JPH04234281A - ディジタルビデオ信号の高能率符号化装置およびその方法 - Google Patents

ディジタルビデオ信号の高能率符号化装置およびその方法

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JPH04234281A JP2417504A JP41750490A JPH04234281A JP H04234281 A JPH04234281 A JP H04234281A JP 2417504 A JP2417504 A JP 2417504A JP 41750490 A JP41750490 A JP 41750490A JP H04234281 A JPH04234281 A JP H04234281A
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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】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、解像度が異なる二つ
の方式のディジタルビデオ信号の符号化の間で、互換性
を持つことができるディジタルビデオ信号の高能率符号
化装置に関する。
【0002】
【従来の技術】テレビジョン方式として、実用化されて
いるNTSC方式のような標準方式に比して、より解像
度が高い例えばハイビジョン方式が提案され、また、こ
の方式に関してVTR、ビデオカメラ等の周辺機器の開
発研究がされている。例えばディジタルデータの形態で
高解像度のビデオ信号を記録することも提案されている
。現在の標準の方式でさえも、ディジタルビデオ信号の
情報量が多く、高解像度のディジタルビデオ信号の場合
には、より多くの情報量を記録/再生する必要がある。 このために、高解像度のディジタルビデオ信号を記録す
る時には、記録データ量を圧縮するための高能率符号化
を採用するのが普通である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】従来では、高解像度の
ディジタルビデオ信号に対して適用される高能率符号化
と、標準のディジタルビデオ信号に対して適用される高
能率符号化とは、独立しており、両者の間で互換性が無
かった。しかしながら、複数の方式が混在している期間
では、ディジタルVTRの場合を考えると、高解像度用
のディジタルVTR(HD  VTRと称する)で記録
されたテープを標準解像度用のディジタルVTR(SD
  VTRと称する)で再生できることが好ましい。ま
た、これと逆に、SD  VTRで記録されたテープを
HD  VTRで再生できることが好ましい。VTRに
限らず、ディジタルビデオ信号の送受信に関しても、上
述の双方向の互換性は、符号化装置、復号装置の共通化
を図り、ハードウエアの規模を小さくする面で有効であ
る。従って、この発明の目的は、高解像度のディジタル
ビデオ信号と標準の解像度のディジタルビデオ信号との
間で、双方向の互換性を有するディジタルビデオ信号の
高能率符号化装置を提供することにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】この発明は、第1の標準
ビデオ信号よりも解像度の高い第2の標準ビデオ信号が
供給され、この信号をディジタル化した後に圧縮符号化
して伝送するようにしたディジタルビデオ信号の高能率
符号化装置において、ディジタルビデオ信号の第1およ
び第2の標準ビデオ信号の解像度の比に略等しいN個の
画素データを平均化する平均化手段(3)と、平均化手
段(3)の複数の平均化データをブロック化してブロッ
ク符号化する手段(4)と、N個の画素データと平均化
データとの差分のデータを符号化し、付加データを発生
する手段(12)と、ブロック符号化手段(4)の出力
と付加データ発生手段(12)の出力とを所定の順序に
配列して伝送する手段(8)とを有してなるディジタル
ビデオ信号の高能率符号化装置である。
【0005】
【作用】一例として、NTSC方式の解像度に比してハ
イビジョン方式の解像度が約4倍であるので、(N=4
)とされる。(2×2=4)のサブブロックが(4×4
)に配列された領域では、16個の平均値yが得られる
。この平均値yがブロック符号化される。また、4個の
画素毎に付加データが形成される。そして、符号化され
た平均値データおよび付加データが伝送される。NTS
C方式の場合では、(4×4)のブロック毎に画素デー
タがそのままブロック符号化される。二つの方式の間で
、発生データ量が等しくできる。SD  VTRは、H
D  VTRで記録されたテープの平均値情報を再生す
ることで、再生画像を得ることができる。HD  VT
Rは、SD  VTRで記録されたテープの各画素デー
タを復号することで、再生画像を得ることができる。
【0006】
【実施例】以下、この発明の一実施例について、図面を
参照して説明する。この一実施例は、高解像度のビデオ
信号例えばハイビジョン信号を回転ヘッドにより磁気テ
ープ上に記録するディジタルビデオ信号記録装置の例で
ある。
【0007】図1において、1は、記録すべき高解像度
のディジタルビデオ信号の入力端子であり、このビデオ
信号は、各画素が8ビットにディジタル化されている。 2がブロック化回路を示し、ブロック化回路2により、
ラスター走査の順序の画素データが(2画素×2ライン
)のサブブロック構成のデータに変換される。図2に示
すように、(2画素×2ライン)のサブブロックが画素
データx11、x12、x21、x22の場合には、ブ
ロック化回路2からx11、x12、x21、x22の
順序で、画素データが出力される。サブブロックの大き
さは、高解像度のディジタルビデオ信号と標準のディジ
タルビデオ信号との解像度或いはデータ量の比に略対応
している。ハイビジョン信号は、現行のNTSC方式と
比して、水平方向の画素数および垂直方向のライン数が
略2倍であり、解像度では、略4倍である。従って、サ
ブブロックが4個の画素から構成されている。
【0008】ブロック化回路2の出力が平均値形成回路
3、4サンプル遅延回路9および分布検出回路13にそ
れぞれ供給される。平均値形成回路3では、各サブブロ
ックの画素データの平均値yが形成される。図3に示す
ように、例えば画素データx11、x12、x21、x
22と対応する平均値y11(=x11+x12+x2
1+x22/4)が形成される。他のサブブロックにつ
いても同様に平均値y12、y13、・・・、y44が
形成される。従って、図2の(8画素×8ライン)の領
域から図3の(4×4=16)個の平均値が形成される
。この平均値のデータがADRCエンコーダ4およびラ
ッチ11に供給される。
【0009】入力端子5には、入力ディジタルビデオ信
号と同期したサンプリング周波数のクロックが供給され
、このクロックが分周回路6に供給され、1/4 の周
波数のクロックが形成される。この分周回路6からのク
ロックが平均値形成回路3、ラッチ11およびADRC
エンコーダ4に供給され、これらの回路がこの分周クロ
ックと同期して動作する。ラッチ11には、各サブブロ
ックの平均値が順次取り込まれる。
【0010】ADRC符号化は、本願出願人の提案によ
るもので、ADRCブロック内の画素データの最大値M
AXとその最小値MINとの差であるダイナミックレン
ジDRに適応した符号化である。この例では、図3の(
4×4)の平均値データをADRCブロックとしている
。ADRCエンコーダ4では、平均値y11からy44
の中の最大値MAXおよび最小値MINが検出され、(
MAX−MIN=DR)によりダイナミックレンジDR
が演算され、このダイナミックレンジDRに適応して各
平均値が例えば4ビット長のコード信号に量子化される
。 量子化は、(DR/24 )で求められた量子化ステッ
プで平均値データを割算し、その商を整数化する処理で
ある。ADRCエンコーダ4で生成されるコード信号の
ビット数としては、4ビットに限られず、また、可変長
のビット数のコード信号を形成しても良い。
【0011】ADRCエンコーダ4からの平均値データ
の符号化出力がレート変換回路7に供給される。レート
変換回路7には、入力端子5からのクロックが供給され
、平均値データの符号化出力のデータレートが元のレー
ト、即ち、高解像度のディジタルビデオ信号のサンプリ
ングレートに変換される。レート変換回路7の出力信号
がフレーム化回路8に供給される。
【0012】4サンプル遅延回路9は、平均値yが形成
される迄、入力ビデオ信号を遅延させる。この遅延回路
9の出力が減算回路10に供給される。減算回路10に
は、ラッチ11からの平均値データが供給される。従っ
て、減算回路10では、各サブブロックに関して、画素
データと平均値データとの差が検出される。この差のデ
ータが付加情報発生回路12に供給される。付加情報発
生回路12には、分布検出回路13からの検出信号と入
力端子5からのクロックとが供給される。分布検出回路
13は、各サブブロックのレベル分布に対応した検出信
号を発生する。この検出信号と減算回路10の出力信号
と必要に応じて許容誤差情報とから付加情報が生成され
る。この付加情報は、差信号Δと、各画素データと対応
する2ビットの信号とである。
【0013】図4は、付加情報の生成の概略を示すもの
で、サブブロックの画素データが2ビットの付加コード
でそれぞれ表現される。付加コードが(01の2ビット
:1の値)の時には、そのブロックの平均値yに差Δを
加算したy+Δが復号され、付加コードが(00:0)
の時には、そのブロックの平均値yが復号され、付加コ
ードが(10:−1)の時には、そのブロックの平均値
yから差Δを減算したy−Δが復号され、付加コードが
(11:−2)の時には、その他の場合として復号がさ
れる。
【0014】分布検出回路13は、図5で破線で囲んで
示すように、同時化回路20とパターン検出回路21と
から構成され、同時化回路20には、入力端子22から
ブロック化回路2の出力信号が供給される。同時化回路
20は、サブブロックの画素データ例えばx11、x1
3、x21、x22を並列的にパターン検出回路21に
供給する。パターン検出回路21は、この4個の画素デ
ータの分布のパターンを検出し、検出信号Pdを発生す
る。この検出信号Pdが付加情報発生回路12に供給さ
れる。 パターン検出回路21および付加情報発生回路12には
、入力端子23から許容誤差情報が供給され、許容でき
る誤差の範囲が設定される。付加情報発生回路12は、
入力端子24からの差信号、検出信号Pdおよび許容誤
差情報を使用して、サブブロック毎に付加データを形成
し、この付加データが出力端子25に取り出される。
【0015】パターン検出回路21によりなされるパタ
ーン検出について、図6、図7、図8および図9を参照
して説明する。これらの図において、横軸がサブブロッ
ク内の画素データのレベルIで、縦軸が発生度数Fであ
る。このグラフで表現される度数の分布がm個(m≦4
)の代表レベルに分類される。図6は、(m=1)、即
ち、一つの代表レベルで表現できる時を示す。この場合
の4個の画素データに対して、0の値、即ち(00)の
2ビットが割り当てられる。このコード信号(00)の
復元値x´´(0)は、平均値yである。
【0016】図7は、(m=2)の場合を示し、この場
合では、値±1と値−2とを使用して付加データが形成
される。図7の左側のグラフで表現される分布は、y+
Δのレベルの度数がそうでないレベルの度数lより多い
ものである。この場合では、より多い度数のレベルの画
素データに対して、1の値、即ち(01)の2ビットが
割り当てられ、他方に対して、−2の値、即ち(11)
の2ビットが割り当てられる。(01)の復元値x´´
(1)がy+Δであり、(11)の復元値は、下記の式
で表されるものである。x´´(−2)=(4×y−(
4−l)×x´´(1))÷l=y+((4−l)÷l
)×Δ
【0017】図7の中央のグラフで表現される分布は、
y+Δのレベルの度数とy−Δのレベルの度数の二つが
存在している。この場合では、一方の度数のレベルの画
素データに対して、1の値、即ち(01)の2ビットが
割り当てられ、他方に対して、−1の値、即ち(10)
の2ビットが割り当てられる。(01)の復元値x´´
(1)がy+Δであり、(10)の復元値x´´(−1
)がy−Δである。
【0018】図7の右側のグラフで表現される分布は、
平均値yとの差−Δのレベルの度数が差−Δでないレベ
ルの度数lより多いものである。この場合では、より多
い度数のレベルの画素データに対して、−1の値、即ち
(10)の2ビットが割り当てられ、他方に対して、−
2の値、即ち(11)の2ビットが割り当てられる。 (01)の復元値x´´(−1)がy−Δであり、(1
1)の復元値x´´(−2)が上述と同様に演算される
【0019】図8は、(m=3)の場合を示す。図8の
左側のグラフで表現される分布は、平均値yの度数が最
も多く、次に多いのが平均値yとの差+Δのレベルの度
数であり、そして、これら以外のレベルの度数が最も少
ないものである。この場合では、平均値yの画素データ
に対して(00)の2ビットが割り当てられ、y+Δの
画素データに対して(01)の2ビットが割り当てられ
、他のレベルの画素データに対して、(11)の2ビッ
トが割り当てられる。y+Δの代わりに、y−Δのレベ
ルの度数が2番目に多い時も同様の取扱がなされる。 即ち、(m=3)の第1の場合は、3個の内の1個が(
00)で表現できる場合である。復元値x´´(−2)
は、図7の場合と同様に演算できる。
【0020】図8の右側のグラフで表現される分布は、
3個の内の2個が(1:01)および(−1:10)で
表現できる場合である。即ち、y+Δ或いはy−Δの度
数がこれら以外のレベルの度数より多い場合である。こ
の場合では、y+Δの画素データに対して(01)の2
ビットが割り当てられ、y−Δの画素データに対して(
10)の2ビットが割り当てられ、他のレベルの画素デ
ータに対して、(11)の2ビットが割り当てられる。 復号値x´´(−2)は、図8のように、各度数をl1
、l2およびl3とする時に、次式で演算される。 x´´(−2)=(4×y−l2×(y−Δ)−l3×
(y+Δ))÷l1            =y+(
l2/l1)×Δ−(l3/l1)×Δ(m=3)で図
8に示す場合以外は、従来の符号化と同様に、実際の分
布を無視して量子化を行い、(0:00)(1:01)
(−1:10)の2ビットを形成する。但し、この場合
の(00)のコードは、平均値ではなく、中央値を意味
する。サブブロックが4画素からなるこの例では、図9
の各レベルの度数がそれぞれ1となる。
【0021】図9は、(m=4)の場合を示す。図9は
、4個のレベルの内の3個が0および±1で表現できる
時を表している。この図9のグラフで表現される分布は
、平均値yの度数が最も多く、次に多いのがy+Δのレ
ベルの度数とy−Δのレベルの度数とであり、これら以
外のレベルの度数が最も少ないものである。この場合で
は、平均値yの画素データに対して(00)の2ビット
が割り当てられ、y+Δの画素データに対して(01)
の2ビットが割り当てられ、y−Δの画素データに対し
て(10)の2ビットが割り当てられ、他のレベルの画
素データに対して、(11)の2ビットが割り当てられ
る。復号値x´´(−2)は、図9のように、各度数を
l1、l2、l3およびl4とする時に、次式で演算さ
れる。 x´´(−2)= ((4×y−l2×(y−Δ)−l3×(y)−l4×
(y+Δ))÷l1            =y+(
l2/l1)×Δ−(l4/l1)×Δ(m=4)で図
9に示す場合以外は、従来の符号化と同様に、実際の分
布を無視して量子化を行い、(0:00)(1:01)
(−1:10)の2ビットを形成する。但し、この場合
の(00)のコードは、平均値ではなく、中央値を意味
する。サブブロックが4画素からなるこの例では、図9
の各レベルの度数がそれぞれ1となる。
【0021】この実施例のように、(2×2)のような
小さなサブブロックの場合では、(m=1)および(m
=2)のいずれかの場合に該当することが殆どであり、
(m=3)或いは(m=4)の他の場合に該当すること
は少ない。また、再生側では、そのサブブロック内の他
の2ビットの情報から(11)の2ビットが割り当てら
れた画素データを復号する演算式が決定される。
【0022】上述のように、(m=1)の場合、(m=
2)で3個の場合、(m=3)の3個の場合、(m=4
)の2個の場合を識別できる検出信号Pdが分布検出回
路13から発生し、この検出信号Pdと減算回路10か
らの差の情報とを使用して付加情報発生回路12が差情
報Δおよび各画素と対応する2ビットのデータを発生す
る。例えば分布検出回路13の出力が(m=2)で第2
の場合(図7の中央の分布)を示す時には、減算回路1
0の出力Δの正の極性に応答して(01)の2ビットが
発生し、その負に応答して(11)の2ビットが形成さ
れる。これらの付加データがフレーム化回路8に供給さ
れる。
【0023】フレーム化回路8は、レート変換回路7か
らの符号化出力と付加データ発生回路12からの付加デ
ータとを合成し、更に、同期信号およびID信号の付加
、エラー訂正符号化等の処理を行う。図2および図3に
示す領域の画素データと対応する記録データを図10A
に示す。この記録データの先頭付近の位置に、平均値デ
ータをADRCで符号化した時の出力が配置される。 その後に、16個のサブブロックの各画素データに関す
る付加データが配置される。但し、同期信号、エラー訂
正符号の冗長コード、ID信号等は、この発明にとって
本質的でないので、その図示が省略されている。
【0024】平均値y11、・・・、y44からなる(
4×4)のADRCブロックを符号化した時に、その最
小値MIN(8ビット)およびダイナミックレンジDR
(8ビット)と、各平均値と対応するコード信号(4ビ
ット)y11´、・・・・、y44´とが順に並べられ
る。次に、x11、x12、x21、x22からなるサ
ブブロックに関する付加データ、即ち、差データΔ(8
ビットの画素データ間の差を表現するために7ビットが
必要である。)および各2ビットのコード信号x11´
´〜x22´´が配置される。従って、一つのサブブロ
ックに関して合計15ビット(=7+2×4)の付加デ
ータが発生し、16個のサブブロックの付加データの合
計で、240ビットである。以下、順次各サブブロック
の付加データが並べられ、最後にx77、x78、x8
7、x88のサブブロックの付加データが位置する。
【0025】フレーム化回路8の上述の出力信号が分配
回路14に供給され、4チャネルの記録信号に分割され
る。第1のチャネル(チャネルAと称する)の記録信号
が記録回路15Aに供給され、記録回路15Aの出力信
号が回転ヘッドHAに供給される。第1のチャネルと同
様に、第2、第3および第4のチャネル(チャネルB、
チャネルCおよびチャネルD)の記録信号が記録回路1
5B、15Cおよび15Dをそれぞれ介して回転ヘッド
HB、HCおよびHDに供給される。記録回路15A〜
15Dは、ディジタル変調回路および記録アンプから構
成されている。チャネルAの記録信号は、図10Aの記
録データ中の平均値に関する符号化信号(MINおよび
DRと、コード信号y11´、・・・・、y44´)の
みである。付加データがチャネルB、CおよびDにそれ
ぞれ分配される。
【0026】回転ヘッドの機構部の一例を図11に示す
。所定の周波数で回転するドラム31に回転ヘッドHA
1、HB1、HC1、HD1が近接して設けられ、これ
らと180°の角間隔で回転ヘッドHA2、HB2、H
C2、HD2が近接して設けられる。ドラム31の周面
に180°よりやや大きい巻付け角で磁気テープTPが
斜めに巻き付けられる。磁気テープTPが一定の速度で
送られる。従って、磁気テープTPには、図12に示す
ように、回転ヘッドHA1、HB1、HC1、HD1に
より形成される4本のトラックTA1、TB1、TC1
、TD1と、回転ヘッドHA2、HB2、HC2、HD
2により形成される4本のトラックTA2、TB2、T
C2、TD2とが交互に位置するトラックパターンが形
成される。トラックTA1およびTA2には、前述のよ
うに、平均値の符号化出力のみからなるチャネルAの記
録信号が記録される。
【0027】この一実施例は、高解像度のビデオ信号を
記録するためのHD  VTRであるが、標準の解像度
のビデオ信号を記録するためのSD  VTRによって
も上述のように記録された磁気テープTPを再生できる
。SD  VTRは、図13に示すように、180°の
間隔で回転ドラム上に設けられた一対の回転ヘッドHA
11およびHA12を有する。磁気テープTPを各ヘッ
ドが交互に走査する。
【0028】HD  VTRによって、図12のトラッ
クパターンが形成された磁気テープTPを4倍の速度で
送り、SD  VTRにより再生すると、図12で破線
で示すように、4本のトラックを跨がる走査軌跡TA1
1およびTA12が交互に形成される。回転ヘッドHA
11およびHA12の走査位置を圧電素子により変位さ
せることにより、トラックTA1、TA2とそれぞれ走
査軌跡TA11、TA12が一致するように制御される
。従って、SD  VTRは、平均値に関する符号化信
号をADRC復号することで、平均値により形成される
再生画像(高解像度ビデオ信号の1/4の解像度)を得
ることができる。
【0029】また、上述と逆にSD  VTRで記録さ
れたテープをHD  VTRが再生することができる。 この意味で、双方向性の互換性を達成できる。SD  
VTRの記録回路は、差分符号化を使用せずに、ADR
Cにより画像データを圧縮する。図2および図3で破線
で示すように、SD  VTRでは、(4×4=16画
素)をADRCブロックとする4ビット固定長の符号化
がなされる。図2の領域から4個のADRCブロックが
形成されるので、図10Bに示す記録データが形成され
る。例えばx11、x12、・・・・、x43、x44
が含まれるADRCブロックと対応する記録データは、
最小値MIN、ダイナミックレンジDRおよびコード信
号x11´、x12´、・・・・、x43´、x44´
とからなる。この記録データが回転ヘッドHA1或いは
回転ヘッドHA2により磁気テープTPに記録される。
【0030】この図10Bに示す記録データが記録され
た磁気テープをHD  VTRで再生する時には、磁気
テープの走行速度が通常の1/4倍に下げられる。この
テープ速度の違いで生じるトラッキングのずれは、圧電
素子により補正される。HDVTRの回転ヘッドの中で
、回転ヘッドHA1およびHA2の出力、即ちチャネル
Aの再生信号のみが有効な再生データとして扱われ、他
のチャネルの再生データが0とされる。この再生データ
の処理は、HD  VTRの再生回路に設けられている
ADRCのデコーダで行うことができる。このようにし
て、HDVTRは、SD  VTRで再生した時と同じ
解像度であって、高解像度ビデオ信号と同じ画素数の再
生画像を得ることができる。
【0031】上述の一実施例では、−2の値が割り当て
られた画素の復号のために、4個の画素の付加データを
各2ビット伝送している。しかしなから、平均値データ
をADRC符号化して伝送しているので、4画素のうち
の所定の位置の画素を除く3画素の付加データを伝送す
れば良い場合もある。例えば平均値との差が極めて小と
考えて、各2ビットを割り当て、(3×2)ビットを与
えれば、充分である可能性もある。このようにして、更
にデータ量を圧縮することができる。
【0032】
【発明の効果】この発明は、ビデオ信号の二つの方式の
解像度の比を考慮した大きさのブロックとし、符号化後
でのデータ量を両方式で略等しくできる。また、平均値
情報と付加データとを別の方法で符号化しているので、
平均値情報を復号することで、再生画像を構成できる。 従って、二つの方式間で互換性がある利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例のブロック図である。
【図2】処理すべき画像の一部を示す略線図である。
【図3】処理すべき画像の一部の平均値を示す略線図で
ある。
【図4】付加情報の生成および復元値を説明する略線図
である。
【図5】分布検出回路および付加情報発生回路のより具
体的な構成を示すブロック図である。
【図6】度数分布の第1の例を示す略線図である。
【図7】度数分布の第2の例を示す略線図である。
【図8】度数分布の第3の例を示す略線図である。
【図9】度数分布の第4の例を示す略線図である。
【図10】記録データの構成を示す略線図である。
【図11】高解像度のビデオ信号のためのVTRの回転
ヘッドの配置を示す略線図である。
【図12】テープ上の記録パターンを示す略線図である
【図13】標準解像度のビデオ信号のためのVTRの回
転ヘッドの配置を示す略線図である。
【符号の説明】
3  平均値形成回路 4  ADRCエンコーダ 8  フレーム化回路 10  減算回路 12  付加情報発生回路 13  分布検出回路 21  パターン検出回路

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  第1の標準ビデオ信号よりも解像度の
    高い第2の標準ビデオ信号が供給され、この信号をディ
    ジタル化した後に圧縮符号化して伝送するようにしたデ
    ィジタルビデオ信号の高能率符号化装置において、上記
    ディジタルビデオ信号の上記第1および第2の標準ビデ
    オ信号の解像度の比に略等しいN個の画素データを平均
    化する平均化手段と、上記平均化手段の複数の平均化デ
    ータをブロック化してブロック符号化する手段と、上記
    N個の画素データと上記平均化データとの差分のデータ
    を符号化し、付加データを発生する手段と、上記ブロッ
    ク符号化手段の出力と上記付加データ発生手段の出力と
    を所定の順序に配列して伝送する手段とを有してなるデ
    ィジタルビデオ信号の高能率符号化装置。
  2. 【請求項2】  付加データ発生手段は、上記N個の画
    素データの内でN−1個の画素データについての付加デ
    ータを発生するようにした請求項1記載のディジタルビ
    デオ信号の高能率符号化装置。
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