JP2003070003A - 動き補償フレーム間予測符号化方法／復号化方法および動き補償フレーム間予測符号化／復号化装置 - Google Patents

動き補償フレーム間予測符号化方法／復号化方法および動き補償フレーム間予測符号化／復号化装置

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JP2003070003A
JP2003070003A JP2001257362A JP2001257362A JP2003070003A JP 2003070003 A JP2003070003 A JP 2003070003A JP 2001257362 A JP2001257362 A JP 2001257362A JP 2001257362 A JP2001257362 A JP 2001257362A JP 2003070003 A JP2003070003 A JP 2003070003A
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Hiroaki Aono
浩明 青野
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 伝送路、蓄積メディアで発生した符号誤りに
よる画質劣化を防止する画像符号化／画像復号化する方
法ならびにシステムを提供すること。 【解決手段】 動きベクトル検出手段１０５と、累積手
段１０９により、画像を、複数の領域に分割し、領域ご
とにフレーム間の動きの大きさを求め、以降、フレーム
間の動きが大きかったと判断された領域を制御手段１０
８と切換手段１０６で重点的にフレーム内符号化するこ
とにより、画質の劣化を短時間で復旧させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、伝送路、蓄積メデ
ィアで発生した符号誤りによる画質劣化を防止する画像
符号化／画像復号化方法およびシステムに関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】従来、ＭＰＥＧをはじめとする画像圧縮
符号化技術には、アスキー出版局発行の「最新ＭＰＥＧ
教科書」第１２頁、図１−９に記載されているように、
画面内相関関係による圧縮、画面間相関関係による圧
縮、符号の出現確率の偏りによる圧縮が使用されること
が知られている。
【０００３】図６に従来の画像符号化装置／画像復号化
装置の基本的な構成を示す。図６（ａ）は、従来の画像
符号化装置で、画像入力端子１１０１、情報源符号化手
段１１０２、エントロピー符号化手段１１０３、圧縮デ
ータ出力端子１１０４により構成される。
【０００４】画像入力端子１１０１に入力された画像デ
ータは、情報源符号化手段１１０２で、ＤＣＴと量子化
による画面内相関関係による圧縮と、動き補償フレーム
間予測符号化による画面間相関関係による圧縮が行わ
れ、さらにエントロピー符号化手段１１０３で可変長符
号化により符号の出現確率の偏りによる圧縮が行われ、
圧縮データ出力端子１１０４より圧縮データとして出力
される。
【０００５】図６（ｂ）は、従来の画像復号化装置で、
圧縮データ入力端子１１０５、エントロピー復号化手段
１１０６、情報源復号化手段１１０７、画像出力端子１
１０８で構成される。
【０００６】圧縮データ入力端子１１０５に入力される
圧縮データは、エントロピー復号化手段１１０６で、可
変長復号化により符号の出現確率の偏りによる圧縮の伸
張が行われ、情報源復号化手段１１０７で、逆量子化、
逆ＤＣＴにより画面内相関関係による圧縮の伸張と、動
き補償フレーム間予測復号化により画面間相関関係によ
る圧縮の伸張が行われ、画像出力端子１１０８より伸張
された画像データが出力される。
【０００７】図６（ａ）の画像符号化装置と図６（ｂ）
の画像復号化装置を組み合せて使用することにより、伝
送、蓄積が実現される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】画像圧縮符号化技術に
おいては、伝送路、蓄積メディアによってはデータ誤り
を発生する。従来の画像圧縮／伸張手段で用いられてい
る、符号の出現確率の偏りによる圧縮に使用される可変
長符号および画面間相関関係による圧縮に使用される動
き補償フレーム間予測符号は、データに誤りが含まれる
と、それぞれ以降のデータに誤りが伝播するという特性
をもち、深刻な画質の劣化を引き起こす。
【０００９】すなわち、可変長符号は、誤りが発生する
と復号の際、符号語の境界を正しく検出できなくなり、
たとえそれ以降のデータに誤りがなくても復号が継続で
きなくなる。また、動き補償フレーム間予測符号では、
伝送するデータとしてフレーム間差分が用いられるた
め、伝送するデータに誤りがあると、後続のフレームに
もその影響が残り、次のフレーム内符号化が行われるま
で誤りが伝播する。また、復号化の際、誤りが含まれる
部分を復号化せずに前フレームの同じ位置の画像で置き
換えることにより、画像の劣化を緩和させることも可能
であるが、フレーム間の動きが大きな場合、通常の復号
化を行った部分の画像と、置き換えた部分の画像とが、
不連続となり、画質の劣化の要因になる。
【００１０】本発明は、伝送路、蓄積メディアによって
圧縮データに混入されたデータ誤りによる画質劣化を防
止する画像符号化／画像復号化する方法ならびにシステ
ムを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に本発明は、符号化の際に、１フレームの画像を、X個
（Xは２以上の整数）の領域に分割し、領域ごとに動き
ベクトル等によりフレーム間の動きの大きさを求め、以
降Yフレームについて、フレーム間の動きが大きかった
と判断された領域を重点的にフレーム内符号化すること
により、復号化側で、誤りが含まれる部分を復号化せず
に前フレームの同じ位置の画像で置き換えて表示した
際、フレーム間の動きが大きな場合に発生する、通常の
復号化を行った部分の画像と、置き換えた部分の画像と
の不連続による画質の劣化を短時間で復旧させることが
できるようにしたものである。
【００１２】これにより、伝送路あるいは蓄積メディア
でのデータ誤りの混入に対しても、画質劣化を防止する
画像符号化／画像復号化する方法ならびにシステムを提
供することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、M×N個（M、Nはそれぞれ自然数）のブロックから構
成される1フレームの画像を、X個（Xは２以上の整数）
の領域に分割し、Yフレーム（Yは2以上の整数）毎に、
以降Yフレームのフレーム内符号化を行う領域を決定す
る動き補償フレーム間予測符号化方法であり、伝送路や
蓄積メディアでのデータ誤りによる画質劣化を防止する
動き補償フレーム間予測符号化方法を提供するという作
用を有する。
【００１４】請求項２記載の発明は、以降Yフレームの
フレーム内符号化を行う領域の決定方法として、当該フ
レームの各領域内に属するブロックの動きベクトルの絶
対値の総和を用いる請求項１記載の動き補償フレーム間
予測符号化方法であり、伝送路や蓄積メディアでのデー
タ誤りによる画質劣化を防止する動き補償フレーム間予
測符号化方法を提供するという作用を有する。
【００１５】請求項３記載の発明は、以降Yフレームの
フレーム内符号化を行う領域の決定方法として、当該フ
レームまでのZ（Zは２以上の整数）フレームの各領域内
に属するブロックの動きベクトルの絶対値の総和を用い
る請求項１記載の動き補償フレーム間予測符号化方法で
あり、伝送路や蓄積メディアでのデータ誤りによる画質
劣化を防止する動き補償フレーム間予測符号化方法を提
供するという作用を有する。
【００１６】請求項４記載の発明は、以降Yフレームの
フレーム内符号化を行う領域の決定方法として、当該フ
レームの各領域内に属するブロックの動きベクトルと、
真上に位置するブロックの動きベクトルとの差分の絶対
値を用いる請求項１記載の動き補償フレーム間予測符号
化方法であり、伝送路や蓄積メディアでのデータ誤りに
よる画質劣化を防止する動き補償フレーム間予測符号化
方法を提供するという作用を有する。
【００１７】請求項５記載の発明は、データに誤りがあ
るブロックのデータは復号化せずに、以前のフレームの
データで置き換える動き補償フレーム間予測復号化方法
であり、伝送路や蓄積メディアでのデータ誤りによる画
質劣化を防止する動き補償フレーム間予測復号化方法を
提供するという作用を有する。
【００１８】請求項６記載の発明は、１フレームの画像
を動き補償フレーム内予測符号化する動き補償フレーム
内予測符号化手段と、１フレームの画像を動き補償フレ
ーム間予測符号化する動き補償フレーム間予測符号化手
段と、１フレームの画像をX個（Xは２以上の整数）の領
域に分割し、分割した領域ごとの動きベクトルの絶対値
の累計を計算する累計手段と、前記累積手段により計算
された累計結果から、以降Yフレームのフレーム内符号
化を行う領域を決定するフレーム内符号化領域制御手段
とを有する動き補償フレーム間予測符号化装置であり、
伝送路や蓄積メディアでのデータ誤りによる画質劣化を
防止する動き補償フレーム間予測符号化装置を提供する
という作用を有する。
【００１９】請求項７記載の発明は、１フレームの画像
を動き補償フレーム内予測符号化する動き補償フレーム
内予測符号化手段と、１フレームの画像を動き補償フレ
ーム間予測符号化する動き補償フレーム間予測符号化手
段と、１フレームの画像をX個（Xは２以上の整数）の領
域に分割し、分割した領域ごとに、真上に位置するブロ
ックの動きベクトルとの差分の絶対値の累計を計算する
累計手段と、前記累積手段により計算された累計結果か
ら、以降Yフレームのフレーム内符号化を行う領域を決
定するフレーム内符号化領域制御手段とを有する動き補
償フレーム間予測符号化装置であり、伝送路や蓄積メデ
ィアでのデータ誤りによる画質劣化を防止する動き補償
フレーム間予測符号化装置を提供するという作用を有す
る。
【００２０】請求項８記載の発明は、データの誤りを検
出する誤り検出手段と、符号化データを複合化する動き
補償フレーム間予測復号化手段と、以前の複合化データ
を蓄積する画像蓄積手段と、前記誤り検出手段で誤りが
検出されなかった場合に前記動き補償フレーム間予測復
号化手段の出力を選択し、誤りが検出された場合に前記
画像蓄積手段の出力を選択する切換手段を有する動き補
償フレーム間予測復号化装置であり、伝送路や蓄積メデ
ィアでのデータ誤りによる画質劣化を防止する画像復号
化装置を提供するという作用を有する。
【００２１】以下、本発明の実施の形態について、図面
を用いて説明する。
【００２２】（実施の形態１）図１は本発明第１の実施
の形態１における動き補償フレーム間予測符号化装置の
ブロック図を示す。図１の動き補償フレーム間予測符号
化装置は、入力端子１０１と、フレームメモリ１０２、
フレーム内符号化手段１０３、フレーム間符号化手段１
０４、動きベクトル検出手段１０５、切換手段１０６か
らなる動き補償フレーム間予測符号化手段１０７と、制
御手段１０８、累積手段１０９、出力端子１１０で構成
される。
【００２３】図１の動き補償フレーム間予測符号化装置
において、画像データは、入力端子１０１より動き補償
フレーム間予測符号化手段１０７に入力され、フレーム
内符号化手段１０３でフレーム内符号化が行われ、フレ
ームメモリ１０２、フレーム間符号化手段１０４、動き
ベクトル検出手段１０５によりフレーム間符号化が行わ
れ、切換手段１０６によりフレーム内符号化されたデー
タとフレーム間符号化されたデータを選択して出力端子
１１０より出力することができる。この際、M×N個
（M、Nはそれぞれ自然数）のブロックから構成される1
フレームの画像を、X個（Xは２以上の整数）の領域に分
割し、Yフレーム（Yは2以上の整数）毎に、累積手段１
０９で各領域内に属するブロックの動きベクトルの絶対
値の総和を求める。
【００２４】図２に1フレームを4つの領域、領域A、領
域B、領域C、領域Dに分割した場合の例を示す（Ｘ＝４
の例）。この時、各領域に属する動きベクトルの絶対値
の総和QA、QB、QC、QDは、（数１）のようになる。
【００２５】
【数１】
【００２６】このQA、QB、QC、QDは制御手段１０８に送
られる。制御手段１０８では、QA、QB、QC、QD中で最大
のものを求め、そのフレームの次のフレームから数えて
Ｙ番目のＹフレームまで（「以降Yフレーム」と呼ぶ）
の間、最大の値を示した領域すなわち、動きが最も大き
かったと推定される領域に対して重点的にフレーム内符
号化のデータ出力されるように切換手段１０６を制御す
る。図４に、第ｎフレームのとき、QA、QB、QC、QDの中
でQBが最大となった場合の以降8フレームのフレーム内
符号化が選択される領域のパターンの例を示す（Ｙ＝８
の例）。
【００２７】図４では、領域Bのみについて8フレーム中
5フレームがフレーム内符号化を選択、他の領域では8フ
レーム中1フレームのみがフレーム内符号化を選択して
いる。図４のパターンは1例であり、領域Bのフレーム内
符号化を選択する割合が増えれば他のパターンでもよ
い。また、図４の例では、１つの領域のみを重点的にフ
レーム内符号化を選択しているが、QA、QB、QC、QDの値
を上位から複数個選ぶことにより、重点的にフレーム内
符号化を選択する領域を複数にしてもよい。
【００２８】図５は動き補償フレーム間予測復号化装置
のブロック図を示す。図５において動き補償フレーム間
予測復号化装置は、入力端子５０１、誤り検出手段５０
２、動き補償フレーム間予測復号化手段５０３、フレー
ムメモリ５０４、切換手段５０５、出力端子５０６で構
成される。図５の動き補償フレーム間予測復号化装置の
入力端子５０１より入力される符号化データは、誤り検
出手段５０２に入力され、データに誤りがないかチェッ
クされ、誤りがないと判断された場合、動き補償フレー
ム間予測復号化手段５０３で復号化された画像データ
を、誤っていると判断された場合はその部分を、フレー
ムメモリ５０４に格納されている前フレームの画像デー
タを切換手段５０５で選択し、出力端子５０６より出力
する。
【００２９】図６は、図１の動き補償フレーム間予測符
号化装置と図５の動き補償フレーム間予測復号化装置と
を組合せることにより構成される動き補償フレーム間予
測符号化／復号化システムである。図６において、入力
端子６０１から入力された画像データは、動き補償フレ
ーム間予測符号化装置６０２で動き補償フレーム間予測
符号化され、伝送路６０３を通じて動き補償フレーム間
予測復号化装置６０４に入力され、動き補償フレーム間
予測復号化される。この時、伝送路６０３でデータ誤り
が混入されると、動き補償フレーム間予測復号化装置６
０４で、その部分を前フレームのデータで置き換える。
【００３０】仮に、置き換えた部分が、動きの大きな部
分である場合、周囲の部分と置き換えた部分の境界部の
画像が不連続となり、画質が劣化するが、動き補償フレ
ーム間予測符号化装置６０２で動きの大きな領域を重点
的にフレーム内符号化するため、短時間で画質を回復す
ることが可能である。
【００３１】本発明第２の実施の形態と第１の実施の形
態とは、累積手段１０９で求める累積値が異なり、その
他の構成は第１の実施の形態と同様なので説明は省略す
る。
【００３２】本実施の形態における累積手段１０９で求
める、QA 1、QB 1、QC 1、QD 1を（数２）に示す。
【００３３】
【数２】
【００３４】（数１）のQA、QB、QC、QDとの違いは、
QA、QB、QC、QDは、1フレームの領域A、領域B、領域C、
領域Dの各領域に属する動きベクトルの絶対値の総和を
求めたものであるのに対し、QA 1、QB 1、QC 1、QD 1は、Z
（Zは2以上の整数）フレームの領域A、領域B、領域C、
領域Dの各領域に属する動きベクトルの絶対値の総和を
求めたものであることである。
【００３５】QA 1、QB 1、QC 1、QD 1を求めることにより、
統計的に動きの大きな領域を推定することができるの
で、第１の実施の形態と同様、伝送路や蓄積メディアで
のデータ誤りによる画質劣化を防止する動き補償フレー
ム間予測符号化装置が得られる。
【００３６】（実施の形態３）本発明第３の実施の形態
と第１の実施の形態とは、累積手段１０９で求める累積
値が異なり、その他の構成は第１の実施の形態と同様な
ので説明は省略する。
【００３７】本実施の形態における累積手段１０９で求
める、QA 2、QB 2、QC 2、QD 2を（数３）に示す。
【００３８】
【数３】
【００３９】（数１）のQA、QB、QC、QDとの違いは、
QA、QB、QC、QDは、1フレームの領域A、領域B、領域C、
領域Dの各領域に属する動きベクトルの絶対値の総和を
求めたものであるのに対し、QA 2、QB 2、QC 2、QD 2は、1
フレームの領域A、領域B、領域C、領域Dの各領域に属す
る動きベクトルの絶対値が、閾値Tより大きかったもの
の個数を求めたものであることである。QA 2、QB 2、
QC 2、QD 2を求めることにより、領域内の動きが大きな部
分の面積を推定することができるので、第１の実施の形
態と同様、伝送路や蓄積メディアでのデータ誤りによる
画質劣化を防止する動き補償フレーム間予測符号化装置
が得られる。
【００４０】（実施の形態４）本発明第４の実施の形態
と第１の実施の形態とは、累積手段１０９で求める累積
値が異なり、その他の構成は第１の実施の形態と同様な
ので説明は省略する。
【００４１】本実施の形態における累積手段１０９で求
める、QA 3、QB 3、QC 3、QD 3を（数４）に示す。
【００４２】
【数４】
【００４３】（数１）のQA、QB、QC、QDとの違いは、
QA、QB、QC、QDは、1フレームの領域A、領域B、領域C、
領域Dの各領域に属する動きベクトルの絶対値の総和を
求めたものであるのに対し、QA 3、QB 3、QC 3、QD 3は、1
フレームの領域A、領域B、領域C、領域Dの各領域に属す
るブロックの動きベクトルと真上に位置するブロックの
動きベクトルとの差分をとり、その絶対値の累計を求め
たものであることである。QA 3、QB 3、QC 3、QD 3を求める
ことにより、図５の動き補償フレーム間予測復号化装置
で、データが誤っていると判断され、フレームメモリ５
０４に格納されている前フレームの画像データを動きベ
クトルで動き補償した画像データを切換手段５０５で選
択し、出力端子５０６より出力する場合に有効である。
【００４４】（実施の形態５）本発明第５の実施の形態
と第１の実施の形態とは、累積手段１０９で求める累積
値が異なり、その他の構成は第１の実施の形態と同様な
ので説明は省略する。
【００４５】本実施の形態における累積手段１０９で求
める、QA 4、QB 4、QC 4、QD 4を（数５）に示す。
【００４６】
【数５】
【００４７】（数１）のQA、QB、QC、QDとの違いは、
QA、QB、QC、QDは、1フレームの領域A、領域B、領域C、
領域Dの各領域に属する動きベクトルの絶対値の総和を
求めたものであるのに対し、QA 4、QB 4、QC 4、QD 4は、1
フレームの領域A、領域B、領域C、領域Dの各領域に属す
るブロックの動きベクトルと真上に位置するブロックの
動きベクトルとの差分をとり、その絶対値が、閾値Tよ
り大きかったものの個数を求めたものであることであ
る。QA 4、QB 4、QC 4、QD 4を求めることにより、図５の動
き補償フレーム間予測復号化装置で、データが誤ってい
ると判断され、フレームメモリ５０４に格納されている
前フレームの画像データを動きベクトルで動き補償した
画像データを切換手段５０５で選択し、出力端子５０６
より出力する場合に有効である。
【００４８】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、伝送路あ
るいは蓄積メディアでのデータ誤りの混入に対しても、
画質劣化を防止する画像符号化／画像復号化する方法な
らびにシステムを提供することができるという有利な効
果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明第１の実施の形態における動き補償フレ
ーム間予測符号化装置のブロック図
【図２】同第１の実施の形態における画像分割方法を示
す図
【図３】同第１の実施の形態におけるフレーム内符号化
領域選択パターンを示す図
【図４】同第１の実施の形態における動き補償フレーム
間予測復号化装置のブロック図
【図５】同第１の実施の形態における動き補償フレーム
間予測符号化／復号化システムのブロック図
【図６】従来の画像符号化装置／画像復号化装置のブロ
ック図
【符号の説明】
１０１ 入力端子 １０２ フレームメモリ １０３ フレーム内符号化手段 １０４ フレーム間符号化手段 １０５ 動きベクトル検出手段 １０６ 切換手段 １０７ 動き補償フレーム間予測符号化手段 １０８ 制御手段 １０９ 累積手段 １１０ 出力端子 ５０１ 入力端子 ５０２ 誤り検出手段 ５０３ 動き補償フレーム間予測復号化手段 ５０４ フレームメモリ ５０５ 切換手段 ５０６ 出力端子 ６０１ 入力端子 ６０２ 動き補償フレーム間予測符号化装置 ６０３ 伝送路 ６０４ 動き補償フレーム間予測復号化装置 ６０５ 出力端子 １１０１ 画像入力端子 １１０２ 情報源符号化手段 １１０３ エントロピー符号化手段 １１０４ 圧縮データ出力端子 １１０５ 圧縮データ入力端子 １１０６ エントロピー復号化手段 １１０７ 情報源復号化手段 １１０８ 画像出力端子

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 M×N個（M、Nはそれぞれ自然数）のブロ
    ックから構成される1フレームの画像を、X個（Xは２以
    上の整数）の領域に分割し、Yフレーム（Yは2以上の整
    数）毎に、以降Yフレームのフレーム内符号化を行う領
    域を決定する動き補償フレーム間予測符号化方法。
  2. 【請求項２】 以降Yフレームのフレーム内符号化を行
    う領域の決定方法として、当該フレームの各領域内に属
    するブロックの動きベクトルの絶対値の総和を用いる請
    求項１記載の動き補償フレーム間予測符号化方法。
  3. 【請求項３】 以降Yフレームのフレーム内符号化を行
    う領域の決定方法として、当該フレームまでのZ（Zは２
    以上の整数）フレームの各領域内に属するブロックの動
    きベクトルの絶対値の総和を用いる請求項１記載の動き
    補償フレーム間予測符号化方法。
  4. 【請求項４】 以降Yフレームのフレーム内符号化を行
    う領域の決定方法として、当該フレームの各領域内に属
    するブロックの動きベクトルと、真上に位置するブロッ
    クの動きベクトルとの差分の絶対値を用いる請求項１記
    載の動き補償フレーム間予測符号化方法。
  5. 【請求項５】 データに誤りがあるブロックのデータは
    復号化せずに、以前のフレームのデータで置き換える動
    き補償フレーム間予測復号化方法。
  6. 【請求項６】 １フレームの画像を動き補償フレーム内
    予測符号化する動き補償フレーム内予測符号化手段と、
    １フレームの画像を動き補償フレーム間予測符号化する
    動き補償フレーム間予測符号化手段と、１フレームの画
    像をX個（Xは２以上の整数）の領域に分割し、分割した
    領域ごとの動きベクトルの絶対値の累計を計算する累計
    手段と、前記累積手段により計算された累計結果から、
    以降Yフレームのフレーム内符号化を行う領域を決定す
    るフレーム内符号化領域制御手段とを有する動き補償フ
    レーム間予測符号化装置。
  7. 【請求項７】 １フレームの画像を動き補償フレーム内
    予測符号化する動き補償フレーム内予測符号化手段と、
    １フレームの画像を動き補償フレーム間予測符号化する
    動き補償フレーム間予測符号化手段と、１フレームの画
    像をX個（Xは２以上の整数）の領域に分割し、分割した
    領域ごとに、真上に位置するブロックの動きベクトルと
    の差分の絶対値の累計を計算する累計手段と、前記累積
    手段により計算された累計結果から、以降Yフレームの
    フレーム内符号化を行う領域を決定するフレーム内符号
    化領域制御手段とを有する動き補償フレーム間予測符号
    化装置。
  8. 【請求項８】 データの誤りを検出する誤り検出手段
    と、符号化データを複合化する動き補償フレーム間予測
    復号化手段と、以前の複合化データを蓄積する画像蓄積
    手段と、前記誤り検出手段で誤りが検出されなかった場
    合に前記動き補償フレーム間予測復号化手段の出力を選
    択し、誤りが検出された場合に前記画像蓄積手段の出力
    を選択する切換手段を有する動き補償フレーム間予測復
    号化装置。
JP2001257362A 2001-08-28 2001-08-28 動き補償フレーム間予測符号化方法／復号化方法および動き補償フレーム間予測符号化／復号化装置 Pending JP2003070003A (ja)

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