JPS635664A - 対称ベクトル量子化器 - 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、入力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ベクトル量子化
器に関するものである。

〔従来の技術〕

第１１図は従来のベクトル量子化器における符号化器の
構成例である。図において、（１）はブロック化された
入力信号系列、（２）は同系列（１）をブロック毎に正
規化する正規化回路、（３）は正規化定数である。また
、（４）は正規化された信号系列（入力ベクトル〕であ
り、（５７）、（５８）、（５９）は各々木探索ベクト
ル量子化器を構成する第１段、第２段、第１段、（６す
、（６す、（８）は段階的に確定されていくベクトル量
子化インデックス、（９）は確定したベクトル量子化イ
ンデックス（８１と正規化定数（３）とを多重化して伝
送路へ送出する多重化符号化部、（１Ｇは符号化器出力
信号である。第１２図は第１１図における木探索ベクト
ル量子化器第２段（５８）の構成例をやや詳細に示した
ものである。図において（６２）は入力ベクトルレジス
タ、　　（６３）は木探索用出力ベクトルのセット（コ
ードプックノヲ出力ベクトルの対に対応する差分ベクト
ルの形で記憶したコードブック、（６りは同フードブッ
ク（６３）から読出された差分出力ベクトル、泗は乗算
器、０ηは同乗算器（４１による乗算結果をベクトル毎
に累算する累算回路、（４４は同累算回路＠ηによる累
算結果の符号（正負〕を判定する回路、（４４は同判定
結果。

（６５）はインデックスレジスメ、（６りは前段の分ま
で確定したインデックス（６０）に前記判定結果Ｉ４４
を付加することによって確定した新たな段階のインデッ
クスである。第１３図は従来のベクトル量子化器におけ
る復号化器の構成例である。図において１図は受信信号
、　（５１Ｊはインデックス七正規化定数を分離する分
離復号化部、（８）はインデックス、（３）は正規化定
数、　（６６）は本状の出力ベクトルの終端節点ｆこ対
応するベクトルだけを記憶したコードテーブルメモリ、
（５りは前記インデックス（８目こ従って読出された出
力ベクトル、　（５５）は正規化復元回路、　（５６）
は再生信号系列である。第１４図は従来のベクトル量子
化器の動作原理を説明するための説明図である。

次に第１１図、第１２図、第１３図、第１４図を用いて
動作について説明する。まず、木探索ベクトル量子化の
概念（こついて説明する。ベクトル量子化では、ディジ
タル化された信号系列をブロック化して、多久元信号空
間におけるベクトルとして扱う。あらかじめ、入力信号
をベクトル化したときの分布密艮に対して最適な分布を
持つ代表点を信号空間内ｆこ設定しておく。これらの代
表点が出力ベクトルであり、出力ベクトルのセットをコ
ードブックき呼ぶ。ベクトル量子化器の符号化器では、
入力ベクトルに対して最も良い近似を与える出力ベクト
ルを探索し、そのインデックスを出力する。復号化器で
はインデックスに対応する出力ベクトルをコードブック
から読出して出力する。上記過程のクリティカル・パス
となるのは最適出力ベクトルの探索である。ベクトル量
子化の効率は、ブロック化の際に統合された信号系列の
個数すなわちベクトルの次元を大きくする程向上する。

しかし、再生品質を保つための出力ベクトル数が非常に
大きなものになり、最適な出力ベクトルを見つけるため
の探索時間も大きくなってしまう。元来、出力ベクトル
は信号空間の分割を与えるものである。各分割の代表点
が出力ベクトルである。信号空間を段階的に分割してゆ
き、最終的に目標とする分割に達するようにして、途中
の段階にも代表点を定義するならば、それらのベクトル
は第１４図に示すように木構造となる。この例では各段
階は２分割を行うことになる。木の頂上（ベクトルｙｏ
は信号空間全体の代表点＝中心〕から各段階毎に対とな
っている出力ベクトルとの比較を行ってより良い近似を
与える代表点の方へと枝をたどれば、ｎ段の木の場合、
（ｎは正の整数）２ｎ個の出力ベクトルとの歪を計算す
ることによってＮ　＝　２ｎ個の代表点の内の１つに行
−き着く。以上が木探索ベクトル量子化の概念である。

次に実際の構成例に沿って説明する。入力される信号系
列（１）はに個毎にブロック化されているものとする。

（ｋは正の整数）すなわち。

ヱ＝ロ日１８２　、・・・、’ｓｋ］ 正規化回路（２）では、以下のベクトル量子化を行う際
にコードブックを汎用的に使うため１こ、ベクトルを正
規化する。正規化は例えば次の様１こ行う。

ｘｊ＝８ｊ／σ（五＝［ｘｌ、Ｘ２．・・・、ｘｋ］〕
正規化された入力ベクトルｘ（４）は、木探索ベクトル
量子化器を構成する第１段（５７）、、第２段（５Ｂ）
　。

・・・、第ｎ段（５９）において段階的に対をなす出力
ベクトル七の比較を行う。その比較結果を０あるいは１
で表わし、第１段からある段の分まで並べてできる２進
数が１次の段で比較すべき出力ベクトルの対を読出すた
めのアドレスになる。（（６す→（６１）→・・・→（
８り従って、最終段まで並べたものがインデックス情報
（８）となる。多重化符号化部（９）は、前記インデッ
クス（８）と前記正規化定数（３）ヲを多重化して伝送
路符号化し、伝送路へ送出αＧする。

各段では入力ベクトルＸと２つの出力ベクトルとの歪を
計算して比較する。２つの出力ベクトルをｙＬ＝ｃ７Ｌ
＋　　、　７Ｌ２　、　＝＊　ｙＬｋ：）　ｒχＨ＝（
７Ｈ＋。

７Ｒ２、−、ｙＲｋ：ｌ、各々のＸに対する歪ａ（Ｘ４
Ｌ）１ｄ（ｘ、ｙＲ）を シ さする。２つの歪の大小は両省の差の正負と同値である
。

ただし＋　ｘ＋　７Ｌ　ｒ　ｙＲとも、前に述べた様に
正規化されているという前提である。このとき歪比較は
、入力ベクトルＸと、対をなす出力ベクトル７Ｌ。

７Ｈの差分ベクトルとの内債を求めてその符号を判定す
ることに帰せられる。従って符号に基づき。

より小さい歪を与える刀の枝を選べばよい。第１２図は
以上の条件の下での木探索ベクトル量子化器第２段の構
成例を示したものである。前段までの比較結果の履歴（
６０）に従って比較すべき出力ベクトルの差分ベクトル
（６りをコードブック（６３）より読出す。同コードブ
ック（６３月こは、対をなす出力ベクトル群がそれらの
差分ベクトルという形で記憶されている。前記差分ベク
トル（６りと前記入力ベクトル（４）との６元を乗算器
（ハ）によって掛は合わせ、累算回路０ηによって足し
あわせ。

定し、インデックスレジスメ（６５）に蓄わえられてい
る前段までの結果（６りに当設の判定結果（ロ）を付加
し１次段へ送出（６１）する。前記入力ベクトル（４１
ハ入’ｊＥベクトルレジスタ（６２）に蓄わえられた後
２次段へ送出される。第１段では前段までの結果がない
こと、最終段では入力ベクトル（４）を次段へ送出する
必要のないこきを除けば、他の段も同じ構成をとる。復
号化器では、受信信号（至）を分離復号化部（５１）に
おいて伝送路復号化し、インデックス（８）と正規化定
数（３１とを出力する。同インデックス（８）に従って
コードブック（６６）より読出した出力ベクトル（５４
）に対し、正規化復元回路（５５）において利得を再生
する。前述の正規化であれば正規化定数と出力ベクトル
の６元との乗算になる。以上の処理によって再生信号系
列（５りが得られる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来のベクトル童子化器は以上の如く構成されているの
で９次に述べるような問題点があった。

すなわち、符号化性能を決定するのがコードブックに記
憶された出力ベクトルであるため、出力ベクトルに高い
効率と汎用性が要求されることである。例えば画像信号
を対象とした場合、統計的性質の大きく違う画像に対応
するには、出力ベクトルの木の段数をふやして出力ベク
トル数をふやすことが必要であるが、木構造をとってい
るために出力ベクトルの増加が直接には符号化復号化さ
れた品質の向上に結びつかず、コードブックの設計は高
度な問題であった。

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、入力信号の性質が大きく変わった際に、新た
な効率の良い多次元信号空間で対称な構造を有する出力
ベクトルの木を高速で生成する手法を与え、同手法を東
男する回路を付加することによって、汎用性のある出力
ベクトルのセットの高速生成、コードブックメモリの容
量削減を実現する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〕

この発明に係るベクトル量子化器は、トレーニング系列
であるベクトルの集合を２分割し、１力の集合をもう１
力の集合の属する部分信号空間の中へ対称に折返した後
にさらに２分割するという操作をくり返すと同時に、く
り返しの各段階において２つに分割されたベクトルの集
合の代表点を算出して、得られた代表点ベクトルの対を
木探索ベクトル量子化用の対称な構造の木となるよう展
開する機能を付加したものである。

〔作用〕

この発明においては、ベクトル量子化すべき信号に適合
した本探索用コードテーブルを得るために、入力ベクト
ルの一部をトレーニング系列きして用い１段階的に信号
空間を２分割しながら２つの部分空間の一力にトレーニ
ング系列を折返すようにして対称な構造を持つ木を生成
し、同手順によって得たコードテーブルを、同コードテ
ーブルを用いて入力ベクトルをベクトル量子化したイン
デックス情報と共に伝送する。

〔発明の突施例〕

以下、この発明を例を挙げて説明する。第１図はこの発
明によるベクトル量子化器における符号化部の構成例で
ある。図１こおいて、（１）はブロック化された入力信
号系列、（２）は同系列（１）をブロック毎に正規化す
る正規化回路、（３）は正規化定数、（４）は正規化さ
れた信号系列（入力ベクトル）、（５１は木探索ベクト
ル量子化器、（６１はコードテーブル更新ｍ、（７１は
同コードテーブル更新部において生成されたコードテー
ブル、、　＋８１はベクトル量子化インデックス、（９
）は前記コードテーブル（７）及び前記正規化定数（３
）及び前記インデックス（８）を多重化して伝送路符号
化する多重化符号化部、α０は符号化器出力信号である
。第２図は第１図におけるコードテーブル更新部（６）
の構成例を示したものである。

図において、（ｌυはトレーニング系列として用いる入
力ベクトルを蓄わえるベクトルメモ！Ｊ、（Ｉ３はトレ
ーニング系列、α３は同トレーニング系列ａ３の属する
部分信号空間を分割するための仮代表点を蓄わえるため
のラッチ、（１４は前記仮の代表点である２つのベクト
ルの差分を求める減算器、α９は同減算器α４にて得ら
れた差分ベクトル、　（Ｉｅは同差分ベクトルα９き前
記トレーニング系列ＣＬ３との６元を掛けあわせる乗算
器、　ａ’ｎは同乗算器（ＩＱによって得られた積をベ
クトル毎に足しあわせる累算回路、αｇは前記差分ベク
トル住９と前記トレーニング系列αりの且元の積和すな
わち内積、α〕は同内積Ｕの正負を判定する符号判定回
路、■は前記トレーニング系列α２を別に与えられたあ
るベクトルについて対称となるベクトルに折返す折返し
回路、Ｃυは同折返し回路■によって折返されたトレー
ニング系列。

（社）は前記トレーニング系列のベクトルｆ１３と同ベ
クトルを折返したベクトル０υとを切わけるスイッチン
グ回路、１２３はトレーニング系列αりを２つに分割し
た内の一方のベクトルと他方のベクトルを２つの部分空
間の対称な位置に折返したベクトルとの和集合、　Ｑ４
は前記ベクトル群曽とは反対側の部分空間にあるベクト
ル群、四はベクトル群＠や＠の代表点を算出する代表点
演算回路、翰は前記ベクトル群（ハ）及び＠から代表点
演算回路（至）によって求めた２つの代表点、＠は同代
表点を蓄わえるラッチ、（７）は同ラッチ（財）に蓄わ
えられた２つの代表点である。

第３図はベクトルを対称に折返すことの説明図。

第４図は折返し回路の構成例である。図１ζおいて弼は
入力となるベクトル、■は対称の中心と考えるベクトル
、（至）は前記ベクトル■をベクトル磯について対称に
折返したベクトル、　Ｃ３１１は前記の折返したいベク
トル弼キ前記の中心となるベクトル（ト）との６元を掛
けあわせる乗算器、（至）は同乗算器ＯＤによって得ら
れた積をベクトル毎に足しあわせる累算回路、０３は同
累算回路国によって得られた内積と前記の中心となるベ
クトル□□□の６元とを掛けあわせる乗算器、Ｃ３４は
減算器である。第５図、第６図は第２図に構成例を示し
たコードテーブル更新部（６）においてコードテーブル
が生成される過程を説明するための説明図、第７図は第
１図における木探索ベクトル量子化器の構成例を示した
ものである。図において１缶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（このメモリに蓄わ
えられる出力ベクトルは第５図に示すような各段がただ
１つの対を持つ木構造をとるつ。

（至）、＠、（至）は各々木探索ベクトル甘子化器を構
成する第１段、第２段、第ｎ段、　（１，（４ｆ）、　
（４１１は木探索の段を下るにつれて適応的に折返され
る入力ベクトル、（４２は該当する段における出力ベク
トル対が木の上でぶらさがっている前段の出力ベクトル
。

（４３は該当する段における出力ベクトル対の差分ベク
トル、（財）は各段における歪比較結果を示す１ビット
信号、ＱＳは同信号（４４）を全段にわたって結合しベ
クトル量子化インデックス（８１ヘマツビングするレジ
スタである。第８図は第７図における木探索ベクトル量
子化器第２段０ηの構成例をやや詳細に示したものであ
る。図において、　Ｇｔｆｉは入力ベクトル四と前記差
分ベクトル（４３の６元を掛けあわせる乗算器、（４つ
は同乗算器Ｉ４ｅで得られた積をベクトル毎に足しあわ
せる累算回路、（ハ）は同累算回路ｔ４７）によって得
られた内積の正負を判定する符号判定回路、Ｃｊは圏符
号判定回路（４印の判定結果（２）に基づいて入力ベク
トルを前段の出力ベクトル（ごついて折返す折返し回路
である。

第１０図はこの発明によるベクトル量子化器における復
号化部の構収例である。図において、■は受信信号、Ｉ
、５１）は前記の新たなコードテーブル（７）、前記イ
ンデックス（８）及び前記正規化定数（３）とを分離し
て伝送路復号化する分離復号化部、　（５２）は内容を
書きかえることのできるコードテーブルメモリ、（５り
は出力ベクトルを折返してコードテーブルを完成させる
ための折返し回路、（５りは前記インデックス（８）に
従って読出された出力ベクトル、（５５）は正規化復元
回路、（５りは再生信号系列である。

次に動作について説明する。基本的には、ａ質の異なる
信号、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、入力ベクトル群をトレーニング系列とし
て汎用的な木探索コードテーブルを生成し、同コードテ
ーブルを用いて入力信号をベクトル量子化し、ベクトル
量子化情報及び更新されたコードテーブルを符号化出力
とすることによって入力信号の大きな変化に対応しよう
とするものである。゛第１図において、入力される信号
系列（１）はに個毎にブロック化されているものきする
。すなわち。

５＝＝（Ｓｌ、９２．　・・・、Ｓｋ〕正規化回路（２
）では、以下のベクトル量子化を行う際にコードブック
を汎用的に使うために、ベクトルを正規化する。正規化
は例えば次の様に行う。

”ｊ　”＝　Ｓｊ／σ（４””Ｃ”　ｌ　＋”２　、＋
−，、：ｃｋ）　）正規化された入力ベクトル五（４）
の集合を用いてコードテーブル更新部（６）において木
探索コードテーブル（７）を生成する。同コードテーブ
ル（７）を用いて入力ベクトル（４）を木探索ベクトル
量子化器＋５１にてベクトル量子化する。同量子化によ
って得られたベクトル量子化インデックス（８）とコー
ドテーブル（７）及び前記正規化定数（３１を多重化符
号化部（９）において多重化して伝送路符号化し、伝送
路へ送出ｑ１する。コードテーブル更新部（６）では、
ｔｒたなコードテーブルを生成するためのトレーニング
系列として用いるために、正規化された入力ベクトル（
４）をベクトルメモリ＋１１）に蓄わえる。同メモリ（
１１）から読出したトレーニング系列のベクトルＱ３を
２個。

ラッチαｊに取りこむ。このベクトル対が信号空間を２
分割するための初期代表点となる。初期状態ではメモリ
ａｆＪから読出されるベクトル群α２は信号空間の全体
にわたって分布している。先ず、同ベクトル群α２を初
期代表点に従って２分割するために、ベクトル（１３と
２つの代表点との歪を計算して比較する。２つの代表点
ベクトルを７Ｌ＝Ｃ７Ｌ１゜７Ｌ２．””、　ＹＬｋ〕
、　７Ｒ＝　（ＶＲ＋　、７Ｒ２、Ｈ−°、　７Ｒｋ］
　。

トレーニング系列のベクトル玉に対する歪ｄ（ｘ。

７Ｌ、１．Ｊ！、７Ｒ，ｌを とする。２つの歪の大小は両者の差の正負き同値である
。正規化の前提から ６　（ｘ　、　ｙｘ、　）　−ｄ（Ｘ　、７Ｒ）　＝　
−２ＥＣ”ｊ　（７Ｌｊ　−７Ｒｊ　）　）ｊ＝１ が導かれ、歪比較は２つの代表点ベクトルの差分ベクト
ルとトレーニング系列のベクトルとの内積を求めてその
符号を判定することに帰せられる。

そこで減算器Ｉによって代表点ベクトルの差分ベクトル
（Ｌｊを求め２乗算器αｅと累算回路αηによって内積
αＩを計算する。さらに符号判定回路α９において前記
内積（ＩｌＩの正負を判定する。その間にトレーニング
系列のベクトルｘ０を折返し回路■において中心となる
ベクトルについて対称に折返シタベクトル五Ｂ＝（”１
１”２）・・・、Ｘｋ）シＶを得ておく。中心となるベ
クトルは初期的には信号空間全体の中心となるベクトル
である。対称に折返すという操作は、中心となるベクト
ルをＣｊ　＝　［０１１０２，・・・。

ＣＦ３としたときに。

五ｓ　＝　（旦−Ｘ）＋９ ２０−ｘ キ表わすことができる。ただし上記のようにして求めら
れたベクトルＸＥＩはベクトル１０の正規化されている
という性質を保存しない。そこでベクトルＸ　、　Ｃ，
ＸＳが何れも正規化された状態であるよう１こ２言いか
えれば同じ信号空間内ｆこ在るように折返すには、第３
図に示すよう１こすればよい。

ここでＸは折返されるべきベクトル（至）２旦は中心の
ベクトル■、ｒは折返したベクトル（７）き考えられる
。前に述べた正規化条件より。

でなければならないから、３つのベクトルは何れも同一
の超円周上にある。従って王Ｓは。

五〇＝〔（且、Ｘ）旦−王〕＋（旦ｄり旦＝２（Ｃ，、
Ｘ）計１ で得られる。ただしく、Ｃ，”）はベクトル９とｌの内
債である。第４図は折返し回路の構成例である。折返す
べきベクトル弼と中心のベクトルのとについて乗算器（
３１１と累算回路０２とを用いて内積を計算２乗算器（
至）によって同内積を２倍して中心のベクトル四と掛け
あわせ、減算器（ロ）によって折返すべきベクトル（至
）の元を減じ、対称なベクトルメモリる。第２図、スイ
ッチング回路（ハ）はトレーニング系列のベクトルα３
と同折返しＣＤを入力し、前記符号判定回路σ】の判定
結果に従って２系統の出力のと（２）に切わける。例え
ばベクトル群のは（ＸＩ符号判定結果が正）υ（ＸＳＩ
符号判定結果が負） これに対してベクトル群Ｃ１４１は （ＸＩ符号判定結果が負）Ｕ（ＸＳ＋符号判定結果が正
）というようにわける。各々のベクトル群から代表点演
算回路（ハ）によって２つの新しい代表点（至）を求め
る。代表点はベクトル群の相加平均で求めればよいが、
相加平均も正規化条件を保存しないため平均を求めた後
に再正規化する必要がある。新しい代表点−をランチ（
１３に取り込む。以上でコードテーブル生成のためのク
ラスリングが１ループ終了したことｊこなる。同ル・−
１をくり返すこさによって２つの代表点（至）は信号空
間の最適は２分割を与えるようになる。ループの回数は
予め決めておけばよい。最後のループの際、ベクトル群
■をベクトルメモリαυに書込む。同操作は２．トレー
ニング系列全体を２分割してその一方に折返してしまう
ことに相当し、信号空間が半分になるこ七である。

これを木状の段階的分割の１段階とする。このときの代
表点（１）をラッチ＠ｆこ取り込み、これを出力ベクト
ルの対（７）として出力する。同時に、ベクトルメモリ
αυを置きかえた側のベクトル群＠の代表点を折返し回
路■の中心となるベクトルとして与える、前記ベクトル
群θが次の段階の信号空間を規定するからである。ここ
までの操作で１つの出力ベクトル対が得られた。この操
、作を１０、回行うことによってｎ段の出力ベクトル対
が得られる。

これらの対には第５図ｔこ示すような開先がある。

第５図の木における各節点が信号空間内部の代表点であ
る。各々の対は同封がぶらさがっている代表点（ベクト
ル月こ対して対称である。なおかつ各代表点で規定され
る部分信号空間は第５図１こ示す木の上下で完全な包含
関係を持つ。すなわち。

ｙｂ　（ｂは２進数〕を中心さする部分信号空間をＲｂ
　　とすると。

Ｒｂ　＝　ＲｂｏＵ　Ｒｂ＋ 第５図に示す本状の出力ベクトルから、第１４図に示さ
れるような完全２進木状の出力ベクトルを展開すること
ができる。第６図を用いて説明する。

第６図（ａ）に示す方形が信号空間全体であるとする。

代表点は７ｏ　である。先ず、第１段階の２分割を行な
ったのが第６図（ｂ）である。２つの代表点３’ＯＯと
７０１は前段の代表点ｙｏについて対称である。

分割の完了と共にトレーニング系列を一方の代表点で規
定される部分信号空間に対称に折返してしまう。すなわ
ち、太線で囲まれた部分信号空間を新たなイぎ号空間と
して次段の分割を行なう。第６図（Ｃ）では新たな出力
ベクトルの対７ｏｏｏ　（！：　７ｏｏ＋が得られ、信
号空間はさらに半分になる。図に示すように、既に確定
したｙｏ、ｙｏ＋等を中心とした対称な折返しによって
３’０１０　、　ｙｏ＋＋が得られる。さらに段階の進
んだ第６図（（１）でも状況は同じである。

折返しによって次段の出力ベクトルが生成できる。

同様にくり返していって完全２進木状の出力ベクトルを
得ることができるのは明らかである。以上の手法を用い
れば、木の僅かな部分を生成するだけで対称は折返しに
より完全２進木へ展開することができる。得られた木は
完全に対称であり、トレーニング系列の偏よりに影響さ
れない汎用的な木探索コードテーブルができる。完成し
たコードテーブルを動的に書きかえ可能のコードテーブ
ルメモリに書き込み、従来の木探索ベクトル量子化器の
ように使うことももちろん可能である。本実施例では入
力ベクトルの方を対称に折返すことにより、第５図に示
した出力ベクトル対のみで木探索ベクトル量子化を行う
手法について第９図を用いて説明する。第９図（ａ）に
示す方形を信号空間と仮定する。今、入力ベクトル五を
ベクトル量子化するものとする。第９図（１）ｌにおい
て、第１段の歪比較を行った結果、王がｙｏ＋の方へ量
子化された場合、第１段ではまず“１１を出力する。さ
らに第５図に示すように次段へ分割されていくのは実際
に単備された方向の出力ベクトル７ｏｏの属する部分信
号空間であるため、前段の出力情報＠１”に基づいて五
を７Ｑについて対称に折返し、３１を得る。さらに第９
図（Ｃ）ではｙｏｏｔ　　に量子化されたとする。この
ときｘｌをｙｏｏ　について対称に折返して１２を得る
き同時に１１＃を出力する。第９図（ｄ）において３２
　はｙｏｏｏｏに量子化されているので、１２を折返す
必要はなく、王３＝王２と考えることができ、′″０″
を出力する。以上の操作を続けていく訳であるが、ここ
までの結果をみると。

＠１１０″が出力されている。全てのベクトルについて
ＹＯからスメートすると考えれば０１１０’”である。

実際の３は部分信号空間でいえばｙｏ＋ｏ。

の属する空間にある。ｇ″０１１Ｇ’とｙｏ＋ｏｏのイ
ンデックス“０１ＧＯ−は１対１に対応するが同一では
ない。これは入力ベクトルを１度折返すたびに次段で量
子化される方向が逆になるからである。従って＠０１１
０”から−０１００’への対応は第９図（ｅ）に示すマ
ツピングによって得られる。

このように、入力ベクトルを常に次段の代表点を持つ側
へと折返していっても完全２進木を使った場合と同じ量
子化インデックスを得ることができる。第７図、第８図
の構成例において、コードテーブルメモリ（至）には、
第５図に示す木に対応した出力ベクトルが蓄わえられて
いる。木探索ベクトル量子化器を構成する第１段（至）
、第２段（資）、第ｎＲｍはコードテーブル更新部（６
）における２分割のための歪比較回路に相当するため、
１つ上の段の代表点ベクトル（６）と、当設の代表点の
差分ベクトル（至）を入力とし、各段で適宜折返された
ベクトル（至）、ＣＧ、　（４１１等と前記差分ベクト
ル（４３との内積を乗算器■、累算回路補を使って求め
る。符号判定回路（ハ）によって前記内積の符号を判定
し、同判定結果（財）に従って、入力ベクトル折返し回
路部において入力ベクトルを折返すか否かを制御し、折
返した（あるいは折返していない）入力ベクトルを次段
に送出する。インデックスレジスタ（４５は、全ての段
における前記符号判定結果θ４を統合して。

第９図（θ）に示すマツピングを行い、量子化インデッ
クス（８：を出力する。復号化器では、受信信号ωを分
離復号化部（５１〕において伝送路復号化し。

出力ベクトル対（７）と量子化インデックス（８）及び
正規化定数（３）を出力する。前記ベクトル対（７）か
ら出力ベクトル折返し回路（５３）によって全ての終端
節点に対応する出力ベクトルを求めて出力ベクトルコー
ドテーブルメモリ（５２）に書きこむ。折返し回路（５
３）の構成はやはり第４図に示すようでよい。前記イン
デックス（８１によって前記コードテーブルメモリ（５
２）から読出した出力ベクトル（５す５こ対し、正規化
復元回路（５５）において利得を再生する。前述の正規
化であれば、正規化定数と出力ベクトルの令兄との乗算
になる。以上の処理によって再生信号系列（５６）が得
られる。

コードテーブルの更新は９周期的に行う、マニエアルス
イッチに従って行う静止画を符号化伝送するたび事前に
行う等１種々の制御が可能である。

なお、上記実施例では正規化定数を２乗和の平方根、ベ
クトル間の歪距離を２乗距離と定義した場合について示
したが、他の定義をしてもよい。

ただしその場合、歪比較を出力ベクトルの差分との内積
計算だけですますことはできないので２つの出力ベクト
ルの各々と入力ベクトルとの歪計算を行って歪を比較す
る必要がある。また正規化手法によって、対称な折返し
を行う操作は変化するか、２乗和の平方根で再正規化し
て折返した後に冥際に採用する正規化手法で再正規化す
るとよい。

実際には適当な近似計算が導入されてもよい。上記説明
例では、対称な完全２進木が各段１個の対に縮退されう
ることを示したが、さらに各段について１個の出力ベク
トルまで縮退させることもできる。第５図、第６図から
明らかなように２代表ｍ　　　　　　　　　ｍ＋＋　　
　　　　　　ｍ／−Ａ−Ｓ　　ごｈ　　ｐ− 点であるｙｏ・・・０１はｙｏ・・・Ｑ（７）７０・・
・０に対する折返しくＩｎは整数〕で得られるからであ
る。これを利用して伝送する出力ベクトル数をへらすこ
ともできる。また、入力信号をピックアップしてトレー
ニング系列とするのではなく、数学的乱数モデルを用い
て上記の氷生成を行い、信号％性から完全にフリーなコ
ードテーブルを生成することも有効である。

〔発明の効果〕

以上のようにこの発明によれば、性質が大きく異なる信
号が入力されても短時間で木探索コードテーブルを生成
することができ、なお少つ生成された木は完全に対称で
あり、トレーニング系列の偏よりに影響されない汎用的
なものとなるので。

種々の信号に対して効率のよい木探索ベクトル量子化を
行うことができ、コードテーブルメモリの容量を減らす
こともできる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明によるベクトル量子化器の符号化部の
ｓ底側を示すブロック図、第２図は同符号化部における
コードテーブル更新部の構成例を示すブロック図、第３
図は同コードテーブル更新部における折返し回路の動作
を説明するための説明図、第４図は同折返し回路の構成
例を示すブロック図、第５図は前記コードテーブル更新
部において生成される木について説明するための説明図
。 第６図は前記コードテーブル更新部において木が生成さ
れる過程を説明するための説明図、第７図は前記符号化
部における木探索ベクトル量子化器の構成例を示すブロ
ック図、第８図は同木探索ベクトル量子化器ｆｉ３段階
的構造をとっている内の一段分について構成例を示すブ
ロック図　第９図は前記木探索ベクトル量子化器におい
て、ベクトル量子化が行われる過程を説明するための説
明図。 第１０図はこの発明による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１１図は従来のベクトル
量子化器の符号化部の構成例を示すブロック図、第１２
図は従来のベクトル量子化器の符号化部における木探索
ベクトル量子化器の一段分について構成例を示すブロッ
ク図、第１３図は従来のベクトルを子化器の復号化部の
構成例を示すブロック図、第１４図は従来のベクトル量
子化器における木探索ベクトル量子化について説明する
ための説明図である。 図中、（１）はブロック化された入力信号系列、（２）
は正規化回路、（３）は正規化定数、（４）は正規化さ
れた入力ベクトル、（５１は木探索ベクトル量子化器。 （６）はコードテーブル更新部、（７）は出力ベクトル
のセット、＋８１はベクトル量子化インデックス、（９
）は多重化符号化部、α・は符号化器出力信号、（１υ
はベクトルメモリ、α２はトレーニング系列きしての入
力ベクトル、（Ｉ３は代表点のランチ、　（Ｆ４１は減
算器。 αうは代表点の差分ベクトル、σ０は乗算器、αηは累
算回路、α＆は内積、α９は符号判定回路、翰は折返し
回路、３℃は折返されたトレーニング系列のベクトル、
（至）はスイッチング回路、のは２分割された部分信号
空間の１つに折返されたベクトル、（２）は（ハ）とは
逆の方に折返されたベクトル、ｃ！９は代表点演算回路
、＠は更新された代表点の対、＠は代表点のラッチ、＠
は折返されるべきベクトル、■は対称の中心となるベク
トル、１３１Ｊは折返されたベクトル、　０１＋は乗算
器、（至）は累算回路、（至）は乗算器。 （ロ）は減算器、（至）はコードテーブル、（至）は木
探索ベクトル量子化器第１段、　Ｃ３７）は木探索ベク
トル皺子化器第２段、（至）は木探索ベクトル社子化器
第ｎ段。 （至）は第１段にて折返されたかまたは折返されていな
い入力ベクトル、０ｏは第２段において折返されたかま
たは折返されていない入力ベクトル、（４Ｄはｉ　ｎ−
＋段において折返されたかまたは折返されていない入力
ベクトル、（４つは前段の代表点ベクトル、（４３は当
設の代表点対の差券ベクトル、　＋４４）は各段での歪
比較結果、（４シはインデックスレジスタ。 （ハ）は乗算器、　（４７１は累算回路、（財）は符号
判定回路。 Ｑ値は入力ベクトル折返し回路、　６Ｇは受信信号。 （５りは分離復号化部、　　（５２）は出力ベクトルコ
ードテーブル、　　（５３，１は出力ベクトル折返し回
路。 （５りは出力ベクトル、　　（５５）は正規化復元回路
。 （５りは再生信号系列、　　（５７）は木探索ベクトル
量子化器第１段、　（５８）は木探索ベクトル量子化器
第２段、　　（５９，１は木探索ベクトル量子化器第ｎ
段。 （６りは第１段の歪比較結果、（６りは第２段までの歪
比較結果、　Ｃ，６２）は入力ベクトルレジスタ。 （６３）は差分出力ベクトルコードテーブルメモリ。 （６りは差分出力ベクトル、　　（６５）はインデック
スレジスタ、（６りは出力ベクトルコードテーブルメモ
リである。 なお１図中同一あるいは相当部分には同一符号を附して
示しである。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）ブロック化された入力信号系列に対して振幅成分
   による正規化を行つて入力ベクトルと正規化定数として
   出力する正規化回路と、入力ベクトルをトレーニングベ
   クトルとして一定量蓄わえることのできるベクトルメモ
   リと、前記ベクトルメモリに蓄わえられているトレーニ
   ングベクトル群を２つの初期設定された対称な出力ベク
   トルの内の何れが信号空間内で近距離にあるかという規
   範に従つて２つの集合に分割するベクトル量子化部と、
   上記ベクトル量子化部において分割されたトレーニング
   ベクトルの２つの集合について各々代表点を求めて新た
   な出力ベクトルの対を算出する操作をトレーニングベク
   トルと出力ベクトルとの歪の総和が最小となるまでくり
   返して最適な出力ベクトルの対を得る代表点演算部と、
   前記ベクトル量子化部によつて分割されたトレーニング
   ベクトルの集合の内の一方を分割される前のトレーニン
   グベクトルの集合の代表点を中心に折返した後に反対側
   に分割されたトレーニングベクトルの集合とあわせて前
   記ベクトルメモリに書きこんでトレーニングベクトルの
   内容を更新するトレーニングベクトル折返し部と、前記
   ベクトルメモリ及び前記ベクトル量子化部及び前記代表
   点演算部及び前記トレーニングベクトル折返し部をくり
   返し動作させて得られる２進木に対応した出力ベクトル
   の対の集合から信号空間の階層的分割に対応する完全２
   進木状の出力ベクトルのセットを生成するように対称な
   折返しを行う出力ベクトル折返し部と、前記出力ベクト
   ル折返し部によつて得られた完全２進木状の出力ベクト
   ルのセットを木探索ベクトル量子化用コードテーブルと
   して書きこむことのできる符号化用コードテーブルメモ
   リと、前記入力ベクトルをベクトル量子化するために前
   記符号化用コードテーブルメモリから前記出力ベクトル
   のセットの内の１つの対を読出して前記入力ベクトルと
   の間で何れが信号空間内で近距離にあるかという規範に
   従つて比較を行つた結果から次に読出すべき出力ベクト
   ルの対を決定するという操作を木構造の段階に応じてく
   り返して各段階の比較結果から一意的に１つのベクトル
   量子化インデックスを得る木探索ベクトル量子化部と、
   前記正規化定数及び前記完全２進木の終端節点に対応す
   る出力ベクトルのセット及び前記ベクトル量子化インデ
   ックスを多重化して伝送路符号化する多重化符号化部と
   、前記多重化された信号から前記正規化定数及び前記完
   全２進木状の出力ベクトルのセット及び前記ベクト 距■q化インデックスを分離して伝送路復号化する分離
   復号化部と、前記完全２進木の終端節点に対応する出力
   ベクトルのセットを書きこむことのできる復号化用コー
   ドテーブルメモリと、前記復号化用コードテーブルメモ
   リから前記ベクトル量子化インデックスに従つて読出し
   た出力ベクトルに対して前記正規化定数を用いて振幅を
   復元して再生信号系列を得る正規化復元回路とを備えた
   ことを特徴とするベクトル量子化器。
2. （２）あるトレーニングベクトルの集合を用いて２進木
   状の対称な構造を持つ出力ベクトルのセットを形成する
   操作を予め別系統の計算機等で行い結果として得られた
   対称な完全２進木状のコードテーブルを固定的に記憶し
   たコードテーブルメモリを送信側符号化部に備え、また
   ２進木の終端節点にあたる出力ベクトルのみを固定的に
   記憶したコードテーブルメモリを受信側復号化部に備え
   てベクトル量子化インデックス及び正規化定数のみを伝
   送することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のベ
   クトル量子化器。
3. （３）各段について１つの対称な出力ベクトル対が生成
   された時点で同出力ベクトル対の集合を符号化用コード
   テーブルメモリに書きこみ、木探索ベクトル量子化を行
   う過程で、各段において次段の分割を与える出力ベクト
   ル対が用意されている出力ベクトルの側へ量子化される
   か否かを判定して反対側へ量子化された場合には前段で
   量子化された出力ベクトルを中心として入力ベクトルを
   対称に折返すという操作を木に沿つて行い、全段にわた
   つて折返しが行われたかどうかという情報と何れの出力
   ベクトルに量子化されたかという情報とに基づいて一意
   的に１つのベクトル量子化インデックスを決定する木探
   索ベクトル量子化部を備えて前記出力ベクトル対の集合
   及び前記ベクトル量子化インデックス及び正規化定数を
   伝送し、受信復号化部では前記出力ベクトル対の集合か
   ら終端節点にあたる出力ベクトルを対称な折返しによつ
   て形成した後に復号化用コードテーブルメモリに書き込
   むことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のベクト
   ル量子化器。