JPH04322591A - 高能率符号化方法 - Google Patents

高能率符号化方法

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JPH04322591A
JPH04322591A JP3118098A JP11809891A JPH04322591A JP H04322591 A JPH04322591 A JP H04322591A JP 3118098 A JP3118098 A JP 3118098A JP 11809891 A JP11809891 A JP 11809891A JP H04322591 A JPH04322591 A JP H04322591A
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秀雄 中屋
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敦雄 矢田
Masashi Uchida
真史 内田
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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、ブロック符号化によ
る高能率符号化方法に関し、特に可変長データ及び付加
データのデータ伝送時の配置に関する。
【0002】
【従来の技術】例えばデジタル画像データのデータ伝送
量を圧縮する場合に、2次元コサイン変換(Discr
ete Cosine Transform ;以下D
CTという)などの直交変換を用いる符号化方法が従来
から提案されている。
【0003】DCTによる符号化方法は、1フレームの
テレビジョン信号を水平方向のn画素×垂直方向のm画
素からなる複数個の小ブロックに分割し、各ブロックに
対してDCTを施し、その結果得られた直流成分の係数
データと、複数個の交流成分の係数データを各交流成分
の出現確立に応じてビット長が異なるエントロピー符号
例えばハフマンコードに変換して伝送する。
【0004】また、本願の出願人は、コサイン変換した
結果の直流成分の係数データ及び交流成分の係数データ
をエントロピー符号化せずに圧縮符号化する方法を提案
している(特願昭62−270564号及び特願昭63
−245227号参照)。
【0005】この方法は、本願の出願人が別途提案して
いるブロック内ダイナミックレンジに適応した高能率符
号化方式(例えば、特開昭61−144990号公報、
特開昭61−144989号公報、さらに特開昭62−
92620号公報参照)とDCTとを組み合わせたもの
で、コサイン変換で得られた直流成分の係数データと交
流成分の同じ次数の係数データとのそれぞれをブロック
化し、その係数データからなるブロック毎に、そのブロ
ック内ダイナミックレンジを求め、そのダイナミックレ
ンジに適応した符号化を行うものである(以下、この符
号化方式をハイブリッド符号化方式という)。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
にして圧縮した画像データをデジタルVTRに記録する
ことが考えられるが、このデジタルVTRでは、高速サ
ーチ動作において、できるだけ良好な再生画像が得られ
ることが好ましい。
【0007】この高速サーチ時には、回転ヘッドが複数
の記録トラックに跨がって走査するので、再生データは
断続的にしか得られない。ところが、ハフマンコードな
どのエントロピー符号はビット長が可変長で、しかも、
発生するハフマンコードは連続的に記録されることにな
るので、符号化データの高速サーチ時の復号化が困難に
なる。また、前記のハイブリッド符号化方式の場合には
、復号化のためにはダイナミックレンジなどの付加コー
ドを検出できなければならないので、このダイナミック
レンジなどの情報がいずれの位置に記録されているか判
らない状態では符号化画像データの復号化はできず、高
速サーチ時に再生画像を得るのが困難である。
【0008】また、ビット長が可変のハフマンコードを
連続的に記録しているため、1つのコード中でビットエ
ラーが発生した場合、そのビットエラーの影響がそれ以
降のコードにも伝播して、コード識別ができなくなり、
例えばブロック終端コード(EOBコード)のところま
でエラーが伝播してしまう欠点がある。このため、ノー
マル再生時であっても画像の復号化において、最悪の場
合には、1ブロックの画素サンプルデータが再現できず
に欠落してしまうことがある。
【0009】この発明は、以上の問題点を解決した高能
率符号化方法を提供しようとするものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】この発明による高能率符
号化方法の1つは、複数の画素からなるブロックを単位
として直交変換して得られた係数データを可変長符号化
して伝送する方法であって、前記係数データのうちの直
流成分の係数データと、レベルが最大のものから所定個
の交流成分の係数データとは、定められた位置に配置し
て伝送するようにしたものである。
【0011】この発明による高能率符号化方法の他の1
つは、複数の画素からなる第1ブロックを形成し、この
第1ブロックを単位として直交変換して係数データを得
、前記複数の第1ブロックからなる第2ブロック内の直
流成分の係数データ同志及び第2ブロック内の交流成分
の係数データの次数の等しいもの同志により第3のブロ
ックを形成し、この第3ブロックの係数データをそのブ
ロック内ダイナミックレンジに適応的にブロック符号化
し、符号化データと各ブロック毎の付加コードとを伝送
するようにする方法であって、前記直流成分の係数デー
タからなる第3ブロックについての付加コードと、前記
交流成分の係数データからなる第3ブロックについての
付加コードと、前記直流成分の係数データの重要ビット
とは、定められた位置に配置して伝送するようにしたも
のである。
【0012】
【作用】前者の方法においては、所定伝送単位毎に係数
データのうちの直流成分と、係数のレベルが最大のもの
から所定個の交流成分とが、定まった位置に配置されて
伝送(例えば記録)されているので、例えばデジタルV
TRの高速サーチ時においては、これらの係数データは
抽出でき、復号化できる。また、これらの係数データは
、他のコードとは分離して定まった位置に配されるので
、エラーの影響を受けずに復号化できる。
【0013】そして、これらの係数データは、ブロック
単位の画像データの内の重要な成分であって、これらを
復号化できれば、比較的良好な復元画像が得られ、高速
サーチ時やエラーが生じたときの復元画像の画質が向上
する。
【0014】後者の方法の場合にも、同様にして、復号
化に重要な付加コードと係数データの内の重要な成分に
ついては、所定伝送単位毎に定まった位置に配置されて
伝送されているので、これらを容易に抽出でき、デジタ
ルVTRの高速サーチ時やエラー発生時の復元画像の画
質の向上を図ることができる。
【0015】
【実施例】以下、この発明による高能率符号化方法を、
デジタルVTRの記録系に適用した場合の一実施例を、
図を参照しながら説明する。
【0016】[第1の実施例(DCTの場合)]図1は
、デジタルVTRの記録系の一実施例を示すものである
。すなわち、入力端子11を通じて入力されたラスター
走査形式の画像信号が、A/Dコンバータ12に供給さ
れ、1画素サンプルが例えば8ビットのデジタル画像信
号に変換される。このデジタル画像信号は、ブロック化
回路13に供給される。
【0017】このブロック化回路13は、1フレーム分
のデジタル画像信号を記録できる容量のメモリを有し、
例えば、(水平方向の8画素)×(垂直方向の8画素(
8ライン))からなる領域を1画像ブロックとして、1
フレーム(1画面分)のデジタル画像信号が複数個の画
像ブロックに分割される。この場合、1画像ブロックに
は64画素サンプルが含まれる。
【0018】また、このブロック化回路13では、入力
画像信号中のブランキング期間が取り除かれると共に、
有効データが連続するものとされ、データ系列中にデー
タ欠如期間が形成される。
【0019】ブロック化回路13からの各画像ブロック
のデータは、シャフリング回路14に供給される。シャ
フリング回路14では、画像ブロックの単位で、1フレ
ーム内の全ての複数の画像ブロックが、1フレーム中で
所定の規則に従って並べ換えられる処理がなされる。こ
のシャフリング処理は、メモリのアドレス制御で実行で
きる。
【0020】シャフリング回路14の出力信号は、符号
化部20のDCT変換回路21に供給される。このDC
T変換回路21では、画像ブロック毎にDCT変換処理
がなされ、このDCT変換回路21からは、複数個の、
例えばブロックサイズに対応する8×8個の係数データ
が得られる。係数データは、直流成分の係数データDC
と、複数個の交流成分の係数データACi(i=1,2
,…63)とからなる。
【0021】DCT変換回路21からの係数データはブ
ロック走査回路22に供給され、このブロック走査回路
22から、各ブロック毎の係数データが、図2A,Bに
示すように、直流成分から交流成分の周波数的に高い方
向に向かってジグザグ走査するような状態で出力される
。図2Bにおいて、0,1,2,…と記載した数値は、
各係数データのブロック内アドレスを示すもので、出力
係数データとしては係数値(レベル)とこのアドレスを
有しているものである。
【0022】ブロック走査回路22からの係数データは
、再量子化回路23に供給される。この再量子化回路2
3では、係数データがバッファコントロール回路27か
らの量子化ステップで量子化される。
【0023】この再量子化回路23の出力信号はソーテ
ィング回路24に供給される。このソーティング回路2
4では、係数値のレベルの絶対値の順序で係数データが
ソーティングされた後、レベルとアドレスとは、それぞ
れ前の係数データのそれらとの差分が演算される。
【0024】このソーティング回路24からの差分信号
は、可変長符号化回路25に供給され、ランレングス符
号化及びハフマン符号化により、それぞれ所定ビット数
のコード信号に変換される。
【0025】可変長符号化回路25からのコード信号は
バッファメモリ26に供給される。このバッファメモリ
26は、可変長符号化回路25からのコード信号の伝送
レートが伝送路の伝送レート、すなわちこの例のデジタ
ルVTRの場合であればテープ記録再生変換系の伝送レ
ートを越えないように、レート変換するために設けられ
ている。すなわち、このバッファメモリ26の入力側の
データレートは可変であるが、出力側のデータレートは
ほぼ一定となる。
【0026】また、このバッファメモリ26において、
伝送データ量の変動が検出され、検出出力がバッファコ
ントロール回路27に供給される。バッファコントロー
ル回路27は、再量子化回路23の量子化ステップを制
御し、また、ソーティング回路24において、伝送され
る係数データが所定のデータ量となるように制御する。 この制御は、絶対値がしきい値より大きい係数データか
らしきい値を減算する演算処理によりなされる。ただし
、直流成分の係数データは、この演算処理の対象から除
かれ、必ず、ソーティング回路24の出力信号に含まれ
るようにされている。
【0027】そして、バッファメモリ26からの出力信
号がフレーム化回路28に供給され、所定のデータ量毎
にシンクブロックが構成され、このシンクブロックが連
続するフレーム構成のデータ配列に係数データが並べ換
えられる。
【0028】図3はシンクブロックSBの構成の一例を
示す。この場合、伝送データは所定情報量毎に伝送単位
ブロックBLを形成する。この伝送単位ブロックBLは
、この例では図4に示すように10バイト(=80ビッ
ト)で構成され、直流成分の係数データDCと、重要交
流成分の係数データとが、この伝送単位ブロックBLの
定められた位置に配置される。この例の場合、重要交流
成分としては、全ての交流成分の内、レベルの最大の最
大交流成分ACaと、レベルが次に大きい第2交流成分
ACbとが選定されている。
【0029】図4の例では、直流成分の係数データDC
には9ビットが割り当てられる。そして、交流成分の係
数データACa,ACbは、ハフマンコード化され、レ
ベルとアドレスとを含むので、それぞれ最大12ビット
、両方で24ビットの場合を想定している。このため、
図の例の場合には、重要交流成分の係数データACa,
ACbに対して48ビット(3バイト)が割り当てられ
ている。
【0030】そして、これら以外の交流成分の係数デー
タは、図3及び図4において、斜線を付して示したその
他データ領域に順次先詰めされて挿入され配置される。 その他データには、DCT変換が施される画像ブロック
毎のデータの区切りを示すブロック終了コードEOBを
含む。
【0031】この場合、係数データACa及びACbは
、それぞれに割り当てられている24ビットを全て使用
する場合ばかりでなく、これより少ないビット数となる
こともある。その場合には、余った分はその他データの
領域として使用される。また、最大交流成分及び第2交
流成分の係数データACa及びACbが存在しないこと
もあるが、その場合には、これら固定領域にはブロック
終端コードEOBが配置され、その他データの領域には
そのブロック終端コードEOBは挿入しない。したがっ
て、図3のデータフォーマットを取ることによって情報
量が増加することはない。
【0032】シンクブロックSBは、伝送単位ブロック
BLの複数個からなり、その先頭に、そのシンクブロッ
クのその他データの最初のビットの位置を示すアドレス
信号(以下データアドレスという)ADが付加される。 このデータアドレスADとしては、1フレーム分のデー
タをビット単位で並べ、その中で上記のように位置が固
定されているデータ及び後述のシンクブロック同期信号
等を除く各ビットに連続的に付与されたアドレスが使用
される。このデータアドレスADにより、その他データ
のハフマンコードの復号化を支障なく行うことができる
【0033】なお、データアドレスADとしては、1フ
レーム内の全ての画像ブロックに対する番号と画像ブロ
ック内の係数データの全ビットの番号とからなるアドレ
ス信号を使用するようにしてもよい。
【0034】なお、図の例では、最大レベル及び第2レ
ベルの交流成分の係数データを重要交流成分としたが、
必要に応じてレベルの大きさが第3番目,第4番目,…
の交流成分の係数データを重要交流成分に含むように設
定しても勿論良い。
【0035】フレーム化回路28の出力信号は、パリテ
ィ発生回路15に供給されて、例えば積符号の構成のエ
ラー訂正用符号の符号化がシンクブロックSB毎になさ
れ、そのパリティデータが生成付加される。そして、こ
のパリティデータが付加された圧縮化画像データが、デ
ジタル変調回路16に供給されて、デジタル変調がなさ
れる。そして、デジタル変調回路16の出力信号が並列
−直列変換回路17に供給され、直列データの記録信号
とされる。
【0036】並列−直列変換回路17からの直列の記録
信号は、回転ヘッドによりテープに例えば1フレームの
データ当たり4本の斜めトラックとして磁気記録される
【0037】また、図示しないが、パリティ発生回路1
5とデジタル記録変調回路16との間で、ブロック識別
信号ID(例えば2バイト)と、ブロック同期信号SY
NC(例えば2バイト)が付加される。ブロックID信
号として、1フレーム内の画像ブロックの番号と関連し
たブロック識別信号ID等が挿入される。このブロック
識別信号IDによりシンクブロックSBの最初に位置す
る直流成分及び重要交流成分の係数データDC及びAC
a,ACbに対応する画像ブロックの位置が判る。
【0038】以上のように、係数データの内の直流成分
及び交流成分の内のレベルが大きいものから所定個は、
定められた位置に記録されるので、高速サーチ時に、再
生データが断続的にしか得られなくても、これら直流成
分及び重要な交流成分の係数データを抽出することがで
き、これら係数データを復号化することにより復元画像
を得ることができる。
【0039】また、ノーマル再生時、訂正できないエラ
ーが発生すると、従来は全く1フレームの再生画像が得
られなくなってしまうことがあった。すなわち、係数デ
ータは、レベルのデータとアドレスデータとを対として
、それぞれ別個のハフマンコードが割り当てられて記録
されるのが通常である。この場合に、1ビットエラーが
発生すると、そのエラーのため以後のコードの切り出し
が狂ってしまう。また、レベルとアドレスの対の関係が
逆転して、レベルのデータに挿入されているブロック終
端コードEOBをも、特定のアドレスとして認識してし
まい、このため、ブロックを越えてエラーが伝播してし
まうこともあり、再生画像が非常に劣化したものとなっ
てしまう。
【0040】これに対して、この発明においては、上記
のように、その他データとして記録された係数データの
切り出しができなくなるような場合でも、直流成分及び
重要な交流成分の係数データは、再生データから切り出
すことができ、上記の従来に比して画質が改善された再
生画像を得ることができ、エラーに強くなる。
【0041】[第2の実施例(ハイブリッド符号化方式
の場合)]図5は、この発明をハイブリッド符号化方式
に適応した場合の符号化装置の構成の一実施例のブロッ
ク図である。
【0042】すなわち、入力端子31からのデジタル画
像信号はブロック化回路32に供給され、例えば水平方
向の4画素×垂直方向の4画素からなる画像ブロックに
分割される。このブロック化回路32の出力信号はDC
T変換回路33に供給され、2次元DCT変換がなされ
、このDCT変換回路33から、例えばブロックサイズ
と対応する4×4の係数データテーブルが得られる。
【0043】そして、この係数データがブロック走査回
路34に供給され、前述と同様にして、このブロック走
査回路34から、図6Aに示すように、各ブロック毎の
直流成分の係数データDCと交流成分の係数データAC
1 〜AC15とが、その周波数的に高い方向に向かっ
てジグザグ走査するような状態で出力される。出力係数
データとしては係数値(レベル)とアドレスを有してい
る。
【0044】ブロック走査回路34からの係数データは
分配回路35に供給される。この分配回路35は、係数
データを直流成分と各交流成分に分離して出力する。こ
の場合、交流成分は同じ次数のものは常に同じ出力端子
から出力する。この分配回路35からの直流成分の係数
データ及び同じ次数の交流成分の係数データは、それぞ
れ再ブロック化回路36a〜36pに供給される。
【0045】なお、交流成分の各次数の係数データに関
する構成は同一であるので、図5では、直流成分の係数
データDCに関する構成と、交流成分の係数データAC
1 ,AC15に関する構成とを示し、他の交流成分の
係数データAC2 〜AC14に関する構成は省略した
【0046】再ブロック化回路36a〜36pは、図6
Bに示すように、図6Aに示した係数テーブルが、4×
4個、集められて構成される拡大ブロックの中に含まれ
る同じ次数の係数データからなるブロックを形成する。 図6Bで、a,b,c,…,pは、空間的に近接した画
像ブロックの係数テーブルをそれぞれ示しており、例え
ば再ブロック化回路36aでは、図6Cに示すように、
aからpまでの16個の係数テーブルに含まれる直流成
分DCa〜DCpからなるブロック構造のデータを形成
する。
【0047】再ブロック化回路36aの出力データはA
DRCエンコーダ37aに供給される。このADRCエ
ンコーダ37aでは、ブロック内の係数データDCa〜
DCpの最大値MAX及び最小値MINを検出し、これ
らの差であるダイナミックレンジDRを求め、求めたダ
イナミックレンジDRに適応して係数データDCa〜D
Cpを量子化する。そして、このADRCエンコーダ3
7aから量子化データBPL と、付加データとしてダ
イナミックレンジDR及び最小値MINが、フレーム化
回路39に供給される。
【0048】交流成分の係数データについては、例えば
再ブロック化回路36bの出力データを例にとると以下
のようになる。すなわち、再ブロック化回路36bから
の係数データAC1a〜AC1pがADRCエンコーダ
37bに供給されて、ブロック内の係数データAC1a
〜AC1pの最大値MAX及び最小値MINが検出され
、これらの差であるダイナミックレンジDRが求められ
る。そして、求められたダイナミックレンジDRに適応
して係数データDCa〜DCpが量子化される。この量
子化データBPL は、フレーム化回路39に供給され
る。
【0049】しかし、この例では交流成分の係数データ
については、付加データは直流成分の係数データとは異
なるようにされている。すなわち、ADRCエンコーダ
37bからのダイナミックレンジDRがビット数決定回
路38bに供給されて、量子化の割り当てビット数が決
定される。そして、この割り当てビット数のデータnが
付加データとしてフレーム化回路39に供給される。各
交流成分の係数データAC1 〜AC15は、通常、7
ビット以下に量子化されるので、ビット数データnは3
ビットのコードである。なお、最小値MINは0とみな
して伝送されない。
【0050】フレーム化回路39では、前記の例と同様
にデジタルVTRにより記録することを考慮して、所定
のデータ量毎に複数個の伝送単位ブロックBLからなる
シンクブロックSBが構成され、このシンクブロックS
Bが連続するフレーム構成のデータ配列に係数データが
並べ換えられる。
【0051】図7は、この例の場合の伝送単位ブロック
BLのデータ配置を示す。この伝送単位ブロックBLに
おいては、直流成分の係数データDCa〜DCpの付加
データDR及びMIN(それぞれ9ビット)と、各交流
成分の係数データAC1 〜AC15の拡大ブロックに
ついてのそれぞれの割り当てビット数データn(3×1
5=45ビット)とを、この伝送単位ブロックBLの定
められた位置に配置する。また、拡大ブロック内の各直
流成分の係数データDCa〜DCpのそれぞれの上位5
ビット(5×16=80ビット)と、拡大ブロック内の
重要な幾つかの交流成分の係数データ、例えば拡大ブロ
ック内のAC1 〜AC5 のそれぞれの最上位ビット
MSBと符号(サインビット)とを、この伝送単位ブロ
ックBLの定められた位置に固定的に配置する。
【0052】そして、これら以外の直流成分の係数デー
タDCa〜DCpの下位4ビットと、交流成分の係数デ
ータAC1 〜AC15の拡大ブロック内のもののそれ
ぞれ最上位ビットMSB以外の下位ビットは、その他デ
ータとして、図7において斜線を付して示したその他デ
ータ領域に順次先詰めされて挿入され配置される。その
他データには、拡大ブロック毎のデータあるいは画像ブ
ロック毎のデータの区切りを示すブロック終了コードE
OBを含む。
【0053】この例の場合も、付加データなど定められ
た位置に配置されるデータ量が少なく、領域的に余った
ときは、その余った分はその他データの領域として使用
される。したがって、図7のデータフォーマットを取る
ことによって情報量が増加することはない。
【0054】フレーム化回路39からのデータは出力端
子40に出力される。そして、デジタルVTRであれば
、出力端子40を通じたデータは、図1に示したパリテ
ィ発生回路15、デジタル変調回路16、並列−直列変
換回路17に順次供給され、テープに記録される。
【0055】なお、付加コードは、以上の例に限られる
ものではなく、例えば、さらに付加コードを圧縮したも
のを伝送データとして配置することもできる。
【0056】なお、この発明は、デジタルVTRに適用
される場合のみでなく、種々の伝送路を用いる場合にも
適用可能である。
【0057】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれば
、重要な情報は、定められた位置に配置されて伝送され
るので、例えばデジタルVTRにこの発明を適用したと
き、高速サーチ時に、再生データが断続的にしか得られ
なくても、これら重要な係数データを抽出することがで
き、これら係数データを復号化することにより画質の向
上した復元画像を得ることができる。
【0058】また、ノーマル再生時、訂正できないエラ
ーが発生すると、従来は全く1フレームの再生画像が得
られなくなってしまうことがあったが、この発明におい
ては、その他データとして記録された係数データの切り
出しができなくなるような場合でも、重要な係数データ
は、再生データから切り出すことができ、エラーがあっ
ても画質の向上した再生画像を得ることができ、エラー
に強くなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明による符号化方法の一実施例を実施す
るデジタルVTRの構成例を示すブロック図である。
【図2】DCT変換出力の係数データを説明するための
図である。
【図3】記録するシンクブロックの構成例を示す図であ
る。
【図4】伝送データの要部のデータ配列の一例を示す図
である。
【図5】この発明による符号化方法の他の一実施例を実
施する装置の一例を示すブロック図である。
【図6】ハイブリッド符号化方式の再ブロック化を説明
するための図である。
【図7】伝送データの要部のデータ配列の一例を示す図
である。
【符号の説明】
21  DCT変換回路 25  可変長符号化回路 28  フレーム化回路 33  DCT変換回路 35  分配回路 36a〜36p  再ブロック化回路 37a〜37p  ADRCエンコーダ39  フレー
ム化回路

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  複数の画素からなるブロックを単位と
    して直交変換して得られた係数データを可変長符号化し
    て伝送する方法であって、前記係数データのうちの直流
    成分の係数データと、レベルが最大のものから所定個の
    交流成分の係数データとは、定められた位置に配置して
    伝送するようにした高能率符号化方法。
  2. 【請求項2】  複数の画素からなる第1ブロックを形
    成し、この第1ブロックを単位として直交変換して係数
    データを得、前記複数の第1ブロックからなる第2ブロ
    ック内の直流成分の係数データ同志及び前記第2ブロッ
    ク内の交流成分の係数データの次数の等しいもの同志に
    よりそれぞれ第3のブロックを形成し、この第3ブロッ
    クの係数データをそのブロック内ダイナミックレンジに
    適応させてブロック符号化し、符号化データと各ブロッ
    ク毎の付加コードとを伝送するようにする方法であって
    、前記直流成分の係数データからなる第3ブロックにつ
    いての付加コードと、前記交流成分の係数データからな
    る第3ブロックについての付加コードと、前記直流成分
    の係数データの重要ビットとは、定められた位置に配置
    して伝送するようにした高能率符号化方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US5781561A (en) * 1995-03-16 1998-07-14 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Encoding apparatus for hierarchically encoding image signal and decoding apparatus for decoding the image signal hierarchically encoded by the encoding apparatus

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