JP2007295215A - パディング処理回路 - Google Patents
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Abstract
【課題】MB単位でH.264に規定されたパディング処理を行う際、SDRAMインターフェース内のパディング処理部でパディング処理を行う方法は、SDRAMインターフェースのパフォーマンスを低下させるため回路化には不向きである。
【解決手段】H.264のインター予測復号化部内に設けられたレジスタ62−1〜62−9は、輝度フィルタ66のフィルタリング処理に必要な最小ブロックサイズの参照画像データを一時保持する。動きベクトルが参照画像の画像領域外を指定したときには、その画像領域外の領域に一番近い有効画像領域内の画像境界データをRAMから読み出し、読み出した画像データをレジスタ62−1〜62−9のうち空いているレジスタに一時格納する。このレジスタの出力画像データは、ラインセレクタ63、カウンタ64及びシフト回路65によりパディング処理して輝度フィルタ66のフィルタリング処理単位で出力する。
【選択図】図6
【解決手段】H.264のインター予測復号化部内に設けられたレジスタ62−1〜62−9は、輝度フィルタ66のフィルタリング処理に必要な最小ブロックサイズの参照画像データを一時保持する。動きベクトルが参照画像の画像領域外を指定したときには、その画像領域外の領域に一番近い有効画像領域内の画像境界データをRAMから読み出し、読み出した画像データをレジスタ62−1〜62−9のうち空いているレジスタに一時格納する。このレジスタの出力画像データは、ラインセレクタ63、カウンタ64及びシフト回路65によりパディング処理して輝度フィルタ66のフィルタリング処理単位で出力する。
【選択図】図6
Description
本発明はパディング処理回路に係り、特に動画像符号化の国際規格であるH.264(MPEG4 AVC)においてフレーム間予測復号化時(インター予測復号化時)の参照画像をメモリから取得する際、動きベクトルが画像領域外を指定したときに画像領域外の領域を埋めるパディング処理を行うパディング処理回路に関する。
動画像符号化の国際規格であるH.264(MPEG4 AVC)においては、符号化側において、符号化対象の動画像信号の画面間の冗長情報を削減する動き補償フレーム間予測と、上記動画像信号の画面内の画素そのものが持つ冗長情報を削減する離散コサイン変換(DCT)と、これらにより時間的冗長情報と空間的冗長情報とが削減された信号に対して可変長符号化を行うエントロピー符号化とを組み合わせたハイブリッド符号化を行い、圧縮符号化信号を得る。
ここで、上記の動き補償フレーム間予測では、動画像信号の画面内の情報及びイントラ予測器からの予測情報を利用したイントラ予測符号化と、過去に符号化したピクチャを参照画像とし、現在符号化対象となっているピクチャに対する予測を所定のブロック単位で行い、得られた予測ピクチャと符号化対象ピクチャとの差分ピクチャに対して符号化を行う前方向予測符号化と、過去と未来の双方向に限らず、任意の符号化された2枚のフレームを参照し、現在符号化対象となっているピクチャに対する予測を所定のブロック単位で行い、得られた予測ピクチャと符号化対象ピクチャとの差分ピクチャに対して符号化を行う双予測符号化のいずれかが行われる。後者の前方向予測符号化と双予測符号化とはインター予測符号化と呼ばれる。
また、復号化装置では、上記の圧縮符号化信号である符号化ビットストリームに対して所定の構文構造に基づいて符号化情報の多重化分離を行い、その多重化分離後の情報に対して、所定のエントロピー復号化を行い、少なくとも、量子化後情報、動きベクトル情報、及び所定の構文構造を構成するために必要なパラメータ情報を生成し、これにより得られた量子化後情報に対して逆量子化、逆直交変換を順次行うことにより、1フレーム分の復号差分ピクチャを生成した後、エントロピー復号化手段から取得した動きベクトル情報に基づいて参照ピクチャから予測ピクチャを生成し、その予測ピクチャと復号差分ピクチャとを合成して復号動画像信号を生成した後、少なくとも1ピクチャ分の復号動画像信号を参照ピクチャとしてフレームメモリに格納する。
ここで、インター予測復号化の際には、インター予測符号化した際に得た、復号化対象ピクチャ内の予測対象ブロックと同じ空間位置に存在する参照画像(参照ピクチャ)内のブロックの相対位置を示す動きベクトル情報を取得し、動きベクトル情報に基づいて参照画像から予測ピクチャを生成し、その予測ピクチャと復号差分ピクチャとを合成して復号動画像信号を生成する。
このとき、動きベクトル情報が参照画像の画像領域外を指定したときには、参照画像が存在しないため、その画像領域外の領域を埋めるパディング処理を行う。このパディング処理を行うためには、参照画像を数フレーム記憶するために使用するシンクロナス・ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ(SDRAM)などの大容量メモリにアクセスするための回路であるメモリインターフェース回路と、インター予測復号化ブロックとの間にデータの受け渡し用のランダム・アクセス・メモリ(RAM)を使用して参照画像の読み出しが行われる。
図11は従来のパディング処理回路の一例の構成図を示す。同図において、SDRAM(不図示)から画像データを読み出すSDRAMインターフェース回路1とインター予測復号化を行うインター予測復号化部4との間に、SDRAMインターフェース回路1からの画像データを一時記憶してからインター予測復号化部4へ供給するデータ受け渡し用の2ポート(port)のRAM3が設けられている。SDRAMインターフェース回路1内にパディング処理部2が設けられており、動きベクトルが画像領域外を指定したときに画像領域外の領域を埋めるパディング処理を行う。
ここで、上記の予測ピクチャを用いたインター予測復号化を高速に行うためにはSDRAMインターフェース回路1がパディング処理部2によるパディング処理後の画像イメージをRAM3に受け渡す。またはSDRAMインターフェース回路1とインター予測復号化部4の間でパディング処理を行い、RAM3にパディング処理後の画像イメージを詰め替えるなどの方法が考えられる。
また、マクロブロック(横方向16画素、縦方向16画素)単位でオブジェクト領域外のデータを復号する際、画像データが存在するオブジェクトとの境界データを使用して埋めるパディング処理を行うパディング処理回路も従来知られている(例えば、特許文献1参照)。
上記の特許文献1記載のパディング処理回路ではパディング処理を行う際オブジェクトのパターン抽出を行い、パディングする画素を決定し、RAMへ書き込む。しかるに、H.264でのパディング処理は復号の際、動きベクトルが参照ピクチャの領域外を指したとき、画像境界部分のデータを使用して埋める処理をいい、H.264では前述した画像境界画素によりパディングを行うためオブジェクトのパターン抽出などの処理は必要ないため、上記の特許文献1記載のパディング処理回路はH.264で規定されたパディング処理回路としてそのままでは適用できない。
一方、マクロブロック(MB)単位でH.264に規定されたパディング処理を行う際、図11に示したようにSDRAMインターフェース1内のパディング処理部2でパディング処理を行う方法は、SDRAMインターフェース1のパフォーマンスを低下させるため回路化には不向きであると考えられる。
本発明は以上の点に鑑みなされたもので、パディング処理後のデータがH.264で必要なインター予測復号化のための処理である空間フィルタへの入力になることも考慮した構成で、かつ、メモリインターフェース回路のパフォーマンスを極力落とさずに小規模の構成でパディング処理を行い得るパディング処理回路を提供することを目的とする。
本発明は、上記の目的を達成するため、H.264規格のインター予測復号化時に、圧縮符号化画像信号を局部復号して得られた参照画像データが記憶されている画像記憶手段から読み出された有効画像領域内の参照画像データが一時格納される記憶手段と、パディング処理後の画像データに対して所定のフィルタリング処理を行う空間フィルタが必要とする最小ブロックのサイズの画像データを一時保持する、複数のレジスタからなるレジスタ手段と、H.264規格のインター予測復号化時に、動きベクトルが参照画像データの有効画像領域内を指定したときには、その指定した有効画像領域内の参照画像データを記憶手段から読み出し、動きベクトルが参照画像データの有効画像領域の一部又は全部と共有しない画像領域を指定したときには、その指定した画像領域と有効画像領域との間で共有する部分があるときは、有効画像領域の共有する部分の参照画像データである境界画像データ、又はその指定した画像領域と有効画像領域との間で共有する部分がないときは、指定した画像領域に一番近い有効画像領域内の参照画像データである境界画像データを記憶手段から読み出し、読み出した参照画像データ又は境界画像データを、レジスタ手段を構成する複数のレジスタのうち空いているレジスタに一時格納すると共に、複数のレジスタのすべてに参照画像データ又は境界画像データを一時格納する読み出し/書き込み手段と、レジスタ手段からの参照画像データ又は境界画像データで、動きベクトル情報で指定した画像領域を埋めるパディング処理を行うと共に、空間フィルタのフィルタリング処理単位で出力する出力手段とを備えたことを特徴とする。
この発明では、一画面全領域の参照画像データをレジスタ手段に格納するのではなく、パディング処理後の画像データに対して所定のフィルタリング処理を行う空間フィルタが必要とする最小ブロックのサイズの参照画像データをレジスタ手段に格納するように、読み出すタイミングを調整して記憶手段から読み出した後、レジスタ手段からの画像データをパディング処理して空間フィルタのフィルタリング処理単位で出力する。
本発明によれば、参照画像データが格納される記憶手段から参照画像データを読み出すタイミングを調整してパディング処理を行うことにより、パディング処理を行った完全なブロックデータを一度作成してから空間フィルタを通すのではなく、空間フィルタのフィルタリング処理に必要な最小ブロックのサイズのデータ分だけ読み出してパディング処理した画像データを作成することができ、これによりパディング処理回路の回路規模を縮小し、全体の処理速度を上げることができる。
次に、本発明の一実施の形態について図面と共に説明する。図1は本発明になるパディング処理回路の一実施の形態のブロック図を示す。同図において、本実施の形態のパディング処理回路11は、H.264規格のインター予測復号化を行うインター予測復号化部12の内部に設けられている。
また、SDRAM(図示せず)から画像データを読み出すSDRAMインターフェース回路13とインター予測復号化部12との間に、SDRAMインターフェース回路13からの画像データを一時記憶してからインター予測復号化部12へ供給するデータ受け渡し用の2ポート(port)RAM14が設けられている。また、有効画像のみが2ポートRAM14へ読み出される。すなわち、2ポートRAM14は、SDRAMインターフェース回路13により、局部復号された1フレーム分の参照画像データを格納しているSDRAM(図示せず)から読み出された、ブロックマッチングの探索範囲である有効画像領域の参照画像データが格納される。
インター予測復号化部12はH.264規格の符号化単位である4x4画素、4x8画素、8x4画素、8x8画素、16x8画素、8x16画素、16x16画素の各ブロック単位でインター予測復号化を行う。
次に、インター予測復号化を行う場合に必要となるパディング処理回路11によるパディング処理の画像領域について、4x4画素のブロックの場合を例にとって、図2、図3、図4と共に説明する。図2(a)は動きベクトルにより指定された参照画像として必要な4x4画素のブロック21が、有効画像領域22内にすべて存在する場合を示す。この場合、パディング処理回路11は、インター予測復号化に必要な参照画像を画像メモリである2ポートRAM14から読み出す際、読み出す画像がすべて図2(b)に示す画像メモリの記憶領域23内にあることから4x4画素の参照画像24の全てを2ポートRAM14から読み出す。
図3(a)は動きベクトルにより指定された参照画像として必要な4x4画素のブロック31が、有効画像領域32から大部分はみだしているが、ブロック31の一部(右下)は有効画像領域32内にある場合を示す。この場合、参照画像データがない領域、すなわち、有効画像領域32からはみ出しているブロック31の部分を、パディング処理回路11は、画像の境界データ(境界の画像データ)で埋めるため、図3(b)に示す2ポートRAM14の記憶画像領域33と参照ブロックが重なっている部分34を2ポートRAM14から読み出す。
図4(a)は動きベクトルにより指定された参照画像として必要な4x4画素のブロック41が、有効画像領域42と共有する部分が全くない場合を示す。この場合、パディング処理回路11は、有効画像領域42に一番近い境界画像データで参照画像データを埋めるため、図4(b)に示す2ポートRAM14の記憶領域43のうち、有効画像領域42に一番近い画像境界データ44を2ポートRAM14から読み出す。
パディング処理回路11は、上記の2ポートRAM14から画像データを読み出した後、H.264の場合、動きベクトルで指定された参照画像の位置と参照領域の矩形サイズから画像領域外について図5のようなパディング処理を行う。
図5は参照画像領域が有効画像領域に全く共有する部分がない場合(図4の場合)のパディング処理の例である。図5において、動きベクトルで指定された参照画像の位置からの指定された4×4画素の参照画像取得領域51と有効画像領域52との間に全く共有する部分がない場合、パディング処理回路11は、有効画像領域52に一番近い境界画像データ(この場合は、有効画像領域52の左上の角の画素データ)55を用いて埋めた参照画像領域53を生成するパディング処理を行う。
このように、SDRAMなどの画像を蓄積した画像メモリから参照画像データを読み出す際、本実施の形態では、SDRAMインターフェース回路13を介してSDRAMから読み出した参照画像データを一時2ポートRAM14に格納しておき、動きベクトルが参照画像領域外を指定したとしても、動きベクトルで指定された参照画像領域に対して、有効画像領域内もしくはパディング処理に必要な画像領域周辺部の参照画像データのみを2ポートRAM14から読み出して埋めることにより、SDRAMなどの画像メモリへのアクセスを極力減らす構成とすることができる。
また、H.264ではパディング処理を実行した後、輝度信号、色差信号のそれぞれについて、空間フィルタ処理を行うことが規定されている(H.264の規格書JVT(Joint Video Team)-G050r1 8.4.2.2.1、8.4.2.2.2参照)。このため、パディング処理回路11の出力をこの空間フィルタの入力に適した出力になるよう構成すると、パイプライン動作となり処理速度が向上する。
H.264での最小処理サイズは輝度信号では横方向4画素、縦方向4画素(すなわち、4×4画素)、色差信号では横方向2画素、縦方向2画素(すなわち、2x2画素)である。そのため、上記の空間フィルタは輝度信号については4x4画素、色差信号については2x2画素で処理されるパイプライン動作とすることが望ましいことになる。そこで、本実施の形態では、パディング処理回路11の出力は輝度信号については4x4フィルタの入力に適した4画素単位、色差信号については2x2フィルタの入力に適した2画素単位の出力を得るように構成するようにする。
図6は、4x4画素単位の輝度信号用空間フィルタ(輝度フィルタ66)に入力するためのパディング処理回路の実施例1の概略ブロック図を示す。輝度フィルタ66についてはH.264で規定される6タップの空間フィルタを用いる(図7(縦方向も同じ))。
図6において、図1の2ポートRAM14から読み出された画像データは、パディング処理回路11内のライン生成回路61に供給され、各々1ライン分の21画素の画像データを保存する全部で9つのイネーブル付きラインレジスタ62−1〜62−9のうち、どのラインレジスタに出力するかの制御が行われる(換言すると、2ポートRAM14から画像データをラインレジスタ62−1〜62−9へ読み出すタイミングを調整する。)。この際、左右方向(画面横方向)についてパディング処理のためのデータ(埋める画素数)を与えることにより左右方向(画面横方向)のパディング処理を行う。
なお、9つのラインレジスタ62−1〜62−9がすべて一杯になるまで、ライン生成回路61により2ポートRAM14の読み出しとラインレジスタ62−1〜62−9の書き込みが行われ、読み出されて使用しない、空いているラインレジスタがあれば、その分の画像データを2ポートRAM14から読み出して空いているラインレジスタへ書き込む。このように、本実施例では読み出されて使用しない、空いているラインレジスタに次々と新しい画像データを書き込むため、全てのライン分のラインレジスタを持たなくて済む。
また、パディング処理により埋める縦方向の画素位置の制御については、図6に示すラインセレクタ63により、ラインレジスタ62−1〜62−9の読み出しライン位置を制御することで行い、同時に空間フィルタへの入力ラインを決定する。ラインセレクタ63により選択された1ラインの画像データはシフト回路65に供給される。カウンタ64は”0”から”8”までの値を1ずつ巡回する9つのカウント値を有するカウンタで、シフト回路65のシフト動作を、カウンタ64により制御することで、横方向の読み出し画素位置を制御し、パディング処理された画像データを生成して4x4画素ブロック単位で輝度フィルタ66へ出力させる。なお、輝度フィルタ66でフィルタリング処理された画像データ(輝度データ)は、図示しない重み付け処理を通して参照マクロバッファへ出力される。
図8は16x16画素ブロックを4x4画素ブロック用空間フィルタへ入力する場合の一例を示す。図8に示すように、横方向16画素、縦方向16画素の16x16画素ブロックは、パディング処理されながら横方向4画素、縦方向4画素の4x4画素ブロックに分解され、それら分解された4x4画素ブロックは、図8に示す番号順に矢印の順番に処理される。
H.264で規定された空間フィルタは、6タップ(TAP)の構成のフィルタを画面横方向、画面縦方向に用いるためブロックの左方向に2画素(色差は0画素)、右方向に3画素(色差は1画素)、上方向に2画素(色差は0画素)、下方向に3画素(色差は1画素)のブロックからはみだしたデータが必要になる。
すなわち、図7に示す輝度信号の画素Gと画素Hの間の画素bを6タップフィルタを通して求めるには、ブロックを構成する4画素G、H、I、Jだけでなく、そのブロックの左方向にある2画素E、Fを用いて、(E−5×F+20×G+20×H−5×I+J)の演算により画素bが求められる。また、画素Gと画素Hの間の画素a、cを6タップフィルタを通して求めるには、画素aは(G+b+1)、画素cは(H+b+1)で求められる。
同様に、画素Hと画素Iの間、画素Iと画素Jの間、画素Jと画素K(画素Kは図7には図示されていないが、画素Jの右隣に存在する)の間のそれぞれの中間画素を6タップフィルタを通して求めるには、上記と同様の計算を行う。よって、画素Jと画素Kの間の画素を求めるには、6つの画素H、I、J、K、L、M(画素K、L、Mは図示せず)が必要となり、ブロックを構成する4つの画素G、H、I、Jだけでなく、そのブロックの右方向にある3つの画素K、L、Mが必要となる。
従って、水平方向4画素について、全ての画素間で上記の画素bに相当する中間画素の値を6タップフィルタを通して求めるには、ブロックの左方向に2画素、右方向に3画素分はみ出した画像データが余分に必要になる。上下方向(画面縦方向)についても、同様に考えられるため、ブロックの上方向に2画素、下方向に3画素分はみ出した画像データが余分に必要になる。
更に、色差信号については、正確には4×4画素のブロックにフィルタをかけるためには、5×5画素のブロックが必要になる。つまり、4×4画素のブロックの右方向と下方向にはみ出した各1画素も必要になる。
このため、MB(マクロブロック(16x16画素))の横方向に必要な最大画素数は16画素+2画素(左)+3画素(右)となり、計21画素となる(縦方向も同様に21ライン)。また、4x4画素のブロックについて参照画像領域を取得するには、同様に9x9サイズを取得することになるが、上記の通り横方向の最大サイズは21画素であるため、パディング処理に使用するラインレジスタとしては21画素分を用意する。ライン方向の処理は4x4画素単位で処理を行うことから9ライン分用意する。従って、図6では、各21画素分の記憶容量を持つラインレジスタが、62−1〜62−9で示すように9ライン分用意されている。
また、横方向(ピクセル方向)に対する画像領域外のパディング処理は、左右の有効領域の境界画素を拡張することで行う。4x4サイズの処理を行った後、8x4画素、16x4画素など横方向が4画素より大きい場合は、4画素シフトして同じ処理を繰り返す(図8の方向1)。
縦方向(ライン方向)に対する画像領域外のパディング処理は、ラインデータの選択位置とロードタイミングを調整することで行う。4x4サイズより大きい参照画像サイズの場合は、横方向が処理領域の最右の4x4画素の場合、処理領域の最左の下4ラインシフトして同じ処理を繰り返す(図8の方向2)。
この処理により、4x4画素のフィルタ処理後のデータは図9(A)に示すように初めに最左の縦4画素、次に同図(B)に示すように一画素右の縦4画素、次に同図(C)に示すように一画素右の縦4画素、次に同図(D)に示すように一画素右の縦4画素という順番で生成される。
色差信号に対しては、空間フィルタは図10のように規定されているため、1ラインとして9画素(=8+1)、3ライン分(=2+1)のレジスタで輝度信号と同様の回路を構成することができる。
すなわち、色差信号用の空間フィルタは1/8画素位置の値を左右上下の周辺4画素から求めるものであり、図10に示すように、周辺4画素をA、B、C、Dとした場合、横方向の画素AとBの間をxF:(1−xF)に内分した点をx1とすると
x1={A(8−xF)+(B・xF)}/8 (xF=0/8〜7/8)
となり、横方向の画素CとDの間をxF:(1−xF)に内分した点をx2とすると
x2={C(8−xF)+(D・xF)}/8 (xF=0/8〜7/8)
となる。また、上記の内分点x1、x2を縦方向にyF:(1−yF)に内分した点をcとすると、
c={(8−yF)・x1+(x2・yF)}/8 (yF=0/8〜7/8)
となる。上記のcを求めるために上式にx1とx2の各式を代入してx1とx2を消去し、更に四捨五入を考慮して整理すると、図10の下に記載した数式が得られ、この数式に基づいて色差信号用の空間フィルタにより色差信号の値が求められる。
x1={A(8−xF)+(B・xF)}/8 (xF=0/8〜7/8)
となり、横方向の画素CとDの間をxF:(1−xF)に内分した点をx2とすると
x2={C(8−xF)+(D・xF)}/8 (xF=0/8〜7/8)
となる。また、上記の内分点x1、x2を縦方向にyF:(1−yF)に内分した点をcとすると、
c={(8−yF)・x1+(x2・yF)}/8 (yF=0/8〜7/8)
となる。上記のcを求めるために上式にx1とx2の各式を代入してx1とx2を消去し、更に四捨五入を考慮して整理すると、図10の下に記載した数式が得られ、この数式に基づいて色差信号用の空間フィルタにより色差信号の値が求められる。
このように、この実施例では、パディング処理を行う際、輝度、色差に使用する空間フィルタを最小ブロックサイズに合わせた構成にすることで、パディング処理後のデータを空間フィルタにそのまま入力できる。
11 パディング処理回路
12 インター予測復号化部
13 SDRAMインターフェース回路
14 2ポート(port)RAM
61 ライン生成回路
62−1〜62−9 ラインレジスタ
63 ラインセレクタ
64 カウンタ
65 シフト回路
66 輝度フィルタ
12 インター予測復号化部
13 SDRAMインターフェース回路
14 2ポート(port)RAM
61 ライン生成回路
62−1〜62−9 ラインレジスタ
63 ラインセレクタ
64 カウンタ
65 シフト回路
66 輝度フィルタ
Claims (1)
- H.264規格のインター予測復号化時に、圧縮符号化画像信号を局部復号して得られた参照画像データが記憶されている画像記憶手段から読み出された有効画像領域内の参照画像データが一時格納される記憶手段と、
パディング処理後の画像データに対して所定のフィルタリング処理を行う空間フィルタが必要とする最小ブロックのサイズの画像データを一時保持する、複数のレジスタからなるレジスタ手段と、
前記H.264規格のインター予測復号化時に、動きベクトルが参照画像データの有効画像領域内を指定したときには、その指定した有効画像領域内の参照画像データを前記記憶手段から読み出し、前記動きベクトルが前記参照画像データの有効画像領域の一部又は全部と共有しない画像領域を指定したときには、その指定した画像領域と前記有効画像領域との間で共有する部分があるときは、前記有効画像領域の共有する部分の参照画像データである境界画像データ、又はその指定した画像領域と前記有効画像領域との間で共有する部分がないときは、前記指定した画像領域に一番近い前記有効画像領域内の参照画像データである境界画像データを前記記憶手段から読み出し、読み出した前記参照画像データ又は前記境界画像データを、前記レジスタ手段を構成する前記複数のレジスタのうち空いているレジスタに一時格納すると共に、前記複数のレジスタのすべてに前記参照画像データ又は前記境界画像データを一時格納する読み出し/書き込み手段と、
前記レジスタ手段からの前記参照画像データ又は前記境界画像データで、前記動きベクトル情報で指定した画像領域を埋めるパディング処理を行うと共に、前記空間フィルタのフィルタリング処理単位で出力する出力手段と
を備えた構成のパディング処理回路。
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Cited By (2)
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JP2010206664A (ja) * | 2009-03-05 | 2010-09-16 | Fujitsu Ltd | 画像符号化装置、画像符号化制御方法およびプログラム |
CN114679588A (zh) * | 2016-05-27 | 2022-06-28 | 松下电器(美国)知识产权公司 | 编码方法及解码方法 |
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