JP3329768B2 - 画像符号化データの再符号化方法およびそのプログラム記録媒体 - Google Patents
画像符号化データの再符号化方法およびそのプログラム記録媒体Info
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Description
で符号化された画像符号化データ中のイントラフレーム
(フレーム内符号化フレーム)を効率的に再符号化する
方法に関するものである。
化データから,異なるビットレートの符号化データを生
成する手段として,再符号化する方法がある。
うシステム図を示す。図7において,再生画像だけを用
いて再符号化する場合は,一旦すべての符号化データを
復号し,再生画像を得た後に,再び新たに符号化をやり
直すことと同等である。
削減にある。一旦,復号器1により,元の符号化データ
の一部または全部を復号し,再符号化器2により,復号
画像を目的のビットレートに符号化する。
に,量子化ステップを大きくし,粗く量子化する方法が
用いられている。また,例えば,特願平l0―l600
89号「符号化画像の再生方法」において提案されてい
る符号化データ中の低周波成分を取り出す方法や,特願
平l0−3389l9号「画像符号化データの再符号化
方法およびそのプログラム記録媒体」において提案され
ている符号化データ中のイントラフレームを削減する方
法等がある。
よびそのプログラム記録媒体(特願平l0−3389l
9号)」では,イントラフレームが持つ符号化データ量
の削減を行なう際に,再符号化の計算量を抑えるための
手法として,元の符号化データの隣接フレームの動きべ
クトル情報を参照して動きべクトルの再探索を回避し,
演算量も削減している。
72−2(MPEG−l)等の動画像符号化方式では,
フレームレートを落さずに低ビットレートでの高品質符
号化を実現するための手段として,シーケンス中に多く
の双方向符号化フレームを持つ。このような画像シーケ
ンスに対しても,演算量が少ない符号化データ量削減手
法として上記「画像符号化データの再符号化方法および
そのプログラム記録媒体(特願平l0−3389l9
号)」の手法によるイントラフレームの再符号化は有効
である。
ームとして順方向符号化フレームのみを用いると,再符
号化対象フレームと参照フレームの間に多くの双方向符
号化フレームが入り,フレーム間の間隔が拡大する。こ
のため,動きべクトルの変化が大きくなり,符号化デー
タ量の削減効率が低下するという問題があった。
に,双方向符号化フレームを持つ画像符号化データ中
の,イントラフレームを順方向符号化フレームとして再
符号化する際に,再符号化するための動きべクトルを算
出するために参照するフレームとして,双方向符号化フ
レームを参照する。
は,符号化データに含まれるイントラフレームと,該イ
ントラフレームに対して前後のフレームの中から,双方
向符号化フレームおよび順方向符号化フレームを参照フ
レームとして検出するステップ(S1)と,検出された
参照フレームに含まれる小ブロック単位の動きベクトル
を抽出するステップ(S2)と,抽出された動きべクト
ルを用いて,該イントラフレームを再符号化するための
動きベクトルを,双方向符号化フレームの各小ブロック
の符号化モードに応じて,双方向符号化フレームの各小
ブロックごとに算出するステップ(S3〜S9)と,双
方向符号化フレームの小ブロック単位に算出された動き
べクトルを用いて,該イントラフレームを再符号化する
ための動きべクトルを,イントラフレームの各小ブロッ
ク単位で算出するステップ(S10)と,算出された動
きべクトルを用いて該イントラフレームを順方向符号化
フレームとして再符号化するステップ(S11)とを有
する。
ぞれの処理が,(i)は各イントラフレームごとの処
理,(m)はイントラフレームが参照している双方向予
測フレーム中の小ブロックごとの処理,(mi)は,イ
ントラフレーム中の小ブロックごとの処理であることを
示す。
とに以下の4種類の符号化モードに分けることができ
る。
する,順方向予測ブロック 2.時間的に未来のフレームのみから予測する,逆方向
予測ブロック 3.時間的に過去と未来の両方から予測する,双方向予
測ブロック 4.フレーム内のみに閉じて符号化する,イントラブロ
ック ところで,上記「画像符号化データの再符号化方法およ
びそのプログラム記録媒体(特願平l0−3389l9
号)」には,演算量を増大させる動きベクトルの探索を
削減する手法として,再符号化対象のイントラフレーム
が参照するフレームに含まれる小ブロック単位の動きベ
クトルを抽出し,各小ブロック領域を抽出された動きベ
クトルに従ってイントラフレームに投影し,イントラフ
レームの各小ブロックにおいてそのブロック領域と重な
りを持つ投影像が用いた動きベクトルを重なりの面積に
よって重み付けすることにより,イントラフレームをフ
レーム間符号化フレームに再符号化するための動きベク
トルを算出する方法が提案されている。しかし,この手
法のように,各小ブロックの領域を抽出された動きべク
トルによってイントラフレームに投影するだけでは,各
小ブロックごとに符号化モードが異なるため,再符号化
のための動きベクトルを全ての小ブロックに対して正し
く算出することはできない。
との符号化モードに応じて場合分けを行ない,各小ブロ
ックごとに動きべクトル算出処理を切替える(ステップ
S3)。これにより,双方向符号化フレームは動きベク
トル参照フレームとして利用可能となる。
レームとして利用すれば,再符号化対象フレームと参照
フレームとの時間差が小さくなり,再符号化のために算
出する動きべクトルの予測精度を高めることができる
(図2参照)。
トルを用いることにより,動きベクトルの再探索を回避
しているため,再符号化のための演算量も抑えることが
できる。
のプログラムは,計算機が読み取り可能な可搬体メモ
リ,半導体メモリ,ハードディスクなどの適当な記録媒
体に格納することができる。
する。符号化されたデータの例として用いるのは,図2
(A)に示すように,MPEG−1でM=2,N=4の
場合(GOPが4枚のフレームからなり,I,Pフレー
ム間に1枚づつBフレームが挿入されている揚合)であ
る。ここで,Iフレームとはイントラフレーム(フレー
ム内符号化フレーム)を指し,P,Bフレームはフレー
ム間符号化フレームであって,Pフレームは順方向符号
化フレーム,Bフレームは双方向符号化フレームを指
す。
Pフレームとして再符号化する。ここでの参照フレーム
は,図2(B)に示すように,図2(A)の右からl番
目のPフレーム(P4)と,図2(A)の右から5番目
のPフレーム(P2),および図2(A)の右から4番
目のBフレーム(B3)である。
テップに基づいて実施される。図3中の(i),
(m),(mi)は,図4に図示したように,各Iフレ
ームごとと,BまたはIフレーム中の各小ブロック単位
の,どちらで処理が進められるかを示す。
るステップS21の「イントラフレームと参照フレーム
の検出」に対応している。図2に示すように,I,P,
Bフレームが抜き出される。ただし,図2(B)の左端
の「Iフレーム」は再符号化対象のイントラフレームで
もその参照フレームでもない(ここでは,参照フレーム
が参照しているフレームとなっている)。このIフレー
ムをI1フレームとおき,図2(B)の列からの再符号
化の処理の様子の概略を簡単に図示すると,図5に示す
ようになる。
が変換後である。図5(A)の列の再符号化対象イント
ラフレームIが再符号化され(I−P変換),順方向符
号化フレームとなったものをPtとする。図4に示すよ
うに,再符号化対象イントラフレームIは,小さいブロ
ックから構成されている。他のフレームも同様に小ブロ
ックから構成されており,図5に示す動きべクトルv
1,v2,nvは,それぞれP2,P4,Ptの各小ブ
ロックごとに与えられている。また,動きベクトルv
f,vbもB3の各小ブロックごとに与えられている。
4,B3から動きベクトルnvを算出するステップ,す
なわち,再符号化対象イントラフレームIの各小ブロッ
クBI, k に関する動きべクトルの算出ステップ(図3の
S23〜S28)を述べる。
た,P2からIへの動きべクトルnv1j を求めるステ
ップを述べる。このステップでは,B3の各小ブロック
の予測方式に応じて算出処理は切替える(S23)。
べクトルを表し,‖はノルム(べクトルの長さ),∩は
2つの領域の重なりを表す。また,P2の小ブロック番
号をi,B3の小ブロック番号をj,再符号化対象イン
トラフレームIの小ブロック番号をk,P4の小ブロッ
ク番号をlで表す。また,領域Dの面積をS(D)で表
す。
として, 1.順方向予測ブロック 2.逆方向予測ブロック 3.双方向予測ブロック 4.イントラブロック の4種類の予測方式に分けることができる。各小ブロッ
クごとに上記l.〜4.の予測方式に応じて,以下のよ
うに各動きべクトルnv1j を算出する。以下では,ス
キップされた小ブロックも,その小ブロックが参照する
小ブロックの予測方式に応じて,1.〜3.のいずれか
として扱う。
S24) 順方向予測ブロックでは,図6(A)に示すように,小
ブロックBB3,jに対応する順方向予測動きべクトルvf
j が存在し,逆方向予測動きべクトルvbj は存在しな
い。そこで,小ブロックBB3,jに関してベクトルvfj
を反転した逆方向予測動きべクトルを考え,それを用い
て小ブロックBB3,jの領域を再符号化対象イントラフレ
ームI上に投影した投影像vfj (BB3,j)をFRj と
表す。また,P4の各小ブロックBP4,lの領域に対応し
た動きべクトルv2l によって,各BP4,lを再符号化対
象イントラフレームI上に引き戻し投影した領域v2l
-1(BP4,l)をR4l と表す。
応じてベクトルv2l の平均べクトルv2fj を,以下
のように算出する。この計算を行なうために関数RatP4
(j,l)を以下のように定義する。
は,領域R4l は空集合φとなり,そのようなlに対し
てはS(FRj ∩R4l )=0であるので,Rat
P4(j,l)=0となる。
j ∩R4l )=0となり,S* P4,j=0となった場合に
は,そのjに対してはベクトルnv1j は算出されな
い。小ブロックの添字の集合N_MCを考え,以上のよ
うなjはN_MCに含まないものとし,以上で1.の処
理を打ち切る。S* P4,j>0の場合は以下に続く。
フレームからIフレームへの参照ベクトルを平均して算
出したものである。もとのストリーム中でP4とIの間
には双方向符号化フレームが一枚あったので(図2参
照),P4とIのフレーム間距離はIとB3のフレーム
間距離の2倍である。したがって,以下のようにベクト
ルv2fj を1/2倍した上でベクトルvfj と同じ方
向を向いているかどうかの判定処理を行なう。vfj と
(1/2)×v2fj との差がTピクセル以下の場合,
すなわち, ‖vfj −(1/2)×v2fj ‖≦T を満たす揚合には,nv1j =2vfj を算出し,再符
号化対象イントラフレームI上の領域FRj をR3j と
する。小ブロックの添字の集合N_MCは,以上の式を
満たすjを含むものとする。
S25) 逆方向予測ブロックでは,図6(B)に示すように,小
ブロックBB3,jに対応する逆方向予測動きべクトルvb
j が存在し,ベクトルvfj は存在しない。そこで,小
ブロックBB3,jに関してベクトルvbj を反転した順方
向予測動きべクトルを考え,それを用いて小ブロックB
B3,jの領域をP2フレーム上に投影した投影像vb
j (BB3,j)をBRj と表す。また,P2フレームの小
ブロックBP2 ,iに対応した動きベクトルv1i が存在す
る揚合には,小ブロックBP2,iをR2 i とおき,存在し
ない場合にはR2i =φとする。
応じて,v1i の平均べクトルv1bj を以下のように
算出する。この計算を行なうために,関数RatP2(i,
j)を以下のように導入する。
ない場合は,領域R2iは空集合φとなり,そのような
iに対してはS(BRj ∩R2i )=0となって,Rat
P2(i,j)=0である。
j ∩R2i )=0となり,S* p2,j=0となった場合に
は,そのjに対してはnv1j は算出されない。この場
合のjは,小ブロックの添字の集合N_MCには含まれ
ないものとし,以上で2.の処理を打ち切る。
れた平均べクトルv1bj は,P2フレームからI1フ
レームへの参照ベクトルを平均して算出したものであ
る。もとのストリーム中でP2フレームとI1フレーム
の間には双方向符号化フレームが一枚あったので(図2
参照),P2フレームとI1フレームとのフレーム間距
離はP2フレームとB3フレームとのフレーム間距離の
2倍である。また,ベクトルv1bj とベクトルvbj
は反対向きである。したがって,以下のようにベクトル
v1bj を−1/2倍した上でベクトルvbj と同じ方
向を向いているかどうかの判定処理を行なう。vbj と
−(1/2)×v1bj との差がTピクセル以下の場
合,すなわち, ‖vbj +(1/2)×v1bj ‖≦T を満たす揚合には,nv1j =−2vbj を算出し,ベ
クトルvbj により小ブロックBB3,jを再符号化対象イ
ントラフレームI上に投影した領域vbj -1(B B3,j)
をR3j とする。小ブロックの添字の集合N_MCは,
以上の式を満たすjのみを含むものとする。
S26) 双方向予測ブロックでは,図6(C)に示すように,小
ブロックBB3,jに対応する順方向予測動きべクトルvf
j ,逆方向予測動きベクトルvbj がともに存在する。
この場合は,この2つのべクトルを合成してnv1j =
vfj ―vbjを算出し,ベクトルvbj により小ブロ
ックBB3,jを再符号化対象イントラフレームI上に投影
した領域vbj -1(BB3,j)をR3j とする。小ブロッ
クの添字の集合N_MCは3.の場合のjを含むものと
する。
27) イントラブロックでは,小ブロックBB3,jに対応する順
方向予測動きベクトル,逆方向予測動きべクトルとも存
在しない。このようなjに関してはベクトルnv1j は
算出されず,整数の集合N_MCには4.の場合のjは
含めないものとする。
ームから再符号化対象イントラフレームIへの動きべク
トルnv1j を求めるステップ,すなわち図3に示す動
きべクトル算出処理(ステップS24〜S27)に対応
する。
イントラフレームの各小ブロックB I,k に対応した動き
べクトルnvk を算出する。
り,j∈N_MCに対して関数RatI (j,k)は,
以下で示される値を表す。
I,k に関する動きベクトルは算出されない。
レームの各小ブロックBI,k に対応した動きべクトルn
vk の算出を行なう。以上が,イントラフレームの各小
ブロックに対応した動きべクトルの算出ステップ(S2
9)となる。
ームの再符号化を次のように行なう。イントラフレーム
の各小ブロックに関して,ベクトルnvk が算出された
場合はそれを用いて,P2フレームを参照フレームとし
た再符号化を行なう。ベクトルnvk が算出されなかっ
た小ブロックに関しては,処理を行なわずにそのままイ
ントラ小ブロックとする。
して行ない,再符号化対象イントラフレームIを順方向
符号化フレームに再符号化したPtを得る。
双方向符号化フレームを含むシーケンスの再符号化時
に,画質劣化やフレーム数の減少および発生演算量を抑
制しつつ,符号化デ―タ量の削減効率を高めることが可
能である。
するための図である。
る。
と,フレーム中の小ブロックを説明するための図であ
る。
図である。
説明するための図である。
データの再符号化を行うシステム図である。
Claims (2)
- 【請求項1】 フレーム内のデータのみを用いて符号化
を行なうフレーム内符号化フレームと,時間的に過去の
フレームのみを用いて予測を行なう順方向符号化フレー
ムと,時間的に過去および未来のフレームを用いて予測
を行なう双方向符号化フレームとで構成される画像符号
化データにおいて,フレーム内符号化フレームを順方向
符号化フレームとして再符号化する方法であって, 符号化データに含まれるフレーム内符号化フレームと,
該フレーム内符号化フレームの直前の順方向符号化フレ
ームを第1の順方向符号化参照フレーム,該第1の順方
向符号化参照フレームと該フレーム内符号化フレームの
間の双方向符号化フレームを双方向符号化参照フレー
ム,および該フレーム内符号化フレームの直後の順方向
符号化フレームを第2の順方向符号化参照フレームとし
て検出するステップと, 検出された該3つの参照フレームに含まれる小ブロック
単位の動きベクトルを抽出するステップと,前記双方向符号化参照フレームにおけるj番目の小ブロ
ックB j が順方向予測ブロックである場合,該小ブロッ
クB j の順方向予測動きベクトルvf j の方向を反転し
た逆方向予測動きベクトルを用いて該小ブロックB j の
領域を再符号化対象の前記フレーム内符号化フレーム上
に投影した領域FR j と,前記第2の順方向符号化参照
フレームのl番目の小ブロックB l の領域に対応した順
方向予測動きベクトルv2 l を用いて該l番目の小ブロ
ックB l の領域を再符号化対象の前記フレーム内符号化
フレーム上に投影した領域R4 l とを求め,該FR j と
R4 l の共通部分の面積に応じて小ブロックB l の順方
向予測動きベクトルv2 l の平均ベクトルv2f j を算
出し,該平均ベクトルv2f j と小ブロックB j の順方
向予測動きベクトルvf j が同じ方向を向いているかど
うかの判定処理を行ない,同じ方向を向いていると判定
された場合には,該平均ベクトルvf j を2倍すること
により再符号化対象の前記フレーム内符号化フレームの
再符号化順方向予測動きベクトルnv k を算出するため
の動きベクトルnv1 j を算出し,再符号化対象の前記
フレーム内符号化フレーム上の前記領域FR j をR3 j
とし, 前記双方向符号化参照フレームにおけるj番目の小ブロ
ックB j が逆方向予測 ブロックである場合,該小ブロッ
クB j の逆方向予測動きベクトルvb j を反転した順方
向予測動きベクトルを用いて小ブロックB j の領域を前
記第1の順方向符号化参照フレーム上に投影した領域B
R j を求め,前記第1の順方向符号化参照フレームの小
ブロックB i の動きベクトルv1 i が存在する場合に
は,該小ブロックB i をR2 i とし,該BR j とR2 i
の共通部分の面積に応じて該小ブロックB i の動きベク
トルv1 i の平均ベクトルv1b j を算出し,該平均ベ
クトルv1b j を−1/2倍した上で小ブロックB j の
逆方向予測動きベクトルvb j と同じ方向を向いている
かどうかの判定処理を行ない,同じ方向を向いていると
判定された場合には,該小ブロックB j の逆方向予測動
きベクトルvb j を−2倍することにより再符号化対象
の前記フレーム内符号化フレームの再符号化順方向予測
動きベクトルnv k を算出するための動きベクトルnv
1 j を算出し,小ブロックB j の逆方向予測動きベクト
ルvb j により小ブロックB j を再符号化対象のフレー
ム内符号化フレーム上に投影した領域をR3 j とし, 前記双方向符号化参照フレームにおけるj番目の小ブロ
ックB j が双方向予測ブロックである場合,小ブロック
B j に対応する順方向動きベクトルvf j と逆方向予測
動きベクトルvb j を用いて再符号化対象の前記フレー
ム内符号化フレームの再符号化順方向予測動きベクトル
nv k を算出するための動きベクトルnv1 j =vf j
−vb j を算出し,逆方向予測動きベクトルvb j によ
り小ブロックB j を再符号化対象のフレーム内符号化フ
レーム上に投影した領域をR3 j とし, 前記双方向符号化参照フレーム上のj番目の小ブロック
B j がイントラブロックである場合,再符号化対象の前
記フレーム内符号化フレームの再符号化順方向予測動き
ベクトルnv k を算出するための動きベクトルnv1 j
は算出しないステップと, 再符号化対象の前記フレーム内符号化フレームの各小ブ
ロックB k と前記R3 j の共通部分の面積に応じて前記
動きベクトルnv1 j の平均ベクトルを算出し,その結
果を小ブロックB k の再符号化順方向予測動きベクトル
nv k とするステップと, 該再符号化順方向予測動きベクトルnv k を用いて該フ
レーム内符号化フレームを順方向符号化フレームとして
再符号化するステップと, を有することを特徴とする画像符号化データの再符号化
方法。 - 【請求項2】 フレーム内のデータのみを用いて符号化
を行なうフレーム内符号化フレームと,時間的に過去の
フレームのみを用いて予測を行なう順方向符号化フレー
ムと,時間的に過去および未来のフレームを用いて予測
を行なう双方向符号化フレームとで構成される画像符号
化データにおいて,フレーム内符号化フレームを順方向
符号化フレームとして再符号化する方法を計算機によっ
て実現するためのプログラムを記録した記録媒体であっ
て, 符号化データに含まれるフレーム内符号化フレームと,
該フレーム内符号化フレームの直前の順方向符号化フレ
ームを第1の順方向符号化参照フレーム,該第1の順方
向符号化参照フレームと該フレーム内符号化フレームの
間の双方向符号化フレームを双方向符号化参照フレー
ム,および該フレーム内符号化フレームの直後の順方向
符号化フレームを第2の順方向符号化参照フレームとし
て検出する処理と, 検出された該3つの参照フレームに含まれる小ブロック
単位の動きベクトルを抽出する処理と,前記双方向符号化参照フレームにおけるj番目の小ブロ
ックB j が順方向予測ブロックである場合,該小ブロッ
クB j の順方向予測動きベクトルvf j の方向を反転し
た逆方向予測動きベクトルを用いて該小ブロックB j の
領域を再符号化対象の前記フレーム内符号化フレーム上
に投影した領域FR j と,前記第2の順方向符号化参照
フレームのl番目の小ブロックB l の領域に対応した順
方向予測動きベクトルv2 l を用いて該l番目の小ブロ
ックB l の領域を再符号化対象の前記フレーム内符号化
フレーム上に投影した領域R4 l とを求め,該FR j と
R4 l の共通部分の面積に応じて小ブロックB l の順方
向予測動きベクトルv2 l の平均ベクトルv2f j を算
出し,該平均ベクトルv2f j と小ブロックB j の順方
向予測動きベクトルvf j が同じ方向を向いているかど
うかの判定処理を行ない,同じ方向を向いていると判定
された場合には,該平均ベクトルvf j を2倍すること
により再符号化対象の前記フレーム内符号化フレームの
再符号化順方向予測動きベクトルnv k を算出するため
の動きベクトルnv1 j を算出し,再 符号化対象の前記
フレーム内符号化フレーム上の前記領域FR j をR3 j
とし, 前記双方向符号化参照フレームにおけるj番目の小ブロ
ックB j が逆方向予測ブロックである場合,該小ブロッ
クB j の逆方向予測動きベクトルvb j を反転した順方
向予測動きベクトルを用いて小ブロックB j の領域を前
記第1の順方向符号化参照フレーム上に投影した領域B
R j を求め,前記第1の順方向符号化参照フレームの小
ブロックB i の動きベクトルv1 i が存在する場合に
は,該小ブロックB i をR2 i とし,該BR j とR2 i
の共通部分の面積に応じて該小ブロックB i の動きベク
トルv1 i の平均ベクトルv1b j を算出し,該平均ベ
クトルv1b j を−1/2倍した上で小ブロックB j の
逆方向予測動きベクトルvb j と同じ方向を向いている
かどうかの判定処理を行ない,同じ方向を向いていると
判定された場合には,該小ブロックB j の逆方向予測動
きベクトルvb j を−2倍することにより再符号化対象
の前記フレーム内符号化フレームの再符号化順方向予測
動きベクトルnv k を算出するための動きベクトルnv
1 j を算出し,小ブロックB j の逆方向予測動きベクト
ルvb j により小ブロックB j を再符号化対象のフレー
ム内符号化フレーム上に投影した領域をR3 j とし, 前記双方向符号化参照フレームにおけるj番目の小ブロ
ックB j が双方向予測ブロックである場合,小ブロック
B j に対応する順方向動きベクトルvf j と逆方向予測
動きベクトルvb j を用いて再符号化対象の前記フレー
ム内符号化フレームの再符号化順方向予測動きベクトル
nv k を算出するための動きベクトルnv1 j =vf j
−vb j を算出し,逆方向予測動きベクトルvb j によ
り小ブロックB j を再符号化対象のフレーム内符号化フ
レーム上に投影した領域をR3 j とし, 前記双方向符号化参照フレーム上のj番目の小ブロック
B j がイントラブロックである場合,再符号化対象の前
記フレーム内符号化フレームの再符号化順方向予測動き
ベクトルnv k を算出するための動きベクトルnv1 j
は算出しない処 理と, 再符号化対象の前記フレーム内符号化フレームの各小ブ
ロックB k と前記R3 j の共通部分の面積に応じて前記
動きベクトルnv1 j の平均ベクトルを算出し,その結
果を小ブロックB k の再符号化順方向予測動きベクトル
nv k とする処 理と, 該再符号化順方向予測動きベクトルnv k を用いて該フ
レーム内符号化フレームを順方向符号化フレームとして
再符号化する処理とを, 計算機に実行させるプログラムを記録したことを特徴と
する画像符号化データの再符号化プログラム記録媒体。
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JP2001025019A (ja) | 2001-01-26 |
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