JP2565315B2 - 動き検出回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、信号用メモリを使ったビデオ信号処理装置
で使用される動き検出回路に関する。

発明の背景 ビデオ信号から再生される画像の品質を高めるため
に、フィールド／フレームくし型フィルタあるいはフィ
ールド／フレーム巡回型フィルタのようなビデオ信号処
理回路が利用されている。これらの回路は、動き（画像
対象物の動きあるいはカメラの左方または右方への水平
回転）のない画像については非常に良好な動作を行な
う。画像の動きのある期間中、これらの回路を有効に利
用するために、これらの回路は動き適応型となるように
設計されている。例えば、動き適応型フレーム巡回型フ
ィルタは、現在および過去の動きに従って変化する信号
スケーリング係数を有する。一例として、“ビデオ雑音
の低減法”という名称の米国特許第4,240,106号明細書
が挙げられる。

動き適応型ビデオ信号処理システムにおいては、画像
の動きを検出する必要がある。基本的な動き検出方法
は、連続するフレームにおける対応する画像からのビデ
オ信号を比較することを含んでいる。連続するフィール
ド／フレームからの対応する画素が、一定もしくは可変
の雑音閾値を越える量だけ異なれば、比較の行なわれた
フィールド／フレーム間に動きが生じたものとする仮定
が行なわれる。

都合の悪いことに、もっと基本的な動き検出方法は、
一般に、満足できるような結果を与えない。例えば、雑
音閾値を余り高いレベルに設定すると、動きが生じても
検出されないことがある。

米国特許第4,240,106号明細書中において、ミカエル
（Michael）氏外は、先に説明した基本的な動き検出器
の問題点をある程度解決する２つの動き検出器について
説明している。ミカエル氏外による動き検出器は、現在
動きを調べている画素の周囲に配列されている画素差の
アレイを使う。第１の検出器においては、各画素に対応
する２レベルの信号を発生するために、各画像点の差は
個別に閾値と比較される。この２レベルの信号は、アレ
イ中の画素差の過半数が閾値を越えると動き信号を発生
する多数決論理ゲートに供給される。

第２の検出器においては、動きを調べている画像点の
周囲の画素から成るアレイの画素差は、その領域に亘る
平均の差を発生するために積分される。次いで、平均の
差は閾値と比較される。ここでの目的は、雑音および動
きの区別をすることである。積分される画像点の数が多
くなるほど、雑音は平均化されて零に近づくが、動きは
減少されないままである。

発明の概要 本発明は、画素差から成るアレイを処理する動き検出
回路である。画素差のアレイはサブアレイに分割され、
各サブアレイは、現在動きを調べている画像点を含んで
いる。検出回路は各サブアレイにおける画素差を調べ
る。少なくとも１つのサブアレイにおける全ての画素差
が予め定められる特性を示すときだけ、動き信号が発生
される。

発明の効果 信号雑音による誤った動き検出を実質的に無くすこと
ができる。

実施例 以下に説明する処理システムは、サンプル・データの
ビデオ信号を処理するものであるとする。個々のフレー
ムからの各サンプルは、画像の点を表わし、ビデオ信号
の前フレームおよび後フレームにおける同じ画像点すな
わち画素に対応する。連続する２つのフレームからの対
応するサンプルが異なる振幅値をとるならば、画像中
の、これらの画像点で動きが発生したものとする。処理
中のビデオ信号が、複合ビデオ信号もしくはそのクロミ
ナンス成分であるときは、色幅搬送波のフレーム間の位
相差は、サンプルの差を検出する前に補償される。例え
ば、フレーム遅延されたNTSC方式の信号のクロミナンス
成分は、現サンプルおよびフレーム遅延されたサンプル
間の差を測定する前に反転される。実際、サンプル差は
動きを示さないが、２つのフレームからの対応するサン
プル間の信号雑音の差の結果となる。以下に説明する本
発明は、信号雑音による誤った動き検出が実質的に無く
なるように設計される。

フレーム間の画素差に関連して本発明を説明するが、
この場合、画素差は、１を含むある整数のフレーム期間
だけ離れたサンプルを比較することにより発生される。
本発明がフィールド間の画素差に適用できることは、当
業者が容易に理解できることである。この場合、差は、
１フィールドに1/2ライン期間を加えるか１フィールド
から1/2ライン期間を引いた分だけ離れた画素から発生
されるか、もしくは１フィールドおよび１フィールドに
1/2ライン期間を加えたものと１フィールドから1/2ライ
ン期間を引いた分だけ離れている画素の平均からの画素
間で発生される。

第1A図〜第1D図において、丸のアレイは再生画像の各
ラスター位置における画素差を表わす。各アレイの中心
の丸は、現在フレーム間の画像の動きを調べている画素
に対応する。丸の中の番号は画素差を示す。それぞれの
丸に割り当てられる値は論理“1"もしくは“0"である。
一実施例においては、対応する画素差が予め定められる
閾値を越えると論理“1"が与えられ、差が閾値より小さ
いと論理“0"が与えられる。この例では、差の値は大き
さの値と呼ばれる。もう一つの実施例においては、各々
の丸は、画素差が一方の極性のときは論理“1"が与えら
れ、画素差が反対の極性のときは論理“0"が与えられ
る。この場合、差の値は符号の値で示される。

最初に、丸が大きさの値を表わす場合について考え
る。第1A図を参照すると、この例の場合、７−９、12−
14および17−19の番号が書き込まれた画素差だけが、中
心の画素13における画像の動きを検出するために使われ
る。画素７−９、12−14および17−19のアレイは、27、
28、29、30と書き込まれた４つのサブアレイに分割さ
れ、各サブアレイは中心の画素差13を含んでいる。サブ
アレイ27−30の中の少なくとも１つのサブアレイにおけ
る画素差がすべて論理“1"の時にのみ、中心の画素13に
ついて、動きを示す信号が発生される。

第1B図において、画素差６−20のアレイが中心の画素
13における画像の動きを検出するために使われる。画素
差６−20は、４つのサブアレイ31−34に分割される。サ
ブアレイ31−34の中の少なくとも１つのサブアレイにお
ける画素差が全て論理“1"のときにのみ、中心の画素差
13について、動きを示す信号が発生される。

第1C図においては、画素差６、８、10、11、13、15、
16、18および20が動きを検出するために使われる。これ
らの画素差はサブアレイ35−37に分割される。少なくと
も１つのサブアレイにおいて、番号が書き込まれている
サンプル差の全てが論理“1"のときのみ、サンプル差13
に対して、動きを示す信号が発生される。第1C図は、サ
ブアレイにおける水平方向に隣接する画素差の全てが動
きの検出アルゴリズムに使われないことを示す。すなわ
ち、番号が書き込まれていない丸は動きの検出アルゴリ
ズムに使われない。

第1D図は、画素差のサブアレイ39−42についてのもう
１つの構成を示す。この場合、画素差３、８、11−15、
18および23が、動きの検出器で使われる。画素差13につ
いて、動きを示す信号が発生されるためには、サブアレ
イ39−42の中の少なくとも１つのサブアレイ中の全ての
画素差が論理“1"でなければならない。

第２図は、本発明によるフレーム間画像の動き検出器
を含んでいる動き適応型巡回型フィルタを示す。第２図
において、破線51で囲まれた回路要素は公知のビデオ信
号用巡回型フィルタを構成する。このフィルタの具体的
な動作の詳細は、米国特許第4,240,106号明細書に記載
されている。簡単に説明すると、端子50からのビデオ入
力信号および１フレーム期間遅延されたビデオ信号を表
わす、メモリ要素58からの処理済みビデオ信号は、回路
要素52、54および56により、相補の割合Ｋおよび１−Ｋ
でスケール化され、合計され、雑音の低減されたビデオ
出力信号が発生される。この巡回型フィルタは、１と１
より小さい値の間のスケール係数Ｋを変えることにより
動き適応型になる。スケール係数は、動き検出器62から
の動きを示す信号に応答して、スケール係数発生器60に
より画素毎に発生される。スケール係数発生器60は、す
べての画素について、１フレーム期間もしくはそれより
多いフレーム期間に亘る動きを履歴を貯えるメモリ要素
を含んでいる。この例において、値Ｋは、各画素につい
ての現在および過去の両方の状態で決められる。入力端
子50およびメモリ要素58から動き検出器62に供給される
信号は、整数のフレーム期間だけ正確に離れているもの
とする。

対応する画素サンプルに一致する動き信号を発生する
時間を動き検出器62に与えるために、補償用遅延要素53
がビデオ入力端子50および減算器52間に入れられる。動
き検出器62が時間軸上で整数のフレーム期間だけ離れて
いる画素サンプルに応答する必要があるため、遅延信号
は巡回のために使われる標準の出力より先にメモリ要素
58からタップにより取出される。タップにより取出され
る信号は、標準の遅延出力信号よりも、遅延要素53によ
り与えられる遅延量に等しい期間だけ先に生じる。補償
用遅延の長さは、個々の動き検出器の構成によって決ま
る。

第３図は、別の動き適応型巡回型フィルタを示し、こ
の場合、動き検出器62′は減算器52から発生される画素
差に応答する。この例では、補償用遅延要素55は減算器
52およびスケーラー54間に入れられる。同様な第２の遅
延要素57がメモリ要素58′の出力および加算器56間に直
列に結合される。メモリ要素58′は、補償用遅延要素55
により与えられる遅延より少ない、メモリ要素58と同じ
遅延量を与えるように設計される。

第４図は、大きさのアレイおよび符号画素信号を発生
する回路を示す。第４図において、入来ビデオ信号およ
び遅延ビデオ信号は２進形式であるものとし、処理する
要素は通常の２進回路である。入来ビデオ信号および１
フレーム期間遅延されたビデオ信号は減算器70の各入力
ポートに供給される。減算器70は第３図の減算器52に対
応するものでもよいし、あるいは別個の回路要素であっ
てもよい。減算器70は、差の出力信号および差の極性を
表わす符号ビットを発生する。差の出力信号および符号
ビットは、差信号の大きさだけを出力する絶対値回路に
結合される。絶対値回路（ABS）72は、１の補数回路で
もよいし、あるいは２の補数回路でもよく、例えば、各
々が、差信号バスの各１ビットに結合される第１の入力
端子および符号ビットの結線に結合される第２の入力端
子を有する２入力の排他的オアゲートの一組を含んでい
る。

絶対値回路72からの大きさの値は比較器74の第１の入
力ポートに結合される。閾値源76からの閾値は比較器74
の第２の入力ポートに結合される。閾値源76からの閾値
は、一定値でもよいし、あるいは、例えば、入来ビデオ
信号の信号対雑音比に応じて可変であってもよい。

比較器74は、差信号の大きさが閾値を越えると第１の
論理状態をとり、さもなければ第２の論理状態をとる１
ビットの２レベル信号を発生する。

減算器70からの府号ビットは比較器74からの２レベル
信号と連結され、２ビット信号を形成する。この２ビッ
ト信号は、１水平ライン遅延要素78の入力ポート、２ビ
ットの出力ポート５、および継続接続された１サンプル
期間の遅延要素85−88に結合される。遅延要素78の出力
は、１水平ライン遅延要素80−84の継続接続されたも
の、２ビットの出力ポート10、および１サンプル期間の
遅延要素89−92が継続接続されたものに結合される。遅
延要素80の出力は、２ビットの出力ポート15、および１
サンプル期間の遅延要素93−96の縦続接続されたものに
結合される。遅延要素82の出力は、２ビットの出力ポー
ト20、および１サンプル期間の遅延要素97−100が縦続
接続されたものに結合される。遅延要素84の出力は、２
ビットの出力ポート25、および１サンプル期間の遅延要
素101−104の縦続接続されたものに結合される。

１サンプル期間の各遅延要素は、それぞれ１−４、６
−９、11−14、16−19、21−24の番号が書込まれている
２ビットの出力ポートにそれぞれ結合される。１−25の
番号が付された出力ポートは、第1A図の１−25の番号が
付けられている画素差に対応する大きさの信号と符号信
号を発生する。

第５図は、第1A図のサブアレイの中の少なくとも１つ
における全ての画素差が閾値を越える場合を検出する論
理回路の一例である。第５図において、７−９、12−1
4、17−19の番号が書込まれている大きさの入力は、第
４図の出力ポート７−９、12−14、17−19の大きさのビ
ット結線に対応している。第1A図のサブアレイ27、すな
わち、７、８、12、13に対応する大きさの信号は４入力
のアンドゲート116の各入力端子に結合される。アンド
ゲート116は、その４つの入力端子に供給される全ての
信号が論理“1"のときにのみ、論理“1"の出力を発生す
る。従って、アンドゲート116は、サブアレイ27の画素
差の大きさの信号の全てが論理“1"のとき、すなわち、
サブアレイ27の全ての画素差が閾値を越えるときだけ論
理“1"の出力を発生する。

アンドゲート114、112および110は、サブアレイ28、2
9および30の大きさの値を受け取るようにそれぞれ結合
される。これらのアンドゲートは、各サブアレイにおけ
る全ての大きさの値が論理“1"のときだけ論理“1"の出
力を発生する。アンドゲート110−116の出力端子は、４
入力のオアゲート118の各入力端子に結合される。オア
ゲート118は、アンドゲート110−116の中のどれか１つ
が論理“1"の出力信号を発生すると、中心の画素13につ
いて、画像の動きを示す論理“1"の出力を発生する。

第４図の回路と合成される第５図の論理回路は、本発
明による動き検出器の一実施例を構成する。

第６図は、第1D図に示すサブアレイの大きさの値が動
きを示すかどうかを決定する論理回路の一例である。第
６図において、大きさの入力３、８、11−15、18、23
は、第４図において同じ番号が書き込まれている出力ポ
ートの大きさのビット出力に対応する。アンドゲート12
0−126は、サブアレイ41、40、42および39の大きさの入
力にそれぞれ結合される。１つのサブアレイ中の全ての
大きさの値が論理“1"のとき、そのサブアレイに結合さ
れているアンドゲートは論理“1"の出力を発生する。ア
ンドゲート120−126の出力端子は、アンドゲート120−1
26の中１つもしくはそれ以上が論理“1"の出力を発生す
るとき、画素13における動きを示す論理“1"を出力信号
を発生するオアゲード128の各入力端子に結合される。
第４図の回路の組合される第６図の論理回路は本発明の
もう１つの実施例である。

動きを検出し、画素差を表わす信号のアレイに付随す
る雑音を弁別する他の方法は画素差の極性を調べること
である。調べている画素を囲む画素差の極性が、正およ
び負の極性間で交互に変わると、その画素差は信号上の
雑音により生じたものである可能性が高い。動き適応型
の巡回型フィルタの場合、適応型回路は、それが最も必
要とされるとき、雑音低減の処理を省略する傾向がある
から、雑音により発生される画素差から動き信号を発生
することは望ましくない。このような誤った動き検出を
最小するために、調べている画素を含んでいる画素差の
サブアレイ中の画素差の極性が、少なくとも１つのサブ
アレイ中の全ての画素差の極性が同じであるかどうかを
決めるために調べられる。第1A図−第1D図に示すような
サブアレイの中の少なくとも１つのサブアレイにおける
画素差の極性が同じであり、調べている画素の画素差が
閾値を越えると、動き信号が発生される。第1A図のサブ
アレイからの符号の値を使って、このような結果を発生
する回路の一例を第７図に示す。

第７図において、符号入力は第４図の各出力ポートの
符号ビット結線に対応する。破線140−143で囲まれた論
理要素は、サブアレイ30、29、28、27のそれぞれについ
て、符号の値の極性が全て負もしくは全て正かどうかを
検出する各検出回路である。個別のサブアレイ27−30に
ついての符号の値が全て同じ符号ならば、対応する検出
回路は論理“1"の出力を発生する。検出回路140−143の
出力端子は、４入力のオアゲード144の各入力端子に結
合される。オアゲード144は、検出回路140−143のどれ
か１つが論理“1"の出力を発生すると、論理“1"の出力
を発生する。オアゲード144の出力端子は、２入力のア
ンドゲート149の第１の入力端子に結合される。アンド
ゲート149の第２の入力は、調べている画素に対応する
出力ポート（第４図参照。）の大きさのビットに結合さ
れる。アンドゲート149は、調べている画素についての
画素差が閾値を越え、オアゲード144の出力が、サブア
レイの少なくとも１つについての符号が全て同じ極性で
あることを示す論理“1"のときだけ、動きを示す論理
“1"の出力を発生する。

４つの検出回路140−143は、同様のものであり、次の
ような動作を行なう。検出回路140について調べてみ
る。サブアレイ30の画素差の符号の値は、４入力のアン
ドゲート145の各入力端子に結合される。アンドゲート1
45は、サブアレイ30における全ての符号の値が論理“1"
のときだけ論理“1"の出力を発生する。サブアレイ30の
符号の値は、４入力のアンドゲート146の各入力端子に
も結合される。アンドゲート146は、入力結線部に小さ
な丸で示される反転入力端子を有し、それに供給される
符号の値が全て論理“0"のときだけ論理“1"の出力を発
生する。アンドゲート145および146の出力端子はオアゲ
ード147の各入力端子に結合される。オアゲード147は、
アンドゲート145もしくは146のどちらか一方から発生さ
れる出力信号が論理“1"のとき、論理“1"の出力を発生
する。

第７図に示す回路と同様な回路は、第1B図−第1D図の
サブアレイの符号の値を調べるために、信号処理分野の
技術者により容易に設計される。

第８図は、第５図に示すサブアレイの大きさの検出回
路および第７図に示す符号検出回路の機能を合成する回
路の一例を示す。第８図の回路は、各サブアレイの大き
さの値および符号の値を調べる。サブアレイ中の少なく
とも１つのサブアレイからの大きさの値が全て論理“1"
であり、同時に、同サブアレイからの符号の値が全て同
じ極性ならば、動き信号が発生される。

第８図において、大きさの入力および符号の入力は、
第４図における大きさのビット結線および対応する２ビ
ット出力ポートの符号ビットの結線に対応する。大きさ
の値はアンドゲート210−216に結合される。アンドゲー
ト210−216は、各サブアレイ30、29、28、27における全
ての大きさの値が論理“1"のときだけ、論理“1"の出力
信号をそれぞれ発生する。符号の値は符号検出器240−2
43に結合される。各符号検出器は回路140の同様のもの
である。検出器240−243は、各サブアレイ30、29、28、
27における全ての符号の値が同じ極性のときだけ、それ
ぞれ論理“1"の出力信号を発生する。アンドゲート210
および符号検出器240の出力端子は、２入力のアンドゲ
ート226の第１および第２の入力端子に結合される。ア
ンドゲート226は、サブアレイ30の全ての大きさの値が
閾値を越え、サブアレイ30の符号の値が全て同じ極性の
ときだけ論理“1"の出力信号を発生する。同様に、アン
ドゲート212、214、216の出力端子および対応する符号
検出器241、242、243の出力端子は、アンドゲート224、
222、220の入力端子にそれぞれ結合される。アンドゲー
ト224、222、220は、各サブアレイ29、28、27の大きさ
の値および符号の値が全て閾値を越え、同じ極性である
という基準を満すときだけ、それぞれ論理“1"の出力信
号を発生する。

アンドゲート220−226の出力端子は、４入力のオアゲ
ート228の各入力端子に結合される。オアゲート228は、
アンドゲート220−226からの出力信号の中、どれか１つ
が論理“1"であれば動き信号を発生する。

第４図の回路および第８図の回路の組合せは、本発明
を具体化する動き検出器を構成する。

第５図−第６図の検出回路により発生される動き信号
は、さらに雑音に影響されないようにするために、例え
ば、メジアン・フィルタ（多数決検出器）あるいは積分
フィルタにより更に濾波される。

画素差を表わす信号のサブアレイを使う動き検出回路
に関する以上の説明は、限られた数の例について行なわ
れている。先に説明した以外の例が、本発明の特許請求
の範囲で容易に考え付く。例えば、第５図あるいは第６
図の大きさの検出回路と、第７図の符号の検出回路とを
合成してもよく、この場合、第５図あるいは第６図の回
路から発生される動き信号は第７図のアンドゲート149
の大きさの入力に結合される。あるいは、例えば、米国
特許第4,240,106号明細書中に開示されている装置によ
り発生される動き信号を、第７図のアンドゲート149の
大きさの入力端子に結合することもできる。さらに、第
５図−第８図の論理回路は説明を簡単にするように選ば
れている。例示した論理回路の多くのものが共通信号に
よりアドレスされているので、回路構成を最小にするた
めにゲート数を減らすことは論理設計分野の技術者には
容易なことである。

【図面の簡単な説明】

第1A図、第1B図、第1C図および第1D図は、ビデオ信号の
フィールド間もしくはフレーム間における画素差を表わ
す箇所のアレイを表わす。 第２図および第３図は、動き適応型の処理回路を含んで
いる別個のビデオ信号用巡回型フィルタのブロック図で
ある。 第４図は、第1A図に示す画素差のアレイを発生する一回
路例のブロック図である。 第５図および第６図は、大きさを表わす信号のサブアレ
イが同じ論理状態になるときを検出する論理回路例の論
理ブロック図である。 第７図は、極性を表わす信号のサブアレイが全て同じ極
性になるときを検出する一論理回路例の論理略図であ
る。 第８図は、大きさを表わす信号および極性を表わす信号
のサブアレイが、同じ大きさを値をとり、同時に同じ極
性をとるときを検出する回路を、一部論理略図で示し、
一部をブロック図で示したものである。 １−25……画素差、27−42……サブアレイ、70……減算
器、72……絶対値回路（ABS）、74……比較器、76……
閾値源、78、80、82、84……1H遅延要素、85−104……
１サンプル期間の遅延要素、110、112、114、116……ア
ンドゲート、118……オアゲート。

フロントページの続き (72)発明者 ハーマン ヨハン ウェッケンブロック アメリカ合衆国ニュージャージ州ボーデ ンタウン アムボイ・ロード ９ (56)参考文献 特開 昭60−65681（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】実質的に整数のフィールド期間だけ離れた
   画素間の差を表わすサンプル・データ信号から、ビデオ
   信号中の画像の動きを検出する動き検出回路であって、 画素差を表わす前記サンプル・データ信号源と、 前記信号源に結合され、画像の動きを調べている画素差
   およびその周囲の画素差から成るアレイに対応する複数
   の前記サンプル・データ信号を同時に発生する手段と、 前記手段に結合され、複数のサンプル・データ信号を発
   生し、各サブアレイが画像の動きを調べている画素差に
   対応するサンプル・データ信号および残りのサブアレイ
   を除いて少なくとも１つのサンプル・データ信号を含ん
   でいる、前記サンプル・データ信号から成るサブアレイ
   の特性を調べ、サブアレイの中のどれか１つにおける全
   てのサンプル・データ信号が予め定められる同じ特性を
   示すと動き信号を発生する検出手段とを具えた、前記動
   き検出回路。