JP5161163B2 - Frame rate conversion method, frame rate conversion device, and frame rate conversion program - Google Patents

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Description

本発明は、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により選択することで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およびその装置と、そのフレームレート変換方法の実現に用いられるフレームレート変換プログラムとに関する。   The present invention relates to a frame rate conversion method and apparatus for converting a frame of a high frame rate video signal into a low frame rate video signal by selecting by downsampling, and a frame rate conversion program used for realizing the frame rate conversion method. And about.

近年、臨場感あふれる大画面のスポーツ映像やデジタルシネマに代表される超高画質映像への期待が高まっている。これを受けて、映像の高画質化に関する研究が精力的に行われている。   In recent years, there are growing expectations for super-high-quality images such as large-screen sports images and digital cinema that are full of realism. In response to this, research on high-quality video has been vigorously conducted.

超高画質映像の実現には次の四要素が必要である。すなわち、空間解像度、画素値深度、色再現性、時間解像度である。これを受けて、前者の三要素については、デジタルシネマ等の応用およびナチュラルビジョンプロジェクトにおいて検討が進められている。また、被写体の自然な動きを表現するために不可欠な時間解像度の向上、すなわち、映像の高フレームレート化についても検討がなされている。   The following four elements are necessary to realize super high-quality video. That is, spatial resolution, pixel value depth, color reproducibility, and temporal resolution. In response, the former three elements are being studied in applications such as digital cinema and natural vision projects. In addition, improvement of time resolution, that is, an increase in video frame rate, which is indispensable for expressing a natural movement of a subject, has been studied.

1000[frame/sec] を超える高フレームレート映像を撮像可能な高速度カメラがすでに市場に流通している。ただし、こうした高速度カメラで撮像された映像はスロー再生用途で用いられる。映像の入力・出力システムのフレームレートの上限は非対称である。現行のディスプレイの上限は120[fps] 程度であるため、高速度カメラで撮影された映像ソースは、実時間再生を目的とした表示形態ではフレームレートを間引く必要がある。   High-speed cameras capable of capturing high frame rate images exceeding 1000 [frame / sec] are already on the market. However, video captured by such a high-speed camera is used for slow playback applications. The upper limit of the frame rate of the video input / output system is asymmetric. Since the upper limit of the current display is about 120 [fps], it is necessary to thin out the frame rate of a video source shot with a high-speed camera in a display format intended for real-time playback.

通常、図7に示すように、ダウンサンプリング後のフレーム時間間隔が等間隔になるようにダウンサンプリングが実施される(例えば、特許文献1参照)。これは、非等長間隔な時間サンプリングでは、ジャーキネス(画質劣化)を発生させるという仮定に基づくものである。   Normally, as shown in FIG. 7, downsampling is performed so that the frame time intervals after downsampling are equal (see, for example, Patent Document 1). This is based on the assumption that jerkiness (image quality degradation) occurs in time sampling at non-equal intervals.

ダウンサンプリングの対象が低フレームレート映像の場合、この仮定は正しい。しかし、ダウンサンプリングの対象が高フレームレート映像の場合は、その限りではない。ダウンサンプリングの対象が高フレームレート映像の場合、フレームを厳密に等間隔に配置してなくても、等間隔からの乖離が一定閾値以内であれば、視覚的には大きなジャーキネス(画質劣化)を発生しない。   This assumption is correct when the downsampling target is a low frame rate video. However, this is not the case when the object of downsampling is a high frame rate video. When the target of downsampling is a high frame rate video, even if the frames are not arranged at regular intervals, if the deviation from the regular intervals is within a certain threshold, visually large jerkiness (image quality degradation) will occur. Does not occur.

したがって、ダウンサンプリングの対象が高フレームレート映像の場合には、ダウンサンプリング後のフレーム間隔に対する等長という制約条件を緩和することができる。この制約条件の緩和により、ダウンサンプリング後のフレーム選択に関する自由度が高くなる。つまり、符号化効率の観点から最適なフレームレートのダウンサンプリング法を検討する余地があることになる。   Therefore, when the target of downsampling is a high frame rate video, it is possible to relax the constraint condition of equal length with respect to the frame interval after downsampling. By relaxing this constraint, the degree of freedom regarding frame selection after downsampling is increased. That is, there is room for studying an optimal frame rate downsampling method from the viewpoint of coding efficiency.

このようなことを背景にして、本発明者は、動き補償予測誤差電力を最小化するように、ダウンサンプリング後のフレームを選択するという方法について検討を行った(非特許文献1参照)。   Against this background, the present inventor has studied a method of selecting a frame after downsampling so as to minimize motion compensation prediction error power (see Non-Patent Document 1).

特開2004−201165号公報JP 2004-201165 A 坂東幸浩,高村誠之,上倉一人,八島由幸:“高フレームレート映像信号のダウンサンプリング方法に関する一考察”,画像符号化シンポジウム, p5-02, 2008Yukihiro Bando, Noriyuki Takamura, Hitoshi Uekura, Yoshiyuki Yashima: “A Study on Downsampling Method for High Frame Rate Video Signals”, Image Coding Symposium, p5-02, 2008

前述したように、ダウンサンプリングの対象が高フレームレート映像の場合には、ダウンサンプリング後のフレーム間隔に対する等長という制約条件を緩和することができ、これにより、ダウンサンプリング後のフレーム選択に関する自由度を高くできる。   As described above, when the target of downsampling is a high frame rate video, it is possible to relax the constraint condition of equal length with respect to the frame interval after downsampling. Can be high.

しかしながら、従来技術では、この点について一切検討を行っておらず、これから、高フレームレート映像に対してのダウンサンプリングにより得られた低フレームレート映像を符号化する場合に、フレーム間予測誤差電力の低減に改善の余地が残されていた。   However, the prior art has not studied this point at all, and from now on, when encoding a low frame rate video obtained by downsampling a high frame rate video, the inter-frame prediction error power is reduced. There was room for improvement in reduction.

このようなことを背景にして、本発明者は、非特許文献1で、動き補償予測誤差電力を最小化するように、ダウンサンプリング後のフレームを選択するという方法について検討を行ったが、この方法では逐次的に選択フレームを設定しており、シーケンス全体での動き補償予測誤差電力の最小化を保証しておらず、その点から改善の余地が残されている。しかも、この方法ではジャーキネス(画質劣化)の抑圧を考慮しておらず、その点からも改善の余地が残されている。   Against this background, the present inventor examined a method of selecting a frame after downsampling so as to minimize motion compensation prediction error power in Non-Patent Document 1, but this In the method, selection frames are set sequentially, and minimization of motion compensation prediction error power in the entire sequence is not guaranteed, and there is room for improvement from that point. Moreover, this method does not consider suppression of jerkiness (image quality degradation), and there is still room for improvement in this respect.

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、高フレームレート映像信号に対してのダウンサンプリングにより得られた低フレームレート映像信号を入力とする映像符号化処理において、符号量を低く抑えることができるようにするとともに、主観画質の低下を抑えることができるようにする、新たなフレームレートのダウンサンプリング技術を確立することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and suppresses the code amount in a video encoding process in which a low frame rate video signal obtained by downsampling a high frame rate video signal is input. It is an object of the present invention to establish a downsampling technique with a new frame rate that can reduce the deterioration in subjective image quality.

〔1〕本発明の基本的な考え方
フレームレートの変換の対象となる高フレームレート映像信号について、フレーム間隔をδt として、時刻t=jδt (j=0, 1, ..... )のフレームにおける位置xの画素値をf(x,t)(x=0, 1, .... ,X−1)と表す。
[1] Basic concept of the present invention For a high frame rate video signal subject to frame rate conversion, the frame interval is δ t , and the time t = jδ t (j = 0, 1,...) The pixel value at the position x in the frame is represented as f (x, t) (x = 0, 1,..., X−1).

この画素信号f(x,t)を、ダウンサンプリングによりフレーム数を1/Mに変換する場合を考える。ダウンサンプリング前後のフレームレートの比Mをダウンサンプリング比と呼ぶ。つまり、この変換は、フレームレートを、“1/δt ”から“1/Mδt ”へ変換することを想定している。 Consider a case where the number of frames is converted to 1 / M by down-sampling the pixel signal f (x, t). A frame rate ratio M before and after downsampling is called a downsampling ratio. That is, this conversion assumes that the frame rate is converted from “1 / δ t ” to “1 / Mδ t ”.

なお、以下では、簡単のために一次元信号を例にとり説明するが、同様の議論は、容易に二次元信号にも拡張可能である。   In the following, a one-dimensional signal will be described as an example for the sake of simplicity, but the same discussion can be easily extended to a two-dimensional signal.

フレーム間引きにより、前記の変換を行う場合、従来では、
f(x,iMδt ) i=0, 1, .....
というように、フレーム間隔をM倍するという方法がとられてきた。
When performing the above conversion by frame thinning, conventionally,
f (x, iMδ t ) i = 0, 1,...
Thus, a method of multiplying the frame interval by M has been used.

これは、ダウンサンプリング後のフレーム間隔が非等長である場合、動きの滑らかさを失うという経験則に基づくものである。この経験則は、δt =1/30[秒]といった従来のフレームレートの映像信号の場合には、妥当と言える。 This is based on an empirical rule that the smoothness of motion is lost when the frame interval after downsampling is unequal. This rule of thumb is valid in the case of a conventional frame rate video signal such as δ t = 1/30 [seconds].

しかし、δt =1/1000[秒]といった高フレームレートの映像信号の場合は、その限りではない。例えば、フレーム間隔がδt =1/1000[秒]の高フレームレートの映像信号を、M=16として、フレーム間隔1/62.5[秒]の低フレームレートの映像信号に変換する場合、変換後のフレーム間隔が1/1000[秒]程度伸縮したとしても、視覚的に検知できない。 However, this is not the case in the case of a video signal with a high frame rate such as δ t = 1/1000 [second]. For example, when converting a video signal with a high frame rate with a frame interval of δ t = 1/1000 [seconds] into a video signal with a low frame rate with a frame interval of 1 / 62.5 [seconds] as M = 16, Even if the frame interval after conversion expands or contracts by about 1/1000 [second], it cannot be visually detected.

このため、フレーム間隔を非等長にすることによる画質劣化は問題とならない。したがって、ダウンサンプリング後のフレーム間隔に対する等長という制約条件を緩和することができる。この制約条件の緩和により、ダウンサンプリング後のフレーム選択に関する自由度が高くなる。   For this reason, image quality deterioration due to non-equal frame intervals is not a problem. Therefore, it is possible to relax the constraint condition of equal length with respect to the frame interval after downsampling. By relaxing this constraint, the degree of freedom regarding frame selection after downsampling is increased.

そこで、本発明では、フレーム選択の候補を、
f(x,(iM+Li )δt ) i=1, 2, .....
i =−Δ, .... ,Δ
但し、L0 =0, .... ,Δ
というように、2Δ+1フレーム(i=0の場合には、Δ+1フレーム)にまで拡大する。
Therefore, in the present invention, frame selection candidates are
f (x, (iM + L i ) δ t ) i = 1, 2,...
L i = −Δ,..., Δ
Where L 0 = 0,..., Δ
In this way, the frame is expanded to 2Δ + 1 frame (Δ + 1 frame when i = 0).

ここで、Li は、−Δ, .... ,Δの範囲の整数値をとるパラメータ(以下、Li を伸縮パラメータと呼ぶ)であり、ダウンサンプリング後のフレームを指定するために用いるもので、2Δ+1≦Mを満たすものとする。また、Δはダウンサンプリングの対象となるフレーム候補の存在区間を表し、例えば、外部から与えられるパラメータである。 Here, L i is a parameter that takes an integer value in the range of −Δ,..., Δ (hereinafter, L i is referred to as an expansion / contraction parameter), and is used to specify a frame after downsampling. And 2Δ + 1 ≦ M. Further, Δ represents an existing section of a frame candidate to be down-sampled, and is a parameter given from the outside, for example.

伸縮パラメータLi をΔに限定したのは、このLi の値が大きすぎると、フレーム間隔が等長から大きく外れることで、画質劣化が問題となることになるからである。 The reason why the expansion / contraction parameter L i is limited to Δ is that if the value of L i is too large, the frame interval greatly deviates from the equal length, which causes deterioration of image quality.

このように、本発明では、フレーム選択の候補を2Δ+1フレームにまで拡大することになるが、いずれのフレームを選択するのかについては、次の基準に従うものとする。   As described above, in the present invention, the frame selection candidates are expanded to 2Δ + 1 frames. However, which frame is selected is determined according to the following criteria.

〔ダウンサンプリングにおけるフレーム選択の評価尺度〕
フレーム選択の基準として、動き補償予測誤差電力およびダウンサンプリング後のシーケンスのジャーキネスを用いることとする。
[Evaluation scale for frame selection in downsampling]
As reference for frame selection, motion compensated prediction error power and sequence jerkiness after downsampling are used.

H.264/AVC,MPEG−2といった代表的な符号化方式では動き補償フレーム間予測を採用しており、動き補償予測誤差電力の低減は重要である。また、主観画質の観点からは、ダウンサンプリング後のシーケンスのジャーキネスを抑圧することも重要である。これから、フレーム選択の基準として、動き補償予測誤差電力およびダウンサンプリング後のシーケンスのジャーキネスを用いることとする。   H. In typical coding schemes such as H.264 / AVC and MPEG-2, motion compensation interframe prediction is adopted, and reduction of motion compensation prediction error power is important. From the viewpoint of subjective image quality, it is also important to suppress the jerkiness of the sequence after downsampling. Henceforth, the motion compensation prediction error power and the jerkiness of the sequence after downsampling are used as the frame selection criteria.

信号f(x,(iM+Li )δt )に対して、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)に対しての動き補償(推定変移量d〔k〕:変移量は動きベクトルと同義)を考える。 The signal f (x, (iM + L i ) δ t ) is divided into sections B [k] (k = 0, 1,..., K−1) of size S, and each section B [k] Consider motion compensation (estimated displacement d [k]: displacement is synonymous with motion vector) for (k = 0, 1,..., K−1).

フレームf(x,(iM+Li )δt )内の区間B〔k〕がフレームf(x,((i−1)M+Li-1 )δt )を参照して、推定変移量d〔k〕を用いて予測される場合、その区間内の動き補償後の予測誤差電力は下記の式(1)のように表現できる。 The interval B [k] in the frame f (x, (iM + L i ) δ t ) refers to the frame f (x, ((i−1) M + L i−1 ) δ t ), and the estimated displacement d [k ], The prediction error power after motion compensation in that section can be expressed as the following equation (1).

Figure 0005161163
Figure 0005161163

i とLi-1 が与えられた場合、この式(1)に従って、σi 2 〔Li ,Li-1 〕を最小化するように推定変移量d〔k〕(k=0,1, .... ,K−1)を設定し、d〔k,Li ,Li-1 〕(k=0,1, .... ,K−1)とおく。このとき、推定変移量d〔k〕の精度は外部から与えられるものとする(例:整数画素精度、1/2画素精度、1/4画素精度など)。 When L i and L i-1 are given, the estimated displacement d [k] (k = 0, k = 0, so as to minimize σ i 2 [L i , L i-1 ] according to the equation (1). 1, ...., K-1) set, d [k, L i, L i- 1 ] (k = 0, 1, put ...., K-1) and. At this time, the accuracy of the estimated displacement d [k] is given from the outside (eg, integer pixel accuracy, 1/2 pixel accuracy, 1/4 pixel accuracy, etc.).

さらに、ジャーキネスの評価尺度として、下記の式(2)の値を用いる。   Furthermore, the value of the following formula (2) is used as an evaluation scale for jerkiness.

Figure 0005161163
Figure 0005161163

この式(2)に示すジャーキネスの評価尺度ε2 〔Li 〕は、等長でダウンサンプリングされたフレームと可変長でダウンサンプリングされたフレームとの差分値(フレーム間差分値)を表している。 The jerkiness evaluation measure ε 2 [L i ] shown in the equation (2) represents a difference value (interframe difference value) between a frame down-sampled with an equal length and a frame down-sampled with a variable length. .

その他に、ジャーキネスの評価尺度として、下記の式(3)の値を用いることも可能である。   In addition, the value of the following formula (3) can be used as an evaluation scale for jerkiness.

Figure 0005161163
Figure 0005161163

ここで、Li は、等長でダウンサンプリングされたフレームと可変長でダウンサンプリングされたフレームとの間の距離である。 Here, L i is the distance between a frame that is down-sampled with an equal length and a frame that is down-sampled with a variable length.

この式(3)に示すジャーキネスの評価尺度ε2 〔Li 〕は、等長でダウンサンプリングされたフレームと可変長でダウンサンプリングされたフレームとのフレーム間差分値を両フレーム間の距離で重み付けた値と言える。 The jerkiness evaluation measure ε 2 [L i ] shown in Equation (3) weights the inter-frame difference value between an equal-length down-sampled frame and a variable-length down-sampled frame by the distance between both frames. The value can be said.

また、ジャーキネスの評価尺度として、下記の式(4)の値を用いることも可能である。   Moreover, it is also possible to use the value of the following formula (4) as an evaluation scale for jerkiness.

Figure 0005161163
Figure 0005161163

ここで、|M+Li −Li-1 |は、参照フレームと被予測フレームとの間の距離である。 Here, | M + L i −L i−1 | is a distance between the reference frame and the predicted frame.

この式(4)に示すジャーキネスの評価尺度ε2 〔Li 〕は、参照フレームと被予測フレームとのフレーム間差分値を両フレーム間の距離で重み付けた値と言える。 It can be said that the jerkiness evaluation measure ε 2 [L i ] shown in the equation (4) is a value obtained by weighting the inter-frame difference value between the reference frame and the predicted frame by the distance between the frames.

また、ジャーキネスの評価尺度として、下記の式(5)の値を用いることも可能である。   Moreover, it is also possible to use the value of the following formula (5) as an evaluation scale for jerkiness.

Figure 0005161163
Figure 0005161163

ここで、αは、外部から与えられるパラメータであり、|Li −Li-1 |に対する閾値となる。|M+Li −Li-1 |は参照フレームと被予測フレームとの間の距離であり、Mは定数であることを考慮すると、この距離が一定の閾値以上となるのか否かは、|Li −Li-1 |を用いて評価することが可能である。 Here, α is a parameter given from the outside, and is a threshold for | L i −L i−1 |. | M + L i −L i−1 | is a distance between the reference frame and the predicted frame, and considering that M is a constant, whether or not this distance is equal to or greater than a certain threshold value is determined by | L It is possible to evaluate using i −L i−1 |.

この式(5)に示すジャーキネスの評価尺度ε2 〔Li 〕は、参照フレームと被予測フレームとのフレーム間差分値を両フレーム間の距離で重み付けた値であり、さらに、|Li −Li-1 |が所定の閾値α以下の場合には、ジャーキネスは検知できないという仮説に基づいて設定したものである。 The jerkiness evaluation measure ε 2 [L i ] shown in the equation (5) is a value obtained by weighting the inter-frame difference value between the reference frame and the predicted frame by the distance between the frames, and | L i − This is set based on the hypothesis that jerkiness cannot be detected when L i-1 | is equal to or smaller than a predetermined threshold value α.

本発明では、フレームをダウンサンプリングするための評価尺度として、符号化効率およびジャーキネスの抑圧を考慮すべく、下記の式(6)のコスト関数Ψ〔Li ,Li-1 〕を用いる。 In the present invention, a cost function Ψ [L i , L i-1 ] of the following equation (6) is used as an evaluation measure for down-sampling a frame in order to consider coding efficiency and suppression of jerkiness.

Figure 0005161163
Figure 0005161163

ここで、λは重み係数であり、外部から与えられる。また、ε2 〔Li 〕は、式(2)、式(3)、式(4)、式(5)に従って算出する。 Here, λ is a weighting factor and is given from the outside. Also, ε 2 [L i ] is calculated according to the formulas (2), (3), (4), and (5).

本発明では、このコスト関数Ψ〔Li ,Li-1 〕の最小化を通して、動き補償予測誤差とダウンサンプリング後のジャーキネスとの間のトレードオフを最適化するフレームを選択する。 In the present invention, a frame that optimizes the trade-off between the motion compensation prediction error and the jerkiness after down-sampling is selected through the minimization of the cost function Ψ [L i , L i-1 ].

ここで、注意すべきは、Li の設定方法(選択方法)である。Ψ〔Li ,Li-1 〕を最小化するようにLi を設定したのでは、シーケンス全体でのコスト関数の値
ΣΨ〔Li ,Li-1
但し、Σはi=1〜(J/M−1)の総和で、Jはフレーム数
を最小化したことにはならない。なぜなら、Li の選択はΨ〔Li ,Li-1 〕にも影響を与えるからである。
Here, it should be noted, is a L i method setting (selection method). If L i is set so as to minimize Ψ [L i , L i-1 ], the value of the cost function in the entire sequence ΣΨ [L i , L i-1 ]
However, Σ is the sum of i = 1 to (J / M−1), and J does not mean that the number of frames is minimized. This is because selection of L i is because also affects Ψ [L i, L i-1].

従って、求めるべきパラメータは、下記の式(7)を満たすJ/M個のパラメータである。   Therefore, the parameters to be obtained are J / M parameters satisfying the following expression (7).

Figure 0005161163
Figure 0005161163

しかしながら、J/M個のパラメータ(L0 , .... ,LJ/M-1 )の取り得る組み合わせは(Δ+1)×(2Δ+1)J/M-1 通りであり、この中から最適な組み合わせ(L* 0 , .... , L* J/M-1 )を総当たりで探索するのは、計算量的に困難である。 However, the possible combinations of J / M parameters (L 0 ,..., L J / M−1 ) are (Δ + 1) × (2Δ + 1) J / M−1. It is computationally difficult to search for combinations (L * 0 ,..., L * J / M-1 ) brute force.

そこで、本発明では、Ψ〔Li ,Li-1 〕が直前フレームの結果のみに依存することに着目し、以下のように最適解を算出する。 Therefore, in the present invention, paying attention to the fact that Ψ [L i , L i-1 ] depends only on the result of the immediately preceding frame, the optimal solution is calculated as follows.

まず、Li として取り得る全ての値に対して、最適なLi-1 , .... ,L0 を用いた場合のΣΨ〔Li ,Li-1 〕(但し、Σはi=1〜iの総和)をSi (Li )として定義する。 First, for all possible values as L i, the optimal L i-1, ...., ΣΨ when using the L 0 [L i, L i-1] (where, sigma is i = 1 to i ) is defined as S i (L i ).

ここで、Ψ〔Li ,Li-1 〕が直前フレームの結果のみに依存することに着目すると、Si (Li )はSi-1 (Li-1 )を用いて、図1に示すように、下記の式(8)のように表される。なお、i=1, .... ,(J/M−1)である。 Here, paying attention to the fact that Ψ [L i , L i-1 ] depends only on the result of the previous frame, S i (L i ) uses S i-1 (L i-1 ), and FIG. As shown in the following equation (8). Note that i = 1,..., (J / M−1).

Figure 0005161163
Figure 0005161163

この式(8)に従って算出したSi (Li )(Li =−Δ, .... ,Δ)をメモリに格納しておき、Si+1 (Li+1 )の計算で用いるものとする。さらに、この式(8)の最小値を与えるLi-1 を、図1中に示すように、^Li-1 (Li )とおく。この^Li-1 (Li )(Li =−Δ, .... ,Δ)についても、全てメモリに格納しておくものとする。ここで、「^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。 S i (L i ) (L i = −Δ,..., Δ) calculated in accordance with this equation (8) is stored in the memory and used in the calculation of S i + 1 (L i + 1 ). Shall. Further, L i-1 giving the minimum value of the equation (8) is set as ^ L i-1 (L i ) as shown in FIG. This ^ L i-1 (L i ) (L i = −Δ,..., Δ) is all stored in the memory. Here, the symbol ^ in “^ X” (X is a letter) indicates a symbol attached to “X”.

式(7)の最小化問題は、下記の式(9)のように表せる。   The minimization problem of Equation (7) can be expressed as Equation (9) below.

Figure 0005161163
Figure 0005161163

この式(9)を最小化するLJ/M-1 をL* J/M-1 とおくと、このL* J/M-1 は下記の式(10)で表せる。 If L J / M-1 that minimizes the equation (9) is L * J / M-1 , this L * J / M-1 can be expressed by the following equation (10).

Figure 0005161163
Figure 0005161163

* J/M-2 に対する最適解は、^LJ/M-2 (LJ/M-1 )としてメモリに格納されているので、その値を参照し、L* J/M-2 =^LJ/M-2 (LJ/M-1 )とする。以下、同様の参照処理を、
* J/M-3 =^LJ/M-3 (LJ/M-2 ),・・・・・,L* 0 =^L0 (L1
として繰り返す。
Since the optimal solution for L * J / M-2 is stored in the memory as ^ L J / M-2 (L J / M-1 ), L * J / M-2 = Let L J / M-2 (L J / M-1 ). Hereafter, the same reference process is
L * J / M-3 = ^ L J / M-3 (L J / M-2), ·····, L * 0 = ^ L 0 (L 1)
Repeat as.

以上の説明では、式(6)のコスト関数Ψ〔Li ,Li-1 〕における符号化効率を示す値として動き補償予測誤差電力を用いるようにしたが、特定の符号化器(例えば、H.264準拠の符号化器)により符号化を行う際に得られる符号化コストを用いるようにしてもよい。 In the above description, the motion-compensated prediction error power is used as a value indicating the coding efficiency in the cost function Ψ [L i , L i-1 ] of the equation (6), but a specific encoder (for example, An encoding cost obtained when encoding by an H.264-compliant encoder) may be used.

〔2〕本発明の構成
次に、本発明の構成について説明する。
[2] Configuration of the Present Invention Next, the configuration of the present invention will be described.

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フレームをダウンサンプリングにより選択することで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)等長間隔のダウンサンプリングにより規定されるフレーム位置の所定範囲にある複数のフレームのそれぞれについて、それよりも前のフレーム位置の所定範囲にある複数のフレームのそれぞれとの間で、ダウンサンプリングする場合に生成される低フレームレート映像信号についての符号化効率および主観画質を示す評価尺度であって、その値が小さくなるほど高い評価を示す評価尺度を算出して、その算出した評価尺度に基づいて、その前のフレーム位置の所定範囲にある複数のフレームの中から、先頭のフレーム位置からの評価尺度の総和を最小化するつながりを持つフレームを特定することを、先頭のフレーム位置から最終のフレーム位置に向けて繰り返し実行する実行手段と、(2)最終のフレーム位置にある複数のフレームのそれぞれについて実行手段が算出した評価尺度の総和について、それらの中の最小値を持つフレームを検出する検出手段と、(3)検出手段の検出したフレームを起点として実行手段の特定したフレームを辿ることで、等長間隔のダウンサンプリングにより規定されるフレーム位置のそれぞれについてフレームを抽出して、それらをダウンサンプリング後のフレームとして選択する選択手段とを備えるように構成する。   The frame rate conversion apparatus according to the present invention is defined by (1) downsampling at equal intervals in order to realize conversion to a low frame rate video signal by selecting a frame of a high frame rate video signal by downsampling. Low frame rate video generated when down-sampling each of a plurality of frames in a predetermined range of frame positions to be performed with each of a plurality of frames in a predetermined range of frame positions before that An evaluation measure indicating the coding efficiency and subjective image quality of a signal, and an evaluation measure indicating a higher evaluation as the value decreases, and based on the calculated evaluation measure, a predetermined range of the previous frame position Minimize the sum of evaluation scales from the first frame position among multiple frames in The execution means for repeatedly executing from the head frame position toward the final frame position, and (2) the execution means calculated for each of the plurality of frames at the final frame position. Detecting means for detecting a frame having the minimum value among the sums of the evaluation scales; and (3) tracing the frames specified by the executing means starting from the frame detected by the detecting means, thereby reducing the equal length interval. Selection means is provided for extracting frames for each frame position defined by sampling and selecting them as frames after downsampling.

この構成を採るときに、実行手段は、算出した評価尺度とその算出対象となった前のフレーム位置にあるフレームの持つ評価尺度の総和との加算値を求めて、それらの中の最小値を特定することで、前のフレーム位置の所定範囲にある複数のフレームの中から、先頭のフレーム位置からの評価尺度の総和を最小化するつながりを持つフレームを特定するとともに、その加算値をその特定元のフレームの持つ評価尺度として設定するように処理する。   When adopting this configuration, the execution means obtains an added value of the calculated evaluation scale and the sum of the evaluation scales of the frames at the previous frame position to be calculated, and calculates the minimum value among them. By specifying, among the multiple frames within the predetermined range of the previous frame position, the frame having the connection that minimizes the sum of the evaluation scale from the first frame position is specified, and the added value is specified. Process to set as the evaluation scale of the original frame.

また、実行手段は、ダウンサンプリングする場合に生成される低フレームレート映像信号の符号化効率および主観画質を示す評価尺度として、その値が小さくなるほど高い評価を示す符号化効率値と、その値が小さくなるほど高い評価を示す主観画質値との加重和を用いることがある。   Further, the execution means, as an evaluation measure indicating the encoding efficiency and subjective image quality of the low frame rate video signal generated when down-sampling, the encoding efficiency value indicating higher evaluation as the value decreases, and the value is In some cases, a weighted sum with a subjective image quality value indicating a higher evaluation as the value decreases.

このとき、実行手段は、符号化効率値として、動き補償予測誤差電力を算出したり、所定の符号化器を用いて符号化する場合に得られる符号化コストを算出することがある。   At this time, the executing means may calculate the motion compensation prediction error power as the encoding efficiency value or the encoding cost obtained when encoding using a predetermined encoder.

また、実行手段は、主観画質値として、等長でサンプリングされたフレームと可変長でサンプリングされたフレームとの差分値を算出したり、等長でサンプリングされたフレームと可変長でサンプリングされたフレームとの差分値を両フレーム間の距離で重み付けした値を算出したり、参照フレームと被予測フレームとの差分値を両フレーム間の距離で重み付けした値を算出することがある。   In addition, the execution means calculates a difference value between a frame sampled at an equal length and a frame sampled at a variable length as a subjective image quality value, or a frame sampled at an equal length and a frame sampled at a variable length. A value obtained by weighting the difference value between the frames with the distance between the two frames or a value obtained by weighting the difference value between the reference frame and the predicted frame with the distance between the two frames may be calculated.

以上の各処理手段が動作することで実現される本発明のフレームレート変換方法はコンピュータプログラムでも実現できるものであり、このコンピュータプログラムは、適当なコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して提供されたり、ネットワークを介して提供され、本発明を実施する際にインストールされてCPUなどの制御手段上で動作することにより本発明を実現することになる。   The frame rate conversion method of the present invention realized by the operation of each of the above processing means can also be realized by a computer program. This computer program can be provided by being recorded on an appropriate computer-readable recording medium. The present invention is realized by being provided via a network, installed when the present invention is implemented, and operating on a control means such as a CPU.

このように構成される本発明のフレームレート変換装置では、まず最初に、等長間隔のダウンサンプリングにより規定されるフレーム位置の所定範囲にある複数のフレームのそれぞれについて、例えば、図1に示すように、1つ前のフレーム位置の所定範囲にある複数のフレームのそれぞれとの間で、ダウンサンプリングする場合に生成される低フレームレート映像信号についての符号化効率および主観画質を示す評価尺度(図1ではΨ〔Li ,Li-1 〕)を算出し、その算出した評価尺度とその算出対象となった1つ前のフレーム位置にあるフレームの持つ評価尺度の総和(図1ではSi-1 (Li-1 ))との加算値を求めて、それらの中の最小値を特定することで、1つ前のフレーム位置の所定範囲にある複数のフレームの中から、先頭のフレーム位置からの評価尺度の総和を最小化するつながりを持つフレームを特定するとともに、その加算値をその特定元のフレームの持つ評価尺度の総和として設定するという処理を、最終のフレーム位置まで繰り返し実行する。 In the frame rate conversion apparatus of the present invention configured as described above, first, for each of a plurality of frames within a predetermined range of frame positions defined by equal-length interval downsampling, for example, as shown in FIG. In addition, an evaluation scale (refer to FIG. 5) showing coding efficiency and subjective image quality for a low frame rate video signal generated when down-sampling with each of a plurality of frames within a predetermined range of the previous frame position. 1 calculates Ψ [L i , L i-1 ]), and the sum of the calculated evaluation scale and the evaluation scale of the frame at the previous frame position that is the calculation target (S i in FIG. 1). -1 (L i-1 )) is obtained, and the minimum value among them is specified, so that the first frame is selected from a plurality of frames within a predetermined range of the previous frame position. The process of identifying the frame that has the connection that minimizes the sum of the evaluation scales from the current position and repeatedly setting the added value as the sum of the evaluation scales of the source frame is repeated until the final frame position. To do.

続いて、最終のフレーム位置にある複数のフレームのそれぞれについて算出した評価尺度の総和について、それらの中の最小値を持つフレームを検出して、その検出したフレームを起点として先に特定したフレームを先頭のフレーム位置に向けて辿ることで、等長間隔のダウンサンプリングにより規定されるフレーム位置のそれぞれについてフレームを抽出して、それらをダウンサンプリング後のフレームとして選択する。   Subsequently, for the sum of the evaluation scales calculated for each of the plurality of frames at the final frame position, a frame having the minimum value among them is detected, and the previously identified frame from the detected frame as a starting point is detected. By tracing toward the first frame position, frames are extracted for each of the frame positions defined by equal-length interval down-sampling, and these are selected as frames after down-sampling.

このようにして、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から低フレームレート映像信号へフレームレート変換を実行するときに、ダウンサンプリング後の低フレームレート映像信号の全シーケンスに対しての符号化効率およびジャーキネスの抑圧を考慮した形で、そのフレームレート変換処理を実行するように処理するのである。   In this way, the frame rate conversion device of the present invention performs the frame rate conversion from the high frame rate video signal to the low frame rate video signal with respect to the entire sequence of the low frame rate video signal after the downsampling. The frame rate conversion process is executed in consideration of the coding efficiency and the suppression of jerkiness.

本発明では、高フレームレート映像信号から低フレームレート映像信号へフレームレート変換を実行するときに、ダウンサンプリング後の低フレームレート映像信号の全シーケンスに対しての符号化効率およびジャーキネスの抑圧を考慮した形で、そのフレームレート変換処理を実行する。   In the present invention, when performing frame rate conversion from a high frame rate video signal to a low frame rate video signal, the coding efficiency and jerkiness suppression for the entire sequence of the low frame rate video signal after downsampling are taken into account. Then, the frame rate conversion process is executed.

これから、本発明によれば、高フレームレート映像信号に対してのダウンサンプリングにより得られた所望のフレームレートの映像信号を符号化する場合に、均等フレーム間隔の間引きにより得られた映像信号よりも符号量を低く抑えることができるようになる。   Thus, according to the present invention, when encoding a video signal having a desired frame rate obtained by downsampling a high frame rate video signal, the video signal obtained by thinning out the uniform frame interval is used. The amount of codes can be kept low.

そして、本発明によれば、全シーケンスに対しての符号化効率およびジャーキネスの抑圧を考慮しないで行う非等長のフレーム間隔の間引きにより得られた映像信号よりも符号量を低く抑えることができるようになるとともに、ジャーキネスを抑圧することができるようになる。   According to the present invention, the amount of codes can be suppressed to be lower than that of a video signal obtained by thinning out non-equal-length frame intervals performed without considering encoding efficiency and jerkiness suppression for all sequences. At the same time, jerkiness can be suppressed.

本発明で算出するSi (Li )の算出処理の説明図である。It is explanatory drawing of the calculation process of S i (L i ) calculated in the present invention. 本発明のフレームレート変換装置の装置構成図である。It is an apparatus block diagram of the frame rate conversion apparatus of this invention. 本発明のフレームレート変換装置の装置構成図である。It is an apparatus block diagram of the frame rate conversion apparatus of this invention. ダウンサンプリング実行部の実行するフローチャートである。It is a flowchart which a downsampling execution part performs. ダウンサンプリング実行部の実行するフローチャートである。It is a flowchart which a downsampling execution part performs. ダウンサンプリング実行部の実行するフローチャートである。It is a flowchart which a downsampling execution part performs. 従来技術によるフレームレートダウンサンプリング処理の説明図である。It is explanatory drawing of the frame rate downsampling process by a prior art.

以下、実施の形態に従って本発明を詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in detail according to embodiments.

図2に、本発明のフレームレート変換装置1の装置構成の一例を図示する。   FIG. 2 shows an example of the device configuration of the frame rate conversion device 1 of the present invention.

この図に示すように、本発明のフレームレート変換装置1は、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を格納する高フレームレート映像ファイル10と、フレームレート変換処理された低フレームレート映像信号を格納する低フレームレート映像ファイル11と、高フレームレート映像信号から低フレームレート映像信号へのフレームレート変換処理を実行するフレームレートダウンサンプリング部12とを備える。   As shown in this figure, the frame rate conversion apparatus 1 of the present invention includes a high frame rate video file 10 storing a high frame rate video signal to be subjected to frame rate conversion processing, and a low frame rate subjected to frame rate conversion processing. A low frame rate video file 11 that stores a video signal, and a frame rate downsampling unit 12 that executes a frame rate conversion process from a high frame rate video signal to a low frame rate video signal are provided.

このフレームレートダウンサンプリング部12は、式(6)に示されるコスト関数Ψ〔Li ,Li-1 〕の関数値を算出するコスト関数算出部120と、コスト関数算出部120の算出したコスト関数値を使って、高フレームレート映像信号のフレームの中からフレームを選択することでフレームレートダウンサンプリング処理を実行するダウンサンプリング実行部121と、ダウンサンプリング実行部121の作業用データを記憶する作業用メモリ122とを備える。 The frame rate downsampling unit 12 includes a cost function calculation unit 120 that calculates a function value of the cost function Ψ [L i , L i-1 ] represented by Equation (6), and a cost calculated by the cost function calculation unit 120. A downsampling execution unit 121 that executes a frame rate downsampling process by selecting a frame from the frames of the high frame rate video signal using the function value, and a work for storing work data of the downsampling execution unit 121 Memory 122.

このコスト関数算出部120は、動き推定部1201を備えて、式(1)に示される動き補償予測誤差電力を算出する動き補償予測誤差算出部1200と、式(2)や式(3)や式(4)や式(5)などに示されるジャーキネスの評価尺度ε2 〔Li 〕を算出するジャーキネス評価尺度算出部1202とを備えることで、式(6)に示されるコスト関数Ψ〔Li ,Li-1 〕の関数値を算出する。 The cost function calculation unit 120 includes a motion estimation unit 1201, a motion compensation prediction error calculation unit 1200 that calculates the motion compensation prediction error power represented by Equation (1), Equation (2), Equation (3), By providing a jerkiness evaluation scale calculation unit 1202 that calculates the jerkiness evaluation scale ε 2 [L i ] shown in the expressions (4) and (5), the cost function Ψ [L i , L i-1 ] is calculated.

〔1〕動き推定部1201の処理
ダウンサンプリング実行部121の実行するフレーム選択処理の説明に入る前に、動き補償予測誤差算出部1200の備える動き推定部1201の処理について説明する。
[1] Process of Motion Estimation Unit 1201 Before entering the description of the frame selection process executed by the downsampling execution unit 121, the process of the motion estimation unit 1201 included in the motion compensation prediction error calculation unit 1200 will be described.

動き推定部1201は、予測対象フレームと参照フレームとを入力として、下記に示す処理を実行することで、予測対象フレーム内のブロック毎の動きベクトルd〔k〕、すなわち、式(1)におけるd〔k〕(k=0,1, .... ,K−1)を推定する処理を行う。ここで、kはブロックを同定するインデックスである。   The motion estimator 1201 receives the prediction target frame and the reference frame as input, and executes the following processing to thereby execute a motion vector d [k] for each block in the prediction target frame, that is, d in Expression (1). [K] (k = 0, 1,..., K−1) is estimated. Here, k is an index for identifying a block.

処理:・式(1)のΣ{x∈B〔k〕}の項(第kブロックの予測誤差和)を最小化す る動きベクトルd〔k〕を求める
・動きベクトルは、予め与えられた探索範囲−D≦d〔k〕≦D−1内の値から 選択される
・選択の方法は、探索範囲内の全ての候補ベクトルに対して、その候補ベクトル を用いた場合の予測誤差和を算出し、その予測誤差和を最小化するベクトルを d〔k〕とすることで行う
動き補償予測誤差算出部1200は、動き推定部1201の推定したベクトルd〔k〕を使い、式(1)に基づいて、予測対象フレームと参照フレームとの間の動き補償予測誤差電力を算出する。
Processing: • Finds a motion vector d [k] that minimizes the term of Σ {x∈B [k]} (prediction error sum of k-th block) in Equation (1). Selection is made from values in the range −D ≦ d [k] ≦ D−1. • The selection method calculates the sum of prediction errors when using the candidate vectors for all candidate vectors in the search range. Then, the motion compensation prediction error calculation unit 1200, which is performed by setting the vector that minimizes the prediction error sum to d [k], uses the vector d [k] estimated by the motion estimation unit 1201 and uses Equation (1). Based on this, the motion compensation prediction error power between the prediction target frame and the reference frame is calculated.

〔2〕ダウンサンプリング実行部121の処理
次に、ダウンサンプリング実行部121により実行されるフレームレートダウンサンプリング処理について説明する。
[2] Processing of Downsampling Execution Unit 121 Next, frame rate downsampling processing executed by the downsampling execution unit 121 will be described.

図3に、ダウンサンプリング実行部121の装置構成の一例を図示する。   FIG. 3 illustrates an example of a device configuration of the downsampling execution unit 121.

この図に示すように、ダウンサンプリング実行部121は、入力部1210と、処理フレーム位置選択部1211と、処理フレーム選択部1212と、参照フレーム決定部1213と、全フレーム位置終了判定部1214と、累積コスト関数値最小化最終フレーム検出部1215と、決定参照フレーム追跡部1216とを備える。   As shown in this figure, the downsampling execution unit 121 includes an input unit 1210, a processing frame position selection unit 1211, a processing frame selection unit 1212, a reference frame determination unit 1213, an all frame position end determination unit 1214, The accumulated cost function value minimized final frame detection unit 1215 and a decision reference frame tracking unit 1216 are provided.

この入力部1210は、高フレームレート映像信号のフレーム数Jと、高フレームレート映像信号のフレーム間隔δt と、ダウンサンプリング比Mと、伸縮パラメータΔとを読み込む。 The input unit 1210 reads the number of frames J of the high frame rate video signal, the frame interval δ t of the high frame rate video signal, the downsampling ratio M, and the expansion / contraction parameter Δ.

処理フレーム位置選択部1211は、ダウンサンプリング比Mとフレーム間隔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ダウンサンプリングフレーム位置(以下、フレーム位置と略記する)を選択対象として、先頭のフレーム位置の1つ後のフレーム位置を起点にして、最終のフレーム位置までのフレーム位置を順次、処理フレーム位置として選択する。 Processing frame position selecting unit 1211, down-sampling frame position defined by the down-sampling, such as interval length based on the downsampling ratios M and frame interval [delta] t (hereinafter, abbreviated as frame position) as selection, the head of the Starting from the frame position immediately after the frame position, frame positions up to the final frame position are sequentially selected as processing frame positions.

処理フレーム選択部1212は、処理フレーム位置選択部1211の選択した処理フレーム位置およびその近傍に位置する2Δ+1枚のフレームを順次、処理フレームとして選択する。   The processing frame selection unit 1212 sequentially selects the processing frame position selected by the processing frame position selection unit 1211 and 2Δ + 1 frames located in the vicinity thereof as processing frames.

参照フレーム決定部1213は、処理フレーム選択部1212の選択した処理フレームと、1つ前のフレーム位置およびその近傍に位置する2Δ+1枚のフレームのそれぞれとの間で式(6)に示されるコスト関数の関数値を算出して、その算出したコスト関数値とその算出対象となった1つ前のフレーム位置におけるフレームの持つコスト関数値の総和との加算値を求めて(累積コスト関数値算出機能)、それらの中の最小値を特定することで(最小累積コスト関数値特定機能)、1つ前のフレーム位置における2Δ+1枚のフレームの中から、先頭のフレーム位置からのコスト関数値の総和を最小化するつながりを持つフレームを特定することで参照フレームを決定する。   The reference frame determination unit 1213 calculates the cost function expressed by Expression (6) between the processing frame selected by the processing frame selection unit 1212 and each of the 2Δ + 1 frames positioned in the vicinity of the previous frame position. Is calculated, and an added value of the calculated cost function value and the sum of the cost function values of the frame at the previous frame position to be calculated is obtained (accumulated cost function value calculation function). ) By specifying the minimum value among them (minimum cumulative cost function value specifying function), the sum of cost function values from the first frame position can be calculated from 2Δ + 1 frames at the previous frame position. A reference frame is determined by specifying a frame having a connection to be minimized.

全フレーム位置終了判定部1214は、最終のフレーム位置までの全フレーム位置について処理を行ったのか否かを判定して、全フレーム位置について処理を行っていないことを判定するときには、処理フレーム位置選択部1211に対して次のフレーム位置を選択するように指示し、全フレーム位置について処理を行ったことを判定するときには、累積コスト関数値最小化最終フレーム検出部1215に対して処理の実行を指示する。   The all frame position end determination unit 1214 determines whether or not processing has been performed for all frame positions up to the final frame position, and determines that processing has not been performed for all frame positions. When instructing the unit 1211 to select the next frame position and determining that all the frame positions have been processed, the cumulative cost function value minimized final frame detecting unit 1215 is instructed to execute the process. To do.

累積コスト関数値最小化最終フレーム検出部1215は、最終のフレーム位置およびその近傍に位置する2Δ+1枚のフレームのそれぞれについて算出されたコスト関数値の総和(参照フレーム決定部1213が算出したもの)について、それらの中の最小値を持つフレームを検出することで、先頭のフレーム位置からのコスト関数値の総和を最小化する最終フレームを検出する。   The accumulated cost function value minimized final frame detection unit 1215 calculates the sum of the cost function values calculated by the final frame position and 2Δ + 1 frames located in the vicinity thereof (calculated by the reference frame determination unit 1213). By detecting the frame having the minimum value among them, the final frame that minimizes the sum of the cost function values from the head frame position is detected.

決定参照フレーム追跡部1216は、累積コスト関数値最小化最終フレーム検出部1215の検出した最終フレームを起点として、参照フレーム決定部1213の決定した参照フレームを辿ることで、等長間隔のダウンサンプリングにより規定されるフレーム位置のそれぞれについて参照フレームを抽出して、それらをダウンサンプリング後のフレームとして選択する。   The determined reference frame tracking unit 1216 traces the reference frame determined by the reference frame determining unit 1213 from the last frame detected by the accumulated cost function value minimized final frame detecting unit 1215 as a starting point, thereby downsampling at equal intervals. Extract reference frames for each of the defined frame positions and select them as frames after downsampling.

下記に、このように構成されるダウンサンプリング実行部121の実行するフレームレートダウンサンプリング処理の流れを示す。   The flow of the frame rate downsampling process executed by the downsampling execution unit 121 configured as described above is shown below.

〔i〕ジャーキネスの評価尺度として式(2)の値を用いる場合
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.コスト関数算出に用いる重み係数λを読み込む
4.i=1, .... ,J/M−1について以下の処理を行う
5. Li =−Δ, .... ,Δについて以下の処理を行う
6. Li-1 =−Δ, .... ,Δについて以下の処理を行う
(ただし、L0 の場合は、L0 =0, .... ,Δ)
7. 参照フレームをf(x,((i−1)M+Li-1 )δt )とする場合のf( x,(iM+Li )δt )に対する動き補償予測誤差電力(式(1))を最小 化する動きベクトルを求める。動きベクトルの求め方は外部から与えられる 。例えば、探索範囲内の候補をしらみつぶしにあたる全探索法を用いる。求 めた動きベクトルを用いた場合の動き補償予測誤差電力をσi 2 〔Li ,L i-1 〕に格納する
8. ジャーキネスの評価尺度として、等長でダウンサンプリングされたフレーム と可変長でダウンサンプリングされたフレームとの差分値ε2 〔Li 〕を算 出する。具体的な算出方法は式(2)に従う
9. 動き補償予測誤差電力およびジャーキネスの評価尺度の加重和として、コス ト関数Ψ〔Li ,Li-1 〕を次式により求める
Ψ〔Li ,Li-1 〕=σi 2 〔Li ,Li-1 〕+λε2 〔Li
10. Ψ〔Li ,Li-1 〕+Si-1 (Li-1 )の値を算出する
(ただし、L0 の場合は、Ψ〔L1 ,L0 〕の値を算出する)
11. Ψ〔Li ,Li-1 〕+Si-1 (Li-1 )(Li-1 =−Δ, .... ,Δ)の中での 最小値をSi (Li )に格納する
(ただし、L0 の場合は、Ψ〔L1 ,L0 〕(L0 =0, .... ,Δ)の 中での最小値をS1 (L1 )に格納する)
12. Si (Li )を与えるLi-1 を^Li-1 (Li )に格納する
13.SJ/M-1 (LJ/M-1 )を最小化するLJ/M-1 をL* J/M-1 に格納する
14.i=J/M−2, .... ,1について以下の処理を行う
15. L* i-1 =^Li-1 (Li )を算出する
16.ダウンサンプリング後の第iフレームとして、f(x,(iM+Li * )δt
(x=0, .... ,X−1)を格納する。
[I] When using the value of formula (2) as an evaluation scale for jerkiness. Captured image signal (high frame rate video signal subject frame rate conversion process), reads the number of frames J, the frame rate (used in order to calculate the frame interval [delta] t) 2. 2. Read downsampling ratio M. 3. Read the weighting factor λ used for calculating the cost function. 4. Perform the following processing for i = 1,..., J / M-1. 5. Perform the following processing for L i = −Δ,. The following processing is performed for L i-1 = −Δ,..., Δ
(However, in the case of L 0, L 0 = 0, ...., Δ)
7). When the reference frame is f (x, ((i−1) M + L i−1 ) δ t ), the motion compensation prediction error power (equation (1)) with respect to f (x, (iM + L i ) δ t ) is minimized. The motion vector to be converted is obtained. The method for obtaining the motion vector is given from the outside. For example, a full search method is used that squeezes candidates within the search range. 7. Store the motion compensation prediction error power when using the obtained motion vector in σ i 2 [L i , L i-1 ]. As an evaluation measure of jerkiness, a difference value ε 2 [L i ] between a frame down-sampled with an equal length and a frame down-sampled with a variable length is calculated. The specific calculation method follows formula (2). The cost function Ψ [L i , L i-1 ] is obtained by the following equation as a weighted sum of the motion compensation prediction error power and the jerkiness evaluation scale.
Ψ [L i , L i-1 ] = σ i 2 [L i , L i-1 ] + λε 2 [L i ]
Ten. Calculate the value of Ψ [L i , L i-1 ] + S i-1 (L i-1 )
(However, in the case of L 0, to calculate the value of Ψ [L 1, L 0])
11. The minimum value of Ψ [L i , L i-1 ] + S i-1 (L i-1 ) (L i-1 = −Δ,..., Δ) is set to S i (L i ). Store
(However, in the case of L 0, [psi [L 1, L 0] (L 0 = 0, ...., and stores the minimum value among the delta) in S 1 (L 1))
12. Store L i-1 giving S i (L i ) in ^ L i-1 (L i ).
13. Storing S J / M-1 and (L J / M-1) to L J / M-1 to minimize the L * J / M-1
14. i = J / M-2,...
15. L * i-1 = ^ L i-1 (L i ) is calculated
16. As the i-th frame after downsampling, f (x, (iM + L i * ) δ t )
(X = 0,..., X−1) are stored.

〔ii〕ジャーキネスの評価尺度として式(3)の値を用いる場合
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.コスト関数算出に用いる重み係数λを読み込む
4.i=1, .... ,J/M−1について以下の処理を行う
5. Li =−Δ, .... ,Δについて以下の処理を行う
6. Li-1 =−Δ, .... ,Δについて以下の処理を行う
(ただし、L0 の場合は、L0 =0, .... ,Δ)
7. 参照フレームをf(x,((i−1)M+Li-1 )δt )とする場合のf( x,(iM+Li )δt )に対する動き補償予測誤差電力(式(1))を最小 化する動きベクトルを求める。動きベクトルの求め方は外部から与えられる 。例えば、探索範囲内の候補をしらみつぶしにあたる全探索法を用いる。求 めた動きベクトルを用いた場合の動き補償予測誤差電力をσi 2 〔Li ,L i-1 〕に格納する
8. 等長でダウンサンプリングされたフレームと可変長でダウンサンプリングさ れたフレームとの差分値 tildeε2 〔Li 〕を算出する
9. 等長でダウンサンプリングされたフレームと可変長でダウンサンプリングさ れたフレームとのフレーム間距離の絶対値|Li |を算出する
10. 8.で算出した差分値に9.で算出したフレーム間距離を乗じた値を算出し、ジ ャーキネスの評価尺度ε2 〔Li 〕とする。8.〜10. の具体的な算出方法は 式(3)に従う
11. 動き補償予測誤差電力およびジャーキネスの評価尺度の加重和として、コス ト関数Ψ〔Li ,Li-1 〕を次式により求める
Ψ〔Li ,Li-1 〕=σi 2 〔Li ,Li-1 〕+λε2 〔Li
12. Ψ〔Li ,Li-1 〕+Si-1 (Li-1 )の値を算出する
(ただし、L0 の場合は、Ψ〔L1 ,L0 〕の値を算出する)
13. Ψ〔Li ,Li-1 〕+Si-1 (Li-1 )(Li-1 =−Δ, .... ,Δ)の中での 最小値をSi (Li )に格納する
(ただし、L0 の場合は、Ψ〔L1 ,L0 〕(L0 =0, .... ,Δ)の 中での最小値をS1 (L1 )に格納する)
14. Si (Li )を与えるLi-1 を^Li-1 (Li )に格納する
15.SJ/M-1 (LJ/M-1 )を最小化するLJ/M-1 をL* J/M-1 に格納する
16.i=J/M−2, .... ,1について以下の処理を行う
17. L* i-1 =^Li-1 (Li )を算出する
18.ダウンサンプリング後の第iフレームとして、f(x,(iM+Li * )δt
(x=0, .... ,X−1)を格納する。
[Ii] When using the value of equation (3) as an evaluation scale for jerkiness. Captured image signal (high frame rate video signal subject frame rate conversion process), reads the number of frames J, the frame rate (used in order to calculate the frame interval [delta] t) 2. 2. Read downsampling ratio M. 3. Read the weighting factor λ used for calculating the cost function. 4. Perform the following processing for i = 1,..., J / M-1. 5. Perform the following processing for L i = −Δ,. The following processing is performed for L i-1 = −Δ,..., Δ
(However, in the case of L 0, L 0 = 0, ...., Δ)
7). When the reference frame is f (x, ((i−1) M + L i−1 ) δ t ), the motion compensation prediction error power (equation (1)) with respect to f (x, (iM + L i ) δ t ) is minimized. The motion vector to be converted is obtained. The method for obtaining the motion vector is given from the outside. For example, a full search method is used that squeezes candidates within the search range. 7. Store the motion compensation prediction error power when using the obtained motion vector in σ i 2 [L i , L i-1 ]. 8. Calculate the difference value tildeε 2 [L i ] between the frame down-sampled with equal length and the frame down-sampled with variable length. Calculate the absolute value | L i | of the interframe distance between a frame down-sampled with equal length and a frame down-sampled with variable length
Ten. A value obtained by multiplying the difference value calculated in step 8 by the inter-frame distance calculated in step 9 is calculated and used as an evaluation measure ε 2 [L i ] of jerkiness. The specific calculation method of 8. to 10. follows formula (3).
11. As a weighted sum of the motion compensation prediction error power and the jerkiness evaluation scale, the cost function Ψ [L i , L i-1 ] is obtained by
Ψ [L i , L i-1 ] = σ i 2 [L i , L i-1 ] + λε 2 [L i ]
12. Calculate the value of Ψ [L i , L i-1 ] + S i-1 (L i-1 )
(However, in the case of L 0, to calculate the value of Ψ [L 1, L 0])
13. The minimum value of Ψ [L i , L i-1 ] + S i-1 (L i-1 ) (L i-1 = −Δ,..., Δ) is set to S i (L i ). Store
(However, in the case of L 0, [psi [L 1, L 0] (L 0 = 0, ...., and stores the minimum value among the delta) in S 1 (L 1))
14. Store L i-1 giving S i (L i ) in ^ L i-1 (L i ).
15. Storing S J / M-1 and (L J / M-1) to L J / M-1 to minimize the L * J / M-1
16. i = J / M-2,...
17. L * i-1 = ^ L i-1 (L i ) is calculated
18. As the i-th frame after downsampling, f (x, (iM + L i * ) δ t )
(X = 0,..., X−1) are stored.

このようにして、ダウンサンプリング実行部121は、まず最初に、図1に示すように、等長間隔のダウンサンプリングにより規定されるフレーム位置およびその近傍に位置する2Δ+1枚のフレームのそれぞれについて、1つ前のフレーム位置およびその近傍に位置する2Δ+1枚のフレームのそれぞれとの間で、フレームをダウンサンプリングするための評価尺度であるコスト関数の関数値を算出し、その算出したコスト関数値とその算出対象となった1つ前のフレーム位置におけるフレームの持つコスト関数値の総和との加算値を求めて、それらの中の最小値を特定することで、1つ前のフレーム位置およびその近傍に位置する2Δ+1枚のフレームの中から、先頭のフレーム位置からのコスト関数値の総和を最小化するつながりを持つフレームを特定するという処理を、最終のフレーム位置まで繰り返し実行し、
続いて、最終のフレーム位置およびその近傍に位置する2Δ+1枚のフレームのそれぞれについて算出したコスト関数値の総和について、それらの中の最小値を持つフレームを検出して、その検出したフレームを起点として先に特定したフレームを先頭のフレーム位置に向けて辿ることで、等長間隔のダウンサンプリングにより規定されるフレーム位置のそれぞれについてフレームを抽出して、それらをダウンサンプリング後のフレームとして選択することで、高フレームレート映像信号から低フレームレート映像信号へのフレームレート変換処理を実行するのである。
In this way, first, the downsampling execution unit 121, as shown in FIG. 1, 1 for each frame position defined by equal-length interval downsampling and 2Δ + 1 frames located in the vicinity thereof. A function value of a cost function, which is an evaluation measure for down-sampling the frame, is calculated between the previous frame position and each of 2Δ + 1 frames located in the vicinity thereof, and the calculated cost function value and By calculating the sum of the cost function values of the frame at the previous frame position to be calculated and specifying the minimum value among them, it is possible to locate the previous frame position and its vicinity. Among the 2Δ + 1 frames that are positioned, there is a connection that minimizes the sum of cost function values from the first frame position. A process of specifying the frame, repeatedly executed until the final frame position,
Subsequently, for the sum of the cost function values calculated for the final frame position and each of the 2Δ + 1 frames located in the vicinity thereof, the frame having the minimum value is detected, and the detected frame is used as the starting point. By tracing the previously specified frame toward the first frame position, extracting frames for each frame position defined by equal-length interval down-sampling, and selecting them as frames after down-sampling The frame rate conversion process from the high frame rate video signal to the low frame rate video signal is executed.

次に、実施例に従って本発明を詳細に説明する。   Next, the present invention will be described in detail according to examples.

図4〜図6に、ダウンサンプリング実行部121の実行するフレームレートダウンサンプリング処理のフローチャートの一例を図示する。   4 to 6 show an example of a flowchart of the frame rate downsampling process executed by the downsampling execution unit 121. FIG.

次に、このフローチャートに従って、ダウンサンプリング実行部121の実行するフレームレートのダウンサンプリング処理について詳細に説明する。   Next, according to this flowchart, the frame rate downsampling process executed by the downsampling execution unit 121 will be described in detail.

ここで、以下の説明では、フレームをダウンサンプリングするための評価尺度として、式(6)に示されるコスト関数Ψ〔Li ,Li-1 〕を用いることを想定するとともに、このコスト関数Ψ〔Li ,Li-1 〕に記述されるジャーキネスの評価尺度ε2 〔Li 〕として、式(2)、式(3)、式(4)、式(5)のいずれかを用いることを想定する。 Here, in the following description, it is assumed that the cost function Ψ [L i , L i-1 ] shown in Expression (6) is used as an evaluation measure for downsampling the frame, and this cost function Ψ Use one of Equation (2), Equation (3), Equation (4), and Equation (5) as the jerkiness evaluation measure ε 2 [L i ] described in [L i , L i-1 ] Is assumed.

ダウンサンプリング実行部121は、フレームレートダウンサンプリング処理の実行要求があると、図4のフローチャートに示すように、まず最初に、ステップS10で、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と、そのフレーム数Jと、そのフレーム間隔δt と、ダウンサンプリング比Mと、伸縮パラメータΔとを読み込む。 When there is a request for execution of the frame rate downsampling process, the downsampling execution unit 121 first, in step S10, the high frame rate video signal to be subjected to the frame rate conversion process, as shown in the flowchart of FIG. reads its frame number J, and the frame interval [delta] t, and down-sampling ratio M, and a stretch parameter delta.

続いて、ステップS20で、i=1およびL1 の指定するフレームと、i=0およびL0 の指定するフレームとの間でS1 (L1 )を算出して、それを作業用メモリ122に格納するとともに、S1 (L1 )を与えるL0 を^L0 (L1 )として作業用メモリ122に格納する。このステップS20の処理の詳細については、図5のフローチャートで後述する。 Subsequently, in step S20, S 1 (L 1 ) is calculated between the frame designated by i = 1 and L 1 and the frame designated by i = 0 and L 0 , and this is calculated as work memory 122. And L 0 giving S 1 (L 1 ) is stored in work memory 122 as L 0 (L 1 ). Details of the processing in step S20 will be described later with reference to the flowchart of FIG.

続いて、ステップS30で、2≦i≦J/M−1について、iおよびLi の指定するフレームと、i−1およびLi-1 の指定するフレームとの間でSi (Li )を算出して、それを作業用メモリ122に格納するとともに、Si (Li )を与えるLi-1 を^Li-1 (Li )として作業用メモリ122に格納する。このステップS30の処理の詳細については、図6のフローチャートで後述する。 Subsequently, in step S30, for 2 ≦ i ≦ J / M- 1, S i (L i) between a frame to specify the i and L i, a i-1 and L i-1 of the specified frame Is stored in the work memory 122, and L i-1 giving S i (L i ) is stored in the work memory 122 as ^ L i-1 (L i ). Details of the processing in step S30 will be described later with reference to the flowchart of FIG.

続いて、ステップS40で、SJ/M-1 (LJ/M-1 )を最小化するLJ/M-1 をL* J/M-1 として作業用メモリ122に格納する。 Subsequently, in step S40, and stores the S J / M-1 (L J / M-1) working memory 122 L J / M-1 to minimize the L * J / M-1 to.

続いて、ステップS50で、変数iにJ/M−2をセットする。   Subsequently, in step S50, J / M-2 is set to the variable i.

続いて、ステップS60で、L* i-1 =^Li-1 (Li )に従って、L* i-1 を算出して作業用メモリ122に格納する。 Subsequently, in step S60, L * i-1 is calculated and stored in the work memory 122 in accordance with L * i-1 = ^ Li-1 ( Li ).

続いて、ステップS70で、変数iの値を1つディクリメントする。   Subsequently, in step S70, the value of the variable i is decremented by one.

続いて、ステップS80で、変数iの値が0に到達したのか否かを判断して、0に到達していないことを判断するときには、ステップS60の処理に戻り、0に到達したことを判断するときには、ステップS90の処理に進む。   Subsequently, in step S80, it is determined whether or not the value of the variable i has reached 0, and when it is determined that the value has not reached 0, the process returns to step S60 to determine that 0 has been reached. If so, the process proceeds to step S90.

続いて、ステップS90で、ダウンサンプリング後の第iフレームとして、f(x,(iM+L* i )δt )(x=0, .... ,X−1)を格納する。 Subsequently, in step S90, the i-th frame after downsampling, f stores (x, (iM + L * i) δ t) (x = 0, ...., X-1).

次に、図5のフローチャートに従って、ステップS20で実行する処理の詳細について説明する。   Next, details of the process executed in step S20 will be described with reference to the flowchart of FIG.

ダウンサンプリング実行部121は、ステップS20の処理に入ると、図5のフローチャートに示すように、まず最初に、ステップS201で、変数iに1をセットし、続くステップS202で、変数Li に−Δをセットし、続くステップS203で、変数Li-1 に0をセットする。すなわち、変数iに1をセットして、L1 に−Δをセットするとともに、L0 に0をセットするのである。 Downsampling execution unit 121 starts the processing of step S20, as shown in the flowchart of FIG. 5, first, at step S201, sets a variable i, at subsequent step S202, the variable L i - Δ is set, and in subsequent step S203, 0 is set to the variable L i−1 . That is, 1 is set to the variable i, −Δ is set to L 1 , and 0 is set to L 0 .

続いて、ステップS204で、i=1の場合において、iおよびLi の指定するフレームと、i−1およびLi-1 の指定するフレームとの間で動き補償予測誤差電力の最小値σi 2 〔Li ,Li-1 〕を算出し、それを用いてジャーキネスの評価尺度ε2 〔Li 〕を考慮したコスト関数Ψ〔Li ,Li-1 〕の関数値を算出して、それを作業用メモリ122に格納する。すなわち、コスト関数Ψ〔L1 ,L0 〕の関数値を算出して、それを作業用メモリ122に格納するのである。 Subsequently, in step S204, in the case of i = 1, the frame designated by i and L i, the minimum value of the motion compensated prediction error power between i-1 and L i-1 of the specified frame sigma i 2 [L i , L i-1 ] is calculated, and the function value of the cost function Ψ [L i , L i-1 ] taking into account the jerkiness evaluation measure ε 2 [L i ] is calculated. It is stored in the work memory 122. That is, the function value of the cost function Ψ [L 1 , L 0 ] is calculated and stored in the work memory 122.

続いて、ステップS205で、i=1の場合において、変数Li-1 の値を1つインクリメントし、続くステップS206で、変数Li-1 の値がΔよりも大きくなったのか否かを判断して、Δよりも大きくなっていないことを判断するときには、ステップS204の処理に戻る。すなわち、L0 の値を1つインクリメントして、その値がΔよりも大きくなったのか否かを判断して、Δよりも大きくなっていないことを判断するときには、ステップS204の処理に戻るのである。 Subsequently, in step S205, in the case of i = 1, the value of the variable L i-1 is incremented by 1, and in the subsequent step S206, it is determined whether or not the value of the variable L i-1 is larger than Δ. If it is determined that it is not greater than Δ, the process returns to step S204. That is, when the value of L 0 is incremented by 1 and it is determined whether or not the value is greater than Δ, and when it is determined that the value is not greater than Δ, the process returns to step S204. is there.

このようにして、i=1の場合において、変数L0 の値を0からΔまで1つずつインクリメントしながらステップS204の処理を実行することで、i=1および変数L1 の指定するフレームと、1つ前のフレーム位置にあるΔ+1枚のフレームのそれぞれとの間でコスト関数Ψ〔L1 ,L0 〕の関数値を算出して、それを作業用メモリ122に格納するのである。 In this way, in the case of i = 1, by executing the process of step S204 while incrementing the value of the variable L 0 by 1 from 0 to Δ, the frame designated by i = 1 and the variable L 1 A function value of the cost function Ψ [L 1 , L 0 ] is calculated between each of the Δ + 1 frames at the previous frame position and stored in the work memory 122.

一方、ステップS206で、変数Li-1 の値がΔよりも大きくなったことを判断するときには、ステップS207に進んで、作業用メモリ122に格納したコスト関数値Ψ〔Li ,Li-1 〕の中の最小値Si (Li )を特定して、それを作業用メモリ122に格納するとともに、そのSi (Li )を与えるLi-1 を^Li-1 (Li )として作業用メモリ122に格納する。 On the other hand, when it is determined in step S206 that the value of the variable L i-1 is larger than Δ, the process proceeds to step S207, and the cost function value Ψ [L i , L i− stored in the work memory 122 is reached. to identify the minimum value S i (L i) in 1], and stores it in the working memory 122, the S i (L i) a L i-1 to give ^ L i-1 (L i ) is stored in the working memory 122.

すなわち、i=1の場合において、変数L1 のある値について、ステップS204を繰り返し実行することで求めたコスト関数値Ψ〔L1 ,L0 〕(L0 =0, .... ,Δ)の中の最小値S1 (L1 )を特定して、それを作業用メモリ122に格納するとともに、そのS1 (L1 )を与えるL0 を^L0 (L1 )として作業用メモリ122に格納するのである。 That is, when i = 1, the cost function value Ψ [L 1 , L 0 ] (L 0 = 0,..., Δ) obtained by repeatedly executing Step S204 for a certain value of the variable L 1. ) identifies the minimum value S 1 (L 1) in the, working stores it in the work memory 122, as its S 1 to L 0 to give (L 1) ^ L 0 ( L 1) It is stored in the memory 122.

続いて、ステップS208で、i=1の場合において、変数Li の値を1つインクリメントし、続くステップS209で、変数Li の値がΔよりも大きくなったのか否かを判断して、Δよりも大きくなっていないことを判断するときには、ステップS203の処理に戻る。すなわち、変数L1 の値を1つインクリメントして、その値がΔよりも大きくなったのか否かを判断して、Δよりも大きくなっていないことを判断するときには、ステップS203の処理に戻るのである。 Subsequently, in step S208, in the case of i = 1, it is incremented by one the value of the variable L i, in the following step S209, it is determined whether or not the value of the variable L i is greater than delta, When it is determined that it is not greater than Δ, the process returns to step S203. That is, when the value of the variable L 1 is incremented by 1 and it is determined whether or not the value is greater than Δ, it is determined that the value is not greater than Δ, the process returns to step S203. It is.

このようにして、i=1の場合において、変数L1 の値を−ΔからΔまで1つずつインクリメントしながらステップS204/ステップS207の処理を実行することで、変数L1 の値の−Δ〜Δのそれぞれについて、コスト関数Ψ〔L1 ,L0 〕(L0 =0, .... ,Δ)の関数値を求めて、その中の最小値S1 (L1 )を特定して作業用メモリ122に格納するとともに、そのS1 (L1 )を与えるL0 を^L0 (L1 )として作業用メモリ122に格納するのである。 In this way, when i = 1, the value of the variable L 1 is incremented by one from −Δ to Δ, and the process of step S204 / step S207 is executed, so that the value of the variable L 1 is −Δ. ˜Δ, the function value of the cost function Ψ [L 1 , L 0 ] (L 0 = 0,..., Δ) is obtained, and the minimum value S 1 (L 1 ) is specified. Are stored in the work memory 122, and L 0 giving S 1 (L 1 ) is stored in the work memory 122 as L 0 (L 1 ).

そして、ステップS209で、i=1の場合において、変数Li の値がΔよりも大きくなったことを判断するときには、ステップS20の処理を終了する。すなわち、L1 の値がΔよりも大きくなったことを判断するときには、ステップS20の処理を終了するのである。 Then, in step S209, in the case of i = 1, when it is determined that the value of the variable L i is larger than Δ, the process ends in step S20. That is, when it is determined that the value of L 1 is greater than Δ, the process of step S20 is terminated.

このようにして、ダウンサンプリング実行部121は、ステップS20の処理に入ると、図5のフローチャートを実行することで、i=1およびL1 の指定するフレームと、i=0およびL0 の指定するフレームとの間でS1 (L1 )を算出して、それを作業用メモリ122に格納するとともに、そのS1 (L1 )を与えるL0 を^L0 (L1 )として作業用メモリ122に格納するように処理するのである。 In this way, the down-sampling execution unit 121 starts the processing of step S20, by executing the flowchart of FIG. 5, a frame designated by i = 1 and L 1, designated i = 0 and L 0 S 1 (L 1 ) is calculated with respect to the frame to be stored and stored in the work memory 122, and L 0 giving that S 1 (L 1 ) is set as ^ L 0 (L 1 ). It is processed so as to be stored in the memory 122.

次に、図6のフローチャートに従って、ステップS30で実行する処理の詳細について説明する。   Next, details of the process executed in step S30 will be described with reference to the flowchart of FIG.

ダウンサンプリング実行部121は、ステップS30の処理に入ると、図6のフローチャートに示すように、まず最初に、ステップS301で、変数iに2をセットし、続くステップS302で、変数Li に−Δをセットし、続くステップS303で、変数Li-1 に−Δをセットする。 Downsampling execution unit 121 starts the processing of step S30, as shown in the flowchart of FIG. 6, first of all, at step S301, sets 2 to the variable i, the following step S302, the variable L i - Δ is set, and in step S303, -Δ is set to the variable Li -1 .

続いて、ステップS304で、iおよびLi の指定するフレームと、i−1およびLi-1 の指定するフレームとの間で動き補償予測誤差電力の最小値σi 2 〔Li ,Li-1 〕を算出し、それを用いてジャーキネスの評価尺度ε2 〔Li 〕を考慮したコスト関数Ψ〔Li ,Li-1 〕の関数値を算出する。 Subsequently, in step S304, i and L and the frame designated by i, i-1 and L a minimum value of motion compensated prediction error power between the i-1 of the specified frame sigma i 2 [L i, L i −1 ] is calculated, and the function value of the cost function Ψ [L i , L i-1 ] taking into account the jerkiness evaluation measure ε 2 [L i ] is calculated.

続いて、ステップS305で、Ψ〔Li ,Li-1 〕+Si-1 (Li-1 )を算出して作業用メモリ122に格納する。 In step S 305, Ψ [L i , L i-1 ] + S i-1 (L i-1 ) is calculated and stored in the work memory 122.

すなわち、i=2の場合には、図5のフローチャートの処理に従って、既にS1 (L1 )が算出されているので、そのS1 (L1 )を使って、Ψ〔L2 ,L1 〕+S1 (L1 )を算出して作業用メモリ122に格納するのである。そして、i>2の場合には、後述するステップS308の処理に従って、既にSi-1 (Li-1 )が算出されているので、そのSi-1 (Li-1 )を使って、Ψ〔Li ,Li-1 〕+Si-1 (Li-1 )を算出して作業用メモリ122に格納するのである。 That is, in the case of i = 2, S 1 (L 1 ) has already been calculated according to the process of the flowchart of FIG. 5, so that S 1 (L 1 ) is used to satisfy Ψ [L 2 , L 1 ] + S 1 (L 1 ) is calculated and stored in the working memory 122. If i> 2, since S i-1 (L i-1 ) has already been calculated in accordance with the processing of step S308 described later, the S i-1 (L i-1 ) is used. , Ψ [L i , L i-1 ] + S i-1 (L i-1 ) is calculated and stored in the work memory 122.

続いて、ステップS306で、変数Li-1 の値を1つインクリメントし、続くステップS307で、変数Li-1 の値がΔよりも大きくなったのか否かを判断して、Δよりも大きくなっていないことを判断するときには、ステップS304の処理に戻る。 Subsequently, in step S306, the value of the variable L i-1 is incremented by one, and in the subsequent step S307, it is determined whether or not the value of the variable L i-1 is greater than Δ, When it is determined that the value has not increased, the process returns to step S304.

このようにして、変数Li-1 の値を−ΔからΔまで1つずつインクリメントしながらステップS304/ステップS305の処理を実行することで、変数iおよび変数Li の指定するフレームと、1つ前のフレーム位置にある2Δ+1枚のフレームのそれぞれとの間で動き補償予測誤差電力の最小値σi 2 〔Li ,Li-1 〕を算出し、それを用いてジャーキネスの評価尺度ε2 〔Li 〕を考慮したコスト関数Ψ〔Li ,Li-1 〕の関数値を算出して、その算出したコスト関数値と、その2Δ+1枚のフレームのそれぞれが持つ先頭のフレーム位置からのコスト関数値の総和Si-1 (Li-1 )との加算値を算出し、それを作業用メモリ122に格納するのである。 In this way, by executing the processing of step S304 / step S305 while incrementing the value of the variable L i-1 one by one from −Δ to Δ, the frame designated by the variable i and the variable L i , 1 The minimum value σ i 2 [L i , L i-1 ] of motion compensation prediction error power is calculated between each of 2Δ + 1 frames at the previous frame position, and is used to evaluate the jerkiness evaluation measure ε 2 Calculate the function value of the cost function Ψ [L i , L i-1 ] taking into account [L i ], and calculate from the calculated cost function value and the top frame position of each of the 2Δ + 1 frames. The sum of the cost function values and the total sum S i-1 (L i-1 ) is calculated and stored in the work memory 122.

一方、ステップS307で、変数Li-1 の値がΔよりも大きくなったことを判断するときには、ステップS308に進んで、作業用メモリ122に格納したΨ〔Li ,Li-1 〕+Si-1 (Li-1 )(Li-1 =−Δ, .... ,Δ)の中の最小値Si (Li )を特定して、それを作業用メモリ122に格納するとともに、そのSi (Li )を与えるLi-1 を^Li-1 (Li )として作業用メモリ122に格納する。 On the other hand, when it is determined in step S307 that the value of the variable L i-1 is larger than Δ, the process proceeds to step S308, and Ψ [L i , L i-1 ] + S stored in the work memory 122. The minimum value S i (L i ) in i −1 (L i−1 ) (L i−1 = −Δ,..., Δ) is identified and stored in the work memory 122. At the same time, L i-1 giving the S i (L i ) is stored in the work memory 122 as ^ L i-1 (L i ).

すなわち、変数iおよび変数Li のある値(この時点では、i=2、Li =−Δ)について、ステップS304/ステップS305を繰り返し実行することで求めたΨ〔Li ,Li-1 〕+Si-1 (Li-1 )(Li-1 =−Δ, .... ,Δ)の中の最小値Si (Li )を特定して、それを作業用メモリ122に格納するとともに、そのSi (Li )を与えるLi を^Li-1 (Li )として作業用メモリ122に格納するのである。 That is, Ψ [L i , L i-1 obtained by repeatedly executing step S304 / step S305 for a certain value of variable i and variable L i (i = 2, L i = −Δ at this time). ] The minimum value S i (L i ) in + S i-1 (L i-1 ) (L i-1 = −Δ,..., Δ) is specified and stored in the work memory 122. stores, is to stored in the working memory 122 as a L i which gives the S i (L i) ^ L i-1 (L i).

続いて、ステップS309で、変数Li の値を1つインクリメントし、続くステップS310で、変数Li の値がΔよりも大きくなったのか否かを判断して、Δよりも大きくなっていないことを判断するときには、ステップS303の処理に戻る。 Subsequently, in step S309, the incremented by one the value of the variable L i, in the subsequent step S310, the it is determined whether or not the value of the variable L i is larger than delta, not greater than delta When this is determined, the process returns to step S303.

このようにして、変数Li の値を−ΔからΔまで1つずつインクリメントしながらステップS304/ステップS305/ステップS308の処理を実行することで、変数Li の値の−Δ〜Δのそれぞれについて、Ψ〔Li ,Li-1 〕+Si-1 (Li-1 )(Li-1 =−Δ, .... ,Δ)の中の最小値Si (Li )を特定して、それを作業用メモリ122に格納するとともに、そのSi (Li )を与えるLi-1 を^Li-1 (Li )として作業用メモリ122に格納するのである。 In this manner, the value of the variable L i by executing the processing in steps S304 / Step S305 / Step S308 while incrementing one by one from -Δ to delta, each -Δ~Δ value of the variable L i , The minimum value S i (L i ) in Ψ [L i , L i-1 ] + S i-1 (L i-1 ) (L i-1 = −Δ,..., Δ) Specifically, it is stored in the work memory 122, and L i-1 giving its S i (L i ) is stored in the work memory 122 as ^ L i-1 (L i ).

一方、ステップS310で、変数Li の値がΔよりも大きくなったことを判断するときには、ステップS311に進んで、変数iの値を1つインクリメントする。 On the other hand, in step S310, the value of the variable L i is when it is determined that is greater than Δ, the process proceeds to step S311, increments by one the value of the variable i.

続いて、ステップS312で、変数iの値がJ/M−1よりも大きくなったのか否かを判断して、J/M−1よりも大きくなっていないことを判断するときには、ステップS302の処理に戻ることで、最終のフレーム位置まで、Si (Li )を特定して作業用メモリ122に格納するとともに、そのSi (Li )を与えるLi を^Li-1 (Li )として作業用メモリ122に格納する処理を実行する。 Subsequently, in step S312, it is determined whether or not the value of the variable i is greater than J / M-1, and when it is determined that the value is not greater than J / M-1, the process proceeds to step S302. By returning to the processing, S i (L i ) is specified and stored in the work memory 122 up to the final frame position, and L i giving the S i (L i ) is set to ^ L i-1 (L i ), the process of storing in the work memory 122 is executed.

そして、ステップS312で、変数iの値がJ/M−1よりも大きくなったことを判断するときには、ステップS30の処理を終了する。   In step S312, when it is determined that the value of the variable i is larger than J / M-1, the process of step S30 is terminated.

このようにして、ダウンサンプリング実行部121は、ステップS30の処理に入ると、図6のフローチャートを実行することで、2≦i≦J/M−1について、iおよびLi の指定するフレームと、i−1およびLi-1 の指定するフレームとの間でSi (Li )を算出して、それを作業用メモリ122に格納するとともに、そのSi (Li )を与えるLi-1 を^Li-1 (Li )として作業用メモリ122に格納するように処理するのである。 In this way, the down-sampling execution unit 121 starts the processing of step S30, by executing the flowchart of FIG. 6, for 2 ≦ i ≦ J / M- 1, a frame designated by i and L i , I−1 and L i−1 , calculate S i (L i ), store it in the work memory 122, and give L i (S i (L i )) -1 is processed so as to be stored in the work memory 122 as ^ L i-1 (L i ).

以上に説明したように、ダウンサンプリング実行部121は、図4〜図6のフローチャートを実行することで、まず最初に、図1に示すように、等長間隔のダウンサンプリングにより規定されるフレーム位置およびその近傍に位置する2Δ+1枚のフレームのそれぞれについて、1つ前のフレーム位置およびその近傍に位置する2Δ+1枚のフレームのそれぞれとの間で、ジャーキネスの評価尺度を考慮したコスト関数の関数値を算出し、その算出したコスト関数値とその算出対象となった1つ前のフレーム位置におけるフレームの持つコスト関数値の総和との加算値を求めて、それらの中の最小値を特定することで、1つ前のフレーム位置およびその近傍に位置する2Δ+1枚のフレームの中から、先頭のフレーム位置からのコスト関数値の総和を最小化するつながりを持つフレームを特定するという処理を、最終のフレーム位置まで繰り返し実行し、
続いて、最終のフレーム位置およびその近傍に位置する2Δ+1枚のフレームのそれぞれについて算出したコスト関数値の総和について、それらの中の最小値を持つフレームを検出して、その検出したフレームを起点として先に特定したフレームを先頭のフレーム位置に向けて辿ることで、等長間隔のダウンサンプリングにより規定されるフレーム位置のそれぞれについてフレームを抽出して、それらをダウンサンプリング後のフレームとして選択することで、高フレームレート映像信号から低フレームレート映像信号へのフレームレート変換処理を実行するのである。
As described above, the down-sampling execution unit 121 first executes the flowcharts of FIGS. 4 to 6 so that, first, as shown in FIG. And for each of 2Δ + 1 frames located in the vicinity thereof, a function value of a cost function considering a jerkiness evaluation measure between the previous frame position and each of 2Δ + 1 frames located in the vicinity thereof is obtained. By calculating, adding the calculated cost function value and the sum of the cost function values of the frame at the previous frame position that is the target of calculation, and specifying the minimum value among them Of the 2Δ + 1 frames located in the previous frame position and its vicinity, the cost function value from the first frame position A process of identifying a frame having a connection that minimizes the sum repeatedly executed until the final frame position,
Subsequently, for the sum of the cost function values calculated for the final frame position and each of the 2Δ + 1 frames located in the vicinity thereof, the frame having the minimum value is detected, and the detected frame is used as the starting point. By tracing the previously specified frame toward the first frame position, extracting frames for each frame position defined by equal-length interval down-sampling, and selecting them as frames after down-sampling The frame rate conversion process from the high frame rate video signal to the low frame rate video signal is executed.

図示実施例に従って本発明を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、実施例では、式(6)に従って、1つ前のフレーム位置との間でコスト関数の関数値を算出するようにしているが、低フレームレート映像信号の符号化処理に合わせて、1つ前のフレーム位置との間ではなくて、それよりも前のフレーム位置との間でコスト関数の関数値を算出するようにしてもよい。   Although the present invention has been described with reference to the illustrated embodiments, the present invention is not limited thereto. For example, in the embodiment, the function value of the cost function is calculated with respect to the previous frame position according to Equation (6), but in accordance with the encoding process of the low frame rate video signal, 1 The function value of the cost function may be calculated not with the previous frame position but with the previous frame position.

本発明は高フレームレート映像信号から低フレームレート映像信号へフレームレート変換を実行するときに適用できるものであり、本発明を適用することで、高フレームレート映像信号に対してのダウンサンプリングにより得られた所望のフレームレートの映像信号を符号化する場合に、均等フレーム間隔の間引きにより得られた映像信号よりも符号量を低く抑えることができるようになる。   The present invention can be applied when performing frame rate conversion from a high frame rate video signal to a low frame rate video signal. By applying the present invention, the present invention can be obtained by downsampling a high frame rate video signal. When a video signal having a desired frame rate is encoded, the code amount can be suppressed to be lower than that of a video signal obtained by thinning out uniform frame intervals.

そして、本発明を適用することで、全シーケンスに対しての符号化効率およびジャーキネスの抑圧を考慮しないで行う非等長のフレーム間隔の間引きにより得られた映像信号よりも符号量を低く抑えることができるようになるとともに、ジャーキネスを抑圧することができるようになる。   And, by applying the present invention, the code amount can be kept lower than the video signal obtained by thinning out non-equal length frame intervals without considering the coding efficiency and jerkiness suppression for all sequences. Will be able to suppress jerkiness.

1 フレームレート変換装置
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 コスト関数算出部
121 ダウンサンプリング実行部
122 作業用メモリ
1200 動き補償予測誤差算出部
1201 動き推定部
1202 ジャーキネス評価尺度算出部
1210 入力部
1211 処理フレーム位置選択部
1212 処理フレーム選択部
1213 参照フレーム決定部
1214 全フレーム位置終了判定部
1215 累積コスト関数値最小化最終フレーム検出部
1216 決定参照フレーム追跡部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Frame rate conversion apparatus 10 High frame rate video file 11 Low frame rate video file 12 Frame rate downsampling part 120 Cost function calculation part 121 Downsampling execution part 122 Work memory 1200 Motion compensation prediction error calculation part 1201 Motion estimation part 1202 Jerkyness Evaluation scale calculation unit 1210 Input unit 1211 Processing frame position selection unit 1212 Processing frame selection unit 1213 Reference frame determination unit 1214 All frame position end determination unit 1215 Cumulative cost function value minimized final frame detection unit 1216 Determination reference frame tracking unit

Claims (10)

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により選択することで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、
等長間隔のダウンサンプリングにより規定されるフレーム位置の所定範囲にある複数のフレームのそれぞれについて、それよりも前のフレーム位置の所定範囲にある複数のフレームのそれぞれとの間で、ダウンサンプリングする場合に生成される低フレームレート映像信号についての符号化効率および主観画質を示す評価尺度であって、その値が小さくなるほど高い評価を示す評価尺度を算出して、その算出した評価尺度に基づいて、その前のフレーム位置の所定範囲にある複数のフレームの中から、先頭のフレーム位置からの評価尺度の総和を最小化するつながりを持つフレームを特定することを、先頭のフレーム位置から最終のフレーム位置に向けて繰り返し実行する過程と、
前記最終のフレーム位置にある複数のフレームのそれぞれについて算出した評価尺度の総和について、それらの中の最小値を持つフレームを検出する過程と、
前記検出したフレームを起点として前記特定したフレームを辿ることで、前記フレーム位置のそれぞれについてフレームを抽出して、それらをダウンサンプリング後のフレームとして選択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。
A frame rate conversion method of converting a frame of a high frame rate video signal into a low frame rate video signal by selecting by downsampling,
When downsampling each of a plurality of frames within a predetermined range of frame positions defined by equal-length interval downsampling with each of a plurality of frames within a predetermined range of frame positions before that Is an evaluation scale indicating the coding efficiency and subjective image quality for the low frame rate video signal generated in the above, and calculating an evaluation scale indicating a higher evaluation as the value decreases, and based on the calculated evaluation scale, From the first frame position to the last frame position, a frame having a connection that minimizes the sum of the evaluation scales from the first frame position is identified from a plurality of frames within the predetermined range of the previous frame position. The process of repeated execution towards
Detecting a frame having a minimum value among the sums of the evaluation measures calculated for each of the plurality of frames at the final frame position;
Tracing the specified frame from the detected frame as a starting point to extract frames for each of the frame positions and selecting them as frames after downsampling.
A featured frame rate conversion method.
請求項1に記載のフレームレート変換方法において、
前記実行する過程では、前記算出した評価尺度とその算出対象となった前記前のフレーム位置にあるフレームの持つ評価尺度の総和との加算値を求めて、それらの中の最小値を特定することで、前記前のフレーム位置の所定範囲にある複数のフレームの中から、先頭のフレーム位置からの評価尺度の総和を最小化するつながりを持つフレームを特定するとともに、その加算値をその特定元のフレームの持つ評価尺度として設定することを、
特徴とするフレームレート変換方法。
The frame rate conversion method according to claim 1,
In the executing process, an addition value of the calculated evaluation scale and a sum of evaluation scales of the frame at the previous frame position that is the calculation target is obtained, and a minimum value among them is specified. Then, from among the plurality of frames in the predetermined range of the previous frame position, the frame having a connection that minimizes the sum of the evaluation scales from the head frame position is specified, and the addition value is determined from the identification source. To set as an evaluation scale of the frame,
A featured frame rate conversion method.
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、
前記実行する過程では、前記評価尺度して、その値が小さくなるほど高い評価を示す前記符号化効率値と、その値が小さくなるほど高い評価を示す前記主観画質値との加重和を用いることを、
特徴とするフレームレート変換方法。
The frame rate conversion method according to claim 1 or 2,
In the process of executing, using the weighted sum of the coding efficiency value indicating a higher evaluation as the value becomes smaller and the subjective image quality value indicating a higher evaluation as the value becomes smaller as the evaluation scale,
A featured frame rate conversion method.
請求項3に記載のフレームレート変換方法において、
前記実行する過程では、前記符号化効率値として、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。
In the frame rate conversion method according to claim 3,
In the process of executing, calculating the motion compensated prediction error power as the encoding efficiency value,
A featured frame rate conversion method.
請求項3に記載のフレームレート変換方法において、
前記実行する過程では、前記符号化効率値として、所定の符号化器を用いて符号化する場合に得ら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。
In the frame rate conversion method according to claim 3,
In the process of executing, calculating the encoding cost obtained when encoding using a predetermined encoder as the encoding efficiency value,
A featured frame rate conversion method.
請求項3に記載のフレームレート変換方法において、
前記実行する過程では、前記主観画質値として、等長でサンプリングされたフレームと可変長でサンプリングされたフレームとの差分値を算出することを、
特徴とするフレームレート変換方法。
In the frame rate conversion method according to claim 3,
In the executing step, as the subjective image quality value, calculating a difference value between a frame sampled at an equal length and a frame sampled at a variable length,
A featured frame rate conversion method.
請求項3に記載のフレームレート変換方法において、
前記実行する過程では、前記主観画質値として、等長でサンプリングされたフレームと可変長でサンプリングされたフレームとの差分値を両フレーム間の距離で重み付けした値を算出することを、
特徴とするフレームレート変換方法。
In the frame rate conversion method according to claim 3,
In the executing step, as the subjective image quality value, calculating a value obtained by weighting a difference value between a frame sampled at an equal length and a frame sampled at a variable length by a distance between both frames,
A featured frame rate conversion method.
請求項3に記載のフレームレート変換方法において、
前記実行する過程では、前記主観画質値として、参照フレームと被予測フレームとの差分値を両フレーム間の距離で重み付けした値を算出することを、
特徴とするフレームレート変換方法。
In the frame rate conversion method according to claim 3,
In the process of executing, as the subjective image quality value, calculating a value obtained by weighting a difference value between a reference frame and a predicted frame by a distance between both frames,
A featured frame rate conversion method.
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により選択することで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、
等長間隔のダウンサンプリングにより規定されるフレーム位置の所定範囲にある複数のフレームのそれぞれについて、それよりも前のフレーム位置の所定範囲にある複数のフレームのそれぞれとの間で、ダウンサンプリングする場合に生成される低フレームレート映像信号についての符号化効率および主観画質を示す評価尺度であって、その値が小さくなるほど高い評価を示す評価尺度を算出して、その算出した評価尺度に基づいて、その前のフレーム位置の所定範囲にある複数のフレームの中から、先頭のフレーム位置からの評価尺度の総和を最小化するつながりを持つフレームを特定することを、先頭のフレーム位置から最終のフレーム位置に向けて繰り返し実行する手段と、
前記最終のフレーム位置にある複数のフレームのそれぞれについて算出した評価尺度の総和について、それらの中の最小値を持つフレームを検出する手段と、
前記検出したフレームを起点として前記特定したフレームを辿ることで、前記フレーム位置のそれぞれについてフレームを抽出して、それらをダウンサンプリング後のフレームとして選択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。
A frame rate conversion device that converts a frame of a high frame rate video signal into a low frame rate video signal by selecting by downsampling,
When downsampling each of a plurality of frames within a predetermined range of frame positions defined by equal-length interval downsampling with each of a plurality of frames within a predetermined range of frame positions before that Is an evaluation scale indicating the coding efficiency and subjective image quality for the low frame rate video signal generated in the above, and calculating an evaluation scale indicating a higher evaluation as the value decreases, and based on the calculated evaluation scale, From the first frame position to the last frame position, a frame having a connection that minimizes the sum of the evaluation scales from the first frame position is identified from a plurality of frames within the predetermined range of the previous frame position. Means to repeatedly execute for
Means for detecting a frame having a minimum value among the sums of evaluation scales calculated for each of the plurality of frames at the final frame position;
Means for extracting the frame for each of the frame positions by tracing the identified frame from the detected frame as a starting point, and selecting them as frames after downsampling;
A frame rate conversion device.
請求項1ないし8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。   A frame rate conversion program for causing a computer to execute the frame rate conversion method according to any one of claims 1 to 8.
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