JPS6167379A - テレビジヨン信号の動き検出回路 - Google Patents

テレビジヨン信号の動き検出回路

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JPS6167379A
JPS6167379A JP59189352A JP18935284A JPS6167379A JP S6167379 A JPS6167379 A JP S6167379A JP 59189352 A JP59189352 A JP 59189352A JP 18935284 A JP18935284 A JP 18935284A JP S6167379 A JPS6167379 A JP S6167379A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、ディジタルテレビジョン信号の動き検出回
路に関する。
〔従来の技術〕
テレビジョン信号をディジタル化する場合に、1画素当
たつのビット数の平均値を低減する高能率符号化方法が
考えられている。そのひとつとして、フレーム間符号化
方法が知られており、フレーム間符号化方法として、動
き補正によるものがある。これは、動き検出により、現
在のフレームと前フレーム間の位置関係情報(動き補正
量又は動きベクトルと称される)を求め、この動き補正
量に基づいて前フレームの画像を操作して、フレーム間
の対応をとるものである。
このようなフレーム間符号化方法に適用できる動き検出
回路の一例として、米国特許第4278996号明細書
に記載されているものがある。この動き検出は、グラジ
ェント法と呼ばれるもので、以下に述べるように、動き
領域中の全画素についてのフレーム差と傾き情幡−(水
平方向ではサンプリング差、垂直方向ではライン差)を
用いて動き量を求めるものである。
第5図Aに示すように、輝度1頃斜のある画像が水平方
向に関して1フレームの間に矢印方向(右方向)に動い
て第5図Bに示す現フレームの位置に来たものとする。
フレーム差ΔFを「現フレームの画素から前フレームの
画素を減算したもの」と定義すると、このフレーム差Δ
Fは、第5図Cに示すものとなり、フレーム差ΔFの積
算値は、第5図B中において斜線を付した領域の面積A
となる。この面積Aは、高さhと動き量vlとの積であ
る。
ここで、サンプリング差ΔEを「現サンプリング画素か
ら前サンプリング画素を減算したもの」と定義すると、
高さhは、サンプリング差ΔE(第5図D)の積算値と
等しいから、水平方向の動き量■1の大きさは、次式で
求められる。
IVI  l=Σ 1ΔFl/Σ1ΔF1第5図C及び
第5図りから明らかなように、右方向の動きの場合には
、フレーム差の積算値ΣΔFとサンプリング差の積算値
ΣΔEとは、互いに異なる極性即ち異符号となる。また
、第5図の場合と異なり、左方向への動きの場合には、
フレーム差の積算値ΣΔFとサンプリング差の積算値Σ
ΔEとは、互いに同一の極性即ち同符号となる。
この符号の関係から動きの方向を知ることができる。そ
れ故、サンプリング差ΔEが正(正の傾き)の時では、
フレーム差ΔFを加算する積算を行い、サンプリング差
ΔEが負(負の傾き)の時では、フレーム差ΔFを減算
する積算を行って面積Aを求めるようにする。
このようにして、次式により方向を持つ水平方向の動き
量v1が求まる。
vl=Σ(ΔF−符号(ΔF))/Σ1ΔE1但し、符
号(ΔF)は(ΔE=0)の時に0となり、(ΔE≠0
)の時に八E/lΔE1となるものである。
上述の考え方は、二次元の動きに拡張してもこのま利用
できる。即ち、新たに縦方向の動きによって発生するフ
レーム差ΔFも加わるが、符号(ΔF)の値は、縦方向
の動きと無相関であるから、縦方向の動きによって生じ
るフレーム差ΔFの横方向への影響は相殺される。縦方
向の動き量v2は、ライン差ΔLを「現ライン画素から
前ライン画素を減算したもの」と定義すれば、次式で求
まる。
■2−Σ (ΔF・符号(ΔF))/Σ1ΔLl第1Δ
Ll従来の二次元の動き検出回路の構成を示すブロック
図である。第6図において、61で示す入力端子にディ
ジタルテレビジョン信号が供給される。このディジタル
テレビジョン信号は、1フレームの遅延量を有するフレ
ーム遅延回路62と1サンプリング周期の遅延量を有す
るサンプル遅延回路64と1ラインの遅延量を有するラ
イン遅延回路66とに供給される。
63で示す減算器により、入力ディジタルテレビジョン
信号からフレーム遅延回路62の出力(前フレームの画
素)が減算され、減算器63の出力からフレーム差ΔF
が発生する。65で示す減算器により、入力ディジタル
テレビジョン信号からサンプル遅延回路64の出力(前
サンプルの画素)が減算され、減算器65の出力からサ
ンプリング差ΔEが発生する。67で示す減算器により
、入力ディジタルテレビジョン信号からライン遅延回路
66の出力く前ラインの画素)が減算され、この減算器
67の出力からライン差ΔLが発生する。
フレーム差ΔFが二つの積算回路に供給される。
一方の積算回路は、加/減算器71とレジスタ72とか
らなり、加/′IJJi算器71にフレーム差ΔFとレ
ジスタ72の出力とが供給される。他方の積算回路は、
加/減算器81とレジスタ82とからなり、加/減算器
81にフレーム差ΔFとレジスタ82の出力とが供給さ
れる。これらの積算回路の加/減算器71及び81にフ
レーム差ΔFが供給される。
加/減算器71は、制御■回路73の出力により加算又
は減算の一方の演算動作を行うようにされる。制御回路
73には、減算回路65からサンプリング差ΔEが供給
され、このサンプリング差ΔEの符号が正の時には、加
算動作を行い、このサンプリング差ΔEの符号が負の時
には、減算動作を行うように、制御回路73が加/N算
器71を制御する。
加/減算器81は、制御回路83の出力により加算又は
減算の一方の演算動作を行うようにされる。制御回路8
3には、減算回路67からライン差ΔLが供給され、こ
のライン差ΔLの符号が正の時には、加算動作を行い、
このライン差ΔLの符号が負の時には、減算動作を行う
ように、制御回路83が加/減算器81を制御する。
サンプリング差ΔEは、変換回路74に供給され、絶対
値に変換され、積算のための加算器75の一方の入力に
供給される。加算器75の出力がレジスタ76に供給さ
れ、レジスタ76の出力が加算器75の他方の人力に供
給され、レジスタ76の出力にサンプリング差ΔEの絶
対値の積算値が取り出される。
ライン差ΔLは、変換回路84に供給され、絶対値に変
換され、積算のための加算器85の一方の入力に供給さ
れる。加算器85の出力がレジスタ86に供給され、レ
ジスタ86の出力が加算器85の他方の入力に供給され
、レジスタ86の出力にライン差ΔLの絶対値の積算値
が取り出される。
前述のように、水平方向の動きvlは、フレーム差ΔF
を動き領域で加算又は減算したものを割算器77により
サンプリング差ΔEの絶対値の積算値で割ることで求め
られ、出力端子78にこの動き出力v1を得ることがで
きる。また、垂直方向の動きv2は、割算器87により
フレーム差ΔFを動き領域で加算又は減算したものをラ
イン差ΔLの絶対値の積算値で割ることで求められ、出
力端子88にこの動き出力v2を得ることができる。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上述のグラジェント法による動き検出は、定常性(ΔE
の連続性)を仮定しているので、この条件を満たさない
極値は、以下のように、動き検出の精度を低下させる原
因となる。
第7図Aに示すように、前フレームにおいて画素a、 
 b、  (からなる極値があったとき、■フレームで
1画素分左方向へ動いたとき(第7図B)、画素すでは
、フレーム差ΔFが正となり、サンプリング差へEが正
となる。この両者の符号が同一であるから、左方向の動
きとして正しく検出される。一方、第7図Aに示す極値
が1画素分右方向へ動いたとき(第7図c)、画素すで
は、フレーム差ΔFが正となり、サンプリング差ΔEが
正となる。従って、右方向の動きにもかかわらず左方向
の動きとして誤って検出してしまう。
また、下向きの極値のときは、動きの方向が左右いづれ
でも、フレーム差ΔFが負となると共に、サンプリング
差ΔEが負となる。従って、真の動きの方向が右方向に
もかかわらず二人方向の動きとして誤って判定してしま
う。
一般のテレビジョン信号では、極値がいたる所にあるの
で、極値の影響による動き検出の精度の低下は、無視で
きない問題である。
従って、この発明の目的は、極値のような非定常部によ
る動き検出の精度の低下の問題を解決できるテレビジョ
ン信号の動き検出回路を提供することにある。
〔問題点を解決するための手段〕
この発明は、ディジタルテレビジョン信号の現フレーム
及び前フレーム間のフレーム差ΔFを発生する遅延及び
演算手段7,10と、ディジタルテレビジョン信号の傾
きΔEを発生する遅延及び演算手段と、フレーム差を積
算するたぬの積算手段を構成する加/減算器と、積算手
段の出力をディジタルテレビジョン信号の傾きΔEの絶
対値の積算値により割算する手段と、加/減算器の加算
又は減算の状態をディジタルテレビジョン信号の傾きΔ
Eの極性と関連して制御する手段とからなる動き検出回
路を少なくとも2個備え、動き検出回路の一方は、遅延
及び演算手段5゜8、 11  (3,5,6)により
、現画素と前画素との(頃きΔEL(ΔLU)を検出し
、動き検出回路の他方は、遅延及び演算手段5.12 
(2,4゜5.14)により、現画素と後の画素との傾
きΔER(ΔLD)を検出する構成とされ、動きの方向
又はこれと関連する情報により、2個の動き検出回路の
夫々の動き出力を選択して出力する手段28  (48
)、29 (49)を設けたテレビジョン信号の動き検
出回路である。
〔作用] 傾きとして、左側の傾きΔELと右側の傾きΔERとの
夫々を用いる動き検出回路を独立に2系統設け、極値の
ときに動きの方向を正しく検出している側の動き検出回
路の出力を選択的に取り出す。水平方向のみならず、垂
直方向に関しても、上側の傾きΔLUと下側の傾きΔL
Dとの夫々を用いる動き検出回路を独立に2系統設けて
、各動き検出回路の出力のうちで、動きの方向を正しく
検出している側のものを選択する。この選択は、2個の
動き検出回路の出力の絶対値を比較することにより、又
は2個の動き検出の出力の符号を見ることに基づいて行
うことができる。
〔実施例〕
以下、この発明の一実施例について図面を参照して説明
する。
第1図において、1は、ディジタルテレビジョン信号の
入力端子である。この入力信号は、夫々1ラインの遅延
量を持つライン遅延回路2及び3の縦続接続に供給され
ると共に、1サンプリング周期の遅延量を持つサンプル
遅延回路4に供給される。ライン遅延回路2の出力にサ
ンプル遅延回路5が接続され、ライン遅延回路3の出力
にサンプル遅延回路6が接続される。サンプル遅延回路
5の出力にフレーム遅延回路7及びサンプル遅延回路8
が接続される。
サンプル遅延回路5の出力が動き検出の対象となる現画
素である。サンプル遅延回路5の出力及びフレーム遅延
回路7の出力が減算回路10に供給され、現フレームの
画素から前フレームの対応する画素が減算され、減算回
路IOの出力にフレーム差ΔFが取り出される。
現画素を81とすると、この現画素S1の近傍の画素が
水平方向及び垂直方向に関しての傾きの検出のために用
いられる。然も、この傾きの検出は、現画素とその前画
素との間、現画素とその後の画素との間の両者に関して
なされる。第2図は、現画素S1の近傍の画素を示す。
入力端子1に画素S6が供給される時には、ライン遅延
回路2の出力は、■ライン前の画素S2であり、ライン
遅延回路3の出力は、2ライン前の画素S5であり、サ
ンプル遅延回路4の出力は、1サンプル前の画素S4で
ある。
従って、画素S2より1サンプル前の現画素S1がサン
プル遅延回路5の出力に生じ、現画素S1より1サンプ
ル前の画素SOがサンプル遅延回路8の出力に生しる。
また、現画素S1の1ライン後の画素S4がサンプル遅
延回路4の出力に生じ、現画素S1の1ライン前の画素
S3がサンプル遅延回路6の出力に生しる。
水平方向の傾きは、減算回路11及び12により求めら
れる。つまり、減算回路11において、現画素S1から
1サンプル前の画素SOが減算され、その出力に左側の
サンプリング差ΔELが生じ、減算回路12において、
1サンプル後の画素S2から現画素S1が減算され、そ
の出力に右側のサンプリング差ΔERが生しる。
垂直方向の仲きは、減算回路13及び14により求めら
れる。つまり、減算回路13において、現画素S1から
1ライン前の画素S3が減算され、その出力に上側のラ
イン差ΔLtJが生し、減算回路14において、■ライ
ン後の画素S4から現画素S1が減算され、その出力に
下側のライン差ΔLDが生じる。
これらの水平方向に関して現画素の前後の(頃きΔEL
及びΔ巳Rと、垂直方向に関して現画素の前後の傾きΔ
LU及びΔL Dとの合計4個の(頃きを用いて、動き
検出を行う回路系統が独立に4個設けられている。
減算回路10の出力に得られたフレーム差Δ■:′が第
1〜第4の4個の積算回路に供給される。第1の積算回
路は、加/残算器21とこの加/戚算器21の出力が供
給されるレジスタ22とからなり、加/減算器21にフ
レーム差ΔFとレジスタ22の出力とが供給される。第
2の積算回路は、加/減算器31とこの加/減算器31
の出力が供給されるレジスタ32とからなり、加/減算
器31にフレーム差ΔFとレジスタ32の出力とが供給
される。第3の積算回路は、加/減算器41とこの加/
減算器41の出力が供給されるレジスタ42とからなり
、加/減算器41にフレーム差ΔFとレジスタ42の出
力とが供給される。第4の積算回路は、加/減算器51
とこの加/減算器51の出力が供給されるレジスタ52
とからなり、加/戚算器51にフレーム差ΔFとレジス
タ52の出力とが供給される。
加/減算器21は、制御回路23の出力により加算又は
減算の一方の演算動作を行うように制御される。制御回
路23には、減算回路11からサンプリング差ΔELが
供給され、このサンプリング差ΔELの符号が正の時に
は、加算動作を行い、このサンプリング差ΔELの符号
が負の時には、減算動作を行うように、制御回路23が
加/減算器21を制御する。加/減算器31は、制御回
路33の出力により加算又は減算の一方の演算動作を行
うようにされる。制御回路33には、減算回路12から
サンプリング差ΔERが供給され、このサンプリング差
ΔERの符号が正の時には、加算動作を行い“、このサ
ンプリング差ΔERの符号が負の時には、減算動作を行
うように、制御回路33が加/減算器31を制御Bする
加/減算器41は、制御回路43の出力により加算又は
減算の一方の演算動作を行うようにされる。制御回路4
3には、減算回路13からライン差ΔLUが供給され、
このライン差ΔL[Jの符号が正の時には、加算動作を
行い、このライン差ΔLUの符号が負の時には、減算動
作を行うように、制御回路43が加/減算器41を制御
する。
サンプリング差ΔELは、変換回路24に供給され、絶
対値に変換され、積算のための加算器25の一方の入力
に供給される。加算器25の出力がレジスタ26に供給
され、レジスタ26の出力が加算器25の他方の入力に
供給され、レジスタ26の出力にサンプリング差ΔEL
の絶対値の積算値が取り出される。サンプリング差ΔE
Rは、変換回路34に供給され、絶対値に変換され、積
算のための加算器35の一方の入力に供給される。
加算器35の出力がレジスタ36に供給され、レジスタ
36の出力が加算器35の他方の入力に供給され、レジ
スタ36の出力にサンプリング差ΔERの絶対値の積算
値が取り出される。
ライン差ΔL[Jは、変換回路44に供給され、絶対値
に変換され、積算のための加算器45の一方の入力に供
給される。加算器45の出力がレジスタ46に供給され
、レジスタ46の出力が加算器45の他方の人力に供給
され、レジスタ46の出力にライン差ΔLUの絶対値の
積算値が取り出される。ライン差ΔLDは、変換回路5
4に供給され、絶対値に変換され、積算のための加算器
55の一方の入力に供給される。加算器55の出力がレ
ジスタ56に供給され、レジスタ56の出力が加算器5
5の他方の入力に供給され、レジスタ56の出力にライ
ン差ΔLDの絶対値の積算値が取り出される。
水平方向の動きvlは、割算器27又は37により、フ
レーム差ΔFを動き領域で加算又は減算したものをサン
プリング差ΔEL又はΔERの絶対値の積算値で割るこ
とで求められる。また、垂直方向の動きv2は、割算器
47又は57によりフレーム差ΔFを動き領域で加算又
は減算したものをライン差ΔLU又はΔLDの絶対値の
積算値で割ることで求められる。
割算器27から左側のサンプリング差ΔELを用いて検
出された動き出力がセレクタ28及びセレクト信号発生
回路29に供給され、割算器37から右側のサンプリン
グ差ΔELを用いて検出された動き出力がセレクタ28
及びセレクト信号発生回路29に供給される。このセレ
クタ2Bは、セレクト信号発生回路29からのセレクト
信号により制御されるものである。セレクタ2日の出力
信号が出力端子30に水平方向の動き出力vlとして取
り出される。この動き出力v1は、その符号ビットが動
きの方向を示し、その値が動きの量を示すものである。
割算器47から上側のライン差ΔLUを用いて検出され
た動き出力がセレクタ48及びセレクト信号発生回路4
9に供給され、割算器47から下側のライン差△LDを
用いて検出された動き出力がセレクタ48及びセレクト
信号発生回路49に供給される。このセレクタ48は、
セレクト信号発生回路49からのセレクト信号により制
御されるものである。セレクタ48の出力信号が出力端
子50に垂直方向の動き出力v1として取り出される。
この動き出力v1は、その符号ビットが動きの方向を示
し、その値が動きの量を示すものである。
セレクト信号発生回路29は、セレクタ28に供給され
る二つの動き出力のうちで、絶対値の大きい方を選択す
るセレクト信号を発生する構成又はセレクタ28に供給
される二つの動き出力の符号に応じて(即ち、符号が正
の時は、左側のサンプリング差ΔELに基づく動き出力
を選択し、符号が丁1の時は、右側の号ンブリング差Δ
1工[?に粘づく動き出力を選択する。)動き出力を選
択する。
セレクト信号発生回路49も同様にセレクタ48に対す
るセレクト信号を発生する。
上述のように、水平方向及び垂直方向の各々に関して独
立の二つの動き検出系統を設け、各系統の動き出力を選
択することにより、動き検出の精度を向上させることが
できる。以下にその理由を説明する。
第3図において破線で示す3画素の物体が1フレーム後
に実線で示すように、右方向へ動いた時、グラジェント
法では、b点(現画素)の傾きΔELを(a −b)間
の差分により求めている。即ち、現画素の左側の傾きΔ
ELを用いてフレーム差ΔFとの関係から右方向の動き
を算出している。傾きとしては、現画素の右側<b−c
)間の差分ΔERを用いても、全画素を使って積算する
ので、同じ動き量が求まる。
しかし、極値の場合には、傾きとしてΔELとΔERの
どちらを使うかで精度が大幅に変わる。
第4図において破線で示す極値を含む3画素が1フレー
ム後に1画素分だけ左方向へ動いたとき(動き量VL)
並びにこの3画素が1フレーム後に1画素分だけ右方向
へ動いたとき(動き量vR)を考える。この場合は、動
きの方向によらず、フレーム差ΔFが正となる。
左方向の動きの場合では、左側のサンプリング差ΔEL
を用いると、精度良く左方向の動きとして正しく検出す
る。しかし、右側のサンプリング差ΔERを用いると、
このサンプリング差ΔERが負のために、右方向の動き
として誤って判定し、然も、検出精度が悪い。一方、右
方向の動きの場合では、右側のサンプリング差ΔERを
用いると、精度良く右方向の動きとして正しく検出する
。しかし、左側のサンプリング差ΔELを用いると、こ
のサンプリング差ΔELが正のために、左方向の動きと
して誤って判定し、然も、検出精度が悪い。このように
、動きの方向によって、傾きとして左側のものΔELを
用いるか、右側のものΔERを用いるかによって動き検
出の精度が全く異なる。
極値の向きが上向き及び下向きの何れの場合でも、ΔE
L及びΔERと左方向の動き及び右方向の動きとの関係
は、次の表に示すものとなる。
前述のこの発明の一実施例は、水平方向に関して、ΔE
L及びΔEHの夫々を使う動き検出の2系統を設けて、
セレクタ28により、正しい動き出力を選択するので、
高い精度で動き検出を行うことができる。即ち、前出の
表から分かるように、絶対値の大きい方の動き出力を選
択するか、動き出力の符号が正の時は、ΔELを用いた
系統の動き出力を選択すると共に、動き出力の符号が負
の時は、ΔERを用いた系統の動き出力を選択するよう
に、符号を見て動き出力をセレクタ28が選択する。
垂直方向の動きに関しても、水平方向と同様に、傾きと
してライン差ΔLU及びΔLDの夫々を用いた2系統の
動き出力のうちで正しい方の動き出力がセレクタ48に
より選択される。
尚、この発明は、水平方向又は垂直方向の一方のみの動
きを検出する一次元の動き検出に適用しても良い。また
、この発明は、全画素を使わず、所定数の画素ごとの代
表点を使用する動き検出回路に対しても適用することが
できる。
また、フレーム差を積算する加/減算器を制御する制御
回路23,33,43.53は、傾きの符号で単純に制
御する構成に限らず、この符号が反転するまで、前回の
状態を保持する構成としても良い。この構成によれば、
動き量の大きい時或いは急峻な傾斜を持つ動き物体の時
でも、動き検出の精度の低下を防止することができる。
〔発明の効果〕 この発明によれば、定常性を有していない極値について
も、正しく動き検出を行うことができ、従って、動き検
出の精度を大幅に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例のブロック図、第2図、第
3図、第4図の夫々はこの発明の一実施例の説明に用い
る路線図、第5図はグラジェント法による動き検出の説
明に用いる路線図、第6図は従来の動き検出回路のブロ
ック図、第7図は従来の動き検出回路の問題点の説明に
用いる路線図である。 1:ディジタルテレビジョン信号の入力端子、2゜3ニ
ライン遅延回路、4,5,6.8:サンプル遅延回路、
7:フレーム遅延回路、10.11゜12.13,14
:減算回路、21,31,41゜51:加/fj、算器
、27.37,47,57:割算器、28.48:セレ
クタ、29.49:セレクト信号発生回路、30,50
:出力端子。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 ディジタルテレビジョン信号の現フレーム及び前フレー
    ム間のフレーム差を発生する遅延及び演算手段と、上記
    ディジタルテレビジョン信号の傾きを発生する遅延及び
    演算手段と、上記フレーム差を積算するための積算手段
    を構成する加/減算器と、上記積算手段の出力を上記デ
    ィジタルテレビジョン信号の上記傾きの絶対値の積算値
    により割算する手段と、上記加/減算器の加算又は減算
    の状態を上記ディジタルテレビジョン信号の上記傾きの
    極性と関連して制御する手段とからなる動き検出回路を
    少なくとも2個備え、 上記動き検出回路の一方は、上記遅延及び演算手段によ
    り、現画素と前画素との上記傾きを検出し、上記動き検
    出回路の他方は、上記遅延及び演算手段により、現画素
    と後の画素との上記傾きを検出する構成とされ、動きの
    方向又はこれと関連する情報により、上記2個の動き検
    出回路の夫々の動き出力を選択して出力する手段を設け
    たことを特徴とするテレビジョン信号の動き検出回路。
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