JPS6326951B2 - - Google Patents

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JPS6326951B2
JPS6326951B2 JP14421482A JP14421482A JPS6326951B2 JP S6326951 B2 JPS6326951 B2 JP S6326951B2 JP 14421482 A JP14421482 A JP 14421482A JP 14421482 A JP14421482 A JP 14421482A JP S6326951 B2 JPS6326951 B2 JP S6326951B2
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JP
Japan
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vector
output
input
signal
frame
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Application number
JP14421482A
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Japanese (ja)
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JPS5934781A (en
Inventor
Atsumichi Murakami
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP14421482A priority Critical patent/JPS5934781A/en
Publication of JPS5934781A publication Critical patent/JPS5934781A/en
Publication of JPS6326951B2 publication Critical patent/JPS6326951B2/ja
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    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N19/00Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals
    • H04N19/50Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals using predictive coding
    • H04N19/503Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals using predictive coding involving temporal prediction

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Image Processing (AREA)
  • Compression, Expansion, Code Conversion, And Decoders (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は画像信号に対し、連続する画面にお
ける相間を利用して画像信号を高能率符号化(ビ
ツトレートを削減)するフレーム間符号化装置に
関するものである。 従来のこの種のフレーム間符号化装置は第1図
の如く構成されていた。 第1図において、1は減算器、2はスカラー量
子化器、3は加算器、4はフレームメモリであ
る。 今、画面の上方から下方に向けて左から右に順
次ラスター走査される第fフレームの画像入力信
号5のサンプル系列をSf K(ここではKはラスター
走査におけるサンプル系列番号)、前記Sf Kに対す
る1フレーム前のサンプル値から構成される予測
信号6をS^f-1 K、前記画像入力信号5と予測信号6
のフレーム間差分信号7をXf K、前記フレーム間
差分信号7の1サンプル毎のスカラー量子化信号
8をX^f K、前記スカラー量子化信号7と予測信号
6を加算した再生画像信号9をS^f Kとする。 このとき、第1図aの符号化器においては以下
の処理にて画像信号が高能率符号化される。 Xf K=Sf K−S^f-1 K X^f K=Xf K+qf K S^f K=S^f-1 K+X^f K=S^f-1 K+Xf K+qf K すなわち、Sf Kに対し信号電力が減少するフレ
ーム間差分信号Xf Kをその振幅確率分布P(Xf K
に基づき最小歪となるように、レベル数を減じて
スカラー量子化した信号X^f Kを符号化することに
よつて高能率符号化を達成する。qf Kはスカラー量
子化レベルの減少によつて発生する系の量子化雑
音である。 第1図bに示す復号化器においては、送信され
てくるスカラー量子化信号8に基づき S^f K=S^f-1 K+Xf K+qf K の演算を実行し量子化雑音 f Kを含んだ再生画像信
号9をS^f Kとして得る。 以上の如く従来のフレーム間符号化装置は、現
在のフレームの画像信号と同一位置に対応する先
のフレームの画像信号との差分信号を1サンプル
毎にレベル数を減じてスカラー量子化していた。 この方式によると、画像信号がガウス雑音を含
むため、動きのない部分でもフレーム間差分信号
7が所定のレベルで存在するばかりでなく、動き
の多い画像に関する情報発生量がふえるため一定
の伝送レートにおさえて高能率符号化することは
困難である。 この発明は以上の如き欠点を除去するためにな
されたもので、ガウス雑音のじよう乱にも強く、
動きのある画像に対してもはなはだしく符号化効
率が低下することのないように、フレーム間差分
信号をスレツシユホールドを設定してベクトル量
子化するフレーム間符号化装置を提供することを
目的としている。 以下、図面により発明を詳細に説明する。 今、第2図の如く、或る第f−1番目のフレー
ム(テレビジヨンの場合は1フレームは飛び越し
走査する2つのフイールドから構成される)の時
間的に連続する4本の走査線上のサンプルを4×
4個まとめでブロツク化しこれを1つのベクトル
として f-1=[S1、S2……S16f-1と表わす。これ
に対し1フレーム後の第f番目のフレームで f-
と画面上で同一位置に相当するサンプルのブロ
ツクを f=[S1、S2、……、S16fとする。更に、
第fフレームの画線信号ベクトル fから第f−
1フレームの画像信号ベクトル f-1を各要素
(サンプル)毎に減じたフレーム間差分信号の入
力ベクトル f=[X1、X2、……、X16fとする。
このフレーム間差分信号 fを16次元のユークリ
ツド信号空間の中でベクトル量子化することによ
つて高能率符号化を実現する。 第3図に本発明に係るベクトル量子化方式フレ
ーム間符号化装置の一実施例である構成図を示
す。 図中、10はラスター/ブロツク走査変換器、
11はベクトル量子化符号化器、12はベクトル
量子化復号化器、13はブロツク走査フレームメ
モリ、14はブロツク/ラスター走査変換器であ
る。 このフレーム間符号化装置の動作は以下の如く
である。 先づ、第3図aの符号化器において、第fフレ
ームの画像入力信号5はラスター/ブロツク走査
変換器10によつて画面上でラスター走査から第
2図に示すブロツク走査に変換される。ブロツク
走査では画像信号の各サンプルは[S1、S2、…
…、S5、S6、……、S9、S10、……、S13、S14
S15、S16fの順に出力され、このブロツクが画面
上左から右へ、更に、上方から下方へ移行するよ
うに走査される。このブロツク走査画像信号15
は、同様にブロツク走査されてブロツク走査フレ
ームメモリ13から読み出される第f−1フレー
ムの同一位置に相当するブロツク走査予測画像信
号16[S^1、S^2、……、S^16f-1を減じられる。
減算器1ではフレーム間差分信号17をX1、X2
……、X16の順に出力する。こうして得られたフ
レーム間差分信号17は1ブロツク毎にまとめら
れてベクトル量子化符号化器11にて入力ベクト
f=[X1、X2、……、X16fを形成し、16次元
信号空間R16において最小歪となる出力ベクトル
i=[yi1、yi2、……yi16]に変換(写像)される。
この出力ベクトルのインデツクスiがベクトル量
子化符号化器11の出力ベクトル符号化信号18
として送信される。更に、出力ベクトル符号化信
号18はベクトル量子化復号化器12に入力され
出力ベクトル iに変換されyi1、yi2、……yi16の順
に読み出されたベクトル量子化フレーム間差分信
号19となる。このベクトル量子化フレーム間差
分信号19は、前記ブロツク走査予測画像信号1
6と画面上で対応する位置のサンプル毎に加算さ
れ、再生画像信号20としてS^ f=[S^1、S^2、……
S^16fを得る。以上の処理は次式に表わされる。 f fS^ f-1 i f+qf S^ fS^ f-1 iS^ f-1 f+qf ここでqfは16次元信号空間におけるベクトル量
子化雑音である。 第3図bに示す復号化器では、ベクトル量子化
復号化器12と加算器3及びブロツク走査フレー
ムメモリ13にて S^ fS^ f-1 f+qf の演算をし、ベクトル量子化雑音qfを含む再生画
像信号20としてS^f=[S^1、S^2、……、S^16fを得
る。これをブロツク/ラスター走査変換器14を
通して標準のラスター走査に変換すればよい。 次に、フレーム間差分信号17にほどこすベク
トル量子化の原理について簡単に説明する。 今、情報源入力信号系列をK個まとめて入力ベ
クトル=[x1、x2、……、xK]とする。このと
きK次元ユークリツド信号空間RK=(∈RK)の
所定の分割をR1、R2、……、RNとし、各分割の
代表点(例えば重心)のN個のセツトをY=[
2、……、 N]とする。代表点 i=[yi1
yi2……、yiK]を分割Riに含まれる入力ベクトルX
に対応する出力ベクトルとするものをベクトル量
子化という。 ベクトル量子化Qは次式にて定義される。 Q:RK→Y ここで、Ri=Q-1 i)={∈RK:Q()=
Ni=1 Ri=RK、Ri∩Rj=0(i≠j) 上記ベクトル量子化Qは符号化Cと復号化Dの
縦続接続として表わされる。符号化CはRKの中
の出力ベクトルのセツトY=[ 1 2、……、
N)のインデツクスセツトI={1、2、……、
N}へのマツピングであり、復号化DはIからY
へのマツピングである。すなわち C:RK→I、D:I→Y Q=D・C である。ベクトル量子化において前記符号化出力
Iが伝送あるいは記録されることになるため極め
て効率のよい高能率符号化が実現できる。 ベクトル量子化は入力ベクトルの振幅確率分
布P()に偏りがある場合に特に効率が向上す
る。出力ベクトルのセツトYの抽出は、入力ベク
トルの振幅確率分布P()に基づいた入力信号
源のモデルから発生する多数の入力ベクトルを信
号空間RKで入力ベクトルと出力ベクトルの歪
Min d( i)の総和が最小となるように収
束させるクラスタリングを行なえばよい。 入力ベクトルと出力ベクトル iの2次元平
面での配列関係を第4図に示す。 第4図からも推測されるようにベクトル量子化
ではK次元信号空間で最小歪となる出力ベクトル
にマツピングされるためガウス雑音によつて発生
する歪はK次元信号空間内で平均化される効果が
ある。更に、K次元信号空間内で原点に近い出力
ベクトルが発生した場合、これをマスクして、零
ベクトルとすれば情報発生量を制御することが可
能となる。 本発明に係るフレーム間差分信号のベクトル量
子化器の一実施例である符号化器と復号化器の構
成図を第5図及び第6図に示す。 第5図に示すベクトル量子化符号化器におい
て、22は入力ベクトルレジスタ、23はアドレ
スカウンタ、24は出力ベクトルコードテーブ
ル、25は出力ベクトルレジスタ、26は並列減
算器、27は絶対値演算器、28は最大要素歪検
出器、29は最小歪出力ベクトル検出器、30は
インデツクスラツチ、31はスレツシヨルド回路
である。 第6図に示すベクトル量子化復号化器におい
て、32は出力ベクトルシフトレジスタで、第5
図におけるものと同一符号は同一又は相当部分を
示す。 次に、第5図のベクトル量子化符号化器の動作
について説明する。 先づ、第fフレームのフレーム間差分信号17
は16個単位でまとめられて入力ベクトル f
[X1、X2、……、X16fとして入力ベクトルレジ
スタ22にラツチされる。この時点において、ア
ドレスカウンタ23はi=1、2、……、Nまで
順次カウントアツプされ出力ベクトルコードテー
ブル24から出力ベクトル i 1 2、……、
Nの順に読み出し、出力ベクトルレジスタ25
に逐次ラツチされる。出力ベクトルコードテーブ
ル24には、あらかじめ入力ベクトルXfの振幅
確率分布P( f)にもとづいて、最小歪となる16
次元信号空間の出力ベクトルのセツトが原点に近
い順に書き込まれている。すなわち、16次元信号
空間において原点に近い距離にある出力ベクトル
(歪d( i)が小さい出力ベクトル)から順
にi=1、2、……、Nのアドレスに配列してお
く。 順次、読み出され出力ベクトルレジスタ25に
ラツチされた各出力ベクトルレジスタの i
[yi1、yi2、……、yi16]について、入力ベクトル
fと各要素毎に差の絶対値を、並列減算器26
と絶対値演算器27で算出する。この各要素歪の
最大値を入出力ベクトル間の歪d( f i)とし
て最大要素歪検出器28で求める。ここで d( f i)=Max[|xK−yiK|] である。(K=1、2、……、16) 次に、最小歪出力ベクトル検出器29は、前記
歪d( f i)が最小となる出力ベクトルを検出
する。最小歪出力ベクトルと入力ベクトルの最小
歪Dは D=Mind( f i)=Min[Max|XK−yiK|]
となる。この最大歪Dがベクトル量子化雑音であ
る。 最小歪出力ベクトル検出器29は、入出力ベク
トル間の歪が最小となる出力ベクトルを検出し
て、ストローブ信号をインデツクスラツチ30に
送出する。インデツクスラツチ30では各入力ベ
クトル f1に対して最小歪となる出力ベクトル i
のアドレスに対応するインデツクスiがラツチさ
れる。このインデツクスiにスレツシヨルドレベ
ルを設定し、スレツシヨルド回路31で所定のレ
ベルを起えるものはiの値を送出し、超えないも
のは、零ベクトルとして特殊コードを送出する。
このスレツシヨルド回路31の出力を出力ベクト
ル符号化信号18としてベクトル量子化復号化器
に送出する。 第6図のベクトル量子化復号化器においては、
出力ベクトルのインデツクスiと零ベクトルに対
応する特殊コードから構成される出力ベクトル符
号化信号18を所定の出力ベクトルに復号する。
インデツクスラツチ31は出力ベクトルのインデ
ツクスiをラツチし、第5図の符号化器における
ものと同一出力ベクトルのセツトが書き込まれた
出力ベクトルコードテーブル24からインデツク
スiに対応する出力ベクトル iを読み出す。こ
の出力ベクトル i=[yi1、yi2、……、yi16]は出
力ベクトルシフトレジスタ32に並列にラツチさ
れた後、yi1、yi2、……、yi16の順にベクトル量子
化フレーム間差分信号19として直列に出力され
る。また、特列コードが送出されてきたときは、
出力ベクトルシフトレジスタ32にリセツトされ
零ベクトルとして、零を順に16回出力する。 以上の如く、第5図ベクトル量子化符号化器の
スレツシヨルド回路31のスレツシヨルドレベル
を任意に設定し、零ベクトルの特列コードが多数
発生すれば送出符号長が短くなるような伝送路符
号を通信路に設ければ、スレツシヨルドレベルの
制御によつて情報発生量を制御できる。 更にベクトル量子化そのものが多次元信号空間
における量子化を実行するためガウス雑音に強
く、個々のサンプルのフレーム間差分信号に重畳
した雑音成分を平均値し、情報発生量を抑圧する
効果がある。 以上の如く本発明によるベクトル量子化方式フ
レーム間符号化装置では、フレーム間差分信号を
複数個まとめてベクトル量子化し、多次元信号空
間で原点に近い出力ベクトルをスレツシヨルドレ
ベルを設定して抑圧するように構成したので、簡
易な構成で効率の高いフレーム間符号化装置が実
現できる。本装置は商用テレビジヨン、変化部分
静止画伝送、あるいは会議用テレビジヨンの高能
率符号化に適用できる。 なお以上は、フレーム間差分信号の16個のサン
プルをまとめてベクトル量子化する場合について
説明したが、ブロツク化するサンプルの構成方法
は任意である。更に、ベクトル量子化符号化器の
前に、各ブロツクのサンプル値の標準偏差あるい
は偏差の絶対値の中央値で正規化し、ベクトル量
子化復号化器の後で正規化定数を乗じて復元し、
フレーム間の画像信号の振幅変化への追従性をア
ダプテイブに制御することも可能である。この場
合出力ベクトルのセツトは正規化出力ベクトルに
て構成する。 以上のように、本発明に係るベクトル量子化方
式フレーム間符号化装置では、画像信号のフレー
ム間差分信号を複数個まとめて多次元信号空間で
量子化し、原点に近いベクトルをスレツシヨルド
レベルを設定して零ベクトルとするように制御す
る構成としたので、簡易で効率の高い商品質画像
の伝送可能なフレーム間符号化装置を実現できる
効果がある。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an interframe encoding device that highly efficiently encodes an image signal (reduces the bit rate) by utilizing the phase difference between successive screens. A conventional interframe encoding device of this type was constructed as shown in FIG. In FIG. 1, 1 is a subtracter, 2 is a scalar quantizer, 3 is an adder, and 4 is a frame memory. Now, the sample sequence of the image input signal 5 of the f-th frame that is sequentially raster scanned from left to right from the top to the bottom of the screen is S f K (here, K is the sample sequence number in raster scanning), and the above S f The predicted signal 6 composed of sample values of one frame before K is S^ f-1 K , and the image input signal 5 and the predicted signal 6 are
The inter-frame difference signal 7 is X f K , the scalar quantized signal 8 for each sample of the inter-frame difference signal 7 is X^ f K , and the reproduced image signal 9 is the sum of the scalar quantized signal 7 and the prediction signal 6 Let be S^ f K. At this time, in the encoder of FIG. 1a, the image signal is encoded with high efficiency through the following processing. X f K =S f K −S^ f-1 K X^ f K =X f K +q f K S^ f K =S^ f-1 K +X^ f K =S^ f-1 K +X f K +q f K That is, the inter-frame difference signal X f K whose signal power decreases with respect to S f K is expressed as its amplitude probability distribution P (X f K )
High efficiency encoding is achieved by encoding the scalar quantized signal X^ f K by reducing the number of levels so that the distortion is minimized based on . q f K is the quantization noise of the system caused by the decrease in the scalar quantization level. The decoder shown in Figure 1b performs the calculation S^ f K = S^ f-1 K +X f K +q f K based on the transmitted scalar quantized signal 8, and eliminates the quantization noise f K A reproduced image signal 9 containing S^ f K is obtained. As described above, the conventional interframe encoding device scalar quantizes the difference signal between the image signal of the current frame and the image signal of the previous frame corresponding to the same position by reducing the number of levels for each sample. According to this method, since the image signal includes Gaussian noise, not only does the interframe difference signal 7 exist at a predetermined level even in areas with no movement, but also the amount of information generated regarding images with a lot of movement increases, so the transmission rate remains constant. It is difficult to perform high-efficiency encoding while controlling This invention was made to eliminate the above-mentioned drawbacks, and is resistant to disturbances caused by Gaussian noise.
The object of the present invention is to provide an interframe encoding device that vector quantizes an interframe difference signal by setting a threshold so that the encoding efficiency does not drop significantly even for moving images. . Hereinafter, the invention will be explained in detail with reference to the drawings. Now, as shown in Figure 2, samples on four temporally consecutive scanning lines of a certain f-1th frame (in the case of television, one frame consists of two interlaced scanning fields) 4×
The four blocks are grouped together into a block, which is expressed as one vector, S f-1 = [S 1 , S 2 . . . S 16 ] f-1 . On the other hand, in the f-th frame one frame later, S f-
Let S f = [S 1 , S 2 , . . . , S 16 ] f be a sample block corresponding to the same position on the screen as 1 . Furthermore,
From the f-th frame line signal vector S f to the f-
It is assumed that an input vector X f of an inter-frame difference signal obtained by subtracting the image signal vector S f-1 of one frame for each element (sample) = [X 1 , X 2 , . . . , X 16 ] f .
High efficiency encoding is realized by vector quantizing this interframe difference signal X f in a 16-dimensional Euclidean signal space. FIG. 3 shows a block diagram of an embodiment of a vector quantization interframe coding apparatus according to the present invention. In the figure, 10 is a raster/block scan converter;
11 is a vector quantization encoder, 12 is a vector quantization decoder, 13 is a block scan frame memory, and 14 is a block/raster scan converter. The operation of this interframe encoding device is as follows. First, in the encoder of FIG. 3A, the image input signal 5 of the f-th frame is converted on the screen from raster scanning to block scanning as shown in FIG. 2 by a raster/block scan converter 10. In block scanning, each sample of the image signal is [S 1 , S 2 ,...
..., S 5 , S 6 , ..., S 9 , S 10 , ..., S 13 , S 14 ,
S 15 , S 16 ] f are output in this order, and this block is scanned moving from left to right on the screen and then from top to bottom. This block scanning image signal 15
is the block scan predicted image signal 16 [S^ 1 , S^ 2 , ..., S^ 16 ] f corresponding to the same position of the f-1th frame which is similarly block scanned and read out from the block scan frame memory 13. -1 can be subtracted.
The subtracter 1 converts the inter-frame difference signal 17 into X 1 , X 2 ,
..., output in the order of X 16 . The inter-frame difference signals 17 obtained in this way are combined into blocks and sent to the vector quantization encoder 11 to form an input vector X f =[X 1 , X 2 , ..., X 16 ] f , It is transformed (mapped) into an output vector y i =[y i1 , y i2 , .
The index i of this output vector is the output vector encoded signal 18 of the vector quantization encoder 11.
Sent as . Further, the output vector encoded signal 18 is input to the vector quantization decoder 12 and converted into an output vector y i , and the vector quantized inter-frame difference signal 19 is read out in the order of y i1 , y i2 , ... y i16 becomes. This vector quantized inter-frame difference signal 19 is the block scan predicted image signal 1.
6 and are added for each sample at the corresponding position on the screen, and the reproduced image signal 20 is S^ f = [S^ 1 , S^ 2 , . . .
S^ 16 ] Obtain f . The above processing is expressed by the following equation. X f = S fS^ f-1 y i = x f +q f S^ f = S^ f-1 + y i = S^ f-1 + x f + q f , where q f is the 16-dimensional signal space is the vector quantization noise in . In the decoder shown in FIG. 3b, the vector quantization decoder 12, the adder 3, and the block scanning frame memory 13 calculate S^ f = S^ f-1 + x f + q f , and the vector S^ f =[S^ 1 , S^ 2 , ..., S^ 16 ] f is obtained as the reproduced image signal 20 including quantization noise q f . This can be converted to standard raster scan through block/raster scan converter 14. Next, the principle of vector quantization applied to the interframe difference signal 17 will be briefly explained. Now, K information source input signal sequences are put together into an input vector X = [x 1 , x 2 , . . . , x K ]. In this case, let the predetermined divisions of the K-dimensional Euclidean signal space R K = ( X ∈ R K ) be R 1 , R 2 , . = [ y
1 , y 2 , ..., y N ]. Representative point y i = [y i1 ,
y i2 ..., y iK ] is divided into the input vector X included in R i
The output vector corresponding to is called vector quantization. Vector quantization Q is defined by the following equation. Q: R K →Y Here, R i =Q -1 ( y i )={ X ∈R K :Q ( x )= y
i } N U i=1 R i =R K , R i ∩R j =0 (i≠j) The above vector quantization Q is expressed as a cascade connection of encoding C and decoding D. The encoding C is a set of output vectors in R K Y = [ y 1 , y 2 , ...,
y N ) index set I={1, 2, ...,
N}, and the decoding D is mapping from I to Y
This is mapping to. That is, C: R K → I, D: I → Y Q=D・C. Since the encoded output I is transmitted or recorded during vector quantization, extremely efficient high-efficiency encoding can be realized. Vector quantization is particularly efficient when the amplitude probability distribution P( X ) of the input vector X is biased. The extraction of the set Y of output vectors consists of processing a large number of input vectors generated from a model of the input signal source based on the amplitude probability distribution P (
Clustering may be performed to converge so that the sum of Min d( x , y i ) is minimized. FIG. 4 shows the arrangement relationship of the input vector X and the output vector y i on a two-dimensional plane. As can be inferred from Figure 4, in vector quantization, the distortion caused by Gaussian noise is averaged out in the K-dimensional signal space because it is mapped to the output vector that causes the minimum distortion in the K-dimensional signal space. There is. Furthermore, when an output vector close to the origin occurs in the K-dimensional signal space, it is possible to control the amount of information generated by masking it and making it a zero vector. FIGS. 5 and 6 show block diagrams of an encoder and a decoder which are an embodiment of the vector quantizer for interframe difference signals according to the present invention. In the vector quantization encoder shown in FIG. 5, 22 is an input vector register, 23 is an address counter, 24 is an output vector code table, 25 is an output vector register, 26 is a parallel subtracter, 27 is an absolute value calculator, 28 is a maximum element distortion detector, 29 is a minimum distortion output vector detector, 30 is an index latch, and 31 is a threshold circuit. In the vector quantization decoder shown in FIG. 6, 32 is an output vector shift register;
The same reference numerals as those in the figures indicate the same or equivalent parts. Next, the operation of the vector quantization encoder shown in FIG. 5 will be explained. First, the inter-frame difference signal 17 of the f-th frame
is grouped in units of 16 and becomes the input vector X f =
[X 1 , X 2 , . . . , X 16 ] is latched into the input vector register 22 as f . At this point, the address counter 23 sequentially counts up to i=1, 2, ..., N, and outputs the output vector y i from the output vector code table 24 as y 1 , y 2 , ...,
Read in the order of y N , output vector register 25
are sequentially latched. The output vector code table 24 contains 16 vectors that result in the minimum distortion based on the amplitude probability distribution P( X f ) of the input vector X f in advance.
A set of output vectors in the dimensional signal space are written in order of proximity to the origin. That is, in the 16-dimensional signal space, the output vectors are arranged at addresses i=1, 2 , . y i = of each output vector register sequentially read out and latched in the output vector register 25
Regarding [y i1 , y i2 , ..., y i16 ], the input vector X f and the absolute value of the difference for each element are calculated by the parallel subtractor 26
is calculated by the absolute value calculator 27. The maximum value of each element distortion is determined by the maximum element distortion detector 28 as the distortion d( x f , y i ) between the input and output vectors. Here, d( x f , y i )=Max[|x K −y iK |]. (K=1, 2, . . . , 16) Next, the minimum distortion output vector detector 29 detects the output vector that minimizes the distortion d( x f , y i ). The minimum distortion D of the minimum distortion output vector and the input vector is D = Mind ( x f , y i ) = Min [Max | X K − y iK |]
becomes. This maximum distortion D is vector quantization noise. The minimum distortion output vector detector 29 detects the output vector with the minimum distortion between the input and output vectors and sends a strobe signal to the index latch 30. In the index latch 30, the output vector y i that provides the minimum distortion for each input vector X f1
The index i corresponding to the address of is latched. A threshold level is set for this index i, and if the threshold level reaches a predetermined level in the threshold circuit 31, the value of i is sent out, and if it does not exceed it, a special code is sent out as a zero vector.
The output of this threshold circuit 31 is sent as an output vector encoded signal 18 to a vector quantization decoder. In the vector quantization decoder shown in Fig. 6,
The output vector encoded signal 18 consisting of the index i of the output vector and a special code corresponding to the zero vector is decoded into a predetermined output vector.
Index latch 31 latches index i of the output vector and reads output vector y i corresponding to index i from output vector code table 24 filled with the same set of output vectors as in the encoder of FIG. . This output vector y i = [y i1 , y i2 , ..., y i16 ] is latched in parallel to the output vector shift register 32, and then vector quantized frames are converted into vector quantization frames in the order of y i1 , y i2 , ..., y i16 . The difference signal 19 is output in series. Also, when a special code is sent,
It is reset to the output vector shift register 32 and outputs zero in sequence 16 times as a zero vector. As described above, the threshold level of the threshold circuit 31 of the vector quantization encoder shown in FIG. If this is provided in the communication path, the amount of information generated can be controlled by controlling the threshold level. Furthermore, since vector quantization itself performs quantization in a multidimensional signal space, it is resistant to Gaussian noise, and has the effect of suppressing the amount of information generated by averaging the noise components superimposed on the interframe difference signals of individual samples. As described above, the vector quantization type interframe coding device according to the present invention vector quantizes a plurality of interframe difference signals at once, and suppresses the output vector close to the origin in a multidimensional signal space by setting a threshold level. With this configuration, a highly efficient interframe encoding device can be realized with a simple configuration. The device can be applied to high-efficiency encoding of commercial television, variable portion still image transmission, or conference television. Although the case where vector quantization is performed on 16 samples of the inter-frame difference signal at once has been described above, the method of configuring the samples to be blocked may be arbitrary. Furthermore, before the vector quantization encoder, the sample values of each block are normalized by the standard deviation or the median of the absolute values of the deviations, and after the vector quantization decoder, they are restored by multiplying by a normalization constant.
It is also possible to adaptively control the followability to the amplitude change of the image signal between frames. In this case, the set of output vectors consists of normalized output vectors. As described above, in the vector quantization type interframe coding device according to the present invention, a plurality of interframe difference signals of image signals are quantized in a multidimensional signal space, and a vector close to the origin is quantized to a threshold level. Since the configuration is configured such that the vector is set and controlled to be a zero vector, it is possible to realize an interframe encoding device that is simple and capable of transmitting product quality images with high efficiency.

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

第1図は、従来のフレーム間符号化装置で、同
図aは符号化器、同図bは復号化器の構成図、第
2図はラスター走査される画像信号のフレーム間
における画素の配列関係を示す説明図、第3図は
この発明に係るベクトル量子化方式フレーム間符
号化装置の一実施例を示す構成図で同図aは符号
化器、同図bは復号化器を示す図、第4図はベク
トル量子化における入出力ベクトルの関係を示す
説明図、第5図はベクトル量子化符号化器の一実
施例を示す構成図、第6図はベクトル量子化復号
化器の一実施例を示す構成図である。 図中、1は減算器、2はスカラー量子化器、3
は加算器、4はフレームメモリ、10はラスタ
ー/ブロツク走査変換器、11はベクトル量子化
符号化器、12はベクトル量子化復号化器、13
はブロツク走査フレームメモリ、14はブロツ
ク/ラスター走査変換器、22は入力ベクトルレ
ジスタ、23はアドレスカウンタ、24は出力ベ
クトルコードテーブル、25は出力ベクトルレジ
スタ、26は並列減算器、27は並列絶対値演算
器、28は最大要素歪検出器、29は最小歪出力
ベクトル検出器、30はインデツクスラツチ、3
1はスレツシヨルド回路、32は出力ベクトルシ
フトレジスタである。なお、図中同一符号は同
一、又は相当部分を示す。
Fig. 1 shows a conventional interframe encoding device, in which a is a block diagram of an encoder, b is a block diagram of a decoder, and Fig. 2 is a pixel arrangement between frames of a raster-scanned image signal. An explanatory diagram showing the relationship, and FIG. 3 is a block diagram showing an embodiment of the vector quantization type interframe encoding device according to the present invention, where a is a diagram showing an encoder and FIG. 3 is a diagram showing a decoder. , Fig. 4 is an explanatory diagram showing the relationship between input and output vectors in vector quantization, Fig. 5 is a block diagram showing an embodiment of a vector quantization encoder, and Fig. 6 is an illustration of an example of a vector quantization decoder. FIG. 2 is a configuration diagram showing an example. In the figure, 1 is a subtracter, 2 is a scalar quantizer, and 3
is an adder, 4 is a frame memory, 10 is a raster/block scan converter, 11 is a vector quantization encoder, 12 is a vector quantization decoder, 13
is a block scan frame memory, 14 is a block/raster scan converter, 22 is an input vector register, 23 is an address counter, 24 is an output vector code table, 25 is an output vector register, 26 is a parallel subtracter, and 27 is a parallel absolute value. 28 is a maximum element distortion detector, 29 is a minimum distortion output vector detector, 30 is an index latch, 3
1 is a threshold circuit, and 32 is an output vector shift register. Note that the same reference numerals in the figures indicate the same or equivalent parts.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 入力される画像信号を常時少なくとも1フレ
ーム分記憶するフレームメモリと、入力信号系列
をK個(Kは複数)毎にまとめてブロツク化した
最新の画像信号が入力されたとき前記記憶部から
その1フレーム前の画面上で同一位置に対応する
位置のブロツク化された1フレーム前予測信号を
読み出しフレーム間差分信号系列を算出する減算
器と、前記フレーム間差分信号系列をK個毎にま
とめて入力ベクトルとし、この入力ベクトルの全
てが含まれるK次元信号空間RKの中の所定数の
代表点、すなわちあらかじめ最適な配列となるよ
うに選ばれた出力ベクトルのセツトの中から入出
力ベクトル間の歪(K次元信号空間での距離)が
最小となる出力ベクトルの識別コードに入力ベク
トルを符号化すると共に、最小歪出力ベクトルが
K次元信号空間で設定値よりも原点に近い距離に
ある場合は零ベクトルの識別コードに符号化して
最小歪出力ベクトルのコードを送出するベクトル
量子化符号化器と、前記最小歪出力ベクトルのコ
ードから相当する出力ベクトルに復号化し、上記
出力ベクトルのブロツクをベクトル量子化フレー
ム間差分信号系列として順次出力するベクトル量
子化復号器と、前記ベクトル量子化フレーム間差
分信号系列と前記フレームメモリから読み出され
る画面上同一位置のブロツクの1フレーム前予測
信号系列を順次加算してベクトル量子化雑音を含
む最新の画像信号を再生し、該再生画像信号系列
を前記フレームメモリに書き込ませるように出力
する加算器とを備えたことを特徴とするベクトル
量子化方式フレーム間符号化装置。 2 ベクトル量子化に際し、出力ベクトルのセツ
トをK次元信号空間RKの原点に近い順に出力ベ
クトルコードテーブルメモリに書き込んだ出力ベ
クトルコードテーブルメモリと、前記出力ベクト
ルと入力ベクトルの各要素間の差の絶対値が最小
となる出力ベクトルを最小歪(最短距離)出力ベ
クトルとする最小歪出力ベクトル算出部と、前記
最小歪出力ベクトルの前記出力ベクトルコードテ
ーブルメモリにおけるアドレスを最小歪出力ベク
トルの識別コードとすると共に、前記最小歪出力
ベクトルのアドレスが所定値以下の場合、零ベク
トルの識別コードを符号化出力とするベクトル量
子化符号化器とを備えたことを特徴とする特許請
求の範囲第1項記載のベクトル量子化方式フレー
ム間符号化装置。
[Claims] 1. A frame memory that always stores at least one frame of an input image signal, and the latest image signal obtained by grouping the input signal series into K blocks (K is plural) is input. a subtracter that reads out a block-formed one-frame previous prediction signal at a position corresponding to the same position on the screen one frame before from the storage unit and calculates an inter-frame difference signal sequence; A set of output vectors selected in advance so as to have an optimal arrangement, that is, a predetermined number of representative points in a K-dimensional signal space R K that includes all K vectors, is set as an input vector. The input vector is encoded into the identification code of the output vector that minimizes the distortion (distance in the K-dimensional signal space) between the input and output vectors, and the minimum distortion output vector is closer to the origin than the set value in the K-dimensional signal space. If the distance is close to a vector quantization decoder that sequentially outputs blocks of output vectors as vector quantized inter-frame difference signal sequences; A vector comprising an adder that sequentially adds predicted signal sequences to reproduce the latest image signal including vector quantization noise, and outputs the reproduced image signal sequence so as to be written in the frame memory. Quantization interframe coding device. 2. During vector quantization, a set of output vectors is written into the output vector code table memory in order of proximity to the origin of the K-dimensional signal space RK , and the difference between each element of the output vector and input vector is a minimum distortion output vector calculation unit that determines an output vector with a minimum absolute value as a minimum distortion (shortest distance) output vector; and an address in the output vector code table memory of the minimum distortion output vector as an identification code of the minimum distortion output vector. and a vector quantization encoder that outputs an identification code of a zero vector as an encoded output when the address of the minimum distortion output vector is less than or equal to a predetermined value. The vector quantization interframe encoding device described above.
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