JP2012257148A - Motion vector detection apparatus, encoder, decoder and program of them - Google Patents
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Images
Landscapes
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Abstract
Description
本発明は、画像の基準フレームと参照フレームとの間の動きベクトルを検出する動きベクトル検出装置、動きベクトル検出装置を用いた符号化装置、符号化装置から送信される符号化データを復号する復号装置、及びこれらのプログラムに関するものである。 The present invention relates to a motion vector detection device that detects a motion vector between a base frame and a reference frame of an image, an encoding device using the motion vector detection device, and a decoding that decodes encoded data transmitted from the encoding device. The present invention relates to a device and these programs.
近年、撮像装置及び表示装置の高精細化が進んでおり、超解像(Super-Resolution)と称される動画像の高解像化技術が研究されている(例えば、特許文献1参照)。いわゆる8Kシステムと呼ばれるスーパーハイビジョン(SHV)のような超高精細映像、又は4Kシステムと呼ばれるデジタルシネマのような高精細映像は、従来のハイビジョン(HDTV)映像の4倍ないし16倍の高解像度を有するに至っている。 2. Description of the Related Art In recent years, high definition of imaging devices and display devices has progressed, and a high resolution technology for moving images called super-resolution has been studied (see, for example, Patent Document 1). Ultra-high definition video such as Super Hi-Vision (SHV) called 8K system, or high-definition video like Digital Cinema called 4K system has a resolution that is 4 to 16 times that of conventional high-definition (HDTV) video. It has come to have.
そこで、2枚の画像を利用して超解像を行う際、シーンチェンジ検出や画素の位置合わせに適さない画素領域のマスク処理などの前処理を行った後、画素再構成処理により超解像画像を作成する技法が知られている(例えば、特許文献2参照)。 Therefore, when super-resolution is performed using two images, after pre-processing such as scene change detection and pixel area mask processing that is not suitable for pixel alignment, super-resolution is performed by pixel reconstruction processing. A technique for creating an image is known (see, for example, Patent Document 2).
また、2枚の画像を利用して超解像を行う際、移動元のブロックと移動先のブロックの画像内の平均輝度を計算し、移動先のブロックの輝度にオフセットを付加して照度変化除去を行なった後、移動元のブロックと移動先のブロックの類似度比較を行い、画素再構成処理により超解像画像を生成する技法が知られている(例えば、特許文献3参照)。 Also, when super-resolution is performed using two images, the average luminance in the image of the source block and destination block is calculated, and the luminance change by adding an offset to the luminance of the destination block A technique is known in which after removal is performed, the similarity between the movement source block and the movement destination block is compared, and a super-resolution image is generated by pixel reconstruction processing (see, for example, Patent Document 3).
SHV画面の映像フォーマットは、水平7680画素、垂直4320ライン、時間60フレーム/秒であり、HDTV画面の映像フォーマットと比較して、水平及び垂直標本化周波数が、時間標本化周波数に対して相対的に増大している。
The video format of the SHV screen is horizontal 7680 pixels, vertical 4320 lines,
したがって、SHV画面の動領域は、同じ画角で撮像された動画像で比較した場合、HDTV画面と比較して大きな動き量(フレーム単位の動きを示す画素数:画素/フレーム)を示し、動領域ではフレーム間の相関が低くなり時間方向の高周波領域のパワーが高くなることが想定されるとともに、動領域のボケ量が大きくなり、空間方向の高周波領域のパワーが低くなることが想定される。符号化処理や超解像処理における複数フレーム間での動き量を推定するには、これらの想定に基づく処理が有効となる。 Therefore, the moving area of the SHV screen shows a larger amount of movement (number of pixels indicating movement in units of frames: pixels / frame) than the HDTV screen when compared with moving images captured at the same angle of view. In the region, it is assumed that the correlation between frames is low and the power in the high frequency region in the time direction is high, the blur amount in the moving region is large, and the power in the high frequency region in the spatial direction is low. . Processing based on these assumptions is effective in estimating the amount of motion between a plurality of frames in encoding processing and super-resolution processing.
そこで、時間方向の高周波領域のパワーの割合及び/又は空間方向の低周波領域のパワーの割合を検出して分解能の値を決定し、決定した分解能の値に対応するブロックサイズ及び動き探索範囲の大きさの階層から動きベクトル検出を開始して、次第に該ブロックサイズよりも小さいブロックサイズ及び該動き探索範囲の大きさよりも小さい動き探索範囲の大きさの階層での動きベクトル検出へと移行する階層型の動きベクトル検出を行う技法が知られている(例えば、特許文献3参照)。 Therefore, the resolution value is determined by detecting the power ratio in the high frequency region in the time direction and / or the power ratio in the low frequency region in the spatial direction, and the block size and motion search range corresponding to the determined resolution value are determined. Hierarchy in which motion vector detection is started from a size hierarchy, and gradually moves to motion vector detection in a hierarchy having a block size smaller than the block size and a size of the motion search range smaller than the size of the motion search range. A technique for detecting a motion vector of a type is known (see, for example, Patent Document 3).
特許文献3に記載の技法を用いると、画像の時空間周波数解析を行うことでおおよその動き量を推定し、階層型動き検出の階層数を決定することにより、高精度な動きベクトル検出を行うことができる。しかしながら、画像内には様々なオブジェクトが存在し、特に、SHVなどの広視野且つ高解像度の映像では、画像内に含まれるオブジェクトの数が非常に多くなるため、高画質な複数フレームの超解像を行うためには、画面内で動き検出ブロックサイズや動き探索範囲などのより細かい制御が必要となる。
Using the technique described in
本発明は、上述の課題を鑑みて為されたものであり、原画像のブロックごとに画像特徴を判定し、同一オブジェクトを捉えているブロックは統合することにより、ブロックサイズを最適化して動きベクトルの情報量を減らし、且つ、高精度な動きベクトル情報を得ることができる動きベクトル検出装置、動きベクトル検出装置を用いた符号化装置、符号化装置から送信される符号化データを復号する復号装置、及びこれらのプログラムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems. The image feature is determined for each block of the original image, and the blocks capturing the same object are integrated, thereby optimizing the block size and the motion vector. Motion vector detection apparatus capable of reducing the amount of information and obtaining highly accurate motion vector information, an encoding apparatus using the motion vector detection apparatus, and a decoding apparatus for decoding encoded data transmitted from the encoding apparatus And to provide these programs.
上記課題を解決するため、本発明に係る動きベクトル検出装置は、画像の基準フレームと参照フレームとの間の動きベクトルを検出する動きベクトル検出装置であって、原画像を所定のサイズのブロックに分割したブロック画像を生成するブロック分割部と、前記ブロック画像を空間周波数解析して空間周波数スペクトルを生成する空間周波数解析部と、前記ブロック画像ごとに、基準フレームと参照フレームとの間の動きベクトルを検出する動きベクトル検出部と、複数の隣接するブロック画像をブロックセット画像とし、ブロックセット画像内のブロック画像間の平均輝度の差分値を算出する平均輝度差分算出部と、前記空間周波数スペクトルから、前記ブロックセット画像内の1つのブロック画像について空間周波数の高周波領域のパワーの割合を算出する空間方向高周波領域パワー算出部と、前記ブロックセット画像について、前記平均輝度の差分値が所定の閾値以下であり、且つ、前記高周波領域のパワーの割合が所定の閾値以下である場合には、前記ブロックセット画像内のブロック画像を統合して統合ブロック画像とするブロックサイズ修正部と、前記統合ブロック画像については、前記各ブロック画像の動きベクトルの平均値を統合ブロック画像の動きベクトルとして出力し、統合されていないブロック画像については、前記動きベクトル検出部により検出されたブロック画像ごとの動きベクトルを出力するとともに、該出力する動きベクトルに対応する画像のブロックサイズを示す動き検出ブロック情報を出力する動きベクトル修正部と、を備えることを特徴とする。 In order to solve the above problems, a motion vector detection device according to the present invention is a motion vector detection device that detects a motion vector between a base frame and a reference frame of an image, and converts the original image into blocks of a predetermined size. A block dividing unit for generating a divided block image, a spatial frequency analyzing unit for generating a spatial frequency spectrum by performing a spatial frequency analysis on the block image, and a motion vector between a reference frame and a reference frame for each block image A motion vector detection unit that detects a plurality of adjacent block images as a block set image, an average luminance difference calculation unit that calculates a difference value of average luminance between block images in the block set image, and the spatial frequency spectrum , One block image in the block set image is a high frequency region of spatial frequency. For the spatial direction high-frequency region power calculation unit that calculates the ratio of-and the block set image, the difference value of the average luminance is less than or equal to a predetermined threshold, and the power ratio of the high-frequency region is less than or equal to a predetermined threshold In some cases, a block size correction unit that integrates block images in the block set image into an integrated block image, and for the integrated block image, an average value of motion vectors of the respective block images is obtained from the integrated block image. For a block image that is output as a motion vector and is not integrated, a motion vector for each block image detected by the motion vector detection unit is output, and a motion indicating a block size of an image corresponding to the output motion vector A motion vector correction unit that outputs detection block information; and That.
さらに、本発明に係る動きベクトル検出装置において、前記動きベクトル修正部は、前記統合ブロック画像については、統合ブロック画像内の統合前の各ブロック画像の動きベクトルの差分値を算出し、該差分値が所定の閾値以下である場合には、前記統合前の各ブロック画像の動きベクトルの平均値を統合ブロック画像の動きベクトルとして出力し、該差分値が所定の閾値を超える場合には、統合ブロック画像の統合を解除し、前記統合前のブロック画像ごとの動きベクトルを出力することを特徴とする。 Furthermore, in the motion vector detection device according to the present invention, for the integrated block image, the motion vector correction unit calculates a difference value of motion vectors of each block image before integration in the integrated block image, and the difference value Is equal to or less than a predetermined threshold, an average value of motion vectors of the respective block images before integration is output as a motion vector of the integrated block image, and when the difference value exceeds a predetermined threshold, the integrated block The image integration is canceled, and a motion vector for each block image before the integration is output.
さらに、本発明に係る動きベクトル検出装置において、前記動きベクトル検出部は、前記空間周波数スペクトルから空間周波数の高周波領域のパワーの割合を算出し、該算出した空間周波数の高周波領域のパワーの割合が高いほど動き探索範囲を狭く設定する動き探索範囲決定部と、前記動きベクトルの探索範囲で、前記ブロック分割部により生成されたブロック画像ごとに動きベクトルを検出するブロックマッチング部と、を備えることを特徴とする。 Further, in the motion vector detection device according to the present invention, the motion vector detection unit calculates a power ratio in a high frequency region of the spatial frequency from the spatial frequency spectrum, and the power ratio in the high frequency region of the spatial frequency is calculated. A motion search range determination unit that sets a motion search range narrower as it is higher, and a block matching unit that detects a motion vector for each block image generated by the block division unit in the motion vector search range. Features.
さらに、本発明に係る動きベクトル検出装置において、前記動きベクトル検出部は、原画像における複数フレームにわたる時間方向の高周波領域のパワーの割合が大きいほど大きなブロックサイズ及び大きな動き探索範囲の大きさとなるように階層的に規定した分解能、又は動画像における1フレームの空間方向の低周波領域のパワーの割合が大きいほど大きなブロックサイズ及び大きな動き探索範囲の大きさとなるように階層的に規定した分解能のテーブルを保持しており、当該時間方向の高周波領域のパワーの割合又は空間方向の低周波領域のパワーの割合を検出して分解能の値を決定する分解能決定部と、
前記テーブルを参照して、前記分解能の値に対応するブロックサイズ及び動き探索範囲の大きさの階層から動きベクトル検出を開始して、次第に該ブロックサイズよりも小さいブロックサイズ及び該動き探索範囲の大きさよりも小さい動き探索範囲の大きさの階層での動きベクトル検出へと移行する階層型動きベクトル検出部と、を備えることを特徴とする。
Furthermore, in the motion vector detection device according to the present invention, the motion vector detection unit may increase the block size and the size of the motion search range as the power ratio in the high-frequency region in the time direction over a plurality of frames in the original image increases. Or a resolution table hierarchically defined such that the larger the ratio of power in the low-frequency region in the spatial direction of one frame in a moving image, the larger the block size and the larger the motion search range. A resolution determination unit that determines a resolution value by detecting a power ratio of the high frequency region in the time direction or a power ratio of the low frequency region in the spatial direction;
With reference to the table, motion vector detection is started from the hierarchy of the block size and the motion search range corresponding to the resolution value, and the block size and the motion search range are gradually smaller than the block size. A hierarchical motion vector detection unit that shifts to motion vector detection in a hierarchy having a size of a motion search range smaller than that.
また、上記課題を解決するため、本発明に係る符号化装置は、上述した動きベクトル検出装置を備え、前記原画像と、前記動きベクトル検出部から出力された動きベクトルの情報及び動き検出ブロック情報とを符号化した符号化データを生成することを特徴とする。 In order to solve the above problem, an encoding apparatus according to the present invention includes the above-described motion vector detection apparatus, and includes the original image, motion vector information and motion detection block information output from the motion vector detection unit. It is characterized by generating encoded data obtained by encoding.
また、上記課題を解決するため、本発明に係る復号装置は、上述した符号化装置から前記原画像、前記動きベクトルの情報、及び前記動き検出ブロック情報の符号化データを取得し、前記原画像の復号画像を生成することを特徴とする。 In order to solve the above problem, a decoding device according to the present invention acquires the original image, the motion vector information, and the encoded data of the motion detection block information from the encoding device described above, and the original image The decoded image is generated.
また、上記課題を解決するため、本発明に係るプログラムは、コンピュータを、上述した動きベクトル検出装置、符号化装置、又は復号装置として機能させることを特徴とする。 In order to solve the above problems, a program according to the present invention causes a computer to function as the above-described motion vector detection device, encoding device, or decoding device.
本発明によれば、原画像のブロックごとに画像特徴を判定し、同一オブジェクトを捉えているブロックは統合することにより、ブロックサイズを最適化して動きベクトルの情報量を減らし、且つ、高精度な動きベクトル情報を得ることができる。 According to the present invention, image features are determined for each block of the original image, and blocks that capture the same object are integrated, so that the block size is optimized to reduce the amount of motion vector information and high accuracy. Motion vector information can be obtained.
以下、図面を参照して、本発明による実施形態を詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明による実施例1の動きベクトル検出装置のブロック図である。図1に示すように、動きベクトル検出装置1は、ブロック分割部10と、空間周波数解析部20と、動きベクトル検出部30と、動きベクトル最適化部40とを備える。
FIG. 1 is a block diagram of a motion vector detection apparatus according to a first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the motion
ブロック分割部10は、入力される原画像を所定のサイズ(例えば、8画素×8ライン)のブロックに分割し、ブロック単位のブロック画像列を空間周波数解析部20、動きベクトル検出部30、及び動きベクトル最適化部40に出力する。なお、ブロックサイズは、記憶部(図示せず)に格納して読み出すようにしてもよい。
The block division unit 10 divides an input original image into blocks of a predetermined size (for example, 8 pixels × 8 lines), and a block image sequence in units of blocks is converted into a spatial
空間周波数解析部20は、ブロック分割部10から入力される分割画像列(ブロック画像列)について空間周波数解析を行って空間周波数スペクトルを生成し、ブロック画像ごとの空間周波数スペクトルを動きベクトル検出部30及び動きベクトル最適化部40に出力する。空間周波数解析には、ウェーブレット分解や、離散コサイン変換(DCT)などを用いる。
The spatial
動きベクトル検出部30は、ブロック画像ごとに、基準フレームと参照フレームとの間の動きベクトルを検出する。図2は、動きベクトル検出部30の構成を示すブロック図である。図2に示すように、動きベクトル検出部30は、動き探索範囲決定部31と、ブロックマッチング部32とを備える。
The motion
動き探索範囲決定部31は、空間周波数解析部20から入力される空間周波数スペクトルに応じて動きベクトルの探索範囲である動き探索範囲を決定し、動き探索範囲を示す動き探索範囲情報をブロックマッチング部32に出力する。具体的には、動き探索範囲決定部31は、空間周波数解析部20から入力される空間周波数スペクトルから空間周波数の高周波領域のパワーの割合を算出し、空間周波数の高周波領域のパワーの割合が高い場合は、静止領域か微少動き量の動領域である可能性が高いと判断して動き探索範囲を狭く設定し、空間周波数の高周波領域のパワーの割合が低くなるほど、動き探索範囲を広く設定する。
The motion search
空間周波数の高周波領域のパワーの割合は、例えば標本化周波数の半分を超える高周波領域のパワーの割合とする。また、動き探索範囲は、水平軸方向の探索範囲を最大で[x1,x2]とし、水平方向の高周波領域のパワーの割合をP_xとすると、例えば水平軸方向の探索範囲を(1−P_x)×(x2−x1)とする。垂直軸方向も同様に、探索範囲を最大で[y1,y2]とし、水平方向の高周波領域のパワーの割合をP_yとすると、例えば水平軸方向の探索範囲を(1−P_y)×(y2−y1)とする。 The power ratio in the high frequency region of the spatial frequency is, for example, the power ratio in the high frequency region that exceeds half the sampling frequency. Further, the motion search range is set such that the maximum search range in the horizontal axis direction is [x1, x2], and the power ratio of the high frequency region in the horizontal direction is P_x, for example, the search range in the horizontal axis direction is (1-P_x). X (x2-x1). Similarly, in the vertical axis direction, the search range is set to [y1, y2] at the maximum, and the power ratio of the high frequency region in the horizontal direction is P_y. For example, the search range in the horizontal axis direction is (1−P_y) × (y2− y1).
ブロックマッチング部32は、ブロックごとに、動き探索範囲決定部31により設定された動き探索範囲で少数画素精度の動きベクトルを検出し、検出した動きベクトルの情報(位置合わせ情報)を動きベクトル最適化部40に出力する。なお、後述する動きベクトル修正部44にて最終的な動きベクトルが決定される。
The
具体的には、ブロックマッチング部32は、画像分割部10から入力されるブロック分割された基準フレーム画像に対して、基準フレームの参照フレームの原画像を参照フレーム画像としてブロックマッチングを行い、ブロック画像ごとに、基準フレームと参照フレームとの間の動きベクトルを検出する。ブロックマッチングは、例えばSSD(Sum of Squared Difference)法やSAD(Sum of Absolute intensity Difference)法を用いる。また、ブロックマッチングは、例えば式(1)に示すパラボラフィッティング関数を用いた補間処理により、小数画素精度で行う。
Specifically, the
ここで、探索位置における画素位置をxとしたとき、SSD(x)は、画素位置におけるSSD値を表し、より具体的には、SSD(0)は中心位置(SSD値を最小とする位置)におけるSSD値、SSD(−1)は中心位置から−x方向又は−y方向の隣接画素の位置におけるSSD値、SSD(1)は中心位置から+x方向又は+y方向の隣接画素の位置におけるSSD値を表す。式(1)から、水平又は垂直方向の小数画素精度の画素位置(小数画素位置)をそれぞれ算出することができる。 Here, when the pixel position at the search position is x, SSD (x) represents the SSD value at the pixel position, and more specifically, SSD (0) is the center position (position where the SSD value is minimized). SSD (−1) is the SSD value at the position of the adjacent pixel in the −x direction or −y direction from the center position, and SSD (1) is the SSD value at the position of the adjacent pixel in the + x direction or + y direction from the center position. Represents. From equation (1), pixel positions (decimal pixel positions) with decimal pixel precision in the horizontal or vertical direction can be calculated respectively.
動きベクトル最適化部40は、ブロック分割部10から入力される分割画像列、及び空間周波数解析部20から入力される空間周波数スペクトルに基づいて、動きベクトル検出部30から入力される動きベクトルを修正して最適化する。図3は、動きベクトル最適化部40の構成を示すブロック図である。図3に示すように、動きベクトル最適化部40は、空間方向高周波領域パワー算出部41と、平均輝度差分算出部42と、ブロックサイズ修正部43と、動きベクトル修正部44とを備える。
The motion
平均輝度差分算出部42は、複数の隣接するブロック画像からなるブロックセット画像を決定する。図4は、ブロックセット画像を例示する図である。図4では、ブロックセット画像Sは、斜線を施した代表ブロック画像Aと、代表ブロック画像Aに隣接する3個のブロック画像B,C,Dとから構成される。なお、ブロックセット画像Sのブロック数は4個に限られるものではなく、例えば8個や9個でもよい。また、代表ブロックは、ブロックセット画像内の1つのブロック画像であり、図4では、ブロックセット画像の左上に位置するブロック画像を代表ブロック画像としているが、代表ブロック画像の位置は左上に限られるものではない。
The average luminance
平均輝度差分算出部42は、ブロック分割部10から入力されるブロック画像ごとに平均輝度を算出し、次にブロックセット画像ごとにブロック画像間の平均輝度の差分値を算出する。差分値は、例えば、差の絶対値の和、差の絶対値の積、又は差の二乗和とする。図4のブロックセット画像Sについて、ブロック画像Aの平均輝度をAave、ブロック画像Bの平均輝度をBave、ブロック画像Cの平均輝度をCave、ブロック画像Dの平均輝度をDaveとし、差分値を差の絶対値とした場合には、差分値は、|Aave−Bave|+|Aave−Cave|+|Aave−Dave|+|Bave−Cave|+|Bave−Dave|+|Cave−Dave|となる。
The average luminance
平均輝度差分算出部42は、ブロックセット画像S内のブロック画像間の平均輝度の差分値が所定の閾値以下である場合には、代表ブロック画像Aに対して、平均輝度の差分値が小さいことを示す平均輝度小差分フラグFL_L(i,j)をオンに設定し、ブロックセット画像S内のブロック画像間の平均輝度の差分値が所定の閾値を超える場合には、代表ブロック画像Aに対して、平均輝度小差分フラグFL_L(i,j)をオフに設定する。ここで、(i,j)は、フレーム画像におけるブロック画像の位置を示すインデックスである。そして、平均輝度差分算出部42は、ブロック画像ごとの平均輝度小差分フラグFL_L(i,j)をブロックサイズ修正部43に出力する。
The average luminance
空間方向高周波領域パワー算出部41は、空間周波数解析部20から入力されるブロック画像ごとの空間周波数スペクトルから、代表ブロック画像について、空間周波数の高周波領域のパワーの割合を算出し、算出した空間周波数の高周波領域のパワーの割合が所定の閾値以下である場合には、代表ブロック画像に対して空間周波数が低いことを示す空間低周波フラグFL_S(i,j)をオン(真)に設定し、算出した空間周波数の高周波領域のパワーの割合が所定の閾値を超える場合には、空間低周波フラグFL_S(i,j)をオフ(偽)に設定する。ここで、(i,j)は、画像内のブロックの位置を示すインデックスである。そして、空間方向高周波領域パワー算出部41は、ブロック画像ごとの空間低周波フラグFL_S(i,j)をブロックサイズ修正部43に出力する。
The spatial direction high frequency region
ブロックサイズ修正部43は、空間方向高周波領域パワー算出部41から入力される空間低周波フラグFL_S(i,j)、及び平均輝度差分算出部42から入力される平均輝度小差分フラグFL_L(i,j)に基づいて、ブロックセット画像内のブロック画像を統合するか否かを決定し、ブロック画像のサイズを修正する。図5は、ブロックサイズ修正部43の処理を説明する図である。図5に示すように、ブロックサイズ修正部43は、代表ブロック画像Aについて、空間低周波フラグFL_S(i,j)がオン、且つ、平均輝度小差分フラグFL_L(i,j)がオンである場合には、ブロックセット画像S内のブロック画像A,B,C,Dを統合して1つの統合ブロック画像Tとする。すなわち、統合ブロック画像TのブロックサイズはブロックセットSのサイズとなる。ブロックサイズ修正部43は、修正後のブロック画像(ブロック画像又は統合ブロック画像)のブロックサイズを示すブロック情報を動きベクトル修正部44に出力する。なお、ブロック情報は、初期(統合前)のブロック画像ごとに統合されたか否かを示すフラグであってもよい。
The block size correcting unit 43 includes a spatial low frequency flag FL_S (i, j) input from the spatial direction high frequency region
つまり、代表ブロックの空間高周波領域のパワーが低い場合は、当該ブロック画像は静止領域や微少動き量の動領域におけるアウトフォーカス領域、又は大きな動き量で動きぼやけ量の大きい動領域の画像である可能性が高い。ブロックサイズ修正部43は、小さなブロックサイズでは画像特徴を捉えられず動きベクトルの検出精度が低下するため、周囲のブロック画像との統合を検討する。そして、周囲のブロック画像との平均輝度差分が小さい場合は、周囲ブロックと同一オブジェクトを捉えている可能性が高いため、周囲ブロックとの統合を行う。これにより、動きベクトルの検出精度を高めることができる。 In other words, if the power of the spatial high-frequency area of the representative block is low, the block image can be an out-of-focus area in a stationary area or a moving area with a small amount of motion, or a moving area image with a large amount of motion and a large amount of motion blur. High nature. The block size correcting unit 43 considers integration with surrounding block images because image features cannot be captured with a small block size and the accuracy of motion vector detection is reduced. Then, when the average luminance difference with the surrounding block image is small, there is a high possibility that the same object as the surrounding block is captured. Thereby, the detection accuracy of a motion vector can be improved.
動きベクトル修正部44は、ブロックマッチング部32から入力されるブロック画像ごとの動きベクトル情報、及びブロックサイズ修正部43から入力されるブロック情報から、動きベクトルを修正し、修正した動きベクトルを外部に出力するとともに、出力する動きベクトルに対応する画像のブロックサイズを示す動き検出ブロック情報を外部に出力する。図6は、動きベクトル修正部44の動作を示すフローチャートである。図7は、ブロックセット画像内のブロック画像ごとの動きベクトルの一例を示す図である。図6及び図7を参照して動きベクトル修正部44の動作を説明する。
The motion
まず、動きベクトル修正部44は、ブロックサイズ修正部43から入力されるブロック情報から各ブロック画像が統合されたか否かを判別する(ステップS11)。ステップS11にて、ブロック画像が統合されていないと判定された場合には、ブロックマッチング部32から入力されるブロック画像ごとの動きベクトルをそのまま最終的な動きベクトルとして出力する(ステップS16)。一方、ステップS11にて、ブロック画像が統合されたと判定された場合には、統合ブロック画像T内の統合前の各ブロックの動きベクトルa,b,c,dを取得する(ステップS12)。次に、ステップS12にて取得した動きベクトルa,b,c,d間の差分値を算出する(ステップS13)。差分値は、例えば、差の絶対値の和、差の絶対値の積、又は差の二乗和とする。
First, the motion
そして、動きベクトル修正部44は、ステップS12にて算出した差分値が所定の閾値以下であるか否かを判定する(ステップS14)。ステップS14にて差分値が所定の閾値以下であると判定した場合には動きベクトルを統合し、動きベクトルa,b,c,dの平均値を統合ブロック画像Tの動きベクトルとして出力する(ステップS15)。一方、ステップS14にて差分値が所定の閾値を超えると判定した場合には、ブロック画像の統合を解除し、統合前のブロック画像ごとの動きベクトルを出力する(ステップS15)。また、動きベクトル修正部44は、出力する動きベクトルに対応する画像(ブロック画像又は統合ブロック画像)のサイズを示す情報を動き検出ブロック情報として外部に出力する。なお、動き検出ブロック情報は、初期(統合前)のブロック画像ごとに統合されたか否かを示すフラグであってもよい。
Then, the motion
なお、動きベクトル修正部44は、ステップS11にて、ブロック画像が統合されたと判定された場合には、統合ブロック画像内の統合前の各ブロックの動きベクトルa,b,c,dを取得し(ステップS12)、ステップS13及びステップS14の処理を行わずに動きベクトルa,b,c,dの平均値を統合ブロック画像Tの動きベクトルとして出力してもよい。ただし、動きベクトルの高精度化を実現するためには、ステップS13及びステップS14の処理を行い、統合前の各ブロック画像の動き検出精度が高いと考えられる場合、つまり動きベクトルの差分値が所定の閾値以下の場合にのみ、動きベクトルを統合するのが好適である。
When it is determined in step S11 that the block images have been integrated, the motion
隣接する統合ブロック画像が存在し、ステップS14にて各統合ブロック画像の動きベクトルが統合されている場合には、各統合ブロック画像の動きベクトルを取得し、取得した動きベクトルの差分値を算出し、算出した差分値が所定の閾値以下であるときには、統合ブロック画像同士を統合した画像を新たな統合ブロック画像とするとともに、取得した動きベクトルの平均値を新たな統合ブロック画像の動きベクトルとして出力してもよい。 When adjacent integrated block images exist and the motion vectors of the integrated block images are integrated in step S14, the motion vectors of the integrated block images are acquired, and the difference value of the acquired motion vectors is calculated. When the calculated difference value is equal to or smaller than a predetermined threshold, an image obtained by integrating the integrated block images is set as a new integrated block image, and an average value of the acquired motion vectors is output as a motion vector of the new integrated block image. May be.
なお、上述した動きベクトル検出装置1として機能させるためにコンピュータを好適に用いることができ、そのようなコンピュータは、動きベクトル検出装置1の各機能を実現する処理内容を記述したプログラムを、当該コンピュータの記憶部に格納しておき、当該コンピュータのCPU(中央演算処理装置)によってこのプログラムを読み出して実行させることで実現することができる。
Note that a computer can be suitably used to function as the motion
このように、動きベクトル検出装置1及びそのプログラムによれば、ブロックサイズを最適化して、動きベクトルの情報量を減らし、且つ、高精度な動きベクトル情報を得ることができる。
As described above, according to the motion
[符号化装置]
次に、上述した動きベクトル検出装置1を用いた符号化装置について説明する。図8は、本発明による実施例1の符号化装置の構成を示すブロック図である。図8に示すように、符号化装置60は、動きベクトル検出装置1と、減算部61と、量子化部62と、可変長符号化部63と、逆量子化部64と、逆直交変換部65と、加算部66と、フレームメモリ67と、動き補償部68とを備える。
[Encoding device]
Next, an encoding device using the motion
減算部61は、原画像と動き補償部68から入力される予測画像との差分画像を生成して動きベクトル検出装置1に出力する。
The
動きベクトル検出装置1を符号化装置60に適用する場合には、動きベクトル検出装置1は、動きベクトル情報及び動き検出ブロック情報に加えて、空間周波数解析部20にて生成した空間周波数スペクトル(例えば離散コサイン変換により生成した変換係数)も外部に出力する。動きベクトル検出装置1は、減算部61から入力される差分画像に対して、上述した動きベクトル検出処理を行い、空間周波数スペクトルを量子化部62に出力し、動きベクトル情報、及び動き検出ブロック情報を可変長符号化部63及び動き補償部68に出力する。
When the motion
量子化部62は、動きベクトル検出装置1から入力される空間周波数スペクトルに対して量子化処理を行い、可変長符号化部63及び逆量子化部64に出力する。
The quantization unit 62 performs a quantization process on the spatial frequency spectrum input from the motion
可変長符号化部63は、量子化部62から入力される空間周波数スペクトルの量子化データと、動きベクトル検出装置1から入力される動きベクトル情報及び動き検出ブロック情報に対して可変長符号化処理を行い、符号化データのビットストリームを生成し、復号側に出力する。
The variable
逆量子化部64は、量子化部62から入力される空間周波数スペクトルの量子化データに対して逆量子化処理を行い、逆直交変換部65に出力する。
The
逆直交変換部65は、逆量子化部64から入力された空間周波数スペクトルに対して逆直交変換、(例えば、動きベクトル検出装置1の空間周波数解析部20にて離散コサイン変換が施されていた場合には逆離散コサイン変換(IDCT))を施し、加算部66に出力する。
The inverse
加算部66は、逆直交変換部65から入力される画像と、動き補償部68から得られる予測画像とを加算処理して復号画像を生成し、フレームメモリ67に出力する。
The adding
動き補償部68は、フレームメモリ67に格納された参照フレーム画像に対し、動きベクトル検出装置1から入力される動きベクトル情報及び動き検出ブロック情報を用いて動き補償を行って予測画像を生成し、予測画像を減算部61に出力する。
The
なお、上述した符号化装置60として機能させるためにコンピュータを好適に用いることができ、そのようなコンピュータは、符号化装置60の各機能を実現する処理内容を記述したプログラムを、当該コンピュータの記憶部に格納しておき、当該コンピュータのCPUによってこのプログラムを読み出して実行させることで実現することができる。
Note that a computer can be suitably used to cause the above-described
このように、符号化装置60及びそのプログラムによれば、最適化された高精度な動きベクトルを符号化して伝送することができるようになる。
As described above, according to the
[復号装置]
次に、上述した符号化装置60によって符号化されたデータを復号する復号装置について説明する。図9は、本発明による実施例1の復号装置の構成を示すブロック図である。図9に示すように、復号装置70は、可変長復号部71と、逆量子化部72と、逆直交変換部73と、加算部74と、フレームメモリ75と、動き補償部76とを備える。
[Decoding device]
Next, a decoding device that decodes the data encoded by the
可変長復号部71は、符号化装置60から入力される符号化データに対して可変長復号処理を施し、空間周波数スペクトルの量子化データを逆量子化部72に出力し、動きベクトル情報及び動き検出ブロック情報を動き補償部76に出力する。
The variable
逆量子化部72は、可変長復号部71から入力される空間周波数スペクトルの量子化データに対して逆量子化処理を行い、逆直交変換部73に出力する。
The
逆直交変換部73は、逆量子化部72から入力される空間周波数スペクトルに対して逆直交変換(例えば、IDCT)を施し、得られる画像を加算部74に出力する。
The inverse
加算部74は、逆直交変換部73から入力される画像と、動き補償部76から入力される予測画像とを加算して画像を復元し、復号画像をフレームメモリ75及び外部に出力する。
The
動き補償部76は、フレームメモリ75に格納された参照フレーム画像に対し、可変長復号部71から入力される動きベクトル情報を用いて動き補償を行って予測画像を生成し、予測画像を加算部74に出力する。
The
なお、上述した復号装置70として機能させるためにコンピュータを好適に用いることができ、そのようなコンピュータは、復号装置70の各機能を実現する処理内容を記述したプログラムを、当該コンピュータの記憶部に格納しておき、当該コンピュータのCPUによってこのプログラムを読み出して実行させることで実現することができる。
Note that a computer can be suitably used to cause the above-described
このように、復号装置70及びそのプログラムによれば、動きベクトル情報及び動き検出ブロック情報から高画質の画像を復号することができるようになる。
As described above, according to the
[超解像補助情報生成装置]
次に、上述した動きベクトル検出装置1を用いた超解像補助情報生成装置80について説明する。図10は、本発明による実施例1の超解像補助情報生成装置の構成を示すブロック図である。図10に示すように、超解像補助情報生成装置80は、動きベクトル検出装置1と、画像縮小部81とを備える。
[Super-resolution auxiliary information generator]
Next, the super-resolution auxiliary
画像縮小部81は、原画像列を入力し、予め定めた縮小率で縮小した縮小画像列を出力する。図10では、ウェーブレット分解により縮小画像を生成する例を示しており、画像縮小部81は、ウェーブレット分解部811と、縮小画像生成部812とを備える。
The
ウェーブレット分解部811は、n階空間ウェーブレット分解法を用いて画像縮小を行う(nは、0を含む自然数)。ウェーブレット分解部811は、記憶部(図示せず)に予め格納されているマザーウェーブレット情報(つまり、マザーウェーブレットの分解係数を表すフィルタ係数の情報)と、画像縮小率の情報を読み出し、マザーウェーブレット情報を用いて当該画像縮小率に対応する分解能でウェーブレット分解を行い、ウェーブレット分解した画像を縮小画像生成部812に出力する。
The wavelet decomposition unit 811 performs image reduction using an n-th order spatial wavelet decomposition method (n is a natural number including 0). The wavelet decomposition unit 811 reads out the mother wavelet information (that is, information on the filter coefficient indicating the decomposition coefficient of the mother wavelet) and the information on the image reduction ratio that are stored in advance in a storage unit (not shown), and the mother wavelet information Is used to perform wavelet decomposition at a resolution corresponding to the image reduction rate, and the wavelet decomposed image is output to the reduced
縮小画像生成部812は、ウェーブレット分解した画像の低周波成分(例えば、n=1として、1階空間ウェーブレット分解を行った場合には、水平・垂直方向に低周波成分の画像)を抽出して、抽出した低周波成分に対応する縮小画像を生成する。なお、マザーウェーブレットを可変として、マザーウェーブレットを変化させることで縮小画像列に含まれる折り返し歪量を制御することもできるため、この場合、可変するマザーウェーブレットの情報をマザーウェーブレット情報として記憶部(図示せず)に格納する。
The reduced
なお、上述した超解像補助情報生成装置80として機能させるためにコンピュータを好適に用いることができ、そのようなコンピュータは、超解像補助情報生成装置80の各機能を実現する処理内容を記述したプログラムを、当該コンピュータの記憶部に格納しておき、当該コンピュータのCPUによってこのプログラムを読み出して実行させることで実現することができる。
It should be noted that a computer can be suitably used to function as the above-described super-resolution auxiliary
超解像補助情報生成装置80から出力される、動きベクトル、動き検出ブロック情報、及び複数の縮小画像を用いて、高精度な超解像画像を生成することができる。ここで、動きベクトル検出装置1の動きベクトル修正部44により、統合ブロック画像内の統合前の各ブロック画像間の動きベクトル差分が小さい場合は、統合前の各ブロック画像の動きベクトルの平均を統合ブロック画像の動きベクトルとしているため、画像縮小部81により生成された複数の縮小画像から超解像を生成する場合に、演算量を低減することができる。また、空間周波数の高周波領域のパワーの割合が低い領域では、高精度な位置調整を行わなくても画質に及ぼす影響は少ないため、動きベクトルの情報を低減しつつ、高品質な超解像画像を生成することができる。
A high-resolution super-resolution image can be generated using the motion vector, the motion detection block information, and the plurality of reduced images output from the super-resolution auxiliary
次に、本発明による実施例2の動きベクトル検出装置2について、図面を参照して詳細に説明する。図11は、本発明による実施例2の動きベクトル検出装置のブロック図である。図11に示すように、動きベクトル検出装置2は、ブロック分割部10と、空間周波数解析部20と、動きベクトル検出部50と、動きベクトル最適化部40とを備える。実施例2の動きベクトル検出装置2は、実施例1の動きベクトル検出装置1と比較して、動きベクトル検出部30に代えて動きベクトル検出部50を備える点が相違する。
Next, the motion
図12は、動きベクトル検出部50の構成を示すブロック図である。図12に示すように、動きベクトル検出部50は、分解能決定部56と、階層型動きベクトル検出部55とを備える。動きベクトル検出部50に入力する分割画像のブロックサイズは、例えば動き探索範囲の最大値(例えば、256画素×256ライン)とする。
FIG. 12 is a block diagram illustrating a configuration of the motion
分解能決定部56は、原画像における複数フレームにわたる時間方向の高周波領域のパワーの割合が大きいほど大きなブロックサイズ及び大きな動き探索範囲の大きさとなるように階層的に規定した分解能、及び/又は動画像における1フレームの空間方向の低周波領域のパワーの割合が大きいほど大きなブロックサイズ及び大きな動き探索範囲の大きさとなるように階層的に規定した分解能のテーブルを保持しており、当該時間方向の高周波領域のパワーの割合及び/又は空間方向の低周波領域のパワーの割合を検出して分解能の値を決定する。具体的には、分解能決定部56は、時間方向高周波領域パワー算出部51と、空間分解階数決定部52と、空間方向低周波領域パワー算出部53と、動き検出開始分解能決定部54とを備える。
The
時間方向高周波領域パワー算出部51は、動きベクトルの検出を行う基準フレームF(tC)及び動き探索に用いる参照フレームF(tR)を含む、時刻t=t0…tmにおける複数フレームの分割画像列F(t0),…,F(tC),…,F(tR),…,F(tm)を入力し、基準フレームの分割画像F(tC)における全画素について、この複数フレームを時間方向に予め規定した最大階数の周波領域に分解した後、全画素における時間方向の周波数帯域ごとのパワーを算出し、算出した全画素における時間方向の周波数帯域別のパワーから時間方向の高周波領域のパワーの割合を算出して空間分解階数決定部52に出力する。
Temporal high-frequency range
図13は、時間方向高周波領域パワー算出部51の構成を示すブロック図である。図13に示すように、時間方向高周波領域パワー算出部51は、時間方向1次元Nmax階離散ウェーブレット分解処理部511と、時間方向周波数帯域別パワー算出部512とを備える。
FIG. 13 is a block diagram showing a configuration of the time direction high frequency domain
時間方向1次元Nmax階離散ウェーブレット分解処理部511は、基準フレームの分割画像F(tC)(以下、基準分割画像と称する)及び参照フレームの分割画像F(tR)(以下、参照分割画像と称する)を含む、時刻t=t0…tmにおける分割画像列を入力し、基準分割画像の全画素について時間方向に予め規定したNmax階(例えば、4階)の離散ウェーブレット分解を行う。
The time direction one-dimensional Nmax-order discrete wavelet
時間方向周波数帯域別パワー算出部512は、基準分割画像の全画素における時間方向の周波数帯域ごとのパワーを算出し、算出した全画素における時間方向の周波数帯域別のパワーから時間方向の高周波領域のパワーの割合を算出して空間分解階数決定部52に出力する。
The
空間分解階数決定部52は、時間方向高周波領域パワー算出部51によって算出した時間方向の高周波領域のパワーの割合から、時間方向の高周波領域のパワーの割合が大きいほど、動領域面積が大きく、且つ動き量が大きいと判断し、時間方向の高周波領域のパワーの割合に応じて空間周波数の分解階数Ns(即ち、空間方向の分解能)を決定し、決定した空間周波数の分解階数Nsの情報を空間方向低周波領域パワー算出部53に出力する。
The spatial resolution
例えば、表1に示すように、時間方向の高周波領域のパワーの割合と空間周波数の分解階数Nsとの間で規定されるテーブルを予め保持しておく。時間方向の高周波領域とは、例えば標本化周波数の1/2を超える範囲とする。 For example, as shown in Table 1, a table defined in advance between the power ratio in the high frequency region in the time direction and the resolution rank Ns of the spatial frequency is held in advance. The high frequency region in the time direction is, for example, a range exceeding 1/2 of the sampling frequency.
空間方向低周波領域パワー算出部53は、基準分割画像及び参照分割画像と空間周波数の分解階数Nsの情報とを入力し、空間周波数の分解階数Nsに基づいて、基準分割画像及び/又は参照分割画像に対して空間Ns階離散ウェーブレット分解を実行し、空間周波数帯域ごとのパワーを算出し、算出した空間周波数帯域ごとのパワーから空間方向の低周波領域のパワーの割合を算出し、算出した空間方向の低周波領域のパワーの割合、及び空間Ns階離散ウェーブレット分解したデータを動き検出開始分解能決定部54に出力する。
The spatial direction low frequency region
なお、基準分割画像及び参照分割画像の双方に対して空間Ns階離散ウェーブレット分解を実行することは、後の処理として、固定のブロックサイズ及び探索範囲の大きさで階層型動きベクトル検出を行う際のウェーブレット再構成を階層的に行うことにより、元画像に対して可変のブロックサイズ及び探索範囲の大きさとする階層型動きベクトル検出を行うことができる点で有利であり、特に、動きベクトル検出を階層的に行うための分解能の決定のためには、基準分割画像及び参照分割画像のうちの空間方向の低周波領域のパワーの割合が大きいほうを選定するのが好適となる。以下の説明では、基準分割画像及び参照分割画像の双方について空間Ns階離散ウェーブレット分解を行う例を説明する。 Note that performing spatial Ns-order discrete wavelet decomposition on both the standard divided image and the reference divided image is a subsequent process when performing hierarchical motion vector detection with a fixed block size and a search range size. By performing the wavelet reconstruction in a hierarchical manner, it is advantageous in that a hierarchical motion vector detection with a variable block size and a search range size can be performed on the original image. In order to determine the resolution to be performed hierarchically, it is preferable to select the larger one of the ratio of the power in the low frequency region in the spatial direction from the standard divided image and the reference divided image. In the following description, an example will be described in which spatial Ns-order discrete wavelet decomposition is performed on both the standard divided image and the reference divided image.
図14は、空間方向低周波領域パワー算出部53の構成を示すブロック図である。図14に示すように、空間方向低周波領域パワー算出部53は、空間方向2次元Ns階離散ウェーブレット分解処理部531と、空間方向周波数帯域別パワー算出部532とを備える。
FIG. 14 is a block diagram illustrating a configuration of the spatial direction low frequency region
空間方向2次元Ns階離散ウェーブレット分解処理部531は、基準分割画像及び参照分割画像を入力し、空間分解階数決定部52によって決定した空間周波数の分解階数Nsに基づいて、基準分割画像及び参照分割画像の各々の全画素に対して空間Ns階離散ウェーブレット分解を行う。
The spatial direction two-dimensional Ns-order discrete wavelet decomposition processing unit 531 inputs the standard divided image and the reference divided image, and based on the decomposition rank Ns of the spatial frequency determined by the spatial decomposition
空間方向周波数帯域別パワー算出部532は、基準分割画像及び参照分割画像の各々における空間周波数帯域ごとのパワーを算出し、算出した空間周波数帯域ごとのパワーから基準分割画像及び参照分割画像の各々における空間方向の低周波領域のパワーの割合を算出し、算出した基準分割画像及び参照分割画像の各々における空間方向の低周波領域のパワーの割合の大きいほうの情報を動き検出開始分解能決定部54に出力する。
The
動き検出開始分解能決定部54は、空間方向低周波領域パワー算出部53によって算出した空間方向の低周波領域のパワーの割合の情報から、空間方向の低周波領域のパワーの割合が大きいほど(空間方向の高周波領域のパワーの割合が小さいほど)、動領域面積が大きく、且つ動き量が大きいと判断し、動きベクトル検出を階層的に開始するための分解能(以下、「動き検出開始分解能」と称する)が小さい値(即ち、低解像度画像)となるように、空間方向の低周波領域のパワーの割合に応じて動き検出開始分解能を決定し、決定した階層的な動き検出開始分解能の情報を階層型動きベクトル検出部55に出力する。例えば、動き検出開始分解能決定部54は、空間方向の低周波領域のパワーの割合が大きいほど、動きベクトル検出を開始する階数(以下、「動き検出開始階数」と称する)nsが大きな値となるように、空間方向の低周波領域のパワーの割合に応じて動き検出開始階数nsを決定し、決定した動き検出開始階数nsの情報を階層型動きベクトル検出部55に出力する。ただし、ns≦Nsである。
The motion detection start
例えば、表2に示すように、空間方向の低周波領域のパワーの割合と動き検出開始分解能(又は動き検出開始階数ns)との間で規定されるテーブルを予め保持しておく。空間方向の低周波領域とは、例えばフレーム周波数の1/2以下の範囲とする。なお、動き検出開始階数nsが大きくなるにつれて、元の画像が低解像度化することを意味しており、元の画像に対して相対的にブロックサイズ及び動き探索範囲の大きさが増大することを意味している。ここで、例えば、空間分解能1/16は、元の画像における水平標本化周波数Hs及び垂直標本化周波数Vsにおいて、16画素を1画素として標本化する低解像度化を意味する。 For example, as shown in Table 2, a table defined between the power ratio of the low frequency region in the spatial direction and the motion detection start resolution (or motion detection start floor ns) is held in advance. The low frequency region in the spatial direction is, for example, a range that is 1/2 or less of the frame frequency. As the motion detection start floor number ns increases, this means that the original image has a lower resolution, and the block size and the size of the motion search range increase relative to the original image. I mean. Here, for example, the spatial resolution of 1/16 means a reduction in resolution in which 16 pixels are sampled as one pixel at the horizontal sampling frequency Hs and the vertical sampling frequency Vs in the original image.
つまり、図15に示すように、空間方向の低周波領域のパワーの割合によって、動き検出開始階数nsを関連付けることができる。例えば、Ns=4のとき、低周波領域(LL4)及び高周波領域(LL4以外)のそれぞれのパワーを算出して、全体における低周波領域(LL4)の割合が、99.5%以上であれば、動き検出開始階数ns=4として4階層の低周波領域のみの画像を再構成することができる(図15(d)参照)。同様に、全体における低周波領域(LL4)の割合が、98.0%以上99.5%未満であれば、3階層の低周波領域(LL3)のみの画像を再構成でき(図15(c)参照)、全体における低周波領域(LL4)の割合が、95.0%以上98.0%未満であれば、2階層の低周波領域(LL2)のみの画像を再構成でき(図15(b)参照)、全体における低周波領域(LL4)の割合が、95.0%未満であれば、1階層の低周波領域(LL1)のみの画像を再構成することができる(図15(a)参照)。 That is, as shown in FIG. 15, the motion detection start rank ns can be associated with the power ratio in the low frequency region in the spatial direction. For example, when Ns = 4, the respective powers of the low frequency region (LL 4 ) and the high frequency region (other than LL 4 ) are calculated, and the ratio of the low frequency region (LL 4 ) in the whole is 99.5% or more. If so, it is possible to reconstruct an image of only the low-frequency region of the four layers with the motion detection start rank ns = 4 (see FIG. 15D). Similarly, if the ratio of the low frequency region (LL 4 ) in the whole is 98.0% or more and less than 99.5%, an image of only three layers of the low frequency region (LL 3 ) can be reconstructed (FIG. 15). (C)), if the ratio of the low frequency region (LL 4 ) in the whole is 95.0% or more and less than 98.0%, it is possible to reconstruct an image of only the low frequency region (LL 2 ) of two layers. (See FIG. 15 (b)). If the ratio of the low frequency region (LL 4 ) in the whole is less than 95.0%, an image of only one layer of the low frequency region (LL 1 ) may be reconstructed. (See FIG. 15 (a)).
階層型動きベクトル検出部55は、動き検出開始階数nsに応じた空間方向に低周波領域の基準分割画像及び参照分割画像の画像を生成するために、基準分割画像及び参照分割画像の空間方向2次元Ns階離散ウェーブレット分解したデータに対して、動き検出開始階数nsに応じた空間ns階ウェーブレットの再構成を行い、予め定めたブロックサイズ及び探索範囲の大きさで動きベクトル検出を実行し、続いて空間ns−1階ウェーブレットの再構成を行い、当該予め定めたブロックサイズ及び探索範囲の大きさで動きベクトル検出を再度実行し、最上位の階層(即ち、元の画像レベル)にて当該予め定めたブロックサイズ及び探索範囲の大きさで動きベクトル検出を行うまで階数をデクリメントして繰り返す。
The hierarchical motion
図16は、階層型動きベクトル検出部55の構成を示すブロック図である。図16に示すように、階層型動きベクトル検出部55は、ns階再構成動きベクトル検出部551と、空間1階ウェーブレット再構成部552とを有する。
FIG. 16 is a block diagram illustrating a configuration of the hierarchical motion
ns階再構成動きベクトル検出部551は、動き検出開始階数nsに応じた空間方向に低周波領域の基準分割画像及び参照分割画像を生成するために動き検出開始階数nsに応じた空間ns階ウェーブレットの再構成を行い、予め定めたブロックサイズ及び探索範囲の大きさで小数画素精度のブロックマッチングによる動きベクトル検出を行う。
The ns-order reconstructed motion
空間1階ウェーブレット再構成部552は、動きベクトル検出処理を最上位の階数に対応する元の画像レベルとなるまで階数をデクリメントして繰り返すために、空間方向低周波領域パワー算出部53によって算出した空間Ns階離散ウェーブレット分解データに対して動き検出開始階数nsよりも上位の階数の画像となるように空間方向に1階上位のウェーブレット再構成を実行してns階再構成動きベクトル検出部551に出力する。したがって、ns階再構成動きベクトル検出部551は、空間1階ウェーブレット再構成部552から得られる基準フレーム分割画像及び参照フレーム分割画像の再構成画像を用いて、動きベクトル検出の処理を階層的に繰り返し、最終的な動きベクトルを決定して出力する。
The spatial first-order
動きベクトル検出は、2次関数近似による小数画素位置のブロックマッチング法を用いて行うのは、最上位の階数(即ち、1階)でのみ行うのが好適である。例えば式(1)に示したパラボラフィッティングにより小数画素位置を算出する。 It is preferable that the motion vector detection is performed only with the highest rank (that is, the first floor) using the block matching method of the decimal pixel position by quadratic function approximation. For example, the decimal pixel position is calculated by parabolic fitting shown in Expression (1).
このように構成される実施例2の動きベクトル検出装置2は、実施例1と同様に、符号化装置、復号装置、超解像装置に適用することができる。
The motion
なお、上述した動きベクトル検出装置2として機能させるためにコンピュータを好適に用いることができ、そのようなコンピュータは、動きベクトル検出装置2の各機能を実現する処理内容を記述したプログラムを、当該コンピュータの記憶部に格納しておき、当該コンピュータのCPUによってこのプログラムを読み出して実行させることで実現することができる。
Note that a computer can be suitably used to function as the motion
このように、実施例2の動きベクトル検出装置2及びそのプログラムによれば、動きベクトル検出部50により、空間ns階ウェーブレット分解及び再構成を経て順次繰り返すことによる階層型動きベクトル検出を行うため、階層に応じて順次可変にすべきブロックサイズ及び探索範囲の大きさを用意する必要がなく固定とすることができ、且つ画像シーンに応じた動き検出開始階数nsに応じた動きベクトル検出を行い、この動きベクトルに基づいて動きベクトル最適化部40で最適化を行うため、より動きベクトルを高精度化することができる。
As described above, according to the motion
上述の実施例は、代表的な例として説明したが、本発明は、上述の実施例によって制限するものと解するべきではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。例えば、実施例ではウェーブレット分解によりダウンサンプリングを行っているが、オクターブ分解するものであれば、ウェーブレット分解には限定されない。 Although the above-described embodiments have been described as representative examples, the present invention should not be construed as being limited by the above-described embodiments, and various modifications and changes may be made without departing from the scope of the claims. Is possible. For example, in the embodiment, downsampling is performed by wavelet decomposition, but it is not limited to wavelet decomposition as long as octave decomposition is performed.
本発明は、高精度な動きベクトル情報を得ることができるため、動きベクトル情報を用いた画像処理(例えば符号化処理、復号処理、超解像画像生成処理)を行う任意の用途に有用である。 Since the present invention can obtain highly accurate motion vector information, it is useful for any application that performs image processing (eg, encoding processing, decoding processing, super-resolution image generation processing) using motion vector information. .
1,2 動きベクトル検出装置
10 ブロック分割部
20 空間周波数解析部
30,50 動きベクトル検出部
31 動き探索範囲決定部
32 ブロックマッチング部
40 動きベクトル最適化部
41 空間方向高周波領域パワー算出部
42 平均輝度差分算出部
43 ブロックサイズ修正部
44 動きベクトル修正部
51 時間方向高周波領域パワー算出部
52 空間分解階数決定部
53 空間方向低周波領域パワー算出部
54 動き検出開始分解能決定部
55 階層型動きベクトル検出部
56 分解能決定部
511 時間方向1次元Nmax階離散ウェーブレット分解処理部
512 時間方向周波数帯域別パワー算出部
531 空間方向2次元Ns階離散ウェーブレット分解処理部
532 空間方向周波数帯域別パワー算出部
551 ns階再構成動きベクトル検出部
552 空間1階ウェーブレット再構成部
61 減算部
62 量子化部
63 可変長符号化部
64,72 逆量子化部
65,73 逆直交変換部
66,74 加算部
67,75 フレームメモリ
68,76 動き補償部
71 可変長復号部
DESCRIPTION OF
Claims (9)
原画像を所定のサイズのブロックに分割したブロック画像を生成するブロック分割部と、
前記ブロック画像を空間周波数解析して空間周波数スペクトルを生成する空間周波数解析部と、
前記ブロック画像ごとに、基準フレームと参照フレームとの間の動きベクトルを検出する動きベクトル検出部と、
複数の隣接するブロック画像をブロックセット画像とし、ブロックセット画像内のブロック画像間の平均輝度の差分値を算出する平均輝度差分算出部と、
前記空間周波数スペクトルから、前記ブロックセット画像内の1つのブロック画像について空間周波数の高周波領域のパワーの割合を算出する空間方向高周波領域パワー算出部と、
前記ブロックセット画像について、前記平均輝度の差分値が所定の閾値以下であり、且つ、前記高周波領域のパワーの割合が所定の閾値以下である場合には、前記ブロックセット画像内のブロック画像を統合して統合ブロック画像とするブロックサイズ修正部と、
前記統合ブロック画像については、前記各ブロック画像の動きベクトルの平均値を統合ブロック画像の動きベクトルとして出力し、統合されていないブロック画像については、前記動きベクトル検出部により検出されたブロック画像ごとの動きベクトルを出力するとともに、該出力する動きベクトルに対応する画像のブロックサイズを示す動き検出ブロック情報を出力する動きベクトル修正部と、
を備えることを特徴とする動きベクトル検出装置。 A motion vector detection device for detecting a motion vector between a base frame and a reference frame of an image,
A block dividing unit that generates a block image obtained by dividing an original image into blocks of a predetermined size;
A spatial frequency analysis unit that generates a spatial frequency spectrum by performing spatial frequency analysis on the block image;
A motion vector detection unit that detects a motion vector between a base frame and a reference frame for each block image;
A plurality of adjacent block images are set as block set images, and an average luminance difference calculating unit that calculates a difference value of average luminance between the block images in the block set image;
From the spatial frequency spectrum, a spatial direction high frequency region power calculation unit that calculates a power ratio of a high frequency region of a spatial frequency for one block image in the block set image;
For the block set image, when the difference value of the average luminance is less than or equal to a predetermined threshold and the power ratio of the high frequency region is less than or equal to the predetermined threshold, the block images in the block set image are integrated. A block size correction unit to be an integrated block image,
For the integrated block image, the average value of the motion vectors of each block image is output as the motion vector of the integrated block image, and for the non-integrated block image, for each block image detected by the motion vector detection unit A motion vector correction unit that outputs a motion vector and outputs motion detection block information indicating a block size of an image corresponding to the output motion vector;
A motion vector detection device comprising:
前記動きベクトルの探索範囲で、前記ブロック分割部により生成されたブロック画像ごとに動きベクトルを検出するブロックマッチング部と、
を備えることを特徴とする、請求項1又は2に記載の動きベクトル検出装置。 The motion vector detection unit calculates a power ratio in a high frequency region of a spatial frequency from the spatial frequency spectrum, and a motion search range in which the motion search range is set narrower as the calculated power ratio in the high frequency region of the spatial frequency is higher A decision unit;
A block matching unit for detecting a motion vector for each block image generated by the block dividing unit in the motion vector search range;
The motion vector detection device according to claim 1, further comprising:
原画像における複数フレームにわたる時間方向の高周波領域のパワーの割合が大きいほど大きなブロックサイズ及び大きな動き探索範囲の大きさとなるように階層的に規定した分解能、又は動画像における1フレームの空間方向の低周波領域のパワーの割合が大きいほど大きなブロックサイズ及び大きな動き探索範囲の大きさとなるように階層的に規定した分解能のテーブルを保持しており、
当該時間方向の高周波領域のパワーの割合又は空間方向の低周波領域のパワーの割合を検出して分解能の値を決定する分解能決定部と、
前記テーブルを参照して、前記分解能の値に対応するブロックサイズ及び動き探索範囲の大きさの階層から動きベクトル検出を開始して、次第に該ブロックサイズよりも小さいブロックサイズ及び該動き探索範囲の大きさよりも小さい動き探索範囲の大きさの階層での動きベクトル検出へと移行する階層型動きベクトル検出部と、
を備えることを特徴とする、請求項1又は2に記載の動きベクトル検出装置。 The motion vector detection unit
The resolution defined hierarchically so that the larger the power ratio of the high-frequency region in the time direction over a plurality of frames in the original image is, the larger the block size and the larger the motion search range is, or the lower the spatial direction of one frame in the moving image is A table of resolutions defined hierarchically so that the larger the frequency domain power ratio is, the larger the block size and the larger the motion search range is,
A resolution determination unit that determines a resolution value by detecting a power ratio of the high-frequency region in the time direction or a power ratio of the low-frequency region in the spatial direction;
With reference to the table, motion vector detection is started from the hierarchy of the block size and the motion search range corresponding to the resolution value, and the block size and the motion search range are gradually smaller than the block size. A hierarchical motion vector detection unit that shifts to motion vector detection in a hierarchy of a size of a motion search range smaller than
The motion vector detection device according to claim 1, further comprising:
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