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JPH0411045B2 - - Google Patents
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JPH0411045B2 - - Google Patents

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JPH0411045B2
JPH0411045B2 JP59134032A JP13403284A JPH0411045B2 JP H0411045 B2 JPH0411045 B2 JP H0411045B2 JP 59134032 A JP59134032 A JP 59134032A JP 13403284 A JP13403284 A JP 13403284A JP H0411045 B2 JPH0411045 B2 JP H0411045B2
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    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N19/00Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals
    • H04N19/60Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals using transform coding
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R23/00Arrangements for measuring frequencies; Arrangements for analysing frequency spectra
    • G01R23/16Spectrum analysis; Fourier analysis
    • G01R23/165Spectrum analysis; Fourier analysis using filters
    • G01R23/167Spectrum analysis; Fourier analysis using filters with digital filters
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F17/00Digital computing or data processing equipment or methods, specially adapted for specific functions
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の関連する技術分野〕 この発明は信号の分解および(または)合成を
行う信号処理装置に関する。すなわち、この発明
の信号処理装置は、処理対象とする最高周波数が
f0より高くない与えられた時間(temporal)信号
の(1つ以上の次元を持つ)情報成分の周波数ス
ペクトルの実時間(但し、装置の入出力間に不可
避的な固有の時間遅延を伴なう)分解および(ま
たは)その分解された周波数スペクトルからのそ
のような時間信号の実時間(但し、装置の入出力
間に不可避的な固有の時間遅延を伴なう)合成に
パイプライン構体を用いるものである。なお、こ
の明細書中では、上記の様に装置、たとえばパイ
プライン構体など、への信号の入力とそれからの
出力との間にその装置に固有の不可避的な時間的
遅延を伴なう場合の、実時間処理(分解や合成な
どの処理)を、ここでは、単に実時間処理(分
解、合成)と言うことにする。この発明は時間的
(temporal)映像信号で画定されるテレビジヨン
画像の2次元空間周波数の実時間画像処理に時に
適しているが、これに限定されない。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Technical field to which the invention relates] The present invention relates to a signal processing device that decomposes and/or combines signals. That is, in the signal processing device of the present invention, the highest frequency to be processed is
f real time of the frequency spectrum of the information component (with one or more dimensions) of a given temporal signal not higher than 0 (with an unavoidable inherent time delay between input and output of the device) ) decomposition and/or real-time (but with unavoidable inherent time delays between input and output of the device) synthesis of such time signals from their decomposed frequency spectra; It is used. In addition, in this specification, as mentioned above, when there is an unavoidable time delay inherent to the device between the input of a signal to the device, such as a pipeline structure, and the output thereof, Here, real-time processing (processing such as decomposition and composition) will be simply referred to as real-time processing (decomposition and composition). Although the invention is sometimes suitable for two-dimensional spatial frequency real-time image processing of television images defined by temporal video signals, it is not limited thereto.

〔従来技術の説明〕[Description of prior art]

人間の視覚系の動作の模式(モデル)を作るこ
とについては多くの研究が行われて来たが、人の
視覚系は空間周波数情報を多数の連接重畳する空
間周波数帯域に分解することにより、発光画像の
原始的空間周波数分解を算定するらしいことが判
つている。各帯域はほぼ1オクターブの幅を持
ち、各帯域の中心周波数はその両隣とほぼ2倍の
割合で異つている。研究によると人の視覚系の空
間周波数範囲は0.5〜60サイクル/度に亘つて約
7つの帯域または「チヤンネル」があることが判
る。これらの発見の重要なことは、人の視覚系が
他の空間周波数情報から2倍以上離れた空間周波
数情報を無関係に処理することである。
Many studies have been conducted on creating models of the operation of the human visual system. It has been found that it appears to calculate the primitive spatial frequency decomposition of luminescent images. Each band has a width of approximately one octave, and the center frequency of each band differs from its neighbors by approximately twice as much. Research has shown that the spatial frequency range of the human visual system has approximately seven bands or "channels" ranging from 0.5 to 60 cycles/degree. The significance of these findings is that the human visual system independently processes spatial frequency information that is more than twice as far away from other spatial frequency information.

また人の視覚系で起る空間周波数の処理が空間
的に局在化されていることも判つている。従つて
各空間周波数チヤンネル内の信号は画像の小さい
部分領域に亘つて算定され、その部分領域が互い
に重なつて特定の周波数でほぼ2サイクルの幅を
持つている。
It is also known that the processing of spatial frequencies that occurs in the human visual system is spatially localized. The signal in each spatial frequency channel is therefore calculated over small subregions of the image, which subregions overlap each other and have a width of approximately two cycles at a particular frequency.

テストパタンとして正弦波の格子像を用いる
と、この像に対する閾値コントラスト対感度関数
が、その像の空間周波数が増すに従つて速やかに
ロールオフすることが判る。すなわち、空間周波
数が高ければ高いコントラスト(30サイクル/度
で約20%)が必要であるが、空間周波数が低くな
ると必要なコントラストも比較的低くなる(3サ
イクル/度で約0.2%)。
Using a sinusoidal grating image as a test pattern, it can be seen that the threshold contrast versus sensitivity function for this image rolls off quickly as the spatial frequency of the image increases. That is, higher spatial frequencies require higher contrast (approximately 20% at 30 cycles/degree), whereas lower spatial frequencies require relatively lower contrast (approximately 0.2% at 3 cycles/degree).

閾値以上の正弦波格子像のコントラストの変化
を検知する人の視覚系の能力も空間周波数が高い
ときより低いときの方がよいことが判つている。
詳言すれば、平均的人間は、時間について75%の
変化するコントラストを正しく弁別するには、3
サイクル/度の正弦波格子のときはほぼ12%のコ
ントラスト変化を要し、30サイクル/度の格子で
は30%のコントラスト変化を要する。
The ability of the human visual system to detect changes in the contrast of sinusoidal grating images above a threshold has also been found to be better at low spatial frequencies than at high spatial frequencies.
Specifically, the average human needs 3 to correctly discriminate a contrast that changes 75% of the time.
A sinusoidal grating at cycles/degree requires a contrast change of approximately 12%, and a grating at 30 cycles/degree requires a contrast change of 30%.

人の視覚系に関する上述の性質を知つているバ
ート博士(Dr.Peter J.Burt)は、画像の2次元
空間周波数を複数の各別の空間周波数帯に分解す
るため電算機による非実時間の算法(以後(バー
トのピラミツド」と呼ぶ)を開発した。各空間周
波数帯(最低の空間周波数帯を除く)の幅は1オ
クターブが望ましい。従つて画像の処理を対象と
するの最高空間周波数がf0より高くなければ、そ
の最高周波数帯はf0/2からf0までの(中心周波
数が3f0/4の)オクターブに跨がり、この最高
周波数帯の次の帯域はf0/4からf0/2までの
(中心周波数が3f0/8の)オクターブに跨がる。
以下同様である。
Dr. Peter J. Burt, who is aware of the above-mentioned properties of the human visual system, uses a computer to decompose the two-dimensional spatial frequency of an image into multiple separate spatial frequency bands. We have developed an algorithm (hereinafter referred to as Bart's Pyramid).The width of each spatial frequency band (except for the lowest spatial frequency band) is preferably one octave.Therefore, the highest spatial frequency of interest for image processing is If not higher than f 0 , its highest frequency band spans the octave from f 0 /2 to f 0 (with a center frequency of 3f 0 /4), and the next band after this highest frequency band spans from f 0 /4 to f 0 /4. It spans an octave up to f 0 /2 (with a center frequency of 3f 0 /8).
The same applies below.

バート博士著または共著で、バートのピラミツ
ドの種々の観点を詳細に記載した文献の次のリス
トを引用する。
We cite the following list of documents written or co-authored by Dr. Burt that detail various aspects of Burt's Pyramid.

アイ・イー・イー・イー・トランザクシヨン
ズ・オン・システムズ・マン・アンド・サイバネ
テイクス(IEEE Transactions on Systems,
Man,and Cybernetics)1981年12月発行第
SMC−11巻第12行第802〜809頁、バート等著
「共働位階計算による画像領域特性の細分化と推
定(Segmentation and Estimation of Image
Region Properties Through Cooperative
Hierarchial Computation)」。
IEEE Transactions on Systems Man and Cybernetics,
Man, and Cybernetics) December 1981 issue
SMC-11, line 12, pages 802-809, Bart et al., “Segmentation and Estimation of Image Region Characteristics by Joint Rank Calculation”
Region Properties Through Cooperative
Hierarchical Computation).

アイ・イー・イー・イー・トランザクシヨン
ズ・オン・コミユニケーシヨンズ(IEEE
Transactions on Communications)1983年4
月発行第COM−31巻第4号第532〜540頁、バー
ト等著「コンパクトな画像コードとしてのラプラ
スのピラミツド(The Laplacian Pyramid as
a Compact Image Code)」。
I.E.E. Transactions on Communications (IEEE
Transactions on Communications) April 1983
COM-31, No. 4, pp. 532-540, "The Laplacian Pyramid as a compact image code" by Bart et al.
a Compact Image Code).

コンピユータ・ビジヨン・グラフイツクス・ア
ンド・イメージ・プロセシング(Computer
Vision,Graphics,and Image Processing)
1983年第21号第368〜382頁、バート著「局部画像
特性を推定するための高速算法(Fast
Algorithms for Estimating Local Image
Properties)」。
Computer Vision Graphics and Image Processing
Vision, Graphics, and Image Processing)
21, 1983, pp. 368-382, Burt, “Fast Algorithms for Estimating Local Image Properties.”
Algorithms for Estimating Local Image
Properties)”.

コンピユータ・グラフイツクス・アンド・イメ
ージ・プロセシング(Computer Graphics and
Image Processing)1980年第14号第271〜280号、
バート著「6角形に抽出された2進画像を符号化
するためのツリーとピラミツド構体(Tree and
Pyramid Structures for Coding Hexagonally
Sampled Binary Images)」。
Computer Graphics and Image Processing
Image Processing) 1980 No. 14 No. 271-280,
"Tree and Pyramid Structure for Encoding Hexagonally Extracted Binary Images" by Bart.
Pyramid Structures for Coding Hexagonally
Sampled Binary Images).

エス・ピー・アイ・イー(SPIE)第360号第
114〜124頁、バート著「運動と組織の解析に応用
し得る局部画像特性のピラミツド準拠抽出
(Pyramid−based Extraction of Local Image
Features with Applications to Motion and
Texture Analysis)」。
SPIE No. 360
Pyramid-based Extraction of Local Image Features Applicable to Motion and Tissue Analysis by Bart, pp. 114-124.
Features with Applications to Motion and
Texture Analysis).

コンピユータ・グラフイツクス・アンド・イメ
ージ・プロセシング(Computer Graphics and
Image Processing)1981年第16号第20〜51頁、
バート著「画像処理用高速濾波器変換(Fast
Filter Transforms for Image Processing)」。
Computer Graphics and Image Processing
Image Processing) 1981 No. 16, pp. 20-51,
"Fast Filter Conversion for Image Processing" by Bart.
Filter Transforms for Image Processing).

レンセラ(Rensselaer)工科大学電気電算機
システム工学部画像処理研究所1983年6月発行、
バート等著「画像モザイクに応用される多分解ス
プライン(A Multiresolution Spline with
Applications to Image Mosaics)」。
Rensselaer Institute of Technology, Department of Electrical and Computer Systems Engineering, Image Processing Laboratory, published June 1983,
“A Multiresolution Spline with Application to Image Mosaic” by Burt et al.
Applications to Image Mosaics).

レンセラ工科大学電気電算機システム工学部画
像処理研究所1982年7月発行、バート著「高能率
計算用構体としてのピラミツド(The Pyramid
as a Structure for Efficient
Computation)」。
Rensselaer Polytechnic Institute, Department of Electrical and Computer Systems Engineering, Image Processing Laboratory, published July 1982, "The Pyramid as a Structure for High-Efficiency Computing" by Burt.
as a Structure for Efficient
Computation)”.

バートのピラミツド算法は特殊なサンプリグン
法を用いて比較的高解像度の原画像をN個の位階
の(Nは複数の整数)各別の成分画像(それぞれ
原画像の空間周波数の異るオクターブで構成され
るラプラス画像)と残余のガウス画像(最低オク
ターブの成分ラプラス画像の全空間周波数を含
む)に分解するもので、その「ピラミツド」とい
う用語は各成分画像の各位階の空間周波数とサン
プル密度が最高オクターブの成分画像から最低オ
クターブの成分画像に進むほど連続的に低下する
ことに関係している。
Burt's pyramid algorithm uses a special sampling method to convert a relatively high-resolution original image into N orders (N is a plurality of integers) of component images, each consisting of an octave with a different spatial frequency of the original image. The term "pyramid" refers to the spatial frequency and sample density of each order of each component image. This is related to a continuous decrease from the highest octave component image to the lowest octave component image.

このバートのピラミツド算法の第1の利点は、
もとの高解像度の画像をエーリアシングによる擬
似空間周波数の導入なく成分画像と残留画像から
合成し得ることであり、第2の利点は、成分画像
の各位階の1オクターブの空間周波数帯域幅が上
述の人の視覚系の特性に合うことである。これに
よつて成分画像の各位階のそれぞれの空間周波数
を、それぞれ異る独立の方法(すなわち他のすべ
ての成分画像を著しく害する1つの成分画像の信
号処理を全くせずに)選択的に処理または改変し
て、その処理された成分画像から引出された合成
画像にその他の若干の所要効果を生ずると共にこ
れを増強することが可能になる。この所要の効果
の1例が上記論文「画像モザイクに応用される多
分解スプライン」に詳述された多分解スプライン
技法である。
The first advantage of Burt's pyramid algorithm is that
The original high-resolution image can be synthesized from the component image and the residual image without introducing pseudo spatial frequencies due to aliasing.The second advantage is that the one-octave spatial frequency bandwidth of each order of the component image is The goal is to match the characteristics of people's visual systems. This allows each spatial frequency of each order of the component images to be selectively processed in a different and independent manner (i.e. without any signal processing of one component image to the detriment of all other component images). or can be modified to produce and enhance some other desired effects in the composite image derived from the processed component images. One example of this desired effect is the polyresolution spline technique detailed in the article "Polyresolution Splines Applied to Image Mosaic" cited above.

バートのピラミツド算法は今まで一般用デジタ
ル電算機により非実時間で実行されて来た。原画
像の各画素サンプルのレベルは電算機の各アドレ
ス位置に記憶された多ビツト(例えば8ビツト)
数で表される。例えば2つの次元のそれぞれが29
=512の画素サンプルで構成された比較的高解像
度の2次元の原画像は、その原画像を構成する各
画素サンプルのレベルを表わす多ビツト数のそれ
ぞれを記憶する記憶位置が218=262144の大型記
憶装置を要する。
Until now, Burt's pyramid algorithm has been implemented in non-real time on general purpose digital computers. The level of each pixel sample of the original image is multi-bit (e.g. 8 bits) stored in each address location of the computer.
expressed in numbers. For example, each of the two dimensions is 2 9
A relatively high-resolution two-dimensional original image composed of = 512 pixel samples has 2 18 = 262144 storage locations for storing each multi-bit number representing the level of each pixel sample that makes up the original image. Requires large storage device.

記憶装置に記憶された原画像はバートのピラミ
ツド算法に従つてデジタル電算機で処理すること
ができる。この処理は所定の核重み関数による画
素サンプルのたたみ込み、サンプルの減殺、内挿
によるサンプルの拡張、サンプルの減算のような
段階の反復実施から成つている。核関数(1次元
またはそれ以上)の大きさは全画像の各次元の大
きさに比較して(画素の数からして)小さい。画
素の部分領域すなわちウインドー(大きさは核関
数と等しく、各画素の周りに順次対称的に配置さ
れている)に核重み関数を乗じ、たたみ込み演算
で合計する。
The original image stored in the storage device can be processed by a digital computer according to Burt's pyramid algorithm. This process consists of iteratively performing steps such as convolving the pixel samples with a predetermined kernel weight function, subtracting the samples, expanding the samples by interpolation, and subtracting the samples. The size of the kernel function (one or more dimensions) is small (in terms of the number of pixels) compared to the size of each dimension of the entire image. Pixel subregions or windows (the size is equal to the kernel function and are arranged symmetrically around each pixel) are multiplied by the kernel weight function and summed by a convolution operation.

核重み関数はたたみ込まれる画像の多次元空間
周波数の低域濾波器として動作するように選ばれ
る。核関数により各次元に与えられる低域濾波器
特性の公称「遮断周波数」(濾波器技術では「コ
ーナー周波数」または「ブレーク周波数」として
も知られている)は、たたみ込まれる信号のその
次元の問題の最高周波数の実質的1/2になるよう
に選ばれる。この低域濾波器特性は与えられた遮
断周波数で「ブリツク・ウオール」ロールオフを
持つ必要はないが、比較的漸進的ロールオフを持
つことがあり、この場合公称遮断周波数は漸進的
ロールオフの予め選ばれたある減衰の値(例えば
3dB)が生ずる周波数として定義される。バート
のピラミツドは漸進的ロールオフ低域濾波器特性
によつて生ずる擬似周波数のエーリアシングによ
る導入を本来補償するから、さらに緩かなロール
オフ特性を持つ濾波器を用いることができる。た
たみ込まれた画像は、たたみ込まれた画素を1つ
おきに逐次考えられる画像の各次元において実効
上抜き取ることにより間引き(decimate)され、
これによつてその各次元におけるたたみ込まれた
画像の画素数が1/2だけ減じられる。画像は通常
2次元画像であるから、たたみ込まれて間引きさ
れた画像はその間引き前の画像に含まれる画素の
数の僅か1/4で構成されている。このたたみ込ま
れて間引きされた画像(これをガウスの画像と呼
ぶ)は第2の記憶装置に記憶される。
The kernel weighting functions are chosen to act as low-pass filters of the multidimensional spatial frequencies of the image being convolved. The nominal "cutoff frequency" (also known in filter technology as the "corner frequency" or "break frequency") of the low-pass filter characteristic given to each dimension by the kernel function is the frequency of that dimension of the signal being convolved. It is chosen to be effectively 1/2 of the highest frequency in question. This low-pass filter characteristic need not have a "brick wall" rolloff at a given cutoff frequency, but may have a relatively gradual rolloff, in which case the nominal cutoff frequency is Some pre-selected attenuation value (e.g.
3dB) is defined as the frequency at which this occurs. Because Burt's pyramid inherently compensates for the aliasing introduction of spurious frequencies caused by progressive roll-off low-pass filter characteristics, filters with more gradual roll-off characteristics can be used. The convolved image is decimated by effectively sampling every other convolved pixel in each considered dimension of the image sequentially;
This reduces the number of pixels in the convolved image in each dimension by half. Since the image is usually a two-dimensional image, the convolved and thinned image consists of only 1/4 of the number of pixels contained in the image before thinning. This convolved and thinned out image (this is called a Gaussian image) is stored in the second storage device.

記憶された原画像の画素サンプルから始まつ
て、上述のたたみ込み縮小(convolution−
decimation)手順がN回(Nは複数整数、すな
わち2または2より大きな任意の整数)反復さ
れ、もとの高解像度の画像と解像度の低下したN
個のガウスの追加画像の位階ピラミツドから成る
(N+1)個の画像を生ずる。ここで各追加画像
の各次元の画素サンプルの数(サンプル密度)は
その直前の画像の各次元の画素サンプル数の僅か
1/2である。もとの高解像度は記憶画像をG0で表
わすと、記憶されたN個の追加画像の位階はそれ
ぞれG1ないしGNで表わされ、これらN個の追加
画像の画素サンプルの逐次減少する数がN個の記
憶装置にそれぞれ各別に記憶される。従つて記憶
された原画像を加えると合計(N+1)個の記憶
装置がある。
Starting from the stored pixel samples of the original image, we perform the convolution-reduction process described above.
decimation) procedure is repeated N times (N is a plural integer, i.e. 2 or any integer greater than 2), the original high-resolution image and the reduced resolution N
(N+1) images consisting of a rank pyramid of Gaussian additional images are generated. Here, the number of pixel samples in each dimension (sample density) of each additional image is only 1/2 of the number of pixel samples in each dimension of the immediately preceding image. The original high resolution is represented by G 0 representing the stored image, and the ranks of the stored N additional images being represented by G 1 to G N , respectively, and the pixel samples of these N additional images are sequentially decreased. The number is stored separately in N storage devices, respectively. Therefore, adding the stored original images, there is a total of (N+1) storage devices.

バートのピラミツド算法に非実時間実行による
と、次の演算手順によつて各次元の各記憶G1
素サンプル対の間に内挿値の追加サンプルが発生
され、これによつて低下した記憶画像G1のサン
プル密度がもとの記憶画像G0のサンプル密度ま
で拡大される。この拡大画像G1の各画素サンプ
ルのデジタル値を、次に原画像G0の対応する画
像サンプルの記憶デジタル値から差引いて、差画
像(ラプラスの画像として知られる)を生成す
る)。原画像G0と同じサンプル密度を持つこのラ
プラスの画像(L0で表わす)は、f0/2からf0
でのオクターブ内の原画像に含まれる空間周波数
と、しばしばG1画像の低下したサンプル密度の
導出と、原画像G0のそれにサンプル密度を拡大
するときに生ずる内挿値サンプルの導入に用いら
れた縮小段階によりそれぞれ生ずる情報の損失に
対応する小さい低空間周波数誤差補償成分とから
なる。このラプラスの画像L0は次に(N+1)
個のピラミツド記憶装置の第1番目のものに原画
像に代つて記憶される。
According to the non-real-time implementation of Burt's Pyramid Algorithm, the following operational steps generate an additional sample of the interpolated value between each memory G 1 pixel sample pair in each dimension, thereby reducing the memory image The sample density of G 1 is expanded to the sample density of the original stored image G 0 . The digital value of each pixel sample of this enlarged image G 1 is then subtracted from the stored digital value of the corresponding image sample of the original image G 0 to generate a difference image (known as a Laplace image). This Laplace image (denoted by L 0 ), which has the same sample density as the original image G 0 , combines the spatial frequencies contained in the original image within the octave from f 0 /2 to f 0 and often the reduced G 1 image. from the derivation of the sample density and a small low spatial frequency error compensation component corresponding to the information loss caused respectively by the reduction step used to introduce the interpolated samples that occurs when expanding the sample density to that of the original image G0 . Become. This Laplace image L 0 is then (N+1)
The image is stored in the first of the pyramid storage devices in place of the original image.

同様にしてこの手順を反復することにより、追
加の(N−1)個のラプラスの画像L1ないし
LN-1から成る位階が導出され、ガウスの画像G1
ないしGN-1が記憶されている追加の(N−1)
個の記憶装置の各対応するものに書込まれる(こ
れによつて記憶装置内のガウスの画像G1ないし
GN-1が置換される)。ガウスの画像GN(サンプル
密度最低)はその対応する記憶装置でラプラスの
画像と置換されず、原画像に含まれた最低空間周
波数(すなわちLN-1オクターブ未満のもの)で構
成されるガウスの残像としてその記憶装置に残
る。
By repeating this procedure in the same way, additional (N-1) Laplace images L 1 to
A rank consisting of L N-1 is derived and the Gaussian image G 1
or an additional (N-1) in which G N-1 is stored
(so that the Gaussian images G 1 to 1 in the memory
G N-1 is replaced). A Gaussian image G N (with the lowest sample density) is not replaced with a Laplace image in its corresponding storage, and is a Gaussian image consisting of the lowest spatial frequencies (i.e. less than L N-1 octaves) contained in the original image. remains in the storage device as an afterimage.

バートのピラミツド算法によると、記憶された
残像GNを画像LN-1のサンプル密度に拡大し、こ
れを記憶されたラプラスの画像LN-1に加えて和画
像を作り、さらにこの和画像を拡大してラプラス
の画像LN-2を加えるという手順を、全ラプラス画
像の和と残像とによつてもとの高解像度の画像が
合成されるまで行う反復演算法により、エーリア
シングなく原画像を回復することができる。ま
た、1個以上の原画像をN個のラプラス画像とガ
ウス残像に分解した後、これから完全な高解像度
の画像を合成する前に、任意所要の特殊画像処理
または改変段階(例えばスプライニング)を導入
することもできる。
According to Burt's pyramid algorithm, the stored afterimage G N is expanded to the sample density of the image L N-1 , this is added to the stored Laplace image L N-1 to create a sum image, and then this sum image is The process of enlarging the image L can be recovered. Additionally, after decomposing one or more original images into N Laplace images and Gaussian afterimages, any necessary special image processing or modification steps (e.g. splining) can be performed before synthesizing the complete high-resolution image from this. It can also be introduced.

電算機処理によるバートのピラミツド算法の非
実時間実行は固定画像情報の処理には有効である
が、時間的に連続変化し得る逐次発生画像の列
(例えばテレビジヨン画像の連続映像フレーム)
の分解には適用できない。このような時間的に変
化する逐次発生画像の分解には、この発明によつ
て与えられるようなバートのピラミツド算法の実
時間実行を必要とする。
The non-real-time implementation of Burt's Pyramid Algorithm by computer processing is effective for processing fixed image information;
cannot be applied to the decomposition of Decomposition of such time-varying sequential images requires real-time implementation of Burt's pyramid algorithm as provided by the present invention.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

詳言すれば、この発明は与えられた時間
(temporal)信号の情報成分の周波数スペクトル
を遅延実時間で分解するためにパイプライン構成
を用いた信号処理装置に関するものである。その
周波数スペクトル中の処理対象である(関心のあ
る)最高周波数はf0であり(すなわち、上記スペ
クトル中には関心が無く従つて直接処理対象とし
ていない、f0より高い周波数が含まれることもあ
る)、またその与えられた時間信号の情報成分は
次元数の与えられた情報に対応する。この装置は
序数順に並べられたN個の各別のサンプルされた
信号の群(セツト)の中継手段(Nは複数整数、
すなわち2または2より大きな任意の整数)を含
み、その各中継手段が第1および第2の入力端子
と第1および第2の出力端子を有する。この手段
群の第1の中継手段の第1の入力端子は与えられ
た時間信号を受信するように結合され、第2ない
し第Nの中継手段の各第1の入力はそれぞれの直
前の中継手段の各第1の出力端子に結合されて、
第2ないし第Nの各中継手段がその信号をそれぞ
れの直後の各中継手段に送るようになつている。
また各中継手段の第2の入力端子は各別のサンプ
リングクロツク信号を受信するように結合され、
この構成によつて各中継手段はその第1および第
2の出力端子にそれに印加されたクロツク信号の
サンプリング周波数に等しい周波数で信号を発生
する。
More specifically, the present invention relates to a signal processing device that uses a pipeline configuration to decompose the frequency spectrum of the information component of a given temporal signal in delayed real time. The highest frequency to be processed (of interest) in the frequency spectrum is f 0 (i.e., there may be frequencies higher than f 0 in the spectrum that are of no interest and therefore not directly targeted for processing). ), and the information component of the given time signal corresponds to information with a given number of dimensions. The apparatus includes means for relaying a set of N separate sampled signals arranged in ordinal order (N being a plural integer;
2 or any integer greater than 2), each relay means having first and second input terminals and first and second output terminals. A first input terminal of the first relay means of this group of means is coupled to receive a given time signal, and a first input of each of the second to Nth relay means is connected to the respective immediately preceding relay means. coupled to each first output terminal of
Each of the second to Nth relay means is adapted to send its signal to each relay means immediately following it.
and a second input terminal of each relay means is coupled to receive a respective separate sampling clock signal;
With this arrangement, each relay means produces a signal at its first and second output terminals at a frequency equal to the sampling frequency of the clock signal applied thereto.

さらに各中継手段がその第1の入力端子と第1
の出力端子の間にその第1の入力端子に印加され
た信号の情報成分に対する低域通過伝達関数を呈
する。この各中継手段の低域通過伝達関数はその
中継手段の第2の入力に印加されたクロツク信号
のサンプリング周波数の順関数(独立変数の値が
増(または減)すとき従続変数の値も増(または
減)す形の関数)である公称遮断周波数を有す
る。その中継手段の第1の中継手段の第2の入力
端子に印加されるクロツク信号は、(a)f0の2倍
で、(b)上記情報成分にその第1の中継手段の低域
通過伝達関数に対するf0未満の公称遮断周波数を
与えるようなサンプリング周波数を有する。また
その手段群の第2ないし第Nの中継手段の各第2
の入力端子に印加されるクロツク信号は、(a)それ
ぞれの中継手段の直前の中継手段の第2の入力端
子に印加されるクロツク周波数より低く、(b)その
第1の入力端子に印加された情報成分の最高周波
数の2倍に少なくとも等しく、(c)その直前の中継
手段の公称遮断周波数より低い公称遮断周波数を
その低域通過伝達関数に与えるようなサンプリン
グ周波数を有する。
Further, each relay means connects its first input terminal to the first input terminal.
exhibits a low-pass transfer function between its output terminals for the information component of the signal applied to its first input terminal. The low-pass transfer function of each relay means is a direct function of the sampling frequency of the clock signal applied to the second input of that relay means (as the value of the independent variable increases (or decreases), the value of the dependent variable also increases (or decreases)). has a nominal cut-off frequency that is an increasing (or decreasing) function). The clock signal applied to the second input terminal of the first relay means of the relay means is (a) twice f 0 and (b) has a low pass of the first relay means in the above information component. have a sampling frequency that gives a nominal cut-off frequency for the transfer function that is less than f 0 . Also, each second relay means of the second to Nth relay means of the means group
the clock signal applied to the input terminal of the respective relay means is (a) lower than the clock frequency applied to the second input terminal of the relay means immediately preceding the respective relay means, and (b) the clock signal applied to its first input terminal (c) providing its low-pass transfer function with a nominal cut-off frequency that is at least equal to twice the highest frequency of the information component transmitted; and (c) lower than the nominal cut-off frequency of its immediately preceding relay means.

各中継手段の第2の出力端子に引出された信号
は、その第1の入力端子に印加される情報成分と
その第1の出力端子に引出される情報成分の直接
関数との差に対応する。
The signal drawn at the second output terminal of each relay means corresponds to the difference between the information component applied to its first input terminal and a direct function of the information component drawn to its first output terminal. .

この発明の信号処理装置により処理された与え
られた時間信号の情報成分は、例えば2次元のそ
れぞれにおいて直線的に走査されたテレビジヨン
画像の連続フレームのそれぞれの2次元空間周波
数成分に対応することもあるが、これに限らな
い。
The information components of a given temporal signal processed by the signal processing device of the invention correspond to respective two-dimensional spatial frequency components of successive frames of a television image linearly scanned, for example, in each of the two dimensions. There are some, but it is not limited to this.

一般にこの発明は空間周波数または非空間周波
数の信号源からその信号源の特性に関係なく1ま
たはそれ以上の次元で引出された信号の周波数ス
ペクトルの分解に有用で、従つて、例えばテレビ
ジヨン画像のような2次元の視覚画像源の上に、
音声、レーダ、地震記録計、ロボツト等の信号源
から引出される1次元、2次元、3次元またはそ
れ以上の多次元の複合信号の分解に有用である。
In general, the invention is useful for decomposing the frequency spectrum of a signal derived from a spatial frequency or non-spatial frequency signal source in one or more dimensions regardless of the characteristics of the source, and thus for example On top of a two-dimensional visual image source such as
It is useful for decomposing one-, two-, three-, or more dimensional complex signals derived from signal sources such as audio, radar, seismic recorders, robots, etc.

その上、この発明はパイプライン構成を用い、
分解された信号群に応じてその複合信号を遅延実
時間で合成する信号処理装置にも関連するもので
ある。
Moreover, this invention uses a pipeline configuration,
The present invention also relates to a signal processing device that synthesizes a composite signal in delayed real time according to a group of decomposed signals.

〔推奨実施例の説明〕[Description of recommended examples]

第1図において、序数順に並べられた1群の抽
出信号(サンプリングされた信号)中継手段10
0−1ないし100−N(Nは複数整数、すなわ
ち2または2より大きな任意の整数)はそれぞれ
2つの入力端子と2つの出力端子を有し、情報を
画定する与えられた時間(temporal)信号G0
第1の中継手段100−1の2つの入力端子の第
1のものに入力として印加される。時間信号G0
は(音声または映像信号のような)連続アナログ
信号またはサンプリングされたアナログ信号とす
ることができるが、後者の場合、各サンプルレベ
ルと直接振幅レベルで表わすことも(すなわち時
間信号G0を中継手段100−1の第1の入力端
子に印加する前に第1図にないアナログ・デジタ
ル変換器に各サンプルの振幅レベルを通すことに
より)間接的にデジタル数で表わすこともでき
る。G0の周波数スペクトルは0(すなわち直流)
から或る周波数f0までの範囲(すなわち与えられ
た次元数の情報に対応する処理対象である全周波
数を含む範囲)を含んでいる。換言すればG0
りf0より高い周波数を含まない予め濾波された信
号でよい。この場合、中継手段100−1のクロ
ツク周波数2f0はf0の周波数成分全部に対するナ
イキスト規準を満足する。しかしG0は、f0より高
い対象外の若干の周波数成分を含むこともある。
この後者の場合はナイキスト規準が満足されず、
若干のエーリアシングが起るが、実際の観点から
見ると、このようなエーリアシングは好ましくな
いが、(大き過ぎない限り)許容し得ることも多
い。
In FIG. 1, a group of extracted signals (sampled signals) relay means 10 arranged in ordinal order
0-1 to 100-N (where N is a plural integer, i.e. 2 or any integer greater than 2) each has two input terminals and two output terminals, and is used for a given temporal signal defining information. G 0 is applied as an input to the first of the two input terminals of the first relay means 100-1. Time signal G 0
may be a continuous analog signal (such as an audio or video signal) or a sampled analog signal, but in the latter case it may also be expressed in terms of each sample level and directly in amplitude level (i.e. the time signal G 0 is It may also be represented indirectly in digital numbers (by passing the amplitude level of each sample through an analog-to-digital converter, not shown in FIG. 1) before being applied to the first input terminal of 100-1. The frequency spectrum of G 0 is 0 (i.e. DC)
to a certain frequency f 0 (ie, a range including all frequencies to be processed corresponding to information of a given number of dimensions). In other words, it may be a pre-filtered signal that does not contain frequencies higher than G 0 and f 0 . In this case, the clock frequency 2f 0 of the relay means 100-1 satisfies the Nyquist criterion for all frequency components of f 0 . However, G 0 may also include some untargeted frequency components higher than f 0 .
In this latter case, the Nyquist criterion is not satisfied;
Some aliasing occurs, but from a practical point of view, such aliasing is not desirable, but is often acceptable (as long as it is not too large).

第1図において、他の各中継手段100−2…
100−Nの第1の入力端子はその直前の各中継
手段の2つの出力端子の第1のものに結合されて
いる。すなわち、信号中継手段100−1の第1
の出力端子が中継手段100−2の第1の入力端
子に、中継手段100−2の第1の出力端子が図
示されない中継手段100−3の第1の入力端子
に結合され、…同様に図示のない中継手段100
−(N−1)の第1の出力端子が中継手段100
−Nの第1の入力端子に結合されている。このよ
うにして第1図に示す信号処理装置は中継手段群
の各中継手段の相互結合にパイプライン構成を用
いている。
In FIG. 1, each of the other relay means 100-2...
The first input terminal of 100-N is coupled to the first of the two output terminals of each relay means immediately preceding it. That is, the first signal relay means 100-1
The output terminal of the relay means 100-2 is coupled to the first input terminal of the relay means 100-2, the first output terminal of the relay means 100-2 is coupled to the first input terminal of the relay means 100-3 (not shown), and... Relay means 100 without
-(N-1)'s first output terminal is the relay means 100
-N's first input terminal. In this manner, the signal processing apparatus shown in FIG. 1 uses a pipeline configuration for mutually coupling the relay means of the relay means group.

各中継手段100−1,…100−Nの2つの
入力端子の第2のものには各別のサンプリング周
波数クロツクが印加される。詳言すれば、中継手
段100−1はその第2の入力としてサンプリン
グ周波数クロツクCL1が印加され、中継手段10
0−2はその第2の入力としてサンプリング周波
数クロツクCL2が印加され、…中継手段100−
Nはその第2の入力としてサンプリング周波数ク
ロツクCLNが印加される。各クロツク周波数の相
互に対する相互値CL1,CL2…CLNは第1図に示
すように拘束されており、この拘束の意味を次に
詳述する。
A different sampling frequency clock is applied to the second of the two input terminals of each relay means 100-1, . . . 100-N. Specifically, the relay means 100-1 receives the sampling frequency clock CL1 as its second input, and the relay means 100-1 receives the sampling frequency clock CL1 as its second input.
0-2 has the sampling frequency clock CL 2 applied as its second input, and...relay means 100-
N has a sampling frequency clock CL N applied as its second input. The mutual values CL 1 , CL 2 . . . CL N of each clock frequency are constrained as shown in FIG. 1, and the meaning of this constraint will be explained in detail below.

また第1図では、中継手段100−1はその第
2の出力端子に第2の出力端子L0を引出し、同
様に他の中継手段100−2…100−Nはそれ
ぞれその第2の出力端子に第2の出力信号L1
…LN-1を引出す。
Further, in FIG. 1, the relay means 100-1 draws out the second output terminal L0 to its second output terminal, and similarly, the other relay means 100-2...100-N each have their second output terminal L0. the second output signal L 1 ,
…Pull out L N-1 .

この各中継手段100−1,…100−Nはそ
の特殊内部構造に関係なくそれぞれの第1の入力
端子と第1の出力端子の間にその第1の入力端子
に印加された入力信号の情報成分の周波数スペク
トルに対する低域通過伝達関数を呈するブラツク
ボツクスと見ることができる。またこの各中継手
段100−1,100−2,…100−Nの低域
通過伝達関数は、その第2の入力端子に印加され
るサンプリング周波数を順関数である公称遮断周
波数を持つロールオフを有する。上述のように、
バートのピラミツドの場合はそのロールホフが
「ブリツク・ウオール」でなく漸進的である。
Each of the relay means 100-1, ... 100-N is connected between the first input terminal and the first output terminal of the input signal applied to the first input terminal, regardless of its special internal structure. It can be viewed as a black box that exhibits a low-pass transfer function for the frequency spectrum of its components. Furthermore, the low-pass transfer function of each relay means 100-1, 100-2, ... 100-N has a roll-off with a nominal cut-off frequency that is a direct function of the sampling frequency applied to its second input terminal. have As mentioned above,
In the case of Bart's Pyramid, the Rohrhof is not a "brick wall" but a gradual one.

詳言すれば、中継手段100−1はその第1の
入力端子に上述の入力信号G0を印加されるが、
そのG0の周波数スペクトルの中の処理対象であ
る最高周波数はf0より高くない。また中継手段1
00−1の第2の入力端子に印加されるサンプリ
ングクロツクの周波数CL1は2f0に等しい(すなわ
ちG0の周波数スペクトル内の処理対象である全
周波数に対してナイキスト規準を満足する周波数
を有する)。この条件で、中継手段100−1の
第1の入力端子と第1の出力端子の間の低域通過
伝達関数は、G0の周波数スペクトル内のf1より大
きくない(但しf1<f0)周波数だけが中継手段1
00−1の第1の出力端子に通過するようになつ
ており、これによつて中継手段100−1の第1
の出力端子には本来G0の周波数スペクトルの下
部で構成される(その低域通過伝達関数の特定の
特性で決まる)周波数スペクトルを有する出力信
号G1が引出される。この信号G1は次に中継手段
100−2の第1の入力端子に入力として印加さ
れる。
To be more specific, the above-mentioned input signal G 0 is applied to the first input terminal of the relay means 100-1,
The highest frequency to be processed in the frequency spectrum of G 0 is not higher than f 0 . Also, relay means 1
The frequency CL 1 of the sampling clock applied to the second input terminal of G 0 is equal to 2f 0 (i.e., the frequency that satisfies the Nyquist criterion for all frequencies to be processed in the frequency spectrum of G 0 ). Under this condition, the low-pass transfer function between the first input terminal and the first output terminal of the relay means 100-1 is not greater than f 1 in the frequency spectrum of G 0 (provided that f 1 < f 0 ) Frequency is the only relay method 1
00-1, and thereby the first output terminal of the relay means 100-1.
An output signal G 1 is drawn at the output terminal of , which has a frequency spectrum (determined by the particular characteristics of its low-pass transfer function) that essentially consists of the lower part of the frequency spectrum of G 0 . This signal G 1 is then applied as an input to the first input terminal of the relay means 100-2.

第1図に示すように、(中継手段100−2の
第2の入力端子に印加される)サンプリング周波
数は2f0(クロツクCL1のサンプリング周波数)よ
り低いが、少くとも2f1(G1の周波数スペクトルの
最高周波数f1の2倍)に等しい。従つてクロツク
CL2のサンプリング周波数は中継手段100−1
の第1の入力端子に印加されるG0の周波数スペ
クトル内に存在している可能性のある処理対象で
ある最高周波数f0に対するナイキスト規準を満足
するほど充分高くないが、その直後の中継手段1
00−2の第1の入力端子に印加されるG1の周
波数スペクトルに対するナイキスト規準を満足す
るにはなお充分である。この関係の形式(中継手
段の正規の位置が高いほど、その中継手段の第2
の入力端子に印加されるクロツクのサンプリング
周波数が低くなる)が一般に適用される。詳言す
ると、中継手段100−2,…100−Nのそれ
ぞれの第2の入力端子に印加されるクロツクのサ
ンプリング周波数は、(a)その中継手段の直前の中
継手段の第2の入力端子に印加されるクロツクよ
り低く、(b)その第1の入力端子に印加される信号
の情報成分の最高周波数の2倍に少くとも等し
く、(c)その低域通過伝達関係に対する公称遮断周
波数をその直前の中継手段のそれより低い値に低
減する。従つて中継手段100−2の第2の出力
端子に生ずる信号G2の最高周波数f2はf1より低
く、…最後に、(中継手段100−Nの出力端子
に生ずる)信号GNの周波数スペクトルの最高周
波数fNは(中継手段100−Nの直前の図示され
ない中継手段の第1の出力端子に現れて中継手段
100−Nの第1の入力端子に印加される)信号
GN-1の周波数スペクトルの最高周波数fN-1より低
い。
As shown in FIG. 1, the sampling frequency (applied to the second input terminal of the relay means 100-2) is lower than 2f 0 (sampling frequency of clock CL 1 ), but at least 2f 1 (sampling frequency of clock CL 1 ). (twice the highest frequency f 1 of the frequency spectrum). Therefore the clock
The sampling frequency of CL 2 is the relay means 100-1.
is not high enough to satisfy the Nyquist criterion for the highest frequency of interest f 0 that may be present in the frequency spectrum of G 0 applied to the first input terminal of 1
It is still sufficient to satisfy the Nyquist criterion for the frequency spectrum of G 1 applied to the first input terminal of 00-2. The form of this relationship (the higher the normal position of a relay means, the higher the
(the sampling frequency of the clock applied to the input terminal of the clock is lower) is generally applied. Specifically, the sampling frequency of the clock applied to the second input terminal of each of the relay means 100-2, . . . 100-N is as follows: (b) at least equal to twice the highest frequency of the information component of the signal applied to its first input terminal; and (c) its nominal cutoff frequency for the low-pass transfer relationship. The value is reduced to a value lower than that of the immediately preceding relay means. Therefore, the highest frequency f 2 of the signal G 2 occurring at the second output terminal of the relay means 100-2 is lower than f 1 ...Finally, the frequency of the signal G N (occurring at the output terminal of the relay means 100-N) The highest frequency f N of the spectrum is the signal (appearing at the first output terminal of a relay means (not shown) immediately before the relay means 100-N and applied to the first input terminal of the relay means 100-N).
The highest frequency f of the frequency spectrum of G N-1 is lower than N-1 .

再び中継手段100−1,…100−Nのそれ
ぞれをブラツクボツクスと見ると、各中継手段1
00−1,…100−Nの第2の出力端子に引出
される各出力信号L0,…LN-1はその中継手段の
第1の入力端子に印加される信号の情報成分とそ
の中継手段の第1の出力端子に引出される信号の
情報成分の順関数との差に対応する。従つて第1
図に示すようにL0は差G0−g(G1)に等しい(ま
たは少くともそれに対応する)。但しg(G1)は、
G1自体か、G1のある特定の順関数である。同様
にして、L1がG1−g(G2)に等しく、(または少
くともそれに対応し)、…LN-1がGN-1−g(GN
に等しい(または少くともそれに対応する)。
If we consider each of the relay means 100-1,...100-N as a black box again, each relay means 1
Each output signal L 0 ,...L N-1 drawn out to the second output terminal of 00-1,...100-N is the information component of the signal applied to the first input terminal of the relay means and its relay. It corresponds to the difference between the information component of the signal drawn at the first output terminal of the means and the forward function. Therefore, the first
As shown, L 0 is equal to (or at least corresponds to) the difference G 0 −g(G 1 ). However, g (G 1 ) is
Either G 1 itself or some particular forward function of G 1 . Similarly, if L 1 is equal to (or at least corresponds to) G 1 −g(G 2 ), ...L N-1 is G N-1 − g(G N )
is equal to (or at least corresponds to).

一般に各サンプリングクロツク周波数f0,…
fN-1の相対値に対する唯一の制限は第1図に示す
通りであるが、普通は各中継手段100−1,…
100−Nの第2の入力端子に印加されるサンプ
リングクロツク周波数の値を、各比CL2/CL1
CL3/CL2…CLN/CLN-1が1/2(または分解さ
れる信号の情報成分の次元数に従つて1/2の整
数乗)に等しくなるように指定するのが便利であ
る。これによつて、もとの信号G0の周波数スペ
クトルの分解出力がラプラスの成分信号L0,…
LN-1の各別の並列周波数通過帯域に分割され、
(サンプリング密度の以下によつて生ずる信号情
報の損失または擬似エーリアシング周波数成分の
追加によるすべてのサンプリング誤差を無視する
と)それぞれの帯域幅が情報成分の各次元に対し
て1オクターブで、その特定のオクターブ内に入
る原信号G0の周波数スペクトル内にある周波数
しか含まない。このとき最低オクターブのラプラ
ス成分信号LN-1より低い原信号G0の周波数スペ
クトルの周波数は分解出力の残留ガウス信号GN
に含まれる。
In general, each sampling clock frequency f 0 ,...
The only restriction on the relative value of f N-1 is as shown in FIG. 1, but typically each relay means 100-1,...
The value of the sampling clock frequency applied to the second input terminal of 100-N is expressed as each ratio CL 2 /CL 1 ,
It is convenient to specify CL 3 /CL 2 ...CL N /CL N-1 to be equal to 1/2 (or to an integer power of 1/2 according to the number of dimensions of the information component of the signal to be decomposed). be. As a result, the decomposition output of the frequency spectrum of the original signal G 0 becomes the Laplace component signal L 0 ,...
L each divided into N-1 separate parallel frequency passbands,
Each bandwidth is one octave for each dimension of the information component (ignoring all sampling errors due to loss of signal information or addition of spurious aliasing frequency components caused by less than or equal to the sampling density), and It contains only frequencies that are within the frequency spectrum of the original signal G 0 that falls within. In this case, the frequency of the frequency spectrum of the original signal G 0 lower than the lowest octave Laplace component signal L N-1 is the residual Gaussian signal G N of the decomposition output.
include.

一般にNは2またはそれ以上の任意の所定値を
持つ複数整数であるが、そのNの所定値が比較的
小さくても、原信号G0の周波数スペクトルの各
次元における問題の全周波数を充分高い解像度で
充分分解し得るような形式の情報がある。例え
ば、可視像の場合はNの値が7で充分なことがし
ばしば見られ、この場合残留信号GNの各次元の
周波数が原信号の周波数スペクトルG0の処理対
象である最高周波数f0の1/128(1/27)より低い。
In general, N is a plurality of integers having an arbitrary predetermined value of 2 or more, but even if the predetermined value of N is relatively small, it is sufficiently high that all frequencies of interest in each dimension of the frequency spectrum of the original signal G0 can be set sufficiently high. There is information in a format that can be resolved sufficiently with resolution. For example, in the case of visible images, it is often found that a value of N of 7 is sufficient, in which case the frequency of each dimension of the residual signal G N is the highest frequency f 0 to be processed in the frequency spectrum G 0 of the original signal. lower than 1/128 (1/2 7 ).

第1a図は第1図のパイプライン群の各抽出信
号中継手段100−1,…100−Nの第1種の
デジタル実施例を一般化形式で示す。図において
中継手段100−1,…100−(N−1)中の
任意の1つの第1種の実施例を100a−Kで表
わし、その中継手段の直後の第1種の実施例を1
00a−(K−1)で表わす。
FIG. 1a shows in generalized form a first type of digital embodiment of each extracted signal relay means 100-1, . . . 100-N of the pipeline group of FIG. In the figure, any one of the first type embodiments among the relay means 100-1,...100-(N-1) is represented by 100 a -K, and the first type embodiment immediately after that relay means is represented by 100 a -K.
00 a - (K-1).

中継手段100a−Kはmタツプデジタルたた
み込み濾波器102(mは3またはそれ以上で好
ましくは奇数である複数整数)と、縮小(間引
き)器(decimator)104と、拡大器106
と、nタツプデジタル内挿濾波器108(nは3
またはそれ以上で好ましくは奇数である複数整
数)と、遅延器109と、減算器110とを含ん
でいる。この各素子102,104,106,1
08,109,110の各制御入力としてサンプ
リング周波数のクロツクCLK(すなわち第1図で
中継手段群100a−Kの各中継手段の第2の入
力端子に印加されるクロツク)が印加される。
The relay means 100a -K includes an m-tap digital convolutional filter 102 (m is a plural integer of 3 or more, preferably an odd number), a decimator 104, and an expander 106.
and n-tap digital interpolation filter 108 (n is 3
or more, preferably odd integers), a delay device 109, and a subtractor 110. Each of these elements 102, 104, 106, 1
A sampling frequency clock CL K (that is, the clock applied to the second input terminal of each relay means of the relay means group 100 a -K in FIG. 1) is applied as each control input of 08, 109, and 110.

中継手段群100a−Kの第1の入力端子に印
加される信号GK-1はたたみ込み濾波器102の
入力として印加されると共に、遅延器109を介
して減算器110の入力として印加される。第1
a図に示すサンプル密度は情報信号の次元当りの
サンプル密度で、すなわち信号GK-1の各情報信
号次元のサンプル密度は中継手段群100a−K
のクロツクCLKのサンプリング周波数により時間
領域内に配置されている。従つてGK-1を構成す
る各サンプルは濾波器102により処理される。
たたみ込み濾波器102の目的は(第1図につい
て上述したように)その入力信号GK-1の最高周
波数に対してその出力信号GKの最高周波数を低
減することであるが、第1a図に示すように濾波
器102の出力のサンプル密度はなおCLKのサン
プル周波数である。
The signal G K-1 applied to the first input terminal of the relay means group 100 a -K is applied as an input to the convolution filter 102 and is also applied as an input to the subtracter 110 via the delay device 109 . Ru. 1st
The sample density shown in FIG .
is arranged in the time domain by the sampling frequency of the clock CL K. Therefore, each sample making up G K-1 is processed by filter 102.
The purpose of convolutional filter 102 (as described above with respect to FIG. 1) is to reduce the highest frequency of its output signal G K with respect to the highest frequency of its input signal G K-1 , whereas FIG. The sample density of the output of filter 102 is still at the sample frequency of CLK , as shown in FIG.

濾波器102の出力は縮小器(decimetor)1
04の入力として印加される。縮小器104は濾
波器102からその入力に印加された各次元の連
続するサンプルのうちの若干だけ(全部でない)
をその出力に送る。従つて縮小器104の出力に
おける各次元のサンプル密度はその入力における
その次元のサンプル密度より低下している。詳言
すれば、第1a図に示すように、縮小器104の
出力の各次元のサンプル密度CLK+1は、その直後
の中継手段100a−(K+1)の第2の入力端子
に印加されるサンプリング周波数の低減されたク
ロツクCLK+1によつて画定される低い周波数で時
間領域に配置することができる。
The output of the filter 102 is a decimeter 1
04 input. The reducer 104 extracts only some (but not all) of the successive samples of each dimension applied to its input from the filter 102.
to its output. Therefore, the sample density of each dimension at the output of the reducer 104 is reduced than the sample density of that dimension at its input. In particular, as shown in FIG. 1a, the sample density CL K+1 of each dimension of the output of the reducer 104 is applied to the second input terminal of the relay means 100 a -(K+1) immediately thereafter. can be placed in the time domain at a low frequency defined by a clock CL K+1 with a reduced sampling frequency.

またこの時間領域内に配置された縮小器104
の出力の信号GKの各次元の低下したサンプル密
度が、その直後の中継手段100a−(K+1)の
第2の入力端子に印加されるサンプリング周波数
クロツクCLK+1と同相で生ずる。第1a図におい
て、縮小器104のGK出力信号(中継手段10
a−Kの第1の出力端子の信号を含む)は直後
の中継手段100a−(K+1)の第1の入力端子
に印加される。従つて、中継手段100a−(K+
1)の第1の入力のGKのサンプルの低下サンプ
リング密度と、その第2の入力端子の低下サンプ
リング周波数クロツクCLK+1の等時性関係は、
(上述の)中継手段100a−Kの第1の入力端子
のサンプルの高いサンプリング密度と第2の入力
端子の高いサンプリング周波数のクロツクCLK
等時性関係と同様である。
Also, a reducer 104 placed within this time domain
A reduced sampling density of each dimension of the signal G K of the output of is produced in phase with the sampling frequency clock CL K+1 applied to the second input terminal of the relay means 100 a -( K+1 ) immediately thereafter. In FIG. 1a, the G K output signal of the reducer 104 (relay means 10
0 a -K) is applied to the first input terminal of the immediately succeeding relay means 100 a -(K+1). Therefore, the relay means 100 a −(K+
1) The isochronous relationship between the reduced sampling density of the samples of G K at the first input and the reduced sampling frequency clock CL K+1 at its second input terminal is:
This is similar to the isochronous relationship between the high sampling density of the samples at the first input of the relay means 100 a -K (described above) and the high sampling frequency clock CL K at the second input.

縮小器104の推奨実施例は信号情報の各次元
においてその次元のその入力のサンプル密度を1/
2だけ減ずる働らきをするものであるが、それに
限ることはない。この場合縮小器104は各次元
においてその入力のサンプルを1つおきに出力に
送る働らきをする。従つて1次元信号情報に対し
てはサンプル密度CLK+1がサンプル密度CLK
(1/2)1すなわち1/2であり、2次元信号情報の場
合は2つの次元のそれぞれに対するサンプル密度
CLK+1が1/2で、(1/2)2すなわち1/4の2次元サン
プル密度を与える。
The preferred embodiment of the reducer 104 is to reduce the sample density of its input in that dimension by 1/1 for each dimension of signal information.
The function is to reduce the number by 2, but it is not limited to this. In this case, the reducer 104 serves to send every other sample of its input to the output in each dimension. Therefore, for one-dimensional signal information, the sample density CL K+1 is (1/2) 1 or 1/2 of the sample density CL K , and for two-dimensional signal information, the sample density for each of the two dimensions is
CL K+1 is 1/2, giving a two-dimensional sample density of (1/2) 2 , or 1/4.

GKのベースバンド周波数スペクトルは縮小器
104の入力と出力で同じであるが、縮小器10
4の出力の信号のサンプル密度が低くなると、そ
の入力に印加されたサンプル密度GKの高い信号
に存在する位相情報がある程度失われる。
The baseband frequency spectrum of G K is the same at the input and output of reducer 104, but
As the sample density of the signal at the output of G K becomes lower, some of the phase information present in the higher sample density signal applied to its input is lost.

縮小器104の出力は直後の中継手段の第1の
入力端子に印加されると共に、拡大器106の入
力にも印加される。拡大器106は縮小器104
の出力からのサンプルがないクロツクCLKの各サ
ンプル位置にナル(零レベルを表わすデジタル
数)を追加サンプルとして挿入する働らきをす
る。これによつて拡大器106の出力のサンプル
密度は縮小器104の入力のサンプル密度に復原
される。各次元のサンプル密度が1/2だけ減じら
れる推奨事例では、拡大器106は各次元におい
て縮小器104の出力のその次元の各隣接サンプ
ル対間にナルを挿入する。
The output of the reducer 104 is applied to the first input terminal of the relay means immediately following it, and is also applied to the input of the expander 106. The enlarger 106 is the reducer 104
It serves to insert a null (a digital number representing a zero level) as an additional sample at each sample position of the clock CL K where there is no sample from the output of the clock. This restores the sample density of the output of expander 106 to the sample density of the input of reducer 104. In the recommended case where the sample density in each dimension is reduced by 1/2, expander 106 inserts a null in each dimension between each pair of adjacent samples in that dimension of the output of reducer 104.

拡大器106はその入力に対して出力のサンプ
ル密度を上げるが、入力に対して出力のGK信号
情報を変えることはない。しかしナルの導入はサ
イドバンド周波数スペクトルCLの高調波として
生ずるベースバンドGK信号情報の像または複写
を加える効果を有する。
Expander 106 increases the sample density of the output relative to its input, but does not change the G K signal information of the output relative to the input. However, the introduction of the null has the effect of adding an image or copy of the baseband G K signal information that occurs as harmonics of the sideband frequency spectrum CL.

拡大器106の出力の信号GKは内挿濾波器1
08を通る。この内挿濾波器108はベースバン
ドGK信号を通すが、側波帯周波数スペクトルCL
高調波を阻止する低域濾波器である。従つて濾波
器108は零値のナルサンプルをそれぞれそれを
取巻く情報を持つサンプルの値で置換する働らき
をする。この内挿値サンプルの効果は情報を持つ
サンプルの包絡線をより高い解像度で画定するこ
とである。内挿濾波器108はこのようにして拡
大器106の出力の信号GKのベースバンド以上
の高周波数成分を実質的に除去するが、その出力
のGK内挿信号に縮小器104の出力の低サンプ
ル密度GK信号にすでに存在していない情報は全
く追加せず、また追加できない。換言すれば、拡
大器106はGK信号の各次元における低下した
サンプル密度をたたみ込み濾波器102の出力の
GK信号の各次元におけるサンプル密度に戻す働
らきをする。
The signal G K output from the expander 106 is passed through the interpolation filter 1
Pass through 08. This interpolation filter 108 passes the baseband G K signal, but the sideband frequency spectrum CL
It is a low pass filter that blocks harmonics. Filter 108 therefore serves to replace each null-valued null sample with the value of a sample having information surrounding it. The effect of this interpolated value sample is to define the envelope of the informative samples with higher resolution. The interpolating filter 108 thus substantially removes high frequency components above the baseband of the signal G K output from the expander 106, but does not include the G K interpolated signal at the output of the expander 106. Low sample density G K does not and cannot add any information that is not already present in the signal. In other words, expander 106 convolves the reduced sample density in each dimension of the G K signal into the output of filter 102.
G Functions to return to the sample density in each dimension of the K signal.

減算器110は内挿濾波器108の出力に生ず
るGK信号を中継手段100a−Kの第1の入力端
子に供給されてたたみ込み濾波器102の入力と
して印加されると共に遅延器109を介してその
減算器110に印加されるGK-1信号から差引く
働きをする。遅延器109はたたみ込み濾波器1
02、縮小器104、拡大器106および内挿濾
波器108によつて与えられる全遅延に等しい遅
延を与える。従つて減算器110の入力に印加さ
れる2つの信号はその各次元において同じサンプ
ル密度CLKを有し、その遅延も相等しいため、減
算器110はそのGK信号入力の各サンプルのデ
ジタル数で表されるレベルをそのGK-1入力の対
応サンプルのデジタル数で表されるレベルから差
引くことになる。このようにして減算器110の
出力は中継手段100a−Kの第2の出力端子に
取出されるラプラス信号LK-1を構成する。
The subtracter 110 supplies the G K signal generated at the output of the interpolation filter 108 to the first input terminal of the relay means 100 a -K and applies it as an input to the convolution filter 102 and also passes it through the delay device 109 . G K-1 signal applied to the subtractor 110. Delay device 109 is convolution filter 1
02, provides a delay equal to the total delay provided by compressor 104, expander 106, and interpolating filter 108. Therefore, since the two signals applied to the input of the subtractor 110 have the same sample density CLK in each dimension and their delays are also equal, the subtracter 110 calculates the digital number of each sample of its GK signal input. The level represented by is subtracted from the level represented by the digital number of the corresponding sample of the G K-1 input. In this way, the output of the subtracter 110 constitutes the Laplace signal L K-1 which is taken out to the second output terminal of the relay means 100 a -K.

減算器110に印加される信号GKにも存在し
ないGK-1の信号成分だけが減算器110の出力
のラプラス信号LK-1に存在することになるが、こ
の成分の第1のものはGK-1信号の周波数成分の
たたみ込み濾波器102の通過帯域より上の高周
波部分から成り、従つて例えば中継手段100a
−Kが第1図の中継手段100−1に対応すると
きは、LK-1(L0)の第1の成分が、GK-1(G0)の
周波数スペクトルの通過帯域f1〜f0内の周波数を
含む。しかし減算器110のラプラス出力LK-1
またこの成分に加えたたみ込み濾波器102の出
力のサンプル密度の高いGK信号に存在するが縮
小過程(上述)で失われる位相情報に実質的に対
応するたたみ込み濾波器102の通過帯域内の周
波数から成る誤差補償用の第2の成分を含んでい
る。従つてこの直後の中継手段100a−(K+
1)の第1の入力端子に送られるサンプル密度の
低い(縮小された)GK信号の失われた位相情報
は、中継手段100a−Kの第2の出力端子に取
出されるラプラス信号LK-1に実質的に保持されて
いる。
Only the signal component G K-1, which is not also present in the signal G K applied to the subtracter 110, will be present in the Laplace signal L K-1 output from the subtracter 110, but the first of these components consists of the high frequency part above the passband of the convolutional filter 102 of the frequency component of the G K-1 signal, and therefore, for example, the relay means 100 a
-K corresponds to the relay means 100-1 in FIG . Contains frequencies within f 0 . However, the Laplace output L K-1 of the subtractor 110 also adds to this component substantially due to the phase information present in the densely sampled G K signal at the output of the convolutional filter 102 but lost in the reduction process (described above). It includes a second component for error compensation consisting of frequencies within the passband of the corresponding convolutional filter 102. Therefore, the relay means 100 a −(K+
The lost phase information of the low sample density (reduced) G K signal sent to the first input terminal of 1) is added to the Laplace signal L taken out to the second output terminal of the relay means 100 a -K. It is essentially held in K-1 .

各中継手段100−1,…100−Nは第1a
図の中継手段100a−Kの構成を持ち、この場
合、この中継手段群の最後の中継手段100−N
の第1の出力端子に取出される分解出力の残留信
号GKの各次元のサンプル密度は、その第1の入
力に印加されるGN-1信号の各次元のサンプル密
度より小さい(1/2が好ましい)。しかし、定義に
より中継手段100−Nの次には中継手段がない
ため、大抵の用途では(圧縮データ伝送用を除
く)残留信号GNのサンプル密度が中継手段10
0−Nの第1の入力端子に印加されるGN-1信号
のサンプル密度より小さいことが肝要である。従
つてこの場合は、最後の中継手段100−Nが、
中継手段100a−Kの全構体を含むのではなく、
第1c図に示すような構成を(第1種の中継手段
群の各中継手段100−1,…100−(N−1)
はなお中継手段100a−Kのように構成されて
いるが)持つこともできる。第1c図では、たた
み込み濾波器102の(その各次元のサンプル密
度がそのたたみ込み濾波器102の入力に印加さ
れるGN-1信号と同じ)GN信号出力は縮小器を通
過しないが、第1種の中継手段群の最後の中継手
段100a−Nの残留GN出力信号として直接供給
される。この場合は縮小がないため、拡大や内挿
の必要がなく、従つてたたみ込み濾波器102の
出力のGN信号が減算器110のGN入力として直
接印加される。換言すれば、第1c図の中継手段
100a−Nの構成は第1a図の中継手段100a
−Kとは異り、縮小器104、拡大器106、内
挿濾波器108がない。この場合遅延器109は
たたみ込み濾波器102の導入する遅延に等しい
遅延だけを与える。
Each relay means 100-1,...100-N is the 1a
It has the configuration of the relay means 100a -K shown in the figure, and in this case, the last relay means 100-N of this relay means group.
The sampling density of each dimension of the residual signal G K of the decomposed output taken out at the first output terminal of is smaller than the sampling density of each dimension of the G N-1 signal applied to its first input (1/ 2 is preferred). However, since there is no relay means after the relay means 100-N by definition, in most applications (except for compressed data transmission) the sample density of the residual signal G N is lower than the relay means 100-N.
It is important that the sample density be smaller than the sample density of the G N-1 signal applied to the 0-N first input terminal. Therefore, in this case, the last relay means 100-N is
Rather than including the entire structure of the relay means 100a -K,
The configuration shown in FIG. 1c (each relay means 100-1,...100-(N-1) of the first type relay means group)
may also have relay means 100a -K). In FIG. 1c, the G N signal output of the convolutional filter 102 (of which the sample density in each dimension is the same as the G N-1 signal applied to the input of the convolutional filter 102) does not pass through the reducer, but , is directly supplied as the residual G N output signal of the last relay means 100 a -N of the first type relay means group. In this case, since there is no reduction, there is no need for expansion or interpolation, and therefore the G N signal of the output of the convolutional filter 102 is directly applied as the G N input of the subtractor 110. In other words, the configuration of the relay means 100 a -N of FIG. 1c is the same as that of the relay means 100 a of FIG. 1a.
-K, there is no reducer 104, expander 106, or interpolation filter 108. In this case, delayer 109 provides only a delay equal to the delay introduced by convolutional filter 102.

第1a図(または代りとして第1a図と第1c
図)に示す第1種のものは、バートのピラミツド
算法を実時間で実行する。その最有用形式は、そ
のバートのピラミツド算法により引出された分解
出力の各ラプラス成分の帯域幅がその各次元にお
いて1オクターブのものであることは言うまでも
ない。このバートのピラミツド算法の最有用形式
は、第1a図の実時間実行において各次元のサン
プリング周波数クロツクCLK+1をその次元のサン
プリング周波数クロツクCLKの1/2にすることに
より得られる。
Figure 1a (or alternatively Figures 1a and 1c)
The first type shown in Figure 1 executes Burt's pyramid algorithm in real time. It goes without saying that in its most useful form, the bandwidth of each Laplace component of the decomposition output derived by Burt's pyramid algorithm is one octave in each dimension. The most useful form of Burt's pyramid algorithm is obtained by making each dimension's sampling frequency clock CL K+1 one-half the sampling frequency clock CL K for that dimension in the real-time implementation of FIG. 1a.

次にバートのピラミツドの代用として他の形式
の位階ピラミツドを引用する。この代用ピラミツ
ドは「濾波減算縮小(以後FSDと呼ぶ)」ピラミ
ツドと呼ばれるもので、これはバートのピラミツ
ドの所要特性のあるものを欠いているが、バート
のピラミツドにない好ましい特性を有する。例え
ばバートのピラミツドの(FSDピラミツドにな
い)好ましい特性は再生原信号の合成において分
解出力のラプラス成分と残留成分のそれぞれに存
在する擬似エーリアシング周波数が補償されるこ
とであるが、用途によつてはFSDピラミツドの
方が必要なハードウエアが少く、そのため実行経
費が低い。
Next, I will cite other forms of hierarchical pyramids as substitutes for Barth's pyramids. This substitute pyramid is called a "filtered subtraction reduction (FSD)" pyramid, which lacks some of the desired properties of Burt's pyramid, but has desirable properties not found in Burt's pyramid. For example, a desirable property of Burt's pyramid (not found in FSD pyramid) is that the pseudo-aliasing frequencies present in each of the Laplace component and the residual component of the decomposed output are compensated for in the synthesis of the reproduced original signal, but depending on the application, FSD pyramids require less hardware and are therefore cheaper to run.

パイプライン技法を用いたこの発明の信号処理
装置はまたFSDピラミツドを実時間で実行する
ためにも有用である。このFSDピラミツドは
(バートのピラミツドに用いられる上述の中継手
段100a−Kのような段の代りとして)第1b
図に示す100b−Kのような中継手段または段
を用いた第1図の各サンプル信号中継手段100
−a,…100−Nの第2種の構成を含んでい
る。
The signal processing apparatus of the present invention using pipeline techniques is also useful for implementing FSD pyramids in real time. This FSD pyramid (as an alternative to the above-mentioned relay means 100a -K-like stages used in Burt's pyramid)
Each sample signal relay means 100 of FIG .
-a, . . . 100-N type 2 configuration is included.

第1b図の中継手段110b−Kは、第1図の
中継手段100−1,…100−(N−1)のそ
れぞれが第1b図の100b−Kや100b−(K
+1)のような中継手段を用いる上記第2種のデ
ジタル型実施例を示す。また第1b図の中継手段
100b−(K+1)は中継手段100b−Kの直
後の中継手段100−1,…100Nの1つを表
わす。
The relay means 110 b -K in FIG . 1b is different from the relay means 100 - 1 , . . . 100 - (N-1) in FIG.
The second type of digital embodiment described above uses relay means such as +1). Further, the relay means 100 b -(K+1) in FIG. 1b represents one of the relay means 100-1, . . . 100N immediately after the relay means 100 b -K.

第1b図に示すように、中継手段100b−K
はmタツプデジタルたたみ込み濾波器102、縮
小器104、遅延器109および減算器110だ
けで構成されている。第1b図に示す第2種の中
継手段100b−Kの構成は第1種の中継手段1
00a−K(第1a図)の構成と、(サンプル密度
CLKの)GK-1信号が濾波器102の入力として印
加されると共に遅延器109を介して減算器11
0の入力に印加される点と、(同様にサンプル密
度CLKの)出力信号GKが縮小器104を通つてそ
のサンプル密度を各次元についてCLK+1まで低減
され、このサンプル密度の低下したGK信号がそ
の直後の中継手段100b−(K+1)の第1の入
力端子に印加される。
As shown in FIG. 1b, the relay means 100 b -K
consists only of an m-tap digital convolution filter 102, a reducer 104, a delay unit 109, and a subtracter 110. The configuration of the second type relay means 100 b -K shown in FIG. 1b is the first type relay means 1.
00 a -K (Fig. 1a) and (sample density
The G K-1 signal of CL K is applied as an input to the filter 102 and is passed through the delay device 109 to the subtractor 11.
0 and the output signal G K (also of sample density CL K ) is passed through a reducer 104 to reduce its sample density to CL K+1 for each dimension, and this reduction in sample density The G K signal thus obtained is applied to the first input terminal of the relay means 100 b -(K+1) immediately after that.

第2種の中継手段100b−Kが第1種の中継
手段100a−Kと異る点は、減算器110のGK
入力に濾波器102の出力から縮小器104の入
力に印加される(各次元の)サンプル密度がCLK
のGK信号が直接印加されることである。すなわ
ち、縮小器104の出力の(各次元の)サンプル
密度がCLK+1に低下したGK信号を用いる第1種の
中継手段100a−Kと異つている。このように
第1種のものはGK信号が減算器110のGK入力
に印加される前にそのサンプル密度を(各次元に
おいて)CLKに復原するために拡大器106と内
挿濾波器108を要する。第2種の中継手段10
b−Kの減算器110のGK入力は縮小されたサ
ンプル密度の信号源から取出されないため、中継
手段100b−Kの構成に拡大器106と内挿濾
波器108は不要である。従つて第1b図では遅
延器109がたたみ込み濾波器102の導入した
遅延に等しい遅延だけを与える。また、減算器1
10の出力LK-1はこれもたたみ込み濾波器102
の出力のGK信号に存在しないGK-1信号の周波数
スペクトルの比較的高周波の成分だけから構成さ
れる。
The difference between the second type relay means 100 b -K and the first type relay means 100 a -K is that the subtracter 110 has G K
The sample density (in each dimension) applied to the input from the output of the filter 102 to the input of the reducer 104 is CL K
The G K signal of is directly applied. That is, this is different from the first type relay means 100a -K which uses the GK signal in which the sample density (in each dimension) of the output of the reducer 104 is reduced to CLK +1 . The first type thus uses an expander 106 and an interpolating filter to restore its sample density (in each dimension) to C K before the G K signal is applied to the G K input of subtractor 110. It takes 108. Second type relay means 10
Since the G K input of the 0 b -K subtractor 110 is not taken from a reduced sample density source, the expander 106 and interpolation filter 108 are not required in the configuration of the relay means 100 b -K. Thus, in FIG. 1b, delay 109 provides only a delay equal to the delay introduced by convolutional filter 102. Also, subtractor 1
The output L K-1 of 10 is also a convolutional filter 102
It consists only of relatively high-frequency components of the frequency spectrum of the G K-1 signal that are not present in the output G K signal.

第2種の構成によると、その最後の中継手段1
00−Nは中継手段100b−Kの構成でもよい
が、また第1c図の構成をとることもできる。
According to the second type of configuration, the last relay means 1
00-N may have the configuration of the relay means 100b -K, but may also have the configuration of FIG. 1c.

第1a図および第1b図に示す第1種および第
2種の実施例はデジタル式の実施例で、アナロ
グ・デジタル変換器を最初に用いてアナログ信号
を通常多ビツト2進数で表されるデジタルレベル
のサンプルに変換するが、この発明の第1種およ
び第2種のどちらがデジタル形式で実施されるか
は重要でない。電荷結合装置(以後CCDと呼ぶ)
を用いた抽出信号中継手段は当業者に公知で英あ
る。例えば、分割ゲート型濾波器のようなCCD
横型濾波器をたたみ込み濾波器や内挿濾波器とし
て設計することができる。CCD信号は一連の個
別サンプルで構成されるが、各サンプルはアナロ
グ振幅レベルを持つため、この発明はデジタル形
式かアナログ形式のどちらでも実行することがで
きる。
The first and second embodiments shown in FIGS. 1a and 1b are digital embodiments in which an analog-to-digital converter is first used to convert an analog signal into a digital signal, usually represented as a multi-bit binary number. It does not matter whether the first type or the second type of this invention is implemented in digital form. Charge-coupled device (hereinafter referred to as CCD)
Means for relaying extracted signals using the same method are well known to those skilled in the art. For example, a CCD like a split gate filter.
Horizontal filters can be designed as convolutional filters or interpolation filters. Since the CCD signal is composed of a series of individual samples, each sample having an analog amplitude level, the invention can be implemented in either digital or analog format.

タツプ付き濾波器の濾波特性は、タツプ数、タ
ツプ間の有効遅延、各タツプの個別に与えられた
各重み係数の指定されたレベルと極性のような因
子に依存する。説明のため、たたみ込み濾波器1
02は1次元5タツプ濾波器と仮定する。第2図
はそれぞれ5つの個別タツプを有するすべて同極
性(第2図では正)で指定された大きさの重み係
数の1例を示す。これはまた各隣接タツプ間の有
効遅延時間を表わす。詳言すれば第2図に示すよ
うにこの各隣接タツプ間の有効遅延時間は、第1
種または第2種の中継手段100−1,…100
−N(第1a図、第1b図、第1c図)のそれぞ
れのたたみ込み濾波器102にそれぞれ個別に印
加されるサンプリング周波数クロツクCLKにより
決まる1/CLKである。従つて各中継手段100
−2,…100−Nのたたみ込み濾波器102の
遅延CLKの絶対値は、その直前の中継手段のそれ
より長い。
The filtering characteristics of a tapped filter depend on factors such as the number of taps, the effective delay between taps, and the designated level and polarity of each individually applied weighting factor for each tap. For explanation, convolutional filter 1
02 is assumed to be a one-dimensional 5-tap filter. FIG. 2 shows an example of weighting factors all of the same polarity (positive in FIG. 2) and specified magnitude, each with five individual taps. This also represents the effective delay time between each adjacent tap. Specifically, as shown in Figure 2, the effective delay time between each adjacent tap is
seed or second type relay means 100-1,...100
-N (FIGS. 1a, 1b, 1c) is 1/CL K determined by the sampling frequency clock CL K applied individually to each of the convolutional filters 102 (FIGS. 1a, 1b, and 1c). Therefore, each relay means 100
The absolute value of the delay CL K of the convolutional filter 102 of -2, . . . 100-N is longer than that of the relay means immediately preceding it.

第2図において、5つのタツプに属する重み係
数はすべて正極性で、第3タツプに関して対称分
布した指定値レベルを有する。すなわち、第2図
の例では第3タツプに対する重み係数が6の指定
値を有し、第2および第4タツプに対する重み係
数がそれより低い同じ4の指定値を有し、第1お
よび第3タツプのそれがさらに低い同じ1の重み
係数を有する。この各重み係数の包絡線202が
各中継手段100−1,…100−Nのたたみ込
み濾波器102の核関数(従つてその周波数部域
の濾波特性の形状)を画定する。すなわち、全サ
ンプル200は(1)同極性(第2図では正)で、(2)
中央(第3)のサンプルに関して対称に配置さ
れ、(3)そのサンプルが中心を外れるほどそのレベ
ルが小さくなるため、たたみ込み濾波器102は
各中継手段100−1,…100−Nにおいて低
域濾波特性を示す。第2図では全重み係数が同極
性(正)であるが、これは低域濾波器では肝要で
なく、重み係数はその代数和が0でない限りその
いくつかが逆極性(負)であることも可能であ
る。核関数波形(例えば第2図の包絡線202の
もの)はその中継手段群の各中継手段の全たたみ
込み濾波器102について同じであつて、そのた
め相対低域通過周波数特性(その周波数部域での
濾波特性の)が(重要ではないが)全濾波器10
2について同じであることも可能である。しか
し、各中継手段の濾波器の低域通過公称遮断周波
数の絶対値は、その濾波器に対するサンプリング
周波数周期1/CLKに依存するスケーリングを有
し、重み係数のレベル(第2図の特定値1、4、
6を持つ必要はない)を適当に選ぶことにより、
たたみ込み濾波器102のGK-1信号入力の最高
周波数(またはG0の場合は含まれている可能性
のある処理対象である最高周波数f0)の実質的に
1/2の低域通過公称遮断周波数が、(各次元のサン
プル密度がCLKの)たたみ込み濾波器102の出
力信号GKに対して得られる。この場合、縮小器
104は各次元においてその次元のサンプルを1
つおきに抜き取ることにより、GK信号の1次元
サンプル密度をCLK/2に減じるが、(サンプルの包
絡線202で画定される)GK信号は、(縮小器1
04の出力のサンプル密度が低いため若干の位相
情報が失われるが)縮小器104の入出力で本質
的に不変である。
In FIG. 2, the weighting coefficients belonging to the five taps are all positive in polarity and have specified value levels symmetrically distributed with respect to the third tap. That is, in the example of FIG. 2, the weighting coefficient for the third tap has a specified value of 6, the weighting coefficients for the second and fourth taps have the same lower specified value of 4, and the weighting coefficients for the second and fourth taps have the same lower specified value of 4. That of the tap has the same weighting factor of 1, which is even lower. The envelope 202 of each weighting factor defines the kernel function of the convolutional filter 102 of each relay means 100-1, . . . 100-N (and thus the shape of the filtering characteristic in that frequency domain). That is, all samples 200 are (1) of the same polarity (positive in Figure 2) and (2)
The convolutional filter 102 is arranged symmetrically with respect to the center (third) sample, and (3) the level becomes smaller as the sample deviates from the center. Indicates filtering characteristics. In Figure 2, all the weighting coefficients are of the same polarity (positive), but this is not important in a low-pass filter; some of the weighting coefficients are of opposite polarity (negative), unless their algebraic sum is 0. is also possible. The kernel function waveform (for example, that of envelope 202 in FIG. 2) is the same for all convolutional filters 102 of each relay in the relay group, so that the relative low-pass frequency characteristics (in that frequency range ) is (not important) for the total filter 10
It is also possible that the same is true for 2. However, the absolute value of the low-pass nominal cut-off frequency of the filter of each relay means has a scaling that depends on the sampling frequency period 1/CL K for that filter, and the level of the weighting factor (the specific value in Figure 2 1, 4,
It is not necessary to have 6) by appropriately selecting
A low pass of substantially 1/2 of the highest frequency of the G K-1 signal input of the convolutional filter 102 (or in the case of G 0 , the highest frequency f 0 that may be included) A nominal cutoff frequency is obtained for the output signal G K of convolutional filter 102 (with sample density in each dimension C K ). In this case, the reducer 104 reduces the samples of that dimension to 1 in each dimension.
By sampling every third time, we reduce the one-dimensional sample density of the G K signal to CL K/2 , but the G K signal (defined by the sample envelope 202) is
04 (although some phase information is lost due to the low sampling density of the output of 04).

次に第1図の種属の第1種(第1a図)を形成
するバートのピラミツドの実時間実行の若干の推
奨実施例を説明する。
We now describe some recommended embodiments of the real-time implementation of Bart's Pyramid, which forms the first species of the species of FIG. 1 (FIG. 1a).

第3図は(例えば時間変化する任意形式の情報
信号のような)1次元情報信号を表わす電気信号
に対して動作するスペクトル分解器、スペクトル
変換回路および信号合成器の系統ブロツク図であ
る。
FIG. 3 is a block diagram of a spectral decomposer, spectral conversion circuit, and signal synthesizer operating on electrical signals representing one-dimensional information signals (eg, time-varying information signals of any type).

第3図はスペクトル分解されるもとの電気信号
がアナログ形式でアナログ・デジタル(AD)変
換器305に印加されてデジタル化されることを
示している。AD変換器305からの抽出(サン
プル化された)デジタル応答をG0とする。G0
高周波数応答である高域通過スペクトルL0が0
次分解段310で抽出されてG0の低域濾波応答
のG1を残す。このG1の高周波数部分である帯域
スペクトルL1が1次分解段315で抽出されて
G1の低域濾波応答のG2を残す。このG2の高周波
数部分である帯域スペクトルL1より低い帯域ス
ペクトルL2が2次分解段320で抽出されてG2
の低域濾波応答のG3を残す。G3の高周波部分で
ある帯域スペクトルL1およびL2より低い帯域ス
ペクトルL3が3次分解段325で抽出されてG3
の低域濾波応答のG4を残す。G4の高周波部分で
ある帯域スペクトルL3より低い帯域スペクトル
L4が4次分解段330で抽出されてG4の低域濾
波応答のG5を残す。G5の高周波数部分である他
の帯域スペクトルより低い帯域スペクトルが5次
分解段335で抽出されてG5の残留低域濾波応
答のG6を残す。この応答G6は実際上原信号G0
6倍低域濾波応答である。
FIG. 3 shows that the original electrical signal to be spectrally resolved is applied in analog form to an analog-to-digital (AD) converter 305 to be digitized. Let the extracted (sampled) digital response from the AD converter 305 be G 0 . The high-pass spectrum L0 , which is the high frequency response of G0 , is 0
The next decomposition stage 310 extracts G 1 , which is the low-pass filtered response of G 0 . The band spectrum L 1 , which is the high frequency part of this G 1, is extracted in the primary decomposition stage 315.
Leave G 2 for the low-pass filtered response of G 1 . The band spectrum L 2 lower than the band spectrum L 1 which is the high frequency part of G 2 is extracted in the secondary decomposition stage 320 and converted into G 2
leaving a low-pass filtered response of G3 . A band spectrum L 3 lower than the band spectra L 1 and L 2 which is the high frequency part of G 3 is extracted in the third decomposition stage 325 and converted into G 3
leaving G 4 with a low-pass filtered response. Band spectrum that is the high frequency part of G 4 Band spectrum lower than L 3
L 4 is extracted in a fourth order decomposition stage 330 leaving G 5 the low pass filtered response of G 4 . The high frequency portion of G 5 , the lower band spectrum than the other band spectra, is extracted in a fifth decomposition stage 335 leaving G 6 as the residual low pass filter response of G 5 . This response G 6 is actually a six times low pass filtered response of the original signal G 0 .

分解段310,315,320,325,33
0,335はそれぞれ順次通過帯域が狭い初期低
域濾波段311,316,321,326,33
1,336を含み、これらの濾波器311,31
6,321,326,331,336の低域通過
応答はその入力信号より充分狭いため、次の分解
段に送られる前に低い周波数で再サンプリングさ
れることもある。サンプルの低減は規則正しくす
なわち濾波器311,316,321,326,
331,336にそれぞれ続く縮小(間引き)回
路312,317,322,327,332,3
37における間引きによつて行われる。特に有用
なオクターブによるスペクトル分解では、間引き
処理によりサンプルが1つおきに消去される。
Decomposition stage 310, 315, 320, 325, 33
0, 335 are initial low-pass filter stages 311, 316, 321, 326, 33 whose passbands are sequentially narrower, respectively.
1,336, these filters 311,31
The low pass response of 6,321,326,331,336 is sufficiently narrower than its input signal that it may be resampled at a lower frequency before being sent to the next decomposition stage. The sample reduction is regular, i.e. filters 311, 316, 321, 326,
Reduction (thinning) circuits 312, 317, 322, 327, 332, 3 following 331, 336, respectively
This is done by thinning out at 37. Particularly useful is octave spectral decomposition, in which every other sample is eliminated by a decimation process.

各分解段に印加される入力信号の高周波数部分
はその入力信号からその低周波数部分を除去する
ことにより抽出される。入力信号の間引きされた
低周波数部分は、入力信号より解像度の低いサン
プリングマトリツクス内にあり、入力信号に対し
て遅れるという不都合な問題がある。この問題の
最初のものは拡大回路313,318,323,
328,333,338において低域濾波応答サ
ンプルマトリツクス中の欠落サンプル点にナルを
導入し、付随的に導入される擬似高調波スペクト
ルを低域濾波することにより消去することにより
解決され、第1の問題は分解段の入力信号をそれ
から拡大回路313,318,323,328,
333,338により拡大された低域濾波応答か
ら減算する前に遅延させることにより解決する。
The high frequency portion of the input signal applied to each decomposition stage is extracted by removing the low frequency portion from the input signal. The decimated low frequency portion of the input signal is in a sampling matrix with a lower resolution than the input signal and has the disadvantage of being delayed relative to the input signal. The first one in this problem is the expansion circuit 313, 318, 323,
328, 333, and 338 by introducing nulls at the missing sample points in the low-pass filter response sample matrix and eliminating the incidentally introduced pseudo-harmonic spectra by low-pass filtering; The problem is that the input signal of the decomposition stage is
The solution is to delay before subtracting from the low-pass filter response expanded by 333, 338.

遅延減算処理は分解段310,315,32
0,325,330,335の各回路314,3
19,324,329,334,339で行われ
る。(後述のように、場合によつては各分解段の
初期低域濾波器と遅延減算回路の間に各素子を都
合よく割当てることもできる)。
Delayed subtraction processing is carried out at decomposition stages 310, 315, and 32.
0, 325, 330, 335 circuits 314, 3
19,324,329,334,339. (As discussed below, each element may be conveniently allocated between the initial low-pass filter and the delay subtraction circuit of each decomposition stage if appropriate).

上述のスペクトル分解はパイプラインの性質が
あつて、L1サンプル、L2サンプル、L3サンプル、
L4サンプルが、L5サンプル、L0サンプルに対し
て順次長くなる時間ずれを持つ。ここで用いる
「時間ずれ」とは、例えば第3図に示すスペクト
ル分解装置の分解出力信号L0,L1,L2,L3,L1
L5,G6の対応サンプル間のような情報的に関係
する並列信号の対応サンプル間に生ずる所定既知
量の時間遅延差をいう。以下説明するスペクトル
手法による信号の分解には、各サンプル群に逆方
向の時間ずれが必要であるが、これは第3図に示
すように(一般に例えばシフトレジスタまたは読
取り後読込み型直列記憶装置のような等価機能を
行う他の型の記憶装置を含む)遅延線340,3
41,342,343,344により回路34
5,346,347,348,349により修正
前に付与することができる。またスペクトルの修
正は遅延を与える前に行うこともできるし、また
遅延を修正の前後に分割して種々の方法で行い、
例えばスペクトル修正を時間的に並行して行うこ
ともできる。また場合によつては修正回路34
5,346,347,348,349自体内に全
遅延差条件の一部として遅延差を付与する手段を
設けることもできると考えられる。
The above spectral decomposition has the property of a pipeline, L 1 sample, L 2 sample, L 3 sample,
The L 4 sample has a time lag that becomes longer with respect to the L 5 sample and the L 0 sample. The "time lag" used here means, for example, the decomposed output signals L 0 , L 1 , L 2 , L 3 , L 1 ,
It refers to a time delay difference of a predetermined known amount that occurs between corresponding samples of parallel signals that are informationally related, such as between corresponding samples of L 5 and G 6 . Decomposition of the signal by the spectral techniques described below requires a backward time shift for each group of samples, as shown in Figure 3 (typically, for example, in a shift register or read-after serial storage device). (including other types of storage devices that perform equivalent functions such as delay lines 340,3)
41, 342, 343, 344 make the circuit 34
5,346,347,348,349, it can be given before modification. Spectral modification can also be done before applying the delay, or the delay can be divided before and after modification and done in various ways.
For example, spectral modifications can also be performed in parallel in time. In some cases, the correction circuit 34
It is contemplated that means could be provided within 5,346,347,348,349 itself to provide a delay difference as part of the overall delay difference condition.

L5とL6のスペクトルは修正回路350,35
1で修正される。ある種の信号処理用には修正回
路345ないし351が不要なとがあり、このと
きはそれぞれ直結で置換すればよい。上述のスペ
クトル分解手続は分解段を追加して拡張すること
も、分解段を減少して縮小することもできる。こ
のような場合はスペクトル分解の終端で残留低域
通過スペクトルG〓がG6にならない。
The spectra of L 5 and L 6 are corrected by circuits 350 and 35.
1 will be corrected. For some types of signal processing, the correction circuits 345 to 351 may not be necessary, and in this case they may be replaced by direct connection. The spectral decomposition procedure described above can be extended by adding more decomposition stages or reduced by fewer decomposition stages. In such a case, the residual low-pass spectrum G〓 does not become G 6 at the end of spectral decomposition.

修正されていることもあるスペクトル分解成分
を再結合して信号を合成するときは、各分解段間
のサンプリングマトリツクスの間引きを取消す必
要があるため、加算器353,355,357,
359,361,363を用いてスペクトルサン
プルを合計することができる。これは遅延回路3
40〜344における時間の斜行の補正作用に付
加されるものである。この間引きは本質的に拡大
回路338,333,328,323,318,
313とそれぞれ同じ拡大回路352,354,
356,358,360,362を用いて取消さ
れる。事実マルチプレツクス処理により1つの回
路で2つの働らきをさせることができる。残留低
域通過スペクトルG〓は隣接の低域通過スペクト
ルL〓-1に対して時間的に前向きに変位され、そ
の拡大によりそのサンプルがL(-1)のものに合う
ようになる。第3図において、G〓はG6であつて、
さらに修正され(G6′になり)、拡大回路352で
拡大され、加算機353で修正されたL〓-1(第3
図ではL5)に加算されて合成された新しいG〓-1
(第3図ではG5′)になる。加算器353の出力は
拡大回路354で拡大され、加算器355で遅延
修正済のL4と加算された新しいG4′を合成し、加
算器355の出力は拡大回路356で拡大され、
加算器357で遅延修正済のL3と加算されて新
しいG3′を合成し、加算器357の出力は拡大回
路358で拡大され、加算器359で遅延修正済
のL2と加算されて新しいG2′を合成し、加算器3
59の出力は拡大回路360で拡大され、加算器
361で遅延修正済のL1と加算されて新しい
G1′を合成し、最後に、加算器361の出力は拡
大回路362で拡大され、加算器363で遅延修
正済のL0と加算されて新しいG0′を合成する。新
しいG0′,G1′,G2′,G3′G4′,G5′,G6′は第3図

信号合成回路でもダツシユ(′)を付けて表して
ある。新しいG0′は必要に応じてデジタル・アナ
ログ変換器(図示せず)によりアナログ形式に変
換することもできる。
When recombining the sometimes modified spectral decomposition components to synthesize a signal, it is necessary to cancel the thinning of the sampling matrix between each decomposition stage, so the adders 353, 355, 357,
359, 361, 363 can be used to sum the spectral samples. This is delay circuit 3
This is added to the time skew correction action in steps 40 to 344. This thinning essentially consists of expansion circuits 338, 333, 328, 323, 318,
313 and the same expansion circuits 352, 354,
356, 358, 360, 362. In fact, multiplexing allows one circuit to perform two functions. The residual low-pass spectrum G〓 is displaced forward in time with respect to the neighboring low-pass spectrum L〓 -1 , and its expansion causes its sample to fit that of L (-1) . In Figure 3, G〓 is G 6 , and
L〓 -1 (the third
In the figure, the new G〓 -1 added to L 5 ) and synthesized
(G 5 ' in Figure 3). The output of the adder 353 is expanded by an expansion circuit 354, the adder 355 combines the delay-corrected L 4 and the new G 4 ' added, and the output of the adder 355 is expanded by an expansion circuit 356.
The adder 357 adds it to the delay-corrected L 3 to synthesize a new G 3 ', and the output of the adder 357 is expanded in an expansion circuit 358 and adds it to the delay-corrected L 2 in an adder 359 to synthesize a new G 3 '. G 2 ' and adder 3
The output of 59 is expanded by an expansion circuit 360 and added to the delay-corrected L 1 by an adder 361 to create a new
Finally , the output of the adder 361 is expanded in an expansion circuit 362, and added with delay-corrected L 0 in an adder 363 to synthesize a new G 0 '. The new G 0 ′, G 1 ′, G 2 ′, G 3 ′, G 4 ′, G 5 ′, and G 6 ′ are also represented with dashes (′) in the signal synthesis circuit of FIG. The new G 0 ' can also be converted to analog form by a digital-to-analog converter (not shown) if desired.

回路352,354,356,358,36
0,362における拡大処理により合成処理の各
段階で上部帯域が除去されるが、帯域通過スペク
トルがオクターブより広くないときは、修正回路
345〜351が発生し、擬似エーリアシング周
波数を導入して信号合成を阻害することのある高
調波がすべてこれによつて抑圧される。
Circuits 352, 354, 356, 358, 36
The expansion process at 0.362 removes the upper band at each stage of the synthesis process, but when the bandpass spectrum is not wider than an octave, correction circuits 345-351 occur, introducing pseudo-aliasing frequencies to synthesize the signal. This suppresses all harmonics that could interfere with the

第4図はオクターブによるスペクトル分解に用
いられる310,315,320,325,33
0,335のような1次元情報用スペクトル分解
段の構造をさらに詳細に示す。この段はKを0ま
たは正の整数としたときK次スペクトル分解段で
ある。0次スペクトル分解段の場合はそのクロツ
ク周波数がスペクトル分解を行う原入力信号G0
のサンプリング用の周波数Rであるが、Kが正の
整数の場合は2K分の1に減じられる。
Figure 4 shows 310, 315, 320, 325, 33 used for spectrum decomposition by octave.
The structure of the spectral decomposition stage for one-dimensional information such as 0,335 is shown in more detail. This stage is a K-order spectral decomposition stage where K is 0 or a positive integer. In the case of a zero-order spectral decomposition stage, its clock frequency is the original input signal G 0 on which the spectral decomposition is performed.
is the sampling frequency R, but if K is a positive integer, it is reduced to 1/ 2K .

第4図のスペクトル分解段の入力信号GKは、
クロツク周波数R/2KでクロツキングされるM
段のシフトレジスタ470の入力として印加され
る。シフトレジスタ470の入力と各出力により
与えられる順次長い遅延を示す(M+1)個のサ
ンプルは低域通過遅延線濾波器の多タツプ遅延線
として作用し、各サンプルは回路471で重みを
付けられ合計されて線形位相低域濾波応答G(K+1)
のサンプルを生成する。最初の1つを除いてKが
0を超える全分解段において、最初のシフトレジ
スタ470に用いられる(前段のクロツク周波数
に対して)1/2のクロツク周波数と加重合計回路
471内の加算器はGKに対してG(K+1)を縮小す
る。応答G(K+1)はマルチプレクサ472の1入力
として印加され、そのマルチプレクサ472は
GK+1入力信号とナル入力信号を周波数R/2Kで
交互に選択して信号G(K+1) *を生ずる。
The input signal G K of the spectral decomposition stage in Fig. 4 is
M clocked at clock frequency R/ 2 K
It is applied as an input to the stage's shift register 470. The (M+1) samples representing sequentially longer delays provided by the input and each output of shift register 470 act as a multi-tap delay line of a low-pass delay line filter, with each sample being weighted and summed in circuit 471. linear phase low-pass filter response G (K+1)
Generate a sample of In all decomposition stages except for the first one where K exceeds 0, the clock frequency 1/2 (relative to the clock frequency of the previous stage) used in the first shift register 470 and the adder in the weighted summation circuit 471 are G Reduce G (K+1) with respect to K. The response G (K+1) is applied as one input to multiplexer 472, which
The G K+1 input signal and the null input signal are alternately selected at a frequency R/2K to produce the signal G (K+1) * .

信号G(K+1) *はG(K+1)スペクトルの2倍とG(K+1)
のピーク振幅の第1二重側波帯搬送波抑圧高調波
スペクトルとを混合したベースバンド周波数スペ
クトルを有する。ここで、次のスペクトル分解段
は入力としてG(K+1)でなく正しく調時された
G(K+1) *を用い得ることが判る。信号G(K+1) *
(M段またはそれ以外の)複数段を持ち、周波数
R/2Kでクロツキングされる複数個の段を持つ
他のシフトレジスタ473に入力信号として印加
される。
The signal G (K+1) * is twice the spectrum of G (K+1) and G (K+1)
has a baseband frequency spectrum mixed with a first double sideband carrier-suppressed harmonic spectrum of peak amplitude of . Here, the next spectral decomposition stage has correctly timed G (K+1) instead of G(K+1) as input.
It turns out that G (K+1) * can be used. The signal G (K+1) * is applied as an input signal to another shift register 473 having multiple stages (M stages or otherwise) and clocked at a frequency R/2K.

このシフトレジスタ473の入力信号と出力信
号によりその各段から供給される(M+1)個の
サンプルは回路471と同様の他の加重合計回路
474に印加される。この回路474はG(K+1) *
の第1高調波スペクトルを抑圧してGKのサンプ
ルマトリツクスと同様に多くのサンプルを持つサ
ンプルマトリツクスにG(K+1)の拡大したものを供
給する。
The (M+1) samples supplied from each stage of the shift register 473 by its input and output signals are applied to another weighted summation circuit 474 similar to the circuit 471. This circuit 474 is G (K+1) *
The first harmonic spectrum of G is suppressed and an expanded version of G (K+1) is supplied to a sample matrix having many samples similar to the sample matrix of G K.

減算回路475では、シフトレジスタ470と
遅延回路476で遅延されたGKから拡大された
GK+1が差引かれる。シフトレジスタ470内の
GKのMサイクル遅延は、第4図のスペクトル分
解段のGK入力に対する加重合計回路471への
中央サンプルM/2サイクル遅延が補償され、
G(K+1) *と加重合計回路474への中央サンプル
との間の同様のM/2サイクルの遅延が補償され
る。遅延回路476は加重合計回路471,47
4における加算による遅延を補償する遅延を導入
するが、これはシフトレジスタ470を必要な段
数だけ延長することにより簡単に形成することが
できる。減算回路475の出力信号LKは考えら
れるスペクトル分解成分の1つで、その周波数下
限が第4図の第K番目のスペクトル分解段で行わ
れた低域濾波で設定され、周波数上限がもしあれ
ば次のスペクトル分解段の低域濾波により設定さ
れる。
In the subtraction circuit 475, the G K delayed by the shift register 470 and the delay circuit 476 is expanded.
G K+1 is subtracted. in shift register 470
The M cycle delay of G K is compensated for by the center sample M/2 cycle delay to the weighted summation circuit 471 for the G K input of the spectral decomposition stage of FIG.
A similar M/2 cycle delay between G (K+1) * and the center sample to weighted summation circuit 474 is compensated. The delay circuit 476 is a weighted summation circuit 471, 47
A delay is introduced to compensate for the delay due to the addition in 4, which can be easily formed by extending the shift register 470 by the required number of stages. The output signal L K of the subtraction circuit 475 is one of the possible spectral decomposition components, the lower frequency limit of which is set by the low-pass filtering performed in the Kth spectral decomposition stage of FIG. 4, and the upper frequency limit, if any. for example, by low-pass filtering in the next spectral decomposition stage.

第5図はこの発明によつて構成されたスペクト
ル分解装置に用いられるシフトレジスタ段の数を
減じる方法を示す。G(K+1)からの内挿に関連する
低域濾波を行うため加重合計すべきG(K+1) *を画
定する各サンプルは、シフトレジスタ473を用
いずに次のスペクトル分解段のG(K+1)の最初の低
域濾波を支持するために用いられるタツプ付き遅
延線構体から得られる。
FIG. 5 illustrates a method of reducing the number of shift register stages used in a spectral decomposition device constructed in accordance with the present invention. Each sample defining G (K+1 ) * to be weighted summed to perform the low-pass filtering associated with the interpolation from G (K+1) is transferred to the next spectral decomposition stage without shift register 473. It results from a tapped delay line structure used to support the first low-pass filtering of G (K+1) .

第5図は例としてL0の発生に用いる0次分解
段と次の分解段の間でこれがどのようにして行わ
れるかを示す。素子570−0,571−0,5
75−0,576−0は第4図のK次スペクトル
分解段の各素子470,471,475,476
に対応する0次スペクトル分解段の各素子であ
る。1次スペクトル分解段の素子570−1,5
71−1はクロツク周波数が1/2であること以外
0次スペクトル分解段の各素子570−0,57
1−0と同様である。シフトレジスタ570−1
の入力と最初3つの出力から抽出された4つのサ
ンプルはクロツク周波数R/2で並列に供給さ
れ、ナルと交互に配置され、その結果が7濾波器
加重パタンABCDCBAにより2つのパタンで加
重されて順次1対のサンプル群となり、減算器5
75−0において遅延したG0からクロツクパル
スRで差引かれる。
FIG. 5 shows, by way of example, how this is done between the zero-order decomposition stage used to generate L 0 and the next decomposition stage. Elements 570-0, 571-0, 5
75-0, 576-0 are the elements 470, 471, 475, 476 of the K-th spectral decomposition stage in FIG.
Each element of the zero-order spectral decomposition stage corresponds to . Elements 570-1, 5 of the primary spectral decomposition stage
71-1 is each element 570-0, 57 of the 0th order spectrum decomposition stage except that the clock frequency is 1/2.
Same as 1-0. Shift register 570-1
The four samples extracted from the input and the first three outputs are fed in parallel at clock frequency R/2, interleaved with nulls, and the results are weighted in two patterns by a 7-filter weighting pattern ABCDCBA. Sequentially, a pair of sample groups are formed, and the subtracter 5
A clock pulse R is subtracted from the delayed G 0 at 75-0.

遅延したG0から差引かれる連続サンプル対の
各対の早い方はシフトレジスタ570−1の入力
と最初3の出力に加重回路580,581,58
2,583で濾波器重みA、C、C、Aをそれぞ
れ乗じ、この加重された各サンプルを合計回路5
87で合計することにより得られる。このG1
濾波器加重パタンの位置決めに対し、挿入される
ナルはB、D、Bで加重される点に来る。G0
ら差引かれる各サンプル対の後の方のサンプルは
シフトレジスタ570−1の入力に加重回路58
4,585,586において濾波器重みB、D、
Bを乗じ、この加重された各サンプルを合計回路
588で合計することにより得られる。このG1
対濾波器加重パタンの位置決めに対し、挿入され
るナルはA、C、C、Aで加重される点に来る。
クロツク周波数Rで動作するマルチプレクサ58
9は合計回路587,588の出力の各サンプル
を交互に選択して減算器575−0で遅延した
G0から差引かれるサンプルの流れを形成する。
The earlier of each pair of consecutive samples subtracted from delayed G 0 is applied to the input of shift register 570-1 and the output of the first three weighting circuits 580, 581, 58.
The filter weights A, C, C, A are multiplied by 2,583, respectively, and each weighted sample is summed by the circuit 5.
It is obtained by summing up 87. For this positioning of the G1 vs. filter weighting pattern, the inserted nulls come at points that are weighted by B, D, B. The later sample of each pair of samples subtracted from G0 is sent to the input of shift register 570-1 by weighting circuit 58.
4,585,586 filter weights B, D,
B and summing each weighted sample in a summing circuit 588. This G 1
For positioning of the filter weighting pattern, the nulls to be inserted come at points weighted by A, C, C, A.
Multiplexer 58 operating at clock frequency R
9 alternately selected each sample of the output of the summation circuits 587 and 588 and delayed it in the subtracter 575-0.
G forms a sample stream that is subtracted from 0 .

第6図は第3図の信号合成装置の1つの段をさ
らに詳細に示す。GK′(すなわち遅延修正済G〓)
のサンプルはマルチプレクサ692においてナル
と交互に配列され、これによつて得られる拡大信
号が拡大サンプリング周波数でクロツキングされ
るM段(または他の複数段)のシフトレジスタ6
93に入力として印加される。そのシフトレジス
タ693の入力とその各段の出力は加重合計回路
694に供給され、この加重合計回路694から
加算器695に2倍周波数で再抽出された後高調
波成分を除去されたGK′(またはG〓)スペクトル
が供給されて、これに加算される再抽出濾波済
GK′(またはG〓)サンプルと一致するように時間
的に遅れた修正済L(K-1)′と組合される。マルチプ
レクサ692、シフトレジスタ693および加重
合計回路694はスペクトル分解過程で素子47
2,473,474として作用するように組合せ
ることができる。
FIG. 6 shows one stage of the signal combiner of FIG. 3 in more detail. G K ′ (i.e. delay corrected G〓)
The samples are alternated with nulls in a multiplexer 692, and the resulting expanded signal is clocked at the expanded sampling frequency by an M-stage (or other multiple stages) shift register 6.
93 as an input. The input of the shift register 693 and the output of each stage thereof are supplied to a weighted summation circuit 694, and from this weighted summation circuit 694 to an adder 695, the G K (or G〓) Spectrum is supplied and added to this re-extracted filtered
G K ′ (or G〓) is combined with a modified L (K-1) ′ delayed in time to match the sample. A multiplexer 692, a shift register 693 and a weighted sum circuit 694 are connected to the element 47 in the spectral decomposition process.
2,473,474.

この点でスペクトル分解手順の低域濾波段とス
ペクトル分解および信号合成手順の拡大段階で使
用される低域濾波特性を考えるのがよい。低域濾
波は線形位相であるから、濾波器加重パタンは中
心サンプルに関して対称である。この濾波器加重
の合計は、高域通過スペクトルL0と帯域通過ス
ペクトルL1,L2,L3…において低周波数をでき
るだけ多く抑圧するためには1である。スペクト
ル分解をオクターブによつて行い、各スペクトル
分解段の低域濾波で除去された部分帯域の再符号
化において1/2に縮小すべきであれば、低域濾液
中にオクターブ中心周波数の2/3未満の周波数を
除去することが望ましい。濾波器の段階的周波数
応答(いわゆる「ブリツクウオール」応答)は濾
波信号にオーバーシユートを導入して、スペクト
ル分解段により抽出されたG(K+1)関数とGKから拡
大されたG(K+1)を差引くことにより発生される
L(K+1)関数とのダイナミツクレンジを増す。これ
ばギブス現象の1例で、フーリエ級数の余り急激
でない頭切りを用いて緩漫化し得るものである。
ギブス現象を減じた濾波応答を与える多数の頭切
りウインドーが知られており、例えばハニング
(Hanning)、ハミング(Hamming)、ブラツク
マン(Blackman)およびカイザ(Kaiser)によ
るものがある。また例えば1975年プレンタイス・
ホール社(Prentice−Hall Inc.)発行ではオツ
ペンハイム(A.V.Oppenhemi)とシエーフア
(R.W.Schafer)の共著の「デジタル信号処理
(Degital Signal Processing)」の第239〜251頁、
第5.5章の「ウインドーを用いたFIR濾波器の設
計(Design of FIR Filters Using Windows)」
を引用する。
In this respect, it is useful to consider the low-pass filtering characteristics used in the low-pass filter stage of the spectral decomposition procedure and in the expansion stage of the spectral decomposition and signal synthesis procedure. Since the low pass filter is linear phase, the filter weighting pattern is symmetric about the center sample. The sum of the filter weights is 1 in order to suppress as many low frequencies as possible in the high-pass spectrum L 0 and the band-pass spectra L 1 , L 2 , L 3 . If the spectral decomposition is performed by octaves and the subbands removed by the low-pass filter of each spectral decomposition stage should be reduced by a factor of 2 in the re-encoding, then 2/2 of the octave center frequency is added to the low-pass filtrate. It is desirable to remove frequencies below 3. The graded frequency response of the filter (the so-called "brick wall" response) introduces an overshoot in the filtered signal, resulting in the G (K+1) function extracted by the spectral decomposition stage and the G generated by subtracting (K+1)
Increase dynamic range with L (K+1) function. This is an example of the Gibbs phenomenon, which can be relaxed by using a less abrupt truncation of the Fourier series.
A number of truncated windows are known that provide a filter response with reduced Gibbs effects, such as those by Hanning, Hamming, Blackman and Kaiser. For example, in 1975 Prentice
Published by Prentice-Hall Inc., pages 239-251 of ``Digital Signal Processing'' by AVOppenhemi and RWSchafer,
Chapter 5.5 “Design of FIR Filters Using Windows”
Quote.

実際には低域濾波におけるサンプル数は通常極
めて少数に限られている。奇数サンプルを用いる
濾波器では濾波器応答が直流成分と一連の余弦高
調波を含み、偶数サンプルを用いる濾波器では直
流成分と一連の正弦高調波を含む。所要の応答曲
線は電算機を用いて重み計数の試行錯誤を行つて
最も滑らかに適合するように近似させる。
In practice, the number of samples in low-pass filtering is usually limited to a very small number. For filters with odd samples, the filter response contains a dc component and a series of cosine harmonics; for filters with even samples, the filter response contains a dc component and a series of sine harmonics. The required response curve is approximated using a computer through trial and error calculation of weights to obtain the smoothest fit.

この発明によつて非オクターブ幅の等Qスペク
トルを発生することもできるが、このような方法
は有用性が限られると思われる。低域濾波応答を
縮小して2つおきにサンプルを選び、帯域通過ス
ペクトル中心周波数の1/2以下の周波数を濾波除
去してその低域通過応答を生成すると、例えば帯
域幅1/2でなくて1/3だけ順次狭くなる帯域通過ス
ペクトル群を生ずる。
Although non-octave wide equal-Q spectra can also be generated by the present invention, such methods are believed to have limited utility. If you reduce the low-pass response by choosing every second sample and filtering out frequencies below 1/2 of the bandpass spectrum center frequency to generate that low-pass response, e.g. yields a group of bandpass spectra that are sequentially narrower by 1/3.

第3図のサンプル修正回路345〜351は
種々の形式をとることができ、そのいくつかは直
接フイードスルーにより置換することもできる。
例えば各種スペクトルから低レベルの背景雑音を
除くため、各修正回路345〜351を第7図の
基線クリツパ700で構成することもできる。こ
のクリツパ700は単に信号の下位ビツトを切取
ることもある。
The sample modification circuits 345-351 of FIG. 3 can take a variety of forms, some of which may be replaced by direct feedthroughs.
For example, in order to remove low-level background noise from various spectra, each of the correction circuits 345 to 351 may be configured with the baseline clipper 700 shown in FIG. 7. The clipper 700 may simply clip the lower bits of the signal.

第8図は各修正回路345〜351を用いてス
ペクトル等化器を形成することができる回路を示
す。ロータリースイツチ897は複数個の軸変位
のそれぞれに対して2進符号を生成するようにな
つており、その符号がラツチ898を介して2象
限乗算器に供給されて入力スペクトルサンプルに
乗ぜられ、合成されてG0′を発生する出力スペク
トルサンプルを発生する。ラツチ898はロータ
リースイツチ897の設定が変る間乗算器889
の符号入力を留保する。オクターブスペクトルの
発生に用いたのと同じサンプリング周波数または
その1/2の周波数を用いるデジタル濾波器を用い
て各オクターブスペストルを副分割し、そのスペ
クトルの副分割部分の利得を各別に調節するよう
にすることもできる。オクターブを1/12に副分解
することにより、例えば音楽を符号化する信号の
個別音階および半音階調節が得られる。
FIG. 8 shows a circuit in which each modification circuit 345-351 can be used to form a spectral equalizer. The rotary switch 897 is adapted to generate a binary code for each of the plurality of axial displacements, and the code is supplied via a latch 898 to a two-quadrant multiplier to multiply the input spectral sample and synthesize it. and generates an output spectral sample that generates G 0 '. The latch 898 is connected to the multiplier 889 while the setting of the rotary switch 897 is changed.
Retains sign input. Each octave spectrum is subdivided using a digital filter using the same sampling frequency or half the sampling frequency used to generate the octave spectrum, and the gain of each subdivision of the spectrum is adjusted separately. It can also be done. By subdividing the octave into 1/12, individual scale and chromatic adjustment of the signal encoding music, for example, is obtained.

修正回路は非線形伝達関数を記憶するリードオ
ンリ記憶装置(ROM)とすることもできる。例
えば第9図の入力信号に対する対数応答を記憶す
るROM990を送信装置の各サンプル修正回路
345〜351に用い、第10図の入力信号に対
する指数応答を記憶するROM1091を受信装
置の各対応サンプル修正回路に用い、これによつ
て送信前の信号のプレエンフアシスと受信後のデ
エンフアシスを行うことができる。送信機および
受信機のスペクトル分解信号合成装置のROM修
正回路に、他の相補型プレエンフアシスとデエン
フアシスの特性を交互に記憶することもできる。
The modification circuit may also be a read only memory (ROM) that stores the nonlinear transfer function. For example, the ROM 990 that stores the logarithmic response to the input signal shown in FIG. 9 is used in each sample correction circuit 345 to 351 of the transmitter, and the ROM 1091 that stores the exponential response to the input signal shown in FIG. 10 is used for each corresponding sample correction circuit of the receiver. This enables pre-emphasis of the signal before transmission and de-emphasis after reception. Other complementary pre-emphasis and de-emphasis characteristics can also be alternately stored in the ROM modification circuits of the transmitter and receiver spectrally resolved signal synthesizers.

第11図は第3図のスペクトル分解信号合成方
式の変形で、分解と合成の間の遅延を区分して処
理用の時間ずれなしにスペクトルサンプルを供給
するようになつている。例えばスペクトル分解を
用いて信号と伸縮前にスペクトルに分離するた
め、伸縮したスペクトルを濾波して急速な信号の
圧縮または伸張の間に生ずる歪を抑制することが
できるような伸縮方式にはこのような整合が望ま
しい。第3図のAD変換器305に印加される原
信号の振幅を検知して回路1130内に伸縮制御
信号CCを引出し、これを各伸縮器1110,1
111,1112,1113,1114,111
5,1116に供給してそれが伸縮する信号の急
速発生緩漫消滅をもたらすことができる。伸縮器
1110〜1116は本質的に、伸縮される信号
を検知し、この検知に応じてアナログ伸縮制御信
号を発生する通常のアナログ回路の後に縦続接続
されたAD変換器から制御信号CCが発生される2
象限デジタル乗算器で構成することもできる。
FIG. 11 is a variation of the spectral decomposition signal synthesis scheme of FIG. 3, in which the delay between decomposition and synthesis is partitioned to provide spectral samples without time lag for processing. For example, spectral decomposition is used to separate the signal into its spectrum before stretching, so that the stretched spectrum can be filtered to suppress distortions that occur during rapid signal compression or expansion. Good consistency is desirable. The amplitude of the original signal applied to the AD converter 305 in FIG.
111, 1112, 1113, 1114, 111
5,1116, which results in the rapid onset and slow decay of the expanding and contracting signal. The stretchers 1110-1116 essentially have a control signal CC generated from an AD converter cascaded after conventional analog circuitry that senses the signal to be stretched or compressed and generates an analog stretch control signal in response to this detection. Ru2
It can also be configured with quadrant digital multipliers.

伸縮器1110,1111,1112,111
3,1114,1115,1116はスペクトル
L0,L1,L2,L3,L4,L5,L6を遅延回路110
0,1101,1102,1103,1104,
1105,1106を用いて遅延させ、その各サ
ンプルと時間的に一致させた後、これらに対して
動作する。次に遅延回路1120,1121,1
122,1123,1124,1125が伸縮さ
れた信号L0′,L1′,L2′,L3′,L4′,L5′および
G6′を第3図の素子352〜363を用いる信号
合成過程に適するように変位させる。
Expanding device 1110, 1111, 1112, 111
3, 1114, 1115, 1116 are spectra
L 0 , L 1 , L 2 , L 3 , L 4 , L 5 , L 6 as delay circuit 110
0,1101,1102,1103,1104,
1105 and 1106 to coincide with each sample in time and then operate on them. Next, delay circuits 1120, 1121, 1
Signals L 0 ′, L 1 ′, L 2 ′, L 3 , L 4 ′, L 5 ′ and
G 6 ' is shifted to suit the signal synthesis process using elements 352-363 of FIG.

遅延回路1106と1125の遅延は本質的に
R/2Kのクロツク周波数(K=5)のM/2サ
イクルまたは基本クロツク周波数Rの16Mサイク
ルであつて、最終スペクトル分解段335の加重
合計回路474に対するサンプルを組立てるとき
生ずる。この16Mサイクルの遅れは拡大回路33
8,352における加算時間に適応するための遅
延時間D1と遅延減算回路334と加算器353
における加算時間に適応するための遅延時間D2
だけ増される。すべての加算過程は基本クロツク
周波数Rで行われるとし、D1,D2はそのクロツ
クサイクル数として表わす。
The delay of delay circuits 1106 and 1125 is essentially M/2 cycles of a clock frequency of R/ 2K (K=5) or 16M cycles of a fundamental clock frequency R, and the delay of the final spectral decomposition stage 335 is equal to Occurs when assembling samples for This 16M cycle delay is due to the expansion circuit 33
Delay time D 1 to adapt to the addition time in 8,352, delay subtraction circuit 334 and adder 353
Delay time D to accommodate the addition time in 2
only. It is assumed that all addition processes are performed at the fundamental clock frequency R, and D 1 and D 2 are expressed as the number of clock cycles.

遅延回路1104の遅延はクロツク周波数Rの
16M+D1+D2サイクルよりG3からL5を生成する
ための時間とG5からL4を生成するための時間の
差だけ長くなる。G5からL6を生成するための時
間は加重と合計のため2回サンプルを集めるため
クロツクサイクルR/25のMサイクル、または基
本クロツク周波数の32Mサイクルに、2組のサン
プル合計のための2D1と、サンプル減算のための
D2と加えたものである。G5からL4を生成するた
めの時間は加重合計のためにサンプルを集めるた
めの周波数R/24のM/2サイクル、または基本
クロツク周波数8Mサイクルに、サンプル合計用
のD1と、サンプル減算用のD2を加えたものであ
る。L4サンプルをL5サンプルと時間的に整合さ
せるには基本クロツク周波数の余分の遅延の24M
+D1サイクルを要する。従つて遅延回路104
の全遅延は基本クロツク周波数Rの40M+2D1
D2サイクルである。同様の計算によつて、遅延
回路103,102,101,100において各
サンプルが遅延を与えられる基本クロツク周波数
Rの各サイクルがそれぞれ52M+3D1+D2、58M
+4D1+D2、61M+5D1+D2および(621/2)M
+6D1+D2であることが決まる。
The delay of the delay circuit 1104 is equal to the clock frequency R.
It is longer than 16M+D 1 +D 2 cycles by the difference between the time to generate L 5 from G 3 and the time to generate L 4 from G 5 . The time to generate L 6 from G 5 is M cycles of clock cycles R/2 5 to collect the samples twice for weighting and summing, or 32 M cycles of the fundamental clock frequency, for summing two sets of samples. 2D 1 and for sample subtraction
D 2 is added. The time to generate L 4 from G 5 is M/2 cycles of frequency R/2 4 to collect samples for weighted summation, or 8M cycles of basic clock frequency, D 1 for sample summation, and This is the addition of D 2 for subtraction. 24M of extra delay of the base clock frequency to align the L 4 samples in time with the L 5 samples.
+D Requires 1 cycle. Therefore, the delay circuit 104
The total delay is 40M of the fundamental clock frequency R + 2D 1 +
D is 2 cycles. By similar calculation, each cycle of the basic clock frequency R at which each sample is delayed in delay circuits 103, 102, 101, and 100 is 52M+3D 1 +D 2 and 58M, respectively.
+4D 1 +D 2 , 61M+5D 1 +D 2 and (621/2)M
It is determined that +6D 1 +D 2 .

遅延回路1125により与えられる以上に遅延
回路1124に要求される遅延は回路354にお
ける拡大に要する時間と、加算器55における加
算に関連する遅延D2である。前者の遅延は加重
と合計のためサンプルを集めるためのクロツク周
波数R/24のM/2サイクルに、基本クロツク周
波数Rの8Mサイクルと、加重合計過程の合計に
関係するD1とを加えたもので、遅延回路112
4の全遅延は24M+D1+D2である。同様の計算
により、遅延回路1123,1122,112
1,1120の全遅延は基本周波数Rのサイクル
で数えると、それぞれ28M+3D1+3D2、30M+
4D1+4D2、31M+5D1+5D2、(311/2)M+6D1
+6D2である。
The delay required by delay circuit 1124 beyond that provided by delay circuit 1125 is the time required for expansion in circuit 354 and the delay D 2 associated with the addition in adder 55. The former delay consists of M/2 cycles of the clock frequency R/2 4 for collecting samples for weighting and summing, plus 8M cycles of the fundamental clock frequency R and D 1 for the summation of the weighted summing process. The delay circuit 112
The total delay for 4 is 24M+D 1 +D 2 . By similar calculation, delay circuits 1123, 1122, 112
The total delay of 1,1120, counting in cycles of the fundamental frequency R, is 28M + 3D 1 + 3D 2 and 30M + respectively.
4D 1 +4D 2 , 31M+5D 1 +5D 2 , (311/2)M+6D 1
+6D 2 .

第3図の遅延回路340〜344の全遅延も、
修正回路345〜351の遅延がすべて等しいと
すると、同様の計算により決定することができ
る。遅延回路340,341,342,343,
344,345の遅延はそれぞれ基本クロツク周
波数Rのサイクル数で示すと、77M+12D1
7D2、76M+10D1+6D2、72M+8D1+5D2、64M
+6D1+4D2、48M+4D1+3D2となる。
The total delay of delay circuits 340 to 344 in FIG.
Assuming that the delays of the correction circuits 345-351 are all equal, it can be determined by a similar calculation. Delay circuits 340, 341, 342, 343,
The delays of 344 and 345, respectively expressed in cycles of the basic clock frequency R, are 77M + 12D 1 +
7D 2 , 76M + 10D 1 + 6D 2 , 72M + 8D 1 + 5D 2 , 64M
+6D 1 +4D 2 , 48M+4D 1 +3D 2 .

スペクトル分解装置に用いられるデジタル濾波
は一般に位階濾波と呼ばれるもので、極めて多く
のサンプルに跨がる低域および帯域濾波が、常に
加重合計される比較的少数のサンプルで達せられ
る。
The digital filtering used in spectral decomposers is commonly referred to as hierarchical filtering, where low-pass and bandpass filtering over a large number of samples is achieved with a relatively small number of samples that are always weighted together.

この発明は1次元情報を表わす信号のスペクト
ルの利用に適用し得るが、バートのピラミツドは
本来2次元の画像情報の空間周波数を分解するた
めに開発されたものである。この発明ばテレビジ
ヨン表示の連続映像フレームに生ずるような変化
する画像情報の空間周波数の実時間スペクトル分
解を可能にする。
Although this invention can be applied to the use of the spectrum of a signal representing one-dimensional information, Burt's pyramid was originally developed to resolve the spatial frequencies of two-dimensional image information. The invention enables real-time spectral decomposition of the spatial frequencies of changing image information, such as occurs in successive video frames of a television display.

テレビジヨン技術で知られているように、連続
する映像フレーム(NTSC方式)は順次毎秒30フ
レームのフレーム周波数で生じる。各フレームは
525本の飛越し水平走査線から成り、その各奇数
番目の水平走査線が第1フイールド期間中に順次
送信され、各偶数番目の水平走査線が第1フイー
ルド期間に続く第2フイールド期間中に順次送信
され、さらにこの次に次のフレームの第1フイー
ルドが続く。各フイールド期間の長さは1/60秒で
あるが、遅延実時間で画像の全空間周波数を決定
し得るように少なくともフイールド期間内の画素
数を記憶する必要がある。
As known from television technology, successive video frames (NTSC) occur sequentially at a frame frequency of 30 frames per second. Each frame is
Consisting of 525 interlaced horizontal scan lines, each odd-numbered horizontal scan line is transmitted sequentially during the first field period, and each even-numbered horizontal scan line is transmitted during the second field period following the first field period. They are transmitted sequentially, followed by the first field of the next frame. Although the length of each field period is 1/60 second, it is necessary to store at least the number of pixels within the field period so that the total spatial frequency of the image can be determined in delayed real time.

順次走査として知られる技法がテレビジヨン技
術でNTSC方式の映像信号から毎秒60フレームの
割合で525本の線から成る完全なフレームを順次
引出すために知られている。この技法では連続す
る各NTSCフイールドを1/60秒のフイールド期間
遅延させる。このため連続する各フイールドのそ
のとき生じている奇数フイールド中は、その奇数
フイールドの連続する各走査線が、1フイールド
時間遅延したその直前の偶数フイールドの連続す
る各走査線と交互に組合つて完全な画素のフレー
ムを形成する。同様に各フレームのそのとき生じ
ている偶数フイールド中は、その偶数フイールド
の各走査線が、1フイールド時間遅延したその直
前の奇数フイールドの各走査線と交互に組合つて
完全な画素のフレームを形成する。
A technique known as progressive scanning is known in television technology for sequentially extracting complete frames of 525 lines from an NTSC video signal at a rate of 60 frames per second. This technique delays each successive NTSC field by a field period of 1/60 second. Thus, during the currently occurring odd field of each successive field, each successive scan line of that odd field is completed in alternating combination with each successive scan line of the immediately preceding even field delayed one field time. form a frame of pixels. Similarly, during the currently occurring even field of each frame, each scan line of that even field is combined alternately with each scan line of the immediately preceding odd field delayed one field time to form a complete frame of pixels. do.

上述の順次走査法は現在テレビジヨン業界で開
発中の高品位テレビジヨン(HDTV)として知
られる高解像の画像表示を引出すのに特に有用で
ある。この発明はまたこのHDTVにおいて画像
表示を改善するために有用である。
The progressive scanning method described above is particularly useful for producing high resolution image displays, known as high definition television (HDTV), which are currently under development in the television industry. The invention is also useful for improving image display in this HDTV.

第12図はこの発明の原理を用いて順次連続走
査されるテレビジヨン映像フレームに含まれる空
間周波数画像情報のような2次元情報を表わす信
号に対して動作するスペクトル分解装置を示す。
しかしこのような2次元情報は非飛越しテレビジ
ヨンカメラまたは適当な緩衝記憶装置を伴つた線
飛越しテレビジヨンカメラから得ることもでき
る。
FIG. 12 illustrates a spectral decomposition apparatus employing the principles of the present invention for operation on signals representing two-dimensional information, such as spatial frequency image information contained in sequentially scanned television video frames.
However, such two-dimensional information can also be obtained from a non-interlaced television camera or a line-interlaced television camera with suitable buffer storage.

第12図には説明の簡単のためルミナンス信号
の単色処理が記載されているが、この記載される
技術は個別にカラーテレビジヨン信号の原色また
は代数的混合によりそれから引出された信号に適
用することができる。原映像信号はラスタ走査フ
オーマツトでAD変換器1205に供給され、未
だサンプル化されていなければサンプリングさ
れ、もし既にサンプル化されていれば再サンプリ
ングされ、最終的にデジタル化される。このデジ
タル化された信号としての映像サンプルはG0
表され、原信号の完全な2次元空間周波数スペク
トルと、サンプリング過程に原因する高調波スペ
クトルを含んでいる。この高調波スペクトルはサ
ンプリング周波数およびその高調波の各々に関し
て対称である。高調波スペクトルは第12図のス
ペクトル分解装置に用いられる2次元低域通過空
間周波数濾波器の設計で考慮する必要があるた
め、その存在の一般的事実が注意される。これは
その高調波スペクトルがスペクトル分解中および
その分解スペクトルからの信号合成中にエーリア
シング周波数を発生するからである。
Although FIG. 12 depicts monochromatic processing of the luminance signal for ease of explanation, the technique described may be applied individually to the primaries of a color television signal or to signals derived therefrom by algebraic mixing. I can do it. The original video signal is supplied to the AD converter 1205 in raster scan format, where it is sampled if not already sampled, resampled if already sampled, and finally digitized. This video sample as a digitized signal is denoted G 0 and contains the complete two-dimensional spatial frequency spectrum of the original signal and the harmonic spectrum due to the sampling process. This harmonic spectrum is symmetric with respect to the sampling frequency and each of its harmonics. The general fact of its existence is noted since the harmonic spectrum must be considered in the design of the two-dimensional low-pass spatial frequency filter used in the spectral decomposition device of FIG. This is because the harmonic spectrum generates aliasing frequencies during spectral decomposition and during signal synthesis from the decomposed spectrum.

0次のスペクトル分解段1210ではG0から
高域通過スペクトルL0が分離される。この高域
通過動作はG0を低域濾波し、そのG0をAD変換器
1205から来たそのタイミングからG0のそれ
より低い周波数の部分が低域濾波応答で遅延され
るのと同じ程度まで遅延させ、この遅延したG0
から低域濾波応答を差引くことにより本質的に行
われる。スペクトル分解がオクターブにより行わ
れるとすると、2次元低域空間周波数濾波器12
11の遮断周波数は、分解すべき次のオクターブ
帯域幅の帯域通過スペクトルL1の最高周波数す
なわちその中心周波数の4/3倍となるように選ば
れる。縮小器1212では低域濾波されたG0
R/2の空間周波数で抽出するためサンプルを行
と列が1つおきに抹消され、その低下したサンプ
ル周波数の信号がさらにスペクトル分解のため段
1210の低域出力応答として供給される。ここ
でサンプル周波数の低いこの低域濾波済G0は、
1973年6月発行のプロシーデイングス・オブ・
ザ・アイ・イー・イー・イー(Proceedings of
the IEEE)第61巻第6号第692〜702頁掲載のシ
エーフア(R.W.Schafer)とラビナ(L.R.
Rabiner)の論文「内挿へのデジタル信号処理法
(A Digital Signal Processing Approach to
Interpolation)」に概説された方法に従う内挿を
行われる。拡大回路1213では、縮小器121
2で消去されたサンプルがナル置換されて今1つ
の2次元低域通過空間周波数濾波器1214の入
力信号を生成する。この濾波器はもとの低域濾波
器と同じサンプル重み係数を用いることができる
が、常にもとの低域濾波器と実質的に同じ遮断周
波数を有する。これによつて得られる信号は遅延
回路1215で遅延されたG0と同じ大きさのサ
ンプリングマトリツクスを有し、減算器1216
で遅延したG0から差引かれて高域通過出力応答
L0を生ずる。L0はG0の高域部であるだけでなく、
また上述のようなスペクトル分解から映像信号を
再合成する間に、縮小器12において低いサンプ
リング周波数でG0を再サンプリングすることに
より導入される誤差を補償するために用いられる
低周波数位相誤差補正項を含んでいる。
The zero-order spectral decomposition stage 1210 separates the high-pass spectrum L 0 from G 0 . This high-pass operation low-pass filters G 0 from its timing coming from AD converter 1205 to the same extent that the lower frequency portion of G 0 is delayed in the low-pass filter response. and this delayed G 0
This is essentially done by subtracting the low-pass filter response from . If the spectral decomposition is performed by octaves, the two-dimensional low-pass spatial frequency filter 12
The cutoff frequency of 11 is chosen to be the highest frequency of the bandpass spectrum L 1 of the next octave bandwidth to be decomposed, i.e. 4/3 times its center frequency. In the reducer 1212, every other row and column of the sample is deleted in order to extract the low-pass filtered G 0 at a spatial frequency of R/2, and the signal with the reduced sample frequency is further sent to the stage 1210 for spectral decomposition. is provided as the low frequency output response of Here, this low-pass filtered G 0 with a low sample frequency is
Proceedings of June 1973
The I.E.E. (Proceedings of
61, No. 6, pages 692-702 of the IEEE)
Rabiner's paper "A Digital Signal Processing Approach to Interpolation"
Interpolation is performed according to the method outlined in ``Interpolation''. In the enlargement circuit 1213, the reducer 121
The samples canceled in 2 are null-replaced to produce the input signal for another two-dimensional low-pass spatial frequency filter 1214. This filter may use the same sample weighting factors as the original low-pass filter, but always has substantially the same cut-off frequency as the original low-pass filter. The signal obtained thereby has a sampling matrix of the same size as G 0 delayed by the delay circuit 1215, and the signal obtained by the subtracter 1216
High-pass output response subtracted from G 0 delayed by
produces L 0 . L 0 is not only the high frequency part of G 0 , but also
Also, during resynthesis of the video signal from the spectral decomposition as described above, a low frequency phase error correction term is used to compensate for errors introduced by resampling G 0 at a lower sampling frequency in the downscaler 12. Contains.

この信号の1/2周波数で再サンプリングされる
低域部分と高域部分への分離は各スペクトル分解
段で反復される。連続する各スペクトル分解段は
その入力信号としてその前のスペクトル分解段の
再サンプリング低域出力応答を受信し、サンプリ
ング周波数は各スペクトル分解段でその前のスペ
クトル分解段の1/2になる。最初の1段1210
以後の各スペクトル分解段1220,1230,
1240,1250,1260の高域出力応答は
その前段の低域応答特性によつて与えられた上限
を有し、従つてこの「高域」出力応答は事実漸減
空間周波数の等Q帯域通過スペクトルである。各
段の最初の低域濾波器の応答の間引き率が1/2で
各段の低域濾波器の遮断周波数がそれが発生する
スペクトルの中心周波数の2/3であることは、こ
の等Qスペクトルを2次元空間周波数の漸減オク
ターブにする要因である。
This separation of the signal into low and high frequency parts, which are resampled at 1/2 frequency, is repeated at each spectral decomposition stage. Each successive spectrally decomposing stage receives as its input signal the resampled low-pass output response of the previous spectrally decomposing stage, and the sampling frequency is one-half that of the previous spectrally decomposing stage for each spectrally decomposing stage. First stage 1210
Each subsequent spectral decomposition stage 1220, 1230,
The high frequency output response of 1240, 1250, and 1260 has an upper limit given by the low frequency response characteristics of its predecessor, so this "high frequency" output response is in fact an equal-Q bandpass spectrum of decreasing spatial frequency. be. The response decimation rate of the first low-pass filter in each stage is 1/2 and the cut-off frequency of the low-pass filter in each stage is 2/3 of the center frequency of the spectrum in which it occurs. This is the factor that makes the spectrum a two-dimensional spatial frequency of gradually decreasing octaves.

スペクトル分解段1210の間引きされた低域
出力応答G1はその縮小器1212から次のスペ
クトル分解段1220の入力信号として供給され
る。スペクトル分解段1220はスペクトル分解
段1210の各素子1211,1212,121
3,1214,1215,1216とそれぞれ類
似であるが、段1220のサンプリング周波数が
2つの次元で段1210の1/2であるための動作
の差がある素子1221,1222,1223,
1224,1225,1226を有する。低域濾
波器1221,1224はそれぞれ低域濾波器1
211,1214と同じ加重係数を持つが、段1
220のサンプリング周波数を段1210に対し
て1/2にすると、濾波器1221,1224の遮
断周波数は濾波器1211および1214に対し
て1/2になる。遅延回路1215における限り遅
延回路1225における減算前の遅延が2倍であ
り、この遅延がシフトレジスタ等のクロツキング
された遅延とすると、この遅延構造は遅延回路1
225と1215の各遅延クロツキング周波数の
比1/2で与えられる遅延の比2/1と似てい
る。スペクトル分解段1220高域出力応答L1
はスペクトルL0のすぐ下の帯域通過スペクトル
である。
The decimated low frequency output response G 1 of spectrally decomposing stage 1210 is provided from its reducer 1212 as an input signal to the next spectrally decomposing stage 1220 . The spectral decomposition stage 1220 includes each element 1211, 1212, 121 of the spectral decomposition stage 1210.
Elements 1221, 1222, 1223, which are similar to 3, 1214, 1215, and 1216, respectively, but have a difference in operation because the sampling frequency of stage 1220 is 1/2 that of stage 1210 in two dimensions.
1224, 1225, 1226. Low-pass filters 1221 and 1224 are low-pass filter 1, respectively.
211, 1214, but with the same weighting factor as stage 1
When the sampling frequency of stage 220 is halved for stage 1210, the cutoff frequency of filters 1221 and 1224 is halved for filters 1211 and 1214. As far as delay circuit 1215 is concerned, the delay before subtraction in delay circuit 1225 is twice as long, and if this delay is a clocked delay such as a shift register, then this delay structure is equal to delay circuit 1.
This is similar to the ratio 2/1 of the delay given by the ratio 1/2 of each delay clocking frequency of 225 and 1215. Spectral decomposition stage 1220 high frequency output response L 1
is the bandpass spectrum just below the spectrum L 0 .

スペクトル分解段1220の間引き低域出力応
答G2はその縮小器1222から次のスペクトル
分解段1230の入力信号として供給される。
L1より1オクターブ低い帯域通過スペクトルL2
はその入力信号G2に対するスペクトル分解段1
230の高域通過出力応答である。スペクトル分
解段1230はサンプリング周波数が1/2である
ところが異るが、スペクトル分解段1220の各
素子1221,1222,1223,1224,
1225,1226にそれぞれ対応する123
1,1232,1233,1234,1235,
1236を有する。
The decimated low frequency output response G 2 of spectrally decomposing stage 1220 is provided from its reducer 1222 as an input signal to the next spectrally decomposing stage 1230 .
Bandpass spectrum L 2 one octave lower than L 1
is the spectral decomposition stage 1 for its input signal G 2
230 high-pass output response. The difference is that the sampling frequency of the spectral decomposition stage 1230 is 1/2, but each element 1221, 1222, 1223, 1224,
123 corresponding to 1225 and 1226 respectively
1,1232,1233,1234,1235,
It has 1236.

スペクトル分解段1230の間引かれた低域出
力応答G3はその縮小器1232から次のスペク
トル分解段1240の入力信号として供給され
る。L2より1オクターブ低い帯域通過スペクト
ルL3はその入力信号G3に対するスペクトル分解
段1240の高域通過出力応答である。スペクト
ル分解段1240はサンプリング周波数が1/2で
ある点が異るが、スペクトル分解段1230の各
素子1231,1232,1233,1234,
1235,1236にそれぞれ対応する素子12
41,1242,1243,1244,124
5,1246を有する。
The decimated low frequency output response G 3 of spectrally decomposing stage 1230 is provided from its reducer 1232 as an input signal to the next spectrally decomposing stage 1240 . The bandpass spectrum L3, which is one octave lower than L2 , is the highpass output response of the spectral decomposition stage 1240 to its input signal G3 . The difference is that the spectral decomposition stage 1240 has a sampling frequency of 1/2, but each element 1231, 1232, 1233, 1234,
Elements 12 corresponding to 1235 and 1236, respectively
41, 1242, 1243, 1244, 124
5,1246.

スペクトル分解段1240の間引かれた低域出
力応答G4はその縮小器1242から次のスペク
トル分解段1250に入力信号として供給され
る。L3より1オクターブ低い帯域通過スペクト
ルL4はその入力信号G4の対するスペクトル分解
段1250の高域通過出力応答である。スペクト
ル分解段1250のはサンプリング周波数が1/2
である点が異るが、スペクトル分解段1240の
各素子1241,1242,1243,124
4,1245,1246にそれぞれ対応する素子
1251,1252,1253,1254,12
55,1256を有する。
The decimated low frequency output response G 4 of spectrally decomposing stage 1240 is provided from its reducer 1242 as an input signal to the next spectrally decomposing stage 1250 . The bandpass spectrum L4, which is one octave lower than L3 , is the highpass output response of the spectral decomposition stage 1250 to its input signal G4 . The sampling frequency of the spectral decomposition stage 1250 is 1/2
The difference is that each element 1241, 1242, 1243, 124 of the spectral decomposition stage 1240
Elements 1251, 1252, 1253, 1254, 12 corresponding to 4, 1245, 1246, respectively
55,1256.

スペクトル分解段1250の間引かれた低域出
力応答G5はその縮小器1252から次のスペク
トル分解段1260の入力信号として供給され
る。L4より1オクターブ低い帯域通過スペクト
ルL5はその入力信号G5に対するスペクトル分解
段1260の高域通過出力応答である。スペクト
ル分解段1260はサンプリング周波数が1/2で
ある点が異るが、スペクトル分解段1250の各
素子1251,1252,1253,1254,
1255,1256にそれぞれ対応する素子12
61,1262,1263,1264,126
5,1266を有する。
The decimated low frequency output response G 5 of spectrally decomposing stage 1250 is provided from its reducer 1252 as an input signal to the next spectrally decomposing stage 1260 . The bandpass spectrum L 5 one octave below L 4 is the highpass output response of the spectral decomposition stage 1260 to its input signal G 5 . The difference is that the spectral decomposition stage 1260 has a sampling frequency of 1/2, but each element 1251, 1252, 1253, 1254,
Elements 12 corresponding to 1255 and 1256, respectively
61, 1262, 1263, 1264, 126
It has 5,1266.

最後のスペクトル分解段の縮小器から供給され
る間引かれた低域出力応答G〓はここではスペク
トル分解段1260の縮小器1262から供給さ
れるG6であるが、これは残留低域スペクトル応
答である。これは後続のスペクトル分解段の内挿
済帯域スペクトル応答と最初のスペクトル分解段
のキヤツプストーン高域スペクトル応答を合計し
て信号を再合成する働きをする。L0,L1,L2
L3,L4,L5は時間ずれ関係にあり、逐次遅延量
を増しつつ供給される。残留低域スペクトルG〓
(ここではG6)は最後の帯域スペクトルG〓-1(こ
こでG5)より時間的に早く、反対方向に斜行し
ている。
The decimated low-pass output response G 〓 provided by the reducer of the last spectral decomposition stage 1260 is here G 6 provided by the reducer 1262 of the spectral decomposition stage 1260, which is the residual low-pass spectral response. It is. This serves to recombine the signal by summing the interpolated band spectral response of the subsequent spectral decomposition stage and the capstone high band spectral response of the first spectral decomposition stage. L 0 , L 1 , L 2 ,
L 3 , L 4 , and L 5 are in a time-shifted relationship and are supplied while increasing the amount of delay sequentially. Residual low frequency spectrum G〓
(G 6 here) is earlier in time than the last band spectrum G〓 -1 (G 5 here) and is oblique in the opposite direction.

後述のように、スペクトル成分から信号を合成
する反復法もL0,L1,L2,L3,L4,L5のスペク
トル成分が互いに逆方向の時間ずれ関係にあるこ
とを必要とする。スペクトル分解成分の処理とそ
の処理されたスペクトル分解成分からの信号の合
成を説明する前に、スペクトル分解段の構成を次
にさらに詳述する。まず最初の2次元低域濾波器
構体を考える。
As will be explained later, the iterative method of synthesizing signals from spectral components also requires that the spectral components L 0 , L 1 , L 2 , L 3 , L 4 , and L 5 be time-shifted in opposite directions. . Before describing the processing of the spectrally resolved components and the synthesis of signals from the processed spectrally resolved components, the configuration of the spectrally resolved stage will now be described in further detail. First, consider the first two-dimensional low-pass filter structure.

濾波器の設計技術で公知のように、2次元濾波
器構体は非分離式と分離式がある。第1および第
2の次元における分離式濾波は、まず第1の1次
元濾波器を用いて第1の方向に濾波を行い、次に
第2の1次元濾波器を用いて第1の方向と直角の
第2の方向に濾波を行うことにより達せられる。
従つて、分解式2次元低域濾波器を構成する縦続
持続された2つの個別1次元濾波器の各低域濾波
特性は互いに全く無関係であるから、この2つの
低域濾波器のそれぞれの核関数および構造は第2
a図、第2b図および第3図ないし第11図につ
いて上述したものと同様でよい。
As is well known in the art of filter design, there are two types of two-dimensional filter structures: non-separable types and separable types. Separate filtering in the first and second dimensions involves first filtering in the first direction using a first one-dimensional filter, then filtering in the first direction using a second one-dimensional filter. This is achieved by filtering in a second orthogonal direction.
Therefore, since the low-pass characteristics of the two cascaded individual one-dimensional filters constituting the decomposed two-dimensional low-pass filter are completely independent of each other, the core of each of the two low-pass filters is Functions and structures are secondary
It may be similar to that described above with respect to Figures a, 2b, and 3 to 11.

水平走査線のラスタから成るテレビジヨン画像
の場合は、分離式濾波器の2つの直角方向は水平
と垂直であることが望ましい。分離式2次元低域
濾波をこの発明の実行に用いると、垂直低域濾波
の前に水平低域濾波を行うことである利益が得ら
れ、水平低域濾波の前に垂直低域濾波を行うこと
で他の利益が得られる。例えば、まず水平濾波と
間引きを行うと、追の垂直濾波中に垂直核関数に
より作用されるべき水平走査線当りの画素サンプ
ル数を1/2だけ減じるが、垂直濾波を先にすると、
これに比要な比較的長い遅延を与えると共に、第
12図のスペクトル分解段1210,1220,
1230,1240,1250,1260の各減
算器1216,1226,1236,1246,
1256,1266の正端子にそれぞれ信号G0
G1,G2,G3,G4,G5を送るため各補償用遅延1
215,1225,1235,1245,125
5,1265を与えるに要する遅延構体と同じ遅
延構体が利用できるようになる。
For television images consisting of a raster of horizontal scan lines, the two orthogonal directions of the separate filter are preferably horizontal and vertical. When separate two-dimensional low-pass filtering is used in the practice of this invention, certain benefits are obtained by performing horizontal low-pass filtering before vertical low-pass filtering, and performing vertical low-pass filtering before horizontal low-pass filtering. This provides other benefits. For example, performing horizontal filtering and decimation first reduces by 1/2 the number of pixel samples per horizontal scan line that must be acted upon by the vertical kernel function during subsequent vertical filtering, but doing vertical filtering first reduces
In addition to providing a relatively long delay, the spectral decomposition stages 1210, 1220 of FIG.
1230, 1240, 1250, 1260 subtracters 1216, 1226, 1236, 1246,
Signals G 0 and 1256 and 1266 are connected to the positive terminals, respectively.
Each compensation delay 1 to send G 1 , G 2 , G 3 , G 4 , G 5
215, 1225, 1235, 1245, 125
The same delay structure required to provide 5,1265 is now available.

分離式2次元空間周波数濾波器の綜合濾波応答
は空間周波数平面に平行な断面が正方形または矩
形であり得るが、非分離式濾波器の濾波応答はそ
の他の断面形状を持つことができる。円形や楕円
形の断面は、このような断面の応答を有する濾波
器がテレビジヨン信号における過剰の対角線解像
度の低減に使用し得るため、ラスタ走査テレビジ
ヨン信号の濾波に特に重要である。また全方向に
おける画像の解像度の均一性も、例えばカメラと
表示装置の間で画像を回転する必要があるテレビ
ジヨン方式で重要である。
The integrated filtering response of a separable two-dimensional spatial frequency filter may be square or rectangular in cross-section parallel to the spatial frequency plane, whereas the filtering response of a non-separable filter may have other cross-sectional shapes. Circular or elliptical cross-sections are particularly important for filtering raster-scan television signals because filters with such cross-section responses can be used to reduce excess diagonal resolution in television signals. Uniformity of image resolution in all directions is also important, for example in television systems where images need to be rotated between a camera and a display device.

第12図の2−D低域濾波器1211,122
1,1231,1241,1251,1261お
よび2−D低域濾波器1214,1224,12
34,1244,1254,1264として特に
適する濾波特性である象限対称性と線形位相応答
を呈するパタンを持つ濾波器の重みのマトリツク
スを次に示す。
2-D low-pass filters 1211, 122 in FIG.
1, 1231, 1241, 1251, 1261 and 2-D low pass filter 1214, 1224, 12
A matrix of weights for a filter with a pattern exhibiting quadrant symmetry and linear phase response, which are particularly suitable filtering characteristics as 34, 1244, 1254, 1264, is shown below.

ABCBA DEFED GHJHG DEFED ABCBA この加重係数のパタンを持つ核関数マトリツク
スは順次連続する各画像サンプルに作用し、各画
素サンプルは作用を受けたとき位置がマトリツク
スの中心に位置する加重係数Jに対応する。低域
濾波器では、加重係数Jは最高相対強度レベルを
有し、他の各加重係数は中心位置から離れるほど
小さくなる強度レベルを有する。従つて4隅の加
重係数Aの強度レベルが最低である。
ABCBA DEFED GHJHG DEFED ABCBA A kernel function matrix having this pattern of weighting coefficients acts on each successive image sample in turn, and each pixel sample corresponds to a weighting coefficient J whose position is located at the center of the matrix when acted upon. In a low pass filter, the weighting factor J has the highest relative intensity level, and each of the other weighting factors has an intensity level that decreases away from the center position. Therefore, the strength level of the weighting coefficient A at the four corners is the lowest.

非分離式2次元濾波器の場合には、A、B、
C、D、E、F、G、H、Jの各強度レベルの特
定の選ばれた値は互いに完全に無関係であるが、
2次元分離式濾波器の場合は、加重係数の強度レ
ベルは水平と垂直の1次元核加重係数の各値の交
差乗積から得られるので、A、B、C、D、E、
F、G、H、Jの各値は互いに完全に無関係では
ない。
In the case of a non-separable two-dimensional filter, A, B,
Although the specific chosen values for each intensity level of C, D, E, F, G, H, and J are completely independent of each other,
In the case of a two-dimensional separable filter, the intensity level of the weighting coefficient is obtained from the cross product of each value of the horizontal and vertical one-dimensional kernel weighting coefficients, so A, B, C, D, E,
The values of F, G, H, and J are not completely unrelated to each other.

第13図に示す一般形式をとり得る成分スペク
トルから電気信号を合成する装置はこの発明にと
つて重要である。スペクトル成分G6′,L5′,L4′,
L3′,L2′,L1′,L0′は第12図のスペクトル分離
装置から供給されるそのダツシユ(′)のないも
のに応答する。スペクトル成分L0,L1,L2,L3
L4,L6,L5は第12図のスペクトル分解装置に
よつて順次時間を遅らせて供給されるが、第13
図の信号合成装置にG0′,L5′,L4′,L3′,L2′,
L1′,L0′を順次時間を遅らせて供給するため差動
的に遅延させる必要がある。
An apparatus for synthesizing electrical signals from component spectra that can take the general form shown in FIG. 13 is important to the invention. Spectral components G 6 ′, L 5 ′, L 4 ′,
L 3 ', L 2 ', L 1 ', and L 0 ' respond without their darts (') provided by the spectral separator of FIG. Spectral components L 0 , L 1 , L 2 , L 3 ,
L 4 , L 6 , and L 5 are sequentially supplied with a delay in time by the spectral decomposition device shown in FIG.
G 0 ′, L 5 ′, L 4 ′, L 3 ′, L 2 ′,
In order to sequentially supply L 1 ′ and L 0 ′ with a time delay, it is necessary to delay them differentially.

第13図は連続する複数個の信号合成段136
0,1365,1370,1375,1380,
1385を含む信号合成装置を示す。各段は内挿
を用いてスペクトル成分のサンプルマトリツクス
を拡大し、空間周波数で次に高いスペクトル成分
と同じ長さにしてそのスペクトル成分に加算し得
るようにする。このサンプルマトリツクスの拡大
は、そのマトリツクス内の各サンプル点とナルを
交互に配置し、その結果を低域濾波して高調波構
体を除去する。行この低域濾波は第12図のスペ
クトル分解装置における対応する内挿処理に付随
する低域濾波と同じ濾波特性を持つことが望まし
い。
FIG. 13 shows a plurality of consecutive signal combining stages 136.
0,1365,1370,1375,1380,
1385 shows a signal synthesizer including a 1385. Each stage uses interpolation to expand the sample matrix of spectral components so that it is the same length as the next highest spectral component in spatial frequency and can be added to that spectral component. This expansion of the sample matrix alternates the nulls with each sample point within the matrix and low pass filters the result to remove harmonic structures. Preferably, this low-pass filter has the same filtering characteristics as the low-pass filter associated with the corresponding interpolation process in the spectral decomposer of FIG.

信号合成装置における内挿に付随する低域濾波
は、第12図のスペクトル分解装置と第13図の
合成装置の間に挿入し得る(第3図について前述
したような)修正回路に生ずることがあり、非線
形処理により修正されるG〓またはL〓信号に付随
する高調波を抑圧する。この非線形処理は、信号
合成装置に用いられる内挿処理に付随する低域濾
波がなければ、合成された複合画像に可視のエー
リアシング現象を生ずることがある。
The low-pass filtering associated with interpolation in the signal synthesizer can occur in a modification circuit (as described above with respect to FIG. 3) that may be inserted between the spectral decomposer of FIG. 12 and the synthesizer of FIG. It suppresses the harmonics associated with the G〓 or L〓 signal, which is modified by nonlinear processing. This nonlinear processing may produce visible aliasing phenomena in the composite composite image without the low pass filtering associated with the interpolation process used in the signal synthesizer.

第13図の合成装置では、低域スペクトル
G6′の各サンプルが拡大回路1361でナルと交
互に配列され、第12図のスペクトル分解装置の
濾波器1265の同様の2次元低域空間周波数濾
波器1362を通る。濾波器1362の応答のサ
ンプルは加算器1363においてL5′のサンプル
と加算され、G5の仮定的遅延複製と類似または
同等のG5′を発生する。このG5′サンプルは拡大回
路1366でナルと交互配列され、第12図の低
域濾波器1254と同様の低域濾波器1367を
通り、加算器1318でL4′と加算されてG4の遅
延複製と類似または同等のG4′を発生する。この
サンプルG4′は拡大回路1371でナルと交互に
配列され、第12図の濾波器1244と同様の濾
波器1372で低域濾波される。この濾波器13
72の応答は加算器1373でL3′に加算されて
G3の遅延複製と類似または同等のG3′を発生す
る。G3′のサンプルは拡大回路1376でナルと
交互に配列され、第12図の濾波器1234と同
様の濾波器1377で低域濾波される。濾波器1
377の応答は加算器1378でL2′に加算され
てG2の遅延複製と類似または同等のG2′を発生す
る。このG2′サンプルは拡大回路1381で間に
ナルが挿入され、濾波器1382で低域濾波され
る。濾波器1382の応答は加算器1383で
L1′と加算されて遅延したG1と類似または同等の
G1′を発生する。このG1′のサンプルは内挿のため
拡大回路1386と第12図の濾波器1387に
供給され、濾波器1387の応答は加算器138
8でL0′と加算されて、修正の可能性があるG0
表されるのと同じ画像で表される合成信号G0′を
発生する。
In the synthesizer shown in Fig. 13, the low-frequency spectrum
Each sample of G 6 ' is interleaved with nulls in the expansion circuit 1361 and passes through a similar two-dimensional low spatial frequency filter 1362 of the filter 1265 of the spectral decomposer of FIG. The samples of the filter 1362 response are summed with the samples of L 5 ' in summer 1363 to produce G 5 ', which is similar to or equivalent to a hypothetical delayed replica of G 5 . This G 5 ' sample is interleaved with nulls in an expansion circuit 1366, passed through a low pass filter 1367 similar to low pass filter 1254 in FIG . Generates G 4 ′ similar or equivalent to delayed replication. This sample G 4 ' is alternated with nulls in an expansion circuit 1371 and low pass filtered in a filter 1372 similar to filter 1244 in FIG. This filter 13
The response of 72 is added to L 3 ' by adder 1373.
Generates G 3 ′ which is similar or equivalent to delayed replication of G 3 . The G 3 ' samples are interleaved with nulls in an enlarger circuit 1376 and low pass filtered in a filter 1377 similar to filter 1234 in FIG. Filter 1
The response of 377 is added to L 2 ' in adder 1378 to produce G 2 ', which is similar to or equivalent to a delayed replica of G 2 . A null is inserted between the G 2 ' samples in an expansion circuit 1381, and low-pass filtered in a filter 1382. The response of filter 1382 is added by adder 1383.
Similar or equivalent to G 1 added with L 1 ′ and delayed
G 1 ′ is generated. This G 1 ' sample is fed to an expansion circuit 1386 for interpolation and to a filter 1387 in FIG.
8 with L 0 ' to produce a composite signal G 0 ' represented by the same image as represented by G 0 with possible modifications.

この発明の2次元実施例は画像の空間周波数を
実時間で処理するときに用いるのに特に適してい
るが、この発明の関与する2次元情報は2次元画
像の空間周波数スペクトルに限定されない。例え
ば2次元の一方が空間周波数情報に対応し、他方
が時間周波数情報に対応することも可能である。
Although the two-dimensional embodiment of the present invention is particularly suited for use in processing the spatial frequencies of images in real time, the two-dimensional information of interest to the present invention is not limited to the spatial frequency spectrum of two-dimensional images. For example, one of the two dimensions may correspond to spatial frequency information and the other may correspond to time frequency information.

さらにこの発明は3次元以上で決定する情報の
実時間周波数スペクトルの分解に有用である。例
えば3次元情報の場合、3次元の全部が空間情報
に対応することもあり、2次元が空間情報で他の
1次元が時間情報に対応することもある。これに
ついて興味のあるのは、表示されたテレビジヨン
画像における運動に応答する画像処理装置であ
る。この場合は、表示画像の空間周波数スペクト
ルの静止被写体に対応する部分が映像情報の各映
像フレーム間で不変であるのに対し、運動する被
写体に対応する部分はフレーム間で変る。この発
明の原理を用いたスペクトル分解装置は3次元低
域濾波器を利用するこのような画像処理装置にも
利用することができる。この低域濾波器の3次元
の2つは空間であつて第12図の2次元スペクト
ル分解器の各段に付随する2次元低域濾波器の2
つの空間次元に対応し、第3の次元は時間であつ
て、連動する被写体により表示画像の対応画素の
強度レベルの各フレーム間の値に生ずる変化によ
る3次元スペクトルの微細構造特性に応答する。
Further, the present invention is useful for decomposing real-time frequency spectra of information determined in three or more dimensions. For example, in the case of three-dimensional information, all three dimensions may correspond to spatial information, or two dimensions may correspond to spatial information and the other one dimension may correspond to temporal information. Of interest here are image processing devices that respond to motion in displayed television images. In this case, the portion of the spatial frequency spectrum of the displayed image that corresponds to a stationary subject remains unchanged between each video frame of video information, whereas the portion that corresponds to a moving subject changes between frames. A spectral decomposition device using the principles of the present invention can also be used in such an image processing device that utilizes a three-dimensional low-pass filter. The two three-dimensional low-pass filters are spaces, and the two three-dimensional low-pass filters attached to each stage of the two-dimensional spectral decomposer shown in FIG.
The third dimension is time and is responsive to the fine structure characteristics of the three-dimensional spectrum due to the changes caused by the interlocking objects in the intensity levels of the corresponding pixels of the displayed image from frame to frame.

上記この発明の実施例の説明において、時間信
号G0を1次元以上の情報を決定する周波数スペ
クトルを有するベースバンド信号と仮定したが、
公知のように、このようなベースバンド情報は、
それがベースバンド情報成分により変調された搬
送波周波数の側波帯で構成されるような周波数多
重化フオーマツトで通信されることが多い。第1
図の各中継手段100−1,…100Nに適当な
変調器と復調器を用いることにより、G0およ
び/またはG1,…GNの何れかおよび/またはL0
…LNの何れかを周波数多重化信号とすることが
できる。
In the above description of the embodiment of the present invention, it was assumed that the time signal G 0 was a baseband signal having a frequency spectrum that determined information of one dimension or more.
As is known, such baseband information is
It is often communicated in a frequency multiplexed format such that it consists of sidebands of a carrier frequency modulated by baseband information components. 1st
By using appropriate modulators and demodulators for each relay means 100-1,...100N shown in the figure, any of G 0 and/or G 1 ,...G N and/or L 0 ,
... LN can be made into a frequency multiplexed signal.

用語「シフトレジスタ」は特許請求の範囲にお
いて例えば読取後書込み直列記憶装置のように同
効の機能を果す手段を含むと解釈すべきものとす
る。
The term "shift register" is to be interpreted in the claims as including means performing the same function, such as read-then-write serial storage devices.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は最も一般的かつ総括的な形で実施され
たこの発明を示す機能的ブロツク図、第1a図は
第1図のサンプル信号中継手段群の任意の1つの
第1種のデジタル実施例を示す図、第1b図は第
1図のサンプル信号中継手段群の任意の1つの第
2種のデジタル実施例を示す図、第1c図は第1
図の第1種または第2種のサンプル信号中継手段
の最後の1つの代替用デジタル実施例を示す図、
第2図はこの発明の実行において用い得る核加重
関数の例を示す図、第3図はこの発明の原理を実
施したスペクトル分解装置、スペクトル修正回路
および信号合成装置の1次元方式のブロツク図、
第4図はこの発明を実施した第3図のスペクトル
分解処理の反復計算に用いられる分解段の1つの
ブロツク図、第5図はこの発明の他の実施例にお
ける第4図の分解段の連続対に適用し得る変形の
ブロツク図、第6図はスペクトル成分から信号を
合成する第3図の反復処理に用いられる合成段の
1つのブロツク図、第7図、第8図、第9図およ
び第10図はこの発明に用いる第3図の代表的ス
ペクトル修正回路のブロツク図、第11図はこの
発明の原理により処理のためスペクトルサンプル
を時間的に整合させるのが望ましいときに用いる
第3図の方式の変形のブロツク図、第12図はス
ペクトル分解を実時間で行うためにパイプライン
構体を用いた2次元空間周波数スペクトル分解装
置のブロツク図、第13図は第12図のスペクト
ル分解装置により分解されたサンプルフイールド
を表わす信号をその出力スペクトルから合成する
装置のブロツク図である。 1a,1b……パイプライン、100−1,…
100−N……サンプル信号中継手段、102,
104……第1の手段、102……mタツプたた
み込み濾波器、109,110……第2の手段、
110……サンプル減算手段、106,108,
109……遅延手段(第3の手段)、104……
縮小(間引き)器、106……拡大器、108…
…内挿手段、353〜363……サンプル信号組
合せ手段。
FIG. 1 is a functional block diagram showing the invention implemented in its most general and general form; FIG. 1a is a first type digital embodiment of any one of the group of sample signal relay means of FIG. 1; FIG. 1b is a diagram showing a second type digital embodiment of any one of the sample signal relay means group in FIG. 1, and FIG.
A diagram illustrating a last alternative digital embodiment of the sample signal relay means of the first or second type shown in the figure;
FIG. 2 is a diagram showing an example of a kernel weighting function that can be used in carrying out the present invention, and FIG. 3 is a one-dimensional block diagram of a spectral decomposition device, a spectral modification circuit, and a signal synthesis device embodying the principles of the present invention.
FIG. 4 is a block diagram of one of the decomposition stages used for the iterative calculation of the spectral decomposition process of FIG. 3 in which the present invention is implemented, and FIG. 5 is a continuation of the decomposition stages of FIG. 4 in another embodiment of the present invention. 6 is a block diagram of one of the synthesis stages used in the iterative process of FIG. 3 for synthesizing signals from spectral components; FIGS. 7, 8, 9 and 9. 10 is a block diagram of the representative spectral modification circuit of FIG. 3 used in the present invention, and FIG. 11 is a block diagram of the representative spectral modification circuit of FIG. Figure 12 is a block diagram of a two-dimensional spatial frequency spectrum decomposition device using a pipeline structure to perform spectrum decomposition in real time, and Figure 13 is a block diagram of a modification of the method shown in Figure 12. 1 is a block diagram of an apparatus for synthesizing a signal representative of a decomposed sample field from its output spectrum; FIG. 1a, 1b...pipeline, 100-1,...
100-N...sample signal relay means, 102,
104...first means, 102...m-tap convolution filter, 109, 110...second means,
110...Sample subtraction means, 106, 108,
109... Delay means (third means), 104...
Reducer (thinner), 106... Enlarger, 108...
...Interpolation means, 353-363...Sample signal combination means.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 与えられた時間信号の情報成分の周波数スペ
クトルを(N+1)個の各別の周波数帯に分解す
るための信号処理装置であつて; 上記成分が与えられた数の次元を持つ情報に対
応し、Nが複数整数で、上記周波数スペクトル中
の対象とする最高周波数がf0であり、上記周波数
スペクトルを実時間で分解するため、1群をなす
ように順序正しく配置されたN個の抽出信号中継
手段よりなるパイプラインを備え、その各中継手
段が第1および第2の入力端子と第1および第2
の出力端子とを含み、上記中継手段群中の第1の
中継手段の上記第1の入力端子が上記与えられた
時間信号を受信するように結合され、上記中継手
段群中の上記第2ないし第Nの中継手段のそれぞ
れの上記第1の入力端子が上記中継手段群中の上
記各中継手段の直前の中継手段の上記第1の出力
端子に結合されて、上記中継手段群中の上記各中
継手段からその直後の中継手段に信号を送るよう
になつており、上記中継手段群中の上記各中継手
段の上記第2の入力端子が各別のサンプリング周
波数のクロツク信号を受信するように結合され
て、その各中継手段の上記第1および第2の出力
端子に、印加されたクロツク信号のサンプリング
周波数に等しい周波数で抽出された信号がそれぞ
れ引出されるようになつており、上記中継手段群
中の上記各中継手段が上記情報成分に対しその第
1の入力端子と第1の出力端子との間に低域通過
伝達関数を呈し、上記中継手段群中の上記各中継
手段の上記低域通過伝達関数が、各その中継手段
の第2の入力端子に印加されるクロツク信号のサ
ンプリング周波数の順関数である公称遮断周波数
を有し、上記中継手段群中の上記第1の中継手段
の第2の入力端子に印加されるクロツク信号が、
(a)f0の2倍で、(b)上記情報成分に関し上記中継手
段群中の上記第1の中継手段の上記低域通過伝達
関数に対してf0より低い公称遮断周波数を与える
サンプリング周波数を有し、上記中継手段群中の
上記第2ないし第Nの中継手段のそれぞれの第2
の入力端子に印加されるクロツク信号が、(a)上記
中継手段群中の各中継手段の直前の中継手段の第
2の入力に印加されるクロツク信号の周波数より
低く、(b)その第1の入力端子に印加される信号の
情報成分の最高周波数の2倍に少くとも等しく、
(c)上記中継手段群中のその直前の中継手段より低
い公称遮断周波数をその低域通過伝達関数に与え
るサンプリング周波数を有し、上記中継手段群中
の上記各中継手段の上記第2の出力端子に引出さ
れた上記信号の情報成分が、その上記第1の入力
端子に印加される信号の情報成分と、その第1の
出力端子に引出された信号の情報成分の順関数と
の差に対応し、このため上記(N+1)個の各別
の周波数帯が、上記N個の中継手段の上記第2の
出力端子に生ずるN個の各信号と、その第Nの中
継手段の第1の出力端子に生ずる信号とを含むこ
とを特徴とする信号処理装置。 2 上記中継手段群中の上記各中継手段が、その
各中継手段の第1および第2の入力端子と第1の
出力端子に結合されてその各中継手段の上記低域
通過伝達関数を与える第1の手段と、この第1の
手段と上記各中継手段の第2の入力端子および第
2の出力端子に結合されてその各中継手段の第2
出力端子に上記差信号を引出す第2の手段とを含
み、上記第1の手段が、mを与えられた複数整数
としたとき、その中継手段の第1の入力端子に印
加される信号の情報成分をその中継手段の第2の
入力端子に印加されるクロツク信号の周波数に対
応するサンプリング周波数で所定の核関数により
たたみ込むmタツプたたみ込み濾波器を含み、上
記所定の核関数と上記その中継手段のたたみ込み
濾波器の上記サンプリング周波数が、上記情報成
分の各次元におけるその中継手段の低域通過伝達
関数の形と公称遮断周波数をそれぞれ画定し、上
記第2の手段がサンプル減算手段とこのサンプル
減算手段を遅延手段を介して上記第1の手段に結
合する上記遅延手段を含む第3の手段とを含み、
上記サンプル減算手段がその中継手段のたたみ込
まれたサンプルのサンプリング周波数で時間的整
合関係で、その中継手段のたたみ込まれたサンプ
ルの順次生ずる各サンプルレベルをその中継手段
の第1の入力端子に印加される信号の情報成分の
順次対応して生ずる各レベルからその中継手段の
たたみ込み濾波器の上記所定の核関数によりたた
み込まれる前に差引き、これによつて上記サンプ
ル減算手段の出力が、その中継手段のたたみ込ま
れたサンプルのサンプリング周波数で順次生ずる
各差サンプルレベルを含み、その各差サンプルレ
ベルがその中継手段の第2の出力端子に引出され
る信号の情報成分を構成することを特徴とする特
許請求の範囲1記載の信号処理装置。 3 上記中継手段群中の上記中継手段の少くとも
1つの上記第1の手段が与えられた形式を有し、
その与えられた形式の第1の手段が上記たたみ込
み濾波器とこの濾波器とこの濾波器の出力と上記
中継手段群中のその中継手段の第1の出力端子と
の間に直列に結合された縮小器から成り、上記与
えられた形式の第1の手段の上記たたみ込み濾波
器が、その出力にその中継手段の第2の入力端子
に印加されたクロツク信号のサンプリング周波数
に対応する上記情報成分の各次元の特定のサンプ
ル密度を引出し、上記与えられた形式の第1の手
段の上記縮小器が、上記情報成分の上記各次元に
おいて、その与えられた形式の第1の手段のたた
み込み濾波器の出力に生じるたたみ込まれたサン
プルの全部でないあるものだけその中継手段の上
記第1の出力端子に送り、これによつてその中継
手段の上記第1の出力端子の上記情報成分の上記
各次元における上記たたみ込まれたサンプルの縮
小されたサンプル密度が、その中継手段のたたみ
込み濾波器の出力の上記情報成分の対応次元の上
記特定のサンプル密度に対して減じられるように
なつていることを特徴とする特許請求の範囲2記
載の信号処理装置。 4 上記中継手段の上記少くとも1つの中で、上
記第3の手段が、上記たたみ込み濾波器の出力と
上記サンプル減算手段の間に結合されて上記たた
み込まれた情報成分を上記たたみ込み濾波器から
上記サンプル減算手段に直接印加する第4の手段
を含むことを特徴とする特許請求の範囲3記載の
信号処理装置。 5 上記第3の手段は、さらに上記縮小器と上記
サンプル減算器の間に結合され、その中継手段の
上記第1の出力端子の上記情報成分の各次元にお
ける上記たたみ込まれたサンプルの縮小されたサ
ンプル密度を拡張して上記サンプル減算手段のそ
の次元における上記たたみ込まれたサンプルの上
記特定のサンプル密度に戻す第5の手段を含み、
その第5の手段が、それぞれ上記縮小されたサン
プル密度にない上記たたみ込み濾波器の出力の各
たたみ込みサンプルに発生が対応するそれぞれ零
値レベルの追加のサンプルを挿入するサンプル拡
大器と、上記挿入された各追加サンプルの零値レ
ベルを内挿値サンプルレベルに置き換える働きを
する内挿手段とを含むことを特徴とする特許請求
の範囲3記載の信号処理装置。
[Scope of Claims] 1. A signal processing device for decomposing the frequency spectrum of information components of a given time signal into (N+1) separate frequency bands; wherein the components have a given number of dimensions. , N is a plurality of integers, the highest frequency of interest in the frequency spectrum is f 0 , and in order to decompose the frequency spectrum in real time, the frequency spectrum is arranged in order to form a group. and a pipeline consisting of N extracted signal relay means, each of which has a first and second input terminal and a first and second input terminal.
an output terminal of a first relay means in said group of relay means, said first input terminal of said first relay means in said group of relay means being coupled to receive said given time signal; The first input terminal of each of the Nth relay means is coupled to the first output terminal of the relay means immediately preceding each of the relay means in the group of relay means, The relay means sends a signal to the relay means immediately following it, and the second input terminal of each relay means in the group of relay means is coupled to receive a clock signal of a different sampling frequency. A signal extracted at a frequency equal to the sampling frequency of the applied clock signal is extracted to the first and second output terminals of each of the relay means, respectively, and the relay means group each of said relay means in said group of relay means exhibits a low pass transfer function for said information component between its first input terminal and first output terminal; a pass transfer function having a nominal cut-off frequency that is a direct function of the sampling frequency of the clock signal applied to the second input terminal of each of said relay means; The clock signal applied to the input terminal of 2 is
a sampling frequency that is (a) twice f 0 and (b) provides a nominal cut-off frequency lower than f 0 for said low-pass transfer function of said first relay means in said group of relay means for said information component; and each of the second to Nth relay means in the group of relay means
(a) is lower in frequency than the clock signal applied to the second input of the relay means immediately preceding each relay means in the group of relay means; and (b) the frequency of the clock signal applied to the input terminal of at least equal to twice the highest frequency of the information component of the signal applied to the input terminal of
(c) said second output of each said relay means in said group of relay means having a sampling frequency which gives its low pass transfer function a lower nominal cut-off frequency than that of said relay means immediately preceding said relay means in said group of relay means; The information component of the signal drawn to the terminal is the difference between the information component of the signal applied to the first input terminal and the information component of the signal drawn to the first output terminal. Correspondingly, each of the (N+1) separate frequency bands corresponds to each of the N signals occurring at the second output terminal of the N relay means and the first frequency band of the N relay means. A signal processing device comprising: a signal generated at an output terminal. 2. Each of said relay means in said group of relay means has a first and second input terminal and a first output terminal coupled to said respective relay means to provide said low pass transfer function of said respective relay means. 1 means, the first means and a second input terminal and a second output terminal of each of the relay means;
and a second means for drawing the difference signal to an output terminal, and the first means is configured to generate information about a signal applied to the first input terminal of the relay means, when m is a given plural integer. an m-tap convolution filter for convolving the component by a predetermined kernel function at a sampling frequency corresponding to the frequency of a clock signal applied to a second input terminal of the relay means, said predetermined kernel function and said relay means; the sampling frequency of the convolutional filter of the means respectively defines the shape and nominal cut-off frequency of the low-pass transfer function of the relay means in each dimension of the information component; third means including said delay means for coupling sample subtraction means to said first means via delay means;
Said sample subtraction means inputs each successively occurring sample level of the convolved sample of said relay means to a first input terminal of said relay means in a time-aligned relationship at the sampling frequency of said convolved sample of said relay means. The output of the sample subtraction means is subtracted from each successively occurring level of the information component of the applied signal before being convolved by the predetermined kernel function of the convolution filter of the relay means. , each difference sample level occurring sequentially at the sampling frequency of the convolved sample of the relay means, each difference sample level constituting an information component of a signal drawn at a second output terminal of the relay means. The signal processing device according to claim 1, characterized in that: 3 at least one of said first means of said relay means in said group of relay means has the given form;
First means of the given type are coupled in series between said convolutional filter, said filter, an output of said filter and a first output terminal of said relay means in said group of relay means. said convolutional filter of said first means of said type given, said convolutional filter having said convolutional filter of said first means of said type given, said information corresponding to the sampling frequency of the clock signal applied to said second input terminal of said relay means at its output; Deriving a particular sample density for each dimension of the component, the reducer of the first means of the given form convolves the first means of the given form in each dimension of the information component. Only some, but not all, of the convolved samples occurring at the output of the filter are sent to the first output terminal of the relay means, thereby reducing the amount of the information component at the first output terminal of the relay means. The reduced sample density of said convolved samples in each dimension is reduced to said specific sample density of said information component of said convolution filter output of said relay means in a corresponding dimension. The signal processing device according to claim 2, characterized in that: 4 In said at least one of said relay means, said third means is coupled between said convolution filter output and said sample subtraction means to convolution filter said convolved information component. 4. The signal processing apparatus according to claim 3, further comprising fourth means for directly applying the signal from the sample subtracting means to the sample subtracting means. 5 Said third means are further coupled between said reducer and said sample subtractor for reducing said convolved samples in each dimension of said information component at said first output terminal of said relay means. fifth means for extending the sample density back to the particular sample density of the convolved sample in that dimension of the sample subtraction means;
a sample expander for inserting an additional sample of a respective zero value level whose occurrence corresponds to each convolutional sample of the output of the convolutional filter that is not at the reduced sample density; 4. A signal processing apparatus according to claim 3, further comprising interpolation means for replacing the zero value level of each inserted additional sample with an interpolated value sample level.
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