重値であり、ｒ＞ｓの関係を満足
する。即ち、補間画素の最も近くに位置する画素に最大
の加重値を与える。
【００１２】次は、算出された補間値ＩＮＰ[Ｐ]と臨界
値ＴＨＲとを比較する。ここで、臨界値ＴＨＲは最大の
補間値の１/２となる値に設定される。補間値ＩＮＰ
[Ｐ]が臨界値ＴＨＲより大きいならば補間画素の画素値
は"１"となり、そうでない場合は"０"となる。ここで、
適用された臨界値ＴＨＲは一つであるが、補間値ＩＮＰ
は複数でありうるため、補間値ＩＮＰ[Ｐ]と臨界値ＴＨ
Ｒとが相互近接する場合は補間画素の画素値が正確かど
うかが不明になる曖昧性が存在する。これにより、復元
された２進画像におけるブロッキング現象あるいはスム
ージング現象が深刻化する問題点がある。
【００１３】これを改良するために本発明に係る補間方
法では、補間値ＩＮＰ[Ｐ]と比較される臨界値を補間画
素の周囲にある画素（参照画素）の状態値（コンテクス
ト）により適応的に決定することによって、補間画素の
画素値の決定時の曖昧性を緩和する。それから適用する
臨界値の候補値を、後述されるように、学習方法により
決定する。
【００１４】本発明に係る改良した補間方法を図４乃至
図７に基づき説明する。図４乃至図７において"○"で表
示したものＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｃ０、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、
Ｃ４、Ｃ５は縮小画像の画素であり、"×"で表示したも
のＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４は復元された２進画像の画素
（補間画素）である。
【００１５】まず、補間により生じる画素の補間値を求
める。ここで、補間値は注目画素の平均やその他の方法
により求められるが、本発明においては双一次補間方法
により求める。双一次補間方法による補間値は次の＜数
２＞により求められる。
【数２】 ここで、各項におけるｈ及びｖはその項に含まれている
注目画素と補間画素との間の水平及び垂直距離である。
ＩＮＰ[Ｐ]は０から１までの値に決定される。注目画素
の組合数は１６個であるので補間値ＩＮＰ[Ｐ]は１６個
になりうるが、重複するのを除ければ実際には０から１
までの１２個である。これにより、臨界値の候補値ＴＨ
Ｒc[ｔ]も１２個であり、それぞれ０、０．０６２５、
０．１８７５、０．２５、０．３７５、０．４３７５、
０．５６２５、０．６２５、０．７５、０．８１２５、
０．９３７５、及び１である。
【００１６】次いで、参照画素の状態値（コンテクス
ト）を算出する。コンテクストは次の＜数３＞により算
出される。
【数３】 ここで、Ｐは補間画素の位置を、Ｒは参照画素を、ｋは
参照される順番あるいは加重値を示すインデックスであ
る。ここで、インデックスは補間画素の位置に応じて変
わる。本発明においては、参照画素として注目画素の周
りを取り囲んでいる５個の画素を使用する。このような
参照画素は縮小画像に含まれた画素である。図４乃至図
７はそれぞれ補間画素Ｐ１乃至Ｐ４を補間するために参
照される参照画素の位置及びインデックスを示すもので
ある。臨界値の候補値ＴＨＲc[ｔ]は、後述されるよう
に、学習方法により決められる。
【００１７】次に、補間値ＩＮＰ[Ｐ]とコンテクストに
応ずる臨界値ＴＨＲc[ｔ]とを比較し、補間画素の画素
値を決定する。補間値ＩＮＰ[Ｐ]がもしコンテクストに
応ずる臨界値ＴＨＲcより大きいならば補間画素の画素
値は"１"となり、小さいならば"０"となる。
【００１８】続いて、参照画素のコンテクストに応ずる
臨界値ＴＨＲcを決定する方法を詳細に説明する。臨界
値ＴＨＲcは学習により求められる。学習は元の２進画
像と復元された２進画像とを比較する過程を通じて行わ
れる。これを図８乃至図９に基づき詳細に説明する。ま
ず、配列ｈ[ｃ][ｔ]、ＴＨＲc[ｔ]を用意する（３１０
段階）。ここで、配列ｈ[ｃ][ｔ]とは復元された画素値
が実際の画素値と同一な場合を示すヒット（hit）の回
数を表した配列であって、いかなるコンテクストに対し
て可能な全ての臨界値の候補値を適用することにより得
られる。ここで、インデックスｃ及びｔはそれぞれ補間
値の大きさに応ずる順番及び臨界値の候補値の大きさに
応ずる順番を示す。図２に示した場合において、補間値
が１２個であり、臨界値の候補値が１２個であるので配
列の大きさはｈ[１１][１１]となる。また、配列ＴＨＲ
c[ｔ]は臨界値の候補値を保存した配列である。ここ
で、ｔは臨界値の候補値の大きさに応じた順番を示す臨
界値インデックスである。配列ｈ[ｃ][ｔ]を零（zero）
に初期化する（３２０段階）。配列ｈ[ｃ][ｔ]を零に初
期化させた後、元の２進画像及び縮小画像が入力される
（３３０段階）。それから補間される補間画素の位置を
決定する。補間は左側の上から右側の下にラスタースキ
ャンの順にしたがって行われる（３４０段階）。補間画
素の位置が決定されれば、前述した＜数３＞によりコン
テクストを求める（３５０段階）。臨界値インデックス
ｔを初期化する（３５５段階）。補間画素の補間値ＩＮ
Ｐ[Ｐ]を算出する（３６０段階）。
【００１９】現在の臨界値の候補値ＴＨＲc[ｔ]を算出
された補間値ＩＮＰ[Ｐ]と比較し、補間値ＩＮＰ[Ｐ]が
臨界値の候補値ＴＨＲc[ｔ]より大きいならば補間画素
の画素値を"１"と、小さいならば"０"とする（３７０段
階、３７２段階、３７４段階）。補間画素の画素値ＩＮ
Ｐ[Ｐ]を元の画素値と比較し、同じであれば当該配列ｈ
[ｃ][ｔ]の値を１ほど増加させる（３８０段階、３８５
段階）。現在の補間値に対し臨界値の候補値を全て適用
してヒットの可否を調べる（３９０段階）。全ての臨界
値の候補値に対するヒットの可否を調べ終えると、２進
画像内の全ての画素に対して補間が行われたかどうかを
判断する（４００段階）。補間が２進画像内の全ての画
素に対して行われれば、ヒット頻度が最高の臨界値の候
補値を当該補間値の臨界値として設定する（４１０段
階）。本発明によれば、双一次補間により算出された補
間値のみで復元が不明になるのをコンテクストによりそ
の曖昧さを取り除くことによって復元された２進画像に
おける復元誤差を減らす。
【００２０】図１０乃至図１２は本発明に係る補間方法
の効果を示すためのものである。図１０はＭＰＥＧ−４
のロゴ（logo）を示した２進画像であり、図１１は図３
を通じて説明された従来の補間方法による補間結果を示
したものであり、図１２は本発明による補間結果を示し
たものである。図１１と図１２との比較結果から分かる
ように、従来の線形補間に比べてブロッキング及びスム
ージング現象が大いに縮まる。
【００２１】
【発明の効果】本発明の補間方法によれば、補間画素の
周囲にある参照画素の状態値（コンテクスト）により補
間値と臨界値との間の曖昧性を取り除くことにより、復
元された２進画像におけるブロッキング現象、スムージ
ング現象が減る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ＭＰＥＧ−４の２進画像の符号化及び復号化
方法を示したものである。
【図２】 前記図１に示したダウンサンプリング過程を
説明するためのものである。
【図３】 前記図１に示したアップサンプリング過程を
説明するためのものである。
【図４】 本発明に係る補間方法を説明するためのもの
である。
【図５】 本発明に係る補間方法を説明するためのもの
である。
【図６】 本発明に係る補間方法を説明するためのもの
である。
【図７】 本発明に係る補間方法を説明するためのもの
である。
【図８】 本発明において臨界値の学習方法を示した流
れ図である。
【図９】 本発明において臨界値の学習方法を示した流
れ図である。
【図１０】 ２進画像の図である。
【図１１】 前記図１０の２進画像に対する、従来の技
術による補間結果を示したものである。
【図１２】 前記図１０の２進画像に対する、本発明に
よる補間結果を示したものである。
【符号の説明】
１００ ダウンサンプリング過程 １０２ 符号化過程 １０４ 逆符号化過程 １０６ アップサンプリング過程 ２００ ２進画像 ２０１ マクロブロック ＣＲ 変換率 Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ 注目画素 Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４ 補間画素 Ｃ０，Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，Ｃ５ 縮小画像の画素 ＩＮＰ[Ｐ] 補間値 ＴＨＲ[ｔ]，ＴＨＲc[ｔ] 臨界値 ｈ[ｃ][ｔ] ヒット配列 Ｐ 補間画素の位置 Ｒ 参照画素 ｋ 参照画素のインデックス ｃ，ｔ インデックス

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ダウンサンプリングにより縮小された２
    進画像より元の２進画像を復元する補間方法において、 ａ）補間画素の周囲に位置する縮小された画像の画素値
    （注目画素値）に基づき補間値を算出する過程と、 ｂ）前記注目画素の周囲に位置する画素（参照画素）の
    状態値（コンテクスト）を算出する過程と、 ｃ）前記算出されたコンテクストに相応する臨界値を獲
    得する過程と、 ｄ）前記補間値と獲得された臨界値とを比較し、補間値
    が獲得された臨界値より大きいならば補間画素の画素値
    を"１"と、そうでない場合は"０"と決定する過程とを含
    むことを特徴とする２進画像の補間方法。
  2. 【請求項２】 前記補間値の算出過程は双一次補間方法
    により補間値を算出することを特徴とする請求項１に記
    載の２進画像の補間方法。
  3. 【請求項３】 前記コンテクストの算出過程におけるコ
    ンテクストは、Ｐは補間画素の位置を、Ｒは参照画素
    を、ｋは参照画素のインデックスをそれぞれ示すとした
    時、 【数１】 により求められることを特徴とする請求項１に記載の２
    進画像の補間方法。
  4. 【請求項４】 前記臨界値の獲得過程で獲得された臨界
    値は、 前記注目画素の組合により生じうる補間値の個数ほど備
    えられる臨界値の候補値のうち何れか一つであることを
    特徴とする請求項１に記載の２進画像の補間方法。
  5. 【請求項５】 前記臨界値の候補値は、 ａ１） インデックスｃ及びｔがそれぞれ補間値の大き
    さに応じた順番及び臨界値の候補値の大きさに応じた臨
    界値インデックスを示すとした時、ヒット配列ｈ[ｃ]
    [ｔ]、ＴＨＲc[ｔ]を用意する過程と、 ａ２）ヒット配列ｈ[ｃ][ｔ]を零に初期化させてから元
    の２進画像及び縮小画像を入力する過程と、 ａ３）ラスタースキャンの順にしたがって補間を行う補
    間画素の位置を決定してから参照画素のコンテクストを
    求める過程と、 ａ４）臨界値インデックスｔを初期化する過程と、 ａ５）補間画素の補間値ＩＮＰ[Ｐ]を算出する過程と、 ａ６）現在の臨界値の候補値ＴＨＲc[ｔ]を算出された
    補間値ＩＮＰ[Ｐ]と比較し、補間値ＩＮＰ[Ｐ]が臨界値
    の候補値ＴＨＲc[ｔ]より大きいならば補間画素の画素
    値を"１"と、小さいかそれとも同じであれば"０"と決定
    する過程と、 ａ７）補間画素の画素値を元の画素値と比較し、同じで
    あれば当該配列ｈ[ｃ][ｔ]の値及びｔを１ほど増加させ
    る過程と、 ａ８）現在の補間値に対し全ての臨界値の候補値を適用
    してヒットの可否を調べるかを判断し、そうでなければ
    ａ６）過程に復帰する過程と、 ａ９）全ての臨界値の候補値に対するヒットの可否を調
    べ切れれば、２進画像内の全ての画素に対して行われた
    かを判断し、そうでなければ前記コンテクストの算出過
    程ａ３）に復帰する過程と、 ａ１０）２進画像内の全ての画素に対し行われれば、ヒ
    ット頻度が一番高い臨界値の候補値を当該補間値の臨界
    値として設定する過程により決定されることを特徴とす
    る請求項４に記載の２進画像の補間方法。
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