JP2002543687A - サブピクセル精度の動きベクトル推定及び動き補償された補間 - Google Patents
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Abstract
Description
予測のための方法及び装置に関連し、また、かかるサブピクセル動き補償された
補間装置に関連する。
処理適用の範囲で使用される。これらの適用のうちの幾つか、特にスキャンレー
ト変換適用は、対象の真の動きが推定されることを必要とする[1]、[2]。
他の適用、例えば符号化及び順次走査変換への飛び越し走査は、残る符号化誤差
即ちエイリアスの振幅が低くなるよう高い精度の動きベクトルを必要とする[3
]、[4]。最後に、例えば動き推定の消費者適用といった適用のカテゴリがあ
り、この場合、動き推定量の費用が非常に重要である[5]。真の動き推定を実
現するために幾つかのアルゴリズムが提案されている[1]、[2]、[5]、
[6]、[7]、及び、[8]。また、低い複雑性レベルで動き推定を実現する
ためのアルゴリズムが提案されており、例えば、[5]、[8]、[9]、[1
0]、及び、[11]、通常はサブピクセル精度を可能とする画素反復アルゴリ
ズム、例えば[12]又は[13]のほかに、非常に精度な動きベクトルの推定
を可能とする多数のブロックマッチングアルゴリズム[1]、[14]、及び、
[15]が報告されている。
画像の固定の部分にマッチさせることが試みられる。推定器がブロックマッチン
グ器であれば、差の絶対値の和(SAD)の規準を用いて、誤差尺度は、
の位置を示し、F(x,n)はルミナンス信号であり、nはピクチャ又は画像番
号である。得られる動きベクトルは、現在画像中のブロックの速度を表わる。
、やはり最適なマッチが生ずるよう反対方向にシフトされる。マッチ誤差は、
転させた後の2つのシフトの和)は、2つのシフトされた画像間に配置される(
利用可能でない)画像中のブロックの速度を表わす。パラメータαは、0乃至1
の間にあり、時間的な位置を決定する。このタイプの動き推定器は、特にフレー
ムレート変換適用に関係がある。
ある必要のある場合に、サブピクセル精度で真の動き推定の問題を解決すること
を目的とする。これは、特に、スキャンレート変換器に適用される推定器に関係
がある。サブピクセル精度のためには、所与の画素値間の位置における画素の補
間が必要である。一般的に使用される方法は、いわゆる双1次補間であり、これ
は複雑性が低いために実施上の利点がある。
ことを目的とする。このために、本発明は独立項に定義されるような動きベクト
ル推定及び動き補償された補間又は予測のための方法及び装置を提供する。有利
な実施例は従属項に定義される。
oach to consumer display field rate conversion", Eindhoven 1992, section
8.1.1には、整数候補ベクトル(即ち整数ベクトル成分のみを有するもの)から
第1及び第2の整数ベクトル(即ち、やはり整数ベクトル成分のみを有するもの
)を得る方法が記載されている。奇数候補ベクトル、即ち奇数垂直成分を有する
ベクトル、について、0.5という分数で乗算することにより非整数ベクトル成
分が得られる。偶数垂直成分を有する候補ベクトルの場合には、その偶数垂直成
分を0.5という分数で乗算することによって非整数ベクトル成分が得られない
ため、問題が生ずる。この公知の方法では、分数ベクトル成分を得るために整数
候補ベクトルのベクトル成分を分数で乗算し、第1のベクトルから整数ベクトル
成分を得るために分数ベクトル成分を丸め、第2の整数ベクトルを得るために整
数候補ベクトルから第1の整数ベクトルを差し引き、それにより第2のベクトル
も整数ベクトル成分を有するようにする。
最大の整数値(又はそれよりも大きい最小の整数値)に向かって切り捨てること
(又は切り上げること)、及び、最も近い整数値に向かって丸めることの両方を
意味するものとする。「画像」という用語は、フィールド及びフレームの両方を
意味するものとする。
。
る画像にそのまま使用することにより、幾つかの変位ベクトルが他のベクトルよ
りもかなり好まれ、これは一方の画像にのみサブピクセル補間を用い、ベクトル
画像が有効となるべき意図される時間的位置から小さいが無視できる逸脱を許容
することによって防止されうる。
題が対称的な動き推定の場合に特に生ずることについての注目したことによって
得られたものである。試験される全ての動きベクトルが画素グリッド上での整数
シフトを生じさせるかぎり、ピクチャ内容に無関係に特定の動きベクトルが優先
されることはない。しかしながら、サブピクセル補間が所望である場合は異なる
。双1次補間を用いる対照的な推定器の場合、両方のシフトされた画像がマッチ
ングされ、補間フィルタからの同じ分光損を生ずる。所与の分数的な速度につい
ての補間フィルタの損失が高いほど、マッチング誤差は低くなり、即ちこの速度
が優先される。非対称動き推定器の場合、サブピクセルシフト動作によってただ
1つの画像のみが空間的にフィルタリングされ、従ってフィルタの損失が高いほ
ど、マッチング誤差は高くなり、この速度は優先されなくなる。いずれの場合も
、意図されずに優先される可能性を低くするためにより高価なフィルタが適用さ
れうる。
な可能な補間フィルタ(線形補間)を用いた場合は、対称的な形態よりも非対称
的な形態のほうが良いことがわかった。いくらかの計算的な努力により、徐々に
変化する速度での周波数掃引のために全ての補間フィルタについてのマッチング
誤差を計算することによって予想されることが確かめられる。
的な動き推定器中の非対称的な推定器のより高い精度及びより低い費用をもたら
すからである。本発明では、推定器の整数部についてのみ推定器を対称とし、ベ
クトルの分数部については非対称とされる。マッチング誤りは、
次の画像を指し、一方、前の画像を指すC p(X,n)及びC n(X,n)は、
X,n)は分数部を含み、C n(X,n)は整数ベクトルである。明らかに、C n を完全に整数とし、C pを非整数成分を有しうる残る部分とすることができる。
この変形例は、請求の範囲に含まれる。
おける固定のブロックの速度を表わすのではないが、わずかに(最大でもベクト
ルのサブピクセル部の半分)シフトされたブロック、又は、時間的に僅かにシフ
トされた画像中の対応する位置に割り当てられるべきである。しかしながら、得
られる誤差は基本的に非常に小さく、従って無視できる。
善された精度だけでなく、より低い費用で実施が実現されうることである。従っ
て、動き推定器だけでなく、動き補償された画像補間器にも概念を適用すること
ができる。
に記載されるのと全く同様に、
らの画素について所望とされ(メモリへのアクセスも減少させうる)、一方画像
が補間される時間的なインスタンスにおける非常に小さい変更が生ずる。
徐々に変化されるために次善のものとして示されている。2つの動きベクトルの
うちの1つを丸めることにより、2つの動きベクトルの組み合わせが有効である
時間的な位置には不連続性がある。この不連続性は、徐々に変化する動きベクト
ルフィールドの場合はアップコンバートされた画像中で明らかに可視である。元
の提案の適応されたバージョンは、この不連続性をより小さくする。式6はDp
の式については上述のままとされるが、Dnについての式は、 D n(X,n)=(1−α)D(X,n) (8) に変更される。ベクトルDpとDnの和は、もはやDではない。
を有するが、徐々に変化する動きベクトル場が適用されたときは不連続性(動き
ジャダー)を示さない(代わりに、ピクチャ毎に分解能が変化するが、これは実
験的には、ジャダーよりも本質的に優勢であることが分かっている)。この変更
されたアルゴリズムは、動き補償されたアップコンバージョンの場合にのみ適用
され、動き推定アルゴリズムは上述のままとされる。
1は、画像n−1中のラインを表わし、列nは画像n中のラインを表わし、列n
−1/2中のドットは補間されるべきラインを表わす。破線は、一般的なサブピク
セル精度ベクトルDにより2つの既存のライン間のある位置を夫々指す2つのハ
ーフベクトルD/2が得られ、それにより2つの非整数補間が必要であることを
示す。本発明によれば、これらのハーフベクトルのうちの1つは既存のラインを
指すベクトルを得るために丸められ(Rnd(D/2))、他方のハーフベクト
ルは元のサブピクセル精度ベクトルDからこの丸められた第1のベクトルRnd
(D/2)を差し引くことによって得られる。
モリFMは、所望の時間遅延を確実とするものであり、その入力は画像nであり
、出力は画像n−1である。図2の実施例は、一組の2つのラインメモリ部LM
1、LM2を更に含み、各ラインメモリ部は、例えば5つのラインメモリを有し
、各ラインメモリについて16の画素メモリを有し、それにより所与の領域中の
各画素に達しうる、タップされた遅延ラインを含む。
続され、位置補間器INTを通じてラインメモリ部LM2に接続される動きベク
トル推定器MEを示す。このようにして、動きベクトル推定器MEは、候補動き
ベクトルCをラインメモリ部LM1,LM2に与え、ラインメモリ部LM1,L
M2は対応する画素値を動きベクトル推定器MEへ与える。EP−A−0,41
5,491に記載されるように、動きベクトル推定器MEは、動きベクトルメモ
リVMによって供給される先行画像に対して決定されるベクトルも使用すること
が望ましい。動き推定器は、出力ベクトルDを与える。
数ベクトルC pと残るベクトルC nに分割され、C pとC nの間の分割は分数αに依
存する。候補動きベクトルCは分数αで乗算され、その結果は丸め回路RNDに
与えられ、丸め回路RNDによってベクトルC pが供給され、ベクトルC pはスイ
ッチマトリックスSMXに与えられる。ベクトルC pは減算回路Sによって候補
動きベクトルCから差し引かれ、残りのベクトルC nが得られ、この残りのベク
トルC nは位置補間器INTに与えられる。
動きベクトルDは、導出ユニットDUによって式(6)に従って完全な整数ベク
トルD pと残るベクトルD nに分割され、Dpは式(7)によって示されるもので
あり、Dnは式(8)によって示されるものである。このように、図3の導出ユ
ニットDU’は、乗算器M2がベクトルDnを得るために入力動きベクトルDを
係数1−αで乗算する点で、図2の導出ユニットDUとは異なる。位置補間器I
NT及びスイッチマトリックスSMXから取り出される画素値は平均化回路AV
によって平均がとられ、出力画像n−1/2が得られる。
は、チューナTUNにテレビジョン信号を与え、チューナTUNはプロセッサP
ROCにビデオ信号を与え、プロセッサPROCは処理されたビデオ信号を発生
する。処理されたビデオ信号中の画像の数は、図3に示される種類の動き補償さ
れた補間器MCINTによって2倍とされる。動き補償された補間器MCINT
は、図2に示される種類の動きベクトル推定器から動きベクトルDを受信してい
る。有利には、US−A−5,495,300に記載されるように、動き推定器
と動き補償された補間器は結合され、単一の回路を形成する。
セル精度の動き推定は、データの補間を必要とする。近傍の画像をベクトルの相
補的な分数によってシフトする対称的な動き推定器には、2つのかかる補間フィ
ルタが所望である。ブロックマッチング動き推定アルゴリズムの場合、様々な候
補ベクトルのマッチング誤差はサブピクセル補間フィルタの質に依存する。これ
らのフィルタはベクトルの分数の値によって異なるため、幾つかの分数ベクトル
値を他のベクトル値よりも意図的でなく優先させることがある。本発明では、候
補ベクトルを整数部と一般的に非整数である部分へ分割し、それにより候補ベク
トルをベクトルが有効とされる必要のある時間的な位置に正確に一致するよう分
割するよりも、正確であり、費用が低くなる。
は、 入力ベクトルから第1及び第2のベクトルを発生させる手段と、 第1の画像からの画素を第1のベクトルに亘ってシフトさせる手段と、 第2の画像からの画素を第2のベクトルに亘ってシフトさせる手段とを含み、 第1のベクトルの成分と入力ベクトルの成分の比率はこれらの成分の値に依存
することを特徴とする。
。有利には、第1のベクトルが整数成分を有することのみが許されているとする
と、第1のベクトルの成分と入力ベクトルの成分の比率は出来る限り良く0と1
の間の固定の係数に近づき、第2のベクトルは1つ以上の非整数成分を有しうる
。
は、 入力ベクトルから第1及び第2のベクトルを発生させる手段と、 第1の画像からの画素を第1のベクトルに亘ってシフトさせる手段と、 第2の画像からの画素を第2のベクトルに亘ってシフトさせる手段とを含み、 第1のベクトルが整数成分のみを有するのに対して、第2のベクトルは1つ以
上の非整数成分を有しうることを特徴とする。
なく、当業者によれば請求の範囲を逸脱することなく他の実施例を設計すること
ができることに注意すべきである。第1の優先権出願である1999年4月26
日出願のEP99201298.9は、補間に関する請求の範囲に含まれる他の
動き補償された補間器を示す。請求の範囲において、括弧内に含まれる参照符号
は、請求項を制限するものと理解されるべきではない。「含む」という単語は、
請求項に記載される以外の要素又は段階の存在を排除するものではない。単数形
で示される要素は、かかる要素の複数形の存在を排除するものではない。本発明
は、幾つかの別個の要素を含むハードウエア、及び適当にプログラムされたコン
ピュータによって実施されうる。幾つかの手段を列挙した装置に関する請求項で
は、これらの手段のうちの幾つかはハードウエアの単一のアイテム上で具現化さ
れうる。
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HDTV and beyond, Torino, 1989
Claims (11)
- 【請求項1】 第1の画像(n−1)と上記第1の画像から所与の時間的な
距離だけ離れた第2の画像(n)との間で、上記第1の画像(n−1)から上記
所与の距離を等分割したうちの何個分かを表わす分数(α)で表現される距離に
ある画像(n−1/2)の補間又は予測に使用されることが意図されるサブピクセ
ル精度の動きベクトル(D)を推定する方法であって、 上記方法は、 非整数値をとりうるベクトル成分を有する候補ベクトル(C)を発生する(M
E)段階と、 上記候補ベクトル(C)から第1のベクトル(C p)及び第2のベクトル(C n )を導出する(DU)段階と、 上記第1のベクトル(C p)によってシフトされた(SMX,LM1)上記第
1の画像(n−1)中の第1の位置と上記第2のベクトル(C n)によってシフ
トされた(INT,LM2)上記第2の画像(n)中の第2の位置とを比較する
ことによって上記候補ベクトル(C)を評価する(ME)段階とを有し、 上記導出(DU)段階は、 上記候補ベクトル(C)の上記ベクトル成分に上記分数(α)を乗算して(M
)分数表現ベクトル成分を得る段階と、 上記分数表現ベクトル成分を丸めて(RND)整数ベクトル成分のみを有する
上記第1のベクトル(C p)のベクトル成分を得る段階とを有し、上記第2のベ
クトル(C n)は非整数値をとりうるベクトル成分を有することを特徴とする方
法。 - 【請求項2】 上記導出段階(DU)は更に、 上記候補ベクトルから上記第1のベクトル(C p)を差し引いて(S)上記第
2のベクトル(C n)を得る段階を有する、請求項1記載の方法。 - 【請求項3】 第1の画像(n−1)と上記第1の画像から所与の時間的な
距離だけ離れた第2の画像(n)とから、非整数値をとりうるベクトル成分を有
するサブピクセル精度の動きベクトル(D)を用いて上記第1の画像(n−1)
から上記所与の距離を等分割したうちの何個分かを表わす分数(α)で表現され
る距離にある画像(n−1/2)を生成する方法であって、 上記方法は、 上記サブピクセル精度の動きベクトル(D)から第1のベクトル(D p)及び
第2のベクトル(D n)を導出する段階(DU)と、 上記第1のベクトル(D p)によってシフトされた(SMX,LM1)上記第
1の画像(n−1)中の第1の位置と上記第2のベクトルによってシフトされた
(INT,LM2)上記第2の画像(n)中の第2の位置とを組み合わせること
によって上記中間画像(n−1/2)を生成する段階とを有し、 上記導出段階(DU)は、 上記サブピクセル精度の動きベクトル(D)の上記ベクトル成分に上記分数(
α)を乗算して(M)分数表現ベクトル成分を得る段階と、 上記分数的なベクトル成分を丸めて(RND)整数ベクトル成分のみを有する
上記第1のベクトル(D p)のベクトル成分を得る段階とを有し、上記第2のベ
クトル(D n)は非整数値をとりうるベクトル成分を有することを特徴とする方
法。 - 【請求項4】 上記導出段階(DU)は更に、 上記サブピクセル精度の動きベクトル(D)から上記第1のベクトル(D p)
を差し引いて(S)上記第2のベクトル(D n)を得る段階を有する、請求項3
記載の方法。 - 【請求項5】 上記導出段階(DU)は更に、 上記サブピクセル精度の動きベクトル(D)に、1から上記分数(α)を差し
引いた分数を乗算して(M2)上記第2のベクトル(D n)を得る段階を有する
、請求項3記載の方法。 - 【請求項6】 第1の画像(n−1)と上記第1の画像から所与の時間的な
距離だけ離れた第2の画像(n)との間で、上記第1の画像(n−1)から上記
所与の距離を等分割したうちの何個分かを表わす分数(α)で表現される距離に
ある画像(n−1/2)の補間又は予測に使用されることが意図されるサブピクセ
ル精度の動きベクトル(D)を推定する装置であって、 上記装置は、 非整数値をとりうるベクトル成分を有する候補ベクトル(C)を発生する(M
E)手段と、 上記候補ベクトル(C)から第1のベクトル(C p)及び第2のベクトル(C n )を導出する(DU)手段と、 上記第1のベクトル(C p)によってシフトされた(SMX,LM1)上記第
1の画像(n−1)中の第1の位置と上記第2のベクトル(C n)によってシフ
トされた(INT,LM2)上記第2の画像(n)中の第2の位置とを比較する
ことによって上記候補ベクトル(C)を評価する(ME)手段とを有し、 上記導出(DU)手段は、 上記候補ベクトル(C)の上記ベクトル成分に上記分数(α)を乗算して(M
)分数表現ベクトル成分を得る手段と、 上記分数表現ベクトル成分を丸めて(RND)整数ベクトル成分のみを有する
上記第1のベクトル(C p)のベクトル成分を得る手段とを有し、上記第2のベ
クトル(C n)は非整数値をとりうるベクトル成分を有することを特徴とする装
置。 - 【請求項7】 上記導出手段(DU)は更に、 上記候補ベクトルから上記第1のベクトル(C p)を差し引いて(S)上記第
2のベクトル(C n)を得る手段を有する、請求項6記載の装置。 - 【請求項8】 第1の画像(n−1)と上記第1の画像から所与の時間的な
距離だけ離れた第2の画像(n)とから、非整数値をとりうるベクトル成分を有
するサブピクセル精度の動きベクトル(D)を用いて上記第1の画像(n−1)
から上記所与の距離を等分割したうちの何個分かを表わす分数(α)で表現され
る距離にある画像(n−1/2)を生成する装置であって、 上記装置は、 上記サブピクセル精度の動きベクトル(D)から第1のベクトル(D p)及び
第2のベクトル(D n)を導出する手段(DU)と、 上記第1のベクトル(D p)によってシフトされた(SMX,LM1)上記第
1の画像(n−1)中の第1の位置と上記第2のベクトルによってシフトされた
(INT,LM2)上記第2の画像(n)中の第2の位置とを組み合わせること
によって上記中間画像(n−1/2)を生成する手段とを有し、 上記導出手段(DU)は、 上記サブピクセル精度の動きベクトル(D)の上記ベクトル成分に上記分数(
α)を乗算して(M)分数表現ベクトル成分を得る手段と、 上記分数的なベクトル成分を丸めて(RND)整数ベクトル成分のみを有する
上記第1のベクトル(D p)のベクトル成分を得る手段とを有し、上記第2のベ
クトル(D n)は非整数値をとりうるベクトル成分を有することを特徴とする装
置。 - 【請求項9】 上記導出手段(DU)は更に、 上記サブピクセル精度の動きベクトル(D)から上記第1のベクトル(D p)
を差し引いて(S)上記第2のベクトル(D n)を得る手段を有する、請求項8
記載の装置。 - 【請求項10】 上記導出手段(DU)は更に、 上記サブピクセル精度の動きベクトル(D)に、1から上記分数(α)を差し
引いた分数を乗算して(M2)上記第2のベクトル(D n)を得る手段を有する
、請求項8記載の装置。 - 【請求項11】 テレビジョン信号を受信する手段と、 表示信号を得るために上記受信手段に結合される請求項8記載の生成装置と、 上記表示信号を表示する手段とを有する、テレビジョン装置。
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EP99202479.4 | 1999-07-28 | ||
EP99202479 | 1999-07-28 | ||
EP99201298.9 | 1999-07-28 | ||
PCT/EP2000/003538 WO2000065829A1 (en) | 1999-04-26 | 2000-04-17 | Sub-pixel accurate motion vector estimation and motion-compensated interpolation |
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