JPH02202287A - 動き適応フィルタ - Google Patents

動き適応フィルタ

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JPH02202287A
JPH02202287A JP1022179A JP2217989A JPH02202287A JP H02202287 A JPH02202287 A JP H02202287A JP 1022179 A JP1022179 A JP 1022179A JP 2217989 A JP2217989 A JP 2217989A JP H02202287 A JPH02202287 A JP H02202287A
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block
circuit
frame
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moving image
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Ichiro Ando
一郎 安藤
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Victor Company of Japan Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) 本発明は、動き適応フィルタに関し、特に、動画像信号
の圧縮を行なうに先立っての前処理に使用して好適な動
き適応フィルタに関する。
(従来の技術) 従来、時間的に連続するフレームで構成されるテレビジ
ョン信号等の動画像信号の情報圧縮を行なう場合、フレ
ーム内相関による圧縮符号化とフレーム間相関による圧
縮符号化とを組み合わせることにより、高効率な情報圧
縮を実現している。
例えば、先ずフレーム間予測誤差信号を求め、これを2
次元直交変換し、符号化する方法等が考えられている。
2次元直交変換符号化は次のようにして行われる。即ち
、画像信号を、フレーム毎に、水平m画素、垂直n画素
の(mXn)画素からなるブロックの複数に分割し、ブ
ロック毎に2次元直交変換を施す。このとき、多くの場
合、画像信号のエネルギーが低次係数に集中し、高次係
数値の絶対値が小さくなるという特徴がある。よって、
画像信号の符号化に当たり、高次係数の割り当てビット
数を少なくすることにより情報量の圧縮を行なっている
(発明が解決しようとする課題) ところが、大きな高周波成分を含むブロックについては
、符号化に当たっての高次係数への割り当て情報量が少
なく、これにより圧縮された符号を復号する時の高次係
数値の誤差が大きくなってしまう。このため、2次元逆
直交変換すると、ブロック内に大きな歪が生じ、得られ
る画像の画質が大幅に劣化する。
このため、一般的には、符号化において2次元直交変換
を行なう場合には、以下の方法が考えられている。即ち
、符号化に先立ち、画像信号に対して水平、垂直両方向
の帯域制限を行って、高周波成分を予め抑制するかまた
は除去する。これにより、2次元直交変換の高次係数値
の絶対値に大きな値が発生するのを防ぐ。これにより、
復号時の高次係数の誤差が小さくなり、ブロック内に歪
が発生しにくくなる。
ところが、上記の方法によれば、ブロック歪の発生を抑
えることができるものの、その反面、?1号化時に高周
波成分が抑制されるかまたは除去されているために、−
旦符号化した信号を復号した時に画質を決定する大きな
要素である解像度が劣化してしまい、全体的にぼやけた
画像になるのが避けられない。
また、フィルタ処理として以下の方法が考えられている
。即ち、上記ブロックにおけるフレーム間差分信号から
それらのブロックの動きの大きさを推定する。この推定
された動き量に基づいてフィルタ特性を決定する。この
方法において、フレーム間差分信号から動きの大きさを
推定するとしても、推定精度が悪いと共に動きの方向に
関する情報が得られないため、最適なフィルタ処理が行
なえないという問題がある。
本発明は、上記に鑑みてなされたもので、その目的は、
動画像信号を圧縮するに先立ってフィルタリングするフ
ィルタとして、−旦圧縮した信号に基づく再生画像に歪
の発生と解像度の低下が抑制されるように、その動画像
信号を適正にフィルタリング可能な動き適応フィルタを
提供することにある。
〔発明の構成〕
(課題を解決するための手段) 本発明の動き適応フィルタは、動画像信号を構成する時
間的に連続する複数のフレームのそれぞれについて、複
数の画素から成る段数のブロックに分割し、前記各ブロ
ックについてそれぞれ任意の帯域通過特性でフィルタリ
ングするブロック別フィルタ処理回路と、前記フィルタ
リングしようとする処理対象ブロックと、その処理対象
ブロックが属する処理対象フレームと連続する参照フレ
ームにおける前記処理対象ブロックに対応する参照ブロ
ックとを比較することにより、前記ブロック別フィルタ
処理回路におけるブロック毎の前記帯域通過特性を決定
する動きベクトルを検出する動きベクトル検出回路と、
を備えるものとして構成される。
(作 用) 動きベクトル検出回路は、処理対象フレームの処理対象
ブロックと、そのフレームと連続する参照フレームにお
ける参照ブロックとを比較して、両ブロック間の動きベ
クトルを求める。これらのベクトルは処理対象ブロック
毎に求められ、これらのベクトルによって、ブロック別
フィルタ処理回路における帯域通過特性がブロック毎に
決められる。これにより、処理対象フレームの各処理対
象ブロックは、それぞれブロック内の画像の動きに応じ
た帯域通過特性で適正にフィルタリングされる。
(実施例) 以下、図面を参照しながら本発明の詳細な説明する。
第1図は、本発明の一実施例に係る動き適応フィルタの
ブロック図である。同図において、フレームメモリMa
、Mb、Mcは、入力INから順次入力される動画1粂
信号を、順次切り替えられるスイッチs w lの接点
a、b、cを通じて順次記憶する。また、動きベクトル
検出回路4は、各フレームメモリMa、Mb、Meの内
容を、前記スイッチswlに連動するスイッチSW2.
SW3を通じて読み込むことにより、動画像のブロック
毎の時間的な動きを検出して、入力画像信号の各ブロッ
クの水平方向及び垂直方向の各動きベクトルを検出する
。sw2.sw3は、接点C,e。
gの組み合わせ、a、  f、  hの組み合わせ、b
d、iの組み合わせで連動して切り替えられ、動画像信
号の各フレーム毎に対応同期して作動する。
また、ブロック別フィルタ処理回路2は、スイッチsw
2を通じて取り込んだフレームメモリM a 。
Mb、Meからの画像信号(フレーム)の各ブロックの
垂直、水平各方向の高周波成分を、動きベクトル検出部
4からの検出動きベクトルに対応して、ブロック毎に個
別にフィルタ処理する。
第2図は、第1図のブロック別フィルタ処理回路2の詳
細な構成例を示すものである。この第2図において、水
平方向ローパスフィルタ回路6は、スイッチSW2を通
じて取り込まれたフレームメモリMa、Mb、Meから
の動画像信号の水平方向の高周波成分を、ブロック毎に
抑制する。一方、垂直方向ローパスフィルタ回路8は、
動画像信号の垂直方向の高周波成分をブロック毎に抑制
する。
水平方向カットオフ周波数決定回路10は、動きベクト
ル検出部4からの画像の各ブロックの水平方向の動きベ
クトルに基づいて、水平方向ローパスフィルタ回路6に
対してそのカットオフ周波数を指定する。また、垂直方
向カットオフ周波数決定回路12は、動きベクトル検出
部4からの画像の各ブロックの垂直方向の動きベクトル
に基づいて、垂直方向ローパスフィルタ回路8に対して
そのカットオフ周波数を指定する。
かかる構成において、次にその動作を説明する。
第1図の入力INから連続的に入力されるフレーム単位
の動画像信号は、各フレーム毎に同期して接点a、b、
cと切り替わるスイッチs w 1を通じて、フレーム
メモリMa、Mb、Meにフレーム単位で順次格納され
る。一方、スイッチSW2は、スイッチswlの動作に
同期してそれぞれ接点f、d、eの順番で切り替わり、
各フレームメモリMa、Mb、Meから現在入力されて
いる動画像の1フレーム前の画像が読み出される。
−ノブ1スイツチsw3は、スイッチswlの動作に同
期してそれぞれ接点り、i、gの順番で切り替わり、各
フレームメモリMa、Mb、Meから現在入力されてい
る動画像の2フレーム前の動画像か読み出される。動き
ベクトル検出部4は、スイッチSW2.SW3を通じて
入力される動画像信号の時間的に前後する2つのフレー
ム間においてブロック毎にそれぞれの動きベクトルを検
出し、これをブロック別フィルタ処理回路2に与える。
ブロック別フィルタ処理回路2は、スイッチSW2を介
してメモリMa、Mb、Mcから読み出されている動画
像信号(フレーム)の各ブロック毎に、動きベクトル検
出部4からの動きベクトルに基づくローパスフィルタ特
性で、各ブロック毎にフィルタ処理を加えて出力OUT
に送り出す。この出力OUTからの信号は、例えば後述
する第8図のフレーム間相関圧縮部33等で処理される
第2図かられかるように、ブロック別フィルタ処理回路
2は、水平方向ローパスフィルタ回路6と垂直方向ロー
パスフィルタ回路8とを有しており、動画像信号の対応
フレームの水平方向の高周波成分を水平方向カットオフ
周波数決定回路10からの指定に基づ(ローパスフィル
タ特性で、また垂直方向の高周波成分を垂直方向カット
オフ周波数決定回路12からの指定に基づくバイパスフ
ィルタ特性でそれぞれブロック毎に抑制または除去する
。水平方向カットオフ周波数決定回路10は、動きベク
トル検出回路4からの水平方向の動きベクトルに基づい
て、対応するブロックの動きが大きければ水平方向の高
周波成分の抑制の度合いを強め、動きが少なければ水・
1シ方向の高周波成分の抑制の度合いを弱めるように、
水平方向ローパスフィルタ回路6のローパスフィルタ特
性としてのカットオフ周波数を指定する。一方、垂直方
向カットオフ周波数決定回路]2は、動きベクトル検出
回路4からの垂直方向の動きベクトルに基づいて、対応
するブロックの動きが大きければ垂直方向の高周波成分
の抑制の度合いを強め、動きが少なければ垂直方向の高
周波成分の抑制の度合いを弱めるように、垂直方向ロー
パスフィルタ回路8のバイパスフィルタ特性としてのカ
ットオフ周波数を指定する。この場合のフィルタ特性、
つまりカットオフ周波数は、第4図の特性図に示すよう
に、動き量の画素数に応じて指定される。即ち、動き二
が大きければカットオフ周波数を例えば最小でf s 
/ 16まで落とし、動き量が小さければカットオフ周
波数を例えば最高でfs/2として、動きの二に応じて
カットオフ周波数を増減するように指定する。なお、第
2図の水平方向ローパスフィルタ回路6及び垂直方向ロ
ーパスフィルタ回路8におけるローパスフィルタ処理は
、例えばブロックサイズが第3図(a)に示すように4
×4画素であって9次FIRローパスフィルタにより処
理するとした場合には、第3図(b)に示すように、周
囲ブロックの画素データも読み出し、・の画素に対して
水平方向は・と■のデータを用い、垂直方向は・と■の
データを用いてフィルタ処理する。
また、被処理ブロックがフレームの周辺部に位置する場
合には、第3図(C)に示すように、αないしβの領域
を前置きまたは外挿によって仮想した上でフィルタ処理
を行なう。
このようにすれば、動画像信号の各フレーム内の動きの
大きなブロック部分では、動きの方向や大きさに応じて
、動きの方向の高周波成分が抑制される。このため、フ
レーム内相関を用いて符号化する場合の割り当てビット
数を少なくしても、再生画像に表われる歪を少なくする
ことができる。
一方、動画像信号の各フレーム内の動きの小さなブロッ
ク部分では、高周波成分があまり抑制されないが、この
場合にはフレーム間相関を利用しての符号化が可能とな
り、情報圧縮の効率の劣化を防止することができる。
第5図は、本発明の第2実施例を示すブロック図である
。第1図の第1実施例では、スイッチs w 3を介し
て動きベクトル検出部4に、2フレーム前の動画像信号
フレームを入力させるようにしたが、第5図の第2実施
例では、ブロック別フィルタ処理回路2から出力され、
符号化回路21で符号化された1フレーム前の信号を使
用するようにしている。即ち、符号化回路21で既に符
号化された1フレーム前の信号を復号化回路22で復号
する。復号化回路22から出力される再生動画像信号(
フレーム)をフレームメモリMcに記憶させる。フレー
ムメモリMcに記憶された1フレームメモリ前の再生動
画像信号(フレーム)を動きベクトル検出回路4に加え
る。動きベクトル検出回路4は、上記再生動画像信号(
フレーム)を参照フレームとして用い、各ブロック毎に
動きベクトルを求める。この動きベクトルはブロック別
フィルタ処理回路2に加えられ、その回路2でのフィル
タ処理に用いられる。
第6図は、本発明の第3実施例を示すブロック図である
。この第3実施例は、2つの動きベクトル検出回路4a
、4bを備え、それらの2つの回路4a、4bから出力
される動きベクトルに基づいて、ブロック別フィルタ処
理回路2においてフィルタ処理するようにしたものであ
る。即ち、各ブロック毎に、動きベクトル検出回路4a
で1つ前のフレームを参照フレームとして第1の動きベ
クトルを求め、動きベクトル検出回路4bで1つ後のフ
レームを参照フレームとして第2の動きベクトルを求め
る。これらの第1及び第2動きベクトルはブロック別フ
ィルタ処理回路2に加えられ、そこでフィルタ処理に用
いられる。
第7図は、本発明の第4実施例を示すブロック図である
。この第4実施例は、第5図の第2実施例と第6図の第
3実施例とを組み合わせた形のものである。即ち、参照
フレームとしてフィルタ処理及び符号化処理される前の
フレーム信号と一旦符号化された信号を復号した再生フ
レーム信号との2つの信号を用いるようにすると共に、
2つの動きベクトル検出回路4a、4bを用いるように
している。より詳しくは、各ブロック毎に、符号化回路
21で符号化された信号を復号化回路22で復号する。
復号によって得られる再生動画像信号(フレーム)をフ
レームメモリMdに記憶させる。フレームメモリMdに
記憶させた1フレーム前の再生信号(フレーム)を参照
フレームとして、動きベクトル検出回路4aにおいて第
1の動きベクトルを求める。また、動きベクトル検出回
路4bにおいて、1つ後のフレームを参照フレームとし
て第2の動きベクトルを求める。これらの第1、第2の
動きベクトルに基づいて、ブロック別フィルタ処理回路
2において、フィルタ処理が行われる。
以下に、本発明の原理に基づいて、以上に説明した実施
例について、さらに異なる観点から詳細に説明する。
一般に、人間の視覚特性は、動きの少ないものについて
は解像度の検出能力が高くて高周波成分を検知し易いが
、動きの大きなものについてはその高周波成分を検知し
難いという特徴を持っている。つまり、動きの大きな画
像については、元の画像に含まれている高周波成分を抑
制または除去したとしても、視覚特性上、画質の劣化は
少ない。
一方、フレーム間相関による画像の圧縮を行なう場合、
動きの小さい部分は相関性が高く、少ないビット数で符
号化が可能である。これに対し動きの大きな部分は相関
性が低く、符号化には大きなビット数を必要とする。
そこで、動きの小さなブロック部分については、画像に
含まれる高周波成分が非常に重要であるので、抑制量を
小さくするかあるいは抑制しないで処理し、フレーム間
相関性の高さを利用して情報圧縮する。また動きの大き
なブロック部分では、曵見特性上重要性の低い高周波成
分の抑制量を大きくして情報を大幅に圧縮する。このよ
うにすることによって、動画像の特性に合わせた合理的
な圧縮が可能となる。つまり、本発明は、上記の人間の
視覚上の特性とフレーム内相関やフレーム間相関とのそ
れぞれの特徴をうまく組み合わせた符号化を可能とする
ものである。
具体的には、画像信号の各フレームを水平m画素、垂直
n画素のmXn画素からなる複数のブロックに分割する
。それぞれのブロック毎に、第1図の動きベクトル検出
回路4において前のフレームに対する動きベクトルを求
める。第10図(a)は画像ブロックの動きの様子を示
す説明図であるが、a、  b、  c、  dの各ブ
ロックは、図中の矢印の向きに矢印の長さに応じた二の
動きを持つものとする。つまり、各ブロックa、b、c
、dは、それぞれ、水平方向については、“小″  “
中″“なし″  “大″の動きベクトル成分を有し、垂
直方向については、“なし°  “なし″  “中”“
大”の動き量を有する。第1図において、動きベクトル
検出回路4は、これらの水平、垂直の各動きベクトル成
分を検出し、これをブロック別フィルタ処理回路2の第
2図に示す水平方向カットオフ周波数決定回路10と垂
直方向カットオフ周波数決定回路12に与える。水・1
シ方向力ツトオフ周波数決定回路10及び垂直方向カッ
トオフ周波数決定回路12は、例えば第10図(a)の
各ブロックa、  b、  c、  dの同図に示すよ
うな動きに対して、第10図(b)に示すようなフィル
タ特性を決定する。つまり、動きの大きなブロックに関
してはカットオフ周波数を低くして高周波成分の抑制量
を大きくし、動きの小さいブロックに関してはカットオ
フ周波数を高くして高周波成分の抑制の度合いを小さく
する。そして、第2図かられかるように、水平方向カッ
トオフ周波数決定回路10及び垂直方向カットオフ周波
数決定回路12から指定されたカットオフ周波数に基づ
いて、水平方向ローパスフィルタ回路6及び垂直方向ロ
ーパスフィルタ回路8は、入力された動画像信号の各フ
レームに対応するブロックの水平方向、垂直方向の高周
波成分をフィルタ処理して出力する。
その結果、第1図及び第2図の出力OUTからi)られ
る出力信号は、動きの大きなブロックにおいてはフレー
ム内相関?1号化による圧縮効率を向上させることがで
き、またこの圧縮符号を復号した時のブロック歪の発生
を防止することができる。
一方、動きの小さなブロックにおいては、フレーム間相
関ね帰化で十分に圧縮処理できるため、カットオフ周波
数を高くして解像度を維持したまま晶い圧縮効率を確保
することかできる。
なお、以上に説明した実施例では、水平方向、垂直方向
をそれぞれ独立した特性でフィルタ処理している。この
ため、例えば動画像を撮像するカメラが水平方向にパン
ニングした場合等において、符号化、復号化における垂
直方向の解像度を維持することができる。
第8図はかかる圧縮、符号化のための回路をブロック化
した図である。同図において、動き適応フィルタ(例え
ば第1図の構成を有するフィルタ)31は、動きベクト
ル検出部(回路)32で検出された動画像信号の動きに
応じたベクトルに基づいてフィルタ処理を行ない、動画
像信号、つまり動きの大きなブロックの情報量を削減し
た信号を出力する。次に、フレーム間相関圧縮部33は
、時間的に連続するフレーム間の各ブロック間の相関に
基づいて圧縮符号化を行なう。この圧縮部33では動き
の小さなブロックの圧縮符号化が高効率で行なわれる。
次に、フレーム内相関圧縮部34はブロック符号化によ
るフレーム内での相関に基づいて圧縮を行なう。次に、
符号化部35で符号化され、■力OUTから出力される
。つまり、以上の符号化処理を通じて、フレーム内の各
ブロックの動きに応じて合理的で効率的な符号化処理が
行なわれる。なお、動きベクトル検出部32に参照フレ
ームとして加えられる信号は、実線で示すように入力I
N側から加えられ、あるいは破線で示すように符号化部
35で既に符号化された信号が復号化部36及び画像信
号再生部37を介して加えられる。
また、ブロック毎の動きベクトルの検出として、前フレ
ームに対する動きベクトルAと後フレームに対する動き
ベクトルBの2つの動きベクトルを求め、2つのベクト
ルA、B1.JJづき、カットオフ周波数を決定すれば
、さらに視覚上の劣化を抑えつつより高い圧縮率を達成
することができる。
例えば、各方向成分別に動きベクトルA、Bを互いに比
較し、大きさの大きい方の成分を用いてカットオフ周波
数を決定したり、あるいは動きベクトルA、Bから当該
ブロックの3フレ一ム間における動きの様子を検出し、
例えば当該ブロックを中心に3フレームが振動的な動き
をしている場合には、動きベクトルA、Bの大きさから
与えられるカットオフ周波数よりもさらに低くカットオ
フ周波数を設定し、フィルタ処理することができる。
なお、フレーム内相関符号化における水平「画素、垂直
S画素の(rXs)画素からなるブロックと、水平用画
素、垂直n画素の関係は第9図の説明図に示すように、 m−rxu (u−1,2,3・・・)  ・・・(1
)n−sXv (v−1,2,3・・・)  ・・・(
2)となる。そして、第1図の構成では、フレーム内相
関を実施する符号化装置におけるブロック分割のブロッ
クに対して上記各式のような関係を持ってブロック分割
するが、このブロック分割による処理は実際にはフレー
ムメモリMa、Mb、Meから画像信号を読み出す場合
の読み出しアドレス制御によって行なわれる。
動きベクトルの検出方向は周知のとおり、以下のように
して決められる。即ち、例えば、フレームAにおける被
検出ブロックblkや、参照フレームBにおけるblk
と同じ位置にblkと同じブロックサイズの領域b l
 k’を設定する。この領域blk’を水平、垂直の各
方向に適当に移動させながらブロックblkと領域bl
k’ の相関値を求め、最も相関性の高い値を示した領
域すをに′の移動量mv(x+  y)を探し出し、そ
の移動量をブロックblkの動きベクトルとする。
なお、参照フレームとしては、1フレーム前及び1フレ
ーム後の動画像信号、並びに既に符号化された動画像信
号の復号+lj生信号等が用いられる。
また、動きベクトルの検出範囲および相関性に対するし
きい値を予め設定し、検出範囲内でもっとも相関性の高
い位置における相関値を先のしきい値と比較し、相関値
の表わす相関性のほうが先のしきい値の表わす相関性よ
りも高い場合には、位置に応じた動きヘクトルを採用し
、逆の場合には、動きベクトルを水平、垂直共に検出範
囲外とすることにより、不適当な動きベクトルの検出を
防ぎ、■つ検出処理の効率を向上させることができる。
これは、相関値がしきい値の表わす相関性より低い場合
、ブロック内の絵からの変形と考えられ、不適当な動き
ベクトルの検出の可能性があり、また、ブロック内の絵
からの変形の度合いが大きい、つまり、動きの大きい部
分に相当すると考えられるため、検出範囲外とすること
を意味する。
〔発明の効果〕
本発明によれば、動画像信号を構成する各フレームを動
画像の動きに応じた帯域通過特性でフィルタ処理するこ
とができ、動きの大きな部分はカットオフ周波数を低く
、動きの小さな部分はカットオフ周波数を高くするよう
に設定することにより、フレーム内相関符号化による圧
縮効率を向上させ得ると共に復号時のブロック歪を抑制
でき、さらに動きの小さな部分については解像度を維持
しながらフレーム間相関により効率的な圧縮を行なうこ
とを可能とする。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例に係る動き適応フィルタのブ
ロック図、第2図は第1図のブロック別フィルタ処理回
路の詳細例を示すブロック図、第3図は動きベクトル検
出の説明図、第4図はローパスフィルタのカットオフ周
波数の特性図、第5図〜第7図は本発明の第2〜第4実
施例を適用した信号処理回路、第8図は圧縮符号化回路
のブロック図、第9図はフレーム内のブロック構成の説
明図、第10図はフレーム内のブロックの動きとそれぞ
れのブロックに適用されるフィルタ特性の説明図である
。 2・・・ブロック別フィルタ処理回路、4・・・動きベ
クトル検出回路、6・・・水平方向ローパスフィルタ回
路、8・・・垂直方向ローパスフィルタ回路、10・・
・水平方向カットオフ周波数決定回路、12・・・垂直
方向カットオフ周波数決定回路、14・・・動き適応フ
ィルタブロック、16・・・フレーム内相関圧縮符号化
ブロック、18・・・フレーム間相関圧縮符号化ブロッ
ク、MH,Mb、Me・・・フレームメモリ。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 動画像信号を構成する時間的に連続する複数のフレーム
    のそれぞれについて、複数の画素から成る複数のブロッ
    クに分割し、前記各ブロックについてそれぞれ任意の帯
    域通過特性でフィルタリングするブロック別フィルタ処
    理回路と、 前記フィルタリングしようとする処理対象ブロックと、
    その処理対象ブロックが属する処理対象フレームと連続
    する参照フレームにおける前記処理対象ブロックに対応
    する参照ブロックとを比較することにより、前記ブロッ
    ク別フィルタ処理回路におけるブロック毎の前記帯域通
    過特性を決定する動きベクトルを検出する動きベクトル
    検出回路と、 を備えることを特徴とする動き適応フィルタ。
JP1022179A 1989-01-31 1989-01-31 動き適応フィルタ Pending JPH02202287A (ja)

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