JP2015018373A - データ変換装置、データ変換回路及びデータ変換方法 - Google Patents

データ変換装置、データ変換回路及びデータ変換方法 Download PDF

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Abstract

【課題】中間バッファを低減できるとともに、少数演算精度を維持したままノイズを効果的に除去できるデータ変換装置を提供する。
【解決手段】水平方向にウェーブレット変換されて固定小数点数の高周波成分及び低周波成分に分離された入力信号を入力し、高周波成分及び低周波成分を個別にブロック浮動小数点変換して格納し、ブロック浮動小数点変換された高周波成分及び低周波成分のそれぞれを固定小数点数に再変換する小数点変換手段を備え、小数点変換手段は、ブロック浮動小数点変換した低周波成分を格納する第1の記憶領域と、ブロック浮動小数点変換した高周波成分を格納する第2の記憶領域と、を有し、第2の記憶領域が第1の記憶領域よりも小さいデータ変換装置とする。
【選択図】 図1

Description

本発明は、入力データを2次元ウェーブレット変換処理するデータ変換装置、データ変換回路及びデータ変換方法に関する。特に、動画像を2次元ウェーブレット変換する処理において、画質の劣化を低減しつつ、必要となるメモリ量の削減可能にするデータ変換方法、データ変換回路及びデータ変換方法に関する。
画像や音声などのディジタル信号に対するデータの圧縮処理や、ノイズ除去処理において、離散信号を周波数領域に変換する処理が多く用いられている。
例えば、画像を圧縮する方式の1つに、JPEG(Joint Photographic Experts Group)と呼ばれる方式がある。JPEGによる圧縮処理では、画像の空間的な信号を周波数領域に変換する処理である離散コサイン変換を行い、その後に量子化によって情報量を削減してからエントロピー符号化をすることによって、データ量を削減している。すなわち、JPGEによる圧縮処理では、離散コサイン変換によって、信号に含まれる主たるエネルギーを低周波領域に集中させた後に量子化することで、元の画像に対する影響が少ないデータの圧縮を実現している。
また、JPEGに続く規格であるJPEG2000では、2次元離散ウェーブレット変換を用いた圧縮方法が採用されている。以下の説明では、ディジタル信号のみを対象とするので、2次元離散ウェーブレット変換を2次元ウェーブレット変換と記載する。
ウェーブレット変換では、数ピクセル分の画素値を入力とし、入力画像の画素値を低周波成分と高周波成分にそれぞれ分離する。2次元ウェーブレット変換は、水平ウェーブレット変換と垂直ウェーブレット変換を順に行い、水平及び垂直方向のそれぞれを低周波成分と高周波成分に分離する。
図23には、2次元画像(左側:原画像)に対してウェーブレット変換を施した処理後の画像(右側:変換画像)の一例を示す。図23の右側の4分割した画像(変換画像)について説明する。LL(左上)は、水平ウェーブレット変換で分離された低周波成分に対して垂直ウェーブレット変換を実施し、分離された低周波成分である。HL(右上)は、水平ウェーブレット変換で分離された高周波成分に対して垂直ウェーブレット変換を実施し、分離された低周波成分である。LH(左下)は、水平ウェーブレット変換で分離された低周波成分に対して垂直ウェーブレット変換を実施し、分離された高周波成分である。HH(右下)は、水平ウェーブレット変換で分離された高周波成分に対して垂直ウェーブレット変換を実施し、分離された高周波成分である。
図23によると、低周波成分(LL)は比較的元の画像のテクスチャやグラデーションの情報を残している。なお、カラー画像を白黒変換した画像であるために図23には色彩情報は再現されていないが、実際の処理では低周波成分(左上)に色彩情報が保持されている。それに対して、高周波成分を含む領域(HL、LH、HH)では、テクスチャやグラデーション(、色彩)の情報は失われ、画像中で画素値が急激に変化する部分、すなわち物体のエッジ情報又はノイズ情報に由来する振動成分が保持されている。
画像信号、特に動画像信号に対してデータ圧縮又はノイズ除去処理を施す場合は、専用回路を実装したASICやFPGA上で処理を実行することが多い(ASIC:Application Specific Integrated Circuit、FPGA:Field Programable Gate Array)。これは、電力や実装面積等の制約により高性能なCPU(Central Processing Unit)を搭載できない撮影機器において高速処理やリアルタイム処理を実現するためである。上記のようなハードウェアでは、実装面積に制約があるため、内部に画像フレームを保持するためのメモリを配置せずにストリーム処理を行うことがある。2次元ウェーブレット変換を行うストリーム回路では、水平ウェーブレット変換と垂直ウェーブレット変換の間に、一時的にデータを保持するバッファが必要となる。
図24には、2次元ウェーブレット変換をストリーム処理で実施するシステムの構成例を示す。図24のような構成を有する一般的なウェーブレット変換システムは、以下のように動作する。まず、水平ウェーブレット変換処理部102にラスタ順で入力画像信号101が入力され、水平ウェーブレット変換処理が実行される。水平ウェーブレット変換後の信号は、垂直ウェーブレット変換を実施する際に必要なライン数分だけメモリ等の記憶装置103にバッファされた後、垂直ウェーブレット変換処理部104において垂直ウェーブレット変換処理が実行される。このように、ラスタ入力のシステムにおいては、水平ウェーブレット変換と垂直ウェーブレット変換との間に中間バッファとなる記憶装置103が必要となる。
特許文献1には、ブロック浮動小数点に関する技術が開示されている。ブロック浮動小数点を用いれば、固定小数点演算の回路において、演算の小数精度を維持したまま演算に係る回路規模を削減することができる。また、ブロック浮動小数点を用いれば、固定少数演算の回路において、同等の回路規模で演算の小数精度を高めることができる。さらに、固定ビット長固定小数点演算を実施するDSP(Digital Signal Processer)において、プログラムの演算精度を高めることができる。
通常の固定小数点演算では、演算量やメモリ量を削減するために、全ての数に画一的に右シフトをすることで小数精度を犠牲にする。それに対し、ブロック浮動小数点を用いた演算では、複数の数値を一つのブロックとして扱い、ブロック単位でシフト量を可変とする。そして、シフト後のデータをブロック浮動小数点変換後のデータとし、ブロック単位のシフト量と合わせて保存されることで、再度固定小数点に変換される。
特許文献2には、ブロック浮動小数点を高速フーリエ変換処理回路に適用する技術が開示されている。
例えば、特許文献1や特許文献2においては、ブロック浮動小数点処理において次のようなステップでブロック浮動小数点の正規化処理を行う。
(1)ブロック内の全データの最大指数を求める。
(2)前記最大指数によりブロック全体をシフトし、正規化する。
ここで、最大指数とは、ブロック内の全てのデータが桁あふれを起こさない最大の指数を示す。最大指数は、ブロック内の全データのうち、絶対値が最大のデータの指数値に等しい。
特開2001−306297号公報 特開平9−128213号公報
ブロック浮動小数点を用いた演算を2次元ウェーブレット変換に適用すると、比較的原画像の色彩情報を保持する低周波成分を保持するのに必要な情報量と、エッジ成分などの残差成分を含む高周波成分を保持するのに必要な情報量が異なってしまう。そのため、水平ウェーブレット変換と垂直ウェーブレット変換との間において、ブロック浮動小数点を保持する中間バッファ量が過大となるという課題がある。
また、ブロック浮動小数点を用いた演算を2次元ウェーブレット変換に適用すると、小数精度が維持される。そのため、画像処理で取り除かれていることが望ましい画像に含まれるノイズ成分が、2次元ウェーブレット変換後において忠実に再現されてしまうという課題がある。
本発明は、中間バッファを低減できるとともに、少数演算精度を維持したままノイズを効果的に除去できるデータ変換装置を提供することを目的とする。
本発明のデータ変換装置は、水平方向にウェーブレット変換されて固定小数点数の高周波成分及び低周波成分に分離された入力信号を入力し、高周波成分及び低周波成分を個別にブロック浮動小数点変換して格納し、ブロック浮動小数点変換された高周波成分及び低周波成分のそれぞれを固定小数点数に再変換する小数点変換手段を備え、小数点変換手段は、ブロック浮動小数点変換した低周波成分を格納する第1の記憶領域と、ブロック浮動小数点変換した高周波成分を格納する第2の記憶領域と、を有し、第2の記憶領域は、第1の記憶領域よりも小さい。
本発明のデータ変換回路は、水平方向にウェーブレット変換されて高周波成分と低周波成分とに分離された固定小数点数のデータを入力し、高周波成分及び低周波成分を個別にブロック浮動小数点変換して格納し、ブロック浮動小数点変換された高周波成分及び低周波成分のそれぞれを固定小数点数に再変換する小数点変換回路を備え、小数点変換回路は、ブロック浮動小数点変換した低周波成分を格納する第1の記憶回路と、ブロック浮動小数点変換した高周波成分を格納する第2の記憶回路と、を有し、第2の記憶回路は、第1の記憶回路よりも小さい。
本発明のデータ変換方法は、水平方向にウェーブレット変換されて高周波成分と低周波成分とに分離された固定小数点数のデータを入力し、高周波成分及び低周波成分を個別にブロック浮動小数点変換するブロック浮動小数点変換工程と、ブロック浮動小数点変換した低周波成分を第1の記憶領域に格納する第1の記憶工程と、ブロック浮動小数点変換した高周波成分を第1の記憶領域よりも小さい第2の記憶領域に格納する第2の記憶工程と、ブロック浮動小数点変換された高周波成分及び低周波成分のそれぞれを固定小数点数に再変換する固定小数点再変換工程と、を含む。
本発明のデータ変換装置によれば、中間バッファを低減できるとともに、少数演算精度を維持したままノイズを効果的に除去できる。
本発明の実施形態に係る2次元ウェーブレット変換装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る2次元ウェーブレット変換装置が有する低周波成分変換部の内部構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る2次元ウェーブレット変換装置が有する高周波成分変換部の内部構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る2次元ウェーブレット変換装置の動作を示すフローチャートである。 本発明の実施形態に係る2次元ウェーブレット変換装置におけるブロック浮動小数点変換処理を示すフローチャートである。 本発明の実施形態に係る2次元ウェーブレット変換装置における固定小数点再変換処理を示すフローチャートである。 本発明の実施例に係る2次元ウェーブレット変換回路の構成を示すブロック図である。 本発明の実施例に係る2次元ウェーブレット変換回路が有する低周波成分変換回路の内部構成を示すブロック図である。 本発明の実施例に係る2次元ウェーブレット変換回路が有する高周波成分変換回路の内部構成を示すブロック図である。 本発明の実施例に係る2次元ウェーブレット変換回路が有する低周波成分ブロック浮動小数点変換回路の内部構成を示すブロック図である。 本発明の実施例に係る2次元ウェーブレット変換回路が有する高周波成分ブロック浮動小数点変換回路の内部構成を示すブロック図である。 本発明の実施例に係る2次元ウェーブレット変換回路が有する低周波成分記憶回路の構成を示すブロック図である。 本発明の実施例に係る2次元ウェーブレット変換回路が有する高周波成分記憶回路の構成を示すブロック図である。 本発明の実施例に係る2次元ウェーブレット変換回路が有する低周波成分固定小数点再変換回路の内部構成を示すブロック図である。 本発明の実施例に係る2次元ウェーブレット変換回路が有する高周波成分固定小数点変換回路の内部構成を示すブロック図である。 本発明の実施例に係る2次元ウェーブレット変換回路が有する低周波成分ブロック浮動小数点変換回路による低周波成分ブロック浮動小数点変換処理における最大絶対値の検出を説明するための図である。 本発明の実施例に係る2次元ウェーブレット変換回路が有する低周波成分ブロック浮動小数点変換回路の内部のバレルシフタによる処理を説明するための図である。 本発明の実施例に係る2次元ウェーブレット変換回路が有する低周波成分記憶回路内部のデータ記憶メモリの構成を示すブロック図である。 本発明の実施例に係る2次元ウェーブレット変換回路が有する低周波成分固定小数点変換回路による処理を説明するための図である。 本発明の実施例に係る2次元ウェーブレット変換装置の動作を示すフローチャートである。 本発明の実施例に係る2次元ウェーブレット変換装置におけるブロック浮動小数点変換処理を示すフローチャートである。 本発明の実施例に係る2次元ウェーブレット変換装置における固定小数点再変換処理を示すフローチャートである。 2次元画像に対して2次元ウェーブレット変換を施した画像を説明するための図である。 2次元ウェーブレット変換をストリーム処理で実施するシステムの一般的な構成例である。
以下に、本発明を実施するための形態について図面を用いて説明する。ただし、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい限定がされているが、発明の範囲を以下に限定するものではない。
(実施形態)
(構成)
図1は、本発明の実施形態に係る2次元ウェーブレット変換装置1のブロック図である。
2次元ウェーブレット変換装置1は、水平ウェーブレット変換部10(水平ウェーブレット変換手段)と、小数点変換部15(小数点変換手段)と、垂直ウェーブレット変換部40(垂直ウェーブレット変換手段)と、を備えている。小数点変換部15は、低周波成分変換部20及び高周波成分変換部30を有する。
水平ウェーブレット変換部10及び垂直ウェーブレット変換部40は、固定小数点でウェーブレット変換を実施する回路で実現される。また、水平ウェーブレット変換部10及び垂直ウェーブレット変換部40は、固定小数点演算を実施するDSP内の演算器で実現されても良い。なお、上述した水平ウェーブレット変換部10及び垂直ウェーブレット変換部40の例は一例であって、本発明の範囲を上記の例に限定するわけではない。
また、低周波成分変換部20は、ブロック浮動小数点変換部21(第1のブロック浮動小数点変換部)と、記憶部22(第1の記憶領域)と、固定小数点変換部23と、を含む。同様に、高周波成分変換部30は、ブロック浮動小数点変換部31(第2のブロック浮動小数点変換部)と、記憶部32(第2の記憶領域)と、固定小数点変換部33と、を含む。
図2には、変換後の低周波成分のブロック浮動小数点を記憶する記憶部22の内部構成を示す。低周波成分変換部20の有する記憶部22は、ブロックシフト数記憶部24と、データ記憶部25と、を含む。
同様に、図3には、変換後の高周波成分のブロック浮動小数点を記憶する記憶部32の内部構成を示す。高周波成分変換部30の有する記憶部32は、ブロックシフト数記憶部34と、データ記憶部35と、を含む。
上記の記憶部22及び32、ブロックシフト数記憶部24及び34、データ記憶部25及び35は、レジスタやフリップフロップなどの記憶素子、或いはSRAMやDRAM、PRAMと言ったメモリ等のデバイスで実現される(SRAM:Static Random Access Memory、DRAM:Dynamic Random Access Memory、Phase Shifter RAM)。或いは、記憶部22及び32、ブロックシフト数記憶部24及び34、データ記憶部25及び35は、フラッシュメモリや、SSD(Solid State Drive)、ハードディスク等のデバイスで実現されても良い。なお、記憶部22及び32、ブロックシフト数記憶部24及び34、データ記憶部25及び35に用いるデバイスの例は一例であって、本発明の範囲を上記の例に限定するわけではない。
(動作の概略)
ここで、本発明の実施形態に係る2次元ウェーブレット変換装置1の動作の概略を説明する。
まず、水平ウェーブレット変換部10は、外部からの2次元画像信号(入力信号)を受け付け、水平ウェーブレット変換を実施し、固定小数点数の低周波成分データ(以下、低周波成分)と固定小数点数の高周波成分データ(以下、高周波成分)に分離する。
分離された低周波成分は、低周波成分変換部20のブロック浮動小数点変換部21に入力され、予め定められたブロック長(第1のブロック長)と等しい個数の低周波成分に対するブロック共通シフト数(第1のブロック共通シフト数)を計算する。
なお、ブロック共通シフト数は、以下のように検出される。まず、ブロック浮動小数点変換部21でバッファリングされた複数の低周波成分を、設定されたブロック長でまとめてブロック(第1のブロック)とする。次に、ブロックの中で最大絶対値をもつ低周波成分の2進表現において、符号ビットを除く。最後の、符号ビットを除いた低周波成分の2進表現において、正数の場合は先頭から連続する0ビットの数が、負数の場合は先頭から連続する1の数がブロック共通シフト数として検出される。ただし、上記は2の補数表現による負数が混在する場合であり、正数のみの場合も同様である。なお、ブロック共通シフト数は、各ブロック内においては共通の値となるが、異なるブロック間では共通の値とならなくてもよい。
また、ブロック浮動小数点変換部21は、ブロック長と等しい個数の低周波成分をブロック共通シフト数に従って左シフトすることによって正規化する。なお、本発明の実施形態においては、シフト後のデータをブロック浮動小数点変換後のデータとする。
記憶部22内のブロックシフト数記憶部24は、ブロック共通シフト数を記憶する。また、記憶部22内のデータ記憶装置25は、正規化された低周波成分(ブロック浮動小数点低周波成分又はブロック浮動小数点変換された低周波成分とも呼ぶ)を記憶する。
低周波成分変換部20の固定小数点変換部23は、記憶装置13からブロック共通シフト数を読み出すとともに、ブロック長と等しい個数の正規化された低周波成分を記憶装置16から読み出す。そして、固定小数点変換部23は、読み出されたブロック共通シフト数に従って正規化された低周波成分の算術右シフトを行い、固定小数点数の低周波成分(再変換低周波成分)に再変換する。
低周波成分と同様に、高周波成分は、正規化された高周波成分(ブロック浮動小数点高周波成分又はブロック浮動小数点変換された高周波成分とも呼ぶ)に変換され、記憶部32に格納された後、固定小数点数の低周波成分(再変換高周波成分)に再変換される。
垂直ウェーブレット変換部40は、再変換低周波成分と再変換高周波成分とを受け付け、それらに対して垂直ウェーブレット変換処理を実施する。
(動作)
次に、図4のフローチャートを参照して本実施形態に係るウェーブレット変換装置1の動作について詳細に説明する。
まず、図4において、画像変換システムに入力された画像データは、2次元ウェーブレット変換装置1が備える水平ウェーブレット変換部10に入力される。入力された画像データは、水平ウェーブレット変換部10における水平ウェーブレット変換処理によって高周波成分と低周波成分に分離される(ステップS1)。
ここで、ステップS2〜S5に示した高周波成分変換部30における高周波成分変換処理と、ステップS6〜S9に示した低周波成分変換部20における低周波成分変換処理とが並行して実施される。
次に、高周波成分変換部30における高周波成分変換処理(ステップS2〜S5)について説明する。
固定小数点数の高周波成分は、高周波成分変換部30のブロック浮動小数点変換部31に入力される(ステップS2)。
高周波成分は、ブロック浮動小数点変換部31においてブロック浮動小数点高周波成分に変換され、記憶部32に格納される(ステップS3)。
記憶部32では、垂直ウェーブレット変換に必要なライン数分だけブロック浮動小数点高周波成分をバッファリングする。その後、固定小数点変換部33は、記憶部32にバッファリングされたブロック浮動小数点高周波成分を読み出す(ステップS4)。
固定小数点変換部33は、読み出したブロック浮動小数点高周波成分を再変換高周波成分に再変換する(ステップS5)。
次に、低周波成分変換部20における低周波成分変換処理(ステップS6〜S9)について説明する。
固定小数点数の低周波成分は、低周波成分変換部20のブロック浮動小数点変換部21に入力される(ステップS6)。
低周波成分は、ブロック浮動小数点変換部21においてブロック浮動小数点低周波成分に変換され、記憶部22に格納される(ステップS7)。
記憶部22では、垂直ウェーブレット変換に必要なライン数分だけブロック浮動小数点低周波成分をバッファリングする。その後、固定小数点変換部23は、記憶部22にバッファリングされたブロック浮動小数点低周波成分を読み出す(ステップS8)。
固定小数点変換部23は、読み出したブロック浮動小数点低周波成分を再変換低周波成分に再変換する(ステップS9)。
ここで、再変換高周波成分及び再変換低周波成分は、ともに垂直ウェーブレット変換部40に入力され、垂直ウェーブレット変換処理が実施される(ステップS10)。
以上が、本発明の実施形態に係るウェーブレット変換装置1の動作についての説明である。なお、上述の動作に種々の変形・追加を行ったものについても本発明の範囲に含まれる。
なお、本実施形態に係る2次元ウェーブレット変換装置1においては、高周波成分と低周波成分とをブロック浮動小数点変換処理で用いるブロック長を、互いに異なる長さとする。より好ましくは、情報量の少ない高周波成分のブロック浮動小数点変換処理で用いるブロック長を、低周波成分の変換処理で用いるブロック長よりも長くとる。そのため、高周波成分変換処理部30内部の記憶部32におけるブロック長の保持に必要な記憶容量を削減することができる。
また、高周波成分変換部30内部の記憶部32のビット幅を小さくすれば、記憶部32の記憶容量を削減することができる。また、記憶部32の記憶容量を削減しないのであれば、同一の容量でありながら画質が向上することにつながる。
(ブロック浮動小数点変換処理)
次に、図5のフローチャートを参照して、図4のステップS3及びS7の動作(ブロック浮動小数点変換処理)について詳細に説明する。ステップS3及びS7においては、固定小数点数の成分(高周波成分及び低周波成分)をブロック浮動小数点変換する。
まず、高周波成分のブロック浮動小数点変換処理について説明する。
図5において、予め設定されたブロック長(第2のブロック長)と等しい数の複数の高周波成分が、高周波成分変換部30のブロック浮動小数点変換部31に連続して入力される(ステップS31)。
次に、ブロック浮動小数点変換部31は、読み出した複数の高周波成分のうち、絶対値が最も大きい値を検出し、最大ピクセルとする(ステップS32)。
ブロック浮動小数点変換部31は、最大ピクセルの数値のうち、符号ビットである先頭ビットを除いたビット列を参照し、ブロック共通シフト数(第2のブロック共通シフト数)を設定する(ステップS33)。
ステップS33において、ブロック浮動小数点変換部31は、先頭ビットを除いたビット列が正数であれば、ビット列の先頭から連続する0値のbit数を検出し、ブロック共通シフト数とする。一方で、ブロック浮動小数点変換部31は、先頭ビットを除いたビット列が負の数であれば、ビット列の先頭から連続する1値の数を検出し、ブロック共通シフト数を設定する。
次に、ブロック浮動小数点変換部31は、複数の高周波成分について、設定したブロック共通シフト数の分だけ左シフトし、正規化を行う(ステップS44)。
正規化後の高周波成分の値は、記憶部32のデータ記憶部35に記憶される。このとき、データ記憶部35のビット幅に合わせて、正規化後の高周波成分のビット精度が削減される(ステップS35)。
一方で、記憶部32のブロックシフト記憶部34には、ブロック共通シフト数が記憶される(ステップS36)。
以上が高周波成分のブロック浮動小数点変換処理についての説明である。
次に、低周波成分のブロック浮動小数点変換処理について説明する。
図5において、予め設定されたブロック長と等しい数の複数の低周波成分が、低周波成分変換部20のブロック浮動小数点変換部21に連続して入力される(ステップS31)。
ただし、低周波成分及び高周波成分に設定されたブロック長は、互いに異なるように設定する。例えば、高周波成分に設定されたブロック長の方を大きく設定すれば、高周波成分変換部30内部のブロックシフト数記憶部34の容量を小さくすることができる。
次に、ブロック浮動小数点変換部21は、読み出した複数の低周波成分のうち、絶対値が最も大きい値を検出し、最大ピクセルとする(ステップS32)。
ブロック浮動小数点変換部21は、最大ピクセルの数値のうち、符号ビットである先頭ビットを除いたビット列を参照し、ブロック共通シフト数を設定する(ステップS33)。
ステップS33において、ブロック浮動小数点変換部21は、先頭ビットを除いたビット列が正数であれば、ビット列の先頭から連続する0値のbit数を検出し、ブロック共通シフト数とする。一方で、ブロック浮動小数点変換部21は、先頭ビットを除いたビット列が負の数であれば、ビット列の先頭から連続する1値の数を検出し、ブロック共通シフト数を設定する。
次に、ブロック浮動小数点変換部21は、複数の低周波成分について、設定したブロック共通シフト数の分だけ左シフトし、正規化を行う(ステップS34)。
正規化後の低周波成分の値は、記憶部22のデータ記憶部25に記憶される。このとき、データ記憶部25のビット幅に合わせて、正規化後の低周波成分のビット精度が削減される(ステップS35)。
一方で、記憶部22のブロックシフト記憶部24には、ブロック共通シフト数が記憶される(ステップS36)。
以上が低周波成分のブロック浮動小数点変換処理についての説明である。
図5に示したブロック浮動小数点変換処理は、高周波成分と低周波成分とでほぼ同じ動作となる。しかしながら、ステップS31におけるブロック長は、高周波成分と低周波成分とで独立して設定される。同様に、ステップS35におけるデータ記憶部35のビット幅についても、高周波成分と低周波成分とで独立して設定される。
(固定小数点再変換処理)
次に、図6のフローチャートを参照して、図4のステップS5及びS9の動作(固定小数点再変換処理)について詳細に説明する。図4のステップS5及びS9においては、正規化された固定小数点成分(正規化後の高周波成分及び正規化後の低周波成分)をブロック浮動小数点変換する。
まず、高周波成分の固定小数点再変換処理について説明する。
高周波成分変換部30の固定小数点変換部33は、記憶部32内部のブロックシフト数記憶部34から、ブロック共通シフト数を読み出す(ステップS51)。
また、固定小数点変換部33は、データ記憶部35から、ブロック長と等しい数のビット精度が削減された正規化後の高周波成分を読み出す(ステップS52)。
なお、ステップS51及びS52は順序を入れ替えてもよく、並列して実行してもよい。
そして、固定小数点変換部33は、読み出された複数のビット精度が削減された正規化後の高周波成分に対して、ブロック共通シフト数分だけ算術右シフトを行う(ステップS53)。
以上が、固定小数点変換部33による高周波成分の固定小数点再変換処理についての説明である。
次に、低周波成分の固定小数点再変換処理について説明する。
低周波成分変換部20の固定小数点変換部23は、記憶部22内部のブロックシフト数記憶部24から、ブロック共通シフト数を読み出す(ステップS51)。
また、固定小数点変換部23は、データ記憶部25から、ブロック長と等しい数のビット精度が削減された正規化後の低周波成分を読み出す(ステップS52)。
なお、ステップS51及びS52は順序を入れ替えてもよく、並列して実行してもよい。
そして、固定小数点変換部23は、読み出された複数のビット精度が削減された正規化後の低周波成分に対して、ブロック共通シフト数分だけ算術右シフトを行う(ステップS53)。
以上が、固定小数点変換部23による低周波成分の固定小数点再変換処理についての説明である。
(効果)
次に、本実施形態に係る2次元ウェーブレット変換装置1の効果について説明する。
本実施形態に係る2次元ウェーブレット変換装置1は、低周波成分と高周波成分とを、別個のブロック長でブロック浮動小数点に変換でき、さらに別個のビット幅のデータ記憶装置で格納するように構成されている。そのため、情報量の多い低周波成分に対しては、低周波成分変換部20内部のデータ記憶部25のビット幅を多く割り当てることで再現度を維持することができる。
一方で、本実施形態に係る2次元ウェーブレット変換装置1によれば、情報量の少ない高周波成分に対しては、ブロック長を長くすることで、高周波成分変換部30内部のブロックシフト数記憶部34の容量を削減できる。また、本実施形態に係る2次元ウェーブレット変換装置1によれば、高周波成分のデータ記憶部35のビット幅を小さくすることで、記憶部32に必要な容量を削減できる。さらには、本実施形態に係る2次元ウェーブレット変換装置1によれば、一般的な記憶装置の容量でありながら画質を向上させることができる。
(実施例)
(構成)
次に、具体的な実施例を用いて本発明を実施するための形態の動作を説明する。
図7には、本発明の実施形態に係る2次元ウェーブレット変換装置1を回路(2次元ウェーブレット変換回路2)で実現した場合のブロック図を示す。
図7の2次元ウェーブレット変換回路2は、図1の2次元ウェーブレット変換装置1に相当する。
図7の水平ウェーブレット変換回路100及び垂直ウェーブレット変換回路400は、それぞれ図1の水平ウェーブレット変換部10及び垂直ウェーブレット変換部40に相当する。
図7の小数点変換回路150は、図1の小数点変換部15に相当し、低周波成分変換回路200及び高周波成分変換回路300を有する。また、図7の低周波成分変換回路200及び高周波成分変換回路300は、それぞれ図1の低周波成分変換部20及び高周波成分変換部30に相当する。
図8のブロック浮動小数点変換回路210、記憶回路220(第1の記憶回路)及び固定小数点変換回路230は、それぞれ図2のブロック浮動小数点変換部21、記憶部22(第1の記憶領域)及び固定小数点変換部23に相当する。
図9のブロック浮動小数点変換回路310、記憶回路320(第2の記憶回路)及び固定小数点変換回路330は、それぞれ図3のブロック浮動小数点変換部31、記憶部32(第2の記憶領域)及び固定小数点変換部33に相当する。
(ブロック浮動小数点変換回路〜低周波成分)
図10は、低周波成分変換回路200が有するブロック浮動小数点変換回路210の内部構成を示す。ブロック浮動小数点変換回路210は、ブロックバッファ211(第1のバッファ)と、最大絶対値検出回路212(第1の最大絶対値検出回路)と、バレルシフタ213(第1のバレルシフタ)と、を含む。
図10に示したように、浮動小数点変換回路210は、固定小数点数の低周波成分を受け付ける。
ブロックバッファ211は、予め定められたブロック長(第1のブロック長)と等しい数だけ低周波成分をバッファリングする。図10に示した本実施例では、低周波成分のブロック長が4に設定されており、データ#1〜4で示した低周波成分がバッファリングされる。
最大絶対値検出回路212は、ブロック長と等しい数の低周波成分を受け付け、最大の絶対値を検出し、ブロック共通シフト数(第1のブロック共通シフト数)を出力する。
バレルシフタ213は、ブロック共通シフト数に従ってブロック全体を左シフトする。
(ブロック浮動小数点変換回路〜高周波成分)
図11は、高周波成分変換回路300が有するブロック浮動小数点変換回路310の内部構成を示す。ブロック浮動小数点変換回路310は、ブロックバッファ311(第2のバッファ)と、最大絶対値検出回路312(第2の最大絶対値検出回路)と、バレルシフタ313(第2のバレル)と、を含む。
図11に示したように、浮動小数点変換回路310は、高周波成分を受け付ける。
ブロックバッファ311は、予め定められたブロック長(第2のブロック長)と等しい数だけ高周波成分をバッファリングする。図11に示した本実施例では、高周波成分のブロック長が6に設定されており、データ#1〜6で示した高周波成分がバッファリングされる。
最大絶対値検出回路312は、ブロック長と等しい数のデータを受け付け、最大の絶対値を検出し、ブロック共通シフト数(第2のブロック共通シフト数)を出力する。
バレルシフタ313は、ブロック共通シフト数に従ってブロック全体を左シフトする。
(記憶回路〜低周波成分)
図12には、低周波成分変換回路200の記憶回路220を示す。記憶回路220(第1の記憶回路)は、シフト数記憶メモリ240(第1のシフト数記憶メモリ)と、データ記憶メモリ250(第1のデータ記憶メモリ)と、を含む。図12のシフト数記憶メモリ240及びデータ記憶メモリ250は、それぞれ図2のブロックシフト数記憶部24及びデータ記憶部25に相当する。
記憶回路23は、ブロック共通シフト数(第1のブロック共通シフト数)と、正規化後の低周波成分を受け付ける。
シフト数記憶メモリ240はブロック共通シフト数を記憶し、データ記憶メモリ250は正規化後の低周波成分を記憶する。
本実施例では、データ記憶メモリ250のビット幅は9bitに設定されているので、入力された正規化後の低周波成分の13bitは、上位bitから9bitが切りだされて記憶される。残りのビットは、アンダーフローで捨てられる。
ブロック共通シフト数は、各ブロックに1つずつ割り当てられる。図12では、12個のデータが存在し、ブロック長が4であるため、3つのブロックがある。そのため、シフト記憶メモリ221は、それぞれのブロックに対応する3つのブロック共通シフト数を記憶できればよい。なお、低周波成分を含むブロックを、第1のブロックと呼ばれる。
(記憶回路〜高周波成分)
図13には、高周波成分変換回路300の記憶回路320を示す。記憶回路310(第2の記憶回路)は、ブロックシフト数記憶メモリ340(第2のシフト数記憶メモリ)と、データ記憶メモリ350(第2のデータ記憶メモリ)と、を含む。図13のブロックシフト数記憶メモリ340及びデータ記憶メモリ350は、それぞれ図3のブロックシフト数記憶部34及びデータ記憶部35に相当する。
記憶回路33は、ブロック共通シフト数(第2のブロック共通シフト数)と、正規化後の高周波成分を受け付ける。
ブロックシフト数記憶メモリ340はブロック共通シフト数を記憶し、データ記憶メモリ350は正規化後の低周波成分を記憶する。
本実施例では、データ記憶メモリ350のビット幅は6bitに設定されているので、入力された正規化後の低周波成分の13bitは、上位bitから6bitが切りだされて記憶される。残りのビットは、アンダーフローで捨てられる。
ブロック共通シフト数は、各ブロックに1つずつ割りあてられる。図12では、12個のデータが存在し、ブロック長が6であるため、2個のブロックがある。そのため、シフト記憶メモリ321は、それぞれのブロックに対応する2つのブロック共通シフト数を記憶できればよい。なお、高周波成分を含むブロックを、第2のブロックと呼ぶ。
高周波成分の記憶回路321は、データ記憶メモリ350のビット幅が6bitに設定されている点、格納するデータのブロック長が6である点で、低周波成分の記憶回路221とは異なる。
(固定小数点変換回路〜低周波成分)
図14には、低周波成分変換回路200の固定小数点変換回路230の内部構成を示す。固定小数点変換回路230は、バレルシフタ231を含む。
固定小数点変換回路230は、ブロック共通シフト数と、正規化後の低周波成分を受け付けると、正規化後の低周波成分の末尾にビットを追加して、元の低周波成分と同じビット数に戻す。バレルシフタ231は、元のビット数に戻した低周波成分をブロック共通シフト数だけ算術右シフトする。
(固定小数点変換回路〜高周波成分)
図15には、高周波成分変換回路300の固定小数点変換回路330の内部構成を示す。固定小数点変換回路330は、バレルシフタ331を含む。
固定小数点変換回路330は、ブロック共通シフト数と、正規化後の高周波成分を受け付けると、正規化後の高周波成分の末尾にビットを追加して、元の高周波成分と同じビット数に戻す。バレルシフタ331は、元のビット数に戻した高周波成分をブロック共通シフト数だけ算術右シフトする。
以上のような実施例の構成とすることで、高周波成分変換回路300の記憶回路320のメモリ量は、低周波成分処理回路200の記憶回路220のメモリ量と比較して小さくすることができる。
また、副次的な効果として、高周波成分のビット精度を落として故意にアンダーフローをさせることにより、ごく小さな値は0に縮退される。そのため、高周波成分に含まれる微細な振動成分が0縮退され、ローパスフィルタと同様の効果が期待できる。
(動作の概略)
ここで、本発明の実施形態の実施例に係る2次元ウェーブレット変換回路2の動作の概略について説明する。
図7を参照すると、2次元ウェーブレット変換回路2は信号の入力を受け付ける。図7に示すように、本実施例では、8bitの符号なし整数を入力信号とする。
水平ウェーブレット変換回路100は、入力信号に対して、水平ウェーブレット変換処理を実施し、低周波成分及び高周波成分を出力する。なお、本実施例において、水平ウェーブレット変換回路100は、整数部が8bit、小数部が4bitの符号付き13bit固定小数点となる成分を出力する。
図16には、本実施例で用いる4つ数値と、それらの数値を2進固定小数点表現したデータを示す。なお、本実施例で示す数値は一例であり、後述する数値のみを適用するわけではなく、本実施例は任意の数値について適用可能である。
それぞれ数値は、「4.9375」、「−11.563」、「−28.75」、「13.375」であり、符号ビットは1bit、整数部8bit、小数部4bitの合計13bitで表現されている。2進固定小数点では、負の数は2の補数で表現されている。これらの数値のうち、最大絶対値をもつのは「−28.75」である。
図16を参照すると、最大絶対値をもつ『−28.75』の2進表現『1111000110100」において、先頭の符号ビット「1」を除いたビット列「111000110100」から連続する1値のビット数を検出する。本実施例においては3個連続した1値のビット数が存在するため、ブロック共通シフト数は3となる。なお、「−28.75」が負の数であるため、連続する1値のビット数を検出しているが、最大絶対値をもつ数値が正の場合、連続する0値のビット数を検出する。
図17には、低周波成分変換回路200のブロック浮動小数点変換回路210内部のバレルシフタ213によって、3bit左シフトされた正規化後の低周波成分を示す。バレルシフタ213のシフト処理によって、末尾の空いたビット位置には0が補填される。
正規化後の低周波成分は9bitであるが、13bitに拡張すると図17に示したようになる。
図18は、低周波成分変換回路200の記憶回路220内部のデータ記憶メモリ250における書き込みと読み出しの動作を示す図である。
データ記憶メモリ250には、水平ウェーブレット変換処理結果の低周波成分が格納される。そのため、書き込み時には、1ライン目にあるブロック11からブロック1nまで、行方向に書き込みが行われる。ブロック1nの次は、2ライン目について、ブロック21からブロック2nの順に書き込みが行われる。3ライン目以降も同様に書き込みが行われる。
読み出しについては、垂直ウェーブレット変換を行うために列方向に読み出しが行われる。
垂直ウェーブレット変換に5ライン分の情報が必要だとすると、ブロック11〜51が読み出される。
このとき、例えば、ラインごとに異なるメモリバンクが割り当てられていれば、ブロック11〜51は同時に読み出される。
データ記憶メモリ250から読み出されたデータ(ブロック11〜51)は、固定小数点変換回路230に入力され、低周波成分に再変換される。
図19は、再変換後の低周波成分を示す。ブロック共通シフト数である3に従って算術右シフトを行うと、空いたビットには最上位ビットと同じ値が補填される。図19に示した再変換後の低周波成分は、図16に示した数値と同じ数値となる。
以上の低周波成分変換回路200による低周波成分変換処理の動作概略は、高周波成分変換回路300による高周波成分変換処理でも同様である。
垂直ウェーブレット変換回路21は、再変換低周波成分と再変換高周波成分を受け付け、垂直ウェーブレット変換処理を実行する。
(動作)
次に、図20〜図22のフローチャートを参照して、本実施例の動作について詳細に説明する。
図20には、本実施例に係る2次元ウェーブレット変換演算処理回路2の動作に関するフローチャートを示す。なお、図20におけるステップS101〜110は、図2におけるステップS1〜S10と対応する。
(水平ウェーブレット処理)
まず、図20において、画像変換システムに入力された画像データは、2次元ウェーブレット変換回路2が備える水平ウェーブレット変換部100に入力される。入力された画像データは、水平ウェーブレット変換部100における水平ウェーブレット変換処理によって固定小数点数の高周波成分及び低周波成分に分離される(ステップS101)。
ここで、ステップS102〜S105に示した高周波成分変換部300における高周波成分変換処理と、ステップS106〜S109に示した低周波成分変換部200における低周波成分変換処理とが並行して実施される。
まず、高周波成分変換部300における高周波成分変換処理(ステップS102〜S105)について説明する。
高周波成分は、高周波成分変換部300のブロック浮動小数点変換部310に入力される(ステップS102)。
高周波成分は、ブロック浮動小数点変換部310においてブロック浮動小数点高周波成分に変換され、記憶部320に格納される(ステップS103)。
記憶部320では、垂直ウェーブレット変換に必要なライン数分だけブロック浮動小数点高周波成分をバッファリングする。その後、固定小数点変換部330は、記憶部320にバッファリングされたブロック浮動小数点高周波成分を読み出す(ステップS104)。
固定小数点変換部330は、読み出したブロック浮動小数点高周波成分を再変換高周波成分に再変換する(ステップS105)。
次に、低周波成分変換部200における低周波成分変換処理(ステップS106〜S109)について説明する。
低周波成分は、低周波成分変換部200のブロック浮動小数点変換部210に入力される(ステップS106)。
低周波成分は、ブロック浮動小数点変換部210においてブロック浮動小数点低周波成分に変換され、記憶部22に格納される(ステップS107)。
記憶部220では、垂直ウェーブレット変換に必要なライン数分だけブロック浮動小数点低周波成分をバッファリングする。その後、固定小数点変換部230は、記憶部22にバッファリングされたブロック浮動小数点低周波成分を読み出す(ステップS108)。
なお、本実施例に係る2次元ウェーブレット変換回路2においては、高周波成分変換処理で用いるブロック長を、低周波成分変換処理で用いるブロック長より長くとる。そのため、高周波成分変換処理部300内部の記憶部320におけるブロック長の保持に必要なブロックシフト数記憶メモリ340の記憶容量を削減することができる。
固定小数点変換部230は、読み出した低周波成分ブロック浮動小数点を再変換低周波成分に再変換する(ステップS109)。
再変換高周波成分及び再変換低周波成分は、垂直ウェーブレット変換部400に入力され、垂直ウェーブレット変換処理が実施される(ステップS100)。
以上が、本発明の実施形態に係るウェーブレット変換装置1の動作についての説明である。なお、上述の動作に種々の変形・追加を行ったものについても本発明の範囲に含まれる。
(ブロック浮動小数点変換処理)
次に、図21のフローチャートを参照して、図20のステップS103及びS107の動作(ブロック浮動小数点変換処理)について詳細に説明する。ステップS103及びS107においては、固定小数点数の成分(高周波成分及び低周波成分)をブロック浮動小数点変換する。
まず、高周波成分のブロック浮動小数点変換処理について説明する。
図21では、高周波成分変換回路300のブロック浮動小数点変換回路310のブロックバッファ311において、ブロック長と等しい数の高周波成分をバッファリングする(ステップS301)。
ブロックバッファ311がバッファリングした複数の高周波成分は、最大絶対値検出回路312に入力され、最大絶対値をもつピクセルを特定する(ステップS302)。
続いて、最大絶対値検出回路312は、最大ピクセルの数値で符号ビット(MSB:Most Significan Bit)を除く先頭から連続する0値(負数の場合1値)のビット数を検出し、ブロック共通シフト数として出力する(ステップS303)。
ブロックバッファ311がバッファリングした複数の高周波成分と、最大絶対値検出回路312によって検出されたブロック共通シフト数とがバレルシフタ313に入力される。バレルシフタ313は、ブロック共通シフト数だけ複数の高周波成分を左シフトし、正規化後の高周波成分を生成する(ステップS304)。ブロック共通シフト数及び正規化後の高周波成分は、続いて、記憶回路320に入力される。
正規化後の高周波成分は、データ記憶メモリ350のビット幅に削減されて、データ記憶メモリ350に記憶される(ステップS305)。
ブロック共通シフト数は、ブロックシフト数記憶メモリ340に格納される(ステップS306)。
以上が高周波成分のブロック浮動小数点変換処理についての説明である。
次に、低周波成分のブロック浮動小数点変換処理について説明する。
図21において、低周波成分変換回路200のブロック浮動小数点変換回路210のブロックバッファ211において、ブロック長と等しい数の低周波成分をバッファリングする(ステップS307)。
ブロックバッファ211がバッファリングした複数の低周波成分は、最大絶対値検出回路212に入力され、最大絶対値をもつピクセルを特定する(ステップS308)。
続いて、最大絶対値検出回路212は、最大ピクセルの数値で符号ビット(MSB)を除く先頭から連続する0値(負数の場合1値)のビット数を検出し、ブロック共通シフト数として出力する(ステップS309)。
ブロックバッファ211がバッファリングした複数の低周波成分と、最大絶対値検出回路212によって検出されたブロック共通シフト数とがバレルシフタ213に入力される。バレルシフタ213は、ブロック共通シフト数だけ複数の低周波成分を左シフトし、正規化後の低周波成分を生成する(ステップS310)。ブロック共通シフト数及び正規化後の低周波成分は、続いて、記憶回路220に入力される。
正規化後の低周波成分は、データ記憶メモリ250のビット幅に削減されて、データ記憶メモリ250に記憶される(ステップS311)。
ブロック共通シフト数は、ブロックシフト数記憶メモリ240に格納される(ステップS312)。
以上が低周波成分のブロック浮動小数点変換処理についての説明である。
図21に示したブロック浮動小数点変換処理は、高周波成分と低周波成分とでほぼ同じ動作をとる。しかしながら、ステップS301におけるブロック長は、高周波成分と低周波成分とで独立して設定される。同様に、ステップS305におけるデータ記憶メモリ350のビット幅についても、高周波成分と低周波成分とで独立して設定される。
(固定小数点再変換処理)
次に、図22を参照して、図20のステップS105及びS109の動作(固定小数点再変換処理)について詳細に説明する。
まず、高周波成分の固定小数点再変換処理について説明する。
図8及び図15に示した固定小数点変換回路330は、高周波成分変換回路300の記憶回路320のブロックシフト数記憶メモリ340からブロック共通シフト数を読み出す(ステップS501)。
また、固定小数点変換回路330は、データ記憶メモリ350から正規化後の高周波成分を読み出す(ステップS502)。
なお、上述の読み出し動作においては、必ずしもブロック長と等しい数を同時に読み出す必要はない。
固定小数点変換回路330のバレルシフタ331は、ブロック長と等しい数の正規化後の高周波成分に対して、ブロック共通シフト数分だけ算術右シフトする(ステップS503)。
なお、複数の正規化後の高周波成分を同時に読み出した場合、同時にシフトしてもよい。また、連続して読み出しを実行する場合は、ブロック長分の正規化後の高周波成分にシフト処理がなされた後、次のブロックのブロック共通シフト数をブロックシフト数記憶メモリ340から読み出す。
以上が、固定小数点変換部230による高周波成分の固定小数点再変換処理についての説明である。
次に、低周波成分の固定小数点再変換処理について説明する。
図8及び図15に示した固定小数点変換回路230は、低周波成分変換回路200の記憶回路220のブロックシフト数記憶メモリ240からブロック共通シフト数を読み出す。また、固定小数点変換回路230は、データ記憶メモリ250から正規化後の低周波成分を読み出す(ステップS501)。なお、上述の読み出し動作においては、必ずしもブロック長と等しい数を同時に読み出す必要はない。
固定小数点変換回路230のバレルシフタ231は、ブロック長と等しい数の正規化後の低周波成分に対して、ブロック共通シフト数分だけ算術右シフトする(ステップS)。なお、複数の正規化後の低周波成分を同時に読み出した場合、同時にシフトしてもよい(ステップS502)。また、連続して読み出しを実行する場合、ブロック長分の正規化後の低周波成分にシフト処理がなされた後、次のブロックのブロック共通シフト数をブロックシフト数記憶メモリから読み出す。
以上が、固定小数点変換部230による低周波成分の固定小数点再変換処理についての説明である。
以上の実施例に係る2次元ウェーブレット変換回路2は、低周波成分と高周波成分とを、別個のブロック長でブロック浮動小数点に変換でき、さらに別個のビット幅のデータ記憶メモリで格納するように構成されている。そのため、情報量の多い低周波成分に対しては、低周波成分変換部200内部のデータ記憶部250のビット幅を多く割り当てることで再現度を維持することができる。
一方で、本実施例に係る2次元ウェーブレット変換回路2によれば、情報量の少ない高周波成分に対しては、ブロック長を長くすることで、高周波成分変換部300内部のブロックシフト数記憶メモリ340の容量を削減できる。また、本実施例に係る2次元ウェーブレット変換回路2によれば、高周波成分のデータ記憶メモリ350のビット幅を小さくすることで、記憶回路320に必要な容量を削減できる。さらには、本実施例に係る2次元ウェーブレット変換回路によれば、一般的な記憶装置の容量でありながら画質を向上させることができる。
以上のように、本発明の実施形態においては、高周波成分及び低周波成分をブロック浮動小数点変換する際に、それぞれの小数点変換手段において用いるブロック長を異なるものとする。より好ましくは、高周波成分及び低周波成分をブロック浮動小数点変換する際に、それぞれの小数点変換手段において用いるブロック長を、低周波成分よりも高周波成分において長くする。そして、ブロック浮動小数点変換して正規化した高周波成分を格納するのに要する記憶領域を削減する。
また、本発明の別の視点によれば、高周波成分よりも低周波成分のブロック浮動小数点精度を低くすることにより、小数点変換手段によって正規化した高周波成分の保持に必要な記憶容量を削減する。さらには、固定小数点に再変換した高周波成分における微細な値が消去されるため、元々の高周波成分に含まれるノイズ成分が除去される。
すなわち、本発明の実施形態によれば、低周波成分と高周波成分とを別個にブロック浮動小数点に変換し、低周波成分のビット精度を落とさずに、高周波成分のビット数を削減することによって、全体的な画質の劣化を最小限に抑えられる。そのため、中間バッファ量を削減できる。
また、本発明の実施形態によれば、ブロック浮動小数点変換した高周波成分の記憶領域のビット幅を、低周波成分のビット幅よりも小さく設定することで、入力信号に与える影響を最小限に抑えつつ、細かい振動成分のみをアンダーフローにより削減する。そのため、入力信号に混入するノイズ成分を削減できる。
以上、実施形態及び実施例を参照して本発明を説明してきたが、本発明は上記実施形態及び実施例に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。
(付記1)
水平方向にウェーブレット変換されて高周波成分及び低周波成分に分離された固定小数点数のデータを入力し、前記高周波成分及び前記低周波成分を個別にブロック浮動小数点変換して格納し、ブロック浮動小数点変換された前記高周波成分及び前記低周波成分のそれぞれを固定小数点数に再変換する小数点変換手段を備え、
前記小数点変換手段は、
ブロック浮動小数点変換した前記低周波成分を格納する第1の記憶領域と、
ブロック浮動小数点変換した前記高周波成分を格納する第2の記憶領域と、を有し、
前記第2の記憶領域は、前記第1の記憶領域よりも小さいことを特徴とするデータ変換装置。
(付記2)
ブロック浮動小数点変換時にバッファリングする前記低周波成分の数である第1のブロック長と、ブロック浮動小数点変換時にバッファリングする前記高周波成分の数である第2のブロック長と、が異なることを特徴とする付記1に記載のデータ変換装置。
(付記3)
ブロック浮動小数点変換時にバッファリングする前記低周波成分の数である第1のブロック長と、ブロック浮動小数点変換時にバッファリングする前記高周波成分の数である第2のブロック長と、が異なり、
前記第2のブロック長は、前記第1のブロック長よりも大きいことを特徴とする付記1に記載のデータ変換装置。
(付記4)
前記第1の記憶領域が格納するブロック浮動小数点変換された前記低周波成分のビット幅と、前記第2の記憶領域が格納するブロック浮動小数点変換された前記高周波成分のビット幅、とが異なることを特徴とする付記1乃至3のいずれか一項に記載のデータ変換装置。
(付記5)
前記第2の記憶領域が格納するブロック浮動小数点変換された前記高周波成分のビット幅は、前記第1の記憶領域が格納するブロック浮動小数点変換された前記低周波成分のビット幅よりも小さいことを特徴とする付記1乃至4のいずれか一項に記載のデータ変換装置。
(付記6)
前記第1の記憶領域は、
ブロック浮動小数点変換された前記低周波成分と、前記低周波成分をブロック浮動小数点変換する際に算術左シフトする数である第1のブロック共通シフト数と、を格納し、
前記第2の記憶領域は、
ブロック浮動小数点変換された前記高周波成分と、前記高周波成分をブロック浮動小数点変換する際に算術左シフトする数である第2のブロック共通シフト数と、を格納することを特徴とする付記1乃至5のいずれか一項に記載のデータ変換装置。
(付記7)
前記小数点変換手段は、
水平方向にウェーブレット変換された前記低周波成分を入力し、前記低周波成分を前記第1のブロック長の数だけバッファリングし、バッファリングされた前記第1のブロック長の数からなる複数の前記低周波成分を含む第1のブロックの中で最大絶対値をもつ前記低周波成分を検出し、前記最大絶対値をもつ前記低周波成分から符号ビットを除いて先頭から連続するビット値の数を前記第1のブロック共通シフト数として検出し、前記第1のブロックを構成する複数の前記低周波成分を、前記第1のブロック共通シフト数分だけ算術左シフトする第1のブロック浮動小数点変換部と、
水平方向にウェーブレット変換された前記高周波成分を入力し、前記高周波成分を前記第2のブロック長の数だけバッファリングし、バッファリングされた前記第2のブロック長の数からなる複数の前記高周波成分を含む第2のブロックの中で最大絶対値をもつ前記高周波成分を検出し、前記最大絶対値をもつ前記高周波成分から符号ビットを除いて先頭から連続するビット値の数を前記第2のブロック共通シフト数として検出し、前記第2のブロックを構成する複数の前記高周波成分を、前記第2のブロック共通シフト数分だけ算術左シフトする第2のブロック浮動小数点変換部と、を備えることを特徴とする付記6に記載のデータ変換装置。
(付記8)
前記固定小数点数のデータを入力とし、入力した前記固定小数点数のデータを水平ウェーブレット変換した後に前記低周波成分と前記高周波成分とに分離して前記小数点変換手段に出力する水平ウェーブレット変換部と、
元のビット数に戻された前記低周波成分及び前記高周波成分を前記小数点変換手段から入力して垂直ウェーブレット変換を行う垂直ウェーブレット変換部と、を備えることを特徴とする付記1乃至7のいずれか一項に記載のデータ変換装置。
(付記9)
前記第1の記憶領域は、
ブロック浮動小数点変換された前記低周波数成分データを、ウェーブレット変換前の前記固定小数点数のデータよりも小さなビット幅で格納することを特徴とする付記1乃至8のいずれか一項に記載のデータ変換装置。
(付記10) 前記第2の記憶領域は、
ブロック浮動小数点変換された前記高周波数成分データを、ウェーブレット変換前の前記固定小数点数のデータよりも小さなビット幅で格納することを特徴とする付記1乃至9のいずれか一項に記載のデータ変換装置。
(付記11)
水平方向にウェーブレット変換されて高周波成分と低周波成分とに分離された固定小数点数のデータを入力し、前記高周波成分及び前記低周波成分を個別にブロック浮動小数点変換して格納し、ブロック浮動小数点変換された前記高周波成分及び前記低周波成分のそれぞれを固定小数点数に再変換する小数点変換回路を備え、
前記小数点変換回路は、
ブロック浮動小数点変換した前記低周波成分を格納する第1の記憶回路と、
ブロック浮動小数点変換した前記高周波成分を格納する第2の記憶回路と、を有し、
前記第2の記憶回路は、前記第1の記憶回路よりも小さいことを特徴とするデータ変換回路。
(付記12)
ブロック浮動小数点変換時にバッファリングする前記低周波成分の数である第1のブロック長と、ブロック浮動小数点変換時にバッファリングする前記高周波成分の数である第2のブロック長と、が異なることを特徴とする付記11に記載のデータ変換回路。
(付記13)
前記第2のブロック長は、前記第1のブロック長よりも大きいことを特徴とする付記12に記載のデータ変換回路。
(付記14)
前記第1の記憶回路が格納するブロック浮動小数点変換された前記低周波成分のビット幅と、前記第2の記憶回路が格納するブロック浮動小数点変換された前記高周波成分のビット幅、とが異なることを特徴とする付記11乃至13のいずれか一項に記載のデータ変換回路。
(付記15)
前記第2の記憶回路が格納するブロック浮動小数点変換された前記高周波成分のビット幅は、前記第1の記憶回路が格納するブロック浮動小数点変換された前記低周波成分のビット幅よりも小さいことを特徴とする付記11乃至14のいずれか一項に記載のデータ変換回路。
(付記16)
前記第1の記憶回路は、
ブロック浮動小数点変換された前記低周波成分を格納する第1のデータ記憶メモリと、前記低周波成分をブロック浮動小数点変換する際に算術左シフトする数である第1のブロック共通シフト数を格納するシフト数記憶メモリと、を有し、
前記第2の記憶回路は、
ブロック浮動小数点変換された前記高周波成分を格納する第2のデータ記憶メモリと、前記高周波成分をブロック浮動小数点変換する際に算術左シフトする数である第2のブロック共通シフト数を格納する第2のシフト数記憶メモリと、を有することを特徴とする付記11乃至15のいずれか一項に記載のデータ変換回路。
(付記17)
前記小数点変換手段は、
水平方向にウェーブレット変換された前記低周波成分を入力し、前記低周波成分を前記第1のブロック長の数だけバッファリングする第1のバッファと、
前記第1のバッファにバッファリングされた前記第1のブロック長の数からなる複数の前記低周波成分を含む第1のブロックの中で最大絶対値をもつ前記低周波成分を検出し、前記最大絶対値をもつ前記低周波成分から符号ビットを除いて先頭から連続するビット値の数を前記第1のブロック共通シフト数として検出する第1の最大絶対値検出回路と、
前記第1のブロックを構成する複数の前記低周波成分を、前記第1のブロック共通シフト数分だけ算術左シフトする第1のバレルシフタと、を有する第1のブロック浮動小数点変換回路と、
水平方向にウェーブレット変換された前記高周波成分を入力し、前記高周波成分を前記第2のブロック長の数だけバッファリングする第2のバッファと、
前記第2のバッファにバッファリングされた前記第2のブロック長の数からなる複数の前記高周波成分を含む第2のブロックの中で最大絶対値をもつ前記高周波成分を検出し、前記最大絶対値をもつ前記高周波成分から符号ビットを除いて先頭から連続するビット値の数を前記第2のブロック共通シフト数として検出する第2の最大絶対値検出回路と、
前記第2のブロックを構成する複数の前記高周波成分を、前記第2のブロック共通シフト数分だけ算術左シフトする第2のバレルシフタと、を有する第2のブロック浮動小数点変換回路と、を備えることを特徴とする付記16に記載のデータ変換回路。
(付記18)
前記固定小数点数のデータを入力し、入力した前記固定小数点数のデータを水平ウェーブレット変換した後に前記低周波成分と前記高周波成分とに分離して前記小数点変換部に出力する水平ウェーブレット変換部と、
前記小数点変換回路から固定小数点数に再変換された前記低周波成分及び前記高周波成分を入力して垂直ウェーブレット変換を行う垂直ウェーブレット変換部と、を備えることを特徴とする付記11乃至17のいずれか一項に記載のデータ変換回路。
(付記19)
前記第1の記憶回路は、
ブロック浮動小数点変換された前記低周波数成分データを、ウェーブレット変換前の前記固定小数点数のデータよりも小さなビット幅で格納することを特徴とする付記11乃至18のいずれか一項に記載のデータ変換回路。
(付記20)
前記第2の記憶回路は、
ブロック浮動小数点変換された前記高周波数成分データを、ウェーブレット変換前の前記固定小数点数のデータよりも小さなビット幅で格納することを特徴とする付記11乃至19のいずれか一項に記載のデータ変換回路。
(付記21)
水平方向にウェーブレット変換されて高周波成分と低周波成分とに分離された固定小数点数のデータを入力し、前記高周波成分及び前記低周波成分を個別にブロック浮動小数点変換するブロック浮動小数点変換工程と、
ブロック浮動小数点変換した前記低周波成分を第1の記憶領域に格納する第1の記憶工程と、
ブロック浮動小数点変換した前記高周波成分を前記第1の記憶領域よりも小さい第2の記憶領域に格納する第2の記憶工程と、
ブロック浮動小数点変換された前記高周波成分及び前記低周波成分のそれぞれを固定小数点数に再変換する固定小数点再変換工程と、を含むことを特徴とするデータ変換方法。
(付記22)
前記ブロック浮動小数点変換工程において、
バッファリングする前記低周波成分の数である第1のブロック長と、バッファリングする前記高周波成分の数である第2のブロック長と、が異なることを特徴とする付記1に記載のデータ変換方法。
(付記23)
前記ブロック浮動小数点変換工程において、
前記第2のブロック長は、前記第1のブロック長よりも大きいことを特徴とする付記22に記載のデータ変換方法。
(付記24)
前記第1の記憶工程において格納するブロック浮動小数点変換された前記低周波成分のビット幅と、前記第2の記憶工程において格納するブロック浮動小数点変換された前記高周波成分のビット幅、とが異なることを特徴とする付記21乃至23のいずれか一項に記載のデータ変換方法。
(付記25)
前記第2の記憶工程で格納するブロック浮動小数点変換された前記高周波成分のビット幅は、前記第1の記憶工程で格納するブロック浮動小数点変換された前記低周波成分のビット幅よりも小さいことを特徴とする付記21乃至24のいずれか一項に記載のデータ変換方法。
(付記26)
前記第1の記憶工程において、
ブロック浮動小数点変換された前記低周波成分と、前記低周波成分をブロック浮動小数点変換する際に算術左シフトする数である第1のブロック共通シフト数と、を格納し、
前記第2の記憶工程において、
ブロック浮動小数点変換された前記高周波成分と、前記高周波成分をブロック浮動小数点変換する際に算術左シフトする数である第2のブロック共通シフト数と、を格納することを特徴とする付記21乃至25のいずれか一項に記載のデータ変換方法。
(付記27)
水平方向にウェーブレット変換された前記低周波成分を入力し、前記低周波成分を前記第1のブロック長の数だけバッファリングする第1のバッファリング工程と、
バッファリングされた前記第1のブロック長の数からなる複数の前記低周波成分を含む第1のブロックの中で最大絶対値をもつ前記低周波成分を検出する第1の最大絶対値検出工程と、
前記最大絶対値をもつ前記低周波成分から符号ビットを除いて先頭から連続するビット値の数を前記第1のブロック共通シフト数として検出する第1のシフト数検出工程と、
前記第1のブロックを構成する複数の前記低周波成分を、前記第1のブロック共通シフト数分だけ算術左シフトする第1のブロック浮動小数点変換工程と、
水平方向にウェーブレット変換された前記高周波成分を入力し、前記高周波成分を前記第2のブロック長の数だけバッファリングする第2のバッファリング工程と、
バッファリングされた前記第2のブロック長の数からなる複数の前記高周波成分を含む第2のブロックの中で最大絶対値をもつ前記高周波成分を検出する第2の検出工程と、
前記最大絶対値をもつ前記高周波成分から符号ビットを除いて先頭から連続するビット値の数を前記第2のブロック共通シフト数として検出する第2のシフト数検出工程と、
前記第2のブロックを構成する複数の前記高周波成分を、前記第2のブロック共通シフト数分だけ算術左シフトする第2のブロック浮動小数点変換工程と、を含むことを特徴とする付記26に記載のデータ変換方法。
(付記28)
前記固定小数点数のデータを入力とし、入力した前記固定小数点数のデータを水平ウェーブレット変換した後に前記低周波成分と前記高周波成分とに分離して前記小数点変換工程に出力する水平ウェーブレット変換工程と、
元のビット数に戻された前記低周波成分及び前記高周波成分を前記小数点変換工程から入力して垂直ウェーブレット変換を行う垂直ウェーブレット変換工程と、を含むことを特徴とする付記21乃至27のいずれか一項に記載のデータ変換方法。
(付記29)
前記第1の記憶工程において、
ブロック浮動小数点変換された前記低周波数成分データを、ウェーブレット変換前の前記固定小数点数のデータよりも小さなビット幅で格納することを特徴とする付記21乃至28のいずれか一項に記載のデータ変換方法。
(付記30)
前記第2の記憶工程において、
ブロック浮動小数点変換された前記高周波数成分データを、ウェーブレット変換前の前記固定小数点数のデータよりも小さなビット幅で格納することを特徴とする付記26に記載のデータ変換方法。
本発明によれば、2次元ウェーブレット変換を用いる画像処理に係るメモリ量の削減や、再現性の向上が期待できる。本明細書で開示した技術は、ディジタル画像処理回路や画像圧縮回路、映像符号化回路といった用途に適用できる。また、本発明の技術は、固定小数点精度が一意に定められたDSP(Digital Signal Processer)や、FPGA(Field Programmable Gate Array)における乗算器を用いる回路での画像信号処理といった用途にも適用可能である。
1 2次元ウェーブレット変換装置
2 2次元ウェーブレット変換回路
10 水平ウェーブレット変換部
15 小数点変換部
20 低周波成分変換部
21、31 ブロック浮動小数点変換部
22、32 記憶部
23、33 固定小数点変換部
24、34 ブロックシフト数記憶部
25、35 データ記憶部
30 高周波成分変換部
40 垂直ウェーブレット変換部
100 水平ウェーブレット変換回路
150 小数点変換回路
200 低周波成分変換回路
210、310 ブロック浮動小数点変換回路
211、311 ブロックバッファ
212、312 最大絶対値検出回路
213、313 バレルシフタ
220、320 記憶回路
230、330 固定小数点変換回路
231、331 バレルシフタ
240、340 ブロックシフト数記憶メモリ
250、350 データ記憶メモリ
300 高周波成分変換回路
400 垂直ウェーブレット変換回路

Claims (10)

  1. 水平方向にウェーブレット変換されて高周波成分と低周波成分とに分離された固定小数点数のデータを入力し、前記高周波成分及び前記低周波成分を個別にブロック浮動小数点変換して格納し、ブロック浮動小数点変換された前記高周波成分及び前記低周波成分のそれぞれを固定小数点数に再変換する小数点変換手段を備え、
    前記小数点変換手段は、
    ブロック浮動小数点変換した前記低周波成分を格納する第1の記憶領域と、
    ブロック浮動小数点変換した前記高周波成分を格納する第2の記憶領域と、を有し、
    前記第2の記憶領域は、前記第1の記憶領域よりも小さいことを特徴とするデータ変換装置。
  2. ブロック浮動小数点変換時にバッファリングする前記低周波成分の数である第1のブロック長と、ブロック浮動小数点変換時にバッファリングする前記高周波成分の数である第2のブロック長と、が異なり、
    前記第2のブロック長は、前記第1のブロック長よりも大きいことを特徴とする請求項1に記載のデータ変換装置。
  3. 前記第2の記憶領域が格納するブロック浮動小数点変換された前記高周波成分のビット幅は、前記第1の記憶領域が格納するブロック浮動小数点変換された前記低周波成分のビット幅よりも小さいことを特徴とする請求項1又は2に記載のデータ変換装置。
  4. 前記第1の記憶領域は、
    ブロック浮動小数点変換された前記低周波成分と、前記低周波成分をブロック浮動小数点変換する際に算術左シフトする数である第1のブロック共通シフト数と、を格納し、
    前記第2の記憶領域は、
    ブロック浮動小数点変換された前記高周波成分と、前記高周波成分をブロック浮動小数点変換する際に算術左シフトする数である第2のブロック共通シフト数と、を格納することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載のデータ変換装置。
  5. 前記小数点変換手段は、
    水平方向にウェーブレット変換された前記低周波成分を入力し、前記低周波成分を前記第1のブロック長の数だけバッファリングし、バッファリングされた前記第1のブロック長の数からなる複数の前記低周波成分を含む第1のブロックの中で最大絶対値をもつ前記低周波成分を検出し、前記最大絶対値をもつ前記低周波成分から符号ビットを除いて先頭から連続するビット値の数を前記第1のブロック共通シフト数として検出し、前記第1のブロックを構成する複数の前記低周波成分を、前記第1のブロック共通シフト数分だけ算術左シフトする第1のブロック浮動小数点変換部と、
    水平方向にウェーブレット変換された前記高周波成分を入力し、前記高周波成分を前記第2のブロック長の数だけバッファリングし、バッファリングされた前記第2のブロック長の数からなる複数の前記高周波成分を含む第2のブロックの中で最大絶対値をもつ前記高周波成分を検出し、前記最大絶対値をもつ前記高周波成分から符号ビットを除いて先頭から連続するビット値の数を前記第2のブロック共通シフト数として検出し、前記第2のブロックを構成する複数の前記高周波成分を、前記第2のブロック共通シフト数分だけ算術左シフトする第2のブロック浮動小数点変換部と、を備えることを特徴とする請求項4に記載のデータ変換装置。
  6. 前記固定小数点数のデータを入力とし、入力した前記固定小数点数のデータを水平ウェーブレット変換した後に前記低周波成分と前記高周波成分とに分離して前記小数点変換手段に出力する水平ウェーブレット変換部と、
    元のビット数に戻された前記低周波成分及び前記高周波成分を前記小数点変換手段から入力して垂直ウェーブレット変換を行う垂直ウェーブレット変換部と、を備えることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載のデータ変換装置。
  7. 前記第2の記憶領域は、
    ブロック浮動小数点変換された前記高周波数成分データを、ウェーブレット変換前の前記固定小数点数のデータよりも小さなビット幅で格納することを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一項に記載のデータ変換装置。
  8. 水平方向にウェーブレット変換されて高周波成分と低周波成分とに分離された固定小数点数のデータを入力し、前記高周波成分及び前記低周波成分を個別にブロック浮動小数点変換して格納し、ブロック浮動小数点変換された前記高周波成分及び前記低周波成分のそれぞれを固定小数点数に再変換する小数点変換回路を備え、
    前記小数点変換回路は、
    ブロック浮動小数点変換した前記低周波成分を格納する第1の記憶回路と、
    ブロック浮動小数点変換した前記高周波成分を格納する第2の記憶回路と、を有し、
    前記第2の記憶回路は、前記第1の記憶回路よりも小さいことを特徴とするデータ変換回路。
  9. 前記小数点変換手段は、
    水平方向にウェーブレット変換された前記低周波成分を入力し、前記低周波成分を第1のブロック長の数だけバッファリングする第1のバッファと、
    前記第1のバッファにバッファリングされた前記第1のブロック長の数からなる複数の前記低周波成分を含む第1のブロックの中で最大絶対値をもつ前記低周波成分を検出し、前記最大絶対値をもつ前記低周波成分から符号ビットを除いて先頭から連続するビット値の数を第1のブロック共通シフト数として検出する第1の最大絶対値検出回路と、
    前記第1のブロックを構成する複数の前記低周波成分を、前記第1のブロック共通シフト数分だけ算術左シフトする第1のバレルシフタと、を有する第1のブロック浮動小数点変換回路と、
    水平方向にウェーブレット変換された前記高周波成分を入力し、前記高周波成分を第2のブロック長の数だけバッファリングする第2のバッファと、
    前記第2のバッファにバッファリングされた前記第2のブロック長の数からなる複数の前記高周波成分を含む第2のブロックの中で最大絶対値をもつ前記高周波成分を検出し、前記最大絶対値をもつ前記高周波成分から符号ビットを除いて先頭から連続するビット値の数を第2のブロック共通シフト数として検出する第2の最大絶対値検出回路と、
    前記第2のブロックを構成する複数の前記高周波成分を、前記第2のブロック共通シフト数分だけ算術左シフトする第2のバレルシフタと、を有する第2のブロック浮動小数点変換回路と、を備えることを特徴とする請求項8に記載のデータ変換回路。
  10. 水平方向にウェーブレット変換されて高周波成分と低周波成分とに分離された固定小数点数のデータを入力し、前記高周波成分及び前記低周波成分を個別にブロック浮動小数点変換するブロック浮動小数点変換工程と、
    ブロック浮動小数点変換した前記低周波成分を第1の記憶領域に格納する第1の記憶工程と、
    ブロック浮動小数点変換した前記高周波成分を前記第1の記憶領域よりも小さい第2の記憶領域に格納する第2の記憶工程と、
    ブロック浮動小数点変換された前記高周波成分及び前記低周波成分のそれぞれを固定小数点数に再変換する固定小数点再変換工程と、を含むことを特徴とするデータ変換方法。
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