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JPH06150006A - Motion vector detector - Google Patents

Motion vector detector

Info

Publication number
JPH06150006A
JPH06150006A JP29411892A JP29411892A JPH06150006A JP H06150006 A JPH06150006 A JP H06150006A JP 29411892 A JP29411892 A JP 29411892A JP 29411892 A JP29411892 A JP 29411892A JP H06150006 A JPH06150006 A JP H06150006A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
block
correlation
deviation
motion vector
frequency components
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP29411892A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Minoru Eito
稔 栄藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP29411892A priority Critical patent/JPH06150006A/en
Publication of JPH06150006A publication Critical patent/JPH06150006A/en
Pending legal-status Critical Current

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Landscapes

  • Image Analysis (AREA)
  • Image Processing (AREA)
  • Picture Signal Circuits (AREA)
  • Television Systems (AREA)
  • Compression Or Coding Systems Of Tv Signals (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ブロック相関を基本として、1画素以内の動
き推定精度と誤った動きを推定しない動きベクトル検出
装置を提供する。 【構成】 相関演算回路(104)によりブロック相関
を演算し最も差の小さな対応するブロックを前後するフ
レームに求める。次に、FFT演算回路(105)では
対応する各々のブロックのFFT係数を求める。FFT
係数の位相のシフト量を微小偏位演算回路(106)で
演算し、最小自乗により、FFT係数シフト量からブロ
ック間の微小偏位を求める。偏位補正回路(107)で
は、相関演算回路で求めた粗い偏位に微小偏位を加えて
出力する。 【効果】 従来の、ブロック相関だけを用いた手に比べ
て、画素単位以上の精度で動きベクトルを得ることがで
きる。また、ブロック相関の有効性を、動き推定に必要
な特徴の有無、位相情報の保存の2点から評価すること
ができる。
(57) [Summary] [Object] To provide a motion vector detection device that does not estimate erroneous motion and the accuracy of motion estimation within one pixel based on block correlation. A block correlation is calculated by a correlation calculation circuit (104), and a corresponding block having the smallest difference is obtained in the preceding and succeeding frames. Next, the FFT calculation circuit (105) obtains the FFT coefficient of each corresponding block. FFT
The shift amount of the phase of the coefficient is calculated by the small deviation calculation circuit (106), and the small deviation between the blocks is obtained from the FFT coefficient shift amount by the least square. The deviation correction circuit (107) adds a small deviation to the coarse deviation obtained by the correlation calculation circuit and outputs it. As compared with the conventional hand using only block correlation, it is possible to obtain a motion vector with an accuracy of pixel unit or higher. In addition, the effectiveness of block correlation can be evaluated based on two points: the presence or absence of features required for motion estimation and the preservation of phase information.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は例えば映像の符号化、ノ
イズ低減のための動きベクトル検出装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a motion vector detecting device for video coding and noise reduction.

【0002】[0002]

【従来の技術】動きベクトル検出の手法は、例えば吹抜
敬彦:”画像のデジタル信号処理”、第10章、日刊工
業新聞社刊行(1985)に述べられている。この中
で、”連続する画像間の差を最小にする方法”は(数
1)を最小化する偏位(a,b)として動きベクトルが
求まる。ここでg(x,y)は画面位置(x,y)にお
ける輝度、Rは画面上のブロック領域を表す。
2. Description of the Related Art A method for detecting a motion vector is described, for example, in Takahiko Fukibuki: "Digital Signal Processing of Image", Chapter 10, published by Nikkan Kogyo Shimbun (1985). Among them, in the “method of minimizing the difference between consecutive images”, the motion vector is obtained as the deviation (a, b) that minimizes (Equation 1). Here, g (x, y) represents the luminance at the screen position (x, y), and R represents the block area on the screen.

【0003】[0003]

【数1】 [Equation 1]

【0004】図3にこの原理を図示する。時刻i−1の
フレームの画像の中で、ブロックRと最も相関の強いブ
ロックR’への偏位として求まる。また、ブロック相関
とは別に”フーリエ変換の画像間の比により移動量を求
める方法”がある。これは空間移動とそのフーリエ変換
の関係にから、(数2)が得られる。(数2)におい
て、F{}はフーリエ変換を,Gを画像gのフーリエ展
開を2πμ、2πνをそれぞれ水平、垂直の空間周波数
とする。
FIG. 3 illustrates this principle. In the image of the frame at time i−1, it is obtained as a deviation to the block R ′ having the strongest correlation with the block R. In addition to the block correlation, there is a "method of obtaining the amount of movement from the ratio of Fourier transform images". This is obtained from the relationship between the spatial movement and the Fourier transform thereof (Equation 2). In (Equation 2), F {} is the Fourier transform, G is the Fourier expansion of the image g, and 2πμ and 2πν are the horizontal and vertical spatial frequencies, respectively.

【0005】[0005]

【数2】 [Equation 2]

【0006】異なる画像のフレームについて、フーリエ
記述が得られれば、(数3)に示すように、その比から
動きベクトルに相当する偏位(a,b)を求めることが
できる。
If the Fourier description is obtained for different image frames, the deviation (a, b) corresponding to the motion vector can be obtained from the ratio as shown in (Equation 3).

【0007】[0007]

【数3】 [Equation 3]

【0008】以後、”連続する画像間の差を最小にする
方法”をブロック相関法、”フーリエ変換の画像間の比
により移動量を求める方法”をフーリエ位相法と略すこ
とにする。
Hereinafter, the "method of minimizing the difference between consecutive images" will be abbreviated as the block correlation method, and the "method of obtaining the movement amount by the ratio between the Fourier transform images" will be abbreviated as the Fourier phase method.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】ブロック相関とフーリ
エ位相に基づく従来の動きベクトル検出装置は以下の課
題がある。
The conventional motion vector detecting device based on block correlation and Fourier phase has the following problems.

【0010】(1)ブロック相関では、基本的に1画素
以内の、微小偏位を求めることができない。複数のブロ
ック相関極大位置の線形補間から、1画素以内の微小偏
位を求めることはできる。しかし、真の相関位置を複数
の位置の線形補間から求めるための極大位置の選択が容
易ではない。
(1) Basically, it is impossible to obtain a minute deviation within one pixel by block correlation. It is possible to obtain a minute deviation within one pixel from linear interpolation of a plurality of block correlation maximum positions. However, it is not easy to select the maximum position for obtaining the true correlation position from the linear interpolation of a plurality of positions.

【0011】(2)フーリエ位相では、1画素以内の微
小偏位を求めることができるが、(数3)からも明らか
なように、解は一意ではない。正しい動きベクトルを得
られる場合は、真の偏位が、±1/2波長である時に限
られる。
(2) In the Fourier phase, a minute deviation within one pixel can be obtained, but as is clear from (Equation 3), the solution is not unique. If the correct motion vector can be obtained, the true excursion is limited to ± 1/2 wavelength.

【0012】(3)ブロック相関では、ブロック相関の
確かさを評価することが難しい。(数1)に示した画素
単位の差分の絶対値和は、輝度変化の大きなところで
は、大きな値となり、逆に輝度変化の小さなところでは
小さな値となる傾向がある。したがって、相関値だけを
用いて求めた偏位の妥当性を評価することは難しい。相
関の評価に差分の2乗値を用いても同じである。
(3) With block correlation, it is difficult to evaluate the reliability of block correlation. The sum of absolute values of the differences in pixel units shown in (Equation 1) tends to have a large value at a large luminance change and a small value at a small luminance change. Therefore, it is difficult to evaluate the validity of the deviation obtained using only the correlation value. The same applies when the square value of the difference is used to evaluate the correlation.

【0013】本発明は、上記課題を除去し、精度が1画
素以内の動き推定と誤った動きを推定しない動きベクト
ル検出装置を提することを目的とする。
It is an object of the present invention to eliminate the above problems and provide a motion vector detection device which does not estimate motion estimation with accuracy within one pixel and erroneous motion estimation.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】本発明は上記の問題点を
解決するために、ブロック相関により対応するブロック
を前後するフレームに求め、ブロックに対応する微小偏
位をフーリエ位相法により、動き推定の精度と誤りを向
上させるものである。
In order to solve the above problems, the present invention obtains corresponding blocks in preceding and succeeding frames by block correlation, and estimates a minute deviation corresponding to a block by a Fourier phase method. It improves the accuracy and error of.

【0015】第1の発明は、精度向上に関し、(a)符
号化され、かつフレーム単位で構成される映像信号を保
持するメモリと、(b)前記メモリから、前後するフレ
ームのブロック対の画素データを読み出し、相関が強い
ブロック対を求め、その偏位を出力するブロック相関演
算手段と(c)前記相関の強いブロック対の各々につい
て複数の2次元周波数成分へ展開することにより、前記
複数の周波数成分について位相差を求める位相演算手段
と、(d)前記ブロック対のの前記複数の周波数成分の
位相差から、微小偏位を演算する微小偏位演算手段と
(e)前記ブロック相関演算回路による偏位と前記微小
偏位演算回路による微小偏位を加算して動きベクトルと
する合成演算手段を有することを特徴とする。
A first aspect of the present invention relates to accuracy improvement, wherein (a) a memory that holds a video signal that is encoded and is configured in frame units; and (b) a pixel of a block pair of preceding and following frames from the memory. By reading out the data, obtaining a block pair having a strong correlation, and outputting the deviation thereof, a block correlation calculation means and (c) expanding each of the block pair having a strong correlation into a plurality of two-dimensional frequency components, and Phase calculating means for obtaining a phase difference for frequency components; (d) a minute deviation calculating means for calculating a minute deviation from the phase differences of the plurality of frequency components of the block pair; and (e) the block correlation calculating circuit. It is characterized by further comprising a synthesizing calculation means for adding the deviation due to the above and the small deviation due to the small deviation calculating circuit to obtain a motion vector.

【0016】第2の発明は、推定誤りに関し、(f)符
号化され、かつフレーム単位で構成される映像信号を保
持するメモリと、(g)前記メモリから、前後するフレ
ームのブロック対の画素データを読み出し、相関が強い
ブロック対を求め、その偏位を出力するブロック相関演
算手段と(h)ブロック相関演算により相関の高いとさ
れたブロック対について、2次元周波数が他の定数倍と
ならない少なくとも3つの周波数成分の大きさと位相差
を演算する位相差演算手段と、(i)前記3つ以上の周
波数成分の大きさとその位相差について、空間周波数成
分の大きさが閾値以下か、あるいは位相差が矛盾する場
合は、ブロック相関が無効であると判定するブロック相
関無効判定手段を有することを特徴とする。
The second aspect of the present invention relates to an estimation error, (f) a memory for holding a video signal which is coded and configured in frame units, and (g) a pixel of a block pair of preceding and following frames from the memory. The two-dimensional frequency does not become a constant multiple of the block correlation calculation means that reads data, obtains a block pair having a strong correlation, and outputs the deviation, and (h) the block pair that has a high correlation by the block correlation calculation. Phase difference calculation means for calculating the magnitude and phase difference of at least three frequency components, and (i) the magnitude of the spatial frequency component is less than or equal to a threshold value or the magnitude of the magnitude and phase difference of the three or more frequency components. When the phase differences are inconsistent, it is characterized by including block correlation invalidity determining means for determining that the block correlation is invalid.

【0017】[0017]

【作用】第1の発明ではまず、前後する画像のフレーム
の中で、相関の強いブロックが、例えば画素値差分の絶
対値和を最小とするようにブロック相関演算手段で選ば
れる。これにより、画素精度の偏位が求まる。次に、こ
の相関の強いブロック対について、複数の周波数成分の
位相差を位相演算手段により求める。微小偏位演算手段
では求められた位相差と周波数の関係から(数3)に示
すフーリエ位相の原理により微小偏位が求まる。既に、
求まったブロック相関による偏位にこの微小偏位を合成
演算手段により加えて動きベクトルとする。
In the first aspect of the invention, first, in the frames of the preceding and following images, the block having a strong correlation is selected by the block correlation calculating means so as to minimize the sum of absolute values of pixel value differences. As a result, the deviation of pixel accuracy is obtained. Next, for the block pair having a strong correlation, the phase difference between a plurality of frequency components is obtained by the phase calculating means. From the relationship between the phase difference and the frequency obtained by the minute deviation calculating means, the minute deviation can be obtained by the Fourier phase principle shown in (Equation 3). already,
The minute deviation is added to the deviation due to the obtained block correlation by the combining calculation means to obtain a motion vector.

【0018】ブロック相関演算手段により微小偏位は小
さく限定されることから、微小偏位演算手段で演算に用
いる2次元空間周波数を高くすることができる。高い周
波数、いい換えれば短波長の位相差は、微小変化に敏感
であることから、精度の高い動きベクトルを得ることが
できる。
Since the small deviation is limited to a small value by the block correlation calculating means, the two-dimensional spatial frequency used for the calculation by the small deviation calculating means can be increased. A high frequency, in other words, a phase difference of a short wavelength is sensitive to a minute change, so that a highly accurate motion vector can be obtained.

【0019】第2の発明では、前後する画像のフレーム
の中で、相関の強いブロックが、例えば画素値差分の絶
対値和を最小とするようにブロック相関演算手段で選ば
れる。次にブロック相関演算により相関の高いとされた
ブロック対について、2次元周波数が他の定数倍となら
ない少なくとも3つの周波数成分の大きさと位相差が位
相差演算手段により演算される。
In the second aspect of the present invention, the block having a strong correlation is selected by the block correlation calculating means so as to minimize the sum of the absolute values of the pixel value differences in the frames of the preceding and following images. Next, with respect to the block pair determined to have a high correlation by the block correlation calculation, the phase difference calculation means calculates the magnitude and phase difference of at least three frequency components whose two-dimensional frequencies are not multiplied by other constants.

【0020】ブロック相関無効判定手段では、各周波数
成分が(数3)に示すフーリエ位相の計算に十分な大き
さを持っていなければ、対応するブロック対には動き推
定に必要な情報が無く、ブロック相関演算手段で選ばれ
た偏位は無効とする。また、(数3)に示すフーリエ位
相の計算に十分な大きさが、各周波数成分にあるにも関
わらず、得られた微小偏位が矛盾するものであれば、ブ
ロック対の相関が誤っているとし、ブロック相関演算手
段で選ばれた偏位は無効とする。ブロック内で、互いに
定数倍とならない2次元空間周波数を3以上選ぶことに
より、(数3)に基づく互いに独立な線形方程式を未知
数2の微小偏位について3以上得ることができる。した
がって、例えば最小誤差2乗により微小偏位を求める際
の2乗誤差和から、ブロック相関の有効性を判定するこ
とができる。
In the block correlation invalidity judgment means, if each frequency component does not have a sufficient size for calculating the Fourier phase shown in (Equation 3), there is no information necessary for motion estimation in the corresponding block pair, The deviation selected by the block correlation calculation means is invalid. Further, if the obtained small deviations are inconsistent even though the frequency components are large enough to calculate the Fourier phase shown in (Equation 3), the correlation of the block pair is erroneous. , The deviation selected by the block correlation calculation means is invalid. By selecting three or more two-dimensional spatial frequencies that do not become constant multiples in each block, it is possible to obtain three or more linear equations based on (Equation 3) that are independent of each other for the minute deviation of unknown 2. Therefore, for example, the effectiveness of block correlation can be determined from the sum of squared errors when the minute deviation is obtained by the minimum error square.

【0021】[0021]

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を用いて説明す
る。請求項1に記載の発明の第1の実施例を図1、図
3、図4を用いて説明する。 図1は第1の実施例にお
ける動きベクトル検出装置の構成図である。図3は第1
の実施例における偏位推定の動作説明図、図4は第1の
実施例における微小偏位推定の動作説明図である。図1
において、101は映像アナログ信号を量子化するA/
D変換回路、102、103は、映像の前後するフレー
ムを記憶しておくフレームメモリ、104はブロック相
関を行なう相関演算回路、105はブロック対の各々に
離散フーリエ変換(FFT)を行なうFFT演算回路、
106はFFT係数から微小偏位を計算する微小偏位演
算回路、107は、偏位補正回路である。以上のように
構成された第1の実施例について以下にその処理手順を
説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. A first embodiment of the invention described in claim 1 will be described with reference to FIGS. 1, 3, and 4. FIG. 1 is a block diagram of a motion vector detecting device in the first embodiment. Figure 3 is the first
FIG. 4 is an operation explanatory diagram of deviation estimation in the embodiment of FIG. 4, and FIG. 4 is an operation explanatory diagram of minute deviation estimation in the first embodiment. Figure 1
In the figure, 101 is A / which quantizes the video analog signal.
D conversion circuits, 102 and 103 are frame memories for storing frames before and after an image, 104 is a correlation calculation circuit for performing block correlation, and 105 is an FFT calculation circuit for performing discrete Fourier transform (FFT) on each block pair. ,
Reference numeral 106 is a small deviation calculation circuit for calculating a small deviation from the FFT coefficient, and 107 is a deviation correction circuit. The processing procedure of the first embodiment configured as described above will be described below.

【0022】本実施例では、相関、位相情報の計算を行
なうブロックは縦8画素、横8画素で構成されている。
相関演算回路(104)は図3に示すように前フレーム
メモリ(103)からブロック情報Rを読みだすと同時
に偏位(a,b)を1画素毎に変化させながら、現フレ
ームのブロック情報R’を読みだし、(数1)に示す相
関演算を行なう。そして、最も値の小さくなる偏位を探
索して原推定(a,b)として得る。この(a,b)は
1画素精度で求まっている。次に相関演算回路(10
4)から得られた原推定(a、b)を元にブロック情報
RとR’についてFFT演算回路(105)がFFT演
算を行なう。得られた結果をRf,Rf’とする。ここ
で、Rf、Rf’のFFT係数(周波数成分)Rf(μ、
ν),Rf’(μ、ν)、(ただし0≦μ≦7,0≦ν
≦7、μ、νは整数)を考える。Rf(0,0)および
f’(0,0)は直流成分になり、微小偏位推定には
使用しない。複素数Zについて、その対数は(数4)で
表現できる。
In this embodiment, the block for calculating the correlation and phase information is composed of vertical 8 pixels and horizontal 8 pixels.
As shown in FIG. 3, the correlation calculation circuit (104) reads the block information R from the previous frame memory (103) and at the same time changes the deviation (a, b) for each pixel, while changing the block information R of the current frame. 'Is read out and the correlation calculation shown in (Equation 1) is performed. Then, the deviation having the smallest value is searched for and obtained as the original estimation (a, b). This (a, b) is obtained with one pixel accuracy. Next, the correlation calculation circuit (10
Based on the original estimation (a, b) obtained from 4), the FFT operation circuit (105) performs FFT operation on the block information R and R '. Let the obtained results be R f and R f '. Here, R f, FFT coefficient (frequency component) of the R f 'R f (μ,
ν), R f '(μ, ν), (where 0 ≦ μ ≦ 7, 0 ≦ ν
≦ 7, μ, and ν are integers). R f (0,0) and R f '(0,0) are DC components and are not used for minute deviation estimation. For the complex number Z, its logarithm can be expressed by (Equation 4).

【0023】[0023]

【数4】 [Equation 4]

【0024】ここで、argZは複素数Zの偏角を表
す。従って(数3)からFFT係数について、(数5)
の関係を得ることができる。
Here, argZ represents the argument of the complex number Z. Therefore, from (Equation 3) to the FFT coefficient, (Equation 5)
Can get a relationship.

【0025】[0025]

【数5】 [Equation 5]

【0026】(数5)において、δa,δbは微小偏位
である。複素数Zの偏角argZの主値をArgZとす
る(arg z=Arg Z+2nπ,nは任意の整
数)。以後、相関演算回路(104)による原推定
(a,b)は1画素以内の誤差であると仮定すると、
(数5)は主値Arg(Rf’(μ、ν)/Rf(μ、
ν))について(μ、ν)=(0,0)を除く0≦μ≦
4,0≦ν≦4の範囲で成立すると考えることができ
る。FFT演算回路(105)により得られたRf
f’を入力として、微小偏位演算回路(106)は以
下の計算を行なう。
In (Equation 5), δa and δb are minute deviations. The main value of the argument argZ of the complex number Z is ArgZ (arg z = Arg Z + 2nπ, n is an arbitrary integer). Thereafter, assuming that the original estimation (a, b) by the correlation calculation circuit (104) is an error within one pixel,
(Equation 5) is the main value Arg (R f '(μ, ν) / R f (μ,
ν)) 0 ≦ μ ≦ excluding (μ, ν) = (0,0)
It can be considered that it holds in the range of 4, 0 ≦ ν ≦ 4. R f obtained by the FFT operation circuit (105),
With R f 'as an input, the minute deviation calculation circuit (106) performs the following calculation.

【0027】[0027]

【数6】 [Equation 6]

【0028】[0028]

【数7】 [Equation 7]

【0029】[0029]

【数8】 [Equation 8]

【0030】(数6)から(数8)の関係が成り立つこ
とにより、行列Aの一般逆行列をA +とすると、(数
9)より、微小偏位(δa,δb)は求まる。
The relations of (Equation 6) to (Equation 8) are established.
And the generalized inverse matrix of the matrix A is +Then, (number
From 9), the minute deviation (δa, δb) can be obtained.

【0031】[0031]

【数9】 [Equation 9]

【0032】なお、本実施例では、Arg(Rf
(μ、ν)/Rf(μ、ν))が安定に求まらない場合
を考慮して表1を満たす(μ、ν)とArg(Rf
(μ、ν)/Rf(μ、ν))を行成分とする行列Aと
Bを用いる。表1において、Th1は周波数成分の大き
さを判定する閾値である。
In this embodiment, Arg (R f '
Considering that (μ, ν) / R f (μ, ν)) cannot be stably obtained, (μ, ν) and Arg (R f '
Matrixes A and B having (μ, ν) / R f (μ, ν)) as row components are used. In Table 1, Th 1 is a threshold value for determining the magnitude of the frequency component.

【0033】[0033]

【表1】 [Table 1]

【0034】本実施例で用いる一般逆行列A+はMoo
re−Penrose一般逆行列であり、(数10)で
与えられる。これにより(数11)を最小化する形で微
小偏位を求めることができる。
The general inverse matrix A + used in this embodiment is Moo.
re-Penrose is a general inverse matrix and is given by (Equation 10). With this, the minute deviation can be obtained in a form that minimizes (Equation 11).

【0035】[0035]

【数10】 [Equation 10]

【0036】[0036]

【数11】 [Equation 11]

【0037】偏位補正回路(107)はこのようにして
得られた微小偏位(δa,δb)を原推定(a,b)に
加え、動きベクトル(a+δa,b+δb)として出力
する。以上の原理を、図4を用いて説明する。図4は8
×8のブロックで、(μ、ν)=(2,0)の周波数な
る波形が、水平の正方向に位相π/2移動している状態
を表している。Arg(Rf’(μ、ν)/Rf(μ、
ν))=π/2であるから、δa=1画素が得られる。
一般に誤差を含むことから、(μ、ν)の組合せから得
られる微小偏位は異なる。そこで、本実施例では(数
9)で示した最小2乗法により、(δa,δb)を求め
る。 ブロック相関により、実際の偏位を1画素以内で
求めることから、微小偏位は1画素以内であると仮定す
る。そこでブロック内FFT係数の中で、水平垂直の波
長が2画素までの係数を用いて、最小自乗の意味で微小
偏位を求める。なお、ブロックの大きさを縦8画素横8
画素としたが、縦横の画素数は異なっても同様の構成を
とることができる。また、ブロック相関には絶対値和を
用いたが、2乗和でも良い。
The deviation correction circuit (107) adds the minute deviation (δa, δb) thus obtained to the original estimation (a, b) and outputs it as a motion vector (a + δa, b + δb). The above principle will be described with reference to FIG. 8 in FIG.
In the block of × 8, the waveform having the frequency of (μ, ν) = (2, 0) is moved by the phase π / 2 in the horizontal positive direction. Arg (R f '(μ, ν) / R f (μ,
Since ν)) = π / 2, δa = 1 pixel is obtained.
In general, since an error is included, the small deviation obtained from the combination of (μ, ν) is different. Therefore, in this embodiment, (δa, δb) is obtained by the least squares method shown in (Equation 9). Since the actual deviation is obtained within 1 pixel by the block correlation, it is assumed that the minute deviation is within 1 pixel. Therefore, among the FFT coefficients in the block, the coefficient of horizontal and vertical wavelengths up to 2 pixels is used to obtain the minute deviation in the meaning of least squares. The size of the block is 8 pixels vertically and 8 pixels horizontally.
Although a pixel is used, the same configuration can be adopted even if the number of vertical and horizontal pixels is different. Although the sum of absolute values is used for the block correlation, the sum of squares may be used.

【0038】次に請求項2に記載の発明の実施例を説明
する、第2の実施例ではFFT係数から求まる動きベク
トルの微小偏位を求めることが目的ではなく、ブロック
相関による偏位の原推定の有効無効を判定するところ
が、第1の実施例と異なる。図2を用いてこれを説明す
る。図2は第2の実施例における動きベクトル検出装置
の構成図である。図2において、201は映像アナログ
信号を量子化するA/D変換回路、202、203は、
映像の前後するフレームを記憶しておくフレームメモ
リ、204はブロック相関を行なう相関演算回路、20
5はブロック対の各々に離散フーリエ変換(FFT)を
行なうFFT演算回路、206はFFT係数から相関の
有効性を判定するブロック相関判定回路、207は、有
効フラグ付加回路である。以上のように構成された第2
の実施例について以下にその処理手順を説明する。
Next, an embodiment of the invention described in claim 2 will be described. In the second embodiment, the purpose is not to find a minute deviation of a motion vector obtained from an FFT coefficient, but an origin of deviation due to block correlation. It is different from the first embodiment in that the validity of the estimation is determined. This will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a block diagram of the motion vector detecting device in the second embodiment. In FIG. 2, 201 is an A / D conversion circuit for quantizing a video analog signal, and 202 and 203 are
A frame memory for storing the preceding and succeeding frames of the image, 204 a correlation calculation circuit for performing block correlation, 20
Reference numeral 5 is an FFT operation circuit that performs a discrete Fourier transform (FFT) on each of the block pairs, 206 is a block correlation determination circuit that determines the validity of correlation from FFT coefficients, and 207 is a valid flag addition circuit. Second configured as described above
The processing procedure of this embodiment will be described below.

【0039】A/D変換回路(201),フレームメモ
リ(202),(203)、ブロック相関を行なう相関
演算回路(204),FFT演算回路(205)の動作
は第1の実施例と同じであるので省略する。ブロック相
関判定回路では、表1の条件を満たす行成分のみからな
るN×2行列AとN×1行列Bを作る。ここで行列Aと
Bとは(数7)、(数8)に示した行列である。ここで
Nは条件を満たした項数となる。
The operations of the A / D conversion circuit (201), the frame memories (202) and (203), the correlation calculation circuit (204) for performing block correlation, and the FFT calculation circuit (205) are the same as those in the first embodiment. It is omitted because it exists. The block correlation determination circuit creates an N × 2 matrix A and an N × 1 matrix B consisting of only row components that satisfy the conditions of Table 1. Here, the matrices A and B are the matrices shown in (Equation 7) and (Equation 8). Here, N is the number of terms that satisfy the condition.

【0040】次にMoore−Penrose一般逆行
列A+を求める。以上は第1の実施例と同じである。。
第2の実施例では、以下が異なる。ブロック相関判定回
路では、さらに一般逆行列A+を特異値分解し、特異値
λ1、λ2(ただし、λ1>λ2)を求める。行数が2であ
ることから、特異値は2つ求まる。さらに、(数12)
により、自乗誤差平均Eを求める。ここで、ブロック相
関判定は表2に示した3条件を同時に満足するとき、有
効であると判定する。表2において、Th2,Th3は各
々条件数、2乗誤差を判定する閾値である。
Next, the Moore-Penrose general inverse matrix A + is obtained. The above is the same as the first embodiment. .
The following are different in the second embodiment. The block correlation determination circuit further decomposes the general inverse matrix A + into singular values to obtain singular values λ 1 and λ 2 (where λ 1 > λ 2 ). Since the number of rows is 2, two singular values are obtained. Furthermore, (Equation 12)
Thus, the squared error average E is obtained. Here, the block correlation determination is determined to be effective when the three conditions shown in Table 2 are simultaneously satisfied. In Table 2, Th 2 and Th 3 are thresholds for determining the condition number and the squared error, respectively.

【0041】[0041]

【数12】 [Equation 12]

【0042】[0042]

【表2】 [Table 2]

【0043】以上、本実施例では、表2の条件の中で、
条件3と条件4は、動き推定に必要な(μ、ν)のベク
トルが2つ以上独立に存在しているか、を表している。
輝度変化のない平坦な領域や縦エッジや横エッジしかな
いような領域の動きベクトルを無効とすることができ
る。さらに条件5では、変形、隠れに伴う領域を無効と
することができる。本実施例で行なった有効性の判定に
代わる一つの方は、(数1)の最小値を閾値処理をする
ことにより実現できる。 すなわち、(数1)で表され
るブロック相関値が大きいとき無効とするわけである。
しかし、その判定は、ブロック内の平均輝度成分の変化
に影響を大きく受け、輝度の平坦なところでは、無効で
あるにも関わらず、有効となってしまう。これに比べ
て、本実施例は位相情報の矛盾により判定するため平均
輝度の変化に対して安定である。
As described above, in this embodiment, among the conditions of Table 2,
Condition 3 and condition 4 indicate whether two or more (μ, ν) vectors necessary for motion estimation exist independently.
It is possible to invalidate the motion vector of a flat area where there is no change in brightness or an area having only vertical edges or horizontal edges. Further, under the condition 5, it is possible to invalidate the region associated with the deformation and the hiding. One alternative to the effectiveness determination performed in the present embodiment can be realized by thresholding the minimum value of (Equation 1). That is, when the block correlation value represented by (Equation 1) is large, it is invalidated.
However, the determination is greatly affected by the change of the average luminance component in the block, and is valid in a flat luminance area although it is invalid. On the other hand, in the present embodiment, since the determination is made based on the contradiction of the phase information, it is stable against the change of the average luminance.

【0044】なお、本発明における2つの実施例では、
フーリエ位相を求めるために離散フーリエ変換(FF
T)をそのまま用いたが、窓関数を付した形のFFTを
用いても良く、またガーバーフィルタ等の周波数分解フ
ィルタを用いても実現できる。加えて、第1の実施例
は、微小偏位の補正を、第2の実施例ではブロック相関
の有効性判定を行なったが、このことから、微小偏位の
補正を行ないつつ、有効無効の判定を行なう動きベクト
ル検出装置を実現することもできる。
In the two embodiments of the present invention,
Discrete Fourier transform (FF
Although T) is used as it is, an FFT having a window function may be used, or a frequency decomposition filter such as a Gerber filter may be used. In addition, in the first embodiment, the correction of the minute deviation is performed, and in the second embodiment, the validity of the block correlation is determined. It is also possible to realize a motion vector detection device that makes a determination.

【0045】[0045]

【発明の効果】第1の発明のよれば、従来の、ブロック
相関に比べて、画素単位以上の精度で動きベクトルを得
ることができる。また、第2の発明によれば、ブロック
相関の有効性を、動き推定に必要な特徴の有無、位相情
報の保存の2点から評価することができる。
According to the first aspect of the present invention, it is possible to obtain a motion vector with an accuracy of a pixel unit or more as compared with the conventional block correlation. Further, according to the second invention, the effectiveness of the block correlation can be evaluated from the two points of the presence / absence of features necessary for motion estimation and the preservation of phase information.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】動きベクトル検出装置、第1の実施例における
構成図
FIG. 1 is a configuration diagram of a motion vector detection device according to a first embodiment.

【図2】動きベクトル検出装置、第2の実施例における
構成図
FIG. 2 is a block diagram of a motion vector detecting device according to a second embodiment.

【図3】動きベクトル検出装置、第1および第2の実施
例におけるブロック相関動作の説明図
FIG. 3 is an explanatory diagram of a block correlation operation in the motion vector detecting device and the first and second embodiments.

【図4】動きベクトル検出装置、第1および第2の実施
例におけるフーリエ位相の説明図
FIG. 4 is an explanatory diagram of a Fourier phase in the motion vector detecting device, the first and second embodiments.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101、201 A/D変換器 102、103、202、203 フレームメモリ 104、204 相関演算回路 105、205 FFT演算回路 106 微小偏位演算回路 107 偏位補正回路 206 ブロック相関判定回路 207 有効フラグ付加回路 101, 201 A / D converter 102, 103, 202, 203 Frame memory 104, 204 Correlation calculation circuit 105, 205 FFT calculation circuit 106 Small deviation calculation circuit 107 Deviation correction circuit 206 Block correlation determination circuit 207 Effective flag addition circuit

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】(a)符号化され、かつフレーム単位で構
成される映像信号を保持するメモリと、(b)前記メモ
リから、前後するフレームのブロック対の画素データを
読み出し、相関が強いブロック対を求め、その偏位を出
力するブロック相関演算手段と、(c)前記相関の強い
ブロック対の各々について複数の2次元周波数成分へ展
開することにより、前記複数の周波数成分について位相
差を求める位相演算手段と、(d)前記ブロック対のの
前記複数の周波数成分の位相差から、微小偏位を演算す
る微小偏位演算手段と、(e)前記ブロック相関演算回
路による偏位と前記微小偏位演算回路による微小偏位を
加算して動きベクトルとする合成演算手段を有すること
を特徴とする動きベクトル検出装置。
1. A block that has a strong correlation with (a) a memory that holds a video signal that is encoded and configured in frame units, and (b) that reads pixel data of a block pair of preceding and following frames from the memory. A block correlation calculation unit that obtains a pair and outputs the deviation, and (c) develops a plurality of two-dimensional frequency components for each of the block pairs having a strong correlation to obtain a phase difference for the plurality of frequency components. A phase calculating means; (d) a minute deviation calculating means for calculating a minute deviation from the phase difference of the plurality of frequency components of the block pair; and (e) a deviation by the block correlation calculating circuit and the minute deviation. A motion vector detecting device having a combining operation means for adding a small deviation by a deviation operation circuit to obtain a motion vector.
【請求項2】(f)符号化され、かつフレーム単位で構
成される映像信号を保持するメモリと、(g)前記メモ
リから、前後するフレームのブロック対の画素データを
読み出し、相関が強いブロック対を求め、その偏位を出
力するブロック相関演算手段と、(h)ブロック相関演
算により相関の高いとされたブロック対について、2次
元周波数が他の定数倍とならない少なくとも3つの周波
数成分の大きさと位相差を演算する位相差演算手段と、
(i)前記3つ以上の周波数成分の大きさとその位相差
について、空間周波数成分の大きさが閾値以下か、ある
いは位相差が矛盾する場合は、ブロック相関が無効であ
ると判定するブロック相関無効判定手段を有することを
特徴とする動きベクトル検出装置。
2. A block having a strong correlation with (f) a memory holding a video signal which is coded and configured in frame units, and (g) reading pixel data of a block pair of preceding and following frames from the memory. The magnitude of at least three frequency components in which the two-dimensional frequency does not become a constant multiple of the block correlation calculation means that obtains the pair and outputs the deviation, and (h) the block pair that is determined to have a high correlation by the block correlation calculation. And a phase difference calculating means for calculating a phase difference,
(I) Regarding the magnitudes of the three or more frequency components and their phase differences, if the magnitudes of the spatial frequency components are less than a threshold value or the phase differences are inconsistent, it is determined that the block correlation is invalid. A motion vector detecting device having a determining means.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006185109A (en) * 2004-12-27 2006-07-13 Hitachi Ltd Image measurement device and image measurement method
WO2015159422A1 (en) * 2014-04-18 2015-10-22 株式会社 日立製作所 Movement-amount measurement device and movement-amount measurement method

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