JP2001054117A - 動き補償動画像符号化方法及び装置 - Google Patents

動き補償動画像符号化方法及び装置

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JP2001054117A
JP2001054117A JP22236899A JP22236899A JP2001054117A JP 2001054117 A JP2001054117 A JP 2001054117A JP 22236899 A JP22236899 A JP 22236899A JP 22236899 A JP22236899 A JP 22236899A JP 2001054117 A JP2001054117 A JP 2001054117A
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motion
macroblocks
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Satoshi Miyaji
悟史 宮地
Shuichi Matsumoto
修一 松本
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KDD Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 符号化処理速度を大幅に高速化することがで
きる動き補償動画像符号化方法及び装置を提供する。 【解決手段】 現フレームについてその一部である所定
数のマクロブロックを切り出すと共に局部復号フレーム
の所定数の動き検出探索範囲を切り出し、切り出したマ
クロブロック及び動き検出探索範囲の画像情報について
動き検出処理及び一連の符号化処理を全て行った後、次
の所定数のマクロブロック及び次の所定数の動き検出探
索範囲を切り出して同様の動き検出処理及び一連の符号
化処理を行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、動き検出を行い、
動きベクトルと動き予測誤差とを符号化して伝送する動
き補償動画像符号化方法及び装置に関する。
【0002】
【従来の技術】動画像の圧縮符号化においては、物体の
動きを予測し、現フレームの画像とこの動き予測結果と
の差分を直交変換(DCT)した後に符号化する動き補
償DCT符号化方式が、高い符号化効率を有しているこ
とから、ISO/IECのMPEG1、2、4やITU
−TのH.261、262、263等の国際標準方式を
はじめとして現在最も多く用いられている。
【0003】この動き補償DCT符号化は、一般には、
物体の動きを予測する動き検出部と、動き予測誤差を直
交変換(DCT)、量子化及びコード生成を行う符号化
部とから構成される。
【0004】図1は、従来の動き補償DCT符号化装置
の構成例を示すブロック図である。
【0005】同図において、100は動き検出部、12
0は符号化部、140は現フレームメモリ、160はロ
ーカルデコードフレームメモリ、180は出力端子をそ
れぞれ示している。
【0006】動き検出部100には、マクロブロック切
り出し位置指定部101と、マクロブロック切り出し部
102と、探索範囲切り出し位置指定部103と、探索
範囲切り出し部104と、動きベクトル発生部105
と、比較位置指定部106と、差分絶対値和算出部10
7と、最小値判定部108と、絶対値和算出部109
と、符号化モード判定部110と、モード記憶用メモリ
111と、スイッチ112と、動きベクトル記憶用メモ
リ113とが設けられている。
【0007】符号化部120には、マクロブロック切り
出し位置指定部121と、マクロブロック切り出し部1
22と、動き予測マクロブロック切り出し部123と、
減算器124と、モード切替えスイッチ125と、DC
T部126と、量子化部127と、可変長符号化部12
8と、逆量子化部129と、逆DCT部130と、加算
器131と、モード切替えスイッチ132とが設けられ
ている。
【0008】ITU−TH.263の標準符号化モデル
TMN5ソフトウェアやISO/IECのMPEG−2
の標準符号化モデルTM5ソフトウェア、MPEG4の
標準符号化モデルVM12.0ソフトウェアにおける基
本的構成は、全てこの図1の構成と等しい。
【0009】図1の動き補償DCT符号化装置では、動
き検出部100において、1フレーム分の動きベクトル
が算出され、符号化部120ではこの動きベクトルに基
づく動き予測誤差のDCT及び量子化を行い、ビットス
トリームとして出力端子180より出力する。
【0010】動き検出部100では、まず、現フレーム
メモリ140からマクロブロックの切り出し、ローカル
デコードフレームメモリ160からの動きベクトル探索
範囲の切り出しが行われる。
【0011】次に動きベクトルを(0、0)から順にベ
クトルの長さが大きくなる順番で発生させ、すでに切り
出した探索範囲上での各ベクトルに対応する16×16
画素のブロックと、すでに切り出した現フレームメモリ
からのマクロブロックとの差分絶対値和が各画素毎に算
出される。
【0012】探索範囲中の全てのベクトルに対して、こ
の差分絶対値和が最小となるベクトルをそのマクロブロ
ックに対する動きベクトルとして保存する。また、この
差分絶対値和と現フレームマクロブロックの画素値の絶
対値和との値から、符号化モード判定(フレーム内符号
化モード:Intra/動き補償フレーム間符号化モー
ド:Inter)を行い、符号化モード情報を保存す
る。
【0013】これらの処理を1フレーム分の全てのマク
ロブロックに対して行った後、符号化部120にて符号
化を行う。
【0014】符号化部120では、まず現フレームのマ
クロブロックを切り出し、符号化モードがInterの
場合には、動き検出部100で求めた動きベクトルに基
づきローカルデコードフレームメモリ160上の該当位
置からのマクロブロック(動き補償マクロブロック)の
切り出しを行う。
【0015】次に、符号化モードがInterの場合に
は現フレームマクロブロックと動き補償マクロブロック
との差分マクロブロックに対してDCTを施す。一方、
符号化モードがIntraの場合には現フレームマクロ
ブロックに対してDCTを施す。DCTが施されたマク
ロブロックは次に量子化が行われ、量子化結果は動きベ
クトル情報、各種モード情報等と共に可変長符号化され
てビットストリームとして出力端子180より出力され
る。
【0016】同時に量子化されたマクロブロックは逆量
子化、逆DCTを経て、符号化モードがInterの場
合には動き予測マクロブロックとの和が取られ、ローカ
ルデコードフレームメモリ160内に格納される。一
方、符号化モードがIntraの場合には、逆DCTの
結果がローカルデコードフレームメモリ160に格納さ
れる。
【0017】これらの処理が全てのマクロブロックに対
して行われ、1フレームの符号化が完了する。
【0018】
【発明が解決しようとする課題】上述したごとき従来の
動き補償動画像符号化方式では、まず、1フレーム分の
全てのマクロブロックについて動きベクトルを算出した
後、符号化処理を行っている。この場合、動き検出部1
00において一旦切り出しが行われた現フレームのマク
ロブロックは動き検出に使われた後破棄され、符号化部
120において再度切り出しを行っている。また、動き
ベクトルの算出時に使用される動き探索範囲内のマクロ
ブロックについても再利用されず、符号化部120にて
再度切り出しを行っている。
【0019】このような構成は、同一領域に対して切り
出した情報を再利用することなく、動き検出部100と
符号化部120とでそれぞれ各1回ずつ計2度行うこと
になり、処理時間の点で好ましくない。
【0020】CPUをメインにした計算機システムで
は、一旦ロードしたデータは、キャッシュメモリと呼ば
れる高速の記憶媒体に格納され、再度呼び出しを行った
際にそのデータがキャッシュメモリ上に存在する場合は
非常に高速なアクセスが行える。しかしながら、一般
に、キャッシュメモリの容量は小さく(最も高速な一次
キャッシュメモリは数キロバイト)、従来の手法では、
一旦切り出した領域のデータを再利用することなく新た
な領域の切り出しを行ってしまうため、小さなキャッシ
ュメモリ空間では収まらず、キャッシュメモリを有効に
利用できなかった。
【0021】従って本発明は、従来技術の上述した問題
点を解消するものであり、その目的は、マクロブロック
の切り出し回数を最小限にしかつ一旦切り出した領域の
データを再利用することにより、符号化処理速度を大幅
に高速化することができる動き補償動画像符号化方法及
び装置を提供することにある。
【0022】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、現フレ
ームについてその一部である所定数のマクロブロックを
切り出すと共に局部復号フレームの所定数の動き検出探
索範囲を切り出し、切り出したマクロブロック及び動き
検出探索範囲の画像情報について動き検出処理及び一連
の符号化処理を全て行った後、次の所定数のマクロブロ
ック及び次の所定数の動き検出探索範囲を切り出して同
様の動き検出処理及び一連の符号化処理を行う動き補償
動画像符号化方法が提供される。
【0023】動き検出のために一旦切り出した現フレー
ムのマクロブロック及び動き検出探索範囲の画像情報
を、符号化処理を行う際にも再利用することにより、切
り出し処理の回数を減らすことができ、処理の高速化が
行える。さらに、CPUによる計算機システムでは、切
り出されたマクロブロック及び動き検出探索範囲の画像
情報が全てオーバーフローすることなくキャッシュメモ
リに格納されることとなり、再利用の際にもキャッシュ
メモリ上でアクセスすることができるので、非常に高速
の処理が可能となる。このように、切り出し回数の削減
のみならずキャッシュメモリを有効に利用することによ
り、いっそうの処理の高速化が可能となる。なお、本発
明におけるマクロブロックの所定数とは、その所定数の
マクロブロックの画像情報について符号化処理を行って
いる間に、その画像情報がキャッシュメモリからオーバ
ーフローしない情報量であるマクロブロック数を意味し
ている。
【0024】本発明によれば、さらに、現フレームにつ
いてその一部である所定数のマクロブロックの切り出し
を行うマクロブロック切り出し手段と、局部復号フレー
ムの前記所定数の動き検出探索範囲の切り出しを行う動
き検出探索範囲切り出し手段と、切り出されたマクロブ
ロック及び動き検出探索範囲の画像情報について動き検
出処理及び一連の符号化処理を行う手段とを備えてお
り、マクロブロック切り出し手段及び動き検出探索範囲
切り出し手段は、動き検出処理及び一連の符号化処理を
全て行った後、次の所定数のマクロブロック及び次の所
定数の動き検出探索範囲の切り出して同様の動き検出処
理及び一連の符号化処理を行うように構成されている動
き補償動画像符号化装置が提供される。
【0025】所定数のマクロブロックについて符号化処
理が終了した際に、次の所定数のマクロブロック及び次
の所定数の動き検出探索範囲の切り出しを指示する手段
をさらに備えていることが好ましい。
【0026】上述の所定数のマクロブロックが1つのマ
クロブロックであることが好ましい。
【0027】また、一連の符号化処理が、動き予測誤差
マクロブロック生成処理、DCT処理、量子化処理、逆
量子化処理、逆DCT処理及び可変長コード生成処理を
含んでいることも好ましい。
【0028】
【発明の実施の形態】図2は本発明の一実施形態におけ
る動き補償動画像符号化装置の構成を概略的に示すブロ
ック図である。
【0029】同図において、200は動き検出部、22
0は符号化部、240は現フレームの画像情報を記憶し
ている現フレームメモリ、260は局部復号フレームの
画像情報を記憶しているローカルデコードフレームメモ
リ、280は出力端子をそれぞれ示している。
【0030】動き検出部200には、マクロブロック切
り出し位置指定部201と、マクロブロック切り出し部
202と、探索範囲切り出し位置指定部203と、探索
範囲切り出し部204と、動きベクトル発生部205
と、比較位置指定部206と、差分絶対値和算出部20
7と、最小値判定部208と、絶対値和算出部209
と、符号化モード判定部210と、スイッチ212とが
設けられている。
【0031】符号化部220には、減算器224と、モ
ード切替えスイッチ225と、DCT部226と、量子
化部227と、可変長符号化部228と、逆量子化部2
29と、逆DCT部230と、加算器231と、モード
切替えスイッチ232とが設けられている。
【0032】図3A及び図3Bは、本実施形態の動き検
出処理及び符号化処理動作を説明するフローチャートで
あり、以下これらの図をあわせもちいて本実施形態の動
作を説明する。
【0033】本実施形態では、動き検出部200におい
て、まず、現フレームメモリ240からの1つの16画
素×16画素のマクロブロック(MB)の切り出し、ロ
ーカルデコードフレームメモリ260からの1つの動き
ベクトル探索範囲の切り出しが行われる。
【0034】即ち、符号化が開始されると(ステップS
1)、まず、現在のフレームの画像情報が現フレームメ
モリ240に格納される(ステップS2)。次いで、マ
クロブロック切り出し位置指定部201は、ブロック切
り出し位置の初期化を行った(ステップS3)後、最初
の切り出し位置を指定し、これによりマクロブロック切
り出し部202は、その位置のマクロブロック内の画像
情報を現フレームメモリ240から読み出す(ステップ
S4)。一方、探索範囲切り出し位置指定部203は、
指定されたマクロブロック切り出し位置に対応した探索
範囲を指定し、これにより探索範囲切り出し部204は
その範囲内の局部復号画像情報をローカルデコードフレ
ームメモリ260から読み出す(ステップS5)。この
ようにして切り出されたマクロブロックの画像情報及び
探索範囲の局部復号画像情報は、コンピュータのキャッ
シュメモリ内に格納され、情報量が少ないことから以後
の符号化処理が終わるまでこのキャッシュメモリ内に留
まる。
【0035】動きベクトル発生部205は、(0、0)
から順にベクトルの長さが大きくなる順番で動きベクト
ルを発生させる(ステップS6)。比較位置指定部20
6は、すでに切り出した探索範囲上において、発生した
各動きベクトルに対応する16画素×16画素のブロッ
クを指定する(ステップS7)。差分絶対値和算出部2
07は、指定された比較位置ブロックの局部復号画像情
報と、すでに切り出した現フレームメモリ240からの
マクロブロックの画像情報との差分絶対値和を各画素毎
に算出する(ステップS8)。最小値判定部208は、
探索範囲中の全てのベクトルに対して、この差分絶対値
和が最小となるベクトルを判定し、最小となった際にス
イッチ212を作動させてその動きベクトルをそのマク
ロブロックに対する動きベクトルとして出力する。即
ち、算出した差分絶対値和がそれまでの最小値であるか
どうか判別し(ステップS9)、最小である場合はその
動きベクトルを出力すべき候補とし(ステップS1
0)、最小ではない場合は全ての動きベクトルについて
以上の処理を行ったかどうか判別する(ステップS1
1)。全ての動きベクトルについてこの比較を行ってい
ない場合は、ステップS6の処理から順次繰り返され
る。全ての動きベクトルについてこの比較を行っている
場合は、その時の候補をそのマクロブロックに関する動
きベクトルとして出力する。
【0036】絶対値和算出部209は、現フレームマク
ロブロックの画素値の絶対値和を算出する。モード判定
部210は、絶対値和算出部209からの絶対値和と、
差分絶対値和算出部207からの差分絶対値和とから、
符号化モード判定(フレーム内符号化モード:Intr
a/動き補償フレーム間符号化モード:Inter)を
行い、符号化モード情報を出力する(ステップS1
2)。
【0037】動き検出の後、符号化部220では、切り
出されてキャッシュメモリ内に格納されているマクロブ
ロックの画像情報及び探索範囲内での動きベクトルに対
応するマクロブロック領域の局部復号画像情報を用いて
符号化処理を行う。
【0038】まず、そのマクロブロックの符号化モード
情報に応じてモード切替えスイッチ225が操作され
(ステップS13)、符号化モードがInterの場合
には、すでに切り出しの行われている現フレームマクロ
ブロックの画像情報と、同じくすでに切り出しの行われ
ている動き検出探索範囲内での動きベクトルに対応する
マクロブロック領域の局部復号画像情報との差分が減算
器224で算出される(ステップS14)。DCT部2
26は、この差分マクロブロック即ち動き予測誤差ブロ
ックの画像情報に対して、DCT処理を施す(ステップ
S16)。一方、符号化モードがIntraの場合には
現フレームマクロブロックの画像情報が利用され(ステ
ップS15)、DCT部226は、マクロブロックの画
像情報に対して、DCT処理を施す(ステップS1
6)。
【0039】量子化部227は、DCT処理が施された
マクロブロックの画像情報に対して量子化処理を行う
(ステップS17)。次いで、可変長符号化部228
は、量子化結果を、動きベクトル情報及び各種モード情
報等と共に可変長符号化し(ステップS18)、その符
号化情報がビットストリームとして出力される。
【0040】同時に、量子化されたマクロブロックの情
報は、逆量子化部229において逆量子化処理され(ス
テップS19)、逆DCT部230において逆DCT処
理される(ステップS20)。
【0041】次いで、符号化モード情報に応じてモード
切替えスイッチ232が操作され(ステップS21)、
符号化モードがInterの場合には逆DCT処理され
た画像情報と動き予測マクロブロックの画像情報との和
が加算器231において算出され(ステップS22)、
その算出結果が局部復号画像情報としてローカルデコー
ドフレームメモリ260に格納される(ステップS2
4)。一方、符号化モードがIntraの場合には、逆
DCT処理された画像情報がそのまま局部復号画像情報
として利用され(ステップS23)、ローカルデコード
フレームメモリ260に格納される(ステップS2
4)。
【0042】このように1つのマクロブロックに対する
符号化処理が終了したことがローカルデコードフレーム
メモリ260から知らされると、1フレームの全てのマ
クロブロックについて切り出し動き検出及び符号化処理
を行ったかどうかが判別される(ステップS25)。全
てのマクロブロックが終了していない場合には、次の処
理対象マクロブロックに対応する切り出し位置の更新を
行い(ステップS26)、同様にしてマクロブロック及
び動き検出探索範囲の切り出し、動き検出及び符号化処
理を行う(ステップS4〜S25)。
【0043】全てのマクロブロックに対する上述した一
連の処理が完了すると1フレームの符号化が完了したこ
ととなり(ステップS27)、次フレームの画像情報の
現フレームメモリ240への読み込みを行う(ステップ
S28)。その後、符号化処理を続けるかどうか判別し
(ステップS29)、続ける場合は同様にマクロブロッ
ク毎の繰り返し処理を行い(ステップS2〜S29)、
続けない場合は符号化処理終了となる(ステップS3
0)。
【0044】このように本実施形態では、画像符号化処
理がマクロブロック毎に行われることに注目し、動き検
出処理を含めて全ての処理をマクロブロックループ内に
収めている。さらに、現フレームマクロブロック領域、
動ベクトル被探索範囲及び動ベクトル情報を構造体とし
てエリアを確保し、一旦キャッシュメモリ内にロードさ
れた構造体は、そのマクロブロックに対する処理が完了
するまで最大限再利用している。
【0045】本実施形態のように、切り出した1つのマ
クロブロックの画像情報及び動き検出探索範囲の局部復
号画像情報を動き検出時のみならず符号化処理時にも使
用することにより、マクロブロックの切り出し回数が削
減されることによる高速化が図れる。しかも、これらの
画像情報は、情報量が少ないため、動き検出及び一連の
符号化処理が終わるまでキャッシュメモリ上に格納され
ている。動き補償動画像符号化装置においては、同一画
素に対する繰り返し処理の多くは主として動き検出のベ
クトル探索時及びDCT演算時に行われるが、本実施形
態によればこれらの繰り返し処理が、全て高速なキャッ
シュメモリ上での読み書きとなるので、大幅な処理の高
速化が可能となる。
【0046】なお、上述した実施形態では、1回の動き
検出及び符号化処理サイクルを、1つのマクロブロック
及び1つの動き検出探索範囲の単位で行っているが、1
サイクルの符号化処理終了までキャッシュメモリ内に格
納された状態を維持できる程度の画像情報量であれば、
複数のマクロブロック及び複数の動き検出探索範囲の単
位(例えば1フレームの1列のマクロブロックの単位
等)で1回の動き検出及び符号化処理サイクルを行って
もよい。
【0047】以上述べた実施形態は全て本発明を例示的
に示すものであって限定的に示すものではなく、本発明
は他の種々の変形態様及び変更態様で実施することがで
きる。従って本発明の範囲は特許請求の範囲及びその均
等範囲によってのみ規定されるものである。
【0048】
【発明の効果】以上詳細に説明したように本発明によれ
ば、動き検出のために一旦切り出した現フレームのマク
ロブロック及び動き検出探索範囲の画像情報を、符号化
処理を行う際にも再利用することにより、切り出し処理
の回数を減らすことができ、処理の高速化が行える。さ
らに、CPUによる計算機システムでは、切り出された
マクロブロック及び動き検出探索範囲の画像情報が全て
オーバーフローすることなくそのままキャッシュメモリ
に格納されることとなり、再利用の際にもキャッシュメ
モリ上でアクセスすることができるので、非常に高速の
処理が可能となる。このように、切り出し回数の削減の
みならずキャッシュメモリを有効に利用することによ
り、処理の著しい高速化が可能となる。
【0049】実際に、本発明のようにキャッシュメモリ
を有効に利用した場合は、従来技術の場合に比して、処
理時間の平均値が約59%と短縮される。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の動き補償DCT符号化装置の構成例を示
すブロック図である。
【図2】本発明の一実施形態における動き補償動画像符
号化装置の構成を概略的に示すブロック図である。
【図3A】図2の実施形態の動き検出処理及び符号化処
理動作を説明するフローチャートの一部である。
【図3B】図2の実施形態の動き検出処理及び符号化処
理動作を説明するフローチャートの一部である。
【符号の説明】 200 動き検出部 201 マクロブロック切り出し位置指定部 202 マクロブロック切り出し部 203 探索範囲切り出し位置指定部 204 探索範囲切り出し部 205 動きベクトル発生部 206 比較位置指定部 207 差分絶対値和算出部 208 最小値判定部 209 絶対値和算出部 210 符号化モード判定部 212 スイッチ 220 符号化部 224 減算器 225 モード切替えスイッチ 226 DCT部 227 量子化部 228 可変長符号化部 229 逆量子化部 230 逆DCT部 231 加算器 232 モード切替えスイッチ 240 現フレームメモリ 260 ローカルデコードフレームメモリ 280 出力端子
フロントページの続き Fターム(参考) 5C059 KK15 MA23 ME01 NN03 NN21 NN28 UA02 UA31 5J064 AA03 BA09 BA13 BA16 BB03 BC01 BC08 BD02

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 現フレームについてその一部である所定
    数のマクロブロックを切り出すと共に局部復号フレーム
    の前記所定数の動き検出探索範囲を切り出し、該切り出
    したマクロブロック及び動き検出探索範囲の画像情報に
    ついて動き検出処理及び一連の符号化処理を全て行った
    後、次の所定数のマクロブロック及び次の所定数の動き
    検出探索範囲を切り出して同様の動き検出処理及び一連
    の符号化処理を行うことを特徴とする動き補償動画像符
    号化方法。
  2. 【請求項2】 前記所定数のマクロブロックが、1つの
    マクロブロックであることを特徴とする請求項1に記載
    の方法。
  3. 【請求項3】 前記一連の符号化処理が、動き予測誤差
    マクロブロック生成処理、DCT処理、量子化処理、逆
    量子化処理、逆DCT処理及び可変長コード生成処理を
    含んでいることを特徴とする請求項1又は2に記載の方
    法。
  4. 【請求項4】 現フレームについてその一部である所定
    数のマクロブロックの切り出しを行うマクロブロック切
    り出し手段と、局部復号フレームの前記所定数の動き検
    出探索範囲の切り出しを行う動き検出探索範囲切り出し
    手段と、該切り出されたマクロブロック及び動き検出探
    索範囲の画像情報について動き検出処理及び一連の符号
    化処理を行う手段とを備えており、前記マクロブロック
    切り出し手段及び前記動き検出探索範囲切り出し手段
    は、前記動き検出処理及び一連の符号化処理を全て行っ
    た後、次の所定数のマクロブロック及び次の所定数の動
    き検出探索範囲の切り出して同様の動き検出処理及び一
    連の符号化処理を行うように構成されていることを特徴
    とする動き補償動画像符号化装置。
  5. 【請求項5】 所定数のマクロブロックについて符号化
    処理が終了した際に、次の所定数のマクロブロック及び
    次の所定数の動き検出探索範囲の切り出しを指示する手
    段をさらに備えたことを特徴とする請求項4に記載の装
    置。
  6. 【請求項6】 前記所定数のマクロブロックが、1つの
    マクロブロックであることを特徴とする請求項4又は5
    に記載の装置。
  7. 【請求項7】 前記動き検出処理及び一連の符号化処理
    を行う手段が、動き検出処理、動き予測誤差マクロブロ
    ック生成処理、DCT処理、量子化処理、逆量子化処
    理、逆DCT処理及び可変長コード生成処理を行う手段
    を含んでいることを特徴とする請求項4から6のいずれ
    か1項に記載の装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN103281527A (zh) * 2010-04-15 2013-09-04 华为技术有限公司 图像编解码方法及相关装置

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