JP2009239335A - Video interpolation device and video interpolation method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、映像データのフレームレートを上げ、フレーム間の補間をおこなう映像補間装置および映像補間方法に関するものである。 The present invention relates to a video interpolation apparatus and video interpolation method for increasing the frame rate of video data and performing interpolation between frames.
近年、映像データのフレームレートを上げる処理を行ったうえで表示する必要が生じている。例えば、テレビ放送のデジタル化に伴って、携帯電話端末などでの表示用にデータ量の小さいデジタル放送、いわゆるワンセグ放送が実施されているが、このワンセグ放送のフレームレートは15FPS(フレーム/秒)である。これに対し、現行のテレビ放送は30FPSであるので、ワンセグ放送を滑らかに表示するためには、フレームレートを上げ、フレームの間を補間する必要がある。 In recent years, it has become necessary to display after performing processing to increase the frame rate of video data. For example, with the digitization of television broadcasting, digital broadcasting with a small amount of data for display on mobile phone terminals or the like, so-called one-segment broadcasting, is being carried out. The frame rate of this one-segment broadcasting is 15 FPS (frames / second). It is. On the other hand, since the current television broadcasting is 30 FPS, in order to display the one-segment broadcasting smoothly, it is necessary to increase the frame rate and interpolate between the frames.
このように映像データに対してフレームレートを上げる技術として、例えば特許文献1および特許文献2が開示されている。
As techniques for increasing the frame rate for video data in this way, for example,
フレームの補間をおこなうためには、元の映像データのフレームを繰り返し使用してフレームレートを上げた後、内容が変化したフレームから中間状態の内容を示す補間フレームを作成する必要がある。 In order to perform frame interpolation, it is necessary to increase the frame rate by repeatedly using the frame of the original video data, and then create an interpolation frame indicating the intermediate state content from the frame whose content has changed.
このとき、補間フレームの作成に用いる2枚のフレームをどのように選択するかが問題となる。元の映像データからフレームレートを上げる際に、正確に所定回数ずつ繰り返しフレームが作成されるならば所定回数ごとにフレームを選択すればよいが、デコードの所要時間などから繰り返し回数が変動すると、同一内容のフレームから補間フレームを作成したり、間のフレームを飛ばしてフレーム補間を行ってしまうなどの補間エラーが発生し、映像品質が劣化する。 At this time, the problem is how to select two frames to be used for creating an interpolation frame. When the frame rate is increased from the original video data, if a repeated frame is created exactly a predetermined number of times, it is sufficient to select the frame every predetermined number of times. However, if the number of repetitions varies depending on the time required for decoding, etc. Interpolation errors such as creating an interpolated frame from the content frame or skipping the intervening frames to perform frame interpolation occur, and the video quality deteriorates.
この問題を解決するためには、元の映像データにおける内容変更(フレームの推移)を検知する必要があるが、デコーダなどから内容の変更信号を伝えることとすると、専用の信号線および信号処理系が必要となり、コストアップにつながる。 In order to solve this problem, it is necessary to detect the content change (frame transition) in the original video data, but if a content change signal is transmitted from a decoder or the like, a dedicated signal line and signal processing system Is required, leading to increased costs.
本発明は、上述した従来技術における問題点を解消し、課題を解決するためになされたものであり、専用の信号線などを用いることなく、元の映像データにおける内容変更を検知し、フレーム補間動作を制御することにより、低コストで映像品質を向上する映像補間装置および映像補間方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems in the prior art and to solve the problems, and detects the content change in the original video data without using a dedicated signal line, and performs frame interpolation. An object of the present invention is to provide a video interpolation apparatus and a video interpolation method that improve the video quality at low cost by controlling the operation.
上述した問題を解決し、目的を達成するため、本発明にかかる映像補間装置および映像補間方法は、元映像データについて各フレームを所定回数ずつ繰り返すことで元のフレームレートより高いフレームレートで出力された入力映像データを受け付け、入力映像データにおける繰り返しフレームの内容を当該フレームの前後に位置するフレームから補間する場合に、入力画像データの連続するフレームの内容を比較して、フレーム内容が更新されたタイミングを検出し、検出結果に基づいて補間に係る動作を制御する。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, the video interpolating apparatus and the video interpolating method according to the present invention output the original video data at a frame rate higher than the original frame rate by repeating each frame a predetermined number of times. When the input video data is received and the content of the repeated frame in the input video data is interpolated from the frames located before and after the frame, the frame content is updated by comparing the content of successive frames of the input image data. The timing is detected, and the operation related to the interpolation is controlled based on the detection result.
本発明によれば映像補間装置および映像補間方法は、専用の信号線などを用いることなく、入力映像データのフレーム比較によって元の映像データにおける内容変更を検知し、フレーム補間動作を制御するので、低コストで映像品質を向上する映像補間装置および映像補間方法を得ることができるという効果を奏する。 According to the present invention, the video interpolation device and the video interpolation method detect the content change in the original video data by the frame comparison of the input video data without using a dedicated signal line or the like, and control the frame interpolation operation. There is an effect that it is possible to obtain a video interpolation device and a video interpolation method that improve video quality at low cost.
以下図面を参照して、本発明に係る映像補間装置および映像補間方法について説明する。 A video interpolation apparatus and video interpolation method according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
本発明に係る映像補間装置は、日本の地上デジタルテレビ放送に対応した受信装置の内部などで用いられる。地上デジタルテレビ放送では、1チャンネル分の帯域を13個のセグメントに分割し、そのうちの12セグメントを固定サービス(家庭用の一般向け)用とし、残りの1セグメントを携帯サービス(移動体受信端末)用に割り付けている。固定サービスではデータ圧縮方式としてMPEG2方式を採用し、携帯サービスではデータ圧縮方式としてH.264方式(MPEG−4Part10としても知られる映像圧縮方式の一つ)(又はMPEG4方式)を採用している。固定サービス向けの符号化デジタルデータは、MPEG2方式で符号化されたものであって、高品質であるが、ビットレートが高いことからノイズ耐性が弱く、放送局からの距離が長くなると、良好な受信が困難となる場合がある。これに対して、携帯サービス向けの符号化デジタルデータ(いわゆるワンセグ放送)は、H.264方式(又はMPEG4方式)で符号化されたものであって、MPEG2方式に比べるとビットレートが低いため、ノイズ耐性が強く、放送局からの距離がより長くなっても良好に受信することが可能となる。 The video interpolating apparatus according to the present invention is used inside a receiving apparatus compatible with Japanese terrestrial digital television broadcasting. In digital terrestrial television broadcasting, the bandwidth for one channel is divided into 13 segments, 12 of which are used for fixed services (for home use), and the remaining 1 segment is used for mobile services (mobile receiver terminals). Assigned for use. The fixed service employs the MPEG2 system as a data compression system, and the mobile service employs the H.264 data compression system. The H.264 system (one of the video compression systems also known as MPEG-4 Part 10) (or the MPEG4 system) is employed. Encoded digital data for fixed services is encoded by the MPEG2 system and is high quality, but the bit rate is high, so noise resistance is weak, and good when the distance from the broadcast station is long. Reception may be difficult. In contrast, encoded digital data for mobile services (so-called one-segment broadcasting) is H.264. H.264 format (or MPEG4 format) encoded with a lower bit rate than the MPEG2 format, so it has high noise resistance and can be received well even when the distance from the broadcasting station is longer. It becomes possible.
このワンセグ放送は、フレームレートを15FPS(フレーム/秒)、現行のテレビ放送の30FPSの半分とすることでデータ量を削減している。そのため、ワンセグ放送を滑らかに表示するためには、受信装置側でフレームレートを上げ、フレームの間を補間する。 In this one-segment broadcasting, the data rate is reduced by setting the frame rate to 15 FPS (frames / second) and half of the current television broadcasting of 30 FPS. Therefore, in order to display the one-segment broadcasting smoothly, the frame rate is increased on the receiving device side and interpolation between frames is performed.
図1は、本発明の実施例であるワンセグ受信装置1の概要構成を説明する概要構成図である。同図に示したワンセグ受信装置1は、アンテナ11、チューナ12、映像記録媒体13、切り替え部14、デコーダ15、フレームメモリ16、表示部17に加え、フレーム補間部20を有する。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram illustrating a schematic configuration of a one-
ワンセグ放送受信装置1は、アンテナ11の受信波をチューナ12が選択する。また、映像記録媒体13には、任意の映像データ、例えば過去のワンセグ放送の録画データなどが保持されている。
In the one-segment
切り替え部14は、チューナ12が受信したワンセグ放送とは映像記録媒体13に保持された映像データのいずれか選択し、デコーダ15に出力する。デコーダ15は、切り替え部14によって選択された映像データをデコードし、フレーム補間部20に入力する処理を行なう。
The
ここで、デコーダ15がフレーム補間部20に入力する入力映像データは、約60Hz、すなわち60FPSである。しかしながら、元々の映像データ(受信したワンセグ放送)は、15FPSであり、一秒間に15回しかフレーム内容が更新されない。そこで、デコーダ15は、元の映像データの各フレームを4回ずつ繰り返して出力することにより、内容更新は実質15FPSではあるが、出力のレートについては60FPSの入力映像データを作成する。
Here, the input video data that the
フレーム補間部20は、デコーダ15から入力された入力映像データをフレームメモリに格納し、かつ内容が変化したフレームから中間状態の内容を示す補間フレームを作成することで実質的なフレームレートを向上し、表示部17に表示する処理を行なう。
The
このフレーム補間部20による動作について図2を参照してさらに説明する。図2に示したように、入力映像データは、実質15FPSの映像データが60Hzで入力されるため、正常動作時には4フレームずつ同じデータが入力される。図2においては、入力フレームfi1〜fi4、fi5〜fi8、fi9〜fi12がそれぞれ同一内容のフレームである。
The operation of the
そこで、フレームfi1とフレームfi5を抽出し、フレームfi1とフレームfi5の中間状態を示す補間フレームを作成してフレームfi3とフレームfi4の内容とする。同様に、フレームfi5とフレームfi9の中間状態を示す補間フレームをフレームfi7とフレームfi8の内容とし、フレームfi9とフレームfi13を抽出し、フレームfi9とフレームfi13の中間状態を示す補間フレームを作成してフレームfi11とフレームfi2の内容とする。 Therefore, the frames fi1 and fi5 are extracted, and an interpolation frame indicating an intermediate state between the frames fi1 and fi5 is created and used as the contents of the frames fi3 and fi4. Similarly, the interpolated frame indicating the intermediate state between the frames fi5 and fi9 is the contents of the frames fi7 and fi8, the frames fi9 and fi13 are extracted, and an interpolated frame indicating the intermediate state between the frames fi9 and fi13 is created. The contents of the frames fi11 and fi2.
このように、4フレームに1枚ずつ画像を抽出し、補間フレームを作成することで、実質的に30FPSで内向が更新される、滑らかな映像を得ることができる。 In this manner, by extracting one image every four frames and creating an interpolation frame, a smooth video in which the inward direction is substantially updated at 30 FPS can be obtained.
ところが、同図に示したように、デコードの所要時間などから繰り返し回数が変動すると、同一内容のフレームから補間フレームを作成したり、間のフレームを飛ばしてフレーム補間を行ってしまうなどの補間エラーが発生し、映像品質が劣化する。 However, as shown in the figure, if the number of repetitions varies depending on the time required for decoding, an interpolation error such as creating an interpolated frame from frames with the same content or skipping intervening frames. Occurs and the video quality deteriorates.
同図では、エラー発生時に入力フレームfi1〜fi6、fi7〜fi8、fi9〜fi12がそれぞれ同一内容のフレームとなっている。ここで、正常時と同様に4フレームごとに抽出した画像から補間フレームを作成することとすると、フレームfi1とフレームfi5から作成した補間フレームは、元のフレームと同一内容となって補間が機能しない。また、フレームfi5とフレームfi9から作成した補間フレームは、元の映像データの2フレーム目を飛ばして作成されることとなり、映像が劣化する恐れがある。 In the figure, when an error occurs, input frames fi1 to fi6, fi7 to fi8, and fi9 to fi12 are frames having the same contents. Here, if an interpolated frame is created from an image extracted every four frames as in the normal case, the interpolated frame created from the frames fi1 and fi5 has the same contents as the original frame, and the interpolation does not function. . In addition, the interpolated frame created from the frames fi5 and fi9 is created by skipping the second frame of the original video data, and the video may be deteriorated.
そこで、フレーム補間部20は、図3に示したように前後のフレームのデータを比較し、データの不一致、すなわちフレーム内容の更新を検出してフレーム補間の動作を制御する。
Therefore, the
フレーム補間部20は、図1に示したように、その内部にフレーム取り込み部21、補間処理部22、フレーム比較部23、カウンタ24、補間動作制御部25を有する。フレーム取り込み部21は、デコーダ15から入力された入力映像フレームを受け付け、フレームメモリ16に格納する処理部であり、補間処理部22は、フレームメモリ16に格納されたデータを読み出し、補間を行ったうえで表示部17に表示させる処理部である。
As illustrated in FIG. 1, the
フレーム比較部23は、フレーム取り込み部21が受け付けた入力映像データについて、各フレームを前のフレームと比較し、内容が一致か否かを判定して出力する処理部である。
The
このフレーム比較部23による比較には任意の方法を用いることができるが、ここでは、フレームの画素値の合計を比較する方法(チェックサム)と、フレームの各画素の値をフレーム間で比較する方法(ベリファイ)について説明する。
Although any method can be used for the comparison by the
図4は、チェックサムによるフレーム比較について説明する説明図である。まず、偶数フレーム用のバッファメモリと、奇数フレーム用のバッファメモリとを用意しておく。そして、あるフレームについて有効データが得られた場合に、そのデータを加算し、合計値を保持しておく。次のフレームについても同様に有効データを加算し、有効データが終了した場合にデータの合計値を全フレームの合計値と比較する。その結果、合計値が一致すれば、全フレームと内容が同一であると判定し、不一致であればフレーム内容が更新されたと判定する。 FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining frame comparison by checksum. First, a buffer memory for even frames and a buffer memory for odd frames are prepared. When valid data is obtained for a certain frame, the data is added and the total value is held. The valid data is similarly added to the next frame, and when the valid data is completed, the total value of the data is compared with the total value of all the frames. As a result, if the total values match, it is determined that the contents are the same as all frames, and if they do not match, it is determined that the frame contents have been updated.
ここで、加算対象のデータとしては、例えば輝度情報や、色情報を単独で用いることとしてもよいし、輝度情報と色情報を組み合わせて用いてもよい。 Here, as the data to be added, for example, luminance information and color information may be used alone, or luminance information and color information may be used in combination.
図5は、ベリファイによるフレーム比較について説明する説明図である。同図に示した方法では、最初のフレームについては単純にフレームメモリに記憶し、つぎのフレームを受け付けた場合に各画素(ドット)の値を、前回記憶したフレームの同一位置のドットの値と比較する。そして、全ての画素値が前のフレームと一致した場合にフレーム内容が同一であると判定し、画素値が異なるドットが存在する場合にはフレーム内容が更新されたと判定する。 FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining frame comparison by verification. In the method shown in the figure, the first frame is simply stored in the frame memory, and when the next frame is received, the value of each pixel (dot) is set to the value of the dot at the same position in the previously stored frame. Compare. Then, when all the pixel values match the previous frame, it is determined that the frame contents are the same, and when there are dots having different pixel values, it is determined that the frame contents are updated.
図1に戻り、カウンタ24は、フレーム比較部23の結果として「一致」出力された場合に加算され、「不一致」が出力された場合にリセットされる。補間動作制御部25は、カウンタ24がリセットされる時の値、すなわちフレーム内容が更新されたタイミングに基づいて補間処理部22の動作を制御する。補間動作制御部25による具体的な制御内容としては、補間動作のオン/オフ制御や、補間に用いるフレームの取り込みタイミングの制御がある。
Returning to FIG. 1, the
図6は、補間動作制御部25が補間動作のオン/オフ制御を行なう場合の制御内容について説明する説明図である。同図に示した例では、フレームfi1からフレームfi5まで一致し、フレームfi6で不一致判定が出力されている(フレームfi6の入力が終了してから判定を出力するため、判定結果の出力タイミングはフレームfi6の最後である)。そのため、不一致検知時のカウンタ値は「5」となっている。
FIG. 6 is an explanatory diagram for explaining the control contents when the interpolation
入力映像データが正常に15FPSで更新された場合には、不一致を検知した際のカウンタ値は常に4n−1(nは自然数)を満たすので、カウンタ値「5」で不一致を検知した補間動作制御部25は、入力映像データの更新が正常な15FPSで行なわれていないと見なして補間動作を停止する。
When the input video data is normally updated at 15 FPS, the counter value when the mismatch is detected always satisfies 4n-1 (n is a natural number), so the interpolation operation control that detects the mismatch with the counter value "5". The
その後、フレームfi9までは一致判定が出力され、フレームfi10で不一致判定が出力されている。この時、カウンタ値は「3」であり、4n−1を満たす。そこで補間動作制御部25は、入力映像データの更新が正常な15FPSで行なわれていると見なして補間動作を開始する。
Thereafter, the coincidence determination is output until the frame fi9, and the mismatch determination is output at the frame fi10. At this time, the counter value is “3”, which satisfies 4n−1. Therefore, the interpolation
図7は、補間動作制御部25が補間に用いるフレームの取り込みタイミングの制御を行なう場合の制御内容について説明する説明図である。同図に示した例では、フレームfi1からフレームfi5まで一致し、フレームfi6で不一致判定が出力されている。そのため、不一致検知時のカウンタ値は「5」となっている。
FIG. 7 is an explanatory diagram for explaining the control contents when the interpolation
入力映像データが正常に15FPSで更新された場合には、不一致を検知した際のカウンタ値は常に4n−1(nは自然数)を満たすので、カウンタ値「5」で不一致を検知した補間動作制御部25は、補間に用いるフレームの取り込みタイミングを変更する。
When the input video data is normally updated at 15 FPS, the counter value when the mismatch is detected always satisfies 4n-1 (n is a natural number), so the interpolation operation control that detects the mismatch with the counter value "5". The
具体的には、不一致を検知したフレームfi6を基点として4フレーム毎に補間用フレームを取り込むので、フレームfi10,fi14,fi18・・・が補間用フレームとして用いられることとなる。なお、フレームfi6については既に入力が終了しており、取り込みが間に合わないので、次のフレームfi7を代用とする。 Specifically, since frames for interpolation are captured every four frames starting from the frame fi6 in which the mismatch is detected, the frames fi10, fi14, fi18,... Are used as the frames for interpolation. Note that since the input of the frame fi6 has already been completed and the capture is not in time, the next frame fi7 is used as a substitute.
つぎに図8を参照し、フレーム補間部20の処理動作について説明する。同図に示したフローチャートは、フレーム補間部20がデコーダ15からフレームの入力を受けるごとに実行される。
Next, the processing operation of the
まず、フレーム比較部23は、フレーム取り込み部21に入力されたフレームが1フレーム目であるか否かを判定し(ステップS101)、1フレーム目であるならば(ステップS102,Yes)、比較用のデータを格納して(ステップS102)処理を終了する。
First, the
一方、2フレーム目以降であるならば(ステップS101,No)、フレーム比較部23は比較データを格納した上で(ステップS103)前後のフレームを比較し(ステップS104)、前後のフレームが一致するか否かを判定する(ステップS105)。
On the other hand, if it is after the second frame (step S101, No), the
その結果、一致したならば(ステップS105,Yes)、カウンタ24をインクリメントして(ステップS106)処理を終了するが、不一致であったならば(ステップS105,No)、補間動作制御部25は、カウンタ24の値が4n−1を満たすか否かを判定する(ステップS107)。
As a result, if they match (step S105, Yes), the
カウンタの値が4n−1を満たす場合(ステップS107,Yes)、補間動作制御部25は、補間処理を実行中であるか否かを判定し(ステップS108)、補間処理実行中であれば(ステップS108,Yes)カウンタをリセットして(ステップS110)、処理を終了する。また、補間処理実行中でなければ(ステップS108,No)、補間処理を開始した(ステップS109)上で、カウンタをリセットして(ステップS110)処理を終了する。
When the value of the counter satisfies 4n−1 (step S107, Yes), the interpolation
カウンタの値が4n−1を満さない場合(ステップS107,No)、補間動作制御部25は、補間処理を実行中であるか否かを判定し(ステップS111)、補間処理実行中でなければ(ステップS111,No)カウンタをリセットして(ステップS110)、処理を終了する。また、補間処理実行中であれば(ステップS111,Yes)、補間処理を停止した(ステップS112)上で、カウンタをリセットして(ステップS110)処理を終了する。
When the value of the counter does not satisfy 4n−1 (No at Step S107), the interpolation
なお、ここでは、補間動作のオンオフ制御を行なう場合の処理動作を説明したが、同様の処理によって補間用フレームの取り込みタイミング制御を実行することができる。 Here, the processing operation in the case of performing the on / off control of the interpolation operation has been described, but the interpolation frame capturing timing control can be executed by the same processing.
上述してきたように、本実施例に係るワンセグ受信装置1は、15FPSのワンセグ映像データを元に、各フレームを繰り返して60Hzの入力映像データを作成した後、入力映像データの前後のフレーム内容が一致するか否かを判定してフレーム内容の変更タイミングを取得して補間動作を制御するので、デコーダ15からフレーム補間部20に専用の信号線などを設けることなく、低コストで映像品質を向上することができる。
As described above, the one-
以上のように、本発明にかかる映像補間装置および映像補間方法は、映像データのフレームレートを上げることによる品質向上に有用であり、特に低コストな装置での補間動作制御に適している。 As described above, the video interpolating apparatus and video interpolating method according to the present invention are useful for improving the quality by increasing the frame rate of video data, and are particularly suitable for controlling the interpolation operation in a low-cost apparatus.
1 ワンセグ受信装置
11 アンテナ
12 チューナ
13 映像記録媒体
14 切り替え部
15 デコーダ
16 フレームメモリ
17 表示部
20 フレーム補間部
21 フレーム取り込み部
22 補間処理部
23 フレーム比較部
24 カウンタ
25 補間動作制御部
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記入力画像データの連続するフレームの内容を比較する比較手段と、
前記フレーム内容が更新されたタイミングを検出する更新タイミング検出手段と、
前記更新タイミング検出手段による検出結果に基づいて前記補間に係る動作を制御する補間動作制御手段と、
を備えたことを特徴とする映像補間装置。 Receiving input video data output at a second frame rate higher than the first frame rate by repeating each frame a predetermined number of times for the original video data whose frame is updated at the first frame rate, A video interpolation device that interpolates and outputs the contents of a repeated frame in input video data from frames positioned before and after the frame,
Comparison means for comparing the contents of successive frames of the input image data;
Update timing detection means for detecting timing at which the frame contents are updated;
Interpolation operation control means for controlling the operation related to the interpolation based on the detection result by the update timing detection means,
A video interpolating apparatus comprising:
前記入力画像データの連続するフレームの内容を比較する比較工程と、
前記フレーム内容が更新されたタイミングを検出する更新タイミング検出工程と、
前記更新タイミング検出工程による検出結果に基づいて前記補間に係る動作を制御する補間動作制御工程と、
を備えたことを特徴とする映像補間方法。 Receiving input video data output at a second frame rate higher than the first frame rate by repeating each frame a predetermined number of times for the original video data whose frame is updated at the first frame rate, A video interpolation method for interpolating and outputting the contents of repeated frames in input video data from frames positioned before and after the frame,
A comparison step of comparing the contents of successive frames of the input image data;
An update timing detection step for detecting a timing at which the frame content is updated;
An interpolation operation control step of controlling an operation related to the interpolation based on a detection result of the update timing detection step;
A video interpolation method characterized by comprising:
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Legal Events
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