JP3017239B2 - 画像生成方法 - Google Patents

画像生成方法

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JP3017239B2
JP3017239B2 JP2049493A JP4949390A JP3017239B2 JP 3017239 B2 JP3017239 B2 JP 3017239B2 JP 2049493 A JP2049493 A JP 2049493A JP 4949390 A JP4949390 A JP 4949390A JP 3017239 B2 JP3017239 B2 JP 3017239B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の属する技術分野〕 本発明は画像の拡大あるいは縮小率と、水平および垂
直方向への平行移動量を表わすパラメータを用いて画像
を生成する方法に関し、特に画像の高能率符号化に係る
ものである。
〔従来の技術〕
従来、2つの画像フレームから拡大あるいは縮小率の
パラメータ(ズーム・パラメータ)と水平および垂直方
向への平行移動のパラメータ(パン・パラメータ)を検
出し、パン・ズーム補償を行うことによってフレーム間
符号化の予測効率を改善する方法が提案されている。
第1図は2つの画像とそれらの画像間の変化率を示し
たものである。通常、時間的に前の画像(時刻tの画
像)からの後の画像(時刻t+1の画像)への倍率の変
化と移動量を求める方法が用いられる(パラメータ
A)。その結果、前の画像の整数座標を変形すると補償
するための予測画像の座標は実数で与えられることにな
る。これは第2図に示す時刻tの整数座標位置の画素の
時刻t+1への変換と座標計算において白丸印○から黒
丸印●へのa倍変換に相当し、白丸印の画素のi、j座
標は、夫々パラメータAにより、x=ax+h、y=ay+
vの黒丸印座標となる。ここで、hは水平方向の移動
量、vは垂直方向の移動量を示す。
〔発明が解決しようとする課題〕
ところで、ディジタル動画像の高能率符号化では予測
する画像の画素数、座標位置が等しくないとフレーム間
差分処理を行うことができない。したがって、実数座標
で与えられた画像の整数座標位置における画素値(第2
図中の白四角印□)を計算すればよいことになるが、予
測画像の特定の座標の画素値を求めるために、その近傍
に存在する実数値座標の数点(第2図中では□の周囲の
黒三角印△と黒丸印●)を探索により検出する必要が生
じ、そのために多くのメモリを必要とする欠点があっ
た。
また、倍率が大きくなると(例えば2倍以上)、特定
の画素の近傍の探索範囲をどの程度に設定すればよいか
が処理前に不明であり、実際のハードウェア化が困難に
なる欠点があった。
また、予測画像の生成に用いる4点の画素とその内部
に存在する求めるべき画素値の座標によって定まる内分
比が得られたとしても、実数精度あるいは任意の精度に
内分比を量子化して線形補間を行う限り、除算が避けら
れないため、ハードウェアによる実現が複雑化する欠点
があった。
例えば、第3図の線形補間の処理において、画素A、
Cおよび任意の実数R1およびR2が与えられたとき、補間
画素Bの計算に際し B=(R2×A+R1×C)/(R1+R2) からR1+R2で割る除算処理が必要となる。とくにパン・
ズーム補償を動画像の高能率符号化における符号化・復
号化システムに取り入れた場合、パン・ズーム補償回路
は復号器側にも必要であるため、ハードウェア規模の増
大は大きな欠点であった。
〔発明の目的〕 本発明は上述した従来技術の事情に鑑み、パン・ズー
ム補償のための座標計算と予測画像の生成を、従来のよ
うな補間画素の計算に必要な除算処理を不要とし、簡単
なハードウェアにより実現できる高能率符号化が可能な
画像生成方法を得ることを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
本発明は上記目的を達成するため、画像の拡大あるい
は縮小率のズーム・パラメータ及び画像の水平方向と垂
直方向への平行移動量を表わすパン・パラメータを用い
て、パン・ズームが行なわれた画像を作成する画像・生
成方法であって、画像を生成する際に時間的に後の画像
を基準にして前の画像への拡大あるいは縮小率と、平行
移動量を用い、時間的に後の画像の各画素の座標(i,
j)に拡大あるいは縮小率を乗じ、平行移動量を加算し
て、時間的に前の画像の中の参照すべき画素の座標(x,
y)を実数精度で求め、これらの隣合う4点([x]、
[y])、([x]+1、[y])、([x]、[y]
+1)、([x]+1、[y]+1)の画素を前の画素
から選び(ただし、[a]はaを超えない最大の整
数)、その画素値をそれぞれP11,P12,P21,P22とし、こ
れら画素値を用いて作成すべき画素の値Pを求める際
に、x,yの小数点以下の部分をそれぞれ2N,2Mの単位に量
子化して、xの小数点以下の部分の量子化値をf,yの小
数点以下の部分の量子化値をqとするとき、整数値の積
和演算により、{P11×(2N−f)+P12×f}×(2N
q)+{P21×(2N−f)+P22×f}×qを求め、その
値を(M+N)ビットだけビットシフトした結果を作成
すべき画素の値Pとすることを特徴とする。
〔作 用〕
本発明は、パン・ズーム補償における予測画像の生成
を時間的に前の画像(時刻tの画像)から後の画像(時
刻t+1の画像)への倍率変化や平行移動量を求めるの
ではなく、逆に、後の画像から前の画像への変化(第1
図のパラメータB)を補償画像の生成に用いることによ
って、予測すべき画像の画素が前の画像ではどの4点の
画素に囲まれていたかを計算するものであり、1点の画
素(補償画像の整数座標位置に存在する画素)に対して
乗算2回、加算2回により取り囲む4点の座標(前の画
像の整数座標、第4図における白丸印○)で示すP11,P
12,P21,P22を求めることができる。
したがって本発明方法は、従来の方法のように、前の
画像の整数座標を倍率や平行移動分だけ変化させて実数
座標としたのちに、この補償画像の整数座標の周図にあ
る実線座標上の画素を探索する必要がない。
また、時間的に後の画像から前の画像へのズーム・パ
ラメータを予め求めておけば、前の画像から後の画像へ
のズーム・パラメータの逆数を計算する必要はない。し
たがって、除算あるいはメモリ(ROM)による数値変換
が必要ないという利点がある。
次に、本発明では、4点の画素と水平、垂直方向の内
分点が与えられたもとでの補間の際に、画素間の距離を
2のべき乗に分割し(2N,2M)、内分比を量子化するこ
とにより、線形補間の処理に除算を含まないようにして
いる。その結果が少ないハードウェア量で実現可能であ
る。また、量子化レベル数が2のべき乗に限定したため
に、シフト処理でよく、従来技術に比べ、線形補間の処
理に除算が含まる欠点が改善されている。
〔実施例〕
第5図は本発明方法を実施するための装置のブロック
構成図を示す。図中、1は実数座標演算回路で、予測す
べき画像(時刻t+1における画像に対する補償画像)
の中の求めるべき画素の座標(i,j)、パン・パラメー
タh,v及びズーム・パラメータbを入力し、積和演算x,y
を出力する。2は整数座標演算回路で、前記実数座標演
算回路1での積和演算x,yを入力とし、4点の整数座標
に対する画像値P11,P12,P21,P22(第4図参照)及び座
標の小数点以下の値dx,dyを出力する。3は最子化回路
で、前記整数座標演算回路2の出力dx,dyを量子化した
値f,gを出力する。4は補間回路で、前記画素値P11,
P12,P21,P22及び量子化値f,gを入力とし、線形補間値
(予測値)Pを出力する。
次に動作を説明すると、予測すべき画像(時刻t+1
における画像に対する補償画像)の中に求めるべき画素
の座標(i,j)およびパン・ズーム・パラメータ(h,v,
b)が実数座標演算回路1に入力される。実数座標演算
回路1では第4図に示した積和演算、すなわち x=bi−h ・・・(1) y=bj−v ・・・(2) により、座標(i,j)がt時刻にはどの座標に相当して
いたかが実数精度で計算され、x座標,y座標として出力
される。
x,y座標は整数座標演算回路2に入力され、x,yのデー
タの小数点以下を切り捨て、切り上げすることにより、
図4に示すように、座標(x,y)を囲む4点の整数座標
([x]、[y])、([x]+1、[y])、
([x]、[y]+1)、([x]+1、[y]+1)
(ただし、[*]はガウス記号で、*を越えない最大整
数)が計算される。これら4点の整数座標に対応する画
素値P11,P12,P21,P22は補間回路4に入力される。
一方、調整座標演算回路2からx,y座標の小数点以下
の値 dx=x−[x] ・・・(3) dy=y−[y] ・・・(4) が出力される。このdx,dyが線形補間の内分点を表わ
し、量子化回路3に入力される。量子化回路3では、こ
のdx,dyを量子化し、その量子化値f,gが出力される。こ
れらの内分点の量子化値f,gは補間回路4に入力され
る。
補間回路4では、画素値P11,P12,P21,P22、量子化値
f,gを入力として、線形補間値Pが ただし、F,Gは水平、垂直方向 1画素間量子化レベル数 により計算される。線形補間値(予測値)Pが最終的に
補間回路4から出力される。
座標(i,j)の画素一点に対して以上述べた処理が必
要であり、この処理を次々と実行することにより、画面
全体に対するパン・ズーム補償画像が生成される。
第6図は第5図の補間回路4による線形補間値を求め
る処理の説明図である。第6図において、量子化値f,g
は整数座標演算回路2の内分点を表わすdx,dyから量子
化回路3により計算されることについて第5図でのべ
た。この内分点を表わすdx,dyは量子化回路3において
小数点以下を2のべき乗(水平方向2N、垂直方向2M)に
量子化し、その量子化値f,gが計算される。これらの内
分点の量子化値f,gを用いて、補間回路4では線形補間
値Pが、 P=〔{P11×(2N−f)+P12×f}×(2M−g) +{P21×(2N−f)+P22×f}×g〕×2(-N-M) ・・・(6) により計算される。上式の右辺の最後の除算は2のべき
乗の形(2-(N+M))をしているから、ディジタル信号処
理ではN+Mビットのシフトのみでよい、他の部分に対
しては整数値の積和演算により求められる。
例えば簡単な例としてN=M=2の場合を説明する。
f,gの取り得る値は0から4までである。
f=1、g=2のとき、Pは P=〔{P11+P21)×3+P11+P22)/8・・・(7) となり、乗算1回、加算3回、3ビットシフト1回の演
算量で求められる。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明によれば、線形補間の処
理に除算を含まない簡単な積和演算のみでパン・ズーム
補償による予測画像を生成することができる。これによ
り、パン・ズーム補償を行い、実時間で動作する高能率
画像符号化装置を小型化することができる。
【図面の簡単な説明】 第1図は時刻tと時刻t+1の各画像の変化率の関係を
示す説明図、第2図は時刻tの整数座標位置の画素の時
刻t+1への変換と座標計算を示す図、第3図は線形補
間の処理(1次元の場合)の説明図、第4図は本発明方
法による時刻t+1の整数座標の画素のt時刻への変換
と座標計算を示す図、第5図は本発明方法を実施するた
めの装置のブロック構成図、第6図は第5図の補間回路
4による線形補間値を求める処理の説明図である。 1……実数座標演算回路、2……整数座標演算回路、 3……量子化回路、4……補間回路、 (i、j)……画素の座標、h、v……水平、垂直方向
のパン・パラメータ、 b……ズーム・パラメータ、x,y……x,y座標、 P11,P12,P21,P22F……4点の整数座標に対する画素値、 dx,dy……小数点以下の値の座標値、 f,g……内分点の量子化値、P……線形補間値(予測
値)。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H04N 7/24 - 7/68 H04N 5/262 - 5/28

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】画像の拡大あるいは縮小率のズーム・パラ
    メータ及び画像の水平方向と垂直方向への平行移動量を
    表わすパン・パラメータを用いて、パン・ズームが行な
    われた画像を作成する画像生成方法であって、 画像を生成する際に時間的に後の画像を基準にして前の
    画像への拡大あるいは縮小率と、平行移動量を用い、時
    間的に後の画像の各画素の座標(i,j)に拡大あるいは
    縮小率を乗じ、平行移動量を加算して、時間的に前の画
    像の中の参照すべき画素の座標(x,y)を実数精度で求
    めて、整数部を切り捨てた座標と切り上げた座標をx,y
    軸夫々について求め、これらの隣合う4点([x]、
    [y])、([x]+1、[y])、([x]、[y]
    +1)、([x]+1、[y]+1)の画素を前の画像
    から選び(ただし、[a]はaを超えない最大の整
    数)、その画素値をそれぞれP11,P12,P21,P22とし、こ
    れら画素値を用いて作成すべき画素の値Pを求める際
    に、x,yの小数点以下の部分をそれぞれ2N,2Mの単位に量
    子化して、xの小数点以下の部分の量子化値をf、yの
    小数点以下の部分の量子化値をqとするとき、整数値の
    積和演算により、{P11×(2N−f)+P12×f}×(2M
    −q)+{P21×(2N−f)+P22×f}×qを求め、そ
    の値を(M+N)ビットだけビットシフトした結果を作
    成すべき画素の値Pとすることを特徴とする画像生成方
    法。
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