JPH0832048B2 - 動きベクトル検出装置 - Google Patents
動きベクトル検出装置Info
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- JPH0832048B2 JPH0832048B2 JP2013199A JP1319990A JPH0832048B2 JP H0832048 B2 JPH0832048 B2 JP H0832048B2 JP 2013199 A JP2013199 A JP 2013199A JP 1319990 A JP1319990 A JP 1319990A JP H0832048 B2 JPH0832048 B2 JP H0832048B2
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- H04N5/00—Details of television systems
- H04N5/14—Picture signal circuitry for video frequency region
- H04N5/144—Movement detection
- H04N5/145—Movement estimation
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- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
- G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
- G06T7/00—Image analysis
- G06T7/20—Analysis of motion
- G06T7/223—Analysis of motion using block-matching
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- H04N19/00—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals
- H04N19/50—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals using predictive coding
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- H04N19/51—Motion estimation or motion compensation
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
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- Compression Or Coding Systems Of Tv Signals (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は画像信号であるディジタル信号の処理を行な
う記録、伝送、表示装置において、動き補償や動き補正
処理を行なうために必要な動きベクトルを検出する装置
に関する。
う記録、伝送、表示装置において、動き補償や動き補正
処理を行なうために必要な動きベクトルを検出する装置
に関する。
[従来の技術] 動画像の高能率符号化やフレーム数の変換において、
画像の動きに合わせて前フレームをシフトして予測や補
間を行なう、動き補償(補正)処理が知られている。こ
の動き補償処理を行うためにはフレーム間での画像の動
きのベクトルを求める必要がある。動きベクトルの検出
方法としてはブロック単位で実際に画像を空間的に動か
してマッチングをとるのが最も一般的である。これは各
動きベクトルの実際の動きに対する確からしさを、ブロ
ックマッチングの程度として検出するもので、最も誤差
が少ないベクトルをそのブロックの動きベクトルと判断
するものである。マッチングを並列処理とした場合の構
成を第6図に示す。各動きベクトルのブロックマッチン
グ検出器12〜18で得られた値は、最小のもの、すなわち
最も確からしいもの、が最小値選択器28で選ばれ、その
動きベクトルが出力される。
画像の動きに合わせて前フレームをシフトして予測や補
間を行なう、動き補償(補正)処理が知られている。こ
の動き補償処理を行うためにはフレーム間での画像の動
きのベクトルを求める必要がある。動きベクトルの検出
方法としてはブロック単位で実際に画像を空間的に動か
してマッチングをとるのが最も一般的である。これは各
動きベクトルの実際の動きに対する確からしさを、ブロ
ックマッチングの程度として検出するもので、最も誤差
が少ないベクトルをそのブロックの動きベクトルと判断
するものである。マッチングを並列処理とした場合の構
成を第6図に示す。各動きベクトルのブロックマッチン
グ検出器12〜18で得られた値は、最小のもの、すなわち
最も確からしいもの、が最小値選択器28で選ばれ、その
動きベクトルが出力される。
マッチング検出は現在の画像と、空間的に移動させら
れた1フレーム前の画像の二乗差を、16×16画素ないし
8×8画素のブロック単位で求めるものである。8×8
画素の場合のマッチング値Cを式で示すと次のようにな
る。
れた1フレーム前の画像の二乗差を、16×16画素ないし
8×8画素のブロック単位で求めるものである。8×8
画素の場合のマッチング値Cを式で示すと次のようにな
る。
ただしPxyは現フレームの、又P′xyは過去フレーム
のそれぞれ水平x、垂直y画素目の値で、i、jはそれ
ぞれ水平垂直のブロック番号、n、mはそれぞれ水平垂
直のブロック内の画素番号である。k、lはそれぞれ水
平垂直の移動量で、両方で動きベクトルになる。
のそれぞれ水平x、垂直y画素目の値で、i、jはそれ
ぞれ水平垂直のブロック番号、n、mはそれぞれ水平垂
直のブロック内の画素番号である。k、lはそれぞれ水
平垂直の移動量で、両方で動きベクトルになる。
上記式(1)において、マッチング値Cの値が小さい
ほどその動きベクトルが確からしいことになる。処理は
i、jごとにCijklの値が最小となるk、lを求めその
k、lを動きベクトルとする。検出の範囲(k、l)は
1画素毎に±7〜±15画素程度が一般的である。
ほどその動きベクトルが確からしいことになる。処理は
i、jごとにCijklの値が最小となるk、lを求めその
k、lを動きベクトルとする。検出の範囲(k、l)は
1画素毎に±7〜±15画素程度が一般的である。
式(1)の計算を実行するブロックマッチング検出器
の構成を第3図に示す。まず、ラスタースキャンで入力
される現在のフレームの画像は、ブロック化回路80に
て、8×8画素ごとのブロックにされる。過去フレーム
はラスター順でフレームメモリー70に記憶し、ブロック
シフト回路72で読み出し位置をklの分だけずらし、8×
8画素ブロックの順で読み出す。2つの信号は減算器74
で差がとられ、二乗器76でこの差が二乗値となって1ブ
ロック分累積加算される。並列処理ではブロックマッチ
ング検出器12〜18はベクトルの数だけ必要になるので、
装置化ではかなり負担となり、合理化も検討されてい
る。
の構成を第3図に示す。まず、ラスタースキャンで入力
される現在のフレームの画像は、ブロック化回路80に
て、8×8画素ごとのブロックにされる。過去フレーム
はラスター順でフレームメモリー70に記憶し、ブロック
シフト回路72で読み出し位置をklの分だけずらし、8×
8画素ブロックの順で読み出す。2つの信号は減算器74
で差がとられ、二乗器76でこの差が二乗値となって1ブ
ロック分累積加算される。並列処理ではブロックマッチ
ング検出器12〜18はベクトルの数だけ必要になるので、
装置化ではかなり負担となり、合理化も検討されてい
る。
[発明が解決しようとする課題] 従来例の動きベクトル検出では、ブロックは小さいほ
ど複雑な動きも検出が可能となり、異なる動きもより適
切に分割できる。しかし、マッチングに使う画素が少な
くなるので、ノイズ等の影響を受けやすくなる。そのた
め、ブロック毎に検出ベクトルが不安定に変化し、動き
補償処理でブロック歪を生じる。一方、ブロックを大き
くするとノイズには強くなるが、動きが複雑な場合、ブ
ロックの端の方では動きが異なる可能性が高くなる。そ
こでブロック単位のマッチングとせず、画素毎にマッチ
ングの畳み込み演算を行なえば理想的であるが、演算量
は非常に多くなるという問題がある。
ど複雑な動きも検出が可能となり、異なる動きもより適
切に分割できる。しかし、マッチングに使う画素が少な
くなるので、ノイズ等の影響を受けやすくなる。そのた
め、ブロック毎に検出ベクトルが不安定に変化し、動き
補償処理でブロック歪を生じる。一方、ブロックを大き
くするとノイズには強くなるが、動きが複雑な場合、ブ
ロックの端の方では動きが異なる可能性が高くなる。そ
こでブロック単位のマッチングとせず、画素毎にマッチ
ングの畳み込み演算を行なえば理想的であるが、演算量
は非常に多くなるという問題がある。
従って本発明は比較的小さなブロック単位でマッチン
グをとりつつノイズ等の影響の受けにくい動きベクトル
検出装置を提供することを目的とする。
グをとりつつノイズ等の影響の受けにくい動きベクトル
検出装置を提供することを目的とする。
[課題を解決するための手段] 上記目的を達成するため本発明では、まず比較的小さ
なブロック単位でマッチングをとり、各々のマッチング
結果を隣接ブロックのものも重み付けし加算している。
各ベクトル毎に加算する際に、対象ブロック以外で対象
ブロックより大幅にマッチングが悪いものは非線形処理
で加算から削除する。これにより従来完全にブロック単
位の処理だったものに対し、ブロック間で畳み込み処理
を導入することとなる。
なブロック単位でマッチングをとり、各々のマッチング
結果を隣接ブロックのものも重み付けし加算している。
各ベクトル毎に加算する際に、対象ブロック以外で対象
ブロックより大幅にマッチングが悪いものは非線形処理
で加算から削除する。これにより従来完全にブロック単
位の処理だったものに対し、ブロック間で畳み込み処理
を導入することとなる。
すなわち、本発明によれば画像信号に応答する複数の
ブロックマッチング検出器と前記ブロックマッチング検
出器の出力信号であるブロックマッチング値に応答する
最小値選択器からなる動きベクトル検出装置において、
前記各ブロックマッチング検出器と前記最小値選択器の
間に、それぞれのブロック毎に求められたあらかじめ設
定されている範囲内の各動きベクトルに対応する検出対
象ブロックの周辺ブロックにおけるブロックマッチング
値に対して、ブロック相対位置に応じた値を重み付けし
て検出対象ブロックのブロックマッチング値に加算する
複数の畳み込み加算器を設けて、その出力信号を前記最
小値選択器に供給する構成としたことを特徴とする動き
ベクトル検出装置が提供される。
ブロックマッチング検出器と前記ブロックマッチング検
出器の出力信号であるブロックマッチング値に応答する
最小値選択器からなる動きベクトル検出装置において、
前記各ブロックマッチング検出器と前記最小値選択器の
間に、それぞれのブロック毎に求められたあらかじめ設
定されている範囲内の各動きベクトルに対応する検出対
象ブロックの周辺ブロックにおけるブロックマッチング
値に対して、ブロック相対位置に応じた値を重み付けし
て検出対象ブロックのブロックマッチング値に加算する
複数の畳み込み加算器を設けて、その出力信号を前記最
小値選択器に供給する構成としたことを特徴とする動き
ベクトル検出装置が提供される。
[作用] 上記構成の動きベクトル検出装置にあっては、各ブロ
ックの動きベクトルは直ちに判定されず、周りのブロッ
クが重み付けされて加算されるので、広い範囲での判定
となる。そのためノイズの影響を受け難くなる。また、
対象ブロックの周辺に対して均等にマッチングが加味さ
れることになり、大きなブロックのときに、ブロックの
端で起こるような動きのズレもない。
ックの動きベクトルは直ちに判定されず、周りのブロッ
クが重み付けされて加算されるので、広い範囲での判定
となる。そのためノイズの影響を受け難くなる。また、
対象ブロックの周辺に対して均等にマッチングが加味さ
れることになり、大きなブロックのときに、ブロックの
端で起こるような動きのズレもない。
周辺ブロックはマッチングが大きく異なるときは加算
されないので、動きの境界において違う動きに影響され
ることがない。
されないので、動きの境界において違う動きに影響され
ることがない。
[実施例] 以下図面と共に本発明の実施例について説明する。
第1図はすべて並列処理の場合の動き検出装置の構成
例である。画像入力端子10から入力された画像信号は、
8×8画素毎のブロックでまず従来と同様に各動きベク
トル(MV)に対するマッチングを求める。ブロックマッ
チング検出器12〜18は従来と同じ構成で、式(1)の処
理が行なわれ、ブロックマッチング検出器12ではk=0,
l=0のベクトルに対するマッチング値Cij00が、以下同
様に各ブロックマッチング検出器14、16、18ではそれぞ
れCij01、Cij10、Cij77が求められる。ブロックマッチ
ング検出器はすべてで225個あるが図では省略されてい
る。
例である。画像入力端子10から入力された画像信号は、
8×8画素毎のブロックでまず従来と同様に各動きベク
トル(MV)に対するマッチングを求める。ブロックマッ
チング検出器12〜18は従来と同じ構成で、式(1)の処
理が行なわれ、ブロックマッチング検出器12ではk=0,
l=0のベクトルに対するマッチング値Cij00が、以下同
様に各ブロックマッチング検出器14、16、18ではそれぞ
れCij01、Cij10、Cij77が求められる。ブロックマッチ
ング検出器はすべてで225個あるが図では省略されてい
る。
ベクトルのマッチング値Cij00は畳み込み加算器20に
入力される。加算器20は第2図に構成を示すように、ラ
インブロック遅延器34、36とブロック遅延器38〜48と、
非線形変換器50〜64と、加算器66からなる。ラインブロ
ック遅延器34、36は水平方向のブロック数だけマッチン
グ値を記憶するもので、水平360画素なら45ブロック分
のメモリーである。ブロック遅延器38〜48は1ブロック
分のマッチング値を遅延させるものである。なお、フレ
ームメモリ70はすべてのブロックマッチング検出器に共
用することができる。
入力される。加算器20は第2図に構成を示すように、ラ
インブロック遅延器34、36とブロック遅延器38〜48と、
非線形変換器50〜64と、加算器66からなる。ラインブロ
ック遅延器34、36は水平方向のブロック数だけマッチン
グ値を記憶するもので、水平360画素なら45ブロック分
のメモリーである。ブロック遅延器38〜48は1ブロック
分のマッチング値を遅延させるものである。なお、フレ
ームメモリ70はすべてのブロックマッチング検出器に共
用することができる。
ベクトルのマッチング値Cijklは夫々畳み込み加算器2
0〜26に入力される。畳み込み加算器20〜26の夫々は第
2図に示すような構成となっている。畳み込み加算処理
は、通常の画素値に対するLPFをブロック毎のマッチン
グ値に置き換えたものである。ラインブロック遅延器3
4、36による遅延はライン遅延に、又、ブロック遅延器3
8〜48による遅延は画素遅延に相当する。
0〜26に入力される。畳み込み加算器20〜26の夫々は第
2図に示すような構成となっている。畳み込み加算処理
は、通常の画素値に対するLPFをブロック毎のマッチン
グ値に置き換えたものである。ラインブロック遅延器3
4、36による遅延はライン遅延に、又、ブロック遅延器3
8〜48による遅延は画素遅延に相当する。
遅延された各マッチング値は、検出の対象となる中央
のブロック以外がまず非線形変換手段としての非線形変
換器50〜64で非線形変換される。非線形変換の特性は第
5図に示したもので、所定の入力レベルまでは出力が増
大し、それ以上では入力レベルが大きくなるにしたがっ
て出力はむしろ小さくなり、出力レベルが0になった
ら、それより大きな入力レベルに対する出力を0とす
る。この非線形変換特性の折り返し点(すなわち、前記
所定のレベル)は対象ブロックのマッチングの程度で制
御するようにし、マッチングが良好でCが小さい場合に
はすぐ出力を小さくする。すなわち、第2図に示すよう
にブロック遅延器42の出力信号が各非線形変換器50〜64
の制御入力に与えられており、第5図に示した3種類の
特性中の1つが選択されるのである。図示の例では3種
類の特性中の1つが選択される構成となっているが、こ
の特性カーブは必要に応じて増減できるほか、連続可変
としてもよいことはいうまでもない。すなわち、ブロッ
ク遅延器42の出力信号線と、各非線形変換器50〜64中に
あって、この出力信号に応答して特性カーブを変化する
回路部分(図示省略)が非線形変換特性を変化する手段
を構成しているのである。
のブロック以外がまず非線形変換手段としての非線形変
換器50〜64で非線形変換される。非線形変換の特性は第
5図に示したもので、所定の入力レベルまでは出力が増
大し、それ以上では入力レベルが大きくなるにしたがっ
て出力はむしろ小さくなり、出力レベルが0になった
ら、それより大きな入力レベルに対する出力を0とす
る。この非線形変換特性の折り返し点(すなわち、前記
所定のレベル)は対象ブロックのマッチングの程度で制
御するようにし、マッチングが良好でCが小さい場合に
はすぐ出力を小さくする。すなわち、第2図に示すよう
にブロック遅延器42の出力信号が各非線形変換器50〜64
の制御入力に与えられており、第5図に示した3種類の
特性中の1つが選択されるのである。図示の例では3種
類の特性中の1つが選択される構成となっているが、こ
の特性カーブは必要に応じて増減できるほか、連続可変
としてもよいことはいうまでもない。すなわち、ブロッ
ク遅延器42の出力信号線と、各非線形変換器50〜64中に
あって、この出力信号に応答して特性カーブを変化する
回路部分(図示省略)が非線形変換特性を変化する手段
を構成しているのである。
畳み込み加算処理はブロック間で非線形変換出力C′
に対して行なわれ Dijkl=C′(i−1)(j−1)kl +2C′i(j−1)kl+C′(i+1)(j−1)kl +2C′(i−1)jkl+4C′ijkl +2C′(i+1)jkl+C′(i−1)(j+1)kl +2C′i(j+1)kl+C′(i+1)(j+1)kl … (2) となるDijklを得る。これを空間的に見ると第4図のよ
うになる。図で中央が検出の対象ブロックで、数字と網
の濃さが重み付けの程度を示す。
に対して行なわれ Dijkl=C′(i−1)(j−1)kl +2C′i(j−1)kl+C′(i+1)(j−1)kl +2C′(i−1)jkl+4C′ijkl +2C′(i+1)jkl+C′(i−1)(j+1)kl +2C′i(j+1)kl+C′(i+1)(j+1)kl … (2) となるDijklを得る。これを空間的に見ると第4図のよ
うになる。図で中央が検出の対象ブロックで、数字と網
の濃さが重み付けの程度を示す。
最小値選択器28ではDijklの最小を求め、それに対応
するベクトル(k,l)を出力する。
するベクトル(k,l)を出力する。
[発明の効果] 以上詳細に説明したところから明らかなように本発明
の動きベクトル検出装置によれば、ブロック毎に求めら
れたマッチングの程度を、周辺ブロックに対し、非線形
変換後重み付けし加算することで、ブロックのサイズを
小さくしても、画像に含まれるノイズ等の影響を受け難
く適切な動きが検出される。又、動き補償フレーム間符
号化では予測効率が改善されるので出力データ量が少な
くなり、フレーム数変換等ではブロック歪が見え難くな
る。
の動きベクトル検出装置によれば、ブロック毎に求めら
れたマッチングの程度を、周辺ブロックに対し、非線形
変換後重み付けし加算することで、ブロックのサイズを
小さくしても、画像に含まれるノイズ等の影響を受け難
く適切な動きが検出される。又、動き補償フレーム間符
号化では予測効率が改善されるので出力データ量が少な
くなり、フレーム数変換等ではブロック歪が見え難くな
る。
第1図は本発明の動きベクトル検出装置の1実施例を示
すブロック図、第2図は第1図中の畳み込み加算器の構
成を示すブロック図、第3図は第1図中及び従来装置の
ブロックマッチング検出器の構成を示すブロック図、第
4図は本発明における各ブロックの重み付け係数を示す
図、第5図は畳み込み加算器中の非線形変換器による非
線形特性を示す図、第6図は従来の動きベクトル検出装
置を示すブロック図である。 10……画像入力端子、12、14、16、18……ブロックマッ
チング検出器、20、22、24、26……畳み込み加算器、28
……最小値選択器、30……動きベクトル出力、34、36…
…ラインブロック遅延器、38、40、42、44、46、48……
ブロック遅延器、50、52、54、56、58、60、62、64……
非線形変換器、66……加算器、70……フレームメモリ、
72……ブロックシフト回路、74……減算器、76……二乗
器、78……累積加算器、80……ブロック化回路。
すブロック図、第2図は第1図中の畳み込み加算器の構
成を示すブロック図、第3図は第1図中及び従来装置の
ブロックマッチング検出器の構成を示すブロック図、第
4図は本発明における各ブロックの重み付け係数を示す
図、第5図は畳み込み加算器中の非線形変換器による非
線形特性を示す図、第6図は従来の動きベクトル検出装
置を示すブロック図である。 10……画像入力端子、12、14、16、18……ブロックマッ
チング検出器、20、22、24、26……畳み込み加算器、28
……最小値選択器、30……動きベクトル出力、34、36…
…ラインブロック遅延器、38、40、42、44、46、48……
ブロック遅延器、50、52、54、56、58、60、62、64……
非線形変換器、66……加算器、70……フレームメモリ、
72……ブロックシフト回路、74……減算器、76……二乗
器、78……累積加算器、80……ブロック化回路。
Claims (3)
- 【請求項1】画像信号に応答する複数のブロックマッチ
ング検出器と前記ブロックマッチング検出器の出力信号
であるブロックマッチング値に応答する最小値選択器か
らなる動きベクトル検出装置において、前記各ブロック
マッチング検出器と前記最小値選択器の間に、それぞれ
のブロック毎に求められたあらかじめ設定されている範
囲内の各動きベクトルに対応する検出対象ブロックの周
辺ブロックにおけるブロックマッチング値に対して、ブ
ロック相対位置に応じた値を重み付けして検出対象ブロ
ックのブロックマッチング値に加算する複数の畳み込み
加算器を設けて、その出力信号を前記最小値選択器に供
給する構成としたことを特徴とする動きベクトル検出装
置。 - 【請求項2】前記畳み込み加算器が前記周辺のブロック
毎に求められたあらかじめ設定されている範囲内の各動
きベクトルに対応するブロックマッチング値を、変換特
性が所定の上限値以下では線形で、前記上限値を超えた
入力に対しては変換後のレベルが前記上限値より小さく
なるような非線形変換を行う非線形変換手段を更に設け
た請求項1記載の動きベクトル検出装置。 - 【請求項3】前記非線形変換手段における前記所定の上
限値を可変とし、検出対象ブロックにおける各動きベク
トルに対応するブロックマッチング値により前記複数の
非線形変換特性を変化する手段を更に設けた請求項2記
載の動きベクトル検出装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2013199A JPH0832048B2 (ja) | 1990-01-23 | 1990-01-23 | 動きベクトル検出装置 |
| US07/614,478 US5068722A (en) | 1990-01-23 | 1990-11-16 | Motion vector estimating apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2013199A JPH0832048B2 (ja) | 1990-01-23 | 1990-01-23 | 動きベクトル検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03217184A JPH03217184A (ja) | 1991-09-24 |
| JPH0832048B2 true JPH0832048B2 (ja) | 1996-03-27 |
Family
ID=11826491
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2013199A Expired - Lifetime JPH0832048B2 (ja) | 1990-01-23 | 1990-01-23 | 動きベクトル検出装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5068722A (ja) |
| JP (1) | JPH0832048B2 (ja) |
Families Citing this family (23)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2252468B (en) * | 1991-02-04 | 1994-10-19 | Sony Broadcast & Communication | Television standards converters |
| GB2252467B (en) * | 1991-02-04 | 1994-11-23 | Sony Broadcast & Communication | Television standards converters |
| JP2611591B2 (ja) * | 1991-10-31 | 1997-05-21 | 日本ビクター株式会社 | 動き補償装置 |
| FI89121C (fi) * | 1991-11-11 | 1993-08-10 | Nokia Oy Ab | Foerfarande foer soekning av roerelsevektorer foer en videosignal |
| JPH05268594A (ja) * | 1992-03-18 | 1993-10-15 | Sony Corp | 動画像の動き検出装置 |
| KR0152013B1 (ko) * | 1992-05-08 | 1998-10-15 | 강진구 | 가변장부호화를 고려한 움직임추정장치 |
| DE4226128A1 (de) * | 1992-08-07 | 1994-02-10 | Philips Patentverwaltung | Verfahren zur Ermittlung von Bewegungsvektoren |
| FR2696069B1 (fr) * | 1992-09-23 | 1994-12-09 | Philips Electronique Lab | Procédé et dispositif pour l'estimation du mouvement dans une image. |
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