JPS61214882A - 動画像の符号化方式 - Google Patents

動画像の符号化方式

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JPS61214882A
JPS61214882A JP60057335A JP5733585A JPS61214882A JP S61214882 A JPS61214882 A JP S61214882A JP 60057335 A JP60057335 A JP 60057335A JP 5733585 A JP5733585 A JP 5733585A JP S61214882 A JPS61214882 A JP S61214882A
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JP
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circuit
signal
picture
motion
code
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JP60057335A
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Toshio Koga
古閑 敏夫
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NEC Corp
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    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06TIMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T9/00Image coding
    • G06T9/004Predictors, e.g. intraframe, interframe coding

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  • Physics & Mathematics (AREA)
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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】 (産業上の利用分野) 本発明は動画像信号の画面間に存在する相関を用いて予
測符号化する技術番こ関する。
えばテレビ信号の場合などはフレームと呼ばれる画面の
間に存在する相関を利用するフレーム間予測符号化が有
効であることはよく知られている。
特にこの方式は静止画から動きを少ししか含まない準静
止面に対して、非常に高い圧縮率を実現すると同時に良
い品質の再生画像が得られる。
しかしながら、動きが大きくなると画面間の相関が低下
するため、高い圧縮率を保持しようとすると画質が低下
せざるを得ないという弱点があった。これを補完するた
めに画面内の動きを用いて確度の高い予測を行い、大き
な動きを含む画像に対しても高圧縮率、かつ高品質画像
を実現する動き補償と呼ばれる手法が応用された。これ
はたとえばティー・イシグロ(T4shiguro )
他による解説「テレビジョン バンドウイドス コンプ
レッション トランスミッション バイ モーション 
コンペンセイテイド インターフレーム コーディング
(Te1evision 13andwidth (:
ompr−ession Transmisson b
y Motion−(::ompensa−に詳しい。
この動き補償を用いても動きが非常に速い場合などはそ
の効果が低下し、設定された伝送速度と比較すると過分
の情報が発生することも十分に有り得ることである。こ
の場合には発生する情報量を少しでも減少させるために
、予測誤差の量子化特性を密なものから粗いものへと変
化させたり、あるいは符号化すべき画素数を減らす、い
わゆるサブサンプリングや符号化するフィールド数を減
らすフィールド間引きなどが適用されるのみならず符号
化の停止もありうる。この場合には、粗い量子化に起因
するダーティ・ウィンドウ効果と呼ばれる薄汚れた窓を
通して画像を見るような劣化や、サブサンプリングやフ
ィールド間引きに起因する空間解像度の低下よりも目立
つ動きの一時停止が起ることになる。動きが速くて動き
補償が余り効果的でない場合にも発生情報量を軽減する
一つの方法として動き補償による予測誤差に対して直交
変換を適用する方法がある。たとえば、ジェイ・アール
・ジエイン(J−R−Jain ) ’4による論文「
ディスプレースメント メジャメント アンド インタ
 アプリケーション インインターフレーム イメージ
 コーディング。
(J)isplacement Measuremen
t and 工ts ap−plication in
 interframe Image (::odin
g)JI EEE ’l’rans Comnun 、
 、 vo 1−COM−29,Nn12. pI) 
1799−1808.December 1981.)
に示されている。
しかしながら、低速度の伝送を考える時には直交変換後
の変換係数の交流成分の大部分は無視せざるを得ない。
この時通常は複雑な柄に相当する係数を切り捨てる操作
が行なわれる。この結果、変化の多い部分は等価的に平
滑化されることになる。
動きが非常に速い時にはこの平滑化により画像が多少ボ
ケでも支障ない場合が多い。もともと現行の蓄積形TV
カメラで撮影すれば、速く動く物体は必然的にボケでい
る。すなわち、動き補償が十分できないほど速い動きに
対する動き補償フレーム間予測誤差はもともとフレーム
内相関が強く直交変換に適合し、前記平滑化によっても
視覚的劣化は少ない。しかしながら、動き補償の効果が
発揮される程度の速さの動きに対しては、その予測誤差
は動き物体の輪郭周辺に孤立して発生することが多い。
すなわち予測誤差信号自身の画面的相関は非常に低い。
もともと直交変換が画像信号の冗長度低減に有効である
のは画面内の相関が高いからであり、低くなると直交変
換を用いるメリットはなくなる。この時に直交変換を用
いると復号された画像にボケが生じ、視覚的には大きな
劣化として目につく。
(発明の目的) 本発明は、予測の効果が大きい静止−余り速くない動き
に対してはボケのない鮮明な復号画像が再現でき、速い
動きに対しても符号化能率がきわめて高い動画像の符号
化方式を実現する。
(発明の構成) 本発明を用いると、動画像信号の画面間の相関を用いた
予測により得られる予測誤差、あるいはこの予測誤差に
対し直交変換を実行し得られる変換係数のいずれか一方
を複数画素単位に選択し符号化することを特徴とする動
画像の符号化方式が得られる。
(発明の原理) 本発明における予測はどのような方法によってもよいが
、本明細書においては本発明の効果がより大きく発揮で
きる場合を例にとって説明するため、画面間の相関を利
用する予測方法として動き補償フレーム間予測を用いる
本発明の原理について第1図及び第2図を参照して説明
する。第2図に動き補償が可能な速さで水平方向に動く
人物肩上像を例にとり、これに対して動き補償フレーム
間予測を適用した時の予測誤差の発生状態を示す。これ
は動き補償が効果的であった場合の例であるが、この時
の零でない予測誤差(図中斜線)は動き物体の輪郭部分
に孤立して、あるいはせいぜい線状に連なって発生する
ことが多い。このような状態の予測誤差に直交変換を適
用すると、得られる変換係数は特定の係数が大きくなる
ことは無く、むしろ多数の係数がゼロに近い微小な振巾
をもつことになる。そしてこれに量子化を適用するとほ
とんどの係数がゼ帽こなってしまう。直交変換を適用す
ると後でその逆変換を行なわねばならないが、このよう
にほとんどの係数がゼロあるいは微小であれば逆変換後
の値(予測誤差)もまたほとんどセロとなる。すなわち
、輪郭部分について、復号画像は明らかに歪を含む。孤
立的あるいは高々線状に連なった信号に直交変換を行な
い量子化すると、もとの信号はほとんど無くなってしま
うので、このような場合には直交変換を行なわないで、
予測誤差そのものを第1図に示すように量子化する方が
良い。こうすると孤立して発生していてもある程度の振
巾さえあれば(量子化特性のプツトゾーンと呼ばれる量
子化出力値がゼロにされるところの入力値に対する閾値
以上)その誤差はゼロでないので復号時にボケのない輪
郭が再現される。
すなわち、動き補償か効果的である間は、直交変換を適
用せず、その効果が低下してきたら適用するようにする
と直交変換による輪郭部分の起り得る劣化を回避できる
。動き補償の効果の有無の評価についてはたとえば、検
出された動ベクトルの値が動き補償範囲の限界ぎりぎり
であるか否かを調べると容易にわかる。何故なら通常の
動ベクトル検出においては、補償範囲を超える速い動き
に対してはもっとも近い補償範囲内の値に制限する一種
のリミッタ動作が適用されるのが普通であるからである
。たとえばX方向に動いている物体の動きの速さをV、
補償範囲をVmaxとする時にv〉Vmaxであっても
検出結果としてはVmaxにする。
この時に、実際の速さがvmaxである場合との区別は
つかないが、直交変換を適用するか否かの評価において
はほとんど影響を与えない。
以上より、たとえば検出結果が動き補償範囲ギリギリの
時には直交変換結果を、そうでない時には予測誤差を選
択するようにすればよい。動ベクトルが伝送される場合
には、この選択を表わす信号を伝送する必要はない。ま
た動ベクトルを用いる代りに、複数画素単位で各量子化
結果に対し、それを表現するのに必要な符号量を合計し
、より少ない方を選択する方法も考えられる。動きがあ
まり速くなくて動き補償が効果的である間は、予測誤差
は大略率さい。速くて補償が困難になってくると予測誤
差は大きくなり、その結果、それを表現するのに必要な
符号量は多くなる。したがって、この符号量を用いても
、効果的な上記選択を行なうことができる。
また、動き補償を行なう時のブロックの大きさは、直交
変換を実行する時のブロックと同一の大きさにしておく
と装置構成上具合が良い。とくに直交変換の場合にはブ
ロックの大きさを20ラインx20画素としておくと都
合が良いので、動き補償を行なう時のブロックの大きさ
もこのようにすると良い。
以上、動き補償フレーム間予測が最初に適用されている
場合について説明したが、動き補償が適用されていない
場合にも本発明は有効である。
(実施例) 以下に図面を参照しつつ本発明の実施例について詳しく
説明する。
第3図、第4図を用いて符号化装置の動作を説明する。
線1000を介して入力される動画像信号は動ベクトル
検出回路10と遅延回路11に供給される。
動ベクトル検出回路10は複数個の画素からなるブロッ
ク(たとえばNラインXM画素)単位に画像内の動きの
速さと方向(動ベクトル)を検出しこれを線2000を
介して可変遅延回路22に供給すると同時に遅延回路2
3へも供給する。可変遅延回路22はこの動ベクトルが
示す速さと方向に従って、フレームメモリ21より供給
されるおよそ1画面時間遅延した局部復号信号に遅延を
与えは遅延回路11より供給される、動ベクトル検出回
路10における動ベクトルの検出、出力に要する時間だ
け遅延した動画像信号とこの予測信号とから予測誤差信
号を発生し、線1200を介して直交変換器13と遅延
回路16へ供給する。直交変換器13では変換に適した
フロック毎にアタマール変換や離散コサイン変換などに
代表される直交変換により、予測誤差の直交変換が行な
われる。
この時のブロックの大きさは先の動ベクトルを検出する
時のブロック(NラインXM画素)と一致させ、かつた
とえばM−N−2・(nは正整数)にとると処理が容易
となる。直交変換器13の出力は量子化器14により量
子化され、この量子化出力は線1400を介して符号変
換器26と直交逆変換器15へ供給される。直交逆変換
器15は、直交変換器13において用いられた直交変換
に対応する逆変換を行ない、結果をスイッチ19へ供給
する。一方線1200を介して遅延回路16へ供給され
た予測誤差は、直交変換器13における演算出力に要す
る時間だけ遅延した後に、量子化器17にて量子化され
る。量子化器17の出力は線1700を介して遅延回路
18と符号変換器26に供給される。遅延回路18は入
力信号である量子化された予測誤差を直交逆変換器15
における演算と結果の出力に要する時間だけ遅延して、
スイッチ19へ供給する。スイッチ19は遅延回路23
.24で遅延された動ベクトルを用いて直交逆変換器1
5または遅延回路18の出力のいずれかを先のブロック
単位で選択する。なお、遅延回路23の遅延時間は遅延
回路16のそれに等しく、遅延回路24については遅延
回路18のそれに等しい。スイッチ19の選択結果は本
質的に予測誤差であるが、加算器20はこれと遅延回路
29より供給される予測信号とから前述の局部復号信号
を発生し、およそ動画像の1画面時間を記憶するフレー
ムメモリ21に供給する。遅延回路29の遅延時間は、
遅延回路16.18の遅延時間の和に等しい。このフレ
ームメモリ21の出力に対し、可変遅延回路22は、動
ベクトルが示す速さと方向に対応する遅延時間を与え、
予測信号として出力する。もし動ベクトルが静止を表わ
している場合には、遅延回路16.18フレームメモリ
21および可変遅延回路22における合計遅延時間は丁
度1画面時間となる。ただし、減算器12.量子化器1
7.スイッチ19.加算器20においては遅延はないも
のとする。
符号変換器26は線2300を介して供給される動ベク
トルを符号変換すると同時に、線1700を介して供給
される量子化された予測誤差または線1400を介して
供給される量子化された変換結果のいずれか一方の選択
に用い、これもまた符号変換する。この符号変換器26
の動作については後述する。符号変換器26において発
生している符号量の監視信号は線2627を介して符号
化制御回路27へ供給され、使用すべき量子化特性の決
定に利用される。量子化器14.17の各々に対する量
子化特性の選択指示信号は線2714.2717をそれ
ぞれ介して供給される。これは同時に、符号変換器26
へも供給される。
ここで第4図を用いて符号変換器26の動作を詳しく説
明する。
線1700を介して供給される量子化された予測誤差は
、符号器A261に用意された、たとえば量子化された
予測誤差に対して統計的に求められた各誤差振巾の発生
確率よりハフマン符号のような能率の良い不等長符号に
より符号変換される。
同様に、線1400を介して供給される量子化された変
換結果は符号器B262に用意されている、変換結果に
対して統計的に求められた各変換係数の発生確率よりハ
フマン符号のような能率の良い不等長符号により符号変
換される。符号器A261と符号器B262の両市力は
スイッチ266において線2300を介して供給される
動ベクトルを用いていずれか一方がブロック単位で選択
される。線2717.2714を介してそれぞれ供給さ
れる量子化特性の選択指示信号は、各指示状態を表わす
符号に各々符号器C263,符号器D264こて変換さ
れる。
符号器C263,符号器D264の各出力はスイッチ2
67に供給され、いずれか一方が動ベクトルを用いて選
択される。線2300を介して供給される動ベクトルも
符号変換される。動ベクトルの分布に適合したハフマン
符号を構成することは容易で、これを用いて符号変換器
E265は動ベクトルを符号変換する。スイッチ266
.267の出、力および符号器E265の出力は、多重
化器268において予め定められた順序で多重化され、
伝送路3000の伝送速度あるいは記録媒体の書き込み
速度との整合を図るバッファメモリ269に供給される
。このバッファメモリ269における溢れの程度(0〜
100%)を示す監視信号は線2627を介して符号化
制御回路27へ供給される。
つぎに、スイッチ19.266.267における選択の
例について説明する。動き補償は補償可能な範囲であれ
ば勿論その効果は大きいが、範囲を超える速い動きに対
しては、検出された動ベクトルは補償範囲ぎりぎりの値
をもつことになる。したがって、たとえば補償範囲ぎり
ぎりの値をもつ動ベクトルが与えられた時には、直交変
換結果を選択するように定めておけば、補償範囲内に十
分入っている比較的ゆっくりした動きに対しては直交変
換を用いないようにすることができる。
つぎに、第5図及び第6図を用いて復号化装置の動作を
説明する。
伝送路3000または記録媒体より供給される符号変換
された動画像信号は、符号逆変換器50において符号逆
変換され、予測誤差、変換結果、動ベクトルがそれぞれ
線5001,5002.5003を介して出力される。
符号逆変換器50の詳細については後述する。
線5002を介して供給される信号に対して直交逆変換
器51は符号化装置において用いられた直交変換に対応
する逆変換を行なう。この時、もともと直交変換されて
ない予測誤差がこの@5002を介して供給される信号
に混在していても差支えない。少なくともこの信号内に
正しく符号逆変換された変換結果が含まれて居ればよい
。同様に線5001を介して供給される信号は、少なく
とも正しく符号逆変換された予測誤差が含まれて居れば
よい。線5001を介して供給される信号は、直交逆変
換器51における遅延時間だけ遅延回路52にて遅延し
、スイッチ53に供給される。スイッチ53は符号化装
置におけると同様に動ベクトルの値が補償範囲ぎりぎり
の値を示しているかどうかにより選択が制御される。す
なわち、ぎりぎりの値であれば直交逆変換器51の出力
が選択される。
線5003を介して供給される動ベクトルは、遅延回路
57において遅延回路52と同じ時間だけ遅延を受けた
後、スイッチ53での選択、可変遅延回路55における
予測信号の発生に用いられる。
スイッチ53は、動ベクトルを用い前述の方法で2人力
の一方を選択し、加算器54に供給する。
加算器54は、このスイッチ53の出力である予測誤差
と可変遅延回路55より供給される予測信号を用いて動
画像信号を後号し線5000を介して復号化装置から出
力する。この時、同時番こ動画像信号のおよそ1画面を
記憶できるフレームメモリ56にも供給する。可変遅延
回路55はフレームメモリ56の出力を用いて、動ベク
トルに従い予測信号を発生する。この可変遅延回路55
は符号化装置における可変遅延回路22と同一の構成で
よい。
つぎに第6図を参照して、符号逆変換回路50の動作を
詳しく説明する。
伝送路3000を介して供給される符号変換された信号
はまず分離回路500#ζおいて、動ベクトル量子化特
性の選択指示信号、動ベクトルに分離され各々線505
6を介しては遅延回路506.線5005を介しては復
号器C503と復号器D504.線5055を介しては
復号器E505.に供給される。復号器E505は動ベ
クトルの符号逆変換器であり符号器E265に対応する
。符号逆変換された動ベクトルは線5003を介して出
力される。符号変換されている量子化特性の選択指示信
号は復号器C503と復号器D504で符号逆変換され
るが、予測誤差が符号変換されたブロックについては復
号器0503が直交変換結果が符号変換されたブロック
については復号器D504が、それぞれ正しい符号逆変
換を実行するが、これ以外の時には誤まった符号逆変換
を実行する。この結果は、線5531.5542を介し
て復号器A301.復号器B502に各々供給され、遅
延回路506より供給される符号変換された予測誤差あ
るいは直交変換結果の符号逆変換時に用いるべき量子化
特性を指定するのに利用される。遅延回路506は量子
化特性の選択指示信号の復号器C503,復号器D50
4.における符号逆変換、出力に要する時間だけ、入力
を遅延させる。復号器A301゜復号器B502では各
々指定された量子化特性に対応する符号逆変換が実行さ
れ、その結果は線5001゜5002を各々介して出力
される。この時の符号逆変換は、復号器A301につい
ては線5531を介して供給される上記選択指示信号が
正しく符号逆変換されているブロックについて、かつ予
測誤差が符号変換されている時のみ正しい符号逆変換が
実行され、他方復号器B502については線5542を
介して供給される上記選択信号が正しく符号逆変換され
ているブロックについて、かつ直交変換結果が符号変換
されている時のみ正しい符号逆変換が実行される。これ
以外は誤まった符号逆変換を実行する。
復号化装置のスイッチ53では動ベクトルの値を用いて
予測誤差あるいは直交変換のいずれか一方の符号逆変換
結果を選択するが、遅延回路506゜52.57により
各信号間の位相を合せているため常に正しく符号逆変換
された信号を選択することが出来る。選択されない信号
は正しく符号逆変換されている必要はない。
つぎに第7図から第10図までを参照して、他の実施例
について説明する。
本実施例は量子化された予測誤差と量子化された直交変
換結果のいずれか一方を選択する信号の発生方法につい
ての他の例であるので、発生方法に直接関係する所以外
は先の実施例と同一である。
したがって、相異する点のみについて説明する。
第7図において、量子化器17の出力である量子化され
た予測誤差は評価回路28および遅延回路171へ、量
子化器14の出力である直交変換の結果は評価回路28
および遅延回路141へ、それぞれ供給される。評価回
路28は、この両入力に対したとえば符号変換器26に
て使用されるハフマン符号の長さを用いブロック当りの
符号量を評価の尺度とし、より少ない符号量であった方
を選択するようにスイッチ信号を出力し、線2800を
介してスイッチ19の動作を制御する。たとえば量子化
器17から供給された予測誤差を表わすのに必要な符号
量のブロック内総和の方がより少ない時には、遅延回路
171.線1700.遅延回路18を通ってスイッチ1
9に供給される予測誤差を選択する。この評価回路28
の出力は符号変換器26にも同時に供給される。遅延回
路141と171はいずれも、評価回路28における評
価に要する時間だけ入力信号を遅延させることができ、
各々線1400.1700を介して出力される。この両
信号については以後光の実施例と同様である。
また量子化特性の選択指示信号は、上記の評価に要する
時間だけ遅延される。すなわち、線2714゜2717
をそれぞれ介して供給される選択指示信号は遅延回路1
42,172にてそれぞれ遅延され、線1420゜17
20を介してそれぞれ符号変換器26へ供給される。他
は先の実施例と同様である。
つぎに第8図を用いて符号変換器26の動作で先の実施
例との相異を説明する。
線2800を介して供給された評価回路28の出力は符
号器F270に供給されると同時に、スイッチ266.
267にも供給される。この評価回路28の出力はOま
たは1の2レベルすなわち単なるオンオフ信号と等価で
あるので本実施例にて用いられるスイッチはすべてオン
・オフを指定されると2人力のうちの一方を選択するも
のとする。たとえば、量子化された予測誤差の評価結果
がより小さい場合を、出力−〇とする時、スイッff!
すべて量子化された予測誤差に関する方を選択するよう
に構成されているものとする。
この評価結果はすなわちスイッチ信号は本質的には2確
信号なので、符号器F270ではランレングス符号化方
法などを用いて能率良く符号化される。符号化結果は多
重化器268において、他のスイッチ266.267の
各出力および符号器E265の出力と所定の順序で多重
化される。以下は同様である。
つぎに第9図、第10図を用いて復号化装置について説
明する。
第10図において、分離回路500では動ベクトル、量
子化特性の選択指示信号、スイッチ信号、動ベクトルが
それぞれ分離されスイッチ信号は線5057を介して復
号器F507に供給され、ここでランレングス復号化が
実行される。この結果は、再びスイッチ信号として線5
004を介して出力される。第9図においてこのスイッ
チ信号は、遅延回路58において、遅延回路57と同じ
時間だけ遅延され、スイッチ53に供給され、先の実施
例における動ベクトルに代って選択に利用される。
他は、先の実施例と同じであるので説明を省略する。
(発明の効果) 本発明を用いると、予測符号化が効果的である比較的速
くない動きに対してはボケのない鮮明な動画像が再現で
き、予測範囲を超える速い動きに対してはフレーム間予
測誤差に直交変換を適用して若干のボケは生じるものの
大巾な発生情報量の削減により滑らかな動きが再現でき
るなど、あらゆる動きの速さについて良好な画質が提供
できるため、その効果はきわめて大である。
【図面の簡単な説明】
第1図及び第2図は本発明の詳細な説明する図第3図及
び第4図は本発明に係る符号化装置の実施例を説明する
図、第5図及び第6図は本発明に係る復号化装置を説明
する図である。第7図及び第8図は符号化装置の他の実
施例を、第9図及び第1O図は復号化装置の他の実施例
を説明する図である。図中、lOは動ベクトル検出回路
、11゜16.18,23,24.29は遅延回路、1
2は減算器13は直交変換器、14は量子化器、15は
直交逆変換器、17は量子化器、19.25はスイッチ
20は加算器、21はフレームメモリ、22は可変遅延
回路、26は符号変換器、27は符号化制御回路、28
は評価回路、3000は伝送路あるいは記録媒体、50
は符号逆変換器、51は直交逆変換器、52.57は遅
延回路、53はスイッチ、54は加算器、55は可変遅
延回路、56はフレームメモリ、である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、動画像信号の符号化にあたり、画面間の相関を用い
    る予測により得られる予測誤差、あるいは該予測誤差に
    対し直交変換を実行し得られる変換係数、のいずれか一
    方を複数画素単位に選択し符号化することを特徴とする
    動画像の符号化方式。 2、予測誤差あるいはこれを直交変換して得られる係数
    のいずれか一方の選択において、画像内の動きを用いる
    ことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の動画像の
    符号化方式。 3、予測誤差あるいはこれを直交変換して得られる係数
    のいずれか一方の複数画素単位の選択において、該複数
    画素単位で計数した符号量を用いることを特徴とする特
    許請求の範囲第1項記載の動画像の符号化方式。
JP60057335A 1985-03-20 1985-03-20 動画像の符号化方式 Pending JPS61214882A (ja)

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JP60057335A JPS61214882A (ja) 1985-03-20 1985-03-20 動画像の符号化方式

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP0549813A1 (en) * 1991-07-19 1993-07-07 Sony Corporation Coding and decoding device for time-varying image

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