JP3653172B2 - 符号化装置、符号化方法、復号化装置及び復号化方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、データ圧縮及び伸長の分野に係り、特に、ウェーブレット変換を利用した符号化及び復号化のための装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
データ圧縮は、大量のデータの蓄積や伝送のために非常に有用なツールである。例えば、文書のファクシミリ伝送や、ワールドワイドウェブのような画像の伝送に要する時間は、圧縮を使って画像の再生に必要とされるビット数を減らすと、飛躍的に短縮される。
【０００３】
従来より、多様なデータ圧縮手法が存在している。最も広く普及している圧縮方式としてＪＰＥＧ（Ｊoint Ｐhotographic Ｅxperts Ｇroup）の圧縮方式がある。ＪＰＥＧの圧縮方式においては、入力シンボルまたは輝度データは量子化されてから出力符号語へ変換される。量子化は、データの重要な特徴量を保存しつつ、重要でない特徴量を除去することを目的としている。量子化に先立ち、エネルギー集中をするために変換が用いられるが、ＪＰＥＧではＤＣＴ（離散コサイン変換）が採用されている。ところが、ＤＣＴを用いるＪＰＥＧ方式に対し様々な欠点が指摘されている。例えば、ブロックノイズやモスキートノイズ（蚊が飛んでいるように見えるところから、このように呼ばれる）である。画像信号処理においては、これらの欠点を解消する効率的かつ高精度のデータ圧縮符号化方式を追求することに関心が集まっている。その方式の中にウェーブレット(wavelet）ピラミッド処理方式がある。
【０００４】
画像信号のような２次元信号にウェーブレット変換を適用する場合には、入力信号に対し水平方向低域通過型フィルタＨＬ（Ｈorizontal Ｌow）及び水平方向高域通過型フィルタＨＨ（Ｈorizontal Ｈigh）を使用して、水平方向低域信号（Ｓ(smmoth)係数）及び水平方向高域信号（Ｄ(detail)係数）に分離し、さらにＳ係数及びＤ係数に対して垂直方向低域通過型フィルタＶＬ（Ｖertical Ｌow）及び垂直方向高域通過型フィルタＶＨ（Ｖertical Ｈigh）を使用して水平方向低域−垂直方向低域信号（ＳＳ係数）、水平方向低域−垂直方向高域信号（ＳＤ係数）、水平方向高域−垂直方向低域信号（ＤＳ係数）、及び水平方向高域−垂直方向高域信号（ＤＤ係数）に分離する。以上の一連の処理をレベルと呼び、１回の水平処理と垂直処理を行った出力をレベル１の出力と呼ぶ。さらに、以上の４種類の信号を周波数帯信号と呼ぶ。レベル２以上の出力を希望するときは、この処理がＳＳ係数に対して再帰的に行われる。レベル２の出力では、ＳＳ係数と、１ＳＤ係数及び２ＳＤ係数、１ＤＳ係数及び２ＤＳ係数、１ＤＤ係数及び２ＤＤ係数、の７つの周波数帯信号が得られる。以上の説明では、まず水平方向にフィルタを適用し、次に垂直方向にフィルタを適用したが、その順序は逆でもよい。
【０００５】
図７にレベル４までの処理を行う場合の従来の構成を示した。図中、１０００はウェーブレット変換部、１１００はメモリ部、１２００は符号化／復号化部である。符号化時には、画像データdataがメモリ部１１００に取り込まれ、この画像データに対してウェーブレット変換部１０００によりウェーブレット変換が施され、メモリ部１１００に周波数帯信号が得られる。符号化／復号化部１２００は、メモリ部１１００から周波数帯信号を取り込み、符号化して圧縮コードcodeを出力する。復号化時は、入力する圧縮コードcodeが符号化／復号化部１２００によって復号化され、メモリ部１１００上に周波数帯信号が復元される。この周波数帯信号に対してウェーブレット変換部１０００によって逆ウェーブレット変換が施されることにより画像データがメモリ部１１００に復元され、これが外部に出力される。
【０００６】
図７において、filter１Ｈ，filter２Ｈ，filter３Ｈ，filter４Ｈは、水平方向低域通過型フィルタＨＬ及び水平方向高域通過型フィルタＨＨを含む水平方向フィルタである。これらのフィルタ名中の数字１〜４はレベル番号を表し、Ｈは水平方向フィルタであることを意味する。同様に、filter１Ｖ１とfilter１Ｖ２，filter２Ｖ１とfilter２Ｖ２，filter３Ｖ１とfilter３Ｖ２，filter４Ｖ１とfilter４Ｖ２は、垂直方向低域通過型フィルタＶＬ及び垂直方向高域通過型フィルタＶＨを含む垂直方向フィルタである。これらのフィルタ名中のＶは垂直方向フィルタであることを意味し、Ｖの前の数字１〜４はレベル番号を表し、Ｖの後の数字１は水平方向低域信号（Ｓ係数）を入力とするフィルタであることを示し、Ｖの後の数字２は水平方向高域信号（Ｄ係数）を入力とするフィルタであることを示す。Controllerはメモリ部１１００とフィルタとの間のデータ転送等を制御するコントローラである。
【０００７】
以上のフィルタはどのような構成のものでもよいが、以下の説明では、水平方向低域通過型フィルタＨＬ及び垂直方向低域通過型フィルタＶＬとして、２組のデータを用い演算を行う２タップのフィルタを使用するものとする。このフィルタにおいては、低周波成分を演算するので、これによって出力のビット深さは入力のビット深さと変わらないとする。
【０００８】
また、水平方向高域通過型フィルタＨＨ及び垂直方向高域通過型フィルタＶＨとして、低域通過形フィルタＨＬまたはＶＬの出力であるＳ係数のうち、現在の位置と、１つ前及び１つ後の合計３組のデータを用い演算を行う６タップのフィルタを使用するものとする。このフィルタにおいては、高周波成分を演算するので、これによって符号が変化し、また変化率が大きい場合は絶対値自体も大きくなるので、トータルで出力のビット深さが最大２ビット増加するものとして説明する。
【０００９】
このようなフィルタを用いた場合の演算の例を図８に示す。図８の（ａ）は水平方向フィルタの処理を説明するもので、００は０ライン目の０画素目のデータを意味し、１２は１ライン目の２画素目のデータを意味する（このようにライン、画素とも０番目から数えるものとする）。水平方向低域通過型フィルタＨＬの０画素目の出力Ｓ００は、００データ及び０１データから求められ、また、１画素目の出力Ｓ０１は０２データ及び０３データから求められる。これに対し、水平方向高域通過型フィルタＨＨの０画素目の出力Ｄ００は、００データの２つ前及び１つ前のデータ（実在しない）と、００データと、０１データと、０２データと、０３データとから求められる。ここで、実在しない００データの２つ前と１つ前のデータを得るため、ミラーと呼ばれる処理を施す。具体的には、データを鏡像関係で折り返す処理を行う。これにより、２つ前と１つ前のデータは０１データと００データとなる。このようにして、Ｄ００は６画素のデータから計算される。
【００１０】
図８の（ｂ）は垂直方向フィルタの処理を説明している。この処理は、垂直方向フィルタ処理によるＳ係数及びＤ係数を用いて垂直方向に行われる。実在しない係数は、水平方向フィルタの処理の場合と同様にミラー処理が施される。
【００１１】
図９はメモリ部１１００内のメモリ（フレームメモリとする）にラスタ順に格納されたイメージデータを示す。図１０乃至図１３に、ウェーブレット変換処理の結果の格納方法の一例を示す。ウェーブレット変換部１０００においては、フレームメモリからデータを読み出して水平処理を行い、その結果を再びフレームメモリに書き込む。この書き込みの際に、未処理のデータに上書きしてしまわないように、例えば図１０に示すようなマッピングでＳ係数及びＤ係数を書き込んでいく。図１０において、１Ｓ００と１Ｄ００はレベル１のアドレス００のＳ係数とＤ係数を意味する。図１１は垂直処理を行った後の各係数を書き込む際のマッピングの例を示す。ここまでがレベル１の各係数の格納方法である。図１２はレベル２の水平方向の各係数の格納方法の例を示す。レベル２の処理は１ＳＳ係数に対してのみ行われるため、網掛けされた部分のデータは用いられないことに注意されたい。ついで、図１３に示すようなマッピングで、レベル２の各係数が格納され、レベル２の処理が終了する。同様の処理が、レベル４まで順に繰り返される。
【００１２】
以上のようにして得られた各レベルの周波数帯信号が符号化／復号化部１２００で符号化されて圧縮されるのであるが、符号化は通常、ビット処理が行われるため、前述のように、周波数帯信号を一旦、メモリ部１１００内のストレージに書き込んでおく必要がある。一般に用いられるストレージは半導体メモリである。符号化／復号化部１２００ではストレージに書き込まれた各周波数帯信号を参照してビット処理を行って符号化し、圧縮コードをcodeとして出力する。圧縮コードcodeからイメージデータへの復元処理は前述の符号化処理と逆順で行われる。
【００１３】
なお、本発明に関連する符号化及び復号化装置、ウェーブレット変換部、あるいはフィルタについてのより詳細な情報は、特開平８−１１６２６５号公報、特開平８−１３９９３５号公報、特開平９−２７７５２号公報、特開平９−２７９１２号公報などを参照されたい。また、類似の従来技術が特開平３−２７６８７号公報、特開平５−１６７９９７号公報、特開平５−１８３３８６号に開示されている。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
自然画像では、ある画素に着目した場合、その周辺との相関が大きいという性質がある。符号化では、この性質を利用して圧縮率を高めている。このため、符号化には予測符号化器が用いられることが多い。予測符号化器では、着目する画素と周辺の領域の情報を得てコード（出力データに相当する）を生成している。したがって、ウェーブレット変換後の各レベルの各周波数帯信号を一旦メモリに書き込んでおく必要がある。
【００１５】
画像データは図９に示したようにラスタデータとしてメモリに書き込まれている。符号化及び復号化装置では、このラスタデータをラスタ順にメモリから読み出してウェーブレット変換を行い、各レベルの各周波数帯信号をメモリに上書きしていく。ところが、フィルタの選び方によっては、各周波数帯信号毎にビット深さが異なる場合がある。フィルタの性質から言えば、ビット深さの増加は、特に高域通過型フィルタについては必然的である。
【００１６】
従来、このようなビット深さの最大の増加分をイメージデータのビット深さに加えたビット深さを持つメモリを、イメージデータ及び周波数帯信号を記憶するためのメモリとして用意したため、メモリの使用率が非常に悪いという問題があった。従来技術において説明した例では、ＤＤ係数は元のイメージデータの持つビット深さに対して４ビット増加するため、その分だけビット深さを増したメモリを用意することになるが、増加した４ビット分を目一杯使う係数はＤＤ係数だけであり、ＳＤ係数及びＤＳ係数は２ビット分は使用されず、ＳＳ係数に至っては増加した４ビット分全部が使用されない。したがって、例えば、入力データが８ビットの場合、レベル４、レベル５あるいはレベル６までウェーブレット変換を行ったときに、メモリの使用率（メモリの有する全ビット数に対するデータのビット数の割合）は約８９％となり、効率が非常に悪い。
【００１７】
また、ＪＰＥＧにおいては入力データを８画素×８ラインの、タイルと呼ばれる小領域単位で処理を行っているが、ウェーブレット変換においては、如何なるサイズの入力データでも処理を行うことができる。これはウェーブレット変換の長所の一つであるが、大きなサイズのイメージデータ（数百ｋバイトから数Ｍバイト）を扱おうとした場合、フレームメモリのサイズも大きくなってしまうので、フレームメモリを含めて符号化及び復号化装置を１チップ化することは困難である。したがって、フレームメモリを外付けにして対応せざるを得ないが、外付けにした場合はメモリアクセス速度の面から処理速度が制限されてしまうという問題があった。
【００１８】
本発明は以上の諸点に鑑みなされたもので、ウェーブレット変換を用いて画像データの圧縮又は圧縮されたデータの伸長を行う装置において、画像のデータ又はウェーブレット変換係数データを一時的に記憶するためのメモリの使用率を向上させること、そのメモリを含めて１チップ化を容易にすること、符号化処理及び／又は復号化処理を高速化することなどを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、ビット深さｎの入力画像データにウェーブレット変換を行い、ビット深さｎ以上の中間的もしくは最終的な係数データを生成するウェーブレット変換手段と、
少なくとも前記入力画像データ分のワード数及び該入力画像データと同じビット深さｎを持ち、前記ウェーブレット変換手段によるウェーブレット変換の開始に先立ってビット深さｎの入力画像データが書き込まれると共に、当該入力画像データに上書きされる形で、前記ウェーブレット変換手段によって生成される中間的もしくは最終的な係数データのうちのビット深さｎ部分が、各係数部分ごとに１ワードに割り当てられて書き込まれる第１のメモリと、
前記第１のメモリより少ないワード数で所定のビット深さを持ち、前記ウェーブレット変換手段によって生成される中間的もしくは最終的な係数データのうち、前記第１のメモリに書き込まれるビット深さｎを超える部分が、それぞれｈ画素×ｋラインの複数の係数部分ごとに１ワードに割り当てられて、ワードのビット方向に順に積み重ねられるように書き込まれる第２のメモリと、
前記ウェーブレット変換手段により生成された最終的な係数データを、前記第１のメモリ及び前記第２のメモリより読み込み、当該係数データを符号化することにより圧縮コードを生成する符号化手段と、
を有することを特徴とする符号化装置を提供する。
【００２０】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明による符号化装置であって、前記第１のメモリがフレームサイズに対応したワード数を持つことを特徴とする。
【００２１】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明による符号化装置であって、前記第１のメモリがタイルサイズに対応したワード数を持つことを特徴とする。
【００２２】
請求項４記載の発明は、請求項３記載の発明による符号化装置であって、前記第１のメモリ、前記ウェーブレット変換手段及び前記符号化手段は１チップ上に集積されてなることを特徴とする。
【００２３】
請求項５記載の発明は、圧縮画像コードを入力して、ビット深さｎ以上のウェーブレット変換係数データを復号する復号化手段と、
前記復号化手段により復号されたビット深さｎ以上の係数データに逆ウェーブレット変換を行い、ビット深さｎ以上の中間的な係数データを生成し、最終的にビット深さｎの復元画像データを生成するウェーブレット変換手段と、
少なくとも前記復元画像データ分のワード数および該復元画像データと同じビット深さｎを持ち、前記ウェーブレット変換手段による逆ウェーブレット変換の開始に先立って、前記復号化手段により復号されたビット深さｎ以上の係数データのうちのビット深さｎ部分が、各係数部分ごとに１ワードに割り当てられて書き込まれると共に、当該係数データに上書きされる形で、前記ウェーブレット変換手段による逆ウェーブレット変換により生成されるビット深さｎ以上の中間的な係数データのうちのビット深さｎ部分あるいはビット深さｎの最終的な復元画像データが、各係数部分あるいは各画素値ごとに１ワードに割り当てられて書き込まれる第１のメモリと、
前記第１のメモリより少ないワード数で所定のビット深さを持ち、前記ウェーブレット変換手段による逆ウェーブレット変換の開始に先立って前記復号化手段により復号されたビット深さｎ以上の係数データのうち、あるいは、前記ウェーブレット変換手段による逆ウェーブレット変換により生成されるビット深さｎ以上の中間的な係数データのうち、前記第１のメモリに書き込まれるビット深さｎを超える部分が、それぞれｈ画素×ｋラインの複数の係数部分ごとに１ワードに割り当てられて、ワードのビット方向に順に積み重ねられるように書き込まれる第２のメモリとを有し、
前記ウェーブレット変換手段では、前記第１のメモリ及び前記第２のメモリから係数データを読み出して逆ウェーブレット変換を行い、中間的な係数データあるいは最終的な復元画像データを生成することを特徴とする復号化装置を提供する。
【００２４】
請求項６記載の発明は、請求項５記載の発明による復号化装置であって、前記第１のメモリはフレームサイズに対応したワード数を持つことを特徴とする。
【００２５】
請求項７記載の発明は、請求項５記載の発明による復号化装置であって、前記第１のメモリはタイルサイズに対応したワード数を持つことを特徴とする。
【００２６】
請求項８記載の発明は、請求項７記載の発明による復号化装置であって、前記メモリ、前記ウェーブレット変換手段及び前記復号化手段は１チップ上に集積されてなることを特徴とする。
【００２７】
請求項９記載の発明は、ビット深さｎの入力画像データにウェーブレット変換を行い、ビット深さｎ以上の中間的もしくは最終的な係数データを生成するウェーブレット変換工程と、
少なくとも前記入力画像データ分のワード数及び該入力画像データと同じビット深さｎを持つ第１のメモリに、前記ウェーブレット変換工程によるウェーブレット変換の開始に先立ってビット深さｎの入力データを書き込む共に、当該入力画像データに上書きする形で、前記ウェーブレット変換工程によって生成される中間的もしくは最終的な係数データのうちのビット深さｎ部分を、各係数部分ごとに１ワードに割り当てて書き込む第１の記憶工程と、
前記第１のメモリより少ないワード数で所定のビット深さを持つ第２のメモリに、前記ウェーブレット変換工程によって生成される中間的もしくは最終的な係数データのうち、前記第１のメモリに書き込まれるビット深さｎを超える部分を、それぞれｈ画素×ｋラインの複数の係数部分ごとに１ワードに割り当てて、ワードのビット方向に順に積み重ねるように書き込む第２の記憶工程と、
前記ウェーブレット変換工程により生成された最終的な係数データを、前記第１のメモリ及び前記第２のメモリより読み込み、当該係数データを符号化することにより圧縮コードを生成する符号化工程と、
を有することを特徴とする符号化方法を提供する。
【００２８】
請求項１０記載の発明は、請求項９記載の発明の符号化方法であって、前記第１のメモリにフレームサイズに対応したワード数を持たせることを特徴とする。
【００２９】
請求項１１記載の発明は、請求項９記載の発明の符号化方法であって、前記第１のメモリにタイルサイズに対応したワード数を持たせることを特徴とする。
【００３１】
請求項１２記載の発明は、圧縮画像コードを入力して、ビット深さｎ以上のウェーブレット変換係数データを復号する復号化工程と、
前記復号化工程により復号されたビット深さｎ以上の係数データに逆ウェーブレット変換を行い、ビット深さｎ以上の中間的な係数データを生成し、最終的にビット深さｎの復元画像データを生成するウェーブレット変換工程と、
少なくとも前記復元画像データ分のワード数および該復元画像データと同じビット深さｎを持つ第１のメモリに、前記ウェーブレット変換工程による逆ウェーブレット変換の開始に先立って、前記復号化工程により復号されたビット深さｎ以上の係数データのうちのビット深さｎ部分を、各係数分ごとに１ワードに割り当てて書き込む共に、当該係数データに上書きする形で、前記ウェーブレット変換工程による逆ウェーブレット変換により生成されるビット深さｎ以上の中間的な係数データのうちのビット深さｎ部分あるいはビット深さｎの最終的な復元画像データを、各係数部分あるいは各画素値ごとに１ワードに割り当てて書き込む第１の記憶工程と、
前記第１のメモリより少ないワード数で所定のビット深さを持つ第２のメモリに、前記ウェーブレット変換工程による逆ウェーブレット変換の開始に先立って、前記復号化工程により復号されたビット深さｎ以上の係数データのうち、あるいは、前記ウェーブレット変換工程による逆ウェーブレット変換により生成されるビット深さｎ以上の中間的な係数データのうち、前記第１のメモリに書き込まれるビット深さｎを超える部分を、それぞれｈ画素×ｋラインの複数の係数部分ごとに１ワードに割り当てて、ワードのビット方向に順に積み重ねるように書き込む第２の記憶工程とを有し、
前記ウェーブレット変換工程では、前記第１のメモリ及び前記第２のメモリから係数データを読み出して逆ウェーブレット変換を行い、中間的な係数データあるいは最終的な復元画像データを生成することを特徴とする復号化方法を提供する。
【００３２】
請求項１３記載の発明は、請求項１２記載の発明の復号化方法であって、前記第１のメモリにフレームサイズに対応したワード数を持たせることを特徴とする。
【００３３】
請求項１４記載の発明は、請求項１２記載の発明の復号化方法であって、前記第１のメモリにタイルサイズに対応したワード数を持たせることを特徴とする。
【００３５】
なお、以下の説明から明らかなように、上に述べた本発明の符号化装置と復号化装置の組み合わせ構成からなる符号化及び復号化装置も本発明の範囲に含まれるものである。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照し本発明の実施の形態を説明する。
【００３７】
図１は、本発明による符号化及び復号化装置の一実施例を示す概略ブロック図であり、１００はメモリ部、１１０はウェーブレット変換部（ウェーブレット変換手段）、１２０は符号化／復号化部（符号化手段／復号化手段）である。メモリ部１００はフレームメモリ１０２及び係数拡張用のワークメモリ１０４を含む。フレームメモリ１０２は画像１フレーム分のワード数を持ち、符号化しようとする画像データ又は復元される画像データと同じ８ビットの深さを持つ。ワークメモリ１０４は、以下に詳しく説明するように、フレームメモリ１０２の４分の１のワード数と１２ビットの深さを持つメモリである。
【００３８】
タイルサイズを１６画素×１６ライン、レベル４の場合、メモリ部１００にウェーブレット変換の各周波数帯信号は図２のようにマッピングされる。図２において、○印がＳＳ係数、△印がＳＤもしくはＤＳ係数、×印がＤＤ係数である。２画素×２ライン（一般にはｈ画素×ｋライン）で区切られた６４個の領域の○、△、×の並び方を観察すると、網掛けして示した領域ａ，ｂ，ｃに代表される３種類のパターンが存在する。
【００３９】
この網掛けした領域ａ，ｂ，ｃを書き出したのが図３中の左側の図である。同図中の各数値は係数のビット深さを表す。これらの係数の８ビット分は図３の中央上側の図に示すようにフレームメモリ１０２に割り当てられるが、係数のビット深さは８ビット乃至１２ビットであるから、中央下側の図に示すように係数の８ビット深さを超えた０ビット乃至４ビットが残る。このような残りのビットは、ワークメモリ１０４に割り当てることになるが、メモリ使用効率を向上させるため、図３の右側の図に示すように、各領域の４係数の残りビットをビット深さの方向にスタックした形でワークメモリ１０４の１ワードに割り当てられる。ここで「スタックされた形で」とは、「１ワードに記憶させるべき複数の係数（この例では４係数）の残りビットを、ワードのビット深さ方法に順に積み重ねるごとく結合した形で」という意味である（以下、同様）。同図中の各数値は、各ワードに割り当てられるデータのビット深さを表す。例えば領域ａ内の（ｘ，ｙ）＝（０，０）、（０，１）、（１，０），（１，１）の４係数の８ビット深さを超えた分をビット深さ方向にスタックしたデータは８ビットの深さとなる。スタックされたデータのビット深さが最大になるのは領域ｃであり、１２ビットの深さとなる。したがって、ワークメモリ１０４のビット深さは１２ビットとされる。また、２画素×２ラインの領域の４係数の８ビット深さを超えた分を１ワードに割り当てるので、ワークメモリ１０４のワード数は、フレームメモリ１０２のワード数の４分の１となる。
【００４０】
この符号化及び復号化装置は、符号化処理も復号化処理も可能である。まず、符号化時の動作について説明する。この場合、符号化／復号化部１２０は符号化手段として作用する。
【００４１】
外部からの入力dataとして、１フレーム分の画像データ（８ビット深さ）がメモリ部１００のフレームメモリ１０２に書き込まれる（図９参照）。この画像データに対し、ウェーブレット変換部１１０によって、従来技術の説明で述べたように、レベル１の水平方向処理が行われ、得られた１ｄ係数と１ｓ係数は図１０に示すようなマッピングでメモリ部１００に記憶される。１ｄ係数（１０ビット深さ）の８ビットはフレームメモリ１０２に書き込まれるが、残りの２ビットはワークメモリ１０４に書き込まれる。１ｓ係数（８ビット）は、その全体がフレームメモリ１０２に書き込まれる。ただし、図２及び図３で説明したように、２画素×２ラインの領域毎に、その４係数の８ビットを超えるビットがスタックされた形でワークメモリ１０４の対応した１ワードに書き込まれる。
【００４２】
レベル１の水平処理が終了すると、１ｄ係数及び１ｓ係数に対しレベル１の垂直方向の処理が行われる。この際、フレームメモリ１０２から係数の８ビット分のデータが読み出されるのと並行して、１／２の読み出しサイクルでワークメモリ１０４から係数の８ビット深さを超える分のデータが読み出され、全ビットが復元された係数データ対して垂直方向の処理が施される。この処理によって得られる１ｓｓ係数（８ビット）、１ｓｄ係数（１０ビット）、１ｄｓ係数（１０ビット）、１ｄｄ係数（１２ビット）は、図１１に示すようなマッピングでメモリ部１００に記憶される。ただし、各係数の８ビット分はフレームメモリ１０２に書き込まれるが、各係数の８ビット深さを超える分については、２画素×２ラインの各領域毎に、４係数の８ビット深さを超える分がスタックされた形でワークメモリ１０４に書き込まれる。
【００４３】
以下、同様にして、レベル４の垂直処理までウェーブレット変換処理が実行されて最終的な係数データが生成される。この係数データは、図２に示したようなマッピングで、８ビット深さまでの分がフレームメモリ１０２に書き込まれるが、８ビット深さを超える分は４係数分がスタックされた形でワークメモリ１０４の対応ワードに書き込まれる。これで、１６画素×１６ラインの１タイル分のウェーブレット変換処理が終了する。
【００４４】
ウェーブレット変換係数データの符号化を１タイル単位で行う場合、上に述べたような１タイル分のウェーブレット変換処理を終了した時に、そのタイル分のウェーブレット変換係数データはウェーブレット変換部１１０を介して符号化／復号化部１２０へ転送されて符号化され、圧縮コードcodeとして外部へ出力される。この際、ウェーブレット変換係数の８ビット分はフレームメモリ１０２から、８ビットを超える分はワークメモリ１０４から、並行して読み出される。
【００４５】
符号化を１フレーム単位で行う場合には、上に述べたタイル単位のウェーブレット変換処理が１フレーム全体に対し繰り返して実行される。その完了後に、メモリ部１００に得られたウェーブレット変換係数データがウェーブレット変換部１１０を介して符号化／復号化部１２０へ転送されて符号化され、圧縮コードcodeとして外部へ出力される。
【００４６】
次に、復号化時の動作について説明する。符号化／復号化部１２０は復号化手段として作用する。符号化／復号化部１２０において、外部から入力する圧縮コードcodeが復号化されて符号化前のウェーブレット変換係数データが復元される。このウェーブレット変換係数データは、ウェーブレット変換部１１０を介して、メモリ部１００に図２に示したマッピングで記憶される。この際、各係数の８ビット分はフレームメモリ１０２に書き込まれ、８ビットを超えた分は前述のように４係数分がスタックされた形でワークメモリ１０４に書き込まれる。
【００４７】
復号化を１フレーム単位で行う場合には、１フレーム全体についてウェーブレット変換係数データの復元処理が実行される。その後、メモリ部１００に復元されたウェーブレット変換係数データに対してウェーブレット変換部１１０で逆ウェーブレット変換処理を実行し、画像データを復元する。逆ウェーブレット変換処理の中間過程で生成される係数データは、ウエーブレット変換（順変換）処理時と同様のマッピングでメモリ部１００に記憶されるが、符号化時と同様、係数の８ビット分はフレームメモリ１０２に書き込まれ、８ビットを超える分は、２画素×２ラインの領域の４係数毎にスタックされた形でワークメモリ１０４に書き込まれる。１フレーム全体の画像データがフレームメモリ１０２に復元されると、これはdataとして外部に出力される。
【００４８】
復号化を１タイル単位で行う場合には、符号化／復号化部１２０によって１タイル分の係数データが復元されてメモリ部１００に図２のマッピングで記憶された段階で、その係数データに対する逆ウェーブレット変換処理がウェーブレット変換部１１０で実行され、１タイル分の画像データがフレームメモリ１０２に復元される。以下同様に、１タイル分ずつ係数データの復元処理と逆ウェーブレット変換処理が実行され、１フレーム全体の画像データがフレームメモリ１０２に復元され、これはdataとして外部に出力される。
【００４９】
本実施例によれば、１２ビットの深さを持つワークメモリ１０４のビット深さが効率よく利用されるため、メモリ部１００のメモリ使用率（フレームメモリ１０２とワークメモリ１０４の全ビット数に対するデータのビット数の割合）は約９７％と非常に高く、１４ビット深さのフレームメモリを用いる場合に比べメモリ使用効率を劇的に改善することができる。また、極めて大容量になるフレームメモリ１０２に１４ビット深さを持たせ、フレームメモリ１０２だけでメモリ部１００を構成する場合に比べ、メモリ部１００のメモリ容量を大幅に削減できる。しかも、フレームメモリ１０２とワークメモリ１０４に対して読み出し／書き込みを並行して行うことができるので、処理速度は従来と変わらない。なお、本実施例におけるフレームメモリ１０２とワークメモリ１０４のビット深さは一例に過ぎず、処理しようとする画像データのビット深さや、ウェーブレット変換に用いるフィルタの種類、レベル数などに応じて適宜変更してもよい。
【００５０】
図４は、本発明による符号化及び復号化装置の他の実施例を示す概略ブロック図である。この符号化及び復号化装置は、メモリ部２００、ウェーブレット変換部２１０及び符号化／復号化部２２０を同一チップ上に集積してなる構成である。メモリ部２００は、タイルメモリ２０２と係数拡張用のワークメモリ２０４を含む。タイルメモリ２０２は、符号化及び復号化の処理単位である所望のタイルサイズに対応したワード数を持ち、また、処理しようとする画像データと同じビット深さを持つ。本実施例では、図１に関連して説明した前記実施例の場合と同様に、タイルサイズを１６画素×１６ラインとし、また画像データのビット深さを８ビットとする。したがって、タイルメモリ２０２は８ビットの深さを持つことになる。係数拡張用のワークメモリ２０４は、ウェーブレット変換係数データの８ビット深さを超えるビットの記憶に利用されるもので、本実施例では、図１中のワークメモリ１０４と同様に、１２ビットの深さを持ち、またタイルメモリ２０２の４分の１のワード数を持つものとする。図４において、２４０は１フレーム分の画像データを記憶するためのフレームメモリであり、本実施例では８ビットの深さを持つ。このフレームメモリ２４０は、本実施例の符号化及び復号化装置に外付けされるものである。
【００５１】
次に、符号化時の動作を説明する。この場合、符号化／復号化部２２０は符号化手段として作用する。符号化すべき１フレーム分の画像データがdataとして外部よりフレームメモリ２４０に書き込まれる。このフレームメモリ２４０より１タイル分の画像データが読み出され、メモリ部２００のタイルメモリ２０２に書き込まれる。この画像データに対し、ウェーブレット変換部１１０によって、図１に関連して説明した前記実施例の場合と同様のウェーブレット変換処理が施される。ウェーブレット変換処理で得られる中間的な係数データ及び最終的な係数データは、８ビット分がタイルメモリ２０２に書き込まれるが、８ビットを超えた分は２画素×２ラインの領域毎に４係数分がスタックされた形でワークメモリ２０４に書き込まれる。タイルメモリ２０２及び２０４に対する係数データのマッピングは前記実施例と同様である。この処理において、ウェーブレット変換部２１０は前記実施例と同様に、タイルメモリ２０２とワークメモリ２０４から係数データを並行して読み出し、各係数の８ビット分と、それを超えたビット分から各係数の全ビットを組み立てて処理する。１タイル分のウェーブレット変換処理が終了すると、メモリ部２００に記憶されている係数データがウェーブレット変換部２１０を介し符号化／復号化部２２０へ転送されて符号化され、圧縮コードcodeとして外部に出力される。この際、ウェーブレット変換係数の８ビット分はフレームメモリ１０２から、８ビットを超える分はワークメモリ１０４から、並行して読み出される。１タイル分の符号化処理が終了すると、次の１タイル分のデータがフレームメモリ２４０から読み出されてタイルメモリ２０２に書き込まれ、そのウェーブレット変換処理が実行され、得られた係数データが符号化／復号化部２２０によって符号化され、圧縮コードcodeとして出力される。以下、同様のタイル単位の処理が繰り返されることによって、１フレーム全体が圧縮される。
【００５２】
次に復号化時の動作を説明する。この場合、符号化／復号化部２２０は復号化手段として作用する。符号化／復号化部１２０に１タイル単位の圧縮コードcodeが入力する。符号化／復号化部１２０によって復元された１タイル分のウェーブレット変換係数データは、ウェーブレット変換部１１０を介して、メモリ部２００に図２に示したマッピングで記憶される。この際、前記実施例と同様、各係数の８ビット分はタイルメモリ２０２に書き込まれ、８ビットを超えた分は４係数分がスタックされた形でワークメモリ２０４に書き込まれる。この復元された係数データに対しウェーブレット変換部２１０によって逆ウェーブレット変換処理が施される。この処理の過程で得られる係数データは、前記実施例と同様のマッピングで、８ビット分がタイルメモリ２０２に、８ビットを超える分は４係数分がスタックされた形でワークメモリ２０４に書き込まれる。これらメモリからの読み出しも前記実施例と同様である。逆ウェーブレット変換処理が完了すると、タイルメモリ２０２上に１タイル分の画像データが復元される。この画像データがフレームメモリ２４０に転送されると、次の１タイル分の圧縮コードcodeが入力し、同様に係数データに復元され、逆ウェーブレット変換処理を施され、復元された１タイル分の画像データはフレームメモリ２４０に転送される。以下同様のタイル単位の処理が繰り返されることにより、１フレーム全体の画像データがフレームメモリ２４０上に復元される。復元された画像データはdataとして外部に出力される。
【００５３】
本実施例によれば、前記実施例と同様にメモリ使用率が９７％となり、従来技術に対して８％も改善されるが、さらに、装置の１チップ化、処理の高速化が容易であるという効果が得られる。
【００５４】
すなわち、符号化時及び復号化時において頻繁にアクセスされるタイルメモリ２０２及びワークメモリ２０４は、フレームメモリ２４０の数百Ｋバイトから数Ｍバイトに比べ遥かに小容量であるため、メモリ部２００とウェーブレット変換部２１０及び符号化／復号化部２２０を１チップ上に集積化することは容易である。この場合、ウェーブレット変換部２１０と符号化／復号化部２２０は比較的小規模なロジックで実現可能であるため、両メモリ２０２，２０４のチップ面積に占める割合はほぼ６０％から８０％となろう。なお、両メモリ２０２，２０４の容量もしくはタイルサイズは、チップ面積の割合やコスト等の兼ね合いで適宜決めればよい。このように１チップに集積化した場合、タイルメモリ２０２及びワークメモリ２０４に対するアクセスは外付けメモリに対するアクセスに比べ非常に高速に行うことが可能である。それらメモリのアクセスを伴う処理もチップ内だけでの処理であり、外付けメモリを直接アクセスする場合に比べ数倍から数十倍も高速化することが可能である。外付けのフレームメモリ２４０に対するアクセスは、タイル単位の画像データの読み出し又は復元画像データの書き込みを行う時だけであるから、フレームメモリ２４０を直接アクセスしながら処理する構成に比べ、符号化時及び復号化時の処理全体を遥かに高速に行うことが可能である。
【００５５】
図５は、本発明による符号化及び復号化装置のもう１つの実施例を示す概略ブロック図である。図５において、３１０はウェーブレット変換部、３２０は符号化／復号化部、３４０はフレームメモリである。この符号化及び復号化装置は、フレームメモリ３４０の各ワードに、図２に示した係数データのマッピングに従ったビット深さを持たせた点が特徴である。すなわち、図２の○印に対応するワードのビット深さを８ビット（符号化前の画像データ、復元された画像データ又はＳＳ係数のビット深さ）、△印に対応するワードのビット深さを１０ビット（ＳＤ係数又はＤＳ係数のビット深さ）、×印に対応するワードのビット深さを１２ビット（ＤＤ係数のビット深さ）とする。ただし、これは一例であり、フレームメモリ３４０に対する係数データのマッピング方法や、ウェーブレット変換に用いるフィルタの種類などに応じて、適宜変更し得るものである。フレームメモリ３４０の全てのワードについて、そのビット深さが全部使用されるため、メモリ使用率は１００％となり非常に効率がよい。
【００５６】
符号化時と復号化時の動作は、従来と同様である。符号化時においては、外部より１フレーム分の画像データがdataとしてフレームメモリ３４０に書き込まれる。ウェーブレット変換部３１０によって、フレームメモリ３４０上の画像データに対し１タイル単位でウェーブレット変換処理が施される。中間過程で得られる係数データは図１０から図１３に示すようなマッピングでフレームメモリ３４０に書き込まれ、最終的な係数データは図２に示すマッピングでフレームメモリ３４０に書き込まれる。１タイル単位のウェーブレット変換処理が終了する毎にフレームメモリ３４０から係数データが符号化／復号化部３２０へ転送されて符号化されるか、あるいは、１フレーム全体に対するウェーブレット変換処理が終了した後にフレームメモリ３４０から係数データが符号化／復号化部３２０へ転送されて符号化され、圧縮codeとして外部に出力される。
【００５７】
復号化時においては、外部から入力する圧縮コードcodeが符号化／復号化部３２０によって復号化され、復元された係数データは図２に示すマッピングでフレームメモリ３４０に書き込まれる。タイル単位の処理の場合は、１タイル分の係数データが復元される度にウェーブレット変換部３１０によって逆ウェーブレット変換処理が施され、画像データが復元される。中間過程で得られる係数データは図１０ないし図１３に示すようなマッピングでフレームメモリ３４１０に書き込まれる。１フレーム全体を一括して処理する場合は、１フレーム分の圧縮コードの復号化が終了した後に、係数データに対してウェーブレット変換部３１０で逆ウェーブレット変換処理が施され、１フレーム分の画像データがフレームメモリ３４０上に復元される。
【００５８】
図６は、本発明による符号化及び復号化装置の別の実施例を示す概略ブロック図である。この符号化及び復号化装置は、メモリ部４００、ウェーブレット変換部４１０及び符号化／復号化部４２０を同一チップ上に集積してなる構成である。４４０は外付けのフレームメモリであり、そのビット深さは８ビットである。
【００５９】
メモリ部４００は、タイルサイズ（本実施例では１６画素×１６ライン）に対応したワード数を持つタイルメモリ４０２を含むが、このタイルメモリ４０２の各ワードは図２に示した係数データのマッピングに従ったビット深さを持つ。すなわち、図２の○印に対応するワードは８ビットの深さ（符号化前の画像データ、復元された画像データ又はＳＳ係数のビット深さ）、△印に対応するワードは１０ビットの深さ（ＳＤ係数又はＤＳ係数のビット深さ）、×印に対応するワードは１２ビットの深さ（ＤＤ係数のビット深さ）を持つ構成とされる。ただし、これは一例であり、タイルメモリ４０２に対する係数データのマッピング方法や、ウェーブレット変換に用いるフィルタの種類などに応じて、適宜変更し得るものである。したがって、本実施例によればメモリ使用率は１００％となり、非常に効率がよい。
【００６０】
本実施例の符号化時及び復号化時の動作は、メモリ部４００に係数拡張用ワークメモリが存在しないことを除けば、図４に関連して説明した前記実施例と同様である。また、当該前記実施例と同様に、メモリ部４００、ウェーブレット変換部４１０及び符号化／復号化部４２０の１チップ化が容易であるとともに非常な高速処理が可能である。
【００６１】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、請求項１乃至３，９乃至１１の各項記載の符号化装置／方法又は請求項５乃至７，１２乃至１４の各項記載の復号化装置／方法においては、ウェーブレット変換係数データの最大ビット深さと同じビット深さを持つ１つのメモリを用いてメモリ部を構成する場合に比べ、メモリ使用率を大幅に向上させることができ、しかも、メモリ部の第１のメモリと第２のメモリの読み出し又は書き込みを並行して行うことにより、処理速度の低下を避けられる。さらに、請求項２，１０記載の符号化装置／方法又は請求項６，１３記載の復号化装置／方法においては、数百ｋバイトから数Ｍバイトもの大容量を必要とする第１のメモリ（フレームメモリ）に、係数データの最大ビット深さと同じビット深さを持たせる場合に比べ、メモリ部全体のメモリ容量を大幅に減らすことができ、装置のメモリコストを削減できる。また、請求項３，１１記載の符号化装置／方法又は請求項７，１４記載の復号化装置／方法においては、メモリ部のメモリ容量を小さくできるため、メモリ部を含めた装置の１チップ化が容易になる。
【００６２】
請求項４記載の符号化装置又は請求項８記載の復号化装置においては、メモリ部に対するアクセスを外部のメモリ（フレームメモリ）に対するアクセスに比べ遥かに高速に行うことが可能となるので、メモリ部のアクセスを伴う処理をチップ内部だけで極めて高速に行うことができる。また、外部のメモリ（フレームメモリ）に対するアクセスは、メモリ部にタイル単位で入力データを取り込む時又は復元データを出力する時のみであるから、符号化又は復号化の処理全体を大幅に高速化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による符号化及び復号化装置の一実施例を示す概略ブロック図である。
【図２】 ウェーブレット変換係数のマッピングとビット深さを説明するための図である。
【図３】 ウェーブレット変化係数の分割記憶を説明するための図である。
【図４】 本発明による符号化及び復号化装置の他の一実施例を示す概略ブロック図である。
【図５】 本発明による符号化及び復号化装置の別の一実施例を示す概略ブロック図である。
【図６】 本発明による符号化及び復号化装置の他の一実施例を示す概略ブロック図である。
【図７】 従来技術を説明するためのブロック図である。
【図８】 ウェーブレット変換の水平処理及び垂直処理における演算を説明するための図である。
【図９】 画像データのメモリマップを示す図である。
【図１０】 １Ｓ係数及び１Ｄ係数のメモリマップを示す図である。
【図１１】 １ＳＳ係数、１ＳＤ係数、１ＤＳ係数及び１ＤＤ係数のメモリマップを示す図である。
【図１２】 ２Ｓ係数及び２Ｄ係数のメモリマップを示す図である。
【図１３】 ２ＳＳ係数、２ＳＤ係数、２ＤＳ係数及び２ＤＤ係数のメモリマップを示す図である。
【符号の説明】
１００ メモリ部
１０２ フレームメモリ
１０４ 係数拡張用ワークメモリ
１１０ ウェーブレット変換部
１２０ 符号化／復号化部
２００ メモリ部
２０２ タイルメモリ
２０４ 係数拡張用メモリ
２１０ ウェーブレット変換部
２２０ 符号化／復号化部
２４０ フレームメモリ
３１０ ウェーブレット変換部
３２０ 符号化／復号化部
３４０ フレームメモリ
４００ メモリ部
４０２ タイルメモリ
４１０ ウェーブレット変換部
４２０ 符号化／復号化部
４４０ フレームメモリ
【発明の属する技術分野】
本発明は、データ圧縮及び伸長の分野に係り、特に、ウェーブレット変換を利用した符号化及び復号化のための装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
データ圧縮は、大量のデータの蓄積や伝送のために非常に有用なツールである。例えば、文書のファクシミリ伝送や、ワールドワイドウェブのような画像の伝送に要する時間は、圧縮を使って画像の再生に必要とされるビット数を減らすと、飛躍的に短縮される。
【０００３】
従来より、多様なデータ圧縮手法が存在している。最も広く普及している圧縮方式としてＪＰＥＧ（Ｊoint Ｐhotographic Ｅxperts Ｇroup）の圧縮方式がある。ＪＰＥＧの圧縮方式においては、入力シンボルまたは輝度データは量子化されてから出力符号語へ変換される。量子化は、データの重要な特徴量を保存しつつ、重要でない特徴量を除去することを目的としている。量子化に先立ち、エネルギー集中をするために変換が用いられるが、ＪＰＥＧではＤＣＴ（離散コサイン変換）が採用されている。ところが、ＤＣＴを用いるＪＰＥＧ方式に対し様々な欠点が指摘されている。例えば、ブロックノイズやモスキートノイズ（蚊が飛んでいるように見えるところから、このように呼ばれる）である。画像信号処理においては、これらの欠点を解消する効率的かつ高精度のデータ圧縮符号化方式を追求することに関心が集まっている。その方式の中にウェーブレット(wavelet）ピラミッド処理方式がある。
【０００４】
画像信号のような２次元信号にウェーブレット変換を適用する場合には、入力信号に対し水平方向低域通過型フィルタＨＬ（Ｈorizontal Ｌow）及び水平方向高域通過型フィルタＨＨ（Ｈorizontal Ｈigh）を使用して、水平方向低域信号（Ｓ(smmoth)係数）及び水平方向高域信号（Ｄ(detail)係数）に分離し、さらにＳ係数及びＤ係数に対して垂直方向低域通過型フィルタＶＬ（Ｖertical Ｌow）及び垂直方向高域通過型フィルタＶＨ（Ｖertical Ｈigh）を使用して水平方向低域−垂直方向低域信号（ＳＳ係数）、水平方向低域−垂直方向高域信号（ＳＤ係数）、水平方向高域−垂直方向低域信号（ＤＳ係数）、及び水平方向高域−垂直方向高域信号（ＤＤ係数）に分離する。以上の一連の処理をレベルと呼び、１回の水平処理と垂直処理を行った出力をレベル１の出力と呼ぶ。さらに、以上の４種類の信号を周波数帯信号と呼ぶ。レベル２以上の出力を希望するときは、この処理がＳＳ係数に対して再帰的に行われる。レベル２の出力では、ＳＳ係数と、１ＳＤ係数及び２ＳＤ係数、１ＤＳ係数及び２ＤＳ係数、１ＤＤ係数及び２ＤＤ係数、の７つの周波数帯信号が得られる。以上の説明では、まず水平方向にフィルタを適用し、次に垂直方向にフィルタを適用したが、その順序は逆でもよい。
【０００５】
図７にレベル４までの処理を行う場合の従来の構成を示した。図中、１０００はウェーブレット変換部、１１００はメモリ部、１２００は符号化／復号化部である。符号化時には、画像データdataがメモリ部１１００に取り込まれ、この画像データに対してウェーブレット変換部１０００によりウェーブレット変換が施され、メモリ部１１００に周波数帯信号が得られる。符号化／復号化部１２００は、メモリ部１１００から周波数帯信号を取り込み、符号化して圧縮コードcodeを出力する。復号化時は、入力する圧縮コードcodeが符号化／復号化部１２００によって復号化され、メモリ部１１００上に周波数帯信号が復元される。この周波数帯信号に対してウェーブレット変換部１０００によって逆ウェーブレット変換が施されることにより画像データがメモリ部１１００に復元され、これが外部に出力される。
【０００６】
図７において、filter１Ｈ，filter２Ｈ，filter３Ｈ，filter４Ｈは、水平方向低域通過型フィルタＨＬ及び水平方向高域通過型フィルタＨＨを含む水平方向フィルタである。これらのフィルタ名中の数字１〜４はレベル番号を表し、Ｈは水平方向フィルタであることを意味する。同様に、filter１Ｖ１とfilter１Ｖ２，filter２Ｖ１とfilter２Ｖ２，filter３Ｖ１とfilter３Ｖ２，filter４Ｖ１とfilter４Ｖ２は、垂直方向低域通過型フィルタＶＬ及び垂直方向高域通過型フィルタＶＨを含む垂直方向フィルタである。これらのフィルタ名中のＶは垂直方向フィルタであることを意味し、Ｖの前の数字１〜４はレベル番号を表し、Ｖの後の数字１は水平方向低域信号（Ｓ係数）を入力とするフィルタであることを示し、Ｖの後の数字２は水平方向高域信号（Ｄ係数）を入力とするフィルタであることを示す。Controllerはメモリ部１１００とフィルタとの間のデータ転送等を制御するコントローラである。
【０００７】
以上のフィルタはどのような構成のものでもよいが、以下の説明では、水平方向低域通過型フィルタＨＬ及び垂直方向低域通過型フィルタＶＬとして、２組のデータを用い演算を行う２タップのフィルタを使用するものとする。このフィルタにおいては、低周波成分を演算するので、これによって出力のビット深さは入力のビット深さと変わらないとする。
【０００８】
また、水平方向高域通過型フィルタＨＨ及び垂直方向高域通過型フィルタＶＨとして、低域通過形フィルタＨＬまたはＶＬの出力であるＳ係数のうち、現在の位置と、１つ前及び１つ後の合計３組のデータを用い演算を行う６タップのフィルタを使用するものとする。このフィルタにおいては、高周波成分を演算するので、これによって符号が変化し、また変化率が大きい場合は絶対値自体も大きくなるので、トータルで出力のビット深さが最大２ビット増加するものとして説明する。
【０００９】
このようなフィルタを用いた場合の演算の例を図８に示す。図８の（ａ）は水平方向フィルタの処理を説明するもので、００は０ライン目の０画素目のデータを意味し、１２は１ライン目の２画素目のデータを意味する（このようにライン、画素とも０番目から数えるものとする）。水平方向低域通過型フィルタＨＬの０画素目の出力Ｓ００は、００データ及び０１データから求められ、また、１画素目の出力Ｓ０１は０２データ及び０３データから求められる。これに対し、水平方向高域通過型フィルタＨＨの０画素目の出力Ｄ００は、００データの２つ前及び１つ前のデータ（実在しない）と、００データと、０１データと、０２データと、０３データとから求められる。ここで、実在しない００データの２つ前と１つ前のデータを得るため、ミラーと呼ばれる処理を施す。具体的には、データを鏡像関係で折り返す処理を行う。これにより、２つ前と１つ前のデータは０１データと００データとなる。このようにして、Ｄ００は６画素のデータから計算される。
【００１０】
図８の（ｂ）は垂直方向フィルタの処理を説明している。この処理は、垂直方向フィルタ処理によるＳ係数及びＤ係数を用いて垂直方向に行われる。実在しない係数は、水平方向フィルタの処理の場合と同様にミラー処理が施される。
【００１１】
図９はメモリ部１１００内のメモリ（フレームメモリとする）にラスタ順に格納されたイメージデータを示す。図１０乃至図１３に、ウェーブレット変換処理の結果の格納方法の一例を示す。ウェーブレット変換部１０００においては、フレームメモリからデータを読み出して水平処理を行い、その結果を再びフレームメモリに書き込む。この書き込みの際に、未処理のデータに上書きしてしまわないように、例えば図１０に示すようなマッピングでＳ係数及びＤ係数を書き込んでいく。図１０において、１Ｓ００と１Ｄ００はレベル１のアドレス００のＳ係数とＤ係数を意味する。図１１は垂直処理を行った後の各係数を書き込む際のマッピングの例を示す。ここまでがレベル１の各係数の格納方法である。図１２はレベル２の水平方向の各係数の格納方法の例を示す。レベル２の処理は１ＳＳ係数に対してのみ行われるため、網掛けされた部分のデータは用いられないことに注意されたい。ついで、図１３に示すようなマッピングで、レベル２の各係数が格納され、レベル２の処理が終了する。同様の処理が、レベル４まで順に繰り返される。
【００１２】
以上のようにして得られた各レベルの周波数帯信号が符号化／復号化部１２００で符号化されて圧縮されるのであるが、符号化は通常、ビット処理が行われるため、前述のように、周波数帯信号を一旦、メモリ部１１００内のストレージに書き込んでおく必要がある。一般に用いられるストレージは半導体メモリである。符号化／復号化部１２００ではストレージに書き込まれた各周波数帯信号を参照してビット処理を行って符号化し、圧縮コードをcodeとして出力する。圧縮コードcodeからイメージデータへの復元処理は前述の符号化処理と逆順で行われる。
【００１３】
なお、本発明に関連する符号化及び復号化装置、ウェーブレット変換部、あるいはフィルタについてのより詳細な情報は、特開平８−１１６２６５号公報、特開平８−１３９９３５号公報、特開平９−２７７５２号公報、特開平９−２７９１２号公報などを参照されたい。また、類似の従来技術が特開平３−２７６８７号公報、特開平５−１６７９９７号公報、特開平５−１８３３８６号に開示されている。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
自然画像では、ある画素に着目した場合、その周辺との相関が大きいという性質がある。符号化では、この性質を利用して圧縮率を高めている。このため、符号化には予測符号化器が用いられることが多い。予測符号化器では、着目する画素と周辺の領域の情報を得てコード（出力データに相当する）を生成している。したがって、ウェーブレット変換後の各レベルの各周波数帯信号を一旦メモリに書き込んでおく必要がある。
【００１５】
画像データは図９に示したようにラスタデータとしてメモリに書き込まれている。符号化及び復号化装置では、このラスタデータをラスタ順にメモリから読み出してウェーブレット変換を行い、各レベルの各周波数帯信号をメモリに上書きしていく。ところが、フィルタの選び方によっては、各周波数帯信号毎にビット深さが異なる場合がある。フィルタの性質から言えば、ビット深さの増加は、特に高域通過型フィルタについては必然的である。
【００１６】
従来、このようなビット深さの最大の増加分をイメージデータのビット深さに加えたビット深さを持つメモリを、イメージデータ及び周波数帯信号を記憶するためのメモリとして用意したため、メモリの使用率が非常に悪いという問題があった。従来技術において説明した例では、ＤＤ係数は元のイメージデータの持つビット深さに対して４ビット増加するため、その分だけビット深さを増したメモリを用意することになるが、増加した４ビット分を目一杯使う係数はＤＤ係数だけであり、ＳＤ係数及びＤＳ係数は２ビット分は使用されず、ＳＳ係数に至っては増加した４ビット分全部が使用されない。したがって、例えば、入力データが８ビットの場合、レベル４、レベル５あるいはレベル６までウェーブレット変換を行ったときに、メモリの使用率（メモリの有する全ビット数に対するデータのビット数の割合）は約８９％となり、効率が非常に悪い。
【００１７】
また、ＪＰＥＧにおいては入力データを８画素×８ラインの、タイルと呼ばれる小領域単位で処理を行っているが、ウェーブレット変換においては、如何なるサイズの入力データでも処理を行うことができる。これはウェーブレット変換の長所の一つであるが、大きなサイズのイメージデータ（数百ｋバイトから数Ｍバイト）を扱おうとした場合、フレームメモリのサイズも大きくなってしまうので、フレームメモリを含めて符号化及び復号化装置を１チップ化することは困難である。したがって、フレームメモリを外付けにして対応せざるを得ないが、外付けにした場合はメモリアクセス速度の面から処理速度が制限されてしまうという問題があった。
【００１８】
本発明は以上の諸点に鑑みなされたもので、ウェーブレット変換を用いて画像データの圧縮又は圧縮されたデータの伸長を行う装置において、画像のデータ又はウェーブレット変換係数データを一時的に記憶するためのメモリの使用率を向上させること、そのメモリを含めて１チップ化を容易にすること、符号化処理及び／又は復号化処理を高速化することなどを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、ビット深さｎの入力画像データにウェーブレット変換を行い、ビット深さｎ以上の中間的もしくは最終的な係数データを生成するウェーブレット変換手段と、
少なくとも前記入力画像データ分のワード数及び該入力画像データと同じビット深さｎを持ち、前記ウェーブレット変換手段によるウェーブレット変換の開始に先立ってビット深さｎの入力画像データが書き込まれると共に、当該入力画像データに上書きされる形で、前記ウェーブレット変換手段によって生成される中間的もしくは最終的な係数データのうちのビット深さｎ部分が、各係数部分ごとに１ワードに割り当てられて書き込まれる第１のメモリと、
前記第１のメモリより少ないワード数で所定のビット深さを持ち、前記ウェーブレット変換手段によって生成される中間的もしくは最終的な係数データのうち、前記第１のメモリに書き込まれるビット深さｎを超える部分が、それぞれｈ画素×ｋラインの複数の係数部分ごとに１ワードに割り当てられて、ワードのビット方向に順に積み重ねられるように書き込まれる第２のメモリと、
前記ウェーブレット変換手段により生成された最終的な係数データを、前記第１のメモリ及び前記第２のメモリより読み込み、当該係数データを符号化することにより圧縮コードを生成する符号化手段と、
を有することを特徴とする符号化装置を提供する。
【００２０】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明による符号化装置であって、前記第１のメモリがフレームサイズに対応したワード数を持つことを特徴とする。
【００２１】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明による符号化装置であって、前記第１のメモリがタイルサイズに対応したワード数を持つことを特徴とする。
【００２２】
請求項４記載の発明は、請求項３記載の発明による符号化装置であって、前記第１のメモリ、前記ウェーブレット変換手段及び前記符号化手段は１チップ上に集積されてなることを特徴とする。
【００２３】
請求項５記載の発明は、圧縮画像コードを入力して、ビット深さｎ以上のウェーブレット変換係数データを復号する復号化手段と、
前記復号化手段により復号されたビット深さｎ以上の係数データに逆ウェーブレット変換を行い、ビット深さｎ以上の中間的な係数データを生成し、最終的にビット深さｎの復元画像データを生成するウェーブレット変換手段と、
少なくとも前記復元画像データ分のワード数および該復元画像データと同じビット深さｎを持ち、前記ウェーブレット変換手段による逆ウェーブレット変換の開始に先立って、前記復号化手段により復号されたビット深さｎ以上の係数データのうちのビット深さｎ部分が、各係数部分ごとに１ワードに割り当てられて書き込まれると共に、当該係数データに上書きされる形で、前記ウェーブレット変換手段による逆ウェーブレット変換により生成されるビット深さｎ以上の中間的な係数データのうちのビット深さｎ部分あるいはビット深さｎの最終的な復元画像データが、各係数部分あるいは各画素値ごとに１ワードに割り当てられて書き込まれる第１のメモリと、
前記第１のメモリより少ないワード数で所定のビット深さを持ち、前記ウェーブレット変換手段による逆ウェーブレット変換の開始に先立って前記復号化手段により復号されたビット深さｎ以上の係数データのうち、あるいは、前記ウェーブレット変換手段による逆ウェーブレット変換により生成されるビット深さｎ以上の中間的な係数データのうち、前記第１のメモリに書き込まれるビット深さｎを超える部分が、それぞれｈ画素×ｋラインの複数の係数部分ごとに１ワードに割り当てられて、ワードのビット方向に順に積み重ねられるように書き込まれる第２のメモリとを有し、
前記ウェーブレット変換手段では、前記第１のメモリ及び前記第２のメモリから係数データを読み出して逆ウェーブレット変換を行い、中間的な係数データあるいは最終的な復元画像データを生成することを特徴とする復号化装置を提供する。
【００２４】
請求項６記載の発明は、請求項５記載の発明による復号化装置であって、前記第１のメモリはフレームサイズに対応したワード数を持つことを特徴とする。
【００２５】
請求項７記載の発明は、請求項５記載の発明による復号化装置であって、前記第１のメモリはタイルサイズに対応したワード数を持つことを特徴とする。
【００２６】
請求項８記載の発明は、請求項７記載の発明による復号化装置であって、前記メモリ、前記ウェーブレット変換手段及び前記復号化手段は１チップ上に集積されてなることを特徴とする。
【００２７】
請求項９記載の発明は、ビット深さｎの入力画像データにウェーブレット変換を行い、ビット深さｎ以上の中間的もしくは最終的な係数データを生成するウェーブレット変換工程と、
少なくとも前記入力画像データ分のワード数及び該入力画像データと同じビット深さｎを持つ第１のメモリに、前記ウェーブレット変換工程によるウェーブレット変換の開始に先立ってビット深さｎの入力データを書き込む共に、当該入力画像データに上書きする形で、前記ウェーブレット変換工程によって生成される中間的もしくは最終的な係数データのうちのビット深さｎ部分を、各係数部分ごとに１ワードに割り当てて書き込む第１の記憶工程と、
前記第１のメモリより少ないワード数で所定のビット深さを持つ第２のメモリに、前記ウェーブレット変換工程によって生成される中間的もしくは最終的な係数データのうち、前記第１のメモリに書き込まれるビット深さｎを超える部分を、それぞれｈ画素×ｋラインの複数の係数部分ごとに１ワードに割り当てて、ワードのビット方向に順に積み重ねるように書き込む第２の記憶工程と、
前記ウェーブレット変換工程により生成された最終的な係数データを、前記第１のメモリ及び前記第２のメモリより読み込み、当該係数データを符号化することにより圧縮コードを生成する符号化工程と、
を有することを特徴とする符号化方法を提供する。
【００２８】
請求項１０記載の発明は、請求項９記載の発明の符号化方法であって、前記第１のメモリにフレームサイズに対応したワード数を持たせることを特徴とする。
【００２９】
請求項１１記載の発明は、請求項９記載の発明の符号化方法であって、前記第１のメモリにタイルサイズに対応したワード数を持たせることを特徴とする。
【００３１】
請求項１２記載の発明は、圧縮画像コードを入力して、ビット深さｎ以上のウェーブレット変換係数データを復号する復号化工程と、
前記復号化工程により復号されたビット深さｎ以上の係数データに逆ウェーブレット変換を行い、ビット深さｎ以上の中間的な係数データを生成し、最終的にビット深さｎの復元画像データを生成するウェーブレット変換工程と、
少なくとも前記復元画像データ分のワード数および該復元画像データと同じビット深さｎを持つ第１のメモリに、前記ウェーブレット変換工程による逆ウェーブレット変換の開始に先立って、前記復号化工程により復号されたビット深さｎ以上の係数データのうちのビット深さｎ部分を、各係数分ごとに１ワードに割り当てて書き込む共に、当該係数データに上書きする形で、前記ウェーブレット変換工程による逆ウェーブレット変換により生成されるビット深さｎ以上の中間的な係数データのうちのビット深さｎ部分あるいはビット深さｎの最終的な復元画像データを、各係数部分あるいは各画素値ごとに１ワードに割り当てて書き込む第１の記憶工程と、
前記第１のメモリより少ないワード数で所定のビット深さを持つ第２のメモリに、前記ウェーブレット変換工程による逆ウェーブレット変換の開始に先立って、前記復号化工程により復号されたビット深さｎ以上の係数データのうち、あるいは、前記ウェーブレット変換工程による逆ウェーブレット変換により生成されるビット深さｎ以上の中間的な係数データのうち、前記第１のメモリに書き込まれるビット深さｎを超える部分を、それぞれｈ画素×ｋラインの複数の係数部分ごとに１ワードに割り当てて、ワードのビット方向に順に積み重ねるように書き込む第２の記憶工程とを有し、
前記ウェーブレット変換工程では、前記第１のメモリ及び前記第２のメモリから係数データを読み出して逆ウェーブレット変換を行い、中間的な係数データあるいは最終的な復元画像データを生成することを特徴とする復号化方法を提供する。
【００３２】
請求項１３記載の発明は、請求項１２記載の発明の復号化方法であって、前記第１のメモリにフレームサイズに対応したワード数を持たせることを特徴とする。
【００３３】
請求項１４記載の発明は、請求項１２記載の発明の復号化方法であって、前記第１のメモリにタイルサイズに対応したワード数を持たせることを特徴とする。
【００３５】
なお、以下の説明から明らかなように、上に述べた本発明の符号化装置と復号化装置の組み合わせ構成からなる符号化及び復号化装置も本発明の範囲に含まれるものである。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照し本発明の実施の形態を説明する。
【００３７】
図１は、本発明による符号化及び復号化装置の一実施例を示す概略ブロック図であり、１００はメモリ部、１１０はウェーブレット変換部（ウェーブレット変換手段）、１２０は符号化／復号化部（符号化手段／復号化手段）である。メモリ部１００はフレームメモリ１０２及び係数拡張用のワークメモリ１０４を含む。フレームメモリ１０２は画像１フレーム分のワード数を持ち、符号化しようとする画像データ又は復元される画像データと同じ８ビットの深さを持つ。ワークメモリ１０４は、以下に詳しく説明するように、フレームメモリ１０２の４分の１のワード数と１２ビットの深さを持つメモリである。
【００３８】
タイルサイズを１６画素×１６ライン、レベル４の場合、メモリ部１００にウェーブレット変換の各周波数帯信号は図２のようにマッピングされる。図２において、○印がＳＳ係数、△印がＳＤもしくはＤＳ係数、×印がＤＤ係数である。２画素×２ライン（一般にはｈ画素×ｋライン）で区切られた６４個の領域の○、△、×の並び方を観察すると、網掛けして示した領域ａ，ｂ，ｃに代表される３種類のパターンが存在する。
【００３９】
この網掛けした領域ａ，ｂ，ｃを書き出したのが図３中の左側の図である。同図中の各数値は係数のビット深さを表す。これらの係数の８ビット分は図３の中央上側の図に示すようにフレームメモリ１０２に割り当てられるが、係数のビット深さは８ビット乃至１２ビットであるから、中央下側の図に示すように係数の８ビット深さを超えた０ビット乃至４ビットが残る。このような残りのビットは、ワークメモリ１０４に割り当てることになるが、メモリ使用効率を向上させるため、図３の右側の図に示すように、各領域の４係数の残りビットをビット深さの方向にスタックした形でワークメモリ１０４の１ワードに割り当てられる。ここで「スタックされた形で」とは、「１ワードに記憶させるべき複数の係数（この例では４係数）の残りビットを、ワードのビット深さ方法に順に積み重ねるごとく結合した形で」という意味である（以下、同様）。同図中の各数値は、各ワードに割り当てられるデータのビット深さを表す。例えば領域ａ内の（ｘ，ｙ）＝（０，０）、（０，１）、（１，０），（１，１）の４係数の８ビット深さを超えた分をビット深さ方向にスタックしたデータは８ビットの深さとなる。スタックされたデータのビット深さが最大になるのは領域ｃであり、１２ビットの深さとなる。したがって、ワークメモリ１０４のビット深さは１２ビットとされる。また、２画素×２ラインの領域の４係数の８ビット深さを超えた分を１ワードに割り当てるので、ワークメモリ１０４のワード数は、フレームメモリ１０２のワード数の４分の１となる。
【００４０】
この符号化及び復号化装置は、符号化処理も復号化処理も可能である。まず、符号化時の動作について説明する。この場合、符号化／復号化部１２０は符号化手段として作用する。
【００４１】
外部からの入力dataとして、１フレーム分の画像データ（８ビット深さ）がメモリ部１００のフレームメモリ１０２に書き込まれる（図９参照）。この画像データに対し、ウェーブレット変換部１１０によって、従来技術の説明で述べたように、レベル１の水平方向処理が行われ、得られた１ｄ係数と１ｓ係数は図１０に示すようなマッピングでメモリ部１００に記憶される。１ｄ係数（１０ビット深さ）の８ビットはフレームメモリ１０２に書き込まれるが、残りの２ビットはワークメモリ１０４に書き込まれる。１ｓ係数（８ビット）は、その全体がフレームメモリ１０２に書き込まれる。ただし、図２及び図３で説明したように、２画素×２ラインの領域毎に、その４係数の８ビットを超えるビットがスタックされた形でワークメモリ１０４の対応した１ワードに書き込まれる。
【００４２】
レベル１の水平処理が終了すると、１ｄ係数及び１ｓ係数に対しレベル１の垂直方向の処理が行われる。この際、フレームメモリ１０２から係数の８ビット分のデータが読み出されるのと並行して、１／２の読み出しサイクルでワークメモリ１０４から係数の８ビット深さを超える分のデータが読み出され、全ビットが復元された係数データ対して垂直方向の処理が施される。この処理によって得られる１ｓｓ係数（８ビット）、１ｓｄ係数（１０ビット）、１ｄｓ係数（１０ビット）、１ｄｄ係数（１２ビット）は、図１１に示すようなマッピングでメモリ部１００に記憶される。ただし、各係数の８ビット分はフレームメモリ１０２に書き込まれるが、各係数の８ビット深さを超える分については、２画素×２ラインの各領域毎に、４係数の８ビット深さを超える分がスタックされた形でワークメモリ１０４に書き込まれる。
【００４３】
以下、同様にして、レベル４の垂直処理までウェーブレット変換処理が実行されて最終的な係数データが生成される。この係数データは、図２に示したようなマッピングで、８ビット深さまでの分がフレームメモリ１０２に書き込まれるが、８ビット深さを超える分は４係数分がスタックされた形でワークメモリ１０４の対応ワードに書き込まれる。これで、１６画素×１６ラインの１タイル分のウェーブレット変換処理が終了する。
【００４４】
ウェーブレット変換係数データの符号化を１タイル単位で行う場合、上に述べたような１タイル分のウェーブレット変換処理を終了した時に、そのタイル分のウェーブレット変換係数データはウェーブレット変換部１１０を介して符号化／復号化部１２０へ転送されて符号化され、圧縮コードcodeとして外部へ出力される。この際、ウェーブレット変換係数の８ビット分はフレームメモリ１０２から、８ビットを超える分はワークメモリ１０４から、並行して読み出される。
【００４５】
符号化を１フレーム単位で行う場合には、上に述べたタイル単位のウェーブレット変換処理が１フレーム全体に対し繰り返して実行される。その完了後に、メモリ部１００に得られたウェーブレット変換係数データがウェーブレット変換部１１０を介して符号化／復号化部１２０へ転送されて符号化され、圧縮コードcodeとして外部へ出力される。
【００４６】
次に、復号化時の動作について説明する。符号化／復号化部１２０は復号化手段として作用する。符号化／復号化部１２０において、外部から入力する圧縮コードcodeが復号化されて符号化前のウェーブレット変換係数データが復元される。このウェーブレット変換係数データは、ウェーブレット変換部１１０を介して、メモリ部１００に図２に示したマッピングで記憶される。この際、各係数の８ビット分はフレームメモリ１０２に書き込まれ、８ビットを超えた分は前述のように４係数分がスタックされた形でワークメモリ１０４に書き込まれる。
【００４７】
復号化を１フレーム単位で行う場合には、１フレーム全体についてウェーブレット変換係数データの復元処理が実行される。その後、メモリ部１００に復元されたウェーブレット変換係数データに対してウェーブレット変換部１１０で逆ウェーブレット変換処理を実行し、画像データを復元する。逆ウェーブレット変換処理の中間過程で生成される係数データは、ウエーブレット変換（順変換）処理時と同様のマッピングでメモリ部１００に記憶されるが、符号化時と同様、係数の８ビット分はフレームメモリ１０２に書き込まれ、８ビットを超える分は、２画素×２ラインの領域の４係数毎にスタックされた形でワークメモリ１０４に書き込まれる。１フレーム全体の画像データがフレームメモリ１０２に復元されると、これはdataとして外部に出力される。
【００４８】
復号化を１タイル単位で行う場合には、符号化／復号化部１２０によって１タイル分の係数データが復元されてメモリ部１００に図２のマッピングで記憶された段階で、その係数データに対する逆ウェーブレット変換処理がウェーブレット変換部１１０で実行され、１タイル分の画像データがフレームメモリ１０２に復元される。以下同様に、１タイル分ずつ係数データの復元処理と逆ウェーブレット変換処理が実行され、１フレーム全体の画像データがフレームメモリ１０２に復元され、これはdataとして外部に出力される。
【００４９】
本実施例によれば、１２ビットの深さを持つワークメモリ１０４のビット深さが効率よく利用されるため、メモリ部１００のメモリ使用率（フレームメモリ１０２とワークメモリ１０４の全ビット数に対するデータのビット数の割合）は約９７％と非常に高く、１４ビット深さのフレームメモリを用いる場合に比べメモリ使用効率を劇的に改善することができる。また、極めて大容量になるフレームメモリ１０２に１４ビット深さを持たせ、フレームメモリ１０２だけでメモリ部１００を構成する場合に比べ、メモリ部１００のメモリ容量を大幅に削減できる。しかも、フレームメモリ１０２とワークメモリ１０４に対して読み出し／書き込みを並行して行うことができるので、処理速度は従来と変わらない。なお、本実施例におけるフレームメモリ１０２とワークメモリ１０４のビット深さは一例に過ぎず、処理しようとする画像データのビット深さや、ウェーブレット変換に用いるフィルタの種類、レベル数などに応じて適宜変更してもよい。
【００５０】
図４は、本発明による符号化及び復号化装置の他の実施例を示す概略ブロック図である。この符号化及び復号化装置は、メモリ部２００、ウェーブレット変換部２１０及び符号化／復号化部２２０を同一チップ上に集積してなる構成である。メモリ部２００は、タイルメモリ２０２と係数拡張用のワークメモリ２０４を含む。タイルメモリ２０２は、符号化及び復号化の処理単位である所望のタイルサイズに対応したワード数を持ち、また、処理しようとする画像データと同じビット深さを持つ。本実施例では、図１に関連して説明した前記実施例の場合と同様に、タイルサイズを１６画素×１６ラインとし、また画像データのビット深さを８ビットとする。したがって、タイルメモリ２０２は８ビットの深さを持つことになる。係数拡張用のワークメモリ２０４は、ウェーブレット変換係数データの８ビット深さを超えるビットの記憶に利用されるもので、本実施例では、図１中のワークメモリ１０４と同様に、１２ビットの深さを持ち、またタイルメモリ２０２の４分の１のワード数を持つものとする。図４において、２４０は１フレーム分の画像データを記憶するためのフレームメモリであり、本実施例では８ビットの深さを持つ。このフレームメモリ２４０は、本実施例の符号化及び復号化装置に外付けされるものである。
【００５１】
次に、符号化時の動作を説明する。この場合、符号化／復号化部２２０は符号化手段として作用する。符号化すべき１フレーム分の画像データがdataとして外部よりフレームメモリ２４０に書き込まれる。このフレームメモリ２４０より１タイル分の画像データが読み出され、メモリ部２００のタイルメモリ２０２に書き込まれる。この画像データに対し、ウェーブレット変換部１１０によって、図１に関連して説明した前記実施例の場合と同様のウェーブレット変換処理が施される。ウェーブレット変換処理で得られる中間的な係数データ及び最終的な係数データは、８ビット分がタイルメモリ２０２に書き込まれるが、８ビットを超えた分は２画素×２ラインの領域毎に４係数分がスタックされた形でワークメモリ２０４に書き込まれる。タイルメモリ２０２及び２０４に対する係数データのマッピングは前記実施例と同様である。この処理において、ウェーブレット変換部２１０は前記実施例と同様に、タイルメモリ２０２とワークメモリ２０４から係数データを並行して読み出し、各係数の８ビット分と、それを超えたビット分から各係数の全ビットを組み立てて処理する。１タイル分のウェーブレット変換処理が終了すると、メモリ部２００に記憶されている係数データがウェーブレット変換部２１０を介し符号化／復号化部２２０へ転送されて符号化され、圧縮コードcodeとして外部に出力される。この際、ウェーブレット変換係数の８ビット分はフレームメモリ１０２から、８ビットを超える分はワークメモリ１０４から、並行して読み出される。１タイル分の符号化処理が終了すると、次の１タイル分のデータがフレームメモリ２４０から読み出されてタイルメモリ２０２に書き込まれ、そのウェーブレット変換処理が実行され、得られた係数データが符号化／復号化部２２０によって符号化され、圧縮コードcodeとして出力される。以下、同様のタイル単位の処理が繰り返されることによって、１フレーム全体が圧縮される。
【００５２】
次に復号化時の動作を説明する。この場合、符号化／復号化部２２０は復号化手段として作用する。符号化／復号化部１２０に１タイル単位の圧縮コードcodeが入力する。符号化／復号化部１２０によって復元された１タイル分のウェーブレット変換係数データは、ウェーブレット変換部１１０を介して、メモリ部２００に図２に示したマッピングで記憶される。この際、前記実施例と同様、各係数の８ビット分はタイルメモリ２０２に書き込まれ、８ビットを超えた分は４係数分がスタックされた形でワークメモリ２０４に書き込まれる。この復元された係数データに対しウェーブレット変換部２１０によって逆ウェーブレット変換処理が施される。この処理の過程で得られる係数データは、前記実施例と同様のマッピングで、８ビット分がタイルメモリ２０２に、８ビットを超える分は４係数分がスタックされた形でワークメモリ２０４に書き込まれる。これらメモリからの読み出しも前記実施例と同様である。逆ウェーブレット変換処理が完了すると、タイルメモリ２０２上に１タイル分の画像データが復元される。この画像データがフレームメモリ２４０に転送されると、次の１タイル分の圧縮コードcodeが入力し、同様に係数データに復元され、逆ウェーブレット変換処理を施され、復元された１タイル分の画像データはフレームメモリ２４０に転送される。以下同様のタイル単位の処理が繰り返されることにより、１フレーム全体の画像データがフレームメモリ２４０上に復元される。復元された画像データはdataとして外部に出力される。
【００５３】
本実施例によれば、前記実施例と同様にメモリ使用率が９７％となり、従来技術に対して８％も改善されるが、さらに、装置の１チップ化、処理の高速化が容易であるという効果が得られる。
【００５４】
すなわち、符号化時及び復号化時において頻繁にアクセスされるタイルメモリ２０２及びワークメモリ２０４は、フレームメモリ２４０の数百Ｋバイトから数Ｍバイトに比べ遥かに小容量であるため、メモリ部２００とウェーブレット変換部２１０及び符号化／復号化部２２０を１チップ上に集積化することは容易である。この場合、ウェーブレット変換部２１０と符号化／復号化部２２０は比較的小規模なロジックで実現可能であるため、両メモリ２０２，２０４のチップ面積に占める割合はほぼ６０％から８０％となろう。なお、両メモリ２０２，２０４の容量もしくはタイルサイズは、チップ面積の割合やコスト等の兼ね合いで適宜決めればよい。このように１チップに集積化した場合、タイルメモリ２０２及びワークメモリ２０４に対するアクセスは外付けメモリに対するアクセスに比べ非常に高速に行うことが可能である。それらメモリのアクセスを伴う処理もチップ内だけでの処理であり、外付けメモリを直接アクセスする場合に比べ数倍から数十倍も高速化することが可能である。外付けのフレームメモリ２４０に対するアクセスは、タイル単位の画像データの読み出し又は復元画像データの書き込みを行う時だけであるから、フレームメモリ２４０を直接アクセスしながら処理する構成に比べ、符号化時及び復号化時の処理全体を遥かに高速に行うことが可能である。
【００５５】
図５は、本発明による符号化及び復号化装置のもう１つの実施例を示す概略ブロック図である。図５において、３１０はウェーブレット変換部、３２０は符号化／復号化部、３４０はフレームメモリである。この符号化及び復号化装置は、フレームメモリ３４０の各ワードに、図２に示した係数データのマッピングに従ったビット深さを持たせた点が特徴である。すなわち、図２の○印に対応するワードのビット深さを８ビット（符号化前の画像データ、復元された画像データ又はＳＳ係数のビット深さ）、△印に対応するワードのビット深さを１０ビット（ＳＤ係数又はＤＳ係数のビット深さ）、×印に対応するワードのビット深さを１２ビット（ＤＤ係数のビット深さ）とする。ただし、これは一例であり、フレームメモリ３４０に対する係数データのマッピング方法や、ウェーブレット変換に用いるフィルタの種類などに応じて、適宜変更し得るものである。フレームメモリ３４０の全てのワードについて、そのビット深さが全部使用されるため、メモリ使用率は１００％となり非常に効率がよい。
【００５６】
符号化時と復号化時の動作は、従来と同様である。符号化時においては、外部より１フレーム分の画像データがdataとしてフレームメモリ３４０に書き込まれる。ウェーブレット変換部３１０によって、フレームメモリ３４０上の画像データに対し１タイル単位でウェーブレット変換処理が施される。中間過程で得られる係数データは図１０から図１３に示すようなマッピングでフレームメモリ３４０に書き込まれ、最終的な係数データは図２に示すマッピングでフレームメモリ３４０に書き込まれる。１タイル単位のウェーブレット変換処理が終了する毎にフレームメモリ３４０から係数データが符号化／復号化部３２０へ転送されて符号化されるか、あるいは、１フレーム全体に対するウェーブレット変換処理が終了した後にフレームメモリ３４０から係数データが符号化／復号化部３２０へ転送されて符号化され、圧縮codeとして外部に出力される。
【００５７】
復号化時においては、外部から入力する圧縮コードcodeが符号化／復号化部３２０によって復号化され、復元された係数データは図２に示すマッピングでフレームメモリ３４０に書き込まれる。タイル単位の処理の場合は、１タイル分の係数データが復元される度にウェーブレット変換部３１０によって逆ウェーブレット変換処理が施され、画像データが復元される。中間過程で得られる係数データは図１０ないし図１３に示すようなマッピングでフレームメモリ３４１０に書き込まれる。１フレーム全体を一括して処理する場合は、１フレーム分の圧縮コードの復号化が終了した後に、係数データに対してウェーブレット変換部３１０で逆ウェーブレット変換処理が施され、１フレーム分の画像データがフレームメモリ３４０上に復元される。
【００５８】
図６は、本発明による符号化及び復号化装置の別の実施例を示す概略ブロック図である。この符号化及び復号化装置は、メモリ部４００、ウェーブレット変換部４１０及び符号化／復号化部４２０を同一チップ上に集積してなる構成である。４４０は外付けのフレームメモリであり、そのビット深さは８ビットである。
【００５９】
メモリ部４００は、タイルサイズ（本実施例では１６画素×１６ライン）に対応したワード数を持つタイルメモリ４０２を含むが、このタイルメモリ４０２の各ワードは図２に示した係数データのマッピングに従ったビット深さを持つ。すなわち、図２の○印に対応するワードは８ビットの深さ（符号化前の画像データ、復元された画像データ又はＳＳ係数のビット深さ）、△印に対応するワードは１０ビットの深さ（ＳＤ係数又はＤＳ係数のビット深さ）、×印に対応するワードは１２ビットの深さ（ＤＤ係数のビット深さ）を持つ構成とされる。ただし、これは一例であり、タイルメモリ４０２に対する係数データのマッピング方法や、ウェーブレット変換に用いるフィルタの種類などに応じて、適宜変更し得るものである。したがって、本実施例によればメモリ使用率は１００％となり、非常に効率がよい。
【００６０】
本実施例の符号化時及び復号化時の動作は、メモリ部４００に係数拡張用ワークメモリが存在しないことを除けば、図４に関連して説明した前記実施例と同様である。また、当該前記実施例と同様に、メモリ部４００、ウェーブレット変換部４１０及び符号化／復号化部４２０の１チップ化が容易であるとともに非常な高速処理が可能である。
【００６１】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、請求項１乃至３，９乃至１１の各項記載の符号化装置／方法又は請求項５乃至７，１２乃至１４の各項記載の復号化装置／方法においては、ウェーブレット変換係数データの最大ビット深さと同じビット深さを持つ１つのメモリを用いてメモリ部を構成する場合に比べ、メモリ使用率を大幅に向上させることができ、しかも、メモリ部の第１のメモリと第２のメモリの読み出し又は書き込みを並行して行うことにより、処理速度の低下を避けられる。さらに、請求項２，１０記載の符号化装置／方法又は請求項６，１３記載の復号化装置／方法においては、数百ｋバイトから数Ｍバイトもの大容量を必要とする第１のメモリ（フレームメモリ）に、係数データの最大ビット深さと同じビット深さを持たせる場合に比べ、メモリ部全体のメモリ容量を大幅に減らすことができ、装置のメモリコストを削減できる。また、請求項３，１１記載の符号化装置／方法又は請求項７，１４記載の復号化装置／方法においては、メモリ部のメモリ容量を小さくできるため、メモリ部を含めた装置の１チップ化が容易になる。
【００６２】
請求項４記載の符号化装置又は請求項８記載の復号化装置においては、メモリ部に対するアクセスを外部のメモリ（フレームメモリ）に対するアクセスに比べ遥かに高速に行うことが可能となるので、メモリ部のアクセスを伴う処理をチップ内部だけで極めて高速に行うことができる。また、外部のメモリ（フレームメモリ）に対するアクセスは、メモリ部にタイル単位で入力データを取り込む時又は復元データを出力する時のみであるから、符号化又は復号化の処理全体を大幅に高速化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による符号化及び復号化装置の一実施例を示す概略ブロック図である。
【図２】 ウェーブレット変換係数のマッピングとビット深さを説明するための図である。
【図３】 ウェーブレット変化係数の分割記憶を説明するための図である。
【図４】 本発明による符号化及び復号化装置の他の一実施例を示す概略ブロック図である。
【図５】 本発明による符号化及び復号化装置の別の一実施例を示す概略ブロック図である。
【図６】 本発明による符号化及び復号化装置の他の一実施例を示す概略ブロック図である。
【図７】 従来技術を説明するためのブロック図である。
【図８】 ウェーブレット変換の水平処理及び垂直処理における演算を説明するための図である。
【図９】 画像データのメモリマップを示す図である。
【図１０】 １Ｓ係数及び１Ｄ係数のメモリマップを示す図である。
【図１１】 １ＳＳ係数、１ＳＤ係数、１ＤＳ係数及び１ＤＤ係数のメモリマップを示す図である。
【図１２】 ２Ｓ係数及び２Ｄ係数のメモリマップを示す図である。
【図１３】 ２ＳＳ係数、２ＳＤ係数、２ＤＳ係数及び２ＤＤ係数のメモリマップを示す図である。
【符号の説明】
１００ メモリ部
１０２ フレームメモリ
１０４ 係数拡張用ワークメモリ
１１０ ウェーブレット変換部
１２０ 符号化／復号化部
２００ メモリ部
２０２ タイルメモリ
２０４ 係数拡張用メモリ
２１０ ウェーブレット変換部
２２０ 符号化／復号化部
２４０ フレームメモリ
３１０ ウェーブレット変換部
３２０ 符号化／復号化部
３４０ フレームメモリ
４００ メモリ部
４０２ タイルメモリ
４１０ ウェーブレット変換部
４２０ 符号化／復号化部
４４０ フレームメモリ
Claims (14)
- ビット深さｎの入力画像データにウェーブレット変換を行い、ビット深さｎ以上の中間的もしくは最終的な係数データを生成するウェーブレット変換手段と、
少なくとも前記入力画像データ分のワード数及び該入力画像データと同じビット深さｎを持ち、前記ウェーブレット変換手段によるウェーブレット変換の開始に先立ってビット深さｎの入力画像データが書き込まれると共に、当該入力画像データに上書きされる形で、前記ウェーブレット変換手段によって生成される中間的もしくは最終的な係数データのうちのビット深さｎ部分が、各係数部分ごとに１ワードに割り当てられて書き込まれる第１のメモリと、
前記第１のメモリより少ないワード数で所定のビット深さを持ち、前記ウェーブレット変換手段によって生成される中間的もしくは最終的な係数データのうち、前記第１のメモリに書き込まれるビット深さｎを超える部分が、それぞれｈ画素×ｋラインの複数の係数部分ごとに１ワードに割り当てられて、ワードのビット方向に順に積み重ねられるように書き込まれる第２のメモリと、
前記ウェーブレット変換手段により生成された最終的な係数データを、前記第１のメモリ及び前記第２のメモリより読み込み、当該係数データを符号化することにより圧縮コードを生成する符号化手段と、
を有することを特徴とする符号化装置。 - 請求項１記載の符号化装置において、前記第１のメモリはフレームサイズに対応したワード数を持つことを特徴とする符号化装置。
- 請求項１記載の符号化装置において、前記第１のメモリはタイルサイズに対応したワード数を持つことを特徴とする符号化装置。
- 請求項３記載の符号化装置において、前記第１のメモリ、前記ウェーブレット変換手段及び前記符号化手段は１チップ上に集積されてなることを特徴とする符号化装置。
- 圧縮画像コードを入力して、ビット深さｎ以上のウェーブレット変換係数データを復号する復号化手段と、
前記復号化手段により復号されたビット深さｎ以上の係数データに逆ウェーブレット変換を行い、ビット深さｎ以上の中間的な係数データを生成し、最終的にビット深さｎの復元画像データを生成するウェーブレット変換手段と、
少なくとも前記復元画像データ分のワード数および該復元画像データと同じビット深さｎを持ち、前記ウェーブレット変換手段による逆ウェーブレット変換の開始に先立って、前記復号化手段により復号されたビット深さｎ以上の係数データのうちのビット深さｎ部分が、各係数部分ごとに１ワードに割り当てられて書き込まれると共に、当該係数データに上書きされる形で、前記ウェーブレット変換手段による逆ウェーブレット変換により生成されるビット深さｎ以上の中間的な係数データのうちのビット深さｎ部分あるいはビット深さｎの最終的な復元画像データが、各係数部分あるいは各画素値ごとに１ワードに割り当てられて書き込まれる第１のメモリと、
前記第１のメモリより少ないワード数で所定のビット深さを持ち、前記ウェーブレット変換手段による逆ウェーブレット変換の開始に先立って前記復号化手段により復号されたビット深さｎ以上の係数データのうち、あるいは、前記ウェーブレット変換手段による逆ウェーブレット変換により生成されるビット深さｎ以上の中間的な係数データのうち、前記第１のメモリに書き込まれるビット深さｎを超える部分が、それぞれｈ画素×ｋラインの複数の係数部分ごとに１ワードに割り当てられて、ワードのビット方向に順に積み重ねられるように書き込まれる第２のメモリとを有し、
前記ウェーブレット変換手段では、前記第１のメモリ及び前記第２のメモリから係数データを読み出して逆ウェーブレット変換を行い、中間的な係数データあるいは最終的な復元画像データを生成することを特徴とする復号化装置。 - 請求項５記載の復号化装置において、前記第１のメモリはフレームサイズに対応したワード数を持つことを特徴とする復号化装置。
- 請求項５記載の復号化装置において、前記第１のメモリはタイルサイズに対応したワード数を持つことを特徴とする復号化装置。
- 請求項７記載の復号化装置において、前記第１のメモリ、前記ウェーブレット変換手段及び前記復号化手段は１チップ上に集積されてなることを特徴とする復号化装置。
- ビット深さｎの入力画像データにウェーブレット変換を行い、ビット深さｎ以上の中間的もしくは最終的な係数データを生成するウェーブレット変換工程と、
少なくとも前記入力画像データ分のワード数及び該入力画像データと同じビット深さｎを持つ第１のメモリに、前記ウェーブレット変換工程によるウェーブレット変換の開始に先立ってビット深さｎの入力データを書き込む共に、当該入力画像データに上書きする形で、前記ウェーブレット変換工程によって生成される中間的もしくは最終的な係数データのうちのビット深さｎ部分を、各係数部分ごとに１ワードに割り当てて書き込む第１の記憶工程と、
前記第１のメモリより少ないワード数で所定のビット深さを持つ第２のメモリに、前記ウェーブレット変換工程によって生成される中間的もしくは最終的な係数データのうち、前記第１のメモリに書き込まれるビット深さｎを超える部分を、それぞれｈ画素×ｋラインの複数の係数部分ごとに１ワードに割り当てて、ワードのビット方向に順に積み重ねるように書き込む第２の記憶工程と、
前記ウェーブレット変換工程により生成された最終的な係数データを、前記第１のメモリ及び前記第２のメモリより読み込み、当該係数データを符号化することにより圧縮コードを生成する符号化工程と、
を有することを特徴とする符号化方法。 - 請求項９記載の符号化方法において、前記第１のメモリにフレームサイズに対応したワード数を持たせることを特徴とする符号化方法。
- 請求項９記載の符号化方法において、前記第１のメモリにタイルサイズに対応したワード数を持たせることを特徴とする符号化方法。
- 圧縮画像コードを入力して、ビット深さｎ以上のウェーブレット変換係数データを復号する復号化工程と、
前記復号化工程により復号されたビット深さｎ以上の係数データに逆ウェーブレット変換を行い、ビット深さｎ以上の中間的な係数データを生成し、最終的にビット深さｎの復元画像データを生成するウェーブレット変換工程と、
少なくとも前記復元画像データ分のワード数および該復元画像データと同じビット深さｎを持つ第１のメモリに、前記ウェーブレット変換工程による逆ウェーブレット変換の開始に先立って、前記復号化工程により復号されたビット深さｎ以上の係数データのうちのビット深さｎ部分を、各係数分ごとに１ワードに割り当てて書き込む共に、当該係数データに上書きする形で、前記ウェーブレット変換工程による逆ウェーブレット変換により生成されるビット深さｎ以上の中間的な係数データのうちのビット深さｎ部分あるいはビット深さｎの最終的な復元画像データを、各係数部分あるいは各画素値ごとに１ワードに割り当てて書き込む第１の記憶工程と、
前記第１のメモリより少ないワード数で所定のビット深さを持つ第２のメモリに、前記ウェーブレット変換工程による逆ウェーブレット変換の開始に先立って、前記復号化工程により復号されたビット深さｎ以上の係数データのうち、あるいは、前記ウェーブレット変換工程による逆ウェーブレット変換により生成されるビット深さｎ以上の中間的な係数データのうち、前記第１のメモリに書き込まれるビット深さｎを超える部分を、それぞれｈ画素×ｋラインの複数の係数部分ごとに１ワードに割り当てて、ワードのビット方向に順に積み重ねるように書き込む第２の記憶工程とを有し、
前記ウェーブレット変換工程では、前記第１のメモリ及び前記第２のメモリから係数データを読み出して逆ウェーブレット変換を行い、中間的な係数データあるいは最終的な復元画像データを生成することを特徴とする復号化方法。 - 請求項１２記載の復号化方法において、前記第１のメモリにフレー ムサイズに対応したワード数を持たせることを特徴とする復号化方法。
- 請求項１２記載の復号化方法において、前記第１のメモリにタイルサイズに対応したワード数を持たせることを特徴とする復号化方法。
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