JP2002522831A - Lcdパネルにおける画像表示に適したdwtに基づくアップサンプリング・アルゴリズム - Google Patents
Lcdパネルにおける画像表示に適したdwtに基づくアップサンプリング・アルゴリズムInfo
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Abstract
Description
る。より詳細には、本発明は画像のアップサンプリングすなわち拡大に関する。
は、所期の使用法または適用例について画像が小さすぎる場合、その画像を拡大
(アップサンプリング)することが望ましいことがある。例えば、デジタルカメ
ラは、Mピクセルの行×Nピクセルの列に小さいサイズの画像を取り込むことが
できる。画像を印刷する予定ならば、その画像をRピクセルの行×Sピクセルの
列(R>Mおよび/またはS>N)に拡大し、画像が印刷域をカバーするように
することが望ましい場合がある。デジタルカメラによっては、LCD(液晶ディ
スプレイ)などの表示パネルが用意され、その結果、ユーザは既に撮影した写真
やこれから撮影しようしている写真の内容(すなわち、カメラの焦点域にあるも
の)を即座に吟味することができる。LCDパネルは、すべての陰極線管(CR
T)モニタ装置と同様、サポートできる最大の解像度を有するが、CRTと異な
り、その解像度はサポートするビデオ・サブ・システム(すなわち、グラフィッ
クス・カード)によって修正することはできない。例えば、CRT装置では、6
40ピクセル×480ピクセルの最大解像度は、表示品質にほとんど損失なく低
解像度を提供することができることを示している。しかし、LCDパネルは、み
ることができるピクセルの数が非常に離散的に固定されているので、解像度を変
更しようとすると、通常、非常に不鮮明な画像となる。
すると、LCDパネルにおけるぼやけやブロック化による劣化が深刻になる。例
えば、100×100ピクセルのサイズの画像を想定する。画像を表示するLC
Dパネルの表示画面サイズが使用可能な固定ピクセルで200×200である場
合、使用可能な表示画面の4分の1だけしか利用できないことになる。画像を表
示するために表示画面全体を利用することが所望であれば、画像を2:1の比率
で拡大する必要がある。
複製」することである。この場合、2:1のアップサンプリングが所望であるの
で、各ピクセルは3回反復され、その結果、1つのピクセルを占有していた情報
が、今度は2×2ブロックの4ピクセルを占有することになる。この「充填(f
ill)」の手法は、計算やイメージ処理が必要ないので、他のいかなるアップ
サンプリングの方法よりも速度において明らかに有利である。しかし、この手法
は、結果として拡大された画像が必ずぼやけてしまい、鮮明さにおいて劣り、個
々のピクセルのスクエアが肉眼で容易にみることができ「濃淡にむらがある」。
重要なのは、拡大された結果が、同様により濃淡にむらがあり、鮮明さにおいて
劣るエッジの形状を有することである。エッジの形状はあらゆる画像に対する人
間の知覚にとって重要である。
linear interpolation)を使用することである。2対1の
アップサンプリングが所望であれば、オリジナル画像の各ピクセルは、4ピクセ
ルのブロックに置き換えるべきである。例えば、ここで次のオリジナル画像を想
定する。
異なる方向を平均化する。補間法で拡大された画像は、次のもので構成されるこ
とになるであろう。
トの合計ピクセル数でM・N・4のサイズとなる。この方法や他の平均化の方法
は、充填よりも優れた結果をもたらすことがあるが、依然として細部はぼやけて
おり、画像の輪郭が滑らかにならない粗いエッジである。
がって、画像品質をよりよく保存するアップサンプリング技法が必要となる。さ
らに、複雑さの点において計算が低コストで済むことはデジタルカメラなどの装
置では重要なことなので、アップサンプリング技法は、そのような応用例に利用
できるように計算効率もよくあるべきである。
ウェーブレット変換)を実行することなく仮想DWTサブバンドを構築し、次い
で逆DWTを仮想サブバンドに適用する。この逆DWTの結果が画像のアップサ
ンプリング・バージョンを表している。あるいは、開示されている装置は、画像
データを通信するように構成されたインタフェースとアップサンプリング・ユニ
ットとを備え、そのアップサンプリング・ユニットは画像データを受信するため
にインタフェースに結合されおり、画像データから仮想サブバンド入力データを
構成するように構成されており、さらに、アップサンプリングされた画像を生成
する入力データに逆DWTを実行するように構成されている。別の実施態様では
、開示の装置は、実行されると、DWTを実行せずに画像から仮想DWT(離散
ウェーブレット変換)サブバンドを構成し、逆DWTを仮想サブバンドに適用す
る命令を有するコンピュータ可読媒体を備え、その逆DWTの結果が画像のアッ
プサンプリング・バージョンを表す。
う。
形態は、本発明の特徴を例示するために提示されたもので、本発明の範囲を限定
するように構成されるべきではない。この例示的な実施形態は、主としてブロッ
ク図または流れ図を参照しながら記述されている。流れ図に関しては、流れ図の
各ブロックは、方法のステップおよび、その方法のステップを実行するための装
置の部品の両方を表している。その実施形態に応じて、対応する装置の部品は、
ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはこれらの組み合わせで構
成することができる。
仮想サブバンド」の値を近似した後で、逆DWT(離散ウェーブレット変換)を
画像に適用することにより達成される。図1は、画像の順方向のDWT操作の結
果得られたサブバンドを示す。DWTは、信号を分析するために使用できる1つ
または複数の「基礎」関数を利用するウェーブレット論理に基づく「離散的」ア
ルゴリズムであり、正弦曲線を基礎とした関数に基づくDCT(離散コサイン変
換)に類似している。ウェーブレットは元来周期的でしばしばギザギサしている
ので、DWTは、画像のエッジの形状を表すことにより適している。DWTは、
連続した完全なウェーブレットの離散的サンプルによって入力信号を近似する。
したがって、DWTは、その離散的サンプル・ポイントを使用して、明確な係数
を使用した充填操作のようにもみることができる。フーリエ変換や平均フィルタ
と異なり、ウェーブレット係数は、特に応用例、つまり入力信号のタイプに適す
るように選択することができる。画像拡大のための本発明の少なくとも1つの実
施形態で選択されたDWTは、9−7双直交スプライン・フィルタDWTとして
知られている。DWTが離散的であるので、DWTは超大規模集積回路(VLS
I)などのデジタル論理を使用して実施することができ、したがって、他のデジ
タル構成要素と共にチップ上に統合することができる。撮像装置やカメラが既に
画像圧縮にDWTを利用している場合、諸経費や費用をほとんど追加することな
く、逆DWTを同じ装置で容易に実施することができる。DWTは、画像のエッ
ジの形状の優れた近似を行う能力があるので、アップサンプリングの応用例を処
理することができる。DWTは、視覚的に重要な画像形状が拡大された画像内で
よりよく再構成できることにおいて、補間法によるタイプの拡大よりも有利であ
る。さらに、下記で示され、記述されるように、単一の出力データを生成するた
めに複数の周期または反復を要するフーリエつまり平均化技法と異なり、DWT
に基づくアップサンプリングのためのアーキテクチャは、高いデータ・スループ
ットに対して効率的に実施することができる。
数(周波数とは、フィルタの高域(H)または低域(L)の性質のことである)
サブバンドに分解することである。この2次元DWTは、4つのサブバンドLL
、LH、HL、HHを作成するが、その4つのデータ値は入力データの各4分の
1に充てられる。DWTは、マルチ解像度技法であり、DWTを1回反復した結
果のデータは、もう1度DWTの反復を受けることができる。解像度の各「レベ
ル」は、直前レベルのDWTによって生成された「LL」サブバンドにDWTを
適用することによって得られる。これが可能なのは、LLサブバンドが、ほとん
どすべての重要な画像形状を含み、直前のレベルLLサブバンド(または1つの
レベルDWTのオリジナル・フル画像)の4分の1大のバージョンと想定するこ
とができるからである。DWTのこの機能により、各サブバンドをさらに小さく
、より小さなサブバンドを所望の通りに分割することができる。
ることによって得られ、次のDWT解像度は、直前のレベルk−1によって生成
されたLLサブバンドでDWTを実行することによって得られる。このLLkサ
ブバンドは、画像の拡大されたバージョンを実質的に再構築するために十分な画
像情報を含む。LHkサブバンド、HLkサブバンド、HHkサブバンドは、LLk サブバンドに分散され、表示される情報よりも視覚的に重要でない高周波数のノ
イズ情報およびエッジ情報を含む。
報を含む。 HLk−LLk-1サブバンド画像からのノイズ情報および垂直方向のエッジの情
報を含む。 HHk−LLk-1サブバンド画像からのノイズ情報および対角線方向のエッジの
情報を含む。
特性は画像をアップサンプリングする際に利用することができる。DWTはマル
チ解像度の階層的分解のための単一変形技法であるが、これは逆DWTを実行す
ることによってDWTによって分解された入力信号をほとんど損失なく回復させ
るものである。前記「順方向」DWTを表す係数は、逆DWTの係数と対称的な
関係を有する。本発明の実施形態では、アップサンプリングされるべきオリジナ
ル入力画像を仮想LLサブバンドと想定し、他のサブバンドのための値を近似し
、次いで逆DWTを適用することによってアップサンプリングが実行される。こ
れは、どのレベルにせよ生成された4つのサブバンドに適用される場合は、逆D
WTは、それが分解された元より高いレベルのLLサブバンドの回復をもたらす
か、レベル1サブバンドの場合は、オリジナル画像の回復をもたらすという前提
に基づいている。アップサンプリングを達成するために逆DWTを遂行するこの
係数およびアーキテクチャの本質は、下記で議論される。
れ図である。
LLサブバンドと想定する(ステップ200)。画像がM行×N列のピクセルを
有する場合、そのM・N値は、仮想LLサブバンドLLvと想定される。次いで
、それぞれM・N値を有する大きさに設定する必要のある各仮想サブバンドLH v 、HLv、HHvが近似され、または構成されなければならない(ステップ21
0)。このサブバンドのデータ値を構成するための一方法は、水平方向のエッジ
、垂直方向のエッジ、対角線方向のエッジのための入力画像を分析/検出し(ど
の方向のエッジが各サブバンドHL、LH、HHに適するかは、上記を参照され
たい)、かつエッジが生ずる場合に非ゼロ値を与えて他のすべての値をゼロに近
似することである。本発明の一実施形態では、分析や検出を実行する代わりに、
仮想サブバンドLHv、HLv、HHvのすべての値がゼロに近似される。9−7
双直交スプラインDWTを想定すると、オリジナル画像やより高いレベルのLL
サブバンドが逆DWTによって回復されるときに他のすべてのサブバンドのデー
タ値をゼロと近似することによって、順方向のDWT操作を実行する直前のオリ
ジナルの状態に(人間の視覚で)ほぼ等しい、回復された画像またはより高いレ
ベルのサブバンドをもたらす。したがって、すべてのサブバンド、LLv、LHv 、HLv、HHvが構成されると、拡大した画像を生成するために逆2次元DWT
を実行することができる(ステップ220)。充填、平均化、または補間法に基
づくアップサンプリング技法によって可能になる画像よりも、その拡大された画
像は、より優れた視覚的な明瞭性を提示する。その結果、このアップサンプリン
グは、M・2行×N・2列のピクセルの結果値を有し、これらは共にアップサン
プリングされた画像を構成する。
。
した手順に従って、2倍にアップサンプリングすることができる。この画像は、
M・NピクセルIi.jで構成されている。ここで、iは1からMまでのピクセル
の行番号を表し、jは1からNまでのピクセルの列番号を表している。したがっ
て、オリジナル画像は、その第1の行にピクセルI1.1、I1.2等を有し、第2の
行にピクセルI2.1、I2.2等を有し、以下同様である。本発明の一実施形態によ
る全体の画像データ・セットIは、仮想サブバンドLLvを含む。構成される必
要のある他の仮想サブバンドのためのデータが使用不可能なので(実DWT操作
が実行されないので)、このデータは、近似されるか、構成されなければならな
い。本発明の一実施形態に従って、他の仮想サブバンドのデータ値は、すべてゼ
ロに近似される。4つすべてのサブバンドに対して組み合わされたデータ・セッ
トは、2次元逆DWT操作を受けることができるM・2行およびN・2列のピク
セル値を有する。アップサンプリングされた画像Uは、オリジナル画像Iと比較
したときに画像の品質および明瞭性の認識に関して実質的に等しいM・2行およ
びN・2列のピクセルを有する。アップサンプリングされた画像Uは、仮想サブ
バンドに適用されている2次元逆DWTに由来するピクセル値Ur.sを有するよ
うに示されている。ここで、rは1からM・2までの範囲のピクセルの行番号を
示し、sは1からN・2までの範囲のピクセルの列番号を示す。すべてのUr.s
のような値のデータ・セットは、入力画像Iの2対1に拡大されたバージョンを
表す。
な処理セルDk400を示す図4(a)は、1次元の逆DWTを計算する図4(
b)のアーキテクチャの理解を助けるように記述されている。図4(a)を参照
する。フィルタ係数をc(高域または低域のどちらか)とすると、中間出力Lk
は次の式によって決定される。すなわち、Lk=(pk+qk)・cである。Lkの
式において、qkの項は逆DWTの対象である入力仮想サブバンドのデータを表
し、一方、pk-1の項は直前のクロックサイクルからの結合された処理セルから
伝えられた入力データを、pkは現行のクロックサイクルからの入力データをそ
れぞれに指す。入力pkは出力pk-1に、セルDkから配列の直前のセルDk-1に渡
される。したがって、pkおよびpk-1の項は、以後「伝えられた入力」と称する
ことにする。図4(a)の基本的な処理セル400は、図4(b)に示されるよ
うな逆DWTを計算するアーキテクチャを実行するように、反復的に構築し、選
択的に結合することができる。この処理セルは、加算器と乗算器および逆DWT
フィルタ係数を保持するレジスタを結合することによってハードウェア内に組み
込むことができる。
行単位または列単位で実行されるDWT)は、結果的に2つのサブバンド、すな
わちLFS(低周波サブバンド)またはHFS(高周波サブバンド)になる。1
次元順方向DWTが行方向である場合、画像に適用されるとき、M行×N/2列
の大きさにされた2つの縦方向のサブバンドが作成される。行単位の順方向DW
TによるLFSサブバンドは、オリジナル画像の細長いバージョンである。1次
元順方向DWTが列方向である場合、画像に適用されるときM行×N/2列に設
定された2つの縦方向のサブバンドが作成される。列単位の順方向DWTによる
LFSサブバンドはオリジナル画像の幅広いバージョンである。この2つの1次
元順方向DWT処理が結合されると、2次元順方向DWTに統合される。同様に
、逆DWTを実行すると、行方向の逆DWTおよび列方向の逆DWTは2次元逆
DWTを作成するために結合することができるが、これは、画像を比例して(軸
のない歪み)拡大する際に望ましい。したがって、図5に示すように、行方向の
逆DWTによる結果を、結果データの行方向への他の1次元逆DWT操作が実際
には列方向になるように、転置することができる。行方向の1次元逆DWTと列
方向の1次元逆DWTを組み合わせると、仮想LLサブバンド(オリジナル画像
)の2対1の拡大バージョンを生じる。したがって、図4(b)に示すように、
2次元逆DWTは、1次元逆DWTモジュールを反復または再利用することによ
って構築することができる。
ジュールを実質的に構築されたサブバンド・データに適用することによって、本
発明の一実施形態による中間データ・セットU’iがまず生成される。この中間
データ・セットU’iは、次の式によって表される。
)HFSデータである。LFSデータは、仮想サブバンドLLvおよびLHv内に
データを連結することによって構成することができ、HFSデータは、仮想サブ
バンドHLvおよびHHv内にデータを連結することによって構成することができ
る。逆および順方向の9−7双直交スプラインDWTは、図4(a)に示すよう
な効率的でシストリックな(すなわち並列で反復的な)処理セルを利用できるよ
うにする特定の対称的な特性を有する。逆DWTは、一組の逆高域フィルタ係数
g(/)kおよび一組の逆低域フィルタ係数h(/)kを有する。(本明細書にお
いて(/)はそのすぐ前の記号に付くものである。)この係数の関係は、199
6年12月17日出願、出願番号08/767,976の「ウェーブレット変換
を使用した信号の分解および再構築のための統合されたシストリック・アーキテ
クチャ」と題する関連特許出願で議論されている。U’iの表現は、次の2つの
加算の合計に分離することができる。
...,n/2−1とすると、U’2j (1)およびU’2j (2)となる偶数項は、次の
ように拡大される。
直交スプラインDWTフィルタ係数は、結合グループ化を可能にする特定の対称
的な特性を有する。逆の高域係数の1つの特性は、hkを順方向のDWT係数と
した場合のg(/)n=(−1)nh1-nである。さらに、順方向の係数がhn=h -n の特性を有するので、逆高域係数も、g(/)n=(−1)nhn-1のような特
性を有する。したがって、n=0の場合、g(/)0=h-1である。n=2の場
合は、g(/)2=h1およびh-1=g(/)0なので、g(/)2=g(/)
0である。同様に、n=4の場合は、g(/)4=h3=g(/)−2である。
逆低域係数は、h(/)2=h(/)−2などのh(/)n=h(/)−nの特
性を有する。したがって、偶数出力U’2jは、4つの係数h(/)0、h(/)2 、g(/)2、g(/)4のみを使用して計算することができる。同様に、奇数出
力U’2j-1の場合は、5つの係数h(/)3、h(/)1、g(/)5、g(/)3 、g(/)1のみを使用することができる前記で議論した同じフィルタ特性によ
って示すことができる。
)の逆DWTを計算するためのアーキテクチャは、2つの入力シーケンスaiお
よびciで構成されているが、これらはそれぞれ高周波サブバンド入力と低周波
サブバンド入力とを表している。逆アーキテクチャは、2つの入力を受信し、1
つの出力を生成する。このアーキテクチャは、奇数出力、すなわちU'1、U'3、
U'5...が5つの処理セルを、すなわち1つのセルに各係数が対応するように
必要とするが、偶数出力、すなわちU'0、U'2、U'4は4つの処理セルのみを必
要とする。奇数出力は奇数のクロックサイクルで生成してよく、偶数出力は偶数
のクロックサイクルで、それぞれ交互に生成してよい。
数出力生成ブロック402および奇数出力生成ブロック452で構成されなけれ
ばならない。偶数出力生成ブロック300は、さらに2つのサブ回路、すなわち
偶数高周波サブバンドのサブ回路(HFS)410と偶数低周波サブバンドのサ
ブ回路(LFS)420で構成される。偶数HFSサブ回路410は、それぞれ
が乗算器および加算器で構成される2つの処理セル415および417で構成さ
れている。処理セル415、417、425、427は、図4(a)に示す基本
的な処理セル400に類似しており、2つの入力を受け入れ、それらを合計し、
次いでその合計に係数を掛ける。例えば、処理セル415は、aiが処理セル4
17から伝えられた入力にまず加算され、その合計にh(/)2を掛けるような
項を出力する。同様に、低周波サブバンド回路420については、処理セル42
5が項を加算器/制御装置430に出力するが、それはg(/)4と入力ciと
処理セル427から伝えられた入力との積である。その値が直前のクロックにあ
り、それを次のクロック・サイクルに伝送する場合は、遅延ユニット412がそ
の値を保持してから、処理セル417は、ある入力を0として、別の入力をai- 1 として受信する。
2に伝えられ、c0は遅延422に伝えられる。a0およびc0は、それぞれセル
415および425への入力でもあるが、加算器/制御装置430は、第3のク
ロック・サイクルがx0を出力して始めて伝えられた非ゼロ入力を有する。i=
0の場合、遅延412、424、422によって解放された初期値がゼロに設定
されてから、セル417および427は出力0を有する。i=1の場合、遅延4
12はa0をセル417のpi入力に解放し、a1は遅延412に保持され、セル
415に入力される。その結果、セル415は項h(/)2a1を生成し、セル4
17は項h(/)0a0を生成する。この出力は、加算器/制御装置430に送信
されるが、次のクロックがi=2になるまで保持(ラッチ)される。i=1の場
合、セル425および427は、項c1g(/)4およびc0g(/)2をそれぞれ生成する
が、これらの項は、前記で定義された関係に従い、第1の出力U'0がc2入力デ
ータを利用するので、加算器/制御装置430によって無視(消去)される。
27のpi(伝えられた)入力に解放し、遅延422は、c1をセル427の入力
qiに解放する(qiおよびpiの記述については、図4(a)および関連テキス
トを参照)。したがって、セル427は項(c1+c0)g(/)2を生成する。
セル425はc2g(/)4を生成する。前記の通り、セル415および417の
直前のクロックからの出力は、加算器/制御装置430に保持され、次に、i=
2でセル425および427で生成された項を使用して合計される。さらに、i
−2の場合、セル415および417が項(a0+a2)h(/)2およびa1h(
/)0をそれぞれに生成するが、これらの項は1つのクロック・サイクルに保持
される。代わりに、c2g(/)4および(c0+c1)・g(/)2であるセル425
および427のi=2の出力は、h(/)0a0およびh(/)2a1であるセル41
5および417のi=1の出力と合計される。したがって、加算器/制御装置4
30は、次の第1出力を生成する。
クル)の後、加算器/制御装置430は、サブ回路420の現況出力を受信し、
それらをサブ回路410の直前クロックの出力に加算する。さらに、加算器/制
御装置430は、サブ回路410の現況出力を受信し、それを次のクロック・サ
イクルまで保持する。
必要とする奇数出力生成ブロック450を示す。処理セル465、467、47
5、477、479は、図4(a)に示す処理セル400と同様に動作する。遅
延ユニット462、464、472、474は、1つのクロック・サイクルに対
するその入力を保持し、それらを次のクロック・サイクルに解放する。各セルは
加算器および乗算器を有し、そのセルが接続されているセルから伝えられた入力
を受信する。
75がc0を受信している間に、a0はセル465に伝えられ、遅延462のクロ
ック・サイクルに保持される。i−1の場合、遅延472がc0を477に解放
している間に、遅延462はa0をセル467に解放する。さらに、i=1の場
合、a1およびc1は、それぞれセル465および475への入力である。i=2
の場合、セル465はa2を受信し、セル467はqiとしてa1を、pi入力とし
てa0を受信する。したがって、セル465は項a2h(/)3を生成し、セル4
67は(a1+a0)h(/)1を生成する。これらの出力は加算器/制御装置4
80に送信されるが、1つのクロック・サイクルのために保持された後、セル4
75、477、479の出力と合計される。i=2の場合、セル475、477
、479の出力は加算器/制御装置480によって無視される。
らc2を受信し、セル479は伝えられた入力としてciを受信し、セル477は
その伝えられた入力としてc0を受信する。したがって、セル475は項c3g(
/)5を生成し、セル477は項(c0+c2)・g3を生成し、セル479はc1
g1を生成する。これらの出力は加算器/制御装置480によって受信され、そ
こでセル475、477、479のi=3出力を、直前のクロック・サイクルか
らラッチされたセル465および467のi=2出力と加算する。したがって、
加算器/制御装置480は、第2出力(第1奇数出力)x1=h(/)1ao+h
(/)1a1+h(/)3a2+g(/)3c0+g(/)3c2+g(/)5c3+g(
/)1c1を生成する。
ク・サイクル)、加算器/制御装置480は、セル475、477、479の現
況出力を受信し、それらをセル465および467の直前のクロック・サイクル
の出力に加算する。さらに、加算器/制御装置480は、セル465および46
7の現況クロックの出力を受信し、それらを次のクロック・サイクルまで保持す
る。このようにして得られた一組の結果データU'iを使用して、それらの値は1
次元DWTをもう1度反復するための入力として転置され、戻される。LFSお
よびHFSからの入力データが図4(b)のアーキテクチャに行方向の方法で戻
されるので、中間出力U'0は、拡大された画像空間の行1および列1に位置付け
られたデータ結果に対応し、U'1は、行1および列2に位置付けられたデータ結
果に対応する。拡大された画像空間第1行の最終エントリは、U'N・2が、拡大
された画像空間のM・2行、N・2列の第1列第2行に位置付けられると、U'N ・2-1 となる。
'iが生成されると、それらの値は、行方向のデータが今度は列方向のデータにな
るように、マトリックス転置回路によって転置することができるが、これは当業
者なら容易に実施できるものである。この転置されたデータ・セットTU'iは、
1次元逆DWTをもう1度反復するための入力データとみなされ、図4(b)と
同一または類似のアーキテクチャを有するモジュールに戻される。1次元DWT
をデータ・セットTU'iに適用した結果はUi(または行−列表示ではUr、s)
、すなわち拡大した画像データである。この処理は、図5に要約されている。
めの方法論は、逆DWTをステップごとに適用することを必要とする。一旦4つ
の仮想サブバンドが構築されると、1次元逆DWT(ブロック505)のために
、2次元逆DWTを実施する際の第1ステップは、LLvサブバンドおよびHLv サブバンドをLFSデータとみ、LHvサブバンドおよびHHvサブバンドをHF
Sデータとみる。1次元の逆DWTがLFSデータおよびHFSデータの行方向
に適用される(ブロック510)。この逆DWTの最初の反復によって生じたM
・N・4出力(図4(b)ないし4(c)のU'iとラベルされた例)は、メモリ
または他の記憶手段でもよいイメージ・アレイに格納することができる。次に、
行方向のDWTの出力が転置され、その結果、中間出力データU'iで列は行に、
行は列になる(ブロック520)。この転置は、中間出力結果U'iを格納するの
と同時に実行することができる。次に、この転置されたデータは、ブロック51
0の1次元逆DWTを受けるが、データが転置されているので列方向に動作する
。転置されたデータの行方向のDWTは、基本的に列方向である。ブロック53
0の結果生じるデータ・セットUiは、オリジナル画像の2:1の拡大バージョ
ンのピクセル値である。このデータ・セットUiは、拡大画像として格納され、
または表示されることができる(ブロック540)。場合によっては、逆DWT
操作で発生する可能性のあるより大きなデータ値を変換するために正規化が必要
になることがある。データ結果Uiの正規化は、次の公式によって達成すること
ができる。(Ui−min)/(max−min)・K、ここで、minは最小
結果値であり、maxは最大結果値、Kは所望の最大正規化値である。例えば、
8ビット値が所望であれば、Kを255に設定してよい。
くとも一実施形態に組み込む撮像デバイスの内部画像処理構成要素のブロック図
である。図6の例示的回路では、センサ600が、いくつかのシーン/環境から
色/輝度を評価するピクセル構成要素を生成する。センサ600によって生成さ
れるn−ビットのピクセル値は、取込みインタフェース610に送信される。本
発明に関する状況におけるセンサ600は、通常、ある領域または場所の1つの
「センス」からR、G、Bの構成要素のどれか1つを感知する。したがって、各
ピクセルの輝度値は3つの(G1およびG2が個別に考慮される場合は4つの)
カラー・プレーンの1つだけに関連付けられ、バイエル・パタンの未加工の画像
と共に形成することができる。取込みインタフェース610は、センサによって
生成された画像を分解し、個別のピクセルに輝度値を割り当てる。画像全体に対
するすべてのこのようなピクセルのセットは、デジタルカメラ・センサの業界に
おける通常の実施形態にしたがってバイエル・パタンである。
つかのピクセル・セルは、シーン/環境における照明条件に適切に応答しないこ
とがある。その結果、それらのセルから生成されたピクセル値は不完全なことが
ある。このピクセルを「デッド・ピクセル」と呼ぶ。「ピクセル置換」ユニット
615は、各デッド・ピクセルをその行の直前にある有効ピクセルと置き換える
。RAM616は、センサによって供給されるデッド・ピクセルの行および列の
インデックスで構成される。RAM616によって、取り込んだイメージに関す
るデッド・ピクセルの位置の識別が容易になる。
に基づく圧縮、JPEG(Joint Photographic Exper
ts Group)、差動パルス符号変調のような画像圧縮を実行する。RAM
629は、順方向と逆の両方のDWT係数を格納するために使用できる。1次コ
ンプレッサ628は、復号化/格納ユニット630へのチャネル出力によって圧
縮されたチャネルを提供するように設計することができる。復号化/格納ユニッ
ト630は、モディファイド・ハフマン符号(RAM631に格納されているテ
ーブルを使用して)のような種々の2進コード化スキームを遂行するように装備
することができ、またストレージ・アレイ640に圧縮された画像を直接格納し
てもよい。
目的でセンサから向けられた画像をアップサンプリングするために、バス660
を介してストレージ・アレイ640に連結することができる。画像アップサンプ
リング・ユニット670は、前記のようなDWTに基づくアップサンプリングを
含めるように設計することができ、かつ図4(b)ないし図4(c)に示すアー
キテクチャや転置回路のようなモジュールを組み込んでもよい。別法として、コ
ンプレッサ・ユニット628がDWTに基づく画像圧縮用に設計されている場合
、統合された順方向DWTおよび逆DWTのアーキテクチャは、コンプレッサ6
28に組み込んでもよく、その結果、アップサンプリング・ユニット670はそ
のアーキテクチャの逆モードを開始し、事実上構築されたサブバンドのデータを
ストレージ・アレイ640からコンプレッサ・ユニット628に送信する。撮像
ユニットは、バス660に結合されたLCDパネルのような搭載された表示装置
のサブ・システム680を備えてもよい。アップサンプリング・ユニット670
の一応用例は、アップサンプリングされた画像データを表示装置のサブ・システ
ム680に提供することである。アップサンプリング・ユニット670は、イメ
ージ処理フローのどの段階からでもデータを受け取ることができ、それは所望な
らばたとえ画像圧縮の前にセンサから直接データを受け取ることもできる。アッ
プサンプリングされた画像は、圧縮された非常に画像の鮮明で明瞭なバージョン
を表示すると有利である。
でき、したがってそのデータはロードすることができ、その後、所望ならば変更
することができる。さらに、そのRAMテーブルや他のRAMテーブルは、必要
に応じて中間結果データを格納するために使用してもよい。ストレージ・アレイ
640にあるデータやアップサンプリング・ユニット670からのデータが、図
6の撮像装置に外部転送する準備ができると、そのデータは転送するためにバス
660に置かれる。バス660は、所望に応じてRAMテーブル616、629
、631の更新も容易にする。
ュータ)のようないかなる汎用あるいは特殊目的の計算機またはデータ処理マシ
ンであってよく、カメラ730に結合されているコンピュータ・システム710
を図に示す。カメラ730は、デジタルカメラ、デジタル・ビデオ・カメラ、ま
たは他の画像取り込み装置や撮像システム、あるいはそれらの組み合わせであっ
てよく、シーン740のセンサ画像を取り込むために利用される。取り込まれた
画像はイメージ処理回路732によって処理され、したがって、その画像は画像
記憶ユニット734に効率的に格納することができるが、このユニットはROM
、RAM、または固定ディスクのような他の記憶装置であってよい。画像は、た
とえアップサンプリングされていても、コンピュータ・システム710に向かう
画像記憶ユニット734に含まれるが、従来のアップサンプリング技法による画
像の特徴の損失が、DWTに基づくアップサンプリング処理でエッジの形状をよ
りよく保存することによって大幅に緩和されるという点で、この画像は品質が改
善される。静止画像処理を実行できる大部分のデジタルカメラでは、画像はまず
格納され、後でダウンロードされる。これにより、カメラ730は、さらに遅れ
ることなく迅速に次の被写体/シーンを取り込むことができる。しかし、デジタ
ル・ビデオ・カメラの場合、特に生のテレビ会議に使用されるものでは、画像は
、迅速に取り込まれるだけでなく、迅速に処理され、カメラ730から転送され
ることも重要である。様々な実施形態における本発明は、特に拡大処理において
は、優れた高速処理能力をイメージ処理回路732の他の部品に提供するのに適
切であり、したがって、画像フレーム全体の転送速度は速くなる。画像アップサ
ンプリングは、本発明のこの実施形態のイメージ処理回路732内で達成される
。画像がアップサンプリングされた後、LCDパネルのようなカメラ730の表
示システムに渡されるか、またはコンピュータ・システムの表示装置アダプタ7
6に渡されることがある。DWTに基づくアップサンプリングの手順は、カメラ
730によって取り込まれるか他の場所で得られたいかなる画像にも適用するこ
とができる。逆DWTおよび順方向のDWTは、本質的にフィルタ操作であるの
で、当業者は、DWTに基づくアップサンプリングを実行するためにコンピュー
タ・システム710をプログラムすることができる。これは、Pentium(
登録商標)プロセッサ(インテル社の製品)のようなプロセッサ712および必
要に応じて命令、アドレス、結果データを格納/ロードするために使用されるR
AMのようなメモリ711を使用して達成することができる。したがって、別法
の実施形態では、アップサンプリングは、ハードウェアで直接達成するのではな
く、コンピュータ・システム710で実行中のソフトウェア・アプリケーション
で達成することができる。カメラ730からダウンロード後に拡大された画像ピ
クセルを生成するために使用されるアプリケーションは、C++のような言語で
書かれたソース・コードからコンパイルされた実行可能なものによることができ
る。画像を拡大するのに必要な命令に対応するその実行可能なファイルの命令は
、フロッピー(登録商標)・ドライブ、ハード・ドライブ、CD−ROMのよう なディスク718、またはメモリ711に格納することができる。さらに、本発 明の種々の実施形態は、ビデオ・ディスプレイ・アダプタやアップサンプリング や画像ズーミングを提供するグラフィック処理装置で実施することができる。
/Oバス715に結合するブリッジ714との情報のやりとりを容易にするシス
テム・バス713を有する。I/Oバス715は、表示装置アダプタ716、デ
ィスク718、I/Oポート717のような種々のI/Oデバイスを接続する。
このI/Oデバイス、バス、ブリッジのこのような多くの組み合わせは本発明で
利用することができるが、示したこの組み合わせは、このような可能な組み合わ
せの単なる例示にすぎない。
の画像はイメージ処理回路732に送信される。イメージ処理回路732は、他
の機能の中でもとりわけ取り込まれた画像または圧縮された画像の拡大を実行す
ることのできるICおよび他の構成要素を含む。前記のような拡大操作は、カメ
ラ730によって取り込まれたシーン740のオリジナル画像を格納するために
画像メモリ・ユニットを利用することができる。さらに、この同じメモリ・ユニ
ットは、アップサンプリングされた画像データを格納するために使用することが
できる。ユーザまたはアプリケーションが画像のダウンロードを所望/必要とす
る場合、画像メモリ・ユニットに格納された拡大された(および/または圧縮さ
れた)画像が画像メモリ・ユニット734からI/Oポート717に転送される
。I/Oポート717は、拡大され、圧縮された画像データをメモリ711また
は任意でディスク718に一時的に格納するために、示したバス・ブリッジ階層
(I/Oバス715からブリッジ714からシステム・バス713)を使用する
。
ーション・ソフトウェア(またはハードウェア)によってコンピュータ・システ
ム712に表示される。次いで画像データが、表示装置アダプタ716を使用し
てレンダリング/拡大された画像750に視覚的にレンダリングすることができ
る。拡大された画像は、取り込まれた元のシーンの2倍のサイズに示される。こ
れは、オリジナル・センサがシーンのサイズを取り込む場合の多くの画像応用に
おいて望ましい。テレビ会議の応用例において、圧縮され、拡大された形式の画
像データは、ネットワークまたは通信システムを経由して別のノードまたはコン
ピュータ・システム710に追加してまたはこれを除いたコンピュータ・システ
ムに通信することができ、その結果、テレビ会議を開会することができる。アッ
プサンプリングおよび圧縮は、一実施形態においてはカメラのフレーム内で既に
達成されているので、テレビ会議において画像データを直接他のノードに転送で
きるようにするカメラ730の通信ポートを実施することが可能である。コンピ
ュータ・システム710のユーザがモニタ720上で所有するシーンを見ること
も望む場合はいつでも、拡大された画像データは、コンピュータ・システム71
0に送信することも、またネットワークを経由して他のノードに転送することも
できる。前記のように、拡大された画像は、DWT係数を厳密かつ注意深く選択
することによる拡大処理強化の結果、拡大操作の典型例より視覚的に正確なエッ
ジの形状を有する。最終結果は、一様で典型的なアップサンプリング方法と比較
すると、モニタ720またはテレビ会議の他のノードに表示された、より高品質
のレンダリングされ、アップサンプリングされた画像750である。
ために提示されているものであって、本発明の範囲を限定するように構成される
べきものではない。むしろ、本発明の原理は、本明細書に記載された利点を達成
し、同様に他の利点を達成し、または他の目的を満足するために、システムの広
範な範囲に適用することができる。
。
Claims (15)
- 【請求項1】 DWTを実行せずに画像から仮想DWT(離散ウェーブレッ
ト変換)サブバンドを構成することと、 前記仮想サブバンドに逆DWTを適用することであって、前記逆DWTの結果
が、前記画像のアップサンプリングされたバージョンを表すこととを含む方法。 - 【請求項2】 前記仮想サブバンドがLLサブバンド、HLサブバンド、L
Hサブバンド、HHサブバンドを含む請求項1に記載の方法。 - 【請求項3】 前記LHサブバンドが前記画像の全体である請求項2に記載
の方法。 - 【請求項4】 前記HLサブバンド、前記LHサブバンド、前記HHサブバ
ンドがゼロ・ピクセル値によって近似される請求項2に記載の方法。 - 【請求項5】 実行された前記逆DWTが、2次元逆DWTである請求項2
に記載の方法。 - 【請求項6】 前記2次元逆DWTの実行が、 前記仮想サブバンドに行方向に1次元逆DWTを適用することと、 列が行に、また行が列になるように、前記第1DWTの結果生じる前記データ
を転置することと、 前記転置されたデータに前記1次元逆DWTを再度適用することであって、前
記転置されたデータに前記1次元逆DWTを適用した結果が拡大された画像デー
タであることとを含む請求項5に記載の方法。 - 【請求項7】 前記画像がアップサンプリングされたバージョンで2倍のサ
イズである請求項2に記載の方法。 - 【請求項8】 画像データを通信するように構成されているインタフェース
と、 前記画像データを受信するように前記インタフェースに結合され、前記画像デ
ータから仮想サブバンド入力データを構成するように構成され、アップサンプリ
ングされた画像をそこから生成する前記入力データに逆DWTを実行するように
構成されたアップサンプリング・ユニットとを含む装置。 - 【請求項9】 前記アップサンプリング・ユニットが、 アップサンプリングされた第1データ出力生成と、 前記第1出力生成装置および第2出力生成装置がそれら各出力を交互に提供す
るアップサンプリングされた第2データ出力生成とを含む請求項8に記載の装置
。 - 【請求項10】 前記第1生成および前記第2生成のそれぞれが、 各処理セルが前記入力データから中間逆DWT出力を生成する能力がある複数
の処理セルと、 前記中間出力を受信し、選択的に加算するように前記処理セルに結合された加
算器とを含む請求項9に記載の装置。 - 【請求項11】 各前記出力生成装置がさらに、 前記処理セルに選択的に結合された遅延要素を含み、前記遅延要素が前記処理
セルへの選択的出力を遅らせることを含む請求項10に記載の方法。 - 【請求項12】 各前記処理セルが、逆DWT係数に前記入力データの選択
されたデータの合計を掛けるように構成されている請求項10に記載の装置。 - 【請求項13】 撮像システムに結合するように構成されている請求項9に
記載の装置。 - 【請求項14】 前記撮像システムがデジタルカメラである請求項13に記
載の装置。 - 【請求項15】 実行されると、DWTを実行せずに画像から仮想(離散ウ
ェーブレット変換)DWTサブバンドを構成し、 前記仮想サブバンドに逆DWTを適用する命令を有し、前記逆DWTの結果が
前記画像のアップサンプリングされたバージョンを表すコンピュータ可読媒体を
備える装置。
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