JPH0595544A - Method and device for moving amount detection for picture data - Google Patents

Method and device for moving amount detection for picture data

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JPH0595544A
JPH0595544A JP3282183A JP28218391A JPH0595544A JP H0595544 A JPH0595544 A JP H0595544A JP 3282183 A JP3282183 A JP 3282183A JP 28218391 A JP28218391 A JP 28218391A JP H0595544 A JPH0595544 A JP H0595544A
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JP
Japan
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data
image data
circuit
motion
block
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP3282183A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Moriji Izumida
守司 泉田
Yoshimi Ishida
義美 石田
Isao Iwasaki
功 岩崎
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Hitachi Microcomputer System Ltd
Original Assignee
Hitachi Microcomputer System Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Microcomputer System Ltd filed Critical Hitachi Microcomputer System Ltd
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Publication of JPH0595544A publication Critical patent/JPH0595544A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To improve the accuracy of detecting the moving amount in the detection method for moving amount between two picture data. CONSTITUTION:The picture data of the current frame and the picture data of the former frame are inputted to neighboring processing circuits 11 and 12. The neighboring processing circuits 11 and 12 performs the processing averaging the input data in a block unit for a plurality of neighboring blocks, outputting, for example, sample data taking the collection of average values as many as the number of picture element data of a block as a unit. The sample data is provided with the collected picture element data of blocks. In short, it includes the information of the neighboring picture element data. Thus, the correlated blocks can be obtained accurately with the S/N of data improved even when the blocks or representative points to be compared are separated in performing the correlation operation in the circuit of the poststage.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、2つの画像データ間の
動き量を多段検索形式で検出する方法並びにこれを用い
た動き量検出回に係り、更に詳しくは、信号対雑音比
(SN比)が良く、かつ演算速度を高速化できる画像デ
ータの動き量検出技術に関し、例えばテレビ電話システ
ムなど動画信号を処理する装置に適用して有効な技術に
関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for detecting a motion amount between two image data in a multi-stage search format and a motion amount detecting time using the method, more specifically, a signal-to-noise ratio (SN ratio). The present invention relates to a technique for detecting the amount of motion of image data capable of increasing the calculation speed, and is effectively applied to a device for processing a moving image signal such as a videophone system.

【0002】[0002]

【従来の技術】画像信号やテレビ(TVとも記す)信号
をアナログ/ディジタル変換して画像処理する場合、大
量のデータを高速に処理しなければならない。二つの画
像データ間の相関を計算するには専用の大規模な回路が
必要とされ、また、ソフトウェアで計算する場合には膨
大な演算時間がかかるという問題があった。これに関し
て例えば、TV信号を高能率に符号化して記録したり伝
送する装置として例えば特開平1−243790号に記
載された『動き補償フレーム間予測符号化装置』があ
る。これは、(1)TV信号を標本化して画素とし、
(2)複数個の画素(例えば縦横各8画素)を1つのブ
ロックとし、(3)上記ブロックに最も類似しているブ
ロックを伝送済みのフレームのデータから少しずつ位置
をずらしながら探索し(以下、動き量検出法と呼ぶ)、
(4)上記の「位置ずれ量」と「動き補償の後の二つの
ブロック間の差分」を伝送する、夫々の処理を行うもの
である。この「動き補償フレーム間予測」の手法によ
り、広い周波数帯域を有するテレビ信号をディジタル信
号に変換して伝送する時の伝送速度を低減することがで
きると共に、演算速度を高速化することができるように
なる。
2. Description of the Related Art When an image signal or a television (also referred to as TV) signal is subjected to analog / digital conversion for image processing, a large amount of data must be processed at high speed. There is a problem that a dedicated large-scale circuit is required to calculate the correlation between the two image data, and a huge amount of calculation time is required when the calculation is performed by software. In this regard, for example, as a device for highly efficiently encoding and recording or transmitting a TV signal, there is a "motion-compensated interframe predictive coding device" described in Japanese Patent Laid-Open No. 1-243790. This is (1) sampling the TV signal into pixels,
(2) A plurality of pixels (for example, 8 pixels in each of the vertical and horizontal directions) is set as one block, and (3) a block most similar to the above block is searched from the data of the transmitted frame while shifting the position little by little (hereinafter , Called the motion amount detection method),
(4) Each of the processes of transmitting the "positional deviation amount" and the "difference between two blocks after motion compensation" is performed. By this "motion-compensated inter-frame prediction" technique, it is possible to reduce the transmission speed when converting a television signal having a wide frequency band into a digital signal and transmitting the digital signal, and to increase the calculation speed. become.

【0003】前記(3)に示した動き量(または動きベ
クトル)検出法では2つのブロック間の相関を計算する
必要があるが、この検出法には大別して全探索方式と、
多段探索方式の二通りの手法が知られている。全探索方
式は、基準ブロックと探索すべき範囲内の全てのずれた
位置にあるブロックとを比較し、差分が最小となるブロ
ックの位置を動き量とするものである。多段検索方式
は、予め定められた数種類のずれた位置にあるブロック
(代表点)と基準ブロックを比較し、その中で最も類似
したブロックの周囲に最適なブロックがあると推定し、
さらにその周囲を細かく探索し、最終結果を動き量とす
るものである。
In the motion amount (or motion vector) detection method described in (3) above, it is necessary to calculate the correlation between two blocks. This detection method is roughly classified into a full search method and
Two types of multistage search methods are known. In the full search method, the reference block is compared with blocks at all displaced positions within the range to be searched, and the position of the block having the smallest difference is used as the motion amount. In the multi-stage search method, blocks (representative points) at a predetermined number of different positions are compared with a reference block, and it is estimated that there is an optimum block around the most similar block among them.
Furthermore, the surrounding area is searched in detail and the final result is used as the motion amount.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】上記の全探索方式と多
段検索方式の動き量検出方式には各々次のような問題点
がある。すなわち全探索方式は、その範囲内では最も類
似したブロックを選択できるが、比較するブロックの数
が非常に多くなるため処理時間が長くなり、動作速度が
問題となる。このため使用する回路の動作速度を高速化
するか、回路規模を増やして並列処理をしなければなら
ない等の問題があった。また、信号対雑音比(SN比)
が悪い場合には検出精度が悪くなる等の欠点もある。
The motion amount detection methods of the full search method and the multi-step search method have the following problems, respectively. That is, in the full search method, the most similar block can be selected within the range, but the number of blocks to be compared is very large, the processing time becomes long, and the operation speed becomes a problem. Therefore, there has been a problem that the operating speed of the circuit used must be increased or the circuit scale must be increased to perform parallel processing. Also, the signal-to-noise ratio (SN ratio)
If the value is bad, there is a drawback that the detection accuracy becomes poor.

【0005】これに対して多段検索方式では、演算すべ
き対象のブロック数が少ないため処理時間を大幅に短縮
できるという利点があるが、動き量の検出精度が全探索
方式に比較して劣化するという問題があった。
On the other hand, the multi-stage search method has an advantage that the processing time can be greatly shortened because the number of blocks to be calculated is small, but the accuracy of motion amount detection is deteriorated as compared with the full search method. There was a problem.

【0006】本発明の目的は、画像データに対する信号
対雑音比を良好にして画像データの動きを検出すること
ができる技術を提供することにある。また、本発明の別
の目的は、画像データの動きを検出するための演算速度
を高速化することができる画像データの動き量検出技術
を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a technique capable of detecting a motion of image data by improving a signal-to-noise ratio for the image data. Another object of the present invention is to provide a technique for detecting the amount of motion of image data, which can increase the calculation speed for detecting the motion of image data.

【0007】本発明の前記並びにその他の目的と新規な
特徴は本明細書の記述及び添付図面から明らかになるで
あろう。
The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば下記
の通りである。
The outline of a typical one of the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows.

【0009】すなわち、多段検索方式の動き量検出にお
いて、予め定められた数種類のずれた位置にあるブロッ
クと比較する際に、近傍の画素との平均化処理などの演
算を行った後に相関を調べる演算を行うものである。さ
らに詳しくは、現フレームの画像データと前フレームの
画像データとの夫々をブロック単位で平均化し、その平
均化処理を近傍の複数ブロックに対して行い、例えばブ
ロックの画素データ数と同等の数の平均値の集合を単位
としたサンプルデータを生成する。サンプルデータは複
数ブロックの画素データを集約して備え、周辺画素デー
タの情報を内在する。データ代表点のブロックに関して
は、平均化処理により代表点の周囲の画像に関する性質
を保存した形で相関演算を行い、最も類似した代表ブロ
ックを決定する。さらに、この周囲に最適なブロックが
あるとしてその周囲を細かく探索する処理を繰り返す。
最終段階では平均化を行わず、画素単位で行うことがで
きる。演算速度の向上を企図する場合には、データ領域
内の画素データを間引いてサンプリングする処理を含め
た演算を採用することができる。
That is, in the motion amount detection of the multi-stage search method, when comparing with blocks at a predetermined number of types of shifted positions, correlation is checked after calculation such as averaging with neighboring pixels. The calculation is performed. More specifically, the image data of the current frame and the image data of the previous frame are averaged in block units, and the averaging process is performed on a plurality of neighboring blocks. Generate sample data in units of a set of average values. The sample data is provided by aggregating a plurality of blocks of pixel data, and inherently contains information about peripheral pixel data. For blocks of data representative points, correlation calculation is performed by averaging processing while preserving the properties of the image around the representative points to determine the most similar representative block. Further, it is assumed that there is an optimum block in the surroundings, and the process of finely searching the surroundings is repeated.
In the final stage, averaging is not performed, and it can be performed in pixel units. When an attempt is made to improve the calculation speed, a calculation including a process of thinning out pixel data in the data area and sampling can be adopted.

【0010】[0010]

【作用】上記した手段によれば、相関演算されるべきデ
ータは画像信号が平均化された信号であり、代表点同士
が大きく離れている場合でも、相関判定に利用される平
均化処理された信号はブロックの周辺情報を含んでい
る。このことが、相関のあるブロックを精度良く求める
ことができるように働く。また、従来の多段探索法に比
較して、平均化する画素の数をnとすると、相関のある
信号はn倍であるが雑音は√n倍となるため、信号対雑
音比を√n倍だけ向上した形で代表点の中から最も相関
のあるブロックを精度良く検出できる。
According to the above-mentioned means, the data to be subjected to the correlation calculation is the signal obtained by averaging the image signals, and even if the representative points are greatly separated, the averaging processing used for the correlation determination is performed. The signal contains the peripheral information of the block. This works so that correlated blocks can be accurately obtained. Further, in comparison with the conventional multi-stage search method, when the number of pixels to be averaged is n, the correlated signal is n times, but the noise is √n times, so the signal-to-noise ratio is √n times. The most correlated block can be accurately detected from the representative points in an improved form.

【0011】[0011]

【実施例】図4には本発明を適用したTV信号の動き補
償フレーム間予測符号化装置の一例が示される。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 4 shows an example of a motion compensation interframe predictive coding apparatus for TV signals to which the present invention is applied.

【0012】TVカメラ101で撮像されたTV信号
は、走査線方向に走査され、アナログ/ディジタル変換
器102によりディジタル信号に変換された画素信号と
なる。さらに走査線/ブロック走査変換回路103によ
り複数画素単位に纏められてブロックとされ、一時記憶
メモリ104に格納される。一時記憶メモリ104から
読み出された基準データとしてのディジタルデータと、
伝送済みの前TVフレームの信号を格納するフレームメ
モリ105から読み出された参照データとは、動き補償
回路106に供給される。動き補償回路106は参照デ
ータの中から基準データに相関のある若しくは類似する
データの領域を検索する。そして最も相関の高い位置か
ら動き量(動きベクトル)を算出する。算出された動き
量は制御回路107に与えられる。制御回路107は、
動き量を補償した位置にある前TVフレーム画素データ
をフレームメモリ105から読出して、減算器108に
与える。読み出されたデータは、符号化すべき画素を予
測したデータとして位置づけられる。減算回路108は
動き補償後のフレーム間予測誤差を計算する。
The TV signal picked up by the TV camera 101 is scanned in the scanning line direction, and becomes a pixel signal converted into a digital signal by the analog / digital converter 102. Further, the scanning line / block scanning conversion circuit 103 collects a plurality of pixels to form a block, which is stored in the temporary storage memory 104. Digital data as reference data read from the temporary storage memory 104,
The reference data read from the frame memory 105 that stores the transmitted signal of the previous TV frame is supplied to the motion compensation circuit 106. The motion compensation circuit 106 searches the reference data for an area of data that is correlated or similar to the standard data. Then, the motion amount (motion vector) is calculated from the position having the highest correlation. The calculated amount of movement is given to the control circuit 107. The control circuit 107
The previous TV frame pixel data at the position where the motion amount is compensated is read from the frame memory 105 and given to the subtractor 108. The read data is positioned as data that predicts a pixel to be encoded. The subtraction circuit 108 calculates the inter-frame prediction error after motion compensation.

【0013】前記予測誤差は、そのまま、又は直交変換
器109により直交変換された後に量子化器110によ
り量子化され、可変長符号化回路111により発生頻度
に対応した長さの符号語が割り当てられる。一般に、予
測誤差が小さい場合には符号語長は短くなり、これが大
きい場合には、符号語長が長くなることが知られる。可
変長符号化回路111で符号化された信号は、上記の動
き量と共に伝送速度の平滑化用の先入れ先出し(FIF
O)メモリ112に書き込まれる。FIFOメモリ11
2から符号化信号が一定の速度で読み出され、伝送路1
13に送出される。前記量子化器110から出力される
量子化信号、或いは更にこれを逆直交変換回路114に
より逆直交変換した信号と、フレームメモリ105から
読出される動き補償予測信号とは、加算回路115によ
り加算された後に次のTV画面を予測するためにフレー
ムメモリ105に書き込まれる。
The prediction error is quantized by a quantizer 110 as it is or after being orthogonally transformed by an orthogonal transformer 109, and a variable length coding circuit 111 assigns a codeword having a length corresponding to the occurrence frequency. .. It is generally known that the codeword length is short when the prediction error is small, and the codeword length is long when the prediction error is large. The signal coded by the variable length coding circuit 111 is a first-in first-out (FIF) for smoothing the transmission rate together with the above-mentioned motion amount.
O) Written in the memory 112. FIFO memory 11
The coded signal is read out at a constant speed from
13 is sent. An addition circuit 115 adds the quantized signal output from the quantizer 110, or the signal obtained by inverse orthogonal transforming the quantized signal by the inverse orthogonal transform circuit 114, and the motion compensation prediction signal read from the frame memory 105. After that, it is written in the frame memory 105 to predict the next TV screen.

【0014】前記動き補償回路106は、前TVフレー
ムから読み出す位置をずらすズレ量(動き量)を制御回
路107に与えて、動き量を補償した位置にある前TV
フレームの画素信号をフレームメモリ105から読み出
させる。
The motion compensation circuit 106 provides the control circuit 107 with a shift amount (motion amount) that shifts the position read from the previous TV frame, and the front TV at the position where the motion amount is compensated.
The pixel signal of the frame is read from the frame memory 105.

【0015】ここで、後の説明を容易とするために、先
ず図3を用いて一般的な多段検索方式の画像データの動
き量検出の動作原理を簡単に述べる。
Here, in order to facilitate the subsequent description, first, the operation principle of the motion amount detection of the image data of the general multistage search method will be briefly described with reference to FIG.

【0016】図3に基準ブロック(A)と探索領域
(B)を示す。例えば基準ブロック(A)は現在のフレ
ームの一部のデータであり、探索領域(B)は1フレー
ム前の一部のデータとされる。ここでは1例として基準
ブロック(A)を4×4画素、探索領域を18×18画
素とする。したがって、探索領域に対する探索は4×4
画素単位の参照データ単位で行われる。探索範囲は、x
方向に−7〜+7、y方向に−7〜+7とする。
FIG. 3 shows the reference block (A) and the search area (B). For example, the reference block (A) is a part of data of the current frame, and the search area (B) is a part of data of one frame before. Here, as an example, the reference block (A) is 4 × 4 pixels, and the search area is 18 × 18 pixels. Therefore, the search for the search area is 4 × 4.
It is performed in reference data units in pixel units. The search range is x
-7 to +7 in the direction and -7 to +7 in the y direction.

【0017】多段検索方式の第1ステップでは図3の
(C)に示すように、x方向、y方向ともに±4画素づ
つずれた位置に9個の代表点(111〜119)を採
り、この周りの4×4画素のデータを参照データとして
前記基準ブロック(A)のデータと相関演算を行う。相
関演算としては、対応する基準ブロック(A)の画素の
データA(i,j)(1≦i,j≦4)と、探索領域B
B(m,n)(1≦m,n≦18)から選択された4×
4画素の参照データB(i,j)(1≦i,j≦4)と
の2乗誤差(または絶対値)を算出してブロック内での
積算値を計算すればよい。この結果を比較し、最小値と
なるブロックを求める。これにより、その位置の近傍に
最も相関のあるブロックがあると推定する。この説明で
は図3における(C)の代表点111の近傍に最も相関
のあるブロックがあるとする。
In the first step of the multi-stage search method, as shown in FIG. 3C, nine representative points (111 to 119) are taken at positions displaced by ± 4 pixels in both the x and y directions. Correlation calculation is performed with the data of the standard block (A) using the surrounding data of 4 × 4 pixels as reference data. As the correlation calculation, the data A (i, j) (1 ≦ i, j ≦ 4) of the pixel of the corresponding reference block (A) and the search area B are used.
4 × selected from B (m, n) (1 ≦ m, n ≦ 18)
The squared error (or absolute value) from the 4-pixel reference data B (i, j) (1 ≦ i, j ≦ 4) may be calculated to calculate the integrated value in the block. The results are compared and the block having the minimum value is obtained. From this, it is estimated that there is the most correlated block in the vicinity of that position. In this description, it is assumed that there is a block having the highest correlation in the vicinity of the representative point 111 of FIG.

【0018】多段検索方式の第2ステップでは図3の
(D)に示されるように第1ステップで求めた代表点の
近傍(111)で、x方向、y方向ともに±2画素ずれ
た位置に9個の代表点(121〜129)を採り、第1
ステップと同様な計算を行い、2乗誤差が最小となる位
置の近傍に最も相関のあるブロックがあると推定する。
尚、中心位置125に対する計算は既に行われているた
め省略してもよい。例えばこの第2ステップでは代表点
121の近傍に最も相関のあるブロックがあるとする。
In the second step of the multi-stage search method, as shown in FIG. 3D, in the vicinity (111) of the representative point obtained in the first step, the position shifted by ± 2 pixels in both the x and y directions. The first of nine representative points (121-129)
The same calculation as in step is performed, and it is estimated that there is a most correlated block in the vicinity of the position where the squared error is minimum.
The calculation for the center position 125 has already been performed and may be omitted. For example, in this second step, it is assumed that there is a block having the highest correlation in the vicinity of the representative point 121.

【0019】多段検索方式の第3ステップでは図3の
(E)に示すように、第2ステップで求めた代表点の近
傍(121)で、x方向、y方向ともに±1画素ずれた
位置に9個の代表点(番号は図示せず)を採り、第1ス
テップと同様な計算を行い、最も誤差の小さい位置を見
い出す。この3回の検索の動きを拡大して示すと、図3
(F)の様に各ステップ毎に検索範囲が次第に小さくな
り、最終的に最も相関のあるブロックを決定することが
できる。
In the third step of the multistage search method, as shown in FIG. 3E, in the vicinity (121) of the representative point obtained in the second step, the position is shifted ± 1 pixel in both the x and y directions. Nine representative points (numbers not shown) are taken, the same calculation as in the first step is performed, and the position with the smallest error is found. FIG. 3 is an enlarged view of the movement of these three searches.
As in (F), the search range gradually decreases at each step, and the block having the highest correlation can be finally determined.

【0020】次に、本発明に係る画像データの動き量検
出回路の一実施例を図1を用いて詳しく説明する。
Next, one embodiment of the image data motion amount detecting circuit according to the present invention will be described in detail with reference to FIG.

【0021】動き量検出回路106は、一次記憶メモリ
104から画像データを受ける入力端子10、フレーム
メモリ105から画像データを受ける入力端子、そして
制御回路107へのデータ出力端子20を有し、近傍処
理回路11,12、減算回路15、2乗誤差計算回路1
6、積算回路17、最小値判定回路18、及び比較メモ
リ19を内蔵する。この動き量検出回路106において
近傍処理回路11,12を除く回路ブロックは前記図3
に基づいて説明した処理を行うものであり、この実施例
において近傍処理回路11,12が本発明の特徴的な部
分に対応される回路ブロックである。
The motion amount detection circuit 106 has an input terminal 10 for receiving image data from the primary storage memory 104, an input terminal for receiving image data from the frame memory 105, and a data output terminal 20 to the control circuit 107, and the proximity processing. Circuits 11, 12, subtraction circuit 15, squared error calculation circuit 1
6, an integration circuit 17, a minimum value determination circuit 18, and a comparison memory 19 are incorporated. In the motion amount detecting circuit 106, the circuit blocks except the proximity processing circuits 11 and 12 are the same as those in FIG.
In this embodiment, the neighborhood processing circuits 11 and 12 are circuit blocks corresponding to the characteristic parts of the present invention.

【0022】先ず近傍処理回路11,12を説明する前
にその後段の回路ブロックについて説明する。前記近傍
処理回路11から出力されるデータA(i,j)(1≦
i,j≦4)が減算回路15に入力される。これに応じ
て、フレームメモリ13に記憶されている1フレーム前
の画像信号の中から必要な探索領域の画像信号BB
(m,n)(1≦m,n≦18)から選択された代表点
の周辺の4×4画素分のデータに対応して、近傍処理回
路12から出力されるデータB(i,j)(1≦i,j
≦4)が減算回路15に入力される。減算回路15は2
つの入力データの差を計算する。次に、2乗誤差計算回
路(または絶対値計算回路)16により2乗誤差もしく
は絶対値例えば両データの差分の2乗が計算される。こ
のデータは、積算回路17に与えられ、1ブロック分の
2乗誤差の和(積算値)が計算され、最小値判定回路1
8に入力される。多段検索方式の第1ステップでは、9
個のずれた位置のブロックに関して計算が行われる。ま
ず最初に例えば図3における(C)111のブロックの
計算を行い、その値とブロック番号を比較メモリ19に
記憶する。次に、図3における(C)の112のブロッ
クの計算を行い、この結果と先に比較メモリ19に記憶
されていたブロックの値を比較し、2乗誤差が小さい方
の値とブロックの番号を比較メモリ19に記憶する。こ
れを9回繰り返し、最終結果として得られたブロックの
付近に最も相関の高いブロックが存在すると判定する。
Before describing the proximity processing circuits 11 and 12, the circuit blocks of the subsequent stages will be described. Data A (i, j) (1 ≦
i, j ≦ 4) is input to the subtraction circuit 15. In response to this, the image signal BB of the necessary search area is selected from the image signals of one frame before stored in the frame memory 13.
Data B (i, j) output from the proximity processing circuit 12 corresponding to data for 4 × 4 pixels around the representative point selected from (m, n) (1 ≦ m, n ≦ 18) (1 ≦ i, j
≦ 4) is input to the subtraction circuit 15. The subtraction circuit 15 is 2
Calculate the difference between two input data. Next, the square error calculation circuit (or absolute value calculation circuit) 16 calculates the square error or absolute value, for example, the square of the difference between the two data. This data is given to the integrating circuit 17, the sum (integrated value) of the square error for one block is calculated, and the minimum value judging circuit 1
8 is input. In the first step of the multi-stage search method, 9
Calculations are performed on the blocks at the offset positions. First, for example, the block of (C) 111 in FIG. 3 is calculated, and the value and the block number are stored in the comparison memory 19. Next, the block 112 in FIG. 3C is calculated, and the result is compared with the value of the block previously stored in the comparison memory 19, and the value with the smaller square error and the block number are compared. Are stored in the comparison memory 19. This is repeated 9 times, and it is determined that the block having the highest correlation exists near the block obtained as the final result.

【0023】多段検索方式の第2,第3ステップでは比
較メモリ19に記憶されていたブロック番号を読み出
し、そのブロックの周辺の9つの代表点に関して上記と
同様の演算を行う。第3ステップの終了後に比較メモリ
19に記憶されたいるブロック番号を読み出し、この番
号から動き量を決定し、出力端子20に出力する。
In the second and third steps of the multistage search method, the block number stored in the comparison memory 19 is read out, and the same operation as above is performed for the nine representative points around the block. After the end of the third step, the block number stored in the comparison memory 19 is read out, the amount of movement is determined from this number, and output to the output terminal 20.

【0024】入力端子10に入力された画像信号AX
(i,j)は近傍処理回路11に入力される。近傍処理
の1例としては単純な平均化処理や、重みを付けた平均
化処理などがある。即ち、画像信号AX(k,l)とし
て第1ステップでは4×4画素ではなくさらに広い領
域、例えば8×8画素をとり、近傍処理回路11では例
えば4×4画素の平均値を1画素(サンプル)として、
合計4×4サンプルのデータA(i,j)(1≦i,j
≦4)を作り、減算回路15に入力する。特にこのよう
にしてサンプリングデータを生成することは、着目ブロ
ックの周辺の画素情報がサンプルデータに含まれる平均
値に反映されることになり、これにより、相関の高いブ
ロックを一層高精度に求めることを可能にする。この処
理は見方を変えれば、8×8個の画素の情報が4×4の
サンプルデータに集約されていることを意味する。同様
に、フレームメモリ13に記憶されている1フレーム前
の画像信号BXの中から必要な探索領域の8×8画素の
画像信号BX(i,j)を読み出し、近傍処理回路12
に入力する。この回路も同様に合計4×4サンプルのデ
ータB(i,j)(1≦i,j≦4)を作り、減算回路
15に入力する。減算回路15では2つのサンプルデー
タの差を計算し、次に、2乗計算回路(または絶対値計
算回路)16により2乗誤差(または絶対値)を計算す
る。さらに、積算回路17の出力に関して最小値判定回
路18,比較メモリ19により9個のずれた位置のブロ
ックに関して最小値の計算を行う。これを第3ステップ
まで繰り返し、最終結果として得られたブロックが最も
相関の高いブロックであると判定する。なお、第2ステ
ップでは4×4画素の平均値ではなく、例えば2×2画
素の平均値をとって処理してもよい。また、第3ステッ
プでは平均値処理を行わず直接4×4画素単位の相関演
算を行ってもよい。
Image signal AX input to the input terminal 10
(I, j) is input to the proximity processing circuit 11. Examples of the neighborhood processing include simple averaging processing and weighted averaging processing. That is, as the image signal AX (k, l), not the 4 × 4 pixels but a wider area, for example, 8 × 8 pixels are taken in the first step, and the neighborhood processing circuit 11 takes the average value of 4 × 4 pixels as 1 pixel ( As sample),
A total of 4 × 4 sample data A (i, j) (1 ≦ i, j
≦ 4) is created and input to the subtraction circuit 15. In particular, when the sampling data is generated in this way, the pixel information around the block of interest is reflected in the average value included in the sample data, which makes it possible to obtain a highly correlated block with higher accuracy. To enable. From a different point of view, this processing means that the information of 8 × 8 pixels is collected in 4 × 4 sample data. Similarly, the image signal BX (i, j) of 8 × 8 pixels in the required search area is read out from the image signal BX of one frame before stored in the frame memory 13, and the neighborhood processing circuit 12 is read.
To enter. Similarly, this circuit also creates a total of 4 × 4 sample data B (i, j) (1 ≦ i, j ≦ 4) and inputs it to the subtraction circuit 15. The subtraction circuit 15 calculates the difference between the two sample data, and then the square calculation circuit (or absolute value calculation circuit) 16 calculates the squared error (or absolute value). Further, with respect to the output of the integrating circuit 17, the minimum value determination circuit 18 and the comparison memory 19 calculate the minimum value with respect to the nine blocks at the shifted positions. This is repeated up to the third step, and the block obtained as the final result is determined to be the block having the highest correlation. In the second step, the average value of 2 × 2 pixels may be processed instead of the average value of 4 × 4 pixels. Further, in the third step, the correlation calculation may be directly performed in the unit of 4 × 4 pixels without performing the average value processing.

【0025】図2には前記近傍処理回路11の一実施例
が示される。近傍処理回路12も図2と同様の回路で構
成することができる。入力端子10に入力された画像信
号は第1の積算回路21と第2の積算回路22に入力さ
れる。これらの回路では指定されたデータ分だけ加算を
行い、その結果を切り換え回路23に出力する。例えば
積算回路21では4×4=16画素分のデータを加算し
た後、必要なスケーリング(1/16)を行って出力す
る。積算回路22では2×2=4画素分のデータを加算
した後、必要なスケーリング(1/4)を行って出力す
る。この2つの積算回路と元の信号を切り換え回路23
で選択する。例えば動き量検出の第1ステップでは積算
回路21の出力を選択し、第2ステップでは積算回路2
2の出力を、第3ステップでは元の信号を選択して減算
回路15に出力する。近傍処理回路12もフレームメモ
リ105の信号に対して同様の動作を行えばよい。
FIG. 2 shows an embodiment of the proximity processing circuit 11. The proximity processing circuit 12 can also be configured by a circuit similar to that in FIG. The image signal input to the input terminal 10 is input to the first integrating circuit 21 and the second integrating circuit 22. In these circuits, addition is performed for the designated data, and the result is output to the switching circuit 23. For example, the integrating circuit 21 adds data for 4 × 4 = 16 pixels, then performs necessary scaling (1/16) and outputs the result. The integrating circuit 22 adds data for 2 × 2 = 4 pixels, then performs necessary scaling (1/4) and outputs the result. Switching circuit 23 between these two integrating circuits and the original signal
Select with. For example, in the first step of motion amount detection, the output of the integrating circuit 21 is selected, and in the second step, the integrating circuit 2 is selected.
In the third step, the output of 2 is selected and the original signal is output to the subtraction circuit 15. The proximity processing circuit 12 may also perform the same operation on the signal of the frame memory 105.

【0026】このような近傍処理を行うことにより、代
表点同士が大きく離れている場合でも相関演算を行う信
号としては周辺の情報を含んでいるため、従来の多段検
索方式で問題となっていた最初の段階での動き量の推定
を誤るという問題を解決することができる。また、画像
信号の信号対雑音比が悪い場合であっても、周辺の信号
との平均化をすることにより、雑音の影響を低減した状
態で動き量を検出することができる。例えば、平均化す
る画素の数をnとすると、相関のある信号はn倍となる
が雑音は√n倍となるため、SN比を√n倍だけ向上し
た形で最も相関のあるブロックを検出できる。例えば4
×4画素の平均化を行うと相関のない雑音に関してはS
N比を4倍(約12dB)向上することができる。この
ように、近傍演算を付加することで精度の良い動き量検
出を実現することができる。
By performing such a neighborhood process, even if the representative points are far apart, the signal for performing the correlation calculation includes the information of the surroundings, which is a problem in the conventional multistage search method. It is possible to solve the problem of erroneous estimation of the motion amount in the first stage. Further, even when the signal-to-noise ratio of the image signal is poor, the amount of motion can be detected in a state in which the influence of noise is reduced by averaging with the surrounding signals. For example, if the number of pixels to be averaged is n, the correlated signal is n times, but the noise is √n times. Therefore, the most correlated block is detected with the SN ratio improved by √n times. it can. Eg 4
When averaging × 4 pixels, S for uncorrelated noise
The N ratio can be improved four times (about 12 dB). In this way, by adding the neighborhood calculation, it is possible to realize accurate motion amount detection.

【0027】以上本発明者によってなされた発明を実施
例に基づいて具体的に説明したが、本発明はそれに限定
されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲におい
て種々変更可能であることは言うまでもない。
Although the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiments, the present invention is not limited thereto, and needless to say, various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Yes.

【0028】例えば、上記実施例の説明では動き量検出
をブロックの大きさを4×4画素として説明したが、8
×8画素や、16×16画素としても同様の処理を実現
できる。
For example, in the description of the above embodiment, the amount of motion detection is described with the block size of 4 × 4 pixels.
Similar processing can be realized with x8 pixels or 16x16 pixels.

【0029】また、近傍処理回路における演算として4
×4画素の平均化の例を示したが、M×N画素でもよ
い。例えば、2×4,4×2,4×1画素等としてもよ
い。平均化の方法としては、単純な平均値だけでなく、
位置に応じて重み付けをして計算してもよい。
In addition, as a calculation in the neighborhood processing circuit, 4
Although an example of averaging of × 4 pixels is shown, M × N pixels may be used. For example, 2 × 4, 4 × 2, 4 × 1 pixels or the like may be used. As the averaging method, not only a simple average value,
Weighting may be performed according to the position for calculation.

【0030】多段検索方式の各ステップにおいて演算処
理を切り換えることができる。例えば、第1ステップで
はM×N画素の平均、第2ステップではM’×N’画素
の平均、第3ステップでは1×1画素すなわち平均化を
行わないというように、探索ステップに応じて処理を切
り換えてもよい。この処理の切り換えは外部条件、例え
ば画像の信号対雑音比等で決定すればよい。これによ
り、データ量の多い画像信号を取り扱う動き量検出処理
を能率化することができ、全体としての演算処理時間の
短縮に寄与する。
The arithmetic processing can be switched in each step of the multistage search method. For example, in the first step, the average of M × N pixels, in the second step, the average of M ′ × N ′ pixels, and in the third step, 1 × 1 pixel, that is, averaging is not performed. May be switched. The switching of this processing may be determined by an external condition such as a signal-to-noise ratio of the image. This makes it possible to streamline the motion amount detection process that handles an image signal having a large amount of data, and contributes to a reduction in the overall calculation processing time.

【0031】近傍演算の対象は元のブロックサイズと同
一でもよい。この場合、平均化もそのブロック内で行え
ばよい。また、夫々のデータ領域のデータを間引くよう
にサンプリングして平均化するような処理を近傍処理と
して採用してもよい。
The target of the neighborhood calculation may be the same as the original block size. In this case, averaging may be performed within the block. In addition, a process of sampling and averaging data in each data area may be adopted as the neighborhood process.

【0032】以上の説明では主として本発明者によって
なされた発明をその背景となった利用分野であるテレビ
信号の動き補償フレーム間予測符号化技術に適有した場
合を一般的に説明したが、本発明はテレビ電話システ
ム、ワークステーションやパーソナルコンピュータシス
テムなどにおける画像処理一般、さらにはテレビカメラ
の手ぶれ防止技術などに広く適用することができる。
In the above description, the case where the invention made by the present inventor was mainly applied to the motion compensation interframe predictive coding technique of a television signal which is the field of application which is the background of the invention has been generally explained. INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be widely applied to image processing in videophone systems, workstations, personal computer systems, and the like, and further to a technique for preventing camera shake of a TV camera.

【0033】[0033]

【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば下記
の通りである。
The effects obtained by the typical ones of the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows.

【0034】すなわち、ブロック単位で画素を平均化し
た値を用いて画像データの動き量を検出することによ
り、その平均値もしくはその平均値の集合としてのサン
プルデータは着目領域の近傍の画素情報を内在してい
る。相関を判定すべき代表点もしくは着目領域が相互に
大きく離れている場合でも、相関演算を行うべきデータ
が周辺の画素情報を含んでいるため、多段検索方式にお
いて最初の段階での動き量の推定を確実に行うことがで
きるという効果がある。
That is, by detecting the motion amount of the image data by using the value obtained by averaging the pixels in block units, the sample data as the average value or a set of the average values is obtained by using the pixel information in the vicinity of the region of interest. It is inherent. Even if the representative point or the region of interest for which the correlation is to be determined are greatly separated from each other, the data to be subjected to the correlation calculation includes the surrounding pixel information, so that the estimation of the motion amount at the first stage in the multistage search method Is effective.

【0035】更に、画像信号の信号対雑音比が悪い場合
であっても、相関判定もしくは動き検出に利用されるデ
ータは周辺の画素データと平均化されているから、雑音
の影響を低減した状態で動き量を検出することができ
る。例えば、平均化する画素の数をnとすると、相関の
ある信号はn倍となるが雑音は√n倍となるため、SN
比を√n倍だけ向上した形で最も相関のあるブロックを
検出できる。例えば4×4画素の平均化を行うと相関の
ない雑音に関してはSN比を4倍(約12dB)向上す
ることができる。
Further, even when the signal-to-noise ratio of the image signal is bad, the data used for correlation determination or motion detection is averaged with the surrounding pixel data, so that the influence of noise is reduced. The amount of movement can be detected with. For example, if the number of pixels to be averaged is n, the number of correlated signals is n times, but the noise is √n times.
The most correlated block can be detected with the ratio improved by √n times. For example, averaging 4 × 4 pixels can improve the SN ratio four times (about 12 dB) with respect to noise having no correlation.

【0036】これらにより、精度の高い動き量検出を実
現することができる。
With these, highly accurate motion amount detection can be realized.

【0037】この方法を動き量検出回路に適用した場
合、平均化処理などを行う演算回路を減算回路などの前
段に配置すればよく、従来の回路に対してごくわずかの
回路を追加するだけで動き量の検出精度を簡単に向上さ
せることができるという効果がある。
When this method is applied to a motion amount detecting circuit, an arithmetic circuit for performing averaging processing and the like may be arranged in a preceding stage such as a subtracting circuit, and only a few circuits are added to the conventional circuit. There is an effect that the detection accuracy of the motion amount can be easily improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】図1は本発明に係る画像データの動き量検出回
路の一実施例を示すブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a motion amount detection circuit for image data according to the present invention.

【図2】図2は動き量検出回路に含まれる近傍処理回路
の一実施例を示すブロック図である。
FIG. 2 is a block diagram showing an embodiment of a proximity processing circuit included in a motion amount detection circuit.

【図3】図3は画像データの動き量を計算するための基
準ブロック及び探索領域と共に多段検索方式の処理手順
を示す一例説明図である。
FIG. 3 is an explanatory diagram showing an example of a processing procedure of a multistage search method together with a reference block and a search area for calculating a motion amount of image data.

【図4】図4は図1の動き量検出回路を適用したテレビ
信号の動き補償フレーム間予測符号化装置の一実施例ブ
ロック図である。
4 is a block diagram of an embodiment of a motion compensation interframe predictive coding apparatus for a television signal to which the motion amount detecting circuit of FIG. 1 is applied.

【符号の説明】 10 入力端子 11 近傍処理回路 12 近傍処理回路 13 入力端子 15 減算回路 16 2乗誤差計算回路 17 積算回路 18 最小値判定回路 19 比較メモリ 20 出力端子 21,22 積算回路 105 フレームメモリ 106 動き量検出回路[Explanation of Codes] 10 Input Terminal 11 Proximity Processing Circuit 12 Proximity Processing Circuit 13 Input Terminal 15 Subtraction Circuit 16 Square Error Calculation Circuit 17 Accumulation Circuit 18 Minimum Value Judgment Circuit 19 Comparison Memory 20 Output Terminals 21 and 22 Accumulation Circuit 105 Frame Memory 106 motion amount detection circuit

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基準データ領域の画素データと参照デー
タ領域の画素データとの間の画像データの動き量を検出
する方法において、夫々のデータ領域のデータを画素デ
ータのブロック単位で平均化する演算を行い、演算を行
った双方のデータに基づき、参照データ領域中で基準デ
ータ領域の画素データと相関の高い位置を画像データの
動き量として計算することを特徴とする画像データの動
き量検出方法。
1. A method for detecting the amount of movement of image data between pixel data in a standard data area and pixel data in a reference data area, in which data in each data area is averaged in block units of pixel data. A method for detecting the amount of motion of image data, characterized in that a position having a high correlation with the pixel data of the standard data region in the reference data region is calculated as the amount of motion of the image data based on both of the calculated data. ..
【請求項2】 前記平均化演算は、複数個の画素データ
領域に対応するブロックを単位としてそれに含まれる全
部又は部分的な画素データを平均化してその値を演算
し、該演算処理を、近傍に位置する複数個のブロックに
対して行い、各ブロックに対する平均化処理で求めた平
均値の集合を複数画素のデータ領域に対応するサンプル
データとするものであることを特徴とする請求項1記載
の画像データの動き量検出方法。
2. The averaging operation averages all or partial pixel data included in a block corresponding to a plurality of pixel data areas and calculates a value thereof, 2. The sample data corresponding to a data area of a plurality of pixels is obtained by performing an operation on a plurality of blocks located in a plurality of blocks and averaging values obtained by an averaging process for each block. Method for detecting the amount of motion of image data in the above.
【請求項3】 基準データ領域の画素データと参照デー
タ領域の画素データとの間の画像データの動き量を検出
する方法において、夫々のデータ領域のデータを間引い
てサンプリングする演算を行い、演算を行った双方のデ
ータに基づき、参照データ領域中で基準データ領域の画
素データと相関の高い位置を画像データの動き量として
計算することを特徴とする画像データの動き量検出方
法。
3. A method of detecting a motion amount of image data between pixel data in a standard data area and pixel data in a reference data area, wherein data in each data area is thinned out and sampled, and the calculation is performed. A method for detecting a motion amount of image data, characterized in that a position having a high correlation with pixel data in a standard data region in a reference data region is calculated as a motion amount of image data based on both of the performed data.
【請求項4】 基準データ領域の画素データと参照デー
タ領域の画素データとの間の画像データの動き量を検出
する方法において、夫々のデータ領域内のデータを間引
いてサンプリングする演算を行い、これによって得られ
た夫々のデータに対して更に平均化処理を行い、平均化
処理を行った双方のデータに基づき、参照データ領域中
で基準データ領域の画素データと相関の高い位置を画像
データの動き量として計算することを特徴とする画像デ
ータの動き量検出方法。
4. A method of detecting a motion amount of image data between pixel data in a standard data area and pixel data in a reference data area, wherein data in each data area is thinned out and sampled. Each data obtained by averaging is further averaged, and based on both averaging processed data, the position of high correlation with the pixel data of the standard data area in the reference data area A method for detecting the amount of movement of image data, which is characterized in that it is calculated as an amount.
【請求項5】 符号化すべき画像データと既に符号化さ
れている画像データとを比較して動画像データを再構成
するための画像データの動き量検出回路であって、請求
項1乃至4の何れか1項記載の演算を行うための演算回
路と、基準データ領域の画像データに対する演算結果と
参照データ領域の画像データに対する演算結果との差分
に基づいて画像データの動き量を検出する手段とを含ん
で成るものであることを特徴とする動き量検出回路。
5. An image data motion amount detection circuit for reconstructing moving image data by comparing image data to be encoded with image data that has already been encoded. An arithmetic circuit for performing the arithmetic operation according to any one of paragraphs, and means for detecting a motion amount of the image data based on a difference between the arithmetic result for the image data in the standard data area and the arithmetic result for the image data in the reference data area. A motion amount detection circuit comprising:
JP3282183A 1991-10-02 1991-10-02 Method and device for moving amount detection for picture data Withdrawn JPH0595544A (en)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004280462A (en) * 2003-03-14 2004-10-07 Tokyo Institute Of Technology Image change extracting method, and its image processing program
US6912296B2 (en) 2000-07-28 2005-06-28 Samsung Electronics Co., Ltd. Motion estimation method
JP2021012692A (en) * 2019-07-04 2021-02-04 アークソフト コーポレイション リミテッドArcSoft Corporation Limited Object identification method, system, and electronic apparatus

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