JP2538319B2

JP2538319B2 - 動き検出器

Info

Publication number: JP2538319B2
Application number: JP19184688A
Authority: JP
Inventors: 和洋喜多村
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1988-07-29
Filing date: 1988-07-29
Publication date: 1996-09-25
Anticipated expiration: 2011-09-25
Also published as: JPH0240780A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、複合映像信号から動き情報を検出する動き
検出器に関する。

［従来の技術］高画質テレビ、特にIDTV（Improved Definition TV）
又はEDTV（Enhanced Definition TV）を実現する上で必
要となる技術の１つに動き適応処理がある。この動き適
応処理には、例えば、動き適応型Ｙ（輝度成分）/C（カ
ラー成分）分離、動き適応型走査線補間等がある。

このような動き適応処理において、複合映像信号から
動き情報を検出する動き検出器は、必要不可欠である。

動き検出器は、モノクロ・テレビ信号の場合、フレー
ム間の差を求めることにより、動き情報を検出できる。
しかし、複合映像信号の場合には、色副搬送波信号の極
性がフレーム毎に反転しているため、単にフレーム間の
差を求めても動き情報を検出できない。

第17図は、４フィールド・シーケンスに基づく従来の
動き検出器の一例を示す。

入力端子10を介して、デジタル化された複合映像信号
を遅延回路11に供給する。この遅延回路11の遅延時間
は、1/15秒（２フレーム、即ち1050Hに相当する。ここ
で、Ｈは水平期間である。）である。なお、２フレーム
（４フィールド）分だけ遅延させるのは、色副搬送波信
号の極性がフレーム毎に反転するためである。

差検出回路12は、入力端子10の複合映像信号及び遅延
回路11の出力信号の差を求める。よって、差検出回路12
の出力信号は、複合映像信号の２フレーム間の差、即
ち、色信号及び輝度信号の両方の動き情報を表わす。こ
の動き情報が出力端子14から得られる。

第17図に示す動き検出器は、デジタル・フィルタであ
り、このフィルタの振幅特性G1（ｆ）は、次式で表わせ
る。

G1（ｆ）＝sin（２πf/fm）ここで、fm＝30Hzである。

第17図の動き検出器による動き検出領域を、水平
（μ）、垂直（υ）及び時間（ｆ）方向の３次元周波数
領域μ−υ−ｆで示すと、第18図のようになる。

第19図は、従来の動き検出器の他の例を示し、フレー
ム差分の低周波成分を用いている。

入力端子10を介して、デジタル化された複合映像信号
を遅延回路15に供給する。この遅延回路15の遅延時間
は、1/30秒（１フレーム、即ち525Hに相当する。）であ
る。

差検出回路12は、入力端子10の複合映像信号及び遅延
回路15の出力信号の差を求める。よって、差検出回路12
の出力信号は、複合映像信号の１フレーム間の差を表わ
す。

この動き情報を低域通過フィルタ（LPF）18に供給し
て、低周波成分のみを抽出する。これにより、複合映像
信号の低周波成分についてみれば、フレーム毎に反転す
る色信号成分が含まれていないので、単にフレーム差分
を求めることにより、動き情報が得られる。

よって、出力端子19には、輝度信号成分の動き情報が
発生する。

第19図の動き検出器も、デジタル・フィルタであり、
その振幅特性G2（ｆ）は、次のようになる。

G2（ｆ）＝sin（πf/fm）・（LPF）ここで、LPFは水平（μ）方向の低域通過フィルタの
特性である。

第19図の動き検出器による動き検出領域を、３次元周
波数領域μ−υ−ｆで示すと、第20図のようになる。

［発明が解決しようとする課題］ところで、上述した第17及び第19図の動き検出器で
は、高精度の動き検出を行なうのは、困難である。

すなわち、第17図の構成により動き情報を検出する場
合、２フレーム間の差をとっているため、差検出回路12
での演算画素が時間方向に離れている。

よって、動画像の一部に動きの検出ができない場合が
ある。実際には、G1（ｆ）＝sin（２πf/fm）＝０の解
となるｆ＝±15Hz付近の動きが検出できない。つまり、
検出漏れが生じる。なお、ｆ＝０は、静止画である。

また、第19図の構成の場合、フレーム間の差を求めて
いることから、第17図の場合と同様の検出漏れはない。
しかし、フレーム差信号を更に低域通過フィルタにより
帯域制限をしているので、輝度が同じで、色のみ異なる
被写体が動いたときや、輝度信号の高周波成分が動いた
ときに、動き情報を検出できない。

したがって、第19図の場合にも、検出漏れが生じるこ
とになる。

上述の如く、第17図及び第19図に示す従来の動き検出
器は、動き成分を検出する手段として、時間方向（ｆ）
の演算などにより、３次元フィルタを構成しているが、
その３次元フィルタの特性が不十分なために、検出誤り
を生じるという欠点がある。

したがって本発明の目的は、従来技術における検出漏
れの欠点を改善し、動き情報を高精度に検出できる動き
検出器の提供にある。

［課題を解決するための手段］本発明の動き検出器は、複合映像信号より動き情報を
高精度に検出する。

そのために、動き情報抽出手段が、水平（μ）、垂直
（υ）及び時間（ｆ）で表現される３次元空間における
複合映像信号の静止画のスペクトル領域と相補的な関係
にあるスペクトル領域を複合映像信号が含むか否かを判
断している。そして、この判断結果により、複合映像信
号が動き成分を含むか否かの動き情報を検出する。

この動き情報抽出手段は、前記複合映像信号のフィー
ルド及びライン単位で遅延させる複数の遅延回路と、こ
れら複数の遅延回路の出力信号に対して所定の演算を行
う複数のデジタルフィルタと、比較器とを有しており、
前記複数のデジタルフィルタは、前記複数の遅延回路で
遅延された複合映像信号に基づいて、それぞれ、前記相
補的関係のスペクトル領域を動き検出領域としたとき
に、この動き検出領域から分解された複数のブロックを
それぞれの通過領域ブロックとし、これら通過領域ブロ
ックの和が前記動き検出領域にほぼ一致する３次元デジ
タルフィルタを構成するものであり、前記比較器は、各
デジタルフィルタそれぞれの出力信号の内、最大値の信
号を比較器で選択して出力する。

［作用］３次元空間における複合映像信号の静止画のスペクト
ル領域と相補的なスペクトル領域とは、静止画でない領
域である。静止画でないということは、動画であるの
で、この相補的なスペクトル領域を複合映像信号が含む
か否かを判断することにより、動き情報を検出できる。

［実施例］以下、添付図を参照して本発明を詳細に説明する。

複合映像信号において、色副搬送波fscと、水平同期
周波数fH及び垂直同期周波数fvとは、 fsc＝（455/2）・fH ＝（455/2）・（525/2）・fv の関係がある。この色副搬送波fscを３次元周波数領域
（３次元空間）μ−υ−ｆで表わすと、第２図に示すス
ペクトル構造となる。

同様にして、静止画を３次元周波数領域で表わすと、
第３図に示すようになる。この第３図において、Ｙで示
される静止画の輝度成分は、時間（ｆ）方向のスペクト
ルをもたないため、ｆ＝０の平面として表わせる。

一方、静止画の色成分（Ｉ、Ｑ信号）は、上述のfsc
を中心として時間方向にスペクトルの広がりをもたない
ｆ＝±15Hzの平面上に存在する。この色成分は、斜線を
引いたＣで示す。（ｆが−の部分は、輝度成分Ｙに隠
れ、一部、斜線が見えない。）ただし、色成分は、μ（水平）方向に帯域制限されて
いるため（約2MHz〜4.2MHz）、第３図に示すように、μ
方向の低域成分を含まない。これが、静止画の３次元ス
ペクトルである。

第４図は、静止画をυ−ｆ（垂直−時間）平面上で示
す。

動画の場合、時間（ｆ）方向にスペクトルが広がるた
め、第３図では平面で示された輝度及び色成分が共に時
間方向のスペクトルをもつようになる。これをυ−ｆ平
面上で示すと第５図のようになる。

第４図及び第５図から明かなように、静止画時には、
υ−ｆ平面上で線スペクトルであった複合映像信号は、
動画時には、時間方向にスペクトル成分が広がってい
る。よって、動きの検出を行なうには、この時間方向に
広がった成分の検出を行なえばよい。

上述から理解できる如く、理想的な動き検出器用のフ
ィルタを３次元周波数領域で表わすと第６図のスペクト
ル構造となる。この領域は、上述の静止画スペクトル
（第３図）と相補的な領域であり、静止画が動画となる
ことにより広がる時間方向の動き成分を完全にカバーす
るスペクトル構造である。

なお、相補的とは、第３図及び第６図のスペクトル領
域を合わせると、複合映像信号の全スペクトル領域とな
ることである。

本発明では、第６図で示すスペクトル領域を動き検出
領域とし、この領域と同じ領域を通過帯域とするフィル
タを構成することにより、高精度の動き検出を実現す
る。

ところで、１次元又は２次元のフィルタを縦続接続
し、線形性を保ちながら第６図に示した特性の理想的な
動き検出用フィルタを構成することは、可能である。し
かし、このようなフィルタは、ハードウェアが複雑にな
るばかりでなく、時間方向に対して膨大なメモリ量を必
要とする。

そこで、本発明の一実施例では、非線形であり、数フ
ィールド分のメモリで構成できる回路を示す。

第６図に示す理想的な動き検出用通過領域は、第７〜
第10図に示す４つの通過領域ブロックに分解できる。各
通過領域ブロックは、互いに重複する部分もあるが、こ
れら４ブロックの和は、目的とする理想的な動き検出用
フィールドの通過領域とほぼ一致するものである。

したがって、第11図に示すように、第７図の特性のデ
ジタル・フィルタ22と、第８図の特性のデジタル・フィ
ルタ24と、第９図の特性のデジタル・フィルタ26と、第
10図の特性のデジタル・フィルタ28とを、入力端子20に
対して並列接続する。

デジタル化した複合映像信号を入力端子20に供給する
と、この複合映像信号がフィルタ22〜28を通過する。比
較器30は、フィルタ22〜28の出力信号の内、最大値の信
号を選択して、出力端子32に出力する。

よって、第11図に示す動き検出器、即ち動き情報抽出
手段により、第６図に示す理想にほぼ近い特性の動き検
出が行える。

次に、フィルタ22〜28の各構成について説明する。

第12図は、フィールドと走査線の関係を示したもので
あり、図中の印は走査線の位置を示す。この図におい
て、各点の時間方向の間隔は1/60秒であり、垂直（ｙ）
方向の間隔は2/525である。

基準となる時間を第12図のＣ点とすると、フィルタ22は、｛（Ｃ−Ｆ）/2｝LPF フィルタ24は、（Ｃ−Ｉ）/2 フィルタ26は、｛（2C＋Ａ＋Ｅ）−（2F＋Ｄ＋Ｈ）｝/8 フィルタ28は、｛（2C−Ｂ−Ｄ）−（2F−Ｅ−Ｇ）｝/8 となる。なお、LPFは、低域通過フィルタの特性であ
り、例えば、（２＋Z^-1＋Ｚ）/4である。（但し、Ｚ＝e
xp（j2π・μ/2fsc））また、フィルタ22〜28の各々の振幅特性R1、R2、R3及
びR4は、以下のようになる。

R1＝|sin（πf/fm）｜・|LPF| R2＝|sin（２πf/fm）｜ R3＝|sin（πf/fm）｜・cos²｛π/2（f/fm−υ／υ１）｝ R4＝|sin（πf/fm）｜・sin²｛π/2（f/fm＋υ／υ１）｝但し、υ１＝525/2である。

これらR1〜R4を基に、フィルタ22〜28のυ−ｆ平面上
での通過域を第13〜第16図に模式的に夫々示す。これら
図では、斜線を引いた領域が通過域である。

第１図は、第11図のブロックを更に具体的に示した本
発明の動き検出器の詳細なブロック図である。

デジタル化された複合映像信号は、入力端子34を介し
て、遅延回路36〜50に順次供給される。これら遅延回路
は、縦続接続されており、各遅延回路の入力端及び出力
端からの信号をＡ〜Ｉで表わす。なお、遅延回路36,42
及び48の遅延時間は、Ｈ（水平期間）であり、遅延回路
38,40,44,46及び50の遅延時間は、262Hである。

演算回路52は、信号Ｃ及びＦを受け、Ｃ−Ｆを求め
る。この出力信号を除算回路54で２分の１にし、水平低
域通過フィルタ56に供給する。さらに、フィルタ56の出
力信号を絶対値回路58に供給する。これら回路52〜58
が、第11図のフィルタ22に対応する。

演算回路60は、信号Ｃ及びＩを受け、Ｃ−Ｉを求め
る。この出力信号を除算回路62で２分の１にし、水平低
域通過フィルタ56の伝搬時間に対応する遅延回路64に供
給する。さらに、遅延回路64の出力信号を絶対値回路66
に供給する。これら回路60〜66が、第11図のフィルタ24
に対応する。

演算回路68は、信号Ａ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ及びＨを受
け、（2C＋Ａ＋Ｅ）−（2F＋Ｄ＋Ｈ）を求める。この出
力信号を除算回路70で８分の１にし、遅延回路64と同様
の遅延回路72に供給する。さらに、遅延回路72の出力信
号を絶対値回路74に供給する。これら回路68〜74が、第
11図のフィルタ26に対応する。

演算回路76は、信号Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ及びＧを受
け、（2C−Ｂ−Ｄ）−（2F−Ｅ−Ｇ）を求める。この出
力信号を除算回路78で８分の１にし、遅延回路64と同様
の遅延回路80に供給する。さらに、遅延回路80の出力信
号を絶対値回路82に供給する。これら回路76〜82が、第
11図のフィルタ28に対応する。

比較器84〜88は、第11図の比較器30に対応し、最大値
の信号を出力端子90に出力する。よって、第６図に示し
た理想的な動き検出用フィルタのスペクトルに近く、高
精度の動き検出器が実現できる。

［発明の効果］上述の如く、本発明によれば、水平、垂直及び時間で
表現される３次元空間における複合映像信号の静止画の
スペクトル領域と相補的な関係にあるスペクトル領域を
複合映像信号が含むか否かを判断することにより、画像
の動き成分を確実に抽出できる。

また、この抽出を実現する回路は、数個のフィール
ド、ライン単位の遅延回路と、加算及び減算の演算回路
により、簡単に構成できる。

したがって、IDTV及びEDTVにおける動き適応処理を行
なうのにきわめて好適である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の好適な一実施例の詳細なブロック図、
第２図は色副搬送波の３次元空間のスペクトル図、第３
図は静止画の３次元空間のスペクトル図、第４図はｆ−
υ平面上での静止画のスペクトル図、第５図はｆ−υ平
面上での動画のスペクトル図、第６図は本発明による理
想的な動き検出用フィルタの特性を示すスペクトル図、
第７図〜第10図は第６図のスペクトル図を分解したスペ
クトル図、第11図は本発明の好適な実施例の原理的なブ
ロック図、第12図は本発明を説明するためのフィールド
と走査線の関係を示した図、第13〜第16図は第11図で用
いる各フィルタの特性を示す図、第17及び第19図は従来
例を示すブロック図、第18及び第20図は従来例の特性を
示す図である。 22〜28……フィルタ 30……比較器 36〜50……遅延回路 52,60,68,76……演算回路 54,62,70,78……除算回路 56……水平LPF 64,72,80……遅延回路 58,66,74,82……絶対値回路 84〜88……比較器

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】複合映像信号より動き情報を検出する動き
検出器において、水平、垂直及び時間で表現される３次元空間における前
記複合映像信号の静止画のスペクトル領域と相補的な関
係にあるスペクトル領域を複合映像信号が含むか否かを
判断する動き情報抽出手段を設け、この動き情報抽出手段は、前記複合映像信号のフィール
ド及びライン単位で遅延させる複数の遅延回路と、これ
ら複数の遅延回路の出力信号に対して所定の演算を行う
複数のデジタルフィルタと、比較器とを有しており、前記複数のデジタルフィルタは、前記複数の遅延回路で
遅延された複合映像信号に基づいて、それぞれ、前記相
補的関係のスペクトル領域を動き検出領域としたときに
この動き検出領域から分解された複数のブロックをそれ
ぞれの通過領域ブロックとし、これら通過領域ブロック
の和が前記動き検出領域にほぼ一致する３次元デジタル
フィルタを構成するものであり、前記比較器は、各デジタルフィルタそれぞれの出力信号
の内、最大値の信号を比較器で選択して出力することを
特徴とする動き検出器。