JP2865829B2 - 動き補償方法 - Google Patents
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- H04N19/527—Global motion vector estimation
Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、請求項1の上位概念に記載の、ズームおよ
びパンの認識および補償のために動画符号器または復号
器における動きを補償するための方法に関する。
びパンの認識および補償のために動画符号器または復号
器における動きを補償するための方法に関する。
従来の技術 アート動画復号器は大抵、データの低減、および動き
補償予測に使用される。このために、並進(translator
ic)動きを表わすベクトルが、大抵はブロック毎に、例
えばlog(D)ステップサーチまたはフルサーチによっ
て決定される。データ低減および、それに加えて、この
ような符号器の画質は付加的に、テレビジョンシーンに
おいてしばしば使用される‘ズーム’および‘パン’の
形式の動きの認識および補償によって改善することがで
きる。
補償予測に使用される。このために、並進(translator
ic)動きを表わすベクトルが、大抵はブロック毎に、例
えばlog(D)ステップサーチまたはフルサーチによっ
て決定される。データ低減および、それに加えて、この
ような符号器の画質は付加的に、テレビジョンシーンに
おいてしばしば使用される‘ズーム’および‘パン’の
形式の動きの認識および補償によって改善することがで
きる。
“M.Htter;R,Thoma:Image Segmentation Based on Ob
ject Oriented Mapping Parameter Estimation,Univers
ity of Hannover,1988"には、画像調整および同時に個
々のセグメントの動きパラメータの推定方法が記載され
ている。“M.Htter:Estimation of the Global Motio
n Parameters Zoom and Pan,PCS 1987"によれば、ズー
ム係数は2つの画像の画情報の直接利用によって決定さ
れる。
ject Oriented Mapping Parameter Estimation,Univers
ity of Hannover,1988"には、画像調整および同時に個
々のセグメントの動きパラメータの推定方法が記載され
ている。“M.Htter:Estimation of the Global Motio
n Parameters Zoom and Pan,PCS 1987"によれば、ズー
ム係数は2つの画像の画情報の直接利用によって決定さ
れる。
発明が解決しようとする問題点 本発明の課題は、画像調整のズームおよびパン情報の
評価を使用した、動画符号器または復号器における動き
補償方法を提供することである。
評価を使用した、動画符号器または復号器における動き
補償方法を提供することである。
問題点を解決するための手段 この課題は、請求項1の特徴部分に記載の構成によっ
て解決される。
て解決される。
実施例 次に本発明を具体例を用いて説明する。
上述の形式の動画符号器は既に、並進シフト運動に対
する動き推定器を備えているので、これらシフトベクト
ルは、本発明によれば、ズームおよびパン情報を抽出す
るために使用される。
する動き推定器を備えているので、これらシフトベクト
ルは、本発明によれば、ズームおよびパン情報を抽出す
るために使用される。
このために、ズームおよびパンは、シフトベクトルフ
ィールドから推定される。
ィールドから推定される。
シフトベクトルはまず、 a)パンは存在するが、ズームは存在しないかまたは b)ズームにスーパーインポーズされたパンが存在して
いる可能性がある かどうかを見極めるために解析される。
いる可能性がある かどうかを見極めるために解析される。
パン推定および補償が実施された後、存在するズーム
の仮定が検査される。信頼できるに足るズーム係数を決
定することができた場合、相応するズームベクトルフィ
ールドが発生されかつ前以て決められたシフトベクトル
フィールドと比較される。本発明によれば、誤って検出
されたパンベクトルおよび、適用可能であれば、ズーム
係数の値を、それに続く反復ステップにおいて修正する
ことができる。
の仮定が検査される。信頼できるに足るズーム係数を決
定することができた場合、相応するズームベクトルフィ
ールドが発生されかつ前以て決められたシフトベクトル
フィールドと比較される。本発明によれば、誤って検出
されたパンベクトルおよび、適用可能であれば、ズーム
係数の値を、それに続く反復ステップにおいて修正する
ことができる。
次に、ズームおよびパン推定のスタート点を考察す
る。
る。
以下において、テレビジョン画像を、例えば、相応の
グレースケール値s(x,y)を有する画素の2次元のマ
トリクスとして見なす。
グレースケール値s(x,y)を有する画素の2次元のマ
トリクスとして見なす。
上述の動き推定器は、シフトベクトルのマトリクスV
(x,y)=(Vx(x,y),Vy(x,y))を発生し、これによ
り例えば常時1つのベクトルが、画信号s(x,y)の16
×16の画素から成るブロックに割り当てられる。簡単に
説明するために、Vは、常に例えば16×16の位置に対し
て同じベクトルが入力される画信号マトリクスsとして
同じ大きさのマトリクスであると考えるものする。座標
(x,y)は、原点(0,0)が画像の中心にありかつ多数の
xおよびyの範囲に対して次のことが成立る、すなわち
−X<x<+X、および−Y<y<+Yが成立するよう
に選択されている。
(x,y)=(Vx(x,y),Vy(x,y))を発生し、これによ
り例えば常時1つのベクトルが、画信号s(x,y)の16
×16の画素から成るブロックに割り当てられる。簡単に
説明するために、Vは、常に例えば16×16の位置に対し
て同じベクトルが入力される画信号マトリクスsとして
同じ大きさのマトリクスであると考えるものする。座標
(x,y)は、原点(0,0)が画像の中心にありかつ多数の
xおよびyの範囲に対して次のことが成立る、すなわち
−X<x<+X、および−Y<y<+Yが成立するよう
に選択されている。
入力データの前処理は、ベクトルフィールド修正およ
びベクトルヒストグラムを形成することによって実施さ
れる。
びベクトルヒストグラムを形成することによって実施さ
れる。
その他同次フィールドから明らかにそれているベクト
ルは、メディアン形式に類似した前置フィルタリングに
よってベクトルフィールドVから取り除くことができ
る。
ルは、メディアン形式に類似した前置フィルタリングに
よってベクトルフィールドVから取り除くことができ
る。
このために、ベクトル成分Vmx(xb,yb),Vmy(xb,y
b)の中央値が、ベクトル毎に決定されかつ、これによ
り、マトリクスVx,Vyにおける各入力(xb,yb)のまわり
の3×3の大きさのウィンドウにおいてブロック毎に決
定される。座標(xb,yb)の名称が、この計算が各画素
に対して実施されるべきではなくて、むしろ各ブロック
に対して実施されるべきあること説明している。ベクト
ルが前以て決めることができる係数以上に中央値から外
れていなければ、すなわち次の式が成立するならば: (=小さいかまたは等しい) ただしFmは適当に選ばれている、例えばFm=2である、
ベクトルV(xb,yb)は信頼できるものと見なされる。
その他の場合は突発値と見なされかつ引き続く解析にお
いてもはや考慮されない。
b)の中央値が、ベクトル毎に決定されかつ、これによ
り、マトリクスVx,Vyにおける各入力(xb,yb)のまわり
の3×3の大きさのウィンドウにおいてブロック毎に決
定される。座標(xb,yb)の名称が、この計算が各画素
に対して実施されるべきではなくて、むしろ各ブロック
に対して実施されるべきあること説明している。ベクト
ルが前以て決めることができる係数以上に中央値から外
れていなければ、すなわち次の式が成立するならば: (=小さいかまたは等しい) ただしFmは適当に選ばれている、例えばFm=2である、
ベクトルV(xb,yb)は信頼できるものと見なされる。
その他の場合は突発値と見なされかつ引き続く解析にお
いてもはや考慮されない。
k=1…Kとして、残りのK個の動きベクトルVk=
(Vk(xk,yk),(Vy(xk,yk))のヒストグラムH(Vx
(x,y),Vy(x,y))が決定される。読み取りをもっと
容易にするために、全項H(Vx(x,y),Vy(x,y)は時
々、ヒストグラムの位置または2次元数からのベクトル
成分の依存性がその点において余り関係しなければ、H
(Vx,Vy)またはH(V)に簡略化される。
(Vk(xk,yk),(Vy(xk,yk))のヒストグラムH(Vx
(x,y),Vy(x,y))が決定される。読み取りをもっと
容易にするために、全項H(Vx(x,y),Vy(x,y)は時
々、ヒストグラムの位置または2次元数からのベクトル
成分の依存性がその点において余り関係しなければ、H
(Vx,Vy)またはH(V)に簡略化される。
ベクトルヒストグラムを用いたパン認識は次のように
実施される: まず、第1の仮定において、パンが存在しかつ最も頻
繁に生ずるベクトルがパンベクトルであることが仮定さ
れる: 第1の仮定:H(Vpx,Vpy)=H maxを有する最も頻繁に
生じるベクトルVp=(Vpx,Vpy)はあいまいでないパン
ベクトルを表している。
実施される: まず、第1の仮定において、パンが存在しかつ最も頻
繁に生ずるベクトルがパンベクトルであることが仮定さ
れる: 第1の仮定:H(Vpx,Vpy)=H maxを有する最も頻繁に
生じるベクトルVp=(Vpx,Vpy)はあいまいでないパン
ベクトルを表している。
次に第1の仮定が真であるかどうかが検査される。こ
のためにパンベクトルの頻度は、前以て決められたしき
い値を越えていなければならず、かつその他のベクトル
の頻度は、別のしきい値Δを下回らなければならない: テスト:最も頻繁に生じるベクトルVp=(Vpx,Vpr)
はH(Vpx,Vpy)=H max>H pminの頻度で存在し、 かつすべての他のベクトルに対して H(Vx,Vy)>Δの頻度が成り立つならば、パンは存
在する(例:Hpmin=0.5,Δ=0.1)。
のためにパンベクトルの頻度は、前以て決められたしき
い値を越えていなければならず、かつその他のベクトル
の頻度は、別のしきい値Δを下回らなければならない: テスト:最も頻繁に生じるベクトルVp=(Vpx,Vpr)
はH(Vpx,Vpy)=H max>H pminの頻度で存在し、 かつすべての他のベクトルに対して H(Vx,Vy)>Δの頻度が成り立つならば、パンは存
在する(例:Hpmin=0.5,Δ=0.1)。
パンがこの方法で認識されなければ、第2の仮定(第
2の仮定)が成される: 第2の仮定:真のパンベクトルは、ともに事象Hmaxの
最大の頻度を有する4つの隣接するベクトルの間にあ
る。
2の仮定)が成される: 第2の仮定:真のパンベクトルは、ともに事象Hmaxの
最大の頻度を有する4つの隣接するベクトルの間にあ
る。
正方形におけるベクトル位置の配列は次のように見え
る: この場合*は隣接するベクトルおよびoは推定された真
のパンベクトルである。
る: この場合*は隣接するベクトルおよびoは推定された真
のパンベクトルである。
この仮定もテストされる: テスト:次のことが、端点が辺の長さ1を有する正方
形を形成しかつ最大の共通の頻度HSumMaxを有する4つ
の4つのベクトルに対して、HSumMax>Hpminが成立ち かつすべての他のベクトルに対して H(Vx,Vy)>Δが成立てば、パンは存在する。それ
からパンベクトルoは次のように推定される: この方法においてパンが認識されない場合、第3の仮
定としてズームが存在することが仮定される: 第3の仮定:ズームが存在している。
形を形成しかつ最大の共通の頻度HSumMaxを有する4つ
の4つのベクトルに対して、HSumMax>Hpminが成立ち かつすべての他のベクトルに対して H(Vx,Vy)>Δが成立てば、パンは存在する。それ
からパンベクトルoは次のように推定される: この方法においてパンが認識されない場合、第3の仮
定としてズームが存在することが仮定される: 第3の仮定:ズームが存在している。
ズームにスーパーインポーズされたパンは、ヒストグ
ラムから成分毎の線形回帰によってのみ決定することが
できる。このために、−ここでは2次元マトリクスを表
すヒストグラムにおいて−矩形に囲まれたものの外側に
あるすべてのベクトル、例えばすべてのベクトルの90%
のベクトルは、突発値と見なされかつ引き続く評価に対
して無視される。以下において、i=1…Iとして、座
標(xi,yi)は、有効なベクトルが存在するベクトルフ
ィールドマトリクスVにおける位置を指示する。これに
より、画像ブロック当たり1つのベクトルのみが評価さ
れる。
ラムから成分毎の線形回帰によってのみ決定することが
できる。このために、−ここでは2次元マトリクスを表
すヒストグラムにおいて−矩形に囲まれたものの外側に
あるすべてのベクトル、例えばすべてのベクトルの90%
のベクトルは、突発値と見なされかつ引き続く評価に対
して無視される。以下において、i=1…Iとして、座
標(xi,yi)は、有効なベクトルが存在するベクトルフ
ィールドマトリクスVにおける位置を指示する。これに
より、画像ブロック当たり1つのベクトルのみが評価さ
れる。
決定された回帰直線 Vx(x)=ax*x+bx Vy(y)=ay*y+by から、 Vpx=Vx(0) Vpy=Vy(0) に従ってパン推定値が続く。
これらの推定値は、ズーム認識によって使用される。
ズーム認識は、ベクトルフィールドから形成される。
ズームは、焦面の伸長または圧縮を通して画像内容の
主観的な縮小または拡大を意図する。ズームの強度また
は速度、すなわち、“ズーム係数”は、焦面の中心の伸
長の伸長係数a=(ax,ay)と同一である。水平方向お
よび垂直方向の画素の次元が等しい場合、水平方向およ
び垂直方向の伸長は量が等しい。すなわちax=ay=a。
例として、この場合について引き続き検討する。それか
ら焦面の伸長が sn+1(x,y)=sn(x′,y′)=sn(a*x,a*y)
(1) によって定義され、 ただしsn:原信号 sn+l:伸長後の信号。
主観的な縮小または拡大を意図する。ズームの強度また
は速度、すなわち、“ズーム係数”は、焦面の中心の伸
長の伸長係数a=(ax,ay)と同一である。水平方向お
よび垂直方向の画素の次元が等しい場合、水平方向およ
び垂直方向の伸長は量が等しい。すなわちax=ay=a。
例として、この場合について引き続き検討する。それか
ら焦面の伸長が sn+1(x,y)=sn(x′,y′)=sn(a*x,a*y)
(1) によって定義され、 ただしsn:原信号 sn+l:伸長後の信号。
パン補償が実施された後、伸長またはズームの中心は
画像の中心にある。決定された動きベクトルV(x,y)
は、理想の場合、画像nおよびn+1における同一の信
号部分(ブロック)の座標間の差を表している: このようにここで決定されたズーム係数Z=Zx=Zyに
よって、動きベクトルの決定が可能になり、この動きベ
クトルは更に、次の式に従って画像nから画像n+1を
予測するために使用することができる: すべてのx,yに対して Sn+1(x,y)=sn(x−Vx(x,y),y−Vy(x,y)
(3) ズーム決定の推定はまず、それぞれの成分に対して別
個に、有効な動きベクトルの位置(xi,yi)において局
所的に実施される: これにより、ズーム中心に関して近似的に放射状に走
るようなベクトルのみが推定のために使用される(例え
ば±10゜)。
画像の中心にある。決定された動きベクトルV(x,y)
は、理想の場合、画像nおよびn+1における同一の信
号部分(ブロック)の座標間の差を表している: このようにここで決定されたズーム係数Z=Zx=Zyに
よって、動きベクトルの決定が可能になり、この動きベ
クトルは更に、次の式に従って画像nから画像n+1を
予測するために使用することができる: すべてのx,yに対して Sn+1(x,y)=sn(x−Vx(x,y),y−Vy(x,y)
(3) ズーム決定の推定はまず、それぞれの成分に対して別
個に、有効な動きベクトルの位置(xi,yi)において局
所的に実施される: これにより、ズーム中心に関して近似的に放射状に走
るようなベクトルのみが推定のために使用される(例え
ば±10゜)。
それから大域的なズーム係数が Z=Wx*Zx+Wy*Zy に設定され、ただし これによりWx,Wyは、推定値Zx,Zyの信頼性を表しかつ次
のように決定される重み係数である: および Wy=1−Wx その際 これにより すなわちSx′,Sy′は、推定された値Zx,Xyの正規化され
た標準偏差である。
のように決定される重み係数である: および Wy=1−Wx その際 これにより すなわちSx′,Sy′は、推定された値Zx,Xyの正規化され
た標準偏差である。
このズーム仮定はテストされる: テスト:ズーム係数の信頼性に対するテストパラメー
タは、xおよびy方向におけるズームテスト推定値の差 dZ=|Zx−Zy|/|Z| (9) 並びに正規化された標準偏差 S′=(Sx′+Sy′)/2 (10) xおよびy方向における標準偏差の差 dS=|Sx−Sy|/|Zx+Zy| (11) および有効テストベクトルIの数である。これらの値が
所定のしきい値を上回らずかつ少なくとも多数の有効テ
ストベクトルIが存在すれば、ズームは信頼できる方法
で確立されたものと見なされる。可能なしきい値は次の
通りである: 0.3より小さいdZ 1.0より小さいS′ 1.0より小さいdS 0.2*Nより大きいI その際N=前以て決められたベクトルの数。
タは、xおよびy方向におけるズームテスト推定値の差 dZ=|Zx−Zy|/|Z| (9) 並びに正規化された標準偏差 S′=(Sx′+Sy′)/2 (10) xおよびy方向における標準偏差の差 dS=|Sx−Sy|/|Zx+Zy| (11) および有効テストベクトルIの数である。これらの値が
所定のしきい値を上回らずかつ少なくとも多数の有効テ
ストベクトルIが存在すれば、ズームは信頼できる方法
で確立されたものと見なされる。可能なしきい値は次の
通りである: 0.3より小さいdZ 1.0より小さいS′ 1.0より小さいdS 0.2*Nより大きいI その際N=前以て決められたベクトルの数。
ズーム係数の推定に続いて、ズームおよびパン解析の
結果の反復テストを、ズーム係数並びに推定されたパン
係数の改良のために実施することができる。
結果の反復テストを、ズーム係数並びに推定されたパン
係数の改良のために実施することができる。
ズームが存在するならば、そこでパン成分がズーム補
償されたベクトルフィールドに存在するかどうかがテス
トされる。
償されたベクトルフィールドに存在するかどうかがテス
トされる。
テスト:ズームが存在するとき、ズームベクトルフィ
ールドが式(4)に従って合成されかつ前以て決められ
たベクトルに対する差ベクトルフィールドが発生され
る。差ベクトルヒストグラムが形成されかつ上述のパン
認識に従って補償されていないパン成分の存在に対して
テストされる。
ールドが式(4)に従って合成されかつ前以て決められ
たベクトルに対する差ベクトルフィールドが発生され
る。差ベクトルヒストグラムが形成されかつ上述のパン
認識に従って補償されていないパン成分の存在に対して
テストされる。
これにより、パンが認識されたならば、上述のズーム
およびパン認識の反復繰り返しが実施される。
およびパン認識の反復繰り返しが実施される。
反復を中止する(停止する)条件は: −差ベクトルフィールドに残されたパン成分がない −決定された新たなズーム係数の標準偏差は最後の反復
によるズーム係数より高い −反復の最大数を、例えば4に固定すること。
によるズーム係数より高い −反復の最大数を、例えば4に固定すること。
それから、ベクトルフィールドが、式(3)に従って
パラメータVp=(Vpx,Vpy)のおよびZから、それぞれ
の画素に対して1つのベクトルが存在するように、計算
され、一方すべてのx,yに対して V(x,y)=(Vx(x,y),Vy(x,y))=(Z*X+Vpx,Z*y+Vpy) (12) そこで画像nから画像n+1のズームおよびパン補償
を用いた動き補償された予測が、式(3)に従って実施
される。
パラメータVp=(Vpx,Vpy)のおよびZから、それぞれ
の画素に対して1つのベクトルが存在するように、計算
され、一方すべてのx,yに対して V(x,y)=(Vx(x,y),Vy(x,y))=(Z*X+Vpx,Z*y+Vpy) (12) そこで画像nから画像n+1のズームおよびパン補償
を用いた動き補償された予測が、式(3)に従って実施
される。
本発明は有利には、デジタル画像処理装置において使
用される。
用される。
フロントページの続き (56)参考文献 Signal Processing 16(1989)p.249〜265(DIFFE RENTIAL ESTIMATION OF THE GLOBAL MOT ION PARAMETERS ZOO M AND PAN) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H04N 7/24 - 7/68
Claims (8)
- 【請求項1】ズームおよびパンを識別しかつ補償するた
めに動画符号器または動画復号器における動きを補償す
る方法において、 a)ブロックオリエンテッド動き推定器のデータから、
パンベクトルおよびズーム係数を求めるために、同次の
ベクトルフィールドに基づいているベクトルヒストグラ
ム(H)をブロック動きベクトルから発生し、 b)ベクトルヒストグラムにおける最も頻繁に生じるベ
クトル(Vp)が前以て決められた第1の頻度しきい値
(Hpmin)を上回りかつベクトルヒストグラムにおける
その他のベクトルが前以て決められた第2の頻度しきい
値(δ)を下回るとき、この最も頻繁に生じるベクトル
をパンベクトルと見なし、 c)パンベクトルを求めることができない場合には、ズ
ームを仮定し、この場合まず、ズームにスーパーインポ
ーズされた、可能なパンベクトル成分推定値(Vpx,Xp
y)を線形回帰を用いてベクトルヒストグラムから求め
かつパン補償のために使用し、 d)引き続き、連続する画像から、ズーム係数をベクト
ルフィールドから、パン補償のためのパンベクトル推定
値を使用して求め、 e)求められたズーム係数をこのようにして求められた
ズーム係数成分の比較によって検査する ことを特徴とする動き補償方法。 - 【請求項2】ベクトルフィールドの同次化のために、ベ
クトル成分(Vx,Vy)の前置フィルタリングを行う 請求項1記載の動き補償方法。 - 【請求項3】前置フィルタリングをブロック位置におけ
るベクトル成分(Vx,Vy)にわたって移動するウィンド
ウを用いて行い、この場合前以て決めることができる係
数以上に相応のウィンドウ成分メディアン値とは相異し
ているベクトルをそれ以上考慮しない 請求項2記載の動き補償方法。 - 【請求項4】前記ステップb)およびc)の間で、正方
形の形のブロックパターンにおいて隣接する4つのベク
トルの共通の頻度(HSumMax)が第1の頻度しきい値(H
pmin)を上回りかつベクトルヒストグラムにおける残り
のベクトルが第2の頻度しきい値(δ)を下回っている
かどうかを検査し、これに該当する場合にはその都度、
4つのベクトルの成分を合成しかつ2つの合成された成
分から成るベクトルをパンベクトルと見なす 請求項1から3までのいずれか1項記載の動き補償方
法。 - 【請求項5】ズーム係数を求めるために、局所的な推定
の成分毎の平均値を規則「ベクトル成分割るベクトルの
位置」に従って形成し、この場合これら局所的な推定の
ばらつきから、それぞれの成分に対する重み付け係数を
求めかつ平均値を相応に重み付けて加算してズーム係数
を形成する 請求項1から4までのいずれか1項記載の動き補償方
法。 - 【請求項6】ズーム係数を求めるために、ズーム中心の
近似的に放射方向に拡がるようなベクトルのみを用いる 請求項5記載の動き補償方法。 - 【請求項7】ベクトルヒストグラムのベクトルのxおよ
びy成分の別個の加算による成分毎の平均値形成を、そ
の頻度に従って重み付けて行う 請求項5または6記載の動き補償方法。 - 【請求項8】差ベクトルフィールドをベクトルフィール
ドおよび合成ベクトルフィールドから求め、この場合該
合成ベクトルフィールドをズーム係数のパラメータを用
いて規則「ベクトル成分イコールズーム係数掛けるベク
トルの位置」に従って求め、かつ前記差ベクトルからパ
ンを推定しかつ存在するパンベクトルが零に等しくない
場合、補正されたパン推定値を用いてズーム係数の算出
を繰り返す 請求項5から7までのいずれか1項記載の動き補償方
法。
Applications Claiming Priority (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE3927937 | 1989-08-24 | ||
DE4007851.5 | 1990-03-12 | ||
DE4007851A DE4007851A1 (de) | 1989-08-24 | 1990-03-12 | Verfahren zur bewegungskompensation in einem bewegtbildcoder oder -decoder |
DE3927937.5 | 1990-03-12 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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