JPH05207437A - 高能率符号化装置 - Google Patents

高能率符号化装置

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JPH05207437A
JPH05207437A JP12473191A JP12473191A JPH05207437A JP H05207437 A JPH05207437 A JP H05207437A JP 12473191 A JP12473191 A JP 12473191A JP 12473191 A JP12473191 A JP 12473191A JP H05207437 A JPH05207437 A JP H05207437A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】3次元ブロック毎に符号化する高能率符号化装
置において、シーンチェンジが発生した時に、復元画像
の画質劣化を防止する。 【構成】入力端子1には、2フレームの各フレームの空
間的に同一位置の領域の画素データで1ブロックが形成
されるように、ブロック化されたデータが供給される。
セレクタ5、10および11は、動き判定部12からの
動きフラグMFLGで制御され、動きブロックの場合の
処理と静止ブロックの場合の処理とにそれぞれ応じた選
択動作を行う。動き判定部12にシーンチェンジ検出回
路4からのシーンチェンジ検出信号SCHが供給され、
シーンチェンジが検出された時には、1ブロックの内の
一方の領域の画素データが静止ブロックの処理と同様
に、ADRC符号化される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、ディジタル画像信号
をブロック符号化によりそのデータ量を圧縮して伝送す
る高能率符号化装置に関する。
【0002】
【従来の技術】ビデオ信号の高能率符号化として、その
空間的、時間的な相関を利用することにより、1画素当
たりの平均ビット数を小さくするブロック符号化が知ら
れている。本願出願人は、特開昭61−144989号
公報に記載されているような、2次元ブロック内に含ま
れる複数画素の最大値及び最小値により規定されるダイ
ナミックレンジを求め、このダイナミックレンジに適応
した符号化を行う符号化装置を提案している。また、特
開昭62−92620号公報に記載されているように、
複数フレームに夫々含まれる領域の画素から形成された
3次元ブロックに関してダイナミックレンジに適応した
符号化を行う装置が提案されている。更に、特願昭62
−128621号に記載されているように、量子化を行
った時に生じる最大歪が一定となるようなダイナミック
レンジに応じてビット数が変換する可変長符号化方法が
提案されている。
【0003】先に提案されているダイナミックレンジに
適応した符号化方法(ADRCと称する)では、ダイナ
ミックレンジDR(最大値MAXと最小値MINの差)
が例えば(8ライン×8画素=64画素)からなる2次
元的なブロック毎に算出される。また、入力画素データ
からそのブロック内で最小のレベル(最小値)が除去さ
れる。この最小値除去後の画素データが代表レベルに変
換される。この量子化は、元の量子化ビット数より少な
いビット数例えば2ビットと対応する4個のレベル範囲
に検出されたダイナミックレンジDRを分割し、ブロッ
ク内の各画素データが属するレベル範囲を検出し、この
レベル範囲を示すコード信号を発生する処理である。
【0004】最小のレベル範囲に含まれる画素データが
(00)と符号化され、次に小さいレベル範囲に含まれ
る画素データが(01)と符号化され、その上のレベル
範囲に含まれる画素データが(10)と符号化され、最
大のレベル範囲に含まれる画素データが(11)と符号
化される。従って、各画素の8ビットのデータが2ビッ
トに圧縮されて伝送される。受信側では、受信されたコ
ード信号が代表レベルに復元される。この代表レベル
は、符号化に使用されたレベル範囲の夫々の中央のレベ
ルである。
【0005】上述のダイナミックレンジに適応したAD
RC符号化の概略は、2次元ブロックに関するものであ
るが、時間的に連続する2フレームにそれぞれ含まれる
二つの2次元領域により、ADRCの単位であるブロッ
クを構成する3次元ADRCも同様である。ADRC符
号化は、伝送すべきデータ量を大幅に圧縮できるので、
ディジタルVTRに適用して好適である。また、ダイナ
ミックレンジDRに適応して各画素データに割り当てら
れるビット数が適応的に変化する可変長ADRCは、圧
縮率を高くすることができる。しかし、可変長ADRC
は、伝送データの量が画像の内容によって変動するた
め、所定量のデータを1トラックとして記録するディジ
タルVTRのような固定レートの伝送路を使用する時に
は、発生データ量を一定に制御するバッファリングの処
理が必要とされる。
【0006】可変長ADRCのバッファリングの方式と
して、本願出願人は、特開昭63−111781号公報
に記載されているように、累積型のダイナミックレンジ
の度数分布を形成し、この度数分布に対して、予め用意
されている割り当てビット数を定めるためのしきい値を
適用し、所定期間例えば1フレーム期間の発生情報量を
求め、発生情報量が目標値を超えないように、制御する
ものを提案している。3次元ADRCに関しては、動き
ブロックか、静止ブロックかを判定し、静止ブロックの
場合には、二つの領域の平均化データを各領域の全画素
データに代えて符号化することにより、すなわち、駒落
としを行うことにより、データ量がより圧縮される。
【0007】かかる駒落としを行う3次元ADRCにお
けるバッファリングとしては、例えば特願昭62−13
3925号に示されるように、駒落とし処理をするかど
うかのフラグを発生するための動きしきい値を制御する
ことにより、発生情報量を制御することを本願出願人
は、提案している。このためには、ダイナミックレンジ
DRおよびフレーム差の絶対値DFの両者に関する度数
分布表が形成され、この度数分布表が累積型のものに変
換される。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】1ブロックが2フレー
ムのそれぞれに含まれる領域から構成されている3次元
ADRCにおいて、このブロック内でシーンチェンジが
発生すると、そのブロックのダイナミックレンジDRが
かなり大きくなり、符号化した時の発生情報量が大きく
なる。このために、バッファリング処理によって、各画
素の符号化のために使用可能な割り当てビット数が少な
い固定の状態(例えば各画素データを0ビットあるいは
1ビットコードに符号化する)に追い込まれる。この0
ビットの意味は、各画素の符号化コードを伝送せず、受
信側では、そのブロックの最大値および最小値の平均値
を各画素の値として使用することを意味する。
【0009】このように、シーンチェンジのために0ビ
ットが使用され、その結果、復元値が平均値であるブロ
ックは、そのブロックの周辺のブロックの値より大きい
のが普通であり、復元画像中でブロック歪みが目立つ問
題があった。また、復元画像において、前のフレームの
イメージが残っているような視覚的な状況が生じる欠点
があった。
【0010】従って、この発明の目的は、3次元ブロッ
クを使用する高能率符号化装置において、シーンチェン
ジが発生した時に、復元画像の劣化が生じることが防止
された高能率符号化装置を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】このため、この発明にお
いては、ディジタル画像信号の時間的に連続する複数フ
レームのそれぞれに属する領域のデータをブロック化す
るブロック化回路と、ブロック化回路の出力のブロック
データからフレーム間の動きを検出する動き検出回路
(12)と、ブロックデータのうち複数フレームのデー
タを平均化する平均化回路(6)と、検出回路(12)
の出力によって平均化されたブロック化データと平均化
されないブロック化されたデータとを選択する選択回路
(5)と、選択回路(5)の出力信号をブロック符号化
するブロック符号化回路(13)とを有する高能率符号
化装置において、ディジタル画像信号からシーンチェン
ジを検出するシーンチェンジ検出回路(4)を設け、シ
ーンチェンジ検出回路(4)によってシーンチェンジが
検出された時、選択回路(5)の出力に、少なくとも、
一つのフレームの領域のデータのみを出力するように制
御することを特徴とする高能率符号化装置である。
【0012】
【作用】静止ブロックの場合には、1ブロックを構成す
る二つの領域の平均化データがADRCエンコーダ13
で符号化される。シーンチェンジが検出された時には、
平均化データの代えて、二つの領域の一方が選択され、
この選択された領域がADRCエンコーダ13で符号化
される。従って、シーンチェンジのために、相関がない
二つの領域からなるブロックを符号化することが防止さ
れ、復元画像の画質の劣化が防止される。
【0013】
【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。図1において、1で示す入力端子に、
例えば1画素データが8ビットにディジタル化されたデ
ィジタルビデオ信号がブロック化回路(図示せず)によ
りブロック構造のデータに変換されて供給される。この
ブロック化回路により走査線の順序からブロックの順序
にデータの配列が変換される。各フレームの画面が一例
として、(4×4=16画素)の領域に細分化され、時
間的に連続する2フレームにそれぞれ属する領域によ
り、1ブロックが構成される。このブロック化されたデ
ィジタルビデオ信号が2フレーム遅延回路2およびバッ
ファリング回路3に供給される。この2フレーム遅延回
路2は、バッファリング回路3で、2フレーム期間毎に
4個のレベル方向のしきい値および動きしきい値を決定
するのに必要な時間、データを遅延させる。
【0014】バッファリング回路3は、先に述べた出願
に開示されているように、発生情報量を制御するため
に、ダイナミックレンジDRおよびフレーム差(絶対
値)DFの2フレーム期間の度数分布表(すなわち、横
軸がフレーム差DF、縦軸がダイナミックレンジDR)
が形成され、この度数分布表が累積度数分布表に変換さ
れ、累積度数分布表を使用して発生情報量が計算され
る。この発生情報量が目標値を超えないように、レベル
方向のしきい値および動きしきい値が決定される。後述
のADRCエンコーダ13では、レベル方向のしきい値
に基づいて各ブロックの割り当てビット数n(0、1、
2、3又は4ビット)が定まる。
【0015】このように、可変長のビット数および駒落
とし処理を制御することにより、2フレーム期間の発生
情報量を一定に制御できる。これらのしきい値を個々に
制御すると、制御が複雑になるために、4個のレベル方
向のしきい値と動きしきい値からなるしきい値セットを
複数個有するテーブルをメモリに用意し、このセットを
順次切り替えることによって、発生情報量の制御がなさ
れる。バッファリング回路3からは、このように決定さ
れたしきい値セットを識別するためのIDコードPiが
発生する。バッファリング回路3のIDコードPiがシ
ーンチェンジ検出回路4に供給される。シーンチェンジ
検出回路4によりシーンチェンジの有無と対応する検出
信号SCHが発生する。
【0016】2フレーム遅延回路2からのビデオデータ
がセレクタ5に供給されるとともに、静止処理部6、動
ダイナミックレンジ検出部7、静止ダイナミックレンジ
検出部8、およびフレーム差検出部9に供給される。フ
レーム差検出部9は、1ブロックを構成する2フレーム
のそれぞれの領域間で、空間的に同一位置の画素データ
間の差を検出し、この差を1ブロックで集計し、集計値
を絶対値に変換する。このようにフレーム差検出部9で
検出されたフレーム差DFが動き判定部12に供給され
る。静止処理部6、静止ダイナミックレンジ検出部8お
よび動き判定部12には、シーンチェンジ検出信号SC
Hがそれぞれ供給される。さらに、動き判定部12に
は、バッファリング回路3からのIDコードPiが供給
される。
【0017】2フレーム遅延回路2の出力データと静止
処理部6の出力データの一方がセレクタ5により選択さ
れる。静止処理部6は、図2に示すように、2フレーム
遅延回路2の出力が供給される入力端子21に対して静
止データ発生部23および1フレームデータ発生部24
が接続された構成である。これら静止データ発生部23
および1フレームデータ発生部24の出力がセレクタ2
5で選択されて出力端子26に取り出される。セレクタ
25は、端子22を通じて供給されるシーンチェンジ検
出回路4からの検出信号SCHで制御される。この静止
処理部6の出力端子26からのビデオデータと2フレー
ム遅延回路2からのビデオデータとがセレクタ5に供給
され、セレクタ5の出力データが図1に示すように、A
DRCエンコーダ13に供給される。
【0018】静止データ発生部23は、1ブロックに含
まれる二つの領域の対応する画素データの値の平均値が
形成されることにより、データ量が半分とされた平均化
データを発生する。1フレームデータ発生回路23は、
この二つの領域のいずれか一方の画素データを選択的に
発生する。検出信号SCHによりシーンチェンジが検出
された時には、1フレームデータ発生回路23からの1
フレームデータがセレクタ25で選択される。シーンチ
ェンジが検出されない時には、静止データ発生回路23
からの平均化データがセレクタ25で選択される。
【0019】動ダイナミックレンジ検出部7では、従来
のADRCと同様に、3次元ブロックの32画素の中の
最大値および最小値が検出され、両者の差であるダイナ
ミックレンジが検出される。動ダイナミックレンジ検出
部7からダイナミックレンジMDRおよび最小値MMI
Nが出力される。
【0020】静止ダイナミックレンジ検出部8は、例え
ば図3に示すように構成される。図3において、31で
示す入力端子からの2フレーム遅延回路2からのビデオ
データが静止データダイナミックレンジ検出回路32、
1フレームデータダイナミックレンジ検出回路33、静
止データ最小値検出回路34および1フレームデータ最
小値検出回路35にそれぞれ供給される。検出回路32
および33の出力がセレクタ36に供給され、検出回路
34および35の出力がセレクタ37に供給される。こ
れらのセレクタ36および37は、端子38からのシー
ンチェンジ検出信号SCHで制御される。
【0021】静止データダイナミックレンジ検出回路3
2は、前述と同様に、3次元ブロックの二つの領域の平
均化データである静止データのダイナミックレンジを検
出する。1フレームデータダイナミックレンジ検出回路
33は、前述と同様に、シーンチェンジが検出された時
に選択される1フレームの領域のダイナミックレンジを
検出する。従って、セレクタ36から出力端子39に取
り出されるダイナミックレンジSDRは、シーンチェン
ジが検出される時には、1フレームの領域のダイナミッ
クレンジであり、シーンチェンジが検出されない時に
は、平均化データのダイナミックレンジである。
【0022】静止データ最小値検出回路34は、平均化
データである静止データの最小値を検出する。1フレー
ムデータ最小値検出回路35は、1フレームの領域の最
小値を検出する。従って、セレクタ37から出力端子4
0に取り出される最小値SMINは、シーンチェンジが
検出される時には、1フレームの領域の最小値であり、
シーンチェンジが検出されない時には、平均化データの
最小値である。これらの検出回路32、33、34およ
び35は、自分自身で静止データおよび1フレームの領
域のデータを形成する構成に限らず、その内の一つの回
路で形成されたこれらのデータを使用する構成、あるい
は前述の静止データ処理部6で形成されたこれらのデー
タを使用する構成であっても良い。
【0023】図1に示すように、動ダイナミックレンジ
検出部7からのMDRと静止ダイナミックレンジ検出部
8からのSDRとがセレクタ10に供給され、セレクタ
10の出力データが図1に示すように、ADRCエンコ
ーダ13に供給されるとともに、出力端子15にダイナ
ミックレンジDRとして取り出される。一方、動ダイナ
ミックレンジ検出部7からのMMINと静止ダイナミッ
クレンジ検出部8からのSMINとがセレクタ11に供
給され、セレクタ11の出力データが図1に示すよう
に、ADRCエンコーダ13に供給されるとともに、出
力端子16に最小値MINとして取り出される。
【0024】図4は、シーンチェンジ検出回路4の一例
を示す。入力端子41を通じてバッファリング回路3か
ら供給されるIDコードPiと、ラッチ42を介された
IDコードとがROM44にアドレスとして供給され
る。ラッチ42に対しては、端子43から2フレーム周
期のラッチパルスが供給され、従って、ROM44に
は、現在の2フレームに関するIDコードPiと直前の
2フレームに関するIDコードとがアドレスとして供給
される。ROM44は、これらのふたつのIDコードの
変化が所定値より大きい時には、シーンチェンジとして
検出するテーブルが記憶されている。ROM44から読
み出された信号がシーンチェンジ検出信号SCHとして
出力端子45に取り出される。
【0025】図5は、動き判定部12の一例の構成を示
す。図5における入力端子51にフレーム差検出部9か
らのフレーム差DFが供給され、入力端子52にバッフ
ァリング回路3からのIDコードPiが供給され、入力
端子53にシーンチェンジ検出信号SCHが供給され
る。IDコードPiがROM54に供給され、ROM5
4からPiと対応する動きしきい値が読み出される。つ
まり、IDコードPiにより、その2フレーム期間の発
生情報量を一定とするためのしきい値セットを識別する
ことができ、このしきい値セットは、動きしきい値と4
個のレベル方向のしきい値とからなる。動きしきい値が
ROM54から得られる。
【0026】入力端子51を通じてフレーム差検出部9
からフレーム差DFが供給され、フレーム差DFとRO
M54からの動きしきい値とが比較回路55に供給され
る。この比較回路55によって、駒落とし処理の有無を
受信側へ知らせる動きフラグが発生する。すなわち、送
信側では、フレーム差DFが動きしきい値より大きいな
らば、そのブロックは、動きブロックとして処理され
る。若し、そうでないなら、そのブロックが静止ブロッ
クとして駒落とし処理される。動きフラグは、最小限、
1ビットで良く、例えばこれが“0”のときは、静止ブ
ロックを意味し、これが“1”のときは、動きブロック
を意味する。
【0027】比較回路55からの動きフラグと静止フラ
グ発生器56からの静止フラグとがセレクタ57に供給
される。シーンチェンジが検出された場合には、静止フ
ラグをセレクタ57が選択し、そうでない場合には、比
較回路55からの動きフラグをセレクタ57が選択する
ように、セレクタ57は、検出信号SCHで制御され
る。すなわち、シーンチェンジが検出される場合には、
フレーム差DFと動きしきい値との比較結果と無関係
に、強制的に静止フラグが動きフラグMFLGとして出
力される。セレクタ57の出力が動きフラグMFLGと
して、出力端子58に取り出される。この動きフラグM
FLGは、図1に示すように、セレクタ5、10および
11を制御する信号として使用されるとともに、出力端
子17に取り出される。さらに、出力端子18には、I
DコードPiが取り出される。
【0028】動きフラグMFLGが動きブロックを意味
する場合では、セレクタ5により2フレーム遅延回路2
の出力データが選択され、セレクタ10によりダイナミ
ックレンジMDRが選択され、セレクタ11により最小
値MMINが選択される。これらの選択されたデータ、
ダイナミックレンジDRおよび最小値MINがADRC
エンコーダ13に供給される。一方、動きフラグMFL
Gが静止ブロックを意味するか、あるいは静止フラグの
場合では、セレクタ5により静止処理部6の出力データ
が選択され、セレクタ10によりダイナミックレンジS
DRがDRとして選択され、セレクタ11により最小値
SMINが選択される。これらの選択されたデータ、ダ
イナミックレンジDRおよび最小値MINがADRCエ
ンコーダ13に供給される。
【0029】ADRCエンコーダ13は、上述のセレク
タ5からのデータ、セレクタ10からのダイナミックレ
ンジDR、セレクタ11からの最小値MIN、およびI
DコードPiを受け取り、符号化データDTを生成す
る。この符号化データDTが出力端子14に取り出され
る。上述のように、符号化しようとするブロックが動き
か、静止かに応答してなされる駒落とし処理は、ADR
Cエンコーダ13の前段でなされる。従って、ADRC
エンコーダ13では、動きブロックの場合では、32画
素のデータを符号化し、静止ブロックの場合では、16
画素のデータを符号化する。
【0030】この符号化において、IDコードPiを使
用して、レベル方向の4個のしきい値を生成し、このし
きい値とそのブロックのダイナミックレンジDRとの大
小関係により、割り当てビット数nを決定する。セレク
タ5からのビデオデータからセレクタ11からの最小値
MINが減算され、最小値が除去されたビデオデータが
生成される。この最小値除去で正規化されたデータ及び
量子化ステップΔがADRCエンコーダ13に設けられ
た量子化回路に供給され、量子化回路から元のビット数
(8ビット)より少ない可変のビット数のコード信号D
Tが得られる。量子化回路は、ダイナミックレンジDR
に適応した量子化を行う。つまり、ダイナミックレンジ
DRを(2n )等分した量子化ステップΔで、最小値が
除去されたビデオデータが除算され、商を切り捨てで整
数化した値がコード信号DTとされる。
【0031】ダイナミックレンジDR、最小値MIN、
コード信号DT、動きフラグMFLGおよびIDコード
Piが図示せずも、フレーム化回路に供給され、伝送デ
ータが形成される。フレーム化回路は、ダイナミックレ
ンジDR、最小値MIN、コード信号DT、動きフラグ
MFLGおよびIDコードPiがバイトシリアルに配列
され、同期信号が付加された伝送データを形成する。ま
た、フレーム化回路では、エラー訂正符号の符号化がな
される。この伝送データは、例えば磁気テープ上に、回
転ヘッドにより記録される。
【0032】図示せずも、受信側(再生側)では、フレ
ーム分解回路により、各受信データが分離され、ADR
Cデコーダでコード信号DTが復号され、復号値に最小
値MINが加算されることで、復元データが得られる。
ADRCデコーダでは、IDコードPiおよびダイナミ
ックレンジDRを使用して、そのブロックの割り当てビ
ット数nを検出する。割り当てビット数nから量子化ス
テップΔを生成し、例えばコード信号DTと量子化ステ
ップΔを乗算することにより復号がなされる。静止ブロ
ックに関しては、上述のように復号された復元データの
同じものを2回使用する。
【0033】上述の一実施例では、シーンチェンジをバ
ッファリング用のしきい値の急激な変化から検出してい
るが、これ以外の方法例えばダイナミックレンジDRの
統計的データの変化からシーンチェンジを検出しても良
い。
【0034】以上の一実施例は、この発明をADRCに
対して適用したものであるが、ADRC以外のブロック
符号化に対して、この発明を適用しても良い。例えば3
次元DCT(Discrete Cosine Transform)を使用する高
能率符号化装置に対しても、この発明を適用できる。
【0035】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、複数の異なるフレームに属する領域で一つの3次元
ブロックが構成される3次元ブロック符号化において、
シーンチェンジを検出した時には、符号化において、1
フレームの領域の画素データを処理する。従って、シー
ンチェンジが発生した時に、相関がない画像を符号化す
るために生じる画質の劣化を防止することができる。
【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】この発明の一実施例における静止処理部のブロ
ック図である。
【図3】この発明の一実施例における静止ダイナミック
レンジ検出部のブロック図である。
【図4】この発明の一実施例におけるシーンチェンジ検
出部のブロック図である。
【図5】この発明の一実施例における動き判定部のブロ
ック図である。
【符号の説明】
1 ブロック化ビデオデータの入力端子 3 バッファリング回路 4 シーンチェンジ検出部 6 静止処理部 8 静止ダイナミックレンジ検出部 12 動き判定部 13 ADRCエンコーダ

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ディジタル画像信号の時間的に連続する
    複数フレームのそれぞれに属する領域のデータをブロッ
    ク化するブロック化手段と、 上記ブロック化手段の出力のブロックデータからフレー
    ム間の動きを検出する動き検出手段と、 上記ブロックデータのうち複数フレームのデータを平均
    化する平均化手段と、 上記平均化された上記ブロック化データと平均化されな
    い上記ブロック化されたデータとを選択する選択手段
    と、 上記選択手段の出力信号をブロック符号化するブロック
    符号化手段とを有する高能率符号化装置において、 上記ディジタル画像信号からシーンチェンジを検出する
    シーンチェンジ検出手段を設け、 上記シーンチェンジ検出手段によってシーンチェンジが
    検出された時、上記選択手段の出力に、少なくとも、一
    つのフレームの上記領域のデータのみを出力するように
    制御することを特徴とする高能率符号化装置。
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