JPS592453A - 適応型ベクトル量子化器 - Google Patents

適応型ベクトル量子化器

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JPS592453A
JPS592453A JP57111155A JP11115582A JPS592453A JP S592453 A JPS592453 A JP S592453A JP 57111155 A JP57111155 A JP 57111155A JP 11115582 A JP11115582 A JP 11115582A JP S592453 A JPS592453 A JP S592453A
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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】 この発明は入力信号系列を複数個まとめてブロック化し
、これを量子化するベクトル量子化に関するものである
ベクトル量子化の原理を簡単に説明する。入力信号系列
をに個まとめて入力ベクトル x” (” 1 + ”2 + ”’m ”K )とす
る。このときに次元信号空間Rの所定の分割をR1,R
2,・・・、 RN とし、各分割の代表点(例えば重
心)のセットをY”” (71* 72 e・・・17
N)とする。この代表点y1を分割R1に含まれる入力
ベクトルXに対応する出力ベクトルとするものをベクト
ル量子化という。
ベクトル量子化Qは次式にて定義される。
Q:R−+Y ここで Fti=Q、  (yt)=(XER:q、(
X)=yt )UR4=RK、R1nRj=0  (i
キj)1=1 上記、ベクトル量子化Qは符号化Cと復号化りの縦続接
続として表わされる。符号化OけRKの中の出力ベクト
ルのセットY=(y 1r y2 w・・・eyN)の
インデックスセラ)J=(1,2,・・・、N)へのマ
ツピングであシ、復号化りはJからYへのマツピングで
ある。すなわち C:R−+J D:、T−+Y  Q=D−Cである。
ベクトル量子化に訃いて前記符号化出力Jが伝送あるい
け記録されることになる。
ベクトル量子化は画像あるいは音声信号の如き信号系列
に所定の相関がある場合とか振幅確率密・度に偏りがあ
る場合K特に効率の良い量子化が実現できる。更に、ベ
クトル量子化の出力ベクトルのセットの数を減らすとと
Kよシ、符号化出°力を伝送あるいは記録すればデータ
圧縮が実現できる。
従来のベクトル量子化における入力ベクトルXと出力ベ
クトルのセラ)Yの関係を2次元信号空間R上にて示す
と第1図の如くである。X 1−X2は直流成分を示し
、双互のサンプル間に相関があれば信号はx1ミx2の
周辺に集中して分布する。
この様な所定の入力信号源の振幅分布のモデルに対し、
入力ベクトルと出力ベクトルの歪の総和が最小となる分
割と出力ベクトルのセットYの抽出はクラスタリングア
ルゴリズムを用いて実行される。
しかし、実際の入力信号源として画像信号を考えた場合
、交流信号成分についてはARモデル等の特定のモチル
フィンティングが可能であるが直流分に対してはモチル
フィンティングが困難である。更に、交流会に対しても
撮幅値が画面によって大きく異なυ、これらのモデル化
はむずかしい。
すなわち画像信号においては画面の輝度とコントラスト
についてはモデル化が困難で固定のベクトル量子化器で
は効率が劣化する。
この発明は、これらの欠点を除去するためになされたも
ので、入力信号系列のうちからブロックの平均値を引い
た交流信号成分のみを正規化してベクトル量子化し、ブ
ロック内分散によって適応的に出力ベクトルの振幅を制
御することによって全ての入力信号系列を最適にベクト
ル量子化する適応型ベクトル量子化器を提供することを
目的としている。
今、入力ベクトルXに対応する出力ベクトルy1からブ
ロック内平均値mA= HA (xl) (Aはブロッ
ク内演算を表わす)を除去し、標準偏差σA=〔EA(
(xl−mA)2)〕1/2  にて正規化された正規
化出力ベクトルy1  のセット” = (7’1 e
yN、・・・、y4)  とする。このとき、入力ベク
トル又とその標準偏差によって適応的に制御される出力
ベクトルy□ の関係を第2図に示す。
次に、第3図および第4図に本発明1(よるベクトル量
子化器の一実施例による構成図を示す。ここで、第3図
は符号化器9第4図は復号化器である。
図中、0)は入力ベクトル、(2)は入力ベクトルレジ
スタ、(3)は、平均値演算器、(4)は標準偏差演算
器#(5)およびαQは並列減算器、(6)はコードテ
ーブルアドレスカウンタ、(7)は正規化出力ベクトル
ブードテーブルメモリ、(8)は正規化出力ベクトルレ
ジスタ、(9)は並列乗算器、αBは並列絶対値演算器
C2は最大要素歪検出器、 amは最小歪正規化出力ベ
クトル検出器、αりは出力ベクトルインデックス。
09はブロック平均値、Oeはブロック標準偏差、Cl
71はインデックスラッチ、α腸は符号化出力回路、側
は符号化出力信号、(イ)は復号化入力回路、 C1l
+は並列加算器、I22は復号化出力回路、いは出力ベ
クトルである。
次に動作について説明する。
先づ、第3図に示す符号化器において、入力信号系列は
@截個まとめてブロック化し入力ベクトルX =(x 
、 、 X2 +・・・IxKl  として入力ベクト
ルレジスタ(2)にう′ツチされる。この時点において
同時に平均値演算器(3)と標準偏差演算器(4)によ
って入力ベクトルXの1ブロツクのスカラー平均値mA
 と標準偏差σえが算出される。ここでである。
次に、入力ベクトルXは、並列減算器(5)で各元毎に
ブロック平均値mAを減ぜられ直流分離人力ペクト/l
/X’= (x、−mA、x2−mA、−・・、xx−
mA)に変換される。この直流分離入力ベクトルX′ 
に対し適合する正規化出力ベクトルy11を探す手続き
を実行する。このため、コードテーブルアドレスカウン
タ(6)は1=1〜Nまで11次カウントアツプして正
規化出力ベクトルをy;e 7’2 +・・・+ y’
N1で正規化出力ベクトルコードデープル(7)から読
み出す。この正規化出力ベクトルy′i のセットY′
は所定の振幅確率密度を有する入力ベクトルXのセット
をモデルとして、直流分離入力ベクトルX′とし、更に
、ブロック内の標準偏差によって正規化した正規化入力
ベクトルX”=((X、−mA) /’σ、。
(X2−mA)/σ、、・・・、(xK−mA)/σえ
)のセットが形成するに次元信号空間の分割と代表点(
正規化出力ペクトル)の選出といったクラタリングによ
って、あらかじめ決定しておく。この場合。
最小歪となる信号空間の分割と代表点(例えは重心)の
選出をクラスタ′リングのくシ返しによって収束させる
だめの歪の定義としてユークリッドノルムあるいけミニ
マックス近似を用いるとよい、。
前記正規化出力ベクトルコードテーブルメモリ(7)か
ら順次読み出される正規化出力ベクトルy11=(y□
1s7□2.・・・、 ylえ)は正規化出力ベクトル
レジスタ(8)に一旦ラッチされた後、並列乗算器(9
)によって各元毎にブロックの標準偏差09倍される。
前記並列乗算器(9)と並列減算器(51の出力は並列
減算器α1と並列絶対値演算器[+11を通してに次元
ベクトルの各元毎に以下の演算を実行して要素型りよ(
1=1.2.・・・、K)を求める。
Dil=l’*”7’il  (XI−mA)1ここで
 y1□=σえ・y’11+mAはX工に対応する出力
ベクトルの元である。最大要素歪検出器O2では1=1
.2.・・・、Kにおける最大要素型D1を検出し最小
歪正規化出力ベクトル検出器u3に送出する。
最小歪正規化出力ベクトル検出器Q3はi=1.2゜・
・・、Nの中で最小歪となるDlを検出して、その時の
インデックス1とブロック平均値mAsブロック標準偏
差σえをインデックスラッチ+171にとシ込込む。こ
こで最小歪りは の演算によって算出される。
前記最小歪となる正規化出力ベクトルのインデックスI
とブロック平均値α9とブロック標準偏差αeは符号化
出力信号鱈にてまとめて符号化され符号化出力信号a9
として出力される。
第4図に示す復号化器では、符号化出力信号a9を復号
化入力回路■を通して復号した後、インデックスラッチ
a’nlに出力ベクトルインデックスQ41゜ブロック
平均値αり、およびブロック標準偏差αeがとシ込まれ
る。前記復号された出力ベクトルインテックスαaは正
規化出力ベクトルコードテーブルメモリ(7)のアドレ
ス信号として与えられ対応する正規化出力ベクトルy1
1 を読み出す。前記正規化出力ベクトルy′1は正規
化出力ベクトルレジスタ(8)にラッチされた後、並列
乗算器(9)にて各元毎にブロック標準偏差αeを乗算
され、更に並列加算器c111にて各元毎にブロック平
均値α9を加算される。
この並列加算器Q11の出力信号は復号化出力回路(社
)にて各元毎にリミッタにてオーバーフローおよびアン
ダーフローを整形され入力ベクトル(1)と最小歪とな
る出力ベクトル(ハ)となる。
すなわち前記最小歪出力ベクトルy1は71=σ9・y
′1+ mA の演算にて再生される。
以上の如く本発明による適応型ベクトル量子化器では入
力信号の直流分および交流分の振幅に相当するモデル化
し忙〈い成分を分離して正規化した基本構造ベクトルを
用いて入力信号系列をベクトル量子化しているので効率
のよい全ての信号に整合するベクトル量子化が実現でき
る。
本発明による適応型ベクトル量子化処理はマイクロプロ
セッサ等を用いて逐次処理することも可能である。
なお1以上は入力信号系列から分離する直流成分として
ブロック平均値およびブロック標準偏差を用いたがそれ
ぞれブロック内ミディアム(中央値)およびブロック内
偏差ミディアムによって回路を高速化してもよい。更に
ブロック内平均値の代シに数ブロックにまたがる平均値
を直流成分として分離してもよいことは勿論である。
また9以上の数値演算において全て同一の有効桁数を必
要としないで直流分をMSBのみ分離して残りの成分を
ベクトル量子化することも可能である。
以上の如く1本発明による適応型ベクトル量子化器では
、入力信号の基本構造に相当する成分のみベクトル量子
化し、他の成分はAdaptivθに追従する様にした
ので全ての入力信号に適合する効率の良いベクトル量子
化が実現できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来のベクトル量子化における入出力ベクトル
の関係の説明図、第2図は本発明における適応型ベクト
ル量子化器の入出力ベクトルの適応制御される関係の説
明図、第3図は本発明における適応型ベクトル量子化器
の符号化器の一実施例を示す構成図、第4図は本発明に
おける適応型ベクトル量子化器の復号化器の一実施例を
示・す構成図である。 図中、(1)は入力ベクトル、(2]は入力ベクトルレ
ジスタ、(3)は平均値演算器、(4)は標準偏差演算
器。 (5)および01は並列減算器、(6)はコードテーブ
ルアドレスカウンタ、(7)は正規化出力ベクトルコー
ドテーブルメモリ、(8)は正規化出力ベクトルレジス
タ、(9)は並列乗算器、al)は並列絶対値演算器、
 02は最大要素歪検出器、 131は最小歪正規化出
力ベクトル検出器、 (141は出力ベクトルインデッ
クス、q9はブロック平均値、Oeはブロック標準偏差
2面はインデックスラッチ、鱈は符号化出力回路、 [
1!Jは符号化出力信号、■は復号化入力回路、Ql)
は並列加算器、器は復号化出力回路、のけ出力ベクトル
である。 なお9図中、同一符号は同−又は、相当部分を示す。 代理人 葛 野 信 − 第1図 γフ 手 続 補 正 書〔自発〕 特許庁長官殿 昭和5T年6月28日提出の特許願1 2、発明の名称 適応型ベクトル量子化器 3、補正をする者 代表者片山仁へ部 4、代理人 明細書をつぎのとおり訂正する。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 入力信号系列なK(Kは複数)個のサンプル毎にブロッ
    ク化した入力ベクトルから直流成分を分離し振幅を正規
    化した正規住人カベク゛トルについて、正規化入力ベク
    トルのに次元信号空間における確率密度分布に基づき最
    小歪となる様に求められた正規化出力ベクトルの複数個
    のセットを記憶した正規化出力ベクトルコードテーブル
    メモリと。 前記入力ベクトルを正規化して前記正規化出力ベクトル
    コードテーブルメモリから順次読み出される正規化出力
    ベクトルと比較して各元間の歪の最大値が最小となる最
    小歪正規化出力ベクトルを検出するミニマックス演算器
    と、前記入力ベクトルの直流成分と正規化定数および最
    小歪正規化出力ベクトルのインデックスを符号化する符
    号化回路と、前記符号化回路出力な復号化して得られる
    直流成分と正規化定数お゛よび最小歪正規化出力ベクト
    ルに基づき前記入力ベクトルに最小歪となる出力ベクト
    ルを再生する復号化器とを備えたことを特徴とする適応
    型ベクトル量子化器。
JP57111155A 1982-06-11 1982-06-28 適応型ベクトル量子化器 Granted JPS592453A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61230586A (ja) * 1985-04-05 1986-10-14 Mitsubishi Electric Corp カラ−画像信号適応ベクトル量子化器
JPS62149283A (ja) * 1985-12-24 1987-07-03 Canon Inc 画像伝送システム

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61230586A (ja) * 1985-04-05 1986-10-14 Mitsubishi Electric Corp カラ−画像信号適応ベクトル量子化器
JPS62149283A (ja) * 1985-12-24 1987-07-03 Canon Inc 画像伝送システム

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