KR0165234B1 - Method and apparatus for compressing image signal data - Google Patents
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Abstract
이 발명은 데이타 압축방법 및 장치에 관한 것으로서, 종래 부호화시에 영상신호의 상관도가 높은 경우에만 유용한 DCT를 사용하고 복호화시에 IDCT를 사용함으로써 영상신호 대역압축을 효율적으로 실행할 수 없던 점을 감안하여 영상신호 부호화시 한 개 이상의 다수의 변환을 사용하여 최적의 부호화 효율을 갖는 변환을 PCM 신호와 DPCM 신호와의 에너지 분포에 의해 선택하게 함으로써 데이타 압축의 효율을 향상시킨 것이다.The present invention relates to a data compression method and apparatus, and it is possible to efficiently perform video signal bandwidth compression by using DCT, which is useful only when video signal has high correlation in encoding, and IDCT when decoding. Therefore, the efficiency of data compression is improved by using one or more transforms for encoding an image signal so as to select a transform having an optimal encoding efficiency by the energy distribution between the PCM signal and the DPCM signal.
Description
제1도는 종래의 영상신호 데이타 압축장치의 회로도.1 is a circuit diagram of a conventional video signal data compression apparatus.
제2도는 이 발명에 따른 영상신호 데이타 압축장치의 회로도이다.2 is a circuit diagram of a video signal data compression apparatus according to the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
10 : 이산 여현변환부 20 : 양자화부10: discrete cosine transform unit 20: quantization unit
30 : 역양자화부 40 : 역이산 여현변환부30: inverse quantization unit 40: inverse discrete cosine transform unit
50 : 프레임 딜레이 60 : 움직임 추정부50: frame delay 60: motion estimation unit
70 : 움직임 보상부 80 : 가변길이 부호화부70: motion compensation unit 80: variable length encoder
90 : 송신버퍼 100 : 에너지검출부90: transmission buffer 100: energy detection unit
200 : 변환부 210 : 변환수행부200: converter 210: converter
300 : 역변환부 310 : 역변환수행부300: inverse transform unit 310: inverse transform performing unit
TSW1 : 변환스위치 ITSW1 : 역변환스위치TSW1: Conversion Switch ITSW1: Invert Conversion Switch
ADD1,ADD2 : 가산기ADD1, ADD2: Adder
이 발명의 데이타 압축장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 영상신호이 부호화 효율을 향상시키기 위한 영상 데이타 압축방법 및 그 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a data compression apparatus of the present invention, and more particularly, to a video data compression method and apparatus for improving encoding efficiency of a video signal.
일반적으로, 현재 사용되고 있는 텔레비젼이 갖는 여러 가지 제한을 극복하기 위하여 고화질 (High Definition : 이하 HD라 함) TV가 대두되고 있으며, 국제 무선통신자분위원회(CCIR)에서 이러한 HD TV가 갖춰야할 기본 사항으로 제시하고 있는 사항은 다음과 같다.In general, high definition (HD) TVs are emerging to overcome various limitations of currently used TVs, and these are the basic requirements for such HD TVs in the CCIR. The following items are suggested.
ⅰ)수평 및 수직해상도가 기존TV에 비해 최소한 2배이상.Ⅰ) Horizontal and vertical resolutions are at least twice as high as existing TV.
ⅱ)기존 TV보다 더 넓은 화면의 종횡비(Aspect Ratio).Ii) Aspect Ratio of wider screen than conventional TV.
ⅲ)CD(Compact Disc)수준의 양질의 음성재생.Ⅲ) High quality audio playback of CD (Compact Disc) level.
ⅳ)색해상도에 대한 개선.Vi) Improvements in color resolution.
즉, 상기 4가지 조건을 만족해야 한다고 정하고 있다. 그러나 상기의 조건을 만족하기 위해서는 약 20MHz의 대역폭이 필요하나 이와 같은 신호대역은 현재 TV의 6MHz채널 대역으로는 전송하기가 어렵다.That is, it is determined that the above four conditions must be satisfied. However, in order to satisfy the above condition, a bandwidth of about 20 MHz is required, but such a signal band is difficult to transmit in the 6 MHz channel band of the current TV.
그러므로 이와 같은 문제를 극복하기 위하여 고능률 대역 압축기법이 필요하다. 따라서 HDTV 신호처리에는 기존의 TV에서와는 다른 디지털 신호처리가 필수적이고, 디지털 움직임 영상(Digital Motion Picture)을 위한 대역 압축기법들일 사용된다.Therefore, a high efficiency band compressor method is needed to overcome this problem. Therefore, HDTV signal processing requires digital signal processing different from that of conventional TVs, and band compression methods for digital motion pictures are used.
즉, 제1도는 종래의 데이타 압축장치를 나타낸 회로도로서, 역양자화(inverse Quantization)부(30), 역이산 여현변환(inverse Discrete Cosine Transform: 이하 IDCT라 함.)부(40), 프레임 딜레이부(50)를 통하여 움직임 추정부(60)에서 움직임벡터(Motion Vector)를 추정한 다음, 현재 프레임 신호와 움직임 벡터만큼 이전된 이전 프레임 신호와의 차이를 움직임 보상부(70)에서 보상한후, 부호화하여 전송한다. 즉 움직임을 보정하여 부호화하는 방식에서는 움직임 예측 및 차분 PCM은 중요한 부분을 차지한다.1 is a circuit diagram showing a conventional data compression apparatus. An inverse quantization unit 30, an inverse discrete cosine transform (IDCT) unit 40, and a frame delay unit are shown in FIG. After estimating the motion vector in the motion estimation unit 60 through 50, the motion compensator 70 compensates for the difference between the current frame signal and the previous frame signal transferred by the motion vector. Encode and send. That is, the motion prediction and the differential PCM occupy an important part in the method of correcting and encoding the motion.
한편, 펄스부호변조(Pulse Code Modulation; 이하, PCM이라 한다.)는 펄스변조방식의 일종으로서, 신호파의 진폭을 2진수로 변환하고, 그 2진수를 펄스열로 나타내는 변조방식으로서, 정지영상이 가지고 있는 공간영역에서의 중복성을 효율적으로 줄이기 위해, 전송할 신호를 필요한 만큼의 데이타까지 줄이기 위한 일환으로 이산여현변환(DCT; Discrete Cosine Transform)방식을 사용한다.Pulse Code Modulation (PCM) is a type of pulse modulation that converts the amplitude of a signal wave into a binary number and represents the binary number in a pulse train. In order to effectively reduce the redundancy in the spatial domain, Discrete Cosine Transform (DCT) is used to reduce the amount of data to be transmitted.
그러나, 이와 같은 변환방식은 공간영역에서의 신호보다 변환영역에서의 에너지 집중효율이 높다. 그러므로, PCM방식에서 DCT 변환방식을 이용할 경우, 영상신호의 상관도에 따라 높은 압축비를 구현할 수 있다. 그러나, DRCM 방식에서도 DCT변환방식을 이용할 경우, 프레임간 차이를 구하는 과정에서 시간방향의 중복성 뿐만 아니라, 공간영역에서의 중복성도 감소시키게 되므로 영상대역압축을 효율적으로 실행할 수 없다.However, this conversion method has higher energy concentration efficiency in the conversion area than the signal in the spatial area. Therefore, when the DCT conversion method is used in the PCM method, a high compression ratio can be realized according to the correlation of the video signal. However, in the DRCM scheme, when the DCT transform scheme is used, the image bandwidth compression cannot be efficiently performed because the redundancy in the spatial domain is reduced as well as the temporal redundancy in the process of obtaining the difference between the frames.
이 발명의 목적은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, PCM방식으로 변조할 제1영상신호는 이산여현변환을 시키고, DPCM 방식으로 변조할 제2영상신호는 이산정현변환을 시키고, 상기 제 1 및 제2영상신호의 에너지 분포를 검출하여, 상기 검출된 에너지 분포에 따라, 상기 변환된 영상신호 중의 하나를 선택하여 양자화시키는 영상신호 데이타 압축방법 및 장치를 제공하는 것이다.An object of the present invention is to solve the above problems, the first video signal to be modulated by the PCM method is subjected to discrete cosine transform, the second video signal to be modulated by the DPCM method is discrete sinusoidal conversion, the first and The present invention provides a video signal data compression method and apparatus for detecting an energy distribution of a second video signal and selecting and quantizing one of the converted video signals according to the detected energy distribution.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 영상데이타 압축방법은Image data compression method of the present invention for achieving this object is
(a)입력된 제1영상신호와, 상기 제 1영상신호와 움직임벡터에 따른 프레임간 의 보상 영상신호의 차에 해당되는 제2영상신호의 에너지 분포를 검출하는 과정;(a) detecting an energy distribution of an input first video signal and a second video signal corresponding to a difference between a compensation video signal between frames according to the first video signal and a motion vector;
(b)상기 제1영상신호와 상기 제2영상신호를 각각 다른 방식으로 변환시키는 과정;(b) converting the first video signal and the second video signal in different ways;
(c)상기 움직임벡터를 산출하기 위한 일환으로, 양자화된 이전 프레임의 영상신호를 역양자화시키고, 역양자화된 영상신호를 역변환시키는 과정; 및 (a)에서 검출된 에너지 분포에 따라, 상기 (b) 및 (c)과정에서 변환 및 역변환된 영상신호를 선택하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.(c) inversely quantizing a video signal of a quantized previous frame and inversely transforming a dequantized video signal as part of calculating the motion vector; And selecting the image signal converted and inversely converted in the steps (b) and (c) according to the energy distribution detected in (a).
또한, 본 발명에 따른 데이타 압축장치는, 입력되는 제1영상신호와, 상기 제1영상신호와 움직임벡터에 따른 프레임간의 보상영상신호의 차에 해당되는 제2영상신호의 에너지 분포를 검출하는 에너지 검출부(100)와, 상기 제1영상신호 및 제2영상신호를 각각 다른 방식으로 변환시키고, 상기 에너지 검출부(100)의 출력에 의해, 상기 변환된 영상신호 중에서 1개를 선택하여 출력하는 영상신호변환부; 상기 변환된 영상신호를 양자화부; 움직임 벡터를 산출하기 위한 일환으로, 이전 프레임의 영상신호를 역양자화 시키는 역양자화부; 상기 역양자화된 영상신호를 각각 역변환시키고, 상기 에너지 검출부의 출력에 의해, 상기 역변환된 영상신호 중에서 1개를 선택하여 출력하는 영상신호역변환부를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the data compression apparatus according to the present invention, the energy for detecting the energy distribution of the first video signal input and the second video signal corresponding to the difference between the compensation video signal between the frame according to the first video signal and the motion vector A video signal which converts the detection unit 100 and the first video signal and the second video signal in different ways, and selects and outputs one of the converted video signals by the output of the energy detection unit 100. A conversion unit; A quantization unit of the converted video signal; In order to calculate a motion vector, an inverse quantization unit for inverse quantization of the video signal of the previous frame; And inversely converting the inversely quantized video signals, and outputting one of the inversely converted video signals by an output of the energy detector.
이하, 이 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
제2도는 이 발명에 따른 영상신호 데이타 압축장치의 회로도를 나타낸 것으로서, 입력된 제1영상신호와, 움직임벡터에 따라 프레임간의 영상신호 차이를 보상한 보상영상신호를 가산하는 가산기(ADD1)에 에너지 검출부(100) 및 영상신호 변환부(200)를 연결시킨다.2 is a circuit diagram of a video signal data compression apparatus according to the present invention, wherein an energy is added to an adder ADD1 that adds an input first video signal and a compensation video signal that compensates for a difference in video signals between frames according to a motion vector. The detector 100 and the image signal converter 200 are connected to each other.
상기 에너지검출부(100)는 입력된 제1영상신호와, 움직임벡터에 따른 프레임간의 보상영상신호와 입력영상신호를 가산시킨 상기 가산기(ADD1)의 출력신호(이하 제2영상신호)의 에너지 분포를 검출한다.The energy detector 100 calculates an energy distribution of an output signal (hereinafter referred to as a second image signal) of the adder ADD1 to which an input first image signal, a compensation image signal between frames according to a motion vector, and an input image signal are added. Detect.
상기 변환부(200)는 상기 에너지 검출부(100)의 에너지 검출출력에 따라, 부호화를 위한 다수의 변환중 최적의 효율을 얻을 수 있는 변환이 선택되어 수행되며, 이 변환부(200)는 변환수행부(210)와 변환 스위치(TSW1)로 구성된다.The transform unit 200 selects and performs a transform for obtaining an optimum efficiency among a plurality of transforms for encoding according to the energy detection output of the energy detector 100, and the transform unit 200 performs a transform operation. The unit 210 includes a conversion switch TSW1.
상기 변환수행부(210)는 다수의 변환중 상기 에너지검출부(100)의 에너지 검출에 대응하는 변환이 수행되며, 상기 변환스위치(TSW1)는 상기 변환수행부(210)의 다수의 변환중 에너지검출부(100)의 에너지 검출출력에 대응하는 변환이 선택되도록 스위칭된다.The conversion performing unit 210 performs a conversion corresponding to the energy detection of the energy detection unit 100 among a plurality of conversions, and the conversion switch TSW1 is a plurality of conversion energy detection units of the conversion performing unit 210. The conversion corresponding to the energy detection output of 100 is switched to be selected.
한편, 상기 변환스위치(TSW1)에서는 양자화부(20)가 연결되고 상기 양자화부 (20)에는 양자화된 신호를 역양자화하는 역양자화부(30) 및 역양자화된 신호를 가변길이 부호화하는 가변길이 부호화데이타를 출력하는 가변길이 부호화부(80)를 연결시킨다.On the other hand, in the conversion switch TSW1, a quantization unit 20 is connected, and the quantization unit 20 has a variable length encoding for variable length encoding of the inverse quantization unit 30 for dequantizing the quantized signal and the dequantized signal. The variable length encoder 80 for outputting data is connected.
그리고, 상기 역양자화부(30)에는 상기 에너지 검출부(100)의 에너지 검출출력에 따라 복호화를 위하여, 다수의 변환중 상기 변환부(200)에서 부호화시에 선택된 변환과 연동되도록 역변환이 선택되어 수행되는 역변환부(300)를 연결시킨다.In addition, the inverse quantization unit 30 performs an inverse transform to be linked with a transform selected at the time of encoding by the transform unit 200 for decoding according to the energy detection output of the energy detector 100. The inverse transform unit 300 is connected.
상기 역변환부(300)는 다수의 역변환중 상기 변환수행부(210)의 변환에 연동되는 역변환이 수행되는 역변환수행부(310)와, 상기 역변환수행부(310)의 역변환이 선택되도록 상기 변환스위치(TSW1)의 스위칭에 연동되어 스위칭되어 복호신호를 출력하는 역변환스위치(ITSW1)로 구성된다.The inverse transform unit 300 converts the inverse transform of the inverse transform performing unit 310 and inverse transform of the inverse transform performing unit 310 to perform the inverse transform that is linked to the transform of the transform performing unit 210 among the plurality of inverse transforms. And an inverse conversion switch ITSW1 which is switched in conjunction with the switching of the TSW1 to output a decoded signal.
또한, 상기 역변환스위치(ITSW1)에는 복호신호와 움직임 보상부(70)로 부터의 보상영상신호를 가산하여 복호 재생신호를 출력하는 가산기(ADD2)를 연결시킨다.In addition, the inverse transform switch ITSW1 is connected to an adder ADD2 that adds a decoded signal and a compensation video signal from the motion compensator 70 to output a decoded reproduction signal.
그리고 상기 가산기(ADD2)에는 프레임 딜레이(50)를 연결시켜 상기 가산기(ADD2)로부터의 복호 재생신호를 일시적으로 저장하여 프레임 딜레이시키며, 상기 프레임 딜레이(50)에는 움직임 추정부(60) 및 움직임 보상부(70)를 연결시키며 이들은 종래의 것들과 동일하다.A frame delay 50 is connected to the adder ADD2 to temporarily store a decoded reproduction signal from the adder ADD2, and a frame delay is provided. The frame delay 50 includes a motion estimator 60 and a motion compensation. Connecting parts 70 which are the same as the conventional ones.
한편, 상기 가변길이 부호화부(80)에는 선입선출(Fritst In First out ; FIFO) 형 송신버퍼(90)를 연결시켜 속도 평활화된 엔코딩 데이타를 출력한다.On the other hand, the variable length encoder 80 is connected to a first-in-first-out (FIFO) type transmission buffer 90 to output speed smoothed encoding data.
상기와 같이 구성된 이 발명의 작용 및 효과는 다음과 같다.The operation and effects of the present invention configured as described above are as follows.
먼저 이 발명에서는 변환수행부(210) 및 역변환수행부(310)에서 수행되는 다수의 변환 및 역변환을 각각 XO, X1,........,Xn및 XO -1, X1 -1,....,Xn -1라 하며, DPCM방식에 의해 부호화할 영상은 Xo 변환 즉, 이산여현변화을 수행하고, DPCM 방식에 의해 부호화할 영상은 X1,........,Xn변환 즉, 이산정현변환을 수행한다.First, in the present invention, a plurality of transforms and inverse transforms performed by the transform performer 210 and the inverse transform performer 310 are X O , X 1 , ........, X n and X O -1 , respectively. X 1 -1 , ...., X n -1 , the image to be encoded by the DPCM method performs Xo transform, that is, the discrete cosine change, and the image to be encoded by the DPCM method is X 1 , .... ... ,, performs the X n transform, that is, the discrete sine transform.
따라서 에너지 분포를 검출하여, 최적의 압축효율을 얻을 수 있는 X1~ Xn의 변환중에 1개를 선택하여 테이타 압축을 행하도록 한다.Therefore, the energy distribution is detected, and data compression is performed by selecting one of the conversions of X 1 to X n which can obtain an optimum compression efficiency.
가산기(ADD1)에서는 움직임 보상부(70)로부터의 프레임간 보상영상신호와 제1영상신호가 가산되며, 가산기에서 출력된 제2영상신호는 변환수행부(210)로 인가하며, 이와 동시에 에너지 검출부(100)에서는 제1영상신호와 제2영상신호의 에너지 분포를 검출하여, 이에 따라 변환스위치(TSW1)를 제어한다. 예를 들어, XO변환으로는 이산여형변환방식을 사용하고, X1변환으로는 이산정현변환방식을 사용한다고 할 경우, 에너지 검출부(100)의 에너지 검출출력이 현재 프레임 신호와 이전 프레임신호와의 차이가 크다고 검출되면, 변환수행부(210)의 X0변환에 해당하는 DCT 방식로 변환된 영상신호가 선택되어 양자화되며, 현재 프레임 신호와 이전 프레임 신호와의 차이가 작다고 검출되면, 변환수행부(210)의 X1변환에 해당하는 DST 변환 방식으로 변환된 영상신호가 선택되어 양자화된다.In the adder ADD1, the interframe compensation image signal and the first image signal from the motion compensator 70 are added, and the second image signal output from the adder is applied to the conversion performing unit 210, and at the same time, the energy detector In operation 100, the energy distribution of the first video signal and the second video signal is detected, and the conversion switch TSW1 is controlled accordingly. For example, when the discrete filtering method is used as the XO transform, and the discrete sine transform method is used as the X 1 transform, the energy detection output of the energy detection unit 100 is the difference between the current frame signal and the previous frame signal. If it is detected that the difference is large, the image signal converted by the DCT method corresponding to the X 0 conversion of the transform execution unit 210 is selected and quantized, and if it is detected that the difference between the current frame signal and the previous frame signal is small, A video signal converted by the DST conversion method corresponding to X 1 conversion of 210 is selected and quantized.
그리고, 양자화된 영상신호는 가변길이 부호화부(80) 및 역양자화부(30)로 인가된다. 상기 역양자화부(30)로 인가된 신호는 에너지검출부(100)의 에너지 검출출력에 따라 변환수행부(210)의 변환이 선택되어 수행되는 것과 연동되어, 역변환스위치(ITSW1)가 스위칭되어 변환수행부(210)의 변환데 연동되는 역변환이 수행된다.The quantized video signal is applied to the variable length encoder 80 and the inverse quantizer 30. The signal applied to the inverse quantization unit 30 is linked to that the conversion of the conversion performing unit 210 is selected and performed according to the energy detection output of the energy detector 100, and the inverse conversion switch ITSW1 is switched to perform the conversion. An inverse transform that is linked to the transform of the unit 210 is performed.
즉, 상기 변환수행부(210)에서 XO변환이 선택되어 DCT 변환이 수행되었다고 하면 역변환수행부(310)에서도 XO -1변환이 선택되어 IDCT변환이 수행된다. 그리고 상기 역변환스위치(ITSW1)로부터의 복호신호는 가산기(ADD2)에서 프레임간 보상영상신호와 가산되어 복호 재생신호를 발생시켜 프레임 딜레이(50)에 인가되어 일시적으로 저장되어 프레임 딜레이된다.That is, X in the conversion unit 210OIf the transform is selected and the DCT transform is performed, the inverse transform execution unit 310 also XO -OneTransform is selected IDCT conversion is performed. The decoded signal from the inverse transform switch ITSW1 is added to the inter frame compensation video signal by the adder ADD2 to generate a decoded reproduction signal, and is applied to the frame delay 50 to be temporarily stored and frame delayed.
상기 프레임 딜레이된 신호는 움직임 추정부(60)에 인가되어 입력영상신호와 의 차이 즉, 이전 프레임 신호와 현재 프레임 신호와의 차이에 따른 움직임벡터가 추정되며, 이 추정된 움직임벡터에 따라 움직임 보상부(70)에서 프레임 딜레이(50)에서 프레임 딜레이된 영상신호를 보상하여 프레임간 보상영상신호로 출력하여 가산기(ADD1)에 인가한다. 이 인가된 신호는 다음 프레임의 영상신호와 가산되어 변환부(200)에 인가되어 에너지검출부(100)의 에너지 검출출력에 따라 선택되는 변환이 계속적으로 수행되게 된다.The frame delayed signal is applied to the motion estimation unit 60 to estimate a motion vector according to a difference between an input image signal, that is, a difference between a previous frame signal and a current frame signal, and compensate for the motion according to the estimated motion vector. The unit 70 compensates the video signal frame-delayed by the frame delay 50, outputs it as an inter-frame compensation video signal, and applies it to the adder ADD1. The applied signal is added to the image signal of the next frame and applied to the converter 200 so that a conversion selected according to the energy detection output of the energy detector 100 is continuously performed.
한편, 상기 가변길이 부호화부(80)에 인가된 양자화 신호는 가변길이 부호화되어 가변길이 부호화 데이타가 송신버퍼(90)로 출력되어 속도 평활화되어 엔코딩 데이타를 출력하게 된다.On the other hand, the quantized signal applied to the variable length encoder 80 is variable length coded, the variable length coded data is output to the transmission buffer 90, the speed is smoothed to output the encoded data.
상기에서 같이 이 발명은 에너지검출부(100)의 에너지 검출출력에 따라 부호화시 DCT 또는 DST 변환이 선택되도록 하고, 복호화시는 상기 부호화시에 연동되는 역변환 즉, IDCT 또는 IDST가 선택되게 하며 또한, 변환수행부(210)의 다수의 변환에는 DCT, DST 이외에도 경우에 따라서는 DFT(Discrete Fourier Transform)를 사용 할 수도 있게 된다.As described above, according to the present invention, the DCT or DST transform is selected at the time of encoding according to the energy detection output of the energy detector 100, and the inverse transform, i.e., IDCT or IDST, is selected at the time of encoding, and the transform is selected. In addition to DCT and DST, a plurality of transform units of the execution unit 210 may use a Discrete Fourier Transform (DFT) in some cases.
이상에서 살펴본 바와 같이, 종래에 부호화시 영상신호의 상관도에 상관없이 DCT를 사용하고 복호화시 IDCT를 사용했지만, 본 발명에서는 적어도 2개 이상의 영상신호변환을 수행하고, 입력되는 영상신호의 에너지 분포에 따라, 상기 변환된 영상신호를 선택하게 함으로써, 보다 향상된 데이타 압축효율을 얻을 수 있게한 효과가 있다.As described above, in the present invention, DCT is used regardless of the degree of correlation between video signals in encoding and IDCT is used in decoding. However, in the present invention, at least two video signal transformations are performed, and energy distribution of the input video signal is performed. Therefore, by selecting the converted video signal, it is possible to obtain a further improved data compression efficiency.
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1992
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