JPH02241188A

JPH02241188A - 相関演算装置

Info

Publication number: JPH02241188A
Application number: JP1061781A
Authority: JP
Inventors: Kenya Uomori; 謙也魚森; Hiroshi Ishii; 浩史石井; Atsushi Morimura; 淳森村
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1989-03-14
Filing date: 1989-03-14
Publication date: 1990-09-25
Anticipated expiration: 2012-08-20
Also published as: KR930010598B1; DE69032548T2; KR900015024A; DE69032548D1; EP0387849A2; EP0387849A3; EP0387849B1; JP2643422B2; US5046179A

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は画像などの相関を差分絶対値演算により得る相
関演算装置に関するものである。

従来の技術従来の相関演算装置を用いた例として画像の動きベクト
ル検出装置、例えば特開昭６１−２８９４７５号公報に
示される様なものがある。

第７図は、これの相関演算部分に差分絶対値演算を採用
したときの概略図を示したものであり、１はラッチＡ、
　　２は代表点メモリ、３はラッチＢ１４は減算器（加
算器で代用できる）、５はアドレスコントローラ、６は
絶対値変換回路、７は累積加算器、８は最小値アドレス
判定器である。

以上のように構成された従来の相関演算装置を用いた画
像の動きベクトル検出装置について説明する。

まず、画像の動きベクトルについて説明する。

第８図（ａ）は、ある時刻における画像を示している。

そして（ｂ）は１フイールドもしくは１フレーム後の画
像を示している。このように、撮像装置などの動きによ
って画像が平行移動するとき、　（Ｃ）の矢印で示した
ように画像が平行移動した量をベクトルで示したものを
動きベクトルと呼ぶ。

第９図（ａ）（ｂ）はこのような画像の動きベクトルを
検出する方法の最も一般的な方法である代表点マツチン
グ法における代表点とそのまわりの画素の様子を示した
ものである。動きベクトル検出は、あるフィールドにお
ける代表点の位置の画像データが次のフィールドでまわ
りの画素のうちどこに移動したかを検出することによっ
て行われる。

次に、従来の相関演算装置を用いた画像の動きベクトル
検出装置について第７図、第９図を用いて説明する。

画面上の各代表点における画像データはタイミングパル
スＬＰＩによりラッチＡ１に取り込まれ、タイミングを
とって代表点保存メモリ２のそれぞれの代表点に対応す
るアドレスに書き込まれる。

そして、次のフィールドもしくは次のフレームにおいて
、各代表点の位置のまわりの動きベクトル検出領域にお
ける画像データと代表点メモリ２に保存された前フィー
ルドの代表点の画像データとの差分をとり、絶対値変換
回路６により絶対値を取り、累積加算器７に入力する。

累積加算器７は代表点を基準としたときの座標の位置が
同じ場所において絶対値差分をとったデータ（絶対値変
換回路６の出力）を、それぞれ累積加算する。そしてす
べての代表点まわりの累積加算が終了したとき、最小値
アドレス判定器８により累積加算器７に保持された累積
加算値の最小値を有する場所を判定する。差分絶対値に
よる相関性判断では相関の大きい場所はど小さい値をと
るので、代表点の位置（アドレス）を基準としたときの
、この最小値を有する位置（アドレス）が動きベクトル
となる。以上の゛動作は毎フィールド（フレーム）行う
ため、相関演算を行いながら次のフィールド（フレーム
）の相関演算のための代表点における画像データを保存
するためにラッチＡ１がある。また、ラッチＢ３は、あ
る代表点の画像データと、その周辺の画像データとの相
関をとるときに代表点の画像データを保持する。

発明が解決しようとする課題しかしながら上記のような構成では、入力信号が８ビツ
トで、代表点の数が１６個の場合、累積加算において１
ワード当り１２ビット分のメモリが必要であり、絶対値
変換回路６より前のデータ演算語長は８ビツト必要であ
る。このままでは、検出精度をあげるために、代表点を
増やすにしたがって回路規模が大きくなり、ＬＳＩ化の
場合等においては不利になる。また、入力信号の下位ビ
ットを削除すると演算語長が減少し、検出精度が低下す
るという問題点を有していた。

本発明はかかる点に鑑み、検出精度を下げずに回路規模
を削減する相関演算装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段本発明は、入力ディジタル信号の上位ビットを削除する
上位ビット削除回路と、減算器と、絶対値変換回路を有
し、入力信号の相関値を計算することを特徴とした相関
演算装置である。

作用本発明は前記した構成により、入力ディジタル信号の上
位ビットを削除し、オーバーフローはあるが演算精度は
落とさないようにし、その後、信号の絶対値差分をとる
ことにより信号の相関演算を行う。

実施例以下に、本発明の実施例について図面を参照しながら説
明する。

第１図は本発明の第１の実施例における相関演算装置を
用いた代表点マツチング法による画像の動きベクトル検
出装置のブロック図であり、１はラッチＡ、　　２は代
表点保存メモリ、３はラッチＢ１４は減算器、５はアド
レスコントローラ、６は絶対値変換回路、７は累積加算
器、８は最小値アドレス判定器、９は上位ビット削除回
路であり、９の上位ビット削除回路以外は従来例と同じ
である。

以上のように構成された動きベクトル検出装置の動作に
ついて以下説明する。

まず、入力画像データは、上位ビット削除回路９により
、上位ビットが削除される。次に、上位ビット削除回路
９の出力はタイミングパルスＬＰ１によりラッチＡ１に
取り込まれ、タイミングをとって代表点保存メモリ２の
それぞれの代表点に対応するアドレスに書き込まれる。

累積加算器７は代表点を基準としたときの座標の位置が
同じ場所において絶対値差分をとったデータ（絶対値変
換回路６の出力）を、それぞれ累積加算する。そしてす
べての代表点まわりの累積加算が終了したとき、最小値
アドレス判定器８により累積加算器７に保持された累積
加算値の最小値を有する場所を判定する。差分絶対値に
よる相関性判断では画像の相関の大きい場所はど小さい
値をとるので、代表点の位置（アドレス）を基準とした
ときの、この最小値を有する位置（アドレス）が動きベ
クトルとなる。

ここで、上位ビット削除回路９により処理された信号の
演算について考える。

例えば、入力画像信号が８ビツトで、上位４ビツトを削
除した場合を考えてみる。第２図は８ビツトの信号のう
ち４ビツトを削除した場合の」二位ビット削除回路９の
入出力の関係をグラフに示したものである。本来信号の
演算語長を削減するためには下位ビットから削除してオ
ーバーフローを起こさせないようにするのが常識である
が、ここでは信号の上位ビットを削除してオーバーフロ
ーが起きているところに特徴がある。即ち第２図に示し
たように、入出力特性は鋸波状で不連続になる。また、
波線に示した特性は上位ビットを削除しない本来の入出
力特性である。このようにすることによって、信号の下
位ビットを削除した時のような演算精度の低下を招くこ
となく、演算語長の削減を実現する。

さて、このように信号の上位ビットを削除した場合に問
題になるのは、オーバーフロー発生時の演算に対する影
響である。次にこれについて考えてみる。

第３図は信号８ビツトのうち、上位４ビツトを削除した
時の実際の数値を２進数と１０進数で示したもののうち
の最初の部分である。矢印の部分で上位４ビツトを削除
したものは不連続になっている。このように、上位４ビ
ツトを削除したものは、０〜１５まで変化してはＯに戻
ることを続ける。

第４図は第１図のうち、入力信号８ビツトのうち上位４
ビツトを削除い、そのデータを元にして相関演算（絶対
値差分）を行う部分を示したものである。この部分での
演算は、入力信号（正の８ビツトの数）の上位４ビツト
を削除し、そのデータの差分をとり、さらに絶対値をと
る操作を行っている。この場合、減算器４は４ビツトの
全加算器を用い、キャリー出力の反転を用いてＭＳＢと
し、出力を±４ビットとする。

つまり計算手法としては、まず入力信号の上位ビットを
削除し、次に相関演算を行なう２つの信号の差分をとる
ために一方の信号の２の補数を演算（全ビットを反転し
て１を加算）して、他方の信号と加算する。そして加算
結果のＭＳＢにより正負を判定し、負ならばその絶対値
をとるわけであり、入力信号の上位ビットを削除するこ
と以外は本来の差分絶対値演算と同じである。

このような操作を行った場合、演算結果がどのようにな
るかを考えてみる。例えば、第４図の入力において、０
〜１５のデータが入力されたときは、データが連続なの
で絶対値差分をとってもＯ〜１５のデータとなり、問題
はない。次に、不連続点（第３図中矢印の部分）をはさ
んだデータ、例えば、８ビツトで考えたときの１６と１
５の絶対値差分を取ることを考えてみると、以下のよう
になる。

（１）ａｂｓ　（１Ｂ−１５）の演算の場合（ａｂｓは
絶対値を取る関数）：１ｔ３−１５は、１６と１５の２の補数を加算すること
と等価だから、まず、１５１１１１）の反転（１の補数
）をとり、００００にして１６と加算し、さらに１を加
える。

ｏｏｏｏ・・・ｔｅ（ｉ−ハ゛−７叶して０になってい
る）＋Ｌ並仰−・１５の反転（フラク゛ビフトは用いな
くてよい）ｏｏｏｏ。

十…並狙００００１・・・さらに１を加算０００１・・・ＭＳＢを用いて絶対値をとる（答え）（
ＭＳＢ＝０ならばそのまま、ＭＳＢ＝１ならば、反転し
て１を加える）（２）ａｂｓ　（１５−１６）の演算の場合（ａｂｓは
絶対値を取る関数）：１５−１８は、１５と１６の２の補数を加算することと
等価だから、　　まず、１６（オーバーフローしてｏｏ
ｏｏになっている）の反転（１の補数）をとり、１１１
１にして１５と加算し、さらに１を加える。

＋１１１・・・１５＋Ｌｕｕ　−−−Ｉ　Ｅｉの反転（フラク゛ビフトは用
いなくてよい）十刊聾旦１１１１１・・・さらに１を加算０００！・・・Ｍ’Ｓ　Ｒを用いて絶対値をとる（答え
）このように、不連続点（第３図中矢印の部分）をはさ
んだデータ間の絶対値差分をとっても、答えが４ビツト
以下の大きさであれば演算結果に不連続は発生しない。

ただし、答えが４ビツト以上の大きさになることはでき
ないので、８ビツトの入力信号て考えて４ビツト分すな
わち１６以上の距離があるデータの絶対値差分をとった
結果は第２図と同じようにオーバーフローを起こす。し
かし、画像の動きベクトル検出における代表点マツチン
グ法の場合、絶対値差分後のデータにリミッタをかける
ことは特に問題にならない。

これは、代表点マツチング法において、最小値近辺の累
積加算データは最小値を中心としてなだらかに大きくな
っているはずであるが、最小値を見いだすためには相関
のない点において、ある程度以上の大きさを持つ累積加
算データはあまり意味がないので、それ以上の信号には
リミッタをかけて信号処理の回路規模の削減をはかるの
とほぼ等価である。ただ違う点は第５図に示すように絶
対値差分がある大きさ（この場合４ビツトで１５）を越
えるとその大きさに制限される（リミッタ動作）のでは
なく、オーバーフローにより大きさが周期的に変化する
点である。

ここで、リミッタのリミット値がこのようにオーバーフ
ローにより周期的に変化すると、本来ならば大きい値を
持つはずのデータが小さくなってしまい、相関がないは
ずのデータがあたかも相関があるようになってしまうと
いう問題がある。しかし、オーバーフローの発生するレ
ベルが実際の画像データ入力時における絶対値回路６の
出力の大きさより大きくなるように、上位ビット削除回
路９での削除ビット数を調整すれば、差分をとってもオ
ーバーフローを起こすことが少なくなるため、この問題
はほぼ解決できる。

以上のように、本実施例によれば、入力信号の上位ビッ
トを削除することによって演算精度を低下することなく
回路規模の削減を行うことができる。

第６図は本発明の第２の実施例における相関演算装置を
用いた代表点マツチング法による画像の動きベクトル検
出装置のブロック図であり、１はラッチＡ１２は代表点
保存メモ１ハ　３はラッチＢ１４は減算器、５はアドレ
スコントローラ、６は絶対値変換回路、７は累積加算器
、８は最小値アドレス判定器、９は上位ビット削除回路
、１０は低域ろ波回路であり、１０の低域ろ波回路以外
は第１の実施例と同じである。

まず、入力画像データは、低域ろ波回路１０を通過し、
信号の急峻な変化を抑えられる。これにより、入力画像
データ信号の変化はなだらかになる。そして、上位ビッ
ト削除回路９により、上位ビットが削除されるが、画像
の動きベクトルの大きさが第１の実施例の時と同じであ
れば、入力画像データ信号の変化は低域ろ波回路１０に
よりなだらかになっているので信号の上位ビットを削除
して絶対値差分による相関演算を行ってもその結果は小
さくなり、絶対値変換回路６の出力におけるオーバーフ
ロー発生確率が第１の実施例より少なくなり、動きベク
トル検出におけるエラー発生を抑えることができる。

上位ビット削除回路９以下の動作は本発明の第１の実施
例と同じであり、上位ビット削除回路９の出力はタイミ
ングパルスＬＰ１によりラッチＡ１に取り込まれ、タイ
ミングをとって代表点保存メモリ２のそれぞれの代表点
に対応するアドレスに書き込まれる。そして、次のフィ
ールドもしくは次のフレームにおいて、各代表点の位置
のまわりの動きベクトル検出領域における画像データと
代表点メモリ２に保存された前フィールドの代表点の画
像データとの差分をとり、絶対値変換回路６により絶対
値を取り、累積加算器７に入力する。

以上のように、本実施例によれば、上位ビット削除回路
９の前に低域ろ波回路１０を設けることによって、入力
信号の急峻な変化を抑え、入力画像データ信号の変化を
なだらかにしてから処理するので、第１の実施例と同じ
大きさの動きベクトルであれば、信号の上位ビットを削
除して絶対値差分による相関演算を行っても絶対値変換
回路６の出力におけるオーバーフローが少なくなり、動
きベクトル検出における検出エラーの発生確率を下げる
ことができる。

なお、第２の実施例において低域ろ波回路１０を用いた
が、高域ろ波回路を用いて信号の振幅を抑えたり、帯域
ろ波回路を用いて高域を抑えても同様な効果が得られる
。また、第１、第２の実施例において絶対値変換回路６
は入力が負のデータならばビットを反転して１を加算し
たが、誤差は小さいため１を加算しなくてもよい。また
、第１、第２の実施例において減算器４は入力を拡張し
て上位ビット削除回路９の出力ビット数＋１ビツト以上
として演算してもよい。また、第１、第２の実施例にお
いて、上位ビット削除回路９を入力段に挿入したが、減
算器４の入力側の２つの信号に対して上位ビット削除回
路９を用いてもよい。

発明の詳細な説明したように本発明によれば、相関演算装置におい
て検出精度を下げずに回路規模を削減することができ、
その実用的効果は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明における相関演算装置の第１の実施例の
ブロック図、第２図は同実施例の８ビツトの信号のうち
４ビツトを削除した場合の上位ビット削除回路の入出力
関係を示すグラフ、第３図は第２図の実際の数値を２進
数と１０進数で示した構成図、第４図は第１図の相関演
算部分のブロック図、第５図は同実施例のリミッタの動
作を説明するグラフ、第６図は本発明における相関装置
の第２の実施例を示すブロック図、第７図は従来の相関
演算を用いた画像の動きベクトル検出装置のブロック図
、第８図は動きベクトルを説明する画像図、第９図は代
表点マツチング法による画像の動きベクトルの検出にお
ける画面上の代表点とそのまわりの画素の様子を示す画
像図である。１ｓ１１ラッチＡ、２−・代表点保存メモリ、３・・ラ
ッチＢ、　　４・・減算器、５Φ・アドレスコントロー
ラ、６・・絶対値変換回路、７・・累積加算器、８ΦΦ
最小値アドレス判定器、９１１＠上位ビット削除回路、
１０・・低域ろ波回路。代理人の氏名　弁理士　栗野重孝はか１名粥図（Ｃ１）ｔｂ）（Ｃン ■ｙＶ第図（α）へ表あと馬面の間係（４１５表資し９４υＩ′の恥少

Claims

【特許請求の範囲】

（１）入力ディジタル信号の上位ビットを削除する上位
ビット削除回路と、その出力を処理する減算器と、その
出力を絶対値に変換する絶対値変換回路を有し、入力信
号の相関値を計算することを特徴とする相関演算装置。
（２）相関演算装置の入力側において、低域ろ波または
高域ろ波装置により入力信号の急峻な変化を取り除いて
相関演算を行うことを特徴とする請求項１記載の相関演
算装置。