JPH10111945A - Moving amount estimation device for dynamic image - Google Patents
Moving amount estimation device for dynamic imageInfo
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- JPH10111945A JPH10111945A JP26435396A JP26435396A JPH10111945A JP H10111945 A JPH10111945 A JP H10111945A JP 26435396 A JP26435396 A JP 26435396A JP 26435396 A JP26435396 A JP 26435396A JP H10111945 A JPH10111945 A JP H10111945A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、動画像の動き量推
定装置に係わり、とくに動画像上のブロックまたは画素
毎の動き量の推定を行なう動画像の動き量推定装置に関
するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus for estimating the amount of motion of a moving image, and more particularly to an apparatus for estimating the amount of motion of a moving image for estimating the amount of motion for each block or pixel on the moving image.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、この種の動画像の動き量推定装置
は、勾配法を用いるものと、ブロックマッチング法を用
いるものとに大別される。勾配法を用いるものは、あら
かじめ定められた大きさの画像ブロック内の全画素が同
一の動き量であるという仮定のもとに、画像ブロック内
の各画素の時空間輝度勾配から動き量を推定する手法で
ある。(例えば、吹抜“画像信号による動対象の移動
量、速度の測定”、信学技報、IE78−67、pp.
35−41(1978)を参照)。2. Description of the Related Art Conventionally, this kind of motion image motion estimation apparatus is roughly classified into an apparatus using a gradient method and an apparatus using a block matching method. The method using the gradient method estimates the amount of motion from the spatiotemporal luminance gradient of each pixel in the image block, on the assumption that all pixels in the image block of a predetermined size have the same amount of motion. It is a technique to do. (For example, blowout “Measurement of moving amount and speed of moving object by image signal”, IEICE Technical Report, IE78-67, pp. 146-64).
35-41 (1978)).
【0003】この勾配法は、小さな動き量に対しては良
好な動き量の推定が可能であるが、動き量が大きくなる
に従い、動き量推定の推定精度が劣化することがよく指
摘されている。また、勾配法における勾配値の計算は、
時刻t0 における動き量推定に、時刻t0 のフレームと
それに隣接する過去の1フレーム、または前後の1フレ
ームずつ、あわせて2つのフレームを用いているため、
これらのフレーム画像に含まれるランダムな雑音の影響
を受けやすいという欠点もある。[0003] This gradient method can estimate a good motion amount for a small motion amount, but it is often pointed out that the estimation accuracy of the motion amount estimation deteriorates as the motion amount increases. . The calculation of the gradient value in the gradient method is as follows.
The motion estimation at time t 0, a past frame adjacent thereto and frame at time t 0 or one frame before and after, the use of the two frames together,
There is also a disadvantage that they are susceptible to random noise contained in these frame images.
【0004】他方、ブロックマッチング法を用いるもの
は、現フレームの画像ブロックに対し、前フレームの画
像内で画素値の差分和が最小となる画像ブロックの位置
を検出する手法である。(例えば、二宮“フレーム間符
号化における動き補正”、信学技報、IE78−6、p
p.1−10(1978)を参照)。On the other hand, the method using the block matching method is a method of detecting the position of the image block in which the sum of the pixel values is minimized in the image of the previous frame with respect to the image block of the current frame. (For example, Ninomiya “Motion Correction in Interframe Coding”, IEICE Technical Report, IE78-6, p.
p. 1-10 (1978)).
【0005】また、このブロックマッチング法の応用と
してブロックサイズを階層的に小さくしていくことで動
き検出精度の向上を図る手法もある。(例えば、富永ら
“階層画像情報を用いた動画像における動き量検出方
式”、信学論、Vol.J72−D−II、No. 3、pp.3
95−403(1989)を参照)。この手法による階
層画像情報を用いた動き量推定では、上位階層画像の動
き量の推定結果を下位階層画像における推定に利用する
ことにより、推定誤りを低減するとともに、処理効率を
向上することができる。しかし、上記手法は一般的なブ
ロックマッチング法と同様、マッチングブロックとして
は2つの時間的に連続するフレームのそれぞれ1フレー
ム内の正方形ブロックが用いられていて、動きの空間的
な連続性は考慮されているものの、時間的な連続性は利
用されていない。As an application of the block matching method, there is a method of improving the accuracy of motion detection by hierarchically reducing the block size. (For example, Tominaga et al., “Motion Amount Detection Method in Moving Image Using Hierarchical Image Information”, IEICE, Vol. J72-D-II, No. 3, pp. 3)
95-403 (1989)). In the motion estimation using the hierarchical image information according to this method, the estimation error can be reduced and the processing efficiency can be improved by using the estimation result of the motion amount of the upper hierarchical image for the estimation in the lower hierarchical image. . However, the above method uses a square block in one of two temporally consecutive frames as a matching block, similar to a general block matching method, and considers the spatial continuity of motion. However, temporal continuity is not used.
【0006】動き量の時間的な連続性を利用する試みと
しては、時刻t0 の第nフレームの画像の動き量を推定
する際に、その前の第n−1フレームの推定値を初期値
とし、時間の経過とともに、逐次的に動き量を修正する
フィルタリング的な手法がある。(例えば、James C. B
railean, et al. “A Recursive Nonstationary MAPDis
placement Vector Field Estimation Algorithm”, IEE
E Transactions on Image Processing, Vol. 4,No.
4,April 1995を参照)。しかし、この手法によれ
ば、前のフレーム(例えば、第nフレームに対して第n
−1フレーム)における動き量推定に推定誤りが生じた
場合は、推定誤差が次々と後のフレームに伝搬し、期待
とはうらはらに、動き量の推定精度を逆に劣化させるお
それがある。As an attempt to use the temporal continuity of the amount of motion, when estimating the amount of motion of the image of the n-th frame at time t 0 , the estimated value of the previous (n−1) -th frame is set to the initial value. Then, there is a filtering method for sequentially correcting the amount of motion as time passes. (For example, James C. B
railean, et al. “A Recursive Nonstationary MAPDis
placement Vector Field Estimation Algorithm ”, IEE
E Transactions on Image Processing, Vol. 4, No.
4, April 1995). However, according to this method, the previous frame (for example, the n-th frame is
When an estimation error occurs in the estimation of the motion amount in (−1 frame), the estimation error propagates to subsequent frames one after another, and may degrade the estimation accuracy of the motion amount in spite of expectations.
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】上述のように従来の技
術では、動き量の推定は時間的に連続する2つのフレー
ムの画像を用いて行なわれている。このように、従来技
術においては、本来時間的に連続する動き量を全く独立
なものとして推定していたため、推定結果には時間方向
の連続性が反映されず、ランダムな推定誤りが生じ得る
という問題がある。特に、空間解像度の高い動きベクト
ル場を求めるためにはブロックサイズを小さくする必要
があり、その場合にはランダムな推定誤りの発生が一層
多くなる。As described above, in the prior art, the motion amount is estimated using images of two temporally continuous frames. As described above, in the prior art, since the temporally continuous motion amount is estimated as completely independent, the estimation result does not reflect the continuity in the time direction, and a random estimation error may occur. There's a problem. In particular, in order to obtain a motion vector field having a high spatial resolution, it is necessary to reduce the block size. In this case, random estimation errors are more likely to occur.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】然るに、一般の動画像に
おいては画像内の物体や背景の動きには時間的な連続性
があり、この連続性のため、短時間について見れば動き
(方向、大きさ)が一定であると仮定できるものが多
い。However, in a general moving image, the movement of an object or a background in an image has temporal continuity. Due to this continuity, the movement (direction, Size) can be assumed to be constant.
【0009】この事実に着眼して、本発明では、従来の
1フレーム内の2次元ブロックの代わりに、複数フレー
ムの同一空間位置の2次元ブロックからなる時空間上の
直方体に含まれる画素を用いて動き量の推定を行う、す
なわち直方体(3次元)ブロックを用いたマッチング手
法により動き量の推定を行うようにする。これにより、
動き量の推定は、特定のフレームの2次元ブロック内の
雑音の影響を受けにくくなり、時間的、空間的なランダ
ムな推定誤りが低減され、より正確かつ滑らかな動き量
の推定を行うことが可能となる。In view of this fact, in the present invention, instead of the conventional two-dimensional block in one frame, pixels included in a rectangular parallelepiped on a spatiotemporal space composed of two-dimensional blocks in the same spatial position in a plurality of frames are used. To estimate the amount of motion, that is, to estimate the amount of motion by a matching method using a rectangular parallelepiped (three-dimensional) block. This allows
The motion estimation is less susceptible to noise in a two-dimensional block of a specific frame, reduces temporal and spatial random estimation errors, and enables more accurate and smooth motion estimation. It becomes possible.
【0010】すなわち、本発明による動画像の動き量推
定装置は、第nフレームを時間位置の中心とする空間位
置(x,y)の第1の直方体ブロックと、該第1の直方
体ブロックと同一の大きさを有する直方体ブロックであ
って、第n−1フレームを時間位置の中心とし、空間位
置を前記(x,y)に対してΔxおよびΔyをパラメー
タとしてそれぞれ(Δx,Δy)画素だけ偏位した複数
の第2の直方体ブロックとをそれぞれ入力動画像信号か
ら抽出する直方体ブロック抽出回路、該直方体ブロック
抽出回路から抽出した前記第1の直方体ブロックと前記
複数の第2の直方体ブロックとの間で各対応する画素値
間の差演算およびそれら差演算結果の総和をとる演算を
行い、前記第2の直方体ブロックごとのマッチング評価
関数値を出力するマッチング評価関数値演算回路、およ
び該マッチング評価関数値演算回路から出力した前記マ
ッチング評価関数値のうち、最小の評価関数値を与える
前記第2の直方体ブロックの前記画素偏位(Δx,Δ
y)から求めたIn other words, the moving picture motion amount estimating apparatus according to the present invention includes a first rectangular parallelepiped block at a spatial position (x, y) centered on the n-th frame and the same as the first rectangular parallelepiped block. And the n-th frame is the center of the time position, and the spatial position is shifted by (Δx, Δy) pixels with respect to the (x, y) using Δx and Δy as parameters. A rectangular parallelepiped block extraction circuit for extracting a plurality of second rectangular parallelepiped blocks positioned from the input video signal, respectively, between the first rectangular parallelepiped block extracted from the rectangular parallelepiped block extraction circuit and the plurality of second rectangular parallelepiped blocks Performs a difference operation between the corresponding pixel values and a calculation of the sum of the difference operation results, and outputs a matching evaluation function value for each of the second rectangular parallelepiped blocks. Quenching evaluation function value calculation circuit, and one of the matching evaluation function value outputted from the matching evaluation function value calculation circuit, the pixel deviation ([Delta] x of the second rectangular solid block providing the minimum evaluation function value, delta
y)
【数3】 を、動画像の前記第1の直方体ブロックの中心に位置す
る第nフレームの2次元ブロックの動きベクトルである
と推定して出力する動き推定回路を具えてなることを特
徴とするものである。(Equation 3) Is estimated to be a motion vector of a two-dimensional block of the n-th frame located at the center of the first rectangular parallelepiped block of the moving image, and is output.
【0011】また、本発明による動画像の動き量推定装
置は、第nフレームを時間位置の中心とする空間位置
(x,y)の第1の直方体ブロック、ともに前記第1の
直方体ブロックと同一の大きさを有する直方体ブロック
であって、第n−1および第n+1フレームを時間位置
の中心とし、空間位置を前記(x,y)に対してΔxお
よびΔyをパラメータとしてそれぞれ(Δx,Δy),
(−Δx,−Δy)画素だけ偏位した複数の、それぞれ
第2および第3の直方体ブロックからなる3種類の直方
体ブロックをそれぞれ入力動画像信号から抽出する直方
体ブロック抽出回路、該直方体ブロック抽出回路から抽
出した前記第1の直方体ブロックと前記複数の第2の直
方体ブロック、および前記第1の直方体ブロックと前記
複数の第3の直方体ブロックとの間でそれぞれ各対応す
る画素値間の差演算およびそれら差演算結果の総和をと
る演算を行い、前記第2および第3の直方体ブロックご
とのマッチング評価関数値を出力するそれぞれ第1およ
び第2のマッチング評価関数値演算回路、および該第1
および第2のマッチング評価関数値演算回路から出力し
た前記マッチング評価関数値のうち、最小の評価関数値
を与える前記第2および第3の直方体ブロックの前記画
素偏位(Δx,Δy),(−Δx,−Δy)から求めたIn the motion picture motion amount estimating apparatus according to the present invention, the first rectangular parallelepiped block at the spatial position (x, y) whose n-th frame is the center of the time position is the same as the first rectangular parallelepiped block. Is a rectangular parallelepiped block having a size of (x, y), where the (n−1) th and (n + 1) th frames are the centers of time positions, and the spatial position is (x, y) with respect to the (x, y) using Δx and Δy as parameters. ,
A rectangular parallelepiped block extraction circuit for extracting three types of rectangular parallelepiped blocks each composed of a second and a third rectangular parallelepiped block deviated by (−Δx, −Δy) pixels from an input video signal, and the rectangular parallelepiped block extraction circuit Calculating the difference between each corresponding pixel value between the first rectangular parallelepiped block and the plurality of second rectangular parallelepiped blocks, and between the first rectangular parallelepiped block and the plurality of third rectangular parallelepiped blocks, respectively. A first and a second matching evaluation function value calculation circuit for performing a calculation for summing up the difference calculation results and outputting a matching evaluation function value for each of the second and third rectangular parallelepiped blocks;
And the pixel deviations (Δx, Δy), (−x) of the second and third rectangular parallelepiped blocks that provide the minimum evaluation function value among the matching evaluation function values output from the second matching evaluation function value calculation circuit Δx, -Δy)
【数4】 を、動画像の前記第1の直方体ブロックの中心に位置す
る第nフレームの2次元ブロックの動きベクトルである
と推定して出力する動き推定回路を具えてなることを特
徴とするものである。(Equation 4) Is estimated to be a motion vector of a two-dimensional block of the n-th frame located at the center of the first rectangular parallelepiped block of the moving image, and is output.
【0012】[0012]
【発明の実施の形態】以下に添付図面を参照し、発明の
実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明する。図1
は、本発明による動画像の動き量推定装置の第1の実施
形態を示すブロック図である。図1において、1は、処
理対象となる動画像信号および以下に説明する画像ブロ
ックの位置・サイズ情報が供給される直方体ブロック抽
出回路、2はマッチング評価関数値演算回路、および3
は動き推定回路である。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described in detail below based on embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings. FIG.
FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of a motion estimation device for a moving image according to the present invention. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a rectangular parallelepiped block extraction circuit to which a moving image signal to be processed and position / size information of an image block described below are supplied, 2 a matching evaluation function value operation circuit, and 3
Is a motion estimation circuit.
【0013】動作につき説明する。本発明装置において
は、まず第1段階として、動き量を推定しようとする動
画像信号が直方体ブロック抽出回路1に供給され、その
動画像信号から、同じく直方体ブロック抽出回路1に供
給され、ブロック位置情報として指定された2次元位置
(x,y)で、またブロックサイズ情報として指定され
たサイズM×N×(2K+1)で直方体ブロックが抽出
される。このサイズM×N×(2K+1)の直方体ブロ
ックは、ある時刻のフレームを中心とし前後Kフレーム
ずつ、合計2K+1フレームの同一空間(2次元)位置
(x,y)の、画面上の縦方向、横方向にそれぞれM,
Nの画素を持つブロックからなる直方体に含まれる画素
(以下、この直方体領域をΦと記す)からなるものであ
る。The operation will be described. In the apparatus of the present invention, as a first step, a moving image signal whose motion amount is to be estimated is supplied to the rectangular parallelepiped block extracting circuit 1 and, from the moving image signal, supplied to the rectangular parallelepiped block extracting circuit 1 as well. A rectangular parallelepiped block is extracted at the two-dimensional position (x, y) specified as information and at the size M × N × (2K + 1) specified as block size information. This rectangular parallelepiped block of size M × N × (2K + 1) is composed of a total of 2K + 1 frames in the same space (two-dimensional) position (x, y) on the screen in the vertical direction on the screen, with the frame at a certain time as the center. M,
It is composed of pixels included in a rectangular parallelepiped composed of blocks having N pixels (hereinafter, this rectangular parallelepiped region is referred to as Φ).
【0014】図2は、サイズM×N×(2K+1)の直
方体ブロックの一例として、K=2とした場合の直方体
ブロックを示す線図である。図中、破線で囲まれた直方
体が直方体ブロックである。また、本実施形態(図1に
示す実施形態)では、直方体ブロック中の2次元位置の
範囲を規定するM×Nを、M=N=5とした場合(Kに
ついては、図2のようにK=2)について説明する。な
お、これらM,N,Kの値は、上記に限らず、1以上の
任意の正の整数とすることができる。FIG. 2 is a diagram showing a rectangular parallelepiped block when K = 2 as an example of a rectangular parallelepiped block of size M × N × (2K + 1). In the figure, a rectangular parallelepiped box surrounded by a broken line is a rectangular parallelepiped block. Further, in the present embodiment (the embodiment shown in FIG. 1), M × N that defines the range of the two-dimensional position in the rectangular parallelepiped block is set to M = N = 5 (for K, as shown in FIG. 2). K = 2) will be described. The values of M, N, and K are not limited to the above, and may be any positive integer of 1 or more.
【0015】本発明装置では、この直方体ブロックを単
位としてブロックマッチング(ブロックマッチングの手
法については、従来技術の欄にて説明した)を行って動
き量の推定を行う。また、図1および図2に示す本実施
形態では、第n−1および第nフレームを中心とする2
つの直方体ブロックに基づいて動き量を推定するものと
する。ここで、直方体ブロックのM,N,Kの値は、上
述したように、それぞれ5,5,2である。In the apparatus of the present invention, the amount of motion is estimated by performing block matching (the method of block matching has been described in the section of the prior art) in units of this rectangular parallelepiped block. Also, in the present embodiment shown in FIGS. 1 and 2, 2
It is assumed that the motion amount is estimated based on two rectangular parallelepiped blocks. Here, the values of M, N, and K of the rectangular parallelepiped block are 5, 5, and 2, respectively, as described above.
【0016】すなわち、本実施形態における第1段階と
しては、図2を参照するに、この場合は直方体ブロック
抽出回路1は、供給された動画像の異なる第n−2、第
n−1、第n、第n+1および第n+2フレームの画像
から第nフレームを中心とし空間位置(x,y)にある
5画素×5画素×5フレームの第1の直方体ブロックを
抽出するとともに、第n−3、第n−2、第n−1、第
nおよび第n+1フレームの画像から第n−1フレーム
を中心としΔxおよびΔyをパラメータとして空間位置
(x+Δx,y+Δy)にある第1の直方体ブロックと
同一の大きさの第2の直方体ブロックをそれぞれ抽出す
る。That is, as a first stage in the present embodiment, referring to FIG. 2, in this case, the rectangular parallelepiped block extraction circuit 1 determines whether the supplied moving images have different n-2, n-1 and n-1 From the images of the n, (n + 1) th and (n + 2) th frames, a first cuboid block of 5 pixels × 5 pixels × 5 frames at a spatial position (x, y) centered on the nth frame is extracted, and The same as the first rectangular parallelepiped block located at the spatial position (x + Δx, y + Δy) from the images of the (n-2) -th, (n−1) -th, and (n + 1) -th frames centering on the (n−1) -th frame and using Δx and Δy as parameters. A second rectangular parallelepiped block having a size is extracted.
【0017】本発明の第2段階としては、マッチング評
価関数演算回路2において、直方体ブロック抽出回路1
から抽出した、第nフレームを中心とした、空間位置
(x,y)の第1の直方体ブロックΦと、第n−1フレ
ームを中心とし、かつ、空間位置が位置(x,y)から
(Δx,Δy)画素だけ偏位した第2の直方体ブロック
との間で各画素値の差分和をとる。この画素値の差分和
は、例えば、第1の直方体ブロックの第n−2フレーム
の最左上の画素(フレーム中の5×5画素のうち)と第
2の直方体ブロックの第n−3フレームの同じく最左上
の画素(同じく5×5画素のうち)との間の差分をと
り、以下、同様に次の画素(例えば、最左上の右隣りの
画素)間の差分をとり、----、すべての画素(直方体ブ
ロックのとりうるすべての画素は、M×N×(2K+
1)(=5×5×5)ある)について差分が求められた
時点で、これら差分の総和を求める。以下に、数式を使
用して説明する。As a second stage of the present invention, in the matching evaluation function operation circuit 2, the rectangular parallelepiped block extraction circuit 1
, A first rectangular parallelepiped block Φ at a spatial position (x, y) centered on the n-th frame, and a spatial position centered on the (n-1) th frame, and the spatial position is calculated from the position (x, y) by ( [Delta] x, [Delta] y) The difference sum of each pixel value is calculated with the second rectangular parallelepiped block deviated by pixels. The sum of the differences between the pixel values is calculated, for example, between the upper left pixel (out of the 5 × 5 pixels in the frame) of the n−2 frame of the first rectangular parallelepiped block and the n−3 frame of the second rectangular parallelepiped block. Similarly, the difference between the upper left pixel (of the same 5 × 5 pixels) is calculated, and thereafter, the difference between the next pixel (for example, the upper right pixel on the right) is calculated. , All pixels (all possible pixels of a rectangular parallelepiped block are M × N × (2K +
1) At the point in time when the differences for (= 5 × 5 × 5) are found, the sum of these differences is found. Hereinafter, description will be made using mathematical expressions.
【0018】本実施形態での計算方法を次に示す。直方
体ブロックΦに対し、第n−1フレームを中心フレーム
にもち、予め定められた探索範囲内の各々同サイズの複
数の直方体ブロックについて、次式によって定義される
評価関数The calculation method in this embodiment will be described below. For a rectangular parallelepiped block Φ, an evaluation function defined by the following equation for a plurality of rectangular blocks having the same size in a predetermined search range and having the (n-1) th frame as a center frame
【数5】 を次の(1)式によって計算し、演算結果の評価関数値
を出力する。(Equation 5) Is calculated by the following equation (1), and the evaluation function value of the operation result is output.
【数6】 ここで、(Equation 6) here,
【数7】 は第nフレームを中心とした直方体ブロックΦ内の画素
値を表す。またkは、直方体ブロックを構成する2K+
1枚のフレームのフレーム番号を示す。本実施形態で
は、k=n−2,n−1,n,n+1およびn+2であ
る。また、Δx,Δy∈ −L,L で、ここに −
L,L は動き量推定の探索範囲である。一般的な動画
像では、L=14画素程度に設定すれば十分である。(Equation 7) Represents a pixel value in a rectangular parallelepiped block Φ centered on the n-th frame. K is 2K + which constitutes a rectangular parallelepiped block.
Indicates the frame number of one frame. In the present embodiment, k = n−2, n−1, n, n + 1, and n + 2. Also, Δx, Δy∈−L, L, where −
L and L are search ranges for motion amount estimation. For a general moving image, it is sufficient to set L to about 14 pixels.
【0019】さらに、第3段階としては、動き推定回路
3は、マッチング評価関数値演算回路2の計算結果であ
る複数のFurther, as a third stage, the motion estimating circuit 3 calculates a plurality of
【数8】 を用いて動きベクトルの推定を行なう。本実施形態での
推定方法を次の(2)式に示す。(Equation 8) Is used to estimate the motion vector. The estimation method in the present embodiment is shown in the following equation (2).
【数9】 すなわち、探索範囲内で最も小さいマッチング評価関数
値を与える1組の(Equation 9) That is, one set of values that gives the smallest matching evaluation function value in the search range
【数10】 を直方体ブロックΦの中心に位置する第nフレームの2
次元ブロック(図2でドット入りの面で示す2次元ブロ
ック)の動きベクトルであると推定する。(Equation 10) Of the n-th frame located at the center of the rectangular parallelepiped block Φ
It is estimated that the motion vector is a motion vector of a dimensional block (a two-dimensional block indicated by a dotted surface in FIG. 2).
【0020】以上第1の実施形態においては、時間的に
連続する2つの直方体ブロックを用いて動き量(動きベ
クトル)を推定するものとしたが、動き量推定における
推定誤りを一層低減させるために、時間的に連続する3
つの直方体ブロックを用いて動き量の推定を行う、本発
明の第2の実施形態について以下に説明する。In the first embodiment, the motion amount (motion vector) is estimated using two temporally continuous rectangular parallelepiped blocks. However, in order to further reduce the estimation error in the motion amount estimation. , Three consecutive in time
A second embodiment of the present invention in which a motion amount is estimated using two rectangular parallelepiped blocks will be described below.
【0021】図3は、本発明による動画像の動き量推定
装置の第2の実施形態を示すブロック図である。図3に
おいて、4は直方体ブロック抽出回路、5はマッチング
評価関数値演算回路(I)、6はマッチング評価関数値
演算回路(II) 、および7は動き推定回路である。FIG. 3 is a block diagram showing a second embodiment of the moving picture motion amount estimating apparatus according to the present invention. In FIG. 3, reference numeral 4 denotes a rectangular parallelepiped block extraction circuit, 5 denotes a matching evaluation function value operation circuit (I), 6 denotes a matching evaluation function value operation circuit (II), and 7 denotes a motion estimation circuit.
【0022】本実施形態における第1の実施形態と最も
異なる点は、図3から分かるように、第2の実施形態に
よる装置は、時間的に連続する3つの直方体ブロックの
うち、相互に1フレーム期間ずれて時間的に連続する2
つの直方体ブロック間でそれぞれマッチング評価関数値
を演算する2つのマッチング評価関数値演算回路(I)
および(II) (図3に、それぞれ5および6にて示す)
を具えていることである。以下に第1の実施形態の場合
と同様に、本発明の動作を第1段階から第3段階までに
分けて説明する。The most different point of the present embodiment from the first embodiment is that, as can be seen from FIG. 3, the device according to the second embodiment includes one frame among three temporally continuous rectangular parallelepiped blocks. 2 that are temporally consecutive with a period shift
Two matching evaluation function value calculation circuits (I) for calculating a matching evaluation function value between two rectangular parallelepiped blocks
And (II) (shown in FIG. 3 as 5 and 6, respectively)
It is equipped with. Hereinafter, as in the case of the first embodiment, the operation of the present invention will be described by dividing it into first to third stages.
【0023】まず、第1段階として、直方体ブロック抽
出回路4で直方体ブロックを抽出するが、この抽出は、
供給された動画像の異なる第n−2、第n−1、第n、
第n+1および第n+2フレームの画像から第nフレー
ムを中心とし空間位置(x,y)にある5画素×5画素
×5フレームの直方体ブロック(第1の直方体ブロッ
ク)、第n−3、第n−2、第n−1、第nおよび第n
+1フレームの画像から第n−1フレームを中心としΔ
xおよびΔyをパラメータとして空間位置(x+Δx,
y+Δy)にある直方体ブロック(第2の直方体ブロッ
ク)、および第n−1、第n、第n+1、第n+2およ
び第n+3フレームの画像から第n+1フレームを中心
とし同じく空間位置(x−Δx,y−Δy)にある直方
体ブロック(第3の直方体ブロック)をそれぞれ抽出す
る。なお、これら抽出した第1から第3までの3つの直
方体ブロックはいずれも同じ大きさ(同サイズ)のもの
とする。第2の実施形態では、この3つの直方体ブロッ
クを用いてブロックマッチングを行って動き量の推定を
行なう。First, as a first step, a rectangular parallelepiped block is extracted by a rectangular parallelepiped block extracting circuit 4.
The different n-2, n-1, n-th,
From the images of the (n + 1) th and (n + 2) th frames, a rectangular parallelepiped block (first rectangular parallelepiped block) of 5 pixels × 5 pixels × 5 frames at a spatial position (x, y) centering on the nth frame, the nth, and the nth −2, n−1, nth and nth
From the image of the (+1) th frame to the (n-1) th frame
The spatial position (x + Δx,
y + Δy) and the spatial position (x−Δx, y) centered on the (n + 1) th frame from the images of the (n−1) th, (n) th, (n + 1) th, (n + 2) th and (n + 3) th frames. −Δy), each of which extracts a cuboid block (third cuboid block). Note that all of the extracted first to third rectangular parallelepiped blocks have the same size (the same size). In the second embodiment, motion estimation is performed by performing block matching using the three rectangular parallelepiped blocks.
【0024】第2段階としては、マッチング評価関数値
演算回路5および6は、直方体ブロック抽出回路4によ
り抽出された第nフレームを中心とした、空間位置
(x,y)の第1の直方体ブロックΦと、それぞれ第n
−1および第n+1フレームを中心とし、かつ、空間位
置が位置(x,y)から(Δx,Δy),(−Δx,−
Δy)画素だけ偏位した第2、第3の2つの直方体ブロ
ックとの間で各画素値の差分和をそれぞれ演算する。In the second stage, the matching evaluation function value calculation circuits 5 and 6 are provided with the first rectangular parallelepiped block at the spatial position (x, y) centered on the n-th frame extracted by the rectangular parallelepiped block extraction circuit 4. Φ and n-th
-1 and the (n + 1) th frame as the center, and the spatial position is (Δx, Δy), (−Δx, −) from the position (x, y).
Δy) The difference sum of each pixel value is calculated between the second and third rectangular parallelepiped blocks displaced by pixels.
【0025】本実施の形態での計算方法を次に示す。直
方体ブロックΦに対し、第n−1およびn+1フレーム
を中心フレームにもつ2つの直方体ブロックそれぞれに
関する、探索範囲内の各々同サイズの複数の直方体ブロ
ックについて、次式によって定義される評価関数The calculation method in the present embodiment will be described below. For a rectangular parallelepiped block Φ, an evaluation function defined by the following equation for a plurality of rectangular blocks having the same size within the search range for each of two rectangular blocks having n-1 and n + 1 frames as a center frame
【数11】 および次式によって定義される評価関数[Equation 11] And the evaluation function defined by
【数12】 をそれぞれ次の(3)および(4)式によって演算し、
演算結果の評価関数値を出力する。(Equation 12) Is calculated by the following equations (3) and (4), respectively.
Output the evaluation function value of the operation result.
【数13】 (Equation 13)
【0026】第2の実施形態における第3段階として
は、動き推定回路7は、マッチング評価関数値演算回路
5および6の計算結果であるそれぞれAs a third stage in the second embodiment, the motion estimating circuit 7 calculates the calculation results of the matching evaluation function value calculating circuits 5 and 6 respectively.
【数14】 および[Equation 14] and
【数15】 を用いて動きベクトルの推定を行なう。本実施形態での
推定方法を次の(5)式に示す。(Equation 15) Is used to estimate the motion vector. The estimation method in the present embodiment is shown in the following equation (5).
【数16】 すなわち、探索範囲内で最も小さいマッチング評価関数
値を与える1組の(Equation 16) That is, one set of values that gives the smallest matching evaluation function value in the search range
【数17】 を直方体ブロックΦの中心に位置する第nフレームの2
次元ブロックの動きベクトルであると推定する。[Equation 17] Of the n-th frame located at the center of the rectangular parallelepiped block Φ
It is estimated to be a motion vector of a dimensional block.
【0027】[0027]
【発明の効果】以上説明したように動きの時間方向の連
続性を考慮し、複数フレームを用いて構成した本発明に
よる動き量推定装置は、2つの直方体ブロックの使用に
より、動き量のランダムな推定誤りが低減され、より正
しい動きベクトルを得ることができる。As described above, the motion estimation apparatus according to the present invention, which is constructed by using a plurality of frames in consideration of the continuity of the motion in the time direction, employs two rectangular parallelepiped blocks. Estimation errors are reduced, and more accurate motion vectors can be obtained.
【0028】さらに、時間的に連続する3つの直方体ブ
ロックを用いることにより、動き量推定の誤りを一層低
減でき、より正確で滑らかな動き量の推定を行うことが
できる。Further, by using three temporally continuous rectangular parallelepiped blocks, it is possible to further reduce errors in the estimation of the amount of motion, and to more accurately and smoothly estimate the amount of motion.
【図1】本発明による動画像の動き量推定装置の第1の
実施形態を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of a motion estimation device for a moving image according to the present invention.
【図2】K=2とした場合の直方体ブロックを示す線図
である。FIG. 2 is a diagram showing a rectangular parallelepiped block when K = 2.
【図3】本発明による動画像の動き量推定装置の第2の
実施形態を示すブロック図である。FIG. 3 is a block diagram showing a second embodiment of a motion image motion estimation device according to the present invention.
1,4 直方体ブロック抽出回路 2 マッチング評価関数値演算回路 3,7 動き推定回路 5 マッチング評価関数値演算回路I 6 マッチング評価関数値演算回路II 1, 4 rectangular parallelepiped block extraction circuit 2 matching evaluation function value calculation circuit 3, 7 motion estimation circuit 5 matching evaluation function value calculation circuit I 6 matching evaluation function value calculation circuit II
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 境田 慎一 東京都世田谷区砧1丁目10番11号 日本放 送協会放送技術研究所内 (72)発明者 田中 豊 東京都世田谷区砧1丁目10番11号 日本放 送協会放送技術研究所内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing from the front page (72) Inventor Shinichi Sakai 1-10-11 Kinuta, Setagaya-ku, Tokyo Inside the Japan Broadcasting Corporation Research Institute (72) Inventor Yutaka Tanaka 1-10-11 Kinuta, Setagaya-ku, Tokyo No. Japan Broadcasting Corporation Broadcasting Research Institute
Claims (2)
間位置(x,y)の第1の直方体ブロックと、該第1の
直方体ブロックと同一の大きさを有する直方体ブロック
であって、第n−1フレームを時間位置の中心とし、空
間位置を前記(x,y)に対してΔxおよびΔyをパラ
メータとしてそれぞれ(Δx,Δy)画素だけ偏位した
複数の第2の直方体ブロックとをそれぞれ入力動画像信
号から抽出する直方体ブロック抽出回路、 該直方体ブロック抽出回路から抽出した前記第1の直方
体ブロックと前記複数の第2の直方体ブロックとの間で
各対応する画素値間の差演算およびそれら差演算結果の
総和をとる演算を行い、前記第2の直方体ブロックごと
のマッチング評価関数値を出力するマッチング評価関数
値演算回路、および該マッチング評価関数値演算回路か
ら出力した前記マッチング評価関数値のうち、最小の評
価関数値を与える前記第2の直方体ブロックの前記画素
偏位(Δx,Δy)から求めた 【数1】 を、動画像の前記第1の直方体ブロックの中心に位置す
る第nフレームの2次元ブロックの動きベクトルである
と推定して出力する動き推定回路を具えてなることを特
徴とする動画像の動き量推定装置。1. A first rectangular parallelepiped block at a spatial position (x, y) centered on an n-th frame and a rectangular parallelepiped block having the same size as the first rectangular parallelepiped block, A plurality of second rectangular parallelepiped blocks deviated by (Δx, Δy) pixels with respect to the (x, y) using the Δx and Δy as parameters with respect to the (x, y), respectively. A rectangular parallelepiped block extraction circuit that extracts from an input moving image signal; a difference calculation between corresponding pixel values between the first rectangular block and the plurality of second rectangular blocks extracted from the rectangular block extraction circuit; A matching evaluation function value calculation circuit for performing a calculation for summing the difference calculation results and outputting a matching evaluation function value for each of the second rectangular parallelepiped blocks; Among the matching evaluation function values output from the valence function value calculation circuit, the value was obtained from the pixel deviation (Δx, Δy) of the second rectangular parallelepiped block that gives the minimum evaluation function value. And a motion estimating circuit for estimating and outputting a motion vector of a two-dimensional block of an n-th frame located at the center of the first rectangular parallelepiped block of the moving image. Quantity estimation device.
間位置(x,y)の第1の直方体ブロック、ともに前記
第1の直方体ブロックと同一の大きさを有する直方体ブ
ロックであって、第n−1および第n+1フレームを時
間位置の中心とし、空間位置を前記(x,y)に対して
ΔxおよびΔyをパラメータとしてそれぞれ(Δx,Δ
y),(−Δx,−Δy)画素だけ偏位した複数の、そ
れぞれ第2および第3の直方体ブロックからなる3種類
の直方体ブロックをそれぞれ入力動画像信号から抽出す
る直方体ブロック抽出回路、 該直方体ブロック抽出回路から抽出した前記第1の直方
体ブロックと前記複数の第2の直方体ブロック、および
前記第1の直方体ブロックと前記複数の第3の直方体ブ
ロックとの間でそれぞれ各対応する画素値間の差演算お
よびそれら差演算結果の総和をとる演算を行い、前記第
2および第3の直方体ブロックごとのマッチング評価関
数値を出力するそれぞれ第1および第2のマッチング評
価関数値演算回路、および該第1および第2のマッチン
グ評価関数値演算回路から出力した前記マッチング評価
関数値のうち、最小の評価関数値を与える前記第2およ
び第3の直方体ブロックの前記画素偏位(Δx,Δ
y),(−Δx,−Δy)から求めた 【数2】 を、動画像の前記第1の直方体ブロックの中心に位置す
る第nフレームの2次元ブロックの動きベクトルである
と推定して出力する動き推定回路を具えてなることを特
徴とする動画像の動き量推定装置。2. A first rectangular parallelepiped block at a spatial position (x, y) centered on an n-th frame as a time position, and both rectangular blocks having the same size as the first rectangular parallelepiped block, The (n-1) th and (n + 1) th frames are the centers of the time positions, and the spatial position is (x, y) with respect to the (x, y) by using x and y as parameters.
y), a rectangular parallelepiped block extraction circuit for extracting three types of rectangular parallelepiped blocks each composed of a second and a third rectangular parallelepiped block deviated by (−Δx, −Δy) pixels from the input video signal, respectively. The first rectangular parallelepiped block and the plurality of second rectangular parallelepiped blocks extracted from the block extracting circuit, and the pixel values between the corresponding pixel values between the first rectangular parallelepiped block and the plurality of third rectangular parallelepiped blocks, respectively. A first and second matching evaluation function value operation circuit for performing a difference operation and an operation for summing up the difference operation results and outputting a matching evaluation function value for each of the second and third rectangular parallelepiped blocks; Before giving the minimum evaluation function value among the matching evaluation function values output from the first and second matching evaluation function value calculation circuits. The pixel offset of the second and third rectangular solid block ([Delta] x, delta
y), (−Δx, −Δy) And a motion estimating circuit for estimating and outputting a motion vector of a two-dimensional block of an n-th frame located at the center of the first rectangular parallelepiped block of the moving image. Quantity estimation device.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP26435396A JP3727731B2 (en) | 1996-10-04 | 1996-10-04 | Motion estimation apparatus for moving images |
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JPH10111945A true JPH10111945A (en) | 1998-04-28 |
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JP (1) | JP3727731B2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109155066A (en) * | 2016-03-15 | 2019-01-04 | 康诺特电子有限公司 | The method of estimation between two images of the environmental area for motor vehicles, computing device, driver assistance system and motor vehicles |
-
1996
- 1996-10-04 JP JP26435396A patent/JP3727731B2/en not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN109155066A (en) * | 2016-03-15 | 2019-01-04 | 康诺特电子有限公司 | The method of estimation between two images of the environmental area for motor vehicles, computing device, driver assistance system and motor vehicles |
CN109155066B (en) * | 2016-03-15 | 2022-03-29 | 康诺特电子有限公司 | Method for motion estimation between two images of an environmental region of a motor vehicle, computing device, driver assistance system and motor vehicle |
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