JP5232180B2 - Adaptive sampling apparatus and adaptive sampling program - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technology for performing sampling at unequal intervals in accordance with the nature of an input signal when sampling frames of the input signal. <P>SOLUTION: This adaptive sampling device 1A includes: a frame storage means 10; a hierarchical signal reduction means 20 to perform sampling at a plurality of different sampling intervals reduced in sampling points to frames to form reduced signals to output the reduced signal group; a hierarchical error calculation means 30 to restore the respective reduced signals to sampling intervals equal to those of the input signal, and quantize errors from the frames on a block basis to be output as error signals; a sampling pattern database 50 to store a plurality of sampling patterns being an allocation method of the sampling intervals applied to the respective blocks of the frames; an optimization means 70 to search for a sampling pattern for optimizing errors based on the respective error signals and the sampling patterns; and a sample selection/arrangement means 80 to sample the frames of the input signal based on the sampling pattern obtained by the optimization means to be output as output signals. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、信号の標本化を行う技術に関し、特に、入力信号の性質に応じた不等間隔の標本化を行う技術に関する。   The present invention relates to a technique for sampling a signal, and more particularly, to a technique for sampling at irregular intervals according to the nature of an input signal.

標本化とは、入力信号を時間的、もしくは空間的に離散化する技術である。従来、音声などの時間対振幅で表される1次元信号においては、一定の周波数(または時間間隔)における入力信号の振幅値を参照することで標本化が実現されている。   Sampling is a technique for discretizing an input signal temporally or spatially. Conventionally, sampling is realized by referring to an amplitude value of an input signal at a constant frequency (or time interval) in a one-dimensional signal represented by time versus amplitude such as speech.

例えば、オーディオCD(Compact Disc)においては、44.1kHz(約22.7μs)において標本化がなされている。
また、例えば、静止画においては、画像を水平及び垂直の2直交軸方向に等間隔に分割し、その格子点において標本化が行われている。
For example, an audio CD (Compact Disc) is sampled at 44.1 kHz (about 22.7 μs).
Further, for example, in a still image, the image is divided at equal intervals in the horizontal and vertical two orthogonal axis directions, and sampling is performed at the lattice points.

さらに、動画像においては、動画像を水平、垂直及び時間の3軸からなる空間中に標本点を置く。例えば、水平方向に640個、垂直方向に480個の画素に分割し、さらに時間方向に30Hzで分割することで、時空間の標本化が実現される。   Furthermore, in a moving image, a sample point is placed in a space composed of three axes of horizontal, vertical and time. For example, by dividing into 640 pixels in the horizontal direction and 480 pixels in the vertical direction and further dividing at 30 Hz in the time direction, spatiotemporal sampling is realized.

インタレース方式では、動画像を構成する静止画群を複数(例えば、2つ)のフィールドに分け、各フィールドにおいて異なる空間標本化を行うことで、視覚的に効率的な標本化を実現している。   In the interlace method, a group of still images constituting a moving image is divided into a plurality of (for example, two) fields, and different spatial sampling is performed in each field, thereby realizing visually efficient sampling. Yes.

例えば、1080/59.94i方式によるテレビジョンでは、時間方向に59.94Hzで標本化が行われる。このとき、各時刻の画像は、水平方向1920個、垂直方向1080個の画素からなり、垂直座標が奇数本目の水平ライン上にある画素のみを標本化する奇数フィールドと、偶数本目の水平ライン上の画素のみを標本化する偶数フィールドとを交互に置く。すなわち、隣接するフィールドで、空間的な標本化位置が異なる。   For example, in a 1080 / 59.94i system television, sampling is performed at 59.94 Hz in the time direction. At this time, the image at each time is composed of 1920 pixels in the horizontal direction and 1080 pixels in the vertical direction, and an odd field that samples only pixels whose vertical coordinates are on the odd-numbered horizontal line and an even-numbered horizontal line. Alternately, even-numbered fields that sample only those pixels are placed. That is, the spatial sampling position differs between adjacent fields.

MUSE(MUltiple Sub-Nyquist sampling Encoding)方式(特許文献1)においては、千鳥格子状の標本化(quincunx sampling)により4フィールドで空間方向の全画素の標本化が行われる。   In the MUSE (MUltiple Sub-Nyquist sampling Encoding) method (Patent Document 1), sampling of all pixels in the spatial direction is performed in four fields by quincunx sampling.

振幅方向の量子化においては、非線形の量子化が行われている。例えば、音声信号のPCM(Pulse Code Modulation:パルス符号変調)におけるμ則やA則では、入力信号のレベルが小さい部分ほど細かい量子化ステップを設定する。このようにすることで、線形量子化において目立ちやすい小信号レベル時の量子化雑音を改善することができる。   In the quantization in the amplitude direction, nonlinear quantization is performed. For example, in the μ-law and A-law in PCM (Pulse Code Modulation) of an audio signal, a smaller quantization step is set for a portion where the level of the input signal is smaller. In this way, it is possible to improve quantization noise at the small signal level that is conspicuous in linear quantization.

また、信号内において局所的に重要な領域ほど細かい標本化間隔で標本化を行う手法がある。例えば、画像の標本化を行う場合に、視野内の興味のある中心に原点をとった極座標系で標本化を行う手法がある(特許文献2)。また、画像をブロックに分割し、重要なブロックについてはさらにサブブロックに分割する操作を繰り返すことで、四分木状の階層的な標本化を行う手法もある(特許文献3)。   In addition, there is a method of performing sampling at a finer sampling interval for a locally important region in a signal. For example, when sampling an image, there is a technique of sampling in a polar coordinate system having an origin at the center of interest in the field of view (Patent Document 2). There is also a technique of performing quadratic hierarchical sampling by dividing an image into blocks and repeating operations for dividing important blocks into sub-blocks (Patent Document 3).

特開昭60−86994号公報(特許第1544848号)JP 60-86994 A (Patent No. 1544848) 特許第3007764号公報Japanese Patent No. 3007764 特許第2955761号公報Japanese Patent No. 2955761

しかし、等間隔の標本化においては、入力信号の時間的(または空間的)な粗密によらず、つねに一定の間隔で標本化が行われる。このため、とくに時間的(または空間的)に密な信号区間において折り返し歪みが生じたり、折り返し歪みを抑制する低域通過型フィルタの影響で高周波成分が失われたりするため、原信号を忠実に再現することが難しくなるという問題がある。逆に原信号が低周波成分しか有しない場合には、不必要に細かい間隔で標本化が行われ、情報量や帯域幅の観点で無駄が多くなるという問題がある。   However, in sampling at equal intervals, sampling is always performed at regular intervals regardless of temporal (or spatial) density of the input signal. For this reason, aliasing distortion occurs especially in dense signal sections in time (or space), and high-frequency components are lost due to the effect of the low-pass filter that suppresses aliasing distortion. There is a problem that it is difficult to reproduce. Conversely, when the original signal has only low frequency components, sampling is performed at unnecessarily fine intervals, and there is a problem that waste is increased in terms of information amount and bandwidth.

インタレース方式は、視覚特性を利用した効率的な標本化ではあるが、画像のテクスチャや動きに応じて標本化を行うわけではない。   The interlace method is efficient sampling using visual characteristics, but does not sample according to the texture and movement of the image.

MUSE方式においては、受像機側において、画像の動きの大小に応じた適応的な補間処理が行われる。しかし、これは、補間処理の工夫による画質改善であって、標本化でナイキスト(Nyquist)周波数を適応制御するものではない。このため、テクスチャや動きによらず固定されたナイキスト周波数を有し、この周波数を超える信号は忠実に再現できないという問題がある。   In the MUSE system, adaptive interpolation processing is performed on the receiver side according to the magnitude of image movement. However, this is an improvement in image quality by devising an interpolation process and does not adaptively control the Nyquist frequency by sampling. For this reason, there is a problem that a signal having a fixed Nyquist frequency regardless of texture or motion cannot be faithfully reproduced.

PCMにおけるμ則やA則は、信号の振幅軸方向に非線形の量子化を行うものであり、時間(空間)軸方向の標本化間隔を不等間隔にするものではない。このため、量子化雑音を改善することはできるが、折り返し歪みを改善することはできないという問題がある。   The μ-law and A-law in PCM perform nonlinear quantization in the amplitude axis direction of a signal, and do not make sampling intervals in the time (space) axis direction unequal. For this reason, although there is a problem that quantization noise can be improved, aliasing distortion cannot be improved.

特許文献2に記載の手法では、局所的に重要な領域を細かく標本化することができるものの、信号内に複数の重要領域が存在する場合や、重要な領域から重要でない領域まで連続的に分布する信号においては、必ずしもすべての重要な領域を細かく標本化することができるとは限らず、信号の劣化を生じてしまうという問題がある。   Although the method described in Patent Document 2 can finely sample a locally important region, there are a plurality of important regions in a signal, or a continuous distribution from an important region to an unimportant region. However, not all important areas can be sampled in detail, and there is a problem that signal degradation occurs.

特許文献3に記載の手法においても、局所的に重要な領域を細かく標本化することができるものの、階層構造の標本化であり、原信号の順序を保存した標本化出力がなされないため、信号の再生(再構成)が複雑なものとなるという問題がある。   Even in the method described in Patent Document 3, although a locally important region can be finely sampled, it is a sampling of a hierarchical structure, and a sampling output that preserves the order of the original signals is not made. There is a problem that the reproduction (reconstruction) of the image becomes complicated.

本発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、入力信号の一定区間であるフレームをブロックに分割してブロックごとに異なる間隔で標本化する場合において、フレームの各ブロックに適用する標本化間隔の割り当て方から、誤差を最小化する割り当て方を探索し、この探索された割り当て方に基づき、入力信号のフレームを標本化して出力する技術を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve such a problem, and is applied to each block of a frame when a frame, which is a fixed section of an input signal, is divided into blocks and sampled at different intervals for each block. An object of the present invention is to provide a technique for searching for an allocation method for minimizing an error from allocation methods of sampling intervals, and sampling and outputting a frame of an input signal based on the searched allocation method.

本発明は、前記課題を解決するために創案されたものであり、まず、請求項1記載の適応標本化装置は、入力信号の一定区間であるフレームを複数のブロックに分割して、ブロックごとに異なる又は同一の標本化間隔で標本化を行う適応標本化装置であって、階層化信号縮小手段と、階層化誤差演算手段と、標本化パターンデータベースと、最適化手段と、標本選択配置手段と、を備える構成とした。   The present invention has been devised to solve the above problems. First, the adaptive sampling device according to claim 1 divides a frame, which is a constant section of an input signal, into a plurality of blocks, and An adaptive sampling device that performs sampling at different sampling intervals or the same sampling interval, hierarchized signal reduction means, hierarchization error calculation means, sampling pattern database, optimization means, and sample selection arrangement means And a configuration comprising:

かかる構成によれば、適応標本化装置は、階層化信号縮小手段によって、フレームに対して、標本点数を減らした複数の異なる標本化間隔で標本化して縮小信号とし、この縮小信号群を出力する。   According to such a configuration, the adaptive sampling apparatus samples the frame at a plurality of different sampling intervals with a reduced number of sampling points, and outputs the reduced signal group by the hierarchical signal reduction means. .

また、適応標本化装置は、階層化誤差演算手段によって、この各縮小信号を入力信号と同じ標本化間隔に戻して拡大信号とし、この各拡大信号とフレームとの誤差をブロックごとに定量化し誤差信号として出力する。これにより、適応標本化装置は、各種標本化間隔で標本化した場合に生じる信号の劣化を定量化することができる。   Also, the adaptive sampling device returns the respective reduced signals to the same sampling interval as that of the input signal by the hierarchization error calculation means to obtain an enlarged signal, and quantifies the error between each enlarged signal and the frame for each block. Output as a signal. As a result, the adaptive sampling device can quantify signal degradation that occurs when sampling is performed at various sampling intervals.

さらに、適応標本化装置は、標本化パターンデータベースにおいて、フレームを複数のブロックに分割した際に、フレームの各ブロックに対して適用する標本化間隔の割り当て方である標本化パターンのうち、フレーム全体としての拡大率と、フレーム内のブロック数と、ブロックごとに割り当て得る拡大率の選択肢とからなる拘束条件をすべて満たす標本化パターンのみを複数記憶する。 Further, the adaptive sampling device, in the sampling pattern database, when the frame is divided into a plurality of blocks, the entire frame of the sampling pattern that is a method of assigning the sampling interval to be applied to each block of the frame Only a plurality of sampling patterns that satisfy all the constraint conditions consisting of the enlargement ratio, the number of blocks in the frame, and the enlargement ratio options that can be assigned to each block are stored.

また、適応標本化装置は、最適化手段によって、階層化誤差演算手段が出力した各誤差信号と、標本化パターンとに基づき、誤差を最適化する標本化パターンを探索する。これにより、適応標本化装置は、標本化パターンデータベースに記憶された標本点の割り当て方の中から、信号の再現性を考慮した標本点の割り当て方を選び出すことができる。   Further, the adaptive sampling device searches for a sampling pattern for optimizing the error based on each error signal output from the hierarchization error calculation unit and the sampling pattern by the optimization unit. As a result, the adaptive sampling apparatus can select a sample point assignment method in consideration of signal reproducibility from among sample point assignment methods stored in the sampling pattern database.

また、適応標本化装置は、標本選択配置手段によって、この最適化手段が求めた標本化パターンに基づき、入力信号のフレームを標本化し、出力信号として出力する。これにより、適応標本化装置は、信号の再現性を考慮した標本点の割り当て方で、フレームの不等間隔の標本化を行い、その標本化結果を出力することができる。   The adaptive sampling apparatus samples the frame of the input signal by the sample selection / arrangement unit based on the sampling pattern obtained by the optimization unit, and outputs the sampled frame as an output signal. Thereby, the adaptive sampling apparatus can sample the frames at unequal intervals and output the sampling results by assigning the sampling points in consideration of signal reproducibility.

また、請求項2に記載の適応標本化装置は、入力信号の一定区間であるフレームを複数のブロックに分割して、ブロックごとに異なる又は同一の標本化間隔で標本化を行う適応標本化装置であって、階層化信号縮小手段と、階層化誤差演算手段と、標本化パターンデータベースと、整順手段と、割り当て手段と、最適化手段と、標本選択配置手段と、を備える構成とした。   The adaptive sampling apparatus according to claim 2, wherein a frame, which is a constant section of an input signal, is divided into a plurality of blocks, and sampling is performed at different sampling intervals or for each block. In this configuration, a hierarchized signal reduction unit, a hierarchization error calculation unit, a sampling pattern database, an ordering unit, an allocation unit, an optimization unit, and a sample selection and arrangement unit are provided.

かかる構成によれば、適応標本化装置は、階層化信号縮小手段によって、フレームに対して、標本点数を減らした複数の異なる標本化間隔で標本化して縮小信号とし、この縮小信号群を出力する。   According to such a configuration, the adaptive sampling apparatus samples the frame at a plurality of different sampling intervals with a reduced number of sampling points, and outputs the reduced signal group by the hierarchical signal reduction means. .

また、適応標本化装置は、階層化誤差演算手段によって、この各縮小信号を入力信号と同じ標本化間隔に戻して拡大信号とし、この各拡大信号とフレームとの誤差をブロックごとに定量化し誤差信号として出力する。   Also, the adaptive sampling device returns the respective reduced signals to the same sampling interval as that of the input signal by the hierarchization error calculation means to obtain an enlarged signal, and quantifies the error between each enlarged signal and the frame for each block. Output as a signal.

さらに、適応標本化装置は、標本化パターンデータベースにおいて、所定の拘束条件を満たすモードごとに、入力信号の標本化間隔及び複数の異なる標本化間隔を割り当てるブロック数を記録したレコードを記憶する。この拘束条件とは、フレーム内の基準標本点数に対する割り当てる標本点数の比(フレーム全体としての拡大率)、フレーム内のブロック数、及び、ブロックごとに割り当て得る標本化間隔(拡大率)の選択肢の3条件のことをいう。   Further, the adaptive sampling apparatus stores a record in which the sampling interval of the input signal and the number of blocks to which a plurality of different sampling intervals are assigned for each mode satisfying a predetermined constraint condition in the sampling pattern database. This constraint condition is the ratio of the number of sample points to be assigned to the reference sample points in the frame (enlargement rate as a whole frame), the number of blocks in the frame, and the sampling interval (enlargement rate) that can be assigned for each block. It means three conditions.

また、適応標本化装置は、整順手段によって、階層化誤差演算手段が出力した誤差信号に基づき、誤差が大きい順に、ブロックに優先順位をつける。さらに、適応標本化装置は、割り当て手段によって、モードごとのレコードと優先順位とに基づき、フレームの各ブロックに対して、優先順位の高いブロックほど標本点数の多い標本化間隔を割り当てて、モードごとの標本化パターンを生成する。   Further, the adaptive sampling apparatus gives priorities to the blocks in order of increasing error based on the error signal output from the hierarchization error calculation means by the ordering means. Further, the adaptive sampling apparatus assigns a sampling interval having a higher number of sampling points to each block of the frame, based on the record for each mode and the priority order, by the assigning unit, for each mode. Generate a sampling pattern of

また、適応標本化装置は、最適化手段によって、階層化誤差演算手段が出力した各誤差信号と、標本化パターンとに基づき、誤差を最適化する標本化パターンを探索する。さらに、適応標本化装置は、標本選択配置手段によって、この最適化手段が求めた標本化パターンに基づき、入力信号のフレームを標本化し、出力信号として出力する。   Further, the adaptive sampling device searches for a sampling pattern for optimizing the error based on each error signal output from the hierarchization error calculation unit and the sampling pattern by the optimization unit. Further, the adaptive sampling apparatus samples the frame of the input signal by the sample selection / placement means based on the sampling pattern obtained by the optimization means, and outputs it as an output signal.

また、請求項3に記載の適応標本化装置は、請求項1又は請求項2に記載の適応標本化装置において、最適化手段が、標本化パターンごとに、各誤差信号から、フレーム全体における総誤差を求め、この総誤差を最小化する標本化パターンを探索することを特徴とする。
かかる構成によれば、適応標本化装置は、信号の再現性のよい標本点の割り当て方で、フレームの不等間隔の標本化を行い、その標本化結果を出力することができる。
Further, the adaptive sampling device according to claim 3 is the adaptive sampling device according to claim 1 or 2, wherein the optimization means calculates the total of the entire frame from each error signal for each sampling pattern. An error is obtained, and a sampling pattern that minimizes the total error is searched.
According to such a configuration, the adaptive sampling apparatus can sample the frames at unequal intervals and output the sampling results by assigning sample points with good signal reproducibility.

また、請求項4に記載の適応標本化装置は、請求項1又は請求項2に記載の適応標本化装置において、最適化手段が、標本化パターンごとに、各誤差信号から、フレーム全体における誤差を求め、この誤差に、当該標本化パターンに含まれるブロック間の標本化間隔の組み合わせに応じたペナルティを加えて総誤差とし、この総誤差を最小化する標本化パターンを探索することを特徴とする。   Further, the adaptive sampling device according to claim 4 is the adaptive sampling device according to claim 1 or 2, wherein the optimization means performs an error in the entire frame from each error signal for each sampling pattern. And adding a penalty corresponding to the combination of sampling intervals between blocks included in the sampling pattern to obtain a total error, and searching for a sampling pattern that minimizes the total error. To do.

かかる構成によれば、適応標本化装置は、信号の再現性と、ブロック間での標本化間隔の差異とを勘案した標本点の割り当て方で、フレームの不等間隔の標本化を行い、その標本化結果を出力することができる。   According to such a configuration, the adaptive sampling apparatus performs sampling at unequal intervals in the frame by assigning the sampling points taking into consideration the reproducibility of the signal and the difference in the sampling interval between the blocks. Sampling results can be output.

また、請求項5に記載の適応標本化装置は、請求項1又は請求項2に記載の適応標本化装置において、最適化手段が、標本化パターンごとに、各誤差信号から、フレーム全体における誤差を求め、この誤差に、当該標本化パターンを記述するのに必要な符号量に応じたペナルティを加えて総誤差とし、この総誤差を最小化する標本化パターンを探索することを特徴とする。
かかる構成によれば、適応標本化装置は、信号の再現性と、符号量を考慮した不等間隔の標本化を行い、その標本化結果を出力することができる。
Further, the adaptive sampling device according to claim 5 is the adaptive sampling device according to claim 1 or 2, wherein the optimization means performs an error in the entire frame from each error signal for each sampling pattern. And adding a penalty corresponding to the amount of code necessary to describe the sampling pattern to obtain a total error, and searching for a sampling pattern that minimizes the total error.
According to this configuration, the adaptive sampling apparatus can perform sampling at unequal intervals in consideration of signal reproducibility and code amount, and output the sampling result.

また、請求項6に記載の適応標本化装置は、請求項1又は請求項2に記載の適応標本化装置において、階層化信号縮小手段が生成する縮小信号に、標本化間隔が同じで標本化の位相が異なる縮小信号が含まれ、最適化手段は、ブロックごとに、縮小信号の標本化間隔と位相とを最適化することを特徴とする。
かかる構成によれば、適応標本化装置は、標本化間隔と標本化位相の両自由度において、標本点配置を最適化することができるため、信号の再現性が向上する。
The adaptive sampling apparatus according to claim 6 is the adaptive sampling apparatus according to claim 1 or 2, wherein the reduced signal generated by the hierarchical signal reduction means is sampled at the same sampling interval. Are included, and the optimization means optimizes the sampling interval and phase of the reduced signal for each block.
According to this configuration, the adaptive sampling apparatus can optimize the sampling point arrangement in both the sampling interval and the sampling phase, thereby improving the signal reproducibility.

また、請求項7に記載の適応標本化プログラムは、入力信号の一定区間であるフレームを複数のブロックに分割して、ブロックごとに異なる又は同一の標本化間隔で標本化を行うために、コンピュータを、階層化信号縮小手段、階層化誤差演算手段、最適化手段と、標本選択配置手段、として機能させる構成とした。   An adaptive sampling program according to claim 7 is a computer program for dividing a frame, which is a constant section of an input signal, into a plurality of blocks and performing sampling at different sampling intervals or for each block. Are configured to function as hierarchized signal reduction means, hierarchization error calculation means, optimization means, and sample selection arrangement means.

また、請求項8に記載の適応標本化プログラムは、入力信号の一定区間であるフレームを複数のブロックに分割して、ブロックごとに異なる又は同一の標本化間隔で標本化を行うために、コンピュータを、階層化信号縮小手段、階層化誤差演算手段、整順手段、割り当て手段、最適化手段、標本選択配置手段、として機能させる構成とした。   An adaptive sampling program according to claim 8 is a computer program for dividing a frame, which is a predetermined section of an input signal, into a plurality of blocks and performing sampling at different sampling intervals or for each block. Are configured to function as hierarchized signal reduction means, hierarchization error calculation means, ordering means, allocation means, optimization means, and sample selection / placement means.

請求項1、7に記載の発明によれば、フレーム内の誤差を最適化する最適標本化パターンに基づいて、ブロックごとに標本化間隔を変えながら、フレームの標本化を行い、その標本結果を出力することができる。
このため、情報量が無駄になることが少なく、また、標本化した結果の信号を再現する場合に、少ない情報量で原信号を忠実に再現することができる。
According to the first and seventh aspects of the present invention, the frame is sampled while changing the sampling interval for each block based on the optimal sampling pattern for optimizing the error in the frame, and the sampling result is obtained. Can be output.
For this reason, the amount of information is not wasted, and the original signal can be faithfully reproduced with a small amount of information when a sampled signal is reproduced.

また、局所的には原信号に対して等間隔な標本化であるため、非線形的な歪みが付加されにくい。
さらに、局所的には原信号の波形を相似的に保存するため、例えば、本方式を画像信号に適用した場合には、一般的には、部分的に原画像が視認できつつも全体的には原画像をとどめないため、スクランブルとしての利用も可能である。
Further, since local sampling is performed at regular intervals with respect to the original signal, nonlinear distortion is difficult to be added.
Furthermore, in order to store the waveform of the original signal in a similar manner locally, for example, when this method is applied to an image signal, in general, although the original image can be partially visually recognized, Can not be used as a scramble because it does not hold the original image.

請求項2、8に記載の発明によれば、拘束条件を満たす全ての標本化パターンに対して、フレーム内の誤差の総和を求める必要がないことから、近似的に最適な標本化パターンを高速に探索することができ、フレームに対して誤差の少ない標本化を高速にすることができる。   According to the second and eighth aspects of the present invention, since it is not necessary to obtain the sum of errors in a frame for all sampling patterns that satisfy the constraint conditions, an approximately optimal sampling pattern can be generated at high speed. Therefore, it is possible to speed up the sampling with few errors with respect to the frame.

請求項3に記載の発明によれば、信号の再現性のよい標本点の割り当て方で、フレームの不等間隔の標本化を行い、その標本化結果を出力することができる。   According to the third aspect of the present invention, it is possible to sample the frames at unequal intervals and output the sampling results by assigning the sampling points with good signal reproducibility.

請求項4に記載の発明によれば、信号の再現性と、ブロック間での標本化間隔の差異とを勘案した標本点の割り当て方で、フレームの不等間隔の標本化を行い、その標本化結果を出力することができる。   According to the fourth aspect of the present invention, sampling is performed at unequal intervals between frames by assigning sampling points in consideration of signal reproducibility and sampling interval differences between blocks. Can be output.

請求項5に記載の発明によれば、信号の再現性と、標本化パターンの符号量を考慮した不等間隔の標本化を行い、その標本化結果を出力することができる。   According to the invention described in claim 5, it is possible to perform sampling at unequal intervals in consideration of the reproducibility of the signal and the code amount of the sampling pattern, and output the sampling result.

請求項6に記載の発明によれば、標本化間隔と標本化位相の両自由度において、標本点配置を最適化することができるため、信号の再現性を向上することができる。   According to the sixth aspect of the present invention, since the sampling point arrangement can be optimized in both the sampling interval and the sampling phase, the signal reproducibility can be improved.

本発明に係る適応標本化装置で行う適応標本化方式の概略を示す図である。It is a figure which shows the outline of the adaptive sampling system performed with the adaptive sampling apparatus which concerns on this invention. フレームにおいて、各倍率を適用すべきブロック数の組み合わせの例を示す図である。It is a figure which shows the example of the combination of the number of blocks which should apply each magnification in a flame | frame. 図2に示す拘束条件のもとで、縮小時の拡大倍率の組み合わせの例を示した図である。It is the figure which showed the example of the combination of the expansion magnification at the time of reduction under the restraint conditions shown in FIG. 本発明の第1実施形態(及び第3実施形態)に係る適応標本化装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the adaptive sampling apparatus which concerns on 1st Embodiment (and 3rd Embodiment) of this invention. (a)階層化信号縮小手段において、信号縮小手段の並列型構成例を示すブロック図である。(b)階層化信号縮小手段において、信号縮小手段の直列型構成例を示すブロック図である。(A) In the hierarchized signal reduction means, it is a block diagram showing a parallel configuration example of the signal reduction means. (B) In the hierarchical signal reduction means, it is a block diagram showing an example of a serial configuration of the signal reduction means. 階層化誤差演算手段の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of a hierarchization error calculating means. 標本化パターンデータベースにおいて記憶されている標本化パターンの例を示す図である。It is a figure which shows the example of the sampling pattern memorize | stored in the sampling pattern database. 本発明の第1実施形態に係る適応標本化装置の動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows operation | movement of the adaptive sampling apparatus which concerns on 1st Embodiment of this invention. フレーム内のブロック数が増加すると、標本化パターンの数が膨大になることを示す図である。It is a figure which shows that the number of sampling patterns will become enormous if the number of blocks in a frame increases. 本発明の第2実施形態に係る適応標本化装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the adaptive sampling apparatus which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態に係る整順手段及び割り当て手段の動作例の概略を示す図である。It is a figure which shows the outline of the operation example of the ordering means and allocation means which concern on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態に係る最適化手段の動作例の概略を示す図である。It is a figure which shows the outline of the operation example of the optimization means which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態に係る適応標本化装置の動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows operation | movement of the adaptive sampling apparatus which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3実施形態に係る階層化信号縮小手段の構成例、及び、各信号縮小手段から出力される縮小信号における標本点の位置の例を示す図である。It is a figure which shows the example of a structure of the hierarchized signal reduction means which concerns on 3rd Embodiment of this invention, and the example of the position of the sample point in the reduction signal output from each signal reduction means. 標本化間隔および位相を区別した場合の、標本化パターンデータベースにおいて記憶されている標本化パターンの例を示す図である。It is a figure which shows the example of the sampling pattern memorize | stored in the sampling pattern database at the time of discriminating a sampling interval and a phase. 本発明の第3実施形態に係る適応標本化装置の動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows operation | movement of the adaptive sampling apparatus which concerns on 3rd Embodiment of this invention.

[適応標本化方式の概略]
以下、本発明の実施形態について適宜図面を参照して説明する。
なお、実施形態において、同一の機能を有する手段には同一の符号を付して、その説明を省略する。
まず、図1を参照して、本発明の適応標本化装置で行う適応標本化方式の概略を説明する。
[Outline of adaptive sampling method]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings as appropriate.
In the embodiment, means having the same function are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
First, with reference to FIG. 1, the outline of the adaptive sampling system performed with the adaptive sampling apparatus of this invention is demonstrated.

適応標本化装置は、入力信号101のある時間区間(または空間内の区間。以下、時間で説明する。)に対して、フレームを設定する。適応標本化装置は、フレーム内の時間軸上に基準となる標本点(基準標本点102)をM個(Mは2以上の自然数)とる。   The adaptive sampling apparatus sets a frame for a certain time interval of the input signal 101 (or an interval in space, hereinafter described in terms of time). The adaptive sampling device takes M sample points (reference sample point 102) as a reference on the time axis in the frame (M is a natural number of 2 or more).

適応標本化装置がとる基準標本点102の間隔は任意であるが、例えば、等時間間隔とする。入力信号101が時間方向に標本化されている場合には、それらの標本点のうち、フレームに含まれるものを、基準標本点102とする。   Although the interval between the reference sample points 102 taken by the adaptive sampling apparatus is arbitrary, for example, it is set to an equal time interval. When the input signal 101 is sampled in the time direction, the reference sample point 102 is the sample point included in the frame.

続いて、適応標本化装置は、このフレームをN個(Nは2以上の自然数)のブロックに分割する。図1では、N=6である。そして、適応標本化装置は、各ブロックに対して、それぞれ標本化間隔を設定する。この標本化間隔は、複数種類のサンプリング格子の中から選択する。   Subsequently, the adaptive sampling device divides this frame into N blocks (N is a natural number of 2 or more). In FIG. 1, N = 6. Then, the adaptive sampling device sets a sampling interval for each block. The sampling interval is selected from a plurality of types of sampling grids.

例えば、基準標本点102の間隔τ(図1の白丸群の間隔)と、その倍の間隔2τ、その4倍の間隔4τなど、等比数列の関係にある標本化間隔をサンプリング格子として複数用意し、その中から、各ブロックに適用する標本化間隔を決定する。   For example, a plurality of sampling intervals having a relation of a geometric sequence, such as the interval τ of the reference sample points 102 (the interval between the white circles in FIG. 1), the double interval 2τ, and the quadruple interval 4τ are prepared as a sampling grid. Then, the sampling interval to be applied to each block is determined.

あるいは、基準標本点102の間隔τと、その倍の間隔2τ、その3倍の間隔3τなど、等差数列の関係にある標本化間隔をサンプリング格子として複数用意し、その中から、各ブロックに適用する標本化間隔を決定してもよい。   Alternatively, a plurality of sampling intervals having a relation of an arithmetic sequence such as the interval τ of the reference sample point 102, the interval 2τ that is twice the interval τ, and the interval 3τ that is 3 times that are prepared as sampling grids. The sampling interval to apply may be determined.

そして、適応標本化装置は、ブロックごとに割り当てた標本化間隔で標本点をとって、この標本点における振幅値を出力する。この標本点の例を図1に出力標本点104として黒丸で示す。なお、図1の103の拡大率は、ブロックごとの基準標本点数に対する割り当てた標本点数の比である。   Then, the adaptive sampling device takes sample points at the sampling interval assigned to each block and outputs the amplitude value at this sample point. An example of this sample point is indicated by a black circle as the output sample point 104 in FIG. 1 is a ratio of the number of assigned sample points to the reference number of sample points for each block.

このとき、適応標本化装置は、フレーム内における標本点の総数が所定の数となるように、各ブロックに割り当てる標本点の総数に条件を設ける。例えば、割り当てる標本点の総数が、基準標本点の総数の定数倍(例えば、1/2倍)となるようにする。また、各ブロック内の波形が複雑である場合ほど、細かく標本化することが好ましい。   At this time, the adaptive sampling apparatus sets a condition for the total number of sample points assigned to each block so that the total number of sample points in the frame becomes a predetermined number. For example, the total number of sample points to be allocated is set to be a constant multiple (for example, 1/2 times) of the total number of reference sample points. Further, it is preferable to sample more finely as the waveform in each block is more complicated.

なお、こうして得られた標本点(図1の104の黒丸)における振幅値を、標本点間隔が一定間隔となるように並べると(図1の105の黒丸)、入力信号101のフレーム内の波形は、図1の106の曲線で示すような信号に変換される。図1の106では、簡単のため、曲線により信号を図示したが、厳密な波形は出力標本点104の各位置のみに値を有する波形である。   If the amplitude values at the sample points (104 black circles in FIG. 1) thus obtained are arranged so that the sample point intervals are constant (black circles 105 in FIG. 1), the waveform in the frame of the input signal 101 is obtained. Is converted into a signal as shown by the curve 106 in FIG. In FIG. 1, the signal is illustrated by a curve for simplicity, but a strict waveform is a waveform having a value only at each position of the output sample point 104.

各ブロックへの標本点数の割り当て方について説明する。
フレームをN個(Nは自然数)のブロックに分割し、フレーム内に割り当てる標本点の総数を、基準標本点の総数のC倍(Cは正の実数)とする。この倍率Cを全体倍率と呼ぶ。
また、各ブロックに割り当てる標本点数は、ブロックにおける基準標本点数のc倍、c倍、・・・、cW−1倍のW種類(Wは自然数)の選択肢から選ぶものとする。これら選択肢をブロック倍率と呼ぶ。なお、c(w=0、1、・・・、W−1)は、いずれも正の実数とする。
このフレーム内の全体倍率C、フレーム内のブロック数N、および、ブロック倍率の全選択肢{cw=0、1、・・・、W−1の3条件を、拘束条件という。
A method for assigning the number of sample points to each block will be described.
The frame is divided into N blocks (N is a natural number), and the total number of sample points assigned in the frame is C times the total number of reference sample points (C is a positive real number). This magnification C is referred to as the overall magnification.
The number of sample points assigned to each block is selected from W types (W is a natural number) of c 1 times, c 2 times,..., C W−1 times the reference sample number in the block. These options are called block magnifications. Note that c w (w = 0, 1,..., W−1) is a positive real number.
Three conditions of the overall magnification C in the frame, the number N of blocks in the frame, and all options of block magnification {c w } w = 0, 1,..., W−1 are referred to as constraint conditions.

ここで、各ブロックへブロック倍率を割り当てる。全Nブロック中、ブロック倍率cが適用されるブロック数aとおく。前記拘束条件を満たす数列(aw=0、1、・・・、W−1のパターンは有限個である。このパターン数をモード数、また、個々のパターンをモードと呼ぶ。各モードに番号を振り、これらをモード番号という。
各モードは、(1)式の各整数解(aw=0、1、・・・、W−1である。また、該整数解の個数がモード数である。
Here, a block magnification is assigned to each block. Among all N blocks, the number of blocks a w to which the block magnification c w is applied is set. The number of patterns (a w ) satisfying the constraint conditions w = 0, 1,..., W−1 is finite. This number of patterns is called the number of modes, and each pattern is called a mode. A number is assigned to each mode, and these are called mode numbers.
Each mode is each integer solution (a w ) of equation (1) w = 0, 1,..., W−1 . The number of integer solutions is the number of modes.

Figure 0005232180
Figure 0005232180

ここで、図2を参照して、各ブロックへの標本点数の割り当て方の一例を説明する。
図2の例では、図1のようにフレームをN=6個のブロックに分割し、全体倍率をC=1/2倍とする。また、ブロック倍率は、c=1倍(等倍)、c=1/2倍、c=1/4倍、および、c=1/8倍からなるW=4個の選択肢から選ぶものとする。
Here, an example of how to assign the number of sample points to each block will be described with reference to FIG.
In the example of FIG. 2, the frame is divided into N = 6 blocks as shown in FIG. 1, and the overall magnification is C = 1/2. The block magnification is selected from W = 4 options including c 0 = 1 (equal magnification), c 1 = 1/2, c 2 = ¼, and c 3 = 1/8. Shall be chosen.

このとき、各倍率の標本点のブロックへの割り当て方の組合せは、モード0乃至モード3の計4通りある。これは、(2)式の整数解a、a、a、aを解くことにより求められる。すなわち、拘束条件を定めることにより、モード数は定まる。 At this time, there are a total of four combinations of mode 0 to mode 3 for assigning sample points of respective magnifications to blocks. This is obtained by solving the integer solutions a 0 , a 1 , a 2 , and a 3 in the equation (2). That is, the number of modes is determined by determining the constraint conditions.

Figure 0005232180
Figure 0005232180

例えば、モード0(a、a、a、a)=(0、6、0、0)では、すべてのブロックに基準の1/2倍の標本点が割り当てられる。すなわち、フレームを均等に標本化した場合に相当する。
例えば、モード3(a、a、a、a)=(2、1、1、2)では、等倍ブロックが2個、1/2倍ブロックが1個、1/4倍ブロックが1個、1/8倍のブロックが2個である。
いずれのモードでも、フレーム全体では、ちょうど1/2倍の標本点数となる。
For example, in mode 0 (a 0 , a 1 , a 2 , a 3 ) = ( 0 , 6 , 0 , 0 ), a sample point that is 1/2 the reference is assigned to all blocks. That is, this corresponds to the case where the frames are sampled equally.
For example, in mode 3 (a 0 , a 1 , a 2 , a 3 ) = ( 2 , 1 , 1 , 1 , 2 ), there are two equal-sized blocks, one half-sized block, one quarter-sized block Is 1 and there are 2 1/8 times blocks.
In any mode, the number of sample points is exactly ½ times in the entire frame.

各モードにおいて、各倍率を具体的にどの位置のブロックに割り当てるかを数えると、その組合せの数は、図2の右端の列に示すだけの数が存在する。これらをすべてのモードで合計すると、256通りの標本点の割り当て方が存在することとなる。   In each mode, when counting to which block each magnification is specifically assigned, there are as many combinations as shown in the rightmost column of FIG. When these are summed up in all modes, there are 256 ways to assign sample points.

このフレーム内の各ブロックへの標本点の割り当て方(言い換えると、フレーム内の各ブロックに割り当てる拡大率)を、標本化パターンという。   This way of assigning the sampling points to each block in the frame (in other words, the enlargement ratio assigned to each block in the frame) is called a sampling pattern.

図3に、図2に示した拘束条件における全標本化パターンを示す。この表では、モードに関して昇順、各モード内では、各ブロックに対する倍率の分母の各数字を各桁(ブロック番号の大きいものを下位の桁とみなす)の数字とみなして昇順となるよう、すべての標本化パターンを示している(途中は省略している)。なお、図1における標本化パターンは、パターン番号135である。   FIG. 3 shows all sampling patterns under the constraint conditions shown in FIG. In this table, ascending order with respect to the mode, and within each mode, all numbers in the denominator of the magnification for each block are considered as digits in each digit (the one with the larger block number is considered as the lower digit) and all are in ascending order. The sampling pattern is shown (omitted on the way). The sampling pattern in FIG.

以下では、適応標本化装置の第1実施形態乃至第3実施形態について説明する。第1実施形態では、すべての標本化パターンから誤差を最小化する標本化パターンを全探索する。一方、第2実施形態では、モードごとにモード別標本化パターンを生成し、この中から誤差を最小化する標本化パターンを近似的に探索することで、高速化を図る。また、第3実施形態では、拡大率だけでなく、標本化の位相も考慮した標本化パターンから、誤差を最小化する標本化パターンを探索する。   Hereinafter, the first to third embodiments of the adaptive sampling device will be described. In the first embodiment, a sampling pattern that minimizes an error is searched from all sampling patterns. On the other hand, in the second embodiment, a mode-specific sampling pattern is generated for each mode, and the speed is increased by approximately searching for a sampling pattern that minimizes the error. In the third embodiment, a sampling pattern that minimizes an error is searched from a sampling pattern that considers not only the enlargement ratio but also the sampling phase.

(第1実施形態・全探索による最適化)
[適応標本化装置1Aの構成]
図4を参照して、本発明の第1実施形態に係る適応標本化装置1A(1)の構成について説明する。
(First embodiment: Optimization by full search)
[Configuration of Adaptive Sampling Apparatus 1A]
With reference to FIG. 4, the configuration of the adaptive sampling apparatus 1A (1) according to the first embodiment of the present invention will be described.

適応標本化装置1Aは、入力信号におけるフレームをブロックに分割してブロックごとに標本化する際に、標本化パターンデータベースに記憶されている全標本化パターンの中から、信号の劣化の最も少ない最適標本化パターンを求め、この最適標本化パターンと、最適標本化パターンにより標本化した結果の出力信号とを出力するものである。   When the adaptive sampling apparatus 1A divides a frame in an input signal into blocks and samples each block, the optimal sampling apparatus 1A has the least signal degradation among all the sampling patterns stored in the sampling pattern database. A sampling pattern is obtained, and the optimum sampling pattern and an output signal obtained as a result of sampling using the optimum sampling pattern are output.

適応標本化装置1Aは、フレーム記憶手段10と、階層化信号縮小手段20と、階層化誤差演算手段30と、標本化パターンデータベース50と、最適化手段70と、標本選択配置手段80とを備える。   The adaptive sampling apparatus 1A includes a frame storage unit 10, a layered signal reduction unit 20, a layered error calculation unit 30, a sampling pattern database 50, an optimization unit 70, and a sample selection / placement unit 80. .

図4では、階層化信号縮小手段20の出力数、階層化誤差演算手段30の入力数及び出力数、最適化手段70の入力数、並びに、標本選択配置手段80の入力数において、階層化信号縮小手段20から出力される縮小信号の数(以下、解像度数という。)が3の場合を例にとって説明しているが、この縮小信号の解像度数H−1は2以上であれば、いくつでも構わない。
以下では、縮小信号の解像度数がH−1=3の場合、すなわち、縮小していないフレームIを含めて、H=4階層の場合について説明する。
In FIG. 4, in the number of outputs of the hierarchized signal reduction means 20, the number of inputs and outputs of the hierarchization error calculation means 30, the number of inputs of the optimization means 70, and the number of inputs of the sample selection arrangement means 80, The case where the number of reduced signals output from the reducing means 20 (hereinafter referred to as the number of resolutions) is 3 has been described as an example. I do not care.
In the following, the number of the resolution of the reduced signal when the H-1 = 3, i.e., by including the frame I 0 which is not reduced, will be described for the case of H = 4 hierarchy.

フレーム記憶手段10は、入力信号Iの一定区間における標本化された振幅値群をフレームIとして記憶するとともに出力するものである。 The frame storage means 10 stores and outputs a sampled amplitude value group in a predetermined section of the input signal I as a frame I 0 .

具体的には、外部からの入力信号Iが標本化されていない信号の場合には、フレーム記憶手段10は、既定のクロックにより等間隔の標本化を行って、フレーム内の各標本点における振幅値を記憶する。一方、入力信号Iがすでに標本化されている場合には、フレーム記憶手段10は、入力信号Iと同じ標本化間隔において振幅値群を記憶してもよいし、異なる標本化間隔に再標本化を行った上で、振幅値群を記憶してもよい。   Specifically, in the case where the external input signal I is an unsampled signal, the frame storage means 10 performs sampling at equal intervals with a predetermined clock, and the amplitude at each sampling point in the frame. Store the value. On the other hand, when the input signal I has already been sampled, the frame storage means 10 may store the amplitude value group at the same sampling interval as the input signal I or resample at a different sampling interval. In addition, the amplitude value group may be stored.

そして、フレーム記憶手段10は、標本化された振幅値群をフレームIとして、階層化信号縮小手段20、階層化誤差演算手段30、及び、標本選択配置手段80に出力する。フレーム内の標本点位置t(t=0、1、…、T−1;Tは自然数)における振幅値をI(t)と記す。
なお、図4において、フレーム記憶手段10が標本選択配置手段80へ出力するフレームIは、丸にAの記号により途中を省略している。
Then, the frame storage means 10 outputs the sampled amplitude value group as the frame I 0 to the hierarchized signal reduction means 20, the hierarchization error calculation means 30, and the sample selection / placement means 80. An amplitude value at a sample point position t (t = 0, 1,..., T−1; T is a natural number) in the frame is denoted as I 0 (t).
In FIG. 4, the frame I 0 output from the frame storage unit 10 to the specimen selection / arrangement unit 80 is omitted by the symbol A in a circle.

階層化信号縮小手段20は、フレームIを段階的に縮小し、縮小信号Iを出力するものである。
具体的には、階層化信号縮小手段20は、フレーム記憶手段10からフレームIを入力し、このフレームIを標本点数の少ない縮小信号I(k=1、2、…、H−1;Hは2以上の自然数)に段階的に縮小し、この縮小した縮小信号I乃至IH−1を階層化誤差演算手段30及び標本選択配置手段80へ出力する。
なお、図4において、階層化信号縮小手段20が標本選択配置手段80へ出力する縮小信号I乃至Iは、それぞれ丸にB、C、Dの記号により途中を省略している。
Layered signal reduction means 20 reduces the frame I 0 in stages, and outputs the reduced signal I k.
Specifically, the layered signal reduction means 20 inputs a frame I 0 from the frame memory unit 10, a small reduction signal frame I 0 of sampling points I k (k = 1,2, ... , H-1 H is a natural number of 2 or more), and the reduced signals I 1 to I H−1 are output to the hierarchization error calculation means 30 and the sample selection arrangement means 80.
In FIG. 4, the reduced signals I 1 to I 3 output from the hierarchized signal reducing means 20 to the sample selecting / arranging means 80 are omitted by the symbols B, C, and D in circles.

この縮小信号の数H−1を解像度数という。また、入力フレームIを階層0とし、縮小信号Iをそれぞれ階層kとする。
階層化信号縮小手段20は、解像度数分の信号縮小手段21を備える。
The number H-1 of the reduced signals is referred to as the resolution number. Further, the input frame I 0 is set as the hierarchy 0, and the reduced signal I k is set as the hierarchy k.
The hierarchical signal reduction means 20 includes signal reduction means 21 for the number of resolutions.

階層化信号縮小手段20の構成を図5に2例示す。
図5(a)の階層化信号縮小手段20は、複数の異なる縮小率の信号縮小手段21−1(21)乃至21−3(21)を並列に設け、それぞれが独立に入力フレームIを縮小する構成である。
Two examples of the configuration of the hierarchical signal reduction means 20 are shown in FIG.
Layered signal reduction means in FIG. 5 (a) 20 are provided signal reduction of a plurality of different reduction ratio means 21-1 (21) to 21-3 (21) in parallel, an input frame I 0 in the independently It is a configuration to reduce.

図5(b)の階層化信号縮小手段20は、複数の信号縮小手段21−1(21)乃至21−3(21)が縦続接続され、逐次信号を縮小する構成である。このとき、各信号縮小手段21は、すべて同じ縮小率であっても構わないし、異なる縮小率のものが混在しても構わない。   5B has a configuration in which a plurality of signal reduction units 21-1 (21) to 21-3 (21) are cascade-connected to sequentially reduce signals. At this time, all the signal reduction means 21 may have the same reduction ratio or may have different reduction ratios.

信号縮小手段21は、入力された信号に対して、必要に応じて低域通過型フィルタを適用した後、サブサンプリングを行うことで、入力信号よりも標本点数の少ない信号を生成し、出力するものである。サブサンプリングには、以下に示す単純間引きによる縮小、移動平均後の縮小、又は、畳み込み後の縮小のいずれかの手法を用いてよい。   The signal reduction means 21 applies a low-pass filter to the input signal as necessary, and then performs sub-sampling to generate and output a signal having a smaller number of sampling points than the input signal. Is. For sub-sampling, any of the following reduction methods by simple thinning, reduction after moving average, or reduction after convolution may be used.

<単純間引きによる縮小>
信号縮小手段21は、入力された信号Iin(t)(t=0、1、…、Tin)に対して、t方向にデータを間引き、出力すべき信号Iout(t)(t=0、1、…、Tout)を生成する。好ましくは、Tin>Toutとする。
例えば、信号縮小手段21は、拡大率を1/K倍とする場合には、(3)式のようにする。
<Reduction by simple decimation>
The signal reduction means 21 thins data in the t direction with respect to the input signal I in (t) (t = 0, 1,..., T in ), and outputs the signal I out (t) (t = 0, 1,..., T out ). Preferably, T in > T out .
For example, when the enlargement ratio is 1 / K times, the signal reduction means 21 performs the equation (3).

Figure 0005232180
Figure 0005232180

ここで、Lは、標本化開始位置を決めるパラメータ(位相)であり、例えば、L=0や、(4)式、あるいは(5)式などの値を用いることができる。   Here, L is a parameter (phase) for determining the sampling start position, and for example, a value such as L = 0, equation (4), or equation (5) can be used.

Figure 0005232180
Figure 0005232180

Figure 0005232180
Figure 0005232180

<移動平均後の縮小>
また、信号縮小手段21は、(6)式のように移動平均フィルタを施しつつ標本化を行ってもよい。
<Reduction after moving average>
Further, the signal reduction means 21 may perform sampling while applying a moving average filter as shown in equation (6).

Figure 0005232180
Figure 0005232180

ここで、L及びLは、移動平均を行う位相範囲の下限と上限であり、L<Lとする。例えば、1/3倍に縮小する場合には、K=3、L=0、L=2なるパラメータを用いることができる。 Here, L 0 and L 1 are a lower limit and an upper limit of a phase range in which moving average is performed, and L 0 <L 1 is set. For example, in the case of reduction to 1/3 times, parameters such as K = 3, L 0 = 0, and L 1 = 2 can be used.

<畳み込み後の縮小>
また、信号縮小手段21は、(7)式に示すように、一般的に、タップ係数a(L)、a(L+1)、…、a(L)のデジタルフィルタを適用した後で、間引きを行ってもよい。
<Reduction after convolution>
Further, as shown in the equation (7), the signal reduction unit 21 generally applies a digital filter with tap coefficients a (L 0 ), a (L 0 +1),..., A (L 1 ). Then, thinning may be performed.

Figure 0005232180
Figure 0005232180

7タップのデジタルフィルタを用いて、拡大率1/2倍の縮小を行う場合には、例えば、(8)式のパラメータを用いることができる。   In the case of performing reduction with an enlargement ratio of 1/2 using a 7-tap digital filter, for example, the parameter of equation (8) can be used.

Figure 0005232180
Figure 0005232180

階層化誤差演算手段30は、1つ以上の入力された縮小信号Iが、縮小前のフレームIに対して受けた劣化分を誤差としてブロックごとに定量化するものである。 The hierarchization error calculation means 30 quantifies the deterioration of one or more input reduced signals I k received with respect to the frame I 0 before reduction as an error for each block.

具体的には、階層化誤差演算手段30は、フレーム記憶手段10から縮小前のフレームIを入力し、階層化信号縮小手段20から、縮小信号I(k=1、2、…、H−1;Hは2以上の自然数)を入力する。そして、階層化誤差演算手段30は、各縮小信号Iをアップサンプリングした拡大信号U(t)と、フレームI(t)との誤差信号F(t)を計算する。続いて、階層化誤差演算手段30は、F(t)をブロックi(i=0、1、…、N−1)ごとに集計して誤差信号E(i)とし、このE(i)を最適化手段70へ出力する。ここで、Nは、フレームのブロックへの分割数である。
階層化誤差演算手段30は、解像度数分の信号拡大手段31と誤差演算手段32とを備える。
Specifically, the hierarchization error calculation means 30 inputs the frame I 0 before reduction from the frame storage means 10, and the reduction signal I k (k = 1, 2,..., H from the hierarchization signal reduction means 20. -1; H is a natural number of 2 or more). Then, the hierarchization error calculation means 30 calculates an error signal F k (t) between the enlarged signal U k (t) obtained by up-sampling each reduced signal I k and the frame I 0 (t). Subsequently, the hierarchization error calculation means 30 aggregates F k (t) for each block i (i = 0, 1,..., N−1) to obtain an error signal E k (i), and this E k ( i) is output to the optimization means 70. Here, N is the number of divisions of the frame into blocks.
The hierarchization error calculation means 30 includes signal enlargement means 31 and error calculation means 32 for the number of resolutions.

階層化誤差演算手段30は、例えば、図6に示すように構成することができる。
図6の階層化誤差演算手段30は、信号拡大手段31−1(31)乃至31−3(31)と、誤差演算手段32−1(32)乃至32−3(32)とによって構成される。
The hierarchization error calculation means 30 can be configured as shown in FIG. 6, for example.
6 includes signal expanding means 31-1 (31) to 31-3 (31) and error calculating means 32-1 (32) to 32-3 (32). .

なお、図6の例では、縮小信号として、I乃至Iの3個が存在する場合について図示したが、縮小信号の個数は、1以上であればいくつでも構わない。縮小信号がH−1個(Hは2以上の自然数)存在する場合には、図6における信号拡大手段31及び誤差演算手段32もそれぞれH−1個ずつ存在するものとする。 In the example of FIG. 6, the case where there are three reduced signals I 1 to I 3 is illustrated, but the number of reduced signals may be any number as long as it is 1 or more. When there are H-1 reduced signals (H is a natural number of 2 or more), it is assumed that there are also H-1 signal expanding means 31 and error calculating means 32 in FIG.

信号拡大手段31は、入力された縮小信号I(k=1、2、…、H−1;Hは2以上の自然数)をアップサンプリングし、その結果を拡大信号Uとして出力するものである。アップサンプリングは、例えば、補間処理により標本点を増加させるものであってもよいし、超解像処理により標本点を増加させるものであってもよい。 The signal expanding means 31 upsamples the input reduced signal I k (k = 1, 2,..., H−1; H is a natural number of 2 or more) and outputs the result as an expanded signal U k. is there. Upsampling may be, for example, increasing sample points by interpolation processing or increasing sampling points by super-resolution processing.

また、信号拡大手段31のアップサンプリングにおける拡大率は、階層化信号縮小手段20から出力される各縮小信号生成時の拡大率の逆数とする。すなわち、階層化信号縮小手段20において、拡大率1/K倍の縮小を行った縮小信号に対しては、信号拡大手段31は、拡大率K倍のアップサンプリングを行う。   The enlargement ratio in the upsampling of the signal enlargement means 31 is the reciprocal of the enlargement ratio at the time of generation of each reduced signal output from the hierarchical signal reduction means 20. That is, the signal enlarging means 31 performs upsampling with an enlargement ratio of K times for the reduced signal that has been reduced by the enlargement ratio of 1 / K in the hierarchical signal reduction means 20.

信号拡大手段31が、I(t)の標本点の個数をK倍にアップサンプリングし、その結果をU(t)として出力する場合、以下に示す零次ホールドによるアップサンプリング、線形補間によるアップサンプリング、又は、3次補間によるアップサンプリングのいずれかの手法を用いてもよい。 When the signal expansion means 31 upsamples the number of sampling points of I k (t) by K k times and outputs the result as U k (t), up-sampling by linear hold shown below and linear interpolation Any of the upsampling method according to, or the upsampling method by cubic interpolation may be used.

<零次ホールドによるアップサンプリング>
零次ホールドによりアップサンプリングを行う場合には、信号拡大手段31は、(9)式又は(10)式により実現可能である。
<Upsampling with zero-order hold>
When upsampling is performed by zero-order hold, the signal expansion means 31 can be realized by the equation (9) or (10).

Figure 0005232180
Figure 0005232180

Figure 0005232180
Figure 0005232180

なお、ここで、Λは、t/Kの小数点以下の整数への丸め方(切り捨て、切り上げ、四捨五入などの方法)を決める実数の定数である。好ましくは、0≦Λ<1とする。 Here, Λ k is a real constant that determines how to round t / K k to an integer below the decimal point (method of rounding down, rounding up, rounding off, etc.). Preferably, 0 ≦ Λ k <1.

<線形補間によるアップサンプリング>
線形補間によりアップサンプリングを行う場合には、信号拡大手段31は、(11)式により実現可能である。
<Upsampling by linear interpolation>
When upsampling is performed by linear interpolation, the signal expansion means 31 can be realized by the equation (11).

Figure 0005232180
Figure 0005232180

<3次補間によるアップサンプリング>
3次補間によりアップサンプリングを行う場合には、信号拡大手段31は、(12)式により実現可能である。
<Upsampling by cubic interpolation>
When upsampling is performed by cubic interpolation, the signal enlarging means 31 can be realized by equation (12).

Figure 0005232180
Figure 0005232180

誤差演算手段32は、拡大信号Uと、フレームIとの信号の差異を誤差としてブロックごとに定量化するものである。
具体的には、誤差演算手段32は、信号拡大手段31により縮小信号Iをアップサンプリングした拡大信号U(t)(t=0、1、…、T−1)と、フレームI(t)との誤差信号F(t)を生成し、続いて、ブロックごとの誤差を集計して誤差信号E(i)(i=0、1、…、N−1;Nは自然数)を出力する。ここで、tは、フレームIの標本点数であり、iは、ブロック番号である。
The error calculating means 32 quantifies the difference between signals of the enlarged signal U k and the frame I 0 as an error for each block.
Specifically, the error calculation means 32 includes an enlarged signal U k (t) (t = 0, 1,..., T−1) obtained by up-sampling the reduced signal I k by the signal enlargement means 31, and a frame I 0 ( t) and an error signal F k (t) with respect to t), and then summing up errors for each block to obtain an error signal E k (i) (i = 0, 1,..., N−1; N is a natural number) Is output. Here, t is the number of sample points of frame I 0 and i is a block number.

例えば、誤差の評価基準として自乗誤差を用いた場合には、誤差演算手段32は、(13)式の演算を実行する。   For example, when the square error is used as the error evaluation standard, the error calculation means 32 executes the calculation of equation (13).

Figure 0005232180
Figure 0005232180

また、例えば、誤差の評価基準として絶対値誤差を用いた場合には、誤差演算手段32は、(14)式の演算を実行する。   For example, when an absolute value error is used as an error evaluation criterion, the error calculation means 32 executes the calculation of the equation (14).

Figure 0005232180
Figure 0005232180

続いて、誤差演算手段32は、ブロックi(i=0、1、…、N−1;Nは自然数)ごとに誤差を集計する。フレームIの標本点数がT個であり、これをN個のブロックに分割した場合には、誤差演算手段32は、ブロックiに対する誤差信号E(i)を、(15)式により計算する。ここで、Bは、ブロックiに属する標本点の集合である。 Subsequently, the error calculation means 32 adds up the errors for each block i (i = 0, 1,..., N−1; N is a natural number). When the number of sample points of the frame I 0 is T, and this is divided into N blocks, the error calculation means 32 calculates the error signal E k (i) for the block i by the equation (15). . Here, B i is a set of sample points belonging to the block i.

Figure 0005232180
Figure 0005232180

さらに、一般的には、誤差演算手段32は、2信号U、I間の誤差をブロックiごとに定量化できるものであれば、いかなる誤差の評価基準を用いても構わない。例えば、誤差演算手段32は、ブロックi内における2信号U、I間の誤差を、その波形形状のフラクタル性の差異により評価することが考えられる。この場合、例えば、誤差演算手段32は、ブロックi内において、信号Uのフラクタル次元と、信号Iのフラクタル次元とを求め、それらの次元の値の差分の絶対値を誤差信号E(i)とする。 Furthermore, in general, the error calculation means 32 may use any error evaluation standard as long as the error between the two signals U k and I 0 can be quantified for each block i. For example, it is conceivable that the error calculation means 32 evaluates the error between the two signals U k and I 0 in the block i based on the difference in fractal nature of the waveform shape. In this case, for example, the error calculation means 32 obtains the fractal dimension of the signal U k and the fractal dimension of the signal I 0 in the block i, and calculates the absolute value of the difference between these dimensions as the error signal E k ( i).

図4に戻って、標本化パターンデータベース50は、どのブロックにどの拡大率を適用するかを記述した標本化パターンを複数記憶するものである。
各標本化パターンは、いずれも、フレーム全体としての拡大率と、ブロック数と、ブロックごとに割り当て得る拡大率の選択肢とからなる拘束条件をすべて満たすものとする。標本化パターンデータベース50は、この拘束条件を満たす標本化パターンのすべてを登録しておいてもよいし、それらの一部を登録しておいてもよい。
Returning to FIG. 4, the sampling pattern database 50 stores a plurality of sampling patterns that describe which enlargement ratio is applied to which block.
Each sampling pattern satisfies all of the constraint conditions including the enlargement ratio of the entire frame, the number of blocks, and options of the enlargement ratio that can be assigned to each block. The sampling pattern database 50 may register all of the sampling patterns that satisfy this constraint condition, or may register a part of them.

標本化パターンデータベース50は、例えば、標本化パターンのパターン番号がpのときの、ブロックiに用いる階層(拡大率の選択肢)κ(p;i)を表形式で記憶する。
具体的には、例えば、標本化パターンデータベース50は、例えば、フレーム全体としての拡大率が1/2、ブロック数が6、またブロックごとに割り当てる拡大率の選択肢が{等倍、1/2倍、1/4倍、1/8倍}である場合には、図7に示した表を記憶する。この表は、図3に示した表中の拡大率表示を階層番号に置き換えたもので、等倍(1/1倍)の階層をκ=0、1/2倍の階層をκ=1、1/4倍の階層をκ=2、および1/8倍の階層をκ=3でそれぞれ表している。
For example, the sampling pattern database 50 stores, in a tabular form, a hierarchy (enlargement rate option) κ (p; i) used for the block i when the pattern number of the sampling pattern is p.
Specifically, for example, the sampling pattern database 50 has, for example, an enlargement ratio of 1/2 as a whole frame, the number of blocks of 6, and an enlargement ratio option to be assigned to each block {same size, 1/2 times , 1/4 times, 1/8 times}, the table shown in FIG. 7 is stored. This table is obtained by replacing the enlargement ratio display in the table shown in FIG. 3 with the layer number, and the same magnification (1/1 times) layer is κ = 0, the 1/2 layer is κ = 1, A quarter-fold hierarchy is represented by κ = 2, and a 8-fold hierarchy is represented by κ = 3.

最適化手段70は、誤差信号E(i)を用いて、誤差を最適化する標本化パターンPを求めるものである。
具体的には、最適化手段70は、階層化誤差演算手段30から、各階層の誤差信号E(i)(k=1、2、…、H−1;Hは2以上の自然数)(i=0、1、…、N−1)を入力するとともに、標本化パターンデータベース50に記憶された標本化パターンpを順次読み出す。そして、最適化手段70は、標本化パターンpごとに、誤差信号E(i)を用いて、フレーム内の誤差の総和を求める。そして、最適化手段70は、この誤差の総和を最適化(最小化)する標本化パターンを求め、最適標本化パターンPとして標本選択配置手段80及び外部に出力する。
The optimization means 70 uses the error signal E k (i) to obtain a sampling pattern P that optimizes the error.
Specifically, the optimization unit 70 sends an error signal E k (i) (k = 1, 2,..., H−1; H is a natural number equal to or greater than 2) from the hierarchy error calculation unit 30 ( i = 0, 1,..., N−1) are input, and the sampling pattern p stored in the sampling pattern database 50 is sequentially read out. Then, the optimization unit 70 obtains the sum of errors in the frame using the error signal E k (i) for each sampling pattern p. The optimization unit 70 obtains a sampling pattern for optimizing (minimizing) the sum of the errors, and outputs the sampling pattern as the optimal sampling pattern P to the sample selection / placement unit 80 and the outside.

<目的関数が誤差のみ>
例えば、最適化手段70は、誤差を最小化するように標本化パターンを求める。具体的には、(16)式の演算を行う。
<The objective function is error only>
For example, the optimization unit 70 obtains the sampling pattern so as to minimize the error. Specifically, the calculation of equation (16) is performed.

Figure 0005232180
Figure 0005232180

ここで、G(p)は、パターン番号pの標本化パターンを用いた場合の、フレーム全体での誤差の総和であり、最適化の目的関数としての意味を有する。また、階層0すなわち等倍の場合には誤差を生じないので、E(i)は、ブロック番号iによらず常にその値は0であると定義した。 Here, G (p) is the sum of errors in the entire frame when the sampling pattern of pattern number p is used, and has a meaning as an objective function for optimization. Further, since no error occurs in the case of hierarchy 0, that is, equal magnification, E 0 (i) is defined to always have a value of 0 regardless of the block number i.

<誤差と、隣接ブロック間での階層番号の関係に応じたペナルティ>
また、最適化手段70は、誤差と、ブロック間の標本化間隔の関係とに基づき、最適標本化パターンPを求めるよう動作してもよい。例えば、誤差と隣接ブロック間の階層番号の関係とに基づき、目的関数G(p)を定義し、(17)式の演算を行う。
<Penal according to the relationship between error and layer number between adjacent blocks>
Further, the optimization unit 70 may operate so as to obtain the optimum sampling pattern P based on the error and the relationship between the sampling intervals between the blocks. For example, the objective function G (p) is defined on the basis of the error and the relationship between the hierarchical numbers between adjacent blocks, and the calculation of equation (17) is performed.

Figure 0005232180
Figure 0005232180

(17)式において、関数Fは、隣接ブロック間での階層番号に応じたペナルティを与える関数である。好ましくは、関数F(κ、κ)は、隣接ブロック間での階層番号(κ及びκ)の差異が大きいほど、大きなペナルティを与える。このようにすることで、隣接ブロック間での標本化間隔の急激な変化が抑制され、標本化後の信号特性の特性(例えば、隣接標本点間での振幅値の変化の変化、すなわち2階差分値)変化が少なくなる。 In (17), the function F B is a function that gives a penalty in accordance with the hierarchical number between adjacent blocks. Preferably, the function F B0 , κ 1 ) gives a larger penalty as the difference in the layer number (κ 0 and κ 1 ) between adjacent blocks increases. In this way, a rapid change in the sampling interval between adjacent blocks is suppressed, and the characteristics of the signal characteristics after sampling (for example, the change in amplitude value between adjacent sampling points, that is, the second floor) Difference value) Change is reduced.

これは、例えば、本装置による出力信号に対し、予測や変換(例えば、離散コサイン変換など)を施したときに、大きな予測誤差や変換係数が生じることを防ぐことができ、この予測や変換を用いる符号化の効率を向上することができる。
例えば、ペナルティ関数F(κ、κ)として、(18)式を用いることができる。
This can prevent, for example, large prediction errors and conversion coefficients from occurring when prediction and conversion (for example, discrete cosine conversion, etc.) are performed on the output signal from this apparatus. The efficiency of encoding used can be improved.
For example, the expression (18) can be used as the penalty function F B0 , κ 1 ).

Figure 0005232180
Figure 0005232180

(18)式のγは、誤差に対し、本ペナルティの重要度を調整するための係数で、正の実数値とする。   Γ in the equation (18) is a coefficient for adjusting the importance of this penalty with respect to the error, and is a positive real value.

<誤差と、標本化パターンに応じた符号量のペナルティ>
また、最適化手段70は、誤差と、「標本化パターンを記述するのに要する符号量」とに基づいて最適化を行ってもよい。これは、とくに、標本化パターンの記述に可変長の符号を用いる場合に、好適な手法である。この場合、(19)式のように、標本化パターンpに応じたペナルティF(p)を含めて最適化してもよい。
<Error and code amount penalty according to sampling pattern>
Further, the optimization unit 70 may perform optimization based on the error and “the amount of code required to describe the sampling pattern”. This is a suitable method particularly when a variable-length code is used for describing the sampling pattern. In this case, optimization may be performed including a penalty F P (p) corresponding to the sampling pattern p as shown in the equation (19).

Figure 0005232180
Figure 0005232180

ペナルティF(p)は、標本化パターンpに割り振られる符号量が増えるほど、大きな値(または同じ値)を返す関数であることが好ましい。 The penalty F P (p) is preferably a function that returns a larger value (or the same value) as the code amount allocated to the sampling pattern p increases.

<誤差と、隣接ブロック間での階層番号の関係に応じたペナルティと、標本化パターンに応じた符号量のペナルティ>
また、最適化手段70は、(20)式のように、隣接するブロック間での階層番号の関係に応じたペナルティFと、標本化パターンpに応じた符号量のペナルティF(p)との両者を考慮して最適化してもよい。
<Penal according to the relationship between error and layer number between adjacent blocks, and penalty of code amount according to sampling pattern>
Further, the optimization unit 70, as shown in the equation (20), has a penalty F B corresponding to the relationship of the layer number between adjacent blocks, and a penalty FP (p) of the code amount corresponding to the sampling pattern p. It may be optimized in consideration of both.

Figure 0005232180
Figure 0005232180

標本選択配置手段80は、最適標本化パターンPに従って、ブロックごとに階層(拡大率)を変えながら縮小信号I及び入力信号であるフレームIを連接することで、出力信号Dを生成するものである。 Sample selection arrangement means 80, according to the optimum sampling pattern P, by connecting the frame I 0 is a reduced signal I k and the input signal while changing the hierarchy (magnification) for each block, which generates an output signal D It is.

具体的には、標本選択配置手段80は、最適化手段70から最適標本化パターンPを入力するとともに、フレーム記憶手段10からフレームIを、階層化信号縮小手段20から縮小信号I(k=1、2、…、H−1;Hは2以上の自然数)を入力する。そして、標本選択配置手段80は、最適標本化パターンPに従って、以下の(21)式のように、ブロックごとに階層(拡大率)を変えながら縮小信号I及び入力信号であるフレームIを連接して、出力信号Dを生成し、この出力信号Dを外部へ出力する。 Specifically, the sample selection / arrangement unit 80 receives the optimal sampling pattern P from the optimization unit 70, and also receives the frame I 0 from the frame storage unit 10, and the reduced signal I k (k from the hierarchical signal reduction unit 20. = 1, 2,..., H-1; H is a natural number of 2 or more). Then, according to the optimum sampling pattern P, the sample selection / placement means 80 changes the reduced signal I k and the input signal frame I 0 while changing the hierarchy (enlargement ratio) for each block as shown in the following equation (21). Concatenated to generate an output signal D, and outputs the output signal D to the outside.

Figure 0005232180
Figure 0005232180

ここで、T (k)は、信号Iのスケール(フレームIを縮小した際の拡大率K)におけるi番目のブロックに含まれる標本点の数である。なお、Bは、(15)式(下側)で表されるものであり、|B|は、フレームIにおけるブロックBに含まれる基準標本点の数を表す。 Here, T i (k) is the number of sample points included in the i-th block on the scale of the signal I k (enlargement ratio K k when the frame I 0 is reduced). B i is expressed by equation (15) (lower side), and | B i | represents the number of reference sample points included in the block B i in the frame I 0 .

また、R (k)は、信号I上における標本点のうち、n番目のブロック(ブロックB)に属する標本点のtの最小値である。さらに、Sは、出力信号D上における標本点のうち、n番目のブロック(ブロックB)に属する標本点のtの最小値である。ただし、Sは、出力信号Dにおける標本点の総数である。 R n (k) is the minimum value of t of sample points belonging to the nth block (block B n ) among the sample points on the signal I k . Furthermore, S n is the minimum value of t of sample points belonging to the nth block (block B n ) among the sample points on the output signal D. Here, S N is the total number of sample points in the output signal D.

この適応標本化装置1Aによれば、フレーム記憶手段10によって、入力信号Iの一定区間における標本化された振幅値群をフレームIとし、階層化信号縮小手段20によって、フレームIを段階的に縮小して縮小信号Iとし、階層化誤差演算手段30によって、各縮小信号Iについて、フレームIとの誤差信号を計算し、これをブロックiごとに集計して誤差信号をE(i)とし、最適化手段70によって、標本化パターンデータベース50から読み出した標本化パターンの中からフレーム内の誤差を最適化する最適標本化パターンPを求め、標本選択配置手段80によって、最適標本化パターンPに従って、ブロックごとに階層を変えながら縮小信号I及びフレームIを連接して、出力信号Dを生成する。 According to the adaptive sampling apparatus 1A, the frame storage means 10 sets the group of amplitude values sampled in a certain section of the input signal I as the frame I 0 , and the hierarchical signal reduction means 20 converts the frame I 0 stepwise. The reduced signal I k is reduced to the reduced signal I k , and the error signal with respect to the frame I 0 is calculated for each reduced signal I k by the hierarchized error calculation means 30, and this is aggregated for each block i to obtain the error signal E k (I), an optimum sampling pattern P for optimizing the error in the frame is obtained from the sampling patterns read from the sampling pattern database 50 by the optimization means 70, and the optimum sample is obtained by the sample selection / placement means 80. In accordance with the conversion pattern P, the reduced signal I k and the frame I 0 are concatenated while changing the hierarchy for each block to generate the output signal D.

このため、適応標本化装置1Aは、フレーム内の誤差を最適化する最適標本化パターンに基づいて、ブロックごとに標本化間隔を変えながら、フレームの標本化を行い、その標本結果を出力することができる。   For this reason, the adaptive sampling apparatus 1A samples the frame while changing the sampling interval for each block based on the optimal sampling pattern for optimizing the error in the frame, and outputs the sampling result. Can do.

なお、適応標本化装置1Aの構成はこれに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更可能である。   The configuration of the adaptive sampling device 1A is not limited to this, and can be changed without departing from the spirit of the present invention.

[適応標本化装置1Aの動作]
次に、図8を参照して(構成については、適宜図4を参照のこと)、本発明の第1実施形態に係る適応標本化装置1A(1)の動作について説明する。
[Operation of Adaptive Sampling Apparatus 1A]
Next, the operation of the adaptive sampling apparatus 1A (1) according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

まず、適応標本化装置1Aは、フレーム記憶手段10によって、入力信号Iの一定区間における標本化された振幅値群をフレームI(t)(t=0、1、…、T−1;Tは自然数)として記憶する(ステップS11)。そして、適応標本化装置1Aは、階層化信号縮小手段20によって、フレームIを段階的に縮小し、縮小信号I(k=1、2、…、H−1;Hは2以上の自然数)を出力する(ステップS12)。 First, the adaptive sampling apparatus 1A uses the frame storage means 10 to convert the sampled amplitude values in a certain section of the input signal I into a frame I 0 (t) (t = 0, 1,..., T−1; T Is stored as a natural number) (step S11). Then, the adaptive sampling apparatus 1A reduces the frame I 0 stepwise by the hierarchized signal reduction means 20, and the reduced signal I k (k = 1, 2,..., H−1; H is a natural number of 2 or more. ) Is output (step S12).

そして、適応標本化装置1Aは、階層化誤差演算手段30によって、各縮小信号Iについて、アップサンプリングした拡大信号U(t)と、フレームIとの誤差信号F(t)を計算し、これをブロックi(i=0、1、…、N−1)ごとに集計して、誤差信号E(i)を生成する(ステップS13)。 Then, the adaptive sampling device 1A calculates the error signal F k (t) between the up-sampled enlarged signal U k (t) and the frame I 0 with respect to each reduced signal I k by the hierarchization error calculation means 30. Then, the error signal E k (i) is generated for each block i (i = 0, 1,..., N−1) (step S13).

そして、適応標本化装置1Aは、最適化手段70によって、誤差信号E(i)を用いて、標本化パターンデータベース50から読み出した標本化パターンの中から、フレーム内の誤差の総和を最適化する最適標本化パターンPを求める(ステップS14)。 Then, the adaptive sampling device 1A optimizes the sum of errors in the frame from the sampling patterns read from the sampling pattern database 50 by using the error signal E k (i) by the optimization unit 70. An optimum sampling pattern P to be obtained is obtained (step S14).

そして、適応標本化装置1Aは、標本選択配置手段80によって、最適標本化パターンに従って、ブロックごとに階層(拡大率)を変えながら縮小信号I及びフレームIを連接し、出力信号Dを生成する(ステップS15)。 Then, the adaptive sampling device 1A generates the output signal D by concatenating the reduced signal I k and the frame I 0 while changing the hierarchy (enlargement ratio) for each block according to the optimal sampling pattern by the sample selection / placement means 80. (Step S15).

(第2実施形態・近似的な高速最適化)
フレームを分割するブロック数Nが増えると、標本化パターンの数は急激に増加する。例えば、ブロックがN=27、縮小時の倍率が等倍、1/2倍、1/4倍、1/8倍の四者択一、また、フレーム全体での倍率が1/4となる標本化パターンは、図9のようになる。この中で、例えば、モード3に属する標本化パターンの数だけでも393693300通りも存在し、全探索による最適化には膨大な演算量を要する。
そこで、第2実施形態では、最適化を近似的に行うことにより高速化を図った適応標本化装置を説明する。
(Second embodiment: approximate high-speed optimization)
As the number N of blocks into which a frame is divided increases, the number of sampling patterns increases rapidly. For example, a sample in which the block is N = 27, the magnification at the time of reduction is equal, 1/2, 1/4, or 1/8, or the magnification of the entire frame is 1/4. The conversion pattern is as shown in FIG. Among them, for example, there are 393693300 patterns just for the number of sampling patterns belonging to mode 3, and an enormous amount of calculation is required for optimization by full search.
Therefore, in the second embodiment, an adaptive sampling device that achieves high speed by approximating optimization will be described.

[適応標本化装置1Bの構成]
図10を参照して、本発明の第2実施形態に係る適応標本化装置1B(1)の構成について説明する。
適応標本化装置1Bは、入力信号におけるフレームをブロックに分割してブロックごとに標本化する際に、標本化パターンデータベースに記憶されている標本化する際に各拡大率を適用するブロック数を記述したレコードと、誤差信号から、各モードの各ブロックに対して、階層番号を割り振ったモード別標本化パターンを生成し、このモード別標本化パターンから、信号の劣化の最も少ない最適標本化パターンを求め、この最適標本化パターンと、最適標本化パターンにより標本化した結果の出力信号とを出力するものである。
[Configuration of Adaptive Sampling Apparatus 1B]
With reference to FIG. 10, the configuration of the adaptive sampling apparatus 1B (1) according to the second embodiment of the present invention will be described.
When the adaptive sampling apparatus 1B divides the frame in the input signal into blocks and samples each block, the adaptive sampling apparatus 1B describes the number of blocks to which each enlargement ratio is applied when sampling stored in the sampling pattern database. From the recorded record and error signal, a mode-specific sampling pattern with a hierarchical number assigned to each block in each mode is generated, and the optimal sampling pattern with the least signal degradation is generated from this mode-specific sampling pattern. The optimum sampling pattern and an output signal obtained as a result of sampling using the optimum sampling pattern are output.

適応標本化装置1Bは、フレーム記憶手段10と、階層化信号縮小手段20と、階層化誤差演算手段30Bと、整順手段40と、標本化パターンデータベース50Bと、割り当て手段60と、最適化手段70Bと、標本選択配置手段80Bとを備える。   The adaptive sampling apparatus 1B includes a frame storage unit 10, a hierarchical signal reduction unit 20, a hierarchical error calculation unit 30B, an ordering unit 40, a sampling pattern database 50B, an allocation unit 60, and an optimization unit. 70B and specimen selection / arrangement means 80B.

フレーム記憶手段10、及び、階層化信号縮小手段20については、第1実施形態に係る適応標本化装置1Aの備える手段と同一であるため、説明を省略する。   The frame storage unit 10 and the hierarchized signal reduction unit 20 are the same as the units included in the adaptive sampling apparatus 1A according to the first embodiment, and thus description thereof is omitted.

階層化誤差演算手段30Bは、出力信号である誤差信号E(i)(k=1、2、…、H−1;Hは2以上の自然数)(i=0、1、…、N−1;Nはブロック数)を、整順手段40及び最適化手段70Bへ出力する点を除いて、第1実施形態に係る階層化誤差演算手段30と同一である。そのため、その説明を省略する。 The hierarchical error calculating means 30B outputs an error signal E k (i) (k = 1, 2,..., H−1; H is a natural number of 2 or more) (i = 0, 1,. 1; N is the number of blocks) is the same as the hierarchization error calculation means 30 according to the first embodiment, except that the ordering means 40 and the optimization means 70B are output. Therefore, the description is omitted.

整順手段40は、誤差信号に基づき、フレーム内のブロックに対して優先順位をつけて、順位情報を生成するものである。
具体的には、整順手段40は、階層化誤差演算手段30Bから、誤差信号E(i)(k=1、2、…、H−1;Hは2以上の自然数)(i=0、1、…、N−1)を入力する。そして、整順手段40は、1つ以上の階層kの誤差信号E(i)に基づき、フレーム内のブロックに対して、優先順位をつけて順位情報を生成し、この順位情報を割り当て手段60に出力する。
The ordering means 40 generates priority information by assigning priorities to the blocks in the frame based on the error signal.
Specifically, the ordering means 40 receives the error signal E k (i) (k = 1, 2,..., H−1; H is a natural number of 2 or more) (i = 0) from the hierarchical error calculation means 30B. ,..., N-1). The ordering means 40 generates order information by assigning priorities to the blocks in the frame based on the error signal E k (i) of one or more hierarchies k, and assigns the order information. 60.

整順手段40は、信号の縮小操作による情報の損失が大きいブロックほど優先順位を高くすることが好ましい。
例えば、整順手段40は、階層kの誤差信号E(i)に注目し、その誤差値(誤差)の大きい順にブロックを整順する。誤差値の大きい方からj番目(j=0、1、…、N−1)のブロック番号をβ(j)とおき、これを順位情報と呼ぶ。
It is preferable that the ordering unit 40 increases the priority of a block in which information loss due to a signal reduction operation is large.
For example, the ordering means 40 pays attention to the error signal E k (i) of the hierarchy k and arranges the blocks in descending order of the error value (error). The jth block number (j = 0, 1,..., N−1) from the largest error value is set as β (j), and this is called rank information.

具体的な整順手段40の動作を、図11を用いて説明する。この例では、整順手段40は、k=1すなわち1/2倍のときの誤差値E(i)(図11の201)に注目して整順を行う。整順手段40が、誤差値の大きいものから順に優先順位をつけると図11の202のような順序となる。
従って、順位情報β(j)は、(22)式のようになる(図11の204)。
A specific operation of the ordering means 40 will be described with reference to FIG. In this example, the ordering means 40 performs ordering by paying attention to the error value E 1 (i) (201 in FIG. 11) when k = 1, that is, 1/2 times. When the ordering means 40 assigns priorities in descending order of error values, the order becomes 202 as shown in FIG.
Accordingly, the rank information β (j) is expressed by the equation (22) (204 in FIG. 11).

Figure 0005232180
Figure 0005232180

図10に戻って、標本化パターンデータベース50Bは、各拡大率を適用するブロックの数を記述したレコードを複数記憶するものである。
各レコードに記述されている拡大率ごとのブロック数は、いずれも、フレーム全体としての拡大率と、ブロック数と、ブロックごとに割り当て得る拡大率の選択肢とからなる拘束条件をすべて満たすものとする。標本化パターンデータベース50Bは、この拘束条件を満たすブロック数の組み合わせのすべてを登録しておいてもよいし、それらの一部を登録しておいてもよい。
Returning to FIG. 10, the sampling pattern database 50B stores a plurality of records describing the number of blocks to which each enlargement ratio is applied.
The number of blocks for each enlargement rate described in each record shall satisfy all constraints including the enlargement rate for the entire frame, the number of blocks, and the options for the enlargement rate that can be assigned to each block. . The sampling pattern database 50B may register all combinations of the number of blocks that satisfy this constraint condition, or may register some of them.

標本化パターンデータベース50Bは、例えば、モード番号がmのときの、階層番号(適用拡大率を区別するための識別子)κのブロック数ν(m;κ)を表形式で記憶する。   The sampling pattern database 50B stores, for example, the number of blocks ν (m; κ) of the layer number (identifier for distinguishing the application magnification ratio) κ in the table format when the mode number is m.

具体的には、例えば、フレーム全体としての拡大率が1/4、ブロック数が27、またブロックごとに割り当て得る拡大率の選択肢が{等倍、1/2倍、1/4倍、1/8倍}である場合には、図9の太枠内に示した表を記憶する。
また、例えば、フレーム全体としての拡大率が1/2、ブロック数が6、またブロックごとに割り当て得る拡大率の選択肢が{等倍、1/2倍、1/4倍、1/8倍}である場合には、図2の太枠内に示した表を記憶する。
以下では、簡単のため図2に関する具体例に基づいて説明する。
Specifically, for example, the enlargement ratio of the entire frame is 1/4, the number of blocks is 27, and the enlargement ratio options that can be assigned to each block are {same size, 1/2 times, 1/4 times, 1 / If it is 8 times}, the table shown in the thick frame in FIG. 9 is stored.
Also, for example, the enlargement ratio of the entire frame is 1/2, the number of blocks is 6, and the enlargement ratio options that can be assigned to each block are {same size, 1/2 times, 1/4 times, 1/8 times} If it is, the table shown in the thick frame in FIG. 2 is stored.
Hereinafter, for the sake of simplicity, description will be made based on a specific example related to FIG.

割り当て手段60は、各モード番号の各ブロックに対して、階層番号を割り振るものである。
具体的には、割り当て手段60は、整順手段40から、順位情報β(j)(j=0、1、…、N−1)を入力するとともに、標本化パターンデータベース50Bから、モード番号がmのときの階層番号κを割り当てるべきブロック数ν(m;κ)を読み出す。そして、割り当て手段60は、(23)式により、各モード番号mの各ブロックに対して、優先順位の高いものほど縮小時の拡大倍率(好ましくは、0より大きく1以下)が大きい(1に近い)階層番号χ(m;i)を割り振る。そして、割り当て手段60は、この階層番号χ(m;i)を最適化手段70Bに出力する。
なお、このχ(m;i)を、モード別標本化パターンと呼ぶ。
The assigning means 60 assigns a hierarchical number to each block of each mode number.
Specifically, the assigning means 60 inputs the rank information β (j) (j = 0, 1,..., N−1) from the ordering means 40, and the mode number from the sampling pattern database 50B. The number of blocks ν (m; κ) to which the layer number κ for m is assigned is read. Then, the assigning means 60 uses the equation (23) to increase the enlargement magnification (preferably greater than 0 and less than or equal to 1) as the priority is higher for each block of each mode number m (to 1). Assign the near (hierarchical) number χ (m; i). Then, the assigning means 60 outputs this hierarchy number χ (m; i) to the optimizing means 70B.
This χ (m; i) is referred to as a mode-specific sampling pattern.

Figure 0005232180
Figure 0005232180

なお、(23)式のη(m;j)は、モード番号mの場合に、順位がj番のブロックに割り当てるべき階層番号を出力する関数である。これは、N個の要素からなる数列(η(m;j))j=0、1、…、N−1を考え、この数列の初項から順に各階層番号の値κをν(m;κ)個ずつκに関して昇順に並べることで生成できる。 Note that η (m; j) in the equation (23) is a function that outputs a hierarchical number to be assigned to the block with the rank j when the mode number is m. This considers a sequence of N elements (η (m; j)) j = 0, 1,..., N−1, and sets the value κ of each hierarchical number to ν (m; κ) can be generated by arranging them in ascending order with respect to κ.

η(m;j)について、図2の場合のモード番号m=3を例に説明する。図2のモード番号m=3の場合には、階層番号κ=0が2ブロック、階層番号κ=1が1ブロック、階層番号κ=2が1ブロック、そして階層番号κ=3が3ブロック割り当てられる。すなわち、(24)式のようになる。   η (m; j) will be described by taking the mode number m = 3 in the case of FIG. 2 as an example. In the case of mode number m = 3 in FIG. 2, hierarchical number κ = 0 is assigned to 2 blocks, hierarchical number κ = 1 is assigned to 1 block, hierarchical number κ = 2 is assigned to 1 block, and hierarchical number κ = 3 is assigned to 3 blocks. It is done. That is, the equation (24) is obtained.

Figure 0005232180
Figure 0005232180

割り当て手段60は、数列(η(3;j))j=0、1、…、5を、次の手順で生成する。
まず、階層0は2ブロック存在するから、(η(3;j))j=0、1、…、5には値0の項が2項存在する。階層1は1ブロック存在するから、(η(3;j))j=0、1、…、5
には値1の項が1項存在する。階層2は1ブロック存在するから、(η(3;j))j=0、1、…、5には値2の項が1項存在する。そして、階層3は2ブロック存在するから、(η(3;j))j=0、1、…、5には値3の項が2項存在する。項の値が昇順になるように数列(η(3;j))j=0、1、…、5を構成すると、(25)式のようになる。
The assigning means 60 generates a numerical sequence (η (3; j)) j = 0, 1,..., 5 by the following procedure.
First, since there are 2 blocks in the hierarchy 0, (η (3; j)) j = 0, 1,. Since layer 1 has one block, (η (3; j)) j = 0, 1,..., 5
There is one term of value 1. Since layer 2 has one block, (η (3; j)) j = 0, 1,... Since there are two blocks in the hierarchy 3, (η (3; j)) j = 0, 1,... When the numerical sequence (η (3; j)) j = 0, 1,..., 5 is configured so that the values of the terms are in ascending order, equation (25) is obtained.

Figure 0005232180
Figure 0005232180

例えば、図11(203)においては、モード番号m=0のときは、6ブロックすべてが1/2倍なので、割り当て手段60は、すべてのブロックに「1/2倍」(階層番号1)を割り当てる((26)式)。   For example, in FIG. 11 (203), when the mode number m = 0, all six blocks are halved, so the assigning means 60 assigns “½ times” (hierarchical number 1) to all blocks. Assign (equation (26)).

Figure 0005232180
Figure 0005232180

次に、モード番号m=1のときは、等倍(階層番号0)が1ブロック、1/2倍(階層番号1)が3ブロック、1/4倍(階層番号2)が2ブロック、1/8倍(階層番号3)が0ブロックである。よって、割り当て手段60は、(27)式を得る。   Next, when the mode number m = 1, the same size (hierarchy number 0) is 1 block, 1/2 times (hierarchy number 1) is 3 blocks, 1/4 times (hierarchy number 2) is 2 blocks, 1 / 8 times (hierarchical number 3) is 0 block. Therefore, the assigning means 60 obtains equation (27).

Figure 0005232180
Figure 0005232180

同様に、モード番号m=2のときは、割り当て手段60は、(28)式を得る。   Similarly, when the mode number m = 2, the assigning means 60 obtains equation (28).

Figure 0005232180
Figure 0005232180

さらに、モード番号m=3のときは、割り当て手段60は、(29)式を得る。   Further, when the mode number m = 3, the assigning means 60 obtains the equation (29).

Figure 0005232180
Figure 0005232180

そして、割り当て手段60は、(23)式に基づき、各ブロックの優先順位に応じて、各ブロックに階層番号を割り振ると、モード別標本化パターンχ(m;i)を(30)式のように得る。なお、(30)式を具体的な拡大倍率で表示したものが、図11の203である。   Then, the assigning means 60 assigns a hierarchical number to each block according to the priority order of each block based on the equation (23), and sets the mode-specific sampling pattern χ (m; i) as shown in the equation (30). To get to. Note that reference numeral 203 in FIG. 11 represents the expression (30) at a specific magnification.

Figure 0005232180
Figure 0005232180

最適化手段70Bは、誤差信号を用いて、誤差を最小化するモード別標本化パターンを求めるものである。
具体的には、最適化手段70Bは、階層化誤差演算手段30Bから、誤差信号E(i)(k=1、2、…、H−1;Hは2以上の自然数)(i=0、1、…、N−1)を入力するとともに、割り当て手段60から、モード別標本化パターンχ(m;i)(mはモード番号)を入力する。そして、最適化手段70Bは、誤差信号E(i)を用いて、モードmごとに、モード別標本化パターンχ(m;i)によるフレーム内の誤差の総和を求める。そして、最適化手段70Bは、この誤差の総和を最適化(最小化)する標本化パターン列(モード別標本化パターン)を求めて、最適標本化パターン列(Qi=0、1、…、N−1として標本選択配置手段80B及び外部に出力する。
最適化手段70Bは、(31)式の演算を行う。
The optimization means 70B uses the error signal to obtain a mode-specific sampling pattern that minimizes the error.
Specifically, the optimization unit 70B receives the error signal E k (i) (k = 1, 2,..., H−1; H is a natural number greater than or equal to 2) (i = 0) from the hierarchical error calculation unit 30B. ,..., N−1) and a mode-specific sampling pattern χ (m; i) (m is a mode number). Then, the optimization unit 70B uses the error signal E k (i) to obtain the sum of errors in the frame by the mode-specific sampling pattern χ (m; i) for each mode m. Then, the optimization means 70B obtains a sampling pattern string (mode-specific sampling pattern) that optimizes (minimizes) the sum of the errors, and obtains an optimal sampling pattern string (Q i ) i = 0, 1, ..., N-1 is output to the specimen selection / arrangement means 80B and the outside.
The optimization unit 70B performs the calculation of equation (31).

Figure 0005232180
Figure 0005232180

ここで、Γ(m)は、モード別標本化パターンχ(m;i)を用いた場合の、フレーム全体での誤差の総和である。また、階層0すなわち等倍の場合には、誤差を生じないので、E(i)は、ブロック番号iによらず常にその値は0であると定義する。 Here, Γ (m) is the sum of errors in the entire frame when the mode-specific sampling pattern χ (m; i) is used. Further, since no error occurs in the case of the hierarchy 0, that is, equal magnification, E 0 (i) is always defined as 0 regardless of the block number i.

図12に示すように、最適化手段70Bは、各モード番号mについて、ブロックごとの誤差を求め、フレーム内の誤差の総和を求める。そして、最適化手段70Bは、フレーム内の誤差の総和が最小となるモードを探索し(図12の例では、モード番号3)、このモードのときの標本化パターン列を、最適標本化パターン列として出力する。   As shown in FIG. 12, the optimization means 70B calculates the error for each block for each mode number m, and calculates the sum of errors in the frame. Then, the optimization unit 70B searches for a mode that minimizes the sum of errors in the frame (mode number 3 in the example of FIG. 12), and uses the sampling pattern sequence in this mode as the optimal sampling pattern sequence. Output as.

なお、最適化手段70Bは、第1実施形態に係る最適化手段70の(17)式、(19)式、及び、(20)式の場合と同様に、隣接ブロック間での階層番号の関係に応じたペナルティや、標本化パターン列に応じた符号量のペナルティを考慮しても構わない。   Note that the optimization unit 70B uses the hierarchical number relationship between adjacent blocks as in the case of the equations (17), (19), and (20) of the optimization unit 70 according to the first embodiment. It is also possible to consider a penalty corresponding to the code amount and a code amount penalty corresponding to the sampling pattern sequence.

例えば、最適化手段70Bは、隣接ブロック間での階層番号の関係に応じたペナルティFを考慮する場合には、(32)式により最適化を行うことができる。これは、(17)式に対応するものである。 For example, the optimization unit 70B can perform the optimization according to the equation (32) when considering the penalty F B according to the relationship of the layer number between adjacent blocks. This corresponds to equation (17).

Figure 0005232180
Figure 0005232180

また、例えば、最適化手段70Bは、標本化パターン列χ(m;i)に応じた符号量のペナルティを考慮する場合には、(33)式により最適化を行うことができる。これは、(19)式に対応するものである。   Further, for example, the optimization unit 70B can perform the optimization according to the expression (33) when considering the penalty of the code amount according to the sampling pattern sequence χ (m; i). This corresponds to the equation (19).

Figure 0005232180
Figure 0005232180

ここで、F(κ、κ、…、κN−1)は、標本化パターン列(κ、κ、…、κN−1)に対して割り当てられる符号量に応じて設定されるペナルティで、好ましくは、割り当てられる符号量が多ければ多いほど、ペナルティを大きく(または、等しく)設定する。 Here, F Q0 , κ 1 ,..., Κ N-1 ) is set according to the code amount assigned to the sampling pattern sequence (κ 0 , κ 1 ,..., Κ N-1 ). Preferably, the penalty is set to be larger (or equal) as the assigned code amount is larger.

さらに、最適化手段70Bは、隣接ブロック間での階層番号の関係に応じたペナルティFや、標本化パターン列に応じた符号量のペナルティFの両者を考慮しても構わない。この場合、最適化手段70Bは、(34)式により最適化を行うことができる。これは、(20)式に対応するものである。 Further, the optimization unit 70B may consider both the penalty F B corresponding to the relationship of the layer numbers between adjacent blocks and the code amount penalty F Q corresponding to the sampling pattern sequence. In this case, the optimization unit 70B can perform the optimization using the equation (34). This corresponds to the equation (20).

Figure 0005232180
Figure 0005232180

標本選択配置手段80Bは、最適標本化パターン列(Qi=0、1、…、N−1に従って、ブロックごとに階層(拡大率)を変えながら縮小信号I及び現信号であるフレームIを連接することで、出力信号Dを生成するものである。 The sample selection / arrangement means 80B is a frame that is the reduced signal Ik and the current signal while changing the hierarchy (enlargement ratio) for each block in accordance with the optimum sampling pattern sequence (Q i ) i = 0, 1,. by connecting the I 0, and generates an output signal D.

具体的には、標本選択配置手段80Bは、最適化手段70Bから最適標本化パターン列(Qi=0、1、…、N−1を入力するとともに、フレーム記憶手段10からフレームIを、階層化信号縮小手段20から縮小信号I(k=1、2、…、H−1;Hは2以上の自然数)を入力する。そして、標本選択配置手段80Bは、最適標本化パターン列(Q)に従って、以下の(35)式のように、ブロックごとに階層(拡大率)を変えながら縮小信号I及び現信号であるフレームIを連接して、出力信号Dを生成し、この出力信号Dを外部へ出力する。 Specifically, the sample selection / arrangement unit 80B receives the optimal sampling pattern sequence (Q i ) i = 0, 1,..., N−1 from the optimization unit 70B, and the frame I 0 from the frame storage unit 10. , The reduced signal I k (k = 1, 2,..., H−1; H is a natural number of 2 or more) is input from the hierarchical signal reducing means 20. Then, according to the optimum sampling pattern sequence (Q i ), the sample selection / arranging means 80B is the reduced signal I k and the current signal while changing the hierarchy (enlargement ratio) for each block as in the following equation (35). The frame I 0 is concatenated to generate an output signal D, and this output signal D is output to the outside.

Figure 0005232180
Figure 0005232180

ここで、(35)式は、第1実施形態に係る標本選択配置手段80の(21)式において、κ(P;i)を、Qに置き換えたものであり(i=0、1、…、N)、この置き換えた変数以外の変数の意味は、同一である。 Here, the expression (35) is obtained by replacing κ (P; i) with Q i in the expression (21) of the sample selection / arranging means 80 according to the first embodiment (i = 0, 1, ..., N), the meanings of the variables other than the replaced variable are the same.

この適応標本化装置1Bによれば、フレーム記憶手段10によって、入力信号Iの一定区間における標本化された振幅値群をフレームIとし、階層化信号縮小手段20によって、フレームIを段階的に縮小して縮小信号Iとし、階層化誤差演算手段30Bによって、各縮小信号Iについて、フレームIとの誤差信号を計算し、これをブロックiごとに集計して誤差信号とし、整順手段40によって、誤差信号に基づき、フレーム内のブロックに優先順位をつけ順位情報を生成し、割り当て手段60によって、順位情報と、標本化パターンデータベース50Bから読み出したν(m;κ)とを用いて、各モード番号mの各ブロックiに対して、階層番号(モード別標本化パターン)を割り当て、最適化手段70Bによって、誤差信号を用いて、モード別標本化パターンの中から、フレーム内の誤差の総和を最適化する最適標本化パターンを求め、標本選択配置手段80Bによって、最適標本化パターンに従って、ブロックごとに階層を変えながら縮小信号I及びフレームIを連接して、出力信号Dを生成する。 According to the adaptive sampling apparatus 1B, the frame storage means 10 sets the amplitude value group sampled in a certain section of the input signal I as the frame I 0 , and the hierarchical signal reduction means 20 converts the frame I 0 stepwise. The reduced signal I k is reduced to a reduced signal I k , and the error signal with respect to the frame I 0 is calculated for each reduced signal I k by the layered error calculation means 30B. The order means 40 prioritizes the blocks in the frame based on the error signal and generates rank information. The assignment means 60 generates the rank information and ν (m; κ) read from the sampling pattern database 50B. The hierarchical number (mode-specific sampling pattern) is assigned to each block i of each mode number m, and the error signal is transmitted by the optimization means 70B. Is used to obtain an optimum sampling pattern for optimizing the sum of errors in the frame from the mode-specific sampling patterns, and the sample selection and placement means 80B changes the hierarchy for each block according to the optimum sampling pattern. The reduced signal I k and the frame I 0 are concatenated to generate the output signal D.

このため、適応標本化装置1Bは、拘束条件を満たす全ての標本化パターンに対して、フレーム内の誤差の総和を求める必要がないことから、近似的に最適化を行うことができ、高速化を図ることができる。   For this reason, the adaptive sampling apparatus 1B does not have to obtain the sum of errors in the frame for all sampling patterns that satisfy the constraint conditions, and therefore can perform optimization approximately and increase the speed. Can be achieved.

なお、適応標本化装置1Bの構成はこれに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更可能である。   The configuration of the adaptive sampling device 1B is not limited to this, and can be changed without departing from the spirit of the present invention.

[適応標本化装置1Bの動作]
次に、図13を参照して(構成については、適宜図10を参照のこと)、本発明の第2実施形態に係る適応標本化装置1B(1)の動作について説明する。
[Operation of Adaptive Sampling Apparatus 1B]
Next, the operation of the adaptive sampling device 1B (1) according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

まず、適応標本化装置1Bは、フレーム記憶手段10によって、入力信号Iの一定区間における標本化された振幅値群をフレームI(t)(t=0、1、…、T−1;Tは自然数)として記憶する(ステップS21)。そして、適応標本化装置1Bは、階層化信号縮小手段20によって、フレームIを段階的に縮小し、縮小信号I(k=1、2、…、H−1;Hは2以上の自然数)を出力する(ステップS22)。 First, the adaptive sampling device 1B uses the frame storage means 10 to convert the sampled amplitude values in a certain section of the input signal I into a frame I 0 (t) (t = 0, 1,..., T−1; T Is stored as a natural number) (step S21). Then, the adaptive sampling device 1B reduces the frame I 0 stepwise by the hierarchized signal reduction means 20, and the reduced signal I k (k = 1, 2,..., H−1; H is a natural number of 2 or more. ) Is output (step S22).

そして、適応標本化装置1Bは、階層化誤差演算手段30によって、各縮小信号Iについて、アップサンプリングした拡大信号U(t)と、フレームIとの誤差信号F(t)を計算し、これをブロックi(i=0、1、…、N−1)ごとに集計して、誤差信号E(i)を生成する(ステップS23)。 Then, the adaptive sampling device 1B calculates the error signal F k (t) between the up-sampled enlarged signal U k (t) and the frame I 0 for each reduced signal I k by the hierarchization error calculation means 30. Then, this is totaled for each block i (i = 0, 1,..., N−1) to generate an error signal E k (i) (step S23).

そして、適応標本化装置1Bは、整順手段40によって、誤差信号E(i)に基づき、フレーム内のブロック群に対して優先順位をつけて、順位情報を生成する(ステップSs24)。 Then, the adaptive sampling device 1B uses the ordering means 40 to prioritize the block groups in the frame based on the error signal E k (i) and generate rank information (step Ss24).

そして、適応標本化装置1Bは、割り当て手段60によって、順位情報β(j)と、標本化パターンデータベースから読み出したモード番号がmのときの階層番号κを割り当てるべきブロック数ν(m;κ)とを用いて、各モード番号mの各ブロックiに対して、階層番号χ(m;i)を割り振る(ステップS25)。   Then, the adaptive sampling device 1B uses the allocation unit 60 to assign the rank information β (j) and the block number ν (m; κ) to which the hierarchical number κ when the mode number read from the sampling pattern database is m. Are used to assign a hierarchical number χ (m; i) to each block i of each mode number m (step S25).

そして、適応標本化装置1Bは、最適化手段70Bによって、誤差信号E(i)を用いて、モード別標本化パターンχ(m;i)の中から、フレーム内の誤差の総和を最適化する最適標本化パターンQを求める(ステップS26)。 Then, the adaptive sampling device 1B optimizes the sum of errors in the frame from the mode-specific sampling pattern χ (m; i) using the error signal E k (i) by the optimization unit 70B. The optimum sampling pattern Q i to be obtained is obtained (step S26).

そして、適応標本化装置1Bは、標本選択配置手段80Bによって、最適標本化パターンQに従って、ブロックごとに階層(拡大率)を変えながら縮小信号I及びフレームIを連接し、出力信号Dを生成する(ステップS27)。 Then, the adaptive sampling device 1B concatenates the reduced signal I k and the frame I 0 while changing the hierarchy (enlargement ratio) for each block according to the optimal sampling pattern Q i by the sample selection / arrangement means 80B, and outputs the output signal D. Is generated (step S27).

(第3実施形態)
第1実施形態及び第2実施形態では、階層化信号縮小手段20が、すべて標本化間隔の異なる縮小信号群を出力する場合について説明したが、階層化信号縮小手段は、「互いに標本化間隔が同じで、標本化の位相が異なる縮小信号を含んで出力する」ように構成してもよい。
そこで、第3実施形態では、階層化信号縮小手段が「互いに標本化間隔が同じで、標本化の位相が異なる縮小信号を含んで出力する」場合の適応標本化装置を説明する。
(Third embodiment)
In the first embodiment and the second embodiment, the case where the layered signal reduction unit 20 outputs all reduced signal groups having different sampling intervals has been described. It may be configured to output the same including reduced signals having different sampling phases.
Therefore, in the third embodiment, an adaptive sampling device in the case where the hierarchical signal reduction means outputs “including reduced signals having the same sampling interval and different sampling phases” will be described.

[適応標本化装置1Cの構成]
本発明の第3実施形態に係る適応標本化装置1C(1)の構成について説明する(適宜図4を参照のこと)。
適応標本化装置1Cは、入力信号におけるフレームをブロックに分割してブロックごとに標本化する際に、標本化パターンデータベースに記憶されている標本化間隔および位相を区別した全標本化パターンの中から、信号の劣化の最も少ない最適標本化パターンを求め、この最適標本化パターンと、最適標本化パターンにより標本化した結果の出力信号とを出力するものである。
[Configuration of Adaptive Sampling Device 1C]
The configuration of the adaptive sampling apparatus 1C (1) according to the third embodiment of the present invention will be described (refer to FIG. 4 as appropriate).
The adaptive sampling device 1C divides the frame in the input signal into blocks and samples each block, and then selects from all sampling patterns distinguished from the sampling interval and phase stored in the sampling pattern database. Then, an optimum sampling pattern with the least signal degradation is obtained, and this optimum sampling pattern and an output signal obtained as a result of sampling using the optimum sampling pattern are output.

適応標本化装置1Cは、フレーム記憶手段10と、階層化信号縮小手段20Cと、階層化誤差演算手段30Cと、標本化パターンデータベース50Cと、最適化手段70と、標本選択配置手段80とを備える。   The adaptive sampling apparatus 1C includes a frame storage unit 10, a layered signal reduction unit 20C, a layered error calculation unit 30C, a sampling pattern database 50C, an optimization unit 70, and a sample selection / placement unit 80. .

フレーム記憶手段10、最適化手段70、及び、標本選択配置手段80については、第1実施形態に係る適応標本化装置1Aの備える手段と同一であるため、説明を省略する。   The frame storage unit 10, the optimization unit 70, and the sample selection / arrangement unit 80 are the same as the units included in the adaptive sampling apparatus 1A according to the first embodiment, and thus description thereof is omitted.

階層化信号縮小手段20Cは、フレームIを段階的に縮小するとともに位相をずらし、位相の異なる縮小信号Iκ、Lを出力するものである。
具体的には、階層化信号縮小手段20Cは、フレーム記憶手段10からフレームIを入力し、このフレームIを標本点数の少ない縮小信号に段階的に縮小するとともに位相をずらし、この位相の異なる縮小信号Iκ、L(κ=1、2、…、H−1;Hは2以上の自然数)(Lは、κに応じた位相)を階層化誤差演算手段30C及び標本選択配置手段80へ出力する。
Layered signal reduction means 20C is out of phase with reducing the frame I 0 in stages, different reduced signal I kappa phases, and outputs the L.
Specifically, the hierarchical signal reduction unit 20C receives the frame I 0 from the frame storage unit 10, reduces the frame I 0 to a reduced signal with a small number of sample points, and shifts the phase. Different reduced signals I κ, L (κ = 1, 2,..., H−1; H is a natural number of 2 or more) (L is a phase corresponding to κ) and hierarchical error calculation means 30C and sample selection arrangement means 80 Output to.

階層化信号縮小手段20Cは、フレームIに対する拡大率に対応する階層(フレームIを階層0として、拡大率が大きい順に階層1、2、…とし、これを階層番号という)と、各階層におけるずらす位相の数に応じて、信号縮小手段21Cを備える。
階層番号がκ、位相がLのときの信号縮小手段21Cが出力する信号をIκ、Lと書く。
Layered signal reduction means 20C (as a hierarchical 0 frames I 0, the hierarchy in order magnification is large 1,2, ... and, this is called hierarchical number) layer corresponding to the enlargement ratio for the frame I 0 and, each layer The signal reduction means 21C is provided according to the number of phases to be shifted.
Signals output by the signal reduction means 21C when the layer number is κ and the phase is L are written as I κ and L.

階層化信号縮小手段20Cの構成例を図14に示す。図14では、階層化信号縮小手段20Cは、フレームIを3階層に縮小し、各階層κにつき、位相を2κとおりずらして縮小信号を生成している。例えば、入力フレームIの標本点が8個あるブロック(図14右上)に対して、信号縮小手段21C−κLが出力する縮小信号Iκ、Lの標本点は、その右に図示したもののようになる。 A configuration example of the hierarchized signal reduction means 20C is shown in FIG. In FIG. 14, the hierarchized signal reduction means 20C reduces the frame I 0 to three hierarchies, and generates a reduced signal by shifting the phase by 2 kappa for each hierarchy k. For example, the sample points of the reduced signals I κ and L output from the signal reduction means 21C-κL for the block having eight sample points of the input frame I 0 (upper right in FIG. 14) are as shown on the right side. become.

信号縮小手段21Cは、第1実施形態の階層化信号縮小手段20と同様に、単純間引きによる縮小を行う場合には、階層番号κおよび位相Lに基づき、(3)式を適用することで各縮小信号を生成する。なお、(3)式における標本化間隔Kは、(36)式により与えられる。   Similarly to the hierarchized signal reduction unit 20 of the first embodiment, the signal reduction unit 21C applies each of the formulas (3) based on the hierarchy number κ and the phase L when performing reduction by simple decimation. Generate a reduced signal. Note that the sampling interval K in equation (3) is given by equation (36).

Figure 0005232180
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また、信号縮小手段21Cは、第1実施形態の階層化信号縮小手段20と同様に、移動平均後の縮小、または、畳み込み後の縮小を行う場合には、(6)式、または、(7)式におけるパラメータLおよびLを、位相Lに応じて定める。例えば、(37)式のように、定数Δおよび定数Δを用いて定める。このとき、Δ<Δとする。 Similarly to the hierarchized signal reduction unit 20 of the first embodiment, the signal reduction unit 21C performs the reduction after moving average or the reduction after convolution (6) or (7 The parameters L 0 and L 1 in the formula are determined according to the phase L. For example, it is determined using a constant Δ 0 and a constant Δ 1 as shown in equation (37). At this time, Δ 01 is satisfied.

Figure 0005232180
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階層化誤差演算手段30Cは、1つ以上の入力された縮小信号Iκ、Lが、縮小前のフレームIに対して受けた劣化分を誤差としてブロックごとに定量化するものである。 Layered error calculating unit 30C is reduced signals are one or more input I kappa, L is intended to quantify each block degradation component which receives the frame I 0 before reduction as an error.

具体的には、階層化誤差演算手段30Cは、フレーム記憶手段10から縮小前のフレームIを入力し、階層化信号縮小手段20Cから、縮小信号Iκ、L(κ=1、2、…、H−1;Hは2以上の自然数)(Lは、κに応じた位相)を入力する。そして、階層化誤差演算手段30Cは、各縮小信号Iκ、Lをアップサンプリングした拡大信号Uκ、L(t)と、フレームI(t)との誤差信号Fκ、L(t)を計算する。続いて、階層化誤差演算手段30Cは、Fκ、L(t)をブロックi(i=0、1、…、N−1)ごとに集計して誤差信号Eκ、L(i)とし、このEκ、L(i)を最適化手段70へ出力する。ここで、Nは、フレームのブロックへの分割数である。 Specifically, the hierarchization error calculation means 30C receives the pre-reduction frame I 0 from the frame storage means 10, and the reduction signal I κ, L (κ = 1, 2,...) From the hierarchization signal reduction means 20C. , H-1; H is a natural number of 2 or more) (L is a phase corresponding to κ). Then, the layered error calculation means 30C obtains error signals F κ and L (t) between the enlarged signals U κ and L (t) obtained by up-sampling the reduced signals I κ and L and the frame I 0 (t). calculate. Subsequently, the hierarchization error calculation means 30C aggregates F κ, L (t) for each block i (i = 0, 1,..., N−1) to obtain error signals E κ, L (i), This E κ, L (i) is output to the optimization means 70. Here, N is the number of divisions of the frame into blocks.

階層化誤差演算手段30Cは、信号拡大手段31Cと誤差演算手段32Cとを備える。
階層化誤差演算手段30Cの構成は、第1実施形態に係る階層化誤差演算手段30の構成と同様である(図6を参照のこと)。
The hierarchization error calculation means 30C includes a signal expansion means 31C and an error calculation means 32C.
The configuration of the hierarchization error calculation unit 30C is the same as the configuration of the hierarchization error calculation unit 30 according to the first embodiment (see FIG. 6).

信号拡大手段31Cは、入力された縮小信号Iκ、L(κ=1、2、…、H−1;Hは2以上の自然数)(Lは、κに応じた位相の数)をアップサンプリングし、その結果を拡大信号Uκ、Lとして出力するものである。信号拡大手段31Cは、位相を考慮した信号拡大を行ってもよいし、位相を考慮せず(位相を固定して)、第1実施形態に係る信号拡大手段31のように、信号拡大を行ってもよい。 The signal expanding means 31C upsamples the input reduced signals I κ, L (κ = 1, 2,..., H−1; H is a natural number of 2 or more) (L is the number of phases corresponding to κ). The result is output as the enlarged signals U κ and L. The signal expansion unit 31C may perform signal expansion in consideration of the phase, or may perform signal expansion like the signal expansion unit 31 according to the first embodiment without considering the phase (fixing the phase). May be.

信号拡大手段31Cは、位相を考慮した信号拡大を行う場合には、図14に示した信号縮小手段21Cの各ブロック内に示した位相Lに基づき、例えば、(9)式、(10)式、(11)式、及び、(12)式の代わりに、それぞれ、(38)式、(39)式、(40)式、及び、(41)式のように、各関数をt方向に−Lだけ移動したものを用いればよい。   When the signal expansion means 31C performs signal expansion in consideration of the phase, for example, based on the phase L shown in each block of the signal reduction means 21C shown in FIG. 14, for example, Expression (9), Expression (10) Instead of the equations (11) and (12), each function is expressed in the t direction as in the equations (38), (39), (40), and (41), respectively. What moved by L may be used.

Figure 0005232180
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Figure 0005232180
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誤差演算手段32Cは、拡大信号Uκ、Lと、フレームIとの信号の差異を誤差としてブロックごとに定量化するものである。
具体的には、誤差演算手段32Cは、信号拡大手段31Cにより縮小信号Iκ、Lをアップサンプリングした拡大信号Uκ、L(t)(t=0、1、…、T−1)と、フレームI(t)との誤差信号Fκ、L(t)を生成し、続いて、ブロックごとの誤差を集計して誤差信号Eκ、L(i)(i=0、1、…、N−1;Nは自然数)を出力する。ここで、tは、フレームIの標本点数であり、iは、ブロック番号である。
The error calculation means 32C quantifies the difference between the signals of the enlarged signals U κ and L and the frame I 0 as an error for each block.
Specifically, the error calculating means 32C includes the enlarged signals U κ, L (t) (t = 0, 1,..., T−1) obtained by up-sampling the reduced signals I κ and L by the signal expanding means 31C. An error signal F κ, L (t) with respect to the frame I 0 (t) is generated, and then the error for each block is totaled to obtain an error signal E κ, L (i) (i = 0, 1,... N-1; N is a natural number). Here, t is the number of sample points of frame I 0 and i is a block number.

誤差演算手段32Cの動作例については、第1実施形態(標本化位相を固定した場合)に係る誤差演算手段32において、(13)式乃至(15)式、およびその直後のフラクタル次元による例で説明したものと同様である。ただし、各数式内の下付きの添え字「k」を下付きの添え字「κ、L」に読み換えるものとする。   An example of the operation of the error calculation means 32C is an example based on the expressions (13) to (15) and the fractal dimension immediately after that in the error calculation means 32 according to the first embodiment (when the sampling phase is fixed). The same as described. However, the subscript “k” in each mathematical expression is replaced with the subscript “κ, L”.

標本化パターンデータベース50Cは、どのブロックにどの拡大率およびどの位相を適用するかを記述した標本化パターンを複数記憶するものである。すなわち、標本化パターンデータベース50Cは、位相が異なり標本化間隔が異なるものを互いに区別した標本化パターンを記憶する。   The sampling pattern database 50C stores a plurality of sampling patterns describing which enlargement ratio and which phase are applied to which block. That is, the sampling pattern database 50C stores sampling patterns in which phases are different and sampling intervals are different from each other.

具体的には、標本化パターンデータベース50Cは、階層番号0のブロックに対しては、1通りの位相(L=0)、階層番号1のブロックに対しては、2通りの位相(L=0、1)、階層番号2のブロックに対しては、4通りの位相(L=0、1、2、3)、そして、階層番号3のブロックに対しては、8通りの位相(L=0、1、2、3、4、5、6、7)についての全ての、またはその一部の組み合わせを標本化パターンとして記憶する。   Specifically, the sampling pattern database 50C has one phase (L = 0) for the block with hierarchical number 0 and two phases (L = 0) for the block with hierarchical number 1. 1), four phases (L = 0, 1, 2, 3) for the block of layer number 2, and eight phases (L = 0) for the block of layer number 3 , 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7) or a combination of all of them is stored as a sampling pattern.

例えば、フレーム全体としての拡大率が1/2、ブロック数が6、またブロックごとに割り当て得る拡大率の選択肢が{等倍、1/2、1/4、1/8}(順に、階層番号{0、1、2、3}とする)の場合において、標本化パターンデータベース50Cが全ての階層番号および位相の組み合わせを記憶する場合には、標本化パターンデータベース50Cは、図15に示すような標本化パターンを記憶する。   For example, the enlargement ratio of the entire frame is 1/2, the number of blocks is 6, and the enlargement ratio options that can be assigned to each block are {same size, 1/2, 1/4, 1/8} (in order of layer number). In the case of {0, 1, 2, 3}), when the sampling pattern database 50C stores all combinations of hierarchy numbers and phases, the sampling pattern database 50C is as shown in FIG. Store the sampling pattern.

図15において、例えば、パターン番号64番から191番までは、図7(位相を区別しない標本化パターン)のパターン番号1(0、1、1、1、2、2)に対応しており、階層0の位相が1通り、階層1の位相が2通り、階層2の位相が4とおりあるため、1×2×2×2×4×4=128通りとなる。   In FIG. 15, for example, pattern numbers 64 to 191 correspond to pattern number 1 (0, 1, 1, 1, 2, 2) in FIG. 7 (sampling pattern that does not distinguish phases), Since there are one phase in layer 0, two phases in layer 1, and four phases in layer 2, the result is 1 × 2 × 2 × 2 × 4 × 4 = 128.

この適応標本化装置1Cによれば、フレーム記憶手段10によって、入力信号Iの一定区間における標本化された振幅値群をフレームIとし、階層化信号縮小手段20Cによって、フレームIを段階的に縮小するとともに位相をずらして、縮小信号Iκ、Lとし、階層化誤差演算手段30Cによって、各縮小信号Iκ、Lについて、フレームIとの誤差信号を計算し、これをブロックiごとに集計して誤差信号をEκ、L(i)とし、最適化手段70によって、標本化パターンデータベース50Cから読み出した標本化パターンの中からフレーム内の誤差を最適化する最適標本化パターンPを求め、標本選択配置手段80によって、最適標本化パターンPに従って、ブロックごとに階層及び位相を変えながら縮小信号Iκ、L及びフレームIを連接して、出力信号Dを生成する。 According to the adaptive sampling apparatus 1C, the frame storage means 10 sets the amplitude value group sampled in a certain section of the input signal I as the frame I 0 , and the hierarchical signal reduction means 20C converts the frame I 0 stepwise. And the phase is shifted to obtain reduced signals I κ and L , and the layered error calculation means 30C calculates an error signal with respect to the frame I 0 for each reduced signal I κ and L , and this is calculated for each block i. The error signal is E κ, L (i), and an optimum sampling pattern P for optimizing the error in the frame from the sampling patterns read from the sampling pattern database 50C by the optimization means 70 is obtained. The sample selection and arrangement means 80 obtains the reduced signals I κ, L, and F while changing the hierarchy and phase for each block according to the optimum sampling pattern P. The output signal D is generated by concatenating the frames I 0 .

このため、適応標本化装置1Cは、標本化間隔のみを変えた場合と比較してフレーム内の誤差をさらに最小化する最適標本化パターンに基づいて、ブロックごとに標本化間隔および位相を変えながら、フレームの標本化を行い、その標本結果を出力することができる。   For this reason, the adaptive sampling apparatus 1C changes the sampling interval and phase for each block based on the optimum sampling pattern that further minimizes the error in the frame as compared with the case where only the sampling interval is changed. , Sampling a frame, and outputting the sample result.

なお、適応標本化装置1Cの構成はこれに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更可能である。   The configuration of the adaptive sampling device 1C is not limited to this, and can be changed without departing from the spirit of the present invention.

[適応標本化装置1Cの動作]
次に、図16を参照して(構成については、適宜図4を参照のこと)、本発明の第3実施形態に係る適応標本化装置1C(1)の動作について説明する。
[Operation of Adaptive Sampling Apparatus 1C]
Next, the operation of the adaptive sampling device 1C (1) according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

まず、適応標本化装置1Cは、フレーム記憶手段10によって、入力信号Iの一定区間における標本化された振幅値群をフレームI(t)(t=0、1、…、T−1;Tは自然数)として記憶する(ステップS31)。そして、適応標本化装置1Cは、階層化信号縮小手段20Cによって、フレームIを段階的に縮小するとともに位相をずらし、縮小信号Iκ、L(κ=1、2、…、H−1;Hは2以上の自然数)(Lは、κに応じた位相)を出力する(ステップS32)。 First, the adaptive sampling apparatus 1C uses the frame storage means 10 to convert the sampled amplitude values in a certain section of the input signal I into a frame I 0 (t) (t = 0, 1,..., T−1; T Is stored as a natural number) (step S31). Then, the adaptive sampling apparatus 1C reduces the frame I 0 stepwise and shifts the phase by the hierarchical signal reduction means 20C, and reduces the reduced signals I κ, L (κ = 1, 2,..., H−1; H is a natural number of 2 or more (L is a phase corresponding to κ) (step S32).

そして、適応標本化装置1Cは、階層化誤差演算手段30Cによって、各縮小信号Iκ、Lについて、アップサンプリングした拡大信号Uκ、L(t)と、フレームIとの誤差信号Fκ、L(t)を計算し、これをブロックi(i=0、1、…、N−1)ごとに集計して、誤差信号Eκ、L(i)を生成する(ステップS33)。 Then, the adaptive sampling apparatus 1C uses the layered error calculation means 30C to perform error signal F κ between the up-sampled enlarged signals U κ and L (t) and the frame I 0 for each reduced signal I κ and L. L (t) is calculated and summed up for each block i (i = 0, 1,..., N−1) to generate error signals E κ, L (i) (step S33).

そして、適応標本化装置1Cは、最適化手段70によって、誤差信号Eκ、L(i)を用いて、標本化パターンデータベース50Cから読み出した標本化パターンの中から、フレーム内の誤差の総和を最適化する最適標本化パターンPを求める(ステップS34)。 Then, the adaptive sampling apparatus 1C uses the error signal E κ, L (i) by the optimization unit 70 to calculate the sum of errors in the frame from the sampling patterns read from the sampling pattern database 50C. An optimum sampling pattern P to be optimized is obtained (step S34).

そして、適応標本化装置1Cは、標本選択配置手段80によって、最適標本化パターンに従って、ブロックごとに階層(拡大率)及び位相を変えながら縮小信号Iκ、L及びフレームIを連接し、出力信号Dを生成する(ステップS35)。 Then, the adaptive sampling apparatus 1C concatenates the reduced signals I κ and L and the frame I 0 while changing the layer (enlargement ratio) and the phase for each block according to the optimal sampling pattern by the sample selection / arrangement means 80, and outputs it. A signal D is generated (step S35).

以上、本発明について実施形態に即して各装置を説明したが、本発明は、これらの実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更可能である。   As mentioned above, although each apparatus was demonstrated according to embodiment about this invention, this invention is not limited to these embodiment, In the range which does not deviate from the meaning of this invention, it can change.

例えば、第2実施形態に係る適応標本化装置1Bの階層化信号縮小手段20に代えて、第3実施形態で説明した階層化信号縮小手段20Cを適用することも可能である。   For example, instead of the hierarchized signal reduction unit 20 of the adaptive sampling device 1B according to the second embodiment, the hierarchized signal reduction unit 20C described in the third embodiment can be applied.

この場合、標本化パターンデータベース50Bは、標本化間隔が異なるものを互いに区別せずにモード別標本化パターンを記憶するものとする。割り当て手段60は、標本化間隔が異なるものを互いに区別せずに動作する。   In this case, the sampling pattern database 50B stores the mode-specific sampling patterns without distinguishing those having different sampling intervals from each other. The assigning means 60 operates without distinguishing those having different sampling intervals.

その代わりに、最適化手段70Bは、すべての、もしくはその一部の位相の組み合わせに関して最適化を行う。
すなわち、最適化手段70Bは、まず、各モード番号mに対するモード別標本化パターンχ(m;i)と、階層化誤差演算手段30Bで得られた誤差信号E(i)とに基づいて、フレーム内での誤差の総和を求める。このとき、最適化手段70Bは、該モード番号mのブロック番号iの階層番号χ(m;i)が、複数の標本化位相をとり得る(例えば、階層番号3にあっては、整数値0乃至7の位相をとり得る)場合には、そのすべての場合もしくはその一部の場合に関して、誤差の総和を求めるものとする。
Instead, the optimization unit 70B performs optimization for all or a part of the phase combinations.
That is, the optimization unit 70B first determines the mode-specific sampling pattern χ (m; i) for each mode number m and the error signal E k (i) obtained by the hierarchization error calculation unit 30B. Find the sum of errors in the frame. At this time, the optimization means 70B can take a plurality of sampling phases when the hierarchy number χ (m; i) of the block number i of the mode number m (for example, for the hierarchy number 3, the integer value 0). In other words, the sum of errors is calculated for all or some of the cases.

そして、最適化手段70Bは、該誤差の総和が最小となる標本化パターン列を求めて、最適標本化パターン列(Qi=0、1、…、N−1として出力する。なお、Qは、(階層番号、位相番号)なる対とする。具体的には、(42)式の演算を行う。 Then, the optimization unit 70B obtains a sampling pattern sequence that minimizes the sum of the errors, and outputs it as an optimal sampling pattern sequence (Q i ) i = 0, 1,. Q i is a pair (hierarchy number, phase number). Specifically, the calculation of equation (42) is performed.

Figure 0005232180
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なお、階層0すなわち等倍の場合には、誤差を生じないので、E0,0(i)は、ブロック番号によらず、常にその値は0であると定義した。 In the case of hierarchy 0, ie, equal magnification, no error occurs, so E 0,0 (i) is always defined as 0 regardless of the block number.

また例えば、適応標本化装置は、コンピュータにおいて各手段を機能プログラムとして実現することも可能であり、各機能プログラムを結合して、適応標本化プログラムとして動作させることも可能である。   Further, for example, the adaptive sampling apparatus can also realize each means as a function program in a computer, and can also operate the adaptive sampling program by combining the function programs.

本発明に係る適応標本化装置は、信号の局所的な複雑さに応じた可変間隔の標本化が行えるため、少ない標本点数で複雑な波形を表現することが可能となる。本装置を音声や画像の標本化に用いることで、伝送帯域の狭小化が可能となる。また、本装置は、局所的な時間方向の等価器と見なすこともできる。例えば、波形分析を行う際に、本装置によって波形の変形を行うことで、細かい波形は詳細に、粗い波形は大局的に観察することが可能となり、波形の傾向の把握を容易にすることができる可能性がある。   Since the adaptive sampling apparatus according to the present invention can perform sampling at variable intervals according to the local complexity of the signal, it is possible to express a complex waveform with a small number of sampling points. By using this apparatus for sampling audio and images, the transmission band can be narrowed. The apparatus can also be regarded as a local time-direction equalizer. For example, when performing waveform analysis, the waveform can be deformed by this device, so that detailed waveforms can be observed in detail and coarse waveforms can be observed globally, facilitating the understanding of waveform trends. There is a possibility.

1(1A、1B、1C) 適応標本化装置
10 フレーム記憶手段
20(20C) 階層化信号縮小手段
21(21C) 信号縮小手段
30(30B、30C) 階層化誤差演算手段
31 信号拡大手段
32 誤差演算手段
40 整順手段
50(50B、50C) 標本化パターンデータベース
60 割り当て手段
70(70B) 最適化手段
80(80B) 標本選択配置手段
1 (1A, 1B, 1C) Adaptive sampling apparatus 10 Frame storage means 20 (20C) Hierarchical signal reduction means 21 (21C) Signal reduction means 30 (30B, 30C) Hierarchization error calculation means 31 Signal expansion means 32 Error calculation Means 40 Ordering means 50 (50B, 50C) Sampling pattern database 60 Allocation means 70 (70B) Optimization means 80 (80B) Specimen selection arrangement means

Claims (8)

入力信号の一定区間であるフレームを複数のブロックに分割して、前記ブロックごとに異なる又は同一の標本化間隔で標本化を行う適応標本化装置であって、
前記フレームに対して、標本点数を減らした複数の異なる標本化間隔で標本化して縮小信号とし、この縮小信号群を出力する階層化信号縮小手段と、
この各縮小信号を前記入力信号と同じ標本化間隔に戻して拡大信号とし、この各拡大信号と前記フレームとの誤差を前記ブロックごとに定量化し誤差信号として出力する階層化誤差演算手段と、
前記フレームを前記複数のブロックに分割した際に、前記フレームの各ブロックに対して適用する前記標本化間隔の割り当て方である標本化パターンのうち、前記フレーム全体としての拡大率と、前記フレーム内のブロック数と、前記ブロックごとに割り当て得る拡大率の選択肢とからなる拘束条件をすべて満たす標本化パターンのみを複数記憶する標本化パターンデータベースと、
前記階層化誤差演算手段が出力した各誤差信号と、前記標本化パターンとに基づき、前記誤差を最適化する前記標本化パターンを探索する最適化手段と、
この最適化手段が求めた標本化パターンに基づき、前記入力信号の前記フレームを標本化し、出力信号として出力する標本選択配置手段と、
を備えることを特徴とする適応標本化装置。
An adaptive sampling device that divides a frame, which is a constant section of an input signal, into a plurality of blocks, and performs sampling at different sampling intervals or for each of the blocks,
Hierarchical signal reduction means for sampling the frame at a plurality of different sampling intervals with a reduced number of sampling points to obtain a reduced signal, and outputting the reduced signal group;
The reduced signal is returned to the same sampling interval as that of the input signal to be an enlarged signal, and an error between each enlarged signal and the frame is quantified for each block and output as an error signal;
Of the sampling pattern which is a method of assigning the sampling interval to be applied to each block of the frame when the frame is divided into the plurality of blocks, the enlargement ratio as the whole frame, A sampling pattern database that stores a plurality of sampling patterns that satisfy all of the constraint conditions consisting of the number of blocks and an enlargement factor that can be assigned to each block , and
Optimization means for searching for the sampling pattern for optimizing the error based on each error signal output from the layered error calculation means and the sampling pattern;
Sample selection arrangement means for sampling the frame of the input signal based on the sampling pattern obtained by the optimization means and outputting as an output signal;
An adaptive sampling device comprising:
入力信号の一定区間であるフレームを複数のブロックに分割して、前記ブロックごとに異なる又は同一の標本化間隔で標本化を行う適応標本化装置であって、
前記フレームに対して、標本点数を減らした複数の異なる標本化間隔で標本化して縮小信号とし、この縮小信号群を出力する階層化信号縮小手段と、
この各縮小信号を前記入力信号と同じ標本化間隔に戻して拡大信号とし、この各拡大信号と前記フレームとの誤差を前記ブロックごとに定量化し誤差信号として出力する階層化誤差演算手段と、
前記フレーム全体としての拡大率と、前記フレーム内のブロック数と、前記ブロックごとに割り当て得る拡大率の選択肢とからなる拘束条件をすべて満たす前記拡大率ごとのブロック数の割り当て方を1つのモードとしたときに、各モードごとに前記入力信号の標本化間隔及び前記複数の異なる標本化間隔を割り当てるブロック数を記録したレコードを記憶する標本化パターンデータベースと、
前記階層化誤差演算手段が出力した前記誤差信号に基づき、前記誤差が大きい順に、前記ブロックに優先順位をつける整順手段と、
前記モードごとの前記レコードと前記優先順位とに基づき、前記フレームの各ブロックに対して、優先順位の高いブロックほど標本点数の多い前記標本化間隔を割り当てて、モードごとの標本化パターンを生成する割り当て手段と、
前記階層化誤差演算手段が出力した各誤差信号と、前記標本化パターンとに基づき、前記誤差を最適化する前記標本化パターンを探索する最適化手段と、
この最適化手段が求めた標本化パターンに基づき、前記入力信号の前記フレームを標本化し、出力信号として出力する標本選択配置手段と、を備えることを特徴とする適応標本化装置。
An adaptive sampling device that divides a frame, which is a constant section of an input signal, into a plurality of blocks, and performs sampling at different sampling intervals or for each of the blocks,
Hierarchical signal reduction means for sampling the frame at a plurality of different sampling intervals with a reduced number of sampling points to obtain a reduced signal, and outputting the reduced signal group;
The reduced signal is returned to the same sampling interval as that of the input signal to be an enlarged signal, and an error between each enlarged signal and the frame is quantified for each block and output as an error signal;
A method of assigning the number of blocks for each enlargement ratio that satisfies all of the constraints consisting of the enlargement ratio for the entire frame, the number of blocks in the frame, and the choice of enlargement ratio that can be assigned for each block is defined as one mode. A sampling pattern database that stores a record that records the sampling interval of the input signal and the number of blocks to which the plurality of different sampling intervals are assigned for each mode;
Based on the error signal output from the hierarchization error calculation means, ordering means for prioritizing the blocks in descending order of the error;
Based on the record for each mode and the priority order, a sampling pattern for each mode is generated by allocating the sampling interval having a higher number of sampling points to a block with higher priority for each block of the frame. Assigning means;
Optimization means for searching for the sampling pattern for optimizing the error based on each error signal output from the layered error calculation means and the sampling pattern;
An adaptive sampling apparatus comprising: a sample selection / arrangement unit that samples the frame of the input signal based on the sampling pattern obtained by the optimization unit and outputs the sample as an output signal.
前記最適化手段は、前記標本化パターンごとに、前記各誤差信号から、前記フレーム全体における総誤差を求め、この総誤差を最小化する前記標本化パターンを探索することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の適応標本化装置。   2. The optimization unit according to claim 1, wherein, for each sampling pattern, a total error in the entire frame is obtained from each error signal, and the sampling pattern that minimizes the total error is searched. Or the adaptive sampling apparatus of Claim 2. 前記最適化手段は、前記標本化パターンごとに、前記各誤差信号から、前記フレーム全体における誤差を求め、この誤差に、当該標本化パターンに含まれるブロック間の標本化間隔の組み合わせに応じたペナルティを加えて総誤差とし、この総誤差を最小化する前記標本化パターンを探索することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の適応標本化装置。   The optimization means obtains an error in the entire frame from each error signal for each sampling pattern, and this error is penalized according to a combination of sampling intervals between blocks included in the sampling pattern. The adaptive sampling apparatus according to claim 1, wherein the sampling pattern that minimizes the total error is searched for. 前記最適化手段は、前記標本化パターンごとに、前記各誤差信号から、前記フレーム全体における誤差を求め、この誤差に、当該標本化パターンを記述するのに必要な符号量に応じたペナルティを加えて総誤差とし、この総誤差を最小化する前記標本化パターンを探索することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の適応標本化装置。 The optimization means obtains an error in the entire frame from each error signal for each sampling pattern, and adds a penalty corresponding to the amount of code necessary to describe the sampling pattern to this error. The adaptive sampling apparatus according to claim 1, wherein the sampling pattern that minimizes the total error is searched for. 前記階層化信号縮小手段が生成する縮小信号に、前記標本化間隔が同じで標本化の位相が異なる縮小信号が含まれ、
前記最適化手段は、前記ブロックごとに、前記縮小信号の標本化間隔と位相とを最適化することを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載の適応標本化装置。
The reduced signal generated by the hierarchical signal reduction means includes reduced signals having the same sampling interval and different sampling phases,
The adaptive sampling apparatus according to claim 1, wherein the optimization unit optimizes a sampling interval and a phase of the reduced signal for each of the blocks.
入力信号の一定区間であるフレームを複数のブロックに分割して、前記ブロックごとに異なる又は同一の標本化間隔で標本化を行うために、コンピュータを、
前記フレームに対して、標本点数を減らした複数の異なる標本化間隔で標本化して縮小信号とし、この縮小信号群を出力する階層化信号縮小手段、
この各縮小信号を前記入力信号と同じ標本化間隔に戻して拡大信号とし、この各拡大信号と前記フレームとの誤差を前記ブロックごとに定量化し誤差信号として出力する階層化誤差演算手段、
前記階層化誤差演算手段が出力した各誤差信号と、前記フレームの各ブロックに対して適用する前記標本化間隔の割り当て方である標本化パターンのうち、前記フレーム全体としての拡大率と、前記フレーム内のブロック数と、前記ブロックごとに割り当て得る拡大率の選択肢とからなる拘束条件をすべて満たす標本化パターンのみを複数記憶する標本化パターンデータベースから読み出した標本化パターンとに基づき、前記誤差を最適化する前記標本化パターンを探索する最適化手段、
この最適化手段が求めた標本化パターンに基づき、前記入力信号の前記フレームを標本化し、出力信号として出力する標本選択配置手段、
として機能させるための適応標本化プログラム。
In order to divide a frame, which is a constant section of an input signal, into a plurality of blocks and perform sampling at different sampling intervals or different sampling intervals for each block,
Hierarchical signal reduction means for sampling the frame at a plurality of different sampling intervals with a reduced number of sampling points to obtain a reduced signal, and outputting the reduced signal group,
Hierarchical error calculation means for returning each reduced signal to the same sampling interval as the input signal and making it an enlarged signal, quantifying the error between each enlarged signal and the frame for each block, and outputting it as an error signal,
Of the error signals output by the layered error calculation means and the sampling pattern that is the method of assigning the sampling interval to be applied to each block of the frame, the enlargement ratio of the entire frame, and the frame The error is optimized based on the sampling pattern read from the sampling pattern database that stores only a plurality of sampling patterns that satisfy all the constraint conditions consisting of the number of blocks in the block and the enlargement ratio options that can be assigned to each block. Optimization means for searching for the sampling pattern to be converted,
Sample selection arrangement means for sampling the frame of the input signal based on the sampling pattern obtained by the optimization means and outputting as an output signal;
Adaptive sampling program to function as
入力信号の一定区間であるフレームを複数のブロックに分割して、前記ブロックごとに異なる又は同一の標本化間隔で標本化を行うために、コンピュータを、
前記フレームに対して、標本点数を減らした複数の異なる標本化間隔で標本化して縮小信号とし、この縮小信号群を出力する階層化信号縮小手段、
この各縮小信号を前記入力信号と同じ標本化間隔に戻して拡大信号とし、この各拡大信号と前記フレームとの誤差を前記ブロックごとに定量化し誤差信号として出力する階層化誤差演算手段、
前記階層化誤差演算手段が出力した前記誤差信号に基づき、前記誤差が大きい順に、前記ブロックに優先順位をつける整順手段、
前記フレーム全体としての拡大率と、前記フレーム内のブロック数と、前記ブロックごとに割り当て得る拡大率の選択肢とからなる拘束条件をすべて満たす前記拡大率ごとのブロック数の割り当て方を1つのモードとしたときに、各モードごとに前記入力信号の標本化間隔及び前記複数の異なる標本化間隔を割り当てるブロック数を記録したレコードを記憶する標本化パターンデータベースから読み出したレコードと、前記優先順位とに基づき、前記フレームの各ブロックに対して、優先順位の高いブロックほど標本点数の多い前記標本化間隔を割り当てて、モードごとの標本化パターンを生成する割り当て手段、
前記階層化誤差演算手段が出力した各誤差信号と、前記標本化パターンとに基づき、前記誤差を最適化する前記標本化パターンを探索する最適化手段、
この最適化手段が求めた標本化パターンに基づき、前記入力信号の前記フレームを標本化し、出力信号として出力する標本選択配置手段、
として機能させるための適応標本化プログラム。
In order to divide a frame, which is a constant section of an input signal, into a plurality of blocks and perform sampling at different sampling intervals or different sampling intervals for each block,
Hierarchical signal reduction means for sampling the frame at a plurality of different sampling intervals with a reduced number of sampling points to obtain a reduced signal, and outputting the reduced signal group,
Hierarchical error calculation means for returning each reduced signal to the same sampling interval as the input signal and making it an enlarged signal, quantifying the error between each enlarged signal and the frame for each block, and outputting it as an error signal,
Based on the error signal output from the hierarchization error calculation means, ordering means for prioritizing the blocks in descending order of the error,
A method of assigning the number of blocks for each enlargement ratio that satisfies all of the constraints consisting of the enlargement ratio for the entire frame, the number of blocks in the frame, and the choice of enlargement ratio that can be assigned for each block is defined as one mode. Based on the record read from the sampling pattern database storing the record in which the sampling interval of the input signal and the number of blocks to which the plurality of different sampling intervals are assigned for each mode, and the priority order. Assigning means for assigning the sampling interval having a higher number of sampling points to a block with higher priority for each block of the frame, and generating a sampling pattern for each mode;
Optimization means for searching for the sampling pattern that optimizes the error based on each error signal output by the hierarchization error calculation means and the sampling pattern;
Sample selection arrangement means for sampling the frame of the input signal based on the sampling pattern obtained by the optimization means and outputting as an output signal;
Adaptive sampling program to function as
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