(57)【要約】【課題】  カメラパニング画像で静止している物体があるブロックの動きベクトルの検出精度を高める。【解決手段】  本発明は、ビデオ信号を所定の画素数と所定のライン数で規定されるブロックに分割し、各ブロック毎に、反復勾配法に従って、動きベクトルを検出する動きベクトル検出装置に関する。本発明は、各ブロック毎に既に検出された動きベクトルを記憶している既検出ベクトル記憶手段と、検出対象ブロック近傍の複数ブロックの、記憶されている動きベクトルと、動きゼロのゼロベクトルとの中から、反復勾配法を適用する際の初期偏位ベクトルとなるものを選択する初期偏位ベクトル選択手段と、検出対象ブロックが属する画像がカメラパニング画像か否かを判定し、カメラパニング状態と判定した場合に、初期偏位ベクトルの候補としての動きゼロのゼロベクトルの選択優先度を高めるパニング判定手段とを備える。【選択図】      図１
2006174061.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ビデオ信号を所定の画素数と所定のライン数で規定されるブロックに分割し、各ブロック毎に、反復勾配法に従って、動きベクトルを検出する動きベクトル検出装置において、
各ブロック毎に既に検出された動きベクトルを記憶している既検出ベクトル記憶手段と、
検出対象ブロック近傍の複数ブロックの、前記既検出ベクトル記憶手段に記憶されている動きベクトルと、動きゼロのゼロベクトルとの中から、上記反復勾配法を適用する際の初期偏位ベクトルとなるものを選択する初期偏位ベクトル選択手段と、
検出対象ブロックが属する画像がカメラパニング画像か否かを判定し、カメラパニング状態と判定した場合に、前記初期偏位ベクトル選択手段における候補ベクトルとしての動きゼロのゼロベクトルの選択優先度を高めるパニング判定手段と
を備えることを特徴とする動きベクトル検出装置。
【請求項２】
前記パニング判定手段は、１画像の全ブロックの動きベクトルの平均値と、各ブロック毎に求められた動きベクトルの中で最も出現頻度の高い動きベクトルとを求め、動きベクトルの平均値と最も出現頻度の高い動きベクトルとが近似していることを、カメラパニング状態と判定する条件としていることを特徴とする請求項１に記載の動きベクトル検出装置。
【請求項３】
前記パニング判定手段は、各ブロック毎に求められた動きベクトルの中で最も出現頻度の高い動きベクトルを有するブロックの数を求め、この求めたブロック数が、１画像での全ブロック数の所定割合を超えていることを、カメラパニング状態と判定する条件としていることを特徴とする請求項１又は２に記載の動きベクトル検出装置。
【請求項４】
前記初期偏位ベクトル選択手段は、選択のための評価値が、動きゼロのゼロベクトルと他のいずれかの候補ベクトルとが最も高くなった場合には、動きゼロのゼロベクトルを、初期偏位ベクトルとして選択することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の動きベクトル検出装置。
【請求項５】
ビデオ信号を所定の画素数と所定のライン数で規定されるブロックに分割し、各ブロック毎に、反復勾配法に従って、動きベクトルを検出する動きベクトル検出方法において、
各ブロック毎に検出された動きベクトルを記憶する既検出ベクトル記憶工程と、
検出対象ブロック近傍の複数ブロックの記憶されている動きベクトルと、動きゼロのゼロベクトルとの中から、上記反復勾配法を適用する際の初期偏位ベクトルとなるものを選択する初期偏位ベクトル選択工程と、
検出対象ブロックが属する画像がカメラパニング画像か否かを判定し、カメラパニング状態と判定した場合に、前記初期偏位ベクトル選択工程における候補ベクトルとしての動きゼロのゼロベクトルの選択優先度を高めるパニング判定工程と
を含むことを特徴とする動きベクトル検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ビデオ信号（映像信号）を所定の画素数と所定のライン数で規定されるブロックに分割し、各ブロック毎に時間軸方向に所定時間だけ離れた信号間で、動きの大きさと方向で表される動きベクトルを検出する動きベクトル検出装置及び方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
動きベクトルは、テレビジョン信号（ＴＶ信号）などのビデオ信号の高能率符号化におけるフレーム間符号化効率を向上させる際や、異なるＴＶ信号フォーマット間の変換におけるフィールド数の変換による動きの不連続性を軽減させる際などに用いられている。一般的な動きベクトル検出方式は、ＴＶ信号をｍ画素×ｎラインからなるブロックに細分化した後、ブロック毎に動きベクトルを検出する方式であり、特許文献１又は特許文献２に記載のパターンマッチング法や、特許文献３に記載の反復勾配法などが良く知られている。
【０００３】
更に反復勾配法の中に、動きベクトルの検出精度を向上させるために初期偏位ベクトルを用いたものが特許文献４に記載されている。この方法は、既に検出されている複数の動きベクトルの中から１つの動きベクトルを初期偏位ベクトルとして選択し、この初期偏位ベクトルを起点として、所定の偏位ベクトルの検出を行い、真の動きベクトルを検出する方式である。このベクトル検出方式も、1フィールド又は１フレームのＴＶ信号を、例えば、ｍ画素×ｎラインからなるブロックに細分化し、これらブロックの動きベクトルを検出することを前提としている。
【０００４】
前フィールドを基準として、現フィールドの真の動きベクトルを、初期偏位ベクトルを用いて求める方法について、図２〜図４を用いて説明する。図２に示すように、真の動きベクトルを求めようとする被検出ブロック（ｍ１，ｎ１）に対して時間的に前に検出され、既検出ベクトルメモリ２１に記憶されている動きベクトルの中から最適な動きベクトルを初期偏位ベクトル選択部２２を用いて選択し、この選択された動きベクトルを、初期偏位ベクトルＶ０＝（α０，β０）とし、次に、この初期偏位ベクトル分だけ座標を偏位したブロック（ｍ１＋α０，ｎ１＋β０）と前記被検出ブロックとを基に勾配法演算部２３で１回目の動き偏位分Ｖ１＝（α１，β１）を求め、勾配法演算部２４で２回目の動き偏位分Ｖ２＝（α２，β２）を求め反復勾配法を行い、前記初期偏位ベクトルＶ０と前記動きベクトル偏位分Ｖ１、Ｖ２を加算して被検出ブロックに対する真の動きベクトルＶ＝Ｖ０＋Ｖ１＋Ｖ２を求めている。
【特許文献１】特開昭５５−１６２６８３号公報
【特許文献２】特開昭５５−１６２６８４号公報
【特許文献３】特開昭６０−１５８７８６号公報
【特許文献４】特開昭６２−２０６９８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、候補として用意した初期偏位ベクトルは過去に検出された対象ブロックの近傍の動きベクトルであるが、カメラがパニングしたときのような画面全体が同一方向に動くような映像で、かつ、その中に小さな静止物体があるような場合、小さな静止物体がある対象ブロックの周囲の初期偏位ベクトルが全て同一方向の動きがあるために、その静止物体があるブロックの動きベクトルを誤検出してしまい、その静止物体の輪郭や形状を乱してしまうという問題があった。
【０００６】
この問題は、バレーボールやサッカーボールの競技映像で、カメラが空中のボールを追いかけた場合などに、ボールの背景はカメラの動きと同一方向に移動するが、ボール部分はカメラフレーム枠の中で静止したままであるため、ボールの輪郭がぼやけるなどの具体的現象として現れる。
【０００７】
本発明は、以上の点に鑑みてなされたものであり、画面全体が同一方向に動くような映像の場合にも、その中にある静止物体の輪郭を正しく再現できる動きベクトル検出装置及び方法を提供しようとしたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
かかる課題を解決するため、第１の本発明は、ビデオ信号を所定の画素数と所定のライン数で規定されるブロックに分割し、各ブロック毎に、反復勾配法に従って、動きベクトルを検出する動きベクトル検出装置において、各ブロック毎に既に検出された動きベクトルを記憶している既検出ベクトル記憶手段と、検出対象ブロック近傍の複数ブロックの、前記既検出ベクトル記憶手段に記憶されている動きベクトルと、動きゼロのゼロベクトルとの中から、上記反復勾配法を適用する際の初期偏位ベクトルとなるものを選択する初期偏位ベクトル選択手段と、検出対象ブロックが属する画像がカメラパニング画像か否かを判定し、カメラパニング状態と判定した場合に、前記初期偏位ベクトル選択手段における候補ベクトルとしての動きゼロのゼロベクトルの選択優先度を高めるパニング判定手段とを備えることを特徴とする。
【０００９】
また、第２の本発明は、ビデオ信号を所定の画素数と所定のライン数で規定されるブロックに分割し、各ブロック毎に、反復勾配法に従って、動きベクトルを検出する動きベクトル検出方法において、各ブロック毎に検出された動きベクトルを記憶する既検出ベクトル記憶工程と、検出対象ブロック近傍の複数ブロックの記憶されている動きベクトルと、動きゼロのゼロベクトルとの中から、上記反復勾配法を適用する際の初期偏位ベクトルとなるものを選択する初期偏位ベクトル選択工程と、検出対象ブロックが属する画像がカメラパニング画像か否かを判定し、カメラパニング状態と判定した場合に、前記初期偏位ベクトル選択工程における候補ベクトルとしての動きゼロのゼロベクトルの選択優先度を高めるパニング判定工程とを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
以上のように、本発明によれば、カメラパニング映像と判定された場合、動きがない部分がゼロベクトルとなりやすくしたため、カメラパニング画像内でパニングのために位置が静止している物体の輪郭や形状を乱してしまうという課題を解決することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
（Ａ）実施形態
以下、本発明による動きベクトル検出装置及び方法の一実施形態を、図１を用いて説明する。
【００１２】
この実施形態の動きベクトル検出装置での動きベクトルの検出は、８画素×８ラインのブロック毎に行われる。初期偏位ベクトルは、過去に検出された対象ブロックの近傍の動きベクトルと、動きゼロ（０ベクトル）の９候補の中から選択される。
【００１３】
この実施形態の動きベクトル検出装置は、図１に示すように、映像信号を１フィールド分だけ遅延させるフィールドディレー１と、過去に検出された対象ブロックの近傍の初期候補ベクトルＤを記憶している既検出ベクトルメモリ２と、既検出ベクトルメモリ２に記憶されている動きベクトルの中から最適な動きベクトルを選択して読み出す初期偏位ベクトル選択部３と、２段の勾配法演算部４、６及び加算器５、７と、平均値演算部８、最多数ベクトル検出部９と、平均値演算部８及び最多数ベクトル検出部９の出力からカメラパニング状態を判定するパニング判定部１０とを有する。
【００１４】
ここで、既検出ベクトルメモリ２、初期偏位ベクトル選択部３と、２段の勾配法演算部４、６及び加算器５、７とで、反復勾配法による動きベクトル検出部１１が構成されており、動きベクトル検出部１１の構成及び機能は、図３に示した従来のものとほぼ同様である。
【００１５】
フィールドディレー１によって、入力映像信号Ａから、前フィールド信号Ｃと現フィールド信号Ｂとを得る。前フィールド信号Ｃを基準フィールド、現フィールド信号Ｂを探索フィールドとして、初期偏位ベクトル選択回路３によって選択された初期偏位ベクトルＥを用いて、動きベクトル検出部１１で反復勾配法による動きベクトル検出を行い、検出ベクトルＩを算出して、この実施形態の動きベクトル検出装置からの出力として送出する。また、検出ベクトルＩは既検出ベクトルメモリ２に送出され、他のブロックの初期偏位ベクトルの候補ベクトルＤとして利用するためにベクトルメモリ２に格納させる。
【００１６】
検出ベクトルＩは、平均値演算部８及び最多数ベクトル検出部９に与えられる。平均値演算部８は、１フィールド分の各ブロックの検出ベクトルＩの平均値（平均動きベクトルやフィールド平均値と呼ぶ）Ｊを算出し、また、最多数ベクトル検出部９は、最多数ベクトル値Ｋと最多数ベクトルブロック数Ｌを算出する。最多数ベクトル値Ｋとは、１フィールド中の全ブロックの検出ベクトルＩをヒストグラム的に整理した場合における最多数（統計学的には最頻度）の検出ベクトルＩをいい、最多数ベクトルブロック数Ｌとは、最多数ベクトルを検出ベクトルＩとしたブロック数をいう。
【００１７】
パニング判定部１０は、フィールド平均値Ｊ、最多数ベクトル値Ｋ、最多数ベクトル数Ｌを用いて、カメラパニングか否かの判定を行い、パニング判定結果Ｍを初期偏位ベクトル選択部３に送出するものである。
【００１８】
初期偏位ベクトル選択部３は、パニング判定結果Ｍをも利用しながら、既検出ベクトルメモリ２に格納されている検出ベクトルなどの候補から、初期偏位ベクトルに好適なものを選択する。
【００１９】
次に、この実施形態の動きベクトル検出装置での反復勾配法を利用した動きベクトルの検出動作（動きベクトル検出方法）を説明する。
【００２０】
初期偏位ベクトル選択部３は、過去に検出された処理対象ブロックの近傍の初期候補ベクトルＤを既検出ベクトルメモリ２から読出し、通常、優先度の低い位置（例えば６番目〜７番目程度）にある動きゼロ（０ベクトル）を含む候補（本説明では、一例として９候補とする）の中から、その候補の動きベクトルで動き補償した後のフィールド間差分値（ＤＦＤ）が最小となる初期偏位ベクトルＥを選択する。また、初期偏位ベクトル選択部３は、前フィールドのパニング判定結果Ｍがパニングを示しているとき、次のフィールドでの９候補の優先順位として、動きゼロ（０ベクトル）が初期偏位ベクトルＥとして選択される優先度を最上位にする。例えば、処理対象ブロックの周囲８ブロック（左上、真上、右上、左、右、左下、真下、右下）のうち、左上、真上、右上、左のブロックについては、現フィールドでの検出ベクトルを初期候補ベクトルＤとし、右、左下、真下、右下のブロックについては、前フィールドでの検出ベクトルを初期候補ベクトルＤとする。
【００２１】
選択された初期偏位ベクトルＥを用いて、勾配法演算部４にて、１回目の勾配法演算を行う。これにより得られた偏位分Ｆを初期偏位ベクトルＥと加算器５にて加算し、この加算結果Ｇ（＝Ｅ＋Ｆ）を用いて勾配法演算部６にて２回目の勾配法演算を行う。そこで得られる偏位分Ｈを１回目で求められた動きベクトルＧと加算器７にて加算し、検出ベクトルＩを算出し、次段に出力すると共に、次のブロック以降の動きベクトル検出のために既検出ベクトルメモリ２に格納する。
【００２２】
次に、平均値演算部８、最多数ベクトル検出部９及びパニング判定部１０が機能するパニング判定動作の詳細を説明する。
【００２３】
各フィールド毎、全ブロック（例えば、ＮＴＳＣ方式のとき、奇数フィールド及び偶数フィールドの各１フィールドが７２０画素×２４０ラインで、１ブロックが８画素×８ラインであれば、ブロック数は２７００）の検出ベクトルＩの値の平均処理を、平均値演算部８が実行し、検出ベクトルＩのフィールド平均値Ｊを求める。また、最多数ベクトル検出部９において、全ブロックの検出ベクトルＩを対象にした集計処理を行い、１フィールド中、最も多く出現した検出ベクトルである最多数ベクトル値Ｋと、そのブロック数Ｌを求める。
【００２４】
パニング判定部１０は、フィールド平均値Ｊと最多数ベクトル値Ｋとの比較結果や、最多数ベクトルブロック数Ｌが１フィールドでの全ブロック数に占める割合によって、カメラパニング映像なのか否かの判定を行う。パニング判定はフィールド平均値Ｊと最多数ベクトル値Ｋがほぼ一致し（フィールド平均値Ｊと最多数ベクトル値Ｋの差分を求め、その大きさを閾値と比較して判定する）、及び又は、最多数ベクトルをとるブロックが１フイールドの大勢を占める場合（ブロック数Ｌが全ブロック数に近い場合；閾値との比較による）に、カメラパニング映像と判定し、肯定のパニング判定結果Ｍを初期偏位ベクトル選択部３に出力する。
【００２５】
図１に示す方法とは異なるが、パニング判定方法の他の例としては、以下の方法を挙げることができる。
【００２６】
上記と同様にしてフィールド平均値Ｊを求め、次フィールドの全ブロックの検出ベクトルＩがフィールド平均値Ｊに対しある程度の誤差以内となるブロック数をカウントし、そのブロック数が１フィールドの大勢を占める場合にカメラパニング映像と判定する。
【００２７】
図５にパニング判定動作の詳細を図示する。簡単のために、横６×縦５ブロックで１フィールド画面を表している。すなわち、１フィールドをブロックＢ（ｍ，ｎ）（ｍ＝１〜６、ｎ＝１〜６）で表している。１フィールドは、ブロックＢ(１，１)からブロックＢ（６，５）の３０のブロックに分割される。図５は、矢印Ａの方向に移動しているボール５１を、ビデオカメラが追跡し（パニングし）、ボール５１の位置を画面の枠５２内の同じ位置に表示するようにした場合の１フィールド画像である。
【００２８】
背景ブロック（ブロックＢ（２，３）、ブロックＢ（２，４）、ブロックＢ（３，３） 、ブロックＢ（３，４）以外のブロック）は、矢印Ａで示すボール５１の動きを写すビデオカメラのパニングの移動ベクトルと逆向きとなるベクトルで移動することになる。従って、背景ブロックの動きベクトルはボール５１の動きを写すビデオカメラのパニングの移動ベクトルと逆向きとなる。すなわち、カメラで捉えている映像中ではボール５１は静止物体となり、これに対して背景ブロックが同一方向に移動していることになる。
【００２９】
ブロックＢ（２，３）、ブロックＢ（２，４）、ブロックＢ（３，３） 、ブロックＢ（３，４）の４つのブロックは、背景の一部にボール５１が重なるので、これらブロックの動きベクトルは、向きは背景ブロックの動きベクトルとほぼ同様であるが、大きさが背景ブロックの動きベクトルよりも小さくなる。その小さくなる割合は、ブロック全体に占めるボール５１の面積に応じたものとなる。
【００３０】
ブロックＢ（１，１）の動きベクトルをＶ１１とすると、ブロックＢ（２，３）、ブロックＢ（２，４）、ブロックＢ（３，３） 、ブロックＢ（３，４）を除く２６のブロックで、ベクトルＶ１１と同じ動きベクトルが検出されるので、最多数ベクトル値ＫはＶ１１となり、最多数ベクトルブロック数Ｌ＝２６となる。フィールド平均値Ｊは、（Ｖ１１×２６＋Ｖ２３＋Ｖ２４＋Ｖ３３＋Ｖ３４）／３０となる。実際には、背景ブロックも多少の動きがあり、全て同じ動きベクトルにならない。
【００３１】
カメラパニング映像以外の通常の映像では、各ブロック間に動きの相関性は低いので、図６に示すように、各ブロックの動きベクトルは大きさも方向も全体としての規則性がさほど大きくはなく、最多数ベクトル値Ｋはフィールド平均値Ｊと近い値にはならない。図５の場合であると、４ブロック分のわずかな減少だけであるので、ほぼフィールド平均値Ｊ＝最多数ベクトル値Ｋといえる。また、最多数ベクトルブロック数Ｌ＝２６は、３０ブロックの８０％以上を占めるので、大多数のブロックが同じ方向に動いていると判断できる。以上のようにして、カメラパニング映像を他の映像と区別することができる。
【００３２】
最多数ベクトル値Ｋとフィールド平均値Ｊの関係だけでパニング判定を行うと（本発明の他の実施形態となっている）、複数のブロックにまたがる特定の領域の動きベクトルが１フィールド全体の動きベクトルとたまたま一致した場合に誤検出する恐れがあり、最多数ベクトルブロック数Ｌと全ブロック数の比較を併用することで、誤検出を防止できる。
【００３３】
また、最多数ベクトルブロック数Ｌと全ブロック数の比較により、全ブロック数に占める最多数ベクトルを有するブロックの割合だけでパニング判定を行うと（本発明の他の実施形態となっている）、静止物体の画像領域の大きさ（先の例ではボールの大きさ）によって誤判定する可能性ある。例えば、カメラが追いかけているボールが大きいと、全ブロック数に占める移動領域の割合は小さくなるので、最多数ベクトル数Ｌが相対的に小さくてもパニングと判定しなければならない。この場合に、最多数ベクトル値Ｋとフィールド平均値Ｊの関係を用いたパニング判定方法との組み合わせでパニング判定を行うことにより、最多数ベクトルブロック数Ｌが相対的に小さい場合には、最多数ベクトル値Ｋとフィールド平均値Ｊの差が比較的大きくてもパニング状態と判定するように２つの判定方法を組み合わせて各判定方法の閾値を変えることで正しくパニング判定を行うことができる。
【００３４】
上記説明では、簡単のためにブロック数を３０ブロックとしたが、実際のＭＰＥＧ−２画像のフルレートの場合には、ＮＴＳＣ方式における奇数フィールド及び偶数フィールドの各１フィールドは７２０画素×２４０ラインなので、１ブロックを８画素×８ラインで構成するとき、１フィールド当たりのブロック数は２７００ブロックとなり、最多数ベクトルブロック数Ｌも最大で２７００となる。従って、ブロックＢ（２，３）、ブロックＢ（２，４）、ブロックＢ（３，３） 、ブロックＢ（３，４）のようなブロックは、実際の映像では、輪郭部のブロックに相当し、まったく動かないブロックがボール５１の内部にいくつも存在することになる。
【００３５】
次に、初期偏位ベクトル選択部３における初期偏位ベクトル候補の優先順位付けについて説明する。
【００３６】
動きゼロ（０ベクトル）を加えた８候補の中から、初期候補ベクトル選択部３が、動き補償後のフィールド間差分（ＤＦＤ）が最小となる初期偏位ベクトルＥを選択するにあたって、最小のＤＦＤをとる候補が複数存在しても、初期偏位ベクトルを定められるように、８候補の初期候補ベクトルＤに予め優先度をつけている。通常の映像においては、動きベクトルを速く、精度良く検出するために、動きゼロの初期候補ベクトルは優先度を中位以下にしている。この実施形態の場合、前フィールドに対するパニング判定結果Ｍがカメラパニング映像と判定された場合には、初期偏位ベクトル選択部３は、次のフィールドでの８候補の優先順位として、動きゼロ（０ベクトル）の初期候補ベクトルの優先度を最上位にしたものを適用する。
【００３７】
（Ｂ）他の実施形態
上記実施形態の説明では、パニング判定部１０が、パニング映像か否かを判定するように記述したが、パニングして撮像したか否かによらずに、その映像が上述した判定条件を満たす場合には同様な処理が実行される。
【００３８】
また、パニング判定方法は、上記実施形態のものに限定されず、既存のパニング判定方法のいずれを適用するようにしても良い。
【００３９】
さらに、上記実施形態では、各フィールド毎に、パニング判定を行うものを示したが、数フィールド毎に、パニング判定を行い、その判定周期間の数フィールドには同じパニング判定結果を利用するようにしても良い。
【００４０】
さらにまた、上記実施形態では、前フィールドのパニング判定結果を次のフィールドの全てのブロックでの初期偏位ベクトルの選択に反映させるものを示したが、前フィールドのパニング判定結果を次のフィールドの一部のブロックでの初期偏位ベクトルの選択に反映させるようにしても良い。例えば、最多数ベクトル値と大きく異なるブロックの領域を求め、その領域又は多少拡大した拡大領域に属する、次のフィールドのブロックについては、動きゼロ（０ベクトル）も、初期偏位ベクトルの候補にするようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】実施形態の動きベクトル検出回路の構成を示す回路図である。
【図２】動きベクトル検出における現フィールドと前フィールドの対応を示す模式図である。
【図３】従来の動きベクトル検出回路の構成を示す回路図である。
【図４】従来の動きベクトル検出回路の動きベクトルの検出方法を示す模式図である。
【図５】実施形態でのパニング判定方法の説明図（１）である。
【図６】実施形態でのパニング判定方法の説明図（２）である。
【符号の説明】
【００４２】
１：フィールドディレー、２：既検出ベクトルメモリ、３：初期偏位ベクトル選択部、４、６：勾配法演算部、５、７：加算器、８：平均値演算部、９：最多数ベクトル検出部、１０：パニング判定部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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