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JP4895315B2 - 動画像のカット点検出装置 - Google Patents

動画像のカット点検出装置 Download PDF

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Description

本発明は、動画像のカット点検出装置に関し、特に、動画像におけるカット点を高精度に検出することができる動画像のカット点検出装置に関する。
動画像データからカット点、すなわちショットの境界を検出するカット点検出についてはこれまで多くの技術が開発され、特にMPEGなどの動画像符号化により圧縮された動画像データを対象としたカット点検出技術も多く見られる。ここで、ショットとは、1つのカメラ操作で撮影された一連の画像列を意味する。
例えば、特許文献1には、映像における時系列のフレーム画像をサンプリングし、各フレーム画像単位でエッジ強度係数を求め、その時間的な変化特性を利用して映像変化点を検出する手法が開示されている。
特許文献2には、可変長復号と簡易動き補償から得られるDC画像において輝度差分、色差ヒストグラム相関、画面内アクティビティの一次微分係数などを用いて瞬時カット点や特殊カット点を検出する手法が開示されている。
また、特許文献3には、ディゾルブやフェードの候補区間を検出するために、カラーヒストグラムに基づいた色分布の差、マクロブロックの時空間の分布、動きベクトルの時空間上の分布、およびエッジの時空間上の分布と変化特性のいずれかを選択して利用する手法が開示されている。
特開平7−288840号公報 特開平10−224741号公報 特開2001−285712号公報
これまでMPEGなどの圧縮動画像データを対象とし、動画像データを復号せずに、動きベクトルやマクロブロックタイプなどの圧縮データ領域で得られるパラメータを用いたカット点検出技術が多く開発されているが、それらの技術では、ディゾルブやフェードの区間を示す特殊カット点さらには瞬時カット点を精度よく検出することが困難であるという課題がある。
本発明の目的は、上記課題を解決し、ディゾルブやフェード区間を示す特殊カット点さらには瞬時カット点を精度よく検出することができる動画像のカット点検出装置を提供することにある。
上記課題を解決するため、本発明は、動画像データを入力する動画像データ入力手段と、前記動画像データから画面内の色配置情報を抽出する色配置情報抽出手段と、前記色配置情報抽出手段により抽出された色配置情報の変化を一定時間以上観測し、色配置情報の隣接フレームとの差分が凸状に変化する区間をディゾルブやフェード区間とし、該区間を示す特殊カット点を検出する特殊カット点検出手段を備えたことを特徴としている。
また、本発明は、さらに、瞬時カット点検出手段を備え、前記瞬時カット点検出手段は、隣接フレーム間の色配置情報が所定閾値以上に変化する点をカット点として検出することを特徴としている。
また、本発明は、前記色配置情報が、縮退画像を周波数領域に変換することにより得られる変換係数から構成されることを特徴としている。
また、本発明は、前記周波数領域への変換が、離散コサイン変換であることを特徴としている。
さらに、本発明は、前記動画像データが、圧縮符号化されたデータであり、前記色配置情報抽出手段は、前記動画像データのDC成分のみから色配置情報を抽出することを特徴としている。
本発明では色配置情報の変化を一定時間以上観測し、色配置情報の隣接フレームとの差分の変化の性質からディゾルブやフェード区間を示す特殊カット点を検出するので、動画像中におけるディゾルブやフェード区間を示す特殊カット点を精度よく検出することができる。また、瞬時カット点も色配置情報の変化から検出することができる。ここで、色配置情報は、圧縮された動画像データを画素レベルまで復号することなく、動画像データのDC成分から高速に抽出できる。
エッジ特徴を用いたカット点検出処理を示す機能ブロック図である。 図1の特殊カット点検出処理部の動作を示すフローチャートである。 本発明におけるカット点検出処理を示す機能ブロック図である。 エッジ特徴と色配置情報を併用したカット点検出処理を示す機能ブロック図である。 図4の特殊カット点検出処理部15の動作を示すフローチャートである。 フィールド間瞬時カット点検出処理を示す機能ブロック図である。 図6でのフィールド間瞬時カット点検出動作の例を示すフローチャートである。 図6でのフィールド間瞬時カット点検出動作をの他の例を示すフローチャートである。 フラッシュ区間検出処理を示す機能ブロック図である。 フラッシュ除去処理部の動作(終了判定)の説明図である。 フラッシュ除去処理部の動作(継続判定)の説明図である。 図9での瞬時カット点検出およびフラッシュ区間検出動作を示すフローチャートである。 図1〜図12を全て組み合わせたカット点検出処理を示す機能ブロック図である。
以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。図1は、エッジ特徴を用いたカット点検出処理を示す機能ブロック図である。なお、以下では、MPEGで圧縮された動画像データを前提に説明するが、本発明は、これに限られず、同様な圧縮方式による動画像データに対しても適用できる。
まず、MPEG動画像データ(以下、単に動画像データと記す。)が動画像データ入力部10に入力される。動画像データ入力部10は、可変長復号部11および簡易動き補償部12を備え、入力された動画像データの可変長復号と簡易動き補償により動画像データのDC成分を出力する。
動画像データのDC成分から構成される画像は、原画像の水平および垂直方向それぞれの1/8に相当し、画素レベルまで復号することなく得ることができる。このDC成分を処理対象とすることにより処理の負担軽減および高速化を図ることができる。なお、動画像データの可変長復号と簡易動き補償については特許文献2や特開平10−79957号に記載されており、ここではその技術を利用できるので説明を省略する。
輝度・色差特徴抽出部13は、動画像データのDC成分を元に、フレーム間の輝度差分D、色差ヒストグラム相関ρ、画面内アクティビティFAとその一次微分係数DA、正規化動き補償予測誤差NPEなどを求める。
エッジ特徴抽出部14は、動画像データのDC成分から画面内のエッジ特徴を抽出する。瞬時カット点検出処理部15は、瞬時カット点を検出するものである。この瞬時カット点の検出は、輝度・色差特徴抽出部13で抽出された各種情報やエッジ特徴抽出部14で抽出されたエッジ特徴の隣接フレーム間での変化などを元に行うことができる。
特殊カット点検出処理部16は、エッジ特徴抽出部14で抽出されたエッジ特徴の時間的変化を用いてディゾルブやフェードを含む特殊カット点を検出する。ここでの特殊カット点の検出は、ディゾルブやフェード区間においては画面内のエッジ成分が弱くなるという性質を利用している。
エッジ特徴抽出部14で抽出するエッジ特徴としては、画面内に分布するエッジパワーEP、画面内に分布するエッジヒストグラム、入力画面とそれよりも時間的に前に位置する画面のエッジヒストグラム相関εなどがあり、それらのいずれかでよい。
エッジ特徴としてのエッジヒストグラムは、画面全体に対し任意の数方向のフィルタをかけることにより算出することができる。また、画面を複数の小領域に分割し、各分割領域対し任意の数方向のフィルタをかけることにより各分割領域ごとのエッジヒストグラムを算出することもできる。つまり、エッジヒストグラムを算出する単位領域は、画面全体でも画面全体を任意数で分割した分割領域のいずれでもよい。さらに、分割する小領域の大きさは、任意に設定可能にしてもよく、画面内の位置や特性に応じて動的に変更するようにしてもよい。
具体的には、MPEG−7で定義されているエッジヒストグラム記述子などを利用することができ、画面全体を4×4の領域に分割し、各分割領域に対し5方向のフィルタをかけることによりエッジヒストグラムを得ることができる。
瞬時カット点検出処理部15および特殊カット点検出処理部16からは、瞬時カット点および特殊カット点の情報が時間コードで出力され、キーフレーム生成部17は、該時間コードを元に各ショットからキーフレームを生成する。このキーフレーム生成部17としては、特開2001−258038号公報に記載されている技術を利用できる。キーフレーム表示部18は、キーフレーム生成部17で生成されたキーフレームを表示する。この表示により、ユーザはショット一覧を閲覧することができる。
図2は、図1の特殊カット点検出処理部16の動作を示すフローチャートである。同図において、まず、初期化処理によりi=0とし(S21)、フレームn+iの動画像データを入力する(S22)。次に、iを1ずつ順次インクリメント(S25)して連続するフレームを順次入力しつつ、各フレーム入力時において、画面内アクティビティFAの一次微分係数DAがある閾値TH_DA以上であり、一次微分係数DAが時間的に凸型になっており、かつ正規化動き補償予測誤差NPEがある閾値TH_NPE以上であり、エッジパワーEPが凹型であるか否かを判定する(S23)。
S23での判定結果が肯定(Y)の場合は当該フレームn+iをディゾルブ候補とする(S24)。また、S23での判定結果が否定(N)の場合にはiの値がある閾値N_dis1以上か否かを判定する(S26)。S26は、所定フレーム区間以上に渡りS23の条件が満たされた場合に当該区間をディゾルブ区間と判定するために設けたものであり、これにより誤検出を防止できる。
iの値がN_dis1未満の場合にはディゾルブと判定することなく処理を終了し、iの値がN_dis1以上の場合にはフレームnからフレームn+i−1までの区間をディゾルブ区間と判定する(S27)。
図3は、本発明におけるカット点検出処理を示す機能ブロック図である。本発明では、色配置情報を用いることによって特殊カット点を検出し、これにより高精度の検出を可能にする。図3おいて、図1と同一または同等部分には同じ符号を付している。
まず、図1と同様に、動画像データを動画像データ入力部10に入力し、動画像データのDC成分を出力する。輝度・色差特徴抽出部13は、動画像データのDC成分を元に、フレーム間の輝度差分D、色差ヒストグラム相関ρ、画面内アクティビティFAとその一次微分係数DA、正規化動き補償予測誤差NPEなどを求める。
色配置情報抽出部31は、動画像データのDC成分から画面内の色配置情報を抽出する。瞬時カット点検出処理部32は、色配置情報抽出部31で抽出された色配置情報の時間的変化を用いて瞬時カット点を検出する。特殊カット点検出処理部15は、色配置情報抽出部31で抽出された色配置情報の時間的変化を一定時間以上観測することにより特殊カット点を検出する。
ここでの瞬時カット点の検出は、カット点では隣接フレーム間の色配置情報が大きく変化する性質を利用する。また、特殊カット点の検出は、特殊カット点の場合には色配置情報の隣接フレームとの差分が凸状に変化するという性質を利用する。瞬時カット点検出処理部15および特殊カット点検出処理部16では、輝度・色差特徴抽出部13で抽出された各種情報を併用して瞬時カット点および特殊カット点を検出してもよい。
色配置情報としては、MPEG−7で定義されているカラーレイアウト記述子などを用いることができる。カラーレイアウト記述子では、原画像を8×8に縮小し、縮小された画像を離散コサイン変換によって周波数領域へ変換し、その変換係数の集合を色配置情報として用いることができる。このように、原画像ではなく、動画像データのDC成分をさらに縮小してカラーレイアウト記述子を抽出することにより、MPEGなどの圧縮動画像データの復号処理を省くことができる。
図4は、エッジ特徴と色配置情報を併用したカット点検出処理を示す機能ブロック図である。そのためにエッジ特徴抽出部14と色配置情報抽出部31の両方を備える。
図5は、図4の特殊カット点検出処理部15の動作を示すフローチャートである。本フローチャートは、図2とはS23に代えてS51を用いている点で異なる。S51では、iを1ずつ順次インクリメント(S25)して連続するフレームを順次入力しつつ、それらのフレームにおいて、エッジパワーEPがある閾値TH_EP以下であり、正規化動き補償誤差NPEまたは色配置情報の直前のフレームとの差分CLがある閾値TH_NPEまたはTH_CL以上であり、画面内アクティビティFAの一次微分係数DAがある閾値TH_DA以下であり、かつエッジヒストグラム相関εがある閾値TH_ε以上であるか否かを判定する。その他は図2と同様であるので説明は省略する。
次に、フィールド間瞬時カット点検出について説明する。テレビ映像は1/60秒ごとに表示されるフィールド構造を持っているため、これをプログレッシブ構造で符号化した場合には、フィールド間で瞬時カット点が発生する場合がある。MPEG−2などはフィールド構造に対応した符号化アルゴリズムを有するが、MPEG−1などではフレーム構造(プログレッシブ)にしか対応していない。フィールド間瞬時カット点は,通常の瞬時カット点検出手段では検出することができない場合が多いため、これに特化した検出手段が必要となる。第4実施形態は、エッジヒストグラム相関εなどのエッジ特徴を用いてプログレッシブ動画像におけるフィールド間瞬時カット点を検出可能にしたものである。
図6は、フィールド間瞬時カット点検出処理を示す機能ブロック図である。ここでは、瞬時カット点検出処理部15で以下の図7または図8に従うようにしてフィールド間瞬時カット点を検出するようにしている。
図7は、図6でのフィールド間瞬時カット点検出動作の例を示すフローチャートである。まず、初期化処理によりi=0とし(S21)、フレームnの動画像データを入力する(S22)。S71では、隣接するフレームにおいて、輝度差分Dがある閾値TH_D2以上であり、かつエッジヒストグラム相関εがある閾値TH_ε以下であるか否かを判定する。
この判定結果が否定(N)であればそのまま処理を終了し 肯定(Y)であれば、iを1だけインクリメントした後(S72)、i=2であるか否かを判定する(S73)。ここでi=2でなければnを1だけインクリメント(S74)してS22に戻り、i=2であればフレームnにフィールド間瞬時カット点があると判定する(S75)。以上の動作によりS71での条件を満足するフレームが2フレーム連続して出現した場合にフィールド間瞬時カット点が検出される。
図8は、図6でのフィールド間瞬時カット点検出動作の他の例を示すフローチャートである。まず、3つの連続するフレームn−2、n−1、nの動画像を入力し(S81)、これらのフレームを処理対象とする。次に、S82で、現在注目しているフレームnと時間的に2フレーム前のフレームn−2との間の色差ヒストグラム相関ρがある閾値TH_ρ2以下であり、かつフレームnと直前のフレームn−1との輝度差分Dがある閾値TH_D以上であるか否かを判定する(S82)。この判定結果が肯定(Y)の場合、フレームnにフィールド間瞬時カット点があると判定し(S83)、否定の場合にはそのまま処理を終了する。
次に、フラッシュ区間検出について説明する。フラッシュ区間検出では、連続するフレームの検出された輝度差分D、色差ヒストグラム相関ρ、およびエッジ特徴を利用してフラッシュが発光された複数フレームに渡るフラッシュ区間を検出する。
動画像データに含まれるフラッシュを検出する手段は特許文献2などに開示されているが、特許文献2では色差ヒストグラム相関のみを用いているため、画像全体が白っぽくなる場合や特に複数フレームに渡って連続して出現するフラッシュの検出が困難である。
図9は、フラッシュ区間検出処理を示す機能ブロック図である。ここでは、複数フレームに渡って連続して出現するフラッシュ区間を検出し、該フラッシュ区間を除去するフラッシュ除去処理部91を備え、特殊カット点検出処理部16では該フラッシュ区間が除去されたデータを処理対象として特殊カット点を検出する。
図10および図11は、フラッシュ除去処理部91の動作の説明図である。複数フレームに渡るフラッシュ区間は以下のようにして検出される。ここでは、フレームn−1〜n+5が順次入力され、フレームn〜n+4のフレームに渡りフラッシュが発光された場合を想定する。
図10は、複数フレームに渡るフラッシュ区間の終了判定の説明図である。フレームnは、輝度差分Dと色差ヒストグラム相関ρがピークとなることにより瞬時カット点検出処理部15で検出され、フラッシュ区間開始候補となる。フラッシュ除去処理部91は、このフレームnに対して、フレームn+3以降においてフレームn−1との間のエッジヒストグラム相関εおよび色差ヒストグラム相関ρを観測する。
エッジヒストグラム相関εおよび色差ヒストグラム相関ρは、フレームn+5においてある閾値以上になる。フラッシュ除去処理部91は、フレームn〜n+4までをフラッシュ区間と判定する。一般的には、フレームn+F(F=3,4,5,・・・)においてエッジヒストグラム相関εおよび色差ヒストグラム相関ρがいずれもある閾値以上になる場合、フレームn〜n+F−1までの区間をフラッシュ区間と判定する。
図11は、複数フレームに渡るフラッシュ区間の継続判定の説明図である。フレームnをフラッシュ区間開始候補とし、フレームn+3以降においてフレームn−1とのエッジヒストグラム相関εと色差ヒストグラム相関ρを計算する。次に、これらの値のいずれかがそれぞれある閾値以下の場合、当該フレームとその前のフレームとの間およびさらに前のフレームとの間での色差ヒストグラム相関ρを計算する。そして、この色差ヒストグラム相関ρの値が共にある閾値以上の場合には継続するフラッシュ区間と見なし、この値のいずれかがある閾値未満になった場合には当該フレームをフラッシュ区間終了直後のフレームとする。
一般的には、フレームnをフラッシュ区間開始候補とし、フレームn−1とフレームn+C(C=1,2,3,・・・)においてエッジヒストグラム相関εと色差ヒストグラム相関ρを計算する。これらの値のいずれかがそれぞれある閾値以下の場合は、フレームn+Cとフレームn+C−1との間およびフレームn+Cとn+C−2との間で色差ヒストグラム相関ρを計算する。そして、この色差ヒストグラム相関ρの値が共にある閾値以上の場合は継続するフラッシュ区間と見なし、この値がある閾値未満になった場合にはフラッシュ区間継続終了とする。これを指定されたフレームFmaxの区間で行う。
図12図は、図9での瞬時カット点検出およびフラッシュ区間検出動作を示すフローチャートである。まず、n=2、C=3とし(S121)、フレームn−1およびフレームnの動画像データを入力する(S122)。つぎに、フレームnにおいて輝度差分Dと色差ヒストグラム相関ρがピークとなるか否かを判定する(S123)。
S123での判定結果が否定(N)であればnを1つずつインクリメント(S124)してS122に戻り、肯定(Y)であればフレームnをフラッシュ区間開始候補とする(S125)。以上は、瞬時カット点検出処理部15での処理である。
次に、フラッシュ区間の継続判定を行う。まず、フレームn+Cを入力する(S126)。次に、S127で、フレームn−1とフレームn+Cにおいてエッジヒストグラム相関εと色差ヒストグラム相関ρを計算し、これらの値が共にある閾値以上TH_ε2、TH_ρ3以上か否かを判定する(S127)。
S127での判定結果が否定(N)の場合にはさらに、フレームn+C−1とフレームn+Cとの間およびフレームn+C−2とフレームn+Cとの間で色差ヒストグラム相関ρを計算し、これらの値が共にある閾値以上TH_ρ4以上か否かを判定する(S128)。
そして、この判定結果が肯定(Y)の場合は継続するフラッシュ区間と見なしてnを1だけインクリメント(S129)してS126に戻る。また、この判定結果が否定(N)の場合、およびS127での判定結果が肯定(Y)の場合には、フレームn〜フレームn+C−1を連続フラッシュ区間と判定する(S130)。
図13は、図1〜図12を全て組み合わせたカット点検出処理を示す機能ブロック図である。各処理部の動作は、上記と同様であるので説明を省略する。このように、図3のカット点検出処理に1つ以上の他のカット点検出処理を適宜組合せてカット点を検出することができる。
本発明によれば、MPEGなどで圧縮された動画像データにおいて、検索や編集を効果的に行うことを可能にするためのカット点検出を精度よく達成できる。例えば、数時間分の米国のニュース映像を対象とした実験において特許文献2で開示されている手段と比較した場合、本発明に係るカット点検出装置を用いることにより平均で10%以上、最大で20%程度までの再現率向上をみた。
10・・・動画像データ入力部、11・・・可変長復号部、12・・・簡易動き補償部、13・・・輝度・色差特徴抽出部、14・・・エッジ特徴抽出部、15・・・瞬時カット点検出処理部、16・・・特殊カット点検出処理部、17・・・キーフレーム生成部、18・・・キーフレーム表示部、31・・・色配置情報抽出部、91・・・フラッシュ除去処理部

Claims (5)

  1. 動画像データを入力する動画像データ入力手段と、
    前記動画像データから画面内の色配置情報を抽出する色配置情報抽出手段と、
    前記色配置情報抽出手段により抽出された色配置情報の変化を一定時間以上観測し、色配置情報の隣接フレームとの差分が凸状に変化する区間をディゾルブやフェード区間とし、該区間を示す特殊カット点を検出する特殊カット点検出手段を備えたことを特徴とする動画像のカット点検出装置。
  2. さらに、瞬時カット点検出手段を備え、
    前記瞬時カット点検出手段は、隣接フレーム間の色配置情報が所定閾値以上に変化する点を瞬時カット点として検出することを特徴とする請求項1に記載の動画像のカット点検出装置。
  3. 前記色配置情報は、縮退画像を周波数領域に変換することにより得られる変換係数から構成されることを特徴とする請求項1または2に記載の動画像のカット点検出装置。
  4. 前記周波数領域への変換は、離散コサイン変換であることを特徴とする請求項3に記載の動画像のカット点検出装置。
  5. 前記動画像データは、圧縮符号化されたデータであり、前記色配置情報抽出手段は、前記動画像データのDC成分のみから色配置情報を抽出することを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載の動画像のカット点検出装置。
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