JP2009147767A - Image converting apparatus, and image display apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、入力映像に対してフレームレートの変換と解像度の変換処理を行う画像変換処理に関する。 The present invention relates to an image conversion process that performs frame rate conversion and resolution conversion processing on an input video.
入力された映像信号のフレームレートを所望のフレームレートに変換する、いわゆるフレームレート変換技術として、フレームレート変換前の映像信号から動きベクトルを探索し、探索した動きベクトルに応じて、前後のフレームに含まれる画像の位置を移動させた新たなフレームを生成し、生成した新たなフレームを前後フレーム間に挿入することによって映像信号のフレームレートを増加させる、いわゆる動き補正型のフレームレート変換技術が知られている(例えば、特許文献1参照)。 As a so-called frame rate conversion technique that converts the frame rate of the input video signal to a desired frame rate, a motion vector is searched from the video signal before the frame rate conversion, and the previous and next frames are searched according to the searched motion vector. A so-called motion compensation type frame rate conversion technique is known in which a new frame is generated by moving the position of the included image, and the generated new frame is inserted between the previous and next frames to increase the frame rate of the video signal. (For example, refer to Patent Document 1).
特許文献1記載のフレームレート変換技術において、フレームレート変換処理において得た動きベクトルは入力映像に対応するものであり、変換後の出力映像には対応していない。よって、特許文献1に記載のフレームレート変換処理と、動き探索を伴う高解像度化変換処理を共に行う場合、後段の超解像変換の処理ステップにおいて、画像の動き探索を行う必要がある。 In the frame rate conversion technique described in Patent Document 1, the motion vector obtained in the frame rate conversion process corresponds to the input video, and does not correspond to the converted output video. Therefore, when performing both the frame rate conversion process described in Patent Document 1 and the high resolution conversion process with motion search, it is necessary to perform image motion search in the subsequent super-resolution conversion processing step.
そのため、動き探索を2 回行わければならないため、処理が複雑になり、処理回路の回路規模及びコストが大きくなってしまうという課題があった。 For this reason, since motion search must be performed twice, the processing becomes complicated, and the circuit scale and cost of the processing circuit increase.
上記の課題を解決するために、本発明の一実施の態様は、例えば特許請求の範囲に記載されるように構成すればよい。 In order to solve the above-described problems, an embodiment of the present invention may be configured as described in the claims, for example.
本発明によれば、高画質な画像変換を低コストに実現することが可能となる。 According to the present invention, high-quality image conversion can be realized at low cost.
本発明の画像変換装置は、入力映像のフレームレートを所望のフレームレートに変換するフレームレート変換部と、入力した動きベクトルを出力映像のフレームレートに対応するように動きベクトルのレート変換を行う動きベクトルレート変換部と、前後2枚のフレームを入力して画像の解像感を向上させるための高画質化部とで構成する。 The image conversion apparatus of the present invention includes a frame rate conversion unit that converts a frame rate of an input video to a desired frame rate, and a motion that performs rate conversion of a motion vector so that the input motion vector corresponds to the frame rate of the output video. It consists of a vector rate conversion unit and a high image quality improvement unit for improving the image resolution by inputting two frames before and after.
図1は、本発明の画像変換装置の構成を示す図である。 FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an image conversion apparatus according to the present invention.
画像変換装置100は、フレームレート変換部101と、動きベクトルレート変換部102と、高画質化部103とで構成する。フレームレート変換部101は、入力映像に対して外部の制御部等から指定する補間モード信号106に応じたフレーム内挿、いわゆるフレームレート変換を実行して、入力映像とは異なるフレームレートに変換した映像を出力する。補間モード信号106とは、フレームレート変換の動作モードを指定する制御信号のことである。動作モードは、例えば、24Hzから60Hz、50Hzから60Hz、60Hzから120Hz等がある。動きベクトルレート変換部102は、フレームレート変換部101が出力する動きベクトルを入力し、補間モード信号が指定する入力フレームレートと出力フレームレートに基づき、動きベクトルのレート変換を行う。動きベクトルレート変換部102が出力するフレーム毎の動きベクトル情報の出力タイミングは、フレームレート変換部101が出力するフレームレートのタイミングと同期する。高画質化部103は、前後2枚のフレームを入力して画像の解像感を向上させるための超解像変換処理などの高解像度化処理を行う。
The
ここで、補間モード信号の指定条件として、60Hzから60Hzのように入力側と出力側を同一フレームレートとすることも可能である。この場合、フレームレート変換部101では、フレーム内挿動作は行わずに入力フレームをそのまま出力するが、フレーム間の動き探索は実行して、その結果の動きベクトルを出力する。
Here, it is also possible to set the input side and the output side to the same frame rate, such as 60 Hz to 60 Hz, as the interpolation mode signal designation condition. In this case, the frame
図2は、映像フレームレートおよび動きベクトルのレート変換条件の一例を示す図である。 FIG. 2 is a diagram illustrating an example of video frame rate and motion vector rate conversion conditions.
フレームレートとは、1秒間に何枚の絵を送るかを示す映像規格の一つである。テレビ放送のフレームレートは、NTSC方式の日本や米国が30fps、PAL方式の欧州およびSECOM方式のソ連が25fpsであることが知られている。また、映画は一般的に24Hzである。現在市販化されているテレビ受像機には、フレームレート変換機能を備えたモデルがある。同機能は、単純に元映像とテレビ側のフレームレート差異を解消する意味もあるが、映像品質向上の観点で、補間フレームを内挿する方法で、なめらかな被写体の動きを実現する目的もある。 Frame rate is one of the video standards that indicates how many pictures are sent per second. It is known that the television broadcast frame rate is 30 fps for NTSC Japan and the United States, and 25 fps for PAL Europe and the SECOM Soviet Union. Also, movies are generally 24Hz. Among television receivers that are currently on the market, there are models with a frame rate conversion function. This function can be used to simply eliminate the difference in frame rate between the original video and the TV, but it also has the purpose of realizing smooth subject movement by interpolating interpolated frames from the viewpoint of improving video quality. .
本発明の画像変換装置100の実施例の説明では、24fps映像を30fps映像に変換して出力する動作条件を用いて説明する。但し、出力側映像をPI変換後のフィールド映像を用いて説明する都合上、以下の説明では、映像周波数(1秒間辺りの垂直同期信号の数)としてHz表記とし、24Hz(24フレーム/秒)映像を60Hz(60フィールド/秒)映像への変換と表記する。
In the description of the embodiment of the
同図の例は、本装置が補間モード信号として、24Hzから60Hzへフレームレート変換を行うことを指示する信号をフレームレート変換部101と動きベクトルレート変換部102へ出力している状態を示す。
The example in the figure shows a state in which the apparatus outputs a signal instructing frame rate conversion from 24 Hz to 60 Hz to the frame
フレームレート変換部101は、24H入力画像104を入力して60Hz映像に変換して出力と共に24Hz入力映像104から探索した24Hz動きベクトルを出力する。動きベクトルレート変換部102は、フレームレート変換部101で探索した24Hz動きベクトルを60Hz映像用の60Hz動きベクトルに変換する。高画質部103は、レート変換後の60Hz映像と、その画像に対応するレート変換後の60Hz動きベクトルを入力して、所定の画像処理アルゴリズムに基づく画像変換を行い、60Hz出力映像105として送出する。
The frame
図3は、フレームレート変換部の構成を示す図である。 FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of the frame rate conversion unit.
フレームレート変換処理では、入力映像の時間的に隣接する2枚のフレーム間における画素単位で動きベクトルを探索し、操作対象画素の動きベクトルと内挿フレームの時間軸上の位置との関係から内挿フレーム上の画素位置を決定する手順を繰り返して、内挿フレームを生成する。入力映像の2枚のフレーム間に挿入する内挿フレームの数は、入力映像と出力映像のフレームレートの関係から一義的に決まる。例えば、入力映像と出力映像のフレームレートがそれぞれ24Hzと60Hzの場合、オリジナル入力映像の隣接フレーム間への内挿フレーム数は2枚となる。 In the frame rate conversion process, a motion vector is searched for in units of pixels between two temporally adjacent frames of the input video, and the internal motion is calculated from the relationship between the motion vector of the operation target pixel and the position of the interpolation frame on the time axis. The procedure for determining the pixel position on the insertion frame is repeated to generate an interpolation frame. The number of interpolation frames inserted between two frames of the input video is uniquely determined from the relationship between the frame rate of the input video and the output video. For example, when the frame rates of the input video and the output video are 24 Hz and 60 Hz, respectively, the number of interpolated frames between adjacent frames of the original input video is two.
入力映像300のフレームは順次フレームメモリ1(301)に保存し、フレーム遅延部304により時間的に1フレーム期間分を遅延させたフレームをフレームメモリ2(302)に保存する。動き探索部306は、フレームメモリ1(301)とフレームメモリ2(302)の2枚のフレーム間における画素単位で動きベクトルを探索する。動きベクトル変換部307は、対象画素の動きベクトルと内挿フレームの時間軸上の位置との関係から内挿フレーム上の画素位置を決定する。画像補間部305は、2枚のフレームと動きベクトルを参照して画素補間を行い、1枚の内挿フレームを作成し、フレームメモリ3(303)に保存する。切り換え部308は、オリジナル映像が保存されたフレームメモリ2(302)、または内挿フレームが保存されたフレームメモリ3(303)の何れか一方を選択して、選択した方の保存フレームを出力映像310として送出する。制御部309は、外部から指定される補間モード信号311を動きベクトル変換部307および切り換え部308へ伝達し、内挿フレームに対して補間位相に応じたタイミングを決定する。
The frames of the
図4は、高画質化部の構成を示す図である。 FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration of the image quality improving unit.
高画質化部103は、入力映像400のフレームは順次フレームメモリ11(401)に保存し、フレーム遅延部404により時間的に1フレーム期間分を遅延させたフレームをフレームメモリ12(402)に保存する。画像変換部405は、2枚のフレームと動きベクトル406を参照して所定の画像変換処理を行い、フレームメモリ13(403)に保存する。補間モード信号106で指定されたフレームレートに従って、フレームメモリ13(403)の映像を所定のタイミングで出力映像406として送出する。
The image
入力映像407は、前段でフレームレート変換部101が送出した映像である。また、動きベクトル406は、前段で動きベクトルレート変換部102が出力した動きベクトルである。
An input video 407 is a video transmitted by the frame
画像変換部405の処理の一例は、例えば超解像処理である。超解像処理とは、複数のフレームの映像および動きベクトルを使用してフレーム同士の位置合わせを行う工程により、オリジナル映像に対して小数点精度の仮想標本ポイントとその仮想画素データを取得し、この仮想画素データから実際に表示する映像データを求めることによって、オリジナル映像以上の解像度映像を生成する方法である。
An example of processing of the
図5は、フレームレート変換部および高画質化部との動き探索の関係を示す図である。 FIG. 5 is a diagram showing the relationship of motion search between the frame rate conversion unit and the image quality improvement unit.
図4で説明した通り、高画質化部103の画像変換では、フレーム間の動きベクトルを使用するため、通常は別途動き探索部を実装する必要がある。一般的に、動き探索は、処理負荷が非常大きく、回路規模も探索範囲に比例して大きくなることが知られている。
As described with reference to FIG. 4, since the image conversion of the image
一方、本装置の構成は、前段のフレームレート変換部101において、入力するフレームのタイミングは異なるが、画素毎の動きベクトルを検出するという同一目的の動き探索部を備えている。そこで、動きベクトルレート変換部102を備えて、フレームレート変換部101で求めた入力映像(24Hz)の動きベクトルを所定の手順で出力映像(60Hz)の動きベクトルに変換することで、本来必要であった後段の高画質化部の動き探索部を省略している。この結果、処理負荷が低減でき、回路規模も大幅に抑えることができる。
On the other hand, the configuration of this apparatus includes a motion search unit having the same purpose of detecting a motion vector for each pixel in the preceding frame
以下に、動きベクトルレート変換部102の構成について説明する。
The configuration of the motion vector
図6は、動きベクトルレート変換動作の概要を示す図である。 FIG. 6 is a diagram showing an outline of the motion vector rate conversion operation.
動きベクトルは、時間的に隣接する2つのフレームを参照し、所定の範囲の画素値を比較する手順によって各画素の動きに対応する動きベクトルが求められる。隣接する2つのフレームを同時参照するために、24Hz入力映像から現在読み出した24Hz映像と、1つ前に読み出した24Hz映像 (即ち1フレーム遅延された24Hz映像)の2枚を保持する、この2枚の24Hz映像を使用して24Hz動きベクトル群603(以下、複数の動きベクトルを「動きベクトル群」と記載する。)を検出する。 The motion vector refers to two temporally adjacent frames, and a motion vector corresponding to the motion of each pixel is obtained by a procedure of comparing pixel values within a predetermined range. In order to refer to two adjacent frames at the same time, 2 frames of 24Hz video currently read out from the 24Hz input video and 24Hz video read out the previous time (ie, 24Hz video delayed by one frame) are retained. A 24 Hz motion vector group 603 (hereinafter, a plurality of motion vectors are referred to as “motion vector group”) is detected using a piece of 24 Hz video.
同図では、動きベクトルレート変換の動作期間Twを例に説明する。 In the figure, an operation period Tw of motion vector rate conversion will be described as an example.
24Hzから60Hzのレート変換では、2フレームの入力に対し、5フレームの出力を得る計算になる。動きベクトルの数の関係もフレームと同様であり、検出した2フレーム分の動きベクトル群に対し、5フレーム分の動きベクトル群を得る。なお、同図に示される期間は、各動きベクトルに対応したフレームの表示期間の長さと等しい。 In the rate conversion from 24 Hz to 60 Hz, it is calculated to obtain 5 frames of output for 2 frames of input. The relationship of the number of motion vectors is the same as that of frames, and a motion vector group for five frames is obtained for the detected motion vector group for two frames. The period shown in the figure is equal to the length of the frame display period corresponding to each motion vector.
24Hz映像601のフレームF1(606)のタイミングで24Hz動きベクトルMV1(613)、同様にフレームF2(607)のタイミングでMV2(614)を得る。24Hz動きベクトル群603のMV1(613)とMV2(614)は、後述する動きベクトルレート変換部102の所定の変換手順で60Hz動きベクトル群604のMVc1(615)〜MVc5(619)に変換する。期間Twでは、フレームレート変換部101により、24Hz映像301のフレームF1(606)とフレームF2(607)も所定の変換手順で60Hz映像602のフレームFc1(608)からフレームFc5(612)に変換して出力する。
A 24 Hz motion vector MV1 (613) is obtained at the timing of the frame F1 (606) of the 24
図7は、動きベクトル変換係数テーブルの一例を示す図である。 FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a motion vector conversion coefficient table.
24Hzから60Hzの動きベクトルレート変換では、ベクトル変換係数テーブル700を参照する。変換手順は、検出した1フレーム分または連続する2フレーム分の24Hz動きベクトル群701のそれぞれの動きベクトルに、第1係数702または第2係数703の乗じ、さらに乗算の積和を求めて60Hz動きベクトル群704とする。5フレーム分の60Hz動きベクトル群704を得るために、NO.1(705)からNO.5(709)に示した各ステップのパラメータの組み合わせを用いる。例えば、NO.1(905)のステップでは、24Hz動きベクトルMV1と第1係数KA1を乗じた結果を60H動きベクトルMVc1として得る。NO.2(706)のステップでは、24Hz動きベクトルMV1と第1係数KA2を乗じた結果を60H動きベクトルMVc2として得る。NO.3(707)のステップは、24Hz動きベクトルMV1と第1係数KA3を乗じ、さらにMV2とKB2を乗じて、その積和の結果を60H動きベクトルMVc3として得る。NO.4(708)およびNO.5(709)は、NO.1(705)の手順と同様である。
In the motion vector rate conversion from 24 Hz to 60 Hz, the vector conversion coefficient table 700 is referred to. The conversion procedure consists of multiplying each detected motion vector of the detected 24-Hz
ここで用いる第1係数および第2係数とは、24Hz動きベクトル群を構成する動きベクトルと60Hz動きベクトル群を構成する動きベクトルが表現している時間軸上の差分を線形な重み成分として表した数値のことである。ベクトル変換係数テーブル700において、60Hz動きベクトルの数(即ちステップ数)、参照する50Hz動きベクトルの数、第1係数および第2係数は、レート変換条件の変更に応じて、任意に変更することができる。 The first coefficient and the second coefficient used here represent the difference on the time axis represented by the motion vector constituting the 24 Hz motion vector group and the motion vector constituting the 60 Hz motion vector group as a linear weight component. It is a numerical value. In the vector conversion coefficient table 700, the number of 60 Hz motion vectors (that is, the number of steps), the number of referenced 50 Hz motion vectors, the first coefficient, and the second coefficient can be arbitrarily changed according to the change of the rate conversion condition. it can.
以下に、第1係数および第2係数の一例を示す。 An example of the first coefficient and the second coefficient is shown below.
第1の動きベクトル群から第2の動きベクトル群への変換する場合を考える。このとき、第2の動きベクトル群における一つのベクトルに対応するフレーム表示期間が、変換元となる第1の動きベクトル群の一つの動きベクトルに対応するフレーム表示期間内に含まれる場合は、次の数式1を用いることによって、第2の動きベクトル群の動きベクトルを算出する。ここで、MVnは第1の動きベクトル群の一つのベクトル、MVcmは第2の動きベクトル群の一つのベクトル、KAmは第1係数である。
(数1)MVcm = KAm × MVn
すなわち、数式1を用いる場合は、第1の動きベクトル群の一つの動きベクトルに係数を乗じて第2の動きベクトル群の一つの動きベクトルを算出する。
Consider the case of converting from a first motion vector group to a second motion vector group. At this time, if the frame display period corresponding to one vector in the second motion vector group is included in the frame display period corresponding to one motion vector of the first motion vector group to be converted, The motion vector of the second motion vector group is calculated by using Equation 1 below. Here, MVn is one vector of the first motion vector group, MVcm is one vector of the second motion vector group, and KAm is the first coefficient.
(Equation 1) MVcm = KAm × MVn
That is, when Equation 1 is used, one motion vector of the second motion vector group is calculated by multiplying one motion vector of the first motion vector group by a coefficient.
次に、第2の動きベクトル群における1つのベクトルに対応するフレーム表示期間が、変換元となる第1の動きベクトル群における一つの動きベクトルに対応するフレーム表示期間と別の動きベクトルに対応するフレーム表示期間とに跨って重なる場合は、次の数式2を用いることによって、第2の動きベクトル群の動きベクトルを算出する。
Next, a frame display period corresponding to one vector in the second motion vector group corresponds to a frame display period corresponding to one motion vector in the first motion vector group to be converted and another motion vector. When overlapping over the frame display period, the motion vector of the second motion vector group is calculated by using
すなわち、第2の動きベクトル群における1つのベクトルに対応するフレーム表示期間に、少なくとも変換元となる第1の動きベクトル群における一つの動きベクトルに対応するフレーム表示期間と重複する部分と、当該第1の動きベクトル群における動きベクトルとは異なる別の動きベクトルに対応するフレーム表示期間と重複する部分とが含まれる場合には、次の数式2を用いることによって、第2の動きベクトル群の動きベクトルを算出する。ここで、MVn1およびMVn2は隣接する2つのフレームの各々の第1の動きベクトル、MVcmは第2の動きベクトル、KAmは第1係数、KBmは第1係数である。
(数2) MVcm = KAm × MVn1 + KBm × MVn2
すなわち、数式2を用いる場合は、第1の動きベクトル群の二つの動きベクトルに係数を乗じて第2の動きベクトル群の一つの動きベクトルを算出する。
That is, in the frame display period corresponding to one vector in the second motion vector group, at least a portion overlapping with the frame display period corresponding to one motion vector in the first motion vector group serving as the conversion source, When a frame display period corresponding to another motion vector different from the motion vector in the first motion vector group and an overlapping part are included, the motion of the second motion vector group is obtained by using the following
(Equation 2) MVcm = KAm x MVn1 + KBm x MVn2
That is, when
上述のように、第2の動きベクトル群の動きベクトルのうち、第1の動きベクトル群における動きベクトルの変わり目部分の動きベクトルを、数式1ではなく、数式2を用いて算出することにより、出力フレームの動きをより滑らかに表現する動きベクトルに変換できる効果がある。
As described above, by calculating the motion vector at the transition part of the motion vector in the first motion vector group among the motion vectors of the second motion vector
ここで、上記図6に示した24Hzから60Hzへフレームレート変換の例の場合における第2の動きベクトル群の算出方法の一例について説明する。 Here, an example of the second motion vector group calculation method in the case of the frame rate conversion from 24 Hz to 60 Hz shown in FIG. 6 will be described.
まず、上記に説明した第1の動きベクトル群と第2の動きベクトル群とのそれぞれの動きベクトルに対応するフレーム表示期間の重複関係を考慮して、数式1と数式2の何れを用いるかを決定する。
First, in consideration of the overlapping relationship of the frame display periods corresponding to the respective motion vectors of the first motion vector group and the second motion vector group described above, which of Equation 1 and
図6の第2の動きベクトル群のうち、MVc1、MVc2の表示期間は、第1の動きベクトル群のMV1の表示期間に含まれ、MVc4、MVc5の表示期間は、第2の動きベクトル群のMV2の表示期間に含まれる。よって、MVc1、MVc2、MVc4、MVc5の算出には、数式1を用いる。 Of the second motion vector group in FIG. 6, the display period of MVc1 and MVc2 is included in the display period of MV1 of the first motion vector group, and the display period of MVc4 and MVc5 is the second motion vector group. Included in the MV2 display period. Therefore, Formula 1 is used to calculate MVc1, MVc2, MVc4, and MVc5.
図6の第2の動きベクトル群のうち、MVc3の表示期間は、第1の動きベクトル群のMV1の表示期間とMV2の表示期間に跨って重複する。すなわち、MVc3の表示期間には、少なくともMV1の表示期間と重複する部分とMV2の表示期間と重複する部分が存在する。よって、MVc3の算出には、数式2を用いる。
In the second motion vector group of FIG. 6, the display period of MVc3 overlaps the display period of MV1 and the display period of MV2 of the first motion vector group. That is, in the display period of MVc3, there are at least a part overlapping with the display period of MV1 and a part overlapping with the display period of MV2. Therefore,
したがって、第2の動きベクトル群の動きベクトルMVc1、MVc2、MVc3、MVc4、MVc5の算出に用いる数式は以下の数式3〜数式7のようになる。ここで、MV1およびMV2は第1の動きベクトル、MVc1〜MVc5は第2の動きベクトル、KA1〜KA5は第1係数、KB3は第2係数である。
(数3)MVc1 = KA1 × MV1
(数4)MVc2 = KA2 × MV1
(数5)MVc3 = KA3 × MV1 + KB3 × MV2
(数6)MVc4 = KA4 × MV2
(数7)MVc5 = KA5 × MV2
なお、第1係数KA1、KA2、KA4、KA5の一例としては、例えば、次の数式8、第1係数KA3および第2係数KB3は次の数式9を用いればよい。ここでf1は第1のフレームレート、f2は第2のフレームレートである。また、TAはMVc3に対応するフレーム表示期間のうち、MV1に対応するフレーム表示期間と重複する期間の長さ、TBはMVc3に対応するフレーム表示期間のうち、MV2に対応するフレーム表示期間と重複する期間の長さを示す。
Therefore, equations used to calculate the motion vectors MVc1, MVc2, MVc3, MVc4, and MVc5 of the second motion vector group are as shown in
(Equation 3) MVc1 = KA1 × MV1
(Equation 4) MVc2 = KA2 × MV1
(Equation 5) MVc3 = KA3 x MV1 + KB3 x MV2
(Equation 6) MVc4 = KA4 × MV2
(Equation 7) MVc5 = KA5 × MV2
As an example of the first coefficients KA1, KA2, KA4, and KA5, for example, the following formula 9 may be used for the following formula 8, the first coefficient KA3, and the second coefficient KB3. Here, f1 is the first frame rate and f2 is the second frame rate. TA is the length of the frame display period corresponding to MVc3 and overlaps with the frame display period corresponding to MV1. TB is overlapped with the frame display period corresponding to MV2 among the frame display periods corresponding to MVc3. Indicates the length of the period.
なお、f1=24Hz、f2=60Hzとした例では、第1係数KA1、KA2、KA4、KA5、第1係数KA3および第2係数KB3は、それぞれ次の数式11、数式12に示したとおりとなる。
In the example in which f1 = 24 Hz and f2 = 60 Hz, the first coefficients KA1, KA2, KA4, KA5, the first coefficient KA3, and the second coefficient KB3 are as shown in the following
また、上述の数式5において、MVc3が2つの第1ベクトルを参照する理由は次の通りである。入力フレームとフレームレート変換後の出力フレームの関係おいて、映像の自然な動きを保持するためには、表示期間が重なるフレーム間の画像の相関関係を高く保つ必要がある。そのためには、出力フレーム表示期間が重なる関係にある全部の入力フレームを参照してフレームの変換を行うことが有効である。同様に動きベクトル変換においても、出力フレーム表示期間が重なる関係にある全部の入力フレームの動きベクトルを参照して変換することで、入力フレームの動きベクトル群と出力フレームの動きベクトル群の相関関係を高く保つことができる。このため、MVc3の変換には2つの第1ベクトルを参照する。
Further, in the
さらに、MVc3は2つの第1ベクトルを参照して変換することで、動きベクトルの時間軸上のバラつきを低減することができ、出力フレームの動きをより滑らかに表現する動きベクトルに変換できる効果がある。 In addition, MVc3 can be converted by referring to the two first vectors to reduce the variation in the time axis of the motion vector, which can be converted into a motion vector that expresses the motion of the output frame more smoothly. is there.
以上説明した第2の動きベクトル群の動きベクトルの算出処理を用いることによって、フレームレート変換後の出力フレームにおいて、より滑らかな動きを表現することが可能となる。 By using the motion vector calculation processing of the second motion vector group described above, it is possible to express smoother motion in the output frame after frame rate conversion.
図8は、24Hzと60Hの動きベクトル群の入出力関係を示す図である。 FIG. 8 is a diagram showing the input / output relationship of a motion vector group of 24 Hz and 60H.
本装置の動きベクトルレート変換方法は、自然映像から得られる動きベクトルが、前後フレーム間の相関関係が非常に高いことを利用している。この原理を応用して、60Hz動きベクトル群802は、時間的に近接する1フレーム分または2フレーム分の24Hz動きベクトル群801を用いた線形補間処理を行って変換する。
The motion vector rate conversion method of the present apparatus uses the fact that the correlation between motion frames obtained from natural images is very high. By applying this principle, the 60 Hz
例えば、60Hz動きベクトルMVc1(806)は、時間軸上において24Hz動きベクトルMV1(804)にのみ相関関係があると判断し、MV1(804)だけ参照して変換する。MVc2(807)も同様の理由でMV1(804)だけ参照して変換する。60Hz動きベクトルMVc3(808)は、24Hz動きベクトルMV1(804)およびMV2(805)に相関関係があると判断し、この2つ動きベクトルを参照して変換する。60Hz動きベクトルMVc4(809)およびMVc5(810)は、24Hz動きベクトルMV2(805)にのみ相関関係があると判断し、MV2(805)だけ参照して変換する。 For example, the 60 Hz motion vector MVc1 (806) is determined to have a correlation only with the 24 Hz motion vector MV1 (804) on the time axis, and is converted with reference to only MV1 (804). MVc2 (807) is also converted by referring to only MV1 (804) for the same reason. The 60 Hz motion vector MVc3 (808) is determined to have a correlation with the 24 Hz motion vectors MV1 (804) and MV2 (805), and is converted with reference to these two motion vectors. The 60 Hz motion vectors MVc4 (809) and MVc5 (810) are determined to be correlated only with the 24 Hz motion vector MV2 (805), and are converted with reference to only MV2 (805).
24Hz映像2フレーム分の期間Tw(803)は、60Hz映像5フレーム分の期間に相当する。従って、24Hz動きベクトル2フレーム分から60Hz動きベクトル5フレーム分相当を動きベクトル変換処理で出力する必要がある。 A period Tw (803) for two frames of 24 Hz video corresponds to a period of five frames of 60 Hz video. Therefore, it is necessary to output the motion vector conversion process corresponding to 2 frames from 24 Hz motion vectors to 5 frames of 60 Hz motion vectors.
図9は、60Hz動きベクトル変換処理の計算の概念を示す図である。 FIG. 9 is a diagram showing a calculation concept of the 60 Hz motion vector conversion process.
図9(a)は、図7のNO.1(705)、NO.2(706)、NO.4(708)およびNO.5(709)ステップのパラメータを用いた計算手順である。60Hz動きベクトルMVca(803)は、24Hz動きベクトルMV1x(901)と第1係数KAx(802)を乗じて求める。 FIG. 9 (a) is a calculation procedure using the parameters of the NO.1 (705), NO.2 (706), NO.4 (708) and NO.5 (709) steps of FIG. The 60 Hz motion vector MVca (803) is obtained by multiplying the 24 Hz motion vector MV1x (901) and the first coefficient KAx (802).
図9(b)は、図7のNO.3(707)ステップのパラメータを用いた計算手順である。60Hz動きベクトルMVcb(908)は、24Hz動きベクトルMV2x(904)と第1係数KAx(906)を乗じ、24Hz動きベクトルMV3x(905)と第2係数KBx(907)を乗じて、その両者の和を求める。 FIG. 9B is a calculation procedure using the parameters of step NO. 3 (707) in FIG. The 60 Hz motion vector MVcb (908) is multiplied by the 24 Hz motion vector MV2x (904) and the first coefficient KAx (906), multiplied by the 24 Hz motion vector MV3x (905) and the second coefficient KBx (907), and the sum of the two. Ask for.
図10は、フレームと動きベクトルの時間軸上(再生時間軸上)の関係を示す図である。 FIG. 10 is a diagram illustrating a relationship between a frame and a motion vector on the time axis (on the reproduction time axis).
同図では、動きベクトルのレート変換動作の期間Twにおいて、2フレームの24Hz画像から5フレームの60Hz画像を得ることと、2フレーム分の24Hz動きベクトル群から、5フレーム分の60Hz動きベクトル群を得る例を用いて説明する。 In the figure, in the period Tw of the motion vector rate conversion operation, a 60 Hz image of 5 frames is obtained from a 24 Hz image of 2 frames, and a 60 Hz motion vector group of 5 frames is obtained from a 24 Hz motion vector group of 2 frames. This will be described using an example to be obtained.
図6でも説明したように、24Hz動きベクトル群のそれぞれの動きベクトルは、隣接する2つの24Hz映像のフレームを参照して生成する。例えば、MV1(1002)はフレームF1(1000)とフレームF2(1001)を参照して生成する。MV2(1003)においても隣接するフレームF2(1001)とフレームF3を参照して生成する手順は同じである。 As described with reference to FIG. 6, each motion vector of the 24 Hz motion vector group is generated with reference to two adjacent 24 Hz video frames. For example, MV1 (1002) is generated with reference to frame F1 (1000) and frame F2 (1001). In MV2 (1003), the generation procedure is the same with reference to the adjacent frame F2 (1001) and frame F3.
2フレーム分の24Hz動きベクトル群から5フレーム分の60Hz動きベクトル群を得るための参照関係については、図8で説明したのでここでは省略する。 Since the reference relationship for obtaining the 60 Hz motion vector group for 5 frames from the 24 Hz motion vector group for 2 frames has been described with reference to FIG. 8, it is omitted here.
2フレームの24Hz映像から5フレームの60Hz映像を得る手順は次の通りである。まず、期間Twの起点となるフレームF1(1000)は、そのまま60Hz映像のフレームFc1(1004)として出力する。60Hz映像のフレームFc2(1005)からFc5(1008)は、24Hz映像のいずれの表示時間軸にも一致しないため、時間軸上で前後に近接する2つの24Hz映像から所定のアルゴリズムによる内挿フレームを生成して出力する。例えば、60Hz映像のフレームFc2(1005)は、時間軸上で前後に近接するフレームF1(1000)とフレームF2(1001)の2つを参照して内挿フレームを出力する。フレームFc3(1006)からフレームFc5(1008)においても、時間軸上で前後に近接する24Hz映像の2つのフレームを参照する手順は同じである。動きベクトルレート変換では、ベクトル変換係数1009を用いて所定の計算を行うが、その方法は図7および図9で説明したのでここでは省略する。
The procedure for obtaining 5 frames of 60 Hz images from 2 frames of 24 Hz images is as follows. First, the frame F1 (1000) that is the starting point of the period Tw is output as it is as a frame Fc1 (1004) of a 60 Hz video. Frames Fc2 (1005) to Fc5 (1008) of 60 Hz video do not match any display time axis of 24 Hz video, so an interpolation frame by a predetermined algorithm is used from two 24 Hz videos that are close to each other on the time axis. Generate and output. For example, a frame Fc2 (1005) of a 60 Hz video is output as an interpolated frame with reference to two frames F1 (1000) and F2 (1001) that are close to each other on the time axis. In the frames Fc3 (1006) to Fc5 (1008), the procedure for referring to the two frames of the 24-Hz video that are close to each other on the time axis is the same. In the motion vector rate conversion, a predetermined calculation is performed using the
本発明の画像変換装置100の高画質化部103は、フレームレート変換後の60Hz映像と60Hz動きベクトル群を用いて画像変換を行うが、その時に参照される60Hz映像と60Hz動きベクトル群の対応関係は同図に示す通りである。例えば、フレームFc1(1004)は、MVc1(1009)を用いて画像変換を行う。以後同様に、フレームFc2(1005)は、MVc2(1010)、フレームFc3(1006)は、MVc3(1011)、フレームFc4(1007)は、MVc4(1012)、フレームFc5(1008)は、MVc5(1013)を用いて画像変換を行う。
The image
図11は、動きベクトルレート変換部の処理タイミングの一例を示す図である。 FIG. 11 is a diagram illustrating an example of processing timing of the motion vector rate conversion unit.
24Hz動きベクトル群と60Hz動きベクトル群の参照関係は図8で説明した通りである。60Hz動きベクトル群1102の生成は、フレームレート変換部101の動き探索部306が24Hz動きベクトル群1100を検出して出力したタイミングで行う。
The reference relationship between the 24 Hz motion vector group and the 60 Hz motion vector group is as described with reference to FIG. The 60 Hz
動きベクトルレート変換の手順においては、タイミング上、過去に入力した24Hz動きベクトルを参照する必要がある。このため24Hz動きベクトルの新規読み出しと同時にその動きベクトルを一時保存用メモリに格納する。 In the procedure of motion vector rate conversion, it is necessary to refer to a 24 Hz motion vector input in the past for timing. For this reason, the motion vector is stored in the temporary storage memory simultaneously with the new reading of the 24 Hz motion vector.
動きベクトルレート変換の動作期間Twを例に説明する。24Hzから60Hzへの動きベクトルレート変換では、1フレーム辺りのベクトル変換処理の最大時間長はTw/5である。 An operation period Tw of motion vector rate conversion will be described as an example. In motion vector rate conversion from 24 Hz to 60 Hz, the maximum time length of vector conversion processing per frame is Tw / 5.
期間Twの最初のサイクルは、24Hz動きベクトルMV1(1103)の入力後に60Hz動きベクトルMVc1(1107)に変換する。また同時にMV1(1103)をメモリ1105に保存する。第2のサイクルは、メモリ1105から動きベクトルを読み出してMVc2(1108)に変換する。第3のサイクルは、MV2(1104)の入力およびメモリ1105から動きベクトルを読み出してMVc3(1109)に変換する。また同時にMV2(1104)をメモリ1106に保存する。第4のサイクルは、メモリ1106から動きベクトルを読み出してMVc4(1110)に変換し、第5のサイクルもメモリ1106から動きベクトルを読み出してMVc5(1111)に変換する。
In the first cycle of the period Tw, the 24 Hz motion vector MV1 (1103) is input and then converted into the 60 Hz motion vector MVc1 (1107). At the same time, MV1 (1103) is stored in the memory 1105. In the second cycle, the motion vector is read from the memory 1105 and converted into MVc2 (1108). In the third cycle, the motion vector is read from the input of the MV2 (1104) and the memory 1105 and converted to MVc3 (1109). At the same time, MV2 (1104) is stored in the
図12は、動きベクトルレート変換部の別構成の一例を示す図である。 FIG. 12 is a diagram illustrating an example of another configuration of the motion vector rate conversion unit.
動きベクトルレート変換において、過去に入力した24Hz動きベクトルを参照して前回サイクルと同一条件の計算を実行する変換サイクルにおいては、変換処理を省略するために、一時保存用メモリ1204へ保存する動きベクトルを、60Hz動きベクトルに変換した後のデータを保存するようにしても良い。
In motion vector rate conversion, a motion vector stored in the
例えば、24Hz動きベクトルMV1(1203)から60Hz動きベクトルMVc1(1205)の変換を行った時、このMVc1(1205)を一時保存用のメモリ1204に格納し、次の変換サイクルではメモリ1204から読み出した動きベクトルをそのままMVc2(1206)として使用する。
For example, when a 60 Hz motion vector MVc1 (1205) is converted from a 24 Hz motion vector MV1 (1203), this MVc1 (1205) is stored in the
図13は、本発明の画像変換装置の動作フローを示す図である。 FIG. 13 is a diagram showing an operation flow of the image conversion apparatus of the present invention.
装置に入力する映像の入力フレームレートと装置が出力する映像の出力フレームレートの関係から変換周期FNを設定する。例えば、24Hzから60Hzへの画像および動きベクトルの変換周期は5に設定する(1300)。変換周期内における時間軸上の位置を識別するための周期カウンタFCNTを1に設定する(1301)。 The conversion period FN is set from the relationship between the input frame rate of video input to the apparatus and the output frame rate of video output from the apparatus. For example, the conversion cycle of images and motion vectors from 24 Hz to 60 Hz is set to 5 (1300). A period counter FCNT for identifying a position on the time axis within the conversion period is set to 1 (1301).
以後、FCNTの値に応じて処理を分岐する。 Thereafter, the process branches according to the value of FCNT.
ここで、FCNTが1または4の場合(1302)、隣接する2フレームの24Hz映像をから24Hz動きベクトルMVnを検出する(1303)。次に、動きベクトル変換係数テーブルから第1係数KAnを読み出し(1304)、動きベクトル変換により60H動きベクトルMVcx を出力(1305)した後、24Hz動きベクトルMVnをMVn-1として一時保存用メモリへ保存して、処理1315に移る。 Here, when FCNT is 1 or 4 (1302), a 24 Hz motion vector MVn is detected from 24 Hz video images of two adjacent frames (1303). Next, the first coefficient KAn is read from the motion vector conversion coefficient table (1304), the 60H motion vector MVcx is output (1305) by motion vector conversion, and then the 24 Hz motion vector MVn is stored in the temporary storage memory as MVn-1. Then, the process proceeds to process 1315.
FCNTが2または5の場合(1307)、一時保存用メモリから過去の変換サイクルで使用した24Hz動きベクトルMVn-1を読み出す(1308)。次に、動きベクトル変換係数テーブルから第1係数KAnを読み出し(1321)、動きベクトル変換により60H動きベクトルMVcx を出力(1322)して、処理1315に移る。
When FCNT is 2 or 5 (1307), the 24-Hz motion vector MVn-1 used in the past conversion cycle is read from the temporary storage memory (1308). Next, the first coefficient KAn is read from the motion vector conversion coefficient table (1321), the 60H motion vector MVcx is output (1322) by motion vector conversion, and the process proceeds to
FCNTが3の場合(1309)、隣接する2フレームの24Hz映像をから24Hz動きベクトルMVnを検出する(1310)。次に、一時保存用メモリから過去の変換サイクルで使用した24Hz動きベクトルMVn-1を読み出す(1311)。さらに動きベクトル変換係数テーブルから第1係数KAnの読み出し(1312)と第2係数KBnの読み出し(1313)を行い、動きベクトル変換により60H動きベクトルMVcx を出力(1314)した後、24Hz動きベクトルMVnをMVn-1として一時保存用メモリへ保存(1323)して、処理1315に移る。
When FCNT is 3 (1309), a 24 Hz motion vector MVn is detected from 24 Hz video images of two adjacent frames (1310). Next, the 24-Hz motion vector MVn-1 used in the past conversion cycle is read from the temporary storage memory (1311). Further, the first coefficient KAn is read from the motion vector conversion coefficient table (1312) and the second coefficient KBn is read (1313), and the 60H motion vector MVcx is output (1314) by motion vector conversion, and then the 24 Hz motion vector MVn is output. The MVn-1 is stored in the temporary storage memory (1323), and the process proceeds to
処理1315では、周期カウンタFCNTの全ての状態において、60H動きベクトルMVcxを用いて60Hz映像の高画質化処理を行い、画像変換後の60Hz映像として出力する(1316)。続いて、処理終了判定を行い(1317)、継続(終了しない)ならば、周期カウンタFCNTに1を加算(1318)し、FCNTが変換周期FNよりも大きいか否かの判定を行う(1319)。FCNTが変換周期FNよりも大きい場合は、周期カウンタFCNTを1にリセットして(1320)、処理1302へ戻る。処理1317の処理終了判定で処理終了ならば本装置の動作を終了する。
In the
図14は、本発明の画像変換装置の一例を示す図である。 FIG. 14 is a diagram showing an example of the image conversion apparatus of the present invention.
本実施例の画像処理方法は、例えば、入力映像に対してフレームレート変換および超解像変換を実施した後にディスプレイに表示する機能を備えたデジタルテレビに適用可能である。 The image processing method of the present embodiment can be applied to, for example, a digital television that has a function of displaying on a display after performing frame rate conversion and super-resolution conversion on an input video.
同図では、プラズマテレビの構成として説明する。プラズマテレビ1400は、デジタルテレビ放送受信、ネットワーク上に存在するデジタル映像コンテンツのダウンロード、或いはプラズマテレビが録画した映像コンテンツを外部出力する等の動作を制御する映像入出力部1401と、録画した映像コンテンツを保存しておくための映像コンテンツ蓄積部1405と、録画および再生動作を制御する録画再生部1404と、ユーザの操作を受付けるユーザインタフェース部1402と、受付けた動作条件に応じて録画再生部1404に対して録画動作および再生動作のコントロールを行い、再生時には同時にフレームレート変換部1406に対して補間モード信号を送出する制御部1403と、補間モード信号に従ってフレーム周波数のレート変換を行うフレームレート変換部1406と、補間モード信号に従って動きベクトルのレート変換を行う動きベクトルレート変換部1407と、フレームの解像度を上げることにより映像の高画質化を行う超解像変換部1408と、再生される音声を所定の手順で変換する音声信号処理部1410、映像を表示するプラズマパネル1409と、音声を出力するスピーカ1411とで構成する。
In the figure, description will be made as a configuration of a plasma television. The
本発明の画像変換処理は、ハードウエアとして実装した形態で実施しても良いし、別途映像信号処理用コントローラを用いていて、他のハードウエア機能と連動したソフトウエアの形態で実施しても良い。また、プラズマ方式のデジタルテレビ以外に、出力画像の高画質化機能を備えた液晶方式のデジタルテレビに適用しても良い。 The image conversion processing of the present invention may be implemented in the form of being implemented as hardware, or may be implemented in the form of software that uses a separate video signal processing controller and is linked to other hardware functions. good. Further, in addition to the plasma type digital television, the present invention may be applied to a liquid crystal type digital television having a function of improving the output image quality.
本発明の画像変換装置100の実施例は、24Hzの映像を60Hzの映像に変換して出力する動作条件を用いて説明を行ったが、本発明の装置の動作は、この条件のみに限定するものではない。映像のフレームレートに関する標準規格は複数存在しており、そのいずれのフレームレートの組み合わせにおいても、本発明の動作手段において実施可能である。
Although the embodiment of the
映像フレームレートの組み合わせに関する他の動作条件の例としては、24Hzから60Hz、30Hzから60Hz、50Hzから100Hz、60Hzから120Hz等がある。この他に、映像フレームレートの入力または出力周波数として、映像周波数規格として定義されている23.98Hz、29.97Hz、59.94Hz、119.88Hz等も適用可能である。 Examples of other operating conditions regarding the combination of video frame rates include 24 Hz to 60 Hz, 30 Hz to 60 Hz, 50 Hz to 100 Hz, 60 Hz to 120 Hz, and the like. In addition, 23.98 Hz, 29.97 Hz, 59.94 Hz, 119.88 Hz, and the like defined as the video frequency standard can be applied as the input or output frequency of the video frame rate.
100・・・画像変換装置、101・・・画像入力部、102・・・画像記憶部、103・・・画像レート変換部、104・・・画像補正部、105・・・画像出力部、106・・・動きベクトル検出部、107・・・動きベクトル記憶部、108・・・動きベクトルレート変換部、109・・・入出力フレームレート制御部、110・・・映像1、111・・・映像2、112・・・出力フレームレート値、113・・・入力フレームレート検出部
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記第1の動きベクトル群を変換して第2の動きベクトル群を生成する動きベクトル変換部と、
前記フレームレート変換部においてフレームレート変換を行った映像に対して、前記動きベクトル変換部において生成した第2の動きベクトル群を用いて高画質化処理を行う高解像度化処理部とを備えることを特徴とする画像変換装置。 Using a first motion vector group calculated by performing a motion search on an input video, a frame rate conversion unit that converts a video with a first frame rate into a video with a different second frame rate;
A motion vector converter that converts the first motion vector group to generate a second motion vector group;
A high-resolution processing unit that performs high-quality image processing on the video that has undergone frame rate conversion in the frame rate conversion unit, using the second motion vector group generated in the motion vector conversion unit. A featured image conversion apparatus.
前記入力部に入力される映像に対し動き探索を行って算出した第1の動きベクトル群を用いて、第1のフレームレートの映像を異なる第2のフレームレートの映像に変換し、前記第1の動きベクトル群を変換して第2の動きベクトル群を生成し、前記第2のフレームレートの映像に対して、前記第2の動きベクトル群を用いて高画質化処理を行う画像処理部と、
前記画像処理部が高画質化処理を行った映像を表示する表示部とを備えることを特徴とする画像表示装置。 An input unit for inputting a video signal;
Using the first motion vector group calculated by performing a motion search on the video input to the input unit, the video of the first frame rate is converted into a video of a different second frame rate, and the first An image processing unit that converts the motion vector group to generate a second motion vector group, and performs an image quality improvement process on the video at the second frame rate using the second motion vector group; ,
An image display device comprising: a display unit that displays a video image that has been subjected to image quality enhancement processing by the image processing unit.
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JP2014178876A (en) * | 2013-03-14 | 2014-09-25 | Toshiba Corp | Image processing device, method and program |
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2007
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