KR0134496B1 - Mpeg coder using adaptive scan method - Google Patents

Mpeg coder using adaptive scan method

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KR0134496B1
KR0134496B1 KR1019930021306A KR930021306A KR0134496B1 KR 0134496 B1 KR0134496 B1 KR 0134496B1 KR 1019930021306 A KR1019930021306 A KR 1019930021306A KR 930021306 A KR930021306 A KR 930021306A KR 0134496 B1 KR0134496 B1 KR 0134496B1
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배순훈
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Abstract

본 발명은 적응적 주사 방식을 이용한 동영상 부호화 장치에 관한 것으로, 본 발명은 차이영상 부호화된 변환계수를 각기 상이한 다수의 주사 방식을 통해 주사하는 다수의 주사부와, 상기 각각의 주사부에 의해 주사되어 재배열된 변환 계수를 각기 가변 길이로 부호화하는 다수의 가변 길이 부호화부와, 상기 각각의 가변길이 부호화부에서 제공되는 각각의 가변길이 부호화된 데이터의 비트를 각기 카운트하고 카운트된 값을 상호 비교하여 가장 적은 비트를 갖는 주사 및 가변 길이 부호화부의 출력을 선택하는 카운터/비교부를 포함함으로써, 보다 효율적인 영상 신호의 압축을 수행할 수 있다.The present invention relates to a video encoding apparatus using an adaptive scanning method. The present invention relates to a plurality of scanning units for scanning differential image encoded transform coefficients through a plurality of different scanning methods, and scanning by each of the scanning units. And a plurality of variable length encoders for encoding the rearranged transform coefficients into variable lengths, respectively, and counting bits of each variable length coded data provided by the variable length encoders, and comparing the counted values with each other. By including a counter / comparison unit for selecting the output of the scan and the variable length encoder having the least bits, it is possible to perform a more efficient compression of the video signal.

Description

적응적 주사방식을 이용한 동영상 부호화장치Video Coding Device Using Adaptive Scanning Method

제1도는 본 발명에 따른 적응적 주사방식을 이용하는 동영상 부호화 장치를 도시한 블록도.1 is a block diagram showing a video encoding apparatus using an adaptive scanning method according to the present invention.

제2a도 내지 2d도는 제1도에 도시된 각각의 주사부에서 수행되는 주사 방식을 도시한 도면.2A to 2D show a scanning method performed in each scanning unit shown in FIG.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

100 : 현재 프레임 메모리 102 : 가산기100: current frame memory 102: adder

104 : 차이영상부호화부 108,118,128,138 : 주사부104: differential image encoding unit 108,118,128,138: scanning unit

110,120,130,140 : VCL부 112 : 비트 카운터 및 비교기110, 120, 130, 140: VCL section 112: bit counter and comparator

114 : 차이영상복호화부 122 : 가산기114: difference image decoding unit 122: adder

124 : 이전 프레임 메모리 126 : 움직임 보상기124: previous frame memory 126: motion compensator

132 : 움직임 추정기132: motion estimator

본 발명은 동영상 신호 처리를 위한 동영상 신호 부호화 장치에 관한 것으로 특히 여러가지 방식의 주사 및 가변길이 부호화를 수행하여 최적한 비트수를 갖는 영상신호로 압축 부호화할 수 있는 적응적 주사방식을 이용한 동영상 부호화 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a video signal encoding apparatus for processing a video signal. In particular, the video encoding apparatus using an adaptive scanning method capable of compression encoding a video signal having an optimal number of bits by performing various types of scanning and variable length coding is performed. It is about.

최근, 고화질 텔레비젼(HDTV), 영상 전화기(video phone)등과 같은 영상처리장치는 디지탈 방식으로 신호를 처리하고 있다. 일반적으로 디지탈 방식으로 동영상을 처리할 경우 상당히 많은 양의 데이타가 발생하는데 이를 한정된 대역폭(bandwidth)을 가진 기존의 전송 채널로 전송하기 위해서 동영상을 압축 부호화하여야 한다. 동영상을 압축 부호화할 수 있는 근거는 동영상신호의 특성상 영상신호의 프레임간 또는 하나의 프레임내에서 프레임을 구성하는 픽셀간에 매우 높은 상관성(correlation)이 있기 때문이다.In recent years, image processing apparatuses such as a high definition television (HDTV), a video phone, and the like have processed signals in a digital manner. In general, when a video is processed in a digital manner, a considerable amount of data is generated. In order to transmit the video over an existing transmission channel having a limited bandwidth, the video must be compressed and encoded. The reason for compressing and encoding a video is because there is a very high correlation between the frames constituting the video signal or the pixels constituting the frame within one frame due to the characteristics of the video signal.

프레임간의 상관성을 이용하여 동영상을 압축하는 방식으로는 움직임 보상 부호화 방식이 있고, 프레임내 픽셀간의 상관성을 이용하는 것으로 변환 부호화 방식이 있다. 움직임 보상 부호화 방식은 현재 프레임 부호화하기 전에 이전 프레임을 기준으로 현재 프레임을 예측하고, 현재 프레임의 신호와 예측된 신호의 차이신호를 부호화 하는 것이다. 반면에, 변환 부호화 방식은 프레임내에 존재하는 상관성을 이용하여 동영상 신호를 압축하는 것으로, 대표적인 변환 부호화 방식은 이산코사인 변환(Discretc Cosine Transform)을 포함한다. 현재에는, 동영상 신호 압축 분야에서는 움직임 보상 부호화 기법과 변환 부호화 기법을 동시에 이용하고 있다.A motion compensation coding method is a method of compressing a video by using the correlation between frames, and a transform coding method is used by using the correlation between pixels in a frame. The motion compensation encoding method predicts a current frame based on a previous frame before encoding the current frame, and encodes a difference signal between the signal of the current frame and the predicted signal. On the other hand, the transform coding scheme compresses a video signal using correlations present in a frame, and a typical transform coding scheme includes a discrete cosine transform. Currently, the motion compensation coding technique and the transform coding technique are simultaneously used in the video signal compression field.

일반적인 동영상 부호화 장치에서 변환 부호화된 신호는 다음과 같은 순서로 압축 부호화된다. 먼저 영상신호가 이산 코사인 변환되면 주파수 영역으로 표시되는 변환 계수가 발생된다. 다음으로, 이산 코사인 변환 계수는 양자화기에서 양자화된 다음 줄길이 부호화(run length coding)하기에 적합하도록 주파수 순서대로 재배열하기 위해 주사(scanning)된다. 일반적인 주사방법으로는 갈짓자 주사(zig zag scan)방식이 주로 이용되고 있다. 이 주사 방법은 양자화된 변환계수들을 주파수 순서대로 재배열하는 것으로 실제 영상의 상관도 또는 차이신호의 상관도가 수평 및 수직 방향으로 거의 동일한 경우 우수한 성능을 나타내는 주사방법중 하나이다.In the general video encoding apparatus, the transform-coded signal is compressed and encoded in the following order. First, when the video signal is discrete cosine transformed, a transform coefficient represented in the frequency domain is generated. Next, the discrete cosine transform coefficients are scanned to rearrange them in frequency order to be suitable for quantization and then run length coding in the quantizer. As a general injection method, a zig zag scan method is mainly used. This scanning method rearranges the quantized transform coefficients in frequency order and is one of the scanning methods that shows excellent performance when the correlation between the actual image or the difference signal is almost the same in the horizontal and vertical directions.

이 주사된 신호는 주사된 신호의 통계적 특성에 의해 만들어진 룩업 테이블(look up table)에 따라 코드가 주어지는데, 일반적으로 많이 발생되는 주사된 신호에는 짧은 길이의 코드를, 적게 발생되는 주사된 신호에는 긴 길이의 코드를 부여함으로써 전체적인 비트 발생량을 줄일 수 있다.This scanned signal is given a code according to a look up table created by the statistical characteristics of the scanned signal. In general, a short length code is used for a large number of scanned signals and a small number of scanned signals is generated. By giving a long code, the overall amount of bits can be reduced.

종래 기술의 동영상 부호화 장치는 전술한 바와 같이 변환 계수의 주사방식으로서 지그재그 주사방식을 사용하였는데, 이러한 주사방식은 변환 계수가 수평 및 수직으로 비슷한 분포형태로 가지는 영상신호에는 유리하지만, 가로방향의 줄무늬 또는 세로방향의 줄무늬와 같이 장면(scene)이 특수한 경우에는, 즉 수직 또는 수평의 어느 한쪽으로 치우쳐질 경우에는 지그재그 주사방식을 일률적으로 적용하는 데에 한계가 있다.As described above, the video encoding apparatus of the prior art uses a zigzag scanning method as a scanning method of transform coefficients. This scanning method is advantageous for a video signal having transform coefficients having similar distributions horizontally and vertically, but has horizontal stripes. Alternatively, there is a limit to uniformly applying the zigzag scanning method in a special scene, such as a vertical stripe, that is, when the image is shifted to either vertical or horizontal.

따라서 본 발명은 선행하는 기술에서의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 다양한 주사방식을 이용하여 영상을 부호화하므로써 압축효율을 향상시키는 개선된 적응적 주사방식을 이용한 동영상 부호화 장치를 제공하는데 있다.Accordingly, the present invention is to solve the problems in the prior art, an object of the present invention is to provide a video encoding apparatus using an improved adaptive scanning method to improve the compression efficiency by encoding a video using a variety of scanning methods have.

전술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 적응적 주사방식을 이용한 동영상 부호화 장치는 입력되는 영상 프레임을 예측 보상된 보상 프레임으로 감산한 차이영상 프레임을 차이영상 부호화하여 최적의 데이타량을 멀티플렉서로 전달하여 채널로 전송하는 동영상 부호화장치에 있어서, 상기 차이영상부호화한 변환 계수를 다수의 주사 방식을 갖는 주사경로를 통해 주파수 순서대로 주사하는 주사수단과, 상기 주사수단에 의해 다수의 주사방식으로 주사하여 재배열된 변환 계수에 포함된 각 부호들의 발생빈도 및 상기 다수의 주사 방식에 따라 적응적으로 부호화 하는 가변 길이 부호화 수단과, 상기 가변길이 부호화 수단에서 제공되는 다수의 할당된 출력비트를 각기 카운팅하고, 카운팅된 값을 상호 비교하여 가장 적은 비트수를 출력하는 주사 및 가변 길이 부호화 수단을 선택하는 비교수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.The video encoding apparatus using the adaptive scanning method according to the present invention for achieving the above object of the present invention is to obtain an optimal amount of data by differential image encoding the difference image frame obtained by subtracting the input image frame to the prediction compensated compensation frame A video encoding apparatus for transmitting to a multiplexer and transmitting a channel, comprising: scanning means for scanning the differential image encoded transform coefficients in frequency order through a scanning path having a plurality of scanning methods, and a plurality of scanning methods by the scanning means Variable length encoding means for adaptively encoding according to the frequency of occurrence of each code included in the rearranged transform coefficients and the plurality of scanning schemes, and a plurality of allocated output bits provided by the variable length encoding means. Count each one and compare the counted values with each other And comparison means for selecting the scanning and variable length encoding means.

이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

제1도는 본 발명에 따른 적응적 주사방식을 이용한 동영상 부호화장치를 도시한 상세 블럭도로써, 본 발명의 동영상 부호화 장치(200)는 도시된 바와 같이 현재 프레임 메모리(100), 감산기(102), 차이영상 부호화부(104), 차이영상 부호화부(114), 가산기(122), 이전프레임 메모리(124), 움직임 보상기(126), 움직임 추정기(132), 주사부(150), 가변길이 부호화(VCL)부(160) 및 비트 카운터/비교부(112)를 포함한다.FIG. 1 is a detailed block diagram illustrating a video encoding apparatus using an adaptive scanning method according to the present invention. The video encoding apparatus 200 according to the present invention includes a current frame memory 100, a subtractor 102, The differential image encoder 104, the differential image encoder 114, the adder 122, the previous frame memory 124, the motion compensator 126, the motion estimator 132, the scan unit 150, the variable length encoding ( VCL) unit 160 and the bit counter / comparison unit 112.

현재 프레임 메모리(100)는 디지탈 영상신호를 입력하여 기설정된 처리단위, 즉, 탐색 블록 단위로 블록화하는 것으로, 그 출력은 감산기(102) 및 움직임 추정기(132)에 각기 연결된다. 움직임 추정기(132)는 현재 프레임 메모리(100)에서 제공되는 현재의 프레임과 이전 프레임 메모리(124)에 저장되어 있는 이전 프레임을 입력하여 현재 프레임내의 탐색 블록들을 소정 탐색 영역내에서 한 화소씩 이동하여 현재 프레임의 지정된 블록과 가장 유사한 블록을 먼저 찾고, 이러한 가장 유사한 블록의 움직임 화소거리에 대응하는 움직임 벡터를 구하여 움직임 보상기(126)로 전달한다.The current frame memory 100 inputs a digital image signal and blocks the data in a predetermined processing unit, that is, a search block unit, and its output is connected to the subtractor 102 and the motion estimator 132, respectively. The motion estimator 132 inputs a current frame provided in the current frame memory 100 and a previous frame stored in the previous frame memory 124 to move the search blocks in the current frame by one pixel in a predetermined search area. The block most similar to the designated block of the current frame is first found, and a motion vector corresponding to the motion pixel distance of the most similar block is obtained and transmitted to the motion compensator 126.

움직임 보상기(126)는 움직임 추정기(132)로부터 추정된 움직임 벡터를 전달 받아 이전 프레임의 신호를 움직임 벡터만큼 이동시켜 줌으로써, 현재 프레임의 화소들을 비교적 정확히 추정하여 예측 보상한다. 감산기(102)는 현재 프레임 메모리(100)에서 제공되는 현재 프레임에서 움직임 보상기(126)에서 제공되는 예측 보상된 프레임을 감산하여 감산된 데이타량을 갖는 영상 신호를 차이영상 부호화부(104)로 전달한다.The motion compensator 126 receives the motion vector estimated from the motion estimator 132 and moves the signal of the previous frame by the motion vector, thereby relatively accurately predicting and compensating the pixels of the current frame. The subtractor 102 subtracts the predictive compensated frame provided by the motion compensator 126 from the current frame provided by the current frame memory 100 to transfer the image signal having the subtracted data amount to the difference image encoder 104. do.

차이영상 부호화부(104)는 감산기(102)에서 제공되는 차이 영상 신호를 이산코사인 변환하고 양자화하는 것으로, 그의 출력은 차이영상 복호화부(114) 및 주사부(150)에 각기 제공된다.The differential image encoder 104 performs discrete cosine transform and quantization of the differential image signal provided by the subtractor 102, and its output is provided to the differential image decoder 114 and the scan unit 150, respectively.

차이영상 복호화부(114)는 차이영상 부호화부(104)를 통해 부호화된 영상 데이타를 원래의 영상신호로 복원하고, 이를 가산기(122)로 전달한다. 가산기(122)는 차이영상 복호화부(114)에서 제공되는 차이 영상 프레임과 움직임 보상기(126)에서 제공되는 예측 프레임을 가산하여 이전 프레임 메모리(124)로 전달하므로, 이전 프레임 메모리(124)에는 입력되는 현재 프레임의 화상 데이타들이 항상 저장하게 된다.The differential image decoder 114 restores the image data encoded by the differential image encoder 104 to the original image signal, and transfers the original image signal to the adder 122. The adder 122 adds the difference image frame provided by the difference image decoder 114 and the prediction frame provided by the motion compensator 126 and transfers the same to the previous frame memory 124. The picture data of the current frame to be stored is always stored.

주사부(15) 및 VLC부(160)는 도시된 바와 같이 4개의 주사부(108,118,128,138)와 그에 대응하는 4개의 VLC부(110,120,130,140)로 구성되어 있으나, 보다 더 적응적으로 압축하여 부호화 효율을 향상시키기 위해 주사부와 VLC부를 더 많이 채용할 수도 있을 것이다. 예로, 제2도(a)에 도시된 지그재그 주사 방식은 1프레임의 변환 계수의 분포가 수직 및 수평으로 비슷한 분포를 가지는 영상에 대하여는 양호한 성능을 제공할 수 있을 것이다. 그러나, 실제로 원 영상과 움직임 보상 오차의 상관도가 수평 방향에 비해 수직 방향의 상관도가 떨어지므로 이산 코사인 변환을 통하여 변환된 계수는 수평 성분보다 수직 성분이 더 많이 존재하게 된다. 따라서 통상의 지그재그 주사방식을 그대로 적용하는 경우에는 바람직하지 못한 결과를 산출할 수 있다. 따라서, 제2도(b) 내지 (d)에 도시된 바와 같이 수직 방향으로 편중되도록 지그재그 주사를 수행하는 것이 바람직할 것이다.The scanning unit 15 and the VLC unit 160 are composed of four scanning units 108, 118, 128, and 138 and four VLC units 110, 120, 130, and 140 corresponding thereto, as shown in FIG. It may be possible to employ more of the scanning portion and the VLC portion. For example, the zigzag scanning method shown in FIG. 2 (a) may provide good performance for an image in which the distribution coefficients of one frame have similar distributions vertically and horizontally. However, since the correlation between the original image and the motion compensation error is lower in the vertical direction than in the horizontal direction, the coefficient transformed through the discrete cosine transform has more vertical components than the horizontal components. Therefore, when the usual zigzag scanning method is applied as it is, undesirable results can be calculated. Therefore, it would be desirable to perform a zigzag scan to be biased in the vertical direction as shown in FIGS. 2 (b) to (d).

차이영상 부호화된 변환 계수를 영상 프레임의 상관성에 따라 제1 내지 제4주사부(108,118.128,138)에서 제2(a) 내지 (d)도에 도시된 주사 방식으로 각기 상이하게 주사하고, 제1 내지 제4주사부(108,118,128,138)에서 수행되는 각각의 주사방식에 대응하는 방식으로 제1 내지 제4 VLC부(110,120,130,140)에서 VLC를 수행한다.The differential image coded transform coefficients are differently scanned by the scanning method shown in Figs. 2 (a) to (d) in the first to fourth scanning units 108, 118. 128 and 138 according to the correlation of the image frames. The VLC is performed by the first to fourth VLC units 110, 120, 130, and 140 in a manner corresponding to each scanning method performed by the fourth to fourth scan units 108, 118, 128, and 138.

VLC부(160)내 각각의 VLC부(110,120,130,140)는 주사된 신호의 통계적 의해 각기 상이한 룩업테이블을 가지고 있으며, 상술한 바와 같이, 차이영상 부호화부(104)에서 부호화된 변환계수에 포함된 각 부호들의 발생빈도 또는 상기 제1 내지 제4 주사 방식으로 주사되는 각 부호들의 발생 빈동 따라 그 발생 빈도가 높은 것은 짧은 길이의 부호로, 빈도가 낮은 것은 긴 길이의 부호로 설정한다.Each VLC unit 110, 120, 130, 140 in the VLC unit 160 has a different lookup table according to the statistics of the scanned signals, and as described above, each code included in the transform coefficient coded by the differential image encoder 104 is described. According to the frequency of their occurrence or the frequency of occurrence of each of the codes scanned by the first to fourth scanning schemes, the occurrence frequency is set to a short length code, and the frequency is set to a long length code.

한편, 비트 카운터 및 비교기(112)는 주사부(150)에서 각각의 주사 방식에 의해 주사되고, 가변길이 부호화부(160)에서 각기 가변길이 부호화된 데이타 비트를 모두 수신하여, 각기 대응하는 카운터(도시안됨)를 통해 카운팅하고 이들 카운트된 값을 상호 비교하여 가장 적은 비트수를 발생한 주사방식 및 VLC부를 선택하며 동시에 어느 주사방식이 사용되었는가를 식별할 수 있도록 하기 위하여 2비트 정보를 생성한다. 따라서, 이렇게 생성된 2비트의 주사방식 식별 정보는 비트 카운터 및 비교기(112)에서 선택된 가변길이 부호화된 데이터에 부가되어 복호 장치로 전송됨으로써, 복호 장치는 부호화 장치에서 사용된 주사방식을 식별할 수 있게 된다.On the other hand, the bit counter and the comparator 112 are scanned by the scanning method in the scanning unit 150, the variable length encoder 160 receives all the variable length coded data bits, respectively, corresponding counter ( (Not shown) and compare the counted values with each other to select the scan method and the VLC section that generated the least number of bits, and simultaneously generate 2-bit information to identify which scan method was used. Therefore, the 2-bit scanning method identification information generated in this way is added to the variable length coded data selected by the bit counter and the comparator 112 and transmitted to the decoding device, whereby the decoding device can identify the scanning method used in the coding device. Will be.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 적응적 주사방식을 이용한 동영상 부호화 장치에 의하면, 다수의 주사방식으로 주사하고 가변길이 부호화한 후, 다수의 주사방식에 의해 발생되는 각각의 출력비트를 서로 비교한 후, 가장 적은 비트를 발생하는 주사방식을 선택하여 전송함으로써, 보다 효율적으로 영상신호를 압축할 수가 있으며, 또한 화질을 향상시킬 수가 있다.As described above, according to the video encoding apparatus using the adaptive scanning method according to the present invention, after scanning with a plurality of scanning methods and variable length coding, the output bits generated by the plurality of scanning methods are compared with each other After that, by selecting and transmitting the scanning method that generates the least bits, the video signal can be compressed more efficiently and the image quality can be improved.

Claims (2)

입력되는 영상 신호를 예측 보상된 영상신호로부터 감산한 차이 영상 신호를 이산 코사인 변환 부호화(discrtes cosine transformation)하여 전송하는 동영상 부호화 장치에 있어서, 각기 상이한 방식의 다수의 주사부(108,118,128,138)를 가지고 있으며, 상기 차이영상 신호로부터 변환된 변환계수들을 상기 각각의 상이한 주사 방식의 주사부를 통하여 출력하는 주사수단(150)과, 상기 주사수단(150)의 각각의 주사부에 대응하여 각기 다른 가변 길이 부호화 특성을 갖는 다수의 가변길이 부호화부(110,120,130,140)를 가지고 잇으며, 상기 주사 수단의 각각의 주사부에 의해 주사된 변환 계수를 상기 대응하는 각각의 가변길이 부호화부를 통하여 부호화하는 가변 길이 부호화 수단(160)과, 상기 가변길이 부호화 수단(160)의 각각의 가변 길이 부호화부(110,120,130,140)에서 출력되는 각각의 가변 길이 부호화된 데이터 비트의 수를 각기 카운팅하고, 카운팅된 값을 상호 비교하여 가장 적은 비트를 갖는 하나의 가변 길이 부호화부의 출력을 선택하여 출력하는 비트 카운트 및 비교 수단(112)을 포함하는 것을 특징으로 하는 적응적 주사 방식을 이용한 동영상 부호화 장치.A video encoding apparatus for transmitting a difference video signal obtained by subtracting an input video signal from a predictive compensated video signal by discrete cosine transformation, and having a plurality of scanning units 108, 118, 128, and 138, respectively. A scanning means 150 for outputting the transform coefficients converted from the differential image signal through the scanning units of different scanning methods, and different variable length encoding characteristics corresponding to each scanning unit of the scanning means 150. Variable length encoding means (160) having a plurality of variable length encoding parts (110, 120, 130, 140), which encodes transform coefficients scanned by respective scanning parts of the scanning means through respective corresponding variable length coding parts; The variable length encoding units 110, 120, 130, and 140 of the variable length encoding unit 160 are output. Bit counting and comparing means 112 for counting the number of each variable length coded data bit, and comparing the counted values with each other to select and output the output of one variable length encoder having the smallest bit A video encoding apparatus using an adaptive scanning method, characterized in that. 제1항에 있어서, 상기 비트 카운터 및 비교 수단(112)은 상기 가장 적은 비트를 생성하는 주사 방식을 이용하는 주사부 및 가변 길이 부호화부를 인식하기 위한 인식 코드를 생성하여 상기 선택된 가변 길이 부호화된 데이터와 함께 출력하는 것을 특징으로 하는 적응적 주사방식을 이용한 동영상 부호화 장치.2. The apparatus of claim 1, wherein the bit counter and comparing means (112) generates an identification code for recognizing a scanning unit and a variable length coding unit using a scanning method for generating the least bits and the selected variable length coded data. Video encoding apparatus using an adaptive scanning method characterized in that the output together.
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