JP3705447B2 - 画像処理方法および画像処理装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、画像処理技術さらには動画像の圧縮伸長方法に適用して特に有効な技術に関し、例えば再生した画像を他の画像と合成する場合に必要なキー信号を同時に記録しあるいは伝送するのに好適な圧縮伸長方法並びにキー信号を含む映像信号からキー信号を外して他の画像と合成した映像信号を出力可能な映像信号処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の技術では、動画像を他の画像と合成する場合に、無地の背景に被写体を配した状態で撮像し、背景の色からキー信号（背景か否かを示す信号）を作成し、合成する方法がよく用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来の合成方法では、動画像を高能率符号化(データ圧縮)して復号化した場合に、必ずしも元の原画像通りにならないので、キー信号が正しく再生できない場合があり、キー信号により他の画像に置き換えられるべき場所(以後背景と呼ぶ)が置き換えられなかったり、逆に置き換えられるべきでない所(以後前景と呼ぶ)が置き換えられてしまうというようなことが起こり得るという問題点があることが明らかになった。
【０００４】
本発明では、上記したような従来技術の欠点を除き、正しくキー信号が再生され、かつ高能率符号化が可能な動画像の圧縮伸長方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記のような課題を解決するため、本発明は、映像情報の示し得る値の範囲において本来の映像信号の取る値と背景か否かを示すキー信号の値を離すための変換を行なうステップもしくは手段と、符号化の際の変換とは逆の変換を行なうステップもしくは手段とを設けるとともに、データ圧縮した後伸長した画像から映像信号とキー信号を分離する処理をしきい値を用いて行なうようにしたものである。
【０００６】
また、望ましくは、両隣の画素のキー信号を参照し、該キー信号のどちらか一方が背景を表すキー信号であった場合に、現在の画素のキー信号を背景を表す値に変更するようにする。
【０００７】
【作用】
通常の映像信号とキー信号との信号レベルとしての距離を離して符号化することで、データ圧縮の後伸長した画像から映像信号とキー信号を分離することが容易となり、正しく映像信号とキー信号を再生することが可能である。しかも、しきい値を用いることで伸長された映像信号が持つ誤差を回避した正しい映像信号とキー信号の分離が行なえる。また、複数のしきい値を用意しておくことによって、より正確な映像信号とキー信号の分離が可能となる。さらに、両隣の画素のキー信号を参照し、該キー信号のどちらか一方が背景を表すキー信号であった場合に、現在の画素のキー信号を背景を表す値に変更するようにすることによって、背景と前景の境界における正しいキー信号の再生が可能となる。
【０００８】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図を用いて説明する。
【０００９】
説明を簡単にするため、以下、映像の一画素が８ビットの情報で表される場合の実施例について説明する。一画素の情報量が８ビット以外の場合も同様な方法で本発明を実施することができる。
【００１０】
図１は、キー信号を含まない、従来の映像信号のビットの割り当てを示したものである。この映像信号は、図示のとおり８ビットの情報量を持っており、上位ビットから１y７、１y６、１y５、１y４、１y３、１y２、１y１、１y０の各ビットを有するものである。従来、映像信号を記録あるいは伝送する場合、該映像信号と他の映像とを合成する用途については考慮されていない。つまり、画像の合成に使われるキー信号を記録あるいは伝送する方法は用意されていない。
【００１１】
本実施例では、従来の記録・伝送方式に変更を加えず、その上でキー信号を記録・伝送できるようにするため、映像信号情報の一部を削減し、ここにキー信号を記録する方式とした。キー信号は、複数ビットでそれを構成することもできるけれども、画像を合成する際に他の映像と置き替わるか否かという情報だけを持てばよいので、１ビットでそれを構成することができる。そこで、本実施例では、映像信号の中で一番重要度の低い最下位ビット１y０を削減するようにした。ただし、映像情報は８ビットに限定されるものでなく、任意のビット数であって良い。
【００１２】
図２に、前述の方法を適用した場合のキー信号を含む映像信号の各ビットの割り当てを示す。映像情報は、通常膨大なデータ量となるため、映像を記録・伝送する際には、データ圧縮が行われることが多いが、映像をデータ圧縮して伸長した場合、必ずしも元の原画像どおりになるとは限らない。通常の映像信号であれば、下位の側の数ビットが変化したとしても映像の再生にはさほど問題とならない。しかし、キー信号が変化してしまうと、前景と背景を誤って再生してしまうことが有り得る。そこで、この実施例では、データ圧縮して伸長した場合には一番変化しにくい最上位ビット２k０の位置にキー信号を割り当てる。
【００１３】
さらに、キー信号が背景であることを示す値を持つとき、その画素は画像合成の際に他の映像と置き替わるので、該画素の映像情報は必要とならない。このとき、映像信号のビット２y７〜２y１に値ゼロ（０）を記録することに決めておけば、映像信号とキー信号との距離を離すことができ、映像信号をデータ圧縮伸長したときに元の原画像に対して誤差を持ったとしても、正しくキー信号を再生することができる。
【００１４】
上述のビット割り当てを踏まえて、キー信号を映像信号の中に含めて記録・伝送する際の符号化の手順を図３を用いて説明する。ここで、背景であることを示すキー信号を値ゼロ（ビット２k０＝０）、前景であることを示すキー信号を値１（ビット２k０＝１）と決める。このようにしても、本発明の一般性は失われない。なぜなら、この割り当てが逆転しても、同様な方法で本発明を実施することができるからである。従って、本実施例では前記のとおりキー信号の意味を決定することとする。
【００１５】
図３に示すように、任意の映像の一画素の映像情報３０１は、情報量を８ビットとすれば、０〜２５５という値を取ることが可能であり、該映像情報から１ビット削減した映像情報３０２は、０〜１２７の値を取り得る。前記画素が映像の中の前景に当たる場合、キー信号として値１を持つので、最上位ビットに１が立ち、前述のキー信号を含む映像信号の各ビットの割り当てにしたがって、映像信号が値１２８〜２５５の範囲３０３に格納される。前記画素が映像の中の背景に当たる場合、キー信号として値ゼロを持つとともに、画像合成の際に不要となる映像情報もまたゼロとするように決めたので、背景の映像信号３０４は値ゼロとなり、１〜１２７の値を取る情報は、符号化時には存在しなくなる。
【００１６】
前記映像信号に対してデータ圧縮伸長した場合、原画像との間に誤差が生じ、符号化時には存在しなかった、１〜１２７の値を取る映像信号が復号によって出現する。そこで、元の映像信号から誤差を持った前記映像信号から、キー信号と映像情報を分離するための復号化処理の手順を図４を用いて説明する。
【００１７】
前述のとおり、符号化の段階では、値として１〜１２７の範囲を取ることはあり得ない。しかし、画像データを圧縮して記録・伝送し、該データを伸長した場合には、原画像との誤差が生じ、本来の前景映像情報４０３として値１２８〜２５５を取っていた情報が１２７以下の値を取る場合４０１や、背景のキー信号として、値ゼロを取っていた情報が１以上の値を取る場合４０２が現れる。
【００１８】
復号化の前に、背景を表すキー信号と前景の映像情報を分離するためのしきい値４００を決めておけば、該しきい値で背景を表すキー信号と前景の映像情報をクリッピング４０７することで、背景を示すキー信号４０６と、前景を示すキー信号を含んだ映像情報４０４とを分離することができる。前景であった場合には、さらに前景であることを示す値１を持ったキー信号（ビット２k０）を取り除き、さらに２倍に引き伸ばして元の映像情報を復元する。キー信号と映像信号を分離する時に使用するしきい値は、６４、９６、１２８などの値を選択できるようにしておくと、既に符号化されてしまった映像信号に対しても、復号化の時点で調整することができる。
【００１９】
上記のようにして画像データを圧縮、伸長した場合の映像信号の変化と、その場合に起こり得る空間的な現象について図５を用いて説明する。図５は、前景５０４と背景５０３にその領域が画像合成の際に他の映像と置き替わることを示すキー信号を持つ映像５０２と、該映像の中の任意の一行５０１の映像信号レベルとを図示したものである。
【００２０】
図５において、データ圧縮前の原画像の映像信号５０５に着目すると、領域５０b-５０c間および５０d-５０e間は前景となるので、１２８以上の値を持っている。前記以外の領域５０a-５０b、５０c-５０d、５０e-５０fは、背景となるため、背景のキー信号であることを示す値ゼロを取っている。データ圧縮伸長された映像信号５０６は、原画像の映像信号に対して誤差を持っている。誤差による情報の誤りを回避するために、適当なしきい値５０９〜５１１を設定してこのしきい値を用いてキー信号と映像信号を分離する。しかしながら、背景と前景の境界においては、正しくキー信号と映像信号を分離できない５０７、５０８のような場合が起こり得る。
【００２１】
このような場合にキー信号を調整する手段として、背景のキー信号の拡張をするか否かを復号化時に選択できるようにしておく。背景のキー信号の拡張とは、画像データを横方向に走査しながら、左右両隣の画素のキー信号を参照し、該キー信号のどちらか一方でも背景を表すキー信号であったなら、現在の画素のキー信号も背景を表す値にしてしまうものである。これにより、背景と前景の境界で誤って再生されたキー信号を調整することができる。
【００２２】
図６は、本発明方法を具体化する回路構成の一例を示すものである。図６において、キー信号許可信号は入力映像信号がキー信号を含んだものであるかキー信号を含まない通常の映像信号であるかを示す信号、キー信号拡張許可信号はキー信号拡張の有無を指定する信号、しきい値切り替え信号はキー信号と映像情報との分離に用いるしきい値を切り替えるために用いる信号で、これらの信号は前記映像信号を取り扱う者が知っているべき情報である。従って、前記信号は、入力映像信号とは別に入力する必要がある。
【００２３】
以下、データの流れに沿って説明する。キー信号許可信号が不許可（入力映像信号がキー信号を含まない）を示している場合、入力された映像信号は映像信号切り替え回路６０５で選択され、遅延回路６０７で遅延されて、そのままＹＣ−ＲＧＢ変換回路６１１，合成回路６１２へ供給される。このとき、キー信号切り替え回路６０６では、不許可を示すキー信号許可信号により、前景を表すキー信号が選ばれ、遅延回路６０８で遅延させられた後、次段のキー信号拡張回路６１０に入力される。前記キー信号は、遅延回路６０９でさらに遅延されてキー信号拡張回路６１０に入力されるため、該回路の３つの入力は全て前景を表すキー信号となり、キー信号拡張許可信号は意味を持たず、従って、前景を表すキー信号がそのまま合成回路６１２へ供給される。
【００２４】
キー信号許可信号が許可（入力映像信号がキー信号を含んでいる）を示している場合には、８ビットの入力映像信号は前述の復号化の手順に従って、しきい値を用いてキー信号と映像信号とに分離される。まず、クリッピング回路６０３で映像信号を１２８〜２５５の値にクリッピングする。この時、入力映像信号が１〜１２７の値を持っているならば、クリッピング回路６０３はそれを１２８とみなす。クリッピングされた映像信号は、補正回路６０４で１２８〜２５５の値が０〜２５４に対応するように補正される。この補正は、クリッピング回路６０３でクリッピングされた値から「１２８」をひいて２倍するという演算によって行われる。
【００２５】
次に、映像信号切り替え回路６０５で、前記補正後の映像情報が選択され、遅延回路６０７で遅延されてＹＣ−ＲＧＢ変換回路６１１に供給されてＹ信号，Ｃ信号からＲＧＢ信号への変換が行われる。そして、上記キー信号拡張回路６１０から出力されるキー信号に基づいて、合成回路６１２において背景画像信号との合成が行われてＣＲＴ等のモニタ装置へ出力される。
【００２６】
キー信号許可信号が許可を示している場合には、同時に、入力映像信号からのキー信号の抽出も行なわれる。すなわち、入力映像信号は比較回路６０２でしきい値と比較される。このしきい値は、しきい値切り替え回路６０１において、予め指定されるしきい値切り替え信号により選択された値が用いられる。比較回路６０２は、入力映像信号としきい値との比較の結果、入力映像信号がしきい値より大きかった場合には前景を表すキー信号、入力映像信号がしきい値より小さかった場合には背景を表すキー信号を出力する。該キー信号はキー信号切り替え回路６０６で選択され、そのままキー信号拡張回路６１０に入力されるか、もしくは遅延回路６０８または遅延回路６０８と６０９で遅延されてキー信号拡張回路６１０に入力される。
【００２７】
この場合、遅延回路６０８の出力が現在の画素のキー信号である。入力映像信号が横方向に走査しながら送られてくる場合には、キー信号切り替え回路６０６の出力と、遅延回路６０９の出力が左右両隣の画素のキー信号となる。キー信号拡張回路６１０では、左右両隣の画素のキー信号と現在の画素のキー信号とを参照して、いずれも前景を表すキー信号だった場合にのみ前景を表すキー信号を出力し、それ以外の場合には背景を表すキー信号を出力することで、背景のキー信号の拡張を行なっている。
【００２８】
図７は、図６の実施例の回路（再生回路と記す）を、ＭＰＥＧ（Moving Picture Expert Group）と呼ばれるビデオ規格に準拠したＭＰＥＧビデオデコーダ（動画像復号化装置）１０を用いた動画像再生システムに使用した実施例を示すブロック図である。
【００２９】
この実施例の動画像再生システムは、図７に示すようにＣＤ−ＲＯＭに圧縮、符号化して記憶された動画像データを読み出すＣＤ−ＲＯＭドライバ１と、読み出されたデータから画像データと音声データを分離するとともに制御情報を解読するマイクロコンピュータ２と、分離された音声データを復号化するＭＰＥＧオーディオデコーダ３と、分離された動画像データを復号化するＭＰＥＧビデオデコーダ１０と、図６に示されているように構成された映像信号処理回路６０とから構成され、ＭＰＥＧビデオデコーダ１０で復号化された動画像信号が本実施例の映像信号処理回路６０を介してＣＲＴ表示装置等のモニタへ、また復号化された音声信号はオーディオアンプへそれぞれ送られる。この場合、背景画像信号は、例えばマイクロコンピュータ２から与えるようにすることができる。
【００３０】
なお、４は上記マイクロコンピュータ２が実行するプログラムや固定データが格納された読出し専用メモリ、５はマイクロコンピュータ２の作業領域を提供する随時読出し書込み可能なメモリ、２０は上記ＭＰＥＧビデオデコーダ１０に接続され復号化された画像データを一時的に保持するバッファメモリ（フレームメモリ）である。
【００３１】
以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。例えば、上記実施例では入力映像信号がディジタル信号である場合について説明したが、入力映像信号がアナログ信号である場合にも本発明を適用することができる。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明を用いると、従来のデータ圧縮伸長を行う記録、あるいは伝送方式を変更することなく、映像の合成に使用するキー信号を映像信号の一部として記録・伝送することが可能となり、しかも、データ圧縮伸長の際に生ずる誤差に影響されずにキー信号を正しく再生することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】通常のキー信号を含まない映像信号のビットの割り当てを示す図である。
【図２】映像情報の一部を削減し、キー信号を含ませた場合の映像信号のビットの割り当てを示す図である。
【図３】キー信号を映像信号の中に含ませて記録・伝送する際の符号化の手順について示した図である。
【図４】データ圧縮伸長された映像信号から、キー信号と映像情報を分離する際の複号化の手順について示した図である。
【図５】データ圧縮伸長された映像信号から、キー信号と映像情報を分離する際に問題となり得る空間的な現象について示した図である。
【図６】本発明方法を具体化する回路の実施例を示したブロック図である。
【図７】本発明を適用した回路を動画像を復号化するＭＰＥＧビデオデコーダを用いた動画像再生システムに使用した場合の一実施例を示すブロック図である。
【符号の説明】
１y０〜１y７：映像情報の各ビット
２y１〜２y７：映像情報の各ビット
２k０：キー信号のビット
３０１：原画像の映像情報
３０２：１ビット削減した映像情報
３０３：前景を示すキー信号を含む映像情報
３０４：背景を示すキー信号
４００：しきい値
４０１：データ圧縮伸長による映像情報の原画像からの誤差
４０２：データ圧縮伸長による、背景を示すキー信号の原画像からの誤差
４０３：前景を示すキー信号を含む映像情報
４０４：キー信号を分離した映像情報
４０５：再生した前景の映像情報
４０６：再生した背景を示すキー信号
４０７：クリッピング
５０１：映像中の任意の一行
５０２：キー信号を含む映像
５０３：背景
５０４：前景
５０５：原画像の映像信号
５０６〜５０８：データ圧縮伸長した画像の映像信号
５０９〜５１１：キー信号と映像信号を分離するしきい値
５０a〜５０f：映像の横方向の位置
６０１〜６１０：回路の構成要素
【産業上の利用分野】
本発明は、画像処理技術さらには動画像の圧縮伸長方法に適用して特に有効な技術に関し、例えば再生した画像を他の画像と合成する場合に必要なキー信号を同時に記録しあるいは伝送するのに好適な圧縮伸長方法並びにキー信号を含む映像信号からキー信号を外して他の画像と合成した映像信号を出力可能な映像信号処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の技術では、動画像を他の画像と合成する場合に、無地の背景に被写体を配した状態で撮像し、背景の色からキー信号（背景か否かを示す信号）を作成し、合成する方法がよく用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来の合成方法では、動画像を高能率符号化(データ圧縮)して復号化した場合に、必ずしも元の原画像通りにならないので、キー信号が正しく再生できない場合があり、キー信号により他の画像に置き換えられるべき場所(以後背景と呼ぶ)が置き換えられなかったり、逆に置き換えられるべきでない所(以後前景と呼ぶ)が置き換えられてしまうというようなことが起こり得るという問題点があることが明らかになった。
【０００４】
本発明では、上記したような従来技術の欠点を除き、正しくキー信号が再生され、かつ高能率符号化が可能な動画像の圧縮伸長方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記のような課題を解決するため、本発明は、映像情報の示し得る値の範囲において本来の映像信号の取る値と背景か否かを示すキー信号の値を離すための変換を行なうステップもしくは手段と、符号化の際の変換とは逆の変換を行なうステップもしくは手段とを設けるとともに、データ圧縮した後伸長した画像から映像信号とキー信号を分離する処理をしきい値を用いて行なうようにしたものである。
【０００６】
また、望ましくは、両隣の画素のキー信号を参照し、該キー信号のどちらか一方が背景を表すキー信号であった場合に、現在の画素のキー信号を背景を表す値に変更するようにする。
【０００７】
【作用】
通常の映像信号とキー信号との信号レベルとしての距離を離して符号化することで、データ圧縮の後伸長した画像から映像信号とキー信号を分離することが容易となり、正しく映像信号とキー信号を再生することが可能である。しかも、しきい値を用いることで伸長された映像信号が持つ誤差を回避した正しい映像信号とキー信号の分離が行なえる。また、複数のしきい値を用意しておくことによって、より正確な映像信号とキー信号の分離が可能となる。さらに、両隣の画素のキー信号を参照し、該キー信号のどちらか一方が背景を表すキー信号であった場合に、現在の画素のキー信号を背景を表す値に変更するようにすることによって、背景と前景の境界における正しいキー信号の再生が可能となる。
【０００８】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図を用いて説明する。
【０００９】
説明を簡単にするため、以下、映像の一画素が８ビットの情報で表される場合の実施例について説明する。一画素の情報量が８ビット以外の場合も同様な方法で本発明を実施することができる。
【００１０】
図１は、キー信号を含まない、従来の映像信号のビットの割り当てを示したものである。この映像信号は、図示のとおり８ビットの情報量を持っており、上位ビットから１y７、１y６、１y５、１y４、１y３、１y２、１y１、１y０の各ビットを有するものである。従来、映像信号を記録あるいは伝送する場合、該映像信号と他の映像とを合成する用途については考慮されていない。つまり、画像の合成に使われるキー信号を記録あるいは伝送する方法は用意されていない。
【００１１】
本実施例では、従来の記録・伝送方式に変更を加えず、その上でキー信号を記録・伝送できるようにするため、映像信号情報の一部を削減し、ここにキー信号を記録する方式とした。キー信号は、複数ビットでそれを構成することもできるけれども、画像を合成する際に他の映像と置き替わるか否かという情報だけを持てばよいので、１ビットでそれを構成することができる。そこで、本実施例では、映像信号の中で一番重要度の低い最下位ビット１y０を削減するようにした。ただし、映像情報は８ビットに限定されるものでなく、任意のビット数であって良い。
【００１２】
図２に、前述の方法を適用した場合のキー信号を含む映像信号の各ビットの割り当てを示す。映像情報は、通常膨大なデータ量となるため、映像を記録・伝送する際には、データ圧縮が行われることが多いが、映像をデータ圧縮して伸長した場合、必ずしも元の原画像どおりになるとは限らない。通常の映像信号であれば、下位の側の数ビットが変化したとしても映像の再生にはさほど問題とならない。しかし、キー信号が変化してしまうと、前景と背景を誤って再生してしまうことが有り得る。そこで、この実施例では、データ圧縮して伸長した場合には一番変化しにくい最上位ビット２k０の位置にキー信号を割り当てる。
【００１３】
さらに、キー信号が背景であることを示す値を持つとき、その画素は画像合成の際に他の映像と置き替わるので、該画素の映像情報は必要とならない。このとき、映像信号のビット２y７〜２y１に値ゼロ（０）を記録することに決めておけば、映像信号とキー信号との距離を離すことができ、映像信号をデータ圧縮伸長したときに元の原画像に対して誤差を持ったとしても、正しくキー信号を再生することができる。
【００１４】
上述のビット割り当てを踏まえて、キー信号を映像信号の中に含めて記録・伝送する際の符号化の手順を図３を用いて説明する。ここで、背景であることを示すキー信号を値ゼロ（ビット２k０＝０）、前景であることを示すキー信号を値１（ビット２k０＝１）と決める。このようにしても、本発明の一般性は失われない。なぜなら、この割り当てが逆転しても、同様な方法で本発明を実施することができるからである。従って、本実施例では前記のとおりキー信号の意味を決定することとする。
【００１５】
図３に示すように、任意の映像の一画素の映像情報３０１は、情報量を８ビットとすれば、０〜２５５という値を取ることが可能であり、該映像情報から１ビット削減した映像情報３０２は、０〜１２７の値を取り得る。前記画素が映像の中の前景に当たる場合、キー信号として値１を持つので、最上位ビットに１が立ち、前述のキー信号を含む映像信号の各ビットの割り当てにしたがって、映像信号が値１２８〜２５５の範囲３０３に格納される。前記画素が映像の中の背景に当たる場合、キー信号として値ゼロを持つとともに、画像合成の際に不要となる映像情報もまたゼロとするように決めたので、背景の映像信号３０４は値ゼロとなり、１〜１２７の値を取る情報は、符号化時には存在しなくなる。
【００１６】
前記映像信号に対してデータ圧縮伸長した場合、原画像との間に誤差が生じ、符号化時には存在しなかった、１〜１２７の値を取る映像信号が復号によって出現する。そこで、元の映像信号から誤差を持った前記映像信号から、キー信号と映像情報を分離するための復号化処理の手順を図４を用いて説明する。
【００１７】
前述のとおり、符号化の段階では、値として１〜１２７の範囲を取ることはあり得ない。しかし、画像データを圧縮して記録・伝送し、該データを伸長した場合には、原画像との誤差が生じ、本来の前景映像情報４０３として値１２８〜２５５を取っていた情報が１２７以下の値を取る場合４０１や、背景のキー信号として、値ゼロを取っていた情報が１以上の値を取る場合４０２が現れる。
【００１８】
復号化の前に、背景を表すキー信号と前景の映像情報を分離するためのしきい値４００を決めておけば、該しきい値で背景を表すキー信号と前景の映像情報をクリッピング４０７することで、背景を示すキー信号４０６と、前景を示すキー信号を含んだ映像情報４０４とを分離することができる。前景であった場合には、さらに前景であることを示す値１を持ったキー信号（ビット２k０）を取り除き、さらに２倍に引き伸ばして元の映像情報を復元する。キー信号と映像信号を分離する時に使用するしきい値は、６４、９６、１２８などの値を選択できるようにしておくと、既に符号化されてしまった映像信号に対しても、復号化の時点で調整することができる。
【００１９】
上記のようにして画像データを圧縮、伸長した場合の映像信号の変化と、その場合に起こり得る空間的な現象について図５を用いて説明する。図５は、前景５０４と背景５０３にその領域が画像合成の際に他の映像と置き替わることを示すキー信号を持つ映像５０２と、該映像の中の任意の一行５０１の映像信号レベルとを図示したものである。
【００２０】
図５において、データ圧縮前の原画像の映像信号５０５に着目すると、領域５０b-５０c間および５０d-５０e間は前景となるので、１２８以上の値を持っている。前記以外の領域５０a-５０b、５０c-５０d、５０e-５０fは、背景となるため、背景のキー信号であることを示す値ゼロを取っている。データ圧縮伸長された映像信号５０６は、原画像の映像信号に対して誤差を持っている。誤差による情報の誤りを回避するために、適当なしきい値５０９〜５１１を設定してこのしきい値を用いてキー信号と映像信号を分離する。しかしながら、背景と前景の境界においては、正しくキー信号と映像信号を分離できない５０７、５０８のような場合が起こり得る。
【００２１】
このような場合にキー信号を調整する手段として、背景のキー信号の拡張をするか否かを復号化時に選択できるようにしておく。背景のキー信号の拡張とは、画像データを横方向に走査しながら、左右両隣の画素のキー信号を参照し、該キー信号のどちらか一方でも背景を表すキー信号であったなら、現在の画素のキー信号も背景を表す値にしてしまうものである。これにより、背景と前景の境界で誤って再生されたキー信号を調整することができる。
【００２２】
図６は、本発明方法を具体化する回路構成の一例を示すものである。図６において、キー信号許可信号は入力映像信号がキー信号を含んだものであるかキー信号を含まない通常の映像信号であるかを示す信号、キー信号拡張許可信号はキー信号拡張の有無を指定する信号、しきい値切り替え信号はキー信号と映像情報との分離に用いるしきい値を切り替えるために用いる信号で、これらの信号は前記映像信号を取り扱う者が知っているべき情報である。従って、前記信号は、入力映像信号とは別に入力する必要がある。
【００２３】
以下、データの流れに沿って説明する。キー信号許可信号が不許可（入力映像信号がキー信号を含まない）を示している場合、入力された映像信号は映像信号切り替え回路６０５で選択され、遅延回路６０７で遅延されて、そのままＹＣ−ＲＧＢ変換回路６１１，合成回路６１２へ供給される。このとき、キー信号切り替え回路６０６では、不許可を示すキー信号許可信号により、前景を表すキー信号が選ばれ、遅延回路６０８で遅延させられた後、次段のキー信号拡張回路６１０に入力される。前記キー信号は、遅延回路６０９でさらに遅延されてキー信号拡張回路６１０に入力されるため、該回路の３つの入力は全て前景を表すキー信号となり、キー信号拡張許可信号は意味を持たず、従って、前景を表すキー信号がそのまま合成回路６１２へ供給される。
【００２４】
キー信号許可信号が許可（入力映像信号がキー信号を含んでいる）を示している場合には、８ビットの入力映像信号は前述の復号化の手順に従って、しきい値を用いてキー信号と映像信号とに分離される。まず、クリッピング回路６０３で映像信号を１２８〜２５５の値にクリッピングする。この時、入力映像信号が１〜１２７の値を持っているならば、クリッピング回路６０３はそれを１２８とみなす。クリッピングされた映像信号は、補正回路６０４で１２８〜２５５の値が０〜２５４に対応するように補正される。この補正は、クリッピング回路６０３でクリッピングされた値から「１２８」をひいて２倍するという演算によって行われる。
【００２５】
次に、映像信号切り替え回路６０５で、前記補正後の映像情報が選択され、遅延回路６０７で遅延されてＹＣ−ＲＧＢ変換回路６１１に供給されてＹ信号，Ｃ信号からＲＧＢ信号への変換が行われる。そして、上記キー信号拡張回路６１０から出力されるキー信号に基づいて、合成回路６１２において背景画像信号との合成が行われてＣＲＴ等のモニタ装置へ出力される。
【００２６】
キー信号許可信号が許可を示している場合には、同時に、入力映像信号からのキー信号の抽出も行なわれる。すなわち、入力映像信号は比較回路６０２でしきい値と比較される。このしきい値は、しきい値切り替え回路６０１において、予め指定されるしきい値切り替え信号により選択された値が用いられる。比較回路６０２は、入力映像信号としきい値との比較の結果、入力映像信号がしきい値より大きかった場合には前景を表すキー信号、入力映像信号がしきい値より小さかった場合には背景を表すキー信号を出力する。該キー信号はキー信号切り替え回路６０６で選択され、そのままキー信号拡張回路６１０に入力されるか、もしくは遅延回路６０８または遅延回路６０８と６０９で遅延されてキー信号拡張回路６１０に入力される。
【００２７】
この場合、遅延回路６０８の出力が現在の画素のキー信号である。入力映像信号が横方向に走査しながら送られてくる場合には、キー信号切り替え回路６０６の出力と、遅延回路６０９の出力が左右両隣の画素のキー信号となる。キー信号拡張回路６１０では、左右両隣の画素のキー信号と現在の画素のキー信号とを参照して、いずれも前景を表すキー信号だった場合にのみ前景を表すキー信号を出力し、それ以外の場合には背景を表すキー信号を出力することで、背景のキー信号の拡張を行なっている。
【００２８】
図７は、図６の実施例の回路（再生回路と記す）を、ＭＰＥＧ（Moving Picture Expert Group）と呼ばれるビデオ規格に準拠したＭＰＥＧビデオデコーダ（動画像復号化装置）１０を用いた動画像再生システムに使用した実施例を示すブロック図である。
【００２９】
この実施例の動画像再生システムは、図７に示すようにＣＤ−ＲＯＭに圧縮、符号化して記憶された動画像データを読み出すＣＤ−ＲＯＭドライバ１と、読み出されたデータから画像データと音声データを分離するとともに制御情報を解読するマイクロコンピュータ２と、分離された音声データを復号化するＭＰＥＧオーディオデコーダ３と、分離された動画像データを復号化するＭＰＥＧビデオデコーダ１０と、図６に示されているように構成された映像信号処理回路６０とから構成され、ＭＰＥＧビデオデコーダ１０で復号化された動画像信号が本実施例の映像信号処理回路６０を介してＣＲＴ表示装置等のモニタへ、また復号化された音声信号はオーディオアンプへそれぞれ送られる。この場合、背景画像信号は、例えばマイクロコンピュータ２から与えるようにすることができる。
【００３０】
なお、４は上記マイクロコンピュータ２が実行するプログラムや固定データが格納された読出し専用メモリ、５はマイクロコンピュータ２の作業領域を提供する随時読出し書込み可能なメモリ、２０は上記ＭＰＥＧビデオデコーダ１０に接続され復号化された画像データを一時的に保持するバッファメモリ（フレームメモリ）である。
【００３１】
以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。例えば、上記実施例では入力映像信号がディジタル信号である場合について説明したが、入力映像信号がアナログ信号である場合にも本発明を適用することができる。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明を用いると、従来のデータ圧縮伸長を行う記録、あるいは伝送方式を変更することなく、映像の合成に使用するキー信号を映像信号の一部として記録・伝送することが可能となり、しかも、データ圧縮伸長の際に生ずる誤差に影響されずにキー信号を正しく再生することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】通常のキー信号を含まない映像信号のビットの割り当てを示す図である。
【図２】映像情報の一部を削減し、キー信号を含ませた場合の映像信号のビットの割り当てを示す図である。
【図３】キー信号を映像信号の中に含ませて記録・伝送する際の符号化の手順について示した図である。
【図４】データ圧縮伸長された映像信号から、キー信号と映像情報を分離する際の複号化の手順について示した図である。
【図５】データ圧縮伸長された映像信号から、キー信号と映像情報を分離する際に問題となり得る空間的な現象について示した図である。
【図６】本発明方法を具体化する回路の実施例を示したブロック図である。
【図７】本発明を適用した回路を動画像を復号化するＭＰＥＧビデオデコーダを用いた動画像再生システムに使用した場合の一実施例を示すブロック図である。
【符号の説明】
１y０〜１y７：映像情報の各ビット
２y１〜２y７：映像情報の各ビット
２k０：キー信号のビット
３０１：原画像の映像情報
３０２：１ビット削減した映像情報
３０３：前景を示すキー信号を含む映像情報
３０４：背景を示すキー信号
４００：しきい値
４０１：データ圧縮伸長による映像情報の原画像からの誤差
４０２：データ圧縮伸長による、背景を示すキー信号の原画像からの誤差
４０３：前景を示すキー信号を含む映像情報
４０４：キー信号を分離した映像情報
４０５：再生した前景の映像情報
４０６：再生した背景を示すキー信号
４０７：クリッピング
５０１：映像中の任意の一行
５０２：キー信号を含む映像
５０３：背景
５０４：前景
５０５：原画像の映像信号
５０６〜５０８：データ圧縮伸長した画像の映像信号
５０９〜５１１：キー信号と映像信号を分離するしきい値
５０a〜５０f：映像の横方向の位置
６０１〜６１０：回路の構成要素
Claims (13)
- デジタル又はアナログの本来の映像信号を、映像情報の示し得る値の範囲において映像信号の取る値と背景か非背景かを示すキー信号の値とが離れるように、所定の処理手順により変換し、その変換された映像信号を符号化して圧縮された映像信号から映像情報を再生する方法において、
前記変換された映像信号は所定のビット数で構成され、最上位ビット側の少なくとも１ビットに割り当てられる背景か非背景かを示すキー信号と、残りのビットに割り当てられる映像情報と、を含み、前記キー信号を含む映像信号の各ビットの割り当てに従って所定範囲内の値を取るように符号化され、
圧縮された映像信号を復号化するステップと、
復号化された映像信号が背景を示すキー信号を含むか否かを判定するために、復号化された映像信号と予め設定されたしきい値とを比較するステップと、
キー信号を取り除き映像信号を取り出すために、
前記復号化された映像信号の値が、非背景であることを示すキー信号の値を前記最上位側の少なくとも１ビットに割り当てたときに当該映像信号がとりうる範囲にない場合は、非背景であることを示すキー信号の値を映像信号の最上位側の少なくとも１ビットに割り当て、残りのビットに前記非背景であることを示すキー信号の値を逆転させた値を割り当てることにより、前記復号化された映像信号の値を、非背景であることを示すキー信号の値を前記最上位側の少なくとも１ビットに割り当てたときに映像信号が取りうる値にクリッピングするステップと、
前記クリッピングされた映像信号を本来の映像信号の取りうる値の範囲の信号に補正するステップと、
前記比較ステップにおいて、復号化された映像信号が背景を示すキー信号を含まないと判定された場合に、前記補正された映像信号を出力するステップと、
を有することを特徴とする画像情報の再生方法。 - 前記復号化された映像信号と予め設定されたしきい値とを比較するステップにおいて、
背景か非背景かを示すキー信号と映像信号とを分離するために前記しきい値のレベルを選択するステップを含み、
前記しきい値としてレベルの異なる複数のしきい値が用意され、復号化された映像信号とキー信号の再生を調整するために、前記復号化された映像信号とは別に入力されるしきい値切換信号によって使用するしきい値が選択されることを特徴とする請求項１に記載の画像情報の再生方法。 - 前記補正された映像信号を出力するステップにおいて、
画像情報をラインスキャン又はラスタスキャンしながら再生する場合は、現在の画素の両隣の画素のキー信号が参照され、
該キー信号のどちらか一方が背景を示す場合に、現在の画素のキー信号を背景を示す値にすることを特徴とする請求項１または２に記載の画像情報の再生方法。 - 前記補正された映像信号を出力するステップにおいて、
前記補正された映像信号はＲＧＢ信号に変換されることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の画像情報の再生方法。 - 前記圧縮された映像信号は、それぞれ予め設定されたビット数のデータ画素を有するデジタル化された画像信号であり、
キー信号は前記ビットのうちの最上位ビットに割り当てられ、
本来の映像信号の最下位ビットを削減された映像信号は、残りのビットに割り当てられることを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の画像情報の再生方法。 - 前記復号化ステップで得られた前記映像信号は、動画情報を含むラインスキャンタイプのデジタル映像信号であるとともに、一番重要度の低いビットを削除して、一番重要度の高いビットに割り当てられたキー信号を有するようにフォーマットされており、
比較ステップにおいてキー信号が背景を示すと判定された場合は背景を示す映像信号が出力され、
キー信号が背景を示さない場合は、前記補正された映像信号が出力されることを特徴とする請求項１から５の何れかに記載の画像情報の再生方法。 - 前記復号化ステップは、圧縮されたビデオ信号を伸張するステップを含むことを特徴とする請求項１から６の何れかに記載の画像情報の再生方法。
- 前記非背景は画像情報の前景であることを特徴とする請求項１から７の何れかに記載の画像情報の再生方法。
- 再生した画像を他の画像と合成する場合に必要なキー信号を映像信号と同時に記録或いは伝送することを可能とするために、前記キー信号を映像信号の一部として映像信号に含めて高能率画像符号化する映像信号の符号化方法であって、
デジタル又はアナログの本来の映像信号を画素ごとに予め設定されたビットで構成されデジタル化された本来の映像信号に変換し、映像情報の示し得る値の範囲において映像信号の取る値と背景か非背景かを示すキー信号の値とが離れるように、デジタル化された本来の映像信号の最下位側を少なくとも１ビット削減し、かわりに画像中の背景か非背景かを示すキー信号を最上位側の少なくとも１ビットに割り当てるとともに、残りのビットに映像情報を割り当て、前記キー信号が背景を示す場合は映像情報を構成するすべてのビット値を当該キー信号のビット値と同じにすることにより、前記キー信号を含む映像信号の各ビットの割り当てに従って映像信号が所定範囲内の値を取るように変換するステップと、
圧縮された映像信号を生成するために前記変換された映像信号を高能率画像符号化するステップと、を有し、
映像情報と、画像中の背景か非背景かを示す情報と、を含む符号化データを生成することを特徴とする映像信号の符号化方法。 - 前記変換ステップは、
デジタル化された映像信号を画素ごとに輝度成分と複数の色信号に分離するステップと、
キー信号を生成するために前記複数の色信号と予め指定された背景色とを比較するステップと、
前記輝度成分を重要度の低い側に１ビットに移行し、一番重要度の高いビットに前記キー信号を割り当てるステップと、
前記生成されたキー信号に基づいて、輝度成分を移行した信号か、すべてのビット値を０とされた信号の何れか一方を出力するステップと、
前記出力された信号と前記複数の色信号とを合成するステップと、
を有することを特徴とする請求項９に記載の映像情報の符号化方法。 - デジタル又はアナログの本来の映像信号を、映像情報の示し得る値の範囲において映像信号の取る値と背景か非背景かを示すキー信号の値とが離れるように、所定の処理手順により変換し、その変換された映像信号を符号化して圧縮された映像信号から映像情報を再生するシステムにおいて、
前記変換された映像信号は所定のビット数で構成され、最上位ビット側の少なくとも１ビットに割り当てられる背景か非背景かを示すキー信号と、残りのビットに割り当てられる映像情報と、を含み、前記キー信号を含む映像信号の各ビットの割り当てに従って所定範囲内の値を取るように符号化され、
圧縮された映像信号を復号化するデコーダと、
復号化された映像信号が背景を示すキー信号を含むか否かを判定するために、復号化された映像信号と予め設定されたしきい値とを比較する比較器と、
キー信号を取り除き映像信号を取り出すために、
前記復号化された映像信号の値が、非背景であることを示すキー信号の値を前記最上位側の少なくとも１ビットに割り当てたときに当該映像信号がとりうる範囲にない場合は、非背景であることを示すキー信号の値を映像信号の最上位側の少なくとも１ビットに割り当て、残りのビットに前記非背景であることを示すキー信号の値を逆転させた値を割り当てることにより、前記復号化された映像信号の値を、非背景であることを示すキー信号の値を前記最上位側の少なくとも１ビットに割り当てたときに映像信号が取りうる値にクリッピングするクリッピング回路と、
前記クリッピングされた映像信号を本来の映像信号の取りうる値の範囲の信号に補正する補正回路と、
前記比較器によって復号化された映像信号が背景を示すキー信号を含まないと判定された場合に、前記補正された映像信号を出力する合成回路と、
で構成されることを特徴とする映像情報の再生システム。 - 前記デコーダは、伸張回路を含むことを特徴とする請求項１１に記載の画像情報の再生システム。
- 前記デコーダで得られた前記映像信号は、動画情報を含むラインスキャンタイプのデジタル映像信号であり、一番重要度の低いビットを削除して、一番重要度の高いビットに割り当てられたキー信号を有するようにフォーマットされており、
前記合成回路は、前記比較器によってキー信号が背景を示すと判定された場合は背景を示す映像信号を出力し、キー信号が背景を示さない場合は、前記補正された映像信号を出力することを特徴とする請求項１１又は１２に記載の画像情報の再生システム。
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