JP4049831B2 - 客体の輪郭映像検知/細線化装置及びその方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、映像フレームに於ける客体の輪郭映像を検知しかつ細線化(thinning)することによって、低減された量のディジタルデータによる輪郭映像の表現を可能にする方法及び装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来のテレビ電話、通信会議及び高精細度テレビシステムのようなディジタルテレビシステムに於いて、映像フレーム信号の映像ライン信号が画素値と呼ばれる一連のディジタルデータからなるため、各映像フレーム信号を画定するのに大量のディジタルデータが必要となる。しかし、テレビ電話と通信会議システムのような低ビットレートのビデオ信号符号化器の場合に於いて、通常の伝送チャンネルの利用可能な周波数帯域が制限されているので、そのような大量のディジタルデータを制限された帯域幅を通じて伝送するためには、様々なデータ圧縮技法を用いてデータを圧縮して、データの量を減らさなければならない。
【0003】
低ビットレートの符号化システムのビデオ信号を符号化する符号化方法の中には、いわゆる客体指向の分析、合成符号化技法(Michael Hotterの論文、“Object-Oriented Analysis-Synthesis Coding Based on Moving Two-Dimensional Objects”,Signal Processing:Image Communication 2,409-428頁(1990年)参照)がある。
【0004】
この客体指向の分析、合成符号化技法によると、入力ビデオ映像は複数の客体に分けられる。また、各客体の動き、輪郭及び画素データを規定する3組のパラメータは、異なる符号化チャンネルを通じて処理される。
【0005】
客体の輪郭映像の処理に於いて、当然に、輪郭情報は客体形態の分析及び合成に重要な要素である。また、特徴点に基づく動き推定技法に於いても、輪郭情報は、特徴点を選定するのに必要である。ここで、フレームに於ける客体の動きを表しうる画素として定義される特徴点は、輪郭情報に基づいて選択される。
【0006】
輪郭情報を表すための方法の一例としては、グラジエントオペレータ(gradient operator)(例えば、ソベルオペレータ(sobel operator))を採用するエッジ検知技法がある。このような技法に於いては、ソベルオペレータを用いて映像フレームに於ける全ての画素に対する画素強さ(pixel intensity)の方向性グラジエント大きさが求められる。映像フレームに於けるエッジ点は、映像フレームに於ける各画素に対するグラジエント大きさと予め定められた閾値とを比較することによって検知される(この際、グラジエント大きさが予め定められたしきい値を超える画素点がエッジ点である)。この検知されたエッジ点は輪郭映像を構成する。しかし、通常のエッジ検知技法によって表される輪郭映像は輪郭を表す線の幅がだいたい2つまたはそれ以上の画素からなり、輪郭映像を表すには大量のデータが必要となる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の主な目的は、映像フレームに於ける客体の輪郭映像を検知しかつ細線化(thinning)することによって、輪郭映像をより少ない量のディジタルデータにて表しうる改善された方法及び装置を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明によると、ビデオ信号符号化器に用いられ、映像フレームに於ける客体の輪郭映像を検知しかつ細線化するための装置は、前記映像フレームに於ける画素に対する、前記映像フレームに於ける1つの画素とその画素を取り囲む隣接した画素との間の差を表すエッジ値を計算すると共に、前記エッジ値が予め定められたしきい値より大きいような画素位置であるエッジ点を検知する手段と、
前記検知されたエッジ点からなり、映像フレームに於ける客体の境界をトレースし、かつ前記映像フレーム内の客体の境界上にある画素の位置データと前記各画素位置に対応するエッジ値とを有する境界情報を与える、輪郭映像を発生する手段と、
前記各エッジ点に於けるエッジ値と複数のエッジ値からなる組に含まれた各々のエッジ値とを比較することによって、前記輪郭映像を細線化する手段であって、前記各々のエッジ値からなる組が前記各エッジ点を取り囲む隣接した画素に対応するエッジ値から選択された一連の3つのエッジ値を有する、該手段とを含む。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しながらより詳しく説明する。
【001】
図1を参照すると、本発明による、輪郭映像を検知しかつ細線化する装置のブロック図が示されている。図示したように、入力ディジタルビデオ信号は、輪郭検知ユニット200に接続されている第1フレームメモリ100内に、現フレームあるいは前フレーム信号として格納される。この第1のフレームメモリ100からのフレーム信号は、輪郭検知ユニット200に入力されて映像フレームに於ける客体の境界上のエッジ点を検知すると共に、客体の輪郭映像を発生する。
【002】
この輪郭検知ユニット200は、例えば、以降与えられた式(1)を用いて映像フレームに於ける全ての画素に対するエッジ値を計算し、計算されたエッジ値をそれらの各画素位置に割当することによって、輪郭映像を提供する。式(1)は画素位置(x,y)に於けるエッジ値を表し、次のように画定される。
【003】
【数1】
【004】
ここで、I(x,y)及びI(x+i,y+j)は画素位置(x,y)及び(x+i,y+j)に於ける映像の画素値を表す。
【005】
より詳しくは、映像フレームに於ける1つの画素(「目標画素」)に対するエッジ値を特定するために、目標画素は第1のフレームメモリ100から取り出されると共に、最大値検知器210へ送られる。その次に、システム制御器(図示せず)の制御下に、目標画素を取り囲む隣接した8つの画素が、第1のフレームメモリ100から順次取り出されて、最大値検知器210へ提供される。この最大値検知器210は、目標画素と隣接した8つの画素各々との差を計算して、最も大きい値である最大差分値を比較器220へ提供する。
【006】
比較器220にて、エッジ点を検知するため最大値検知器210からの最大差分値と予め定められた閾値THとが比較される。一般に、この予め定められた閾値THは、雑音の影響を除去するのに適正な値である6として定められる。最大差分値は、THより大きければ第2のフレームメモリ230へ提供され、目標画素に対するエッジ値として格納されて、そうでなければ「ゼロ」が第2フレームメモリ230へ提供されて目標画素に対するエッジ値として格納される。画素位置は最大差分値がTHを超える場合のエッジ点を表す。このような方式で、映像フレームに於ける全ての画素に対するエッジ値が決定されると共に、第2フレームメモリ230に格納される。ここで、検知されたエッジ点の位置は輪郭映像を形成する。この輪郭映像は、映像に於いて客体の境界をトレースする(tracing)境界情報を提供する。この前記境界情報は、映像フレーム内に於ける客体の境界上にある画素の位置データと各々の画素位置に対応するエッジ値とを含む。
【007】
図2を参照すると、本発明に採用されたエッジ点検知技法を説明するための図面が示されている。2つの一次元画素A及びBがあり、それらの画素値が各々15及び55であることを仮定して、ソベルオペレータを採用する公知のエッジ検知技法を用いる場合、ある画素の位置に於けるグラジエント大きさは、その画素位置の方向性グラジエントの絶対値により定義される。ここで、エッジ点は、そのグラジエント大きさが予め定められたの閾値THを超過する画素位置を表す。従って、値THがAとBとの間の差の絶対値より小さければ、A、Bともにエッジ点として検知される。
【008】
一方、本発明によれば、A−Bの差分値(即ち、−40)が予め定められたしきい値TH(即ち、6)より小さいので、画素Bのみエッジ点として選定される。
【009】
図1を再度参照すると、輪郭検知ユニット200によって発生された輪郭映像データは、輪郭細線化ユニット300へ供給され、更に処理される。輪郭細線化ユニット300は、輪郭映像に於けるエッジ点に対する各々のエッジ値と複数のエッジ値の組とを比較することによって、輪郭映像を細線処理する。ここで各エッジ値からなる組の各々は、各々のエッジ点を取り囲む隣接した8つの画素に対応するエッジ値から選択される一連の3つのエッジ値を有する。
【0010】
本発明によると、システム制御器(図示せず)は、第2のフレームメモリ230から1つのエッジ値(目標エッジ値)とそれを取り囲む隣接した8つのエッジ値とを取り出して、レジスタ群310へ与える。ここで、前記目標エッジ値は、輪郭映像のエッジ点に対応するエッジ値中の1つを表す。レジスタ群310は通常のレジスタからなり、複数の比較器320、330、340及び350に接続されている。
【0011】
詳述すると、目標エッジ値はレジスタREG.1に、隣接した8つのエッジ値はレジスタREG.2乃至REG.9に各々格納されている。図3には、目標エッジ値a1とそれに隣接した8つのエッジ値a2乃至a9が例示的に示されている。a1はREG.1に格納されて、a2乃至a9は各々REG.2乃至REG.9に格納される。
【0012】
本発明の好適な実施の形態によると、REG.1からの目標エッジ値a1は、ライン10を通じて4つの比較器320、330、340及び350に各々入力され、4つのエッジ値からなる組(即ち、(a2,a3,a5)、(a3,a4,a6)、(a6,a8,a9)及び(a5,a7,a8))内の各エッジ値と比較される。ここで、各エッジ値の組は、目標エッジ値a1を取り囲む隣接した8つのエッジ値a2乃至a9から選択される、一連の3つのエッジ値を有する。4つの比較器各々には、4つのエッジ値の組中の何れか1組が入力される。
【0013】
本発明の他の実施の形態に於いては、目標エッジ値a1は、8つのエッジ値よりなる組(即ち、(a2,a3,a4)、(a3,a4,a6)、(a4,a6,a9)、(a6,a8,a9)、(a7,a8,a9)、(a5,a7,a8)、(a2,a5,a7)及び(a2,a3,a5))に於ける各エッジ値と比較するために8つの比較器へ与えられ、また、各8つの比較器には8つのエッジ値の組の中のいずれか1つが入力される。
【0014】
本発明の好適な実施の形態に於いては、各々の比較器320、330、340及び350は、目標エッジ値a1が各エッジ値の組の中の全てのエッジ値より小さければ、ローレベルの信号を、そうでなければハイレベルの信号を発生し、ANDゲート360へ与える。即ち、比較器320は、REG.1からラインL10上の目標エッジ値a1と、REG.2、REG.3及びREG.5からラインL20、30及び50上のエッジ値a2、a3及びa5とを比較すると共に、1がa2、a3及びa5より小さければローレベルの信号を、そうでなければハイレベル信号を発生し、ANDゲート360へ与える。同様に、比較器330、340及び350はそれらの入力に対して比較器320と同一の機能を果たすことによって、ローレベルまたはハイレベルの信号を発生し、ANDゲート360へ与える。このANDゲート360は、その4個の入力に対して論理積の演算を行うと共に、ローレベルまたはハイレベルの信号を発生し、第3フレームメモリ370へ与える。ANDゲート360は、入力された全ての入力信号がハイレベルの場合のみ、ハイレベルの信号を発生する。ANDゲート360からの論理信号は、システム制御器(図示せず)によって予め「ゼロ」にセットされている第3フレームメモリ370を更新する。このような方式で、輪郭映像に於ける全てのエッジ点に対するエッジ値が、本発明の輪郭細線化ユニット300を通じて処理される。
【0015】
図4を参照すると、10×10画素のフレームが例示的に示されている。もし、輪郭検知ユニット200によって検知されたエッジ点とそれらのエッジ値とが、図4に例示されているようになっているならば、Xで表示されたエッジ点は輪郭細線化ユニット300によって除去される。即ち、輪郭映像35は、輪郭細線化ユニット300を用いてX表示されたエッジ点を除去することによって細線化され、細線化された輪郭映像はフレームメモリ370に格納される。従って、第3フレームメモリ370からの細線化された輪郭映像は、より低減されたエッジ点にて映像フレームに於ける客体の境界を表すことができる。
【0016】
上記に於いて、本発明の特定の実施の形態について説明したが、本発明の範囲を逸脱することなく当業者は種々の改変をなし得るであろう。
【0017】
【発明の効果】
従って、本発明によれば、本発明による細線化過程を通じ、輪郭映像を構成するエッジ点の数を減らすことによって、輪郭映像をより少ない量のディジタルデータにて表すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に基づく、輪郭映像を検知しかつ細線化する装置のブロック図である。
【図2】本発明に於いて用いられるエッジ点検知技法を説明するための図である。
【図3】目標エッジ値とその周りに隣接したエッジ値とを例示する図である。
【図4】本発明による輪郭映像の細線化過程を説明するために例示的に示したフレームである。
【符号の説明】
100 第1フレームメモリ
200 輪郭検知ユニット
210 最大値検知器
220、320、330、340、350 比較器
230 第2フレームメモリ
300 輪郭細線化ユニット
310 レジスタ群
360 ANDゲート
370 第3フレームメモリ
Claims (2)
- ビデオ信号符号化器に用いられ、映像フレームに於ける客体の輪郭映像を検知しかつ細線化するための装置であって、前記映像フレームに於ける画素に対する、前記映像フレームに於ける1つの画素とその画素を取り囲む隣接した画素との間の差を表すエッジ値を計算すると共に、前記エッジ値が予め定められたしきい値より大きいような画素位置であるエッジ点を検知する手段と、前記検知されたエッジ点からなり、映像フレームに於ける客体の境界をトレースし、かつ前記映像フレーム内の客体の境界上にある画素の位置データと前記各画素位置に対応するエッジ値とを有する境界情報を与える、輪郭映像を発生する手段と、前記各エッジ点に於けるエッジ値と複数のエッジ値からなる組に含まれた各々のエッジ値とを比較することによって、前記輪郭映像を細線化する手段であって、前記各々のエッジ値からなる組が前記各エッジ点を取り囲む隣接した画素に対応するエッジ値から選択された一連の3つのエッジ値を有する、該手段とを含み、前記予め定められたしきい値は、雑音の影響を除去するのに適正な値として定められ、
前記細線化手段が、
目標エッジ値と該目標エッジ値を取り囲む隣接した8つのエッジ値とを格納するためのレジスタ群であって、前記目標エッジ値は、前記輪郭映像に於けるエッジ点中の1つに対応するエッジ値を表す、該レジスタ群と、
前記隣接した8つのエッジ値を複数のエッジ値からなる組に分ける手段であって、前記各々のエッジ値の組は、前記各エッジ点を取り囲む隣接した画素に対応するエッジ値から選択された一連の3つのエッジ値を有する、該手段と、
前記目標エッジ値と前記各エッジ値の組に含まれた各々のエッジ値とを比較する手段であって、前記目標エッジ値が各々の前記エッジ値の組内の各エッジ値より小さい場合、ローレベルの信号を、そうでない場合にはハイレベルの信号を発生する、該手段と、
前記比較手段が発生する信号が全てハイレベルの信号である場合のみ、所定信号を細線化出力として発生する手段と
を有することを特徴とする客体の輪郭映像検知/細線化装置。 - ビデオ信号符号化器に用いられ、映像フレームに於ける客体の輪郭映像を検知しかつ細線化するための方法であって、
(a)前記映像フレームに於ける画素に対する、前記映像フレームに於ける1つの画素とその画素を取り囲む隣接した画素との間の差を表すエッジ値を計算すると共に、前記エッジ値が予め定められたしきい値より大きいような画素位置であるエッジ点を検知する過程と、
(b)前記検知されたエッジ点からなり、映像フレームに於ける客体の境界をトレースし、かつ前記映像フレーム内の客体の境界上にある画素の位置データと前記各画素位置に対応するエッジ値とを有する境界情報を与える、輪郭映像を発生する過程と、
(c)前記各エッジ点に於けるエッジ値と複数のエッジ値からなる組に含まれた各々のエッジ値とを比較することによって、前記輪郭映像を細線化する過程であって、前記各々のエッジ値からなる組が前記各エッジ点を取り囲む隣接した画素に対応するエッジ値から選択された一連の3つのエッジ値を有する、該過程とを含み、前記予め定められたしきい値は、雑音の影響を除去するのに適正な値として定められ、
前記細線化過程(c)が、
(c1)前記輪郭映像に於けるエッジ点中の1つに対応するエッジ値である目標エッジ値と、該目標エッジ値を取り囲む隣接した8つのエッジ値とを格納する過程と、
(c2)前記隣接したエッジ値を前記エッジ値からなる組に分ける過程であって、前記各々のエッジ値の組は、前記各エッジ点を取り囲む隣接した画素に対応するエッジ値から選択された一連の3つのエッジ値を有する、該過程と、
(c3)前記目標エッジ値と前記各エッジ値の組に含まれた各々のエッジ値とを比較する過程であって、前記目標エッジ値が各々の前記エッジ値の組内の各エッジ値より小さい場合、ローレベルの信号を、そうでない場合にはハイレベルの信号を発生する、該過程と、
前記比較過程で発生する信号が全てハイレベルの信号である場合のみ、所定信号を細線化出力として発生する過程と
を有することを特徴とする客体の輪郭映像検知/細線化方法。
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