JP2005354370A

JP2005354370A - 動きベクトル検出装置

Info

Publication number: JP2005354370A
Application number: JP2004172555A
Authority: JP
Inventors: Tatsuro Yamauchi; 達郎山内
Original assignee: Shibasoku Co Ltd
Current assignee: Shibasoku Co Ltd
Priority date: 2004-06-10
Filing date: 2004-06-10
Publication date: 2005-12-22

Abstract

【課題】本発明は、動きベクトル検出装置に関し、特に輝度信号及び色差信号等に基づいて動きベクトルを検出する場合に適用して回路規模を大幅に増大させることなく、従来に比して一段と高精度で動きベクトルを検出することができるようにする。
【解決手段】本発明は、輝度信号Ｙのレベルが均一でない領域では輝度信号Ｙのみによって動きベクトルＶを検出し、輝度信号Ｙのレベルが均一な領域では色差信号等を輝度信号Ｙに加算して動きベクトルＶを検出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、動きベクトル検出装置に関し、特に輝度信号及び色差信号等に基づいて動きベクトルを検出する場合に適用することができる。本発明は、輝度信号のレベルが均一でない領域では輝度信号のみによって動きベクトルを検出し、輝度信号のレベルが均一な領域では色差信号等を輝度信号に加算して動きベクトルを検出することにより、回路規模を大幅に増大させることなく、従来に比して一段と高精度に動きベクトルを検出することができるようにする。

従来、ビデオ信号の高能率符号化処理においては、動きベクトルを用いてフレーム間符号化処理の効率を向上させるようになされており、またテレビジョン信号のフォーマット変換においては、動きベクトルを用いた動き補正により、フィールド数の変換によるギクシャクとした動きを滑らかな動きに補正するようになされている。

このような動きベクトルの検出は、ビデオ信号をｍ画素×ｎライン（ｍ、ｎは整数）による動きベクトルの検出単位（すなわちマクロブロックである）にブロック化し、各ブロック毎に動きベクトルを検出するようになされており、例えば特開昭５５−１６２６８３号公報、特開昭５５−１６２６８４号公報に開示のパターンマッチング法、特開昭６０−１５８７８６号公報に開示の勾配法、位相相関法等が用いられるようになされている。

このような各種の動きベクトル検出方法によりビデオ信号で動きベクトルを検出する場合、従来、フィールド間又はフレーム間で輝度信号のみに基づいて動きベクトルを検出するようになされている。

しかしながらこのように輝度信号のみで動きベクトルを検出する場合、輝度信号レベルが一定の領域では動きベクトルを検出できない。これにより例えば輝度信号レベルが一定で、その中に赤い色の物体が動いている場合には、この動きベクトルは検出されず、物体の動きを検出することが困難な問題があった。

この問題を解決する一つの方法として、輝度信号及び色差信号についてそれぞれ独立に動きベクトルを検出する方法が考えられている。この方法によれば、輝度信号レベルが一定であっても色差信号レベルの変化により動きベクトルを検出することができ、この動きベクトルにより物体の動きを検出することができると考えられる。

しかしながら輝度信号及び色差信号について独立に動きベクトルを検出する場合には、それぞれに動きベクトル検出回路を設ける必要があり、回路規模が大幅に増大する問題があった。
特開昭５５−１６２６８３号公報特開昭５５−１６２６８４号公報特開昭６０−１５８７８６号公報

本発明は以上の点を考慮してなされたもので、回路規模の大幅な増大を回避しながら動きベクトルの検出精度を向上し得る動きベクトル検出装置を提案しようとするものである。

係る課題を解決するため請求項１の発明においては、ビデオ信号の動きベクトルを検出する動きベクトル検出装置に適用して、ビデオ信号の輝度信号に基づいて動きベクトルを検出する動きベクトル検出手段と、輝度信号のレベルが均一であるか否かを判定する判定手段と、判定手段より輝度信号レベルが均一である判定結果が得られた場合に、ビデオ信号の色差信号又は色差信号を処理して得られる色に関する信号と輝度信号との加算結果を輝度信号に代えて動きベクトル検出手段に出力する切り換え手段とを備え、輝度信号レベルが均一である場合には、輝度信号に代えて、色差信号又は色に関する信号と輝度信号との加算結果に基づいて動きベクトルを検出するようにする。

また請求項２の発明においては、請求項１の構成において、切り換え手段は、色差信号又は色に関する信号のＮ％（Ｎは１００以下の整数）を輝度信号に加算するようにする。

請求項１の構成によれば、ビデオ信号の動きベクトルを検出する動きベクトル検出装置に適用して、ビデオ信号の輝度信号に基づいて動きベクトルを検出する動きベクトル検出手段と、輝度信号のレベルが均一であるか否かを判定する判定手段と、判定手段より輝度信号レベルが均一である判定結果が得られた場合に、ビデオ信号の色差信号又は色差信号を処理して得られる色に関する信号と輝度信号との加算結果を輝度信号に代えて動きベクトル検出手段に出力する切り換え手段とを備え、輝度信号レベルが均一である場合には、輝度信号に代えて、色差信号又は色に関する信号と輝度信号との加算結果に基づいて動きベクトルを検出することにより、輝度信号のみによっては動きベクトルを検出できない場合でも、色差信号により動きベクトルを検出することができ、その分動きベクトルの検出精度を向上させることができる。またこのように輝度信号が均一の場合に輝度信号に色差信号等を加算して動きベクトルを検出するようにしたことにより、色差信号等に基づいて動きベクトルを検出するための回路を別途設けることなく色差信号等による動きベクトルを検出することができ、その分回路規模を大幅に増大させることなく動きベクトルの検出精度を向上させることができる。

また請求項２の構成によれば、請求項１の構成において、切り換え手段は、色差信号又は色に関する信号のＮ％（Ｎは１００以下の整数）を輝度信号に加算するようにすることにより、単に色差信号等と輝度信号とを加算するだけの簡易な構成により動きベクトルの検出精度を向上させることができる。

本発明によれば、回路規模を大幅に増大させることなく、輝度信号のみによっては動きベクトルを検出できない場合でも色差信号等により動きベクトルを検出し得、その分動き検出の検出精度を向上することができる。

以下、適宜図面を参照しながら本発明の実施例を詳述する。

（１）実施例の構成
図１は、本発明の実施例に係る動きベクトル検出装置を示すブロック図である。この動きベクトル検出装置１は、例えばフォーマット変換装置、ＭＰＥＧ（Moving Picture Experts Group）等による符号化装置、ノイズ軽減装置等に適用されて、ビデオ信号ＳＶを構成する輝度信号Ｙ及び色差信号Ｐｂ、Ｐｒから動きベクトルＶを検出して出力する。

この動きベクトル検出装置１において、色信号処理回路２は、ビデオ信号ＳＶの２つの色差信号Ｐｂ、Ｐｒを入力し、これらを合成して出力する。この場合、色信号処理回路２は、色差信号Ｐｂ、ＰｒをＣ＝（Ｐｂ・Ｐｂ＋Ｐｒ・Ｐｒ）^1/2の演算により合成するようになされており、この結果である合成色差信号Ｃを加算回路４に出力する。因みにビデオ信号ＳＶにおいては、輝度信号Ｙと２つの色差信号Ｐｂ、Ｐｒとがサンプリングレート４：２：２で構成されていることにより、輝度信号Ｙのサンプル周波数をＡとすると、色差信号Ｐｂ、Ｐｒのサンプル周波数はＡ／２により設定されるようになされている。これによりこの実施例においては、色差信号の有効画素を２画素単位として動きベクトルを検出するようになされている。

加算回路４は、輝度信号Ｙと色信号処理回路２から出力された合成色差信号Ｃとを入力し、輝度信号レベル判定回路３から出力される判定結果に基づいて、輝度信号Ｙのみ又は輝度信号Ｙと合成色差信号Ｃとの加算結果を出力するようになされている。

すなわち輝度信号レベル判定回路３は、後段の動きベクトル検出回路７における勾配法と同様の処理により、所定領域内での輝度信号レベルの垂直方向の画素勾配と、水平方向の画素勾配とがそれぞれ閾値αよりも大きいか否かを判定し、この判定結果を加算回路４に出力するようになされている。これにより加算回路４においては、閾値αよりも大きい判定結果が得られた場合には、輝度信号Ｙのみを出力し、またこれに対して閾値α以下の場合には輝度信号Ｙと合成色差信号Ｃとを加算して出力するようになされている。因みにこの閾値αは、値０に近い値に設定されている。なおこの所定範囲は、この動きベクトル検出対象のマクロブロックの大きさに設定され、これにより十分に高い検出精度を確保し得るようになされている。

これにより加算回路４では、輝度信号レベルが均一でない場合には輝度信号Ｙのみを出力し、これに対して輝度信号レベルが均一である場合には輝度信号Ｙと合成色差信号Ｃとの加算結果を出力するようになされている。

なおこの実施例の場合、加算回路４においては、輝度信号Ｙに対して合成色差信号Ｃの１００％を加算するようになされているが、１００％に限らずＮ％（Ｎは１００以下の整数）であればよい。

前置フィルタ５は、二次元のローパスフィルタであり、加算回路４の出力信号を入力して高域成分を抑圧し、これによりノイズによる動きベクトルＶの誤検出を防止する。

１フレーム遅延回路６は、この前置フィルタ５の出力信号を入力し、１フレームの期間だけ遅延させて出力する。

動きベクトル検出回路７は、勾配法により、１フレーム遅延回路６から出力される信号を基準にして前置フィルタ５から出力される信号の動きベクトルＶを順次検出して出力する。なおこの実施例では、前置フィルタ５から出力される信号に順次マクロブロックを設定して、マクロブロック単位で動きベクトルＶを検出するようになされ、このマクロブロックが８画素×８ラインの大きさに設定されるようになされている。

これらによりこの実施例において、動きベクトル検出回路７は、ビデオ信号ＳＶの輝度信号Ｙに基づいて動きベクトルＶを検出する動きベクトル検出手段を構成し、輝度信号レベル判定回路３は、輝度信号Ｙのレベルが均一であるか否かを判定する判定手段を構成し、加算回路４は、判定手段より輝度信号レベルが均一である判定結果が得られた場合に、ビデオ信号ＳＶの色差信号又は色差信号を処理して得られる色に関する信号と輝度信号Ｙとの加算結果を輝度信号Ｙに代えて動きベクトル検出手段に出力する切り換え手段を構成するようになされている。

（２）実施例の動作
以上の構成において、この動きベクトル検出装置１において、処理対象であるビデオ信号ＳＶの輝度信号Ｙは、加算回路４を介して前置フィルタ５に入力され、この前置フィルタ５により周波数特性が補正された後、動きベクトル検出回路７に入力される。これによりビデオ信号ＳＶは、この動きベクトル検出回路７により輝度信号Ｙに基づいて動きベクトルＶが検出される。しかしながら、このような輝度信号Ｙによる動きベクトルＶの検出においては、輝度信号レベルが一定の場合には動きベクトルＶを検出できなくなる。

これにより例えば輝度信号Ｙが一定レベルで、その中に赤い色の物体が動いている場合には、この物体の動きを検出できなくなる。このためこの動きベクトル検出装置１において、ビデオ信号ＳＶは、輝度信号レベル判定回路３において、このように輝度信号Ｙによっては動きベクトルＶの検出が困難な輝度信号レベルの一定の領域が、画素勾配により検出される。またこの輝度信号レベルが一定の領域では、輝度信号レベル判定回路３の判定結果に基づいて加算回路４により輝度信号Ｙと合成色差信号Ｃとの加算結果が出力されて動きベクトル検出回路７に入力される。これにより輝度信号レベルが一定の領域では動きベクトル検出回路７により輝度信号Ｙと合成色差信号Ｃとの加算結果に基づいて動きベクトルＶが検出される。

これにより輝度信号レベルが一定で輝度信号Ｙによっては動きベクトルＶを検出できない場合であっても合成色差信号Ｃに含まれてなる色差信号成分により動きベクトルＶを検出することができる。

なお、輝度信号と色差信号との双方に動きベクトル検出回路を設けるようにすれば、輝度信号レベルが一定となる領域では色差信号に基づいて動きベクトルを検出することができるが、このようにすると輝度信号及び色差信号の双方に対して動きベクトル検出回路を設ける分、回路規模が大幅に増大する。

しかしてこの実施例の動きベクトル検出装置１においては、輝度信号Ｙが一定である場合においてのみ合成色差信号Ｃを輝度信号Ｙに加算して動きベクトルＶを検出することにより、一系統の動きベクトル検出回路７のみにより動きベクトルＶを確実に検出することができる。これにより色差信号に基づいて動きベクトルを検出するための動きベクトル検出回路を別途設けることなく、比較的回路規模の小さな色信号処理回路２、輝度信号レベル判定回路３及び加算回路４を付加するだけで合成色差信号Ｃによる動きベクトルＶを検出し得、回路規模の大幅な増大を回避することができる。

（３）実施例の効果
以上の構成によれば、輝度信号レベルが均一でない場合には輝度信号Ｙのみによって動きベクトルＶを検出し、輝度信号レベルが均一である場合には輝度信号Ｙ及び合成色差信号Ｃの加算結果に基づいて動きベクトルＶを検出するようにしたことにより、輝度信号Ｙのみによっては動きベクトルＶを検出できない場合でも、合成色差信号Ｃにより動きベクトルＶを検出することができ、その分回路規模を大幅に増大させることなく動きベクトルＶの検出精度を向上させることができる。

また輝度信号に色差信号の１００％を加算するようにしたことにより、単に合成色差信号Ｃと輝度信号Ｙとを加算するだけの簡易な構成により動きベクトルＶの検出精度を向上させることができる。

なお上述の実施例においては、輝度信号Ｙの画素勾配により輝度信号レベルの均一な領域を判定する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、画素勾配に代えて、例えば隣接画素値の差分絶対値和により判定する場合等、種々の判定方法を広く適用することができる。

また上述の実施例においては、輝度信号レベル判定回路３においてマクロブロックにより輝度信号レベルが一定であるか否かを判定する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、マクロブロック以外の例えば動きベクトル検出範囲により輝度信号レベルを判定するようにしてもよい。

また上述の実施例においては、合成色差信号ＣをＣ＝（Ｐｂ・Ｐｂ＋Ｐｒ・Ｐｒ1）^1/2により算出する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えば色差信号Ｐｂ、Ｐｒを単に二乗和する等、種々の合成方法を用いることができる。

また上述の実施例においては、色差信号Ｐｂ、Ｐｒを合成してなる合成色差信号Ｃを輝度信号Ｙに加算する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、実用上十分な検出精度を確保できる場合、色差信号Ｐｂ、Ｐｒの一方のみを選択的に輝度信号Ｙに加算するようにしてもよい。因みにこの場合、高域成分を多く含む側の色差信号を選択するようにすればよい。

また上述の実施例においては、色差信号Ｐｂ、Ｐｒのサンプル周波数を輝度信号Ｙのサンプル周波数の１／２としたことにより有効画素を２画素単位として動きベクトルＶを検出する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、補間処理によりサンプリング数を一致させることにより１画素単位で動きベクトルＶを検出するようにしてもよい。このようにすれば、有効画素数が２倍になることにより、その分動きベクトルＶの検出精度を向上させることができる。

また上述の実施例においては、合成色差信号Ｃを輝度信号Ｙに加算する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、色に関する信号として、例えばＲ、Ｇ、Ｂの色信号を輝度信号Ｙに加算するようにしてもよい。

また上述の実施例においては、輝度信号レベル判定回路３及び加算回路４の後段に前置フィルタ５を設ける場合について述べたが、本発明はこれに限らず、輝度信号レベル判定回路３及び加算回路４の前段に前置フィルタ５を設け、この前置フィルタ５により輝度信号Ｙの高域成分を抑圧した後に輝度信号レベルの判定及び輝度信号Ｙと合成色差信号Ｃとを加算するようにしてもよい。

また上述の実施例においては、動きベクトルの検出方法として勾配法を用いる場合について述べたが、本発明はこれに限らず、ブロックマッチング法等種々の方法を用いることができる。

本発明は、動きベクトル検出装置に関し、例えばフォーマット変換装置に適用することができる。

本発明の実施例に係る動きベクトル検出装置を示すブロック図である。

符号の説明

１……動きベクトル検出装置、２……色信号処理回路、３……輝度信号レベル判定回路、４……加算回路、５……前置フィルタ、６……１フレーム遅延回路、７……動きベクトル検出回路

Claims

ビデオ信号の動きベクトルを検出する動きベクトル検出装置において、
前記ビデオ信号の輝度信号に基づいて前記動きベクトルを検出する動きベクトル検出手段と、
前記輝度信号のレベルが均一であるか否かを判定する判定手段と、
前記判定手段より前記輝度信号レベルが均一である判定結果が得られた場合に、前記ビデオ信号の色差信号又は前記色差信号を処理して得られる色に関する信号と前記輝度信号との加算結果を前記輝度信号に代えて前記動きベクトル検出手段に出力する切り換え手段と
を備え、前記輝度信号レベルが均一である場合には、前記輝度信号に代えて、前記色差信号又は前記色に関する信号と前記輝度信号との加算結果に基づいて前記動きベクトルを検出するようにした
ことを特徴とする動きベクトル検出装置。
前記切り換え手段は、
前記色差信号又は前記色に関する信号のＮ％（Ｎは１００以下の整数）を前記輝度信号に加算する
ことを特徴とする請求項１に記載の動きベクトル検出装置。