JP3338462B2 - 動き補償装置 - Google Patents

動き補償装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は動画像符号化装置等に用
いて好適な動き補償装置に係わり、特にフィールド間及
びフレーム間での動き補償を可能にした動き補償装置に
関する。
【0002】
【従来の技術】従来から動画像符号化装置等の動き補償
回路には種々の方式が提案されているが、一般的には前
フレームの画像データをフレーム用のメモリに蓄積し、
動きベクトルが指定する位置のデータ(例えばn×m画
素)を上記メモリから読み出し、現フレームのデータと
の間で差分をとって、その差分を符号化する様なもので
ある。
【0003】図13は、この様な動き補償フレーム予測
符号化回路の一例を示すものである。図に於いて、入力
端子T1 には画像データが入力され、出力端子T2 より
符号化されたデータを出力する。
【0004】先ず、動きベクトル検出回路1で現在のフ
レームの画像データとフレームメモリ2内の2フレーム
乃至3フレーム前の復号画像データとの間で動きベクト
ル検出を行なって、この動きベクトル検出回路1の検出
出力に基づいて動き補償フレーム間予測回路3で動きベ
クトルに基づき予測値が作られる。
【0005】入力端子T1 に供給された画像データは加
算器4を通じて直交変換回路5でブロック単位に直交変
換が施され、量子化回路6で量子化した後に符号化回路
(図示せず)等で符号化されて出力端子T2 に符号化デ
ータを出力する。出力端子T 2 は伝送路等に接続されて
デコーダ側に接続されている。
【0006】量子化回路6で量子化の施された画像デー
タは逆量子化回路7及び逆直交変換回路8を介し、加算
回路9で動き補償フレーム間予測誤差が加算されてフレ
ームメモリ2に書き込まれる。
【0007】動き補償フレーム間予測回路の出力はフレ
ーム間予測値であり、加算回路4に供給されて現フレー
ムの画像データとの誤差が差し引かれ、ブロック単位で
直交変換、符号化が行なわれる。
【0008】この様な動き補償フレーム予測符号化回路
に対し、フレーム内符号化が知られている。これは同一
走査線或いは近接する走査線との間の演算を行うもの
で、これは厳密にいえばフィールド内符号化であるが、
フィールド間ではあまり注目されていなかった。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】上述の様にフィールド
間で動き補償が行われなかった理由は静止画データでは
1フレーム前の標本値は原理的には、略等しい値をとる
が、フィールド間では、この様なことがないためにメリ
ットがないことが第1に考えられる。
【0010】第2の理由としてはフィールド内に比べ
て、フィールド間まで考慮すると、走査線間の距離は1
/2になり、相関は高くなるが、メモリのコストと比べ
て見合わないものであった。
【0011】更に従来のフレーム間符号化装置によれば
差分をとって符号化が成されるために、データ発生量を
少なくすることが出来るが、画像データ内の被写体の動
きが速くなると、動きベクトルの検出が出来なくなっ
て、フレーム内或いはフィールド内の様に差分をとらな
いデータの符号化が行なわれるためにデータ発生量が増
大する問題があった。
【0012】本発明は叙上の問題点を解決するためにな
されたもので、その目的とするところは画像データ内の
被写体の動きに応じてフィールド間補償及びフレーム間
補償を行い得る動き補償装置を提供しようとするもので
ある。
【0013】
【課題を解決するための手段】請求項1に係わる本発明
は画面のnライン×mコラム画素(n,mは自然数)の
大きさを単位ブロック19とし、単位ブロック19のN
ブロック×Mブロック(N,Mは自然数)の画像データ
が供給される並列接続されたフィールド用の第1の記憶
手段10及びフレーム用の第2の記憶手段2と、第1及
び第2の記憶手段10及び2からのフィールド又はフレ
ームデータを動きベクトルの大きさに応じて切換えて複
数の第3の記憶手段12a,12b,12cに出力する
第1のスイッチング手段14と、第1及び第2の記憶手
段10及び2に記憶した画面の画像データの動きベクト
ル18の探索領域20となるNブロック×Mブロックの
うち1ブロック相当のデータ×Mブロックの帯状データ
30が書き込まれる複数の先入れ、先出し用の第3の記
憶手段12a,12b,12cと、各々の第3の記憶手
段12a,12b,12cと1つずつそれぞれ直列接続
され各々の第3の記憶手段12a,12b,12cから
読み出した帯状データ30のうちの動きベクトル18
示す単位ブロック相当のデータ19のみが書き込まれる
複数の先入れ、先出し用の第4の記憶手段13a,13
b,13cと、複数の先入れ、先出し用の第4の記憶手
段13a,13b,13cから動きベクトル18が示す
単位ブロック相当のデータが順次取り出されるタイミン
グで切換出力する第2のスイッチング手段15と、第2
のスイッチング手段15を介して出力される動きベクト
ル18が示す単位ブロック相当のデータに基づいてフィ
ールド間及びフレーム間の動き補償を行なうことを特徴
とする動き補償装置としたものである。請求項2に係わ
る本発明は第2のスイッチング手段15と直列に接続し
た第3のスイッチング手段16を介してフィールド間又
はフレーム間動き補償とフィールド内符号化処理とを切
換える様に成したことを特徴とする請求項1記載の動き
補償装置としたものである。
【0014】
【作用】本発明の動き補償装置はフィールドメモリ及び
フレームメモリを有し、動きに応じて適宜切換を行ない
フレーム間及びフィールド間の動き補償を行なう様にし
たので、画像データの被写体が垂直方向に高速移動する
場合やズーム時、シーンチェンジ時にデータ発生量の少
ない効率的な符号化を行うことの出来るものが得られ
る。
【0015】
【実施例】以下、本発明の動き補償装置を動画像符号化
回路について説明する。図1で本例の構成を説明するに
先だち、図8乃至図12によって動き補償の原理と、フ
ィールド間の動き補償の有用性について説明する。
【0016】図8ABは動き補償の動作原理を示すもの
で、移動物体17を考え、この移動物体17の変位を動
ベクトル18と呼んでいる。動き補償ではこの動ベクト
ル18が変位した前画面内の画素を用いて、現フレーム
の時刻の移動物体17の画素の予測が行なわれる。
【0017】動き補償では動ベクトル18をどの様に検
出するか最大の要点となり、この検出方法にはネトラバ
リ等の提案した画素逐次方式が知られているが、過大な
情報量を必要とするためパターンマッチングに基礎を置
いたブロックマッチング方式が一般に利用されている。
この方式では一画面を例えば、図8Aの様に所定の複数
にブロック毎に分割して、例えば3×3の検索範囲20
とする。そして、1ブロック19をnライン×m画素と
考え、このブロック19が一画面のどこから動いて来た
かを検出する。
【0018】ブロックマッチング法での動ベクトル18
の検出を現フレームのブロック19Aと1フレーム前の
ブロック19Cについて図8Bで考えてみる。この方法
では現フレームのブロック19Aと前フレームのブロッ
ク19Cとの差信号から動ベクトル18に対する評価関
数値C(k)を求める。この値は数1で示される。
【0019】
【数1】
【0020】この様な探索範囲内のすべての動ベクトル
18について最小の評価関数値C(k)を求めて、真の
動ベクトルとするものである。
【0021】この様にして求めた動ベクトルに基づいて
従来はフレーム間の動き補償が行われフレーム間予測等
が行われているが、フィールド間に於いて注目されてい
なかった動き補償の有用性について、図9以下に説明す
る。
【0022】図9では画像が画面の垂直方向に移動する
場合について考察する。図8Bに示した様に1つのフレ
ームは2つのフィールドから構成されているので1フレ
ーム前の時間は1フィールド前の時間tの2倍となる。
そこで図9Aの様に画面の垂直方向に移動している移動
物体17の●印で示す現フィールド画素21について考
えると1フィールド前のW位置にあった×印の画素21
は1フレーム前では○印の画素21の様にY=2W位置
にある。一方、上述より早く移動する物体17の●印の
現フィールド画素21aについて図9Bを参照して考え
る。1フィールド前に×印で示す画素21aの様に3W
の位置にあったものは1フレーム前では○印で示す画素
21aの様に3Y=6Wの位置にある。
【0023】このことは移動物体17が画面の垂直方向
に速い速度で移動すると、図10に示す様に、現在のフ
ィールドのブロック19Aは図10の様に1フィールド
前ではブロック19Bの時に探索範囲20内にあるが、
1フレーム前ではブロック19Cで示す様に探索範囲2
0外にある。
【0024】このことは探索範囲20外にあるブロック
19Cからデータbkを求めることが出来ず、動きベク
トル検出は1フレーム前からは検出不可能となる。この
為に従来ではフレーム内処理等を行うことになるが、こ
の場合1フィールド前のデータに着目すれば、1フィー
ルド前のデータに基づいてフィールド間の動き補正を行
うことができるので、これを有効に利用可能となる。
【0025】次に画面がズームアップ(拡大)される場
合について考察すると、図11Aの様に拡大は注目する
画像(又は画素)23Aが画面の例えば探索範囲20内
で垂直方向に移動したり、斜め方向に移動したりし、1
フレーム前の画像23Cは1フィールド前の画像23B
及び現在のフィールドの画像23Aの様に順次拡大され
る。
【0026】この様な所定方向に拡大される動ベクトル
18の値を図11Bの様にV0 ,V 1 ,V2 とする。動
ベクトル値V0 では1フレーム前の現フィールドの画素
23A0 は画素23Cになるので1フィールド前の画素
23B0 と置き換えても画素の相関性は変わらないが、
動きベクトル値が大きくなってV1 及びV2 の様になる
と現在フィールドの画素は23A1 及び23A2 となり
1フレーム前の画素23Cよりも1フィールド前の画素
23B1 或いは23B2 に置き換えた方が画素の相関性
は高くなる。
【0027】依って、動ベクトル値がV1 ,V2 の場合
は1フレーム前のデータで置換えて差分をとるよりは1
フィールド前のデータで置換えて差分をとった方が、差
分値は小さくなり、情報発生量は少なくなる。従って拡
大画像に於いてもフィールド間の動き補間が有用とな
る。
【0028】更に図12に示す様に、シーンチェンジの
場合も、フィールド間動き補償が有効となる。即ち、図
12の様に、例えば、連続した5フィールド〜があ
って、シーン24が、シーン25にフィールドから
フィールドで変わったとすると、フレーム間動き補償で
はフィールドでフィールド内処理を行わなければな
らないが、フィールド間動き補償ではフィールドだけ
フィールド内処理を行えばよい、よってフレーム間動き
補償ではフィールド内処理の分だけ情報発生量が増大
するのでフィールド間の動き補償が有用となる。
【0029】以上、説明した様に、フレーム間及びフィ
ールド間を動ベクトルに対応して選択することが有用と
なる。この為の動き補償装置を図1の動画像符号化回路
について説明する。
【0030】図1で図13との対応部分には同一符号を
付して重複説明を省略する。本例では加算回路9の出力
は独立のフレームメモリ2及びフィールドメモリ10に
並列的に供給される。このフレームメモリ2及びフィー
ルドメモリ10の回路構成の1例を図2に示す。
【0031】図2で第1のデイレイ27は図8で説明し
たブロック19(nライン×画素)よりnライン早い
タイミングになる様に遅延させて、スイッチング手段1
4へ出力すると共に第2のnラインデイレイ28でnラ
インの遅延を行いブロック19と同じタイミングとし、
スイッチ手段14へ出力すると共に第3のnラインデイ
レイ29に供給することで、更にnラインデイレイさせ
る様にし、この第3のnラインデイレイ出力をスイッチ
手段14へ出力する様に構成させる。これによって、3
系統のデータが出力されることになり、それぞれ後述す
る図3の探索領域29a,28a,27aのデータとな
り、3系統のデータは並列に同一のタイミングで出力さ
れる。
【0032】図1に戻って、フィールドメモリ10及び
フレームメモリ2の出力は夫々スイッチSW1 ,S
2 ,SW3 よりなるスイッチ手段14の固定接点b,
b,b並にc,c,cに供給される。
【0033】スイッチ手段14中のスイッチSW1 ,S
2 ,SW3 の可動接片a,a,aは夫々が直列接続さ
れた第1のFIFO1(First in First out)群12
a,12b,12c並に第2のFIFO2群13a,1
3b,13cに供給され、並列化される。第2のFIF
O2群の夫々の出力はスイッチ手段15のスイッチSW
4 の固定接点b,c,dに接続され、スイッチSW4
可動接片aはスイッチ手段16のスイッチSW5 の固定
接片bに接続され、スイッチ手段16のスイッチSW5
の固定接点cは接地され、可動接片aは加算回路4並に
9に接続され、スイッチSW5 の可動接片aを固定接点
cに切換えればフィールド内処理が、固定接点b側に切
換えればフィールド又はフレーム間処理が行なわれる。
【0034】即ち、動き補償回路11は3並列化された
第1群のFIFO1の12a,12b,12c及び第2
群のFIFO2の13a,13b,13c並にスイッチ
手段14,15より構成される。又、フィールドメモリ
10とフレームメモリ2を別々に持っていることで、フ
ィールドメモリ10において、第1フィールドと第2フ
ィールドを別々のタイミングで調整することが可能とな
る。
【0035】以下、図1に基づいて本例の動き補償装置
の動作を説明する。入力端子T1 に供給される画像デー
タは直交変換回路5及び量子化回路6でDCT等の直交
変換と、量子化並に符号回路40で符号化が成されて出
力端子T2 に符号化出力を供給する。量子化回路6の出
力は逆量子化回路7及び逆直交変換のIDCTが逆直交
変換回路8で行われて、加算回路9を介してフレーム
モリ2及びフィールドメモリ10に供給され、動き補償
回路11を介してスイッチSW5 の可動接片aを画像の
シーンに対応して固定接点b又はcに切換えることでフ
ィールド又はフレーム間動き補償が行われて、予測デー
タが加算回路4に供給され、スイッチング手段16のス
イッチSW 5 可動接片aを固定接点c側に倒して接地
状態にするとフィールド内処理が成される。
【0036】以下、この動き補償回路11内の動作を説
明する。3並列化された第1群及び第2群のFIFO群
のうち直列接続された第3群のFIFO1及びFIFO
2の12a及び13aには図3の探索領域20の上段2
9aのデータが供給され、第4群のFIFO1及びFI
FO2の12b及び13bには探索領域20の中段28
aのデータが入力され、第5群のFIFO1及びFIF
O2の12c及び13cには、探索領域20の下段27
aのデータが入力され、それぞれのデータ29a,28
a,27aは並列に同一タイミングで入力されるが図3
の様に夫々の単位ブロックはΔtだけ時間遅延されてい
る。
【0037】第3乃至第5群中のFIFO群のFIFO
1・12aとFIFO2・13a,FIFO1・12b
とFIFO2・13b並びにFIFO1・12cとFI
FO2・13cは図3の様に探索領域20a,20b,
20cに割り当てられている。探索領域20a,20
b,20cはブロック19のΔt=nライン×m画素分
ずつ遅れている。従って、探索領域20a,20b,2
0c内での処理開始も同様に遅れるので、スイッチ手段
14内の各スイッチSW1 ,SW2 ,SW3 はフィール
メモリ10又はフレームメモリのデータ出力を図4
に示す様なタイミングで切換えることになる。
【0038】第3乃至第5のFIFO群の動き補償部分
の動作のうち第4のFIFO群のFIFO1・12bと
FIFO2・13b及び第5のFIFO群のFIFO1
・12cとFIFO2・13cは第3のFIFO群のF
IFO1・12cとFIFO2・13cと同一の動作で
あるので第3のFIFO1・12aとFIFO2・13
aの動作のみを図5及び図6によって説明する。先ず、
図6Aに示す様に探索領域20内で動きベクトルが示す
ブロック30が検出されたとすると、FIFO1の12
a(又は12b或いは12c)には動きベクトルが示す
ブロック30を含む帯状データ31を図5の様に書き込
む。
【0039】即ち、FIFO1の12aにはフィールド
又はフレームメモリ10又は2を介して、スイッチSW
1 (又はSW2 或いはSW3 )に供給されたデータ29
a及び28a(図6BのSW1 参照)が供給され動きベ
クトルが示すブロック30を含む領域が探索範囲全域に
わたって帯状データ31として書き込まれる(図6Bの
FIFO1W参照)。
【0040】次にFIFO1の12aから図5及び図6
BのFIFO1Rに示す様にFIFO1の12aに書き
込んだ帯状データ31を読み出す。
【0041】次にFIFO2の13aにはFIFO1の
12aからの帯状データ31から図5の様に動きベクト
ルが示すブロック30だけを書き込む(図6B、FIF
O2W参照)。
【0042】次にFIFO2の13aからの読み出し時
には入力画像データのタイミングに合わせることで入力
画像データIPDは正確に1フレーム前或いは1フィー
ルド前のデータの差分をとることが出来る(図6BのI
PD及びFIFO2R参照)。
【0043】上述の如き動作を第4及び第5のFIFO
となるFIFO1及びFIFO2の12b,13b
FIFO1及びFIFO2の12c,13cについて
行えばよいが、これら第乃至第のFIFO群はΔt
=nライン×m画素分のブロック19分だけずれている
ために、図7に示す様にスイッチング手段15のスイッ
チSW4 で3つの読み出しブロックデータ30a,30
b,30cを継ぎ合わせる様にする(図7SW4
照)。この時入力画像データIPDのデータ33a,3
3b,33cとタイミングが合わせられる(図7IPD
参照)。
【0044】本例は上述の様に構成させたので1ブロッ
ク(nライン×m画素)を読み出すために3ブロック分
の時間が使えるので読み出した画素間で演算を行う充分
な時間があり、ブロック毎にフィールド間又はフレーム
間の動き補償を切換えるにはフィールドメモリ10又は
フレームメモリ2のデータを第〜第のFIFO群
選択するだけで済むのでフレーム間及びフィールド間
の回路を共用出来るものが得られる。
【0045】上述の実施例では動画像符号化装置に適用
した場合の動き補償装置を説明したが、HDTV等の様
により高密度で情報量の多い映像のデータに本例を用い
る様にしてもよい。
【0046】今、HDTVとNTSCの信号を比較する
と走査線の本数だけでHDTV1125本に対し、NT
SC525本でありHDTVでNTSCと同等な動き補
償を期待すると探索範囲の垂直方向だけで約2倍にな
る。横方向も同様に約2倍にすると、HDTVの探索範
囲はNTSCのそれに比べて約4倍となり、これは動き
補償回路の規模を4倍にすることを示唆する。従ってよ
り小さな探索範囲で動きベクトルが検出できるのでフィ
ールド間動き補償がHDTVにおいても有用であること
を示している。
【0047】
【発明の効果】本発明の動き補償回路によればフレーム
間補償とフィールド間補償を画像のデータに応じて切換
えて行うことが出来、速い動き補償の符号化等に於いて
も情報発生量の少ない符号化回路が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の動き補償装置の一実施例を示す構成図
である。
【図2】本発明のフィールド及びフレームメモリの構成
図である。
【図3】本発明の動き補償装置に用いる探索領域の説明
図である。
【図4】本発明の動き補償装置に用いるスイッチ手段の
タイミング波形図である。
【図5】本発明の補正補償装置に用いる動き補償回路の
動作説明図である。
【図6】本発明の動き補償装置の補償回路の動作タイミ
ング波形図である。
【図7】本発明の動き補償装置の第1〜第3のFIFO
群の動作タイミング波形図である。
【図8】本発明の動きベクトルと探索範囲の説明図であ
る。
【図9】本発明の画素の垂直方向の移動説明図である。
【図10】本発明のブロックが探索範囲外にある場合の
説明図である。
【図11】本発明の画面拡大説明図である。
【図12】本発明のシーンチェンジの説明図である。
【図13】従来の動き補償装置の構成図である。
【符号の説明】
1 動きベクトル検出回路 2 フレームメモリ 4,9 加算回路 10 フィールドメモリ 11 動き補償回路 12a〜12c,13a〜13c FIFO 14,15,16 スイッチ手段

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 画面のnライン×mコラム画素(n,m
    は自然数)の大きさを単位ブロックとし、該単位ブロッ
    クのNブロック×Mブロック(N,Mは自然数)の画像
    データが供給される並列接続されたフィールド用の第1
    の記憶手段及びフレーム用の第2の記憶手段と、 上記第1及び第2の記憶手段からのフィールド又はフレ
    ームデータを動きベクトルの大きさに応じて切換えて複
    数の第3の記憶手段に出力する第1のスイッチング手段
    と、 上記第1及び第2の記憶手段に記憶した上記画面の上記
    画像データの動きベクトル探索領域となる上記Nブロッ
    ク×Mブロックのうち1ブロック相当のデータ×Mブロ
    ックの帯状データが書き込まれる複数の先入れ、先出し
    用の上記第3の記憶手段と、各々の 上記第3の記憶手段とそれぞれ1つずつ直列接続
    され該各々の第3の記憶手段から読み出した上記帯状デ
    ータのうちの動きベクトル示す単位ブロック相当のデ
    ータのみがそれぞれ書き込まれる複数の先入れ、先出し
    用の第4の記憶手段と、 上記複数の先入れ、先出し用の第4の記憶手段から上記
    動きベクトルが示す単位ブロック相当のデータが順次取
    り出されるタイミングで切換出力する第2のスイッチン
    グ手段と、 上記第2のスイッチング手段を介して出力される上記動
    きベクトルが示す単位ブロック相当のデータに基づいて
    フィールド間及びフレーム間の動き補償を行なうことを
    特徴とする動き補償装置。
  2. 【請求項2】 前記第2のスイッチング手段と直列に接
    続した第3のスイッチング手段を介してフィールド間又
    はフレーム間動き補償とフィールド内符号化処理とを切
    換える様に成したことを特徴とする請求項1記載の動き
    補償装置。
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