JP3715666B2

JP3715666B2 - 直交変換装置及び方法

Info

Publication number: JP3715666B2
Application number: JP23790394A
Authority: JP
Inventors: 慎吾野澤
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1994-09-30
Filing date: 1994-09-30
Publication date: 2005-11-09
Anticipated expiration: 2020-11-09
Also published as: JPH08101825A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は映像信号等の高能率符号化に用いられる直交変換装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より画像や音声の高能率符号化を行う場合の手法として、離散コサイン変換（ＤＣＴ）等の直交変換処理が知られている。
図１２は８×８個の画素ブロックから成る入力信号に対する従来の２次元ＤＣＴ処理回路を示したもので、８個の入力信号に対する２つの１次元ＤＣＴ回路と転置回路から成るが、特に１次元ＤＣＴ回路の処理時間が大きいため、いくつかの高速アルゴリズムが考え出されている。図１３は既知の高速アルゴリズムを用いた１次元ＤＣＴの一従来例である。この例ではＤＣＴの変換式が持つ対称性を利用し、あらかじめ入力信号を対称に和差演算し、まとめることで乗算回数を半分に減らしている。
【０００３】
また、ＦＦＴのようなバタフライによる高速アルゴリズムも広く知られている。このアルゴリズムはＤＣＴの変換式に含まれる共通部分をまとめることで、乗算回数を更に減らしている。しかし、高速アルゴリズムを用いた装置の多くは回路規模が大きく、ＬＳＩ化等の応用に不向きであることが指摘されている。
【０００４】
また、人間は高域の周波数に鈍いという視覚特性を利用し、ＤＣＴによって変換した信号に重み付けを行う方式も一般に用いられている。このような方式では、低域を表す信号に大きな重み付けを行い、高域を表す信号に小さな重み付けを行うことにより、符号化の能率を高めようとすることが多い。図１４は重み付けを行う２次元ＤＣＴの従来例である。図１４（ａ）は通常の２次元ＤＣＴ後に重み付けを行う例、図１４（ｂ）は１次元ＤＣＴ毎に重み付けを行う例である。また、ＤＣＴと重み付けの乗数とを共用する方法が特開平２−１１６９６９号公報により公知である。
【０００５】
一方、入力信号が時間のずれを持った２フィールドで構成されるＴＶ映像信号等の高能率符号化では、フィールド間の動きを検出してＤＣＴの方式を切り換える工夫が広く用いられている。図１５はこの方法の従来例の１つである。ＤＣＴ処理を行う前に動き検出回路（図示せず）から動き情報信号がＤＣＴ回路に供給され、動きの有無に応じて８×８個の入力信号を通常の２次元ＤＣＴする方式と、フィールド間の和および差から成る４×８個の入力信号２組に分けて２次元ＤＣＴする方式とを切り換えている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来のＤＣＴ回路においては、上記の様に高速性や高能率性を向上させる工夫のために、回路規模が大きくなるという問題があった。特にＤＣＴとその逆変換であるＩＤＣＴとの両方を必要とする用途では、更に回路規模が大きくなり、ＬＳＩ化が困難になるという問題があった。
【０００７】
本発明は上記のような問題を解決するためになされたもので、処理を高速化すると共に回路規模を縮小することのできる直交変換装置を得ることを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明による直交変換装置においては、２ｎ個の入力信号Ｘ＝（ｘ0 ，ｘ1 ，…，ｘ2n-1）を対称要素の和の成分＝（ｘ0 ＋ｘ2n-1，ｘ1 ＋ｘ2n-2，…，ｘn-1 ＋ｘn ）と上記対称要素の差の成分＝（ｘ0 −ｘ2n-1，ｘ1 −ｘ2n-2，…，ｘn-1 −ｘn ）とに分割して処理する直交変換装置において、上記入力信号を受け取り、対象要素の和の成分および差の成分を算出する和差演算手段と、上記和差演算手段から対象要素の和の成分を受け取り、バタフライ回路を用いて直交変換するバタフライ手段と、上記和差演算手段から対象要素の差の成分を受け取り、係数器と切り換え器とを用いて直交変換する積和演算手段とを有することを特徴とする。
【０００９】
請求項２の発明による直交変換方法においては、２ｎ個の入力信号Ｘ＝（ｘ0 ，ｘ1 ，…，ｘ2n-1）を対称要素の和の成分＝（ｘ0 ＋ｘ2n-1，ｘ1 ＋ｘ2n-2，…，ｘn-1 ＋ｘn ）と上記対称要素の差の成分＝（ｘ0 −ｘ2n-1，ｘ1 −ｘ2n-2，…，ｘn-1 −ｘn ）とに分割し、それぞれ重み付けして処理する直交変換装置において、上記入力信号を受け取り、対象要素の和の成分および差の成分を算出する和差演算手段と、上記和差演算手段から対象要素の和の成分を受け取り、直交変換する第１の直交変換手段と、上記和差演算手段から対象要素の差の成分を受け取り、直交変換する第２の直交変換手段と、上記第２の直交変換手段の出力を受け取り、所定の係数を乗じる重み付け手段とを有し、さらに、上記第１の直交変換手段は、その変換行列に予め重み付け演算を行うことを特徴とする。
【００１２】
【実施例】
図１は本発明による直交変換装置の実施例を示すブロック図であり、縦横８×８個の画素から成る入力信号を２次元ＤＣＴする場合の例を示す。
図２は本実施例によるＤＣＴの処理過程を表す流れ図である。
図１、図２において本装置は、入力端子１、出力端子２、及び和差演算、積和演算、重み付け、転置、動き検出等の各処理を行う回路３〜８がバス１０で接続された構成になっている。また、バス制御回路９がバス１０のデータの流れを制御すると共に、上記諸回路３〜８と制御信号のやりとりを行い、動作状態の切り換えを制御して、図２に示した流れ図に従って処理を行うように成されている。
【００１３】
入力端子１から１ライン分（画素８個）の信号が取り込まれ、バス１０を介して和差演算回路３に供給される。図３は、和差演算回路３の実施例の１つを示す。図３において、バス１０を介して端子３０１〜３０８に供給された信号の対称要素間の和が加算器３１７〜３２０から端子３０９〜３１２に出力される。また対称要素間の差が減算器３２１〜３２４から端子３１３〜３１６に出力される。この和差演算回路３が端子３０９〜３１２に出力した加算信号列は、バス制御回路９によって積和演算回路４に供給される。同様に和差演算回路３が端子３１３〜３１６に出力した減算信号列はバス制御回路９によって積和演算回路５に供給される。
【００１４】
積和演算回路４の実施例の１つを図４に示す。この実施例は加算器４１０〜４１３を含む１組の４ポイントバタフライ演算器４０１、係数器４１４〜４１９、切り換え器ｓｗ１〜ｓｗ８、加算器４２０、遅延回路４２１〜４２４により図示のように構成されており、ＤＣＴおよびＩＤＣＴ処理両方に対応した積和演算回路４である。図４において、係数器４１４〜４１９は各回路内に示した数字を乗算する。点線は符号の反転を表している。この積和演算回路４は端子４０２〜４０５に供給された信号を２サイクルで処理し、端子４０６〜４０９に出力する。図５はこの回路４がＤＣＴおよびＩＤＣＴ処理を行う際の各サイクルにおける切り換え器ｓｗ１〜ｓｗ８の状態を示したものである。
【００１５】
一方、積和演算回路５の実施例の１つを図６に示す。図６において積和演算回路５は端子６０１に供給された減算信号列を４サイクルにわたってシリアルに係数器６０２〜６０５へ供給する。係数器６０２〜６０５は所定の係数ｋ１〜ｋ４を供給された信号に乗じ、それぞれ乗算結果と乗算結果の符号を点線のように反転した信号とが切り換え器６０６に供給される。切り換え器６０６は供給された信号を各サイクルで切り換え、積算回路６０７〜６１０に供給する。図７は各サイクルにおける切り換え器６０６の状態を示す。切り換え器６０６はＤＣＴとＩＤＣＴとで各サイクルの状態が全く同一である。積算回路６０７〜６１０は、４サイクルにわたって供給される信号を積算し、端子６１１〜６１４に出力する。
【００１６】
端子６１１〜６１４に出力された信号は、重み付け回路６に供給される。図８は重み付け回路６の実施例の１つを示す。図８において、重み付け回路６は端子８０１〜８０４に供給された信号にそれぞれ所定の係数を乗じて端子８０５〜８０８に出力する。図８において８０９〜８１６は係数器でそれぞれ係数ｗ１、ｉｗ１〜ｗ４、ｉｗ４を乗じる。８１７〜８２０は切り換え器である。切り換え器８１７〜８２０はＤＣＴ処理においてはａ側を選択し、ＩＤＣＴ処理においてはｂ側を選択する。
【００１７】
次に積和演算回路４と重み付け回路６の出力は、転置回路７に供給される。このとき、バス制御回路９は、積和演算回路４からの信号列と重み付け回路６からの信号列とを図９（ａ）に示すように互い違いに並べ換えて転置回路７に供給する。転置回路７は８ライン分（６４個）の入力信号についての上記処理結果を保持した後、転置する。
【００１８】
次に動き検出回路８は転置回路７に格納された信号から入力信号中の動き情報を検出する。図１０は動き検出回路８の実施例の１つである。図１０において動き検出回路８は、転置回路７からＤＣ成分列を供給される。ＤＣ成分列は各ラインの直流成分から成るものである。この動き検出回路８は端子１００１〜１００８に供給されたＤＣ成分列を奇数ライン列と偶数ライン列とに分け、それぞれの総和を加算器１０１２〜１０１７で求めた後、各総和同士の差を減算器１０１８で算出し、絶対値器１００９によってその絶対値を求めて検出器１０１０に供給する。検出器１０１０は供給された値を定数２５６と比較し、２５６より小さい時は動き無し、２５６以上の時は動き有りを表す動き情報信号を端子１０１１に出力する。
【００１９】
この動き情報信号は図１の出力端子２から出力されると共にバス制御回路９に供給され、以降の処理方式を決定する。尚、動き検出回路８を設けずに外部から動き情報信号を供給するように構成してもよい。動き無しの場合はバス制御回路９は、転置回路７から供給される８個ずつの信号に図１の入力端子１からの信号列と同様の処理過程を与える。すなわち、図２の分岐ブロック２００から分岐路２０１側を介しての和算演算回路３への流れで処理され、出力端子２から順次出力される。また、動き有りの場合は、図２の分岐ブロック２００から分岐路２０２側を介しての和算演算回路３への流れで処理される。この場合バス制御回路９は転置回路７が出力する８個ずつの信号を、図９（ｂ）の様に並べ換えて和差演算回路３に供給する。
【００２０】
動き無しの場合は、和差演算回路３が出力する加算信号列は積和演算回路４に供給され、前記した処理と同様の処理を同様にまた２サイクルで行うと共に積和演算回路５、重み付け回路６で同様に処理され、各処理結果を出力端子２から出力する。動き有りの場合は、和差演算回路３が出力する減算信号列は、今度は加算信号列と同様に積和演算回路４に供給される。積和演算回路４を図４の実施例のように構成した場合、処理時間が短いため、加算信号列と減算信号列それぞれに対する処理を順次直列に行っても、積和演算回路５と重み付け回路６の各処理時間の和以内の時間で処理可能である。積和演算回路４で処理された減算信号列は出力端子２から出力される。
【００２１】
図１１は図１の実施例によるＩＤＣＴ処理過程を表す流れ図である。図１、図１１、において、ＤＣＴ係数列に先立って動き情報信号が入力端子１に供給される。動き情報信号が動き無しを示している場合はバス制御回路９は以降入力端子１から８個ずつ供給されるＤＣＴ係数列を、分岐ブロック１１０１を介して奇数番と偶数番の４個ずつの信号列に分離し、奇数番信号列を積和演算回路４に偶数番信号列を重み付け回路６に供給する。重み付け回路６は、供給された信号にＩＤＣＴ時の所定の係数を乗じる。図８の重み付け回路６の実施例では、このとき切り換え器８１７〜８２０をｂ側に選択する。重み付け回路６の演算結果は、積和演算回路５に供給される。積和演算回路４を図４の実施例のように構成した場合、図５に従って切り換え器ｓｗ１〜ｓｗ８を選択し、２サイクルで処理を行う。積和演算回路５を図６の実施例のように構成した場合、図７に従って切り換え器６０６を選択し、４サイクルで処理を行う。
【００２２】
積和演算回路４、積和演算回路５の処理結果は、バスを経由して和差演算回路３に供給される。このときバス制御回路９は、図９（ｃ）のように信号を並べ換えて出力端子３０１〜３０８から和差演算回路３に供給する。和差演算回路３は図３の実施例のように、供給された信号を対称的に加減算し、その結果は転置回路７に供給される。
【００２３】
一方、動き情報信号が動き有りを表している場合は、バス制御回路９は、以降８個ずつ入力端子１に供給される信号を分岐ブロック１１０１を介して４つずつ前半信号列と後半信号列とに分離し、順次、積和演算回路４に供給する。積和演算回路４で処理された前半信号列と後半信号列とはバス制御回路９により、図９（ｃ）のように並べ換えられて、和差演算回路３に供給される。
【００２４】
和差演算回路３は図３の実施例のように、供給された信号を対称的に加減算する。バス制御回路９は和差演算回路３の出力を図９（ｄ）のように並べ換え、転置回路７に供給する。これ以降の処理は動き情報信号によらず同一である。転置回路は６４個の信号をバッファに保持した後、転置して信号を８個ずつ出力する。８個ずつの信号は前述した図２の動き無しの場合のＤＣＴ係数列の処理と同様に処理され、出力端子２から順次出力される。
【００２５】
本実施例においては図２、図１１のいずれの処理過程も図１の和差演算回路３、積和演算回路４、積和演算回路５、重み付け回路６及び転置回路７の構成を共有している。即ち、図１における回路３〜８は、図２及び図１１の各回路３〜８と共有される。
以上説明したように、本実施例によれば、入力信号列を対象要素の和成分と差成分とに分割する既知の高速アルゴリズムにおける上記和成分と上記差成分のそれぞれの積和演算を異なる構成の積和演算手段で行うように構成したことにより、ＤＣＴとＩＤＣＴとを行う各積和演算回路を一部で共有することができ、装置の回路規模を削減できると共に処理を高速化できる効果がある。
また、入力信号列を対象要素の和成分と差成分とに分割する既知の高速アルゴリズムにおける上記和成分と上記差成分のそれぞれの積和演算および重み付けを異なる方法で行うようにしたことにより、ＤＣＴとＩＤＣＴとを行う各積和演算回路を一部で共有することができ、回路規模を削減できると共に処理を高速化できる効果がある。
【００２６】
【発明の効果】
本発明によれば、直交変換の順変換と逆変換とを行う部分を、可及的に多く共有させることができ、回路規模を削減できると共に処理を高速化できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示すブロック図である。
【図２】図１の装置によるＤＣＴの流れ図である。
【図３】図１の装置における和差演算回路３の実施例を示すブロック図である。
【図４】図１の装置における積和演算回路４の実施例を示すブロック図である。
【図５】図４の切り換え器のサイクル毎の状態を示す構成図である。
【図６】図１の装置における積和演算回路５の実施例を示すブロック図である。
【図７】図６中の切り換え器のサイクル毎の状態を示す構成図である。
【図８】図１の装置における重み付け回路６の実施例を示すブロック図である。
【図９】図１の装置におけるバス制御回路９の信号並べ換え順を示す構成図である。
【図１０】図１の装置における動き検出回路８の実施例を示すブロック図である。
【図１１】図１の装置によるＩＤＣＴの流れ図である。
【図１２】従来例を示すブロック図である。
【図１３】高速アルゴリズムによる従来例を示すブロック図である。
【図１４】重み付けの従来例を示すブロック図である。
【図１５】動き情報に対応した従来例を示すブロック図である。
【符号の説明】
１入力端子
２出力端子
３和差演算回路
４積和演算回路
５積和演算回路
６重み付け回路
７転置回路
８動き検出回路
９バス制御回路
１０バス

Claims

２ｎ個の入力信号Ｘ＝（ｘ0 ，ｘ1 ，…，ｘ2n-1）を対称要素の和の成分＝（ｘ0 ＋ｘ2n-1，ｘ1 ＋ｘ2n-2，…，ｘn-1 ＋ｘn ）と上記対称要素の差の成分＝（ｘ0 −ｘ2n-1，ｘ1 −ｘ2n-2，…，ｘn-1 −ｘn ）とに分割して処理する直交変換装置において、
上記入力信号を受け取り、対象要素の和の成分および差の成分を算出する和差演算手段と、
上記和差演算手段から対象要素の和の成分を受け取り、バタフライ回路を用いて直交変換するバタフライ手段と、
上記和差演算手段から対象要素の差の成分を受け取り、係数器と切り換え器とを用いて直交変換する積和演算手段とを有することを特徴とする直交変換装置。
２ｎ個の入力信号Ｘ＝（ｘ0 ，ｘ1 ，…，ｘ2n-1）を対称要素の和の成分＝（ｘ0 ＋ｘ2n-1，ｘ1 ＋ｘ2n-2，…，ｘn-1 ＋ｘn ）と上記対称要素の差の成分＝（ｘ0 −ｘ2n-1，ｘ1 −ｘ2n-2，…，ｘn-1 −ｘn ）とに分割し、それぞれ重み付けして処理する直交変換装置において、
上記入力信号を受け取り、対象要素の和の成分および差の成分を算出する和差演算手段と、
上記和差演算手段から対象要素の和の成分を受け取り、直交変換する第１の直交変換手段と、
上記和差演算手段から対象要素の差の成分を受け取り、直交変換する第２の直交変換手段と、
上記第２の直交変換手段の出力を受け取り、所定の係数を乗じる重み付け手段とを有し、
さらに、上記第１の直交変換手段は、その変換行列に予め重み付け演算を行うことを特徴とする直交変換装置。
上記第１の直交変換手段は、バタフライ回路を備えて構成され、上記第２の直交変換手段は係数器と切り換え器とを含む積和演算手段を備えて構成されていることを特徴とする請求項２に記載の直交変換装置。
上記差の成分を直交変換する積和演算手段は、順変換と逆変換とで共通に用いられると共に、この積和演算手段を構成する上記係数器の個数が上記ｎに等しいことを特徴とする請求項１に記載の直交変換装置。
上記和の成分を直交変換するバタフライ手段は、順変換と逆変換とで共通に用いられることを特徴とする請求項１に記載の直交変換装置。
上記積和演算手段を構成する上記係数器と切り換え器は、順変換と逆変換とで共通に用いられると共に、上記係数器の個数が上記ｎに等しいことを特徴とする請求項３に記載の直交変換装置。
上記バタフライ回路は、順変換と逆変換とで共通に用いられることを特徴とする請求項３に記載の直交変換装置。
２ｎ個の入力信号Ｘ＝（ｘ0 ，ｘ1 ，…，ｘ2n-1）を対称要素の和の成分＝（ｘ0 ＋ｘ2n-1，ｘ1 ＋ｘ2n-2，…，ｘn-1 ＋ｘn ）と上記対称要素の差の成分＝（ｘ0 −ｘ2n-1，ｘ1 −ｘ2n-2，…，ｘn-1 −ｘn ）とに分割して処理する直交変換方法において、
上記入力信号を受け取り、対象要素の和の成分および差の成分を算出する和差演算工程と、
上記和差演算工程により算出された対象要素の和の成分を、バタフライ回路により直交変換するバタフライ工程と、
上記和差演算工程により算出された対象要素の差の成分を、係数器と切り換え器により直交変換する積和演算工程を有することを特徴とする直交変換方法。
２ｎ個の入力信号Ｘ＝（ｘ0 ，ｘ1 ，…，ｘ2n-1）を対称要素の和の成分＝（ｘ0 ＋ｘ2n-1，ｘ1 ＋ｘ2n-2，…，ｘn-1 ＋ｘn ）と上記対称要素の差の成分＝（ｘ0 −ｘ2n-1，ｘ1 −ｘ2n-2，…，ｘn-1 −ｘn ）とに分割し、それぞれ重み付けして処理する直交変換方法において、
上記入力信号を受け取り、対象要素の和の成分および差の成分を算出する和差演算工程と、
上記和差演算工程により算出された対象要素の和の成分を直交変換する第１の直交変換工程と、
上記和差演算工程により算出された対象要素の差の成分を直交変換する第２の直交変換工程と、
上記第２の直交変換工程により直交された対象要素の差の成分に対し、所定の係数を乗じる重み付け工程とを有し、
さらに、上記第１の直交変換工程は、その変換行列に予め重み付け演算を行うことを特徴とする直交変換方法。