专利名称：信号处理设备、再现设备、信号处理方法和程序的制作方法
技术领域：
本发明涉及信号处理设备、再现设备、信号处理方法和程序。具体地，本发明涉及 移除量化信号中包含的噪声的信号处理设备、再现设备、信号处理方法和程序。
背景技术：
当量化如图19的中上所示的在空间上变化非常缓和的视频信号时，如图19的左 中所示，生成的数字视频信号具有阶梯形波形，从而生成伪轮廓。具体地，原始平滑的视频 信号变为阶梯形波形，并且像轮廓线的条纹图案出现在图像中。该条纹图案称为伪轮廓。有鉴于此，已经提出这样的技术，其通过检测生成伪轮廓的区域并扩展位长度 以便平滑信号来消除伪轮廓，如图19的左下所示(例如参照日本未审专利申请公开 No. 2007-221569)。顺便提及，数字广播或由DVD (数字多功能盘)、BD-R0M(蓝光盘-ROM)等再现的实 际数字视频内容的数字信号大部分具有有不规则的阶梯状图案的波形，如图19的右中所 示。这是因为波形的阶梯状部分受创建或压缩内容的处理中的噪声S(下文中也称为伪轮 廓噪声S)干扰。
发明内容
当伪轮廓噪声S包含在量化的阶梯形视频信号中时，伪轮廓噪声S保留而不管位 扩展处理，如图19的右下所示。伪轮廓噪声S被人眼察觉位伪轮廓。以此方式，当伪轮廓 噪声S包含在视频信号中时，阶梯形波形不可精确地识别。因此，根据现有技术的伪轮廓移 除技术难以精确检测并移除包含伪轮廓噪声S的伪轮廓。考虑前述，期望提供一种新颖的和改进的信号处理设备、再现设备、信号处理方法 和程序，其可以检测并移除如伪轮廓噪声的伪轮廓。根据本发明的实施例，提供了一种信号处理设备，包括改变位置检测单元，其检 测从输入信号生成的η位量化信号的步进(stepwise)改变位置；密度检测单元，其计算指 示通过所述改变位置检测单元检测的步进改变位置的密度程度的值；以及第一低频分量提 取单元，其基于通过所述密度检测单元计算的指示改变位置的密度程度的值，从输入信号 提取期望的低频分量。从而可能基于指示步进改变位置的密度程度的值精确检测伪轮廓。此外，基于伪 轮廓检测结果，可能生成具有较少图像的模糊并从其有效移除伪轮廓的信号。所述信号处理设备还可以包括具有可变数目的抽头的低通滤波器，并且所述第一 低频分量提取单元可以根据指示改变位置的密度程度的值，通过改变抽头的数目，通过低 通滤波器改变要提取的输入信号的低频分量。所述信号处理设备还可以包括第二低频分量提取单元，其提取输入信号的低频 分量；以及第一灰度级转换单元，其通过转换由所述第二低频分量提取单元提取的输入信 号的低频分量的灰度级，从输入信号生成Π位量化信号，并且所述改变位置检测单元检测可以通过所述第一灰度级转换单元生成的η位量化信号的步进改变位置。所述密度检测单元可以计算作为各改变位置之间的间隔的带宽作为指示改变位 置的密度程度的值。所述的信号处理设备还可以包括第二灰度级转换单元，其使用SBM(超级位映 射，Super Bit Mapping)，将从其通过所述第一低频分量提取单元提取低频分量的输入信 号的灰度级转换为较低等级。所述密度检测单元可以计算阶梯密度作为指示改变位置的密度的等级的值。所述信号处理设备还可以包括增益计算单元，其基于由所述密度检测单元计算的 阶梯密度计算增益g，并且所述第一低频分量提取单元可以应用用于加权的、由所述增益计 算单元计算的增益g到输入信号的低频分量。所述第一低频分量提取单元可以应用用于加权的、通过从1减去g获得的值(1-g) 到输入信号，并且可以将加权的输入信号加到通过增益g加权的输入信号的低频分量。所述信号处理设备还可以包括增益计算单元，其基于由所述密度检测单元计算的 阶梯密度计算增益g ；减小图像创建单元，其通过减小从输入信号创建的原始图像，创建减 小图像；以及放大图像创建单元，其通过放大由所述减小图像创建单元创建的减小图像，产 生放大图像，并且所述第一低频分量提取单元可以应用用于加权的、通过所述增益计算单 元计算的增益g到形成放大图像的信号。所述第一低频分量提取单元可以应用用于加权的增益g到放大图像，并且可以应 用用于加权的权重(1-g)到原始图像，并且将加权的放大图像和加权的原始图像相加。所述放大图像创建单元可以从由所述减小图像创建单元创建的前一帧的减小图 像创建放大图像。所述信号处理设备还可以包括增益校正单元，其从原始图像和放大图像之间的差 计算增益g的校正值G，并且所述第一低频分量提取单元可以基于通过所述增益校正单元 计算的校正值G校正增益g。根据本发明的另一实施例，提供了一种再现设备，包括改变位置检测单元，其检 测从输入信号生成的η位量化信号的步进改变位置；密度检测单元，其计算指示通过所述 改变位置检测单元检测的步进改变位置的密度程度的值；第一低频分量提取单元，其基于 通过所述密度检测单元计算的指示改变位置的密度程度的值，从输入信号提取具有期望的 低频分量的信号；以及再现单元，其再现具有由所述第一低频分量提取单元提取的期望的 低频分量的信号。根据本发明的另一实施例，提供了一种信号处理方法，包括以下步骤检测从输入 信号生成的η位量化信号的步进改变位置；计算指示在检测改变位置的步骤中检测的步进 改变位置的密度程度的值；以及基于在计算密度的步骤中计算的指示改变位置的密度程度 的值，从输入信号提取期望的低频分量。根据本发明的另一实施例，提供了一种程序，使得计算机执行包括以下的处理改 变位置检测处理，其检测从输入信号生成的η位量化信号的步进改变位置；密度检测处理， 其计算指示通过所述改变位置检测处理检测的步进改变位置的密度程度的值；以及第一低 频分量提取处理，其基于通过所述密度检测处理计算的指示改变位置的密度程度的值，从 输入信号提取期望的低频分量。
根据本发明的上述实施例，可能精确检测并移除如伪轮廓噪声的伪轮廓。
图1是示出根据本发明第一实施例的信号处理设备的功能配置和操作的图。图2示出要通过根据本发明第一实施例的信号处理设备处理的输入信号Si的示 例。图3示出第一实施例中输入信号Si通过固定抽头低通滤波器后的信号Sc。图4是第一实施例中信号Sc舍入到8位后的信号Sd。图5是用于描述第一实施例中信号Sd的步进改变位置的检测的图。图6是示出第一实施例中信号Sd的步进改变位置之间的带宽的计算结果的图。图7是示出通过根据第一实施例的信号处理设备的处理结果的图。图8示出要通过根据第一实施例的信号处理设备处理的二维原始数据的示例。图9是示出通过根据第一实施例的信号处理设备的阶梯检测结果的图。图10是示出通过根据第一实施例的信号处理设备的原始数据的处理结果的图。图11是示出根据本发明第二实施例的信号处理设备的功能配置和操作的图。图12是示出根据本发明第三实施例的信号处理设备的功能配置和操作的图。图13是示出由根据第三实施例的信号处理设备计算的阶梯密度的示例的图。图14是示出根据本发明第四实施例的信号处理设备的功能配置和操作的图。图15是示出根据本发明第五实施例的信号处理设备的功能配置和操作的图。图16示出由根据第五实施例的信号处理设备生成的减小图像的示例。图17示出由根据第五实施例的信号处理设备生成的放大图像的示例。图18是示出根据本发明第六实施例的信号处理设备的功能配置和操作的图。图19是用于描述伪轮廓噪声的生成的典型视图。
具体实施例方式下文中，将参照附图详细描述本发明的优选实施例。注意到，在本说明书和附图 中，具有基本相同功能和结构的结构元件用相同的参考标号表示，并且省略这些结构元件 的重复说明。将按照以下顺序给出描述。< 介绍 >[伪轮廓(伪轮廓噪声)的生成]<第一实施例>[信号处理设备的功能配置和信号处理方法][伪轮廓移除效果]<第二实施例>[信号处理设备的功能配置和信号处理方法]<第三实施例>[信号处理设备的功能配置和信号处理方法]〈第四实施例〉
[信号处理设备的功能配置和信号处理方法]<第五实施例>[信号处理设备的功能配置和信号处理方法]<第六实施例>[信号处理设备的功能配置和信号处理方法]< 介绍 >[伪轮廓(伪轮廓噪声)的生成]首先，简要描述视频信号等中生成的伪轮廓(如伪轮廓噪声)的生成。如前所述， 数字视频信号被量化为步进(阶梯形)形状，如图19的左中所示。为了防止用于记录或再 现视频的设备的硬件尺寸的增加的目的或考虑数字视频信号等的有限通信频带，数字视频 信号的位长度通常限制位大约8位。此外，当在电视等的屏幕上显示数字视频信号时，因为 人类察觉不到ILSB(最低有效位)的差异(即，视频信号的一个等级(动态范围Λ56灰度 级)的差异)的位数上限是8位，所以如果数字视频信号是8位，则视频的劣化不明显，因 此数字视频信号的有效传输是可能的。因此，数字广播、蓝光、DVD、JPEG(联合图像专家组) 等的视频内容通常量化为8位，并且作为可以显示最大256灰度级的数据记录。尽管在专业应用中存在量化为10位的数字视频信号，但是它们中的一些基本上 是8位，因为在创建内容的处理中将0嵌入10位的较低2位。最初，当由图19的中上所示的模拟视频信号表示的图像被量化为如图19的左中 所示时，量化阶梯(step)作为阶梯形条纹(如轮廓)出现在由量化的数字视频信号表示的 图像上。条纹图案称为伪轮廓或条带，并且各种设计构思用来移除伪轮廓，因为其导致图 像质量的劣化。作为用于移除伪轮廓的技术，除了图19的左下所示的位扩展技术，已经提 出了伪轮廓噪声移除技术、频带移除技术等。然而，实际数字视频内容中出现的伪轮廓不具 有如图19的右中所示的规则阶梯形图案，并且其受到伪轮廓噪声S的干扰。在这种情况下， 伪轮廓噪声S保留而不管位扩展处理，如图19的右下所示，并且保留的伪轮廓噪声S被人 眼察觉为伪轮廓。考虑前述，在根据下述实施例的信号处理中描述了这样的技术，其通过应用各种 低通滤波器并且舍入数字视频信号精确地检测这种伪轮廓。此外，描述了这样的技术，其利 用上述检测结果，生成在图像中的目标边缘没有模糊并且完全移除伪轮廓的平滑信号。在 下面的描述中，术语“伪轮廓”包括伪轮廓噪声。<第一实施例>首先，参考图1的下部所示的信号处理设备的功能配置和图1的上部所示的信号 处理方法，在下面描述根据本发明第一实施例的信号处理设备。注意，输入信号Si输入到 信号处理设备10，并且在规定的信号处理后输出为输出信号So。输出信号So在再现设备 (如DVD设备或蓝光设备)中再现。[信号处理设备的功能配置和信号处理方法]根据第一实施例的信号处理设备10具有由第一低频分量提取单元105、第二低频 分量提取单元110、第一灰度级转换单元115、改变位置检测单元120和密度检测单元125 的功能块指示的功能。
对于上述各个单元的命令由未示出的执行程序的专用控制设备或CPU执行。用于 执行信号处理的程序预先存储在也没有示出的ROM、非易失性存储器等中，并且CPU从这种 存储器读取和执行每个程序，从而实现第一低频分量提取单元105、第二低频分量提取单元 110、第一灰度级转换单元115、改变位置检测单元120和密度检测单元125的功能。第一低 频分量提取单元105的功能通过使用低通滤波器(LPF) 130实现。第二低频分量提取单元 110的功能通过使用可变抽头低通滤波器(LPF) 135实现。注意，低通滤波器130是具有固 定数目的抽头的低通滤波器，而可变抽头低通滤波器(LPF) 135是具有可变数目的抽头的 低通滤波器。第二低频分量提取单元110通过低通滤波器130滤波输入信号Si。以下采用图2 所示的包含伪轮廓噪声S的8位输入信号Si作为示例进行描述。在该示例中，低通滤波器 130是其抽头数目固定为3到7的低通滤波器。第二低频分量提取单元110应用低通滤波 器130到作为8位的数字视频信号的输入信号Si，从而获得9位或更多(512灰度级或更 多)的信号Sc。以此方式，第二低频分量提取单元110移除输入信号Si中包含的高频分量，并且 提取低频分量。因为伪轮廓噪声S是输入信号Si的高频分量，所以通过第二低频分量提取 单元110的功能移除了伪轮廓噪声S，并且如图3所示提取作为输入信号Si的低频分量的 信号Sc。自然，在提取的9位信号Sc中阶梯的高度比8位输入信号Si中小。通过执行8 位信号的位扩展，可能“等级降低(level down) ”8位阶梯，并且生成如9位、10位、12位或 16位的平滑信号。尽管在该实施例中第二低频分量提取单元110使用低通滤波器130，通过位扩展 提取输入信号Si的低频分量，但是不限于此，并且第二低频分量提取单元110例如可以使 用日本未审专利公开No. 2007-221569中公开的位扩展技术。此外，可以通过使用伪轮廓噪 声移除技术、频带移除技术等执行位扩展和高频分量移除。第一灰度级转换单元115转换由第二低频分量提取单元110提取的、作为输入信 号Si的低频分量的信号Sc的灰度级，从而生成η位量化信号。在该实施例中，第一灰度级 转换单元115舍入(round off) 9位信号Sc，从而生成表示256灰度级(参照图1和图4中 的“8位舍入”)。然而，第一灰度级转换单元115不必生成8位信号，并且可以生成其他位 数的信号。改变位置检测单元120检测通过第一灰度级转换单元115生成的η位量化信号的 步进改变位置(图1中的“阶梯检测”)。在该实施例中，改变位置检测单元120检测8位 信号Sd将阶梯形改变ILSB (最低有效位)的位置。下面描述检测步进改变位置的示例。例如，假设其中与相邻像素的差dif满足 dif(p) = 士 l、dif(p_l) =0并且dif(p+l) =0的部分是阶梯区域(步进改变位置)，并 且其中差dif满足dif (ρ) =0、dif (p-1) =0并且dif(p+l) =0的部分是平的区域。结 果，在图5所示的像素位置中检测到步进改变位置al、a2、a3、a4、a5、a6、a7、a8和a9。密度检测单元125计算通过改变位置检测单元120检测的步进改变位置的密度程 度。在该实施例中，密度检测单元125计算作为各改变位置之间的间隔的带宽作为指示改 变位置的密度程度的值。计算带宽对应于测量伪轮廓的宽度。在图5所示的信号Sd的示例中，带宽Ad在范围A中小，带宽Cd在范围C中大，并且带宽Bd在范围B中中等。因此， 通过密度检测单元125计算的带宽在范围A中小，在范围C中大，并且在范围B中中等，如 图6所示。第一低频分量提取单元105基于通过密度检测单元125计算的带宽，从输入信号 Si提取期望的低频分量。具体地，第一低频分量提取单元105通过根据由密度检测单元125 计算的带宽改变抽头的数目，改变要通过可变抽头低通滤波器135提取的输入信号Si的低 频分量的特性，从而生成输出信号So。例如，因为带宽Ad小，所以在范围A中设置小数目的抽头。这抑制图像的模糊。此 外，因为带宽Cd大，所以在范围C中设置大数目的抽头。这抑制图像的模糊。这抑制作为 图像的伪轮廓的按原样出现的信号的阶梯部分。[伪轮廓移除效果]如上所述，在根据实施例的信号处理设备10中，通过具有对应于阶梯之间的间隔 的抽头数的可变抽头低通滤波器135滤波输入信号Si，从而可能从包含伪轮廓噪声S的8 位输入信号Si移除包含伪轮廓噪声S的伪轮廓，如图7所示，并且获得平滑但是不太模糊 的的16位输出信号So。因为在该实施例中输出信号So是视频信号，所以扩展到二维模型 用于实际使用。输出信号So通过蓝光设备等再现。要通过根据本实施例的信号处理设备10处理的二维原始数据显示为图8左边的 示例。此外，以放大刻度显示原始数据的背景的一部分的图像显示在图8的右边。放大图 像显示在原始数据中生成条纹图案的伪轮廓。原始数据通过图1所示的低通滤波器130滤 波，并且舍入为8位，然后如前所述检测阶梯并计算带宽。图9示出检测阶梯的结果。图9 的黑色部分指示平的区域，灰色部分(线形条纹图案)指示步进改变位置，并且白色部分指 示其它图像区域。图10示出通过可变抽头低通滤波器135滤波原始数据的结果，该可变抽头低通滤 波器135的抽头数对应于带宽设置。伪轮廓没有出现在图10右边的放大视图中。因此，根 据本实施例的信号处理设备10可以精确移除包含伪轮廓噪声S的伪轮廓。具体地，在根据本实施例的信号处理设备10中，低通滤波器130和舍入应用于视 频信号，从而精确检测伪轮廓。此外，抽头数通过阶梯检测和带宽计算适当地改变，从而根 据信号中改变的程度优化可变抽头低通滤波器135的特性。结果，可能生成具有较少模糊 的平滑信号，从该信号只清楚地移除了伪轮廓。<第二实施例>以下，参考图11的下部所示的信号处理设备的功能配置和图11的上部所示的信 号处理方法描述根据本发明第二实施例的信号处理设备。[信号处理设备的功能配置和信号处理方法]除了第一低频分量提取单元105、第二低频分量提取单元110、第一灰度级转换单 元115、改变位置检测单元120和密度检测单元125外，根据第二实施例的信号处理设备10 具有由第二灰度级转换单元140的功能块指示的功能。同样在该实施例中，没示出的CPU 从未示出的存储器读取并执行每个程序，从而实现第一低频分量提取单元105、第二低频分 量提取单元110、第一灰度级转换单元115、改变位置检测单元120、密度检测单元125和第 二灰度级转换单元140的功能。
在第二实施例中，另外对通过第一实施例中的信号处理生成的16位信号执行通 过第二灰度级转换单元140的灰度级转换处理，从而生成8位输出信号So。具体地，第二灰度级转换单元140利用SBM(超级位映射)，将从其通过第一低频分 量提取单元105提取了低频分量的输入信号的灰度级转换为较低等级。在该实施例中，例 如，日本未审专利申请No. 2009-81848中公开的SBMV(用于视频的超级位映射)可以用作 SBM技术。SBM技术将在灰度级转换时生成的量化误差调制为不可能被人类感觉的高频范 围，从而以伪方式表示灰度级。根据本实施例的信号处理设备10组合使用根据第一实施例的信号处理方法和 SBM的灰度级转换技术。从而可能将其灰度级数被量化减少的图像数据转换为具有视觉上 接近灰度级数大时的图像质量的图像质量的图像数据，并且再现它。因此，也可能在输出8 位信号时移除伪轮廓。例如，在输出8位视频内容到与深色模式不兼容的监视器的情况下， 可以有效移除伪轮廓。此外，在将以8位精度再现的原始源制作成8位视频内容的情况下， 可以有效移除伪轮廓。然而，通过根据本实施例的第二灰度级转换单元140实现的灰度级转换技术不限 于SBM，并且可以通过与根据第一实施例的第一灰度级转换单元115相同的方式转换灰度 级。<第三实施例>以下，参考图12的下部所示的信号处理设备的功能配置和图12的上部所示的信 号处理方法描述根据本发明第三实施例的信号处理设备。[信号处理设备的功能配置和信号处理方法]根据第三实施例的信号处理设备10具有由第一低频分量提取单元105、第二低频 分量提取单元110、第一灰度级转换单元115、改变位置检测单元120和密度检测单元145 的功能块指示的功能，类似根据第一实施例的信号处理设备10。同样在该实施例中，没示 出的CPU从未示出的存储器读取并执行每个程序，从而实现第一低频分量提取单元105、第 二低频分量提取单元110、第一灰度级转换单元115、改变位置检测单元120、密度检测单元 125和密度检测单元145的功能。第二低频分量提取单元110、第一灰度级转换单元115和改变位置检测单元120的 功能与第一实施例的那些相同。另一方面，尽管根据第一实施例的密度检测单元125计算带宽作为指示改变位置 的密度程度的值，但是根据本实施例的密度检测单元145计算阶梯密度作为指示改变位置 的密度程度的值。例如，阶梯密度在图5所示的范围A中高，阶梯密度在范围C中低，并且 阶梯密度在范围B中为中等。以此方式，例如根据本实施例的密度检测单元145基于改变位置的密度程度，获 得图13所示的阶梯密度分布。实际上，密度检测单元145通过计数指示图13中的阶梯密 度的图像中的白像素的数目，计算阶梯密度。随着计算值越大，阶梯密度越高。因此，在图 13中，随着白色部分越大，阶梯密度越高，而随着黑色部分越大，阶梯密度越低。第一低频分量提取单元105基于通过密度检测单元145计算的阶梯密度，从输入 信号Si提取期望的低频分量。例如，当阶梯密度低于预定阈值时，第一低频分量提取单元 105可以应用低通滤波器。在该情况下，低通滤波器的抽头数可以固定而不可变。从而通过低通滤波器滤波图13的黑色部分中的输入信号。结果，有效移除了形成图13的背景(黑 色部分)的输出信号So的伪轮廓，使得获得平滑输出信号So。另一方面，因为在图13的白色部分中阶梯密度高于预定阈值，所以第一低频分量 提取单元105没有通过低通滤波器滤波图13的白色部分中的输入信号。从而没有移除图 13的白色部分中的图像的高频分量，并且图像保持原样。以此方式，在本实施例中可能清楚 显示图13的白色部分中的目标的图像，并且有效地只移除在图13的黑色部分中的背景处 的伪轮廓。如上所述，根据该实施例，可能生成具有图像中的目标的较少模糊并从其清楚地 移除背景中的伪轮廓等的平滑信号。具体地，在本实施例中不必关于每个像素测量带宽，从 而消除了对于用于存储对应于伪轮廓的宽度的像素的大容量存储器的需要，并且减小了处 理负荷。注意，通过因为阶梯密度高所以在图13的白色部分中设置小的抽头数，并且因为 阶梯密度低所以在图13的黑色部分中设置大的抽头数，第一低频分量提取单元105可以通 过可变抽头低通滤波器135滤波输入信号Si。从而在其中目标的边缘应当更清楚限定的白 色部分中生成更陡的输出信号So，而在其中应当移除图像的伪轮廓的背景上的黑色部分中 生成更平滑的输出信号So。从而还可能有效地移除背景中的伪轮廓，同时提供目标的清楚 画面。〈第四实施例〉以下，参考图14的下部所示的信号处理设备的功能配置和图14的上部所示的信 号处理方法描述根据本发明第四实施例的信号处理设备。[信号处理设备的功能配置和信号处理方法]根据第四实施例的信号处理设备10具有由第一低频分量提取单元105、第二低频 分量提取单元110、第一灰度级转换单元115、改变位置检测单元120、密度检测单元145和 增益计算单元150的功能块指示的功能。同样在该实施例中，没示出的CPU从未示出的存 储器读取并执行每个程序，从而实现第一低频分量提取单元105、第二低频分量提取单元 110、第一灰度级转换单元115、改变位置检测单元120、密度检测单元145和增益计算单元 150的功能。增益计算单元150基于通过密度检测单元145计算的阶梯密度计算增益。具体地， 当阶梯密度小于预定阈值时，增益计算单元150将增益g设为1，并且当阶梯密度变得高于 预定阈值时，将增益g设为小于1的值，如图14的曲线图所示。随着阶梯密度变得越高，增 益g设置越接近0。第一低频分量提取单元105通过使用可变增益低通滤波器155，应用用于加权的 由增益计算单元150计算的增益g到输入信号Si的低频分量。可变增益低通滤波器155 包括低通滤波器(LPF) 155a、延迟单元155b、乘法器155c、乘法器155d和加法器155e。低通滤波器155a具有固定抽头数，并且其从输入信号Si移除高频分量，并且提 取低频分量。延迟单元155b将输入信号Si的输出延迟低通滤波器155a的处理时间的长 度。乘法器155c将通过低通滤波器155a提取的输入信号的低频分量乘以增益g。乘法器 155d将从延迟单元155b输出的具有延迟的输入信号信号Si乘以通过从1减去g获得的值 (1-g)。最后，加法器155e将分别通过乘法器155c和155d加权的信号相加，从而生成输出信号So。如上所述，根据本实施例的信号处理方法将输入信号Si的低频分量乘以增益g的 权重，并且还将输入信号Si乘以权重(l-g)，从而调整输入信号Si中低频分量的比例。具 体地，当阶梯密度低时，输入信号Si的低频分量乘以1，并且从延迟单元155b输出的输入信 号Si乘以权重0( = l-g)。从而输入信号Si的低频分量输出为输出信号So，并且生成平 滑的输出信号。结果，可能有效地移除伪轮廓。当阶梯密度变高时，输入信号Si的低频分量乘以增益g(< 1)，并且从延迟单元 155b输出的输入信号Si乘以权重l-g(>0)。从而(输入信号Si的低频分量)Xg和(输 入信号Si) X (l-g)的和输出为输出信号So,并且随着增益g变得靠近0时，生成更陡的输 出信号。结果，可能移除伪轮廓并且移除高频分量而不导致目标的模糊。具体地，创建可变抽头低通滤波器135在硬件配置方面很困难，并且要花费高的 成本。在本实施例中，通过使用可以用硬件或软件实现的可变增益低通滤波器155替代只 能通过硬件实现的可变抽头低通滤波器135，通过增益g的值调整输出信号的陡峭或缓和 的程度。从而可能根据图像有效移除伪轮廓，并且简化或普及设备配置并减少成本。注意，在本实施例中，可以检测在第一实施例中描述的带宽来代替检测阶梯密度， 并且可以基于检测的带宽计算增益g。在该情况下，以此方式计算增益g使得随着带宽越大 增益越靠近1。〈第五实施例〉以下，参考图15的下部所示的信号处理设备的功能配置和图15的上部所示的信 号处理方法描述根据本发明第五实施例的信号处理设备。[信号处理设备的功能配置和信号处理方法]根据第五实施例的信号处理设备10具有由第一低频分量提取单元105、第二低频 分量提取单元110、第一灰度级转换单元115、改变位置检测单元120、密度检测单元145和 增益计算单元150的功能块指示的功能。同样在该实施例中，没示出的CPU从未示出的存 储器读取并执行每个程序，从而实现第一低频分量提取单元105、第二低频分量提取单元 110、第一灰度级转换单元115、改变位置检测单元120、密度检测单元145和增益计算单元 150的功能。通过增益计算单元150计算增益g的方法与第四实施例中描述的方法相同。第一低频分量提取单元105通过使用简单可变增益低通滤波器160，应用用于加 权的增益g到输入信号Si的低频分量。替代第四实施例中的低通滤波器155a，简单可变增 益低通滤波器160包括减小图像创建单元160a和放大图像创建单元160b，其可以通过硬件 或软件实现。简单可变增益低通滤波器160中包括的其它组成部件(延迟单元155b、乘法 器155c、乘法器155d和加法器155e)与第四实施例中的可变增益低通滤波器155的那些相 同。减小图像创建单元160a从输入信号Si的二维图像数据的一帧创建减小图像。通 过减小图像，可以减小输入信号Si的二维数据的像素量。放大图像创建单元160b通过放大由减小图像创建单元160a创建的减小图像，创 建放大图像。当放大减小图像时，如双三次插值或双线性插值的技术用于确定放大后一个 像素的颜色，该技术在放大前混合减小图像附近的颜色。
延迟单元155b具有作为减小图像的原始数据(以下称为原始图像)的二维数据 的一帧，并且在延迟的情况下输出它，以便消除减小图像创建单元160a和放大图像创建单 元160b分别减小和放大图像时的延迟。第一低频分量提取单元105将增益g应用到从减小图像生成的放大图像，并且还 将权重(1-g)应用到原始图像(输入信号Si)，然后将加权的放大图像和加权的原始图像相 加。具体地，第一低频分量提取单元105通过使用乘法器155c应用用于加权的增益g 到放大图像。此外，第一低频分量提取单元105通过使用乘法器155d，将从延迟单元155b 输出的具有一帧的延迟的输入信号Si的原始图像乘以用于加权的(1-g)。加法器155e将 分别通过乘法器155c和155d加权的信号相加，从而生成输出信号So。根据本实施例，首先创建输入信号Si的减小图像。图16示出其像素量减小到大 约1/1000( = 1/32X 1/32)的减小图像。接着，通过放大减小图像生成放大图像。图17示 出通过双线性插值放大图16的减小图像生成的放大图像。如上所述，在本实施例中，首先计算减小图像的每个像素的像素值。减小图像的像 素量小于原始图像的像素量。例如，图16所示的减小图像的像素量大约是原始图像的像素 量的1/1000。因此，减小图像的每个像素的像素值的计算量大约是原始图像的每个像素的 像素值的计算量的1/1000。接着，计算放大图像的每个像素的像素值。基于减小图像的每 个像素的像素值计算放大图像的每个像素的像素值。因此，放大图像的每个像素的像素值 的计算量也小于原始图像的每个像素的像素值的计算量。注意，利用低通滤波器计算每个 像素的像素值导致硬件和软件两者中的大的计算量和高处理负荷。在本实施例中，减小图 像和放大图像用作简单低通滤波器，而不使用简单可变增益低通滤波器160中的低通滤波 器。从而，与使用低通滤波器计算原始图像中包括的每个像素的像素值的情况相比，在本实 施例中可能减少计算量。注意，同样在本实施例中，可以检测在第一实施例中描述的带宽来代替检测阶梯 密度，并且可以基于检测的带宽计算增益g。在该情况下，以此方式计算增益g使得随着带 宽越大增益越靠近1。然而，计算阶梯密度比计算带宽更优选，因为处理负荷更低。〈第六实施例〉以下，参考图18的下部所示的信号处理设备的功能配置和图18的上部所示的信 号处理方法描述根据本发明第六实施例的信号处理设备。[信号处理设备的功能配置和信号处理方法]根据第六实施例的信号处理设备10具有由第一低频分量提取单元105、第二低频 分量提取单元110、第一灰度级转换单元115、改变位置检测单元120、密度检测单元145、增 益计算单元150和增益校正单元165的功能块指示的功能。同样在该实施例中，没示出的 CPU从未示出的存储器读取并执行每个程序，从而实现第一低频分量提取单元105、第二低 频分量提取单元110、第一灰度级转换单元115、改变位置检测单元120、密度检测单元145、 增益计算单元150和增益校正单元165的功能。在本实施例中，增加了增益校正单元165的功能。此外，由第一低频分量提取单元 105使用的简单可变增益低通滤波器170的配置不同。增益校正单元165基于原始图像和放大图像之间的差，计算用于校正增益g的校正值G。具体地，增益校正单元165计算通过放大图像创建单元160b创建的放大图像和原 始图像之间的差，并且如果该差小，则设置校正值G为1。另一方面，如果该差大，S卩，如果该 差为1到2LSB，则增益校正单元165将校正值G设为小于1的值。如图18的曲线图所示， 随着该差越大，校正值G设为越靠近0的值。简单可变增益低通滤波器170包括减小图像创建单元160a、放大图像创建单元 160b、乘法器155c、乘法器155d和加法器155e。减小图像创建单元160a创建减小图像的功能与第五实施例中描述的一样。减小 图像创建单元160a将此时创建的一帧的减小图像记录到给定存储器区域中。放大图像创建单元160b读取上次记录在存储器中的前一帧的减小图像，并且从 前一帧的读取的减小图像创建放大图像。如上所述，在本实施例中，前一帧的减小图像用于放大图像的创建。因此，放大图 像和作为原始信号的减小图像具有一帧的延迟。因此，在本实施例中不需要延迟放大图像 的创建，直到此时创建的一帧的减小图像记录到存储器中。第一低频分量提取单元105基于通过增益校正单元165计算的校正值G校正增益 go在本实施例中，增益g通过乘以校正值G被校正，使得生成校正增益g’。第一低频分量提取单元105将校正增益g’应用到放大图像，并且还应用权重 (Ι-g)到原始图像，然后将加权的放大图像和加权的原始图像相加。根据本实施例，随着放大图像和原始图像之间的差越大，校正增益g’的值变得约 接近0，结果，取消了已经对其执行伪轮廓移除处理的放大图像，并且原始图像照原样输出 为输出图像So。另一方面，如果放大图像和原始图像之间的差小，则校正增益g’的值接近 1，结果，已经对其执行伪轮廓移除处理的图像输出为输出信号So，从而生成从其移除了伪 轮廓的平滑信号。在根据第五实施例的简单可变增益低通滤波器160中，必须等待直到当前正在处 理的一帧的减小图像完全记录到存储器中，以便计算放大图像的每个像素的像素值，这导 致处理中的大的延迟。另一方面，根据本实施例，基于两个连续帧的图像之间通常不存在大 的差异的事实，前一帧的减小图像用于放大图像的创建。从而不必等待直到正在处理的一 帧的减小图像完全记录到存储器中，以便创建放大图像。因此，可能消除延迟并实现视频信 号的高速处理，并且还增加存储器利用率。这消除了在设备中放置大容量存储器的需要，从 而实现减小硬件尺寸以及精确执行伪轮廓的移除。此外，在本实施例中，放置增益校正单元165，以便在运动大的情况下或在场景改 变的情况下，通过使用校正值G输出原始图像并取消伪轮廓移除处理，从而防止输出图像 的劣化。注意，同样在本实施例中，可以检测在第一实施例中描述的带宽来代替检测阶梯 密度，并且可以基于检测的带宽计算增益g。如上所述，根据上述实施例，通过应用各种低通滤波器和舍入数字视频信号，可能 精确地检测包含伪轮廓噪声S的伪轮廓。此外，通过使用检测结果，可能生成没有图像的模 糊的平滑信号以及清楚地移除伪轮廓。在上述实施例中，各个单元的操作相互关联，并且可以考虑相互的关联用一系列 操作或一系列处理来代替。从而信号处理设备的实施例可以转换为信号处理方法的实施例和用于使得计算机实现信号处理设备的功能的程序的实施例。因此，可以提供一种信号处理方法，包括以下步骤检测从输入信号生成的η位量 化信号的步进改变位置；计算指示在检测改变位置的步骤中检测的步进改变位置的密度程 度的值；以及基于在计算密度的步骤中计算的指示改变位置的密度程度的值，从输入信号 提取期望的低频分量。此外，还可以提供一种程序，使得计算机执行包括以下的处理改变位置检测处 理，其检测从输入信号生成的η位量化信号的步进改变位置；密度检测处理，其计算指示通 过所述改变位置检测处理检测的步进改变位置的密度程度的值；以及第一低频分量提取处 理，其基于通过所述密度检测处理计算的指示改变位置的密度程度的值，从输入信号提取 期望的低频分量。此外，信号处理设备10可以并入如DVD设备或蓝光设备的再现设备中，使得来自 信号处理设备10的输出信号So可以在设备中包括的再现单元(未示出)中再现。从而， 可以提供一种再现设备，包括改变位置检测单元，其检测从输入信号生成的η位量化信号 的步进改变位置；密度检测单元，其计算指示通过所述改变位置检测单元检测的步进改变 位置的密度程度的值；第一低频分量提取单元，其基于通过所述密度检测单元计算的指示 改变位置的密度程度的值，从输入信号提取期望的低频分量；以及再现单元，其再现具有由 所述第一低频分量提取单元提取的期望的低频分量的信号。本领域的技术人员应该理解，取决于设计要求和其它因素，可以出现各种修改、组 合、子组合和替换，只要它们在权利要求或其等价物的范围内。例如，尽管在上述实施例中通过图示的方式主要描述了将8位信号扩展为16位信 号的情况，但是本发明中执行的信号处理不限于此，并且可应用于将7位信号扩展为11位 信号等的情况，并且还可应用于例如将2η位信号扩展为2m位(n < m)信号的情况等。此外，上面实施例中描述的使用一维输入信号的信号处理可以扩展到二维的情 况。此外，在根据本发明的信号处理中，为了处理负荷减小，可以以离散方式准备低通 滤波器。例如，通过在带宽为10到20像素的范围中经由15抽头低通滤波器滤波的方式， 可以减小处理负荷。此外，尽管在上述实施例中数字视频信号用作示例，但是本发明可应用于数字音 频信号或各种其它数字信号，而不限于数字视频信号。本申请包含涉及于2009年8月7日向日本专利局提交的日本优先权专利申请JP 2009-185054中公开的主题，在此通过引用并入其全部内容。
权利要求
1. 一种信号处理设备，包括改变位置检测单元，其检测从输入信号生成的η位量化信号的步进改变位置；密度检测单元，其计算指示通过所述改变位置检测单元检测的步进改变位置的密度程 度的值；以及第一低频分量提取单元，其基于通过所述密度检测单元计算的指示改变位置的密度程 度的值，从输入信号提取期望的低频分量。
2.如权利要求1所述的信号处理设备，还包括具有可变数目的抽头的低通滤波器，其中所述第一低频分量提取单元根据指示改变位置的密度程度的值，通过改变抽头的数 目，通过低通滤波器改变要提取的输入信号的低频分量。
3.如权利要求1所述的信号处理设备，还包括第二低频分量提取单元，其提取输入信号的低频分量；以及第一灰度级转换单元，其通过转换由所述第二低频分量提取单元提取的输入信号的低 频分量的灰度级，从输入信号生成η位量化信号，其中所述改变位置检测单元检测通过所述第一灰度级转换单元生成的η位量化信号的步 进改变位置。
4.如权利要求1所述的信号处理设备，其中所述密度检测单元计算作为各改变位置之间的间隔的带宽作为指示改变位置的密度 程度的值。
5.如权利要求1所述的信号处理设备，还包括第二灰度级转换单元，其使用SBM(超级位映射)，将从其通过所述第一低频分量提取 单元提取低频分量的输入信号的灰度级转换为较低等级。
6.如权利要求1所述的信号处理设备，其中所述密度检测单元计算阶梯密度作为指示改变位置的密度的等级的值。
7.如权利要求6所述的信号处理设备，还包括增益计算单元，其基于由所述密度检测单元计算的阶梯密度计算增益g，其中所述第一低频分量提取单元应用用于加权的、由所述增益计算单元计算的增益g 到输入信号的低频分量。
8.如权利要求7所述的信号处理设备，其中所述第一低频分量提取单元应用用于加权的、通过从1减去g获得的值(1-g)到输入 信号，并且将加权的输入信号加到通过增益g加权的输入信号的低频分量。
9.如权利要求6所述的信号处理设备，还包括增益计算单元，其基于由所述密度检测单元计算的阶梯密度计算增益g ；减小图像创建单元，其通过减小从输入信号创建的原始图像，创建减小图像；以及放大图像创建单元，其通过放大由所述减小图像创建单元创建的减小图像，产生放大 图像，其中所述第一低频分量提取单元应用用于加权的、通过所述增益计算单元计算的增益g到 形成放大图像的信号。
10.如权利要求9所述的信号处理设备，其中所述第一低频分量提取单元应用用于加权的增益g到放大图像，并且应用用于加权的 权重(1-g)到原始图像，并且将加权的放大图像和加权的原始图像相加。
11.如权利要求9所述的信号处理设备，其中所述放大图像创建单元从由所述减小图像创建单元创建的前一帧的减小图像创建放 大图像。
12.如权利要求11所述的信号处理设备，还包括增益校正单元，其从原始图像和放大图像之间的差计算增益g的校正值G，其中所述第一低频分量提取单元基于通过所述增益校正单元计算的校正值G校正增益g。
13.—种再现设备，包括改变位置检测单元，其检测从输入信号生成的η位量化信号的步进改变位置；密度检测单元，其计算指示通过所述改变位置检测单元检测的步进改变位置的密度程 度的值；第一低频分量提取单元，其基于通过所述密度检测单元计算的指示改变位置的密度程 度的值，从输入信号提取具有期望的低频分量的信号；以及再现单元，其再现具有由所述第一低频分量提取单元提取的期望的低频分量的信号。
14.一种信号处理方法，包括以下步骤检测从输入信号生成的η位量化信号的步进改变位置；计算指示在检测改变位置的步骤中检测的步进改变位置的密度程度的值；以及基于在计算密度的步骤中计算的指示改变位置的密度程度的值，从输入信号提取期望 的低频分量。
15.一种程序，使得计算机执行以下的处理，包括改变位置检测处理，其检测从输入信号生成的η位量化信号的步进改变位置；密度检测处理，其计算指示通过所述改变位置检测处理检测的步进改变位置的密度程 度的值；以及第一低频分量提取处理，其基于通过所述密度检测处理计算的指示改变位置的密度程 度的值，从输入信号提取期望的低频分量。
全文摘要
提供了一种信号处理设备，包括改变位置检测单元，其检测从输入信号生成的n位量化信号的步进改变位置；密度检测单元，其计算指示通过所述改变位置检测单元检测的步进改变位置的密度程度的值；以及第一低频分量提取单元，其基于通过所述密度检测单元计算的指示改变位置的密度程度的值，从输入信号提取期望的低频分量。
文档编号H04N5/208GK101998030SQ20101024375
公开日2011年3月30日 申请日期2010年8月2日 优先权日2009年8月7日
发明者广田洋一 申请人:索尼公司