JPH06268997A - 動画像圧縮装置 - Google Patents

動画像圧縮装置

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JPH06268997A
JPH06268997A JP5591693A JP5591693A JPH06268997A JP H06268997 A JPH06268997 A JP H06268997A JP 5591693 A JP5591693 A JP 5591693A JP 5591693 A JP5591693 A JP 5591693A JP H06268997 A JPH06268997 A JP H06268997A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
frame
input
inter
encoding
invalid
Prior art date
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Pending
Application number
JP5591693A
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English (en)
Inventor
Hiroshi Sasaki
佐々木  寛
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Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Optical Co Ltd
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Publication date
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Priority to US08/213,973 priority patent/US5565921A/en
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Abstract

(57)【要約】 【目的】シーンチェンジ後に発生する画質劣化を抑える
ことが可能な動画像圧縮装置を提供する。 【構成】動画像圧縮装置において、フレーム間予測誤差
の統計量を求める手段と、この統計量によりフレーム間
誤差信号を符号化するかどうか判定し、符号化をしない
時は符号化を行なわないことを表す判定符号を伝送する
手段103,104 を具備する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はデジタル動画像データを
圧縮するための圧縮符号化装置に関し、特に超音波診断
画像といった画面内の動領域が制限されている動画像の
圧縮符号化を用いて好適な動画像圧縮装置に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】従来の動画像圧縮符号化方法は、フレー
ム内符号化を行なうフレームとフレーム間符号化を行な
うフレームとを混在させるものが主流である。
【0003】フレーム間符号化は、フレーム間の相関が
高い場合、すなわち、フレーム間で画像の内容がほとん
ど変化しない場合に非常に有効な圧縮方法となるが、シ
ーンチェンジなどでフレーム間での絵柄が大きく変化
(画像の内容が切り換わる)する場合は逆にフレーム間
誤差が増大するため、圧縮効率が落ちる。
【0004】特開平3−250887号はこのシーンチ
ェンジでのフレーム間符号化時の対策を開示している。
すなわち、フレーム間差分の大小でシーンチェンジ検出
を行ない、シーンチェンジ発生時はフレーム内符号化を
行なうことによって、符号化効率を低下させないように
している。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところが、一定レート
で符号化を行なう場合、シーンチェンジが発生するたび
にフレーム内符号化を行なうと、フレーム内符号化によ
る発生符号量はシーンチェンジ以外でのフレーム間符号
化による発生符号量に比べ一般的にかなり多いため、フ
レーム内符号化後のフレーム間符号化が使用できる符号
量がかなり少ない量に制限される。
【0006】このことはシーンチェンジのフレーム内符
号化後のフレーム間符号化を行なうフレームにおいては
かなりの高圧縮を強いることになり、その結果、画質が
劣化する。さらにその後に続くフレーム間符号化フレー
ムとこの画質劣化をおこした画像を参照画像とするため
数フレームにわたり画質劣化が続くことになる。
【0007】本発明の動画像圧縮装置はこのような課題
に着目してなされたものであり、その目的とするところ
は、シーンチェンジ後に発生する画質劣化を抑えること
が可能な動画像圧縮装置を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の画像処理装置は、時間的に連続する入力
画像信号に対して、現フレーム入力画像と前フレーム復
号画像との間で予測を行ない、画素ごとに減算し、フレ
ーム間予測誤差信号を生成する手段と、予測誤差信号あ
るいは入力画像信号をn×m画素のブロックに分割し、
ブロック単位に直交変換を行ない、変換係数を量子化し
て可変長符号化を行なう手段を具備する動画像圧縮装置
において、フレーム間予測誤差の統計量を求める手段
と、この統計量に基づいてフレーム間誤差信号を符号化
するかどうかを判定し、符号化を行わない時は符号化を
行なわないことを表す判定符号を伝送する手段とをさら
に具備する。
【0009】
【作用】すなわち、本発明の動画像圧縮装置において
は、フレーム間誤差が設定値より大きいと判定されたフ
レーム間符号化フレームは符号化されないため、シーン
チェンジなどで急増する符号量の発生がなく、その後に
続くフレームに使用できる符号量が十分に確保されるた
め、シーンチェンジに依存した画質劣化を防ぐことがで
きる。さらに発生符号量が急増することがないため符号
化器の送信バッファのオーバーフローも防止できる。
【0010】
【実施例】図1は本発明の符号化器の第1実施例の構成
を示すブロック図である。
【0011】同図において、入力画像信号は減算器10
1及びスイッチ105、スイッチ116に入力される。
一方、減算器101には、フレームメモリ117に格納
されている前フレーム画像信号(原画像あるいは復号画
像)が入力され、現フレーム入力画像と前フレーム画像
が画素単位に計算される。この結果は、フレームメモリ
102に格納される。また、減算された結果はフレーム
内及びフレーム間で無効フレームの判定、算出を行う無
効フレーム判定算出部103及び、有効及び無効ブロッ
クの判定、算出を行うブロック判定算出部104に入
り、スイッチ105、106、114、116、118
を制御するためのパラメータの算出を行なう。
【0012】スイッチ105に入力された現フレーム入
力画像信号及びフレームメモリ102からの差分フレー
ム画像信号と入力信号オフの状態とが無効フレーム判定
算出部103からの制御信号により切り換えられる。こ
こで、無効フレーム判定算出部103内の計算は入力で
あるフレーム間差分値の絶対値和を1フレーム分積算
し、この結果を判定パラメータとする。スイッチ105
は、この判定パラメータが設定しきい値より大きい時に
入力信号オフの状態にし、入力画像信号が選択される時
はあらかじめ設定されたフレーム間隔(一定時間間隔
毎)及び入力信号オフ状態でなくなった直後のフレーム
とし、それ以外はフレーム間差分値が選択される。選択
された信号がスイッチ106に入り、ブロック判定算出
部104で判定パラメータにより、入力信号のオン/オ
フが選択される。
【0013】ここでブロック判定算出部104内での計
算は各ブロック内(例えば8×8画素)でのフレーム間
差分値の絶対値和及び最大フレーム間差分値振幅を算出
し、これらの値を判定パラメータとして設定しきい値と
比較し、制御信号が出力される。
【0014】スイッチ106が接続された場合、その出
力データがDCT(離散コサイン変換器)107で、ブ
ロック単位に離散コサイン変換されて変換係数がQ(量
子化器)108に入力される。Q108の量子化に使用
するステップ幅は各変換係数位置に対する重みWij(こ
こで、i、jは係数位置を示すインデックス)にレート
コントロール109からの出力である量子化スケールQ
s を乗じたQs ×Wijである。
【0015】量子化された変換係数はVLC(可変長符
号化器)110及びQ-1(逆量子化器)112に入力さ
れる。VLC110では入力された量子化値が可変長符
号に変換されMPX(マルチプレクサ)111に出力さ
れる。
【0016】MPX111には、さらに、無効フレーム
判定算出部103からの判定フラグデータ、ブロック判
定算出部104からの有効・無効ブロック判定フラグデ
ータが入力され、予め設定されたフォーマットに従った
ビットストリームが送信バッファ119に出力される。
この送信バッファ119に蓄積されたデータが一定レー
トで記録媒体あるいは伝送系に出力される。
【0017】また、送信バッファ119のデータ蓄積量
がレートコントロール109に送られ、このデータ蓄積
量に対応した量子化スケールQs がレートコントロール
109から出力されQ108、Q-1112に送られる。
【0018】Q-1112に入力された変換係数の量子化
値が、量子化スケールQs ×各変換係数位置に対する重
みWijで得られる量子化ステップ幅と乗算されて、変換
係数値に戻され、この結果がIDCT(逆離散コサイン
変換器)113で画素値に変換されてスイッチ114に
入力される。
【0019】スイッチ114はブロック判定算出部10
4からの判定フラグが有効ブロックを示す時に接続され
る様に制御され、接続時にIDCT113で出力された
画素値が加算器115に入力される。一方、フレームメ
モリ117に格納されている前フレーム画像データがス
イッチ118を経由して加算器115に入力される。こ
こでスイッチ118は、無効フレーム判定算出部103
からの出力である判定フラグがフレーム間符号化を示す
時に接続される様に制御される。
【0020】加算器115の出力である復号画像データ
はスイッチ116に入り、このスイッチのもう一方の入
力には、現フレーム入力画像データが入り、無効フレー
ム判定算出部103の出力である判定パラメータがフレ
ーム内符号化あるいはフレーム間符号化を示す時は加算
器115からの出力を接続し、無効フレームを示す時は
現フレーム入力画像データを接続し、フレームメモリ1
17内のデータを書き換える。この書き換えられたデー
タが、次の符号化フレームの参照画像となり、減算器1
01に入力される。図2は本発明の復号化器の第1実施
例の構成を示すブロック図である。
【0021】符号化データが受信バッファ201に入
り、このバッファ内に蓄積されたデータがセレクタ20
2に読み取られ、無効フレーム判定算出部203、ブロ
ック判定算出部204にそれぞれ判定パラメータが、そ
してVLD(可変長復号化器)205には圧縮符号化デ
ータが選別されて入力される。
【0022】VLD205に入ったデータが復号化され
て量子化値が生成され、Q-1(逆量子化器)206で変
換係数値に戻された後、IDCT(逆離散コサイン変換
器)207で画素値に変換される。
【0023】この画素データがスイッチ208に入り、
ブロック判定算出部204の制御信号によりブロックが
有効である時のみ加算器209と接続され、スイッチ2
10を通ったフレームメモリ212内の復号画像データ
と加算される。ここでスイッチ210は無効フレーム判
定算出部203の制御信号により切り換えられる。具体
的にはフレーム間符号化である場合は、スイッチを接続
し、フレーム内符号化あるいは無効フレームである場合
はスイッチを切る。
【0024】加算器209の出力はスイッチ211に入
り、無効フレーム判定算出部203の制御信号がフレー
ム内符号化およびフレーム間符号化である場合に、この
スイッチ211を接続するように作用し、表示装置内の
メモリへ送られる。さらに加算器209の出力がフレー
ムメモリ212に入り、新しく復号された画像データに
書き換えていく。
【0025】もし無効フレーム判定算出部203で、無
効フレームと判定された場合には、この復号器からは何
も画像が出力されないので、過去に復号された最も新し
い画像を繰り返し表示することになる。図3は本発明の
符号化器の第2実施例の構成を示すブロック図である。
【0026】同図において、入力画像信号は減算器30
1、スイッチ305及びスイッチ316に入力される。
一方、減算器301にはMC(動き補償予測器)318
からの動き補償予測画像が入力され、現フレーム入力画
像と動き補償予測画像が画像単位に計算される。この結
果は、フレームメモリ302に格納される。また減算さ
れた結果は無効フレーム判定算出部303及びブロック
判定算出部304に入り、スイッチ305、306、3
14、316、319を制御するためのパラメータの算
出を行なう。
【0027】スイッチ305に入力された現フレーム入
力画像信号及びフレームメモリ302からの動き補償予
測誤差と、入力信号オフの状態とが無効フレーム判定算
出部303からの制御信号により切り換えられる。ここ
で、無効フレーム判定算出部303内の計算は、入力で
あるフレーム間差分値の絶対値和を1フレーム分積算
し、この結果を判定パラメータとする。スイッチ305
はこの判定パラメータが設定しきい値より大きい時に入
力信号オフの状態にし、入力画像信号が選択される時は
あらかじめ設定されたフレーム間隔(一定時間間隔毎)
及び入力信号オフ状態でなくなった直後のフレームと
し、それ以外はフレーム間差分値が選択される。選択さ
れた信号がスイッチ306に入り、ブロック判定算出部
304での判定パラメータにより入力信号のオン/オフ
が選択される。
【0028】ここで、ブロック判定算出部304内での
計算は、各ブロック内(例えば8×8画素)での動き補
償予測誤差値の絶対値和及び最大動き補償予測誤差値振
幅を算出し、これらの値を判定パラメータとして設定し
きい値と比較され制御信号が出力される。
【0029】スイッチ306が接続された場合、その出
力データがDCT(離散コサイン変換器)307で、ブ
ロック単位に離散コサイン変換されて変換係数がQ(量
子化器)308に入力される。ここでQ308の量子化
に使用する量子化ステップ幅は各変換係数位置に対する
重みWij(ここで、i、jは係数位置を示すインデック
ス)にレートコントロール309からの出力である量子
化スケールQs に乗じたQs ×Wijである。
【0030】量子化された変換係数はVLC(可変長符
号化器)310及びQ-1(逆量子化器)312に入力さ
れる。VLC310では入力された量子化値が可変長符
号に変換され、MPX(マルチプレクサ)311に出力
される。
【0031】MPX311には、さらに、無効フレーム
判定算出部303からの判定フラグデータ、ブロック判
定算出部304からの有効・無効ブロック判定フラグデ
ータがさらにMC(動き補償予測器)318からの動ベ
クトルが入力され、予め設定されたフォーマットに従っ
たビットストリームが送信バッファ320に出力され
る。この送信バッファ320に蓄積されたデータが一定
レートで記録媒体あるいは伝送系に出力される。
【0032】また、送信バッファ320のデータ蓄積量
がレートコントロール309に送られ、このデータ蓄積
量に対応した量子化スケールQs がレートコントロール
309で算出されて出力され、Q308、Q-1312に
送られる。
【0033】Q-1312に入力された変換係数の量子化
値が量子化スケールQs ×各変換係数位置に対する重み
Wijで得られる量子化ステップ幅と乗算されて、変換係
数値に戻され、この結果がIDCT(逆離散コサイン変
換器)313で画素値に変換され、スイッチ314に入
力される。
【0034】スイッチ314は、ブロック判定算出部3
04からの判定フラグが有効ブロックを示す時に接続さ
れる様に制御され、接続時にIDCT313で出力され
た画素値が加算器315に入力される。一方、フレーム
メモリ317に格納されている前フレーム画像データが
MC(動き補償予測器)318で現フレーム画像データ
との間で動き補償予測され、このデータがスイッチ31
9を介して加算器315に入力される。ここで、スイッ
チ319は無効フレーム判定算出部303からの出力で
ある判定フラグがフレーム間符号化を示す時に接続され
る様に制御される。
【0035】加算器315の出力である復号画像データ
はスイッチ316に入り、このスイッチのもう一方の入
力には、現フレーム入力画像データが入り、無効フレー
ム判定算出部303の出力である判定パラメータがフレ
ーム内符号化あるいはフレーム間符号化を示す時は加算
器315からの出力を接続し、無効フレームを示す時
は、現フレーム入力画像データを接続し、フレームメモ
リ317内のデータを書き換える。この書き換えられた
データが次の符号化フレームの参照画像となりMC31
8で動き補償予測が施された後、減算器301に入力さ
れる。上記処理が繰り返され、動画像データが圧縮され
る。図4は本発明の復号化器の第2実施例の構成を示す
ブロック図である。
【0036】同図において、符号化データが受信バッフ
ァ401に入り、このバッファ内に蓄積されたデータが
セレクタ402に読み取られ、無効フレーム判定算出部
403、ブロック判定算出部404にそれぞれ判定パラ
メータが、そしてVLD(可変長復号化器)405には
圧縮符号化データがさらにMC(動き補償予測器)41
3には動ベクトルデータが選別され入力される。VLD
405に入ったデータは復号されて量子化値が生成され
-1(逆量子化器)406で変換係数値に戻された後、
IDCT(逆離散コサイン変換器)407で画素値に変
換される。
【0037】この画素データがスイッチ408に入り、
ブロック判定算出部404の制御信号により、ブロック
が有効である時のみ加算器409と接続され、一方、フ
レームメモリ412内の復号画像データに対して、セレ
クタ402で選別された動ベクトル情報に基づいてMC
(動き補償予測器)413で動き補償予測を行ない、そ
の結果がスイッチ410を通って加算器409に入る。
この2つのデータは加算されて新しい復号画像が生成さ
れ、スイッチ411およびフレームメモリ412に出力
される。ここで、スイッチ410は、無効フレーム判定
算出部403がフレーム間符号化と判定した時のみ連続
されるように制御される。
【0038】スイッチ411は無効フレーム判定算出部
403が出力された制御信号によりフレーム内あるいは
フレーム間符号化フレームである時のみスイッチが接続
され、表示装置へ復号画像データが出力される。また一
方、フレームメモリ412に、この復号画像が書き込ま
れ、次の復号画像生成のための参照画像となる。
【0039】今までの動画像符号化装置においては、シ
ーンチェンジなどで、フレーム間差分あるいは動き補償
予測誤差が大きくなった場合にそのフレームを符号化し
た時の符号量はシーンチェンジでない時に比べ増大す
る。一定レートで符号化を行なう場合、この増大した符
号量はそれ以降符号化するフレームで使える符号量を圧
迫するため、画質が劣化したフレームが数フレーム続く
ことになる。
【0040】上記実施例によれば、予め設定された符号
化レートで符号化する場合に、発生符号量が非常に大き
くなり、それ以降のフレームを符号化する上で悪影響
(発生符号量を少なく制限される。)を及ぼすと判定さ
れる(上記実施例ではフレーム間差分誤差、あるいは動
き補償予測誤差の絶対値をフレーム画素全体で積算した
値がしきい値より大きい)時に、そのフレームを符号化
せずに落とす。それ以降は参照画像を復号画像ではなく
原画像とし、原画像同志のフレーム間誤差あるいは動き
補償予測誤差の絶対値和がしきい値以下となるまで、フ
レームを符号化せずに落とす。上記判定パラメータがし
きい値未満となったところでそのフレームをフレーム内
符号化する。以降、フレーム間符号化が後に続く(図6
参照)。
【0041】これにより急激な発生符号量の増加を防ぐ
ことができ、一定レートで符号化する場合の画質劣化の
防止、および符号化器の送信バッファのオーバーフロー
の発生を防止できるという効果がある。ただし、フレー
ムを符号化しないことにより送信バッファがアンダーフ
ローを起こす場合はダミー符号を挿入してアンダーフロ
ーを防止する。
【0042】図5は、図1のブロック判定算出部10
4、あるいは図3のブロック判定算出部304からの出
力である有効・無効ブロック判定フラグを圧縮するため
の構成を示すブロック図である。
【0043】上記有効・無効ブロック判定フラグはブロ
ックあたり1bitの情報が必要となるが、高圧縮時に
はこの情報量が全体の情報量に比べて無視できない量と
なる。そのためにこの有効・無効ブロック判定フラグの
情報量の圧縮が必要となる。この実施例はブロック判定
算出部501からの出力がXOR(排他的論理和演算
器)502に入力される。一方、メモリ503に記憶さ
れている1フレーム前の有効・無効ブロック判定フラグ
のブロック判定算出部501から出力された判定フラグ
と同じブロック位置のデータがXOR502へ出力され
る。XOR502でこれら2つのビット情報が排他的論
理和され、スイッチ506とXOR(排他的論理和演算
器)504へ入力される。
【0044】XOR504に入るもう一方のデータはメ
モリ503からXOR502に出力されるものと同じデ
ータである。このXOR504で排他的論理和が取られ
ることで、現在の有効・無効ブロック判定フラグが復元
されてメモリの内容を書き換える。これが次のフレーム
の有効・無効ブロック判定フラグの参照データとなる。
【0045】スイッチ506は上記XOR502からの
出力とブロック判定算出部501の出力が直接入力さ
れ、無効フレーム判定算出部505の制御信号がフレー
ム内符号化を示す場合は、ブロック判定算出部501の
出力が接続されフレーム間符号化を示す場合は、XOR
502の出力が接続されるように制御される。スイッチ
506からの出力は2値データ圧縮符号化器507へ入
力され、1フレーム分の有効・無効ブロック判定フラグ
が圧縮され、この圧縮データがMPX(図1の111、
図3の311)へ出力される。
【0046】フレーム間で有効・無効ブロックが変動す
ることが少ない画像(超音波画像やテレビ電話)ではフ
レーム間で排他的論理和をとることで大部分のデータを
0とすることができるので、これにより有効・無効ブロ
ック判定フラグ情報が圧縮でき、余った符号量を別の部
分のデータにまわすことができ高画質化につながる。
【0047】図7は第1および第2実施例の変形例を示
すものであり、送信バッファ703(図1の119、図
3の320)からのバッファ占有量がレートコントロー
ル702に入力され、占有量に対応する量子化スケール
を生成する。この量子化スケールは、Q(量子化器)お
よびQ-1(逆量子化器)に入力されるとともに、無効フ
レーム判定算出部701へ入力される。この無効フレー
ム判定算出部701では、もう一方の入力である符号化
するフレームのフレーム間差分値から、その絶対値和が
取られ、無効フレーム判定パラメータが生成される。こ
の無効フレーム判定パラメータと比較されるしきい値は
固定ではなく上記量子化スケールの値により可変とす
る。つまり、量子化スケールが小さくなるに従って、判
定しきい値の値を大きくしていく。また、逆に量子化ス
ケールが大きくなるに従って、判定しきい値を小さくし
ていく。
【0048】これにより送信バッファ703にデータを
蓄積する余裕がある時は、無効フレームとする条件をゆ
るめることで、むやみに無効フレームとすることを減ら
し、逆に、送信バッファ703に余裕がない時は、無効
フレームとする条件をきつくすることになり、強制的に
多くのフレームを落すことで使用できる符号量の中でで
きるだけ、符号化されたフレームの画質を良くすること
ができる。
【0049】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明の動画像圧
縮装置によれば、フレーム間符号化時に発生符号量が多
くなり過ぎると予測された場合は、そのフレームを符号
化しないので、そのフレーム以降のフレームの発生符号
量を圧迫することなく、十分な符号量を与えることが可
能なため、シーンチェンジなどの時にでも画質劣化を防
止できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の符号化器の第1実施例の構成を示すブ
ロック図である。
【図2】本発明の復号化器の第1実施例の構成を示すブ
ロック図である。
【図3】本発明の符号化器の第2実施例の構成を示すブ
ロック図である。
【図4】本発明の復号化器の第2実施例の構成を示すブ
ロック図である。
【図5】有効・無効ブロック判定フラグを圧縮するため
の構成を示すブロックである。
【図6】本実施例の作用を説明するための図である。
【図7】第1および第2実施例の変形例を示す図であ
る。
【符号の説明】
101…減算器、102…フレームメモリ、103…無
効フレーム判定算出部、104…ブロック判定算出部、
105,106,114,116,118…スイッチ、
107…DCT、108…Q、109…レートコントロ
ール、110…VLC、111…MPX、112…
-1,113…IDCT、115…加算器、117…フ
レームメモリ、119…送信バッファ。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 時間的に連続する入力画像信号に対し
    て、現フレーム入力画像と前フレーム復号画像との間で
    予測を行ない、画素ごとに減算し、フレーム間予測誤差
    信号を生成する手段と、 予測誤差信号あるいは入力画像信号をn×m画素のブロ
    ックに分割し、ブロック単位に直交変換を行ない、変換
    係数を量子化して可変長符号化を行なう手段を具備する
    動画像圧縮装置において、 フレーム間予測誤差の統計量を求める手段と、 この統計量に基づいてフレーム間誤差信号を符号化する
    かどうかを判定し、符号化を行わない時は符号化を行な
    わないことを表す判定符号を伝送する手段とをさらに具
    備したことを特徴とする動画像圧縮装置。
JP5591693A 1993-03-16 1993-03-16 動画像圧縮装置 Pending JPH06268997A (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP5591693A JPH06268997A (ja) 1993-03-16 1993-03-16 動画像圧縮装置
US08/213,973 US5565921A (en) 1993-03-16 1994-03-15 Motion-adaptive image signal processing system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP5591693A JPH06268997A (ja) 1993-03-16 1993-03-16 動画像圧縮装置

Related Child Applications (1)

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