JPH05284534A - 画像信号の符号化方式 - Google Patents

画像信号の符号化方式

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JPH05284534A
JPH05284534A JP4076592A JP7659292A JPH05284534A JP H05284534 A JPH05284534 A JP H05284534A JP 4076592 A JP4076592 A JP 4076592A JP 7659292 A JP7659292 A JP 7659292A JP H05284534 A JPH05284534 A JP H05284534A
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signal
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encoding
image
spectrum
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JP4076592A
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English (en)
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Yasuhiro Hirano
裕弘 平野
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】符号化に伴う画質劣化がなく、符号化効率の良
い情報量の圧縮率の高い画像信号の符号化方式を提供す
る。 【構成】送信部では画像信号の並び換え操作によって高
能率符号化に適した形態の信号スペクトルを有する画像
信号系列を生成し、この信号系列に対して符号化し、並
び換え操作のモード情報とともに伝送する。受信部では
所定の復号化処理で復号した信号系列に対して、モード
情報に従った逆並び換え操作を行ない、元の画像信号を
再生する。 【効果】高品質,高精細な画像信号に対しても符号化に
伴う画質劣化がなく、かつ、符号化効率の良い情報量の
圧縮率の高い画像圧縮で実現できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は画像信号の符号化方式に
係り、特に、高品質,高精細なディジタル信号化された
画像に対して情報量を効率よく圧縮するに好適な画像信
号の符号化方式に関する。
【0002】
【従来の技術】一般にディジタル信号化された画像は、
その情報量が膨大となるため、これを直接、記録媒体に
蓄積したり伝送路で通信すると、コストやスピードの点
で問題が多い。このため、高能率符号化技術によって、
情報量の圧縮を図ることが行なわれている。
【0003】この高能率符号化技術は、DPCM(差分
符号化),DCT(離散コサイン変換)を用いた直交変
換符号化,ベクトル量子化などの様々な符号化技術があ
る。また、最近はフレーム間の動き情報を検出し、これ
を用いて予測を適応的に行なう動き補償予測の技術など
とを組み合せた形態の符号化技術も開発されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】これら高能率符号化技
術では、画像の形態に応じてその符号化効率も変化す
る。すなわち、入力された画像によって圧縮されたデー
タ量が変化する。一方、記録媒体,伝送路では容量に制
限があるため、符号化効率の悪い画像に対しては量子化
特性を選択的に切り換えることなどによって符号化効率
の向上を図ることが多い。このため、再生画像上に符号
化に起因した劣化が発生し、画質が低下するという問題
がある。
【0005】本発明の目的は、符号化効率が画像の形態
に左右されずほぼ一定になり、かつ、符号化効率が良く
情報量の圧縮率の高い画像信号の符号化方式を提供する
ことにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、符号化に先だってその信号スペクトルの
形態が高能率符号化技術と適合する様に、ディジタル信
号化された画像データの配列の並び換え操作を行なって
信号スペクトルの存在領域の変換を行なう。そして、こ
の領域変換した画像データに対して、高能率符号化技術
による符号化を行ない、符号化効率が、ほぼ、一定で、
かつ、効率の良い情報量の圧縮を実現する。
【0007】
【作用】本発明の原理を図1に示す動作原理図によって
説明する。入力画像はA/D変換1でディジタル化信号
の画像データに変換し、ブロック化2により水平,垂直
がN画素の画素ブロックの信号SAをつくる。スペクト
ル変換部3では画素ブロックの信号SAの信号スペクト
ルの形態に応じて、画素ブロック内の画素配列の並び換
え操作を行ない、その信号スペクトル成分が高能率符号
化技術の符号化効率の良い領域に含まれる様な信号SB
に変換する。すなわち、同図(b)に示す様に、高能率
符号化技術に不適な領域の信号SAに対しては、スペク
トル変換の処理によって斜線部で示す領域にスペクトル
を有する信号SBに変換する。この信号SBでは、その
スペクトルは高能率符号化技術に適したドット部で示し
た領域内にある。そして、この信号SBに対して画像符
号化部4で高能率符号化技術による符号化を行ない、情
報量の圧縮を行なう。この結果、信号SAに対して符号
化を行なう従来技術と比較して、本発明ではより効率の
良い符号化が実現できるために情報量のより高い圧縮を
図ることが可能になる。
【0008】なお、情報量を大幅に圧縮させた信号は、
伝送路100によって通信、あるいは記録媒体への蓄積
が行なわれる。
【0009】一方、受信側では受信信号を復号部40で
所定の復号動作を行ない信号SBに復号する。そして、
スペクトル逆変換部41では画素ブロック内の画素の再
配列操作によってもとの信号スペクトルの領域にそのス
ペクトル成分を持った信号SAの画素ブロックに変換す
る。そして、逆ブロック化部42,D/A変換部43の
処理によって、符号化に起因する画質劣化がなくて入力
画像と同等な画質の出力画像を得ることができる。
【0010】以上、本発明によれば高能率符号化技術に
適した信号形態で常に符号化を行なうことができるの
で、情報量を大幅に圧縮し、かつ、符号化に起因した画
質劣化のない画像信号の符号化を実現できる。
【0011】
【実施例】本発明を直交変換符号化に適用した第1の一
実施例の送信部のブロック図を図2に示す。
【0012】入力画像は、A/D変換部1でディジタル
化信号VDに変換する。そして、ブロック化部2では、
水平N画素,垂直N画素のN×N画素で構成した画素ブ
ロックの信号SAを生成する。
【0013】スペクトル変換部3では、画素ブロックの
信号SAに対してブロック内の画素の並び換え操作を行
ない、高能率符号化技術に適した形態の信号スペクトル
を有する信号SBに変換する。また、並び換え操作のモ
ードを示すモード信号Mも併せて発生する。
【0014】画像符号化部4では、信号SBに対してD
CT(離散コサイン変換)による直交変換符号化の高能
率符号化技術で情報量の圧縮処理を行なった信号を生成
し、これにモード信号Mを多重化して、符号化信号SC
をつくる。
【0015】伝送路符号化部5では、伝送路あるいは記
録媒体(テープ,ディスク,ICメモリカードなど)に
適した形態の信号への変調処理、誤り訂正符号の付加に
よる符号誤り対策などを行ない、この出力信号SEを伝
送路により通信、あるいは記録媒体に記録する。
【0016】以下、本実施例における各ブロックの構成
を実施例によって説明する。
【0017】図3はブロック化部2の一実施例である。
フレームメモリ回路6は1フレーム期間を周期にデータ
の書き込み,読み出し動作を行ない、この動作に必要な
制御信号類はメモリ制御回路7でつくる。
【0018】ディジタル化信号VDは、同図に示す様な
水平スキャンの順で1フレーム分のデータがメモリ回路
6に書き込まれる。一方、メモリ回路6からの読み出し
を画素ブロック(水平N画素,垂直N画素)の順に行な
って、ブロック化された画素ブロックの信号SAの系列
を生成する。これは、画素ブロックの各画素に対応した
アドレスで読み出し動作を行なうことによって実現でき
る。
【0019】つぎに、スペクトル変換部3の一実施例を
図4に示す。この実施例は水平,垂直の二次元周波数領
域での信号スペクトルの形態によって変換のモードを決
定する場合のものである。
【0020】スペクトル抽出回路8は、水平,垂直の2
次元フィルタ群で構成され、この2次元フィルタμ−ν
Fi(i=1,2,……l)によって同図に示す水平,垂
直2次元周波数領域のそれぞれ特定な領域での信号成分
の有無を検出する。
【0021】モード決定回路9では、スペクトル抽出回
路8の2次元フィルタ群の出力信号形態によって、画素
ブロックの信号SAのスペクトルの形態を判定し、高能
率符号化技術に適した信号スペクトルになる変換モード
のモード信号Mを設定する。そして、画素並び換え回路
10ではモード信号で定まる画素の並び換えの操作を行
なって、信号スペクトルの形態が変換された信号のSB
を生成する。
【0022】モード信号が3種類の場合を例に、このス
ペクトル変換部3の動作概念を図5に示す。モード0は
信号SAのスペクトルが高能率符号化に適した領域に存
在している場合に対応する。この場合には水平スキャン
による画素の並び換え操作を行ない、信号SAと同じ形
態の信号SBを生成する。モード1は信号SAのスペク
トルが高能率符号化に不適な水平周波数が低く垂直周波
数が高い横縞模様の画像パターンに対応する。この場合
には垂直スキャンによる画素の並び換え操作によって信
号SBを生成し、高能率符号化に適したモード0の画像
パターンに変換する。また、モード2は信号SAのスペ
クトルが水平,垂直周波数の高い斜め縞模様の画像パタ
ーンに対応し、これも高能率符号化には不適なものであ
る。この場合にはジグザグスキャンによる画素の並び換
え操作を行なって信号SBを生成し、高能率符号化に適
したモード0の画像パターンに変換する。
【0023】つぎに、スペクトル変換部3の他の一実施
例を図6に示す。これはパターンマッチングの操作によ
って変換のモードを決定するものである。
【0024】パターンマッチング回路41では、複数種
類の参照パターンRPi(i=1,2,……l)と信号
SAの画像パターンとの比較を行ない、その一致の有無
を判定する。モード決定回路9ではこのパターンマッチ
ング回路の出力状態から信号SAの画像パターンを判別
し、これに適した画素の並び換え操作を行なうモード信
号を設定する。そして、画素並び換え回路10ではモー
ド信号によって定まる画素の並び換えの操作を行ない、
信号スペクトルの成分が高能率符号化に適した形態の信
号SBを生成する。
【0025】つぎに、画像符号化部4の一実施例を図7
に示す。DCT演算回路11ではDCT(離散コサイン
変換)の行列演算を行なって変換係数を算出する。すな
わち、信号SBの(i,j)の画素(i,j=1,2,
……,N)の信号をf(i,j)とすると、DCTの演算
式によって得られる変換係数F(u,v)は次式になる。
【0026】
【数1】
【0027】量子化回路12では変換係数F(u,v)を
量子化処理して符号化した変換係数系列FCを生成す
る。そして、マルチプレックス回路13では信号FC、
およびモード信号Mを時分割に多重して、DCTによっ
て直交変換符号化した信号系列SCを生成する。
【0028】画像符号化部4の他の一実施例を図8に示
す。これは、伝送された前画面を用いて現在の画面を予
測し、この予測誤差を伝送するフレーム間予測符号化
に、フレーム間の動き情報を検出して、これを用いて予
測を適応的に行なう動き補償予測を併用してさらに情報
量の圧縮を図る。
【0029】減算回路19では入力信号SBから動き補
償のフレーム間予測符号化で得られる予測信号を減算
し、予測誤差を算出する。そして、DCT演算回路11
でこの変換係数F(u,v)を算出する。そして、量子化
回路12で量子化を行なって変換係数系列FCをつく
る。
【0030】フレーム間予測符号化に必要な予測信号を
つくるため、変換係数系列FCは逆量子化回路14でも
との変換係数F(u,v)にもどし、逆DCT演算回路1
5では行列演算によって予測誤差信号を再生する。そし
て、加算回路16で予測信号に加算して、信号SB′を
再生し、フレームメモリ17に信号が書き込まれる。一
方、フレームメモリ17からは、動ベクトル検出回路2
0で抽出したフレーム間の動ベクトルVの情報によって
動き補償を行なった信号SMCを読み出し、LPF回路
18でその低周波成分を抽出して予測信号を生成する。
なお、LPF回路18を適用することによって一般には
予測効率の向上を図ることができるが、カメラのパンニ
ングのような単純な動きに対しては動き補償予測の精度
が高いため、フィルタをかけない方が効率が高い場合も
ある。したがって、LPF回路18はオン/オフ制御の
可能な構成が望ましい。
【0031】また、動きベクトル検出回路20では、マ
ッチング法,勾配法などの従来技法によって動ベクトル
の検出を行なうことができる。
【0032】マルチプレックス回路13では、変換係数
系列FC,動ベクトル情報V、およびモード信号Mを多
重化し、DCTによる動き補償フレーム間予測符号化の
信号系列SCを生成する。
【0033】つぎに、伝送路符号化部5の一実施例を図
9に示す。誤り訂正符号付加回路21では、伝送路ある
いは記録媒体などで発生する符号誤りの形態に適した誤
り訂正符号、例えば、BCH符号,リードソロモン符号
などを付加する。また、符号誤りが一ヶ所に集中して発
生するバースト誤りに対する訂正能力を高めるため、場
合によってインタリーブ(シャフリング)の処理も行な
う。
【0034】変調回路22では、伝送路による通信、あ
るいは、記録媒体への記録に適した信号形態への変調処
理を行なって、得られた信号SEを伝送路,記録媒体2
3へ通信あるいは記録する。
【0035】以上で送信部の説明を終了し、つぎに受信
部を実施例にしたがって述べる。図10は全体ブロック
構成による一実施例である。伝送路,記録媒体23より
得られる信号SEは、伝送路復号化部24に入力し、所
定の復調処理ならびに誤り訂正処理を行ない、信号SC
を復号する。
【0036】画像復号化部25では逆DCTの演算処理
によって変換係数からもとの画像の信号系列SBを復号
する。また、モード信号Mも併せて再生する。
【0037】スペクトル逆変換部26ではモード信号M
に対応した画素の逆並び換え操作を行ない、もとの画素
ブロックの信号SAを復号する。
【0038】逆ブロック化部27では、水平N画素×垂
直N画素の画素ブロックの信号SAをフレームの所定の
位置に配置する逆ブロック化の処理を行ない、これを水
平スキャンの順序で出力してディジタル化した画像信号
VDを生成する。そして、D/A変換部28でアナログ
信号に変換し、符号化に伴う画質劣化のない入力画像と
同等の画質の出力画像を得る。
【0039】以下、各ブロックを実施例によって説明す
る。
【0040】図11は、伝送路復号化部24の一実施例
を示す。復調回路29では、所定の復調処理を行なって
もとの信号系列に復調する。そして、誤り訂正回路30
では伝送路、あるいは記録媒体で発生した符号誤りの訂
正を行なう。なお、送信部でインタリーブ処理が行なわ
れている場合にはデインタリーブ処理も行なって、もと
の時系列にもどした信号SCを復号する。
【0041】つぎに、画像復号化部25の一実施例を図
12に示す。これは、図7に示した画像符号化部に対応
する復号化部の構成である。
【0042】デマルチプレックス回路31では、信号S
Cより変換係数系列FCおよびモード信号Mとそれぞれ
分離する。
【0043】変換係数系列FCは逆量子化回路32で逆
量子化の処理を行ない、もとの変換係数F(u,v)を復
元する。そして、逆DCT演算回路33では逆DCTに
よる行列演算を行ない、水平N画素,垂直N画素のブロ
ックの信号SBを復号する。
【0044】なお、図8に示した動き補償フレーム間予
測符号化による直交変換符号化に対しては、符号化と逆
の処理を行なう復号化の処理によって復号できるので、
この画像復号化部の構成についての説明は省略する。
【0045】つぎに、スペクトル逆変換部26の一実施
例を図13に示す。画素再配列回路34では入力された
水平N画素×垂直N画素の信号SBに対して、モード信
号Mに対応した画素の逆並び換え操作を行ない、元の画
素ブロックの画素配列の信号SAを復元する。すなわ
ち、先に示した図5におけるモード0の場合には水平ス
キャン,モード1の場合には垂直スキャン,モード2の
場合にはジグザクスキャンの逆変換を行なうことで、元
の画素ブロックの信号SAを復元する。
【0046】つぎに、逆ブロック化部27の一実施例を
図14に示す。これはフレームメモリ回路35、および
この制御を行なうメモリ制御回路36で構成される。
【0047】信号SAは、画素ブロック毎にフレームメ
モリ回路35の各画素ブロックに対応した領域にデータ
の書き込みを行なう。一方、フレームメモリ回路35か
らの読み出しは、各画素が水平スキャンの順序となる様
な形態の1フレーム期間を周期とした読み出し動作によ
って行ない、走査の形態が入力画像と同様なディジタル
化された信号VDを生成する。
【0048】以上述べた送信部,受信部の実施例によれ
ば、高能率符号化に適した信号形態の画像信号に対して
直交変換符号化による情報量の圧縮を行なうため、極め
て効率の良い圧縮率の高い画像信号の符号化が実現でき
る。
【0049】なお、本実施例ではDCT(散離コサイン
変換)による直交変換符号化を例に説明したが、直交変
換として、アダマール変換,カルーネン・レーヴ変換,
フーリエ変換,サイン変換などでも同様な構成で実現す
ることができる。
【0050】つぎに、本発明による第2の実施例を図1
5に示す全体ブロック構成図で説明する。この実施例は
ベクトル量子化による高能率符号化に適用したものであ
る。
【0051】入力画像はA/D変換部1でディジタル化
した信号VDに変換する。そして、ブロック化部2では
水平,垂直がN画素からなるブロックの画素ブロック信
号系列SAを生成する。スペクトル変換部3では画素ブ
ロック内の画素の並び換え操作によって信号スペクトル
の形態を変換し、ベクトル量子化による高能率符号化に
適した信号系列SBを生成する。また、画素の並び換え
操作の形態を示すモード信号Mを発生する。ベクトル量
子化符号化回路37では信号系列SBに対してベクトル
量子化の技法による符号化処理を行ない、これにモード
信号を多重して情報量の圧縮された符号化信号系列SC
を生成する。そして、伝送路符号化部5では伝送路ある
いは記録媒体に適した符号誤り対策、例えば、誤り訂正
符号の付加など、および変調処理を行ない、この出力信
号SEを伝送路,記録媒体23に通信もしくは記録す
る。
【0052】伝送路,記録媒体23の出力信号は、伝送
路復号化部24で復調処理ならびに符号誤りの訂正など
の処理を行ない、符号化信号系列SCを復号する。ベク
トル量子化復号化回路38ではベクトル量子化の符号化
処理とは逆の操作を行ない、信号系列SBに復号する。
また、モード信号Mの分離抽出も併せて行なう。スペク
トル逆変換部26ではモード信号に対応して画素の逆並
び換え操作を行ない、N×N画素の元の画素ブロックの
信号系列SAを復号する。そして、逆ブロック化部27
では逆ブロック化の処理を行ない、入力画像と同じ走査
の形態のディジタル化された信号系列VDを再生する。
最後に、D/A変換部28でアナログ系に変換し、符号
化に伴う画質劣化のない、入力画像と同等画質の出力画
像を再生する。
【0053】本実施例では、ベクトル量子化符号化回路
37,ベクトル量子化復号化回路38は従来技術で容易
に実現できる。また、その他の各ブロックは第1の実施
例と同様にして構成できる。
【0054】以上、本実施例によれば、ベクトル量子化
に適した信号形態に変換した画像信号に対して符号化を
行なうことができるので、符号化効率が良く情報量の圧
縮率の極めて高い画像信号の符号化を実現することがで
きる。
【0055】つぎに、本発明の第3の一実施例を図16
に示す全体ブロック図で説明する。この実施例はDPC
Mによる高能率符号化に本発明を適用したものである。
【0056】入力画像はA/D変換部1でディジタル化
した信号系列VDに変換する。ブロック化部2ではブロ
ック化の処理を行ない、水平,垂直がN画素から成る画
素ブロックの信号系列SAを生成する。スペクトル変換
部3では画素ブロック内の画素の並び換え操作を行な
い、DPCMによる高能率符号化に適した形態の信号ス
ペクトルを有する画像信号SBへの変換を行なう。ま
た、並び換え操作のモードを示すモード信号Mも併せて
発生する。DPCM符号化回路39ではDPCM(差分
符号化)による高能率符号化の処理を行ない情報量を圧
縮した信号にモード信号を多重して、符号化信号系列S
Cを生成する。そして、伝送路符号化部5では伝送路,
記録媒体23に適した符号誤り対策のための誤り訂正符
号の付加、ならびに変調処理を行なう。
【0057】伝送路,記録媒体23からの信号SEは伝
送路復号化部24で復調処理ならびに符号誤りの訂正処
理などを行なって信号系列SCを復号する。そして、DP
CM復号化回路40では所定の復号処理を行ない、信号系
列SBの復号、ならびにモード信号Mを分離する。スペ
クトル逆変換部26ではモード信号に応じた画素の逆並
び換え操作を行ない、水平,垂直N画素の元の画素ブロ
ックの信号系列SAに復号する。そして、逆ブロック化
部27では逆ブロック化の処理を行ない、入力画像と走
査の形態が同じディジタル化された信号系列VDを再生
する。最後に、D/A変換部28でアナログ系に変換
し、入力画像と同等画質で符号化に伴う画質劣化のない
出力画像を得る。
【0058】本実施例におけるDPCM符号化回路3
9,DPCM復号化回路40は従来技術によって容易に
構成できる。また、その他の各ブロックも第1の実施例
と同様な構成で実現できる。
【0059】以上、本実施例によれば、DPCMによる
高能率符号化に適した信号形態に変換した画像信号で符
号化を行なうことができるので、情報量の圧縮率が高
く、符号化効率の良い画像信号の符号化を実現できる。
【0060】
【発明の効果】本発明によれば、高能率符号化に適した
形態の画像信号で常に符号化を行なうことが可能なた
め、符号化効率が良く情報量の圧縮率の高い、かつ、符
号化に伴う画質劣化のない画像信号の符号化を実現でき
る。したがって、高品質,高精細な画像の画像圧縮に顕
著な効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の動作原理図。
【図2】第1の一実施例の送信部のブロック図。
【図3】これに使用するブロック化部の一実施例の説明
図。
【図4】スペクトル変換部一実施例のブロック図。
【図5】図4の動作説明図。
【図6】スペクトル変換部の他の一実施例の説明図。
【図7】画像符号化部の一実施例の説明図。
【図8】画像符号化部の一実施例の説明図。
【図9】伝送路符号化部の一実施例のブロック図。
【図10】第1の一実施例の受信部のブロック図。
【図11】この伝送路復号化部の一実施例のブロック
図。
【図12】画像復号化部の一実施例のブロック図。
【図13】スペクトル逆変換部26の一実施例の説明
図。
【図14】逆ブロック化部の一実施例のブロック図。
【図15】本発明をベクトル量子化による符号化に適用
した第2の一実施例のブロック図。
【図16】DPCM符号化に適用した第3の一実施例の
ブロック図。
【符号の説明】
1…A/D変換部、2…ブロック化部、3…スペクトル
変換部、4…画像符号化部、5…伝送路符号化部。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】入力画像信号をディジタル画像データに変
    換する手段,ディジタル画像データを水平N画素,垂直
    N画素からなる画素ブロックに分割する手段,画素ブロ
    ック内の画素配列の並び換え操作によりその信号スペク
    トルの形態を変換する手段,画像データを高能率符号化
    技術により情報量を圧縮する手段を有し、前記信号スペ
    クトルの形態を変換した前記画素ブロックの前記画像デ
    ータに対して高能率符号化技術により情報量の圧縮を行
    なうことを特徴とする画像信号の符号化方式。
  2. 【請求項2】請求項1において、高能率符号化技術とは
    離散コサイン変換による直交変換符号化である画像信号
    の符号化方式。
  3. 【請求項3】請求項1において、高能率符号化技術とは
    差分符号化による符号化である画像信号の符号化方式。
  4. 【請求項4】請求項1において、高能率符号化技術とは
    ベクトル量子化による符号化である画像信号の符号化方
    式。
  5. 【請求項5】請求項1において、高能率符号化技術とは
    動き補償フレーム間予測符号化による符号化である画像
    信号の符号化方式。
  6. 【請求項6】請求項1において高能率符号化技術とは直
    交変換符号化と動き補償フレーム間予測符号化の組み合
    せによる符号化である画像信号の符号化方式。
JP4076592A 1992-03-31 1992-03-31 画像信号の符号化方式 Pending JPH05284534A (ja)

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JP4076592A JPH05284534A (ja) 1992-03-31 1992-03-31 画像信号の符号化方式

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2003004636A (ja) * 2001-06-21 2003-01-08 Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd 二次元微弱放射検出装置

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JP2003004636A (ja) * 2001-06-21 2003-01-08 Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd 二次元微弱放射検出装置
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