JPH05227514A - サブバンド分割フィルタとサブバンド合成フィルタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、映像信号をサブバンド分割または
合成する回路を低速な論理素子で構成することを目的と
する。 【構成】 映像信号を水平、垂直の順にサブバンド分割
を行うサブバンド分割フィルタにおいて、水平サンプル
ごとに並列処理を行い、並べ替え手段２で垂直ラインご
との並列処理が行えるように映像信号を並べ替える。映
像信号を垂直、水平の順にサブバンド合成を行うサブバ
ンド合成フィルタにおいて、垂直ラインごとに並列処理
を行い、並べ替え手段７で水平サンプルごとの並列処理
が行えるように映像信号を並べ替える。 【効果】 並列処理と並べ替え手段を導入することで、
サブバンド分割フィルタとサブバンド合成フィルタを低
速な論理素子で構成することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、映像信号をディジタル
符号化して伝送または記録するときに用いられるサブバ
ンド分割フィルタとサブバンド合成フィルタに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、テレビジョンの高画質化が盛んに
行われている。そのひとつとして、高品位テレビジョン
の研究、開発が著しい（例えば、文献「文献特集高品位
テレビジョン」、テレビジョン学会誌第３６巻、第１０
号、１９８２年）。しかし、高品位テレビジョンの映像
信号は現行のテレビジョン方式と比べて大きい画像情報
量を持つために、効率良く伝送または記録するには、高
能率符号化の技術が不可欠とされている。

【０００３】高品位テレビジョン用の有効な高能率符号
化方式のひとつに、サブバンド符号化方式がある（例え
ば、文献「サブバンド外挿内挿予測符号化方式」、テレ
ビジョン学会全国大会予稿集、ｐｐ．４５７〜４５８，
１９８９年）。サブバンド符号化方式とは、Ｊ．Ｄ．ジ
ョンストンの提案するクワドラチュア・ミラー・フィル
タ（Quadrature Mirror Filter、以下、ＱＭＦという）
など（例えば、文献「ア・フィルタ・ファミリー・デザ
インド・フォー・ユース・イン・クワドラチュア・ミラ
ー・フィルタ・バンクス」（"A Filter Family for Use
in QuadratureFilter Banks" ｉｎ Ｐｒｏｃ． １
９８０ ＩＣＡＳＳＰ，ｐｐ．２９１〜２９４）によ
り、映像信号を複数の異なる周波数帯域に分割し、各々
の周波数帯域に適した符号化、量子化などを行う方式で
ある。サブバンド分割フィルタはこの複数の異なる周波
数帯域に分割するフィルタであり、サブバンド合成フィ
ルタは複数の異なる周波数帯域を合成するフィルタであ
る。

【０００４】以下図面を参照しながら、上述した従来の
映像信号のサブバンド分割フィルタとサブバンド合成フ
ィルタの一例について説明する。（図７）に従来のサブ
バンド分割フィルタとサブバンド合成フィルタのブロッ
ク図を示す。

【０００５】（図７）の（Ａ）のサブバンド分割フィル
タのブロック図において、２００は映像信号の入力端
子、２１０は画像の空間周波数領域の水平方向で分割す
る水平分割フィルタ、２１１、２１２は入力された映像
信号のサンプリング周期Ｔの２倍の周期２Ｔでダウンサ
ンプリングするスイッチ、２２０、２３０は垂直方向で
分割する垂直分割フィルタ、２２１、２２２、２３１、
２３２は１水平ラインの周期Ｔ_Hの２倍の周期２Ｔ_Hでダ
ウンサンプリングするスイッチ、２０１、２０２、２０
３、２０４は分割された映像信号の出力端子である。

【０００６】（図７）の（Ｂ）のサブバンド合成フィル
タのブロック図において、３０１、３０２、３０３、３
０４は分割された映像信号の入力端子、３１０、３２０
は画像の空間周波数領域の垂直方向で合成する垂直合成
フィルタ、３１１、３１２、３２１、３２２は周期Ｔ_H
でアップサンプリングするスイッチ、３３０は水平方向
で合成する水平合成フィルタ、３３１、３３２は周期Ｔ
でアップサンプリングするスイッチ、３００は合成され
た映像信号の出力端子である。

【０００７】以上のように構成された従来のサブバンド
分割フィルタとサブバンド合成フィルタついて、以下、
（図７）、（図８）及び（図９）を用いて、その動作に
ついて説明する。はじめに、従来のサブバンド分割フィ
ルタについて（図７）の（Ａ）を用いて説明する。

【０００８】入力端子２００に与えられた映像信号は、
最初に水平分割フィルタ２１０によって画像の空間周波
数領域の水平方向で２つの帯域に分割される。すなわ
ち、画像の水平方向の低域成分（以下、Ｌ成分という）
と高域成分（以下、Ｈ成分という）の２つの帯域に分割
され、スイッチ２１１、２１２でダウンサンプリングさ
れる。その後、Ｌ成分とＨ成分はそれぞれ、垂直分割フ
ィルタ２２０、２３０によって画像の空間周波数領域の
垂直方向で２つの帯域に分割され、スイッチ２２１、２
２２、２３１、２３２でダウンサンプリングされた後、
ＬＬ成分、ＬＨ成分、ＨＬ成分、ＨＨ成分となり、それ
ぞれ、出力端子２０１、２０２、２０３、２０４に出力
される。

【０００９】分割された帯域の概念図を（図８）に示
す。（図８）において、横軸は画像の空間周波数領域の
水平周波数、縦軸は垂直周波数であり、映像信号はこの
平面上で４つの領域に分割される。すなわち、水平方向
の低域で、かつ垂直方向の低域の成分（以下、ＬＬ成分
という）と、水平方向の低域で、かつ垂直方向の高域の
成分（以下、ＬＨ成分という）と、水平方向の高域で、
かつ垂直方向の低域の成分（以下、ＨＬ成分という）
と、水平方向の高域で、かつ垂直方向の高域の成分（以
下、ＨＨ成分という）の４つの成分に分割される。

【００１０】以上のように帯域分割された映像信号を
（図９）に示す。（図９）において、６００は映像フィ
ールド、６０１は（図７）の（Ａ）のサブバンド分割フ
ィルタの出力端子２０１、２０２、２０３、２０４に各
々出力される、サブバンド分割された映像信号である。
サブバンド分割フィルタの入力端子２００に入力された
映像信号は、（図９）の格子点の画素すべてを含むが、
出力端子２０１、２０２、２０３、２０４に各々出力さ
れる映像信号は、水平方向にダウンサンプリングされて
水平方向に半分の画素数、垂直方向にダウンサンプリン
グされて垂直方向に半分の画素数になっている。

【００１１】次に、従来のサブバンド合成フィルタにつ
いて（図７）の（Ｂ）を用いて説明する。帯域分割され
た映像信号のＬＬ成分、ＬＨ成分、ＨＬ成分、ＨＨ成分
はそれぞれ、入力端子３０１、３０２、３０３、３０４
に与えられる。ＬＬ成分とＬＨ成分は、スイッチ３１
１、３１２でアップサンプリングされた後、垂直合成フ
ィルタ３１０により画像の空間周波数領域の垂直方向で
合成され、Ｌ成分が得られる。ＨＬ成分とＨＨ成分は、
スイッチ３２１、３２２でアップサンプリングされた
後、垂直合成フィルタ３２０により合成され、Ｈ成分が
得られる。次に、Ｌ成分とＨ成分は、スイッチ３３１、
３３２でアップサンプリングされた後、水平合成フィル
タ３３０により水平方向で合成され、合成された映像信
号が出力端子３００に得られる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の構
成では、分割フィルタではフィルタリングの後にダウン
サンプリングし、また、合成フィルタではフィルタリン
グの前にアップサンプリングするので、フィルタの動作
速度について以下の条件が必要になる。水平分割フィル
タ２１０は入力される全てのサンプルについて、次のサ
ンプルが入力されるまでにフィルタリング演算を終了す
る必要があり、同様に、垂直分割フィルタ２２０、２３
０は、水平分割フィルタ２１０の後にダウンサンプリン
グされて、２分の１のサンプル数になった映像信号につ
いて、次のサンプルが入力されるまでにフィルタリング
演算が終了する必要がある。すなわち、サブバンド分割
フィルタにおいて、水平分割に必要なフィルタリング演
算は、入力された映像信号のサンプリング周期以内に完
了する必要があり、垂直分割に必要なフィルタリング演
算でもサンプリング周期の２倍の時間以内に完了する必
要がある。また、サブバンド合成フィルタにおいても同
様に、垂直合成ではサンプリング周期の２倍の時間以内
に、水平合成ではサンプリング周期以内に完了する必要
がある。

【００１３】特に、高品位テレビジョンの映像信号を対
象としたサブバンド分割フィルタとサブバンド合成フィ
ルタでは、サンプリング周期が短いために、各フィルタ
リング演算には非常に高速な信号処理が要求される。し
たがって、この高速信号処理を実現するには、一般に消
費電力が大きいためＩＣ化に適さない高速の論理素子を
用いなければならず、この高速の論理素子を用いた回路
の削減が課題であった。

【００１４】本発明は以上の課題に鑑み、高速信号処理
を行う回路を用いずに、それと同じ信号処理を低速な信
号処理回路で実現する、サブバンド分割フィルタとサブ
バンド合成フィルタを提供するものである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明のサブバンド分割フィルタは、映像信号の水
平方向のｎ個（ｎ≧２）の標本点を処理単位として画像
の空間周波数領域の水平方向で複数の周波数帯域に分割
して各周波数帯域ごとにｎ個の標本点を並列に出力する
第１の帯域分割フィルタと、映像信号のｍ個（ｍ≧２）
の標本ラインを処理単位として画像の空間周波数領域の
垂直方向で複数の周波数帯域に分割する第２の帯域分割
フィルタと、水平方向のｎ個の標本点をｍ個の標本ライ
ンに並べ替える並べ替え手段を具備する。

【００１６】また、本発明のサブバンド合成フィルタ
は、画像の空間周波数領域で複数の周波数帯域に分割さ
れた映像信号を入力とし、映像信号のｍ個（ｍ≧２）の
標本ラインを処理単位として画像の空間周波数領域の垂
直方向で帯域合成する第１の帯域合成フィルタと、映像
信号の水平方向のｎ個（ｎ≧２）の標本点を並列に入力
し、そのｎ個の標本点を処理単位として画像の空間周波
数領域の水平方向で帯域合成する第２の帯域合成フィル
タと、ｍ個の標本ラインを水平方向のｎ個の標本点に並
べ替える並べ替え手段を具備する。

【００１７】

【作用】上記した構成により、本発明のサブバンド分割
フィルタでは、画像の水平方向で帯域分割する帯域分割
フィルタから並べ替え手段へ出力される映像信号は、ダ
ウンサンプリングのために半分のレートになるのに加え
て、この帯域分割フィルタは画像の水平方向のｎ個のフ
ィルタリング結果を並列に出力するため、結局もとの２
ｎ分の１のレートになる。すなわち、映像信号のサンプ
リング周期Ｔの２ｎ倍の時間２ｎＴごとになる。そし
て、時間２ｎＴごとに並べ替え手段に並列に入力された
画像の水平方向のｎ個の映像信号は、時間２ｍＴごとに
画像の垂直方向のｍ個が並列に出力され、画像の垂直方
向で帯域分割する帯域分割フィルタに入力される。

【００１８】同様に、本発明のサブバンド合成フィルタ
では、画像の垂直方向で帯域合成する帯域合成フィルタ
から並べ替え手段へ出力される映像信号は、画像の垂直
方向にｍ個の映像信号であり、時間２ｍＴごとに並列に
出力される。そして、並べ替え手段に入力された映像信
号は、時間２ｎＴごとに画像の水平方向のｎ個が並列に
出力され、画像の水平方向で帯域合成する帯域合成フィ
ルタに入力される。

【００１９】以上のように映像信号の処理時間が時間２
ｎＴまたは２ｍＴごとになることで、並列処理フィルタ
リングのアルゴリズムを採用でき、サブバンド分割フィ
ルタまたはサブバンド合成フィルタが低速な信号処理回
路で実現可能になる。

【００２０】

【実施例】以下、本発明の一実施例のサブバンド分割フ
ィルタとサブバンド合成フィルタについて、図面を参照
しながら説明する。（図１）に本実施例のサブバンド分
割フィルタとサブバンド合成フィルタのブロック図を示
す。

【００２１】（図１）の（Ａ）のサブバンド分割フィル
タのブロック図において、１０は映像信号の入力端子、
１は水平分割フィルタ、２は映像信号の並べ替え手段、
３、４は垂直分割フィルタ、１１、１２、１３、１４は
分割された映像信号の出力端子である。（図１）の
（Ｂ）のサブバンド合成フィルタのブロック図におい
て、２１、２２、２３、２４は符号化された映像信号の
入力端子、５、６は垂直合成フィルタ、７は映像信号の
並べ替え手段、８は水平合成フィルタ、２０は合成され
た映像信号の出力端子である。

【００２２】以上のように構成された本実施例のサブバ
ンド分割フィルタとサブバンド合成フィルタについて、
以下、（図１）、（図２）、（図３）、（図４）、（図
５）及び（図６）を用いて、その動作を説明する。はじ
めに、（図１）の（Ａ）のサブバンド分割フィルタにつ
いて説明する。

【００２３】まず、入力端子１０に与えられた映像信号
は、最初に水平分割フィルタ１によって画像の空間周波
数領域の水平方向で２つの帯域に分割され、Ｌ成分とＨ
成分が得られる。ここで、水平分割フィルタ１の構成の
説明のために、アルゴリズムを式を用いて説明する。映
像信号をｘ、水平フィルタリングに用いる水平分割フィ
ルタのタップ数Ｎを、Ｎ＝４Ｎ’(N'=１,２,３,・・
・)、フィルタ係数をｈ₀,ｈ₁,・・・,ｈ_N-1 、画像の符
号化領域の水平画素数Ｐを、Ｐ＝４Ｐ’（P'=１,２,３,
・・・）とすると、低域通過フィルタと高域通過フィル
タの出力Ｌ，出力Ｈは、ＦＩＲフィルタの性質を考慮す
ると、それぞれ以下の（数１）（数２）となる。

【００２４】

【数１】

【００２５】

【数２】

【００２６】ここで、添字ｊは水平方向の画素番号を表
し、ｊ＝０，１，・・・，Ｐ／２−１である。ダウンサ
ンプリングのために画素数は半分になっている。（数
１）と（数２）をそれぞれ２項に分解すると、以下の
（数３）（数４）となる。

【００２７】

【数３】

【００２８】

【数４】

【００２９】次に、（数３）と（数４）をそれぞれｊ＝
２ｊ’（ｊ’＝０，１，・・・，Ｐ／４−１）、すなわ
ち偶数番目のサンプル（以下、偶数サンプルという）の
ときと、ｊ＝２ｊ’＋１、すなわち奇数番目のサンプル
（以下、奇数サンプルという）のときの２つの場合に分
けて考え、４項に分解すると、以下の（数５）、（数
６）、（数７）、（数８）となる。

【００３０】

【数５】

【００３１】

【数６】

【００３２】

【数７】

【００３３】

【数８】

【００３４】すなわち、（数５）、（数６）、（数
７）、（数８）において、相異なる８項の積和項が現
れ、それぞれの積和項は（Ｎ／４）項の加算結果とな
る。

【００３５】偶数サンプルのＬ，Ｈの計算には連続する
４個の映像信号ｘを、奇数サンプルのＬ，Ｈの計算には
それより２画素ずれた４個の映像信号を用いた、フィル
タ係数との積和計算でフィルタリング結果が得られる。
ここで、２：１のダウンサンプリング後の２サンプル分
の両成分が求められることを考慮すれば、Ｌ成分とＨ成
分の計算に必要な、この相異なる８項の計算を８個の処
理単位（フィルタ）で独立に計算するとき、時間４Ｔ以
内に各々（Ｎ／４）項の積和計算が完了すればよいこと
になる。ここで、時間Ｔは入力された映像信号のサンプ
リング周期である。

【００３６】以上の（数５）、（数６）、（数７）、
（数８）のフィルタリングを実現する回路の一例のブロ
ック図を（図２）に示す。（図２）において、３０は映
像信号の入力端子、４０はシフトレジスタ、４１、４
２、４３、４４、４５、４６、４７、４８は周期４Ｔで
同時に開閉するスイッチ、４９、５０、５１、５２、５
３、５４、５５、５６はフィルタ、５７、５８、５９、
６０、６１、６２、６３、６４は演算器、３１、３２、
３３、３４は分割された映像信号の出力端子である。

【００３７】入力端子３０に与えられた映像信号は、シ
フトレジスタ４０に次々と入力され、シフトレジスタ４
０の出力には、過去６画素の値が得られる。これは、一
番古い方の４画素を用いて偶数サンプルのフィルタリン
グ結果Ｌ，Ｈの計算を行い、新しい方の４画素を用いて
奇数サンプルのＬ，Ｈの計算を行うためである。そし
て、この６画素の値はスイッチ４１、４２、４３、４
４、４５、４６、４７、４８で４：１のダウンサンプリ
ングが行われ、フィルタ４９、５０、５１、５２、５
３、５４、５５、５６に入力される。ここで、フィルタ
４９は（数５）の第１項に、フィルタ５０は（数６）の
第２項に、フィルタ５１は（数５）の第３項に、フィル
タ５２は（数６）の第４項に、また、フィルタ５３は
（数７）の第１項に、フィルタ５４は（数８）の第２項
に、フィルタ５５は（数７）の第３項に、フィルタ５６
は（数８）の第４項に対応する。

【００３８】次に、フィルタ４９、５１の結果は演算器
５７で、フィルタ５０、５２の結果は演算器５８で、ま
た、フィルタ５３、５５の結果は演算器５９で、フィル
タ５４、５６の結果は演算器６０で加算される。また、
演算器５７、５８の結果は演算器６１で加算され、これ
は水平方向の偶数サンプルの低域出力（以下、Ｌｅｓと
いう）になる。演算器５７、５８の結果は演算器６２で
減算され、これは水平方向の偶数サンプルの高域出力
（以下、Ｈｅｓという）になる。

【００３９】同様に、演算器５９、６０の結果は演算器
６３で加算され、これは水平方向の奇数サンプルの低域
出力（以下、Ｌｏｓという）になる。演算器５９、６０
の結果は演算器６４で減算され、これは水平方向の奇数
サンプルの高域出力（以下、Ｈｏｓという）になる。以
上の演算器５７、５８、５９、６０、６１、６２、６
３、６４による処理は、（数５）、（数６）、（数
７）、（数８）の各積和項どうしの演算に対応する。以
上のようにして，Ｌ成分としてＬｅｓ、Ｌｏｓが、Ｈ成
分としてＨｅｓ、Ｈｏｓが得られる。

【００４０】次に、（図１）の（Ａ）に戻って、サブバ
ンド分割フィルタの説明を続ける。水平分割フィルタ１
により得られたＬ成分とＨ成分は、後の垂直フィルタリ
ングが容易に行えるように、並べ替え手段２で映像信号
の並べ替えが行われる。この並べ替え手段２の動作を、
（図４）を用いて説明する。

【００４１】（図４）において、１００は映像フィール
ドである。並べ替え手段２では、水平方向の時系列とし
て同時に得られる、偶数サンプルと奇数サンプルの水平
フィルタリング結果の対、（Ｌｅｓ，Ｌｏｓ）を、２ラ
イン分のＬｅｓの対とＬｏｓの対を交互に出力するよう
に並べ替える。たとえば、（図４）において、２ｋライ
ン目の水平フィルタリング結果を添字の２ｋで表すよう
に書くと、（Ｌ_2k,0，Ｌ_2k,1），（Ｌ_2k,2，Ｌ_2k,3），
・・・，（Ｌ_2k,P/2-4，Ｌ_2k,P/2-3），（Ｌ_2k,P/2-2，
Ｌ_2k,P/2-1），（Ｌ_2k+1,0，Ｌ_2k+1,1），・・・・・・
・・，（Ｌ_2k+1,P/2-2，Ｌ_2k+1,P/2-1）という具合に時
間２Ｔ_Hの間に入力されるフィルタリングの結果対を、
（Ｌ_2k,0，Ｌ_2k+1,0），（Ｌ_2k,1，Ｌ_2k+1,1），・・
・，（Ｌ_2k,P/2-2，Ｌ_2k+1,P/2-2），（Ｌ_2k,P/2-1，Ｌ
_2k+1,P/2-1）という具合に時間２Ｔ_Hかけて出力する。
以上はＬ成分について述べたが、Ｈ成分についても同様
で、対（Ｈｅｓ，Ｈｏｓ）を、２ライン分のＨｅｓの対
とＨｏｓの対を交互に出力するように並べ替える。以
後、並べ替えられた後の低域のフィルタリング結果の偶
数ラインＬ_2k,i（ｉ＝０,１,・・,P/2-1） をＬｅｌ、
奇数ラインＬ_{2 k+1,i}をＬｏｌと書く。同様に、高域のフ
ィルタリング結果の偶数ラインをＨｅｌ、奇数ラインを
Ｈｏｌと書く。

【００４２】以上のように、各帯域の偶数サンプルと奇
数サンプルの対で入力された映像信号は、偶数ラインと
奇数ラインの対で出力される。入力される映像データは
ラスタスキャンされているので、垂直フィルタでは水平
フィルタと違って時間２Ｔごとにフィルタリングの対象
となる映像データが変化する。しかし、以上で述べた映
像データの並べ替えを行うことで、時間４Ｔごとにフィ
ルタリングの対象となる映像データが変化する。

【００４３】再び、（図１）の（Ａ）に戻って、サブバ
ンド分割フィルタの説明を続ける。並べ替え手段２で並
べ替えられたＬ成分とＨ成分は、それぞれ垂直分割フィ
ルタ３、４によって画像の空間周波数領域の垂直方向で
それぞれ２つの帯域に分割され、ＬＬ成分、ＬＨ成分、
ＨＬ成分、ＨＨ成分が得られる。ここで、垂直分割フィ
ルタ３、４の構成の説明のために、フィルタリングのア
ルゴリズムを式を用いて説明する。映像信号をｘ、垂直
フィルタリング処理に用いる垂直分割フィルタのタップ
数Ｍを Ｍ＝２Ｍ’(Ｍ’＝１,２,３,・・・)、 フィルタ係数をｈ' ₀,ｈ' ₁,・・・,ｈ' _M-1 、画像の
符号化領域の垂直画素数Ｑを、Ｑ＝２Ｑ’（Ｑ’＝１,
２,３,・・・）とすると、低域通過フィルタと高域通過
フィルタの出力Ｌ，出力Ｈは、ＦＩＲフィルタの性質を
考慮すると、それぞれ、（数９）（数１０）となる。

【００４４】

【数９】

【００４５】

【数１０】

【００４６】ここで添字ｊは垂直方向の画素番号を表
し、ｊ＝０，１，・・・，Ｑ／２−１である。ダウンサ
ンプリングのため画素数は半分になっている。垂直分割
フィルタにＱＭＦを用いると、ＱＭＦのフィルタ係数の
対称性、すなわち、

【００４７】

【数１１】

【００４８】より、（数９）と（数１０）を分解すると
それぞれ、

【００４９】

【数１２】

【００５０】

【数１３】

【００５１】となる。すなわち、（数１２）と（数１
３）において、それぞれＭ／２項の積和計算が現れる。
（数１２）では映像信号の和、（数１３）では映像信号
の差の項が現れているが、この２つの映像信号ｘは必ず
偶数ラインと奇数ラインの対になっている。

【００５２】以上の（数１２）と（数１３）のフィルタ
リングを実現する回路の一例のブロック図を（図５）に
示す。（図５）において、１５０、１５１は、映像信号
の入力端子、１６０、１６１、１６２、１６３、１６
４、１６５、１６６、１６７、１６８、１６９は、時間
２Ｔ_H の遅延素子、１８０、１８１、１８２、１８３、
１８４、１８５、１８６、１８７、１８８、１８９は乗
算器、１７０、１７１、１７２、１７３、１７４、１７
５、１７６、１７７、１７８、１７９は演算器、１９
０、１９１、１９２、１９３、１９４、１９５、１９
６、１９７は加算器、１５２、１５３はフィルタの出力
端子である。

【００５３】入力端子１５０には偶数ラインＬｏｌ、入
力端子１５１には奇数ラインＬｅｌの映像信号が与えら
れ、これらと、遅延素子１６０、１６１、１６２、１６
３、１６４、１６５、１６６、１６７、１６８、１６９
により得られた過去（Ｍ−１）ラインの値が、演算器１
７０、１７１、１７２、１７３、１７４では加算、演算
器１７５、１７６、１７７、１７８、１７９では減算さ
れる。この加算または減算は、それぞれ（数１２）と
（数１３）の映像信号どうしの加算または減算に対応
し、加算または減算される値の対は、現在のラインと一
番古いライン、そして、１つ前のラインと２番目に古い
ライン、・・・という具合になっている。

【００５４】以上の演算器１７０、１７１、１７２、１
７３、１７４で得られた結果は、乗算器１８０、１８
１、１８２、１８３、１８４で乗算され、それらの結果
は演算器１９０、１９１、１９２、１９３ですべて加算
され、低域通過フィルタの結果として出力端子１５２に
出力される。

【００５５】一方、演算器１７５、１７６、１７７、１
７８、１７９で得られた結果は、乗算器１８５、１８
６、１８７、１８８、１８９で乗算され、それらの結果
は演算器１９４、１９５、１９６、１９７ですべて加算
され、高域通過フィルタの結果として出力端子１５３に
出力される。以上のようにして、垂直方向の低域成分と
高域成分が得られる。

【００５６】（図１）の（Ａ）に戻って、サブバンド分
割フィルタの説明を続ける。垂直分割フィルタ３で得ら
れた低域の映像信号はＬＬ成分に、高域はＬＨ成分に対
応する。また、垂直分割フィルタ４で得られた高域の映
像信号はＬＨ成分に、高域成分はＨＨ成分に対応する。
これらＬＬ成分、ＬＨ成分、ＨＬ成分、ＨＨ成分は、そ
れぞれ出力端子１１、１２、１３、１４に出力される。

【００５７】では次に、（図１）の（Ｂ）のサブバンド
合成フィルタについて説明する。まず、入力端子２１、
２２にそれぞれ与えられた映像信号のＬＬ成分、ＬＨ成
分は垂直合成フィルタ５に入力され、Ｌ成分の偶数ライ
ンＬｅｌと奇数ラインＬｏｌが得られる。また、入力端
子２３、２４にそれぞれ与えられたＨＬ成分、ＨＨ成分
は、垂直合成フィルタ６に入力され、Ｈ成分の偶数ライ
ンＨｅｌと奇数ラインＨｏｌが得られる。

【００５８】ここで、垂直分割フィルタ５、６の構成の
説明のために、フィルタリングのアルゴリズムを式を用
いて説明する。Ｌ成分の合成とＨ成分の合成は同じ手順
のため、以下ではＬ成分のみ、すなわち垂直合成フィル
タ５について説明する。一般に、垂直合成フィルタに用
いる低域通過フィルタと高域通過フィルタの係数は、垂
直分割フィルタで用いたものと同一のものを用いる。そ
こで、映像信号をｘ、垂直フィルタリング処理に用いる
垂直合成フィルタのタップ数Ｍを、Ｍ＝２Ｍ’（Ｍ’＝
１,２,３,・・・）、フィルタ係数をｈ' ₀,ｈ' ₁,・・
・,ｈ' _M-1 、画像の符号化領域の垂直画素数Ｑを、Ｑ
＝２Ｑ’（Ｑ’＝１,２,３,・・・)とする。

【００５９】低域通過フィルタによるフィルタリングの
結果Ｌは、ＵをＬＬ成分、ＶをＬＨ成分とすると、偶数
ライン時（Ｌｅｌ）と奇数ライン時（Ｌｅｌ）ではそれ
ぞれ、

【００６０】

【数１４】

【００６１】

【数１５】

【００６２】となる。ここで、Ｌの添字ｊ＝２ｎ，２ｎ
＋１は、垂直方向の画素番号を表し、ｊ＝０，１，・・
・，Ｑ／２−１であり、右辺の要素０はアップサンプリ
ング時に挿入された値である。

【００６３】（数１４）、（数１５）より、

【００６４】

【数１６】

【００６５】

【数１７】

【００６６】となる。同様に、高域通過フィルタによる
フィルタリングの結果Ｈは、偶数ライン時（Ｈｅｌ）と
奇数ライン時（Ｈｏｌ）ではそれぞれ、

【００６７】

【数１８】

【００６８】

【数１９】

【００６９】となる。したがって、参考文献「アプリケ
ーション・オブ・クワドラチュア・フィルターズ・トゥ
・スプリット・バンド・ボイス・コーディング・スキー
ムズ」（ "Application Of Quadrature Mirror Filter
s To Split Band Voice CodingSchemes"、ｉｎ Ｐｒｏ
ｃ．１９７７ ＩＣＡＳＳＰ，ｐｐ．１９１〜１９５）
より、

【００７０】

【数２０】

【００７１】

【数２１】

【００７２】となる関係がある。ここで、ｘは合成され
た映像信号であり、ｘの添字ｊ＝２ｎ，２ｎ＋１は垂直
方向の画素番号を表し、ｊ＝０，１，・・・，Ｑ−１で
ある。

【００７３】（数２０）、（数２１）より、それぞれの
右辺を２倍することで映像信号が得られる。すなわち、
フィルタリング結果ＬとＨの和と差より映像信号の偶数
ラインと奇数ラインの値が求められる。以上の（数２
０）と（数２１）のフィルタリングを実現する回路の一
例のブロック図を（図６）に示す。（図６）において、
７００、７０１は映像信号の入力端子、７１０、７１
１、７１２、７１３、７１４、７１５、７１６は時間２
Ｔ_H の遅延素子、７２０、７２１、７２２、７２３、７
２４、７２５、７２６、７２７は演算器、７３０、７３
１、７３２、７３３、７３４、７３５、７３６、７３
７、７５０、７５１は乗算器、７４０、７４１、７４
２、７４３、７４４、７４５は加算器、７０２、７０３
はフィルタの出力端子である。

【００７４】入力端子７００、７０１にはそれぞれＬＬ
成分、ＬＨ成分が入力され、これらと遅延素子７１０、
７１１、７１２、７１３、７１４、７１５、７１６によ
り得られた過去（Ｍ−１）ラインの値が、演算器７２
０、７２１、７２２、７２３では加算、演算器７２４、
７２５、７２６、７２７では減算される。この加算また
は減算は、それぞれ（数２０）と（数２１）の成分どう
し（ＵとＶ）の加算または減算に対応し、加算または減
算される値の対は、現在のラインどうし、１つ前のライ
ンどうし、・・・という具合になっている。

【００７５】演算器７２０、７２１、７２２、７２３で
得られた結果は、乗算器７３０、７３１、７３２、７３
３で乗算され、その結果は加算器７４０、７４１、７４
２ですべて加算され、乗算器７５０で２倍の乗算が行わ
れて、出力端子７０３に偶数ラインの低域Ｌｅｌが出力
される。一方、演算器７２４、７２５、７２６、７２７
で得られた結果は、乗算器７３４、７３５、７３６、７
３７で乗算され、その結果は加算器７４３、７４４、７
４５ですべて加算され、乗算器７５１で２倍の乗算が行
われて、奇数ラインの低域Ｌｏｌが出力端子７０２に出
力される。以上のようにして、垂直方向の合成が行わ
れ、Ｌ成分のＬｅｌとＬｏｌが得られるが、同様な構成
で、Ｈ成分もＨｅｌとＨｏｌが得られる。

【００７６】垂直合成フィルタ５、６により得られたＬ
成分とＨ成分は、後の水平フィルタリングが行えるよう
に、並べ替え手段７で映像信号の並べ替えが行われる。
この並べ替え手段７の動作は、並べ替え手段５とちょう
ど反対であり、（図４）を用いて説明する。

【００７７】並べ替え手段７では、垂直フィルタリング
の結果同時に得られる垂直方向の偶数ラインと奇数ライ
ンの２ライン分の映像信号の対（Ｌｅｌ，Ｌｏｌ）を、
水平方向の時系列である偶数サンプルと奇数サンプルの
対（Ｌｅｓ，Ｌｏｓ）が同時に得られるように並べ替え
る。例えば（図５）において、（Ｌ_2k,0，Ｌ_2k+1,0），
（Ｌ_2k,1，Ｌ_2k+1,1），・・・・・・・・・，（Ｌ
_2k,P/2-2，Ｌ_2k+1,P/2-2），（Ｌ_2k,P/2-1，Ｌ
_2k+1,P/2-1）という具合に、時間２Ｔ_Hの間に入力され
る映像信号対を、（Ｌ_2k,0，Ｌ_2k,1），（Ｌ_2k,2，Ｌ
_2k,3），・・・・・，（Ｌ_{2k,P /2-4}，Ｌ_2k,P/2-3），
（Ｌ_2k,P/2-2，Ｌ_2k,P/2-1），（Ｌ_2k+1,0，
Ｌ_2k+1,1），・・・・・，（Ｌ_2k+1,P/2-2，Ｌ
_2k+1,P/2-1）という具合に時間２Ｔ_Hかけて出力する。
以上はＬ成分について述べたが、Ｈ成分についても同様
で、対（Ｈｅｌ，Ｈｏｌ）から対（Ｈｅｓ，Ｈｏｓ）が
同時に得られるように並べ替える。

【００７８】再び、（図２）に戻ってサブバンド合成フ
ィルタの説明を続ける。並べ替え手段７で並べ替えられ
たＬ成分とＨ成分は、水平合成フィルタ８によって画像
の空間周波数領域の水平方向で合成され、合成された映
像信号が出力端子２０に出力される。ここで、水平合成
フィルタ８の構成の説明のために、アルゴリズムを数式
を用いて説明する。一般に、水平合成フィルタに用いる
フィルタは、水平分割で用いたものと同一のものを用い
る。

【００７９】そこで、映像信号をｘ、水平フィルタリン
グ処理に用いる水平合成フィルタのタップ数Ｎを、Ｎ＝
４Ｎ’（Ｎ’＝１,２,３,・・・）、フィルタ係数を、
ｈ₀,ｈ₁,・・・,ｈ_N-1 、画像の符号化領域の水平画素
数Ｐを、Ｐ＝４Ｐ’（Ｐ’＝１,２,３,・・・）とす
る。低域通過フィルタによるフィルタリングの結果Ｌ
は、

【００８０】

【数２２】

【００８１】

【数２３】

【００８２】

【数２４】

【００８３】

【数２５】

【００８４】となる。ここで、要素０はアップサンプリ
ング時に挿入された値である。同様に、高域通過フィル
タによるフィルタリングの結果Ｈは、

【００８５】

【数２６】

【００８６】

【数２７】

【００８７】

【数２８】

【００８８】

【数２９】

【００８９】となる。したがって、

【００９０】

【数３０】

【００９１】

【数３１】

【００９２】

【数３２】

【００９３】

【数３３】

【００９４】となる。ここで、（数３０）、（数３
１）、（数３２）、（数３３）がそれらの左辺と等しい
ことは、垂直合成フィルタの時と同じである。

【００９５】Ｌ成分とＨ成分の和と差より、４個の連続
した時系列の復号化された映像信号が得られる。ここ
で、（数３０）、（数３１）、（数３２）、（数３３）
において、相異なる８項の積和項中の加減算に現れるＬ
成分（Ｕ）とＨ成分（Ｖ）どうしの画素番号は同じであ
り、それぞれ連続する４個の成分になっている。ここ
で、１：４のアップサンプリング後の４サンプル分の映
像データが求められることを考慮すれば、４サンプル分
の映像データの計算に必要なこの相異なる８項の計算
を、８個の処理単位（フィルタ）で独立に計算すると
き、時間４Ｔ以内に各々、（Ｎ／４）項の積和計算が完
了すればよいことになる。ここで、時間Ｔは出力される
映像信号のサンプリング周期である。

【００９６】以上の（数３０）、（数３１）、（数３
２）、（数３３）のフィルタリングを実現する回路の一
例のブロック図を（図３）に示す。（図３）において、
７０、７１、７２、７３は映像信号の入力端子、７９、
８０、８１は時間Ｔの遅延素子、８２、８３、８４、８
５、８６、８７、８８、８９は、フィルタ、７５、７
６、７７、７８、９０、９１、９２、９３は演算器、９
４はシフトレジスタ、７４は復号化された映像信号の出
力端子である。

【００９７】入力端子７０、７１にそれぞれ与えられた
映像信号Ｌｅｓ、Ｈｅｓは、演算器７５、７６でそれぞ
れ加減算され、入力端子７２、７３にそれぞれ与えられ
た映像信号Ｌｏｓ、Ｈｏｓは演算器７７、７８でそれぞ
れ加減算される。演算器７５、７６、７７、７８の出力
はそれらの値と遅延素子７９、８０、８１で時間Ｔだけ
遅延された値とともに、フィルタ８２、８３、８４、８
５、８６、８７、８８、８９に入力される。ここで、
（数３０）の第１項がフィルタ８２に、第２項がフィル
タ８６に、（数３１）の第１項がフィルタ８８に、第２
項がフィルタ８４に、（数３２）の第１項がフィルタ８
７に、第２項がフィルタ８３に、（数３３）の第１項が
フィルタ８５に、第２項がフィルタ８９に対応する。

【００９８】次に、フィルタ８２、８６の結果は演算器
９０で、フィルタ８４、８８の結果は演算器９１で、フ
ィルタ８３、８７の結果は演算器９２で、フィルタ８
５、８９の結果は演算器９３で、それぞれ加算され２倍
の乗算が行われる。この加算器９０、９１、９２、９３
による処理は、（数３０）、（数３１）、（数３２）、
（数３３）の各積和項どうしの演算に対応する。演算器
９０、９１、９２、９３の結果はシフトレジスタ９４に
入力され、この順番で出力端子７４から出力される。こ
のようにして、復号化された映像信号が得られる。

【００９９】以上のように、水平方向の処理を２並列
で、垂直方向の処理も２並列で処理することにより、映
像データの処理が時間４Ｔごとにすることができる。な
お、以上で水平方向と垂直方向の処理を２並列で行った
が、２以上で行っても良い。

【０１００】

【発明の効果】以上のように本発明のサブバンド分割フ
ィルタは、画像の水平方向のｎ個の標本点を処理単位と
して画像の水平方向で帯域分割した各周波数帯域ごとに
ｎ個のフィルタリング結果を並列に出力する帯域分割フ
ィルタと、画像の垂直方向のｍ個の標本点を処理単位と
する画像の垂直方向の帯域分割フィルタと、画像の水平
方向のｎ個の標本点を垂直方向のｍ個の標本点に並べ替
える並べ替え手段を具備することにより、映像信号の処
理時間が時間２ｎＴまたは時間２ｍＴごとになり、並列
処理フィルタリングのアルゴリズムを採用することで、
サブバンド分割フィルタが低速な信号処理回路で実現可
能になる。

【０１０１】また、本発明のサブバンド合成フィルタ
は、画像の垂直方向のｍ個の標本点を処理単位として垂
直方向で帯域合成する帯域合成フィルタと、画像の水平
方向のｎ個の標本点を処理単位として水平方向で帯域合
成する帯域合成フィルタと、画像の垂直方向のｍ個の標
本点を水平方向のｎ個の標本点に並べ替える並べ替え手
段を具備することにより、映像信号の処理時間が時間２
ｎＴまたは時間２ｍＴごとになり、並列処理フィルタリ
ングのアルゴリズムを採用することで、サブバンド合成
フィルタが低速な信号処理回路で実現可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）本発明の一実施例におけるサブバンド分
割フィルタを示すブロック図 （Ｂ）本発明の一実施例におけるサブバンド合成フィル
タを示すブロック図

【図２】（図１）における水平分割フィルタの詳細を示
すブロック図

【図３】（図１）における水平合成フィルタの詳細を示
すブロック図

【図４】（図１）における並べ替え手段の動作の説明図

【図５】（図１）における垂直分割フィルタの詳細を示
すブロック図

【図６】（図１）における垂直合成フィルタの詳細を示
すブロック図

【図７】（Ａ）従来のサブバンド分割フィルタの構成を
示すブロック図 （Ｂ）従来のサブバンド合成フィルタの構成を示すブロ
ック図

【図８】従来のサブバンド分割フィルタの周波数分割に
ついて示した模式図

【図９】従来のサブバンド分割フィルタから出力される
映像信号の模式図

【符号の説明】

１ 水平分割フィルタ ２ 並べ替え手段 ３ 垂直分割フィルタ ４ 垂直分割フィルタ ５ 垂直合成フィルタ ６ 垂直合成フィルタ ７ 並べ替え手段 ８ 水平合成フィルタ １０ 入力端子 １１ 出力端子 １２ 出力端子 １３ 出力端子 １４ 出力端子 ２０ 出力端子 ２１ 入力端子 ２２ 入力端子 ２３ 入力端子 ２４ 入力端子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 入江 一成 東京都千代田区内幸町一丁目１番６号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 岸本 了造 東京都千代田区内幸町一丁目１番６号 日 本電信電話株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 映像信号を入力とし、前記映像信号の水
   平方向のｎ個（ｎ≧２）の標本点を処理単位として前記
   映像信号を画像の空間周波数領域の水平方向で複数の周
   波数帯域に分割し、前記周波数帯域ごとにｎ個の標本点
   を並列に出力する第１の帯域分割手段と、前記映像信号
   のｍ個（ｍ≧２）の標本ラインを処理単位として前記映
   像信号を画像の空間周波数領域の垂直方向で複数の周波
   数帯域に分割する第２の帯域分割手段と、水平方向のｎ
   個の標本点をｍ個の標本ラインに並べ替える並べ替え手
   段を具備し、前記第１の帯域分割手段の出力は前記並べ
   替え手段の入力に接続され、前記並べ替え手段の出力は
   前記第２の帯域分割手段の入力に接続されることを特徴
   とするサブバンド分割フィルタ。
2. 【請求項２】 画像の空間周波数領域で複数の周波数帯
   域に分割された映像信号を入力とし、前記映像信号のｍ
   個（ｍ≧２）の標本ラインを処理単位として前記映像信
   号を画像の空間周波数領域の垂直方向で帯域合成する第
   １の帯域合成手段と、前記映像信号の水平方向のｎ個
   （ｎ≧２）の標本点を並列に入力し、前記ｎ個の標本点
   を処理単位として前記映像信号を画像の空間周波数領域
   の水平方向で帯域合成する第２の帯域合成手段と、ｍ個
   の標本ラインを水平方向のｎ個の標本点に並べ替える並
   べ替え手段を具備し、前記第１の帯域合成手段の出力は
   前記並べ替え手段の入力に接続され、前記並べ替え手段
   の出力は前記第２の帯域合成手段の入力に接続されるこ
   とを特徴とするサブバンド合成フィルタ。