JP3324551B2 - 画像信号の符号化制御装置 - Google Patents
画像信号の符号化制御装置Info
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Description
制御装置に関する。特に、ハードウェアが小規模で、最
適な効率で符号量割り当てを行い、画質劣化を抑える画
像信号の符号化制御装置に属する。
圧縮による画質劣化を抑えて効率的な符号化を行うた
め、目標とするビットレートと過去のフレームの複雑度
から演算した量子化パラメータ(以下Qパラメータ)に
補正を行っている。
の一例における符号化制御部のブロック図を示す。図6
において、初期値演算部31、MBラインQパラメータ
演算部32、アクティビティ補正計算部34では、MB
ラインQパラメータ演算部32から出力されるMBライ
ン単位のQパラメータ値、アクティビティ計算部33か
ら出力されるマクロブロック単位のアクティビティ値、
及び平均値計算部35から出力されるアクティビティ平
均値を使い、マクロブロック単位のQパラメータへの補
正計算処理を行って出力する。
eg.org/~tristan/MPEG/MSSG/tm5/Ch10/Ch10.html"に記
載されている、MPEG2 TEST MODEL5
(テストモデル5)によれば、MBライン単位のQパラ
メータ値をQj、マクロブロック単位のアクティビティを
actj、アクティビティ平均をavg_act、補正計算される
マクロブロックのQパラメータをmqjとすると、
術には以下に掲げる問題点があった。
ある程度の効率で符号量割り当てを行って画質劣化を抑
えているが、万全ではない。例えば、画面のほとんどの
部分が細かい絵柄で、一部が微妙な変化を持った平坦な
絵柄の場合、平坦部分のQパラメータ値が小さくなるに
は限界があり、さらに小さくしたいときに対応できな
い。また逆に画面の一部だけが細かい絵柄という場合
に、細かい部分のQパラメータは大きくする必要がない
のに、ある比率で大きくしてしまい、結果的に画質が劣
化してしまう可能性がある。
クロブロックのアクティビティと、その平均値が定まる
と、MBライン単位のQパラメータに一定の割合で補正
されてしまい、MBライン単位のQパラメータの大きさ
に応じた非線型な処理ができないためである。
しまうことである。その理由は、前述の式に示したとお
り、補正計算を行うには除算のようなハードウェア規模
の大きい演算回路が必要になるからである。
のであり、その目的とするところは、ハードウェアが小
規模で済み、最適な効率で符号量割り当てを行い、画質
劣化の少ない復号画像が得られる画像信号の符号化制御
装置を提供する点にある。
すべく、以下に掲げる構成とした。請求項1記載の発明
の要旨は、量子化パラメータ初期値演算部と、マクロブ
ロックライン量子化パラメータ演算部と、マクロブロッ
クのアクティビティ計算部と、アクティビティ平均値計
算部と、複雑度演算部とを備える画像信号の符号化制御
装置であって、アクティビティ計算部とアクティビティ
平均値計算部とから出力されるアクティビティとアクテ
ィビティ平均値とに基づき、マクロブロックを予め設定
したクラスに分類してクラス情報を出力するクラス分け
部と、クラス情報に従って、クラスの特性に対応するテ
ーブル情報が書き込まれた変換テーブルを選択して参照
し、マクロブロックライン量子化パラメータ演算部から
出力されるマクロブロックライン量子化パラメータを、
マクロブロック毎の量子化パラメータに変換する変換テ
ーブル部とを備えることを特徴とする。また、クラス分
け部は、予め設定される倍率を前記アクティビティ平均
値に乗じて、複数のしきい値を設定するしきい値設定手
段と、前記しきい値と前記アクティビティとを比較する
手段とを備える。請求項3記載の発明の要旨は、請求項
1又は2記載の符号化制御装置を備える符号化装置に存
する。請求項4記載の発明の要旨は、請求項3記載の符
号化装置を用いる画像記録装置に存する。請求項5記載
の発明の要旨は、請求項3記載の符号化装置を用いる画
像データ伝送装置に存する。請求項6記載の発明の要旨
は、量子化パラメータ初期値演算部と、マクロブロック
ライン量子化パラメータ演算部と、マクロブロックのア
クティビティ計算部と、アクティビティ平均値計算部
と、複雑度演算部とを備える画像信号の符号化制御装置
における量子化パラメータの補正方法であって、しきい
値を定める倍率を設定し、アクティビティ平均値計算部
から出力されるアクティビティ平均値に、倍率を乗じて
複数のしきい値を設定し、アクティビティ計算部から出
力されるアクティビティとしきい値とを比較して、マク
ロブロックをクラスに分類し、クラスの特性に対応する
テーブル情報が書き込まれた変換テーブルを用いて、マ
クロブロックライン量子化パラメータを、マクロブロッ
ク毎の量子化パラメータに変換することを特徴とする。
請求項7記載の発明の要旨は、請求項6記載の量子化パ
ラメータの補正方法を用いる符号化方法に存する。請求
項8記載の発明の要旨は、請求項6記載の量子化パラメ
ータの補正方法又は請求項7記載の符号化方法を実行可
能なプログラムが記憶された記録媒体に存する。
信号を圧縮符号化する際に、目標となるビットレートの
範囲内で効率の良い符号量割り当てを行い、画質劣化の
少ない復号画像を得るものである。
置の一実施の形態を示すブロック図、図2は、本発明の
画像信号の符号化制御装置の一実施の形態における構成
例を示す符号化装置のブロック図である。図1の符号化
制御装置は、図2に示す画像信号の符号化装置の符号化
制御部1に適用されるものである。図5は、本発明の画
像信号の符号化制御装置の一実施の形態における変換テ
ーブルの一例を示す説明図である。
2の量子化部5によって、符号化制御部1で求められた
量子化パラメータ(以下、Qパラメータと略す)を使っ
て量子化を行うが、そのQパラメータによって割り当て
符号量が決まる。たとえば、Qパラメータ値が大きいと
きは、粗い量子化が行われて発生符号量は少なくなる
が、細かい絵柄等の情報量が多い画像で画質が劣化する
可能性がある。また逆に、Qパラメータ値が小さいとき
は、細かい量子化が行われ発生符号量は多くなるが、細
かい絵柄等の情報量が多い画像でも画質劣化は少ない。
したがって、効率の良い符号量割り当てが行われれば、
圧縮符号化による画質劣化は最小限に抑えることがで
き、符号化制御部1の構成、動作が画質を大きく左右す
ると言える。
算部21、及びマクロブロックライン(以下MBライン
と略す)Qパラメータ演算部22でMBライン単位のQ
パラメータを求める。それと並行して、アクティビティ
計算部23、平均値計算部25で各マクロブロックのア
クティビティ、及び1画面全体のアクティビティ平均値
を求める。そして、クラス分け部24で、各マクロブロ
ックを、あらかじめ設定した複数のクラスのいずれかに
分類し、変換テーブル部26ではクラス分けされた結果
に基づいて、MBライン単位のQパラメータをマクロブ
ロック単位のQパラメータに変換する。図5がその変換
テーブル例であり、クラス毎に図5のG0〜G4のいず
れかのグラフを使って変換を行う。図5に示すように、
MBラインのQパラメータが小さいときはクラスの差は
少ないが、MBラインのQパラメータが大きいときは、
クラスによってQパラメータの値が大きく変わってい
る。そのため、入力される画像データの情報量が大きい
ときや、目標ビットレートが低い場合にQパラメータの
変換が行われることになり、特に画面全体のほとんどが
細かい絵柄であり、一部が微妙な変化を持った平坦な絵
柄という場合に平坦部の画質劣化を抑えることができ
る。
び動作を図面に基づいて詳細に説明する。
符号化制御部1、減算部2、及び動き検出部3に接続さ
れている。減算部2は入力画像データと、動き補償部6
から出力される1フレーム前のデータとの間の差分信号
を生成し、DCT部4に出力する。DCT部4は、離散
コサイン変換処理を行い、画像の差分データを周波数成
分に変換して変換係数データを出力する。DCT部4の
出力は量子化部5に接続されている。
れるQパラメータを用いて、変換係数データを量子化
し、量子化データを可変長符号化部9及び逆量子化部1
0に出力する。
ン符号等を用いて可変長符号化し、符号化制御部1から
供給されるQパラメータとともに、あらかじめ規定され
たフォーマットに変換して、圧縮データとして出力す
る。また、可変長符号化部9で符号化されたデータは、
符号量計測部8に出力される。符号量計測部8では、量
子化データを可変長符号化した際に発生する符号量を計
測し、発生符号量情報信号を、符号化制御部1に送って
いる。
逆量子化し、変換係数データに戻す処理を行っている。
ただし、量子化部5での量子化処理によって失われる成
分があるので、逆量子化処理によって戻される変換係数
データは、DCT部4の出力とまったく同じ変換係数デ
ータに戻るわけではない。その失われる成分は、量子化
誤差と呼ばれ、これが画質の劣化となる。逆量子化部1
0の出力は、IDCT部11に入力され、離散コサイン
逆変換が行われる。IDCT部11の出力は、加算部1
2に入力されて、動き補償部6から出力される1フレー
ム前のデータと加算処理が行われ、画像信号に戻され
る。
でおり、復号側と同じ画質の画像データであることから
局部復号データと呼ばれる。加算部から出力される局部
復号データは、フレーム遅延部7に入力され、1フレー
ム遅延が行われる。1フレーム遅延された局部復号デー
タは、動き補償部6に入力される。
れる動きベクトル等の動き情報を使い、入力画像データ
で動きのある部分の位置に、局部復号データの位置を一
致させる処理を行う。これは、減算部2において、動き
がある部分でも大きな差分データが出ないようにするた
めに行っている。動き補償部6から出力されるデータ
は、減算部2及び加算部12に入力される。また、動き
検出部3は、入力画像データを蓄積し、それぞれの画面
で動きの大きさ、方向等を検出して動きベクトルとして
動き補償部6に動き情報を送っている。
タ、符号量計測部8から出力される発生符号量情報信
号、目標となるビットレート情報から最適なQパラメー
タを求め、Qパラメータ信号を量子化部5、可変長符号
化部9、及び逆量子化部10に供給している。
ついて、以下、図1を用いて説明する。
ットレートは初期値演算部21に入力される。また、初
期値演算部21には、複雑度演算部27から出力される
複雑度信号も入力される。
複雑度を用いて、目標ビットレートを達成する初期Qパ
ラメータを計算する。たとえば、複雑度がQパラメータ
と発生符号量の積で表されるとすると、初期Qパラメー
タは入力される複雑度を、目標ビットレートをフレーム
当たりに換算したもので割れば初期Qパラメータが求め
られる。初期値演算部21から出力される初期Qパラメ
ータは、MBラインQパラメータ演算部22に入力され
る。
初期Qパラメータが過去のフレームの複雑度を用いて求
められているため、実際の発生符号量を使ってQパラメ
ータの補正をMBライン単位に行う。たとえば、実際の
発生符号量が目標ビットレートより多い場合はQパラメ
ータ値を大きくし、逆に実際の発生符号量が目標ビット
レートより少ない場合はQパラメータ値を小さくする処
理を行う。ここで、実際の発生符号量は、図2の符号量
計測部8で求められた発生符号量情報信号を使う。
置の一実施の形態におけるマクロブロック及びマクロブ
ロックラインの説明図である。MBラインは図3に示す
ような領域である。すなわち、図3において、複数のD
CTブロックから構成されるマクロブロック103があ
り、そのマクロブロック103を水平方向に画面の左端
から右端までひとまとめにしたものを、マクロブロック
ライン(MBライン)102と呼んでいる。また、MB
ラインは、フレーム101の上から下までの複数で構成
されている。
部22から出力されるMBライン単位のQパラメータ
は、変換テーブル部26、及び複雑度演算部27に入力
される。
ティ計算部23に入力される。アクティビティ計算部2
3では、画像の細かさ、あるいは平坦さの指標となるパ
ラメータをマクロブロック単位に計算する。たとえば、
各DCTブロック内の分散値を求め、それをマクロブロ
ック内で最小値を求め、その値をそのマクロブロックの
アクティビティとすることで、そのマクロブロックの平
坦さの指標となるパラメータを求めることができる。ア
クティビティ計算部23で求められたアクティビティ
は、クラス分け部24及び平均値計算部25に入力され
る。
アクティビティ平均値を計算し、アクティビティ平均を
クラス分け部24に入力する。クラス分け部24では、
マクロブロック毎のアクティビティと、1フレーム全体
のアクティビティ平均を使って各マクロブロックをあら
かじめ設定したクラスに分類する処理を行う。
置の一実施の形態におけるクラス分けの説明図であっ
て、5つのクラスに分類するときの一例を示したもので
ある。図4では、アクティビティ平均値の、2/5倍、
4/5倍、6/5倍、8/5倍の値をそれぞれしきい値
TH1、TH2、TH3、TH4とし、各マクロブロッ
クのアクティビティ値によってクラスC0〜C4に分類
する例を示している。たとえば、マクロブロックのアク
ティビティ値が0〜TH1の範囲にあるときは、そのマ
クロブロックはクラスC0とする。同様に、マクロブロ
ックのアクティビティ値が、TH1〜TH2の範囲のと
き、TH2〜TH3の範囲のとき、TH3〜TH4の範
囲のとき、TH4以上の範囲のときは、それぞれクラス
C1、C2、C3、C4とする。このようにクラス分け
されたクラス情報は、図1の変換テーブル部26に入力
される。
メータ演算部22から出力されるMBライン毎のQパラ
メータを、クラス分け部24から出力されるマクロブロ
ック毎のクラス情報にしたがって、マクロブロック毎の
Qパラメータに変換するテーブルを持っており、変換し
たQパラメータを図2の量子化部5、可変長符号化部
9、逆量子化部10の各部に出力する。
置の一実施の形態における変換テーブルの一例を示す説
明図である。図5で横軸が変換前のMBライン毎のQパ
ラメータ、縦軸が変換後のマクロブロック毎のQパラメ
ータを表している。マクロブロックのクラスにしたが
い、たとえばクラスC0の場合はG0の特性のグラフを
使って変換を行い、同様にクラスC1、C2、C3、C
4のとき、グラフG1、G2、G3、G4を使って変換
を行う。
インQパラメータ演算部22から出力されるMBライン
毎のQパラメータと、発生符号量を使い、たとえば両者
の積を計算することで複雑度とし、過去の複雑度を新た
に計算した複雑度に更新して、初期値演算部21に出力
する。
装置は上記の如く構成されているので、以下に掲げる効
果を奏する。
行うことができ、画質劣化の少ない圧縮符号化を行うこ
とができる点である。特に、画面のほとんどの部分が細
かい絵柄で、一部が微妙な変化を持った平坦な絵柄の場
合、細かい部分に符号を多く割り当て過ぎて、平坦部分
が劣化するというようなことがなく、また逆に画面の一
部だけが細かい絵柄という場合に、細かい部分が劣化す
るということがない。
タの変換テーブルによってMBライン単位のQパラメー
タの大きさにしたがって変換の度合いを変えているた
め、画面全体の情報量が大きいときは変換の度合いが大
きくなり、ほとんどの部分が細かい絵柄で一部が平坦な
場合は平坦部分の画質改善効果が大きく、また逆に画面
全体の情報量が小さいときは変換の度合いが非常に小さ
くなり、ほとんどの部分が平坦な絵柄で一部が細かい場
合は細かい部分の画質劣化を小さくできるからである。
変換の度合いは、変換テーブルの中味を変更するだけで
どのようにも柔軟に対応できる点でもメリットもある。
である。
タを、マクロブロック単位のQパラメータに変換する際
に、しきい値計算と大小比較によるクラス分けと、クラ
ス分けにしたがった変換テーブル選択という、いずれも
簡単な回路で構成できるからである。
すような、フレーム間差分とDCT(離散コサイン変
換)を組み合わせた符号化装置に適用しているが、本発
明はそれに限定されず、本発明を適用する上で好適な符
号化装置に適用することができる。例えば、フィールド
間差分やアダマール変換等の他の直交変換を用いた方式
や、差分を用いず直交変換を行って処理するフレーム内
符号化装置やフィールド内符号化装置にも適用可能であ
る。
ック内の分散値を計算し、マクロブロック内の最小値を
求めている例を記したが、マクロブロック内の画像の細
かさ、または平坦さを表す指標となるパラメータであれ
ば代用可能であり、例えばマクロブロック内の分散値を
アクティビティにしたり、あるいは一旦DCTを行って
その交流成分の絶対値平均や二乗平均を用いる方法でも
よい。
ったが、クラス数に合わせた変換テーブルを準備すれ
ば、さらに多くのクラス、または少ないクラスに分類し
てもよい。
ティビティ平均値を指標とし、アクティビティ平均値の
2/5倍、4/5倍、6/5倍、8/5倍をしきい値と
したが、たとえばアクティビティ平均値の1/5倍、4
/5倍、6/5倍、9/5倍のようにしきい値の比率を
変えてクラス分類をしてもよい。またアクティビティ平
均値以外の適当なパラメータや値を指標としたり、倍率
以外の他の演算方法でしきい値を定め、クラス分けを行
ってもよい。
上記実施の形態に限定されず、本発明を実施する上で好
適な数、位置、方式等にすることができる。
一符号を付している。
で、以下に掲げる効果を奏する。量子化パラメータ初期
値演算部と、マクロブロックライン量子化パラメータ演
算部と、マクロブロックのアクティビティ計算部と、ア
クティビティ平均値計算部と、複雑度演算部とを備える
画像信号の符号化制御装置において、しきい値を定める
倍率を設定し、アクティビティ平均値に、倍率を乗じて
複数のしきい値を設定し、アクティビティ計算部から出
力されるアクティビティとしきい値とを比較して、マク
ロブロックをクラスに分類し、クラスの特性に対応する
テーブル情報が書き込まれた変換テーブルを用いて、マ
クロブロックライン量子化パラメータを、マクロブロッ
ク毎の量子化パラメータに変換するようにした。そのた
め、ハードウェアが小規模で済み、最適な効率で符号量
割り当てが可能となり、画質劣化の少ない復号画像が得
られる。
形態を示すブロック図である。
形態における構成例を示す符号化装置のブロック図であ
る。
形態におけるマクロブロック及びマクロブロックライン
の説明図である。
形態におけるクラス分けの説明図である。
形態における変換テーブルの一例を示す説明図である。
る符号化制御部のブロック図である。
Claims (8)
- 【請求項1】 マクロブロックライン量子化パラメータ
演算部と、マクロブロックのアクティビティ計算部と、
アクティビティ平均値計算部とを備える画像信号の符号
化制御装置であって、 前記アクティビティ計算部と前記アクティビティ平均値
計算部とから出力されるアクティビティとアクティビテ
ィ平均値とに基づき、前記マクロブロックを予め設定し
たクラスに分類してクラス情報を出力するクラス分け部
と、 前記クラス情報に従って、前記クラスの特性に対応する
テーブル情報が書き込まれた変換テーブルを選択して参
照し、前記マクロブロックライン量子化パラメータ演算
部から出力されるマクロブロックライン量子化パラメー
タを、前記マクロブロック毎の量子化パラメータに変換
する変換テーブル部とを備えることを特徴とする画像信
号の符号化制御装置。 - 【請求項2】 前記クラス分け部は、予め設定される倍
率を前記アクティビティ平均値に乗じて、複数のしきい
値を設定するしきい値設定手段と、前記しきい値と前記
アクティビティとを比較する手段とを備えることを特徴
とする請求項1記載の画像信号の符号化制御装置。 - 【請求項3】 請求項1又は2記載の符号化制御装置を
備える画像信号の符号化装置。 - 【請求項4】 請求項3記載の符号化装置を用いる画像
記録装置。 - 【請求項5】 請求項3記載の符号化装置を用いる画像
データ伝送装置。 - 【請求項6】 マクロブロックライン量子化パラメータ
演算部と、マクロブロックのアクティビティ計算部と、
アクティビティ平均値計算部とを備える画像信号の符号
化制御装置における量子化パラメータの補正方法であっ
て、 しきい値を定める倍率を設定し、 前記アクティビティ平均値計算部から出力されるアクテ
ィビティ平均値に、前記倍率を乗じて複数のしきい値を
設定し、 前記アクティビティ計算部から出力されるアクティビテ
ィと前記しきい値とを比較して、前記マクロブロックを
クラスに分類し、 前記クラスの特性に対応するテーブル情報が書き込まれ
た変換テーブルを用いて、前記マクロブロックライン量
子化パラメータ演算部から出力されるマクロブロックラ
イン量子化パラメータを、前記マクロブロック毎の量子
化パラメータに変換することを特徴とする量子化パラメ
ータの補正方法。 - 【請求項7】 請求項6記載の量子化パラメータの補正
方法を用いる符号化方法。 - 【請求項8】 請求項6記載の量子化パラメータの補正
方法又は請求項7記載の符号化方法を実行可能なプログ
ラムが記憶された記録媒体。
Priority Applications (1)
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JP7450899A Expired - Lifetime JP3324551B2 (ja) | 1999-03-18 | 1999-03-18 | 画像信号の符号化制御装置 |
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