KR890000335B1

KR890000335B1 - Pricitor for image data transmission

Info

Publication number: KR890000335B1
Application number: KR1019850010084A
Authority: KR
Inventors: 우영섭
Original assignee: 주식회사 금성사; 허신구
Priority date: 1985-12-31
Filing date: 1985-12-31
Publication date: 1989-03-14
Also published as: KR870006732A

Abstract

The system prevents noises occurring on compressing band width for image information and improves the guality of images in transmission. A digital image signal input (1) connects to scan converter (2) whose output connects to delay unit (3) and optimum prediction detector (10), the output of delay unit (3) connecting via subtracter (4) and encoder (5) to quantizer (6) whose output connecting to variable word length encoder (11) and adder (7), whose output connecting to frame delay (8) connecting in turn via its output to prediction signal generator (9) and optimum prediction detector (10), whose output connecting to generator (9) and encoder (11), the output of (9) connecting to subtracter (4) and adder (7).

Description

Predictive coding device for image transmission

제1도는 본 발명 장치의 작동 상태를 나타낸 유통도.1 is a flow chart showing the operating state of the device of the present invention.

제2도는 종래 장치의 개략구성도.2 is a schematic configuration diagram of a conventional apparatus.

제3도는 본 발명 장치의 구성도.3 is a block diagram of an apparatus of the present invention.

제4a-g도는 제3도 각 부분의 상세 회로도.4a-g are detailed circuit diagrams of respective parts of FIG. 3;

본 발명은 광대역의 화상신호를 협대역의 통신선을 통해 전송시킬때 필요한 고도의 화상정보 대역 압축장치의 예측 부호화 장치에 관한 것으로서, 특히 화상정보 대역 압축시 발생되는 잡음을 방지할 수 있으며, 전송화상의 고품질화를 이룩할 수 있는 예측 부호화장치에 관한 것이다. 종래에는 제2도에서와 같이 화상입력(31)에 입력된 영상신호는 이전프레임의 동일 위치점을 프레임메모리 (36)로부터 읽어내어 그들간의 시간상의 차이치를 감산기(32)에서 취출한다. 감산기(32)에서 취출된 차이치 신호는 부호변환기(33)에서 더욱 정보압축된 후 양자기 (34)에서 양자화되고 버퍼(38)로 전송된다. 또한 양자화된 차이치 신호는 가산기 (35)에서 프레임 메모리(36)로 부터의 이전 프레임 정보치 신호와 합하여져서 현제 프레임을 구성하여 프레임 메모리(36)에 저장되는 한편, 감산기(32)에 전송되는 순환루프를 형성하고 있으나, 감산기(32)에 입력되는 예측신호는 단순히 이전프레임의 현프레임과 동일위치상의 점이었으므로 화상의 움직임이 큰경우 시간상 두점사이의 상관도가 적어서 그 차이치가 비교적 크게되어 잔흔들림(jerkiness)과 흐미해짐(Blurr)등의 화질열화와 같은 잡음이 발생될뿐 아니라 원하는 만큼의 우수한 정보압축 및 화상예측이 어렵다는 단점이 있게된다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a predictive encoding apparatus of a highly image information band compression apparatus required for transmitting a wideband image signal through a narrow band communication line. In particular, the present invention can prevent noise generated when compressing image information bands. The present invention relates to a predictive encoding device capable of achieving high quality of. Conventionally, as shown in FIG. 2, the video signal inputted to the image input 31 reads out the same position point of the previous frame from the frame memory 36 and extracts the difference in time between them from the subtractor 32. The difference signal extracted by the subtractor 32 is further compressed by the code converter 33, quantized by the quantizer 34, and transmitted to the buffer 38. The quantized difference signal is also added to the previous frame information value signal from the frame memory 36 in the adder 35 to form the current frame and stored in the frame memory 36, while being transmitted to the subtractor 32. Although the cyclic loop is formed, the predictive signal input to the subtractor 32 is simply a point on the same position as the current frame of the previous frame. Therefore, when the motion of the image is large, the correlation between the two points in time is small and the difference is relatively large. Not only noise, such as image quality deterioration such as jerkiness and blur, is generated, but also there is a disadvantage in that excellent information compression and image prediction as desired are difficult.

따라서 본 발명에서는 종래의 단점을 없이하도록 시간상 두점사이의 상관도를 크게하기 위한 움직임 방향의 트래킹 장치와 움직임 부분에 대한 블록구성도출에 의한 정보 압축장치를 설치하여 블록구성에 의한 움직임 변위예측과 이 예측치에 의한 부호화를 할 수 있도록하여 전송 정보량을 압축시킬수 있어 협대역 전송선으로도 화상정보를 전송할 수 있게하며, 또한 화상의 움직임에 대한 정확한 예측을 가능하게 하여서 종래장치에서 문제되는 잔흔들림과 흐미해짐등의 화질열화와 같은 잡음을 제거할 수 있는 예측부호화 장치를 제공하는 것을 목적으로하며, 이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.Therefore, in the present invention, the motion displacement prediction and the motion displacement prediction according to the block configuration are provided by installing a tracking device in the direction of movement to increase the correlation between two points in time and an information compression device by deriving the block configuration for the moving part so as to eliminate the conventional disadvantages. By encoding by the predictive value, the amount of transmission information can be compressed, so that image information can be transmitted through narrowband transmission lines, and also accurate prediction of the movement of the image can cause blurring and blurring in the conventional apparatus. An object of the present invention is to provide a predictive encoding apparatus capable of removing noise such as deterioration of image quality. The present invention will now be described in detail with reference to the accompanying drawings.

우선 제1도에는 본 발명에서 움직임 볼록구성을 하기 위한 움직임 모드 검출유통도가 도시되어 있다. 단계(1)에서는 현재 입력블록과 프레임 메모리에 저장되어 있던 이전프레임의 동일위치 블록을 비교하여 그 오차(차이치 : FD)를 검출하고, 단계(2)에서는 그 대상프레임 차이값을 임계치(레벨3/255)와 비교한후 차이치(FD)가 3보다 작으면 차이가 없는 배경부분으로 간주하며 이전 프레임정보를 그대로 사용하고 현재 정보는 전송하지 않으며, 만약 차이치가 3보다 크거나 같으면 이것은 움직임이 있는 부분으로 간주하고 단계(3)에서 시간상의 두 프레임의 블록 탐색 윈도우(4×4)중의 2×2블록 7개중에서 가장 상관도가 높은 블록을 2×2화소단위 (Pel wise)로 연산하여 찾아낸다. 이러한 움직임 트래킹으로 예측한 블록과 현재의 블록을 단계(4)에서 비교하고 그 차이값인 BFD(변위프레임차이)를 다시 전과같이 임계치로 비교하며 DFD<3 이면 이 블록은 본 발명에 의하여, 움직임 보상처리된 블록으로서 그 블록변위 벡터와 그 차이치 DFD 를 부호기측에 전송하고, DFD≥3 이면 이 움직임 부분은 움직임 보상처리될수 없는 신생블록으로서 그 FD치를 그대로 부호기측에 전송한다. 단계(11)에서는 이들 3가지 부분 신호 즉, 배경, 신생블록, 움직임 보상블록을 멀티플렉싱하여 부호를 영상신호의 라플라스(Laplace)분포에 근거하여 통계적으로 압축하여서 전송한다.First, FIG. 1 shows a motion mode detection flow chart for forming a convex motion in the present invention. In step (1), the current input block is compared with the same position block of the previous frame stored in the frame memory, and the error (difference: FD) is detected. In step (2), the target frame difference value is thresholded (level). 3/255), if the difference value (FD) is less than 3, it is regarded as the background part without difference, and the previous frame information is used as it is, and the current information is not transmitted. And the most highly correlated block of 7 2x2 blocks in the block search window (4x4) of two frames in time in step (3) in 2x2 pixel units (Pel wise). Find out. The block predicted by this motion tracking is compared with the current block in step (4), and the difference value BFD (displacement frame difference) is compared again with a threshold value as before. If DFD <3, the block is moved according to the present invention. The block displacement vector and its difference value DFD are transmitted to the encoder side as a compensated block, and if DFD≥3, this moving part is a new block that cannot be motion compensated and transmits its FD value to the encoder side as it is. In step 11, these three partial signals, that is, a background, a new block, and a motion compensation block, are multiplexed, and the code is statistically compressed based on the Laplace distribution of the video signal.

이제 제3도를 참조하면 본 발명장치의 주요구성은 제1도의 설명중 단계(1, 2, 3, 4, 7, 10, 11)에 해당되는 것으로서 디지탈 영상신호 입력(1)을 주사변환기(2)에 연결하고, 주사변환기(2)의 출력은 지연기(3)와 최적예측검출기(10)에 연결하며, 지연기(3)의 출력은 감산기(4)와 부호화기(5)를 통하여 양자기(6)에 연결하고, 양자기(6)의 출력은 가변워드길이부호기(11)와 가산기(7)에 연결하며, 가산기(7)의 출력은 프레임지연기(8)에 연결하되 프레임지연기(8)의 출력은 예측신호발생기(9)와 최적예측검출기(10)에 연결하고, 최적예측검출기(10)의 출력은 예측신호발생기(9)와 가변워드길이 부호기(11)에 연결하되 예측신호발생기(9)의 출력은 감산기(4)와 가산기(7)에 연결하여된 구성으로서 이러한 구성의 작용효과는 다음과 같다. 입력(1)에 입력된 디지탈 영상 입력은 주사변환기(2)에서 TV주사로 변환하여 2×2(펄×라인)의 블록단위로 구성된다. 2×2블록신호는 최적 예측검출기(10)에 입력되어 프레임지연기(8), 예측신호발생기(9), 최적예측검출기(10)에서 움직임에 대한 최적의 예측블록을 만들어서 감산기(4)로 가해진다. 또한 프레임 지연기(8), 예측신호발생기(9), 최적 예측신호검출기(10)의 처리시간동안 블록지연되어, 감산기(4)로 가해져서 변위프레임차이(DFD)신호를 만들게 된다. 이 신호는 종래의 화상 예측보다 크기가 작으면서도 움직임에 충실한 화상예측이 되는 것이다. 감산기(4)에서 만들어진 DFD 신호는 부호화기(5)에서 DFD 신호들중 비상관 부분만을 추출하여 정보량을 압축시켜 이를 양자화기(6)로 부호화한후 멀티플랙서로된 가변워드길이 부호기(11)로 최적예측검출기(10)에서 예측된 최적블록의 변위 벡터와 함께 라플라스 분포에 의해 통계적 부호화되어 전송된다.Referring now to FIG. 3, the main configuration of the apparatus of the present invention corresponds to steps 1, 2, 3, 4, 7, 10, and 11 of the description of FIG. 2), and the output of the scan converter 2 is connected to the delayer 3 and the best predictive detector 10, and the output of the delayer 3 is positively passed through the subtractor 4 and the encoder 5. The output of the quantizer 6 is connected to the variable word length encoder 11 and the adder 7, and the output of the adder 7 is connected to the frame delay unit 8, but the frame delay The output of the generator 8 is connected to the prediction signal generator 9 and the best prediction detector 10, and the output of the best prediction detector 10 is connected to the prediction signal generator 9 and the variable word length encoder 11, The output of the predictive signal generator 9 is connected to the subtractor 4 and the adder 7, and the effect of such a configuration is as follows. The digital image input input to the input 1 is converted into a TV scan in the scanning converter 2 and is configured in block units of 2 x 2 (pearl x line). The 2 × 2 block signal is input to the optimal predictive detector 10 to generate an optimal predictive block for motion in the frame delay unit 8, the predictive signal generator 9, and the optimal predictive detector 10 to the subtractor 4. Is applied. In addition, the block delay is delayed during the processing time of the frame delay unit 8, the predictive signal generator 9, and the optimum predictive signal detector 10, and is applied to the subtractor 4 to produce a displacement frame difference (DFD) signal. This signal is smaller in size than conventional image prediction, but becomes image prediction faithful to movement. The DFD signal produced by the subtractor 4 extracts only the uncorrelated portion of the DFD signals from the encoder 5, compresses the amount of information, encodes it with the quantizer 6, and then converts the variable word length encoder 11 into a multiplexer. The prediction vector is statistically coded and transmitted by Laplace distribution together with the displacement vector of the optimal block predicted by the best prediction detector 10.

한편 양자화된 DFD는 가산기(7)에서 이전 프레임값과 더해져서 현재의 프레임을 복원하여 프레임 지연기(8)에 저장시킨다. 저장된 신호는 다음 프레임 신호가 들어오면 이를 예측 신호 발생기(9) 최적 예측 신호 검출기(10)에 가해져서 최적예측블록을 발생시키는 순환궤환루프를 형성하게 된다.On the other hand, the quantized DFD is added with the previous frame value in the adder 7 to restore the current frame and store it in the frame retarder 8. The stored signal is applied to the predictive signal generator 9 and the optimal predictive signal detector 10 when the next frame signal is input to form a cyclic feedback loop that generates an optimal predictive block.

제4도 a에서는 주사변환기(2)의 상세회로가 도시되어 있다. 즉, 입력(1)에서의 영상신호는 라인 메모리(21-24)로서 라인별로 차례로 입력되어 그 메트릭스화된 픽셀(화소)들을 제4도 b와같이 멀티플렉서(25)의 어드레스에 의해 2×2로 읽어낸다. 라인메모리(21, 22 및 23, 24)는 서로 교번적으로 해독, 기록을 하여 입력되는 TV라인 신호와 같은 지연으로 블록을 구성하게 한다. 제4도 b는 만들어진 2×2 블록을 탐색할 조사면적으로서 4×4면적 내지 2×2블록윈도우의 구성 가능블록은 7개이고, 그 블록들간의 변위벡타가 도시되어 있다. 최적예측 블록을 찾은 경우 그 블록의 정보와 함께 벡타(X,Y)를 함께 전송하게 된다.4, a detailed circuit of the scan converter 2 is shown. That is, the video signal at the input 1 is input to each line as the line memories 21-24, and the matrixed pixels (pixels) are 2x2 by the address of the multiplexer 25 as shown in FIG. Read with The line memories 21, 22, 23, and 24 alternately decode and write each other to form blocks with the same delay as the input TV line signal. FIG. 4B shows seven configurable blocks of the 4 × 4 area to the 2 × 2 block window as the irradiation area for searching the created 2 × 2 block, and the displacement vectors between the blocks are shown. When the best prediction block is found, the vector (X, Y) is transmitted together with the information of the block.

제4도 c는 최적 예측블록 검출기(10)의 상세회로로서 프레임지연기(8)의 병렬라인을 통해 입력된 이전프레임의 블록신호가 산술유니트(101-104)를 통해 각각 정보의 최적 위치를 측정하고, 이 신호를 플랙신호발생기(12)에서 파워스펙트랄로 얻은후 9가지의 래치 블록들중 각 하나씩의 변위벡타에 대응하는 오차 에너지를 가산기(105)로 얻어낸다. 이러한 하나의 변위 벡터에 대한 블록의 오차 에너지는 비교기(106)에서 이전의 연산 결과와 비교되어 최소블록을 선택하게 되고, 대치된 보다작은 오차신호를 블록(109)에 가해서 최적예측블록을 결정해 낸다. 블록(109)에 저장된 오차신호는 궤환되어 블록(108)에 가해져서 예측변위 벡터 9가지를 차례로 산술유니트(101-104)에 가해주어 모든 경우에 대한 블록조사를 하고 한번 최적 결정된 변위벡타를 블록(109)에 전송한다. 비교기(101)로는 이전프레임 메모리로부터 입력블록에 대응하는 3블록(4×4)을 구성하여 이를 산술유니트에 가해주어 조사영역내의 가장 적합한 예측블록(2×2)를 찾도록 한다.FIG. 4C is a detailed circuit of the optimal predictive block detector 10. The block signal of the previous frame inputted through the parallel line of the frame delay unit 8 determines the optimal position of each information through the arithmetic units 101-104. The signal is obtained as a power spectrum in the flag signal generator 12 and the error energy corresponding to the displacement vector of each one of the nine latch blocks is obtained by the adder 105. The error energy of the block for this one displacement vector is compared with the previous calculation result in the comparator 106 to select the minimum block, and to apply the replaced smaller error signal to the block 109 to determine the optimal predicted block. Serve The error signal stored in the block 109 is fed back to the block 108, and the nine predictive displacement vectors are sequentially applied to the arithmetic units 101-104 to perform block investigation for all cases, and once the optimally determined displacement vector is blocked. To 109. The comparator 101 configures three blocks (4x4) corresponding to the input block from the previous frame memory and applies them to an arithmetic unit to find the most suitable prediction block (2x2) in the irradiation area.

제4도 d는 제4도 c중 산술유니트에 대한 상세회로를 표시하고 있다. 프레임 지연기(8)에서 입력된 4×4의 이전프레임의 조사영역정보는 상수벡타 발생기 (101d)로부터의 변위벡타에 의해 해당변위 블록을 읽어내어 감산기 (12a)에 가해준다. 이 신호는 볼록(107)에서 입력된 현재의 2×2블록과 비교되고 그 차이치가 감산기(12b)를 거쳐 가산기(105)로 축적된다. 블록(108)에는 예측블록 지정기로부터 다음 블록영역 (4×4)어드레스를 가해주어 4×4의 조사 윈도우 영역을 구성한다. 어드레스디코더에는 29개의 4×4블록 지정능력을 가지므로 2k×l비트 RAM을 억세스 할 수 있는 능력을 갖는다. 플렉신호발생기(12)는 조사영역내의 비교가능 블록들과 현블록과의 차이를 검출하여 가산기(105)에 전송하고, 가산기(105)에서는 이중 최소 오차에너지를 갖는 최적 변위블록과 벡타를 검출해서 정확한 예측을 가능하게 한다.4 d shows a detailed circuit of the arithmetic unit in FIG. 4 c. The irradiation area information of the 4x4 previous frame input from the frame delay unit 8 reads the corresponding displacement block by the displacement vector from the constant vector generator 101d and applies it to the subtractor 12a. This signal is compared with the current 2x2 block input at the convex 107 and the difference is accumulated in the adder 105 via the subtractor 12b. In block 108, the next block area (4x4) address is applied from the predictive block designator to form a 4x4 irradiation window area. The address decoder has 29 4x4 block designations, allowing access to 2kxl bit RAM. The flex signal generator 12 detects the difference between the comparable blocks and the current block in the irradiation area and transmits the difference to the adder 105. The adder 105 detects the optimum displacement block and the vector having the double minimum error energy. Make accurate predictions possible.

제4도 e는 예측 블록발생기(9)의 회로로서 프레임지연기(8)에서 입력되는 국부 디코더된 신호를 2차원 메모리(91)에 저장한다. 저장된 조사영역블록은 최적예측블록 검출기(10)로부터 가해지는 최적블록에 대한 정보를 레지스터(92)로부터 받아서 변위벡타에 의해 해당블록 화소정보를 감산기(4)로 출력시켜 DFD 값을 만들게 한다.FIG. 4E is a circuit of the predictive block generator 9 and stores the local decoded signal input from the frame delay unit 8 in the two-dimensional memory 91. The stored irradiation area block receives information on the optimum block applied from the best predictive block detector 10 from the register 92 and outputs the corresponding pixel information of the block to the subtractor 4 by the displacement vector to make the DFD value.

제4도 f는 위에서 설명된 방법을 실제 TV 영상 움직임예측에 적용시킨 구성으로서 최적예측블록검출기(10)의 구성중 블록(l0b)에는 프레임지연기(8)로부터 3가지의 조사볼록(2×2)이(이전 프레임의 현동일위치, 이전프레임의 움직임전의 블록 및 현재 예측된 블록)주어진다.4 is a configuration in which the above-described method is applied to the actual TV video motion prediction. In block 10b of the optimal prediction block detector 10, three irradiation convex blocks (2x) from the frame delay unit 8 are included. 2) (the same position of the previous frame, the block before the movement of the previous frame, and the currently predicted block).

3가지 선택된 블록은 각각 병렬로 자동회로(10a)에 입력되고 각블록들에 대한 축적 오차에너지를 ROM (10C, l0C')에 가해준다. ROM(l0C)에서는 3블록중 최적 블록을 선택하여 이에대한 정보를 블록(l0b)에 공급하여 현예측블록을 구성하게 한다. 또한 ROM (l0C')에서는 선택된 최종의 최적예측블록을 예측블록 발생기(9)에 전송하여 이전프레임에서 최적의 2×2예측블록을 구성하여 감산기(4)에 가해서 DFD 신호를 만든다. 또한 그 블록에 대한 움직임 변위 벡타

를 부호화하여 가변워드길이 부호기(11)에 입력시켜 DFD 신호와 전송한다.Each of the three selected blocks is input to the automatic circuit 10a in parallel and applies the accumulated error energy for each block to the

ROMs

10C and 10C '. The ROM 10C selects an optimal block among the three blocks and supplies information about the optimal block to the block 10b to configure the current prediction block. In addition, the ROM (10C ') transmits the selected final best prediction block to the prediction block generator 9 to form an optimal 2x2 prediction block in the previous frame, and adds it to the subtractor 4 to generate a DFD signal. Also the motion displacement vector for that block

Is encoded and input to the variable word length encoder 11 to be transmitted with the DFD signal.

제4도 g에서는 제4도 f에서의 자동회로(10a)에 대한 상세구성으로서 주사변환기(2)에서 현재의 블록이 병렬로 입력되어 프레임 지연기(8)와 블록(l0b)로부터 입력되는 3가지 블록신호와 감산기(a-1)에서 오차를 추출한다. 이 오차신호는 소자(a-2)에서 요약되어 임계소자(a-3)를 통해 오차에너지

임계(3)인 경우만 "1"(또는"0")을 축적기 (a-4)에 전송하고 각블록에 대하여 비교축적된 오차 에너지들은 블록선택기 (10-c,10-c')에서 비교되어 이를 최소로 하는 최적블록을 출력시키게 되는 것이다.In FIG. 4 g, as a detailed configuration of the automatic circuit 10a in FIG. 4 f, the current block is input in parallel in the

scan converter

2, and 3 is input from the frame delay unit 8 and the block l0b. The error is extracted from the branch block signal and the subtractor a-1. This error signal is summarized in element (a-2) and the error energy through the critical element (a-3).

Only in the case of threshold 3, " 1 " (or " 0 ") is transmitted to accumulator a-4 and the error energies compared for each block are stored in the block selector 10-c, 10-c '. It compares and outputs the best block that minimizes this.

이상에서 설명된 바와같이 본 발명에 의하면 광통신 선로로서만 전송가능하던 TV 화상전송을 기존일반 데이타 선로로서도 전송할 수 있어 전송요금이 대폭 절감되는 것이고, 프레임내의 움직임 축적예측에 의해 화상의 움직임을 정확히 예측할 수 있게하여 번쩍거림(잔흔들림)이나 흐려짐등의 현상을 없이 할 수 있는 것이다.As described above, according to the present invention, TV image transmission, which can only be transmitted as an optical communication line, can be transmitted as an existing general data line, thereby greatly reducing the transmission fee, and accurately predicting the movement of an image by predicting motion accumulation in a frame. By doing so, it is possible to avoid phenomena such as flickering or blurring.

Claims

The digital video signal input 1 is connected to the scan converter 2, the output of the scan converter 2 is connected to the delay unit 3 and the best predictive detector 10, and the output of the delay unit 3 is a subtractor. (4) and the encoder (5) is connected to the quantizer (6), the output of the quantizer (6) is connected to the variable Weed length encoder 11 and the adder (7), the output of the adder (7) It is connected to the frame delay unit 8, the output of the frame delay unit 8 is connected to the prediction signal generator 9 and the best prediction detector 10, the output of the best prediction detector 10 is the prediction signal generator 9 And a prediction signal generator (9) connected to the output of the predictive signal generator (9) connected to a subtractor (4) and an adder (7).