JPH0974568A - Movement compensation prediction coding method for moving image - Google Patents
Movement compensation prediction coding method for moving imageInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、画像通信、画像記
録等に利用される画像信号のディジタル圧縮符号化方法
に関し、特に動画像の動き補償予測符号化方法に関す
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a digital compression encoding method for image signals used in image communication, image recording, etc., and more particularly to a motion compensation predictive encoding method for moving images.
【０００２】[0002]
【従来の技術】動画像のディジタル圧縮符号化におい
て、動画像信号の時間冗長性を抑圧する手段として、動
き補償フレーム間予測がしばしば用いられる。2. Description of the Related Art In digital compression coding of moving images, motion-compensated interframe prediction is often used as a means for suppressing temporal redundancy of moving image signals.
【０００３】このフレーム間予測では、通常、符号化対
象画像を符号化単位として１６画素ｘｌ６ライン等の矩
形ブロックに区切り、各ブロックごとに動きを求める対
象となっている符号化単位（以下ブロックと称す）を中
心とする探索範囲を予測参照画像内に設定し、その範囲
内で対象ブロックを平行移動させながら、対象ブロック
と最も類似するブロックを、絶対値差分や差分自乗和等
を評価関数として使用することで探し出し、参照画像と
の相対位置を動ベクトルとして検出し、参照画像を動ベ
クトルぶん平行移動して生成した予測画像と符号化対象
画像との差分（動き補償予測誤差）信号を符号化する。
この動き補償フレーム間予測により動画像のフレーム間
相関は飛躍的に向上し、単純フレーム間予測に比べ大幅
な情報圧縮が得られる。In this inter-frame prediction, an image to be coded is usually divided into rectangular blocks of 16 pixels × 16 lines as a coding unit, and a coding unit (hereinafter referred to as a block) for which motion is to be calculated for each block. The search range centered on (referred to as) is set in the prediction reference image, and while the target block is translated in that range, the block that is most similar to the target block is used as an evaluation function such as absolute value difference or sum of squared differences. By using it, the relative position with respect to the reference image is detected as a motion vector, and the difference (motion compensation prediction error) signal between the prediction image generated by translating the reference image by the motion vector and the encoding target image is encoded. Turn into.
By this motion-compensated inter-frame prediction, the inter-frame correlation of the moving image is dramatically improved, and a large amount of information compression can be obtained as compared with the simple inter-frame prediction.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】前記従来技術における
動き補償予測方法は、１６画素ｘｌ６ライン等の矩形ブ
ロックを１つの剛体とみなし、各ブロックの平行移動の
みを補償するものである。従って、被写体の拡大・縮小
・回転等の変形を補償することは不可能である。すなわ
ち、物体の変形を伴う場合には予測効率が大幅に低下す
るという問題がある。 また、平行移動補償であるた
め、ブロック内に複数の被写体が存在する際、各被写体
が異なる動きを持っていると、ブロックに一組の動ベク
トルのみで動きを記述することはできない。よって、動
き予測が当たらず、予測画像の品質が劣化し、予測誤差
画像の符号化に十分な符号量を割り当てることのできな
い低レート符号化時には、視覚的に大きな妨害となる。The motion compensation prediction method in the prior art described above regards a rectangular block of 16 pixels × 16 lines as one rigid body and compensates only the parallel movement of each block. Therefore, it is impossible to compensate for deformation such as enlargement / reduction / rotation of the subject. That is, there is a problem that the prediction efficiency is significantly reduced when the object is deformed. Further, because of parallel movement compensation, when a plurality of subjects exist in a block and each subject has a different motion, it is not possible to describe the motion in the block with only one set of motion vectors. Therefore, the motion prediction does not hit, the quality of the predicted image deteriorates, and it becomes a large visual hindrance during low-rate coding in which a sufficient code amount cannot be allocated for coding the prediction error image.
【０００５】本発明の目的は、上記問題点を解決し、動
き補償による予測効率が改善される動き補償予測符号化
方法を提供することである。It is an object of the present invention to solve the above problems and provide a motion compensation predictive coding method in which the prediction efficiency by motion compensation is improved.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】本発明の動き補償予測符
号化方法は、符号化対象画像を複数個の符号化単位に分
割し、各符号化単位ごとに符号化対象画像と予測参照画
像との間で動き補償予測を行なう動画像の動き補償予測
符号化方法において、前記符号化単位内の画素単位の動
ベクトル場を表すパターンを作成するステップと、前記
符号化単位ごとの動ベクトルと、前記画素単位の動ベク
トル場を表すパターンから、求められる符号化単位内の
各画素ごとの動ベクトルを用いて動き補償予測を行なう
ステップと、復号器側に前記符号化単位の動ベクトル
と、動ベクトル場パターンを伝送するステップを有す
る。A motion compensation predictive coding method according to the present invention divides a coding target image into a plurality of coding units, and codes a coding target image and a prediction reference image for each coding unit. In a motion-compensated predictive coding method for moving images that performs motion-compensated prediction between, a step of creating a pattern representing a motion vector field in pixel units in the coding unit, and a motion vector for each coding unit, A step of performing motion-compensated prediction using a motion vector for each pixel in the coding unit obtained from the pattern representing the motion vector field in the pixel unit; a motion vector of the coding unit on the decoder side; There is the step of transmitting the vector field pattern.
【０００７】また、前記符号化単位内の画素単位の動ベ
クトル場を表すパターンを作成するステップは、符号化
単位内の画素単位の動ベクトル場を表すパターンを予め
複数作成しておき、それぞれの前記パターンに種別を識
別する符号を与えるステップを有する。In the step of creating a pattern representing a pixel-based motion vector field in the coding unit, a plurality of patterns representing a pixel-based motion vector field in the coding unit are created in advance, and each pattern is created. There is a step of giving a code for identifying a type to the pattern.
【０００８】また、前記復号器側に前記符号化単位の動
ベクトルと、動ベクトル場パターンを伝送するステップ
は、復号器側に符号化単位の動ベクトルと、適用する動
ベクトル場パターンの種別を識別する符号を伝送するス
テップを有する。In the step of transmitting the motion vector of the coding unit and the motion vector field pattern to the decoder side, the motion vector of the coding unit and the type of the motion vector field pattern to be applied are transmitted to the decoder side. There is the step of transmitting the identifying code.
【０００９】[0009]
【発明の実施の形態】従来の平行移動動き補償方法では
効率的に予測できないので、被写体の拡大・縮小・回転
等などの物体の変形や、ブロック内に複数の被写体が異
なる動きを持っている際など、ブロックの動きが平行移
動で表されない場合には、従来の平行移動に加え、付加
情報として動ベクトル場パターンを用いることで、被写
体の動きをより正確に記述することが可能になり、予測
画像の品質を向上させることが可能となり、フレーム間
差分信号の符号化に要する符号量を大幅に削減すること
ができる。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Since the conventional parallel motion compensation method cannot be efficiently predicted, deformation of an object such as enlargement / reduction / rotation of an object, or a plurality of objects having different motions in a block. When the movement of the block is not represented by parallel movement, such as when, the movement of the subject can be described more accurately by using the motion vector field pattern as additional information in addition to the conventional parallel movement. It is possible to improve the quality of the predicted image, and it is possible to significantly reduce the code amount required for coding the inter-frame difference signal.
【００１０】本発明は、符号化対象画像をブロックに分
割し、符号化対象画像と予測参照画像との間の動ベクト
ルをブロックごとに検出するにあたり、あらかじめ、前
記ブロック内の動ベクトル場を記述する複数の動ベクト
ル場パターンを作成し、前記パターンごとにパターンを
識別する符号を決定しておく。次に、動きを求める対象
となっているブロックを中心とする探索範囲を予測参照
画像内に設定し、前記ブロックの平行移動量および動ベ
クトル場パターンから画素単位の動ベクトルを算出し
て、対象ブロックと最も類似する予測画像を、絶対値差
分や差分自乗和等を評価関数として使用し、探し出す。According to the present invention, when the image to be encoded is divided into blocks and the motion vector between the image to be encoded and the prediction reference image is detected for each block, the motion vector field in the block is described in advance. A plurality of motion vector field patterns are created, and a code for identifying the pattern is determined for each of the patterns. Next, a search range centered on the block whose motion is to be obtained is set in the prediction reference image, and a motion vector in pixel units is calculated from the translation amount of the block and the motion vector field pattern to obtain the target. The predicted image most similar to the block is searched for by using the absolute value difference or the sum of squared differences as an evaluation function.
【００１１】さらに対象ブロックと参照画像との相対位
置を動ベクトルとして、評価関数値が最小となったパタ
ーンを動ベクトル場パターンとし、ブロック内の各画素
の予測値として、前記画素単位の動ベクトルぶん平行移
動した位置の輝度値を用いることで、予測画像を作成す
る。Further, the relative position between the target block and the reference image is used as a motion vector, the pattern having the smallest evaluation function value is used as a motion vector field pattern, and the motion vector of each pixel is used as a prediction value of each pixel in the block. A predicted image is created by using the luminance value at the position where the translation is performed.
【００１２】また、複数の動ベクトル場パターンを作成
してライブラリ化し、かつ、それぞれのパターンを識別
する符号を決定しておき、復号器側には、ブロック単位
の動ベクトルと、動ベクトル場パターンを識別する符号
のみを伝送する。付加情報量も低減されることで、予測
効率が改善する。Further, a plurality of motion vector field patterns are created and made into a library, and a code for identifying each pattern is determined, and the decoder side has a motion vector in block units and a motion vector field pattern. Only the code for identifying is transmitted. Since the amount of additional information is also reduced, the prediction efficiency is improved.
【００１３】[0013]
【実施例】以下、図面により本発明の実施例を詳細に説
明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
【００１４】図１は、本発明の一実施例における動画像
の動き補償予測符号化方法の符号器の構成を示す図であ
る。FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an encoder of a motion compensation predictive coding method for a moving image according to an embodiment of the present invention.
【００１５】符号器では、まず初めに符号化対象画像１
が、動ベクトル場パターン２と共に動き検出部３に入力
され、各ブロックごとに動ベクトルと動ベクトル場パタ
ーン符号４が求められる。In the encoder, first, the image to be encoded 1
Is input to the motion detection unit 3 together with the motion vector field pattern 2, and the motion vector and the motion vector field pattern code 4 are obtained for each block.
【００１６】ここで、動ベクトル場パターンの例として
は、図２のものが考えられる。図中実線は符号化対象画
像を示し、点線は参照画像を示す。また、各升目は画素
を表している。簡単のため５Ｘ５で考える。動ベクトル
場Here, as an example of the motion vector field pattern, the one shown in FIG. 2 can be considered. In the figure, the solid line indicates the image to be encoded, and the dotted line indicates the reference image. Further, each square represents a pixel. Consider 5X5 for simplicity. Motion vector field
【００１７】[0017]
【数１】 は、ブロックの拡大を表す動ベクトル場であり、図２
（ａ）に対応する。[Equation 1] Is a motion vector field that represents the expansion of the block, and
It corresponds to (a).
【００１８】また、動ベクトル場Also, the motion vector field
【００１９】[0019]
【数２】 は、ブロックの回転を表す動ベクトル場であり、図２
（ｃ）に対応する。[Equation 2] Is a motion vector field representing the rotation of the block, and
Corresponds to (c).
【００２０】同様に、縮小（図２（ｂ）に対応）や、複
数（図２（ｄ）２つの被写体に対応）の被写体、変形、
など複数の動ベクトル場を定義しておくことが可能であ
るので、複数の動ベクトル場パターンを定義しておき、
どの動ベクトル場パターンであるかを示す符号をそれぞ
れの動ベクトル場パターンに付加しておく。Similarly, reduction (corresponding to FIG. 2B), a plurality of (corresponding to two subjects in FIG. 2D), deformation,
Since it is possible to define multiple motion vector fields, etc., define multiple motion vector field patterns,
A code indicating which motion vector field pattern is added to each motion vector field pattern.
【００２１】また、動ベクトル場パターン２と従来の動
ベクトルを組み合わせることで、画素単位の動ベクトル
を表現することができる。図３は、参照フレームから符
号化対象画像にむけて、拡大しながら移動した場合を示
したものであるが、これは従来の平行移動動き補償では
動きが予測できず、正確に物体の動きを記述するには、
画素単位に動ベクトルを送らなければならない。しか
し、図４に示すように、これを平行移動と拡大の二つの
段階に分け、平行移動ベクトルと、拡大動ベクトル場パ
ターンを用いることで物体の画素単位の動ベクトルで、
予測することが可能になる。すなわち、次式が成立す
る。Further, by combining the motion vector field pattern 2 with a conventional motion vector, a motion vector in pixel units can be expressed. FIG. 3 shows a case where the reference frame moves toward the image to be coded while enlarging, but this cannot predict the motion by the conventional parallel motion compensation, and the motion of the object can be accurately estimated. To describe
The motion vector must be sent in pixel units. However, as shown in FIG. 4, this is divided into two stages of parallel movement and enlargement, and by using the parallel movement vector and the enlargement motion vector field pattern, a motion vector in pixel units of the object,
It becomes possible to predict. That is, the following equation is established.
【００２２】［ブロック単位動ベクトル：ａ十［動ベク
トル場パターン：ｂ］＝画素単位の動ベクトル 求められた、動ベクトルと動ベクトル場パターン符号４
は画素単位動ベクトル生成器５に入力され、画素単位の
動ベクトル６が再び求められ、画素単位動き補償部７
で、動き補償を行い、予測画像８が求められる。[Block unit motion vector: a ten [Motion vector field pattern: b] = Motion vector in pixel unit Motion vector and motion vector field pattern code 4 obtained
Is input to the pixel unit motion vector generator 5, the pixel unit motion vector 6 is obtained again, and the pixel unit motion compensation unit 7
Then, motion compensation is performed to obtain the predicted image 8.
【００２３】復号器側には、動ベクトルと、動ベクトル
場パターン符号４と、符号化対象画像１と予測画像８か
ら減算器９で求められる動き補償予測誤差１０が多重化
して伝送される。The motion vector, the motion vector field pattern code 4, the motion-compensated prediction error 10 obtained by the subtracter 9 from the target image 1 and the predicted image 8 are multiplexed and transmitted to the decoder side.
【００２４】[0024]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
符号化対象画像と符号化参照画像より、動き補償を用い
て予測画像を作成する際に、符号化対象画像中に設定さ
れたブロックごとの動ベクトルとブロック内の動ベクト
ル場を表現する動ベクトル場パターンを用いて、画素単
位の動ベクトルをもとめ、それを用いて動き予測をする
ことで、従来方法の平行移動補償では完全には予測でき
なかった被写体の回転・伸縮・拡大などの動きや、ブロ
ック内に複数の被写体の動きが含まれる場合などを効率
的に予測できるという効果がある。As described above, according to the present invention,
When creating a prediction image using motion compensation from the encoding target image and the encoding reference image, the motion vector for each block set in the encoding target image and the motion vector expressing the motion vector field in the block By using the field pattern to find the motion vector in pixel units and using it to predict motion, motions such as rotation, expansion, and expansion of the subject that could not be predicted completely with the conventional translation compensation can be performed. As a result, there is an effect that it is possible to efficiently predict the case where the motions of a plurality of subjects are included in the block.
【００２５】さらに、あらかじめ複数の動ベクトル場パ
ターンを定義しておくことで、復号器側に付加情報とし
て、どの動ベクトル場パターンを用いるかの符号を送る
だけでよい。Further, by defining a plurality of motion vector field patterns in advance, it suffices to send a code indicating which motion vector field pattern is used as additional information to the decoder side.
【００２６】このように、少ない付加情報量で予測画像
の品質が向上するため、予測誤差信号の符号化に必要な
符号量を抑圧することが可能となり、符号化効率が改善
する。As described above, since the quality of the predicted image is improved with a small amount of additional information, the code amount necessary for coding the prediction error signal can be suppressed, and the coding efficiency is improved.
【図１】本発明の実施例における動き補償予測符号化方
式の符号器の構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an encoder of a motion compensation predictive coding system according to an embodiment of the present invention.
【図２】あらかじめ作成しておき、ライブラリとして持
っておく、動ベクトル場のパターンの例を示す図で、
（ａ）は拡大、（ｂ）は縮小、（ｃ）は回転、（ｄ）は
２つの被写体を示す動ベクトル場パターンの例を示して
いる。FIG. 2 is a diagram showing an example of a pattern of a motion vector field, which is created in advance and held as a library,
(A) shows enlargement, (b) shows contraction, (c) shows rotation, and (d) shows an example of a motion vector field pattern showing two subjects.
【図３】被写体が拡大しながら移動した場合を示してお
り、従来の平行移動補償では、予測できないことを示す
図である。FIG. 3 is a diagram showing a case where a subject moves while enlarging, and is a diagram showing that it cannot be predicted by conventional parallel movement compensation.
【図４】動ベクトル場パターンから求められる、物体の
画素単位の動ベクトルを用いて、物体の動きを予測する
方法を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a method of predicting a motion of an object using a motion vector of a pixel unit of the object, which is obtained from a motion vector field pattern.
１ 符号化対象画像 ２ 画素単位動ベクトル場パターン ３ 動き検出部 ４ ベクトル、動ベクトル場バターン符号 ５ 画素単位動ベクトル生成器 ６ 画素単位動ベクトル ７ 画素単位動き補償 ８ 予測画像 ９ 減算器 １０ 動き補償予測誤差 1 image to be coded 2 pixel-based motion vector field pattern 3 motion detection unit 4 vector, motion vector field pattern code 5 pixel-based motion vector generator 6 pixel-based motion vector 7 pixel-based motion compensation 8 predicted image 9 subtractor 10 motion compensation Prediction error
Claims (3)
分割し、各符号化単位ごとに符号化対象画像と予測参照
画像との間で動き補償予測を行なう動画像の動き補償予
測符号化方法において、 前記符号化単位内の画素単位の動ベクトル場を表すパタ
ーンを作成するステップと、 前記符号化単位ごとの動ベクトルと、前記画素単位の動
ベクトル場を表すパターンから、求められる符号化単位
内の各画素ごとの動ベクトルを用いて動き補償予測を行
なうステップと、 復号器側に前記符号化単位の動ベクトルと、動ベクトル
場パターンを伝送するステップを有することを特徴とす
る動き補償予測符号化方法。1. A motion compensation prediction code for a moving image, in which an encoding target image is divided into a plurality of encoding units, and motion compensation prediction is performed between the encoding target image and a prediction reference image for each encoding unit. In the encoding method, a step of creating a pattern representing a motion vector field in pixel units in the coding unit, a motion vector in each of the coding units, and a code obtained from a pattern representing the motion vector field in pixel units A motion characterized in that it comprises a step of performing motion compensation prediction using a motion vector for each pixel in a coding unit, and a step of transmitting a motion vector of the coding unit and a motion vector field pattern to a decoder side. Compensation predictive coding method.
ル場を表すパターンを作成するステップが、 符号化単位内の画素単位の動ベクトル場を表すパターン
を予め複数作成しておき、それぞれの前記パターンに種
別を識別する符号を与えるステップを有する請求項１記
載の動き補償予測符号化方法。2. The step of creating a pattern representing a motion vector field of a pixel unit in the coding unit includes creating a plurality of patterns representing a motion vector field of the pixel unit in the coding unit in advance, and The motion compensation predictive coding method according to claim 1, further comprising the step of giving a code for identifying a type to the pattern.
トルと、動ベクトル場パターンを伝送するステップが、 復号器側に符号化単位の動ベクトルと、適用する動ベク
トル場パターンの種別を識別する符号を伝送するステッ
プを有する請求項１記載の動き補償予測符号化方法。3. The step of transmitting the motion vector of the coding unit and the motion vector field pattern to the decoder side includes the motion vector of the coding unit and the type of the motion vector field pattern to be applied to the decoder side. The method of motion-compensated predictive coding according to claim 1, comprising the step of transmitting a code for identification.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25200695A JPH0974568A (en) | 1995-09-06 | 1995-09-06 | Movement compensation prediction coding method for moving image |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25200695A JPH0974568A (en) | 1995-09-06 | 1995-09-06 | Movement compensation prediction coding method for moving image |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0974568A true JPH0974568A (en) | 1997-03-18 |
Family
ID=17231260
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25200695A Pending JPH0974568A (en) | 1995-09-06 | 1995-09-06 | Movement compensation prediction coding method for moving image |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0974568A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2020091874A (en) * | 2017-04-21 | 2020-06-11 | ゼニマックス メディア インク．Ｚｅｎｉｍａｘ Ｍｅｄｉａ Ｉｎｃ． | System and method for motion compensation of player input |
-
1995
- 1995-09-06 JP JP25200695A patent/JPH0974568A/en active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2020091874A (en) * | 2017-04-21 | 2020-06-11 | ゼニマックス メディア インク．Ｚｅｎｉｍａｘ Ｍｅｄｉａ Ｉｎｃ． | System and method for motion compensation of player input |
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