JP2004320279A - Dynamic image time axis interpolation method and dynamic image time axis interpolation apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、動画像時間軸補間方法及び動画像時間軸補間装置に係り、特に入来動画像信号の画像レートと異なった画像レートの動画像信号を得るために、元の動画像信号に存在しない時間のフレームないしフィールドを、入来動画像信号から補間して形成し、入来動画像信号の実効フレーム(フィールド)レートを変化させる動画像時間軸補間方法及び動画像時間軸補間装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
通常のNTSC方式のテレビ信号は、インターレース走査で毎秒60フィールドなので、動画像の動きのスムーズさにおいてあまり問題はない。これに対し、映画など毎秒24駒ないし30駒のフィルム映像や、毎秒30フレームの順次走査で作られたコンピュータグラフィックス画像などは、動画像に動きの不自然さ(ジャダー、ジャーギネス)がある。
【0003】
一方、PAL方式やSECAM方式のテレビ信号は、毎秒50フィールドなので、NTSC方式で放送や表示するためには、毎秒60フィールドに変換する必要がある。また、PAL方式やSECAM方式は、フィールド周波数が低いので、大画面フリッカが問題となり、表示においては50フィールドではなく、75フィールドや100フィールドに変換することが望まれる。
【0004】
このように、入力動画像信号と異なった画像レートの動画像信号に変換する場合、画像の動きが自然であることが望まれる。そのため、動き補償補間として時間的に存在しないフレームやフィールドを形成し、スムーズな動きで実効画像レートを変化させる動き補償を行う動画像レート変換方法(動画像時間軸補間方法)は、従来より提案されている(例えば、特許文献1、特許文献2参照)。
【0005】
すなわち、特許文献1には、動きベクトルに基づいて動き補正した動き補正フィールドを所定のフィールド内挿比にて加重加算して内挿フィールドを得る場合に、フィールド内挿比をフィールドの位相関係により定まる値及び動きベクトルの値に基づいて適応的に切り替える動画像時間軸補間方法が開示されている。
【0006】
また、特許文献2には、画像信号に基づいてブロック単位動きベクトルを探索し、ブロック単位動きベクトルに基づいて画素単位動きベクトルを生成し、画素単位動きベクトルに基づいて生成した画像信号の内挿フレーム又は画像信号のフレームの信号で生成した画像信号の内挿フレームを用いて画像信号のフレーム数を変換する方法が開示されている。
【0007】
また、従来、図4のブロック図に示す動画像補間装置も知られている。図4は毎秒30フレームの順次走査画像信号を毎秒60フレームの順次走査画像信号に変換する動画像補間装置を示しており、画像入力端子1より入力された毎秒30フレームの順次走査画像信号は、フレーム遅延器2、動き推定器51、動き補償器6及びフレームバッファ10にそれぞれ供給される。フレーム遅延器2は、入力された毎秒30フレームの順次走査画像信号を、略1フレーム分遅延させる。
【0008】
動き推定器51は、画像入力端子1からの毎秒30フレームの順次走査画像信号と、フレーム遅延器2で略1フレーム分遅延された毎秒30フレームの順次走査画像信号とが入力され、補間する時間位置の前後のフレーム間のマッチングから補間画像の各部分の動きベクトル(MV)を求める。ここで各部分は8×8画素などのブロックなどであるが、より細かなブロックや方形ブロックでない場合もある。
【0009】
動き補償器6は、画像入力端子1からの毎秒30フレームの順次走査画像信号を、動き推定器51からのMVに従って空間的に移動させる。動き補償器7は、フレーム遅延器2の出力である略1フレーム遅延した毎秒30フレームの順次走査画像信号を、動き推定器51からのMVに従って空間的に移動させる。ここで、両方の動き補償器6及び7に対してMVは共通であるが、移動させる方向は動き補償器6と動き補償器7で逆となる。
【0010】
動き補償器6で動き補償された入力画像信号と、動き補償器7で逆向きに動き補償された1フレーム遅延画像信号は加算器8で加算された後、2で除算されて補間画像となる。この補間画像はフレームバッファ11に蓄えられ、2倍の速度で読み出される。同様に、画像入力端子1からの入力順次走査画像信号もフレームバッファ10に蓄えられ、2倍の速度で読み出される。入力画像信号の1フレーム時間で、フレームバッファ10に保持されている入力画像信号と、フレームバッファ11に保持されている補間画像信号が交互に読み出され、スイッチ12を介して画像出力端子13に2倍の画像レート、すなわち毎秒60フレームの順次走査画像信号として出力される。
【0011】
この従来装置による補間の様子を図5に示す。同図において、一つの円は1画素であり、濃淡は画素値を示す。縦の連続は、走査線の一部または垂直方向の画素列を示す。また、実線で示されたものは毎秒30フレームの入力順次走査画像信号であり、破線で示されたものは補間画像信号である。中央が現在の被補間画素であり、濃く細い矢印が前後フレーム間の相関が高いMVで、薄く太い矢印がそのMVによる動き補償補間である。図5は、画素が時間と共に緩やかに動いているが、動き補償により適切な補間ができることが分かる。
【0012】
【特許文献1】
特開平10−23374号公報
【特許文献2】
特開平11−112939号公報
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに、上述した従来の動画像時間軸補間装置及び方法は、被補間画像(フレームまたはフィールド)の前後の画像の相関に基づいて補間を行うため、前後の画像間で変化が大きい場合に、相関が良好な画像部分がなく、適切な補間ができないといった問題がある。また、従来は動きベクトルは1種類のみが求められたので、唯一求められた動きベクトルが不適切であると、補間は適切に行われない。
【0014】
本発明は以上の点に着目してなされたもので、時間的に順方向となる補間画像と逆方向となる補間画像を得て、被補間画像間の相関および確からしさに従って両補間画像を適応加算し最終的な補間画像を得ることで、時間変化の大きな画像部分も適切な補間画像が形成される動画像時間軸補間方法及び動画像時間軸補間装置を提供することを目的とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明の動画像時間軸補間方法は、入来動画像から時間的に異なる補間画像(フレーム乃至フィールド)を生成し、入来動画像と補間画像から新たな動画像を形成する動画像時間軸補間方法であって、生成されるべき補間画像に対し時間的に未来の入来動画像のフレーム又はフィールドを動き補償した逆方向補間画像と、その信頼度の情報を得る第1のステップと、生成されるべき補間画像に対し時間的に過去の入来動画像のフレーム又はフィールドを動き補償した順方向補間画像と、その信頼度の情報を得る第2のステップと、順方向補間画像と逆方向補間画像の補間画像間類似度を求める第3のステップと、逆方向補間画像の信頼度の情報と、順方向補間画像の信頼度の情報と、補間画像間類似度とに応じて、順方向補間画像と逆方向補間画像とを適応加重加算して補間画像を生成する第4のステップと、入来動画像と生成した補間画像とから新たな動画像を形成する第5のステップとを含むことを特徴とする。
【0016】
また、上記の目的を達成するため、本発明の動画像時間軸補間装置は、入来動画像から時間的に異なる補間画像(フレーム乃至フィールド)を生成し、入来動画像と補間画像から新たな動画像を形成する動画像時間軸補間装置であって、生成されるべき補間画像に対し時間的に未来の入来動画像のフレーム又はフィールドを動き補償した逆方向補間画像と、その信頼度の情報を得る逆方向補間手段と、生成されるべき補間画像に対し時間的に過去の入来動画像のフレーム又はフィールドを動き補償した順方向補間画像と、その信頼度の情報を得る順方向補間手段と、順方向補間画像と逆方向補間画像の補間画像間類似度を求める相関検出手段と、逆方向補間画像の信頼度の情報と、順方向補間画像の信頼度の情報と、補間画像間類似度とに応じて、順方向補間画像と逆方向補間画像を適応加重加算して補間画像を生成する適応加重手段と、入来動画像と生成した補間画像とから新たな動画像を形成する動画像形成手段とを有する構成としたものである。
【0017】
上記の本発明の動画像時間軸補間方法及び装置では、補間画像に対し時間的に未来の入来動画像のフレーム又はフィールドを動き補償した逆方向補間画像を形成すると共に、補間画像に対し時間的に過去の入来動画像のフレーム又はフィールドを動き補償した順方向補間画像を形成し、これら逆方向補間画像と順方向補間画像の各信頼度の情報と、逆方向補間画像と順方向補間画像の補間画像間類似度とに応じて、逆方向補間画像と順方向補間画像を適応加重加算して補間画像信号を得るようにしたため、常に適切な方の補間画像から最終的な補間画像信号を形成することができる。
【0018】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面と共に説明する。図1は本発明になる動画像時間軸補間装置の一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てある。本実施の形態は図4に示した従来装置と比較して、フレーム遅延器3及び4と、減算器9と、加重判定器14と、乗算器16及び17とが追加されており、動き推定器5及び15の処理動作が動き推定器51と大幅に異なる。
【0019】
図1において、画像入力端子1より入来した順次走査画像信号である動画像信号は、フレーム遅延器2と動き推定器5にそれぞれ供給される。フレーム遅延器2は、入力された動画像信号を略1フレーム分遅延させる。フレーム遅延器2の出力動画像信号は、フレーム遅延器3、動き推定器5及び15、動き補償器6、フレームバッファ10にそれぞれ供給される。フレーム遅延器3はフレーム遅延器2から入力された動画像信号を略1フレーム分遅延させ、フレーム遅延器4、動き推定器5及び15、動き補償器7にそれぞれ供給する。フレーム遅延器4は、フレーム遅延器3から入力された動画像信号を略1フレーム分遅延させ、動き推定器15に供給する。
【0020】
ここで、画像入力端子1からの入力動画像信号、フレーム遅延器2の出力遅延動画像信号、フレーム遅延器3の出力遅延動画像信号、フレーム遅延器4の出力遅延動画像信号は、それぞれ略1フレームずつ遅延した4フレームとして使われる。入力動画像信号を第1画像、フレーム遅延器2の出力遅延動画像信号を第2画像、フレーム遅延器3の出力遅延動画像信号を第3画像、フレーム遅延器4の出力遅延動画像信号は第4画像とする。
【0021】
動き補償器6は第2画像を、動き推定器5から供給される逆方向動きベクトル(MVB)に従って空間的に移動させる。動き補償器7は第3画像を、動き推定器15から供給される順方向動きベクトル(MVF)に従って空間的に移動させる。動き補償器6で動き補償された第2画像は、被補間画像より時間的に未来の逆方向補間画像となり、乗算器16で加重判定器14から供給される係数kと乗算される。同様に、動き補償器7で動き補償された第3画像は、被補間画像より時間的に過去の順方向補間画像となり、乗算器17で加重判定器14から供給される係数(k−1)と乗算される。乗算器16と乗算器17の各出力信号は加算器8で加算され、最終的な補間画像信号となり、フレームバッファ11に供給されて1フレーム分蓄積される。
【0022】
また、上記の逆方向補間画像と上記の順方向補間画像は、減算器9で減算され、減算結果である差分が加重判定器14に供給される。加重判定器14は、入来差分を絶対値または二乗し、空間的に積分して、当該ブロックの補間信号間の相関結果を得る。さらに動き推定器5及び15から供給される補間の信頼度情報を得て、相関結果と信頼度情報に基づいて係数kを決定し、乗算器16と17に与える。kの具体的決定方法については後述する。
【0023】
フレームバッファ11に蓄えられた1フレーム分の補間画像信号は、書き込み時の2倍の速度で読み出される。一方、フレーム遅延器2から出力された第2画像がフレームバッファ10に1フレーム分蓄えられた後、書き込み時の2倍の速度で読み出される。入来動画像信号の1フレーム時間で、フレームバッファ10に保持されている動画像信号(第2画像)と、フレームバッファ11に保持されている補間画像信号が交互に読み出され、入来動画像信号の画像レートの2倍の画像レートの動画像信号として出力される。
【0024】
本実施の形態では従来例の動き推定器51の代わりに動き推定器5と15が設けられている。図2は動き推定器5の一実施の形態のブロック図を示す。図2において、フレーム遅延器2、3は、図1のフレーム遅延器2、3と共通である。第1画像である入来動画像信号は動き補償器21へ、第2画像であるフレーム遅延器2の出力動画像信号は動き補償器22へ、第3画像であるフレーム遅延器3の出力動画像信号は動き補償器23へそれぞれ供給される。動き補償器21、22及び23は仮MV設定器29から与えられる仮MVに従って動き補償を行う。
【0025】
ここで、仮MVはすべての動き補償器21、22及び23に共通であるが、空間移動量は動き補償器21、22及び23によって異なる。補間画像とそれぞれの画像の時間関係から、水平成分、垂直成分共に第2画像用の動き補償器22を「1」とすると、第1画像用の動き補償器21は「3」、第3画像用の動き補償器23は「−1」の相対関係になる。
【0026】
動き補償器21で動き補償された第1画像は減算器31へ、動き補償器22で動き補償された第2画像は減算器31と減算器32へ、動き補償器23で動き補償された第3画像は減算器32へそれぞれ供給される。減算器31は、第1画像と第2画像の差分を得て相関検出器41へ供給する。減算器32は、第2画像と第3画像の差分を得て相関検出器42へ供給する。
【0027】
相関検出器41及び42は、入力された差分を絶対値化または二乗し、当該ブロックで累積加算し、当該ブロックの当該仮MVでの相関結果を得る。相関検出器41の出力相関結果は、第1画像と第2画像間の相関結果であり、第1の相関として相関比較器25へ供給される。一方、相関検出器42の出力相関結果は、第2画像と第3画像間の相関結果であり、第2の相関として相関比較器25へ供給される。
【0028】
相関比較器25は入力された第1の相関と第2の相関を比較し、各仮MVの評価値をMV判定器26に供給する。MV判定器26は、各仮MVにおける評価値を仮MV設定器29からの仮MV間で比較して、最も評価の高い評価値を与える仮MVを最終的なMVと判定し、MV出力端子27より逆方向動きベクトル(MVB)として出力する。仮MV設定器29は、当該ブロックにおいて、サーチレンジとして設定された仮MVを発生し、その情報を動き補償器21、22、23とMV判定器26にそれぞれ供給する。
【0029】
次に、2種類の相関から評価値と係数kを決定するプロセスについて説明する。なお、相関検出器41、42の出力相関結果は、ブロックマッチング値なので、値が大きいほど相関が悪い(相関が低い)ものとなっている。
【0030】
評価値Cは、相関検出器41から出力される第1の相関C1と、相関検出器42から出力される第2の相関C2から次のような条件で求める。第1及び第2の相関のうち一方の相関の値を2倍した値が、他方の相関の値以上であるときには、第1及び第2の相関の各値C1及びC2を加算したものが評価値Cとされる。また、第1及び第2の相関のうち一方の相関の値を2倍した値が、他方の相関の値に満たないときには、一方の相関の値のみが評価値Cとして使われる。ここで、加算される方が総合的な相関は良いので、その補正のため加算されない場合は3倍される。このようにして得られた値が、当該ブロック当該仮MVの評価値Cとなる。以上をまとめると、次の通りになる。
【0031】
C=(C1+C2)・・・・・2C1≧C2又は 2C2≧C1
C=3C1・・・・・・・・・2C1<C2
C=3C2・・・・・・・・・2C2<C1
評価値CはMV判定器26においてMVの判定に使われる他に、当該ブロックで最終的に決定されたMVについての評価値Cが補間の信頼情報CBとして信頼情報出力端子28から出力される。
【0032】
動き推定器15の構成と動作は動き推定器5と基本的に同じであり、使用画像のみが異なる。動き推定器5での第1画像、第2画像及び第3画像の替わりに、動き推定器15では第2画像、第3画像及び第4画像が使われる。被補間画像との時間位置の関係から動き補償における空間移動量の比も変化する。水平成分、垂直成分共に第3画像用の移動量を「1」とすると、第4画像用の移動量は「3」、第2画像用の移動量は「−1」の相対関係になる。これにより、動き推定器15からは順方向動きベクトル(MVF)と信頼情報CFが出力される。
【0033】
再び図1に戻って説明するに、加重判定器14において、係数kは動き推定器5から与えられる逆方向補間の信頼情報CBと、動き推定器15から与えられる順方向補間の信頼情報CFと、補間画像間の相関CIから次式により決定される。各値は、マッチング値なので、値が大きいほど信頼度が低い(相関が低い)ものとなっている。
【0034】
k’=0.5+(CF−CB)CI/(CF+CB)2
k=k’・・・・・1≧k’≧0
k=1・・・・・・k’>1
k=0・・・・・・k’<0
上式において、CIの値が小さく順方向補間画像と逆方向補間画像の類似度が高いほど第2項は0に近づき、kは0.5に近づく。一方、CBの値がCFより小さく逆方向補間の信頼度が高い場合に、第2項は正となり、kは1に近づく。逆にCFの値がCBより小さく順方向補間の信頼度が高い場合に、第2項は負となり、kは0に近づく。kは0から1の間に制限される。
【0035】
以上のように、図1の加重判定器14では加重加算を行っているが、やや簡易な処理としては、上記で求めたkを0、0.5、1のみに縮退させ、順方向補間、逆方向補間、両者の平均から選択する形にすることもできる。
【0036】
また、図1の実施の形態は30fpsから60fpsへの画像レートの変換の例なので、補間画像の時間が入力動画像信号の中央となり、kの式で基準(第1項)は0.5となっている。しかし、例えば、50fpsから60fpsへの画像レートの変換などでは、補間画像は必ずしも時間的に中央で無いので、上式の第1項は0.5でなく、時間距離に応じて0または1に近づいたものとする。なお、その場合は動きベクトル移動量の関係も、時間関係に応じて異なったものとなる。
【0037】
次に、本実施の形態における時間軸補間について説明する。図3は本実施の形態の時間軸補間の様子を示す。図3(a)、(b)及び(c)において、一つの円は1画素であり、濃淡は画素値を示す。縦方向の連続は、走査線の一部または垂直方向の画素列を示す。また、1から4の数字は、第1画像から第4画像を示す。更に、実線で示された画素は毎秒30フレームの入力動画像信号であり、点線で示された画素は補間信号である。また、中央が現在の被補間画素であり、濃く細い矢印が前後フレーム間の相関が高いMVで、薄く太い矢印がそのMVによる動き補償補間である。また、点線で示された矢印はMV決定に使われない。
【0038】
図3(a)は、動き補償器6の出力である逆方向補間画像形成の様子を示す。図3(b)は、動き補償器7の出力である順方向補間画像形成の様子を示しているが、同図(a)の逆方向補間画像形成とは異なった動きベクトルが採択されている。図3(c)は、順方向補間と逆方向補間の両補間を用いた加算器8での適応加算補間の様子を示しているが、同図の例では、補間画像間の差がある程度生じており、逆方向補間の信頼度が順方向補間の信頼度より良好であるので、kは1に近づき、逆方向補間が主に使われる。
【0039】
このように、本実施の形態によれば、入来動画像信号から互いに1フレーム分異なる複数の動画像信号を用いて補間画像を形成する際に、被補間画像の時間的に過去の画像を使用して順方向補間画像を形成し、被補間画像の時間的に未来の画像を使用して逆方向補間画像を形成することで、補間画像信号の前後で大きな画像変化があっても順方向補間と逆方向補間の一方では、動き補償のための動きベクトルが適切に求められる。
【0040】
また、本実施の形態によれば、上記の順方向補間画像と逆方向補間画像の類似度と、それぞれの補間画像の信頼度情報から、順方向補間画像と逆方向補間画像を、加算程度を変えて加算することで、常に適切な方の補間画像から最終的な補間画像を形成するようにしたため、画像の動きの程度や変化に左右されずに安定して適切な補間画像を形成でき、特に、逆方向及び順方向の両方の補間が適切な場合は、均等加算が行われるので、時間軸の位相関係が線形であり、ランダムノイズの抑圧効果も大きい。その結果、動きスムーズで画質劣化のない画像レート変換画像が得られる。
【0041】
なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、例えば、フレーム遅延器2〜4の代わりにそれぞれ略1フィールド遅延するフィールド遅延器を用いることも可能である。
【0042】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、補間画像に対し時間的に未来の入来動画像のフレーム又はフィールドを動き補償した逆方向補間画像を形成すると共に、補間画像に対し時間的に過去の入来動画像のフレーム又はフィールドを動き補償した順方向補間画像を形成し、これら逆方向補間画像と順方向補間画像の各信頼度の情報と、逆方向補間画像と順方向補間画像の補間画像間類似度とに応じて、逆方向補間画像と順方向補間画像を適応加重加算して補間画像信号を得ることにより、常に適切な方の補間画像から最終的な補間画像信号を形成するようにしたため、補間画像の前後で大きな画像変化があっても、画像の動きの程度や変化に左右されずに安定して適切な補間画像信号を形成することができ、特に、両方の補間が適切な場合は、順方向補間画像と逆方向補間画像の均等加算が行われるので、時間軸の位相関係が線形であり、ランダムノイズの抑圧効果も大きく、その結果、動きがスムーズで画質劣化のない画像レート変換画像が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態の構成を示すブロック図である。
【図2】図1中の動き推定器の一実施の形態の構成を示すブロック図である。
【図3】図1の動き補償補間の様子を示す図である。
【図4】従来装置の一例の構成を示すブロック図である。
【図5】従来の動き補償補間の様子を示す図である。
【符号の説明】
1 画像入力端子
2、3、4 フレーム遅延器
5、15 動き推定器
6、7、21、22、23 動き補償器
8 加算器
9、31、32 減算器
10、11 フレームバッファ
12 スイッチ
13 画像出力端子
14 加重判定器
16、17 乗算器
25 相関比較器
26 MV判定器
27 MV出力端子
28 信頼情報出力端子
29 仮MV設定器
41、42 相関検出器[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a moving picture time axis interpolation method and a moving picture time axis interpolation apparatus, and more particularly to a method for extracting a moving picture signal having an image rate different from that of an incoming moving picture signal. The present invention relates to a moving picture time axis interpolation method and a moving picture time axis interpolation apparatus for forming a frame or a field of a time not to be interpolated from an incoming moving picture signal and changing an effective frame (field) rate of the incoming moving picture signal.
[0002]
[Prior art]
Since a normal NTSC television signal has 60 fields per second in interlaced scanning, there is not much problem in the smoothness of motion of a moving image. On the other hand, a film image of 24 to 30 frames per second, such as a movie, or a computer graphics image formed by sequential scanning of 30 frames per second has an unnatural motion (judder, jerkiness) in a moving image.
[0003]
On the other hand, a television signal of the PAL system or the SECAM system has 50 fields per second, and therefore, it is necessary to convert the signal into 60 fields per second in order to broadcast or display in the NTSC system. Further, since the PAL system and the SECAM system have a low field frequency, flicker on a large screen poses a problem, and it is desired to convert the display into 75 fields or 100 fields instead of 50 fields.
[0004]
Thus, when converting to a moving image signal having an image rate different from that of the input moving image signal, it is desired that the movement of the image be natural. Therefore, a moving image rate conversion method (moving image time axis interpolation method) for forming a frame or field that does not exist temporally as motion compensation interpolation and performing motion compensation to change the effective image rate with smooth movement has been proposed. (For example, see
[0005]
That is, in
[0006]
Further, in
[0007]
In addition, conventionally, a moving image interpolation device shown in the block diagram of FIG. 4 is also known. FIG. 4 shows a moving image interpolating device that converts a progressively scanned image signal of 30 frames per second into a progressively scanned image signal of 60 frames per second. The progressively scanned image signal of 30 frames per second input from the
[0008]
The
[0009]
The
[0010]
The input image signal motion-compensated by the
[0011]
FIG. 5 shows how interpolation is performed by this conventional device. In the figure, one circle is one pixel, and the shading indicates a pixel value. The vertical continuation indicates a part of the scanning line or a pixel row in the vertical direction. The solid line indicates an input progressively scanned image signal of 30 frames per second, and the broken line indicates an interpolated image signal. The center is the current pixel to be interpolated, the dark and thin arrows are the MVs with a high correlation between the previous and next frames, and the thin and thick arrows are the motion compensated interpolations by the MVs. FIG. 5 shows that the pixels are moving slowly with time, but that the motion compensation allows for appropriate interpolation.
[0012]
[Patent Document 1]
JP-A-10-23374 [Patent Document 2]
JP-A-11-112939
[Problems to be solved by the invention]
However, the above-described conventional moving image time axis interpolation apparatus and method perform interpolation based on the correlation between the images before and after the interpolated image (frame or field). However, there is a problem that there is no good image portion and proper interpolation cannot be performed. Conventionally, only one type of motion vector has been obtained. Therefore, if the only obtained motion vector is inappropriate, interpolation is not properly performed.
[0014]
The present invention has been made by paying attention to the above points, and obtains an interpolated image that is forward in time and an interpolated image that is reverse in time, and adapts both interpolated images according to the correlation and certainty between the interpolated images. It is an object of the present invention to provide a moving image time axis interpolation method and a moving image time axis interpolation device in which an addition is performed to obtain a final interpolated image, thereby forming an appropriate interpolated image even for an image portion having a large temporal change.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a moving image time axis interpolation method of the present invention generates an interpolated image (frame or field) temporally different from an incoming moving image, and generates a new moving image from the incoming moving image and the interpolated image. A moving image time axis interpolation method for forming an image, comprising: a backward interpolation image in which a frame or a field of an incoming moving image in the future is temporally compensated for an interpolation image to be generated; A second step of obtaining a forward interpolation image obtained by motion-compensating a frame or a field of an incoming moving image temporally past with respect to an interpolation image to be generated, and information of its reliability. A third step of calculating a similarity between the interpolated images of the forward interpolation image and the backward interpolation image; information on the reliability of the backward interpolation image; information on the reliability of the forward interpolation image; Depending on the similarity A fourth step of adaptively weighting and adding the forward interpolation image and the backward interpolation image to generate an interpolation image, and a fifth step of forming a new moving image from the incoming moving image and the generated interpolation image. It is characterized by including.
[0016]
Further, in order to achieve the above object, the moving image time axis interpolation apparatus of the present invention generates an interpolated image (frame or field) that is temporally different from an incoming moving image, and newly generates an interpolated image from the incoming moving image and the interpolated image. A time axis interpolating apparatus for forming a moving image, comprising: a backward interpolation image in which a frame or a field of an incoming moving image in the future is temporally compensated for an interpolation image to be generated; Backward interpolation means for obtaining information on the forward interpolation image obtained by motion-compensating a frame or field of an incoming moving image in the past with respect to the interpolation image to be generated, and forward information for obtaining information on its reliability. Interpolation means, correlation detection means for obtaining a similarity between the interpolated images of the forward interpolation image and the backward interpolation image, information on the reliability of the backward interpolation image, information on the reliability of the forward interpolation image, and an interpolation image Between similarities Adaptive weighting means for adaptively weighting and adding the forward interpolation image and the backward interpolation image to generate an interpolation image; and a moving image forming means for forming a new moving image from the incoming moving image and the generated interpolation image. It has the structure which has.
[0017]
In the moving image time axis interpolation method and apparatus according to the present invention described above, a backward interpolation image in which a frame or a field of an incoming moving image in the future is temporally compensated for the interpolation image is formed, and the interpolation image is temporally interpolated. A forward interpolation image is formed by motion-compensating a frame or a field of a past incoming moving image, and information on the reliability of each of the backward interpolation image and the forward interpolation image, and the backward interpolation image and the forward interpolation image. According to the similarity between the interpolated images of the images, the backward interpolated image and the forward interpolated image are adaptively weighted and added to obtain the interpolated image signal, so that the final interpolated image signal is always obtained from the appropriate interpolated image. Can be formed.
[0018]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a moving image time axis interpolation apparatus according to the present invention. 4, the same components as those in FIG. 4 are denoted by the same reference numerals. This embodiment is different from the conventional apparatus shown in FIG. 4 in that
[0019]
In FIG. 1, a moving image signal, which is a progressively scanned image signal input from an
[0020]
Here, the input moving image signal from the
[0021]
The
[0022]
Further, the backward interpolation image and the forward interpolation image are subtracted by the subtractor 9, and the difference as the subtraction result is supplied to the weight determination unit 14. The weight determination unit 14 obtains a correlation result between the interpolation signals of the block by multiplying the incoming difference by an absolute value or a square and spatially integrating the difference. Further, the reliability information of the interpolation supplied from the
[0023]
One frame of the interpolated image signal stored in the
[0024]
In the present embodiment,
[0025]
Here, the temporary MV is common to all the
[0026]
The first image motion-compensated by the motion compensator 21 is sent to the
[0027]
The
[0028]
The
[0029]
Next, a process of determining an evaluation value and a coefficient k from two types of correlation will be described. Since the output correlation results of the
[0030]
Evaluation value C, the first correlation C 1 output from the
[0031]
C = (C 1 + C 2 ) 2C 1 ≧ C 2 or 2C 2 ≧ C 1
C = 3C 1 ... 2C 1 <C 2
C = 3C 2 ... 2C 2 <C 1
Evaluation value C is in addition used for the determination of MV in
[0032]
The configuration and operation of the
[0033]
To Referring back to FIG. 1 again, the weighted determining unit 14, the coefficient k reliable information and reliability information C B reverse interpolation given by the motion estimator 5, the forward interpolation given by the motion estimator 15 C and F, is determined by the following equation from the correlation C I of the interpolation image. Since each value is a matching value, the larger the value, the lower the reliability (the lower the correlation).
[0034]
k '= 0.5 + (C F -C B) C I / (C F + C B) 2
k = k '... 1≥k'≥0
k = 1 ... k '> 1
k = 0 ... k '<0
In the above equation, the second term higher similarity value is less forward interpolated image and backward interpolated image C I approaches 0, k approaches 0.5. On the other hand, when the value of C B is high reliability of the small reverse interpolation than C F, the second term becomes positive, k is close to 1. If the value of C F is high reliability smaller than the forward interpolation C B Conversely, the second term is negative, k approaches 0. k is limited between 0 and 1.
[0035]
As described above, the weighting determination unit 14 in FIG. 1 performs weighted addition. However, as a slightly simpler process, k obtained above is reduced to only 0, 0.5, and 1, and forward interpolation, It is also possible to adopt a form that selects from backward interpolation or the average of both.
[0036]
Further, since the embodiment of FIG. 1 is an example of the conversion of the image rate from 30 fps to 60 fps, the time of the interpolated image becomes the center of the input moving image signal, and the reference (first term) is 0.5 in the expression of k. Has become. However, for example, in the conversion of the image rate from 50 fps to 60 fps, the interpolated image is not necessarily at the center in time, so the first term in the above equation is not 0.5, and becomes 0 or 1 depending on the time distance. Let's approach. In this case, the relationship between the motion vector movement amounts also differs depending on the time relationship.
[0037]
Next, time axis interpolation according to the present embodiment will be described. FIG. 3 shows a state of time axis interpolation according to the present embodiment. 3A, 3B, and 3C, one circle is one pixel, and the shading indicates a pixel value. The continuation in the vertical direction indicates a part of the scanning line or a pixel row in the vertical direction. The numbers from 1 to 4 indicate the first to fourth images. Further, pixels indicated by solid lines are input moving image signals of 30 frames per second, and pixels indicated by dotted lines are interpolation signals. The center is the current pixel to be interpolated, the dark and thin arrows are MVs having a high correlation between the preceding and succeeding frames, and the thin and thick arrows are motion compensation interpolation based on the MVs. Also, the arrow indicated by the dotted line is not used for MV determination.
[0038]
FIG. 3A shows the state of the backward interpolation image formation which is the output of the
[0039]
As described above, according to the present embodiment, when an interpolated image is formed using a plurality of moving image signals different from each other by one frame from an incoming moving image signal, a temporally past image of the interpolated image is formed. By forming a forward-interpolated image using a temporally future image of the interpolated image to form a backward-interpolated image, even if there is a large image change before and after the interpolated image signal, In one of the interpolation and the backward interpolation, a motion vector for motion compensation is appropriately obtained.
[0040]
Further, according to the present embodiment, based on the similarity between the forward interpolation image and the backward interpolation image and the reliability information of each interpolation image, the forward interpolation image and the backward interpolation image are added to the degree of addition. By changing and adding, the final interpolation image is always formed from the appropriate interpolation image, so that an appropriate interpolation image can be stably formed without being affected by the degree or change of the image motion, In particular, when interpolation in both the backward direction and the forward direction is appropriate, equal addition is performed, so that the phase relationship on the time axis is linear, and the effect of suppressing random noise is large. As a result, it is possible to obtain an image rate converted image that is smooth in motion and has no image quality deterioration.
[0041]
The present invention is not limited to the above embodiment. For example, instead of the
[0042]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a backward-interpolated image in which a frame or a field of an incoming moving image in the future is temporally compensated for an interpolated image is formed, and a backward-interpolated image is temporally compensated for the interpolated image. To form a forward-interpolated image obtained by motion-compensating a frame or a field of an incoming moving image, and information on the reliability of each of the backward-interpolated image and the forward-interpolated image; By adaptively weighting and adding the backward interpolation image and the forward interpolation image according to the inter-image similarity to obtain an interpolation image signal, a final interpolation image signal is always formed from the appropriate interpolation image. Therefore, even if there is a large image change before and after the interpolated image, an appropriate interpolated image signal can be formed stably without being affected by the degree or change of the image movement. If Since the forward interpolation image and the backward interpolation image are equally added, the phase relation on the time axis is linear, the effect of suppressing random noise is large, and as a result, the image rate conversion image is smooth and has no image quality deterioration. Is obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of an embodiment of a motion estimator in FIG. 1;
FIG. 3 is a diagram showing a state of motion compensation interpolation in FIG. 1;
FIG. 4 is a block diagram illustrating a configuration of an example of a conventional device.
FIG. 5 is a diagram showing a state of conventional motion compensation interpolation.
[Explanation of symbols]
1
Claims (2)
生成されるべき前記補間画像に対し時間的に未来の前記入来動画像のフレーム又はフィールドを動き補償した逆方向補間画像と、その信頼度の情報を得る第1のステップと、
生成されるべき前記補間画像に対し時間的に過去の前記入来動画像のフレーム又はフィールドを動き補償した順方向補間画像と、その信頼度の情報を得る第2のステップと、
前記順方向補間画像と前記逆方向補間画像の補間画像間類似度を求める第3のステップと、
前記逆方向補間画像の信頼度の情報と、前記順方向補間画像の信頼度の情報と、前記補間画像間類似度とに応じて、前記順方向補間画像と前記逆方向補間画像とを適応加重加算して前記補間画像を生成する第4のステップと、
前記入来動画像と前記生成した補間画像とから新たな動画像を形成する第5のステップと
を含むことを特徴とする動画像時間軸補間方法。A moving image time axis interpolation method for generating a temporally different interpolated image (frame or field) from an incoming moving image and forming a new moving image from the incoming moving image and the interpolated image,
A backward interpolation image obtained by motion-compensating a frame or field of the incoming moving image in the future with respect to the interpolation image to be generated, and a first step of obtaining information on its reliability;
A forward interpolation image obtained by motion-compensating a frame or a field of the incoming moving image in the past with respect to the interpolation image to be generated, and a second step of obtaining information on the reliability thereof;
A third step of obtaining a similarity between the interpolated images of the forward interpolation image and the backward interpolation image;
Adaptively weighting the forward interpolation image and the backward interpolation image according to the information on the reliability of the backward interpolation image, the information on the reliability of the forward interpolation image, and the similarity between the interpolation images. A fourth step of adding to generate the interpolated image;
A fifth step of forming a new moving image from the incoming moving image and the generated interpolated image.
生成されるべき前記補間画像に対し時間的に未来の前記入来動画像のフレーム又はフィールドを動き補償した逆方向補間画像と、その信頼度の情報を得る逆方向補間手段と、
生成されるべき前記補間画像に対し時間的に過去の前記入来動画像のフレーム又はフィールドを動き補償した順方向補間画像と、その信頼度の情報を得る順方向補間手段と、
前記順方向補間画像と前記逆方向補間画像の補間画像間類似度を求める相関検出手段と、
前記逆方向補間画像の信頼度の情報と、前記順方向補間画像の信頼度の情報と、前記補間画像間類似度とに応じて、前記順方向補間画像と前記逆方向補間画像を適応加重加算して前記補間画像を生成する適応加重手段と、
前記入来動画像と前記生成した補間画像とから新たな動画像を形成する動画像形成手段と
を有することを特徴とする動画像時間軸補間装置。What is claimed is: 1. A moving image time axis interpolating apparatus for generating an interpolated image (frame or field) temporally different from an incoming moving image and forming a new moving image from the incoming moving image and the interpolated image,
A backward-interpolated image obtained by motion-compensating a frame or a field of the incoming moving image in the future with respect to the interpolated image to be generated, and a backward-interpolating means for obtaining information on its reliability;
A forward interpolation image obtained by motion-compensating a frame or a field of the incoming moving image in the past with respect to the interpolation image to be generated, and a forward interpolation means for obtaining information on its reliability;
Correlation detecting means for calculating a similarity between the interpolated images of the forward interpolation image and the backward interpolation image,
Adaptive weighted addition of the forward interpolation image and the backward interpolation image according to the information on the reliability of the backward interpolation image, the information on the reliability of the forward interpolation image, and the similarity between the interpolation images. Adaptive weighting means for generating the interpolation image by
A moving image time axis interpolating apparatus comprising: a moving image forming unit that forms a new moving image from the incoming moving image and the generated interpolation image.
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