JP3397838B2 - 画像処理装置及び離散コサイン変換方法 - Google Patents

画像処理装置及び離散コサイン変換方法

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JP3397838B2
JP3397838B2 JP15490093A JP15490093A JP3397838B2 JP 3397838 B2 JP3397838 B2 JP 3397838B2 JP 15490093 A JP15490093 A JP 15490093A JP 15490093 A JP15490093 A JP 15490093A JP 3397838 B2 JP3397838 B2 JP 3397838B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は画像処理装置に関し、例
えば、画像情報圧縮に有効な離散コサイン変換処理を行
う画像処理装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】離散コサイン変換(DiscreteCosine Tra
nsform. 以下「DCT」と称す)処理は、1次元であれ
ば(1)式、
【0003】
【数1】
【0004】2次元であれば(2)式、
【0005】
【数2】
【0006】に示すように積和演算である。DCT処理
に関しては、従来から高速アルゴリズムの提案がなされ
ているが、主として行われている従来のDCT処理装置
には2通りある。なお、以下に記す従来例の説明は、D
CT処理するブロックサイズを8×8画素として行う。
第1の従来のDCT処理装置は、1次元のDCT処理を
途中で配列転置を介して2回行うことにより、2次元の
DCT処理結果を得るものである。この第1の従来例の
1次元DCT処理を図7を参照して以下に説明する。図
7は、1次元DCT処理を使って2次元DCT処理を行
う処理を示すフローチャートである。
【0007】図7において201及び204は入力デー
タに1次元のDCT処理を行う1次元DCT処理、20
2及び205は1次元DCT処理したデータを指定した
ビット幅に丸める丸め処理、203は、丸め処理したデ
ータに配列転置処理を行い、メモリに格納する配列転置
処理である。まず1次元DCT処理201で、8×8画
素からなるブロック単位の2次元の入力データのうち、
ブロック内における1行目の8画素に対して1次元DC
T処理を行う。変換後のデータは丸め処理202で、指
定したビット幅に丸め処理する。次に、丸め処理したデ
ータを配列転置処理203でメモリに格納する。格納の
方法は、行方向で1次元DCT処理したデータが、列方
向に配列するように行う。1次元DCT処理201の1
次元DCT処理から配列転置処理203でメモリに格納
するまでを、ブロック内における8行目の8×8画素の
処理が終了するまで繰り返すことで、ブロック単位の2
次元の入力データに対する1次元DCT処理が終了す
る。
【0008】メモリに格納した1次元のDCT処理後の
2次元のデータは、配列転置処理203により、行方向
と列方向が入れ替わっているため、この2次元のブロッ
ク単位のデータを、1次元DCT処理204で、もう1
度行方向(配列転置しているので実際は列方向)に対し
て1次元DCT処理を行う。この変換後のデータを、も
う一度丸め処理205で丸め処理することで2次元のD
CT処理結果である出力データを得る。
【0009】次に、第2の従来例である2次元DCT処
理を図8を参照して説明する。図8は従来の2次元DC
T処理を実行するDCT処理装置の構成を示すブロック
図である。図8において、301は2次元のDCT処理
を行う入力データの、ブロック内の空間座標位置と、求
める変換係数の空間座標位置における、DCT変換式の
コサイン係数の乗算結果(以下、「コサイン係数」と称
する)を格納したROM、302は入力データとROM
301の出力とを乗算する乗算器、303は乗算器30
2の出力を累積加算する累積加算器、304は求める変
換係数の空間座標位置に対応する係数を格納したRO
M、305は累積加算器303の出力とROM304の
出力を乗算する乗算器である。
【0010】以上の構成において、まず2次元のDCT
変換式におけるコサイン係数を、入力データの空間座標
位置と求める変換係数の空間座標位置の組み合わせに対
応させてROM301に格納する。ROM301のアド
レス線に、入力データの空間座標位置と求める変換係数
の空間座標位置を入力することにより、2次元のDCT
処理する場合に必要となるコサイン係数を得ることが可
能となる。従って、ROM301の出力と入力データを
乗算器302で乗算し、その結果を累積加算器303
で、変換するブロック単位の入力データの数だけ累積加
算することで、2次元のDCT処理における大部分の積
和演算の結果が求まる。
【0011】ROM304には、求める変換係数の空間
座標位置に対応する係数を格納しておく。そのため、R
OM304のアドレス線に、求める変換係数の空間座標
位置を入力することで、DCT処理の際に必要となる係
数を得る。このROM304の出力と累積加算器303
の出力を乗算器305で乗算することで2次元のDCT
処理結果を得ることができる。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た図7に示す第1の従来例においては、その処理構成
上、2次元のDCT処理データを得るために、1次元の
DCT処理を1回行った中間データを保存するメモリが
必要となるという問題点がある。更に、1次元の積和演
算を2度行うことによる丸め誤差が、2次元でのDCT
処理の場合よりも大きくなるという問題点がある。
【0013】また、第2の従来例においては、処理を2
次元で行うため、演算処理に必要な乗算回数及び加算回
数が第1の従来例よりも多いので、処理速度が遅いとい
う問題点がある。また、第2の従来例において、処理速
度を高速にするためには、多くの乗算器及び加算器を用
いて並列に処理することが必要となるので、回路規模が
大きくなる問題点がある。
【0014】
【課題を解決するための手段】本発明は上述の課題を解
決することを目的としてなされたもので、上述の課題を
解決する一手段として以下の構成を備える。即ち、処理
画像データをブロック単位で記憶する記憶手段と、該記
憶手段の変換処理するブロック内における4つの特定の
空間座標位置に格納されている入力処理画像データを読
み出す読み出し手段と、該読み出し手段で読み出した画
像データの符号を反転する符号反転手段と、処理画像デ
ータの空間座標位置を求める所定変換係数の空間座標位
置に従い、前記読み出し手段での読み出しデータの符号
反転しないデータと前記符号反転手段で符号反転したデ
ータの一方を選択する選択手段と、該選択手段で選択さ
れ符号操作された4つの入力データを累積加算する累積
加算手段と、変換係数1つ当たり変換処理するブロック
を構成する総画素数を4で割った商の回数分だけ該累積
加算手段で累積加算されたデータに2次元の離散コサイ
ン変換式におけるコサイン部分の乗算結果の絶対値を乗
算し、更に求める変換係数の空間座標位置に対応する係
数を乗算する乗算とを行う乗算手段とを備える。
【0015】
【作用】以上の構成において、2次元のDCT処理の場
合において、入力データに乗算する、コサイン係数の対
称性を利用することにより、変換処理の乗算回数を減ら
し、処理に必要となる乗算器の数を少なくすることが出
来る。
【0016】
【実施例】以下、添付図面を参照して、本発明に係る一
実施例を詳細に説明する。図1は本発明に係る一実施例
の構成を示すブロック図である。図1において、101
はDCT処理する入力データを格納するRAM、111
はRAM101からコサイン係数の絶対値が等しい空間
座標位置に対応する入力データを得るためのアドレスを
生成するアドレス生成部、102はコサイン係数部分の
絶対値が等しい位置に対応する入力データを読み込んで
符号を反転する符号反転部、103は処理ブロック内に
おける入力データの空間座標位置と、求める変換係数の
空間座標位置により、符号反転しないデータと符号反転
したデータの一方を選択するマルチプレクサ(MU
X)、104は処理ブロック内における入力データの空
間座標位置と求める変換係数の空間座標位置により、符
号反転をしていないデータと符号反転したデータのどち
らか一方を選択するためのデータを格納したROM、1
05はROM104の信号により、MUX103から出
力されたデータを加算する累積加算器、106はコサイ
ン係数の絶対値のデータを格納したROM、107は累
積加算器105の出力とROM106の出力とを乗算す
る乗算器、108は乗算器107の出力を累積加算する
累積加算器、109は求める空間座標位置に対応する係
数値を格納したROM、110は累積加算器108の出
力とROM109の出力を乗算する乗算器である。
【0017】本実施例における上述した8×8画素から
なるブロックの、2次元DCT処理において必要とな
る、コサイン係数の一例を図2に示す。図2において、
u,vと示したものは求める変換係数の空間座標位置で
あり、i,jと示したものは入力データの空間座標位置
である。また、i方向とj方向の組み合わせに対応させ
て示した係数値は、変換処理する入力データの空間座標
位置に対応するコサイン係数である。
【0018】図2より、ブロックの中心から対称に位置
するコサイン係数は、その絶対値が等しい。この特徴に
より、コサイン係数の絶対値が等しい空間座標位置に対
応する入力信号に、コサイン係数の符号を付加し、符号
を付加した入力信号の和を先に求めてから、対応するコ
サイン係数の絶対値を乗算する。なお、図2では、求ま
る変換係数の空間座標位置がu=3,v=1の場合にお
けるコサイン係数の対称性を示したが、その他の空間座
標位置におけるコサイン係数についても同様の対称性が
ある。
【0019】また、図3に図2の場合におけるROM1
04の内部構成を示す。図3において、u,vと示した
ものは、求める変換係数の空間座標位置であり、i,j
と示したものは入力データのブロック内における空間座
標位置である。更に、“0と示したものはMUX103
において、符号反転しないデータを選択することを示
し、“1”と示したものは、MUX103において、符
号反転したデータを選択することを示す。
【0020】また、図4に処理ブロックの構成が8×8
画素の場合におけるROM104の入出力構成を示す。
図4において、701はROM104であり、A0 から
11と示したものはアドレス線、Dで示したものはデー
タ線である。以上の構成を備える本実施例のDCT処理
の詳細を以下に説明する。なお、ここでの説明は、1ブ
ロックの構成を8×8画素として行う。
【0021】まず、入力データをRAM101に書き込
む。アドレス生成部111では、処理するブロック内に
おいて、コサイン係数の絶対値が等しい空間座標位置に
対応する入力データ4つのアドレスを順に生成する。こ
のため、アドレス生成部111が生成したアドレスをR
AM101のアドレス線に順に入力することで、RAM
101からコサイン係数の絶対値が等しい空間座標位置
に対応する入力データ4つを得ることができる。
【0022】このデータを順に符号反転部102で符号
反転し、読み込んだ符号反転していないデータと符号反
転部102で符号反転したデータの2つをMUX103
に入力する。ROM104には、処理ブロック内におけ
る入力の空間座標位置と求める変換係数の空間座標位置
により、MUX103を切り替えるデータを格納してお
く。それゆえ、ROM104のアドレス線には、入力デ
ータの空間座標位置と求める空間座標位置を入力する。
ROM104により得られるデータをMUX103のセ
レクト信号として入力することにより、MUX103の
出力データを得ることができる。処理ブロック内におけ
るコサイン係数の絶対値が等しい位置に対応する入力デ
ータは4つあるので、累積加算器105ではMUX10
3の出力データを4回累積加算する。
【0023】DCT変換処理に必要となるコサイン係数
の絶対値はROM106に格納しておく。これにより、
ROM106のアドレス線に、入力データの空間座標位
置と求める変換係数の空間座標位置を入力することによ
り、対応するコサイン係数の絶対値を得ることができ
る。従って累積加算器105の出力とROM106の出
力を乗算器107で乗算することにより、コサイン係数
の絶対値1つに対する乗算処理結果が求まる。
【0024】この乗算処理結果を累積加算器108で加
算する。累積加算処理する回数は、1ブロックが8×8
画素であることと、1つのコサイン係数の絶対値に対応
する入力データが4つあることより16回である。従っ
て、コサイン係数の絶対値が等しい空間座標位置に対応
する入力データ4つの読み込みから、累積加算器105
の出力とROM105の出力を乗算器107で乗算する
までの処理を16回繰り返した累積加算器108の出力
が、DCT変換処理における大部分の積和演算の結果と
なる。
【0025】また、ROM109には、求める変換係数
の空間座標位置に対応する係数を入れておく。これよ
り、16回の累積加算を行った累積加算器108の出力
に、DCT変換処理において、最後に乗算する係数(R
OM109の出力)を乗算することで、1つの空間座標
位置に対する変換係数が求まる。求める1ブロック分の
変換係数は64あるので、変換処理する入力データの読
み込みからROM109の出力を乗算するまでの処理を
64回繰り返すことにより、1ブロック分の2次元のD
CT処理が終了する。
【0026】なお、ここでの説明は1ブロックを8×8
画素として行ったが、4×4,16×16,32×32
のようにブロックを構成する水平方向及び垂直方向の処
理画素数を、同数の2のべき乗の構成に拡張することは
容易である。以上説明した様に本実施例によれば、DC
T処理を2次元で行うため、1次元のDCT処理を途中
で配列転置を介して2回繰り返すことで、2次元のDC
T処理結果を得る方法の問題点である丸め誤差を小さく
できるという効果がある。更に、コサイン係数の対称性
を利用することで、2次元のDCT変換処理における大
部分の積和演算に必要な乗算回数を、第2の従来例の構
成で2次元のDCT処理する場合に必要な乗算回数の1
/4に減らすことが可能となるので、処理を高速で行う
場合に必要となる乗算器の数を、第2の従来例の構成で
2次元のDCT処理を行う場合に必要な乗算器の数より
少なくできる。これより、回路を構成した場合の回路規
模を小さくできるという効果がある。
【0027】[第2実施例]上述した図1に示す第1の
実施例においては、MUX103の出力データの累積加
算処理に累積加算器105を用いた例を説明した。しか
し、本発明は以上の例に限定されるものではなく、累積
加算器105の代わりに、コサイン係数の絶対値が等し
い空間座標位置に対応する4つの入力データに、コサイ
ン係数値の符号を付加した後、加算器の前でデータをそ
れぞれラッチして、4つのデータを得た時点で並列に加
算処理を行うようにすることも可能である。
【0028】以上の様に構成した本発明に係る第2実施
例を図5を参照して以下に説明する。図5は図1におけ
る累積加算器105の代わりに、コサイン係数の絶対値
が等しい空間座標位置に対応する4つの入力データに、
コサイン係数値の符号を付加した後、加算器の前でデー
タをそれぞれラッチして、4つのデータを得た時点で並
列に加算処理を行う構成を示す図である。
【0029】図5において、401は図1に示すMUX
103から出力されたデータをラッチする場合に切り替
えを行う切り替え部、402,403,404,405
はラッチ、406はラッチ402でラッチしたデータと
ラッチ403でラッチしたデータとを加算する加算器、
407はラッチ404でラッチしたデータとラッチ40
5でラッチしたデータとを加算する加算器、408は加
算器406の出力と加算器407の出力とを加算する加
算器である。
【0030】以上の構成を備える第2実施例の動作を以
下に説明する。まず、MUX103の4つの出力データ
を、切り替え部401で切り替えることによって、4つ
のデータをそれぞれラッチ402,ラッチ403,ラッ
チ404,ラッチ405に順にラッチする。この4つの
データが揃った時点で、加算器406ではラッチ402
のデータとラッチ403のデータを加算する。加算器4
07ではラッチ404のデータとラッチ405のデータ
を加算する。加算器408では加算器406の出力と加
算器407の出力を加算する。この加算器408の出力
が、図1における累積加算器105の出力に相当する。
このため、この出力を図1の乗算器107の一方入力に
接続すればよい。
【0031】以上説明した様に第2実施例によれば、コ
サイン係数の絶対値が等しい空間座標位置に対応する4
つの入力データに、コサイン係数値の符号を付加した
後、加算器の前でデータをそれぞれラッチして、4つの
データを得た時点で並列に加算処理を行うことにより、
簡単な構成でより高速な処理が可能となる。 [第3実施例]上述した図1に示す第1実施例において
は、累積加算器108を用いて乗算器107の出力デー
タの和を求める例について説明した。しかし本発明は以
上の例に限定されるものではなく、累積加算器108を
用いず、加算器の前でデータをそれぞれラッチし、変換
係数値を求める場合に必要となる16のデータを得た時
点で並列に加算処理を行うことも可能である。このよう
に構成した本発明に係る第3実施例を以下に説明する。
【0032】図6は本発明に係る第3実施例の図1にお
ける乗算器107と乗算器110の間に累積加算器10
8に替えて挿入される乗算器107よりのデータをそれ
ぞれラッチし、変換係数値を求める場合に必要となる1
6のデータを得た時点で並列に加算処理を行うこの構成
を示す図である。図6において、501は乗算器107
から出力されたデータをラッチ502〜517に順次切
り替える切り替え部、502〜517はラッチ、518
〜532は加算器である。
【0033】以上の構成において、まず、乗算器107
よりの合計16の出力データを切り替え部501で順次
切り替えることによって、ラッチ502からラッチ51
7に順にラッチする。ラッチ502からラッチ517で
ラッチしたデータを、加算器518から加算器525で
2つずつ加算処理する。この加算器518から加算器5
25の出力を、2つずつ次段の加算器である加算器52
6から加算器529で加算処理し、その出力を加算器5
30、加算器531で加算処理する。更に、加算器53
2で加算器530と加算器531の出力を加算すること
により、累積加算器108の出力に相当するデータを得
ることができる。
【0034】以上説明した様に本実施例によっても、上
述した第1実施例と同様の作用効果を達成できると共
に、簡単な構成でより高速な処理が可能となる。尚、本
発明は、複数の機器から構成されるシステムに適用して
も1つの機器から成る装置に適用しても良い。また、本
発明は、システム或は装置にプログラムを供給すること
によって達成される場合にも適用できることはいうまで
もない。
【0035】
【発明の効果】以上説明した様に本発明によれば、DC
T処理を2次元で行い、かつ丸め誤差を小さくできる。
また、コサイン係数の対称性を利用することで、2次元
のDCT変換処理における大部分の積和演算に必要な乗
算回数を減らすことが可能となり、処理を高速で行う場
合に必要となる乗算器の数を、少なくできる。これよ
り、回路を構成した場合の回路規模を小さくできるとい
う効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る一実施例のDCT処理装置のブロ
ック図である。
【図2】本実施例におけるコサイン係数のテーブル例で
ある。
【図3】図1に示すROM104の内部構成図である。
【図4】ROM構成図である。
【図5】本発明に係る第2実施例のDCT処理装置の累
積加算器の詳細構成を示すブロック図である。
【図6】本発明に係る第3実施例のDCT処理装置の累
積加算器の詳細構成を示すブロック図である。
【図7】1次元DCT処理を使って2次元DCT処理を
行う処理を示すフローチャートである。
【図8】従来の2次元DCT処理装置のブロック構成図
である。
【符号の説明】
101 メモリ 102 符号反転部 103 マルチプレクサ 104,106,109 マルチプレクサの切り替え制
御データが格納されているROM 105 累積加算器 106 コサイン係数の絶対値のデータが格納されてい
るROM 107 乗算器 108 累積加算器 109 求める空間座標位置に対応する係数のデータが
格納されているROM 110 乗算器 111 アドレス生成部
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H04N 1/415 H04N 11/04 G06T 9/00 G06F 17/14 H03M 7/30 JICSTファイル(JOIS)

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 処理画像データをブロック単位で記憶す
    る記憶手段と、 該記憶手段の変換処理するブロック内における4つの特
    定の空間座標位置に格納されている入力処理画像データ
    を読み出す読み出し手段と、 該読み出し手段で読み出した画像データの符号を反転す
    る符号反転手段と、 処理画像データの空間座標位置を求める所定変換係数の
    空間座標位置に従い、前記読み出し手段での読み出しデ
    ータの符号反転しないデータと前記符号反転手段で符号
    反転したデータの一方を選択する選択手段と、 該選択手段で選択され符号操作された4つの入力データ
    を累積加算する累積加算手段と、 変換係数1つ当たり変換処理するブロックを構成する総
    画素数を4で割った商の回数分だけ該累積加算手段で累
    積加算されたデータに2次元の離散コサイン変換式にお
    けるコサイン部分の乗算結果の絶対値を乗算し、更に求
    める変換係数の空間座標位置に対応する係数を乗算する
    乗算とを行う乗算手段とを備えることを特徴とする画像
    処理装置。
  2. 【請求項2】 読み出し手段は、2次元の離散コサイン
    変換式におけるコサイン係数の乗算結果の対称性を利用
    するために、変換処理するブロック内における4つの特
    定の空間座標位置に格納されている入力処理画像データ
    を読み出すことを特徴とする請求項1記載の画像処理装
    置。
  3. 【請求項3】 選択手段は、2次元離散コサイン変換式
    におけるコサイン係数の対称性を利用するために符号反
    転しない読み出し手段での読み出しデータと符号反転手
    段で符号反転したデータの一方を選択することを特徴と
    する請求項1又は請求項2のいずれかに記載の画像処理
    装置。
  4. 【請求項4】 変換する入力データをブロック単位で記
    憶する記憶手段と、 該記憶手段で記憶した入力データのうち2次元の離散コ
    サイン変換式におけるコサイン係数の乗算結果の対称性
    を利用するために変換処理するブロック内における特定
    の空間座標位置である4つの入力データを読み出すため
    の読み出しアドレスを順次生成するアドレス生成手段
    と、 該アドレス生成手段で生成されたアドレスにより前記記
    憶手段より読み出された読み出しデータの符号を反転す
    る符号反転手段と、 前記読み出しデータの空間座標位置と求める変換係数の
    空間座標位置に従い、前記読み出しデータの符号反転し
    ないデータと前記符号反転手段で符号反転したデータの
    一方を選択する選択手段と、 前記選択手段で選択され符号操作された4つの入力デー
    タを2次元離散コサイン変換式におけるコサイン係数の
    対称性を利用するために累積加算する累積加算手段と、 該累積加算手段で累積加算されたデータに2次元の離散
    コサイン変換式におけるコサイン部分の乗算結果の絶対
    値を乗算することを、変換係数1つ当たり変換処理する
    ブロックを構成する総画素数を4で割った商の回数分繰
    り返す第1の乗算手段と、 前記第1の乗算手段で前記回数分乗算処理を繰り返すこ
    とにより得られるデータに、求める変換係数の空間座標
    位置に対応する係数を乗算する第2の乗算手段とを備え
    ることを特徴とする画像処理装置。
  5. 【請求項5】 変換する入力データをブロック単位で記
    憶する記憶工程と、該記憶工程で記憶した入力データの
    うち2次元の離散コサイン変換式におけるコサイン係数
    の乗算結果の対称性を利用するために変換処理するブロ
    ック内における特定の空間座標位置である4つの入力デ
    ータを読み出す読み出し工程と、該読み出し工程での読
    み出しデータの空間座標位置と求める変換係数の空間座
    標位置に従い、前記読み出しデータと該読み出しデータ
    の符号を反転した符号反転データの一方を選択する選択
    工程と、該選択工程で選択され符号操作された4つの入
    力データを2次元離散コサイン変換式におけるコサイン
    係数の対称性を利用するために累積加算する累積加算工
    程と、該累積加算工程で累積加算されたデータに2次元
    の離散コサイン変換式におけるコサイン部分の乗算結果
    の絶対値を乗算することを、変換係数1つ当たり変換処
    理するブロックを構成する総画素数を4で割った商の回
    数分繰り返すとともに前記回数分の乗算処理を繰り返す
    ことにより得られるデータに、求める変換係数の空間座
    標位置に対応する係数を乗算する第2の乗算工程とを備
    えることを特徴とする離散コサイン変換方法。
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