JP3611958B2 - 動画像信号の動きベクトル検出方法および動きベクトル検出回路 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、動画像信号の動きベクトル検出方法および動きベクトル検出回路に係り、特に、たとえば異なるテレビジョン方式間の信号変換を行なうテレビジョン方式変換装置または画像伝送における高能率符号化装置などに用いて好適な動画像信号における動きベクトル検出方法および動きベクトル検出回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
動画像中の動領域を動きベクトルとして検出し、その動きベクトルを用いて動き補正を行なう技術は、画像伝送の際の高能率符号化におけるフレーム間符号化効率を向上させる場合、または、テレビジョン方式変換の際のフィールド数変換による動きの不連続性を軽減する場合に有効に用いられている。たとえば、テレビジョン方式変換装置としては、特開平０１−３０９５９７号公報、特開平０３−２８０６８１号公報、１９９１年発行のテレビジョン学会誌（第４５巻、第１２号、第１５３４頁〜第１５４３頁）、または１９８９年開催のテレビジョン学会全国大会における予稿集（２０−５）などに記載されたものが提案されている。
【０００３】
従来、上記のような装置に用いられる動きベクトルの検出方式としては、たとえば、特開昭５５−１６２６８３号公報や特開昭５５−１６２６８４号公報に記載のパターンマッチング法、または特開昭６０−１５８７８６号公報や特開昭６２−２０６９８０号公報などに記載の反復勾配法による検出方法がそれぞれ提案されている。
【０００４】
特に、後者の反復勾配法による動きベクトル検出方式は、パターンマッチング法に比べて小型かつ精度よく動きベクトルを検出することができる。その動きベクトル検出方法は、ディジタル化したテレビジョン信号のそれぞれのフィールドをたとえば横方向ｍ画素および縦方向ｎラインを含むｍ×ｎ画素の所定の大きさのブロックに細分化して、それぞれのブロック毎に、その画面内での信号の勾配および対応する画面間との信号差分値の物理的な対応などに基づいて反復的な勾配演算にて動き量を推定するものであった。
【０００５】
この場合、特開昭６２−２０６９８０号公報では、動き量を推定する際の初期値として被検出ブロックの前に既に検出されている動きベクトルの中から、被検出ブロックの近傍の複数のブロックの動きベクトルのうち最適なものを初期偏位ベクトルとして選択して、被検出ブロックの真の動きベクトルに近い値から演算を開始することにより勾配演算の回数を少なくして、たとえば、２回の演算にて真の動きベクトルを検出するものであった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の技術では、複数の候補ベクトルの中から初期偏位ベクトルを選択する際に、各ブロック毎に個別に初期偏位ベクトルを選択しているので、画像全体が偏った動きの場合などでも、それぞれのブロックにて初期偏位ベクトルとして選択する候補ベクトルのブロックの位置がまちまちとなる場合があり、検出精度が一定以上向上しない欠点があった。
【０００７】
たとえば、画面がパニングする場合を考えると、画面全体が同一方向に同様の速度にて動いている。この場合、各ブロックでは、同じ物体で、かつ平坦な画像であれば、被検出ブロックの周囲の既検出ブロックの動きベクトルは同様の値となり、それらを偏位させた際の画素値も同様の値となって、初期偏位ベクトルを選択する際にそれらの比較結果が同様の値となる場合がある。この場合、画面全体が同一方向に同様の速度にて動いているにもかかわらず、各ブロックにて選択される候補ベクトルの位置がまちまちであると、これらを初期偏位ベクトルとした勾配演算の結果に各ブロックにおいて誤差が生じる場合があった。同様に、動きの少ない映像の場合などにも選択される初期偏位ベクトルの位置が各ブロックにおいてまちまちとなる場合があった。
【０００８】
つまり、上述した従来技術では、映像全体の動きの特徴をみて初期偏位ベクトルを選択をしていないため、水平方向の動きの映像で垂直方向のブロックの動きベクトルを誤検出したり、垂直方向の動きの映像で水平方向のブロックの動きベクトルを誤検出したりしてしまうような、動きベクトル検出の精度が一定以上向上しない欠点があった。
【０００９】
本発明はこのような従来技術の欠点を解消し、映像全体に偏った動きがある場合に各ブロックにて初期偏位ベクトルの誤検出を少なくして、動きベクトル検出の精度を向上させることができる動画像信号の動きベクトル検出方法および動きベクトル検出回路を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は上述の課題を解決するために、動画像信号のそれぞれのフィールドを所定の大きさの複数のブロックに分割し、それぞれのブロック毎に少なくとも１フィールド間以上離れた信号間にて動きの大きさおよび方向を表わす動きベクトルを検出する動画像信号の動きベクトル検出回路において、各ブロック毎に検出された動きベクトルを少なくとも１フィールド分蓄積する記憶手段と、記憶手段に蓄積された動きベクトルの中から被検出ブロックの近傍の複数のブロックの動きベクトルを候補ベクトルとして読み出して、候補ベクトルの中から被検出ブロックの動きに最も近い値の動きベクトルを初期偏位ベクトルとして選択する初期偏位ベクトル選択手段と、初期偏位ベクトル選択手段にて選択した初期偏位ベクトルを起点として複数回の勾配演算を行なって被検出ブロックの真の動きベクトルを求めるベクトル演算手段とを含み、さらに、初期偏位ベクトル選択手段にて選択した初期偏位ベクトルが被検出ブロックに対していずれの位置にあったブロックの動きベクトルであるかをそれぞれの位置毎に少なくとも１フィールドにわたって検出して、それぞれの位置に選択回数の多い順に優先順位を付与する優先度付与手段を有し、初期偏位ベクトル選択手段は、少なくとも前フィールドで得られた優先順位に基づいて複数の位置の候補ベクトルの中から初期偏位ベクトルを選択することを特徴とする。
【００１１】
この場合、優先度付与手段は、初期偏位ベクトル選択手段にて初期偏位ベクトルとして各ブロック毎に選択された候補ベクトルのブロックの位置をそれぞれの位置毎にその選択回数を順次計数する複数の計数手段と、計数手段での計数結果を比較する比較手段と、比較手段での比較結果を少なくとも１フィールド分遅延させて出力する出力手段とを含み、出力手段からの出力がそれぞれの位置の優先順位として初期偏位ベクトル選択手段に供給されるとよい。
【００１２】
また、初期偏位ベクトル選択手段は、複数の候補ベクトルの中から初期偏位ベクトルを選択した際に、その候補ベクトルのブロックの被検出ブロックに対する位置を所定のビット数の選択情報として優先度付与手段に供給する選択情報生成手段を含み、優先度付与手段は、選択情報生成手段からの選択情報を受けて、その選択情報から選択されたブロックの位置を解読して、その位置に対応する計数手段にカウント信号を供給する候補デコーダを有すると有利である。
【００１３】
また、初期偏位ベクトル選択手段は、それぞれの候補ベクトルにて偏位させたブロックと被検出ブロックのフィールド間差分値を画素毎に求めて、その結果の絶対値の累計が最小となるブロックの動きベクトルを初期偏位ベクトルとして選択するとよい。
【００１４】
この場合、初期偏位ベクトル選択手段は、フィールド間差分値の絶対値の累計が最小となるブロックが複数ある場合に、優先度付与手段からの優先順位の高い位置のブロックの候補ベクトルを初期偏位ベクトルとして選択するとよい。
【００１５】
また、初期偏位ベクトル選択手段は、フィールド間差分値の絶対値の累計にそれぞれの位置の優先順位に応じた所定値を加算して、その結果の値を比較して、初期偏位ベクトルを選択してもよい。この場合、優先順位に応じた所定値は、優先順位が低いほど大となるとよい。
【００１６】
さらに、初期偏位ベクトル選択手段は、被検出ブロックに隣接する周囲８ブロックに相当する既検出ブロックの動きベクトルを候補ベクトルとして蓄積手段から読み出すと有利である。この場合、既検出ブロックの動きベクトルには、前フィールドにて被検出ブロックに対応するブロックの周囲８ブロックの動きベクトルの平均値である平均ベクトルを含むとよい。また、既検出ブロックの動きベクトルには、前フィールドの平均ベクトルの２倍の値から前々フィールドの平均ベクトルを減算した加速度ベクトルを含んでもよい。
【００１７】
一方、本発明による動きベクトル検出方法は、動画像信号のそれぞれのフィールドを所定の大きさのブロックに分割して、それぞれのブロック毎に少なくとも１フィールド以上離れた信号間にて動きの大きさおよび方向を表わす動きベクトルを検出する動画像信号の動きベクトル検出方法において、既検出ブロックの動きベクトルの中から少なくとも被検出ブロックの近傍の複数のブロックの動きベクトルを候補ベクトルとして選択する第１の工程と、第１の工程にて選択した候補ベクトルの中から被検出ブロックの動きに最も近い値の動きベクトルを初期偏位ベクトルとして選択する第２の工程と、第２の工程にて選択した初期偏位ベクトルを起点として複数回の勾配演算を行なって被検出ブロックの真の動きベクトルを求める第３の工程とを含み、さらに、第２の工程にて初期偏位ベクトルを選択する際に、初期偏位ベクトルが被検出ブロックに対する既検出ブロックのいずれの位置から選択された候補ベクトルであるかをそれぞれの位置毎に少なくとも１フィールドにわたって検出して、それぞれの位置に選択回数の多い順に優先順位を付与しておく第４の工程を含み、第２の工程は、少なくとも前フィールドで得られた優先順位に基づいてそれぞれの位置の候補ベクトルの中から最適な初期偏位ベクトルを選択することを特徴とする。
【００１８】
この場合、第４の工程は、第２の工程にて初期偏位ベクトルとして各ブロック毎に選択された候補ベクトルのブロックの位置をそれぞれの位置毎にその選択回数を順次計数して、その計数結果のそれぞれを比較して、その結果からそれぞれの位置に優先順位を付与するとよい。
【００１９】
また、第２の工程にて初期偏位ベクトルとして選択された候補ベクトルのブロックの被検出ブロックに対するそれぞれの位置は、所定のビット数の選択情報として生成され、第４の工程は、第２の工程にて各ブロック毎に生成された選択情報から選択されたブロックの位置を解読して、その位置毎のカウント信号を生成してそれぞれの位置毎の選択回数を少なくとも１フィールドにわたって計数すると有利である。
【００２０】
さらに、第２の工程は、第１の工程にて選択したそれぞれの候補ベクトルにて偏位させたブロックと被検出ブロックのフィールド間差分値を画素毎に求めて、その結果の絶対値の累計が最小となるブロックの動きベクトルを初期偏位ベクトルとして選択するとよい。
【００２１】
この場合、第２の工程は、フィールド間差分値の絶対値の累計を求めた際に、その結果が最小となるブロックが複数ある場合に、その中から第４の工程にて求めた前フィールドでの優先順位の高い位置のブロックの候補ベクトルを初期偏位ベクトルとして選択するとよい。
【００２２】
また、第２の工程は、フィールド間差分値の絶対値の累計を求めた後に、その累計値にそれぞれの位置の優先順位に応じた所定値を加算しておき、その結果の値を比較して最小値となるブロックの動きベクトルを求めるとよい。この場合、優先順位に応じた所定値は、優先順位が低いほど大となるとよい。
【００２３】
さらに、第１の工程にて選択される候補ベクトルは、被検出ブロックに隣接する周囲８ブロックに相当する既検出ブロックの動きベクトルであるとよい。この場合、既検出ブロックの動きベクトルには、前フィールドにて被検出ブロックに対応するブロックの周囲８ブロックの動きベクトルの平均値である平均ベクトルを含むと有利である。また、既検出ブロックの動きベクトルには、前フィールドの平均ベクトルの２倍の値から前々フィールドの平均ベクトルを減算した加速度ベクトルを含むとよい。
【００２４】
【発明の実施の形態】
次に添付図面を参照して本発明による動画像信号の動きベクトル検出回路の実施例を詳細に説明する。図１には、本発明による動きベクトル検出方法が適用された動きベクトル検出回路の一実施例が示されている。本実施例による動きベクトル検出回路は、各フィールド毎に入力する動画像信号をｍ画素×ｎライン（ｍ，ｎは整数）の複数のブロックに分割して、各ブロック毎に１フィールド前の動画像信号での対応のブロックとの間の動きの方向および大きさを表わす動きベクトルを求める動き量検出回路であり、既に検出されている動きベクトルの中から選択された初期偏位ベクトルを起点として、たとえば２回の勾配法演算にて真の動きベクトルを求めるベクトル演算回路である。
【００２５】
特に、本実施例では、初期偏位ベクトルの候補ベクトルとして被検出ブロックに隣接する周囲８ブロックに相当する既検出ブロックの動きベクトルを候補として、それぞれの位置のブロックの動きベクトルが前フィールドにて初期偏位ベクトルとして選択された回数からそれぞれの位置に優先順位を付与しておき、その結果に基づいて現フィールドにおける各ブロックでの初期偏位ベクトルを選択する点が主な特徴点である。
【００２６】
詳細には、本実施例による動きベクトル検出回路は、図１に示すように、ベクトルメモリ１０と、初期偏位ベクトル選択部１２と、優先順位付与部１４と、ベクトル演算部１６とを含む。初期偏位ベクトル選択部１２およびベクトル演算部１６には、それぞれ現フィールド信号Ｂと遅延回路１８を介して前フィールド信号Ｃが供給されて、それぞれフィールド信号をたとえば、８画素×８ラインのブロックに分割して、それぞれのブロック毎に動きベクトルを検出する。
【００２７】
ベクトルメモリ１０は、各ブロック毎に既に検出された少なくとも１フィールド分の動きベクトルを蓄積するＲＡＭ （ｒａｎｄｏｍ ａｃｃｅｓｓ ｍｅｍｏｒｙ）などを含む記憶回路であり、その入力がベクトル演算部１６の出力に接続されて、たとえば分割されたブロックの位置に応じたアドレスに、検出された動きベクトルＫを順次更新して蓄積する記憶回路である。
【００２８】
初期偏位ベクトル選択部１２は、ベクトルメモリ１０に蓄積された既検出ブロックの動きベクトルの中から被検出ブロックの動きに最も近い値の動きベクトルを勾配法演算の起点となる初期偏位ベクトルＧとして選択する選択回路であり、本実施例では被検出ブロックに対応する前フィールドのブロックの周囲８ブロックの動きベクトルを候補ベクトルＬとして読み出して、その中から初期偏位ベクトルを選択する。
【００２９】
より具体的には、本実施例の初期偏位ベクトル選択部１２は、たとえば、図３に示すように、候補ベクトル検出部１２０ と、座標変換部１２２ と、減算部１２４ と、絶対値累算部１２６ と、比較部１２８ と、優先選択部１３０ とを含む。候補ベクトル検出部１２０ は、現フィールド信号Ｂの被検出ブロックの位置に応じてベクトルメモリ１０をアクセスして既検出ブロックの動きベクトル８候補Ｌを読み出すメモリアクセス回路である。読み出した動きベクトルＬは座標変換部１２２ に供給される。
【００３０】
座標変換部１２２ は、それぞれの動きベクトルＬ毎にその動きベクトルにて前フィールドＣのブロックのそれぞれの画素を現フィールドに偏位させるそれぞれ変換回路である。変換した画素信号は、減算部１２４ に供給される。減算部１２４ は、座標変換したブロックのそれぞれの画素値と現フィールドＢのブロックの画素値との差分をとるそれぞれ差分回路である。その結果は絶対値累算部１２６ に供給される。
【００３１】
絶対値累算部１２６ は、それぞれの画素毎の差分値の絶対値をブロックの画素数分累算するそれぞれ累算回路であり、その結果は比較部１２８ にそれぞれ供給される。比較部１２８ は、絶対値累算部１２６ からのそれぞれの累算結果を比較する比較回路であり、その結果が最小となるブロックを優先選択部１３０ に供給する。比較の結果は、最小となるブロックが必ずしも１つとは限らない。
【００３２】
優先選択部１３０ は、比較の結果、最小となるブロックが複数ある場合には、優先順位付与部１４からのそれぞれの位置の優先順位を表わす情報Ｆに従って最も優先順位の高いブロックの動きベクトルを選択する選択回路であり、本実施例では候補ベクトルとして読み出された８ブロックのいずれの位置のブロックが初期偏位ベクトルとして選択されたかを表わす、たとえば３ビットの選択情報Ｄを生成する選択情報生成部１３２ を含む。
【００３３】
図１に戻って、優先順位付与部１４は、初期偏位ベクトル選択部１２からのそれぞれのブロック毎の選択情報Ｄから８ブロックのいずれのブロックの候補ベクトルが選択されたかを少なくとも１フィールドにわたって検出して、それぞれの位置に優先順位を付ける回路であり、本実施例では、たとえば、図２に示すように、候補デコーダ１４２ と、８個のカウンタ１４４ 〜１５８ と、比較回路１６０ と、遅延回路１６２ とを含む。
【００３４】
候補デコーダ１４２ は、３ビットの選択情報Ｄを復号して各ブロック毎に８ブロックのいずれの位置のブロックが選択されたかを検出する検出回路であり、選択された位置に応じたカウンタ１４４ 〜１５８ のいずれかにカウント信号ＤＡ〜ＤＨを供給する信号発生回路である。
【００３５】
カウンタ１４４ 〜１５８ は、候補デコーダ１４２ からのカウント信号ＤＡ〜ＤＨをそれぞれ順次カウントする計数回路であり、本実施例では、候補ベクトルとして選択される８ブロックの位置に応じたＡ候補ないしＨ候補の８個のカウンタにてそれぞれ少なくとも１フィールド分カウントする。それぞれのカウンタ１４４ 〜１５８ の計数結果は順次比較回路１６０ に供給される。
【００３６】
比較回路１６０ は、それぞれのカウンタ１４４ 〜１５８ からの計数結果を比較してそれぞれの位置の優先順位を表わす情報Ｅを出力する情報生成回路であり、本実施例では１フィールド毎に、たとえば、それぞれの位置毎に優先順位を表わす３ビットの情報Ｅを所定の順序にて出力する。
【００３７】
遅延回路１６２ は、比較回路１６０ からの優先情報Ｅを１フィールド分遅延させて出力する情報供給回路であり、本実施例では、前フィールドにて検出された優先情報Ｅが現フィールドの被検出ブロックの初期偏位ベクトルを選択する際の優先情報Ｆとして初期偏位ベクトル選択回路１２に順次供給される。
【００３８】
再び図１に戻って、ベクトル演算部１６は、初期偏位ベクトル選択部１２にて選択された初期偏位ベクトルＧを起点として真の動きベクトルＫを勾配法演算により求める演算回路である。具体的には、同図に示すように、第１の勾配法演算回路２００ と、第１の加算回路２０２ と、第２の勾配法演算回路２０４ と、第２の加算回路２０６ とを含み、たとえば、図５に示すように、初期偏位ベクトルをＶ０として、１回目の偏位分Ｖ１、２回目の偏位分Ｖ２とを求めて、それらを加算した動きベクトルＶ（＝Ｖ０＋Ｖ１＋Ｖ２）を求める。これにより、図４に示すように前フィールドにて座標（ｍ１，ｎ１） にあったブロックが現フィールドにて座標（ｍ１＋α０， ｎ１＋β０）に移動した際にその動き量がベクトルＶとして求められる。
【００３９】
詳しくは、第１の勾配法演算回路２００ は、初期偏位ベクトルＶ０にて前フィールド信号Ｃを偏位させた座標を起点にして現フィールドの動き量を推定した１回目の動き偏位分Ｖ１をたとえば、次式（１） 〜（４） に従って求める演算回路である。
【００４０】
【数１】
Ｖｘ ＝ΣＳＧＮ ΔＸ ・ＤＦＤ／Σ｜ΔＸ ｜ ・・・・（１）
Ｖｙ ＝ΣＳＧＮ ΔＹ ・ＤＦＤ／Σ｜ΔＹ ｜ ・・・・（２）
ΔＸ＝（Ａｎ＋１，ｍ−Ａｎ−１，ｍ）／２ ・・・・（３）
ΔＹ＝（Ａｎ，ｍ＋１−Ａｎ，ｍ−１）／２ ・・・・（４）
ただし、Ｖｘは、動きベクトルＶのｘ方向成分、Ｖｙは動きベクトルＶのｙ方向成分、Ａｎ，ｍはｎ画素、ｍラインの座標の信号値、ΔＸ は画像のｘ方向の勾配、ΔＹ は画像のｙ方向の勾配、ＤＦＤ はフィールド間差分値を示す。また、 ＳＧＮΔＸ 、 ＳＧＮΔＹ はそれぞれ＋，−，０にて表わされる勾配の方向を示す。
【００４１】
第１の加算回路２０２ は、初期偏位ベクトルＶ０と第１の勾配法演算回路２００ にて求めた１回目の動き偏位分Ｖ１を加算する演算回路であり、その結果（Ｖ０＋Ｖ１） を第２の勾配法演算回路２０６ および第２の加算回路２０８ にそれぞれ供給する。
【００４２】
第２の勾配法演算回路２０６ は、第１の加算回路２０２ からの動きベクトルに基づいて第１の勾配法演算回路２００ と同様の演算式（１） 〜（４） にて第２の偏位分Ｖ２を求める演算回路である。その結果は、第２の加算回路２０８ に供給される。
【００４３】
第２の加算回路２０８ は、第１の加算回路２０４ からの加算結果（Ｖ０＋Ｖ１） と第２の勾配法演算回路２０６ からの第２の偏位分Ｖ２を加算する演算回路であり、その出力が検出された真の動きベクトルＫとして出力され、かつベクトルメモリ１０に順次供給される。
【００４４】
以上のような構成において本実施例による動画像信号の動きベクトル検出方法を上記動きベクトル検出回路の動作とともに説明すると、動作状態において、現フィールド信号Ｂと、遅延回路１８を介して入力された前フィールド信号Ｃとは初期偏位ベクトル選択部１２およびベクトル演算部１６に順次供給される。フィールド信号Ｂ，Ｃ を受けた初期偏位ベクトル選択部１２は、まず、候補ベクトル検出部１２０ にてベクトルメモリ１０から被検出ブロックに対応するブロックの周囲８ブロックの動きベクトルを順次読み出す。
【００４５】
次に、読み出された候補ベクトルはそれぞれの座標変換部１２２ に供給されて、前フィールド信号Ｃの対象ブロックをその動きベクトルにて偏位させて、その結果が減算部１２４ に供給される。これにより、それぞれの減算部１２４ では座標変換した前フィールド信号Ｃと現フィールド信号Ｂとのそれぞれの画素毎の差分をとり、その結果を絶対値累算部１２６ に供給する。この結果、それぞれの絶対値累算部１２６ ではそれぞれの画素の差分の絶対値をブロックの画素数分累算して、その結果を比較部１２８ にそれぞれ出力する。
【００４６】
次に、それぞれの候補ベクトルの累算結果を受けた比較部１２８ は、これらを比較して、その結果が最小となるブロックを検出して、その比較結果を優先選択部１３０ に供給する。この場合、唯一のブロックが検出されているとすると、優先選択部１３０ では、累算結果が最小となったブロックの動きベクトルを選択して、これを初期偏位ベクトルＧとしてベクトル演算部１６に供給する。この際、選択されたブロックの位置を表わす選択情報Ｄが生成されて、優先度付与部１４に供給される。
【００４７】
これにより、優先度付与部１４では、選択情報Ｄを受けた候補デコーダ１４２ にてその位置を解読して、対応のカウンタ１４４ 〜１５８ にカウント信号ＤＡ〜ＤＨを供給する。この結果、選択されたブロックの位置のカウンタ１４４ 〜１５８ のいずれかが計数値を更新する。
【００４８】
一方、初期偏位ベクトルＧを受けたベクトル演算部１６では、その初期偏位ベクトルＧにて前フィールドＣの対象ブロックを偏位させて、これを起点として現フィールドＢの対象ブロックとから第１の勾配法演算部２００ にて１回目の偏位分が演算されて、その結果が第１の加算回路２０２ に供給される。次に、第１の加算回路２０２ では、第１の勾配法演算部２００ の演算結果と初期偏位ベクトルとを加算して、その結果を第２の勾配演算部２０４ および第２の加算回路２０６ に供給する。これにより、第２の勾配演算部２０４ では、第１の加算回路２０２ からの加算結果にて前フィールドＣの対象ブロックをさらに偏位させて、これと現フィールドＢの対象ブロックとから２回目の偏位分を演算する。その結果は、さらに第２の加算回路２０６ に供給されて、第１の加算回路２０２ の演算結果と加算される。
【００４９】
この結果、現フィールドＢの一つの被検出ブロックの真の動きベクトルが検出されて出力されるとともに、ベクトルメモリ１０の所定のアドレスに供給され、更新される。
【００５０】
以下、同様にそれぞれの被検出ブロックにてそのブロックの前に検出された少なくとも１フィールド分の動きベクトルの中から被検出ブロックの近傍の８ブロックに相当するブロックの動きベクトルがベクトルメモリ１０から読み出されて、被検出ブロックの動きに最も近い値の動きベクトルが初期偏位ベクトルとして選択されて、これを起点にして２回の勾配法演算にて真の動きベクトルが検出される。
【００５１】
しかし、初期偏位ベクトルを選択する際に、前フィールド信号を候補ベクトルにて偏位した信号値と現フィールド信号値の差分の絶対値の累計が最小となるブロックが必ずしも１つになるとは限らない場合がある。たとえば、被検出ブロックとその周囲８ブロックの画素値が同様な値の物体であって、画面がパーニングされて、同様の動きベクトルを有している場合、それぞれの累算結果は同様な値となる。この場合、初期偏位ベクトル選択部１２の比較部１２８ からは複数のブロックを最小とみなして、その結果を優先選択部１３０ に順次供給する。
【００５２】
一方、優先選択部１３０ には前フィールドでの８ブロックの優先順位を表わす情報Ｆが優先度付与部１４から供給されており、優先選択部１３０ は比較部１２８ からの最小となる複数のブロックの中から優先順位の高いブロックを選択して、これを初期偏位ベクトルＧとしてベクトル演算部１６に供給する。この結果、画面全体の特徴に応じた動きのブロックが選択されて、その動きベクトルが初期偏位ベクトルとして選択される。
【００５３】
以下、同様に優先度付与部１４から前フィールドの８ブロックの優先順位Ｆが初期偏位ベクトル選択部１２に供給されることにより、初期偏位ベクトル選択部１２にて初期偏位ベクトルを選択する際に、候補ベクトルにて偏位した前フィールドと現フィールドとのブロックの差分値の絶対値累計が複数個、最小となるブロックが現われた場合に、前フィールドにて優先順位の高いブロックの動きベクトルが初期偏位ベクトルとして選択される。
【００５４】
以降、それぞれのフィールドにおいて上記と同様に、各ブロック毎にベクトルメモリ１０に蓄積された動きベクトルの中から映像全体の動きの特徴に応じた初期偏位ベクトルＧが選択されて、その初期偏位ベクトルを起点として真の動きベクトルが検出される。
【００５５】
以上のように本実施例の動きベクトル検出回路および動きベクトル検出方法によれば、各フィールドにて被検出ブロックに対する周辺８ブロックのいずれのブロックの位置の候補ベクトルが多く選択されたかを計数して、その選択回数に応じてそれぞれの位置に優先順位を付与するようにしたので、初期偏位ベクトル選択部１２にて初期偏位ベクトルを選択する際に、複数のブロックの候補ベクトルが最適となった場合に、少なくとも前フィールドの優先順位に基づいてその中から映像の特徴に応じたより最適な候補ベクトルを初期偏位ベクトルとして選択することができる。この結果、各ブロックにおいてまちまちになっていた箇所の初期偏位ベクトルの選択を統一することができる。したがって、誤検出を少なくすることができ、動きベクトルの検出精度を向上することができた。
【００５６】
なお、上記実施例ではフィールド信号を用いたインタレース方式の画像信号を例に挙げて説明したが、本発明においてはノンインタレース方式の画像信号に適用してもよい。この場合、本命最初におけるフィールド信号をフレーム信号に読み替えるとよい。
【００５７】
また、上記実施例では、初期偏位ベクトル選択部１２にてフィールド間差分の絶対値の累算結果を比較して、その結果が複数個、最小となる場合に優先順位Ｆを考慮して初期偏位ベクトルを選択するようにしたが、本発明においては、あらかじめ優先順位Ｆに応じて、たとえば優先順位が低いほど大となる所定の値を累算結果に加算しておき、その結果を比較するようにしてもよい。この場合、初期偏位ベクトル選択部は、たとえば図６に示すように、それぞれの絶対値累算部１２６ の出力に、優先順位Ｆに応じた所定値をそれぞれ加算する加算部１３８ と、それらの値を設定する加算値設定部１４０ を設けるとよい。この場合、優先選択部１３０ を省いて、比較部１２８ に選択情報生成部１３２ を設けるとよい。
【００５８】
さらに、上記実施例では、優先度付与部１４のカウンタ１４４ 〜１５８ にて１フィールド分の選択回数をカウントするようにしたが、本発明においては、これに限らず、数フィールドにわたってカウントするようにしてもよい。この場合、比較回路１６０ にて計数を累計した選択回数をフィールド毎に比較してその結果を遅延回路１６２ を介して順次フィールド毎に出力するようにしてもよい。
【００５９】
またさらに、上記実施例では被検出ブロックに対応するブロックの周辺８ブロックを候補ベクトルとして選択するようにしたが、本発明においては、たとえば前フィールドでの被対象ブロックの周辺８ブロックを含む平均ベクトル、または前フィールドの平均ベクトルの２倍の値から前々フィールドの平均ベクトルを引いた加速度ベクトルを候補ベクトルなどの他の候補ベクトルを含むようにしてもよい。この場合、これらを初期偏位ベクトルとして選択した際に、その選択回数をカウントするカウンタを優先度付与部１４にさらに設けるとよい。
【００６０】
【発明の効果】
このように本発明の動画像信号の動きベクトル検出回路および動きベクトル検出方法によれば、既検出の動きベクトルの中から初期偏位ベクトルを選択して、これを用いて動きベクトルを検出する際に、少なくとも１フィールドにわたって候補ベクトルのそれぞれ位置の選択回数を検出して、それぞれの位置に優先順位を付与しておき、その前フィールドまでの優先順位に基づいて初期偏位ベクトルを選択するようにしたので、映像の特徴に応じた初期偏位ベクトルを選択することができる。この結果、各ブロックにてまちまちに選択されていた初期偏位ベクトルを映像の特徴に応じた位置の候補ベクトルから選択することができ、初期偏位ベクトルの誤検出を少なくすることができる。したがって、映像の特徴に応じて動きベクトルの検出精度を向上させることができる優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による動きベクトル検出回路の一実施例を示すブロック図である。
【図２】図１の実施例による動きベクトル検出回路の優先度付与部の構成例を示すブロック図である。
【図３】図１の実施例による動きベクトル検出回路の初期偏位ベクトル選択部の構成例を示すブロック図である。
【図４】図１の実施例による現フィールド信号と前フィールド信号のそれぞれの対象ブロックの関係を示す図である。
【図５】図１の実施例による動きベクトル検出の原理を示す図である。
【図６】図１の実施例による動きベクトル検出回路の初期偏位ベクトル選択部の他の構成例を示すブロック図である。
【符号の説明】
１０ ベクトルメモリ
１２ 初期偏位ベクトル選択部
１４ 優先度付与部
１６ ベクトル演算部
１４２ 候補デコーダ
１４４ 〜１５８ カウンタ
１６０ 比較回路
１６２ 遅延回路
【発明の属する技術分野】
本発明は、動画像信号の動きベクトル検出方法および動きベクトル検出回路に係り、特に、たとえば異なるテレビジョン方式間の信号変換を行なうテレビジョン方式変換装置または画像伝送における高能率符号化装置などに用いて好適な動画像信号における動きベクトル検出方法および動きベクトル検出回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
動画像中の動領域を動きベクトルとして検出し、その動きベクトルを用いて動き補正を行なう技術は、画像伝送の際の高能率符号化におけるフレーム間符号化効率を向上させる場合、または、テレビジョン方式変換の際のフィールド数変換による動きの不連続性を軽減する場合に有効に用いられている。たとえば、テレビジョン方式変換装置としては、特開平０１−３０９５９７号公報、特開平０３−２８０６８１号公報、１９９１年発行のテレビジョン学会誌（第４５巻、第１２号、第１５３４頁〜第１５４３頁）、または１９８９年開催のテレビジョン学会全国大会における予稿集（２０−５）などに記載されたものが提案されている。
【０００３】
従来、上記のような装置に用いられる動きベクトルの検出方式としては、たとえば、特開昭５５−１６２６８３号公報や特開昭５５−１６２６８４号公報に記載のパターンマッチング法、または特開昭６０−１５８７８６号公報や特開昭６２−２０６９８０号公報などに記載の反復勾配法による検出方法がそれぞれ提案されている。
【０００４】
特に、後者の反復勾配法による動きベクトル検出方式は、パターンマッチング法に比べて小型かつ精度よく動きベクトルを検出することができる。その動きベクトル検出方法は、ディジタル化したテレビジョン信号のそれぞれのフィールドをたとえば横方向ｍ画素および縦方向ｎラインを含むｍ×ｎ画素の所定の大きさのブロックに細分化して、それぞれのブロック毎に、その画面内での信号の勾配および対応する画面間との信号差分値の物理的な対応などに基づいて反復的な勾配演算にて動き量を推定するものであった。
【０００５】
この場合、特開昭６２−２０６９８０号公報では、動き量を推定する際の初期値として被検出ブロックの前に既に検出されている動きベクトルの中から、被検出ブロックの近傍の複数のブロックの動きベクトルのうち最適なものを初期偏位ベクトルとして選択して、被検出ブロックの真の動きベクトルに近い値から演算を開始することにより勾配演算の回数を少なくして、たとえば、２回の演算にて真の動きベクトルを検出するものであった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の技術では、複数の候補ベクトルの中から初期偏位ベクトルを選択する際に、各ブロック毎に個別に初期偏位ベクトルを選択しているので、画像全体が偏った動きの場合などでも、それぞれのブロックにて初期偏位ベクトルとして選択する候補ベクトルのブロックの位置がまちまちとなる場合があり、検出精度が一定以上向上しない欠点があった。
【０００７】
たとえば、画面がパニングする場合を考えると、画面全体が同一方向に同様の速度にて動いている。この場合、各ブロックでは、同じ物体で、かつ平坦な画像であれば、被検出ブロックの周囲の既検出ブロックの動きベクトルは同様の値となり、それらを偏位させた際の画素値も同様の値となって、初期偏位ベクトルを選択する際にそれらの比較結果が同様の値となる場合がある。この場合、画面全体が同一方向に同様の速度にて動いているにもかかわらず、各ブロックにて選択される候補ベクトルの位置がまちまちであると、これらを初期偏位ベクトルとした勾配演算の結果に各ブロックにおいて誤差が生じる場合があった。同様に、動きの少ない映像の場合などにも選択される初期偏位ベクトルの位置が各ブロックにおいてまちまちとなる場合があった。
【０００８】
つまり、上述した従来技術では、映像全体の動きの特徴をみて初期偏位ベクトルを選択をしていないため、水平方向の動きの映像で垂直方向のブロックの動きベクトルを誤検出したり、垂直方向の動きの映像で水平方向のブロックの動きベクトルを誤検出したりしてしまうような、動きベクトル検出の精度が一定以上向上しない欠点があった。
【０００９】
本発明はこのような従来技術の欠点を解消し、映像全体に偏った動きがある場合に各ブロックにて初期偏位ベクトルの誤検出を少なくして、動きベクトル検出の精度を向上させることができる動画像信号の動きベクトル検出方法および動きベクトル検出回路を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は上述の課題を解決するために、動画像信号のそれぞれのフィールドを所定の大きさの複数のブロックに分割し、それぞれのブロック毎に少なくとも１フィールド間以上離れた信号間にて動きの大きさおよび方向を表わす動きベクトルを検出する動画像信号の動きベクトル検出回路において、各ブロック毎に検出された動きベクトルを少なくとも１フィールド分蓄積する記憶手段と、記憶手段に蓄積された動きベクトルの中から被検出ブロックの近傍の複数のブロックの動きベクトルを候補ベクトルとして読み出して、候補ベクトルの中から被検出ブロックの動きに最も近い値の動きベクトルを初期偏位ベクトルとして選択する初期偏位ベクトル選択手段と、初期偏位ベクトル選択手段にて選択した初期偏位ベクトルを起点として複数回の勾配演算を行なって被検出ブロックの真の動きベクトルを求めるベクトル演算手段とを含み、さらに、初期偏位ベクトル選択手段にて選択した初期偏位ベクトルが被検出ブロックに対していずれの位置にあったブロックの動きベクトルであるかをそれぞれの位置毎に少なくとも１フィールドにわたって検出して、それぞれの位置に選択回数の多い順に優先順位を付与する優先度付与手段を有し、初期偏位ベクトル選択手段は、少なくとも前フィールドで得られた優先順位に基づいて複数の位置の候補ベクトルの中から初期偏位ベクトルを選択することを特徴とする。
【００１１】
この場合、優先度付与手段は、初期偏位ベクトル選択手段にて初期偏位ベクトルとして各ブロック毎に選択された候補ベクトルのブロックの位置をそれぞれの位置毎にその選択回数を順次計数する複数の計数手段と、計数手段での計数結果を比較する比較手段と、比較手段での比較結果を少なくとも１フィールド分遅延させて出力する出力手段とを含み、出力手段からの出力がそれぞれの位置の優先順位として初期偏位ベクトル選択手段に供給されるとよい。
【００１２】
また、初期偏位ベクトル選択手段は、複数の候補ベクトルの中から初期偏位ベクトルを選択した際に、その候補ベクトルのブロックの被検出ブロックに対する位置を所定のビット数の選択情報として優先度付与手段に供給する選択情報生成手段を含み、優先度付与手段は、選択情報生成手段からの選択情報を受けて、その選択情報から選択されたブロックの位置を解読して、その位置に対応する計数手段にカウント信号を供給する候補デコーダを有すると有利である。
【００１３】
また、初期偏位ベクトル選択手段は、それぞれの候補ベクトルにて偏位させたブロックと被検出ブロックのフィールド間差分値を画素毎に求めて、その結果の絶対値の累計が最小となるブロックの動きベクトルを初期偏位ベクトルとして選択するとよい。
【００１４】
この場合、初期偏位ベクトル選択手段は、フィールド間差分値の絶対値の累計が最小となるブロックが複数ある場合に、優先度付与手段からの優先順位の高い位置のブロックの候補ベクトルを初期偏位ベクトルとして選択するとよい。
【００１５】
また、初期偏位ベクトル選択手段は、フィールド間差分値の絶対値の累計にそれぞれの位置の優先順位に応じた所定値を加算して、その結果の値を比較して、初期偏位ベクトルを選択してもよい。この場合、優先順位に応じた所定値は、優先順位が低いほど大となるとよい。
【００１６】
さらに、初期偏位ベクトル選択手段は、被検出ブロックに隣接する周囲８ブロックに相当する既検出ブロックの動きベクトルを候補ベクトルとして蓄積手段から読み出すと有利である。この場合、既検出ブロックの動きベクトルには、前フィールドにて被検出ブロックに対応するブロックの周囲８ブロックの動きベクトルの平均値である平均ベクトルを含むとよい。また、既検出ブロックの動きベクトルには、前フィールドの平均ベクトルの２倍の値から前々フィールドの平均ベクトルを減算した加速度ベクトルを含んでもよい。
【００１７】
一方、本発明による動きベクトル検出方法は、動画像信号のそれぞれのフィールドを所定の大きさのブロックに分割して、それぞれのブロック毎に少なくとも１フィールド以上離れた信号間にて動きの大きさおよび方向を表わす動きベクトルを検出する動画像信号の動きベクトル検出方法において、既検出ブロックの動きベクトルの中から少なくとも被検出ブロックの近傍の複数のブロックの動きベクトルを候補ベクトルとして選択する第１の工程と、第１の工程にて選択した候補ベクトルの中から被検出ブロックの動きに最も近い値の動きベクトルを初期偏位ベクトルとして選択する第２の工程と、第２の工程にて選択した初期偏位ベクトルを起点として複数回の勾配演算を行なって被検出ブロックの真の動きベクトルを求める第３の工程とを含み、さらに、第２の工程にて初期偏位ベクトルを選択する際に、初期偏位ベクトルが被検出ブロックに対する既検出ブロックのいずれの位置から選択された候補ベクトルであるかをそれぞれの位置毎に少なくとも１フィールドにわたって検出して、それぞれの位置に選択回数の多い順に優先順位を付与しておく第４の工程を含み、第２の工程は、少なくとも前フィールドで得られた優先順位に基づいてそれぞれの位置の候補ベクトルの中から最適な初期偏位ベクトルを選択することを特徴とする。
【００１８】
この場合、第４の工程は、第２の工程にて初期偏位ベクトルとして各ブロック毎に選択された候補ベクトルのブロックの位置をそれぞれの位置毎にその選択回数を順次計数して、その計数結果のそれぞれを比較して、その結果からそれぞれの位置に優先順位を付与するとよい。
【００１９】
また、第２の工程にて初期偏位ベクトルとして選択された候補ベクトルのブロックの被検出ブロックに対するそれぞれの位置は、所定のビット数の選択情報として生成され、第４の工程は、第２の工程にて各ブロック毎に生成された選択情報から選択されたブロックの位置を解読して、その位置毎のカウント信号を生成してそれぞれの位置毎の選択回数を少なくとも１フィールドにわたって計数すると有利である。
【００２０】
さらに、第２の工程は、第１の工程にて選択したそれぞれの候補ベクトルにて偏位させたブロックと被検出ブロックのフィールド間差分値を画素毎に求めて、その結果の絶対値の累計が最小となるブロックの動きベクトルを初期偏位ベクトルとして選択するとよい。
【００２１】
この場合、第２の工程は、フィールド間差分値の絶対値の累計を求めた際に、その結果が最小となるブロックが複数ある場合に、その中から第４の工程にて求めた前フィールドでの優先順位の高い位置のブロックの候補ベクトルを初期偏位ベクトルとして選択するとよい。
【００２２】
また、第２の工程は、フィールド間差分値の絶対値の累計を求めた後に、その累計値にそれぞれの位置の優先順位に応じた所定値を加算しておき、その結果の値を比較して最小値となるブロックの動きベクトルを求めるとよい。この場合、優先順位に応じた所定値は、優先順位が低いほど大となるとよい。
【００２３】
さらに、第１の工程にて選択される候補ベクトルは、被検出ブロックに隣接する周囲８ブロックに相当する既検出ブロックの動きベクトルであるとよい。この場合、既検出ブロックの動きベクトルには、前フィールドにて被検出ブロックに対応するブロックの周囲８ブロックの動きベクトルの平均値である平均ベクトルを含むと有利である。また、既検出ブロックの動きベクトルには、前フィールドの平均ベクトルの２倍の値から前々フィールドの平均ベクトルを減算した加速度ベクトルを含むとよい。
【００２４】
【発明の実施の形態】
次に添付図面を参照して本発明による動画像信号の動きベクトル検出回路の実施例を詳細に説明する。図１には、本発明による動きベクトル検出方法が適用された動きベクトル検出回路の一実施例が示されている。本実施例による動きベクトル検出回路は、各フィールド毎に入力する動画像信号をｍ画素×ｎライン（ｍ，ｎは整数）の複数のブロックに分割して、各ブロック毎に１フィールド前の動画像信号での対応のブロックとの間の動きの方向および大きさを表わす動きベクトルを求める動き量検出回路であり、既に検出されている動きベクトルの中から選択された初期偏位ベクトルを起点として、たとえば２回の勾配法演算にて真の動きベクトルを求めるベクトル演算回路である。
【００２５】
特に、本実施例では、初期偏位ベクトルの候補ベクトルとして被検出ブロックに隣接する周囲８ブロックに相当する既検出ブロックの動きベクトルを候補として、それぞれの位置のブロックの動きベクトルが前フィールドにて初期偏位ベクトルとして選択された回数からそれぞれの位置に優先順位を付与しておき、その結果に基づいて現フィールドにおける各ブロックでの初期偏位ベクトルを選択する点が主な特徴点である。
【００２６】
詳細には、本実施例による動きベクトル検出回路は、図１に示すように、ベクトルメモリ１０と、初期偏位ベクトル選択部１２と、優先順位付与部１４と、ベクトル演算部１６とを含む。初期偏位ベクトル選択部１２およびベクトル演算部１６には、それぞれ現フィールド信号Ｂと遅延回路１８を介して前フィールド信号Ｃが供給されて、それぞれフィールド信号をたとえば、８画素×８ラインのブロックに分割して、それぞれのブロック毎に動きベクトルを検出する。
【００２７】
ベクトルメモリ１０は、各ブロック毎に既に検出された少なくとも１フィールド分の動きベクトルを蓄積するＲＡＭ （ｒａｎｄｏｍ ａｃｃｅｓｓ ｍｅｍｏｒｙ）などを含む記憶回路であり、その入力がベクトル演算部１６の出力に接続されて、たとえば分割されたブロックの位置に応じたアドレスに、検出された動きベクトルＫを順次更新して蓄積する記憶回路である。
【００２８】
初期偏位ベクトル選択部１２は、ベクトルメモリ１０に蓄積された既検出ブロックの動きベクトルの中から被検出ブロックの動きに最も近い値の動きベクトルを勾配法演算の起点となる初期偏位ベクトルＧとして選択する選択回路であり、本実施例では被検出ブロックに対応する前フィールドのブロックの周囲８ブロックの動きベクトルを候補ベクトルＬとして読み出して、その中から初期偏位ベクトルを選択する。
【００２９】
より具体的には、本実施例の初期偏位ベクトル選択部１２は、たとえば、図３に示すように、候補ベクトル検出部１２０ と、座標変換部１２２ と、減算部１２４ と、絶対値累算部１２６ と、比較部１２８ と、優先選択部１３０ とを含む。候補ベクトル検出部１２０ は、現フィールド信号Ｂの被検出ブロックの位置に応じてベクトルメモリ１０をアクセスして既検出ブロックの動きベクトル８候補Ｌを読み出すメモリアクセス回路である。読み出した動きベクトルＬは座標変換部１２２ に供給される。
【００３０】
座標変換部１２２ は、それぞれの動きベクトルＬ毎にその動きベクトルにて前フィールドＣのブロックのそれぞれの画素を現フィールドに偏位させるそれぞれ変換回路である。変換した画素信号は、減算部１２４ に供給される。減算部１２４ は、座標変換したブロックのそれぞれの画素値と現フィールドＢのブロックの画素値との差分をとるそれぞれ差分回路である。その結果は絶対値累算部１２６ に供給される。
【００３１】
絶対値累算部１２６ は、それぞれの画素毎の差分値の絶対値をブロックの画素数分累算するそれぞれ累算回路であり、その結果は比較部１２８ にそれぞれ供給される。比較部１２８ は、絶対値累算部１２６ からのそれぞれの累算結果を比較する比較回路であり、その結果が最小となるブロックを優先選択部１３０ に供給する。比較の結果は、最小となるブロックが必ずしも１つとは限らない。
【００３２】
優先選択部１３０ は、比較の結果、最小となるブロックが複数ある場合には、優先順位付与部１４からのそれぞれの位置の優先順位を表わす情報Ｆに従って最も優先順位の高いブロックの動きベクトルを選択する選択回路であり、本実施例では候補ベクトルとして読み出された８ブロックのいずれの位置のブロックが初期偏位ベクトルとして選択されたかを表わす、たとえば３ビットの選択情報Ｄを生成する選択情報生成部１３２ を含む。
【００３３】
図１に戻って、優先順位付与部１４は、初期偏位ベクトル選択部１２からのそれぞれのブロック毎の選択情報Ｄから８ブロックのいずれのブロックの候補ベクトルが選択されたかを少なくとも１フィールドにわたって検出して、それぞれの位置に優先順位を付ける回路であり、本実施例では、たとえば、図２に示すように、候補デコーダ１４２ と、８個のカウンタ１４４ 〜１５８ と、比較回路１６０ と、遅延回路１６２ とを含む。
【００３４】
候補デコーダ１４２ は、３ビットの選択情報Ｄを復号して各ブロック毎に８ブロックのいずれの位置のブロックが選択されたかを検出する検出回路であり、選択された位置に応じたカウンタ１４４ 〜１５８ のいずれかにカウント信号ＤＡ〜ＤＨを供給する信号発生回路である。
【００３５】
カウンタ１４４ 〜１５８ は、候補デコーダ１４２ からのカウント信号ＤＡ〜ＤＨをそれぞれ順次カウントする計数回路であり、本実施例では、候補ベクトルとして選択される８ブロックの位置に応じたＡ候補ないしＨ候補の８個のカウンタにてそれぞれ少なくとも１フィールド分カウントする。それぞれのカウンタ１４４ 〜１５８ の計数結果は順次比較回路１６０ に供給される。
【００３６】
比較回路１６０ は、それぞれのカウンタ１４４ 〜１５８ からの計数結果を比較してそれぞれの位置の優先順位を表わす情報Ｅを出力する情報生成回路であり、本実施例では１フィールド毎に、たとえば、それぞれの位置毎に優先順位を表わす３ビットの情報Ｅを所定の順序にて出力する。
【００３７】
遅延回路１６２ は、比較回路１６０ からの優先情報Ｅを１フィールド分遅延させて出力する情報供給回路であり、本実施例では、前フィールドにて検出された優先情報Ｅが現フィールドの被検出ブロックの初期偏位ベクトルを選択する際の優先情報Ｆとして初期偏位ベクトル選択回路１２に順次供給される。
【００３８】
再び図１に戻って、ベクトル演算部１６は、初期偏位ベクトル選択部１２にて選択された初期偏位ベクトルＧを起点として真の動きベクトルＫを勾配法演算により求める演算回路である。具体的には、同図に示すように、第１の勾配法演算回路２００ と、第１の加算回路２０２ と、第２の勾配法演算回路２０４ と、第２の加算回路２０６ とを含み、たとえば、図５に示すように、初期偏位ベクトルをＶ０として、１回目の偏位分Ｖ１、２回目の偏位分Ｖ２とを求めて、それらを加算した動きベクトルＶ（＝Ｖ０＋Ｖ１＋Ｖ２）を求める。これにより、図４に示すように前フィールドにて座標（ｍ１，ｎ１） にあったブロックが現フィールドにて座標（ｍ１＋α０， ｎ１＋β０）に移動した際にその動き量がベクトルＶとして求められる。
【００３９】
詳しくは、第１の勾配法演算回路２００ は、初期偏位ベクトルＶ０にて前フィールド信号Ｃを偏位させた座標を起点にして現フィールドの動き量を推定した１回目の動き偏位分Ｖ１をたとえば、次式（１） 〜（４） に従って求める演算回路である。
【００４０】
【数１】
Ｖｘ ＝ΣＳＧＮ ΔＸ ・ＤＦＤ／Σ｜ΔＸ ｜ ・・・・（１）
Ｖｙ ＝ΣＳＧＮ ΔＹ ・ＤＦＤ／Σ｜ΔＹ ｜ ・・・・（２）
ΔＸ＝（Ａｎ＋１，ｍ−Ａｎ−１，ｍ）／２ ・・・・（３）
ΔＹ＝（Ａｎ，ｍ＋１−Ａｎ，ｍ−１）／２ ・・・・（４）
ただし、Ｖｘは、動きベクトルＶのｘ方向成分、Ｖｙは動きベクトルＶのｙ方向成分、Ａｎ，ｍはｎ画素、ｍラインの座標の信号値、ΔＸ は画像のｘ方向の勾配、ΔＹ は画像のｙ方向の勾配、ＤＦＤ はフィールド間差分値を示す。また、 ＳＧＮΔＸ 、 ＳＧＮΔＹ はそれぞれ＋，−，０にて表わされる勾配の方向を示す。
【００４１】
第１の加算回路２０２ は、初期偏位ベクトルＶ０と第１の勾配法演算回路２００ にて求めた１回目の動き偏位分Ｖ１を加算する演算回路であり、その結果（Ｖ０＋Ｖ１） を第２の勾配法演算回路２０６ および第２の加算回路２０８ にそれぞれ供給する。
【００４２】
第２の勾配法演算回路２０６ は、第１の加算回路２０２ からの動きベクトルに基づいて第１の勾配法演算回路２００ と同様の演算式（１） 〜（４） にて第２の偏位分Ｖ２を求める演算回路である。その結果は、第２の加算回路２０８ に供給される。
【００４３】
第２の加算回路２０８ は、第１の加算回路２０４ からの加算結果（Ｖ０＋Ｖ１） と第２の勾配法演算回路２０６ からの第２の偏位分Ｖ２を加算する演算回路であり、その出力が検出された真の動きベクトルＫとして出力され、かつベクトルメモリ１０に順次供給される。
【００４４】
以上のような構成において本実施例による動画像信号の動きベクトル検出方法を上記動きベクトル検出回路の動作とともに説明すると、動作状態において、現フィールド信号Ｂと、遅延回路１８を介して入力された前フィールド信号Ｃとは初期偏位ベクトル選択部１２およびベクトル演算部１６に順次供給される。フィールド信号Ｂ，Ｃ を受けた初期偏位ベクトル選択部１２は、まず、候補ベクトル検出部１２０ にてベクトルメモリ１０から被検出ブロックに対応するブロックの周囲８ブロックの動きベクトルを順次読み出す。
【００４５】
次に、読み出された候補ベクトルはそれぞれの座標変換部１２２ に供給されて、前フィールド信号Ｃの対象ブロックをその動きベクトルにて偏位させて、その結果が減算部１２４ に供給される。これにより、それぞれの減算部１２４ では座標変換した前フィールド信号Ｃと現フィールド信号Ｂとのそれぞれの画素毎の差分をとり、その結果を絶対値累算部１２６ に供給する。この結果、それぞれの絶対値累算部１２６ ではそれぞれの画素の差分の絶対値をブロックの画素数分累算して、その結果を比較部１２８ にそれぞれ出力する。
【００４６】
次に、それぞれの候補ベクトルの累算結果を受けた比較部１２８ は、これらを比較して、その結果が最小となるブロックを検出して、その比較結果を優先選択部１３０ に供給する。この場合、唯一のブロックが検出されているとすると、優先選択部１３０ では、累算結果が最小となったブロックの動きベクトルを選択して、これを初期偏位ベクトルＧとしてベクトル演算部１６に供給する。この際、選択されたブロックの位置を表わす選択情報Ｄが生成されて、優先度付与部１４に供給される。
【００４７】
これにより、優先度付与部１４では、選択情報Ｄを受けた候補デコーダ１４２ にてその位置を解読して、対応のカウンタ１４４ 〜１５８ にカウント信号ＤＡ〜ＤＨを供給する。この結果、選択されたブロックの位置のカウンタ１４４ 〜１５８ のいずれかが計数値を更新する。
【００４８】
一方、初期偏位ベクトルＧを受けたベクトル演算部１６では、その初期偏位ベクトルＧにて前フィールドＣの対象ブロックを偏位させて、これを起点として現フィールドＢの対象ブロックとから第１の勾配法演算部２００ にて１回目の偏位分が演算されて、その結果が第１の加算回路２０２ に供給される。次に、第１の加算回路２０２ では、第１の勾配法演算部２００ の演算結果と初期偏位ベクトルとを加算して、その結果を第２の勾配演算部２０４ および第２の加算回路２０６ に供給する。これにより、第２の勾配演算部２０４ では、第１の加算回路２０２ からの加算結果にて前フィールドＣの対象ブロックをさらに偏位させて、これと現フィールドＢの対象ブロックとから２回目の偏位分を演算する。その結果は、さらに第２の加算回路２０６ に供給されて、第１の加算回路２０２ の演算結果と加算される。
【００４９】
この結果、現フィールドＢの一つの被検出ブロックの真の動きベクトルが検出されて出力されるとともに、ベクトルメモリ１０の所定のアドレスに供給され、更新される。
【００５０】
以下、同様にそれぞれの被検出ブロックにてそのブロックの前に検出された少なくとも１フィールド分の動きベクトルの中から被検出ブロックの近傍の８ブロックに相当するブロックの動きベクトルがベクトルメモリ１０から読み出されて、被検出ブロックの動きに最も近い値の動きベクトルが初期偏位ベクトルとして選択されて、これを起点にして２回の勾配法演算にて真の動きベクトルが検出される。
【００５１】
しかし、初期偏位ベクトルを選択する際に、前フィールド信号を候補ベクトルにて偏位した信号値と現フィールド信号値の差分の絶対値の累計が最小となるブロックが必ずしも１つになるとは限らない場合がある。たとえば、被検出ブロックとその周囲８ブロックの画素値が同様な値の物体であって、画面がパーニングされて、同様の動きベクトルを有している場合、それぞれの累算結果は同様な値となる。この場合、初期偏位ベクトル選択部１２の比較部１２８ からは複数のブロックを最小とみなして、その結果を優先選択部１３０ に順次供給する。
【００５２】
一方、優先選択部１３０ には前フィールドでの８ブロックの優先順位を表わす情報Ｆが優先度付与部１４から供給されており、優先選択部１３０ は比較部１２８ からの最小となる複数のブロックの中から優先順位の高いブロックを選択して、これを初期偏位ベクトルＧとしてベクトル演算部１６に供給する。この結果、画面全体の特徴に応じた動きのブロックが選択されて、その動きベクトルが初期偏位ベクトルとして選択される。
【００５３】
以下、同様に優先度付与部１４から前フィールドの８ブロックの優先順位Ｆが初期偏位ベクトル選択部１２に供給されることにより、初期偏位ベクトル選択部１２にて初期偏位ベクトルを選択する際に、候補ベクトルにて偏位した前フィールドと現フィールドとのブロックの差分値の絶対値累計が複数個、最小となるブロックが現われた場合に、前フィールドにて優先順位の高いブロックの動きベクトルが初期偏位ベクトルとして選択される。
【００５４】
以降、それぞれのフィールドにおいて上記と同様に、各ブロック毎にベクトルメモリ１０に蓄積された動きベクトルの中から映像全体の動きの特徴に応じた初期偏位ベクトルＧが選択されて、その初期偏位ベクトルを起点として真の動きベクトルが検出される。
【００５５】
以上のように本実施例の動きベクトル検出回路および動きベクトル検出方法によれば、各フィールドにて被検出ブロックに対する周辺８ブロックのいずれのブロックの位置の候補ベクトルが多く選択されたかを計数して、その選択回数に応じてそれぞれの位置に優先順位を付与するようにしたので、初期偏位ベクトル選択部１２にて初期偏位ベクトルを選択する際に、複数のブロックの候補ベクトルが最適となった場合に、少なくとも前フィールドの優先順位に基づいてその中から映像の特徴に応じたより最適な候補ベクトルを初期偏位ベクトルとして選択することができる。この結果、各ブロックにおいてまちまちになっていた箇所の初期偏位ベクトルの選択を統一することができる。したがって、誤検出を少なくすることができ、動きベクトルの検出精度を向上することができた。
【００５６】
なお、上記実施例ではフィールド信号を用いたインタレース方式の画像信号を例に挙げて説明したが、本発明においてはノンインタレース方式の画像信号に適用してもよい。この場合、本命最初におけるフィールド信号をフレーム信号に読み替えるとよい。
【００５７】
また、上記実施例では、初期偏位ベクトル選択部１２にてフィールド間差分の絶対値の累算結果を比較して、その結果が複数個、最小となる場合に優先順位Ｆを考慮して初期偏位ベクトルを選択するようにしたが、本発明においては、あらかじめ優先順位Ｆに応じて、たとえば優先順位が低いほど大となる所定の値を累算結果に加算しておき、その結果を比較するようにしてもよい。この場合、初期偏位ベクトル選択部は、たとえば図６に示すように、それぞれの絶対値累算部１２６ の出力に、優先順位Ｆに応じた所定値をそれぞれ加算する加算部１３８ と、それらの値を設定する加算値設定部１４０ を設けるとよい。この場合、優先選択部１３０ を省いて、比較部１２８ に選択情報生成部１３２ を設けるとよい。
【００５８】
さらに、上記実施例では、優先度付与部１４のカウンタ１４４ 〜１５８ にて１フィールド分の選択回数をカウントするようにしたが、本発明においては、これに限らず、数フィールドにわたってカウントするようにしてもよい。この場合、比較回路１６０ にて計数を累計した選択回数をフィールド毎に比較してその結果を遅延回路１６２ を介して順次フィールド毎に出力するようにしてもよい。
【００５９】
またさらに、上記実施例では被検出ブロックに対応するブロックの周辺８ブロックを候補ベクトルとして選択するようにしたが、本発明においては、たとえば前フィールドでの被対象ブロックの周辺８ブロックを含む平均ベクトル、または前フィールドの平均ベクトルの２倍の値から前々フィールドの平均ベクトルを引いた加速度ベクトルを候補ベクトルなどの他の候補ベクトルを含むようにしてもよい。この場合、これらを初期偏位ベクトルとして選択した際に、その選択回数をカウントするカウンタを優先度付与部１４にさらに設けるとよい。
【００６０】
【発明の効果】
このように本発明の動画像信号の動きベクトル検出回路および動きベクトル検出方法によれば、既検出の動きベクトルの中から初期偏位ベクトルを選択して、これを用いて動きベクトルを検出する際に、少なくとも１フィールドにわたって候補ベクトルのそれぞれ位置の選択回数を検出して、それぞれの位置に優先順位を付与しておき、その前フィールドまでの優先順位に基づいて初期偏位ベクトルを選択するようにしたので、映像の特徴に応じた初期偏位ベクトルを選択することができる。この結果、各ブロックにてまちまちに選択されていた初期偏位ベクトルを映像の特徴に応じた位置の候補ベクトルから選択することができ、初期偏位ベクトルの誤検出を少なくすることができる。したがって、映像の特徴に応じて動きベクトルの検出精度を向上させることができる優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による動きベクトル検出回路の一実施例を示すブロック図である。
【図２】図１の実施例による動きベクトル検出回路の優先度付与部の構成例を示すブロック図である。
【図３】図１の実施例による動きベクトル検出回路の初期偏位ベクトル選択部の構成例を示すブロック図である。
【図４】図１の実施例による現フィールド信号と前フィールド信号のそれぞれの対象ブロックの関係を示す図である。
【図５】図１の実施例による動きベクトル検出の原理を示す図である。
【図６】図１の実施例による動きベクトル検出回路の初期偏位ベクトル選択部の他の構成例を示すブロック図である。
【符号の説明】
１０ ベクトルメモリ
１２ 初期偏位ベクトル選択部
１４ 優先度付与部
１６ ベクトル演算部
１４２ 候補デコーダ
１４４ 〜１５８ カウンタ
１６０ 比較回路
１６２ 遅延回路
Claims (20)
- 動画像信号のそれぞれのフィールドを所定の大きさの複数のブロックに分割し、それぞれのブロック毎に少なくとも１フィールド間以上離れた信号間にて動きの大きさおよび方向を表わす動きベクトルを検出する動画像信号の動きベクトル検出回路において、該回路は、
各ブロック毎に検出された動きベクトルを少なくとも１フィールド分蓄積する記憶手段と、
該記憶手段に蓄積された動きベクトルの中から被検出ブロックの近傍の複数のブロックの動きベクトルを候補ベクトルとして読み出して、該候補ベクトルの中から被検出ブロックの動きに最も近い値の動きベクトルを初期偏位ベクトルとして選択する初期偏位ベクトル選択手段と、
該初期偏位ベクトル選択手段にて選択した初期偏位ベクトルを起点として複数回の勾配演算を行なって被検出ブロックの真の動きベクトルを求めるベクトル演算手段とを含み、
さらに該回路は、前記初期偏位ベクトル選択手段にて選択した初期偏位ベクトルが被検出ブロックに対していずれの位置にあったブロックの動きベクトルであるかをそれぞれの位置毎に少なくとも１フィールドにわたって検出して、それぞれの位置に選択回数の多い順に優先順位を付与し、それぞれの位置の優先順位を前記初期偏位ベクトル選択手段に供給する優先度付与手段を有し、
前記初期偏位ベクトル選択手段は、前記候補ベクトルの内、被検出ブロックの動きに最も近い値の動きベクトルが複数ある場合には、少なくとも前フィールドで得られた優先順位に基づいて複数の位置の候補ベクトルの中から初期偏位ベクトルを選択することを特徴とする動画像信号の動きベクトル検出回路。 - 請求項１に記載の回路において、前記優先度付与手段は、
前記初期偏位ベクトル選択手段にて初期偏位ベクトルとして各ブロック毎に選択された候補ベクトルのブロックの位置をそれぞれの位置毎にその選択回数を順次計数する複数の計数手段と、
該計数手段での計数結果を比較する比較手段と、
該比較手段での比較結果を少なくとも１フィールド分遅延させて出力する出力手段とを含み、
該出力手段からの出力がそれぞれの位置の優先順位として前記初期偏位ベクトル選択手段に供給されることを特徴とする動きベクトル検出回路。 - 請求項２に記載の回路において、
前記初期偏位ベクトル選択手段は、複数の候補ベクトルの中から初期偏位ベクトルを選択した際に、その候補ベクトルのブロックの被検出ブロックに対する位置を所定のビット数の選択情報として前記優先度付与手段に供給する選択情報生成手段を含み、
前記優先度付与手段は、前記選択情報生成手段からの選択情報を受けて、該選択情報から選択されたブロックの位置を解読して、その位置に対応する前記計数手段にカウント信号を供給する候補デコーダを有することを特徴とする動きベクトル検出回路。 - 請求項１に記載の回路において、前記初期偏位ベクトル選択手段は、それぞれの候補ベクトルにて偏位させたブロックと被検出ブロックのフィールド間差分値を画素毎に求めて、その結果の絶対値の累計が最小となるブロックの動きベクトルを初期偏位ベクトルとして選択することを特徴とする動きベクトル検出回路。
- 請求項４に記載の回路において、前記初期偏位ベクトル選択手段は、フィールド間差分値の絶対値の累計が最小となるブロックが複数ある場合に、前記優先度付与手段からの優先順位の高い位置のブロックの候補ベクトルを初期偏位ベクトルとして選択することを特徴とする動きベクトル検出回路。
- 請求項４に記載の回路において、前記初期偏位ベクトル選択手段は、フィールド間差分値の絶対値の累計にそれぞれの位置の優先順位に応じた所定値を加算して、その結果の値を比較して、初期偏位ベクトルを選択することを特徴とする動きベクトル検出回路。
- 請求項６に記載の回路において、優先順位に応じた所定値は、優先順位が低いほど大となることを特徴とする動きベクトル検出回路。
- 請求項１に記載の回路において、前記初期偏位ベクトル選択手段は、被検出ブロックに隣接する周囲８ブロックに相当する既検出ブロックの動きベクトルを候補ベクトルとして前記蓄積手段から読み出すことを特徴とする動きベクトル検出回路。
- 請求項８に記載の回路において、既検出ブロックの動きベクトルには、前フィールドにて被検出ブロックに対応するブロックの周囲８ブロックの動きベクトルの平均値である平均ベクトルを含むことを特徴とする動きベクトル検出回路。
- 請求項８に記載の回路において、既検出ブロックの動きベクトルには、前フィールドの平均ベクトルの２倍の値から前々フィールドの平均ベクトルを減算した加速度ベクトルを含むことを特徴とする動きベクトル検出回路。
- 動画像信号のそれぞれのフィールドを所定の大きさのブロックに分割して、それぞれのブロック毎に少なくとも１フィールド以上離れた信号間にて動きの大きさおよび方向を表わす動きベクトルを検出する動画像信号の動きベクトル検出方法において、該方法は、
既検出ブロックの動きベクトルの中から少なくとも被検出ブロックの近傍の複数のブロックの動きベクトルを候補ベクトルとして選択する第１の工程と、
該第１の工程にて選択した候補ベクトルの中から被検出ブロックの動きに最も近い値の動きベクトルを初期偏位ベクトルとして選択する第２の工程と、
該第２の工程にて選択した初期偏位ベクトルを起点として複数回の勾配演算を行なって被検出ブロックの真の動きベクトルを求める第３の工程とを含み、
さらに該方法は、前記第２の工程にて初期偏位ベクトルを選択する際に、初期偏位ベクトルが被検出ブロックに対する既検出ブロックのいずれの位置から選択された候補ベクトルであるかをそれぞれの位置毎に少なくとも１フィールドにわたって検出して、それぞれの位置に選択回数の多い順に優先順位を付与し、それぞれの位置の優先順位を前記第２の工程に供給しておく第４の工程を含み、
前記第２の工程は、前記候補ベクトルの内、被検出ブロックの動きに最も近い値の動きベクトルが複数ある場合には、少なくとも前フィールドで得られた優先順位に基づいてそれぞれの位置の候補ベクトルの中から最適な初期偏位ベクトルを選択することを特徴とする動画像信号の動きベクトル検出方法。 - 請求項11に記載の方法において、前記第４の工程は、前記第２の工程にて初期偏位ベクトルとして各ブロック毎に選択された候補ベクトルのブロックの位置をそれぞれの位置毎にその選択回数を順次計数して、該計数結果のそれぞれを比較して、その結果からそれぞれの位置に優先順位を付与することを特徴とする動きベクトル検出方法。
- 請求項12に記載の方法において、
前記第２の工程にて初期偏位ベクトルとして選択された候補ベクトルのブロックの被検出ブロックに対するそれぞれの位置は、所定のビット数の選択情報として生成され、
前記第４の工程は、第２の工程にて各ブロック毎に生成された選択情報から選択されたブロックの位置を解読して、その位置毎のカウント信号を生成してそれぞれの位置毎の選択回数を少なくとも１フィールドにわたって計数することを特徴とする動きベクトル検出方法。 - 請求項11に記載の方法において、前記第２の工程は、前記第１の工程にて選択したそれぞれの候補ベクトルにて偏位させたブロックと被検出ブロックのフィールド間差分値を画素毎に求めて、その結果の絶対値の累計が最小となるブロックの動きベクトルを初期偏位ベクトルとして選択することを特徴とする動きベクトル検出方法。
- 請求項14に記載の方法において、前記第２の工程は、フィールド間差分値の絶対値の累計を求めた際に、その結果が最小となるブロックが複数ある場合に、その中から前記第４の工程にて求めた前フィールドでの優先順位の高い位置のブロックの候補ベクトルを初期偏位ベクトルとして選択することを特徴とする動きベクトル検出方法。
- 請求項14に記載の方法において、前記第２の工程は、フィールド間差分値の絶対値の累計を求めた後に、その累計値にそれぞれの位置の優先順位に応じた所定値を加算しておき、その結果の値を比較して最小値となるブロックの動きベクトルを求めることを特徴とする動きベクトル検出方法。
- 請求項16に記載の方法において、優先順位に応じた所定値は、優先順位が低いほど大となることを特徴とする動きベクトル検出方法。
- 請求項11に記載の方法において、前記第１の工程にて選択される候補ベクトルは、被検出ブロックに隣接する周囲８ブロックに相当する既検出ブロックの動きベクトルであることを特徴とする動きベクトル検出方法。
- 請求項18に記載の方法において、前記既検出ブロックの動きベクトルには、前フィールドにて被検出ブロックに対応するブロックの周囲８ブロックの動きベクトルの平均値である平均ベクトルを含むことを特徴とする動きベクトル検出方法。
- 請求項18に記載の方法において、前記既検出ブロックの動きベクトルには、前フィールドの平均ベクトルの２倍の値から前々フィールドの平均ベクトルを減算した加速度ベクトルを含むことを特徴とする動きベクトル検出方法。
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