[发明专利]小波变换设备和方法、小波逆变换设备和方法、程序及记录介质

说明书

相关申请的交叉引用

本发明包含与2006年7月14日向日本专利局所提交的日本专利申请JP 2006-193670相关的主题，其整个内容被并入此作为引用。

技术领域

本发明涉及一种小波变换设备和方法、小波逆变换设备和方法、程序及记录介质，尤其涉及支持通过与小容量的内部存储器交换数据来执行高速小波变换的小波变换设备和方法、小波逆变换设备和方法、程序及记录介质。

背景技术

已知方法中代表性的图像压缩方法是已经由ISO(国际标准组织)标准化的JPEG(联合图像专家组)方法。已知在使用DCT(离散余弦变换)和占有(appropriate)相对大量的位(bit)的情况下，提供优质的编码图像和解码图像。然而，减少编码位超过一定水平就导致DCT的明显的块失真特征，并且可以主观地观察到劣化。

另一方面，近年来，已经对其中图像由被称为滤波器组的滤波器分成多个带(子带)的方法进行了大量研究，其中将高通滤波器和低通滤波器组合，并对每个带执行编码。特别地，将小波变换编码视为可能代替DCT的新技术，因为它没有DCT所具有的问题，即高压缩率时显著的块失真。

JPEG 2000的国际标准在2001年1月完成。JPEG 2000组合了小波变换和高效熵编码(基于位面的位建模和算术编码：bit-planebased bit modeling and arithmetic encoding)，并在编码效率方面相对于JPEG实现了显著提高。

小波变换使用这样的技术，其中基本上，图像数据作为输入，对输入进行水平方向滤波和垂直方向滤波，其中低频带分量(low bandcomponent)被分级地划分。这时，需要以高的频率执行向和从存储器读和写数据，诸如读出图像数据、写入滤波所产生的频率系数(frequency coefficient)、再次读出频率系数等等。

由于图像信号具有大的数据量，因此人们已经认识到需要一种用于高速地执行小波变换的技术。而且，已经提出了大量用于外部地将频率系数写入存储器已经再次读入它们的技术(见日本未审专利申请公开No.10-283342)。

发明内容

然而，由于数据在外部存储器和小波变换单元之间交换，因此其中频率系数被写出至外部存储器和再次读入的技术存在着不能获得充足带宽的问题，所以难以高速地执行小波变换。

而且，提高时钟(运行频率)在提高外部存储器和小波变换单元之间数据速度时是有效的，但是单纯增加时钟不仅导致能耗增加的问题，而且这难以由诸如FPGA(现场可编程门阵列)和PLD(可编程逻辑设备)的硬件来处理。

人们已经认识到需要能够在不需要外部存储器的情况下实现高速小波变换。

根据本发明一个实施例的小波变换设备，用于以多个级别对图像信号进行小波变换，包括：第一缓存器，用于对于每个级别独立地存储在水平方向对图像信号进行分析滤波所得到的部分系数；第二缓存器，用于对于每个级别独立地存储在垂直方向对图像信号进行分析滤波的计算处理中所产生的部分系数；垂直滤波单元，用于通过使用从第一和第二缓存器所读出的系数，执行垂直方向的分析滤波；和水平滤波单元，用于除最后一个级别之外，通过将所述垂直方向分析滤波所产生的系数用作为下一级别的水平方向分析滤波的输入，执行水平方向的分析滤波。

水平滤波单元和垂直滤波单元可以由小波变换的提升格式(lifting scheme)实现。

提升格式可以是这样的格式，其中水平方向分析滤波被划分成多级计算而被执行，其中水平滤波单元以提升格式为预定数量的列执行水平方向分析滤波。

水平滤波单元还可以包括保存单元，用于保存在以提升格式的这多级计算的处理中所获得的部分系数，并通过执行到最后一级的多级计算来产生高频带分量和低频带分量；其中，在执行下一级的水平方向分析滤波的情况下，只有必需的那么多的列是来自垂直滤波单元的垂直方向分析滤波结果的系数的输入，并且读出在前一提升格式的这多级计算处理中存储在保存单元中的系数，并且执行以提升格式的这多级计算。

水平滤波单元可以以提升格式执行水平方向分析滤波，直到水平方向中的列数都已经进行。

一次输入至提升格式的列数可以是3列，并且保存在保存单元中的系数的数量可以是3。

水平滤波单元可以将通过执行以提升格式的这多级计算到最后一级而产生的高频带分量和低频带分量存储在对应于该级别的第一缓存器中。