JPS58218242A - Mean value split vector quantizer - Google Patents
Mean value split vector quantizerInfo
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- JPS58218242A JPS58218242A JP57100514A JP10051482A JPS58218242A JP S58218242 A JPS58218242 A JP S58218242A JP 57100514 A JP57100514 A JP 57100514A JP 10051482 A JP10051482 A JP 10051482A JP S58218242 A JPS58218242 A JP S58218242A
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- H03M7/30—Compression; Expansion; Suppression of unnecessary data, e.g. redundancy reduction
- H03M7/3082—Vector coding
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Analogue/Digital Conversion (AREA)
- Compression, Expansion, Code Conversion, And Decoders (AREA)
- Transmission Systems Not Characterized By The Medium Used For Transmission (AREA)
- Image Processing (AREA)
Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は、入力信号の振幅確率密度に基づき最小歪と
なる量子化特性を与える亨能率ベクトル量子化器に関す
るものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a highly efficient vector quantizer that provides a quantization characteristic that provides minimum distortion based on the amplitude probability density of an input signal.
従来のこの種量子化器は入力信号を1サンダル毎に対応
する出力信号レベルに変換するスカラー量子化によるも
のであった。Conventional quantizers of this type employ scalar quantization to convert an input signal into a corresponding output signal level for each sandal.
第1図に従来のスカラー量子化器を示す。図中(1)は
順次入力される信号系列町、匂、・・・、gx(Kは整
数) 、 +21はスカラー量子化器、(3)は出力信
号系列11t、ガ、・・・、 ![である。FIG. 1 shows a conventional scalar quantizer. In the figure, (1) is the sequentially input signal sequence Machi, Nio,..., gx (K is an integer), +21 is the scalar quantizer, and (3) is the output signal sequence 11t, G,..., ! [is.
今、入力信号系列は)の振幅確率密度が原点を中心とし
たGaulS分布をとるものとする。この場合。Assume now that the input signal sequence has a GaulS distribution in which the amplitude probability density of ) is centered at the origin. in this case.
入力信号系列(1)は各サンプル毎に出力信号系列(2
)に量子化される。最小歪となるスカラー量子化特性は
、第2図に示す如く、原点から離れる、に従って量子化
レベルが粗くなる。しかし、入力信号系列(1)の各サ
ンプル間に相関がある場合、従来の如き、1サンプル毎
に最小歪となる量子化をしても出力信号系列は最適に量
子化されたことにはならない。The input signal sequence (1) is converted into the output signal sequence (2) for each sample.
) is quantized. In the scalar quantization characteristic that provides the minimum distortion, as shown in FIG. 2, the quantization level becomes coarser as the distance from the origin increases. However, if there is a correlation between each sample of the input signal sequence (1), the output signal sequence will not be optimally quantized even if it is quantized to the minimum distortion for each sample as in the past. .
この発明は、従来のスカラー量子化による量子化損失を
除去するためになされたもので、入力信□岩”系列を所
定のサンプル毎にまとめてブロック化し、まとめて出力
信号系列のブロックに高速に変換する簡易で高能率なベ
クトル量子化器を提供することを目的として“る・1、
ここで、ベクトル量子化、の原理について説明す璽′
る。入力信号系列のに個のサンプルからなるプロ、:、
弓ニ
ツクを入力ベクトルX=’(′ふ1. g2. ”’
21)とする。This invention was made in order to eliminate the quantization loss caused by conventional scalar quantization, and the input signal sequence is grouped into blocks for each predetermined sample, and the blocks are collectively converted into blocks of the output signal sequence at high speed. With the purpose of providing a simple and highly efficient vector quantizer for conversion, we will now explain the principle of vector quantization. A process consisting of samples of the input signal sequence:
Input the bow vector X = '('F1. g2. "'
21).
すべての入力ベクトルXを含むに次元信号空間tの代表
点、すなわち出力ベクトルuiのセラ)Y=(IIl、
v2.−、 uN)とする。The representative point of the dimensional signal space t including all input vectors
v2. −, uN).
各1.を代表点(例えば重心)とするRKの分割をそれ
ぞれR1,几2.・・・RNとするとベクトル量子化Q
は次式にて定義される。1 each. The divisions of RK with RK as a representative point (for example, the center of gravity) are R1, R2, and R2, respectively. ...If RN, vector quantization Q
is defined by the following equation.
Q 、 RK→Y
ここで R,i −Q−’(Yt) = (XBRK:
Q(X) = 111)U R1=R’ + R
s FL) −〇 (’ 〜))ml
上記ベクトル量子化Qは符号化Cと復号化りの縦続接続
とみなすことができる。この時、符号化CはR″(oy
のインデックスセットJ−(1,2,・・・、N)への
マツピングであり、復号化りはJからYへのマツピング
である。すなわち。Q, RK→Y where R,i −Q−′(Yt) = (XBRK:
Q(X) = 111)U R1=R' + R
s FL) −〇 (' ~)) ml The above vector quantization Q can be regarded as a cascade connection of encoding C and decoding. At this time, the encoding C is R″(oy
is mapped to index set J-(1, 2, . . . , N), and decoding is mapping from J to Y. Namely.
0:R″−+J D:J−+Y Q=D−0とな
る。この符4化出力であるインデックスセットを伝送あ
るいは5煕録すればよい。0:R″-+J D:J-+Y Q=D-0.The index set, which is the encoded output, may be transmitted or recorded.
上記ベクトル量子化は入力信号系列に相関がある画像信
号等のJjJ、、i?、高能率な符号化が実現できる。The above vector quantization is performed on JjJ,,i? , highly efficient encoding can be achieved.
入カベクトλkを最小歪となる出力ベクトルv1に変換
するベクトル量子化は、入力ベクトルXの振幅確率密度
に対して歪の総和が最小となる分割と、その代表点であ
る出力ベクトルのセットYをみつける必要がある。これ
は対象となる画像のモデルを用いたクラスタリングによ
ってえられる。Vector quantization, which converts the input vector λk into the output vector v1 with the minimum distortion, is performed by dividing the input vector I need to find it. This can be obtained by clustering using a model of the target image.
ベクトル量子化は、出力ベクトルのセットYの中から入
力ベクトルXに最も近い距離ある(最小歪となる)出力
ベクトルViを探索することであるといえる。この場合
、出力ベクトルの数が多い場合。Vector quantization can be said to be the search for the output vector Vi that is closest to the input vector X (resulting in minimum distortion) from the set Y of output vectors. In this case, if the number of output vectors is large.
ベクトル量子化は変換速度が遅くなる。この欠点はあら
かじめR1をブロックの平均値で分割してお門、それぞ
れをベクトル量子化することによって解決できる。すな
わちスカラー量子化との混合形態である。第3図に2次
元信号空間における平均分割出力ベクトルの配列を示す
。Vector quantization slows down the conversion speed. This drawback can be solved by dividing R1 in advance by the average value of the blocks and vector quantizing each. That is, it is a mixed form with scalar quantization. FIG. 3 shows an array of average divided output vectors in a two-dimensional signal space.
本発明による上記平均値分割ベクトル量子化器の一実施
例である構成図を第4図および第5図に示す。ここで第
4図は符号化器、第5図は復号化器である。A block diagram of an embodiment of the mean value division vector quantizer according to the present invention is shown in FIGS. 4 and 5. Here, FIG. 4 shows an encoder, and FIG. 5 shows a decoder.
図中、(4)は入力ベクトル、(5)は入力ベクトルレ
ジスタ、+6)は平均値演算器、(71はコードテーブ
ル切換器、(8)はコードテーブルアドレスカウンタ。In the figure, (4) is an input vector, (5) is an input vector register, +6) is an average value calculator, (71 is a code table switcher, and (8) is a code table address counter.
+91は第1の出力ベクトルコードテーブルメモリ。+91 is the first output vector code table memory.
QGは第2の出力ベクトルコードテーブルメモリ。QG is the second output vector code table memory.
回は出力ベクトルレジスタ、(1mは並列減算器、11
3は並列絶対値演算器、α(は最大要素歪検出器、 0
51は最小歪出力ベクトル検出器、ueはインデックス
信号、 (171はコードテーブル切換信号、顛はイン
デックスラッチ、 illは符号化器出力信号、■は出
力ベクトルである。times is the output vector register, (1m is the parallel subtractor, 11
3 is a parallel absolute value calculator, α( is a maximum element distortion detector, 0
51 is a minimum distortion output vector detector, ue is an index signal, (171 is a code table switching signal, 2 is an index latch, ill is an encoder output signal, and ■ is an output vector.
先ず、第3図に示す符号化′器の動作について説明する
。First, the operation of the encoder shown in FIG. 3 will be explained.
符号化器の入力信号系列はに個まとめてブロック化され
入カベアクドルX = (Xs、 Z2.・・・、ff
1K)として入力ベクトルレジスタ(5)へとり込まれ
る。この時点で平均値演算器(6)はに個(但しKは2
以上の整数)のブロックの振幅平均値を計算して、コー
ドテーブル切換器(7)に平均値を送る。前記コードテ
ーブル切換器17+はこの平均値にスレッショルドを設
定し、どの出力ベクトルコードテーブルメモリを参照す
るか決定する。次に、コードテーブルアドレスカウンタ
(8)は、前記選択された第1の出力ベクトルコードテ
ーブルメモリ(91または第2ノ出力ベクトルコードテ
ーブルメモリQ11のうちの一方から、順次シーケンシ
ャルに出力ベクトルviをi = 1.2.・・・、N
まで読み出す。この出力ベクトルfzは入力ベクトルX
と比較され各元毎に要素型Did m j Vi X
il j (ここで1 = 1.2. ・、 K)を並
列減算器α2と並列絶対値演算器αjを通して算出され
る。次に前記要素型Digの最大値を最大要素歪検出器
[+41にて検出し、出力ベクトルV%の最大要素型D
iとする。この最大要素型は順次読み出される出力ベク
トルIliについて各々求まり、この各最大要素型の最
小値を最小歪りとして最小歪出力ベクトル検出器叫にて
求める。すなわち最小歪はD = Min (Mas
j Vi XiJ j 〕l
となる。この最小歪となる出力ベクトルが入力ベクトル
Xのベクトル量子化出力である。最小歪出力ベクトルを
検出すると最小歪出力ベクトル検出器u9はストローブ
信号をインデックスラッチ叩に送って、コードテーブル
切換信号αηと出力ベクトルのコードテーブルアドレス
であるインデックス信号(1eがインデックスラッチQ
lにとり込まれる。The input signal sequence of the encoder is grouped into blocks and input to the encoder X = (Xs, Z2..., ff
1K) into the input vector register (5). At this point, there are 2 average value calculators (6) (K is 2
(integer greater than or equal to)) and sends the average value to the code table switch (7). The code table switch 17+ sets a threshold on this average value and determines which output vector code table memory to refer to. Next, the code table address counter (8) sequentially inputs the output vector vi from either the selected first output vector code table memory (91 or the second output vector code table memory Q11). = 1.2....,N
Read up to This output vector fz is the input vector
is compared with the element type Did m j Vi X for each element.
il j (here 1=1.2.·, K) is calculated through a parallel subtracter α2 and a parallel absolute value calculator αj. Next, the maximum value of the element type Dig is detected by the maximum element distortion detector [+41, and the maximum element type D of the output vector V% is
Let it be i. The maximum element type is determined for each of the output vectors Ili that are read out sequentially, and the minimum value of each maximum element type is determined as the minimum distortion by the minimum distortion output vector detector. That is, the minimum distortion is D = Min (Mas
j Vi XiJ j 〕l. This output vector resulting in the minimum distortion is the vector quantization output of the input vector X. When the minimum distortion output vector is detected, the minimum distortion output vector detector u9 sends a strobe signal to the index latch, and outputs the code table switching signal αη and the index signal (1e is the code table address of the output vector) to the index latch Q.
be taken in by l.
前記インデックス信号aeとコードテーブル切換信号a
?lが符号化器出力信号(11として伝送または記録・
再生され復号器入力となる。The index signal ae and the code table switching signal a
? l is the encoder output signal (transmitted or recorded as 11)
It is reproduced and becomes the decoder input.
次に!J5図に示す復号器の動作について説明する。next! The operation of the decoder shown in Fig. J5 will be explained.
符号器から送られてくる符号化器力信号叫は復号器のイ
ンデックスラッチQISにと9込まれる。符号化出力信
号USはインデックス信号αBが第1の出力ベクトルコ
ードテーブルメモ1月91又は第2の出力ベクトルコー
ドテーブルメモリOIのアドレス信号となり、コードテ
ーブル切換信号aηがどの出力ベクトルコードテーブル
メモリを参照するかの選択情報となる。上記アドレス選
択され読み出される出力ベクトルIliは出力ベクトル
レジスタUυにラッチされ復号化出力として出力ベクト
ル■がえられる。The encoder power signal sent from the encoder is input to the index latch QIS of the decoder. For the encoded output signal US, the index signal αB becomes the address signal of the first output vector code table memory OI or the second output vector code table memory OI, and the code table switching signal aη refers to which output vector code table memory. This is selection information on whether to do so or not. The output vector Ili selected and read out from the address is latched in the output vector register Uυ, and the output vector Ili is obtained as a decoded output.
以上の如く、この□発明による平均値分割ベクトル量子
化器はブロックの平均値によって信号空間をあらかじめ
分割して出力ベクトルコードテーブルを参照するので、
出力ベクトルが2倍となっても参照時間は増加しない。As described above, the average value dividing vector quantizer according to the present invention divides the signal space in advance according to the average value of the block and refers to the output vector code table.
Even if the output vector doubles, the reference time does not increase.
符号化効率ηは、ブロック内のサンプル数に9片方の出
力ベクトルコードテーブル内の出力ベクトルの数N=2
’、出力ベクトルコードテーブルの数(前記平均値スレ
ッショルドレベル数に対応)T=2とすると。Coding efficiency η is calculated by multiplying the number of samples in the block by 9. The number of output vectors in one output vector code table N = 2
', the number of output vector code tables (corresponding to the number of average threshold levels) is assumed to be T=2.
s+t 7= □ ビット/サンプ〃 に である。s+t 7= □ Bit/Samp〃 to It is.
なお2以上は出力ベクトルのコードテーブルをブロック
の平均値に基づいて切換えたが平均値のかわりにミデア
ム(中央値)を用いてもよい。更に、入出力ベクトル間
の歪計算にミニマックス近似を用いたが、ユークリッド
ノルム(二乗誤差)や絶対値ノルムを用いてもよいこと
は勿論である。Note that in cases of 2 or more, the code table of the output vector is switched based on the average value of the block, but a medium value may be used instead of the average value. Furthermore, although minimax approximation is used to calculate distortion between input and output vectors, it is of course possible to use Euclidean norm (squared error) or absolute value norm.
更に本発明ではベクトル演算の並列処理により高速化を
計っているが、入力信号のデータレートが遅い場合は、
マイクロプロセッサ等でシーケンシャル処理してもよい
ことは勿論である。Furthermore, although the present invention aims to increase speed by parallel processing of vector operations, if the data rate of the input signal is slow,
Of course, sequential processing may be performed using a microprocessor or the like.
また本発明では2つの出力コードテーブルを切換えたが
更に多数に分割してもよい。Further, in the present invention, two output code tables are switched, but the output code table may be divided into a larger number of tables.
以上のように9本発明に係る平均値分割ベクトル量子化
器では、あらかじめブロック内平均値で信号空間を分割
しておき、これをベクトル量子化することによシ高速で
高能鹿な符号化を実現できる効果がある。As described above, in the average value dividing vector quantizer according to the present invention, the signal space is divided in advance based on the average value within a block, and by vector quantizing the signal space, high-speed and high-performance encoding can be achieved. There are effects that can be achieved.
第1図は従来のスカラー量子化器の説明図、第2図は従
来のスカラー量子化の量子化特性の説明図、第3図はこ
の発明に係る平均値分割ベクトル量子化器の2次元信号
空間における出力ベクトルの配列を示す説明図、第4図
はこの発明に係る平均値分割ベクトル量子化器の符号化
器の一実施例を示す構成図、第5図はこの発明に係る平
均値分割ベクトル量子化器の復号器の一実施例を示す説
明図である。
図中、(1)は入力信号系列、(21はスカラー量子化
器、(3Iは出力信号系列、(4Iは入力ベクトル、+
5)は入力ベクトルレジスタ、L6)は平均値演算器、
L7)はコードテーブル切換器、(8)はコードテーブ
ルアドレスカウンタ、L9)は第1の出力ベクトルコー
ドテ−プルメモリ、 +IIは第2の出力ベクトルコー
ドテーブルメモリ、 tlBは出力ベクトルレジスタ、
agは並列減算器、 (13は並列絶対値演算器、0
4は最大要素歪検出器、叩は最小歪出力ベクトル検出器
、 aeはインデックス信号、 (171はコー・トチ
−プル切換信号、OlOはインデックスラッチ、口9は
符号化器出力信号、■は出力ベクトルである。なお2図
中、同一あるいは相当部分には同一符号を付して示しで
ある。
代理人 葛 野 信 −
!11曹
第1図
第3図
χ2゛Fig. 1 is an explanatory diagram of a conventional scalar quantizer, Fig. 2 is an explanatory diagram of quantization characteristics of conventional scalar quantization, and Fig. 3 is a two-dimensional signal of the mean value division vector quantizer according to the present invention. An explanatory diagram showing the arrangement of output vectors in space, FIG. 4 is a block diagram showing an embodiment of the encoder of the mean value division vector quantizer according to the present invention, and FIG. 5 shows the mean value division according to the present invention. FIG. 2 is an explanatory diagram showing an example of a decoder of a vector quantizer. In the figure, (1) is the input signal sequence, (21 is the scalar quantizer, (3I is the output signal sequence, (4I is the input vector, +
5) is an input vector register, L6) is an average value calculator,
L7) is a code table switch, (8) is a code table address counter, L9) is the first output vector code table memory, +II is the second output vector code table memory, tlB is the output vector register,
ag is a parallel subtractor, (13 is a parallel absolute value calculator, 0
4 is the maximum element distortion detector, tap is the minimum distortion output vector detector, ae is the index signal, (171 is the code-to-chip switching signal, OlO is the index latch, 9 is the encoder output signal, ■ is the output It is a vector.In addition, the same or corresponding parts in the two figures are indicated with the same reference numerals.Agent Shin Kuzuno - !11th officer Figure 1 Figure 3 χ2゛
Claims (1)
プルをブロック化した入力ベクトルのに次元信号空間を
ブロックの平均値で複数個にスカラー分割した後1.入
力ベクトルの分布に基づき最小歪となる出力ベクトルの
複数個のセットを求めこれを記憶した複数個の出力ベク
トルコードテーブルメモリと、入力信号のブロックの平
均値を算出する平均値演算器と、前記ブロックの平均値
に基づき前記複数個の出力ベクトルコードメモリの一つ
を選択する出力ベクトルコードテーブルメモリ切換器と
、前記選択された出力ベクトルコードテーブルメモリか
ら順次出力ベクトルを読み出すコードテーブルアドレス
カウンタと、入力ベクトルと前記順次読み出される出力
ベクトルを比較しミンマックス近似で最小歪となる出力
ベクトルを検出、するミンマックス演算器と、前記最小
歪となる出力ベクトルの出力ベクトルコードテーブルア
ドレスと選択された出力ベクトルコードテーブルメモリ
番号を符号化する符号化器と、前記符号化器出力信号に
基づき複数個の出力ベクトルコードテーブルメモリから
入力ベクトルに対応する出力ベクトルを読み出す復号器
とを備えたことを特徴とする平均値分割ベクトル量子化
器。1. After dividing the input vector into blocks of a predetermined number of samples (K is an integer of 2 or more) of the input signal, the 1-dimensional signal space is scalar-divided into a plurality of samples using the average value of the blocks. a plurality of output vector code table memories that determine and store a plurality of sets of output vectors that produce minimum distortion based on the distribution of input vectors; an average value calculator that calculates the average value of a block of input signals; an output vector code table memory switch that selects one of the plurality of output vector code memories based on the average value of the block; and a code table address counter that sequentially reads output vectors from the selected output vector code table memory; A min-max operator that compares the input vector with the output vector read out sequentially and detects the output vector with the minimum distortion by min-max approximation, and the output vector code table address of the output vector with the minimum distortion and the selected output. The present invention is characterized by comprising an encoder that encodes a vector code table memory number, and a decoder that reads output vectors corresponding to input vectors from a plurality of output vector code table memories based on the encoder output signal. A mean-split vector quantizer.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57100514A JPS58218242A (en) | 1982-06-11 | 1982-06-11 | Mean value split vector quantizer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57100514A JPS58218242A (en) | 1982-06-11 | 1982-06-11 | Mean value split vector quantizer |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58218242A true JPS58218242A (en) | 1983-12-19 |
| JPS6340505B2 JPS6340505B2 (en) | 1988-08-11 |
Family
ID=14276053
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57100514A Granted JPS58218242A (en) | 1982-06-11 | 1982-06-11 | Mean value split vector quantizer |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58218242A (en) |
-
1982
- 1982-06-11 JP JP57100514A patent/JPS58218242A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6340505B2 (en) | 1988-08-11 |
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