JPH07177502A - 画像情報圧縮方法、圧縮画像情報記録媒体、圧縮画像情報再生装置 - Google Patents

画像情報圧縮方法、圧縮画像情報記録媒体、圧縮画像情報再生装置

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JPH07177502A
JPH07177502A JP31814793A JP31814793A JPH07177502A JP H07177502 A JPH07177502 A JP H07177502A JP 31814793 A JP31814793 A JP 31814793A JP 31814793 A JP31814793 A JP 31814793A JP H07177502 A JPH07177502 A JP H07177502A
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SUTAJIO GEN KK
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 画像情報、特に動画像情報を高度に圧縮する
画像情報圧縮方法、圧縮画像情報を記録する圧縮画像情
報記録媒体、圧縮画像情報を高速に実時間で再生する圧
縮画像情報再生装置を実現する。 【構成】 動画像情報を構成する各画像フレームを、キ
ーフレームと動き補償フレームに分け、キーフレームに
ついてはブロックに分割して各ブロックの画像パターン
をコホーネンの自己組織化特徴写像アルゴリズムを使用
してベクトル量子化する。また動き補償フレームについ
ては、各ブロックに対し動きベクトルを決定するととも
に、更に大ブロック大ブロックを構成するブロックの動
きベクトルパターンをコホーネンの自己組織化特徴写像
アルゴリズムを使用してベクトル量子化する。圧縮画像
情報記録媒体は各ブロックないし大ブロックの代表ベク
トル番号を記録するインデックス記録領域と、コードブ
ックに相当する情報を記録する代表ベクトル記録域を含
む。圧縮画像情報再生装置は、データ読取手段、キーフ
レーム復元手段、動き補償フレーム復元手段を含む。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は画像情報、特に動画像
情報の圧縮方法、圧縮された画像情報を記録する圧縮画
像情報記録媒体、圧縮画像情報記録媒体に記録された画
像情報を伸張・再生する圧縮画像情報再生装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】アナログ画像情報をディジタル信号に変
換して記録・再生する装置は公知である。この場合、デ
ィジタル画像はアナログ信号を標本化、量子化処理する
事によって得られ、縦、横それぞれ所定数の画素から成
る。ディジタル画像の各画素は例えばＲＧＢ（赤・緑・
青色）各８ビットからなり、それぞれ２５６の信号レベ
ルを表現する。
【０００３】しかし動画像情報の場合、１秒当たり例え
ば３０フレームの画像フレームが必要であり、動画像情
報をディジタル信号で表現する情報量が膨大になり、大
きなな記憶容量が必要と成る。このためディジタル画像
情報を効率的に圧縮する種々の方法が考えられている
が、このような圧縮方法の一つにベクトル量子化による
方法がある。次に画像情報のベクトル量子化について説
明する。
【０００４】ここではアナログ動画像情報から既にディ
ジタル動画像情報が得られているものとする。そこでま
ずディジタル動画像情報信号の各画像フレームを複数の
ブロックに分割する。図１８は各画像フレームのブロッ
ク分割を示す図である。例えば縦６４０画素（Ｘ＝６４
０）、横４８０画素（Ｙ＝４８０）の画像フレーム１を
縦、横４画素（ｘ＝４、ｙ＝４）のブロック２Ｂijに分
割する。各ブロック２Ｂijは、縦、横４×４画素の１６
画素から成る。ここで各ブロック２を例えば図１９に示
すように各画素３（Ｐij）をジグザグ走査する。この結
果、各ブロックＢijの１６画素から成る画像パターン
は、１６次元のベクトルＸ＝（ｘ1,ｘ2,・・・,ｘ16）
で表現される。ここにベクトルＸの各成分ｘ1,ｘ2,・・
・,ｘ16は、ブロックＢijの画素Ｐ11,Ｐ21,Ｐ12,・・
・,Ｐ44における信号レベルを表現する。
【０００５】図２０は信号空間におけるブロック画像パ
ターンベクトルの分布を摸式的に示す図である。上のよ
うにして得られた多数の画像パターンベクトルＸ＝（ｘ
1,ｘ2,・・・,ｘk,・・・,ｘ16）を１６次元の信号空間
に分布する。図２０はこの分布を摸式的に示す。ＲＧＢ
（赤・緑・青色）各信号について各画素が０〜２５５の
２５６レベルで表現されるとすれば、各信号について各
ブロックＢijの画像パターンベクトルＸ＝（ｘ1,ｘ2,・
・・,ｘk,・・・,ｘ16）は、一辺が２５５の１６次元の
立方体（０≦ｘ1,ｘ2,・・・,ｘk,・・・,ｘ16≦２５
５）の信号空間内に分布する。この画像パターンを表現
する１６次元立方体は、２５５16個の点を含むが、ブロ
ック画像パターンベクトルは、比較的まとまった数百個
程度のクラスタＣ1,Ｃ2,・・・,Ｃi,・・・を形成して
いるものと考えられる。
【０００６】そこでベクトル量子化は次のように行われ
る。各クラスタＣ1,Ｃ2,・・・,Ｃi,・・・に対してそ
れぞれ少なくとも１個の代表ベクトルＲ1,Ｒ2,・・・,
Ｒi,・・・を選択してコードブック（代表ベクトルの
表）を作成する。次に各画像フレームの各ブロックＢij
のブロック画像パターンベクトルＸに対し、コードブッ
クに含まれる代表ベクトルのなかからＸにもっとも近い
代表ベクトルをけってし、各ブロックの画像情報を決定
された代表ベクトルの番号で符号化する。これがベクト
ル量子化である。
【０００７】以上のようにしてベクトル量子化を行う場
合、コードブックに含まれる代表ベクトルの個数を数百
程度とすれば代表ベクトルの番号は例えば９ビットで表
現でき、各ブロックの画像情報を大幅に圧縮できる。な
おこのベクトル量子化による圧縮は静止画像情報にもそ
のまま適用できる。
【０００８】動画像情報の圧縮方法としてはまた動き補
償フレームを使用する方法がある。動き補償フレームを
用いる場合、１秒間に含まれる３０フレームのうち例え
ば５フレーム程度をキーフレーム（通常の画像情報を保
持するフレーム）とし、キーフレームの間に挟まれた画
像フレームを動き補償フレームとしてキーフレームに対
する画像の運動状態を記述する。動き補償フレームは次
のようにして作成される。
【０００９】まず図１８に示すように各動き補償フレー
ムを縦、横それぞれ所定画素数から成るブロックＢijに
分割する。また図２１に示すように、現在処理中の動き
補償フレームのブロック５（Ｂij）を中心とする動き補
償範囲４の縦、横方向の動き補償範囲６ａ、６ｂを±ｖ
0画素とし、動き補償範囲４に含まれる直前のキーフレ
ームのブロックＢ（Ｖ）から現フレームブロック５への
動きベクトル８をＶとする。よって、Ｖ＝（ｖ1,ｖ2）
とすると、−ｖ0≦ｖ1,ｖ2≦＋ｖ0であり、現フレーム
ブロック５（Ｂij）を構成する画素Ｐkl（Ｐkl∈Ｂij）
に対し、キーフレームブロック７（Ｂ（Ｖ））を構成す
る画素Ｐmn（Ｐmn∈Ｂ（Ｖ））の添字ｍ、ｎはｍ＝ｋ−
ｖ1,ｎ＝ｌ−ｖ2で与えられる。
【００１０】この時、現動き補償フレームのブロック５
（Ｂij）の動き補償範囲４に含まれるキーフレームブロ
ック７（Ｂ（Ｖ））の内でもっとも現フレームブロック
５（Ｂij）の画像パターンに近い画像パターンを有する
ブロック７を決定し、この時のブロック７（Ｂ（Ｖ））
のベクトルＶを現フレームブロック５（Ｂij）の動きベ
クトル８とする。動き補償フレームの画像情報を再生す
る場合には、各ブロックＢijの動きベクトルＶ＝（ｖ1,
ｖ2）を用い、再生中の現フレームブロック５（Ｂij）
を含む動き補償フレームの直前のキーフレーム７の対応
ブロックＢ（Ｖ）の画素Ｐmnを各Ｐkl∈Ｂijに対し、ｍ
＝ｋ−ｖ1,ｎ＝ｌ−ｖ2で決定し、キーフレームのブロ
ック７（Ｂ（Ｖ））の画像パターンを現フレームブロッ
ク５（Ｂij）のパターンとしてに再生する。
【００１１】なお動画像情報について動き補償フレーム
を使用する場合も、キーフレームについては上に述べた
ベクトル量子化の方法を用いて画像情報圧縮を行う事が
できる。また動き補償フレームの現フレームブロック５
（Ｂij）に十分にマッチする動き補償範囲のキーフレー
ムのブロック７（Ｂ（Ｖ））が存在しない場合は、現フ
レームブロック５（Ｂij）の画像パターンをキーフレー
ムの場合と同様にベクトル量子化して圧縮する事ができ
る。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】ベクトル量子化は高度
な画像情報圧縮を可能にする。しかしベクトル量子化を
行うためにはまずサンプルブロック画像パターンベクト
ルの分布が形成する各クラスタＣiの代表ベクトルＲiを
決定しコードブックを作成する必要がある。このような
代表ベクトル決定のアルゴリズムとして従来使用されて
いるものとしては例えばＬＢＧアルゴリズムがある。し
かし上に述べたようにそれぞれの要素が２５６レベルの
１６次元ベクトルのブロック画像パターンのベクトル量
子化を行うためには膨大な時間がかかり、現在の計算機
の技術レベルでは殆ど実現不可能である。
【００１３】また動画像情報の場合、動き補償フレーム
の使用は効率的な圧縮方法であるが、圧縮には限度があ
る。映画などの自然画像から成る動画像情報を記録する
ためには大きな記憶容量が必要であり、例えばＲＯＭ
（読出し専用記憶装置）にこのような動画像情報を記録
する携帯可能な再生装置を得る事は現在の技術レベルで
は困難である。
【００１４】従ってこの発明は、画像情報、特に動画像
情報の高度な圧縮を実現する画像情報圧縮方法、圧縮画
像情報記録媒体、圧縮画像情報再生装置を提供する事を
目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】複数個の画像フレームか
ら成る動画像情報を圧縮する場合、この発明に係る画像
情報圧縮方法は、ａ）前記動画像情報を構成する複数個
の画像フレームをキーフレームまたは動き補償フレーム
のいづれかとして決定する工程と、ｂ）前記複数個の画
像フレームを縦、横それぞれ所定個数の画素から成る複
数個のブロックに分割する工程と、ｃ）前記工程ａ）で
決定された各動き補償フレームの各ブロックに対し、直
前のキーフレームに対する動きベクトルを決定する工程
と、ｄ）各動き補償フレームを縦、横それぞれ所定個数
の前記ブロックから成る大ブロックに分割し、各大ブロ
ックを走査する事により複数個の動きベクトルパターン
ベクトルを得る工程と、ｅ）前記工程ｄ）で得られた複
数個の動きベクトルパターンベクトルを代表する複数個
の代表ベクトルを決定し、前記動画像情報の前記動き補
償フレームのベクトル量子化のためのコードブックを作
成する工程と、ｆ）前記工程ｄ）で得られた動きベクト
ルパターンベクトルを代表する代表ベクトルを前記工程
工程ｅ）で作成されたコードブックから１個、選択して
前記動きベクトルパターンベクトルを、選択された代表
ベクトルの番号で符号化する工程と、を備える。
【００１６】この際、前記工程ｅ）は、ｅ１）３次元以
上の空間の格子点に配置された複数個のユニットの荷重
ベクトルであって、前記サンプル動きベクトルパターン
ベクトルの次元と等しい次元の入力ベクトルを前記各ユ
ニットにそれぞれ結合する荷重ベクトルを初期化する工
程と、ｅ２）前記工程ｄ）で得られた動きベクトルパタ
ーンベクトルの内の１個と前記各荷重ベクトルの距離を
計算する工程と、ｅ３）前記工程ｅ２）で計算された距
離の最小値を与える勝者ユニットを決定し、前記勝者ユ
ニットの近傍のユニットの荷重を更新する工程と、ｅ
４）前記工程ｅ２）、ｅ３）を複数個の動きベクトルパ
ターンベクトルについて反復し、この結果得られる各ユ
ニットの荷重ベクトルを代表ベクトルとする前記コード
ブックを作成する工程と、を備える事が好ましい。また
前記工程ａ）で決定された各キーフレームについてｇ）
複数個のキーフレームを、縦、横それぞれ所定個数の画
素から成る複数個のブロックに分割する工程と、ｈ）前
記各キーフレームの各ブロックを走査し、ブロック画像
パターンベクトルを得る工程と、ｉ）３次元以上の空間
の格子点に配置された複数個のユニットの荷重ベクトル
であって、前記ブロック画像パターンベクトルの次元と
等しい次元の入力ベクトルを前記各ユニットにそれぞれ
結合する荷重ベクトルを初期化する工程と、ｊ）前記工
程ｈ）で得られたブロック画像パターンベクトルの内の
１個と前記各荷重ベクトルの距離を計算する工程と、
ｋ）前記工程ｊ）で計算された距離の最小値を与える勝
者ユニットを決定し、前記勝者ユニットの近傍のユニッ
トの荷重を更新する工程と、ｌ）前記工程ｊ）、ｋ）を
複数個のブロック画像パターンベクトルについて反復
し、この結果得られた各ユニットの荷重ベクトルを代表
ベクトルとして決定し、前記キーフレームの画像情報の
ベクトル量子化のためのコードブックを作成工程と、
ｍ）前記各キーフレームの各ブロックのブロック画像パ
ターンベクトルを代表する代表ベクトルを前記コードブ
ックから選択し、前記ブロック画像パターンベクトル
を、選択された代表ベクトルの番号によって符号化する
工程と、を備える事が好ましい。
【００１７】また静止画像情報を圧縮する場合、この発
明に係る画像情報圧縮方法は、ｏ）複数個のサンプル画
像フレームを、縦、横それぞれ所定個数の画素から成る
複数個のブロックに分割する工程と、ｐ）前記サンプル
画像フレームの各ブロックを走査し、所定次元の複数個
のサンプルブロック画像パターンベクトルを得る工程
と、ｑ）３次元以上の空間の格子点に配置された複数個
のユニットの荷重ベクトルであって、前記サンプルブロ
ック画像パターンベクトルの次元と等しい次元の入力ベ
クトルを前記各ユニットにそれぞれ結合する荷重ベクト
ルを初期化する工程と、ｒ）前記工程ｐ）で得られたサ
ンプルブロック画像パターンベクトルの内の１個と前記
各荷重ベクトルの距離を計算する工程と、ｓ）前記工程
ｒ）で計算された距離の最小値を与える勝者ユニットを
決定し、前記勝者ユニットの近傍のユニットの荷重を更
新する工程と、ｔ）前記工程ｒ）、ｓ）を各サンプルブ
ロック画像パターンベクトルについて反復し、この結果
得られた各ユニットの荷重ベクトルを代表ベクトルとし
て選択し、前記画像情報のベクトル量子化のためのコー
ドブックを作成する工程と、ｕ）前記画像情報の画像フ
レームを前記コードブックを使用してベクトル量子化す
る事により符号化する工程と、を備える。
【００１８】更にこの発明に係る圧縮画像情報記録媒体
は、この発明に係る画像情報圧縮方法により圧縮された
動画像情報を記録する圧縮画像情報記録媒体であって、
前記工程ｆ）および工程ｍ）で決定された代表ベクトル
番号を記録するインデックス記録領域と、前記工程ｅ）
および工程ｌ）で作成されたコードブックをそれぞれ所
定のアドレスに記録する代表ベクトル記録域と、を備え
る。
【００１９】またこの発明に係る圧縮画像情報再生装置
は、この発明に係る圧縮画像情報記録媒体に記録された
動画像情報を再生する装置であって、前記インデックス
記録領域に記録された代表ベクトル番号を読み出すベク
トル番号読出手段と、ベクトル番号読出手段によって読
み出された代表ベクトル番号に基づいて前記コードブッ
クの前記代表ベクトル番号に対応する代表ベクトル成分
アドレスを計算する代表ベクトル成分アドレス計算手段
と、代表ベクトル成分アドレス計算手段で計算された代
表ベクトル成分アドレスに対応する代表ベクトル成分を
読み出す代表ベクトル成分情報読出手段と、代表ベクト
ル成分情報読出手段で読み出された代表ベクトル成分に
基づきキーフレームを復元するキーフレーム復元手段
と、代表ベクトル成分情報読出手段で読み出された代表
ベクトル成分に基づき動き補償フレームを復元する動き
補償フレーム復元手段と、を備える。
【００２０】
【作用】この発明に係る動画像情報の圧縮方法によれ
ば、工程ｄ）において、各動き補償フレームを縦、横そ
れぞれ所定個数の前記ブロックから成る大ブロックに分
割し、各大ブロックを走査する事により複数個の動きベ
クトルパターンベクトルを得、工程ｅ）において前記工
程ｄ）で得られた複数個の動きベクトルパターンベクト
ルを代表する複数個の代表ベクトルを決定し、前記動画
像情報の前記動き補償フレームのベクトル量子化のため
のコードブックを作成する。さらに、工程ｆ）で工程
ｄ）で得られた動きベクトルパターンベクトルを代表す
る代表ベクトルを前記工程工程ｅ）で作成されたコード
ブックから１個、選択して前記動きベクトルパターンベ
クトルを、選択された代表ベクトルの番号で符号化す
る。したがって動き補償フレームの情報を極めて高度に
圧縮することが可能である。
【００２１】この際、前記工程ｅ）を、ｅ１）〜ｅ４）
のコホーネンによる自己組織化特徴写像のアルゴリズム
で実現することにより代表ベクトルを効率的に決定し、
実行可能な計算量でコードブックを作成する事が可能に
なる。また工程ｇ）〜ｍ）によって各キーフレームをベ
クトル量子化する事により、キーフレームの画像情報も
効率的に圧縮することが可能になる。
【００２２】また静止画像情報を圧縮する場合も、この
発明に係る画像情報圧縮方法では、ベクトル量子化に際
し、コホーネンによる自己組織化特徴写像のアルゴリズ
ムを使用する。この結果、代表ベクトルを効率的に決定
し、実行可能な計算量でコードブックを作成する事が可
能になる。
【００２３】更にこの発明に係る圧縮画像情報記録媒体
は、この発明に係る画像情報圧縮方法により圧縮された
動画像情報を記録する。
【００２４】またこの発明に係る圧縮画像情報再生装置
は、この発明に係る圧縮画像情報記録媒体に記録された
動画像情報を高速で伸張し、実時間で再生する。
【００２５】
【実施例】次に図を参照しながら動画像情報圧縮方法の
実施例について説明する。ここでは自然色アナログ動画
像情報を標本化、量子化する事により既にディジタル動
画像情報が得られているものとする。動画像情報は複数
の画像フレームから構成され、各画像フレームはＲＧＢ
（赤・緑・青色）信号、あるいはＹＩＱ信号（輝度信号
Ｙおよび色相信号ＩＱ）、ＹＵＶ信号（輝度信号Ｙおよ
び色相信号ＵＶ）などの３信号から成るが、この実施例
ではＹＵＶ信号から成るものとする。
【００２６】図１８に示すように、各画像フレーム１の
輝度信号Ｙは、縦Ｘ＝６４０画素、横Ｙ＝４８０画素で
構成されるものとする。人間の視覚は明暗で与えられた
形状の細部に対しては鋭く、敏感に反応するが、色彩の
細部に対する反応は鈍い事が知られている。従って色相
信号Ｕ、Ｖについては解像度を輝度信号Ｙの１／２と
し、画像フレーム１を縦Ｘ＝３２０画素、横Ｙ＝２４０
画素で構成するものとする。従ってＹ信号の２×２＝４
画素がＵ、Ｖ信号１画素に対応する事に成る。なおＲＧ
Ｂ（赤・緑・青色）信号からＹＵＶ信号への変換、およ
びＹＵＶ信号からＲＧＢ（赤・緑・青色）信号への変換
は公知の線形変換で行う事ができる。
【００２７】この実施例では動画像情報は１秒間当たり
３０フレームから成るものとする。各フレームがＹＵＶ
の３信号を含み、Ｙ信号が６４０×４８０画素、Ｕ、Ｖ
信号が３２０×２４０画素から成るディジタル動画像情
報が既に得られているものとし、このディジタル動画像
情報を圧縮する方法について以下に説明する。なおＹＵ
Ｖ各信号の各画素は例えば８ビットで２５６の信号レベ
ルを表現する。またこの実施例では１秒間に含まれる３
０フレームの内、５フレーム程度をキーフレームとし他
のフレームを動き補償フレームとするが、キーフレーム
と動き補償フレームの決定方法については後に説明す
る。
【００２８】キーフレームの画像情報圧縮はベクトル量
子化によって行う。この際、ベクトル量子化の代表ベク
トルの決定には、神経回路網の研究から生まれた新たな
アルゴリズム、即ちコホーネン（T. Kohonenn）によっ
て開発された自己組織化特徴写像のアルゴリズムを使用
し、これにより代表ベクトルを効率的に決定しコードブ
ックを作成する。このキーフレームのベクトル量子化は
静止画像情報の圧縮にも利用できる。
【００２９】一方動き補償フレームの画像情報圧縮はま
ず各フレームをブロックに分割して各ブロックの動きベ
クトルを決定した後、複数個のブロックからなる大ブロ
ックの動きベクトルパターンをベクトル量子化する事に
より高度な情報圧縮を実現する。この場合のベクトル量
子化にもコホーネンによる自己組織化特徴写像アルゴリ
ズムを使用する。
【００３０】まずキーフレームの画像情報圧縮について
詳しく説明する。キーフレームの画像情報の圧縮は、
（１）ブロック画像パターンの学習系列を作成し、
（２）この学習系列をコホーネンの神経回路網モデルに
提示してブロック画像パターンの代表ベクトルを選択し
てコードブックを作成し、（３）各キーフレームのブロ
ックＢijの画像パターンにもっとも近いブロック画像パ
ターン代表ベクトルをコードブックから選択して各ブロ
ックＢijの画像パターンをコードブック中の代表ベクト
ル番号で符号化する、事により行われる。以下にこれら
の（１）〜（３）の手続きについて詳しく説明する。
【００３１】まず（１）のブロック画像パターンの学習
系列の作成は次のように行う。例えばＹ信号の各フレー
ムは６４０×４８０画素から構成される（図１８参
照）。この６４０×４８０画素のフレームを４×４画素
のブロックＢijに分割し、図１９に示すようにジグザグ
走査する事により各ブロックについて１６次元のブロッ
ク画像パターンベクトル Ｘ＝（ｘ1,ｘ2,・・・,ｘ16） を得る。ここにベクトルＸの各成分ｘ1,ｘ2,・・・,ｘ
16は対応する画素のＹ信号レベルである。多数のフレー
ムについて各ブロックの画像パターンベクトルＸを求め
る事により学習系列Ｘ（ｔ）を得る。ここにパラメータ
ｔは、０≦ｔ＜Ｔの整数であり、Ｔは学習系列に含まれ
る画像パターンベクトルの個数であって、例えば２００
００程度とする。Ｕ信号、Ｖ信号についても同様に４×
４画素のブロックに各フレームを分割することによりＵ
信号、Ｖ信号のブロック画像パターンの学習系列Ｘ
（ｔ）を得る事ができる。
【００３２】上に述べたように各信号の各画素の信号が
８ビット、２５６レベルで量子化されるとすれば学習系
列の各ベクトル Ｘ（ｔ）＝（ｘ1（ｔ）,・・・・,ｘ16（ｔ）） は一辺２５５の１６次元の立方体 ０≦ｘ1,ｘ2,・・・,ｘk,・・・,ｘ16≦２５５ から成る信号空間の内部に分布するが、これらのベクト
ルＸ（ｔ）は図２０に示すように数百程度のクラスタを
形成すると考えられる。なお学習系列Ｘ（ｔ）の分布を
予め正規化する事により（２）の代表ベクトルの決定を
効率化する事が可能である。
【００３３】次に（２）のコホーネンの神経回路網モデ
ルを使用する代表ベクトルの選択とコードブックの作成
について説明する。図１はベクトル量子化の際に代表ベ
クトルの決定に使用されるコホーネンの神経回路網モデ
ルを示す摸式図である。なおこの実施例では３次元の神
経回路網を使用するが図１は２次元の場合を示す。神経
回路網は競合層９および入力層１０からなり、図１の２
次元神経回路網では競合層９の各ニューロンないしユニ
ット９ａ（Ｕij）は平面上の格子点（即ち平面上の整数
座標点（ｉ、ｊ））に配置され、それぞれのユニット９
ａ（Ｕij）が、入力層１０を構成する入力ベクトル Ｘ＝（ｘ1,ｘ2,・・・,ｘh,・・・） に荷重ベクトル１１ Ｗij＝（ｗij1,ｗij2,・・・,ｗijh,・・・） を介して結合されている。即ち各ユニットＵijは第１入
力成分ｘ1とは荷重ｗij1で、第２入力成分ｘ2とは荷重
ｗij2で、また第ｈ入力成分ｘhとは荷重ｗijhで結合さ
れている。なお図ではユニットＵijについてのみ荷重を
示してあるが他のユニットも同様に入力層１０に結合さ
れる。
【００３４】この発明で使用するコホーネンの自己組織
化特徴写像のアルゴリズムは後に説明するように、学習
系列のベクトルを順次入力として神経回路網に提示する
事により、各ユニットの荷重を更新し、神経回路網の各
ユニットの荷重ベクトルを信号空間に展開していくもの
である。こうして決定された各ユニットの荷重ベクトル
をベクトル量子化の代表ベクトルとする。即ち最終的に
決定されたこれらの荷重ベクトルによってコードブック
を作成する。
【００３５】従来、コホーネンの自己組織化特徴写像ア
ルゴリズムでは、通常、図１に示すような２次元の神経
回路網が使用されている。しかし神経回路網を２次元と
した場合、競合層９を構成するユニット９ａの配置が信
号空間内で捩れ、信号空間における各ユニット９ａの形
成する神経回路網の展開が阻害される場合がある。この
ような捩れが発生すると、各クラスタに対し適切な代表
ベクトルを決定することができない。そこでこの発明に
おいては３次元以上の神経回路網を使用する。特にこの
実施例では３次元の神経回路網を使用する。
【００３６】３次元の神経回路網は、３次元空間の格子
点、即ち空間内の整数座標点 （ｉ、ｊ、ｋ） に配置されたユニットＵijkからなり、各ユニットＵijk
は、入力ベクトル Ｘ＝（ｘ1,ｘ2,・・・,ｘh,・・・,ｘ16） と荷重ベクトル Ｗijk＝（ｗijk1,ｗijk2,・・・,ｗijkh,・・・,ｗ
ijk16） を介して結合される。即ち各ユニットＵijkは入力成分 ｘ1,ｘ2,・・・,ｘh,・・・,ｘ16 と、それぞれ ｗijk1,ｗijk2,・・・,ｗijkh,・・・,ｗijk16 を介して結合されている。
【００３７】ところで学習系列ベクトルＸ（ｔ）が構成
する各クラスタはそれぞれ少なくとも１個のユニットに
より代表される必要があるが、コホーネンの自己組織化
特徴写像アルゴリズムでは一般に１個のクラスタに複数
のユニットの荷重ベクトルが対応する。従ってユニット
の個数はクラスタの個数に対しある程度大きく選択する
必要があるが、この実施例では １≦ｉ、ｊ、ｋ≦８ とする。従って神経回路網を構成するユニットの個数は
この実施例では８×８×８＝５１２である。これらのユ
ニットＵijkは荷重 Ｗijk＝（ｗijk1,ｗijk2,・・・,ｗijkh,・・・,ｗ
ijk16） で入力ベクトル Ｘ＝（ｘ1,ｘ2,・・・,ｘh,・・・,ｘ16） と結合されており、上の（１）で求めた学習系列Ｘ
（ｔ）を入力ベクトルとして提示する事により各ユニッ
トＵijkの荷重Ｗijkを順次、更新し、代表ベクトルを決
定する。
【００３８】図２はコホーネンの神経回路網モデルを使
用してベクトル量子化の代表ベクトルを決定する自己組
織化特徴写像の手続きを示すフローチャートである。次
に図２を参照しながらコホーネンの自己組織化特徴写像
アルゴリズムを使用する代表ベクトルの決定手続きにつ
いて説明する。
【００３９】工程Ｓ１において学習系列パラメータｔを
初期化する（ｔ←０、ただし記号←は手続き型プログラ
ム言語における変数への値の代入を表す）。次に工程Ｓ
２で各ユニットＵijkの荷重ベクトル Ｗijk＝（ｗijk1,ｗijk2,・・・,ｗijkh,・・・,ｗ
ijk16） を初期化する。この荷重Ｗijkの初期化は例えば、学習
系列ベクトルＸ（ｔ）の分布する一辺の長さ２５５の１
６次元の立方体の中心の近傍に乱数で分布させる事によ
り行う。即ち各ｈ（１≦ｈ≦１６）について荷重ベクト
ルｗijkの第ｈ成分ｗijkhを、 ｗijkh=１２７.５±ε で設定する。ただしεは２５５×０.１＝２５.５以内の
乱数である。
【００４０】次に工程Ｓ３において学習系列のベクトル
Ｘ（ｔ）と各ユニットＵijkの荷重ベクトルＷijkの距離 ｄ（Ｗijk,Ｘ（ｔ）） を計算する。距離ｄ（Ｗijk,Ｘ（ｔ））は Σ（ｗijkh−ｘh（ｔ））2 （ただしΣは添字ｈの１≦ｈ≦１６についての和）の平
方根 √Σ（ｗijkh−ｘh（ｔ））2 で定義する。
【００４１】次に工程Ｓ４において勝者ユニット、即ち
工程Ｓ３で計算された距離 ｄ（Ｗijk,Ｘ（ｔ）） を最小にするユニットＵijkを決定する。また工程Ｓ５
において勝者ユニットＵi jkの近傍Ｎd（Ｕijk）（一辺
の長さが２ｄのユニットＵijkを中心とする立方体）に
含まれるすべてのユニットＵlmnの荷重ベクトルＷlmnを
以下に説明するように更新する。
【００４２】図３は２次元の神経回路網のユニットＵij
の正方形近傍を示す図である。Ｕijの近傍Ｎd（Ｕij）
（一辺の長さが２ｄのユニットＵijを中心とする正方
形）は 、ｉ−ｄ≦ｌ≦ｉ＋ｄ、 ｊ−ｄ≦ｍ≦ｊ＋ｄ を満足するすべてのユニットＵlmから成る。図３はｄ＝
１、２、３の場合の近傍１２、Ｎd（Ｕij）を示す。３
次元の神経回路網のユニットＵijkの近傍Ｎd（Ｕijk）
（一辺の長さが２ｄの立方体）も同様に、 ｉ−ｄ≦ｌ≦ｉ＋ｄ、 ｊ−ｄ≦ｍ≦ｊ＋ｄ、 ｋ−ｄ≦ｎ≦ｋ＋ｄ を満足するユニットＵlmnの集合として定義される。な
お工程Ｓ５における近傍Ｎd（Ｕijk）の大きさを示す添
字パラメータｄは学習系列パラメータｔの値に対して ｄ＝ｄ0（１−（ｔ／Ｔ）） で設定される。ここにｄ0は例えば神経回路網の一辺の
大きさの１／２とする。即ちこの実施例の場合 ｄ0＝（８−１）／２＝３.５ である
【００４３】図２の工程Ｓ５における Ｕlmn∈Ｎd（Ｕijk） 即ち勝者ユニットＵijkの近傍Ｎd（Ｕijk）に含まれる
ユニットＵlmnの荷重ベクトルＷlmnの更新は、荷重ベク
トルＷlmnの各成分について ｗlmnh←ｗlmnh＋α（ｘh（ｔ）−ｗlmnh）2 で行う。ただしαは学習系列パラメータｔを使用して α＝α0（１−（ｔ／Ｔ）） で表される係数でありα0は０.２〜０.５とする。また
ｘh（ｔ）は学習系列のベクトルＸ（ｔ） Ｘ（ｔ）＝（ｘ1（ｔ）,・・・,ｘh（ｔ）,・・・,ｘ16
（ｔ） の第ｈ成分である。
【００４４】以上のように勝者ユニットＵijkの近傍の
ユニットの荷重ベクトルの更新が終了すると、工程Ｓ６
において学習系列パラメータｔの値を ｔ←ｔ＋１ で更新し、更に工程Ｓ７において、すべての学習系列ベ
クトルＸ（ｔ）が処理されたかどうか、即ち ｔ≧Ｔ となったかどうかを判断する。まだ処理されていない学
習系列ベクトルが残っていれば工程Ｓ３にもどって工程
Ｓ３〜工程Ｓ７を反復する。工程Ｓ７においてすべての
学習系列ベクトルＸ（ｔ）が処理されたと判断されると
図２の手続きを終了する。
【００４５】図２の手続きにおいては、工程Ｓ５が行わ
れる毎に勝者ユニットＵijk（即ち提示された学習系列
入力ベクトルＸ（ｔ）にもっとも近いユニット）に対し
すべてのユニット Ｕlmn∈Ｎd（Ｕijk） の荷重ベクトルＷlmnが入力ベクトルＸ（ｔ）にに向か
って引っ張られ、入力ベクトルＸ（ｔ）に近付くように
更新される。この結果、神経回路網の各ユニットＵijk
の荷重ベクトルＷijkは、学習系列Ｘ（ｔ）の形成する
クラスタ（図２０参照）の分布にしたがって徐々に信号
空間に展開される。図２の手続きが終了すると、学習系
列のベクトルＸ（ｔ）の形成する各クラスタに対し少な
くとも１個のユニットの荷重ベクトルがクラスタを代表
するようにに成る。従ってこれらの荷重ベクトルＷijk
を適当な順序に並べ、ベクトル量子化のコードブック Ｒ1＝（ｒ11,・・・,Ｒ1n）、 Ｒ2＝（ｒ21,・・・,Ｒ1n）、 ・・・ ＲM＝（ｒM1,・・・,ＲMn） を得る事ができる（ｎ＝１６、Ｍ＝５１２）。例えば、 ｓ＝ｉ＋８・ｊ＋６４・ｋ として Ｒs＝Ｗijk（ｒs1＝ｗijk1,・・・,ｒsn＝ｗijkn） とする事により各ユニットＵijkの荷重ベクトルＷijkを
一定の順序に並べたコードブックを作成する事ができ
る。この場合にはパラメータ ｓ＝ｉ＋８・ｊ＋６４・ｋ が代表ベクトルＷijkの番号と成る。
【００４６】図４は図２の手続きにより決定された荷重
ベクトルＷijkを適当な順番に並べる事により得られる
コードブックを示す表である。コードブック１３は代表
ベクトルの各番号ｓに対し対応する代表ベクトルの成分
を与える。図４のようなコードブックはＹ信号、Ｕ信
号、Ｖ信号のそれぞれについて図２の手続きを用いて作
成される。
【００４７】以上で（２）コードブック作成手続きの説
明を終り、次に（３）の手続き、即ち各キーフレームの
ブロックＢijの画像パターンにもっとも近いブロック画
像パターン代表ベクトルをコードブックから選択し、各
ブロックＢijの画像パターンを代表ベクトル番号で符号
化するベクトル量子化の手続きについて説明する。この
ベクトル量子化手続きは図４のコードブックを使用して
次のように行われる。
【００４８】図５は図４のコードブックを使用して各ブ
ロックの画像パターンベクトルＸを符号化する代表ベク
トルＲiを選択する手続きを示すフローチャートであ
る。例えばＹ信号の場合のベクトル量子化について説明
する。工程Ｓ１１において入力パターンベクトルＸ、即
ちキーフレームのＹ信号の各ブロックＢijの画素をジグ
ザグ走査して得られた各画素信号レベルを成分とするブ
ロック画像パターンベクトル Ｘ＝（ｘ1,・・・,ｘ16） と、Ｙ信号のコードブックの各代表ベクトルＲsの距離 ｄ（Ｒs,Ｘ） （１≦ｓ≦Ｍ＝５１２） を計算する。距離ｄ（Ｒs,Ｘ）は Σ（ｒsi−ｘi）2 （ただしΣは添字ｉの１≦ｉ≦１６についての和を表
す）の平方根 √Σ（ｒsi−ｘi）2 で与えられる。
【００４９】次に工程Ｓ１２において距離ｄ（Ｒs,Ｘ）
を最小にする代表ベクトルＲsを入力パターンベクトル
Ｘの代表ベクトルとして選択し、入力パターンベクトル
Ｘを選択された代表ベクトルの番号ｓで符号化する。こ
の代表ベクトル番号ｓは １≦ｓ≦５１２＝２9 の範囲にあるから各ブロック画像パターンＸは９ビット
で符号化できる。このように図４のコードブックを用い
て各ブロックＢijを対応する代表ベクトルの番号ｓで符
号化する事によりキーフレームのＹ信号のベクトル量子
化を行う。
【００５０】キーフレームのＵ信号、Ｖ信号のベクトル
量子化も、それぞれのコードブックを使用し、Ｙ信号の
ベクトル量子化と同様に行う。従って各ブロックの画像
パターンはＹＵＶ信号それぞれのコードブックの代表ベ
クトルの番号で符号化される。ただしＵ信号、Ｖ信号は
それぞれ３２０×２４０画素から成るから、４×４のブ
ロックＢijに分割すると、８０×６０＝４８００個のブ
ロックから構成される。一方、Ｙ信号は６４０×４８０
画素から構成されるから１６０×１２０＝１９２００個
の４×４画素のブロックから成る。各キーフレームはＹ
ＵＶ信号それぞれの各ブロックに対し決定された符号
（代表ベクトルの番号ｓ）の列、および各信号のコード
ブックにより符号化される。このベクトル量子化情報を
記録する記録媒体の構成、および再生方法については後
述する。
【００５１】次にキーフレームと動き補償フレームの配
置を決定する方法について説明する。各フレームをキー
フレームとするか動き補償フレームとするかは次のよう
に決定する。即ち、まず第１フレームはキーフレームと
し、第２フレーム以下については図６の手順に従う。
【００５２】図６の手続きを実行するにあたっては、ま
ず各Ｙ信号フレーム（６４０×４８０画素）は４×４画
素のブロックＢijに分割する（図１８参照）。また３２
０×２４０画素のＵ信号、Ｖ信号画像フレームはそれぞ
れ２×２画素のブロックに分割する。従ってＹ信号、Ｕ
信号、Ｖ信号は、それぞれ縦、横とも等しい個数のブロ
ックに分割される。この分割においてＹ信号のブロック
ＢijとＵ、Ｖ信号の添字（ｉ、ｊ）のブロックは等しい
画像領域に対応する。従って上の分割において添字
（ｉ、ｊ）に位置するＹＵＶ信号それぞれに共通の画像
領域を画像ブロックＢij（１≦ｉ≦１６０、１≦ｊ≦１
２０）とよぶ事にする。また図２１に示すように、動き
補償範囲４の縦方向動き補償範囲６ａ、横方向動き補償
範囲６ｂをＹ信号フレームで±ｖ0画素（Ｕ、Ｖ信号フ
レームについてはｖ0／２画素に相当）とする。例えば
ｖ0＝３２画素である。
【００５３】以上の準備の後、図６の手続きを行う。ま
ず図６の工程Ｓ２１において処理画像ブロックの添字パ
ラメータｉ、ｊを初期化する。即ち ｉ←１、ｊ←１ と設定する。
【００５４】次に工程Ｓ２２において現フレームの各画
像ブロックＢijについて一致度評価関数 Ｍ（Ｂij,Ｂ（Ｖ）） を計算する。ここにＢ（Ｖ）は、動き補償範囲４に含ま
れる直前のキーフレームのブロックであって、Ｂ（Ｖ）
から現フレームブロック５への動きベクトル８が Ｖ＝（ｖ1,ｖ2） （−ｖ0≦ｖ1,ｖ2≦＋ｖ0） と成るキーフレームブロック７である。よって現フレー
ムブロック５（Ｂij）を構成する画素Ｐkl（Ｐkl∈
Ｂij）に対し、キーフレームブロック７（Ｂ（Ｖ））を
構成する画素Ｐmn（Ｐmn∈Ｂ（Ｖ））の添字ｍ、ｎは ｍ＝ｋ−ｖ1、 ｎ＝ｌ−ｖ2 で与えられる。一致度評価関数 Ｍ（Ｂij,Ｂ（Ｖ）） は、動き補償範囲４に含まれるすべてのキーフレームブ
ロック７（Ｂ（Ｖ））について計算する。
【００５５】一致度評価関数Ｍ（Ｂij,Ｂ（Ｖ））は例
えば次のように定義される。現フレームの画像ブロック
Ｂij上のＹ信号の画素信号レベルを Ｙ11,・・・,Ｙ44、 Ｕ信号の画素信号レベルを Ｕ11,・・・,Ｕ22、 Ｖ信号の画素信号レベルを Ｖ11,・・・,Ｖ22 とする。また直前のキーフレームの画像ブロック７（Ｂ
（Ｖ））のＹ信号画素信号レベルを Ｙ'11,・・・,Ｙ'44、 Ｕ信号の画素信号レベルを Ｕ'11,・・・,Ｕ'22、 Ｖ信号の画素信号レベルを Ｖ'11,・・・,Ｖ'22 とする。この時、一致度評価関数を Ｍ（Ｂij,Ｂ（Ｖ））＝Σ｜Ｙpq−Ｙ'pq｜＋Σ｜Ｕrs−Ｕ'rs｜＋Σ｜Ｖrs−Ｖ'rs ｜ で定義する。ただし第１番目のΣは添字ｐ、ｑについ
て、１≦ｐ、ｑ≦４の範囲の和であり、第２、第３番目
のΣは添字ｒ、ｓについて、１≦ｒ、ｓ≦２の範囲の和
である。
【００５６】次に工程Ｓ２３において、現フレームの現
フレームブロック５（Ｂij）について計算された一致度
評価関数Ｍ（Ｂij,Ｂ（Ｖ））の最小値ｍｉｎを決定
し、工程Ｓ２４においてこの最小値ｍｉｎが所定閾値ｍ
ｉｎ0以上であるかどうかを判断する。
【００５７】一致度評価関数 Ｍ（Ｂij,Ｂ（Ｖ）） の最小値 ｍｉｎ が所定閾値 ｍｉｎ0 以上の場合には、マッチするキーフレームブロック７
（Ｂ（Ｖ））が動き補償範囲には存在しないものと判断
される。よって工程Ｓ２５に進み、画像ブロック５（Ｂ
ij）を直接画像情報使用ブロック（即ち動きベクトルを
使用しないブロック）と決定する。
【００５８】一方、工程Ｓ２４において最小値が所定閾
値 ｍｉｎ0 よりも小さいと判断される場合には工程Ｓ２６に進み、
最小値を与えるキーフレームの画像ブロックＢ（Ｖ）を
決定し、その Ｖ＝（ｖ1,ｖ2） を画像ブロックＢijの動きベクトル Ｖij＝（ｖij1,ｖij2） と決定する。
【００５９】次に工程Ｓ２５、Ｓ２６につづいて工程Ｓ
２７に進み、処理画像ブロックの添字パラメータｉ、ｊ
を更新し、工程Ｓ２８ですべての現フレームブロック５
（Ｂij）が処理されたかどうかを判断する。未処理の画
像ブロックが残っている場合は工程Ｓ２２に戻り工程Ｓ
２２〜Ｓ２８を反復する。このようにしてすべての画像
ブロックＢijについてマッチするキーフレームのブロッ
クＢ（Ｖ）が動き補償範囲４ないに存在するかどうかを
判断し、存在する場合には各画像ブロックＢijについて
動きベクトルＶij＝（ｖij1,ｖij2）を決定していく。
現フレームのすべての画像ブロックＢijが処理されると
工程Ｓ２８から工程Ｓ２９に進む。マッチするキーフレ
ームブロック７（Ｂ（Ｖ））が動き補償範囲４ないに存
在しない画像ブロックＢij（直接画像情報使用ブロッ
ク）の個数 Ｎｕｍ が所定閾値 Ｎｕｍ0 以上であるかどうか判断する。個数Ｎｕｍが所定閾値 Ｎｕｍ0 以上の場合には工程Ｓ３０に進み、現フレームをキーフ
レームとし、所定値を下回る場合には工程Ｓ３１に進
み、現フレームを動き補償フレームとする事を決定す
る。
【００６０】以上に説明した図６の手続きを第２フレー
ム以下の各フレームについて反復して行い、そのフレー
ムをキーフレームとするか、動き補償フレームとするか
を順次決定していく。ただしキーフレームが連続する事
を避けるため、例えばキーフレームと決定されたフレー
ムの直後の所定数フレーム（例えば３フレーム）につい
ては上の手続きの結果とは無関係に強制的に動き補償フ
レームとする。
【００６１】キーフレームのベクトル量子化については
既に説明した。次に動き補償フレームの動きベクトルパ
ターンのベクトル量子化について説明する。
【００６２】上に説明したように動き補償フレームは１
６０×１２０個の画像ブロックＢijに分割され、図６の
手続きの実行の結果、一部を除いて各画像ブロックＢij
に対し動きベクトルＶijが決定されている。ここで更に
縦、横４個の画像ブロックをまとめて大ブロックＺ
st（１≦ｓ≦４０、１≦ｔ≦３０）を構成する。図７は
動き補償フレームの左上隅の大ブロックＺ11を示す摸式
図である。ただし大ブロック１４（Ｚst）を構成する画
像ブロックＢijのなかに直接画像情報使用ブロックが存
在する場合（図６の工程Ｓ２５参照）にはその大ブロッ
ク１４内に含まれる画像ブロックＢijをすべて直接画像
情報使用ブロックと決定する。この結果、動き補償フレ
ームは、それぞれ動きベクトルＶijが決定された画像ブ
ロックＢijから成る大ブロック１４（Ｚst）と、直接画
像情報使用ブロックＢijに分割される。動きベクトルパ
ターンが決定された大ブロック１４は、Ｙ信号フレーム
について縦、横それぞれ１６画素の画像領域に相当す
る。また画像情報使用ブロックはＹ信号の縦、横４画素
の画像領域に相当する。
【００６３】動き補償フレームの直接画像情報使用画像
ブロックＢijについては上に説明したＹＵＶ信号それぞ
れのコードブックを使用し、図５の手続きによってベク
トル量子化を実行する。一方図７に示すような動きベク
トルパターンが決定された大ブロック１４（Ｚst）は次
のようにベクトル量子化する。
【００６４】大ブロック１４Ｚst内の各画像ブロックＢ
ijの動きベクトル Ｖij＝（ｖij1,ｖij2） の成分ｖij1、ｖij2はそれぞれ −ｖ0≦ｖij1,ｖij2≦＋ｖ0 の範囲にあり、ｖ0は例えば３２である。従って各動き
ベクトルＶijの成分ｖij1,ｖij2は例えば１１ビットで
表現する事ができる。ここで大ブロック１４（Ｚst）を
構成する１６個の画像ブロックＢijを（図１９の画素走
査と同様にして）ジグザグ走査する事により１６×２＝
３２次元の動きベクトルパターンベクトル Ｘ＝（ｘ1,・・・,ｘh,・・・,ｘ32） を得る。ここにベクトルＸの各成分 ｘ1,・・・,ｘh,・・・,ｘ32 は各動きベクトルＶijの成分ｖij1,ｖij2であり、例え
ば１１ビットで表現される。
【００６５】このようにして多数の動きベクトルパター
ンベクトルＸから成る学習系列Ｘ（ｔ）を作成し、作成
された学習系列Ｘ（ｔ）をコホーネンの神経回路網に提
示して図２と同様の手続きにより動きベクトルパターン
のコードブック（図４参照）を得る事ができる。更に図
５と同様の手続きにより各大ブロック１４に対応する代
表ベクトルを選択し、選択された代表ベクトル番号によ
り動き補償フレームの各大ブロック１４の動きベクトル
パターンを符号化する事により動き補償フレームの大ブ
ロックのベクトル量子化を行う。
【００６６】次に図８〜１３を参照しながら、圧縮され
た動画像情報を記録する記録媒体を構成するＲＯＭ（読
出し専用記憶装置）における圧縮動画像情報の記録方法
について説明する。
【００６７】図８はキーフレームおよび動き補償フレー
ムをベクトル量子化する代表ベクトルの番号を記録する
インデックス記録領域を摸式的に示すブロック図であ
る。インデックス記録領域１５は所定のアドレスＡ0か
ら開始する。図８に示すように、インデックス記録領域
１５は多数の記録管理単位１５ａを含む。各記録管理単
位１５ａは例えば２５６個のフレームインデックス（キ
ーフレームインデックス１６ないし動き補償フレームイ
ンデックス１７）からなり、ヘッダ１５ｂ Ｈ１,Ｈ２,・・・ で管理される。各記録管理単位１５ａのヘッダ１５ｂ
は、管理下の記録管理単位１５ａに含まれる２５６個の
キーフレームインデックス１６および動き補償フレーム
インデックス１７の順序を記録する。
【００６８】上に説明したように、この実施例の場合、
１秒当たり３０フレームを含んでおり、例えばほぼ５フ
レーム毎にキーフレームが配置されているが、キーフレ
ーム間の間隔は一定ではない。例えばキーフレームの間
に６ないし７個の動き補償フレームが入る事もあり、あ
るいはまた３ないし４個の動き補償フレームしか入らな
い事もあり得る。従ってヘッダ１５ｂは後続の管理下の
キーフレームインデックス１６および動き補償フレーム
インデックス１７の発生順序を指定する。各ヘッダ１５
ｂは２５６ビットからなり、例えばビット０によってキ
ーフレームインデックス１６を、またビット１によって
動き補償フレームインデックス１７を表現する。例えば
図８の最初の記録管理単位１５ａの場合、Ｙ信号インデ
ックス領域１６ａ（ＫＦ１）、動き補償フレームインデ
ックス１７（ＭＣＦ１）、動き補償フレームインデック
ス１７（ＭＣＦ２）、動き補償フレームインデックス１
７（ＭＣＦ３）、動き補償フレームインデックス１７
（ＭＣＦ４）、キーフレームインデックス１６（ＫＦ２
０）、・・・動き補償フレームインデックス１７（ＭＣ
Ｆ５）、動き補償フレームインデックス１７（ＭＣＦ
６）・・・の順番でならんでいるので、ヘッダ１５ｂ
（Ｈ１）のビットは、 ０１１１１０１１・・・ と成る。
【００６９】図９は図８の各キーフレームインデックス
の構成を摸式的に示すブロック図である。各キーフレー
ムインデックス１６はＹ信号インデックス領域１６ａ
（ＣY）、Ｕ信号インデックス領域１６ｂ（ＣU）、Ｖ信
号インデックス領域１６ｃ（ＣV）から成る。
【００７０】図１０は図９のキーフレームインデックス
を構成する各Ｙ信号インデックス領域（あるいはＵ信号
インデックス領域、Ｖ信号インデックス領域）を摸式的
に示すブロック図である。上に説明したようにコホーネ
ンの自己組織化特徴写像アルゴリズムによってＹＵＶ信
号それぞれについてブロック画像パターンを代表する図
４のようなコードブックが得られ、更に図５の手続きに
よって各キーフレームの各ブロック２（Ｂij）に対しそ
れぞれのコードブックから代表ベクトル番号ｓが決定さ
れている。従って各Ｙ信号インデックス領域１６ａ（あ
るいはＵ信号インデックス領域１６ｂ、Ｖ信号インデッ
クス領域１６ｃ）は各フレームのブロックＢijに対応す
る代表ベクトル番号 Ｃ1,Ｃ2,・・・,ＣM を記録する。Ｙ信号インデックス領域１６ａについて
は、 Ｍ＝１６０×１２０＝１９２００ であり、Ｕ信号インデックス領域１６ｂ、Ｖ信号インデ
ックス領域１６ｃについては Ｍ＝８０×６０＝４８００ である。各ブロックの画像情報をベクトル量子化する代
表ベクトル番号 Ｃ1,Ｃ2,・・・,ＣM はそれぞれブロック Ｂ11,Ｂ21,・・・Ｂ12,Ｂ22,・・・・・・ に対応する。
【００７１】図１１は図８の各動き補償フレームインデ
ックスの構成を摸式的に示すブロック図である。上に説
明したように動き補償フレームは、大ブロック１４の動
きベクトルパターン情報をその代表ベクトル番号で記録
する部分と、画像ブロックＢijの画像情報をＹＵＶ信号
のコードブックを使用してその代表ベクトル番号で符号
化した部分から成る。従って各動き補償フレームインデ
ックス１７の代表ベクトル番号１７ｂ Ｃ1,Ｃ2,・・・,ＣN はそれぞれ先頭に識別ビット１７ａ Ｚ1,Ｚ2,・・・,ＺN を有し、後続の代表ベクトル番号１７ｂが大ブロック１
４の動きベクトルパターン代表ベクトル番号であるかＹ
ＵＶ信号のブロック画像パターンの代表ベクトル番号
（即ち画像情報使用ブロックの代表ベクトル番号）であ
るかを識別する。例えば識別ビット１７ａが０の場合は
後続の代表ベクトル番号１７ｂは大ブロック１４の動き
ベクトルパターン代表ベクトル番号であり、識別ビット
１７ａが１の場合はＹＵＶ信号のブロック画像パターン
の代表ベクトル番号である事を示す。識別ビット１７ａ
がすべて０、即ち代表ベクトル番号１７ｂがすべて大ブ
ロック１４の動きベクトルパターン代表ベクトル番号で
あるとすれば、番号 Ｃ1,Ｃ2,・・・,ＣN は、例えば大ブロック１４ Ｚ11,Ｚ21,・・・,Ｚ12,Ｚ22,・・・ にそれぞれ対応する。ただし識別ビット１７ａのなかに
１と成るものがあり、列 Ｚ11,Ｚ21,・・・,Ｚ12,Ｚ22,・・・ において大ブロック１４（Ｚst）に相当する箇所に画像
情報使用ブロックが表れる場合は、その大ブロック１４
（Ｚst）を構成する各ブロックＢijのＹ信号、Ｕ信号、
Ｖ信号それぞれの代表ベクトル番号（ＹＵＶ信号それぞ
れについて４×４＝１６個、即ち３×１６＝４８個の代
表ベクトル番号）が列 Ｃ1,Ｃ2,・・・,ＣN の相当箇所に挿入される。
【００７２】図１２は代表ベクトル記録域（コードブッ
ク記録領域）の構成を摸式的に示すブロック図である。
代表ベクトル記録域１８はＹ信号ブロック画像パターン
代表ベクトル記録領域１８ａ、Ｕ信号ブロック画像パタ
ーン代表ベクトル記録領域１８ｂ、Ｖ信号ブロック画像
パターン代表ベクトル記録領域１８ｃ、大ブロック動き
ベクトルパターン代表ベクトル記録領域１８ｄを含む。
Ｙ信号ブロック画像パターン代表ベクトル記録領域１８
ａ、Ｕ信号ブロック画像パターン代表ベクトル記録領域
１８ｂ、Ｖ信号ブロック画像パターン代表ベクトル記録
領域１８ｃ、大ブロック動きベクトルパターン代表ベク
トル記録領域１８ｄはそれぞれ所定のアドレスＡ1、
Ａ2、Ａ3、Ａ4から開始される。
【００７３】図１３は図１２のＹ信号ブロック画像パタ
ーン代表ベクトル記録領域１８ａ、Ｕ信号ブロック画像
パターン代表ベクトル記録領域１８ｂ、Ｖ信号ブロック
画像パターン代表ベクトル記録領域１８ｃ、大ブロック
動きベクトルパターン代表ベクトル記録領域１８ｄそれ
ぞれの構成を摸式的に示すブロック図である。Ｙ信号ブ
ロック画像パターン代表ベクトル記録領域１８ａ、Ｕ信
号ブロック画像パターン代表ベクトル記録領域１８ｂ、
Ｖ信号ブロック画像パターン代表ベクトル記録領域１８
ｃはそれぞれＹ信号、Ｕ信号、Ｖ信号のコードブックに
対応する情報を記録する。また大ブロック動きベクトル
パターン代表ベクトル記録領域１８ｄは大ブロック１４
動きベクトルパターンのコードブックに対応する情報を
記録する。従って例えばＹ信号ブロック画像パターン代
表ベクトル記録領域１８ａの場合、Ａi＝Ａ1から開始
し、図４に示されるコードブックのＹ信号ブロック画像
パターン代表ベクトル Ｒ1,Ｒ2,Ｒ3,Ｒ4,・・・,ＲM をそれぞれアドレス Ａi1,Ａi2,Ａi3,Ａi4,・・・,ＡiM に順番に記録する。上に説明したように１ブロックが１
６画素を含み、各画素が８ビットで表現されるとする
と、各Ｙ信号ブロック画像パターン代表ベクトル Ｒ1,Ｒ2,Ｒ3,Ｒ4,・・・,ＲM は、例えば １６×８ビット＝１２８ビット で表現される。従って、アドレスをビット単位で表示す
る事にすれば、 Ａ12＝Ａ11＋１２８、 Ａ13＝Ａ12＋１２８、 ・・・ と成る。従って代表ベクトル番号ｓに対応する代表ベク
トルＲsの記録アドレスＡ1sは、 Ａ1s＝Ａ1＋１２８×（ｓ−１） で計算される。代表ベクトルの個数Ｍは例えば５１２で
ある。Ｕ信号ブロック画像パターン代表ベクトル記録領
域１８ｂ、Ｖ信号ブロック画像パターン代表ベクトル記
録領域１８ｃもＹ信号ブロック画像パターン代表ベクト
ル記録領域１８ａと同様である。大ブロック動きベクト
ルパターン代表ベクトル記録領域１８ｄの場合、代表ベ
クトルＲsがそれぞれ例えば １１×３２ビット＝３５２ビット から成る事以外はＹ信号ブロック画像パターン代表ベク
トル記録領域１８ａと同様に構成される。
【００７４】図１４はこの発明に係る圧縮画像情報再生
装置の物理的構成を示すブロック図である。この実施例
に係る圧縮画像情報再生装置はＣＰＵ２０、着脱自在Ｒ
ＯＭ（圧縮画像情報記録媒体）２１、固定ＲＯＭ２２、
ＲＡＭ２３、入出力インターフェース２４、操作スイッ
チ２５、表示装置２６を備える。ＣＰＵ２０、着脱自在
ＲＯＭ（圧縮画像情報記録媒体）２１、固定ＲＯＭ２
２、ＲＡＭ２３、入出力インターフェース２４はバス２
７によって相互に接続される。操作スイッチ２５および
表示装置２６は入出力インターフェース２４、バス２７
を介してＣＰＵ２０に接続される。
【００７５】ＣＰＵ２０は例えば操作スイッチ２５に含
まれる再生スイッチの操作に応答して、着脱自在ＲＯＭ
（圧縮画像情報記録媒体）２１に記録された圧縮画像情
報の伸張・再生動作を開始し、以下に説明するように圧
縮画像情報の再生を制御する。着脱自在ＲＯＭ（圧縮画
像情報記録媒体）２１は図８〜１３に示す圧縮画像情報
（インデックス記録領域１５および代表ベクトル記録域
１８）をそれぞれの所定アドレス（Ａ0,Ａ1）に記録す
る。固定ＲＯＭ２２は以下に説明する再生動作を制御す
るプログラムなどを記録する。ＲＡＭ２３は圧縮画像情
報の伸張・再生に必要な情報を一時的に記録する。操作
スイッチ２５は例えば再生スイッチ、停止スイッチなど
を含む。表示装置２６は例えば液晶表示装置あるいは陰
極線管からなりＲＧＢ信号により駆動されて画像を表示
する。
【００７６】図１５はこの発明に係る圧縮画像情報再生
装置の機能的構成を示すブロック図である。この実施例
に係る圧縮画像情報再生装置は機能的にみると、データ
読取手段３１、キーフレーム復元手段３２、動き補償フ
レーム復元手段３３、ＲＧＢ変換手段３４を含む。これ
らの手段３１〜３４は固定ＲＯＭ２２に記録されたプロ
グラムにより実現され、これらの手段の動作はＣＰＵ２
０によって実行される。
【００７７】データ読取手段３１はインデックス情報読
出手段３１ａ、代表ベクトル成分アドレス計算手段３１
ｂ、代表ベクトル成分情報読出手段３１ｃを含む。イン
デックス情報読出手段３１ａは、フレーム識別手段３１
０、ベクトル番号読出手段３１１、ベクトル種識別手段
３１２を含む。インデックス情報読出手段３１ａは着脱
自在ＲＯＭ（圧縮画像情報記録媒体）２１に記録された
インデックス情報４１を読み出す。フレーム識別手段３
１０はインデックス情報４１に含まれたヘッダ１５ｂの
情報を保持し、現在処理中のインデックス情報がキーフ
レームインデックス１６であるか動き補償フレームイン
デックス１７であるかを判断する。またベクトル番号読
出手段３１１はキーフレームインデックス１６、動き補
償フレームインデックス１７に含まれる代表ベクトル番
号を順次、読み出し、代表ベクトル番号情報５０を代表
ベクトル成分アドレス計算手段３１ｂに出力する。また
ベクトル種識別手段３１２は読み出された代表ベクトル
番号が画像パターン代表ベクトルに関するものであるか
動きベクトル代表ベクトルに関するものであるかを判断
し、更に、画像パターン代表ベクトルに関するものであ
る場合はＹ信号、Ｕ信号、Ｖ信号いづれの画像パターン
代表ベクトルに関するものであるかを判断する。ベクト
ル種識別手段３１２はその判断の結果得られたベクトル
種情報５１を代表ベクトル成分アドレス計算手段３１ｂ
に出力する。
【００７８】代表ベクトル成分アドレス計算手段３１ｂ
は、ベクトル種識別手段３１２から供給されたベクトル
種情報５１に基づいて、ベクトル番号読出手段３１１か
ら供給された代表ベクトル番号情報５０に対応する代表
ベクトル代表ベクトル記録域１８内のアドレスを計算
し、その計算の結果得られたアドレス情報５２を代表ベ
クトル成分情報読出手段３１ｃに出力する。代表ベクト
ル成分情報読出手段３１ｃは代表ベクトル成分アドレス
計算手段３１ｂから供給されたアドレス情報５２に基づ
いて代表ベクトル成分情報４２を読み出す。データ読取
手段３１は、代表ベクトル成分情報読出手段３１ｃによ
って読み出された代表ベクトル成分情報４２の内、キー
フレーム代表ベクトル情報４３をキーフレーム復元手段
３２に、また動き補償フレーム代表ベクトル情報４４を
動き補償フレーム復元手段３３にそれぞれ供給する。
【００７９】キーフレーム復元手段３２はＹ信号バッフ
ァ３２ａ、Ｕ信号バッファ３２ｂ、Ｖ信号バッファ３２
ｃを含み、データ読取手段３１から供給されたキーフレ
ーム代表ベクトル情報４３に基づいて各キーフレームの
Ｙ信号、Ｕ信号、Ｖ信号を伸張し、復元されたＹＵＶ信
号フレーム情報４６をＲＧＢ変換手段３４に出力する。
一方動き補償フレーム復元手段３３は動きベクトルバッ
ファ３３ａ、Ｙ信号バッファ３３ｂ、Ｕ信号バッファ３
３ｃ、Ｖ信号バッファ３３ｄを含み、データ読取手段３
１から供給された動き補償フレーム代表ベクトル情報４
４に基づいて各動き補償フレームのＹ信号、Ｕ信号、Ｖ
信号を復元し、復元されたＹＵＶ信号フレーム情報４７
をＲＧＢ変換手段３４に出力する。ＲＧＢ変換手段３４
は、キーフレーム復元手段３２ないし動き補償フレーム
復元手段３３から供給されるＹＵＶ信号フレーム情報４
６、４７に線形変換を行い、この結果得られたＲＧＢ信
号４８を（必要に応じてディジタル・アナログ変換手段
（図示せず）を介して）表示装置２６に出力する。なお
キーフレーム復元手段３２、動き補償フレーム復元手段
３３のバッファ３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３３ａ、３３
ｂ、３３ｃ、３３ｄはＲＡＭ２３内の所定メモリ領域で
構成される。
【００８０】次に図１４、１５の圧縮画像情報再生装置
の再生動作について図１６を参照しながら説明する。図
１６は図１５の圧縮画像情報再生装置の圧縮画像情報の
伸張・再生手続きを示すフローチャートである。例えば
操作スイッチ２５に含まれる再生スイッチが操作される
とＣＰＵ２０は図１６の手続きを開始する。図１６の手
続きは固定ＲＯＭ２２に記録されたプログラムにしたが
ってＣＰＵ２０により実行される。
【００８１】まず工程Ｓ５１においてインデックス情報
読出手段３１ａのパラメータＧを Ｇ←０ で初期化し０を代入する。上に説明したように着脱自在
ＲＯＭ（圧縮画像情報記録媒体）２１に記録された圧縮
画像情報は２５６フレーム毎に多数の記録管理単位１５
ａに分割されてインデックス記録領域１５に記録されて
いる。パラメータＧは現在処理中の記録管理単位１５ａ
の番号を保持するパラメータであり、以下に説明するよ
うに記録管理単位１５ａが処理される毎に工程Ｓ６９で Ｇ←Ｇ＋１ と更新される。またインデックス情報読出手段３１ａの
アドレスカウンタＡがインデックス記録領域１５の先頭
アドレスＡ0に初期化される。アドレスカウンタＡは現
在処理中のインデックス記録領域１５のアドレスを保持
するものであり、ここではビット単位で表現されたアド
レスを保持するものとする。
【００８２】圧縮画像情報の再生は工程Ｓ５２〜Ｓ７０
のサイクルを反復する事により行われる。各記録管理単
位１５ａは工程Ｓ５２〜Ｓ６８のサイクルによって処理
される。以下、これについて説明する。
【００８３】まず工程Ｓ５２においてインデックス情報
読出手段３１ａはアドレスカウンタＡに保持されたイン
デックス記録領域１５のヘッダ１５ｂを読み込み、フレ
ーム識別手段３１０内のバッファにヘッダ１５ｂの情報
を保持するとともに、アドレスカウンタＡを Ａ←Ａ＋２５６ で更新する。この結果、アドレスカウンタＡには次に処
理されるべきキーフレームインデックス１６ないし動き
補償フレームインデックス１７のアドレスが保持され
る。更に工程Ｓ５３においてフレーム識別手段３１０は
パラメータＦを０に初期化する。パラメータＦは、現在
処理中のフレーム（キーフレームインデックス１６また
は動き補償フレームインデックス１７）が記録管理単位
１５ａ内において先頭から何番目に位置するかを保持す
るパラメータであり、以下に説明するように工程Ｓ６７
で更新され、工程Ｓ６８において、記録管理単位１５ａ
に含まれるキーフレームインデックス１６、動き補償フ
レームインデックス１７の個数 ＦMAX＝２５６ を超えると、次の記録管理単位１５ａの処理に進む。
【００８４】工程Ｓ５４においてフレーム識別手段３１
０は工程Ｓ５２でよみこまれたヘッダ１５ｂの情報、お
よびパラメータＦの値に基づきアドレスカウンタＡに保
持されたアドレスがキーフレームインデックス１６を参
照するか、動き補償フレームインデックス１７を参照す
るかを判断する。即ち、フレーム識別手段３１０は、Ｆ
番目のヘッダ情報ビットが０の場合はキーフレームイン
デックス１６であると判断し、１の場合は動き補償フレ
ームインデックス１７であると判断する。工程Ｓ５４に
おいて、アドレスカウンタＡがキーフレームインデック
ス１６を参照すると判断された場合は工程Ｓ５５に、動
き補償フレームインデックス１７を参照すると判断され
た場合は工程Ｓ５９に進む。
【００８５】工程Ｓ５４において次に処理されるフレー
ムがキーフレームインデックス１６であると判断された
場合には、ベクトル番号読出手段３１１は、キーフレー
ムインデックス１６に記録された代表ベクトル番号を順
次、読み出して代表ベクトル成分アドレス計算手段３１
ｂに代表ベクトル番号情報５０を供給する。またベクト
ル種識別手段３１２は、現在処理中のキーフレームイン
デックス１６先頭からの現在アドレス（アドレスカウン
タＡの値）のオフセットから、アドレスカウンタＡがＹ
信号インデックス領域１６ａ、Ｕ信号インデックス領域
１６ｂ、Ｖ信号インデックス領域１６ｃのいづれを参照
しているかを判断し、代表ベクトル成分アドレス計算手
段３１ｂにベクトル種情報５１を出力する。代表ベクト
ル成分アドレス計算手段３１ｂは代表ベクトル番号情報
５０、ベクトル種情報５１に基づいて代表ベクトルアド
レスを計算し、アドレス情報５２を代表ベクトル成分情
報読出手段３１ｃに出力する。代表ベクトル成分情報読
出手段３１ｃはアドレス情報５２に基づき、順次、代表
ベクトル成分を読み出し、キーフレーム代表ベクトル情
報４３をキーフレーム復元手段３２に供給する。キーフ
レーム復元手段３２はデータ読取手段３１から供給され
るキーフレーム代表ベクトル情報４３に基づいき、工程
Ｓ５５〜Ｓ５７の手続きによってＹ信号バッファ３２
ａ、Ｕ信号バッファ３２ｂ、Ｖ信号バッファ３２ｃにキ
ーフレームの画像情報を復元していく。
【００８６】図１７は図１６の手続きにおけるＹ信号伸
張（またはＵ信号伸張、Ｖ信号伸張）の工程の詳細を示
すフローチャートである。工程Ｓ５５のＹ信号伸張は図
１７の手続きに従い、次のように行われる。工程Ｓ８０
においてデータ読取手段３１はブロックカウンタＤを Ｄ←０ としてリセットする。上に説明したようにキーフレーム
のＹ信号は１６０×１２０のブロックＢijに分割されて
おり、Ｙ信号インデックス領域１６ａは Ｂ11,Ｂ21,・・・,Ｂ12,Ｂ22,・・・ に対応する代表ベクトル番号 Ｃ1,Ｃ2,・・・ を記録している。ブロックカウンタＤはこの現在処理中
の代表ベクトル番号の位置（即ちＣiの添字ｉ）を保持
する。
【００８７】次に工程Ｓ８１においてデータ読取手段３
１はアドレスカウンタＡの参照するアドレスに記録され
た代表ベクトル番号を読み出し、代表ベクトル番号情報
５０を代表ベクトル成分アドレス計算手段３１ｂに出力
する。代表ベクトル成分アドレス計算手段３１ｂはベク
トル種識別手段３１２からのベクトル種情報５１に基づ
いて、代表ベクトル番号に対応する代表ベクトル成分ア
ドレスを計算する。この計算は次のように行われる。
【００８８】工程Ｓ５５においてベクトル種識別手段３
１２は、現在アドレスカウンタＡがＹ信号インデックス
領域１６ａを参照している事を示すベクトル種情報５１
を出力する。また図１３を参照して上で説明したように
Ｙ信号ブロック画像パターンの各代表ベクトル Ｒ1,Ｒ2,・・・ は１６×８ビット＝１２８ビットで構成される。従っ
て、工程Ｓ８１で読み出された代表ベクトル番号を Ｃi＝ｓ とすると、これに対応する代表ベクトル成分のアドレス
は Ａ1＋１２８×（ｓ−１） で計算される。ここにＡ1はＹ信号ブロック画像パター
ン代表ベクトル記録領域１８ａの先頭アドレスである。
従って、代表ベクトル成分アドレス計算手段３１ｂはア
ドレス Ａ1＋１２８×（ｓ−１） をアドレス情報５２として代表ベクトル成分情報読出手
段３１ｃに出力する。工程Ｓ８２において代表ベクトル
成分情報読出手段３１ｃはこのアドレスを先頭とする１
２８ビットに記録された代表ベクトルの成分を読み出
し、キーフレーム復元手段３２にキーフレーム代表ベク
トル情報４３として供給する。キーフレーム復元手段３
２は供給された代表ベクトル成分を順次、Ｙ信号バッフ
ァ３２ａの所定位置に記憶しキーフレームのＹ信号を復
元していく。
【００８９】次に工程Ｓ８３においてアドレスカウンタ
Ａに、９ビット（各代表ベクトル番号Ｃ1,Ｃ2,・・・の
ビット長）を加えてアドレスカウンタＡを更新し、更に
ブロックカウンタＤに１を加えてブロックカウンタＤを
更新する。更にインデックス情報読出手段３１ａは、工
程Ｓ８５においてすべてのブロックが処理されたかどう
か、即ち、ブロックカウンタＤの値が ＤMAX＝１６０×１２０＝１９２００ 以下であるかどうかを判断し、まだ処理されていないブ
ロックがある場合、即ち Ｄ≦ＤMAX である場合には工程Ｓ８１に戻り工程Ｓ８１〜Ｓ８４の
処理を反復する。
【００９０】以上のようにして工程Ｓ５５が終了する
と、Ｙ信号バッファ３２ａにはキーフレームのＹ信号フ
レームのすべての画素が復元される。工程Ｓ５６、Ｓ５
７のＵ信号、Ｖ信号の伸張も工程Ｓ５５のＹ信号の伸張
と同様に行われる。ただしベクトル種識別手段３１２の
出力するベクトル種情報５１に基づき、代表ベクトル成
分アドレス計算手段３１ｂは、先頭アドレスとしてＡ1
の代わりに工程Ｓ５６ではＵ信号ブロック画像パターン
代表ベクトル記録領域１８ｂの先頭アドレスＡ2を、ま
た工程Ｓ５７ではＡ3を使用する。また工程Ｓ５６、Ｓ
５７では、 ＤMAX＝８０×６０＝４８００ である。
【００９１】このように工程Ｓ５５〜Ｓ５７において、
Ｙ信号バッファ３２ａ、Ｕ信号バッファ３２ｂ、Ｖ信号
バッファ３２ｃにキーフレームのＹＵＶ信号がそれぞれ
伸張・復元される。次に工程Ｓ５８においてキーフレー
ム復元手段３２からＲＧＢ変換手段３４に復元されたＹ
ＵＶ信号フレーム情報４６が供給され、ＲＧＢ変換手段
３４はＹＵＶ信号フレーム情報４６に基づいてをＲＧＢ
信号４８に変換する。
【００９２】一方工程Ｓ５４において次に処理されるの
が動き補償フレームインデックス１７であると判断され
た場合には工程Ｓ５９〜Ｓ６６の手順によって動き補償
フレームの画像情報を伸張、復元する。次にこれについ
て説明する。
【００９３】まず工程Ｓ５９でインデックス情報読出手
段３１ａは大ブロックカウンタＢを０に初期化する。大
ブロックカウンタＢは現在処理中の大ブロック１４の動
き補償フレーム内における位置を保持するカウンタであ
る。工程Ｓ５９の後、データ読取手段３１および動き補
償フレーム復元手段３３は工程Ｓ６０〜Ｓ６５のサイク
ルを反復する事によりＹ信号バッファ３３ｂ、Ｕ信号バ
ッファ３３ｃ、Ｖ信号バッファ３３ｄに動き補償フレー
ムのＹＵＶ信号をそれぞれ復元する。次にこの工程Ｓ６
０〜Ｓ６４について説明する。
【００９４】工程Ｓ６０においてベクトル番号読出手段
３１１アドレスカウンタＡで指定されたアドレスを先頭
とする１０ビットに記録された識別ビット１７ａおよび
代表ベクトル番号１７ｂ（図１１参照）を読み出す。ベ
クトル種識別手段３１２は読み出された識別ビット１７
ａにより、読み出された代表ベクトル番号１７ｂが、大
ブロック１４の動きベクトルパターンの代表ベクトル番
号であるか、ブロック画像パターンの代表ベクトルであ
るかを判断する。即ち、識別ビット１７ａが０であれ
ば、後続の代表ベクトル番号１７ｂは大ブロック１４の
動きベクトルパターンの代表ベクトル番号であると判断
し、工程Ｓ６１、Ｓ６２に進む。一方識別ビット１７ａ
が１であれば、ブロック画像パターンの代表ベクトルで
あると判断し、工程Ｓ６３に進む。
【００９５】工程Ｓ６１においてベクトル種識別手段３
１２は、工程Ｓ６０での判断結果に従い現在読み出され
ている代表ベクトル番号が大ブロック１４の動きベクト
ルパターンの代表ベクトル番号である事を示すベクトル
種情報５１を代表ベクトル成分アドレス計算手段３１ｂ
に出力する。代表ベクトル成分アドレス計算手段３１ｂ
はこのベクトル種情報５１に基づき代表ベクトル成分ア
ドレスを、Ａ4＋Ｋ×（ｓ−１）で計算する。ここにア
ドレスＡ4は大ブロック動きベクトルパターン代表ベク
トル記録領域１８ｄの先頭アドレスであり、定数Ｋは大
ブロック動きベクトルパターン代表ベクトル記録領域１
８ｄの各代表ベクトルを構成するビットの個数である
（例えばＫ＝１１×３２＝３５２）。代表ベクトル成分
アドレス計算手段３１ｂは上の式で計算されたアドレス
をアドレス情報５２として代表ベクトル成分情報読出手
段３１ｃに出力する。代表ベクトル成分情報読出手段３
１ｃはこのアドレス情報５２に基づきアドレスＡ4＋Ｋ
×（ｓ−１）からＫビットを読み出し、動き補償フレー
ム代表ベクトル情報４４として動き補償フレーム復元手
段３３に供給する。動き補償フレーム復元手段３３はこ
の動き補償フレーム代表ベクトル情報４４を動きベクト
ルバッファ３３ａに保持する。
【００９６】次に工程Ｓ６２において動き補償フレーム
復元手段３３は大ブロックカウンタＢの値に基づいて現
在処理中の大ブロック１４のフレーム内の位置を決定
し、さなり大ブロック１４の位置に基づいて大ブロック
を構成する各ブロックＢijのフレーム内位置を決定す
る。更に動き補償フレーム復元手段３３は、動きベクト
ルバッファ３３ａに保持された各ブロックＢijに対応す
る動きベクトル成分Ｖij＝（ｖij1,ｖij2）を参照し、
各ブロックＢijを構成する画素をＰklのフレーム内の位
置を動きベクトル成分Ｖij＝（ｖij1,ｖij2）でほせい
した対応画素のＹＵＶ信号をＹ信号バッファ３２ａ、Ｕ
信号バッファ３２ｂ、Ｖ信号バッファ３２ｃから読み出
してそれぞれＹ信号バッファ３３ｂ、Ｕ信号バッファ３
３ｃ、Ｖ信号バッファ３３ｄの対応箇所に保持する。
【００９７】例えばＹ信号の場合、Ｙ信号バッファ３２
ａの対応画素位置は次のように計算される。ブロックＢ
ijを構成する画素をＰklとする。ここに添字ｋ、ｌ（１
≦ｋ≦６４０、１≦ｌ≦４８０）はＹ信号画像フレーム
内における画素Ｐklの位置を示す。画素ＰklのＹ信号バ
ッファ３２ａの対応画素をＰmnとすれば、ｍ＝ｋ−ｖ
ij1,ｎ＝ｌ−ｖij2である。
【００９８】Ｕ信号、Ｖ信号についても同様に大ブロッ
ク１４の各ブロックＢijを構成する各画素の位置を動き
ベクトルＶijを使用してほせいして、Ｕ信号バッファ３
２ｂ、Ｖ信号バッファ３２ｃ内の対応位置を決定する。
この対応位置の画素のＵ信号、Ｖ信号をＵ信号バッファ
３２ｂ、Ｖ信号バッファ３２ｃから読み出してＵ信号バ
ッファ３３ｃ、Ｖ信号バッファ３３ｄのブロックＢij対
応箇所に復元する。
【００９９】一方工程Ｓ６０において代表ベクトル番号
がＹＵＶ信号のブロック画像情報パターンに関するもの
と判断された場合は、工程Ｓ６３に進み、大ブロックカ
ウンタＢに保持された値に対応する大ブロック１４に含
まれる４×４＝１６個の画像ブロックＢij（図７参照）
のＹＵＶ信号を工程Ｓ５５〜工程Ｓ５７と同様の方法で
復元する。この場合図１７の手続きにおいて工程Ｓ８３
ではアドレスカウンタＡは１０（識別ビット１７ａの１
ビットと代表ベクトル番号１７ｂの９ビットから成る１
０ビットに相当する）だけ増加される。また工程Ｓ８５
におけるＤMAXは４×４＝１６であり、ＹＵＶ信号それ
ぞれについて図１７の手続きが実行される。
【０１００】以上のように工程Ｓ６１、Ｓ６２あるいは
ｓ６３により、大ブロックカウンタＢに保持された値に
対応するＹＵＶ信号がＹ信号バッファ３３ｂ、Ｕ信号バ
ッファ３３ｃ、Ｖ信号バッファ３３ｄにそれぞれ復元さ
れる。次に工程Ｓ６４において大ブロックカウンタＢを
更新し（Ｂ←Ｂ＋１）、工程Ｓ６５において処理されて
いない大ブロック１４が残っているかどうか（即ちＢ≦
ＢMAX＝４０×３０＝１２００が成立するかどうか）を
判断し、まだ処理されていない大ブロック１４が残って
いれば工程Ｓ６０にもどって工程Ｓ６０〜Ｓ６４を反復
する。
【０１０１】すべての大ブロック１４が処理されると工
程Ｓ６６に進み、動き補償フレーム復元手段３３はＹ信
号バッファ３３ｂ、Ｕ信号バッファ３３ｃ、Ｖ信号バッ
ファ３３ｄに復元されたＹＵＶ信号をＹＵＶ信号フレー
ム情報４７としてＲＧＢ変換手段３４に出力する。ＲＧ
Ｂ変換手段３４はこのＹＵＶ信号フレーム情報４７に線
形変換を行いＲＧＢ信号４８を得る。
【０１０２】このように工程Ｓ５４〜Ｓ６６の手続きに
よってキーフレームインデックス１６ないし動き補償フ
レームインデックス１７が処理されると、工程Ｓ６７に
おいてパラメータＦを更新し（Ｆ←Ｆ＋１）、工程Ｓ６
８において現記録管理単位１５ａに含まれるキーフレー
ムインデックス１６ないし動き補償フレームインデック
ス１７がまだ残っているかどうか（Ｆ≦ＦMAXが成立す
るかどうか）を判断する。工程Ｓ６８でまだ残っている
と判断された場合は工程Ｓ５４に戻り、工程Ｓ５４〜Ｓ
６７の手順を反復する。
【０１０３】また工程Ｓ６８において記録管理単位１５
ａのすべてのキーフレームインデックス１６ないし動き
補償フレームインデックス１７が処理されたと判断され
ると、工程Ｓ６９にするみパラメータＧを更新し（Ｇ←
Ｇ＋１）、工程Ｓ７０において処理されていない記録管
理単位１５ａがまだ残っているかどうか（Ｇ≦ＧMAXが
成立するかどうか）を判断する。工程Ｓ７０でまだ残っ
ていると判断された場合は工程Ｓ５２に戻り、工程Ｓ５
３〜Ｓ６９の手順を反復する。以上によりインデックス
記録領域１５に含まれるすべての記録管理単位１５ａの
キーフレームインデックス１６、動き補償フレームイン
デックス１７を伸張、再生する事ができる。
【０１０４】
【発明の効果】以上のようにこの発明に係る画像情報圧
縮方法によれば画像情報、特に動画像情報を効率的に圧
縮できる。例えば６４０×４８０画素のＹ信号フレー
ム、３２０×２４０画素のＵ、Ｖ信号フレームから成る
動画像情報を圧縮する場合、各動き補償フレームは（す
べてのブロックで動きベクトルが決定できるとすれば）
４０×３０×９＝１０８００ビット（１３５０バイト）
で符号化できる。またキーフレームはＹ信号は１６０×
１２０×９＝１７２８００ビットで符号化でき、Ｕ、Ｖ
信号は８０×６０×９＝４３２００ビットで符号化でき
る。コードブックは、ＹＵＶ信号それぞれのブロック画
像パターンベクトルおよび動きベクトルパターンベクト
ルについてそれぞれ１個づつあれば良いから画像情報を
高度に圧縮する事が可能である。
【０１０５】またこの発明に係る圧縮画像情報記録媒体
はこのように高度に圧縮された画像情報を記録する記録
媒体を可能にする。更にこの発明に係る圧縮画像情報再
生装置は圧縮画像情報記録媒体に記録された圧縮画像情
報を高速で読み出して実時間で再生する事を可能にす
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】ベクトル量子化の際に代表ベクトルの決定に使
用されるコホーネンの神経回路網モデルを示す摸式図で
ある。
【図２】コホーネンの神経回路網モデルを使用してベク
トル量子化の代表ベクトルを決定する自己組織化特徴写
像の手続きを示すフローチャートである。
【図３】２次元の神経回路網のユニットＵijの正方形近
傍を示す図である。
【図４】図２の手続きにより決定された荷重ベクトルＷ
ijkを適当な順番に並べる事により得られるコードブッ
クを示す表である。
【図５】図４のコードブックを使用して各ブロックの画
像パターンベクトルＸを符号化する代表ベクトルＲiを
選択する手続きを示すフローチャートである。
【図６】各フレームを動き補償フレームとするかどうか
を判断する手続きを示すフローチャートである。
【図７】動き補償フレームの左上隅の大ブロックＺ11を
示す摸式図である。
【図８】キーフレームおよび動き補償フレームをベクト
ル量子化する代表ベクトルの番号を記録するインデック
ス記録領域を摸式的に示すブロック図である。
【図９】図８の各キーフレームインデックスの構成を摸
式的に示すブロック図である。
【図１０】図９のキーフレームインデックスを構成する
各Ｙ信号インデックス領域（あるいはＵ信号インデック
ス領域、Ｖ信号インデックス領域）を摸式的に示すブロ
ック図である。
【図１１】図８の各動き補償フレームインデックスの構
成を摸式的に示すブロック図である。
【図１２】代表ベクトル記録域（コードブック記録領
域）の構成を摸式的に示すブロック図である。
【図１３】図１２のＹ信号ブロック画像パターン代表ベ
クトル記録領域１８ａ、Ｕ信号ブロック画像パターン代
表ベクトル記録領域１８ｂ、Ｖ信号ブロック画像パター
ン代表ベクトル記録領域１８ｃ、大ブロック動きベクト
ルパターン代表ベクトル記録領域１８ｄそれぞれの構成
を摸式的に示すブロック図である。
【図１４】この発明に係る圧縮画像情報再生装置の物理
的構成を示すブロック図である。
【図１５】この発明に係る圧縮画像情報再生装置の機能
的構成を示すブロック図である。
【図１６】図１５の圧縮画像情報再生装置の圧縮画像情
報の伸張・再生手続きを示すフローチャートである。
【図１７】図１６の手続きにおけるＹ信号伸張（または
Ｕ信号伸張、Ｖ信号伸張）の工程の詳細を示すフローチ
ャートである。
【図１８】各画像フレームのブロック分割を示す図であ
る。
【図１９】各ブロックの操作順序を示す図である。
【図２０】信号空間におけるブロック画像パターンベク
トルの分布を摸式的に示す図である。
【図２１】動きベクトルと動き補償範囲を摸式的に示す
図である。
【符号の説明】
１ 画像フレーム ２ ブロック ３ 画素 ４ 動き補償範囲 ５ 現フレームブロック ６ａ 縦方向動き補償範囲 ６ｂ 横方向動き補償範囲 ７ キーフレームブロック ８ 動きベクトル ９ 競合層 ９ａ ニューロン １０ 入力層 １１ 荷重ベクトル １２ 近傍 １３ コードブック １４ 大ブロック １５ インデックス記録領域 １５ａ 記録管理単位 １５ｂ ヘッダ １６ キーフレームインデックス １６ａ Ｙ信号インデックス領域 １６ｂ Ｕ信号インデックス領域 １６ｃ Ｖ信号インデックス領域 １７ 動き補償フレームインデックス １７ａ 識別ビット １７ｂ 代表ベクトル番号 １８ 代表ベクトル記録域 １８ａ Ｙ信号ブロック画像パターン代表ベクトル記
録領域 １８ｂ Ｕ信号ブロック画像パターン代表ベクトル記
録領域 １８ｃ Ｖ信号ブロック画像パターン代表ベクトル記
録領域 １８ｄ 大ブロック動きベクトルパターン代表ベクト
ル記録領域 ２０ ＣＰＵ ２１ 着脱自在ＲＯＭ（圧縮画像情報記録媒体） ２２ 固定ＲＯＭ ２３ ＲＡＭ ２４ 入出力インターフェース ２５ 操作スイッチ ２６ 表示装置 ２７ バス ３１ データ読取手段 ３２ キーフレーム復元手段 ３３ 動き補償フレーム復元手段 ３４ ＲＧＢ変換手段 ４１ インデックス情報 ４２ 代表ベクトル成分情報 ４３ キーフレーム代表ベクトル情報 ４４ 動き補償フレーム代表ベクトル情報 ４５ ＹＵＶ信号ブロック情報 ４６ ＹＵＶ信号フレーム情報 ４７ ＹＵＶ信号フレーム情報 ４８ ＲＧＢ信号 ５０ 代表ベクトル番号情報 ５１ ベクトル種情報 ５２ アドレス情報
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０３Ｍ 7/36 8842−5Ｊ Ｈ０４Ｎ 5/907 Ｂ 5/92 Ｈ０４Ｎ 5/92 Ｈ

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 複数個の画像フレームから成る動画像情
    報を圧縮する方法であって、 ａ）前記動画像情報を構成する複数個の画像フレームを
    キーフレームまたは動き補償フレームのいづれかとして
    決定する工程と、 ｂ）前記複数個の画像フレームを縦、横それぞれ所定個
    数の画素から成る複数個のブロックに分割する工程と、 ｃ）前記工程ａ）で決定された各動き補償フレームの各
    ブロックに対し、直前のキーフレームに対する動きベク
    トルを決定する工程と、 ｄ）各動き補償フレームを縦、横それぞれ所定個数の前
    記ブロックから成る大ブロックに分割し、各大ブロック
    を走査する事により複数個の動きベクトルパターンベク
    トルを得る工程と、 ｅ）前記工程ｄ）で得られた複数個の動きベクトルパタ
    ーンベクトルを代表する複数個の代表ベクトルを決定
    し、前記動画像情報の前記動き補償フレームのベクトル
    量子化のためのコードブックを作成する工程と、 ｆ）前記工程ｄ）で得られた動きベクトルパターンベク
    トルを代表する代表ベクトルを前記工程ｅ）で作成され
    たコードブックから１個、選択して前記動きベクトルパ
    ターンベクトルを、選択された代表ベクトルの番号で符
    号化する工程と、 を備える画像情報圧縮方法。
  2. 【請求項２】 前記工程ｅ）は、 ｅ１）３次元以上の空間の格子点に配置された複数個の
    ユニットの荷重ベクトルであって、前記サンプル動きベ
    クトルパターンベクトルの次元と等しい次元の入力ベク
    トルを前記各ユニットにそれぞれ結合する荷重ベクトル
    を初期化する工程と、 ｅ２）前記工程ｄ）で得られた動きベクトルパターンベ
    クトルの内の１個と前記各荷重ベクトルの距離を計算す
    る工程と、 ｅ３）前記工程ｅ２）で計算された距離の最小値を与え
    る勝者ユニットを決定し、前記勝者ユニットの近傍のユ
    ニットの荷重を更新する工程と、 ｅ４）前記工程ｅ２）、ｅ３）を複数個の動きベクトル
    パターンベクトルについて反復し、この結果得られる各
    ユニットの荷重ベクトルを代表ベクトルとする前記コー
    ドブックを作成する工程と、 を備える請求項１記載の画像情報圧縮方法。
  3. 【請求項３】 前記工程ａ）で決定された各キーフレー
    ムについて ｇ）複数個のキーフレームを、縦、横それぞれ所定個数
    の画素から成る複数個のブロックに分割する工程と、 ｈ）前記各キーフレームの各ブロックを走査し、ブロッ
    ク画像パターンベクトルを得る工程と、 ｉ）３次元以上の空間の格子点に配置された複数個のユ
    ニットの荷重ベクトルであって、前記ブロック画像パタ
    ーンベクトルの次元と等しい次元の入力ベクトルを前記
    各ユニットにそれぞれ結合する荷重ベクトルを初期化す
    る工程と、 ｊ）前記工程ｈ）で得られたブロック画像パターンベク
    トルの内の１個と前記各荷重ベクトルの距離を計算する
    工程と、 ｋ）前記工程ｊ）で計算された距離の最小値を与える勝
    者ユニットを決定し、前記勝者ユニットの近傍のユニッ
    トの荷重を更新する工程と、 ｌ）前記工程ｊ）、ｋ）を複数個のブロック画像パター
    ンベクトルについて反復し、この結果得られた各ユニッ
    トの荷重ベクトルを代表ベクトルとして決定し、前記キ
    ーフレームの画像情報のベクトル量子化のためのコード
    ブックを作成工程と、 ｍ）前記各キーフレームの各ブロックのブロック画像パ
    ターンベクトルを代表する代表ベクトルを前記コードブ
    ックから選択し、前記ブロック画像パターンベクトル
    を、選択された代表ベクトルの番号によって符号化する
    工程と、 を備える請求項１記載の画像情報圧縮方法。
  4. 【請求項４】 少なくとも１個の画像フレームから成る
    画像情報を圧縮する画像情報圧縮方法であって、 ｏ）複数個のサンプル画像フレームを、縦、横それぞれ
    所定個数の画素から成る複数個のブロックに分割する工
    程と、 ｐ）前記サンプル画像フレームの各ブロックを走査し、
    所定次元の複数個のサンプルブロック画像パターンベク
    トルを得る工程と、 ｑ）３次元以上の空間の格子点に配置された複数個のユ
    ニットの荷重ベクトルであって、前記サンプルブロック
    画像パターンベクトルの次元と等しい次元の入力ベクト
    ルを前記各ユニットにそれぞれ結合する荷重ベクトルを
    初期化する工程と、 ｒ）前記工程ｐ）で得られたサンプルブロック画像パタ
    ーンベクトルの内の１個と前記各荷重ベクトルの距離を
    計算する工程と、 ｓ）前記工程ｒ）で計算された距離の最小値を与える勝
    者ユニットを決定し、前記勝者ユニットの近傍のユニッ
    トの荷重を更新する工程と、 ｔ）前記工程ｒ）、ｓ）を各サンプルブロック画像パタ
    ーンベクトルについて反復し、この結果得られた各ユニ
    ットの荷重ベクトルを代表ベクトルとして選択し、前記
    画像情報のベクトル量子化のためのコードブックを作成
    する工程と、 ｕ）前記画像情報の画像フレームを前記コードブックを
    使用してベクトル量子化する事により符号化する工程
    と、 を備える画像情報圧縮方法。
  5. 【請求項５】 請求項３の画像情報圧縮方法により圧縮
    された動画像情報を記録する圧縮画像情報記録媒体であ
    って、 前記工程ｆ）および工程ｍ）で決定された代表ベクトル
    番号を記録するインデックス記録領域と、 前記工程ｅ）および工程ｌ）で作成されたコードブック
    をそれぞれ所定のアドレスに記録する代表ベクトル記録
    域と、 を備える圧縮画像情報記録媒体。
  6. 【請求項６】 請求項５の圧縮画像情報記録媒体に記録
    された動画像情報を再生する装置であって、 前記インデックス記録領域に記録された代表ベクトル番
    号を読み出すベクトル番号読出手段と、 ベクトル番号読出手段によって読み出された代表ベクト
    ル番号に基づいて前記コードブックの前記代表ベクトル
    番号に対応する代表ベクトル成分アドレスを計算する代
    表ベクトル成分アドレス計算手段と、 代表ベクトル成分アドレス計算手段で計算された代表ベ
    クトル成分アドレスに対応する代表ベクトル成分を読み
    出す代表ベクトル成分情報読出手段と、 代表ベクトル成分情報読出手段で読み出された代表ベク
    トル成分に基づきキーフレームを復元するキーフレーム
    復元手段と、 代表ベクトル成分情報読出手段で読み出された代表ベク
    トル成分に基づき動き補償フレームを復元する動き補償
    フレーム復元手段と、 を備える圧縮画像情報再生装置。
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