(57)【要約】【課題】ウェーブレット変換を用いた画像圧縮JPEG 2000を用いつつ、さらに、ウェーブレット変換の動作を考慮して（周波数拡張など）、１フレームを分割して動作させることにより、メモリを削減する。【解決手段】本発明は、画像入力信号をメモリを介して画像圧縮部に入力して、該画像圧縮部でウェーブレット変換を行う。メモリに書き込まれるピクセルを計数するカウンタの計数に基づき、メモリ書き込み部が保存するメモリ番地、及びメモリ読み出し部が読み出すメモリ番地を決定し、かつ、カウンタの計数が、ウェーブレット変換を行うために必要とするピクセル数になった時点で画像圧縮部への信号の出力を開始する。【選択図】        図１
2011003958.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像入力信号をメモリを介して画像圧縮部に入力して、該画像圧縮部でウェーブレット変換を行うデジタル画像信号変換方法において、
前記画像入力信号の前記メモリへの書き込みを制御するメモリ書き込み部と、画像入力信号の該メモリからの読み出しを制御するメモリ読み出し部と、前記メモリに書き込まれるピクセル数を計数するカウンタと、を備え、
前記カウンタの計数に基づき、前記メモリ書き込み部が保存するメモリ番地、及び前記メモリ読み出し部が読み出すメモリ番地を決定し、
前記カウンタの情報をメモリ呼び出し部に提供することで、該カウンタの計数が、ウェーブレット変換を行うために必要とするピクセル数になった時点で前記画像圧縮部への信号の出力を開始することから成るデジタル画像信号変換方法。
【請求項２】
前記画像圧縮部は、コンポーネント変換においてRGB信号からYCrCb信号へと変換を行ない、水平方向のウェーブレット変換を行いメモリに保存し、垂直方向のウェーブレット変換を行いメモリに保存し、最後に、EBCOTアルゴリズムによって符号化を行ない、出力する請求項１に記載のデジタル画像信号変換方法。
【請求項３】
前記ウェーブレット変換を行うために必要とするピクセル数は、ウェーブレット変換のために使用するフィルターとウェーブレット変換を行うインデクスで決まる所定数である請求項１に記載のデジタル画像信号変換方法。
【請求項４】
画像入力信号をメモリを介して画像圧縮部に入力して、該画像圧縮部でウェーブレット変換を行うデジタル画像信号変換装置において、
前記画像入力信号の前記メモリへの書き込みを制御するメモリ書き込み部と、画像入力信号の該メモリからの読み出しを制御するメモリ読み出し部と、前記メモリに書き込まれるピクセルを計数するカウンタと、を備え、
前記カウンタの計数に基づき、前記メモリ書き込み部が保存するメモリ番地、及び前記メモリ読み出し部が読み出すメモリ番地を決定し、
前記カウンタの情報をメモリ呼び出し部に提供することで、該カウンタの計数が、ウェーブレット変換を行うために必要とするピクセル数になった時点で前記画像圧縮部への信号の出力を開始することから成るデジタル画像信号変換装置。
【請求項５】
前記画像圧縮部は、コンポーネント変換においてRGB信号からYCrCb信号へと変換を行ない、水平方向のウェーブレット変換を行いメモリに保存し、垂直方向のウェーブレット変換を行いメモリに保存し、最後に、EBCOTアルゴリズムによって符号化を行ない、出力する請求項４に記載のデジタル画像信号変換装置。
【請求項６】
前記ウェーブレット変換を行うために必要とするピクセル数は、ウェーブレット変換のために使用するフィルターとウェーブレット変換を行うインデクスで決まる所定数である請求項４に記載のデジタル画像信号変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、HDMIからJPEG 2000コーデックへの信号変換を行うデジタル画像信号変換方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
約10Gbpsの大容量のデータ伝送ができるHDMI（High-Definition Multimedia Interface）が現在注目されている。それらのほとんどは、有線であるが、壁かけなどの装飾性、利便性を考えた上で無線化が求められている。しかしながら、5GHｚ帯を使用した無線で伝送しようと考えると、次世代の無線技術であるMIMO（Multiple Input Multiple Output）を使用したとしても伝送速度は最大1.2Gbpsが限界である。そのため、画像を圧縮する必要がある。従来の手法として、HDMIとH.264或いはJPEG 2000を利用した技術が存在するが（非特許文献１参照）、H.264という圧縮方式は、フレーム間を削って圧縮を行っているため、一つのエラーが時間的に伝播してしまう。
【０００３】
従来法であるH.264での画像圧縮を行う場合、フレーム間による動き予測などを利用して画像圧縮を行っているため、数フレーム分のデータをメモリに溜める必要がある。また、従来法であるJPEG 2000での画像圧縮を行う場合、１フレーム分のデータをメモリに保存する必要がある。
【０００４】
図７は、従来技術の無線技術による画像伝送装置の全体構成を示す図である。送信側においては、HDMIインターフェースを介して、映像機器からのデジタル信号は、プリプロセッサ部（Pre-Processor）に入力される。プリプロセッサ部では、HDMIから入ってきた信号を画像（Video）、音声（Audio）、制御信号（Control）に分離して出力する。音声及び制御信号は、無線送信部（Wireless Transmitter）に伝送する一方、画像信号は、メモリを介して画像圧縮部（JPEG 2000 Encoder）へと伝送する。画像圧縮部（JPEG 2000 Encoder）では、画像データを圧縮する。無線送信部（Wireless Transmitter）では、圧縮した画像データ、及びそれと分離した音声データ、制御信号データを無線で送信する。
【０００５】
受信側において、無線受信部（Wireless Receiver）は、送信されてきたデータを受信する。圧縮されている画像データは、メモリを介して画像伸張部（JPEG 2000 Decoder）に入力する。画像伸張部は、画像データをデコードする。ポストプロセッサ部（Post-Processor）では、画像、音声、制御信号の同期を取って、ＴＶ受像機に出力する。
【０００６】
図８は、上述の画像圧縮部（JPEG 2000 Encoder）による画像圧縮をさらに詳細に説明する図である。入力信号は、JPEG 2000 Encoderに入力される前に、メモリに保存される。このとき、１フレーム分がメモリに保存される。例えば、ハイビジョンサイズ（1920×1080）、１ピクセル12bitの場合、１フレーム分は、1920×1080×12×3＝74.64Mbitとなる。JPEG 2000 Encoderの中で、コンポーネント変換は、RGB信号からYCrCb信号へと変換を行う。水平方向のウェーブレット変換を行いメモリに保存する。垂直方向のウェーブレット変換を行いメモリに保存する。最後に、EBCOTアルゴリズムによって符号化を行ない、出力する。
【０００７】
このように、従来法のJPEG 2000 Encoderを使用した場合、まず1フレーム分をメモリに保存し、ウェーブレット変換を行い、JPEG 2000 Encoderで圧縮している。この場合の問題点は、1フレームの画像サイズが大きくなればなるほどに保存するメモリ量が増えることである。圧縮するために必要なメモリ量が増えた場合、回路規模は必然的に大きくなり、エンコーダのチップを小型化するのが難しくなる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】URL：http://av.watch.impress.co.jp/docs/20081203/tzero.htm
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
H.264は数フレームを用いて圧縮するのに対して、JPEG 2000は１フレームのみで圧縮が可能であるが、しかし、JPEG 2000は、この１フレームをすべて保存するメモリが必要となる。
【００１０】
本発明は、ウェーブレット変換を用いる画像圧縮JPEG 2000を用いつつ、さらに、ウェーブレット変換の動作を考慮して（周波数拡張など）、１フレームを分割して動作させることにより、メモリを削減することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明のデジタル画像信号変換方法及び装置は、画像入力信号をメモリを介して画像圧縮部に入力して、該画像圧縮部でウェーブレット変換を行う。画像入力信号の前記メモリへの書き込みを制御するメモリ書き込み部と、画像入力信号の該メモリからの読み出しを制御するメモリ読み出し部と、前記メモリに書き込まれるピクセル数を計数するカウンタとを備える。このカウンタの計数に基づき、メモリ書き込み部が保存するメモリ番地、及びメモリ読み出し部が読み出すメモリ番地を決定し、かつ、カウンタの情報をメモリ呼び出し部に提供することで、該カウンタの計数が、ウェーブレット変換を行うために必要とするピクセル数になった時点で画像圧縮部への信号の出力を開始する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、HDMIとJPEG 2000のインタフェース技術が可能となり、従来よりも高画質なハイビジョンの無線伝送が可能となる。また、メモリの削減によりチップ化が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明のデジタル画像信号変換装置を例示する図である。
【図２】図１に例示のメモリへの書き込み及び読み出しを説明する図である。
【図３】ウェーブレット変換を説明する図である。
【図４】ウェーブレット変換のリフティング演算を説明する図である。
【図５】メモリ内部の動きについて説明する図である。
【図６】メモリを使い終わった次のサイクルについて説明する図である。
【図７】従来技術の無線技術による画像伝送装置の全体構成を示す図である。
【図８】従来技術の画像圧縮部（JPEG 2000 Encoder）による画像圧縮をさらに詳細に説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、例示に基づき本発明を説明する。図１は、本発明のデジタル画像信号変換装置を例示する図である。このようなデジタル画像信号変換装置は、図７を参照して前述したような無線技術による画像伝送装置において、HDMIとJPEG2000-CODEC間の信号変換つまりインターフェースのために用いることができる。図１に示すように、入力信号は、画像圧縮部（JPEG 2000 Encoder）に入力される前に、メモリに保存される。メモリは、そのメモリ容量を削減して、詳細は後述するように、３番目のピクセルがメモリに保存されたのと同時にコンポーネント変換、ウェーブレット変換を行う。JPEG 2000 Encoderのコンポーネント変換において、RGB信号からYCrCb信号へと変換を行う。水平方向のウェーブレット変換を行いメモリに保存する。垂直方向のウェーブレット変換を行いメモリに保存する。最後に、EBCOTアルゴリズムによって符号化を行ない、出力する。JPEG 2000 Encoder自体の動作は、通常のものである。
【００１５】
図２は、図１に例示のメモリへの書き込み及び読み出しを説明する図である。図において、メモリ書き込み部は、画像入力信号のメモリへの書き込みを制御し、メモリ読み出し部は、画像入力信号の該メモリからの読み出しを制御する。カウンタは、メモリに書き込まれるピクセルを計数する。入力信号（１クロックでRGB信号が入力されると仮定）はメモリ書き込み部によって、所定のメモリ番地に保存される。その際にはカウンタより現在、何ピクセル目を取得しているかの情報を得ることで適切なメモリ番地を選択する。また、カウンタの情報をメモリ読み出し部に提供することで、カウンタが、ウェーブレット変換のために使用するフィルターとウェーブレット変換を行うインデックスで決まる所定数（例えば、3）になった時点で読み出して、画像圧縮部（JPEG 2000 Encoder）に出力し、コンポーネント変換及びウェーブレット変換への信号の出力を開始する。メモリより呼び出す順番は後述する。
【００１６】
本発明の圧縮形式で使用されるウェーブレット変換を行うためには、ある程度（使用するフィルターによって異なる）のピクセルが必要となるため、再生機器からきたビデオ信号を保存するためにメモリが必要となる。また、２次元のウェーブレット変換には水平方向の後に垂直方向のウェーブレット変換を行うため、その垂直方向と水平方向の間に保存するメモリが必要となる。例示のJPEG 2000 Encoderを使用した場合、所定値（例えば、３）番目のピクセル（使用しているフィルターとウェーブレット変換を行うインデックスで異なる）がメモリに保存されたのと同時にコンポーネント変換、ウェーブレット変換を行うことで、もう既にウェーブレット変換を行う。これによって、必要がなくなったピクセルのメモリ番地に新しく入力信号として入力されたピクセルを保存することで必要なメモリを削減できる。
【００１７】
なお、受信側のJPEG 2000 Decoderについは従来どおりに復号可能である。
【実施例】
【００１８】
図３は、ウェーブレット変換を説明する図である。また、図４は、ウェーブレット変換のリフティング演算を説明する図である。通常、ウェーブレット変換は、図３に示すように、入力画像を高域フィルタ、低域フィルタにかけることで高域と低域に分ける。しかしながら、この概念をそのまま作成すると動作が遅くなるため、ウェーブレット変換を高速に行うためのリフティング演算をここでは使用する。リフティング演算による奇数インデックスは下記の式によって計算される。
【００１９】
【数１】
2011003958.tif 000003
【００２０】
これは高域通過フィルター出力を２：１ダウンサンプリングした信号に対応する。次にリフティング演算による偶数インデックスを奇数インデックスによって、下記の式より求める。
【００２１】
【数２】
2011003958.tif 000004
【００２２】
これは低域通過フィルター出力を２：１にダウンサンプリングした信号である。上記の２式を回路図で示すと図４のようになる。
【００２３】
ウェーブレット変換には可逆圧縮と非可逆圧縮があり、それぞれ圧縮の際の機能が異なる。本明細書の中では『9/7非可逆フィルター』で説明している。また、ウェーブレット変換では、フィルターを通した後の独立点を確立するために周波数拡張を必要とする。この場合は、３、２、１、１、２、３、４、５番目のピクセルを、コンポーネント変換を介してウェーブレット変換へ入力する。この拡張の個数は、使用しているフィルター（ウェーブレット変換には『9/7非可逆圧縮フィルター』と『5/3可逆フィルター』が存在する）とウェーブレット変換を行うインデックスで異なる。その対応表を表１に示す。9/7フィルターでインデックス１（奇数）である場合は、３番目のピクセルが保存された後に開始できる。３番目のピクセル、２番目のピクセル、１番目のピクセル、１番目のピクセル・・・と入力する。拡張を行うピクセル数はそれ以上でもかまわないが、その分メモリ量が増えることになる。拡張を必要最小限で済ませるためには、表１に従う形で拡張のための入力を行う。
【００２４】
【表１】
2011003958.tif 000005
【００２５】
図５は、メモリ内部の動きについて説明する図である。図示のメモリは、例えば、ハイビジョンサイズ（1920×1080）に用いられるものであって、１０８０列、２行の容量を有している。例えば、1列目1行目のピクセルを『1-1』と示している。入力開始は、3サイクル後としている。１列目の３番目のピクセルの入力が終了した時点からコンポーネント変換、ウェーブレット変換を開始する。入力の順番は、周波数拡張を考え、1-3、1-2、1-1、1-1、1-2、1-3、1-4、1-5・・・・という順番で１サイクル（クロック）ごとにメモリから出力し、コンポーネント変換を介してウェーブレット変換へ入力していく。この場合、1-3のコンポーネント変換への入力が終わった時点で入力開始から８サイクル目になっている（９クロック経過している）。
【００２６】
図６は、メモリ（を使い終わった）の全ての番地に映像機器などからメモリへの入力が終わった次のサイクルについて説明する図である。図６（Ａ）は、１０８０×２＝２１６０サイクル終了時に、メモリ（を使い終わった後）への入力が終わった後、最初の1列目1行目のピクセル『1-1』については、既にウェーブレット変換が行われており、保存しておく必要がないので、3-1のピクセルを挿入する。この状態が2161サイクルであり、これを、図６（Ｂ）に示している。次のサイクルからは順次挿入していき、また2-1080のピクセルが挿入されている場所まで挿入したあとは同様にしてまた3-1の場所から上書きしていく。以上のようなタイミングで行うことでメモリを削減する。
【図１】
2011003958.tif 000006
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2011003958.tif 000011
【図７】
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【図８】
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