JP2010128968A - アダマール変換回路 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】4×4アダマール変換回路によって演算が行われた4×4アダマール変換結果は、レジスタアレイに格納される。8×8アダマール変換回路は、レジスタアレイから4×4アダマール変換結果を読出し、これを利用して8×8アダマール変換を行う。また、4×4アダマール変換の処理と8×8アダマール変換の処理を同時に行う。
【選択図】図1
Description
(1)各4×4ブロックに対して、4×4アダマール変換の周波数係数の絶対値を計算する。1マクロブロックにおいて、16個の4×4ブロックの和を求める。
(2)各8×8ブロックに対して、8×8アダマール変換の周波数係数の絶対値を計算する。1マクロブロックにおいて4個の8×8ブロックの和を求める。
(3)上記(1)と(2)の値を比較し、この値の小さい方のブロックサイズを離散コサイン変換(DCT)のブロックサイズとする。
この4×4アダマール変換演算回路は、非特許文献2に示されたものである。図9において、X00〜X33は、4×4ブロックの入力画素値である。Y00〜Y33は、4×4アダマール変換の出力結果である。2-D H2部9−1〜9−4は、みな同じ回路であり、図9の下に示
されているような二次元H2アダマール変換回路である。一番上の入力と2番目の入力を相互に加算し、3番目の入力と4番目の入力を相互に加算し、ついで、1番目の加算器の出力を4番目の加算器の出力と、2番目の加算器の出力を3番目の加算器の出力と、3番目の加算器の出力を2番目の加算器の出力と、4番目の加算器の出力を1番目の加算器の出力と、それぞれ加算し、4つの出力値を得ている。加減算器10−1〜10−4は、それぞれ4つの入力を2つの異なる2-D H2部9−1〜9−4から得て、四角の中に示される+や−の記号にしたがって、加算や減算を行う。例えば、加減算器10−1は、4つの入力の上から4つすべてについて、2-D H2部9−1と9−2からの値を加算する。加減算器10−2は、2-D H2部9−1からの4つの出力から、2-D H2部9−2からの4つの出力にマイナスを乗算した値を減算する。他の加減算器10−3、10−4も同様である。また、加減算器11−1は、加減算器10−1からの4つの出力と、加減算器10−4からの4つの出力を加算し、出力する。加減算器11−2〜11−4についても、図9内の矢印が示すような入出力関係で加減算を行う。
「H.264規格書」Joint Video Team of ITU-T and ISO/IEC JTC 1, "Draft ITU-T Recommendation and Final Draft International Standard of Joint Video Specification (ITU-T Rec. H.264 | ISO/IEC 14496-10 AVC)," document JVT-G050r1, May 2003; technical corrigendum 1 documents JVT-K050r1 (non-integrated form) and JVT-K051r1 (integrated form), March 2004; and Fidelity Range Extensions documents JVT-L047 (non-integrated form) and JVT-L050 (integrated form), July 2004 W. Hwangbo, J. Kim, and C.M. Kyung, "A High-Performance 2-D Inverse Transform Architecture for the H.264/AVC Decoder", Proceedings of the 2007 IEEE International Symposium on Circuits and Systems (ISCAS 2007), pp.1613-1616, May 2007.
・新しい4×4アダマール変換式を利用して、4×4アダマール変換を規則化する。これにより、実装と検証工数を削減する。
・新しい8×8アダマール変換式を利用して、4×4アダマール変換結果を利用して、8×8アダマール変換を行うようにする。これにより、8×8アダマール変換の処理速度向上と回路面積増加抑制を両立させる。
・4×4変換と8×8変換を同時計算することで、処理時間が短縮する。
・4×4アダマール変換結果を保存したレジスタアレイの行/列アクセス方法を入れ替えることで、レジスタアレイのサイズを1/2に 削減し、回路面積増加を抑制する。
図1において、アダマール変換回路は、4×4アダマール変換回路21、4×4アダマール変換結果を再利用する8×8アダマール変換回路22、4×4アダマール変換結果を保存したレジスタアレイ23、4×4アダマール変換結果累計回路24、8×8アダマール変換結果累計回路25からなっている。
1マクロブロック差分画(16×16画素)において、16個の4×4画素ブロックの処理順番は、図2(a)に示されるように、図2(a)内のブロックに記載されているブロックの番号の順番に従う。同様に、4個の8×8画素ブロックの処理順番は、図2(b)内のブロックに記載されているブロックの番号の順番に従う。
4×4変換の結果を利用し、4×4変換と8×8変換を同時計算する。4×4アダマール変換回路と4×4変換結果累計回路は、ステップS10において、4×4ブロック00〜03を演算し、ステップS11で、4×4ブロック04〜07を演算し、ステップS12で、4×4ブロック08〜11を演算し、ステップS13で、4×4ブロック12〜15を演算する。また、8×8アダマール変換回路と、8×8変換結果累計回路は、ステップS10の結果を用いて、ステップS14において、8×8ブロック0を演算し、ステップS15において、ステップS11の演算結果を用いて、8×8ブロック1を演算し、ステップS16において、ステップS12の演算結果を用いて、8×8ブロック2を演算し、ステップS17において、ステップS13の演算結果を用いて、8×8ブロック3を演算する。ここで、4×4アダマール変換を行う回路と、8×8アダマール変換を行う回路は、別ハードウェアなので、同時動作が可能である。したがって、ステップS11とS14、ステップS12とS15、ステップS13とS16を同時に実行し、4×4アダマール変換と8×8アダマール変換を同時計算することにより、処理速度を速くすることが出来る。
処理速度は毎4×4ブロック当り1サイクルである。以下に示す、新しい4×4アダマール変換式を図4のようにハードウェアとして実装することにより、従来の図9の構成より、本実施形態の方法は簡単になり、実装や検証工数が削減できる。
20+X30を得る。加減算器30−4は、X20からX30を減算し、X20-X30を得る。加減算器31−1は、加減算器30−1からのX00+X10と加減算器30−3からのX20+X30を加算し、X00+X10+ X20+X30を得る。加減算器31−2は、加減算器30−1からのX00+X10から加減算器30−3からのX20+X30を減算し、X00+X10- X20-X30を得る。加減算器31−3は、加減算器30−2からのX00-X10から加減算器30−4からのX20-X30から減算し、X00-X10-( X20-X30)を得る。加減算器31−4は、加減算器30−2からのX00-X10と加減算器30−4からのX20-X30とを加算し、X00-X10+ X20-X30を得る。これらの結果は、それぞれ1-D H432−1〜32−4において、一次元4×4アダマール変換され、Y00、Y10、Y20、Y30として出力される。他のデータについても同様である。
4×4アダマール変換結果を利用し、8×8変換結果を計算する回路である。処理速度は1つの8×8ブロック/4サイクルである。具体的な計算式は(4)式で表される。計算式中には、X8は入力8×8差分画、Y8は8×8変換後データ、H8は8×8アダマール変換行列である。Y400、Y401、Y410、Y411は、Y8の左上、右上、左下、右下の位置に対しての四つの4×4ブロックの変換の結果を一般的に表したものであり、
×8ブロックの左下のデータY410と、右下のデータY411を入力し、減算を行う。加減算器40−4には、4×4アダマール変換結果であって、8×8ブロックの左下のデータY410と、右下のデータY411を入力し、加算を行う。加減算器41−1は、加減算器40−1と40−4から演算結果を受け取って、加算を行い、8×8アダマール変換結果として、8×8ブロックの左上データY80 ULを出力する。加減算器41−2は、加減算器40−2と40−3から演算結果を受け取って、加算を行い、8×8アダマール変換結果として、8×8ブロックの右上データY80 URを出力する。加減算器41−3は、加減算器40−2と40−3から演算結果を受け取って、減算を行い、8×8アダマール変換結果として、8×8ブロックの右下データY80 BRを出力する。加減算器41−4は、加減算器40−1と40−4から演算結果を受け取って、減算を行い、8×8アダマール変換結果として、8×8ブロックの左下データY80 BLを出力する。
4行4列のレジスタアレイであり、一つレジスタは52ビットである。一つのレジスタには、4×4ブロックの行方向の4画素分の4×4アダマール変換結果が格納される。1列あるいは1行のレジスタを使って、1つの4×4アダマール変換のすべてのデータを格納し、図6のレジスタアレイで、4個分の4×4アダマール変換のデータを格納する。
図7において、4×4変換結果のブロック00などは、図2(a)のブロック番号を示している。レジスタの行と列は、図6に従う。8×8変換結果のブロック0〜3は、図2(b)のブロック番号である。
行アクセスと列アクセスを8×8ブロック毎に切り替えるので、レジスタアレイが1つのみでよく、回路面積の増大を抑えることが出来る。
4×4変換を、ブロック番号順に1サイクルに1ブロックというペースで処理を行う。8×8変換は、4×4変換4つ分(8×8ブロック1つ分)が計算し終わった後で、開始することが出来、4×4変換の4サイクル後に演算を開始する。8×8変換は、1サイクルで、1つのブロックの2つの行についての計算を行うことが出来る。8×8変換が開始した後、4×4変換が終了するまでの間は、8×8変換と4×4変換を並行して同時に実行する。これにより、処理速度を速くすることができる。4×4変換や8×8変換の後、結果をそれぞれ累計するが、これには、それぞれ1サイクルを必要とする。したがって、図8にあるように、1マクロブロックの4×4アダマール変換と8×8アダマール変換の両方を終了するには、21サイクルかかることになる。
(付記1)
画像のマクロブロックに対し、異なる大きさのブロック単位でアダマール変換を行うアダマール変換回路において、
第1のブロック単位でアダマール変換を行う第1のアダマール変換手段と、
該第1のアダマール変換手段の変換結果を格納するレジスタ手段と、
該レジスタ手段に格納された、該第1のアダマール変換手段の変換結果を用いて、該第1のブロックより大きい第2のブロック単位でアダマール変換を行う第2のアダマール変換手段と、
を備えることを特徴とするアダマール変換回路。
(付記2)
前記第1のブロックは、4×4画素のブロックであり、前記第2のブロックは、8×8画素のブロックであることを特徴とする付記1に記載のアダマール変換回路。
(付記3)
前記第1のアダマール変換手段は、
X4を、入力4×4ブロックの画素値の一行(X40、X41、X42、X43はX4の行0、行1、行2、行3である)であるとし、Y4を4×4アダマール変換後データである、H4を4×4アダマール変換行列とした場合、
(付記4)
前記第2のアダマール変換手段は、
X8を入力8×8ブロックの画素値、Y8は8×8アダマール変換後データ、H8は8×8アダマール変換行列、Y400、Y401、Y410、Y411を、Y8の左上、右上、左下、右下の位置対しての4×4ブロックのアダマール変換の結果とした場合、
(付記5)
前記レジスタ手段は、行方向と列方向に配列された単位レジスタからなり、前記第1のアダマール変換手段の変換結果の書込み、あるいは、読出しは、8×8ブロックの書込み、あるいは、読出しが完了するごとに、行方向へ行うか、列方向へ行うかを切り替えることを特徴とする付記1に記載のアダマール変換回路。
(付記6)
前記第1のアダマール変換手段の処理と、前記第2のアダマール変換手段の処理とを並行して行うことを特徴とする付記1に記載のアダマール変換回路。
(付記7)
画像のマクロブロックに対し、異なる大きさのブロック単位でアダマール変換を行うアダマール変換処理方法において、
ある大きさの第1のブロック単位でアダマール変換を行い、
該第1のブロック単位のアダマール変換ステップの変換結果を格納し、
該格納された、該第1のブロック単位のアダマール変換ステップの変換結果を用いて、該第1のブロックより大きい第2のブロック単位でアダマール変換を行う、
ことを特徴とするアダマール変換処理方法。
22 8×8アダマール変換回路
23 レジスタアレイ
24 4×4変換結果累計回路
25 8×8変換結果累計回路
30−1〜30−4、31−1〜31−4 加減算器
32−1〜32−4 1-D H4部(一次元アダマール変換部)
35−1〜35−4、36−1〜36−4 加算器
40−1〜40−4、41−1〜41−4 加減算器
Claims (5)
- 画像のマクロブロックに対し、異なる大きさのブロック単位でアダマール変換を行うアダマール変換回路において、
第1のブロック単位でアダマール変換を行う第1のアダマール変換手段と、
該第1のアダマール変換手段の変換結果を格納するレジスタ手段と、
該レジスタ手段に格納された、該第1のアダマール変換手段の変換結果を用いて、該第1のブロックより大きい第2のブロック単位でアダマール変換を行う第2のアダマール変換手段と、
を備えることを特徴とするアダマール変換回路。 - 前記第1のブロックは、4×4画素のブロックであり、前記第2のブロックは、8×8画素のブロックであることを特徴とする請求項1に記載のアダマール変換回路。
- 前記レジスタ手段は、行方向と列方向に配列された単位レジスタからなり、前記第1のアダマール変換手段の変換結果の書込み、あるいは、読出しは、8×8ブロックの書込み、あるいは、読出しが完了するごとに、行方向へ行うか、列方向へ行うかを切り替えることを特徴とする請求項1に記載のアダマール変換回路。
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