JP3630630B2 - 動画像復号装置 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、デジタル圧縮された動画像を復号する動画像復号装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
デジタル画像を記憶、転送する場合、データ量を削減するために符号化を行うのが一般的である。動画像の場合、符号化の方法としては、時間的、空間的冗長を利用してデータの削減を行う方法がある。時間的冗長を利用する方法としては、画像を複数のブロックに分けて、画像間におけるブロックの動きを検出して画像間のブロックの差分を取ることによって、符号量を削減する方法がある。一方、空間的冗長を利用する方法としては、画像をブロックに分けて、ブロック内を直交変換し、この情報を可変長符号化する方法がある。
【0003】
MPEG2(ISO/IEC13818−2)画像符号化方式は、前記2つの方式を併用した符号化方式である。MPEG2において、動画像を構成する個々のフレームは、それぞれ複数のブロックに分けられ、ブロック単位に順次符号化される。各ブロックは、前後のフレーム内の似通ったブロックを参照し、そのブロックとの差分を計算する。また、この時のフレーム上の符号化しようとしているブロックと、参照したブロックのフレーム上の平面的な位置の差を動きベクトルとして、符号化情報に加えてある。符号化ブロックと参照ブロックの差分は、直交変換され、量子化されたのち、例えば周波数成分順に並べて、可変長符号化されている。符号化データを復号する場合には、逆の手順を順次行えば、符号化データを復号し、動画像を得ることができる。
【0004】
MPEG2の各フレームには、フレーム内のブロックが前後のフレーム内のブロックを参照する方法により3種類存在する。Iフレームは、参照を行わないブロックで構成されたフレームであり、ブロックのデータがそのまま直交変換、量子化、並べ替え、可変長符号化されている。Pフレームは、Iフレームと同様に参照を行わないブロックと、時間的に過去のI又はPフレーム内のブロックを参照するブロックで構成されたフレームである。Bフレームは、Pフレームと同等のブロックに加え、時間的に未来のI又はPフレーム内のブロックを参照するブロックと、時間的に、過去と未来のI又はPフレーム内のブロックの平均によって生成されるブロックを参照するブロックからなるフレームである。
【0005】
MPEG2における動画像のフレーム構成の一例を、図5に示す。図中の弧状の矢印は、参照の方向を示している。前記で述べた通り、Iフレームは、構成するブロックが参照を行わないので、符号化データのみから構築できる。Pフレームは、その直前のI又はPフレームを参照する。また、Bフレームは、前後のI又はPフレームを参照する。
【0006】
Bフレームは、時間的に未来のI又はPフレームを参照するが、参照するためには先に参照先の画像を復号しておく必要がある。このために、MPEG2の符号化データ内のフレームは、表示時間順にはなっておらず、Bフレームを含む場合には、Bフレームが参照する未来のI又はPフレームが先に来る構造になっている。動画像復号装置では、符号化データ順に復号を行うが、復号の際には参照画像は必ず先に復号されているので、Bフレームも問題なく復号ができる。一方で、表示は復号順ではなく、復号後に時間順となるように、順番を入れ替える必要がある。これをリオーダリングと呼んでいる。
【0007】
MPEG2の符号化データの構造と、参照する画像と、表示の関係の一例を、図6に示す。図6における、I0、P3、B1と続く記号は、各フレームの入力符号化データ、又は、復号画像データを示しており、先頭のI、P、Bは、フレームの種類を示し、それに続く数字は、表示時間の順番を示す。入力符号化データは、図の通り、符号化データのフレーム順は時間順ではなく、参照画像が先に復号されるようになっている。復号では、符号化データの順番で順次復号されていくが、このときに必要な復号されたフレームは、図6では前方参照フレーム、後方参照フレームとして表されており、参照される前に必ず復号されている。そして、最終的には、表示部に表示するフレームを指定する際に、表示順となるように指定することにより、正しい時間順でフレームが順次表示されていく動画像が得られる。
【0008】
実際の動画像復号処理の一例を、図3、図4を使用して説明する。図3は、動画像復号装置全体のブロック図である。入力符号化データは、記録媒体、あるいは通信経路から読み出され、バッファ制御部101、メモリ制御部108を経由して、メモリ110内のバッファメモリ109に蓄積されていく。CPU103は、フレームの表示周期に合わせて、復号部102に符号化開始の指示をする。復号部102は、メモリ110内のバッファメモリ109の中に蓄積されている符号化データを、メモリ制御部108、バッファ制御部101を経由して入力する。復号部102に入力された符号化データのうち、復号制御に関する情報は、CPU103に渡される。CPU103は、前記復号制御に関する情報を元に、復号部102を適切に制御し、ブロックの復号の開始を指示する。
【0009】
復号部102は、CPU103からのブロック復号の開始の指示を受け、可変長符号化データ復号、スキャン変換、逆量子化、逆直交変換を行い、参照するブロックが存在する場合には、メモリ110内のフレームメモリ111、112、113、114内のいずれかのフレームメモリ内のブロックをメモリ制御部108を経由して読み出し、差分を取り、復号したブロックを得る。復号されたブロックは、復号部102より、メモリ制御部108を経由して、メモリ110内のフレームメモリ111、112、113、114のいずれかに書き込まれる。
【0010】
次に、CPU103は、復号部102より、次のブロックの復号制御に関する情報を取得し、復号部102を適切に制御し、ブロックの復号の開始を指示する。このように、フレームを構成するブロックを順次復号していき、フレームの全体の復号を行う。
【0011】
また、CPU103は一方では、フレーム周期に合わせて、表示部104に対して、出力するフレームを復号画像が正しく表示時間順となるように、表示する画像の入っているフレームメモリの位置を指示する。また、CPU103は、表示部104内のセレクタ106を制御する。表示部104は、メモリ制御部108を経由して、メモリ110内のフレームメモリ111、112、113、114のいずれかのデータを読み出し、セレクタ106により、フレームデータをそのまま、もしくは、フレームデータを静止画画像生成部105に入力して得られた静止画画像データ出力を、映像信号生成部107に入力して、画像データを映像信号に変換して出力する。
【0012】
CPU103の処理手順を示すタイムチャートを、図10に示す。CPU103は、フレーム間隔ごとに、表示部制御と復号部制御を行い、1フレームを表示し、1フレームを復号することを順次行うことによって、フレーム期間ごとに変化していく動画像を得ることができる。
【0013】
図4は、復号部の詳細の一例である。入力符号化データは、可変長符号復号部120に入力され、可変長符号から、データの列(例えば、周波数成分の低い順から高い順へ)として出力され、スキャン変換部121に入力される。スキャン変換部121では、直交変換後のブロックの形順に配置され、逆量子化部122へ渡される。逆量子化部122では、逆量子化を行い、直交変換データを得て、逆直交変換部123へ渡される。逆直交変換部123では、逆直交変換を行い、ブロックの差分データを得て、動き補償部124に渡される。動き補償部124では、参照画像内のブロックとの差分を取るか、または、参照を行わないで符号化されているブロックについては差分を取らずにそのまま出力する。フレームを構成するすべてのブロックについて、順次、前記可変長符号復号、スキャン変換、逆量子化、逆直交変換、動き補償の手順を行うことによって、復号画像を得ることができる。
【0014】
動画像復号装置には、単に復号して動画像を表示するだけではなく、動画像復号動作中、表示画面を静止(同じ画面を複数回表示)させたい場合がある。放送中の画面を静止させて保持したいこともあるし、動画像プレーヤーで特定の画面を静止させたい場合もある。また、符号化データにエラーがある場合に、表示の品位を保つために、エラーが発生して乱れている画像の代わりに静止画像表示をしたい場合がある。また、放送などの障害により、符号化データの供給が一時的に停止してしまい、次に表示する画像を生成できないために静止画状態にする必要がある場合がある。
【0015】
動画像には、インタレースと呼ばれる方法とプログレッシブと呼ばれる方法がある。前者は1つの画面(フレーム)を2つのフィールドに分割して表示し、1番目のフィールドと2番目のフィールドが交互になるようにするものである。この場合、交互に上になる方のフィールドをトップフィールド、下になる方をボトムフィールドと呼び、フィールド間には、フレーム周期の半分の時間差がある。すなわち、フレーム周期が1/30秒である場合には、フィールドの周期は1/60秒である。静止画表示を行う場合、1つのフレームのデータを繰り返し出力するが、インタレースの場合、フィールド間に時間差があるため、変化のある動画像では、静止画が、ぶれているように表示されてしまう。この様子を、図7、図8を使用して説明する。
【0016】
図7では、フィールド間の動きが小さいため、静止画出力も美しい静止画として表示される。一方、図8では、フィールド間の動きがあるため、静止画は、ぶれて表示されてしまう。このような、ぶれた画像は品位がよくないので、これを回避するために、図9に示すように、片方のフィールドのデータを繰り返し出力する方法や、より高度な方法として、フレームデータをフィールドのデータより補間処理によって作成し表示する方法があり、この方法を使用すれば、インタレース画でも、ぶれのない静止画像を得ることができる。
【0017】
図3における、表示部104内の静止画画像生成部105は、ぶれのない静止画をフレーム画像データから生成する部分であり、CPU103は、静止画表示であると判断した場合は、セレクタ106によって、静止画画像生成部105からの信号を選択し、映像信号生成部107に供給することにより、ぶれのない静止画像を提供する。
【0018】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、静止画表示を行う場合には、2通りのケースが考えられる。その一つは、ユーザが動画像復号装置に対して、静止画表示を行いたいという意思表示を行った場合であり、この場合には、CPU103が、表示部104に対して、メモリ110内のフレームメモリ指定と、セレクタ106を直接制御することによって、適切に制御を行える。例えば、同じ画像を1フレーム期間よりも長い期間表示を行う場合、セレクタ106を静止画画像生成部105からの信号を選択するように切替えることにより、ぶれのない美しい静止画が得られる。
【0019】
この制御のタイムチャートの例を、図11に示す。通常の再生では、フレーム周期毎に表示制御、復号制御を繰り返すが、静止画を出力する場合は、静止画を解除するまで、表示制御、復号制御も中断する。このとき、CPU103が符号化データがインタレースである場合には、表示部104のセレクタ106を静止画画像側に切り換えることにより、ぶれの見えない静止画を表示することができる。
【0020】
いま一つは、ユーザの意思に基づかない場合であり、例えば、記録媒体の傷や、放送の乱れなどにより符号化データにエラーが発生した場合においては、復号処理は正常に行うことができず、次の正常な復号画像を得るまで、CPU103は、その処理に長時間費やす必要があるケースが考えられる。また、入力データが不足することもあるが、このとき、CPU103は、次のデータを待つ必要がある。このような場合、本来望んでいるフレーム時間ごとのフレーム復号と表示処理は滞ることになり、表示部104は同じフレームを繰り返し表示することにより、ぶれた見苦しい画像を表示してしまう。
【0021】
このようなタイムチャートの例を、図12に示す。この場合、CPU103は、静止画を表示する予定ではないので、表示部104のセレクタ106はフレーム側のままであり、その結果、ぶれた画像が見えてしまう。特にMPEGの場合、エラーが発生して正常にデコードできない場合、以前に復号した画像を参照する性質上、エラーにより参照元画像で発生した画面の乱れは、以降、参照する側でも乱れとして発生してしまう。こうした、乱れた画像を表示せずにスキップした場合、次のIフレームを復号して、表示するまで、長時間ぶれた静止画表示をしなければならないことがある。
【0022】
本発明は上述したような点に鑑みなされたもので、その目的とするところは、記録媒体の破損や、通信の障害などにより、入力符号化データにエラーや、符号化データ自体の供給不足が生じ、正常な復号動作を行えない場合においても、ぶれの見えない静止画画像への切換えを、簡単な回路で確実に行うことができるようにすることにある。
【0023】
【課題を解決するための手段】
通常の動画像表示においては、CPUからの表示制御のタイミングは、動画像のフレームレートによって、例えば1/30秒に一度と決まっている。しかしながら、前記放送の信号が、悪天候などにより、時々途絶えてしまった場合や、動画像プレーヤーにエラーがある場合のように、予期しないタイミングに入力動画像データが誤ったり、供給が一時的に停止したとき、復号処理は、正常に行うことができず、本来の表示制御が期待される時間には、画像が生成されないために、CPUとしても、表示制御が行えない。そこで、タイマーを設け、もしも、CPUからの制御がタイマーに対して適切なタイミングできなかった場合、表示部のセレクタは、自動的に静止画画像生成部の出力を選択するように切り替わるようにして、高品位の静止画が出力されるようにする。
【0024】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を用いて説明する。図1は、本発明の第1実施形態に係る動画像復号装置の構成を示すブロック図であり、同図において、11はバッファ制御部、12は復号部、13はCPU、14はタイマー、15は表示部、16は表示部15内の静止画画像生成部、17は表示部15内のセレクタ、18は表示部15内の映像信号生成部、19はメモリ制御部、21はメモリ、20はメモリ21内のバッファメモリ、22〜25はメモリ21内の画像メモリである。
【0025】
図1に示す構成において、入力符号化データは、記録媒体、あるいは通信経路から読み出され、バッファ制御部11、メモリ制御部19を経由して、メモリ21内のバッファメモリ20に蓄積されていく。CPU13は、フレームの表示周期に合わせて、復号部12に符号化開始の指示をする。復号部12は、メモリ21内のバッファメモリ20の中に蓄積されている符号化データを、メモリ制御部19、バッファ制御部11を経由して入力する。復号部12に入力された符号化データのうち、復号制御に関する情報は、CPU13に渡される。CPU13は、前記復号制御に関する情報を元に、復号部12を適切に制御し、ブロックの復号の開始を指示する。
【0026】
復号部12は、CPU13からのブロック復号の開始の指示を受け、可変長符号化データ復号、スキャン変換、逆量子化、逆直交変換を行い、参照するブロックが存在する場合には、メモリ21内のフレームメモリ22、23、24、25内のいずれかのフレームメモリ内のブロックをメモリ制御部19を経由して読み出し、差分を取り、復号したブロックを得る。復号されたブロックは、復号部12より、メモリ制御部19を経由して、メモリ21内のフレームメモリ22、23、24、25のいずれかに書き込まれる。
【0027】
次に、CPU13は、復号部12より、次のブロックの復号制御に関する情報を取得し、復号部12を適切に制御し、ブロックの復号の開始を指示する。このように、フレームを構成するブロックを順次復号していき、フレームの全体の復号を行う。
【0028】
また、CPU13は一方では、フレーム周期に合わせて、表示部15に対して、出力するフレームを復号画像が正しく表示時間順となるように、表示する画像の入っているフレームメモリの位置を指示する。また、CPU13は、表示部15内のセレクタ17を制御し、タイマー14も同時にリセットする。表示部15は、メモリ制御部19を経由して、メモリ21内のフレームメモリ22、23、24、25のいずれかのデータを読み出し、セレクタ17により、フレームデータをそのまま、もしくは、フレームデータを静止画画像生成部16に入力して得られた静止画画像データ出力を、映像信号生成部18に入力して、画像データを映像信号に変換して出力する。
【0029】
タイマー14は、通常CPU13より、フレーム周期ごとにリセットされ機能しない。しかし、タイマー14はCPU13からのリセットが行われず、フレーム周期よりも長い期間リセットされなかった場合、オンとなり、表示部15内のセレクタ17に対して、静止画画像生成部16の出力を選択するように切り換える。この結果、CPU13からの制御が介在することなく、ぶれの見えない静止画の映像出力が得られる。
【0030】
このタイムチャートの例を、図13に示す。CPU13が、復号部12による処理を継続させていても、タイマー14が1フレーム期間過ぎたと判断した場合、表示部15のセレクタ17を静止画表示に切り換えるので、ぶれの見えない美しい静止画画像を得ることができる。
【0031】
図2は、本発明の第2実施形態に係る動画像復号装置の構成を示すブロック図であり、同図において、図1に示した前記第1実施形態と均等な構成要素には同一符号を付してある。本実施形態が図1に示した前記第1実施形態と相違するは、復号部12からタイマー14にプログレッシブ信号である旨を示す信号を出力するための制御線30を付加した点にある。
【0032】
図2に示す構成において、入力符号化データは、記録媒体、あるいは通信経路から読み出され、バッファ制御部11、メモリ制御部19を経由してメモリ21内のバッファメモリ20に蓄積されていく。CPU13は、フレームの表示周期に合わせて、復号部12に符号化開始の指示をする。復号部12は、メモリ21内のバッファメモリ20の中に蓄積されている符号化データを、メモリ制御部19、バッファ制御部11を経由して入力する。復号部12に入力された符号化データのうち、復号制御に関する情報は、CPU13に渡される。CPU13は、前記復号制御に関する情報を元に、復号部12を適切に制御し、ブロックの復号の開始を指示する。
【0033】
復号部12は、CPU13からのブロック復号の開始の指示を受け、可変長符号化データ復号、スキャン変換、逆量子化、逆直交変換を行い、参照するブロックが存在する場合には、メモリ21内のフレームメモリ22、23、24、25内のいずれかのフレームメモリ内のブロックを、メモリ制御部19を経由して読み出し、差分を取り、復号したブロックを得る。復号されたブロックは、復号部12より、メモリ制御部19を経由して、メモリ21内のフレームメモリ22、23、24、25のいずれかに書き込まれる。
【0034】
次に、CPU13は、復号部12より、次のブロックの復号制御に関する情報を取得し、復号部12を適切に制御し、ブロックの復号の開始を指示する。このように、フレームを構成するブロックを順次復号していき、フレームの全体の復号を行う。
【0035】
また、CPU13は一方では、フレーム周期に合わせて、表示部15に対して、出力するフレームを復号画像が正しく表示時間順となるように、表示する画像の入っているフレームメモリの位置を指示する。また、CPU13は、表示部15内のセレクタ17を制御し、タイマー14も同時にリセットする。表示部15は、メモリ制御部19を経由して、メモリ21内のフレームメモリ22、23、24、25のいずれかのデータを読み出し、セレクタ17により、フレームデータをそのまま、もしくは、フレームデータを静止画画像生成部16に入力して得られた静止画画像データ出力を、映像信号生成部18に入力して、画像データを映像信号に変換して出力する。
【0036】
入力符号化データには、データがプログレッシブ(ノンインターレース)である場合、プログレッシブであることを意味するprogressive sequence信号(プログレッシブであることを示すフラグ)が含まれている。復号部12は、このprogressive sequence信号を検出した場合には、これに応じたタイマー制御信号を制御線30を介してタイマー14に出力し、これによって、フレーム周期よりも長い期間リセットされなかった場合であっても、タイマー14をオン(機能)させないようにする。タイマー14は、通常CPU13より、フレーム周期ごとにリセットされ機能しない。しかし、タイマー14は、前記progressive sequenceがプログレッシブでない場合、すなわちインタレースである場合で、かつ、CPU13からのリセットが行われず、フレーム周期よりも長い期間リセットされなかった場合、オンとなり、表示部15内のセレクタ17に対して、静止画画像生成部16の出力を選択するように切り換える。この結果、先にも述べたように、CPU13からの制御が介在することなく、ぶれの見えない静止画の映像出力が得られる。また、入力符号化データがプログレッシブである場合は、静止画画像生成部16の信号を選択するようにセレクタ17が切り換わらないので、この場合では不必要な静止画画像生成部16を通る処理を回避することができ、入力符号化データに忠実で美しい静止画が得られる。
【0037】
このタイムチャートの例を図14に示す。CPU13が、復号部12による処理を継続させていても、タイマー14が機能しないので、表示部15のセレクタ17が静止画画像生成部側に切り換わらず、したがって、ぶれの見えないプログレッシブ画像の静止画画像を得ることができる。
【0038】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、記録媒体の破損や、通信の障害などにより、入力符号化データにエラーや、符号化データ自体の供給不足が生じ、正常な復号動作を行えない場合においても、ぶれの見えない静止画画像への切換えを、簡単な回路で確実に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態に係る動画像復号装置の構成を示すブロック図である。
【図2】本発明の第2実施形態に係る動画像復号装置の構成を示すブロック図である。
【図3】従来技術による動画像復号装置の構成を示すブロック図である。
【図4】復号部の詳細な構成図である。
【図5】MPEG2の画像参照を説明する図である。
【図6】MPEG2の復号処理を説明する図である。
【図7】インターレース画像を説明する図である。
【図8】インターレース画像を説明する図である。
【図9】フィールド画像静止画を説明する図である。
【図10】復号処理のタイムチャートの例を示す説明図である。
【図11】ユーザの意思による静止画表示のタイムチャートの例を示す説明図である。
【図12】復号処理滞りによる静止画表示のタイムチャートの例を示す説明図である。
【図13】タイマー制御による静止画表示のタイムチャートの例を示す説明図である。
【図14】プログレッシブ画像の静止画表示のタイムチャートの例を示す説明図である。
【符号の説明】
11 バッファ制御部
12 復号部
13 CPU
14 タイマー
15 表示部
16 静止画画像生成部
17 セレクタ
18 映像信号生成部
19 メモリ制御部
20 バッファメモリ
21 メモリ
22、23、24、25 画像メモリ
30 progressive sequence信号の制御線
120 可変長符号復号部
121 スキャン変換部
122 逆量子化部
123 逆直交変換部
124 動き補償部

Claims (2)

  1. 符号化データと復号画像データを保存しておくためのメモリと、
    化データを入力され、前記メモリ内の復号画像データを参照して符号化データを復号し、前記メモリに復号画像データを出力する復号部と、
    前記メモリ内の復号画像データを適宜に読み出し、画像データを映像信号に変換して出力する表示部と、
    前記復号部や前記表示部の制御を行うCPUと、
    前記復号部での処理がフレーム周期内に完了した場合は前記CPUによりフレーム周期毎にリセットされ、前記復号部での処理がフレーム周期内に完了しなかった場合は前記CPUによりフレーム周期より長い期間リセットされないタイマーと、
    前記表示部内に設けられ、フレーム画像データより静止画を生成する静止画画像生成部と、
    前記表示部内に設けられ、フレーム画像データと前記静止画画像生成部の出力を択一選択するセレクタとを、
    具備し、
    入力符化データがインターレースである際に、前記タイマーがフレーム周期より長い期間リセットされなかった場合には、前記静止画画像生成部の出力を選択するように前記セレクタを切り換え、ぶれのない静止画の表示を行わせることを特徴とする動画像復号装置。
  2. 請求項1記載において、
    前記復号部において得られる入力符号化データ内に記録されているプログレッシブを示すフラグを検出し、入力符号化データがプログレッシブである場合は、静止画表示のときに、前記静止画画像生成部の出力を選択しないように前記セレクタを制御することを特徴とする動画像復号装置。
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