JP3024383B2 - ブロック符号化方式 - Google Patents

ブロック符号化方式

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JP3024383B2
JP3024383B2 JP24081092A JP24081092A JP3024383B2 JP 3024383 B2 JP3024383 B2 JP 3024383B2 JP 24081092 A JP24081092 A JP 24081092A JP 24081092 A JP24081092 A JP 24081092A JP 3024383 B2 JP3024383 B2 JP 3024383B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、画像の直交変換符号
化方式、特にマクロブロックを直交変換符号化すること
に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図12は、従来のマクロブロックを説明
するためのインターレース構造を成す画像を1画面分示
す図である。図において、50はインターレース構造を
成す画面である。51はインターレース構造を構成する
第1フィールド、52は同様にインターレース構造を構
成する第2フィールドである。53は水平方向m画素、
垂直方向2n画素(m,nは自然数)から構成されるブ
ロックである。このようにインターレース構造を成す画
像は、まず第1フィールドの情報を画面に表示した後、
第1フィールドの間に第2フィールドの情報を表示する
ことにより1画面分の画像を表示する。
【0003】次に図13は水平方向、垂直方向共に2つ
のブロックからなる従来のマクロブロックの構成例であ
り、同図中(a)は4:4:4フォーマットを、(b)
は4:2:2フォーマットを、(c)は4:2:0フォ
ーマットを示したものである。
【0004】画像信号はいくつかの信号成分によって構
成されている。たとえば、3チャネルの信号成分がある
ものとし、ここでは各チャネルが赤、緑、青の信号成分
によって構成される場合を図13(a)に示している。
また、3チャネルの信号成分として、輝度及び2チャネ
ルの色差信号によって構成される場合を図13(b)と
図13(c)に示している。また各信号成分の画素数の
比が1:1:1で構成されるような場合を4:4:4フ
ォーマットという。また各信号成分の画素数の比が2:
1:1で構成されるような場合を4:2:2フォーマッ
トと呼んでいる。さらに各信号成分の画素数の比が4:
1:1で構成されるような場合を4:2:0フォーマッ
トと呼んでいる。
【0005】ここで示したマクロブロックは、例えば、
現フレームの画素値、あるいは現フレームと前フレーム
の差分値によって構成される場合がある。この現フレー
ムの画素値を送るかあるいは現フレームと前フレームの
差分値を送るかはシステムによって適宜決定されるもの
であるが、代表的な例としては、まず最初の画像を送る
場合には、その画像全体を示す現フレームの画素値を符
号化し、その後は現フレームと前フレームの差分値を符
号化し、伝送する情報の量の削減を図っていることが多
い。
【0006】図13(a),(b),(c)いずれの場
合においても、水平方向m画素、垂直方向2n画素
(m,nは自然数)のブロック単位で直交変換を行う
が、ここで図12に示すようなインターレース構造を成
す画像のようにフィールドの概念のある信号について
は、符号化効率を上げるため、動きの大小に応じて、上
下2つのブロックを対にしてブロックの再構成を行って
いる。
【0007】図14は、図13においてフィールドの概
念のある信号、すなわち図13(c)のCb,Crを除
く信号について、上下2ブロックの構成例を示したもの
である。同図(a)はフレームブロックを、同図(b)
はフィールドブロックを示したものである。なお、図中
実線の矢印は第1フィールド、破線は第2フィールドを
示している。従来のマクロブロック直交変換符号化方式
は、図14(a)に示すようなフィールドの混ざったフ
レームブロック、あるいは、図14(b)に示すような
フィールドを別々にしたフィールドブロック(第1フィ
ールドブロック61、第2フィールドブロック62)に
ブロッキングを行い、再構成されたブロックに対して直
交変換を行っているため、いずれのブロックに対しても
水平方向m画素、垂直方向2n画素の同じ大きさで処理
を行っている。その後、直交変換係数について量子化を
行い、図13中に示した番号の順番(#1,#2,#3
・・・・・・・・ )に従って符号化を行っていく。
ここでm=8,n=4とすると、例えばMPEG2にお
けるマクロブロックの構成となり、すべて同じサイズの
ブロック単位で直交変換符号化を行っている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】従来のマクロブロック
直交変換符号化方式は、以上のように同じ大きさのブロ
ックを単位として直交変換符号化を行っており、フレー
ムブロックとフィールドブロックを適応的に切り替える
ため、マクロブロックは垂直方向に偶数個のブロックか
らなる構成にしなければならないという問題点があっ
た。
【0009】この発明は上記の問題点を解消するために
なされたもので、ブロックの構成に対する条件を緩和し
たブロック符号化方式を得ることを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】第1の発明に係わるブロ
ック符号化方式は、以下の要素を有することを特徴とす
る。 (a)第1フィールド及び第2フィールドを有したイン
ターレース構造をもつ画像情報を記憶する記憶手段、 (b)上記記憶手段に記憶された画像情報の水平方向m
画素、垂直方向2n画素(m,nは自然数)から構成さ
れるm×2n画素領域をブロックとして入力し、m×
2n画素領域のブロックを符号化単位として各ブロック
毎に符号化を行うブロック符号化手段、 (c)上記記憶手段に記憶された画像情報の水平方向m
画素、垂直方向2n画素(m,nは自然数)から構成さ
れるm×2n画素領域を1ブロックとして入力し、各ブ
ロックを水平方向m画素、垂直方向n画素からなる第1
フィールドより構成されるサブブロックと、水平方向m
画素、垂直方向n画素からなる第2フィールドより構成
されるサブブロックの2つのサブブロックに分け、m×
n画素領域のサブブロックを符号化単位として各サブブ
ロック毎に符号化を行うサブブロック符号化手段、 (d)上記ブロック符号化手段とサブブロック符号化手
段を切り換えて動作させる切り換え手段。
【0011】
【作用】第1の発明におけるブロック符号化方式は、ブ
ロックをサブブロックに分割し、そのサブブロックを用
いて第1フィールドと第2フィールドを符号化するよう
にしたので垂直方向のブロック数を偶数にするという制
限がなくなり、ブロック構成が柔軟に行なえる。
【0012】
【実施例】実施例1. 図1は、本発明の一実施例におけるマクロブロック直交
変換符号化方式の一構成例を示す図である。図におい
て、1はマクロブロック直交変換符号化回路である。2
はフレーム記憶回路である。3は水平方向m画素、垂直
方向2n画素(m,nは自然数)から構成されるブロッ
クを直交変換符号化するブロック直交変換符号化回路で
ある。4は各ブロックを水平方向m画素、垂直方向n画
素からなる第1フィールドのみより構成されるサブブロ
ックと水平方向m画素、垂直方向n画素からなる第2フ
ィールドのみより構成されるサブブロックの二つのサブ
ブロックに対して直交変換符号化を行うサブブロック直
交変換符号化回路である。5はブロック直交変換符号化
回路3とサブブロック直交変換符号化回路4を切り換え
て動作させる切り換え回路である。6は画像情報を入力
してフレーム記憶回路2に記憶するための入力線であ
る。7はブロック直交変換符号化回路3あるいはサブブ
ロック直交変換符号化回路4により符号化された符号化
データを出力する出力線である。
【0013】次に、図1に示したマクロブロック直交変
換符号化回路1の動作についてフレームブロックを伝送
する場合とフィールドブロックを伝送する場合に分けて
説明する。図2及び図3はフレームブロックを伝送する
場合の一例を示す図であり、図4と図5はフィールドブ
ロックを伝送する場合の一例を示したものである。
【0014】図2は、特にブロック直交変換符号化回路
3の動作を説明するものであり、本発明におけるフレー
ムブロックを符号化する場合のマクロブロックの一構成
例を示したもので、各ブロック毎に直交変換符号化を行
うモードについて、水平方向2ブロック、垂直方向2ブ
ロックより構成された場合の図である。ここで示したマ
クロブロックは、たとえば現フレームの画素値、あるい
は現フレームと前フレームの差分値によって構成されて
いる。同図(a)は4:4:4フォーマットの時のマク
ロブロック構成を、同図(b)は4:2:2フォーマッ
トの時のマクロブロック構成を、同図(c)は4:2:
0フォーマットの時のマクロブロック構成を示したもの
で、同図中枠で囲まれた部分がブロックに相当する。
【0015】図3は、図2におけるブロックの構成を示
したもので、図中実線の矢印は第1フィールド、破線の
矢印は第2フィールドを示したものである。このように
構成されたブロックに対して、図2に示した番号の順番
(#1,#2,#3 ・・・・・ )にしたがって
直交変換符号化を行う。
【0016】図4は、特にサブブロック直交変換符号化
回路4の動作を説明するための図であり、本発明におけ
るフィールドブロックを符号化する場合のマクロブロッ
クの一構成例を示したもので、各ブロックを2つのサブ
ブロック毎に直交変換符号化を行うモードにおいて、水
平方向2ブロック、垂直方向2ブロックより構成された
場合の図である。ここで示したマクロブロックは、例え
ば現フレームの画素値、あるいは現フレームと前フレー
ムの差分値によって構成されており、同図(a)は4:
4:4フォーマットの時のマクロブロック構成を、同図
(b)は4:2:2フォーマットの時のマクロブロック
構成を、同図(c)は4:2:0フォーマットの時のマ
クロブロック構成を示したものである。同図中枠で囲ま
れた部分がサブブロックに相当する。
【0017】図5は、図4におけるブロックの構成例を
示したもので、図中実線の矢印は第1フィールド、破線
の矢印は第2フィールドを示したものである。例えば図
4において“A“となっている部分には、第1フィール
ドのデータ、“B“となっている部分には、第2フィー
ルドのデータが対応している。このように構成されたサ
ブブロックに対して、例えば図4に示した番号の順番
(#1A,#1B,#2A,#2B,#3A,#3B
・・・・・ )にて直交変換符号化を行う。
【0018】フレーム記憶回路2は入力線6から入力さ
れる画像情報をフレーム単位に記憶するものであり、こ
のフレーム記憶回路2に記憶される画像情報は現フレー
ムの画素値である場合あるいは現フレームと前フレーム
の差分値である場合とがある。現フレームの画素値ある
いは現フレームと前フレームの差分値の何れが記憶され
るかは入力線6以前にある他のシステムによって決定さ
れるものであり、フレーム記憶回路2はいずれであるか
を意識することなく画像情報を記憶する。同様にブロッ
ク直交変換符号化回路3及びサブブロック直交変換符号
化回路4はフレーム記憶回路2に記憶された値が現フレ
ームの画素値あるいは現フレームと前フレームの差分値
の何れであるかを意識せずに符号化する。
【0019】切り換え回路5はフレームブロックを符号
化する場合にはブロック直交変換符号化回路3を動作さ
せ、フィールドブロックを符号化する場合にはサブブロ
ック直交変換符号化回路4を動作させるように切り換え
る。フレームブロックかフィールドブロックの何れかを
符号化するのを識別するのは外部から与えられた要求に
よるものであり、切り換え回路5はこの外部からの要求
あるいは外部からの識別信号に基づいて切り換え動作を
行う。
【0020】以上のように、この実施例は、いくつかの
信号成分によって構成されるインターレース構造をなす
画像において、第1及び第2フィールドを合成した1フ
レームの画面上で、水平方向m画素、垂直方向2n画素
(m,nは自然数)から構成されるものをブロックと
し、各ブロック毎に直交変換符号化を行うモードと、各
ブロックを水平方向m画素、垂直方向n画素からなる第
1フィールドのみより構成されるサブブロックと、水平
方向m画素、垂直方向n画素からなる第2フィールドの
みより構成されるサブブロックの2つのサブブロックに
分け、各サブブロック毎に直交変換符号化を行うモード
をもち、各信号成分よりブロックを複数個集めたマクロ
ブロックに対し、信号の重要度の高い順に符号化を行う
ことを特徴とする。
【0021】実施例2. 上記実施例1においては、切り換え回路5がブロック直
交変換符号化回路3とサブブロック直交変換符号化回路
4を適応的に切り換えることにより直交変換符号化を行
う場合を示したが、フレームブロックのみを符号化する
ようなシステムにおいては、ブロック直交変換符号化回
路3のみを有している場合でもかまわない。反対にフィ
ールドブロックのみを符号化するようなシステムにおい
てはサブブロック直交変換符号化回路4のみを有してい
るような場合であればかまわない。
【0022】実施例3. 図6、図7、図8は、この実施例に係るブロック符号化
方式を説明するための図である。図6において、11は
実施例1で説明したようなブロック符号化方式を備えた
符号化装置、12は復号化装置、13は符号化装置11
により符号化されたマクロブロックに対して、さらに追
加のブロックを生成する追加手段である。14は符号化
装置11により符号化されたマクロブロックからひとつ
以上のブロックを削除する間引き手段である。図6
(a)においては、追加手段13が符号化装置11に存
在し、図6(b)においては追加手段が復号化装置に存
在している。また図6(c)においては間引き手段が符
号化装置に存在し、図6(d)においては間引き手段1
4が復号化装置に存在している。
【0023】次に、図7は、画像情報が3チャネルの信
号成分、例えば、赤、緑、青によって構成される場合を
示した図であり、図7(a)のフォーマットから間引き
手段が#9と#10と#11と#12のブロックの符号
化データを間引くことにより図7(b)のフォーマット
に変換することを示している。さらに図7(b)のフォ
ーマットから#7と#8のブロックの符号化データを間
引くことにより図7(c)のフォーマットに変換できる
ことを示している。このように図7(b)のような4:
2:2フォーマットの画像において、#1から#8まで
符号化を行った場合は従来どおり4:2:2の画像を得
ることができ、間引き手段により#7と#8を間引いて
#1から#6まで符号化を行った場合、図2(c)のよ
うな4:2:0の画像を得ることができる。反対に図7
(c)に対して、補間処理あるいはフィルタリング処理
等を行うことによって#7と#8の新たなブロックの符
号化データを生成することにより、図7(b)のフォー
マットを生成することが可能である。また、図7(b)
のフォーマットに対して同様に追加手段が補間処理ある
いはフィルタリング処理を行うことによって、新たなブ
ロックの符号化データを追加することにより、図7
(a)のフォーマットに変換することが可能である。次
に、図8は、信号成分が3チャネルの信号成分であっ
て、輝度及び2チャネルの色差信号によって構成される
場合を示したものであり、図8(a)から(c)に向か
って間引き手段がブロックの符号化データを間引くこと
によりフォーマットの変換ができることを示した図であ
る。例えば、図8(b)のような4:2:2フォーマッ
トの画像において、#1Aから#8Bまで符号化を行っ
た場合従来どおり4:2:2の画像を得ることができる
が、間引き手段により#7A〜#8Bを間引いて、#1
Aから#6Bまで符号化を行った場合、図8(c)のよ
うな4:2:0の画像を得ることができる。同様に図8
(c)から(a)に向かって追加手段により新たなブロ
ックの符号化データを追加することによりフォーマット
の変換が可能である。
【0024】以上のように、この実施例は、3チャネル
の成分、例えば赤緑青によって構成される信号系列で、
各成分の画素数の比が1:1:1で構成されるような
4:4:4フォーマットの画像において上記実施例1に
述べた符号化モードをもち、各信号成分よりブロックを
1:1:1の割合で複数個集めたマクロブロックに対
し、あらかじめ定めたブロック順で、1または複数個の
ブロックの符号化データを間引いてスケーラブルに符号
化することを特徴とする。
【0025】また、3チャネルの成分、例えば輝度及び
2チャネルの色差信号によって構成される信号系列で、
輝度信号に比べて色差信号の水平方向の画素数を半分に
間引き、各成分の画素数の比が2:1:1で構成される
ような4:2:2フォーマットの画像において上記実施
例1に述べた符号化モードをもち、各信号成分よりブロ
ックを2:1:1の割合で複数個集めたマクロブロック
に対し、あらかじめ定めたブロック順で、1または複数
個のブロックの符号化データを間引いたり追加してスケ
ーラブルに符号化することを特徴とする。
【0026】また、3チャネルの成分、例えば輝度及び
2チャネルの色差信号によって構成される信号系列で、
輝度信号に比べて色差信号の水平方向及び垂直方向の画
素数を半分に間引き、各成分の画素数の比が4:1:1
で構成されるような4:2:0フォーマットの画像にお
いて、上記実施例1に述べた符号化モードをもち、各信
号成分よりブロックを4:1:1の割合で複数個集めた
マクロブロックに対し、あらかじめ定めたブロック順
で、1または複数個のブロックの符号化データを追加し
てスケーラブルに符号化することを特徴とする。
【0027】実施例4. 上記実施例3においては、4:4:4フォーマットと
4:2:2フォーマットと4:2:0フォーマットの3
つのフォーマットの間で、ブロックの符号化データを追
加する場合、あるいはブロックの符号化データを間引く
場合について説明したが、その他のフォーマットに変換
するためのブロックの符号化データの追加、あるいは、
間引きであってもかまわない。
【0028】実施例5. 上記実施例3において、間引き手段がブロックの符号化
データを間引く場合には、単にそのブロックを削除する
場合に係わらず、複数のブロックからの情報をそれぞれ
抽出してひとつのブロックとするような方法であっても
かまわない。たとえば、#5と#7のブロックから#5
のブロックにする場合には単に#7を削除する場合に限
らず、#5と#7のブロック内にある情報から必要な情
報を抽出して新たな#5のブロックを作成するような場
合でもかまわない。
【0029】実施例6. 図9は、この実施例に係わるブロック符号化方式の一実
施例を示す図である。図において、21はブロック符号
化回路である。22は第1フィールドを直交変換符号化
する第1フィールド直交変換符号化回路である。30は
第1フィールド直交変換符号化回路22にある画素符号
化回路である。23は第2フィールドを直交変換符号化
する第2フィールド直交変換符号化回路である。31は
第1フィールドと第2フィールドの差分信号を生成する
差分信号生成回路である。32は生成された差分信号を
符号化する差分信号符号化回路である。
【0030】図10、図11は、図9に示したブロック
符号化回路の動作を説明するためのブロックの構成例を
示したもので、図中実線の矢印は第1フィールド、破線
の矢印は第2フィールドを示したものである。図10に
示した図は、従来例で説明した図14(b)のフィール
ドブロックと同様の構成を取っているものであるが、図
10において、実線の矢印を有しているブロックは第1
フィールドの画素値そのままをデータとし、破線の矢印
を有しているブロックには実線で示した第1フィールド
の画素値と第2フィールドの画素値の差分値をデータと
して有している。また、図11は実施例1で説明した図
5と同様のブロック構成を示しており、図11において
実線の矢印を有しているブロックは第1フィールドの画
素値そのままをデータとし、破線の矢印を有しているブ
ロックには実線で示した第1フィールドの画素値と第2
フィールドの画素値の差分値をデータとして有してい
る。このように構成されたブロックに対して、例えば、
図4に示したAの部分においては画素値そのままをデー
タとし、Bの部分に関してはAの部分との差分値をデー
タとして、図4に示した番号の順番(例えば#1A,#
1B,#2A,#2B,#3A,#3B ・・・・・
)にて直交変換符号化を行う。
【0031】以上のように、図10においては、水平方
向m画素、垂直方向2n画素(m,nは自然数)からな
るブロックにおいて、水平方向m画素、垂直方向2n画
素からなる第1フィールドのみより構成される第1のブ
ロックと、水平方向m画素、垂直方向2n画素からなる
第2フィールドのみより構成される第2のブロックの2
つのブロックを用い、各ブロック毎に直交変換符号化を
行う場合、第1のブロックについては、画素そのものを
直交変換符号化を行い、第2のブロックについては、第
1のブロックとの差分信号の直交変換符号化を行うこと
を特徴とする。
【0032】また、図11においては、水平方向m画
素、垂直方向2n画素(m,nは自然数)からなるブロ
ックにおいて、各ブロックを水平方向m画素、垂直方向
n画素からなる第1フィールドのみより構成される第1
のサブブロックと、水平方向m画素、垂直方向n画素か
らなる第2フィールドのみより構成される第2のサブブ
ロックの2つのサブブロックに分け、各サブブロック毎
に直交変換符号化を行う場合、第1のサブブロックにつ
いては、画素そのものの直交変換符号化を行い、第2の
サブブロックについては、第1のサブブロックとの差分
信号の直交変換符号化を行うことを特徴とする。
【0033】
【発明の効果】以上のように、第1の発明によれば、ブ
ロックを複数のサブブロックに分割し、各々のサブブロ
ックに対して直交変換符号化を行うことにより、マクロ
ブロックを構成するときの制限を緩和する効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例におけるマクロブロック直
交変換符号化方式を示す図である。
【図2】この発明の一実施例におけるマクロブロック構
成例を示す図である。
【図3】この発明の一実施例におけるマクロブロック構
成例のブロック構成を示す図である。
【図4】この発明の一実施例におけるマクロブロック構
成例を示す図である。
【図5】この発明の一実施例におけるマクロブロック構
成例のブロック構成を示す図である。
【図6】この発明の一実施例における追加手段及び間引
き手段の構成例を示す図である。
【図7】この発明の一実施例におけるフォーマット変換
を説明するため図である。
【図8】この発明の一実施例におけるフォーマット変換
を説明するため図である。
【図9】この発明の一実施例におけるブロック符号化回
路の構成例を示す図である。
【図10】この発明の一実施例におけるマクロブロック
構成例のブロック構成を示す図である。
【図11】この発明の一実施例におけるマクロブロック
構成例のブロック構成を示す図である。
【図12】従来のマクロブロックを説明するためのイン
ターレース構造をなす画像を示す図である。
【図13】従来のマクロブロック構成例を示す図であ
る。
【図14】従来のブロック構成例を示す図である。
【符号の説明】
1 マクロブロック直交変換符号化回路 2 フレーム記憶回路 3 ブロック直交変換符号化回路 4 サブブロック直交変換符号化回路 5 切り換え回路 6 入力線 7 出力線 11 符号化装置 12 復号化装置 13 追加手段 14 間引き手段 21 ブロック符号化回路 22 第1フィールド直交変換符号化回路 23 第2フィールド直交変換符号化回路 30 画素符号化回路 31 差分信号生成回路 32 差分信号符号化回路 50 インタレース構造を成す画像 51 第1フィールド 52 第2フィールド
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−1688(JP,A) 特開 平3−276987(JP,A) 特開 平5−103312(JP,A) 特開 平4−369192(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H04N 7/30 H03M 7/30

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 以下の要素を有するブロック符号化方式 (a)第1フィールド及び第2フィールドを有したイン
    ターレース構造をもつ画像情報を記憶する記憶手段、 (b)上記記憶手段に記憶された画像情報の水平方向m
    画素、垂直方向2n画素(m,nは自然数)から構成さ
    れるm×2n画素領域をブロックとして入力し、m×
    2n画素領域のブロックを符号化単位として各ブロック
    毎に符号化を行うブロック符号化手段、 (c)上記記憶手段に記憶された画像情報の水平方向m
    画素、垂直方向2n画素(m,nは自然数)から構成さ
    れるm×2n画素領域を1ブロックとして入力し、各ブ
    ロックを水平方向m画素、垂直方向n画素からなる第1
    フィールドより構成されるサブブロックと、水平方向m
    画素、垂直方向n画素からなる第2フィールドより構成
    されるサブブロックの2つのサブブロックに分け、m×
    n画素領域のサブブロックを符号化単位として各サブブ
    ロック毎に符号化を行うサブブロック符号化手段、 (d)上記ブロック符号化手段とサブブロック符号化手
    段を切り換えて動作させる切り換え手段。
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