JPH0549147B2

JPH0549147B2 -

Info

Publication number: JPH0549147B2
Application number: JP62190670A
Authority: JP
Inventors: Atsumichi Murakami; Atsushi Ito
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1987-07-30
Filing date: 1987-07-30
Publication date: 1993-07-23
Also published as: JPS6434066A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は、画像信号系列を高能率符号化し、
伝送・記録するための画像信号順次再生符号化装
置に関するものである。

〔従来の技術〕

第５図は、例えば電子通信学会技術報告IT85
−61（1985）「ベクトル量子化による画像高能率符
号化」等に記載されているベクトル量子化器を用
いた従来の画像信号順次再生符号化装置の送信部
の構成例を示すブロツク図である。

第５図において、１は静止画像データ等の入力
画像信号系列をｍ×ｎサンプル（ｍ、ｎは自然
数）毎にブロツク化した入力信号ベクトル、２は
入力信号ベクトル１と１フレーム遅延された前段
復号ベクトル１９との残差信号ベクトルを求める
減算器、３は残差信号ベクトル、６はブロツク内
平均値をベクトル毎に求め、該平均値を高能率符
号化復号化し、平均値符号化データ８と平均値復
号値９とを出力する平均値符号化復号化器、７は
残差信号ベクトル３を内蔵積ベクトル量子化器を
通して正規化出力ベクトルと振幅利得に変換し、
ベクトル量子化符号化データ１０と振幅再生出力
ベクトル１１とを出力する正規化ベクトル量子化
符号化復号化器、８は平均値符号化データ、９は
平均値復号値、１０はベクトル量子化符号化デー
タ、１１は振幅再生ベクトル、１２は振幅再生ベ
クトルに平均値復号値を加算し残差信号復号ベク
トル１５を求める第１の加算器、１５は残差信号
復号ベクトル、１６は該残差信号復号ベクトルと
１フレーム遅延された前段復号ベクトル１９とを
加算し、各段における復号ベクトル１７を得る第
２の加算器、１７は各段の復号ベクトル、１８は
該復号ベクトルを１フレーム時間遅延させるため
のフレームメモリ、１９は該フレームメモリより
出力される前段復号ベクトル、２０は前記平均値
符号化データ８とベクトル量子化符号化データ１
０とを各々可変長符号等を用いた符号語に変換し
出力する符号割当回路、２４は符号化出力データ
である。

まず、ベクトル量子化の原理について、ごく簡
単に説明する。今、入力信号系列をＫ（＝ｍ×ｎ）
個まとめて、入力ベクトルｘ＝｛x₁、x₂、…、
x_K｝とする。このとき、Ｋ次元ユークリツド信
号空間R^K（ｘ（−R^K）のＮ個の代表点（すなわ
ち、出力ベクトル）ｙ _i＝｛y_i1、y_i2…、y_iK｝のセ
ツトを、Ｙ＝〔ｙ ₁、ｙ ₂、…、ｙ _N〕とする。ベク
トル量子化器は出力ベクトルのセツトの中から、
入力ベクトルに対し、最短距離にある（最小歪と
なる）出力ベクトルｙ _iを、以下のように定め、
これを探策する。

if ｄ（ｘ、ｙ _i）＜ｄ（ｘ、ｙ _l）for all ｌｘ→ｙ _i ただしｄ（ｘ、ｙ _i）は、入出力ベクトル間の距
離（歪）である。このとき、入力ベクトルｘは、
出力ベクトルのインデツクスｉによつて伝送、あ
るいは記録され、再生時にはｙ _iで置換される。

平均値分離正規化ベクトル量子化は、ベクトル
量子化器の入力ベクトルを平均値分離正規化して
与えることで出力ベクトルの分布を多次元信号空
間の単位超球面上に限定するものである。いま、
入力信号ベクトルをＳ＝｛S₁、S₂、…、S_K｝とす
ると、平均値μ、振幅σ、平均値分離正規化入力
ベクトルｘは、次のように表わせる。

μ＝１／Ｋ_K 〓^l=1 S_l σ＝〔１／Ｋ_K 〓^l=1 （S_l−μ）²〕^1/2 ｘ _l ＝（S_l−μ）／σｘ＝｛x₁、x₂、…、x_K｝ここで、振幅σの近似式として σ＝１／Ｋ_K 〓^l=1 ｜S_l−μ｜ σ＝ max ｌS_l− min ｌS_l 等を用いることもできる。

こうして得た平均値μ、振幅σをスカラー量子
化、平均値分離入力ベクトルｘをベクトル量子化
することにより、限られた数の出力ベクトルを持
つベクトル量子化器の汎用性が高まり、符号化性
能が向上する。

次に動作について説明する。第５図において、
まず第１段符号化時には、フレームメモリ１８は
クリアされた状態としておく。入力信号ベクトル
１は減算器２では何も処理されず、残差信号ベク
トル３としてそのまま出力される。平均値符号化
復号化器では、該残差信号ベクトル３の平均値を
求めた後、該平均値をDPCM符号化等の手法を
用いて高能率符号化し、平均値符号化データ８お
よび局部復号された平均値復号値９を出力する。
一方、正規ベクトル量子化では、前記残差信号ベ
クトル３を内積ベクトル量子化器を通して正規化
出力ベクトルと振幅利得に変換し、ベクトル量子
化符号化データ１０と振幅再生出力ベクトル１１
とを出力する。

ここで内積ベクトル量子化器の動作原理を第６
図を用いて説明する。内積ベクトル量子化器で
は、平均値分離正規化され、多次元信号空間の単
位超球面上に配置された正規化出力ベクトルｙ _i
のセツトＹ＝〔ｙ ₁、ｙ ₂、…、ｙ _N〕が用いられ
る。すなわち、該正規化出力ベクトルｙ _iは｜ｙ _i｜＝〔_K 〓^j=l y_ij ²〕^1/2＝１、_K 〓^j=1 y_ij＝０なる条件を同時に満足するものである。

内積ベクトル量子化器への入力ベクトルｘは、
次式の演算過程を通して、該入力ベクトルｘに対
し最大内積値を与える正規化出力ベクトルｙ _iに
変換され、該最大内積値が入力ベクトルｘの振幅
利得ｇとして与えられる。

if Ｉ（ｘ、ｙ _i）＞Ｉ（ｘ、ｙ _l）for all ｌ（Ｉ（ｘ
、ｙ _i）＝_K 〓^j=1 （x_j y_ij））ｘ →ｙ _i ｇ＝Ｉ（ｘ、ｙ _i）＝｜ｘ｜｜ｙ _i｜cosθ_i＝｜ｘ｜cosθ_i スカラ量として求まる振幅利得ｇは独立に符号
化復号化され、該符号化データが前記正規化出力
ベクトルｙ _iのインデツクスｉとともにベクトル
量子化符号化データ１０として出力され、同時に
前記正規化出力ベクトルｙ _iに前記振幅利得ｇの
局部復号値ｇを掛け合わせることにより、振幅再
生出力ベクトルｙ _i ^*１１が得られる。

ｙ _i ^*＝ｇ・ｙ _i 第１の加算器１２にて前記平均値復号値９と前
記振幅再生出力ベクトル１１とを加算することに
より残差信号復号ベクトル１５を得た後、該残差
信号復号ベクトル１５は第２の加算器１６にて１
フレーム遅延された前後ベクトル１９と加算され
る。該第２の加算器出力である各段の復号ベクト
ル１７はフレームメモリ１８に書き込まれ、１フ
レーム遅延される。一方、前記平均値符号化デー
タ８およびベクトル量子化符号化データ１０は、
各々符号割当回路２０にて適当な符号語に変換さ
れ、符号化出力データ２４として送出される第２
段以降、入力信号ベクトル１とフレームメモリ１
８に蓄えられた前段復号ベクトル１９との残差信
号ベクトル３に対し、上記の符号化処理が順次く
り返し実行される。

〔発明が解決しようとする問題点〕従来の画像信号順次再生符号化装置は以上のよ
うに構成されているので、各段の符号化における
ブロツクサイズが常に一定で、ブロツクサイズを
大きくした場合、ベクトルの次元数に比例して内
積ベクトル量子化器の演算規模が大きくなり、ま
た、ブロツクサイズを小さくした場合、初段の符
号化情報発生量を大幅に少くすることが困難であ
るなどの問題点があつた。

この発明は上記のような問題点を解消するため
になされたもので、上記演算規模の増大を伴わず
にブロツクサイズを可変とすることができ、各段
における符号化情報量の制御を広範囲に実行でき
る画像信号順次再生符号化装置を得ることを目的
とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係る画像信号順次再生符号化装置
は、入力ベクトルの次元数をＬ（＝am×bn）、
（ａ、ｂ、ｍ、ｎは自然数）からＫ（ｍ×ｎ）に縮
小したサブベクトルを形成するベクトル／サブベ
クトル変換器と、次元数Ｋ（ｍ×ｎ）のサブベク
トル内のサンプル値を用いて次元数Ｌ（＝am×
bn）のベクトルを補間再生するサブベクトル／
ベクトル変換器と、符号化段数に応じて前記入力
ベクトルおよびサブベクトルの次元数と、第２段
以降の符号化復号化処理適応的に切替えるための
制御信号を生成する符号化制御部を備えたもので
ある。

〔作用〕

この発明における画像信号順次再生符号化装置
は、ベクトル／サブベクトル変換器およびサブベ
クトル／ベクトル変換器におけるベクトルの次元
数と、第２段以降の符号化復号化処理が符号化制
御部により各段毎に適応的に制御される。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を図について説明す
る。第１図はこの発明の一実施例による画像信号
順次再生符号化装置の送信部の構成を示すブロツ
ク図である。図において、４は入力ベクトルの次
元数をＬ（＝am×bn）、（ａ、ｂ、ｍ、ｎは自然
数）からＫ（＝ｍ×ｎ）に縮小したサブベクトル
を形成する。

ベクトル／サブベクトル変換器、１４は次元数
Ｋ（＝ｍ×ｎ）のサブベクトル内のサンプル値を
用いて次元数Ｌ（＝am×bn）のベクトルを補間
再生するサブベクトル／ベクトル変換器、５は残
差信号サブベクトル、１３は残差信号復号サブベ
クトル、２２は符号化段数２１に応じて前記ベク
トルの次元数ＬおよびＫを規定するパラメータ
ａ、ｂ、ｍ、ｎおよびしきい値を示す制御信号２
３を生成する符号化制御部、２５は残差信号ベク
トル３に対する符号化復号化を実行するか否かを
示す識別情報である。また、１〜３，６〜１２，
１４〜２０，２４は従来の装置と全く同一であ
る。

次に動作について説明する。第１図において、
まず第１段符号化時には、フレームメモリ１８は
クリアされた状態としておく。次元数Ｌ＝（am×
bn）の入力信号ベクトル１は減算器では何も処
理されず、残差信号ベクトル３としてそのまま出
力される。該残差信号ベクトル３はベクトル／サ
ブベクトル変換器４に入力され、以下に示す次元
数の変換処理をうけてＫ（＝ｍ×ｎ）次元の残差
信号サブベクトル５に変換され、出力される。ベ
クトル／サブベクトル変換器４において、残差信
号ベクトル３と残差信号サブベクトル５を、それ
ぞれ入力ベクトル；ｓ＝〔s₁、s₂、…、s_r、…、s_L〕
：ｒ（−｛１、２…、Ｌ｝サブベクトル；ｕ＝〔u₁、u₂、…、u_j、…、u_K〕
：ｊ（−｛１、２…、Ｋ｝にて表す。サブベクトル内のサンプル値u_jは、次
式の如く、入力ベクトル内のサンプルをａ×ｂサ
ンプルずつ、平均化した値にて与えられる。

u_j＝１／ａ・ｂ_r2 〓^r=r ₁ s_r r₁＝（ｊ−１）×ａ・ｂ＋１ r₂＝ｊ×ａ・ｂ第２図は、ａ＝ｂ＝ｍ＝ｎ＝４の場合の入力ベ
クトルとサブベクトルの関係を二次元の画像信号
系列に対応させて図示したものである。

前記残差信号サブベクトル５は平均値符号化器
６および正規化ベクトル量子化符号化器７に入力
され、従来のものと同一の処理をうける。結果と
して、平均値符号化器６から平均値符号化データ
８と平均値復号値９が、正規化ベクトル量子化符
号化復号器７からベクトル量子化符号化データ１
０と振幅再生出力ベクトル１１がそれぞれ出力さ
れ、前記平均値復号値９と前記振幅再生出力ベク
トル１１が第１の加算器１２において加算され、
残産信号復号サブベクトル１３が得られる。Ｋ次
元の残差信号復号サブベクトル１３はサブベクト
ル／ベクトル変換器１４を通して以下の処理をう
け、Ｌ次元の残差信号復号ベクトル１５に変換さ
れる。サブベクトル／ベクトル変換器１４におい
て、残差信号復号サブベクトル１３と残差信号復
号ベクトル１５をそれぞれサブベクトル；u^＝〔u₁^、u₂、…、u^_j、…、u^
_L〕：ｊ（−｛１、２…、Ｋ｝出力ベクトル；s^＝〔s^₁、s^₂、…、s^_r、…、s
^_L〕：ｒ（−｛１、２…、Ｌ｝にて表す。出力ベクトル内のサンプルs^_rは、次式
の如く、サブベクトル内の同一サンプルをａ×ｂ
サンプルずつくり返し並べることにより与えられ
る。

S^_r＝u_j：ｒ（−｛１、２、…、Ｌ｝ｊ＝INT｛（ｒ−１）／ａ・ｂ｝＋１：INT（・）は切捨てによる整数化第３図は、ａ＝ｂ＝ｍ＝ｎ＝４の場合の、出力
ベクトル内のサンプルに対応するサブベクトルの
サンプル配列を二次元的に図示したものである。

前記残差信号復号ベクトル１５は従来のものと
同様にして第２の加算機にて１フレーム遅延され
た前段復号ベクトル１９と加算され、復号ベクト
ル１７としてフレームメモリ１８に書き込まれ、
次段の符号化に用いられる。前記平均値符号化デ
ータ８およびベクトル量子化符号化データ１０
は、各々符号割当回路２０に供給される。

第２段以降、入力信号ベクトル１とフレームメ
モリ１８に蓄えられた前段復号ベクトル１９との
残差信号ベクトル３に対し、上記の符号化処理が
以下の制御をうけながら順次くり返し実行され
る。符号化制御部２２は、符号化段数２１に応じ
て上記符号化処理における残差信号ベクトル３、
残差信号サブベクトル５、残差信号復号サブベク
トル１３、残差信号復号ベクトル１５の各々の次
元数を規定するパラメータａ、ｂ、ｍ、ｎと、後
記しきい値を示す制御信号２３を生成し、該制御
信号２３をベクトル／サブベクトル変換器４、サ
ブベクトル／ベクトル変換器１４におよび前記符
号割当回路２０供給する。第４図は、第１段めと
第２段めの残差信号ベクトル３の次元数Ｌ（＝am
×bn）の設定方法の一例を、二次元画像信号系
列に対応させて示す。また、第２段以降の符号化
処理過程では、ベクトル／サブベクトル変換器４
にて残差信号ベクトル３内のサンプル当りの二乗
平均値と、前記符号化制御部２２より供給される
しきい値との大小比較を行う。比較の結果、前記
二乗平均値が前記しきい値よりも大きい場合は、
上記符号化復号化処理を実行し、そうでない場合
は、上記符号化復号化処理を行わず前記サブベク
トル／ベクトル変換器から出力される残差信号復
号ベクトル１５内の全てのサンプル値を０とす
る。前記大小比較の結果を示す識別情報２５は、
前記ベクトル／サブベクトル変換器４から、前記
符号割当回路２０および前記サブベクトル／ベク
トル変換器１４に供給される。

前記符号割当回路２０では、前記制御信号２
３、前記識別情報２５、前記平均値符号化データ
８、および前記ベクトル量子化符号化データ１０
を各々適当な符号語に変換し、符号化出力データ
２４として送出する。

なお、上記実施例では、ベクトル／サブベクト
ル変換器の動作において、入力ベクトルの複数個
のサンプルをまとめて平均化したものをサブベク
トルのサンプルとする手法を示したが、入力ベク
トル内のサンプルを適当なサブサンプルパターン
に従つて抽出されたサンプルをサブベクトルのサ
ンプルとしてもよく、さらに入力段に帯域制限用
の平滑化フイルタを挿入することもできる。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば符号化すべき
ベクトルの次元数を低減して階層的にベクトル量
子化が実行できる。さらに第２段以降の符号化過
程においてしきい値処理を行うように構成したの
で、内積ベクトル量子化器の演算規模の増大を伴
わずにブロツクサイズを可変とすることができ、
各段における符号化情報量の制御が広範囲に行え
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による画像信号順
次再生符号化装置の送信部の構成を示すブロツク
図、第２図はこの発明の一実施例によるベクト
ル／サブベクトル変換器の動作例の説明図、第３
図はこの発明の一実施例によるサブベクトル／ベ
クトル変換器の動作例の説明図、第４図はこの発
明の一実施例による符号化制御部の制御手段の一
例を示す説明図、第５図は従来の画像信号順次再
生符号化装置の送信部の構成を示すブロツク図、
第６図は内積ベクトル量子化器の動作原理の説明
図である。図において、１は入力信号ベクトル、２は減算
器、３は残差信号ベクトル、４はベクトル／サブ
ベクトル変換器、５は残差信号サブベクトル、６
は平均値符号化復号化器、７は正規化ベクトル量
子化符号化復号化器、８は平均値符号化データ、
９は平均値復号値、１０はベクトル量子化符号化
データ、１１は振幅再生出力ベクトル、１２は第
１の加算器、１３は残差信号復号サブベクトル、
１４はサブベクトル／ベクトル変換器、１５は残
差信号復号ベクトル、１６は第２の加算器、１７
は復号ベクトル、１８はフレームメモリ、１９は
前段復号ベクトル、２０は符号割当回路、２１は
符号化段数、２２は符号化制御部、２３は制御信
号、２４は符号化出力データ、２５は識別情報で
ある。なお、図中、同一符号は同一、または相当
部分を示す。

Claims

【特許請求の範囲】１同一の入力画像信号系列に対し、該入力画像
信号系列を高能率符号化復号化して得られる再生
画像信号系列を１フレーム時間遅延させた信号系
列と、前記入力信号系列との残差信号系列を再度
高能率符号化復号化する動作をフレーム単位にく
り返し実行することにより、時間の経過につれ逐
次高精細画像を再生していく画像信号順次再生符
号化装置において、前記残差信号系列を格子状
amサンプル×bnライン（ａ、ｂ、ｍ、ｎは自然
数、かつam＝ａ×ｍ、かつbn＝ｂ×ｎ）毎にブ
ロツク化して得られるＬ（＝am×bn）次元の残
差信号ベクトル内のサンプルに対し、格子状ａサ
ンプル×ｂライン毎に求めた相加平均値を新しい
サンプル列とするＫ（＝ｍ×ｎ）次元の残差信号
サブベクトルを形成するベクトル／サブベクトル
変換器と、該残差信号サブベクトル内のサンプル
の相加平均値を高能率符号化復号化する平均値符
号化復号化器と、前記残差信号サブベクトルをＫ
次元入力ベクトルとし、Ｋ次元の内積演算を通し
て前記入力ベクトルを平均値０、大きさ１のＫ次
元正規化出力ベクトルにベクトル量子化するとと
もに、該正規化出力ベクトルと前記入力ベクトル
との内積値にて与えられる前記残差信号サブベク
トルの振幅利得を高能率符号化復号化するＫ次元
正規化ベクトル量子化符号化復号化器と、前記正
規化出力ベクトルに前記振幅利得の復号値を乗じ
たＫ次元振幅再生出力ベクトルの各元に前記平均
値の復号値を加算して得られるＫ次元残差信号復
号サブベクトル内のサンプルを格子状ａサンプル
×ｂラインずつ並べることによりＬ次元の残差信
号復号ベクトルを補間再生するサブベクトル／ベ
クトル変換器とを備え、前記ベクトル／サブベク
トル変換器は前記残差信号系列の格子状ブロツク
の大きさを段階的に小さくしながら符号化復号化
動作を繰り返し実行することを特徴とする画像信
号順次再生符号化装置。２前記ベクトル／サブベクトル変換器は、初段
符号化時において、前記入力画像信号系列を格子
状ａサンプル×ｂライン毎にまとめたブロツクの
平均値を１サンプルとし、該サンプルをさらに格
子状ｍ×ｎサンプルずつまとめたＫ次元入力ベク
トルを形成し、次段符号化時には、前記残差信号
系列を格子状ｍサンプル×ｎライン毎にまとめた
Ｋ次元入力ベクトルを形成することを特徴とする
特許請求の範囲第１項記載の画像信号順次再生符
号化装置。３前記次段符号化時において、前記残差信号系
列を格子状ｍサンプル×ｎライン毎にまとめたブ
ロツク内サンプル値の二乗平均値と所定しきい値
との大小比較をブロツク毎に行い、前記二乗平均
値が前記しきい値以上のブロツクのみを出力する
前記ベクトル／サブベクトル変換器と、前記ベク
トル／サブベクトル変換器の大小比較結果に基づ
く２値信号系列を高能率符号化復号化する符号割
り当て回路とを備えたことを特徴とする特許請求
の範囲第１項、第２項記載の画像信号順次再生符
号化装置。