JPS6058636B2 - Interframe coding method - Google Patents

Interframe coding method

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Publication number
JPS6058636B2
JPS6058636B2 JP52125099A JP12509977A JPS6058636B2 JP S6058636 B2 JPS6058636 B2 JP S6058636B2 JP 52125099 A JP52125099 A JP 52125099A JP 12509977 A JP12509977 A JP 12509977A JP S6058636 B2 JPS6058636 B2 JP S6058636B2
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JP
Japan
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block
frame
blocks
prediction
similar
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JP52125099A
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JPS5459019A (en
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直樹 武川
秀雄 橋本
毅 松岡
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明はテレビジョン信号を帯域圧縮符号化するフレ
ーム間符号化方式に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an interframe encoding method for band compression encoding a television signal.

従来の条件付画素書替方式や複合差分方式など のフ
レーム間符号化方式では、1フレーム前の対応位置にあ
る画素とのフレーム間差分符号化またはフレーム間差分
の前置予測符号化を用いてテレビジョン信号の帯域圧縮
符号化をおこなつてきた。これらの方法では、画面の動
きが少ないときは情報発生量が小さく、良好な画品質で
テレビジョン信号を伝送することができたが、動きが激
しくなると予測誤差が大きくなり、圧縮効率が悪く良好
な画品質が保てない。この欠点を解決するた”め従来の
技術では次に説明するような手法が用いられている。す
なわちテレビジョン画面のフレームを適当なnxn個の
画素を含むブロックに分割すると、画像の動きはこのブ
ロック内で局所的に見れば平行移動と見なせる。従つて
、第1図に示すように1フレーム当り右にa画素平行移
動する 動きを考えると、画素Zijの予測値Zijを
Zij■yi−a、jとすることにより、従来の方式に
おけるZij■yijとする通常のフレーム間符号化よ
り予備効率をよくすることができる。しカルこの手法で
は画像の動きが1画素1フレームより小さい場合など1
フレーム当り非整数画素の動きのときには予測効率が悪
いという欠点をもつていた。 本発明は、従来技術のこ
れらの欠点を解決するため、テレビ画面の動きに追随す
る適応的な予測方式を用いてテレビ信号の符号化を行な
うことにより帯域圧縮率を向上するとともに画品質の改
善を図ることのできるフレーム間符号化方式を提供する
ものである。
Conventional interframe coding methods such as the conditional pixel rewriting method and the composite difference method use interframe difference coding with the pixel at the corresponding position one frame before, or pre-predictive coding of the interframe difference. We have been performing band compression encoding of television signals. With these methods, when there is little movement on the screen, the amount of information generated is small and the television signal can be transmitted with good image quality, but when the movement is intense, the prediction error becomes large and the compression efficiency is poor, resulting in poor quality. Image quality cannot be maintained. In order to solve this drawback, the conventional technology uses the following method.That is, by dividing the frame of the television screen into blocks each containing an appropriate number of nxn pixels, the movement of the image is If viewed locally within a block, it can be regarded as parallel movement. Therefore, considering the movement of a pixel translation to the right per frame as shown in Figure 1, the predicted value Zij of pixel Zij can be expressed as Zij yi - a , j, it is possible to improve the preliminary efficiency compared to the normal interframe coding using Zij ■ yij in the conventional method.
This method has the disadvantage that prediction efficiency is low when the movement is a non-integer number of pixels per frame. In order to solve these drawbacks of the prior art, the present invention improves the band compression rate and image quality by encoding the television signal using an adaptive prediction method that follows the movement of the television screen. The present invention provides an interframe coding method that can achieve the following.

以下本発明を詳細に説明する。The present invention will be explained in detail below.

本発明は現フレームの複数画素よりなるブロックとこれ
と同位置にある近接または隣接して先行する前フレーム
の前記複数画素と同数画素よりなる対応ブロック及びこ
のブロックを上下左右に平行移動して得られる位置の各
々のブロックについてフレーム間差分信号の2乗誤差(
あるいは絶対値誤差)のブロック内平均を計算し、この
値の小さいブロックを類似ブロックとして定義する。
The present invention provides a block consisting of a plurality of pixels of the current frame, a corresponding block consisting of the same number of pixels as the plurality of pixels of an adjacent or adjacent preceding frame located at the same position, and a block that is obtained by vertically and horizontally moving this block in parallel. The squared error (
(or absolute value error) is calculated, and blocks with smaller values are defined as similar blocks.

誤差の小さい方から順に類似ブロックを幾つか選び、対
応ブロックからの移動方向、移動量およびフレーム間誤
差ブロック内平均値とから決定する重みベクトルを用い
て予測を行なう。即ち第2図に示すように画素Zijを
含む現フレームのブロックの類似ブロックを前フレーム
において類似の順に1,2,・・mと選ぶ。
Several similar blocks are selected in descending order of error, and prediction is performed using a weight vector determined from the moving direction and amount of movement from the corresponding block, and the inter-frame error intra-block average value. That is, as shown in FIG. 2, blocks 1, 2, . . . m similar to the block in the current frame including the pixel Zij are selected in the order of similarity in the previous frame.

この各ブロックの2乗誤差はε0)く・・・くE(″ゝ
である。各ブロックの類似度に対応して決められる重み
ベクトルW=(WO),w(2), ・・,w(′″)
),及びZijと前フレーム類似ブロックで対応位置に
ある画素Yij(.。, ・・,Yij(j′)により
予測値Zijを求める。ここで重みベクトルWは例えば
次の式で決定する。あるいは、フレーム間のブロック内
2乗誤差を最小にするように相関行列から成る一次方程
式を解くことによつて決定する。
The squared error of each block is ε0)×E(″ゝ.Weight vector W=(WO), w(2), . . ., w determined corresponding to the similarity of each block. (′″)
), and the pixel Yij (. , is determined by solving a linear equation consisting of a correlation matrix so as to minimize the intra-block squared error between frames.

ここで′3′w(k)=1である。Here, '3'w(k)=1.

k=1 式(1)で示した線形結合で表わされた予測関数を用い
れば細かな動きの画像について予測精度を上げ、圧縮効
果を高めるとともに、画品質の改善を・行なえる。
k=1 By using the prediction function expressed by the linear combination shown in Equation (1), it is possible to increase the prediction accuracy for images with small movements, enhance the compression effect, and improve the image quality.

さらに最もフレーム間誤差の小さい最類似ブロックを中
心として4つの類似ブロックをとり、上の手法を適用す
れば、重みベクトルにより1フレーム当り動きが非整数
画素である移動量を求めることができる。例えば第3図
のように前フレームの画素Yijの配置により現フレー
ムの画素Zijを予測する場合、非整数画素1フレーム
の移動量は、前フレーム最類似ブロックまでの距離に、
重み係数w(k)(k=1・・・4)で内分した点を結
んだ交点Pまでの距離を加えたベクトルで表わされる。
また、現フレームのブロックごとに類似ブロック及び重
みベクトルを求め適応的に予測を行なえば平行移動以外
の複雑な動きをする画像・に対しても適用できる。第4
図は本発明の実施例であつて、1は信号入力端子、2は
ブロック化回路、3はメモリ、4は類似ブロック検出回
路、5はフレームメモリ、6は予測係数決定回路、7は
予測回路、8は減算器、9は量子化器、10は加算器、
11はバッファメモl八12は信号出力端子である。
Furthermore, by taking four similar blocks centered on the most similar block with the smallest inter-frame error and applying the above method, it is possible to find the amount of movement in which the movement is a non-integer pixel per frame using the weight vector. For example, when predicting the pixel Zij of the current frame based on the arrangement of the pixel Yij of the previous frame as shown in FIG.
It is expressed as a vector adding the distance to the intersection P connecting the points internally divided by the weighting coefficient w(k) (k=1...4).
Furthermore, if similar blocks and weight vectors are found for each block of the current frame and prediction is performed adaptively, the method can be applied to images with complex movements other than parallel movement. Fourth
The figure shows an embodiment of the present invention, in which 1 is a signal input terminal, 2 is a blocking circuit, 3 is a memory, 4 is a similar block detection circuit, 5 is a frame memory, 6 is a prediction coefficient determination circuit, and 7 is a prediction circuit. , 8 is a subtracter, 9 is a quantizer, 10 is an adder,
11 is a buffer memory 18 12 is a signal output terminal.

まずディジタル化されたテレビ信号は信号入力端子1よ
り入力されブロック化回路2でNxn個の画素からなる
ブロックに分割されると同時にメモリ3に類似ブロック
及び予測係数が決定するまで記憶される。
First, a digitized television signal is input through a signal input terminal 1, divided into blocks each consisting of N×n pixels in a blocking circuit 2, and simultaneously stored in a memory 3 until similar blocks and prediction coefficients are determined.

類似ブロック検出回路4において、ブロック化回路2の
出力とフレームメモリ5に記憶されている前フレームの
画素値とによりブロック内差分平均を計算することによ
りm個の類似ブロックを求められる。続いて、予測係数
決定回路6でフレーム差分平均値を用いて予測係数W(
6)が計算され、この係数により予測回路7においてブ
ロック内の各画素値の予測値21jが算出される。予測
値はメモリ3に記憶されている対応する画素Zijから
減算され、その結果が量子化器9で量子化される。量子
化出力は加算器10において予測回路7からの予測値と
加算することによつて局部複号化し、フレームメモリ5
に記憶する。また同時にバッファメモ●川1を経て信号
出力端子12に導びかれる。以上説明したように、本発
明は動きに追随した適応型の予測方式を用いることによ
り、予測効率が高く、画品質の優れた符号化方式を構成
できるからテレビ電話等の高品質、高圧縮符合化方式に
適用できる。
Similar block detection circuit 4 calculates the intra-block difference average using the output of blocking circuit 2 and the pixel values of the previous frame stored in frame memory 5 to find m similar blocks. Next, the prediction coefficient determination circuit 6 uses the frame difference average value to determine the prediction coefficient W(
6) is calculated, and the prediction circuit 7 calculates the predicted value 21j of each pixel value in the block using this coefficient. The predicted value is subtracted from the corresponding pixel Zij stored in the memory 3, and the result is quantized in the quantizer 9. The quantized output is locally decoded by adding it to the predicted value from the prediction circuit 7 in the adder 10, and then stored in the frame memory 5.
to be memorized. At the same time, the buffer memo is led to the signal output terminal 12 via the river 1. As explained above, the present invention uses an adaptive prediction method that follows motion to create a coding method with high prediction efficiency and excellent image quality. It can be applied to the conversion method.

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

第1図は画像の移動が整数画素1フレームであるときの
フレーム間予測に有効な従来の方式を説明するための図
、第2図は本発明の動画像に対する線形結合子測の原理
を説明するための図、第3図は本発明の応用例の1つと
して1フレーム当りの移動量が非整数画素であるような
移動量の検出を説明するための図、第4図は本発明によ
るフレーム間帯域圧縮符号化装置の構成列を示すブロッ
ク図である。 1・・・信号入力端子、2・・・ブロック化回路、3・
・・メモリ、4・・・類似ブロック検出回路、5・・・
フレームメモリ、6・・・予測係数決定回路、7・・・
予測回路、8・・・減算器、9・・・量子化器、10・
・・加算器、11・・・バッファメモ■八12・・・信
号出力端子。
Figure 1 is a diagram for explaining the conventional method effective for interframe prediction when the image movement is one integer pixel frame, and Figure 2 is for explaining the principle of linear combination prediction for moving images according to the present invention. FIG. 3 is a diagram for explaining the detection of the amount of movement in which the amount of movement per frame is a non-integer pixel as one of the application examples of the present invention, and FIG. 4 is a diagram according to the present invention. FIG. 2 is a block diagram showing a configuration sequence of an interframe band compression encoding device. 1...Signal input terminal, 2...Blocking circuit, 3.
...Memory, 4...Similar block detection circuit, 5...
Frame memory, 6... Prediction coefficient determination circuit, 7...
prediction circuit, 8... subtracter, 9... quantizer, 10.
...Adder, 11...Buffer memo ■812...Signal output terminal.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 テレビジョン信号の順次相隣接または近接する二つ
のフレーム内の空間的に対応する位置に複数個の同数の
画素を含む適当な形状のブロックを設定し、前記二つの
フレームのうちの一方である現フレーム内のブロックと
他方である先行フレーム内の対応ブロックおよび前記先
行フレーム内で前記対応ブロックを上下左右に平行移動
して得られる複数個のブロックとの間でフレーム間誤差
を求め、該フレーム間誤差のブロック内積分値の小さい
ものから順にm個のブロックを前記先行フレーム内で類
似ブロックとして選択し、各々の該類似ブロックに対し
て前記フレーム間誤差の積分値で決定される予測係数を
与え、前記現フレームのブロックに含まれる各画素に対
して前記m個の類似ブロック内でそれぞれ対応する位置
にあるm個の画素の画素値からm個のブロックに与えら
れた予測係数を係数とする線形結合で予測を行い、その
予測誤差を符号化することを特徴とするフレーム間符号
化方式。
1. A block of an appropriate shape containing a plurality of the same number of pixels is set at spatially corresponding positions in two sequentially adjacent or close frames of a television signal, and one of the two frames is set. An interframe error is calculated between a block in the current frame, a corresponding block in the other preceding frame, and a plurality of blocks obtained by vertically and horizontally moving the corresponding block in the preceding frame, and Select m blocks as similar blocks in the preceding frame in descending order of the intra-block integral value of the inter-frame error, and assign a prediction coefficient determined by the integral value of the inter-frame error to each similar block. For each pixel included in the block of the current frame, the prediction coefficient given to m blocks from the pixel values of m pixels at corresponding positions in the m similar blocks is defined as a coefficient. An interframe encoding method that performs prediction using a linear combination of
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JPS5459019A JPS5459019A (en) 1979-05-12
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US4218704A (en) * 1979-03-16 1980-08-19 Bell Telephone Laboratories, Incorporated Method and apparatus for video signal encoding with motion compensation
JPS58197983A (en) * 1982-05-14 1983-11-17 Nec Corp Motion compensating inter-frame decoding device

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