JP3322233B2 - 動画像伸長方法及びそれを実行するプログラムを記録した記録媒体 - Google Patents
動画像伸長方法及びそれを実行するプログラムを記録した記録媒体Info
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- Compression Or Coding Systems Of Tv Signals (AREA)
- Memory System Of A Hierarchy Structure (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は圧縮された動画像デ
ータを伸長する技術に関し、特にソフトウエアで動画像
データの伸長処理を実行する場合に、キャッシュメモリ
のアクセスを効率的に行うための技術に関する。
ータを伸長する技術に関し、特にソフトウエアで動画像
データの伸長処理を実行する場合に、キャッシュメモリ
のアクセスを効率的に行うための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】高品質な動画像データを蓄積したり通信
したりするための圧縮および伸長方式としてＭＰＥＧ
（Ｍｏｖｉｎｇ Ｐｉｃｔｕｒｅ ｃｏｄｉｎｇ Ｅｘ
ｐｅｒｔｓ Ｇｒｏｕｐ）と呼ばれる国際標準方式が定
められている。ＭＰＥＧの規格に準拠して圧縮された動
画像データをリアルタイムに伸長するためには膨大な計
算量を必要とするため、従来は特別に設計されたハ−ド
ウエアが用いられていた。ところが、最近のマイクロプ
ロセッサの高性能化により、通常のマイクロプロセッサ
により、圧縮された動画像データの伸長を、ソフトウエ
アだけで実現することが可能となりつつある。
したりするための圧縮および伸長方式としてＭＰＥＧ
（Ｍｏｖｉｎｇ Ｐｉｃｔｕｒｅ ｃｏｄｉｎｇ Ｅｘ
ｐｅｒｔｓ Ｇｒｏｕｐ）と呼ばれる国際標準方式が定
められている。ＭＰＥＧの規格に準拠して圧縮された動
画像データをリアルタイムに伸長するためには膨大な計
算量を必要とするため、従来は特別に設計されたハ−ド
ウエアが用いられていた。ところが、最近のマイクロプ
ロセッサの高性能化により、通常のマイクロプロセッサ
により、圧縮された動画像データの伸長を、ソフトウエ
アだけで実現することが可能となりつつある。
【０００３】ＭＰＥＧの圧縮および伸長アルゴリズムに
ついては、例えば、「１９９１年４月、コミュニケーシ
ョンズ・オブ・ザ・エーシーエム、第３４巻、第４号
（Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ＡＣ
Ｍ， Ｖｏｌ．３４，Ｎｏ．４，Ａｐｒｉｌ，１９９
１）」に詳しく述べられている。ＭＰＥＧの伸長アルゴ
リズムはおおまかにいえば、可変長符号の復号処理、逆
量子化処理、逆離散コサイン変換処理、および動き補償
処理から成る。
ついては、例えば、「１９９１年４月、コミュニケーシ
ョンズ・オブ・ザ・エーシーエム、第３４巻、第４号
（Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ＡＣ
Ｍ， Ｖｏｌ．３４，Ｎｏ．４，Ａｐｒｉｌ，１９９
１）」に詳しく述べられている。ＭＰＥＧの伸長アルゴ
リズムはおおまかにいえば、可変長符号の復号処理、逆
量子化処理、逆離散コサイン変換処理、および動き補償
処理から成る。
【０００４】図３を参照して、ＭＰＥＧ伸長装置を、図
３に示すような、ＣＰＵ３０１を中心とするシステムと
ＣＰＵ３０１上のソフトウエアの組合せで構成する例に
ついて説明する。
３に示すような、ＣＰＵ３０１を中心とするシステムと
ＣＰＵ３０１上のソフトウエアの組合せで構成する例に
ついて説明する。
【０００５】ＭＰＥＧで圧縮されたビットストリームは
外部記憶装置３０４に蓄えられる。ビットストリーム
は、ＣＤ−ＲＯＭ等の外部記憶装置３０４から読み出さ
れ、メモリ３０２に一時的に格納される。メモリ３０２
に格納されたビットストリームはＣＰＵ３０１上で動作
するデコーダソフトウエアの働きにより伸長され、その
結果として画像データがメモリ３０２に格納される。メ
モリ３０２に格納された画像データはＣＰＵ上のソフト
ウエアにより表示用フォーマットに変換され、表示装置
３０３に転送される。デコーダソフトウェアは、フロッ
ピィディスク装置（ＦＤ）３０７等の外部記憶装置に格
納されている。
外部記憶装置３０４に蓄えられる。ビットストリーム
は、ＣＤ−ＲＯＭ等の外部記憶装置３０４から読み出さ
れ、メモリ３０２に一時的に格納される。メモリ３０２
に格納されたビットストリームはＣＰＵ３０１上で動作
するデコーダソフトウエアの働きにより伸長され、その
結果として画像データがメモリ３０２に格納される。メ
モリ３０２に格納された画像データはＣＰＵ上のソフト
ウエアにより表示用フォーマットに変換され、表示装置
３０３に転送される。デコーダソフトウェアは、フロッ
ピィディスク装置（ＦＤ）３０７等の外部記憶装置に格
納されている。
【０００６】図４は、ＭＰＥＧで圧縮および伸長をおこ
なう際の、画像フレームの順序について示したものであ
る。ＭＰＥＧは、１フレームの画像を符号化するための
ピクチャタイプとして、Ｉピクチャ、Ｐピクチャ、およ
びＢピクチャという３種類のピクチャタイプを有する。
Ｉピクチャは、動き補償処理が施されずに、そのフレー
ム内の情報だけを用いて圧縮されるピクチャタイプであ
る。Ｐピクチャは、そのフレームよりも過去のフレーム
の画像情報から、そのフレームを予測するという動き補
償処理が施されるピクチャタイプである。Ｂピクチャ
は、そのフレームよりも過去のフレームと未来のフレー
ムとの両方の画像情報から、そのフレームの画像信号を
双方向予測するという動き補償処理が施されるピクチャ
タイプである。
なう際の、画像フレームの順序について示したものであ
る。ＭＰＥＧは、１フレームの画像を符号化するための
ピクチャタイプとして、Ｉピクチャ、Ｐピクチャ、およ
びＢピクチャという３種類のピクチャタイプを有する。
Ｉピクチャは、動き補償処理が施されずに、そのフレー
ム内の情報だけを用いて圧縮されるピクチャタイプであ
る。Ｐピクチャは、そのフレームよりも過去のフレーム
の画像情報から、そのフレームを予測するという動き補
償処理が施されるピクチャタイプである。Ｂピクチャ
は、そのフレームよりも過去のフレームと未来のフレー
ムとの両方の画像情報から、そのフレームの画像信号を
双方向予測するという動き補償処理が施されるピクチャ
タイプである。
【０００７】図４（Ａ）は、ＭＰＥＧで動画像を圧縮す
る際の、典型的なピクチャタイプの割り当てを示してい
る。フレーム＃１はＩピクチャで、他のフレームの画像
情報を参照せずに圧縮される。フレーム＃２はＢピクチ
ャであり、フレーム＃１とフレーム＃４を用いた双方向
の動き補償処理により圧縮される。フレーム＃３もＢピ
クチャであり、フレーム＃１とフレーム＃４とを参照し
て、双方向の動き補償処理により圧縮される。フレーム
＃４はＰピクチャで、フレーム＃１を用いた動き補償処
理により圧縮される。フレーム＃５はＢピクチャで、フ
レーム＃４とフレーム＃７とを用いた双方向の動き補償
処理により圧縮される。フレーム＃６はＢピクチャで、
フレーム＃４とフレーム＃７とを用いた双方向の動き補
償処理により圧縮される。フレーム＃７はＰピクチャ
で、フレーム＃４を参照した動き補償処理により圧縮さ
れる。点線の矢印はフレーム間の参照関係を表してい
る。
る際の、典型的なピクチャタイプの割り当てを示してい
る。フレーム＃１はＩピクチャで、他のフレームの画像
情報を参照せずに圧縮される。フレーム＃２はＢピクチ
ャであり、フレーム＃１とフレーム＃４を用いた双方向
の動き補償処理により圧縮される。フレーム＃３もＢピ
クチャであり、フレーム＃１とフレーム＃４とを参照し
て、双方向の動き補償処理により圧縮される。フレーム
＃４はＰピクチャで、フレーム＃１を用いた動き補償処
理により圧縮される。フレーム＃５はＢピクチャで、フ
レーム＃４とフレーム＃７とを用いた双方向の動き補償
処理により圧縮される。フレーム＃６はＢピクチャで、
フレーム＃４とフレーム＃７とを用いた双方向の動き補
償処理により圧縮される。フレーム＃７はＰピクチャ
で、フレーム＃４を参照した動き補償処理により圧縮さ
れる。点線の矢印はフレーム間の参照関係を表してい
る。
【０００８】図４（Ｂ）は、上で述べたピクチャタイプ
に従って圧縮および伸長を行う場合の、各フレームの処
理順序を示している。圧縮処理を実行する前に、入力動
画像信号は、図４（Ａ）から図４（Ｂ）のように並び替
えられる。
に従って圧縮および伸長を行う場合の、各フレームの処
理順序を示している。圧縮処理を実行する前に、入力動
画像信号は、図４（Ａ）から図４（Ｂ）のように並び替
えられる。
【０００９】ＭＰＥＧでは、まずＩピクチャであるフレ
ーム＃１が圧縮される。次に、Ｐピクチャであるフレー
ム＃４が、フレーム＃１の局部復号画像を参照して圧縮
される。そして、Ｂピクチャであるフレーム＃２が、フ
レーム＃１とフレーム＃４の局部復号画像を参照して圧
縮される。またＢピクチャであるフレーム＃３は、フレ
ーム＃１とフレーム＃４の局部復号画像を参照して圧縮
される。Ｐピクチャであるフレーム＃７は、フレーム＃
４の局部復号画像を参照して圧縮される。続いて、フレ
ーム＃５が、フレーム＃４とフレーム＃７の局部復号画
像を参照して圧縮される。フレーム＃６は、フレーム＃
４とフレーム＃７の局部復号画像を参照して圧縮され
る。
ーム＃１が圧縮される。次に、Ｐピクチャであるフレー
ム＃４が、フレーム＃１の局部復号画像を参照して圧縮
される。そして、Ｂピクチャであるフレーム＃２が、フ
レーム＃１とフレーム＃４の局部復号画像を参照して圧
縮される。またＢピクチャであるフレーム＃３は、フレ
ーム＃１とフレーム＃４の局部復号画像を参照して圧縮
される。Ｐピクチャであるフレーム＃７は、フレーム＃
４の局部復号画像を参照して圧縮される。続いて、フレ
ーム＃５が、フレーム＃４とフレーム＃７の局部復号画
像を参照して圧縮される。フレーム＃６は、フレーム＃
４とフレーム＃７の局部復号画像を参照して圧縮され
る。
【００１０】圧縮した画像を記述するＭＰＥＧビットス
トリームには、フレームを圧縮した順番に各フレームの
情報が記述されている。すなわち、伸長器に入力される
フレームの順序は、もともとの動画像のフレームの順序
とは異っている。
トリームには、フレームを圧縮した順番に各フレームの
情報が記述されている。すなわち、伸長器に入力される
フレームの順序は、もともとの動画像のフレームの順序
とは異っている。
【００１１】このようにして圧縮されたＭＰＥＧビット
ストリームを伸長する際には、まずフレーム＃１が伸長
される。そして、伸長されたフレーム＃１の画像を参照
してフレーム＃４（Ｐピクチャ）が伸長される。伸長さ
れたフレーム＃１と伸長されたフレーム＃４と２つのの
画像を参照して、フレーム＃２（Ｂピクチャ）が伸長さ
れる。伸長されたフレーム＃１と伸長されたフレーム＃
４との２つの画像を参照して、フレーム＃３（Ｂピクチ
ャ）が伸長される。伸長されたフレーム＃４の画像を参
照してフレーム＃７（Ｐピクチャ）が伸長される。続い
て、伸長されたフレーム＃４と伸長されたフレーム＃７
との２つの画像を参照してフレーム＃５が伸長される。
伸長されたフレーム＃４と伸長されたフレーム＃７との
２つの画像を参照してフレーム＃６が伸長される。図４
（Ｃ）は、伸長した画像を、図３の表示装置３０３等に
表示するための順序を示している。
ストリームを伸長する際には、まずフレーム＃１が伸長
される。そして、伸長されたフレーム＃１の画像を参照
してフレーム＃４（Ｐピクチャ）が伸長される。伸長さ
れたフレーム＃１と伸長されたフレーム＃４と２つのの
画像を参照して、フレーム＃２（Ｂピクチャ）が伸長さ
れる。伸長されたフレーム＃１と伸長されたフレーム＃
４との２つの画像を参照して、フレーム＃３（Ｂピクチ
ャ）が伸長される。伸長されたフレーム＃４の画像を参
照してフレーム＃７（Ｐピクチャ）が伸長される。続い
て、伸長されたフレーム＃４と伸長されたフレーム＃７
との２つの画像を参照してフレーム＃５が伸長される。
伸長されたフレーム＃４と伸長されたフレーム＃７との
２つの画像を参照してフレーム＃６が伸長される。図４
（Ｃ）は、伸長した画像を、図３の表示装置３０３等に
表示するための順序を示している。
【００１２】デコーダソフトウエア、即ち、図３のフロ
ッピィディスク装置に格納されたプログラムによる動作
を、図５のフローチャートを参照して、説明する。
ッピィディスク装置に格納されたプログラムによる動作
を、図５のフローチャートを参照して、説明する。
【００１３】１フレームの伸長処理は、１マクロブロッ
クごとに可変長符号復号（５０２）、逆量子化（５０
３）、逆ＤＣＴ（５０４）、動き補償（５０５）のステ
ップが繰り返され、１フレームの最後のマクロブロック
を処理したら１フレームの伸長処理が終了（５０７）と
なる。なお、動き補償処理（５０５）は、Ｉピクチャに
対しては、行われない。また、動き補償処理（５０５）
では、Ｐピクチャに対しては、片方向動き補償予測を施
され、Ｂピクチャに対しては、双方向動き補償予測が施
される。
クごとに可変長符号復号（５０２）、逆量子化（５０
３）、逆ＤＣＴ（５０４）、動き補償（５０５）のステ
ップが繰り返され、１フレームの最後のマクロブロック
を処理したら１フレームの伸長処理が終了（５０７）と
なる。なお、動き補償処理（５０５）は、Ｉピクチャに
対しては、行われない。また、動き補償処理（５０５）
では、Ｐピクチャに対しては、片方向動き補償予測を施
され、Ｂピクチャに対しては、双方向動き補償予測が施
される。
【００１４】１マクロブロック分の可変長符号復号（５
０２）は、メモリ３０２に蓄えられたビットストリーム
を読み出し、数ビットずつ可変長符号テーブルを参照す
ることによってハフマン符号の復号を行う。このとき、
メモリ上の場所を指すポインタ（ＰＯＩＮＴＥＲ）がビ
ットストリームを読み出した位置を記憶している。この
ポインタは、ビットストリームが読み出されると常に読
み出された量だけ進められて、常に次に読み出すべきビ
ットストリームの場所を指している。ここで用いられる
可変長符号テーブルはメモリ３０７にデコーダソフトウ
ェアとともにあらかじめ格納されており、可変長符号復
号処理を実行する際に、ＣＰＵ内に読み込まれる。ハフ
マン符号の復号結果はＤＣＴ係数バッファと呼ばれるメ
モリ３０２上の一領域に格納される。
０２）は、メモリ３０２に蓄えられたビットストリーム
を読み出し、数ビットずつ可変長符号テーブルを参照す
ることによってハフマン符号の復号を行う。このとき、
メモリ上の場所を指すポインタ（ＰＯＩＮＴＥＲ）がビ
ットストリームを読み出した位置を記憶している。この
ポインタは、ビットストリームが読み出されると常に読
み出された量だけ進められて、常に次に読み出すべきビ
ットストリームの場所を指している。ここで用いられる
可変長符号テーブルはメモリ３０７にデコーダソフトウ
ェアとともにあらかじめ格納されており、可変長符号復
号処理を実行する際に、ＣＰＵ内に読み込まれる。ハフ
マン符号の復号結果はＤＣＴ係数バッファと呼ばれるメ
モリ３０２上の一領域に格納される。
【００１５】逆量子化（５０３）は、ＤＣＴ係数バッフ
ァに格納されている値と、ＭＰＥＧビットストリーム内
に含まれている量子化パラメータとの積を求める処理で
ある。逆量子化の結果は、前述のＤＣＴ係数バッファに
書き戻される。
ァに格納されている値と、ＭＰＥＧビットストリーム内
に含まれている量子化パラメータとの積を求める処理で
ある。逆量子化の結果は、前述のＤＣＴ係数バッファに
書き戻される。
【００１６】逆ＤＣＴ（５０４）は、ＤＣＴ係数バッフ
ァに格納されている逆量子化された値に２次元逆離散コ
サイン変換を施す。２次元逆離散コサイン変換の結果は
同じＤＣＴ係数バッファに書き戻される。
ァに格納されている逆量子化された値に２次元逆離散コ
サイン変換を施す。２次元逆離散コサイン変換の結果は
同じＤＣＴ係数バッファに書き戻される。
【００１７】動き補償（５０５）は、動画像の時間的冗
長性を利用したもので、既に伸長されたフレームから画
像の一部を切り出してきて、画像を復元する処理であ
る。切り出される既に伸長済みの画像の位置は、動きベ
クトルと呼ばれるパラメータ（このパラメータもＭＰＥ
Ｇビットストリームに含まれている）によって決定され
る。切り出されて復元される画像は、縦１６画素、横１
６画素からなる、マクロブロックと呼ばれる正方形の領
域である。切り出された領域がＤＣＴ係数バッファに格
納されている逆ＤＣＴの結果と加算されることで、マク
ロブロックの伸長が完了する。伸長されたマクロブロッ
クはメモリ３０２に格納される。
長性を利用したもので、既に伸長されたフレームから画
像の一部を切り出してきて、画像を復元する処理であ
る。切り出される既に伸長済みの画像の位置は、動きベ
クトルと呼ばれるパラメータ（このパラメータもＭＰＥ
Ｇビットストリームに含まれている）によって決定され
る。切り出されて復元される画像は、縦１６画素、横１
６画素からなる、マクロブロックと呼ばれる正方形の領
域である。切り出された領域がＤＣＴ係数バッファに格
納されている逆ＤＣＴの結果と加算されることで、マク
ロブロックの伸長が完了する。伸長されたマクロブロッ
クはメモリ３０２に格納される。
【００１８】図３に示すようなシステムでは、通常、Ｃ
ＰＵ３０１にキャッシュメモリ３０５が内蔵されてい
る。キャッシュメモリとは、メモリに比べて、容量は小
さいが高速にアクセスできるメモリである。キャッシュ
メモリには、ＣＰＵ３０１が最近アクセスした外部メモ
リ３０２の内容が蓄えられている。、アクセスしてから
長時間アクセスのない内容はキャッシュメモリから追い
出されてメモリ３０２に書き戻されるように制御されて
いる。
ＰＵ３０１にキャッシュメモリ３０５が内蔵されてい
る。キャッシュメモリとは、メモリに比べて、容量は小
さいが高速にアクセスできるメモリである。キャッシュ
メモリには、ＣＰＵ３０１が最近アクセスした外部メモ
リ３０２の内容が蓄えられている。、アクセスしてから
長時間アクセスのない内容はキャッシュメモリから追い
出されてメモリ３０２に書き戻されるように制御されて
いる。
【００１９】すなわち、ＣＰＵが一度アクセスした内容
は、その後すぐにアクセスする限りは、キャッシュに内
容が残っているのでＣＰＵのマシンサイクル以内に再度
アクセスができる。これは、キャッシュヒットと呼ばれ
る。しかし、まだ一度もアクセスしていない場合あるい
は一度アクセスしてから長時間アクセスしなかったため
にキャッシュメモリに蓄えられていないメモリの内容を
アクセスする場合には、ＣＰＵのマシンサイクルの数倍
から数十倍の時間がかかる。この現象は、キャッシュミ
スと呼ばれる。
は、その後すぐにアクセスする限りは、キャッシュに内
容が残っているのでＣＰＵのマシンサイクル以内に再度
アクセスができる。これは、キャッシュヒットと呼ばれ
る。しかし、まだ一度もアクセスしていない場合あるい
は一度アクセスしてから長時間アクセスしなかったため
にキャッシュメモリに蓄えられていないメモリの内容を
アクセスする場合には、ＣＰＵのマシンサイクルの数倍
から数十倍の時間がかかる。この現象は、キャッシュミ
スと呼ばれる。
【００２０】マイクロプロセッサでは、キャッシュミス
によりデータのアクセスを待っている間、プロセッサ全
体の動作が止まってしまう。したがって、ソフトウエア
の処理速度を向上させるためには、キャッシュミスの発
生する確率を可能な限り小とし、ＣＰＵの能力を有効に
使えるようにすることが重要である。
によりデータのアクセスを待っている間、プロセッサ全
体の動作が止まってしまう。したがって、ソフトウエア
の処理速度を向上させるためには、キャッシュミスの発
生する確率を可能な限り小とし、ＣＰＵの能力を有効に
使えるようにすることが重要である。
【００２１】現時点でのマイクロプロセッサでは内蔵さ
れているキャッシュメモリの容量は最大数十キロバイト
である。システムの構成によっては、ＣＰＵ３０１の外
側に二次キャッシュメモリと呼ばれる、内蔵されている
キャッシュメモリよりも大容量のキャッシュメモリを配
置する場合もある。二次キャッシュメモリの容量は現時
点では最大数百キロバイトである。一方、ＭＰＥＧで扱
われる画像の１フレームの容量は画面サイズによって数
十キロバイトから数メガバイトまで考えられる。ＭＰＥ
Ｇ２メインプロファイル・メインレベルと呼ばれる、現
在最も汎用的に用いられている規格の場合は１フレーム
が数百キロバイトとなるので、二次キャッシュには最大
でも１フレームの画像しか格納できない。
れているキャッシュメモリの容量は最大数十キロバイト
である。システムの構成によっては、ＣＰＵ３０１の外
側に二次キャッシュメモリと呼ばれる、内蔵されている
キャッシュメモリよりも大容量のキャッシュメモリを配
置する場合もある。二次キャッシュメモリの容量は現時
点では最大数百キロバイトである。一方、ＭＰＥＧで扱
われる画像の１フレームの容量は画面サイズによって数
十キロバイトから数メガバイトまで考えられる。ＭＰＥ
Ｇ２メインプロファイル・メインレベルと呼ばれる、現
在最も汎用的に用いられている規格の場合は１フレーム
が数百キロバイトとなるので、二次キャッシュには最大
でも１フレームの画像しか格納できない。
【００２２】従来の技術の伸長装置でＭＰＥＧ２メイン
プロファイル・メインレベルの伸長を行なうときの、キ
ャッシュメモリのふるまいについて説明する。例えば図
４（Ｂ）のフレーム＃２を伸長して、次にフレーム＃３
を伸長する一連の動作について説明する。
プロファイル・メインレベルの伸長を行なうときの、キ
ャッシュメモリのふるまいについて説明する。例えば図
４（Ｂ）のフレーム＃２を伸長して、次にフレーム＃３
を伸長する一連の動作について説明する。
【００２３】フレーム＃２の伸長処理の中で動き補償処
理では、フレーム＃１とフレーム＃４を参照するため
に、これから伸長されるフレーム＃２の画像と合わせて
３フレーム分の画像にアクセスする必要がある。キャッ
シュメモリには３フレーム分の画像は格納できないた
め、フレーム＃２の伸長処理が終了した段階では、キャ
ッシュメモリにはフレーム＃１、フレーム＃４、および
フレーム＃２のそれぞれ一部だけが格納されている。Ｍ
ＰＥＧの伸長アルゴリズムは、画面の左から右へ下方に
向かって処理を進めていくため、多くの場合、参照され
るフレームの伸長済画像も、画面上の上端から下端に向
けて順にアクセスされる。したがって、伸長の処理が進
むにつれて画面の上端に近い部分のデータがキャッシュ
メモリから追い出されていき、最終的には下端に近い部
分のデータだけがキャッシュメモリに残ることになる。
理では、フレーム＃１とフレーム＃４を参照するため
に、これから伸長されるフレーム＃２の画像と合わせて
３フレーム分の画像にアクセスする必要がある。キャッ
シュメモリには３フレーム分の画像は格納できないた
め、フレーム＃２の伸長処理が終了した段階では、キャ
ッシュメモリにはフレーム＃１、フレーム＃４、および
フレーム＃２のそれぞれ一部だけが格納されている。Ｍ
ＰＥＧの伸長アルゴリズムは、画面の左から右へ下方に
向かって処理を進めていくため、多くの場合、参照され
るフレームの伸長済画像も、画面上の上端から下端に向
けて順にアクセスされる。したがって、伸長の処理が進
むにつれて画面の上端に近い部分のデータがキャッシュ
メモリから追い出されていき、最終的には下端に近い部
分のデータだけがキャッシュメモリに残ることになる。
【００２４】引き続いてフレーム＃３を伸長する処理の
動き補償処理において、再度フレーム＃１とフレーム＃
４とを参照する。フレーム＃３の画面上端に近い部分を
伸長しているときには、フレーム＃１とフレーム＃４の
画面上端に近い部分を参照することになるが、フレーム
＃２の伸長処理の結果、キャッシュメモリにはフレーム
＃１とフレーム＃４の下端に近い部分のデータしか残っ
ていないため、全てのアクセスがキャッシュミスを引き
起こす。また、上端に近い部分の伸長処理を行っている
段階で、キャッシュメモリに残っていたフレーム＃１と
フレーム＃４の下端に近い部分のデータが追い出される
ため、フレーム＃３の画面下端に近い部分を伸長する処
理でも全てのアクセスがキャッシュミスを引き起こすこ
とになる。
動き補償処理において、再度フレーム＃１とフレーム＃
４とを参照する。フレーム＃３の画面上端に近い部分を
伸長しているときには、フレーム＃１とフレーム＃４の
画面上端に近い部分を参照することになるが、フレーム
＃２の伸長処理の結果、キャッシュメモリにはフレーム
＃１とフレーム＃４の下端に近い部分のデータしか残っ
ていないため、全てのアクセスがキャッシュミスを引き
起こす。また、上端に近い部分の伸長処理を行っている
段階で、キャッシュメモリに残っていたフレーム＃１と
フレーム＃４の下端に近い部分のデータが追い出される
ため、フレーム＃３の画面下端に近い部分を伸長する処
理でも全てのアクセスがキャッシュミスを引き起こすこ
とになる。
【００２５】このように従来の技術の動画像伸長装置で
は、動き補償処理において参照するフレーム全体をキャ
ッシュメモリに格納しておくことができないため、キャ
ッシュミスが多発する。特に隣接する複数のフレームが
Ｂピクチャである場合、同一の参照フレームを何度もキ
ャッシュミスを起こしながら読み込まなければならない
ため、無駄が多い。そのためこの従来技術ではキャッシ
ュミスが多発し、デコードソフトウエアの速度低下の要
因となっている。
は、動き補償処理において参照するフレーム全体をキャ
ッシュメモリに格納しておくことができないため、キャ
ッシュミスが多発する。特に隣接する複数のフレームが
Ｂピクチャである場合、同一の参照フレームを何度もキ
ャッシュミスを起こしながら読み込まなければならない
ため、無駄が多い。そのためこの従来技術ではキャッシ
ュミスが多発し、デコードソフトウエアの速度低下の要
因となっている。
【００２６】
【発明が解決しようとする課題】このように、ソフトウ
ェアで構築された従来の動画像伸長装置では、特に、Ｂ
ピクチャの伸長処理において、ＣＰＵ内のキャッシュメ
モリを有効に使うことができないため、処理速度が遅
い。メモリアクセスのための待ち時間がデコーダソフト
ウエアの速度低下の大きな要因となっている。本発明
は、Ｂピクチャの動き補償処理におけるキャッシュミス
を抑制し、デコードソフトウエアの速度低下を防止した
動画像伸長技術を提供することを目的とする。
ェアで構築された従来の動画像伸長装置では、特に、Ｂ
ピクチャの伸長処理において、ＣＰＵ内のキャッシュメ
モリを有効に使うことができないため、処理速度が遅
い。メモリアクセスのための待ち時間がデコーダソフト
ウエアの速度低下の大きな要因となっている。本発明
は、Ｂピクチャの動き補償処理におけるキャッシュミス
を抑制し、デコードソフトウエアの速度低下を防止した
動画像伸長技術を提供することを目的とする。
【００２７】
【課題を解決するための手段】本発明の第１の動画像伸
長装置は、あるフレームの伸長処理を行うときに、それ
がＢピクチャでかつ次のフレームもＢピクチャならば、
１番目のフレームの１マクロブロック分の伸長処理と２
番目のフレームの１マクロブロック分の伸長処理を交互
に繰り返すことで、隣接する２フレームの伸長処理を同
時に行う。本発明の第２の動画像伸長装置は、あるフレ
ームの伸長処理を行うときに、それがＢピクチャでかつ
次のフレームもＢピクチャならば、１番目のフレームの
ある一定数マクロブロック分の伸長処理と２番目のフレ
ームのある一定数マクロブロック分の伸長処理を交互に
繰り返すことで、隣接する２フレームの伸長処理を同時
に行う。
長装置は、あるフレームの伸長処理を行うときに、それ
がＢピクチャでかつ次のフレームもＢピクチャならば、
１番目のフレームの１マクロブロック分の伸長処理と２
番目のフレームの１マクロブロック分の伸長処理を交互
に繰り返すことで、隣接する２フレームの伸長処理を同
時に行う。本発明の第２の動画像伸長装置は、あるフレ
ームの伸長処理を行うときに、それがＢピクチャでかつ
次のフレームもＢピクチャならば、１番目のフレームの
ある一定数マクロブロック分の伸長処理と２番目のフレ
ームのある一定数マクロブロック分の伸長処理を交互に
繰り返すことで、隣接する２フレームの伸長処理を同時
に行う。
【００２８】本発明では、隣接する２フレームがともに
Ｂピクチャである場合、その２フレームの伸長処理をひ
とつあるいは複数のマクロブロック単位で交互に行うた
め、隣接するフレームの同じ位置にあるマクロブロック
の伸長処理が連続して実行されることになる。これによ
り、動き補償処理においてキャッシュミスが発生する確
率を低くすることができる。これは隣接するフレームの
同じ位置にあるマクロブロックにおける動き補償処理
は、参照フレーム中の近い位置にある領域を利用するこ
とが多いという性質に基づいている。
Ｂピクチャである場合、その２フレームの伸長処理をひ
とつあるいは複数のマクロブロック単位で交互に行うた
め、隣接するフレームの同じ位置にあるマクロブロック
の伸長処理が連続して実行されることになる。これによ
り、動き補償処理においてキャッシュミスが発生する確
率を低くすることができる。これは隣接するフレームの
同じ位置にあるマクロブロックにおける動き補償処理
は、参照フレーム中の近い位置にある領域を利用するこ
とが多いという性質に基づいている。
【００２９】
【発明の実施の形態】以下の説明から明らかとなるよう
に、本発明と従来技術とは、外部記憶装置３０７に格納
されたプログラムのみが異なっている。ＭＰＥＧで圧縮
されたビットストリームは外部記憶装置３０４に蓄えら
れる。ビットストリームは外部記憶装置３０４から読み
出され、メモリ３０２に一時的に格納される。メモリ３
０２に格納されたビットストリームはＣＰＵ３０１上で
動作するデコーダソフトウエアの働きにより伸長され、
その結果として画像データがメモリ３０２に格納され
る。フロッピィディスク３０７には、以下で、図１また
は図２のフローチャートを用いて説明するプログラムが
格納されている。
に、本発明と従来技術とは、外部記憶装置３０７に格納
されたプログラムのみが異なっている。ＭＰＥＧで圧縮
されたビットストリームは外部記憶装置３０４に蓄えら
れる。ビットストリームは外部記憶装置３０４から読み
出され、メモリ３０２に一時的に格納される。メモリ３
０２に格納されたビットストリームはＣＰＵ３０１上で
動作するデコーダソフトウエアの働きにより伸長され、
その結果として画像データがメモリ３０２に格納され
る。フロッピィディスク３０７には、以下で、図１また
は図２のフローチャートを用いて説明するプログラムが
格納されている。
【００３０】本発明の第１実施形態の動作について、図
を参照して説明する。図１は、本発明の第１実施形態の
動作を示すフローチャートである。
を参照して説明する。図１は、本発明の第１実施形態の
動作を示すフローチャートである。
【００３１】１フレームの伸長処理では、まず、そのフ
レームのピクチャタイプがＢピクチャであるかどうかが
判断（１０２）される。
レームのピクチャタイプがＢピクチャであるかどうかが
判断（１０２）される。
【００３２】入力されたフレームのピクチャタイプが、
ＩピクチャあるいはＰピクチャならば、従来の技術と同
様に、１マクロブロック分の伸長処理（１０３；図５の
ステップ５０２から５０５の処理と同一）が繰り返され
（１０３，１０７）、１フレームの最後のマクロブロッ
クを処理したら１フレームの伸長処理が終了（１０８）
となる。
ＩピクチャあるいはＰピクチャならば、従来の技術と同
様に、１マクロブロック分の伸長処理（１０３；図５の
ステップ５０２から５０５の処理と同一）が繰り返され
（１０３，１０７）、１フレームの最後のマクロブロッ
クを処理したら１フレームの伸長処理が終了（１０８）
となる。
【００３３】ステップ１０２での判定の結果、ピクチャ
タイプがＢピクチャの場合、そのフレームをフレームＸ
と呼ぶことにする。その場合、現在のビットストリーム
読み出し位置を記憶しているポインタ（ＰＯＩＮＴＥ
Ｒ）を変数ｐ１に保存しておき（１０９）、次のフレー
ムの先頭までビットストリームを読み飛ばす（１１
０）。
タイプがＢピクチャの場合、そのフレームをフレームＸ
と呼ぶことにする。その場合、現在のビットストリーム
読み出し位置を記憶しているポインタ（ＰＯＩＮＴＥ
Ｒ）を変数ｐ１に保存しておき（１０９）、次のフレー
ムの先頭までビットストリームを読み飛ばす（１１
０）。
【００３４】この次のフレームをフレームＹと呼ぶこと
にする。そのときのビットストリーム読み出し位置を変
数ｐ２に保存しておきｐ１に保存してあるビットストリ
ーム読みだし位置をポインタに戻す（１１１）。
にする。そのときのビットストリーム読み出し位置を変
数ｐ２に保存しておきｐ１に保存してあるビットストリ
ーム読みだし位置をポインタに戻す（１１１）。
【００３５】もし、フレームＹのピクチャタイプがＢピ
クチャでなければ（１１２）、フレームＸの伸長処理を
ＩピクチャあるいはＰピクチャと同様に行う。
クチャでなければ（１１２）、フレームＸの伸長処理を
ＩピクチャあるいはＰピクチャと同様に行う。
【００３６】もし、フレームＹのピクチャタイプもＢピ
クチャであれば、まず、フレームＸの１マクロブロック
分の伸長処理（１１３；図５のステップ５０２から５０
５の処理と同一）を行う。
クチャであれば、まず、フレームＸの１マクロブロック
分の伸長処理（１１３；図５のステップ５０２から５０
５の処理と同一）を行う。
【００３７】次に、ポインタを変数ｐ１に保存し、ｐ２
に保存されているフレームＹの先頭を指すポインタをポ
インタに戻し（１１７）、フレームＹの１マクロブロッ
ク分の伸長処理（１１８；図５のステップ５０２から５
０５の処理と同一）を行う。
に保存されているフレームＹの先頭を指すポインタをポ
インタに戻し（１１７）、フレームＹの１マクロブロッ
ク分の伸長処理（１１８；図５のステップ５０２から５
０５の処理と同一）を行う。
【００３８】次に、ポインタを変数ｐ２に保存し、ｐ１
に保存されているビットストリーム読みだし位置をポイ
ンタに戻し（１２２）、フレームＸの１マクロブロック
分の伸長処理（１１３；図５のステップ５０２から５０
５の処理と同一）を行う。
に保存されているビットストリーム読みだし位置をポイ
ンタに戻し（１２２）、フレームＸの１マクロブロック
分の伸長処理（１１３；図５のステップ５０２から５０
５の処理と同一）を行う。
【００３９】以下同様に、フレームＸとフレームＹの伸
長処理を１マクロブロックごとに交互に繰り返し、最後
のマクロブロックを処理したら フレームＸとフレーム
Ｙの２フレーム分の伸長処理が終了（１２４）となる。
長処理を１マクロブロックごとに交互に繰り返し、最後
のマクロブロックを処理したら フレームＸとフレーム
Ｙの２フレーム分の伸長処理が終了（１２４）となる。
【００４０】次に、本発明の第２実施形態の動作につい
て、図を参照して説明する。
て、図を参照して説明する。
【００４１】図２は、本発明の第２実施形態の動作を示
すフローチャートである。Ｋをある定数とする。１フレ
ームの伸長処理では、まず、そのフレームのピクチャタ
イプがＢピクチャであるかどうかを判断（２０２）す
る。そのフレームのピクチャタイプが、Ｉピクチャある
いはＰピクチャならば、従来の技術と同様に１マクロブ
ロック分の伸長処理（２０３；図５のステップ５０２か
ら５０５の処理と同一）が繰り返され（２０３，２０
７）、１フレームの最後のマクロブロックを処理したら
１フレームの伸長処理が終了（２０８）となる。
すフローチャートである。Ｋをある定数とする。１フレ
ームの伸長処理では、まず、そのフレームのピクチャタ
イプがＢピクチャであるかどうかを判断（２０２）す
る。そのフレームのピクチャタイプが、Ｉピクチャある
いはＰピクチャならば、従来の技術と同様に１マクロブ
ロック分の伸長処理（２０３；図５のステップ５０２か
ら５０５の処理と同一）が繰り返され（２０３，２０
７）、１フレームの最後のマクロブロックを処理したら
１フレームの伸長処理が終了（２０８）となる。
【００４２】ステップ２０２での判定の結果、ピクチャ
タイプがＢピクチャの場合、そのフレームをフレームＸ
と呼ぶことにする。その場合、現在のビットストリーム
読み出し位置を記憶しているポインタポインタを変数ｐ
１に保存しておき（２０９）、次のフレームの先頭まで
ビットストリームを読み飛ばす（２１０）。
タイプがＢピクチャの場合、そのフレームをフレームＸ
と呼ぶことにする。その場合、現在のビットストリーム
読み出し位置を記憶しているポインタポインタを変数ｐ
１に保存しておき（２０９）、次のフレームの先頭まで
ビットストリームを読み飛ばす（２１０）。
【００４３】この次のフレームをフレームＹと呼ぶこと
にする。そのときのビットストリーム読み出し位置を変
数ｐ２に保存しておき、ｐ１に保存してあるビットスト
リーム読み出し位置をポインタに戻す（２１１）。
にする。そのときのビットストリーム読み出し位置を変
数ｐ２に保存しておき、ｐ１に保存してあるビットスト
リーム読み出し位置をポインタに戻す（２１１）。
【００４４】もし、フレームＹのピクチャタイプがＢピ
クチャでなければ（２１２）、フレームＸの伸長処理を
ＩピクチャあるいはＰピクチャと同様に行う。
クチャでなければ（２１２）、フレームＸの伸長処理を
ＩピクチャあるいはＰピクチャと同様に行う。
【００４５】もし、フレームＹのピクチャタイプもＢピ
クチャであれば、まず、フレームＸのマクロブロックＫ
個分の伸長処理（２１３、２１４、２１８，２１９）を
行う。次に、ポインタを変数ｐ１に保存し、ｐ２に保存
されているフレームＹの先頭を指すポインタを、ポイン
タに戻し（２２０）、フレームＹのマクロブロックＫ個
分の伸長処理（２２１、２２２、２２６、２２７）を行
う。
クチャであれば、まず、フレームＸのマクロブロックＫ
個分の伸長処理（２１３、２１４、２１８，２１９）を
行う。次に、ポインタを変数ｐ１に保存し、ｐ２に保存
されているフレームＹの先頭を指すポインタを、ポイン
タに戻し（２２０）、フレームＹのマクロブロックＫ個
分の伸長処理（２２１、２２２、２２６、２２７）を行
う。
【００４６】次に、ポインタを変数ｐ２に保存し、ｐ１
に保存されているビットストリーム読み出し位置をポイ
ンタに戻し（２２８）、フレームＸの１マクロブロック
分の伸長処理（２１３、２１４、２１８、２１９）を行
う。
に保存されているビットストリーム読み出し位置をポイ
ンタに戻し（２２８）、フレームＸの１マクロブロック
分の伸長処理（２１３、２１４、２１８、２１９）を行
う。
【００４７】以下同様に、フレームＸとフレームＹの伸
長処理をＫ個のマクロブロックごとに交互に繰り返し、
最後のマクロブロックを処理したら、フレームＸとフレ
ームＹの２フレーム分の伸長処理が終了（２３０）とな
る。
長処理をＫ個のマクロブロックごとに交互に繰り返し、
最後のマクロブロックを処理したら、フレームＸとフレ
ームＹの２フレーム分の伸長処理が終了（２３０）とな
る。
【００４８】ここで、Ｋはキャッシュメモリのサイズ
と、伸長する画像のサイズによって最適な値が異なる
例えば２５６キロバイトのキャッシュメモリを含む動画
像伸長装置で 横７２０画素、縦４８０画素の、ＭＰＥ
Ｇ２メインプロファイル・メインレベルの画像を伸長す
る場合、Ｋを画面上の横１列のマクロブロックの個数で
ある４５とする。
と、伸長する画像のサイズによって最適な値が異なる
例えば２５６キロバイトのキャッシュメモリを含む動画
像伸長装置で 横７２０画素、縦４８０画素の、ＭＰＥ
Ｇ２メインプロファイル・メインレベルの画像を伸長す
る場合、Ｋを画面上の横１列のマクロブロックの個数で
ある４５とする。
【００４９】なお、ここでは隣接する２フレームがとも
にＢピクチャであった場合にその２フレームの伸長処理
を交互に行う例について述べたが、３フレーム以上の隣
接するフレームが全てＢピクチャであった場合に、その
３フレーム以上の伸長処理を交互に行うことも可能であ
る。
にＢピクチャであった場合にその２フレームの伸長処理
を交互に行う例について述べたが、３フレーム以上の隣
接するフレームが全てＢピクチャであった場合に、その
３フレーム以上の伸長処理を交互に行うことも可能であ
る。
【００５０】
【発明の効果】本発明の効果は、Ｂピクチャの動き補償
処理におけるキャッシュミスを減らすことにより、デコ
ードソフトウエアの速度低下を防ぐことである。本発明
の実施の形態では、隣接する２フレームがともにＢピク
チャである場合、隣接するフレームの同じ位置にあるひ
とつあるいは複数のマクロブロックの伸長処理が連続し
て実行されることになる。これにより、動き補償処理に
おいてキャッシュに読み込まれる参照フレームのデータ
を有効利用することが可能となり、キャッシュミスが発
生する確率を低くすることができる。
処理におけるキャッシュミスを減らすことにより、デコ
ードソフトウエアの速度低下を防ぐことである。本発明
の実施の形態では、隣接する２フレームがともにＢピク
チャである場合、隣接するフレームの同じ位置にあるひ
とつあるいは複数のマクロブロックの伸長処理が連続し
て実行されることになる。これにより、動き補償処理に
おいてキャッシュに読み込まれる参照フレームのデータ
を有効利用することが可能となり、キャッシュミスが発
生する確率を低くすることができる。
【図１】本発明の第１の実施の形態の動作を示すフロー
チャートである。
チャートである。
【図２】本発明の第２の実施の形態の動作を示すフロー
チャートである。
チャートである。
【図３】本発明の実施の形態の構成を示すブロック図で
ある。
ある。
【図４】動画像伸長処理におけるフレームの処理順序を
示す図である。
示す図である。
【図５】従来の技術の動作を示すフローチャートであ
る。
る。
３０１ ＣＰＵ ３０２ メモリ ３０３ 表示装置 ３０４ 外部記憶装置 ３０５ キャッシュメモリ ３０６ バス ３０７ フロッピィディスク装置
Claims (3)
- 【請求項１】キャッシュメモリを内蔵したＣＰＵとメモ
リとを含んで構成される動画像伸長装置により実行され
る動画像伸長方法であり、動画像伸長用ソフトウエアに
より駆動される動画像伸長装置により実行される動画像
伸長方法であって、隣接する複数のＢピクチャを伸長処
理する際に、これら隣接するＢピクチャの各々につい
て、対応する位置にある定数（Ｋ）個のマクロブロック
に対する伸長処理を交互に実行することを特徴とした動
画像伸長方法。 - 【請求項２】請求項１に記載の動画像伸長方法におい
て、前記Ｋは１であることを特徴とした動画像伸長方
法。 - 【請求項３】キャッシュメモリを内蔵したＣＰＵとメモ
リとを含み構成された動画像伸長装置を動作させるため
のプログラムを記録した記録媒体であり、 隣接する複数のＢピクチャを伸長処理する際に、 これら各Ｂピクチャの各々について、対応する位置にあ
る定数（Ｋ）個のマクロブロックに対する伸長処理を交
互に実行するステップを含むプログラムを記録した記録
媒体。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7613099A JP3322233B2 (ja) | 1999-03-19 | 1999-03-19 | 動画像伸長方法及びそれを実行するプログラムを記録した記録媒体 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7613099A JP3322233B2 (ja) | 1999-03-19 | 1999-03-19 | 動画像伸長方法及びそれを実行するプログラムを記録した記録媒体 |
Publications (2)
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|---|---|
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| JP3322233B2 true JP3322233B2 (ja) | 2002-09-09 |
Family
ID=13596370
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7613099A Expired - Fee Related JP3322233B2 (ja) | 1999-03-19 | 1999-03-19 | 動画像伸長方法及びそれを実行するプログラムを記録した記録媒体 |
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| US20050187433A1 (en) * | 2001-07-26 | 2005-08-25 | Given Imaging Ltd. | In-vivo imaging device providing constant bit rate transmission |
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| JP2006031480A (ja) * | 2004-07-16 | 2006-02-02 | Sony Corp | 情報処理システム及び情報処理方法、並びにコンピュータプログラム |
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| JP5188348B2 (ja) * | 2008-09-25 | 2013-04-24 | 三菱電機株式会社 | データアクセス装置 |
| US9877033B2 (en) | 2009-12-21 | 2018-01-23 | Qualcomm Incorporated | Temporal and spatial video block reordering in a decoder to improve cache hits |
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|---|---|---|---|---|
| EP0665688A3 (en) * | 1993-12-29 | 1995-11-02 | Toshiba Kk | Method for arranging video data and device for encoding / decoding video data. |
| JP3651941B2 (ja) * | 1994-11-28 | 2005-05-25 | キヤノン株式会社 | 画像再生装置 |
| US6088391A (en) * | 1996-05-28 | 2000-07-11 | Lsi Logic Corporation | Method and apparatus for segmenting memory to reduce the memory required for bidirectionally predictive-coded frames |
| US5838678A (en) * | 1996-07-24 | 1998-11-17 | Davis; Joseph W. | Method and device for preprocessing streams of encoded data to facilitate decoding streams back-to back |
| US5818533A (en) * | 1996-08-08 | 1998-10-06 | Lsi Logic Corporation | Method and apparatus for decoding B frames in video codecs with minimal memory |
| JPH10243402A (ja) * | 1997-02-27 | 1998-09-11 | Toshiba Corp | 画像処理装置及び画像処理方法 |
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| US6385248B1 (en) * | 1998-05-12 | 2002-05-07 | Hitachi America Ltd. | Methods and apparatus for processing luminance and chrominance image data |
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- 1999-03-19 JP JP7613099A patent/JP3322233B2/ja not_active Expired - Fee Related
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- 2000-03-17 US US09/527,364 patent/US6687298B1/en not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
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Legal Events
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| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20020528 |
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