CN101132179B - 小波变换设备和方法、小波逆变换设备和方法 - Google Patents

Abstract

一种小波变换设备，用于以多个级别对图像信号进行小波变换，包括：第一缓存器，用于对于每个级别独立地存储以水平方向对图像信号进行分析滤波所产生的一部分系数；第二缓存器，用于对于每个级别独立地存储在以垂直方向对图像信号进行分析滤波的计算处理中所产生的一部分系数；垂直滤波单元，用于使用从第一和第二缓存器读出的系数执行垂直方向的分析滤波；和水平滤波单元，用于通过使用由垂直方向分析滤波产生的系数作为除最后级别之外的下一级别的水平方向分析滤波的输入，来执行水平方向的分析滤波。

Description

小波变换设备和方法、小波逆变换设备和方法

相关申请的交叉引用 

本发明包含与2006年7月14日向日本专利局所提交的日本专利申请JP2006-193670相关的主题，其整个内容被并入此作为引用。 

技术领域

本发明涉及一种小波变换设备和方法、小波逆变换设备和方法、程序及记录介质，尤其涉及支持通过与小容量的内部存储器交换数据来执行高速小波变换的小波变换设备和方法、小波逆变换设备和方法、程序及记录介质。 

背景技术

已知方法中代表性的图像压缩方法是已经由ISO(国际标准组织)标准化的JPEG(联合图像专家组)方法。已知在使用DCT(离散余弦变换)和占有(appropriate)相对大量的位(bit)的情况下，提供优质的编码图像和解码图像。然而，减少编码位超过一定水平就导致DCT的明显的块失真特征，并且可以主观地观察到劣化。 

另一方面，近年来，已经对其中图像由被称为滤波器组的滤波器分成多个带(子带)的方法进行了大量研究，其中将高通滤波器和低通滤波器组合，并对每个带执行编码。特别地，将小波变换编码视为可能代替DCT的新技术，因为它没有DCT所具有的问题，即高压缩率时显著的块失真。 

JPEG2000的国际标准在2001年1月完成。JPEG2000组合了小波变换和高效熵编码(基于位面的位建模和算术编码：bit-planebased bit modeling and arithmetic encoding)，并在编码效率方面相 对于JPEG实现了显著提高。 

小波变换使用这样的技术，其中基本上，图像数据作为输入，对输入进行水平方向滤波和垂直方向滤波，其中低频带分量(low bandcomponent)被分级地划分。这时，需要以高的频率执行向和从存储器读和写数据，诸如读出图像数据、写入滤波所产生的频率系数(frequency coefficient)、再次读出频率系数等等。 

由于图像信号具有大的数据量，因此人们已经认识到需要一种用于高速地执行小波变换的技术。而且，已经提出了大量用于外部地将频率系数写入存储器已经再次读入它们的技术(见日本未审专利申请公开No.10-283342)。 

发明内容

然而，由于数据在外部存储器和小波变换单元之间交换，因此其中频率系数被写出至外部存储器和再次读入的技术存在着不能获得充足带宽的问题，所以难以高速地执行小波变换。 

而且，提高时钟(运行频率)在提高外部存储器和小波变换单元之间数据速度时是有效的，但是单纯增加时钟不仅导致能耗增加的问题，而且这难以由诸如FPGA(现场可编程门阵列)和PLD(可编程逻辑设备)的硬件来处理。 

人们已经认识到需要能够在不需要外部存储器的情况下实现高速小波变换。 

根据本发明一个实施例的小波变换设备，用于以多个级别对图像信号进行小波变换，包括：第一缓存器，用于对于每个级别独立地存储在水平方向对图像信号进行分析滤波所得到的频率分量系数；第二缓存器，用于对于每个级别独立地存储在垂直方向对图像信号进行分析滤波的计算处理中所产生的对于下一级别垂直方向分析滤波所必需的系数；垂直滤波单元，用于通过使用从第一和第二缓存器读出的对于当前级别垂直方向分析滤波所必需的系数，执行垂直方向的分析滤波，并且，对于最后一个级别，向外部输出所述垂直方向分析滤波的结果的频率分量系数，对于除最后一个级别以外的其它级别，输出所述垂直方向分析滤波的结果的低频带分量系数作为下一级别的水平方向分析滤波的输入并向外部输出所述垂直方向分析滤波的结果的高频带分量系数；和水平滤波单元，用于执行水平方向分析滤波，其中，利用外部输入的图像信号作为第一级别水平方向分析滤波的输入，并且除最后一个级别之外，通过将所述垂直方向分析滤波所产生的低频带分量系数用作为下一级别的水平方向分析滤波的输入。 

水平滤波单元和垂直滤波单元可以由小波变换的提升格式(lifting scheme)实现。 

提升格式可以是这样的格式，其中水平方向分析滤波被划分成多级计算而被执行，其中水平滤波单元以提升格式为预定数量的列执行水平方向分析滤波。 

水平滤波单元还可以包括保存单元，用于保存在以提升格式的这多级计算的处理中所获得的部分系数，并通过执行到最后一级的多级 计算来产生高频带分量和低频带分量；其中，在执行下一级的水平方向分析滤波的情况下，只有必需的那么多的列是来自垂直滤波单元的垂直方向分析滤波结果的系数的输入，并且读出在前一提升格式的这多级计算处理中存储在保存单元中的系数，并且执行以提升格式的这多级计算。 

水平滤波单元可以以提升格式执行水平方向分析滤波，直到水平方向中的列数都已经进行。 

一次输入至提升格式的列数可以是3列，并且保存在保存单元中的系数的数量可以是3。 

水平滤波单元可以将通过执行以提升格式的这多级计算到最后一级而产生的高频带分量和低频带分量存储在对应于该级别的第一缓存器中。 

提升格式可以是用于以多级计算执行垂直方向分析滤波的格式，其中垂直滤波单元以提升格式执行预定数量行的垂直方向分析滤波。 

垂直滤波单元可以通过将在以提升格式的这多级计算的处理中所获得的部分系数存储在第二缓存器中、并执行至最后一级的多级计算，产生高频带分量和低频带分量，其中在执行下一级的垂直方向分析滤波时，只从第一缓存器读出来自水平滤波单元的水平方向分析滤波结果的系数所必需的那么多的行，并且读出在以前一提升格式的这多级计算的处理中存储在第二缓存器中的系数，并且执行以提升格式的这多级计算。 

垂直滤波单元可以以提升格式执行垂直方向分析滤波，直到垂直方向中的行数都已经过。 

从第一缓存器所读出的行数可以是3行，并且存储在第二缓存器中的系数的数量可以是3。 

第一缓存器可以被配置为在其自身内部具有对于执行垂直方向分析滤波所必需的那么多的行的独立缓存器。 

第二缓存器可以被配置为在其自身内部具有对于执行这多级计算所必需的那么多系数的独立缓存器。 

水平滤波单元可以在行递增(increment)中输入图像信号，并在每次水平方向的样本数量达到预定数量时执行水平方向分析滤波，其中垂直滤波单元在每次垂直滤波单元所执行的垂直方向分析滤波结果中频率分量垂直方向上的行数达到预定数量时执行垂直方向分析滤波。 

水平滤波单元和垂直滤波单元可以以分级方式对最低频率分量执行分析滤波。 

图像信号可以是包括多个画面的视频信号，其中小波变换设备还包括检测单元，用于通过检测视频信号的垂直同步信号来检测每个画面的结束，并且水平滤波单元和垂直滤波单元对每个画面执行分析滤波。 

根据本发明的一个实施例，一种小波变换设备的小波变换方法，用于以多个级别对图像信号执行小波变换，包括下列步骤：将水平方向的分析滤波所产生的频率分量系数存储在对于每个级别独立的第一缓存器中；将垂直方向的分析滤波的计算处理中所产生的对于下一级别垂直方向分析滤波所必需的系数存储在对于每个级别独立的第二缓存器中；使用从第一和第二缓存器读出的对于当前级别垂直方向分析滤波所必需的系数，执行垂直方向分析滤波，并且，对于最后一个级别，向外部输出所述垂直方向分析滤波的结果的频率分量系数，对于除最后一个级别以外的其它级别，输出所述垂直方向分析滤波的结果的低频带分量系数作为下一级别水平方向分析滤波的输入并向外部输出所述垂直方向分析滤波的结果的高频带分量系数；执行水平方向分析滤波，其中，利用外部输入的图像信号作为第一级别水平方向分析滤波的输入，并且除最后一个级别之外，将垂直方向分析滤波所产生的低频带分量系数用作下一级别的水平方向分析滤波的输入。 

根据本发明的一个实施例，具有一种小波变换设备的小波变换单元，用于以多个级别对图像信号执行小波变换，所述单元包括：用于将来自水平方向分析滤波的结果的频率分量系数存储在对于每个级别独立的第一缓存器中的装置；用于将在垂直方向分析滤波的计算处理中所产生的对于下一级别垂直方向分析滤波所必需的系数存储在对于每个级别独立的第二缓存器中的装置；用于利用从所述第一和第二缓存器读出的对于当前级别垂直方向分析滤波所必需的系数，执行垂直方向分析滤波，并且，对于最后一个级别，向外部输出所述垂直方向分析滤波的结果的频率分量系数，对于除最后一个级别以外的其它级别，输出所述垂直方向分析滤波的结果的低频带分量系数作为下一级别水平方向滤波的输入并向外部输出所述垂直方向分析滤波的结果的高频带分量系数的装置；和用于执行水平方向分析滤波的装置，其中，利用外部输入的图像信号作为第一级别水平方向分析滤波的输入，并且除所述级别中最后一个级别之外，使用来自所述垂直方向分析滤波的结果的低频带分量系数作为下一级别的水平方向分析滤波的输入。 

根据本发明的一个实施例，具有一种用于使计算机以多个级别对图像信号执行小波变换处理的程序，所述处理包括下列步骤：将水平 方向分析滤波所产生的部分系数存储在对于每个级别独立的第一缓存器中；将图像信号的垂直方向分析滤波处理中所产生的部分系数存储在对于每个级别独立的第二缓存器中；使用从第一和第二缓存器所读出的系数，执行垂直方向分析滤波；和除最后一个级别之外，将垂直方向分析滤波所产生的系数作为下一级别的水平方向分析滤波的输入。 

根据本发明的一个实施例，一种存储用于使计算机以多个级别对图像信号执行小波变换处理的程序的记录介质，所述处理包括下列步骤：将水平方向分析滤波所产生的部分系数存储在对于每个级别独立的第一缓存器中；将图像信号的垂直方向分析滤波的计算处理中所产生的部分系数存储在对于每个级别独立的第二缓存器中；使用从第一和第二缓存器所读出的系数，执行垂直方向分析滤波；和除最后一个级别之外，将垂直方向分析滤波所产生的系数作为下一级别的水平方向分析滤波的输入。 

根据上述设置，水平方向分析滤波所产生的部分系数被存储在对于每个级别独立的第一缓存器中，并且图像信号的垂直方向分析滤波的处理中所产生的部分系数被存储在对于每个级别独立的第二缓存器中。通过使用从第一和第二缓存器所读出的系数，执行垂直方向分析滤波，并且除最后一个级别之外，将垂直方向分析滤波所得到的系数作为下一级别的水平方向分析滤波的输入。因此，对于用于存储系数的存储器，只需要小配置。从而，可以执行高速小波变换，而无需外部存储器。 

根据本发明一个实施例，一种小波逆变换设备，用于以多个级别对由已经对图像信号执行小波变换所产生的频率分量执行小波逆变换，包括：第一缓存器，用于除最低频带之外对于每个级别独立地存储上一级别水平方向合成滤波所得到的低频带分量系数以及从外部获得的高频带分量系数；第二缓存器，用于对于每个级别独立地存储对于频率分量的垂直方向合成滤波的计算处理中所产生的对于下一级别垂直方向合成滤波所必需的系数；垂直滤波单元，用于对于最低频带级别，利用从外部输入的低频带分量系数和高频带分量系数以及从所述第二缓存器读出的对于当前级别垂直方向合成滤波所必需的系数，执行所述垂直方向合成滤波，对于其它级别，通过使用从第一和第二缓存器读出的对于当前级别垂直方向合成滤波所必需的系数执行垂直方向合成滤波；和水平滤波单元，用于通过将垂直方向合成滤波所得到的系数用作为水平方向合成滤波的输入，执行水平方向合成滤波，并且对于除最后一个级别以外的其它级别，向第一缓存器输 出所述水平方向合成滤波的结果，对于最后一个级别，向外部输出所述水平方向合成滤波的结果。 

水平滤波单元和垂直滤波单元可以由小波逆变换的提升格式实现。 

提升格式可以是这样的格式，其中垂直方向合成滤波被划分成多级计算而执行，其中垂直滤波单元以提升格式为预定数量的行执行垂直方向合成滤波。 

垂直滤波单元可以将在以提升格式的这多级计算的处理中所得到的部分系数存储在第二缓存器中，并通过执行至最后一级的这多级计算来产生图像，其中，在执行下一级的垂直方向合成滤波时，从来自水平滤波单元的水平方向合成滤波结果的系数中只读出必要的那么多的行，并且读出在这多级计算的处理中被存储在第二缓存器中的系数，并且执行以提升格式的这多级计算。 

垂直滤波单元可以以提升格式执行垂直方向合成滤波，直到垂直方向中的行数都已经过。 

从第一缓存器所读出的行数可以是3行，并且存储在第二缓存器中的系数的数量可以是3。 

第一缓存器可以被配置为在其自身内部具有对于执行垂直方向合成滤波所必需的那么多的行的独立缓存器。 

第二缓存器可以被配置为在其自身内部具有对于执行这多级计算所必需的那么多的系数的独立缓存器。 

提升格式可以是用于以多级计算执行水平方向合成滤波的格式，其中水平滤波单元以提升格式执行预定数量列的水平方向合成滤波。 

水平滤波单元还可以包括保存单元，用于保存在以提升格式的这多级计算的处理中所获得的部分系数，并通过执行至最后一级的这多级计算来产生图像，其中当执行下一级的水平方向合成滤波时，只输入来自垂直滤波单元的垂直方向合成滤波结果的系数所必需的那么多的列，并且读出在以前一提升格式的这多级计算的处理中存储在保存单元中的系数，并且执行以提升格式的这多级计算。 

水平滤波单元可以以提升格式执行水平方向合成滤波，直到水平方向中的列数都已经过。 

可以一次输入至提升格式的列数可以是3列，并且保存在保存单元中的系数的数量可以是3。 

水平滤波单元可以将通过执行以提升格式的这多级计算至最后一级而产生的高频带分量和低频带分量系数存储在对应于该级别的第一缓存器中。 

水平滤波单元可以在行递增中输入频率分量，并在每次水平方向的样本数量达到预定数量时执行水平方向低频带合成滤波和高频带合成滤波，其中垂直滤波单元在每次由水平滤波单元所执行的水平方向合成滤波的结果中频率分量的垂直方向上的行数达到预定数量时执行垂直方向低频带合成滤波和高频带合成滤波。 

图像信号可以是包括多个画面的视频信号，其通过以分级方式对最低频率分量执行分析滤波而被划分为多个频率分量，其中垂直滤波单元和水平滤波单元以分级方式对多个频率分量中包括最低频率分量的预定数量的频率分量执行合成滤波，最终产生画面。 

小波逆变换设备还可以包括垂直同步信号插入单元，用于在垂直滤波单元和水平滤波单元所产生的画面之间插入垂直同步信号。 

根据本发明一个实施例，一种小波逆变换方法，用于以多个级别对通过已经对图像信号执行小波变换而产生的频率分量执行小波逆变换，从而重构图像，包括下列步骤：将上一级别水平方向的合成滤波所得到的低频带分量系数以及从外部获得的高频带分量系数存储在对于除最低频带之外的每个级别独立的第一缓存器中；将在垂直方向的合成滤波的处理中所产生的对于下一级别垂直方向合成滤波所必需的系数存储在对于每个级别独立的第二缓存器中；对于最低频带级别，利用从外部输入的低频带分量系数和高频带分量系数以及从所述第二缓存器读出的对于当前级别垂直方向合成滤波所必需的系数，执行所述垂直方向合成滤波，对于其它级别，通过使用从第一和第二缓存器读出的对于当前级别垂直方向合成滤波所必需的系数，执行垂直方向合成滤波；和将垂直方向合成滤波所得到的系数作为水平方向合成滤波的输入，执行所述水平方向合成滤波，并且对于除最后一个级别以外的其它级别，向第一缓存器输出所述水平方向合成滤波的结果，对于最后一个级别，向外部输出所述水平方向合成滤波的结果。 

根据本发明的一个实施例，具有一种小波逆变换设备，用于以多个级别对通过已经对图像信号执行小波变换而产生的频率分量执行小波逆变换，从而重构图像的设备，所述设备包括：用于将作为上一级别水平方向合成滤波结果而获得的低频带分量系数以及从外部获得的高频带分量系数存储在对于除最低频带级别之外的每个级别独立的第一缓存器中的装置；用于将在垂直方向合成滤波的处理中所产生的对于下一级别垂直方向合成滤波所必需的系数存储在对于每个级别独立的第二缓存器中的装置；用于对于最低频带级别，利用从外部输入的低频带分量系数和高频带分量系数以及从所述第二缓存器读出的对于当前级别垂直方向合成滤波所必需的系数，执行所述垂直方向合成滤波，对于其它级别，利用从所述第一和第二缓存器读出的对于当前级别垂直方向合成滤波所必需的系数，执行垂直方向合成滤 波的装置；和用于通过将来自所述垂直方向合成滤波的结果的系数作为水平方向合成滤波的输入，执行所述水平方向合成滤波，并且对于除最后一个级别以外的其它级别，向第一缓存器输出所述水平方向合成滤波的结果，对于最后一个级别，向外部输出所述水平方向合成滤波的结果的装置。 

根据本发明的一个实施例，具有一种用于使计算机以多个级别对通过已经对图像信号执行小波变换而产生的频率分量执行小波逆变换处理从而重构图像的程序，所述处理包括下列步骤：除最后一个级别之外，将水平方向的合成滤波所产生的部分系数存储在对于每个级别独立的第一缓存器中；将垂直方向的合成滤波的处理中所产生的部分系数存储在对于每个级别独立的第二缓存器中；通过使用从第一和第二缓存器所读出的系数，执行垂直方向合成滤波；和将垂直方向合成滤波所得到的系数作为下一级别的水平方向合成滤波的输入。 

根据本发明的一个实施例，一种存储用于使计算机以多个级别对通过已经对图像信号执行小波变换而产生的频率分量执行小波逆变换处理从而重构图像的程序的记录介质，所述处理包括下列步骤：将水平方向合成滤波所产生的部分系数存储在对于每个级别独立的第一缓存器中；将垂直方向合成滤波的处理中所产生的部分系数存储在对于每个级别独立的第二缓存器中；通过使用从第一和第二缓存器所读出的系数，执行垂直方向合成滤波；和除最后一个级别之外，将垂直方向合成滤波所产生的系数作为下一级别的水平方向合成滤波的输入。 

根据上述设置，除最后一个级别之外，水平方向合成滤波所产生的部分系数被存储在对于每个级别独立的第一缓存器中，并且垂直方向的合成滤波的处理中所产生的部分系数被存储在对于每个级别独立的第二缓存器中。通过使用从第一和第二缓存器所读出的系数，执行垂直方向合成滤波，并且将垂直方向合成滤波所产生的系数作为下一级别的水平方向合成滤波的输入。因此，对于用于存储系数的存储器，只需要小配置。从而，可以执行高速小波变换，而无需外部存储器。 

附图说明

图1是说明应用了本发明一个实施例的小波变换设备的一个实施例的配置示例的示图； 

图2是用于描述利用图1所示小波变换设备进行的小波变换处理的流程图；

图3是用于描述图像信号的水平分析滤波示例的示图； 

图4是用于描述垂直分析滤波示例的示图； 

图5是说明执行分级1的分析滤波的结果的示图； 

图6是描述具有9×7分析滤波器的提升格式的示例的示图； 

图7是用于描述以图6所示的提升格式在水平方向对系数组执行水平分析滤波的情况的示图； 

图8是用于描述执行以提升格式的水平分析滤波、然后从顶部向下输入系数行的操作的示图； 

图9是用于描述在垂直方向对系数组执行具有垂直分析滤波的图6所示提升格式的情况的示图； 

图10是说明图1所示的级别1缓存器到级别4缓存器的配置示例的方框图； 

图11是说明图1所示系数缓存器的配置示例的方框图； 

图12是说明具有HDTV标准的亮度和色差信号的数据阵列的示例的示图； 

图13是用于描述行递增中分析滤波的示图； 

图14是用于描述分级1分析滤波中垂直滤波的示图； 

图15是说明执行至分级2的分析滤波的结果的示图； 

图16是说明对实际图像执行至分级3的分析滤波的结果的示图； 

图17是用于描述视频信号中垂直合成信号的示图； 

图18是说明关于对应于图1所示小波变换设备的小波逆变换设备的配置示例的示图； 

图19是用于描述图18所示小波逆变换设备的小波逆变换处理的流程图； 

图20是描述具有9×7分析滤波器的提升格式的另一示例的示图； 

图21是用于描述以图20所示提升格式在垂直方向对系数组执行垂直合成滤波的情况的示图； 

图22是用于描述以图20所示提升格式在水平方向对系数组执行水平合成滤波的情况的示图；

图23是说明应用了本发明一个实施例的图像编码设备的一个实施例的配置示例的示图； 

图24是用于描述利用图23所示图像编码设备进行图像编码处理的流程图； 

图25是说明对应于图23所示图像编码设备的图像解码设备的一个实施例的配置示例的示图； 

图26是用于描述利用图25所示图像解码设备进行图像解码处理的流程图； 

图27是说明应用了本发明一个实施例的数字三轴系统(digitaltriax system)的配置示例的方框图； 

图28是说明应用了本发明一个实施例的无线传输系统的配置示例的方框图； 

图29是说明将图28所示无线传输系统应用于家庭游戏控制台(home gaming console)的配置示例的示意图；和 

图30是说明应用了本发明一个实施例的计算机的一个实施例的配置示例的方框图。 

具体实施方式

在描述本发明的实施例之前，以下参考或不参考附图介绍权利要求的特征和本发明实施例所公开的特定元件之间的对应关系。本说明书旨在确保在本说明书中描述支持所要求的发明的实施例。因此，即使下列实施例中的某元件没有被描述为与本发明的某特征相关，这并不必然意味着该元件与权利要求的那个特征无关。反之，即使某元件在这里被描述为与本发明的某特征相关，但是这并不必然意味着该元件与权利要求的其它特征无关。 

根据本发明一个实施例的小波变换设备是一种用于以多个级别对图像信号进行小波变换的小波变换设备(例如，图1所示的小波变换设备)，包括：第一缓存器(例如，图1中所示的级别1缓存器12到级别4缓存器15)，用于对于每个级别独立地存储图像信号的水平 方向分析滤波所产生的部分系数；第二缓存器(例如，图1中所示的系数缓存器17)，用于对于每个级别独立地存储图像信号的垂直方向分析滤波的计算处理中所产生的部分系数；垂直滤波单元(例如，图1中所示的垂直分析滤波器单元18)，用于利用从第一和第二缓存器所读出的系数，执行垂直方向分析滤波；和水平滤波单元(例如，图1中所示的水平分析滤波器单元11或水平分析滤波器单元19)，用于除最后一个级别之外，通过使用垂直方向分析滤波所产生的系数作为下一级别的水平方向分析滤波的输入，执行水平方向的分析滤波。 

水平滤波单元和垂直滤波单元可以由小波变换的提升格式(例如图6所示的提升格式)实现。 

提升格式(例如图7所示的提升格式)可以是这样的格式，其中水平方向分析滤波划分成多级计算而执行，其中水平滤波单元为预定数量的列执行水平方向分析滤波。 

水平滤波单元还可以包括保存单元(例如触发器)，用于保存在以提升格式的这多级计算的处理中所获得的部分系数，并通过执行这多级计算至最后一级来产生高频带分量和低频带分量的系数；其中，在执行下一级的水平方向分析滤波的情况下，只有所必要那么多的列是来自垂直滤波单元的垂直方向分析滤波结果的输入，并且在通过前一提升格式的这多级计算的处理中存储在保存单元中的系数被读出，并且执行以提升格式的这多级计算。 

提升格式(例如图9所示的提升格式)可以是用于以多级计算执行垂直方向分析滤波的格式，其中垂直滤波单元以提升格式执行预定数量行的垂直方向分析滤波。 

第一缓存器(例如图10中所示的级别1缓存器12到级别4缓存器15)可以被配置为在其自身内部具有对于执行垂直方向分析滤波所必需的那么多的行的独立缓存器。 

第二缓存器(例如图11中所示的系数缓存器17)可以被配置为在其自身内部具有对于执行这多级计算所必需的那么多的系数的独立缓存器。

图像信号可以是包括多个画面的视频信号，其中小波变换设备还包括检测单元(例如图17所示的用于检测垂直同步信号的垂直同步信号检测单元)，用于通过检测视频信号的垂直同步信号来检测每个画面的结束，并且水平滤波单元和垂直滤波单元对每个画面执行分析滤波。 

根据本发明的一个实施例，一种小波变换设备的小波变换方法，用于以多个级别对图像信号执行小波变换，和一种程序，包括下列步骤：将水平方向分析滤波所产生的部分系数存储在对于每个级别独立的第一缓存器中(例如图2中的步骤S12)；将垂直方向分析滤波的计算处理中所产生的部分系数存储在对于每个级别独立的第二缓存器中(例如图2中的步骤S16)；利用从第一和第二缓存器所读出的系数，执行垂直方向分析滤波(例如图2中的步骤S15)；和除最后一个级别之外，将垂直方向分析滤波所产生的系数作为下一级别的水平方向分析滤波的输入(例如图2中的步骤S19)。 

根据本发明一个实施例的小波逆变换设备是一种用于以多个级别对通过已经对图像信号执行小波变换而产生的频率分量执行小波逆变换从而重构图像的小波逆变换设备(例如图18所示的小波逆变换设备51)，包括：第一缓存器(例如图18中所示的级别3缓存器61到级别1缓存器63)，用于除最低频带之外，对于每个级别独立地存储频率分量的水平方向合成滤波所产生的部分系数；第二缓存器(例如图18中所示的系数缓存器66)，用于对于每个级别独立地存储对频率分量的垂直方向合成滤波的计算处理中所产生的部分系数；垂直滤波单元(例如图18中所示的垂直合成滤波器单元65)，用于利用从第一和第二缓存器所读出的系数，执行垂直方向合成滤波；和水平滤波单元(例如图18中所示的水平合成滤波器单元67)，用于除最后一个级别之外，将垂直方向合成滤波所产生的系数作为下一级别的水平方向合成滤波的输入，来执行水平方向的合成滤波。 

垂直滤波单元和水平滤波单元可以由小波逆变换的提升格式(例如图20所示的提升格式)实现。

提升格式(例如图21所示的提升格式)可以是这样的格式，其中垂直方向合成滤波划分成多级计算而执行，其中垂直滤波单元为预定数量的行执行垂直方向合成滤波。 

提升格式(例如图22所示的提升格式)可以是用于以多级计算执行水平方向合成滤波的格式，其中水平滤波单元以提升格式执行预定数量列的水平方向合成滤波。 

水平滤波单元还可以包括保存单元(例如触发器)，用于保存在以提升格式的这多级计算的处理中所获得的部分系数，并通过执行这多级计算至最后一级来产生图像；其中，当执行下一级的水平方向合成滤波时，只输入来自垂直滤波单元的垂直方向合成滤波结果的系数的必需的那么多的列，并且读出在以前一提升格式的这多级计算的处理中存储在保存单元中的系数，并且执行以提升格式的这多级计算。 

小波逆变换设备还可以包括垂直同步信号插入单元(例如图17所示的用于插入垂直同步信号的垂直同步信号插入单元)，用于在垂直滤波单元和水平滤波单元所产生的画面之间插入垂直同步信号。 

根据本发明一个实施例，一种小波逆变换方法，用于以多个级别对通过已经对图像信号执行小波变换而产生的频率分量执行小波逆变换，从而重构图像，以及一种程序，包括下列步骤：除最低频带之外，将水平方向合成滤波所产生的部分系数存储在对于每个级别独立的第一缓存器中(例如图19中的步骤S67)；将垂直方向合成滤波的计算处理中所产生的部分系数存储在对于每个级别独立的第二缓存器(例如图19中的步骤S64)；利用从第一和第二缓存器所读出的系数，执行垂直方向合成滤波(例如图19中的步骤S63)；和除最后一个级别之外，将垂直方向合成滤波所产生的系数作为下一级别的水平方向合成滤波的输入(例如图19中的步骤S65)。 

现在将参考附图阐述本发明的一个实施例。 

图1是说明已经应用了本发明一个实施例的小波变换设备的一个实施例的配置实例的示图。小波变换设备1是频带分析设备，其将图像数据作为输入，并执行水平方向滤波和垂直方向滤波，其中低频 带分量按等级划分为预定分级(图1的示例中为分级4)。 

图1所示的小波变换设备1配置有水平分析滤波器单元11、级别1缓存器12、级别2缓存器13、级别3缓存器14、级别4缓存器15、选择器16、系数缓存器17、垂直分析滤波器单元18、水平分析滤波器单元19、和控制单元20。 

图像信号D10被输入至水平分析滤波器单元11。水平分析滤波器单元11对图像信号D10进行分级1的水平方向中的低频带分析滤波和高频带分析滤波，并产生由水平分析滤波所获得的低频带分量系数和高频带分量系数所构成的频率分量系数(此后也适当地称为低频带分量、高频带分量和频率分量)。 

现在，水平分析滤波器单元11在水平方向执行低频带分析滤波和高频带分析滤波，同时读出在未示出的内部存储器(或寄存器)处所呈现的基带上相邻位置处的像素的数据。 

级别1缓存器12存储和保存分级1水平分析滤波的结果。也就是说，级别1缓存器12存储和保存作为水平分析滤波器单元11所获得的分级1水平分析滤波的结果的频率分量(低频带分量和高频带分量)的系数D11。一旦已经在级别1缓存器12中累积了支持垂直方向分析滤波的预定数量的垂直行的数据(系数)，就经由选择器16读出这预定数量垂直行的系数D12。 

级别2缓存器13存储和保存分级2水平分析滤波的结果。也就是说，级别2缓存器13存储和保存作为水平分析滤波器单元19所获得的分级2水平分析滤波结果的频率分量(低频带分量和高频带分量)的系数D20。一旦已经在级别2缓存器13中累积了支持垂直方向分析滤波的预定数量的垂直行的数据(系数)，就经由选择器16读出这预定数量的垂直行的系数D13。 

级别3缓存器14存储和保存分级3水平分析滤波的结果。也就是说，级别3缓存器14存储和保存作为水平分析滤波器单元19所获得的分级3水平分析滤波结果的频率分量(低频带分量和高频带分量)的系数D21。一旦在级别3缓存器14中已经累积了支持垂直方向分 析滤波的预定数量的垂直行的数据(系数)，就经由选择器16读出这预定数量的垂直行的系数D14。 

级别4缓存器15存储和保存分级4水平分析滤波的结果。也就是说，级别4缓存器15存储和保存作为水平分析滤波器单元19所获得的分级4水平分析滤波结果的频率分量(低频带分量和高频带分量)的系数D22。一旦已经在级别4缓存器15中累积了支持垂直方向分析滤波的预定数量的垂直行的数据(系数)，就经由选择器16读出这预定数量的垂直行的系数D15。 

在垂直分析滤波器单元18的控制下，选择器16从级别1缓存器12到级别4缓存器15中选择相应分级缓存器的输出，并将所选择的输出作为系数D16输出至垂直分析滤波器单元18。 

系数缓存器17存储和保存在垂直分析滤波期间所中间产生的部分系数。也就是说，在垂直分析滤波器单元18所执行的垂直分析滤波期间所中间产生的系数中，系数缓存器17存储和保存下一垂直分析滤波处理所必需的系数，作为用于中间计算的系数。它们由垂直分析滤波器单元18在下一垂直分析滤波时读出。 

在这预定数量的垂直行的系数D16被输入时，垂直分析滤波器单元18从系数缓存器17读出用于中间计算的系数D18(即对于当前垂直分析滤波所必需的系数)，并利用系数D16和系数D18执行垂直分析滤波。然后，垂直分析滤波器单元18只将垂直分析滤波结果的频率分量中在水平方向和垂直方向上都是低频带的低频带分量系数D19输出至水平分析滤波器单元19，并将其它高频带分量D23输出到小波变换设备1外面(图1中未示出，此后简称为“外部”)。 

水平分析滤波器单元19与水平分析滤波器单元11的配置基本上相同，只有待处理的频率分量的分级不同。也就是说，利用水平分析滤波器单元19，读出在未示出的内部存储器(或寄存器)处所呈现的基带上相邻位置处的系数D19，其中对系数D19执行水平方向低频带分析滤波和高频带分析滤波。 

然后，水平分析滤波器单元19将水平分析滤波所得到的频率分 量(低频带分量和高频带分量)D20到D22中任何一个存储和保存在相应级别缓存器中(级别2缓存器13到级别4缓存器15之一)。 

控制单元20由包括例如CPU(中央处理单元)、ROM(只读存储器)和RAM(随机存取存储器)的微计算机等构成，并通过执行各种程序控制小波变换设备1的单元的处理。 

注意，下面将参考图10描述级别1缓存器12到级别4缓存器15的详细配置。而且，将参考图11描述系数缓存器17的详细配置。 

下面，将参考图2中的流程图描述图1所示的小波变换设备1的操作。也就是说，图2说明由小波变换设备1所执行的小波变换处理。 

图像信号D10被外部地(例如从后面将描述的图27所示的视频摄像机单元303)输入至水平分析滤波器单元11。在步骤S12，水平分析滤波器单元11对图像信号D10执行分级1水平分析滤波。 

也就是说，水平分析滤波器单元11具有未示出的内部存储器(或寄存器)，并且以图3所示的数字顺序在内部存储器中呈现输入图像信号的像素。注意，对于图3中的示例，以方形表示的作为像素结果所获得的基带图像按顺序呈现。 

水平分析滤波器单元11读出预定数量的内部存储器中所呈现的基带上相邻位置处的像素的数据(在图3的情况下，该数量为5列(样本))，同时移位，其中按顺序执行水平方向低频带分析滤波和高频带分析滤波。 

水平方向数据易于被提供给存储器地址。因此，水平分析滤波器单元11按顺序执行水平分析滤波，同时从存储器读出数据。注意，后面将参考图7详细描述水平方向低频带分析滤波和高频带分析滤波。 

在步骤S12，水平分析滤波器单元11将作为分级1水平分析滤波结果所获得的频率分量的系数D11存储到相应级别缓存器中(此情况下，级别1缓存器12)。 

此时，如图4所示，水平分析滤波器单元11将作为水平分析滤 波结果的高频带分量(H)和低频带分量(L)交错，并存储在级别1缓存器12中。 

根据已知的设置，水平分析滤波结果被划分为高频带分量和低频带分量，并从而存储在缓存器中。然而，如已知设置那样将高频带分量和低频带分量映射至缓存器中不同地址需要用于其分配的单独控制器。 

相反地，利用根据本发明的图4所示的示例，高频带分量(H)和低频带分量(L)被交替地存储在级别1缓存器12中。也就是说，作为水平分析滤波结果的高频带分量(H)和低频带分量(L)由水平分析滤波器单元11以交错方式存储在级别1缓存器12中，因此在读出存储在级别1缓存器12中的系数时，所有必要的系数都要从级别1缓存器12的前面被读出，从而简化控制。 

现在，参考图2，例如，当对于预定数量的垂直行中(图4示出的情况下为3行)，作为水平分析滤波结果而获得的频率分量的系数被累积在图4所示的级别1缓存器12中，从而可以执行垂直分析滤波时，在步骤S13，通过控制选择器16以选择级别1缓存器12的输出，垂直分析滤波器单元18从级别1缓存器12读出必要数量的垂直行的频率分量的系数。所读出的频率分量系数作为系数D16经由选择器16被输入至垂直分析滤波器单元18。 

在步骤S14，垂直分析滤波器单元18在用于获取上一步频率分量的处理中读出存储在系数缓存器17中的用于中间计算的系数D18，并在步骤S15中使用3行的频率分量系数D16和中间计算系数D18，以执行相应分级的垂直分析滤波(当前情况下，为分级1)。后面将参考图9详细描述垂直方向低频带分析滤波和高频带分析滤波。 

在步骤S15，垂直分析滤波器单元18将在分级1垂直分析滤波期间(在垂直分析滤波的计算处理中)所中间产生的部分系数，即对于下一垂直分析滤波所必需的系数，作为用于中间计算的系数D17存储在系数缓存器17中。 

如图5所示，作为分级1垂直分析滤波的结果(即分级1分析滤 波的结果)，产生4个频率分量的系数，包括低频带分量(1LL)系数和高频带分量(1HH、1LH、1HL)系数。注意，在图5所示的示例中，每个方形表示一个系数，“L”和“H”的顺序按该顺序表示作为先前执行水平分析滤波的结果的带宽(低频带或高频带)、和作为执行垂直分析滤波的结果的带宽(低频带或高频带)。此外，“L”或“H”前面的数字表示分级。 

这是分级1分析滤波，从而在垂直分析滤波器单元18产生低频带分量(1LL)D19和高频带分量(1HH、1LH、1HL)D23作为结果。当然，只再次分析低频带分量(1LL)以设定分级(最后一级)，而不再分析高频带分量。也就是说，低频带分量被进一步划分至最后一级，因此最后一级也可以被称为是输出最低频带的最低频带级别。 

在步骤S17，垂直分析滤波器单元18确定分析滤波是否已经被计算至所设定分级的最后一级(图1所示的情况下，为分级4)。在分级1的情况下，流程还未到达最后一级，因此处理继续进行到步骤S18。 

在步骤S18，垂直分析滤波器单元18向外部输出高频带分量(1HH、1LH、1HL)D23(例如向后面阐述的图23所示的量化单元112)。 

另一方面，低频带分量(1LL)D19被输出至水平分析滤波器单元19。在步骤S19，水平分析滤波器单元19对提供给内部存储器的低频带分量D19执行相应分级(当前情况下，为分级2)的水平分析滤波(水平方向低频带分量滤波和高频带分量滤波)，并产生作为水平分析滤波结果的低频带分量和高频带分量。注意，步骤S19中的处理基本上与上述步骤S13中的处理相同，只是待处理的频率分量的分级不同。 

在步骤S19之后，流程返回至步骤S12，并重复后续处理。也就是说，在步骤S12，水平分析滤波器单元19将作为水平分析滤波结果的频率分量(低频带和高频带分量)的系数D20存储和保存在相应级别的缓存器中(此情况下，为级别2缓存器13)。

当作为水平分析滤波结果而获得的频率分量的系数在级别2缓存器13中累积预定数量的垂直行，由此可以执行垂直分析滤波时，在步骤S13，经由选择器16，从级别2缓存器13读出必要数量的垂直行的频率分量的系数D16，并输入至垂直分析滤波器单元18。在步骤S14，从系数缓存器17读出中间计算系数D18，并在步骤S15，利用预定数量的垂直行的系数D16和中间计算系数D18执行分级2垂直分析滤波。 

在步骤S16，分级2垂直分析滤波的中间系数D17的一部分被存储在系数缓存器17中，由于分级2垂直分析滤波，产生4个频率分量的系数，包括低频带分量(2LL)系数和高频带分量(2HH、2LH、2HL)系数。在步骤S17，确定流程还未到达最后一级，因此在步骤S18，高频带分量(2HH、2LH、2HL)D23被输出至外部。 

在步骤S19，对低频带分量(2LL)D19执行相应分级的水平分析滤波，产生作为水平分析滤波结果的低频带分量和高频带分量D21，流程再次返回至S12，所产生的低频带分量和高频带分量D21被存储和保存在级别3缓存器14中，并重复后续处理，直到预定分级的最后一级。 

以相同方式执行上述一连串的处理，直到存储预定分级的最后一级(分级4)的垂直分析滤波的中间系数。接着，在步骤S17，确定已经完成最后一级，并且流程进行至步骤S20。 

在步骤S20，垂直分析滤波器单元18向外部输出最后一级频率分量(4LL、4HL、4LH、4HH)D23。因此，分级4图像信号小波变换结束。 

如上所述，图1所示的小波变换设备1具有用于从级别1到预定数量级别的每个分级的缓存器，并在执行水平分析滤波的同时将水平分析滤波结果存储在每个分级的缓存器中。因此，可以在从每个分级的缓存器读出水平分析滤波结果的同时执行垂直方向滤波。也就是说，水平方向和垂直方向分析滤波可以被同时并行执行。 

因此，也可以对运动图像以及具有高分辨率的图像以高速执行小 波变换。 

而且，由图1所示小波变换设备1，同用于从级别1到预定数量级别的每个分级的缓存器一起还提供系数缓存器，并且当执行垂直方向分析滤波时保存下一处理所必需的系数，并且在下一垂直分析滤波时读出系数，因此不需要如日本未审专利申请公开No.10-283342中所述的设置那样配置外部存储器。 

因此，不需要与外部存储器交换数据，并可以以高速执行小波变换。从而，不需要提高时钟频率，以便提高外部存储器和小波变换设备之间的数据速度，从而节约电能。 

接下来，将详细阐述上述分析滤波的计算方法。分析滤波计算方法中最常用的计算方法是被称为卷积计算的方法。该卷积计算是实现数字滤波器的最基本的方法，其中根据滤波器分支系数(filter tapcoefficient)对实际输入数据执行卷积乘法。但是，利用卷积计算，如果分支长度(tap length)很大，则存在其中计算负担相应增加的情况。 

在论文“W.Swelden，‘The lifting scheme：A custom-designconstruction of biorthogonal wavelets’，Appl.Comput.Harmon.Anal.，Vol3，No.2，pp.186-200，1996”中所介绍的小波变换提升是一种用于处理该情况的已知技术。 

图6说明与JPEG(联合图像专家组)2000标准一起使用的9×7分析滤波器的提升格式。将阐述将提升技术应用于该9×7分析滤波器的情况下的分析滤波。 

在图6所示的示例中，第一层(tier)(最高层)说明输入图像的样本组(像素行)，第二和第三层说明分别在步骤A1和步骤A2所产生的分量(系数)。而且，第四层说明在步骤A3的处理中所产生的高频带分量输出，第五层说明在步骤A4的处理中所产生的低频带分量输出。顶层不局限于输入图像的样本组，可以是从前一分析滤波所获得的系数。注意，这里，顶层是输入图像的样本组，其中实心方块代表偶数样本或行，实心圆圈代表奇数样本或行。

通过将提升技术应用于9×7分析滤波器的分析滤波，由步骤A3的处理获得高频带分量，并通过步骤A4的处理获得的低频带分量。步骤A1到步骤A4的处理可以由下列表达式表示。 

步骤A1：d_i ¹＝d_i ⁰+α(s_i ⁰+s_i+1 ⁰)(1) 

步骤A2：s_i ¹＝s_i ⁰+β(d_i-1 ¹+d_i ¹)(2) 

步骤A3：d_i ²＝d_i ¹+γ(s_i ¹+s_i+1 ¹)(3) 

步骤A4：s_i ^s＝s_i ¹+δ(d_i-1 ²+d_i ²)(4) 

其中α＝-1.586134342，β＝-0.05298011857，γ＝0.8829110755，且δ＝0.4435068520。 

因此，通过采用提升技术的分析滤波，执行步骤A1和步骤A2的处理，在步骤A3产生高频带分量系数，然后在步骤A4产生低频带分量系数。由表达式(1)-(4)可见，此时所使用的滤波器组可以仅由相加和移位(shift)计算来实现。因此，可以显著地减少计算量。从而，如下面所述，该提升技术将通过小波变换设备1被应用于水平分析滤波和垂直分析滤波。 

首先，将详细阐述由水平分析滤波器单元11和19执行的水平分析滤波。图7说明以图6所示提升格式对以上参考图2所述那样在水平方向对系数组执行水平分析滤波的示例。 

图7所示的示例示出对作为输入的水平方向系数进行参考图6所述的四个步骤(步骤A1到步骤A4)的处理，从而产生高频带分量系数(后面也称为“高频带系数”)和低频带分量系数(后面也称为“低频带系数”)的示例，其中提升步骤的方向在图中是从上到下。而且，水平方向上系数上面示出的数字是列的序数。 

此外，在顶部的第一层处的圆圈和方块分别表示输入高频带系数和低频带系数，后续层处的圆圈和方块分别表示在提升计算处理中所产生的高频带系数和低频带系数。特别地，带阴影的圆圈和方块分别表示作为提升计算结果的高频带系数和低频带系数。 

下面是按照从顶部开始的顺序对操作的描述。图7中的顶层说明这样一种情况，其中输入水平方向上三列系数，列4-6，并且执行水 平方向上以提升格式的计算(此后称之为“水平提升计算”)。 

为了在水平提升计算的步骤A3中获得第一高频带系数和在步骤A4中获得第一低频带系数，需要输入列0-3这4列系数。 

然后，为了获得第二高频带系数和低频带系数，需要由粗实线(heavy solid line)所表示的三个系数和由被圈住的数字所表示的第5和6列两列系数，而且，为了在步骤A2计算由P1表示的系数，由被圈住的数字所表示的第4列的系数也是必需的。 

由粗实线所表示的三个系数是在用于获得第一高频带系数和低频带系数的水平提升计算处理(此后也被称为“第一水平提升计算”)中所产生的系数的一部分。 

也就是说，为了获得第二高频带系数和低频带系数，最终需要输入第4到6列三列系数，并且锁存由粗实线所表示的、在第一水平提升计算过程中所产生的三个系数作为中间计算系数。实际上，由于不多于三个系数，可以将通常用作锁存器的触发器内置到水平分析滤波器单元11或水平分析滤波器单元19中。 

因此，使用由粗实线所表示的、已经在第一水平提升计算中被锁存的三个系数以及已经被输入的第4到6列三列系数执行水平提升计算就在其计算处理结束时产生四个系数(由粗虚线(heavy dotted line)表示)，包括第二高频带系数和低频带系数。其中，由点划线(single-dotbroken line)所表示的三个系数是对于获得第三高频带系数和低频带系数所必需的系数，并且因此在内置的触发器处被锁存为中间计算系数。 

在图7的下半部分中示出了这样一种情况的示例，其中在输入第6列的系数后，水平方向上的两列被附加地输入，即水平方向中输入第6到第8列三列的系数被输入，并且执行水平提升计算。 

以与第二种情况相同的方式，为了获得第三高频带系数和低频带系数，需要由粗实线所表示的三个系数和由被圈住的数字所表示的第7和8列两列的系数，而且，为了在步骤A2中计算由P2表示的系数，被圈住的数字所表示的第6列的系数也是必需的。

注意，如在图的上半部分由点划线所表示的，下半部分中由粗实线所表示的三个系数已经在第二水平提升计算中被锁存在触发器处。 

因此，使用由粗实线所表示的、已经在第二水平提升计算中被锁存的三个系数以及已经被输入的第6到8列三列系数执行水平提升计算就产生四个系数(由粗虚线表示)，包括第三高频带系数和低频带系数。其中，由点划线所表示的三个系数是对于获得第四高频带系数和低频带系数所必需的系数，并且因此被锁存在内置触发器处。 

因此，在连续输入三列系数，并保存三个中间计算系数的同时执行水平提升计算至屏幕最右列，从而完成水平方向分析滤波。 

注意，虽然上面已经描述了使用提升格式的水平分析滤波一行的示例，但是将参考图8阐述使用上述操作由提升格式执行水平分析滤波、同时连续从上向下输入系数行的操作。对应于图6和7中的系数在图8中以相同的方式被表示，对其描述是多余的，因此将其省略。 

图8在其左侧示意地说明对每个输入行执行水平提升计算的示例，而在其右侧示意地说明对作为每个输入行的水平提升计算结果而获得的、顺序地在垂直方向从上到下呈现的系数执行垂直提升计算的示例。 

按顺序描述该图，第一输入线0处的系数经历四个步骤的水平提升计算，由此产生由1到11所表示的低频带系数和高频带系数。其中，分配奇数(1、3、5、7、9、11)的系数是低频带系数，分配偶数(2、4、6、8、10)的系数是高频带系数。 

虽然只示出输入线1，但是其适用于输入线1到输入线n。也就是说，输入线1处的系数经历四个步骤的水平提升计算，由此产生由1到11所表示的高频带系数和低频带系数，其中，分配奇数(1、3、5、7、9、11)的系数是低频带系数，分配偶数(2、4、6、8、10)的系数是高频带系数。 

如图8右侧所示，在从上部开始的第一层中，在水平方向中从近侧到远侧地呈现作为输入线0的水平滤波结果被分配1到11的系数。在从上部开始第二层中，在水平方向中从近侧到远侧地呈现作为输入 线1的水平滤波结果被分配1到11的系数。在从上部算第三层中，在水平方向中从近侧到远侧地呈现作为输入线2的水平滤波结果被分配1到11的系数。 

如上所述，如图8右侧所示，作为输入线0到输入线n的水平滤波结果而获得的系数在垂直方向中从上到下依次呈现。注意，实际上，作为输入线的水平滤波结果被分配1到11的系数从近侧到远侧具有交替排列的低频带和高频带。 

只有已经累积了预定数量的垂直方向系数，即只要累积了预定数量的行，就从左到右执行垂直方向的提升格式计算(即垂直提升计算)，如图8右侧的提升步骤的方向所示。 

接下来，将详细描述由垂直分析滤波器单元18所执行的垂直分析滤波。图9说明如参考图3所述在垂直方向中排列由水平分析滤波所获得的系数、并以图6所示提升格式执行垂直分析滤波的情况。 

注意，如图8右侧概念地所示，该图只侧重在水平方向呈现和排列的系数之一，而且很显然，在实际的二维小波变换中，垂直方向分析滤波需要被执行的次数与在小波变换处理中所产生的频率分量(子带)水平方向系数的数量一样多。 

图9所示的示例说明这样的示例，其中垂直方向中的系数经历图6所示的四个步骤(步骤A1到步骤A4)，由此产生低频带系数和高频带系数，其中提升步骤的方向在图中是从左到右。而且，垂直方向中系数左面所示出的数字是行的序数。 

此外，左起第一列处的圆圈和方块分别表示输入高频带系数和低频带系数，第二列和后续列处的圆圈和方块分别表示在提升计算处理中所产生的高频带系数和低频带系数，并且特别地，带阴影的圆圈和方块分别表示作为提升计算结果的高频带系数和低频带系数。 

下面将按照从左到右的顺序描述操作。图9左侧说明这样一个示例，其中在垂直方向中输入三行系数，行4-6，并且执行垂直提升计算。 

为了在垂直提升计算的步骤A3中获得第一高频带系数并在步骤 A4中获得第一低频带系数，需要行0-3这4行的系数。 

随后，为了获得第二高频带系数和低频带系数，需要由粗实线所表示的三个系数和由被圈住的数字所表示的第5和6行两行的系数，而且，为了在步骤A2中计算由P1表示的系数，由被圈住的数字所表示的第4行的系数也是必需的。 

由粗实线所表示的三个系数是在用于获得第一高频带系数和低频带系数的垂直提升计算处理(此后也称之为“第一垂直提升计算”)中所产生的系数的一部分。 

也就是说，为了获得第二高频带系数和低频带系数，最终需要输入第4到6行三行的系数，并且将由粗实线所表示的、在第一垂直提升计算处理中所产生的三个系数作为中间计算系数存储在图1所示的系数缓存器17中。此时，为每个级别从图1所示的相应级别的缓存器读出垂直方向上这三行的系数。也就是说，在当前小波变换分级为2的情况下，从级别2缓存器13读出系数。 

因此，使用由粗实线所表示的、已经在第一垂直提升计算中存储在系数缓存器17中的三个系数以及已经被输入的第4到6行三行系数执行水平提升计算就在其计算处理结束时获得四个系数(由粗虚线表示)，包括第二高频带系数和低频带系数。其中，由点划线所表示的三个系数是对于获得第三高频带系数和低频带系数所必需的系数，并且因此被存储在系数缓存器17中。 

在图9右侧示于一种情况的示例，其中在输入第6行的系数后，垂直方向中的两行被附加地读出，即水平方向中第6到第8行三行的系数被输入，并且执行水平提升计算，。 

以与第二种情况相同的方式，为了获得第三高频带系数和低频带系数，需要由粗实线所表示的三个系数和由被圈住的数字所表示的第7和8两行的系数，而且，为了在步骤A2中计算由P2表示的系数，由被圈住的数字表示的第6行的系数也是必需的。 

注意，如在图的左侧由点划线所表示的，在下半部分中由粗实线所表示的三个系数已经在第二垂直提升计算中被锁存在系数缓存器 17中。 

因此，使用由粗实线所表示的、已经被存储在第二垂直提升计算中的三个系数以及已经从相应级别缓存器读出并被输入的第6到8行三行的系数执行垂直提升计算就获得四个系数(由粗虚线表示)，包括第三高频带系数和低频带系数。其中，由点划线表示的三个系数是对于获得第四高频带系数和低频带系数所必需的系数，并且因此被存储在系数缓存器17中。 

因此，在顺序输入三行系数并保存三个中间计算系数的同时执行垂直提升计算至屏幕底行，从而完成垂直方向分析滤波。 

图10说明图1所示的级别1缓存器12到级别4缓存器15的配置示例，其中存储来自水平分析滤波结果的系数。 

级别1缓存器12由级别1缓存器12-1和级别1缓存器12-2配置，其中存储从垂直分析滤波器单元18所读出的一行系数。 

也就是说，级别1缓存器12-2存储来自水平分析滤波器单元11的一行系数，并且在输入下一行的时候，将已经存储在其中的一行系数转移到级别1缓存器12-1。级别1缓存器12存储从级别1缓存器12-2所转移来的这一行系数。注意，对于级别1缓存器12-1，已经存储在其中的一行系数在输入下一行的时候被覆写。 

级别2缓存器13由级别2缓存器13-1和级别2缓存器13-2配置，其中存储从水平分析滤波器单元19输入以及从垂直分析滤波器单元18读出的一行系数。 

也就是说，级别2缓存器13-3存储从水平分析滤波器单元19所读出的一行系数，并且在输入下一行的时候，将已经存储在其中的一行系数转移到级别2缓存器13-2。级别2缓存器13-2存储从级别2缓存器13-3所读出的一行系数，并在输入下一行的时候，将已经存储在其中的一行系数转移到级别2缓存器13-1。级别2缓存器13-1存储从级别2缓存器13-2转移来的一行系数。注意，对于级别2缓存器13-1，已经存储在其中的一行系数在输入下一行的时候被覆写。

级别3缓存器14由级别3缓存器14-1和级别3缓存器14-3配置，其中存储从水平分析滤波器单元19输入以及从垂直分析滤波器单元18读出的一行系数。 

也就是说，级别3缓存器14-3存储来自水平分析滤波器单元19的一行系数，并且在输入下一行的时候，将已经存储在其中的一行系数转移到级别3缓存器14-2。级别3缓存器14-2存储从级别3缓存器14-3读出的一行系数，并在输入下一行的时候，将已经存储在其中的一行系数转移到级别3缓存器14-1。级别3缓存器14-1存储从级别3缓存器14-2转移的一行系数。注意，对于级别3缓存器14-1，已经存储在其中的一行系数在输入下一行的时候被覆写。 

级别4缓存器15由级别4缓存器15-1到级别4缓存器15-3配置，其中存储从水平分析滤波器单元19输入以及从垂直分析滤波器单元18读出的一行系数。 

也就是说，级别4缓存器15-3存储从水平分析滤波器单元19读出的一行系数，并且在输入下一行的时候，将已经存储在其中的一行系数转移到级别4缓存器15-2。级别4缓存器15-2存储从水平分析滤波器单元11读出的一行系数，并在输入下一行的时候，将已经存储在其中的一行系数转移到级别4缓存器15-1。级别4缓存器15存储从级别4缓存器15-2转移的一行系数。注意，对于级别4缓存器15-1，已经存储在其中的一行系数在输入下一行的时候被覆写。 

将详细阐述这些缓存器配置。如上参考图9所述，9×7小波变换滤波器的提升格式被用于垂直分析滤波，因此需要能够存储三行系数的缓存器(例如级别2缓存器13-1到级别2缓存器13-3)作为相应分级的缓存器。 

但是，应当注意，级别1缓存器12可以采取这样的配置，其中第一行不被累积在缓存器中，而是水平方向分析滤波的结果立即被输出至垂直分析滤波器单元18，因此对于两行，级别1缓存器12-1和级别1缓存器12-2就足够了。 

而且，例如为了在图9中的P1和P2获得系数，所有行中所用 的系数对于下一垂直提升计算处的垂直提升计算都是必需的。因此，如上所述，在相应级别的缓存器里，存储在用于一行系数的缓存器中的系数被连续地转移至用于相邻行的系数的缓存器。 

如上所述，对于每个级别的缓存器，存储三行系数(对于级别1缓存器12，两行的系数)就足够了。因此，例如对于其中输入图像的分辨率为1920×1080(也被称为“全规格HDTV(full-spec HDTV)”)的情况，对于每个级别的缓存器所必需的存储容量可以如下地计算。注意，下面中，N表示系数的位精度(bit precision)(例如16)。 

(1)级别1缓存器12的情况 

级别1缓存器12-1所必需的存储容量＝1920×N位 

级别1缓存器12-2所必需的存储容量＝1920×N位 

(2)级别2缓存器13的情况 

级别2缓存器13-1所必需的存储容量＝960×N位 

级别2缓存器13-2所必需的存储容量＝960×N位 

级别2缓存器13-3所必需的存储容量＝960×N位 

(3)级别3缓存器14的情况 

级别3缓存器14-1所必需的存储容量＝480×N位 

级别3缓存器14-2所必需的存储容量＝480×N位 

级别3缓存器14-3所必需的存储容量＝480×N位 

(4)级别4缓存器15的情况 

级别4缓存器15-1所必需的存储容量＝240×N位 

级别4缓存器15-2所必需的存储容量＝240×N位 

级别4缓存器15-3所必需的存储容量＝240×N位 

现在利用N＝16和12位的原始图像的位精度计算得到： 

原始图像的数据量＝1920×1080×12位＝24,883,200位 

上述数据容量总和＝(1920×2+960×3+480×3+240×3)×16位＝142,080位 

因此，142,080/24,883,200＝0.0057，大约为1/175。 

从上面可以看出，具有远小于(1/175)原始图像的数据尺寸的 存储容量的缓存器对于每个级别的缓存器来说是足够的，因此可以将级别1缓存器12到级别4缓存器15配置为小波变换设备1的内部存储器，而无需使用外部存储器。 

图11说明图1所示系数缓存器17的配置示例，其中存储在垂直分析滤波处理中所产生的一部分系数。 

系数缓存器17由级别1缓存器31-1到31-3、级别2缓存器32-1到32-3、级别3缓存器33-1到33-3、级别4缓存器34-1到34-3、和选择器35-1到35-3配置，并且如前面参考图9所述，其中存储在垂直提升处理过程中所产生的三个中间计算系数(即对于下一垂直提升处理所必需的三个系数)。 

级别1缓存器31-1到31-3存储在级别1垂直提升计算处理中所产生的相应三个系数。级别2缓存器32-1到32-3存储在级别2垂直提升计算处理中所产生的相应三个系数。级别3缓存器33-1到33-3存储在级别3垂直提升计算处理中所产生的相应三个系数。级别4缓存器34-1到34-3存储在级别4垂直提升计算处理中所产生的相应系数。 

在垂直分析滤波器单元18的控制下，选择器35-1从级别1缓存器31-1、级别2缓存器32-1、级别3缓存器33-1和级别4缓存器34-1中选择相应分级的缓存器，并从所选择的缓存器中读出相应分级的系数。 

在垂直分析滤波器单元18的控制下，选择器35-2从级别1缓存器31-2、级别2缓存器32-2、级别3缓存器33-2和级别4缓存器34-2中选择相应分级的缓存器，并从所选择的缓存器中读出相应分级的系数。 

在垂直分析滤波器单元18的控制下，选择器35-3从级别1缓存器31-3、级别2缓存器32-3、级别3缓存器33-3和级别4缓存器34-3中选择相应分级的缓存器，并从所选择的缓存器中读出相应分级的系数。 

来自选择器35-1到35-3的三个系数被输入至垂直分析滤波器 单元18作为系数D18。 

注意，图9的上半部分中，由点划线表示的存储在第二垂直提升计算中的三个系数不同于图9下半部分中由点划线表示的存储在第三垂直提升计算中的三个系数。因此，不需要如图10中每个级别的缓存器那样转移系数，并且构成系数缓存器17的缓存器使得新系数被简单地覆写在过去的系数上。 

如上所述，不需要在系数缓存器17中对每个级别存储任何多于三个的系数，并且因此系数缓存器17可以被配备以相对小的存储器。注意，如上所述，每个级别的缓存器可以被配备以相对小的存储容量。因此，级别1缓存器12到级别4缓存器15以及系数缓存器17可以被配置为小波变换设备1的内部存储器，而不使用外部存储器。 

因而，不需要在外部配置存储器，从而不需要与外部存储器交换数据，并且可以高速执行小波变换。进而，不需要提高时钟频率，以便提高外部存储器和小波变换设备之间的数据速度，从而节约电能。 

现在，虽然上面已经使用普通图像信号描述了图1所示的小波变换设备1的配置和操作；下面，将描述的情况中，作为运动图像的视频信号被输入至小波变换设备1。 

视频信号通常由标准进行规定，并且在日本、美国和其它一些国家中通常所使用的电视广播信号是NTSC(国家电视标准委员会)信号。而且，HDTV信号由美国标准实体SMPTE(运动图像和电视工程师协会：The Society of Motion Picture and Television Engineers)在被称为SMPTE274M的标准下标准化。这里针对HDTV信号(分辨率为1920×1080)进行描述。 

图12说明HDTV视频信号数据的分量。在视频信号中，亮度分量Y的实样本数据(real sample data)的数量是每行1920个样本，其中EAV(有效视频的结束：End of Active Video)、SAV(有效视频的开始：Start of Active Video)位于Y实样本数据之前。它们由总共280个样本构成。该配置同样适用于差分量Cb和Cr，但是格式(format)为4:2:2，其中每个Cb和Cr的实样本数据的数量是Y 的一半，因此Cb和Cr的总和与Y相等。 

Y与Cb、Cr的复用(multiplexing)产生总共560个用于EAV和SAV的样本的数据，以及用于Y、Cb和Cr的总共3840的样本的数据。因此，在向小波变换设备1输入HDTV SMPTE274M标准(通常被称为“HD-SDI(高清晰度串行数据接口：High Definition SerialData Interface)标准”)视频信号的情况下，图1所示示例中的图像信号D10是复用的样本数据。下面将假设这样的情况而进行阐述。 

在视频信号作为图像信号被输入到小波变换设备1的情况下，以每秒输入60个字段或每个画面以1/60秒输入来输入视频信号，所以前面参照图2所述的小波变换必须在这个短的时间内完成。也就是说，必须高速完成小波变换。 

解决它的方法之一是在水平分析滤波器单元11输入视频信号(图像信号D10)，并在水平方向的列数(样本数量)达到预定数量时立即执行水平方向低频带分析滤波和高频带分析滤波。 

例如，水平分析滤波器单元11待机，直到M列图像信号D10被输入并呈现给未示出的内置存储器。M的值对应于水平分析滤波的分支的数量，并且分支数量越大，M的值越大。 

在M列图像信号累积在内置存储器中时，水平分析滤波器单元11立即执行水平分析滤波。也就是说，水平分析滤波器单元11连续地从内置存储器读出M列(例如图3的情况下M＝3)，并且执行水平方向低频带分析滤波和高频带分析滤波。作为水平分析滤波结果的低频带分量和高频带分量被交错，并被存储在级别1缓存器12中。在行数达到N行时，存储在级别1缓存器12中的低频带分量和高频带分量被读出并输入至垂直分析滤波器单元18。 

在N(例如图4的情况下N＝3)行的低频带分量和高频带分量被累积的时候，垂直分析滤波器单元18立即执行垂直方向低频带分析滤波和高频带分析滤波。N的值对应于垂直分析滤波的分支数量，并且因此分支数量越大，N的值越大。如图13和14所示，作为垂直分析滤波的结果，该垂直分析滤波产生低频带分量(1LL)D19和高 频带分量(1HL、1LH、1HH)D23。 

在垂直分析滤波之后，当在内部存储器中，低频带分量D19被累积到支持水平方向分析滤波的列数时，水平分析滤波器单元19立即执行分级2水平分析滤波。以此方式重复分析低频带分量的原因是图像信号的大部分能量集中在低频带分量中。 

也就是说，水平分析滤波器单元19连续从内部存储器读出M列，并执行水平方向低频带分析滤波和高频带分析滤波，如分级2水平分析滤波。作为水平分析滤波结果的低频带分量和高频带分量被交错，并被存储在级别2缓存器13中。 

在N/2行低频带分量和高频带分量被累积在级别2缓存器13中的时候，垂直分析滤波器单元18立即执行垂直方向低频带分析滤波和高频带分析滤波，如图14所示。如图15所示，该垂直分析滤波产生低频带分量(2LL)和高频带分量(2HL、2LH、2HH)。也就是说，在图15所示的示例中，分级1的频率分量被划分为四个频率分量2LL、2HL、2LH和2HH。 

如上所述，被重复执行直到预定分级的小波变换被重复执行，而随后输入视频信号至视频信号一个画面结束，从而一个图像被带划分到预定分级。 

在进一步增加分级数量的情况下，可以对低频带分量重复执行分析滤波。图16是说明实际图像已经被分析滤波划分至分级3的示例的示图，其中N＝4。 

也就是说，对于该图像，在分级1垂直分析滤波中，只要累积四行频率分量， 就执行垂直分析滤波；在分级2垂直分析滤波中，只要累积两行频率分量，就执行垂直分析滤波；在分级3垂直分析滤波中，只要累积一行频率分量，就执行垂直分析滤波；从而可以理解已经执行划分至分级3。 

如上所述，只要累积预定数量的列或预定数量的行的频率分量，就执行分析滤波，所以可以有效执行一个画面的视频画面的分析滤波。也就是说，可以高速执行小波变换。

而且，为整个屏幕的所有行的级中多次执行用于获得至少一行低频带分量的系数数据的分析滤波就使得能够在其中例如编码和转移以及解码后小波变换频率分量的系统中以很小的延迟获得被解码图像，如下面参考图27所述。 

而且，在构成视频信号的画面(字段或帧)的递增中执行上述对视频信号所执行的分析滤波，所以需要检测画面的结束，并停止和重设分析滤波操作。在此情况下，虽然将忽略图中的说明，但是小波变换设备1被配置为具有内置的垂直同步信号检测单元，用于检测视频信号中的垂直同步信号，例如在水平分析滤波器单元11的上游。 

图17是SMPTE274M标准交错信号的信号分布图。上半部分示出第一字段，下半部分示出第二字段。在第一字段的前面有22行垂直同步信号，在第二字段的前面有23行垂直同步信号。 

因此，小波变换设备1具有用于检测视频信号中垂直同步信号的垂直同步信号检测单元，例如内置在水平分析滤波器单元11的上游，并利用内置的垂直同步信号检测单元检测垂直同步信号。 

因此，可以容易地检测画面的结束，并可以在检测后停止分析滤波操作。也就是说，可以在构成视频信号的画面(字段或帧)的递增中执行对视频信号的分析滤波。 

图18是说明对应于图1所示小波变换设备的小波逆变换设备的一个实施例的配置示例的示图。小波逆变换设备51是带合成设备，其接受通过图像信号被图1所示小波变换设备1进行小波变换并被分成预定级别(在图18所示的情况下，分级4)而获得的频率分量。当然，如果小波变换分级数量不同，则对应于分级数量执行小波逆变换。 

图18所示的小波逆变换设备51由级别3缓存器61、级别2缓存器62、级别1缓存器63、选择器64、垂直合成滤波器单元65、系数缓存器66、水平合成滤波器单元67、选择器68和控制单元69配置。也就是说，小波逆变换设备51具有对于除最低频带级别(分级4)之外的每个级别独立的缓存器(级别3缓存器61到级别1缓存器63)。 

分级4低频带分量系数(4LL)D61和高频带分量系数(4HL、 4LH、4HH)D62被从未示出的外部(例如从图27所示的数字解码单元313，下面将对其阐述)输入到选择器64。分级3高频带分量系数(3HL、3LH、3HH)D63被输入到级别3缓存器61。分级2高频带分量系数(2HL、2LH、2HH)D64被输入到级别2缓存器62。分级1高频带分量系数(1HL、1LH、1HH)D65被输入到级别1缓存器63。 

对于分级4的垂直合成滤波结果，级别3缓存器61存储和保存作为水平合成滤波结果而获得的分级3低频带分量的系数(3LL)D74，以及外部获得的分级3高频带分量系数(3HL、3LH、3HH)D63。分级3低频带分量系数(3LL)D74和分级3高频带分量系数(3HL、3LH、3HH)D63在级别3缓存器61被复用，并被从级别3缓存器61输出作为分级3频率分量系数(3HL、3HL，3LH、3HH)D66。 

对于分级3的垂直合成滤波结果，级别2缓存器62存储和保存作为水平合成滤波结果而获得的分级2低频带分量的系数(2LL)D75，以及外部获得的分级2高频带分量系数(2HL、2LH、2HH)D64。分级2低频带分量系数(2LL)D75和分级2高频带分量系数(2HL、2LH、2HH)D64在级别2缓存器62被复用，并从级别2缓存器62输出作为分级2频率分量系数(2HL、2HL，2LH、2HH)D67。 

对于分级2的垂直合成滤波结果，级别1缓存器63存储和保存作为水平合成滤波结果而获得的分级1低频带分量的系数(1LL)D76，以及外部获得的分级1高频带分量系数(1HL、1LH、1HH)D65。分级1低频带分量系数(1LL)D76和分级1高频带分量系数(1HL、1LH、1HH)D64在级别1缓存器63被复用，并从级别1缓存器63输出作为分级1频率分量系数(1LL，1HL、1LH、1HH)D68。 

注意，级别3缓存器61到级别1缓存器63与图15所示的级别2缓存器13到级别4缓存器15的配置基本相同。也就是说，如前面参考图10所述，对应于待处理的级别，级别3缓存器61到级别1缓存器63中每一个由用于存储由垂直分析滤波器单元18所读出的一行系数的三个缓存器配置。

在垂直合成滤波器单元65的控制下，选择器64从外部资源以及从级别3缓存器61到级别1缓存器63中选择外部资源或相应分级缓存器的输出，并将所选择的输出输出至垂直合成滤波器单元65作为系数D69。 

垂直合成滤波器单元65经由选择器64从外部资源或相应分级缓存器读出频率分量系数，读出存储在系数缓存器66中的中间计算系数D70，利用来自选择器64的系数D69和系数D70执行垂直合成滤波，并在执行垂直合成滤波的同时将在垂直合成滤波期间所中间产生的系数的一部分(对于下一计算过程所必需的系数)存储在系数缓存器66中作为中间计算系数D71。 

系数缓存器66存储和保存在垂直合成滤波期间所中间产生的部分系数。也就是说，在垂直合成滤波器单元65所执行的垂直合成滤波期间所中间产生的系数中，系数缓存器66存储和保存对于下一垂直合成滤波处理所必需的系数作为中间计算系数。它们由垂直合成滤波器单元65在下一垂直合成滤波时被读出。 

注意，例如，系数缓存器66与第一系数缓存器17配置基本相同。也就是说，如参考图11所述，系数缓存器66由用于存储在每个级别的垂直提升计算处理中所产生的三个中间计算系数的三个缓存器配置。 

水平合成滤波器单元67在水平方向对作为垂直合成滤波结果而产生的系数D72执行水平合成滤波排列。因此，以从图像顶行开始的顺序产生低频带分量行，并将所产生的低频带分量(或图像)D73输出至选择器68。 

在水平合成滤波器单元67的控制下，如果进行至下一分级，则选择器68向对应于下一分级的级别的缓存器侧输出低频带分量D74到D76之一，以存储在对应于下一分级的级别的缓存器中，并且如果小波逆变换已经完成最后一级(即作为小波变换中初始分级的分级1)，则基带图像D77被向外输出。 

控制单元69由例如包括CPU、ROM和RAM的微计算机等配 置，并通过执行各种程序来控制小波逆变换设备51的单元的处理。 

下面，将参考图19中的流程图描述图18所示的小波逆变换设备51的操作。也就是说，图19说明由小波逆变换设备51所执行的小波逆变换处理，其中从具有最小分辨率的低频带分量开始按顺序向高频带分量地执行处理逆变换的小波逆变换。根据分级，这以级别4、级别3、级别2和级别1的顺序被实现。 

在步骤S61，选择器64外部地输入分级4低频带分量系数(4LL)D61和高频带分量系数(4HL、4LH、4HH)D62。然后，在垂直合成滤波器单元65的控制下，选择器64选择来自外部资源的输出，并将所选择的输出(低频带分量系数(4LL)D61和高频带分量系数(4HL、4LH、4HH)D62)作为频率分量系数D69输出至垂直合成滤波器单元65。 

在步骤S62，垂直合成滤波器单元65读出在前一用于获得频率分量的处理中存储在系数缓存器66中的中间计算系数D70。注意，这些系数已经在前面的垂直合成滤波处理中产生，并在前面的步骤S65中被存储。 

在步骤S63，垂直合成滤波器单元65使用频率分量系数D69并读出系数D70以执行分级4垂直合成滤波。下面将参考图21描述该垂直合成滤波的细节。 

在步骤S64，垂直合成滤波器单元65将在垂直合成滤波期间所中间产生的系数的一部分(即中间计算系数)D71存储在系数缓存器66中。而且，作为垂直合成滤波结果而产生的系数D72被输入至水平合成滤波器单元67。 

在步骤S65，水平合成滤波器单元67在水平方向对作为垂直合成滤波结果而产生的系数D72执行水平合成滤波排列，并执行分级4水平合成滤波。下面将参考图22描述该水平合成滤波的细节。在水平合成滤波期间所中间产生的系数的一部分被存储在未示出的内置触发器中。 

由于水平合成滤波，完成分级4低频带和高频带分量的小波逆变 换，从而产生分级3低频带分量系数(3LL)D73。 

在步骤S66，控制单元69确定小波逆变换是否已经进行至作为小波变换的初始级别(即小波逆变换的最后一级)的分级1，并且如果确定分级1未结束，则处理前进至步骤S67。 

在步骤S67，控制单元69控制选择器68，以选择至级别3缓存器61的输出，并将作为水平合成滤波结果而获得的分级3低频带分量系数(3LL)D73作为低频带分量系数(3LL)D74存储在相应级别缓存器中(此情况为级别3缓存器61)。 

在步骤S68，控制单元69将分级3高频带分量系数(3HL、3LH、3HH)从外部资源转移至级别3缓存器61，以将其存储。 

在步骤S69，垂直合成滤波器单元65控制选择器64，以选择来自级别3缓存器61的输出，从而从级别3缓存器61读出频率分量系数D66，并且已经读出的频率分量系数被输入作为频率分量系数D65。 

也就是说，在级别3缓存器61，分级3低频带分量系数(3LL)D74和分级3高频带分量系数(3HL、3LH、3HH)D63被复用，并作为分级3频率分量系数(3HL、3HL，3LH、3HH)D66被从级别3缓存器61输出。因此，分级3频率分量系数(3HL、3HL，3LH、3HH)D66作为来自选择器64的频率分量系数D69被输出至垂直合成滤波器单元65。 

然后，处理返回至步骤S62，并重复后续处理。也就是说，在步骤S62，从系数缓存器66读出系数，在步骤S63执行分级3垂直合成滤波。在步骤S64，计算过程中所获得的系数被存储在系数缓存器66中，并在步骤S65中，执行分级3水平合成滤波，并产生分级2低频带分量(2LL)。 

在此情况下，在步骤S66，确定分级1还未结束，因此作为水平合成滤波结果而获得的分级2低频带分量(2LL)D75被存储在相应级别缓存器中(此情况为级别2缓存器62)。以相同的方式，来自外部资源的分级2高频带分量系数(2HL，2LH，2HH)D64被转移到级别2缓存器62。

此时，以与级别3缓存器61相同的方式，在级别2缓存器62，分级2低频带分量系数(2LL)D75和分级2高频带分量系数(2HL、2LH、2HH)D64被复用，并作为分级2频率分量系数(2LL，2HL、2LH、2HH)D67从级别2缓存器62输出。 

执行上述一连串的处理，直到分级1频率分量被存储在级别1缓存器63中并被读出。然后，在步骤S62，从系数缓存器66读出系数，并在步骤S63执行分级1垂直合成滤波。在步骤S64，在计算过程中所获得的系数被存储在系数缓存器66中，并在步骤S65中，执行分级1水平合成滤波，并从而产生其中已经对分级1进行合成滤波的基带图像。在步骤S66，确定分级1已经结束。 

因此，流程进行至步骤S70，并且在步骤S70，经由选择器68向外(例如向锁存器-图25所示的逆量化单元162)输出来自水平合成滤波器单元67的基带图像D77。 

如上所述，图18所示的小波逆变换设备51也被配置为能够利用内部存储器负责除最低频带级别的每个分级的缓存器，因此可以在执行水平合成滤波的同时将水平合成滤波结果存储在每个分级的缓存器中。因此，可以在从每个分级的缓存器读出水平合成滤波结果的同时，执行垂直合成滤波。也就是说，水平方向和垂直方向滤波可以被同时并行执行。 

因此，可以对运动图像以及具有高分辨率的图像以高速执行小波变换。 

而且，通过图18所示小波逆变换设备51，同用于除最低频带级别的每个分级的缓存器一起还提供系数缓存器，并且当执行垂直方向合成滤波时保存对于下一处理所必需的系数，并在下一垂直分析滤波时读出系数，因此不需要如已知装置那样设置外部存储器。 

因此，不需要与外部存储器交换数据，并可以以高速执行小波逆变换。 

接下来，将详细阐述上述合成滤波的计算方法。可以对应于应用以上参考图6所述的提升技术的分析滤波，执行有效滤波，因此可以 以同样方法将提升技术用于小波逆变换合成滤波。 

图20说明与JPEG2000标准一起使用的9×7合成滤波器的提升格式。将阐述将提升技术应用于该9×7合成滤波器的情况下的合成滤波。 

在图20所示的示例中，第一层(最高层)是由小波变换所产生的系数，其中实心圆圈代表高频带分量系数，实心方块代表低频带分量系数。第二和第三层表示分别在步骤B1和步骤B2所产生的分量(系数)。而且，第四层表示在步骤B3的处理中所产生的偶数分量输出，第五层表示在步骤B4的处理中所产生的奇数分量输出。 

通过将提升技术应用于9×7合成滤波器的合成滤波，通过步骤B3的处理中获得偶数编号的分量，并通过步骤B4的处理获得奇数编号的分量。步骤B1到步骤B4的处理可以由下列表达式表示。 

步骤B1：s_i ¹＝s_i ²-δ(d_i-1 ²+d_i ²)(5) 

步骤B2：d_i ¹＝d_i ²-γ(s_i ¹+s_i+1 ¹)(6) 

步骤B3：s_i ⁰＝s_i ¹-β(d_i-1 ¹+d_i ¹)(7) 

步骤B4：d_i ⁰＝d_i ¹-α(s_i ⁰+s_i+1 ⁰)(8) 

其中α＝-1.586134342，β＝-0.05298011857，γ＝0.8829110755，且δ＝0.4435068520。 

因此，通过应用提升技术的合成滤波，执行步骤B1和步骤B2的处理，在步骤B3产生偶数编号的分量系数，然后在步骤B4产生奇数编号的分量系数。由表达式(5)-(8)可见，可以单独以减法和移位计算实现此时所使用的滤波器组。因此，可以显著地减少计算量。 

从而，如下面所述，该提升技术将通过小波逆变换设备51被应用于水平合成滤波和垂直合成滤波。注意，只是所使用的表达式不同，并且垂直合成滤波执行与参考图9所述的垂直分析滤波基本相同的操作，并且水平合成滤波执行与参考图7所述的水平分析滤波基本相同的操作。 

首先，将详细阐述由垂直合成滤波器单元65所执行的垂直合成滤波。图21说明以图20所示的提升格式在垂直方向对系数组执行垂 直合成滤波的示例。 

图21所示的示例示出垂直方向系数经历以上参考图20所述的四个步骤(步骤B1到步骤B4)的处理、由此产生奇数编号的分量系数(后面也称为“奇数编号系数”)和偶数编号的分量系数(后面也称为“偶数编号系数”)的示例，其中垂直提升步骤的方向在图中是从左到右。 

而且，垂直方向中系数左边示出的数字表示行的序数，其中左起第一列的带阴影的圆圈和方块分别表示高频带输入和低频带输入，并且后续列处的圆圈和方块分别表示在提升计算处理中所产生的高频带系数和低频带系数。特别地，实心圆圈和实心方块分别代表作为提升计算结果的奇数编号系数和偶数编号系数。 

下面按照从左边开始的顺序描述操作。图21的左侧说明这样一种情况，其中垂直方向中的三行系数行4-6被输入，并且执行垂直方向上以提升格式的计算(此后称之为“垂直提升计算”)。注意，在此情况下，最高层的偶数系数并不与奇数系数成对，因此省略对其的描述。 

为了在垂直提升计算的步骤B3中获得第一偶数系数和在步骤B4中获得第一奇数系数，需要输入0-5这6行的系数。 

随后，为了获得第二偶数编号系数和奇数编号系数，需要由粗实线所表示的三个系数和由被圈住的数字所表示的第6和7行两行的系数，而且，为了在步骤B2计算由Q1表示的系数，由被圈住的数字所表示的第5行的系数也是必需的。 

由粗实线所表示的三个系数是在用于获得第一偶数系数和奇数系数的垂直提升计算处理(此后也称之为“第一垂直提升计算”)中所产生的一部分系数。 

因此，为了获得第二偶数编号系数和奇数编号系数，最终需要输入第5到7行三行的系数，并且将由粗实线所表示的、在为了获得第一偶数编号系数和奇数编号系数而执行的第一垂直提升计算处理中所产生的三个系数存储在图18中所示的系数缓存器66中。此时，为 每个级别，从图18中相应级别缓存器读出垂直方向中的三行系数。也就是说，如果当前小波变换的分级为2，则从级别2缓存器62读出系数。 

因此，使用由粗实线所表示的、已经在第一垂直提升计算中存储的三个系数以及已经从相应级别缓存器读出的第5到7行三行的系数执行垂直提升计算就产生四个系数(由粗虚线表示)，包括第二偶数系数和奇数系数。其中，由点划线所表示的三个系数是对于获得第三偶数系数和奇数系数所必需的系数，并且因此被存储在系数缓存器66中。 

在图21的右侧示出了这样一种情况的示例，其中在读出第7行的系数后，附加地输入垂直方向中的两行，即垂直方向中第7到第9行三行的系数被输入，并且执行垂直提升计算。 

以与第二种情况相同的方式，为了获得第三偶数系数和奇数系数，需要由粗实线所表示的三个系数和由被圈住的数字所表示的第8和9两行的系数，而且，为了在步骤B2计算由Q2所表示的系数，由被圈住的数字所表示的第7行的系数也是必需的。 

注意，如图的左半部分由点划线所表示的那样，右半部分中由粗实线所表示的三个系数已经在第二垂直提升计算中被存储在系数缓存器66中。 

因此，使用由粗实线所表示的、已经在第二垂直提升计算中被存储的三个系数以及已经从相应级别的缓存器读出并输入的第7到9行三行的系数执行垂直提升计算就产生四个系数(由粗虚线表示)，包括第三偶数系数和奇数系数。其中，由点划线所表示的三个系数是对于用于获得第三偶数系数和奇数系数所必需的系数，并且因此被存储在系数缓存器66中。 

因此，在连续输入三行系数、并保存三个中间计算系数的同时执行垂直提升计算至屏幕底行，从而完成垂直方向合成滤波。 

接下来，将详细描述由水平合成滤波器单元67所执行的水平合成滤波。图22说明在水平方向排列由垂直方向合成滤波所获得的系 列、并以图20所示的提升格式执行水平合成滤波的示例。 

图22所示的示例示出水平方向系数经历以上参考图20所述的四个步骤(步骤B1到步骤B4)的处理、由此产生奇数编号分量系数和偶数编号分量系数的示例，其中提升步骤的方向在图中是从上到下。 

而且，水平方向上系数上方所示出的数字是列的序数，其中顶部第一层处带阴影的圆圈和方块分别表示高频带输入和低频带输入，后续层处的圆圈和方块分别表示在提升计算处理中所产生的高频带系数和低频带系数。特别地，实心圆圈和实心方块分别表示作为提升计算结果的奇数系数和偶数系数。 

下面按照从顶部开始的顺序描述操作。图22中的上侧说明这样一种情况，其中水平方向中第5-7列三列的系数被输入，并且水平方向中以提升格式的计算(即“水平提升计算”)被执行。注意，在此情况下，最左侧的偶数系数并不与奇数系数成对，因此省略对其的描述。 

为了在水平提升计算的步骤B3中获得第一偶数系数和在步骤B4中获得第一奇数系数，需要输入第0-5列6列系数。 

随后，为了获得第二偶数系数和奇数系数，需要由粗实线所表示的三个系数和由被圈住的数字所表示的第6和7列两列的系数，而且，为了在步骤B2中计算由Q1所表示的系数，由被圈住的数字所表示的第5列的系数也是必需的。 

由粗实线所表示的三个系数是在用于获得第一偶数系数和奇数系数的水平提升计算处理(此后也称之为“第一水平提升计算”)中所产生的系数的一部分。 

也就是说，为了获得第二偶数系数和奇数系数，最终需要输入由被圈住的数字所表示的第5到7列三列系数，并且锁存由粗实线所表示的、在第一水平提升计算处理中所产生的三个系数作为中间计算系数。实际上，由于这不多于三个系数，可以将通常用作锁存器的触发器内置到水平分析滤波器单元67中。 

因此，使用由粗实线所表示的、已经在第一水平提升计算中锁存 的三个系数以及已经被输入的第5到7列三列系数执行水平提升计算就在其计算处理结束时产生四个系数(由粗虚线表示)，包括第二偶数系数和奇数系数。其中，由点划线所表示的三个系数是对于获得第三偶数系数和奇数系数所必需的系数，并且因此在内置触发器处被锁存为中间计算系数。 

在图22的下半部分中示出一种情况的示例，其中在输入第7列的系数后，水平方向中的两列被附加地输入，即水平方向中的第7到第9列三列系数被输入，并且执行水平提升计算。 

以与第二种情况相同的方式，为了获得第三偶数系数和奇数系数，需要由粗实线所表示的三个系数和由被圈住的数字所表示的第8和9两列系数，而且，为了在步骤B2中计算由Q2所表示的系数，由被圈住的数字所表示的第7列的系数也是必需的。 

注意，如图的上半部分中由点划线所表示的那样，下半部分中由粗实线所表示的三个系数已经在第二水平提升计算中被锁存。 

因此，使用由粗实线所表示的、已经在第二水平提升计算中锁存的三个系数以及已经重新被输入的第7到9列三列系数执行水平提升计算就产生四个系数(由粗虚线表示)，包括第三奇数系数和偶数系数。其中，由点划线所表示的三个系数是对于获得第四高频带系数和低频带系数所必需的系数，并且因此在触发器处被锁存。 

因此，在连续输入三列系数、并保存三个中间计算系数的同时执行水平提升计算至屏幕的最右侧列，从而完成水平方向分析滤波。 

如上所述，如前面参考图10所述，9×7小波变换滤波器的提升格式被用于垂直合成滤波以及水平合成滤波，因此作为相应分级的缓存器，能够存储三行系数的缓存器是必要的，并且为了获得图21中的Q1和Q2，已经用于垂直提升计算的行的系数对于下一垂直提升计算是必要的。 

因此，如上所述，在相应级别的缓存器中，存储在用于一行系数的缓存器中的系数被连续转移至用于相邻行的系数的缓存器。也就是说，图18所示的级别3缓存器61到级别1缓存器63与图10所示的 级别2缓存器13到级别4缓存器15的配置基本相同。 

而且，在垂直合成滤波中，9×7小波变换滤波器的提升格式也被用于图18中的系数缓存器66，因此需要存储在每个级别的垂直提升计算过程中所产生的三个系数中的每一个。因此，图18所示的系数缓存器66与图11所示的系数缓存器17的配置基本相同。 

如上所述，图18所示的级别3缓存器61到级别1缓存器63以及系数缓存器66都可以被配备以相对小的存储容量。因此，级别3缓存器61到级别1缓存器63以及系数缓存器66可以被配置为图18所示的小波变换设备51的内部存储器，而无需提供外部存储器。 

因而，不需要与外部存储器交换数据，并且可以高速执行小波变换。从而，不需要提高时钟频率，以便提高外部存储器和小波变换设备之间的数据速度，从而节约电能。 

现在，虽然上面已经参考图12-16描述了对作为运动图像的视频信号执行小波变换的示例，但是在对构成视频信号的画面的递增中小波变换所产生(划分)的频率分量系数执行小波逆变换的情况下，还需要以高速执行小波逆变换。 

因此，如小波变换设备1中垂直分析滤波器单元18的情况，在垂直方向上累积预定数量的频率分量系数(即对于执行垂直合成滤波所必需的那么多)的时候，小波逆变换设备51的垂直合成滤波器单元65也立即执行垂直方向合成滤波。 

而且，如小波变换设备1中水平分析滤波器单元11的情况，在水平方向累积预定数量的频率分量系数(即对于执行水平合成滤波所必要的那么)的时候，小波逆变换设备51的水平合成滤波器单元67也立即执行水平方向合成滤波。 

如上所述，一旦在垂直方向和水平方向中累积了预定数量的频率分量系数，就执行合成滤波，因此可以有效地执行视频信号的一个画面的合成滤波。也就是说，可以高速执行小波逆变换。 

而且，上面已经参考图17描述了这样的情况，其中在利用图1所示的小波变换设备1对作为运动图像的视频信号执行小波变换时， 通过用于检测视频信号的垂直同步信号的设置，检测画面的结束。 

在如图17所示检测到画面的结束、并执行构成视频信号的画面的递增中小波变换所产生的频率分量的小波逆变换的情况下，图中未示出的装置被设置在小波逆变换设备51的选择器68的下游，作为用于在由小波逆变换所产生的画面信号之后插入视频垂直同步信号的垂直同步信号插入部分(即上述基带图像D77)。 

也就是说，垂直同步信号插入部分被设置在小波逆变换设备51的选择器68的下游，以便在画面信号之后、即在来自选择器68的基带图像D77之后，插入视频垂直同步信号，并且所产生的视频信号被向外输出。 

因此，对于后续画面同样连续插入视频垂直同步信号就使得所产生的视频信号能够被顺序输出。从而，可以再现运动图像。 

如上所述，对于根据本发明一个实施例的小波变换设备，为从级别1到预定数量级别的每个分级提供缓存器，并且在执行水平分析滤波的同时，水平分析滤波结果被存储在每个分级缓存器中，因此可以在从每个分级的缓存器读出水平分析滤波结果的同时执行垂直方向滤波。也就是说，水平方向和垂直方向滤波可以被同时并行执行。 

因此，可以对运动图像以及具有高分辨率的图像以高速执行小波变换。 

而且，每种分析滤波被设置为通过提升(lifting)执行，因此用于存储水平分析滤波结果的每个级别的缓存器和用于存储一部分中间垂直分析滤波系数的系数缓存器可以被配备以小容量。因此，这些缓存器可以被内置到小波变换设备中，并且因此不需要配置外部存储器。 

因此，不需要与外部存储器交换数据，并可以以高速执行小波变换。从而，不需要提高时钟频率，以便提高外部存储器和小波变换设备之间的数据速度，从而节约电能。 

另一方面，对于本发明一个实施例的小波逆变换设备，为除最低级别之外的每个分级提供缓存器，并且在执行水平合成滤波的同时， 水平合成滤波结果被存储在每个分级缓存器中，因此可以在从每个分级的缓存器读出水平合成滤波结果的同时执行垂直方向滤波。也就是说，水平方向和垂直方向滤波可以被同时并行执行。 

因此，可以对运动图像以及具有高分辨率的图像以高速执行小波变换。 

而且，每种合成滤波被设置为通过提升执行，因此用于存储水平合成滤波结果的每个级别的缓存器和用于存储一部分中间垂直合成滤波系数的系数缓存器可以被配备以小容量。因此，这些缓存器可以被内置在小波逆变换设备中，并且因此不需要配置外部存储器。 

因此，不需要与外部存储器交换数据，并可以以高速执行小波变换。从而，不需要提高时钟频率，以便提高外部存储器和小波变换设备之间的数据速度，从而节约电能。 

而且，通过根据本发明一个实施例的小波变换设备和小波逆变换设备，一旦累积预定数量的频率分量系数，就执行分析滤波和合成滤波，因此可以有效地执行分析滤波和合成滤波。也就是说，可以高速执行小波变换和小波逆变换，以便能够处理以每秒60字节输入(即每个画面以1/60秒被输入)的视频信号的小波变换和小波逆变换。 

因此，在下面描述的包括使用小波变换的编码处理和使用小波逆变换的解码处理的传输系统中支持每行并行处理，从而获得几乎没有延迟的解码图像。 

而且，根据本发明一个实施例，垂直同步信号检测装置被提供给小波变换设备，并且根据本发明一个实施例，垂直同步信号插入装置被提供给小波逆变换设备，因此可以在构成视频信号的画面(字段或帧)的递增中对视频信号执行分析滤波。 

上述的本发明实施例涉及用于执行图像或视频信号的小波变换的设备或方法，并且还涉及用于执行小波逆变换的设备或方法，其中执行带分(banddivided)信息的合成滤波，以恢复为图像或视频信号。对于这样的设备或方法，可以想到多种应用。 

也就是说，上面已经描述了执行图像或视频信号的小波变换以将 图像信号和视频信号分成多个频率分量的小波变换设备1，以及用于执行由小波变换设备1所产生的频率分量的小波逆变换的小波逆变换设备51，但是小波变换被广泛用作图像压缩的预处理。因此，现在将描述一种图像编码设备，用于执行由小波变换所产生的频率分量(此后也称为“系数数据”)的压缩编码，和一种用于将由图像编码设备压缩编码的系数数据解码的图像解码设备。 

图23是说明应用了本发明一个实施例的图像编码设备的一个实施例的配置示例的示图。利用该图像编码设备，根据本发明一个实施例的小波变换被执行作为压缩的预处理。 

在图23所示的示例中，图像编码设备101配置有小波变换单元111、量化单元112、熵编码单元113和比率控制单元(rate control unit)114。 

小波变换单元111与图1所示的小波变换设备1的配置基本相同。也就是说，小波变换单元111具有用于每个分级的独立缓存器(级别1缓存器12到级别4缓存器15)、以及用于存储通过垂直分析滤波而中间产生的系数的系数缓存器17，其中在输入视频信号D110(等同于图像信号D10)累积到预定数量的列时，立即对视频信号D110执行水平分析滤波，并且作为水平分析滤波结果的系数数据(频率分量)被存储在对应于每个级别的缓存器中。在作为水平分析滤波而结果的系数数据累积到对应于每个级别的缓存器的预定数量的行时，利用结果系数数据和系数缓存器17中的系数数据执行垂直分析滤波，并且在垂直分析滤波期间所中间获得的系数的一部分被存储在系数缓存器17中，垂直分析滤波结果被作为水平分析滤波的输入，并且重复该处理至预定分级，其中分析后系数数据D111被提供给量化单元112。 

例如，通过分级2分析滤波，如图16所示，对由分级1分析滤波所产生的四行1LL执行小波变换，从而产生两行2LL、2HL、2LH和2HH。在分级3分析滤波，两行2LL经历小波变换，从而产生一行3LL、3HL、3LH和3HH。在分级3是最后的分析滤波的情况下， 3LL是最低频带。 

注意，如以上参考图17所述，当输入视频信号时，在视频信号中检测垂直同步信号(即画面结束)就在画面结束时停止分析滤波操作，其中对每个画面执行小波变换。 

例如通过由量化步长大小(quantization step size)来划分，量化单元112将由小波变换单元111所产生的系数数据D111量化，从而产生量化系数数据D112。 

此时，量化单元112将所产生的一行最低频带频率分量(图16中的情况为3LL)和对于产生这一行所必需的多行其它频率分量所构成的递增作为行块(line block)，并可以为每个这样的行块设定量化步长大小。该行块包括某图像区域的所有频率分量的系数(在图16中的情况下，3LL到1HH的十个频率分量)，因此对每个行块执行量化就使得可以使用小波变换的特性，这是多分辨率分析的优点。而且，对于整个屏幕，只需要确定行块的数量，从而减小了图像编码设备101的负担。 

此外，图像信号的能量通常集中在低频带分量上，并且低频带分量上的劣化对于人眼视觉感知更明显，因此，量化可以被有利地加权，使得低频带分量子带的量化步长大小最终更小。该加权将占用相对更大量的信息给低频带分量，从而提高图像质量的整体印象。 

熵编码单元113对在量化单元112所产生的量化系数数据D112执行源编码，从而产生压缩的编码的码流数据D113。至于源编码，可以使用JPEG或MPEG(运动图像专家组)所使用的霍夫曼(Huffman)编码，或甚至是JPEG2000所采用的高效算术编码。 

现在，应用熵编码的范围(range)的系数是非常重要的问题，直接与压缩效率有关。例如，通过JPEG和MPEG方法，对8×8块上执行DCT(离散余弦变换)，并且对所产生的64DCT系数执行霍夫曼编码，从而压缩信息。也就是说，64DCT系数是熵编码的范围。 

利用小波变换单元111，与对8×8块执行的DCT不同，在行递增中执行小波变换，因此在熵编码单元113，对于每个频带和每个频 带内的每P行独立地执行源编码。 

P的最小值为一行，但是行数越小，需要的参考信息越少，从而意味着存储容量可以相应减少。反之，行越多，存在的信息量也就越大，因此可以提高编码效率。然而，在P超过频带内行块的行数的情况下，这将需要下一行块的行。因此，处理将需要等待通过小波变换和量化产生该行块的量化系数数据，并且该等候时间将成为延迟时间。 

因此，如果期望减少延迟时间，则需要将P保存在行块的行的数量内。例如，对于图16所示的情况，对于频带3LL、3HL、3LH和3HH，行块的行数为1，因此P＝1。而且，对于子带2HL、2LH和2HH，行块的行数为2，因此P＝1或2。 

比率控制单元114执行对于目标比特率或压缩率的最终匹配的控制，并向外输出比率控制后的编码的码流D114。例如，比率控制单元114将控制信号D115传输至量化单元112，以便在提高比特率的情况下减少量化步长大小，并在降低比特率的情况下增加量化步长大小。 

下面将参考图24的流程图描述图23所示的图像编码设备101的图像编码处理。 

视频信号Dl10从外部(例如从下面将描述的图27所示的视频摄像机单元303)被输入至小波变换单元111。在步骤S111，小波变换单元111对图像信号D110执行小波变换处理。注意，该小波变换处理是在行递增中对于形成视频信号D110的从其中检测垂直同步信号的每个画面执行的处理，但是该处理通常与上面参考图2所述的小波变换处理相同，因此省略对其的描述。 

通过步骤S111的小波变换处理，在输入视频信号D110(等同于图像信号D10)累积到预定数量的列的时候，立即对视频信号Dl10执行水平分析滤波，并且作为水平分析滤波结果而获得的系数数据(频率分量)被存储在对应于每个级别的缓存器中。在作为水平分析滤波结果而获得的系数数据累积到对应于每个级别的缓存器的预定 数量的行时，利用结果的系数数据和系数缓存器17中的系数数据执行垂直分析滤波，垂直分析滤波期间所中间产生的一部分系数被存储在系数缓存器17中，垂直分析滤波结果被作为水平分析滤波的输入，并且重复该处理至预定分级，其中分析后的系数数据D111被提供给量化单元112。 

也就是说，如上面参考图13至16所述，小波变换单元111在整个屏幕的所有行的阶段中多次执行滤波处理，从而可以获得一行最低频带的系数数据。 

在步骤S112，例如通过由量化步长大小划分，量化单元112将由小波变换单元111所产生的系数数据D111量化，从而产生量化系数数据D112。 

此时，量化单元112将由所产生的一行最低频带频率分量(在图16中的情况下为3LL)和对于产生该一行所必需的多行其它频率分量而构成的递增作为行块，并为每个这样的行块设定量化步长大小。也就是说，在累积预定数量的行后，量化单元112还为每个行块立即执行量化。 

在步骤S113，熵编码单元113对在量化单元112所产生的量化系数数据D112执行熵编码(源编码)，并产生压缩的编码的码流数据D113。 

现在，在小波变换单元111，在行递增中执行小波变换，因此熵编码单元113还为每个频带和每个频带内的每P行独立地执行源编码。也就是说，在累积P行(在行块中的行数之内)之后，熵编码单元113还为每个行块立即执行源编码。 

在步骤S114，比率控制单元114执行比率控制(即对于目标比特率或压缩率的最终匹配的控制)，并向外输出比率控制后编码的码流D114。 

如上所述，利用图像编码设备，在行递增中执行小波变换，在行块递增中执行量化，并对作为行块中行数之内的数字的每P行执行源编码，并且向外输出已经为每P行编码的编码码流D114。

因此，例如在传输被信息编码设备编码的编码数据的情况下，每P行编码的数据被连续传输，因此可以几乎没有延迟地在接收和解码编码数据的图像编码设备处获得解码图像(图25中的图像解码设备151)。 

图25是说明对应于图像编码设备的图像解码设备的一个实施例的配置示例的示图。 

在图25所示的示例中，图像解码设备151配置有熵解码单元161、逆量化单元162、和小波逆变换单元163。 

熵解码单元161对输入的编码码流D160执行源解码，并产生量化系数数据D161。对于源解码，对应于图像编码设备101所执行的源编码，可以采用霍夫曼编码或甚至高效算术编码。在已经在图像编码设备101对于每P行独立地执行源编码的情况下，熵解码单元161还对于每个频带和对于每个频带内每P行独立地执行源解码。 

通过以量化步长大小乘以量化系数数据D161，逆量化单元162执行逆量化，从而产生系数数据D162。该量化步长大小通常在编码码流等的首标中描述。注意，在如以上参考图23所述，在图像编码设备101为每个行块设定量化步长大小的情况下，逆量化单元162相应地为每个行块设定逆量化步长大小，并执行逆量化。 

小波逆变换单元163与图18所示的小波逆变换设备51的配置基本相同。也就是说，小波逆变换单元163具有用于每个分级的独立缓存器(级别3缓存器61到级别1缓存器63)，以及用于存储通过垂直合成滤波而中间获得的一部分系数的系数缓存器66，其中对系数数据D162执行垂直合成滤波和水平合成滤波，在垂直分析滤波期间所中间获得的系数的一部分被存储在系数缓存器66中，并且作为水平合成滤波结果而获得的系数数据被存储在对应于每个级别的缓存器中。在对应于每个级别的缓存器中系数数据累积到预定数量后，小波逆变换设备163立即利用结果的系数数据和系数缓存器66中的系数数据执行垂直合成滤波和水平合成滤波，其被重复至级别1，从而产生基带图像。而且，小波逆变换设备163将垂直同步信号插入基带图 像中，以便产生视频信号D163，并且视频信号D163被向外输出。 

下面将参考图26的流程图描述图25所示的图像解码设备151的图像解码处理。 

已经通过图24所示的图像编码处理编码的编码码流D160从外部源(例如，从下面将描述的图27所示的数字解码单元313)被输入至熵解码单元161。在步骤S161，熵解码单元161执行输入的编码码流D160的熵解码(源解码)，从而产生量化系数数据D161。 

此时，已经在图像编码设备101为每P行执行了源编码，因此熵解码单元161也为每个频带，并为每个子带内每P行独立地执行源解码。 

通过用量化步长大小乘以量化系数数据D161，逆量化单元162执行逆量化，从而产生系数数据D162。 

在图像编码设备101为每个行块设定量化步长大小，因此逆量化单元162相应地为每个行块设定逆量化步长大小，并执行逆量化。 

在步骤S163，小波逆变换设备163对系数数据D162执行小波逆变换处理。注意，该小波逆变换处理是在行递增中执行的处理，其中在产生图像之后插入垂直同步信号，但是该处理通常与上面参考图19所述的小波逆变换处理相同，因此省略对其的描述。 

通过步骤S163的小波逆变换处理，对系数数据D162执行垂直合成滤波和水平合成滤波，在垂直分析滤波期间所中间获得的一部分系数被存储在系数缓存器66中，并且作为水平合成滤波结果而获得的系数数据被存储在对应于每个级别的缓存器中，其中，在对应于每个级别的缓存器中所存储的系数数据累积到预定数量后，小波逆变换设备163立即利用结果的系数数据和系数缓存器66中的系数数据执行垂直合成滤波和水平合成滤波，其被重复至级别1，从而产生基带图像。而且，小波逆变换设备163将垂直同步信号插入基带图像中，以便产生视频信号D163，并且视频信号D163被向外输出(例如输出到图27所示的视频摄像机单元303，后面将有所阐述)。 

也就是说，图像编码设备101在行递增中执行小波变换，因此以 相同的方式，图像解码设备163在行递增中执行小波逆变换。 

如上所述，利用图像解码设备151，对于每P行对输入的编码码流进行源解码，在行块的递增中执行逆量化，并且在行的递增中执行小波逆变换，从而产生基带图像。而且，垂直同步信号被插入基带图像中，以便产生向外输出的视频信号D163。也就是说，可以在行的预定递增中并行操作小波逆变换处理。 

因此，在传输编码数据的情况下，连续传输的编码数据被每P行地解码，并在行的递增中被产生，因此可以几乎没有延迟地获得解码图像。 

如上所述，可以在行的递增中并行操作如图23和25所示的图像编码设备101和图像解码设备151中每一个的处理，从而可以几乎没有延迟地执行图像压缩编码和解码处理。 

下面，将描述将参考图23和25所述的图像编码设备101和图像解码设备151应用于各种系统的示例。 

图27说明可以应用根据本发明一个实施例的包括小波变换的图像编码和包括小波逆变换的图像解码的数字三轴系统的配置示例。 

三轴系统是一种在电视广播电台、摄影场等中使用的系统。利用这样的系统，当在摄影场中记录或从远处位置直播时，连接视频摄像机和摄像机控制单元或开关的单个三轴线缆被用于传输多路信号，诸如画面信号、音频信号、返回画面信号(return picture signal)、同步信号等，并提供电源。 

许多公知的三轴系统被设置为以模拟信号的方式传输上述信号。另一方面，近些年来，整个系统变得数字化，并且因此用在电视广播电台中的三轴系统也变得数字化。 

利用已知的数字三轴系统，在三轴线缆上传输的数字视频信号已经是未压缩的视频信号。原因在于所要求的关于信号延迟时间的规格对于电视广播电台特别严格；基本上，例如要求从发射到监视器输出的延迟时间在一个字段中(16.67毫秒)。诸如MPEG2和MPEG4的已经实现高压缩比和高图像质量的压缩编码系统还未被用在三轴 系统中，因为对于视频信号压缩和编码以及解码压缩的视频信号，需要等于若干帧的时间，这意味着延迟时间巨大。 

根据本发明一个实施例的包括小波变换的图像编码和包括小波逆变换的图像解码能够如参考图2和19所述那样为水平滤波和垂直滤波并行操作，并且还能够由于在行递增中执行操作而并行操作，如图24和26所示；因此，从图像数据输入到获得输出图像的延迟时间可被减少，使得可应用于数字三轴系统。 

图27所示的数字三轴系统配置有经由三轴线缆(三同轴线缆)301连接的传输单元300和摄像机控制单元302。被实际广播或被用作内容的从传输单元300到摄像机控制单元302的数字视频信号和数字音频信号(此后称为“主行信号”)和从摄像机控制单元302到传输单元300的对讲(intercom)音频信号和返回数字视频信号在三轴线缆301上传输。 

例如，传输单元300被内置到未示出的视频摄像机设备中。当然，可以进行其它设置，诸如传输单元300被连接至视频摄像机设备作为视频摄像机设备的外部设备。例如，摄像机控制单元302可以是通常称为CCU(摄像机控制单元)的设备。 

数字音频信号与本发明的本质关系不大，因此为了简化说明书，省略对其的描述。 

例如，视频摄像机单元303被设置在未示出的视频摄像机设备中，并利用诸如CCD(电荷耦合装置)的未示出的图像采集设备对来自已经经由包括透镜、聚焦机构、缩放机构、光圈调节机构等的光学系统350采集的对象的光执行感光(photoreception)。图像采集设备通过光电转换将所接收的光转换为电信号，并进一步执行预定的信号处理，以便输出基带数字视频信号。这些数字视频信号例如被映射到HD-SDI(高清晰度串行数据接口)格式，并被输出。 

用作监视器的显示单元351和用于外部交换音频的对讲电话设备352也连接至视频摄像机单元303。 

传输单元300具有视频信号编码单元310和音频信号解码单元 311、数字调制单元312和数字解调单元313、放大器314和315、以及视频分割/合成单元316。 

基带数字视频信号例如被映射到HD-SDI格式，并从视频摄像机单元303提供到传输单元300。数字视频信号在视频信号编码单元310处被压缩和编码，以便成为被提供给数字调制单元312的码流。数字调制单元312将所供给的码流调制为适于在三轴线缆301上传输的格式，并输出。从数字调制单元312所输出的信号经由放大器314被提供到视频分割/合成单元316。视频分割/合成单元316将所供给的信号发送至三轴线缆301。这些信号经由三轴线缆301在摄像机控制单元302被接收。 

从摄像机控制单元302所输出的信号经由三轴线缆301在传输单元300被接收。所接收的信号被提供到视频分割/合成单元316，并且数字视频信号部分和其它信号部分被分开。所接收的信号中，数字视频信号部分经由放大器315被提供给数字解调单元313，被调制为适于在三轴线缆301上传输的格式的信号在摄像机控制单元302侧被解调，并恢复码流。 

码流被提供到视频数据解码单元311，压缩码被解码，并获得基带数字视频信号。解码的数字视频信号被映射到HD-SDI格式，并被输出，并作为返回数字视频信号被提供给视频摄像机单元303。返回数字视频信号被提供到连接至视频摄像机单元303的显示单元351，并用于摄像机操作者的监视。 

摄像机控制单元302具有视频分割/合成单元320、放大器321和322、前端单元323、数字解调单元324和数字调制单元325、以及视频信号解码单元326和视频信号编码单元327。 

在摄像机控制单元302，经由三轴线缆301接收从传输单元300所输出的信号。所接收的信号被提供到视频分割/合成单元320。视频分割/合成单元320将提供给它的信号经由放大器321和前端单元323提供到数字解调单元324。注意，前端单元323具有用于调整输入信号增益的增益控制单元、用于对输入信号执行预定滤波的滤波器单元 等等。 

数字解调单元324在传输单元300侧解调被调制为适于在三轴线缆301上传输的格式的信号，并恢复码流。码流被提供到在其中解码压缩编码的视频信号解码单元326，以便获得基带数字视频信号。解码的数字视频信号被映射到HD-SDI格式并被输出，并作为主行信号向外输出。 

返回数字视频信号和数字音频信号被向外提供到摄像机控制单元302。数字音频信号被提供到例如摄像机操作者的对讲电话设备352，以用于向摄像机操作者传输外部音频指令。 

返回数字视频信号被提供到视频信号编码单元327并被压缩编码，并且被提供到数字调制单元325。数字调制单元325将所提供的码流调制为适于在三轴线缆301上传输的格式，并输出。从数字调制单元325所输出的信号经由前端单元323和放大器322被提供到视频分割/合成单元320。视频分割/合成单元320将这些信号与其它信号复用，并发出至三轴线缆301。在传输单元300，信号经由三轴线缆301被接收。 

在图27所示的示例中，图23中的图像编码设备101和图25中所示的图像解码设备151分别被应用于视频信号编码单元310和327、以及视频信号解码单元311和326。也就是说，视频信号编码单元310和327与图23中的图像编码设备101的配置基本相同，视频信号解码单元311和326与图25中的图像解码设备151的配置基本相同。 

也就是说，在传输单元300侧，视频信号编码单元310对提供给其的数字视频信号执行以上参考图24所述的小波变换和熵编码，并输入码流。如上面参考图13到16所述，在输入对应于用于小波变换的滤波器的分支数量并根据小波变换的分级的数量的行数时，视频信号编码单元310开始小波变换。而且，如上面参考图24和26所述，当在图像编码设备和图像解码设备累积对于部件所必需的系数数据后，由部件顺序执行处理。在处理完到一个帧或一个字段的底行时，开始处理下一帧或字段。

如上所述，通过图23和25所示的图像编码设备101和图像解码设备151，其部件并行执行处理，从而图像编码设备101和图像解码设备151可以抑止视频摄像机单元303从摄像机控制单元302所获取的画面的输出延迟、以及外部提供并从摄像机控制单元302传输至视频摄像机单元303的返回数字视频信号的延迟，并因此有利地用于图27所示的数字三轴系统中。 

这也适用于从摄像机控制单元302侧向传输单元300侧传输返回数字视频信号。也就是说，视频信号编码单元327对外部供给的返回数字视频信号执行上述图24中的小波变换和熵编码，并输出码流。 

现在，存在多种情况，其中可以允许返回数字视频信号具有比主行信号的数字视频信号低的图像质量。在此情况下，可以降低在视频信号编码单元327处编码时的比特率。 

例如，视频信号编码单元327利用比率控制单元114执行控制，使得熵编码单元113处的熵编码处理的比特率更低。而且，可以想到这样的设备，其中例如在摄像机控制单元302侧，在视频信号编码单元327处以小波变换单元111执行变换处理到更高分级，并在传输单元300侧，在更低分级停止视频信号编码单元311的小波逆变换单元163处的小波逆变换。摄像机控制单元302的视频信号编码单元327处的处理不限于本示例；可以想到其它各种处理，诸如将小波变换的分级保持为低，以便减轻变换处理的负载。 

图28说明可以应用根据本发明一个实施例的包括小波变换的图像编码和包括小波逆变换的图像解码的无线传输系统的示例的配置。也就是说，通过图28所示的示例，无线地执行将在根据本发明一个实施例的包括小波变换的图像编码设备处所编码的编码数据传输到图像解码设备侧。 

注意，在图28的示例中，视频信号从视频摄像机或传输单元400侧(此后简称为“传输单元400”)被单向地传输到接收设备401侧。可以为音频信号和其它信号执行传输单元400和接收单元401之间的双向通信。

例如，传输单元400被内置到未示出的具有视频摄像机单元402的视频摄像机设备中。当然，可以进行其它设置，例如，传输单元400连接至视频摄像机设备作为具有视频摄像机单元402的视频摄像机设备的外部设备。 

视频摄像机单元402例如具有预定的光学系统、诸如CCD的图像采集设备和用于将从图像采集设备所输出的信号作为数字视频信号输出的信号处理单元。这些数字视频信号例如被映射到HD-SDI格式，并例如从视频摄像机单元402被输出。当然，从视频摄像机单元402所输出的数字视频信号不限于本示例，也可以有其它格式。 

传输单元400具有视频信号编码单元410、数字调制单元411和无线模块单元412。视频信号编码单元410与图23所示的图像编码设备101的配置基本相同。 

在传输单元400，基带数字视频信号例如被映射到HD-SDI格式，并被输出。在视频信号编码单元410，对数字视频信号进行通过以上参考图24所述的熵编码的压缩编码和小波变换，以成为被提供到数字调制单元411的码流。数字调制单元411将所供给的码流数字调制为适于无线通信的格式的信号，并输出。 

而且，数字音频信号和其它信号，诸如例如预定命令和数据，也被提供到数字调制单元411。例如，视频摄像机单元402具有麦克风，由此将所收集的声音转换为音频信号，而且音频信号经历A/D转换，并作为数字音频信号输出。此外，视频摄像机单元402能够输出某些命令和数据。命令和数据可以在视频摄像机单元402内产生，或者视频摄像机单元402可以具有操作单元，其中响应于用户在操作单元处的操作而产生命令和数据。而且，可以进行这样的设置，其中用于输入命令和数据的输入设备被连接至视频摄像机单元402。 

数字调制单元411对这些数字音频信号和其它信号执行数字调制，并输出。从数字调制单元411所输出的数字调制信号被提供到无线模块单元412，并作为无线电波(airwave)从天线413被无线传输。 

在从接收单元401侧接收到ARQ(自动重传请求)之后，无线 模块单元412将此ARQ通知给数字调制单元411，以便请求数据重发。 

从天线413所传输的无线电波在接收设备401侧的天线420处被接收，并被提供到无线模块单元412。接收设备401具有无线模块单元421、前端单元422、数字解调单元423和视频信号解码单元424。视频信号解码单元424与图25所示的图像解码设备151的配置基本相同。 

无线模块单元421基于所接收的无线电波将数字调制信号提供到前端单元422。前端单元422执行预定信号处理，诸如对所供给的数字调制信号的增益控制，并被提供到数字解调单元423。数字解调单元423将所供给的数字调制信号解调，并恢复码流。 

将在数字解调单元423处所恢复的码流提供到视频信号解码单元424，利用以上参考图26所述的解码方法解码压缩编码，并获得基带数字视频信号。解码的数字视频信号被映射到例如HD-SDI格式，并被输出。 

数字解调单元423还被提供以在传输单元400侧经过数字调制并被传输的数字音频信号和其它信号。数字解调单元423解调该信号，其中这些数字音频信号和其它信号已经经过数字调制，并恢复和输出数字音频信号和其它信号。 

而且，根据预定方法，前端单元422对从无线模块单元421所提供的被接收信号执行错误检测，并且在检测到错误，例如已经接收错误帧的情况下，输出ARQ。ARQ被提供到无线模块单元421，并从天线420传输。 

通过这样的配置，传输单元400被内置到例如具有视频摄像机单元402的相对小尺寸的视频摄像机设备中，监视器设备被连接至接收设备401，并且从视频信号解码单元424所输出的数字视频信号被提供到监视器设备。只要接收设备401处于从具有内置传输单元400的视频摄像机设备所传输的无线电波的无线电波范围里，就可以几乎没有延迟地地，例如以一个字段或一个帧内的延迟，在监视器设备上观 看视频摄像机设备所获得的画面。 

注意，在图28所示的示例中，利用无线通信执行传输单元400和接收设备401之间的通信，以便经由无线通信传输视频信号，但是该设置不限于本示例。例如，传输单元400和接收设备401可以经由诸如互联网的网络连接。在此情况下，传输单元400侧的无线模块单元412和接收设备401侧的无线模块单元421每个都是能够利用IP(网际协议)通信的通信接口。 

对于图28所示的无线传输系统，可以想到各种应用。例如，该无线传输系统可以应用于视频会议系统。一个设置示例是将能够进行USB(通用串行总线)连接的简单视频摄像机设备连接至诸如个人计算机的计算机设备，其中计算机设备侧实现视频信号编码单元410和视频信号解码单元424。在计算机设备处所实现的视频信号编码单元410和视频信号解码单元424可以是硬件配置，或者可以由计算机设备上运行的软件实现。 

例如，每一个参与视频会议的成员会配备有计算机设备和连接至计算机设备的视频摄像机设备，其中计算机设备通过缆线或无线网络连接至用于提供视频会议系统业务的服务器设备。从视频摄像机设备所输出的视频信号经由USB缆线被提供到计算机设备，并且在计算机设备内的视频信号编码单元410处执行上面参考图24所述的编码处理。经由网络，计算机设备将其中视频信号已经被编码的码流传输至服务器设备等。 

经由网络，服务器设备将所接收的码流传输至每个参与成员的计算机设备。该码流在每个参与成员的计算机设备处被接收，并在上面参考图26所述的计算机设备内的视频信号解码单元424处经历解码处理。从视频信号解码单元424所输出的图像数据作为画面被显示在计算机设备的显示单元上。 

也就是说，由其它参与成员的视频摄像机设备所获得的视频画面被显示在每个参与成员的计算机设备的显示单元上。因此，将本发明的一个实施例应用于无线传输系统就意味着从对由视频摄像机设备 所获得的视频信号进行编码到在其它参与成员的计算机设备处对其解码的延迟时间很短，因此可以减少被显示在参与成员的计算机设备的显示单元上的其它参与成员的画面延迟的不自然感。 

而且，可以想到这样的设置，其中在视频摄像机设备处安装视频信号编码单元410。例如，传输单元400被内置到视频摄像机设备中。这样的配置不再需要将视频摄像机设备连接至诸如计算机设备等的另一设备。 

除上述视频会议系统之外，这样的由内置有传输单元400的视频摄像机设备和接收设备401构成的系统可用于各种应用。例如，如图29所示意地示出的，该系统可用于家庭游戏控制台。在图29中，图28中所示的传输单元400被内置到视频摄像机设备500中。 

在家庭游戏控制台的主单元501中，总线例如连接CPU、RAM、ROM、与CD-ROM(压缩光盘只读存储器)和DVD-ROM(数字多用盘-ROM)兼容的盘驱动设备、用于将CPU所产生的显示控制信号转换为视频信号并输出的图形控制单元、用于播放音频信号的音频再现单元等等，即具有与计算机设备基本类似的配置。 

CPU根据预先存储在ROM中的程序或记录在安装到盘驱动设备的CD-ROM或DVD-ROM中的程序全面控制家庭游戏控制台的主单元501。RAM被用作CPU的工作存储器。家庭游戏控制台的主单元501已经设置在接收设备401中。例如，从接收设备401所输出的数字视频信号和其它信号经由总线被提供到CPU。 

可以说，通过这样的系统，例如家庭游戏控制台的主单元501，运行可以以外部所提供的数字视频信号形式的图像作为游戏中的图像的软件。例如，该游戏软件能够使用外部所提供的数字视频信号形式的图像作为游戏中图像，并且还识别图像中人物(游戏者)的运动，并对应于所识别的运动执行操作。 

视频摄像机设备500利用上面参考图24所述的编码方法在内置传输单元400内的视频信号编码单元410处对数字视频信号进行编码，由数字调制单元411调制码流，并提供给无线模块单元412，以 便从天线413传输。所传输的无线电波在内置到家庭游戏控制台的主单元501中的接收设备401的天线420处被接收，所接收的信号经由无线模块单元421和前端单元422被提供到数字解调单元423。 

在数字解调单元423处，所接收的信号被解调为码流，并被提供到视频信号解码单元424。视频信号解码单元424利用上面参考图26所述的解码方法对所供给的码流解调，并输出基带数字视频信号。 

从视频信号解码单元424所输出的基带数字视频信号在家庭游戏控制台的主单元501中的总线上被发送，并例如被临时存储在RAM中。在根据预定程序读出存储在RAM中的数字视频信号后，CPU可以检测数字视频信号所提供的图像内人的运动，并使用游戏中的图像。 

由于从由视频摄像机设备500拍摄图像并且所获得的数字视频信号被编码到在家庭游戏控制台的主单元501处解码码流并在那里获得图像的延迟时间很短，所以在家庭游戏控制台的主单元501上运行的游戏软件对于游戏者的运动的响应度提高了，从而提高了游戏的操作性。 

注意，这样的家庭游戏控制台所使用的视频摄像机设备500由于价格、尺寸等的限制而通常具有简单的配置，并且必须假定具有高处理性能和大容量存储器的CPU可能是负担不起的。因此，使用包括根据本发明一个实施例的小波变换处理的编码处理实现了利用小存储容量的操作，因为不需要大容量外部存储器。而且，可以想到这样的设置，其中在内置到视频摄像机设备500中的传输单元400的视频信号编码单元410处以低分级执行小波变换。这进一步降低了对存储容量的要求。 

注意，上面已经将视频摄像机设备500和家庭游戏控制台的主单元501描述为由无线通信连接，但是该设置不限于此示例。也就是说，视频摄像机设备500和家庭游戏控制台的主单元501可以经由诸如USB、IEEE1394等而通过缆线连接。 

已经通过实施例描述了本发明，由此可以看出，可以进行广泛的 应用，只要属于用于执行图像或视频信号的小波变换的设备或方法，以及用于执行对带分析信息的合成滤波的小波逆变换以恢复图像或视频信号的设备或方法。 

也就是说，本发明的实施例有利地应用于设备或系统，其中通过设置在小波变换下游的编码装置，如图23所示的图像编码设备101那样，图像信号或视频信号的图像被压缩、传输接收、解压缩和输出，如上面参考图27到29所述。本发明的实施例特别有利地是这样的设备或系统，其中要求从压缩编码到解码和输出图像的短的延迟。 

另一应用是在观看例如利用视频摄像机所拍摄的图像的同时，使用可远程操作的装置或设备的远程医疗诊断和治疗。 

另一个应用是在例如用在广播电台等中的系统中数字视频信号的压缩编码和传输，以及经过压缩编码的数字视频信号的解码。 

另一个应用是用于发布现场报道视频的系统。 

另一个应用是远程教育系统，其中学生和教师可以交互通信。 

其它的应用包括但不局限于用于传输由具有图像采集功能的运动终端、诸如具有摄像机功能的手提电话所获得的图像数据的系统；视频会议系统；用于利用记录器记录由监视摄像机所采集的图像的监控系统；无线图像传输系统；交互游戏应用；等等。 

如图29所示的情况那样，在这些各种应用中的一系列处理可以由硬件或由软件实现。 

在由软件实现这一系列处理的情况下，构成软件的程序从程序记录介质被安装在内置有专有硬件的计算机中或被安装在例如能够通过安装在其中的各种程序执行各种功能的通用计算机中。 

图30是说明用于利用软件程序执行上述一连串处理的个人电脑701的配置示例的方框图。CPU711根据存储在ROM712或存储单元718中的程序执行各种程序。RAM713存储CPU711所必须使用的程序和数据。CPU711、ROM712和RAM713由总线714互联。 

输入/输出接口715也经由总线714连接至CPU711。连接至输入/输出接口715的是包括键盘、鼠标、麦克风等的输入单元716和包 括显示器、扬声器等的输出单元717。CPU711响应于从输入单元716所输入的命令执行各种处理。CPU711将处理结果输出至输出单元717。 

连接至输入/输出接口715的存储单元718被配置有例如硬盘，并存储CPU711执行或使用的各种程序和数据。通信单元719经由诸如互联网、局域网等的网络与外部设备通信。 

程序还可以经由通信单元719被获得，并被存储在存储单元718中。 

连接至输入/输出接口715的驱动器720驱动安装到其的可拆卸介质721，诸如磁盘、光盘、磁光盘、半导体存储器等，以便获得其中记录的程序或数据。所获得的程序和数据必须被传递至存储单元718并被存储。 

用于存储以计算机可执行形式被安装在计算机中的程序的程序记录介质包括作为包括磁盘(包括软盘)、光盘(包括CD-ROM和DVD)、磁光盘、半导体存储器等的封装介质的图30所示的可拆卸介质721，其中临时或永久存储程序的ROM712、构成存储单元718的硬盘等等。也可以经由用作与路由器、调制解调器等接口的通信单元719，利用诸如局域网、互联网、数字卫星广播等的有线或无线通信介质执行将程序存储于程序记录介质。 

虽然在本说明书中所描述的存储在程序记录介质中的程序的步骤当然以所描述的时间顺序执行，但是并不局限于该时间顺序，而是可以并行或独立地执行。 

而且，本说明书中所使用的术语“系统”是指配置有多个设备的装置的整体。 

本领域技术人员应该明了，可以根据设计要求和其它因素进行各种修改、合并、子合并和变换，只要不脱离权利要求或其等价物的范围。

Claims (36)

1.一种小波变换设备，用于以多个级别对图像信号进行小波变换，所述小波变换设备包括：

第一缓存器，用于对于每个级别独立地存储来自所述图像信号的水平方向分析滤波的结果的频率分量系数；

第二缓存器，用于对于每个级别独立地存储在所述图像信号的垂直方向分析滤波的计算处理中所产生的对于下一级别垂直方向分析滤波所必需的系数；

垂直滤波装置，用于利用从所述第一和第二缓存器读出的对于当前级别垂直方向分析滤波所必需的系数，执行所述垂直方向分析滤波，并且，对于最后一个级别，向外部输出所述垂直方向分析滤波的结果的频率分量系数，对于除最后一个级别以外的其它级别，输出所述垂直方向分析滤波的结果的低频带分量系数作为下一级别的水平方向分析滤波的输入并向外部输出所述垂直方向分析滤波的结果的高频带分量系数；和

水平滤波装置，用于执行水平方向分析滤波，其中，利用外部输入的图像信号作为第一级别水平方向分析滤波的输入，并且除所述级别中最后一个级别之外，利用来自所述垂直方向分析滤波的结果的低频带分量系数作为下一级别的水平方向分析滤波的输入。

2.根据权利要求1的小波变换设备，其中所述水平滤波装置和所述垂直滤波装置由所述小波变换的提升格式实现。

3.根据权利要求2的小波变换设备，其中所述提升格式是这样的格式，其中水平方向分析滤波划分成多级计算而被执行，并且

所述水平滤波装置以所述提升格式为预定数量的列执行水平方向分析滤波。

4.根据权利要求3的小波变换设备，其中

所述水平滤波装置：

还包括保存装置，用于保存在以提升格式的所述多级计算的处理中所获得的系数的一部分，并且

通过执行所述多级计算至最后一级，产生高频带分量和低频带分量的系数；

并且，在执行下一级的水平方向分析滤波的情况下，只有必要的那么多的列是来自垂直滤波装置的垂直方向分析滤波结果的系数的输入，并且读出在通过前一提升格式的所述多级计算的处理中保存在所述保存装置中的系数，并且执行以所述提升格式的所述多级计算。

5.根据权利要求4的小波变换设备，其中所述水平滤波装置以提升格式执行水平方向分析滤波，直到水平方向上的列数都已经过。

6.根据权利要求4的小波变换设备，其中一次输入至所述提升格式的列数是3列，并且保存在所述保存装置中的系数的数量是3。

7.根据权利要求4的小波变换设备，其中所述水平滤波装置将通过执行以所述提升格式的所述多级计算至最后一级而产生的高频带分量和低频带分量系数存储在对应于所述级别的所述第一缓存器中。

8.根据权利要求2的小波变换设备，其中所述提升格式是用于在多级计算中执行垂直方向分析滤波的格式；

并且所述垂直滤波装置以所述提升格式对预定数量的行执行垂直方向分析滤波。

9.根据权利要求8的小波变换设备，其中所述垂直滤波装置通过将在以所述提升格式的所述多级计算的处理中所获得的系数的一部分存储在所述第二缓存器中，并执行所述多级计算至最后一级，来产生高频带分量和低频带分量系数；

并且在执行下一级的垂直方向分析滤波时，只从所述第一缓存器读出来自水平滤波装置的水平方向分析滤波结果的系数的必要的那么多的行，并且还读出在以前一提升格式的所述多级计算的处理中被存储在所述第二缓存器中的系数，并且执行以所述提升格式的所述多级计算。

10.根据权利要求9的小波变换设备，其中所述垂直滤波装置以所述提升格式执行垂直方向分析滤波，直到垂直方向中的行数都已经过。

11.根据权利要求9的小波变换设备，其中从所述第一缓存器所读出的行数是3行，并且被存储在所述第二缓存器中的系数的数量是3。

12.根据权利要求9的小波变换设备，其中所述第一缓存器被配置为在其自身内部具有对于执行所述垂直方向分析滤波所必需的那么多的行的独立缓存器。

13.根据权利要求9的小波变换设备，其中所述第二缓存器被配置为在其自身内部具有对于执行所述多级计算所必需的那么多的系数的独立缓存器。

14.根据权利要求1的小波变换设备，其中所述水平滤波装置在行递增中输入所述图像信号，并在每次水平方向中的样本数量达到预定数量时执行水平方向分析滤波；并且

在每次所述水平滤波装置所执行的所述水平方向分析滤波的结果中频率分量的垂直方向上的行数达到预定数量时，所述垂直滤波装置执行所述垂直方向分析滤波。

15.根据权利要求1的小波变换设备，其中所述水平滤波装置和所述垂直滤波装置以分级方式对最低频率分量执行分析滤波。

16.根据权利要求1的小波变换设备，其中所述图像信号是包括多个画面的视频信号；并且

所述小波变换设备还包括检测装置，用于通过检测所述视频信号的垂直同步信号来检测每个画面的结束；

并且所述水平滤波装置和所述垂直滤波装置对每个画面执行分析滤波。

17.一种小波变换设备的小波变换方法，用于以多个级别对图像信号执行小波变换，所述方法包括下列步骤：

将来自水平方向分析滤波的结果的频率分量系数存储在对于每个级别独立的第一缓存器中；

将在垂直方向分析滤波的计算处理中所产生的对于下一级别垂直方向分析滤波所必需的系数存储在对于每个级别独立的第二缓存器中；

利用从所述第一和第二缓存器读出的对于当前级别垂直方向分析滤波所必需的系数，执行垂直方向分析滤波，并且，对于最后一个级别，向外部输出所述垂直方向分析滤波的结果的频率分量系数，对于除最后一个级别以外的其它级别，输出所述垂直方向分析滤波的结果的低频带分量系数作为下一级别水平方向分析滤波的输入并向外部输出所述垂直方向分析滤波的结果的高频带分量系数；和

执行水平方向分析滤波，其中，利用外部输入的图像信号作为第一级别水平方向分析滤波的输入，并且除所述级别中最后一个级别之外，使用来自所述垂直方向分析滤波的结果的低频带分量系数作为下一级别的水平方向分析滤波的输入。

18.一种小波变换设备的小波变换单元，用于以多个级别对图像信号执行小波变换，所述单元包括：

用于将来自水平方向分析滤波的结果的频率分量系数存储在对于每个级别独立的第一缓存器中的装置；

用于将在垂直方向分析滤波的计算处理中所产生的对于下一级别垂直方向分析滤波所必需的系数存储在对于每个级别独立的第二缓存器中的装置；

用于利用从所述第一和第二缓存器读出的对于当前级别垂直方向分析滤波所必需的系数，执行垂直方向分析滤波，并且，对于最后一个级别，向外部输出所述垂直方向分析滤波的结果的频率分量系数，对于除最后一个级别以外的其它级别，输出所述垂直方向分析滤波的结果的低频带分量系数作为下一级别水平方向分析滤波的输入并向外部输出所述垂直方向分析滤波的结果的高频带分量系数的装置；和

用于执行水平方向分析滤波的装置，其中，利用外部输入的图像信号作为第一级别水平方向分析滤波的输入，并且除所述级别中最后一个级别之外，使用来自所述垂直方向分析滤波的结果的低频带分量系数作为下一级别的水平方向分析滤波的输入。

19.一种小波逆变换设备，用于以多个级别对通过已经对图像信号执行小波变换而产生的频率分量执行小波逆变换，从而重构图像，所述小波逆变换设备包括：

第一缓存器，用于除最低频带级别之外，对于每个级别独立地存储作为上一级别水平方向合成滤波结果而获得的低频带分量系数以及从外部获得的高频带分量系数；

第二缓存器，用于对于每个级别独立地存储在对所述频率分量的垂直方向合成滤波的计算处理中所产生的对于下一级别垂直方向合成滤波所必需的系数；

垂直滤波装置，用于对于最低频带级别，利用从外部输入的低频带分量系数和高频带分量系数以及从所述第二缓存器读出的对于当前级别垂直方向合成滤波所必需的系数，执行所述垂直方向合成滤波，对于其它级别，利用从所述第一和第二缓存器读出的对于当前级别垂直方向合成滤波所必需的系数，执行所述垂直方向合成滤波；和

水平滤波装置，用于通过利用来自所述垂直方向合成滤波的结果的系数作为水平方向合成滤波的输入，执行所述水平方向合成滤波，并且对于除最后一个级别以外的其它级别，向第一缓存器输出所述水平方向合成滤波的结果，对于最后一个级别，向外部输出所述水平方向合成滤波的结果。

20.根据权利要求19的小波逆变换设备，其中所述垂直滤波装置和所述水平滤波装置由所述小波逆变换的提升格式实现。

21.根据权利要求20的小波逆变换设备，其中所述提升格式是这样的格式，其中垂直方向合成滤波划分成多级计算而被执行；并且

所述垂直滤波装置以所述提升格式为预定数量的行执行垂直方向合成滤波。

22.根据权利要求21的小波逆变换设备，其中

所述垂直滤波装置将在以所述提升格式的所述多级计算的处理中所获得的系数的一部分存储在所述第二缓存器中，并通过执行所述多级计算至最后一级来产生所述图像；并且

在执行下一级垂直方向合成滤波的时候，只从来自水平滤波装置的水平方向合成滤波结果的系数中读出所必需的那么多的行，并且读出在以提升格式的所述多级计算的处理中被存储在所述第二缓存器中的系数，并且执行以所述提升格式的所述多级计算。

23.根据权利要求22的小波逆变换设备，其中所述垂直滤波装置以所述提升格式执行垂直方向合成滤波，直到水平方向中的行数都已经过。

24.根据权利要求22的小波逆变换设备，其中从所述第一缓存器所读出的行的数量是3行，并且存储在所述第二缓存器中的系数的数量是3。

25.根据权利要求22的小波逆变换设备，其中所述第一缓存器被配置为在其自身内部具有对于执行所述垂直方向合成滤波所必需的那么多的行的独立缓存器。

26.根据权利要求22的小波逆变换设备，其中所述第二缓存器被配置为在其自身内部具有对于执行所述多级计算所必需的那么多的系数的独立缓存器。

27.根据权利要求20的小波逆变换设备，其中所述提升格式是用于以多级计算执行水平方向合成滤波的格式；并且

所述水平滤波装置以所述提升格式对预定数量的列执行水平方向合成滤波。

28.根据权利要求27的小波逆变换设备，其中所述水平滤波装置：

还包括保存装置，用于保存在以所述提升格式的所述多级计算的处理中所获得的系数的一部分，并且

通过执行所述多级计算至最后一级来产生所述图像；

并且，当执行下一级的水平方向合成滤波时，只输入来自垂直滤波装置的垂直方向合成滤波结果的系数的必需的那么多的列，并且读出在以前一提升格式的所述多级计算的处理中被存储在所述保存装置中的系数，以及执行以所述提升格式的所述多级计算。

29.根据权利要求28的小波逆变换设备，其中所述水平滤波装置以所述提升格式执行水平方向合成滤波，直到水平方向中的列数都已经过。

30.根据权利要求28的小波逆变换设备，其中可以一次被输入至所述提升格式的列数是3列，并且保存在所述保存装置中的系数的数量是3。

31.根据权利要求28的小波逆变换设备，其中所述水平滤波装置将通过执行以所述提升格式的所述多级计算至最后一级而产生的高频带分量和低频带分量系数存储在对应于所述级别的所述第一缓存器中。

32.根据权利要求19的小波逆变换设备，其中所述水平滤波装置在行递增中输入所述频率分量，并在每次水平方向中的样本数量达到预定数量时执行所述水平方向低频带合成滤波和高频带合成滤波；

并且，在每次由所述水平滤波装置所执行的水平方向合成滤波的结果中频率分量的垂直方向中的行数达到预定数量时，所述垂直滤波装置执行所述垂直方向低频带合成滤波和高频带合成滤波。

33.根据权利要求19的小波逆变换设备，其中所述图像信号是包括多个画面的视频信号，通过以分级方式对最低频率分量执行分析滤波而被划分为多个频率分量；

并且，所述垂直滤波装置和所述水平滤波装置以分级方式对多个频率分量中包括最低频率分量的预定数量的频率分量执行合成滤波，最终产生画面。

34.根据权利要求33的小波逆变换设备，还包括垂直同步信号插入装置，用于在由所述垂直滤波装置和所述水平滤波装置所产生的画面之间插入垂直同步信号。

35.一种小波逆变换方法，用于以多个级别对通过已经对图像信号执行小波变换而产生的频率分量执行小波逆变换，从而重构图像，所述方法包括下列步骤：

将作为上一级别水平方向合成滤波结果而获得的低频带分量系数以及从外部获得的高频带分量系数存储在对于除最低频带级别之外的每个级别独立的第一缓存器中；

将在垂直方向合成滤波的处理中所产生的对于下一级别垂直方向合成滤波所必需的系数存储在对于每个级别独立的第二缓存器中；

对于最低频带级别，利用从外部输入的低频带分量系数和高频带分量系数以及从所述第二缓存器读出的对于当前级别垂直方向合成滤波所必需的系数，执行所述垂直方向合成滤波，对于其它级别，利用从所述第一和第二缓存器读出的对于当前级别垂直方向合成滤波所必需的系数，执行所述垂直方向合成滤波；和

通过将来自所述垂直方向合成滤波的结果的系数作为水平方向合成滤波的输入，执行所述水平方向合成滤波，并且对于除最后一个级别以外的其它级别，向第一缓存器输出所述水平方向合成滤波的结果，对于最后一个级别，向外部输出所述水平方向合成滤波的结果。

36.一种小波逆变换设备，用于以多个级别对通过已经对图像信号执行小波变换而产生的频率分量执行小波逆变换，从而重构图像，所述设备包括：

用于将作为上一级别水平方向合成滤波结果而获得的低频带分量系数以及从外部获得的高频带分量系数存储在对于除最低频带级别之外的每个级别独立的第一缓存器中的装置；

用于将在垂直方向合成滤波的处理中所产生的对于下一级别垂直方向合成滤波所必需的系数存储在对于每个级别独立的第二缓存器中的装置；

用于对于最低频带级别，利用从外部输入的低频带分量系数和高频带分量系数以及从所述第二缓存器读出的对于当前级别垂直方向合成滤波所必需的系数，执行所述垂直方向合成滤波，对于其它级别，利用从所述第一和第二缓存器读出的对于当前级别垂直方向合成滤波所必需的系数，执行垂直方向合成滤波的装置；和

用于通过将来自所述垂直方向合成滤波的结果的系数作为水平方向合成滤波的输入，执行所述水平方向合成滤波，并且对于除最后一个级别以外的其它级别，向第一缓存器输出所述水平方向合成滤波的结果，对于最后一个级别，向外部输出所述水平方向合成滤波的结果的装置。

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