JPH09307907A - 動きベクトル検出装置および検出方法 - Google Patents
動きベクトル検出装置および検出方法Info
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- JPH09307907A JPH09307907A JP14656296A JP14656296A JPH09307907A JP H09307907 A JPH09307907 A JP H09307907A JP 14656296 A JP14656296 A JP 14656296A JP 14656296 A JP14656296 A JP 14656296A JP H09307907 A JPH09307907 A JP H09307907A
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Abstract
ベクトルを検出し、また、検出誤りを防止する。 【解決手段】 前段検出部4は、入力画像信号の画素位
置精度の第1の動きベクトルV1を検出する。動きベク
トルV1により動き補償された画像信号がメモリ2から
得られる。クラス分類適応処理部3は、入力画像信号か
らその画素位置より詳細な画素位置の画像信号を予測す
る。予測画像信号とメモリ2からの動き補償された過去
の画像信号とが後段検出部9に供給される。後段検出部
9は、勾配法によって入力画像信号の画素位置より小の
画素位置と対応する精度の第2の動きベクトルV2を検
出する。加算器5は、第1および第2の動きベクトルを
加算して最終的な動きベクトルを出力する。
Description
信号から画素位置より詳細な位置における画素値の予測
をクラス分類適応処理を用いて行い、より高い精度の動
きベクトルを検出できる動きベクトル検出装置および検
出方法に関する。
ル検出の重要度は、近年ますます高まっている。それは
実用面への貢献が大きいからである。例えば、画像圧縮
における動き補償に用いられる動きベクトルの精度の向
上は、圧縮効率の向上をもたらしており、そのため動き
ベクトル検出方法に関しては、種々の提案がなされてい
る。一般に、動画像を対象とした動きベクトルの検出方
法は、次の3種類に大別される。
クマッチング法である。ブロックマッチング法は、パタ
ーンマッチングと同じ発想で、現画像のブロック化され
た領域が、過去の画像中の何処に存在したか、現画像と
過去画像の比較を行なうことによって動きベクトルを検
出する。具体的には、ブロック内対応画素毎の差分絶対
値を加算し、ブロック毎の差分絶対値和が最小となる位
置を動きベクトルとするものである。この方法は、検出
精度が良いが、演算量が多い欠点がある。
は、勾配法である。勾配法は、一定の空間傾斜を持つ画
素が、ある位置まで動くと、動き量に応じた時間差分が
発生するというモデルに基づき、動きベクトルを検出す
る。よって、時間差分を空間傾斜で割算すれば動きベク
トルが得られる。演算量は少ないが、動き量が大きくな
ると、精度が落ちるという欠点がある。それは、一定の
空間傾斜を持つというモデルが成り立たなくなるからで
ある。
位相相関法である。位相相関法は、現画像と過去画像の
同一位置のブロックデータに対し、各々フーリエ変換を
施し、周波数領域で位相のずれ量を検出し、その位相項
より逆フーリエ変換を経て動きベクトル値を検出する手
法である。この手法の特徴として、精度を確保するため
には、ある程度以上の大きいブロックサイズが要求され
る。そのためフーリエ変換により演算量が膨大となる。
また、一般的に大きいブロックの中には複数の動き物体
が存在する可能性が高く、その識別が難しくなるという
欠点がある。また、動きベクトルの精度は、フーリエ変
換の対象画素精度になるので、入力画素ピッチの動きベ
クトルしか得られない。
よって検出される動きベクトルの精度は、入力画像信号
の画素位置精度(すなわち、1画素単位)である。例え
ば、動き補償の場合では、精度の高い補償を行うために
は、より高い精度の動きベクトルを検出することが必要
とされる。
信号の画素位置精度より高い精度の動きベクトルを検出
することができる動きベクトル検出装置および検出方法
を提供することにある。
は、画像の動きベクトルを検出する検出装置において、
入力画像信号の画素位置精度の動きベクトルを検出する
第1の動きベクトル検出部と、入力画像信号に対してク
ラス分類適応処理を用いて画素位置より詳細な位置にお
ける画素値を予測する予測部と、第1の動きベクトル検
出部により検出された動きベクトルを参照して、勾配法
によって詳細な位置と対応する精度の動きベクトルを検
出する第2の動きベクトル検出部とからなることを特徴
とする動きベクトル検出装置である。
きベクトルを検出する検出方法において、入力画像信号
の画素位置精度の第1の動きベクトルを検出するステッ
プと、入力画像信号に対してクラス分類適応処理を用い
て画素位置より詳細な位置における画素値を予測するス
テップと、第1の動きベクトルを参照して、勾配法によ
って詳細な位置と対応する精度の第2の動きベクトルを
検出するステップとからなることを特徴とする動きベク
トル検出方法である。
って、入力画像信号の画素位置精度の第1の動きベクト
ルが検出される。この第1の動きベクトルによって動き
補償がなされた画像信号が形成される。また、クラス分
類適応処理を用いて画素位置より詳細な位置における画
素値が予測される。詳細な予測画像と動き補償がなされ
た画像信号とを使用し、勾配法によって画素位置精度よ
り高い精度の第2の動きベクトルが検出する。第1の動
きベクトルと第2の動きベクトルとが加算され、最終的
な動きベクトルが生成される。
て図面を参照して説明する。図1は、この発明の一実施
例の構成を示し、図1において1で示す入力端子からデ
ジタル画像信号が供給される。入力画像信号は、メモリ
2およびクラス分類適応処理部3に供給される。メモリ
2に蓄えられた画像信号を使用して、第1の動きベクト
ルV1を検出する前段の検出部4が設けられる。
方法としては、前述した既存の方法の何れを採用しても
良い。例えば、前段検出部4では、ブロックマッチング
法を用いて画素位置精度の動きベクトルが検出される。
ブロックマッチング法の説明のために、ブロックデータ
の構造例を図2に示す。時間的に隣接するフレームにお
いて、あるブロックの動きベクトルを検出する場合を考
える。#Nフレームと#(N−1)フレームにおいて、
空間的に対応する位置に、M画素×Nラインの大きさの
ブロックが設定される。サーチ領域において、#Nフレ
ームのブロックと、#(N−1)フレームでの各座標で
のブロックの間でパターンマッチングを行ない、マッチ
ングが最良な座標を検出する。各位置毎に対応するM画
素×Nラインの大きさのブロック内の対応画素のフレー
ム差分絶対値和、フレーム差の二乗和などが評価値とし
て用いられる。
j)、#(N−1)フレームの各画素レベルをLn-1
(i,j)とすると、座標(x、y)における評価式の
例として次の式(1)が使用される。
おいて、式(1)によって動き評価値Eの値を算出す
る。X・Y点の座標のうち、評価値が最小値を示す座標
が第1の動きベクトルV1となる。ここで算出される評
価値が各画素毎に求められるので、検出される動きベク
トルV1は、入力画像信号の画素位置精度である。
トルV1が加算器5に出力されると共に、メモリ2に供
給される。メモリ2は、例えばフレームメモリと、その
アドレス制御部とを含み、動きベクトルV1によってフ
レームメモリのアドレスを制御することによって、動き
補償がなされる。すなわち、検出された第1の動きベク
トルV1に対応して1フレームの画像全体が移動され
る。若し、フレーム間の動きが1画素の丁度整数倍であ
れば、動き補償された画像は、前フレームの画像と一致
したものとなる。
の波形に基づいてクラス分類を行うクラス分類部6と、
クラス分類部6で発生したクラスを表すクラスコードが
アドレスとして供給される係数メモリ7と、メモリ7か
ら読出された係数値と入力画像信号の複数の画素値との
線形1次結合により予測値を生成する予測演算部8とに
より構成される。この複数の画素値としては、予測対象
の画素の周辺のものが使用される。その詳細は、後述す
るが、クラス分類適応処理部3は、入力画像信号の画素
位置精度より詳細な位置における画素値を予測する。例
えば水平方向および垂直方向において、入力画像信号の
画素ピッチの1/2の位置に新たな画素値を予測する。
予測された詳細な画像信号が後段検出部9に供給され
る。
償された画像信号と、処理部3からの予測画像信号とが
入力される。動き補償された画像信号は、後段検出部9
において、過去(例えば前フレーム)の参照画像として
使用される。後段検出部9は、勾配法によって第2の動
きベクトルV2を検出する。この動きベクトルV2は、
より詳細な位置と対応する精度の動きベクトルである。
第2の動きベクトルV2が加算器5に供給され、前段検
出部4からの第1の動きベクトルV1と加算される。加
算器5から出力端子10に最終的な動きベクトルの出力
が得られる。第1の動きベクトルV1は、入力画像信号
の画像位置精度であり、水平および垂直方向に関して整
数の値である。一方、第2の動きベクトルV2は、詳細
画像の画像位置精度であり、水平および垂直方向に関し
て、小数の値または0である。
ついて述べるが、基本的な考え方は次の式で示される。 (時間方向の画素差分値)=(空間内の画素値勾配)×(動き量)・・(2) この式(2)により動きベクトルV2は、次の式(3)
により計算される。 V2=δT/δS・・・・(3) V;動きベクトル δS;空間内の画素値勾配 δT;時間方向の画素差分値
に拡張すれば、画像を対象とした勾配法による動きベク
トル検出が実行される。式(3)においては空間内の画
素値勾配が動き量に対し一定値であることを仮定してい
るが、一般の動きベクトル検出時には空間内の画素値勾
配が変化するため検出誤りが発生することがある。この
発明の一実施例では、2段構成の動きベクトル検出を行
うので、検出精度を向上することができる。すなわち、
第1の動きベクトルV1により動きの多くの部分を補償
し、その後で、勾配法を適用することによって、検出誤
りを少なくすることができる。さらに、クラス分類適応
処理を用い画素位置以下精度の詳細画像を生成し勾配法
を用いることにより、画素位置以下精度の動きベクトル
を検出できる。
きベクトルを検出する時の処理の概略を示す。横軸は、
水平方向の位置を示し、縦軸が画素値を示す。実線で示
す波形は、クラス分類適応処理部3によって予測された
詳細画像(例えばピッチが元の1/2)を表し、破線で
示す波形は、メモリ2から供給される動き補償後の過去
の画像、例えば1フレーム前の画像(参照画像)を示
す。空間勾配δSは、詳細画像中の隣接する画素の値x
i およびxi-1 間の差分として計算される。簡単のた
め、図3に示す波形は、勾配が1のものであり、δS=
1である。
の画素値xi と、この画素と同一位置の前フレームの画
素の値xi-f の差分である。図3の例では、δT=0.
75である。従って、第2の動きベクトルは、V2=δ
T/δS=0.75と検出される。詳細画像において、
空間勾配δSを求めているので、空間勾配が一定という
条件を満たす上で有利である。また、1画素ピッチより
細かいピッチと対応する精度の動きベクトルV2を検出
できる。図3は、水平方向についての動き検出のみを示
すが、実際には、垂直方向についても同様に動き検出が
なされる。そして、水平および垂直方向の両方向の成分
からなる動きベクトルV2が形成される。さらに、動き
の方向は、動きベクトルの極性により表される。
されたクラス分類適応処理とは、入力信号のレベル分布
のパターンに基づきこの入力信号を幾つかのクラスに分
類し、予め用意されたクラス毎に適切な適応処理を実行
する手法である。クラス分類法の例としては、入力信号
(8ビットPCMデータ)に対して、クラス生成タップ
を設定し、入力信号のレベル分布のパターンによりクラ
スを生成する手法があげられる。信号波形のクラス生成
法としては次のものが提案されている。
用し、クラス数を削減する。 3)DPCM(予測符号化)を適用し、クラス数を削減
する。 4)VQ(ベクトル量子化)を適用し、クラス数を削減
する。 5)DCT(離散的コサイン変換)などの周波数領域に
おいてクラス分類を行う。
は、膨大な数になり、実用上において問題である。そこ
で、実際は、ADRC(ダイナミックレンジに適応した
符号化)などを適用しクラス数の削減を図る。ADRC
は、VTR用の信号圧縮方式として開発されたものであ
るが、少ないクラス数で、入力信号の波形特性を表現す
るのに適している。ADRCの処理を次の式(4)に示
す。
で定義されるADRCを用いて生成されるADRCコー
ドによりクラス分類を行う。例えば、7画素データに対
し1ビットの再量子化を実行する1ビットADRCを適
用すると、7画素から定義されるダイナミックレンジに
基づき、それらの最小値を除去した上で、7タップのデ
ータを適応的に1ビット量子化する。その結果、7画素
データを7ビットで表現することになり、128クラス
に削減することが可能となる。
ため、入力信号のアクティビティーも考慮した上でクラ
ス分類が行われることがある。アクティビティーの判定
法の例としては、クラス分類法にADRCを使用した場
合、ダイナミックレンジを用いることが多い。また、D
PCMをクラス分類法に用いる場合、差分絶対値和、B
TCをクラス分類法に用いる場合、標準偏差の絶対値な
どがアクティビティーの判定法として用いられる。
による分類結果毎に、上述のADRCを用いたクラス分
類などを行うことになる。また、学習過程において、ア
クティビティーの小さいデータを学習対象から外す。こ
の理由は、アクティビティーの小さい部分は、ノイズの
影響が大きく、本来のクラスの予測値から外れることが
多い。そのため、これを学習に入れると予測精度が低下
する。これを避けるため、学習においては、アクティビ
ティーの小さいデータを除外する。
ス分類がなされ、クラス毎に適応処理を実行する。クラ
ス分類適応処理部3は、生成されたクラス毎に係数メモ
リ7から読出された予測係数を用いた予測処理を行う。
予測用のタップが例えば13の場合に、予測演算部8に
より演算される予測式の例を式(5)に示す。
ておく。以下、その学習方法について述べる。式(5)
の線形1次結合モデルに基づく予測係数を最小自乗法に
より生成する例を示す。その最小自乗法は、次のように
適用される。一般化した例として、Xを入力データ、W
を予測係数、Yを推定値としてつぎの式を考える。
に最小自乗法を適用する。式(6)および式(7)の観
測方程式をもとに、式(8)の残差方程式を考える。
値は、誤差の二乗和を最小にする条件が成り立つ場合と
考えられる。誤差の二乗和は、次の数式で示される。
ば良いわけである。
これを満たすw1 ,w2 ,・・・,wn を算出すれば良
い。そこで、残差方程式(8)から次の式(10)が得
られる。
1)が得られる。
正規方程式(12)が得られる。
と同じ数の方程式を立てることが可能であるので、各w
i の最確値を求めることができる。そして、掃き出し法
(Gauss-Jordanの消去法)を用いて連立方程式を解く。
数の学習をソフトウェアで行う一例を図4のフローチャ
ートに示す。まず、ステップS1の学習データ形成から
このフローチャートは始まり、このステップS1におい
て、既知の画像に対応した学習データが形成される。そ
して、ステップS3のクラス決定において、入力データ
に対してクラス分類が行われる。
(12)の正規方程式が生成される。この学習プロセス
において、多くの学習データが登録された正規方程式が
生成される。ステップS2において学習対象データが終
了したものと決定されるまで、正規方程式生成プロセス
が繰り返される。
ステップS5の予測係数決定に制御が移る。ここでは、
多くの学習データより生成された、クラス毎の式(1
2)の正規方程式が解かれる。その連立方程式の解法と
しては、上述の掃き出し法が用いられる。こうして得ら
れた予測係数は、ステップS6の予測係数登録の過程に
おいて、クラス別にアドレス分割されたROMなどの記
憶部に登録される。以上の学習過程により、クラス分類
適応処理の予測係数が生成される。
段検出部4において画素位置精度の第1の動きベクトル
V1を検出し、画素位置より細かい位置の第2の動きベ
クトルV2を後段検出部9により検出し、動きベクトル
V1およびV2を加算器5にて加算して最終的な動きベ
クトルを生成することは、上述した一実施例と同様であ
る。他の実施例では、図2において3’で示すように、
クラス分類適応処理部として、最適な予測値が格納され
ている予測値メモリ11が使用される。すなわち、予測
値メモリ11では、後述するように、重心法によって予
め獲得された予測値がクラス毎に格納されている。クラ
ス分類部6により生成されたクラスに対応して予測値が
メモリ11から読出され、メモリ11から詳細な画像信
号が後段検出部9に対して出力される。
いて画素位置より細かい位置の画素値を予測する。重心
法は、各クラス毎に予め学習に用いられる教師信号の分
布重心を算出し、この値を最適予測値としてROMなど
に蓄え、各クラス毎の最適予測値として出力する手法で
ある。従って、メモリ11には、予め獲得された予測値
が格納されている。クラス分類部6で発生したクラスに
対応した最適予測値がから読み出され、読み出された最
適予測値が後段検出部9に供給される。後段検出部9で
は、一実施例と同様に、メモリ2からの動き補償がされ
た画像信号と適応処理部3’からの詳細な予測画像信号
を使用して画素位置より細かい位置の精度と対応する動
きベクトルV2を生成する。そして、加算器5において
動きベクトルV1とV2とが加算され、最終的な動きベ
クトルが出力端子10に取り出される。
るためになされる、予測値の学習方法の一例のフローチ
ャートを図6に示す。ステップS11からこのフローチ
ャートが始まり、そのステップS11において、全ての
クラスの度数カウンタN(*)と、全てのクラスのデー
タテーブルE(*)の初期化が行われる。ここで、ある
クラスをC0とすると、対応する度数のカウンタはN
(C0)、対応するデータテーブルはE(C0)と定義
する。また、*はクラスの全てを示す。
象画素の近傍データからクラスCが決定される。このク
ラス分類の手法としては、上述のように、ADRC、P
CM表現、DPCM、BTC(ブロックトランケーショ
ン符号化)、VQ、直交変換などを使用することができ
る。また、クラス分類対象データより構成されるブロッ
クのアクティビティーを考慮する場合、クラス数をアク
ティビティーによる分類の種類だけ増やしておく。
象となる画素値yを検出し、検出された画素値yは、ス
テップS14において、クラスC毎に画素値yをそれぞ
れ加算する。すなわち、クラスCのデータテーブルE
(C)の内容にyを加算した後、ステップS15では、
クラスCの学習画素の度数カウンタN(C)が+1イン
クリメントされる。ステップS16では、以上の処理を
全学習対象画素について繰り返し実行し、最終的な全て
のクラスの度数カウンタN(*)と、対応する全てのク
ラスのデータテーブルE(*)が生成されると、ステッ
プS17へ制御が移る。
ーブルE(*)の内容であるデータ積算値を、対応クラ
スの度数カウンタN(*)の度数で、除算を実行するこ
とで各クラスの平均値を算出する。この値が重心法によ
る各クラスの最適予測値となる。最終的に、ステップS
18において、ROMなどの記憶手段に、クラスと上述
の最適予測値を登録することで重心法による学習は終了
する。また、学習過程においてノイズの影響を排除する
ため、アクティビティーの小さい画素は学習対象から除
外される。このように、学習により得られた予測値がク
ラス別にメモリに格納され、クラス分類部で生成された
クラスがアドレスとしてメモリに供給される。
位置より小の精度の動きベクトルを検出することができ
る。また、この発明に依れば、前段検出部と後段検出部
の二段構成としているので、後段検出部が勾配法によっ
て動きベクトルを検出する時に、大きな動きを補償し、
また、局所的な空間勾配を用いるので、検出誤りを防止
することができる。さらに、勾配法を使用するので、ブ
ロックマッチング法のように、演算量が多くなったり、
ハードウエアの規模が大きくなることを防止することが
できる。これらの利点を有するこの発明を画像データの
圧縮のための高能率符号化に適用すると圧縮効率を向上
することができる。
例である。
ベクトル検出処理を示す略線図である。
検出処理を概略的に示す略線図である。
学習方法の一例を示すフローチャートである。
施例のブロック図である。
学習する方法の一例を示すフローチャートである。
路、4・・・前段検出部、5・・・加算器、9・・・後
段検出部
Claims (8)
- 【請求項1】 画像の動きベクトルを検出する検出装置
において、 入力画像信号の画素位置精度の動きベクトルを検出する
第1の動きベクトル検出部と、 上記入力画像信号に対してクラス分類適応処理を用いて
上記画素位置より詳細な位置における画素値を予測する
予測部と、 上記第1の動きベクトル検出部により検出された動きベ
クトルを参照して、勾配法によって上記詳細な位置と対
応する精度の動きベクトルを検出する第2の動きベクト
ル検出部とからなることを特徴とする動きベクトル検出
装置。 - 【請求項2】 請求項1に記載の動きベクトル検出装置
において、 上記予測部は、 対象となる画像信号に対してクラス分類を行いクラスを
生成するクラス生成部と、 予め学習により獲得された予測係数をクラス毎に格納す
る記憶部と、 上記記憶部から上記クラスに対応した上記予測係数を読
み出し、予測式による演算から最適な予測値を生成する
予測値生成部とからなることを特徴とする動きベクトル
検出装置。 - 【請求項3】 請求項2に記載の動きベクトル検出装置
において、 上記予測値生成部で用いられる上記予測式は、線形1次
結合式であることを特徴とする動きベクトル検出装置。 - 【請求項4】 請求項2に記載の動きベクトル検出装置
において、 対象となる上記画像信号のアクティビティーが小さい場
合、上記画像信号を学習対象から除外して学習を行う、
クラス毎に上記予測係数を獲得することを特徴とする動
きベクトル検出装置。 - 【請求項5】 請求項1に記載の動きベクトル検出装置
において、 上記予測部は、 対象となる画像信号に対してクラス分類を行いクラスを
生成するクラス生成部と、 予め学習により獲得された最適予測値をクラス毎に格納
する記憶部とからなることを特徴とする動きベクトル検
出装置。 - 【請求項6】 請求項5に記載の動きベクトル検出装置
において、 上記記憶部に格納される上記最適予測値は、対象となる
上記画像信号に基づいて分類されるクラス毎に、重心法
を用いて予め獲得されることを特徴とする動きベクトル
検出装置。 - 【請求項7】 請求項5に記載の動きベクトル検出装置
において、 対象となる上記画像信号のアクティビティーが小さい場
合、上記画像信号を学習対象から除外して学習を行い、
クラス毎に上記最適予測値を獲得することを特徴とする
動きベクトル検出装置。 - 【請求項8】 画像の動きベクトルを検出する検出方法
において、 入力画像信号の画素位置精度の第1の動きベクトルを検
出するステップと、 上記入力画像信号に対してクラス分類適応処理を用いて
画素位置より詳細な位置における画素値を予測するステ
ップと、 上記第1の動きベクトルを参照して、勾配法によって上
記詳細な位置と対応する精度の第2の動きベクトルを検
出するステップとからなることを特徴とする動きベクト
ル検出方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14656296A JP3861325B2 (ja) | 1996-05-16 | 1996-05-16 | 動きベクトル検出装置および検出方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14656296A JP3861325B2 (ja) | 1996-05-16 | 1996-05-16 | 動きベクトル検出装置および検出方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09307907A true JPH09307907A (ja) | 1997-11-28 |
| JP3861325B2 JP3861325B2 (ja) | 2006-12-20 |
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ID=15410491
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|---|---|---|---|
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|---|---|
| JP (1) | JP3861325B2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2002536935A (ja) * | 1999-02-12 | 2002-10-29 | ソニー エレクトロニクス インク | 複合分類に基づく適応分類タップ選択方法及び装置 |
| JP2009065283A (ja) * | 2007-09-04 | 2009-03-26 | For-A Co Ltd | 画像ぶれ補正装置 |
| KR101031740B1 (ko) * | 2002-11-20 | 2011-04-29 | 소니 주식회사 | 화상 신호의 처리 장치 및 처리 방법, 그에 사용되는 계수 데이터의 생성 장치 및 생성 방법, 및 각 방법을 실행하기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 매체 |
-
1996
- 1996-05-16 JP JP14656296A patent/JP3861325B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| KR101031740B1 (ko) * | 2002-11-20 | 2011-04-29 | 소니 주식회사 | 화상 신호의 처리 장치 및 처리 방법, 그에 사용되는 계수 데이터의 생성 장치 및 생성 방법, 및 각 방법을 실행하기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 매체 |
| JP2009065283A (ja) * | 2007-09-04 | 2009-03-26 | For-A Co Ltd | 画像ぶれ補正装置 |
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|---|---|
| JP3861325B2 (ja) | 2006-12-20 |
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