JP6055230B2 - Transmission device, reception device, and program - Google Patents
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Description
本発明は、入力映像の一部のフレームを間引いて伝送する送信装置、該送信装置により間引かれたフレームを補間生成する受信装置、及びそれらのプログラムに関する。 The present invention relates to a transmission device that thins out and transmits a part of a frame of an input video, a reception device that interpolates and generates a frame thinned out by the transmission device, and a program thereof.
従来、映像(動画像)の圧縮においては、あるフレームを符号化する際、近接する時刻の他のフレームとの時間相関を利用することで、情報の削減を行っている。しかし、画像サイズが大きくなるほど、またフレームレートが高くなるほど符号化が困難となり、とくに実時間の符号化処理は処理できる画像サイズやフレームレートに限界がある。そのため、画像サイズやフレームレートの限界を超える映像を処理するためには、映像にサイズやフレームレートを送信側で間引いて符号化を行い、受信側で間引かれた画素やフレームを補間する必要がある。 Conventionally, in video (moving image) compression, when a certain frame is encoded, information is reduced by using a time correlation with another frame at a close time. However, the larger the image size and the higher the frame rate, the more difficult it is to encode, and there is a limit to the image size and frame rate that can be processed, especially in real-time encoding processing. Therefore, in order to process video that exceeds the limits of image size and frame rate, it is necessary to encode the video by decimating the size and frame rate on the transmission side and interpolating the thinned pixels and frames on the reception side There is.
例えば、送信側でフレームを時間的に間引き、間引かれたフレームを間引かれていないフレーム(キーフレーム)から復元するためのサイド情報とともに伝送する映像符号化手法として、誤り訂正技術を応用したDistributed Video Codingが提案されている。 For example, error correction technology was applied as a video encoding method that transmits frames with temporal information on the transmission side and side information to restore the thinned frames from undecimated frames (key frames). Distributed Video Coding has been proposed.
一方、画速(フレーム周波数)をより高いフレーム周波数へと変換するため、同一フレームを複数回提示する手法がある。例えば、フレーム周波数が30Hzの各フレームを2回ずつ提示することでフレーム周波数を60Hzに変換することができる。また、同一フレームを提示する回数を可変とした手法もある。例えば、2−3変換と称される手法では、フレーム周波数が24Hzの奇数番目のフレームを2回、偶数番目のフレームを3回提示することで、フレーム周波数が60Hzの映像を得ることができる。 On the other hand, there is a method of presenting the same frame a plurality of times in order to convert the image speed (frame frequency) to a higher frame frequency. For example, the frame frequency can be converted to 60 Hz by presenting each frame with a frame frequency of 30 Hz twice. There is also a technique in which the number of times the same frame is presented is variable. For example, in a technique called 2-3 conversion, an odd-numbered frame having a frame frequency of 24 Hz is presented twice and an even-numbered frame is presented three times, whereby an image having a frame frequency of 60 Hz can be obtained.
また、補間フレームの時刻に隣接する2フレームの各画素値の平均又は、重みつき平均によって補間フレームの画素値を決定する手法もある。 There is also a method of determining the pixel value of the interpolation frame by the average of the pixel values of two frames adjacent to the time of the interpolation frame or the weighted average.
さらに、映像の動きベクトルを利用して動き補償を行うことで、よりスムーズな補間フレームを生成する手法が知られている(例えば、特許文献1参照)。また、フレーム間引きを伴う映像符号化において、送信側でフレーム補間の有効性を評価して、適応的に間引きを行う手法が知られている(例えば、特許文献2参照)。 Furthermore, a method of generating a smoother interpolation frame by performing motion compensation using a motion vector of a video is known (see, for example, Patent Document 1). In video coding with frame decimation, a technique is known in which the effectiveness of frame interpolation is evaluated on the transmission side and adaptive decimation is performed (see, for example, Patent Document 2).
しかし、従来の同一フレームを複数回提示する手法では、映像の動きがぎこちなくなるという問題があった。また、平均や重み付き平均により補間フレームを生成する手法によれば、映像の動きのぎこちなさは改善するものの、補間フレームにおいて動物体が二重像となり、解像度が低下するという問題や、補間フレームと補間ではない元来のフレームとの画質の違いがフリッカのように見えてしまうという問題があった。 However, the conventional method of presenting the same frame multiple times has a problem that the motion of the video becomes awkward. Also, according to the method of generating an interpolation frame by averaging or weighted averaging, although the awkwardness of video motion is improved, there is a problem that the moving object becomes a double image in the interpolation frame and the resolution is lowered, and the interpolation frame There is a problem in that the difference in image quality from the original frame which is not interpolated looks like flicker.
また、特許文献1のような手法では、動きのぎこちなさや二重像は改善されるものの、動きが異なる被写体が同一ブロックに含まれている場合の動き補償誤差や、動き推定の精度の粗さによって生じる標本点の小数精度の誤差に起因して、動き補償に用いるブロックの境界が目立つことがある。動き補償を小数画素精度で行えば、標本点の小数精度の誤差は改善できるものの、小数画素精度の画素位置の移動(位相シフト)を行うディジタルフィルタの特性に起因して輪郭のぼやけやリンギングが生じることがある。
In addition, in the method as disclosed in
また、特許文献2のような手法では、フレーム間引きの際に、受信側でのフレーム補間の有効に働くような間引き制御を行うものの、参照フレーム補間の方法を送信側で検証する仕組み及び検証結果を受信側へ伝送する仕組みは備えていない。そのため、受信側の動作が適切な状態となるように設計することが困難であった。
Further, in the technique such as
かかる事情に鑑みてなされた本発明の目的は、入力映像から補間画像を生成する際に、解像度の低下やフリッカを防止し、かつ、高周波成分を含む鮮鋭な輪郭像を得ることが可能な送信装置、受信装置、及びそのプログラムを提供することにある。 In view of such circumstances, an object of the present invention is to provide a transmission capable of preventing a decrease in resolution and flicker and obtaining a sharp contour image including a high-frequency component when generating an interpolated image from an input video. An apparatus, a receiving apparatus, and a program thereof are provided.
上記課題を解決するため、本発明に係る送信装置は、入力映像の一部のフレームを間引いて伝送する送信装置であって、入力映像のうち伝送されるフレームである伝送フレームと、伝送されないフレームである間引き画像とを決定する時間分割部と、前記伝送フレームから動き推定元画像、動き推定先画像、及び動き補償元画像の組を複数組決定する参照フレーム決定手段と、前記参照フレーム決定手段で決定された複数組に対してそれぞれ、前記動き推定元画像のブロック領域と画素値パターンの類似する対応領域を前記動き推定先画像から決定し、前記動き推定元画像のブロック領域と前記動き推定先画像の対応領域との対応位置関係を求める動き推定部と、前記参照フレーム決定手段で決定された複数組に対してそれぞれ、前記対応位置関係に基づいて前記動き補償元画像を前記間引き画像のフレーム位置まで動き補償した画像と、前記間引き画像との残差をブロック領域ごとに算出する動き補償残差評価部と、前記残差の値からブロック領域ごとの動き補償の有効性を示す判定情報を生成して受信側に送信する判定部と、を備えることを特徴とする。 In order to solve the above-described problem, a transmitting apparatus according to the present invention is a transmitting apparatus that thins out and transmits a part of a frame of an input video, and includes a transmission frame that is a transmitted frame of the input video and a frame that is not transmitted. A time division unit for determining a thinned-out image, reference frame determining means for determining a plurality of sets of a motion estimation original image, a motion estimation target image, and a motion compensation original image from the transmission frame, and the reference frame determination means For each of the plurality of sets determined in step (b), a corresponding region having a pixel value pattern similar to the block region of the motion estimation source image is determined from the motion estimation destination image, and the block region of the motion estimation source image and the motion estimation are determined. each motion estimation unit for obtaining the corresponding positional relationship between the corresponding region of the previous image, for a plurality of sets determined in the reference frame determining means, said corresponding position A motion compensation residual evaluation unit that calculates a residual between the image obtained by motion compensation of the motion compensated original image to a frame position of the thinned image based on a relationship and the thinned image for each block region; and a value of the residual And a determination unit that generates determination information indicating the effectiveness of motion compensation for each block region and transmits the determination information to the reception side .
さらに、本発明に係る送信装置において、フレームを符号化して伝送する際の符号化による劣化を模擬し、符号化により劣化されたフレームを生成する伝送模擬部を更に備え、 前記参照フレーム決定手段は、前記伝送模擬部により生成されたフレームから動き推定元画像、動き推定先画像、及び動き補償元画像の組を複数組決定することを特徴とする。 Furthermore, in the transmitting apparatus according to the present invention, the transmitter further includes a transmission simulation unit that simulates deterioration due to encoding when a frame is encoded and transmitted, and generates a frame deteriorated due to encoding. A plurality of sets of a motion estimation source image, a motion estimation destination image, and a motion compensation source image are determined from the frame generated by the transmission simulation unit.
また上記課題を解決するため、本発明に係る受信装置は、上記送信装置により間引かれた間引き画像を補間生成する受信装置であって、前記送信装置から伝送されるフレームから動き推定元画像、動き推定先画像、及び動き補償元画像の組を複数組決定する参照フレーム決定手段と、前記送信装置から前記判定情報を取得し、該判定情報により動き補償が有効であると通知されたブロックについて、前記動き推定元画像のブロック領域と画素値パターンの類似する対応領域を前記動き推定先画像から決定し、前記動き推定元画像のブロック領域と前記動き推定先画像の対応領域との対応位置関係を求める動き推定部と、前記対応位置関係に基づいて前記動き補償元画像の重畳先座標を求める動き補償部と、前記複数組の動き補償元画像をそれぞれ重畳先座標に重畳して補間画像を生成する重畳部と、 前記送信装置から伝送されたフレームと、前記重畳部により生成された補間画像とを時間多重する時間多重部と、を備えることを特徴とする。 In order to solve the above-described problem, a receiving apparatus according to the present invention is a receiving apparatus that interpolates and generates a thinned image thinned out by the transmitting apparatus, and a motion estimation original image from a frame transmitted from the transmitting apparatus, Reference frame determination means for determining a plurality of sets of a motion estimation destination image and a motion compensation source image, and a block for which the determination information is acquired from the transmission apparatus and in which motion compensation is notified by the determination information A corresponding region having a pixel value pattern similar to the block region of the motion estimation source image is determined from the motion estimation destination image, and the corresponding positional relationship between the block region of the motion estimation source image and the corresponding region of the motion estimation destination image A motion estimator for obtaining a motion compensation source image for obtaining a superimposition destination coordinate of the motion compensation source image based on the corresponding positional relationship, and a plurality of sets of motion compensation source images. A superimposing unit that generates an interpolated image by superimposing on the superimposition destination coordinates, and a time multiplexing unit that time-multiplexes the frame transmitted from the transmission device and the interpolated image generated by the superimposing unit. Features.
さらに、本発明に係る受信装置において、前記重畳部は、前記動き推定元画像、前記動き推定先画像、前記動き補償元画像、及び前記補間画像の時刻位置に応じて、前記動き補償画像を重み付けして重畳先座標に重畳し、補間画像を生成することを特徴とする。 Furthermore, in the receiving apparatus according to the present invention, the superimposing unit weights the motion compensation image according to the time position of the motion estimation original image, the motion estimation destination image, the motion compensation original image, and the interpolated image. Then, it is superimposed on the superimposition destination coordinates to generate an interpolated image.
さらに、本発明に係る受信装置において、前記重畳部は、前記動き推定元画像のブロック領域と前記動き推定先画像の対応領域との類似度に応じて、前記動き補償画像をブロック領域ごとに重み付けして重畳先座標に重畳し、補間画像を生成することを特徴とする。 Furthermore, in the receiving apparatus according to the present invention, the superimposing unit weights the motion compensated image for each block region according to the similarity between the block region of the motion estimation source image and the corresponding region of the motion estimation destination image. Then, it is superimposed on the superimposition destination coordinates to generate an interpolated image.
また、上記課題を解決するため、本発明に係るプログラムは、コンピュータを、上記送信装置、又は上記受信装置として機能させることを特徴とする。 In order to solve the above problems, a program according to the present invention causes a computer to function as the transmission device or the reception device.
本発明によれば、送信装置側で入力映像の一部のフレームを間引き、受信装置側で間引かれたフレームを高精度に補間することが可能となる。その結果、全てのフレームを伝送する場合よりも、レート歪み特性(R−D特性)の良い伝送が可能となる。 According to the present invention, it is possible to thin out some frames of an input video on the transmission device side and to interpolate frames thinned out on the reception device side with high accuracy. As a result, transmission with better rate distortion characteristics (RD characteristics) is possible than when all frames are transmitted.
以下、本発明による送信装置及び受信装置の一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。本明細書では、fはフレーム番号を示し、I(f)はフレーム番号fの画像を示す。また、フレーム時刻位置をフレーム番号で表す。 Hereinafter, an embodiment of a transmission device and a reception device according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In this specification, f indicates a frame number, and I (f) indicates an image of the frame number f. The frame time position is represented by a frame number.
[送信装置]
図1は、本発明の一実施形態に係る送信装置の構成例を示すブロック図である。図1に示すように、送信装置1は、時間分割部10と、伝送フレームメモリ11と、非伝送フレームメモリ12と、走査部13と、K個の残差評価部14(14−1,14−2,・・・14−K)と、判定部15と、を備える。説明の便宜上、伝送フレームメモリ11及び非伝送フレームメモリ12を分けて図示するが、1つのフレームメモリとして構成してもよい。また、伝送フレームメモリ11及び非伝送フレームメモリ12を送信装置の外部に備えるように構成してもよい。送信装置1は、入力映像の一部のフレームを間引いて伝送する。
[Transmitter]
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration example of a transmission apparatus according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the
時間分割部10は、入力映像のうち間引かれないで送信装置1から伝送されるフレームである伝送フレームと、入力映像から間引かれて送信装置1から伝送されないフレームである非伝送フレーム(間引き画像)とを決定する。そして、伝送フレームを伝送フレームメモリ11に記憶するとともに外部に出力し、非伝送フレームを非伝送フレームメモリ12に記憶する。
The
伝送フレームメモリ11は、送信装置1から伝送される(又は伝送された)フレームを複数フレーム記憶する。図1では、伝送フレームメモリ11は、記憶された3時点のフレームを残差評価部14に出力可能なように構成されている。
The transmission frame memory 11 stores a plurality of frames transmitted (or transmitted) from the
走査部13は、入力映像上に配置するブロック領域(部分領域)の位置を示すブロック位置情報を残差評価部14に出力する。
The
図2は、残差評価部14の構成例を示すブロック図である。図2に示すように、残差評価部14は、ブロック切出部141と、動き推定部142と、動き補償残差評価部143と、を備える。
FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration example of the
図3は、残差評価部14の動作の概要を説明するための図である。動き推定元画像とは、動き推定部142にて動き推定の対象元となる画像フレームである。動き推定先画像とは、動き推定部142にて動き推定の対象先となる画像フレームである。動き補償元画像とは、動き補償残差評価部143にて動き補償の対象となる画像フレームである。
FIG. 3 is a diagram for explaining an outline of the operation of the
動き推定元画像のフレーム番号faと動き推定先画像のフレーム番号fbとは一致してはならないが、動き推定元画像のフレーム番号faと動き補償元画像のフレーム番号fpとは一致してもよく、また、動き推定先画像のフレーム番号fbと動き補償元画像のフレーム番号fpとが一致してもよい。なお、図3において、I(fa (1))などの上付きの(1)は、残差評価部14−1による処理を意味し、同様に上付きの(2)は、残差評価部14−2による処理を意味する。 Although the frame number f b of the frame number of the motion estimation original image f a and the motion estimation target image must match one the frame number f p of the motion estimation original image frame number f a and the motion compensated original image may match, also it has a frame number f p of the frame number f b and the motion compensation based on image motion estimation target image may coincide. In FIG. 3, superscript (1) such as I (f a (1) ) means processing by the residual evaluation unit 14-1, and superscript (2) is residual evaluation. This means processing by the unit 14-2.
残差評価部14は、伝送フレームメモリ11に記憶された伝送フレームから、動き推定元画像I(fa)、動き推定先画像I(fb)、及び動き補償元画像I(fp)の組を決定する参照フレーム決定手段を有する。これらの参照フレームの組は、残差評価部14ごとに異なるものとする。残差評価部14は、動き推定元画像I(fa)及び動き推定先画像I(fb)に基づき、画像内のブロック領域(部分領域)ごとの動きを算出し、該動きに基づいて動き補償元画像I(fp)と間引き画像I(fq)の位置合わせを行う。そして、位置合わせを行った動き補償元画像I(fp)と間引き画像I(fq)の残差eを算出し、判定部15に出力する。
The
ブロック切出部141は、伝送フレームメモリ11に記憶された動き推定元画像I(fa)から、走査部13から入力されるブロック位置情報により指定される位置のブロック領域Bを切り出し、動き推定部142に出力する。画像座標(x,y)における画素値をI(f,x,y)と記し、水平W画素、垂直H画素のブロック領域Bの画像座標(i,j)における画素値をB(i,j)とすると、ブロック切出部141は、走査部13から入力されたブロック領域Bの左上座標(s,t)に基づき、例えば次式(1)のようにブロック領域Bを切り出す。
The
動き推定部142は、ブロック切出部141により切り出された動き推定元画像I(fa)のブロック領域Bと画素値パターンの類似する対応領域を、伝送フレームメモリ11に記憶された動き推定先画像I(fb)内で類似度に基づき探索する。そして、動き推定元画像I(fa)のブロック領域Bと動き推定先画像I(fb)の対応領域との対応位置関係を求め、対応位置情報を動き補償残差評価部143に出力する。対応位置情報は、例えば、走査部13から入力されたブロックBの左上座標(s,t)と対応領域の左上座標(u、v)を組として、(s,t,u,v)と表現することができる。また、対応位置情報は、ブロックBの左上座標(s,t)と動きベクトル(u−s,v−t)を組として、(s,t,u−s,v−t)と表現することができる。対応領域の左上座標(u、v)は、例えば次式(2)により算出される。
The motion estimation unit 142 uses a motion estimation destination stored in the transmission frame memory 11 as a corresponding region having a pixel value pattern similar to the block region B of the motion estimation original image I (f a ) cut out by the
なお、式(2)は絶対値誤差和(SAD;Sum of Absolute Difference)の最小化により対応領域を求めているが、二乗誤差和(SSD;Sum of Squared Difference)の最小化や正規化相互相関(NCC;Normalized Cross Correlation)の最大化により対応領域を求めてもよい。 Note that Equation (2) finds the corresponding region by minimizing the sum of absolute error (SAD), but minimizing the sum of squared error (SSD) and normalized cross-correlation. The corresponding region may be obtained by maximizing (NCC: Normalized Cross Correlation).
また、ブロック切出部141と動き推定部142との処理をまとめ、式(1)(2)の演算を次式(3)に示すように一つの演算で実現してもよい。
Further, the processing of the
動き補償残差評価部143は、動き推定部142により求められた対応位置情報に基づき動き補償元画像I(fp)を間引き画像のフレーム時刻位置まで動き補償した画像と、非伝送フレームメモリに記憶された間引き画像I(fq)との残差eをブロック領域ごとに算出し、判定部15に出力する。残差eは、例えば次式(4)により見積もることができる。このとき、動き補償元画像I(fp)上の画素位置と、間引き画像I(fq)上の画素位置は、次式(5)に示すように対応位置関係と各フレームの時刻とに基づく按分により求める。
The motion compensation
なお、映像フレームIは画像座標に関して、その各成分が通常は整数値に離散化されている一方で、α,β,γ及びδは整数とは限らない。このため、例えば、映像フレームIに点拡がり関数(例えば、2次元のSinc関数やガウシアン関数)を畳み込んで小数画素位置の画素値を定義してもよいし、α,β,γ及びδに整数化(例えば、丸め)を施してもよい。このようにして、各残差評価部14は、それぞれ異なるフレームを参照してフレーム補間したときの残差をブロック領域Bごとに見積もる。
Note that the image frame I is generally discretized into integer values with respect to image coordinates, whereas α, β, γ, and δ are not necessarily integers. Therefore, for example, the pixel value at the decimal pixel position may be defined by convolving a point spread function (for example, a two-dimensional Sinc function or a Gaussian function) with the video frame I, or α, β, γ, and δ may be defined. Integer (for example, rounding) may be performed. In this manner, each
判定部15は、複数の残差評価部14により算出された残差eに応じて、ブロック領域Bごとに、動き補償の有効性、(残差評価部14に入力される参照フレームの組の有効性)を判定し、有効か否かを示すビットパターン列を出力する。例えば、走査部13の動き補償元画像I(fp)のブロック領域Bごとに、各残差評価部14の残差eに閾値処理を行い、残差eが閥値θ以下(又は未満)である場合には有効と判定し、それ例外の場合には無効と判定する。例えば、走査部13が走査のnサンプル目(nは1以上N以下の整数、Nは自然数)に設定したブロック領域をBnとおく。ブロック領域Bnに対して残差評価部14−k(kは1以上K以下の自然数、Kは自然数)が出力した残差値をen (k)とおく。判定部15は、闘値θと残差値をen (k)との大小関係を比較し、比較結果のフラグFn (k)を出力する。フラグFn (k)は、例えば、次式(6)又は次式(7)により表される。
The
判定部15の出力するビットパターン列(Pn)n=1,2,…,Nは、例えば次式(8)により定義することができる。Pnは、ブロック領域Bnについて、残差評価部14−kの評価する動き補償が有効である場合にはLSB側から数えて第kビットを1に、有効でない場合には第kビットを0に設定したパターンである。
The bit pattern string (P n ) n = 1, 2,..., N output from the
図4は、判定部15の出力するビットパターン列Pnを示す図である。図4では、K=8の場合にPnを16進数で示しており、この例ではP0=FF,P1=FA,P2=FCである。
FIG. 4 is a diagram illustrating the bit pattern sequence P n output from the
また、判定部15は、例えば、間引き画像I(fq)の画素位置ごとに各動き補償(各残差評価部14の評価する参照フレームの組による補間法)が有効であるか否かを記録したビットパターン列を出力してもよい。この場合、各画素位置の判定の方法には、例えば、(1)残差の少なかったL個(Lは自然数)の動き補償を有効とし他の動き補償を無効と判定する方法、(2)残差が閾値θ以下(又は未満)であった動き補償を有効とし他の動き補償を無効と判定する方法、あるいは(3)残差の少なかったL個(Lは自然数)の動き補償のうち、残差が闘値θ以下(又は未満)であった動き補償を有効とし他の動き補償を無効と判定する方法が考えられる。
Also, the
画素位置(x,y)における判定結果のビットパターン配列をP(x,y)とおく。また、ブロック領域Bnに対する対応位置の4つ組を(sn,tn,un,vn)とおく。上記(2)の方法による場合、例えば次式(9)で表されるビット演算を漸化的に適用することでビットパターンの配列P(x,y)を得ることができる。なお、演算子「|=」は、C++言語における演算子「|=」と同じであり、左辺値と右辺値のビットごとの論理和をとった結果を、左辺値に戻すビット操作を表す。 The bit pattern array of the determination result at the pixel position (x, y) is set as P (x, y). Also, placing the four pairs of corresponding positions relative to the block area B n and (s n, t n, u n, v n). In the case of the above method (2), the bit pattern array P (x, y) can be obtained by, for example, gradually applying the bit operation represented by the following equation (9). Note that the operator “| =” is the same as the operator “| =” in the C ++ language, and represents a bit operation for returning the result of the logical sum of the left side value and the right side value for each bit to the left side value.
送信装置1は、判定部15による判定結果を示す判定情報(例えば、ビットパターン列(Pn)n=1,2,…,Nやビットパターン配列P(x,y))を、受信装置に対して伝送する。伝送時に可逆圧縮を行ってもよい。
The
送信装置1は、図5に示すように、更に伝送模擬部16を備える構成としてもよい。伝送模擬部16は、フレームを符号化して伝送する際の符号化による劣化を模擬し、符号化により劣化されたフレームを生成し、伝送フレームメモリ11に記憶する。例えば、伝送フレームがMPEG−4 AVC/H.264方式により符号化される場合には、該方式と同様に伝送フレームを局所復号(ローカルデコード)し、局所復号したフレーム画像を伝送フレームメモリ11に記憶する。残差評価部14はそれぞれ、伝送模擬部16により生成されたフレームから動き推定元画像I(fa)、動き推定先画像I(fb)、及び動き補償元画像I(fp)の組を決定する
As shown in FIG. 5, the
以上説明したように、送信装置1は、時間分割部10により、入力映像のうち伝送されるフレームである伝送フレームと、伝送されないフレームである間引き画像とを決定し、残差評価部14により、伝送フレームから動き推定元画像I(fa)、動き推定先画像I(fb)、及び動き補償元画像I(fp)の組を複数組決定し、動き推定元画像I(fa)のブロック領域と画素値パターンの類似する対応領域を動き推定先画像I(fb)から決定し、該ブロック領域と該対応領域との対応位置関係に基づいて動き補償元画像I(fp)を間引き画像のフレーム時刻位置まで動き補償した画像と、間引き画像I(fq)との残差eをブロック領域ごとに算出し、判定部15により、残差値からブロック領域ごとの動き補償の有効性を示す判定情報を生成する。このため、送信装置1によれば、間引かれた映像フレームの原画を参照しつつ、受信装置側で実施すべきフレーム補間の手法を決定することができるため、送信装置1で入力映像の一部のフレームを間引き、受信装置側で間引かれたフレームを高精度に補間することが可能となる。その結果、全てのフレームを伝送する場合よりも、レート歪み特性(R−D特性)の良い伝送が可能となる。
As described above, in the
また、送信装置1は伝送模擬部16を更に備えることにより、受信装置で実施すべきフレーム補間の手法を決定する際に、符号化による劣化をも考慮した決定が可能となるため、レート歪み特性を更に改善することが可能となる。
In addition, since the
なお、上述した送信装置1として機能させるためにコンピュータを好適に用いることができ、そのようなコンピュータは、送信装置1の各機能を実現する処理内容を記述したプログラムを、当該コンピュータの記憶部に格納しておき、当該コンピュータのCPUによってこのプログラムを読み出して実行させることで実現することができる。
Note that a computer can be suitably used to cause the
[受信装置]
図6は、本発明の一実施形態に係る受信装置の構成例を示すブロック図である。図6に示すように、受信装置2は、フレームメモリ21と、K個の補間部22(22−1,22−2,・・・,22−K)と、重畳部23と、時間多重部24と、を備える。補間部22の個数Kは、送信装置1の残差評価部14個数Kと同一である。受信装置2は、上述した送信装置1により間引かれた間引き画像を補間生成する。
[Receiver]
FIG. 6 is a block diagram illustrating a configuration example of a receiving apparatus according to an embodiment of the present invention. As illustrated in FIG. 6, the
フレームメモリ21は、送信装置1から伝送された映像フレームIRを複数時点記憶する。なお、映像フレームIR(f)は、伝送フレームの伝送手段が無劣化の場合には入力映像のフレームI(f)と同一であるが、伝送フレームの伝送手段が非可逆圧縮を行う場合には、符号化による劣化を受けている。
図7は、補間部22の構成例を示すブロック図である。図7に示すように、補間部22は、ブロック切出部221と、動き推定部222と、動き補償部223と、を備える。補間部22は、k番目の補間部22−kは、k番目の残差評価部14−kと同じフレーム番号の画像(動き推定元画像、動き推定先画像、及び動き補償元画像)を参照するものとする。また、補間部22−kは、残差評価部14−kについてのブロック位置情報及び判定情報を取得する。
FIG. 7 is a block diagram illustrating a configuration example of the
図8は、補間部22の動作の概要を説明するための図である。動き推定元画像とは、動き推定部222にて、動き推定の対象元となる画像フレームである。動き推定先画像とは、動き推定部222にて、動き推定の対象先となる画像フレームである。動き補償元画像とは、動き補償の対象となる画像フレームである。補間画像とは、送信装置1から伝送されず、受信装置2で補間生成する画像フレームである。
FIG. 8 is a diagram for explaining an outline of the operation of the
動き推定元画像のフレーム番号faと動き推定先画像のフレーム番号fbとは一致してはならないが、動き推定元画像のフレーム番号faと動き補償元画像のフレーム番号fpとは一致してもよく、また、動き推定先画像のフレーム番号fbと動き補償元画像のフレーム番号fpとが一致してもよい。なお、図8において、IR(fa (1))などの上付きの(1)は、補間部22−1による処理を意味し、同様に上付きの(2)は、補間部22−2による処理を意味する。
Although the frame number f b of the frame number of the motion estimation original image f a and the motion estimation target image must match one the frame number f p of the motion estimation original image frame number f a and the motion compensated original image may match, also it has a frame number f p of the frame number f b and the motion compensation based on image motion estimation target image may coincide. In FIG. 8, superscript (1) such as I R (f a (1) ) means processing by the interpolation unit 22-1, and superscript (2) is the
補間部22は、フレームメモリ21に記憶された伝送フレームから、動き推定元画像IR(fa)、動き推定先画像IR(fb)、及び動き補償元画像IR(fp)の組を決定する参照フレーム決定手段を有する。これらの参照フレームの組は、補間部22ごとに異なり、補間部22−kの参照フレームのフレーム番号は、残差評価部14kの参照フレームのフレーム番号と同一である。補間部22は、送信装置1から判定情報を取得し、該判定情報により動き補償が有効であると通知されたブロックについてのみ動き補償を行う。
The
ブロック切出部221は、フレームメモリ21に記憶された動き推定元画像IR(fa)から、送信装置1から伝送されたブロック位置情報により指定される位置のブロック領域BRを切り出し、動き推定部222に出力する。ただし、ブロック切出部221は、送信装置1から伝送された判定情報において動き補償が有効であると判定されたブロックについてのみブロック切り出しを行う。水平W画素、垂直H画素のブロック領域BRの画像座標(i,j)における画素値をBR(i,j)とすると、ブロック切出部221は、送信装置1から入力されたブロック領域Bの左上座標(s,t)に基づき、例えば次式(10)のようにブロック領域BRを切り出す。
Block cutting
動き推定部222は、ブロック切出部221により切り出された動き推定元画像IR(fa)のブロック領域BRと画素値パターンの類似する対応領域を動き推定先画像IR(fb)から探索し、動き推定元画像IR(fa)のブロック領域BRと動き推定先画像IR(fb)の対応領域との対応位置関係を求め、対応位置情報を動き補償部223に出力する。対応位置情報は、例えば、送信装置1から入力されたブロック領域Bの左上座標(s,t)と対応領域の左上座標(uR、vR)を組として、(s,t,uR,vR)と表現することができる。また、対応位置情報は、ブロック領域Bの左上座標(s,t)と動きベクトル(uR−s,vR−t)を組として、(s,t,uR−s,vR−t)と表現することができる。対応領域の左上座標(uR、vR)は、例えば次式(11)で求められる。
なお、式(11)は絶対値誤差和(SAD;Sum of Absolute Difference)の最小化により対応領域を求めているが、二乗誤差和(SSD;Sum of Squared Difference)の最小化や正規化相互相関(NCC;Normalized Cross Correlation)の最大化により対応領域を求めてもよい。 The equation (11) obtains the corresponding region by minimizing the absolute value error sum (SAD), but the minimization of the square error sum (SSD) and the normalized cross-correlation. The corresponding region may be obtained by maximizing (NCC: Normalized Cross Correlation).
また、ブロック切出部221と動き推定部222との処理をまとめ、式(10)(11)の演算を次式(12)に示すように一つの演算で実現してもよい。
Further, the processes of the
動き補償部223は、動き推定部222により求められた対応位置情報に基づき、動き推定元画像IR(fa)に対応する動き補償元画像IR(fp)のブロック領域である部分画像Dを、例えば次式(13)により生成する。
The
なお、映像フレームIRは、画像座標に関して、その各成分が通常は整数値に離散化されている一方で、αR及びβRは整数とは限らない。このため、例えば、映像フレームIRに点拡がり関数(例えば、2次元のSinc関数やガウシアン関数)を畳み込んで小数画素位置の画素値を定義してもよいし、αR及びβRに整数化(例えば、丸め)を施してもよい。 Note that the image frame I R is normally discretized into integer values with respect to image coordinates, whereas α R and β R are not necessarily integers. Thus, for example, a point in the image frame I R spread function (e.g., Sinc function or Gaussian function of two-dimensional) may be defined to pixel values of the sub-pel position by convoluting the integer to alpha R and beta R (For example, rounding) may be applied.
また、動き補償部223は、動き推定部222により求められた対応位置情報に基づき、補償元画像IR(fp)の部分画像Dの重畳先座標(γR,δR)を、例えば次式(14)により算出する。
In addition, the
また、動き補償部223は、重畳処理をする際の部分画像Dの重みWも算出するのが好適である。重みWは、動き推定元画像のフレーム時刻位置fa、動き推定先画像のフレーム時刻位置fb、動き補償元画像のフレーム時刻位置fp、及び補間画像のフレーム時刻位置fqの時間の間隔に応じて算出することができる。例えば、動き推定のフレーム間隔や動き補償のフレーム間隔が広がるほど動き推定や動き補償の信頼度が低下するという仮定の下、次式(15)により重みWを算出することができる。
In addition, it is preferable that the
また、部分領域Dごとに重み値Wを変化させる方法として、動き推定部222で算出される動き推定元画像IR(fa)のブロック領域BRと動き推定先画像IR(fb)の対応領域との類似度の最適値(最小値又は最大値)に応じ、類似度が高い(誤差が小さい、又は相関が高い)ほど重みWを大きくするようにしてもよい。
Further, as a method for changing the weight values W for each partial area D, motion estimation original image I R to be calculated by the
重畳部23は、補間部22により生成された部分画像Dを重みWを用いて重畳先座標(γR,δR)に重畳することにより補間画像J(fq)を生成する。n番目(nはN以下の自然数、Nは自然数)のブロック領域BRnに対し、k番目(kはK以下の自然数、Kは自然数)の補間部22によって式(13)〜(15)で求められた部分画像をDn (k)、重みをWn (k)、重畳先座標を(γRn (k),δRn (k))とおくと、重畳部23は、次式(16)により補間画像J(fq)を生成する。
The superimposing unit 23 generates the interpolated image J (f q ) by superimposing the partial image D generated by the interpolating
様々なk,nに対して部分画像Dを重畳先座標(γRn (k),δRn (k))へ重ね合わせるが、重畳先座標の集合によっては重ね合わせが生じず、その場合には式(16)の分母がゼロとなる。そこで、そのような場合も想定して、次式(17)のように、分母がゼロとなる画像座標(x,y)に関しては、既知の手法で生成された補間画像M(x,y)の画素値としてもよい。例えば、M(x,y)はフレームメモリ21に記憶されたいずれかのフレームの画素値であってもよいし、いずれか複数のフレーム画素値から導出される値(例えば平均値や、重み付き平均値)であってもよい。
Although the partial image D is superimposed on the superimposition destination coordinates (γ Rn (k) , δ Rn (k) ) for various k and n, superposition does not occur depending on the set of superimposition destination coordinates. The denominator of equation (16) becomes zero. Therefore, assuming such a case, the interpolated image M (x, y) generated by a known method is used for the image coordinates (x, y) where the denominator is zero as in the following equation (17). It is good also as a pixel value. For example, M (x, y) may be a pixel value of any frame stored in the
時間多重部24は、送信装置1から伝送されフレームメモリ21に蓄積されている映像フレームと、重畳部23で生成された補間画像J(fq)とを時間多重することで、出力用の映像を構成する。例えば、入力映像のうち偶数フレームのみ送信装置1から伝送され、奇数フレームは重畳部23により補間生成された場合には、時間多重部24において、これらのフレームがフレーム番号順に交互に時間多重し、入力映像と等しいフレームレートの映像を出力する。
The
以上説明したように、受信装置2は、補間部22により、送信装置1から伝送されるフレームから動き推定元画像IR(fa)、動き推定先画像IR(fb)、及び動き補償元画像IR(fp)の組を複数組決定し、送信装置1から取得した判定情報により動き補償が有効であると通知されたブロックについて、動き推定元画像IR(fa)のブロック領域と画素値パターンの類似する対応領域を動き推定先画像IR(fb)から決定し、該ブロック領域と該対応領域との対応位置関係に基づいて動き補償元画像IR(fp)の重畳先座標を求める。そして、重畳部23により、複数組の動き補償元画像をそれぞれ重畳先座標に重畳して補間画像J(fq)を生成し、時間多重部24により、送信装置1から伝送されたフレームと補間画像J(fq)とを時間多重する。このため、受信装置2によれば、送信装置1から伝送されないフレームを高精度に補間することが可能となる。その結果、全てのフレームを伝送する場合よりも、レート歪み特性(R−D特性)の良い伝送が可能となる。
As described above, the
ここで、重畳部23は、動き推定元画像IR(fa)、動き推定先画像IR(fb)、動き補償元画像IR(fp)、及び補間画像J(fq)の時刻位置や、動き推定元画像IR(fa)のブロック領域と動き推定先画像IR(fb)の対応領域との類似度に応じて、動き補償画像を重み付けして重畳するのが好適である。これにより、補間画像の算出に用いる画像と補間画像との時間間隔や動き推定の類似度に応じた信頼度の高低を重み付けにより反映することができるため、領域ごとに信頼性の高い画像重畳が可能となる。 Here, the superimposing unit 23 performs the motion estimation original image I R (f a ), the motion estimation destination image I R (f b ), the motion compensation original image I R (f p ), and the interpolated image J (f q ). The motion compensated image is weighted and superimposed according to the time position and the similarity between the block region of the motion estimation original image I R (f a ) and the corresponding region of the motion estimation destination image I R (f b ). Is preferred. As a result, the level of reliability according to the time interval between the image used for calculation of the interpolated image and the interpolated image and the similarity of motion estimation can be reflected by weighting. It becomes possible.
なお、上述した受信装置2として機能させるためにコンピュータを好適に用いることができ、そのようなコンピュータは、受信装置2の各機能を実現する処理内容を記述したプログラムを、当該コンピュータの記憶部に格納しておき、当該コンピュータのCPUによってこのプログラムを読み出して実行させることで実現することができる。
In addition, a computer can be suitably used to cause the above-described function to function as the receiving
上述の実施形態は、代表的な例として説明したが、本発明の趣旨及び範囲内で、多くの変更及び置換ができることは当業者に明らかである。したがって、本発明は、上述の実施形態によって制限するものと解するべきではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。例えば、実施形態に記載の構成ブロックは複数を1つに組み合わせたり、あるいは分割したりすることが可能である。 Although the above embodiments have been described as representative examples, it will be apparent to those skilled in the art that many changes and substitutions can be made within the spirit and scope of the invention. Therefore, the present invention should not be construed as being limited by the above-described embodiments, and various modifications and changes can be made without departing from the scope of the claims. For example, a plurality of constituent blocks described in the embodiments can be combined into one or divided.
このように、本発明によれば、送信装置側で入力映像の一部のフレームを間引き、受信装置側で間引かれたフレームを高精度に補間することができるので、映像を送受信する任意の用途に有用である。 As described above, according to the present invention, it is possible to thin out some frames of the input video on the transmitting device side and to interpolate the thinned frames on the receiving device side with high accuracy. Useful for applications.
1 送信装置
2 受信装置
10 時間分割部
11 伝送フレームメモリ
12 非伝送フレームメモリ
13 走査部
14 残差評価部
15 判定部
16 伝送模擬部
21 フレームメモリ
22 補間部
23 重畳部
24 時間多重部
141 ブロック切出部
142 動き推定部
143 動き補償残差評価部
221 ブロック切出部
222 動き推定部
223 動き補償部
DESCRIPTION OF
Claims (7)
入力映像のうち伝送されるフレームである伝送フレームと、伝送されないフレームである間引き画像とを決定する時間分割部と、
前記伝送フレームから動き推定元画像、動き推定先画像、及び動き補償元画像の組を複数組決定する参照フレーム決定手段と、
前記参照フレーム決定手段で決定された複数組に対してそれぞれ、前記動き推定元画像のブロック領域と画素値パターンの類似する対応領域を前記動き推定先画像から決定し、前記動き推定元画像のブロック領域と前記動き推定先画像の対応領域との対応位置関係を求める動き推定部と、
前記参照フレーム決定手段で決定された複数組に対してそれぞれ、前記対応位置関係に基づいて前記動き補償元画像を前記間引き画像のフレーム時刻位置まで動き補償した画像と、前記間引き画像との残差をブロック領域ごとに算出する動き補償残差評価部と、
前記残差の値からブロック領域ごとの動き補償の有効性を示す判定情報を生成して受信側に送信する判定部と、
を備えることを特徴とする送信装置。 A transmission device that thins out and transmits a part of a frame of an input video,
A time division unit for determining a transmission frame that is a frame to be transmitted among input video and a thinned image that is a frame that is not transmitted;
Reference frame determining means for determining a plurality of sets of a motion estimation original image, a motion estimation destination image, and a motion compensation original image from the transmission frame;
For each of the plurality of sets determined by the reference frame determining means, a corresponding region having a pixel value pattern similar to the block region of the motion estimation original image is determined from the motion estimation destination image, and the block of the motion estimation original image A motion estimation unit for obtaining a corresponding positional relationship between a region and a corresponding region of the motion estimation destination image;
For each of the plurality of sets determined by the reference frame determination unit, an image obtained by performing motion compensation on the motion compensation source image to the frame time position of the thinned image based on the corresponding positional relationship, and a residual between the thinned image A motion compensation residual evaluation unit for calculating for each block region;
A determination unit that generates determination information indicating the effectiveness of motion compensation for each block region from the value of the residual and transmits the determination information to the reception side ;
A transmission device comprising:
前記参照フレーム決定手段は、前記伝送模擬部により生成されたフレームから動き推定元画像、動き推定先画像、及び動き補償元画像の組を複数組決定することを特徴とする、請求項1に記載の送信装置。 Simulating deterioration due to encoding when encoding and transmitting a frame, further comprising a transmission simulation unit that generates a frame deteriorated by encoding,
The reference frame determination unit determines a plurality of sets of a motion estimation source image, a motion estimation destination image, and a motion compensation source image from the frame generated by the transmission simulation unit. Transmitter.
前記送信装置から伝送されるフレームから動き推定元画像、動き推定先画像、及び動き補償元画像の組を複数組決定する参照フレーム決定手段と、
前記送信装置から前記判定情報を取得し、該判定情報により動き補償が有効であると通知されたブロックについて、前記動き推定元画像のブロック領域と画素値パターンの類似する対応領域を前記動き推定先画像から決定し、前記動き推定元画像のブロック領域と前記動き推定先画像の対応領域との対応位置関係を求める動き推定部と、
前記対応位置関係に基づいて前記動き補償元画像の重畳先座標を求める動き補償部と、
前記複数組の動き補償元画像をそれぞれ前記重畳先座標に重畳して補間画像を生成する重畳部と、
前記送信装置から伝送されたフレームと、前記重畳部により生成された補間画像とを時間多重する時間多重部と、
を備えることを特徴とする受信装置。 A receiving device for interpolating and generating a thinned image thinned out by the transmitting device according to claim 1,
Reference frame determining means for determining a plurality of sets of a motion estimation original image, a motion estimation destination image, and a motion compensation original image from a frame transmitted from the transmission device;
For the block for which the determination information is acquired from the transmission apparatus and motion compensation is notified by the determination information, a corresponding region having a pixel value pattern similar to the block region of the motion estimation source image is determined as the motion estimation destination. A motion estimation unit that determines a corresponding positional relationship between a block region of the motion estimation original image and a corresponding region of the motion estimation destination image, determined from an image;
A motion compensation unit for obtaining a superimposition destination coordinate of the motion compensation original image based on the corresponding positional relationship;
A superimposing unit that generates an interpolated image by superimposing the plurality of sets of motion compensation original images on the superimposition destination coordinates, respectively;
A time multiplexing unit that time-multiplexes the frame transmitted from the transmission device and the interpolation image generated by the superimposition unit;
A receiving apparatus comprising:
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