RU2342704C1 - Device for two-dimensional direct discrete wavelet transformation in video data compression systems - Google Patents

Device for two-dimensional direct discrete wavelet transformation in video data compression systems Download PDF

Info

Publication number
RU2342704C1
RU2342704C1 RU2007145031/09A RU2007145031A RU2342704C1 RU 2342704 C1 RU2342704 C1 RU 2342704C1 RU 2007145031/09 A RU2007145031/09 A RU 2007145031/09A RU 2007145031 A RU2007145031 A RU 2007145031A RU 2342704 C1 RU2342704 C1 RU 2342704C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
block
memory buffer
low
frequency
filter
Prior art date
Application number
RU2007145031/09A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Геннадий Александрович Манохин (RU)
Геннадий Александрович Манохин
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "ООО "Юник Ай Сиз"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "ООО "Юник Ай Сиз" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "ООО "Юник Ай Сиз"
Priority to RU2007145031/09A priority Critical patent/RU2342704C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2342704C1 publication Critical patent/RU2342704C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Compression Or Coding Systems Of Tv Signals (AREA)

Abstract

FIELD: physics; computer technology.
SUBSTANCE: present invention pertains to computer technology, and particularly to direct discrete wavelet transformation in video compression systems. Device comprises a unit of filters for one-dimensional wavelet transformation on the column of the video image (on the vertical), requiring less volume of memory buffer. Proposal is given of a device for two-dimensional direct discrete wavelet transformation in video data compression systems. The device comprises a multiplexer for generating an input stream at the first and second filter units, from either the input stream of video data, or from the memory buffer unit. The first filter unit for one-dimensional wavelet transformation on the line of the video image on the horizontal is for calculating the low frequency component, and the second filter unit for one-dimensional wavelet transformation on the line of the video image on the horizontal is for calculating the high frequency component. The device has a third filter unit for one-dimensional wavelet transformation on the column of the video image on the vertical for calculating low and high frequency components of data, coming from the first filter unit and from the first and second memory buffer units. The first memory buffer unit is for storage of intermediate data necessary for calculating low and high frequency components, coming from the third filter unit. The second memory buffer unit is for storing intermediate data, necessary for calculating low and high frequency components, coming from the third filter unit. The fourth filter unit for one-dimensional wavelet transformation on the column of the video image on the vertical is for calculating low and high frequency components of data, coming from the second filter unit and from the third and fourth memory buffer units. The third memory buffer unit is for storing intermediate data necessary for calculating low and high frequency components, coming from the fourth filter unit. The fourth memory buffer unit is for storing intermediate data, necessary for calculating low and high frequency components, coming from the fourth filter unit. The fifth memory buffer unit is for storing the low frequency component after the third filter unit for wavelet transformation, is used as a memory buffer unit, from which data arrive at the multiplexer.
EFFECT: less than 4,5N memory buffer is required.
3 dwg

Description

Изобретение относится к вычислительной технике, а именно к области выполнения прямого дискретного вейвлет (wavelet) преобразования (FDWT - Forward discrete вейвлет transform) в системах компрессии видеоданных.The invention relates to computing, and in particular to the field of performing direct discrete wavelet (wavelet) transform (FDWT - Forward discrete wavelet transform) in video compression systems.

Дискретное двумерное вейвлет преобразование широко используется в системах компрессии видеоданных, в частности, его применение описано в стандарте JPEG200 [1]. В таких системах каждая цветовая компонента входного кадра размером N·M, где N - ширина кадра, а М - высота, представляется в виде массива данных из М строк и N столбцов. Далее, для каждой строки выполняется одномерное преобразование, представляющее собой низкочастотную и высокочастотную фильтрацию данных. Затем над результатами преобразования, для каждого из столбцов, выполняются аналогичные преобразования.Discrete two-dimensional wavelet transform is widely used in video compression systems, in particular, its application is described in the JPEG200 standard [1]. In such systems, each color component of the input frame of size N · M, where N is the frame width and M is the height, is represented as a data array of M rows and N columns. Further, for each row, a one-dimensional transformation is performed, which is low-frequency and high-frequency data filtering. Then, on the results of the conversion, for each of the columns, similar conversions are performed.

Таким образом каждая цветовая компонента преобразуется в набор 2-мерных Sub-band сигналов, представляющих интенсивность сигнала в различных полосах частот, в различных пространственных областях. Под Sub-band понимают набор коэффициентов, полученных с помощью одной и той же последовательности низкочастотных и высокочастотных фильтрующих операций по горизонтали и вертикали. Sub-bands обозначаются следующим образом: LL, HL, LH или НН.Thus, each color component is converted into a set of 2-dimensional Sub-band signals representing the signal intensity in different frequency bands, in different spatial areas. Sub-band is understood to mean a set of coefficients obtained using the same sequence of low-pass and high-pass filtering operations horizontally and vertically. Sub-bands are denoted as follows: LL, HL, LH or HH.

Коэффициенты в sub-band HL являются коэффициентами преобразования, полученными низкочастотной фильтрацией по вертикали и высокочастотной фильтрацией по горизонтали. Коэффициенты в sub-band LH являются коэффициентами преобразования, полученными высокочастотной фильтрацией по вертикали и низкочастотной фильтрацией по горизонтали.The coefficients in the sub-band HL are conversion coefficients obtained by low-pass vertical filtering and high-pass horizontal filtering. Coefficients in the sub-band LH are conversion coefficients obtained by high-pass vertical filtering and low-pass horizontal filtering.

Коэффициенты в sub-band НН являются коэффициентами преобразования, полученными высокочастотной фильтрацией по вертикали и высокочастотной фильтрацией по горизонтали.The coefficients in the sub-band LV are the conversion coefficients obtained by high-pass filtering vertically and high-pass filtering horizontally.

Коэффициенты в sub-band LL являются коэффициентами преобразования, полученными низкочастотной фильтрацией по вертикали и низкочастотной фильтрацией по горизонтали.The coefficients in the sub-band LL are the conversion coefficients obtained by low-pass vertical filtering and low-pass horizontal filtering.

Далее над коэффициентами LL выполняются преобразования, описанные выше. Количество итераций по обработке LL компонент задает число уровней декомпозиции J входного изображения. Число полученных sub-bands 3·J+1.Next, the transforms described above are performed on the LL coefficients. The number of iterations for processing LL components determines the number of decomposition levels J of the input image. The number of received sub-bands 3 · J + 1.

Для обозначения коэффициентов полученных после преобразований над LL компонентой, используют обозначения: (LL)aL, (LL)aH, (LL)aLL, (LL)aLH, (LL)aHL, (LL)aHH, где индекс a - уровень декомпозиции и 0≤а<J.To indicate the coefficients obtained after transformations over the LL component, use the notation: (LL) a L, (LL) a H, (LL) a LL, (LL) a LH, (LL) a HL, (LL) a HH, where index a is the level of decomposition and 0≤a <J.

Увеличение числа уровней декомпозиции позволяет увеличивать степень сжатия (компрессии) видеоданных.An increase in the number of decomposition levels allows increasing the degree of compression (compression) of video data.

Применение FDWT для сжатия изображения описано в [1]. Данное обратимое преобразование является обратимой реализацией фильтрации 5/3, где 5 и 3 длина низкочастотного и высокочастотного фильтров соответственно.The use of FDWT for image compression is described in [1]. This reversible conversion is a reversible implementation of 5/3 filtering, where 5 and 3 are the lengths of the low-pass and high-pass filters, respectively.

Обратимая фильтрация состоит из последовательности простых фильтрующих операций, в которых нечетные коэффициенты обновляются с учетом «взвешенной» суммы нечетных значений сигнала, округленной до целочисленного значения, а четные коэффициенты обновляются с учетом «взвешенной» суммы нечетных коэффициентов, округленных до целочисленного значения.Reversible filtering consists of a sequence of simple filtering operations in which the odd coefficients are updated taking into account the “weighted” sum of the odd values of the signal, rounded to an integer value, and the even coefficients are updated taking into account the “weighted” sum of the odd coefficients, rounded to an integer value.

Для каждого одномерного массива данных, представляющего собой строку или столбец данных, выполняются следующие вычисления.For each one-dimensional data array, which is a row or column of data, the following calculations are performed.

Сначала вычисляются нечетные коэффициенты выходного сигнала Y для таких значений n, что i0-1≤2n+1<i1+1:First, the odd coefficients of the output signal Y are calculated for such values of n that i 0 -1≤2n + 1 <i 1 +1:

Figure 00000002
Figure 00000002

где i0 - индекс первого элемента в массиве X, i1 - индекс элемента, следующего за последним элементом массива X.where i 0 is the index of the first element in the array X, i 1 is the index of the element following the last element of the array X.

Затем вычисляются четные коэффициенты выходного сигнала Y из четных коэффициентов сигнала Х и нечетных коэффициентов сигнала Y для таких значений n, что i0≤2n<i1:Then, the even coefficients of the output signal Y are calculated from the even coefficients of the signal X and the odd coefficients of the signal Y for values of n such that i 0 ≤2n <i 1 :

Figure 00000003
Figure 00000003

Четные коэффициенты сигнала Y представляют собой низкочастотную прореженную версию сигнала X, нечетные являются высокочастотной прореженной версией сигнала X.The even coefficients of the signal Y are the low-frequency decimated version of the signal X, the odd are the high-frequency decimated version of the signal X.

Известны технические решения устройств [2, 3], выполняющих двухмерное вейвлет преобразование и использующих для хранения промежуточных данных блоки памяти с объемом N·M, где N - ширина кадра, а М - высота. Недостатком данных решений является большой объем требуемой памяти, что приводит либо к существенному увеличению площади, потребляемой мощности и стоимости кристалла интегральной схемы, реализующей функции компрессии видеоданных, либо к необходимости использовать внешние устройства памяти, которые увеличивают стоимость и объем аппаратуры.Known technical solutions of devices [2, 3] that perform two-dimensional wavelet transform and use memory blocks with a volume of N · M to store intermediate data, where N is the frame width and M is the height. The disadvantage of these solutions is the large amount of memory required, which leads to either a significant increase in the area, power consumption and cost of the integrated circuit chip that implements video compression functions, or to the need to use external memory devices that increase the cost and volume of the equipment.

Наиболее близким техническим решением предлагаемого изобретения является устройство для выполнения компрессии видеоданных с использованием вейвлет преобразования, приведенное в [4], включающее:The closest technical solution of the present invention is a device for compressing video data using the wavelet transform shown in [4], including:

- мультиплексор сигналов для формирования входного потока на первый и второй блок фильтров либо из входного потока видеоданных либо из третьего блока буфера памяти,- a signal multiplexer for generating an input stream to the first and second filter block either from the input video stream or from the third block of the memory buffer,

- первый блок фильтров для выполнения одномерного вейвлет преобразования по строке видеоизображения (по горизонтали) для вычисления низкочастотной составляющей (LL)aL,- the first filter block for performing one-dimensional wavelet transform along the line of the video image (horizontal) to calculate the low-frequency component (LL) a L,

- второй блок фильтров для выполнения одномерного вейвлет преобразования по строке видеоизображения (по горизонтали) для вычисления высокочастотной составляющей (LL)aH,- the second filter block for performing one-dimensional wavelet transform along the line of the video image (horizontal) to calculate the high-frequency component (LL) a H,

- первый блок буфера памяти объемом KN(1-(1/2)J)≈5N отсчетов, для хранения промежуточных данных, необходимых для вычисления низкочастотных и высокочастотных составляющих (LL)aLL и (LL)aLH при выполнении вейвлет преобразования по столбцу видеоизображения (по вертикали),- the first block of the memory buffer with a volume of KN (1- (1/2) J ) ≈5N samples, for storing intermediate data necessary for calculating the low-frequency and high-frequency components (LL) a LL and (LL) a LH when performing a wavelet transform on a column video images (vertical),

- второй блок буфера памяти объемом KN(1-(1/2)J)≈5N отсчетов для хранения промежуточных данных, необходимых для вычисления низкочастотных и высокочастотных составляющих (LL)aHL и (LL)aHH при выполнении вейвлет преобразования по столбцу видеоизображения (по вертикали),- the second block of the memory buffer with a volume of KN (1- (1/2) J ) ≈5N samples for storing intermediate data necessary for calculating the low-frequency and high-frequency components (LL) a HL and (LL) a HH when performing wavelet transform on the video image column (vertically),

- третий блок фильтров для выполнения одномерного вейвлет преобразования по столбцу видеоизображения (по вертикали) для вычисления низкочастотной составляющей (LL)aLL,- the third block of filters for performing one-dimensional wavelet transform on the column of the video image (vertical) to calculate the low-frequency component (LL) a LL,

- четвертый блок фильтров для выполнения одномерного вейвлет преобразования по столбцу видеоизображения (по вертикали) для вычисления высокочастотной составляющей (LL)aLH,- the fourth block of filters to perform one-dimensional wavelet transform on the column of the video image (vertical) to calculate the high-frequency component (LL) a LH,

- пятый блок фильтров для выполнения одномерного вейвлет преобразования по столбцу видеоизображения (по вертикали) для вычисления низкочастотной составляющей (LL)aHL,- the fifth filter block for performing one-dimensional wavelet transform on the column of the video image (vertical) to calculate the low-frequency component (LL) a HL,

- шестой блок фильтров для выполнения одномерного вейвлет преобразования по столбцу видеоизображения (по вертикали) для вычисления высокочастотной составляющей сигнала (LL)aHH,- the sixth filter block to perform one-dimensional wavelet transform on the column of the video image (vertical) to calculate the high-frequency component of the signal (LL) a HH,

- третий блок буфера памяти объемом N(1-(1/2)J-1)≈N отсчетов для хранения низкочастотной составляющей (LL)aLL после выполнения вейвлет преобразования по столбцу видеоизображения (по вертикали).- the third block of the memory buffer with a volume of N (1- (1/2) J-1 ) ≈N samples for storing the low-frequency component (LL) a LL after performing the wavelet transform on the video image column (vertically).

Функциональная схема устройства согласно прототипу [4] иллюстрируется на фиг.1. Устройство содержит: 1 - мультиплексор сигналов для формирования входного потока на первый и второй блок фильтров либо из входного потока видеоданных, либо из третьего блока буфера памяти, 2 - первый блок фильтров для выполнения одномерного вейвлет преобразования по строке видеоизображения (по горизонтали) для вычисления низкочастотной составляющей (LL)aL, 3 - второй блок фильтров для выполнения одномерного вейвлет преобразования по строке видеоизображения (по горизонтали) для вычисления высокочастотной составляющей (LL)aH, 4 - первый блок буфера памяти объемом KN(1-(1/2)J)≈5N отсчетов для хранения промежуточных данных, необходимых для вычисления низкочастотных и высокочастотных составляющих (LL)aLL и (LL)aLH при выполнении вейвлет преобразования по столбцу видеоизображения (по вертикали), 5 - второй блок буфера памяти объемом KN(1-(1/2)J)≈5N отсчетов для хранения промежуточных данных, необходимых для вычисления низкочастотных и высокочастотных составляющих (LL)aHL и (LL)aHH при выполнении вейвлет преобразования по столбцу видеоизображения (по вертикали), 6 - третий блок фильтров для выполнения одномерного вейвлет преобразования по столбцу видеоизображения (по вертикали) для вычисления низкочастотной составляющей (LL)aLL, 7 - четвертый блок фильтров для выполнения одномерного вейвлет преобразования по столбцу видеоизображения (по вертикали) для вычисления высокочастотной составляющей (LL)aLH, 8 - пятый блок фильтров для выполнения одномерного вейвлет преобразования по столбцу видеоизображения (по вертикали) для вычисления низкочастотной составляющей (LL)aHL, 9 - шестой блок фильтров для выполнения одномерного вейвлет преобразования по столбцу видеоизображения (по вертикали) для вычисления высокочастотной составляющей сигнала (LL)aHH, 10 - третий блок буфера памяти объемом N(1-(1/2)J-1)≈N отсчетов для хранения низкочастотной составляющей (LL)aLL после выполнения вейвлет преобразования по столбцу видеоизображения (по вертикали).The functional diagram of the device according to the prototype [4] is illustrated in figure 1. The device contains: 1 - a signal multiplexer for generating an input stream to the first and second filter block either from the input video stream or from the third block of the memory buffer, 2 - the first filter block to perform one-dimensional wavelet transform on the video image line (horizontally) to calculate the low-frequency component (LL) a L, 3 - the second block of filters for performing one-dimensional wavelet transform along the line of the video image (horizontal) to calculate the high-frequency component (LL) a H, 4 - the first block memory frame with a volume of KN (1- (1/2) J ) ≈5N samples for storing intermediate data necessary for calculating the low-frequency and high-frequency components (LL) a LL and (LL) a LH when performing wavelet transforms along the video image column (vertical ), 5 - the second block of the memory buffer with a volume of KN (1- (1/2) J ) ≈5N samples for storing intermediate data necessary for calculating the low-frequency and high-frequency components (LL) a HL and (LL) a HH when performing the wavelet transform on the column of the video image (vertical), 6 - the third block of filters for one-dimensional wavelet transform along the column of the video image (vertical) to calculate the low-frequency component (LL) a LL, 7 - the fourth filter block to perform one-dimensional wavelet transform along the column of the video image (vertical) to calculate the high-frequency component (LL) a LH, 8 - fifth filter unit for performing one-dimensional wavelet transformation on the video column (vertical) to calculate the low-frequency component (LL) a HL, 9 - sixth filter unit for performing one-dimensional wavelet transformation anija video on column (vertical) to calculate high-frequency component of the signal (LL) a HH, 10 - third buffer memory unit volume N (1- (1/2) J-1) ≈N counts for storing the low frequency component (LL) a LL after performing the wavelet transform on the video column (vertical).

Как следует из описания устройства указанного в прототипе [4], требуемый объем блоков памяти составляет:As follows from the description of the device specified in the prototype [4], the required amount of memory blocks is:

- первый блок буфера памяти KN(1-(1/2)J), где К длина фильтра;- the first block of the memory buffer KN (1- (1/2) J ), where K is the filter length;

- второй блок буфера памяти KN(1-(1/2)J), где К длина фильтра;- the second block of the memory buffer KN (1- (1/2) J ), where K is the filter length;

- третий блок буфера памяти N(1-(1/2)J-1).- the third block of the memory buffer N (1- (1/2) J-1 ).

Таким образом, суммарный объем памяти, требуемой для выполнения преобразования, равен 2KN(1-(1/2)J)+N(1-(1/2)J-1), что стремится к 2KN+N при увеличении количества уровней декомпозиции J.Thus, the total amount of memory required to perform the conversion is 2KN (1- (1/2) J ) + N (1- (1/2) J-1 ), which tends to 2KN + N with an increase in the number of decomposition levels J.

В [1] величина длины фильнров К равны 5 и 3 для низкочастотного и высокочастотного фильтров соответственно. Поэтому для выполнения преобразования требуются буферы памяти суммарным объемом 2KN+N=11N, при К=5. Размер буффера определяется по максимальной длине фильтра.In [1], the length of the filler K is 5 and 3 for the low-pass and high-pass filters, respectively. Therefore, to perform the conversion, memory buffers with a total volume of 2KN + N = 11N are required, at K = 5. The size of the buffer is determined by the maximum length of the filter.

Недостатком данного решения по-прежнему является все еще большой объем требуемых буферов памяти, составляющий порядка 11N, что приводит к увеличению размера, мощности потребления и стоимости устройства.The disadvantage of this solution is still the large amount of required memory buffers, amounting to about 11N, which leads to an increase in the size, power consumption and cost of the device.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является достижение технического результата, заключающегося в уменьшении требуемых объемов буферов памяти до 4N(1-(1/2)J)+N/2, что составляет менее 4,5N, что снижает размеры, мощность потребления и стоимости устройства, в результате того, что в устройство включены блоки фильтров для выполнения одномерного вейвлет преобразования по столбцу видеоизображения (по вертикали), требующие меньшего объема буфера памяти.The problem to which the invention is directed, is to achieve a technical result, which consists in reducing the required amount of memory buffers to 4N (1- (1/2) J ) + N / 2, which is less than 4.5N, which reduces the size, power consumption and the cost of the device, as a result of the fact that filter blocks are included in the device for performing one-dimensional wavelet transforms on a video image column (vertically), requiring a smaller memory buffer.

Для достижения названного технического результата в устройство [4], содержащее:To achieve the named technical result in the device [4], containing:

- мультиплексор сигналов для формирования входного потока на первый и второй блок фильтров либо из входного потока видеоданных либо из блока буфера памяти, а первый блок фильтров для выполнения одномерного вейвлет преобразования по строке видеоизображения (по горизонтали) для вычисления низкочастотной составляющей (LL)aL,- a signal multiplexer for generating an input stream to the first and second filter block either from the input video stream or from the memory buffer block, and the first filter block to perform a one-dimensional wavelet transform along the video line (horizontally) to calculate the low-frequency component (LL) a L,

- второй блок фильтров для выполнения одномерного вейвлет преобразования по строке видеоизображения (по горизонтали) для вычисления высокочастотной составляющей (LL)aH,- the second filter block for performing one-dimensional wavelet transform along the line of the video image (horizontal) to calculate the high-frequency component (LL) a H,

включают следующие блоки, являющиеся отличительными признаками предлагаемого устройства:include the following blocks, which are the hallmarks of the proposed device:

- третий блок фильтров для выполнения одномерного вейвлет преобразования по столбцу видеоизображения по вертикали для вычисления низкочастотной и высокочастотной составляющих над данными, поступающими с первого блока фильтров и с первого и второго блоков буферов памяти,- the third filter block for performing one-dimensional wavelet transforms along the vertical column of the video image to calculate the low-frequency and high-frequency components of the data coming from the first filter block and from the first and second blocks of memory buffers,

- первый блок буфера памяти для хранения поступающих с третьего блока фильтров промежуточных данных, необходимых для вычисления низкочастотной и высокочастотной составляющих,- the first block of the memory buffer for storing incoming from the third block of filters of intermediate data necessary for calculating the low-frequency and high-frequency components,

- второй блок буфера памяти для хранения поступающих с третьего блока фильтров промежуточных данных, необходимых для вычисления низкочастотной и высокочастотной составляющих,- the second block of the memory buffer for storing the intermediate data coming from the third block of filters necessary for calculating the low-frequency and high-frequency components,

- четвертый блок фильтров для выполнения одномерного вейвлет преобразования по столбцу видеоизображения по вертикали для вычисления низкочастотной и высокочастотной составляющих над данными, поступающими со второго блока фильтров и с третьего и четвертого блоков буферов памяти,- the fourth filter block for performing one-dimensional wavelet transforms along the vertical column of the video image to calculate the low-frequency and high-frequency components of the data coming from the second filter block and from the third and fourth blocks of memory buffers,

- третий блок буфера памяти для хранения поступающих с четвертого блока фильтров промежуточных данных, необходимых для вычисления низкочастотной и высокочастотной составляющих,- the third block of the memory buffer for storing incoming from the fourth block of filters intermediate data necessary for calculating the low-frequency and high-frequency components,

- четвертый блок буфера памяти для хранения поступающих с четвертого блока фильтров промежуточных данных, необходимых для вычисления низкочастотной и высокочастотной составляющих,- the fourth block of the memory buffer for storing incoming from the fourth block of filters of intermediate data necessary for calculating the low-frequency and high-frequency components,

- пятый блок буфера памяти для хранения низкочастотной составляющей после выполнения третьим блоком фильтров вейвлет преобразования используют в качестве блока буфера памяти, с которого данные поступают на мультиплексор сигналов.- the fifth block of the memory buffer for storing the low-frequency component after the third block of filters has performed the wavelet transform is used as the block of the memory buffer from which the data is sent to the signal multiplexer.

Проведенные патентные исследования показали, что в литературе отсутствует указание на использование вышеперечисленной совокупности отличительных признаков для решения задачи, заключающейся в уменьшении требуемого объема буфера памяти для выполнения FDWT.Conducted patent studies have shown that in the literature there is no indication of the use of the above set of distinctive features to solve the problem of reducing the required amount of memory buffer to perform FDWT.

Функциональная схема устройства согласно предлагаемому решению иллюстрируется на фиг.2.The functional diagram of the device according to the proposed solution is illustrated in figure 2.

Предлагаемое устройство содержит: 1 - мультиплексор сигналов для формирования входного потока на первый и второй блок фильтров либо из входного потока видеоданных либо из пятого блока буфера памяти, 2 - первый блок фильтров для выполнения одномерного вейвлет преобразования по строке видеоизображения (по горизонтали) для вычисления низкочастотной составляющей (LL)aL, 3 - второй блок фильтров для выполнения одномерного вейвлет преобразования по строке видеоизображения (по горизонтали) для вычисления высокочастотной составляющей (LL)aH, 11 - третий блок фильтров для выполнения одномерного вейвлет преобразования по столбцу видеоизображения (по вертикали) для вычисления низкочастотной (LL)aLL и высокочастотной составляющей (LL)aLH, 12 - первый блок буфера памяти объемом N отсчетов, для хранения промежуточных данных необходимых для вычисления низкочастотной (LL)aLL и высокочастотной составляющей (LL)aLH при выполнении вейвлет преобразования по столбцу видеоизображения (по вертикали), 13 - второй блок буфера памяти объемом N отсчетов, для хранения промежуточных данных необходимых для вычисления низкочастотной (LL)aLL и высокочастотной составляющей (LL)aLH при выполнении вейвлет преобразования по столбцу видеоизображения (по вертикали), 14 - четвертый блок фильтров для выполнения одномерного вейвлет преобразования по столбцу видеоизображения (по вертикали) для вычисления низкочастотной (LL)aHL и высокочастотной составляющей (LL)aHH, 15 - третий блок буфера памяти объемом N отсчетов для хранения промежуточных данных, необходимых для вычисления низкочастотной (LL)aHL и высокочастотной составляющей (LL)aHH при выполнении вейвлет преобразования по столбцу видеоизображения (по вертикали), 16 - четвертый блок буфера памяти объемом N отсчетов для хранения промежуточных данных, необходимых для вычисления низкочастотной (LL)aHL и высокочастотной составляющей (LL)aHH при выполнении вейвлет преобразования по столбцу видеоизображения (по вертикали), 17 - пятый блок буфера памяти объемом N/2 отсчетов для хранения низкочастотной составляющей (LL)aLL после выполнения вейвлет преобразования по столбцу видеоизображения (по вертикали).The proposed device contains: 1 - a signal multiplexer for generating an input stream to the first and second filter block either from the input video stream or from the fifth block of the memory buffer, 2 - the first filter block to perform one-dimensional wavelet transform along the video image line (horizontally) to calculate the low-frequency component (LL) a L, 3 - a second filter unit for performing one-dimensional wavelet transformation on the video line (horizontal) to calculate high-frequency component (LL) a H, 11 - tr Tille filter unit for performing one-dimensional wavelet transform on a column of video (vertical) to calculate the low frequency (LL) a LL and the high-frequency component (LL) a LH, 12 - first memory buffer unit volume of N samples, to store intermediate data required to calculate the low-frequency (LL) a LL and the high-frequency component (LL) a LH when performing wavelet transforms on a video image column (vertically), 13 - the second block of the memory buffer with a volume of N samples, for storing intermediate data necessary for calculating of low-frequency (LL) a LL and high-frequency component (LL) a LH when performing wavelet transform on the video image column (vertical), 14 - the fourth filter block to perform one-dimensional wavelet transform on the video image column (vertical) to calculate low-frequency (LL) a HL and high-frequency component (LL) a HH, 15 - the third block of the memory buffer with a volume of N samples for storing intermediate data necessary for calculating the low-frequency (LL) a HL and high-frequency component (LL) a HH when performing a wavelet transform a column of the video image (vertical), 16 - the fourth block of the memory buffer with a volume of N samples for storing intermediate data needed to calculate the low-frequency (LL) a HL and high-frequency component (LL) a HH when performing wavelet transform on the video column (vertical ), 17 - the fifth block of the memory buffer with a volume of N / 2 samples for storing the low-frequency component (LL) a LL after performing the wavelet transform on the video column (vertical).

Предлагаемое устройство работает следующим образом:The proposed device operates as follows:

1. Входные видеоданные, строка за строкой, поступают на первый вход мультиплексора сигналов, с выхода которого данные подаются на первый и второй блоки фильтров;1. Input video data, line by line, is fed to the first input of the signal multiplexer, from the output of which data are fed to the first and second filter blocks;

2. Первый и второй блоки фильтров выполняют одномерное вейвлет преобразование по строке видеоизображения для вычисления низкочастотной L и высокочастотной составляющей Н для первого уровня декомпозиции соответственно;2. The first and second filter blocks perform one-dimensional wavelet transform along the video line to calculate the low-frequency L and high-frequency component H for the first level of decomposition, respectively;

3. С выхода первого блока фильтров данные поступают на третий блок фильтров для выполнения одномерного вейвлет преобразования по столбцу видеоизображения для вычисления низкочастотной LL и высокочастотной составляющей LH;3. From the output of the first filter block, the data is supplied to the third filter block to perform a one-dimensional wavelet transform on the video column to calculate the low-frequency LL and high-frequency component LH;

4. С выхода второго блока фильтров данные поступают на четвертый блок фильтров для выполнения одномерного вейвлет преобразования по столбцу видеоизображения для вычисления низкочастотной HL и высокочастотной составляющей НН;4. From the output of the second filter block, the data is sent to the fourth filter block to perform a one-dimensional wavelet transform on the video column to calculate the low-frequency HL and high-frequency component of the LV;

5. Третий и четвертый блоки фильтров реализованы таким образом, что выполняют преобразование по столбцу видеоизображения без предварительного накопления в буферах памяти пяти строк входных видеоданных. При этом блоки фильтров осуществляют преобразование одновременно с поступлением входных данных. Промежуточные результаты вычислений третьего блока фильтров сохраняются в первом и втором блоках буферов памяти, а промежуточные результаты вычислений четвертого блоков фильтров сохраняются в третьем и четвертом блоках буферов памяти;5. The third and fourth filter blocks are implemented in such a way that they perform video column conversion without first accumulating five lines of input video data in the memory buffers. In this case, the filter blocks carry out the conversion simultaneously with the input data. The intermediate results of the calculations of the third filter block are stored in the first and second blocks of memory buffers, and the intermediate results of the calculations of the fourth filter blocks are stored in the third and fourth blocks of memory buffers;

6. С выхода четвертного блока фильтров результаты преобразования (HL и НН составляющие сигнала) поступают на выход устройства;6. From the output of the fourth block of filters, the conversion results (HL and LV components of the signal) are sent to the output of the device;

7. С выхода третьего блока фильтров LH составляющая поступает на выход устройства, а LL составляющая поступает либо на пятый блок буфера памяти, либо на выход устройства, если LL составляющая вычислена для последнего уровня декомпозиции;7. From the output of the third block of filters, the LH component goes to the output of the device, and the LL component goes to either the fifth block of the memory buffer or to the output of the device if the LL component is calculated for the last level of decomposition;

8. С выхода пятого буфера памяти данные (LL составляющая) поступают на второй входа мультиплексора сигналов, обработка этих данных осуществляется аналогичным образом.8. From the output of the fifth memory buffer, the data (LL component) is fed to the second input of the signal multiplexer, the processing of this data is carried out in a similar way.

Последовательность выполнения вычислений в третьем и четвертом блоках фильтров представлен на фиг.3.The sequence of calculations in the third and fourth filter blocks is shown in Fig.3.

Здесь принято, что на a-ом уровне декомпозиции обрабатываются матрицы данных размером n строк на m столбцов, a Xi,j элемент этой матрицы, где i - номер строки, j - номер столбца. LBuf, HBuf - буфер памяти для низкочастотной и высокочастотной составляющей соответственно, tempL, tempH - внутренние буферы блока фильтров для хранения временных данных, Out - выходные данные фильтра. Для третьего блока фильтров буферы LBuf, HBuf реализованы в первом и втором блоках буфера памяти соответственно. Для четвертого блока фильтров буферы LBuf, HBuf реализованы в третьем и четвертом блоках буфера памяти соответственно.It is assumed here that at the a-th level of decomposition, data matrices of size n rows by m columns are processed, a Xi, j an element of this matrix, where i is the row number, j is the column number. LBuf, HBuf - memory buffer for the low-frequency and high-frequency component, respectively, tempL, tempH - internal buffers of the filter unit for storing temporary data, Out - the output of the filter. For the third filter block, the LBuf, HBuf buffers are implemented in the first and second blocks of the memory buffer, respectively. For the fourth filter block, the LBuf, HBuf buffers are implemented in the third and fourth memory buffer blocks, respectively.

Рассмотрим работу блоков фильтров на примере третьего блока фильтров. Видеоданные Xi,j поступают последовательно, строка за строкой, на вход блока фильтров 2. В зависимости от номера строки обработка данных осуществляется разными способами. Первая строка 3 записывается в буфер LBuf без изменений 3.1. Вторая строка 4 обрабатывается совместно с данными из буфера LBuf, и результат вычислений записывается в буфер HBuf 4.1. Третья строка 5, обрабатываясь совместно с данными из буферов LBuf, HBuf, используется для вычисления выходных данных фильтра Out 5.1 и новых значений промежуточных данных, записываемых в буферы LBuf, HBuf 5.2. Последняя строка кадра 6, в зависимости от того четная она или нечетная 7, обрабатывается совместно с данными из буферов LBuf, HBuf, используется для вычисления выходных данных фильтра Out (7.1 для четных строк, 7.3 для нечетных строк) и новых значений промежуточных данных, записываемых в буферы LBuf, HBuf (7.2 для четных строк, 7.4 для нечетных строк). Все остальные строки (8) обрабатываются в соответствии с (8.1 и 8.2) для четных строк и (8.3 и 8.4) для нечетных строк.Consider the operation of filter blocks using the example of the third filter block. The video data Xi, j is supplied sequentially, line by line, to the input of the filter unit 2. Depending on the line number, the data is processed in different ways. The first line of 3 is written to the LBuf buffer without changes 3.1. The second line 4 is processed together with the data from the LBuf buffer, and the calculation result is written to the HBuf 4.1 buffer. The third line 5, processed together with the data from the LBuf, HBuf buffers, is used to calculate the output of the Out 5.1 filter and the new values of the intermediate data written to the LBuf, HBuf 5.2 buffers. The last line of frame 6, depending on whether it is even or odd 7, is processed together with data from the LBuf, HBuf buffers, used to calculate the output of the Out filter (7.1 for even lines, 7.3 for odd lines) and new values of intermediate data written to LBuf, HBuf buffers (7.2 for even lines, 7.4 for odd lines). All other lines (8) are processed in accordance with (8.1 and 8.2) for even lines and (8.3 and 8.4) for odd lines.

Как следует из вышеизложенного, для выполнения преобразований, устройство не требует осуществлять хранение пяти строк входных данных, для каждого из блоков фильтров выполняющих преобразование по столбцу видеоизображения, или даже хранения целого кадра, а использует буферы памяти для хранения промежуточных данных объемом памяти в две строки для каждого из блоков фильтров, выполняющих преобразование по столбцу видеоизображения, что и обеспечивает выполнение заявленного технического результата в предлагаемом изобретении.As follows from the foregoing, to perform transformations, the device does not require storage of five lines of input data, for each of the filter blocks that perform column-by-video conversion, or even storage of the whole frame, but uses memory buffers to store intermediate data with two lines of memory for each of the filter blocks that perform the conversion on the column of the video image, which ensures the implementation of the claimed technical result in the present invention.

ЛитератураLiterature

1. TITLE: JPEG 2000 Part I Final Committee Draft Version 1.0 SOURCE: ISO/IEC JTC1/SC29 WG1, JPEG 2000 Editor Martin Boliek, Coeditors Charilaos Christopoulos, and Eric Majani.1. TITLE: JPEG 2000 Part I Final Committee Draft Version 1.0 SOURCE: ISO / IEC JTC1 / SC29 WG1, JPEG 2000 Editor Martin Boliek, Coeditors Charilaos Christopoulos, and Eric Majani.

2. Патент US 4943855.2. Patent US 4943855.

3. Патент US 5014134.3. Patent US 5014134.

4. Chaitali Chakrabarti, Member, and Clint Mumford «Efficient Realizations of Encoders and Decoders Based on the 2-D Discrete wavelet Transform» IEEE TRANSACTIONS ON VERY LARGE SCALE INTEGRATION (VLSI) SYSTEMS, VOL. 7, NO. 3, SEPTEMBER 1999 Fig.5. pp.293.4. Chaitali Chakrabarti, Member, and Clint Mumford “Efficient Realizations of Encoders and Decoders Based on the 2-D Discrete wavelet Transform” IEEE TRANSACTIONS ON VERY LARGE SCALE INTEGRATION (VLSI) SYSTEMS, VOL. 7, NO. 3, SEPTEMBER 1999 Fig. 5. pp. 293.

Claims (1)

Устройство для выполнения двухмерного прямого дискретного вейвлет преобразования в системах компрессии видеоданных, содержащее мультиплексор сигналов для формирования входного потока на первый и второй блоки фильтров либо из входного потока видеоданных, либо из блока буфера памяти, первый блок фильтров для выполнения одномерного вейвлет преобразования по строке видеоизображения по горизонтали для вычисления низкочастотной составляющей, второй блок фильтров для выполнения одномерного вейвлет преобразования по строке видеоизображения по горизонтали для вычисления высокочастотной составляющей, отличающееся тем, что в устройство включают третий блок фильтров для выполнения одномерного вейвлет преобразования по столбцу видеоизображения по вертикали для вычисления низкочастотной и высокочастотной составляющих над данными, поступающими с первого блока фильтров и с первого и второго блоков буферов памяти, первый блок буфера памяти для хранения поступающих с третьего блока фильтров промежуточных данных, необходимых для вычисления низкочастотной и высокочастотной составляющих, второй блок буфера памяти для хранения поступающих с третьего блока фильтров промежуточных данных, необходимых для вычисления низкочастотной и высокочастотной составляющих, четвертый блок фильтров для выполнения одномерного вейвлет преобразования по столбцу видеоизображения по вертикали для вычисления низкочастотной и высокочастотной составляющих над данными, поступающими со второго блока фильтров и с третьего и четвертого блоков буферов памяти, третий блок буфера памяти для хранения поступающих с четвертого блока фильтров промежуточных данных, необходимых для вычисления низкочастотной и высокочастотной составляющих, четвертый блок буфера памяти для хранения поступающих с четвертого блока фильтров промежуточных данных, необходимых для вычисления низкочастотной и высокочастотной составляющих, а пятый блок буфера памяти для хранения низкочастотной составляющей после выполнения третьим блоком фильтров вейвлет преобразования используют в качестве блока буфера памяти, с которого данные поступают на мультиплексор сигналов.A device for performing two-dimensional direct discrete wavelet transform in video compression systems, comprising a signal multiplexer for generating an input stream to the first and second filter blocks from either the video input stream or from the memory buffer block, the first filter block for performing one-dimensional wavelet transform on the video image line horizontal to calculate the low-frequency component, the second filter block to perform one-dimensional wavelet transform on the line of the video image horizontally to calculate the high-frequency component, characterized in that the device includes a third filter block for performing one-dimensional wavelet transform along the vertical video column to calculate the low-frequency and high-frequency components over the data coming from the first filter block and from the first and second blocks of memory buffers , the first block of the memory buffer for storing intermediate data coming from the third block of filters, necessary for calculating the low-frequency and high-frequency components, the second block of the memory buffer for storing intermediate data coming from the third filter block, necessary for calculating the low-frequency and high-frequency components, the fourth filter block for performing one-dimensional wavelet transform along the vertical column of the video image to calculate the low-frequency and high-frequency components over the data coming from the second filter block and from the third and fourth blocks of memory buffers, the third block of the memory buffer for storing incoming from the fourth block filters of intermediate data necessary for calculating the low-frequency and high-frequency components, the fourth block of memory buffer for storing incoming from the fourth block of filters intermediate data necessary for calculating the low-frequency and high-frequency components, and the fifth block of memory buffer for storing the low-frequency component after the third block of filters performs wavelet transform used as a block of the memory buffer, from which data is fed to the signal multiplexer.
RU2007145031/09A 2007-12-06 2007-12-06 Device for two-dimensional direct discrete wavelet transformation in video data compression systems RU2342704C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007145031/09A RU2342704C1 (en) 2007-12-06 2007-12-06 Device for two-dimensional direct discrete wavelet transformation in video data compression systems

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007145031/09A RU2342704C1 (en) 2007-12-06 2007-12-06 Device for two-dimensional direct discrete wavelet transformation in video data compression systems

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2342704C1 true RU2342704C1 (en) 2008-12-27

Family

ID=40376978

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2007145031/09A RU2342704C1 (en) 2007-12-06 2007-12-06 Device for two-dimensional direct discrete wavelet transformation in video data compression systems

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2342704C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2485592C1 (en) * 2012-03-07 2013-06-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научно-исследовательский институт авиационных систем" Method of forming integer non-orthogonal decorrelating matrices of given dimensions and apparatus for realising said method
RU2509364C2 (en) * 2012-05-15 2014-03-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научно-исследовательский институт авиационных систем" Method of generating integer orthogonal decorrelating matrices of given dimensions and apparatus for realising said method
RU2540781C1 (en) * 2013-08-13 2015-02-10 Общество с ограниченной ответственностью "ИмПро Технологии" Method of direct and inverse fast two-dimensional wavelet-transform

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JONATHAN В.BALLAGH. An FPGA-Based Run-Time Reconfigurable 2-D Discrete Wavelet Transform Core, Blacksburg, Virginia, Copyright 2001, Jonathan B. Ballagh, June 2001. ANDRA K. et al. Efficient implementation of a set of lifting based wavelet filters, Acoustics, Speech, and Signal Processing 2001, ICASSP, 2001 IEEE International Conference on Volume 2, Issue, 2001, c.1101-1104. CHAKRABARTI С. et al. Efficient realizations of encoders and decoders based on the 2-Ddiscrete wavelet transform, Very Large Scale Integration Systems, IEEE Transactions on Volume 7, Issue 3, Sep 1999, c.289-298. УЭЛСТИД С. Фракталы и вейвлеты для сжатия изображений в действии. - М.: Триумф, 2003, с.183-201. *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2485592C1 (en) * 2012-03-07 2013-06-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научно-исследовательский институт авиационных систем" Method of forming integer non-orthogonal decorrelating matrices of given dimensions and apparatus for realising said method
RU2509364C2 (en) * 2012-05-15 2014-03-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научно-исследовательский институт авиационных систем" Method of generating integer orthogonal decorrelating matrices of given dimensions and apparatus for realising said method
RU2540781C1 (en) * 2013-08-13 2015-02-10 Общество с ограниченной ответственностью "ИмПро Технологии" Method of direct and inverse fast two-dimensional wavelet-transform

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Jyotheswar et al. Efficient FPGA implementation of DWT and modified SPIHT for lossless image compression
Ritter et al. A pipelined architecture for partitioned DWT based lossy image compression using FPGA's
RU2342704C1 (en) Device for two-dimensional direct discrete wavelet transformation in video data compression systems
Shah et al. VLSI-oriented lossy image compression approach using DA-based 2D-discrete wavelet.
US20100104023A1 (en) Compressing Video Frames
Savić et al. Novel memory efficient hardware architecture for 5/3 lifting-based 2D Inverse DWT
Palero et al. A novel FPGA architecture of a 2-D wavelet transform
Puttaraju et al. FPGA implementation of 5/3 integer dwt for image compression
Divakara et al. Novel dwt/idwt architecture for 3d with nine stage 2d parallel processing using split distributed arithmetic
RU128371U1 (en) DEVICE FOR PERFORMING TWO-DIMENSIONAL SYMMETRIC EVEN WAVELET TRANSFORM
Urriza et al. VLSI architecture for lossless compression of medical images using the discrete wavelet transform
Karthikeyan et al. An efficient VLSI architecture for 3D DWT using lifting scheme
Seth et al. VLSI Implementation of 2-D DWT/IDWT Cores Using 9/7-Tap Filter Banks Based on the Non-Expansive Symmetric Extension Scheme.
Yun et al. Adaptive directional lifting wavelet transform VLSI architecture
Subudhiray et al. Implementation of hybrid DWT-DCT algorithm for image compression: a review
KR20140113880A (en) Vc-2 decoding using parallel decoding paths
Mhamunkar et al. Design and implementation of generic 2-D biorthogonal discrete wavelet transform on FPGA
Tseng et al. VLSI implementation of shape-adaptive discrete wavelet transform
KR100854726B1 (en) Apparatus and method for reconstructing image using inverse discrete wavelet transforming
Ang et al. Hardware implementation of the depth first search bit stream SPIHT system
Tripathy et al. 3d discrete wavelet transform vlsi architecture for image processing
Kumar et al. Comparative Analysis of DWT and DCT Image Compressions Techniques using VHDL
Vijayakumar et al. Design and FPGA Implementation of High Speed DWT-IDWT Architecture with Pipelined SPIHT Architecture for Image Compression
Wagh et al. Performance Evaluation of DWTand DT-CWT with SPIHT Progressive Image Coding for Natural Image Compression
Mateos et al. Lossless implementation in VHDL of an image wavelet transform

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20091207