JP2008067222A - フレーム補間回路、フレーム補間方法、表示装置 - Google Patents

フレーム補間回路、フレーム補間方法、表示装置 Download PDF

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Abstract

【課題】周辺ブロックの動きベクトルに対し大きなベクトル差をもつかたまりを補正することができるフレーム補間回路及びフレーム補間方法を提供する。
【解決手段】入力画像信号(I1)から第1のフレーム画像(F1)と第2のフレーム画像(F2)を検出し両者を比較して、フレームをブロック状に分割した複数ブロック毎の複数の動きベクトル(V11〜V55)を検出する検出部(21,22)と、一のブロックの上のブロックの動きベクトルと右のブロックの動きベクトルの内のベクトル値が近い方の動きベクトルを選び、このベクトルの値から所定値(ステップ)以内の値に、一のブロックの動きベクトルの値を変更するフィルタ部(23)と、値が変更された複数の動きベクトル(V11’〜V55 ’)と第1のフレーム画像と第2のフレーム画像に基づいて、補間画像(F3)を生成して出力する補間フレーム生成部(13)をもつフレーム補間回路。
【選択図】図1

Description

この発明は、動きベクトルを検出し利用するフレーム補間回路及びフレーム補間方法とこれを用いた表示装置に関する。
最近、デジタル映像技術の発達に伴って、映像の高画質化、高品質化への要請が高まっている。これに応じて、映像の各フレーム画像に対する補間画像を生成し付加することで、映像の動きをより滑らかに自然に表現するフレーム補間処理が知られている。このようなフレーム補間処理では、画像のブロック動きベクトルを検出し、この動きベクトルの動き程度に応じて補間画像を生成している。しかし、この動きベクトルの分布がばらついていると、補間処理の結果である画像に破綻をきたすこととなる。
特許文献1は、この場合の画像の破綻を回避するべく、孤立した動きベクトルを除去する動きベクトル検出回路を開示している。
特開平06−153167号公報。
しかし、フレーム補間装置において動きベクトルの急峻な変化により周辺ブロックの動きベクトルに対し大きなベクトル差をもつかたまりが発生した場合、補間画像においては、広範囲に誤補間が発生し、画像が著しく破綻する場合がある。
特許文献1の孤立ベクトル除去などの手法では、特定のかたまりを持って誤検出した場合、この誤検出した動きベクトルを補正できない。
本発明は、周辺ブロックの動きベクトルに対し大きなベクトル差をもつかたまりを補正することができるフレーム補間回路及びフレーム補間方法を提供することを目的とする。
課題を解決するための一実施形態は、
入力画像信号(I1)から第1のフレーム画像(F1)と第2のフレーム画像(F2)を検出し両者を比較して、前記フレームをブロック状に分割した複数ブロック毎の複数の動きベクトル(V11〜V55)を検出する検出部(21,22)と、
前記複数ブロックの中の一のブロックの動きベクトルの値に比べて、前記一のブロックの上のブロックの動きベクトルと右のブロックの動きベクトルの内のベクトル値が近い方の動きベクトルを選び、選んだ動きベクトルの値から所定値(ステップ)以内の値に、前記一のブロックの動きベクトルの値を変更するフィルタ部(23)と、
前記フィルタ部により値が変更された前記複数の動きベクトル(V11’〜V55 ’)と前記第1のフレーム画像と前記第2のフレーム画像に基づいて、補間画像(F3)を生成して出力する補間フレーム生成部(13)と、
を具備することを特徴とするフレーム補間回路。
周辺ブロックの動きベクトルに対し、大きなベクトル差をもつ動きベクトルのかたまりを補正することができるフレーム補間回路及びフレーム補間方法を提供する。
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係るフレーム補間回路の構成の一例を示すブロック図である。図2は、本発明の一実施形態に係るフレーム補間回路の動きベクトル検出部の構成の一例を示すブロック図である。図3は、本発明の一実施形態に係るフレーム補間回路の補正前の動きベクトルと補正後の動きベクトルの一例を示す説明図である。図4は、本発明の一実施形態に係るフレーム補間回路の上ベクトルのみを参照したベクトル補正処理の一例を示すフローチャートである。図5は、本発明の一実施形態に係るフレーム補間回路の上ベクトルのみを参照したベクトル補正処理の一例を示す説明図である。図6は、本発明の一実施形態に係るフレーム補間回路の左ベクトルのみを参照したベクトル補正処理の一例を示すフローチャートである。図7は、本発明の一実施形態に係るフレーム補間回路の上ベクトル又は左ベクトルの一方を参照したベクトル補正処理の一例を示すフローチャートである。図8は、本発明の一実施形態に係るフレーム補間回路の上ベクトル又は左ベクトルの一方を参照したベクトル補正処理の一例を示す説明図である。図9は、本発明の一実施形態に係るフレーム補間回路によるベクトル補正処理の具体的な一例を示すベクトル値の説明図である。図10は、本発明の一実施形態に係るフレーム補間回路を含む表示装置の構成の一例を示すブロック図である。
<本発明の一実施形態であるフレーム補間回路>
(構成と基本動作)
初めに、本発明の一実施形態であるフレーム補間回路の一例を図1を用いて説明する。フレーム補間回路1は、図1において、例えば、RGB規格又はYCbCr規格等である一例として60フレーム/秒の入力画像信号Iを受け一例として120フレーム/秒の出力画像信号Iを出力するフレームメモリ11と、フレームメモリ11に格納された過去フレーム(F1)と現在フレーム(F2)との画素値を比較しシンメトリックサーチやブロックマッチング等を用いて動きベクトルを生成し上左ベクトルを使用したフィルタリングを含む動きベクトル検出部12とを有する。更に、フレーム補間回路1は、動きベクトル検出部12からの過去フレーム(F1)と現在フレーム(F2)と動きベクトル検出部12が生成した動きベクトルとに基づいて補間フレーム(F3)を生成する補間フレーム生成部13と、後述するように全体の動作を制御する制御部14を有している。
又、動きベクトル検出部12は、図2に示すように、動きベクトルマッチング部21と、最終ベクトル決定部22と、上左ベクトルを用いた動きベクトルフィルタ部23を有している。
このようなフレーム補間回路の基本動作を以下に詳細に説明する。
制御部14及び、上左ベクトルを用いたフィルタリングを含む動きベクトル検出部12内の動きベクトルマッチング21、検出ベクトル決定部22の働きによって、入力画像信号(I)から過去フレーム画像(F1)と現在フレーム画像(F2)とに基づいて、図9の補正前のような動きベクトルV11〜V55を検出する。又、ここで上左ベクトルを用いた動きベクトルフィルタ部23のフィルタリング処理を行なう場合は、後述する手順で行なう。
次に、補間フレーム生成部13は、上左ベクトルを用いたフィルタリングを含む動きベクトル検出部12から動きベクトルV11〜V55を受けると、入力画像信号(I)からの過去フレーム画像(F1)と現在フレーム画像(F2)とに基づいて、補間画像(F3)を生成し、過去フレーム画像(F1)、補間画像(F3)、現在フレーム画像(F2)の順に後段に出力する。これにより、映像に大きな動きが含まれていたとしても、例えば、パネル表示部に破綻のない滑らかで自然な映像を表示することが可能となる。
(フィルタリング処理を含む動作)
次に、上述した図9で示す補正前の動きベクトルV11乃至V55のような、周辺ブロックの動きベクトルに対して大きなベクトル差をもつ動きベクトルのかたまりを補正するためのフィルタリング処理を図3乃至図8のフローチャート等を用いて以下に詳細に説明する。なお、図4、図6及び図7のフローチャートの各ステップは、回路ブロックに置き換えることができ、従って、各フローチャートのステップは、全てブロックに定義しなおすことが可能である。
・上ベクトルを用いたフィルタリング処理
初めに、上ベクトルを用いたフィルタリング処理の原理を図3を用いて説明する。図3では、動きベクトルが、上ベクトルのx成分が0で以降現ブロックが10,10,10,10と続き、再び0となる場合を示している。この動きベクトル10の部分が、誤検出の可能性が高い部位である。
この動きベクトルについて、動きベクトルフィルタ23を使用して本発明の一実施形態であるフィルタ処理を行うと、上ベクトル0から現ベクトル10に変化する部分で、特定のステップα(例:α=1)でスムーズ処理を行う。つまり現ベクトルは上ベクトル0にステップα=1を加えた『1』となる。
次にこの補正された現ベクトルを循環させ『1』にステップαを加えた『2』が次の現ベクトルとなり、ベクトル値は、『3』、『4』、『3』、『2』、『1』と値を徐々に変化させていく。このように処理することで、ベクトルの急激な変化を抑えるため、映像が破綻することはない。
なお、ステップαの値は、『1』でも『2』、『3』等でも適宜、設定が可能である。
次に、上ベクトルを用いたフィルタリング処理の具体例を図4のフローチャートを用いて詳細に説明する。初めに、最終ベクトル決定部22から複数ブロック毎の複数の動きベクトルを受けると、そのうちの一つの現ベクトルV1と上ベクトルV2を比較する(ステップS11)。そして、ステップ値=α(αは例えば1等の定数)の範囲であれば、補正ベクトル=(xt,yt)として、ベクトルのフィルタリング処理は行なわれない(ステップS19)。
しかし、現ベクトルV1と上ベクトルV2の比較結果がステップ値=αを越えていれば、上ベクトルを基点としたスムーズ化処理を行い、両者のベクトルの大小を求められる(ステップS12)。│xt−xu│≧│yt−yu│であれば、次に、xt−xu≦0であるかが問われ(ステップS13)、そうであれば、補正ベクトル=(xu−α,0)となり(ステップS15)、そうでなければ、補正ベクトル=(xu+α,0)となる(ステップS14)。
又、ステップS12で、│xt−xu│<│yt−yu│であれば、次に、yt−yu≦0であるかが問われ(ステップS16)、そうであれば、補正ベクトル=(0,yu−α)となり(ステップS17)、そうでなければ、補正ベクトル=(0,yu+α)となる(ステップS18)。
これでフレーム中の一つの現ベクトルV1についてフィルタリング処理が行なわれたわけだが、このフィルタリング処理はフレーム中の全てのブロック毎の動きベクトルについて行なうことが好適である。
・左ベクトルを用いたフィルタリング処理
次に、左ベクトルを用いたフィルタリング処理を図5を用いて説明する。動作は、図3の上ベクトルを用いたフィルタリング処理と同様である。
現ベクトルは、処理前の0,10,10,0が、この処理の結果、0,3,6,3となり、左ベクトルに沿ってスムーズ化されているのが解かる。これにより、周辺ブロックの動きベクトルに対し大きなベクトル差をもつかたまりを補正することができる。
次に、左ベクトルを用いたフィルタリング処理の具体例を図6のフローチャートを用いて詳細に説明する。初めに、最終ベクトル決定部22から複数ブロック毎の複数の動きベクトルを受けると、そのうちの一つの現ベクトルV1と左ベクトルV3を比較する(ステップS21)。そして、ステップ値=β(βは例えば1等の定数)の範囲であれば、補正ベクトル=(xt,yt)として、ベクトルのフィルタリング処理は行なわれない(ステップS29)。
しかし、現ベクトルV1と左ベクトルV3の比較結果がステップ値=βを越えていれば、左ベクトルを基点としたスムーズ化処理を行い、両者のベクトルの大小を求められる(ステップS22)。│xt−xl│≧│yt−yl│であれば、次に、xt−xl≦0であるかが問われ(ステップS23)、そうであれば、補正ベクトル=(xl−β,0)となり(ステップS25)、そうでなければ、補正ベクトル=(xl+β,0)となる(ステップS24)。
又、ステップS22で、│xt−xu│<│yt−yu│であれば、次に、yt−yl≦0であるかが問われ(ステップS26)、そうであれば、補正ベクトル=(0,yl−β)となり(ステップS27)、そうでなければ、補正ベクトル=(0,yl+β)となる(ステップS28)。
これでフレーム中の一つの現ベクトルV1についてフィルタリング処理が行なわれたわけだが、このフィルタリング処理はフレーム中の全てのブロック毎の動きベクトルについて行なうことが好適である。
・上左ベクトルを用いたフィルタリング処理
次に、上左ベクトルを用いたフィルタリング処理の具体例を図7のフローチャートを用いて詳細に説明する。初めに、最終ベクトル決定部22から複数ブロック毎の複数の動きベクトルを受けると、そのうちの一つの現ベクトルV1と上ベクトルV2を比較する(ステップS31)。そして、ステップ値=α(αは例えば1等の定数)の範囲であれば、現ベクトルV1と左ベクトルV3を比較し(ステップS35)、比較結果がステップ値=β(βは例えば1等の定数)の範囲であれば、補正ベクトル=(xt,yt)として、ベクトルのフィルタリング処理は行なわれない(ステップS37)。
しかし、ステップS31で、現ベクトルV1と上ベクトルV2の比較結果がステップ値=αを越えていれば、現ベクトルV1と左ベクトルV3を比較し(ステップS35)、その比較結果がステップ値=β(βは例えば1等の定数)の範囲であるかどうかを判断する(ステップS32)。そして、現ベクトルV1と左ベクトルV3の比較結果がステップ値=β(βは例えば1等の定数)の範囲であるとすると、図4に示される上ベクトルを基点としたスムーズ化処理が行なわれる(ステップS34)。
又、ステップS35で、現ベクトルV1と左ベクトルV3の比較結果がステップ値=β(βは例えば1等の定数)を越えていれば、図6に示される左ベクトルを基点としたスムーズ化処理が行なわれる(ステップS36)。
又、ステップS32で、現ベクトルV1と左ベクトルV3の比較結果がステップ値=β(βは例えば1等の定数)の範囲を越えていれば、│xt−xu│+│yt−yu│≦│xt−xl│+│yt−yl│が問われる(ステップS33)。そして、これがYesであり現ベクトルV1の値が上ベクトルV2の値の方に近ければ、図4に示される上ベクトルを基点としたスムーズ化処理が行なわれる(ステップS34)。
又、ステップS33で、現ベクトルV1の値が左ベクトルV3の値の方に近ければ、図6に示される左ベクトルを基点としたスムーズ化処理が行なわれる(ステップS36)。
これでフレーム中の一つの現ベクトルV1についてフィルタリング処理が行なわれたわけだが、このフィルタリング処理はフレーム中の全てのブロック毎の動きベクトルについて行なうことが好適である。
これにより、本発明の一実施形態であるフィルタリング処理によれば、上ブロックおよび左ブロックのベクトルを参照し、現ベクトルにフィルタを掛けることで、ベクトルの急峻な変化を抑え、ある程度かたまりを持ったベクトル誤検出も補正可能となる。従って、ベクトルの急峻な変化による補間画像の破綻を軽減することができる。
・上左ベクトルを用いたフィルタリング処理の具体例1
次に、上左ベクトルを用いたフィルタリング処理の具体例1を図8を用いて説明する。
図8において、補正前の現ベクトルV1の値が“4”、上ベクトルV2の値が“30”、左ベクトルV3の値が“10”であるとき、(30−4)>(10−4)となり、上ベクトルV2は無視され、左ベクトルV3を基点としたスムーズ化処理が行なわれる。ここで、ステップα=3であれば、左ベクトルV3の値が“10”であるため、現ベクトルV1の値は“10−3=7”となる。
・上左ベクトルを用いたフィルタリング処理の具体例2
次に、上左ベクトルを用いたフィルタリング処理の具体例2を図9を用いて説明する。
最終ベクトル決定部22から供給された補正前の複数のベクトルV11〜V51は、特に、ベクトルV24、ベクトルV34、ベクトルV44、ベクトルV23、ベクトルV33、ベクトルV43、ベクトルV22、ベクトルV32、ベクトルV42において、周辺ブロックの動きベクトルに対し大きなベクトル差をもつ動きベクトルのかたまりを形成している。
しかし、これらのベクトルV24、ベクトルV34、ベクトルV44、ベクトルV23、ベクトルV33、ベクトルV43、ベクトルV22、ベクトルV32、ベクトルV42は、上述した図7に示すような上左ベクトルを用いたフィルタリング処理を施すことにより、ベクトルV24’、ベクトルV34’、ベクトルV44’、ベクトルV23’、ベクトルV33’、ベクトルV43’、ベクトルV22’、ベクトルV32’、ベクトルV42’となり、周辺ブロックの動きベクトルに対し大きなベクトル差をもつかたまりを補正することが可能となる。これにより、ベクトルの急峻な変化による補間画像の破綻を回避することができる。
なお、これまで、上、左、上左ベクトルを用いたフィルタリング処理を述べたが、同じ原理で上下左右いずれかのベクトルを用いても、同様に、本原理によりフィルタリング処理が可能である。
<本発明の一実施形態であるフレーム補間回路を用いたパネル表示装置>
次に、上述したフレーム補間回路を用いたパネル表示装置の一例を図10を用いて詳細に説明する。
フレーム補間回路1を用いたパネル表示装置30は、一例として、放送信号を映像信号として出力するチューナ部31と、映像信号のスケーリング処理を行なうスケーラ32と、映像信号のIP変換を行なうIP変換部33と、カラーマネジメント、エンハンサ、補正回路等を含む処理部34と、上述したフレーム補間回路1と、このフレーム補間回路1の出力を受ける液晶表示部やFPD(Flat Panel Display)等のパネル部15を有している。
このような構成をもつパネル表示装置30は、上述したようにフレーム補間回路1により、周辺ブロックの動きベクトルに対し大きなベクトル差をもつかたまりを補正することが可能であり、映像の破綻のない補間フレームを用いて滑らかで自然な映像を表示することが可能となる。
以上記載した様々な実施形態により、当業者は本発明を実現することができるが、更にこれらの実施形態の様々な変形例を思いつくことが当業者によって容易であり、発明的な能力をもたなくとも様々な実施形態へと適用することが可能である。従って、本発明は、開示された原理と新規な特徴に矛盾しない広範な範囲に及ぶものであり、上述した実施形態に限定されるものではない。
本発明の一実施形態に係るフレーム補間回路の構成の一例を示すブロック図。 本発明の一実施形態に係るフレーム補間回路の動きベクトル検出部の構成の一例を示すブロック図。 本発明の一実施形態に係るフレーム補間回路の補正前の動きベクトルと補正後の動きベクトルの一例を示す説明図。 本発明の一実施形態に係るフレーム補間回路の上ベクトルのみを参照したベクトル補正処理の一例を示すフローチャート。 本発明の一実施形態に係るフレーム補間回路の上ベクトルのみを参照したベクトル補正処理の一例を示す説明図。 本発明の一実施形態に係るフレーム補間回路の左ベクトルのみを参照したベクトル補正処理の一例を示すフローチャート。 本発明の一実施形態に係るフレーム補間回路の上ベクトル又は左ベクトルの一方を参照したベクトル補正処理の一例を示すフローチャート。 本発明の一実施形態に係るフレーム補間回路の上ベクトル又は左ベクトルの一方を参照したベクトル補正処理の一例を示す説明図。 本発明の一実施形態に係るフレーム補間回路によるベクトル補正処理の具体的な一例を示すベクトル値の説明図。 本発明の一実施形態に係るフレーム補間回路を含む表示装置の構成の一例を示すブロック図。
符号の説明
1…フレーム補間回路、11…フレームメモリ、12…上左ベクトルを使用したフィルタリングを含む動きベクトル検出部、13…補間フレーム生成部、14…制御部、15…パネル、23…上左ベクトルを用いた動きベクトルフィルタ。

Claims (10)

  1. 入力画像信号から第1のフレーム画像と第2のフレーム画像を検出し両者を比較して、前記フレームをブロック状に分割した複数ブロック毎の複数の動きベクトルを検出する検出部と、
    前記複数ブロックの中の一のブロックの動きベクトルの値に比べて、前記一のブロックの上のブロックの動きベクトルと右のブロックの動きベクトルの内のベクトル値が近い方の動きベクトルを選び、選んだ動きベクトルの値から所定値以内の値に、前記一のブロックの動きベクトルの値を変更するフィルタ部と、
    前記フィルタ部により値が変更された前記複数の動きベクトルと前記第1のフレーム画像と前記第2のフレーム画像に基づいて、補間画像を生成して出力する補間フレーム生成部と、を具備することを特徴とするフレーム補間回路。
  2. 前記フィルタ部は、前記フレーム内の複数ブロック毎の複数の動きベクトルの全てについて、選んだ動きベクトルの値から所定値以内の値に前記一のブロックの動きベクトルの値を変更することを特徴とする請求項1記載のフレーム補間回路。
  3. 前記検出部は、前記第1フレーム画像と前記第2フレーム画像とをブロックマッチングすることで、前記動きベクトルを検出することを特徴とする請求項1記載のフレーム補間回路。
  4. 前記入力画像信号は、RGB規格又はYCbCr規格であることを特徴とする請求項1記載のフレーム補間回路。
  5. 入力画像信号から第1のフレーム画像と第2のフレーム画像を検出し両者を比較して、前記フレームをブロック状に分割した複数ブロック毎の複数の動きベクトルを検出し、
    前記複数ブロックの中の一のブロックの動きベクトルの値に比べて、前記一のブロックの上のブロックの動きベクトルと右のブロックの動きベクトルの内のベクトル値が近い方の動きベクトルを選び、選んだ動きベクトルの値から所定値以内の値に、前記一のブロックの動きベクトルの値を変更し、
    前記変更された複数の動きベクトルと前記第1のフレーム画像と前記第2のフレーム画像に基づいて、補間画像を生成して出力することを特徴とするフレーム補間方法。
  6. 前記フレーム内の複数ブロック毎の複数の動きベクトルの全てについて、選んだ動きベクトルの値から所定値以内の値に前記一のブロックの動きベクトルの値を変更することを特徴とする請求項5記載のフレーム補間方法。
  7. 前記第1フレーム画像と前記第2フレーム画像とをブロックマッチングすることで、前記動きベクトルを検出することを特徴とする請求項5記載のフレーム補間方法。
  8. 前記入力画像信号は、RGB規格又はYCbCr規格であることを特徴とする請求項5記載のフレーム補間方法。
  9. 入力画像信号から第1のフレーム画像と第2のフレーム画像を検出し両者を比較して、前記フレームをブロック状に分割した複数ブロック毎の複数の動きベクトルを検出する検出部と、
    前記複数ブロックの中の一のブロックの動きベクトルの値に比べて、前記一のブロックの上のブロックの動きベクトルと右のブロックの動きベクトルの内のベクトル値が近い方の動きベクトルを選び、選んだ動きベクトルの値から所定値以内の値に、前記一のブロックの動きベクトルの値を変更するフィルタ部と、
    前記フィルタ部により値が変更された前記複数の動きベクトルと前記第1のフレーム画像と前記第2のフレーム画像に基づいて、補間画像を生成して出力する補間フレーム生成部と、
    前記第1及び第2のフレーム画像及び前記補間画像を画面に表示するパネル部を具備することを特徴とする表示装置。
  10. 前記第1フレーム画像と前記第2フレーム画像とをブロックマッチングすることで、前記動きベクトルを検出することを特徴とする請求項9記載の表示装置。
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