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JPH05130581A - 動き補償装置 - Google Patents

動き補償装置

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JPH05130581A
JPH05130581A JP31360791A JP31360791A JPH05130581A JP H05130581 A JPH05130581 A JP H05130581A JP 31360791 A JP31360791 A JP 31360791A JP 31360791 A JP31360791 A JP 31360791A JP H05130581 A JPH05130581 A JP H05130581A
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signal
motion
coefficient
pixel
image
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JP31360791A
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賢二 杉山
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Victor Company of Japan Ltd
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Victor Company of Japan Ltd
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Priority to EP97112635A priority patent/EP0808059B1/en
Priority to DE69232341T priority patent/DE69232341T2/de
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 複数のフィールド信号を用いて動画像の動き
補償処理を画素単位以下の精度で行う動き補償装置であ
って、周波数特性や折り返し成分について改善された動
き補償信号が得られるようにした。 【構成】 動きベクトル情報を得るＭＶ検出器５，６
と、複数の動きベクトルの相互の関係から、複数の信号
の加算によって生成されるサンプル密度の高い信号に対
応するリサンプル係数を発生する係数判定器１３と、こ
のリサンプル係数で、信号をリサンプルして加算し単位
画素以下の精度で移動した画像信号を得るリサンプラ
９，１０とから構成して、複数のフィールド信号の加算
で作られるサンプル密度の高い信号に対応する係数でリ
サンプル処理して動き補償信号を得る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】ディジタル画像信号の記録，伝
送，表示装置における、高能率符号化や画像方式変換を
する装置で、特に動画像信号を画素単位以下の精度で動
き補償する動き補償装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】動画像の高能率符号化において、画像信
号のフレーム間の相関を利用し、符号化されるフレーム
を符号化の済んだフレームで予測して、予測誤差のみを
符号化するフレーム間予測符号化がある。その場合、画
像を動きに合わせて移動させて予測する動き補償フレー
ム間予測が一般的になってきている。また、インターレ
ース信号からノンインターレース信号に変換したり、異
なったフレーム周波数の画像に変換する画像方式変換装
置においても、動き補償して走査線補間やフレーム補間
処理を行うと画像が動いても解像度等の劣化が少ない。
このような動き補償の動作は、動きベクトルの精度が画
素単位やそれより粗い場合には画素の位置を移動させる
だけで済むが、画素単位より細かな高精度の動き補償を
行おうとした場合、動き補償信号はリサンプリング処理
により作られる。一方、複数のフレームを用いて予測や
補間するとより適切な処理となる。
【０００３】＜従来の動き補償装置＞処理の対象となる
基準画像に対し、前後ふたつのフィールドから高精度の
動き補償を行う動き補償装置の構成例を図４に示す。前
フィールド入力３より入力される前フィールド信号は、
ＭＶ（動きベクトル）検出器５及び画素移動器７に入力
され、後フィールド入力４より入力される後フィールド
信号は、ＭＶ検出器６及び画素移動器８に入力される。
また基準画像入力２より入力される基準フィールド信号
は、ＭＶ検出器５及びＭＶ検出器６に入力される。ＭＶ
検出器５では、前フィールド信号と基準フィールド信号
との間で動きベクトルが求められる。同様にＭＶ検出器
６では、後フィールド信号と基準フィールド信号との間
で動きベクトルが求められる。動きベクトルはあらかじ
め設定された各動きベクトルに対し、１６×１６画素の
ブロックごとにパターンマッチングを行い、最も誤差の
少ないものをそのブロックのベクトル判定とするもので
ある。 ＭＶ検出器５の出力である前動きベクトルは前
ＭＶ出力１１を介して出力されると共に、画素移動器７
及び微小移動器１７に与えられる。同様にＭＶ検出器６
の出力である後動きベクトルは後ＭＶ出力１２を介して
出力されると共に、画素移動器８及び微小移動器１８に
与えられる。なお、動きベクトルは符号化系では復号化
のために必要であるが、画像変換装置では動き補償され
た画像信号のみが得られればよく、必ずしも出力する必
要ない。また、逆に復号化装置では動きベクトルの検出
は行わず、符号化器より情報として受け取る。
【０００４】画素移動器７では前フィールド信号の画素
を、前動きベクトルに基ずいて画素精度で移動させ、微
小移動器１７に与える。微小移動器１７はリサンプリン
グ処理を行うため、各画素に画素以下の精度の動きに対
応する係数を乗じ加算する。すなわち、動きベクトルの
情報のうち、画素精度までが画素移動器７で使われ、そ
れより細かな情報が微小移動器１７で使われる。このよ
うにして動き補償された前フィールド信号は加算器１４
に供給される。同様に画素移動器８では後フィールド信
号の画素を、後動きベクトルに基ずいて画素精度で移動
させ、微小移動器１８で画素以下の精度の動きに対応す
る係数を乗じて加算し、動き補償された後フィールド信
号として加算器１４に供給する。加算器１４は両方の信
号を加算し、動き補償された信号として、動き補償信号
出力１５を介して出力する。
【０００５】ここで処理はインターレース信号の各フィ
ールドに対するものとしたが、ノンインターレース信号
のフレームであってもまったく同様である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】テレビ放送などで一般
的に使われているインターレース信号の各フィールド信
号は、フレーム信号の間引き状態になっているので、多
くの折り返し周波数成分が含まれている。また、ノンイ
ンターレース信号であっても、カメラのビームの太さが
走査線間隔より細いと折り返し成分が含まれる。このよ
うな信号を、従来例として示した動き補償装置で、高精
度の動き補償を行おうとした場合、リサンプリング処理
で作られる画像は、折り返し成分のため正しいものでは
なく、適切な予測や補間ができないと言う不都合があっ
た。
【０００７】本発明は以上の点に着目してなされたもの
で、複数のフィールドから高精度の動き補償信号を得る
際に、加算により各フィールドより密度の高い画像を形
成するようにして、その信号に対応するリサンプル係数
でリサンプリングして、目的とする動き補償信号を作る
ことで、より適切な動き補償された信号を得る動き補償
装置を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】以上の目的を達成するた
めに、例えば図１に示すように、動画像信号を画素単位
以下の精度で動き補償する装置であって、基準信号に対
する複数のフィールドまたはフレーム信号間の動きベク
トル情報を得る手段（ＭＶ検出器５，６）と、前記複数
の動きベクトルの相互の関係から、複数のフィールドま
たはフレームの信号の加算によって生成されるサンプル
密度の高い信号に対応するリサンプル係数を発生する係
数判定手段（係数判定器１３）と、前記リサンプル係数
で、それぞれのフィールドまたはフレームの信号をリサ
ンプルして加算し、画素単位以下の精度で移動した画像
信号を得る画像移動手段（リサンプラ９，１０）とから
なることを特徴とする動き補償装置を提供するものであ
る。
【０００９】さらに、例えば図２及び３に示すように、
係数判定手段は、微小に動きベクトルを変更した複数の
係数判定手段（微小移動部２１〜２４，３１〜３４の係
数判定器）であり、画像移動手段は、前記複数の係数判
定手段のそれぞれのリサンプル係数で動き補償された信
号を生成する複数の画像移動手段（微小移動部２１〜２
４，３１〜３４のリサンプラ）であり、前記複数の画像
移動手段から得られる複数の補償された信号のなかで、
基準信号に最も適合するものを選ぶ手段（最適信号判定
器２５）を有することを特徴とする動き補償装置を提供
するものである。
【００１０】さらに、例えば図５に示すように、係数判
定手段は、サンプル密度の高い信号に対応するリサンプ
ル係数で動き補償して一部のフィールドまたはフレーム
しか用いられなくなる場合（ＭＶＡが０でＭＶＢが0.5
の時、A2のみが32／32で他はすべて０となる）でも、よ
り多くのフィールドまたはフレームが使われるようにリ
サンプル係数を変えるようにした（レスポンスをわざと
鈍らせて両方が使われるようにした）ことを特徴とする
動き補償装置を提供するものである。
【００１１】
【作用】複数のフィールドから高精度で動き補償信号を
形成する際に、各フィールド毎にリサンプルのフィルタ
リングを行うのではなく、各フィールドの信号をそれよ
り密度の高い画像信号のサブサンプルされた一部として
扱い、リサンプリングは各フィールドが集められて作ら
れた高密度の信号に対する形で行う。すなわち、仮想的
に高密度信号を一度作り、それをリサンプルで移動させ
た後に間引く形にする。現実にはリサンプリング係数を
高密度のものにすることで同じことが実現できる。その
際の、高密度の信号は間引きが元に戻ることになるの
で、折り返し成分について抑圧されている。それをリサ
ンプルしてから間引く各フィールドの信号は、折り返し
成分についても正しいものとなる。このような処理で折
り返し成分についても正しい動き補償信号となる。
【００１２】
【実施例】＜第１の実施例（動き補償装置）＞図１は本
発明の動き補償装置の第１の実施例を示すブロック図で
ある。従来の装置とは、画素以下の精度の動き補償を行
うため各画素に乗じるフィルタ係数の発生方法が異な
る。動きベクトルの検出方法、画素精度の移動について
は従来例と変わらない。
【００１３】前フィールド入力３より入力される前フィ
ールド信号は、前ＭＶ（動きベクトル）検出器５及び画
素移動器７に入力され、後フィールド入力４より入力さ
れる後フィールド信号は、ＭＶ検出器６及び画素移動器
８に入力される。また基準画像入力２より入力される基
準フィールド信号は、ＭＶ検出器５及びＭＶ検出器６に
入力される。ＭＶ検出器５では、前フィールド信号と基
準フィールド信号との間で前動きベクトルが求められ
る。同様にＭＶ検出器６では、後フィールド信号と基準
フィールド信号との間で後動きベクトルが求められる。
ＭＶ検出器５の出力である前動きベクトルは前ＭＶ出力
１１を介して出力されると共に、画素移動器７及び係数
判定器１３に与えられる。同様にＭＶ検出器６の出力で
ある後動きベクトルは後ＭＶ出力１２を介して出力され
ると共に、画素移動器８及び係数判定器１３に与えられ
る。
【００１４】画素移動器７では前フィールド信号の画素
を、前動きベクトルに基ずいて画素精度で移動させ、リ
サンプラ９に与える。同様に画素移動器８では後フィー
ルド信号の画素を、前動きベクトルに基ずいて画素精度
で移動させ、リサンプラ１０に与える。係数判定器１３
では両方の動きベクトルの画素精度以下の値によって、
テーブルよりリサンプルフィルタの係数を決め、リサン
プラ９及びリサンプラ１０に出力する。なお、係数テー
ブルはＲＯＭに書いておき、ベクトルの値をアドレスと
してそれを読み出せばよい。
【００１５】リサンプラ９ではその係数で、画素単位で
動き補償の移動が済んだ前フィールド信号に対して、画
素以下の精度の動き補償を行い、処理された信号を加算
器１４に供給する。同様にリサンプラ１０では、係数で
画素単位で移動が済んだ後フィールド信号に対して、画
素以下の処理を行い加算器１４に供給する。加算器１４
は両方の信号を加算し、動き補償信号として、動き補償
信号出力１５を介して出力する。
【００１６】次に係数判定器１３の動作に付いて説明す
る。係数はそれぞれの動きベクトルだけでは決まらず、
両方の組み合わせが必要になる。係数の例を図５の
（Ａ）及び（Ｂ）に示し、この場合のリサンプルのフィ
ルタレスポンスの一部を、従来例と比較して図６に示
す。図５の（Ａ）で、ＭＶのＡとＢは前動きベクトルと
後動きベクトルの画素以下の値で、精度は１／４画素
で、それぞれ４種類の値があるので１６通りの組み合わ
せとなる。Ａ１〜Ａ４は前フィールド信号の係数値，Ｂ
１〜Ｂ４は後フィールド信号の係数値で、動きベクトル
と画素の位置関係は図５の（Ｂ）に示す。
【００１７】図６はＭＶＡが0.75、ＭＶＢが0.25の場合
で、従来例ではリサンプルは各フィールドごとに行われ
るので、フィルターのレスポンスは、それに対応したも
のである。本発明の場合はふたつのフィールドの画素を
両方使い、より密度の高いサンプル点に対応するシャー
プなレスポンスになっている。これはそれぞれの画素の
位置がずれることを利用しており、両方が同じになると
従来例と同じであるが、片方のフィールドが他方のちょ
うど真中に入れば２倍の密度になる。
【００１８】それによって周波数特性は改善され、最高
２倍になる。また、各フィールドに含まれる折り返し成
分は軽減され、リサンプリングしても正しい動き補償信
号となる。すなわち、その信号を間引いて作られるフィ
ールド信号は適切な折り返し成分が含まれ、予測や補間
に用いた場合、適切な処理となる。
【００１９】しかし、常に係数を高い密度に対応したも
のとすると、ＭＶＡが０でＭＶＢが0.5 の場合、A2のみ
が32（／32）で他はすべて０となる。そうなると後フィ
ールド信号はまったく使われなくなり、両フィールドを
用いる効果はなくなってしまう。そこで、そのような場
合はレスポンスをわざと鈍らせ、図５の（Ａ）に示すよ
うに、A1=-3,A2=22,A3=-3,A4=0,B1=0,B2=8,B3=8,B4=0と
して両フィールドが使われるようにする。
【００２０】＜第２の実施例（動き補償装置）＞第２の
実施例の動き補償装置の構成を図２に示す。図２の図１
との違いは微小移動部が複数存在し、最適信号判定器が
ある点である。なお微小移動部２１〜２４は図１の破線
で囲まれた部分（すなわち、リサンプラ９，リサンプラ
１０，係数判定器１３，加算器１４）と同じであり、そ
れぞれの違いは係数判定器で発生する係数である。ＭＶ
検出器５、６や画素移動器７、８の動作は図１と同じで
ある。
【００２１】微小移動部を複数持つのは、ＭＶ検出器の
確度（検出された動きベクトルの確からしさ）の不十分
な点を補うためである。ＭＶ検出器はフィールドごとの
処理なのに対し、各動き補償部は密度の高い信号でより
正確な判定が可能となる。すなわち各微小移動部の係数
は微小に異なる動きベクトルに対応する。前フィールド
信号、後フィールド信号、前ＭＶ，後ＭＶは微小移動部
２１〜２４に入力される。微小移動部２１〜２４は図１
の破線で囲まれた部分と同じである。それぞれの基本動
作は同じであり、係数判定器の出力する係数のみが異な
る。具体的には入力されるふたつの動きベクトルに対
し、微小にずらしたもので、その組み合わせはたとえば
０と０，０と0.25、0.25と０、0.25と0.25の４種類に対
応する係数とする。
【００２２】ここで動きベクトルは垂直成分と水平成分
があるわけであるが、水平方向は各フィールド内でも十
分な検出ができるＭＶ検出器の結果をそのまま使い、微
小移動部は垂直方向のみに対応する。各微小移動部２１
〜２４の出力は最適信号判定器２５に入力される。最適
信号判定器２５は、それぞれの動き補償された信号と基
準フィールド信号とのマッチングを求め、最もマッチン
グの良い（誤差の少ない）ものを選択する。選択された
信号は最終的な動き補償信号として、動き補償信号出力
１５を介して出力される。
【００２３】選択動作はＭＶ検出と同様であるが、マッ
チングを求めるベクトルの数が大幅に少なくなっている
ので、ＭＶ検出より丁寧な処理ができる。例えばＭＶ検
出では、処理の高速化のために誤差の絶対値（ＭＡＤ）
をマッチングの値とするのに対し、ここでは演算処理量
の多い二乗誤差（ＭＳＥ）を使うことで、より正確な判
定ができる。どの微小移動部の信号が選ばれたかは、動
きベクトルの修正情報として修正ＭＶ出力２６を介して
出力される。
【００２４】＜第３の実施例（動き補償装置）＞第３の
実施例である動き補償装置の構成を図３に示す。図３と
図２との違いは、微小移動部３１〜３４ではベクトル情
報を受け取らず、その微小移動部の数がかなり多い点で
ある。
【００２５】この実施例は第２の実施例の考えをさらに
進め、ＭＶ検出器１９、２０では各フィールド単位で画
素精度までの動きベクトル検出を行い、画素以下の精度
は両方のフィールドを使って微小移動部と最適信号判定
器で行うものである。最終的な動き補償の精度を１／４
画素とすると、図５のそれぞれの係数に対応する１６の
微小移動部が必要になる。微小移動部３１〜３４のリサ
ンプラの動作は図１のもの場合と同じであるが、微小移
動部３１〜３４内の係数判定器（１３）に対して動きベ
クトルの入力はなく、係数の出力は固定となる。どの微
小移動部の信号が選ばれたかは、画素以下の動きベクト
ルの情報として微小ＭＶ出力２７を介して出力される。
【００２６】 ＜第４の実施例（復号化装置の動き補償装置）＞符号化
系の復号化装置で用いる動き補償装置は、動きベクトル
の検出は行わず、符号化器より情報として受け取る。す
なわち、図１において基準フィールド信号入力２、ＭＶ
検出器５、６がなくなり、両方の動きベクトル情報が入
力され、係数判定器に直接与えられる。画素移動器７、
８、微小移動部１の動作は図１の場合と同じである。
【００２７】
【発明の効果】本発明の動き補償装置は、複数のフィー
ルドから高精度で動き補償信号を形成する際に、各フィ
ールド毎にリサンプルのフィルタリングを行うのではな
く、各フィールドの信号をそれより密度の高い画像信号
のサブサンプルされた一部として扱い、リサンプリング
は各フィールドが集められて作られた高密度の信号に対
する形で行うことで、各フィールド信号に含まれる折り
返し成分について抑圧された高密度信号をリサンプルこ
とになり、折り返し成分についても正しい動き補償信号
が得られる。また、リサンプルフィルターの周波数特性
も改善されるので、得られる動き補償信号の周波数特性
も良くなる。
【００２８】このような動き補償信号を用いると、フレ
ーム間・フィールド間予測符号化においては、予測残差
が少なくなるのでデータ量をより少なくすることができ
る。また、走査線補間やフィールド補間では自然で解像
度の高い画像が得られる。以上説明の如く、本発明の動
き補償装置は、実用上極めて優れた効果を有するもので
ある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の動き補償装置の第１の実施例の構成を
示すブロック図である。
【図２】本発明の動き補償装置の第２の実施例の構成を
示すブロック図である。
【図３】本発明の動き補償装置の第３の実施例の構成を
示すブロック図である。
【図４】動き補償装置の従来例の構成を示すブロック図
である。
【図５】各動きベクトルに対応するリサンプルフィルタ
係数例を示す図である。
【図６】図５の係数の一部をレスポンスの形で示し、従
来例と比較した図である。
【符号の説明】
１，２１，２２，２３，２４，３１，３２，３３，３４
…微小移動部、２…前フィールド信号入力、３…後フィ
ールド信号入力、４…基準フィールド信号入力、５，
６，１９，２０…ＭＶ検出器、７，８…画素移動器、
９，１０…リサンプラ、１１…前ＭＶ出力、１２…後Ｍ
Ｖ出力、１３…係数判定器、１４…加算器，１５…動き
補償信号出力、１７，１８…微小移動器、２５…最適信
号判定器、２６…修正ＭＶ出力、２７…微小ＭＶ出力。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】動画像信号を画素単位以下の精度で動き補
    償する装置であって、 基準信号に対する複数のフィールドまたはフレーム信号
    間の動きベクトル情報を得る手段と、 前記複数の動きベクトルの相互の関係から、複数のフィ
    ールドまたはフレームの信号の加算によって生成される
    サンプル密度の高い信号に対応するリサンプル係数を発
    生する係数判定手段と、 前記リサンプル係数で、それぞれのフィールドまたはフ
    レームの信号をリサンプルして加算し、画素単位以下の
    精度で移動した画像信号を得る画像移動手段とからなる
    ことを特徴とする動き補償装置。
  2. 【請求項２】係数判定手段は、微小に動きベクトルを変
    更した複数の係数判定手段であり、 画像移動手段は、前記複数の係数判定手段のそれぞれの
    リサンプル係数で動き補償された信号を生成する複数の
    画像移動手段であり、 前記複数の画像移動手段から得られる複数の補償された
    信号のなかで、基準信号に最も適合するものを選ぶ手段
    を有することを特徴とする請求項１に記載した動き補償
    装置。
  3. 【請求項３】係数判定手段は、サンプル密度の高い信号
    に対応するリサンプル係数で動き補償して一部のフィー
    ルドまたはフレームしか用いられなくなる場合でも、よ
    り多くのフィールドまたはフレームが使われるようにリ
    サンプル係数を変えるようにしたことを特徴とする請求
    項１または請求項２に記載した動き補償装置。
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