(57)【要約】【課題】ＣＤ−ＲＯＭにオーディオと動画のデータを記録するのは記憶容量の面で限界がある。【解決手段】信号処理部１４は、ディスク記録媒体１００の第１セッションからオーディオデータ４４を取得してオーディオ再生ブロック１８に供給し、ディスク記録媒体１００の第２セッションから動画基礎データ４６を取得して画像処理ブロック２６に供給する。オーディオ再生ブロック１８は、オーディオデータ４４を再生してスピーカ２４に出力する。画像処理ブロック２６の中間フレーム生成部２８は、動画基礎データ４６に含まれる複数のキーフレームとそれらの間の対応情報ファイルを用いて中間フレームを生成し、動画再生部３２は、キーフレームと生成された中間フレームを用いて動画を生成して表示部３４に出力する。【選択図】　　　　図１９
2004139710.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
オーディオデータを記録したディスク記録媒体であって、前記オーディオデータの記録領域以外の領域に動画の複数のクリップ画像とそれらの間の対応情報ファイルが記録されたことを特徴とするディスク記録媒体。
【請求項２】
オーディオトラックが記録されるオーディオ用セッションと、複数のキーフレームとそれらの間の対応情報ファイルを含む動画再生のための基礎データが記録される画像用セッションとを含むマルチセッション方式にてデータが記録されたことを特徴とするディスク記録媒体。
【請求項３】
前記オーディオトラックと前記動画再生のための基礎データとを関連づける情報が前記画像用セッションに記録されたことを特徴とする請求項２に記載のディスク記録媒体。
【請求項４】
前記オーディオトラックと前記動画再生のための基礎データとを関連づける情報が、前記オーディオ用セッションにおいてオーディオトラックのデータの記録に利用されるチャネル以外の空きチャネルに記録されたことを特徴とする請求項２に記載のディスク記録媒体。
【請求項５】
前記キーフレームの再生タイミングを指定する情報が、前記オーディオ用セッションにおいてオーディオトラックのデータの記録に利用されるチャネル以外の空きチャネルに記録されたことを特徴とする請求項２または４に記載のディスク記録媒体。
【請求項６】
オーディオトラックが記録されるオーディオ用セッションと、動画の複数のクリップ画像が記録される画像用セッションとを含むマルチセッション方式にてデータが記録され、前記複数のクリップ画像の間の対応情報が、前記オーディオ用セッションにおいてオーディオトラックのデータの記録に利用されるチャネル以外の空きチャネルに記録されたことを特徴とするディスク記録媒体。
【請求項７】
動画を再生するための複数のキーフレームとそれらの間の対応情報ファイルのデータがオーディオデータに多重化されて記録されたことを特徴とするディスク記録媒体。
【請求項８】
前記キーフレームおよび前記対応情報ファイルの少なくとも一方のデータが、前記オーディオデータの記録に利用されるチャネル以外の空きチャネルに記録されたことを特徴とする請求項７に記載のディスク記録媒体。
【請求項９】
オーディオデータと、動画を再生するための複数のキーフレームとそれらの間の対応情報ファイルとが同一トラック内でインターリーブして記録されたことを特徴とするディスク記録媒体。
【請求項１０】
前記キーフレームの再生タイミングを指定する情報が記録されたことを特徴とする請求項７から９のいずれかに記載のディスク記録媒体。
【請求項１１】
オーディオデータと、複数のキーフレームとそれらの間の対応情報ファイルのデータを含む動画再生のための基礎データとが記録されたディスク記録媒体からそれらのデータを取得して処理する信号処理部と、
前記オーディオデータを再生するオーディオ再生部と、
前記複数のキーフレームと前記対応情報ファイルを用いて中間フレームを生成する中間フレーム生成部と、
前記複数のキーフレームと前記中間フレームを用いて動画を再生する動画再生部とを含むことを特徴とする音楽再生装置。
【請求項１２】
前記信号処理部は、前記複数のキーフレームと前記対応情報ファイルのデータを前記オーディオデータが記録されたセッションとは異なるセッションから取得することを特徴とする請求項１１に記載の音楽再生装置。
【請求項１３】
前記オーディオ再生部が再生するオーディオトラックと前記動画再生部が再生する動画とを関連づける関連づけ制御部をさらに含むことを特徴とする請求項１１または１２に記載の音楽再生装置。
【請求項１４】
前記信号処理部は、前記動画再生のための基礎データを前記ディスク記録媒体に記録されたオーディオトラックに関連づける情報を前記ディスク記録媒体から取得し、前記関連づけ制御部は、その関連づけ情報にもとづいて、前記オーディオ再生部が再生するオーディオトラックに関連づけられた前記基礎データを用いて動画を再生する処理を前記中間フレーム生成部および前記動画再生部に行わせることを特徴とする請求項１３に記載の音楽再生装置。
【請求項１５】
前記関連づけ制御部は、前記オーディオ再生部により再生されるオーディオトラックとは無関係に前記動画再生のための基礎データを選択して、その選択された基礎データを用いて動画を再生するための処理を前記中間フレーム生成部および前記動画再生部に行わせることを特徴とする請求項１３に記載の音楽再生装置。
【請求項１６】
前記信号処理部は、前記ディスク記録媒体のオーディオトラックのメインチャネルとサブチャネルを分離するチャネル分離部を含み、前記メインチャネルから前記オーディオデータを取得し、前記サブチャネルから前記複数のキーフレームおよび前記対応情報ファイルの少なくとも一方を取得することを特徴とする請求項１１に記載の音楽再生装置。
【請求項１７】
前記信号処理部は、前記ディスク記録媒体のオーディオトラックのメインチャネルとサブチャネルを分離するチャネル分離部を含み、前記メインチャネルから前記オーディオデータを取得し、前記サブチャネルから前記オーディオトラックと前記動画再生のための基礎データとを関連づける情報を取得することを特徴とする請求項１１から１４のいずれかに記載の音楽再生装置。
【請求項１８】
前記信号処理部は、前記ディスク記録媒体の同一トラック内でインターリーブして記録された前記オーディオデータと前記複数のキーフレームと前記対応情報ファイルのデータとを取得することを特徴とする請求項１１に記載の音楽再生装置。
【請求項１９】
前記中間フレーム生成部は、前記ディスク記録媒体に記録された前記キーフレームの再生タイミングを指定する情報にもとづいて、前記中間フレームの生成の頻度を調整することを特徴とする請求項１１から１８のいずれかに記載の音楽再生装置。
【請求項２０】
前記動画再生部は、前記ディスク記録媒体に記録された前記キーフレームの再生タイミングを指定する情報にもとづいて、前記キーフレームの再生タイミングを調整することを特徴とする請求項１１から１９のいずれかに記載の音楽再生装置。
【請求項２１】
前記オーディオ再生部により再生されるオーディオ信号と前記動画再生部により再生される動画フレームとの間の同期を取る同期制御部をさらに含むことを特徴とする請求項１１から２０のいずれかに記載の音楽再生装置。
【請求項２２】
前記同期制御部は、前記中間フレーム生成部に前記中間フレームの生成の頻度を調整するための制御信号を供給することを特徴とする請求項２１に記載の音楽再生装置。
【請求項２３】
前記オーディオデータは、声楽用データおよび器楽用データを含み、前記信号処理部は、前記ディスク記録媒体に既に記録された前記声楽用データに代えてユーザが入力する新たな声楽データを前記ディスク記録媒体に記録する処理を行うことを特徴とする請求項１１に記載の音楽再生装置。
【請求項２４】
ユーザが入力する画像データを複数のキーフレームとそれらの間の対応情報ファイルに符号化する符号化部をさらに含み、前記信号処理部は、前記符号化部により符号化された前記複数のキーフレームと前記対応情報ファイルを動画再生のための新たな基礎データとして前記ディスク記録媒体に記録する処理を行うことを特徴とする請求項１１または２３に記載の音楽再生装置。
【請求項２５】
圧縮オーディオデータと、複数のキーフレームとそれらの間の対応情報ファイルのデータを含む動画再生のための基礎データとが連結され、前記動画再生のための基礎データの格納位置の情報が前記圧縮オーディオファイルのタグデータに含まれることを特徴とする拡張オーディオファイルのデータフォーマット。
【請求項２６】
圧縮オーディオファイルと、複数のキーフレームとそれらの間の対応情報ファイルを含む動画再生のための基礎データとを記憶する記憶部と、
前記圧縮オーディオファイルを復号してオーディオ信号を再生するオーディオ再生部と、
前記複数のキーフレームとそれらの間の対応情報ファイルとを用いて中間フレームを生成する中間フレーム生成部と、
前記複数のキーフレームと前記中間フレームを用いて動画を再生する動画再生部とを含むことを特徴とする音楽再生装置。
【請求項２７】
前記オーディオ再生部が再生するオーディオファイルと前記動画再生部が再生する動画とを関連づける関連づけ制御部をさらに含むことを特徴とする請求項２６に記載の音楽再生装置。
【請求項２８】
前記記憶部は、前記圧縮オーディオファイルと前記動画再生のための基礎データを関連づけるタグデータを記憶し、前記関連づけ制御部は前記タグデータにもとづいて、前記オーディオ再生部が再生する前記オーディオファイルに関連づけられた前記基礎データを用いて動画を再生する処理を前記中間フレーム生成部および前記動画再生部に行わせることを特徴とする請求項２７に記載の音楽再生装置。
【請求項２９】
前記オーディオ再生部により再生されるオーディオ信号と前記動画再生部により再生される動画フレームとの間の同期を取る同期制御部をさらに含むことを特徴とする請求項２６から２８のいずれかに記載の音楽再生装置。
【請求項３０】
ユーザが入力する画像データを複数のキーフレームとそれらの間の対応情報ファイルに符号化する符号化部をさらに含み、前記記憶部は、前記符号化部により符号化された前記複数のキーフレームと前記対応情報ファイルを動画再生のための新たな基礎データとして記憶することを特徴とする請求項２６に記載の音楽再生装置。
【請求項３１】
圧縮オーディオデータと、複数のキーフレームとそれらの間の対応情報ファイルのデータを含む動画再生のための基礎データとが連結され、前記動画再生のための基礎データの格納位置の情報が前記圧縮オーディオファイルのタグデータに含まれる拡張オーディオファイルを記憶する記憶部と、
前記圧縮オーディオデータを復号してオーディオ信号を再生するオーディオ再生部と、
前記拡張オーディオファイルの前記格納位置から前記複数のキーフレームおよび前記対応情報ファイルを取得し、それらのデータを用いて中間フレームを生成する中間フレーム生成部と、
前記複数のキーフレームと前記中間フレームを用いて動画を再生する動画再生部とを含むことを特徴とする音楽再生装置。
【請求項３２】
ユーザが入力する画像データを複数のキーフレームとそれらの間の対応情報ファイルに符号化する符号化部と、前記符号化部により符号化された前記複数のキーフレームと前記対応情報ファイルを動画再生のための新たな基礎データとして前記拡張オーディオファイルに書き込むデータ書込部とをさらに含むことを特徴とする請求項３１に記載の音楽再生装置。
【請求項３３】
圧縮オーディオデータと、複数のキーフレームとそれらの間の対応情報ファイルのデータを含む動画再生のための基礎データとを含むデータストリームを受信するストリーム受信部と、
受信された前記圧縮オーディオデータを復号してオーディオ信号を再生するオーディオ再生部と、
受信された前記複数のキーフレームおよび前記対応情報ファイルを用いて中間フレームを生成する中間フレーム生成部と、
前記複数のキーフレームと前記中間フレームを用いて動画を再生する動画再生部とを含むことを特徴とする音楽再生装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、画像処理技術に関し、とくに画像データをオーディオデータとともに記録したディスク記録媒体およびそれに関連するデータフォーマット、およびそのディスク記録媒体を用いてオーディオ再生時に動画の再生を行うことのできる音楽再生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
動画圧縮の事実上の世界標準であるＭＰＥＧ（Ｍｏｖｉｎｇ　Ｐｉｃｔｕｒｅ　Ｅｘｐｅｒｔｓ　Ｇｒｏｕｐ）は、コンパクトディスク（ＣＤ）などのストレージメディアからネットワークや放送などの伝送メディアへとターゲットエリアを広げている。さらに音楽などの高品質オーディオを符号化するＭＰ３（ＭＰＥＧ　Ａｕｄｉｏ　Ｌａｙｅｒ３）を用いて、ブロードバンドのネットワークを利用したストリーム配信型の音楽や映画などのサービスも本格化している。
【０００３】
音楽や映像を提供するためのストレージメディアについては、高品質の動画データを格納するための大容量の記憶領域が必要とされ、約４．７ギガバイトの容量をもつＤＶＤ−ＲＯＭを記録媒体として利用して、音楽と映像を融合したソフトが販売されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このようなＤＶＤソフトの台頭により、従来から存在する音楽ＣＤは陰に隠れているように見えるが、音楽を聴く目的では、音楽ＣＤの利用がなくなることは考えにくい。音楽ＣＤに何らかの形で画像を含めて、音楽と同時に画像をユーザに提供することは音楽ＣＤの付加価値を高めることにつながる。しかしながら、容量が約７００メガバイトのＣＤ−ＲＯＭに音楽の他に高品質の画像、とくに動画を記録するのは記憶容量の面で限界がある。
【０００５】
この発明はそうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、オーディオデータと画像データを記録媒体に効率よく記録する技術、およびその記録媒体からオーディオデータと画像データを読み出して、動画を生成し、オーディオの再生と同時に動画の再生が可能な再生技術を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明のある態様はディスク記録媒体に関する。このディスク記録媒体は、オーディオデータを記録したものであって、オーディオデータの記録領域以外の領域に動画の複数のクリップ画像とそれらの間の対応情報ファイルが記録されている。この対応情報ファイルは複数のクリップ画像の間を補間して、中間画像を生成して動画を構成するために利用される。
【０００７】
本発明の別の態様もディスク記録媒体に関する。このディスク記録媒体は、オーディオトラックが記録されるオーディオ用セッションと、複数のキーフレームとそれらの間の対応情報ファイルを含む動画再生のための基礎データが記録される画像用セッションとを含むマルチセッション方式にてデータが記録されたものである。ここで「フレーム」は画像の単位ではあるが、以下特に必要がない限り、これと「画像」を区別しない。「ファイル」は単に何らかの意味をもつデータの総称に過ぎない。
【０００８】
複数のキーフレームは、動画を構成するための基準となる画像であり、対応情報ファイルは、一例として、多重解像度特異点フィルタ技術を用いた画像マッチング処理をこれらのキーフレームに適用して生成されたものであってもよい。すなわち２つのキーフレームからそれぞれ特異点を抽出することによってそれらを多重解像度化し、同一解像度レベル間においてそれらのキーフレーム間のマッチングを画素単位で計算し、その結果を異なる解像度レベルにおけるマッチング計算に継承しながら最終的に最も解像度の細かいレベルにおける画素単位の対応関係を取得する方法により、対応情報ファイルが生成されてもよい。
【０００９】
本発明のさらに別の態様もディスク記録媒体に関する。このディスク記録媒体は、オーディオトラックが記録されるオーディオ用セッションと、動画の複数のクリップ画像が記録される画像用セッションとを含むマルチセッション方式にてデータが記録され、前記複数のクリップ画像の間の対応情報が、前記オーディオ用セッションにおいてオーディオトラックのデータの記録に利用されるチャネル以外の空きチャネルに記録されたものである。
【００１０】
本発明のさらに別の態様もディスク記録媒体に関する。このディスク記録媒体は、動画を再生するための複数のキーフレームとそれらの間の対応情報ファイルのデータがオーディオデータに多重化されて記録されたものである。たとえば、キーフレームと対応情報ファイルのデータは、前記オーディオデータの記録に利用されるチャネル以外の空きチャネルに記録されることによりオーディオデータに多重化される。
【００１１】
本発明のさらに別の態様もディスク記録媒体に関する。このディスク記録媒体は、オーディオデータと、動画を再生するための複数のキーフレームとそれらの間の対応情報ファイルとが同一トラック内でインターリーブして記録されたものである。
【００１２】
本発明のさらに別の態様は音楽再生装置に関する。この装置は、オーディオデータと、複数のキーフレームとそれらの間の対応情報ファイルのデータを含む動画再生のための基礎データとが記録されたディスク記録媒体からそれらのデータを取得して処理する信号処理部と、前記オーディオデータを再生するオーディオ再生部と、前記複数のキーフレームと前記対応情報ファイルを用いて中間フレームを生成する中間フレーム生成部と、前記複数のキーフレームと前記中間フレームを用いて動画を再生する動画再生部とを含む。このオーディオデータは、ＰＣＭ（Ｐｕｌｓｅ　Ｃｏｄｅ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）オーディオ信号であってもＭＰ３などによる圧縮オーディオファイルであってもよい。
【００１３】
ディスク記録媒体にオーディオデータと動画再生の基礎データが記録されている方式にしたがって、前記信号処理部は、ディスク記録媒体からオーディオデータと動画再生の基礎データを取得して処理する。たとえば、マルチセッション記録方式でオーディオデータと動画再生の基礎データとが記録されている場合、信号処理部は、動画再生の基礎データを前記オーディオデータが記録されたセッションとは異なるセッションから取得する。また、動画再生の基礎データをオーディオデータの記録チャネル以外の空きチャネルに記録する方式の場合、信号処理部は、ディスク記録媒体のオーディオトラックのメインチャネルとサブチャネルを分離するチャネル分離部を含み、メインチャネルからオーディオデータを取得し、サブチャネルから動画再生の基礎データを取得する。またインターリーブ記録方式の場合、信号処理部は、ディスク記録媒体の同一トラック内でインターリーブして記録されたオーディオデータと動画再生の基礎データを取得する。
【００１４】
ディスク記録媒体には、動画再生時に前記キーフレームが再生されるタイミングを指定するタイムスタンプの情報がキーフレームごとに記録されてもよい。このタイムスタンプに合わせてキーフレームが再生されるように、中間フレーム生成部がキーフレーム間の中間フレームの生成個数を調整したり、動画再生部がキーフレームの再生タイミングを調整してもよい。これにより、フレームバッファに格納されたキーフレームが指定されたタイムスタンプにおいて再生され、たとえばオーディオトラックの曲の流れに合わせた動画の再生が可能となる。
【００１５】
前記オーディオ再生部により再生されるオーディオ信号と前記動画再生部により再生される動画フレームとの間の同期を取る同期制御部をさらに含み、オーディオ信号と動画フレームのタイミングのずれを検出して、そのずれを解消する制御を行ってもよい。同期のずれを解消するために、同期制御部は、中間フレーム生成部に中間フレームの生成の頻度を落とさせたり、動画再生部に中間フレームを使わないで、複数のキーフレームのみによる連続静止画を出力させたりしてもよい。
【００１６】
本発明のさらに別の態様は拡張オーディオファイルのデータフォーマットに関する。このデータフォーマットは、圧縮オーディオデータと、複数のキーフレームとそれらの間の対応情報ファイルのデータを含む動画再生のための基礎データとが連結されたものであり、前記動画再生のための基礎データの格納位置の情報が前記圧縮オーディオファイルのタグデータに含まれる。このデータフォーマットは、動画再生の基礎データが付加された圧縮オーディオファイルをたとえば半導体メモリなどに記録するために用いられる。
【００１７】
本発明のさらに別の態様も音楽再生装置に関する。この装置は、圧縮オーディオファイルと、複数のキーフレームとそれらの間の対応情報ファイルを含む動画再生のための基礎データとを記憶する記憶部と、前記圧縮オーディオファイルを復号してオーディオ信号を再生するオーディオ再生部と、前記複数のキーフレームとそれらの間の対応情報ファイルとを用いて中間フレームを生成する中間フレーム生成部と、前記複数のキーフレームと前記中間フレームを用いて動画を再生する動画再生部とを含む。
【００１８】
圧縮オーディオファイルと動画再生のための基礎データを関連づけるためにタグデータを別途設け、記憶部に記憶してもよい。また別の方法として、動画再生のための基礎データの格納位置の情報が圧縮オーディオファイルのタグデータに含まれる前述の拡張オーディオファイルの形式でオーディオデータと動画再生のための基礎データとが記憶部に記憶されてもよい。またこれらのいずれの形式かを問わず、圧縮オーディオデータと動画再生のための基礎データをネットワーク経由でストリームとして受信するストリーム受信部がさらに設けられてもよい。
【００１９】
以上の態様のうち、キーフレーム間の対応点情報を生成する部分、それを利用して中間画像を生成する部分、および特異点を用いてマッチングを計算する部分は、本出願人が先に特許第２９２７３５０号にて提案した技術（以下「前提技術」という）を利用することができる。
【００２０】
以上の各構成を任意に入れ替えたり、装置とディスク記録媒体、データフォーマットの間で表現を一部または全部入れ替え、または追加したり、表現をコンピュータプログラムに変更したものもまた、本発明として有効である。
【００２１】
【発明の実施の形態】
はじめに、実施の形態で利用する多重解像度特異点フィルタ技術とそれを用いた画像マッチング処理を「前提技術」として詳述する。これらの技術は本出願人がすでに特許第２９２７３５０号を得ている技術であり、本発明との組合せに最適である。ただし、実施の形態で採用可能な画像マッチング技術はこれに限られない。図１９以降、前提技術を利用した動画再生技術を具体的に説明する。
【００２２】
［前提技術の実施の形態］
最初に［１］で前提技術の要素技術を詳述し、［２］で処理手順を具体的に説明する。さらに［３］で前提技術に基づき改良を施した点について述べる。
［１］要素技術の詳細
［１．１］イントロダクション
特異点フィルタと呼ばれる新たな多重解像度フィルタを導入し、画像間のマッチングを正確に計算する。オブジェクトに関する予備知識は一切不要である。画像間のマッチングの計算は、解像度の階層を進む間、各解像度において計算される。その際、粗いレベルから精細なレベルへと順に解像度の階層を辿っていく。計算に必要なパラメータは、人間の視覚システムに似た動的計算によって完全に自動設定される。画像間の対応点を人手で特定する必要はない。
【００２３】
本前提技術は、例えば完全に自動的なモーフィング、物体認識、立体写真測量、ボリュームレンダリング、少ないフレームからの滑らかな動画像の生成などに応用できる。モーフィングに用いる場合、与えられた画像を自動的に変形することができる。ボリュームレンダリングに用いる場合、断面間の中間的な画像を正確に再構築することができる。断面間の距離が遠く、断面の形状が大きく変化する場合でも同様である。
【００２４】
［１．２］特異点フィルタの階層
前提技術に係る多重解像度特異点フィルタは、画像の解像度を落としながら、しかも画像に含まれる各特異点の輝度及び位置を保存することができる。ここで画像の幅をＮ、高さをＭとする。以下簡単のため、Ｎ＝Ｍ＝２ｎ（ｎは自然数）と仮定する。また、区間［０，Ｎ］⊂ＲをＩと記述する。（ｉ，ｊ）における画像の画素をｐ（ｉ，ｊ）と記述する（ｉ，ｊ∈Ｉ）。
【００２５】
ここで多重解像度の階層を導入する。階層化された画像群は多重解像度フィルタで生成される。多重解像度フィルタは、もとの画像に対して二次元的な探索を行って特異点を検出し、検出された特異点を抽出してもとの画像よりも解像度の低い別の画像を生成する。ここで第ｍレベルにおける各画像のサイズは２ｍ×２ｍ（０≦ｍ≦ｎ）とする。特異点フィルタは次の４種類の新たな階層画像をｎから下がる方向で再帰的に構築する。
【数１】
2004139710.tif 000003
ただしここで、
【数２】
2004139710.tif 000004
とする。以降これら４つの画像を副画像（サブイメージ）と呼ぶ。ｍｉｎｘ≦ｔ≦ｘ＋１、ｍａｘｘ≦ｔ≦ｘ＋１をそれぞれα及びβと記述すると、副画像はそれぞれ以下のように記述できる。
【００２６】
Ｐ（ｍ，０）＝α（ｘ）α（ｙ）ｐ（ｍ＋１，０）
Ｐ（ｍ，１）＝α（ｘ）β（ｙ）ｐ（ｍ＋１，１）
Ｐ（ｍ，２）＝β（ｘ）α（ｙ）ｐ（ｍ＋１，２）
Ｐ（ｍ，３）＝β（ｘ）β（ｙ）ｐ（ｍ＋１，３）
すなわち、これらはαとβのテンソル積のようなものと考えられる。副画像はそれぞれ特異点に対応している。これらの式から明らかなように、特異点フィルタはもとの画像について２×２画素で構成されるブロックごとに特異点を検出する。その際、各ブロックのふたつの方向、つまり縦と横について、最大画素値または最小画素値をもつ点を探索する。画素値として、前提技術では輝度を採用するが、画像に関するいろいろな数値を採用することができる。ふたつの方向の両方について最大画素値となる画素は極大点、ふたつの方向の両方について最小画素値となる画素は極小点、ふたつの方向の一方について最大画素値となるとともに、他方について最小画素値となる画素は鞍点として検出される。
【００２７】
特異点フィルタは、各ブロックの内部で検出された特異点の画像（ここでは１画素）でそのブロックの画像（ここでは４画素）を代表させることにより、画像の解像度を落とす。特異点の理論的な観点からすれば、α（ｘ）α（ｙ）は極小点を保存し、β（ｘ）β（ｙ）は極大点を保存し、α（ｘ）β（ｙ）及びβ（ｘ）α（ｙ）は鞍点を保存する。
【００２８】
はじめに、マッチングをとるべき始点（ソース）画像と終点（デスティネーション）画像に対して別々に特異点フィルタ処理を施し、それぞれ一連の画像群、すなわち始点階層画像と終点階層画像を生成しておく。始点階層画像と終点階層画像は、特異点の種類に対応してそれぞれ４種類ずつ生成される。
【００２９】
この後、一連の解像度レベルの中で始点階層画像と終点階層画像のマッチングがとられていく。まずｐ（ｍ，０）を用いて極小点のマッチングがとられる。次に、その結果に基づき、ｐ（ｍ，１）を用いて鞍点のマッチングがとられ、ｐ（ｍ，２）を用いて他の鞍点のマッチングがとられる。そして最後にｐ（ｍ，３）を用いて極大点のマッチングがとられる。
【００３０】
図１（ｃ）と図１（ｄ）はそれぞれ図１（ａ）と図１（ｂ）の副画像ｐ（５，０）を示している。同様に、図１（ｅ）と図１（ｆ）はｐ（５，１）、図１（ｇ）と図１（ｈ）はｐ（５，２）、図１（ｉ）と図１（ｊ）はｐ（５，３）をそれぞれ示している。これらの図からわかるとおり、副画像によれば画像の特徴部分のマッチングが容易になる。まずｐ（５，０）によって目が明確になる。目は顔の中で輝度の極小点だからである。ｐ（５，１）によれば口が明確になる。口は横方向で輝度が低いためである。ｐ（５，２）によれば首の両側の縦線が明確になる。最後に、ｐ（５，３）によって耳や頬の最も明るい点が明確になる。これらは輝度の極大点だからである。
【００３１】
特異点フィルタによれば画像の特徴が抽出できるため、例えばカメラで撮影された画像の特徴と、予め記録しておいたいくつかのオブジェクトの特徴を比較することにより、カメラに映った被写体を識別することができる。
【００３２】
［１．３］画像間の写像の計算
始点画像の位置（ｉ，ｊ）の画素をｐ（ｎ）（ｉ，ｊ）と書き、同じく終点画像の位置（ｋ，ｌ）の画素をｑ（ｎ）（ｋ，ｌ）で記述する。ｉ，ｊ，ｋ，ｌ∈Ｉとする。画像間の写像のエネルギー（後述）を定義する。このエネルギーは、始点画像の画素の輝度と終点画像の対応する画素の輝度の差、及び写像の滑らかさによって決まる。最初に最小のエネルギーを持つｐ（ｍ，０）とｑ（ｍ，０）間の写像ｆ（ｍ，０）：ｐ（ｍ，０）→ｑ（ｍ，０）が計算される。ｆ（ｍ，０）に基づき、最小エネルギーを持つｐ（ｍ，１）、ｑ（ｍ，１）間の写像ｆ（ｍ，１）が計算される。この手続は、ｐ（ｍ，３）とｑ（ｍ，３）の間の写像ｆ（ｍ，３）の計算が終了するまで続く。各写像ｆ（ｍ，ｉ）（ｉ＝０，１，２，…）を副写像と呼ぶことにする。ｆ（ｍ，ｉ）の計算の都合のために、ｉの順序は次式のように並べ替えることができる。並べ替えが必要な理由は後述する。
【００３３】
【数３】
2004139710.tif 000005
ここでσ（ｉ）∈｛０，１，２，３｝である。
【００３４】
［１．３．１］全単射
始点画像と終点画像の間のマッチングを写像で表現する場合、その写像は両画像間で全単射条件を満たすべきである。両画像に概念上の優劣はなく、互いの画素が全射かつ単射で接続されるべきだからである。しかしながら通常の場合とは異なり、ここで構築すべき写像は全単射のデジタル版である。前提技術では、画素は格子点によって特定される。
【００３５】
始点副画像（始点画像について設けられた副画像）から終点副画像（終点画像について設けられた副画像）への写像は、ｆ（ｍ，ｓ）：Ｉ／２ｎ−ｍ×Ｉ／２ｎ−ｍ→Ｉ／２ｎ−ｍ×Ｉ／２ｎ−ｍ（ｓ＝０，１，…）によって表される。ここで、ｆ（ｍ，ｓ）（ｉ，ｊ）＝（ｋ，ｌ）は、始点画像のｐ（ｍ，ｓ）（ｉ，ｊ）が終点画像のｑ（ｍ，ｓ）（ｋ，ｌ）に写像されることを意味する。簡単のために、ｆ（ｉ，ｊ）＝（ｋ，ｌ）が成り立つとき画素ｑ（ｋ，ｌ）をｑｆ（ｉ，ｊ）と記述する。
【００３６】
前提技術で扱う画素（格子点）のようにデータが離散的な場合、全単射の定義は重要である。ここでは以下のように定義する（ｉ，ｉ’，ｊ，ｊ’，ｋ，ｌは全て整数とする）。まず始めに、始点画像の平面においてＲによって表記される各正方形領域、
【数４】
2004139710.tif 000006
を考える（ｉ＝０，…，２ｍ−１、ｊ＝０，…，２ｍ−１）。ここでＲの各辺（エッジ）の方向を以下のように定める。
【数５】
2004139710.tif 000007
この正方形は写像ｆによって終点画像平面における四辺形に写像されなければならない。ｆ（ｍ，ｓ）（Ｒ）によって示される四辺形、
【数６】
2004139710.tif 000008
は、以下の全単射条件を満たす必要がある。
【００３７】
１．四辺形ｆ（ｍ，ｓ）（Ｒ）のエッジは互いに交差しない。
２．ｆ（ｍ，ｓ）（Ｒ）のエッジの方向はＲのそれらに等しい（図２の場合、時計回り）。
３．緩和条件として収縮写像（リトラクション：ｒｅｔｒａｃｔｉｏｎｓ）を許す。
【００３８】
何らかの緩和条件を設けないかぎり、全単射条件を完全に満たす写像は単位写像しかないためである。ここではｆ（ｍ，ｓ）（Ｒ）のひとつのエッジの長さが０、すなわちｆ（ｍ，ｓ）（Ｒ）は三角形になってもよい。しかし、面積が０となるような図形、すなわち１点または１本の線分になってはならない。図２（Ｒ）がもとの四辺形の場合、図２（Ａ）と図２（Ｄ）は全単射条件を満たすが、図２（Ｂ）、図２（Ｃ）、図２（Ｅ）は満たさない。
【００３９】
実際のインプリメンテーションでは、写像が全射であることを容易に保証すべく、さらに以下の条件を課してもよい。つまり始点画像の境界上の各画素は、終点画像において同じ位置を占める画素に写影されるというものである。すなわち、ｆ（ｉ，ｊ）＝（ｉ，ｊ）（ただしｉ＝０，ｉ＝２ｍ−１，ｊ＝０，ｊ＝２ｍ−１の４本の線上）である。この条件を以下「付加条件」とも呼ぶ。
【００４０】
［１．３．２］写像のエネルギー
［１．３．２．１］画素の輝度に関するコスト
写像ｆのエネルギーを定義する。エネルギーが最小になる写像を探すことが目的である。エネルギーは主に、始点画像の画素の輝度とそれに対応する終点画像の画素の輝度の差で決まる。すなわち、写像ｆ（ｍ，ｓ）の点（ｉ，ｊ）におけるエネルギーＣ（ｍ，ｓ）（ｉ，ｊ）は次式によって定まる。
【数７】
2004139710.tif 000009
ここで、Ｖ（ｐ（ｍ，ｓ）（ｉ，ｊ））及びＶ（ｑ（ｍ，ｓ）ｆ（ｉ，ｊ））はそれぞれ画素ｐ（ｍ，ｓ）（ｉ，ｊ）及びｑ（ｍ，ｓ）ｆ（ｉ，ｊ）の輝度である。ｆのトータルのエネルギーＣ（ｍ，ｓ）は、マッチングを評価するひとつの評価式であり、つぎに示すＣ（ｍ，ｓ）（ｉ，ｊ）の合計で定義できる。
【数８】
2004139710.tif 000010
［１．３．２．２］滑らかな写像のための画素の位置に関するコスト
滑らかな写像を得るために、写像に関する別のエネルギーＤｆを導入する。このエネルギーは画素の輝度とは関係なく、ｐ（ｍ，ｓ）（ｉ，ｊ）およびｑ（ｍ，ｓ）ｆ（ｉ，ｊ）の位置によって決まる（ｉ＝０，…，２ｍ−１，ｊ＝０，…，２ｍ−１）。点（ｉ，ｊ）における写像ｆ（ｍ，ｓ）のエネルギーＤ（ｍ，ｓ）（ｉ，ｊ）は次式で定義される。
【数９】
2004139710.tif 000011
ただし、係数パラメータηは０以上の実数であり、また、
【数１０】
2004139710.tif 000012
【数１１】
2004139710.tif 000013
とする。ここで、
【数１２】
2004139710.tif 000014
であり、ｉ’＜０およびｊ’＜０に対してｆ（ｉ’，ｊ’）は０と決める。Ｅ０は（ｉ，ｊ）及びｆ（ｉ，ｊ）の距離で決まる。Ｅ０は画素があまりにも離れた画素へ写影されることを防ぐ。ただしＥ０は、後に別のエネルギー関数で置き換える。Ｅ１は写像の滑らかさを保証する。Ｅ１は、ｐ（ｉ，ｊ）の変位とその隣接点の変位の間の隔たりを表す。以上の考察をもとに、マッチングを評価する別の評価式であるエネルギーＤｆは次式で定まる。
【数１３】
2004139710.tif 000015
［１．３．２．３］写像の総エネルギー
写像の総エネルギー、すなわち複数の評価式の統合に係る総合評価式はλＣ（ｍ，ｓ）ｆ＋Ｄ（ｍ，ｓ）ｆで定義される。ここで係数パラメータλは０以上の実数である。目的は総合評価式が極値をとる状態を検出すること、すなわち次式で示す最小エネルギーを与える写像を見いだすことである。
【数１４】
2004139710.tif 000016
λ＝０及びη＝０の場合、写像は単位写像になることに注意すべきである（すなわち、全てのｉ＝０，…，２ｍ−１及びｊ＝０，…，２ｍ−１に対してｆ（ｍ，ｓ）（ｉ，ｊ）＝（ｉ，ｊ）となる）。後述のごとく、本前提技術では最初にλ＝０及びη＝０の場合を評価するため、写像を単位写像から徐々に変形していくことができる。仮に総合評価式のλの位置を変えてＣ（ｍ，ｓ）ｆ＋λＤ（ｍ，ｓ）ｆと定義したとすれば、λ＝０及びη＝０の場合に総合評価式がＣ（ｍ，ｓ）ｆだけになり、本来何等関連のない画素どうしが単に輝度が近いというだけで対応づけられ、写像が無意味なものになる。そうした無意味な写像をもとに写像を変形していってもまったく意味をなさない。このため、単位写像が評価の開始時点で最良の写像として選択されるよう係数パラメータの与えかたが配慮されている。
【００４１】
オプティカルフローもこの前提技術同様、画素の輝度の差と滑らかさを考慮する。しかし、オプティカルフローは画像の変換に用いることはできない。オブジェクトの局所的な動きしか考慮しないためである。前提技術に係る特異点フィルタを用いることによって大域的な対応関係を検出することができる。
【００４２】
［１．３．３］多重解像度の導入による写像の決定
最小エネルギーを与え、全単射条件を満足する写像ｆｍｉｎを多重解像度の階層を用いて求める。各解像度レベルにおいて始点副画像及び終点副画像間の写像を計算する。解像度の階層の最上位（最も粗いレベル）からスタートし、各解像度レベルの写像を、他のレベルの写像を考慮に入れながら決定する。各レベルにおける写像の候補の数は、より高い、つまりより粗いレベルの写像を用いることによって制限される。より具体的には、あるレベルにおける写像の決定に際し、それよりひとつ粗いレベルにおいて求められた写像が一種の拘束条件として課される。
【００４３】
まず、
【数１５】
2004139710.tif 000017
が成り立つとき、ｐ（ｍ−１，ｓ）（ｉ’，ｊ’）、ｑ（ｍ−１，ｓ）（ｉ’，ｊ’）をそれぞれｐ（ｍ，ｓ）（ｉ，ｊ）、ｑ（ｍ，ｓ）（ｉ，ｊ）のｐａｒｅｎｔと呼ぶことにする。［ｘ］はｘを越えない最大整数である。またｐ（ｍ，ｓ）（ｉ，ｊ）、ｑ（ｍ，ｓ）（ｉ，ｊ）をそれぞれｐ（ｍ−１，ｓ）（ｉ’，ｊ’）、ｑ（ｍ−１，ｓ）（ｉ’，ｊ’）のｃｈｉｌｄと呼ぶ。関数ｐａｒｅｎｔ（ｉ，ｊ）は次式で定義される。
【数１６】
2004139710.tif 000018
ｐ（ｍ，ｓ）（ｉ，ｊ）とｑ（ｍ，ｓ）（ｋ，ｌ）の間の写像ｆ（ｍ，ｓ）は、エネルギー計算を行って最小になったものを見つけることで決定される。ｆ（ｍ，ｓ）（ｉ，ｊ）＝（ｋ，ｌ）の値はｆ（ｍ−１，ｓ）（ｍ＝１，２，…，ｎ）を用いることによって、以下のように決定される。まず、ｑ（ｍ，ｓ）（ｋ，ｌ）は次の四辺形の内部になければならないという条件を課し、全単射条件を満たす写像のうち現実性の高いものを絞り込む。
【数１７】
2004139710.tif 000019
ただしここで、
【数１８】
2004139710.tif 000020
である。こうして定めた四辺形を、以下ｐ（ｍ，ｓ）（ｉ，ｊ）の相続（ｉｎｈｅｒｉｔｅｄ）四辺形と呼ぶことにする。相続四辺形の内部において、エネルギーを最小にする画素を求める。
【００４４】
図３は以上の手順を示している。同図において、始点画像のＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄの画素は、第ｍ−１レベルにおいてそれぞれ終点画像のＡ’，Ｂ’，Ｃ’，Ｄ’へ写影される。画素ｐ（ｍ，ｓ）（ｉ，ｊ）は、相続四辺形Ａ’Ｂ’Ｃ’Ｄ’の内部に存在する画素ｑ（ｍ，ｓ）ｆ（ｍ）（ｉ，ｊ）へ写影されなければならない。以上の配慮により、第ｍ−１レベルの写像から第ｍレベルの写像への橋渡しがなされる。
【００４５】
先に定義したエネルギーＥ０は、第ｍレベルにおける副写像ｆ（ｍ，０）を計算するために、次式に置き換える。
【数１９】
2004139710.tif 000021
また、副写像ｆ（ｍ，ｓ）を計算するためには次式を用いる。
【数２０】
2004139710.tif 000022
こうしてすべての副写像のエネルギーを低い値に保つ写像が得られる。式２０により、異なる特異点に対応する副写像が、副写像どうしの類似度が高くなるように同一レベル内で関連づけられる。式１９は、ｆ（ｍ，ｓ）（ｉ，ｊ）と、第ｍ−１レベルの画素の一部と考えた場合の（ｉ，ｊ）が射影されるべき点の位置との距離を示している。
【００４６】
仮に、相続四辺形Ａ’Ｂ’Ｃ’Ｄ’の内部に全単射条件を満たす画素が存在しない場合は以下の措置をとる。まず、Ａ’Ｂ’Ｃ’Ｄ’の境界線からの距離がＬ（始めはＬ＝１）である画素を調べる。それらのうち、エネルギーが最小になるものが全単射条件を満たせば、これをｆ（ｍ，ｓ）（ｉ，ｊ）の値として選択する。そのような点が発見されるか、またはＬがその上限のＬ（ｍ）ｍａｘに到達するまで、Ｌを大きくしていく。Ｌ（ｍ）ｍａｘは各レベルｍに対して固定である。そのような点が全く発見されない場合、全単射の第３の条件を一時的に無視して変換先の四辺形の面積がゼロになるような写像も認め、ｆ（ｍ，ｓ）（ｉ，ｊ）を決定する。それでも条件を満たす点が見つからない場合、つぎに全単射の第１及び第２条件を外す。
【００４７】
多重解像度を用いる近似法は、写像が画像の細部に影響されることを回避しつつ、画像間の大域的な対応関係を決定するために必須である。多重解像度による近似法を用いなければ、距離の遠い画素間の対応関係を見いだすことは不可能である。その場合、画像のサイズはきわめて小さなものに限定しなければならず、変化の小さな画像しか扱うことができない。さらに、通常写像に滑らかさを要求するため、そうした画素間の対応関係を見つけにくくしている。距離のある画素から画素への写像のエネルギーは高いためである。多重解像度を用いた近似法によれば、そうした画素間の適切な対応関係を見いだすことができる。それらの距離は、解像度の階層の上位レベル（粗いレベル）において小さいためである。
【００４８】
［１．４］最適なパラメータ値の自動決定
既存のマッチング技術の主な欠点のひとつに、パラメータ調整の困難さがある。大抵の場合、パラメータの調整は人手作業によって行われ、最適な値を選択することはきわめて難しい。前提技術に係る方法によれば、最適なパラメータ値を完全に自動決定することができる。
【００４９】
前提技術に係るシステムはふたつのパラメータ、λ及びηを含む。端的にいえば、λは画素の輝度の差の重みであり、ηは写像の剛性を示している。これらのパラメータの値は初期値が０であり、まずη＝０に固定してλを０から徐々に増加させる。λの値を大きくしながら、しかも総合評価式（式１４）の値を最小にする場合、各副写像に関するＣ（ｍ，ｓ）ｆの値は一般に小さくなっていく。このことは基本的にふたつの画像がよりマッチしなければならないことを意味する。しかし、λが最適値を超えると以下の現象が発生する。
【００５０】
１．本来対応すべきではない画素どうしが、単に輝度が近いというだけで誤って対応づけられる。
２．その結果、画素どうしの対応関係がおかしくなり、写像がくずれはじめる。
３．その結果、式１４においてＤ（ｍ，ｓ）ｆが急激に増加しようとする。
４．その結果、式１４の値が急激に増加しようとするため、Ｄ（ｍ，ｓ）ｆの急激な増加を抑制するようｆ（ｍ，ｓ）が変化し、その結果Ｃ（ｍ，ｓ）ｆが増加する。
したがって、λを増加させながら式１４が最小値をとるという状態を維持しつつＣ（ｍ，ｓ）ｆが減少から増加に転じる閾値を検出し、そのλをη＝０における最適値とする。つぎにηを少しずつ増やしてＣ（ｍ，ｓ）ｆの挙動を検査し、後述の方法でηを自動決定する。そのηに対応してλも決まる。
【００５１】
この方法は、人間の視覚システムの焦点機構の動作に似ている。人間の視覚システムでは、一方の目を動かしながら左右両目の画像のマッチングがとられる。オブジェクトがはっきりと認識できるとき、その目が固定される。
【００５２】
［１．４．１］λの動的決定
λは０から所定の刻み幅で増加されていき、λの値が変わる度に副写像が評価される。式１４のごとく、総エネルギーはλＣ（ｍ，ｓ）ｆ＋Ｄ（ｍ，ｓ）ｆによって定義される。式９のＤ（ｍ，ｓ）ｆは滑らかさを表すもので、理論的には単位写像の場合に最小になり、写像が歪むほどＥ０もＥ１も増加していく。Ｅ１は整数であるから、Ｄ（ｍ，ｓ）ｆの最小刻み幅は１である。このため、現在のλＣ（ｍ，ｓ）（ｉ，ｊ）の変化（減少量）が１以上でなければ、写像を変化させることによって総エネルギーを減らすことはできない。なぜなら、写像の変化に伴ってＤ（ｍ，ｓ）ｆは１以上増加するため、λＣ（ｍ，ｓ）（ｉ，ｊ）が１以上減少しない限り総エネルギーは減らないためである。
【００５３】
この条件のもと、λの増加に伴い、正常な場合にＣ（ｍ，ｓ）（ｉ，ｊ）が減少することを示す。Ｃ（ｍ，ｓ）（ｉ，ｊ）のヒストグラムをｈ（ｌ）と記述する。ｈ（ｌ）はエネルギーＣ（ｍ，ｓ）（ｉ，ｊ）がｌ２である画素の数である。λｌ２≧１が成り立つために、例えばｌ２＝１／λの場合を考える。λがλ１からλ２まで微小量変化するとき、
【数２１】
2004139710.tif 000023
で示されるＡ個の画素が、
【数２２】
2004139710.tif 000024
のエネルギーを持つより安定的な状態に変化する。ここでは仮に、これらの画素のエネルギーがすべてゼロになると近似している。この式はＣ（ｍ，ｓ）ｆの値が、
【数２３】
2004139710.tif 000025
だけ変化することを示し、その結果、
【数２４】
2004139710.tif 000026
が成立する。ｈ（ｌ）＞０であるから、通常Ｃ（ｍ，ｓ）ｆは減少する。しかし、λが最適値を越えようとするとき、上述の現象、つまりＣ（ｍ，ｓ）ｆの増加が発生する。この現象を検出することにより、λの最適値を決定する。
【００５４】
なお、Ｈ（ｈ＞０）及びｋを定数とするとき、
【数２５】
2004139710.tif 000027
と仮定すれば、
【数２６】
2004139710.tif 000028
が成り立つ。このときｋ≠−３であれば、
【数２７】
2004139710.tif 000029
となる。これがＣ（ｍ，ｓ）ｆの一般式である（Ｃは定数）。
【００５５】
λの最適値を検出する際、さらに安全を見て、全単射条件を破る画素の数を検査してもよい。ここで各画素の写像を決定する際、全単射条件を破る確率をｐ０と仮定する。この場合、
【数２８】
2004139710.tif 000030
が成立しているため、全単射条件を破る画素の数は次式の率で増加する。
【数２９】
2004139710.tif 000031
従って、
【数３０】
2004139710.tif 000032
は定数である。仮にｈ（ｌ）＝Ｈｌｋを仮定するとき、例えば、
【数３１】
2004139710.tif 000033
は定数になる。しかしλが最適値を越えると、上の値は急速に増加する。この現象を検出し、Ｂ０λ３／２＋ｋ／２／２ｍの値が異常値Ｂ０ｔｈｒｅｓを越えるかどうかを検査し、λの最適値を決定することができる。同様に、Ｂ１λ３／２＋ｋ／２／２ｍの値が異常値Ｂ１ｔｈｒｅｓを越えるかどうかを検査することにより、全単射の第３の条件を破る画素の増加率Ｂ１を確認する。ファクター２ｍを導入する理由は後述する。このシステムはこれら２つの閾値に敏感ではない。これらの閾値は、エネルギーＣ（ｍ，ｓ）ｆの観察では検出し損なった写像の過度の歪みを検出するために用いることができる。
【００５６】
なお実験では、副写像ｆ（ｍ，ｓ）を計算する際、もしλが０．１を越えたらｆ（ｍ，ｓ）の計算は止めてｆ（ｍ，ｓ＋１）の計算に移行した。λ＞０．１のとき、画素の輝度２５５レベル中のわずか「３」の違いが副写像の計算に影響したためであり、λ＞０．１のとき正しい結果を得ることは困難だったためである。
【００５７】
［１．４．２］ヒストグラムｈ（ｌ）
Ｃ（ｍ，ｓ）ｆの検査はヒストグラムｈ（ｌ）に依存しない。全単射及びその第３の条件の検査の際、ｈ（ｌ）に影響を受けうる。実際に（λ，Ｃ（ｍ，ｓ）ｆ）をプロットすると、ｋは通常１付近にある。実験ではｋ＝１を用い、Ｂ０λ２とＢ１λ２を検査した。仮にｋの本当の値が１未満であれば、Ｂ０λ２とＢ１λ２は定数にならず、ファクターλ（１−ｋ）／２に従って徐々に増加する。ｈ（ｌ）が定数であれば、例えばファクターはλ１／２である。しかし、こうした差は閾値Ｂ０ｔｈｒｅｓを正しく設定することによって吸収することができる。
【００５８】
ここで次式のごとく始点画像を中心が（ｘ０，ｙ０）、半径ｒの円形のオブジェクトであると仮定する。
【数３２】
2004139710.tif 000034
一方、終点画像は、次式のごとく中心（ｘ１，ｙ１）、半径がｒのオブジェクトであるとする。
【数３３】
2004139710.tif 000035
ここでｃ（ｘ）はｃ（ｘ）＝ｘｋの形であるとする。中心（ｘ０，ｙ０）及び（ｘ１，ｙ１）が十分遠い場合、ヒストグラムｈ（ｌ）は次式の形となる。
【数３４】
2004139710.tif 000036
ｋ＝１のとき、画像は背景に埋め込まれた鮮明な境界線を持つオブジェクトを示す。このオブジェクトは中心が暗く、周囲にいくに従って明るくなる。ｋ＝−１のとき、画像は曖昧な境界線を持つオブジェクトを表す。このオブジェクトは中心が最も明るく、周囲にいくに従って暗くなる。一般のオブジェクトはこれらふたつのタイプのオブジェクトの中間にあると考えてもさして一般性を失わない。したがって、ｋは−１≦ｋ≦１として大抵の場合をカバーでき、式２７が一般に減少関数であることが保障される。
【００５９】
なお、式３４からわかるように、ｒは画像の解像度に影響されること、すなわちｒは２ｍに比例することに注意すべきである。このために［１．４．１］においてファクター２ｍを導入した。
【００６０】
［１．４．３］ηの動的決定
パラメータηも同様の方法で自動決定できる。はじめにη＝０とし、最も細かい解像度における最終的な写像ｆ（ｎ）及びエネルギーＣ（ｎ）ｆを計算する。つづいて、ηをある値Δηだけ増加させ、再び最も細かい解像度における最終写像ｆ（ｎ）及びエネルギーＣ（ｎ）ｆを計算し直す。この過程を最適値が求まるまで続ける。ηは写像の剛性を示す。次式の重みだからである。
【数３５】
2004139710.tif 000037
ηが０のとき、Ｄ（ｎ）ｆは直前の副写像と無関係に決定され、現在の副写像は弾性的に変形され、過度に歪むことになる。一方、ηが非常に大きな値のとき、Ｄ（ｎ）ｆは直前の副写像によってほぼ完全に決まる。このとき副写像は非常に剛性が高く、画素は同じ場所に射影される。その結果、写像は単位写像になる。ηの値が０から次第に増えるとき、後述のごとくＣ（ｎ）ｆは徐々に減少する。しかしηの値が最適値を越えると、図４に示すとおり、エネルギーは増加し始める。同図のＸ軸はη、Ｙ軸はＣｆである。
【００６１】
この方法でＣ（ｎ）ｆを最小にする最適なηの値を得ることができる。しかし、λの場合に比べていろいろな要素が計算に影響する結果、Ｃ（ｎ）ｆは小さく揺らぎながら変化する。λの場合は、入力が微小量変化するたびに副写像を１回計算しなおすだけだが、ηの場合はすべての副写像が計算しなおされるためである。このため、得られたＣ（ｎ）ｆの値が最小であるかどうかを即座に判断することはできない。最小値の候補が見つかれば、さらに細かい区間を設定することによって真の最小値を探す必要がある。
【００６２】
［１．５］スーパーサンプリング
画素間の対応関係を決定する際、自由度を増やすために、ｆ（ｍ，ｓ）の値域をＲ×Ｒに拡張することができる（Ｒは実数の集合）。この場合、終点画像の画素の輝度が補間され、非整数点、
【数３６】
2004139710.tif 000038
における輝度を持つｆ（ｍ，ｓ）が提供される。つまりスーパーサンプリングが行われる。実験では、ｆ（ｍ，ｓ）は整数及び半整数値をとることが許され、
【数３７】
2004139710.tif 000039
は、
【数３８】
2004139710.tif 000040
によって与えられた。
【００６３】
［１．６］各画像の画素の輝度の正規化
始点画像と終点画像がきわめて異なるオブジェクトを含んでいるとき、写像の計算に元の画素の輝度がそのままでは利用しにくい。輝度の差が大きいために輝度に関するエネルギーＣ（ｍ，ｓ）ｆが大きくなりすぎ、正しい評価がしづらいためである。
【００６４】
例えば、人の顔と猫の顔のマッチングをとる場合を考える。猫の顔は毛で覆われており、非常に明るい画素と非常に暗い画素が混じっている。この場合、ふたつの顔の間の副写像を計算するために、まず副画像を正規化する。すなわち、最も暗い画素の輝度を０、最も明るいそれを２５５に設定し、他の画素の輝度は線形補間によって求めておく。
【００６５】
［１．７］インプリメンテーション
始点画像のスキャンに従って計算がリニアに進行する帰納的な方法を用いる。始めに、１番上の左端の画素（ｉ，ｊ）＝（０，０）についてｆ（ｍ，ｓ）の値を決定する。次にｉを１ずつ増やしながら各ｆ（ｍ，ｓ）（ｉ，ｊ）の値を決定する。ｉの値が画像の幅に到達したとき、ｊの値を１増やし、ｉを０に戻す。以降、始点画像のスキャンに伴いｆ（ｍ，ｓ）（ｉ，ｊ）を決定していく。すべての点について画素の対応が決まれば、ひとつの写像ｆ（ｍ，ｓ）が決まる。
あるｐ（ｉ，ｊ）について対応点ｑｆ（ｉ，ｊ）が決まれば、つぎにｐ（ｉ，ｊ＋１）の対応点ｑｆ（ｉ，ｊ＋１）が決められる。この際、ｑｆ（ｉ，ｊ＋１）の位置は全単射条件を満たすために、ｑｆ（ｉ，ｊ）の位置によって制限される。したがって、先に対応点が決まる点ほどこのシステムでは優先度が高くなる。つねに（０，０）が最も優先される状態がつづくと、求められる最終の写像に余計な偏向が加わる。本前提技術ではこの状態を回避するために、ｆ（ｍ，ｓ）を以下の方法で決めていく。
【００６６】
まず（ｓ　ｍｏｄ　４）が０の場合、（０，０）を開始点としｉ及びｊを徐々に増やしながら決めていく。（ｓ　ｍｏｄ　４）が１の場合、最上行の右端点を開始点とし、ｉを減少、ｊを増加させながら決めていく。（ｓ　ｍｏｄ　４）が２のとき、最下行の右端点を開始点とし、ｉ及びｊを減少させながら決めていく。（ｓｍｏｄ　４）が３の場合、最下行の左端点を開始点とし、ｉを増加、ｊを減少させながら決めていく。解像度が最も細かい第ｎレベルには副写像という概念、すなわちパラメータｓが存在しないため、仮にｓ＝０及びｓ＝２であるとしてふたつの方向を連続的に計算した。
【００６７】
実際のインプリメンテーションでは、全単射条件を破る候補に対してペナルティを与えることにより、候補（ｋ，ｌ）の中からできる限り全単射条件を満たすｆ（ｍ，ｓ）（ｉ，ｊ）（ｍ＝０，…，ｎ）の値を選んだ。第３の条件を破る候補のエネルギーＤ（ｋ、ｌ）にはφを掛け、一方、第１または第２の条件を破る候補にはψを掛ける。今回はφ＝２、ψ＝１０００００を用いた。
【００６８】
前述の全単射条件のチェックのために、実際の手続として（ｋ，ｌ）＝ｆ（ｍ，ｓ）（ｉ，ｊ）を決定する際に以下のテストを行った。すなわちｆ（ｍ，ｓ）（ｉ，ｊ）の相続四辺形に含まれる各格子点（ｋ，ｌ）に対し、次式の外積のｚ成分が０以上になるかどうかを確かめる。
【数３９】
2004139710.tif 000041
ただしここで、
【数４０】
2004139710.tif 000042
【数４１】
2004139710.tif 000043
である（ここでベクトルは三次元ベクトルとし、ｚ軸は直交右手座標系において定義される）。もしＷが負であれば、その候補についてはＤ（ｍ，ｓ）（ｋ，ｌ）にψを掛けることによってペナルティを与え、できるかぎり選択しないようにする。
【００６９】
図５（ａ）、図５（ｂ）はこの条件を検査する理由を示している。図５（ａ）はペナルティのない候補、図５（ｂ）はペナルティがある候補をそれぞれ表す。隣接画素（ｉ，ｊ＋１）に対する写像ｆ（ｍ，ｓ）（ｉ，ｊ＋１）を決定する際、Ｗのｚ成分が負であれば始点画像平面上において全単射条件を満足する画素は存在しない。なぜなら、ｑ（ｍ，ｓ）（ｋ，ｌ）は隣接する四辺形の境界線を越えるためである。
【００７０】
［１．７．１］副写像の順序
インプリメンテーションでは、解像度レベルが偶数のときにはσ（０）＝０、σ（１）＝１、σ（２）＝２、σ（３）＝３、σ（４）＝０を用い、奇数のときはσ（０）＝３、σ（１）＝２、σ（２）＝１、σ（３）＝０、σ（４）＝３を用いた。このことで、副写像を適度にシャッフルした。なお、本来副写像は４種類であり、ｓは０〜３のいずれかである。しかし、実際にはｓ＝４に相当する処理を行った。その理由は後述する。
【００７１】
［１．８］補間計算
始点画像と終点画像の間の写像が決定された後、対応しあう画素の輝度が補間される。実験では、トライリニア補間を用いた。始点画像平面における正方形ｐ（ｉ，ｊ）ｐ（ｉ＋１，ｊ）ｐ（ｉ，ｊ＋１）ｐ（ｉ＋１，ｊ＋１）が終点画像平面上の四辺形ｑｆ（ｉ，ｊ）ｑｆ（ｉ＋１，ｊ）ｑｆ（ｉ，ｊ＋１）ｑｆ（ｉ＋１，ｊ＋１）に射影されると仮定する。簡単のため、画像間の距離を１とする。始点画像平面からの距離がｔ（０≦ｔ≦１）である中間画像の画素ｒ（ｘ，ｙ，ｔ）（０≦ｘ≦Ｎ−１，０≦ｙ≦Ｍ−１）は以下の要領で求められる。まず画素ｒ（ｘ，ｙ，ｔ）の位置（ただしｘ，ｙ，ｔ∈Ｒ）を次式で求める。
【数４２】
2004139710.tif 000044
つづいてｒ（ｘ，ｙ，ｔ）における画素の輝度が次の式を用いて決定される。
【数４３】
2004139710.tif 000045
ここでｄｘ及びｄｙはパラメータであり、０から１まで変化する。
【００７２】
［１．９］拘束条件を課したときの写像
いままでは拘束条件がいっさい存在しない場合の写像の決定を述べた。しかし、始点画像と終点画像の特定の画素間に予め対応関係が規定されているとき、これを拘束条件としたうえで写像を決定することができる。
【００７３】
基本的な考えは、まず始点画像の特定の画素を終点画像の特定の画素に移す大まかな写像によって始点画像を大まかに変形し、しかる後、写像ｆを正確に計算する。
【００７４】
まず始めに、始点画像の特定の画素を終点画像の特定の画素に射影し、始点画像の他の画素を適当な位置に射影する大まかな写像を決める。すなわち、特定の画素に近い画素は、その特定の画素が射影される場所の近くに射影されるような写像である。ここで第ｍレベルの大まかな写像をＦ（ｍ）と記述する。
【００７５】
大まかな写像Ｆは以下の要領で決める。まず、いくつかの画素について写像を特定する。始点画像についてｎｓ個の画素、
【数４４】
2004139710.tif 000046
を特定するとき、以下の値を決める。
【数４５】
2004139710.tif 000047
始点画像の他の画素の変位量は、ｐ（ｉｈ，ｊｈ）（ｈ＝０，…，ｎｓ−１）の変位に重み付けをして求められる平均である。すなわち画素ｐ（ｉ，ｊ）は、終点画像の以下の画素に射影される。
【数４６】
2004139710.tif 000048
ただしここで、
【数４７】
2004139710.tif 000049
【数４８】
2004139710.tif 000050
とする。
【００７６】
つづいて、Ｆ（ｍ）に近い候補写像ｆがより少ないエネルギーを持つように、その写像ｆのエネルギーＤ（ｍ，ｓ）（ｉ，ｊ）を変更する。正確には、Ｄ（ｍ，ｓ）（ｉ，ｊ）は、
【数４９】
2004139710.tif 000051
である。ただし、
【数５０】
2004139710.tif 000052
であり、κ，ρ≧０とする。最後に、前述の写像の自動計算プロセスにより、ｆを完全に決定する。
【００７７】
ここで、ｆ（ｍ，ｓ）（ｉ，ｊ）がＦ（ｍ）（ｉ，ｊ）に十分近いとき、つまりそれらの距離が、
【数５１】
2004139710.tif 000053
以内であるとき、Ｅ２（ｍ，ｓ）（ｉ，ｊ）が０になることに注意すべきである。そのように定義した理由は、各ｆ（ｍ，ｓ）（ｉ，ｊ）がＦ（ｍ）（ｉ，ｊ）に十分近い限り、終点画像において適切な位置に落ち着くよう、その値を自動的に決めたいためである。この理由により、正確な対応関係を詳細に特定する必要がなく、始点画像は終点画像にマッチするように自動的にマッピングされる。
［２］具体的な処理手順
［１］の各要素技術による処理の流れを説明する。
図６は前提技術の全体手順を示すフローチャートである。同図のごとく、まず多重解像度特異点フィルタを用いた処理を行い（Ｓ１）、つづいて始点画像と終点画像のマッチングをとる（Ｓ２）。ただし、Ｓ２は必須ではなく、Ｓ１で得られた画像の特徴をもとに画像認識などの処理を行ってもよい。
【００７８】
図７は図６のＳ１の詳細を示すフローチャートである。ここではＳ２で始点画像と終点画像のマッチングをとることを前提としている。そのため、まず特異点フィルタによって始点画像の階層化を行い（Ｓ１０）、一連の始点階層画像を得る。つづいて同様の方法で終点画像の階層化を行い（Ｓ１１）、一連の終点階層画像を得る。ただし、Ｓ１０とＳ１１の順序は任意であるし、始点階層画像と終点階層画像を並行して生成していくこともできる。
【００７９】
図８は図７のＳ１０の詳細を示すフローチャートである。もとの始点画像のサイズは２ｎ×２ｎとする。始点階層画像は解像度が細かいほうから順に作られるため、処理の対象となる解像度レベルを示すパラメータｍをｎにセットする（Ｓ１００）。つづいて第ｍレベルの画像ｐ（ｍ，０）、ｐ（ｍ，１）、ｐ（ｍ，２）、ｐ（ｍ，３）から特異点フィルタを用いて特異点を検出し（Ｓ１０１）、それぞれ第ｍ−１レベルの画像ｐ（ｍ−１，０）、ｐ（ｍ−１，１）、ｐ（ｍ−１，２）、ｐ（ｍ−１，３）を生成する（Ｓ１０２）。ここではｍ＝ｎであるため、ｐ（ｍ，０）＝ｐ（ｍ，１）＝ｐ（ｍ，２）＝ｐ（ｍ，３）＝ｐ（ｎ）であり、ひとつの始点画像から４種類の副画像が生成される。
【００８０】
図９は第ｍレベルの画像の一部と、第ｍ−１レベルの画像の一部の対応関係を示している。同図の数値は各画素の輝度を示す。同図のｐ（ｍ，ｓ）はｐ（ｍ，０）〜ｐ（ｍ，３）の４つの画像を象徴するもので、ｐ（ｍ−１，０）を生成する場合には、ｐ（ｍ，ｓ）はｐ（ｍ，０）であると考える。［１．２］で示した規則により、ｐ（ｍ−１，０）は例えば同図で輝度を記入したブロックについて、そこに含まれる４画素のうち「３」、ｐ（ｍ−１，１）は「８」、ｐ（ｍ−１，２）は「６」、ｐ（ｍ−１，３）を「１０」をそれぞれ取得し、このブロックをそれぞれ取得したひとつの画素で置き換える。したがって、第ｍ−１レベルの副画像のサイズは２ｍ−１×２ｍ−１になる。
【００８１】
つづいてｍをデクリメントし（図８のＳ１０３）、ｍが負になっていないことを確認し（Ｓ１０４）、Ｓ１０１に戻ってつぎに解像度の粗い副画像を生成していく。この繰り返し処理の結果、ｍ＝０、すなわち第０レベルの副画像が生成された時点でＳ１０が終了する。第０レベルの副画像のサイズは１×１である。
【００８２】
図１０はＳ１０によって生成された始点階層画像をｎ＝３の場合について例示している。最初の始点画像のみが４つの系列に共通であり、以降特異点の種類に応じてそれぞれ独立に副画像が生成されていく。なお、図８の処理は図７のＳ１１にも共通であり、同様の手順を経て終点階層画像も生成される。以上で図６のＳ１による処理が完了する。
【００８３】
前提技術では、図６のＳ２に進むためにマッチング評価の準備をする。図１１はその手順を示している。同図のごとく、まず複数の評価式が設定される（Ｓ３０）。［１．３．２．１］で導入した画素に関するエネルギーＣ（ｍ，ｓ）ｆと［１．３．２．２］で導入した写像の滑らかさに関するエネルギーＤ（ｍ，ｓ）ｆがそれである。つぎに、これらの評価式を統合して総合評価式を立てる（Ｓ３１）。［１．３．２．３］で導入した総エネルギーλＣ（ｍ，ｓ）ｆ＋Ｄ（ｍ，ｓ）ｆがそれであり、［１．３．２．２］で導入したηを用いれば、
【数５２】
2004139710.tif 000054
となる。ただし、総和はｉ、ｊについてそれぞれ０、１…、２ｍ−１で計算する。以上でマッチング評価の準備が整う。
【００８４】
図１２は図６のＳ２の詳細を示すフローチャートである。［１］で述べたごとく、始点階層画像と終点階層画像のマッチングは互いに同じ解像度レベルの画像どうしでとられる。画像間の大域的なマッチングを良好にとるために、解像度が粗いレベルから順にマッチングを計算する。特異点フィルタを用いて始点階層画像および終点階層画像を生成しているため、特異点の位置や輝度は解像度の粗いレベルでも明確に保存されており、大域的なマッチングの結果は従来に比べて非常に優れたものになる。
【００８５】
図１２のごとく、まず係数パラメータηを０、レベルパラメータｍを０に設定する（Ｓ２０）。つづいて、始点階層画像中の第ｍレベルの４つの副画像と終点階層画像中の第ｍレベルの４つの副画像のそれぞれの間でマッチングを計算し、それぞれ全単射条件を満たし、かつエネルギーを最小にするような４種類の副写像ｆ（ｍ，ｓ）（ｓ＝０，１，２，３）を求める（Ｓ２１）。全単射条件は［１．３．３］で述べた相続四辺形を用いて検査される。この際、式１７、１８が示すように、第ｍレベルにおける副写像は第ｍ−１レベルのそれらに拘束されるため、より解像度の粗いレベルにおけるマッチングが順次利用されていく。これは異なるレベル間の垂直的参照である。なお、いまｍ＝０であってそれより粗いレベルはないが、この例外的な処理は図１３で後述する。
一方、同一レベル内における水平的参照も行われる。［１．３．３］の式２０のごとく、ｆ（ｍ，３）はｆ（ｍ，２）に、ｆ（ｍ，２）はｆ（ｍ，１）に、ｆ（ｍ，１）はｆ（ｍ，０）に、それぞれ類似するように決める。その理由は、特異点の種類が違っても、それらがもともと同じ始点画像と終点画像に含まれている以上、副写像がまったく異なるという状況は不自然だからである。式２０からわかるように、副写像どうしが近いほどエネルギーは小さくなり、マッチングが良好とみなされる。
【００８６】
なお、最初に決めるべきｆ（ｍ，０）については同一のレベルで参照できる副写像がないため、式１９に示すごとくひとつ粗いレベルを参照する。ただし、実験ではｆ（ｍ，３）まで求まった後、これを拘束条件としてｆ（ｍ，０）を一回更新するという手続をとった。これは式２０にｓ＝４を代入し、ｆ（ｍ，４）を新たなｆ（ｍ，０）とすることに等しい。ｆ（ｍ，０）とｆ（ｍ，３）の関連度が低くなり過ぎる傾向を回避するためであり、この措置によって実験結果がより良好になった。この措置に加え、実験では［１．７．１］に示す副写像のシャッフルも行った。これも本来特異点の種類ごとに決まる副写像どうしの関連度を密接に保つ趣旨である。また、処理の開始点に依存する偏向を回避するために、ｓの値にしたがって開始点の位置を変える点は［１．７］で述べたとおりである。
【００８７】
図１３は第０レベルにおいて副写像を決定する様子を示す図である。第０レベルでは各副画像がただひとつの画素で構成されるため、４つの副写像ｆ（０，ｓ）はすべて自動的に単位写像に決まる。図１４は第１レベルにおいて副写像を決定する様子を示す図である。第１レベルでは副画像がそれぞれ４画素で構成される。同図ではこれら４画素が実線で示されている。いま、ｐ（１，ｓ）の点ｘの対応点をｑ（１，ｓ）の中で探すとき、以下の手順を踏む。
【００８８】
１．第１レベルの解像度で点ｘの左上点ａ、右上点ｂ、左下点ｃ、右下点ｄを求める。
２．点ａ〜ｄがひとつ粗いレベル、つまり第０レベルにおいて属する画素を探す。図１４の場合、点ａ〜ｄはそれぞれ画素Ａ〜Ｄに属する。ただし、画素Ａ〜Ｃは本来存在しない仮想的な画素である。
３．第０レベルですでに求まっている画素Ａ〜Ｄの対応点Ａ’〜Ｄ’をｑ（１，ｓ）の中にプロットする。画素Ａ’〜Ｃ’は仮想的な画素であり、それぞれ画素Ａ〜Ｃと同じ位置にあるものとする。
４．画素Ａの中の点ａの対応点ａ’が画素Ａ’の中にあるとみなし、点ａ’をプロットする。このとき、点ａが画素Ａの中で占める位置（この場合、右下）と、点ａ’が画素Ａ’の中で占める位置が同じであると仮定する。
５．４と同様の方法で対応点ｂ’〜ｄ’をプロットし、点ａ’〜ｄ’で相続四辺形を作る。
６．相続四辺形の中でエネルギーが最小になるよう、点ｘの対応点ｘ’を探す。対応点ｘ’の候補として、例えば画素の中心が相続四辺形に含まれるものに限定してもよい。図１４の場合、４つの画素がすべて候補になる。
【００８９】
以上がある点ｘの対応点の決定手順である。同様の処理を他のすべての点について行い、副写像を決める。第２レベル以上のレベルでは、次第に相続四辺形の形が崩れていくと考えられるため、図３に示すように画素Ａ’〜Ｄ’の間隔が空いていく状況が発生する。
【００９０】
こうして、ある第ｍレベルの４つの副写像が決まれば、ｍをインクリメントし（図１２のＳ２２）、ｍがｎを超えていないことを確かめて（Ｓ２３）、Ｓ２１に戻る。以下、Ｓ２１に戻るたびに次第に細かい解像度のレベルの副写像を求め、最後にＳ２１に戻ったときに第ｎレベルの写像ｆ（ｎ）を決める。この写像はη＝０に関して定まったものであるから、ｆ（ｎ）（η＝０）と書く。
【００９１】
つぎに異なるηに関する写像も求めるべく、ηをΔηだけシフトし、ｍをゼロクリアする（Ｓ２４）。新たなηが所定の探索打切り値ηｍａｘを超えていないことを確認し（Ｓ２５）、Ｓ２１に戻り、今回のηに関して写像ｆ（ｎ）（η＝Δη）を求める。この処理を繰り返し、Ｓ２１でｆ（ｎ）（η＝ｉΔη）（ｉ＝０，１，…）を求めていく。ηがηｍａｘを超えたときＳ２６に進み、後述の方法で最適なη＝ηｏｐｔを決定し、ｆ（ｎ）（η＝ηｏｐｔ）を最終的に写像ｆ（ｎ）とする。
【００９２】
図１５は図１２のＳ２１の詳細を示すフローチャートである。このフローチャートにより、ある定まったηについて、第ｍレベルにおける副写像が決まる。副写像を決める際、前提技術では副写像ごとに最適なλを独立して決める。
【００９３】
同図のごとく、まずｓとλをゼロクリアする（Ｓ２１０）。つぎに、そのときのλについて（および暗にηについて）エネルギーを最小にする副写像ｆ（ｍ，ｓ）を求め（Ｓ２１１）、これをｆ（ｍ，ｓ）（λ＝０）と書く。異なるλに関する写像も求めるべく、λをΔλだけシフトし、新たなλが所定の探索打切り値λｍａｘを超えていないことを確認し（Ｓ２１３）、Ｓ２１１に戻り、以降の繰り返し処理でｆ（ｍ，ｓ）（λ＝ｉΔλ）（ｉ＝０，１，…）を求める。λがλｍａｘを超えたときＳ２１４に進み、最適なλ＝λｏｐｔを決定し、ｆ（ｍ，ｓ）（λ＝λｏｐｔ）を最終的に写像ｆ（ｍ，ｓ）とする（Ｓ２１４）。
【００９４】
つぎに、同一レベルにおける他の副写像を求めるべく、λをゼロクリアし、ｓをインクリメントする（Ｓ２１５）。ｓが４を超えていないことを確認し（Ｓ２１６）、Ｓ２１１に戻る。ｓ＝４になれば上述のごとくｆ（ｍ，３）を利用してｆ（ｍ，０）を更新し、そのレベルにおける副写像の決定を終了する。
【００９５】
図１６は、あるｍとｓについてλを変えながら求められたｆ（ｍ，ｓ）（λ＝ｉΔλ）（ｉ＝０，１，…）に対応するエネルギーＣ（ｍ，ｓ）ｆの挙動を示す図である。［１．４］で述べたとおり、λが増加すると通常Ｃ（ｍ，ｓ）ｆは減少する。しかし、λが最適値を超えるとＣ（ｍ，ｓ）ｆは増加に転じる。そこで本前提技術ではＣ（ｍ，ｓ）ｆが極小値をとるときのλをλｏｐｔと決める。同図のようにλ＞λｏｐｔの範囲で再度Ｃ（ｍ，ｓ）ｆが小さくなっていっても、その時点ではすでに写像がくずれていて意味をなさないため、最初の極小点に注目すればよい。λｏｐｔは副写像ごとに独立して決めていき、最後にｆ（ｎ）についてもひとつ定まる。
【００９６】
一方、図１７は、ηを変えながら求められたｆ（ｎ）（η＝ｉΔη）（ｉ＝０，１，…）に対応するエネルギーＣ（ｎ）ｆの挙動を示す図である。ここでもηが増加すると通常Ｃ（ｎ）ｆは減少するが、ηが最適値を超えるとＣ（ｎ）ｆは増加に転じる。そこでＣ（ｎ）ｆが極小値をとるときのηをηｏｐｔと決める。図１７は図４の横軸のゼロ付近を拡大した図と考えてよい。ηｏｐｔが決まればｆ（ｎ）を最終決定することができる。
【００９７】
以上、本前提技術によれば種々のメリットが得られる。まずエッジを検出する必要がないため、エッジ検出タイプの従来技術の課題を解消できる。また、画像に含まれるオブジェクトに対する先験的な知識も不要であり、対応点の自動検出が実現する。特異点フィルタによれば、解像度の粗いレベルでも特異点の輝度や位置を維持することができ、オブジェクト認識、特徴抽出、画像マッチングに極めて有利である。その結果、人手作業を大幅に軽減する画像処理システムの構築が可能となる。
【００９８】
なお、本前提技術について次のような変形技術も考えられる。
（１）前提技術では始点階層画像と終点階層画像の間でマッチングをとる際にパラメータの自動決定を行ったが、この方法は階層画像間ではなく、通常の２枚の画像間のマッチングをとる場合全般に利用できる。
【００９９】
たとえば２枚の画像間で、画素の輝度の差に関するエネルギーＥ０と画素の位置的なずれに関するエネルギーＥ１のふたつを評価式とし、これらの線形和Ｅｔｏｔ＝αＥ０＋Ｅ１を総合評価式とする。この総合評価式の極値付近に注目してαを自動決定する。つまり、いろいろなαについてＥｔｏｔが最小になるような写像を求める。それらの写像のうち、αに関してＥ１が極小値をとるときのαを最適パラメータと決める。そのパラメータに対応する写像を最終的に両画像間の最適マッチングとみなす。
【０１００】
これ以外にも評価式の設定にはいろいろな方法があり、例えば１／Ｅ１と１／Ｅ２のように、評価結果が良好なほど大きな値をとるものを採用してもよい。総合評価式も必ずしも線形和である必要はなく、ｎ乗和（ｎ＝２、１／２、−１、−２など）、多項式、任意の関数などを適宜選択すればよい。
【０１０１】
パラメータも、αのみ、前提技術のごとくηとλのふたつの場合、それ以上の場合など、いずれでもよい。パラメータが３以上の場合はひとつずつ変化させて決めていく。
（２）本前提技術では、総合評価式の値が最小になるよう写像を決めた後、総合評価式を構成するひとつの評価式であるＣ（ｍ，ｓ）ｆが極小になる点を検出してパラメータを決定した。しかし、こうした二段回処理の代わりに、状況によっては単に総合評価式の最小値が最小になるようにパラメータを決めても効果的である。その場合、例えばαＥ０＋βＥ１を総合評価式とし、α＋β＝１なる拘束条件を設けて各評価式を平等に扱うなどの措置を講じてもよい。パラメータの自動決定の本質は、エネルギーが最小になるようにパラメータを決めていく点にあるからである。
（３）前提技術では各解像度レベルで４種類の特異点に関する４種類の副画像を生成した。しかし、当然４種類のうち１、２、３種類を選択的に用いてもよい。例えば、画像中に明るい点がひとつだけ存在する状態であれば、極大点に関するｆ（ｍ，３）だけで階層画像を生成しても相応の効果が得られるはずである。その場合、同一レベルで異なる副写像は不要になるため、ｓに関する計算量が減る効果がある。
（４）本前提技術では特異点フィルタによってレベルがひとつ進むと画素が１／４になった。例えば３×３で１ブロックとし、その中で特異点を探す構成も可能であり、その場合、レベルがひとつ進むと画素は１／９になる。
（５）始点画像と終点画像がカラーの場合、それらをまず白黒画像に変換し、写像を計算する。その結果求められた写像を用いて始点のカラー画像を変換する。それ以外の方法として、ＲＧＢの各成分について副写像を計算してもよい。
［３］前提技術の改良点
以上の前提技術を基本とし、マッチング精度を向上させるためのいくつかの改良がなされている。ここではその改良点を述べる。
【０１０２】
［３．１］色情報を考慮に入れた特異点フィルタおよび副画像
画像の色情報を有効に用いるために、特異点フィルタを以下のように変更した。まず色空間としては、人間の直感に最も合致するといわれているＨＩＳを用いた。但し色を輝度に変換する際は、輝度Ｉに代わり人間の目の感度に最も近いといわれている輝度Ｙを選択した。
【数５３】
2004139710.tif 000055
ここで画素ａにおけるＹ（輝度）をＹ（ａ）、Ｓ（彩度）をＳ（ａ）として、次のような記号を定義する。
【数５４】
2004139710.tif 000056
上の定義を用いて以下のような５つのフィルタを用意する。
【数５５】
2004139710.tif 000057
このうち上から４つのフィルタは改良前の前提技術におけるフィルタとほぼ同じで、輝度の特異点を色情報も残しながら保存する。最後のフィルタは色の彩度の特異点をこちらも色情報を残しながら保存する。
【０１０３】
これらのフィルタによって、各レベルにつき５種類の副画像（サブイメージ）が生成される。なお、最も高いレベルの副画像は元画像に一致する。
【数５６】
2004139710.tif 000058
［３．２］エッジ画像およびその副画像
輝度微分（エッジ）の情報をマッチングに利用するため、さらに一次微分エッジ検出フィルタを用いる。このフィルタはあるオペレータＧとの畳み込み積分で実現できる。第ｎレベルの画像の、水平方向、垂直方向の微分に対応した２種類のフィルタをそれぞれ以下のように表す。
【数５７】
2004139710.tif 000059
ここでＧは画像解析においてエッジ検出に用いられる一般的なオペレータを適用することが可能であるが、演算スピードなども考慮して以下のようなオペレータを選択した。
【数５８】
2004139710.tif 000060
次にこの画像を多重解像度化する。フィルタにより０を中心とした輝度をもつ画像が生成されるため、次のような平均値画像が副画像としては最も適切である。
【数５９】
2004139710.tif 000061
式５９の画像は後述するＦｏｒｗａｒｄ　Ｓｔａｇｅ、すなわち初回副写像導出ステージの計算の際、エネルギー関数のうち新たに導入された輝度微分（エッジ）の差によるエネルギーに用いられる。
【０１０４】
エッジの大きさ、すなわち絶対値も計算に必要なため、以下のように表す。
【数６０】
2004139710.tif 000062
この値は常に正であるため、多重解像度化には最大値フィルタを用いる。
【数６１】
2004139710.tif 000063
式６１の画像は後述するＦｏｒｗａｒｄ　Ｓｔａｇｅの計算の際、計算する順序を決定するのに用いられる。
【０１０５】
［３．３］計算処理手順
計算は最も粗い解像度の副画像から順に行う。副画像は５つあるため、各レベルの解像度において計算は複数回行われる。これをターンと呼び、最大計算回数をｔで表すことにする。各ターンは前記Ｆｏｒｗａｒｄ　Ｓｔａｇｅと、副写像再計算ステージであるＲｅｆｉｎｅｍｅｎｔ　Ｓｔａｇｅという二つのエネルギー最小化計算から構成される。図１８は第ｍレベルにおける副写像を決める計算のうち改良点に係るフローチャートである。
【０１０６】
同図のごとく、ｓをゼロクリアする（Ｓ４０）。つぎにＦｏｒｗａｒｄ　Ｓｔａｇｅ（Ｓ４１）において始点画像ｐから終点画像ｑへの写像ｆ（ｍ，ｓ）および、終点画像ｑから始点画像ｐへの写像ｇ（ｍ、ｓ）を順次、エネルギー最小化によって求める。以下、写像ｆ（ｍ，ｓ）の導出について記述する。ここで最小化するエネルギーは、改良後の前提技術においては、対応する画素値によるエネルギーＣと、写像の滑らかさによるエネルギーＤの和である。
【数６２】
2004139710.tif 000064
エネルギーＣは、輝度の差によるエネルギーＣＩ（前記改良前の前提技術におけるエネルギーＣと等価）と、色相、彩度によるエネルギーＣＣ、輝度微分（エッジ）の差によるエネルギーＣＥで構成され、以下のように表される。
【数６３】
2004139710.tif 000065
ここでパラメータλ、ψおよびθは０以上の実数であり、本改良後の技術においては定数である。ここでこれらのパラメータを定数とできるのは、新たに導入されたＲｅｆｉｎｅｍｅｎｔ　Ｓｔａｇｅにより、パラメータに対する結果の安定性が向上したためである。また、エネルギーＣＥは副写像ｆ（ｍ，ｓ）の種類ｓに関わらず、座標と解像度のレベルによって決定する値である。
【０１０７】
エネルギーＤは前記改良前の前提技術と同じものを用いる。ただし前記改良前の前提技術において、写像の滑らかさを保証するエネルギーＥ１を導出する際、隣接する画素のみを考慮していたが、周囲の何画素を考慮するかをパラメータｄで指定できるように改良した。
【数６４】
2004139710.tif 000066
次のＲｅｆｉｎｅｍｅｎｔ　Ｓｔａｇｅに備えて、このステージでは終点画像ｑから始点画像ｐへの写像ｇ（ｍ，ｓ）も同様に計算する。
【０１０８】
Ｒｅｆｉｎｅｍｅｎｔ　Ｓｔａｇｅ（Ｓ４２）ではＦｏｒｗａｒｄ　Ｓｔａｇｅにおいて求めた双方向の写像ｆ（ｍ，ｓ）およびｇ（ｍ，ｓ）を基に、より妥当な写像ｆ’（ｍ，ｓ）を求める。ここでは新たに定義されるエネルギーＭについてエネルギー最小化計算を行う。エネルギーＭは終点画像から始点画像への写像ｇとの整合度Ｍ０と、もとの写像との差Ｍ１より構成され、Ｍを最小とするようなｆ’（ｍ，ｓ）が求められる。
【数６５】
2004139710.tif 000067
対称性を損なわないように、終点画像ｑから始点画像ｐへの写像ｇ’（ｍ，ｓ）も同様の方法で求めておく。
【０１０９】
その後、ｓをインクリメントし（Ｓ４３）、ｓがｔを超えていないことを確認し（Ｓ４４）、次のターンのＦｏｒｗａｒｄ　Ｓｔａｇｅ（Ｓ４１）に進む。その際前記Ｅ０を次のように置き換えてエネルギー最小化計算を行う。
【数６６】
2004139710.tif 000068
［３．４］写像の計算順序
写像の滑らかさを表すエネルギーＥ１を計算する際、周囲の点の写像を用いるため、それらの点がすでに計算されているかどうかがエネルギーに影響を与える。すなわち、どの点から順番に計算するかによって、全体の写像の精度が大きく変化する。そこでエッジの絶対値画像を用いる。エッジの部分は情報量を多く含むため、エッジの絶対値が大きいところから先に写像計算を行う。このことによって、特に二値画像のような画像に対して非常に精度の高い写像を求めることができるようになった。
【０１１０】
［動画再生に関する実施の形態］
前提技術ではキーフレーム間のマッチングをとって対応情報を生成し、この対応情報をもとに中間フレームを生成した。したがって、この技術は動画の圧縮に利用でき、現実に実験ではＭＰＥＧを超える画質と圧縮率の両立が確認されはじめている。以下、前提技術を利用してオーディオデータと画像データを記録媒体に記録する技術、およびその記録媒体からオーディオデータと画像データを読み出して、オーディオと動画を同時に再生する技術を説明する。
【０１１１】
実施の形態１
図１９は実施の形態１に係る音楽再生装置１０の構成を示す。本実施の形態のディスク記録媒体１００は、後述のマルチセッション記録方式により第１セッションにオーディオデータが、第２セッションに動画基礎データが記録されたものである。ピックアップ部１２は、ディスク記録媒体１００の表面にレーザ光を照射してデータの記録や読み取りを行う。信号処理部１４は、ピックアップ部１２により読み出されたデータを取得してデータバッファ１６に格納し、デジタル信号処理を行う。信号処理部１４はディスク記録媒体１００の第１セッションから読み出されたオーディオデータ４４をオーディオ再生ブロック１８に供給し、ディスク記録媒体１００の第２セッションから読み出された動画基礎データ４６を画像処理ブロック２６に供給する。
【０１１２】
オーディオ再生ブロック１８において、信号処理部１４から供給されたオーディオデータ４４はＤ／Ａ変換部２０によりアナログ信号に変換され、増幅部２２により増幅されてスピーカ２４より出力される。
【０１１３】
画像処理ブロック２６の中間フレーム生成部２８は、信号処理部１４から供給された動画基礎データ４６に含まれる複数のキーフレームとそれらの間の対応情報ファイルとを用いて中間フレームを生成し、キーフレームと中間フレームをフレームバッファ３０に格納する。動画再生部３２は、キーフレームと生成された中間フレームをフレームバッファ３０から読み出して動画を生成して表示部３４に出力する。表示部３４はＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ　Ｃｒｙｓｔａｌ　Ｄｉｓｐｌａｙ）などに動画を表示する。
【０１１４】
各キーフレームには後述のように再生タイミングを指定するタイムスタンプが設けられており、中間フレーム生成部２８は、そのタイムスタンプにもとづいて、中間フレームの生成の頻度を調整する。たとえば、２つのキーフレームのタイムスタンプの差が大きい場合は、それらのキーフレーム間の中間フレームの生成個数を多くし、タイムスタンプの差が小さい場合は、中間フレームの生成個数を少なくして、キーフレームがタイムスタンプ通りの時間に再生されるように調整する。
【０１１５】
動画再生部３２は、キーフレームのタイムスタンプにもとづいて、キーフレームの再生タイミングを調整する。たとえば、フレームバッファ３０に格納されたキーフレームと中間フレームにより動画を再生する際、キーフレームがタイムスタンプ通りの時間に再生されるように、キーフレームの表示を遅らせたり、早めたりする。キーフレームの表示を早める場合は、そのキーフレーム以前の中間フレームを適宜落として動画を再生する。またキーフレームの表示を遅らせる場合は、中間フレーム生成部２８により生成される中間フレームの個数が増えるように中間フレーム生成部２８を制御してもよい。タイムスタンプを用いたこのような調整により、曲の流れに合わせた動画の再生が可能となる。
【０１１６】
入力部４２は、ユーザからディスク記録媒体１００に格納されたオーディオトラックの選択を受けつけ、制御ブロック３６の選曲部４０に選曲情報を与える。選曲部４０は選曲されたオーディオトラックを再生する指示を信号処理部１４に与える。
【０１１７】
信号処理部１４は、ディスク記録媒体１００の第１セッションに記録されたオーディオトラックと第２セッションに記録された動画基礎データ４６とを関連づける情報をディスク記録媒体１００から取得して制御ブロック３６の関連づけ制御部３７に供給する。関連づけ制御部３７は、選曲部４０により選曲されたオーディオトラックに関連づけられた動画基礎データ４６にもとづいて動画再生の処理を行うように画像処理ブロック２６に指示を与える。これにより、オーディオ再生ブロック１８で再生されるオーディオトラックと画像処理ブロック２６で再生される動画とが関連づけられ、ユーザは音楽を聴きながら、その曲に関連する動画をＬＣＤなどで見ることができる。
【０１１８】
制御ブロック３６の同期制御部３８は、オーディオ再生ブロック１８において再生されるオーディオトラックと、画像処理ブロック２６において生成される動画フレームの同期を制御する。再生中のオーディオ信号と動画フレームの同期にずれが生じることがある。たとえば、画像処理ブロック２６における動画再生において、中間フレームの生成にかかる時間が必ずしも一定でないため、動画フレームがオーディオトラックの再生とタイミングが合わなくなることが起こりうる。また中間フレームの生成にかかる時間は、音楽再生装置１０の画像処理ブロック２６の処理性能に依存するため、ディスク記録媒体１００の作成時点では、どれくらいの処理時間で中間フレームの生成ができるかがわからない。たとえば、１秒間に３０フレームの動画フレームを再生することを想定してディスク記録媒体１００にキーフレームが記録されていたとしても、音楽再生装置１０の画像処理ブロック２６の処理性能によっては、１秒間に１０フレームの動画フレームの作成しかできないこともありうる。その場合には中間フレームの生成個数を減らして動画フレームの再生を行わなければ、動画フレームとオーディオ信号とがずれることになる。
【０１１９】
同期制御部３８は、信号処理部１４におけるオーディオデータ４４の処理状況と、画像処理ブロック２６における動画再生状況を監視して、オーディオ信号と動画フレームの同期のずれを検出する。ずれが生じた場合、中間フレーム生成部２８に対して中間フレームの生成頻度を調整し、より少ない中間フレームで動画を再生するように指示する。あるいは動画再生部３２に中間フレームを用いないで、キーフレームのみによる連続静止画を再生するように指示したり、動画再生を中途で打ち切るように指示する。これにより、動画再生にかかる時間を短縮して同期のずれを解消することができる。
【０１２０】
図２０は、マルチセッション記録方式によるディスク記録媒体１００のデータ構造を説明する図である。ディスク記録媒体１００は、一例としてＣＤ−Ｅｘｔｒａ規格にしたがうＣＤである。この規格によれば、マルチセッション記録方式により、オーディオデータを記録するＣＤ−ＤＡ規格の音楽ＣＤと、コンピュータデータを記録するＣＤ−ＲＯＭとをひとつのＣＤにハイブリッドに構成することができる。たとえば、第１セッションをオーディオセッションとし、第２セッションをコンピュータデータ用のセッションとすると、このＣＤをＣＤプレイヤーで再生する際には、第１セッションしか認識されないので、通常の音楽ＣＤとして認識されるが、コンピュータのＣＤ−ＲＯＭ装置で読み取る際には、第２セッションも認識され、第２セッションに格納されたファイルにアクセスすることができるようになる。本実施の形態のディスク記録媒体１００では、第１セッションにオーディオデータが記録され、第２セッションに動画基礎データが記録される。
【０１２１】
第１セッションおよび第２セッションの各セッションの開始位置、終了位置にはそれぞれリードインエリア７０、リードアウトエリア７２が設けられ、それらによりセッションの区切りが識別される。リードインエリア７０とリードアウトエリア７２に挟まれた領域がプログラムエリアである。第１セッションのプログラムエリアには、複数のオーディオトラック７４が記録される。第２セッションのプログラムエリアには複数の動画基礎データ７６が記録される。これらのオーディオトラック７４と動画基礎データ７６は１対１に対応してもよく、１つのオーディオトラック７４に複数の動画基礎データ７６が対応してもよい。
【０１２２】
図２１は、図２０のディスク記録媒体１００に記録される動画基礎データ７６のデータフォーマットを説明する図である。動画基礎データ７６には、動画を再生するためのキーフレームと対応情報ファイルが繰り返し記録されている。２つの隣接するキーフレームＫＦｉおよびＫＦｉ＋１間の対応点の関係を記述した対応情報ファイルをＣｉ，ｉ＋１と表記すると、具体的には、同図のようにＫＦ０，ＫＦ１，Ｃ０，１，ＫＦ２，Ｃ１，２，ＫＦ３，Ｃ２，３，ＫＦ４，Ｃ３，４の順にデータが配置される。
【０１２３】
動画基礎データ７６には、各キーフレームの再生タイミングを指定するタイムスタンプの情報が記録されてもよい。図２２は、各キーフレームのタイムスタンプが記録された動画基礎データ７６のデータフォーマットを説明する図である。キーフレームＫＦｉのタイムスタンプをｔｉとすると、タイムスタンプｔｉはキーフレームＫＦｉの直後に記録され、具体的には、同図のように、ＫＦ０，ＫＦ１，ｔ１，Ｃ０，１，ＫＦ２，ｔ２，Ｃ１，２，ＫＦ３，ｔ３，Ｃ２，３，ＫＦ４の順にデータが配置される。
【０１２４】
このキーフレームのタイムスタンプは、たとえばオーディオデータと動画を同期させるときに、オーディオデータの再生経過時刻に合わせたタイミングでキーフレームの再生ができるようにするために用いられる。たとえば、歌詞の始まりに合わせて動画を切り替えて表示したいとき、切り替わり後の最初のキーフレームのタイムスタンプを歌詞の始まりの再生時刻に合わせておけばよい。
【０１２５】
画像処理ブロック２６の中間フレーム生成部２８は動画基礎データ７６の全体を一度に読み込んで処理するのではなく、この動画基礎データ７６がストリームデータとして入力され、リアルタイムでキーフレームと対応情報ファイルから中間フレームを生成する処理が行われる。すなわち画像処理ブロック２６はストリーム型の動画生成機能をもつ。
【０１２６】
ディスク記録媒体１００の第３セッションには、第２セッションに記録された動画基礎データ７６を、第１セッションに記録されたオーディオトラック７４に関連づける情報が記録されてもよい。図２３は、ディスク記録媒体１００の第３セッションに記録されるこの関連づけデータを説明する図である。同図のように第３セッションのリードインエリア７０とリードアウトエリア７２の間のプログラムエリアに複数の関連づけデータ７８が記録される。図２４はこの関連づけデータ７８のデータフォーマットを説明する図である。関連づけデータ７８は、オーディオトラック番号８０と動画基礎データ番号８２の対になったものである。同期制御部３８は、この関連づけデータ７８を参照することにより、再生中のオーディオトラック７４に関連づけられた動画基礎データ７６を用いた動画再生を画像処理ブロック２６に行わせる。この関連づけデータ７８は、動画基礎データ７６とともにディスク記録媒体１００の第２セッションに記録されてもよい。
【０１２７】
画像処理ブロック２６の中間フレーム生成部２８および動画再生部３２による中間フレーム生成とそれによる動画再生の機能がコンピュータプログラムとしてディスク記録媒体１００に格納されて提供されてもよい。この場合、たとえばディスク記録媒体１００の第４セッションにコンピュータプログラムを格納することができる。図２５は、ディスク記録媒体１００の第４セッションに記録されるプログラムを説明する図である。同図のように第４セッションのリードインエリア７０とリードアウトエリア７２の間のプログラムエリアに、中間フレーム生成と動画再生の機能を含む動画生成プログラム８４と、ユーザがその動画生成プログラムを利用して動画生成を行うためのＧＵＩ（Ｇｒａｐｈｉｃａｌ　Ｕｓｅｒ　Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）プログラム８６が記録される。これらのプログラムはディスク記録媒体１００から読み出されてメモリにロードされてＣＰＵにより実行される。
【０１２８】
一般に音楽ＣＤでは、たとえば１６ビットデジタルオーディオデータを記録するために、６０分で６００メガバイトの容量が必要である。したがって音楽ＣＤの空き容量に画像データを記録する場合、画像を記憶するために利用可能なＣＤの容量は大幅に制限され、静止画は記録できても動画データをそのまま記録することは困難である。本実施の形態では、動画データをそのまま記録するのではなく、動画再生の基準となる複数のキーフレームとそれらの間の対応情報ファイルのみを記録するため、わずかに残された音楽ＣＤの空き領域にも記録することができる。また対応情報ファイルを用いてキーフレーム間を補間することにより、動画をリアルタイムで再生して表示することができる。
【０１２９】
なお、上記の説明では、関連づけ制御部３７は、ディスク記録媒体１００から読み出された関連づけ情報にもとづいて、オーディオ再生ブロック１８が再生するオーディオトラックと画像処理ブロック２６が再生する動画とを関連づけたが、関連づけ制御部３７は、オーディオ再生ブロック１８により再生されるオーディオトラックとは無関係に動画再生の基礎データを選択し、その選択された基礎データにもとづいて動画を再生する処理を画像処理ブロック２６に行わせてもよい。これによりオーディオ再生中にランダムに動画が選択されて表示される。
【０１３０】
また、上記の説明では第１セッションに記録されるオーディオデータは、音楽ＣＤすなわちＣＤ−ＤＡ規格にしたがうデジタルオーディオデータを想定したが、第１セッションにコンピュータで再生のできるＭＰ３などの規格で圧縮符号化されたオーディオファイルを記録してもよい。その場合、音楽再生装置１０のオーディオ再生ブロック１８は、圧縮オーディオファイルを復号する復号部を備えてもよい。
【０１３１】
音楽ＣＤに記録されるデジタルオーディオデータは、ＭＰ３などで圧縮符号化した場合、６０〜７０メガバイト程度のオーディオファイルになり、ディスク記録媒体１００としてＣＤを用いた場合でも、残り容量は６００メガバイト以上ある。この空き領域にメガピクセルクラスの高画質の画像をキーフレームとして１５００枚から３０００枚記録することができ、それらのキーフレームから中間フレームを生成して、３０分から１時間程度の動画を再生することができる。仮に生成された中間フレームを含めて動画データをすべて格納するとしたら、５万フレームから１０万フレームのデータを記録することになり、ＣＤ−ＲＯＭの記録容量では足りず、ＤＶＤ−ＲＯＭを利用せざるを得ない。しかしながら、本実施の形態では中間フレームを動的に生成するため、記録するのはキーフレームと対応情報ファイルだけでよいので、ＣＤ−ＲＯＭへの格納が可能であり、しかもＭＰＥＧと同程度の品質の長時間の動画の再生ができる。
【０１３２】
また、本実施の形態によるオーディオデータに付加される動画再生のための基礎データはデータ量が少ないため、音楽と映像をネットワーク経由で送信するストリーム型配信にも向き、携帯電話によるデータ通信のような通信速度の遅いネットワーク環境や、無線通信のようなパケット損失率の高いネットワーク環境でも品質の高い動画再生が可能となる。
【０１３３】
実施の形態２
図２６は実施の形態２に係る音楽再生装置１０の構成を示す。図１９の実施の形態１の音楽再生装置１０と同様の機能構成については同一符号を付して説明を省略する。本実施の形態では、ディスク記録媒体１００は、実施の形態１と同じマルチセッション記録方式でデータが記録されているが、第１セッションにＰＣＭオーディオ信号が記録され、第２セッションまたはそれ以降のセッションにＭＰ３などの規格で圧縮符号化されたオーディオファイルおよび動画基礎データが記録される。このディスク記録媒体１００を通常のＣＤプレイヤーなどに挿入すると、第１セッションのみが認識されて、通常の音楽ＣＤのように扱われ、ＰＣＭオーディオ信号によって曲が再生される。一方、このディスク記録媒体１００が本実施の形態に係る音楽再生装置１０で利用されると、第２セッションに記録された圧縮オーディオファイルによって曲が再生されると同時に、動画基礎データを利用して動画が生成されて表示される。このために、オーディオ再生ブロック１８の復号部１９が第２セッションに記録された圧縮オーディオファイルを復号してＤ／Ａ変換部２０に与える。
【０１３４】
図２７は、ディスク記録媒体１００のデータ構造を説明する図である。図２０と同様のマルチセッション記録方式であるが、ＰＣＭオーディオ信号以外にＭＰ３などによる圧縮オーディオファイルが格納されている点が異なる。同図のように、第１セッションのプログラムエリアには複数のオーディオトラック７４が、第２セッションのプログラムエリアには圧縮オーディオデータ７５が、第３セッションのプログラムエリアには動画基礎データ７６が、第４セッションのプログラムエリアには関連づけデータ７８が記録される。このディスク記録媒体１００には、同一の曲に対して、オーディオトラック７４と圧縮オーディオデータ７５が設けられており、通常のＣＤプレーヤーなどでは、オーディオトラック７４による曲の再生が行われ、本実施の形態の音楽再生装置１０では、圧縮オーディオデータによって同一の曲の再生が行われるが、オーディオトラック７４と圧縮オーディオデータ７５が別の曲であってもかまわない。
【０１３５】
図２８は、本実施の形態に係るディスク記録媒体１００に格納された関連づけデータ７８のデータフォーマットを説明する図である。関連づけデータ７８は、圧縮オーディオデータ番号８１と動画基礎データ番号８２が対になったものである。関連づけ制御部３７は、この関連づけデータ７８を参照することにより、再生中の圧縮オーディオデータ７５に関連づけられた動画基礎データ７６を用いた動画再生を画像処理ブロック２６に行わせる。
【０１３６】
再び図２６を参照する。画像符号化ブロック６０は、ユーザから画像データの入力を受けて、動画再生のためのストリームデータに符号化する処理を行う。画像入力部６２は、ユーザから複数の静止画データの入力を受けつける。マッチングプロセッサ６４は、入力された複数の静止画をキーフレームとしてそれらの間の対応情報ファイルを生成する。ストリーム生成部６６は、キーフレームと対応情報ファイルを図２１に示したフォーマットで記録した符号化ストリームデータを生成して出力する。なお、画像入力部６２はユーザから動画データの入力を受けつけて、マッチングプロセッサ６４はその入力された動画の一部のフレームをキーフレームとして選択してそれらの間の対応情報ファイルを生成してもよい。これにより、ユーザの入力する動画データがキーフレームと対応情報ファイルを用いたストリームデータに符号化される。
【０１３７】
信号処理部１４は、画像符号化ブロック６０により生成された動画再生のための符号化ストリームデータを新たな動画基礎データ７６としてディスク記録媒体１００に記録する。制御ブロック３６の関連づけ制御部３７は、その新たな動画基礎データ７６とユーザが指定する圧縮オーディオデータ７５とを関連づける関連づけデータ７８を作成する。新たな動画基礎データ７６は、圧縮オーディオデータに関連づけられて既に記録されているオリジナルの動画基礎データ７６に置き換えてディスク記録媒体１００に記録してもよく、既に記録されているオリジナルの動画基礎データ７６はそのまま残して、別途記録してもよい。これによりユーザが曲に対して自由に動画を関連づけてディスク記録媒体１００に記録することができる。
【０１３８】
なお、本実施の形態のディスク記録媒体１００においては、ＰＣＭオーディオ信号が記録された第１セッション以外のセッションに、圧縮オーディオファイルと動画再生のために必要なデータが格納されていればよく、圧縮オーディオデータ７５、動画基礎データ７６、および関連づけデータ７８がともに第２セッションに記録されていてもかまわない。
【０１３９】
図２９に示すように、ディスク記録媒体１００に記録される圧縮オーディオデータ７５は、楽器による演奏データを含む器楽データ７７ａと、人の声による歌唱データを含む声楽データ７７ｂとを含むレイヤ構造を有してもよい。オーディオ再生ブロック１８による曲の再生中に、図２６の音声入力部６８がユーザの歌声を入力して、信号処理部１４がユーザの歌声を新たな声楽データ７７ｂとしてディスク記録媒体１００に記録する。ユーザによる声楽データ７７ｂは、既に記録されている歌手によるオリジナルの声楽データ７７ｂに置き換えてディスク記録媒体１００に記録してもよく、既に記録されているオリジナルの声楽データ７７ｂはそのままにして、別途記録してもよい。
【０１４０】
実施の形態３
図３０は実施の形態３に係る音楽再生装置１０の構成を示す。図１９の実施の形態１の音楽再生装置１０と同様の機能構成については同一符号を付して説明を省略する。本実施の形態のディスク記録媒体１００は、オーディオデータを主チャネルに、動画基礎データの少なくとも一部を副チャネルに記録することにより、オーディオデータと動画基礎データを多重化して記録したものである。信号処理部１４のチャネル分離部１５は、ディスク記録媒体１００から読み出された信号を主チャネルと副チャネルに分離し、主チャネルに含まれるオーディオデータ４４をオーディオ再生ブロック１８に供給し、副チャネルに含まれる動画基礎データ４６を画像処理ブロック２６に供給する。
【０１４１】
図３１は、ディスク記録媒体１００のデータ構造を説明する図である。第１セッションのプログラムエリアには、複数のオーディオトラック７４が記録される。第２セッションのプログラムエリアには複数のキーフレームデータ７９が記録される。ディスク記録媒体１００がＣＤ−ＤＡ規格にもとづく音楽ＣＤの場合、同図のように、オーディオトラック７４は９８フレームを１ブロックとする複数のブロックで構成される。１フレームは、５８８チャネルビットで構成され、フレーム同期信号９０、サブコード９２、シンボルデータ９４、およびパリティチェック９６を含む。２つのシンボルデータ９４はそれぞれ９６ビットであり、合わせて１９２ビットがメインチャネルを構成する。このメインチャネルにオーディオデータが格納される。サブコード９２はフレームごとに８ビット設けられ、１ブロック単位では９８ビットずつの８つのサブコードチャネルＰ〜Ｗを構成する。
【０１４２】
サブコードチャネルＰ〜Ｗの内、チャネルＰはトラックの開始と終了を示す情報の記録、チャネルＱはトラック番号、時間情報などの記録に使用されているが、それ以外の６チャネルＲ〜Ｗは通常は未使用である。この空きチャネルに画像情報を埋め込んだ音楽ＣＤの規格はＣＤ−Ｇ（ＣＤ−Ｇｒａｐｈｉｃｓ）と呼ばれる。本実施の形態のディスク記録媒体１００では、空きチャネル９３にキーフレーム間の対応情報ファイルを記録する。
【０１４３】
本実施の形態の音楽再生装置１０の信号処理部１４は、第１セッションのオーディオトラック７４内のメインチャネルに格納されたオーディオデータをオーディオ再生ブロック１８に供給するとともに、空きチャネル９３に格納された対応情報ファイルを画像処理ブロック２６に供給する。さらに信号処理部１４は、第２セッションに格納されたキーフレームデータ７９を読み取り、画像処理ブロック２６に供給する。画像処理ブロック２６は、キーフレームデータ７９とそれらの間の対応情報ファイルとを用いて動画を再生する。空きチャネル９３にはオーディオトラック７４とキーフレームデータ７９を関連づけるデータが記録されてもよく、関連づけ制御部３７は、この関連づけデータを参照することにより、オーディオトラック７４に関連づけられたキーフレームデータ７９を用いた動画再生を画像処理ブロック２６に行わせる。
【０１４４】
図３２は、ディスク記録媒体１００の別のデータ構造を説明する図である。実施の形態１のように動画基礎データ７６をオーディオトラック７４が記録されたセッションとは異なるセッションに記録し、オーディオトラック７４の空きチャネル９３にオーディオトラック７４と動画基礎データ７６を関連づけるデータを記録する。すなわち空きチャネル９３には、当該オーディオトラック７４の再生に関連づけるべき動画基礎データ７６を識別する動画基礎データ番号を記録する。関連づけ制御部３７は、この関連づけデータを参照することにより、オーディオトラック７４に関連づけられた動画基礎データ７６を用いた動画再生を画像処理ブロック２６に行わせる。
【０１４５】
さらに、空きチャネル９３に動画の中間フレームもしくはキーフレームのフレーム番号を格納し、オーディオ信号の再生と同期して指定された動画フレームが再生されるように構成してもよい。このようにして、オーディオ信号のフレームに対して特定の動画フレームを指定して対応づければ、オーディオトラックの再生に動画の再生を任意に同期づけることができるようになる。たとえば、動画再生部３２において、歌詞に合わせて適切な動画フレームが再生されるようにタイミングを制御することも可能である。また、動画のキーフレームの再生タイミングを指定するタイムスタンプの情報を空きチャネル９３に記録してもよい。動画再生部３２は、このキーフレームのタイムスタンプにもとづいたキーフレームの再生タイミングの調整が可能となる。
【０１４６】
サブチャネルが占める容量はＣＤ−ＲＯＭの全体容量の３パーセント程度にすぎず、サブチャネルの空き領域に記録できるデータの量は制限される。しかしながら、キーフレーム間の対応情報ファイルのサイズは、キーフレームの画像サイズに比べて十分に小さいため、本実施の形態のようにサブチャネルに対応情報ファイルのデータを記録することができる。またオーディオと動画の関連づけ情報その他の動画再生に関するデータもこのサブチャネルに記録することができる。なお、サブチャネルには複数のキーフレームの一部を格納してもよい。
【０１４７】
本実施の形態のディスク記録媒体１００のように、キーフレーム間の対応情報ファイルをオーディオトラックのサブチャネルに記録しておけば、仮に第２セッションに記録されたキーフレームデータだけが不正にコピーされることがあっても、キーフレームだけでは動画を再生することができないため、動画自体は保護される。このように本実施の形態のディスク記録媒体１００は動画データの不正コピーに対するある種のプロテクション機能を有する。
【０１４８】
実施の形態４
図３３は実施の形態４に係る音楽再生装置１０の構成を示す。本実施の形態のディスク記録媒体１００は、同一トラック内にオーディオデータと動画基礎データをインターリーブして記録したものである。本実施の形態の信号処理部１４は、ユーザが選曲したオーディオトラック内にインターリーブして記録されたオーディオデータと動画基礎データを時分割方式で順次取得して、オーディオデータはオーディオ再生ブロック１８に、動画基礎データは画像処理ブロック２６に随時供給する。
【０１４９】
図３４は、ディスク記録媒体１００にインターリーブ記録方式で記録されたオーディオデータと動画基礎データを説明する図である。ディスク記録媒体１００は、一例として、ＣＤ−Ｉ（ＣＤ−Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｖｅ）規格にしたがうＣＤである。ＣＤ−Ｉ規格では、画像、オーディオ、テキスト、プログラムなどを同一トラック内に時分割多重方式で記録することができる。ディスク記録媒体１００は、ＣＤ−Ｉ規格にもとづいて、オーディオデータとキーフレーム、対応情報ファイルを同一トラック内にインターリーブして記録する。同図のようにひとつのオーディオトラックに、オーディオデータが複数のブロックに分割されて記録され、分割されたオーディオデータの間にキーフレームおよび対応情報ファイルが挿入される。さらにキーフレームの再生タイミングを指定するタイムスタンプをインターリーブ方式で同一トラックに記録してもよい。
【０１５０】
本実施の形態では、同一トラック内にオーディオデータと動画再生の基礎データが記録されており、オーディオトラックの再生時に、同一トラック内の動画再生の基礎データを用いた動画再生が可能である。したがって実施の形態１のように再生されるオーディオ信号と動画とを関連づける必要がない。また同一トラック内にインターリーブ方式で記録されたオーディオデータと動画再生の基礎データを次々に読み込んで処理するため、オーディオデータと動画フレームの再生タイミングを合わせることが容易である。
【０１５１】
実施の形態５
図３５は、実施の形態５に係る音楽再生装置１０の構成を示す。記憶部５０には拡張オーディオファイル５８が格納されている。記憶部５０は、ハードディスク、半導体メモリ、光ディスクなどデータを記録する任意の媒体である。データ読取・書込部１７は記憶部５０に格納された拡張オーディオファイル５８にアクセスし、拡張オーディオファイル５８に含まれるオーディオデータ４４と動画基礎データ４６を取得し、オーディオデータ４４はオーディオ再生ブロック１８に、動画基礎データ４６は画像処理ブロック２６にそれぞれ供給する。またデータ読取・書込部１７は、音声入力部６８により入力されるユーザの声楽データを拡張オーディオファイル５８に記録し、画像符号化ブロック６０によりユーザの入力画像をもとに生成される動画基礎データを拡張オーディオファイル５８に記録する。その他の構成と動作は図２６に示した第２の実施の形態に係る音楽再生装置１０と同様である。
【０１５２】
図３６は、拡張オーディオファイル５８のデータフォーマットを説明する図である。拡張オーディオファイル５８は、タグデータ１１０、オーディオデータ１１２、および動画基礎データ１１４を含む。オーディオデータ１１２は、器楽データ１１３ａと声楽データ１１３ｂに階層化されている。一例として、オーディオデータ１１２は、ＭＰ３により圧縮符号化されたデータであり、タグデータ１１０は、ＭＰ３のＩＤ３タグである。
【０１５３】
タグデータ１１０は、オーディオデータ１１２に関する情報を記録するものであり、タイトル１１６、アーティスト名１１８、アルバム名１２０、発表年１２２、ジャンル１２４、コメント１２６、器楽データのスタートアドレス１２７ａ、声楽データのスタートアドレス１２７ｂ、および動画基礎データのスタートアドレス１２８が記録される。
【０１５４】
器楽データのスタートアドレス１２７ａおよび声楽データのスタートアドレス１２７ｂは、それぞれ拡張オーディオファイル５８に格納されているオーディオデータ１１２に含まれる器楽データ１１３ａおよび声楽データ１１３ｂのデータフォーマット上の格納位置である。動画基礎データのスタートアドレス１２８は、拡張オーディオファイル５８に格納されている動画基礎データ１１４のデータフォーマット上の格納位置である。これらの格納位置の情報は、音声入力部６８により入力されたユーザの声楽データおよび画像符号化ブロック６０により生成されたユーザの入力画像にもとづく動画基礎データを記録する際に利用される。
【０１５５】
データ読取・書込部１７は、ユーザが選曲した拡張オーディオファイル５８を読み取る際に、動画基礎データのスタートアドレス１２８にもとづいてそのオーディオデータに関連づけられた動画基礎データ１１４を読み取り、画像処理ブロック２６に供給することができる。したがって、オーディオデータの再生と同時に関連づけられた動画を再生することが可能である。また拡張オーディオファイル５８は、通常のＭＰ３プレイヤーで利用される場合は、動画基礎データ１１４が無視されて通常のＭＰ３ファイルとして認識されるので、通常のＭＰ３プレイヤーとの互換性を維持することができる。
【０１５６】
実施の形態６
図３７は、実施の形態６に係る音楽再生装置１０の構成を示す。記憶部５０には、圧縮オーディオファイル５２、動画基礎ファイル５４、およびタグファイル５６が格納されている。実施の形態５とは異なり、圧縮オーディオファイル５２と動画基礎ファイル５４が別々のファイルであり、タグファイル５６は両者を関連づける情報を格納する。関連づけ制御部３７はこのタグファイル５６を用いて再生中のオーディオデータに動画を関連づける制御を行う。
【０１５７】
図３８は、タグファイル５６のデータ構造を説明する図である。圧縮オーディファイル５２のファイル名１３０と動画基礎ファイル５４のファイル名１３２を対応づけた情報が格納される。同図のように１つの圧縮オーディオファイル５２に対して複数の動画基礎ファイル５４を対応づけることができる。
【０１５８】
本実施の形態では、タグファイル５６を適宜編集することにより、再生されるオーディオデータと動画とを任意に関連づけることができる。またタグファイル５６に関連づけが定義されていない場合、圧縮オーディオファイル５２の再生中にランダムに動画基礎ファイル５４を選択して動画を再生することもできる。
【０１５９】
圧縮オーディオファイル５２と動画基礎ファイル５４を関連づける情報をタグファイル５６の形で別途設ける代わりに、関連づけ情報を圧縮オーディオファイル５２の一部、たとえば圧縮オーディオファイル５２内に設けられたタグデータに含めてもよい。図３８の例で説明すると、ファイル名が「オーディオファイル１」である圧縮オーディオファイル５２のタグデータに、関連づけられる動画基礎ファイル５４のファイル名として「動画基礎ファイル１、動画基礎ファイル２、動画基礎ファイル３」を記録する。
【０１６０】
音楽再生装置１０は受信部をさらに備えて、圧縮オーディオファイル５２および動画基礎ファイル５４をサーバからダウンロードしてもよい。圧縮オーディオファイル５２のダウンロード後に、必要に応じて関連づけられた動画基礎ファイル５４がダウンロードされる構成にしてもよい。その場合、タグファイル５６に格納される動画基礎ファイル５４のファイル名は、ネットワーク上でファイルを一意的に指定するＵＲＬ（Ｕｎｉｆｏｒｍ　Ｒｅｓｏｕｒｃｅ　Ｌｏｃａｔｏｒ）であってもよい。
【０１６１】
実施の形態７
図３９は、実施の形態７に係る音楽再生装置１０の構成を示す。本実施の形態の音楽再生装置１０は、ストリーム配信型の音楽再生を行う。ストリーム受信部１３はネットワーク経由でオーディオデータと動画基礎データを受信し、受信されたオーディオデータ４４はオーディオ再生ブロック１８に供給され、動画基礎データ４６は画像処理ブロック２６に供給される。ストリーム配信であるため、ネットワークの遅延によりデータの受信がオーディオデータや動画の再生に間に合わない場合にはそのデータはなかったものとしてベストエフォートの再生処理がなされる。
【０１６２】
以上、実施の形態をもとに本発明を説明した。なお本発明はこれらの実施の形態に限定されることなく、そのさまざまな変形例もまた、本発明の態様として有効である。
【０１６３】
実施の形態１から３において、ディスク記録媒体１００の一例として、ＣＤを例にあげたが、これはＭＤ（Ｍｉｎｉ　Ｄｉｓｃ）、ＤＶＤ−ＲＯＭなどの他の光ディスクであってもよい。また、実施の形態１から６の音楽再生装置１０はいずれもカーナビゲーション装置の一部またはカラオケ装置の一部として構成されてもよい。実施の形態５および６の音楽再生装置１０は、半導体メモリを装着可能なＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ　Ｄａｔａ　Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）であってもよく、オーディオデータと動画基礎データを半導体メモリに格納してもよい。実施の形態７の音楽再生装置１０は、携帯端末装置または無線データ通信が可能な携帯電話であってもよい。
【０１６４】
いずれの実施の形態においても音楽の再生時に動画を同時に再生することを説明したが、音楽再生装置１０が動画再生をするために十分な処理性能をもたない場合、画像処理ブロック２６の動画再生部３２は、キーフレームのみの静止画をコマ送りで表示してもよい。逆に音楽再生装置１０の処理性能が高い場合は、中間フレーム生成部２８は、キーフレーム間の中間フレームの生成個数を増やして、よりなめらかな動画が再生されるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（ａ）と図１（ｂ）は、ふたりの人物の顔に平均化フィルタを施して得られる画像、図１（ｃ）と図１（ｄ）は、ふたりの人物の顔に関して前提技術で求められるｐ（５，０）の画像、図１（ｅ）と図１（ｆ）は、ふたりの人物の顔に関して前提技術で求められるｐ（５，１）の画像、図１（ｇ）と図１（ｈ）は、ふたりの人物の顔に関して前提技術で求められるｐ（５，２）の画像、図１（ｉ）と図１（ｊ）は、ふたりの人物の顔に関して前提技術で求められるｐ（５，３）の画像をそれぞれディスプレイ上に表示した中間調画像の写真である。
【図２】図２（Ｒ）はもとの四辺形を示す図、図２（Ａ）、図２（Ｂ）、図２（Ｃ）、図２（Ｄ）、図２（Ｅ）はそれぞれ相続四辺形を示す図である。
【図３】始点画像と終点画像の関係、および第ｍレベルと第ｍ−１レベルの関係を相続四辺形を用いて示す図である。
【図４】パラメータηとエネルギーＣｆの関係を示す図である。
【図５】図５（ａ）、図５（ｂ）は、ある点に関する写像が全単射条件を満たすか否かを外積計算から求める様子を示す図である。
【図６】前提技術の全体手順を示すフローチャートである。
【図７】図６のＳ１の詳細を示すフローチャートである。
【図８】図７のＳ１０の詳細を示すフローチャートである。
【図９】第ｍレベルの画像の一部と、第ｍ−１レベルの画像の一部の対応関係を示す図である。
【図１０】前提技術で生成された始点階層画像を示す図である。
【図１１】図６のＳ２に進む前に、マッチング評価の準備の手順を示す図である。
【図１２】図６のＳ２の詳細を示すフローチャートである。
【図１３】第０レベルにおいて副写像を決定する様子を示す図である。
【図１４】第１レベルにおいて副写像を決定する様子を示す図である。
【図１５】図１２のＳ２１の詳細を示すフローチャートである。
【図１６】あるｆ（ｍ，ｓ）についてλを変えながら求められたｆ（ｍ，ｓ）（λ＝ｉΔλ）に対応するエネルギーＣ（ｍ，ｓ）ｆの挙動を示す図である。
【図１７】ηを変えながら求められたｆ（ｎ）（η＝ｉΔη）（ｉ＝０，１，…）に対応するエネルギーＣ（ｎ）ｆの挙動を示す図である。
【図１８】改良後の前提技術において第ｍレベルにおける副写像を求めるフローチャートである。
【図１９】実施の形態１に係る音楽再生装置の構成図である。
【図２０】図１９のディスク記録媒体にマルチセッション記録方式で記録されるオーディオトラックと動画基礎データのデータ構造を説明する図である。
【図２１】図２０の動画基礎データのデータフォーマットを説明する図である。
【図２２】図２０の動画基礎データの別のデータフォーマットを説明する図である。
【図２３】図２０のオーディオトラックと動画基礎データを関連づけるデータが図１９のディスク記録媒体に記録される形式を説明する図である。
【図２４】図２３の関連づけデータのデータフォーマットを説明する図である。
【図２５】図１９のディスク記録媒体に記録される動画生成のためのプログラムを説明する図である。
【図２６】実施の形態２に係る音楽再生装置の構成図である。
【図２７】図２６のディスク記録媒体にマルチセッション記録方式で記録されるオーディオトラック、圧縮オーディオデータ、動画基礎データ、および関連づけデータのデータ構造を説明する図である。
【図２８】図２７の関連づけデータのデータフォーマットを説明する図である。
【図２９】図２７の圧縮オーディオデータの構成を説明する図である。
【図３０】実施の形態３に係る音楽再生装置の構成図である。
【図３１】図３０のディスク記録媒体に記録されるオーディオトラックとキーフレームデータのデータ構造、およびオーディオトラックのサブコードチャネルに格納される対応情報ファイルを説明する図である。
【図３２】図３０のディスク記録媒体に記録されるオーディオトラックと動画基礎データのデータ構造、およびオーディオトラックのサブコードチャネルに格納される動画再生に関する情報を説明する図である。
【図３３】実施の形態４に係る音楽再生装置の構成図である。
【図３４】図３３のディスク記録媒体にインターリーブ記録方式で記録されるオーディオデータと動画基礎データのデータ構造を説明する図である。
【図３５】実施の形態５に係る音楽再生装置の構成図である。
【図３６】図３５の拡張オーディオファイルのデータフォーマットを説明する図である。
【図３７】実施の形態６に係る音楽再生装置の構成図である。
【図３８】図３７のタグファイルのデータ構造を説明する図である。
【図３９】実施の形態７に係る音楽再生装置の構成図である。
【符号の説明】
１０　音楽再生装置、　１３　ストリーム受信部、　１４　信号処理部、　１５　チャネル分離部、　１７　データ読取・書込部、　１８　オーディオ再生ブロック、　１９　復号部、　２０　Ｄ／Ａ変換部、　２２　増幅部、　２４　スピーカ、　２６　画像処理ブロック、　２８　中間フレーム生成部、　３０　フレームバッファ、　３２　動画再生部、　３６　制御ブロック、　３７　関連づけ制御部、　３８　同期制御部、　４０　選曲部、　４４　オーディオデータ、４６　動画基礎データ、　５０　記憶部、　５２　圧縮オーディオファイル、５４　動画基礎ファイル、　５６　タグファイル、　５８　拡張オーディオファイル、　６０　画像符号化ブロック、　６２　画像入力部、　６４　マッチングプロセッサ、　６６　ストリーム生成部、　１００　ディスク記録媒体。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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