JPH0984013A - 画像処理装置 - Google Patents

画像処理装置

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JPH0984013A
JPH0984013A JP8203241A JP20324196A JPH0984013A JP H0984013 A JPH0984013 A JP H0984013A JP 8203241 A JP8203241 A JP 8203241A JP 20324196 A JP20324196 A JP 20324196A JP H0984013 A JPH0984013 A JP H0984013A
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JP
Japan
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cos
coefficient
parameter
image processing
processing apparatus
Prior art date
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Application number
JP8203241A
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English (en)
Inventor
Nobusato Abe
紳聡 阿部
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Pentax Corp
Original Assignee
Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH0984013A publication Critical patent/JPH0984013A/ja
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 2次元DCTと量子化を高速に処理する。 【解決手段】 ブロックBは8×8画素の64個の各画
素値Pyxを有する。各画素値Pyxは、前処理部(DCT
エンジン)M1を構成する第1〜第4ステージS1,S
2,S3,S4のいずれかに入力される。各ステージS
1〜S4はそれぞれ16個の加減算部(L00等)を有す
る。画素値Pyxは4画素を1つのグループとして各加減
算部に入力され、加減算を施される。これにより得られ
た加減算値は、2次元DCTの一部の処理を施され、6
4個の前処理DCT係数が得られる。これらの前処理D
CT係数は後処理部M2に入力され、前処理部M1では
実行されなかった2次元DCTの残りの部分と量子化が
施される。これにより量子化DCT係数が求められる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えばカラー静止
画像をJPEGアルゴリズムに準拠して情報圧縮する装
置に関し、特に離散コサイン変換(DCT)の処理速度
の向上に関する。
【0002】
【従来の技術】高解像度画像を符号化して通信伝送路を
介して情報の授受を行う標準化アルゴリズムが、JPE
G(Joint Photographic Expert Group)から勧告されて
いる。このJPEGから勧告されているアルゴリズム、
すなわちJPEGアルゴリズムのベースライン・プロセ
スでは、大幅な情報圧縮を行うため、初めに2次元DC
Tによって原画像データを空間周波数軸上の成分に分解
し、そして、その空間周波数軸上で表された各データを
量子化テーブルを用いて量子化し、さらに量子化した各
データを符号化する。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】2次元DCTと量子化
では、多数の乗算と加減算が行われる。乗算は加減算よ
りも処理が煩雑であり、このため乗算の回数が多くなる
ほど計算時間が長くなる。そこで従来、「直交変換の高
速計算アルゴリズム」(ディジタル信号処理ハンドブッ
ク、オーム社、1993年発行)等において、乗算回数
を減らして計算速度を向上させる手法が提案されてい
る。しかし、この手法は1次元DCTを対象としたもの
であり、2回繰り返すことにより2次元DCTに適用す
ることも可能であるが、高速化には限界がある。
【0004】本発明は、2次元DCTと量子化を高速に
処理することができる画像処理装置を提供することを目
的としている。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明に係る画像処理装
置は、マトリクス配列された画素値で構成された原画像
データを構成する画素値に対し2次元DCTを施して空
間周波数毎にDCT係数を求め、これらのDCT係数
を、所定の量子化係数から成る量子化テーブルにより量
子化して量子化DCT係数を求める画像処理装置であっ
て、2次元DCTにおいて用いられるコサイン係数の値
に応じて複数のステージに分類され、各ステージ毎に、
コサイン係数に応じた演算を画素値に施して前処理DC
T係数を求める前処理手段と、画素値を、マトリクス配
列における配置が対称性を有し、かつ絶対値が同じであ
るコサイン係数を乗じられる所定数の画素値から成るグ
ループに分類し、各グループの画素値を複数のステージ
にそれぞれ入力する画素値入力手段と、コサイン係数に
対応した乗数項と量子化係数とに基づいて生成された後
処理係数を前処理DCT係数に乗じることにより、量子
化DCT係数を求める後処理手段とを備えたこと特徴と
している。
【0006】原画像データを8×8画素のブロックの画
素値Pyx(ただし添字yは8×8画素のブロックの縦方
向の位置を示し、添字xは8×8画素のブロックの横方
向の位置を示す)とし、64個のDCT係数を8×8の
マトリクスの形式で表示した時の縦方向と横方向の位置
をそれぞれv,uで示すとき、DCT係数は、
【数1】である。前処理手段は、パラメータu,vが共
に0,4,2,6である第1ステージと、パラメータu
が0,4,2,6であり、かつパラメータvが1,3,
5,7である第2ステージと、パラメータuが1,3,
5,7であり、かつパラメータvが0,4,2,6であ
る第3ステージと、パラメータu,vが共に1,3,
5,7である第4ステージとを有する。後処理係数は乗
数項に量子化係数の逆数を乗じることにより得られる。
【0007】第1ステージは、パラメータu,vが共に
0,4である第1領域と、パラメータuが2,6であ
り、かつパラメータvが0,4であるか、またはパラメ
ータuが0,4であり、かつパラメータvが2,6であ
る第2領域と、パラメータu,vが共に2,6である第
3領域とを有する。第2ステージは、パラメータuが
0,4であり、かつパラメータvが1,3,5,7であ
る第4領域と、パラメータuが2,6であり、かつパラ
メータvが1,3,5,7である第5領域とを有する。
第3ステージは、パラメータuが1,3,5,7であ
り、かつパラメータvが0,4である第4領域と、パラ
メータuが1,3,5,7であり、かつパラメータvが
2,6である第5領域とを有する。第4ステージは、パ
ラメータu,vが共に1,3,5,7である第6領域を
有する。
【0008】画素値入力手段は4つの画素値から成るグ
ループに分類し、前処理手段は、各グループに共通のコ
サイン係数に対応した係数を乗じる。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を画像
圧縮装置を例として説明する。図1は、輝度信号(Yデ
ータ)と色差信号(CbおよびCrデータ)をJPEG
アルゴリズムに従って圧縮処理を施す、画像圧縮装置の
一般的な構成を示すブロック図である。
【0010】例えばCCD(図示せず)から出力された
画像信号は、信号処理部(図示せず)において所定の処
理を施され、Yデータ、CbデータおよびCrデータに
変換されて、この画像圧縮装置に入力される。すなわ
ち、これらのY、CbおよびCrデータは、この画像圧
縮装置に対する入力データ(原画像データ)である。
【0011】Yデータは、DCT処理部11において2
次元離散コサイン変換(2次元DCT)を施され、DC
T係数に変換される。YデータのDCT係数は量子化処
理部12において、量子化テーブルQ1を用いて量子化
され、量子化DCT係数に変換される。Yデータの量子
化DCT係数はハフマン符号化処理部13において、直
流成分用のハフマンテーブルH1と交流成分用のハフマ
ンテーブルH2とを用いてハフマン符号化され、符号化
データに変換される。
【0012】同様にCbおよびCrデータは、DCT処
理部11においてDCT係数に変換された後、量子化処
理部14において、量子化テーブルQ2を用いて量子化
され、量子化DCT係数に変換される。そしてCbおよ
びCrデータの量子化DCT係数はハフマン符号化処理
部15において、直流成分用のハフマンテーブルH3と
交流成分用のハフマンテーブルH4とを用いてハフマン
符号化され、符号化データに変換される。
【0013】これらのY、CbおよびCrデータの符号
化データ(すなわちJPEGデータ)は圧縮画像データ
として、この画像圧縮装置から出力され、ICメモリカ
ード等の記録媒体に記録される。
【0014】DCT処理部11、量子化処理部12、1
4およびハフマン符号化処理部13、15では、Y、C
bおよびCrデータは1画面に関して複数のブロックに
分割され、ブロック単位で処理される。なお各ブロック
は8×8個の画素データから構成される。
【0015】本実施形態では、JPEGアルゴリズムに
準拠して、YデータのDCT係数を量子化する量子化テ
ーブルQ1と、CbおよびCrデータのDCT係数を量
子化する量子化テーブルQ2とは異なっているが、各信
号において同一の量子化テーブルQ1を用いることも可
能である。
【0016】図2は、一例として、8×8画素のブロッ
クの画素値Pyxと、DCT係数Fvuと、量子化DCT係
数Rvuと、量子化テーブルQvuとを示している。添字y
は8×8画素のブロックの縦方向の位置を示し、上から
0,1,2,...7である。添字xは8×8画素のブ
ロックの横方向の位置を示し、左から0,1,
2,...7である。添字v,uは、64個のDCT係
数を8×8のマトリクスの形式で表示した時の縦方向と
横方向の位置をそれぞれ示し、添字vは上から0,1,
2,...7、添字uは左から0,1,2,...7で
ある。
【0017】図2(a)の画素値Pyxは、2次元DCT
によって、図2(b)に示す8×8=64個のDCT係
数Fvuに変換される。2次元DCTは次の(1)式によ
って表される。
【数2】
【0018】64個のDCT係数Fvuのうち、位置
(0,0)にあるDCT係数F00はDC(直流)成分で
あり、残り63個のDCT係数FvuはAC(交流)成分
である。AC成分は、係数F01若しくは係数F10から係
数F77に向かって、より高い空間周波数成分が8×8画
素ブロックの画像データ中にどのくらいあるかを示して
いる。DC成分は8×8画素のブロック全体の画素値の
平均値に対応している。すなわち、各DCT係数Fvuは
それぞれ所定の空間周波数に対応している。
【0019】図2(d)は量子化処理部12で用いられ
る量子化テーブルQ1の一例を示している。量子化テー
ブルQ1は64個の量子化係数Qvuから成る。量子化テ
ーブルを用いてDCT係数Fvuを量子化する式は以下の
ように定義される。 Rvu=round(Fvu/Qvu) {0≦ u,v≦7} この式における roundは最も近い整数への近似を意味す
る。すなわち、DCT係数Fvuと、これに対応する量子
化係数Qvuとの割算と四捨五入によって、図2(c)に
示すような量子化DCT係数Rvuが求められる。
【0020】このようにして量子化処理部12において
求められた量子化DCT係数Rvuは、ハフマン符号化処
理部13に入力される。ハフマン符号化処理部13にお
いて実行されるハフマン符号化は、従来公知であるの
で、詳細な説明は省略する。
【0021】図3は、図1に示す画像圧縮装置に含まれ
る画像処理装置の構成を概念的に示す図であり、図4は
空間座標と空間周波数パラメータに対応したコサイン値
を示す図である。これらの図を参照して本発明の一実施
形態を概略的に説明する。
【0022】8×8画素のブロックBを構成する64個
の各画素値Pyxは、前処理部(DCTエンジン)M1を
構成する第1〜第4ステージS1,S2,S3,S4の
いずれかに入力され、2次元DCTの一部の処理を施さ
れる。この処理によって得られたデータを、ここでは前
処理DCT係数と呼ぶ。各ステージS1〜S4では、そ
れぞれ16個の前処理DCT係数が求められる。すなわ
ち前処理部M1では64個の前処理DCT係数が得られ
る。
【0023】これら64個の前処理DCT係数は、後処
理部M2を構成する64個の後処理演算部のいずれかに
入力される。後処理部M2は、前処理部M1では実行さ
れなかった2次元DCTの残りの部分と量子化を実行す
るものであり、乗数項・量子化テーブルを有する。この
テーブルは、2次元DCTの残りの部分に対応する乗数
項と量子化係数とを合成して構成される。すなわち前処
理DCT係数は、後処理部M2において、乗数項・量子
化テーブルに従って演算処理を施され、これにより量子
化DCT係数Rvuが求められる。
【0024】次に、前処理部M1の第1〜第4ステージ
S1,S2,S3,S4における処理内容について説明
する。
【0025】ある空間周波数f(u,v)において(1)式の
2つの cosがどのように組み合わされるかを考える。図
4は、縦に空間周波数のパラメータu(またはv)、横
に空間座標x(またはy)をとり、各空間座標と空間周
波数パラメータにおけるコサイン値を示すものである。
空間座標xは空間周波数パラメータuに対応し、空間座
標yは空間周波数パラメータvに対応している。またc
[i]は、c[i] = cos(iπ/16)を意味する。
【0026】図4において、u = 0 のときc[0]ではなく
c[4]になっているのは、1次元DCTにおいて、u = 0
のときCuが 1/21/2 = cos ( 4*π/16 ) となるからであ
る。すなわち図4の表は、Cu, Cvも含んでいる。
【0027】図4の表から理解されるように、コサイン
値の絶対値は x =0と x =7、 x =1と x =6、 x =2
と x =5、 x =3と x =4においてそれぞれ同じであ
る。換言すれば、コサイン値の絶対値はこの表におい
て、 x =3と x =4の間の縦線C0に関して左右対称で
ある。このような性質を利用して本実施形態では、2次
元DCTの演算における乗算の回数を極力減少させてい
る。この乗算回数の削減については後に詳述する。
【0028】DCT係数Fvuを計算するときに各画素値
Pyxに乗じる2つのコサイン値を、ここではコサイン係
数と呼ぶ。図4を用いて、コサイン係数を求めることが
でき、その一例として図5にF42(v=4,u=2)のコサイン
係数を、また図6にF31(v=3,u=1)のコサイン係数をそ
れぞれ示す。なお図5および図6において、 c[i,j] = cos(iπ/16)・cos(jπ/16) である。
【0029】図5においてF42のコサイン係数は、図4
の符号V1により示す欄のコサイン値を表の左側の縦列
(図5の符号V1)に記入するとともに、図4の符号U
1により示す欄のコサイン値を表の上側の横列(図5の
符号U1)に記入し、対応するコサイン値同士を掛けれ
ばよい。同様にして、図4の符号V2の欄のコサイン値
と符号U2の欄のコサイン値とから、図6のF31のコサ
イン係数が求められる。これらのコサイン係数と画素値
Pyxとの積和を求め、さらに1/4を乗じると(すなわ
ち(1)式を実行すると)それぞれF42、F31となる。
【0030】図5および図6から理解されるように、コ
サイン係数は、x = 3と x =4の間を通る縦の中心線C
1に関して対称であり、また y =3と y =4の間を通る
横の中心線C2に関して対称である。すなわち、例えば
(x,y) = (0,0), (7,0), (0,7), (7,7)の4画素のコサイ
ン係数の絶対値は等しい。これは全てのFvuについて当
てはまり、したがって、このような4画素を一緒にして
処理すると2次元DCTは効率的に行われる。なお、こ
のような4画素を本明細書では「4画素グループ」と呼
ぶ。すなわち「4画素グループは、原画像データをn×
nのマトリクス配列された画素値で構成した場合におい
て、その配置が対称性を有し、かつ絶対値が同じである
コサイン係数が乗じられる画素値である」と定義され
る。
【0031】図7は4画素グループを示している。第1
画素グループPA00はP00,P07,P70,P77から成
る。第2画素グループPA01はP01,P06,P71,P76
から成る。同様に、第3画素グループPA02はP02,P
05,P72,P75、第4画素グループPA03はP03,P0
4,P73,P74、第5画素グループPA10はP10,P1
7,P60,P67、第6画素グループPA11はP11,P1
6,P61,P66、第7画素グループPA12はP12,P1
5,P62,P65、第8画素グループPA13はP13,P1
4,P63,P64、第9画素グループPA20はP20,P2
7,P50,P57、第10画素グループPA21はP21,P2
6,P51,P56、第11画素グループPA22はP22,P2
5,P52,P55、第12画素グループPA23はP23,P2
4,P53,P54、第13画素グループPA30はP30,P3
7,P40,P47、第14画素グループPA31はP31,P3
6,P41,P46、第15画素グループPA32はP32,P3
5,P42,P45、第16画素グループPA33はP33,P3
4,P43,P44から成る。
【0032】次に4画素グループの符号について考え
る。図6のF31の例を見ると、第1画素グループPA00
に対応したコサイン係数において、(x,y)={(0,0),(0,
7),(7,0),(7,7) }の符号は{+,−,−,+}であ
る。同様に、他の画素グループに対応したコサイン係数
においても、符号の正負が逆になる場合もあるが、符号
のパターンは{+,−,−,+}である。このように、
1つの空間周波数f(u,v)のDCT係数は、必ず同一の符
号パターンに対応する。
【0033】図8は符号パターンを2×2のマトリクス
として示したものである。すなわち第1の符号パターン
SS1は{+,+,+,+}、第2の符号パターンSS
2は{+,+,−,−}、第3の符号パターンSS3は
{+,−,+,−}、第4の符号パターンSS4は
{+,−,−,+}である。第1〜第4の符号パターン
SS1、SS2、SS3、SS4は前処理部M1におい
て、それぞれ第1〜第4ステージS1,S2,S3,S
4で用いられる。
【0034】図9に示すように、第1ステージS1は加
減算部I00,I01,...I33、第2ステージS2は加
減算部J00,J01,...J33、第3ステージS3は加
減算部K00,K01,...K33、第4ステージS4は加
減算部L00,L01,...L33をそれぞれ有する。第1
ステージS1の各加減算部では第1の符号パターンSS
1に従って、加減算が行われる。例えば第1画素グルー
プPA00の各画素値は、加減算部I00において、P00+
P07+P70+P77のように演算される。第2ステージS
2の各加減算部では第2の符号パターンSS2に従って
加減算が行われ、例えば第1画素グループPA00の各画
素値は、加減算部J00において、P00+P07−P70−P
77のように演算される。第3ステージS3の各加減算部
では第3の符号パターンSS3に従って加減算が行わ
れ、例えば第1画素グループPA00の各画素値は、加減
算部K00においてP00−P07+P70−P77のように演算
される。第4ステージS4の各加減算部では第4の符号
パターンSS4に従って加減算が行われ、例えば第1画
素グループPA00の各画素値は、加減算部L00におい
て、P00−P07−P70+P77のように演算される。
【0035】図3に示すように、ブロックBの64個の
画素値Pyxは4画素グループ毎に分類され、各ステージ
S1,S2,S3,S4の中の所定の加減算部に入力さ
れる。各ステージS1〜S4において、各加減算部から
出力される加減算値は、それぞれ所定のコサイン係数に
対応した前処理コサイン係数を乗じられる。この前処理
コサイン係数とは、後述するように乗算回数を減少させ
るために、2次元DCTにおいてその加減算値に乗じら
れるべきコサイン係数を所定の係数で割ることにより得
られるものであるが、ここでは簡単のため、各ステージ
S1〜S4では、コサイン係数が乗じられるとして説明
する。すなわち以下の説明では、1つの4画素グループ
を構成する4つの画素値は共通のコサイン係数を乗じら
れ、各ステージS1〜S4では、それぞれ16個のDC
T係数が求められる。
【0036】図10は、前処理部M1の各ステージS1
〜S4と、これらのステージS1〜S4において演算さ
れる空間周波数f(u,v)との関係を示す図である。この図
に示すように第1ステージS1は、パラメータu,vが
共に0,4,2,6である。第2ステージS2では、パ
ラメータuが0,4,2,6であり、かつパラメータv
が1,3,5,7である、第3ステージS3は、パラメ
ータuが1,3,5,7であり、かつパラメータvが
0,4,2,6である。第4ステージS4は、パラメー
タu,vが共に1,3,5,7である。例えばDCT係
数F42(v=4,u=2)は第1ステージS1において求めら
れ、DCT係数F31(v=3,u=1)は第4ステージS4にお
いて求められる。
【0037】第1ステージS1はさらに、パラメータ
u,vが共に0,4である第1領域A1と、パラメータ
uが2,6であり、かつパラメータvが0,4である
か、またはパラメータuが0,4であり、かつパラメー
タvが2,6である第2領域A2と、パラメータu,v
が共に2,6である第3領域A3とに分割される。第2
ステージS2は、パラメータuが0,4であり、かつパ
ラメータvが1,3,5,7である第4領域A4と、パ
ラメータuが2,6であり、かつパラメータvが1,
3,5,7である第5領域A5とに分割される。第3ス
テージS3は、パラメータuが1,3,5,7であり、
かつパラメータvが0,4である第4領域A4と、パラ
メータuが1,3,5,7であり、かつパラメータvが
2,6である第5領域A5とに分割される。第4ステー
ジS4は、パラメータu,vが共に1,3,5,7であ
る第6領域A6のみを有し、他のステージS1〜S3の
ように分割されていない。
【0038】図11に示すように、第1領域A1では、
画素値Pyxに cos(4π/16)・ cos(4π/16)を乗じる処理
が行われる。すなわち、加減算部I00〜I33から出力さ
れた16個の加減算値に対して cos(4π/16)・ cos(4π
/16)が乗じられ、これによりF00、F04、F40、F44の
4個のDCT係数が得られる。
【0039】第2領域A2では、画素値Pyxに cos(4π
/16)・ cos(2π/16)、または cos(4π/16)・ cos(6π/1
6)を乗じる処理が行われる。すなわち、加減算部I00〜
I33から出力された16個の加減算値に対して cos(4π
/16)・ cos(2π/16)、またはcos(4π/16)・ cos(6π/1
6)が乗じられる。これにより求められるDCT係数はF
02、F06、F42、F46、F20、F24、F60、F64の8個
である。
【0040】第3領域A3では、画素値Pyxに cos(2π
/16)・ cos(2π/16)、 cos(2π/16)・ cos(6π/16)、 c
os(6π/16)・ cos(6π/16)のいずれかを乗じる処理が行
われる。すなわち、加減算部I00〜I33から出力された
16個の加減算値に対して、これらのコサイン係数のい
ずれかが乗じられ、これにより求められるDCT係数は
F22、F26、F62、F66の4個である。
【0041】第4領域A4では、画素値Pyxに cos(4π
/16)・cos(π/16)、 cos(4π/16)・cos(3π/16)、 cos
(4π/16)・ cos(5π/16)、 cos(4π/16)・ cos(7π/16)
のいずれかを乗じる処理が行われる。第2ステージS2
の第4領域A4では、加減算部J00〜J33から出力され
た16個の加減算値に対して、これらのコサイン係数の
いずれかが乗じられ、これにより求められるDCT係数
はF10、F14、F30、F34、F50、F54、F70、F74の
8個である。また第3ステージS3の第4領域A4で
は、加減算部K00〜K33から出力された16個の加減算
値に対して、これらのコサイン係数のいずれかが乗じら
れ、これにより求められるDCT係数はF01、F03、F
05、F07、F41、F43、F45、F47の8個である。
【0042】第5領域A5では、画素値Pyxに cos(2π
/16)・cos(π/16)、 cos(2π/16)・cos(3π/16)、 cos
(2π/16)・ cos(5π/16)、 cos(2π/16)・ cos(7π/1
6)、 cos(6π/16)・cos(π/16)、 cos(6π/16)・ cos(3
π/16)、 cos(6π/16)・ cos(5π/16)、 cos(6π/16)・
cos(7π/16)のいずれかを乗じる処理が行われる。第2
ステージS2の第5領域A5では、加減算部J00〜J33
から出力された16個の加減算値に対して、これらのコ
サイン係数のいずれかが乗じられ、これにより求められ
るDCT係数はF12、F16、F32、F36、F52、F56、
F72、F76の8個である。また第3ステージS3の第5
領域A5では、加減算部K00〜K33から出力された16
個の加減算値に対して、これらのコサイン係数のいずれ
かが乗じられ、これにより求められるDCT係数はF2
1、F23、F25、F27、F61、F63、F65、F67の8個
である。
【0043】第6領域A6では、画素値Pyxにcos(π/1
6)・cos(π/16)、cos(π/16)・ cos(3π/16)、cos(π/1
6)・ cos(5π/16)、cos(π/16)・ cos(7π/16)、 cos(3
π/16)・ cos(3π/16)、 cos(3π/16)・ cos(5π/16)、
cos(3π/16)・ cos(7π/16)、 cos(5π/16)・ cos(5π
/16)、 cos(5π/16)・ cos(7π/16)、 cos(7π/16)・co
s(7π/16)のいずれかを乗じる処理が行われる。すなわ
ち、加減算部L00〜L33から出力された16個の加減算
値に対して、これらのコサイン係数のいずれかが乗じら
れ、これにより求められるDCT係数はF11、F13、F
15、F17、F31、F33、F35、F37、F51、F53、F5
5、F57、F71、F73、F75、F77の16個である。
【0044】上述のように第1領域A1の処理におい
て、画素値Pyxに乗じられるコサイン係数が cos(4π/1
6)・ cos(4π/16)のみであるので、乗算の回数は1回と
してもよいが、このコサイン係数の値は1/2であるの
で、コンピュータにおける実際の演算ではシフト演算に
より実行される。すなわち第1領域A1での乗算の回数
は0である。
【0045】第3領域A3の処理では、画素値Pyxに乗
じられるコサイン係数が3個あるが、c[6,6] =1- c[2,
2]と変形できるので、実際にはc[6,6]とc[2,2]に関する
一方の乗算を他方の乗算によって置き換えることができ
る。したがって第3領域A3における乗算の回数は2で
ある。
【0046】第6領域A6の処理では、画素値Pyxに乗
じられるコサイン係数が10個あるが、c[5,5] =1- c
[3,3]、c[7,7] =1- c[1,1]と変形できるので、実際に
は2回の乗算を省略することができる。したがって第6
領域A6における乗算の回数は8である。
【0047】以上の結果に基づくと、2次元DCTにお
いて必要な乗算の回数は、 ( 2 * 8 ) + ( 2 * 4 ) + ( 4 * 16 ) + ( 8 * 16 ) +( 8 * 16 ) = 344 ・・・(2) となる。
【0048】ここまでの説明は、各ステージS1〜S4
において、コサイン係数が乗じられる場合、すなわち各
ステージS1〜S4において、それぞれ16個のDCT
係数が求められる場合であった。しかし、本実施形態で
は、以下に述べるように乗算項・量子化テーブルを用い
て、(2)式により示される乗算回数を削減している。
【0049】図12は各空間周波数f(u,v)における乗数
項を示している。この図において左隅欄の「×1/4」
は(1)式の係数1/4を示し、各乗数項に1/4を乗
じることを意味する。
【0050】図12の乗数項の求め方をDCT係数F42
を例にとって説明する。図5を参照すると、DCT係数
F42のコサイン係数としてはc[4,2](すなわちc[2,4])
が多く含まれている。そこで図5の全てのコサイン係数
をc[4,2]で割ると、これらは全て1,21/2 −1,2
1/2 +1のいずれかになる。したがってDCT係数F42
を求めるためには、前処理部M1の第1ステージS1に
おいて図5のコサイン係数を乗じるのではなく、1,2
1/2 −1,21/2 +1のいずれかを乗じる演算を行って
いる。より詳しくは、例えば(21/2 −1)を乗じる場
合、画素値Pyxの総和に21/2 を乗じた値と画素値Pyx
の総和との引算を行っている。そして、後処理部M2で
はc[4,2]が乗じられる。このような方法により第1ステ
ージS1の第2領域A2のうちのF42における乗算回数
を2回から1回に減少させることができる。
【0051】すなわち前処理部M1では、(1)式に示
されるコサイン係数ではなく、このコサイン係数を図1
2に示す乗算項で割ったことにより得られる係数が用い
られる。このようにして求められた64個の前処理DC
T係数は、後処理部M2に入力され、2次元DCTの残
りの部分と量子化を施される。
【0052】次に、後処理部M2における処理内容を説
明する。後処理部M2では、前処理部M1から出力され
る前処理DCT係数に対して、次に述べるように乗数項
・量子化テーブルが乗じられる。JPEGでは、量子化
テーブルとして、例えば輝度に関しては図13に示すも
のが推奨されている。前処理部DCT係数に対して、2
次元DCTの残りの部分と量子化を同時に行うには、図
12に示す乗数項と図13に示す量子化係数の逆数とを
乗じることにより得られる後処理係数を、前処理DCT
係数に乗じればよい。図14は、このようにして得られ
た乗数項・量子化テーブルを示す。なお、左隅欄の10
-3は各後処理係数が10-3を乗じられることを意味す
る。
【0053】すなわち前処理DCT係数は、後処理部M
2において乗数項・量子化テーブルの後処理係数を乗じ
られ、これにより量子化DCT係数Rvuが求められる。
【0054】以上のようにして行われる2次元DCTに
おける乗算の回数は、前処理部M1の第1ステージS1
では6回、第2ステージS2では24回、第3ステージ
S3では24回、第4ステージS4では20回、後処理
部M2では64回である。すなわち合計138回であ
る。従来公知である「直交変換の高速計算アルゴリズ
ム」(ディジタル信号処理ハンドブック、オーム社、1
993年発行)において提案された1次元DCTを対象
とした手法を2回繰り返すことにより2次元DCTに適
用した場合、乗算回数は240回であるが、本発明の実
施形態によれば、乗算回数を102回だけ減少させるこ
とができ、これにより演算処理を約74%だけ高速化す
ることができる。
【0055】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、2次元D
CTと量子化の処理を高速化することができるという効
果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】画像圧縮装置の一般的な構成を示すブロック図
である。
【図2】画像データPyx、DCT変換係数Fvu、量子化
DCT係数Rvu、量子化テーブルQvuの例を示す図であ
る。
【図3】本発明の一実施形態である画像処理装置の構成
を概念的に示す図である。
【図4】空間座標と空間周波数パラメータに対応したコ
サイン値を示す図である。
【図5】F42のコサイン係数を示す図である。
【図6】F31のコサイン係数を示す図である。
【図7】4画素グループを示す図である。
【図8】符号パターンを2×2のマトリクスとして示す
図である。
【図9】画像処理装置の一部である前処理部の構成を示
す図である。
【図10】前処理部の各ステージS1〜S4と、これら
のステージS1〜S4において演算される空間周波数f
(u,v)との関係を示す図である。
【図11】前処理部の第1〜第6領域A1〜A6におい
て使用されるコサイン係数を示す図である。
【図12】各空間周波数f(u,v)における乗数項を示す図
である。
【図13】JPEGにより推奨された輝度の量子化テー
ブルを示す図である。
【図14】乗数項・量子化テーブルを示す図である。
【符号の説明】
M1 前処理部 M2 後処理部

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 マトリクス配列された画素値で構成され
    た原画像データを構成する画素値に対し2次元DCTを
    施して空間周波数毎にDCT係数を求め、これらのDC
    T係数を、所定の量子化係数から成る量子化テーブルに
    より量子化して量子化DCT係数を求める画像処理装置
    であって、 前記2次元DCTにおいて用いられるコサイン係数の値
    に応じて複数のステージに分類され、各ステージ毎に、
    前記コサイン係数に応じた演算を前記画素値に施して前
    処理DCT係数を求める前処理手段と、 前記画素値を、前記マトリクス配列における配置が対称
    性を有し、かつ絶対値が同じであるコサイン係数を乗じ
    られる所定数の画素値から成るグループに分類し、各グ
    ループの画素値を前記複数のステージにそれぞれ入力す
    る画素値入力手段と、 前記コサイン係数に対応した乗数項と量子化係数とに基
    づいて生成された後処理係数を前記前処理DCT係数に
    乗じることにより、量子化DCT係数を求める後処理手
    段とを備えたことを特徴とする画像処理装置。
  2. 【請求項2】 原画像データを8×8画素のブロックの
    画素値Pyx(ただし添字yは8×8画素のブロックの縦
    方向の位置を示し、添字xは8×8画素のブロックの横
    方向の位置を示す)とし、64個のDCT係数を8×8
    のマトリクスの形式で表示した時の縦方向と横方向の位
    置をそれぞれv,uで示すとき、前記DCT係数は、 【数1】 であり、 前記前処理手段は、パラメータu,vが共に0,4,
    2,6である第1ステージと、パラメータuが0,4,
    2,6であり、かつパラメータvが1,3,5,7であ
    る第2ステージと、パラメータuが1,3,5,7であ
    り、かつパラメータvが0,4,2,6である第3ステ
    ージと、パラメータu,vが共に1,3,5,7である
    第4ステージとを有することを特徴とする請求項1に記
    載の画像処理装置。
  3. 【請求項3】 前記第1ステージが、パラメータu,v
    が共に0,4である第1領域と、パラメータuが2,6
    であり、かつパラメータvが0,4であるか、またはパ
    ラメータuが0,4であり、かつパラメータvが2,6
    である第2領域と、パラメータu,vが共に2,6であ
    る第3領域とを有することを特徴とする請求項2に記載
    の画像処理装置。
  4. 【請求項4】 前記第1領域が、画素値Pyxに cos(4π
    /16)・ cos(4π/16)を乗じる処理に対応した処理を行う
    ことを特徴とする請求項3に記載の画像処理装置。
  5. 【請求項5】 前記第2領域が、画素値Pyxに cos(4π
    /16)・ cos(2π/16)、または cos(4π/16)・ cos(6π/1
    6)を乗じる処理に対応した処理を行うことを特徴とする
    請求項3に記載の画像処理装置。
  6. 【請求項6】 前記第3領域が、画素値Pyxに cos(2π
    /16)・ cos(2π/16)、 cos(2π/16)・ cos(6π/16)、 c
    os(6π/16)・ cos(6π/16)のいずれかを乗じる処理に対
    応した処理を行うことを特徴とする請求項3に記載の画
    像処理装置。
  7. 【請求項7】 前記第2ステージが、パラメータuが
    0,4であり、かつパラメータvが1,3,5,7であ
    る第4領域と、パラメータuが2,6であり、かつパラ
    メータvが1,3,5,7である第5領域とを有するこ
    とを特徴とする請求項2に記載の画像処理装置。
  8. 【請求項8】 前記第3ステージが、パラメータuが
    1,3,5,7であり、かつパラメータvが0,4であ
    る第4領域と、パラメータuが1,3,5,7であり、
    かつパラメータvが2,6である第5領域とを有するこ
    とを特徴とする請求項2に記載の画像処理装置。
  9. 【請求項9】 前記第4領域が、画素値Pyxに cos(4π
    /16)・cos(π/16)、cos(4π/16)・ cos(3π/16)、 cos
    (4π/16)・ cos(5π/16)、 cos(4π/16)・ cos(7π/16)
    のいずれかを乗じる処理に対応した処理を行うことを特
    徴とする請求項7または8に記載の画像処理装置。
  10. 【請求項10】 前記第5領域が、画素値Pyxに cos(2
    π/16)・cos(π/16)、 cos(2π/16)・ cos(3π/16)、 c
    os(2π/16)・ cos(5π/16)、 cos(2π/16)・cos(7π/1
    6)、 cos(6π/16)・cos(π/16)、 cos(6π/16)・ cos(3
    π/16)、 cos(6π/16)・ cos(5π/16)、 cos(6π/16)・
    cos(7π/16)のいずれかを乗じる処理に対応した処理を
    行うことを特徴とする請求項7または8に記載の画像処
    理装置。
  11. 【請求項11】 前記第4ステージが、パラメータu,
    vが共に1,3,5,7である第6領域を有することを
    特徴とする請求項2に記載の画像処理装置。
  12. 【請求項12】 前記第6領域が、画素値Pyxにcos(π
    /16)・cos(π/16)、cos(π/16)・ cos(3π/16)、cos(π
    /16)・ cos(5π/16)、cos(π/16)・ cos(7π/16)、 cos
    (3π/16)・ cos(3π/16)、 cos(3π/16)・ cos(5π/1
    6)、 cos(3π/16)・ cos(7π/16)、 cos(5π/16)・ cos
    (5π/16)、 cos(5π/16)・ cos(7π/16)、 cos(7π/16)
    ・ cos(7π/16)のいずれかを乗じる処理に対応した処理
    を行うことを特徴とする請求項11に記載の画像処理装
    置。
  13. 【請求項13】 前記画素値入力手段が、4つの画素値
    から成るグループに分類することを特徴とする請求項1
    に記載の画像処理装置。
  14. 【請求項14】 前記各グループが2次元DCTにおい
    て同じコサイン係数を乗じられることを特徴とする請求
    項13に記載の画像処理装置。
  15. 【請求項15】 前記画素値入力手段が、P00,P07,
    P70,P77から成る第1画素グループと、P01,P06,
    P71,P76から成る第2画素グループと、P02,P05,
    P72,P75から成る第3画素グループと、P03,P04,
    P73,P74から成る第4画素グループと、P10,P17,
    P60,P67から成る第5画素グループと、P11,P16,
    P61,P66から成る第6画素グループと、P12,P15,
    P62,P65から成る第7画素グループと、P13,P14,
    P63,P64から成る第8画素グループと、P20,P27,
    P50,P57から成る第9画素グループと、P21,P26,
    P51,P56から成る第10画素グループと、P22,P2
    5,P52,P55から成る第11画素グループと、P23,
    P24,P53,P54から成る第12画素グループと、P3
    0,P37,P40,P47から成る第13画素グループと、
    P31,P36,P41,P46から成る第14画素グループ
    と、P32,P35,P42,P45から成る第15画素グルー
    プと、P33,P34,P43,P44から成る第16画素グル
    ープとに、画素値を分類することを特徴とする請求項2
    に記載の画像処理装置。
  16. 【請求項16】 前記後処理係数が前記乗数項に量子化
    係数の逆数を乗じることにより得られることを特徴とす
    る請求項1に記載の画像処理装置。
JP8203241A 1995-07-12 1996-07-12 画像処理装置 Pending JPH0984013A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008084780A1 (ja) * 2007-01-09 2008-07-17 Sharp Kabushiki Kaisha 無線通信機およびマルチチャネル通信システム

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