JP5645636B2 - フレーム補間装置及び方法 - Google Patents
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Description
映像信号入力から得られる最新の第1フレームと、前記第1フレームと異なる過去の第2フレームとの間に、前記第1フレーム及び前記第2フレームを含む2枚以上のフレームの組を基に補間フレームを生成するフレーム補間装置において、
前記フレームの組を基に、前記第1フレームと前記第2フレームとの間の動きベクトルを求める動きベクトル推定部と、
前記動きベクトル推定部で求められた動きベクトルを基に動き補償型補間フレームを生成する補間フレーム生成部と、
前記補間フレーム生成部で生成された動き補償型補間フレームを補正する補間フレーム補正部とを備え、
前記補間フレーム補正部は、前記動きベクトル推定部で求められた動きベクトルの1次微分値又は2次微分値の絶対値が所定値以上である位置を動きベクトルの境界として検出する動きベクトル境界検出部を含み、前記動きベクトル境界検出部が出力する動きベクトル境界を基に前記動き補償型補間フレームを補正し、
前記補間フレーム補正部は、前記動きベクトル境界検出部で検出された境界画素が集中する領域を補正対象領域として示す補間フレーム補正マップを生成する補正マップ生成部を備える
ことを特徴とする。
以下、本発明の実施の形態1を図面により説明する。
図1は本発明の実施の形態1のフレーム補間装置を示すブロック図である。図示のフレーム補間装置は、映像入力端子1、フレームバッファ2、動きベクトル推定部3、補間フレーム生成部4、補間フレーム補正部5、及び補間フレーム出力端子6を備える。
動きベクトル推定部3はフレームバッファ2から読み出される第1および第2フレームF1及びF2のデータ(以下「フレームのデータ」を単に「フレーム」と言うことがある)を受けて動きベクトルMVを出力する。ここで、第1フレームF1が最新のフレーム(現フレーム)であり、第2フレームF2は、第1フレームF1よりも時間的に前のフレーム(過去フレーム)である。
フレーム入力端子51a及び51bは、補間フレーム生成部4より出力される動き補償型補間フレームFc及びブレンド型補間フレームFbを受ける。
境界集中領域の例については、後に図6、図8、図9、図10を参照して説明する。
フレームバッファ2に蓄えられたフレームのうち、第1及び第2フレームF1及びF2が動きベクトル推定部3に送られ、第1及び第2フレームF1及びF2間の動きベクトルMVが求められる。以下に、2フレーム間の動きベクトルを求める一般的な方法としてブロックマッチング法を説明する。
また、各ブロックについて動きベクトルを求めるためのブロックマッチングに、当該ブロックのすべての画素を用いても良いが、代わりに、当該ブロックの画素の一部のみを用いても良い。例えば第2フレームF2上の各ブロックの中心に近い部分を着目領域とし、第1フレームF1上の、上記着目領域と同じ大きさの領域(参照領域)内の画素を用い、上記着目領域と参照領域との類似度を求めても良い。
この処理を第2フレームF2のすべてのブロックに対して繰り返すことで、第1及び第2フレームF1及びF2間のブロック単位の動きベクトルMVを求めることができる。
第2フレームF2上の画素P2は動きベクトルMVに従い、動き補償型補間フレームFc、第1フレームF1と時間経過とともに、画素Pc、画素P1の位置へと移動する。すなわち、画素P2及びPc、P1は同じ画素値を持つはずである。よって、動き補償型補間フレームFc上の画素Pcの値は第2フレームF2の画素P2と第1フレームF1上の画素P1によって決まる。ただし、時間経過とともに、画素値が変化することも考慮し、動き補償型補間フレームFc上の画素Pcの値は第2フレームF2上の画素P2と第1フレームF1上の画素P1の値の平均値であるとする。
補間フレームFbが第1フレームF1と第2フレームF2の中央に位置する場合には、式(2)でd1=d2として
Pb(x,y)={P2(x,y)+P1(x,y)}/2 …(2b)
により、即ち、単純平均により、補間フレームFbの画素値が得られる。
なお、ここで、各画素位置のx座標値、y座標値は整数であり、x方向、y方向の各々について、隣り合う画素位置の座標値の差は1であるとする。以下でも同様であるとする。
2次微分値G(x,y)が所定の閾値より大きい画素を境界画素、所定の閾値よりも小さい画素は境界外画素とすることで動きベクトルMVの境界を検出することができる。出力としては、例えば境界画素を「1」、境界外画素を「0」とした画像(動きベクトル境界画像EV)を作成し、境界集中ブロック検出部53に境界画素分布を表すものとして伝達する。
分割されたブロックの各々について境界画素が集中しているか(所定数以上の境界画素が含まれるか)を判定するステップST12で開始されるループ処理を行う。このステップST12で開始されるループ処理は、ステップST28において、画面内のすべてのブロックについて処理が終わった(iがm×nに達した)と判定されるまで続けられる。
次に、ステップST24において、境界画素カウンタ53cのカウント値Ctが所定の閾値以上か否かの判定を行い、閾値以上であると判断されたときは、ステップST26において、該ブロックを境界集中ブロックBeとして登録する。
また、長方形や楕円状の境界集中領域の場合にも、そのサイズ(長方形の各辺の長さSb、Sc、楕円の長径Db、短径Dc)を、当該境界集中領域AS内又はその周辺の動きベクトルに基づいて定めることとしても良い。
境界集中ブロックBeの中心画素位置(ブロックの幾何学的中心が画素位置に一致しないために、切り上げ処理により得られた画素位置)を境界集中領域中心Csとして、この境界集中領域中心Csに対し、上下左右方向の、所定の距離にある画素Psa、Psb、Psc、Psdの動きベクトルを用いる。例えば、上下方向の所定の距離にある一対の画素Psa、Psbの動きベクトルMVの上下方向成分(y成分)MVy(Psa)及びMVy(Psb)の絶対差分(差分の絶対値)|MVy(Psa)−MVy(Psb)|を計算し、この値に2を乗じたものを楕円の上下方向(y方向)の径Dyの値とする。即ち、
Dy=2×|MVy(Psa)−MVy(Psb)|
によりDyを求める。
同様に、左右方向の所定の距離にある一対の画素Psc、Psdの動きベクトルMVの左右方向成分(x成分)MVx(Psc)及びMVx(Psd)の絶対差分を計算し、この値に2を乗じたものを左右方向(x方向)の径Dxの値とする。即ち、
Dx=2×|MVx(Psc)−MVx(Psd)|
により、Dxを求める。
これにより、楕円状の領域が決定する。
さらに、境界集中領域の形状を、正方形、長方形などの矩形、円、楕円としているが、それ以外の所定の形状としても良い。
例えば、百分率で表す補正度Dhは
Dh=100×(1−Rp/Re)
で与えることとする。
なお、補正対象画素以外の画素については、上記の置き換えは行われず、動き補償型補間フレームFcの画素値が、そのまま、補正補間フレームFhの画素として出力される。
ブレンド型補間フレームFbは、第1及び第2フレームF1及びF2より、ブレンド型補間フレーム生成部43によって生成される。また、動きベクトル境界検出部52によって動きベクトルMVの境界が検出され、動きベクトル境界画像EVが出力される。
このとき、補正対象領域内の画素には、補正対象領域の中心部分に近いほど大きな補正度が割り当てられ、補正マップは各画素についての補正度を示す情報をも保持している。
さらに周辺の動きベクトルMVをも考慮して境界集中領域を定めることで、境界集中領域の決定をより適切に行なうことができる。
加えて、境界集中領域内において、中心部分から境界集中領域の境界に近づくに従って単調減少するような補正度を設定し、補正の度合いを滑らかに変化させることで、補正した領域と補正しなかった領域の境界部分に人工的なノイズを生じさせることなく補正をすることができる。
以下、本発明の実施の形態2を説明する。
実施の形態2のフレーム補間装置の全体的構成は図1に示すごとくであるが、補間フレーム補正部5の構成が、実施の形態1に関し図3を参照して説明したものとは異なり、例えば図15に示されるように構成されている。図15に示す補間フレーム補正部5は、図3の境界集中領域決定部54の代わりに、境界集中領域決定部58が用いられている点で異なる。動きベクトル境界検出部52、境界集中ブロック検出部53、補正マップ生成部55、及び補間フレーム合成部56は図3に示すものと同様である。
この重心Cwは、各境界集中ブロックBe内に位置する、動きベクトル境界画像EVの各画素の値を重みとして考慮に入れた中心であり、ブロックBiについての重心Cwの座標(xcw(Bi),ycw(Bi))は、例えば下記の式(8)で表される。
Claims (14)
- 映像信号入力から得られる最新の第1フレームと、前記第1フレームと異なる過去の第2フレームとの間に、前記第1フレーム及び前記第2フレームを含む2枚以上のフレームの組を基に補間フレームを生成するフレーム補間装置において、
前記フレームの組を基に、前記第1フレームと前記第2フレームとの間の動きベクトルを求める動きベクトル推定部と、
前記動きベクトル推定部で求められた動きベクトルを基に動き補償型補間フレームを生成する補間フレーム生成部と、
前記補間フレーム生成部で生成された動き補償型補間フレームを補正する補間フレーム補正部とを備え、
前記補間フレーム補正部は、前記動きベクトル推定部で求められた動きベクトルの1次微分値又は2次微分値の絶対値が所定値以上である位置を動きベクトルの境界として検出する動きベクトル境界検出部を含み、前記動きベクトル境界検出部が出力する動きベクトル境界を基に前記動き補償型補間フレームを補正し、
前記補間フレーム補正部は、前記動きベクトル境界検出部で検出された境界画素が集中する領域を補正対象領域として示す補間フレーム補正マップを生成する補正マップ生成部を備える
ことを特徴とするフレーム補間装置。 - 前記補間フレーム補正部は、フレームを所定の大きさのブロックに分割し、分割されたブロックの各々について、当該ブロック内の動きベクトル境界画素数が所定の割合以上のブロックを境界画素が集中する領域と判断する境界集中ブロック検出部を備える
ことを特徴とする請求項1に記載のフレーム補間装置。 - 前記補間フレーム補正部は、
各境界集中ブロックの幾何学中心を中心とする境界集中領域を決定し、決定した境界集中領域を示す情報を出力する境界集中領域決定部を備え、
前記境界集中領域決定部で決定された境界集中領域内の画素を補正対象画素とする
ことを特徴とする請求項2に記載のフレーム補間装置。 - 前記補間フレーム補正部は、
各境界集中ブロック内のすべての境界画素の重心を中心とする境界集中領域を決定し、決定した境界集中領域を示す情報を出力する境界集中領域決定部を備え、
前記境界集中領域決定部で決定された境界集中領域内の画素を補正対象画素とする
ことを特徴とする請求項2に記載のフレーム補間装置。 - 前記補間フレーム補正部は、
各境界集中ブロックについて、その周辺の動きベクトルによって、前記境界集中領域のサイズを決定する
ことを特徴とする請求項3又は4に記載のフレーム補間装置。 - 前記補間フレーム補正部は、
前記境界集中領域の中心から、上下方向の所定の距離にある一対の画素の動きベクトルの上下方向成分の差により、前記境界集中領域の上下方向のサイズを決定し、
前記境界集中領域の中心から、左右方向の所定の距離にある一対の画素の動きベクトルの左右方向成分の差により、前記境界集中領域の左右方向のサイズを決定する
ことを特徴とする請求項5に記載のフレーム補間装置。 - 前記補間フレーム補正部は、
各補正対象画素の画素値を、当該補正対象画素の補正度に応じて、
前記第1フレームと前記第2フレームとを補間フレームの時間的位相に応じた割合で足し合わせたブレンド型補間フレームの画素値で置き換えることで補正を行い、
前記補間フレーム補正部は、前記動きベクトル境界検出部により検出された動きベクトル境界に位置する画素が集中する境界集中ブロックに対し境界集中領域を決定する境界集中領域決定部をさらに備え、
前記境界集中領域決定部は、前記境界集中領域の各々についてその中心から周囲に向かって次第に減少するように、各画素についての補正度を決定し、
前記補間フレーム補正部は、前記境界集中領域決定部で決定された境界集中領域内の各画素についての補正度のうち、最大のものを当該画素についての補正度として、前記ブレンド型補間フレームの画素値による置換えを行う
ことを特徴とする請求項1に記載のフレーム補間装置。 - 映像信号入力から得られる第1フレームと、前記第1フレームと異なる過去の第2フレームとの間に、前記第1フレーム及び前記第2フレームを含む2枚以上のフレームの組を基に補間フレームを生成するフレーム補間方法において、
前記フレームの組を基に、前記第1フレームと前記第2フレームとの間の動きベクトルを求める動きベクトル推定ステップと、
前記動きベクトル推定ステップで求められた動きベクトルを基に動き補償型補間フレームを生成する補間フレーム生成ステップと、
前記補間フレーム生成ステップで生成された動き補償型補間フレームを補正する補間フレーム補正ステップとを含み、
前記補間フレーム補正ステップは、前記動きベクトル推定ステップで求められた動きベクトルの1次微分値又は2次微分値の絶対値が所定値以上である位置を動きベクトルの境界として検出する動きベクトル境界検出ステップを含み、前記動きベクトル境界検出ステップが出力する動きベクトル境界を基に前記動き補償型補間フレームを補正し、
前記補間フレーム補正ステップは、前記動きベクトル境界検出ステップで検出された境界画素が集中する領域を補正対象領域として示す補間フレーム補正マップを生成する補正マップ生成ステップを備える
ことを特徴とするフレーム補間方法。
- 前記補間フレーム補正ステップは、フレームを所定の大きさのブロックに分割し、分割されたブロックの各々について、当該ブロック内の動きベクトル境界画素数が所定の割合以上のブロックを境界画素が集中する領域と判断する境界集中ブロック検出ステップを含む
ことを特徴とする請求項8に記載のフレーム補間方法。 - 前記補間フレーム補正ステップは、
各境界集中ブロックの幾何学中心を中心とする境界集中領域を決定し、決定した境界集中領域を示す情報を出力する境界集中領域決定ステップを含み、
前記境界集中領域決定ステップで決定された境界集中領域内の画素を補正対象画素とする
ことを特徴とする請求項9に記載のフレーム補間方法。 - 前記補間フレーム補正ステップは、
各境界集中ブロック内のすべての境界画素の重心を中心とする境界集中領域を決定し、決定した境界集中領域を示す情報を出力する境界集中領域決定ステップを含み、
前記境界集中領域決定ステップで決定された境界集中領域内の画素を補正対象画素とする
ことを特徴とする請求項9に記載のフレーム補間方法。 - 前記補間フレーム補正ステップは、
各境界集中ブロックについて、その周辺の動きベクトルによって、前記境界集中領域のサイズを決定する
ことを特徴とする請求項10又は11に記載のフレーム補間方法。 - 前記補間フレーム補正ステップは、
前記境界集中領域の中心から、上下方向の所定の距離にある一対の画素の動きベクトルの上下方向成分の差により、前記境界集中領域の上下方向のサイズを決定し、
前記境界集中領域の中心から、左右方向の所定の距離にある一対の画素の動きベクトルの左右方向成分の差により、前記境界集中領域の左右方向のサイズを決定する
ことを特徴とする請求項12に記載のフレーム補間方法。 - 前記補間フレーム補正ステップは、
各補正対象画素の画素値を、当該補正対象画素の補正度に応じて、
前記第1フレームと前記第2フレームとを補間フレームの時間的位相に応じた割合で足し合わせたブレンド型補間フレームの画素値で置き換えることで補正を行い、
前記補間フレーム補正ステップは、前記動きベクトル境界検出ステップにより検出された動きベクトル境界に位置する画素が集中する境界集中ブロックに対し境界集中領域を決定する境界集中領域決定ステップをさらに備え、
前記境界集中領域決定ステップは、前記境界集中領域の各々についてその中心から周囲に向かって次第に減少するように、各画素についての補正度を決定し、
前記補間フレーム補正ステップは、前記境界集中領域決定ステップで決定された境界集中領域内の各画素についての補正度のうち、最大のものを当該画素についての補正度として、前記ブレンド型補間フレームの画素値による置換えを行う
ことを特徴とする請求項8に記載のフレーム補間方法。
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