JPS61159868A - 画像信号の変換ベクトル量子化器 - Google Patents

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〕 この発明は、画像信号系列を複数個まとめてブロック化
し、これを多次元信号空間で量子化する画像信号のベク
トル量子化器に関するものである。

〔従来の技術〕

まず、最初にベクトル量子化の原理についてごく簡単に
説明する。今、入力信号系列をに個まとめて入力ベクト
ルＸ　＝ＯＣ１、Ｘ２．・・・ＸＫ）とする。このとき
、Ｋ次元ユークリッド信号空間Ｒｋ（Ｘ６Ｒｋ）のＮ個
の代表点（すなわち出力ベクトル）ｙｉ＝（ｙ１１＊　
ｙ１２＋　”’　＋　ｙｌｋ’のゞ２トを１＝〔ヱ”　
＋　ｙＬ２＋　”’　＋工、〕とする。ベクトル量子化
器は、出力ベクトルのセットから、入力ベクトルに対し
て最短距離にある（最小歪となる）出力ベクトルＸ、を
以下のように定め、これを探索する。

ｉｆ　、　ｄ（Ｘ　　７’　）＜ｄ（Ｘ、ｙｊ）　　　
ｆｏｒ　ａｌｌｊ工″ヱｉ ただし、ｄ　（ＥＥ　、　７１　）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
ベクトルのインデックスｌによって伝送あるいは記録さ
れ、再生時には、出力ベクトル量、のセラ）Ｙは、トレ
ーニングモデルとなる画像信号系列を用いたクラスタリ
ング（代表点の選出と、トレーニングモデルの各代表点
への量子化とを、歪の総和が最小となるまでくシ返す）
によって求めることができる。さらに、ベクトル量子化
の効率と出力ベクトルのセットの汎用性とを高めるため
にベクトルの平均値を分離し、振幅で正規化した状態で
ベクトル量子化することも行なわれる。

以下、従来のベクトル量子化器を具体的な構成例を参照
して以下に説明する。第５図は従来の画像信号のベクト
ル量子化器の符号化部の構成例を示すブロック図である
。この構成例ではｄ（Ｘ、ｙｌ）の定義例として、絶対
値歪を（１）式で示している。

ｄ（ｘ　、　ｙｌ　）　＝　、巳、ｌ　ｘｊ−７１ｊ　
ｌ・・・・・・　（１） すなわち、第５図において、２は入力ベクトル、３０は
平均値分離正規化回路、４は正規化入力ベクトル、３１
は入力ベクトル２の平均値成分及び振幅成分、１２は正
規化入力ベクトルレジスタ、１３はコードテーブルアド
レスカウンタ、３２は正規化出力ベクトルコードテーブ
ルメモリ、１６は正規化出力ベクトルレジスタ、１７社
並列減算器、１８は並列絶対値演算器、１９は絶対値歪
計算回路（アキュムレーター）、２０は最小歪検出回路
、３３はベクトル量子化インデックス、２１はインデッ
クスラッチ、３４はインデックス及び前記平均値成分及
び振幅成分ｔ−まとめて符号化する符号化器、３５は符
号化部出力信号である。また、第６図は従来の画像信号
のベクトル量子化器の復号化部のブロック構成例である
。図中、３６はベクトル量子化インデックス及び平均値
成分及び振幅成分を復号する復号化器、２７はｅｏｌ変
換正規化出力ベクトル、３７は平均値分離正規化復号回
路、３８は出力ベクトルである。

次に第５図及びｊｇ６図の動作について説明する。

先ず、入力信号系列を複数個まとめてブロック化した入
力ペクト”　２　＋　８＝　（８１，Ｓ２．”・、８Ｋ
）　ハ、平均値分離正規化回路３０によって平均値成分
及び振幅成分３１を分離し、正規化入力ベクトル。

Ｘ＝（ｘ□、ｘ２．・・・　ＸＫ　）を形成する。ここ
で平均値成分をｍ１振幅成分をσとすると、例えば（２
）式のような演算が行なわれる。そして、平均値分離正
規化処理によって、入力ベクトル２が信号空間内におけ
る一定の分布に近づくため、ベクトル量子化の効率が高
められる。次に正規化人力ベクトル４は正規化ベクトル
レジスター２にラッチされる。次にコードテーブルアド
レスカウンター３は正規化出力ベクトルコードテーブル
メモリ３２から順次正規化出力ベクトルｙｉを読み出し
、正規化出力ベクトルレジスター６にラッチする。そし
て絶対値歪計算回路１９Ｕ並列減算器１７．並列絶対値
演算器１８から正規化入力ベクトルＸと正規化出力ベク
トルｙ・の歪ｄｉを（３）式によって求める。

ｄ・＝ｄ（Ｘ　　７・）＝Σ１ｘ・−ｙ・・１　　・・
・・・・　（３）１、ｉ、コ１コ コ＝１ 次に、最小歪検出回路２０では、順次読みたされる正規
化出力ベクトルｙ、と正規化入力ベクトル」 Ｘとの歪ｄｉの最小値を検出する。すなわち最小歪は（
４）式で求められる。

ｄ　＝　ｍｉｎ　ｄ−−・・・（４） 、　　　ｌ 最ノ」１歪となる正規化出力ベクトルｙ、ヲ検知すると
ストローブ信号がインデックスラッテ２１に送られ、ベ
クトルのアドレスであるコードテーブルアドレス１４を
取シ込む。符号化器３４は前記最小歪ｄとなる正規化出
力ベクトル７ｉのインデックス、入力ベクトルの平均値
成分及び振幅成分３１をまとめて符号化し、符号化部出
力信号３５として出力する。

次に第６図の復号化部では、復号化器３６が、ベクトル
量子化インデックス３３、平均値成分、及び珈幅成分３
１を復号し、正規化出力ペクトルコードテーブルメモリ
３２から正規化出力ベクトル乙１を読み出して正規化出
力ベクトルレジスタ１６にラッチする。さらに平均値分
離正規化復号回路３７によって、平均値成分、及び振幅
成分３１を用いて出力ベクトル３８．三′＝（Ｓ′１．
Ｓ′！、・・・、Ｓいを復号する。すなわち、 Ｓ′・＝σ・ｙｉｊ＋ｍ　　　　　　叫・・（４）但し くｊ＝１．２．・・・、ｋ） 〔発明が解決しようとする問題点〕 従来の画像信号のベクトル量子化器は以上の如く構成さ
れているので、符号化性能が正規化出力ベクトルコード
テーブルメモリに記憶された正規化出力ベクトルの如何
によるため、出力ベクトルに高い効率と汎用性が要求さ
れる。よって、文書、図表を中心とした画像や微妙な階
調表現を必要とする画像、あるいは異なるセンサー系を
用いた画像等、統計的性質の大きく違う画像に対応でき
る万能の出力ベクトルのセラトラ得ることは困難であシ
、正規化出力ベクトルコードテーブルメモリの内容が大
きくなるという問題点があった。

この発明は、このような問題点を解消するためになされ
たもので、入力画像の性質が大きく変わた際に、新たな
出力ベクトルのセットを効率良く、高速で生成するため
に出力ベクトルをｃｏｓ変換して扱うことによって、出
力ベクトルのセット生成、汎用性等に最適な画像信号の
変換ベクトル量子化器を得ることを目的とするものであ
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の変換ベクトル量子化器は、内
容を動的に書きかえることのできるコードテーブルメモ
リと、入力ベクトルをｃｏｓ変換した後正規化処理を行
なうｃｏｓ変換正規化部と、前記コードテーブルメモリ
を含み、前記ｃｏｓ変換正規化された入力ベクトルのベ
クトル量子化を行なうベクトル量子化器と、前記ベクト
ル量子化器において同一インデックスに量子化されたｅ
ｏ１ｍ変換正規化入力ベクトル群を加算平均して新しい
ｅＯ８変換正規化出力ベクトルのセットとして前記コー
ドテーブルメモリに書きこむコードテーブル更新部と、
前記ｃｏｗ変換正規化部の逆処理を行なう正規化復元逆
ｅｏＩｌ変換部とを設けたものである。

〔作用〕

この発明においては、入力ベクトルを量子化すべき画像
に適合した出力ベクトルとしてセットする手段を高速か
つ効率良く行うために、入力ベクトルをｃｏｓ変換した
後に正規化し、ｃｏｌ！変換正規化された状態でクラス
タリングによって出力ベクトルのセットを生成し、当該
セットを用いてａＯａ変換正規化入力ベクトルをベクト
ル量子化した情報と共にまとめて符号化出力とする。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を図について説明する。図中
第５図及び第６図と同一の部分は同一の符号をもって図
示した第１図ないし第４図において第１図はこの発明に
よる画像信号の変換ベクトル量子化器における符号化部
の構成例である。図において、１は量子化すべき画像が
蓄えられている画像メモリ、３はＣＯｔ変換正規化部、
４はｃｏｓ変換正規化入力ベクトル、５は入力ベクトル
２の直流成分及び振幅成分、６はベクトル量子化器、７
はベクトル量子化インデックス、８はコードテーブル更
新部、９は更新されたｃｏｓ変換正規化出力ベクトルの
セット、１０は符号化器、１１は符号化部出力信号であ
る。また、第２図は前記ベクトル量子化器６の詳細構成
例で、図中、１２は正規化入力ベクトルレジスタ、１３
はコードテーブルアドレスカウンタ、１４はコードテー
ブルアドレス、１５はダイナミックａＯａ変換正規化出
力ベクトルコードテーブルで第１及び第２のコードテー
ブルメモリから成る。１６は正規化出力ベクトルレジス
タ、１７はｅｏｌＩ変換正規化された入出力ベクトルの
差を計算する並列減算器、１８は前記並列減算器１７で
計算された差の絶対値を出力する並列絶対値演算器、１
９は絶対値歪計算回路（アキュムレーター）、２０は最
小歪検出回路、２１はインデックスラッチである。また
、第３図拡前記コードテーブル更新部８の詳細な構成例
である。図中２２はＣ０ＩＢ変換正規化入力ベクトルを
、写像されたインデックス毎に累加算していくベクトル
アキエムレータ−１２３はｃｏｓ変換正規化入力ベクト
ルが各インデックスに何個写像されたかをカウントする
インデックスカウンタ、２４は前記ベクトルアキュムレ
ーター２２にて計算された和を前記インデックスカウン
タ２３でカウントした個数で除算する除算演算器、２５
は前記除算演算器２４で得られた商を保持するレジスタ
である。

また、第４図はこの発明による画像信号の変換ベクトル
量子化における復号化部の詳細な構成例である。図中、
２６は復号化器、２７はｅｏｆｉ変換正規化出力ベクト
ル、２８は前記ＣＯ８変換正規化部の逆処理を行なう正
規化復元逆ｃｏｔ変換部、２９は出力ベクトルである。

次にこの発明の動作について説明する。基本的には、性
質の異なる画像が入力されて出力ベクトルのセットを更
新する必要が生じた際、入力ベクトル群をモデルとして
クラスタリングを行ない新たな出力ベクトルのセットを
得、このセットを用いて入力画像をベクトル量子化、シ
、ベクトル量子化情報及び更新された出力ベクトルのセ
ットを符号化出力とすることによって入力画像の大きな
変化に対応しようとするものである。その際、ベクトル
はｃｏｓ変換正規化した状態で扱う。このことによって
、クラスタリングは通常大きなモデルを用いて長いルー
プで収束させるものであるが、比較的小さなモデルで高
速に収束させることができる。これは、ｃｏ１１変換さ
れた信号系列は空間軸のベクトルから時間軸のベクトル
に変換されるため、パワーの小さい高域成分に重畳した
雑音成分が速やかに除かれる丸めである。信号系列ｆ（
ｊ）　（ｊ　＝０　。

１、・・・、Ｍ−１）を考えたときｆ（ｊ）の１次元ｅ
ｏｍ変換Ｆ（ロ）は次の（５）式で得られる。

（ｕ＝ｏ、１．・・・、Ｍ−１） また、Ｆ（−の逆ｃｏｔ変換ｆ（ｊ）は次の（６）式で
得られる。

（ｊ＝ｏ、１．・・・、Ｍ−１） （ｃｏｗ変換については例えばＰＲＡＴＴ＠ＤＩＧＩＴ
ＡＬ　ＩＭＡＧＥＰＲＯＣＥＳＳＩＮＧ’　（ＷＩＬＥ
Ｙ　ＩＮＴＥＲ８ＣＩＥＮＣＥ　）等に等しい〕以上の
動作を図について説明する。第１図において、画像メモ
リ１に蓄えられた画像信号をに次元の入力ベクトル２　
、５＝（Ｓ工、Ｓ２．・・・、ＳＫ）の形で読みだす。

ｅｏＩｌ変換正規化部３では、例えば次式のようにして
ｃｏｓ変換正規化入力ベクトル４．Ｘ＝（ｘ１ｘ２　・
・・ＸＫ）　ｌ直流成分−及び振幅成分（σ）５を形成
する。

（ｊ　＝　２．３．・・・、ｋ） ｘ１＝０ すなわち、直流成分ｍはｃｏｓ変換後の第１項として、
これをベクトルよシ分離する。第２項以下は各項の平均
絶対値和（振幅）で正規化され、等測的に（Ｋ−１）次
元のｅｏｆｉ変換正規化入力ベクトル４となる。また直
流成分−及び振幅成分（σ）５は分離される。なお、こ
こでは１次元ＣＯＳ変換や、振幅として平均絶対値和を
用いた例を挙げたが、２次元ｅ０８変換や平均２乗和等
を用いてもよいことはもちろんである。

ｅｏｌＩ変換正規化入力ベクトル４Ｎはベクトル量子化
器６において正規化入力ベクトルレジスタ１２にラッチ
される。コードテーブルアドレスカウンタ１３は頭次コ
ードテーブルアドレス１４によってダイナミックＣＯ８
変換正規化出力ベクトルコードテーブル１５から最新の
Ｃ０１Ｂ変換正規化出力ベクトルｙ・を読みだし正規化
出力ベクトルレジスタ１６にラッチする。絶対値歪演算
回路１９は並タ１１減算器１７．並列絶対値演算器１８
を用いて（８）式によって絶対値歪ｄｉを算出する。

（ｊ＝１の項は本質的には不要である）最小歪検出回路
２０は絶対値歪ｄｉが最小であるときストローブ信号を
発し、コードテーブルアドレス１４をインデックスラッ
チ２１に取シ込む。

コードテーブルアドレスカウンタ１３が１回シした時点
のインデックスラッチ２１．内容がベクトル量子化イン
デックスＴになる。一方、００ｍ変換正規化入力ベクト
ル４はコードテーブル更新部８において量子化されたイ
ンデックス７毎にペクト／１，７−’！−ユムレーター
２２にて累加算さレル。同時にインデックスカウンタ２
３では各インデックスに写像されたベクトルの個数をカ
ウントする。除算演算器２４によってインデックス毎に
写像されたベクトルの相加平均を算出する。この平均ベ
クトルがレジスタ２５に保持され、更新されたｃｏｓ変
換正規化出力ベクトル９ヱ、としてダイナミックＣＯ８
変換正規化出力ベクトルコードテーブル１５に書きこま
れる。前記ダイナミックｃｏｓ変換正規化出力ベクトル
コードテーブル１５の初期内容はＣＯＳ変換正規化入力
ベクトル４五からピックアップする。

ｙ−＝Σ（Ｘｌ／Ｉ＋４１１１ Ｃｙ４）　＝　Ｉ：乙１．考２．・・・、乙、〕　　（
更新されたセット）ただし、（Ｘ）・はインデックスｌ
に量子化された人力ベクトルＸ、ＩＩＸＩＩｉはインデ
ックスｉに量子化された入力ベクトルＸの個数、Ｎは出
力ベクトルの数を表わす。以上の過程がクラスタリング
である。第１図の符号化器１０では、ベクトル量子化イ
ンデックス７、直流成分及び振幅成分５、及びコードテ
ーブルが更新された場合には更新されたｃｏｓ変換正規
化出力ベクトル９のセットもまとめて符号化し、符号化
部出力信号１１として出力する。

復号化部では、第４図に図示の如く先ず、復号化器２６
においてベクトル量子化インデックスＴ１直流成分及び
振幅成分５、さらにコードテーブルの更新があった場合
は更新されたｃｏｓ変換正規化出力ベクトル９のセット
を復号する。前記更新されたＣＯ８変換正規化出力ベク
トル９はダイナミックｃｏｓ変換正規化出力ベクトルコ
ードテーブル１５に書きこまれる。ベクトル量子化イン
デックス７に従って最小歪を与えるｃｏｓ変換正規化出
力ベクトル２ｙｙｉが正規化出力ベクトルレジスタ１６
にラッチされる。正規化復元逆ｃｏｔ変換回路２８では
（９）式のように、直流成分−１振幅成分（σ）を用い
て出力ベクトル２９　、　Ｓ’＝（Ｓ′ｌ、Ｓ′２．・
・・、Ｓ′Ｋ）を再生する。

（ｊ＝１．２．・・・、ｋ） 〔発明の効果〕 以上のようにこの発明によれば、統計的性質の非常に異
なる画像が入力として与えられた際にも、ｅ０８変換正
規化を行なって新たな出力ベクトルのセットをクラスタ
リングで抽出し、符号化部、復号化部のコードテーブル
゛を更新して、ｃｏｓ変換正規化された状態でベクトル
量子化を行なうよう回路構成したので、コードテーブル
の容量を大きくすることもなく、比較的小さなりラスタ
リングモデルを用いた高速のクラスタリングによって雑
音の少ない串カベクトルのセット及びベクトル量子化が
可能になり、様々な画像にも高品質のベクトル量子化を
行なうことができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による画像信号の変換ベクトル量子化
器の符号化部の構成例を示すブロック図、第２図はその
ベクトル量子化器の構成例を示すブロック図、第３図は
そのコードチー、プル更新部の構成例を示すブロック図
、第４図はこの発明による画像信号の変換ベクトル量子
化器の復号化部の構成例を示すブロック図、第５図は従
来の画像信号のベクトル量子化器の符号化部の構成例を
示すブロック図、第６図は従来の画像信号のベクトル量
子化器の復号化部の構成例を示すブロック図である。 図において、１は画像メモリ、２は入力ベクトル、３は
ｅｏｌ変換正規化回路、４はｃｏ３変換正規化入力ベク
トル、５は直流成分及び振幅成分、６ハヘクトル量子化
器、７はベクトル量子化インデックス、８はコードテー
ブル更新部、９は更新されたｃｏｓ変換正規化出力ベク
トル、１０は符号化器、１１は符号化部出力信号、１２
は正規化入力ベクトルレジスタ、１３はコードテーブル
アドレスカウンタ、１４はコードテーフ゛ルアドレス、
１５はダイナミックＣＯＳ変換正規化出力ベクトルコー
ドテーブル（第１．第２のコードテーブルメモリ）、１
６は正規化出力ベクトルレジスタ、１７は並列減算器、
１８は並列絶対値演算器、１９は絶対値歪計算回路、２
０は最小歪検出回路、２１はインデックスラッチ、２２
はベクトルアキュムレーター、２３はインデックスカウ
ンタ、２４は除算演算器、２５はレジスタ、２６は復号
化器、２７はｅｏＩ変換正規化出力ベクトル、２８は正
規化復元逆ｃｏｓ変換回路、２９は出力ベクトル、３０
は平均値分離正規化回路、３１は平均値成分及び振幅成
分、３２は正規化出力ベクトルコードテーブルメモリ、
３３はベクトル量子化インデックス、３４は符号化器、
３５は符号化部出力信号、３６は復号化器、３７は平均
値分離正規化復号回路、３８は出力ベクトルである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 符号化すべき画像信号系列を記憶し、複数個毎にブロッ
   ク化して入力ベクトルとして読みだすことのできる画像
   メモリと、前記入力ベクトルをｃｏｓ変換し、直流成分
   を分離し、かつ交流成分を振幅で正規化してｃｏｓ変換
   正規化入力ベクトルを得るｃｏｓ変換正規化部と、前記
   ｃｏｓ変換正規化入力ベクトルの内容を動的に書きかえ
   ることのできる第１のコードテーブルメモリを含み、該
   第１のコードテーブルメモリに記憶されたｃｏｓ変換正
   規化出力ベクトルのセットの内から前記ｃｏｓ変換正規
   化入力ベクトルに対して最小歪となるｃｏｓ変換正規化
   出力ベクトルを選択し、該ｃｏｓ変換正規化出力ベクト
   ルのベクトル量子化インデックスを出力するベクトル量
   子化部と、前記ベクトル量子化器において同一インデッ
   クスに量子化されたｃｏｓ変換正規化入力ベクトル群を
   ベクトル加算平均し、更新されたｃｏｓ変換正規化出力
   ベクトルのセットとして前記第１のコードテーブルメモ
   リに書き込むコードテーブル更新部と、前記更新された
   ｃｏｓ変換正規化出力ベクトルのセット及び該セットを
   用いて前記ベクトル量子化部において得られたベクトル
   量子化インデックス、及び前記直流成分及び前記振幅と
   を符号化して送出する符号化器と、前記符号化器から送
   出された符号化部出力信号を復号する復号化器と、前記
   更新されたｃｏｓ変換正規化出力ベクトルのセットを書
   きこむことのできる第２のコードテーブルメモリと、前
   記復号化器によつて復号されたベクトル量子化インデッ
   クスに従つて前記第２のコードテーブルメモリから読み
   だされたｃｏｓ変換正規化出力ベクトルに前記復号化器
   によつて復号された振幅成分を乗じ、前記復号された直
   流成分を加えた後、逆ｃｏｓ変換して出力ベクトルを再
   生する正規化復元逆ｃｏｓ変換回路とを備えた画像信号
   の変換ベクトル量子化器。