JP2000201078A - デ―タ圧縮装置および方法、デ―タ伸長装置および方法、デ―タ圧縮伸長システムおよび方法、コ―ドブックの作成方法、記録媒体 - Google Patents

デ―タ圧縮装置および方法、デ―タ伸長装置および方法、デ―タ圧縮伸長システムおよび方法、コ―ドブックの作成方法、記録媒体

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JP2000201078A
JP2000201078A JP6708699A JP6708699A JP2000201078A JP 2000201078 A JP2000201078 A JP 2000201078A JP 6708699 A JP6708699 A JP 6708699A JP 6708699 A JP6708699 A JP 6708699A JP 2000201078 A JP2000201078 A JP 2000201078A
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Tadahiro Omi
忠弘 大見
Koji Kotani
光司 小谷
Akira Nakada
明良 中田
Makoto Imai
誠 今井
Masahiro Yoda
正宏 譽田
Tatsuro Morimoto
達郎 森本
Takemi Yonezawa
岳美 米澤
Toshiyuki Nozawa
俊之 野沢
Takahiro Nakayama
貴裕 中山
Masanori Fujibayashi
正典 藤林
Takehisa Nitta
雄久 新田
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Ultraclean Technology Research Institute KK
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 画像や音声のデータ圧縮を高圧縮率で実現
し、圧縮データをもとに品質の高いデータを再生できる
ようにする。 【解決手段】 相関度演算部３６を、動画の各フレーム
画像に対して空間方向用コードブックを用いて個々にベ
クトル量子化するとともに、得られたコード列を空間方
向コード再配列演算部３９で再配列して複数の新たなベ
クトルとし、それらの新たなベクトルに対して更に時間
軸用コードブックを用いてベクトル量子化するように構
成し、１つのフレーム画像に対して空間方向に対するベ
クトル量子化を行うだけでなく、時間軸に沿った複数の
フレーム間で時間軸方向に対するベクトル量子化も行う
ようにすることにより、各フレーム間に対してもデータ
圧縮を行うことができるようにして、再生画像の品質を
維持したままより高い圧縮率で動画を圧縮することがで
きるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はデータ圧縮装置およ
び方法、データ伸長装置および方法、データ圧縮伸長シ
ステムおよび方法、コードブックの作成方法、更にはこ
れらの処理を実行させるためのプログラムを記憶した記
録媒体に関し、特に、データ圧縮手法の１つとしてベク
トル量子化を用いる装置、システムおよび方法に用いて
好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、データ圧縮の手法が種々提案され
ている。その中で、圧縮データの伸長処理を非常に簡単
に行うことが可能なデータ圧縮アルゴリズムの１つとし
て、「ベクトル量子化」という手法が良く知られてい
る。このアルゴリズムは、古くから信号処理の分野で知
られており、特に、画像信号や音声信号のデータ圧縮、
あるいはパターン認識に応用されてきた。
【０００３】このベクトル量子化では、ある大きさ（例
えば４×４画素のブロック）の画素パターンを幾つか用
意しておき、それぞれにユニークな番号などを与える
（この集合体を「コードブック」という）。そして、例
えば２次元配列の画像データ中から同じ大きさ（例えば
４×４画素）のブロックを順次取り出し、それと最も似
通ったパターンをコードブック中から見つけ出して、そ
のパターンの番号を当該ブロックに当てはめるというデ
ータ圧縮を行う。ベクトル量子化では、１つのブロック
内のデータ列が１つのベクトルに対応する。
【０００４】このようにコード化された圧縮データの受
信側あるいは伸長側では、各ブロック毎に番号に対応す
るパターンをコードブックの中から取り出すだけで、元
の画像を再現することができる。したがって、伸長側で
は、コードブックさえ受け取っているか、あるいはあら
かじめ保持していれば、特に特殊な演算は必要としない
ため、非常に簡単なハードウェアで元の画像を再生する
ことが可能となる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上述のようなベクトル
量子化において、例えば画像や音声信号のデータ圧縮を
行う際に、高い圧縮率を保持したままいかに高品質の再
生画像や再生音声を得るのか、また、ベクトル量子化を
実行する上で必ず必要となるコードブックとしていかに
性能の良いものを作成するかが課題となっている。
【０００６】従来、高い圧縮率を実現するために、例え
ば、画像データから取り出すブロックの大きさを大きく
したり、コードブックを構成するブロックの個数を少な
くするといった努力が成されている。また、コードブッ
クの最適化の手法としては、Kohonen の自己組織化マッ
プの手法などを始めとして幾つかの手法が用いられてい
た。
【０００７】しかしながら、例えばベクトル量子化の手
法を用いて画像をデータ圧縮する際に、高い圧縮率を実
現しようとすると、どうしても再生画像の画質が劣化し
てしまうという問題が生じる。逆に、再生画像の画質を
高めようとすると、ベクトル量子化以外の処理が入るた
め、結果的に圧縮率は高くならないという問題があっ
た。
【０００８】画像データの圧縮に用いられるベクトル量
子化技術は、静止画に対してベクトル量子化を行うよう
に成されている。したがって、動画像を圧縮する場合
は、各々のフレームに対してベクトル量子化を行い、更
にベクトル量子化以外の技術を組み合わせることにより
実現されてきた。よって、特に動画の場合には、圧縮率
が結果的に高くならない割には、再生画像の画質が悪い
という問題があった。
【０００９】また、上記Kohonen の自己組織化マップの
手法などのコードブックの最適化技術は、サンプル画像
などを用いて適当な数式処理を行うことにより、コード
ブックの最適化を図るものである。したがって、得られ
るコードブックは、最適化の際に使用したデータに対し
てのみ有用なコードブックとなってしまうという問題が
あった。
【００１０】すなわち、例えば、ある人の顔の画像デー
タを用いて最適化されたコードブックは、その最適化に
用いた画像に対しては最良のコードブックとなるが、他
の画像に対しては必ずしも最良のコードブックになると
は限らない。したがって、例えば、そのコードブックを
他の人の顔の画像データに対して用いてデータ圧縮を実
施すると、圧縮データから再生した画像の画質は低下す
ることになる。
【００１１】さらに、最適化に用いた画像と同じ人の顔
という分類に含まれる画像に対しては、再生画像として
比較的良好な画質が得られても、風景や文字といった異
なる分類の画像に対しては、画質が劣化してしまうこと
が多い。つまり、コードブックのパターンが画像によっ
て全く異なっているため、汎用性の低いコードブックに
なってしまうという問題があった。
【００１２】また、コードブックを用いたベクトル量子
化の技術では、入力ベクトルと最も似通ったパターンの
コードベクトルをコードブック中から探し出す処理や、
圧縮コードに対応するコードベクトルをコードブック中
から取り出して表示する処理に多くの演算を要し、処理
に時間がかかるという問題もあった。
【００１３】本発明は、このような問題を解決するため
に成されたものであり、例えば画像や音声信号のデータ
圧縮をベクトル量子化によって行う場合に、データ圧縮
を高い圧縮率で実現するとともに、それにより得られた
圧縮データをもとに品質の高いデータを再生できるよう
にすることを目的とする。また、本発明は、高性能で、
種々の画像に対応できる汎用性の高いコードブックを実
現できるようにすることも目的とする。さらに、本発明
は、ベクトル量子化による圧縮時および伸長による画像
再生時の処理速度を向上させることも目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】第１の本発明は、少なく
とも１つ以上のデータを有するデータ列をブロック化し
てベクトルとし、あらかじめ用意されたコードブックの
中から、圧縮対象より抽出されるベクトルに類似したコ
ードベクトルを探し出して、それに対応するコードを出
力するデータ圧縮装置において、上記ベクトルを構成す
るブロックを、データ位置を１次元的に配列したライン
ブロックとすることを特徴とする。
【００１５】第２の発明は、少なくとも１つ以上のデー
タを有するデータ列をブロック化してベクトルとし、あ
らかじめ用意されたコードブックの中から、圧縮対象よ
り抽出されるベクトルに類似したコードベクトルを探し
出して、それに対応するコードを出力するデータ圧縮装
置において、上記圧縮対象のベクトルを構成するブロッ
クを、少なくとも垂直方向に近接するブロック間では空
間的位置を水平方向にずらして圧縮対象より抽出するよ
うにするブロックシフト手段を備えたことを特徴とす
る。
【００１６】第３の発明は、少なくとも１つ以上のデー
タを有するデータ列をベクトルとし、少なくとも１つ以
上のコードベクトルを有するコードブックの中から圧縮
コードに対応するコードベクトルを探し出して、それを
該当するブロック位置に割り当てることによって元デー
タを再現するデータ伸長装置において、上記コードブッ
クの中から探し出したコードベクトルを構成するブロッ
クを、少なくとも垂直方向に近接するブロック間では空
間的位置を水平方向にずらして割り当てるブロックシフ
ト手段を備えたことを特徴とする。
【００１７】第４の発明は、少なくとも１つ以上のデー
タを有するデータ列をブロック化してベクトルとし、あ
らかじめ用意されたコードブックの中から、圧縮対象よ
り抽出されるベクトルに類似したコードベクトルを探し
出して、それに対応するコードを出力するデータ圧縮装
置において、時間軸に沿って変化する圧縮対象の各時刻
におけるデータに対してそれぞれ、当該データ中から複
数のブロックを抽出してそれらのベクトルに類似したコ
ードベクトルを第１のコードブックから夫々探し出し、
それらに対応するコード列を各時刻毎に出力する第１の
ベクトル量子化手段と、上記第１のベクトル量子化手段
により各時刻毎に出力されたコード列を再配列して複数
の新たなベクトルとし、上記複数の新たなベクトルに対
してそれぞれ、それらのベクトルに類似したコードベク
トルを第２のコードブックから夫々探し出し、それらに
対応するコード列を出力する第２のベクトル量子化手段
とを備えたことを特徴とする。
【００１８】第５の発明は、少なくとも１つ以上のデー
タを有するデータ列をブロック化してベクトルとし、あ
らかじめ用意されたコードブックの中から、圧縮対象よ
り抽出されるベクトルに類似したコードベクトルを探し
出して、それに対応するコードを出力するデータ圧縮装
置において、時間軸に沿って変化する圧縮対象の各時刻
におけるデータに対してそれぞれ、当該データ中から複
数のブロックを抽出してそれらのベクトルに類似したコ
ードベクトルを第１のコードブックから夫々探し出し、
それらに対応するコード列を各時刻毎に出力する第１の
ベクトル量子化手段と、上記第１のベクトル量子化手段
により各時刻毎に出力されたコード列のうち、ある時刻
におけるデータのコード列を基準コード列とし、上記基
準コード列と他の時刻におけるデータのコード列との間
において対応するアドレスのコード間で差分をとった結
果を再配列して複数の新たなベクトルとし、上記複数の
新たなベクトルに対してそれぞれ、それらのベクトルに
類似したコードベクトルを第２のコードブックから夫々
探し出し、それらに対応するコード列を出力する第２の
ベクトル量子化手段とを備えたことを特徴とする。
【００１９】第６の発明は、少なくとも１つ以上のデー
タを有するデータ列をブロック化してベクトルとし、あ
らかじめ用意されたコードブックの中から、圧縮対象よ
り抽出されるベクトルに類似したコードベクトルを探し
出して、それに対応するコードを出力するデータ圧縮装
置において、時間軸に沿って変化する圧縮対象の各時刻
におけるデータに対してそれぞれ、当該データ中から複
数のブロックを抽出してそれらのベクトルに類似したコ
ードベクトルを第１のコードブックから夫々探し出し、
それらに対応するコード列を各時刻毎に出力する第１の
ベクトル量子化手段と、上記第１のベクトル量子化手段
により各時刻毎に出力されたコード列のうち、時間軸方
向に隣接するデータの間において対応するアドレスのコ
ード間で差分をとった結果を再配列して複数の新たなベ
クトルとし、上記複数の新たなベクトルに対してそれぞ
れ、それらのベクトルに類似したコードベクトルを第２
のコードブックから夫々探し出し、それらに対応するコ
ード列を出力する第２のベクトル量子化手段とを備えた
ことを特徴とする。
【００２０】第７の発明は、上記複数の新たなベクトル
を生成する際に、上記新たなベクトル内の要素を少なく
とも近接するベクトル間では時間軸方向にずらして配列
するようにする時間軸シフト手段を備えたことを特徴と
する。また、上記第４〜第６の発明であるデータ圧縮装
置とは逆の処理を行う伸長側にて複数の新たなベクトル
を生成する際に、上記新たなベクトル内の少なくとも近
接する要素を時間軸方向にずらして配列するようにする
時間軸シフト手段を備えたことを特徴とする。
【００２１】第８の発明は、少なくとも１つ以上のデー
タを有するデータ列をブロック化してベクトルとし、あ
らかじめ用意されたコードブックの中から、圧縮対象よ
り抽出されるベクトルに類似したコードベクトルを探し
出して、それに対応するコードを出力するデータ圧縮装
置において、上記圧縮対象から少なくとも１つ以上の特
徴量を抽出し、特徴量データと上記圧縮対象から上記特
徴量を除いた基本パターンデータとに分離する分離手段
を備え、上記分離した特徴量データと基本パターンデー
タとに対してそれぞれ独立にベクトル量子化を行うよう
にしたことを特徴とする。
【００２２】第９の発明は、少なくとも１つ以上のデー
タを有するデータ列をブロック化してベクトルとし、あ
らかじめ用意されたコードブックの中から、圧縮対象よ
り抽出されるベクトルに類似したコードベクトルを探し
出して、それに対応するコードを出力するデータ圧縮装
置において、時間軸に沿って変化する圧縮対象の各時刻
におけるデータに対してそれぞれ、当該データ中から複
数のブロックを抽出してそれらのベクトルに類似したコ
ードベクトルをコードブックから夫々探し出し、それら
に対応するコード列を各時刻毎に出力するベクトル量子
化手段と、上記ベクトル量子化手段により各時刻毎に出
力されるコード列について、時間軸方向に隣接するデー
タの対応するアドレスどうしでコード間の相関を夫々と
り、相関が所定値より小さいアドレスについてのみコー
ドを出力する出力制御手段とを備えたことを特徴とす
る。また、第９の発明の他の態様では、上記ベクトル量
子化手段により各時刻毎に探し出されるコードベクトル
の特徴量について、時間軸方向に隣接するデータの対応
するアドレスどうしで上記特徴量の相関を夫々とり、相
関が所定値より小さいアドレスについてのみコードを出
力するようにする出力制御手段とを備えたことを特徴と
する。
【００２３】第１０の発明は、少なくとも１つ以上のデ
ータを有するデータ列をブロック化してベクトルとし、
あらかじめ用意されたコードブックの中から、圧縮対象
のカラー画像より抽出されるベクトルに類似したコード
ベクトルを探し出して、それに対応するコードを出力す
るデータ圧縮装置において、輝度信号用のコードブック
と色信号用のコードブックとを備え、上記色信号用のコ
ードブックよりも上記輝度信号用のコードブックの方に
より多くのコードベクトルを割り当てるようにしたこと
を特徴とする。
【００２４】第１１の発明は、少なくとも１つ以上のデ
ータを有するデータ列であるベクトルの集合から成り、
ベクトル量子化で用いられるコードブックを作成する方
法であって、あるサンプルデータと初期のコードブック
とを用いてベクトル量子化の処理を繰り返し行い、コー
ドブックの仮想的な２次元平面上で指定された範囲の内
容を１回の処理毎に所定の更新係数に従って更新してい
くことによってコードブックを最適化するコードブック
の作成方法において、上記初期のコードブックとして、
とり得る値の最小値から最大値までデータ値が連続的に
変化するパターンのコードブックを用いたことを特徴と
する。また、上記１回の処理で更新する範囲を上記仮想
的な２次元平面上で１次元的に適用し、かつ更新回数の
増加と共に範囲を減少させることを特徴とする。また、
上記更新係数の初期値を０．３〜１の範囲内の何れかの
値とし、かつ更新回数の増加と共に上記更新係数の値を
減少させることを特徴とする。
【００２５】第１２の発明は、少なくとも１つ以上のデ
ータを有するデータ列であるベクトルの集合から成り、
ベクトル量子化で用いられるコードブックを作成する方
法であって、あるサンプルデータと初期のコードブック
とを用いてベクトル量子化の処理を繰り返し行い、コー
ドブックの仮想的な２次元平面上で指定された範囲の内
容を１回の処理毎に所定の更新係数に従って更新してい
くことによってコードブックを最適化するコードブック
の作成方法において、複数のサンプルデータに対して独
立にコードブックを最適化し、得られた複数のコードブ
ックを合成して新たなコードブックを作成するようにし
たことを特徴とする。
【００２６】第１３の発明は、コードブック内の各コー
ドベクトルに関してあらかじめ求められた特徴量を記憶
する特徴量記憶手段と、上記圧縮対象より抽出されるベ
クトルの特徴量を求める特徴量演算手段と、上記特徴量
記憶手段に記憶されている各コードベクトルの特徴量と
上記特徴量演算手段により求められた圧縮対象ベクトル
の特徴量とに基づいて、上記各コードベクトルのそれぞ
れについて上記圧縮対象ベクトルとの類似度を求める演
算を省略するかどうかを決定する演算省略手段とを備え
たことを特徴とする。
【００２７】第１４の発明は、少なくとも１つ以上のコ
ードブックを保持しておくコードブックサーバと、デー
タ圧縮システムと、データ伸長システムとを備えたデー
タ圧縮伸長システムであって、上記コードブックサーバ
は、上記データ圧縮システムおよびデータ伸長システム
からの要求に従って、保持している何れかのコードブッ
クを供給することを特徴とする。
【００２８】第１５の発明は、上記第９の発明におい
て、上記出力制御手段が或る時刻において、上記相関が
所定値より小さいかどうかに関係なく、全アドレスまた
は一部アドレスについて上記ベクトル量子化手段より出
力されたコード列を出力するようにしたことを特徴とす
る。
【００２９】
【発明の実施の形態】（第１の実施形態）第１の実施形
態においては、静止画に対してベクトル量子化を行う際
に、通常は例えば４×４画素のような正方形のブロック
に対してベクトル量子化を行うところを、１６×１画素
のように１ラインで成るブロックに対してベクトル量子
化を行う。さらに、ベクトル量子化時あるいはその圧縮
画像の再生の際に、画像の水平方向にブロックを各ライ
ン毎にずらす処理を行う。
【００３０】図１および図２は、それぞれ第１の実施形
態に係るデータ圧縮装置および伸長装置の構成を示す機
能ブロック図であり、図３および図４は、それぞれ図１
および図２に示したデータ圧縮装置およびデータ伸長装
置の動作を示すフローチャートである。また、図５およ
び図６は、本実施形態による伸長側の動作を説明するた
めの説明図である。
【００３１】まず、図５および図６について説明する。
図５では、ベクトルとして画像上の走査線に沿ったライ
ンブロックをベクトルデータとして用いた場合（本実施
形態のラインブロック方式）について、従来の正方形の
ブロックをベクトルデータとした場合（マクロブロック
方式）と比較して説明している。図５（ａ）は従来のマ
クロブロック方式を示し、図５（ｂ）は本実施形態のラ
インブロック方式を示している。
【００３２】図５（ａ）に示すように、コードブックメ
モリには、例えば４×４画素のマクロブロックを構成す
る１６個のデータ列を１つのコードベクトルとして、こ
のコードベクトルがアドレス順に多数記憶されている。
このコードベクトルを利用して再生画像を生成し、それ
をディスプレイ等に表示する際には、１６個のデータ列
が４×４の正しい画素位置に表示されるように、ディス
プレイメモリ上でアドレス変換を行う必要があった。
【００３３】これに対して、図５（ｂ）に示す本実施形
態のラインブロック方式では、１６×１画素の１つのラ
イン上でブロックを抽出してベクトル量子化を行ってい
る。このラインブロック内のデータ配列は、ディスプレ
イのスキャン方向と合致しているので、正方形のマクロ
ブロックの場合に必要だったアドレス変換操作は回避す
ることができる。また、この場合のコードブックも、Ko
honen の自己組織化マップの手法を用いれば容易に得る
ことができる。
【００３４】図７は、６４０×４８０画素の１枚の画像
を圧縮、伸長、表示する処理を行う際に、それぞれの処
理にかかる所用時間を測定した結果を示す図である。こ
の図７を見ると、従来のマクロブロック方式では、ベク
トル量子化（ＶＱ）に約５０msec、デコードに約１６０
msec、表示に約６０msecの時間を要している。デコード
にこれだけの時間がかかる理由は、上述したように、コ
ード番号で指定されたコードベクトルをコードブックメ
モリから取り出してディスプレイに表示できる形式にす
る際に、アドレス変換が必要なためである。
【００３５】このような場合、一般的にはアドレス変換
用の専用チップを用意してその高速化を図るのだが、本
実施形態ではもっと簡単に高速化を図るための手段とし
て、上述のラインブロック方式による手法を提案してい
る。図７には、ラインブロック方式をとった場合の各処
理時間も示している。ベクトル量子化および表示走査に
かかる時間はマクロブロック方式の場合と変化はない
が、デコード時間は１６０msecから大幅に短縮できてい
ることが分かる。
【００３６】また、マクロブロック方式およびラインブ
ロック方式の何れの場合も（特にラインブロック方式を
とった場合）、コードベクトルのパターン画像を順番に
整然と貼り込んで再生画像を表示すると、再生画像の各
ラインの両端のパターンの大きな不連続点がどうしても
目立ってしまう。そこで、図６に示すように、本実施形
態では、コードベクトルのパターンを貼り込む位置を各
ライン毎に少しずつずらす工夫をとった（以下、これを
スライドブロック方式と称する）。
【００３７】このように、少なくとも近接するライン間
ではコードベクトルのブロックを画像の水平方向にずら
してはめ込むようにすると、各ブロック境界の連続性が
断たれてブロック境界（量子化誤差）が目立ちにくくな
る。これにより、再生画像の両端に毛羽立ったような部
分は見えるが、概ね良好な画像が得られるようになる。
なお、この画像の両端部分の乱れは、表示をするときに
マスクをかけることで容易に除去することが可能であ
る。
【００３８】本実施形態では、近接するライン間で画像
の水平方向にブロックをずらしていく処理を、図６で説
明したようにベクトル量子化後の画像の再生時に行うだ
けでなく、ベクトル量子化時にも行う。すなわち、画像
の左上から順番にきちんとブロックを切り出してくるの
ではなく、画像の水平方向にずらしながらブロックを切
り出してベクトル量子化を行うようにしている。
【００３９】次に、以上に述べた第１の実施形態に係る
構成および動作を、主に図１〜図４に基づいて説明す
る。図１において、１は画像入力部であり、圧縮対象の
原画像データを入力する。入力された画像データは、画
像メモリ２に一旦蓄えられ、読み出し部３からのアドレ
ス制御等により読み出されて出力される。
【００４０】４はブロック化部であり、上記画像メモリ
２から読み出された画像データを、例えば１６×１画素
単位のラインブロックに分割する。その際、少なくとも
近接するライン間で画像の水平方向にずらしながらブロ
ックを切り出すようにする。なお、近接する水平ライン
との間でブロックの位置がずれていれば、ずらす方向と
量は任意に設定可能である。また、ここではブロック化
部４を設けているが、読み出し部３が画像データの読み
出しを行うときに、上述のようにラインブロックをずら
しながら読み出すようにすれば、このブロック化部４は
必ずしも必要ではない。
【００４１】５はコードブック記憶部であり、原画像か
ら抽出されるラインブロックと同じ大きさ（１６×１画
素のブロック）の画素パターンをコードベクトルとして
あらかじめ複数記憶している。６はベクトル量子化部で
あり、上記ブロック化部４によって原画像から抽出され
たある１つのラインブロックのデータと、コードブック
記憶部５に記憶されている複数のコードベクトルのデー
タとを夫々比較することにより、原画像のブロックデー
タと最も似通ったパターンをコードブック中から見つけ
出して、そのパターンのコード番号を出力する。この操
作を、原画像中から抽出される全てのラインブロックに
ついて行う。
【００４２】また、図２において、７はコード番号入力
部であり、圧縮側で特定された各ブロック毎のコード番
号列を入力する。入力されたコード番号列は、コードメ
モリ８に一旦蓄えられ、読み出し部９からのアドレス制
御等により読み出されて出力される。１０はコードブッ
ク記憶部であり、例えば１６×１画素で成るブロックの
画素パターンをコードベクトルとしてあらかじめ複数記
憶している。このコードブックは、伸長処理に先立って
圧縮側のコードブックを伝送して記憶するようにしても
良いし、最初から同じものを記憶しておくようにしても
良い。
【００４３】１１は再生画像生成部であり、コードメモ
リ８より読み出されたコード番号列をもとに、これらに
対応するコードベクトルのパターン画像を夫々コードブ
ック記憶部１０から読み出して当てはめる処理を行う。
１２はブロックシフト部であり、再生画像生成部１１よ
り出力された再生画像を構成する各ブロックを画像の水
平方向にずらす処理を行う。その際、例えば少なくとも
近接する水平ライン間でブロックの位置がずれていれ
ば、ずらす方向と量は任意に設定可能である。このよう
なシフト処理を施された再生画像は、画像メモリ１３に
一旦蓄積された後、図示しない表示装置に送られて表示
される。
【００４４】上記図１に示した圧縮側の動作を示す図３
において、まずステップＳ１で初期化処理を行う。ここ
では、処理済のブロックをカウントするためのブロック
カウンタ（図１では図示せず）、画像バッファ（図１の
画像メモリ２）、およびベクトル量子化により決定した
コード番号を格納するためのコードバッファ（図１では
図示せず）をそれぞれクリアする処理を行う。
【００４５】次に、ステップＳ２で原画像を入力し、画
像バッファに格納する。そして、ステップＳ３で、その
画像バッファに格納された原画像中からｘ×ｙ画素の大
きさのブロック（ｘ，ｙは任意の値だが、上述の例では
ｘ＝１６，ｙ＝１）を読み出す。この読み出しの際に
は、少なくとも近接する水平ライン間でブロックの位置
がずれるようにブロックの位置を調整する。
【００４６】そして、ステップＳ４で、読み出したブロ
ックのデータに対してベクトル量子化の処理を行い、コ
ードブック記憶部５に記憶されているコードブックの中
から上記読み出したブロックのデータと最も相関度の大
きいコードベクトルを探し出し、それに対応するコード
番号（Winner code ）を決定する。次に、ステップＳ５
で、得られたコード番号をコードバッファに格納する。
ここに格納されたコード番号は、その後外部に出力され
る。なお、このコードバッファは必ずしも必要ではな
い。
【００４７】次に、ステップＳ６に進み、画像中の全て
のブロックについて上述の処理が終了したかどうかを判
断する。終了していなければ、ステップＳ７でブロック
カウンタの値を１だけ増やした後、ステップＳ３に戻っ
て同様の処理を繰り返す。このようにして画像中の全て
のブロックについてコード番号を決定して出力すること
により、原画像が圧縮される。
【００４８】また、上記図２に示した伸長側の動作を示
す図４において、まずステップＳ８で初期化処理を行
う。ここでは、処理済のブロックをカウントするための
ブロックカウンタ（図２では図示せず）、再現画像バッ
ファ（図２の画像メモリ１３）、および入力されたコー
ド番号を格納するためのコードバッファ（図２のコード
メモリ８）をそれぞれクリアする処理を行う。
【００４９】次に、ステップＳ９で、圧縮側で生成され
たコード番号列を入力し、コードバッファに格納する。
そして、ステップＳ１０で、格納されたコード番号列の
うち、現在のブロックカウンタで示される１つのコード
番号をもとにデコード処理を行う。すなわち、コードブ
ック記憶部１０に記憶されているコードブックの中か
ら、コード番号に対応するコードベクトル（パターン画
像）を取り出して再現画像バッファに格納する。その
際、取り出されたｘ×ｙ画素のブロックを、少なくとも
近接する水平ライン間で位置がずれるように格納する。
【００５０】ここで、本実施形態では、圧縮側のステッ
プＳ３と伸長側のステップＳ１０とで、ブロックのずら
し方が互いに逆の関係となるようにする。すなわち、ス
テップＳ３においてあるブロックラインについて右方向
にｉ画素分ずらしたら、ステップＳ１０では、そのブロ
ックラインについては左方向にｉ画素分ずらすようにす
る。このようにすることで、再生される再現画像中には
各ブロックライン毎のずれがなくなくので、量子化誤差
を目立たなくすることができるだけでなく、再生画像の
画質を更に向上させることができる。
【００５１】次に、ステップＳ１１に進み、画像中の全
てのブロックについて上述の処理が終了したかどうかを
判断する。終了していなければ、ステップＳ１２でブロ
ックカウンタの値を１だけ増やした後、ステップＳ１０
に戻って同様の処理を繰り返す。このようにして画像中
の全てのブロックについてコードブック中からパターン
画像を取り出して再現画像バッファに格納することによ
り、ここに格納された再現画像がディスプレイ等に与え
られて表示される。
【００５２】なお、以上の例では、圧縮側と伸長側との
両方でブロックをずらす例を説明したが、圧縮側におい
てのみ、もしくは伸長側においてのみブロックをずらす
ようにしても良い。この場合は、再現画像中に各ブロッ
クライン毎のずれが含まれることはあるものの、量子化
誤差自体は目立たなくすることができ、従来例に比べて
再生画像の画質を向上させることができる。
【００５３】また、ここでは静止画のデータ圧縮につい
て説明しているが、動画の場合は個々のフレームに対し
てベクトル量子化を行うことから、この動画のデータ圧
縮についても同様に適用することができる。本実施形態
では、図８に示すベクトル量子化ＰＣＩバスボード２２
を用いて、動画像をベクトル量子化により圧縮し、圧縮
を行った結果から動画像の再生を行うシステムを実現し
ている。以下に、その詳細な説明を行う。
【００５４】図８に示すベクトル量子化ボード２２に
は、例えば８ビット１６次元（４×４画素）のコードベ
クトルを２５６個搭載可能なチップが８個実装されてお
り、合わせて２０４８個のコードベクトルを用いてベク
トル量子化を実行可能となっている。これらのチップ
は、例えばＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array
）により構成されたＰＣＩバスインターフェースを介
して図示しないコンピュータと接続されている。
【００５５】ベクトル量子化を行う際には、まずあらか
じめ作成しておいたコードブックを構成している全ての
コードベクトルをメモリ２１からベクトル量子化ボード
２２のチップ上に転送しておく。次に、あらかじめメモ
リ２１に保存しておいた動画像データを順次ベクトル量
子化ボード２２に送り、ベクトル量子化を実行する。ベ
クトル量子化の結果得られたコード番号は、一旦メモリ
２１に格納される。そして、このコード番号をもとにそ
れに対応するコードベクトルをメモリ２１から読み出
し、デコードを実行する。デコードされた再生画像デー
タは、コンピュータのディスプレイ２３に送られ、画像
として表示される。
【００５６】ここでは、コードブックを構成しているコ
ードベクトルの個数を２０４８個とし、コードベクトル
を構成しているデータの個数を１６個としているが、こ
れは１つの具体例であり、ここで述べた数値に制限され
るものでないことは言うまでもない。また、ここで構成
したシステムにおいて用いた画像サイズ、並びにベクト
ル量子化を行う際のブロックサイズについても、１つの
具体例であり、ここで述べた数値に制限されるものでな
いことも言うまでもない。
【００５７】以上のように、第１の実施形態では、ベク
トル量子化の処理単位であるブロックを、例えば１６×
１画素のようなラインブロックとしている。これは、デ
ィスプレイのスキャン方向に合っているため、再生の際
のアドレス変換処理が不要となり、画像の再現スピード
が速くなる（４×４画素のマクロブロックでベクトル量
子化を行った場合に比べて、約３．５倍の再現スピード
が得られる）。
【００５８】例えば、１フレームが６４０×４８０画素
の動画像に対してマクロブロック方式によりデータ圧縮
を行うと、フレームレートは４フレーム／秒程度である
が、本実施形態のラインブロック方式によれば、毎秒１
４フレーム程度のベクトル量子化動作が実現できる。
【００５９】表示部分の処理時間の短縮は、表示プログ
ラムの改善により実現可能である。また、現在のシステ
ムでは、ベクトル量子化処理にかかる時間は、その６割
程度が入力ベクトルをベクトル量子化ボードに転送する
ためのアドレス変換および転送時間で占められており、
実際にベクトル量子化チップが動作しているのはわずか
である。したがって、転送バス幅を拡張してＣＰＵの処
理能力を高めることにより、処理速度を更に短縮するこ
とが可能である。これらの改善を実行することで、毎秒
３０フレームのベクトル量子化動作は実現可能である。
【００６０】また、本実施形態では、画像の水平方向に
各ブロックをずらしながら切り出してベクトル量子化を
行い、あるいは各ブロックをずらしながら画像の再現を
行っているので、ブロックをそのまま順番にはめ込んだ
場合に画像の両端において目立つブロック境界による縦
線（量子化誤差）が分散されて目立たなくなり、画質を
向上させることができる。
【００６１】なお、以上の実施形態ではラインブロック
方式とスライドブロック方式とを併用しているが、何れ
か一方のみを用いても良い。ラインブロック方式だけを
採用した場合は少なくとも画像の再現スピードを速くす
ることができ、スライドブロック方式だけを採用した場
合は少なくとも量子化誤差を目立たなくすることができ
る。
【００６２】また、以上の実施形態では、１枚の画像内
で空間方向に対してブロックをずらす例を示している
が、複数のフレームを有する動画像をデータ圧縮する場
合において、フレーム間において時間軸方向に対してブ
ロック内の要素をずらすようにしても良い。このように
した場合にも、再生画像中の量子化誤差を目立たなくす
ることができる。
【００６３】（第２の実施形態）動画像に対して圧縮を
行う際に、動画を構成する各々のフレーム（静止画）に
対してベクトル量子化を行うだけでは、高い圧縮率を得
ることは難しい。そこで第２の実施形態では、複数フレ
ームの各静止画に対してフレーム内でのベクトル量子化
を行うだけでなく、複数フレームの各静止画の同じアド
レスどうしのデータをベクトルと成し、フレーム間でも
ベクトル量子化を適用してデータ圧縮を行うようにす
る。
【００６４】図９および図１０は、第２の実施形態によ
るデータ圧縮伸長システムの一構成例を示す機能ブロッ
ク図であり、図１１は、第２の実施形態に係る圧縮時の
データの流れを示すデータフロー図である。なお、図９
は圧縮側の構成を示し、図１０は伸長側の構成を示して
いる。また、伸長時のデータの流れは基本的に圧縮時の
流れと逆であり、図１１から想定できるので、伸長時の
データフロー図はここでは特に示していない。
【００６５】ここでは、図１１に示すように、１フレー
ムが６４０×４８０画素からなり、１画素当たりの輝度
値が８ビット表現された動画像に対して圧縮伸長を行う
場合について述べる。また、ここでは説明の都合上、１
６フレーム分の画像に対して圧縮伸長を行っているもの
とする。
【００６６】図９において、３１は画像入力部であり、
圧縮対象の原画像データ、ここでは動画像データを各フ
レーム毎に順次入力する。入力された画像データは、各
フレーム毎に画像メモリ３２に一旦蓄えられ、読み出し
部３３からのアドレス制御等により読み出されて出力さ
れる。
【００６７】３４はブロック化部であり、上記画像メモ
リ３２から読み出された画像データを、例えば４×４画
素単位のブロックに分割する。なお、ここではブロック
化部３４を設けているが、読み出し部３３が画像データ
の読み出しを行うときに、ブロック単位で読み出すよう
にすれば、このブロック化部３４は必ずしも必要ではな
い。
【００６８】３５は空間方向用コードブック記憶部であ
り、１枚の静止画（フレーム）に対して当該フレーム内
でベクトル量子化を行うためのコードブック（１つのフ
レーム空間内でベクトル量子化を行うためのコードブッ
クであるので、以下ではこれを「空間方向用コードブッ
ク」と称する）をデータベースとしてあらかじめ記憶し
ておくものである。
【００６９】ここでは、この空間方向用コードブック
は、１６個のデータからなるデータ列を１つのコードベ
クトルとし、そのコードベクトルを複数組み合わせたも
のである。ここでは、２０４８ベクトル分を組み合わせ
て空間方向用コードブックを構成している。
【００７０】３６は相関度演算部であり、演算モード指
定部３７により空間方向ベクトル量子化を行うモードが
指定されているときは、順次入力される各フレーム毎
に、上記空間方向用コードブック記憶部３５に記憶され
ている空間方向用コードブックを用いて、当該コードブ
ック中の複数のコードベクトルと原画像からの入力ベク
トルとの相関、つまり類似度を算出する。
【００７１】ここで類似度とは、例えば、２つのベクト
ルデータをある関数に入力して演算することで、両者が
どれくらい似ているかを数値化したものを言う。上記関
数の代表的なものとしては、２つの入力ベクトルデータ
のマンハッタン距離（差分絶対値距離）やユークリッド
距離を求める関数が挙げられる。例えばマンハッタン距
離は、入力ベクトルを構成している個々の要素のデータ
と、コードベクトルを構成してい個々の要素のデータと
の差分絶対値を夫々求め、得られたそれぞれの差分絶対
値を加算することで得られる。
【００７２】入力ベクトルに最も似通ったコードベクト
ルを探し出すためには、空間方向用コードブックを構成
する各コードベクトル毎に例えば上述のようなマンハッ
タン距離を求め、その距離が最も小さいものを探し出
す。なお、類似度を求めるための関数は、上記の関数に
限らず、目的に応じて任意の関数を使うことができる。
例えば、一方あるいは双方のベクトルデータに対して係
数（重み）を付けた関数や、ブロック内の特徴量データ
（例えば、ベクトルデータの要素の総和）を計算する関
数などを使っても良い。
【００７３】３８はコード決定部であり、上記相関度演
算部３６による類似度の演算結果に基づいて、類似度の
最も大きいコードベクトルに対応するコード番号をその
ブロックの圧縮コード（Winner code ）として出力す
る。この相関度演算部３６およびコード決定部３８によ
りベクトル量子化手段が構成される。ここでのベクトル
量子化の手法としては、従来の手法を用いても良いし、
第１の実施形態で述べた手法を用いても良い。
【００７４】以下、この空間方向ベクトル量子化の動作
について、図１１を用いて詳しく説明する。まず、第１
フレーム目の画像について、上記空間方向用コードブッ
クを用いてベクトル量子化を行う。ここでは、第１フレ
ーム目の画像を水平方向に４画素、垂直方向に４画素ず
つ区切ったブロック領域をそれぞれ入力ベクトルと定義
し、その１つの入力ベクトルと、空間方向用コードブッ
クを構成している各コードベクトルとの類似度を求め、
入力ベクトルに最も似通ったコードベクトルのコード番
号を特定する。
【００７５】この操作をフレーム内の全ての入力ベクト
ルに対して行うことにより、第１フレーム目の画像を４
×４画素に分割した各ブロック領域を、空間方向用コー
ドブック中のコードベクトルに対応するコード番号で置
き換える。図１１中に１２７，１９８，…と示した数字
は、画像の左上から右下方向に向かって順に抽出したそ
れぞれのブロックについて置き換えたコード番号を示し
ている。
【００７６】次に、第２フレーム目の画像から第１６フ
レーム目の画像まで計１５枚の画像に対して、上記第１
フレーム目の画像と同じ処理を行い、それぞれのフレー
ム画像について、フレーム内を夫々４×４画素に分割し
た各ブロック領域を、空間方向用コードブック中のコー
ドベクトルに対応するコード番号で置き換える。
【００７７】図９に戻り、３９は空間方向コード再配列
演算部であり、上記空間方向ベクトル量子化手段によっ
て空間方向用コードブックのコード番号で表現された各
フレームの画像に対して、同じアドレスが示すブロック
のコード番号をフレーム画像順に並べ替えることによ
り、時間軸方向に分散して存在する同アドレスブロック
の各コード番号を１つのデータ列としてまとめて表現す
る。
【００７８】つまり、図１１のように１６フレーム分の
画像に対して空間方向ベクトル量子化を行った場合、第
１フレーム目の画像中の指定されたアドレスのブロック
のコード番号が、新しく作られるデータ列の０番地の位
置に置かれ、第２フレーム目の画像中の上記第１フレー
ム目の画像と同じアドレスのブロックのコード番号が、
新しく作られるデータ列の１番地の位置に置かれる。こ
のように、１６フレーム分の同アドレスのブロックのコ
ード番号に対して並べ替えが行われ、最後の第１６フレ
ーム目の画像中の同じアドレスのブロックのコード番号
は、新しく作られるデータ列の１５番地の位置に置かれ
ることになる。
【００７９】このようにして新しく生成された１６個の
コード番号列を含む集合を、新たなベクトルとする。以
下では、これを「時間軸ベクトル」と称する。図１１に
示した例の場合、例えば、第１フレーム目〜第１６フレ
ーム目の各フレームの先頭アドレスで指定されるブロッ
クのコード番号を並べ替えた（１２７，２８７，５８，
…，１４８３，８７６）のデータ列が、１つの時間軸ベ
クトルに相当する。
【００８０】本例のように、１フレームが６４０×４８
０画素の画像の場合で、かつ１つのブロック領域を４×
４画素とした場合、１フレームの画像からは１６０×１
２０＝１９２００個のブロックが生成される。よって、
上述のような並べ替え処理を空間方向ベクトル量子化を
行った画像のすべての範囲に対して行うと、１９２００
個の時間軸ベクトルが新しく生成されることとなる。
【００８１】再び図９に戻り、４０は時間軸用コードブ
ック記憶部であり、上記のように作成された時間軸ベク
トルに対してベクトル量子化を行うためのコードブック
（時間の経過と共に与えられる複数のフレーム間に渡る
データに対してベクトル量子化を行うためのコードブッ
クであるので、以下ではこれを「時間軸用コードブッ
ク」と称する）をデータベースとしてあらかじめ記憶し
ておく。この時間軸用コードブックも、１６個のデータ
からなるデータ列を１つのコードベクトルとし、そのコ
ードベクトルを２０４８個組み合わせたものである。
【００８２】上記空間方向コード再配列演算部３９によ
り画像のすべての範囲に対して並べ替えが行われると、
時間軸ベクトル量子化開始信号が出力され、それが演算
モード指定部３７に与えられる。これに応じて演算モー
ド指定部３７は、時間軸ベクトル量子化を行うモードに
切り替える。相関度演算部３６は、演算モード指定部３
７により時間軸ベクトル量子化を行うモードが指定され
ているときは、上記空間方向コード再配列演算部３９に
より作成された各時間軸ベクトルに対して、上記時間軸
用コードブック記憶部４０に記憶されている時間軸用コ
ードブックを用いてベクトル量子化を行う。
【００８３】以下、この時間軸ベクトル量子化の動作に
ついて、図１１を用いて詳しく説明する。すなわち、先
に生成された１９２００個の時間軸ベクトルのうち、あ
る１つの時間軸ベクトルと、時間軸用コードブックを構
成している各コードベクトルとの類似度を演算し、その
類似度が最も大きいコードベクトルの時間軸用コードブ
ック内のアドレス（コード番号）を特定する。なお、類
似度の演算については上述した通りである。
【００８４】この操作を全ての時間軸ベクトルに対して
行うことにより、空間方向ベクトル量子化後のコード番
号列で表現されていた複数の時間軸ベクトルを、時間軸
用コードブック中の各コードベクトルに対応するコード
番号列で置き換える。図１１の例では、例えば上述した
（１２７，２８７，５８，…，１４８３，８７６）の時
間軸ベクトルが“１０”という時間軸コード番号に置き
換えられている。この段階で、１６フレーム分の６４０
×４８０画素分の画像は、例えば１１ビット表現された
１９２００個のデータから成るデータ列（１０，９８
４，…）で表現されており、これが伸長側に供給され
る。
【００８５】したがって、１６フレーム分の動画像を圧
縮側から伸長側に転送しようとする場合、空間方向用コ
ードブックと時間軸用コードブックとをあらかじめ伸長
側に送っておき（伸長側において最初から同じものを持
っていても良い）、その後、上述の一連の処理によって
得られた時間軸コードブックのコード番号列で表現され
たリストを送れば良い。これにより、３９３２１６００
ビットの情報量を有する１６フレーム分の画像を、約
０．０１倍にあたる４２２４００ビットの情報量を有す
る時間軸コードブックのコード番号列にまで、画質を保
持したまま圧縮することができる。
【００８６】図１０に示す伸長側では、このようにして
圧縮側から転送されてきたデータをもとに、もとの１６
フレーム分の画像を再現することができる。まず、時間
軸コード入力部４１は、圧縮側より転送されてきた時間
軸用コードブックのコード番号列を入力する。入力され
た時間軸コード番号列は、時間軸コードメモリ４２に一
旦蓄えられ、読み出し部４３からのアドレス制御等によ
り読み出されて出力される。
【００８７】そして、空間方向コード再生部４４は、時
間軸コードメモリ４２より読み出された時間軸コード番
号列を用いて、個々の時間軸コード番号に対応するコー
ドベクトルを、例えば圧縮側からあらかじめ転送され時
間軸用コードブック記憶部４５に記憶されている時間軸
コードブックから取り出す。そして、取り出した各コー
ドベクトルを順に配列することにより、空間方向のコー
ド番号を再生する。
【００８８】ここでは、時間軸コードメモリ４２より読
み出された時間軸コード番号列には１９２００個の時間
軸コード番号が含まれており、これらの時間軸コード番
号に対応する時間軸コードブックの１つのコードベクト
ルは１６個のデータから構成されている。そのため、上
記空間方向コード再生部４４の処理により順番に配列さ
れたコードベクトルのデータは、全部で３０７２００個
のデータ（空間方向コード番号）から構成される。
【００８９】このようにして再生された空間方向コード
番号列は、空間方向コードメモリ４６に一旦蓄えられ、
読み出し部４７からのアドレス制御等により読み出され
て出力される。次に、再生画像生成部４８は、上記のよ
うに配列された３０７２００個のデータ列から１６個お
きにデータを取り出し、１９２００個のデータで１つの
データ列を生成し、これをベクトルとする。以下ではこ
れを、上述した時間軸ベクトルに対して「空間方向ベク
トル」と称する。
【００９０】この操作を３０７２００個のデータ列の全
空間に渡って行うことにより、空間方向コードメモリ４
６から読み出した空間方向コード番号列を１６個の空間
方向ベクトルに１６分割する。ここで生成された１６個
の空間方向ベクトルは、それぞれ第１フレーム目から第
１６フレーム目までの画像を再現するための空間方向コ
ード番号列の集合である。
【００９１】再生画像生成部４８は、さらに、１６個に
分割された空間方向ベクトル列のそれぞれについて、そ
の空間方向ベクトルを構成する個々の空間方向コード番
号（１９２００個）に対応するコードベクトルを、例え
ば圧縮側からあらかじめ転送され空間方向用コードブッ
ク記憶部４９に記憶されている空間方向用コードブック
から参照して探し出す。そして、該当するコードベクト
ル（パターン画像）のデータを各ブロック位置に順次は
め込んむことにより、元の画像を再生する。
【００９２】このような処理を１６個に分割された空間
方向ベクトル列が得られる毎に行うことにより、元の１
６フレーム分の画像を再生することができる。なお、３
０７２００個の空間方向コード番号列から１６個おきに
データを取り出す操作を読み出し部４７が行うようにす
れば、再生画像生成部４８は、１９２００個のデータが
読み出される毎に各フレームの再生画像を順に生成する
ことができる。
【００９３】このようにして再生された画像は、画像メ
モリ５０に一旦蓄積された後、図示しない表示装置に送
られて表示されたり、あるいは図示しない記憶装置に送
られて記憶されたりする。
【００９４】なお、この第２の実施形態では、１つのベ
クトルを構成するデータの数が１６個であり、空間方向
用コードブックおよび時間軸用コードブックがそれぞれ
２０４８個のコードベクトルで構成されているとした
が、これは本実施形態を説明するにあたって分かりやす
くするために挙げた例であり、ここで述べた数値に限定
されるべきでないのは言うまでもない。
【００９５】また、ここでは１６フレーム分の画像をベ
クトル量子化により圧縮することについて述べたが、圧
縮を行うフレームの枚数は１６フレームに限定されるも
のではなく、必要な枚数のフレームをベクトル量子化に
より圧縮しても良いことは言うまでもない。また、ここ
では動画像を用いた実施形態を示しているが、動画像に
限らず、音声信号を対象にしても同様に適用することが
できる。
【００９６】また、この第２の実施形態では、１つの相
関度演算部３６を空間方向ベクトル量子化と時間軸ベク
トル量子化とで使い回すようにしているが、それぞれの
ベクトル量子化用に２つ設けても良い。
【００９７】（第３の実施形態）図１２は、第３の実施
形態に係る圧縮時のデータの流れを示すデータフロー図
である。なお、第３の実施形態によるデータ圧縮伸長シ
ステムの構成は、第２の実施形態とほぼ同様なのでここ
では図示を省略する。ただし、空間方向コード再配列演
算部３９および再生画像生成部４８における処理内容が
第３の実施形態では多少異なっているので、これについ
ては詳しく説明する。
【００９８】本実施形態では、図１２に示すように、１
７フレーム分の画像に対して圧縮を行っている。このた
め、相関度演算部３６では、演算モード指定部３７によ
り空間方向ベクトル量子化を行うことが指定されている
ときに、第１のフレーム目の画像から第１７のフレーム
目の画像まで計１７枚の画像に対して空間方向ベクトル
量子化の処理を行うことにより、それぞれのフレーム画
像について、夫々４×４画素に分割した各ブロック領域
を、空間方向用コードブック中のコードベクトルに対応
するコード番号で置き換える。
【００９９】空間方向コード再配列演算部３９は、上記
相関度演算部３６によって空間方向用コードブックのコ
ード番号で表現された各フレームの画像中で同じアドレ
スが示すブロックのコード番号について、第１フレーム
目（これを基準フレームとする）のコード番号と各フレ
ームのコード番号との差分を夫々算出し、その結果をフ
レーム画像順に並べ替える。なお、並べ替えた後に個々
のアドレス毎に基準フレームとの差分を計算しても良
い。
【０１００】すなわち、図１２に示すように、まず第１
フレーム目と第２フレーム目とで同じアドレスどうしの
コード番号間で差分をとり、次に第１フレーム目と第３
フレーム目とで同じアドレスどうしのコード番号間で差
分をとる。以下同様にして、第１フレーム目と第４〜第
１７フレーム目とで同じアドレスどうしのコード番号間
で差分をとる。そして、同じアドレスが示すブロックの
差分結果をフレーム画像順に並べ替えることにより、時
間軸方向に分散して存在する同アドレスブロックの各差
分コード番号を１つのデータ列としてまとめて表現す
る。
【０１０１】つまり、図１２のように１７フレーム分の
画像に対して空間方向ベクトル量子化を行った場合、第
１フレーム目の画像のコード番号と第２フレーム目の画
像のコード番号との差が、新しく作られるデータ列の０
番地の位置に置かれ、第１フレーム目の画像のコード番
号と第３フレーム目の画像のコード番号との差が、新し
く作られるデータ列の１番地の位置に置かれる。
【０１０２】このように、第１フレーム目のコード番号
と残り１６フレーム分のコード番号とのそれぞれの差に
対して並べ替えが行われ、最後の第１フレーム目の画像
のコード番号と第１７フレーム目の画像のコード番号と
の差は、新しく作られるデータ列の１５番地の位置に置
かれることになる。相関度演算部３６は、演算モード指
定部３７により時間軸ベクトル量子化を行うことが指定
されているときは、このようにして並べ替えられた時間
軸ベクトル列に対して時間軸ベクトル量子化の処理を行
い、時間軸用コードブックの時間軸コード番号列を出力
する。
【０１０３】この段階で、１７フレーム分の６４０×４
８０画素分の画像は、例えば１１ビット表現された１９
２００個のデータから成るデータ列で表現されている。
したがって、１７フレーム分の動画像を転送する場合、
空間方向用コードブックと時間軸用コードブックとをあ
らかじめ伸長側に送っておき、その後、上述の一連の処
理によって得られた時間軸コードブックのコード番号列
で表現されたリストと、第１フレーム目の画像が空間方
向用コードブックのコード番号列で表現されたデータ列
とを送れば良い。
【０１０４】これにより、４１７７９２００ビットの情
報量を有する１７フレーム分の画像を、約０．０１倍に
あたる４２２４００ビットの情報量を有する時間軸コー
ドブックのコード番号列にまで、画質を保持したまま圧
縮することができる。
【０１０５】伸長側では、このようにして圧縮側から転
送されてきたデータをもとに、もとの１７フレーム分の
画像を再現することができる。再生画像生成部４８によ
って３０７２００個の配列データを１６個の空間方向ベ
クトルに１６分割するところまでは、第２の実施形態と
同様である。本実施形態では、さらに、圧縮側より送ら
れてきている第１フレーム目の空間方向ベクトル量子化
後のコード番号と、再生画像生成部４８により再生され
た各空間方向ベクトルを構成しているコード番号差分と
の加算を行い、コード番号のデータ列を再構成する。
【０１０６】再生画像生成部４８は、第１フレーム目の
空間方向ベクトルと、１６個に分割され再構成された空
間方向ベクトル列とのそれぞれについて、その空間方向
ベクトルを構成する個々のコード番号に対応するコード
ベクトルを、空間方向用コードブック記憶部４９に記憶
されている空間方向用コードブックから探し出してはめ
込んでいくことにより、元の画像を再生する。これによ
り、元の１７フレーム分の画像を再生することができ
る。
【０１０７】なお、この第３の実施形態では、１つのベ
クトルを構成するデータの数が１６個であり、空間方向
用コードブックおよび時間軸用コードブックがそれぞれ
２０４８個のベクトルで構成されているとしたが、これ
は本実施形態を説明するにあたって分かりやすくするた
めに挙げた例であり、ここで述べた数値に限定されるべ
きでないのは言うまでもない。
【０１０８】また、ここでは１７フレーム分の画像をベ
クトル量子化により圧縮することについて述べたが、圧
縮を行うフレームの枚数は１７フレームに限定されるも
のではなく、必要な枚数のフレームをベクトル量子化に
より圧縮しても良いことは言うまでもない。また、ここ
では動画像を用いた実施形態を示しているが、動画像に
限らず、音声信号を対象にしても同様に適用することが
できる。
【０１０９】（第４の実施形態）図１３は、第４の実施
形態に係る圧縮時のデータの流れを示すデータフロー図
である。なお、第４の実施形態によるデータ圧縮伸長シ
ステムの構成も、第２の実施形態とほぼ同様なのでここ
では図示を省略する。ただし、空間方向コード再配列演
算部３９および再生画像生成部４８における処理内容が
第４の実施形態では多少異なっているので、これについ
ては詳しく説明する。
【０１１０】図１３に示すように、本実施形態において
も第３の実施形態と同様に、１７フレーム分の画像に対
して圧縮を行っているが、空間方向コード再配列演算部
３９で行う差分演算の内容が上述の例とは異なってい
る。すなわち、第３の実施形態では、第１フレーム目の
画像のコード番号と残りの各フレームのコード番号との
差分を夫々演算していたが、第４の実施形態では、互い
に隣り合うフレームどうしでコード番号の差分を演算す
る。
【０１１１】すなわち、図１３に示すように、まず第１
フレーム目と第２フレーム目とで同じアドレスどうしの
コード番号間で差分をとり、次に第２フレーム目と第３
フレーム目とで同じアドレスどうしのコード番号間で差
分をとる。以下、第１６フレーム目と第１７フレーム目
とで差分をとるまで同様の処理を行う。そして、同じア
ドレスが示すブロックの差分結果をフレーム画像順に並
べ替えることにより、時間軸方向に分散して存在する同
アドレスブロックの各差分コード番号を１つのデータ列
としてまとめて表現する。
【０１１２】また、第４の実施形態による伸長側の構成
および動作も、第３の実施形態の場合とほぼ同じである
が、再生画像生成部４８で行う加算の内容が異なってい
る。すなわち、第４の実施形態では、互いに隣り合うフ
レームの空間方向ベクトルを構成しているコード番号ど
うしで加算を行い、それぞれの加算結果でコード番号の
データ列を再構成する。
【０１１３】すなわち、まず、圧縮側より送られてきて
いる第１フレーム目の空間方向ベクトル後のコード番号
と、再生画像生成部４８により再生された１つ目の空間
方向ベクトルを構成しているコード番号差分との加算を
行い、第２フレーム目の画像の空間方向ベクトルを生成
する。
【０１１４】次に、生成された第２フレーム目の画像の
空間方向ベクトルを構成しているコード番号と、再生画
像生成部４８により生成された２つ目の空間方向ベクト
ルを構成しているコード番号差分との加算を行い、第３
フレーム目の画像の空間方向ベクトルを生成する。同じ
操作を残りの空間方向ベクトルについても順番に行うこ
とにより、第１フレーム目を除く１６フレーム分の空間
方向ベクトルのコード番号列を再構成する。
【０１１５】なお、この第４の実施形態でも、１つのベ
クトルを構成するデータの数が１６個であり、空間方向
用コードブックおよび時間軸用コードブックがそれぞれ
２０４８個のベクトルで構成されているとしたが、これ
は本実施形態を説明するにあたって分かりやすくするた
めに挙げた例であり、ここで述べた数値に限定されるべ
きでないのは言うまでもない。
【０１１６】また、ここでは１７フレーム分の画像をベ
クトル量子化により圧縮することについて述べたが、圧
縮を行うフレームの枚数は１７フレームに限定されるも
のではなく、必要な枚数のフレームをベクトル量子化に
より圧縮しても良いことは言うまでもない。また、ここ
では動画像を用いた実施形態を示しているが、動画像に
限らず、音声信号を対象にしても同様に適用することが
できる。
【０１１７】また、ここではフレーム間のコード番号の
差分をとる方法として、隣り合うフレームどうしのコー
ド番号差分をとっているが、必ずしも隣り合うフレーム
間のコード番号の差分をとる必要はないことは言うまで
もない。
【０１１８】以上のように、第２〜第４の実施形態によ
れば、空間方向ベクトル量子化の処理に加えて時間軸ベ
クトル量子化の処理を導入することにより、動画像の各
フレーム内でデータ圧縮を行うだけでなく、各フレーム
間に対してもデータ圧縮を行うことができ、より高い圧
縮率を得ることができる。
【０１１９】すなわち、１枚のフレーム画像に対して空
間方向ベクトル量子化のみを行ったときの圧縮率は１／
１１．６程度であるが、時間軸ベクトル量子化を導入し
て例えば１６フレーム分の動画像に対してデータ圧縮を
行うと、圧縮率は１６倍（圧縮の対象となるフレーム枚
数倍）になり、１／１８５．６となる。
【０１２０】（第５の実施形態）本実施形態では、圧縮
した画像を再生する際に、より高画質な再生画像を得る
ための手法の具体例について述べる。なお、時間軸方向
に画像データを圧縮する手法については、第２〜第４の
実施形態で述べた何れの手法を用いてもよいが、ここで
は第２の実施形態の手法を用いた場合を例にとって説明
する。
【０１２１】上述した第２の実施形態では、空間方向コ
ード再生部４４により再生された３０７２００個の空間
方向コード番号列を再配列して生成した１６個の空間方
向ベクトルに対して、それらを構成する個々のコード番
号に対応するコードベクトルを空間方向用コードブック
記憶部４９内の空間方向用コードブックから参照し、該
当するパターン画像のデータを各ブロック位置にはめ込
むことで元の画像を再生していた。
【０１２２】ところが、この手法だと１枚目のフレーム
の再生画像は画質の高いものが得られるが、フレームが
進むにつれて時間軸方向のベクトル量子化による量子化
誤差が目立つようになり、画質が劣化してくる。そこ
で、本実施形態では、このような画質の劣化を防ぎ、か
つ圧縮率を同等に維持するために、伸長側の再生画像生
成部４８内の構成を例えば図１４のようにする。
【０１２３】図１４において、時間軸コード再配列演算
部４８ａは、第２の実施形態と同様に、空間方向コード
再生部４４により再生された３０７２００個の空間方向
コード番号列を再配列して、１９２００個のデータ列か
ら成る１６個の空間方向ベクトルを生成する。本実施形
態では、この時間軸コード再配列演算部４８ａの後段に
時間軸シフト部４８ｂを設けている。
【０１２４】時間軸シフト部４８ｂは、空間方向デコー
ド部４８ｃが１６個の空間方向ベクトル列の個々のコー
ド番号に対応するコードベクトルを空間方向用コードブ
ック記憶部４９内のコードブックから参照し、参照して
きたパターン画像を各フレーム画像ごとにはめ込む際
に、圧縮側でベクトル量子化を行ったときに定義したブ
ロックの所望のアドレス毎に、空間方向ベクトルの要素
を時間軸方向にずらしてパターン画像をはめ込むように
シフト処理を行う。
【０１２５】すなわち、時間軸シフト部４８ｂは、空間
方向ベクトル内の各要素（各アドレス）毎に、近接する
要素を時間軸方向にずらす処理を行う。例えば、ある指
定されたアドレスについては、１６個の空間方向コード
番号列が第１フレーム目から順に配列されるが、他のア
ドレスについては、１６個の空間方向コード番号列が第
１フレーム目以外のフレームから順に配列されるように
する。
【０１２６】このようにすることで、時間軸方向のベク
トル量子化により生じる量子化誤差を時間軸方向に分散
させることができる。よって、フレームが進むごとに目
立っていた量子化誤差を目立たなくすることができ、全
体的に再生画像の画質を向上させることができるという
利点が得られる。
【０１２７】（第６の実施形態）上述した第５の実施形
態では、伸長側においてパターン画像を時間軸方向にず
らしてはめ込むことにより、量子化誤差を目立たなくさ
せていた。これに対して、圧縮側において時間軸方向へ
のシフト処理を行うことにより、量子化誤差を目立たな
くさせることもできる。この第６の実施形態では、その
ような手法について説明する。
【０１２８】本実施形態においても、時間軸方向に画像
データを圧縮する手法については、上記第２〜第４の実
施形態で述べた何れの手法を用いてもよいが、ここでも
第２の実施形態の手法を用いた場合を例にとって説明す
る。本実施形態において、図９の空間方向コード再配列
演算部３９は、空間方向ベクトル量子化後のコード番号
列を時間軸方向にシフトする処理を行う。
【０１２９】すなわち、空間方向コード再配列演算部３
９は、相関度演算部３６による空間方向ベクトル量子化
によって各フレーム画像毎に生成された空間方向コード
番号列のうち、同じアドレスが示すブロックのコード番
号について、アドレス毎に異なるフレームを基準として
時間軸ベクトルの要素が配列されるように並べ替えを行
う。
【０１３０】つまり、上述した第２の実施形態では、空
間方向ベクトル量子化後のコード番号列のうち、同じア
ドレスが示すブロックのコード番号をフレーム画像順に
並べ替えて時間軸ベクトルを生成する際に、全てのアド
レスについて第１フレームを基準として並べ替えを行っ
ていたが、本実施形態においては、どのフレームを基準
として並べ替えるかをアドレス毎に異ならせる。
【０１３１】例えば、ある時間軸ベクトルについては、
第１フレーム目のコード番号が新しく作られる時間軸ベ
クトルのデータ列の０番地の位置に置かれるが、他の時
間軸ベクトルについては、第１フレーム目以外のフレー
ムのコード番号が新しく作られるデータ列の０番地の位
置に置かれるようにする。
【０１３２】このようにすることで、上記第５の実施形
態と同様に、時間軸方向のベクトル量子化により生じる
量子化誤差を時間軸方向に分散させることができる。し
たがって、圧縮した画像を再生する際に、フレームが進
むごとに目立っていた量子化誤差を目立たなくすること
ができ、全体的に画質を向上させることができるという
利点が得られる。
【０１３３】なお、以上の実施形態では空間方向ベクト
ル量子化と時間軸ベクトル量子化とを組み合わせて行う
場合を例にとって説明しているが、少なくとも時間軸ベ
クトル量子化だけを行うようにしても良い。その際に、
各フレーム画像内の画素あるいはブロックを単位とし
て、上述のようにフレーム間で（時間軸方向に）位置を
ずらす処理を行うことにより、時間軸方向のベクトル量
子化により生じる量子化誤差を目立たなくすることがで
きる。
【０１３４】（第７の実施形態）図１５は、第７の実施
形態によるデータ圧縮システムの一構成例を示す機能ブ
ロック図であり、図１６は、第７の実施形態に係る圧縮
時のデータの流れを示すデータフロー図である。なお、
図１５において、図９に示した符号と同一の符号を付し
たものは、同一の機能を有するものであるので、これに
ついての詳細な説明は省略する。また、図１６では説明
の都合上、原画像を１フレームしか示していないが、実
際には複数のフレームが画像入力部３１より順に入力さ
れる。
【０１３５】ＤＣ成分検出・除去部５１は、原画像に対
してベクトル量子化を行う際の各ブロック毎に、ブロッ
クの中からＤＣ成分（各画素の最小輝度値）を検出す
る。また、上記各ブロック毎に検出したＤＣ成分をブロ
ック内の全ての画素値から夫々減算することにより、入
力された原画像の各画素値を各ブロック毎にその最小輝
度値からの増分だけで表した画像を生成する。
【０１３６】相関度演算部３６は、演算モード指定部５
２により空間方向ベクトル量子化を行うモードが指定さ
れているときは、空間方向用コードブック記憶部５３に
あらかじめ記憶されている、基本パターンだけで構成さ
れた空間方向用コードブックを用いて、ＤＣ成分除去後
の入力画像ブロックに対して空間方向ベクトル量子化の
処理を行う。ここで、基本パターンとは、例えば、コー
ドベクトルのブロック内で各画素の輝度値が８つの方向
に単調に変化するパターンを言う。
【０１３７】すなわち、基本パターンのコードブックと
は、例えば４×４画素単位で構成されるブロックのエッ
ジ部分（上下左右の各辺および四隅の各点）の何れかを
始点として、ブロック内を上下左右方向あるいは斜め方
向に輝度値が徐々に変化するパターンのコードベクトル
の集合を言う。これらのコードベクトルの始点の輝度値
を０に設定することで、ＤＣ成分検出・除去部５１によ
り生成されるＤＣ成分の除去された画像ブロックに合っ
たものとなっている。始点から終点までの輝度値の増分
にバリエーションを与えること等により、例えば３２１
パターンのコードベクトルによりこの基本パターンの空
間方向用コードブックを構成する。
【０１３８】また、ＤＣ成分検出・除去部５１は、各ブ
ロック毎に検出した最小輝度値をそれぞれ抽出する。こ
れにより、図１６に示すように、各ブロックの最小輝度
値のみで構成した１６０×１２０画素の画像を生成す
る。このようにして、ＤＣ成分検出・除去部５１による
最小輝度値の抽出処理、および相関度演算部３６による
空間方向ベクトル量子化処理を行うことで、原画像とし
て入力される複数フレームのそれぞれの画像に対して、
空間方向コード番号のデータ列と各ブロックの最小輝度
値のデータ列とを生成する。
【０１３９】次に、空間方向コード再配列演算部３９
は、上記相関度演算部３６によって空間方向用コードブ
ックのコード番号列で表現された各フレームの画像に対
して、同じアドレスが示すブロックのコード番号をフレ
ーム画像順に並べ替えることにより、時間軸方向に分散
して存在する同アドレスブロックの各コード番号を１つ
のデータ列としてまとめた時間軸ベクトルを生成する。
この処理は、上記第２〜第４の実施形態で述べた何れの
手法によっても良い。
【０１４０】同様に、空間方向ＤＣ成分再配列演算部５
４は、上記ＤＣ成分検出・除去部５１により各ブロック
の最小輝度値のみで表現された各フレームの画像に対し
て、同じアドレスが示すブロックのデータ値をフレーム
画像順に並べ替えることにより、時間軸方向に分散して
存在する同アドレスブロックの各最小輝度値を１つのデ
ータ列としてまとめた時間軸ベクトルを生成する。この
処理も、上記第２〜第４の実施形態で述べた何れの手法
によっても良い。
【０１４１】図１６に示した例の場合、基本パターンの
時間軸ベクトルについては、例えば第１フレーム目〜第
１６フレーム目の各フレームの先頭アドレスで指定され
るブロックのコード番号を並べ替えた（１２７，２８
７，５８，…，２８３，２７６）のデータ列が、１つの
基本パターンの時間軸ベクトルに相当する。また、最小
輝度値の時間軸ベクトルについては、例えば第１フレー
ム目〜第１６フレーム目の各フレームの先頭アドレスで
指定されるブロックの最小輝度値を並べ替えた（６０，
５０，５８，…，７６，７７）のデータ列が、１つの最
小輝度値の時間軸ベクトルに相当する。
【０１４２】上記空間方向コード再配列演算部３９およ
び空間方向ＤＣ成分再配列演算部５４により並べ替えが
行われると、時間軸ベクトル量子化開始信号が出力さ
れ、それが演算モード指定部５２に与えられる。これに
応じて演算モード指定部５２は、基本パターンあるいは
最小輝度値の何れかについて時間軸ベクトル量子化を行
うモードに切り替える。
【０１４３】相関度演算部３６は、演算モード指定部５
２により基本パターンの時間軸ベクトル量子化を行うこ
とが指定されているときは、上記空間方向コード再配列
演算部３９により生成された各時間軸ベクトルに対し
て、時間軸用コードブック記憶部５５に記憶されている
時間軸用コードブックを用いてベクトル量子化を行う。
また、演算モード指定部５２により最小輝度値の時間軸
ベクトル量子化を行うことが指定されているときは、上
記空間方向ＤＣ成分再配列演算部５４により生成された
各時間軸ベクトルに対して、時間軸ＤＣ成分用コードブ
ック記憶部５６に記憶されている時間軸用コードブック
を用いてベクトル量子化を行う。
【０１４４】以上の処理により、空間方向ベクトル量子
化後のコード番号列で表現されていた基本パターンに関
する複数の時間軸ベクトルを、基本パターンの時間軸コ
ードブック中の各コードベクトルに対応するコード番号
列で置き換えるとともに、各ブロックの最小輝度値のデ
ータ列で表現されていた最小輝度値に関する複数の時間
軸ベクトルを、最小輝度値の時間軸コードブック中の各
コードベクトルに対応するコード番号列で置き換える。
そして、これらのデータリストを伸長側に転送する。
【０１４５】なお、本実施形態において、伸長側の構成
およびデータの流れについては図示していないが、基本
的には圧縮側とは逆の関係になっており、例えば以下の
ようにして処理を行えば良い。すなわち、基本パターン
および最小輝度値の各々について、上記第２〜第４の実
施形態で述べたのと同様の伸長処理を行う。そして、そ
れぞれについて伸長処理が完了したら、それぞれの結果
を各ブロック毎に合成していくことによって、元の画像
を再現することができる。
【０１４６】以上詳しく説明したように、第７の実施形
態によれば、原画像から１つの特徴量データ（上述の例
では各ブロック毎の最小輝度値）を抽出し、抽出した特
徴量データのベクトル量子化と、特徴量除去後の基本パ
ターンのベクトル量子化とを別個に行うようにしたの
で、様々な特徴が絡み合った原画像そのものに対するコ
ードブックに比べて、それぞれの画像のベクトル量子化
で使用するコードブックを単純化することができ、必要
なパターン数も減らすことができる（第２〜第６の実施
形態では２０４８パターンであったのが、本実施形態で
は３２１パターンで済んでいる）。
【０１４７】これにより、ベクトル量子化により類似度
の大きいパターンをコードブック中から探し出す際に、
単純化されたパターンどうしでの比較を行っているため
に、より適切なパターンに絞り込みやすくなり、高精度
のベクトル量子化を行うことができる。よって、このよ
うにして圧縮されたデータを再生する際には、より高画
質の再生画像を得ることができるようになる。
【０１４８】なお、この第７の実施形態では、抽出する
特徴量として最小輝度値を例に挙げて説明したが、これ
に限定されるものではない。例えば、ブロック内の各画
素の最大輝度値や平均値などを抽出するようにしても良
い。また、この第７の実施形態でも、１つの相関度演算
部３６を空間方向ベクトル量子化と時間軸ベクトル量子
化とで使い回すようにしているが、それぞれのベクトル
量子化用に複数設けても良い。
【０１４９】また、本実施形態は、モノクロ画像やカラ
ー画像を問わずに適用することが可能である。例えば、
Ｙ信号（輝度信号）とＵ，Ｖ信号（色信号）とから成る
カラー画像の場合、Ｙ信号に対して上述のように最小輝
度値、最大輝度値、平均値などを特徴量として抽出する
ことが可能である。また、輝度信号に限らず、色信号に
対しても最小値、最大値、平均値等を特徴量として抽出
してベクトル量子化を行うようにしても良い。
【０１５０】また、以上の例では原画像から１つの特徴
量のみを抽出しているが、異なる種類の特徴量（例え
ば、ブロック内の最小輝度値、輝度変化の方向など）を
複数抽出してベクトル量子化を行うようにしても良い。
この場合は、出力されるコード番号のリストが増える分
圧縮率が低下するが、再生画像の画質は更に向上させる
ことができる。画質を優先させたい場合は、多くの特徴
量を抽出してそれぞれ別個にベクトル量子化するように
すれば良い。また、画質と圧縮率のどちらを優先する
か、あるいはどの程度優先するかを切り替えられるよう
にしても良い。
【０１５１】（第８の実施形態）上述したように、動画
像に対して圧縮を行う際に、動画を構成する各々のフレ
ーム画像（静止画）に対して単に空間方向ベクトル量子
化を行うだけでは、高い圧縮率を得ることは難しい。第
２〜第７の実施形態では、更に時間軸ベクトル量子化も
行うことによって圧縮率を更に高めるようにしてきた。
これに対して以下に述べる第８の実施形態では、今まで
とは異なる手法によって圧縮率を高める手段について説
明する。
【０１５２】本実施形態によるデータ圧縮システムの構
成例を、図１７に示す。図１７において、画像入力部６
１は、画像を連続して取り込む装置である。ここでは、
例えば１画素が８ビットの階調を持った６４０×４４０
画素の画像を１秒間に３０枚の割合で取り込む。この画
像入力部６１は、例えば、画像取り込み用のカメラやビ
デオカメラのみならず、画像を記憶可能な半導体メモリ
装置、ハードディスクやフロッピーディスクなどの記憶
媒体によって実現することもできる。
【０１５３】コードブック記憶部６２には、例えば４×
４画素のブロックで構成されたパターン画像（コードベ
クトル）が多数登録されていて、各々のブロックにはユ
ニークなコード番号が割り当てられている。
【０１５４】コードブック方式による圧縮部６３は、画
像入力部６１で得られた画像の１枚１枚に対して、次に
述べるような空間方向ベクトル量子化の処理を行う。す
なわち、原画像の左上を起点としてそこから右方向へ向
かって順次４×４画素のブロックを取り出す。右端まで
取り出したら、取り出す位置を１ブロック分下にずらし
て左端から再び取り出して行き、それを繰り返すことに
より全画面分のブロックを取り出す。
【０１５５】そして、取り出した各ブロックに対して、
コードブック記憶部６２に多数登録されているコードベ
クトルの中から最もパターンの似ているものを選び出
し、それに対応するコード番号を出力する。６４０×４
８０画素の画像を処理する場合、１９２００個のブロッ
クが取り出されて処理されるので、出力されるコード番
号も１９２００個である。
【０１５６】コード列記憶部６４は、ある時刻ｔにおけ
るフレーム画像をコードブック方式による圧縮部６３に
て処理して出力されるコード番号列を記憶しておくため
のものである。また、コード列比較部６５は、コード列
記憶部６４に記憶されている上記ある時刻ｔの画像のコ
ード番号列と、次の時刻ｔ＋１の画像のコード番号列と
を比較し、同じアドレスが示すブロックのコード番号ど
うしでその差分絶対値をそれぞれ計算する。
【０１５７】出力部６６は、コード列比較部６５から与
えられる差分絶対値をもとに、媒体６７（ネットワーク
などの通信チャンネルまたは記録媒体）に出力するデー
タを決定する。すなわち、あるアドレスについての差分
絶対値がある閾値より大きい場合は、そのアドレスとコ
ード番号とを媒体６７に出力する。一方、あるアドレス
についての差分絶対値がある閾値より小さい場合は、そ
のアドレスとコード番号は媒体６７に出力しない。
【０１５８】次に、上記図１７に示したデータ圧縮シス
テムをソフトウェアで実現する場合の構成例を、図１８
に示す。この図１８は、ＣＰＵ６８を含むコードブック
方式動画像圧縮プロセッサの構成を示すものである。な
お、この図１８に示した画像入力部６１、コードブック
方式による圧縮部６３および媒体６７は、図１７に示し
たものと同じである。
【０１５９】図１８において、ＣＰＵ６８に付随して設
けられるメモリ６９には、コードブック記憶エリア６９
ａ、コード列記憶エリア６９ｂ、ポインタ・カウンタエ
リア６９ｃおよび閾値記憶エリア６９ｄが設けられてい
る。
【０１６０】コードブック記憶エリア６９ａは、コード
ブック方式による圧縮部６３で使用するコードブックを
記憶しておくものである。コード列記憶エリア６９ｂ
は、コードブック方式による圧縮部６３から各フレーム
毎に出力されるコード番号列を順次記憶しておくもので
あり、時刻ｔの画像をコードブック方式による圧縮部６
３で圧縮した結果のコード番号列が記憶される。
【０１６１】また、ポインタ・カウンタエリア６９ｃ
は、コード列記憶エリア６９ｂに対するコード番号の読
み出し・書き込みを行う位置を示すポインタ（アドレ
ス）を記憶するものである。閾値記憶エリア６９ｄは、
出力部６６で媒体６７に転送するデータを決定するため
の判断基準となる閾値を記憶するものである。
【０１６２】図１９は、図１８のＣＰＵ６８が実行する
圧縮処理の手順を示すフローチャートである。図１９に
おいて、まずステップＳ２１で、コードブック記憶エリ
ア６９ａからコードブック方式による圧縮部６３に対し
てコードブックのデータを転送する。次に、ステップＳ
２２で閾値記憶エリア６９ｂに所定の閾値を設定し、ス
テップＳ２３でポインタ・カウンタエリア６９ｃのポイ
ンタ（アドレス）をイニシャライズして、ポインタ値を
例えば“０”に設定する。
【０１６３】次に、ステップＳ２４で、画像入力部６１
から原画像中のマクロブロック（例えば、４×４画素の
ブロック）を１つ読み込む。そして、ステップＳ２５
で、読み込んだマクロブロックをコードブック方式によ
る圧縮部６３に送り、ここで空間方向ベクトル量子化の
処理を実行させる。これにより、圧縮コードとして空間
方向のコード番号列を得る。
【０１６４】次に、ステップＳ２６で、コードブック方
式による圧縮部６３から出力されたコード番号と、以前
の処理によって得られコード列記憶エリア６９ｂに記憶
されているコード番号で、現在のポインタ値で示される
コード番号との差分絶対値を計算する。そして、ステッ
プＳ２７で、上記計算された差分絶対値が、閾値記憶エ
リア６９ｄに記憶されている閾値よりも大きかどうかを
判断する。
【０１６５】ここで、差分絶対値の方が大きい場合に
は、ステップＳ２８で、上記コードブック方式による圧
縮部６３から出力されたコード番号と、そのときのポイ
ンタの値とを媒体６７に出力した後、ステップＳ２９で
当該コード番号をコード列記憶エリア６９ｂに記憶す
る。
【０１６６】一方、計算された差分絶対値が、閾値記憶
エリア６９ｄに記憶されている閾値よりも小さい場合に
は、ステップＳ２８の処理を実行せずにステップＳ２９
に進み、コードブック方式圧縮部６３から出力されたコ
ード番号をコード列記憶エリア６９ｂに記憶する。そし
て、ステップＳ３０でポインタ・カウンタエリア６９ｃ
のポインタをインクリメントし、ステップＳ３１で１つ
の画像内の全てのマクロブロックについて処理が終了し
たかどうかを判断する。
【０１６７】全てのマクロブロックについて処理が終了
していない場合は、ステップＳ２４に戻り、次のマクロ
ブロックを１つ取り込んで同様の処理を行う。上述した
処理は、画像入力部６１から得られた画像中のすべての
マクロブロックを処理するまで続けられる。画像中のす
べてのマクロブロックを処理し終わると、動画像１フレ
ーム分に対する圧縮処理は全て終了する。以上の処理を
各フレーム毎に順次繰り返すことにより、動画像の圧縮
が実行される。
【０１６８】一方、伸長側においては、送られてきたコ
ード番号に対応するコードベクトルをコードブック中か
ら探し出し、それを各ブロック位置にはめ込んでいくと
いう基本的な処理は、以上に述べた各実施形態と同様で
ある。ただし、本実施形態においては、あるアドレスの
ブロックについてはコード番号が転送されてきていない
ので、そのようなブロックについては何らかの方法によ
って代わりのコードベクトルもしくはパターン画像を用
意する必要がある。
【０１６９】そのために、例えば、データ伸長システム
の構成として、ある時刻ｔにおけるデコード処理によっ
て再現されたフレーム画像を記憶しておくための再現画
像記憶部を設ける。そして、時刻ｔ＋１における再現画
像をデコード処理によって生成する際に、あるブロック
について圧縮側からコード番号が送られてきていない場
合は、そのブロックの画像を上記再現画像記憶部に記憶
されている前フレームの画像で代用するようにする。こ
のように、コード番号が送られたブロックと送られてい
ないブロックとを伸長側で識別するために、コード番号
と共に送られてくるブロックのアドレスが利用される。
【０１７０】以上のように、本実施形態では、複数フレ
ームの画像のそれぞれに対して空間方向ベクトル量子化
の処理を行い、それぞれのフレーム画像について空間方
向コード番号列を生成する。そして、複数フレームの画
像の同じアドレスどうしのコード番号について、フレー
ム間における変化量（差分絶対値）を求め、その変化量
がある閾値以上となった場合のみそれを転送データと
し、変化量が閾値より小さい場合には転送データとしな
いようにしている。
【０１７１】つまり、複数フレームの画像を構成する各
ブロックのうち、フレーム間でデータ値が大きく変化し
たところのデータだけを転送し、変化が少ないところの
データは転送せずに前フレームのデータを用いるように
する。これにより、動きの激しい部分のデータのみを転
送することとなり、個々のフレーム内で空間方向ベクト
ル量子化した結果に加えて、フレーム方向（時間軸）に
対してもデータを圧縮することができ、単なる空間方向
ベクトル量子化だけでは得られなかった高い圧縮率を得
ることができる。
【０１７２】（第９の実施形態）以上の示した各実施形
態は、モノクロ画像に対してもカラー画像に対しても同
様に適用することができる。以下に述べる第９の実施形
態は、特にカラー画像に対してベクトル量子化によるデ
ータ圧縮を行う場合に、伸長側での再生画像の画質と圧
縮率をより向上させることができるようにしたものであ
る。
【０１７３】図２０は、本実施形態によるデータ圧縮シ
ステムの構成例を示すブロック図である。図２０におい
て、画像入力部７１より入力されたカラーの原画像は、
画像メモリ７２に一旦蓄えられ、読み出し部７３からの
アドレス制御等により読み出されて出力される。画像メ
モリ７２より読み出されたカラー画像は、Ｙ，Ｕ，Ｖ信
号分離部７４に与えられる。
【０１７４】このＹ，Ｕ，Ｖ信号分離部７４は、原画像
からＹ信号（輝度信号）とＵ信号およびＶ信号（色信
号）をそれぞれ分離する。ブロック化部７５は、上記
Ｙ，Ｕ，Ｖ信号分離部７４により分離された各画像デー
タを、例えば４×４画素単位のブロックに分割する。こ
のときブロック化部７５は、Ｙ，Ｕ，Ｖのどの信号に対
してブロック化を行っているかを信号種指定信号として
空間方向用コードブック記憶部７６に伝える。
【０１７５】相関度演算部７７は、このようにして分離
抽出したＹ信号、Ｕ信号、Ｖ信号のそれぞれに対して独
立に、上述した類似度を算出する。そして、コード決定
部７８は、上記相関度演算部７７による類似度の演算結
果に基づいて、類似度の最も大きいコードベクトルに対
応するコード番号をそのブロックの圧縮コード（Winner
code ）として出力する。
【０１７６】このような空間方向ベクトル量子化の実行
の際、相関度演算部７７では、空間方向用コードブック
記憶部７６にあらかじめ記憶されているコードブックを
用いてベクトル量子化を行うが、空間方向用コードブッ
ク記憶部７６内のどのコードブックを利用するかは、上
記信号種指定信号に応じて決められる。すなわち、空間
方向用コードブック記憶部７６には、Ｙ信号用のコード
ブックと、Ｕ信号用のコードブックと、Ｖ信号用のコー
ドブックとがあらかじめ多数記憶されており、それぞれ
の信号用のコードブックが、ブロック化部７５から相関
度演算部７７に出力される信号種に合わせて順次利用さ
れる。
【０１７７】このとき、本実施形態では、Ｙ信号に対し
てＵＶ信号よりも大きなコードブックを割り当てるよう
にする。例えば、Ｙ信号用のコードブックを８１９２個
のコードベクトル（１３ビット）で構成し、ＵＶ信号用
のコードブックをそれぞれ１２８個のコードベクトル
（７ビット）で構成するようにする。ただし、Ｙ，Ｕ，
Ｖを合わせた全体のコードブックの大きさは、それぞれ
の信号用のコードブックを均等に割り当てた場合の全体
の大きさと変わらないか、もしくはそれより小さくなる
ようにする。
【０１７８】一般に、画質を決める最も重要な信号はＹ
信号（輝度信号）であるため、それぞれの信号に対して
割り当てるコードブック（コードベクトルのコード長）
を、ＵＶ信号よりもＹ信号の方を大きくすることによ
り、全体的なコード長は変えずに再生画像の画質を向上
させることができる。
【０１７９】すなわち、圧縮レートをＹ：Ｕ：Ｖ＝１：
１：１として圧縮を行った場合、Ｙ信号に対してコード
ベクトルの数をＵＶ信号より多く割り当てても、全体と
してのコード長が変わっていないので、１枚の画像に対
する圧縮率は変化しない。しかも、Ｙ信号に対してのコ
ードベクトルの数が多いので、画質にとってより重要度
の大きいＹ信号に関して、より類似度の高いコードベク
トルをベクトル量子化によって得ることができ、再生画
像の画質は向上する。
【０１８０】なお、圧縮レートがＹ：Ｕ：Ｖ＝１：１：
１の場合に限らず、４：１：１や４：２：２の場合でも
同様の効果を得ることができる。例えば、圧縮レートが
Ｙ：Ｕ：Ｖ＝４：１：１の場合は、Ｙ信号の各ブロック
に対して１３ビットのコードを割り当てるのに対して、
ＵＶ信号に対してはそれぞれ４つのブロックで７ビット
のコードを割り当てることになる。しかし、人間の視覚
特性として色の誤差に関しては比較的鈍感という性質が
あるので、このようにしても色再現性に関して特に問題
はない。
【０１８１】また、以上の実施形態では、Ｙ，Ｕ，Ｖ各
信号の空間方向ベクトル量子化手段として１つの相関度
演算部７７を使い回すようにしているが、それぞれの信
号用に空間方向ベクトル量子化手段を複数設け、各信号
を並列に処理するようにしても良い。また、以上の実施
形態では、１つの空間方向用コードブック記憶部７６の
中にＹ，Ｕ，Ｖ各信号用のコードブックを記憶している
が、それぞれのコードブックを異なる記憶部に分けて記
憶するようにしても良い。
【０１８２】（第１０の実施形態）次に、１枚の画像に
対して空間方向ベクトル量子化を行う際に用いる空間方
向用コードブックの作成方法について説明する。本実施
形態では、従来から良く知られている Kohonenの学習ア
ルゴリズムを利用する。図２１は、この Kohonenの学習
アルゴリズムの手順を示す図である。
【０１８３】この手法では、図２１に示すように、学習
の際に与える初期のコードブックを用意するとともに、
学習に用いる１つのサンプル画像を用意する。学習の際
は、このサンプル画像から例えば４×４画素単位の画像
ブロックを順次入力し、コードブックを用いて空間方向
ベクトル量子化の処理を行うことにより、入力した画像
ブロックと最も似通ったコードベクトルを検出する。そ
して、この結果をもとにコードブックの内容を書き換え
る。
【０１８４】コードブックの書き換えは、Kohonen の学
習アルゴリズムを表す数式中の利得ｋおよび書き換えの
範囲Ｎｃを適当な値に決めて行う。このようなコードベ
クトルの検出および書き換え処理を所定の学習回数だけ
繰り返すことにより、最適化されたコードブックを得
る。本実施形態においては、このような学習を実施する
に当たって、初期のコードブックとして様々なパターン
のものを用いた。
【０１８５】図２２は、初期のコードブックとして、と
り得る値の最小値から最大値まで輝度値が連続的に変化
するパターン（ａ）と、輝度値がランダムに変化するパ
ターン（ｂ）と、輝度値が１２８（中間値）で一定のパ
ターン（ｃ）とを入力し、これらを用いてコードブック
を最適化する。そして、それにより得られたコードブッ
クを用いてベクトル量子化により画像を圧縮・伸長した
ときのＰＳＮＲ（peaksignal to noise ratio）特性の
違いを示した図である。なお、（ａ）〜（ｃ）中に示す
小さい四角の１つ１つがコードベクトルを表している。
この図２２より、輝度値が連続的に変化するパターンを
初期のコードブックとして入力した場合に、より良好な
結果が得られていることが分かる。
【０１８６】また、図２３は、（ａ）のようにマップ上
（仮想の２次元平面）において１回の学習で書き換えを
行う範囲を１次元的に適用し、更新回数の増加とともに
書き換え範囲を減少させていく方法と、（ｂ）のように
書き換えを行う範囲を２次元的に適用し、更新回数の増
加とともに書き換え範囲を減少させていく方法とでコー
ドブックを作成し、更に画像を圧縮・伸長したときのＰ
ＳＮＲ特性の違いを示した図である。
【０１８７】なお、図２３（ａ）および（ｂ）に示す白
丸および黒丸の１つ１つがコードベクトルのブロックを
示しており、黒丸のブロックは現在のベクトル量子化の
対象ブロックを示している。また、これらの白丸および
黒丸を囲んだ四角の範囲が、コードブックの書き換え範
囲を表している。また、矢印は書き換え範囲を減少させ
る方向を表している。この図２３より、（ａ）の場合が
（ｂ）の場合よりも優れていることが分かる。
【０１８８】また、図２４は、Kohonen の学習式中の利
得ｋの値を、コードブックの更新回数の増加にかかわら
ず初期値から減少させない場合と、更新回数の増加とと
もに初期値から減少させた場合とのＰＳＮＲ特性の違い
を示す図である。この図２４より、利得ｋの値をコード
ブックの更新回数の増加とともに初期値から減少させて
いった場合の方が優れていることが分かる。
【０１８９】また、図２５は、利得ｋの初期値として様
々な値を与え、更新回数を例えば１６００００回として
コードブックを作成したときのＰＳＮＲ特性の違いを示
す図である。この図２５より、利得ｋの初期値が０．３
〜１の場合に優れた結果が得られることが分かる。
【０１９０】以上の図２２〜図２５に示される結果か
ら、様々なパラメータの中から最も画質を向上させるパ
ラメータの値を特定して学習を行うことにより、それに
より生成したコードブックをデータ圧縮伸長システムに
用いることで、再生画像の画質を向上させることができ
る。例えば、学習の際に与える初期のコードブックとし
て、とり得る値の最小値から最大値まで輝度値が連続的
に変化するパターンを用いる。また、１回の学習で影響
を与える範囲は１次元的に適用し、かつ更新回数の増加
と共にその範囲を減少させていく。さらに、学習の際に
与える利得係数ｋの初期値を０．３〜１の範囲の何れか
の値とし、かつ更新回数の増加と共に係数値を減少させ
ていくことによって、高精度なコードブックを得ること
ができ、これを用いて圧縮・伸長した再生画像の画質を
向上させることができる。
【０１９１】（第１１の実施形態）本実施形態は、学習
により複数のコードブックを作成し、それらを合成して
新しいコードブックを作成することにより、高精度なコ
ードブックを得るようにしたものである。図２６は、最
適化で得られた３種類のコードブックＡ，Ｂ，Ｃの特徴
を１つのコードブックＡ＋Ｂ＋Ｃにまとめる手法を示し
ている。
【０１９２】図２６において、コードブックＡ＋Ｂ＋Ｃ
のサイズ（コードベクトルの個数）は、Ａ，Ｂ，Ｃ単独
のコードブックサイズと同様に、例えば１０２４であ
る。つまり、１つにまとめたコードブックＡ＋Ｂ＋Ｃの
中に含まれるパターンは、個々のコードブックＡ，Ｂ，
Ｃに含まれるパターンをそれぞれ適当に間引いて合成し
たものである。
【０１９３】ここでは、Kohonen の自己組織化マップで
得られたコードブックは、似たようなパターンがマップ
上に近接して存在するため、この特性を生かして各コー
ドブックＡ，Ｂ，Ｃのマップ上の左上から順番に１つお
きにそのままパターンを取り出し、これを新しいコード
ブックＡ＋Ｂ＋Ｃとして再構成している。これにより、
それぞれのコードブックＡ，Ｂ，Ｃの特徴を残したコー
ドブックＡ＋Ｂ＋Ｃが新たに生成される。
【０１９４】図２７は、図２６に示したＡ，Ｂ，Ｃ，Ａ
＋Ｂ＋Ｃそれぞれのコードブックを用いて画像Ａ′，
Ｂ′，Ｃ′に対してベクトル量子化を行った後、それを
復元した画像のＰＳＮＲ特性を示す図である。なお、画
像Ａ′，Ｂ′，Ｃ′は、それぞれ単独のコードブック
Ａ，Ｂ，Ｃを作成する際に用いたサンプル画像であるも
のとする。
【０１９５】図２７から分かるように、単独のコードブ
ックＡ，Ｂ，Ｃは、それぞれを作成する際に用いたサン
プル画像Ａ′，Ｂ′，Ｃ′に対しては概ね良好な結果を
示すが、他の種類の画像に対しては良好な結果は得られ
ていない。例えば、コードブックＡを用いた場合、サン
プル画像Ａ′に対しては良好な結果が得られるが、他の
画像Ｂ′，Ｃ′に対しては良好な結果は得られない。
【０１９６】これに対して、合成したコードブックＡ＋
Ｂ＋Ｃを用いた場合のＰＳＮＲ特性は、全ての画像
Ａ′，Ｂ′，Ｃ′について、単独のコードブックＡ，
Ｂ，Ｃを用いた場合の特性と匹敵しており、かつ全ての
特性を兼ね備えたものとなっている。このように、特徴
的な画像をいくつか組み合わせてコードブックを作成す
ることで、様々な画像に対して耐性を有するコードブッ
クを作成することができる。例えば、人の顔、風景、文
字などの画像を用いてそれぞれのコードブックを作成
し、それらを合成することにより、コードブックメモリ
のサイズを大きくすることなく汎用的なコードブックを
作成することができる。
【０１９７】なお、上記実施形態では、同じサイズの３
種類のコードブックを１つにまとめる手法を示したが、
３種類に限定されるものではなく、２種類あるいは３種
類以上のコードブックをまとめて１つに合成することも
できる。また、サイズの異なる複数のコードブックをま
とめて１つに合成するようにすることもできる。
【０１９８】（第１２の実施形態）ベクトル量子化によ
りコードブックの中から最も似通ったコードベクトルを
選び出すためには、膨大な演算量が必要である。そのた
め、ベクトル量子化の専用ハードウェアを設計する場
合、高速に演算を行うためには通常は膨大なハードウェ
ア面積を必要とすることになる。以下に述べる実施形態
は、ハードウェア規模を大きくすることなく演算を高速
に行えるようにしたものである。
【０１９９】図２８は、２つの入力ベクトルが類似して
いるか否かを数値化した類似度を求める関数としてマン
ハッタン距離を利用し、また、画像の特徴量としてベク
トルデータの要素の総和を利用した場合のベクトル量子
化装置の構成と、演算が省略される様子とを説明するた
めの図である。なお、類似度としてマンハッタン距離を
用いた場合、距離が小さいほうが類似度は大きい。
【０２００】最初に、演算が省略できる原理を説明す
る。ベクトルデータの次元数（要素数）をｎ、コードブ
ック記憶部８１内のテンプレートベクトル（コードベク
トル）データの総数をｋとする。このとき、 入力ベクトルデータ：Ｉ＝（Ｉ1 ，Ｉ2 ，…，Ｉn ） テンプレートベクトルデータ：Ｔm ＝（Ｔm1，Ｔm2，…Ｔmn） （ｍ＝１，２，…，ｋ） について、入力ベクトルデータＩとテンプレートベクト
ルデータＴm との類似度を、以下の式(1) で示すマンハ
ッタン距離Ｍm で定義すると、入力ベクトルデータＩに
最も類似しているテンプレートベクトルデータＴm を検
索する操作とは、全てのマンハッタン距離Ｍm （ｍ＝
１，２，…，ｋ）の中で距離Ｍm が最も小さくなるｍの
値を探し出す操作に相当する。
【０２０１】
【数１】
【０２０２】ここで、以下の式(2) に示すような、入力
ベクトルデータＩの要素の総和とテンプレートベクトル
データＴm の要素の総和との差の絶対値Ｄm と、上記式
(1)に示したマンハッタン距離Ｍm との間には、Ｄm ≦
Ｍm という関係が成り立つことに注目すると、以下のよ
うな議論が成り立つ。
【０２０３】
【数２】
【０２０４】すなわち、コードブック記憶部８１内にあ
るテンプレートベクトルデータＴmと入力ベクトルデー
タＩとのマンハッタン距離Ｍm が判明しているとする。
このとき、コードブック記憶部８１内にあって、上記テ
ンプレートベクトルデータＴ m とは別な任意のテンプレ
ートベクトルデータＴo と入力ベクトルデータＩとにつ
いて、各々のベクトルデータの要素の総和をとり、その
総和どうしの差の絶対値Ｄo を計算した結果、Ｄo ＞Ｍ
m となっている場合を仮定する。
【０２０５】この場合、上述のＤm ≦Ｍm という関係に
より、常にＭo ＞Ｍm が成り立つ。よって、テンプレー
トベクトルデータＴo と入力ベクトルデータＩとのマン
ハッタン距離Ｍo を計算せずとも、差分絶対値Ｄo を計
算するだけで、テンプレートベクトルデータＴo はテン
プレートベクトルデータＴm に比べて入力ベクトルデー
タＩに類似していないことが分かる。つまり、テンプレ
ートベクトルデータＴ o を検索対象から除外できること
になる。
【０２０６】以上だけを見ると、テンプレートベクトル
データＴo について、マンハッタン距離Ｍo を計算しな
くても、差分絶対値Ｄo を計算する必要があるのなら
ば、検索に関わる処理は減少していないように見える。
しかし、差分絶対値Ｄo の演算において、テンプレート
ベクトルデータＴm の特徴量である要素の総和ΣＴ
mi（式(2) 中の右辺第２項）は、あらかじめ計算して特
徴量記憶部８２に記憶しておくことができる。
【０２０７】よって、差分絶対値Ｄo の算出は、入力ベ
クトルデータＩの特徴量の演算と、これと特徴量記憶部
８２内に記憶されている特徴量との差をとる演算を行う
だけで済む。また、入力ベクトルデータＩの特徴量の算
出は、１つの入力ベクトルデータに対して１回の演算で
済む。このため、差分絶対値Ｄo の算出は、マンハッタ
ン距離Ｍo の算出に比べて非常に少ない演算量で行うこ
とができる。
【０２０８】なお、特徴量としてベクトルデータの要素
の総和を用いることと、要素の平均値を用いることとは
等価である。なぜならば、要素の平均値とは要素の総和
を要素数で割っただけのものに過ぎないからである。
【０２０９】次に、図２８を使って具体的に説明する。
図２８において、入力ベクトルデータＩおよびコードブ
ック記憶部８１内の複数のテンプレートベクトルデータ
Ｔ1 ，Ｔ2 ，Ｔ3 ，Ｔ4 ，…は、例として共に６次元の
ベクトルデータとなっているが、任意の次元でかまわな
い。特徴量記憶部８２には、コードブック記憶部８１内
に記憶されている各テンプレートベクトルデータＴ1 ，
Ｔ2 ，Ｔ3 ，Ｔ4 ，…の特徴量（例えば要素の総和）Σ
Ｔ1 ，ΣＴ2 ，ΣＴ3 ，ΣＴ4 ，…が記憶されている。
【０２１０】図２８中では、コードブック記憶部８１内
の各テンプレートベクトルデータＴ 1 ，Ｔ2 ，Ｔ3 ，Ｔ
4 ，…と、すぐ左側に位置する特徴量記憶部８２内の各
特徴量ΣＴ1 ，ΣＴ2 ，ΣＴ3 ，ΣＴ4 ，…とは対応し
ている。つまり、テンプレートベクトルデータＴ1 の特
徴量はΣＴ1 、テンプレートベクトルデータＴ2 の特徴
量はΣＴ2 、以下同様となる。これらのコードブック記
憶部８１および特徴量記憶部８２内のデータは、アドレ
スカウンタ８８からのアドレスに従って順に読み出され
る。
【０２１１】また、マンハッタン距離演算部８３は、コ
ードブック記憶部８１から転送されたｄ２で示される各
テンプレートベクトルデータＴm と、ｄ１で示される入
力ベクトルデータＩとのマンハッタン距離Ｍm （ｍ＝１
〜ｋ）を求め、ｄ３で示されるマンハッタン距離データ
を出力する。また、最小マンハッタン距離記憶部８４
は、演算省略判定部８７による更新制御に従って、今ま
でに計算されたマンハッタン距離Ｍm のうち、最小の距
離ｍｉｎＭを記憶する。
【０２１２】ある１つの入力ベクトルデータＩについて
全てのテンプレートベクトルデータＴm との演算が終了
したとき、この最小マンハッタン距離記憶部８４に記憶
されているものに対応するテンプレートベクトルデータ
が、入力ベクトルデータＩに最も類似するデータであ
る。そして、このように最も類似する（最も距離が短
い）テンプレートベクトルデータのアドレスｍｉｎＡ
は、演算省略判定部８７による更新制御に従って、アド
レスカウンタ８８から最小距離アドレス記憶部８９に与
えられて記憶されている。
【０２１３】そこで、ある１つの入力ベクトルデータＩ
について処理が終わったときに、この最小距離アドレス
記憶部８９に記憶されているアドレスが、当該ブロック
のコード番号に相当することになる。なお、このコード
番号は、１つの入力ベクトルデータＩの処理が終わる毎
に出力しても良いし、１枚の画像全体の処理が終わった
ときにまとめて出力するようにしても良い。
【０２１４】特徴量演算部８５は、入力ベクトルデータ
Ｉの各要素の総和を演算し、その結果を出力する。少な
くとも同じ入力ベクトルデータＩについて類似度を求め
る演算を行っている間は、ここで演算した特徴量は保存
されている。特徴量差分演算部８６は、上記特徴量演算
部８５で求められた入力ベクトルデータＩの特徴量ｄ４
と、特徴量記憶部８２から読み出されたテンプレートベ
クトルデータＴm の特徴量ｄ５との差分を演算し、出力
する。
【０２１５】演算省略判定部８７は、最小マンハッタン
距離記憶部８４より出力される、今までに分かっている
最小のマンハッタン距離ｄ６と、特徴量差分演算部８６
で演算された特徴量の差分ｄ７とを利用して、テンプレ
ートベクトルデータＴm と入力ベクトルデータＩのマン
ハッタン距離を演算する必要があるか否かを判別する。
【０２１６】そして、その判別結果をマンハッタン距離
演算部８３に伝え、必要でない演算を省略するようにす
るとともに、最小マンハッタン距離記憶部８４、アドレ
スカウンタ８８および最小距離アドレス記憶部８９に所
定の制御信号を出力し、それぞれの内容の更新制御を行
う。
【０２１７】アドレスカウンタ８８の内容は、１回の処
理が終わることに更新されるが、最小マンハッタン距離
記憶部８４および最小距離アドレス記憶部８９の内容
は、所定の条件を満たしたときのみ更新される。なお、
テンプレートベクトルデータを読み出す前にアドレスカ
ウンタ２０８の値をインクリメントすれば、マンハッタ
ン距離演算部２０２への制御信号は必ずしも必要ではな
い。
【０２１８】次に、上記のように構成したベクトル量子
化装置のベクトル量子化の手順を示す。演算の省略の様
子も同時に説明する。 １）まず、入力ベクトルデータＩの特徴量を特徴量演算
部８５により演算し、その結果を保存する。この特徴量
は、１つの入力ベクトルデータＩに対して１度だけ演算
すればよい。
【０２１９】２）次に、入力ベクトルデータＩと、コー
ドブック記憶部８１内の第１番目のテンプレートベクト
ルデータＴ1 とのマンハッタン距離Ｍ1 をマンハッタン
距離演算部８３によって演算する。この演算結果を以下
の式(3) に示す。この段階ではマンハッタン距離はまだ
１つしか演算していないので、現在までに見つかってい
る最小のマンハッタン距離ｍｉｎＭは、Ｍ1 となる。し
たがって、このマンハッタン距離Ｍ1 を最小マンハッタ
ン距離記憶部８４に記憶する。
【０２２０】
【数３】
【０２２１】３）次に、特徴量記憶部８２内の第２番目
のテンプレートベクトルデータＴ2の特徴量ΣＴ2 と、
特徴量演算部８５に保存されている入力ベクトルデータ
Ｉの特徴量（この例では２６５）との差の絶対値Ｄ2 を
特徴量差分演算部８６で求める。この演算結果を以下の
式(4) に示す。
【０２２２】
【数４】
【０２２３】４）さらに、手順３）で求めた特徴量の差
の絶対値Ｄ2 と、現在までに見つかっている最小のマン
ハッタン距離ｍｉｎＭとをもとに、第２番目のテンプレ
ートベクトルデータＴ2 と入力ベクトルデータＩとのマ
ンハッタン距離Ｍ2 を演算する必要があるかどうかを、
演算省略判定部８７で判断する。今の場合、Ｄ2 ＜ｍｉ
ｎＭ（＝Ｍ1 ）であるから、第２番目のテンプレートベ
クトルデータＴ2 と入力ベクトルデータＩとのマンハッ
タン距離Ｍ2 の演算は省略できない。
【０２２４】５）手順４）により、第２番目のテンプレ
ートベクトルデータＴ2 と入力ベクトルデータＩとのマ
ンハッタン距離Ｍ2 の演算が必要と判定されたので、マ
ンハッタン距離演算部８３はこの演算を行う。この演算
の結果は、Ｍ2 ＝２２であるが、これは今までに見つか
っている最小のマンハッタン距離ｍｉｎＭ（＝Ｍ1 ）よ
りも小さいので、ｍｉｎＭの値をＭ2 に更新する。よっ
て、ｍｉｎＭ＝Ｍ2 となる。つまり、最小マンハッタン
距離記憶部８４には第２番目のテンプレートベクトルデ
ータＴ2 に関するマンハッタン距離Ｍ2 が記憶される。
【０２２５】６）次に、特徴量記憶部８２内の第３番目
のテンプレートベクトルデータＴ3の特徴量ΣＴ3 と、
特徴量演算部８５に保存されている入力ベクトルデータ
Ｉの特徴量との差の絶対値Ｄ3 を特徴量差分演算部８６
で求める。この演算結果は、Ｄ3 ＝４６である。
【０２２６】７）さらに、手順６）で求めた特徴量の差
の絶対値Ｄ3 と、現在までに見つかっている最小のマン
ハッタン距離ｍｉｎＭとをもとに、第３番目のテンプレ
ートベクトルデータＴ3 と入力ベクトルデータＩとのマ
ンハッタン距離Ｍ3 を演算する必要があるかどうかを、
演算省略判定部８７で判断する。今の場合、Ｄ3 ＞ｍｉ
ｎＭ（＝Ｍ2 ）であるから、第３番目のテンプレートベ
クトルデータＴ3 と入力ベクトルデータＩとのマンハッ
タン距離Ｍ3 の演算は省略できる。
【０２２７】８）手順７）により、第３番目のテンプレ
ートベクトルデータＴ3 と入力ベクトルデータＩとのマ
ンハッタン距離Ｍ3 の演算は省略できると判明したの
で、この演算は省略する。そして、第４番目のテンプレ
ートベクトルデータＴ4 の特徴量ΣＴ4 と入力ベクトル
データＩの特徴量との差の絶対値Ｄ4 を特徴量差分演算
部８６で演算する。その演算結果は、Ｄ4 ＝１５７であ
る。
【０２２８】９）手順８）で求めた特徴量の差の絶対値
Ｄ4 と、現在までに見つかっている最小のマンハッタン
距離ｍｉｎＭとをもとに、第４番目のテンプレートベク
トルデータＴ4 と入力ベクトルデータＩとのマンハッタ
ン距離Ｍ4 を演算する必要があるかどうかを、演算省略
判定部８７で判断する。今の場合、Ｄ4 ＞ｍｉｎＭ（＝
Ｍ2 ）であるから、第４番目のテンプレートベクトルデ
ータＴ4 と入力ベクトルデータＩとのマンハッタン距離
Ｍ4 の演算も省略できる。
【０２２９】１０）以下、同様の処理をｍ＝ｋとなるま
で繰り返す。
【０２３０】図２９は、上記した本実施形態のベクトル
量子化処理の手順を示すフローチャートである。以下、
このフローチャートについて説明する。図２９におい
て、まず最初にステップＳ４１で入力ベクトルデータＩ
を入力する。そして、ステップＳ４２で、その入力ベク
トルデータＩの要素の総和（特徴量）を演算し、その結
果を保存する。
【０２３１】次に、ステップＳ４３で、検索するテンプ
レートベクトルデータの番号（アドレス）をｍ＝１、ｍ
ｉｎＡ＝１に初期化するとともに、現在までに見つかっ
ている最小のマンハッタン距離ｍｉｎＭの値を∞に初期
化する。次に、ステップＳ４４で、アドレスカウンタｍ
の値がテンプレートベクトルデータの数ｋを越えたかど
うかを判断し、越えていない場合はステップＳ４５に進
む。
【０２３２】ステップＳ４５では、検索するテンプレー
トベクトルデータＴm についてあらかじめ記憶されてい
る特徴量と、演算の結果保存されている入力ベクトルデ
ータＩの特徴量との差の絶対値Ｄm を求める。そして、
ステップＳ４６で、その演算した差分絶対値Ｄm が、現
在までに見つかっている最小のマンハッタン距離ｍｉｎ
Ｍの値以上かどうかを判断する。
【０２３３】ここで、差分絶対値Ｄm が現在の最小マン
ハッタン距離ｍｉｎＭの値以上の場合は、ステップＳ５
０でアドレスカウンタｍの値をインクリメントした後、
ステップＳ４４の処理に戻る。一方、上記差分絶対値Ｄ
m が現在の最小マンハッタン距離ｍｉｎＭより小さい場
合は、ステップＳ４７に進み、入力ベクトルデータＩ
と、検索するテンプレートベクトルデータＴm とのマン
ハッタン距離Ｍm を演算する。
【０２３４】そして、ステップＳ４８で、演算したマン
ハッタン距離Ｍm が現在の最小マンハッタン距離ｍｉｎ
Ｍ以上であるかどうかを判断し、そうである場合はステ
ップＳ５０でアドレスカウンタｍの値をインクリメント
した後、ステップＳ４４の処理に戻る。一方、演算した
マンハッタン距離Ｍm が現在の最小マンハッタン距離ｍ
ｉｎＭより小さい場合は、ステップＳ４９に進む。
【０２３５】ステップＳ４９では、最小マンハッタン距
離ｍｉｎＭの値を上記演算したマンハッタン距離Ｍm に
更新するとともに、探し出したテンプレートベクトルデ
ータの番号（アドレス）を最小距離アドレス記憶部８９
に記録する。その後、ステップＳ５０でアドレスカウン
タｍの値をインクリメントした後、ステップＳ４４の処
理に戻る。
【０２３６】以上の手順の中でも示した通り、図２８に
記載した構成のベクトル最子化装置を用いれば、入力ベ
クトルデータＩに最も類似したテンプレートベクトルデ
ータを検索する操作を行う際に、その検索に必要な類似
度の演算を少なくすることができ、高速に演算を行うこ
とができる。
【０２３７】なお、図２８では、コードブック記憶部８
１内の各テンプレートベクトルデータＴ1 ，Ｔ2 ，
Ｔ3 ，Ｔ4 ，…は任意の順で並んでいたが、特徴量の大
きい順に並べておいても良い。テンプレートベクトルデ
ータが特徴量順に並んでいる場合、テンプレートベクト
ルデータを検索する際、入力ベクトルデータＩと特徴量
が最も近いテンプレートベクトルデータから検索をする
ことが容易になる。特徴量が近い２つのベクトルデータ
は、類似度も大きい傾向があるので、入力ベクトルデー
タと特徴量が最も近いテンプレートベクトルデータから
検索を行うことで、類似度の演算をより多く省略するこ
とができる。
【０２３８】また、本実施形態では、ベクトル量子化装
置が取り扱うベクトルデータの次元を６次元としたが、
ベクトルデータの次元は任意で良い。また、図２８のベ
クトル量子化装置は、専用のハードウェアで実現するこ
とも可能であるし、コンピュータ上のプログラムによっ
てソフトウェアで実現することもできる。ハードウェア
で実現する場合、新たに設けた特徴量演算部８５、特徴
量差分演算部８６および演算省略判定部８７は、それ程
大きなハードウェア面積を必要としない。
【０２３９】また、上記実施形態において、ベクトルデ
ータの特徴量としては、ベクトルデータの要素の総和に
限定されるものではない。例えば、ベクトルデータの分
散を使いたい場合は、特徴量演算部８５と演算省略判定
部８７とを分散演算用のものに変更すれば良い。また、
類似度を求める関数をマンハッタン距離以外の関数、例
えばユークリッド距離を求める関数等に変更したい場合
は、マンハッタン距離演算部８３と最小マンハッタン距
離記憶部８４と演算省略判定部８７とを変更すれば良
い。
【０２４０】（第１３の実施形態）第１３の実施形態で
は、上記第１２の実施形態で示したベクトル量子化装置
への入力として画像データを用い、上記実施形態のベク
トル量子化装置を画像圧縮装置に応用した例を、図３０
および図３１を使って説明する。まず、ベクトル量子化
装置を使って画像圧縮を行う場合の一般的な例を図３０
により説明する。
【０２４１】図３０において、入力される原画像９１
は、画素と呼ばれる要素が多数集まって構成されてい
る。個々の画素は輝度値、あるいは色差信号などの情報
を持っている。入力画像９１中から複数画素で構成され
るブロックを取り出したのが、入力画像ブロック９２で
ある。図３０の例では、入力画像ブロック９２の大きさ
として４×４画素を選んでいるが、この大きさは何であ
っても良い。
【０２４２】入力画像ブロック９２は、上述の通り複数
の画素を持っているから、各々の画素が持つ輝度値など
を集めてベクトルデータとすることができる。これが図
２８で説明したベクトル量子化装置の入力ベクトルデー
タＩである。
【０２４３】人間の視覚特性上、入力画像９１中の幾つ
かの入力画像ブロックは、見た目では殆ど同じに見える
場合がある。こういった同じに見える複数の入力画像ブ
ロックを、より少ない数の画像ブロックで代表させるこ
とが可能である。画像ブロックコードブック９３は、入
力画像９１上の多数の入力画像ブロックを代表する画像
ブロック（テンプレートベクトルデータ）を複数持った
ものである。テンプレートベクトルデータは、画像ブロ
ックコードブック９３内の画像ブロック各々の画素が持
つ輝度をベクトルデータとしたものである。
【０２４４】ベクトル量子化装置では、入力画像９１全
体を画像ブロックとして分割し、各々の画像ブロック９
２を入力ベクトルデータとして、その入力ベクトルデー
タに類似するテンプレートベクトルデータをコードブッ
ク９３内から検索する。そして、該当するテンプレート
ベクトルデータの番号のみを転送することで、画像を圧
縮することが可能である。圧縮された画像を再生して再
現画像９４を得るには、上記転送された番号に対応する
テンプレートベクトルデータをコードブック９３から読
み出し、画像に当てはめれば良い。
【０２４５】本実施形態において、入力画像９１中から
画像ブロック９２で示される入力ベクトルデータを取り
出してしまえば、類似度を求める関数としてマンハッタ
ン距離を用い、特徴量としてベクトルデータの要素の総
和を用いた場合、ベクトル量子化の手順は上述した第１
２の実施形態と全く同一である（ここではその詳細な手
順の説明は省略する）。よって、入力ベクトルデータに
類似するテンプレートベクトルデータを検索する際、検
索にまつわる演算を少なくできるので、高速な画像の圧
縮が可能となる。
【０２４６】以上のような方法によって画像データに対
してベクトル量子化の操作を行ったときに、マンハッタ
ン距離の演算をどれほど省略できるのかを示したのが、
図３１である。図３１は、屋外風景写真、屋内風景写
真、人物写真を入力画像としたときに、様々なテンプレ
ートベクトルデータ群に対して、各々のテンプレートベ
クトルデータ群の中でマンハッタン距離を演算しなけれ
ばならないテンプレートベクトルデータの割合を表して
いる。
【０２４７】この図３１によると、テンプレートベクト
ルデータ群の中で、入力ベクトルデータとのマンハッタ
ン距離を演算しなければならないテンプレートベクトル
データは、せいぜい１４％以内となっていることが分か
り、本実施形態の有用性が示されている。
【０２４８】なお、以上の例では画素の輝度値をベクト
ルデータとしたが、輝度値だけでなく、各画素が有する
数値化された情報は何であれベクトルデータとすること
ができる。また、入力画像９１中から入力画像ブロック
９２を取り出した後、離散余弦変換をはじめとする様々
な変換をかけ、変換後の画像からベクトルデータを作っ
てベクトル量子化装置の入力としても良い。
【０２４９】また、入力ベクトルデータが画像データの
場合は、特徴量としてベクトルデータの要素の総和を用
いても、画像データを周波数分解した際の直流成分を用
いても、両者は等価である。何故ならば、上記直流成分
は、ベクトルデータの要素の総和に対してある係数を掛
けたものに過ぎないからである。
【０２５０】（第１４の実施形態）上記第１２の実施形
態で示したベクトル量子化装置への入力として画像デー
タを用いた場合、ベクトルデータの特徴量として、画像
特有の性質を使うことが可能である。本実施形態では、
ベクトル量子化装置の入力を画像データとした場合の画
像データ特有な特微量について説明し、幾つかの特徴量
を組み合わせてベクトル量子化処理の演算量を減少させ
ることが可能であることを以下に示す。
【０２５１】まず、画像データに対して、類似度を演算
する関数をマンハッタン距離とし、特徴量としてベクト
ル要素の総和を用いた場合の問題点を、図３２を使って
説明する。図３２において、入力ベクトルデータに対応
する画像ブロック１０１と、テンプレートベクトルデー
タに対応する画像ブロック１０２は、ほぼ同じブロック
である。一方、入力ベクトルデータに対応する画像ブロ
ック１０１と、もう一方のテンプレートベクトルデータ
に対応する画像ブロック１０３は、全く上下左右が反転
したブロックとなっており、見た目では全く異なるもの
である。
【０２５２】実際に、入力画像ブロック１０１とテンプ
レート画像ブロック１０２，１０３との画素の輝度値を
取り出して、それぞれをベクトルデータとしてマンハッ
タン距離を演算すると、テンプレート画像ブロック１０
３は、もう一方のテンプレート画像ブロック１０２と比
較して入力画像ブロック１０１と類似していないことが
明らかになる。
【０２５３】しかしながら、特徴量であるベクトルデー
タの要素の総和は、２つのテンプレート画像ブロック１
０２と１０３とで等しい。このことは、特徴量としてベ
クトルデータの要素の総和を使っただけでは、無駄な類
似度演算が多く残ることを意味している。
【０２５４】この問題を解決するための手段としては、
特徴量として、ベクトルデータの各要素の一部を画素の
明暗が反転するように操作した後の各要素の総和を使う
という手段が考えられる。
【０２５５】図３３は、ベクトルデータの要素の一部の
明暗を反転させた場合、画像ブロックがどのように変化
するかを表している。初期の画像ブロック１１１に対し
て、３種類の反転パターン１１２〜１１４を用いて、黒
で塗りつぶされた部分の画素が明暗反転するように操作
した結果が、反転後画像ブロック１１５〜１１７であ
る。このように、１つの画像に対して異なる反転パター
ン１１２〜１１４で明暗反転をすると、初期の画像ブロ
ックが同じでも、反転後画像ブロック１１５〜１１７の
画素の輝度値の総和１１８〜１２０は異なった値とな
る。
【０２５６】また、図３４は、ベクトルデータの要素の
総和が等しい場合でも、ベクトルデータの要素の一部を
画素の明暗が反転するように操作してから、ベクトルデ
ータの要素の総和を求めて特徴量とすると、特徴量に差
が現れてくる例を示したものである。図３４において、
初期の画像ブロック１２１と１２２は、画素の輝度値の
総和は全く同じである。よって、ベクトルデータの要素
の総和、すなわち、ブロック内の画素の輝度値の総和を
特徴量としても両者は全く区別できない。
【０２５７】このような２つの初期画像ブロック１２
１，１２２に対して、同じ反転パターン１２３の黒塗り
の部分を明暗反転し、反転後の画像ブロック１２４，１
２５について画素の輝度値の総和１２６，１２７を計算
すると、両者は全く異なった値となる。
【０２５８】本実施形態は、以上のことを利用して、無
駄なマンハッタン距離の演算を更に減少させることがで
きるようにしたものである。すなわち、以上の例からも
分かるように、ある特徴量を使ったときには省略できな
い類似度の演算が、別の特徴量を使うと省略できる場合
がある。この場合、異なる特徴量を２つ以上利用して演
算量を更に減少させることができる。
【０２５９】具体的には、ある特徴量でテンプレートベ
クトルデータの中から類似度を演算しなければならない
範囲を絞り込み、別の特徴量で更に範囲を絞り込むとい
う、２段階で特徴量を使う方法や、同時に２つの特徴量
を使って、特徴量の差が大きい方を演算省略の判断に使
う方法などが挙げられる。
【０２６０】なお、ある画像から入力画像ブロックを取
り出してきてベクトル量子化装置の入力とする場合、上
述の「ベクトルデータの要素の一部を画素の明暗が反転
するように操作した後のベクトルデータの総和」の他に
も、画像特有の特徴量がいくつか考えられる。以下で
は、画像ブロックの四隅の画素の情報を特徴量として使
う方法と、画像ブロック上の画素値の変化の様子を特徴
量として使う方法とを説明する。
【０２６１】最初に、画像ブロックの四隅の画素の情報
を特徴量として使う方法について説明する。画像ブロッ
クを入力画像中から取り出してきた場合に、ブロック内
で画素値がある方向に滑らかに変化する画像に対して
は、画像ブロックの四隅から特徴量を得ることができ
る。図３５は、画像ブロックの四隅を特徴量として使う
方法を説明した図である。
【０２６２】図３５（ａ）において、画像ブロック１３
１は、ブロックの右下から左上方向に輝度が徐々に明る
くなる変化をしている。この画像ブロック１３１から四
隅１３３を取り出し、それらの４画素の輝度値を比較す
ると、画像ブロック１３１はどのような方向に輝度が変
化しているのかを把握することができる。
【０２６３】また、画像ブロック１３２とその四隅１３
４は、画素値の変化する方向が上記とは異なる場合の一
例を示すものであり、画像ブロックの右辺から左辺方向
に輝度が徐々に明るくなる変化を示している。なお、１
３３および１３４中に示した矢印は、画素の輝度の大小
関係を示すものであり、矢印の先にある画素の方が輝度
が大きい。また、輝度の大小に差がない場合には、線分
で表している。
【０２６４】このように、画像ブロックの四隅の画素の
間で輝度を大小比較し、大小を判別することで、画像ブ
ロックの特徴を捉えることができる。四隅の画素の間で
の輝度の大小パターンは幾通りもあるので、それらのパ
ターンを番号付けして特徴量とすることができる。すな
わち、図３５（ｂ）に示すように、四隅の画素の間での
輝度の大小の各パターンに対して番号を付与し、その番
号を特徴量として本実施形態のベクトル量子化装置に組
み込むことができる。
【０２６５】なお、図３５では、画像ブロックの大きさ
を４×４画素としているが、この大きさは任意で良い。
また、画素値として輝度値を用いているが、他の画素値
（例えば色信号値）を用いても良い。
【０２６６】次に、画像ブロック上での画素値の変化を
特微量として使う方法を説明する。入力画像中から画像
ブロックを幾つか切り出してくると、それらの画像ブロ
ックの中には、画素値の変化の様子が似ているものがあ
る。図３６は、画素値の変化の周期および変化率が同じ
である２つの画像ブロック１４１，１４２を示してい
る。これらの画像ブロック１４１と１４２は何れも左右
方向にのみ画素値が変化している。
【０２６７】画像ブロック１４１の左右方向の画素値の
変化は、もう一方の画像ブロック１４２の左右方向の画
素値の変化に所定の係数をかけて、変化の振幅を抑えた
ものに他ならない。このような状態を、画像ブロック１
４１，１４２の画像ブロック上での画素値の変化のモー
ドが同じであると言うことにする。
【０２６８】画像ブロック上での画素値の変化のモード
は多数あるので、それらの変化のモードを番号付けする
ことにより特徴量とすることができる。すなわち、画素
値の変化のモードに対してそれぞれ番号を付与し、その
番号を特徴量として本実施形態のベクトル量子化装置に
組み込むことができる。なお、この図３６でも画像ブロ
ックの大きさを４×４画素としているが、この大きさは
任意で良い。
【０２６９】最後に、第１の特徴量として画像ブロック
上での画素値の変化、つまり画像ブロック上での変化の
モードを番号付けしたものを用いるとともに、第２の特
徴量として画像ブロック上の画素の値の総和、つまりベ
クトルデータの要素の総和を用いた場合の、第１４の実
施形態に係るベクトル量子化装置の構成を、図３７を用
いて説明する。なお、図３７において、図２８に示した
ブロックと同じブロックには同一の符号を付している。
また、ここでは類似度をマンハッタン距離によって求め
ている。また、図３７中ではベクトルデータを、相当す
る画像ブロックとして視覚的に表現している。
【０２７０】入力ベクトルデータＩは、第１の特徴量で
ある画像ブロック上での画素値の変化モードによって分
類される。すなわち、変化モード判定部１５１は、画素
値の変化モードの典型的なベクトルデータを集めた特徴
テンプレート記憶部１５２に記憶されているベクトルデ
ータの情報をもとに、入力ベクトルデータＩの第１の特
徴量である画像ブロック上での画素値の変化モードが、
テンプレートの何番に相当するものであるかを示すデー
タｄ８を出力する。
【０２７１】テンプレートベクトルデータを記憶するコ
ードブック記憶部８１と、テンプレートベクトルデータ
の第２の特徴量であるベクトルデータの要素の総和を記
憶する特徴量記憶部８２の内部には、第１の特徴量の種
類ごとにデータが並べられている。図３７の例では、入
力ベクトルデータＩの第１の特徴量は“２”と判断され
たので、コードブック記憶部８１と特徴量記憶部８２の
中から、第１の特徴量が“２”となる部分１５３のみが
選択され、残りの部分は検索対象外となる。
【０２７２】コードブック記憶部８１および特徴量記憶
部８２の中で、以上のようにして第１の特徴量が“２”
となる部分１５３に関してのみ、上記第１２の実施形態
と同様の手順でテンプレートベクトルデータの検索を行
う。すなわち、入力ベクトルデータＩの第２の特徴量を
特徴量演算部８５で演算し、その結果ｄ４と、特徴量記
憶部８２内の特徴量ｄ５とを用いて、特徴量差分演算部
８６ならびに演算省略判定部８７により、コードブック
記憶部８１内の第１の特徴量が“２”となるテンプレー
トベクトルデータの中で、特にマンハッタン距離の演算
が必要ないものを判断する。
【０２７３】以上のように、第１４の実施形態によれ
ば、第１２の実施形態で説明したように特徴量を単独で
使う場合に比べて、より多くの演算を省略することがで
きる。これは、第１の特徴量によってあらかじめ検索対
象となるテンプレートベクトルデータを限定し、第２の
特徴量で更に検索対象を絞り込むようにしているからで
ある。これによって、特徴量を１つだけ使う場合に比べ
てより多くの演算の省略が可能となり、より高速に演算
を行うことができる。
【０２７４】また、テンプレートベクトルデータは、第
１の特徴量だけでなく、第２の特徴量の大きさ順によっ
ても並べることで２次元的な配列にしておくことによ
り、入力ベクトルデータＩと第２の特徴量が似たテンプ
レートベクトルデータから検索を始めることができるの
で、入力ベクトルデータＩと類似するテンプレートベク
トルデータをより効率的に検索することができる。な
お、図３７では、画像ブロックの大きさとして４×４画
素、つまりベクトルデータに直せば１６次元のものを例
に説明したが、この大きさは任意である。
【０２７５】（第１５の実施形態）図３８は、第１５の
実施形態に係るデータ圧縮伸長システムの構成例を示す
図である。本実施形態では、ベクトル量子化を利用した
データ圧縮伸長システムにおいて、データ圧縮・伸長時
に使用するコードブックを保持しておくためのシステム
を独立に用意しておくものである。
【０２７６】図３８において、コードブック方式圧縮シ
ステム１６１は、外部より入力された、あるいは蓄積さ
れているデータをコードブック方式により圧縮する装置
である。コードブックサーバシステム１６２は、コード
ブック蓄積装置１７１、コードブック管理装置１７２、
コードブック登録装置１７３、コードブック生成装置１
７４を備え、圧縮・伸張システムからのリクエストに応
じてコードブックを転送する機能を持つ。
【０２７７】コードブック方式圧縮システム１６１にお
いてデータ圧縮の処理過程で使用するコードブックは、
コードブックサーバ１６２よりネットワーク１６４を介
して転送されたコードブック１６５を用いる。どのよう
なコードブックが必要であるかは、コードブックサーバ
１６２に対するコードブック・リクエスト１６３をネッ
トワーク１６４を介して送信する。
【０２７８】コードブックサーバ１６２は、コードブッ
ク・リクエスト１６３に対する返答として、以下のよう
な動作を実行する。すなわち、コードブック管理装置１
７２が、リクエストされたものに合ったコードブックの
データをコードブック蓄積装置１７１に蓄積されたコー
ドブックの中から探し出し、それをネットワーク１６４
を介してコードブック方式圧縮システム１６１に送信す
る。なお、コードブック蓄積装置１７１には、コードブ
ック登録装置１７３によって事前に幾つかのコードブッ
クが登録され、蓄積されている。
【０２７９】上記コードブック蓄積装置１７１内にリク
エストされたものに合致するコードブックがない場合に
は、最も似通ったコードブックからリクエストに合った
コードブックをコードブック生成装置１７４が生成す
る。このとき、コードブック蓄積装置１７１に蓄積され
ているコードブックを基に生成しても良いし、全く新た
に生成しても良い。
【０２８０】以上のようにして転送されたコードブック
１６５を用いて、コードブック方式圧縮システム１６１
で生成された圧縮データは、ネットワーク１６６を介し
てコードブック方式伸長システム１６７に送信される。
コードブック方式伸長システム１６７においてデータ伸
長の処理過程で使用するコードブックは、コードブック
サーバ１６２より転送されたコードブック１７０を用い
る。どのようなコードブックが必要であるかは、コード
ブックサーバ１６２に対するコードブック・リクエスト
１６８をネットワーク１６９を介して送信する。
【０２８１】コードブック方式伸長システム１６７がリ
クエストする内容は、コードブック方式圧縮システム１
６１で生成されたリクエスト内容を圧縮データと共に受
け取り、これを使用しても良い。また、コードブック方
式伸長システム１６７が独自に生成したリクエスト内容
であっても良く、圧縮と伸長とで異なるコードブックを
使用しても差し支えない。
【０２８２】コードブックサーバ１６２は、コードブッ
ク・リクエスト１６８に対する返答として、以下のよう
な動作を実行する。すなわち、コードブック管理装置１
７２が、リクエストされたものに合ったコードブックの
データをコードブック蓄積装置１７１に蓄積されている
コードブックの中から探し出し、それをネットワーク１
６９を介してコードブック方式伸長システム１６７に送
信する。
【０２８３】リクエストされたものに合致するコードブ
ックがない場合には、最も似通ったコードブックからリ
クエストに合ったコードブックをコードブック生成装置
１７４が生成する。このとき、コードブック蓄積装置１
７１に蓄積されているコードブックを基に生成しても良
いし、全く新たに生成しても良い。
【０２８４】以上のように、本実施形態では、ベクトル
量子化によるデータ圧縮・伸長時に使用するコードブッ
クを保持しておくためのコードブックサーバ１６２を独
立に用意しておく。さらに、このコードブックサーバ１
６２と、データ圧縮システム１６１（データ送信側）
と、データ伸長システム１６７（データ受信側）とを、
それぞれ互いにアナログ電話回線、デジタル回線、イン
ターネット専用線、通信回線等に代表されるネットワー
クを介して接続する。
【０２８５】そして、データ圧縮システム１６１、デー
タ伸長システム１６７のそれぞれからコードブックの配
信要求がコードブックサーバ１６２に与えられたとき
に、コードブックサーバ１６２がネットワークを介して
瞬時にコードブックを送信するようにする。
【０２８６】これにより、各データ圧縮・伸長システム
がコードブックを保持する必要がなく、かつ、コードブ
ックが更新された場合にはコードブックサーバ１６２の
データを更新するだけで良いので、非常に簡単なデータ
転送システムを実現することができる。また、常に最新
のコードブックをコードブックサーバ１６２から受け取
ることができ、データの質を良好に保つことができる。
【０２８７】（第１６の実施形態）第１６の実施形態で
は、各フレーム毎にフレーム内でのベクトル量子化（空
間方向ベクトル量子化）を行った後で、それにより得ら
れたコード番号を並べ替えてフレーム間でのベクトル量
子化（時間軸方向ベクトル量子化）を行う上述の実施形
態を応用した例について、以下に述べる。
【０２８８】これまでに述べた第２〜第７の実施形態で
は、それぞれのフレームから空間方向ベクトル量子化後
のコード番号を１つずつ抜き出してきて、それらをフレ
ーム画像順に並べ替えることによって新たなベクトル
（時間軸ベクトル）を生成していた。これに対して、第
１６の実施形態では、１枚のフレームから抜き出してく
るコード番号は１つではなく、各フレームからそれぞれ
複数のコード番号を抜き出してきて新たな時間軸ベクト
ルを生成するものである。
【０２８９】図３９は、本実施形態に係る空間方向コー
ド番号の並べ替え方を説明するためのデータフロー図で
ある。図３９に示すように、まず原画像のそれぞれのフ
レームに対して、４×４画素単位のマクロブロック毎に
空間方向ベクトル量子化（ＳＤＶＱ）の処理を行い、各
マクロブロックを空間方向用コードベクトルに対応する
コード番号で置き換える。図３９の例では、あるフレー
ムの右隅のマクロブロックがコード番号“３０”に置き
換えられ、その周りの３つのマクロブロックがコード番
号“１５”、“１０”、“２０”に置き換えられている
ことが示されている。
【０２９０】このような空間方向ベクトル量子化の処理
が各フレーム（図３９の例では４つのフレーム）につい
て行われると、空間方向用コードブックのコード番号で
表現されたそれぞれのフレーム画像中から、同じアドレ
スが示すブロックのコード番号を２×２のブロック単位
で４個ずつ取り出してきて、それらをフレーム画像順に
並べ替える。これにより、時間軸方向に分散して存在す
る同アドレス４ブロック分の各コード番号を１つの時間
軸ベクトルのデータ列、つまり時間軸方向ベクトル量子
化（ＴＤＶＱ）用の１つのマクロブロックとしてまとめ
て表現する。
【０２９１】図４０は、本実施形態による空間方向コー
ド番号の再配列の仕方を上述した第２の実施形態に応用
した場合の圧縮時のデータの流れを示すデータフロー図
であり、また図４１および図４２は、その場合のデータ
圧縮伸長システムの構成例を示すブロック図である。な
お、図４０に関して、圧縮対象とするフレーム数が４フ
レームであること、およびコード番号の再配列の仕方が
異なること以外は図１１に示した第２の実施形態と同じ
なので、ここでは説明を省略する。
【０２９２】図４１において、本実施形態のデータ圧縮
システムでは、図９に示した第２の実施形態によるデー
タ圧縮システムに対して、空間方向コード再配列方法指
定部１８１が更に追加されている。また、図４２におい
て、本実施形態のデータ伸長システムでは、図１０に示
した第２の実施形態によるデータ伸長システムに対し
て、空間方向コード再生方法指定部１８２が更に追加さ
れている。
【０２９３】空間方向コード再配列方法指定部１８１
は、空間方向コード番号を再配列して新たな時間軸ベク
トルを生成する際に、１枚のフレームから抜き出してく
るコード番号を１個とするか、それとも各フレームから
それぞれ４個のコード番号を抜き出してくるかを指定す
るものである。言い換えれば、ベクトル量子化の一連の
処理を図１１の流れに従って行うか、それとも図４０の
流れに従って行うかを指定するものである。
【０２９４】また、空間方向コード再生方法指定部１８
２は、これとは逆に、時間軸コード番号に対応するコー
ドベクトルを時間軸コードブックから取り出す際に、１
つの時間軸コード番号に対して１個のコードベクトルを
取り出すか、それとも４個のコードベクトルを取り出す
かを指定するものである。この指定は、空間方向コード
再配列方法指定部１８１でどちらの再配列方法が指定さ
れたかに応じて、対応する再生方法が指定される。
【０２９５】図４３および図４４は、本実施形態による
空間方向コード番号の再配列の仕方を上述した第３の実
施形態および第４の実施形態に応用した場合の圧縮時の
データの流れを示すデータフロー図である。これらの図
４３および図４４に関して、圧縮対象とするフレーム数
が５フレームであること、およびコード番号の再配列の
仕方が異なること以外は、図１２や図１３に示した第３
の実施形態および第４の実施形態と同じなので、ここで
は説明を省略する。
【０２９６】また、図４５は、本実施形態による空間方
向コード番号の再配列の仕方を上述した第７の実施形態
に応用した場合のデータ圧縮システムの構成例を示すブ
ロック図である。図４５において、本実施形態のデータ
圧縮システムでは、図１５に示した第７の実施形態によ
るデータ圧縮システムに対して、空間方向コード再配列
方法指定部１８１および空間方向ＤＣ成分再配列方法指
定部１８３が更に追加されている。
【０２９７】上記空間方向コード再配列方法指定部１８
１は、上記図４１に示したものと同じものである。ま
た、空間方向ＤＣ成分再配列方法指定部１８３は、各ブ
ロックの最小輝度値のみで表現された各フレームの画像
に対して、同じアドレスが示すブロックのデータ値をフ
レーム画像順に再配列して新たな時間軸ベクトルを生成
する際に、１枚のフレームから抜き出してくるＤＣ成分
を１個とするか、それとも各フレームからそれぞれ４個
のＤＣ成分を抜き出してくるかを指定するものである。
【０２９８】以上のように、第１６の実施形態では、空
間方向コード番号やＤＣ成分の再配列の仕方を指定した
方法で行うように構成し、各フレームからそれぞれ複数
のコード番号やＤＣ成分を抜き出してきて新たな時間軸
ベクトルを生成できるようにすることにより、ある程度
空間方向にまとまったブロックを単位として時間軸ベク
トル量子化を行うことができるので、高い圧縮率を維持
しつつ再生画像の品質を更に向上させることができる。
【０２９９】なお、以上に示した例では、４フレームの
それぞれから空間方向コード番号を２×２のブロック単
位で４個ずつ取り出して時間軸ベクトルの１つのマクロ
ブロックとしたが、４フレームのそれぞれから３×３の
ブロック単位で９個ずつ取り出すようにしても良い。ま
た、この他にも、空間方向コード番号のマクロブロック
の取り方や圧縮対象のフレーム数を任意に設定すること
が可能である。
【０３００】図４６に、様々に設定した空間方向コード
番号の再配列の方法と、そのときの圧縮率との関係を示
す。これから分かるように、図４６に示される表の下の
方の設定ほど、高い圧縮率を達成できている。
【０３０１】（第１７の実施形態）次に、本発明の第１
７の実施形態について説明する。第１７の実施形態は、
上述した第８の実施形態を更に改良したものである。図
４７は、本実施形態によるデータ圧縮システムの構成例
を示すブロック図であり、第８の実施形態である上記図
１７に示したブロックと同じブロックには同一の符号を
付している。
【０３０２】図４７において、画像入力部６１は、画像
を連続して取り込む装置である。ここでは、例えば１画
素がＲＧＢ各８ビットの階調を持った６４０×４８０画
素の画像を、１秒間に３０枚の割合で取り込む。画像処
理部１９１は、上記画像入力部６１から取り込まれたＲ
ＧＢの画像信号を、輝度信号（Ｙ信号）と色信号（Ｕ信
号、Ｖ信号）とから成る画像信号に変換する。このよう
な処理を行うことにより、後のベクトル量子化でより効
率的に情報量を削減できるようになる。なお、上記図１
７に示す第８の実施形態の説明では、このような処理に
ついては触れていないが、同様に行っても良い。
【０３０３】コードブック記憶部６２には、例えば４×
４画素のブロックで構成されたパターン画像（コードベ
クトル）が多数登録されていて、各々のブロックにはユ
ニークなコード番号が割り当てられている。これらのコ
ードベクトルは、例えば、後述する特徴量の大きさ順
（例えば、アドレス０番が特徴量最小のコードベクトル
で、以下昇順）に並べられている。
【０３０４】コードブック方式による圧縮部６３は、画
像処理部１９１で得られた画像の１枚１枚に対して、第
８の実施形態で述べたような空間方向ベクトル量子化の
処理を行う。すなわち、原画像中に含まれる各マクロブ
ロックに対して、コードブック記憶部６２に多数登録さ
れているコードベクトルの中から最もパターンの似てい
るものを選び出し、それに対応するコード番号を出力す
る。６４０×４８０画素の画像を処理する場合、１９２
００個のブロックが取り出されて処理されるので、出力
されるコード番号も１９２００個である。
【０３０５】コード列記憶部６４は、ある時刻ｔにおけ
るフレーム画像をコードブック方式による圧縮部６３に
て処理して出力されるコード番号列を記憶しておくため
のものである。また、特徴量相関度演算部１９２は、コ
ード列記憶部６４に記憶されている上記ある時刻ｔ（前
フレーム）における画像のコード番号列に基づきコード
ブック記憶部６２から読み出されたコードベクトルと、
次の時刻ｔ＋１（現フレーム）の画像に対して空間方向
ベクトル量子化を行った結果最もパターンが似ていると
して選び出されたコードベクトルとの特徴量（例えば平
均値など）を夫々計算し、同じアドレスが示すマクロブ
ロックのコードベクトルの特徴量どうしでその相関を演
算する。
【０３０６】出力部６６は、特徴量相関度演算部１９２
から与えられる特徴量の相関値をもとに、媒体６７（ネ
ットワークなどの通信チャンネルまたは記録媒体）に出
力するデータを決定する。すなわち、あるマクロブロッ
クのアドレスについて求められた特徴量の相関値がある
閾値より小さい場合は、そのアドレスとコードブック方
式圧縮部６３から供給される現フレームの対応するコー
ド番号とを媒体６７に出力する。一方、あるマクロブロ
ックのアドレスについて求められた相関値がある閾値よ
り大きい場合は、そのアドレスと対応するコード番号は
媒体６７に出力しない（何も出力しない）。この場合、
伸長側では、第８の実施形態で述べたように、そのマク
ロブロックに関しては前フレームで再生された画像が代
わりに利用されることとなる。
【０３０７】なお、ここでは、時間軸方向で同じ位置に
ある隣接フレーム間の各マクロブロックのうち、フレー
ム間の相関が小さいマクロブロックではそのアドレスと
コード番号とを送信データとし、相関が大きいマクロブ
ロックでは何も送らないようにしているが、送信データ
の形態はこのような例に限定されない。
【０３０８】例えば、前フレームと比較して相関が小さ
いところには、先頭に“１”を立てるとともに、その後
にコード番号を付けて送信する。一方、相関が大きいと
ころは“０”のみを立てて送信するようにしても良い。
このようにすることにより、伸長側では、各マクロブロ
ック毎に送られてきた送信データの先頭の値が“１”か
“０”かを見ることによって、コード番号が送られたブ
ロックと送られていないブロックとを識別することがで
きる。
【０３０９】また、前フレームと比較して相関が小さい
ところではコード番号のみを送信データとし、一方、相
関が大きいところでは“０”のみを送信データとするよ
うにしても良い。このようにすることにより、伸長側で
は、各マクロブロック毎に送られてきた送信データの先
頭の値が“０”かそうでないかを見ることによって、コ
ード番号が送られたブロックと送られていないブロック
とを識別することができる。
【０３１０】なお、上述した送信データ形式の３つのパ
ターンの何れにおいても、相関の大きさに応じて作成し
た送信データに対して、更にハフマン符号化やランレン
グス符号化を施すようにしても良い。このようにすれ
ば、更に情報量を圧縮することができる。
【０３１１】以上のように、本実施形態では、複数フレ
ームの画像に対してそれぞれ空間方向ベクトル量子化の
処理を行う。そして、時間軸方向で同じ位置にある隣接
フレームのマクロブロック間で、選び出されたコードベ
クトルの特徴量を比較し、相関が大きい場合には前フレ
ームにて送られたコード番号を現フレームでもそのまま
使うようにしたので、個々のフレーム内で空間方向ベク
トル量子化した結果に加えて、フレーム方向（時間軸）
に対してもデータを圧縮することができ、動画像データ
を静止画ＶＱ圧縮より高い圧縮率で圧縮することができ
る。
【０３１２】なお、本実施形態では、出力部６６におい
て特徴量相関値と比較する閾値を一定としているが、あ
る関数等に基づいてフレーム間で変化させるようにして
も良い。このようにすることにより、例えば、動画像の
動きの激しさ等に応じて閾値を可変とすることで、画像
の動きに合わせてダイナミックに圧縮率を変えることが
できる。
【０３１３】また、上記実施形態では、コード列記憶部
６４に前フレームのコード列を記憶しているが、前フレ
ームで選び出されたコードベクトルを記憶するようにし
ても良い。このようにすれば、特徴量相関度演算部１９
２で現フレームのコードベクトルと比較する前フレーム
のコードベクトルを、当該記憶部から直接読み出すこと
ができるようになる。
【０３１４】また、上記実施形態では、比較すべきコー
ドベクトルの特徴量を圧縮動作時に演算により求めてい
るが、各コードベクトルと共にそれに対応する特徴量を
コードブック記憶部６２にあらかじめ記憶しておくよう
にしても良い。このようにすれば、圧縮動作時における
特徴量の演算処理を省略することができ、データ圧縮の
処理速度を高速化することができる。
【０３１５】（第１８の実施形態）次に、本発明の第１
８の実施形態について説明する。第１８の実施形態は、
上述した第１７の実施形態を更に改良したものである。
すなわち、上記第１７の実施形態では、コードベクトル
の特徴量の相関が大きい場合には前フレームのデータを
そのまま用いるという性質上、時間の経過と共に再生画
像に画質の劣化が起こってしまうことがある。例えば、
或るマクロブロックにおいてコードベクトルの特徴量の
相関値が閾値をぎりぎりで越えるような状態が数フレー
ムに渡って続く場合には、画質の劣化は否めない。ま
た、そのような状況を予測することも困難である。
【０３１６】このような画質劣化を目立たなくするため
に、本実施形態では、図４７に示したデータ圧縮システ
ム中の出力部６６に、特徴量の相関値に関わりなく現フ
レームのデータを送信するという「データ更新」の機能
を更に持たせる。データ更新を行うか否か、あるいはフ
レーム中のどの部分を更新データとするか否かの判定
は、特徴量相関度演算部１９２が行う。本実施形態にお
けるデータ更新の方法としては、例えば以下に述べるよ
うな３つの方法が考えられる。
【０３１７】第１の方法は、例えば数フレームに１回の
割合で、そのフレームについてコードブック方式圧縮部
６３により求められた全マクロブロックのコード列を、
対応するコードベクトルの特徴量相関値が閾値より大き
いか否かに関係なく、全て更新データとして媒体６７に
出力するようにする。あるフレームにおいて更新データ
を出力した後は、その更新データを新たなキーフレーム
としてそこから再び空間方向および時間軸方向の圧縮が
行われることになる。このようにすれば、前フレームの
データをそのまま用いるという状態が続いていたとして
も、その状態を更新データの送信によって必ず断つこと
ができ、時間経過に伴う画質の劣化を抑えることができ
る。
【０３１８】ただし、上記第１の方法では、更新データ
を送信するフレームでは、コードブック方式圧縮部６３
により空間方向のベクトル量子化が行われるだけで、相
関値の大きさに基づく時間軸方向の圧縮は行われないの
で、送信データ量は最大（普通に静止画圧縮をしたとき
の圧縮率）になってしまう。そこで、データ更新の第２
の方法では、フレーム内の全データを更新データとする
のではなく、所定のブロック単位でデータ更新を行うよ
うにする。
【０３１９】図４８は、データ更新の第２の方法を説明
するための図である。図４８の（ａ）〜（ｄ）はそれぞ
れ、或る時刻ｔ〜ｔ＋３のフレームを示しており、フレ
ーム中に示される小さい複数のブロックは、４×４画素
のマクロブロックである。本実施形態では、例えば図４
８中に太線枠で示すように、複数のマクロブロック（図
４８の例では、縦２個×横３個）で構成される更に大き
なブロック２００を単位として、上述したようなデータ
更新を行う。
【０３２０】すなわち、図４８（ａ）に示す時刻ｔにお
けるフレームにおいては、フレームの左上のブロック２
００内では、コードブック方式圧縮部６３より出力され
たコード列を特徴量相関値の閾値処理によらず媒体６７
に出力する。一方、上記ブロック２００以外の領域で
は、第１７の実施形態で述べたのと同様に、特徴量相関
度演算部１９２および出力部６６によって特徴量相関値
の閾値処理を行い、特徴量相関値が閾値より小さいマク
ロブロックについてのみコードを媒体６７に出力する。
【０３２１】図４８（ｂ）に示す時刻ｔ＋１における次
フレームにおいては、データ更新を行うブロック２００
の位置を水平方向に１ブロック分ずらす。そして、この
ようにずらしたブロック２００内では、コードブック方
式圧縮部６３より出力されたコード列を特徴量相関値の
閾値処理によらず媒体６７に出力する。一方、ブロック
２００以外の領域では特徴量相関値の閾値処理を行い、
特徴量相関値が閾値より小さいマクロブロックについて
のみコードを媒体６７に出力する。
【０３２２】以下同様にして、図４８（ｃ）、（ｄ）の
ようにブロック２００の位置をずらしながら処理を進め
ていき、ブロック２００の位置がフレームの右下までい
ったら、再び図４８（ａ）の状態に戻って処理を繰り返
す。
【０３２３】このように、複数のマクロブロックにより
構成されるブロック２００を単位として順次データ更新
の処理を行うことにより、前フレームのデータをそのま
ま用い続けるという状態を、ブロック２００を単位とし
た更新データの送信によって断つことができ、時間経過
に伴う画質の劣化を抑えることができる。しかも、ブロ
ック２００以外の領域では、空間方向のベクトル量子化
に加えて時間軸方向の圧縮も行われることから、高い圧
縮率を確保することもできる。
【０３２４】データ更新の第３の方法は、図４９の太線
枠に示すように、１フレーム中に離散して存在する複数
のマクロブロック２０１についてデータ更新を行うよう
にし、このデータ更新を行う離散的な位置を時間と共に
（フレームが進む毎に）変えていく方法である。上述し
た第２の方法では、データ更新を行うブロック２００と
それ以外の領域との間で画質の差が目立つことも考えら
れるが、第３の方法によれば、このような差は目立たな
くなるというメリットを有する。
【０３２５】なお、本実施形態の第２の方法および第３
の方法では、データ更新を行うブロック２００，２０１
を毎フレームに設けているが、数フレームおきに設ける
ようにしても良い。また、本実施形態では、第１７の実
施形態を改良したものとして説明したが、第８の実施形
態に上述したデータ更新の処理を適用することも可能で
ある。
【０３２６】（その他の実施形態）上記様々な実施形態
に示した各機能ブロックおよび処理手順は、ハードウェ
アにより構成しても良いし、ＣＰＵあるいはＭＰＵ、Ｒ
ＯＭおよびＲＡＭ等からなるマイクロコンピュータシス
テムによって構成し、その動作をＲＯＭやＲＡＭに格納
された作業プログラムに従って実現するようにしても良
い。また、上記各機能ブロックの機能を実現するように
当該機能を実現するためのソフトウェアのプログラムを
ＲＡＭに供給し、そのプログラムに従って上記各機能ブ
ロックを動作させることによって実施したものも、本発
明の範疇に含まれる。
【０３２７】この場合、上記ソフトウェアのプログラム
自体が上述した各実施形態の機能を実現することにな
り、そのプログラム自体、およびそのプログラムをコン
ピュータに供給するための手段、例えばかかるプログラ
ムを格納した記録媒体は本発明を構成する。かかるプロ
グラムを記憶する記録媒体としては、上記ＲＯＭやＲＡ
Ｍの他に、例えばフロッピーディスク、ハードディス
ク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ
−Ｉ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、ＤＶＤ、ｚｉｐ、磁気テ
ープ、あるいは不揮発性のメモリカード等を用いること
ができる。
【０３２８】また、コンピュータが供給されたプログラ
ムを実行することにより、上述の実施形態の機能が実現
されるだけでなく、そのプログラムがコンピュータにお
いて稼働しているＯＳ（オペレーティングシステム）あ
るいは他のアプリケーションソフト等の共同して上述の
実施形態の機能が実現される場合にもかかるプログラム
は本発明の実施形態に含まれることは言うまでもない。
【０３２９】さらに、供給されたプログラムがコンピュ
ータの機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能
拡張ユニットに備わるメモリに格納された後、そのプロ
グラムの指示に基づいてその機能拡張ボードや機能拡張
ユニットに備わるＣＰＵ等が実際の処理の一部または全
部を行い、その処理によって上述した実施形態の機能が
実現される場合にも本発明に含まれることは言うまでも
ない。
【０３３０】
【発明の効果】以上詳しく説明したように、第１の本発
明によれば、ベクトル量子化を行う際に使用するベクト
ルを構成するブロックを、データ位置を１次元的に配列
したラインブロックとするようにしたので、例えば圧縮
対象として画像データを用いた場合、ラインブロック内
のデータ配列を再生装置のスキャン方向と合致させるこ
とができ、従来のマクロブロックの場合に必要だった伸
長・再生時のアドレス変換操作を回避することができ
る。これにより、再生画像の表示に要する時間を大幅に
短縮することができる。
【０３３１】また、第２、第３の発明によれば、圧縮時
にベクトル量子化を行う際に使用するベクトルを構成す
るブロックを、少なくとも垂直方向に近接するブロック
間では空間的位置を水平方向にずらして圧縮対象より抽
出するか、もしくは、伸長時にコードブックの中から探
し出したコードベクトルを構成するブロックを、少なく
とも垂直方向に近接するブロック間では空間的位置を水
平方向にずらして割り当てるようにしたので、例えば圧
縮対象として画像データを用いた場合、再生画像上にお
いて各ブロック境界の連続性を断ってブロック境界（量
子化誤差）を目立ちにくくすることができる。これによ
り、圧縮率を保ったまま質の高い再生画像を得ることが
できる。
【０３３２】また、第４〜第６の発明によれば、時間軸
に沿って変化する圧縮対象をベクトル量子化する際に、
同一時間内の１つのデータ列に対して空間方向に対する
ベクトル量子化を行うだけでなく、時間軸に沿った複数
のデータ列間で時間軸方向に対するベクトル量子化も行
うようにしたので、例えば、動画像の各フレーム内でデ
ータ圧縮を行うだけでなく、各フレーム間に対してもデ
ータ圧縮を行うことができる。これにより、再生画像の
品質を維持したままより高い圧縮率で動画を圧縮するこ
とができる。
【０３３３】また、第７の発明によれば、圧縮時におい
て時間軸方向に対するベクトル量子化を行うために複数
の新たなベクトルを生成する際に、上記新たなベクトル
内の要素を少なくとも近接するベクトル間では時間軸方
向にずらして配列するようにするか、もしくは、伸長時
にて上記圧縮時とは逆の処理を行う際に複数の新たなベ
クトルを生成する場合に、上記新たなベクトル内の少な
くとも近接する要素を時間軸方向にずらして配列するよ
うにしたので、例えば圧縮対象として動画を用いた場
合、伸長時に各時間毎の画像を再生していく毎に目立っ
ていた量子化誤差を目立たなくすることができ、動画の
高い圧縮率を保ったまま品質の良い再生画像を得ること
ができる。
【０３３４】また、第８の発明によれば、圧縮対象から
少なくとも１つ以上の特徴量を抽出して特徴量データと
残りの基本パターンデータとに分離し、分離した特徴量
データと基本パターンデータとに対してそれぞれ独立に
ベクトル量子化を行うようにしたので、様々な特徴が絡
み合った圧縮対象そのものに対するコードブックに比べ
て、それぞれのデータのベクトル量子化で使用するコー
ドブックを単純化することができ、必要なパターン数も
減らすことができる。これにより、ベクトル量子化によ
り類似度の大きいパターンをコードブック中から探し出
す際に、より適切なパターンに絞り込みやすくなり、高
精度のベクトル量子化を行うことができる。したがっ
て、例えば圧縮対象として画像データを用いた場合、高
い圧縮率を保ったままより高品位な再生画像を得ること
ができる。
【０３３５】また、第９の発明によれば、時間軸に沿っ
て変化する圧縮対象の各時刻におけるデータに対してそ
れぞれベクトル量子化を実行し、これにより各時刻毎に
得られるコード列あるいはそのコード列に対応するコー
ドベクトルの特徴量について、時間軸方向の相関が小さ
い部分のみコードを出力するようにしたので、例えば圧
縮対象として動画を用いた場合、フレーム間でデータ値
が大きく変化したところのデータだけを転送し、変化が
少ないところのデータは転送しないようにすることがで
きる。これにより、個々のフレーム内で空間方向に対し
てベクトル量子化をした結果に加えて、フレーム間に対
してもデータを圧縮することができ、高い圧縮率で動画
を圧縮・転送することができる。
【０３３６】また、第１０の発明によれば、カラー画像
をベクトル量子化する場合に、色信号用のコードブック
よりも輝度信号用のコードブックの方により多くのコー
ドベクトルを割り当てるようにしたので、画質にとって
より重要度の大きい輝度信号に関してより類似度の高い
コードベクトルをベクトル量子化によって得ることがで
きる。したがって、全体としてのコード長を変えないよ
うにすることで、圧縮率を維持したまま再生画像の画質
を向上させることができる。
【０３３７】また、第１１の発明によれば、コードブッ
クの作成する際に、初期のコードブックとして、とり得
る値の最小値から最大値までデータ値が連続的に変化す
るパターンのコードブックを用い、１回の処理で更新す
る範囲を仮想的な２次元平面上で１次元的に適用し、か
つ更新回数の増加と共に範囲を減少させ、更新係数の初
期値を０．３〜１の範囲内の何れかの値とし、かつ更新
回数の増加と共に更新係数の値を減少させるようにした
ので、コードブックの最適化をより効率的に行うことが
できるとともに、高精度なコードブックを得ることがで
きる。これにより、生成されたコードブックを例えば画
像のデータ圧縮伸長システムに用いることで、再生画像
の画質を向上させることができる。
【０３３８】また、第１２の発明によれば、コードブッ
クを作成する際に、複数のサンプルデータに対して独立
にコードブックを最適化し、得られた複数のコードブッ
クを合成して新たなコードブックを作成するようにした
ので、様々な画像に対して耐性を有するコードブックを
作成することができる。これにより、コードブックを記
憶するための装置のサイズを大きくすることなく、汎用
的なコードブックを得ることができる。
【０３３９】また、第１３の発明によれば、圧縮対象よ
り抽出されるベクトルの特徴量と、コードブック内の各
コードベクトルの特徴量とを比較し、その比較結果に基
づいて、各コードベクトルのそれぞれについて上記圧縮
対象ベクトルとの類似度を求める演算を省略するかどう
かを決定するようにしたので、類似度の演算に比べて演
算量の少ない特徴量の演算を行うことによって適宜類似
度の演算を省略することができ、圧縮対象ベクトルに類
似したコードベクトルを検索する操作を行う際に、その
検索に必要な演算量を少なくすることができ、ベクトル
量子化の演算を全体として高速に行うことができる。
【０３４０】また、第１４の発明によれば、ベクトル量
子化により圧縮伸長を行う際に必ず必要となるコードブ
ックを圧縮・伸長システムとは別に用意するようにした
ので、各圧縮・伸長システムはコードブックを保持する
必要がなく、実際のデータのみを転送するだけで良くな
り、より容量の少ない媒体を使ってデータ転送を行うこ
とができる。これにより、非常に簡単なデータ転送シス
テムを実現することができる。
【０３４１】また、第１５の発明によれば、上記第９の
発明に関して、或る時刻においては相関が所定値より小
さいかどうかに関係なく、ベクトル量子化手段より出力
された全アドレスまたは一部アドレスについてのコード
列を更新データとして出力するようにしたので、相関が
所定値よりも小さく前フレームのデータをそのまま用い
るという状態が続いていたとしても、その状態を更新デ
ータの送信によって断つことができ、時間の経過に伴う
画質の劣化を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態によるデータ圧縮装置の構成を
示すブロック図である。
【図２】第１の実施形態によるデータ伸長装置の構成を
示すブロック図である。
【図３】第１の実施形態によるデータ圧縮装置の動作を
示すフローチャートである。
【図４】第１の実施形態によるデータ伸長装置の動作を
示すフローチャートである。
【図５】ラインブロックをベクトルデータとして用いた
第１の実施形態による特徴を説明するための図である。
【図６】ラインブロックを貼り込む位置をずらした第１
の実施形態による特徴を説明するための図である。
【図７】６４０×４８０画素の１枚の画像を圧縮・伸長
処理するために要する時間を示す図である。
【図８】ベクトル量子化システム全体のデータの流れを
説明するための図である。
【図９】第２〜第４の実施形態によるデータ圧縮装置の
構成を示すブロック図である。
【図１０】第２〜第４の実施形態によるデータ伸長装置
の構成を示すブロック図である。
【図１１】第２の実施形態による圧縮時のデータの流れ
を示すデータフロー図である。
【図１２】第３の実施形態による圧縮時のデータの流れ
を示すデータフロー図である。
【図１３】第４の実施形態による圧縮時のデータの流れ
を示すデータフロー図である。
【図１４】第５の実施形態を説明するためのブロック図
である。
【図１５】第７の実施形態によるデータ圧縮装置の構成
を示すブロック図である。
【図１６】第７の実施形態による圧縮時のデータの流れ
を示すデータフロー図である。
【図１７】第８の実施形態によるデータ圧縮装置の構成
を示すブロック図である。
【図１８】第８の実施形態によるデータ圧縮装置をソフ
トウェアにより実現する場合の構成を示すブロック図で
ある。
【図１９】第８の実施形態によるデータ圧縮装置の動作
を示すフローチャートである。
【図２０】第９の実施形態によるデータ圧縮装置の構成
を示すブロック図である。
【図２１】第１０の実施形態によるコードブック作成方
法を説明するための図である。
【図２２】第１０の実施形態を示す図であり、初期のコ
ードブックを様々に与えた場合のＰＳＮＲ特性の違いを
説明するための図である。
【図２３】第１０の実施形態を示す図であり、書き換え
パターンを様々に変えた場合のＰＳＮＲ特性の違いを説
明するための図である。
【図２４】第１０の実施形態を示す図であり、利得の与
えた方を様々に変えた場合のＰＳＮＲ特性の違いを説明
するための図である。
【図２５】第１０の実施形態を示す図であり、利得の初
期値を様々に与えた場合のＰＳＮＲ特性の違いを説明す
るための図である。
【図２６】第１１の実施形態について説明するための図
である。
【図２７】第１１の実施形態について説明するためのＰ
ＳＮＲ特性図である。
【図２８】第１２の実施形態によるデータ圧縮装置の構
成を示すブロック図である。
【図２９】第１２の実施形態によるデータ圧縮装置の動
作を示すフローチャートである。
【図３０】第１３の実施形態について説明するための図
である。
【図３１】第１３の実施形態について説明するための特
性図である。
【図３２】第１４の実施形態について説明するための図
である。
【図３３】第１４の実施形態について説明するための図
である。
【図３４】第１４の実施形態について説明するための図
である。
【図３５】第１４の実施形態について説明するための図
である。
【図３６】第１４の実施形態について説明するための図
である。
【図３７】第１４の実施形態によるデータ圧縮装置の構
成を示すブロック図である。
【図３８】第１５の実施形態によるデータ圧縮伸長シス
テムの構成を示すブロック図である。
【図３９】第１６の実施形態による空間方向コード番号
の並べ替え方を説明するためのデータフロー図である。
【図４０】第１６の実施形態による空間方向コード番号
の再配列の仕方を第２の実施形態に応用した場合の圧縮
時のデータの流れを示すデータフロー図である。
【図４１】第１６の実施形態によるデータ圧縮装置の構
成例を示すブロック図である。
【図４２】第１６の実施形態によるデータ伸長装置の構
成例を示すブロック図である。
【図４３】第１６の実施形態による空間方向コード番号
の再配列の仕方を第３の実施形態に応用した場合の圧縮
時のデータの流れを示すデータフロー図である。
【図４４】第１６の実施形態による空間方向コード番号
の再配列の仕方を第４の実施形態に応用した場合の圧縮
時のデータの流れを示すデータフロー図である。
【図４５】第１６の実施形態による空間方向コード番号
の再配列の仕方を第７の実施形態に応用した場合のデー
タ圧縮装置の構成例を示すブロック図である。
【図４６】空間方向コード番号の再配列の方法と圧縮率
との関係を示す図である。
【図４７】第１７の実施形態によるデータ圧縮システム
の一構成例を示すブロック図である。
【図４８】第１８の実施形態によるデータ更新処理の第
２の方法を説明するための図である。
【図４９】第１８の実施形態によるデータ更新処理の第
３の方法を説明するための図である。
【符号の説明】
１ 画像入力部 ２ 画像メモリ ３ 読み出し部 ４ ブロック化部 １１ 再生画像生成部 １２ ブロックシフト部 ３５ 空間方向用コードブック記憶部 ３６ 相関度演算部 ３７ 演算モード指定部 ３８ コード決定部 ３９ 空間方向コード再配列演算部 ４０ 時間軸用コードブック記憶部 ４４ 空間方向コード再生部 ４５ 時間軸用コードブック記憶部 ４８ 再生画像生成部 ４８ａ 時間軸シフト部 ４９ 空間方向用コードブック記憶部 ５１ ＤＣ成分検出・除去部 ５２ 演算モード指定部 ５３ 空間方向用コードブック記憶部 ５４ 空間方向ＤＣ成分再配列演算部 ５５ 時間軸用コードブック記憶部 ５６ 時間軸ＤＣ成分用コードブック記憶部 ６４ コード列記憶部 ６５ コード列比較部 ６６ 出力部 ７４ Ｙ，Ｕ，Ｖ信号分離部 ７５ ブロック化部 ７６ 空間方向用コードブック記憶部 ７７ 相関度演算部 ７８ コード決定部 ８１ コードブック記憶部 ８２ 特徴量記憶部 ８３ マンハッタン距離演算部 ８４ 最小マンハッタン距離記憶部 ８５ 特徴量演算部 ８６ 特徴量差分演算部 ８７ 演算省略判定部 ８８ アドレスカウンタ ８９ 最小距離アドレス記憶部 １５１ 変化モード判定部 １５２ 特徴テンプレート記憶部 １６２ コードブックサーバシステム １７１ コードブック蓄積装置 １７２ コードブック管理装置 １７４ コードブック生成装置 １８１ 空間方向コード再配列方法指定部 １８２ 空間方向コード再生方法指定部 １８３ 空間方向ＤＣ成分再配列方法指定部 １９１ 画像処理部 １９２ 特徴量相関度演算部 ２００ 複数の隣接マクロブロックを含むデータ更新ブ
ロック ２０１ 複数の離散マクロブロックを含むデータ更新ブ
ロック
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小谷 光司 千葉県千葉市美浜区稲毛海岸５丁目５−２ −206 (72)発明者 中田 明良 東京都足立区加平二丁目12番５号 (72)発明者 今井 誠 宮城県仙台市青葉区荒巻字青葉（無番地) 東北大学内 (72)発明者 譽田 正宏 宮城県仙台市青葉区荒巻字青葉（無番地) 東北大学内 (72)発明者 森本 達郎 宮城県仙台市青葉区荒巻字青葉（無番地) 東北大学内 (72)発明者 米澤 岳美 宮城県仙台市青葉区荒巻字青葉（無番地) 東北大学内 (72)発明者 野沢 俊之 宮城県仙台市青葉区荒巻字青葉（無番地) 東北大学内 (72)発明者 中山 貴裕 宮城県仙台市青葉区荒巻字青葉（無番地) 東北大学内 (72)発明者 藤林 正典 宮城県仙台市青葉区荒巻字青葉（無番地) 東北大学内 (72)発明者 新田 雄久 東京都文京区本郷４丁目１番４号 株式会 社ウルトラクリーンテクノロジー開発研究 所内

Claims (80)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 少なくとも１つ以上のデータを有するデ
    ータ列をブロック化してベクトルとし、あらかじめ用意
    されたコードブックの中から、圧縮対象より抽出される
    ベクトルに類似したコードベクトルを探し出して、それ
    に対応するコードを出力するデータ圧縮装置において、 上記ベクトルを構成するブロックを、データ位置を１次
    元的に配列したラインブロックとすることを特徴とする
    データ圧縮装置。
  2. 【請求項２】 少なくとも１つ以上のデータを有するデ
    ータ列をブロック化してベクトルとし、あらかじめ用意
    されたコードブックの中から、圧縮対象より抽出される
    ベクトルに類似したコードベクトルを探し出して、それ
    に対応するコードを出力するデータ圧縮装置において、 上記圧縮対象のベクトルを構成するブロックを、少なく
    とも垂直方向に近接するブロック間では空間的位置を水
    平方向にずらして圧縮対象より抽出するようにするブロ
    ックシフト手段を備えたことを特徴とするデータ圧縮装
    置。
  3. 【請求項３】 上記ベクトルを構成するブロックは、デ
    ータ位置を１次元的に配列したラインブロックであるこ
    とを特徴とする請求項２に記載のデータ圧縮装置。
  4. 【請求項４】 少なくとも１つ以上のデータを有するデ
    ータ列をベクトルとし、少なくとも１つ以上のコードベ
    クトルを有するコードブックの中から圧縮コードに対応
    するコードベクトルを探し出して、それを該当するブロ
    ック位置に割り当てることによって元データを再現する
    データ伸長装置において、 上記コードブックの中から探し出したコードベクトルを
    構成するブロックを、少なくとも垂直方向に近接するブ
    ロック間では空間的位置を水平方向にずらして割り当て
    るブロックシフト手段を備えたことを特徴とするデータ
    伸長装置。
  5. 【請求項５】 上記ベクトルを構成するブロックは、デ
    ータ位置を１次元的に配列したラインブロックであるこ
    とを特徴とする請求項４に記載のデータ伸長装置。
  6. 【請求項６】 少なくとも１つ以上のデータを有するデ
    ータ列をブロック化してベクトルとし、データ圧縮時に
    は、あらかじめ用意されたコードブックの中から、圧縮
    対象より抽出されるベクトルに類似したコードベクトル
    を探し出して、それに対応するコードを出力するととも
    に、データ伸長時には、上記コードブックの中から上記
    コードに対応するコードベクトルを探し出して、それを
    該当するブロック位置に割り当てることによって元デー
    タを再現するデータ圧縮伸長システムにおいて、 上記データ圧縮時において、上記圧縮対象のベクトルを
    構成するブロックを、少なくとも垂直方向に近接するブ
    ロック間では空間的位置を水平方向にずらして圧縮対象
    より抽出するようにする第１のブロックシフト手段と、 上記データ伸長時において、上記コードブックの中から
    探し出したコードベクトルのブロックを、少なくとも垂
    直方向に近接するブロック間では空間的位置を水平方向
    にずらして割り当てる第２のブロックシフト手段との少
    なくとも何れかを備えたことを特徴とするデータ圧縮伸
    長システム。
  7. 【請求項７】 上記ベクトルを構成するブロックは、デ
    ータ位置を１次元的に配列したラインブロックであるこ
    とを特徴とする請求項６に記載のデータ圧縮伸長システ
    ム。
  8. 【請求項８】 上記第１のブロックシフト手段によるブ
    ロックシフトと、上記第２のブロックシフト手段による
    ブロックシフトとは、シフト量が同じで方向が互いに逆
    の関係にあることを特徴とする請求項６または７に記載
    のデータ圧縮伸長システム。
  9. 【請求項９】 少なくとも１つ以上のデータを有するデ
    ータ列をブロック化してベクトルとし、あらかじめ用意
    されたコードブックの中から、圧縮対象より抽出される
    ベクトルに類似したコードベクトルを探し出して、それ
    に対応するコードを出力するデータ圧縮装置において、 時間軸に沿って変化する圧縮対象の各時刻におけるデー
    タに対してそれぞれ、当該データ中から複数のブロック
    を抽出してそれらのベクトルに類似したコードベクトル
    を第１のコードブックから夫々探し出し、それらに対応
    するコード列を各時刻毎に出力する第１のベクトル量子
    化手段と、 上記第１のベクトル量子化手段により各時刻毎に出力さ
    れたコード列を再配列して複数の新たなベクトルとし、
    上記複数の新たなベクトルに対してそれぞれ、それらの
    ベクトルに類似したコードベクトルを第２のコードブッ
    クから夫々探し出し、それらに対応するコード列を出力
    する第２のベクトル量子化手段とを備えたことを特徴と
    するデータ圧縮装置。
  10. 【請求項１０】 上記第１のベクトル量子化手段により
    各時刻毎に出力されたコード列のうち、上記各時刻にお
    けるデータ間で対応するアドレスのコードどうしをまと
    めて新たなベクトルを複数生成するコード列再配列手段
    を備えたことを特徴とする請求項９に記載のデータ圧縮
    装置。
  11. 【請求項１１】 少なくとも１つ以上のデータを有する
    データ列をブロック化してベクトルとし、あらかじめ用
    意されたコードブックの中から、圧縮対象より抽出され
    るベクトルに類似したコードベクトルを探し出して、そ
    れに対応するコードを出力するデータ圧縮装置におい
    て、 時間軸に沿って変化する圧縮対象の各時刻におけるデー
    タに対してそれぞれ、当該データ中から複数のブロック
    を抽出してそれらのベクトルに類似したコードベクトル
    を第１のコードブックから夫々探し出し、それらに対応
    するコード列を各時刻毎に出力する第１のベクトル量子
    化手段と、 上記第１のベクトル量子化手段により各時刻毎に出力さ
    れたコード列のうち、ある時刻におけるデータのコード
    列を基準コード列とし、上記基準コード列と他の時刻に
    おけるデータのコード列との間において対応するアドレ
    スのコード間で差分をとった結果を再配列して複数の新
    たなベクトルとし、上記複数の新たなベクトルに対して
    それぞれ、それらのベクトルに類似したコードベクトル
    を第２のコードブックから夫々探し出し、それらに対応
    するコード列を出力する第２のベクトル量子化手段とを
    備えたことを特徴とするデータ圧縮装置。
  12. 【請求項１２】 上記第１のベクトル量子化手段により
    各時刻毎に出力されたコード列のうち、ある時刻におけ
    るデータのコード列を基準コード列とし、上記基準コー
    ド列と他の時刻におけるデータのコード列との間におい
    て対応するアドレスのコード間で差分をとり、上記対応
    するアドレスの差分どうしをまとめて新たなベクトルを
    複数生成するコード列再配列手段を備えたことを特徴と
    する請求項１１に記載のデータ圧縮装置。
  13. 【請求項１３】 少なくとも１つ以上のデータを有する
    データ列をブロック化してベクトルとし、あらかじめ用
    意されたコードブックの中から、圧縮対象より抽出され
    るベクトルに類似したコードベクトルを探し出して、そ
    れに対応するコードを出力するデータ圧縮装置におい
    て、 時間軸に沿って変化する圧縮対象の各時刻におけるデー
    タに対してそれぞれ、当該データ中から複数のブロック
    を抽出してそれらのベクトルに類似したコードベクトル
    を第１のコードブックから夫々探し出し、それらに対応
    するコード列を各時刻毎に出力する第１のベクトル量子
    化手段と、 上記第１のベクトル量子化手段により各時刻毎に出力さ
    れたコード列のうち、時間軸方向に隣接するデータの間
    において対応するアドレスのコード間で差分をとった結
    果を再配列して複数の新たなベクトルとし、上記複数の
    新たなベクトルに対してそれぞれ、それらのベクトルに
    類似したコードベクトルを第２のコードブックから夫々
    探し出し、それらに対応するコード列を出力する第２の
    ベクトル量子化手段とを備えたことを特徴とするデータ
    圧縮装置。
  14. 【請求項１４】 上記第１のベクトル量子化手段により
    各時刻毎に出力されたコード列のうち、時間軸方向に隣
    接するデータの間において対応するアドレスのコード間
    で差分をとり、上記対応するアドレスの差分どうしをま
    とめて新たなベクトルを複数生成するコード列再配列手
    段を備えたことを特徴とする請求項１３に記載のデータ
    圧縮装置。
  15. 【請求項１５】 少なくとも１つ以上のデータを有する
    データ列をベクトルとし、少なくとも１つ以上のコード
    ベクトルを有するコードブックの中から圧縮コードに対
    応するコードベクトルを探し出して、それを該当するブ
    ロック位置に割り当てることによって元データを再現す
    るデータ伸長装置において、 請求項９または１０に記載のデータ圧縮装置により生成
    されたコード列に対応するコードベクトルを上記第２の
    コードブックから夫々探し出して出力する第２のデコー
    ド手段と、 上記第２のデコード手段により出力された複数のコード
    ベクトルを構成するコード列を再配列して複数の新たな
    ベクトルとし、上記複数の新たなベクトルに対してそれ
    ぞれ、上記新たなベクトルを構成するコード列に対応す
    るコードベクトルを上記第１のコードブックから夫々探
    し出して出力する第１のデコード手段とを備えたことを
    特徴とするデータ伸長装置。
  16. 【請求項１６】 少なくとも１つ以上のデータを有する
    データ列をベクトルとし、少なくとも１つ以上のコード
    ベクトルを有するコードブックの中から圧縮コードに対
    応するコードベクトルを探し出して、それを該当するブ
    ロック位置に割り当てることによって元データを再現す
    るデータ伸長装置において、 請求項１１または１２に記載のデータ圧縮装置により生
    成されたコード列に対応するコードベクトルを上記第２
    のコードブックから夫々探し出して出力する第２のデコ
    ード手段と、 上記第２のデコード手段により出力された複数のコード
    ベクトルを構成するコード列と上記基準コード列との間
    で対応するアドレスのコードどうしを加算した結果を再
    配列して複数の新たなベクトルとし、上記複数の新たな
    ベクトルに対してそれぞれ、上記新たなベクトルを構成
    するコード列に対応するコードベクトルを上記第１のコ
    ードブックから夫々探し出して出力する第１のデコード
    手段とを備えたことを特徴とするデータ伸長装置。
  17. 【請求項１７】 少なくとも１つ以上のデータを有する
    データ列をベクトルとし、少なくとも１つ以上のコード
    ベクトルを有するコードブックの中から圧縮コードに対
    応するコードベクトルを探し出して、それを該当するブ
    ロック位置に割り当てることによって元データを再現す
    るデータ伸長装置において、 請求項１３または１４に記載のデータ圧縮装置により生
    成されたコード列に対応するコードベクトルを上記第２
    のコードブックから夫々探し出して出力する第２のデコ
    ード手段と、 上記第２のデコード手段により出力された複数のコード
    ベクトルを構成するコード列について、コードをアドレ
    ス順に加算していった夫々の結果を再配列して複数の新
    たなベクトルとし、上記複数の新たなベクトルに対して
    それぞれ、上記新たなベクトルを構成するコード列に対
    応するコードベクトルを上記第１のコードブックから夫
    々探し出して出力する第１のデコード手段とを備えたこ
    とを特徴とするデータ伸長装置。
  18. 【請求項１８】 上記複数の新たなベクトルを生成する
    際に、上記新たなベクトル内の要素を少なくとも近接す
    るベクトル間では時間軸方向にずらして配列するように
    する時間軸シフト手段を備えたことを特徴とする請求項
    ９〜１４の何れか１項に記載のデータ圧縮装置。
  19. 【請求項１９】 上記複数の新たなベクトルを生成する
    際に、上記新たなベクトル内の少なくとも近接する要素
    を時間軸方向にずらして配列するようにする時間軸シフ
    ト手段を備えたことを特徴とする請求項１５〜１７の何
    れか１項に記載のデータ伸長装置。
  20. 【請求項２０】 少なくとも１つ以上のデータを有する
    データ列をブロック化してベクトルとし、あらかじめ用
    意されたコードブックの中から、圧縮対象より抽出され
    るベクトルに類似したコードベクトルを探し出して、そ
    れに対応するコードを出力するデータ圧縮装置におい
    て、 時間軸に沿って変化する圧縮対象の各時刻におけるデー
    タ列のうち、各時刻におけるデータ間で対応するアドレ
    スのデータどうしをまとめて複数のベクトルとし、それ
    らのベクトルに類似したコードベクトルをコードブック
    から夫々探し出し、それらに対応するコード列を出力す
    るベクトル量子化手段を備えたことを特徴とするデータ
    圧縮装置。
  21. 【請求項２１】 上記複数のベクトルを取り出す際に、
    上記ベクトル内の要素を少なくとも近接するベクトル間
    では時間軸方向にずらして配列するようにする時間軸シ
    フト手段を備えたことを特徴とする請求項２０に記載の
    データ圧縮装置。
  22. 【請求項２２】 少なくとも１つ以上のデータを有する
    データ列をブロック化してベクトルとし、あらかじめ用
    意されたコードブックの中から、圧縮対象より抽出され
    るベクトルに類似したコードベクトルを探し出して、そ
    れに対応するコードを出力するデータ圧縮装置におい
    て、 上記圧縮対象から少なくとも１つ以上の特徴量を抽出
    し、特徴量データと上記圧縮対象から上記特徴量を除い
    た基本パターンデータとに分離する分離手段を備え、 上記分離した特徴量データと基本パターンデータとに対
    してそれぞれ独立にベクトル量子化を行うようにしたこ
    とを特徴とするデータ圧縮装置。
  23. 【請求項２３】 上記分離手段によって時間軸に沿って
    変化する圧縮対象から分離された各時刻における基本パ
    ターンデータに対してそれぞれ、当該データ中から複数
    のブロックを抽出してそれらのベクトルに類似したコー
    ドベクトルを基本パターン用の第１のコードブックから
    夫々探し出し、それらに対応するコード列を各時刻毎に
    出力する第１のベクトル量子化手段と、 上記第１のベクトル量子化手段により各時刻毎に出力さ
    れたコード列を再配列して複数の新たなベクトルとし、
    上記複数の新たなベクトルに対してそれぞれ、それらの
    ベクトルに類似したコードベクトルを基本パターン用の
    第２のコードブックから夫々探し出し、それらに対応す
    るコード列を出力する第２のベクトル量子化手段と、 上記分離手段によって上記時間軸に沿って変化する圧縮
    対象から分離された各時刻における特徴量を構成するデ
    ータ列を再配列して複数の新たなベクトルとし、上記複
    数の新たなベクトルに対してそれぞれ、それらのベクト
    ルに類似したコードベクトルを特徴量用の第３のコード
    ブックから夫々探し出し、それらに対応するコード列を
    出力する第３のベクトル量子化手段とを備えたことを特
    徴とする請求項２２に記載のデータ圧縮装置。
  24. 【請求項２４】 少なくとも１つ以上のデータを有する
    データ列をベクトルとし、少なくとも１つ以上のコード
    ベクトルを有するコードブックの中から圧縮コードに対
    応するコードベクトルを探し出して、それを該当するブ
    ロック位置に割り当てることによって元データを再現す
    るデータ伸長装置において、 請求項２２または２３に記載のデータ圧縮装置より出力
    された基本パターンに関するコード列に基づいて元の基
    本パターンデータを再現する基本パターン用の第１のデ
    コード手段と、 請求項２２または２３に記載のデータ圧縮装置より出力
    された特徴量に関するコード列に基づいて元の特徴量デ
    ータを再現する特徴量用の第２のデコード手段と、 上記第１、第２のデコード手段の出力結果を合成して元
    データを再現する合成手段とを備えたことを特徴とする
    データ伸長装置。
  25. 【請求項２５】 少なくとも１つ以上のデータを有する
    データ列をブロック化してベクトルとし、あらかじめ用
    意されたコードブックの中から、圧縮対象より抽出され
    るベクトルに類似したコードベクトルを探し出して、そ
    れに対応するコードを出力するデータ圧縮装置におい
    て、 時間軸に沿って変化する圧縮対象の各時刻におけるデー
    タに対してそれぞれ、当該データ中から複数のブロック
    を抽出してそれらのベクトルに類似したコードベクトル
    をコードブックから夫々探し出し、それらに対応するコ
    ード列を各時刻毎に出力するベクトル量子化手段と、 上記ベクトル量子化手段により各時刻毎に出力されるコ
    ード列について、時間軸方向に隣接するデータの対応す
    るアドレスどうしでコード間の相関を夫々とり、相関が
    所定値より小さいアドレスについてのみコードを出力す
    るようにする出力制御手段とを備えたことを特徴とする
    データ圧縮装置。
  26. 【請求項２６】 少なくとも１つ以上のデータを有する
    データ列をブロック化してベクトルとし、あらかじめ用
    意されたコードブックの中から、圧縮対象のカラー画像
    より抽出されるベクトルに類似したコードベクトルを探
    し出して、それに対応するコードを出力するデータ圧縮
    装置において、 輝度信号用のコードブックと色信号用のコードブックと
    を備え、上記色信号用のコードブックよりも上記輝度信
    号用のコードブックの方により多くのコードベクトルを
    割り当てるようにしたことを特徴とするデータ圧縮装
    置。
  27. 【請求項２７】 上記輝度信号であるＹ信号、および上
    記色信号であるＵ信号、Ｖ信号の圧縮レートが４：１：
    １もしくは４：２：２であることを特徴とする請求項２
    ６に記載のデータ圧縮装置。
  28. 【請求項２８】 少なくとも１つ以上のデータを有する
    データ列であるベクトルの集合から成り、ベクトル量子
    化で用いられるコードブックを作成する方法であって、
    あるサンプルデータと初期のコードブックとを用いてベ
    クトル量子化の処理を繰り返し行い、コードブックの仮
    想的な２次元平面上で指定された範囲の内容を１回の処
    理毎に所定の更新係数に従って更新していくことによっ
    てコードブックを最適化するコードブックの作成方法に
    おいて、 上記初期のコードブックとして、とり得る値の最小値か
    ら最大値までデータ値が連続的に変化するパターンのコ
    ードブックを用いたことを特徴とするコードブックの作
    成方法。
  29. 【請求項２９】 少なくとも１つ以上のデータを有する
    データ列であるベクトルの集合から成り、ベクトル量子
    化で用いられるコードブックを作成する方法であって、
    あるサンプルデータと初期のコードブックとを用いてベ
    クトル量子化の処理を繰り返し行い、コードブックの仮
    想的な２次元平面上で指定された範囲の内容を１回の処
    理毎に所定の更新係数に従って更新していくことによっ
    てコードブックを最適化するコードブックの作成方法に
    おいて、 上記１回の処理で更新する範囲を上記仮想的な２次元平
    面上で１次元的に適用し、かつ更新回数の増加と共に範
    囲を減少させることを特徴とするコードブックの作成方
    法。
  30. 【請求項３０】 少なくとも１つ以上のデータを有する
    データ列であるベクトルの集合から成り、ベクトル量子
    化で用いられるコードブックを作成する方法であって、
    あるサンプルデータと初期のコードブックとを用いてベ
    クトル量子化の処理を繰り返し行い、コードブックの仮
    想的な２次元平面上で指定された範囲の内容を１回の処
    理毎に所定の更新係数に従って更新していくことによっ
    てコードブックを最適化するコードブックの作成方法に
    おいて、 上記更新係数の初期値を０．３〜１の範囲内の何れかの
    値とし、かつ更新回数の増加と共に上記更新係数の値を
    減少させることを特徴とするコードブックの作成方法。
  31. 【請求項３１】 少なくとも１つ以上のデータを有する
    データ列であるベクトルの集合から成り、ベクトル量子
    化で用いられるコードブックを作成する方法であって、
    あるサンプルデータと初期のコードブックとを用いてベ
    クトル量子化の処理を繰り返し行い、コードブックの仮
    想的な２次元平面上で指定された範囲の内容を１回の処
    理毎に所定の更新係数に従って更新していくことによっ
    てコードブックを最適化するコードブックの作成方法に
    おいて、 上記初期のコードブックとして、とり得る値の最小値か
    ら最大値までデータ値が連続的に変化するパターンのコ
    ードブックを用い、 上記１回の処理で更新する範囲を上記仮想的な２次元平
    面上で１次元的に適用し、かつ更新回数の増加と共に範
    囲を減少させ、 上記更新係数の初期値を０．３〜１の範囲内の何れかの
    値とし、かつ更新回数の増加と共に上記更新係数の値を
    減少させるようにしたことを特徴とするコードブックの
    作成方法。
  32. 【請求項３２】 少なくとも１つ以上のデータを有する
    データ列であるベクトルの集合から成り、ベクトル量子
    化で用いられるコードブックを作成する方法であって、
    あるサンプルデータと初期のコードブックとを用いてベ
    クトル量子化の処理を繰り返し行い、コードブックの仮
    想的な２次元平面上で指定された範囲の内容を１回の処
    理毎に所定の更新係数に従って更新していくことによっ
    てコードブックを最適化するコードブックの作成方法に
    おいて、 複数のサンプルデータに対して独立にコードブックを最
    適化し、得られた複数のコードブックを合成して新たな
    コードブックを作成するようにしたことを特徴とするコ
    ードブックの作成方法。
  33. 【請求項３３】 上記複数のサンプルデータに対して独
    立にコードブックを最適化する際に、請求項２８〜３１
    の何れか１項に記載の方法によりコードブックを作成す
    るようにしたことを特徴とする請求項３２に記載のコー
    ドブックの作成方法。
  34. 【請求項３４】 コードブック内の各コードベクトルに
    関してあらかじめ求められた特徴量を記憶する特徴量記
    憶手段と、 上記圧縮対象より抽出されるベクトルの特徴量を求める
    特徴量演算手段と、 上記特徴量記憶手段に記憶されている各コードベクトル
    の特徴量と上記特徴量演算手段により求められた圧縮対
    象ベクトルの特徴量とに基づいて、上記各コードベクト
    ルのそれぞれについて上記圧縮対象ベクトルとの類似度
    を求める演算を省略するかどうかを決定する演算省略手
    段とを備えたことを特徴とする請求項１〜３、９〜１
    ４、１８、２０〜２１、２５〜２７の何れか１項に記載
    のデータ圧縮装置。
  35. 【請求項３５】 上記特徴量は、ベクトルを構成するデ
    ータ列の値の総和、平均値もしくは直流成分であること
    を特徴とする請求項３４に記載のデータ圧縮装置。
  36. 【請求項３６】 上記特徴量は、ベクトルを構成するデ
    ータ列のうちの一部の要素の値を、とり得る値の中間値
    を基準として反転するように操作した後の値の総和、平
    均値もしくは直流成分であることを特徴とする請求項３
    ４に記載のデータ圧縮装置。
  37. 【請求項３７】 上記特徴量は、ベクトルを構成するデ
    ータ列の値のブロック内での変化の方向であることを特
    徴とする請求項３４に記載のデータ圧縮装置。
  38. 【請求項３８】 上記特徴量は、ベクトルを構成するデ
    ータ列の値のブロック内での変化の態様であることを特
    徴とする請求項３４に記載のデータ圧縮装置。
  39. 【請求項３９】 上記演算省略手段は、あるコードベク
    トルの特徴量と上記圧縮対象ベクトルの特徴量との差分
    絶対値を求める差分絶対値演算手段と、 上記差分絶対値演算手段により求められた差分絶対値
    が、他のコードベクトルについて既に求められている類
    似度を表す値の最小値よりも大きい場合に、上記あるコ
    ードベクトルについての類似度の演算を省略する省略判
    定手段とを備えることを特徴とする請求項３４〜３８の
    何れか１項に記載のデータ圧縮装置。
  40. 【請求項４０】 コードブック内の各コードベクトルに
    関してあらかじめ求められた異なる種類の特徴量を記憶
    する特徴量記憶手段と、 上記圧縮対象より抽出されるベクトルについて異なる種
    類の特徴量を求める特徴量演算手段と、 上記特徴量記憶手段に記憶されている各コードベクトル
    に関する異なる種類の特徴量と、上記特徴量演算手段に
    より求められた圧縮対象ベクトルに関する異なる種類の
    特徴量とに基づいて、上記各コードベクトルのそれぞれ
    について上記圧縮対象ベクトルとの類似度を求める演算
    を省略するかどうかを決定する演算省略手段とを備えた
    ことを特徴とする請求項１〜３、９〜１４、１８、２０
    〜２１、２５〜２７の何れか１項に記載のデータ圧縮装
    置。
  41. 【請求項４１】 少なくとも１つ以上のコードブックを
    保持しておくコードブックサーバと、データ圧縮システ
    ムと、データ伸長システムとを備えたデータ圧縮伸長シ
    ステムであって、 上記コードブックサーバは、上記データ圧縮システムお
    よびデータ伸長システムからの要求に従って、保持して
    いる何れかのコードブックを供給することを特徴とする
    データ圧縮伸長システム。
  42. 【請求項４２】 上記コードブックサーバは、少なくと
    も１つ以上のコードブックを保持するコードブック保持
    手段と、 上記データ圧縮システムおよびデータ伸長システムから
    の要求に合ったコードブックを生成するコードブック生
    成手段と、 上記データ圧縮システムおよびデータ伸長システムから
    の要求に応じて、上記コードブック保持手段に保持され
    ているコードブックもしくは上記コードブック生成手段
    により生成されたコードブックを供給するコードブック
    管理手段とを備えることを特徴とする請求項４１に記載
    のデータ圧縮伸長システム。
  43. 【請求項４３】 少なくとも１つ以上のデータを有する
    データ列をブロック化してベクトルとし、あらかじめ用
    意されたコードブックの中から、圧縮対象より抽出され
    るベクトルに類似したコードベクトルを探し出して、そ
    れに対応するコードを出力するデータ圧縮方法におい
    て、 上記ベクトルを構成するブロックを、データ位置を１次
    元的に配列したラインブロックとしたことを特徴とする
    データ圧縮方法。
  44. 【請求項４４】 少なくとも１つ以上のデータを有する
    データ列をブロック化してベクトルとし、あらかじめ用
    意されたコードブックの中から、圧縮対象より抽出され
    るベクトルに類似したコードベクトルを探し出して、そ
    れに対応するコードを出力するデータ圧縮方法におい
    て、 上記圧縮対象のベクトルを構成するブロックを、少なく
    とも垂直方向に近接するブロック間では空間的位置を水
    平方向にずらして圧縮対象より抽出するようにしたこと
    を特徴とするデータ圧縮方法。
  45. 【請求項４５】 上記ベクトルを構成するブロックは、
    データ位置を１次元的に配列したラインブロックである
    ことを特徴とする請求項４４に記載のデータ圧縮方法。
  46. 【請求項４６】 少なくとも１つ以上のデータを有する
    データ列をベクトルとし、少なくとも１つ以上のコード
    ベクトルを有するコードブックの中から圧縮コードに対
    応するコードベクトルを探し出して、それを該当するブ
    ロック位置に割り当てることによって元データを再現す
    るデータ伸長方法において、 上記コードブックの中から探し出したコードベクトルを
    構成するブロックを、少なくとも垂直方向に近接するブ
    ロック間では空間的位置を水平方向にずらして割り当て
    るようにしたことを特徴とするデータ伸長方法。
  47. 【請求項４７】 上記ベクトルを構成するブロックは、
    データ位置を１次元的に配列したラインブロックである
    ことを特徴とする請求項４６に記載のデータ伸長方法。
  48. 【請求項４８】 少なくとも１つ以上のデータを有する
    データ列をブロック化してベクトルとし、データ圧縮時
    には、あらかじめ用意されたコードブックの中から、圧
    縮対象より抽出されるベクトルに類似したコードベクト
    ルを探し出して、それに対応するコードを出力するとと
    もに、データ伸長時には、上記コードブックの中から上
    記コードに対応するコードベクトルを探し出して、それ
    を該当するブロック位置に割り当てることによって元デ
    ータを再現するデータ圧縮伸長方法において、 上記データ圧縮時において、上記圧縮対象のベクトルを
    構成するブロックを、少なくとも垂直方向に近接するブ
    ロック間では空間的位置を水平方向にずらして圧縮対象
    より抽出するとともに、 上記データ伸長時において、上記コードブックの中から
    探し出したコードベクトルのブロックを、少なくとも垂
    直方向に近接するブロック間では、上記データ圧縮時と
    シフト量が同じで方向が互いに逆の関係となるように空
    間的位置を水平方向にずらして割り当てるようにしたこ
    とを特徴とするデータ圧縮伸長方法。
  49. 【請求項４９】 上記ベクトルを構成するブロックは、
    データ位置を１次元的に配列したラインブロックである
    ことを特徴とする請求項４８に記載のデータ圧縮伸長方
    法。
  50. 【請求項５０】 少なくとも１つ以上のデータを有する
    データ列をブロック化してベクトルとし、あらかじめ用
    意されたコードブックの中から、圧縮対象より抽出され
    るベクトルに類似したコードベクトルを探し出して、そ
    れに対応するコードを出力するデータ圧縮方法におい
    て、 時間軸に沿って変化する圧縮対象の各時刻におけるデー
    タに対してそれぞれ、当該データ中から複数のブロック
    を抽出してそれらのベクトルに類似したコードベクトル
    を第１のコードブックから夫々探し出し、それらに対応
    するコード列を各時刻毎に出力する第１のベクトル量子
    化ステップと、 上記第１のベクトル量子化ステップで各時刻毎に出力さ
    れたコード列のうち、上記各時刻におけるデータ間で対
    応するアドレスのコードどうしをまとめて新たなベクト
    ルを複数生成するコード列再配列ステップと、 上記コード列再配列ステップで生成された複数の新たな
    ベクトルに対してそれぞれ、それらのベクトルに類似し
    たコードベクトルを第２のコードブックから夫々探し出
    し、それらに対応するコード列を出力する第２のベクト
    ル量子化ステップとを有することを特徴とするデータ圧
    縮方法。
  51. 【請求項５１】 少なくとも１つ以上のデータを有する
    データ列をブロック化してベクトルとし、あらかじめ用
    意されたコードブックの中から、圧縮対象より抽出され
    るベクトルに類似したコードベクトルを探し出して、そ
    れに対応するコードを出力するデータ圧縮方法におい
    て、 時間軸に沿って変化する圧縮対象の各時刻におけるデー
    タに対してそれぞれ、当該データ中から複数のブロック
    を抽出してそれらのベクトルに類似したコードベクトル
    を第１のコードブックから夫々探し出し、それらに対応
    するコード列を各時刻毎に出力する第１のベクトル量子
    化ステップと、 上記第１のベクトル量子化ステップで各時刻毎に出力さ
    れたコード列のうち、ある時刻におけるデータのコード
    列を基準コード列とし、上記基準コード列と他の時刻に
    おけるデータのコード列との間において対応するアドレ
    スのコード間で差分をとり、上記対応するアドレスの差
    分どうしをまとめて新たなベクトルを複数生成するコー
    ド列再配列ステップと、 上記コード列再配列ステップで生成された複数の新たな
    ベクトルに対してそれぞれ、それらのベクトルに類似し
    たコードベクトルを第２のコードブックから夫々探し出
    し、それらに対応するコード列を出力する第２のベクト
    ル量子化ステップとを有することを特徴とするデータ圧
    縮方法。
  52. 【請求項５２】 少なくとも１つ以上のデータを有する
    データ列をブロック化してベクトルとし、あらかじめ用
    意されたコードブックの中から、圧縮対象より抽出され
    るベクトルに類似したコードベクトルを探し出して、そ
    れに対応するコードを出力するデータ圧縮方法におい
    て、 時間軸に沿って変化する圧縮対象の各時刻におけるデー
    タに対してそれぞれ、当該データ中から複数のブロック
    を抽出してそれらのベクトルに類似したコードベクトル
    を第１のコードブックから夫々探し出し、それらに対応
    するコード列を各時刻毎に出力する第１のベクトル量子
    化ステップと、 上記第１のベクトル量子化ステップで各時刻毎に出力さ
    れたコード列のうち、時間軸方向に隣接するデータの間
    において対応するアドレスのコード間で差分をとり、上
    記対応するアドレスの差分どうしをまとめて新たなベク
    トルを複数生成するコード列再配列ステップと、 上記コード列再配列ステップで生成された複数の新たな
    ベクトルに対してそれぞれ、それらのベクトルに類似し
    たコードベクトルを第２のコードブックから夫々探し出
    し、それらに対応するコード列を出力する第２のベクト
    ル量子化ステップとを備えたことを特徴とするデータ圧
    縮方法。
  53. 【請求項５３】 上記コード列再配列ステップで上記複
    数の新たなベクトルを生成する際に、上記新たなベクト
    ル内の要素を少なくとも近接するベクトル間では時間軸
    方向にずらして配列するようにしたことを特徴とする請
    求項５０〜５２の何れか１項に記載のデータ圧縮方法。
  54. 【請求項５４】 少なくとも１つ以上のデータを有する
    データ列をブロック化してベクトルとし、あらかじめ用
    意されたコードブックの中から、圧縮対象より抽出され
    るベクトルに類似したコードベクトルを探し出して、そ
    れに対応するコードを出力するデータ圧縮方法におい
    て、 時間軸に沿って変化する圧縮対象の各時刻におけるデー
    タ列のうち、各時刻におけるデータ間で対応するアドレ
    スのデータどうしをまとめて複数のベクトルとし、それ
    らのベクトルに類似したコードベクトルをコードブック
    から夫々探し出し、それらに対応するコード列を出力す
    るベクトル量子化ステップを有することを特徴とするデ
    ータ圧縮方法。
  55. 【請求項５５】 上記複数のベクトルを取り出す際に、
    上記ベクトル内の要素を少なくとも近接するベクトル間
    では時間軸方向にずらして配列するようにすることを特
    徴とする請求項５４に記載のデータ圧縮方法。
  56. 【請求項５６】 少なくとも１つ以上のデータを有する
    データ列をブロック化してベクトルとし、あらかじめ用
    意されたコードブックの中から、圧縮対象より抽出され
    るベクトルに類似したコードベクトルを探し出して、そ
    れに対応するコードを出力するデータ圧縮方法におい
    て、 上記圧縮対象から少なくとも１つ以上の特徴量を抽出
    し、特徴量データと上記圧縮対象から上記特徴量を除い
    た基本パターンデータとに分離し、分離した特徴量デー
    タと基本パターンデータとに対してそれぞれ独立にベク
    トル量子化を行うようにしたことを特徴とするデータ圧
    縮方法。
  57. 【請求項５７】 少なくとも１つ以上のデータを有する
    データ列をブロック化してベクトルとし、あらかじめ用
    意されたコードブックの中から、圧縮対象より抽出され
    るベクトルに類似したコードベクトルを探し出して、そ
    れに対応するコードを出力するデータ圧縮方法におい
    て、 時間軸に沿って変化する圧縮対象の各時刻におけるデー
    タに対してそれぞれ、当該データ中から複数のブロック
    を抽出してそれらのベクトルに類似したコードベクトル
    をコードブックから夫々探し出し、それらに対応するコ
    ード列を各時刻毎に出力するベクトル量子化ステップ
    と、 上記ベクトル量子化ステップで各時刻毎に出力されるコ
    ード列について、時間軸方向に隣接するデータの対応す
    るアドレスどうしでコード間の相関を夫々とり、相関が
    所定値より小さいアドレスについてのみコードを出力す
    る出力ステップとを有することを特徴とするデータ圧縮
    方法。
  58. 【請求項５８】 少なくとも１つ以上のデータを有する
    データ列をブロック化してベクトルとし、あらかじめ用
    意されたコードブックの中から、圧縮対象のカラー画像
    より抽出されるベクトルに類似したコードベクトルを探
    し出して、それに対応するコードを出力するデータ圧縮
    方法において、 輝度信号用のコードブックと色信号用のコードブックと
    を備え、上記色信号用のコードブックよりも上記輝度信
    号用のコードブックの方により多くのコードベクトルを
    割り当てるようにしたことを特徴とするデータ圧縮方
    法。
  59. 【請求項５９】 上記輝度信号であるＹ信号、および上
    記色信号であるＵ信号、Ｖ信号の圧縮レートが４：１：
    １もしくは４：２：２であることを特徴とする請求項５
    ８に記載のデータ圧縮方法。
  60. 【請求項６０】 圧縮対象より抽出されるベクトルの特
    徴量と、上記コードブック内の各コードベクトルに関す
    る特徴量とを比較し、その比較結果に基づいて上記コー
    ドベクトルについて上記圧縮対象ベクトルとの類似度を
    求める演算を省略するようにしたことを特徴とする請求
    項４３〜４５、５０〜５９の何れか１項に記載のデータ
    圧縮方法。
  61. 【請求項６１】 あるコードベクトルの特徴量と上記圧
    縮対象ベクトルの特徴量との差分絶対値を求める差分絶
    対値演算ステップと、 上記差分絶対値演算ステップで求められた差分絶対値
    が、他のコードベクトルについて既に求められている類
    似度を表す値の最小値よりも大きい場合に、上記あるコ
    ードベクトルについての類似度の演算を省略する省略判
    定ステップとを備えることを特徴とする請求項６０に記
    載のデータ圧縮方法。
  62. 【請求項６２】 異なる種類の特徴量を複数利用し、上
    記複数種類の特徴量と上記圧縮対象のベクトルより抽出
    される複数種類の特徴量とに基づいて、上記各コードベ
    クトルのそれぞれについて上記圧縮対象ベクトルとの類
    似度を求める演算を省略するかどうかを決定するように
    したことを特徴とする請求項６０または６１に記載のデ
    ータ圧縮方法。
  63. 【請求項６３】 少なくとも１つ以上のコードブックを
    保持しておくコードブックサーバと、データ圧縮システ
    ムと、データ伸長システムとを備えたデータ圧縮伸長シ
    ステムにおいて、上記コードブックサーバが、上記デー
    タ圧縮システムおよびデータ伸長システムからの要求に
    従って、保持している何れかのコードブックを供給する
    ようにしたことを特徴とするデータ圧縮伸長方法。
  64. 【請求項６４】 請求項１に記載の機能をコンピュータ
    に実現させるためのプログラムを記録したことを特徴と
    するコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
  65. 【請求項６５】 請求項２、４、６の何れか１項に記載
    の各手段としてコンピュータを機能させるためのプログ
    ラムを記録したことを特徴とするコンピュータ読み取り
    可能な記録媒体。
  66. 【請求項６６】 請求項９〜２５の何れか１項に記載の
    各手段としてコンピュータを機能させるためのプログラ
    ムを記録したことを特徴とするコンピュータ読み取り可
    能な記録媒体。
  67. 【請求項６７】 請求項２９〜３２の何れか１項に記載
    のコードブックの作成方法の処理手順をコンピュータに
    実行させるためのプログラムを記録したことを特徴とす
    るコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
  68. 【請求項６８】 請求項３４または４０に記載の各手段
    としてコンピュータを機能させるためのプログラムを記
    録したことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記
    録媒体。
  69. 【請求項６９】 請求項４１に記載の機能をコンピュー
    タに実現させるためのプログラムを記録したことを特徴
    とするコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
  70. 【請求項７０】 請求項５０〜５２、５４、５７の何れ
    か１項に記載の各ステップをコンピュータに実行させる
    ためのプログラムを記録したことを特徴とするコンピュ
    ータ読み取り可能な記録媒体。
  71. 【請求項７１】 請求項５６または６０に記載のデータ
    圧縮方法の処理手順をコンピュータに実行させるための
    プログラムを記録したことを特徴とするコンピュータ読
    み取り可能な記録媒体。
  72. 【請求項７２】 請求項６３に記載のデータ圧縮伸長方
    法の処理手順をコンピュータに実行させるためのプログ
    ラムを記録したことを特徴とするコンピュータ読み取り
    可能な記録媒体。
  73. 【請求項７３】 少なくとも１つ以上のデータを有する
    データ列をブロック化してベクトルとし、あらかじめ用
    意されたコードブックの中から、圧縮対象より抽出され
    るベクトルに類似したコードベクトルを探し出して、そ
    れに対応するコードを出力するデータ圧縮装置におい
    て、 時間軸に沿って変化する圧縮対象の各時刻におけるデー
    タに対してそれぞれ、当該データ中から複数のブロック
    を抽出してそれらのベクトルに類似したコードベクトル
    をコードブックから夫々探し出し、それらに対応するコ
    ード列を各時刻毎に出力するベクトル量子化手段と、 上記ベクトル量子化手段により各時刻毎に探し出される
    コードベクトルの特徴量について、時間軸方向に隣接す
    るデータの対応するアドレスどうしで上記特徴量の相関
    を夫々とり、相関が所定値より小さいアドレスについて
    のみコードを出力するようにする出力制御手段とを備え
    たことを特徴とするデータ圧縮装置。
  74. 【請求項７４】 上記出力制御手段は、或る時刻におい
    て、上記相関が所定値より小さいかどうかに関係なく、
    全アドレスまたは一部アドレスについて上記ベクトル量
    子化手段より出力されたコード列を出力するようにした
    ことを特徴とする請求項２５または７３に記載のデータ
    圧縮装置。
  75. 【請求項７５】 上記相関が所定値より小さいかどうか
    に関係なくコード列を出力する一部アドレスは、圧縮対
    象のデータ中に存在する複数の隣接ブロックを含むアド
    レス、もしくは圧縮対象のデータ中に存在する複数の離
    散ブロックを含むアドレスであることを特徴とする請求
    項７４に記載のデータ圧縮装置。
  76. 【請求項７６】 上記相関が所定値より小さいかどうか
    に関係なくコード列を出力する一部アドレスを、時間の
    経過と共に変化させるようにしたことを特徴とする請求
    項７４または７５に記載のデータ圧縮装置。
  77. 【請求項７７】 少なくとも１つ以上のデータを有する
    データ列をブロック化してベクトルとし、あらかじめ用
    意されたコードブックの中から、圧縮対象より抽出され
    るベクトルに類似したコードベクトルを探し出して、そ
    れに対応するコードを出力するデータ圧縮方法におい
    て、 時間軸に沿って変化する圧縮対象の各時刻におけるデー
    タに対してそれぞれ、当該データ中から複数のブロック
    を抽出してそれらのベクトルに類似したコードベクトル
    をコードブックから夫々探し出し、それらに対応するコ
    ード列を各時刻毎に出力するベクトル量子化ステップ
    と、 上記ベクトル量子化ステップで各時刻毎に探し出される
    コードベクトルの特徴量について、時間軸方向に隣接す
    るデータの対応するアドレスどうしで上記特徴量の相関
    を夫々とり、相関が所定値より小さいアドレスについて
    のみコードを出力する出力ステップとを有することを特
    徴とするデータ圧縮方法。
  78. 【請求項７８】 上記出力ステップでは、或る時刻にお
    いては、上記相関が所定値より小さいかどうかに関係な
    く、全アドレスまたは一部アドレスについて上記ベクト
    ル量子化ステップにて出力されたコード列を出力するこ
    とを特徴とする請求項５７または７７に記載のデータ圧
    縮方法。
  79. 【請求項７９】 上記相関が所定値より小さいかどうか
    に関係なくコード列を出力する一部アドレスは、圧縮対
    象のデータ中に存在する複数の隣接ブロックを含むアド
    レス、もしくは圧縮対象のデータ中に存在する複数の離
    散ブロックを含むアドレスであることを特徴とする請求
    項７８に記載のデータ圧縮方法。
  80. 【請求項８０】 上記相関が所定値より小さいかどうか
    に関係なくコード列を出力する一部アドレスを、時間の
    経過と共に変化させるようにしたことを特徴とする請求
    項７８または７９に記載のデータ圧縮方法。
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