(57)【要約】【課題】直交変換で生成した複数の周波数成分の信号を用いて、ビット拡張した画像信号中のグラデーション部分を精度良く検出し、簡単な構成で、量子化ビット数をビット拡張した時における画像信号の階調表現を改善する。【解決手段】アダマール変換部２は、ビット拡張された画像信号ｓ２に対してアダマール変換を行って、異なる周波数成分を有する４つの信号ｈ０、ｈ１、ｈ２及びｈ３を出力する。検出部３は、信号ｈ１、ｈ２、ｈ３の絶対値を所定の閾値と比較して、画像信号ｓ２のグラデーション部分の期間とそれ以外の期間とで異なる論理値の信号ｓ４を出力する。スイッチ４は、信号ｓ４に基づいて、グラデーション部分の検出期間は低周波数成分の信号ｈ０を選択し、それ以外の期間では、遅延部５からの画像信号ｓ３を選択する。スイッチ４は、グラデーション部分の階調表現が改善された信号ｓ５を出力する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像処理対象の量子化ビット数ｍビットの第１の画像信号を入力として受け、その第１の画像信号の最下位ビット側に「０」をｎビット（ｍ，ｎは自然数）付加して量子化ビット数（ｍ＋ｎ）ビットに拡張した第２の画像信号を出力するビット拡張手段と、
前記第２の画像信号を直交変換して、その第２の画像信号中の低周波数成分である第１の信号と、その第１の信号より高周波数成分で、かつ、互いに周波数成分が異なる二以上の第２の信号とを生成する直交変換手段と、
前記第２の信号に基づいて、前記第２の画像信号における信号レベルが一定、又は徐々に変化する期間であるグラデーション期間を検出する検出手段と、
前記第２の画像信号を前記直交変換に要する時間に対応した所定時間遅延した第３の画像信号を出力する遅延手段と、
前記第１の信号及び前記第３の画像信号を入力として受け、前記検出手段で検出した前記グラデーション期間は前記第１の信号を選択し、前記グラデーション期間以外の期間では前記第３の画像信号を選択する選択手段と
を有することを特徴とする画像信号処理装置。
【請求項２】
前記検出手段は、
二以上の前記第２の信号の信号レベルの値をそれぞれ別々に絶対値に変換した絶対値信号を生成し、この生成した二以上の絶対値信号をそれぞれ出力する絶対値変換手段と、
前記絶対値変換手段から出力された前記二以上の絶対値信号を、前記グラデーション期間に対応する期間に発生することが想定される信号レベルに応じて予め設定したしきい値とそれぞれ比較して、比較結果を出力する二以上の比較手段と、
二以上の前記比較手段のすべてから、前記絶対値が前記しきい値以下のレベルであることを示す論理値の信号が出力される期間を、前記グラデーション期間とする検出信号を出力する論理演算手段と
を有することを特徴とする請求項１記載の画像信号処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は画像信号処理装置に係り、特に量子化された画像における量子化誤差を改善する画像信号処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
画像信号をＭＰＥＧ(Moving Picture Experts Group)方式などの圧縮符号化方式により圧縮符号化すると、量子化誤差が所謂擬似輪郭として見えることがある。そこで、従来、このような量子化誤差による擬似輪郭を目立たなくするための画像信号処理を行う画像信号処理装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この特許文献１記載の画像信号処理装置には、例えば、量子化ビット数８ビットの入力画像信号のＬＳＢ（最下位ビット）よりも下位側に例えば２ビットを追加して１０ビットにビット拡張し、そのビット拡張した画像信号を、元の入力画像信号の高周波成分を失わない範囲で平滑化した後、追加する２ビットの値を元の入力画像信号の高周波数成分を失わないように適応的に制御して出力する構成が記載されている。この特許文献１記載の画像信号処理装置では、解像度が落ちないよう工夫がされている。
【０００４】
【特許文献１】特開平８−２３７６６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１記載の画像信号処理装置では、ビット拡張した画像信号の量子化誤差の改善（平滑化）をローパスフィルタを用いて行っているため、ビット拡張した画像信号の信号レベル（階調）が一定、又は徐々に（１ビットずつ）変化するグラデーション部分と、物体の表面の模様など、振幅は小さいが細かく変化し比較的周波数が高い信号部分であるテクスチャ部分とを精度良く判別することが難しく、テクスチャ部分では解像度が低下してしまう場合もある。
【０００６】
本発明は、上記の点に鑑みなされたもので、直交変換で生成した複数の周波数成分の信号を用いて、ビット拡張した画像信号中のグラデーション部分を精度良く検出し、上記の複数の周波数成分のうちの低周波数成分の信号とビット拡張した画像信号とを、グラデーション部分の検出結果によりスイッチで切り替えるのみの簡単な構成で、量子化ビット数をビット拡張した時における画像信号の階調表現を改善することができる画像信号処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は上記の目的を達成するため、画像処理対象の量子化ビット数ｍビットの第１の画像信号を入力として受け、その第１の画像信号の最下位ビット側に「０」をｎビット（ｍ，ｎは自然数）付加して量子化ビット数（ｍ＋ｎ）ビットに拡張した第２の画像信号を出力するビット拡張手段と、第２の画像信号を直交変換して、その第２の画像信号中の低周波数成分である第１の信号と、その第１の信号より高周波数成分で、かつ、互いに周波数成分が異なる二以上の第２の信号とを生成する直交変換手段と、第２の信号に基づいて、第２の画像信号における信号レベルが一定、又は徐々に変化する期間であるグラデーション期間を検出する検出手段と、第２の画像信号を直交変換に要する時間に対応した所定時間遅延した第３の画像信号を出力する遅延手段と、第１の信号及び第３の画像信号を入力として受け、検出手段で検出したグラデーション期間は第１の信号を選択し、グラデーション期間以外の期間では第３の画像信号を選択する選択手段とを有することを特徴とする。
【０００８】
また、上記の検出手段は、二以上の第２の信号の信号レベルの値をそれぞれ別々に絶対値に変換した絶対値信号を生成し、この生成した二以上の絶対値信号をそれぞれ出力する絶対値変換手段と、絶対値変換手段から出力された二以上の絶対値信号を、グラデーション期間に対応する期間に発生することが想定される信号レベルに応じて予め設定したしきい値とそれぞれ比較して、比較結果を出力する二以上の比較手段と、二以上の比較手段のすべてから、絶対値がしきい値以下のレベルであることを示す論理値の信号が出力される期間を、グラデーション期間とする検出信号を出力する論理演算手段とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、直交変換で生成した複数の周波数成分の信号を用いて、ビット拡張した画像信号中のグラデーション部分を精度良く検出し、上記の複数の周波数成分のうちの低周波数成分の信号とビット拡張した画像信号とを、グラデーション部分の検出結果によりスイッチで切り替えるのみの簡単な構成で、量子化ビット数をビット拡張した時における画像信号の階調表現を改善することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
次に、本発明の実施の形態について図面と共に詳細に説明する。
【００１１】
図１は、本発明になる画像信号処理装置の一実施の形態のブロック図を示す。同図に示すように、本実施の形態の画像信号処理装置１０は、ビット拡張部１、アダマール変換部２、検出部３、スイッチ４、及び遅延部５から構成されている。
【００１２】
ビット拡張部１は、画像処理すべき量子化ビット数ｍビットの画像信号ｓ１を入力として受け、その入力画像信号ｓ１の最下位ビット（ＬＳＢ）側に「０」をｎビット（ｍ，ｎは自然数）付加して量子化ビット数（ｍ＋ｎ）ビットに拡張した画像信号ｓ２を出力する。ここでは、一例として上記のｍは「８」、ｎは「２」として説明する。従って、本実施の形態では、ビット拡張部１は、量子化ビット数８ビットの画像信号ｓ１を、ビット拡張して量子化ビット数１０ビットの画像信号ｓ２に変換する。
【００１３】
アダマール変換部２は、量子化ビット数１０ビットの画像信号ｓ２に対して、直交変換の一種である４次のアダマール変換を行って、異なる周波数成分を有する４つの信号ｈ０、ｈ１、ｈ２及びｈ３を生成し出力する。
【００１４】
図２は、アダマール変換部２の一例の回路図を示す。同図において、アダマール変換部２は、まず、入力画像信号ｓ２を遅延器２１により時間２Ｔ（Ｔは量子化の時間間隔；以下同様）遅延した遅延信号を、入力画像信号ｓ２と加算器２２で加算する一方、入力画像信号ｓ２と減算器２３で減算する。
【００１５】
続いて、アダマール変換部２は、加算器２２から出力された加算信号を遅延器２４により時間１Ｔ遅延した遅延信号を、遅延されていない加算信号と加算器２５で加算する一方、遅延されていない加算信号と減算器２６で減算する。これと同時に、アダマール変換部２は、減算器２３から出力された減算信号を遅延器２７により時間１Ｔ遅延した遅延信号を、遅延されていない減算信号と加算器２８で加算する一方、遅延されていない減算信号と減算器２９で減算する。これにより、加算器２５、減算器２６、加算器２８、減算器２９は、信号ｈ０、ｈ３、ｈ１、ｈ２を出力する。
【００１６】
図３は、この４次のアダマール変換を行うアダマール変換部２の出力信号ｈ０、ｈ１、ｈ２、ｈ３の周波数特性を示す。図３において、一点鎖線Iは信号ｈ０の周波数特性、点線IIは信号ｈ１の周波数特性、二点鎖線IIIは信号ｈ２の周波数特性、実線IVは信号ｈ３の周波数特性をそれぞれ示す。図３から分かるように、信号ｈ０はローパスフィルタを通したような信号となるため、入力画像信号の波形がなまり、グラデーション部分の段差はなだらかな波形となる。一方、信号ｈ１、ｈ２及びｈ３は、その周波数特性により、後述するようにグラデーション部分において、それぞれアダマール変換の次数と段差によって決まる特定の振幅の信号となる。
【００１７】
再び図１に戻って説明する。検出部３は、アダマール変換部２の出力信号ｈ１、ｈ２、ｈ３を用いて上記のグラデーション部分を検出し、その検出結果である信号ｓ４を出力する。
【００１８】
図４は、検出部３の一実施の形態の回路系統図を示す。同図において、検出部３は、まず、入力信号ｈ１、ｈ２、ｈ３を絶対値変換器３１、３２、３３により絶対値信号｜ｈ１｜、｜ｈ２｜、｜ｈ３｜に変換する。続いて、検出部３は、比較器３４により絶対値信号｜ｈ１｜と閾値ｔｈ１を比較し、比較器３５により絶対値信号｜ｈ２｜と閾値ｔｈ２とを比較し、比較器３６により絶対値信号｜ｈ３｜と閾値ｔｈ３とを比較する。比較器３４、３５、３６は、絶対値信号｜ｈ１｜、｜ｈ２｜、｜ｈ３｜が閾値ｔｈ１、ｔｈ２、ｔｈ３より大レベルのときハイレベルの信号を出力する。
【００１９】
そして、検出部３は、３入力論理和器３７により比較器３４、３５、３６の各出力信号を論理和演算した信号ｓ４を出力する。従って、検出部３は、絶対値信号｜ｈ１｜、｜ｈ２｜、｜ｈ３｜のいずれかが対応する閾値ｔｈ１、ｔｈ２、ｔｈ３を超えたレベルの期間中、ハイレベルの信号ｓ４を出力する。この検出部３は、画像信号ｓ２中のグラデーション部の信号期間を検出する。
【００２０】
再び図１に戻って説明する。遅延部５は、画像信号ｓ２をアダマール変換部２によるアダマール変換する時間と同じ時間（ここでは、量子化の時間間隔をＴとすると、３Ｔ）遅延して遅延信号ｓ３を出力する。スイッチ４は、アダマール変換部２から出力された信号ｈ０と、遅延部５から出力された遅延信号ｓ３とを入力として受け、これらの信号ｈ０及びｓ３の一方を、検出部３の出力信号ｓ４の論理値に応じて選択し、画像信号ｓ５として出力する。ここで、スイッチ４は、信号ｓ４がハイレベルのときは遅延信号ｓ３を選択し、ローレベルのときは信号ｈ０を選択する。
【００２１】
次に、図１の画像信号処理装置の動作について、図５のタイミングチャートを併せ参照して更に詳細に説明する。ビット拡張部１は、量子化ビット数８ビットの図５（Ａ）に示すような画像信号ｓ１を入力として受け、そのＬＳＢ側に２ビット「０」を付加して量子化ビット数１０ビットの図５（Ｂ）に示すようなビット拡張した画像信号ｓ２を出力する。
【００２２】
ここで、図５（Ａ）に示すように、画像信号ｓ１には、量子化ビット数８ビットにおいて、ＬＳＢ１ビット分のレベル“１”だけ変化するグラデーション部分Ｇ１と、レベル変化が急峻で、かつ、レベル変化が”１”よりも大きなエッジ部分Ｅ１と、比較的周波数成分が高いテクスチャ部分Ｔ１とを有している。この画像信号ｓ１に対してビット拡張すると、ビット拡張した画像信号ｓ２は、図５（Ｂ）に示すように、グラデーション部分Ｇ１が量子化ビット数１０ビットにおいて、下位３ビットが「１００」であるレベル“４”となる。
【００２３】
図２に示した構成のアダマール変換部２は、上記のビット拡張した画像信号ｓ２に対して、４次のアダマール変換をして、図５（Ｃ）、（Ｄ）、（Ｅ）、（Ｋ）に示す信号ｈ１、ｈ２、ｈ３、ｈ０を出力する。信号ｈ０は図３にIで示した周波数特性により、画像信号ｓ２に対してローパスフィルタをかけたような図５（Ｋ）に示す波形となる。すなわち、図５（Ｋ）に示すように、信号ｈ０は、元のグラデーション部分Ｇ１がＧ２で示すようにレベル“１”ずつ段階的に緩やかに変化し、元のエッジ部分Ｅ１がＥ２で示すように大きな段差で段階的に急峻に変化し、更に元のテクスチャ部分Ｔ１の比較的高い周波数成分が除去されてＴ２で示すように平坦な波形となる。
【００２４】
一方、信号ｈ１は、図３にIIで示した周波数特性により、画像信号ｓ２に対して比較的低い通過周波数帯域のバンドパスフィルタをかけたような図５（Ｃ）に示す波形となる。すなわち、図５（Ｃ）に示すように、信号ｈ１は、元のグラデーション部分Ｇ１がＧ３で示すように振幅のピークが“±８”で変化し、元のエッジ部分Ｅ１がＥ３で示すようにパルス状に変化し、更に元のテクスチャ部分Ｔ１の比較的高い周波数成分が大きく減衰されてＴ３で示すように略平坦な波形となる。
【００２５】
また、信号ｈ２は、図３にIIIで示した周波数特性により、画像信号ｓ２に対して比較的高い通過周波数帯域のバンドパスフィルタをかけたような図５（Ｄ）に示す波形となる。すなわち、図５（Ｄ）に示すように、信号ｈ２は、元のグラデーション部分Ｇ１がＧ４で示すように振幅のピークが“±４”で変化し、元のエッジ部分Ｅ１がＥ４で示すようにやや大きな振幅でパルス状に変化し、更に元のテクスチャ部分Ｔ１の比較的高い周波数成分が若干減衰されてＴ４で示すように小振幅で変化する波形となる。
【００２６】
更に、信号ｈ３は、図３にIVで示した周波数特性により、画像信号ｓ２に対してハイパスフィルタをかけたような図５（Ｅ）に示す波形となる。すなわち、図５（Ｅ）に示すように、信号ｈ３は、元のグラデーション部分Ｇ１がＧ５で示すように振幅のピークが“±４”で変化し、元のエッジ部分Ｅ１がＥ５で示すようにパルス状に変化し、更に元のテクスチャ部分Ｔ１の比較的高い周波数成分が略そのまま存在し、Ｔ５で示すように大振幅で変化する波形となる。
【００２７】
図３に示した構成の検出部３は、上記の信号ｈ１、ｈ２、ｈ３の特徴を利用し、閾値ｔｈ１、ｔｈ２、ｔｈ３を適切に設定することで、グラデーション部分を精度良く判別することが可能である。この例の場合では、検出部３は、信号ｈ１、ｈ２、ｈ３を図５（Ｆ）、（Ｇ）、（Ｈ）に示す絶対値信号｜ｈ１｜、｜ｈ２｜、｜ｈ３｜に変換した後、絶対値信号｜ｈ１｜と比較する閾値ｔｈ１を“９”、絶対値信号｜ｈ２｜、｜ｈ３｜と比較する閾値ｔｈ２、ｔｈ３をそれぞれ“５”のように、信号ｈ１〜ｈ３のグラデーション部分Ｇ１に対応した信号部分Ｇ３〜Ｇ５の振幅よりやや大きな値に設定する。
【００２８】
これにより、図５（Ｆ）、（Ｇ）、（Ｈ）に示すように、絶対値信号｜ｈ１｜、｜ｈ２｜、｜ｈ３｜のエッジ部分に対応する信号期間Ｅ３’、Ｅ４’、Ｅ５’とテクスチャ部分に対応する信号期間Ｔ３’、Ｔ４’、Ｔ５’では、いずれかが閾値ｔｈ１、ｔｈ２、ｔｈ３を超えるため、検出部３は、絶対値信号｜ｈ１｜、｜ｈ２｜、｜ｈ３｜のエッジ部分に対応する信号期間とテクスチャ部分に対応する信号期間はハイレベルで、グラデーション部分に対応する信号期間Ｇ３’、Ｇ４’、Ｇ５’等のエッジ部分やテクスチャ部分に対応する信号期間以外の信号期間ではいずれも閾値ｔｈ１、ｔｈ２、ｔｈ３以下であるため、ローレベルの、図５（Ｉ）に示す信号ｓ４を出力する。
【００２９】
スイッチ４は、信号ｓ４がハイレベルの期間は、ビット拡張された画像信号ｓ２を遅延部５によりアダマール変換に要する時間と同じ時間遅延した図５（Ｊ）に示す画像信号ｓ３を選択する。この遅延画像信号ｓ３は画像信号ｓ２を遅延しただけの信号であるので、エッジ部分とテクスチャ部分では入力画像信号ｓ２（ｓ３）がそのまま選択出力される。
【００３０】
また、スイッチ４は、信号ｓ４がローレベルの期間、すなわち、エッジ部分とテクスチャ部分以外では、アダマール変換部２から出力された図５（Ｋ）に示す信号ｈ０を選択する。この信号ｈ０は、図５（Ｂ）に示したビット拡張した画像信号ｓ２のグラデーション部分よりも、同図（Ｋ）に示すようにグラデーション部分Ｇ２が緩やかに変化し、量子化誤差が改善された波形である。このようにして、スイッチ４は、図５（Ｌ）に示す画像信号ｓ５を出力する。画像信号ｓ５は、エッジ部分とテクスチャ部分はそれぞれ原画像信号ｓ２と同一波形であるが、グラデーション部分は緩やかに信号レベルが変化する階調表現が改善された信号である。
【００３１】
このように、本実施の形態によれば、特別な画像処理部を用いることなく、アダマール変換等の直交変換で生成した複数の周波数成分の信号ｈ０〜ｈ３のうち低周波数成分の信号ｈ０以外の他の周波数成分の信号ｈ１〜ｈ３を用いて画像信号ｓ２のグラデーション部分の信号期間を検出し、上記の低周波数成分の信号ｈ０と、ビット拡張した画像信号の遅延信号ｓ３とを、グラデーション部分の検出結果によりスイッチ４で切り替えるのみの簡単な構成で、量子化ビット数を８ビットから１０ビットへビット拡張した時における画像信号の階調表現を改善することができる。
【００３２】
また、本実施の形態では、グラデーション部分とテクスチャ部分とを精度良く判別して、グラデーション部分のみ処理を行うことができるため、画像信号のエッジ部分やテクスチャ部分には影響を与えず、テクスチャ部分の解像度低下を防止することができる。
【００３３】
なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、例えば、アダマール変換部２のアダマールの次数は４次に限らず、２のべき乗であればいくつでもよい。また、本実施の形態の処理は、入力画像信号が水平方向に連続していれば水平方向に行うことができ、同様に入力画像信号が垂直方向、斜め方向に連続している場合は、垂直方向、斜め方向に処理を行うことができる。また、本実施の形態ではアダマール変換を用いる例を示したが、直交変換であればどのような方式のものを用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の画像信号処理装置の一実施の形態のブロック図である。
【図２】図１中のアダマール変換部の一例の回路図である。
【図３】図２のアダマール変換部の出力信号の各周波数特性を示す図である。
【図４】図１中の検出部の一実施の形態の回路系統図である。
【図５】図１の画像信号処理装置の動作説明用タイミングチャートである。
【符号の説明】
【００３５】
１  ビット拡張部
２  アダマール変換部
３  検出部
４  スイッチ
５  遅延部
２１、２４、２７  遅延器
２２、２５、２８  加算器
２３、２６、２９  減算器
３１、３２、３３  絶対値変換器
３４、３５、３６  比較器
３７  ３入力論理和器
【図１】
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【図２】
2009278413.tif 000004
【図３】
2009278413.tif 000005
【図４】
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【図５】
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