JP4285396B2 - ブロックノイズ低減装置 - Google Patents

Description

本発明はブロックノイズ低減装置に係り、特に映像信号をディジタル圧縮して伝送、記録するときに用いる符号化及び復号化する際に生じるブロックノイズを低減又は除去するブロックノイズ低減装置に関する。

映像信号をディジタル圧縮する際に、水平及び垂直両方向に隣接する複数の画素を１つの矩形ブロックとして、この矩形ブロック単位で圧縮符号化を行う方式が知られている。
このような圧縮符号化方式により圧縮符号化処理された映像信号は、記録媒体あるいは伝送路等を介した後、矩形ブロック単位で復号化が行われ、元の映像信号が復元される。

このような圧縮符号化処理及び復号化処理において、記録媒体あるいは伝送路における映像信号の情報量を小さく抑えたい場合には、圧縮率が大きく設定されるが、圧縮率を大きくすると、矩形ブロック間で階調差が生じる。特にグラディエーションなど階調変化の緩やかな映像信号では、隣接する矩形ブロック間での階調差が顕著に現れる。一般に、この階調差によるノイズはブロックノイズと呼ばれ、画面上で目につき易い。

そこで、上記のブロックノイズを低減あるいは除去するために、フィルタ回路を用いてブロックノイズが発生している矩形ブロックと隣接するブロックとの境界における信号レベルの差を補正するブロックノイズ低減装置が従来より知られている（例えば、特許文献１参照）。

この特許文献１記載の従来のブロックノイズ低減装置は、入力映像信号を微分処理して得た微分信号から、その孤立微分点を抽出出力する孤立微分点抽出手段と、上記の孤立微分点にフィルタ処理を施して、ブロックノイズが発生している矩形ブロックと隣接ブロックとの境界における信号レベルの差を補正して補正信号を出力するフィルタ手段と、入力映像信号を所定時間遅延させる遅延手段と、上記の補正信号と上記の遅延手段からの遅延映像信号とを加算処理する加算手段とを備え、加算手段からブロックノイズの低減された映像信号を取り出す構成である。

特開２００１−１１９６９５号公報

しかるに、上記の従来のブロックノイズ低減装置では、図７（Ａ）に示すようにグラディエーションなどの階調変化の緩やかな画像部分のある映像信号に対して、上記のフィルタ回路によりブロックノイズの低減又は除去処理を行うと、ブロック境界線I及びIIの間にある中央の矩形ブロックの中央部に、同図（Ｂ）に１００で示すように、フィルタがかからない場合があり、この場合は水平方向に処理した場合に画面上では縦縞に見え、垂直方向に処理した場合に横縞に見えてしまうという問題がある。

また、中央の矩形ブロックの中央部までフィルタがかかるようなブロックノイズの低減処理を行うと、高域成分が劣化し、低減処理後の画像にボケが生じるという問題がある。
更に、矩形ブロックの両端の段差がブロックノイズではない映像信号の場合があるが、このような映像信号に対してブロックノイズの低減処理を行うと、画質が著しく劣化してしまう。

本発明は以上の点に鑑みなされたもので、グラディエーションなどの階調変化の緩やかな画像部分のある映像信号に対しても充分にブロックノイズを低減し得るブロックノイズ低減装置を提供することを目的とする。

また、本発明の他の目的は、映像信号の高域成分を損なうことなくブロックノイズを低減し得るブロックノイズ低減装置を提供することにある。

更に、本発明の他の目的は、矩形ブロックの両端の段差がブロックノイズではない映像信号に対してはブロックノイズの低減処理を停止して画質劣化を回避し得るブロックノイズ低減装置を提供することにある。

上記の目的を達成するため、第１の発明のブロックノイズ低減装置は、矩形ブロック単位で圧縮符号化されたディジタル映像信号を、矩形ブロック単位で復号化して得られた映像信号からブロックノイズを低減するブロックノイズ低減装置において、ブロックノイズ低減前の映像信号の各矩形ブロック毎に、矩形ブロックの両端の第１及び第２の境界段差の値を算出する算出手段と、算出手段により算出された第１及び第２の境界段差の各値に基づき、矩形ブロック内の各画素の値として、第１の境界段差内の値と第２の境界段差内の値とを予め設定した任意の関数に従ってつなぐような値を算出し、その値をブロックノイズ低減前の映像信号に加算して出力する補正手段と、ブロックノイズ低減前の映像信号の矩形ブロックの両端の第１及び第２の境界段差の値と予め設定されている閾値とをそれぞれ大小比較して、矩形ブロック両端にブロックノイズが発生しているか否か判定し、ブロックノイズが発生していると判定した場合は第１の所定値、発生していないと判定した場合は第１の所定値とは異なる第２の所定値のスイッチ制御信号を出力する判定手段と、
判定手段からのスイッチ制御信号の値が第１の所定値の場合は、補正手段から出力される映像信号を選択し、第２の所定値の場合は、ブロックノイズ低減前の映像信号に所定の特性のフィルタリング処理して得た映像信号を選択して出力する選択手段とを有する構成としたものである。
ここで、上記判定手段は、ブロックノイズ低減前の映像信号の矩形ブロックの両端の第１及び第２の境界段差の値と予め設定されている閾値とをそれぞれ大小比較した結果が、第１及び第２の境界段差の値が両方とも閾値以下である場合は第１の所定値、それ以外の場合は第２の所定値のスイッチ制御信号を出力するようにしてもよい。

この発明では、ブロックノイズ低減前の映像信号の矩形ブロックの両端の第１及び第２の境界段差の値と閾値との大小比較結果に応じて、矩形ブロック両端にブロックノイズが発生しているか否か判定し、ブロックノイズが発生していると判定した場合は補正手段から出力される映像信号を選択し、ブロックノイズが発生していないと判定した場合は、ブロックノイズ低減前の映像信号又はブロックノイズ低減前の映像信号に所定の特性のフィルタリング処理して得た映像信号を選択して出力することができる。

本発明によれば、矩形ブロックの両端の第１及び第２の境界段差の各値に基づき、矩形ブロック内の各画素の値として、第１の境界段差内の値と第２の境界段差内の値とを予め設定した任意の関数に従ってつなぐような値を算出し、その値をブロックノイズ低減前の映像信号に加算して出力することにより、ブロックノイズの低減された映像信号を得るようにしたため、グラディエーションなど階調変化が緩やかな画像部分に生じるブロックノイズも充分に低減することができる。

また、本発明によれば、フィルタを使用せず、矩形ブロックのＤＣ成分を補正することによりブロックノイズを低減するようにしているため、フィルタ使用時の画像の高域成分の劣化を生じることなく、ブロックノイズを低減することができる。

更に、本発明によれば、第１及び第２の境界段差の値と閾値との大小比較により、矩形ブロックの両端にブロックノイズが発生していると判定されたときには、ブロックノイズ低減処理された映像信号を出力し、ブロックノイズが発生していないと判定されたときはブロックノイズ低減前の映像信号又はブロックノイズ低減前の映像信号を所定の特性のフィルタリング処理して得た映像信号を選択して出力するようにしたため、ブロックノイズが発生していない映像信号に対して、ブロックノイズ低減処理を行うことにより発生する著しい画質の劣化を回避することができる。

次に、本発明を実施するための最良の形態について説明する。図１は本発明になるブロックノイズ低減装置の第１の実施の形態のブロック図を示す。同図に示すように、本実施の形態は、矩形ブロック単位で圧縮符号化されたディジタル映像信号を、矩形ブロック単位で復号化して得られた、ブロックノイズ低減前の映像信号がそれぞれ供給される補正回路１１とブロックノイズの段差算出回路１２とから構成されている。

上記のブロックノイズの段差算出回路１２は、入力されたブロックノイズ低減前の映像信号の矩形ブロックの両端のブロックノイズエッジ段差の値を算出して補正回路１１へ出力する。また、上記の補正回路１１は、ブロックノイズの段差算出回路１２から入力されたブロックノイズエッジ段差の値に基づき、入力されたブロックノイズ低減前の映像信号に対して所定の補正式に基づく補正演算を行ってブロックノイズを低減又は除去した映像信号を出力する。

次に、本実施の形態の動作について、図２を併せ参照して詳細に説明する。いま、補正回路１１及びブロックノイズの段差算出回路１２にそれぞれ供給されるブロックノイズ低減前の映像信号の水平方向又は垂直方向の、注目するブロック境界線が図２（Ａ）に点線Iで示すものとする。また、隣接する矩形ブロックのブロック境界線が同図（Ａ）に点線IIで示すように注目点からｎ画素後にあるものとする。なお、本発明では、ブロックノイズの境界線の場所は、例えばディジタルチューナなどの情報から予め分かっているものとする。

この場合、注目するブロック境界線Iは図２（Ａ）中、第１の矩形ブロックの最後の画素０と第２の矩形ブロックの最初の画素１との間にあり、それらの画素レベルの差である段差はＡである。また、隣接するブロック境界線IIは水平方向又は垂直方向の画素数がｎ画素からなる第２の矩形ブロックの最後の画素ｎと、隣接する第３の矩形ブロックの最初の画素ｎ＋１との間にあり、それらの画素レベルの差である段差はＢである。

ブロックノイズの段差算出回路１２は、注目するブロック境界線Iにおける矩形ブロック間の段差Ａの中間値ａと、隣接するブロック境界線IIにおける矩形ブロック間の段差Ｂの中間値ｂをそれぞれ次式により算出する。

ａ＝（Ｐ０−Ｐ１）／２ （１）
ｂ＝（Ｐn+1 −Ｐn）／２ （２）
ただし、（１）式及び（２）式中、Ｐ０、Ｐ１、Ｐn+1、Ｐnは、それぞれ画素０、１、ｎ、ｎ＋１の画素レベルを示す。

補正回路１１は、ブロックノイズの段差算出回路１２により算出された上記の中間値ａ及びｂ（これらは第２の矩形ブロックの両端のブロックノイズエッジ段差の中間値である）が供給され、これらに基づいて入力映像信号に対して次式により補正演算を行う。

Ｓｏ＝Ｓｉ＋ａ＋（ｂ−ａ）×（２×ｋ＋１）／（２×ｎ） （３）ただし、（３）式中、Ｓｏは補正回路１１の出力映像信号レベル、Ｓｉは補正回路１１の入力映像信号レベル、ｋは矩形ブロック内の画素位置に対応して値が変化する変数、ｎは上記の矩形ブロックの水平方向又は垂直方向の画素数である。

ここで、上記の変数ｋは、画素１のとき０、画素２のとき１、以下画素位置が矩形ブロック内の最終画素位置に進むに従って１ずつ値が単調増加していき、最終画素位置の画素ｎではｎ−１の値をとる。補正回路１１は、前記第２の矩形ブロックの画素位置に応じて、上記（３）式の補正演算を行うことにより、補正回路１１からは図２（Ｂ）に示すように、前記中間値ａと中間値ｂを結ぶ直線上に各画素の画素レベルが整列するレベルＳｏの映像信号を出力する。

他の矩形ブロックについても同様に、補正回路１１は矩形ブロック両端のそれぞれの段差の中間値を直線でつなぐ値を算出し、その値を入力映像信号に加算して得た映像信号を出力する。これにより、図２（Ｂ）から分かるように、補正回路１１からはグラディエーションなどの階調変化の緩やかな画像部分のある映像信号に対しても充分にブロックノイズの低減された映像信号が出力される。

また、本実施の形態では、フィルタを使用せず、矩形ブロックの映像信号のＤＣ成分を補正するようにしているため、フィルタを使用した場合に生じる画像の高域成分を損なうことがなく、ブロックノイズを低減又は除去できる。

次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。図３は本発明になるブロックノイズ低減装置の第２の実施の形態のブロック図を示す。同図中、図１と同一構成部分には同一符号を付し、その説明を省略する。図３に示す第２の実施の形態は、第１の実施の形態と比較すると、ブロックノイズ判定回路１３とスイッチ回路１４を追加した点に特徴がある。スイッチ回路１４は、ブロックノイズ判定回路１３からのスイッチ制御信号によりスイッチング制御される。

図３において、ブロック符号化されたディジタル映像信号をブロック復号化して得られた、ブロックノイズ低減前の映像信号は、補正回路１１及びブロックノイズの段差算出回路１２にそれぞれ供給されると共に、ブロックノイズ判定回路１３と２入力のスイッチ回路１４の一方の入力端子１４ｂにそれぞれ供給される。スイッチ回路１４のもう一方の入力端子１４ａには補正回路１１から出力された補正後の映像信号が供給される。

ブロックノイズ判定回路１３は、供給されたブロックノイズ低減前の映像信号の各矩形ブロック毎に、矩形ブロックの両端のブロックノイズエッジ段差を求め、それらと閾値とを比較し、その比較結果に応じた論理値のスイッチ制御信号を出力する。いま、矩形ブロックの一方の端のブロックノイズ段差をＡ、一方の端よりｎ画素後の他方の端のブロックノイズ段差をＢとし、また上記の閾値をＴｈとすると、ブロックノイズ判定回路１３は、次の４つの比較結果のどれか一つの比較結果を得る。

（１）Ａ≦Ｔｈ、Ｂ≦Ｔｈ
（２）Ａ＞Ｔｈ、Ｂ≦Ｔｈ
（３）Ａ≦Ｔｈ、Ｂ＞Ｔｈ
（４）Ａ＞Ｔｈ、Ｂ＞Ｔｈ
ここで、矩形ブロックの両端の段差がブロックノイズではない映像信号があるが、このような映像信号では、ブロックノイズ発生時には高域成分が少なくなるのに対し、段差の大きな高域成分が残るのは原信号である可能性が高い。そこで、本実施の形態では、上記の矩形ブロックの両端の段差が両方共に閾値よりも低いときにのみ、ブロックノイズと判定して、補正を行うようにしたものである。

そこで、ブロックノイズ判定回路１３は、上記の４つの比較結果のうち、２つのブロックノイズ段差Ａ及びＢの両方共に閾値Ｔｈ以下である比較結果（１）が得られたときのみ、スイッチ回路１４により端子１４ａの入力信号を選択させる第１の論理値（例えば、Ｈ）のスイッチ制御信号を出力し、それ以外の比較結果（２）、（３）又は（４）が得られたときには、スイッチ回路１４により端子１４ｂの入力信号を選択させる第２の論理値（例えば、Ｌ）のスイッチ制御信号を出力する。

これにより、スイッチ回路１４の共通端子１４ｃからは２つのブロックノイズ段差Ａ及びＢの両方共に閾値Ｔｈ以下である矩形ブロックに対しては、補正回路１１によりブロックノイズ低減処理のされた映像信号が取り出され、２つのブロック段差Ａ及びＢのどちらか一方、又は両方共に閾値Ｔｈより大きい矩形ブロックに対しては、ブロックノイズではないと判定してブロックノイズ低減前の映像信号（原信号）がそのまま取り出される。

このように、本実施の形態によれば、ブロックノイズではないと判定された映像信号に対しては、ブロックノイズ低減処理を行わないようにしたため、ブロックノイズではない映像信号に対してブロックノイズ低減処理を行ったために生じる、著しい画質の劣化を回避することができる。

次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。図４は本発明になるブロックノイズ低減装置の第３の実施の形態のブロック図を示す。同図中、図３と同一構成部分には同一符号を付し、その説明を省略する。図４に示す第３の実施の形態は、第２の実施の形態と比較すると、フィルタ１５を追加し、スイッチ回路１６の動作が第２の実施の形態と若干異なる点に特徴がある。スイッチ回路１６は、ブロックノイズ判定回路１３からのスイッチ制御信号によりスイッチング制御される。

図４において、ブロック符号化されたディジタル映像信号をブロック復号化して得られた、ブロックノイズ低減前の映像信号は、補正回路１１、ブロックノイズの段差算出回路１２及びブロックノイズ判定回路１３にそれぞれ供給されると共に、フィルタ１５を通して２入力のスイッチ回路１６の一方の入力端子１６ｂに供給される。スイッチ回路１６のもう一方の入力端子１６ａには補正回路１１から出力された補正後の映像信号が供給される。

フィルタ１５は、ブロックノイズを含むノイズを低減するための低域フィルタであり、例えば図５に示すように、入力映像信号をそれぞれ１画素分ずつ遅延する遅延回路１５１及び１５２と、入力映像信号に対して係数１/４を乗算する乗算器１５３と、遅延回路１５１から出力される１画素分遅延された映像信号に対して係数１／２を乗算するセンタータップの乗算器１５４と、遅延回路１５２から出力される計２画素分遅延された映像信号に対して係数１／４を乗算する乗算器１５５と、乗算器１５３、１５４及び１５５の各出力信号を加算する加算器１５６とより構成される。

これにより、本実施の形態では、矩形ブロック両端の２つのブロックノイズ段差Ａ及びＢの両方共に閾値Ｔｈ以下である矩形ブロックに対しては、補正回路１１によりブロックノイズ低減処理のされた映像信号がスイッチ回路１６の共通端子１６ｃから取り出される。一方、２つのブロックノイズ段差Ａ及びＢのどちらか一方、又は両方共に閾値Ｔｈより大きい矩形ブロックに対しては、ブロックノイズではないと判定して、フィルタ１５によりフィルタ処理によりノイズの低減された映像信号がスイッチ回路１６の共通端子１６ｃから取り出される。

このように、本実施の形態によれば、ブロックノイズではないと判定された映像信号に対しては、フィルタ１５によりノイズ低減処理を行い、ブロックノイズ低減処理は行わないようにしたため、ブロックノイズではない映像信号に対してブロックノイズ低減処理を行ったために生じる、著しい画質の劣化を回避することができる。

次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。図６は本発明になるブロックノイズ低減装置の第４の実施の形態のブロック図を示す。同図中、図４と同一構成部分には同一符号を付し、その説明を省略する。図６に示す第４の実施の形態は、第３の実施の形態と比較すると、ブロックノイズ判定回路１７の構成及び動作と、スイッチ回路１８の構成及び動作が第３の実施の形態と若干異なる点に特徴がある。

図６において、３入力１出力型のスイッチ回路１８は、３つの入力端子１８ａ、１８ｂ、１８ｃにそれぞれ補正回路１１の出力信号、ブロックノイズ低減前の映像信号、フィルタ１５の出力信号が供給され、ブロックノイズ判定回路１７により生成されたスイッチ制御信号により一の入力信号を共通端子１８ｄを介して外部へ出力する。

ブロックノイズ判定回路１７は、供給されたブロックノイズ低減前の映像信号の各矩形ブロック毎に、矩形ブロックの両端のブロックノイズエッジ段差を求め、それらと２つの閾値Ｔｈ１及びＴｈ２（ただし、Ｔｈ１＞Ｔｈ２）とを比較し、その比較結果に応じた論理値のスイッチ制御信号を出力する。

ここで、矩形ブロックの一方の端のブロックノイズ段差をＡ、一方の端よりｎ画素後の他方の端のブロックノイズ段差をＢとすると、ブロックノイズ判定回路１７は、上記のブロックノイズ段差Ａ及びＢの両方共に小さな値の方の閾値Ｔｈ２よりも低いときには、ブロックノイズであると判定して、スイッチ回路１８を端子１８ａに供給される、補正回路１１によりブロックノイズ低減処理された映像信号を選択させるようにスイッチング制御する。

また、ブロックノイズ判定回路１７は、上記のブロックノイズ段差Ａ及びＢの両方共に大きな値の方の閾値Ｔｈ１よりも高いときには、ブロックノイズではなく映像信号であると判定して、スイッチ回路１８を端子１８ｂに供給されるブロックノイズ低減前の映像信号を選択させるようにスイッチング制御する。更に、ブロックノイズ判定回路１７は、ブロックノイズ段差Ａ及びＢの両方共に、あるいはどちらか一方が、閾値Ｔｈ１とＴｈ２の間の値である場合は、ブロックノイズか映像信号か曖昧なため、ブロックノイズ低減のための補正を行わず、フィルタ１５によりフィルタリングによるノイズ低減処理された映像信号をスイッチ回路１８により選択させるように、スイッチング制御する。

これにより、本実施の形態によれば、ブロックノイズではない映像信号にはブロックノイズ低減のための補正回路１１による処理は行わないようにしたため、ブロックノイズではない映像信号に対してブロックノイズ低減処理を行ったために生じる、著しい画質の劣化を回避することができ、また、ブロックノイズか映像信号か曖昧な映像信号に対しては、フィルタ１５によりノイズ低減処理された映像信号を出力でき、更に、ブロックノイズの低減された映像信号を出力することができる。

なお、本発明は以上の実施の形態に限定されるものではなく、例えば、図４及び図６においてフィルタ１５は同一の特性のものを使用することとして説明したが、それぞれの実施の形態により異なる最適な特性のものを使用することができる。また、ブロックノイズ判定回路１３、１７における閾値は必要に応じて変更設定することも可能である。

更に、補正回路１１は、上記の実施の形態では矩形ブロックの両端のそれぞれの段差の中間値を直線でつなぐ値を算出し、その値を入力映像信号に加算するようにしているが、要は矩形ブロックの両端の各段差内の値を予め設定した任意の関数に従ってつなぐような値を算出し、その値を入力映像信号に加算すればよく、上記の任意の関数としては実施の形態の直線に限定されるものではなく、また、矩形ブロックの両端の各段差内の値としては実施の形態の段差の中間値に限定されるものではない。

本発明の第１の実施の形態のブロック図である。 本発明におけるブロックノイズ低減動作の一例の説明図である。 本発明の第２の実施の形態のブロック図である。 本発明の第３の実施の形態のブロック図である。 図４中のフィルタの一例の回路図である。 本発明の第４の実施の形態のブロック図である。 従来のブロックノイズ低減による課題の説明図である。

符号の説明

１１ 補正回路
１２ ブロックノイズの段差算出回路
１３、１７ ブロックノイズ判定回路
１４、１６、１８ スイッチ回路
１５ フィルタ

Claims (2)

1. 矩形ブロック単位で圧縮符号化されたディジタル映像信号を、矩形ブロック単位で復号化して得られた映像信号からブロックノイズを低減するブロックノイズ低減装置において、
   ブロックノイズ低減前の前記映像信号の各矩形ブロック毎に、前記矩形ブロックの両端の第１及び第２の境界段差の値を算出する算出手段と、
   前記算出手段により算出された前記第１及び第２の境界段差の各値に基づき、前記矩形ブロック内の各画素の値として、前記第１の境界段差内の値と前記第２の境界段差内の値とを予め設定した任意の関数に従ってつなぐような値を算出し、その値を前記ブロックノイズ低減前の映像信号に加算して出力する補正手段と、
   前記ブロックノイズ低減前の映像信号の前記矩形ブロックの両端の第１及び第２の境界段差の値と予め設定されている閾値とをそれぞれ大小比較して、前記矩形ブロック両端にブロックノイズが発生しているか否か判定し、前記ブロックノイズが発生していると判定した場合は第１の所定値、発生していないと判定した場合は前記第１の所定値とは異なる第２の所定値のスイッチ制御信号を出力する判定手段と、
   前記判定手段からの前記スイッチ制御信号の値が前記第１の所定値の場合は、前記補正手段から出力される映像信号を選択し、前記第２の所定値の場合は、前記ブロックノイズ低減前の映像信号に所定の特性のフィルタリング処理して得た映像信号を選択して出力する選択手段と
   を有することを特徴とするブロックノイズ低減装置。
2. 前記判定手段は、前記ブロックノイズ低減前の映像信号の前記矩形ブロックの両端の第１及び第２の境界段差の値と予め設定されている閾値とをそれぞれ大小比較した結果が、前記第１及び第２の境界段差の値が両方とも前記閾値以下である場合は前記第１の所定値、それ以外の場合は前記第２の所定値の前記スイッチ制御信号を出力することを特徴とする請求項１記載のブロックノイズ低減装置。

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