JP3129392B2 - 2次元idct回路 - Google Patents
2次元idct回路Info
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- JP3129392B2 JP3129392B2 JP1796096A JP1796096A JP3129392B2 JP 3129392 B2 JP3129392 B2 JP 3129392B2 JP 1796096 A JP1796096 A JP 1796096A JP 1796096 A JP1796096 A JP 1796096A JP 3129392 B2 JP3129392 B2 JP 3129392B2
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- dimensional
- dimensional idct
- circuit
- idct
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- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F17/00—Digital computing or data processing equipment or methods, specially adapted for specific functions
- G06F17/10—Complex mathematical operations
- G06F17/14—Fourier, Walsh or analogous domain transformations, e.g. Laplace, Hilbert, Karhunen-Loeve, transforms
- G06F17/147—Discrete orthonormal transforms, e.g. discrete cosine transform, discrete sine transform, and variations therefrom, e.g. modified discrete cosine transform, integer transforms approximating the discrete cosine transform
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- Compression Or Coding Systems Of Tv Signals (AREA)
- Compression Of Band Width Or Redundancy In Fax (AREA)
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、画像信号処理等で
用いられる2次元逆離散コサイン変換(IDCT)を実
現する2次元IDCT回路に関する。
用いられる2次元逆離散コサイン変換(IDCT)を実
現する2次元IDCT回路に関する。
【0002】
【従来の技術】マイクロプロセッサやシグナルプロセッ
サの性能向上により、これらのプロセッサにより画像信
号処理を実現することが可能になってきている。なかで
も乗算器や積和演算器を内蔵したマイクロプロセッサで
は積和演算を加減算と同じクロック数で実現できるた
め、処理の高速化にあたっては乗算の数を減らすだけで
なく、加減算と積和演算の数の和を最小化することが望
ましい。
サの性能向上により、これらのプロセッサにより画像信
号処理を実現することが可能になってきている。なかで
も乗算器や積和演算器を内蔵したマイクロプロセッサで
は積和演算を加減算と同じクロック数で実現できるた
め、処理の高速化にあたっては乗算の数を減らすだけで
なく、加減算と積和演算の数の和を最小化することが望
ましい。
【0003】マイクロプロセッサやシグナルプロセッサ
により2次元(逆)DCTを実現する場合、内部レジス
タの本数の制限から、まず行方向の1次元(逆)DCT
を計算して結果を一旦外部メモリに格納し、次に行方向
処理結果をメモリから列方向に読み出して列方向の1次
元(逆)DCTを実行するのが一般的である。このと
き、演算量やハードウェア量が増大するのを防ぐため
に、行方向の演算結果は単精度に打ち切って外部メモリ
に格納するのが普通であり、そのために演算誤差が生じ
る。このような演算誤差を抑えながら積和演算と加減算
の総数を抑える方法として、1995年電子情報通信学
会基礎・境界ソサイエティ大会予稿集88頁に記載され
ている「2次元(逆)DCT高速化の一検討」等があ
る。
により2次元(逆)DCTを実現する場合、内部レジス
タの本数の制限から、まず行方向の1次元(逆)DCT
を計算して結果を一旦外部メモリに格納し、次に行方向
処理結果をメモリから列方向に読み出して列方向の1次
元(逆)DCTを実行するのが一般的である。このと
き、演算量やハードウェア量が増大するのを防ぐため
に、行方向の演算結果は単精度に打ち切って外部メモリ
に格納するのが普通であり、そのために演算誤差が生じ
る。このような演算誤差を抑えながら積和演算と加減算
の総数を抑える方法として、1995年電子情報通信学
会基礎・境界ソサイエティ大会予稿集88頁に記載され
ている「2次元(逆)DCT高速化の一検討」等があ
る。
【0004】図10は、従来の2次元IDCT回路の一
例を示すブロック図である。まずM×N2次元IDCT
演算器2では、M×N(M及びNはそれぞれ自然数を表
す)個のDCT係数を入力として、M点×N点2次元逆
離散コサイン変換を行う。M×N2次元IDCT演算器
2では少数部kビット目まで計算し、加算器19とシフ
ト演算器3で演算結果を整数に丸める。そのため加算器
19では、M×N2次元IDCT演算器2の出力データ
全てに対して最下位ビットから数えてk−1ビット目に
1を加算する。シフト演算器3は、加算器19の出力を
kビット右シフトする。
例を示すブロック図である。まずM×N2次元IDCT
演算器2では、M×N(M及びNはそれぞれ自然数を表
す)個のDCT係数を入力として、M点×N点2次元逆
離散コサイン変換を行う。M×N2次元IDCT演算器
2では少数部kビット目まで計算し、加算器19とシフ
ト演算器3で演算結果を整数に丸める。そのため加算器
19では、M×N2次元IDCT演算器2の出力データ
全てに対して最下位ビットから数えてk−1ビット目に
1を加算する。シフト演算器3は、加算器19の出力を
kビット右シフトする。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】以上説明した従来方式
では、少数部kビット目まで計算された演算結果を丸め
る為に、加算器19においてM×N2次元IDCT演算
器2の演算結果であるM×N個のデータ全てに対して丸
めの為に0.5を加算している。そのため加算演算がM
×N回必要である。
では、少数部kビット目まで計算された演算結果を丸め
る為に、加算器19においてM×N2次元IDCT演算
器2の演算結果であるM×N個のデータ全てに対して丸
めの為に0.5を加算している。そのため加算演算がM
×N回必要である。
【0006】本発明の目的は、丸めの為の加算の回数を
1回に削減できる高速な2次元IDCT回路を提供する
ことにある。
1回に削減できる高速な2次元IDCT回路を提供する
ことにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、M×N
(M及びNはそれぞれ自然数を表す)が22n(nは1以
上の整数を表す)であるM点×N点2次元IDCT(逆
離散コサイン変換)を計算する2次元IDCT回路にお
いて、2次元IDCTをMN行MN列の変換行列とMN
次の入力ベクトルとの行列ベクトル積として計算するM
×N2次元IDCT演算器と、このM×N2次元IDC
T演算器の演算結果を右シフトするシフト演算器と、前
記M×N2次元IDCT演算器の入力であるDCT(離
散コサイン変換)係数のうち直流成分の係数に2n-2 を
加算する加算器とを備え、前記シフト演算器の出力信号
を前記2次元IDCT回路の回路出力信号とすることを
特徴とする2次元IDCT回路が得られる。
(M及びNはそれぞれ自然数を表す)が22n(nは1以
上の整数を表す)であるM点×N点2次元IDCT(逆
離散コサイン変換)を計算する2次元IDCT回路にお
いて、2次元IDCTをMN行MN列の変換行列とMN
次の入力ベクトルとの行列ベクトル積として計算するM
×N2次元IDCT演算器と、このM×N2次元IDC
T演算器の演算結果を右シフトするシフト演算器と、前
記M×N2次元IDCT演算器の入力であるDCT(離
散コサイン変換)係数のうち直流成分の係数に2n-2 を
加算する加算器とを備え、前記シフト演算器の出力信号
を前記2次元IDCT回路の回路出力信号とすることを
特徴とする2次元IDCT回路が得られる。
【0008】更に本発明によれば、M及びNがそれぞれ
8であり、nが3であることを特徴とする2次元IDC
T回路が得られる。
8であり、nが3であることを特徴とする2次元IDC
T回路が得られる。
【0009】また本発明によれば、M×N2次元IDC
T演算器として8×8・2次元IDCT演算器を備えた
2次元IDCT回路において、前記8×8・2次元ID
CT演算器が、複数のテンソル積演算器と、複数のバタ
フライ演算器と、複数の2次元バタフライ演算器とを用
いて構成されていることを特徴とする2次元IDCT回
路が得られる。
T演算器として8×8・2次元IDCT演算器を備えた
2次元IDCT回路において、前記8×8・2次元ID
CT演算器が、複数のテンソル積演算器と、複数のバタ
フライ演算器と、複数の2次元バタフライ演算器とを用
いて構成されていることを特徴とする2次元IDCT回
路が得られる。
【0010】
【作用】本発明の原理を説明する。M点×N点2次元I
DCTは、下記の数式1
DCTは、下記の数式1
【0011】
【数1】 とすると、下記の数式2
【0012】
【数2】 と表せる。ここで、x(0,0)の係数であるr(0,
0,i,j)は、下記の数式3
0,i,j)は、下記の数式3
【0013】
【数3】 となり、i、jの値に関係のない定数になる。少数部k
ビット目まで計算したf(i,j)を、最終段でkビッ
ト右シフトして整数化するため、0.5に相当する値す
なわち最下位ビットから数えてk−1ビット目に丸めの
ための1を加算する。f(i,j)に0.5を加算する
のは、式(1)の右辺総和の第1項に予め0.5を加算
しておくのと等価であるため、第1項は下記の数式4
ビット目まで計算したf(i,j)を、最終段でkビッ
ト右シフトして整数化するため、0.5に相当する値す
なわち最下位ビットから数えてk−1ビット目に丸めの
ための1を加算する。f(i,j)に0.5を加算する
のは、式(1)の右辺総和の第1項に予め0.5を加算
しておくのと等価であるため、第1項は下記の数式4
【0014】
【数4】 となり、i、jに関係のない値となる。さらに、M・N
の値が22nであるとき、21-n (x(0,0)+
2n-2 )となる。
の値が22nであるとき、21-n (x(0,0)+
2n-2 )となる。
【0015】このように、M点×N点2次元IDCT演
算においては、入力のDC係数であるx(0,0)に2
n-2 を加算することで、全てのf(i,j)の最下位ビ
ットから数えてk−1ビット目に1を加算したことにな
り、丸めによる加算の回数をM×N回から1回に減らす
ことができる。
算においては、入力のDC係数であるx(0,0)に2
n-2 を加算することで、全てのf(i,j)の最下位ビ
ットから数えてk−1ビット目に1を加算したことにな
り、丸めによる加算の回数をM×N回から1回に減らす
ことができる。
【0016】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施例を図面を参
照しながら説明する。
照しながら説明する。
【0017】u、vをそれぞれ0からN−1、M−1ま
での整数とし、uを垂直方向のアドレス、vを水平方向
のアドレスとするDCT係数をx(u,v)とする。
での整数とし、uを垂直方向のアドレス、vを水平方向
のアドレスとするDCT係数をx(u,v)とする。
【0018】図1は本発明の一実施例によるM点×N点
2次元IDCT回路の一実施例を示すブロック図であ
る。加算器1は、図2に示すように、入力DCT係数の
うちのDC係数x(0,0)を入力とし、2n-2 を加算
する。M×N2次元IDCT演算器2では、加算器1の
出力と、DCT係数x(0,1)からx(M−1,N−
1)を入力としてM点×N点2次元逆離散コサイン変換
を行う。演算器2では小数部kビット目まで計算する。
シフト演算器3では、図3に示すように、小数部kビッ
トで計算されたM×N2次元IDCT演算器2の演算結
果をそれぞれkビット算術右シフトして出力する。
2次元IDCT回路の一実施例を示すブロック図であ
る。加算器1は、図2に示すように、入力DCT係数の
うちのDC係数x(0,0)を入力とし、2n-2 を加算
する。M×N2次元IDCT演算器2では、加算器1の
出力と、DCT係数x(0,1)からx(M−1,N−
1)を入力としてM点×N点2次元逆離散コサイン変換
を行う。演算器2では小数部kビット目まで計算する。
シフト演算器3では、図3に示すように、小数部kビッ
トで計算されたM×N2次元IDCT演算器2の演算結
果をそれぞれkビット算術右シフトして出力する。
【0019】図4に、M×N2次元IDCT演算器2の
一実施例を示す。乗算器4では、x(0,0)からx
(M−1,N−1)のM×N個のDCT係数を入力と
し、それぞれの入力データx(u,v)に対して乗算係
数r(u,v,i,j)をかける。加算器5では、乗算
器4の乗算結果M×N個を全て加算し、IDCT演算結
果f(i,j)を得る。
一実施例を示す。乗算器4では、x(0,0)からx
(M−1,N−1)のM×N個のDCT係数を入力と
し、それぞれの入力データx(u,v)に対して乗算係
数r(u,v,i,j)をかける。加算器5では、乗算
器4の乗算結果M×N個を全て加算し、IDCT演算結
果f(i,j)を得る。
【0020】M×N2次元IDCT演算器2としては、
2次元IDCTをMN行MN列の変換行列とMN次の入
力ベクトルとの行列ベクトル積として計算する演算方式
であればどのような方式を用いても良い。
2次元IDCTをMN行MN列の変換行列とMN次の入
力ベクトルとの行列ベクトル積として計算する演算方式
であればどのような方式を用いても良い。
【0021】例えば、1995年電子情報通信学会基礎
・境界ソサイエティ大会予稿集88頁に記載の方式を用
いた場合のM=N=8の構成例を図5に示す。8×8・
2次元IDCT演算器は、テンソル積演算器6〜14
と、バタフライ演算器16及び17と、2次元バタフラ
イ演算器15及び18とから構成される。
・境界ソサイエティ大会予稿集88頁に記載の方式を用
いた場合のM=N=8の構成例を図5に示す。8×8・
2次元IDCT演算器は、テンソル積演算器6〜14
と、バタフライ演算器16及び17と、2次元バタフラ
イ演算器15及び18とから構成される。
【0022】Cuv={(cos2πu)/32}・
{(cos2πv)/32}とすると、テンソル積演算
器6は、DCT係数(0,0)、(0,4)、(4,
0)、(4,4)を入力として、下記の数式5で表され
る4×4行列
{(cos2πv)/32}とすると、テンソル積演算
器6は、DCT係数(0,0)、(0,4)、(4,
0)、(4,4)を入力として、下記の数式5で表され
る4×4行列
【0023】
【数5】 との行列ベクトル演算を行う。
【0024】テンソル積演算器7は、DCT係数(0,
2)、(0,6)、(4,2)、(4,6)を入力とし
て、下記の数式6で表される4×4行列
2)、(0,6)、(4,2)、(4,6)を入力とし
て、下記の数式6で表される4×4行列
【0025】
【数6】 との行列ベクトル演算を行う。
【0026】テンソル積演算器8は、DCT係数(2,
0)、(2,4)、(6,0)、(6,4)を入力とし
て、下記の数式7で表される4×4行列
0)、(2,4)、(6,0)、(6,4)を入力とし
て、下記の数式7で表される4×4行列
【0027】
【数7】 との行列ベクトル演算を行う。
【0028】テンソル積演算器9は、DCT係数(2,
2)、(2,6)、(6,2)、(6,6)を入力とし
て、下記の数式8で表される4×4行列
2)、(2,6)、(6,2)、(6,6)を入力とし
て、下記の数式8で表される4×4行列
【0029】
【数8】 との行列ベクトル演算を行う。
【0030】テンソル積演算器10は、DCT係数
(0,1)、(0,3)、(0,5)、(0,7)、
(4,1)、(4,3)、(4,5)、(4,7)を入
力として、下記の数式9で表される8×8行列
(0,1)、(0,3)、(0,5)、(0,7)、
(4,1)、(4,3)、(4,5)、(4,7)を入
力として、下記の数式9で表される8×8行列
【0031】
【数9】 との行列ベクトル演算を行う。
【0032】テンソル積演算器11は、DCT係数
(2,1)、(2,3)、(2,5)、(2,7)、
(6,1)、(6,3)、(6,5)、(6,7)を入
力として、下記の数式10で表される8×8行列
(2,1)、(2,3)、(2,5)、(2,7)、
(6,1)、(6,3)、(6,5)、(6,7)を入
力として、下記の数式10で表される8×8行列
【0033】
【数10】 との行列ベクトル演算を行う。
【0034】テンソル積演算器12は、DCT係数
(1,0)、(1,4)、(3,0)、(3,4)、
(5,0)、(5,4)、(7,0)、(7,4)を入
力として、下記の数式11で表される8×8行列
(1,0)、(1,4)、(3,0)、(3,4)、
(5,0)、(5,4)、(7,0)、(7,4)を入
力として、下記の数式11で表される8×8行列
【0035】
【数11】 との行列ベクトル演算を行う。
【0036】テンソル積演算器13は、DCT係数
(1,2)、(1,6)、(3,2)、(3,6)、
(5,2)、(5,6)、(7,2)、(7,6)を入
力として、下記の数式12で表される8×8行列
(1,2)、(1,6)、(3,2)、(3,6)、
(5,2)、(5,6)、(7,2)、(7,6)を入
力として、下記の数式12で表される8×8行列
【0037】
【数12】 との行列ベクトル演算を行う。
【0038】テンソル積演算器14は、DCT係数
(1,1)、(1,3)、(1,5)、(1,7)、
(3,1)、(3,3)、(3,5)、(3,7)、
(5,1)、(5,3)、(5,5)、(5,7)、
(7,1)、(7,3)、(7,5)、(7,7)を入
力として、下記の数式13で表される16×16行列
(1,1)、(1,3)、(1,5)、(1,7)、
(3,1)、(3,3)、(3,5)、(3,7)、
(5,1)、(5,3)、(5,5)、(5,7)、
(7,1)、(7,3)、(7,5)、(7,7)を入
力として、下記の数式13で表される16×16行列
【0039】
【数13】 との行列ベクトル演算を行う。
【0040】2次元バタフライ演算器15は、テンソル
積演算器6、7、8、9の演算結果を入力として図6の
フローグラフで表される処理を行う。バタフライ演算器
16は、テンソル積演算器10と11の演算結果を入力
として図7のフローグラフで表される処理を行う。バタ
フライ演算器17は、テンソル積演算器12と13の演
算結果を入力として図8のフローグラフで表される処理
を行う。2次元バタフライ演算器18は、2次元バタフ
ライ演算器15とバタフライ演算器16と17とテンソ
ル積演算器14の演算結果を入力として図9のフローグ
ラフで表される処理を行う。
積演算器6、7、8、9の演算結果を入力として図6の
フローグラフで表される処理を行う。バタフライ演算器
16は、テンソル積演算器10と11の演算結果を入力
として図7のフローグラフで表される処理を行う。バタ
フライ演算器17は、テンソル積演算器12と13の演
算結果を入力として図8のフローグラフで表される処理
を行う。2次元バタフライ演算器18は、2次元バタフ
ライ演算器15とバタフライ演算器16と17とテンソ
ル積演算器14の演算結果を入力として図9のフローグ
ラフで表される処理を行う。
【0041】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に従えばM
×Nが2の2n乗であるM点×N点2次元IDCTを演
算する回路において、1回の加算で全ての演算結果に対
して丸めのための加算を行ったのと同等の効果を得るこ
とができ、高速に2次元IDCT演算を行うことが可能
になる。
×Nが2の2n乗であるM点×N点2次元IDCTを演
算する回路において、1回の加算で全ての演算結果に対
して丸めのための加算を行ったのと同等の効果を得るこ
とができ、高速に2次元IDCT演算を行うことが可能
になる。
【図1】本発明の一実施例による2次元IDCT回路の
実施例を示すブロック図である。
実施例を示すブロック図である。
【図2】図1の加算器1の演算を説明する図である。
【図3】図1のシフト演算器3の動作を説明する図であ
る。
る。
【図4】図1のM×N2次元IDCT演算器2の一例を
示すブロック図である。
示すブロック図である。
【図5】8点×8点2次元IDCT演算回路の一例を示
すブロック図である。
すブロック図である。
【図6】図5の4点×4点2次元バタフライ演算器15
で行う演算を示す図である。
で行う演算を示す図である。
【図7】図5のバタフライ演算器16で行う演算を示す
図である。
図である。
【図8】図5のバタフライ演算器17で行う演算を示す
図である。
図である。
【図9】図5の2次元バタフライ演算器18で行う演算
を示す図である。
を示す図である。
【図10】従来の2次元IDCT回路を示すブロック図
である。
である。
1 加算器 2 M×N2次元IDCT演算器 3 シフト演算器 4 乗算器 5 加算器 6 テンソル積演算器 7 テンソル積演算器 8 テンソル積演算器 9 テンソル積演算器 10 テンソル積演算器 11 テンソル積演算器 12 テンソル積演算器 13 テンソル積演算器 14 テンソル積演算器 15 2次元バタフライ演算器 16 バタフライ演算器 17 バタフライ演算器 18 2次元バタフライ演算器 19 加算器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平1−320572(JP,A) 特開 平6−83586(JP,A) 特開 平6−13914(JP,A) 特開 平4−220081(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G06F 17/14 H04N 1/41 H04N 7/30 JICSTファイル(JOIS)
Claims (3)
- 【請求項1】 M×N(M及びNはそれぞれ自然数を表
す)が22n(nは1以上の整数を表す)であるM点×N
点2次元IDCT(逆離散コサイン変換)を計算する2
次元IDCT回路において、 2次元IDCTをMN行MN列の変換行列とMN次の入
力ベクトルとの行列ベクトル積として計算するM×N2
次元IDCT演算器と、 このM×N2次元IDCT演算器の演算結果を右シフト
するシフト演算器と、前記M×N2次元IDCT演算器
の入力であるDCT(離散コサイン変換)係数のうち直
流成分の係数に2n-2 を加算する加算器とを備え、 前記シフト演算器の出力信号を前記2次元IDCT回路
の回路出力信号とすることを特徴とする2次元IDCT
回路。 - 【請求項2】 M及びNがそれぞれ8であり、nが3で
あることを特徴とする請求項1に記載の2次元IDCT
回路。 - 【請求項3】 M×N2次元IDCT演算器として8×
8・2次元IDCT演算器を備えた請求項2に記載の2
次元IDCT回路において、前記8×8・2次元IDC
T演算器が、複数のテンソル積演算器と、複数のバタフ
ライ演算器と、複数の2次元バタフライ演算器とを用い
て構成されていることを特徴とする2次元IDCT回
路。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1796096A JP3129392B2 (ja) | 1996-02-02 | 1996-02-02 | 2次元idct回路 |
US08/791,984 US5964824A (en) | 1996-02-02 | 1997-01-31 | Two-dimensional IDCT circuit with input adder out output shifter for reducing addition operations during rounding-up |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1796096A JP3129392B2 (ja) | 1996-02-02 | 1996-02-02 | 2次元idct回路 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH09212485A JPH09212485A (ja) | 1997-08-15 |
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