JP2005094286A - Method for converting frame rate utilizing three-dimensional image interpolation technology - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、フレームレート変換方法、特に、三次元画像補間技術(three dimensions image interpolation algorithm)を利用するフレームレート変換(frame rate conversion)方法に関するものである。 The present invention relates to a frame rate conversion method, and more particularly, to a frame rate conversion method using a three dimensions image interpolation algorithm.
科学技術の進歩に伴って、音声・映像の放送設備の品質もまた時代と共に発展している。最も初期のビデオテープから最近のVCDやDVD等へと、記録メディアは体積の小型化と容量の巨大化という趨勢を持つている。そして、その結果、携帯に便利な記録メディアユニットで、しかも質の高い音声・映像をユーザーまたは消費者に提供できるようになった。しかし、音声・映像放送ユニット内に取り付けられているデータ処理ユニットの演算能力もまた看過すことは出来ない。 With the advancement of science and technology, the quality of audio and video broadcasting facilities has also evolved with the times. From the earliest video tapes to recent VCDs, DVDs, etc., recording media tend to be smaller in volume and larger in capacity. As a result, it has become possible to provide users and consumers with high-quality audio and video with a portable recording media unit. However, the computing power of the data processing unit installed in the audio / video broadcasting unit cannot be overlooked.
膨大な音声・映像の放送データは、同時に音声・映像放送ユニット(例えばテレビ)の強力な演算処理ユニットと組み合わせて初めて、高解像度のディスプレイと滑らかな画像放送が実現できる。 Enormous audio / video broadcast data can be combined with a powerful arithmetic processing unit of an audio / video broadcast unit (for example, a television) at the same time to realize a high-resolution display and smooth image broadcasting.
一般に、音声・映像データの取り込みから映像放送までの間、放送規準の差異という問題にしばしば直面することがある。例えば、解像度(resolution)またはフレームレートといった問題である。現在は主に二次元(静止画)の画像補間法を採用することによって画面(frame)のピクセル値を調整し、時間軸上に近接した複数の画面を複製している。 In general, the problem of differences in broadcasting standards is often encountered from the time of audio / video data capture to video broadcasting. For example, the problem is resolution or frame rate. Currently, the pixel value of the screen (frame) is adjusted mainly by adopting a two-dimensional (still image) image interpolation method, and a plurality of screens close to each other on the time axis are duplicated.
例えば、米国特許第5574572号には、空間及び時間要因を用いて放送基準画面を変更する技術が開示されている。 For example, US Pat. No. 5,574,572 discloses a technique for changing a broadcast reference screen using space and time factors.
図3において、F1およびF2は音声・映像放送コンテンツ内に存在する画面、即ち、補間演算後ピクセルを拡充した図面であり、F1’は時間軸上に補間ピクセルポイントが形成された画面である。その補間の原則は、F1とF2の間ではフレームレートの実行速度より得られた画面補間位置がF1に近いようであれば、その補間位置に形成される画面は、F1上の対応する位置にあるピクセルを複製することで時間軸上に補間を行い、補間画面F1’を形成する。その他の各画面間も同様の方法により派生させる。
上記した方式は、演算時間を比較的短縮でき、システムに過大な負担をかけないですむが、音声・映像放送ユニットの演算能力は日増しに高速化されているので、従来の方法では音声・映像放送ユニットの強力な演算ユニットを充分に活用することができず、音声・映像放送面でハードウェアの実質的な浪費をもたらしている。 The above method can reduce the calculation time relatively and does not place an excessive burden on the system. The powerful arithmetic unit of the video broadcasting unit cannot be fully utilized, resulting in substantial waste of hardware in terms of audio / video broadcasting.
放送基準の差異問題を解決しようとする他の米国特許第5621870号公報、米国特許第5089893号公報、米国特許第5283651号公報及び米国特許第5384904号公報に記載されている各発明でも、前記した方式を用いているので、放送品質の低下により視聴者の鑑賞に悪影響を与えるという課題が残されている。 Other inventions described in other U.S. Pat. No. 5,621,870, U.S. Pat. No. 5,089,893, U.S. Pat. No. 5,283,651 and U.S. Pat. No. 5,384,904 are also described above. Since the method is used, there is a problem that the viewer's appreciation is adversely affected by the deterioration of the broadcast quality.
この点に鑑み、本発明は、受取った入力音声・映像データの画面解像度とフレームレートとを、映像放映ユニットの放送規準に基づいて調整を行う、三次元(動画)の画像補間技術を利用するフレームレートを変換するためのアルゴリズムを提供する。 In view of this point, the present invention uses a three-dimensional (moving image) image interpolation technique that adjusts the screen resolution and frame rate of received input audio / video data based on the broadcast standard of the video broadcast unit. An algorithm for converting the frame rate is provided.
すなわち、放送の順序に従って2枚の連続した画面を抽出する工程、フレームレートに従って中間位置を決定する工程、上記2枚の連続した画面における対応するピクセル値から上記中間位置における複数の補間ピクセル値を作成し、該補間ピクセル値で補間画面を形成する工程、および上記補間画面を保存する工程とを含むことを特徴とする三次元画像補間技術を利用するフレームレート変換方法を要旨とする。 That is, a step of extracting two consecutive screens according to the broadcast order, a step of determining an intermediate position according to the frame rate, and a plurality of interpolated pixel values at the intermediate position from corresponding pixel values in the two consecutive screens. The gist of the present invention is a frame rate conversion method using a three-dimensional image interpolation technique, which includes a step of creating an interpolation screen with the interpolation pixel value and a step of storing the interpolation screen.
そして、上記補間ピクセル値は2枚の連続した画面における対応するピクセル値から次式: Pint=Pfirst*j/(i+j)+Pnext*i/(i+j)
(ここで、Pintは補間ピクセル値、PfirstとPnextは補間のためのピクセル値、iとjはフレームレートの調整により得られた比率である。)によって決定されること、上記式の変数が:i=(入力音声・映像データのフレームレート)/(音声・映像プレーヤのフレームレート)、j=1−i であること、及び、上記中間位置は、入力音声・映像データのフレームレートと音声・映像プレーヤのフレームレートとに基づいて決定されること、を付加条件とする三次元画像補間技術を利用するフレームレート変換方法である。
The interpolated pixel value is calculated from the corresponding pixel values in two consecutive screens by the following formula: P int = P first * j / (i + j) + P next * i / (i + j)
Where P int is the interpolated pixel value, P first and P next are the pixel values for interpolation, and i and j are the ratios obtained by adjusting the frame rate. The variables are: i = (frame rate of input audio / video data) / (frame rate of audio / video player), j = 1−i, and the intermediate position is the frame rate of input audio / video data. And a frame rate of an audio / video player, and a frame rate conversion method using a three-dimensional image interpolation technique with an additional condition.
次に、本発明の三次元画像補間技術を利用するフレームレートを変換する方法の最良の実施形態について説明する。 Next, the best embodiment of the method for converting the frame rate using the 3D image interpolation technique of the present invention will be described.
まず、図4において、一般的に映像放映ユニット(テレビや液晶プロジェクタ)の映像放送データの保存先のマルチメディア形式を600(pixels)×400(pixels)と設定しているならば、そのフレームレートは40fps(frame per second)となる。しかし、ハードウェア側の放送規準が1200(pixels)×800(pixels)となっている設備を通して出力する必要があり、フレームレートが80fpsという高画質である場合には、音声・映像放送ユニットは補間アルゴリズムを通したデータ処理方式により放送の目的を達しなければならない。 First, in FIG. 4, if the multimedia format of the video broadcast data storage destination of the video broadcast unit (TV or liquid crystal projector) is generally set to 600 (pixels) × 400 (pixels), the frame rate is set. Is 40fps (frame per second). However, if the broadcasting standard on the hardware side is 1200 (pixels) x 800 (pixels) and the output is required, and the frame rate is 80 fps, the audio / video broadcast unit will interpolate. The purpose of broadcasting must be achieved by a data processing method through an algorithm.
次に、図5は画面中のピクセル群を利用して補間ピクセルを求める方法における位置見取り図である。図中、a、b、c、dは、A、B、C、D各点よりP点を求めるための比例値である。 Next, FIG. 5 is a position sketch in a method for obtaining an interpolation pixel using a pixel group in the screen. In the figure, a, b, c, and d are proportional values for obtaining P point from each of A, B, C, and D points.
図4を例にとってみる。同じサイズの画面に、長さ、幅それぞれの倍率を上げたピクセル量の映像を映し出したい場合、各ピクセル間の間隔はピクセル量に応じて増減させなければならない。即ち、水平方向に600ピクセルから1200ピクセルまで補間により拡大した場合、aは新たに形成された画面の一辺における2つのピクセル間の単位間隔、すなわち、600/1200を表すことになる。bは1−(600/1200)である。このため、a、bは元の画面におけるピクセルとの間に一次比例関係を示している。そしてさらに、A、Bのピクセル値からは、バーチャルピクセルポイントXのピクセル値を割り出すことができる。 Take FIG. 4 as an example. When it is desired to display an image of a pixel amount with the length and width increased on the same size screen, the interval between the pixels must be increased or decreased according to the pixel amount. That is, when the image is enlarged by interpolation from 600 pixels to 1200 pixels in the horizontal direction, a represents a unit interval between two pixels on one side of the newly formed screen, that is, 600/1200. b is 1- (600/1200). For this reason, a and b show a first-order proportional relationship with the pixels on the original screen. Further, the pixel value of the virtual pixel point X can be determined from the pixel values of A and B.
すなわち: X=A*(b/a+b)+B*(a/a+b)。
同様に、もう一方の水平線上にあるバーチャルピクセルポイントYのピクセル値は: Y=C*(b/a+b)+D*(a/a+b)となる。
That is: X = A * (b / a + b) + B * (a / a + b).
Similarly, the pixel value of the virtual pixel point Y on the other horizontal line is: Y = C * (b / a + b) + D * (a / a + b).
さらに、これら両バーチャルピクセルポイントX、Yを再び利用して、画面におけるピクセル比率の変換(垂直方向に400pixelsから800pixelsまで補間により拡大)に基づいて、P点の補間ピクセル値を求める。 Further, by using these virtual pixel points X and Y again, the interpolated pixel value of the point P is obtained based on the conversion of the pixel ratio on the screen (enlarged by interpolation from 400 pixels to 800 pixels in the vertical direction).
即ち:
P=X*(d/c+d)+Y*(c/c+d)=(A*(b/a+b)+B*(a/a+b) )*(d/c+d)+(C*(b/a+b)+D*(a/a+b) )*(c/c+d) となる。
That is:
P = X * (d / c + d) + Y * (c / c + d) = (A * (b / a + b) + B * (a / a + b)) * (d / c + d ) + (C * (b / a + b) + D * (a / a + b)) * (c / c + d).
これはすなわち二次元画像補間の演算と同じ論理である。その重要な点は、周りのピクセルポイントを利用して新たなピクセルポイントを補間により算出することができることであり、これにより、音声・映像放送設備の解像度に対するニーズにも合致する。放送する画面はそれぞれがこのような手順を通して補間されたピクセルポイントを持ち、その後再びフレームレートに対して調整を加えていくのである。 This is the same logic as the calculation of two-dimensional image interpolation. The important point is that a new pixel point can be calculated by interpolation using surrounding pixel points, which meets the needs for the resolution of the audio / video broadcasting equipment. Each broadcast screen has pixel points interpolated through such a procedure, and then adjusts the frame rate again.
図2は、本発明の三次元画像補間技術を利用するフレームレート変換の補間画面を示す概念図である。 FIG. 2 is a conceptual diagram showing an interpolation screen for frame rate conversion using the 3D image interpolation technique of the present invention.
P1からP10までは実際に存在する映像放送データ内のピクセルポイントである。P11からP15は本発明により示された方法を通して補間された補間ピクセルポイントである。I、IIは、映像放送データ内に実際に存在するピクセルポイントから構成される画面の内の一区画(ブロック)である。IIIは本発明による方法で補間された補間ピクセルポイントからなる画面の中の一区画(ブロック)である。 P1 to P10 are pixel points in the actual video broadcast data. P11 to P15 are interpolated pixel points interpolated through the method shown by the present invention. I and II are a section (block) of the screen composed of pixel points that actually exist in the video broadcast data. III is a section (block) in the screen consisting of interpolated pixel points interpolated by the method according to the present invention.
変数iとjは時間軸上でフレームレートを改変することで得られる比率である。
即ち:i=(当該入力映像データのフレームレート)/(当該映像放映ユニットのフレームレート)
j=1−i
ここで、a、b、c、dは解像度を改変することで得られる各ピクセルスパン比率で、本発明の方法によれば、ブロックI、ブロックIIに基づいてブロックIIIのピクセルスパン比率を得ることができる。
Variables i and j are ratios obtained by changing the frame rate on the time axis.
That is: i = (frame rate of the input video data) / (frame rate of the video broadcast unit)
j = 1−i
Here, a, b, c, and d are pixel span ratios obtained by modifying the resolution. According to the method of the present invention, the pixel span ratio of block III is obtained based on block I and block II. Can do.
次に、図1および図2を参照されたい。ここでは放送画面のブロックを用いて説明を行う。補間ピクセルP5とP10を求める演算公式は次の通りである: Reference is now made to FIGS. Here, a description will be given using blocks of the broadcast screen. The calculation formula for finding the interpolated pixels P5 and P10 is as follows:
P5=(P1*(b/a+b)+P2*(a/a+b) )*(d/c+d)+(P3*(b/a+b)+P4*(a/a+b) )*(c/c+d)、
P10=(P6*(b/a+b)+P7*(a/a+b) )*(d/c+d)+(P8*(b/a+b)+P9*(a/a+b) )*(c/c+d)
P5 = (P1 * (b / a + b) + P2 * (a / a + b)) * (d / c + d) + (P3 * (b / a + b) + P4 * (a / a + b)) * (c / c + d),
P10 = (P6 * (b / a + b) + P7 * (a / a + b)) * (d / c + d) + (P8 * (b / a + b) + P9 * (a / a + b)) * (c / c + d)
その後、ピクセル補間後の画面を映像放映ユニットのバッファメモリに保存する。続いて放送の順序に従って、連続した2枚の画面I、IIが抽出される(スッテップ100)。フレームレートに基づいて中間位置を決定する(スッテップ200)。すなわち、もしも元の映像放送データの画面でのフレームレートが40fpsで、これを70fpsに改変したいならば、2つの画面の間のプレーイングタイムを40/70=4/7迄に縮小する。つまり、映像放送データの中において、第1表示画面Iと第2表示画面IIの間で、第1表示画面Iから少し距離をおいた位置に補間画面IIIが挿入される。画面IIIと画面Iとの間の距離は画面IIと画面Iとの間の距離の4/7である。 Thereafter, the screen after pixel interpolation is stored in the buffer memory of the video broadcast unit. Subsequently, two consecutive screens I and II are extracted in accordance with the broadcast order (step 100). An intermediate position is determined based on the frame rate (step 200). That is, if the frame rate on the screen of the original video broadcast data is 40 fps and it is desired to change it to 70 fps, the playing time between the two screens is reduced to 40/70 = 4/7. That is, in the video broadcast data, the interpolation screen III is inserted between the first display screen I and the second display screen II at a position slightly away from the first display screen I. The distance between screen III and screen I is 4/7 of the distance between screen II and screen I.
これ以外の補間画面の位置は、同じ方法によって決定される。これによって他画面の補間の位置を類推し、再び連続した2面の画面上の補間ピクセルは、中間位置で複数の補間ピクセル値を生成させるために用いられる。これらの補間ピクセルは補間画面を構成する(ステップ300)。 Other interpolation screen positions are determined by the same method. As a result, the interpolation position on the other screen is analogized, and the interpolation pixels on the two consecutive screens are used to generate a plurality of interpolation pixel values at the intermediate position. These interpolated pixels constitute an interpolated screen (step 300).
これらのピクセル値の演算方法は次の通り:
P15=P5*j/(i+j)+P10*i(i+j)
P15とは、補間ピクセル値であり、この種の補間ピクセル値は連続した2枚の画面I、II間に補間画面IIIを構成する。最後に補間画面IIIは映像放映ユニットのメモリ内に保存される(ステップ400)。
以上に述べたことは、本発明の中でも比較的優れた例に過ぎず、これを以って本発明の実施範囲を限定するものではない。
These pixel values are calculated as follows:
P15 = P5 * j / (i + j) + P10 * i (i + j)
P15 is an interpolated pixel value, and this type of interpolated pixel value constitutes an interpolated screen III between two consecutive screens I and II. Finally, the interpolation screen III is stored in the memory of the video broadcast unit (step 400).
What has been described above is only a relatively excellent example of the present invention, and does not limit the scope of the present invention.
マルチメディア装置例えばDVDプレーヤにおける画像品質の向上。 Improving image quality in multimedia devices such as DVD players.
a、b、c、d: 解像度変換によって得られる各ピクセルの間隔比率
A、B、C、D、P1、P2、P3、P4、P6、P7、P8、P9: 映像放映データに存在するピクセル
P5、P10: 映像放映データに存在する補間ピクセル
P、P11、P12、P13、P14、P15: 補間画面を構成する補間ピクセル
X、Y: バーチャルピクセル
F1、F2: 音声・映像放送コンテンツ中に存在する画面
F1’:時間軸上において補間ピクセルポイントが形成する画面
a, b, c, d: Space ratio of each pixel obtained by resolution conversion
A, B, C, D, P1, P2, P3, P4, P6, P7, P8, P9: Pixels present in video broadcast data
P5, P10: Interpolated pixels present in video broadcast data
P, P11, P12, P13, P14, P15: Interpolated pixels that make up the interpolation screen
X, Y: Virtual pixel
F1, F2: Screens present in audio / video broadcast content
F1 ': Screen formed by interpolated pixel points on the time axis
Claims (4)
放送の順序に従って2枚の連続した画面を抽出する工程、
フレームレートに従って中間位置を決定する工程、
上記2枚の連続した画面における対応するピクセル値から上記中間位置における複数の補間ピクセル値を作成し、該補間ピクセル値で補間画面を形成する工程、および
上記補間画面を保存する工程
とを含むことを特徴とする三次元画像補間技術を利用するフレームレート変換方法。 Adjusts the screen resolution and frame rate of the input audio / image data based on the broadcast standard of the video broadcasting unit, and sets multiple interpolated pixel values to match the screen resolution from the multiple pixel values included in the screen And converting the frame rate using a 3D image interpolation technique to save the newly generated screen,
Extracting two consecutive screens according to the broadcast sequence;
Determining an intermediate position according to a frame rate;
Creating a plurality of interpolated pixel values at the intermediate position from corresponding pixel values in the two consecutive screens, forming an interpolated screen with the interpolated pixel values, and storing the interpolated screen A frame rate conversion method using a 3D image interpolation technique characterized by:
Pint=Pfirst*j/(i+j)+Pnext*i/(i+j)
(ここで、Pintは補間ピクセル値、PfirstとPnextは補間のためのピクセル値、iとjはフレームレートの調整により得られた比率である。)
によって決定されることを特徴とする請求項1に記載の三次元画像補間技術を利用するフレームレート変換方法。 The interpolated pixel value is calculated from the corresponding pixel value in two consecutive screens as follows:
P int = P first * j / (i + j) + P next * i / (i + j)
(Here, P int is an interpolated pixel value, P first and P next are pixel values for interpolation, and i and j are ratios obtained by adjusting the frame rate.)
The frame rate conversion method using the three-dimensional image interpolation technique according to claim 1, wherein:
i=(入力音声・映像データのフレームレート)/(音声・映像プレーヤのフレームレート)
j=1−i
であることを特徴とする請求項2に記載の三次元画像補間技術を利用するフレームレート変換方法。 The variables in the above formula are:
i = (Frame rate of input audio / video data) / (Frame rate of audio / video player)
j = 1−i
The frame rate conversion method using the three-dimensional image interpolation technique according to claim 2.
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