JP2004064570A - 動画像復号装置 - Google Patents

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Takio Maeda
前田 多吉生
Kazuyuki Uchida
内田 和之
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Abstract

【課題】動画像復号装置において、簡単な構成で画像の縮小を行えるようにする。
【解決手段】画像の縮小率D16と画像ブロックの位置情報D17とを入力するとともに、画像ブロック内の画素を間引いて画素位置情報D18を出力する出力画素位置間引き手段107と、画素位置情報D18にもとづき画像データにIDTCを施すことで縮小された画像ブロックデータD14aを出力するIDCT部102と、IDCT部102からの縮小画像データD14bを保持するビデオメモリ104と、画像ブロックの動きベクトルD12aと縮小率D16とを入力して動きベクトルD12aを補正する動きベクトル補正部106と、補正された動きベクトルD12bとビデオメモリ104に保持された画像ブロックとを用いて動き補償を行う動き補償部105とを有する。
【選択図】   図1

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は動画像復号装置に関し、特に、変換符号化技術として離散コサイン変換(以下「DCT」と称する)を用いたデジタル動画像圧縮技術により圧縮されたビットストリームを復号するための、動画像復号装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
デジタル動画像の圧縮のための主な構成技術としては、予測符号化、動き処理、変換符号化、量子化、符号割り当てがある。MPEGなどの多くのデジタル動画像圧縮技術には、変換符号化技術としてDCTが採用されている。
【0003】
動画像復号装置の従来例について図を用いて説明する。
図9は、従来の動画像復号装置の構成を示す図である。ここで、可変長復号部(VLD)100は、入力された動画像ビットストリームD10を可変長復号し、データD11と動きベクトルデータD12とを出力する。逆量子化部(IQ)101は、入力したデータD11を逆量子化し、DCT係数データD13を出力する。逆離散コサイン変換部(IDCT部)102は、入力したDCT係数データD13にIDCTを行い、画像ブロックデータD14aを出力する。選択部103は、入力した画像ブロックデータD14aを、参照画像の有無の情報により画像ブロックデータD14bあるいは画像ブロックデータD14cとして出力する。参照画像がない場合は、ビデオメモリ104は、画像データD14bを入力して、その画像データを保持する。参照画像がある場合は、動き補償部105は、動きベクトルデータD12に対応した画像ブロックデータ14dをビデオメモリ104から取得して、これに動き補償を施し、この動き補償にもとづき合成した画像ブロックデータ14dをビデオメモリ104に格納する。これにより復号が終了し、ビデオメモリ104は画像データD15を出力する。
【0004】
このような従来の動画像復号装置を用いて、図10(a)に示すように一つの画面の第1の表示領域A100と第2の表示領域A102とに同時に動画を表示するためには、図10(b)に示す構成図のように、符号化された第1の動画像ビットストリームを従来の第1の動画像復号装置1000により復号し画像合成部1003により第1の表示領域A100に表示する。また、符合化された第2の動画像ビットストリームを従来の第2の動画像復号装置1001で復号し、復号した第2の動画像データを動画像拡大縮小部1002により縮小し、これを画像合成部1003により表示領域A102に表示する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来の動画像復号装置を用いて2つの動画像ビットストリームを復号し、画面に表示するためには、2つの動画像復号装置と、動画像縮小部とが必要となり、装置のコストが高くなっていた。
【0006】
そこで本発明は、このような技術的課題を解決して、簡単な構成で画像の縮小を行えるようにすることを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するため本発明は、画像の縮小率と画像ブロックの位置情報とを入力するとともに、画像ブロック内の画素を間引いて画素位置情報を出力する出力画素位置間引き手段と、この出力画素位置間引き手段からの画素位置情報にもとづき画像データに逆離散コサイン変換を施すことで、縮小された画像ブロックデータを出力する逆離散コサイン変換手段と、前記逆離散コサイン変換手段から出力された縮小画像データを保持するビデオメモリと、画像ブロックの動きベクトルと前記縮小率とを入力して前記動きベクトルを補正する動きベクトル補正手段と、前記動きベクトル補正手段により補正された動きベクトルと前記ビデオメモリに保持された画像ブロックを用いて動き補償を行う動き補償手段と、を有するようにしたものである。
【0008】
これによれば、動画像復号装置のほかに動画縮小手段を設けなくても、動画像復号装置自体において、入力した縮小率に応じて縮小後の画像データを出力することができる。
【0009】
また本発明は、逆離散コサイン変換手段を、2段階の1次元逆離散コサイン変換により処理を行うことができるように構成して、出力画素位置間引き手段からの画素位置情報に応じて第2段階の逆離散コサイン変換処理を行うように構成したものである。
【0010】
これによれば、画像ブロックに対して高速逆離散コサイン変換処理を行うより少ない演算量で縮小後の画像データを出力することができる。
また本発明は、逆離散コサイン変換手段を、画像の縮小率が1/2であるときに4×4の離散コサイン変換係数を用い、また画像の縮小率が1/4であるときに2×2の離散コサイン変換係数を用いて、逆離散コサイン変換処理を行うように構成したものである。
【0011】
これによれば、縮小率を大きくしてより縮小されるようにした場合に、その縮小率に応じて処理時間を短縮することが可能となる。
また本発明は、画像の縮小率が1/8以下であるときに逆離散コサイン変換処理を省略する選択手段と、前記逆離散コサイン変換処理を省略されたデータからDC係数を抽出するDC係数抜き取り手段とを備えたものである。
【0012】
これによれば、画像の縮小率が1/8以下であるときに逆離散コサイン変換処理を省略するものであるため、よりいっそう処理時間を短縮することが可能である。
【0013】
【発明の実施の形態】
(実施の形態1)
以下、本発明の実施の形態1について図面を用いて説明する。
【0014】
図1は、本発明の実施の形態1の動画像復号装置を示す。ここで、D10は動画像ビットストリーム、100は可変長復号部である。動画像ビットストリームD10は、可変長復号部100に入力されて、画像データが16×16画素のマクロブロック単位あるいは8×8画素のブロック単位で動き予測符号化され、8×8画素のブロック単位でDCT符号化され、DCT符号化された画像データが量子化され、可変長符号化される。可変長復号部100は、このようにして量子化され可変長符号化されたデータD11と、動きベクトルデータD12aとを出力する。
【0015】
101は逆量子部で、画像データD11を入力し逆量子化したのちDCT係数データD13を出力する。102はIDCT部で、DCT係数データD13と出力画素位置間引き部107からの画素位置データD18とを入力して逆離散コサイン変換(IDCT)を施し、IDCTされた画像ブロックデータD14aを出力する。103は選択部で、入力した画像ブロックデータD14aを、参照画像の有無の情報にもとづいて、画像ブロックデータD14bあるいは画像ブロックデータD14cとして出力する。
【0016】
104はビデオメモリで、画像ブロックデータD14bあるいは動き補償部105からの画像ブロックデータD14dを入力して画像データを保持したうえで、画像ブロックデータD14dあるいは1画面分の画像ブロックデータD15を出力する。動き補償部105は、画像ブロックデータD14cと、動きベクトル補正部106からの動きベクトルデータD12bとを入力する。そして動き補償部105は、動きベクトルデータD12bに対応した画像ブロックデータD14dをビデオメモリ104より入力し、これら動きベクトルデータD12bと画像ブロックデータD14dとを合成し、合成結果を画像ブロックデータD14dとしてビデオメモリ104へ出力する。
【0017】
動きベクトル補正部106は、可変長復号部100からの動きベクトルデータD12aと縮小率D16とを入力し、動きベクトルデータD12aを縮小率D16で補正した動きベクトルD12bを出力する。出力画素位置間引き部107は、縮小率D16と画像ブロック位置情報D17とを入力し、画素位置データD18を出力する。
【0018】
次に、上記の構成にもとづく動作について説明する。可変長復号部100、逆量子化部101、選択部103、ビデオメモリ104は、従来のものと同じ動作をする。動きベクトル補正部106は、動きベクトルデータD12aと縮小率D16との積により求めた動きベクトルデータD12bを出力する。例えば動きベクトルデータD12aが(80,160)であり、縮小率D16が0.375(=3/8)であるとき、出力する動きベクトルデータD12bは(30、60)となる。
【0019】
出力画素位置間引き部107の動作を、図2を用いて説明する。画像ブロックの画素位置情報を、図2(a)に示すように、左上の画素位置を(0,0)、その右隣の画素位置を(0,1)、(0、0)位置の画素の下の画素位置を(1,0)とすると、縮小率D16が例えば前述のように0.375(=3/8)のときには、縮小後の画素は、図2(b)のように3×3画素の縮小された画像ブロックになる。そして、この3×3の画像ブロックを8×8の画像ブロックの位置に写したときの画素位置は、図2(c)における斜線の点のようになる。図2(c)で示す斜線の点の水平位置および垂直位置は、N/R(N=0、1、2)で求められる。
【0020】
IDCT部102は、次の式1で示される演算を行う。
【0021】
【数1】
Figure 2004064570
式1で、画像ブロックが8×8であるときはN=8であり、DCT係数データD13はF(u、v) (u=0、1、…、7、 v=0、1、…、7)であり、IDCT後の画像データはf(x、y)である。このx、yは、画素位置データD18により入力される0以上8未満の実数である。f(x、y)は画素位置データD18で示された位置の画素データのみであるので、IDCT部102が出力する画像ブロックデータD14aは縮小後のデータとなる。
【0022】
動き補償部105は、現在のブロックの位置と縮小率D16との積により補正を行い、入力した動きベクトルデータD12bで示される位置の参照画像ブロックデータを取得する。画像ブロックのサイズは、入力した縮小率D16と8の積により求める。前記参照画像ブロックデータは、縮小後の画像ブロックデータである。動き補償部105は、前記参照画像ブロックデータと画像ブロックデータD14bとを加算し、画像ブロックデータD14dとしてビデオメモリ104に出力する。
【0023】
このようにビデオメモリ104に入力される画像ブロックデータD14c、D14dは縮小後のデータとなり、ビデオメモリ104に保持する画像データ及びビデオメモリ104から出力する画像データD15も縮小後のデータとなる。
(実施の形態2)
以下、本発明の実施の形態2について図面を用いて説明する。
【0024】
その構成は図1の実施の形態1のものと同じであるが、IDCT部102の動作と、出力画素位置間引き部107の動作と、画素位置データD18のデータ構造とが異なる。
【0025】
すなわち、出力画素位置間引き部107は、縮小率D16をR分の1(Rは自然数)、画像ブロック水平位置情報D17をXtopとして、N+Xtop (N=0、1、…、7)をRで割ったときの剰余が0である場合のNを水平画素位置情報とし、この水平画素位置情報を画素位置データD18として出力する。また、垂直選択画素位置情報も、同様に、画像ブロック垂直位置情報をYtopとして、N+Ytop をRで割ったときの剰余が0である場合のNを垂直画素位置情報とし、この垂直画素位置情報を画素位置データD18として出力する。例えば、R=5、(Xtop、Ytop)=(8,16)であるとき、水平画素位置情報は2、7であり、垂直画素位置情報は4である。
【0026】
IDCT部102は、2段階の1次元IDCTにより変換処理を行う。その動作を図3のフローチャートを用いて説明する。IDCT部102はDCT係数データD13を入力して配列データに代入し(ステップS300)、また画素位置データD18を入力する(ステップS301)。次にDCT係数データD13の配列の各行に対してループ処理を行い(ステップS302)、このループ内でDCTデータD13の配列の各行データに対して高速IDCT処理を行う(ステップS303)。この高速IDCT処理は、W.H.Chen、C.H.Smith、S.C.Fralich ”A fast computational algorithm for the descrete cosine transform ”IEEE Trans. Commun.、vol.25、no.9m、pp.1004−1009(1977)などにより示された処理である。
【0027】
図4は、この高速IDCT処理を示したものである。X(0)、…、X(7)はDCT係数であり、x(0)、…、x(7)はIDCT処理後のデータである。M1、…、M7は式2に示す行列を用いた演算を示している。
【0028】
【数2】
Figure 2004064570
図3における前述のループ処理の後に、行列データの転置を行う(ステップS304)。また、転置後の配列データの各行に対してループ処理を行う(ステップS305)。ここでは、ステップS301で入力した水平画素位置データと行のインデックスが同じであれば(ステップS306)、高速IDCT処理(ステップS307)を行い、高速IDCT処理後の8画素分のデータで、ステップS301で入力した垂直画素位置と同じデータのみをメモリに格納する(ステップS308)。ステップS306において、もし水平画素位置データと行のインデックスが同じでなければ、高速IDCT処理をスキップする。最後に、格納された画像ブロックデータを出力する(ステップS309)。
【0029】
このようなIDCT部102の動作により、出力された画像ブロックデータD14aは縮小後の画像ブロックデータにて構成され、ビデオメモリ104に保持される画像データ及び出力される画像データD15も縮小後のデータとなる。
(実施の形態3)
以下、本発明の実施の形態3について図面を用いて説明する。
【0030】
図5は、本発明の実施の形態3の構成を示す。ここで、500は選択部で、縮小率D16と画素位置データD18とを入力し、IDCT制御データD50を出力するように構成されている。図5において、その他の構成は実施の形態1の構成と同じである。
【0031】
IDCT制御データD50は、縮小率D16と出力画素位置デ−タD18とのどちらが送信されているかを示すデータを含んだデータである。
選択部500は、縮小率D16が1/4あるいは1/2の場合にこの縮小率D16のデータを出力し、縮小率D16が前記以外の場合に出力画素位置データD18を出力する。
【0032】
図6はIDCT部102の構成を示すが、このIDCT部102は、動作のプログラムが可能である。ここで、600はDCT係数データD13や画像データや作業用データを保持するメモリ、601、602、603、604は積和演算部である。
【0033】
積和演算部601において、605は乗算器、606は加算器、607はセレクタ、608は累積加算レジスタである。積和演算部602〜604も同様の構成である。
【0034】
次にその動作を説明する。縮小率が1のときは、図4で示したように8×8のDCT係数を用いて高速IDCT処理を行う。そして、データとM1、M2の行列との積を積和演算部601〜604で並列実行し、続けてM3、M4、M5、M6の行列との積を積和演算部601〜604で並列実行し、M7の行列との積を2段階に分けて実行する。
【0035】
縮小率が0.5(=1/2)のときは、DCT係数の中で低周波成分の4×4のDCT係数データを用いてIDCTを行う。この場合はDCT係数データも変換後の画像データも4×4となり、図7(a)で示す高速IDCT処理を行う。すなわちデータとM1、M2の行列との積を積和演算部601〜604で並列実行し、続けてM3の行列との積を積和演算部601〜604で並列実行する。
【0036】
縮小率が0.25(=1/4)のときは、2×2のDCT係数データを用いて処理行う。この場合はDCT係数データも画像ブロックデータも2×2となり、図7(b)で示す高速IDCT処理を行う。すなわちデータとM1の行列との積を積和演算部601、602で並列実行し、前記画像ブロックの次の画像ブロックのデータとM1の行列との積を積和演算部602、603で並列実行する。
【0037】
画像ブロックデータD14aとして縮小後の画像ブロックデータが出力され、ビデオメモリ104に保持される画像データ及び出力されるする画像データD15も縮小後のデータとなる。
【0038】
図4および図7から理解できるように、本実施の形態においては、縮小率が1の場合の処理時間を7とすると、縮小率が0.5の場合の処理時間は2となることが期待できる。また縮小率が0.25の場合は処理時間が0.5となる。
(実施の形態4)
以下、本発明の実施の形態4について図面を用いて説明する。
【0039】
図8は本発明の実施の形態4の構成を示す。ここで、800は選択部で、DCT係数データD13を入力し縮小率D16により出力を選択する。すなわち、選択部800は、縮小率D16が1/8未満であるときにはDCT係数データD13をDCT係数データD80aとしてIDCT部102に出力し、縮小率D16が1/8以上であるときにはDCT係数データD13をDCT係数データD80bとしてDC成分抜き取り部801に出力する。
【0040】
DC成分抜き取り部801は、DCT係数データD80bのうちのDC成分のみを抽出して、これをDC係数D81として出力する。
図8において、その他の構成は図5に示した実施の形態3のものと同じである。
【0041】
このような構成において、DC係数抜き取り部801は、上述のようにDCT係数データD80aから先頭データであるDC係数を抜き出し出力する。動き補償部105は、縮小率D16が1/8未満のときはこの縮小率を1/8として処理し、縮小率S106が1/8以上であれば実施の形態1で示した動作をとる。
【0042】
以上により、縮小率が1/8未満の場合は、画像ブロックデータはDC係数である1画素のみとなり、ビデオメモリ104に保持される画像データ及びビデオメモリ104から出力する画像データD15も縮小後のデータとなる。
【0043】
このように、本発明の実施の形態により、ビデオメモリ104に保持される画像データ及びビデオメモリ104から出力される画像データD15も縮小後のデータとなり、本発明の動画復号装置を図10に示す第1の動画像復号装置1000に用いると動画像縮小手段が不要となり、装置全体のコストを下げることが可能となる。
【0044】
特に縮小率が0.5(=1/2)、0.25(=1/4)のときに実施の形態3を利用した場合や、0.125(=1/8)のときに実施の形態4を利用した場合は、IDCT部102の処理時間がそれぞれ2/7、1/14、0となる。また図10に示す第1の動画復号装置1000のIDCT部と第2の動画復号装置1001のIDCT部を共用することも容易であり、こうすることでさらに装置全体のコストを下げることができる。
【0045】
【発明の効果】
以上のように本発明によると、動画像復号装置のほかに動画縮小手段を設けなくても、動画像復号装置自体において、入力した縮小率に応じて縮小後の画像データを出力することができ、したがって装置全体のコストを下げることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1の動画復号装置の構成を示す図
【図2】図1における出力画素間引き部の動作を説明する図
【図3】本発明の実施の形態2におけるIDCT部の動作のフローチャート
【図4】本発明の実施の形態2における8×8の画像ブロックの高速IDCT処理を説明する図
【図5】本発明の実施の形態3の動画復号装置の構成を示す図
【図6】図5におけるIDCT部の構成を示す図
【図7】本発明の実施の形態3における4×4の画像ブロックの高速IDCT処理を説明する図
【図8】本発明の実施の形態4の動画復号装置の構成を示す図
【図9】従来の動画復号装置の構成を示す図
【図10】図9の動画復号装置を用いてピクチャインピクチャ表示を可能とする構成を示す図
【符号の説明】
102  逆離散コサイン変換部
103  選択部
104  ビデオメモリ
105  動き補償部
106  動きベクトル補正部
107  出力画素位置間引き部
D12b 動きベクトルデータ
D14a 画像ブロックデータ
D14b 画像ブロックデータ
D14c 画像ブロックデータ
D14d 画像ブロックデータ
D16  縮小率
D17  画像ブロック位置情報
D18  画素位置データ

Claims (4)

  1. 画像の縮小率と画像ブロックの位置情報とを入力するとともに、画像ブロック内の画素を間引いて画素位置情報を出力する出力画素位置間引き手段と、
    この出力画素位置間引き手段からの画素位置情報にもとづき画像データに逆離散コサイン変換を施すことで、縮小された画像ブロックデータを出力する逆離散コサイン変換手段と、
    前記逆離散コサイン変換手段から出力された縮小画像データを保持するビデオメモリと、
    画像ブロックの動きベクトルと前記縮小率とを入力して前記動きベクトルを補正する動きベクトル補正手段と、
    前記動きベクトル補正手段により補正された動きベクトルと前記ビデオメモリに保持された画像ブロックを用いて動き補償を行う動き補償手段と、
    を有することを特徴とする動画像復号装置。
  2. 逆離散コサイン変換手段は、2段階の1次元逆離散コサイン変換により処理を行うことができるように構成されて、出力画素位置間引き手段からの画素位置情報に応じて第2段階の逆離散コサイン変換処理を行うように構成されていることを特徴とする請求項1記載の動画像復号装置。
  3. 逆離散コサイン変換手段は、画像の縮小率が1/2であるときに4×4の離散コサイン変換係数を用い、また画像の縮小率が1/4であるときに2×2の離散コサイン変換係数を用いて、逆離散コサイン変換処理を行うように構成されていることを特徴とする請求項1記載の動画像復号装置。
  4. 画像の縮小率が1/8以下であるときに逆離散コサイン変換処理を省略する選択手段と、前記逆離散コサイン変換処理を省略されたデータからDC係数を抽出するDC係数抜き取り手段とを備えたことを特徴とする請求項1記載の動画像復号装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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