CN1197253C - 数据高速压缩伸展方法及其装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及数据压缩伸展领域，提出分频带编译码方法及其装置、小孤立波变换方法及其装置、小孤立波逆变换方法及其装置、数据压缩伸展方法及其装置、编译码方法及其装置。分频带编码装置将一元输入信号分成四区域，存储在对应的存储装置102中，还存储区域分界处相邻区域信号及一元信号的开头或末尾的镜像翻转信号。只需对一个存储装置进行存取，就能输入对应频带解析滤波器104所需要的全部信号，能实现高速处理及使控制简单。

Description

数据高速压缩伸 展方法及其装置
本发明涉及数据压缩伸展领域，尤其涉及通过使用并行处理信号有效提高处理速度的数据高速压缩伸展方法及其装置。
各种数据压缩装置被开发用于计算机中，例如图24表示一种小孤立波(wavelet)变换装置，图中800是小孤立波变换部，801是编码部。在此，在小孤立波变换部800进行二级小孤立波变换，小孤立波变换部800由频带解析滤波器组合802、803、804、805、806及807组成，而上述频带解析滤波器组合分别由低通滤波器(low-pass filter，以下简记为LPF)、高通滤波器(high-pass filter，以下简记为HPF)及二个2比1下取样器(downsampler，用“↓2”表示)构成。
在图24中，从外部输入的图像信号由频带解析滤波器组合802在水平方向分离频带，其高频通过系数由频带解析滤波器组合803在垂直方向分离频带，其低频通过系数由频带解析滤波器组合804在垂直方向分离频带，以上所述是第一级。由频带解析滤波器组合804而得的低频通过系数由频带解析滤波器组合805在水平方向分离频带，其高频通过系数由频带解析滤波器组合806在垂直方向分离频带，其低频通过系数由频带解析滤波器组合807在垂直方向分离频带。这样能得到图25所示分离为七个频带的变换系数，所得变换系数输入编码部801进行编码处理，输出编码信号。
用于从上述编码信号回复到图像的装置称为译码装置，图26表示以往译码装置例，图中851是译码部，850是小孤立波逆变换部。从外部输入的编码信号由译码部851进行译码，回复到二级小孤立波变换系数。小孤立波逆变换部850进行二级小孤立波逆变换，小孤立波逆变换部850由频带合成滤波器组合852、853、854、855、856及857组成，而上述频带合成滤波器组合分别由二个1比2上取样器(upsampler，用“↑2”表示)、低通滤波器LPF及高通滤波器HPF构成。
被译码的2LL、2LH、2HL、2HH的各系数通过频带合成滤波器组合856、857在垂直方向合成频带，各自的合成输出由频带合成滤波器组合855在水平方向合成频带，所合成系数与已译码的1LH系数由频带合成滤波器组合854在垂直方向合成频带，已译码的1HL系数与1HH系数由频带合成滤波器组合853在垂直方向合成频带，上述频带合成滤波器组合853合成输出与频带合成滤波器组合854的合成输出通过频带合成滤波器组合852在水平方向合成频带，回复到原来图像信号。
涉及上述数据压缩装置的公知文献可以例举“小孤立波变换入门”(C.K.Chui，Academic Press，纽约，1992)及USP No.5,748,786。
上述公知数据变换方法可通过利用并行处理得到改善，例如，数据压缩装置可以解析二元信号、例如图像信号，将其分离成若干频带，然后并行地进行小孤立波变换，对该若干频带进行编码。
但是，由于是离散的余弦变换(discrete cosine transform，以下简记为DCT)，易在频带交界处产生噪音。因此，数据编码装置会损害使用与DCT有关的小孤立波变换的优点。
另外，数据压缩装置进行并行处理，在该并行处理中，一元输入信号被分为若干区域，通过若干频带解析滤波器组合，并行进行若干区域信号的频带解析。在这种状态下，上述并行处理以有效提高数据压缩速度为目标。
在并行处理期间，必须将各区域的信号暂时独立保存在可存取的存储装置中。但是，当频带解析滤波器组合使用至少三分支的滤波器时，将各区域的信号保存在可独立存取的存储装置中的结构会产生问题。上述问题在于，在信号的开头、结尾以及区域分界处需要进行例外处理及存储器存取控制。因此，上述问题会引起控制复杂，妨碍处理高速化。
USP No，5,748,786的一实施例中公开了一种2-6(two-six，以下简记为TS)变换，其使用二分支低通滤波器和六分支高通滤波器，很容易发生上述问题。
本发明就是鉴于上述先有技术所存在的问题而提出来的，本发明的目的在于，提供数据高速压缩伸展方法及其装置，实现上述利用小孤立波变换的图像等的编码动作及对该编码信号的译码动作的高速化。
本发明的进一步目的在于提供数据高速压缩伸展方法及其装置，通过并行处理，使分频带编码/译码、小孤立波变换/小孤立波逆变换及数据等的压缩/伸展能高速进行。
为了实现上述目的，本发明提出一种分频带编码装置，将输入信号分离为若干区域，通过若干频带解析滤波器组合并行地进行频带解析，其特征在于，对上述若干频带解析滤波器组合设有一一对应的若干存储装置，在各存储装置中不仅存储上述输入信号的对应区域的信号，而且还存储从相邻区域信号的开头和末尾部分复制的信号，向上述各频带解析滤波器组合仅仅输入存储在所对应的一个存储装置中的信号。
根据本发明的分频带编码装置，其特征还在于，在与输入信号的特定区域对应的若干存储装置中的特定存储装置还存储该特定区域所存储信号的开头或末尾部分的镜像翻转信号。
为了实现上述目的，本发明提出一种小孤立波变换装置，其特征在于，至少包含两个本发明所述的分频带编码装置，以进行水平方向处理及垂直方向处理。
为了实现上述目的，本发明提出一种分频带译码装置，将输入信号分离为若干区域，通过若干频带合成滤波器组合并行地进行频带合成，其特征在于，对上述若干频带合成滤波器组合设有一一对应的若干存储装置，在各存储装置中不仅存储上述输入信号的对应区域的信号，而且还存储从相邻区域信号的开头和末尾部分复制的信号，向上述各频带合成滤波器组合仅仅输入存储在所对应的一个存储装置中的信号。
根据本发明的分频带译码装置，其特征还在于，在与输入信号的特定区域对应的若干存储装置中的特定存储装置还存储上述特定区域的开头或末尾的镜像翻转信号。
为了实现上述目的，本发明提出一种小孤立波逆变换装置，其特征在于，至少包含两个本发明所述的分频带译码装置，以进行水平方向处理及垂直方向处理。
为了实现上述目的，本发明提出一种数据压缩装置，其特征在于，设有本发明所述的小孤立波变换装置及编码装置，通过上述小孤立波变换装置对二元信号进行小孤立波变换，通过上述编码装置将所得小孤立波变换系数信号编码。
为了实现上述目的，本发明提出另一种数据压缩装置，其特征在于，设有本发明所述的若干小孤立波变换装置及若干编码装置，将二元信号分离成若干区域，通过上述若干小孤立波变换装置并行地进行小孤立波变换，通过上述若干编码装置将所得若干区域的小孤立波变换系数信号并行地编码。
为了实现上述目的，本发明提出一种数据伸展装置，其特征在于，设有本发明所述的小孤立波逆变换装置及译码装置，通过上述译码装置将二元信号的压缩编码信号译码，通过上述小孤立波逆变换装置对所得小孤立波变换系数信号进行小孤立波逆变换，使二元信号复元。
为了实现上述目的，本发明提出另一种数据伸展装置，其特征在于，设有本发明所述的若干小孤立波逆变换装置及若干译码装置，通过上述若干译码装置将二元信号的若干区域的压缩编码信号并行地进行译码，通过上述若干小孤立波逆变换装置对所得若干区域的小孤立波变换系数信号并行地进行小孤立波逆变换，使二元信号复元。
为了实现上述目的，本发明提出一种分频带编码方法，其特征在于，包括以下步骤：
将输入信号分离为若干区域；
存储上述按若干区域分离的信号；
对上述分离为若干区域的信号并行地进行频带解析；
其中，上述存储步骤还存储从相邻区域信号的开头和末尾部分复制的信号，附加于上述按若干区域分离的信号上。
根据本发明中所述的分频带编码方法，其特征还在于，从若干区域设定特定区域，存储步骤还存储该特定区域所存储信号的开头或末尾部分的镜像翻转信号。
为了实现上述目的，本发明提出一种小孤立波变换方法，其特征在于，至少包含两次如本发明中所述的分频带编码方法的步骤，以进行水平方向处理及垂直方向处理。
为了实现上述目的，本发明提出一种分频带译码方法，其特征在于，包括以下步骤：
存储输入的已频带解析、分离为若干区域的信号；
对上述已频带解析、分离为若干区域的信号并行地进行频带合成；
其中，上述存储步骤还存储从相邻区域信号的开头和末尾部分复制的信号，附加于上述按若干区域分离的信号上。
根据本发明中所述的分频带译码方法，其特征还在于，从若干区域设定特定区域，存储步骤还存储该特定区域所存储信号的开头或末尾部分的镜像翻转信号。
为了实现上述目的，本发明提出一种小孤立波逆变换方法，其特征在于，至少包含两次本发明中所述的分频带编码方法的步骤，以进行水平方向处理及垂直方向处理。
为了实现上述目的，本发明提出一种数据压缩方法，其特征在于，包括下列步骤：
使用本发明中所述的小孤立波变换方法，通过小孤立波变换装置对二元信号进行小孤立波变换；
使用本发明中所述的分频带编码方法对从上述小孤立波变换装置输出的小孤立波变换系数信号进行编码。
为了实现上述目的，本发明提出另一种数据压缩方法，其特征在于，包括下列步骤：
使用本发明中所述的小孤立波变换方法，通过若干小孤立波变换装置对分离成若干区域的二元信号并行进行小孤立波变换；
使用本发明中所述的分频带编码方法，通过若干编码装置对从上述若干小孤立波变换装置输出的若干小孤立波变换系数信号并行进行编码。
为了实现上述目的，本发明提出一种数据伸展方法，其特征在于，包括下列步骤：
使用本发明中所述的分频带译码方法，通过译码装置对基于二元信号的压缩编码信号进行译码；
使用本发明中所述的小孤立波逆变换方法，通过小孤立波逆变换装置对从上述译码装置输出的小孤立波变换系数信号进行小孤立波逆变换，使二元信号复元。
为了实现上述目的，本发明提出另一种数据伸展方法，其特征在于，包括下列步骤：
使用本发明中所述的分频带译码方法，通过若干译码装置对若干压缩编码信号并行进行译码，上述若干压缩编码信号分别与分离为若干区域的二元信号相对应；
使用本发明中所述的小孤立波逆变换方法，通过与上述若干译码装置相对应的若干小孤立波逆变换装置对从上述若干译码装置输出的若干小孤立波变换系数信号并行进行小孤立波逆变换，使二元信号复元。
为了实现上述目的，本发明提出一种编码装置，其特征在于，由小孤立波变换部、区域分离部及若干编码部构成，上述小孤立波变换部进行图像等二元信号的小孤立波变换，按空间处于相同位置的系数作为一组形式，上述区域分离部将从该小孤立波变换部输出的小孤立波变换系数分成若干系数组，上述若干编码部对从区域分离部输出的若干系数组并行进行编码处理。
根据本发明的编码装置，其特征还在于，将区域分离的小孤立波变换系数的空间位置信息附加在从编码部输出的编码信号上。
为了实现上述目的，本发明提出一种译码装置，其特征在于，由若干译码部、区域合成部及小孤立波逆变换部构成，上述若干译码部对若干系数组的编码信号并行进行译码处理，而上述若干系数组的编码信号是按空间处于相同位置的系数作为一组形式对图像等二元信号的小孤立波变换系数分成若干系数组，对各系数组进行编码而得的，对从上述若干译码部输出的若干系数组，上述区域合成部进行与上述区域分离相对应的区域合成，上述小孤立波逆变换部对从该区域合成部输出的一组小孤立波变换系数进行小孤立波逆变换。
根据本发明的译码装置，其特征还在于，将区域分离的小孤立波变换系数的空间位置信息附加在上述编码信号上，上述区域合成部利用该位置信息。
为了实现上述目的，本发明提出一种编码方法，其特征在于，包括下列步骤：
将图像等二元信号进行小孤立波变换；
按空间处于相同位置的系数作为一组形式，将上述小孤立波变换步骤所得的小孤立波变换系数分成若干系数组；
对上述若干系数组并行进行编码处理。
为了实现上述目的，本发明提出一种译码方法，其特征在于，包括下列步骤：
对若干系数组的编码信号并行进行译码处理，该若干系数组的编码信号是按空间处于相同位置的系数作为一组形式对图像等二元信号的小孤立波变换系数分成若干系数组，对各系数组进行编码而得的；
对上述若干系数组进行与上述区域分离相对应的区域合成；
对在上述区域合成步骤而得的一组小孤立波变换系数进行小孤立波逆变换，回复到原来的二元信号。
下面说明本发明的效果。
按照本发明的分频带编码方法及其装置或分频带译码方法及其装置，为了将所需要信号输入各频带解析滤波器组合或各频带合成滤波器组合只需对一个存储装置进行存取，能避免处理区域分界处时需涉及若干存储装置导致等待时间长因而处理速度低下及控制复杂化问题。因此，能最大限度发挥并行处理效果，实现高速分频带编码或分频带译码，并且，存储装置存取控制简单，能使硬件结构简单。
按照本发明的分频带编码方法及其装置或分频带译码方法及其装置，对于输入信号的开头或末尾，没有必要进行镜像翻转处理，因此，能实现更高速处理。
按照本发明的小孤立波变换方法及其装置或小孤立波逆变换方法及其装置，通过并行处理能实现高速小孤立波变换或小孤立波逆变换，并且，存储信号用存储装置控制简单，能使硬件结构简单。
按照本发明的数据压缩方法及其装置或数据伸展方法及其装置，能高速进行图像信号等压缩编码或译码伸展。
按照本发明的数据压缩方法及其装置或数据伸展方法及其装置，通过并行处理能更进一步高速处理。
按照本发明的编码方法及其装置或译码方法及其装置，对小孤立波变换系数进行空间区域分离，并行处理若干系数组的编码或译码，能实现高速编码或译码。
按照本发明的编码方法及其装置或译码方法及其装置，将经区域分离的小孤立波变换系数的空间位置信息附加于编码信号上，即使编码装置侧的区域分离方法不固定，也能在译码装置侧无障害地进行区域合成，因此，在编码装置侧能根据处理对象的二元信号尺寸等适当变更区域分离方法。
附图简要说明如下：
图1是用于说明本发明涉及的分频带编码装置一例的方框图；
图2是表示图1中存储装置102_0～102_3的存储内容图；
图3是用于说明在区域分界处产生高频通过系数问题的图；
图4是用于说明本发明涉及的分频带编码装置在区域分界处产生高频通过系数的图；
图5是用于说明与图1编码装置相对应的译码装置一例的方框图；
图6是用于说明本发明小孤立波变换装置一例的方框图；
图7是表示16×16取样的图像信号及四分离区域的图；
图8是表示图6中存储装置200_0～200_3的存储内容图；
图9是表示通过分离水平方向的分频带产生的系数信号图；
图10是表示图6中存储装置204_0～204_3的存储内容图；
图11是表示通过分离垂直方向的分频带产生的系数信号图；
图12是三级小孤立波变换装置构成图；
图13是通过三级小孤立波变换装置分离频带状态图；
图14是用于说明与图6编码装置相对应的译码装置一例的方框图；
图15是用于说明与图12的三级小孤立波变换装置相对应的三级小孤立波逆变换装置一例的方框图；
图16是用于说明本发明涉及的数据压缩装置一例的方框图；
图17是用于说明与图16编码装置相对应的译码装置一例的方框图；
图18是表示本发明涉及的编码装置一实施例的方框图；
图19表示二级小孤立波变换系数的区域分离一例；
图20表示二级小孤立波变换系数的区域分离另一例；
图21表示包含例外区域的区域分离一例；
图22表示包含例外区域的区域分离另一例；
图23是表示本发明译码装置一实施例的方框图；
图24是以往编码装置一例的方框图；
图25表示通过二级小孤立波变换的区域分离图；
图26是以往译码装置一例的方框图。
下面参照附图，详细说明本发明实施例。
图1是用于说明本发明涉及的分频带编码装置一例的方框图，在图1中，1100是分频带编码装置，100是一元输入信号X(2n)的信号源，可以由例如储存装置构成，该分频带编码装置将输入信号X(2n)分为四个区域，通过并行处理各区域进行分频带编码。为了同时进行并行处理，存储装置100内的一元输入信号分为四个区域，各区域信号X0(2m)、X1(2m)、X2(2m)、X3(2m)分别独立暂时保存在能存取的四个存储装置102_0～102_3中。各存储装置102_0～102_3内信号分别被四个频带解析滤波器组合104_0～104_3独立存取，并行处理，进行二分频带编码。从各频带解析滤波器组合104_0～104_3输出的低频通过系数信号L0(m)、L1(m)、L2(m)、L3(m)及高频通过系数信号H0(m)、H1(m)、H2(m)、H3(m)分别保存在存储装置106_0、106_1、106_2、106_3中。保存在存储装置106_0、106_1、106_2、106_3中的四组低频通过系数信号及四组高频通过系数信号分别汇聚成一组低频通过系数信号L(n)及一组高频通过系数H(n)信号，保存在存储装置108中，但是，这种存储装置108并不是一定需要。
频带解析滤波器组合一般由将输入信号分离为若干频带信号的频带解析滤波器以及对各频带信号根据频带宽度进行间隔取样的下取样器组成。在分频带编码装置1100中进行二分频带编码，各频带解析滤波器组合104_0、104_1、104_2、104_3使用低通滤波器LPF和高通滤波器HPF作为频带解析滤波器，另外，通过二个2比1下取样器进行各频带信号的下取样。
在本实施例中，一元输入信号X(2n)是64样本信号，于是分为各16样本的四个区域。此外，各频带解析滤波器组合使用二分支的低通滤波器LPF和六分支的高通滤波器HPF，即采用上述TS变换，其详细说明可参照公布于1998年5月5日的USP No.5,748,786。这种场合，图2所示信号写入存储装置102_0、102_1、102_2、102_3中。
从图2可知，在各存储装置102_0、102_1、102_2、102_3中，不仅存储其对应区域的16样本信号02、12、22、32，在这些信号前后还存储2样本信号01、03、11、13、21、23、31、33。这些附加信号中，信号03、11、13、21、23、31是与相邻区域信号的开头或末尾的2样本相同信号，例如03中2样本X1(0)、X1(1)与相邻区域信号12的开头2样本相同；信号01是一元输入信号的开头2样本的镜像翻转(反射)信号，信号33是一元输入信号的末尾的2样本的镜像翻转信号。换句话说，在各存储装置102_0、102_1、102_2、102_3中，不仅存储其对应区域的本来信号，还存储如上所述相邻区域信号的开头或末尾样本的复制信号、一元输入信号的开头或末尾样本的镜像翻转信号。
由于这种结构，在各频带解析滤波器组合104_0、104_1、104_2、104_3中仅对与各区域对应的存储装置102_0、102_1、102_2、102_3进行存取，能高速进行频带解析处理。
参照图3和图4说明高速进行频带解析处理。假定在存储装置102_0、102_1、102_2、102_3中仅存储对应区域本来信号02、12、22、32场合，例如需要高通滤波器读出相邻区域信号和本区域信号以产生高通系数信号。例如图3所示，当六分支高通滤波器(HPF)产生该区域开头的高频通过系数信号H1(0)时，需要先进入存储装置102_0读取信号02中末尾2样本X0(14)、X0(15)，然后再进入存储装置102_1中读取信号12中的最初4样本X1(0)、X1(1)、X1(2)、X1(3)。图3虽然没有表示，但是，产生区域末尾的高频通过系数信号H1(15)场合也同样，需要先进入存储装置102_1读取信号12中的最后4样本X1(12)、X1(13)、X1(14)、X1(15)，需要先进入存储装置102_0读取信号02中末尾2样本X0(14)、X0(15)，然后再进入存储装置102_2中读取信号22中最初2样本X2(0)、X2(1)。
这样，在区域分界处的处理中，六分支HPF需要至少对二个存储装置进行存取，增加等待存取时间，上述存取时间的增加对高速处理带来很大影响，妨碍高速化。另外，对于存取，可设置两个存储装置存取控制器，一个用于处理在区域分界处信号时的存取，另一个用于处理在其它地方信号时的存取，这些存储装置存取控制器需要控制开关，控制变得复杂。
对此，在本发明实施例中，如图4所示，例如存储装置102_1存储信号11，其包括信号02的最末尾2样本X0(14)、X0(15)的复制样本，它们附加于包括样本X1(0)-X1(15)的信号12上。因此，频带解析滤波器组合104_1只需对存储装置102_1进行存取，就能顺序收到样本X0(14)、X0(15)、X1(0)、X1(1)、X1(2)、X1(3)，产生区域开头的高频通过系数信号H1(0)。进一步说，存储装置102_1还存储信号13，其包括信号22的开头2样本X2(0)、X2(1)的复制信号，当产生区域末尾的高频通过系数信号H1(15)时，频带解析滤波器组合104_1只需对存储装置102_1进行存取，就能收到样本X1(12)、X1(13)、X1(14)、X1(15)、X2(0)、X2(1)。
这样，不管在区域分界处及分界处以外范围，仅访问相同存储装置，进行频带解析处理，所以，能回避图3说明中所涉及的不合适状态。
存储装置102_0和102_3分别存储一元输入信号的开头、末尾的镜像翻转信号01、33。因此，即使是区域开头、末尾，频带解析滤波器组合104_0和104_3也只需对存储装置102_0或102_3进行存取，没有必要进行特别的镜像翻转处理。也就是说，存储装置102_0存储包括X0(1)和X0(0)的信号01，X0(1)和X0(0)是信号02的开头2样本X0(0)和X0(1)的镜像翻转信号，当产生开头的高频通过系数信号H0(1)时，频带解析滤波器组合104_0只需对存储装置102_0进行存取，就能顺序收到样本X0(1)、X0(0)、X0(0)、X0(1)、X0(2)、X0(3)。存储装置102_3存储包括X3(15)和X3(14)的信号33，X3(15)和X3(14)是信号32的末尾2样本X3(14)和X3(15)的镜像翻转信号，当产生末尾的高频通过系数信号H3(15)时，频带解析滤波器组合104_3只需对存储装置102_3进行存取，就能顺序收到样本X3(12)、X3(13)、X3(14)、X3(15)、X3(15)、X3(14)。
这样，当处理区域的开头或末尾信号时，频带解析滤波器组合没有必要进行特别的镜像翻转处理，只需对一个存储装置进行存取，就能进行频带解析处理。
如上所述可知，各频带解析滤波器组合104_0、104_1、104_2、104_3的处理方式及存储装置102_0、102_1、102_2、102_3的存取控制相同，这对高速化处理与有关硬件的简单化很有好处。
下面说明本发明的分频带译码装置，其通过并行处理使分频带编码的信号回复到原来信号。参照图5说明四并行处理的分频带译码装置，图5是用于说明与图1编码装置相对应的译码装置一例的方框图。
在图5中，1150表示分频带译码装置，输入信号是分频带编码的低频通过系数信号L(n)和高频通过系数信号H(n)，例如，从作为信号源的存储装置108分别将上述低频通过系数信号L(n)和高频通过系数信号H(n)分为四个分频带L0(m)、L1(m)、L2(m)、L3(m)和H0(m)、H1(m)、H2(m)、H3(m)输入存储装置106_0、106_1、106_2、106_3。
各频带合成滤波器组合114_0、114_1、114_2、114_3包括低通滤波器(LPF)104a、高通滤波器(HPF)104b及两个上取样器114d。
如上所述，在编码侧使用TS变换场合，在分频带译码装置1150使用逆TS变换。这时，与编码侧相同，在各频带合成滤波器组合114_0、114_1、114_2、114_3中，在区域分界处必须参照相邻区域的开头或末尾的低频通过系数，并且，频带合成滤波器组合114_0需要开头的低频通过系数信号的镜像翻转信号，频带合成滤波器组合114_3需要末尾的低频通过系数信号的镜像翻转信号。因而，在本发明的分频带译码装置中，上述在区域间重复的低频通过系数信号和镜像翻转信号存储在存储装置106_0、106_1、106_2、106_3中。因此，与分频带编码装置相同，各频带合成滤波器组合114_0、114_1、114_2、114_3可仅对对应的存储装置106_0、106_1、106_2、106_3进行存取，实行频带合成处理且没有必要进行镜像翻转处理。
通过各频带合成滤波器组合114_0、114_1、114_2、114_3产生将原来的一元信号X(2n)一分为四的四区域的信号X0(2m)、X1(2m)、X2(2m)、X3(2m)，其暂时存储在与区域对应的存储装置102_0、102_1、102_2、102_3中之后，以汇聚成原来的一元信号X(2n)状态保存在存储装置100中。但是，存储装置100并不是一定需要。
这样，由于各频带合成滤波器组合只需对相对应的存储装置进行存取，并且没有必要进行特别的镜像翻转逆处理，所以，分频带译码装置1150可以实现相对高速译码处理。
下面参照图6说明小孤立波变换装置，该小孤立波变换装置将图1所示的分频带编码装置应用在小孤立波变换的水平方向处理和垂直方向处理。图6是用于说明本发明小孤立波变换装置一例的方框图，1200表示小孤立波变换装置。该小孤立波变换装置1200包括存储装置200_0、200_1、200_2、200_3、频带解析滤波器组合202_0、202_1、202_2、202_3、存储装置204_0、204_1、204_2、204_3、频带解析滤波器组合206_0、206_1、206_2、206_3、存储装置208_0、208_1、208_2、208_3。
向小孤立波变换装置1200输入二元信号、例如图7所示的16×16样本的图像信号。在小孤立波变换装置1200中，其被分离为四个区域，各有8×8样本，对各区域信号标以X0、X1、X2、X3。上述各区域信号X0、X1、X2、X3分别写入存储装置200_0、200_1、200_2、200_3中，再分别通过四个频带解析滤波器组合202_0、202_1、202_2、202_3并行处理，在水平方向进行二分频带编码。即在该水平方向二分频带编码中，16×16样本的图像信号的上半部分各行被分为二个区域，各8个样本，各区域的分频带编码通过二个频带解析滤波器组合202_0、202_1并行进行。同样，16×16样本的图像信号的下半部分各行被分为二个区域，各8个样本，各区域的分频带编码通过二个频带解析滤波器组合202_2、202_3并行进行。因此，例如利用TS变换场合，各频带解析滤波器组合使用分支数至少为三的滤波器时，图像信号单纯一分为四写入存储装置200_0、200_1、200_2、200_3中，在各行的区域分界处、开头及末尾会发生上述图3说明时涉及的问题。
为了避免上述问题，实现高速处理及存储装置的存取控制简单化，在各存储装置200_0、200-1、200_2、200_3中不仅存储原来图像信号的各行的各区域信号，还存储如上所述的对各行的各区域的开头或末尾复制的附加信号。例如使用TS变换场合，各存储装置200_0、200_1、200_2、200_3中的存储内容如图8所示。在图8中，210、220、230、240表示各区域的本来信号，211、212、221、222、231、232、241、242分别表示附加信号。从图8可知，附加信号212、221、232、241是与各行的相邻区域的开头或末尾的2样本信号重复的信号，附加信号211、222、231、242是各行开头或末尾的2样本信号的镜像翻转信号。包含这种附加信号的图像信号存储在各存储装置200_0、200_1、200_2、200_3中，因此，对各频带解析滤波器组合202_0、202_1、202_2、202_3来说，仅仅通过对相应的存储装置200_0、200_1、200_2、200_3进行存取，就能输入全部必要信号。
通过水平方向的分频带编码，能得到与图像信号的四区域相对应、如图9所示的低频通过系数信号Lxx和高频通过系数信号Hxx。并且，这种四区域的系数信号分别写入与四区域对应的存储装置204_0、204_1、204_2、204_3中，再分别通过四个频带解析滤波器组合206_0、206_1、206_2、206_3并行处理，在垂直方向进行二分频带编码。即在该垂直方向二分频带编码中，16×16样本的图像信号的左半部分各列被分为二个区域，各8个样本，各区域的分频带编码通过二个频带解析滤波器组合206_0、206_1并行进行。同样，16×16样本的图像信号的右半部分各列被分为二个区域，各8个样本，各区域的分频带编码通过二个频带解析滤波器组合206_2、206_3并行进行。因此，例如利用TS变换场合，各频带解析滤波器组合使用分支数至少为三的滤波器时，图像信号单纯一分为四写入存储装置204_0、204_1、204_2、204_3中，在各列的区域分界处、开头及末尾会发生上述水平方向编码同样的问题。
为了避免上述问题，实现高速处理及存储装置存取控制简单化，在各存储装置204_0、204_1、204_2、204_3中不仅存储各列各区域本来的系数信号，而且还存储各列的各区域的开头或末尾的对应附加信号。例如，使用TS变换场合，各存储装置204_0、204_1、204_2、204_3的存储内容如图10所示。在图10中，310、320、330、340表示各区域的本来的系数信号，311、312、321、322、331、332、341、342分别表示附加信号。附加信号312、322、331、341是与各列的相邻区域的开头或末尾的2样本系数信号相同的系数信号，附加信号311、321、332、342是各列的开头或末尾的2样本系数信号的镜像翻转信号。包含这种附加信号的水平处理结果的系数信号存储在各存储装置204_0、204_1、204_2、204_3中，所以，仅仅只需对所对应的存储装置204_0、204_1、204_2、204_3进行存取，就可将全部必要的系数信号输入各频带解析滤波器组合206_0、206_1、206_2、206_3。
这样，进行了第一级小孤立波变换，得到如图11所示的LL、LH、HL、HH系数信号。与四区域对应的四组系数信号分别存储在存储装置208_0、208_1、208_2、208_3中。
通常，小孤立波变换中，对LL系数反复循环。通过串接图6所示小孤立波变换装置，能进行若干级的小孤立波变换。图12表示三级小孤立波变换装置1400，在图12中，该三级小孤立波变换装置1400包括小孤立波变换装置400_1、400_2及400_3，它们分别为与图6所示相同的小孤立波变换装置。
通过小孤立波变换装置400_1对图像信号X进行第一级小孤立波变换。所得系数信号内，LL系数信号输入小孤立波变换装置400_2，进行第二级小孤立波变换。经小孤立波变换装置400_2所得系数信号内，LL系数信号输入小孤立波变换装置400_3，进行第三级小孤立波变换。这样，得到1HH、1HL、1LH、2HH、2HL、2LH、3HH、3HL、3LH、3LL各系数信号。图13表示对这种二元信号进行三级小孤立波变换而得的频带解析状态。
下面说明小孤立波逆变换装置，其用于使经图6所示小孤立波变换装置而得的小孤立波变换系数信号回复到原来图像的二元信号。这种小孤立波逆变换装置可利用参照图5说明的分频带译码装置进行垂直方向和水平方向处理实现。
参照图14说明四并行处理的小孤立波逆变换装置一例，图14表示小孤立波逆变换装置1250，其功能与图6所示小孤立波变换装置相反，从图形上看，大体上是将图6所示图形水平翻转形成。另外，图6中的频带解析滤波器组合202_0、202_1、202_2、202_3和206_0、206_1、206_2、206_3被频带合成滤波器组合212_0、212_1、212_2、212_3和216_0、216_1、216_2、216_3代替，上述频带合成滤波器组合包括低通滤波器、高通滤波器及上取样器。图6的小孤立波变换装置1200使用频带解析滤波器组合202_0、202_1、202_2、202_3和206_0、206_1、206_2、206_3将二元输入信号进行频带解析，图14的小孤立波逆变换装置1250使用频带合成滤波器组合212_0、212_1、212_2、212_3和216_0、216_1、216_2、216_3进行信号回复。
小孤立波逆变换装置1250的输入信号是图11所示的LL、LH、HL、HH系数信号，其被分为四区域，分别输入与上述四区域对应的存储装置208_0、208_1、208_2、208_3中。上述系数信号再通过频带合成滤波器组合216_0、216_1、216_2、216_3以并行处理在垂直方向实现分频带译码，回复到L、H系数。
假定使用逆TS变换场合，由于频带解析滤波器的分支数至少为三，所以，如上所述，在各频带合成滤波器组合216_0、216_1、216_2、216_3在垂直方向的各列的区域分界处需要参照相邻区域的开头或末尾的系数，而且，频带合成滤波器组合216_0需要各列开头的系数信号的镜像翻转信号，频带合成滤波器组合216_3需要各列末尾的系数信号的镜像翻转信号。
于是，在本发明中，上述那样的在区域间重复的系数信号和镜像翻转信号、即如图10所示信号存储在存储装置208_0、208_1、208_2、208_3中。然后分别输入对应的频带合成滤波器组合216_0、216_1、216_2、216_3，在各频带合成滤波器组合216_0、216_1、216_2、216_3在垂直方向进行频带合成，输出如图9所示的L0、H0、L1、H1、L2、H2、L3、H3信号，它们被分别存入存储装置204_0、204_1、204_2、204_3中。这样，回复到L、H系数。
接着，存储在存储装置204_0、204_1、204_2、204_3中的系数信号通过频带合成滤波器组合212_0、212_1、212_2、212_3以并行处理在水平方向实现分频带译码，回复到原来的一元信号X，该一元信号X以分离为四区域形式存储在各存储装置200_0、200_1、200_2、200_3中。
使用逆TS变换场合，在各频带合成滤波器组合212_0、212_1、212_2、212_3需要参照在水平方向的各行的区域分界处相邻区域的开头或末尾的系数信号，而且，频带合成滤波器组合212_0需要各行开头的系数信号的镜像翻转信号，频带合成滤波器组合212_3需要各行末尾的系数信号的镜像翻转信号。
于是，在本发明中，上述那样的在区域间重复的系数信号和镜像翻转信号、即如图8所示信号存储在存储装置204_0、204_1、204_2、204_3中。然后分别输入对应的频带合成滤波器组合212_0、212_1、212_2、212_3，在各频带合成滤波器组合212_0、212_1、212_2、212_3在水平方向进行频带合成，输出如图7所示的X0、X1、X2、X3信号，它们被分别存入存储装置200_0、200_1、200_2、200_3中。这样，小孤立波逆变换装置1250能以较简单方法相对高速地回复到X信号。
若用上述这种小孤立波逆变换装置取代图12中的小孤立波变换装置400_1、400_2、400_3，可进行三级小孤立波逆变换。图15是用于说明与图12的三级小孤立波变换装置相对应的三级小孤立波逆变换装置一例的方框图，三级小孤立波逆变换装置1450包括小孤立波逆变换装置410_1、410_2、410_3，它们各与图14中的小孤立波逆变换装置1250相同。
在本发明中，可以使用若干组如上所述的并行处理的小孤立波变换装置和编码装置，构成通过并行处理进行图像等二元信号的压缩编码的数据压缩装置。图16是这种数据压缩装置一例，所示数据压缩装置1500包括输入缓冲存储器500、小孤立波变换装置502_1、502_2、502_3、502_4、编码装置504_1、504_2、504_3、504_4及输出缓冲存储器506_1、506_2、506_3、506_4。小孤立波变换装置502_1、502_2、502_3、502_4可以是例如图6中的小孤立波变换装置1200；编码装置504_1、504_2、504_3、504_4可以是例如图1中的编码装置1100。数据压缩装置1500用缓冲存储器500将输入图像信号X分成四区域，通过四个小孤立波变换装置502_1、502_2、502_3、502_4对上述信号并行实行各区域的小孤立波变换。因此，能进行图像信号X的高速小孤立波变换。
从小孤立波变换装置502_1、502_2、502_3、502_4输出的四区域小孤立波变换系数信号通过四个编码装置504_1、504_2、504_3、504_4并行地被编码，再输出到输出缓冲存储器506_1、506_2、506_3、506_4中。
另一方面，在本发明中，可以使用若干组如上所述的并行处理的小孤立波逆变换装置和译码装置，构成通过并行处理从图像等压缩编码信号回复到图像信号等的数据伸展装置。图17是这种数据伸展装置一例，图17表示数据伸展装置1550，其包括输入缓冲存储器516_1、516_2、516_3、516_4、译码装置514_1、514_2、514_3、514_4、小孤立波逆变换装置512_1、512_2、512_3、512_4及输出缓冲存储器510。小孤立波逆变换装置512_1、512_2、512_3、512_4可以是例如图14中的小孤立波逆变换装置1250，译码装置514_1、514_2、514_3、514_4可以是例如图5中的译码装置1150。输入信号经输入缓冲存储器516_1、516_2、516_3、516_4，通过译码装置514_1、514_2、514_3、514_4并行地被译码，再通过四个小孤立波逆变换装置512_1、512_2、512_3、512_4并行实行小孤立波逆变换，输出到输出缓冲存储器510。由于在各小孤立波逆变换装置512_1、512_2、512_3、512_4内部并行处理，所以能高速实行小孤立波逆变换，回复到原来的图像信号X。
本发明还包括由一个小孤立波变换装置和一个编码装置构成的数据压缩装置，由一个小孤立波逆变换装置和一个译码装置构成的数据伸展装置。这种结构虽然处理速度比前面所述的数据压缩装置或数据伸展装置低，但由于本发明的小孤立波变换装置或小孤立波逆变换装置能进行并行处理，所以还是能得到相当高的处理速度。
图18是表示本发明涉及的编码装置一实施例的方框图，编码装置1600包括小孤立波变换部600、小孤立波变换系数的区域分离部601及编码部602a、602b、602c、602d。在本实施例中，小孤立波变换部600与图24所示小孤立波变换部800相同，对来自外部的输入信号(在本实施例中是图像信号等二元信号)进行二级小孤立波变换。因此，从小孤立波变换部600输出如图25所示的频带解析的小孤立波变换系数。
小孤立波变换系数的区域分离部601用于将小孤立波变换系数分离为若干系数组，将空间处于相同位置的系数设为1组，在本实施例中，分离为四个系数组。例如，输入64×64的二元信号场合，在第一级的各频带域产生32×32的系数，在第二级的各频带域产生16×16的系数。这种场合，例如图19所示，1HL、1LH、1HH的各频带域的系数可分离为16×16的四区域，2LL、2HL、2LH、2HH的各频带域的系数可分离为8×8的四区域。或如图20所示，1HL、1LH、1HH的各频带域的系数可分离为32×8的四区域，2LL、2HL、2LH、2HH的各频带域的系数可分离为16×4的四区域。
编码部602a、602b、602c、602d与图24所示编码部801相同，通过区域分离部601进行空间区域分离的如图19或20的小孤立波变换系数分别作为一个系数组输入对应的编码部602a、602b、602c、602d，并行实行各自的编码处理，得到与各系数组对应的编码信号。小孤立波变换系数的区域空间位置信息附加在各系数组的编码信号上。附加该区域空间位置信息的目的在于：即使区域分离方法不固定场合，各系数组的编码信号汇聚成一个信号时，某信号列与哪个区域对应很清楚，在译码装置侧能可靠地进行小孤立波变换系数的区域合成。
在这种编码装置中，从上述公开专利公报等可知，为了高效地对小孤立波变换系数进行编码，最好利用小孤立波变换系数的树形结构，在本发明中，进行空间区域分离的各系数组保存着树形结构，所以，在编码部602a、602b、602c、602d中，可利用这种树形结构进行高效编码处理。当编码部602a、602b、602c、602d进行8×2的16位先行场合，图20所示区域分离方法很有效。另外，如图19和图20所示例，在各级若全部区域的纵横比及系数个数相同，进行小孤立波变换系数的区域分离，具有可将编码部602a、602b、602c、602d以相同结构构成的优点。同样，在通过若干译码部并行地进行若干系数组的对编码信号的译码处理的译码装置中，也可以将全部译码部以相同结构构成。
若要与任意尺寸的二元信号对应，在小孤立波变换系数的空间区域分离中，有时不能进行如图19和图20所示均等分离。这种场合，根据本发明，对小孤立波变换各级(最深级最重要)能进行有效的区域分离，分离为分隔良好的通常区域以及例外区域。这种区域分离例表示在图21和图22中，图中表示例如1HH系数的区域分离，A是通常区域，B、C、D是例外区域。
图21表示分离为四个通常区域A和二个例外区域B场合，对各通常区域A的系数通过四个编码部并行进行编码，对二个例外区域B的系数集中为一，通过一个编码部进行编码，这样必须增加一个编码部，或者对二个例外区域B的系数通过二个编码部并行进行编码，这样必须增加二个编码部。同样，图22所示区域分离场合，可以例如将二个例外区域B的系数集中为一，通过一个编码部进行编码；将二个例外区域C和一个例外区域D的系数集中为一，通过一个编码部进行编码。在编码处理或译码处理时，为了不使例外区域支配处理速率，最好使集中处理的一个或若干例外区域系数个数比通常区域系数个数少。
图23是表示本发明译码装置一实施例的方框图，图23表示译码装置1650，其包括译码部652a、652b、652c、652d、小孤立波变换系数的区域分离部651及小孤立波逆变换部650。译码部652a、652b、652c、652d是与图26中851相同的译码部，可并行动作，651是小孤立波变换系数的区域合成部，650是进行二级小孤立波逆变换的小孤立波逆变换部，其内部结构与图26所示小孤立波逆变换部850相同。
对于本实施例的译码装置的输入信号是编码信号，如上面对图18所示编码装置所述，通过空间区域分离，二级小孤立波变换系数分离为四个系数组，对各系数组进行编码得到编码信号，上述输入信号就是该编码信号。但是，对于在编码装置侧是通过四个编码装置并行进行各系数组的编码还是通过一个编码装置顺序进行各系数组的编码并不过问。四个系数组的编码信号的译码处理通过四个译码部652a、652b、652c、652d并行进行。如上面对图18的编码装置所说明那样，大多以将四个系数组的编码信号集中为一的信号形式给与，所以，需要将该信号分为各系数组的编码信号输入译码部652a、652b、652c、652d。如上所述，若将区域分离的小孤立波变换系数的空间位置信息附加在编码信号上，那么通过利用该位置信息能容易可靠地分离编码信号。另外，该位置信息对于被译码的小孤立波变换系数的区域合成也是必须的位置信息，通过利用该信息，在不固定区域分离方法场合，在区域合成部651能可靠进行与区域分离对应的区域合成。即使根据处理对象的图像信号等的尺寸在编码装置侧适当变更区域分离方法，也能在译码装置侧无障害地进行区域合成。
从译码部652a、652b、652c、652d分别输出区域分离的小孤立波变换系数的四个系数组。区域合成部651对该四个系数组根据附加在编码信号上的位置信息进行与编码侧的区域分离正相反的空间区域合成，得到如图25所示的一组小孤立波变换系数。在小孤立波逆变换部650对上述一组小孤立波变换系数进行二级小孤立波逆变换，回复到原来二元图像信号等。
若在编码装置侧，进行图21和图22所示区域分离场合，附加编码信号包含在输入编码信号中，那么需要提供用于对这些附加编码信号进行译码的附加译码部。在这种状态下，系数中包含由上述附加编码信号产生的系数，对上述系数进行与区域分离相反的区域合成。
当然，本发明并不局限于上述实施例，在本发明技术思想范围内可以作种种变更，它们都属于本发明的保护范围。

Claims (16)

1.一种分频带编码装置，将输入信号分离为若干区域，通过若干频带解析滤波器组合并行地进行频带解析，其特征在于，对上述若干频带解析滤波器组合设有一一对应的若干存储装置，在各存储装置中不仅存储上述输入信号的对应区域的信号，而且还存储从相邻区域信号的开头和末尾部分复制的信号，向上述各频带解析滤波器组合仅仅输入存储在所对应的一个存储装置中的信号，和
其中，在与上述输入信号的特定区域对应的上述若干存储装置中的特定存储装置还存储该特定区域所存储信号的开头或末尾部分的镜像翻转信号。
2.一种小孤立波变换装置，其特征在于，至少包含两个如上述权利要求1中所述的分频带编码装置，以进行水平方向处理及垂直方向处理。
3.一种分频带译码装置，将输入信号分离为若干区域，通过若干频带合成滤波器组合并行地进行频带合成，其特征在于，对上述若干频带合成滤波器组合设有一一对应的若干存储装置，在各存储装置中不仅存储上述输入信号的对应区域的信号，而且还存储从相邻区域信号的开头和末尾部分复制的信号，向上述各频带合成滤波器组合仅仅输入存储在所对应的一个存储装置中的信号，和
其中，在与上述输入信号的特定区域对应的上述若干存储装置中的特定存储装置还存储上述特定区域的开头或末尾的镜像翻转信号。
4.一种小孤立波逆变换装置，其特征在于，至少包含两个如上述权利要求3中所述的分频带译码装置，以进行水平方向频带译码及垂直方向频带译码。
5.一种数据压缩装置，其特征在于，设有权利要求3中所述的小孤立波变换装置及编码装置，通过上述小孤立波变换装置对二元信号进行小孤立波变换，通过上述编码装置将所得小孤立波变换系数信号编码。
6.一种数据压缩装置，其特征在于，设有权利要求3中所述的若干小孤立波变换装置及若干编码装置，将二元信号分离成若干区域，通过上述若干小孤立波变换装置并行地进行小孤立波变换，通过上述若干编码装置将所得若干区域的小孤立波变换系数信号并行地编码。
7.一种数据伸展装置，其特征在于，设有权利要求6中所述的小孤立波逆变换装置及译码装置，通过上述译码装置将二元信号的压缩编码信号译码，通过上述小孤立波逆变换装置对所得小孤立波变换系数信号进行小孤立波逆变换，使二元信号复元。
8.一种数据伸展装置，其特征在于，设有权利要求6中所述的若干小孤立波逆变换装置及若干译码装置，通过上述若干译码装置将二元信号的若干区域的压缩编码信号并行地进行译码，通过上述若干小孤立波逆变换装置对所得若干区域的小孤立波变换系数信号并行地进行小孤立波逆变换，使二元信号复元。
9.一种分频带编码方法，其特征在于，包括以下步骤：
将输入信号分离为若干区域；
存储上述按若干区域分离的信号；
对上述分离为若干区域的信号并行地进行频带解析；
其中，上述存储步骤还存储从相邻区域信号的开头和末尾部分复制的信号，附加于上述按若干区域分离的信号上，和
其中，从上述若干区域设定特定区域，上述存储步骤还存储该特定区域所存储信号的开头或末尾部分的镜像翻转信号。
10.一种小孤立波变换方法，其特征在于，至少包含两次如上述权利要求9中所述的分频带编码方法的步骤，以进行水平方向频带译码及垂直方向频带译码。
11.一种分频带译码方法，其特征在于，包括以下步骤：
存储输入的已频带解析、分离为若干区域的信号；
对上述已频带解析、分离为若干区域的信号并行地进行频带合成；
其中，上述存储步骤还存储从相邻区域信号的开头和末尾部分复制的信号，附加于上述按若干区域分离的信号上，和
其中，从上述若干区域设定特定区域，上述存储步骤还存储该特定区域所存储信号的开头或末尾部分的镜像翻转信号。
12.一种小孤立波逆变换方法，其特征在于，至少包含两次如上述权利要求11中所述的分频带译码方法的步骤，以进行水平方向频带译码及垂直方向频带译码。
13.一种数据压缩方法，其特征在于，包括下列步骤：
使用权利要求10中所述的小孤立波变换方法，通过小孤立波变换装置对二元信号进行小孤立波变换；
使用权利要求9中所述的分频带编码方法对从上述小孤立波变换装置输出的小孤立波变换系数信号进行编码。
14.一种数据压缩方法，其特征在于，包括下列步骤：
使用权利要求10中所述的小孤立波变换方法，通过若干小孤立波变换装置对分离成若干区域的二元信号并行进行小孤立波变换；
使用权利要求9中所述的分频带编码方法，通过若干编码装置对从上述若干小孤立波变换装置输出的若干小孤立波变换系数信号并行进行编码。
15.一种数据伸展方法，其特征在于，包括下列步骤：
使用权利要求11中所述的分频带译码方法，通过译码装置对基于二元信号的压缩编码信号进行译码；
使用权利要求12中所述的小孤立波逆变换方法，通过小孤立波逆变换装置对从上述译码装置输出的小孤立波变换系数信号进行小孤立波逆变换，使二元信号复元。
16.一种数据伸展方法，其特征在于，包括下列步骤：
使用权利要求11中所述的分频带译码方法，通过若干译码装置对若干压缩编码信号并行进行译码，上述若干压缩编码信号分别与分离为若干区域的二元信号相对应；
使用权利要求12中所述的小孤立波逆变换方法，通过与上述若干译码装置相对应的若干小孤立波逆变换装置对从上述若干译码装置输出的若干小孤立波变换系数信号并行进行小孤立波逆变换，使二元信号复元。
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