JP7012562B2 - 文字スーパー合成装置及びプログラム - Google Patents
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Description
この態様によれば、文字スーパー合成装置は、背景映像の映像フレームから得られた輝度の情報を用いてカット毎、シーン毎又は1映像フレーム毎に映像の特徴量を計算し、計算された特徴量に基づいて決定した文字レベルにより文字情報を表示する文字スーパー映像を、背景映像の映像フレームに重畳する。
これにより、文字スーパー合成装置は、背景映像に応じて適応的に見やすい明るさに調整した文字スーパーを提示することができる。また、文字スーパー合成装置は、背景映像の輝度が短い時間で変化する場合でも文字スーパーが見やすいように、1カット毎又は1シーン毎に一定の文字レベルで文字スーパーを提示することや、1映像フレーム毎にきめ細やかに文字レベルを適応的に変化させて文字スーパーを提示することができる。
この態様によれば、文字スーパー合成装置は、映像フレームの全画素又は間引いてサンプリングした画素の輝度の平均、あるいは、映像フレームにおいて前記文字スーパー映像が重畳される周辺の領域の全画素又は間引いてサンプリングした画素の輝度の平均を特徴量として用い、文字レベルを決定する。
これにより、文字スーパー合成装置は、背景映像又は背景映像における文字スーパー周辺領域の明るさに応じて、見やすい文字スーパーの文字レベルを決定することができる。
この態様によれば、文字スーパー合成装置は、背景映像の特徴量に応じて段階的に決定した文字レベルにより文字スーパーを提示する。
これにより、文字スーパー合成装置は、簡易に文字レベルを決定することができ、また、背景映像の明るさが大きく変化しない間は一定の文字レベルにより文字スーパーを表示することができる。
この態様によれば、文字スーパー合成装置は、背景映像の特徴量に応じた文字レベルを関数により決定する。
これにより、文字スーパー合成装置は、背景映像の明るさに応じて適応的に見やすい文字レベルを決定することができる。
この態様によれば、文字スーパー合成装置は、背景映像から得られた特徴量に応じた文字レベルを一次関数により決定する。
これにより、文字スーパー合成装置は、背景映像の明るさに応じて適応的に見やすい文字レベルを簡易な計算により決定することができる。
この態様によれば、文字スーパー合成装置は、0.20≦a≦0.40、0.60≦b≦0.80を用いた式(3)により文字レベルを決定する。
これにより、文字スーパー合成装置は、背景映像に応じて、眩しくなく、グレー色に見えにくい、見えやすい文字レベルを決定することができる。
この態様によれば、文字スーパー合成装置は、式(3)により算出された文字レベルのIRE値が100%を超える場合、文字レベルを所定の上限値とする。
これにより、文字スーパー合成装置は、文字スーパーを眩しすぎないように提示することができる。
この態様によれば、文字スーパー合成装置は、所定の規則に従って特徴量に基づいて決定した文字レベルが下限値よりも低い場合、文字レベルをその下限値とする。
これにより、文字スーパー合成装置は、文字スーパーが暗くなりすぎないように見やすく提示することができる。
この態様によれば、文字スーパー合成装置は、逐次入力される背景映像の映像フレームに、当該映像フレームよりも所定フレームだけ前の映像フレームの特徴量に基づいて決定した文字レベルの文字スーパーを重畳する。
これにより、文字スーパー合成装置は、リアルタイムで背景映像に文字スーパーを重畳した映像を生成し、出力することができる。
図1は、本発明の第1の実施形態による文字スーパー合成装置1の構成を示す機能ブロック図であり、本実施形態と関係する機能ブロックのみを抽出して示してある。文字スーパー合成装置1は、映像を撮影したカメラや収録装置から本線を介して高ダイナミックレンジ(HDR)のベースバンド(以下、「BB」と記載)映像信号を入力する。本線の入力インターフェースには、U-SDI、12G-SDI、3G-SDI、HD(1.5G)-SDI、SMPTE ST2022、SMPTE ST2110などの制作用IPインターフェースを用いることができる。文字スーパー合成装置1は、入力したBB映像信号に、KEY信号を用いて一定のエリアを定めて透明度を決定した部分に、所望の文字などの映像を載せて重畳させたFILL信号を合成し、スーパーインポーズを行う。
<1フレーム毎に文字レベルを算出する場合>
まず、本線動画像(例えば、8K 60P/120P)の非圧縮BB映像信号が、例えばU-SDI(ARIB STD-B58規格準拠)により文字スーパー合成装置1に送られる。これと同時に、文字スーパー映像が、U-SDI、3G-SDI、12G-SDIといった4K又は8Kの信号で、BB映像信号とは異なる線で文字スーパー合成装置1に送られる。文字スーパー映像はそのままの映像信号(以下、「元文字信号」と記載する。)でもよく、現行の放送システムに合せ、文字スーパーの文字情報が送られるFILL信号と、ベースバンド映像信号にFILL信号を合成重畳するために、明るさに応じて透明度を決定するなど、いわばマスク機能としての信号となるKEY信号との組み合わせでもよい。
上記のように、1フレーム毎に文字レベルを算出する場合、フレームバッファー12は、1映像フレームを蓄積する。映像合成部15は、フレームバッファー12から出力されたその映像フレーム又はその映像フレームよりも所定フレーム数前の映像フレームについて算出された適切な文字レベルの文字スーパー映像と合成し、出力する。よって、文字スーパー合成装置1は、映像フレーム毎に、リアルタイムに見やすい文字スーパーを重畳して提供できる。
このようにカット毎に文字レベルを適用することで、レベルの時間変動を抑えて、見やすく提示することも可能である。
ここでは、HDR映像に対して見やすい文字スーパーとなる文字レベルの判断の根拠となる評価実験の結果を示す。
この評価実験では、APLが異なる評価用のHDR映像に、文字レベル50、60、70、75、80、85、90、100%それぞれの文字スーパーを重畳して提示した。14人の映像制作専門家(放送技術者)を被験者とし、各被験者から、提示された映像のうち、「見やすい文字レベルは何%か」の回答を得て、統計データを取得した。
評価映像系統として、以下を使用した。評価用のHDR映像(BB映像)の撮影カメラには、SONY社製業務用4K撮像センサによる撮影カメラF65RSを使用し、映像をビデオレベル0%から109%にマッピングするような映像グレーディングを行って映像を制作した。もし、提示される映像が別の上、下限値にマッピングして映像制作された場合においては、文字スーパーの提示レベルは、これらの映像レンジに応じて換算し提示すればよい。モニターには、最大輝度1000cd/cm2まで表示可能な、4K解像度30型放送等業務用マスターモニターであるSONY社製のBVM-X300(映像パネル:有機ELデバイスによる)を使用した。モニターには、文字スーパーが重畳されたHDR評価用静止画を、3G-SDI×4の4K解像度信号を通して表示し、この表示に対する評価を得た。また、観視環境は、輝度計による測定値が背景5cd/cm2で反射するグレー単色背景の前に、モニターから3H(Hはモニター縦の高さ)の距離において被験者がモニターに提示された画像を視聴する環境とした。評価用画像には、HDR映像の原画と、原画の全体輝度レベルを調整してAPL(平均輝度レベル)を下げた画像を用いた。異なるAPLの評価用画像に、異なる文字レベルの文字スーパーを重畳し、被験者は、上記の観視環境において見やすい文字レベルを範囲指定で回答した。APLごとに、各文字レベルについて評価者が見やすいと回答した人数を算出し、最頻値を評価した。
図5は、評価実験1の実験結果を示す図である。図5(a)は、原画(評価用画像A)を示し、図5(b)は、原画(APL54%)及び原画のAPLを下げた画像(APL40、30%)それぞれについて、各文字レベルを好ましいと選択した被験者の人数を示す。図5(b)は、APL別に、好ましいと思われる文字スーパーレベルの範囲を被験者14人で評価し、プロットした結果である。
図5(b)に示す結果によれば、原画のAPLを54%、40%、30%と変化させた場合の好ましい文字レベルの最頻値はそれぞれ、85%、80%、70~75%である。この結果から、APLの値に応じて最適な文字レベルの値を決定しておき、文字レベル制御部13における文字レベルの決定に反映させることで、逐次、BB映像信号のAPLに最適な文字スーパーを重畳し、提示可能であることがわかる。
本実施形態では、BB映像信号から得られたAPLを用いた所定の変換式に基づいて、文字レベルを算出する。以下では、第1の実施形態との差分を中心に説明する。
ここでは、HDR映像に対して見やすい文字スーパーとなる文字レベルが、式(3)で算出される根拠となる評価実験の結果を示す。
この評価実験2では、種類の異なる評価用のHDR映像を用意し、各HDR映像に、文字レベル50、60、70、75、80、85、90、100%それぞれの文字スーパーを重畳して提示した。14人の映像制作専門家(放送技術者)を被験者とし、各被験者から、提示された映像のうち、「見やすい文字レベルは何%か」の回答を得て、統計データを取得した。
評価映像系統、視聴環境及び被験者は、第1の実施形態の評価実験1と同様である。評価用画像には、4つの評価用静止画像である評価用画像A~Dを使用した。評価用画像A及びCについては、HDR映像の原画と、原画の全体輝度レベルを調整してAPL(平均輝度レベル)を下げた画像を用意した。各評価用画像A~Dに、異なる文字提示方法の白単色の文字スーパーを重畳し、提示した。異なる文字提示方法とは、複数の異なる文字レベルによる提示、又は、文字サブトン(文字背景)の有無である。ここで、文字サブトンとは、文字スーパーと背景映像の間に表示される矩形のグラフィック(透明度を変化させた黒単色の背景)画像である。被験者は、上記の観視環境において見やすい文字レベルを範囲指定で回答した。評価用映像A~Dについて、文字レベルごとに評価者が見やすいと回答した人数を算出し、最頻値を評価した。
図6~図8は、評価実験2の実験結果を示す図である。なお、評価用画像Aについて評価実験2の実験結果は、図5に示すものとなる。図6(a)は、評価用画像Bを示し、図6(b)は、文字レベル別に、評価用画像B(APL40%)に重畳した文字スーパーが好ましいと選んだ被験者の人数を示す。図7(a)は、評価用画像Cを示し、図7(b)は、文字サブトンの透明度0%、透明度50%、文字サブトンなしのそれぞれについて、文字レベル別に、評価用画像Cに重畳した文字スーパーが好ましいと選んだ被験者の人数を示す。図8(a)は、評価用画像Dを示し、図8(b)は、文字レベル別に、評価用画像D(APL53%、文字周辺暗め)に重畳した文字スーパーが好ましいと選んだ被験者の人数を示す。
図5~図8に示す本実験の評価結果に基づいて、文字スーパーの近傍APLと好ましい文字レベル(最頻値)との関係、および、全体APLと好ましい文字レベル(最頻値)との関係をプロットして求めた。近傍APLとは、映像フレームにおいて文字スーパーが重畳されるエリアの周辺部分の画素から求めたAPLである。全体APLとは、映像フレーム全体の画素から求めたAPLである。以下では、文字スーパーが重畳されるエリアの周辺部分を、文字スーパー近傍とも記載する。
本実験系統とは異なる系統や観視環境、例えば、表示デバイスが液晶タイプ、液晶とLED(Light Emitting Diode)白色バックライトタイプ、あるいは、最大輝度が1000cd/cm2やそれ以下、それ以上、観視環境が5cd/cm2やそれ以上、あるいはそれ以下などの条件によって、見え方が若干異なってくることが想定される。そのため、傾きa、切片bそれぞれの最適値には、若干範囲があると想定される。
式(3)の傾きa、切片bの最適値の根拠を示す、HDR映像に対する文字スーパーの見えやすさに関する主観評価実験を行った。
ビデオレベル0から100%又は109%までの映像表現領域を使って表現された、複数の評価用HDR映像(ハイブリッドログガンマ方式で制作、表示)に対し、以下の手法A~Dにより決定した文字レベルによりスーパーインポーズ(背景画面の手前に重畳)して、被験者に提示した。
手法Bでは、文字レベルを固定レベル75%に設定した(従来法)。
手法Cでは、文字レベルを固定レベル100%に設定した(従来法)。
手法Dでは、以下の式(6)に基づき文字レベルを適応レベルで決定した。
(項目2)5(眩しくない)、4、3(どちらでもない)、2、1(眩しい)
(項目3)5(白に見える)、4、3(どちらでもない)、2、1(グレーに見える)
図14は、評価用映像1についての主観評価実験の結果を示す図である。評価用映像1は、APL変化を伴う3カットから構成される、15秒のライブ収録による動画像であり、文字のみを重畳した。同図では、4つの手法A~Dにより決定した文字レベルにより文字スーパーを提示した場合の文字の見やすさに関する18人の評価値の平均値と95%信頼区間を示している。同図からわかるとおり、手法Aが最も見やすく優れた結果となり、本実施形態の有意性が確認された。
上記の評価実験2、3の実験結果より、以下が考察される。
(a)傾き係数として、a=0.3は妥当であり、a=0.55のような高い値は避けるほうがよい。また、評価実験2の回帰直線は、a=0.23であることから、0.3を中心にある程度の範囲を持たせても許容できることが推測される。
(b)上記の(a)の考察と、図9、図10に示される好ましい文字レベルとして許容される範囲を鑑みると、式(4)に示す0.20≦a≦0.40を妥当な範囲として導くことができる。
(a)切片bは、0.7が妥当であることが示された。0.4は見にくくなる結果となった。一方、評価実験2の回帰直線はb=0.735であった。このため、切片bは0.7や0.735付近においては、この値を中心にした、ある範囲をもった値であってよい。しかし、0.4のような低い数値は妥当ではないことがわかる。
(b)文字スーパーが見やすく、白に見えグレーに見えないためには、評価実験2や、後述する基礎実験の結果から、文字レベルは文字スーパー近傍の背景画像より高いレベルである必要がある。このため、切片bは極端に低い値(b=0.4など)をさけ、b=0.7を中心に、ある範囲の幅をもった値がよい。
(c) これらの結果と、HDRの一方式であるハイブリッド・ログ・ガンマ方式が組み合わされた2つの関数の変化点となるb=0.5以上で、図9、図10に示される好ましい文字レベルとして許容される範囲を鑑みると、関数の直線性が保たれる範囲として、式(4)に示す0.60≦b≦0.80を妥当な範囲として導くことができる。
ここでは参考として、文字の見え方と背景の明るさの関係に関する基礎実験について示す。
黒(APL0%)一色の背景に、白(APL100%)一色の四角パッチを画面上のさまざまな箇所に置き、レベル50%の文字を画面下10%の位置にスーパーして、文字が「白く」見えるか否かを、14人の映像専門家により主観評価した。
また、本実施形態によれば、ダイナミックレンジが広い映像による放送において、速報性が高い文字スーパーを重畳する際にも、文字レベルを即時に決定して文字スーパーを送出することができる。従って、放送を受信した視聴者に、見やすい文字スーパーを提示することが可能となる。
また、放送局の番組映像制作において、ライブでの文字スーパーの重畳や、ポストプロダクションによる映像編集で文字スーパーを重畳するために文字レベルを決定する際にも、本実施形態を用いることで、文字レベルの決定を支援する機能やツールを提供することができる。従って、映像制作作業の時間短縮し、効率的に作業を支援することできる。
11…映像特徴量計算部
12…フレームバッファー
13…文字レベル制御部
14…文字スーパー発生部
15…映像合成部
Claims (6)
- 複数の映像フレームからなる1カット又は1シーンあるいは1映像フレームを文字レベル制御単位とし、高ダイナミックレンジの背景映像の映像信号に含まれる映像フレームの輝度に基づく映像の特徴量を前記文字レベル制御単位で計算する映像特徴量計算部と、
前記映像特徴量計算部により計算された前記特徴量に基づいて、前記背景映像にスーパーインポーズされる文字情報の輝度を表すビデオレベルである文字レベルを決定する文字レベル制御部と、
前記文字レベル制御部により決定された前記文字レベルにより前記文字情報を表示する文字スーパー映像を生成する文字スーパー発生部と、
前記映像フレームに、当該映像フレームが含まれる前記文字レベル制御単位の前記特徴量に基づいて決定された前記文字レベルにより前記文字情報を表示する前記文字スーパー映像を重畳して合成した映像フレームを生成する映像合成部と、
を備え、
前記特徴量は、前記映像フレーム全体の全画素、前記映像フレーム全体からサンプリングした各画素、前記映像フレームにおいて前記文字スーパー映像が重畳される周辺の領域の全画素、又は、前記領域からサンプリングした各画素の輝度の平均であり、
前記文字レベル制御部は、前記特徴量をパラメータ値として用いる関数により前記文字レベルを算出し、
前記関数は、前記文字レベルのIRE値(%)をC_VL、輝度レベルのIRE値(%)の平均である前記特徴量をAPL、高いAPLと低いAPLの差に対する前記文字レベルの違いを示す傾き値をa、APLが0%のときの前記文字レベルを表す切片値をbとした場合に、式(A)で表され、
前記傾き値a及び前記切片値bは、0.20≦a≦0.40、かつ、0.60≦b≦0.80である、
C_VL=a×APL+b …(A)
ことを特徴とする文字スーパー合成装置。 - 前記文字レベル制御部は、前記関数により算出した前記文字レベルのIRE値が100%を超える場合、前記文字レベルを所定の上限値でクリップする、
ことを特徴とする請求項1に記載の文字スーパー合成装置。 - 前記文字レベル制御部は、前記関数により算出した前記文字レベルが所定の下限値より低い場合、前記文字レベルを前記下限値でクリップする、
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の文字スーパー合成装置。 - 前記映像合成部は、前記映像特徴量計算部により前記特徴量が計算された前記映像フレームを逐次入力し、入力した前記映像フレームに、当該映像フレームより所定フレーム前の映像フレームから得られた前記特徴量に基づいて前記文字レベル制御部が決定した前記文字レベルにより前記文字情報を表示する前記文字スーパー映像を重畳して合成した映像フレームを生成し、生成した前記映像フレームを逐次出力する、
ことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の文字スーパー合成装置。 - 前記映像信号の垂直ブランキング期間内に、前記映像特徴量計算部は、前記映像信号に含まれる映像フレーム毎に前記特徴量を計算し、かつ、前記文字レベル制御部は、計算された前記特徴量に基づいて前記文字レベルを決定し、
前記映像合成部は、入力した前記映像フレームに、当該映像フレームより1フレーム前の映像フレームから得られた前記特徴量に基づいて前記文字レベル制御部が決定した前記文字レベルにより前記文字情報を表示する前記文字スーパー映像を重畳して合成した映像フレームを生成する、
ことを特徴とする請求項4に記載の文字スーパー合成装置。 - コンピュータを、請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の文字スーパー合成装置として機能させるプログラム。
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