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発明の名称 映像信号処理装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平7−115667
公開日 平成7年(1995)5月2日
出願番号 特願平5−258141
出願日 平成5年(1993)10月15日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】小鍜治 明 (外2名)
発明者 井上 昭成 / 重里 達郎
要約 目的
画像に現れる文字等のエッジ部分の画質を改善する。

構成
入力端子21に供給された映像信号はブロック化器22で8×8画素毎にブロック化され直交変換器23で直交変換される。そしてブロック毎のDC信号の振幅値及び色情報とレベル検出手段24から供給された交流成分の絶対値和とエッジ検出器25から供給されたエッジ情報に基づいてクラス判別器26でクラス値が決定され、量子化器27に供給される。これにより、直交変換された映像信号のDC成分の振幅値と交流成分の絶対値和とエッジ情報によりエッジのあるブロックに対してはクラス値を小さくすることで量子化時のオフセット値が大きくなり細かい量子化が行われる。その結果、量子化による演算誤差が低減でき圧縮による画質劣化を防ぐことが可能となる。
特許請求の範囲
【請求項1】 入力される映像信号の隣接する複数個の標本値を集めてブロックを構成するブロック化器と、前記ブロック化器から出力されたブロック毎の信号を直交変換し、直交成分(DC信号と交流成分)を出力する直交変換器と、前記直交変換器から供給されたブロック毎の信号からレベル値を検出するレベル検出手段と、前記直交変換器から供給されたブロック毎のDC信号の振幅値と前記レベル検出手段から供給されたレベル値からクラス値を求めるクラス判別器と、前記クラス判別器から出力されたクラス値に基づいた量子化ステップで前記直交変換器の出力信号を量子化する量子化器とを有することを特徴とする映像信号処理装置。
【請求項2】 入力される映像信号の隣接する複数個の標本値を集めてブロックを構成するブロック化器と、前記ブロック化器から出力されたブロック毎の信号を直交変換し、直交成分(DC信号と交流成分)を出力する直交変換器と、前記直交変換器から供給されたブロック毎の信号からレベル値を検出するレベル検出手段と、前記直交変換器から供給されたブロック毎の信号のエッジ情報を演算するエッジ検出器と、前記レベル検出手段から供給されたレベル値と前記エッジ検出器から供給されたエッジ情報からクラス値を求めるクラス判別器と、前記クラス判別器から出力されたクラス値に基づいた量子化ステップで前記直交変換器の出力信号を量子化する量子化器とを有することを特徴とする映像信号処理装置。
【請求項3】 レベル検出手段が直交変換されたブロック毎の信号のDC信号を除く交流信号の絶対値和からレベル値を求めることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の映像信号処理装置。
【請求項4】 クラス判別器がエッジ検出器から供給されたエッジ情報と直交変換器から供給された直交成分内のDC信号値の振幅値のどちらか一方をもとにランク値を決定し、同時にレベル検出手段から供給された交流成分の絶対値和の値からレベル値を決定し、ランク値とレベル値と色情報との値の組み合わせでクラス値を決定することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の映像信号処理装置。
【請求項5】 エッジ検出器が直交変換されたブロック毎の信号のDC信号を除く最も水平周波数の高い直交成分と最も垂直周波数の高い直交成分の和から残りの直交成分を引いた値が、予め定めた値以上か否かでエッジ情報を求めることを特徴とする請求項2に記載の映像信号処理装置。
発明の詳細な説明
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はディジタル映像信号を圧縮及び伸張する映像信号処理装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、映像信号をディジタル化して記録再生するD1,D2ビデオテープレコーダ(以下、VTRと略す。)が開発されている。また、民生用機器としてディジタル静止画を記録再生できるビデオフロッピーやディジタル動画を記録できるVTRの開発が進んでいる。民生用ディジタルVTRの開発例としてはテレビジョン学会誌(Vol.45,No.7,pp813〜819,1991)記載の数例がある。この民生用ディジタルVTRは映像信号の持つ冗度を幾多の手法を用い、データ量を1/5程度に圧縮して記録している。
【0003】以下に、従来の映像信号処理装置について説明する。図6は従来の映像信号処理装置のブロック図である。図5は図6で直交変換された映像信号の説明図である。
【0004】図6において、61はディジタル化された映像信号が入力される入力端子、62は入力端子61に入力された輝度信号(以下、Y信号と略す。)及び色差信号(R−Y信号,B−Y信号)を各々8×8画素の信号にブロック化するブロック化器、63はブロック化器62から出力されたブロック毎の信号を直交変換し、直交成分(DC信号と交流成分)を出力する直交変換器、64は直交変換器63から出力された63個の交流成分からブロックのクラスを決定するクラス判別器、65はクラス判別器64から出力されたクラス情報に基づき直交変換器63から出力された信号を量子化する量子化器で、量子化された信号は出力端子66に出力される。
【0005】以上のように構成された従来の映像信号処理装置について、以下にその動作を説明する。
【0006】入力端子61に入力された映像信号(1フレームがY信号720×480画素、R−Y及びB−Y信号の色差信号が各180×480画素で構成され、各画素が8ビットの値)はブロック化器62に供給される。ブロック化器62は入力信号を(Y信号,R−Y信号,B−Y信号)を各々8×8画素単位にブロック化する。ブロック化された各信号は直交変換器63に供給されブロック毎の信号を直交変換し、直交成分(DC信号と交流成分)が出力される。直交変換器63は直交変換した結果を水平及び垂直周波数成分の低いDC値から周波数の高いAC値(DC→AC1→AC2→・・・→AC63)へとクラス判別器64に出力する。図5にその様子を示す。ここで、AC1〜AC5をエリア0、AC6〜AC20をエリア1、AC21〜AC42をエリア2、AC43〜AC63をエリア3と定義する。クラス判別器64は直交変換器63から出力されたブロック単位の信号を(表1)に記載した規則に基づきクラス判別する。例えば、Y信号を直交変換したブロックでかつ、そのブロックの中のAC信号の最大値が30の場合、クラスは2と判定される。
【0007】
【表1】

【0008】量子化器65は、クラス値が3の場合、ブロック内のAC値を1ビットシフトダウン(1/2化)した後Y信号20ブロック分とR−Y信号5ブロック分、B−Y信号5ブロック分の計30ブロックを一単位として、量子化後のデータ量を見積もる。この量子化器65で用いる量子化は9種類で、その内容を(表2)に示す。量子化は各エリアのAC信号をビットシフトすることで行われる。
【0009】
【表2】

【0010】また、9種類の量子化ナンバーと16種類の量子化ステップQnoの関係を(表3)に示す。量子化後のデータ量見積は16種類の量子化ステップQno毎に求められる。
【0011】
【表3】

【0012】量子化ステップQnoが0の場合、各ブロックは量子化ステップ0に各ブロックのクラス値に基づくオフセット値((表4)に示す。)を加算した新量子化ステップQno’の示す量子化ナンバーで量子化を行う。
【0013】
【表4】

【0014】量子化器65は量子化後の信号に対し可変長符号化した時の累積符号語数と予め定めてある目標値を比較し、目標を越えない最大の量子化ステップ値Qnoに基づき量子化を行う。つまり各ブロックのオフセット値をこのQnoに加算(加算結果が15以上の場合は、15とする。)し、その新量子化ステップQno’に対応する量子化ナンバーで量子化を行う。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記の構成では、交流成分の最大値によってクラス判別を行う場合、画像に現れる文字等のエッジ部を含むブロックは大きいクラス値が選択され、エッジ周辺部の画質劣化の原因となる。
【0016】本発明は上記従来の問題点を解決するもので、画像のエッジ周辺部の画質劣化を低減する映像信号処理装置を提供することを目的とする。
【0017】
【課題を解決するための手段】第1の発明は上記目的を達成するために、入力される映像信号の隣接する複数個の標本値を集めてブロックを構成するブロック化器と、ブロック化器から出力されたブロック毎の信号を直交変換し、直交成分(DC信号と交流成分)を出力する直交変換器と、直交変換器から供給されたブロック毎の信号からレベル値を検出するレベル検出手段と、直交変換器から供給されたブロック毎のDC信号の振幅値とレベル検出手段から供給されたレベル値からクラス値を求めるクラス判別器と、クラス判別器から出力されたクラス値に基づいた量子化ステップで直交変換器の出力信号を量子化する量子化器とを持つ構成を有している。
【0018】また、第2の発明は上記目的を達成するために、入力される映像信号の隣接する複数個の標本値を集めてブロックを構成するブロック化器と、ブロック化器から出力されたブロック毎の信号を直交変換し、直交成分(DC信号と交流成分)を出力する直交変換器と、直交変換器から供給されたブロック毎の信号からレベル値を検出するレベル検出手段と、直交変換器から供給されたブロック毎の信号のエッジ情報を演算するエッジ検出器と、レベル検出手段から供給されたレベル値とエッジ検出器から供給されたエッジ情報からクラス値を求めるクラス判別器と、クラス判別器から出力されたクラス値に基づいた量子化ステップで直交変換器の出力信号を量子化する量子化器とを持つ構成を有している。
【0019】
【作用】第1の発明は上記した構成により、レベル検出手段から供給されるレベル値が大きく、かつDC信号の振幅値が大きい場合、クラス判別器は小さいクラス値を出力し、量子化器でのオフセット値が大きくなる。以上の結果、エッジを含むブロックの量子化誤差は低減し、画像のエッジ周辺部の画質劣化も低減する。
【0020】第2の発明は上記した構成により、レベル検出手段から供給されるレベル値が大きく、かつエッジ検出器から供給されるエッジ情報が大きい場合、クラス判別器は小さいクラス値を出力し、量子化器でのオフセット値が大きくなる。以上の結果、エッジを含むブロックの量子化誤差は低減し、画像のエッジ周辺部の画質劣化も低減する。
【0021】
【実施例】以下、本発明における映像信号処理装置の第1の実施例について述べる。
【0022】図1は第1の実施例の映像信号処理装置のブロック図である。図1において、11はディジタル化された映像信号が入力される入力端子、12は入力端子11に入力された輝度信号(以下、Y信号と略す。)及び色差信号(R−Y信号,B−Y信号)を各々8×8画素の信号にブロック化するブロック化器、13はブロック化器12から出力されたブロック毎の信号を直交変換し、直交成分(DC信号と交流成分)を出力する直交変換器、14は直交変換器13から供給されたブロック毎の信号からDC信号を除く交流信号の絶対値和を演算するレベル検出手段、15は直交変換器13から供給された信号のブロック毎の色情報及びDC信号の振幅値とレベル検出手段14から供給された交流成分の絶対値和からクラス値を求めるクラス判別器、16はクラス判別器15から出力されたクラス値に基づいた量子化ステップで直交変換器13の出力信号を量子化する量子化器で、量子化された信号は出力端子17に出力される。
【0023】以上のように構成された第1の実施例における映像信号処理装置の動作について以下説明する。
【0024】入力端子11に入力された映像信号(1フレームがY信号720×480画素、R−Y及びB−Y信号の色差信号が各180×480画素で構成され、各画素が8ビットの値)はブロック化器12に供給される。ブロック化器12は入力信号を(Y信号,R−Y信号,B−Y信号)を各々8×8画素単位にブロック化する。ブロック化された各信号は直交変換器13に供給されブロック毎の信号を直交変換し、直交成分(DC信号と交流成分)が出力される。レベル検出手段14は直交変換器13から供給された信号からDC信号を除く交流信号の絶対値和を演算する。クラス判別器15は直交変換器13から供給されたDC信号の振幅値とレベル検出手段14から供給された交流成分の絶対値和の値から(表5)の規則に基づいてクラス値を決定する。
【0025】
【表5】

【0026】画像のエッジ部分の画質を改善するには交流成分の絶対値和の値が大きいブロックのクラス値を小さくすれば良い。しかし、この方法ではクラス値の小さいブロックの数が多くなり、情報量の多い画像では最小の量子化ステップ値で量子化を行っても目標値を越えてしまい、情報の一部が欠如することがある。また、クラス値の小さいブロックの数が増えることで、画像の平坦な部分等、元々クラス値が小さいブロックの優位性が損なわれ画質劣化を起こすこともある。
【0027】そこで、本発明の第1の実施例では交流成分の絶対値和の値が大きくかつDCの振幅値が大きい場合、すなわち画像のエッジ部でかつ明るく視覚上目立ちやすい部分に対してのみクラス値を小さくすることで上記問題点を解決し画質劣化を防止できる。
【0028】直交変換器13は直交変換した結果を水平及び垂直周波数成分の低いDC値から周波数の高いAC値(DC→AC1→AC2→・・・→AC63)へと量子化器16に出力する。図5はその様子を示す。ここで、AC1〜AC5をエリア0、AC6〜AC20をエリア1、AC21〜AC42をエリア2、AC43〜AC63をエリア3と定義する。
【0029】量子化器16は、クラス値が3の場合、ブロック内のAC値を1ビットシフトダウン(1/2化)した後Y信号20ブロック分とR−Y信号5ブロック分、B−Y信号5ブロック分の計30ブロックを一単位として、量子化後のデータ量を見積もる。この量子化器16で用いる量子化は9種類で、その内容を(表2)に示す。量子化は各エリアのAC信号をビットシフトすることで行われる。また、9種類の量子化ナンバーと16種類の量子化ステップQnoの関係を(表3)に示す。量子化後のデータ量見積は16種類の量子化ステップQno毎に求められる。量子化ステップQnoが0の場合、各ブロックは量子化ステップ0に各ブロックのクラス値に基づくオフセット値((表4)を参照)を加算した新量子化ステップQno’の示す量子化ナンバーで量子化を行う。量子化器16は量子化後の信号に対し可変長符号化した時の累積符号語数と予め定めてある目標値を比較し、目標を越えない最大の量子化ステップ値Qnoに基づき量子化を行う。つまり、各ブロックのオフセット値をこのQnoに加算(加算結果が15以上の場合は、15とする。)し、その新量子化ステップQno’に対応する量子化ナンバーで量子化を行う。
【0030】次に、本発明における映像信号処理装置の第2の実施例について述べる。図2は第2の実施例の映像信号処理装置のブロック図である。図3はエッジ検出の動作説明図、図4はクラス判別のランクの説明図である。
【0031】図2において、21はディジタル化された映像信号が入力される入力端子、22は入力端子21に入力された輝度信号(以下、Y信号と略す。)及び色差信号(R−Y信号,B−Y信号)を各々8×8画素の信号にブロック化するブロック化器、23はブロック化器22から出力されたブロック毎の信号を直交変換し、直交成分(DC信号と交流成分)を出力する直交変換器、24は直交変換器23から供給されたブロック毎の信号からDC信号を除く交流信号の絶対値和を演算するレベル検出手段、25は直交変換器23から供給されたブロック毎の信号のエッジ情報を演算するエッジ検出器、26は直交変換器23から供給された信号のブロック毎の色情報及びDC信号の振幅値とレベル検出手段24から供給された交流成分の絶対値和とエッジ検出器25から供給されたエッジ情報からクラス値を求めるクラス判別器、27はクラス判別器26から出力されたクラス値に基づいた量子化ステップで直交変換器23の出力信号を量子化する量子化器で、量子化された信号は出力端子28に出力される。
【0032】以上のように構成された第2の実施例における映像信号処理装置の動作について以下説明する。
【0033】入力端子21に入力された映像信号(1フレームがY信号720×480画素、R−Y及びB−Y信号の色差信号が各180×480画素で構成され、各画素が8ビットの値)はブロック化器22に供給される。ブロック化器22は入力信号を(Y信号,R−Y信号,B−Y信号)を各々8×8画素単位にブロック化する。ブロック化された各信号は直交変換器23に供給されブロック毎の信号を直交変換し、直交成分(DC信号と交流成分)が出力される。レベル検出手段24は直交変換器23から供給された信号からDC信号を除く交流信号の絶対値和を演算する。エッジ検出器25は図3に示すように直交変換器23から供給された8×8画素のブロック毎の信号のDC信号を除く最も水平周波数の高い直交成分7画素の絶対値和(以下、side1と呼ぶ。)と最も垂直周波数の高い直交成分7画素の絶対値和(以下、side2と呼ぶ。)の和から残りの直交成分49画素の絶対値和(以下、etcと呼ぶ。)を引いた値(以下、edgeと呼ぶ。)が出力される。
【0034】クラス判別器26は直交変換器23から供給されたDC信号の振幅値とエッジ検出器25から供給されたエッジ情報から図4の規則に基づいてランク値を決定する。同時に、レベル検出手段24から供給された交流成分の絶対値和の値からレベル値を決定し、ランク値とレベル値と色情報との値の組み合わせから(表6)の規則に基づいてクラス値を決定する。
【0035】
【表6】

【0036】第1の実施例では交流成分の絶対値和の値が大きくかつDCの振幅値が大きい場合、すなわち画像のエッジ部でかつ明るく視覚上目立ちやすい部分に対してのみクラス値を小さくすることでエッジ部の画質劣化を防止しているが、更に第2の実施例では、DC成分の振幅値が小さいブロックでもエッジがある場合は画質劣化が目立つことがあるので、エッジ情報を別途算出している。エッジ検出の方法を図3に示す。エッジ検出は画像の垂直方向または水平方向にエッジがある場合は直交変換後の最も垂直周波数の高い成分または最も水平周波数の高い成分の値が大きくなることを利用している。
【0037】以上の結果、DCの振幅値が小さくてもエッジ情報が大きい場合はクラス値が小さくなり画質劣化を防止できる。
【0038】直交変換器23は直交変換した結果を水平及び垂直周波数成分の低いDC値から周波数の高いAC値(DC→AC1→AC2→・・・→AC63)へと量子化器27に出力する。図5はその様子を示す。ここで、AC1〜AC5をエリア0、AC6〜AC20をエリア1、AC21〜AC42をエリア2、AC43〜AC63をエリア3と定義する。
【0039】量子化器27は、クラス値が3の場合、ブロック内のAC値を1ビットシフトダウン(1/2化)した後Y信号20ブロック分とR−Y信号5ブロック分、B−Y信号5ブロック分の計30ブロックを一単位として、量子化後のデータ量を見積もる。この量子化器27で用いる量子化は9種類で、その内容を(表2)に示す。量子化は各エリアのAC信号をビットシフトすることで行われる。また、9種類の量子化ナンバーと16種類の量子化ステップQnoの関係を(表3)に示す。量子化後のデータ量見積は16種類の量子化ステップQno毎に求められる。量子化ステップQnoが0の場合、各ブロックは量子化ステップ0に各ブロックのクラス値に基づくオフセット値((表4)を参照)を加算した新量子化ステップQno’の示す量子化ナンバーで量子化を行う。量子化器27は量子化後の信号に対し可変長符号化した時の累積符号語数と予め定めてある目標値を比較し、目標を越えない最大の量子化ステップ値Qnoに基づき量子化を行う。つまり、各ブロックのオフセット値をこのQnoに加算(加算結果が15以上の場合は、15とする。)し、その新量子化ステップQno’に対応する量子化ナンバーで量子化を行う。
【0040】
【発明の効果】以上のように本発明は、入力される映像信号の隣接する複数個の標本値を集めてブロックを構成するブロック化器と、ブロック化器から出力されたブロック毎の信号を直交変換し、直交成分(DC信号と交流成分)を出力する直交変換器と、直交変換器から供給された信号からDC信号を除く交流信号の絶対値和を演算するレベル検出手段と、直交変換器から供給されたブロック毎の信号のエッジ情報を演算するエッジ検出器と、直交変換器から供給されたブロック毎の色情報及びDC信号の振幅値とレベル検出手段から供給された交流成分の絶対値和とエッジ検出器から供給されたエッジ情報からクラス値を求めるクラス判別器と、クラス判別器から出力されたクラス値に基づいた量子化ステップで直交変換器の出力信号を量子化する量子化器とを設けることで、画像に現れる文字等のエッジ部を含むブロックに対しては小さいクラス値が選択され量子化誤差が低減し、エッジ部の画質劣化を防ぐことが可能となりその実用的効果は大きい。




 

 


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