(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
動画像信号を所定の画素数と所定のライン数からなるブロックに分割し、各ブロック毎に、少なくとも１フィールド以上離れた信号間で、動画像の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、少なくとも１フィールド分の動きベクトルを、記憶手段に格納するステップと、
前記記憶手段に格納された各ブロック毎の動きベクトルに０ベクトルを加えた候補ベクトルの中から、それぞれの候補ベクトルにて偏位させたブロックと検出対象のブロックのフィールド間差分値を画素毎に求めて、その結果の累計が最小となるブロックの動きベクトルを、初期偏位ベクトルとして選択する初期偏位ベクトル選択ステップと、
前記初期偏位ベクトルを起点として複数回の勾配法演算を施し、検出対象のブロックの動きベクトルを求める第１の勾配法演算ステップと、
前記第１の勾配法演算ステップの結果に、さらに勾配法演算を施し、演算結果を前記記憶手段に格納する第２の勾配法演算ステップとを有し、
前記初期偏位ベクトル選択ステップは、
前記累計が最小となるブロックの動きベクトルが複数存在する場合には、
前記第２の勾配法演算ステップの演算結果である偏位分が最も小さいブロックの動きベクトルを、前記初期偏位ベクトルとして選択することを特徴とする動きベクトル検出方法。
【請求項２】
動画像信号を所定の画素数と所定のライン数からなるブロックに分割し、各ブロック毎に、少なくとも１フィールド以上離れた信号間で、動画像の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、
各ブロック毎に検出された、少なくとも１フィールド分の動きベクトルを格納する記憶手段と、
前記記憶手段に格納された各ブロック毎の動きベクトルに０ベクトルを加えた候補ベクトルの中から、それぞれの候補ベクトルにて偏位させたブロックと検出対象のブロックのフィールド間差分値を画素毎に求めて、その結果の累計が最小となるブロックの動きベクトルを、前記初期偏位ベクトルとして選択する初期偏位ベクトル選択手段と、
前記初期偏位ベクトルを起点として複数回の勾配法演算を施し、検出対象のブロックの動きベクトルを求めて出力する第１の勾配法演算手段と、
前記第１の勾配法演算手段の出力に、さらに勾配法演算を施し、演算結果を前記記憶手段に格納する第２の勾配法演算手段とを有し、
前記初期偏位ベクトル選択手段は、
前記累計が最小となるブロックの動きベクトルが複数存在する場合には、
前記第２の勾配法演算手段の演算結果である偏位分が最も小さいブロックの動きベクトルを、前記初期偏位ベクトルとして選択することを特徴とする動きベクトル検出装置。
【請求項３】
請求項１に記載の動きベクトル検出方法をコンピュータに実行させることを特徴とする動きベクトル検出プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、動画像信号において、動画像の大きさや方向、即ち動きベクトルを検出する方法、動きベクトル検出装置及び動きベクトル検出プログラムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
動きベクトルは、例えばＴＶ信号などの動画像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、ＴＶ方式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ために用いられる。
従来の一般的な動きベクトル検出方法としては、動画像信号をｍ画素×ｎラインの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法があり、例えばパターンマッチング法（特許文献１、特許文献２）や、反復勾配法（特許文献３）が良く知られている。
また、反復勾配法を用いる方法においては、動きベクトルの検出精度を向上させるために、複数の候補ベクトルから初期偏位ベクトルを選択し、これを起点として勾配法演算を複数回用いるものが提案されている（特許文献４）。
【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】
【０００３】
しかしながら、候補となる初期偏位ベクトルの近傍ブロックの検出精度を評価せずに初期偏位ベクトルを選択しているため、例えば水平方向の動きの映像で垂直方向の動きベクトルを誤検出する、あるいは垂直方向の動きの映像で水平方向の動きベクトルを誤検出する、というように、動きベクトルの検出精度が一定程度以上には向上しないという課題があった。
そこで、適切な初期偏位ベクトルを選択し、動きベクトルの検出精度を向上できるような、動きベクトル検出方法及び動きベクトル検出装置が望まれていた。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明に係る動きベクトル検出方法は、
動画像信号を所定の画素数と所定のライン数からなるブロックに分割し、各ブロック毎に、少なくとも１フィールド以上離れた信号間で、動画像の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、少なくとも１フィールド分の動きベクトルを、記憶手段に格納するステップと、
前記記憶手段に格納された各ブロック毎の動きベクトルに０ベクトルを加えた候補ベクトルの中から、それぞれの候補ベクトルにて偏位させたブロックと検出対象のブロックのフィールド間差分値を画素毎に求めて、その結果の累計が最小となるブロックの動きベクトルを、初期偏位ベクトルとして選択する初期偏位ベクトル選択ステップと、
前記初期偏位ベクトルを起点として複数回の勾配法演算を施し、検出対象のブロックの動きベクトルを求める第１の勾配法演算ステップと、
前記第１の勾配法演算ステップの結果に、さらに勾配法演算を施し、演算結果を前記記憶手段に格納する第２の勾配法演算ステップとを有し、
前記初期偏位ベクトル選択手段は、
前記累計が最小となるブロックの動きベクトルが複数存在する場合には、
前記第２の勾配法演算手段の演算結果である偏位分が最も小さいブロックの動きベクトルを、前記初期偏位ベクトルとして選択することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００５】
本発明に係る動きベクトル検出方法によれば、
複数の初期偏位ベクトルの候補が存在する場合に、第２の勾配法演算ステップの結果を基に、適切な初期偏位ベクトルを選択するので、動きベクトル検出の精度が向上し、水平方向の動きの映像で垂直方向の動きベクトルを誤検出する、あるいは垂直方向の動きの映像で水平方向の動きベクトルを誤検出する、というような、動きベクトルの検出精度が一定程度以上には向上しないという課題を解決できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る動きベクトル検出方法を実現する、動きベクトル検出装置の構成図を示すものである。
図１の動きベクトル検出装置は、フィールドディレー１、ベクトルメモリ２、初期偏位ベクトル選択３、勾配法演算４、加算回路５、勾配法演算６、加算回路７、勾配法演算８を有する。
フィールドディレー１は、入力された映像信号Ａを基に、前フィールド信号Ｃを出力する。
ベクトルメモリ２は、加算回路７より加算結果ベクトルＩ、勾配法演算８より３回目偏位分Ｊを、組にして受け取って格納する。また、受け取った加算結果ベクトルＩと３回目偏位分Ｊの組を、所定量蓄積する。蓄積した加算結果ベクトルＩと３回目偏位分Ｊの組は、次の初期偏位ベクトルの候補ベクトルＤ、及びＤに対応した３回目偏位分Ｌとして、初期偏位ベクトル選択３に出力する。
初期偏位ベクトル選択３は、現フィールド信号Ｂを受け取る。また、ベクトルメモリ２より候補ベクトルＤ及び３回目偏位分Ｌを受け取り、フィールドディレー１より前フィールド信号Ｃを受け取る。また、候補ベクトルＤに０ベクトルを加えた候補の中から、３回目偏位分Ｌの対応する値を用いて、初期偏位ベクトルＥを選択して出力する。
勾配法演算４は、現フィールド信号Ｂを受け取る。また、初期偏位ベクトル選択３より初期偏位ベクトルＥを受け取り、フィールドディレー１より前フィールド信号Ｃを受け取る。また、受け取った信号を基に勾配法演算を行い、１回目偏位分Ｆを出力する。
加算回路５は、初期偏位ベクトルＥと１回目偏位分Ｆを加算し、加算結果ベクトルＧを出力する。
勾配法演算６は、現フィールド信号Ｂを受け取る。また、加算回路５より加算結果ベクトルＧを受け取り、フィールドディレー１より前フィールド信号Ｃを受け取る。また、受け取った信号を基に勾配法演算を行い、２回目偏位分Ｈを出力する。
加算回路７は、加算結果ベクトルＧと２回目偏位分Ｈを加算し、加算結果ベクトルＩを出力する。
加算結果ベクトルＩは、図１の動きベクトル検出装置の検出結果ベクトルとなる。
勾配法演算８は、現フィールド信号Ｂを受け取る。また、加算回路７より加算結果ベクトルＩを受け取り、フィールドディレー１より前フィールド信号Ｃを受け取る。また、受け取った信号を基に勾配法演算を行い、３回目偏位分Ｊを出力する。
【０００７】
ここで、以後の説明の理解を容易にするために、従来の反復勾配法を用いた動きベクトル検出方法について説明する。
従来の動きベクトル検出方法は、１フィールド又は１フレームの動画像信号を例えばｍ画素×ｎラインからなるブロック単位に細分化し、これらの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。
【０００８】
図８は、前フィールドを基準として、検出対象のブロック（被検出ブロック）の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検出する方法について説明するものである。
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、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）とする。
次に、この初期偏位ベクトルに相当する分、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１回目の偏位分Ｖ１＝（α１、β１）と２回目の偏位分Ｖ２＝（α２、β２）を、反復勾配法を用いて求める。
次に、前記初期偏位ベクトルＶ０と前記偏位分Ｖ１、Ｖ２を加算して、被検出ブロックの真の動きベクトルＶ＝Ｖ０＋Ｖ１＋Ｖ２を求めている。
【０００９】
図９は、検出対象である動きベクトルＶ、初期偏位ベクトルＶ０、１回目の偏位分Ｖ１、２回目の偏位分Ｖ２の関係を図示するものである。
適切な初期偏位ベクトルＶ０を選択することができれば、動きベクトルＶの検出精度が向上するので、より精度の高い初期偏位ベクトルＶ０を選択することが課題となる。
【００１０】
図１０は、従来の反復勾配法を用いた動きベクトル検出装置の構成図を示すものである。
図１０に示すように、従来の反復勾配法を用いた動きベクトル検出装置では、初期偏位ベクトルの精度を評価する手段を有することなく初期偏位ベクトルを選択しているため、不適切な初期偏位ベクトルを選択してしまう場合がある。
【００１１】
以後は、図１の動きベクトル検出装置の動作説明に戻る。
【００１２】
図２は、図１における初期偏位ベクトルＥ、１回目偏位分Ｆ、２回目偏位分Ｈ及び３回目偏位分Ｊと、検出対象である動きベクトルＶとの関係を図示するものである。
図２のＩは、図１における検出ベクトルである。即ち、３回目偏位分Ｊが小さいほど、Ｉは検出対象の動きベクトルＶに近いものであり、検出精度が高いということになる。
従って、３回目偏位分Ｊの値が最も小さい初期偏位ベクトルが、候補として最も適しているということになる。
【００１３】
図３は、次の初期偏位ベクトルとなる候補ベクトルの一例を示すものである。
初期偏位ベクトルは、できる限り多くの候補ベクトルの中から、最も適切なベクトルを選択できることが望ましい。候補ベクトルは、例えば図３に示すように、被検出ブロックの周囲８ブロックから、それぞれ選ぶことができる。
【００１４】
図４は、候補ベクトルの別の例を示すものである。
図４に示す例では、前フィールドにおける被検出ブロックの左上、上、右下、下の４ブロックと、現フィールドにおける被検出ブロックの左上、上、右下、下の４ブロックから、それぞれ候補ベクトルを選んでいる。
【００１５】
図５は、ベクトルメモリ２の必要容量を説明するものである。
ベクトルメモリ２の必要容量は、候補ベクトルの数に依存する。
例えば、図４に示す例（図５の上）のように８つの候補ベクトルを選択する場合、ベクトルメモリ２は８ベクトル分の容量が必要である。
また、図５の下に示すように、被検出ブロックの周囲２４ブロックから候補ベクトルをそれぞれ選択する場合、２４ベクトル分の容量が必要である。
実際には、装置のサイズ上の制限等から、搭載可能なメモリ容量に制限がある場合があるため、許容される範囲内で適切なメモリ容量を選択する。
なお、図５はベクトルメモリ２の必要容量を説明するための図であり、同図に示す内容は、実際に行われるベクトル検出方法を説明するものではないことを付言しておく。
【００１６】
次に、図１の初期偏位ベクトル選択３の動作を説明する。
初期偏位ベクトル選択３は、ベクトルメモリ２が格納している候補ベクトルＤに０ベクトルを加えた候補から、適切な初期偏位ベクトルＥを選択する。
選択に際しては、候補ベクトルＤに０ベクトルを加えた候補から、フィールド間差分絶対値の全画素の累計が最小となるベクトルを、初期偏位ベクトルＥとする。
ここで、フィールド間差分とは、候補ベクトルにて偏位させたブロックと、被検出ブロックとの画素毎の差分値のことである。
フィールド間差分絶対値の全画素の累計が最小となる候補ベクトルが複数存在する場合には、３回目偏位分Ｌの対応する値が最も小さいベクトルを、優先的に初期偏位ベクトルＥとして選択する。
このように、３回目偏位分の値を考慮することで、より精度の高い初期偏位ベクトル選択が可能となる。
【００１７】
ここで、ベクトルメモリ２が格納している候補ベクトルＤに０ベクトルを加えて候補ベクトルとするのは、０ベクトルを加えることによって、検出結果が発散することを防ぐためである。
【００１８】
なお、フィールド間差分絶対値の全画素の累計を比較するに際しては、厳密な値で比較することもできるし、所定の誤差範囲内にある値は同じ値とみなし、３回目偏位分の大きさにより初期偏位ベクトルＥを選択することも可能である。
また、０ベクトルは３回目偏位分の値がないため、優先度を固定的に割り当てるようにしてもよい。
【００１９】
本実施の形態１で述べた動きベクトル検出方法及び動きベクトル検出装置は、動画像信号の高能率符号化処理を行う装置に適用可能である。例えば、ＴＶ方式変換装置や、ＴＶ信号圧縮・伸張装置（ＭＰＥＧ２−ＣＯＤＥＣ）等に適用することができる。
【００２０】
以上のように、本実施の形態１に係る動きベクトル検出方法によれば、
動画像信号を所定の画素数と所定のライン数からなるブロックに分割し、各ブロック毎に、少なくとも１フィールド以上離れた信号間で、動画像の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、少なくとも１フィールド分の動きベクトルを、記憶手段に格納するステップと、
前記記憶手段に格納された各ブロック毎の動きベクトルの中から、検出対象のブロックの動きベクトルに最も近い動きベクトルを初期偏位ベクトルとして選択する初期偏位ベクトル選択ステップと、
前記初期偏位ベクトルを起点として複数回の勾配法演算を施し、検出対象のブロックの動きベクトルを求める第１の勾配法演算ステップと、
前記第１の勾配法演算ステップの結果に、さらに勾配法演算を施し、演算結果を前記記憶手段に格納する第２の勾配法演算ステップとを有するので、
複数の初期偏位ベクトルの候補が存在する場合に、第２の勾配法演算ステップの結果を基に、適切な初期偏位ベクトルを選択するので、動きベクトル検出の精度が向上し、水平方向の動きの映像で垂直方向の動きベクトルを誤検出する、あるいは垂直方向の動きの映像で水平方向の動きベクトルを誤検出する、というような、動きベクトルの検出精度が一定程度以上には向上しないという課題を解決できる。
【００２１】
前記初期偏位ベクトル選択ステップは、
前記記憶手段に格納された動きベクトルに０ベクトルを加えた候補ベクトルの中から、
それぞれの候補ベクトルにて偏位させたブロックと検出対象のブロックのフィールド間差分値を画素毎に求めて、
その結果の累計が最小となるブロックの動きベクトルを、前記初期偏位ベクトルとして選択するので、
０ベクトルを加えることによって、検出結果が発散することを防ぎつつ、被検出ブロックの動きベクトルに最も近い初期偏位ベクトルを選択することができる。
【００２２】
前記初期偏位ベクトル選択ステップは、
前記累計が最小となるブロックの動きベクトルが複数存在する場合には、
前記第２の勾配法演算ステップの演算結果が最も小さいブロックの動きベクトルを、前記初期偏位ベクトルとして選択するので、
第２の勾配法演算ステップの演算結果により初期偏位ベクトル候補を適切に評価し、これにより誤検出を防止して、動きベクトルの検出精度を向上させることができる。
【００２３】
また、本実施の形態１に係る動きベクトル検出装置によれば、
動画像信号を所定の画素数と所定のライン数からなるブロックに分割し、各ブロック毎に、少なくとも１フィールド以上離れた信号間で、動画像の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、
各ブロック毎に検出された、少なくとも１フィールド分の動きベクトルを格納する記憶手段と、
前記記憶手段に格納された各ブロック毎の動きベクトルの中から、検出対象のブロックの動きベクトルに最も近い動きベクトルを初期偏位ベクトルとして選択する初期偏位ベクトル選択手段と、
前記初期偏位ベクトルを起点として複数回の勾配法演算を施し、検出対象のブロックの動きベクトルを求めて出力する第１の勾配法演算手段と、
前記第１の勾配法演算手段の出力に、さらに勾配法演算を施し、演算結果を前記記憶手段に格納する第２の勾配法演算手段とを有するので、
複数の初期偏位ベクトルの候補が存在する場合に、第２の勾配法演算手段の結果を基に、適切な初期偏位ベクトルを選択するので、動きベクトル検出の精度が向上し、水平方向の動きの映像で垂直方向の動きベクトルを誤検出する、あるいは垂直方向の動きの映像で水平方向の動きベクトルを誤検出する、というような、動きベクトルの検出精度が一定程度以上には向上しないという課題を解決できる。
【００２４】
また、前記初期偏位ベクトル選択手段は、
前記記憶手段に格納された動きベクトルに０ベクトルを加えた候補ベクトルの中から、
それぞれの候補ベクトルにて偏位させたブロックと検出対象のブロックのフィールド間差分値を画素毎に求めて、
その結果の累計が最小となるブロックの動きベクトルを、前記初期偏位ベクトルとして選択するので、
０ベクトルを加えることによって、検出結果が発散することを防ぎつつ、被検出ブロックの動きベクトルに最も近い初期偏位ベクトルを選択することができる。
【００２５】
また、前記初期偏位ベクトル選択手段は、
前記累計が最小となるブロックの動きベクトルが複数存在する場合には、
前記第２の勾配法演算手段の演算結果が最も小さいブロックの動きベクトルを、前記初期偏位ベクトルとして選択するので、
第２の勾配法演算手段の演算結果により初期偏位ベクトル候補を適切に評価し、これにより誤検出を防止して、動きベクトルの検出精度を向上させることができる。
【００２６】
実施の形態２．
図６は、本発明の実施の形態２に係る動きベクトル検出プログラムを格納・実行するコンピュータの構成図である。
コンピュータ６０１は、演算手段６０２、ＨＤＤ６０３、映像信号入力手段６０４、映像信号出力手段６０５、記憶手段６０７を有する。
ＨＤＤ６０３は、大容量の記憶装置であり、動きベクトル検出プログラム６０６を格納している。
映像信号入力手段６０４は、演算手段６０２に映像信号を入力する。
映像信号出力手段６０５は、演算手段６０２より、動きベクトル検出結果を含む映像信号を受け取る。受け取った映像信号は、表示装置（図示せず）への表示等を行う。
記憶手段６０７は、例えばＲＡＭのような、比較的小容量で高速な記憶装置である。
【００２７】
図７は、本実施の形態２に係る動きベクトル検出プログラム６０６の全体フローである。
（Ｓ７０１）
演算手段６０２は、動きベクトル検出プログラム６０６の指示に基づき、各ブロック毎に検出された、少なくとも１フィールド分の動きベクトルを、記憶手段６０７に格納する。なお、動作開始時は検出済みの動きベクトルがないため、本ステップは省略される。
（Ｓ７０２）
演算手段６０２は、動きベクトル検出プログラム６０６の指示に基づき、記憶手段６０７に格納された各ブロック毎の動きベクトルの中から、被検出ブロックの動きベクトルに最も近い動きベクトルを初期偏位ベクトルとして選択する。
処理の詳細は、実施の形態１の図１における、初期偏位ベクトル３と同様であるため、説明を省略する。
（Ｓ７０３）
演算手段６０２は、動きベクトル検出プログラム６０６の指示に基づき、ステップＳ７０２で選択された初期偏位ベクトルを起点として複数回の勾配法演算を施し、被検出ブロックの動きベクトルを求める。本ステップの繰り返し回数は、特に制限はない。
処理の詳細は、実施の形態１の図１における、勾配法演算４〜加算回路７と同様であるため、説明を省略する。
（Ｓ７０４）
演算手段６０２は、動きベクトル検出プログラム６０６の指示に基づき、ステップＳ７０３の結果に、さらに勾配法演算を施し、演算結果を記憶手段６０７に格納する。
処理の詳細は、実施の形態１の図１における勾配法演算８と同様であるため、説明を省略する。
（Ｓ７０５）
演算手段６０２は、動きベクトル検出プログラム６０６の指示に基づき、動きベクトル検出の終了判定を行う。検出動作を継続する場合は、ステップＳ７０１に戻る。
【００２８】
以上のように、本実施の形態２に係る動きベクトル検出プログラムによれば、
実施の形態１で述べた動きベクトル検出方法を、コンピュータを用いて実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施の形態１に係る動きベクトル検出方法を実現する、動きベクトル検出装置の構成図を示すものである。
【図２】図１における初期偏位ベクトルＥ、１回目偏位分Ｆ、２回目偏位分Ｈ及び３回目偏位分Ｊと、検出対象である動きベクトルＶとの関係を図示するものである。
【図３】次の初期偏位ベクトルとなる候補ベクトルの一例を示すものである。
【図４】候補ベクトルの別の例を示すものである。
【図５】ベクトルメモリ２の必要容量を説明するものである。
【図６】実施の形態２に係る動きベクトル検出プログラムを格納・実行するコンピュータの構成図である。
【図７】実施の形態２に係る動きベクトル検出プログラムの全体フローである。
【図８】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検出する方法について説明するものである。
【図９】検出対象である動きベクトルＶ、初期偏位ベクトルＶ０、１回目の偏位分Ｖ１、２回目の偏位分Ｖ２の関係を図示するものである。
【図１０】従来の反復勾配法を用いた動きベクトル検出装置の構成図を示すものである。
【符号の説明】
【００３０】
Ａ  映像信号、Ｂ  現フィールド信号、Ｃ  前フィールド信号、Ｄ  候補ベクトル、Ｅ  初期偏位ベクトル、Ｆ  １回目偏位分、Ｇ  加算結果ベクトル、Ｈ  ２回目偏位分、Ｉ  加算結果ベクトル、Ｊ  ３回目偏位分、Ｌ  ３回目偏位分、１  フィールドディレー、２  ベクトルメモリ、３  初期偏位ベクトル選択、４  勾配法演算、５  加算回路、６  勾配法演算、７  加算回路、８  勾配法演算、６０１  コンピュータ、６０２  演算手段、６０３  ＨＤＤ、６０４  映像信号入力手段、６０５  映像信号出力手段、６０６  動きベクトル検出プログラム、６０７  記憶手段。
【図１】
0004730170.tif 000002
【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】
0004730170.tif 000011