JPH02299379A - ベクトル量子化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明はベクトル量子化装置に係り、特にディジタル
画像信号を高能率符号化するに好適な学習型のベクトル
量子化装置に関する。

［従来の技術］ 第５図は、例えば電子通信学会技術報告ＩＴ８５−６１
　ｒベクトル量子化による画像高能率符号化」　（村上
篤遺著）に示された従来のベクトル量子化装置のブロッ
ク図である。図において、（１０３）は複数個の量子化
代表ベクトル（１０２）を格納しベクトル量子化符号化
器（１０１）およびベクトル量子化復号化器（１０４）
に与えるコードブック、（１０１）は入力ベクトル（４
）をベクトル量子化してコードブック（１０３）から与
えられる量子化代表ベクトル（１０２）のインデックス
を符号化データ（１９）として出力し伝送するベクトル
量子化符号化器、（１０４）はベクトル量子化符号化器
（１０１）から符号化データ（１９）として送られてき
たインデックスに対応する量子化代表ベクトルをコード
ブック（１０３）からの量子化代表ベクトル（１０２）
に基づいて復号化して復号ベクトル（２２）として再生
するベクトル量子化復号化器である。

以上のような構成において、次にその動作を説明する。

今、Ｋ次元の入力ベクトル（４）のベクトルＸを Ｘ−［ＸＩ　　Ｓ　Ｘ２　、　・　・　・、Ｘに］　　
　　　　（１）とし、コードブック（１０３）に記憶さ
れている量子化代表ベクトル（１０２）のベクトルｙｔ
をｙｌ　−［ｙｌ　Ｓｙ２、・・・、ｙＫ］　　　　（
２）とし、更にこのベクトルｙ１のセットを［Ｙ］　−
［ｙｌ　、ｙ２、・・・、ｙＮ］　　　（３）とする。

この場合、ベクトル量子化符号化器（１０１）において
は、 ｄｉ　＝ＩＩＸ−ｙｉ　Ｉｆ２−Σ（ｘｊ　−ｙｌＪ）
　２・・・（４） によって定義される入力ベクトル（４）の歪ｄ１が最小
となる量子化代表ベクトル（１０２）のインデックスｉ
が決定される。ただし、ｄｉ　＜ｄｌｆｏｒ　　ａｌｌ
　　ｌ≠ｉである。そして、ベクトル量子化符号化器（
１０１）からは符号化データ（１９）として量子化代表
ベクトル（１０２）の当該ベクトルｙ１を識別するため
のインデックス五が出力され伝送される。

以上のようにして、伝送された符号化データ（１９）は
ベクトル量子化復号化器（１０４）に入力されるが、こ
こでは符号化データ（１９）により与えられるインデッ
クスｉに対応する量子化代表ベクトル（１０２）のベク
トルｙ１がコードブック（１０３）から読み出されて、
復号ベクトル（２２）が 父−ｙｌ　　　　　　　　　・・・　（５）なるベクト
ルとして再生される。

［発明が解決しようとする課題］ 従来のベクトル量子化装置は以上のように構成されてい
る°ので、ベクトルの次元数が高い場合、予めコードブ
ック（１０３）内に記憶されている有限個数の量子化代
表ベクトル（１０２）を全ての情報源入力ベクトルに対
して完全に最適化することが困難であり、隣接するベク
トル間の相関等の入力ベクトルの局所的性質を考慮して
いないので符号化効率の点から見ると不利であるという
問題があった。

この発明は上記のような従来技術の課題を解決するため
になされたもので、入力ベクトルの局所的性質を考慮し
て処理ブロックサイズを可変とし複数のコードブックに
よりベクトル量子化処理を行なうようにして符号化効率
を向上したベクトル量子化装置を得ることを目的とする
。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、この発明は１フレーム分の
画像入力信号を記憶する第１のフレームメモリ手段と、
第１のフレームメモリ手段に記憶された画像信号を複数
個ずつまとめてブロック化して入力ベクトルを生成する
と共に入力ベクトルの要素のばらつきにより処理ブロッ
クサイズを可変としながら決定し入力ベクトルおよび入
力ベクトルのフレーム上でのアドレスおよびブロックサ
イズ情報を出力するブロック制御手段、予め設定される
複数の量子化代表ベクトルを有する第１のコードブック
か既量子化領域を入力ベクトルと同じ次元に切り出し生
成する第２のコードブックか最小歪に基づいて抽出され
た特異ブロックを入力ベクトルと同じ次元に切り出し生
成する第３のコードブックのいずれかの情報とブロック
制御手段からの情報に基づいて入力ベクトルをベクトル
量子化符号化して、ベクトル量子化時の最小歪が予め設
定された値よりも大きい場合には、入力ベクトルを新た
な量子化代表ベクトルとしてコードブック番号、アドレ
ス、インデックス等と共に出力゛するベクトル量子化符
号化手段と、ベクトル量子化符号化手段から出力される
量子化代表ベクトルを複合ベクトルとして所定のアドレ
スに記憶する第２のフレームメモリ手段と、ベクトル量
子化符号化手段においてベクトル量子化時の最小歪があ
る値よりも大きい場合に入力ベクトルを含む領域を特異
ブロックとして所定のアドレスに記憶するメモリ手段と
、第２のフレームメモリ手段およびメモリ手段の内容に
基づいて第２のコードブックに入力ベクトルのフレーム
上でのアドレスを用いて第２のフレームメモリから入力
ベクトルの近傍の既量子化領域をシフトしながら入力ベ
クトルと同じ次元に切り出し生成させると共に特異ブロ
ックを記憶するメモリ手段から第３のコードブックにシ
フトしながら入力ベクトルと同じ次元に切り出し生成さ
せるコードブック制御手段と、ベクトル量子化符号化手
段から出力されたブロックサイズ情報、コードブック番
号、アドレス、インデックスと共にベクトル量子化時の
最小歪がある値よりも大きい場合に特異ブロックを符号
化して符号化データとして伝送する符号化制御手段を備
えるベクトル量子化装置を提供するものである。

［作用］ 上記手段において、この発明のベクトル量子化装置は第
１のフレームメモリ手段に１フレーム分の画像入力信号
を記憶させ、この第１のフレームメモリ手段に記憶され
た画像信号をブロック制御手段により複数個ずつまとめ
て可変サイズでブロック化して入力ベクトルを生成し入
力ベクトルおよび入力ベクトルのフレーム上でのアドレ
スおよびブロックサイズ情報を出力し、ベクトル量子化
符号化手段により第１、第２、第３のコードブックのい
ずれかの情報とブロック制御手段がらの情報に基づいて
入力ベクトルをベクトル量子化符号化し、ベクトル量子
化時の最小歪が予め設定された値よりも大きい場合には
そのときの入力ベクトルを含む領域を特異ブロックとし
これを新たな量子化代表ベタ。トルとしてコードブック
番号、アドレス、インデックス等と共に出力すると共に
これらの情報を第２のフレームメモリ手段、メモリ手段
、コードブック制御手段に与え第２、第３のコードブッ
クを生成させ、符号化制御手段によりベクトル量子化符
号化手段から出力された各情報と共に特異ブロックを符
号化して符号化データとして伝送している。

［実施例］ 以下、図面を参照しながらこの発明の詳細な説明する。

第１図はこの発明の一実施例に係るベクトル量子化装置
のブロック図である。図において、（１）は１フレーム
分の画像入力信号を記憶した入力フレームメモリ、（２
）は入力フレームメモリ　（１）から画象デニタを慢数
個ずつまとめてブロック化して読み出し入力ベクトル（
４）を生成すると共にこの入力ベクトル（４）の要素の
ばらつきにより処理ブロックサイズを決定し、入力ベク
トル（４）のフレーム上のアドレス（５）およびブロッ
クサイズ情報（３）等と共に入力ベクトル（４）を送出
するブロック制御部、（６）はブロック制御部（２）か
らの入力ベクトル（４）を第１のコ−ドブツク（１４）
、第２のコードブック（１５）、第３のコードブック（
１６）と複数のコードブックを用いてベクトル量子化符
号化し、ベクトル量子化時の歪がある値よりも大きい場
合には、入力ベクトル（４）を量子化代表ベクトルとし
、ブロックサイズ情報（３）、コードブック番号（７）
、アドレス（８）、インデックス（９）、量子化代表ベ
クトル（１０）を出力するベクトル量子化符号化部、（
１７）はベクトル量子化符号化部（６）からのブロック
サイズ情報（３）、コードブック番号（７）、アドレス
（８）、インデックス（９）と共に最小歪がある値より
も大きい場合には特異ブロックを符号化して符号化デー
タ（１９）として送出する符号化制御部、（２０）は符
号化制御部（１７）から送信された符号化データ（１９
）よりブロックサイズ情報（３）、コードブック番号（
７）、インデックス（９）を受信してこれを復号する復
号化制御部、（２１）はブロックサイズ情報（３）、コ
ードブック番号（７）、アドレス（８）、インデックス
（９）を用いてベクトル量子化復号化し復号ベクトル（
２２）を再生するベクトル量子化復号化部、（１４）は
複数個の量子化代表ベクトルを記憶して構成される第１
のコードブック、（１１）はベクトル量子化符号化部（
６）またはベクトル量子化復号化部（２１）から出力さ
れる量子化代表ベクトル（１０）または復号ベクトル（
２２）を復号ベクトルとして所定のアドレスに格納する
フレームメモリ、（１２）は入力ベクトル（４）のフレ
ーム上でのアドレス（５）により復号ベクトルを記憶し
たフレームメモリ（１１）から入力ベクトル（４）の近
傍の既量子化領域を用いて第２のコードブック（１５）
を生成し、また特異ブロックを記憶したメモリ（１３）
から第３のコードブック（１６）を生成し、一方コード
ブック制御信号（１８）により特異ブロックをメモリ（
１３）に記憶するコードブック制御部である。

以上のような構成において、次にその動作を第２図のフ
ローチャートに従って説明する。

ブロック制御部（２）において１フレーム分の画像入力
信号を記憶した入力フレームメモリ（１）から複数個ず
つまとめてブロック化して生成されたベクトルＸの入力
ベクトル（４）および入力ベクトルの入力フレームメモ
リ（１）上でのアドレス（５）はベクトルの要素のばら
つきにより決められたベクトル量子化処理時のブロック
サイズ情報（３）と共にベクトル量子化符号化部（６）
に入力される。ベクトル量子化符号化部（６）ではブロ
ックサイズ情報（３）に基づく処理サイズでフローチャ
ートの処理（６０）で歪計算をする。

さてぐ各コードブック（１４）、（１５）、（１６）の
使用順序およびベクトル量子化符号化部（６）からの出
力は以下の通りである。

先ず、第２のコードブック（１５）を用いて処理（６０
）で歪計算をし、最小歪ｄｌを与える量子化代表ベクト
ル（１０）であるベクトルｙ！を求め、処理（６１）に
おける最小歪ｄｌと任意に設定された走間＠Ｔとの大小
比較により以下の２通りの処理（５１）と（５２）に振
り分けられる。

さて、処理（５１）では第２のコードブック（１５）使
用時にｄ１≦Ｔの時にコードブック番号（７）を“２°
、インデックス（９）となるインデックス五を“Ｏ″、
アドレス（８）を最小歪ｄｉを与える量子化代表ベクト
ルのフレーム上でのアドレスとし、量子化代表ベクトル
（１０）と共に出力する。

これに対して、処理（５２）では第２のコードブック（
１５）使用時にｄｉ　＞Ｔの時に第３のコードブック（
１６）を用いて歪計算をし、最小歪ｄｌを与える量子化
代表ベクトル（１０）となるベクトルｙ１を求め、処理
（６２）における最小歪ｄｉと任意に設定された走間値
Ｔとの最小比較により更に以下の２つの処理（５３）と
（５４）に振り分けられる。

先ず、処理（５３）では第３のコードブック（１６）使
用時にｄｌ≦Ｔの時、コードブック番号（７）を“３゛
、インデックス（９）を特異ブロックのインデックス１
１アドレス（８）を最小歪ｄ１を与える量子化代表ベク
トル（１０）の特異ブロック上でのアドレスとし、量子
化代表ベクトル（１０）と共に出力する。

これに対して、処理（５４）では第３のコードブック（
１６）使用時にｄｌ　＞Ｔの時、第１のコードブック（
１４）を用いて歪計算をし、最小歪ｄｉを与える量子化
代表ベクトル（１０）となるベクトルｙｔを求め、処理
（６３）における最小歪ｄｉと任意に設定された全閾値
Ｔとの大小比較により更に以下の２通りの処理（５５）
と（５６）に振り分けられる。

そして、処理（５５）では第１のコードブック（１４）
使用時にｄｉ　≦Ｔの時、コードブック番号（７）を“
１”、インデックス（９）を最小歪を与える量子化代表
ベクトル（１０）のインデックスｉ、アドレス（８）を
“０”とし、量子化代表ベクトル（１０）と共に出力す
る。

一方、処理（５６）では第１のコードブック（１４）使
用時にｄｉ　＞Ｔの時、コードブック番号（７）を′０
２、インデックス（９）となるインデックスｉを“Ｏ“
、アドレス（８）を入力ベクトルのフレーム上でのアド
レスとし、量子化代表ベクトル（１０）と共に出力する
。そして、これらの情報は処理（６４）でメモリ（１３
）に記憶させる。

ちなみに、符号化開始時点では第２のコードブック（１
５）、第３のコードブック（１６）共にクリアされてい
るので、第１のコードブック（１４）を用いて歪計算が
実施される。

さて、ここで用いられる第２のコードブック（１５）、
第３のコードブック（１６）の生成はコードブック制御
部（１２）で行なわれる。そして、第２のコードブック
（１５）は第３図の説明図に示すように入力ベクトルに
隣接する既量子化領域（斜線部）から入力ベクトルの処
理ブロックサイズと同次元に一部が重なることを許容し
て切り出し集めた複数のベクトルである。また、第３の
コードブック（１６）は全てのコードブックを用いても
最小歪ｄｉが任意に設定された全閾値Ｔより大きい時に
順次特異ブロックとして記憶した特異ブロック、つまり
第（４）図の説明図に斜線で示された入力ベクトルを含
む領域から入力ベクトルの処理ブロックサイズと同じ次
元に一部が重なることを許容して切り出して集めた複数
のベクトルである。

符号化制御部（１７）ではコードブック番号（７）、ア
ドレス（８）、インデックス（９）の値により以下の処
理を行なう。

先ず、コードブック番号（７）が１１″の時、コードブ
ック番号（７）の“１°とインデックス（９）およびブ
ロックサイズ情報（３）を符号化データ（１９）として
送出すると共にコードブック制御信号（１８）として“
０°を出力する。

次に、コードブック番号（７）が“２”の時、コードブ
ック番号（７）の“０″とアドレス（８）およびブロッ
クサイズ情報（３）を符号化データ（１９）として送出
すると共にコードブック制御信号（１８）として“０”
を出力する。

更に、コードブック番号（７）が３″の時、コードブッ
ク番号（７）の３”とアドレス（８）およびブロックサ
イズ情報（３）を符号化データ（１９）として送出する
と共にコードブック制御信号（１８）として“０°を出
力する。

そして、コードブック番号（７）が“０”のとき、コー
ドブック番号（７）の０”と特異ブロックおよびブロッ
クサイズ情報（３）を符号化データ（１９）として送出
すると共にコードブック制御信号（１８）として“１°
を出力する。

コードブック制御部（１２）では符号化制御部（１７）
から出力されたコードブック制御信号（１８）により以
下の処理を行なう。

先ず、コードブック制御信号（１８）が“０”の時、量
子化代表ベクトル（１０）をフレームメモリ（１１）の
所定のアドレスに書き込む。

一方、コードブック制御信号（１８）が′１゜の時、量
子化代表ベクトル（１０）をフレームメモリ（１１）の
所定のアドレスに書き込むと共に、例えば第４図に斜線
で示される入力ベクトルを含む領域をメモリ（１３）の
所定のアドレスに書き込む。ちなみに、特異ブロックを
記憶する場合、書き込むアドレスはオーバーフローする
のを防ぐために“０”番地、から最大番地までを繰り返
し巡回するように制御される。

符号化制御部（１７）からの符号化データ（１９）を受
信している復号化制御部（２０）では符号化データ（１
９）のコードブック番号（７）の値により以下の処理を
行なう。

先ず、コードブック番号（７）が“１°の時、コードブ
ック番号（７）の“１”とインデックス（９）を送出す
ると共にコードブック制御信号（１８）として“０”を
出力する。

次に、コードブック番号（７）が“２“の時、コードブ
ック番号（７）の“２“とアドレス（８）を送出すると
共にコードブック制御信号（１８）として“Ｏ″を出力
する。

一方、コードブック番号（７）が“３”の時、コードブ
ック番号（７）の３”とアドレス（８）を送出すると共
にコードブック制御信号（１８）として“０”を出力す
る。

これに対して、コードブック番号（７）が“０”の時、
コードブック番号（７）の“０°と特異ブロックを送出
すると共にコードブック制御信号（１８）として“１”
を出力する。

コードブック制御部（１２）では復号化制御部（２０）
から出力されたコードブック制御信号（１８）が“１″
の時には第４図に斜線で示された入力ベクトルを含む領
域である特異ブロックをメモリ（１３）の所定のアドレ
スに書き込む。特異ブロックを記憶する時、書き込むア
ドレスはオーバーフローするのを防ぐために“０°番地
から最大番地までを繰り返し巡回するように制御される
。

ベクトル量子化復号化部（２１）ではコードブック番号
（７）、アドレス（８）、インデックス（９）の値°に
より以下の処理を行なう。

先ス、コードブック番号（７）が“１°ノ時、インデッ
クス（９）からインデックスｉとして与えられる第１の
コードブック（１４）のベクトル量子化代表ベクトルを
復号ベクトル（２２）として再生する。

一方、コードブック番号（７）が“２″の時、アドレス
（８）から与えられる第２のコードブック（１５）の量
子化代表ベクトルを復号ベクトル（２２）として再生す
る。

更に、コードブック番号（７）が“３”の時、アドレス
（８）から与えられる第３のコードブック（１６）のベ
クトル量子化代表ベクトルを復号ベクトル（２２）とし
て再生する。

そして、コードブック番号（７）が“０”の時、特異ブ
ロックから与えられるベクトル量子化代表ベクトルを復
号ベクトル（２２）として再生する。

なお、以上の処理の間、コードブック制御部（１２）は
復号ベクトル（２２）をフレームメモリ（１１）の所定
のアドレスに書き込む。

［発明の効果］ 以上のように、この発明によれば、標準的な量子化代表
ベクトルからなるコードブックの他に入力ベクトルに隣
接した低量子か領域を用いて形成した別のコードブック
と最小歪に基づいて抽出された得意な入力ベクトルを含
む領域を順次記憶し、それを用いて形成した更に別のコ
ードブックを併用して量子か代表ベクトルを決定するよ
うにしたので入力ベクトルの局所的性質に適合した効率
的な符号かの可能なベクトル量子化装置を得られる効果
がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例に係るベクトル量子化装置
のブロック図、第２図は第１図の構成の動作を説明する
ためのフローチャート、第３図は入力ベクトルに隣接す
る低量子化された領域の範囲の説明図、第４図は入力ベ
クトルを含む特異ブロックの範囲の説明図、第５図は従
来のベクトル量子化装置の構成を示すブロック図である
。 図において、（１）は入力フレームメモリ、（２）はブ
ロック制御部、（６）はベクトル量子化符号化部、（１
１）はフレームメモリ、（１２）はコードブック制御部
、（１３）はメモリ、（１４）は第１のコードブック、
（１５）は第２のコードブック、（１６）は第３のコー
ドブック、（１７）は符号化制御部、（１８）はコード
ブック制御信号、（２０）は復号化制御部、（２１）は
ベクトル量子化復号化部である。 なお、図中同一符号は、同一または相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　１フレーム分の画像入力信号を記憶する第１のフレー
   ムメモリ手段と、第１のフレームメモリ手段に記憶され
   た画像信号を複数個ずつまとめてブロック化して入力ベ
   クトルを生成すると共に入力ベクトルの要素のばらつき
   により処理ブロックサイズを決定し入力ベクトルおよび
   入力ベクトルのフレーム上でのアドレスおよびブロック
   サイズ情報を出力するブロック制御手段と、予め設定さ
   れる複数の量子化代表ベクトルを有する第１のコードブ
   ックか既量子化領域を入力ベクトルと同じ次元に切り出
   し生成する第２のコードブックか特異ブロックを入力ベ
   クトルと同じ次元に切り出し生成する第３のコードブッ
   クのいずれかの情報とブロック制御手段からの情報に基
   づいて入力ベクトルをベクトル量子化符号化して、ベク
   トル量子化時の最小歪が予め設定された値よりも大きい
   場合には、入力ベクトルを新たな量子化代表ベクトルと
   してコードブック番号、アドレス、インデックス等と共
   に出力するベクトル量子化符号化手段と、ベクトル量子
   化符号化手段から出力される量子化代表ベクトルを複合
   ベクトルとして所定のアドレスに記憶する第２のフレー
   ムメモリ手段と、ベクトル量子化符号化手段においてベ
   クトル量子化時の最小歪がある値よりも大きい場合に入
   力ベクトルを含む領域を特異ブロックとして所定のアド
   レスに記憶するメモリ手段と、第２のフレームメモリ手
   段およびメモリ手段の内容に基づいて第２のコードブッ
   クに入力ベクトルのフレーム上でのアドレスを用いて第
   ２のフレームメモリから入力ベクトルの近傍の既量子化
   領域をシフトしながら入力ベクトルと同じ次元に切り出
   し生成させると共に特異ブロックを記憶するメモリ手段
   から第３のコードブックにシフトしながら入力ベクトル
   と同じ次元に切り出し生成させるコードブック制御手段
   と、ベクトル量子化符号化手段から出力されたブロック
   サイズ情報、コードブック番号、アドレス、インデック
   スと共にベクトル量子化時の最小歪がある値よりも大き
   い場合に特異ブロックを符号化して符号化データとして
   伝送する符号化制御手段を備えることを特徴とするベク
   トル量子化装置。