JP2016048810A - Frame rate conversion device and frame rate conversion method - Google Patents
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Abstract
Description
本出願の発明は、出力時の映像フレームレートが入力時の映像フレームレートより低い場合でも、出力される映像品質の低減をより抑制するフレームレート変換装置、及び変換方法に関する。 The invention of the present application relates to a frame rate conversion device and a conversion method that further suppress the reduction of the output video quality even when the output video frame rate is lower than the input video frame rate.
従来からフレームレートの変換は様々に検討されている。代表的なものとして、例えば映画とTVとでのフレームレートの互換性を保つための技術として、24fpsと30fpsとの変換方法等がある。 Conventionally, various frame rate conversions have been studied. As a typical example, there is a conversion method between 24 fps and 30 fps as a technique for maintaining compatibility of frame rates between movies and TVs, for example.
特許文献1には、撮影時の照度等が十分ない場合に、複数のフレームを加算することで、フレームの照度を上げる技術が開示されている。その際、フレームを分割した領域毎に動きベクトルを算出し、動きの大きい部分については複数のフレームの該当部分を足し合わせる。反対に動きの小さい部分については、同一のフレームの同一部分を重複して足し合わせる。こうすることで映像の照度をあげている。 Patent Document 1 discloses a technique for increasing the illuminance of a frame by adding a plurality of frames when the illuminance at the time of shooting is not sufficient. At that time, a motion vector is calculated for each region into which the frame is divided, and the corresponding portions of a plurality of frames are added together for a portion having a large motion. On the other hand, for the portion with small movement, the same portion of the same frame is overlapped and added. This increases the illuminance of the image.
特許文献2には、映像の符号化を効率的に行うために、映像符号化時に、動きベクトルを用いてフレームを間引くことで、映像符号化の符号化量の低減を図っている。 In Patent Document 2, in order to efficiently encode video, the amount of video encoding is reduced by thinning out frames using motion vectors during video encoding.
入力される映像信号のフレームレートを単純に間引くだけでは、出力される映像信号が表示する映像が滑らかに表示されない場合がある。これは、フレームが単純に間引かれることで、フレーム間の相違が大きくなる可能性があるため、視聴者には不自然な映像と感じされるためである。 If the frame rate of the input video signal is simply thinned out, the video displayed by the output video signal may not be displayed smoothly. This is because the frame is simply thinned out, so that the difference between the frames may become large, so that the viewer feels an unnatural image.
本開示は、出力される映像信号のフレームレートが入力される映像信号のフレームレートよりも低い場合に、出力される映像がより自然な映像として表示されるフレームレート変換装置、およびフレームレート変換方法を提供する。 The present disclosure relates to a frame rate conversion apparatus and a frame rate conversion method in which an output video is displayed as a more natural video when the frame rate of the output video signal is lower than the frame rate of the input video signal. I will provide a.
本開示におけるフレームレート変換装置は、入力映像のフレームレートを、入力映像のフレームレートより低いフレームレートを有する出力映像へ変換するフレームレート変換装置であって、入力映像を構成するフレームを領域分割する分割部と、入力映像を構成する複数フレームから、それぞれの領域の動きベクトルを算出するベクトル算出部と、出力フレームレート、及び、領域毎の動きベクトルの大きさに基づいて、出力映像を構成する1フレームを生成するために用いる入力映像の一つ又は複数のフレームを、領域毎に選択するフレーム選択部と、領域毎に選択されたフレームを用いて、出力映像を構成するフレームのそれぞれの領域を生成するフレーム生成部と、を備える。 A frame rate conversion device according to the present disclosure is a frame rate conversion device that converts a frame rate of an input video into an output video having a frame rate lower than the frame rate of the input video, and divides a frame constituting the input video into regions. An output video is configured based on a division unit, a vector calculation unit that calculates a motion vector of each region from a plurality of frames constituting the input video, an output frame rate, and the size of the motion vector for each region. A frame selection unit that selects one or a plurality of frames of the input video used to generate one frame for each region, and each region of the frames that constitute the output video using the frame selected for each region A frame generation unit for generating
本開示におけるフレームレート変換装置あるいは、フレームレート変換方法は、出力される映像がより自然な映像として表示することを可能とする。 The frame rate conversion device or the frame rate conversion method according to the present disclosure enables an output video to be displayed as a more natural video.
以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。 Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the drawings as appropriate. However, more detailed description than necessary may be omitted. For example, detailed descriptions of already well-known matters and repeated descriptions for substantially the same configuration may be omitted. This is to avoid the following description from becoming unnecessarily redundant and to facilitate understanding by those skilled in the art.
なお、発明者(ら)は、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面および以下の説明を提供するのであって、これらによって特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。 The inventor (s) provides the accompanying drawings and the following description in order for those skilled in the art to fully understand the present disclosure, and is intended to limit the subject matter described in the claims. Not what you want.
(実施の形態1)
図1は、本実施形態におけるシステム構成の一例を示す図である。システムは、高速撮影カメラ100と、フレームレート変換装置110と、映像表示装置120と、を備えている。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a system configuration in the present embodiment. The system includes a high-speed camera 100, a frame rate conversion device 110, and a video display device 120.
高速カメラ100は、被写体をより高速なフレームレートで撮影する。ここで高速とは、映像表示装置120が表示するフレームレートよりも高速なフレームレートで撮影できるものであれば良い。本実施の形態では、例として高速カメラ100は240fpsで被写体を撮影するものとして以下説明する。 The high-speed camera 100 captures a subject at a higher frame rate. Here, the high speed may be anything that can be captured at a frame rate higher than the frame rate displayed by the video display device 120. In the present embodiment, the following description will be made assuming that the high-speed camera 100 captures an object at 240 fps as an example.
フレームレート変換装置110は、高速カメラ100が撮影した映像信号を入力として受け付ける。フレームレート変換装置110は、入力される映像信号のフレームレートよりも低いフレームレートに映像信号を変換した映像信号を出力する。 The frame rate conversion apparatus 110 receives a video signal captured by the high speed camera 100 as an input. The frame rate conversion device 110 outputs a video signal obtained by converting the video signal to a frame rate lower than the frame rate of the input video signal.
映像表示装置120は、フレームレート変換装置110が出力した映像信号を視聴者に表示する。本実施の形態では、例として映像表示装置120は、入力される映像信号を60fpsで表示するものとする。 The video display device 120 displays the video signal output from the frame rate conversion device 110 to the viewer. In the present embodiment, as an example, video display device 120 displays an input video signal at 60 fps.
上記の通り、フレームレート変換装置110は入力映像信号として240fpsとし、出力映像信号として60fpsとして、本実施の形態では以下説明を行う。 As described above, the frame rate conversion apparatus 110 uses 240 fps as the input video signal and 60 fps as the output video signal, and this embodiment will be described below.
図2は、本実施形態で説明するフレームレート変換装置110の機能構成例を示すブロック図である。フレームレート変換装置110は、映像メモリ200と、分割部210と、動きベクトル算出部220と、フレーム選択部230と、フレーム生成部240と、を備えている。 FIG. 2 is a block diagram illustrating a functional configuration example of the frame rate conversion apparatus 110 described in the present embodiment. The frame rate conversion apparatus 110 includes a video memory 200, a dividing unit 210, a motion vector calculating unit 220, a frame selecting unit 230, and a frame generating unit 240.
映像メモリ200は、入力される映像信号の複数のフレームを一時的に保持する。映像メモリ200は、後述する分割部210や、フレーム生成部240等からの要求により、保持している映像フレームを出力する。 The video memory 200 temporarily holds a plurality of frames of an input video signal. The video memory 200 outputs a held video frame in response to a request from a division unit 210, a frame generation unit 240, and the like which will be described later.
分割部210は、映像メモリ200から一つのフレームを取り出し、当該フレームの映像面を複数の領域に分割する。分割部210が映像面を分割する方法としては、あらかじめ定められたN×M(N、Mとも自然数)のサイズに領域分割をするものであっても良いし、入力される映像の内容に応じて分割する方法を動的に変化させるものであっても良い。 The dividing unit 210 takes out one frame from the video memory 200 and divides the video plane of the frame into a plurality of areas. The dividing unit 210 may divide the image plane by dividing the area into a predetermined size of N × M (N and M are natural numbers) or according to the contents of the input image. It is also possible to dynamically change the dividing method.
動きベクトル算出部220は、分割部210によって分割されたフレームと時間的に前後する他のフレームを前記映像メモリ200から読み出す。動きベクトル算出部220は、分割対象となったフレームと、映像メモリ200から読み出した他のフレームと、を用いて分割部210が分割したそれぞれの領域について動きベクトルを算出する。 The motion vector calculation unit 220 reads from the video memory 200 other frames that are temporally mixed with the frame divided by the dividing unit 210. The motion vector calculation unit 220 calculates a motion vector for each region divided by the division unit 210 using the frame to be divided and other frames read from the video memory 200.
フレーム選択部230は、動きベクトル算出220が算出したそれぞれの分割領域毎の動きベクトルに応じて、一つの出力フレームを生成するのに用いる入力フレームの数をそれぞれの領域毎に決定する。基本的には、算出された動きベクトルの大きさが大きいほど、利用するフレームの数を増やす。反対に、算出された動きベクトルの大きさが小さいほど、利用するフレームの数を減らす。 The frame selection unit 230 determines the number of input frames to be used for generating one output frame for each area according to the motion vector for each divided area calculated by the motion vector calculation 220. Basically, the number of frames to be used is increased as the calculated motion vector is larger. Conversely, the smaller the calculated motion vector size, the smaller the number of frames used.
フレーム生成部240は、フレームの分割領域毎にフレーム選択部230が決定した利用するフレームの数に応じて、映像メモリ200から該当するフレームを読み出し、それらフレームの対応する分割領域毎に指定されたフレームを利用して一つの出力フレームを生成する。 The frame generation unit 240 reads out the corresponding frame from the video memory 200 according to the number of frames to be used determined by the frame selection unit 230 for each divided region of the frame, and is designated for each corresponding divided region of the frames. One output frame is generated using the frame.
図3は、フレームレート変換装置110への入力映像のフレームレートと、出力される出力映像のフレームレートと、の関係を図示したものである。図3では、横軸に時間軸を、縦軸に映像信号と、の関係を示している。 FIG. 3 illustrates the relationship between the frame rate of the input video to the frame rate conversion apparatus 110 and the frame rate of the output video to be output. In FIG. 3, the horizontal axis represents the time axis, and the vertical axis represents the relationship with the video signal.
本実施の形態では、説明例として、入力映像信号を240fps、出力映像信号を60fpsとして説明している。そのため、図3では、入力映像信号のフレーム数が、出力映像信号のフレーム数と比べると4倍のフレーム数があることがわかる。 In this embodiment, as an explanation example, the input video signal is 240 fps and the output video signal is 60 fps. Therefore, in FIG. 3, it can be seen that the number of frames of the input video signal is four times that of the output video signal.
本来、入力映像信号は240fpsのフレームレートを有しているため、特に動きのある映像を240fpsで表示すると、より滑らかな映像を視聴者は視聴することが可能となる。240fpsの映像の連続する4枚から1枚を選択するような単純にフレーム数を1/4に間引いて60fpsの映像を生成すると、本来240fpsが有していた情報量の3/4が削除されることとなる。そのため、生成される60fpsの映像は情報が削除されたことにより視聴者には不自然な映像となる場合がある。生成された60fpsの映像は、一つのフレームと、その後に続くフレームと、では3フレーム分の時間差があり、フレーム毎の変化量が大きくなる。一方、個々のフレームは(通常の60fpsで撮影された映像より)少ない情報量しか有していない。このような点が視聴者に不自然な映像と感じさせる要因となる可能性がある。 Originally, since the input video signal has a frame rate of 240 fps, when a moving image is particularly displayed at 240 fps, the viewer can view a smoother video. If one frame is simply selected from four consecutive 240 fps images, the number of frames is simply reduced to ¼ to generate a 60 fps image, and 3/4 of the information amount originally possessed by 240 fps is deleted. The Rukoto. Therefore, the generated 60 fps video may be unnatural for the viewer due to the information being deleted. The generated 60 fps video has a time difference of 3 frames between one frame and the following frame, and the amount of change for each frame increases. On the other hand, each frame has a smaller amount of information (than a normal picture taken at 60 fps). Such a point may cause a viewer to feel an unnatural image.
本実施の形態では、上記のような点を改善すべくフレームレート変換時に工夫を加えることで生成される低フレームレートの映像の品質をより向上させるものである。 In the present embodiment, the quality of a low frame rate video generated by improving the frame rate conversion to improve the above points is further improved.
図4は、上記図2で説明したフレームレート変換装置110内部の各機能構成部により処理される処理の流れを示すフローチャートの例である。 FIG. 4 is an example of a flowchart showing the flow of processing performed by each functional component in the frame rate conversion apparatus 110 described in FIG.
(ステップS401)分割部210は、入力された映像信号のフレームnについて、定められた方法によりフレーム面を複数の領域に分割する。 (Step S401) The dividing unit 210 divides the frame surface into a plurality of regions by a predetermined method for the frame n of the input video signal.
(ステップS402)動きベクトル算出部220は、分割部210により分割されたフレームnのそれぞれの領域について動きベクトルを算出する。具体的には動きベクトル算出部220は、映像メモリ200から、フレームnに時間的に続くフレームn+1と、フレームn+2と、フレームn+3と、を読み出す。動きベクトル算出部220は、これらのフレームを利用して当該領域の動きベクトルを算出する。 (Step S402) The motion vector calculation unit 220 calculates a motion vector for each region of the frame n divided by the dividing unit 210. Specifically, the motion vector calculation unit 220 reads the frame n + 1, the frame n + 2, and the frame n + 3 that are temporally subsequent to the frame n from the video memory 200. The motion vector calculation unit 220 calculates a motion vector of the region using these frames.
なお本実施の形態では、動きベクトル算出部220は、動きベクトルを算出する対象となるフレームnに続く、フレーム3枚を用いて動きベクトルを算出しているが、本出願の発明はこれに限定されない。フレームnより時間的前のフレームn−1、フレームn−2、などを用いても良い。さらに、時間的前、及び、時間的後、の両方のフレームを利用するものであってもよい。 In this embodiment, the motion vector calculation unit 220 calculates a motion vector using three frames following the frame n that is a target for calculating the motion vector, but the invention of the present application is not limited to this. Not. Frame n-1, temporal frame n-2, etc. that are temporally prior to frame n may be used. Furthermore, it is possible to use both frames before and after time.
さらに、上記の実施の形態では、動きベクトル算出部220は、フレームn〜n+3の合計4つのフレームを利用して動きベクトルを算出しているが、本出願の発明はこれに限定されない。より多くのフレーム数を利用するものであってもよいし、より少ないフレーム数を利用するものであってもよい。 Furthermore, in the above embodiment, the motion vector calculation unit 220 calculates motion vectors using a total of four frames n to n + 3, but the invention of the present application is not limited to this. A larger number of frames may be used, or a smaller number of frames may be used.
(ステップS403)フレーム選択部230は、動きベクトル算出部220が算出した動きベクトルの大きさを、所定の閾値T1と比較する。動きベクトルの大きさが閾値T1より大きい場合には、以降の処理をステップS405へ移す。反対に、動きベクトルの大きさが閾値T1以下の場合には、以降の処理をステップS404へ移す。 (Step S403) The frame selection unit 230 compares the magnitude of the motion vector calculated by the motion vector calculation unit 220 with a predetermined threshold T1. When the magnitude of the motion vector is larger than the threshold value T1, the subsequent processing is moved to step S405. On the contrary, when the magnitude of the motion vector is equal to or smaller than the threshold value T1, the subsequent processing is moved to step S404.
本実施の形態では、フレーム選択部230は、動きベクトルの大きさに基づいて処理フローを異なるものとしているが、本出願の発明はこれに限定されない。動きベクトルの大きさだけでなく、動きの向き等も考慮するものであってもよい。つまり、フレーム選択部230は、動きベクトルを用いて以降の出力フレームを生成するために用いる入力フレームの数を決定するものであれば、いずれの指標を用いるものであっても良い。 In the present embodiment, the frame selection unit 230 has a different processing flow based on the magnitude of the motion vector, but the invention of the present application is not limited to this. Not only the magnitude of the motion vector but also the direction of motion may be considered. That is, the frame selection unit 230 may use any index as long as it determines the number of input frames used to generate subsequent output frames using the motion vector.
(ステップS404)フレーム選択部230により動きベクトルの大きさが閾値T1以下であると判断されると、フレーム生成部240は、現在の処理対象であるフレームnを、当該領域についてはそのまま出力フレームで用いることとなる。つまり、フレームnの当該領域では、フレームnの該当領域の内容がそのまま採用されることとなる。 (Step S404) When the frame selection unit 230 determines that the magnitude of the motion vector is equal to or less than the threshold value T1, the frame generation unit 240 uses the current processing target frame n as it is as an output frame for the region. Will be used. That is, in the area of frame n, the contents of the area of frame n are adopted as they are.
(ステップS405)フレーム選択部230により動きベクトルの大きさが閾値T1より大きいと判断すると、フレーム生成部240は、現在の処理対象であるフレームnだけでなく、動きベクトルを算出する際に利用した他のフレームn+1、n+2、n+3の4つのフレームを用いて、当該領域については、新たな画像を生成する。 (Step S405) If the frame selection unit 230 determines that the size of the motion vector is larger than the threshold T1, the frame generation unit 240 is used not only to calculate the current processing target frame n but also the motion vector. A new image is generated for the region using four frames of other frames n + 1, n + 2, and n + 3.
(ステップS406)上記のステップS402〜S405の処理がフレームnのすべての分割された領域について処理が終了している場合は、フレームレート変換装置110は、処理を終了する。反対に、まだ未処理の領域がある場合には、フレームレート変換装置110は、未処理領域についてステップS402からの処理を行う。 (Step S406) When the processing in steps S402 to S405 has been completed for all the divided areas of frame n, the frame rate conversion apparatus 110 ends the processing. On the other hand, when there is an unprocessed area, the frame rate conversion apparatus 110 performs the process from step S402 on the unprocessed area.
図5は、図4のフローチャートによりフレームの領域毎に複数フレーム(フレームn〜n+3)を合成する部分と、フレームnだけを用いる部分と、が決定された例を示した図である。 FIG. 5 is a diagram showing an example in which a part for combining a plurality of frames (frames n to n + 3) and a part using only frame n are determined for each frame region according to the flowchart of FIG.
図5(a)において、フレームnには、背景部分500と、人物部分510と、ボール部分520と、が含まれている。 5A, the frame n includes a background portion 500, a person portion 510, and a ball portion 520.
背景部分500は、動きベクトル算出部220により動きがないものとして判断されている。 The background portion 500 is determined as having no motion by the motion vector calculation unit 220.
人物部分510は、動きベクトル算出部220により動きがあるものの、その大きさは比較的小さい(閾値T1以下)と判断されている。 The human part 510 is determined to be relatively small (threshold value T1 or less) by the motion vector calculation unit 220 although there is movement.
ボール部分520は、動きベクトル算出部220により動きがあり、その大きさは比較的大きい(閾値Tより大きい)と判断されている。 The ball portion 520 is moved by the motion vector calculation unit 220 and its size is determined to be relatively large (greater than the threshold value T).
図5(b)は、フレーム生成部240により出力フレームとして生成されたフレームを示す図である。図5(b)では、図5(a)の背景部分500と、人物部分510と、を含む領域530では、フレームnのみが出力フレームの生成に利用されている。 FIG. 5B is a diagram illustrating a frame generated as an output frame by the frame generation unit 240. In FIG. 5B, in the region 530 including the background portion 500 and the person portion 510 in FIG. 5A, only the frame n is used for generating an output frame.
図5(b)の領域540は、図5(a)のボール部分520を含む領域である。領域540は、フレームnと、フレームn+1と、フレームn+2と、フレームn+3と、を用いて出力フレームが生成される。そのため、領域540にはフレームn、フレームn+1、フレームn+2、フレームn+3にそれぞれ示されるボールが重複して表示される。 A region 540 in FIG. 5B is a region including the ball portion 520 in FIG. In the region 540, an output frame is generated using the frame n, the frame n + 1, the frame n + 2, and the frame n + 3. Therefore, in the area 540, the balls shown in the frame n, the frame n + 1, the frame n + 2, and the frame n + 3 are displayed in an overlapping manner.
このように動きの大きさが所定の大きさよりも大きい部分については、複数のフレームを用いて一つのフレームを生成する。これにより、フレームレート変換により高いフレームレートから低いフレームレートに映像を変換した場合に、動きのある部分は、複数のフレームを合成して生成されるため、重複して表示される。この重複した表示は、動きのある部分について「残像」の表現として表される。そのため、低レートの映像であっても、視聴者にはより自然な映像として視聴することができる。 In this way, for a portion where the magnitude of the movement is larger than a predetermined magnitude, one frame is generated using a plurality of frames. Thereby, when a video is converted from a high frame rate to a low frame rate by frame rate conversion, a portion with motion is generated by synthesizing a plurality of frames, and thus is displayed redundantly. This overlapped display is expressed as an “afterimage” representation of the moving part. Therefore, even a low-rate video can be viewed as a more natural video for the viewer.
図6は、上記の説明で取得したフレームレート変換装置の映像(図6(a))と、従来方法でフレームレート変換を行った場合の映像(図6(b)、図6(c))と、を比較した図である。 FIG. 6 shows the video of the frame rate conversion device acquired in the above description (FIG. 6A) and the video when the frame rate conversion is performed by the conventional method (FIGS. 6B and 6C). FIG.
図6(a)では、動きベクトルが大きい領域600(ボールの部分)は、入力される高フレームレートの映像の複数のフレームを合成等して生成しているため、合成により、被写体(ボール)が複数表示される。視聴者はこのようなフレームを有する映像を視聴すると、複数の被写体に残像感を感じ、動きのある被写体を自然な映像として感じることが出来る。 In FIG. 6A, since the region 600 (ball portion) with a large motion vector is generated by combining a plurality of frames of the input high frame rate video, the subject (ball) is synthesized. Are displayed multiple times. When a viewer views a video having such a frame, the viewer can feel an afterimage on a plurality of subjects and feel a moving subject as a natural video.
図6(b)では、入力される高フレームレートの映像から低いフレームレートに変換するようにフレームを間引くことで出力映像を生成したものである。この場合、フレームに映し出されるすべての被写体が、高フレームレート生成時に生成した1フレームあたりの撮影(生成)時間よりも長い間フレームを表示することとなる。視聴者はこのような映像を視聴すると、特に動きのある部分について不自然な映像と感じる可能性がある。 In FIG. 6B, an output video is generated by thinning out frames so as to convert from an input high frame rate video to a low frame rate. In this case, all the subjects displayed in the frame display the frame for a longer time than the shooting (generation) time per frame generated when the high frame rate is generated. When a viewer views such a video, there is a possibility that a moving part may be felt as an unnatural video.
図6(c)では、出力される映像のそれぞれのフレーム全体は、入力される映像の複数のフレームを合成して生成した場合である。この場合には、動きのある部分だけでなく、動きの小さい部分についても、複数の入力映像のフレームから合成されることとなる。動きの小さい、又は動きがない被写体について、複数フレームから合成して出力フレームを生成すると、生成される被写体は複数フレーム間で生じる誤差に影響され、輪郭が不明瞭な映像となる可能性がある。そのため、フレームレート変換後の映像全体の輪郭の鮮明度が低くなる可能性がある。 In FIG. 6C, the entire frame of the output video is generated by combining a plurality of frames of the input video. In this case, not only a portion having a motion but also a portion having a small motion is synthesized from a plurality of input video frames. When an output frame is generated by combining multiple frames for a subject with small or no motion, the generated subject may be affected by errors that occur between the multiple frames, resulting in an image with unclear outlines. . Therefore, the sharpness of the outline of the entire video after frame rate conversion may be lowered.
図7は、フレーム生成部240が、フレーム選択部230の指示内容に従って、出力用フレームを生成する方法を示した図である。図7のグラフでは、横軸に動きベクトル算出部220によって算出された動きベクトルの大きさを、縦軸にはフレーム生成時に用いるフレームの枚数を示す。 FIG. 7 is a diagram illustrating a method in which the frame generation unit 240 generates an output frame in accordance with the instruction content of the frame selection unit 230. In the graph of FIG. 7, the horizontal axis indicates the magnitude of the motion vector calculated by the motion vector calculation unit 220, and the vertical axis indicates the number of frames used when generating the frame.
図7の例では、動きベクトルの大きさが所定の閾値T1よりも大きい場合には、当該動きベクトルを算出した領域についてM個の入力フレームを用いて、出力フレームを生成し、反対に閾値T1以下の場合には、入力フレーム1枚のみを用いて出力フレームを生成することを意味している。 In the example of FIG. 7, when the magnitude of the motion vector is larger than the predetermined threshold T1, an output frame is generated using M input frames for the area where the motion vector is calculated, and conversely, the threshold T1 In the following cases, it means that an output frame is generated using only one input frame.
図8の例は、上記図7の別例を示した図である。図8では、閾値がT1、T2・・・TM(T1<T2<・・・<TM)とM種類設定されており、動きベクトルの大きさがT1以下の場合は、1つの入力フレームを、動きベクトルの大きさがT1より大きくT2以下の場合には、2つの入力フレームを、のように動きベクトルの大きさに応じて、生成するフレームに使用する入力フレームの枚数を変えるものであってもよい。この場合には、特に動きベクトルの大きさが大きいほど、利用する入力フレームの枚数も大きくなるのが一般的である。 The example of FIG. 8 is a diagram showing another example of FIG. In FIG. 8, thresholds are set to T1, T2... TM (T1 <T2 <... <TM), and when the magnitude of the motion vector is T1 or less, one input frame is When the magnitude of the motion vector is greater than T1 and less than or equal to T2, the number of input frames used for the frame to be generated is changed according to the magnitude of the motion vector, such as two input frames. Also good. In this case, it is general that the number of input frames to be used increases as the size of the motion vector increases.
図9は、フレーム選択部230の指示内容に従って、フレーム生成部240が1つ又は複数のフレームを用いて出力フレームを生成する場合に、入力フレームのそれぞれの合成率(ブレンド率)を示した図である。図9のグラフは、横軸がフレーム内空間軸を示し、縦軸はフレーム合成処理の重み付けを示す。 FIG. 9 is a diagram showing respective composition rates (blend rates) of input frames when the frame generation unit 240 generates an output frame using one or a plurality of frames according to the instruction content of the frame selection unit 230. It is. In the graph of FIG. 9, the horizontal axis represents the intra-frame space axis, and the vertical axis represents the weighting of the frame synthesis process.
フレーム生成部240は、フレーム内時間軸X0以下の場合には、フレームn(1つの入力フレーム)のみを用いて出力フレームを生成する。フレーム内時間軸がX0より大きい場合には、フレーム生成部240は、フレーム選択部230が選択した複数のフレーム(図9の例では、フレームn〜n+3)を合成して出力フレームを生成する。この際、フレーム生成部240は、それぞれのフレームの重み(ブレンド率)を図9の例に示すような比率に設定してフレームを生成する。図9の例では、フレームn〜n+3がほぼ等しい重みをもって合成されることを意味しています。 The frame generation unit 240 generates an output frame using only the frame n (one input frame) when it is equal to or less than the intra-frame time axis X0. When the intra-frame time axis is larger than X0, the frame generation unit 240 generates an output frame by combining a plurality of frames (frames n to n + 3 in the example of FIG. 9) selected by the frame selection unit 230. At this time, the frame generation unit 240 sets the weight (blend rate) of each frame to a ratio as shown in the example of FIG. 9 to generate a frame. In the example of Fig. 9, it means that frames n to n + 3 are combined with almost equal weight.
図10の例は、このブレンド率がフレーム内空間軸とともに変化する例を示す。フレーム内空間軸がX0−Δ以下の場合には、一つのフレームのみを利用する。フレーム内空間軸がX0+Δより大きい場合には、フレームn〜n+3が略等価なブレンド率をもって合成する。フレーム内空間軸がX0−Δより大きく、X0+Δ以下の場合には、上記の2つのブレンド率を線形的に補間するブレンド率でそれぞれのフレームを利用してフレーム生成部240は出力フレームを生成する。 The example of FIG. 10 shows an example in which the blend ratio changes with the intra-frame space axis. When the intra-frame space axis is X0-Δ or less, only one frame is used. When the space axis in the frame is larger than X0 + Δ, frames n to n + 3 are combined with a substantially equivalent blend rate. When the intra-frame space axis is greater than X0−Δ and less than or equal to X0 + Δ, the frame generation unit 240 generates an output frame using each frame at a blend rate that linearly interpolates the two blend rates. .
この場合には、フレームのブレンド率がフレーム内空間軸の変化にともなって滑らかに変化するため、視聴者にはフレームレート変換された映像がより自然な映像として視聴することができる。 In this case, since the blend ratio of the frames changes smoothly as the intra-frame space axis changes, the viewer can view the frame rate converted video as a more natural video.
以上に説明したフレームレート変換装置の構成をまとめると以下の内容となる。分割部が入力映像を構成する映像フレームのフレーム面を複数の領域に分割する。分割部によって分割されたそれぞれの領域において、動きベクトル算出部が当該フレームと時間的に前、又は後のフレームと、を用いて当該領域における動きベクトルを算出する。フレーム選択部は、動きベクトル算出部により算出された動きベクトルの大きさに基づいて、以後のフレーム生成部がフレーム生成時に用いる入力映像のフレームの数を選択する。具体的には、当該大きさが所定の基準値等と比較することで、利用するフレームの数を選択するものであってもよいし、大きさに実質的に比例して利用するフレームの数を多く等するものであってもよい。フレーム生成部が、フレーム選択部により選択されたフレームを用いて、出力用のフレームを生成する。この際、フレーム生成部は、入力映像のフレームレートよりも低いフレームレートの映像を生成する。フレーム生成部は、フレーム選択部で選択されたフレームを利用して出力フレームを生成する場合、その他の条件に応じてフレームのブレンド率を変化させるものであっても良い。上記の内容を分割部が分割したすべての領域で繰り返すことで一つの出力フレームが生成される。 The configuration of the frame rate conversion apparatus described above is summarized as follows. The dividing unit divides the frame surface of the video frame constituting the input video into a plurality of regions. In each region divided by the dividing unit, the motion vector calculating unit calculates a motion vector in the region using the frame and a temporally previous or subsequent frame. The frame selection unit selects the number of frames of the input video that the subsequent frame generation unit uses when generating the frame, based on the magnitude of the motion vector calculated by the motion vector calculation unit. Specifically, the number of frames to be used may be selected by comparing the size with a predetermined reference value, or the number of frames to be used substantially in proportion to the size. It is also possible to increase the amount of The frame generation unit generates a frame for output using the frame selected by the frame selection unit. At this time, the frame generation unit generates a video having a frame rate lower than the frame rate of the input video. When generating an output frame using the frame selected by the frame selection unit, the frame generation unit may change the blend ratio of frames according to other conditions. One output frame is generated by repeating the above contents in all areas divided by the dividing unit.
以上により、生成される出力映像は入力される映像のフレームよりも低いフレームレートとなる。フレームレートが高いフレームレートから低いフレームレートへ変換されると、一般的に映像としての情報量が減少するため、視聴者には見づらい又は不自然な映像となる可能性がある。しかし、本実施の形態で説明した内容であれば、動きのある部分には複数の入力映像のフレームを用いて出力フレームを生成しているため、フレームレートを下げることによる情報の欠落を抑制することが可能となる。また、静止している被写体等、動きの少ない部分についてはフレームレートを下げることで損なわれる情報量がすくないため、出力フレームのフレームレートをさげても違和感がない。以上により、本実施の形態では、高フレームレートから低フレームレートへフレームレート変換をおこなっても、出力される映像がより自然な映像とすることが可能となる。 As described above, the generated output video has a lower frame rate than the frame of the input video. When the frame rate is converted from a high frame rate to a low frame rate, the amount of information as video is generally reduced, so that the video may be difficult to see or unnatural for the viewer. However, in the case of the contents described in this embodiment, output frames are generated using a plurality of input video frames in a moving part, so that information loss due to a decrease in frame rate is suppressed. It becomes possible. In addition, since the amount of information that is lost by lowering the frame rate is low for a portion with little motion such as a stationary subject, there is no sense of incongruity even if the frame rate of the output frame is reduced. As described above, in this embodiment, even if frame rate conversion is performed from a high frame rate to a low frame rate, an output video can be a more natural video.
なお、本実施の形態では、上記の処理を図2のような機能構成を用いてハードウェエアとして実現する場合について説明したが、本出願の発明はこれに限定されない。図4等で示す処理フローチャートをプログラムで実現することで、本実施の形態に説明した内容は、フレームレート変換方法としても実現可能である。 In the present embodiment, a case has been described in which the above processing is implemented as hardware using the functional configuration shown in FIG. 2, but the invention of the present application is not limited to this. By implementing the processing flowchart shown in FIG. 4 and the like by a program, the contents described in the present embodiment can also be realized as a frame rate conversion method.
この場合には、図4等で説明した処理フローをCPUで行い、映像メモリ200や処理フローを実現するためのメモリと、を備えたハードウェア装置において、上記のフレームレート変換方法を実現することが可能である。 In this case, the processing flow described in FIG. 4 and the like is performed by the CPU, and the above frame rate conversion method is realized in a hardware device including the video memory 200 and a memory for realizing the processing flow. Is possible.
以上のように、本開示における技術の例示として、実施の形態を説明した。そのために、添付図面および詳細な説明を提供した。 As described above, the embodiments have been described as examples of the technology in the present disclosure. For this purpose, the accompanying drawings and detailed description are provided.
したがって、添付図面および詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、上記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。 Accordingly, among the components described in the accompanying drawings and the detailed description, not only the components essential for solving the problem, but also the components not essential for solving the problem in order to illustrate the above technique. May also be included. Therefore, it should not be immediately recognized that these non-essential components are essential as those non-essential components are described in the accompanying drawings and detailed description.
また、上述の実施の形態は、本開示における技術を例示するためのものであるから、特許請求の範囲またはその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。 Moreover, since the above-mentioned embodiment is for demonstrating the technique in this indication, a various change, replacement, addition, abbreviation, etc. can be performed in a claim or its equivalent range.
本出願における技術は、映像のフレームレート変換を行う映像処理装置や、映像再生装置等で利用が可能である。 The technology in the present application can be used in a video processing device that performs video frame rate conversion, a video playback device, and the like.
100 高速カメラ
110 フレームレート変換装置
120 映像表示装置
200 映像メモリ
210 分割部
220 動きベクトル算出部
230 フレーム選択部
240 フレーム生成部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 High-speed camera 110 Frame rate conversion apparatus 120 Image | video display apparatus 200 Image | video memory 210 Dividing part 220 Motion vector calculation part 230 Frame selection part 240 Frame generation part
Claims (6)
前記入力映像を構成するフレームを領域分割する分割部と、
前記入力映像を構成する複数フレームから、前記それぞれの領域の動きベクトルを算出するベクトル算出部と、
前記出力フレームレート、及び、前記領域毎の動きベクトルの大きさに基づいて、前記出力映像を構成する1フレームを生成するために用いる前記入力映像の一つ又は複数のフレームを、前記領域毎に選択するフレーム選択部と、
前記領域毎に選択されたフレームを用いて、前記出力映像を構成するフレームのそれぞれの領域を生成するフレーム生成部と、
を備えるフレームレート変換装置。 A frame rate conversion device for converting a frame rate of an input video into an output video having a frame rate lower than the frame rate of the input video,
A dividing unit that divides a frame constituting the input video;
A vector calculation unit for calculating a motion vector of each region from a plurality of frames constituting the input video;
Based on the output frame rate and the size of the motion vector for each area, one or more frames of the input video used to generate one frame constituting the output video are set for each area. A frame selector to select;
Using a frame selected for each region, a frame generation unit for generating each region of the frame constituting the output video;
A frame rate conversion device comprising:
請求項1に記載のフレームレート変換装置。 The frame selection unit has a larger number of frames to select for a region with a large motion vector than a number of frames to select for a region with a small motion vector.
The frame rate conversion apparatus according to claim 1.
請求項1または請求項2のいずれかに記載のフレームレート変換装置。 When the number of selected frames is different between adjacent regions, the frame generation unit smoothly changes the weight of the selected frame near the boundary of the region,
The frame rate conversion apparatus according to claim 1 or 2.
前記入力映像を構成するフレームを領域分割する分割ステップと、
前記入力映像を構成する複数フレームから、前記それぞれの領域の動きベクトルを算出するベクトル算出ステップと、
前記出力フレームレート、及び、前記領域毎の動きベクトルの大きさに基づいて、前記出力映像を構成する1フレームを生成するために用いる前記入力映像の一つ又は複数のフレームを、前記領域毎に選択するフレーム選択ステップと、
前記領域毎に選択されたフレームを用いて、前記出力映像を構成するフレームのそれぞれの領域を生成するフレーム生成ステップと、
を備えるフレームレート変換方法。 A frame rate conversion device for converting a frame rate of an input video into an output video having a frame rate lower than the frame rate of the input video,
A division step of dividing a frame constituting the input video;
A vector calculation step of calculating a motion vector of each region from a plurality of frames constituting the input video;
Based on the output frame rate and the size of the motion vector for each area, one or more frames of the input video used to generate one frame constituting the output video are set for each area. A frame selection step to select;
A frame generation step of generating each area of the frame constituting the output video using the frame selected for each area;
A frame rate conversion method comprising:
請求項4に記載のフレームレート変換方法。 In the frame selection step, the number of frames to be selected for a region having a large motion vector is greater than the number of frames to be selected for a region having a small motion vector.
The frame rate conversion method according to claim 4.
請求項4又は請求項5のいずれかに記載のフレームレート変換方法。 In the frame generation step, when the number of selected frames is different between adjacent regions, the weight of the selected frame smoothly changes in the vicinity of the boundary of the region.
The frame rate conversion method according to claim 4 or 5.
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