專利名稱：圖像處理裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開涉及圖像處理裝置和方法，更具體而言涉及能夠抑制量化誤差的圖像處理裝置和方法。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有技術(shù)中，用于執(zhí)行從高比特深度到低比特深度的變換的比特變換技術(shù)通常被用作用于圖像處理等的量化技術(shù)。換言之，N比特圖像通過量化處理被變換成L比特圖像(N>L)。另一方面，從低比特深度到高比特深度的逆變換處理相當(dāng)于逆量化。線性量化技術(shù)通常被用作圖像量化技術(shù)。然而，線性量化技術(shù)的計算成本較低，但量化誤差相對比較大。由于此原因，當(dāng)高比特深度的圖像通過量化被變換成低比特深度的圖像，然后低比特深度的圖像通過逆量化被變換回高比特深度的圖像(返回到原始比特深度)時，所恢 復(fù)的高比特深度的圖像(經(jīng)歷了量化和逆量化處理的圖像)與原始圖像(量化和逆量化處理之前的圖像)相比可表現(xiàn)出相當(dāng)大的劣化。就此，提出了羅依-麥斯(Lloyd-Max)量化技術(shù)(例如參見Lloyd, " Leastsquares quantization in PCM 丨丨，IEEE Transactions，Information Theory, vol. IT-28,no. 2,pp. 129-137,Mar. 1982)。一般來說，已知羅依-麥斯量化技術(shù)是一種引起很小圖像失真的量化技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
然而，在羅依-麥斯量化技術(shù)中，用于給出最小失真的量化區(qū)間的寬度和量化代表值是迭代計算的，從而處理時間可增長。本公開是鑒于前述情況而做出的，并且希望實(shí)現(xiàn)量化誤差的減小和量化/逆量化處理速度的提高。根據(jù)本公開的一個實(shí)施例，提供了一種圖像處理裝置，其包括直方圖生成單元，該直方圖生成單元生成表示輸入圖像的像素值的出現(xiàn)頻率分布的直方圖；以及量化表格生成單元，該量化表格生成單元生成包括用于執(zhí)行輸入圖像的像素值的比特深度的變換的表格信息和用于將在直方圖生成單元生成的直方圖中出現(xiàn)頻率不為零的有效像素分配到比特深度變換后的索引值的表格信息的量化表格，以使得有效像素被盡可能均等地分配到索引值。量化表格生成單元可向每個索引值分配與均等分配數(shù)s或s+1相對應(yīng)的有效像素，所述均等分配數(shù)是能夠均等分配到比特深度變換后的所有索引值的有效像素的最大數(shù)目。量化表格生成單元可包括第一索引值決定單元，該第一索引值決定單元按均等分配數(shù)s+1向每個索引值分配有效像素；第二索引值決定單元，該第二索引值決定單元按均等分配數(shù)s向每個索引值分配有效像素；以及控制單元，該控制單元選擇第一索引值決定單元和第二索引值決定單元中的任何一個，并且利用所選的索引值決定單元來分配有效像素?？刂茊卧蓤?zhí)行控制，以使得按索引值的升序分配有效像素，并且由第一索引值決定單元執(zhí)行有效像素的分配直到被分配了有效像素的索引值的數(shù)目達(dá)到分配殘余Nh為止，該分配殘余Nh表示當(dāng)按均等分配數(shù)s向每個索引值分配有效像素時剩余有效像素的數(shù)目，并且控制單元可執(zhí)行控制，以使得在被分配了有效像素的索引值的數(shù)目達(dá)到分配殘余Nh之后，由第二索引值決定單元執(zhí)行有效像素的分配。圖像處理裝置還可包括有效像素信息生成單元，該有效像素信息生成單元在直方圖生成單元生成的直方圖中檢測有效像素，并且獲得表示有效像素的數(shù)目的有效像素數(shù)和表示有效像素的值的有效像素值。圖像處理裝置還可包括均等分配數(shù)計算單元，該均等分配數(shù)計算單元利用由有效像素信息生成單元獲得的有效像素數(shù)來計算均等分配數(shù)S。圖像處理裝置還可包括分配殘余計算單元，該分配殘余計算單元利用由有效像素·信息生成單元獲得的有效像素數(shù)和由均等分配數(shù)計算單元生成的均等分配數(shù)來生成分配殘余Nh。圖像處理裝置還可包括量化表格存儲單元，該量化表格存儲單元存儲由量化表格生成單元生成的量化表格。圖像處理裝置還可包括量化單元，該量化單元利用由量化表格生成單元生成的量化表格對輸入圖像的每個像素值執(zhí)行量化。圖像處理裝置還可包括代表值表格生成單元，該代表值表格生成單元生成代表值表格，該代表值表格包括用于執(zhí)行輸入圖像的像素值的比特深度的逆變換的表格信息和用于向索引值分配對每個索引設(shè)定的預(yù)定代表值的表格信息。代表值表格生成單元可使用向每個索引值分配的有效像素值的重心作為與該索引值相對應(yīng)的代表值。圖像處理裝置還可包括代表值表格存儲單元，該代表值表格存儲單元存儲由代表值表格生成單兀生成的代表值表格。圖像處理裝置還可包括逆量化單元，該逆量化單元利用由代表值表格生成單元生成的代表值表格來執(zhí)行索弓I值的逆量化。根據(jù)本公開的另一實(shí)施例，提供了一種用于圖像處理裝置的圖像處理方法，其包括利用直方圖生成單元生成表示輸入圖像的像素值的出現(xiàn)頻率分布的直方圖；以及利用量化表格生成單元生成包括用于執(zhí)行輸入圖像的像素值的比特深度的變換的表格信息和用于將在直方圖生成單元生成的直方圖中出現(xiàn)頻率不為零的有效像素分配到比特深度變換后的索引值的表格信息的量化表格，以使得有效像素被盡可能均等地分配到索引值。根據(jù)本公開的實(shí)施例，生成表示輸入圖像的像素值的出現(xiàn)頻率分布的直方圖，并且生成包括用于執(zhí)行輸入圖像的像素值的比特深度的變換的表格信息和用于將在直方圖生成單元生成的直方圖中出現(xiàn)頻率不為零的有效像素分配到比特深度變換后的索引值的表格信息的量化表格，以使得有效像素被盡可能均等地分配到索引值。根據(jù)本公開的實(shí)施例，能夠執(zhí)行量化。特別地，能夠減小量化誤差，同時抑制量化處理時間的增長。


圖I是描述像素值的直方圖的示例的示圖；圖2是示出執(zhí)行量化的圖像處理裝置的主要構(gòu)造的示例的框圖；圖3是示出量化表格生成單元的主要構(gòu)造的示例的框圖；圖4是描述分配有效像素值的形式的示例的示圖；圖5是示出執(zhí)行量化和逆量化的系統(tǒng)的主要構(gòu)造的示例的框圖；圖6是描述量化表格設(shè)定處理的流程的示例的流程圖；圖7是描述量化表格設(shè)定處理的流程的示例的流程圖；
圖8是描述量化處理的流程的示例的流程圖；圖9是描述逆量化處理的流程的示例的流程圖；圖10是示出12比特深度的醫(yī)用圖像的示例的示圖；圖11是示出量化和逆量化之后的圖像質(zhì)量的示例的示圖；圖12是示出處理時間的示例的示圖；圖13是示出量化表格生成單元的主要構(gòu)造的示例的框圖；圖14是描述量化表格設(shè)定處理的流程的另一示例的流程圖；圖15是示出量化表格生成單元的主要構(gòu)造的示例的框圖；圖16是描述量化表格設(shè)定處理的流程的另一示例的流程圖；圖17是示出執(zhí)行量化和逆量化的系統(tǒng)的另一示例構(gòu)造的框圖；并且圖18是示出個人計算機(jī)的主要構(gòu)造的示例的框圖。
具體實(shí)施例方式以下，將參考附圖詳細(xì)描述本公開的優(yōu)選實(shí)施例。注意，在本說明書和附圖中，用相同的標(biāo)號表示具有基本相同的功能和結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)元素，并且省略對這些結(jié)構(gòu)元素的重復(fù)說明。以下，將描述本公開的實(shí)施例(以下稱為“實(shí)施例”)。描述將按以下順序進(jìn)行。I.第一實(shí)施例(圖像處理裝置)2.第二實(shí)施例(量化表格生成單元的另一示例)3.第三實(shí)施例(量化表格生成單元的另一示例)4.第四實(shí)施例(以塊為單位執(zhí)行量化/逆量化的系統(tǒng))5.第五實(shí)施例(個人計算機(jī))〈I.第一實(shí)施例>[圖像的直方圖]一般來說，圖像在直方圖的頻率上具有偏差。例如，每個像素的比特深度是N比特的圖像不一定具有2N個不同的像素值。換言之，許多圖像具有稀疏的直方圖。特別是在高動態(tài)范圍圖像或RAW圖像的情況下，這種稀疏性是相當(dāng)強(qiáng)的。這里，“稀疏”指的是存在出現(xiàn)頻率為零的像素值。換言之，出現(xiàn)頻率為零的像素值越多，稀疏性就越高。圖I示出RAW圖像的亮度成分的直方圖的示例的示圖。在一般的RAW圖像中，直方圖整體上看起來是“密集”的，即其看起來就好像所有像素值的出現(xiàn)頻率都不是零一樣，如圖I的A中所示。然而，許多直方圖實(shí)際上是稀疏直方圖，其中許多像素值的出現(xiàn)頻率是零，如圖I的B中所示。圖I的B是圖I的A的直方圖的一部分的放大視圖。如上所述，RAW圖像的直方圖一般是稀疏的。換言之，當(dāng)具有出現(xiàn)頻率不是零的像素值的像素被定義為“有效像素”時，有效像素的數(shù)目Ne是Ne < 2N。當(dāng)利用已知作為最優(yōu)量化技術(shù)的羅依-麥斯量化技術(shù)對具有稀疏直方圖的圖像執(zhí)行量化時，很有可能生成其中所有像素值的出現(xiàn)頻率都是零的類別。這是因?yàn)樵诹_依-麥斯量化技術(shù)中，在分類時是按等間 隔對直方圖劃界的。由于此原因，已經(jīng)知道類別的數(shù)目不足，并且因此難以獲得最優(yōu)解。在此情況下，在通用數(shù)學(xué)軟件MATLAB中，通過使得兩個相鄰的代表值變成同一值來更新代表值。結(jié)果，出現(xiàn)頻率為零(O)的類別被與相鄰類別合并。該更新處理被重復(fù)，直到具有O出現(xiàn)頻率的類別最終消失為止。然而，在此方法的情況下，相鄰類別被組合成一個類別，因此類別的數(shù)目減少了。這增大了量化誤差，并且解的最優(yōu)性可能得不到補(bǔ)償。此外，在羅依-麥斯量化技術(shù)的情況下，用于給出最小失真的量化區(qū)間的寬度和量化代表值是迭代計算的，必須花很長的計算時間。由于此原因，取決于應(yīng)用，整個量化處理的處理時間可能長到不可允許的地步。就此，在本實(shí)施例中，提出了一種量化/逆量化技術(shù)，其與現(xiàn)有技術(shù)的線性量化相比能夠進(jìn)一步減小量化誤差、實(shí)現(xiàn)最小量化誤差并且比羅依-麥斯量化技術(shù)更快速。在以下描述中，將假定輸入圖像是單色RAW圖像。彩色圖像(多個成分)的處理將在后文描述。[圖像處理裝置]在圖2中，生成在將輸入圖像的每個像素值的比特深度從N比特變換成L比特(N> L)的比特深度變換處理(即量化處理)及其逆變換處理(即逆量化處理)中使用的表格信息(后文將描述的量化表格和代表值表格)。如圖2中所示，圖像處理裝置100包括直方圖生成單元101、非零類別檢測單元102、有效像素數(shù)分配計算單元103、分配殘余計算單元104、量化表格生成單元105和代表值表格生成單元106。直方圖生成單元101如圖I中所示利用輸入圖像(箭頭121)生成輸入圖像的像素值的出現(xiàn)頻率分布(直方圖H(k) (k = 0，1，. . .，2N-1))。直方圖生成單元101對輸入圖像中獲得像素值的范圍內(nèi)Oiici至mu)每個值(k)出現(xiàn)的次數(shù)計數(shù)。直方圖H(k)是其中每個值Oni)與每個值的出現(xiàn)頻率相關(guān)聯(lián)的直方圖，并且表示每個值Oni)的頻率分布。直方圖生成單元101將直方圖H(k)提供給非零類別檢測單元102 (箭頭122)。非零類別檢測單元102從提供來的直方圖H(k)中檢測具有出現(xiàn)頻率不為零的像素值的有效像素(H(k) Φ O)并且計算有效像素的數(shù)目(有效像素數(shù)Ne) (Ne ^ 2N)。非零類別檢測單元102將有效像素數(shù)Ne提供給有效像素數(shù)分配計算單元103 (箭頭123)。另外，非零類別檢測單元102將每個檢測到的有效像素的像素值(與使得H(k)關(guān)O的k相對應(yīng)的像素值)Hii (i = O, . . . , Ne-I)(即mQ, Hi1, , Hin^1)提供給有效像素數(shù)分配計算單元103 (箭頭123)。在將N比特圖像量化成M比特圖像(N > M)的情況下，當(dāng)Ne寫2M時，所有像素值可由M比特表示，因此可以執(zhí)行無損量化和逆量化。然而，當(dāng)Ne > 2m時，量化誤差不可避免地發(fā)生。有效像素數(shù)分配計算單元103利用以下公式(I)計算當(dāng)與由非零類別檢測單元102檢測到的有效像素數(shù)Ne相對應(yīng)的有效像素被均等分配到2M個類別時每個類別的有效像素數(shù)(均等分配數(shù))S。s = [Ne/2M] — (I)這里，[X]表示不大于X的最大整數(shù)。換言之，s個有效像素可被均等分配到2M個類別中的每一個。有效像素數(shù)分配計算單元103將計算出的均等分配數(shù)s與提供來的有效像素數(shù)Ne —起提供給分配殘余計算單元104 (箭頭124)。此時，有效像素數(shù)分配計算單元103還將有效像素值Hii提供給分配殘余計算單元104 (箭頭124)。
分配殘余計算單元104利用以下公式(2)計算在與有效像素數(shù)Ne相對應(yīng)的有效像素被按均等分配數(shù)s分配到每個類別之后剩余的未分配有效像素(分配殘余Nh)的數(shù)目。Nh = Ne-2MX s — (2)換言之，當(dāng)與有效像素數(shù)Ne相對應(yīng)的有效像素被按s個有效像素分配到2M個類別中的每一個時，與分配殘余Nh相對應(yīng)的有效像素剩余。這Nh個有效像素被盡可能均等地也就是逐一地分配到一些類別。換言之，s+1個有效像素被分配到2M個類別之中的Nh個類別中的每一個。然而，s個有效像素被分配到2M-Nh個類別中的每一個。分配殘余計算單元104將計算出分配殘余Nh提供給量化表格生成單元105 (箭頭125)。另外，有效像素數(shù)分配計算單元103將均等分配數(shù)s和有效像素數(shù)Ne提供給量化表格生成單元105 (箭頭124)。此時，有效像素數(shù)分配計算單元103還將每個有效像素值Hii提供給量化表格生成單元105 (箭頭124)。量化表格生成單元105利用有效像素數(shù)Ne、有效像素值叫、均等分配數(shù)s和分配殘余Nh來生成用于輸入圖像的像素值的量化(比特深度變換)的量化表格T Oni)。量化表格T (Hli)包括表示量化前的每個有效像素(有效像素值Hli)被分配到量化后(比特深度變換后)的每個類別(索引值)的對應(yīng)關(guān)系的表格信息。此時，量化表格生成單元105盡可能均等地向每個類別分配有效像素。更具體而言，量化表格生成單元105利用以下公式(3)和⑷生成量化表格T (Hli)。T (mi) == s丄τ ( i <Nh (s + 1 )) —⑶TCmi) = [i_Nh:s + 1)] (i>Nh(s+1)) ___ (句換言之，量化表格生成單元105利用公式(3)決定對于分配s+1個像素值的類別要分配的有效像素值IV并且利用公式(4)決定對于分配s個像素值的類別要分配的有效
像素值Hli。在量化處理中使用量化表格。量化表格生成單元105將以上述方式生成的量化表格T (Hii)提供給量化表格存儲單元107，使得量化表格T (Hii)被存儲在量化表格存儲單元107中(箭頭126)。量化表格存儲單元107包括任意存儲介質(zhì)并且可將量化表格T (Hii)存儲在該存儲介質(zhì)的存儲區(qū)域中。例如，量化表格存儲單元107可以像內(nèi)置硬盤驅(qū)動器(HDD)或內(nèi)置閃存那樣被部署為包括在圖像處理裝置100中的構(gòu)造。例如，量化表格存儲單元107可以像外部HDD或通用串行總線(USB)閃存那樣被部署為圖像處理裝置100的外部構(gòu)造。此外，量化表格存儲單元107可以像網(wǎng)絡(luò)附接存儲(NAS)的硬盤那樣被部署為另一裝置的構(gòu)造的一部分。例如，量化表格存儲單元107可以是諸如可寫數(shù)字多功能盤(DVD)或藍(lán)光盤(BD)之類的可移除介質(zhì)。在此情況下，量化表格存儲單元107被安放在連接到圖像處理裝置100的驅(qū)動器(未示出)中，并且通過該驅(qū)動器對圖像處理裝置100執(zhí)行讀取和寫入操作。換言之，量化表格存儲單元107可由任何能夠存儲量化表格的裝置實(shí)現(xiàn)。 分配殘余計算單元104將計算出的分配殘余Nh、均等分配數(shù)s和有效像素值Hii提供給量化表格生成單元105(箭頭125)。另外，直方圖生成單元101將直方圖H(k)提供給量化表格生成單元105 (箭頭122)。代表值表格生成單元106利用有效像素值Hii、均等分配數(shù)s、分配殘余Nh和直方圖H(k)來設(shè)定量化后的每個類別的代表值，并且生成表示每個類別與代表值之間的對應(yīng)關(guān)系的代表值表格R (η)。代表值表格生成單兀106利用以下公式(5)和(6)來生成代表值表格R (η)。
權(quán)利要求
1.一種圖像處理裝置，包括 直方圖生成單元，該直方圖生成單元生成表示輸入圖像的像素值的出現(xiàn)頻率分布的直方圖；以及 量化表格生成單元，該量化表格生成單元生成包括用于執(zhí)行所述輸入圖像的像素值的比特深度的變換的表格信息和用于將在所述直方圖生成單元生成的直方圖中出現(xiàn)頻率不為零的有效像素分配到比特深度變換后的索引值的表格信息的量化表格，以使得有效像素被盡可能均等地分配到索引值。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的圖像處理裝置， 其中，所述量化表格生成單元向每個索引值分配與均等分配數(shù)s或s+1相對應(yīng)的有效像素，所述均等分配數(shù)是能夠均等分配到比特深度變換后的所有索引值的有效像素的最大數(shù)目。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的圖像處理裝置， 其中，所述量化表格生成單元包括 第一索引值決定單元，該第一索引值決定單元按均等分配數(shù)s+1向每個索引值分配有效像素； 第二索引值決定單元，該第二索引值決定單元按均等分配數(shù)s向每個索引值分配有效像素；以及 控制單元，該控制單元選擇所述第一索引值決定單元或所述第二索引值決定單元之一，并且利用所選的索引值決定單元來分配有效像素。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的圖像處理裝置， 其中，所述控制單元執(zhí)行控制，以使得按索引值的升序分配有效像素，并且由所述第一索引值決定單元執(zhí)行有效像素的分配直到被分配了有效像素的索引值的數(shù)目達(dá)到分配殘余Nh為止，該分配殘余Nh表示當(dāng)按所述均等分配數(shù)s向每個索引值分配有效像素時剩余有效像素的數(shù)目，并且 所述控制單元執(zhí)行控制，以使得在被分配了有效像素的索引值的數(shù)目達(dá)到所述分配殘余Nh之后，由所述第二索引值決定單元執(zhí)行有效像素的分配。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的圖像處理裝置，還包括 有效像素信息生成單元，該有效像素信息生成單元在所述直方圖生成單元生成的直方圖中檢測有效像素，并且獲得表示有效像素的數(shù)目的有效像素數(shù)和表示有效像素的值的有效像素值。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的圖像處理裝置，還包括 均等分配數(shù)計算單元，該均等分配數(shù)計算單元利用由所述有效像素信息生成單元獲得的有效像素數(shù)來計算所述均等分配數(shù)S。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的圖像處理裝置，還包括 分配殘余計算單元，該分配殘余計算單元利用由所述有效像素信息生成單元獲得的有效像素數(shù)和由所述均等分配數(shù)計算單元生成的均等分配數(shù)來生成所述分配殘余Nh。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的圖像處理裝置，還包括 量化表格存儲單元，該量化表格存儲單元存儲由所述量化表格生成單元生成的量化表格。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的圖像處理裝置，還包括 量化單元，該量化單元利用由所述量化表格生成單元生成的量化表格對所述輸入圖像的每個像素值執(zhí)行量化。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的圖像處理裝置，還包括 代表值表格生成單兀，該代表值表格生成單7Π生成代表值表格，該代表值表格包括用于執(zhí)行所述輸入圖像的像素值的比特深度的逆變換的表格信息和用于向索引值分配對每個索引設(shè)定的預(yù)定代表值的表格信息。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的圖像處理裝置， 其中，所述代表值表格生成單元使用向每個索引值分配的有效像素值的重心作為與該索引值相對應(yīng)的代表值。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的圖像處理裝置，還包括 代表值表格存儲單元，該代表值表格存儲單元存儲由所述代表值表格生成單元生成的代表值表格。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的圖像處理裝置，還包括 逆量化單元，該逆量化單元利用由所述代表值表格生成單元生成的代表值表格來執(zhí)行索引值的逆量化。
14.一種用于圖像處理裝置的圖像處理方法，包括 利用直方圖生成單元生成表示輸入圖像的像素值的出現(xiàn)頻率分布的直方圖；以及 利用量化表格生成單元生成包括用于執(zhí)行所述輸入圖像的像素值的比特深度的變換的表格信息和用于將在所述直方圖生成單元生成的直方圖中出現(xiàn)頻率不為零的有效像素分配到比特深度變換后的索引值的表格信息的量化表格，以使得有效像素被盡可能均等地分配到索引值。
全文摘要
公開了圖像處理裝置和方法。提供了一種圖像處理裝置，其包括直方圖生成單元，該直方圖生成單元生成表示輸入圖像的像素值的出現(xiàn)頻率分布的直方圖；以及量化表格生成單元，該量化表格生成單元生成包括用于執(zhí)行輸入圖像的像素值的比特深度的變換的表格信息和用于將在直方圖生成單元生成的直方圖中出現(xiàn)頻率不為零的有效像素分配到比特深度變換后的索引值的表格信息的量化表格，以使得有效像素被盡可能均等地分配到索引值。
文檔編號G06T5/40GK102903088SQ20121025981
公開日2013年1月30日 申請日期2012年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月28日
發(fā)明者福原隆浩, 貴家仁志 申請人:索尼公司, 公立大學(xué)法人首都大學(xué)東京