JP2005516260A - コンタリングを除去する方法およびシステム - Google Patents

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Abstract

本発明は、受信したビデオ信号におけるコンタリング(擬似輪郭)アーティファクトを検出し、ディザ法により、またはビデオ信号内の選択された画素にLSB(最下位ビット)を加えることにより、検出されたアーティファクトを減じることに向けられている。値の差のテストまたは平均化テストを所定の画素範囲に使用することにより、アーティファクトであるコンタリングは減らされる。画素範囲内の選択された画素を代替画素で置き替えることによりアーティファクトは低減される。代替画素を発生させるために、所定の画素範囲について画素の平均値を計算して、その画素平均値を、所定の画素範囲における画素のビット解像度よりも大きいビット解像度に詰める(丸め、または切り捨て)か、またはディザ信号をこの画素平均値に加える。

Description

本発明は、画像表示システムの分野に関し、特に、画像表示システムに生じるコンタリング(contouring:擬似輪郭、偽輪郭)アーティファクト(artifact)を除去する方法とシステムに関する。
従来のディジタル・ビデオ信号は全て、種々のビデオ処理の段階で量子化される。例えば、アナログ/ディジタル変換や或る種の圧縮技術は、量子化を伴う。量子化の1つの欠点として、輝度勾配の低い画像部分で、コンタリング(擬似輪郭、偽輪郭)として知られる視覚上のアーティファクトを起こす傾向がある。コンタリングが起こると、画像信号の量子化により、入力画像中には存在しない輪郭が出力信号中に現れる。具体的に言うと、入力信号を量子化する際、ゆるやかな画像勾配は、画素の隣接する幾つかの大きなブロックに変形される。1ブロック内の各画素には同一の画像信号値が割り当てられている。これらの大きな隣接画素のブロックが、均質でない画素の区域により分離されなければ、これらのブロックは、「階段(stair step)」効果を起こし、元の画像の滑らかな曲線は、一連の単色の平坦な面に見える。コンタリングは、輝度の空間的変化の少ない画像部分の僅かな変化を感知できる人間の視覚能力と関係がある。このような画像部分の輝度を表すビット数が不十分であれば、人間の視覚はこの輝度変化を、つながりのある連続的状態として感知せず、階段(ステップ)状のものとして感知する。本発明は、この欠点の解決に向けられている。
(発明の概要)
簡単に言えば、本発明は受信したビデオ信号におけるアーティファクトであるコンタリングを検出し、検出されたアーティファクトを除去する。ディザ処理(dithering:ディザリング)により、ビデオ信号中の選択された画素に最下位ビットを加えることにより、或いは未使用の状態を利用することにより、この検出されたアーティファクトを除去する。
本発明の特性と利点は、以下の説明から、より一層明らかとなる。
図1に、本発明により動作するディジタル・ビデオ信号受信システムをブロック図で例示する。ビデオ受信システムは、オーディオ/ビデオ/関連データを搬送する信号で変調された放送搬送波を受信してディジタル化するためのアンテナ10と入力プロセッサ15、入力プロセッサ15からのディジタル出力信号を受信/復調する復調器20、およびトレリス(trellis)復号化され、バイト長のデータ・セグメントにマップされ、デインタリーブされ、そしてリード・ソロモン(RS:Reed‐Solomon)誤り訂正される信号を出力するデコーダ30を具える。デコーダ30からの訂正された出力データは、MPEGと互換性のあるトランスポート・データ・ストリームの形式をとり、プログラム(番組)を表す多重化されたオーディオ/ビデオ/データ成分を含んでいる。
更に、ビデオ受信システムは、電話線を介してサーバ83または接続サービス87に接続されるモデム80を具え、データを種々のフォーマット(MPEG、HTML、JAVA(登録商標)など)で電話線を介してビデオ受信システムで受信することができる。
プロセッサ25は、デコーダ30またはモデム80から出力されるデータを処理し、処理されたデータは、利用者がリモコン125で入力するリクエスト(要求)により、ディスプレイ装置75に表示され、または記憶メディア(媒体)105に記憶される。更に、プロセッサ25は、コントローラ115を具える。コントローラ115は、リモコン125からリモート・ユニット・インタフェース120を介して受信されるリクエストを解釈し、プロセッサ25の各要素を適正に制御し、利用者のリクエスト(例えば、チャンネル、ウェブサイト、またはオンスクリーン表示(OSD))を実行する。1つの例示的モードで、コントローラ115は、プロセッサ25の各要素を制御し、MPEG復号化データ、およびディスプレイ75に表示するオンスクリーン表示(OSD)を供給する。別のモードにおいて、コントローラ115は、プロセッサ25の各要素を制御し、記憶装置90と記憶インタフェース95を介して記憶媒体105に記憶されるMPEGと互換性のあるデータ・ストリームを供給する。更なる例示的モードで、コントローラ115は、サーバ83または接続サービス87を介する双方向の(例えば、インターネット)通信を受信するような、他の通信モードのためにプロセッサ25の各要素を制御する。
プロセッサ25は、トランスポート・ストリーム内の選択されたパケットを識別してそれをデコーダ30からトランスポート・デコーダ55に送るPID選択装置45を含んでいる。デコーダ30からのトランスポート・ストリームは、トランスポート・デコーダ55により、オーディオ/ビデオ/データ成分にデマルチプレクス(逆多重化)され、以下に詳細に述べるように、プロセッサ25の他の要素により更に処理される。
プロセッサ25に供給されるトランスポート・ストリームは、番組チャンネル・データ、補助的システム・タイミング情報、および番組特定情報(番組内容の評価、番組のアスペクト(縦横)比、および番組ガイド情報のような)を含んでいるデータ・パケットから成る。トランスポート・デコーダ55は、補助情報パケットをコントローラ115に導き、コントローラ115は、補助情報を解析(parse:パース)し、照合(collate:コレート)し、そして階層構造のテーブルの中に組立てる(assemble:アセンブル)。ユーザが、選択した番組チャンネルを含む個々のデータ・パケットは、収集された番組特定情報を使用して、識別/収集される。システム・タイミング情報には、タイム・リファレンス・インディケータ(指標)および関連する訂正データ(例えば、夏時間(サマータイム)指標、およびタイム・ドリフト(時間変動)/閏年などを調節するオフセット情報)が含まれる。タイミング情報は、将来の番組の放送日時を設定するために、デコーダがタイム・リファレンス・インディケータをタイム・クロック(例えば、米国東海岸の日付と時刻)に変換するのに役立つ。このタイム・クロックは、予定される番組を処理する機能(例えば、番組の放送、番組の録画、番組の再生)を開始させるのに使用できる。番組特定情報には、条件付きアクセス(CA:コンディショナル・アクセス)、ネットワーク情報、および希望するチャンネルにシステム(図1)が同調しデータ・パケットを収集して完全な番組を形成できるようにする識別/連結(リンク)データが含まれる。
トランスポート・デコーダ55は、MPEGと互換性のあるビデオ/オーディオ/サブピクチャ(sub−picture:副画像)ストリームをMPEGデコーダ65に供給する。このビデオ/オーディオ・ストリームには、選択されたチャンネルの番組内容を表す、圧縮されたビデオ/オーディオ・データが含まれる。サブピクチャ・データには、そのチャンネルの番組内容(例えば、評価情報、番組説明情報など)が含まれる。
MPEGデコーダ65は、ランダム・アクセス・メモリ(RAM)67と協働して、ユニット55(トランスポート・デコーダ)からのMPEGと互換性のあるパケット化されたオーディオ/ビデオ・データを復号化し、圧縮解除(decompress:デコンプレス、解凍)し、圧縮解除された番組を表す画素データをディスプレイ・プロセッサ70に供給する。デコーダ65は、ユニット55からのサブピクチャ・データを組立て、照合し、解釈して、フォーマット化された番組ガイド・データを発生して、内部のオンスクリーン表示(OSD)モジュール(図示せず)に出力する。OSDモジュールは、RAM67と協働し、サブピクチャ・データおよび他の情報を処理し、サブタイトル(字幕)/コントロール/情報メニュー(ディスプレイ75に表示する、選択可能なメニュー・オプションおよび他の項目を含む)を表すマップ化画素(pixel mapped)データを発生する。表示されるコントロール/情報メニューにより、ユーザは、視聴する番組を選択し、そして将来の番組を処理する機能(視聴用に選択した番組を受信するための同調、記憶媒体105への番組の録画、および記憶媒体105からの番組の再生)をスケジュールする。
オンスクリーン表示(OSD)モジュール(図示せず)で発生されるテキスト(文字)とグラフィックス(図形)を含む、コントロール(制御)/情報の表示は、コントローラ115の制御の下で、オーバレイ(overlay)マップ化画素データの形式で発生される。OSDモジュールからのオーバレイマップ化画素データは、コントローラ115の制御の下で、MPEGデコーダ65からの圧縮解除された画素を表すデータと合成され、同期される。選択されたチャンネルのビデオ番組を表す合成されたマップ化画素データは、関連するサブピクチャ・データと共に、ディスプレイ・プロセッサ70で符号化され、ディスプレイ75に出力され表示される。
本発明の原理は、地上/ケーブル/衛星/DSL/インターネットまたはコンピュータ・ネットワーク放送システム(符号化のタイプまたは変調形式を変更可能な)に応用される。このようなシステムには、他のタイプの符号化データ・ストリーム、および番組特定情報を伝送する他の方法を使用する、MPEGと非互換性のシステムも含まれる。開示されたこのシステムは、放送番組を処理するものとして説明されているが、これは例示的なものにすぎない。図1のアーキテクチャは、他を排除するものではない。同じ目的を達成するために、本発明の原理に従って、他のアーキテクチャも派生される。
図2〜図6は、本発明のコンタリング検出/除去プロセスを説明する。所定の画素範囲(例えば、一次元の水平/垂直画素範囲、二次元の方形画素範囲または円形画素範囲のような多次元の画素範囲、或いは当業者に知られる他の画素範囲)の成分値(例えば、赤(R)、緑(G)、青(B)の成分値)に、各画素毎に、本発明のプロセスが適用され、ディスプレイ・プロセッサ70(図1)のプログラムによる命令で、全体または一部として、実行される。或いは、本発明のプロセスは、コンタリング検出/除去回路(図示せず)としてハードウェアでも実施できる。
図2に、本発明の好ましいコンタリング検出プロセス200を示す。スタート(開始)のステップ205で、ディスプレイ・プロセッサ70は、所定の画素成分値の範囲(例えば、8画素の範囲)を識別する。所定の画素範囲(span:スパン)が識別されると、ステップ210で、プロセッサ70は、この所定の画素範囲内で最大と最小の画素成分値を決定する。次に、ステップ215で、プロセッサ70は、最大成分値−(マイナス)最小成分値が、所定の閾値「N」以下であるか確かめる。選択される「N」の値は、防止されている、または受信されたビデオ信号中に存在していると予測される、コンタリングに依存して決定される。例えば、もし受信されたビデオ信号における全ての状態または画像信号値が使用されていると予測され、そしてコンタリングが予期されるならば、「N」を2に設定するのが適正である。しかしながら、3番目毎の状態または画像値が使用されていると予測される(即ち、未使用の状態または画像値がある)なら、「N」を4に設定するのが適正な選択である。もし最大成分値−(マイナス)最小成分値が所定の閾値「N」以下でなければ、プロセッサ70は、ステップ220で、所定の画素範囲の中央(または中央付近)の画素成分値を変更しない(例えば、8画素範囲のうちで4番目の画素成分値は変更されない)。もし最大成分値−(マイナス)最小成分値が、所定の閾値「N」以下であれば、プロセッサ70は、ステップ225で、図4、図5、または図6のコンタリング除去プロセスに従って、中央(または中央付近)の画素値を取り(置き)替える(以下に詳細に述べる)。
図3に、本発明の別のコンタリング検出プロセス300を示す。スタート(開始)のステップ305で、ディスプレイ・プロセッサ70は、所定の画素成分値の範囲(例えば、8画素範囲)を識別する。次にステップ310で、プロセッサ70は、この所定の画素範囲について現在の画素成分値の総和を計算する。次にステップ315で、プロセッサ70は、所定の画素範囲(例えば、8画素)の中央(または中央付近)における画素成分の値(例えば、4番目の画素成分の値)に、その画素範囲内の画素成分の総数(例えば、8)を掛ける。次にステップ320で、プロセッサ70は、掛けられた画素成分値と、画素成分値の総和との差を計算する。次にステップ325で、計算された差の絶対値が所定の範囲内にある(例えば、計算された差の絶対値が3より大で9より小である)か判定する。この範囲内になければ、プロセッサ70はステップ330で、中央の画素値を変更しない。この範囲内にあれば、プロセッサ70はステップ335で、図4、図5、または図6のコンタリング除去処理に従って中央(または中央近付近)の画素値を置き替える(以下に詳細に述べる)。
図4に、本発明のコンタリング除去プロセス400を示す。値の差のテスト(図2)、或いは平均化テスト(図3)をパスした後に、プロセッサ70は、ステップ405で、コンタリング除去プロセス400を開始する。最初にステップ410で、プロセッサ70は、所定の画素範囲の画素成分の平均値を計算する。次にステップ415で、プロセッサ70は、その画素成分の平均値を、所定のビット幅(画素成分値の元のビット幅+付加的数の最下位ビットLSB)に詰める(例えば、端数を丸める、または切り捨てる)。その後、プロセッサ70は、ステップ420で、中央(または中央付近)の画素成分値(例えば、8画素範囲の4番目の画素値)を、詰められた平均値で置き替える。次に、ステップ425で、コンタリング検出プロセス200(図2)と300(図3)に従って、次の画素成分値をテストする。一連の入力画素成分値(図7に例示する)と、コンタリング除去プロセス400で発生される一連の出力画素成分値とのグラフによる比較を図9に示す。図9において、1個のLSB(最下位ビット)が加えられている。
図5に、本発明の別のコンタリング除去プロセス500を示す。値の差のテスト(図2)または平均化テスト(図3)をパスした後に、プロセッサ70は、ステップ505で、コンタリング除去プロセス500を開始する。最初にステップ510で、所定の画素範囲の画素成分の平均値を計算する。その後、ステップ515で、この平均値を最寄りの整数に詰めて(端数を丸めるか、切り捨てる)、新しい画素成分値を発生する。次にステップ520で、中央または中央付近の画素成分値(例:8画素範囲のうち4番目の画素値)を、詰められた平均画素成分値で置き替える。次に、プロセッサ70は、ステップ525で、検出プロセス200(図2)/300(図3)に従って、次の画素成分値をテストする。一連の入力画素成分値(図7に例示する)と、コンタリング除去プロセス500で発生された一連の出力画素成分値のグラフによる比較を図8に示す。
図6に、本発明の別のコンタリング除去プロセス600を示す。値の差のテスト(図2)または平均化テスト(図3)をパスした後に、プロセッサ70は、ステップ605で、プロセス600を開始する。最初にステップ610で、所定の画素範囲の画素成分の平均値を計算する。例えば、8画素範囲における各画素成分値のビット幅が8ビットであれば、平均画素成分値のビット幅は、11ビットになる。その後、ステップ615で、ディザ(dither)信号をこの平均値に加え、新しい画素成分値を発生する。ディザ信号は1と0が交互に並ぶ(1、0、1、0、1、0・・・)ような(しかし、これに限定されない)一連の交番信号である。ディザ信号は、当業者に知られる再帰的丸め回路で実施することもできる。例えば、1と0が交互する2状態のディザ信号を、9ビット加算器を使用して、平均値11ビットに加える。平均値11ビットを9ビットに縮めるために、平均値11ビットの2つのLSBを捨てて、この2状態のディザ信号を(9ビット加算器を介して)平均値9ビットのLSBに加える。別の方法で、11ビット加算器を使用して、2状態のディザ信号を平均値11ビットに加える。2状態のディザ信号は(11ビット加算器を介して)平均値11ビットの3番目のLSBに加えられる。次に、ステップ620で、ディザ処理された画素成分値を、希望のビット幅(例えば、画素成分値の元のビット幅)に縮める。例えば、ディザ処理された平均値9ビットは、そのLSBを除去することにより、ディザ処理された平均値8ビットに縮められ、ディザ処理された11ビットの信号は、3つのLSBを除去することにより、ディザ処理された平均値8ビットに縮められる。その後、ステップ625で、プロセッサ70は、中央または中央付近の画素成分値(例えば、8画素範囲の4番目の画素値)を、縮められた画素成分値で置き替える。次にステップ630で、検出プロセス200(図2)/300(図3)に従って次の画素成分値をテストする。一連の入力画素成分値(図10に例示する)と、プロセス600で発生された一連の出力画素成分値とのグラフによる比較を図11に示す。
本発明を好ましい実施例に関して説明した。特許請求の範囲で明確にされる本発明の精神と範囲から離れることなく、これらの実施例に種々の変更がなされ得ることは明らかである。
本発明をサポートするために構成されるホーム・エンタテインメント・システム(家庭用の娯楽装置)を例示するブロック図である。 本発明の好ましいコンタリング検出テストのフローチャートである。 本発明の別のコンタリング検出テストのフローチャートである。 本発明のコンタリング除去手法のフローチャートである。 本発明の別のコンタリング除去手法のフローチャートである。 本発明の別のコンタリング除去手法のフローチャートである。 一連の入力画素成分値を例示するグラフである。 入力画素成分値(図7)と、コンタリング除去プロセス(図5)で発生された出力画素成分値とのグラフによる比較である。 入力画素成分値(図7)と、コンタリング除去プロセス(図4)で発生された出力画素成分値とのグラフによる比較である。 別の一連の入力画素成分値を例示するグラフである。 入力画素成分値(図10)と、除去プロセス(図6)で発生された出力画素成分値とのグラフによる比較である。

Claims (22)

  1. 画像表示で生じるコンタリング・アーティファクトを除去する方法であって、
    複数の画素を含むビデオ信号を受信するステップと、
    受信したビデオ信号中に所定数の画素を含む画素範囲を識別するステップと、
    識別された画素範囲中にコンタリング・アーティファクトの存在を検出するステップ(215)と、
    検出されたコンタリング・アーティファクトを除去するように、識別された画素範囲中の画素を処理するステップ(225)と、からなる前記方法。
  2. 前記コンタリング・アーティファクトの存在を検出するステップが、更に、
    識別された画素範囲中で最大画素値と最小画素値を検出するステップ(210)と、
    前記最大画素値と最小画素値との差を計算するステップ(215)と、
    前記計算された差が所定の閾値以下であるかどうか判定するステップ(215)と、を含む請求項1に記載の方法。
  3. 前記コンタリング・アーティファクトの存在を検出するステップが、更に、
    識別された画素範囲について現在の画素値の総和を計算するステップ(310)と、
    識別された画素範囲の中央または中央付近の画素値に、前記識別された画素範囲内の画素の総数を掛けるステップ(315)と、
    前記掛けられた画素と計算された画素値の総和との差を計算するステップ(320)と、
    前記差の絶対値を計算するステップ(320)と、
    前記計算された差の絶対値が所定の範囲内にあるかどうか判定するステップ(320)と、を含む請求項1記載の方法。
  4. 前記処理するステップが、更に、
    識別された画素範囲の画素の平均値を計算するステップ(410)と、
    前記画素の平均値を、識別された画素範囲内の各画素のビット幅よりも大きい所定のビット幅に詰めるステップ(415)と、
    前記識別された画素範囲の中央または中央付近の画素を、前記詰められた画素平均値で置き替えるステップ(420)と、を含む請求項1記載の方法。
  5. 前記処理するステップが、更に、
    識別された画素範囲の画素の平均値を計算するステップ(610)と、
    平均化された前記画素値をディザ処理して、代替画素値を発生するステップ(615)と、
    識別された画素範囲の中央または中央付近の画素を代替画素値で置き替えるステップ(625)と、を含む請求項1記載の方法。
  6. 前記処理するステップが、更に、
    識別された画素範囲の画素の平均値を計算するステップ(510)と、
    前記画素平均値を最寄りの整数に詰めて、代替画素値を発生するステップ(515)と、
    識別された画素範囲の中央または中央付近の画素を前記代替画素値で置き替えるステップ(520)と、を含む請求項1記載の方法。
  7. 識別された画素範囲が水平画素範囲である、請求項1記載の方法。
  8. 識別された画素範囲が垂直画素範囲である、請求項1記載の方法。
  9. 識別された画素範囲が多次元の画素範囲である、請求項1記載の方法。
  10. 受信されたビデオ信号中の各画素について画素範囲が識別される、請求項1記載の方法。
  11. 複数の画素のうちの各画素が3つの画素成分から成り、各画素成分について識別、検出および処理するステップが別個に実行される、請求項1記載の方法。
  12. 画像表示におけるコンタリング・アーティファクトを除去するためのシステムであって、複数の画素を含むビデオ信号を受信する手段(10〜67)と、
    受信したビデオ信号中に所定数の画素を含む画素範囲を識別する手段(70)と、
    識別された画素範囲中にコンタリング・アーティファクトの存在を検出する手段(70)と、
    検出されたコンタリング・アーティファクトを除去するように、識別された画素範囲内の画素を処理する手段(70)と、からなる前記システム。
  13. コンタリング・アーティファクトの存在を検出する前記手段が、更に、
    識別された画素範囲中で最大画素値と最小画素値を検出する手段(210)と、
    前記最大画素値と最小画素値との差を計算する手段(215)と、
    前記計算された差が所定の閾値以下であるかどうか判定する手段(215)と、からなる請求項12記載のシステム。
  14. コンタリング・アーティファクトの存在を検出する前記手段が、更に、
    識別された画素範囲について、現在の画素値の総和を計算する手段(310)と、
    識別された画素範囲の中央または中央付近の画素値に、前記識別された画素範囲内の画素の総数を掛ける手段(315)と、
    前記掛けられた画素値と計算された画素値の総和との差を計算する手段(320)と、
    前記計算された差の絶対値が所定の範囲内にあるかどうか判定する手段(325)と、からなる請求項12記載のシステム。
  15. 前記処理する手段が、更に、
    識別された画素範囲の画素の平均値を計算する手段(410)と、
    識別された画素範囲内の各画素のビット幅より大きい所定のビット幅に前記画素平均値を詰める手段(415)と、
    識別された画素範囲の中央または中央付近の画素値を、前記詰められた画素値で置き替える手段(420)と、からなる請求項12記載のシステム。
  16. 前記処理する手段が、更に、
    識別された画素範囲の画素の平均値を計算する手段(610)と、
    平均化された前記画素値をディザ処理して、代替画素値を発生する手段(615)と、
    識別された画素範囲の中央または中央付近の画素値を代替画素値で置き替える手段(625)と、からなる請求項12記載のシステム。
  17. 前記処理する手段が、更に、
    識別された画素範囲の画素の平均値を計算する手段(510)と、
    前記画素平均値を最寄りの整数に詰めて、代替画素値を発生する手段(515)と、
    識別された画素範囲の中央または中央付近の画素を、前記代替画素値で置き替える手段(520)と、からなる請求項12記載のシステム。
  18. 前記識別された画素範囲が水平画素範囲である、請求項12記載のシステム。
  19. 前記識別された画素範囲が垂直画素範囲である、請求項12記載のシステム。
  20. 前記識別された画素範囲が多次元の画素範囲である、請求項12記載のシステム。
  21. 受信されたビデオ信号中の各画素について画素範囲が識別される、請求項12記載のシステム。
  22. 複数の画素のうちの各画素が3つの画素成分で構成され、前記識別する手段、検出する手段、および処理する手段が別個に各画素成分に作用する、請求項12記載のシステム。
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