JPH0738892A - サブバンド分離及び結合方式 - Google Patents
サブバンド分離及び結合方式Info
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- JPH0738892A JPH0738892A JP6005804A JP580494A JPH0738892A JP H0738892 A JPH0738892 A JP H0738892A JP 6005804 A JP6005804 A JP 6005804A JP 580494 A JP580494 A JP 580494A JP H0738892 A JPH0738892 A JP H0738892A
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- H04N19/60—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals using transform coding
- H04N19/63—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals using transform coding using sub-band based transform, e.g. wavelets
- H04N19/635—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals using transform coding using sub-band based transform, e.g. wavelets characterised by filter definition or implementation details
Abstract
ブバンドに分離するとき、垂直ろ波A′,C′と水平ろ
波B′,D′を交互に用い、前段から出力された最低周
波数サブバンドに対して分離を行い、他のサブバンドは
そのままとする。サブバンドの結合はこれと相補的な処
理で、水平補間E′,G′及び垂直補間F′,H′を交
互に用いて、最低と次の最低周波数サブバンド(28と
30、32と34、‥‥)を結合する。 【効果】 ローパスろ波にデシメータを使うことによ
り、これらローパスバンド内のデータ値を表すに必要な
ビット数を増さなくて済む。
Description
分割)及び結合の分野に関するものである。もっと詳し
くいえば、本発明は、画像データのアレイを2次元空間
周波数分割帯域(サブバンド)に分離し、再びこれを結
合する方式に関する。
る形式のデータ圧縮及び伸張方式は、英国公開特許出願
GB−A−2252002号に記載されている。この方
式では、分岐階層構成のローパス及びハイパスフィルタ
を用いて、画像データの2次元アレイを同じサイズの6
4個の空間周波数サブバンドに分割している。この分離
を行うために、各サブバンドを構成するデータは、3段
階の水平空間周波数分離と3段階の垂直空間周波数分離
を受けている。
91年6月発行「ビデオ技術のための回路及びシステム
のIEEE会報」第1巻、第2号の174〜183頁に
おけるハミッド・ガラビによる論文「ビデオ機器HDT
V会議テレビ電話のためのサブバンド符号化アルゴリズ
ム」に記載されている。これには、上述のものと対照的
に、データをサイズが不均一のサブバンド成分に分離す
るビデオ圧縮方式が開示されている。この形式の周波数
分離は、対数(的)サブバンド符号化として知られてお
り、これを添付の図1に示す。
ータが受けるフィルタリング(ろ波)の各段階でサブバ
ンド・データの中にラウンディング(丸め)エラーが入
り易く、これを防ぐには、各データ値を表すビットの数
を増やさなければならないことである。したがって、8
ビットデータ値を圧縮の際に6段階のろ波を行い、伸張
の際に6段階のろ波を行った後に該データ値を精確に復
元するには、サブバンドデータ内で12ビットのデータ
値を用いる必要があるであろう。よって、サブバンド分
離は、データを非相関化してデータを圧縮することを容
易にし、画像を表すビット数を少なくできる反面、サブ
バンド分離の過程自体で生じるエラーが圧縮を改善した
い希望とは逆に作用する。というのは、サブバンドデー
タ値を表すに必要なビット数が忠実度を保つために増え
るからである。
バンド内で各データ値を表すビット数を増す必要がない
サブバンド分離方式を提供することである。
において、画像データのアレイを2次元空間周波数サブ
バンドに分離する装置を提供する。その装置は、画像デ
ータのアレイを第1の低周波数サブバンドと第1の高周
波数サブバンドに第1の方向における空間周波数フィル
タリングを用いて分離する第1の分離段と、各段で、そ
の最低周波数サブバンドのみを更に低周波数サブバンド
と高周波数サブバンドとに、上記第1方向とこれに直角
の第2方向との間で交番する方向における空間周波数フ
ィルタリングを用いて分離する1以上の後続の分離段と
を具える。
点で最低の周波数サブバンドを更に周波数分離する。こ
うすると、各サブバンドが受けるろ波作用の平均回数が
減り、従ってサブバンドデータ値を表すに必要なビット
数が減少するという有利な結果が得られる。ろ波作用の
回数が減ると、データが種々の異なる空間周波数サブバ
ンドに細かく分割されなくなるが、これは大した問題で
はない。というのは、最も細かく周波数分離されるのは
より低い空間周波数であり、画像の情報内容の大部分が
正にこれらのサブバンドの中に含まれるからである。
類のフィルタ、例えば汎用直角ミラー(quadrature mir
ror )フィルタ(QMF)を使用できる。しかし、本発
明の好適な具体構成では、各分離段は、入力データをデ
シメート(間引き)して低周波数サブバンドを分離する
手段と、入力データをハイパス(高域通過)ろ波した後
デシメートして高周波数サブバンドを分離する手段とを
含む。
数サブバンドを分離すると、与えられデータ値を表すの
に必要なビット数がかかるサブサンプリングによって変
わらない利点がある。例えば、画像データが8ビット画
像データのアレイである場合、これをサブサンプリング
してその低周波数内容を抽出しても依然8ビットデータ
値である。サブバンドは、デシメーションによる分離を
数段階にわたって受けるが、せいぜい1段階のハイパス
ろ波による分離を受けるにすぎない。こうして、サブバ
ンドのデータ値に必要なビット数の増加を抑えることが
できる。
ビットデータ値をもつ場合、上記デシメートする手段の
各々はnビットデータ値の低周波数サブバンドを分離
し、上記ハイパスろ波しデシメートする手段の各々はn
+1ビットデータ値の高周波数サブバンドを分離するよ
う構成すれば、十分であることが分かった。
ることができる。しかし、複雑さの度合いと、達成され
る周波数分離度に対して必要なハードウェアの量との間
の好適なバランスは、4つの分離段をもつ構成にあるこ
とが見出された。
と、エッジ(端縁)効果が起こる可能性がある。この問
題は、周波数ろ波を使用する装置において特に顕著であ
る。というのは、かかる周波数フィルタは一般に、エッ
ジ効果を起こす傾向が強いからである。本発明の好適な
具体構成では、各分離段と上記最低周波数サブバンドを
表すデータ値を読出す手段との間にバッファを設ける。
このデータ値は、該バッファから後続の分離段に、この
後続分離段がろ波を行う方向に上記最低周波数サブバン
ドの鏡像(対称)エッジ延長を行う順序で供給される。
は、あとで行わねばならない周波数結合である。したが
って、本発明は、他の面からみて、2次元空間周波数サ
ブバンドを結合して画像データのアレイを発生する装置
を提供する。その装置は、各段で、最低周波数サブバン
ドと次の最低(その次に最も低い)周波数サブバンドの
みを、第1の方向とこれに直角の第2の方向との間で交
番する方向における空間周波数補間を用いて結合する1
以上の結合段と、最終の低周波数サブバンドと最終の高
周波数サブバンドとを上記画像データのアレイに結合す
る最終結合段とを具える。
波数内容の又は画像データ処理装置の性能の分析のよう
な種々の分野で使用できる。しかし、本発明のサブバン
ド分離技法は、特に画像データを圧縮及び(又は)伸張
する装置に用いて有利である。かような装置は一般に、
画像データ信号をサブバンド分離して非相関化してか
ら、画像データ信号のエントロピーを増すために符号化
している。
タのアレイを2次元空間周波数サブバンドに分離する方
法を提供する。その方法は、第1分離段で、第1の方向
における空間周波数フィルタリングを用いて、上記画像
データのアレイを第1の低周波数サブバンド及び第1の
高周波数サブバンドに分離するステップと、後続の各分
離段で、上記第1方向とこれに直角の第2方向との間で
交番する方向における空間周波数フィルタリングを用い
て、最低周波数サブバンドのみを更に低周波数サブバン
ドと高周波数サブバンドとに分離する1以上の後続ステ
ップとを含む。
次元空間周波数サブバンドを画像データのアレイに結合
する方法を提供する。その方法は、各結合段で、第1方
向とこれに直角の第2方向との間で交番する方向におけ
る空間周波数補間を用いて、最低周波数サブバンドと次
の最低周波数サブバンドのみを結合する1以上のステッ
プと、最終の低周波数サブバンドと最終の高周波数サブ
バンドとを上記画像データのアレイに結合する最終結合
ステップとを含む。
する。図1は、前述した公知の対数分離を示す説明図で
ある。画像データの入力アレイ2はまず、A段において
垂直フィルタリング(ろ波)を受け、データは低周波数
サブバンド4と高周波数サブバンド6とに分割される。
低周波数サブバンド4と高周波数サブバンド6はそれか
ら、B段において水平ろ波作用を受ける。これにより、
4つのサブバンドが生じる。この段における最低周波数
サブバンドは、サブバンド8である。最低周波数サブバ
ンド8はそれから、C段にて垂直ろ波を受ける。2つの
最低周波数サブバンド10は、D段において水平ろ波を
受ける。最終の周波数分離された画像データ12は、7
つのサブバンド成分より成る。最低周波数の4つのサブ
バンドは、夫々4段階のフィルタリングを受けているの
に対し、高周波数の3つのサブバンドは、2段階のフィ
ルタリングしか受けていない。
波されるデータ部分を示す。例えば、A及びB段では全
データがろ波されるが、C段では最低周波数サブバンド
8のみがろ波される。
を示す説明図である。各ろ波段においては、画像の最低
空間周波数部分のみがろ波される。陰影区域が、直ぐ次
の段でろ波される画像を表すデータ部分を示す。画像デ
ータの入力アレイ2はまず、A′段で垂直ろ波を受け
る。B′段で、最低周波数サブバンド14が水平ろ波を
受ける。対数分離とは対照的に、最高周波数サブバンド
16は、第1ろ波段(A′段)のあとそれ以上ろ波され
ない。C′段にて、最低周波数サブバンド18のみ再び
ろ波され、今度は垂直ろ波を受ける。最後にD′段で、
C′段からの最低周波数サブバンド20が更に水平ろ波
処理を受ける。
し、B′及びD′段は水平ろ波を行う。即ち、フィルタ
リングの方向が、隣りのろ波段に移るときに、2つの直
交する方向の間で交番する(交互に替わる。)。
画像データは、5つのサブバンド成分を含む。高い方の
周波数サブバンドが、それより低い周波数サブバンドよ
り大きく、受けるろ波段数が少ないことが看取されるで
あろう。よって、画像データ全体が受けるろ波作用の平
均量が減少する。これは、ほぼ完全な復元を行うことに
より忠実度を保つために各データ値に必要なビット数を
減らすのに役立つ。
フバンド結合を示す説明図である。複数の2次元空間周
波数サブバンド24として表された入力画像は、ディス
プレイに適した形式の画像データのアレイ26へと結合
される。第1の結合段E′は、空間周波数補間を用いて
最低周波数サブバンド28を次の最低周波数サブバンド
30と結合する。この補間は、水平方向である。非陰影
区域は、結合段E′によって変化しない。F′段で、上
記2つの最低周波数サブバンド32,34が垂直補間に
よって結合される。更に2つの結合段G′及びH′で、
水平及び垂直方向の結合が行われ、画像データのアレイ
26が作り出される。
周波数サブバンドとが、隣接する処理段の間で交番する
方向における空間周波数補間によって結合されることが
分かるであろう。
ド結合を行う本発明サブバンド分離及び結合装置の例を
示すブロック図である。図2の画像データアレイ2から
の画像データは、水平方向にラスタ走査されて入力端3
6に加えられる。デシメータ38は、入力画像データを
垂直方向にサブサンプリングして1つおきにラインを除
くことにより、該データの実効的な垂直ローパスろ波を
行う。入力画像データはまた、並列にハイパスフィルタ
(HPF)40及びデシメータ42に供給され、高い垂
直空間周波数のサブバンドが分離される。HPF40
は、有限インパルス応答型のもので、ほぼ完全な復元を
維持するために、各データ値を表すに必要なビット数を
nからn+1に増加させる作用がある(丸めエラーなど
により精確さが損なわれる可能性があるので)。
として用いられる。デシメータ38の出力は、第1ろ波
段からの最低周波数サブバンドを構成し、デシメータ4
4とHPF46及びデシメータ48とに並列に供給さ
れ、更に処理される。デシメータ44は、データを水平
方向にサブサンプリングすることにより、水平ローパス
ろ波作用を行う。HPF46は、水平ハイパスろ波作用
を行い、その出力をデシメータ48に供給する。
サンプル遅延素子を設けることにより達成される。これ
と対照的に、HPF40による垂直ろ波作用は、タップ
間にライン遅延素子を設けることにより達成される。各
々が異なるサブバンドを表し夫々のチャンネルから出力
される各データの同期を保つために、その他の遅延素子
(図示せず)を付加してもよい。
段に送られ、そこで再び垂直デシメーションを受けて低
周波数サブバンドを発生すると共に、ハイパスろ波を受
けて高周波数サブバンドを発生する。3段のろ波を受け
たあとの最低周波数サブバンドを構成するデータは、サ
ブサンプリングのみを受けたものである。サブサンプリ
ングは、高忠実度復元を確実にするためにデータを表す
に必要なビット数の増加を要求するといったエラーを引
起こすことは全くない。したがって、最終周波数サブバ
ンドはnビットである。それより高い周波数のサブバン
ドはすべて、各々1段のみのハイパスろ波を受けるの
で、各データ値はn+1ビットである。図4の左側で行
われるろ波作用は、図2の最初の3段階A′,B′及び
C′に対応するものである。
る。最低周波数サブバンドは、補間器50に送られ、そ
こで空白の水平ラインを1ラインおきに挿入することに
より垂直方向に補間される。この信号はそれから、分離
段のHPF40,46と相補的なローパスフィルタ(L
PF)52に送られる。次の最低周波数サブバンドは、
補間器54に送られ、そこで垂直方向の補間を受ける。
補間器54及びLPF52の出力は、加算器56により
加算される。加算器56の出力は、これら2つの最低周
波数サブバンドを周波数結合したものとなる。この処理
は、図3のF′段に対応する。
ブバンドとなり、補間器58に供給され、そこで、水平
ラスタ信号内の隣接データ値の間に0データ値を挿入す
ることによる水平補間を受ける。次の最低周波数サブバ
ンドは、補間器60に送られ、そこで同じく水平補間を
受ける。LPF62は、補間器58の出力を処理したの
ち、それを補間器60の出力と一緒に加算器64に供給
する。LPF62は、LPF52と同一である。加算器
64の出力は、結合の第1段F′のあとに残った2つの
最低周波数サブバンドを水平補間結合したものとなる。
補間器58,60、LPF62及び加算器64の作用
は、図3のG′段に対応する。
のサブバンドとは、最終結合段において垂直補間され、
図3のH′段と同様に画像データアレイを生じる。
例を示す図である。入力データ値は、入力端66に加え
られ、一連の遅延素子68に沿って転送される。この遅
延チェーンに沿う選択点にタップが取出され、これらは
乗算器70に接続され、そこでデータ値に図示の係数が
乗算される。乗算器70の出力は、7入力加算器72に
よって加算され、出力端74に出力を生じる。遅延素子
68の遅延時間が1サンプル遅延であれば、このフィル
タは一般にラスタ方向に沿う水平ろ波を行い、遅延素子
68の遅延時間がライン遅延であれば、このフィルタは
一般にラスタ方向と直角に垂直ろ波を行う。図5に示す
係数は、ハイパスろ波作用を与えるものである。出力端
74における出力は、データ値を再正規化するためにス
ケール(基準化)されねばならない。
Fを示す図である。このフィルタの構成及び作用は、図
5のものに類似するが、乗算係数のみ異なる。
結合装置の他の例を示すブロック図である。本例は、図
4のものと比べ、分離側にLPF76が付加され、結合
側にHPF78が付加される点が異なる。分離側におい
て、図4のデシメータに頼るだけでなくLPF76を用
いて各段で最低周波数サブバンドを作ると、各種サブバ
ンド間のエイリアス(重複歪み)の量を減らす効果があ
る。しかし、そうすると、最後にほぼ完全な復元が達成
されるよう各データ値に必要なビット数を増さねばなら
なくなる欠点が生じる。各データサンプルに必要なビッ
ト数と状況に応じて変化するエイリアスの問題との間に
は、一定のバランスがある。図7の結合側では、HPF
78はLPF76と逆の作用をする。
明図である。有限インパルス応答フィルタを用いる場
合、データストリーム内の各点に対するろ波(された)
値は一般に、当該点からのデータ値が遅延チェーンの中
央にあるとき、フィルタから出力されると考えられる。
したがって、類似データがフィルタのチェーンに入り込
むことによりエッジ効果が起こりそうであるが、該チェ
ーンに残っている有効データからろ波値を読出したい場
合、フィルタに何らかの方法で、ろ波開始の際に「プリ
ロード」するか或いはろ波終了時に「ポストロード」し
なければならないことが分かるであろう。
ッジ延長を行って、データストリームの始めと終わりの
データ値を対称的に延長することである。図8に示すよ
うに、データの始めでは0,1,2,3を3,2,1,
0,1,2,3に延長し、データの終わりではN−3,
N−2,N−1をN−3,N−2,N−1,N−2,N
−3に延長するのである。
ための回路を示すブロック図である。分離又は結合の各
段間に、交替バッファ80を設ける。スイッチ82及び
84の作用により、両バッファの一方が前段によって書
込まれ、その間に他方が読出される。書込みアドレス発
生器86は、前段からのデータをバッファのどこに記憶
するかを制御する。読出しアドレス発生器88は、バッ
ファのどこから読出してデジタルフィルタ90に供給す
るかを制御する。十分な空白(ブランク)時間があれ
ば、データのエッジの周りに種々のデータ値を1回以上
読出してデジタルフィルタ90に供給するための読出し
アドレスを制御する時間はあるであろう。このようにし
て、図8に示したような鏡像エッジ延長を達成すること
ができる。
能として、デジタルフィルタ90の動作と不動作を制御
するようにしてもよい。図2及び3から明らかなよう
に、分離及び結合作用は、処理されているデータの選択
部分(陰影部分)に適用されるだけである。残りのデー
タは、そのまま装置の中を通過させるだけでよい。その
ために、読出しアドレス発生器88はまた、イネーブル
信号「en」をデジタルフィルタ90に送り、分離又は
結合されるべきでないデータ部分が通過するときにデジ
タルフィルタ90をバイパスさせる。
タ圧縮及び伸張装置を示すブロック図である。画像デー
タは、上述したようなサブバンド分離装置92に入力さ
れる。サブバンドは、それから量子化器94によって量
子化され、ランレングス及びハフマン符号化器96によ
り、それらのエントロピーを増すためにランレングス及
びハフマン符号化される。ランレングス及びハフマン符
号化器96から出力されるデータは、空間周波数領域に
変換され、量子化され、エントロピー符号化されたもの
である。
マン及びランレングス復号器98によってハフマン及び
ランレングス復号され、次いで逆量子化器100によっ
て逆量子化され、上述した形式のサブバンド結合ユニッ
ト102によってサブバンド結合される。この圧縮伸張
装置で行われる量子化及びエントロピー符号化作用は、
このサブバンド分離技法で発生されるサブバンドの特性
に応じて調整される。
サブバンド内で各データ値を表すビット数を増す必要が
ないサブバンド分離方式を提供することができる。
図である。
図である。
を示すブロック図である。
図である。
図である。
の例を示すブロック図である。
図である。
ロック図である。
すブロック図である。
Claims (14)
- 【請求項1】 画像データのアレイを2次元空間周波数
サブバンドに分離する装置であって、 第1の方向における空間周波数フィルタリングを用い
て、上記画像データのアレイを第1の低周波数サブバン
ドと第1の高周波数サブバンドとに分離する第1の分離
段と、 各段で、上記第1方向とこれに直角の第2方向との間で
交番する方向における空間周波数フィルタリングを用い
て、各段における最低周波数サブバンドのみを更に低周
波数サブバンドと高周波数サブバンドとに分離する1以
上の後続する分離段とを具えたサブバンド分離装置。 - 【請求項2】 各分離段は、低周波数サブバンドを分離
するために入力データをデシメートする手段と、高周波
数サブバンドを分離するために入力データをハイパスろ
波してデシメートする手段とを含む請求項1の分離装
置。 - 【請求項3】 上記画像データのアレイがnビットデー
タ値を有し、上記デシメートする手段の各々は、nビッ
トデータ値の低周波数サブバンドを分離し、上記ハイパ
スろ波しデシメートする手段の各々は、n+1ビットデ
ータ値の高周波数サブバンドを分離する請求項2の分離
装置。 - 【請求項4】 4以上の分離段を具える請求項1,2又
は3のいずれか1項の分離装置。 - 【請求項5】 各分離段と上記最低周波数サブバンドを
表すデータ値を読出す手段との間にバッファを有し、該
データ値は、後続の分離段に上記バッファから、該後続
分離段がろ波を行う方向に上記最低周波数サブバンドの
鏡像エッジ延長を行う順序で供給される請求項1,2,
3又は4のいずれか1項の分離装置。 - 【請求項6】 2次元空間周波数サブバンドを画像デー
タのアレイに結合する装置であって、 各段で、第1の方向とこれに直角の第2の方向との間で
交番する方向における空間周波数補間を用いて、各段に
おける最低周波数サブバンドと次の最低周波数サブバン
ドのみを結合する1以上の結合段と、 最終の低周波数サブバンドと最終の高周波数サブバンド
とを上記画像データのアレイに結合する最終結合段とを
具えたサブバンド結合装置。 - 【請求項7】 各結合段は、上記最低周波数サブバンド
を補間してローパスろ波する手段からの出力を加算する
加算器と、上記次の最低周波数サブバンドを補間する手
段とを含む請求項6の結合装置。 - 【請求項8】 各結合段における上記最低周波数サブバ
ンドはnビットデータ値を有し、上記段における他のサ
ブバンドはすべてn+1ビットデータ値を有し、上記画
像データのアレイはnビットデータ値を有する請求項7
の結合装置。 - 【請求項9】 4結合段を具える請求項6,7又は8の
結合装置。 - 【請求項10】 各結合段と上記最低周波数サブバンド
を表すデータ値を読出す手段との間にバッファを有し、
該データ値は、後続の結合段に上記バッファから、該後
続結合段がろ波を行う方向に上記最低周波数サブバンド
の鏡像エッジ延長を行う順序で供給される請求項6〜9
のいずれか1項の結合装置。 - 【請求項11】 画像データのアレイを2次元空間周波
数サブバンドに分離する請求項1〜5のいずれか1項の
分離装置と、上記サブバンドを夫々符号化して、より高
い信号エントロピーをもつ圧縮されたデータを発生する
手段とを具えた画像データ圧縮装置。 - 【請求項12】 画像データのアレイを2次元空間周波
数サブバンドに分離する請求項1〜5のいずれか1項の
分離装置と、 圧縮されたデータを復号して、より低い信号エントロピ
ーの2次元空間周波数サブバンドデータを発生する手段
と、 2次元空間周波数サブバンドを画像データのアレイに結
合する請求項6〜10のいずれか1項の結合装置とを具
えた画像データ伸張装置。 - 【請求項13】 画像データのアレイを2次元空間周波
数サブバンドに分離する方法であって、 第1の分離段で、第1の方向における空間周波数フィル
タリングを用いて、上記画像データのアレイを第1の低
周波数サブバンドと第1の高周波数サブバンドとに分離
するステップと、 後続の各分離段で、上記第1方向とこれに直角の第2方
向との間で交番する方向における空間周波数フィルタリ
ングを用いて、各段における最低周波数サブバンドのみ
を更に低周波数サブバンドと高周波数サブバンドとに分
離する1以上の後続ステップとを含むサブバンド分離方
法。 - 【請求項14】 2次元空間周波数サブバンドを画像デ
ータのアレイに結合する方法であって、 各結合段で、第1の方向とこれに直角の第2の方向との
間で交番する方向における空間周波数補間を用いて、各
段における最低周波数サブバンドと次の最低周波数サブ
バンドのみを結合する1以上のステップと、 最終の低周波数サブバンドと最終の高周波数サブバンド
とを上記画像データのアレイに結合する最終結合ステッ
プとを含むサブバンド結合方法。
Applications Claiming Priority (2)
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---|---|---|---|
GB9302164:0 | 1993-02-04 | ||
GB9302164A GB2274955B (en) | 1993-02-04 | 1993-02-04 | Sub band separation and combination |
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