JP2930675B2 - 初期偏位ベクトルを用いた動きベクトルの検出方法 - Google Patents

初期偏位ベクトルを用いた動きベクトルの検出方法

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【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、ディジタル化したテレビジョン信号におい
て、動物体の動きの方向、動きの大きさ、即ち動きベク
トルの検出方法の改善に関するものである。
(従来の技術) 動きベクトルは画面内の動物体の動きの大きさと方向
を示すものであり、この技術はテレビジョン信号の高能
率符号化におけるフレーム間符号化やテレビジョン方式
変換におけるフィールド数変換の際のフィールド内挿な
どに用いられている。
動きベクトルの検出方法として1つはフレーム間の信
号パターンの類似性を用いて動きベクトルを検出する方
法で一般にパターンマッチング法(特開昭55−162683、
特開昭55−162684)と言われている方法ともう1つはフ
レーム内信号勾配及びフレーム間信号差分値の物理的対
応等により動き量を推定する方法で一般に反復勾配法
(特開昭60−158786)と言われている方法等が知られて
いる。
更に反復勾配法の中に、動きベクトルの検出精度を向
上させるために初期偏位ベクトル(特開昭62−206980)
を用いたものがある。
この初期偏位ベクトルは、1フィールド又は1フレー
ムのテレビジョン信号を例えば横方向m画素、立て方向
nラインの計m×n画素からなるブロック単位に細分化
し、これらブロックの動きベクトルを用いることを前提
としている。
初期偏位ベクトルの選択の方法ならびに初期偏位ベク
トルを用いて真の動きベクトルを求める方法について第
2図〜第4図を用いて説明する。
第2図に示すように、真の動きベクトルを求めようと
する被検出ブロック(m1,n1)に対して時間的に前に検
出されている動きベクトルの中から最適な動きベクトル
を選択し、この選択された動きベクトルを初期偏位ベク
トルV0=(α0)とし、次にこの初期偏位ベクトル
分、座標を偏位したブロック(m+α0,n1+β)と前
記被検出ブロックとを基に動き偏位分V1=(α1
を反復勾配法を用いて求め、さらに前記初期偏位ベクト
ルV0と前記動きベクトル偏位分V1を加算して被検出ブロ
ックに対する夏の動きベクトルV=V0+V1を求めてい
る。(第3図参照) なお動き偏位ベクトルの検出方法に前記反復勾配法の
ほかにパターンマッチング法を用いてもよい。
初期偏位ベクトルの選択には前記のように既検出の動
きベクトルを用いるが、この初期偏位ベクトルの精度を
向上するには数多くの既検出動きベクトルから選択する
のが理想である。
しかし回路規模との兼ね合いとコンピュータによるシ
ュミレーションの結果等から以下に説明する6種の動き
ベクトルから選択する方法が知られている。
上記の6種の動きベクトルを初期偏位候補ベクトルと
言う。
初期偏位候補ベクトルの種類について第4図を用いて
一例を説明する。
第4図に示すように被検出ブロックに対し同一フィー
ルドの真上のブロックで検出されている動きベクトル
VA、同じく同一フィールドの右上のブロックで検出され
ている動きベクトルVB、同じく同一フィールドの左側の
ブロックで検出されているVC、直左のVC′の方が良い
が、回路構成と演算時間を考慮し、1ブロック左のVC
した。
また1フィールド前に検出されている直下のブロック
の動きベクトルの動きベクトルVN、1フィールド前の被
検出ブロックと同位置のブロックと周囲のブロックの動
きベクトルの平均VE=(VG+VH+VI+VJ+VK+VL+VM
VN)/8、この平均ベクトルと前口フィールドの平均ベク
トルVPとの偏位ベクトルVg=2VE−VP即ち加速度ベクト
ルの6種である。
これら各々の初期偏位候補ベクトル値だけブロックの
座標を偏位したフィールド信号と1フィールド又は1フ
レーム離れたフィールド信号の差信号の絶対値をブロッ
ク内の画素数分累算し、その累算値が最小となるものを
前記初期偏位候補ベクトルの中から選択し、それを最適
な初期偏位ベクトルとしている。
(発明が解決しようとする課題) しかしながら上述したように6種の初期偏位候補ベク
トルを用いているため、6種の現、前フィールドメモリ
と、6種の差分演算回路と、6種の絶対値演算回路と、
6種の累算回路と前記累算回路出力の6種の結果を比較
する比較回路が必要である。更に初期偏位ベクトルの精
度を向上させるためには初期偏位候補ベクトルを増加す
ればよいがその分上記した回路がさらに必要となります
ます回路規模が大きくなるという欠点があった。
本発明は従来技術の欠点に鑑みなされたもので、初期
偏位ベクトルの精度を劣化させることなく初期偏位候補
ベクトルから最適な初期偏位ベクトルを選択するに回路
規模が小さくてすむ方法を提供することを目的とする。
(課題を解決するための手段) 上記課題を解決するため、本発明は、 (1)入力画像信号を複数のブロックに分割し、少なく
とも1フィールド以上離れた信号間での、前記ブロック
毎の動きベクトルを検出するために、動きベクトルを検
出すべき前記ブロックに対して時間的に前に検出されて
いる動きベクトルから複数の初期偏位候補ベクトルを作
成する、初期偏位候補ベクトルを用いた動きベクトルの
検出方法において、 (a)前記複数の初期偏位候補ベクトルの一つとして、
被検出ブロックに対応する前フィールドの複数の周辺ブ
ロックの動きベクトルの平均である平均ベクトルを生成
し、 (b)前記平均ベクトルと残りの前記複数の初期偏位候
補ベクトルのベクトルの差の大きさを各々求め、 (c)この求められたベクトルの差の大きさに基づいて
前記残りの複数の初期偏位候補ベクトルの選択を行な
い、 (d)前記選択された初期偏位候補ベクトルと前記平均
ベクトルを特異な初期偏位候補ベクトルとして送出し、 (e)前記被検出ブロックと前記特異な初期偏位候補ベ
クトルの大きさだけ座標を偏位したブロックとのパター
ンの類似性をそれぞれ比較することによって最も類似性
の高い前記特異な初期偏位候補ベクトルを初期偏位ベク
トルとして選ぶことを特徴としている。
(作 用) 前述した方法によれば、新たに設けた動きベクトル比
較回路は従来例えば6種の初期偏位候補ベクトルの数だ
け独立に必要だった現フィールドメモリ、前フィールド
メモリ、差分演算回路、絶対値演算回路及び累算回路等
を少なくとも2種まで減少できる方へ作用し、その結果
ハードウェアの小型化と安価が図られる。
また上記動きベクトル比較回路で選出される特異な初
期偏位候補ベクトルはテレビジョン信号のような単一方
向に定速度の動きの多い信号に対して特に有効に作用す
る。
(実施例) 一般にテレビジョン信号の動画部分は、定速度で単一
方向への動きが最も多い。従って初期偏位ベクトルを用
いた動きベクトル検出方法の場合は、初期偏位ベクトル
として、現フィールドの被検出ブロックに対し、1フィ
ールド前の被検出ブロックと同じ位置のブロックを含む
その周囲のブロックで検出された動きベクトルの平均ベ
クトルを選択する確立が高い。前記平均ベクトル以外の
初期偏位ベクトルは速度が変化した時や方向が変化した
時に選択されることがコンピュータシュミレーションの
結果から知られている。
本発明は上記のような画像の性質を利用したものであ
り、第1図は本発明の第1の実施例を示す初期偏位ベク
トルを用いた動きベクトル検出方法のブロック図であ
る。
10は動きベクトルメモリ、20は平均ベクトル演算回
路、30は加速度ベクトル演算回路、40は動きベクトル比
較回路、50〜52は現フィールドメモリ、60〜62は前フィ
ールドメモリ、70〜72は差分演算回路、80〜82は絶対値
演算回路、90〜92は累算回路、100は比較回路、110は動
きベクトル選択回路、120は反復勾配法演算回路、130は
加算回路、140は現フィールドの信号入力端子、141は前
フィールドの信号入力端子、150は動きベクトル出力端
子である。
第1図及び第4図を参照して動作説明をする。
動きベクトルメモリ10は加算回路130によって求めた
真の動きベクトルを記憶するためのメモリである。
この動きベクトルメモリ10は現フィールドの各ブロッ
クの動きベクトルを記憶するメモリと前フィールド(1
フィールド前)の各ブロックの動きベクトルを記憶する
メモリから構成されている。
平均ベクトル演算回路20は動きベクトルメモリ10から
現フィールドの被検出ブロックに対する1フィールド前
の周辺ブロックの動きベクトルを読み出し、平均ベクト
ルを求めるための演算回路である。
例えば第4図を用いて説明すると、1フィールド前の
動きベクトルVG、VH、VI、VJ、VK、VL、VMおよびVNを読
み出し、平均ベクトルVE=(VG+VH+VI+VJ+VK+VL
VM+VN)÷8の演算を行うものである。
加速度ベクトル演算回路30は平均ベクトル演算回路20
の1フィールド前の平均ベクトルより更に1フィールド
前即ち2フィールド前の平均ベクトルを記憶する1フィ
ールドメモリと減算回路等から構成されている。
この加速度ベクトル演算回路30において、平均ベクト
ル演算回路20からの1フィールド前の平均ベクトルVE
加速度ベクトル演算回路30内の2フィールド前の平均ベ
クトルVPを読み出し、加速度ベクトルVg=2VE−VPの演
算を行っている。
動きベクトル比較回路40は動きベクトルメモリ10から
現フィールドの被検出ブロックの周辺ブロックを読み出
し、また平均ベクトル演算回路から現フィールドの被検
出ブロックに対する1フィールド前の平均ベクトルを読
み出し、さらに加速度ベクトル演算回路30から現フィー
ルドの被検出ブロックに対する加速度ベクトルを読み出
し、平均ベクトルと読み出された平均ベクトル以外の動
きベクトルの比較を行い、前記平均ベクトルと比較の結
果において動きベクトルの差の大きいものを少なくとも
1種を選出している。なおこの第1図は平均ベクトルと
比較の結果において動きベクトルの差の大きいものを2
種選出する回路になっている。
動きベクトル比較回路40の出力端子には平均ベクトル
と前記選択された少なくとも1種の動きベクトルが出力
されるがこれらを特異な初期偏位候補ベクトルと言う。
現フィールドメモリ50〜52には現フィールド信号が記
憶され、前フィールドメモリ60〜62には1フィールド前
の信号が記憶される。したがって例えば現フィールドメ
モリ50と前フィールドメモリ60は1フィールド離れた信
号差になっている。
動きベクトル比較回路40から送出される平均ベクトル
を前フィールドメモリ60へ、また選択された2種の内1
種の動きベクトルを前フィールドメモリ61へ、また選択
された2種の内残りの1種の動きベクトルを前フィール
ドメモリ62へそれぞれ供給する。
現フィールドメモリ50〜52からはメモリに記憶された
信号状態のまま読み出し、また前フィールドメモリ60〜
62からはそれぞれ前記動きベクトルの大きさだけブロッ
クの座標を偏位した信号を読み出し、次のそれぞれの差
分演算回路70〜72へ供給する。この差分演算回路70〜72
において1フィールド間の信号の差分値を求めている。
絶対値演算回路80〜82は差分演算回路70〜72からの1
フィールド間の信号の差分値の絶対値化を行う。
更に累算回路90〜92は絶対値演算回路80〜82で求めた
絶対値化されたフィールド間の信号の差分値をブロック
内の画素分累算する。
比較回路100は累算回路90〜92からのブロックの画素
分累算した総和値を比較しその比較結果を出力する。
動きベクトル比較回路40からの特異な初期偏位候補ベ
クトルと比較回路100からの比較結果の信号が動きベク
トル選択回路110に加えられており、この動きベクトル
選択回路110は比較回路100で得られた総和値が最小とな
る動きベクトルと一致する動きベクトルを入力された特
異な初期偏位候補ベクトルの中から選択し、初期偏位ベ
クトルとしている。
動きベクトル選択回路110からの初期偏位ベクトルは
反復勾配法演算回路120と加算回路130へ供給する。
反復勾配法演算回路120は現フィールドの信号を記憶
するメモリと1フィールド前の信号を記憶するメモリ
と、反復勾配法の演算を行う演算回路等から構成してい
る。
反復勾配法演算回路120は動きベクトル選択回路110か
らの初期偏位ベクトル分だけ1フィールド前のブロック
の座標を偏位したブロックを基にして現フィールドの信
号との間で勾配法の演算を2回実施し動き偏位ベクトル
を求めている。
反復勾配法演算回路120からの動き偏位ベクトルと動
きベクトル選択回路110からの初期偏位ベクトルは加算
回路130に供給され、この加算回路において動き偏位ベ
クトルと初期偏位ベクトルは加算され真の動きベクトル
を求めている。
この真の動きベクトルは動きベクトルメモリ10と動き
内挿用動きベクトルとして動きベクトル出力端子150を
介して図示しない動き内挿部へ供給している。
なお図示しないが第1図は前フィールドに対して初期
偏位候補ベクトル分座標を偏位したが、前フィールドに
被検出ブロックがあり現フィールドに対して初期偏位候
補ベクトル分座標を偏位する第2の実施例がある。
(発明の効果) 本発明を採用すれば、新たに動きベクトルの大小を比
較する動きベクトル比較回路が必要になるものの、従来
例えば6種の初期偏位候補ベクトルの数だけおのおの独
立に必要だった現フィールドメモリ、前フィールドメモ
リ、差分演算回路、絶対値演算回路および累算回路等を
少なくとも2種まで減少できハードウェアの小形化及び
安価が図れる。
また上記動きベクトル比較回路で行なわれる特異な初
期偏位候補ベクトルの選出の方法は特にテレビジョン信
号のような単一方向に定速度の動きの多い信号に対し有
効である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1の実施例を示す初期偏位ベクトル
を用いた動きベクトル検出方法のブロック図、第2図は
現フィールドと前フィールドのブロックの対応を示す
図、第3図は動きベクトル説明図、第4図は初期偏位候
補ベクトルの種類の説明図である。 10……動きベクトルメモリ、20……平均ベクトル演算回
路、30……加速度ベクトル演算回路、40……動きベクト
ル比較回路、50,51,52……現フィールドメモリ、60,61,
62……前フィールドメモリ、70,71,72……差分演算回
路、80,81,82……絶対値演算回路、90,91,92……累算回
路、100……比較回路、110……動きベクトル選択回路、
120……反復勾配法演算回路、130……加算回路。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】入力画像信号を複数のブロックに分割し、
    少なくとも1フィールド以上離れた信号間での、前記ブ
    ロック毎の動きベクトルを検出するために、動きベクト
    ルを検出すべき前記ブロックに対して時間的に前に検出
    されている動きベクトルから複数の初期偏位候補ベクト
    ルを作成する、初期偏位候補ベクトルを用いた動きベク
    トルの検出方法において、 (a)前記複数の初期偏位候補ベクトルの一つとして、
    被検出ブロックに対応する前フィールドの複数の周辺ブ
    ロックの動きベクトルの平均である平均ベクトルを生成
    し、 (b)前記平均ベクトルと残りの前記複数の初期偏位候
    補ベクトルのベクトルの差の大きさを各々求め、 (c)この求められたベクトルの差の大きさに基づいて
    前記残りの複数の初期偏位候補ベクトルの選択を行な
    い、 (d)前記選択された初期偏位候補ベクトルと前記平均
    ベクトルを特異な初期偏位候補ベクトルとして送出し、 (e)前記被検出ブロックと前記特異な初期偏位候補ベ
    クトルの大きさだけ座標を偏位したブロックとのパター
    ンの類似性をそれぞれ比較することによって最も類似性
    の高い前記特異な初期偏位候補ベクトルを初期偏位ベク
    トルとして選ぶ、ことを特徴とする初期偏位ベクトルを
    用いた動きベクトルの検出方法。
  2. 【請求項2】請求項1記載の初期偏位候補ベクトルを用
    いた動きベクトルの検出方法において、前記(c)のス
    テップは、前記求められたベクトルの差の大きい順に予
    め定められた数の初期偏位候補ベクトルを選択すること
    を特徴とする初期偏位候補ベクトルを用いた動きベクト
    ルの検出方法。
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