JPH06149862A - 行列データ乗算方法及び行列データ乗算装置 - Google Patents

行列データ乗算方法及び行列データ乗算装置

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JPH06149862A
JPH06149862A JP30402892A JP30402892A JPH06149862A JP H06149862 A JPH06149862 A JP H06149862A JP 30402892 A JP30402892 A JP 30402892A JP 30402892 A JP30402892 A JP 30402892A JP H06149862 A JPH06149862 A JP H06149862A
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JP
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JP30402892A
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Mitsuharu Oki
光晴 大木
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Original Assignee
Sony Corp
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  • Compression Of Band Width Or Redundancy In Fax (AREA)
  • Compression, Expansion, Code Conversion, And Decoders (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 行列演算において、演算量を従来よりも減ら
す。 【構成】 定数行列[TS]が、定数行列[TSC]、
[TSB]、[TSA]の3つの行列に分解される。そ
して要素A1〜A16が入力される第1段目の加減算
(加減算器11 〜116)により、定数行列[TSC]の
1〜16行目の計算が行われる。この第1段目の加減算
出力が図示のように所定の配列で入力される第2段目の
加減算(加減算器21 〜216)により、定数行列[TS
B]の1〜16行目の計算が行われる。さらに第2段目
の加減算出力が図示のように所定の配列で入力される第
3段目の加減算(加減算器31 〜316)により、定数行
列[TSA]の1〜16行目の計算が行われる。これに
よって、第1〜3段目の加減算全体で、定数行列[T
S]の1〜16行目の計算が行われて、要素B1〜B1
6が出力される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、画像データの圧縮等に
利用する離散コサイン変換(Discrete Cos
ine Transform:DCT)及び逆離散コサ
イン変換(Inverse DCT:IDCT)などに
おける行列データ乗算方法及び装置に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】本願発明者は、先に特願平4−1911
13号(離散コサイン変換装置及び逆離散コサイン変換
装置)において、2次元8×8DCT及び2次元8×8
IDCTのために行う行列計算を適切な行列分解によ
り、演算量を減らす工夫を提案している。
【0003】すなわち2次元8×8DCTは、実空間上
の8×8マトリクスの64個の要素から周波数空間上の
8×8マトリクスの64個の要素への変換である。そこ
でこの実空間上の8×8マトリクスの64個の要素を縦
ベクトル(64個の要素から成るベクトル:Xc)とみ
なし、さらにこの周波数空間上の8×8マトリクスの6
4個の要素も縦ベクトル(64個の要素から成るベクト
ル:Yc)とみなすことにより、2次元8×8DCTは
ベクトルXcからベクトルYcへの線形1次変換とな
る。
【0004】即ち、 [Yc]=[M][Xc] となる。但し、[M]は64×64定数行列である。
【0005】そして、上述の先願においては、64×6
4定数行列[M]を、 [M]=[W][V][TS][R][L][Q]/8 と行列分解できる点に着目して、演算量を減らす工夫を
提案している。但し、[Q]、[L]、[R]、[T
S]、[V]、[W]は、それぞれ64×64定数行列
である。これら行列の詳細を図13〜図18に示す。
【0006】即ち、図13は64×64定数行列[Q]
の要素を示し、図14は64×64定数行列[L]の要
素を示し、図15は64×64定数行列[R]の要素を
示し、図16は64×64定数行列[TS]の要素を示
し、図17は64×64定数行列[V]の要素を示し、
図18は64×64定数行列[W]の要素を示してい
る。
【0007】図中において、空白は0を、+は1を、−
は(−1)を表しており、そして、 a=−e=cos(π/16) b=−f=cos(3π/16) c=−g=cos(5π/16) d=−h=cos(7π/16) i=−j=cos(4π/16) k=−m=cos(2π/16) l=−n=cos(6π/16) である。
【0008】即ち上述の先願において、具体的には、並
べ変え回路により定数行列[Q]の演算を行い、係数が
1及び(−1)の4次内積演算回路にて定数行列[L]
の演算を行い、並べ変え回路により定数行列[R]の演
算を行い、係数が0、1及び(−1)の8次内積演算回
路にて定数行列[TS]の演算を行い、4次内積演算回
路にて定数行列[V]の演算を行い、並べ変え回路によ
り定数行列[W]の演算を行うことで、2次元8×8D
CTの回路を構成していた。
【0009】また2次元8×8IDCTは、周波数空間
上の8×8マトリクスの64個の要素から実空間上の8
×8マトリクスの64個の要素への変換である。さて、
この周波数空間上の8×8マトリクスの64個の要素を
縦ベクトル(64個の要素から成るベクトル:Yc)と
みなし、さらに、この実空間上の8×8マトリクスの6
4個の要素も縦ベクトル(64個の要素から成るベクト
ル:Xc)とみなすことにより、2次元8×8IDCT
はベクトルYcからベクトルXcへの線形1次変換とな
る。即ち、 [Xc]=[IM][Yc] となる。但し、[IM]は64×64定数行列である。
【0010】そして、上述の先願においては、64×6
4定数行列[IM]を [IM]=t[Q][L]t[R]t[TS]t[V]
t[W]/8 と行列分解できる点に着目して、演算量を減らす工夫を
提案している。但し、t[Q]は64×64定数行列
[Q]の転置行列であり、t[R]は64×64定数行
列[R]の転置行列であり、t[TS]は64×64定
数行列[TS]の転置行列であり、t[V]は64×6
4定数行列[V]の転置行列であり、t[W]は64×
64定数行列[W]の転置行列である。
【0011】即ち上述の先願において、具体的には、並
べ変え回路により定数行列t[W]の演算を行い、4次
内積演算回路にて定数行列t[V]の演算を行い、係数
が0、1及び(−1)の8次内積演算回路にて定数行列
t[TS]の演算を行い、並べ変え回路により定数行列
t[R]の演算を行い、係数が1及び(−1)の4次内
積演算回路にて定数行列[L]の演算を行い、並べ変え
回路により定数行列t[Q]の演算を行うことで、2次
元8×8IDCTの回路を構成していた。
【0012】さて、定数行列[TS]の演算は、64個
の要素(Ai)から成る縦ベクトル[A]を入力とし
て、
【数1】 を計算して、64個の要素(Bi)から成る縦ベクトル
[B]を出力する計算である。
【0013】この計算は、上述の先願においては、8次
内積演算回路にて行っており、即ち、64個のデータに
対してそれぞれ8次内積演算を計算するので、合計64
×8=512回もの加減算を行わなくてはいけなかっ
た。
【0014】また、定数行列t[TS]の演算は、64
個の要素(Ci)から成る縦ベクトル[C]を入力とし
て、
【数2】 を計算して、64個の要素(Di)から成る縦ベクトル
[D]を出力する計算である。
【0015】この計算は、上述の先願においては、8次
内積演算回路にて行っており、即ち、64個のデータに
対してそれぞれ8次内積演算を計算するので、合計64
×8=512回もの加減算を行わなくてはいけなかっ
た。
【0016】さらに、定数行列[L]の演算は、64個
の要素(Ei)から成る縦ベクトル[E]を入力とし
て、
【数3】 を計算して、64個の要素(Fi)から成る縦ベクトル
[F]を出力する計算である。
【0017】この計算は、上述の先願においては、4次
内積演算回路にて行っており、即ち、64個のデータに
対してそれぞれ4次内積演算を計算するので、合計64
×4=256回もの加減算を行わなくてはいけなかっ
た。
【0018】
【発明が解決しようとする課題】解決しようとする問題
点は、例えば上述の定数行列[TS]及びt[TS]の
演算において、それぞれ512回もの加減算を行わなく
てはいけなく、そのために演算量が多くなり過ぎていた
というものである。また、上述の定数行列[L]の演算
において、256回もの加減算を行わなくてはいけな
く、そのために演算量が多くなり過ぎていたというもの
である。
【0019】
【課題を解決するための手段】本発明による第1の手段
は、入力ベクトルを入力(要素A1〜A16)し、要素
が0、1及び(−1)より成る定数行列を乗算して、そ
の出力結果を出力ベクトル(要素B1〜B16)として
取り出す行列データ乗算方法において、上記定数行列
を、要素が0、1及び(−1)より成る複数の定数行列
に行列分解([TS]=[TSA]・[TSB]・[T
SC])し、上記行列分解された各定数行列との乗算を
加減算(加減算器11 〜116、21 〜216、31
16)を用いて行っていくことを特徴とする行列データ
乗算方法である。
【0020】本発明による第2の手段は、上記行列分解
された複数の定数行列は、それぞれ各行各列における0
でない要素が2つ以下である定数行列であることを特徴
とする第1の手段記載の行列データ乗算方法である。
【0021】本発明による第3の手段は、入力ベクトル
(要素A1〜A16)を入力し、要素が0、1及び(−
1)より成る定数行列を乗算して、その出力結果を出力
ベクトル(要素B1〜B16)として取り出す行列デー
タ乗算装置において、上記定数行列を、要素が0、1及
び(−1)より成る複数の定数行列に行列分解([T
S]=[TSA]・[TSB]・[TSC])し、上記
行列分解された各定数行列との乗算を加減算回路(加減
算器11 〜116、21 〜216、31 〜316)を用いて行
っていくことを特徴とする行列データ乗算装置である。
【0022】本発明による第4の手段は、上記行列分解
された複数の定数行列は、それぞれ各行各列における0
でない要素が2つ以下である定数行列であり、上記加減
算回路は、2入力の加減算回路であることを特徴とする
第3の手段記載の行列データ乗算装置である。
【0023】
【作用】これによれば、64×64定数行列[TS]
を、各要素が0、1及び(−1)の3つの行列に行列分
解し、その行列に対応した計算を行わせる回路構成にす
ることにより、演算量を従来の512回よりも減らすこ
とができる。また、64×64定数行列t[TS]を、
各要素が0、1及び(−1)の3つの行列に行列分解
し、その行列に対応した計算を行わせる回路構成にする
ことにより、演算量を従来の512回よりも減らすこと
ができる。さらに、64×64定数行列[L]を、各要
素が0、1及び(−1)の2つの行列に行列分解し、そ
の行列に対応した計算を行わせる回路構成にすることに
より、演算量を従来の256回よりも減らすことができ
る。
【0024】
【実施例】本発明(第1の実施例)においては、図16
の64×64定数行列[TS]を、例えば図4に示す6
4×64定数行列[TSC]、図5に示す64×64定
数行列[TSB]、図6に示す64×64定数行列[T
SA]の3つの行列に分解できる点に着目している。
【0025】即ち、 [TS]=[TSA]・[TSB]・[TSC] である。
【0026】定数行列[TSA]、定数行列[TS
B]、定数行列[TSC]の要素は、全て係数が0、1
及び(−1)である。そして、各行各列における0でな
い要素は2つ以下である。係数が0であるものは計算を
せず、係数が1であるものは加算により、係数が(−
1)であるものは減算により、計算できる。従って、図
1、図2、図3に示す構成で計算をしていくことが出来
る。
【0027】そこで図1、図2、図3は、本発明の一実
施例を示したものである。
【0028】図1において、要素A1〜A16が入力さ
れる第1段目の加減算(加減算器1 1 〜116)により、
定数行列[TSC]の1〜16行目の計算が行われる。
この第1段目の加減算出力が図示のように所定の配列で
入力される第2段目の加減算(加減算器21 〜216)に
より、定数行列[TSB]の1〜16行目の計算が行わ
れる。そして第2段目の加減算出力が図示のように所定
の配列で入力される第3段目の加減算(加減算器31
16)により、定数行列[TSA]の1〜16行目の計
算が行われる。これによって、第1〜3段目の加減算全
体で、定数行列[TS]の1〜16行目の計算が行われ
て、要素B1〜B16が出力される。
【0029】この図1における加減算の数は、48回で
ある。
【0030】図2において、要素A17〜A32が入力
される第1段目の加減算(加減算器117〜132)によ
り、定数行列[TSC]の17〜32行目の計算が行わ
れる。この第1段目の加減算出力が図示のように所定の
配列で入力される第2段目の加減算(加減算器217〜2
32)により、定数行列[TSB]の17〜32行目の計
算が行われる。そして第2段目の加減算出力が図示のよ
うに所定の配列で入力される第3段目の加減算(加減算
器317〜332)により、定数行列[TSA]の17〜3
2行目の計算が行われる。これによって、第1〜3段目
の加減算全体で、定数行列[TS]の17〜32行目の
計算が行われて、要素B17〜B32が出力される。
【0031】図2における加減算の数は、48回であ
る。
【0032】定数行列[TS]の33〜48行目の計算
は、定数行列[TS]の17〜32行目である図2と全
く同じであり、その詳細図を省略する。これは、定数行
列[TS]、定数行列[TSA]、定数行列[TS
B]、定数行列[TSC]のそれぞれの17〜32行目
と33〜48行目の要素(A33〜A48、B33〜B
48)が同じだからである。
【0033】図3において、要素A49〜A64が入力
される第1段目の加減算(加減算器149〜164)によ
り、定数行列[TSC]の49〜64行目の計算が行わ
れる。この第1段目の加減算出力が図示のように所定の
配列で入力される第2段目の加減算(加減算器249〜2
64)により、定数行列[TSB]の49〜64行目の計
算が行われる。そして第2段目の加減算出力が図示のよ
うに所定の配列で入力される第3段目の加減算(加減算
器349〜364)により、定数行列[TSA]の49〜6
4行目の計算が行われる。これによって、第1〜3段目
の加減算全体で、定数行列[TS]の49〜64行目の
計算が行われて、要素B49〜B64が出力される。
【0034】図3における加減算の数は、46回であ
る。
【0035】かくして、64×64定数行列[TS]の
演算に必要な加減算の総数は、48+48+48+46
=190回である。すなわち従来、定数行列[TS]の
演算において512回もの加減算を行わなくてはいけな
かったのに対し、本発明においては、たったの190回
で済み、演算量を減らすことができた。
【0036】さらに、本発明(第2の実施例)において
は、64×64定数行列t[TS]を 例えば64×6
4定数行列t[TSA]、64×64定数行列t[TS
B]、64×64定数行列t[TSC]の3つの行列に
分解できる点に着目している。(但し、t[TS]、t
[TSA]、t[TSB]、t[TSC]は、それぞ
れ、[TS]、[TSA]、[TSB]、[TSC]の
転置行列である。)
【0037】即ち、 t[TS]=t[TSC]・t[TSB]・t[TS
A] である。
【0038】定数行列t[TSA]、定数行列t[TS
B]、定数行列t[TSC]の要素は、全て係数が0、
1及び(−1)である。そして、各行各列における0で
ない要素は2つ以下である。係数が0であるものは計算
をせず、係数が1であるものは加算により、係数が(−
1)であるものは減算により、計算できる。従って、図
7、図8、図9に示す構成で計算をしていくことが出来
る。
【0039】図7において、要素C1〜C16が入力さ
れる第1段目の加減算(加減算器4 1 〜416)により、
定数行列t[TSA]の1〜16行目の計算が行われ
る。この第1段目の加減算出力が図示のように所定の配
列で入力される第2段目の加減算(加減算器51
16)により、定数行列t[TSB]の1〜16行目の
計算が行われる。そして第2段目の加減算出力が図示の
ように所定の配列で入力される第3段目の加減算(加減
算器61 〜616)により、定数行列t[TSC]の1〜
16行目の計算が行われる。これによって、第1〜3段
目の加減算全体で、定数行列t[TS]の1〜16行目
の計算が行われて、要素D1〜D16が出力される。
【0040】図7における加減算の数は、48回であ
る。
【0041】図8において、要素C17〜C32が入力
される第1段目の加減算(加減算器417〜432)によ
り、定数行列t[TSA]の17〜32行目の計算が行
われる。この第1段目の加減算出力が図示のように所定
の配列で入力される第2段目の加減算(加減算器517
32)により、定数行列t[TSB]の17〜32行目
の計算が行われる。そして第2段目の加減算出力が図示
のように所定の配列で入力される第3段目の加減算(加
減算器617〜632)により、定数行列t[TSC]の1
7〜32行目の計算が行われる。これによって、第1〜
3段目の加減算全体で、定数行列t[TS]の17〜3
2行目の計算が行われて、要素D17〜D32が出力さ
れる。
【0042】図8における加減算の数は、48回であ
る。
【0043】定数行列t[TS]の33〜48行目の計
算は、定数行列t[TS]の17〜32行目である図8
と全く同じであり、その詳細図を省略する。これは、定
数行列t[TS]、定数行列t[TSA]、定数行列t
[TSB]、定数行列t[TSC]のそれぞれの17〜
32行目と33〜48行目の要素(C33〜C48、D
33〜D48)が同じだからである。
【0044】図9において、要素C49〜C64が入力
される第1段目の加減算(加減算器449〜464)によ
り、定数行列t[TSA]の49〜64行目の計算が行
われる。この第1段目の加減算出力が図示のように所定
の配列で入力される第2段目の加減算(加減算器549
64)により、定数行列t[TSB]の49〜64行目
の計算が行われる。そして第2段目の加減算出力が図示
のように所定の配列で入力される第3段目の加減算(加
減算器649〜664)により、定数行列t[TSC]の4
9〜64行目の計算が行われる。これによって、第1〜
3段目の加減算全体で、定数行列t[TS]の49〜6
4行目の計算が行われて、要素D49〜D64が出力さ
れる。
【0045】図9における加減算の数は、46回であ
る。
【0046】かくして、64×64定数行列t[TS]
の演算に必要な加減算の総数は、48+48+48+4
6=190回である。
【0047】従来、定数行列t[TS]の演算において
512回もの加減算を行わなくてはいけなかったのに対
し、本発明においては、たったの190回で済み、演算
量を減らすことができた。
【0048】そして、本発明(第3の実施例)において
は、図14の64×64定数行列[L]を、例えば図1
1に示す64×64定数行列[LB]、図12に示す6
4×64定数行列[LA]の2つの行列に分解できる点
に着目している。
【0049】即ち、 [L]=[LA]・[LB] である。
【0050】定数行列[LA]、定数行列[LB]の要
素は、全て係数が0、1及び(−1)である。そして、
各行各列における0でない要素は2つである。係数が0
であるものは計算をせず、係数が1であるものは加算に
より、係数が(−1)であるものは減算により、計算で
きる。従って、図10に示す構成で計算をしていくこと
が出来る。
【0051】図10は、本発明のその他の実施例を示し
たものである。
【0052】図10において、要素E1〜E4が入力さ
れる第1段目の加減算(加減算器7 1 〜74 )により、
定数行列[LB]の1〜4行目の計算が行われる。この
第1段目の加減算出力が図示のように所定の配列で入力
される第2段目の加減算(加減算器81 〜84 )によ
り、定数行列[LA]の1〜4行目の計算が行われる。
これによって、第1〜2段目の加減算全体で、定数行列
[L]の1〜4行目の計算が行われて、要素F1〜F4
が出力される。
【0053】図10における加減算の数は、8回であ
る。
【0054】定数行列[L]の4m+1〜4m+4(m
=1、2、...、15)行目の計算は、定数行列
[L]の1〜4行目である図10と全く同じであり、そ
の詳細図を省略する。これは、定数行列[L]、定数行
列[LA]、定数行列[LB]のそれぞれの1〜4行目
と4m+1〜4m+4行目の要素(E4m+1〜E4m
+4、F4m+1〜F4m+4)が同じだからである。
【0055】かくして、64×64定数行列[L]の演
算に必要な加減算の総数は、8×16=128回であ
る。
【0056】従来、定数行列[L]の演算において25
6回もの加減算を行わなくてはいけなかったのに対し、
本発明においては、たったの128回で済み、演算量を
減らすことができた。
【0057】
【発明の効果】この発明によれば、64×64定数行列
[TS]を、各要素が0、1及び(−1)の3つの行列
に行列分解し、その行列に対応した計算を行わせる回路
構成にすることにより、演算量を従来の512回よりも
減らすことができるようになった。また、64×64定
数行列t[TS]を、各要素が0、1及び(−1)の3
つの行列に行列分解し、その行列に対応した計算を行わ
せる回路構成にすることにより、演算量を従来の512
回よりも減らすことができるようになった。さらに、6
4×64定数行列[L]を、各要素が0、1及び(−
1)の2つの行列に行列分解し、その行列に対応した計
算を行わせる回路構成にすることにより、演算量を従来
の256回よりも減らすことができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による行列データ乗算装置の第1の実施
例の一部分の構成図である。
【図2】本発明による行列データ乗算装置の第1の実施
例の他の部分の構成図である。
【図3】本発明による行列データ乗算装置の第1の実施
例のさらに他の部分の構成図である。
【図4】第1の実施例の説明に用いる定数行列[TS
C]の図である。
【図5】第1の実施例の説明に用いる定数行列[TS
B]の図である。
【図6】第1の実施例の説明に用いる定数行列[TS
A]の図である。
【図7】本発明による行列データ乗算装置の第2の実施
例の一部分の構成図である。
【図8】本発明による行列データ乗算装置の第2の実施
例の他の部分の構成図である。
【図9】本発明による行列データ乗算装置の第2の実施
例のさらに他の部分の構成図である。
【図10】本発明による行列データ乗算装置の第3の実
施例の一部分の構成図である。
【図11】第3の実施例の説明に用いる定数行列[L
B]の図である。
【図12】第3の実施例の説明に用いる定数行列[L
A]の図である。
【図13】2次元8×8DCTの計算を行うための定数
行列[Q]の図である。
【図14】2次元8×8DCTの計算を行うための定数
行列[L]の図である。
【図15】2次元8×8DCTの計算を行うための定数
行列[R]の図である。
【図16】2次元8×8DCTの計算を行うための定数
行列[TS]の図である。
【図17】2次元8×8DCTの計算を行うための定数
行列[V]の図である。
【図18】2次元8×8DCTの計算を行うための定数
行列[W]の図である。
【符号の説明】
A1〜A16 入力要素 B1〜B16 出力要素 11 〜116 第1段目の加減算器 21 〜216 第2段目の加減算器 31 〜316 第3段目の加減算器

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 入力ベクトルを入力し、要素が0、1及
    び(−1)より成る定数行列を乗算して、その出力結果
    を出力ベクトルとして取り出す行列データ乗算方法にお
    いて、 上記定数行列を、要素が0、1及び(−1)より成る複
    数の定数行列に行列分解し、 上記行列分解された各定数行列との乗算を加減算を用い
    て行っていくことを特徴とする行列データ乗算方法。
  2. 【請求項2】 上記行列分解された複数の定数行列は、
    それぞれ各行各列における0でない要素が2つ以下であ
    る定数行列であることを特徴とする請求項1記載の行列
    データ乗算方法。
  3. 【請求項3】 入力ベクトルを入力し、要素が0、1及
    び(−1)より成る定数行列を乗算して、その出力結果
    を出力ベクトルとして取り出す行列データ乗算装置にお
    いて、 上記定数行列を、要素が0、1及び(−1)より成る複
    数の定数行列に行列分解し、 上記行列分解された各定数行列との乗算を加減算回路を
    用いて行っていくことを特徴とする行列データ乗算装
    置。
  4. 【請求項4】 上記行列分解された複数の定数行列は、
    それぞれ各行各列における0でない要素が2つ以下であ
    る定数行列であり、 上記加減算回路は、2入力の加減算回路であることを特
    徴とする請求項3記載の行列データ乗算装置。
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