JP3977661B2 - Filter coefficient conversion method and filter coefficient conversion apparatus - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ウェーブレット(wavelet)変換、特に離散ウェーブレット変換を用いた画像の圧縮伸長技術に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
画像データの高能率符号化方式の一つとして、離散ウェーブレット変換(DWT;Discrete wavelet transform)を用いた画像符号化方法およびその復号化方法が採用されている。このDWTに基づいた符号化方式は、従来の離散コサイン変換(Discrete Cosine Transform;DCT)に基づく方式に代替するものとして、ISO(国際標準化機構)が策定するJPEG2000(Joint Photographic Experts Group 2000)方式で採用されるものである。DWTは、DCTと比べて、(1)DCTの変換基底の両端が収束しないため復号化画像に出現するブロック状の雑音(ブロック歪み)を回避できること、(2)画像信号の高帯域成分の量子化に起因して復号化画像の輪郭部分などに出現するノイズ(モスキート雑音)を回避できること、(3)高圧縮率に対して高画質の復元画像を得られること、などの多くの優れた利点を有している。
【0003】
図20は、そのJPEG2000方式に基づいた画像符号化装置100の概略構成を示す機能ブロック図である。以下、この図20を参照しつつ画像圧縮変換(順変換)の手順について概説する。先ず、画像符号化装置100に入力する画像信号は、DCレベルシフト部102で、各信号値からダイナミックレンジの半分を減算するレベルシフト演算を施される。尚、このレベルシフト演算は、入力信号がRGB信号のような正の整数からなる場合に実行されるが、その値がYCbCr信号における色差信号(Cb,Cr)のような符号付き整数からなる場合には省略される。
【0004】
次に、カラー変換部103は、DCレベルシフト部102からの入力データの色空間を、例えば、RGB色空間からYCbCr色空間などへ変換する色空間変換処理を実行する。その色空間変換処理を施された画像データはタイリング部104に出力され、各フレームが複数の矩形状のブロック領域に分割される。分割後の各ブロック領域は「タイル」と呼ばれている。DWT部105は、タイリング部104から入力する画像データに対して各タイル単位でDWTを実行し、そのウェーブレット変換係数を量子化部106に出力する。尚、本例では、DWTがタイル単位で実行されるブロックベースの変換を採用しているが、その代わりに、入力データを複数ライン分バッファリングして垂直方向のフィルタリングを行い、その結果得られたデータ列に対して水平方向のフィルタリングを行うというラインベースのDWTを採用してもよい。一般に、変換効率と画質を向上させる観点からはブロックベースDWTの方が好ましく、メモリ使用量低減の観点からはラインベースDWTの方が好ましい。
【0005】
量子化部106は、入力するウェーブレット変換係数に対してスカラー量子化を実行し、その結果得られる量子化係数をエントロピー符号化器101に出力する。尚、ロスレス(可逆)符号化を行う場合にはスカラー量子化は行われず、後述するポスト量子化が採用される。また、量子化部106は、ROI部107によって指定された特定領域(ROI;Region Of Interest)を選択し、当該ROIに対する量子化処理を他の領域のそれと相違させ、特定領域の画質を選択的に向上させる機能を有する。
【0006】
次に、エントロピー符号化器101は、入力する量子化係数の符号化順序の決定や情報源符号化などを行い、その結果得られる符号化データを出力する機能ブロックを有する。図20には、EBCOT(Embedded Block Coding with Optimized Truncation)と称するブロックベースのビットプレーン符号化を行う機能ブロックが示されている。すなわち、エントロピー符号化器101に入力する量子化係数は、係数ビットモデリング部108において後段の算術符号化部109での処理に適したビットモデルに変換され、算術符号化部109では算術符号化を施され、その後、ビット切り捨て部110でポスト量子化(truncation)を施される。
【0007】
そして、ビットストリーム生成部111は、エントロピー符号化器101から入力する符号化データと付加情報(ヘッダ情報、レイヤー構成、スケーラビリティ、量子化テーブルなど)とを多重化したビットストリームを生成し、圧縮画像として出力する。
【0008】
次に、図21を参照しつつ上記圧縮画像の復号化手順について概説する。図21は、圧縮画像を復号化する画像復号化装置120の概略構成を示す機能ブロック図である。ビットストリーム抽出部121は、入力する圧縮画像から、上記付加情報と符号化データとを分離し、抽出した符号化データをエントロピー復号化器122に出力する。エントロピー復号化器122において、算術復号化部123は入力データに対して送信側の算術復号化を行い、また、係数ビットモデリング部124は、入力データのビットモデルを元に戻して得られる量子化係数を出力する。次いで、逆量子化部125は、入力する量子化係数に対して逆量子化を施し、その結果得られるウェーブレット変換係数を出力する。
【0009】
逆量子化部125が出力したウェーブレット変換係数は、IDWT部127でタイル単位の逆離散ウェーブレット変換(IDWT;Inverse DWT)を施され、タイル合成部128で1フレームに合成され、カラー変換部129で元の色空間に変換される。DCレベルシフト部130は、カラー変換部129から入力する各信号値にダイナミックレンジの半分を加算するレベルシフト演算を実行し、その結果得られる復号化画像を出力する。
【0010】
上記DWTを実現する具体的手段としては、(1)画像信号を高域成分と低域成分とに2分割する2分割フィルタバンクを繰り返し使用して低域成分を再帰的に2分割する方法と、(2)ポリフェーズ表現に基づくリフティング構成(Lifting Scheme)を利用する方法と、が公知である。以下、2分割フィルタバンクを使用したDWTの実現方法を説明し、リフティング構成を用いたDWTとIDWTの実現方法については後述する。
【0011】
図22は、1次元DWT(順変換)を実現する2分割フィルタバンク群の構成例を示す模式図である。2分割フィルタバンクは、低域成分を通過させるローパスフィルタH0(z)と、高域成分を通過させるハイパスフィルタH1(z)と、ダウンサンプラ140L,…,142L,140H,…,または142Hとで構成される。1次元DWTは、この2分割フィルタバンクを繰り返し用いることで構成される。尚、ダウンサンプラ140L〜142L,140H〜142Hは入力信号を一つおきに間引き、信号長を半分にして出力するものである。入力画像は、分解レベル(decomposition level)1において高域成分(H)と低域成分(L)とに分解され、次の分解レベル2において当該低域成分(L)が更に高域成分(LH)と低域成分(LL)とに分解され、次の分解レベル3において当該低域成分(LL)が更に高域成分(LLH)と低域成分(LLL)とに分解される。このように低域成分を再帰的に帯域分割することで、最終的に4つの帯域成分(LLL,LLH,LH,H)が得られる。
【0012】
一方、図23は、1次元IDWT(逆変換)を実現する2分割フィルタバンク群の構成例を示す模式図である。2分割フィルタバンクは、低域成分を通過させるローパスフィルタG0(z)と、高域成分を通過させるハイパスフィルタG1(z)と、アップサンプラ150L,…,154L,150H,…,または154Hと、加算器151,153または155とで構成される。1次元IDWTは、この2分割フィルタバンクを繰り返し適用することで構成される。尚、アップサンプラ150L〜154L,150H〜154Hは、各信号値間にゼロ値を一つ挿入して信号長を倍に増すものである。この2分割フィルタバンク群には、上記の4つの帯域成分(LLL,LLH,LH,H)が入力している。
【0013】
合成レベル1では、第1成分(LLL)はアップサンプラ150LとローパスフィルタG0(z)を経て加算器151に入力し、第2成分(LLH)はアップサンプラ150HとハイパスフィルタG1(z)を経て前記加算器151に入力する。加算器151は、各フィルタG0(z),G1(z)から入力する成分を合成して帯域成分(LL)を生成する。次の合成レベル2では、前記加算器151が出力した帯域成分(LL)はアップサンプラ152LとローパスフィルタG0(z)を経て加算器153に入力し、帯域成分(LH)はアップサンプラ152HとハイパスフィルタG1(z)を経て前記加算器153に入力する。加算器153は、各フィルタG0(z),G1(z)から入力する成分を合成して帯域成分(L)を生成する。そして、合成レベル3では、前記加算器153が出力した帯域成分(L)はアップサンプラ154LとローパスフィルタG0(z)を経て加算器155に入力し、帯域成分(H)はアップサンプラ154HとハイパスフィルタG1(z)を経て前記加算器155に入力する。最終的に、加算器155は、各フィルタG0(z),G1(z)から入力する成分を合成して復号化画像を生成し出力する。
【0014】
2次元画像に2次元DWTを施す場合は、各分解レベルにおいて、図22に示した2分割フィルタバンクを水平方向と垂直方向とに適用することで、入力画像は垂直方向、水平方向の順でそれぞれ帯域分割を施される。図24は、2次元DWTを施された画像データ160を模式的に示す図である。同図中の帯域成分HH1は、入力画像の水平方向の高域成分(H)と垂直方向の高域成分(H)とを含むもの、帯域成分HL1は、その水平方向の高域成分(H)と垂直方向の低域成分(L)とを含むもの、帯域成分LH1は、水平方向の低域成分(L)と垂直方向の高域成分(H)とを含むものである。水平方向と垂直方向の双方向の低域成分を含む帯域成分LL1(図示せず)は、更に分解レベル2において、4つの帯域成分HH2,HL2,LH2,LL2に分解され、次の分解レベル3において、その帯域成分LL2は、4つの帯域成分HH3,HL3,LH3,LL3に分解される。図24では、3次の分解レベルの例が示されているが、JPEG2000方式では、一般に、3次〜8次程度以上の分解レベルが採用されている。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】
上記DWTとしては、ウェーブレット変換係数が実数で構成される実数型DWTと、ウェーブレット変換係数が整数で構成される整数型DWTとに大別される。実数型DWTは、ウェーブレット変換係数を浮動小数点演算で算出し、整数型DWTと比べると復号化画像の画質が良いという利点をもつ。
【0016】
一方、整数型DWTでは、実数型DWTと比べると、ロスレス圧縮(可逆圧縮)が可能である。また整数型DWTでは、ウェーブレット変換係数を固定小数点演算で算出できるため、ソフトウェアやハードウェアで効率的な処理が可能である。具体的には、入出力ピンの数が少なく、回路構成が小規模な低価格の固定小数点プロセッサを実現できるという利点がある。一般に、図22,図23に示すデジタル・フィルタH0(z),H1(z),G0(z),G1(z)には、整数型DWTの場合は5×3タップのフィルタ、実数型DWTの場合は9×7タップのフィルタが採用される。
【0017】
実数型DWTを高効率で行う一手法として、実数型のフィルタ係数を整数型のフィルタ係数に丸め込んで固定小数点演算を行う方法がある。この方法では、浮動小数点で表現されたフィルタ係数は2進表現のフィルタ係数に変換される(丸め込まれる)。しかしながら、実数型のフィルタ係数を、単に、当該フィルタ係数に最も近い2進表現の値に丸め込むと、当該値の精度が低い場合は、復号化画像にチェス盤歪み(checkerboard distortion)と称する碁盤目状の歪みが現れるという問題がある。かかる問題を避けるには、非常に高いビット精度で丸め込み処理を実行しなければならない。
【0018】
DWTを実現するフィルタバンクは後述するリフティング構成で表現することも可能である。フィルタ係数は、後述するリフティング係数α,β,γ,δ,κ,1/κで構成することができる。リフティング構成のDWTを固定小数点演算で行う場合、リフティング係数値を実数型の値から整数型の値へ変換しなければならないため、前述と同様の問題が発生する。
【0019】
以上の問題などに鑑みて本発明が目的とするところは、チェス盤歪みなどを回避し得る整数型フィルタ係数および整数型リフティング係数を、比較的低いビット精度で高精度に算出することが可能なフィルタ係数変換方法、フィルタ係数変換装置、リフティング係数変換方法およびリフティング係数変換装置を提供する点にある。
【0020】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項1に係る発明は、画像信号を圧縮化するための離散ウェーブレット変換を実現する分解側のフィルタ群と、圧縮画像を復号化するための逆離散ウェーブレット変換を実現する合成側のフィルタ群とのフィルタ係数を実数型フィルタ係数から、分数で表現される整数型フィルタ係数へ変換するフィルタ係数変換方法であって、(a)変換先の整数型フィルタ係数N/2M(N,M:1以上の整数)の分母の次数Mを決定する工程と、(b)前記整数型フィルタ係数と前記実数型フィルタ係数との差分絶対値が最小となるように当該整数型フィルタ係数の分子Nを選択し、分解側の整数型フィルタ係数の系列を、当該系列のうち中央の係数の分子Nを偶数に限定して算出する工程と、(c)前記工程(b)で算出された前記分解側の整数型フィルタ係数を用いて合成側の整数型フィルタ係数の系列を算出する工程と、(d)前記工程(c)で算出された前記合成側の整数型フィルタ係数のうち、偶数番目の係数の総和の絶対値と奇数番目の係数の総和の絶対値とが一致するという条件が成立するか否かを判定する工程と、を備えることを特徴とするものである。
【0022】
請求項2に係る発明は、請求項1記載のフィルタ係数変換方法であって、前記工程(c)において、前記合成側の整数型フィルタ係数の系列は、前記分解側の整数型フィルタ係数と当該合成側の整数型フィルタ係数とが双直交性を満たすという条件を用いて算出されるものである。
【0023】
請求項3に係る発明は、請求項1または2記載のフィルタ係数変換方法であって、(f)前記工程(b)で算出された前記分解側の整数型フィルタ係数のうち、前記分解側のフィルタ群のうちローパスフィルタのフィルタ係数の総和の絶対値が所定値に一致するという規格化条件が成立するか否かを判定する工程、を更に備えるものである。
【0024】
請求項4に係る発明は、請求項1〜3の何れか1項に記載のフィルタ係数変換方法であって、(g)前記工程(b)で算出された前記分解側の整数型フィルタ係数を用いて、前記分解側のフィルタ群のうちハイパスフィルタにプラスマイナス1の値を交互にとる交番信号を印加した場合の応答の総和の絶対値を算出し、当該絶対値が所定値に一致するという規格化条件が成立するか否かを判定する工程、を更に備えたものである。
【0025】
請求項5に係る発明は、請求項1〜4の何れか1項に記載のフィルタ係数変換方法であって、前記フィルタ群は有限のタップをもつFIR型フィルタからなるものである。
【0026】
請求項6に係る発明は、請求項5記載のフィルタ係数変換方法であって、前記FIR型フィルタを9×7タップのドビシス(Daubechies)フィルタとするものである。
【0027】
次に、請求項7に係る発明は、画像信号を圧縮化するための離散ウェーブレット変換を実現する分解側のフィルタ群と、圧縮画像を復号化するための逆離散ウェーブレット変換を実現する合成側のフィルタ群とのフィルタ係数を実数型フィルタ係数から、分数で表現される整数型フィルタ係数へ変換するフィルタ係数変換装置であって、変換先の整数型フィルタ係数N/2M(N,M:1以上の整数)の分母の次数Mを決定する次数決定手段と、前記整数型フィルタ係数と前記実数型フィルタ係数との差分絶対値が最小となるように当該整数型フィルタ係数の分子Nを選択し、前記実数型フィルタ係数を丸め込んだ分解側の整数型フィルタ係数の系列を、当該系列のうち中央の係数の分子Nを偶数に限定して算出する丸め込み値選択手段と、前記丸め込み値選択手段で算出された前記分解側の整数型フィルタ係数を用いて合成側の整数型フィルタ係数の系列を算出する係数算出手段と、前記合成側の整数型フィルタ係数のうち偶数番目の係数の総和の絶対値と奇数番目の係数の総和の絶対値とが一致するという条件が成立するか否かを判定する条件判定手段と、を備えることを特徴とするものである。
【0029】
請求項8に係る発明は、請求項7記載のフィルタ係数変換装置であって、前記合成側の整数型フィルタ係数の系列は、前記分解側の整数型フィルタ係数と当該合成側の整数型フィルタ係数とが双直交性を満たすという条件を用いて算出されるものである。
【0030】
請求項9に係る発明は、請求項7または8の何れか1項に記載のフィルタ係数変換装置であって、前記条件判定手段は、更に、前記分解側の整数型フィルタ係数のうち、前記分解側のフィルタ群のうちローパスフィルタのフィルタ係数の総和の絶対値が所定値に一致するという規格化条件が成立するか否かを判定する手段を備えたものである。
【0031】
請求項10に係る発明は、請求項7〜9の何れか1項に記載のフィルタ係数変換装置であって、前記条件判定手段は、更に、前記分解側の整数型フィルタ係数を用いて、前記分解側のフィルタ群のうちのハイパスフィルタにプラスマイナス1の値を交互にとる交番信号を印加した場合の応答の総和の絶対値を算出し、当該絶対値が所定値に一致するという規格化条件が成立するか否かを判定する手段を備えたものである。
【0032】
請求項11に係る発明は、請求項7〜10の何れか1項に記載のフィルタ係数変換装置であって、前記フィルタ群は有限のタップをもつFIR型フィルタからなるものである。
【0033】
請求項12に係る発明は、請求項11記載のフィルタ係数変換装置であって、前記FIR型フィルタを9×7タップのドビシス(Daubechies)フィルタとするものである。
【0038】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の種々の実施の形態について説明する。
【0039】
第1の実施の形態.
上述した通り、DWTとIDWTを実現する具体的手段としては、図22,図23に示した2分割フィルタバンクを使用する方法と、リフティング構成を使用する方法とがある。本実施の形態に係るフィルタ係数変換方法とその装置は、2分割フィルタバンクを使用したDWTおよびIDWTに適用される方法と装置である。
【0040】
以下、図22に示した分解側フィルタH0(z),H1(z)と、図23に示した合成側フィルタG0(z),G1(z)とは、共に、有限長インパルス応答(FIR)型フィルタで構成されており、9×7タップの実数型のフィルタ係数をもつものとする。
【0041】
FIR型フィルタの構成.
先ず、DWTを実現するFIR型フィルタについて説明する。図22に示す分解側フィルタバンクにおいて、一方のダウンサンプラ140L〜142Lは、各ローパスフィルタH0(z)から出力されるデータ列のうち、偶数番目のサンプルだけを保持し、奇数番目のサンプルを破棄するという間引き処理を実行し、他方のダウンサンプラ140H〜142Hは、各ハイパスフィルタH1(z)から出力されるデータ列のうち、奇数番目のサンプルだけを保持し、偶数番目のサンプルを破棄するという間引き処理を実行する。このように、各フィルタH0(z),H1(z)から出力されたデータは、偶数と奇数という2つのフェーズ(ポリフェーズ)に分離されて間引き処理を施される。しかし、このようにフィルタH0(z),H1(z)が、偶数番目と奇数番目とに関係無く全ての入力データに関してフィルタ処理を行うのは効率的では無い。本実施の形態では、ローパスフィルタH0(z)は偶数番目のデータ列についてのみフィルタ処理を実行し、ハイパスフィルタH1(z)は奇数番目のデータ列についてのみフィルタ処理を実行し、その結果、各フィルタH0(z)、H1(z)は、各フェーズ毎にフィルタ処理と間引き処理とを同時並行に実行することとする。
【0042】
図1は、分解側のFIR型ローパスフィルタH0(z)の構成を示す模式図、図2は、分解側のFIR型ハイパスフィルタH1(z)の構成を示す模式図である。入力画像10は、入力データ列…,X(2n−4),X(2n−3),…,X(2n),…,X(2n+4),…(n:整数)で構成されている。図1に示す通り、ローパスフィルタH0(z)は、9タップに対応したフィルタ係数h0(−4),h0(−3),…,h0(3),h0(4)を有し、入力データ列とフィルタ係数h0(−4)〜h0(4)とを畳み込み演算する乗算器111〜119および加算器12を有している。このローパスフィルタH0(z)は、次式(1)に従って、偶数番目のデータX(2n)に関して選択的に畳み込み演算を実行し、データY(2n)を出力する。
【0043】
【数1】
【0044】
また、図2に示す通り、ハイパスフィルタH1(z)は、7タップに対応したフィルタ係数h1(−4),h1(−3),…,h1(1),h1(2)を有し、入力データ列とフィルタ係数h1(−4)〜h1(2)とを畳み込み演算する乗算器131〜137および加算器14を有している。このハイパスフィルタH1(z)は、次式(2)に従って、奇数番目のデータX(2n+1)に関して選択的に畳み込み演算を実行し、データY(2n+1)を出力する。
【0045】
【数2】
【0046】
次に、IDWTを実現するFIR型フィルタについて説明する。図23に示した合成側のローパスフィルタG0(z)と、ハイパスフィルタG1(z)とをそれぞれz変換を用いて表現すると、次式(3),(4)のようになる。
【0047】
【数3】
【0048】
上式(3),(4)中、フィルタ係数g0(k)(k=−3〜3)とg1(k)(k=−3〜5)とはインパルス応答を示し、また、z-kはk次の遅延を示している。
【0049】
図23に示した合成側のフィルタバンクは、以下に説明するポリフェーズ分解により変形されることができる。図3に、アップサンプラ30とフィルタG(z)との組み合わせを模式的に示す。フィルタG(z)は、フィルタ係数h(k)(k:整数)を有するFIR型フィルタである。アップサンプラ30は、入力信号y(n)の各値の間にゼロ値を挿入するアップサンプリング処理を行い、フィルタG(z)は、そのアップサンプラ30からの出力データを補間した信号x(n)を出力する。フィルタG(z)は、z変換を用いた伝達関数で、G(z)=R0(z2)z-1+R1(z2)の形に変形され得る。このような表現は「タイプ2のポリフェーズ分解」と呼ばれている。2フェーズに分解された各フィルタR0(z2),R1(z2)は、「ポリフェーズフィルタ」と呼ばれる。
【0050】
以上のフィルタのポリフェーズ表現に基づくと、FIR型フィルタG(z)は、図4に示すように、2つのポリフェーズフィルタR0(z2),R1(z2)と遅延素子32と加算器33とで表現される。すなわち、第1のポリフェーズフィルタR0(z2)の出力信号は、遅延素子32で1周期遅延した後に、加算器33において第2のポリフェーズフィルタR1(z2)の出力信号と加算される。更に、図4のフィルタ構成は、図5に示すフィルタ構成と等価である。従って、出力信号x(n)は、各フィルタR0(z),R1(z)の出力信号を交互に出力したものといえる。
【0051】
ところで、図23に示した合成側のローパスフィルタG0(z)とハイパスフィルタG1(z)とは、z変換を用いた伝達関数で次式(3A),(4A)のように変形され得る。
【0052】
【数4】
【0053】
上式(3A)中、R0(z2),R1(z2)は、合成側ローパスフィルタG0(z)を構成するポリフェーズフィルタを示し、上式(4A)中、K0(z2),K1(z2)は、合成側ハイパスフィルタG1(z)を構成するポリフェーズフィルタを示している。
【0054】
よって、前述のポリフェーズ表現に基づくと、図6に示す合成側のフィルタバンクは、図7に示すフィルタ構成に変形され得る。図6,図7において、符号34,35,34A,34B,35A,35Bはアップサンプラを示しており、符号36,38,40は加算器、37,39は遅延素子を示している。
【0055】
従って、ローパスフィルタ側の加算器38の出力信号x0(n)は、各ポリフェーズフィルタR0(z),R1(z)の出力信号r0,r1を交互に出力したものとなり、ハイパスフィルタ側の加算器40の出力信号x1(n)は、各ポリフェーズフィルタK0(z),K1(z)の出力信号k0,k1を交互に出力したものとなる。この結果、加算器36の出力信号x(n)のうち、偶数番目の出力信号x(2k)は、各ポリフェーズフィルタR0(z),K0(z)の出力信号の和r0+k0とし、奇数番目の出力信号x(2k+1)は、各ポリフェーズフィルタR1(z),K1(z)の出力信号の和r1+k1とすることができる。
【0056】
以上のポリフェーズ表現に従って、合成側のフィルタバンクを実現するFIR型フィルタを構成できる。図8および図9は、合成側のFIR型フィルタの構成を示す模式図である。これらFIR型フィルタは、フィルタ処理とアップサンプリング処理とを同時並行に実行する。また、これらFIR型フィルタには、圧縮画像20を構成するデータ列…,Y(2n−3),Y(2n−2),…,Y(2n+4),Y(2n+5),…が入力している。
【0057】
図8に示す7タップのFIR型フィルタは、上記各ポリフェーズフィルタR0(z2),K0(z2)のフィルタ係数g0(−2),g0(0),g0(2),g1(−2),g1(0),g1(2),g1(4)を使用し、これらフィルタ係数と入力データ列とを畳み込み演算する乗算器210,211,…,216および加減算器22を有している。このFIR型フィルタは、次式(5)に従って畳み込み演算を実行して偶数番目のデータX(2n)を合成する。
【0058】
【数5】
【0059】
また、図9に示す9タップのFIR型フィルタは、上記各ポリフェーズフィルタR1(z2),K1(z2)のフィルタ係数g0(−3),g0(−1),g0(1),g0(3),g1(−3),g1(−1),g1(1),g1(3),g1(5)を使用し、これらフィルタ係数と入力データ列とを畳み込み演算する乗算器231,…,239および加算器24を有している。このFIR型フィルタは、次式(6)に従って畳み込み演算を実行して奇数番目のデータX(2n+1)を合成する。
【0060】
【数6】
【0061】
チェス盤歪みの回避条件.
次に、上記チェス盤歪みの回避条件について説明する。図3において、フィルタへの入力信号y(n)として単位ステップ信号が印加されるとき、出力信号x(n)は、フィルタG(z)のインパルス応答h(k)の総和であり、この総和は時間経過と共に一定値に収束することが望ましい。一方、図5において、入力信号y(n)に対応する出力信号x(n)は、各ポリフェーズフィルタR0(z),R1(z)の出力信号を交互に出力したものに等しい。入力信号y(n)として単位ステップ信号が印加されるとき、各ポリフェーズフィルタR0(z),R1(z)のインパルス応答の総和が交互に出力される。従って、各ポリフェーズフィルタR0(z),R1(z)のインパルス応答の総和が相違する場合は、nの値に応じて交互に異なる値が出力され、一定値に収束しないという現象が起きる。チェス盤歪みはこの種の現象を表していると考えられる。
【0062】
従って、チェス盤歪みの回避条件は、少なくとも、各ポリフェーズフィルタのR0(z),R1(z)のインパルス応答の総和が一致することである。
【0063】
フィルタ係数変換処理.
次に、本発明の第1の実施の形態に係るフィルタ係数変換方法とその装置について説明する。図10は、本実施の形態に係るフィルタ係数変換装置1の概略構成を示す機能ブロック図である。このフィルタ係数変換装置1は、外部から入力する実数型フィルタ係数5を分数に丸め込み表現した値(=N/2M;N,Mは1以上の整数)の分母(=2M)の次数Mを決定する次数決定手段2と、その分子Nの整数値を選択して分解側の整数型のフィルタ係数(丸め込み値)6を出力する丸め込み値選択手段3と、合成側の整数型フィルタ係数を算出する係数算出手段3Aと、入力する分解側および合成側の整数型フィルタ係数が所定条件を満たすか否かを判定する条件判定手段4と、を備えて構成されている。尚、実数型フィルタ係数5を丸め込み表現した値(=N/2M)は10進表現の値であり、実際の処理では、当該値はデジタル値で表現される。
【0064】
以上の構成を有するフィルタ係数変換装置1を用いた分解側フィルタ係数の変換処理を、図11のフローチャートを参照しつつ以下に詳説する。この変換処理では、分解側ローパスフィルタH0(z)のフィルタ係数が整数型の値に変換される。変換元の実数型フィルタとしては、9×7タップのドビシス(Daubechies)フィルタを採用することができる。以下の表1,表2に、ドビシスフィルタのフィルタ係数<h0(n)>,<h1(n)>,<g0(n)>,<g1(n)>を示す。<h>は、フィルタ係数hが実数型係数であることを表す記号である。
【0065】
【表1】
【0066】
【表2】
【0067】
ステップST1では、このフィルタ係数変換装置1に、実数型フィルタ係数<h0(n)>が入力する。入力したフィルタ係数<h0(n)>は、次数決定手段2と丸め込み値選択手段3とにそれぞれ伝達する。続くステップST2では、次数決定手段2は、入力した実数型フィルタ係数<h0(n)>を丸め込み表現した値(=N0(n)/2M=h0(n))の分母(=2M)の次数Mを決定し、その値Mを丸め込み値選択手段3に出力する。
【0068】
丸め込み値選択手段3は、n番目の丸め込み値(=N0(n)/2M)の番号nがゼロ値の場合は、ステップST3,ST4の処理を実行し、番号nがゼロ値以外の場合は、ステップST5,ST6の処理を実行する。ステップST3では、整数型フィルタ係数の系列のうち中央位置の丸め込み値h0(0)に着目し、この丸め込み値h0(0)の分子N0(0)が偶数であり、且つ、丸め込み値h0(0)と当該実数型フィルタ係数<h0(0)>との差分絶対値が最小となるという条件を満たす整数値N0(0)を選択する。続くステップST4では、選択した分子N0(0)を当該分母2Mで除算した丸め込み値h0(0)が算出される。
【0069】
一方、ステップST5では、整数型フィルタ係数の系列のうち中央位置の丸め込み値h0(n)(n:ゼロ以外の整数)に着目し、この丸め込み値h0(n)と当該実数型フィルタ係数<h0(n)>との差分絶対値が最小となるという条件を満たす整数値N0(n)を選択する。整数値N0(n)は必ずしも偶数である必要はない。続くステップST6では、選択した分子N0(n)を当該分母2Mで除算した丸め込み値h0(n)が算出される。
【0070】
以上のようにステップST4,ST6において、丸め込み値選択手段3が整数型フィルタ係数h0(n)を条件判定手段4に出力した後、条件判定手段4は、ステップST7以後の処理を実行する。ステップST7では、分解側ローパスフィルタH0(z)のインパルス応答h0(n)の総和の絶対値を示すDC成分GDCを算出し、当該DC成分GDCが所定値に一致するという規格化条件が成立するか否かが判定される。JPEG2000方式を採用する場合、DC成分GDCの値は「1」に一致しなければならない。DC成分GDCの算出式は、次式(7)の通りである。
【0071】
【数7】
【0072】
前記ステップST7で規格化条件が満たされていた場合は、ステップST8に処理が移行し、規格化条件が満たされていなかった場合は、ステップST9で規格化条件を満たすように規格化が行われた後に、ステップST8に処理が移行する。
【0073】
次のステップST8では、係数算出手段3Aは、分解側フィルタと合成側フィルタとが双直交性を満たすという双直交条件を用いて、合成側のハイパスフィルタG1(z)の整数型フィルタ係数g1(n)を算出し、条件判定手段4に出力する。その双直交条件は次式(8)の通りである。
【0074】
【数8】
【0075】
ステップST10では、条件判定手段4において、前記ステップST8で算出された合成側フィルタ係数g1(n)を用いて、合成側のハイパスフィルタG1(z)を構成する各ポリフェーズフィルタK0(z2),K1(z2)のインパルス応答の総和の絶対値が一致するという束縛条件が成立するか否かが判定される。この束縛条件は、ハイパスフィルタG1(z)の偶数番目のフィルタ係数の総和の絶対値と奇数番目のフィルタ係数の総和の絶対値とが一致することと同じである。JPEG2000方式を採用した場合は、当該束縛条件に、更に、その総和の絶対値が1/2になる条件が付加される。JPEG2000方式を採用した場合の束縛条件は次式(9)の通りである。
【0076】
【数9】
【0077】
前記ステップST10で束縛条件が成立していなかった場合は、条件判定手段4は、当該整数型フィルタ係数h0(n),g1(n)の算出に失敗したとみなし、本フィルタ係数変換処理は終了する。他方、前記ステップST10で束縛条件が成立していた場合は、次のステップST11に処理が移行し、条件判定手段4は、整数型フィルタ係数h0(n),g1(n)を確定して出力する。
【0078】
以上のフィルタ係数変換処理により、9×7タップのドビシスフィルタのフィルタ係数を変換した係数値h0(n),g1(n)を、それぞれ以下の表3,表4に示す。
【0079】
【表3】
【0080】
【表4】
【0081】
次に、分解側ハイパスフィルタH1(z)のフィルタ係数の変換処理を、図12のフローチャートを参照しつつ以下に詳説する。先ず、ステップST20では、上記フィルタ係数変換装置1に、実数型フィルタ係数<h1(n)>が入力する。入力したフィルタ係数<h1(n)>は、次数決定手段2と丸め込み値選択手段3とにそれぞれ伝達する。続くステップST21では、次数決定手段2は、入力した実数型フィルタ係数<h1(n)>を丸め込み表現した値(=N1(n)/2M=h1(n))の分母(=2M)の次数Mを決定し、その値Mを丸め込み値選択手段3に出力する。
【0082】
丸め込み値選択手段3は、n番目の丸め込み値(=N1(n)/2M)の番号nがゼロ値の場合は、ステップST22,ST23の処理を実行し、番号nがゼロ値以外の場合は、ステップST24,ST25の処理を実行する。ステップST22では、丸め込み値h1(n)の分子N1(−1)が偶数であり、且つ、丸め込み値h1(−1)と当該実数型フィルタ係数<h1(−1)>との差分絶対値が最小となるという条件を満たす整数値N1(−1)を選択する。続くステップST23では、選択した分子N1(−1)を当該分母2Mで除算した丸め込み値h1(−1)が算出される。
【0083】
一方、ステップST24では、丸め込み値h1(n)(n:−1以外の整数)と当該実数型フィルタ係数<h1(n)>との差分絶対値が最小となるという条件を満たす整数値N1(n)を選択する。その整数値N1(n)は必ずしも偶数である必要はない。続くステップST25では、選択した分子N1(n)を当該分母2Mで除算した丸め込み値h1(n)が算出される。
【0084】
以上のようにステップST23,ST25において、丸め込み値選択手段3が整数型フィルタ係数h1(n)を条件判定手段4に出力した後、条件判定手段4は、ステップST26以後の処理を実行する。ステップST26では、プラスマイナス1の値を交互にとる交番信号が印加された場合の分解側ハイパスフィルタH1(z)の応答の総和の絶対値(以下、ナイキスト成分DNyquistと呼ぶ。)を算出し、当該ナイキスト成分DNyquistが所定値に一致するという規格化条件が成立するか否かが判定される。JPEG2000方式を採用する場合は、ナイキスト成分DNyquistの値は「2」に一致しなければならない。このナイキスト成分DNyquistの算出式は、次式(10)の通りである。
【0085】
【数10】
【0086】
前記ステップST26で規格化条件が満たされていた場合は、ステップST27に処理が移行し、規格化条件が満たされていなかった場合は、ステップST28で規格化条件を満たすように規格化が行われた後に、ステップST27に処理が移行する。
【0087】
次のステップST27では、分解側フィルタと合成側フィルタとが双直交性を満たすという双直交条件(上式(8))を用いて、合成側のローパスフィルタG0(z)の整数型フィルタ係数g0(n)が算出される。
【0088】
次のステップST29では、前記ステップST27で算出された合成側フィルタ係数g0(n)を用いて、合成側のローパスフィルタG0(z)を構成する各ポリフェーズフィルタR0(z2),R1(z2)のインパルス応答の総和が一致するという束縛条件が成立するか否かが判定される。JPEG2000方式を採用した場合は、当該束縛条件に、更に、その総和が「1」になる条件が付加される。JPEG2000方式を採用した場合の束縛条件は次式(11)の通りである。
【0089】
【数11】
【0090】
この束縛条件が成立するとき、各ポリフェーズフィルタのインパルス応答の総和が一致するため、上述した通り、復号化画像中のチェス盤歪みを回避することが可能となる。
【0091】
前記ステップST29で束縛条件が成立していなかった場合は、条件判定手段4は、当該整数型フィルタ係数h1(n),g0(n)の算出に失敗したとみなし、本フィルタ係数変換処理は終了する。他方、前記ステップST29で束縛条件が成立していた場合は、次のステップST30に処理が移行し、条件判定手段4は、整数型フィルタ係数h1(n),g0(n)を確定して出力する。
【0092】
以上のフィルタ係数変換処理に従って、9×7タップのドビシスフィルタのフィルタ係数を変換し、その結果得られた整数型の係数値h1(n),g0(n)を以下の表5,表6に示す。
【0093】
【表5】
【0094】
【表6】
【0095】
以上の通り、この第1の実施の形態では、上記ステップST29(図12)で、ローパスフィルタを構成する各ポリフェーズフィルタのインパルス応答の総和が一致するという条件が成立するか否かの判定処理を行っている。このため、IDWTで低域成分を合成する際に当該低域成分にチェス盤歪みが混入しないように、比較的低いビット精度で、高精度の整数型フィルタ係数を算出できる。
【0096】
また、上記ステップST10(図11)では、ハイパスフィルタを構成する各ポリフェーズフィルタのインパルス応答の総和の絶対値が一致するという条件が成立するか否かの判定処理が行われている。このため、分解側と合成側の各フィルタの構成要件を満たしつつ、チェス盤歪みを回避できるように高精度の整数型フィルタ係数を算出できる。
【0097】
更に、上記ステップST3(図11)とステップST22(図12)とでは、整数型フィルタ係数の系列のうち、中央の値に相当するh0(0),h1(−1)の分子が共に偶数に選択される。このため、整数型フィルタ係数をより高い精度で算出できる。
【0098】
従って、ソフトウェアまたはハードウェアにおいて、上記整数型フィルタ係数を用いて固定小数点演算でDWTとIDWTとを効率良く実行することが可能となる。特にハードウェアを採用する場合は、全ての整数型フィルタ係数の分母が共通の2の巾乗をもつことから、除算処理をビットシフト演算で効率良く行うことができる。従って、入出力ピンの数が少ない小回路規模のハードウェア構成を実現することが可能である。
【0099】
第2の実施の形態.
次に、本発明の第2の実施の形態について説明する。本実施の形態に係るリフティング係数変換方法とその装置は、リフティング構成を使用したDWTおよびIDWTに適用される方法と装置である。最初に、リフティング構成を概説した後に、本実施の形態に係るリフティング係数変換処理を説明する。
【0100】
リフティング構成.
図13は、1ステージのみ(1次の分解レベルのみ)のDWTとIDWTとを実現するフィルタ構成を示す図である。このような構成によるDWTはポリフェーズDWTと呼ばれている。図13中、符号41,46は遅延素子、42,43はダウンサンプラ、44,45はアップサンプラを示している。また、図中のPc(z),P(z)-1はポリフェーズ行列と称されている。
【0101】
順変換においては、入力データX(k)(k:整数)は、分岐してダウンサンプラ42と遅延素子41とに伝達し、ダウンサンプラ42は偶数番目のデータX(2n+4)(n:整数)を出力し、一方、遅延素子41の出力信号をダウンサンプリングするダウンサンプラ43は、奇数番目のデータX(2n+3)を出力する。すなわち、入力データX(k)は、偶数番目のデータX(2n+4)と奇数番目のデータX(2n+3)とに分離されて、ポリフェーズ行列Pc(z)に入力することになる。このポリフェーズ行列Pc(z)からは、低域成分(LP)Y(2n)と高域成分(HP)Y(2n+1)とが出力される。
【0102】
他方、逆変換においては、ポリフェーズ行列P(z)-1は、入力データY(2n),Y(2n+1)に対して、ポリフェーズ行列P(z)の逆変換を実行し、データX(2n−2),X(2n−3)を復元して出力する。偶数番目のデータX(2n−2)はアップサンプラ44と遅延素子46とを経て加算器47に伝達し、奇数番目のデータX(2n−3)はアップサンプラ45を経て加算器47に伝達し、加算器47は元のデータX(k)を合成する。
【0103】
順変換のポリフェーズ行列Pc(z)と逆変換のポリフェーズ行列P(z)-1は、リフティング構成と称する手法で構築できる。リフティング構成については、例えば、文献「W.Sweldens, I. Daubechies, "Factoring Wavelet Transforms into Lifting Steps", J. Fourier Anal., Vol.4, No.3, pp.247-269, 1998」に記述されている。
【0104】
順変換は図14に示すリフティング構成で実現され、逆変換は図15に示すリフティング構成で実現される。図14中、符号51,53,58,59はz変換形式の伝達関数で表される2タップのFIR型フィルタを示しており、符号54,56,60は遅延素子、62は入力信号に係数1/κを乗算して出力する乗算器、63は入力信号に係数κを乗算して出力する乗算器、52,55,57は加算器、を示している。
【0105】
また、図15中、符号72,75,78,81はz変換形式の伝達関数で表される2タップのFIR型フィルタを示しており、符号70は入力信号に係数κを乗算して出力する乗算器、71は入力信号に係数1/κを乗算して出力する乗算器、74,77,80は遅延素子、73,76,79,82は減算器、を示している。
【0106】
図14と図15に現れる係数α,β,γ,δ,κは、リフティング係数と呼ばれており、9×7タップのドビシスフィルタのリフティング構成では実数型の値をもつ。
【0107】
また、図14に示す分解側リフティング構成により、入力データX(k)は、奇数番目のデータX(2n+3)と偶数番目のデータX(2n+4)とに分解される。また、中間データY’(2n+3),Y’’(2n+2),Y’’’(2n+1),Y’’’’(2n)が次々と生成されて、最終的にデータY(2n),Y(2n+1)が出力される。この分解側リフティング構成は、図16に示すように、データを示す黒点と、各黒点間を結ぶ線分とからなるツリー図で表現することができる。各黒点近傍には、当該黒点を示すデータが表示されている。例えば、左端の各黒点に対応して、それぞれ、入力データ列X(2n),X(2n+1),…,X(2n+4)が表示されている。また、各黒点間を結ぶ線分の近傍には係数が表示されている。例えば、データX(2n)を示す黒点とデータY’(2n+1)を示す黒点との間の線分近傍には係数αが表示されている。
【0108】
図16に示す分解側リフティング構成は、次の規則(A),(B),(C)に基づいて解釈されるものである。(A)黒点を示すデータは、左方から右方へ延びる線分に沿って伝達する。(B)黒点間を結ぶ線分は、当該線分を伝達するデータに当該係数を乗算する。(C)黒点は、各線分に沿って左方から入力するデータを加算して右方へ延びる線分に出力する。従って、その分解側リフティング構成は次式(12)と等価である。
【0109】
【数12】
【0110】
また、図15に示す合成側リフティング構成により、入力データ列Y(2n+4),Y(2n+5)に対して、中間データX’’’(2n+4),X’’(2n+5),…が次々と生成されて、最終的に合成データX(k)が出力される。この合成側リフティング構成も、図17に示す黒点と線分とからなるツリー図で表現することが可能であり、次式(13)と等価である。
【0111】
【数13】
【0112】
9×7タップのドビシスフィルタのリフティング構成を採用した場合のリフティング係数α,β,γ,δ,κの正確な値を次式(14)に示す。
【0113】
【数14】
【0114】
また、以下の表7に、ドビシスフィルタの分解側フィルタ係数h0(n),h1(n)をリフティング係数α,β,γ,δ,κ,1/κで構成したものを示し、以下の表8に、ドビシスフィルタの合成側フィルタ係数g0(n),g1(n)をリフティング係数α,β,γ,δ,κ,1/κで構成したものを示す。
【0115】
【表7】
【0116】
【表8】
【0117】
リフティング係数変換処理.
次に、本発明の第2の実施の形態に係るリフティング係数変換方法とその装置について説明する。図18は、本実施の形態に係るリフティング係数変換装置90の概略構成を示す機能ブロック図である。このリフティング係数変換装置90は、外部から入力する実数型リフティング係数を分数に丸め込み表現した値(=N/2M;N,Mは1以上の整数)の分母(=2M)の次数Mを決定する次数決定手段91と、後述する評価式に基づいてその分子Nの整数値を探索する係数評価手段93と、この係数評価手段93に対して探索範囲を指示する探索範囲決定手段92と、係数評価手段93から出力された整数型リフティング係数を抽出する係数抽出手段94と、を備えて構成されている。
【0118】
以上の構成を有するリフティング係数変換装置90を用いたリフティング係数の変換処理を、図19のフローチャートを参照しつつ以下に詳説する。最初のステップST1では、変換元の実数型リフティング係数がリフティング係数変換装置90に入力する。次数決定手段91は、実数型リフティング係数α,β,γ,δ,κ,1/κの各々について丸め込み表現した値(=N/2M)の分母(=2M)の次数Mを決定し、その値Mを係数評価手段93に出力する。併行して、探索範囲決定手段92は、各実数型リフティング係数の探索範囲を決定して係数評価手段93に出力する。
【0119】
次のステップST41A以後において、係数評価手段93は、指定された探索範囲内で、後述する評価式の値(以下、評価値と呼ぶ。)と、この値に対応する整数型リフティング係数とを算出する。すなわち、ステップST41A〜ST46Aと、ステップST41B〜46Bとの間でループを形成し、指定された探索範囲で整数型リフティング係数α,β,γ,δ,κ,1/κの分子を小刻みに順次変化させる。そして、ステップST47では、そのループにおいて変化させた整数型リフティング係数の全ての組み合わせについて、以下に説明する評価値が算出される。
【0120】
上記の表8,表9によれば、上式(9)は次式(15)のように表される。
【0121】
【数15】
【0122】
また、上式(11)は次式(16)のように表される。
【0123】
【数16】
【0124】
前記評価式は、上式(15)の中辺の値と右辺の値との差分絶対値の和と,(16)の中辺の値と右辺の値との差分絶対値の和とを加算したものであり、次式(17)で表現される。
【0125】
【数17】
【0126】
次のステップST48では、係数抽出手段94は、前記係数評価手段93から入力する評価値の組み合わせのうち、最小の評価値をとる整数型リフティング係数の組み合わせ(α,β,γ,δ,κ,1/κ)を確定して出力する。ここで、上記したDC成分GDCおよびナイキスト成分DNyquistがそれぞれ所定値をとるという条件が成立するか否かを判定してもよい。
【0127】
以上のリフティング係数変換処理の計算結果の例を、以下の表9,表10,表11に示す。表9および表11の中の「範囲」は、上記探索範囲の変動幅の上下限値を示している。すなわち、上記探索範囲は、実数型リフティング係数から下限値を引いた値から、同実数型リフティング係数に上限値を足した値までの範囲である。例えば、表9に示す次数M=5に対応する変動幅の上下限値は「±1」であるから、係数αの探索範囲は、<α>−1から<α>+1、となる(但し、<α>は実数型リフティング係数)。本例では、各分母の次数Mの値に応じて、全ての整数型リフティング係数に共通の探索範囲が設定されている。表9と表10は分離して表示されているが、各次数Mに対応する探索範囲は同じである。また、表11中の「評価式」の値は上記評価値を意味している。
【0128】
【表9】
【0129】
【表10】
【0130】
【表11】
【0131】
以上の通り、この第2の実施の形態では、評価値がゼロ値に近くなるように整数型フィルタ係数が選択されることで、比較的低いビット精度で、チェス盤歪みを低減し得る高精度の整数型フィルタ係数を算出することが可能となる。
【0132】
【発明の効果】
以上の如く、本発明の請求項1に係るフィルタ係数変換方法および請求項7に係るフィルタ係数変換装置によれば、上記工程(d)および条件判定手段により、合成側の各ポリフェーズフィルタのインパルス応答の総和の絶対値が一致することになり、この結果、チェス盤歪みを回避し得るような、比較的低いビット精度で高精度の整数型フィルタ係数を算出することが可能となる。従って、ソフトウェアまたはハードウェアで、DWTとIDWTとを固定小数点演算で効率良く実行することが可能となる。特に、固定小数点演算を行うハードウェアを採用する場合は、全ての整数型フィルタ係数の分母が共通の2の巾乗をもつことから、除算処理を効率の良いビットシフト演算で行うことができる。従って、入出力ピンの数が少ない小規模な回路構成を実現することが可能である。
【0133】
しかもチェス盤歪みを回避できるように、より高い精度で整数型フィルタ係数を算出できる。
【0134】
請求項2および請求項8によれば、分解側と合成側の各フィルタの構成要件を満たすように、整数型フィルタ係数を算出できる。
【0135】
請求項3および請求項9によれば、上記ローパスフィルタのフィルタ係数の総和の絶対値であるDC成分を所定値に一致させて、JPEG2000方式などの規格に適合した整数型フィルタ係数を得ることが可能となる。
【0136】
請求項4および請求項10によれば、上記交番信号を印加されたハイパスフィルタの応答の総和の絶対値であるナイキスト成分を所定値に一致させて、JPEG2000方式などの規格に適合した整数型フィルタ係数を得ることが可能となる。
【0137】
請求項5,6および請求項11,12によれば、FIR型フィルタを用いてウェーブレット変換とその逆変換とを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態に係る分解側のFIR型ローパスフィルタの構成を示す模式図である。
【図2】本発明の第1の実施の形態に係る分解側のFIR型ハイパスフィルタの構成を示す模式図である。
【図3】アップサンプラとフィルタとの組み合わせを示す模式図である。
【図4】図3に示すフィルタ構成のポリフェーズ表現を示す模式図である。
【図5】図3に示すフィルタ構成の他のポリフェーズ表現を示す模式図である。
【図6】合成側のフィルタバンクを示す模式図である。
【図7】図6に示すフィルタバンクのポリフェーズ表現を示す模式図である。
【図8】合成側のFIR型フィルタの構成を示す模式図である。
【図9】合成側のFIR型フィルタの構成を示す模式図である。
【図10】第1の実施の形態に係るフィルタ係数変換装置の概略構成を示す機能ブロック図である。
【図11】第1の実施の形態に係るフィルタ係数変換方法を示すフローチャートである。
【図12】第1の実施の形態に係るフィルタ係数変換方法を示すフローチャートである。
【図13】1ステージのDWTとIDWTとを実現するフィルタ構成を示す図である。
【図14】分解側フィルタバンクのリフティング構成を示す模式図である。
【図15】合成側フィルタバンクのリフティング構成を示す模式図である。
【図16】分解側リフティング構成を示すツリー図である。
【図17】合成側リフティング構成を示すツリー図である。
【図18】本発明の第2の実施の形態に係るリフティング係数変換装置の概略構成を示す機能ブロック図である。
【図19】第2の実施の形態に係るリフティング係数変換方法を示すフローチャートである。
【図20】JPEG2000方式に基づいた画像符号化装置の概略構成を示す機能ブロック図である。
【図21】JPEG2000方式に基づいた画像復号化装置の概略構成を示す機能ブロック図である。
【図22】1次元DWTを実現する2分割フィルタバンク群の構成例を示す模式図である。
【図23】1次元IDWTを実現する2分割フィルタバンク群の構成例を示す模式図である。
【図24】2次元DWTを施された画像データを模式的に示す図である。
【符号の説明】
1 フィルタ係数変換装置
2 次数決定手段
3 丸め込み値選択手段
4 条件判定手段
90 リフティング係数変換装置
91 次数決定手段
92 探索範囲決定手段
93 係数評価手段
94 係数抽出手段[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an image compression / decompression technique using wavelet transform, particularly discrete wavelet transform.
[0002]
[Prior art]
As one of high-efficiency encoding methods for image data, an image encoding method using a discrete wavelet transform (DWT) and a decoding method thereof are employed. The encoding method based on DWT is a JPEG2000 (Joint Photographic Experts Group 2000) method established by ISO (International Organization for Standardization) as an alternative to the conventional method based on Discrete Cosine Transform (DCT). It is adopted. Compared with DCT, DWT can avoid (1) block-like noise (block distortion) appearing in a decoded image because both ends of the transform base of DCT do not converge, and (2) quantum of high-band components of an image signal. Many excellent advantages such as avoidance of noise (mosquito noise) appearing in the contour portion of the decoded image due to the conversion, and (3) obtaining a high-quality restored image with a high compression ratio have.
[0003]
FIG. 20 is a functional block diagram showing a schematic configuration of the
[0004]
Next, the
[0005]
The
[0006]
Next, the
[0007]
Then, the bit stream generation unit 111 generates a bit stream in which the encoded data input from the
[0008]
Next, the procedure for decoding the compressed image will be outlined with reference to FIG. FIG. 21 is a functional block diagram illustrating a schematic configuration of an
[0009]
The wavelet transform coefficient output from the
[0010]
As specific means for realizing the DWT, (1) a method of recursively dividing a low-frequency component into two by repeatedly using a two-divided filter bank that divides the image signal into a high-frequency component and a low-frequency component; (2) a method using a lifting scheme based on a polyphase representation is known. Hereinafter, a method for realizing DWT using a two-part filter bank will be described, and a method for realizing DWT and IDWT using a lifting configuration will be described later.
[0011]
FIG. 22 is a schematic diagram illustrating a configuration example of a two-divided filter bank group that realizes one-dimensional DWT (forward conversion). The two-part filter bank is a low-pass filter H that passes low-frequency components. 0 (Z) and a high-pass filter H that passes high-frequency components 1 (Z) and down
[0012]
On the other hand, FIG. 23 is a schematic diagram illustrating a configuration example of a two-divided filter bank group that realizes one-dimensional IDWT (inverse transformation). The two-part filter bank is a low-pass filter G that allows low-frequency components to pass. 0 (Z) and a high-pass filter G that passes high-frequency components 1 (Z), up-
[0013]
At
[0014]
When performing two-dimensional DWT on a two-dimensional image, the input image is applied in the order of the vertical direction and the horizontal direction by applying the two-part filter bank shown in FIG. 22 in the horizontal direction and the vertical direction at each decomposition level. Each band is divided. FIG. 24 is a diagram schematically illustrating
[0015]
[Problems to be solved by the invention]
The DWT is roughly classified into a real type DWT in which wavelet transform coefficients are composed of real numbers and an integer type DWT in which wavelet transform coefficients are composed of integers. The real type DWT has the advantage that the image quality of the decoded image is better than that of the integer type DWT by calculating the wavelet transform coefficient by floating point arithmetic.
[0016]
On the other hand, the integer type DWT can perform lossless compression (reversible compression) compared to the real type DWT. In the integer type DWT, since the wavelet transform coefficient can be calculated by fixed point arithmetic, efficient processing can be performed by software or hardware. Specifically, there is an advantage that a low-cost fixed-point processor with a small number of input / output pins and a small circuit configuration can be realized. In general, the digital filter H shown in FIGS. 0 (Z), H 1 (Z), G 0 (Z), G 1 For (z), a 5 × 3 tap filter is employed in the case of an integer type DWT, and a 9 × 7 tap filter is employed in the case of a real number type DWT.
[0017]
As a technique for performing real type DWT with high efficiency, there is a method of rounding real type filter coefficients into integer type filter coefficients and performing fixed point arithmetic. In this method, filter coefficients expressed in floating point are converted (rounded) into binary expressed filter coefficients. However, if a real type filter coefficient is simply rounded to a binary representation value closest to the filter coefficient, if the accuracy of the value is low, the decoded image will be referred to as a checkerboard distortion. There is a problem that the distortion of the shape appears. To avoid such a problem, the rounding process must be executed with very high bit precision.
[0018]
A filter bank that realizes DWT can also be expressed by a lifting configuration described later. The filter coefficient can be composed of lifting coefficients α, β, γ, δ, κ, 1 / κ described later. When a DWT having a lifting configuration is performed by fixed-point arithmetic, since the lifting coefficient value must be converted from a real type value to an integer type value, the same problem as described above occurs.
[0019]
In view of the above problems, the present invention aims to calculate integer filter coefficients and integer lifting coefficients that can avoid chessboard distortion and the like with relatively low bit precision and high accuracy. A filter coefficient conversion method, a filter coefficient conversion device, a lifting coefficient conversion method, and a lifting coefficient conversion device are provided.
[0020]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problem, the invention according to
[0022]
[0023]
[0024]
[0025]
[0026]
[0027]
Next, the claim 7 The invention according to Discrete for compressing image signals A group of filters on the decomposition side for realizing the wavelet transform; For decoding compressed images Reverse Discrete A filter coefficient conversion device that converts a filter coefficient with a synthesis-side filter group that realizes wavelet transform from a real type filter coefficient to an integer type filter coefficient expressed by a fraction, and is a conversion destination integer type filter coefficient N / 2 M Order determining means for determining the order M of the denominator (N, M: an integer of 1 or more), and the integer filter coefficient so that the absolute difference between the integer filter coefficient and the real filter coefficient is minimized. And a sequence of integer-type filter coefficients on the decomposition side obtained by rounding the real-type filter coefficients. , Limiting the numerator N of the center coefficient of the series to an even number Rounding value selection means for calculating, coefficient calculation means for calculating a series of integer type filter coefficients on the synthesis side using the integer type filter coefficients on the decomposition side calculated by the rounding value selection means, and integers on the synthesis side And a condition determination means for determining whether or not a condition that the absolute value of the sum of even-numbered coefficients of the type filter coefficients matches the absolute value of the sum of odd-numbered coefficients is satisfied. To do.
[0029]
[0030]
Claim 9 The invention according to claim 7 Or 8 The filter coefficient conversion device according to any one of the above, wherein the condition determination unit further includes a sum of filter coefficients of a low-pass filter in the decomposition-side filter group of the decomposition-side integer filter coefficients. Is provided with means for determining whether or not a normalization condition that the absolute value of is equal to a predetermined value is satisfied.
[0031]
[0032]
[0033]
[0038]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, various embodiments of the present invention will be described.
[0039]
First embodiment.
As described above, as specific means for realizing DWT and IDWT, there are a method using the two-divided filter bank shown in FIGS. 22 and 23 and a method using a lifting configuration. The filter coefficient conversion method and apparatus according to the present embodiment are a method and apparatus applied to DWT and IDWT using a two-part filter bank.
[0040]
Hereinafter, the decomposition-side filter H shown in FIG. 0 (Z), H 1 (Z) and the synthesis-side filter G shown in FIG. 0 (Z), G 1 Both (z) are composed of finite impulse response (FIR) type filters and have real type filter coefficients of 9 × 7 taps.
[0041]
Configuration of FIR filter.
First, an FIR filter that realizes DWT will be described. In the decomposition-side filter bank shown in FIG. 22, one of the
[0042]
FIG. 1 shows an FIR low-pass filter H on the decomposition side. 0 FIG. 2 is a schematic diagram showing the configuration of (z), and FIG. 2 shows an FIR type high-pass filter H on the decomposition side. 1 It is a schematic diagram which shows the structure of (z). The
[0043]
[Expression 1]
[0044]
Further, as shown in FIG. 1 (Z) is a filter coefficient h corresponding to 7 taps. 1 (-4), h 1 (-3), ..., h 1 (1), h 1 (2), the input data string and the filter coefficient h 1 (-4) to h 1 Multiplier 13 for performing a convolution operation with (2) 1 ~ 13 7 And an
[0045]
[Expression 2]
[0046]
Next, an FIR type filter for realizing IDWT will be described. The low pass filter G on the synthesis side shown in FIG. 0 (Z) and the high-pass filter G 1 When (z) is expressed using z-transform, the following equations (3) and (4) are obtained.
[0047]
[Equation 3]
[0048]
In the above formulas (3) and (4), the filter coefficient g 0 (K) (k = -3 to 3) and g 1 (K) (k = −3 to 5) indicates an impulse response, and z -k Indicates a k-th order delay.
[0049]
The synthesis-side filter bank shown in FIG. 23 can be modified by polyphase decomposition described below. FIG. 3 schematically shows a combination of the
[0050]
Based on the polyphase representation of the filter described above, the FIR filter G (z) has two polyphase filters R as shown in FIG. 0 (Z 2 ), R 1 (Z 2 ), A
[0051]
By the way, the synthesis-side low-pass filter G shown in FIG. 0 (Z) and high-pass filter G 1 (Z) is a transfer function using z-transform and can be modified as in the following equations (3A) and (4A).
[0052]
[Expression 4]
[0053]
In the above formula (3A), R 0 (Z 2 ), R 1 (Z 2 ) Is the synthesis-side low pass filter G 0 (Z) represents a polyphase filter, and in the above equation (4A), K 0 (Z 2 ), K 1 (Z 2 ) Is the synthesis-side high-pass filter G 1 The polyphase filter which comprises (z) is shown.
[0054]
Therefore, based on the above-described polyphase expression, the synthesis-side filter bank shown in FIG. 6 can be transformed into the filter configuration shown in FIG. 6 and 7,
[0055]
Therefore, the output signal x of the
[0056]
In accordance with the above polyphase expression, an FIR filter that realizes a filter bank on the synthesis side can be configured. 8 and 9 are schematic diagrams showing the configuration of the FIR filter on the synthesis side. These FIR filters execute filter processing and upsampling processing in parallel. Further, these FIR filters are inputted with data strings..., Y (2n-3), Y (2n-2),..., Y (2n + 4), Y (2n + 5),. Yes.
[0057]
The 7-tap FIR filter shown in FIG. 0 (Z 2 ), K 0 (Z 2 ) Filter coefficient g 0 (-2), g 0 (0), g 0 (2), g 1 (-2), g 1 (0), g 1 (2), g 1 Using (4), a
[0058]
[Equation 5]
[0059]
Further, the 9-tap FIR filter shown in FIG. 1 (Z 2 ), K 1 (Z 2 ) Filter coefficient g 0 (-3), g 0 (-1), g 0 (1), g 0 (3), g 1 (-3), g 1 (-1), g 1 (1), g 1 (3), g 1 (5) is used to multiply the filter coefficient and the input data string by a multiplier 23. 1 , ..., 23 9 And an
[0060]
[Formula 6]
[0061]
Conditions for avoiding chessboard distortion.
Next, conditions for avoiding the chessboard distortion will be described. In FIG. 3, when the unit step signal is applied as the input signal y (n) to the filter, the output signal x (n) is the sum of the impulse responses h (k) of the filter G (z), and this sum It is desirable to converge to a constant value over time. On the other hand, in FIG. 5, the output signal x (n) corresponding to the input signal y (n) 0 (Z), R 1 This is equivalent to the output signal of (z) being alternately output. When a unit step signal is applied as the input signal y (n), each polyphase filter R 0 (Z), R 1 The sum of impulse responses (z) is alternately output. Therefore, each polyphase filter R 0 (Z), R 1 When the sums of the impulse responses of (z) are different, different values are output alternately according to the value of n, and a phenomenon occurs in which the values do not converge to a constant value. Chessboard distortion is considered to represent this kind of phenomenon.
[0062]
Therefore, the chessboard distortion avoidance condition is at least the R of each polyphase filter. 0 (Z), R 1 The sum of the impulse responses of (z) matches.
[0063]
Filter coefficient conversion process.
Next, a filter coefficient conversion method and apparatus according to the first embodiment of the present invention will be described. FIG. 10 is a functional block diagram showing a schematic configuration of the filter
[0064]
The conversion processing of the decomposition side filter coefficient using the filter
[0065]
[Table 1]
[0066]
[Table 2]
[0067]
In step ST1, the filter
[0068]
The rounding value selection means 3 is the nth rounding value (= N 0 (N) / 2 M ) Is a zero value, the processing of steps ST3 and ST4 is executed, and when the number n is a non-zero value, the processing of steps ST5 and ST6 is executed. In step ST3, the rounded value h at the center position in the series of integer filter coefficients. 0 Focusing on (0), this rounding value h 0 Molecule N of (0) 0 (0) is an even number and the rounding value h 0 (0) and the real filter coefficient <h 0 An integer value N that satisfies the condition that the difference absolute value from (0)> is minimized. 0 Select (0). In the subsequent step ST4, the selected molecule N 0 (0) for the
[0069]
On the other hand, in step ST5, the rounded value h at the center position in the series of integer filter coefficients. 0 Focusing on (n) (n: integer other than zero), this rounding value h 0 (N) and the real type filter coefficient <h 0 An integer value N that satisfies the condition that the difference absolute value from (n)> is minimized. 0 Select (n). Integer value N 0 (N) is not necessarily an even number. In the subsequent step ST6, the selected molecule N 0 (N) for the
[0070]
As described above, in steps ST4 and ST6, the rounded value selection means 3 performs integer type filter coefficient h. 0 After outputting (n) to the
[0071]
[Expression 7]
[0072]
If the standardization condition is satisfied in step ST7, the process proceeds to step ST8. If the standardization condition is not satisfied, normalization is performed in step ST9 so as to satisfy the standardization condition. Then, the process proceeds to step ST8.
[0073]
In the next step ST8, the coefficient calculation means 3A uses the bi-orthogonal condition that the decomposition-side filter and the synthesis-side filter satisfy the bi-orthogonality and uses the synthesis-side high-pass filter G. 1 Integer filter coefficient g of (z) 1 (N) is calculated and output to the
[0074]
[Equation 8]
[0075]
In step ST10, the condition determination means 4 uses the synthesis-side filter coefficient g calculated in step ST8. 1 Using (n), the high-pass filter G on the synthesis side 1 Each polyphase filter K constituting (z) 0 (Z 2 ), K 1 (Z 2 It is determined whether or not a constraint condition that the absolute value of the sum of the impulse responses of () matches is satisfied. This constraint condition is the high-pass filter G 1 This is the same as the absolute value of the sum of the even-numbered filter coefficients in (z) matches the absolute value of the sum of the odd-numbered filter coefficients. When the JPEG2000 system is adopted, a condition that the absolute value of the sum is 1/2 is further added to the binding condition. The constraining condition when the JPEG2000 method is adopted is as shown in the following formula (9).
[0076]
[Equation 9]
[0077]
If the binding condition is not satisfied in step ST10, the
[0078]
The coefficient value h obtained by converting the filter coefficient of the 9 × 7 tap Dobysys filter by the above filter coefficient conversion processing 0 (N), g 1 (N) is shown in the following Tables 3 and 4, respectively.
[0079]
[Table 3]
[0080]
[Table 4]
[0081]
Next, the decomposition side high-pass filter H 1 The filter coefficient conversion process (z) will be described in detail below with reference to the flowchart of FIG. First, in step ST20, the filter
[0082]
The rounding value selection means 3 is the nth rounding value (= N 1 (N) / 2 M ) Is a zero value, the processes of steps ST22 and ST23 are executed, and when the number n is a non-zero value, the processes of steps ST24 and ST25 are executed. In step ST22, the rounding value h 1 Molecule N of (n) 1 (-1) is an even number and the rounding value h 1 (-1) and the real type filter coefficient <h 1 An integer value N that satisfies the condition that the difference absolute value with respect to (-1)> is minimized. 1 Select (-1). In the subsequent step ST23, the selected molecule N 1 (-1) for the
[0083]
On the other hand, in step ST24, the rounding value h 1 (N) (n: integer other than −1) and the real type filter coefficient <h 1 An integer value N that satisfies the condition that the difference absolute value from (n)> is minimized. 1 Select (n). Its integer value N 1 (N) is not necessarily an even number. In the subsequent step ST25, the selected molecule N 1 (N) for the
[0084]
As described above, in steps ST23 and ST25, the rounded value selection means 3 performs integer type filter coefficient h. 1 After outputting (n) to the
[0085]
[Expression 10]
[0086]
If the normalization condition is satisfied in step ST26, the process proceeds to step ST27. If the normalization condition is not satisfied, normalization is performed in step ST28 so as to satisfy the normalization condition. Then, the process proceeds to step ST27.
[0087]
In the next step ST27, using the bi-orthogonal condition (the above equation (8)) that the decomposition-side filter and the synthesis-side filter satisfy the bi-orthogonality, the synthesis-side low-pass filter G 0 Integer filter coefficient g of (z) 0 (N) is calculated.
[0088]
In the next step ST29, the synthesis-side filter coefficient g calculated in the step ST27. 0 Using (n), the low-pass filter G on the synthesis side 0 Each polyphase filter R constituting (z) 0 (Z 2 ), R 1 (Z 2 It is determined whether or not a constraint condition that the sum of the impulse responses of () matches is satisfied. When the JPEG2000 system is adopted, a condition that the sum is “1” is further added to the binding condition. The constraining condition when the JPEG2000 system is adopted is as shown in the following formula (11).
[0089]
[Expression 11]
[0090]
When this constraint condition is satisfied, the sum of the impulse responses of the polyphase filters matches, so that the chessboard distortion in the decoded image can be avoided as described above.
[0091]
If the binding condition is not satisfied in step ST29, the
[0092]
According to the above filter coefficient conversion process, the filter coefficient of the 9 × 7 tap Dovisys filter is converted, and the resulting integer coefficient value h 1 (N), g 0 (N) is shown in Tables 5 and 6 below.
[0093]
[Table 5]
[0094]
[Table 6]
[0095]
As described above, in the first embodiment, it is determined whether or not the condition that the sum of the impulse responses of the polyphase filters constituting the low-pass filter matches is satisfied in step ST29 (FIG. 12). It is carried out. For this reason, when synthesizing a low frequency component with IDWT, a highly accurate integer filter coefficient can be calculated with relatively low bit accuracy so that chessboard distortion is not mixed in the low frequency component.
[0096]
In step ST10 (FIG. 11), a determination process is performed to determine whether or not the condition that the sum of the absolute values of the impulse responses of the polyphase filters constituting the high-pass filter matches is satisfied. Therefore, it is possible to calculate the integer filter coefficients with high accuracy so as to avoid the chessboard distortion while satisfying the constituent requirements of the filters on the decomposition side and the synthesis side.
[0097]
Further, in step ST3 (FIG. 11) and step ST22 (FIG. 12), h corresponding to the center value in the series of integer filter coefficients. 0 (0), h 1 Both molecules of (-1) are selected to be an even number. For this reason, the integer filter coefficient can be calculated with higher accuracy.
[0098]
Accordingly, it is possible to efficiently execute DWT and IDWT by fixed-point arithmetic using the integer filter coefficient in software or hardware. In particular, when hardware is employed, the denominator of all integer filter coefficients has a common power of 2, so that the division process can be efficiently performed by a bit shift operation. Therefore, it is possible to realize a small-scale hardware configuration with a small number of input / output pins.
[0099]
Second embodiment.
Next, a second embodiment of the present invention will be described. The lifting coefficient conversion method and apparatus according to the present embodiment is a method and apparatus applied to DWT and IDWT using a lifting configuration. First, after an outline of the lifting configuration, the lifting coefficient conversion processing according to the present embodiment will be described.
[0100]
Lifting configuration.
FIG. 13 is a diagram showing a filter configuration for realizing DWT and IDWT of only one stage (only the first-order decomposition level). A DWT having such a configuration is called a polyphase DWT. In FIG. 13,
[0101]
In the forward conversion, the input data X (k) (k: integer) branches and is transmitted to the
[0102]
On the other hand, in the inverse transformation, the polyphase matrix P (z) -1 Performs inverse transformation of the polyphase matrix P (z) on the input data Y (2n), Y (2n + 1), restores the data X (2n-2), X (2n-3) and outputs them To do. The even-numbered data X (2n−2) is transmitted to the
[0103]
Polyphase matrix P of forward transformation c (Z) and inverse polyphase matrix P (z) -1 Can be constructed by a technique called a lifting configuration. The lifting structure is described, for example, in the document “W. Sweldens, I. Daubechies,“ Factoring Wavelet Transforms into Lifting Steps ”, J. Fourier Anal., Vol. 4, No. 3, pp. 247-269, 1998”. Has been.
[0104]
The forward transformation is realized with the lifting configuration shown in FIG. 14, and the inverse transformation is realized with the lifting configuration shown in FIG. In FIG. 14,
[0105]
In FIG. 15,
[0106]
The coefficients α, β, γ, δ, and κ appearing in FIGS. 14 and 15 are called lifting coefficients, and have a real type value in the lifting configuration of the 9 × 7 tap Dovisys filter.
[0107]
Further, with the decomposition-side lifting configuration shown in FIG. 14, the input data X (k) is decomposed into odd-numbered data X (2n + 3) and even-numbered data X (2n + 4). Further, intermediate data Y ′ (2n + 3), Y ″ (2n + 2), Y ′ ″ (2n + 1), Y ″ ″ (2n) are generated one after another, and finally data Y (2n), Y (2n + 1) is output. As shown in FIG. 16, the decomposition-side lifting configuration can be expressed by a tree diagram including black dots indicating data and line segments connecting the black dots. In the vicinity of each black spot, data indicating the black spot is displayed. For example, input data strings X (2n), X (2n + 1),..., X (2n + 4) are displayed corresponding to the black dots at the left end. In addition, coefficients are displayed in the vicinity of line segments connecting the black spots. For example, a coefficient α is displayed in the vicinity of a line segment between a black point indicating data X (2n) and a black point indicating data Y ′ (2n + 1).
[0108]
The disassembly-side lifting configuration shown in FIG. 16 is interpreted based on the following rules (A), (B), and (C). (A) Data indicating a black spot is transmitted along a line segment extending from left to right. (B) The line segment connecting the black spots is multiplied by the coefficient by the data transmitting the line segment. (C) Black dots are added to the data input from the left along each line segment and output to the line segment extending to the right. Therefore, the decomposition side lifting configuration is equivalent to the following equation (12).
[0109]
[Expression 12]
[0110]
Further, with the composition-side lifting configuration shown in FIG. 15, intermediate data X ′ ″ (2n + 4), X ″ (2n + 5),... Are successively generated for the input data string Y (2n + 4), Y (2n + 5). Finally, the composite data X (k) is output. This combining-side lifting configuration can also be expressed by a tree diagram including black dots and line segments shown in FIG. 17 and is equivalent to the following equation (13).
[0111]
[Formula 13]
[0112]
The following formula (14) shows the exact values of the lifting coefficients α, β, γ, δ, and κ when the lifting configuration of the 9 × 7 tap Dovisys filter is adopted.
[0113]
[Expression 14]
[0114]
Table 7 below shows the decomposition-side filter coefficient h of the Dovisys filter. 0 (N), h 1 (N) is composed of lifting coefficients α, β, γ, δ, κ, 1 / κ, and Table 8 below shows the synthesis-side filter coefficient g of the Dovisys filter. 0 (N), g 1 (N) is composed of lifting coefficients α, β, γ, δ, κ, 1 / κ.
[0115]
[Table 7]
[0116]
[Table 8]
[0117]
Lifting coefficient conversion process.
Next, a lifting coefficient conversion method and apparatus according to the second embodiment of the present invention will be described. FIG. 18 is a functional block diagram showing a schematic configuration of the lifting
[0118]
The lifting coefficient conversion process using the lifting
[0119]
After the next step ST41A, the coefficient evaluation means 93 calculates a value of an evaluation expression (to be referred to as an evaluation value hereinafter) and an integer type lifting coefficient corresponding to this value within the designated search range. To do. That is, a loop is formed between steps ST41A to ST46A and steps ST41B to 46B, and the numerators of integer type lifting coefficients α, β, γ, δ, κ, 1 / κ are sequentially small in the specified search range. Change. In step ST47, evaluation values described below are calculated for all combinations of integer type lifting coefficients changed in the loop.
[0120]
According to Table 8 and Table 9 above, the above equation (9) is expressed as the following equation (15).
[0121]
[Expression 15]
[0122]
Further, the above equation (11) is expressed as the following equation (16).
[0123]
[Expression 16]
[0124]
The evaluation formula adds the sum of absolute differences between the values of the middle side and the right side of the above equation (15) and the sum of absolute differences of the values of the middle side and the right side of (16). Which is expressed by the following equation (17).
[0125]
[Expression 17]
[0126]
In the next step ST48, the
[0127]
Examples of calculation results of the above lifting coefficient conversion processing are shown in Table 9, Table 10, and Table 11 below. “Range” in Table 9 and Table 11 indicates the upper and lower limit values of the fluctuation range of the search range. That is, the search range is a range from a value obtained by subtracting the lower limit value from the real number type lifting coefficient to a value obtained by adding the upper limit value to the real number type lifting coefficient. For example, since the upper and lower limit values of the fluctuation range corresponding to the order M = 5 shown in Table 9 are “± 1”, the search range of the coefficient α is <α> −1 to <α> +1 (provided that , <Α> is a real type lifting coefficient). In this example, a common search range is set for all integer type lifting coefficients according to the value of the order M of each denominator. Although Table 9 and Table 10 are displayed separately, the search range corresponding to each order M is the same. Further, the value of “evaluation formula” in Table 11 means the evaluation value.
[0128]
[Table 9]
[0129]
[Table 10]
[0130]
[Table 11]
[0131]
As described above, in the second embodiment, the integer type filter coefficient is selected so that the evaluation value is close to zero, so that the chessboard distortion can be reduced with relatively low bit accuracy. It is possible to calculate the integer type filter coefficient.
[0132]
【The invention's effect】
As described above, the filter coefficient conversion method and claim according to
[0133]
Moreover Integer filter coefficients can be calculated with higher accuracy so that chessboard distortion can be avoided.
[0134]
[0135]
[0136]
[0137]
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of an FIR low-pass filter on the decomposition side according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram showing a configuration of a decomposition-side FIR type high-pass filter according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a schematic diagram showing a combination of an upsampler and a filter.
4 is a schematic diagram showing a polyphase expression of the filter configuration shown in FIG. 3. FIG.
5 is a schematic diagram showing another polyphase expression of the filter configuration shown in FIG. 3. FIG.
FIG. 6 is a schematic diagram showing a filter bank on the synthesis side.
7 is a schematic diagram showing a polyphase representation of the filter bank shown in FIG. 6. FIG.
FIG. 8 is a schematic diagram showing a configuration of a synthesis-side FIR filter.
FIG. 9 is a schematic diagram showing a configuration of a synthesis-side FIR filter.
FIG. 10 is a functional block diagram showing a schematic configuration of a filter coefficient conversion device according to the first embodiment.
FIG. 11 is a flowchart showing a filter coefficient conversion method according to the first embodiment.
FIG. 12 is a flowchart showing a filter coefficient conversion method according to the first embodiment.
FIG. 13 is a diagram showing a filter configuration for realizing one-stage DWT and IDWT.
FIG. 14 is a schematic diagram showing a lifting configuration of a decomposition-side filter bank.
FIG. 15 is a schematic diagram showing a lifting configuration of a synthesis-side filter bank.
FIG. 16 is a tree diagram showing a disassembly-side lifting configuration.
FIG. 17 is a tree diagram showing a composition-side lifting configuration;
FIG. 18 is a functional block diagram showing a schematic configuration of a lifting coefficient conversion apparatus according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 19 is a flowchart showing a lifting coefficient conversion method according to the second embodiment.
FIG. 20 is a functional block diagram illustrating a schematic configuration of an image encoding device based on the JPEG2000 system.
FIG. 21 is a functional block diagram illustrating a schematic configuration of an image decoding apparatus based on the JPEG2000 system.
FIG. 22 is a schematic diagram illustrating a configuration example of a two-divided filter bank group that realizes one-dimensional DWT.
FIG. 23 is a schematic diagram illustrating a configuration example of a two-divided filter bank group that realizes a one-dimensional IDWT.
FIG. 24 is a diagram schematically showing image data subjected to two-dimensional DWT.
[Explanation of symbols]
1 Filter coefficient converter
Second order determination means
3 Rounding value selection means
4 Condition judging means
90 Lifting coefficient converter
91 Order determining means
92 Search range determining means
93 Coefficient evaluation means
94 Coefficient extraction means
Claims (12)
(a)変換先の整数型フィルタ係数N/2M(N,M:1以上の整数)の分母の次数Mを決定する工程と、
(b)前記整数型フィルタ係数と前記実数型フィルタ係数との差分絶対値が最小となるように当該整数型フィルタ係数の分子Nを選択し、分解側の整数型フィルタ係数の系列を、当該系列のうち中央の係数の分子Nを偶数に限定して算出する工程と、
(c)前記工程(b)で算出された前記分解側の整数型フィルタ係数を用いて合成側の整数型フィルタ係数の系列を算出する工程と、
(d)前記工程(c)で算出された前記合成側の整数型フィルタ係数のうち、偶数番目の係数の総和の絶対値と奇数番目の係数の総和の絶対値とが一致するという条件が成立するか否かを判定する工程と、
を備えることを特徴とするフィルタ係数変換方法。Filter coefficients of the decomposition side filter group for realizing the discrete wavelet transform for compressing the image signal and the synthesis side filter group for realizing the inverse discrete wavelet transform for decoding the compressed image are real type filter coefficients. Is a filter coefficient conversion method for converting into an integer type filter coefficient expressed by a fraction,
(A) determining an order M of a denominator of an integer type filter coefficient N / 2 M (N, M: an integer of 1 or more) of a conversion destination;
(B) A numerator N of the integer filter coefficient is selected so that a difference absolute value between the integer filter coefficient and the real filter coefficient is minimized, and a sequence of integer filter coefficients on the decomposition side is determined as the sequence And calculating the numerator N of the center coefficient to an even number ,
(C) calculating a synthesis-side integer filter coefficient series using the decomposition-side integer filter coefficients calculated in the step (b);
(D) The condition that the absolute value of the sum of the even-numbered coefficients and the absolute value of the sum of the odd-numbered coefficients of the synthesis-side integer filter coefficients calculated in the step (c) match. Determining whether or not to do;
A filter coefficient conversion method comprising:
(f)前記工程(b)で算出された前記分解側の整数型フィルタ係数のうち、前記分解側のフィルタ群のうちローパスフィルタのフィルタ係数の総和の絶対値が所定値に一致するという規格化条件が成立するか否かを判定する工程、
を更に備えるフィルタ係数変換方法。A filter coefficient conversion method according to claim 1 or 2,
(F) Standardization that, among the decomposition-side integer filter coefficients calculated in the step (b), the absolute value of the sum of the filter coefficients of the low-pass filter in the decomposition-side filter group matches a predetermined value. Determining whether a condition is satisfied,
A filter coefficient conversion method further comprising :
(g)前記工程(b)で算出された前記分解側の整数型フィルタ係数を用いて、前記分解側のフィルタ群のうちハイパスフィルタにプラスマイナス1の値を交互にとる交番信号を印加した場合の応答の総和の絶対値を算出し、当該絶対値が所定値に一致するという規格化条件が成立するか否かを判定する工程、
を更に備えるフィルタ係数変換方法。The filter coefficient conversion method according to any one of claims 1 to 3,
(G) When an alternating signal that alternately takes a value of plus or minus 1 is applied to a high-pass filter in the decomposition-side filter group using the decomposition-side integer filter coefficient calculated in the step (b) Calculating the absolute value of the sum of the responses of and determining whether a normalization condition that the absolute value matches a predetermined value is satisfied,
A filter coefficient conversion method further comprising:
変換先の整数型フィルタ係数N/2 Integer filter coefficient for conversion N / 2 MM (N,M:1以上の整数)の分母の次数Mを決定する次数決定手段と、Order determining means for determining the order M of the denominator of (N, M: an integer equal to or greater than 1);
前記整数型フィルタ係数と前記実数型フィルタ係数との差分絶対値が最小となるように当該整数型フィルタ係数の分子Nを選択し、前記実数型フィルタ係数を丸め込んだ分解側の整数型フィルタ係数の系列を、当該系列のうち中央の係数の分子Nを偶数に限定して算出する丸め込み値選択手段と、 The numerator N of the integer type filter coefficient is selected so that the difference absolute value between the integer type filter coefficient and the real number type filter coefficient is minimized, and the decomposition type integer type filter coefficient obtained by rounding the real type filter coefficient Rounding value selection means for calculating the series by limiting the numerator N of the center coefficient of the series to an even number;
前記丸め込み値選択手段で算出された前記分解側の整数型フィルタ係数を用いて合成側の整数型フィルタ係数の系列を算出する係数算出手段と、 Coefficient calculating means for calculating a sequence of integer filter coefficients on the synthesis side using the integer filter coefficients on the decomposition side calculated by the rounded value selection means;
前記合成側の整数型フィルタ係数のうち偶数番目の係数の総和の絶対値と奇数番目の係数の総和の絶対値とが一致するという条件が成立するか否かを判定する条件判定手段と、 Condition determining means for determining whether or not the condition that the absolute value of the sum of the even-numbered coefficients and the absolute value of the sum of the odd-numbered coefficients of the integer-type filter coefficients on the combining side is satisfied,
を備えることを特徴とするフィルタ係数変換装置。A filter coefficient conversion apparatus comprising:
前記合成側の整数型フィルタ係数の系列は、前記分解側の整数型フィルタ係数と当該合成側の整数型フィルタ係数とが双直交性を満たすという条件を用いて算出される、
フィルタ係数変換装置。 The filter coefficient conversion device according to claim 7,
The synthesis-side integer filter coefficient series is calculated using a condition that the decomposition-side integer filter coefficient and the synthesis-side integer filter coefficient satisfy bi-orthogonality.
Filter coefficient conversion device.
前記条件判定手段は、更に、前記分解側の整数型フィルタ係数のうち、前記分解側のフィルタ群のうちローパスフィルタのフィルタ係数の総和の絶対値が所定値に一致するという規格化条件が成立するか否かを判定する手段を備える、フィルタ係数変換装置。The filter coefficient conversion device according to any one of claims 7 and 8 ,
The condition determination means further satisfies a normalization condition that an absolute value of a sum of filter coefficients of a low-pass filter in the decomposition-side filter group of the decomposition-side integer filter coefficients matches a predetermined value. A filter coefficient conversion device comprising means for determining whether or not .
前記条件判定手段は、更に、前記分解側の整数型フィルタ係数を用いて、前記分解側のフィルタ群のうちのハイパスフィルタにプラスマイナス1の値を交互にとる交番信号を印加した場合の応答の総和の絶対値を算出し、当該絶対値が所定値に一致するという規格化条件が成立するか否かを判定する手段を備える、フィルタ係数変換装置。The filter coefficient conversion device according to any one of claims 7 to 9 ,
The condition determining means further uses the integer filter coefficient on the decomposition side to generate a response when an alternating signal that alternately takes a value of plus or minus 1 is applied to a high-pass filter in the filter group on the decomposition side. A filter coefficient conversion device comprising means for calculating an absolute value of a sum and determining whether a normalization condition that the absolute value matches a predetermined value is satisfied .
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