JP2003299040A - 動きベクトル検出装置及び方法 - Google Patents

動きベクトル検出装置及び方法

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JP2003299040A JP2002101766A JP2002101766A JP2003299040A JP 2003299040 A JP2003299040 A JP 2003299040A JP 2002101766 A JP2002101766 A JP 2002101766A JP 2002101766 A JP2002101766 A JP 2002101766A JP 2003299040 A JP2003299040 A JP 2003299040A
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一彦 西堀
Koji Aoyama
幸治 青山
Makoto Kondo
真 近藤
Takanari Hoshino
隆也 星野
Yukihiko Mogi
幸彦 茂木
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 画像の動きが速い場合においてもスムーズな
動き補正を実現する。 【解決手段】 現フレームから切り出した基準画素を原
点とする基準ブロックと、参照フレームから切り出した
探索範囲内を移動し或いは探索範囲の外周を移動する探
索ブロックとの間でブロックマッチング法により求めた
動きベクトルが、探索範囲外である場合において、当該
動きベクトルのベクトル量を上記探索範囲内に収まるよ
うに修正を行なう。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、動きベクトル検出
装置及び方法に関し、特にブロックマッチング法におい
て本来の動きに適合させた動きベクトルへ修正可能な動
きベクトル検出装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】テレビ放送の走査方式としては、従来か
ら水平走査線を１本おきに飛越して走査するインタレー
ス走査方式が最も広く採用されている。このインタレー
ス走査方式では、テレビジョン受像機側において、入力
画像信号にフィールド内挿を施すことにより、２倍のフ
ィールド周波数のインタレース画像を形成し、画面全体
がちらついて見える面フリッカ妨害を抑えている。ま
た、内挿フィールドに動き補償処理を施すことにより、
文字が串上に見えたり、動きが不連続になる等の視覚妨
害を防止する。
【０００３】上述の動き補償処理を行うためには、入力
された画像信号において、現フレームと、現フレームを
１フレーム遅延させた参照フレームとの間で差分を算出
し、この算出した差分に基づいて動きベクトルの検出を
行う。そして、現フレームと参照フレームの中間に位置
する動き補正フィールドにおいて、求めた動きベクトル
に基づき画素をシフトさせる。ちなみに、この動きベク
トルの検出は、一般に実用化されている方式として、ブ
ロックマッチング法が一般的に用いられている。
【０００４】このブロックマッチング法では、図１３に
示すように、現フレームを複数の基準ブロック１０１に
分割し、現フレーム８０における基準ブロック１０１と
最も高い相関度を示すブロックを、参照フレーム９０に
おける探索範囲１０４内を移動する探索ブロック１０３
から検出する。そして当該検出された探索ブロック１０
３と基準ブロック１０１間の位置のずれ（移動の方向と
大きさ）を動きベクトルとする。
【０００５】上述の相関度の判定は、先ず探索ブロック
１０３の各画素値について、基準ブロック１０１の対応
する画素値との差分をとり、その差によって示される評
価値、例えば差分絶対値和を求める。次に、上述の判定
操作を全ての探索ブロック１０３について行い、それぞ
れ求めた評価値和、すなわち各差分絶対値和から最小の
ものを求める。この最小の差分絶対値和を与える探索ブ
ロック１０３を、基準ブロック１０１と最も高い相関度
を示すブロックとし、かかるブロックの原点の画素６３
と、基準ブロック１０１の原点の画素との間で特定する
ことができるベクトルを動きベクトルとする。
【０００６】次に、この求めた動きベクトルのベクトル
量、ベクトル方向に基づき、画素をシフトさせる量やシ
フト方向を決定する。そして現フレーム８０、参照フレ
ーム９０の中間に位置する動き補正フィールド１００に
おいて、基準ブロックの原点の画素位置から決定したシ
フト量等に応じて画素をシフトさせる（或いは、画素６
３の画素位置からシフト量の分だけ、シフト方向へ画素
をシフトさせる）。ここで、シフト量を、動きベクトル
のベクトル量の１／２とすれば、動き補正フィールド１
００においてシフトさせる画素の画素位置は、現フレー
ム８０における画素位置と、参照フレーム９０における
画素位置の中央になる。すなわち、基準フレーム８０か
ら参照フレーム９０へ続く画素の動きがスムーズになる
ような、動き補正フィールドを挿入することができるた
め、画面品質の劣化を防止したインタレース画像を作り
出すことが可能となる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ところで、このブロッ
クマッチング法による検出可能な動きベクトルの大き
さ、すなわち、差分絶対値和を求めることができる画素
位置の範囲は、基準ブロック１０１、及び探索範囲１０
４の大きさに依存する。従って、あらゆる画像の動きに
対して、適切に動き補償処理するためには、探索範囲１
０４はできるだけ大きくとる方が望ましいが、回路規模
や演算時間の関係上、所定の大きさまで制限されるのが
一般的である。
【０００８】しかしながら、上記従来のブロックマッチ
ング法では、図１４に示されるように、求められる真の
動きベクトル１１１が探索範囲１０４外に存在し得る場
合においても、探索範囲１０４内において各ブロック１
０１,１０３間の誤差の総和を最優先するため、本来の
動きと異なる不規則な動きベクトル１１２が求められ
る。この不規則な動きベクトル１１２に基づき、そのま
まシフト量を求めると、画質の劣化や、領域単位での処
理破綻の原因となる。
【０００９】そこで、本発明は上述した問題点に鑑みて
案出されたものであり、ブロックマッチング法により求
められた探索範囲外の動きベクトルを、実際の画像の動
きに適合するように修正することにより、変換画像の劣
化を防止することができる動きベクトル検出装置及び方
法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明に係る動きベクト
ル検出装置は、上述の課題を解決するため、入力される
現フレームの基準画素につき、ブロックマッチング法に
より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、上記現フレームから切り出した基準画素を原点と
する基準ブロックと上記現フレームから１フレーム後の
参照フレームから切り出した探索範囲内を移動し或いは
上記探索範囲の外周を移動する探索ブロックとの間で画
素値の差分絶対値和を順次演算し、上記差分絶対値和が
最小となる探索ブロックの画素位置と上記基準画素の画
素位置との間で動きベクトルを求めるベクトル演算手段
と、上記差分絶対値和が最小となる画素位置が上記探索
範囲外である場合において上記ベクトル演算手段により
求められた上記動きベクトルのベクトル量を上記探索範
囲内に収まるように修正を行なうベクトル修正手段とを
備えることを特徴とする。
【００１１】また、本発明に係る動きベクトル検出方法
は、上述の課題を解決するため、入力される現フレーム
の基準画素につきブロックマッチング法により動きベク
トルを検出する動きベクトル検出方法において、上記現
フレームから切り出した基準画素を原点とする基準ブロ
ックと上記現フレームから１フレーム後の参照フレーム
から切り出した探索範囲内を移動し或いは上記探索範囲
の外周を移動する探索ブロックとの間で画素値の差分絶
対値和を順次演算して上記差分絶対値和が最小となる探
索ブロック画素位置と上記基準画素の画素位置との間で
動きベクトルを求め、上記差分絶対値和が最小となる画
素位置が上記探索範囲外である場合において上記動きベ
クトルのベクトル量を上記探索範囲内に収まるように修
正を行なうことを特徴とする。
【００１２】この動きベクトル検出装置及び方法は、現
フレームから切り出した基準画素を原点とする基準ブロ
ックと、参照フレームから切り出した探索範囲内を移動
し或いは探索範囲の外周を移動する探索ブロックとの間
でブロックマッチング法により求めた動きベクトルが、
探索範囲外である場合において、当該動きベクトルのベ
クトル量を上記探索範囲内に収まるように修正を行な
う。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１４】本発明に係る動きベクトル検出装置１は、
例えばＰＡＬ(Phase Alternation by Line)方式による
テレビジョン受像機における動き補正システム２０に集
積化される。
【００１５】図１は、動き補正システム２０のブロック
構成図である。この動き補正システム２０は、画像メモ
リ２１と、画像シフト部２２と、動きベクトル検出装置
１とを備えている。
【００１６】画像メモリ２１は、順次供給されるインタ
レース画像信号を、各フィールド単位で、１フレーム分
格納して出力する。以下、この画像メモリ２１から出力
される画像信号を現フレーム３０と称し、画像メモリ２
１に供給される画像信号を参照フレーム４０と称する。
すなわちこの画像メモリ２１に供給される参照フレーム
４０は、画像メモリ２１から出力される現フレーム３０
より１フレーム後になる。
【００１７】動きベクトル検出装置１は、供給される現
フレーム３０と参照フレーム４０に基づいて動きベクト
ルを検出し、検出した動きベクトル或いは当該動きベク
トルに基づくシフト量、シフト方向に関する情報を画像
シフト部２２へ出力する。この動きベクトル１の作用、
構成については後に詳述する。
【００１８】画像シフト部２２は、動きベクトル検出装
置１が検出した動きベクトル或いは、当該動きベクトル
に基づくシフト量等の情報を各画素毎に受信する。また
画像シフト部２２は、第１の画像メモリ２１から供給さ
れた現フレームにおける各画素位置を、受信した動きベ
クトルのベクトル量の範囲内で、或いは受信したシフト
量の範囲内で、ベクトル方向（或いはシフト方向へ）へ
シフトさせる。画像シフト部２２は、フィールド単位で
各画素位置をシフトさせた画像信号を、ＣＲＴ２３へ出
力する。ＣＲＴ２３は、画像シフト部２２から入力され
た画像信号を画面上に表示する。
【００１９】次に、本発明を適用した動きベクトル検出
装置１の構成について説明する。
【００２０】動きベクトル検出装置１は、図２に示すよ
うに、ブロックマッチング演算部１１と、範囲外ベクト
ル処理部１２と、シフト情報生成部１３と、差分絶対値
処理部１４と、画像特徴抽出部１５と、重み係数生成部
１６とを備えている。
【００２１】ブロックマッチング演算部１１は、図３に
示すように、供給される現フレーム３０と参照フレーム
４０に基づき、ブロックマッチング法により動きベクト
ルを検出する。このブロックマッチング演算部１１は、
ｍ×ｎの画素サイズで表される、現フレーム３０におけ
る基準ブロック５１と最も高い相関度を示すブロック
を、参照フレーム４０における探索範囲５４内を移動す
る探索ブロック５３から検出する。そして当該検出され
た探索ブロック５３と基準ブロック５１間の位置のずれ
（移動の方向と大きさ）を動きベクトルとする。ちなみ
に、この探索範囲５４の画素サイズについては、ｉ×ｊ
で表される。
【００２２】このブロックマッチング演算部１１は、上
述の探索範囲５４を更に拡張した拡張探索範囲５５ま
で、探索ブロック５３を移動させる。これにより、従来
のブロックマッチング法と比較して、差分絶対値和を求
めることができる画素の範囲が拡大されるため、求めら
れる真の動きベクトルが探索範囲５４外に存在し得る場
合においても十分対処することができる。
【００２３】なお、ブロックマッチング演算部１１は、
上述の相関度の判定を、先ず探索ブロック５３の各画素
値について、基準ブロック５１の対応する画素値との差
分をとり、その差によって示される評価値、例えば差分
絶対値和を求める。次に、上述の判定操作を全ての探索
ブロック５３について行い、それぞれ求めた評価値和、
すなわち各差分絶対値和から最小のものを求める。ま
た、このブロックマッチング演算部１１は、この最小の
差分絶対値和を与える探索ブロック５３を、基準ブロッ
ク５１と最も高い相関度を示すブロックとし、かかるブ
ロックの原点の画素と、基準ブロック５１の原点の画素
との間で特定することができるベクトルを動きベクトル
とする。ブロックマッチング演算部１１は、この検出し
た動きベクトルを範囲外ベクトル処理部１２へ送信す
る。
【００２４】範囲外ベクトル処理部１２は、差分絶対値
処理部１４、及び画像特徴抽出部１５から送信されるフ
ラグを参照しつつ、ブロックマッチング演算部１１から
送信された動きベクトルに対して修正をかける。この範
囲外ベクトル処理部１２は、送信された動きベクトルが
例えば図４に示すように探索範囲５４に収まるような動
きベクトル３１である場合、若しくは差分絶対値処理部
１４及び画像特徴抽出部１５から送信されるフラグか
ら、修正処理が不要であると判断した場合には、送信さ
れた動きベクトルに特段の処理を施さずにそのままシフ
ト情報生成部１３へ送信する。一方、送信された動きベ
クトルが例えば図４に示すように探索範囲５４外に出る
場合、換言すれば、差分絶対値和の最小値が拡張探索範
囲５５にある場合には、送信された動きベクトルに対し
て後に詳述する修正処理を行なう。
【００２５】シフト情報生成部１３は、範囲外ベクトル
処理部１２から送信される動きベクトルに基づき、画素
をシフトさせるためのシフト情報を生成する。ちなみ
に、このシフト情報は、画素をシフトさせるシフト方向
を、動きベクトルのベクトル方向に合わせたり、シフト
量を動きベクトルのベクトル量の１／２とすることも可
能である。
【００２６】差分絶対値処理部１４は、ブロックマッチ
ング演算部１１により求められた動きベクトルや差分絶
対値和に基づき、差分絶対値和フラグを算出して範囲外
ベクトル処理部１２に送信する。
【００２７】画像特徴抽出部１５は、順次供給される現
フレームの画像信号から、例えば平坦部やエッジ部分等
の特徴部を抽出して特徴フラグを生成する。また、この
画像特徴抽出部１５は、生成した特徴フラグを範囲外ベ
クトル処理部１２へ送信する。
【００２８】重み係数生成部１６は、基準ブロック５１
の原点の画素位置より１画素分上の水平ライン上の各画
素のうち、動きベクトルが探索範囲５４外に出る画素に
ついて、動きベクトルの水平成分の極性を抽出する。そ
して、抽出した水平成分の極性の傾向を、上述の動きベ
クトルが探索範囲５４外に出る画素全てについて調べ
る。更に、この極性の傾向に適応した重み係数を範囲外
ベクトル処理部へ送信する。
【００２９】重み係数生成部１６は、具体的に図５に示
すような構成であっても良い。
【００３０】この図５に示す重み係数生成部１６は、カ
ウンタ１６１と、二値化処理部１６２と、正方向カウン
タ１６３と、負方向カウンタ１６４と、係数割当部１６
５とを備える。
【００３１】この重み係数生成部１６には、基準ブロッ
ク５１の基準画素の画素位置より１画素分上の水平ライ
ン上の各画素についての検出範囲外フラグと、動きベク
トルの極性が順次入力される。この検出範囲外フラグ
は、動きベクトルが探索範囲５４の外部に出ている場合
に”有効”である旨を示すフラグである。すなわち動き
ベクトル検出装置１は、各フレームにおいて、画面上の
上段に位置する画素から順に動き補正を行なうため、基
準画素について動き補正を行なう時には、１画素分上の
水平ライン上の各画素について動きベクトルの傾向につ
いて（換言すれば、実際の画像の動きについて）把握す
ることが可能となる。
【００３２】カウンタ１６１は、範囲外ベクトル処理部
１２から検出範囲外フラグを受信する。カウンタ１６１
は、検出範囲外フラグが”有効”な個数をカウントし、
二値化処理部１６２へ出力する。二値化処理部１６２
は、カウンタ１６１の出力を閾値を用いて２値化し、重
み付けを切り換える切換信号を係数割当部１６５へ出力
する。
【００３３】正方向カウンタ１６３は、検出範囲外フラ
グ及び動きベクトルの水平成分の極性が入力される。こ
の正方向カウンタ１６３は、検出範囲外フラグが”有
効”である場合に、水平成分の極性が正の個数をカウン
トする。更にこの正方向カウンタ１６３は、カウントし
た個数を係数割当部１６５へ送信する。
【００３４】負方向カウンタ１６４は、検出範囲外フラ
グ及び動きベクトルの水平成分の極性が入力される。こ
の負方向カウンタ１６４は、検出範囲外フラグが”有
効”である場合に、水平成分の極性が負の個数をカウン
トする。更にこの負方向カウンタ１６４は、カウントし
た個数を係数割当部１６５へ送信する。
【００３５】係数割当部１６５は、二値化処理部１６２
から入力された切換信号と、正方向カウンタ１６３から
入力される水平成分の極性が正である個数と、負方向カ
ウンタ１６４から入力される水平成分の極性が負である
個数に基づき、重み係数Ａ、Ｂを生成し、これを範囲外
ベクトル処理部１２へ出力する。すなわち、この係数割
当部１６５は、検出範囲外フラグが”有効”である個数
から、１画素分上の水平ライン上の各画素について、動
きベクトルが探索範囲５４の外部に出ている個数を判別
する。その結果、かかる個数が一定数を越えている場合
には、基準画素の周辺の画素は、動きベクトルのベクト
ル量が大きいことが示され、かかる場合のみ該動きベク
トルの水平成分の極性の傾向を判別する。この動きベク
トルの水平成分の極性は、正方向カウンタ１６３からの
出力と、負方向カウンタ１６４からの出力とを比較し、
（カウンタの）個数が大きい方に重みが付くように重み
係数Ａ、Ｂを作る。この極性の傾向に適応した重み係数
Ａ、Ｂは、個数が大きい方を１、小さい方を０としても
良い。新しい重み係数Ａ、Ｂの更新やカウンタ１６３、
１６４のリセットは、水平同期毎や垂直同期毎等、いろ
いろなタイミングで行なって良い。
【００３６】ちなみに、範囲外ベクトル処理部１２は、
この重み係数Ａ、Ｂを受けて、修正処理を施した基準画
素の動きベクトルを、周囲の画素の動きベクトルの傾向
に反映させるように補正することができる。これによ
り、ブロック毎のベクトルのばらつきを抑えることがで
きる。
【００３７】次に本発明を適用した動きベクトル検出装
置１の動作について説明する。
【００３８】先ず、範囲外ベクトル処理部１２の動作に
ついて説明する。範囲外ベクトル処理部１２に送信され
た動きベクトルが例えば図４に示すように探索範囲５４
外に出る場合に修正処理を行なう。
【００３９】第１の修正処理は、例えば図６(a)に示す
ように、修正する動きベクトルのベクトル方向を、ブロ
ックマッチング演算部１１により求められた動きベクト
ルのベクトル方向に適合させる。すなわち、ブロックマ
ッチング演算部１１により求められた動きベクトルの方
向を変えずに、ベクトル量のみ探索範囲５４の輪郭部ま
で縮小させる。
【００４０】第２の修正処理は、例えば図６(b)に示す
ように、修正する動きベクトルの垂直成分を、ブロック
マッチング演算部１１により求められた動きベクトルの
垂直成分に適合させ、或いは修正する動きベクトルの水
平成分を、ブロックマッチング演算部１１により求めら
れた動きベクトルの水平成分に適合させつつ、ベクトル
量を探索範囲５４の輪郭まで縮小させる。
【００４１】第３の修正処理は、例えば図６(c)に示す
ように、ベクトル量が探索範囲５４内に収まるような複
数の動きベクトルの候補を予め設定し、ブロックマッチ
ング演算部１１により求められた動きベクトルのベクト
ル方向、ベクトル量に応じて（換言すれば差分絶対値和
が最小となる画素位置に応じて）、当該動きベクトルの
候補から一の動きベクトルを選択する。ちなみに設定す
る動きベクトルの候補は、図６(c)に示すように、探索
範囲５４の各辺につき、１つずつ設定しても良い。
【００４２】このように、本発明に係る動きベクトル検
出装置１は、求められる真の動きベクトルが探索範囲５
４外に存在する場合においても、従来のブロックマッチ
ング法の如く各ブロック５１,５３の差分絶対値和の最
小値を最優先することなく、当該真の動きベクトルを容
易に検出することができる。これにより、本発明は、本
来の動きと異なる不規則な動きベクトルが求められるこ
とは無く、画質の劣化や、領域単位での処理破綻を防止
することが可能となる。
【００４３】また、本発明は、求めた探索範囲５４外動
きベクトルを、更に探索範囲５４内まで縮小するため、
画像の動きが速い場合においてもスムーズな動き補正を
実現することができる。
【００４４】次に、差分絶対値和フラグ及び特徴フラグ
に基づき、動き補正するときの動作について図７を用い
て説明する。
【００４５】先ずステップＳ１０において、画像特徴抽
出部１５は、順次供給される現フレームの画像信号にお
いて、特徴フラグに基づき平坦部やエッジ部分等の特徴
部分があるか否か判別する。この特徴フラグにより、特
徴部分を抽出することができたときには、当該特徴部分
に動きベクトルを合わせれば足りるため、処理を終了す
る。特徴部分を抽出できないときには、平坦部やエッジ
部分のない画像であることが示唆されるため、ステップ
Ｓ１１へ移行する。
【００４６】ステップＳ１１において、差分絶対値処理
部１４は、ブロックマッチング演算部１１により求めら
れた動きベクトルが探索範囲５４外であるか否か判定す
る。この結果、探索範囲５４外であればステップＳ１２
へ移行し、探索範囲５４内であれば、ステップＳ１３へ
移行する。
【００４７】ステップＳ１２において、範囲外ベクトル
処理部１２は、上述の如く求めた動きベクトルについて
修正処理を施す。
【００４８】ステップＳ１３において、差分絶対値処理
部１４は、ブロックマッチング演算部１１により求めた
差分絶対値和を、予め設定した閾値と比較等を行なうこ
とにより差分絶対値和フラグを算出する。当該差分絶対
値和フラグが有効である場合には、ステップＳ１２に移
行し、求めた動きベクトルが探索範囲５４外である場合
と同様に修正処理が施される。一方、差分絶対値和フラ
グが有効でない場合には、修正処理が施されず終了す
る。
【００４９】すなわち、ステップＳ１３において、求め
られた動きベクトルが探索範囲５４内にある場合に、探
索範囲５４における差分絶対値和の分布傾向に照らし合
わせた差分絶対値和フラグを算出する。これにより、速
い動きのために、求められる動きベクトルが探索範囲５
４外部に出る場合においても、差分絶対値和の分布傾向
を識別することにより、誤って探索範囲５４内の画素に
基づく動きベクトルが求められることは無くなる。
【００５０】ちなみに、この差分絶対値処理部１４のス
テップＳ１３におけるデータフローを図８に示す。
【００５１】差分絶対値処理部１４に入力された差分絶
対値和は、第１のローパスフィルタ１４１により平滑化
されることにより、孤立した極大点やランダム成分が除
去される。次に、コアリング処理部１４２により、閾値
に基づいてコアリングされ、更に第２のローパスフィル
タ１４３により平滑化される。次に二値化演算部１４４
により、所定の閾値に基づいて二値化して差分絶対値和
フラグとする。
【００５２】ちなみに、範囲外ベクトル処理部１２は、
このように生成された特徴フラグ、差分絶対値和フラグ
に基づき動きベクトルを修正する際において、上述の重
み係数Ａ、Ｂを参照することができる。これにより、画
像の動きが速いため、求められる動きベクトルが探索範
囲５４外となる場合においても、周囲の画素の動きベク
トルの傾向に反映させるように補正することができるた
め、画質の劣化防止において更に役立てることができ
る。
【００５３】以上詳細に説明したように、本発明に係る
動きベクトル検出装置１は、現フレームから切り出した
基準画素を原点とする基準ブロックと、参照フレームか
ら切り出した探索範囲内を移動し或いは探索範囲の外周
を移動する探索ブロックとの間でブロックマッチング法
により求めた動きベクトルが、探索範囲外である場合に
おいて、当該動きベクトルのベクトル量を上記探索範囲
内に収まるように修正を行なう。
【００５４】このため、本発明に係る動きベクトル検出
装置１は、ブロックマッチング法により求められた動き
ベクトルが探索範囲外に存在する場合においても、実際
の画像の動きに適合するように修正することができるた
め、画質の劣化や、領域単位での処理破綻を防止するこ
とができる。
【００５５】なお、本発明は上述した実施の形態に限定
されるものではない。例えば、上述の動き補正システム
２０に供給されるインタレース画像信号は、フィールド
倍速変換回路２６により倍速変換された信号であっても
良い。フィールド倍速変換回路２６は、解像度を向上さ
せることにより、面フリッカ妨害を防止すべく集積され
るものであり、例えば、ＰＡＬ方式において、補間等の
処理を行うことにより、フィールド周波数が５０Ｈｚの
画像信号を２倍の１００Ｈｚの画像信号に変換する。
【００５６】フィールド周波数変換回路２６は、図９に
示すように、テレビジョン受像機に接続された入力端子
２６１と、倍速変換部２６２と、フレームメモリ２６３
とを備える。
【００５７】倍速変換部２６２は、テレビジョン受像機
から入力端子２６１を介して入力された、テレシネ変換
後の画像信号を、フレームメモリ２６３へ書き込む。ま
た、この倍速変換部２６２は、フレームメモリ２６３へ
書き込んだ画像信号を、書込み時の２倍の速度で読み出
す。これにより、例えば、ＰＡＬ方式の５０フィールド
／秒のフィルム画像の画像信号の周波数を２倍に変換
し、１００フィールド／秒の画像信号を生成することが
できる。倍速変換部２６２は、この倍速変換した画像信
号を動き補正システム２０へ送信する。
【００５８】図１０は、このフィールド倍速変換回路３
における倍速変換前後の各フィールドと画素位置の関係
を示している。ここで横軸は時間、縦軸は画素の垂直方
向の位置を示す。
【００５９】倍速変換前の画像信号は、ＰＡＬ方式の５
０フィールド／秒のインタレース画像信号であり、図１
０(a)に示すように、２フィールドで１つのコマを形成
する。
【００６０】一方、倍速変換後の画像信号は、１００フ
ィールド／秒のインタレース画像信号であるため、図１
０(b)に示すように、フィールドｔ１とフィールドｔ２
の間に、新規に２枚のフィールドｔ２´、ｔ１´を生成
する。そして、フィールドｔ２とフィールドｔ３の間で
は、フィールドの生成を行わず、フィールドｔ３とフィ
ールドｔ４の間に、新規に２枚のフィールドｔ４´、ｔ
３´を生成する。すなわち、画像信号は、４フィールド
で１つのコマを形成することとなる。
【００６１】この新規に生成したフィールドｔ１´、ｔ
２´、・・・は、それぞれの画素値を、各画素の周囲３
画素の中間値として、メディアン・フィルタ等を用いて
求める場合もある。また、この新規に生成したフィール
ドｔ１´、ｔ２´、・・・は、それぞれフィールドｔ
１、ｔ２、・・と同じ内容となる。これにより、４フィ
ールドで１つのコマを形成することとなり、単位時間当
たりの画面枚数を増やすことで解像度を向上させること
ができ、面フリッカ妨害を抑制することが可能となる。
【００６２】このように倍速変換した１コマが４フィー
ルドで構成される画像信号を、動き補正システム２０に
より、水平方向へ画像をシフトさせた場合における各フ
ィールドと画像位置の関係を図１１(a)に示す。この図
１１(a)において、横軸は画像の水平方向における位
置、縦軸は時間を示している。既に倍速変換された画像
は、フィールドｔ１、ｔ２´、ｔ１´、ｔ２の順で、一
定の時間間隔で画像メモリ２１に供給され、フィールド
ｔ１、ｔ２´は同一位置に、またフィールドｔ１´、ｔ
２も同一位置に画素が存在する。
【００６３】動きベクトル検出装置１は、これらの各フ
ィールド間（フレーム間）において上述の如く動きベク
トルを求める。例えば図１１(b)に示すように、フィー
ルドｔ１とフィールドｔ１´の間で求めた動きベクトル
のベクトル量がＡであれば、画像シフト部２２は、これ
らの中間に位置するフィールドｔ２´のシフト量をＡ／
２とする。後続するフィールドにおいても、求めた動き
ベクトルのベクトル量がＢであれば、シフト量は同様に
Ｂ／２となる。
【００６４】この操作を繰り返すことにより、図１２に
示すように倍速変換した１コマが４フィールドで構成さ
れる画像信号においても動きをスムーズにすることがで
きる。
【００６５】ブロックマッチング法により求められる動
きベクトルが探索範囲外である場合には、本発明を適用
した動きベクトル検出装置１により、実際の画像の動き
に適合するように修正することができるため、倍速変換
した画像信号において、画像の動きをスムーズにしつ
つ、画質の劣化を軽減でき、両者の相乗効果により、ユ
ーザに質の高い画像を提供することが可能となる。
【００６６】また、本発明は上述した実施の形態に限定
されるものではなく、例えば、テレビジョン受像機に接
続する信号変換器等にも適用できることは勿論である。
【００６７】また、本発明は、回路やハードウェア等で
実現される場合のみならず、プロセッサ上でソフトウェ
アとしても実現可能である。
【００６８】更に本発明は、上述したインタレース走査
方式における入力画像信号の補間処理に適用される場合
に限らず、例えば、ＭＰＥＧ（Moving Picture Expert
Group）方式の動き補償予測によるフレーム間符号化に
も適用可能である。
【００６９】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明に係
る動きベクトル検出装置及び方法は、現フレームから切
り出した基準画素を原点とする基準ブロックと、参照フ
レームから切り出した探索範囲内を移動し或いは探索範
囲の外周を移動する探索ブロックとの間でブロックマッ
チング法により求めた動きベクトルが、探索範囲外であ
る場合において、当該動きベクトルのベクトル量を上記
探索範囲内に収まるように修正を行なう。
【００７０】このため、本発明に係る動きベクトル検出
装置及び方法は、ブロックマッチング法により求められ
た動きベクトルが探索範囲外に存在する場合において
も、実際の画像の動きに適合するように修正することが
できるため、画質の劣化や、領域単位での処理破綻を防
止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】動き補正システムの構成を示した図である。
【図２】本発明を適用した動きベクトル検出装置の内部
構成例を示した図である。
【図３】探索範囲及び拡張探索範囲について説明するた
めの図である。
【図４】求めた動きベクトルが探索範囲外に位置する場
合について説明するための図である。
【図５】重み係数生成部の構成例について説明するため
の図である。
【図６】範囲外ベクトル処理部１２における修正処理に
ついて説明するための図である。
【図７】本発明を適用した動きベクトル検出装置におい
て差分絶対値和フラグ及び特徴フラグに基づき、動きベ
クトルを求めるフローチャートである。
【図８】差分絶対値処理部のステップＳ１３におけるデ
ータフローを示した図である。
【図９】動き補正システムにフィールド倍速変換回路を
接続する例について示した図である。
【図１０】倍速変換前後のインタレース画像信号を示し
た図である。
【図１１】倍速変換した画像を水平方向へシフトさせる
場合における各フィールドと画像位置の関係を示した図
である。
【図１２】倍速変換した画像を動き補正処理した結果を
示した図である。
【図１３】従来のブロックマッチング法について説明す
るための図である。
【図１４】従来のブロックマッチング法の問題点につい
て説明するための図である。
【符号の説明】
１ 動きベクトル検出装置、１１ ブロックマッチング
演算部、１２ 範囲外ベクトル処理部、１３ シフト情
報生成部、１４ 差分絶対値処理部、１５ 画像特徴抽
出部、１６ 重み係数生成部
フロントページの続き (72)発明者 近藤 真 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内 (72)発明者 星野 隆也 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内 (72)発明者 茂木 幸彦 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内 Ｆターム(参考） 5C059 KK19 MA05 NN03 NN21 NN28 5C063 BA03 BA04 BA09 BA10 BA12 CA01 CA05 CA07 CA36 5L096 GA08 GA19 HA04 HA07

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 入力される現フレームの基準画素につ
    き、ブロックマッチング法により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、 上記現フレームから切り出した基準画素を原点とする基
    準ブロックと、上記現フレームから１フレーム後の参照
    フレームから切り出した探索範囲内を移動し或いは上記
    探索範囲の外周を移動する探索ブロックとの間で、画素
    値の差分絶対値和を順次演算し、上記差分絶対値和が最
    小となる探索ブロックの画素位置と上記基準画素の画素
    位置との間で動きベクトルを求めるベクトル演算手段
    と、 上記差分絶対値和が最小となる画素位置が上記探索範囲
    外である場合において、上記ベクトル演算手段により求
    められた上記動きベクトルのベクトル量を、上記探索範
    囲内に収まるように修正を行なうベクトル修正手段とを
    備えることを特徴とする動きベクトル検出装置。
  2. 【請求項２】 上記ベクトル修正手段は、修正する動き
    ベクトルのベクトル方向を、上記ベクトル演算手段によ
    り求められた動きベクトルのベクトル方向に適合させる
    ことを特徴とする請求項１記載の動きベクトル検出装
    置。
  3. 【請求項３】 上記ベクトル修正手段は、修正する動き
    ベクトルの水平成分／垂直成分を、上記ベクトル演算手
    段により求められた動きベクトルの水平成分／垂直成分
    に適合させることを特徴とする請求項１記載の動きベク
    トル検出装置。
  4. 【請求項４】 上記ベクトル修正手段は、ベクトル量が
    上記探索範囲内に収まるような複数の動きベクトルの候
    補を予め設定し、上記差分絶対値和が最小となる画素位
    置に応じて、上記複数の動きベクトルの候補から一の動
    きベクトルを選択し、当該選択した動きベクトルを修正
    する動きベクトルとすることを特徴とする請求項１記載
    の動きベクトル検出装置。
  5. 【請求項５】 上記ベクトル修正手段は、ベクトル方向
    が水平方向及び／又は垂直方向とした複数の動きベクト
    ルの候補を予め設定することを特徴とする請求項４記載
    の動きベクトル検出装置。
  6. 【請求項６】 上記差分絶対値和が最小となる画素位置
    が上記探索範囲内である場合において、差分絶対値和の
    分布傾向を識別する識別手段を備え、 上記ベクトル修正手段は、上記識別手段により識別され
    た差分絶対値和の分布傾向に応じて、上記修正を行なう
    ことを特徴とする請求項１記載の動きベクトル検出装
    置。
  7. 【請求項７】 上記現フレームにおける画像の特徴を抽
    出する画像特徴抽出手段を備え、 上記ベクトル修正手段は、上記画像特徴抽出手段により
    抽出された画像に応じて、上記修正を行なうことを特徴
    とする請求項１記載の動きベクトル検出装置。
  8. 【請求項８】 上記現フレームの基準画素より１画素分
    上の水平ライン上の画素のうち、上記ベクトル修正手段
    による修正が施された画素について、動きベクトルの水
    平成分の極性を判別する判別手段を備え、 上記ベクトル修正手段は、上記判別手段により判別され
    た極性の傾向に基づき、上記修正を行なうことを特徴と
    する請求項１記載の動きベクトル検出装置。
  9. 【請求項９】 上記現フレーム及び上記参照フレームを
    含む入力画像信号は、ＰＡＬ方式のフィールド周波数を
    ５０Ｈｚから２倍の１００Ｈｚへ変換したインターレー
    ス画像信号であることを特徴とする請求項１記載の動き
    ベクトル検出装置。
  10. 【請求項１０】 上記ベクトル演算手段により求められ
    た動きベクトル、或いは上記動きベクトル修正手段によ
    り修正された動きベクトルに応じて、各フレームを構成
    するフィールド毎に、上記基準画素をシフトさせる量を
    算出するシフト量演算手段を備えることを特徴とする請
    求項１記載の動きベクトル検出装置。
  11. 【請求項１１】 入力される現フレームの基準画素につ
    き、ブロックマッチング法により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、 上記現フレームから切り出した基準画素を原点とする基
    準ブロックと、上記現フレームから１フレーム後の参照
    フレームから切り出した探索範囲内を移動し或いは上記
    探索範囲の外周を移動する探索ブロックとの間で、画素
    値の差分絶対値和を順次演算し、上記差分絶対値和が最
    小となる探索ブロック画素位置と上記基準画素の画素位
    置との間で動きベクトルを求め、 上記差分絶対値和が最小となる画素位置が上記探索範囲
    外である場合において、上記動きベクトルのベクトル量
    を、上記探索範囲内に収まるように修正を行なうことを
    特徴とする動きベクトル検出方法。
  12. 【請求項１２】 修正する動きベクトルのベクトル方向
    を、上記ベクトル演算手段により求められた動きベクト
    ルのベクトル方向に適合させることを特徴とする請求項
    １１記載の動きベクトル検出方法。
  13. 【請求項１３】 修正する動きベクトルの水平成分／垂
    直成分を、上記ベクトル演算手段により求められた動き
    ベクトルの水平成分／垂直成分に適合させることを特徴
    とする請求項１１記載の動きベクトル検出方法。
  14. 【請求項１４】 ベクトル量が上記探索範囲内に収まる
    ような複数の動きベクトルの候補を予め設定し、上記差
    分絶対値和が最小となる画素位置に応じて、上記複数の
    動きベクトルの候補から一の動きベクトルを選択し、当
    該選択した動きベクトルを、修正する動きベクトルとす
    ることを特徴とする請求項１１記載の動きベクトル検出
    方法。
  15. 【請求項１５】 ベクトル方向が水平方向及び／又は垂
    直方向とした複数の動きベクトルの候補を予め設定する
    ことを特徴とする請求項１４記載の動きベクトル検出方
    法。
  16. 【請求項１６】 上記差分絶対値和が最小となる画素位
    置が上記探索範囲内である場合において、差分絶対値和
    の分布傾向を識別し、 上記識別された差分絶対値和の分布傾向に応じて、上記
    修正を行なうことを特徴とする請求項１１記載の動きベ
    クトル検出方法。
  17. 【請求項１７】 上記現フレームにおける画像の特徴を
    抽出し、 上記抽出された画像に応じて、上記修正を行なうことを
    特徴とする請求項１１記載の動きベクトル検出方法。
  18. 【請求項１８】 上記現フレームの基準画素より１画素
    分上の水平ライン上の画素のうち、上記修正が施された
    画素における動きベクトルについて水平成分の極性を判
    別し、 上記判別された水平成分の極性の傾向に基づき、上記修
    正を行なうことを特徴とする請求項１１記載の動きベク
    トル検出方法。
  19. 【請求項１９】 上記現フレーム及び上記参照フレーム
    を含む入力画像信号は、ＰＡＬ方式のフィールド周波数
    を５０Ｈｚから２倍の１００Ｈｚへ変換したインターレ
    ース画像信号であることを特徴とする請求項１１記載の
    動きベクトル検出方法。
  20. 【請求項２０】 上記ベクトル演算手段により求められ
    た動きベクトル、或いは上記動きベクトル修正手段によ
    り修正された動きベクトルに応じて、各フレームを構成
    するフィールド毎に、上記基準画素をシフトさせる量を
    算出することを特徴とする請求項１１記載の動きベクト
    ル検出方法。
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