JPH0270125A

JPH0270125A - ベクトル量子化器符号化部および復号化部

Info

Publication number: JPH0270125A
Application number: JP63222713A
Authority: JP
Inventors: Masaru Fuse; 優布施
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1988-09-06
Filing date: 1988-09-06
Publication date: 1990-03-09

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】産業上の利用分野本発明は、信号系列を複数個毎にベクトル化し、多次元
信号空間で量子化符号化・復号化するベクトル量子化器
に関するものである。

従来の技術第６図、第７図に、従来のベクトル量子化器を画像信号
の量子化に適用した場合の具体例を示し説明する。第６
図のベクトル量子化器符号化部に入力された画像信号系
列（６００画素／ライン×２６０ライン）はメモリ６０
０に記憶される。その後、順次信号ベクトル生成器６０
１によって４（画素）×４（ライン）ブロックの信号ベ
クトルＸが生成され、ベクトル量子化器６０３に入力さ
れる。ベクトル量子化器６０３は、コードブック６０４
を持つ。このコードブックの中から入力ベクトルＸを量
子化した場合に量子化歪が最小となる復号ベクトルｙｌ
（８ビツト表現：　ｉ＝１〜２５６）即ち、Ｘに対して
最短距離にあるｙＩを選択し、その復号ベクトルｙ１の
コードブック内におけるインデックス番号ｉ　（８ビツ
ト）を出力する。

第７図のベクトル量子化器復号化部に入力されたインデ
ックスｉはベクトル量子化器符号化部のコードブック６
０４と同じ内容のコードブック７０１によりインデック
スｉに対応する復号ベクトルｙＩに再生され、メモリ７
０２に記憶される。

発明が解決しようとする課題従来のベクトル量子化器では、符号化すべき信号系列を
ブロック化した場合、得られた信号ベクトルに対し、１
組のコードブックを用いて量子化を行ない８ビツトのイ
ンデックスを出力している。

この時、信号ベクトルがアドレス毎に大きく変化してい
る信号系列を量子化した場合は、８ビツトの内の多くの
ビットが変化する。しかし、信号ベクトルが微小変化す
る場合は、変化するビット数も少ない。このような場合
は、微小変化部分については変化しないビットを伝送せ
ず、伝送ビット数を少なくして伝送容量の低減を図るか
、あるいは微小変化においても８ビツトの内の多くのビ
ットが変化するようにして、微小変化部分の再現性を高
めるか、どちらかの量子化方法が望まれる。

本発明は、上記の第２の方法、即ち微小変化部分の再現
性の向上を目的とするものである。

課題を解決するための手段特許請求の範囲第１項に記載のベクトル量子化器符号化
部は、符号化すべき信号ベクトルと、既に量子化の終了
した１タイムスロツト前の信号ベクトルに対応するイン
デックスを復号した信号ベクトルとの差分ベクトルの大
きさ（差分ベクトル長）を算出する。ベクトル量子化器
は２組あり、１つは、信号ベクトルそのものを信号ベク
トル用コードブックに従って量子化し信号インデックス
を出力する信号ベクトル量子化器である。他の１つは、
差分ベクトルを差分ベクトル用コードブックに従い量子
化し差分インデックスを出力する差分ベクトル量子化器
である。なお、各インデックスには、信号インデックス
と差分インデックスの判別用に識別ビット１０　（１ビ
ツト）を設け、２組のベクトル量子化器の選択情報とし
て送出する。

従って、各コードブックのインデックス表現に用いられ
るビット数は、従来例よりも１ビツト少ない。この２組
のベクトル量子化器の出力の選択は、差分ベクトル長に
応じて行われる。差分ベクトル長が所定値より小さい場
合は、差分ベクトル量子化器が選択される。差分ベクト
ル長が所定値より大きい場合、信号ベクトル量子化器が
選択され、ベクトル量子化器符号化部は従来と同様の構
成をなす。

このベクトル量子化器符号化部に対応する特許請求の範
囲第４項に記載のベクトル量子化器復号化部は、入力イ
ンデックスを信号ベクトル用コードブック及び差分ベク
トル用コードブックに入力し、復号信号ベクトル及び復
号差分ベクトルに再生する。入力インデックスの識別ビ
ット１０の選択情報により、復号信号ベクトルはそのま
ま出力される。復号差分ベクトルは既に復号化済みの復
号信号ベクトルに加えられ復号信号ベクトルとなる。

特許請求の範囲第２項に記載のベクトル量子化器符号化
部では、符号化すべき信号系列から第１゜第２の２つの
信号ベクトルが生成され、第１の信号ベクトルはメモリ
に記録される。差分ベクトル長計算回路は、メモリ内の
信号ベクトルと第２の信号ベクトルとの間の差分ベクト
ルの大きさを計算する。これが所定の大きさ以下の時、
差分ベクトル量子化器を選択して差分ベクトルを量子化
して差分インデックスを出力の上、第２の信号ベクトル
を１タイムスロット分更新する。所定の大きさ以上の時
、信号ベクトル量子化器を選択して第２の信号ベクトル
を量子化して信号インデックスを出力の上、その第２の
信号ベクトルをメモリに記録し、第２の信号ベクトルを
１タイムスロット分更新する。

このベクトル量子化器符号化部に対応する特許請求の範
囲第４項に記載のベクトル量子化器復号化部は、入力イ
ンデックスを信号ベクトル用フードブック及び差分ベク
トル用コードブックにより、復号信号ベクトル及び復号
差分ベクトルに再生する。入力インデックスの識別ビッ
トＩＤの選択情報により、復号信号ベクトルはそのまま
出力される。

また、ベクトルメモリは新しい復号信号ベクトルが再生
されない限り更新されず、その内容を保持する。復号差
分ベクトルはこのベクトルメモリが保持する復号信号ベ
クトルに加えられて復号信号ベクトルを形成して後、出
力される。

特許請求の範囲第３項に記載のベクトル量子化器符号化
部は、特許請求の範囲第１項または第２項に記載の差分
ベクトル長計算回路及び判定回路を有さない。その代わ
りとして、信号ベクトル量子化器及び差分ベクトル量子
化器が各々出力するインデックスに対応する各差歪値を
比較し選択信号を出力する差歪判定回路を持つ。信号ベ
クトル量子化器による差歪値がより小さいならば信号イ
ンデックスを選択し、差分ベクトル量子化器による差歪
値がより小さいならば差分インデックスを選択する。

作用上記の方法により、ベクトル量子化器はベクトルｉ量子
化の際、従来例でインデックス表示に割り当てていたビ
ット数（８ビツト、出力ベクトル総数２５６）の内、１
ビツトを除いた残りビット（７ビツト、出力ベクトル数
１２８）でインデックス表示を行なう。残りの１ビツト
は２組のベクトル量子化器の選択情報に用いる。信号ベ
クトル用コードブックは、信号系列から生成されたベク
トルの最小値から最大値までの範囲を７ビツトの信号イ
ンデックスで表わすものである。差分ベクトル用コード
ブックは、信号ベクトル用フードブックと同数の７ビツ
トの差分インデックスを用いて、限られた小範囲を表現
するものである。従って、微細な信号表現が可能である
。この２組のコードブックを持つベクトル量子化器を適
応的に切り・替える。信号ベクトルが大きな変化をする
際は、信号インデックスを使用して入力信号への追随性
を維持する。信号ベクトルが小さく変化する際は、信号
インデックスと同ビット数の差分インデックスを使用し
て微小変化部分の再現性を高める。

特許請求の範囲第１項に記載のベクトル量子化器符号化
部では、入力信号ベクトルと既に量子化の終了した１タ
イムスロツト前の信号ベクトルのインデックスに対応す
る復号信号ベクトルとの間で差分ベクトルを作る。この
差分ベクトルの大きさが所定値εより小さい場合のみ、
差分インデックスを選択する。画像信号の量子化の際に
は、近接信号ベクトル間の相関性が大きいため、εを小
さくしても、差分インデックスを出力する機会は比較的
多い。従って、きめ細かい表現が可能である。但し、符
号化部では、既に量子化の終了した信号ベクトルに対応
するインデックスを復号してやる必要があるため、ハー
ド量が多くなる。

特許請求の範囲第２項に記載のベクトル量子化器符号化
部も、差分ベクトル長が所定値εより小さい場合のみ、
差分インデックスを選択する。但し、差分ベクトル長が
値εを越えない限りにおいて、差分ベクトルを作る２つ
の入力信号ベクトル間のタイムスロット差を増やしてい
く。即ち、画像信号の量子化の際には、２つの入力信号
ベクトル間の画面上での距離を大きくしていくことにな
るため、信号ベクトル間の相関性は小さくなっていく。

従って、εをあまり小さくすると差分ベクトルの使用頻
度が低下する。このため、特許請求の範囲第１項に記載
のベクトル量子化器に比較して、きめの細かい量子化と
いう点で劣る。但し、ハード量が少ないことが利点であ
る。

特許請求の範囲第３項に記載のベクトル量子化器は、信
号ベクトル量子化器と差分ベクトル量子化器が各々の量
子化の結果得たインデックスに対応する各差歪値を比較
し、より差歪値の小さい方のインデックスを出力する。

これにより、前述の２つのベクトル量子化器に比べ、更
に差歪の小さい量子化が可能である。

実施例第１図に特許請求の範囲第１項に記載のベクトル量子化
器符号化部を、第２図にこれに対応する特許請求の範囲
第４項に記載のベクトル量子化器復号化部を画像信号に
適用した場合の第１の実施例を示す。

符号化部では、符号化すべき画像信号系列（６００画素
／ライン×２６０ライン）はメモリ１０１に記憶される
。信号ベクトル生成器１０２はアドレスポインタ１００
の出力アドレスｋ（＝１〜９７５０）に従い、所定サイ
ズ４（画素）×４（ライン）の信号ベクトルｘｋ（ｋ＝
１〜９７５０）を順次生成する。減算器１０７は、Ｘｋ
と、１アドレス前に量子比隣の信号ベクトルｘｋ−１に
対応するインデックスを復号化して得られた復号信号ベ
クトルｘ　ｋ−１’との間で、差分ベクトル（ｘｋ−ｘ
ｋ−１′）を計算する。信号ベクトルｘｋは、信号ベク
トル用コードブック１１（７ビツト、ｙｌ：　　ｉ＝　
１〜１２８）を持つ信号ベクトル量子化器１０８によっ
て量子化され、信号インデックスｉｋを出力する。

差分ベクトル（ｘ　ｋ　−ｘ　ｋ−１’　）は、差分ベ
クトル用コードブック１４（７ビツト、ＺＪ：Ｊ＝１〜
１２８）を持つ差分ベクトル量子化器１０９によって量
子化され、差分インデックスｊｋを出力する。各インデ
ックスの最上位の１ビツトは、信号インデックスと差分
インデックスの識別ビットＩＤに用い、信号インデック
スではＩＤ＝　Ｏ１差分インデックスではＩＤ＝　１と
なっている。差分ベクトル長計算回路１６は、差分ベク
トル（ｘｋ−ｘｋ−１″）の大きさＬを計算し、判定回
路１７が所定値ε（εは正の整数）との大小比較を行な
い、選択信号Ｓｋを出力する。切替器１８はＳｋに応じ
て、信号インデックスｉｋ及び差分インデックスｊｋを
選択、送出インデックスとする。即ち、Ｌ〉εの場合は
ｉｋを、Ｌ≦εの場合はｊｋを送出インデックスとする
。同時に、ｉｋ及びｊｋは、各々信号ベクトル用コード
ブック１２と差分ベクトル用フードブック１５により復
号信号ベクトルｘ　ｋｌ　　復号差分ベクトル（Ｘｋ−
ｘｋ−１’）”に復号化される。（ｘ　ｋ　−ｘ　ｋ−
１’　）’は、１アドレス前の復号信号ベクトルｘｋ−
１’　と加え合わされ復号信号ベクトルｘｋ’″となる
。切替器１０４は、　Ｓｋに応じて、　Ｌ〉εの時Ｘｋ
′　　を、　Ｌ≦εの時ｘ　ｋｌ　＋を、復号信号ベク
トルｘ　ｋｌとして選択出力する。ラッチ１０５は、ｘ
ｋｌを１アドレス間保持して、復号信号ベクトルＸｋ−
１’として出力する。

復号化部に入力されたインデックスは、切替器２０１に
よりインデックスの識別ビットＩＤにより、ＩＤ＝　Ｏ
の時信号インデックスｉｋとして信号ベクトル用コード
ブック２１に、ＩＤ：１の時差分インデックスｊｋとし
て差分ベクトル用コードブック２３に入力される。再生
された復号差分ベクトル（ｘｋ−Ｘｋ−＋ｌ）ｌは、加
算器２５により１アドレス前の復号信号ベクトルｘ　ｋ
−１”と加え合わされ、復号信号ベクトルＸｋ１′とな
る。切替器２４は、ＩＤ二〇の時ｘｋ″を、ＩＤ＝１の
時ｘｋ”′を、復号信号ベクトルｘｋ“として出力する
。

第３図に特許請求の範囲第２項に記載のベクトル量子化
器符号化部を、第４図にこれに対応する特許請求の範囲
第４項に記載のベクトル量子化器復号化部を画像信号に
適用した場合の第２の実施例を示す。

符号化部は、既述の特許請求の範囲第１項に記載のベク
トル量子化器符号化部と同様に、符号化すべき画像信号
系列（８００画素／ライン×２６０ライン）をメモリ３
０２に記憶する。信号ベクトル生成器３０３は、アドレ
スポインタ■３００の出力アドレスｎに従い信号ベクト
ルｘｎを、アドレスｎとアドレスポインタ■３０１の出
力アドレスｍに従い信号ベクトルｘ　ｎ＋ｍを順次生成
する（ｎ＋ｍ＝　２〜９７５０）。　減算器３０５は、
　ｘｎとＸｎ十ｍとの差分ベクトル（ｘｎ＋ｍ−ｘｎ）
を計算する。信号ベクトルｘｎは、信号ベクトル用コー
ドブック３２を持つ信号ベクトル量子化器３０６によっ
て母子化され、信号インデックスｉｎを出力する。差分
ベクトル（ｘｎ＋ｍ−ｘｎ）は、差分ベクトル用コード
ブック３４を持つ差分ベクトル量子化器３０７によって
母子化され、差分インデックスｊｎ＋ｍを出力する。差
分ベクトル長計算回路３Ｓは、差分ベクトル（ｘｎ＋ｍ
−ｘｎ）の大きさＬを計算し、判定回路３６が所定値ε
との大小比較を行い選択信号Ｓｎを出力する。切替器３
７はＳｎに応じて、信号インデックスｉｎ及び差分イン
デックスｊ　ｎ＋ｍを選択、出力インデックスとする。

即ち、Ｌ〉εの場合はｉｎを、Ｌ≦εの場合はｊ　ｎＵ
Ｂを送出インデックスとする。Ｌ≦εである限り、アド
レスポインタ■３０１のみ１ずつインクリメントされる
。Ｌ〉εとなった時、アドレスポインタの３００は、ア
ドレスポインタ■３０１の出力ｍと同じだけインクリメ
ントされ、アドレスポインタ■３０１はリセットされ１
となる。

復号化部に入力されたインデックスは、インデックスの
識別ビットＩＤにより、切替器４０１によりＩＤ＝　Ｏ
の時信号インデックスｉｎとして信号ベクトル用コード
ブック４１に、１Ｄ＝１の時差分インデックスｊ　ｎ＋
ｍとして差分ベクトル用コードブック４３に入力される
。再生された復号信号ベクトルｘｎ’は、ＩＤ＝Ｏの時
ベクトルメモリ４０２に記憶され、１Ｄ＝１の間はその
値が保持される。再生された復号差分ベクトル（ｘ　ｎ
＋ｍ　−ｘ　ｎ）’は、加算器４５によりベクトルメモ
リ４０２に記憶された復号信号ベクトルｘｎ”と加え合
わされ、復号信号ベクトルｘｎ＋、１１となる。切替器
４４は、ＩＤ＝Ｏの時ｘｎ’を、ＩＤ＝　１の時Ｘ　ｎ
＋ｍ　”を、復号信号ベクトルとして出力する。

第５図に特許請求の範囲第１項と第３項に記載のベクト
ル量子化器符号化部の第３の実施例を示す。基本的な構
成、動作は第１図に示したベクトル澄子化器符号化部と
同様である。ここでは、差分ベクトル長計算回路１６°
と判定回路１７に代えて、是正判定回路５６を備える。

是正判定回路５６は、信号ベクトル量子化器５０８が出
力する信号インデックスｉｋに対応する是正値ＤＩ＝ｄ
（ｘｋ、ｌ）と、差分ベクトル量子化器５０９が出力す
る差分インデックスｊｋに対応する是正値Ｄ２＝ｄ　（
（ｘｋ−ｘｋ−１’　）、　　ｙＤとを比較して選択信
号Ｓｄを切替器５７へ出力する。切替器５７はＳｄによ
って、ＤＩ＜Ｄ２の場合は信号インデックスｉｋを選択
し、ＤＩ≧Ｄ２の場合は差分インデックスｊｋを選択す
る。組み合わされる復号化部の構成は第２図のものと同
様である。

発明の効果本発明によるベクトル量子化器は、従来全てコードブッ
クのインデックス表示に割り当てていたビット数の内、
１ビツトを除いた残りビットでコードブックのインデッ
クス表示を行なう。残りの１ビツトは使用する２組のコ
ードブックの識別用に用いる。第１のフードブックは、
信号系列から生成されたベクトルの最小値から最大値ま
でを表わす信号インデックスを持つものである。第２の
コードブックは、第１のコードブックと同ビット数によ
って、限定された小範囲を表現する差分インデックスを
持つもので、微小変化の表現が可能である。信号ベクト
ルと１タイムススロツト前の復号信号ベクトルまたは数
タイムスロット前の復号信号ベクトルとの差分ベクトル
の大きさ、または信号インデックス及び差分インデック
スに対応する各量子化差歪値の大きさによって、この２
組のコードブックを切り替える。これにより、入力信号
の変化が大きい場合、小さい場合によらず、伝送ビット
数を有効利用して、量子化誤差の少ないベクトル量子化
符号化を特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のベクトル量子化器符号化
部は、よりきめ細かい表現が可能であるが、符号化部に
おいて送出インデックスを復号する必要があるため、ハ
ード量が多くなる。

特許請求の範囲第２項に記載のベクトル量子化器符号化
部は、第１のベクトル量子化に比較して、きめの細かい
量子化という点で劣るが、ハード量が少ないことが利点
である。

特許請求の範囲第３項に記載のベクトル量子化器は、信
号ベクトル量子化器と差分ベクトル量子化器が各々の量
子化の結果得たインデックスに対応する２つの量子化差
歪値を比較することにより、前述の２つのベクトル量子
化器に比べ、量子化歪の小さい量子化が可能である。

【図面の簡単な説明】第１図、第２図、第３図、第４図、第５図は本発明によ
るベクトル量子化器の各実施例の構成図、第；８７図、
第ｅ図は従来のベクトル量子化器の構成図である。１０・・・第１のベクトル量子化器、１１．１２・・・
第１のコードブック（信号ベクトル用フードブック）、
　１３・・・第２のベクトル量子化器、　　１４．１５
・・・第２のコードブック（差分ベクトル用コードブッ
ク）、　１６・・・差分ベクトル長計算回路、　１７・
・・判定回路、１８・・・切替回路、２０・・・第１の
ベクトル再生器、２１・・・第１のコードブック（信号
ベクトル用コードブック）、２２・・・第２のベクトル
再生器、２３・・・第２のコードブック（差分ベクトル
用コートブック）、２４・・・切替回路、２６・・・加
算器。代理人の氏名　弁理士　粟野重孝　はか１名ど０−】ぎ
ｌ　のへ゛り＃、ｔＡ−生」液、？／−−−請ノのコー
ドブック（イ吉号へ゛ブト兄弓用コードブックジ２、！、どＯ／
　−功賛田ス巳−ｘｔｌｔｘ改、ａ２−　ラッチベ゛グトノＬ量ｌ化蕉、復号化便第２図ど０へ゛グトル量チイこ五茅デ４シイと８β′ 第図？！第図ペクト７Ｉ／量了化器ｐｆ号化部第図へ°グトル量了イＬ艮攬号化都恥６０２６０Ｇ−ｍ−うゾ手ペクト本量子化豫符号イし１ワ了ｒ；、÷ 図 π−−−ラ、９ナヘ゛グトル量３イ１ナタｊ号イと、老ｉ了第図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）所定サイズの信号ベクトルを第１のコードブック
に従いベクトル量子化しそのベクトルのインデックスを
出力する第１のベクトル量子化器と、既に量子化操作の
終了した信号ベクトルに対応する送出インデックスから
復号した信号ベクトルとの差分（ベクトル）を第２のコ
ードブックに従いベクトル量子化しそのベクトルのイン
デックスを出力する第２のベクトル量子化器と、前記差
分ベクトルの大きさ（以下、差分ベクトル長と呼ぶ）を
計算する差分ベクトル長計算回路と、前記差分ベクトル
長と所定値との大小判定を行う判定回路と、前記差分ベ
クトル長が所定値より大きい場合は前記第１のベクトル
量子化器の出力インデックスを、差分ベクトル長が所定
値より小さい場合は第２のベクトル量子化器の出力イン
デックスを選択して選択情報と共に送出インデックスと
して出力する切替回路とで構成されることを特徴とする
ベクトル量子化器符号化部。
（２）差分ベクトル長が所定値より大きい場合には入力
した信号ベクトルを記録し、差分ベクトル長が所定値よ
り小さい場合には既に記録されている内容を保持するメ
モリ回路と、請求項１の第２のベクトル量子化器に代え
て、前記メモリ回路に記録された信号ベクトルと新しく
入力した信号ベクトルとの差分ベクトルをコードブック
に従いベクトル量子化する第２のベクトル量子化器とで
構成されることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
のベクトル量子化器符号化部。
（３）請求項１の差分ベクトル長計算回路及び判定回路
に代えて、信号ベクトルに対して第１のベクトル量子化
器及び第２のベクトル量子化器が各々出力するインデッ
クスに対応する各量子化差歪値の大小判定を行う差歪判
定回路と、請求項１の切替回路に代えて、第１のベクト
ル量子化器による量子化差歪値が小さい場合は第１のベ
クトル量子化器の出力インデックスを、第２のベクトル
量子化器による量子化差歪値が小さい場合は第２のベク
トル量子化器の出力インデックスを選択して選択情報と
共に送出インデックスとして出力する切替回路とで構成
されることを特徴とする特許請求の範囲第１項または第
２項に記載のベクトル量子化器符号化部。
（４）請求項１、２または３のインデックスを第１のコ
ードブックに従い復号化する第１のベクトル再生器と、
第２のコードブックに従い復号化する第２のベクトル再
生器と、前記第２のベクトル再生器の出力（ベクトル）
と既に復号化操作の終了したインデックスに対応する信
号ベクトルとを加算し信号ベクトルとする加算器と、選
択情報に応じて前記第１のベクトル再生器の出力（ベク
トル）と前記加算器の出力（ベクトル）とを切換えて信
号ベクトルとして出力する切替回路とで構成されること
を特徴とするベクトル量子化器復号化部。