JPH10322699A - 高速逆離散コサイン変換方法およびシステム - Google Patents

高速逆離散コサイン変換方法およびシステム

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JPH10322699A
JPH10322699A JP10006712A JP671298A JPH10322699A JP H10322699 A JPH10322699 A JP H10322699A JP 10006712 A JP10006712 A JP 10006712A JP 671298 A JP671298 A JP 671298A JP H10322699 A JPH10322699 A JP H10322699A
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idct
dct
matrix
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JP10006712A
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Wei Ding
ウェイ・ディン
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Sun Microsystems Inc
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    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F17/00—Digital computing or data processing equipment or methods, specially adapted for specific functions
    • G06F17/10—Complex mathematical operations
    • G06F17/14—Fourier, Walsh or analogous domain transformations, e.g. Laplace, Hilbert, Karhunen-Loeve, transforms
    • G06F17/147—Discrete orthonormal transforms, e.g. discrete cosine transform, discrete sine transform, and variations therefrom, e.g. modified discrete cosine transform, integer transforms approximating the discrete cosine transform
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T9/00—Image coding
    • G06T9/007—Transform coding, e.g. discrete cosine transform

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＤＣＴ変換係数のアレイを空間データの２次
元アレイに変換するビデオ圧縮／圧縮解除システムを提
供する。 【解決手段】 ＤＣＴ変換係数のアレイを２つのグルー
プに分け、領域ＩＤＣＴアルゴリズムが第１のグループ
の非ゼロとゼロの両方の係数に適用され、ＩＤＣＴ計算
は第２のグループの非ゼロ係数のみに適用される。演算
結果が組合わされあるいはマッピングされて、空間デー
タの出力アレイを形成する。ＤＣＴ係数の８×８アレイ
を変換し、第１の領域が８×８アレイにおける係数の第
１四半分部により定義される。領域ＩＤＣＴアルゴリズ
ムが第１四半分部におけるゼロと非ゼロの両係数に適用
される。残りの３つの四半分部における非ゼロ係数は直
接計算され、直接計算の結果が第１四半分部の係数に適
用された領域ＩＤＣＴアルゴリズムの結果に組合わされ
る。その結果の値が出力マトリックスへマッピングされ
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、逆離散余弦（コサ
イン）変換（ＩＤＣＴ）を実施するためのシステムおよ
び方法に関する。本発明は、また、ディジタル・ビデオ
圧縮および圧縮解除（ｄｅｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ）に
関し、特に効率が改善され計算に関する要件が少ない逆
離散コサイン変換（ＩＤＣＴ）を実施するためのビデオ
・エンコーダおよびデコーダに関する。
【０００２】
【従来の技術】フル・モーション・ディジタル・ビデオ
は、大量の記憶域とデータ転送帯域幅とが必要になる。
このため、ビデオ・システムは、必要な記憶量と転送帯
域幅を減少させるために種々の形式のビデオ圧縮アルゴ
リズムを用いている。一般に、静止グラフィック・イメ
ージ（画像）とフル・モーション・ビデオに対しては異
なるビデオ圧縮法が存在する。フレーム内（イントラフ
レーム）圧縮法は、フレーム内の空間的冗長性を用いて
静止画像（イメージ）即ち１つのフレーム内のデータを
圧縮するために用いられる。フレーム間（インターフレ
ーム）圧縮法は、フレーム間の時間的冗長性を用いて、
複数のフレーム即ちモーション・ビデオ（動画）を圧縮
するために用いられる。フレーム間圧縮法は、単独にあ
るいはフレーム内圧縮法と関連して、モーション・ビデ
オ用にもっぱら用いられる。
【０００３】フレーム内圧縮手法または静止画像圧縮手
法は、一般に、離散コサイン変換（ＤＣＴ）のような周
波数領域（ドメイン）の手法を用いる。フレーム内圧縮
は、典型的に、フレームを有効にコード化して空間的な
冗長性を除去するために画像フレームの周波数特性を用
いる。静止グラフィック画像に対するビデオ・データ圧
縮の事例は、ＪＰＥＧ（Ｊｏｉｎｔ Ｐｈｏｔｏｇｒａ
ｐｈｉｃ Ｅｘｐｅｒｔｓ Ｇｒｏｕｐ）圧縮、および
ＲＬＥ（ランレングス・エンコーディング）である。Ｊ
ＰＥＧ圧縮は、無損失（イメージ品質劣化なし）圧縮あ
るいは損失のある（激しい劣化は認識不能）圧縮を得る
ため離散コサイン変換を用いる関連規格の集合である。
ＪＰＥＧ圧縮は本来ビデオではなく静止画像の圧縮を意
図するものであったが、ＪＰＥＧ圧縮は、一部のモーシ
ョン・ビデオ用途にも用いられている。ＲＬＥ圧縮法
は、一本のラインのビット・マップにおける重複ピクセ
ルについてテストし、ピクセル自体のデータではなく連
続的な重複ピクセル数を記憶することにより処理を行
う。
【０００４】静止画像に対する圧縮アルゴリズムとは対
照的に、大部分のビデオ圧縮アルゴリズムは、フル・モ
ーション・ビデオ（フル動画）を圧縮することを意図さ
れている。先に述べたように、モーション・ビデオに対
するビデオ圧縮アルゴリズムは、フレーム間の時間的冗
長性を除去するためフレーム間圧縮と呼ばれる概念を用
いる。フレーム間圧縮は、データ・ファイルにおける連
続的フレーム間の差分のみを記憶することを含んでい
る。
【０００５】フレーム間圧縮は、一般的に適度に圧縮さ
れたフォーマットでキー・フレーム即ち基準フレームの
全画像を記憶する。連続するフレームは、キー・フレー
ムと比較され、キー・フレームと連続フレームとの間の
差分のみが記憶される。周期的に、例えば新たな情景
（シーン）が表示される時に、新たなキー・フレームが
記憶され、以後の比較はこの新たな基準点から開始す
る。差分のフレームは、更に、ＤＣＴのような手法によ
り圧縮される。フレーム間圧縮技法を用いるビデオ圧縮
の事例としては、ＭＰＥＧ、ＤＶＩおよびインディオ
（Ｉｎｄｅｏ）等がある。
【０００６】ＭＰＥＧの技術背景 ＭＰＥＧ（Ｍｏｖｉｎｇ Ｐｉｃｔｕｒｅ Ｅｘｐｅｒ
ｔｓ Ｇｒｏｕｐ）圧縮と呼ばれる圧縮標準規格は、先
に述べたフレーム間手法およびフレーム内圧縮技法を用
いるフル・モーション・ビデオ画像の圧縮および圧縮解
除のための１組の方法である。ＭＰＥＧ圧縮は、とりわ
け、動き補償および離散コサイン変換（ＤＣＴ）の両プ
ロセスを用い、２００：１より大きな圧縮比を生じさせ
ることが可能である。
【０００７】この２つの主要なＭＰＥＧ標準規格は、Ｍ
ＰＥＧ−１およびＭＰＥＧ−２と呼ばれる。ＭＰＥＧ−
１規格は、一般に、時間差動パルス・コード変調（ＤＰ
ＣＭ）を典型的に使用するブロック基準動き補償予測
（ＭＣＰ）を用いるフレーム間データ低減に関する。Ｍ
ＰＥＧ−２規格は、ＭＰＥＧ−１規格に似ているが、高
品位テレビジョン（ＨＤＴＶ）のようなインターレース
化ディジタル・ビデオを含む更に広い用途範囲を網羅す
る拡張を含んでいる。
【０００８】ＭＰＥＧのようなフレーム間圧縮法は、大
半のビデオ・シーケンスにおいて、アクション（動き）
は前景において生じるが背景は比較的不動のままである
という事実に基いている。背景は、動いてもよいが、ビ
デオ・シーケンスにおける連続フレームの大きな部分は
冗長である。ＭＰＥＧ圧縮は、シーケンスにおけるフレ
ームをコード化あるいは圧縮するためこのような固有の
冗長性を用いる。
【０００９】イントラ（Ｉ：Ｉｎｔｒａ）フレーム、予
測（Ｐ：Ｐｒｅｄｉｃｔｅｄ）フレームおよび双方向性
内挿（Ｂ：Ｂｉ−ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ）フレームと
呼ばれる３種類の画像を含んでいる。Ｉフレーム即ちイ
ントラ・フレームは、ビデオの全フレームに対するビデ
オ・データを含み、典型的には１０ないし１５フレーム
ごとに置かれる。イントラ・フレームは、ランダム・ア
クセスのためのファイルにエントリ点を提供し、一般に
適度にのみ圧縮される。予測フレームは、過去のフレー
ム、即ち前のイントラ・フレームまたは予測フレームに
関連してコード化される。このため、Ｐフレームのみ
が、前のＩフレームまたはＰフレームに対する変化を含
む。一般に、予測フレームが、やや大量の圧縮を受け、
将来の予測フレームに対する基準（参照）として用いら
れる。このため、ＩおよびＰの両フレームは、以降のフ
レームに対する基準として用いられる。双方向性画像
は、最大量の圧縮を含み、コード化されるために過去と
将来の両基準が必要となる。双方向性フレームは、決し
て他のフレームに対する基準としては用いられない。
【００１０】一般に、基準フレームに続くフレーム、即
ち基準ＩまたはＰフレームに続くＰフレームおよびＢフ
レームでは、これらフレームの僅かに小さな部分が各基
準フレームの対応部分と異なる。このため、これらのフ
レームでは、差のみが圧縮されて記憶される。これらフ
レーム間の差分は、以下に述べるように、典型的には動
きベクトル推定ロジックを用いて生成される。
【００１１】ＭＰＥＧエンコーダがビデオ・ファイルま
たはビットストリームを受取る時、ＭＰＥＧエンコーダ
は通常最初にＩフレームを生成する。ＭＰＥＧエンコー
ダは、イントラ・フレーム圧縮手法を用いてＩフレーム
を圧縮する。Ｉフレームが生成された後、ＭＰＥＧエン
コーダがそれぞれのフレームをマクロブロックと呼ばれ
る１６×１６ピクセル平方の格子へ分割する。各フレー
ムは、動き推定／補償を行うためにマクロブロックへ分
割される。このため、各目標ピクチャまたはフレーム、
即ちコード化されているフレームの場合は、エンコーダ
が、目標ピクチャ・マクロブロックと探索（サーチ）フ
レームと呼ばれる近傍ピクチャにおけるブロックとの間
の正確あるいは略々正確な一致について探索する。目標
Ｐフレームの場合、エンコーダが前のＩまたはＰフレー
ムにおいて探索を行う。目標Ｂフレームの場合、エンコ
ーダは、前または後のＩまたはＰフレームにおいて探索
を行う。一致が見出されると、エンコーダが、ベクトル
移動コード即ち動きベクトルを送出する。ベクトル移動
コード即ち動きベクトルのみが、探索フレームと各目標
ピクチャとの間の差分についての情報を含む。基準ピク
チャ即ちＩフレームにおけるブロックに対して変化がな
い目標ピクチャにおけるブロックは無視される。このた
め、これらフレームに対して実際に記憶されるデータ量
は著しく低減される。
【００１２】動きベクトルが生成された後、エンコーダ
が空間的冗長性を用いて変化をコード化する。このた
め、マクロブロックの位置における変化を見出した後、
ＭＰＥＧアルゴリズムが更に、対応するマクロブロック
間の差分を計算してコード化する。各マクロブロック
は、明るさ即ち輝度信号に対してそれぞれサイズ８×８
の４つのサブブロックと、カラー・フォーマットに依存
するカラー信号即ちクロミナンス信号に対する対応する
２つ、４つあるいは８つのサブブロックとからなってい
る。この差分のコード化は、離散コサイン変換、即ちＤ
ＣＴと呼ばれる数学的プロセスにより行われる。このプ
ロセスは、８×８ブロックごとに演算を行う。
【００１３】他のフレームに対する基準として用いられ
るフレームについては、結果のピクセル・データを復元
するために、これらのブロックに対してＭＰＥＧエンコ
ーダが量子化およびＤＣＴ変換の逆の動作を行う必要が
ある。この結果のピクセル・データは、ＰおよびＢフレ
ームのような以降のフレームについての動き推定のため
に用いられる。このため、ＭＰＥＧエンコーダは、一般
に、逆量子化ロジックならびに逆ＤＣＴロジックを含
む。
【００１４】従って、ＭＰＥＧ圧縮は、ビデオ・シーケ
ンスにおける２つの種類の冗長性に基いており、これら
は個々のフレームにおける冗長性である空間的なもの
と、連続フレーム間の冗長性である時間的なものとであ
る。空間的圧縮は、ピクチャ・フレームの周波数特性を
考察することにより行われる。各フレームは、重なり合
わないブロックに分割され、各ブロックは離散コサイン
変換（ＤＣＴ）により変換される。変換されたブロック
が「ＤＣＴ領域」へ変換された後、変換ブロックにおけ
る各エントリは１組の量子化テーブルについて量子化さ
れる。各エントリに対する量子化ステップは、周波数に
対する人間の視覚系統（ＨＶＳ）の感度を勘案して変動
し得る。ＨＶＳが低周波に対してより敏感であるので、
大部分の高周波エントリはゼロに量子化される。エント
リが量子化されるこのステップにおいては、情報が失わ
れ、再構成されたイメージにエラーが導入される。ラン
レングス・エンコーディングは、量子化値を送出するた
めに用いられる。圧縮を更に強化するために、ブロック
が、比較的低い周波数のエントリを先ず走査するジグザ
グ状の走査がされ、ゼロでない量子化値がゼロのランレ
ングスと共にエントロピー・コード化される。
【００１５】先に述べたように、時間的圧縮は、大部分
の対象物が連続ピクチャ・フレーム間で同じままである
という事実を利用し、連続フレームにおける対象物即ち
ブロック間の差分は、（対象物の運動、カメラの運動の
いずれか、あるいはその両方による）動きの結果として
のフレームにおけるそれらの位置である。この相対的エ
ンコーディングは、動きの推定のプロセスによって行わ
れる。動き補償の結果としての差のイメージは、ＤＣ
Ｔ、量子化およびＲＬＥエントロピー・コード化によっ
て更に圧縮される。
【００１６】ＭＰＥＧデコーダがコード化されたストリ
ームを受取ると、ＭＰＥＧデコーダが上記演算のを逆を
行う。このため、ＭＰＥＧデコーダは、ジグザグ順序を
除去する逆走査、データを量子化解除する逆量子化、お
よび周波数領域からピクセル領域へデータを変換する逆
ＤＣＴを実施する。ＭＰＥＧデコーダは、また、時間的
に圧縮されたフレームを再成するため送られた動きベク
トルを用いて動き補償を行う。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】逆離散コサイン変換
（ＩＤＣＴ）の計算は、一般に大量の処理を要求する。
ＩＤＣＴを計算するための１つの公知方法は、チェン
（Ｃｈｅｎ）・アルゴリズムと呼ばれる。このチェン・
アルゴリズムを計算するための従来技術の手法は、ＲＯ
Ｍ／ＲＡＭに記憶された係数と共に「ブース・コード化
マルチプライヤ」（Ｂｏｏｔｈ−Ｃｏｄｅｄ Ｍｕｌｔ
ｉｐｌｉｅｒ）を用いてきた。しかし、この方法は、従
来のマルチプライヤの構成によるダイ領域の非効率的な
使用と、係数の記憶のためのＲＯＭ／ＲＡＭの使用によ
るテストの複雑性とを含む短所を有する。更に、この方
法は、マルチプライヤを最適化する際の係数の固有の対
称特性を利用していない。最後に、当該方法は、一般的
に処理能力（スループット）が低い。
【００１８】ＩＤＣＴを計算するための別の方法は、Ａ
ＡＮアルゴリズムと呼ばれる。このＡＡＮアルゴリズム
は、ビデオ圧縮および圧縮解除システムにおいて比較的
良好な性能を結果として生じる分割可能なフルＩＤＣＴ
アルゴリズムである。先に述べたように、典型的なビデ
オ圧縮／解除システムは、離散コサイン変換係数の８×
８ブロックからの空間データの８×８ブロックの計算に
依存している。ＡＡＮアルゴリズムが離散コサイン変換
係数の完全２次元の８×８ブロックに適用されると、変
換を実施するのに要する多くの乗算が平行して行われ、
これにより比較的高速な全計算を可能にする。しかし、
これにも拘わらず、典型的なシステムでは、離散コサイ
ン変換係数の８×８ブロックについてＩＤＣＴ演算を更
に高速に行うことが依然として望ましい。
【００１９】ＩＤＣＴ演算の実施のための更に別のアル
ゴリズムは、対称マップ化ＩＤＣＴ（ＳＭＩＤＣＴ）と
呼ばれる。このアルゴリズムは、典型的な画像およびビ
デオへの適用において、変換された係数がまばらであ
る、即ち、多くの係数がゼロであるという事実を利用し
ている。典型的な用途の場合のようにゼロでない係数の
数が少ないときは、当該アルゴリズムはフル（完全）Ａ
ＡＮアルゴリズムよりも高速であり得る。
【００２０】新たなシステムおよび方法が、逆離散コサ
イン変換を効率的に計算するために望まれている。特
に、ビデオへの適用においてＡＡＮおよびＳＭＩＤＣＴ
の両アルゴリズムよりも良好に逆離散コサイン変換を計
算するシステムを提供することが特に望ましい。
【００２１】
【課題を解決するための手段】先に述べた諸問題の大部
分は、本発明による高速逆離散コサイン変換のシステム
および方法によって解消される。一実施形態において、
ＤＣＴ変換係数のアレイが空間的データの２次元アレイ
に変換される。ＤＣＴ変換係数のアレイは２つのグルー
プに分割される。領域的なＩＤＣＴアルゴリズムが、第
１のグループのゼロでない係数とゼロの係数の両方の全
ての係数に適用されるが、ＩＤＣＴ計算は第２のグルー
プのゼロでない係数にのみ適用される。演算結果が次に
組合わされそして（または）マップ化されて空間的デー
タの出力アレイを形成する。
【００２２】ＤＣＴ係数の８×８アレイが変換されるべ
き１つの特定の構成においては、第１の領域が８×８ア
レイにおける係数の第１四半分部（クオドラント：ｑｕ
ａｄｒａｎｔ）により定義される。領域的ＩＤＣＴアル
ゴリズムは、第１四半分部におけるゼロと非ゼロの両係
数に適用される。残る３つの四半分部における非ゼロ係
数は直接計算され、この直接計算の結果は第１四半分部
の係数に適用された領域的ＩＤＣＴアルゴリズムの結果
と組合わされる。その結果の値が出力マトリックスにマ
ップ化される。領域的ＩＤＣＴアルゴリズムは、係数の
行と列の指標（インデックス）のパリティに従って、第
１四半分部における係数を４つのグループ（即ち、偶数
行−偶数列、偶数行−奇数列、奇数行−偶数列、および
奇数行−奇数列）に分類することにより行われる。これ
らの分類から、予め定めた偶数と奇数のＩＤＣＴ演算子
が行と列の方向に適用されて、偶数−偶数ＩＤＣＴ成分
クラスと、奇数−偶数ＩＤＣＴ成分クラスと、偶数−奇
数ＩＤＣＴ成分クラスと、奇数−奇数ＩＤＣＴ成分クラ
スとを導き出す。残りの四半分部における非ゼロ係数の
各々に行われた直接ＩＤＣＴ計算の結果は、対応する成
分クラスへ加算される。各直接ＩＤＣＴ計算の結果を第
１四半分部の係数から得たＩＤＣＴ成分クラスへ加算し
た後、結果のＩＤＣＴ成分クラスが組合わされて出力マ
トリックスを形成する。
【００２３】高速逆離散コサイン変換法は、ビデオ・エ
ンコーダまたはデコーダ・システムの計算ユニット内で
用いることが可能である。ＤＣＴ係数と結果の空間的デ
ータは、ビデオ・エンコーダまたはデコーダ・システム
のメモリ内に記憶することが可能である。本発明による
逆離散コサイン変換技法を用いるビデオ・エンコーダま
たはデコーダは、高性能を有利に達成することができ
る。
【００２４】本発明は、添付図面と関連して望ましい実
施形態の以降の詳細な説明によりよく理解することがで
きる。
【００２５】
【発明の実施の形態】ビデオ圧縮システム まず図１を参照すると、本発明によるビデオ圧縮および
（または）圧縮解除を実行するためのシステムの一実施
形態が示される。当該システムは、ビデオ・エンコーデ
ィングまたはビデオ圧縮および（または）ビデオ復号
（デコード）あるいはビデオ圧縮解除中に、逆離散コサ
イン変換（ＩＤＣＴ）の計算を行う。他の実施の形態に
おいては、本発明のシステムおよび方法は、必要に応じ
て、他の種々の種類の用途において使用されるＩＤＣＴ
動作を行うために用いることが可能である。
【００２６】図示のように、一実施形態において、ビデ
オ・エンコーディング／デコーディング・システムは、
汎用コンピュータ・システム６０を含んでいる。このビ
デオ・エンコーディング／デコーディング・システム
は、コンピュータ・システム、セット・トップ・ボック
ス（ｓｅｔ−ｔｏｐ ｂｏｘ）、テレビジョンその他の
装置を含む任意の色々な形式のシステムを含むことがで
きる。様々な実施の形態において、ビデオ・エンコーデ
ィング／デコーディング動作の一方または両方が、本発
明の改善されたＩＤＣＴ計算システムおよび方法を含
む。
【００２７】コンピュータ・システム６０は、このコン
ピュータ・システム６０により圧縮解除または復号され
るべきディジタル・ビデオ・ファイルを記憶するメディ
ア記憶装置６２に結合されることが望ましい。メディア
記憶装置６２はまた、結果の復号あるいは圧縮解除され
たビデオ・ファイルをも記憶する。望ましい実施形態に
おいては、コンピュータ・システム６０は、圧縮された
ビデオ・ファイルまたはビット・ストリームを受取り、
正常な非圧縮ディジタル・ビデオ・ファイルを生成す
る。当該明細書においては、用語「圧縮されたビデオ・
ファイル」とは、とりわけＭＰＥＧ標準規格を含む動き
推定手法を使用する種々のビデオ圧縮アルゴリズムの任
意のものに従って圧縮されたビデオ・ファイルを意味
し、用語「非圧縮ディジタル・ビデオ・ファイル」と
は、復号（デコード）あるいは非圧縮ビデオのストリー
ムを意味する。
【００２８】図示のように、コンピュータ・システム６
０は、ビデオの復号または圧縮解除動作を行うビデオ・
デコーダ７４を含むことが望ましい。一実施形態におい
ては、ビデオ・デコーダ７４は、ＭＰＥＧデコーダであ
る。コンピュータ・システム６０はまた、一実施形態で
はＭＰＥＧエンコーダであるビデオ・エンコーダ７６を
オプションとして含むことが可能である。前記ビデオ・
デコーダ７４およびビデオ・エンコーダ７６は、コンピ
ュータ・システムにおけるバスに結合されたアダプタ・
カードであることが望ましいが、例示の目的のためにコ
ンピュータ・システム６０に対して外部に示されてい
る。コンピュータ・システム６０はまた、ビデオ圧縮解
除または復号動作の部分を実行し、またはビデオ圧縮ま
たはエンコーディング動作の部分を実行し、そして（ま
たは）必要に応じて他の動作を実行するフロッピ・ディ
スク７２により表わされるソフトウエアを含む。
【００２９】コンピュータ・システム６０は、１つ以上
のプロセッサ、１つ以上のバス、ハード・ドライブおよ
びメモリを含む種々の標準的な構成要素を含むことが望
ましい。次に図２を参照すると、図１のコンピュータ・
システムに含まれる構成要素を示すブロック図が示され
る。図２は、例示に過ぎず、必要に応じて、他のコンピ
ュータ・アーキテクチャを用いることができることは理
解される。図示のように、コンピュータ・システムは、
チップセット・ロジック８２を介してシステム・メモリ
８４に接続された少なくとも１つのプロセッサ８０を含
んでいる。チップセット８２は、ＰＣＩバス８６にイン
ターフェースするためのＰＣＩ（Ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ
Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ）ブ
リッジあるいは別の形式の拡張バスとのインターフェー
スのための別の形式のバス・ブリッジを含むことが望ま
しい。図２において、ビデオ・デコーダ７４とビデオ・
エンコーダ７６は、ＰＣＩバス８６に接続されるように
示される。ビデオ８８およびハード・ドライブ９０のよ
うな他の種々の構成要素をコンピュータ・システムに含
めることができる。
【００３０】先に述べたように、図１の実施の形態にお
いては、コンピュータ・システム６０は、１つ以上のデ
ィジタル記憶装置またはメディア記憶装置を含み、ある
いはこれらに接続される。例えば、図１の実施の形態で
は、コンピュータ・システム６０がケーブル６４を介し
てメディア記憶装置６２に接続されている。メディア記
憶装置６２は、ＲＡＩＤ（Ｒｅｄｕｎｄｅｎｔ Ａｒｒ
ａｙ ｏｆ Ｉｎｅｘｐｅｎｓｉｖｅ Ｄｉｓｋｓ）デ
ィスク・アレイを含むか、あるいは１つ以上のＣＤ−Ｒ
ＯＭドライブおよび（または）１つ以上のディジタル・
ビデオ・ディスク（ＤＶＤ）記憶装置を含むか、あるい
は圧縮解除されるディジタル・ビデオを記憶するか、そ
して（または）結果の復号されたビデオ・データを記憶
するための他のメディアを含むことが望ましい。コンピ
ュータ・システムは、また、１つ以上の内部ＲＡＩＤア
レイ、ＣＤ−ＲＯＭドライブを含み、そして（または）
１つ以上の別個のディジタル・ビデオ・ディスク（ＤＶ
Ｄ）記憶装置に結合することもできる。コンピュータ・
システム６０は、また、必要に応じて、他の形式のディ
ジタルまたはアナログ記憶装置またはメディアに接続す
ることもできる。
【００３１】あるいはまた、圧縮されたディジタル・ビ
デオ・ファイルは、遠隔記憶装置または遠隔コンピュー
タ・システムのような外部ソースから受取ることもでき
る。コンピュータ・システムは、ＡＴＭ（Ａｓｙｎｃｈ
ｒｏｎｏｕｓ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｍｏｄｅ）アダプタ
・カードまたはＩＳＤＮ（統合サービス・ディジタル・
ネットワーク）端末アダプタ、またはディジタル・ビデ
オ・ファイルを受取るための他のディジタル・データ・
レシーバのような入力装置を含むこともできる。ディジ
タル・ビデオ・ファイルはまた、アナログ・フォーマッ
トで記憶されあるいは受取られ、コンピュータ・システ
ム６０に対して外部的にあるいはコンピュータ・システ
ム６０内部でディジタル・データへ変換される。
【００３２】先に述べたように、コンピュータ・システ
ム６０におけるビデオ・デコーダ７４は、ビデオ復号
（デコーディング）機能あるいはビデオ圧縮解除機能を
行う。ビデオ復号またはビデオ圧縮解除の実施時に、ビ
デオ・デコーダ７４は、逆離散コサイン変換（ＩＤＣ
Ｔ）を行う。更に以下に述べるように、コンピュータ・
システム６０におけるＭＰＥＧデコーダ７４は、改善さ
れた性能でＩＤＣＴを計算することができる。
【００３３】先にも述べたように、コンピュータ・シス
テム６０におけるビデオ・エンコーダ７６は、ビデオ・
エンコーディング機能またはビデオ圧縮機能を実施す
る。ビデオ・エンコーディングまたはビデオ圧縮を行う
際、ビデオ・エンコーダ７６は、あるデータについて逆
離散コサイン変換を行う。以下に更に説明するように、
コンピュータ・システム６０におけるビデオ・エンコー
ダ７６は、ＩＤＣＴを改善された性能で計算することが
できる。
【００３４】図１のシステムは、必要に応じて２つ以上
の相互接続されたコンピュータを含むことが可能なこと
が判る。ビデオ・データをエンコーディングあるいはデ
コーディングするためのシステムは、代替的にセット・
トップ・ボックスのような他のハードウエアを単独で含
み、あるいは汎用プログラム可能コンピュータと関連し
て用いることもできる。ビデオ・データをエンコーディ
ングあるいはデコーディングするためのシステムは、エ
ンコーディングまたはデコーディング・プロセスの計算
のため全体的にあるいは部分的にソフトウエアの形式で
ＣＰＵ８０内で実現することもできる。必要に応じて、
本発明によるビデオ・データのエンコーディングおよび
（または）デコーディングするために種々の形式のうち
の任意のシステムを使用できることが判る。
【００３５】図３−ＭＰＥＧデコーダのブロック図 次に図３を参照すると、本発明によるＩＤＣＴ計算を行
うビデオ・デコーダ７４の一実施形態を例示するブロッ
ク図が示される。図示のように、ビデオ・デコーダ７４
は、コード化あるいは圧縮ディジタル・ビデオ・ストリ
ームを受取り、非圧縮ディジタル・ビデオ・ストリーム
を出力する。圧縮ディジタル・ビデオ・ストリームは、
テレビジョン・セグメントまたはムービーのようなビデ
オ・シーケンスをテレビジョンまたはコンピュータ・シ
ステムのようなスクリーン上へ提示するために用いられ
る圧縮ビデオ・データのビットストリームである。一実
施形態においては、圧縮されたディジタル・ビデオ・ス
トリームは、ＭＰＥＧ−２圧縮アルゴリズムを用いて圧
縮され、従って、ビデオ・デコーダ７４はＭＰＥＧ−２
デコーダである。ＭＰＥＧデコーダの動作は当技術にお
いて周知であるので、本発明の動作に不必要であるこれ
らデコーダの動作の詳細は、簡素化のため省略する。
【００３６】図３に示されるように、ビデオ・デコーダ
７４は、逆走査ブロック１０４へ出力を与えるように接
続された可変長復号ブロック１０２を含み、ブロック１
０４は逆量子化ブロック１０６へ出力を与えるように接
続され、ブロック１０６は動き補償ブロック１１０へ出
力を与えるように接続された逆ＤＣＴブロック１０８へ
出力を与えるように接続され。動き補償ブロック１１０
は、復号化（デコード）サンプルを含む出力を与える。
フレーム・ストア・メモリ１１２は、復号されたフレー
ム・データを受取り記憶する動き補償ブロック１１０の
出力に接続される。動き補償ブロック１１０は、動き補
償中にフレーム・ストア・メモリ１１２から基準ブロッ
ク・データを受取るためフレーム・ストア・メモリ１１
２の出力に接続される。
【００３７】図３に示されるように、可変長復号（デコ
ーディング）ブロック１０２は、コード化データを受取
り、可変長復号を行う。周知のように、ＭＰＥＧ規格
は、可変長コードを用いてデータが伝送のため圧縮され
ることを規定する。このため、可変長復号ブロック１０
２が、このデータを復号し、ＱＦＳ［ｎ］と呼ぶ出力を
生じる。可変長復号ブロック１０２のＱＦＳ［ｎ］出力
は、逆走査ブロック１０４へ与えられる。逆走査ブロッ
ク１０４は、受取ったデータのジグザグ走査順序を逆に
してＱＦ［ｖ］［ｕ］と呼ぶ出力を生じる。出力ＱＦ
［ｖ］［ｕ］は、逆量子化ブロック１０６へ与えられ
る。逆量子化ブロック１０６は、Ｆ［ｖ］［ｕ］と呼ぶ
量子化解除データを生じるためデータの逆量子化または
量子化解除を行う。逆量子化ブロック１０６の出力Ｆ
［ｖ］［ｕ］は、逆ＤＣＴブロック１０８へ与えられ、
このブロックがデータを周波数領域から再びピクセル領
域へ変換するため逆離散コサイン変換を行う。以下に更
に述べるように、逆ＤＣＴブロック１０８は、改善され
た効率でＩＤＣＴを行う。逆ＤＣＴブロック１０８は、
ｆ［ｙ］［ｘ］と呼ぶ出力を生じる。逆ＤＣＴブロック
１０８の出力ｆ［ｙ］［ｘ］は、モーション補償ブロッ
ク１１０へ与えられる。
【００３８】逆ＤＣＴブロック１０８からの出力ｂ
［ｙ］［ｘ］は、ピクセル・データの時間的にコード化
されたフレームを含む。動き補償ブロック１１０は、動
き補償手法を用いて時間的に圧縮されたフレームを圧縮
解除する。動き補償ブロック１１０からの出力ピクセル
値は、フレーム・ストア・メモリ１１２へ与えられる。
フレーム・ストア・メモリ１１２は、このようにして、
動き補償ブロック１１０に接続され、ビデオ・データの
１つ以上の基準フレームを記憶する。ビデオ・データの
これらの基準フレームは、ＰおよびＢフレームのような
時間的に圧縮されたフレームについて動き補償を行う際
に動き補償ブロック１１０により使用される。
【００３９】図４−ＭＰＥＧエンコーダのブロック図 次に図４を参照すると、本発明によりＩＤＣＴを行うビ
デオ・エンコーダ７６の一実施形態を示すブロック図が
示される。図示のように、ビデオ・エンコーダ７６は、
非圧縮ディジタル・ビデオ・ストリームを受取り、コー
ド化ストリームを出力する。非圧縮ディジタル・ビデオ
・ストリームは、テレビジョン・セグメントまたはムー
ビーのようなビデオ・シーケンスをテレビジョンまたは
コンピュータ・システムのようなスクリーン上に提示す
るために使用されるビデオ・データのビットストリーム
である。一実施形態においては、ビデオ・エンコーダ７
６は、ＭＰＥＧ−２圧縮アルゴリズムを用いて非圧縮デ
ィジタル・ビデオ・ストリームを圧縮する。
【００４０】図４に示されるように、ブロック・コンバ
ータ１４２が、入力輝度およびクロミナンスのビデオ信
号をブロック・フォーマットへ変換し、ここで各ブロッ
クは６４ピクセル値の８×８マトリックスを含むことが
望ましい。このブロック・フォーマットは、例えば、標
準的な４：４：４、４：２：２、４：２：０などのスペ
ーシング・フォーマットのような特定形式のエンコーデ
ィング・システムに応じた特定のスペーシング・フォー
マットへ分類される複数のマクロブロックとして構成さ
れることが望ましい。ブロック・コンバータ１４２は、
以下に更に述べるように、減算器１４４および動き推定
／補償ロジック１６２へ逐次のピクセル値を与える。ブ
ロック・コンバータ１４２はまた、出力をイントラＳＷ
決定ブロック１７０へ与える。
【００４１】減算器１４４は、マルチプレクサ１６６か
ら入力を受取り、マルチプレクサ１６６の出力をブロッ
ク・コンバータ１４２の出力から差引くよう動作する。
マルチプレクサ１６６は、動き推定／補償ロジック１６
２から入力を受取り、ブロック１６８からも０入力を受
取る。マルチプレクサ１６６は、イントラＳＷ決定ブロ
ック１７０から選択入力を受取る。イントラＳＷ決定ブ
ロック１７０は、フィールド間（インターフィールド）
またはフィールド内（イントラフィールド）モードが使
用されているかどうかを決定する。フィールド間データ
モードにおいては、マルチプレクサ１６６は動き推定／
補償ロジック１６２からの出力を与え、ブロック・コン
バータ１４２がブロック・コンバータ１４２から与えら
れた対応ブロックから、動き推定／補償ロジック１６２
により与えられたマクロブロックの各ブロックを差引
く。フィールド内データ・モードにおいては、マルチプ
レクサ１６６は、ゼロ・ブロック１６８から出力を与
え、従ってブロック・コンバータ１４２からのブロック
が修正されずに減算器１４４を通過する。
【００４２】減算器１４４は、動きが予期される差動的
にコード化されたマクロブロック（モード間）または修
正されない出力ブロック（モード内）の出力ブロック
を、ＤＣＴコンバータ１４６へ与える。ＤＣＴコンバー
タ１４６は、各ブロックをＤＣＴフォーマットへ変換し
て、ＤＣＴ係数の対応する８×８ブロックを生じる結果
となる。ＤＣＴフォーマットは、ビデオ・データの圧縮
を可能にするため周波数領域でデータを表わす。各ＤＣ
Ｔブロックについての、最初の即ち最上左部の係数は、
典型的にブロックのＤＣ成分を含み、残りの値は垂直周
波数および水平周波数を増加させるためのＡＣ成分であ
る。
【００４３】ＤＣＴコンバータ１４６からのＤＣＴ係数
は、ピクセルをジグザグ・フォーマットで配列し直すＺ
Ｚブロック１４７へ与えられる。ＺＺブロック１４７の
出力は量子化器１４８へ与えられ、この量子化器が係数
値の組を量子化値へマッピングする。典型的に、人間の
目が比較的低い空間周波数よりも比較的高い空間周波数
におけるイメージ成分に対して感度が低いので、低周波
数係数に対しては高周波係数に対するよりも少ない組み
の、即ち微小量子化が用いられる。
【００４４】量子化器１４８からのデータ値は、記憶お
よび（または）伝送の目的のためデータをコード化する
ため可変長エンコーダ（ＶＬＥ）１５０へ与えられる。
ＶＬＥ１５０は、エントロピー・コーディング原理に従
ってデータのブロックを走査して可変長コード（ＶＬ
Ｃ）へ変換し、そこで比較的短いコードがより確率の高
い値に割り当てられ、コーディング利得を、またこれに
よりデータの圧縮を達成している。他のコーディング方
式も考えられるが、このようなＶＬＣコーディング方式
の１つはハフマン（Ｈｕｆｆｍａｎ）コーディングと呼
ばれる。ＶＬＣは、ＶＬＥ１５０から先入れ先出し（Ｆ
ＩＦＯ）バッファ１５２へ与えられる。
【００４５】フィールド間（インターフィールド）モー
ドの場合、量子化器１４８からのデータ値は、量子化器
１４８により行われる動作を逆にしてコード化されたイ
メージの各ブロックを表わす近似ＤＣＴ係数を生じさせ
るために、逆量子化器１５４へ与えられる。量子化は通
常損失のあるプロセスであるので、逆量子化器１５４の
出力はノイズおよびエラーを伴う。
【００４６】逆量子化器１５４の出力データは、ＺＺブ
ロック１４７の動作を逆にする逆ＺＺブロック１５５へ
与えられる。逆ＺＺブロック１５５の出力は、ＤＣＴコ
ンバータ１４６により行われる動作を逆にするため逆Ｄ
ＣＴ（ＩＤＣＴ）コンバータ１５６へ与えられる。以下
に更に述べるように、ＩＤＣＴコンバータ１５６は、本
発明に従ってＩＤＣＴ計算を行うことが望ましい。ＩＤ
ＣＴコンバータ１５６の出力におけるフレーム差分ブロ
ックは、２入力加算器１５８の１つの入力へ与えられ
る。この加算器１５８はまた、動き補償ロジック１６２
から出力データ・ブロックを受取る。加算器１５８から
の出力ピクセル値はフレーム・ストア・メモリ１６０へ
与えられ、このメモリに記憶されたデータがビデオ・バ
ッファ（図示せず）へ与えられ、モニタのような表示装
置（図示せず）上で表示される。
【００４７】フレーム・ストア・メモリ１６０における
値は、動き推定／補償ロジック１６２の入力へ与えられ
る。一般に、この動き推定／補償ロジック１６２は、ブ
ロック・コンバータ１４２から到来するブロックとフレ
ーム・ストア・メモリ１６０に記憶される再構成された
前のブロックとを比較して、動きベクトルの形態におけ
る動きを計測する。図３の動き推定／補償ロジック１６
２は、従来技術の手法を用いて空間領域における動き推
定を行う。
【００４８】動き推定／補償ロジック１６２は、対象物
即ちブロックを新たなフレームにおいて推定した位置即
ち、結果として予測されたブロックにシフトする。フィ
ールド間モードにおいて、この予測ブロックは入力ブロ
ックから差引かれてブロック差分即ち予測誤差を得る。
このプロセスは、フレーム間冗長性と予測誤差とを分離
する。フィールド間モードにおいては、ブロック差分が
ＤＣＴコンバータ１４６、ＺＺブロック１４７および量
子化器１４８により処理されて、空間的冗長性を除去す
る。このため、当該方法においては、動き推定が空間領
域即ちピクセル領域において行われ、従ってフレーム差
分がＤＣＴ変換され量子化される。
【００４９】逆ＤＣＴ 先に述べたように、逆ＤＣＴの計算は、ビデオ・デコー
ダ７４またはビデオ・エンコーダ７６のいずれかで行わ
れる。１つの構成例においては、逆ＤＣＴは、Ｆ［ｕ］
［ｖ］と呼ぶ未量子化ＤＣＴ係数データを受取り、周波
数領域からのデータを再びピクセル領域へ変換するため
逆離散コサイン変換を行うことを含む。逆ＤＣＴ演算
は、典型的には、多くのイメージおよびビデオ圧縮用途
において８×８データのブロックに対して行われる。逆
ＤＣＴは、ｂ（ｘ，ｙ）と呼ぶ出力を生じる。
【００５０】８ポイントの１次元ＩＤＣＴは、下式によ
り定義される。
【数３】 ここで、Ｆ（ｕ），ｕ＝０，１，．．，７はＤＣＴ係数
であり、ｂ（ｘ），ｘ＝０，１，．．，７が空間領域デ
ータである。正規化ファクタａ（ｕ）は次のように表さ
れる。
【数４】
【００５１】２次元の８×８ＩＤＣＴは、下式により定
義される。
【数５】 ここで、Ｆ（ｕ，ｖ），ｕ＝０，１，．．，７、ｖ＝
０，１，．．，７は８×８アレイに配列されたＤＣＴ係
数であり、ｂ（ｘ，ｙ），ｘ＝０，１，．．，７，ｙ＝
０，１，．．，７は空間領域データである。２次元ＩＤ
ＣＴは分離可能な変換であり、係数の８×８ブロックの
行に、次いで列に１次元ＩＤＣＴを適用することによ
り、あるいはその逆で計算できることが判る。
【００５２】先に述べたように、ＡＡＮアルゴリズムの
ような、ＤＣＴ係数の８×８ブロックから高速完全ＩＤ
ＣＴを行うために多くのアルゴリズムが開発されてき
た。典型的なイメージおよびビデオ圧縮用途に対して、
８×８変換係数ブロックはまばらなマトリックスであ
り、即ち、多くの係数がゼロである。更にまた、非ゼロ
係数は通常低周波領域、即ち、係数の行および列の両イ
ンデックスが小さな数である領域に分布される。第１の
属性から、少数の非ゼロ係数を持つブロックに対して
は、全ての係数から完全ＩＤＣＴを行うよりも式（２）
から各非ゼロ係数に対してＩＤＣＴデータを直接計算す
る方が少ない計算で済むことが認識される。第２の属性
から、特に指定された低周波領域（第１四半分部の如
き）における係数の数がある閾値より大きい時、（第１
四半分部の係数の４×４アレイからのように）低周波係
数からＩＤＣＴデータを計算する領域的ＩＤＣＴアルゴ
リズムの適用が計算を更に早め得ることが認識される。
【００５３】従って、本発明の一実施形態において、８
×８ＤＣＴ変換された係数が少なくとも２つの領域へ分
けられる。図５は、例示的な分割を示す。図５は、係数
マトリックスの第１四半分部により形成される第１の領
域５００と、このマトリックスの四半分部２、３および
４により形成される残りの領域５０２とを示している。
以下に更に詳細に述べるように、領域的ＩＤＣＴアルゴ
リズムは、第１の領域５００における係数Ｆ（Ｕ，Ｖ）
（Ｕ，Ｖ＝０，１，３，３）に適用される。本文で用い
られる如き「領域的ＩＤＣＴアルゴリズム」とは、定義
された領域の全てのＤＣＴ係数、非ゼロおよびゼロの両
方の係数が逆ＤＣＴの計算に適用される所与の領域に適
用される任意のアルゴリズムを意味する。例示的な領域
的ＩＤＣＴアルゴリズムは、先に述べたようなＡＡＮア
ルゴリズムである。残りの領域５０２に対しては、各非
ゼロ係数について直接ＩＤＣＴ計算が行われる。直接Ｉ
ＤＣＴ計算は、各非ゼロ係数に対して式（２）の計算に
より行われる。残りの領域５０２内のゼロの係数につい
ての計算は行われない。両方の領域からの結果は、次に
一緒に組合わされて、ＩＤＣＴ演算の８×８空間データ
ｂ（ｘ，ｙ）の結果が導き出される。
【００５４】次に、本発明の１つの特定構成に関する詳
細を考察する。この構成においては、１組のサブブロッ
クアキュムレータＳrp，cp（ｘ，ｙ）が維持され、ここ
でｒｐ＝０、１およびｃｐ＝０，１がそれぞれ行パリテ
ィおよび列パリティであり、ｘ＝０，１，２，３および
ｙ＝０，１，２，３である。サブブロック・アキュムレ
ータＳrp，cp（ｘ，ｙ）は、下式により示されるよう
に、０へ初期設定される。 Ｓrp，cp（ｘ，ｙ）＝０
【００５５】領域的ＩＤＣＴアルゴリズムを用いて、第
１の領域５００における全ての係数に関して計算が行わ
れる。第１の領域５００におけるＤＣＴ係数は、図６に
示される。領域的ＩＤＣＴアルゴリズムのこのような特
定の構成においては、第１の領域５００における４×４
＝１６係数（即ち、Ｆ（ｕ，ｖ），ｕ，ｖ＝０，１，
２，３）は、４つのグループ、即ち、係数の行および列
のインデックスのパリティに従って、偶数行−偶数列、
偶数行−奇数列、奇数行−偶数列、奇数行−奇数列へ分
けられる。これらの４つのグループは、図７に示され
る。
【００５６】図７は更に、４つのグループ分けにより定
義されるＤＣＴ係数データがｓ00、ｓ01、ｓ10およびｓ
11と称する１組のＩＤＣＴ成分クラスへ変換される。各
成分クラスの計算に関する詳細は、図８により示される
偶数の１次元演算子、図９により示される奇数の１次元
演算子、およびそれぞれｓ00およびｓ01に対して図１０
および図１１に示される計算例を参照することによりよ
く理解される。
【００５７】それぞれ図８および図９の偶数および奇数
の演算子については、偶数の係数Ｆ0およびＦ2がｅ
（０）、ｅ（１）、ｅ（２）およびｅ（３）にマッピン
グされ、奇数の係数Ｆ1およびＦ3はｏ（０）、ｏ
（１）、ｏ（２）およびｏ（３）にマッピングされる。
黒丸につながる２本の線は、加算が行われることを意味
する。白い丸は、演算が行われないことを意味する。ブ
ロックを有する線は、乗算が行われることを意味する。
矢印を有する線は、負の値を意味する。下記のパラメー
タが、図８および図９に適用することができる。 ｂ1＝０．４１４ ｂ2＝０．１９９ ｂ3＝０．６６８ ｂ4＝１．４１４ ｂ5＝０．８４８ ｂ6＝０．２３５スケーリング・ファクタ ｓ0 1＝ ０．３５３５５３３９ ｓ1 1＝ ０．４９０３９２６４０ ｓ2 1＝ ０．４６１９３９７６６ ｓ3 1＝ ０．４１５７３４８０６
【００５８】偶数−偶数ＩＤＣＴ成分クラスｓ00の計算
は、図１０に示される。図８の偶数演算子は、最初に４
ピクセルの偶数−偶数グループの各行に適用されて、そ
れぞれ４つの値の２つの行（即ち、ｅ0（０）−ｅ
0（３）およびｅ2（０）−ｅ2（３））を生成する。そ
の結果の各列は、図８の同じ偶数演算子に適用されて図
示のようにデータの４×４ブロックを得る。このデータ
・ブロックは、ｘ＝０，１，２，３およびｙ＝０，１，
２，３に対してｓ00（ｘ，ｙ）に記憶される。図８およ
び図９の演算子が最初は列方向に次いで行方向に交互に
適用され、計算されたマトリックスｓ00に差を生じない
ことが判る。
【００５９】次に図１１において、ＤＣＴ係数の偶数−
奇数グループについては、図９の奇数演算子が行方向
に、次いで図８の偶数演算子が列方向に奇数演算子の演
算結果に適用される。最終結果は、ｘ＝０，１，２，３
およびｙ＝０，１，２，３に対してｓ01（ｘ，ｙ）に記
憶される。再び、行方向および列方向の演算の順序が切
換えられる。奇数−偶数および奇数−奇数のグループに
ついては、奇数演算子は列方向に、偶数または奇数の演
算子は行方向にそれぞれ適用される。結果は、それぞれ
ｓ10（ｘ，ｙ）およびｓ11（ｘ，ｙ）に記憶される。
【００６０】最初の領域結果を形成するＩＤＣＴ成分ク
ラスｓ00、Ｓ01、ｓ10およびｓ11の計算時に、残りの領
域５０２における非ゼロ係数について計算が行われる。
残りの領域５０２における非ゼロの各係数Ｆ（ｕ，ｖ）
については、（ｕ＝０，１，２，３；ｖ＝４，５，６，
７およびｕ＝４，５，６，７；ｖ＝０，１，．．，７）
であり、ここでｕは行のインデックスを指し、ｖは列の
インデックスを指し、アキュムレータ（３）が下式によ
り更新される。
【００６１】ｘ＝０，１，２，３およびｙ＝０，１，
２，３に対して、
【数６】 ここで、
【数７】 である。
【００６２】パリティ（ｕ）は、ｕのパリティであり、
即ち、次のようになる。
【数８】 同様に、パリティ（ｖ）はｖのパリティであり、即ち、
次のようになる。
【数９】
【００６３】残りの領域５０２内の全ての非ゼロ係数に
対する式（３）の完全な計算時に、結果のＩＤＣＴ成分
クラスｓ00、ｓ01、ｓ10およびｓ11が数学的に８×８Ｄ
ＣＴ係数データの全ブロックに対する各成分クラス（即
ち、偶数−偶数、偶数−奇数、など）に対するＩＤＣＴ
データを表わすことが判る。
【００６４】従って、数学的には次のようになる。
【数１０】 ここで、ｘ，ｙ＝０，１，２，３；ｕ，ｖ＝０，１，
２，．．．，７；Ｆ（ｕ，ｖ）は周波数係数；Ｋ
uv（ｘ，ｙ）は、式（４）のＩＤＣＴカーネルである。
また、ｓ01(ｘ,ｙ)、ｓ10(ｘ,ｙ)、ｓ11(ｘ,ｙ)は次の
ようになる。
【数１１】
【数１２】
【数１３】
【００６５】ＩＤＣＴ成分クラスは、次に出力マトリッ
クスｂ（ｘ，ｙ）にマッピングされる。一実施形態で
は、このマッピング動作は、図１２に示される２次元の
行−列バタフライ演算（ｂｕｔｔｅｒｆｌｙ ｏｐｅｒ
ａｔｉｏｎ）により行われる。図１２は、ｘ方向に沿っ
て８×４の偶数のｘクラスを生じさせるために、偶数−
偶数クラスおよび偶数−奇数クラスがエレマント単位に
どのように組合わされ得るかを示し、また同様に、奇数
−偶数クラスおよび奇数−奇数クラスがどのように８×
４の奇数ｘクラスに組合わされ得るかを示している。別
のバタフライ演算は、図示のように、全空間値マトリッ
クスｂ（ｘ，ｙ）を生じる。
【００６６】図１２に示されるようなＩＤＣＴ成分クラ
スを出力ｂ（ｘ，ｙ）へマッピングする前記バタフライ
演算は、幾つかの式の計算により行われる。特に、出力
ブロックの第１四半分部は下式のように計算される。ｘ
＝０，１，２，３およびｙ＝０，１，２，３に対して、 ｂ(ｘ,ｙ)＝ｓ00(ｘ,ｙ)＋ｓ01(ｘ,ｙ)＋ｓ10(ｘ,ｙ)＋
ｓ11(ｘ,ｙ) 同様に、出力ブロックの第２四半分部、第３四半分部お
よび第４四半分部も下式のように計算される。ｘ＝０，
１，２，３およびｙ＝０，１，２，３に対して
【数１４】
【００６７】他の実施の形態において、ＩＤＣＴ成分ク
ラスの出力へのマッピングが他の計算即ち演算を用いて
行われることが判る。例えば、各４×４ＩＤＣＴ成分ク
ラスは、既知の対称性に従って８×８成分クラスへ変換
される。この変換された８×８ＩＤＣＴ成分クラスは共
に加算されて出力マトリックスｂ（ｘ，ｙ）を形成す
る。
【００６８】図１３は、例えば、ビデオ・デコーダ７４
またはビデオ・エンコーダ７６のＩＤＣＴ計算ユニット
の一実施形態内で実現される機能性の分割を示すブロッ
ク図である。領域的なＩＤＣＴ計算エンジン９０２は、
先に述べたように、第１四半分部の係数に対する領域的
なＩＤＣＴ計算を実現し、直接ＩＤＣＴ計算エンジン９
０４は、先に述べたように、残りの領域の非ゼロ係数に
対する直接ＩＤＣＴ計算を実現する。組合わせユニット
９０６は、エンジン９０２と９０４の計算結果に対する
先に述べたようなマッピングおよび組合わせ機能を実施
する。領域的ＩＤＣＴ計算エンジン９０２、直接ＩＤＣ
Ｔ計算エンジン９０４および組合わせユニット９０６の
機能性は、必要に応じてソフトウエアまたはハードウエ
アのいずれかにおいて実現される。
【００６９】先に述べたような逆離散コサイン変換法の
採用は、従来技術の方法よりも効率的よく実行すること
ができる。ＩＤＣＴ法は、高性能を得るためにイメージ
とビデオの圧縮解除および圧縮の両システム内に用いる
ことができる。
【００７０】他の実施の形態において、第１の領域およ
び残りの領域を画定するＤＣＴ係数マトリックスの領域
が図５に示した領域とは異なるようにすることができる
ことが理解されよう。更に、図８および図９に示したも
の以外の演算子が領域的なＩＤＣＴアルゴリズムの実行
時に種々の係数に適用することができることが理解され
よう。
【００７１】本発明のシステムおよび方法を実施の形態
に関して説明したが、これは本文に述べた特定形態に限
定することを意図するものではなく、特許請求の範囲に
より記載されるように本発明の趣旨と範囲内に含まれ得
るような変更、修正および相等技術を包含することを意
図するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によりビデオ復号を行い、高速逆離散コ
サイン変換を実行するための機構を含むコンピュータ・
システムを示す図である。
【図２】図１のコンピュータ・システムを示すブロック
図である。
【図３】ビデオ・デコーダを示すブロック図である。
【図４】ビデオ・エンコーダを示すブロック図である。
【図５】８×８ＤＣＴ係数マトリックスを例示的な２つ
の領域への分割を示す図である。
【図６】ＤＣＴ係数マトリックスの第１四半分部を示す
図である。
【図７】第１四半分部のＤＣＴ係数の偶数−偶数グルー
プと、偶数−奇数グループと、奇数−偶数グループと、
奇数−奇数グループへのグループ化を示す図である。
【図８】偶数の１次元演算子を示す図である。
【図９】奇数の１次元演算子を示す図である。
【図１０】偶数−偶数ＩＤＣＴ成分クラスおよびｓ００
の計算を示す図である。
【図１１】偶数−奇数成分クラスｓ００の計算を示す図
である。
【図１２】バタフライ演算を用いるＩＤＣＴ成分クラス
の空間的マトリックスＢ（ｘ，ｙ）へのマッピングを示
す図である。
【図１３】ＩＤＣＴ計算ユニット内で実現される機能性
の分割を示すブロック図である。
【符号の説明】
６０ コンピュータ・システム ６２ メディア記憶装置 ６４ ケーブル ７２ フロッピ・ディスク ７４ ビデオ・デコーダ ７６ ビデオ・エンコーダ ８０ プロセッサ ８２ チップセット・ロジック ８４ システム・メモリ ８６ ＰＣＩバス ８８ ビデオ ９０ ハード・ドライブ １０２ 可変長復号ブロック １０４ 逆走査ブロック １０６ 逆量子化ブロック １０８ 逆ＤＣＴブロック １１０ 動き補償ブロック １１２ フレーム・ストア・メモリ １４２ ブロック・コンバータ １４４ 減算器 １４６ ＤＣＴコンバータ １４７ ＺＺブロック １４８ 量子化器 １５０ 可変長エンコーダ（ＶＬＥ） １５２ 先入れ先出し（ＦＩＦＯ）バッファ １５４ 逆量子化器 １５５ 逆ＺＺブロック １５６ ＩＤＣＴコンバータ １５８ ２入力加算器 １６０ フレーム・ストア・メモリ １６２ 動き推定／補償ロジック １６６ マルチプレクサ １７０ イントラＳＷ決定ブロック
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 597004720 2550 Ｇａｒｃｉａ Ａｖｅｎｕｅ，ＭＳ ＰＡＬ１−521，Ｍｏｕｎｔａｉｎ Ｖ ｉｅｗ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ 94043− 1100，Ｕｎｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅｓ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ

Claims (35)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ビデオ・システムにおいて逆離散コサイ
    ン変換（ＩＤＣＴ）係数のマトリックスについてＩＤＣ
    Ｔを行う方法において、 離散コサイン変換（ＤＣＴ）係数の前記マトリックスか
    らＤＣＴ係数のサブマトリックスを選択するステップ
    と、 領域的ＩＤＣＴ計算装置において、ＤＣＴ係数の前記サ
    ブマトリックスの各係数を用いて、領域的逆離散コサイ
    ン変換アルゴリズムを実行して第１領域の結果を得るス
    テップと、 ＤＣＴ係数の前記マトリックスの残部から非ゼロＤＣＴ
    係数のみを選択するステップと、 直接ＩＤＣＴ計算装置において、前記残部における前記
    非ゼロＤＣＴ係数の各々に対して逆離散コサイン変換成
    分を計算するステップと、 前記各非ゼロＩＤＣＴ係数に対して計算された前記逆離
    散コサイン変換成分と前記第１領域の結果とを加算する
    ステップと、を含む方法。
  2. 【請求項２】 メモリから前記ＩＤＣＴ係数の前記マト
    リックスの各ＤＣＴ係数を検索するステップを更に含む
    請求項１記載の逆離散コサイン変換方法。
  3. 【請求項３】 前記残部が前記サブマトリックスにおけ
    るＤＣＴ係数以外の前記マトリックスにおける全てのＤ
    ＣＴ係数を含む請求項１記載の逆離散コサイン変換方
    法。
  4. 【請求項４】 前記第１領域の結果が、偶数−偶数ＩＤ
    ＣＴ成分クラスと、偶数−奇数ＩＤＣＴ成分クラスと、
    奇数−偶数ＩＤＣＴ成分クラスと、奇数−奇数ＩＤＣＴ
    成分クラスとを含む請求項１記載の逆離散コサイン変換
    方法。
  5. 【請求項５】 前記偶数−偶数ＩＤＣＴ成分クラスが、
    前記サブマトリックス内の偶数行、偶数列ＤＣＴ係数を
    用いて計算され、前記サブマトリックスの奇数行および
    奇数列のＤＣＴ係数とは独立している請求項４記載の逆
    離散コサイン変換方法。
  6. 【請求項６】 前記偶数−奇数ＩＤＣＴ成分クラスが、
    前記サブマトリックス内の偶数行、奇数列のＤＣＴ係数
    を用いて計算され、前記サブマトリックスの奇数行およ
    び偶数列のＤＣＴ係数とは独立し、前記奇数−偶数ＤＣ
    Ｔ成分クラスが、前記サブマトリックス内の奇数行、偶
    数列のＤＣＴ係数を用いて計算され、前記サブマトリッ
    クスの偶数行および奇数列のＤＣＴ係数とは独立し、前
    記奇数−奇数ＤＣＴ成分クラスが、前記サブマトリック
    ス内の奇数行、奇数列のＤＣＴ係数を用いて計算され、
    前記サブマトリックスの偶数行および偶数列のＤＣＴ係
    数とは独立している請求項５記載の逆離散コサイン変換
    方法。
  7. 【請求項７】 偶数演算子が前記サブマトリックスの各
    偶数列ＤＣＴ係数に適用される請求項６記載の逆離散コ
    サイン変換方法。
  8. 【請求項８】 奇数演算子が前記サブマトリックスの各
    奇数列ＤＣＴ係数に適用される請求項７記載の逆離散コ
    サイン変換方法。
  9. 【請求項９】 前記各奇数列ＤＣＴ係数が奇数行ＤＣＴ
    係数である場合、各奇数列ＤＣＴ係数に適用される前記
    奇数演算子の前記出力が前記奇数演算子に適用される請
    求項８記載の逆離散コサイン変換方法。
  10. 【請求項１０】 前記偶数列ＤＣＴ係数が偶数行ＤＣＴ
    係数である場合、各偶数列ＤＣＴ係数に適用される前記
    偶数演算子の前記出力が前記偶数演算子に適用される請
    求項９記載の逆離散コサイン変換方法。
  11. 【請求項１１】 前記各奇数列ＤＣＴ係数が偶数行ＤＣ
    Ｔ係数である場合、各奇数列ＤＣＴ係数に適用される前
    記奇数演算子の前記出力が前記偶数演算子に適用される
    請求項１０記載の逆離散コサイン変換方法。
  12. 【請求項１２】 前記偶数列ＤＣＴ係数が奇数行ＤＣＴ
    係数である場合、各偶数列ＤＣＴ係数に適用される前記
    偶数演算子の前記出力が前記奇数演算子に適用される請
    求項１１記載の逆離散コサイン変換方法。
  13. 【請求項１３】 偶数演算子が前記サブマトリックスの
    各偶数行ＤＣＴ係数に適用される請求項６記載の逆離散
    コサイン変換方法。
  14. 【請求項１４】 奇数演算子が前記サブマトリックスの
    各奇数行ＤＣＴ係数に適用される請求項１３記載の逆離
    散コサイン変換方法。
  15. 【請求項１５】 前記マトリックスにおける前記各非ゼ
    ロＤＣＴ係数の行および列に応じて、前記残部における
    前記各非ゼロＤＣＴ係数に対して計算された前記逆離散
    コサイン変換成分が、前記偶数−偶数ＩＤＣＴ成分クラ
    ス、前記偶数−奇数ＩＤＣＴ成分クラス、前記奇数−偶
    数ＩＤＣＴ成分クラス、あるいは前記奇数−奇数ＩＤＣ
    Ｔ成分クラスのいずれかに対応する１つに加算される請
    求項５記載の逆離散コサイン変換方法。
  16. 【請求項１６】 各非ゼロＤＣＴ係数に対して計算され
    た前記逆離散コサイン変換成分を前記対応するＩＤＣＴ
    成分クラスに加算した後、前記ＩＤＣＴ成分クラスをＩ
    ＤＣＴ出力マトリックスにマッピングするステップを更
    に含む請求項１５記載の逆離散コサイン変換方法。
  17. 【請求項１７】 前記ＩＤＣＴ出力マトリックスに対す
    る前記ＩＤＣＴ成分クラスの前記マッピング・ステップ
    が、前記ＩＤＣＴ成分クラスの各々を加算することによ
    り前記出力マトリックスの第１四半分部をマッピングす
    ることを含む請求項１６記載の逆離散コサイン変換方
    法。
  18. 【請求項１８】 前記完全ＩＤＣＴ出力マトリックスに
    対する前記ＩＤＣＴ成分クラスの前記マッピング・ステ
    ップが、下式の計算により前記ＩＤＣＴ出力マトリック
    スの第２四半分部、第３四半分部および第４四半分部を
    マッピングするステップを含む請求項１７記載の逆離散
    コサイン変換方法。ｘ＝０，１，２，３およびｙ＝０，
    １，２，３に対して 【数１】
  19. 【請求項１９】 ビデオ・システムに対する逆離散コサ
    イン変換（ＩＤＣＴ）計算装置において、 ＤＣＴ係数マトリックスからＤＣＴ係数のサブマトリッ
    クスを選択し、ＤＣＴ係数の前記サブマトリックスの各
    係数を用いて領域的逆離散コサイン変換アルゴリズムを
    実行して第１領域の結果を得るように構成された領域Ｉ
    ＤＣＴ計算エンジンと、ＤＣＴ係数の前記マトリックス
    の残部から非ゼロＤＣＴ係数のみを選択し、前記残部に
    おける前記各非ゼロＤＣＴ係数に対して逆離散コサイン
    変換成分を計算するように構成された直接ＩＤＣＴ計算
    エンジンと、 前記領域ＩＤＣＴ計算エンジンと前記直接ＩＤＣＴ計算
    エンジンとに接続され、前記各非ゼロＩＤＣＴ係数に対
    して計算された前記逆離散コサイン変換成分に前記第１
    領域の結果を加算するように構成された、組合わせ装置
    と、を備えたＩＤＣＴ計算装置。
  20. 【請求項２０】 前記残部が、前記サブマトリックスに
    おけるＤＣＴ係数以外の前記サブマトリックスにおける
    全てのＤＣＴ係数を含む請求項１９記載のＩＤＣＴ計算
    装置。
  21. 【請求項２１】 前記第１領域の結果が、偶数−偶数Ｉ
    ＤＣＴ成分クラスと、偶数−奇数ＩＤＣＴ成分クラス
    と、奇数−偶数ＩＤＣＴ成分クラスと、奇数−奇数ＩＤ
    ＣＴ成分クラスとを含む請求項１９記載のＩＤＣＴ計算
    装置。
  22. 【請求項２２】 前記偶数−偶数ＩＤＣＴ成分クラス
    が、前記サブマトリックス内の偶数行、偶数列のＤＣＴ
    係数を用いて前記領域ＩＤＣＴ計算エンジンにより計算
    され、前記サブマトリックスの奇数行および奇数列のＤ
    ＣＴ係数とは独立している請求項２１記載のＩＤＣＴ計
    算装置。
  23. 【請求項２３】 前記偶数−奇数ＩＤＣＴ成分クラス
    が、前記サブマトリックス内の偶数行、奇数列のＤＣＴ
    係数を用いて前記領域ＩＤＣＴ計算エンジンにより計算
    され、前記サブマトリックスの奇数行および偶数列のＤ
    ＣＴ係数とは独立しており、前記奇数−偶数ＤＣＴ成分
    クラスが、前記サブマトリックス内の奇数行、偶数列の
    ＤＣＴ係数を用いて前記領域ＩＤＣＴ計算エンジンによ
    り計算され、前記サブマトリックスの偶数行および奇数
    列のＤＣＴ係数とは独立しており、前記奇数−奇数ＤＣ
    Ｔ成分クラスが、前記サブマトリックス内の奇数行、奇
    数列のＤＣＴ係数を用いて前記領域ＩＤＣＴ計算エンジ
    ンにより計算され、前記サブマトリックスの偶数行およ
    び偶数列のＤＣＴ係数とは独立している請求項２２記載
    のＩＤＣＴ計算装置。
  24. 【請求項２４】 前記領域ＩＤＣＴ計算エンジンが、偶
    数演算子を前記サブマトリックスの各偶数列ＤＣＴ係数
    に適用するように構成される請求項２３記載のＩＤＣＴ
    計算装置。
  25. 【請求項２５】 前記領域ＩＤＣＴ計算エンジンが、奇
    数演算子を前記サブマトリックスの各奇数列ＤＣＴ係数
    に適用するように構成される請求項２４記載のＩＤＣＴ
    計算装置。
  26. 【請求項２６】 前記各奇数列ＤＣＴ係数が奇数行ＤＣ
    Ｔ係数である場合、各奇数列ＤＣＴ係数に適用される前
    記奇数演算子の前記出力が前記奇数演算子に適用される
    請求項２５記載のＩＤＣＴ計算装置。
  27. 【請求項２７】 前記偶数列ＤＣＴ係数が偶数行ＤＣＴ
    係数である場合、各偶数列ＤＣＴ係数に適用される前記
    偶数演算子の前記出力が前記偶数演算子に適用される請
    求項２６記載のＩＤＣＴ計算装置。
  28. 【請求項２８】 前記各奇数列ＤＣＴ係数が偶数行ＤＣ
    Ｔ係数である場合、各奇数列ＤＣＴ係数に適用される前
    記奇数演算子の前記出力が前記偶数演算子に適用される
    請求項２７記載のＩＤＣＴ計算装置。
  29. 【請求項２９】 前記偶数列ＤＣＴ係数が奇数行ＤＣＴ
    係数である場合、各偶数列ＤＣＴ係数に適用される前記
    偶数演算子の前記出力が奇数行ＤＣＴ係数である請求項
    ２８記載のＩＤＣＴ計算装置。
  30. 【請求項３０】 前記領域ＩＤＣＴ計算エンジンが、偶
    数演算子を前記サブマトリックスの各偶数行ＤＣＴ係数
    に適用するように構成される請求項２３記載のＩＤＣＴ
    計算装置。
  31. 【請求項３１】 前記領域ＩＤＣＴ計算エンジンが、奇
    数演算子を前記サブマトリックスの各奇数行ＤＣＴ係数
    に適用するように構成される請求項３０記載のＩＤＣＴ
    計算装置。
  32. 【請求項３２】 前記マトリックスにおける前記各非ゼ
    ロＤＣＴ係数の行および列に従って、前記組合わせ装置
    が、前記偶数−偶数ＩＤＣＴ成分クラス、前記偶数−奇
    数ＩＤＣＴ成分クラス、前記奇数−偶数ＩＤＣＴ成分ク
    ラス、あるいは前記奇数−奇数ＩＤＣＴ成分クラスのい
    ずれかの対応する１つに、前記残部における前記各非ゼ
    ロＤＣＴ係数に対して計算された前記逆離散コサイン変
    換成分を加算するように構成される請求項２２記載のＩ
    ＤＣＴ計算装置。
  33. 【請求項３３】 各非ゼロＤＣＴ係数に対して計算され
    た前記逆離散コサイン変換成分を前記対応するＩＤＣＴ
    成分クラスに加算した後、前記ＩＤＣＴ成分クラスをＩ
    ＤＣＴ出力マトリックスにマッピングする請求項３２記
    載のＩＤＣＴ計算装置。
  34. 【請求項３４】 前記ＩＤＣＴ成分クラスの各々を加算
    することにより、前記組合わせ装置が更に前記出力マト
    リックスの第１四半分部をマッピングするよう構成され
    る請求項３３記載のＩＤＣＴ計算装置。
  35. 【請求項３５】 前記組合わせ装置が、更に、下式の計
    算により、前記ＩＤＣＴ出力マトリックスの第２四半分
    部と第３四半分部と第４四半分部をマッピングするよう
    構成される請求項３４記載のＩＤＣＴ計算装置。ｘ＝
    ０，１，２，３およびｙ＝０，１，２，３に対して 【数２】
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