JP5102174B2 - フレームレート変換方法、フレームレート変換装置、フレームレート変換プログラムおよびそのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体 - Google Patents
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Description
しかしながら、フレーム間引きと単純平均のいずれの方法も、動き補償を伴う動画像符号化を想定した手法ではなく、ダウンサンプリング後の映像信号の符号化効率の観点からは最適な手法とはいえない。
Wi ={ωi 〔−Δ〕, .... ,ωi 〔Δ−1〕}
を用いたフィルタリングにより、ダウンサンプリング後のフレームを得ることとする。
信号^f(x,iMδt ,Wi )をサイズSの区間B〔k〕(k=0,1, .... ,K−1)に分割し、各区間B〔k〕(k=0,1, .... ,K−1)を単位として動き補償(推定変移量di =(di 〔0〕, .... ,di 〔K−1〕))を行った場合、その区間内の動き補償後の予測誤差電力は下記の式(4)のように表現できる。なお、「^X」(Xは文字)における記号^は、「X」の上に付く記号を示している。
(イ)まず、動き補償予測誤差電力σi 2 (Wi (0) ,di )を最小化するように、変移量d〔k〕(k=0,1, .... ,K−1)を算出する。この算出方法については、別途、外部から与えられる動き推定方法を用いる。例えば、フルサーチを用いる。ここで求めた変移量をd〔k〕(0) (k=0,1, .... ,K−1)とする。
このときに用いる終了条件としては、以下のようなものがある。
繰り返し回数の上限を定める。この場合、繰り返し回数をnとして、nが予め定めた閾値Nより大きくなった時点に繰り返し処理を終了とする。
繰り返し処理によるフィルタ係数の変化量で判定する。n回目のフィルタ係数の算出結果とn−1回目のフィルタ係数の算出結果との差が、予め設定した閾値εw 以下となる場合に繰り返し処理を終了とする。すなわち、下記の式(6)が成立する場合に繰り返し処理を終了とする。
繰り返し処理による予測誤差電力の変化量で判定する。n回目の予測誤差電力とn−1回目の予測誤差電力との差が、予め設定した閾値εe 以下となる場合に繰り返し処理を終了とする。すなわち、下記の式(7)が成立する場合に繰り返し処理を終了とする。
本発明のフレームレート変換装置は、高フレームレート映像信号の複数フレームをフィルタ係数を使って重み付け加算することで1つのフレームに置き換えるフィルタリングを実行することで、高フレームレート映像信号のフレームをダウンサンプリングして低フレームレート映像信号に変換することを実現するために、(1)ダウンサンプリング比を入力する入力手段と、(2)高フレームレート映像信号の先頭フレームを含む所定の範囲内にある複数フレームに対しての予め設定されたフィルタ係数を用いたフィルタリングによりダウンサンプリング後の先頭フレームを生成したり、高フレームレート映像信号のフレームの中からダウンサンプリング後の先頭フレームとなるフレームを選択することでダウンサンプリング後の先頭フレームを生成する先頭フレーム生成手段と、(3)先頭フレーム生成手段や後述するフレーム生成手段によりダウンサンプリング後のフレームを生成した場合に、入力手段の入力したダウンサンプリング比と高フレームレート映像信号のフレーム間隔とに基づく等長間隔のダウンサンプリングにより規定される次のフレーム位置(ダウンサンプリング位置)を特定する特定手段と、(4)特定手段の特定したフレーム位置を含む所定の範囲内にある複数フレームに対してのフィルタリングにより生成される低フレームレート映像信号の符号化効率を示す値が最適なものとなるフィルタ係数を算出する算出手段と、(5)特定手段の特定したフレーム位置を含む所定の範囲内にある複数フレームを算出手段の算出したフィルタ係数を使ってフィルタリングすることで、特定手段の特定したフレーム位置のフレームに置き換えるダウンサンプリング後のフレームを生成するフレーム生成手段とを備えるように構成する。
(1)フレーム数J、フレーム間隔δt 、ダウンサンプリング比M、フィルタ係数初期値Wi (0) 、フィルタリングの対象となるフレーム数を指定する値Δi 、フィルタ係数の終了条件の判定用閾値を読み込む入力部1210と、
(2)高フレームレート映像信号の先頭フレームを含む所定の範囲内にある複数フレームに対しての予め設定されたフィルタ係数を用いたフィルタリングによりダウンサンプリング後の先頭フレームを生成したり、高フレームレート映像信号のフレームの中からダウンサンプリング後の先頭フレームとなるフレームを選択することでダウンサンプリング後の先頭フレームを生成する先頭フレーム生成部1211と、
(3)先頭フレーム生成部1211や後述するフレーム生成部1217がダウンサンプリング後のフレームを生成した場合に、入力部1210の入力したダウンサンプリング比Mと高フレームレート映像信号のフレーム間隔δt とに基づく等長間隔のダウンサンプリングにより規定される次のフレーム位置を特定する次フレーム位置特定部1212と、
(4)次フレーム位置特定部1212の特定したフレーム位置の近傍に位置する複数のフレームに対して、その時点のフィルタ係数を使ったフィルタリング処理を実行するフィルタリング実行部1213と、
(5)フィルタリング実行部1213が今回生成したフレーム(予測対象フレーム)と後述するフレーム生成部1217が前回生成したフレーム(参照フレーム)とを指定して、動き補償予測誤差算出部120に対して動き補償予測誤差電力を最小化する動きベクトルの算出を指示することで、その動きベクトルを得る動きベクトル算出部1214と、
(6)動きベクトル算出部1214の得た動きベクトルを使って式(5)の連立方程式を生成して、それを解くことでフィルタ係数を更新するフィルタ係数更新部1215と、
(7)フィルタ係数更新部1215によるフィルタ係数の更新を終了する条件が成立したのか否かを判定して、更新終了条件が成立しないことを判定するときには、フィルタリング実行部1213に対して、更新したフィルタ係数を使ってフィルタリング処理を実行することを指示するフィルタ係数更新終了判定部1216と、
(8)フィルタ係数更新終了判定部1216がフィルタ係数の更新終了条件が成立したことを判定するときに、更新終了条件が成立したときのフィルタ係数を使ったフィルタリング処理を実行することで、次フレーム位置特定部1212の特定したフレーム位置にあるフレームに置き換えるダウンサンプリング後のフレームを生成するフレーム生成部1217と、
(9)フレーム生成部1217がフレームを生成したときに、フィルタリングの対象となる全てのフレーム位置に対しての処理を終了したのか否かを判定して、処理を終了していないことを判定するときには、次のフレーム位置に対しての処理を実行すべく次フレーム位置特定部1212を起動する全フレーム位置終了判定部1218とを
備える。
1.撮影された映像信号(フレームレート変換処理の対象となる高フレームレート映像 信号)、そのフレーム数J、そのフレームレート(フレーム間隔δt を算出するた めに用いる)を読み込む
2.ダウンサンプリング比Mを読み込む
3.繰り返し回数の閾値Nを読み込む
4.ダウンサンプリング後の先頭フレームを生成する
5.i=1, .... ,J/M−1について以下の処理を行う
6. フィルタ係数の初期値Wi (0) を読み込む
7. Δi の値として、予め設定された値を読み込む
8. n=0
9. n=n+1
10. 予め設定された方法に基づき、フィルタ係数をWi (n-1) とした場合の式(4 )で表される動き補償予測誤差電力に対して、その予測誤差電力を最小化する 動きベクトルを算出し、レジスタd〔k〕(n) (k=0,1, .... ,K−1) に格納する
11. 動きベクトルをd〔k〕(n) (k=0,1, .... ,K−1)とした場合の式( 4)で表される動き補償予測誤差電力に対して、その予測誤差電力を最小化す るフィルタ係数を算出し、レジスタWi (n) に格納する。具体的な算出方法は 、下記の式(8)に示す連立方程式をWi について解き、その解を求めるフィ ルタ係数とすることで行う
13. Wi (n) を第iフレームに対するフィルタ係数Wi として、式(3)に従いダウ ンサンプリング後のフレームを出力する。
1.撮影された映像信号(フレームレート変換処理の対象となる高フレームレート映像 信号)、そのフレーム数J、そのフレームレート(フレーム間隔δt を算出するた めに用いる)を読み込む
2.ダウンサンプリング比Mを読み込む
3.フィルタ係数の類似度に関する閾値εw を読み込む
4.ダウンサンプリング後の先頭フレームを生成する
5.i=1, .... ,J/M−1について以下の処理を行う
6. フィルタ係数の初期値Wi (0) を読み込む
7. Δi の値として、予め設定された値を読み込む
8. n=0
9. n=n+1
10. 予め設定された方法に基づき、フィルタ係数をWi (n-1) とした場合の式(4 )で表される動き補償予測誤差電力に対して、その予測誤差電力を最小化する 動きベクトルを算出し、レジスタd〔k〕(n) (k=0,1, .... ,K−1) に格納する
11. 動きベクトルをd〔k〕(n) (k=0,1, .... ,K−1)とした場合の式( 4)で表される動き補償予測誤差電力に対して、その予測誤差電力を最小化す るフィルタ係数を算出し、レジスタWi (n) に格納する。具体的な算出方法は 、式(8)に示す連立方程式をWi について解き、その解を求めるフィルタ係 数とすることで行う
12. 式(6)に従ってWi (n) とWi (n-1) との間の類似度を評価して、その類似 度が閾値εw よりも大きければ、“9.”に戻り、そうでなければ、次のステ ップに進む
13. Wi (n) を第iフレームに対するフィルタ係数Wi として、式(3)に従いダウ ンサンプリング後のフレームを出力する。
1.撮影された映像信号(フレームレート変換処理の対象となる高フレームレート映像 信号)、そのフレーム数J、そのフレームレート(フレーム間隔δt を算出するた めに用いる)を読み込む
2.ダウンサンプリング比Mを読み込む
3.予測誤差に関する閾値εe を読み込む
4.ダウンサンプリング後の先頭フレームを生成する
5.i=1, .... ,J/M−1について以下の処理を行う
6. フィルタ係数の初期値Wi (0) を読み込む
7. Δi の値として、予め設定された値を読み込む
8. n=0
9. n=n+1
10. 予め設定された方法に基づき、フィルタ係数をWi (n-1) とした場合の式(4 )で表される動き補償予測誤差電力に対して、その予測誤差電力を最小化する 動きベクトルを算出し、レジスタd〔k〕(n) (k=0,1, .... ,K−1) に格納する
11. 動きベクトルをd〔k〕(n) (k=0,1, .... ,K−1)とした場合の式( 4)で表される動き補償予測誤差電力に対して、その予測誤差電力を最小化す るフィルタ係数を算出し、レジスタWi (n) に格納する。具体的な算出方法は 、式(8)に示す連立方程式をWi について解き、その解を求めるフィルタ係 数とすることで行う
12. Wi (n) ,d〔k〕(n) を用いた場合の動き補償予測誤差電力をレジスタE(n ) に格納する
13. |E(n) −E(n-1) |<εe ならば、“9.”に戻り、そうでなければ、次の ステップに進む
14. Wi (n) を第iフレームに対するフィルタ係数Wi として、式(3)に従いダウ ンサンプリング後のフレームを出力する。
図3に、フレームレートダウンサンプリング処理の流れ(その1)に従ってフレームレートのダウンサンプリング処理を実行する場合に、ダウンサンプリング実行部121が実行するフローチャートを図示する。
図4に、フレームレートダウンサンプリング処理の流れ(その2)に従ってフレームレートのダウンサンプリング処理を実行する場合に、ダウンサンプリング実行部121が実行するフローチャートを図示する。
図5に、フレームレートダウンサンプリング処理の流れ(その3)に従ってフレームレートのダウンサンプリング処理を実行する場合に、ダウンサンプリング実行部121が実行するフローチャートを図示する。
10 高フレームレート映像ファイル
11 低フレームレート映像ファイル
12 フレームレートダウンサンプリング部
120 動き補償予測誤差算出部
121 ダウンサンプリング実行部
122 作業用メモリ122
1200 動き推定部
1210 入力部
1211 先頭フレーム生成部
1212 次フレーム位置特定部
1213 フィルタリング実行部
1214 動きベクトル算出部
1215 フィルタ係数更新部
1216 フィルタ係数更新終了判定部
1217 フレーム生成部
1218 全フレーム位置終了判定部
1220 フィルタ係数記憶域
1221 生成フレーム記憶域
Claims (9)
- 高フレームレート映像信号の複数フレームをフィルタ係数を使って重み付け加算することで1つのフレームに置き換えるフィルタリングを実行することで、高フレームレート映像信号のフレームをダウンサンプリングして低フレームレート映像信号に変換するフレームレート変換方法であって、
ダウンサンプリング比を入力する過程と、
ダウンサンプリング後のフレームを生成した場合に、前記ダウンサンプリング比と高フレームレート映像信号のフレーム間隔とに基づく等長間隔のダウンサンプリングにより規定される次のフレーム位置を特定する過程と、
前記フレーム位置を含む所定の範囲内にある複数フレームに対してのフィルタリングにより生成される低フレームレート映像信号の符号化効率を示す値が最適なものとなる前記フィルタ係数を算出する過程と、
前記所定の範囲内にある複数フレームを前記算出したフィルタ係数を使ってフィルタリングすることで、前記フレーム位置のフレームに置き換えるダウンサンプリング後のフレームを生成する過程とを備えることを、
特徴とするフレームレート変換方法。 - 請求項1に記載のフレームレート変換方法において、
前記算出する過程では、所定のフィルタ係数初期値を起点にして処理に入って、その時点のフィルタ係数を用いたダウンサンプリングにより生成されるフレームを予測対象フレームとし、生成済みのフレームを参照フレームとする動き補償で算出される前記符号化効率を示す値を最適化する動きベクトルを算出し、続いて、その算出した動きベクトルを用い、ダウンサンプリングにより生成されるフレームを予測対象フレームとし、生成済みのフレームを参照フレームとする動き補償で算出される前記符号化効率を示す値を最適化する次の時点のフィルタ係数を算出することを繰り返すことで、前記最適なものとなるフィルタ係数を算出することを、
特徴とするフレームレート変換方法。 - 請求項1または2に記載のフレームレート変換方法において、
前記算出する過程では、前記符号化効率を示す値として、前記所定の範囲内にある複数フレームをダウンサンプリングすることで生成されるフレームと生成済みのフレームとに基づいて算出される動き補償予測誤差電力を算出することを、
特徴とするフレームレート変換方法。 - 請求項1または2に記載のフレームレート変換方法において、
前記算出する過程では、前記符号化効率を示す値として、前記所定の範囲内にある複数フレームをダウンサンプリングすることで生成されるフレームと生成済みのフレームとに基づいて算出される符号化コストを算出することを、
特徴とするフレームレート変換方法。 - 請求項1ないし4のいずれか1項に記載のフレームレート変換方法において、
高フレームレート映像信号の先頭フレームを含む所定の範囲内にある複数フレームに対しての予め設定されたフィルタ係数を用いたフィルタリングにより、ダウンサンプリング後の先頭フレームを生成する過程を備えることを、
特徴とするフレームレート変換方法。 - 請求項1ないし4のいずれか1項に記載のフレームレート変換方法において、
高フレームレート映像信号のフレームの中からダウンサンプリング後の先頭フレームとなるフレームを選択することで、ダウンサンプリング後の先頭フレームを生成する過程を備えることを、
特徴とするフレームレート変換方法。 - 高フレームレート映像信号の複数フレームをフィルタ係数を使って重み付け加算することで1つのフレームに置き換えるフィルタリングを実行することで、高フレームレート映像信号のフレームをダウンサンプリングして低フレームレート映像信号に変換するフレームレート変換装置であって、
ダウンサンプリング比を入力する手段と、
ダウンサンプリング後のフレームを生成した場合に、前記ダウンサンプリング比と高フレームレート映像信号のフレーム間隔とに基づく等長間隔のダウンサンプリングにより規定される次のフレーム位置を特定する手段と、
前記フレーム位置を含む所定の範囲内にある複数フレームに対してのフィルタリングにより生成される低フレームレート映像信号の符号化効率を示す値が最適なものとなる前記フィルタ係数を算出する手段と、
前記所定の範囲内にある複数フレームを前記算出したフィルタ係数を使ってフィルタリングすることで、前記フレーム位置のフレームに置き換えるダウンサンプリング後のフレームを生成する手段とを備えることを、
特徴とするフレームレート変換装置。 - 請求項1ないし6のいずれか1項に記載のフレームレート変換方法をコンピュータに実行させるためのフレームレート変換プログラム。
- 請求項1ないし6のいずれか1項に記載のフレームレート変換方法をコンピュータに実行させるためのフレームレート変換プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
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