JP3496234B2 - 符号化方法 - Google Patents

符号化方法

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JP3496234B2
JP3496234B2 JP14487293A JP14487293A JP3496234B2 JP 3496234 B2 JP3496234 B2 JP 3496234B2 JP 14487293 A JP14487293 A JP 14487293A JP 14487293 A JP14487293 A JP 14487293A JP 3496234 B2 JP3496234 B2 JP 3496234B2
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隆 篠原
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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、映像信号の符号化
に関し、特に動き補償予測を用いた符号化方法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】図7は、例えば、特許出願公告平2−9
14に示された従来の映像信号符号化方式の一例を示す
概念図である。
【0003】テレビジョン信号を符号化する場合の高能
率符号化方式の一つとして、現フレームと前フレームの
差分のみを符号化するフレーム間符号化方式がある。こ
の方式では、フレーム間の差分値のみを送るものである
から、符号化後にエラーが発生すると、エラー部分は永
続的にエラーとして画面上に残存することになる。その
ために、エラーの有無にかかわらず周期的にフレーム内
符号化を用いてフレームメモリをリフレッシュしてエラ
ーを消失させる必要があり、これを周期的リフレッシュ
と称している。
【0004】ところで、フレーム間符号化をより高能率
化するために動き補償予測を用いたフレーム間符号化が
行われている。この動き補償予測とは、前フレームと現
フレームとの差分を最小とする動きベクトルを動きベク
トル検出回路にて検出し、この動きベクトルと差分値と
を符号化して動きに対する符号量の発生を抑圧するもの
である。この動き補償予測を用いたフレーム間符号化に
おいても、エラーが発生すると永続的にこれが残るうえ
に、動きベクトルに従ってエラーが移動することから動
きに応じてエラーが広がってしまうことになる。このエ
ラーを消すためにフレーム間符号化と同様に周期リフレ
ッシュが必要となる。しかしながら、動き補償予測を行
う場合には、リフレッシュ完了部分において、フレーム
間差分量を最小とする動きベクトルとしてリフレッシュ
未完了の部分の方向を検出すると、フレーム間差分はリ
フレッシュ未完了部分との間でとられてしまうことにな
る。仮にリフレッシュ未完了部分にエラーを含んでいれ
ばリフレッシュ完了部分にエラーが移行してしまい、周
期的リフレッシュが完全に行なわれないという問題が生
じる。
【0005】図7は、動き補償フレーム間符号化装置の
周期的リフレッシュ実行中におけるリフレッシュ完了領
域,リフレッシュ未完了領域,リフレッシュ完了領域内
のブロックおよびそのブロックに対する動き補償予測範
囲を示している。第F画面において、周期的リフレッシ
ュ領域が領域701 である時、領域702 はリフレッシュ完
了領域、領域703 はリフレッシュ未完了領域であり、領
域704 および領域705はリフレッシュ完了領域内におけ
るブロックである。また、第F−1画面において、領域
706 はリフレッシュ完了領域、領域707 はリフレッシュ
未完了領域であり、領域708 は領域704 に対する動き補
償予測範囲、領域709 は領域705 に対する動き補償予測
範囲である。このとき、リフレッシュ領域701 とリフレ
ッシュ完了領域702 の境界付近のブロック705 の動き補
償予測範囲709 はリフレッシュ未完了領域707 を含んで
しまうことになる。仮に、ブロック705 で通常の動き補
償予測が行われ動きベクトルがリフレッシュ未完了領域
707 を示した場合、ブロック705 ではリフレッシュ未完
了領域の情報との差分値が採用されることになり、ブロ
ック705 はリフレッシュ完了しているにもかかわらずリ
フレッシュ未完了の状態になってしまう。すなわちリフ
レッシュが完全に行われないことになる。
【0006】図8は、動き補償予測範囲の制限された動
き補償フレーム間符号化装置の周期的リフレッシュ実行
中におけるリフレッシュ完了領域,リフレッシュ未完了
領域,リフレッシュ完了領域内のブロックおよびそのブ
ロックに対する動き補償予測範囲を示している。第F画
面において、周期的リフレッシュ領域が領域801 である
時、領域802 はリフレッシュ完了領域、領域803 はリフ
レッシュ未完了領域であり、領域804 および領域805 は
リフレッシュ完了領域内におけるブロックである。ま
た、第F−1画面において、領域806 はリフレッシュ完
了領域、領域807はリフレッシュ未完了領域であり、領
域808 は領域804 に対する動き補償予測範囲、領域809
は領域805 に対する動き補償予測範囲である。このと
き、リフレッシュ領域801 とリフレッシュ完了領域802
の境界付近のブロック805 の動き補償予測範囲809 は、
リフレッシュ未完了領域807 を含まないように制限され
ている。このように、動き補償予測範囲をリフレッシュ
完了領域に制限することにより、リフレッシュを完全に
行うことができる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】従来の映像信号の符号
化方式は、フレーム間符号化方式のリフレッシュ完了領
域における動き補償予測範囲を前に述べた図8の809 に
示されたごとく、制限するというものであった
【0008】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、例えば、フレーム内の位置によ
り動き補償予測範囲の制限が生じる場合があると、この
制限の有無により場合分けが必要になるので実際の回路
は複雑化するが、この発明は、動き補償予測範囲の制限
を行わないリフレッシュ方法により場合分けを不要と
し、回路の複雑化を防止することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】この発明に係る符号化方
法は、画像情報を構成する画像フレーム列に含まれる現
フレームと、当該現フレームよりも時間的に前にある参
照フレームとに基づいて、上記現フレーム内にある動き
補償予測の対象となる第1の領域について動き補償予測
を行うとともに、上記画像フレームの各々を複数の領域
に分割し、当該分割された領域のうちのフレーム内符号
化される第2の領域が、上記画像フレーム間で、予め決
められた方向に順次移動する符号化方法であって、上記
現フレーム内の第2の領域に付加して当該第2の領域と
共にフレーム内符号化されるオーバーラップ領域は、上
記参照フレーム内の第2の領域の上記方向側の一端と、
上記現フレーム内の第2の領域に対して上記方向とは反
対方向側の領域内にある第1の領域に対応する動き補償
予測の範囲の上記方向側の一端とが重なる位置に対応す
る当該第1の領域の上記方向側の一端位置と、上記現フ
レーム内の第2の領域の上記方向とは反対方向側の他端
位置とにより定まる広さ以上であることとしたものであ
る。
【0010】
【0011】
【作用】この発明における符号化方法は、現フレームの
本来のフレーム内符号化される領域に付加して、このフ
レーム内符号化される領域と共にフレーム内符号化処理
されるオーバーラップ領域は、現フレーム内の、フレー
ム内符号化される領域に対して予め決められた方向とは
反対側の領域内にある、動き補償予測の対象となる第1
の領域についてする動き補償予測の範囲が、参照フレー
ム内のフレーム内符号化される領域と、予め決められた
方向とは反対側の領域の内部に入るように設定する。
【0012】
【実施例】以下、この発明の実施例について説明する。
近年の映像信号のディジタル化への潮流は、広範囲な分
野に広まりつつあり、その波及は放送分野にまで及んで
いる。現在の映像信号の高能率符号化方式の主流は、動
き補償予測と変換符号化方式を組み合わせた方式であ
り、これを用いた数種の規格が制定されつつある。動き
補償予測は、基本的には時間領域の予測符号化であるた
め、初期値を設定する必要がある。また、符号化後に偶
発的に発生したエラーの伝播を防ぐために、適当な周期
で初期値に設定する必要がある。この周期的な初期値設
定の作業を一般に周期的リフレッシュと称している。動
き補償予測と変換符号化を用いた方式の場合の周期的リ
フレッシュは、具体的には動き補償予測を行わない同一
画面内での変換符号化となる。
【0013】一般に、放送のように一つの符号器に対し
て複数の復号器を有するシステムの場合には、上記リフ
レッシュ周期がシステム性能に関与してくる。たとえ
ば、テレビジョン画像受信における電源投入時、あるい
はチャンネル変更時にその影響は露出される。なぜなら
ば、リフレッシュされた符号化信号が到達するまで、所
望の画像を再生することは不可能である。前記観点から
はリフレッシュ周期は短い方が好ましいが、過度なリフ
レッシュ、すなわち頻繁な同一画面内での変換符号化
は、圧縮効率の劣化を招くため、実際にはリフレッシュ
周期は0.3 〜0.5 秒程度に設定される。
【0014】一般に、リフレッシュ方式としては、画面
を一括して行う方式と画面を分割して行う方式とがあ
る。従来の実施例で参照した方式は、この後者にあた
る。画面分割リフレッシュ方式の場合には、たとえば画
面を10程度の領域に分割し、1画面に対し1領域ずつリ
フレッシュを行うことになる。従来例で述べているよう
に、動き補償予測を適用するシステムでは、画面分割リ
フレッシュ方式における分割の境界において、動き補償
予測範囲をせばめるという制限が必要となる。なぜなら
ば画面の分割境界面に発生するリフレッシュ未完了部分
からの予測は、所望画像の獲得を永久に妨げることにな
るからである。画面分割リフレッシュ方式は、その分割
手法により様々な方式が考えられる。図9に主な分割手
法を示す。
【0015】ところで、前述したように、復号化はリフ
レッシュ周期に対してランダムに開始される。すなわ
ち、復号化開始時においては、画面内はすべてリフレッ
シュ未完了領域である。そのため符号化の際に各リフレ
ッシュ領域に対し、図9(a) の例では上下左右の境界に
おいて、図9(b) の例では上下の境界において、図9
(c) の例では左右の境界において、それぞれ動き補償予
測範囲を制限する必要がある。しかしながら、図9(b)
の例では以下の証明のように下境界のみにその制限を緩
和することができる。(図9(c) も同様な考察が可能で
ある。)
【0016】図9(b) のような例に関し、復号化開始時
のリフレッシュ領域の場所に応じて、図10および図11の
ような2者に分類して考えてみる。図10のようにリフレ
ッシュ領域1001が画面最上部に位置している第F画面か
ら復号化が開始された場合、第F画面のリフレッシュ領
域位置に対応する第F+1画面におけるリフレッシュ完
了領域1003(領域1004を含む)は、上境界における未完
了領域からの予測による汚染は存在しないため、下境界
における領域1004に属するブロックのみ予測範囲制限が
行われていればよい。また第F+1画面のリフレッシュ
領域位置に対応する第F+2画面におけるリフレッシュ
完了領域1007(領域1008を含む)も、上境界における未
完了領域からの予測による汚染は存在しないため、下境
界における領域1008に属するブロックのみ予測範囲制限
が行われていればよい。つまり当初の画面(第F画面)
において画面最上部から復号化が開始された場合はこの
ようにして下境界の制限のみで周期的リフレッシュが完
了することになる。このとき、画面をn領域に分割して
いる場合には、n画面にてリフレッシュが完了すること
になる。
【0017】図11のようにリフレッシュ領域が画面最上
部以外に位置している第F画面から復号化が開始された
場合、厳密には上境界および下境界において予測範囲制
限が行われている必要がある。しかしながら、下境界の
予測範囲制限のみでも、以下のように周期的リフレッシ
ュは完全に実行される。図11のようにリフレッシュ領域
が画面最上部以外に位置している第F画面から復号化が
開始した場合、第F画面のリフレッシュ領域位置に対応
する第F+1画面におけるリフレッシュ完了領域は、上
境界において未完了領域からの予測による汚染が存在す
る可能性がある。この汚染領域を領域1105として図に示
す。
【0018】しかしながら、実際には画面を分割し割り
当てられたリフレッシュ領域の幅が汚染領域の幅よりも
大きいため、以下のような条件にて周期的リフレッシュ
は完全に実施される。1画面のライン数をLライン、垂
直方向の予測範囲を±yラインとしたとき、f画面後に
リフレッシュが完了しているライン数は、 {(L/n)×f}−{y×(f−1)} となる。これがLラインより大きくなればリフレッシュ
は完了されたことになるから、 {(L/n)×f}−{y×(f−1)}≧L {(L/n)−y}×f+y≧L となり、 f≧(L−y)/{(L/n)−y} となる。f以上の最も小さな整数をfint とすると、f
int 画面経過後にリフレッシュは完全に実施されること
になる。
【0019】以上の二者の場合を統合することにより、
以下のような結論を得る。復号化開始時のリフレッシュ
領域が第i領域である場合のリフレッシュ完了時間Tr
は、 Tr=min[n+{n−(i−1)},fint ]
(単位:画面時間) となる。尚、リフレッシュ方式が異なる場合も同様な手
法にて、リフレッシュ完了時間Trを得ることができ
る。
【0020】実施例1.以下、この発明の第1の実施例
について説明する。図1はこの発明の第1の実施例にお
ける動き補償予測の概念図である。
【0021】次に動作について説明する。従来の実施例
では、下境界において動き補償範囲を制限することによ
り周期的リフレッシュを実行していた。しかしながら、
第1の実施例では、図1のようにリフレッシュ領域をオ
ーバーラップさせて周期的リフレッシュを実施する。第
F+1画面を例に説明する。領域107 は画面を分割し割
り当てられたリフレッシュ領域である。領域106 はリフ
レッシュ領域のオーバーラップ領域として付加された領
域である。領域106 をオーバーラップされたリフレッシ
ュ領域とすることにより、領域106 における未完了領域
からの予測を防ぐことができる。これにより、完全に周
期的リフレッシュを完了することができる。
【0022】実施例2.以下、この発明の第2の実施例
について説明する。図2はこの発明の第2の実施例にお
ける動き補償予測の概念図である。
【0023】次に動作について説明する。従来の実施例
では、動き補償予測の参照画面は1画面に限られてい
た。第2の実施例は、複数の参照画面より動き補償予測
する場合の周期的リフレッシュ方式に関する。図2は、
2枚の参照画面より動き補償予測する場合の周期的リフ
レッシュ方式の概念図である。図2において第F+2画
面における参照画面は、第F+1画面と第F画面の2画
面である。このとき、図2のようにリフレッシュ完了領
域における動き補償予測範囲がリフレッシュ未完了領域
を含まないようにリフレッシュ完了領域の動き補償予測
範囲を制限するとともに参照画面も制限する。
【0024】第F+2画面を例に説明する。領域218 は
画面を分割し割り当てられたリフレッシュ領域である。
このとき、予測範囲制限領域214 は第F画面の下方から
の予測は禁止され、予測範囲制限領域215 は第F画面の
下方および平行方向からの予測は禁止され、予測範囲制
限領域216 は第F画面からの予測は禁止され、予測範囲
制限領域217 は第F画面および第F+1画面の下方から
の予測は禁止される。これにより、完全に周期的リフレ
ッシュを完了することができる。尚、予測範囲および参
照画面の制限は、リフレッシュ未完了領域を含まなけれ
ば、どのように制限してもよい。
【0025】実施例3.以下、この発明の第3の実施例
について説明する。図3はこの発明の第3の実施例にお
ける動き補償予測の概念図である。
【0026】次に動作について説明する。第3の実施例
も、複数の参照画面より動き補償予測する場合の周期的
リフレッシュ方式に関する。図3は、2枚の参照画面よ
り動き補償予測する場合の周期的リフレッシュ方式の概
念図である。
【0027】図3において第F+2画面における参照画
面は、第F+1画面と第F画面の2画面である。このと
き、図3のようにリフレッシュ完了領域における動き補
償予測範囲がリフレッシュ未完了領域を含まないように
リフレッシュ領域をオーバーラップさせて周期的リフレ
ッシュを実施する。第F+2画面を例に説明する。領域
312 は画面を分割し割り当てられたリフレッシュ領域で
ある。領域311 および領域310 はリフレッシュ領域のオ
ーバーラップ領域として付加された領域である。領域31
1 および領域310 をリフレッシュ領域とすることによ
り、領域311 および領域310 における未完了領域からの
予測を防ぐことができる。これにより、完全に周期的リ
フレッシュを完了することができる。
【0028】実施例4.以下、この発明の第4の実施例
について説明する。図4はこの発明の第4の実施例にお
ける動き補償予測の概念図である。
【0029】次に動作について説明する。第4の実施例
も、複数の参照画面より動き補償予測する場合の周期的
リフレッシュ方式に関する。図4は、2枚の参照画面よ
り動き補償予測する場合の周期的リフレッシュ方式の概
念図である。このとき、図4のように2画面毎にリフレ
ッシュ領域を変更し、リフレッシュ完了領域における動
き補償予測範囲がリフレッシュ未完了領域を含まないよ
うにリフレッシュ完了領域の動き補償予測範囲を制限す
る。第F+2画面および第F+3画面を例に説明する。
第F+2画面において、領域411 は画面を分割し割り当
てられたリフレッシュ領域である。このとき、予測範囲
制限領域410 は第F画面および第F+1画面の下方から
の予測は禁止される。また、第F+3画面において、領
域415 は画面を分割し割り当てられたリフレッシュ領域
である。このとき、予測範囲制限領域414 は第F+1画
面の下方からの予測は禁止される。これにより、完全に
周期的リフレッシュを完了することができる。尚、予測
範囲および参照画面の制限は、リフレッシュ未完了領域
を含まなければ、どのように制限してもよい。
【0030】実施例5.以下、この発明の第5の実施例
について説明する。図5はこの発明の第5の実施例にお
ける動き補償予測の概念図である。
【0031】次に動作について説明する。第5の実施例
も、複数の参照画面より動き補償予測する場合の周期的
リフレッシュ方式に関する。図5は、2枚の参照画面よ
り動き補償予測する場合の周期的リフレッシュ方式の概
念図である。このとき、図5のように2画面毎にリフレ
ッシュ領域を変更し、リフレッシュ完了領域における動
き補償予測範囲がリフレッシュ未完了領域を含まないよ
うにリフレッシュ領域をオーバーラップさせる。
【0032】第F+2画面および第F+3画面を例に説
明する。第F+2画面において領域511 は画面を分割し
割り当てられたリフレッシュ領域である。領域510 はリ
フレッシュ領域のオーバーラップ領域として付加された
領域である。領域510 をリフレッシュ領域とすることに
より、領域510 における未完了領域からの予測を防ぐこ
とができる。また、第F+3画面において領域515 は画
面を分割し割り当てられたリフレッシュ領域である。領
域514 はリフレッシュ領域のオーバーラップ領域として
付加された領域である。領域514 をリフレッシュ領域と
することにより、領域514 における未完了領域からの予
測を防ぐことができる。これにより、完全に周期的リフ
レッシュを完了することができる。
【0033】実施例6.以下、この発明の第6の実施例
について説明する。図6はこの発明の第6の実施例にお
ける復号器の概略ブロック図である。図6において、入
力端子1より入力される符号化されたデータ系列601
は、復号化回路3を介して画像メモリ4および選択回路
5の第1の入力に与えられる。画像メモリ4の出力603
は選択回路5の第2の入力に与えられる。選択回路の第
3の入力にはフリーズ信号発生回路6よりフリーズ信号
604 が与えられる。選択回路5の出力は画像信号605 と
して出力端子2よりされる。
【0034】次に動作について説明する。第6の実施例
は、復号器における処理に関する。前述したように、た
とえば、テレビジョン画像受信における電源投入時ある
いはチャンネル変更時には、リフレッシュが完全に実施
されるまで、所望の画像を再生できる保証はない。よっ
て、上記のような場合には、リフレッシュが完全に実施
されるまでは、特定の画像あるいは正確に復号された最
新の画像をフリーズする。
【0035】図6において、通常再生しているときに
は、選択回路は復号化回路の出力を選択し送出してい
る。このとき、画像メモリには常に最新画像が蓄積され
る。電源投入時あるいはチャンネル変更時には、選択回
路は画像メモリの出力を選択し送出する。このとき、画
像メモリの蓄積内容は更新されない。選択回路の切り換
えは、フリーズ信号により行われる。フリーズ信号発生
回路では、電源投入時あるいはチャンネル変更時のよう
な場合にリフレッシュが完了するまでの不正確画像復号
期間を検出し、フリーズ信号を送出する。不正確画像復
号期間は、たとえば前述した例では次のように与えられ
る。 min[n+(n−i),fint ] また、 n+(n−i) あるいは、 fint としてもよい。また、 min[n+(n−i),fint ] よりも大きな値ならば他の近似を行ってもよい。尚、リ
フレッシュ方式が異なる場合も前記と同様な手法にて、
不正確画像復号期間を得ることができる。
【0036】
【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、現フレ
ーム内の、フレーム内符号化される領域に対して予め決
められた方向とは反対側の領域内にある、動き補償予測
の対象となる第1の領域についてする動き補償予測の範
を制限する必要がない符号化方法を得ることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の第1の実施例における動き補償予測
の概念図である。
【図2】この発明の第2の実施例における動き補償予測
の概念図である。
【図3】この発明の第3の実施例における動き補償予測
の概念図である。
【図4】この発明の第4の実施例における動き補償予測
の概念図である。
【図5】この発明の第5の実施例における動き補償予測
の概念図である。
【図6】この発明の第6の実施例における復号器の概略
ブロック図である。
【図7】従来の映像信号符号化復号化方式における動き
補償予測の概念図である。
【図8】従来の映像信号符号化復号化方式における予測
範囲を制限された動き補償予測の概念図である。
【図9】画面分割リフレッシュ方式を示す図である。
【図10】リフレッシュ領域が画面最上部に位置する場
合を示す図である。
【図11】リフレッシュ領域が画面最上部以外に位置す
る場合を示す図である。
【符号の説明】
1 入力端子 2 出力端子 3 復号化回路 4 画像メモリ 5 選択回路 6 フリーズ信号発生回路
フロントページの続き (72)発明者 中井 隆洋 長岡京市馬場図所1番地 三菱電機株式 会社 電子商品開発研究所内 (56)参考文献 特開 平4−297192(JP,A) 特開 平4−270562(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H04N 7/24 - 7/68

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 画像情報を構成する画像フレーム列に含
    まれる現フレームと、当該現フレームよりも時間的に前
    にある参照フレームとに基づいて、上記現フレーム内に
    ある動き補償予測の対象となる第1の領域について動き
    補償予測を行うとともに、 上記画像フレームの各々を複数の領域に分割し、当該分
    割された領域のうちのフレーム内符号化される第2の領
    域が、上記画像フレーム間で、予め決められた方向に順
    次移動する符号化方法であって、 上記現フレーム内の第2の領域に付加して当該第2の領
    域と共にフレーム内符号化されるオーバーラップ領域
    は、 上記参照フレーム内の第2の領域の上記方向側の一端
    と、上記現フレーム内の第2の領域に対して上記方向と
    は反対方向側の領域内にある第1の領域に対応する動き
    補償予測の範囲の上記方向側の一端とが重なる位置に対
    応する当該第1の領域の上記方向側の一端位置と、 上記現フレーム内の第2の領域の上記方向とは反対方向
    側の他端位置とにより定まる広さ以上であることを特徴
    とする符号化方法。
  2. 【請求項2】 参照フレームは複数であって、 現フレーム内の、第2の領域に対して予め決められた方
    向とは反対側の領域内にある第1の領域が参照する動き
    補償予測範囲は、上記複数のすべての参照フレームの第
    2の領域、及び当該第2の領域に対し上記方向とは反対
    側の領域内にあることを特徴とする請求項1に記載の符
    号化方法。
  3. 【請求項3】 画像フレームの各々を複数の領域に分割
    し、当該分割された領域のうちのフレーム内符号化され
    る第2の領域が、複数の画像フレームを単位として当該
    単位間で、予め決められた方向に順次移動する符号化方
    法であって、 フレーム内符号化される領域は、前記単位内にある画像
    フレームでは同一位置であること を特徴とする請求項2に記載の符号化方法。
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