JP2548284B2 - 画像信号ベクトル量子化器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、画像信号系列を複数個毎にベクトル化し、
多次元信号空間で量子化・符号化する画像信号ベクトル
量子化器に関するものである。

従来の技術 はじめに、ベクトル量子化の基本原理について簡単に
説明する。ベクトル量子化すべき入力信号系列を、ｋ個
毎にまとめてｋ次元の信号ベクトルｘ＝｛x1,x2,…,x
k｝とする。これに対しｋ次元信号空間Rk（ｘ Rk）は
Ｎ分割され各部分空間r km（ｍ＝１〜Ｎ）の代表ベクト
ルとしてＮ個の出力ベクトルyi＝｛yi1,yi2,…,yik｝
（ｉ＝１〜Ｎ）のセットＹ＝｛y1,y2,…,yN｝が与えら
れる。ベクトル量子化器・符号化部は、入力信号ベクト
ルｘを出力ベクトルyiに量子化した場合に生ずる量子化
歪ｄ（x,yi）が最小となるようなyi（即ち、ｘに対して
最短距離にあるyi）をベクトルセットＹより探索して、
これを入力信号ベクトルｘの量子化ベクトルとする。ベ
クトル量子化器・符号化部は量子化ベクトルyiの代わり
に、インデックスｉを送出し、このインデックスｉが伝
送または記録される。ベクトル量子化器・復号部は符号
化部と同様のベクトルセットＹを持ち、入力されたイン
デックスｉに対応する出力ベクトルyiを再生する。

第９図，第10図に、従来の画像信号ベクトル量子化器
の具体例を示し説明する。第９図（ａ）のベクトル量子
化器・符号化部に入力された１画面分の画像信号系列Ｖ
（480サンプル／ライン,480ライン）は画素メモリ900に
記憶された後、順次ブロック生成部901によって3600個
の８（サンプル）×８（ライン）部分ブロックBj、即ち
64（＝８×８）次元画素ベクトルxj＝｛x1j,x2j,…,x64
j｝（ｊ＝１〜3600）となり、ベクトル量子化部9000に
入力される。第９図（ｂ）に示すベクトル量子化部にお
いては、Bjからなる画素ベクトルxj＝｛x1j,x2j,…,x64
j｝が入力ベクトルレジスタ9001にラッチされ、アドレ
スカウンタ9002の出力ｉに従ってコードテーブルメモリ
9003内のベクトルセットの出力ベクトルyi＝｛yi1,yi2,
…,yi64｝（ｉ＝１〜256）が出力ベクトルレジスタ9004
にラッチされ、両レジスタ出力間の量子化歪ｄ（xj,y
i）（ｉ＝１〜256）が並列減算器9005,並列絶対値演算
器9006及び絶対値差歪演算器9007により順次計算され
る。なお、ここでは、入力画素ベクトルxjと出力ベクト
ルyiとの量子化歪は、二乗差歪速度と呼ばれるｄ（xj,x
i）＝Σxkj−yikを用いている。最小差歪ベクトル検出
部9008はｄ（xj,yi）（ｉ＝１〜256）の中で最小値をと
る出力ベクトルyiを量子化ベクトルとして検出し出力、
アドレスレジスタ9009は量子化ベクトルyiに対応するア
ドレスｉをインデックスijとしてラッチ出力する（ｊ＝
１〜3600）。総計256×3600回の差歪計算の結果、ベク
トル量子化部9000より出力されたインデックスijは符号
化部902を通して符号ｓとして出力され、これが伝送ま
たは記録される。

第10図のベクトル量子化器・復号部に入力された符号
ｓは、復号部1000によってインデックスijに復号され、
インデックスレジスタ1001にラッチされた後、ベクトル
量子化符号化部と同じ内容のベクトルセットyi＝｛yi1,
yi2,…yi64｝（ｉ＝１〜256）を持つコードテーブメモ
リ1002によりインデックスijに対応する出力ベクトルyi
に再生される。出力ベクトルyi＝｛yi1,yi2,…,yi64｝
は出力ベクトルレジスタ1003によりラッチ出力され、画
像の部分ブロックBjとして画素メモリ1004に順次書き込
まれ１画面分の画像信号系列Ｖ′を生成する。

また以上のように構成に加えて、第11図，第12図のよ
うに、ベクトル量子化器・符号化器において、ブロック
生成部1101とベクトル量子化部1103との間にアダマール
変換あるいは離散コサイン変換等の直交変換部1102を挿
入し、ベクトル量子化器・復号部において、出力ベクト
ルレジスタ1203と画素メモリ1205との間に逆直交変換部
1204を挿入することによって、画像信号系列そのもので
はなく、画像の角周波数成分に対してベクトル量子化を
施すような構成においても同様の手順で量子化・符号化
及び復号が行われる。

発明が解決しようとする課題 従来の画像信号ベクトル量子化器では、上記例のよう
に１画面分の全サンプルデータ（480サンプル／ライン,
480ライン）を８（サンプル）×８（ライン）ブロック
化した場合、得られた64（＝８×８）次元の画素ベクト
ル１個に対して、予め与えておいたベクトルセットの25
6種の出力ベクトルとの差歪値を全て算出してやる必要
があり（256回）、１画面全体では256×3600（全ブロッ
ク数）回という非常に膨大な計算時間を要するため、特
に動画等の高速の処理速度を必要とするようなデータに
対してはリアルタイム処理が難しく不向きである。

課題を解決するための手段 本発明による画像信号ベクトル量子化器は、符号化す
べき画面を所定サイズの複数個の量子化ブロックに分割
し、更に各量子化ブロックを一様に分布する所定の画素
で構成される所定数の部分ブロックに分割する。ベクト
ル量子化部が量子化ブロックの第１の部分ブロックを量
子化する際は、第１の部分ブロックの画素ベクトルとコ
ードテーブルメモリに記憶されたベクトルセットのＮ
（Ｎは正の整数）種に全出力ベクトルとの差歪値を各々
計算し最小差歪値をとる出力ベクトルを量子化ベクトル
として検索・そのアドレスをインデックスとして出力す
る。また、第１の部分ブロックの画素ベクトルに対し近
い距離にある順に限定数ｎ（ｎは正の整数:n＜Ｎ）種の
出力ベクトルのアドレスをアドレスメモリに記憶して情
報として保持しておく。そして、ベクトル量子化部が量
子化ブロックの第2,第３…のブロックを量子化する際に
は、前記アドレスメモリに記憶された情報、即ち限定数
ｎ種の出力ベクトルのアドレスの範囲内で、第2,第３…
の部分ブロックの画素ベクトルとコードテーブル内ベク
トルセットの各出力ベクトルとの差歪値を計算し最小差
歪関係にある出力ベクトルを量子化ベクトルとして検
索、そのアドレスをインデックスとして出力する。

作用 上記の方法により、画像信号のベクトル量子化を行う
際、量子化ブロックを相関性の非常に強い部分ブロック
に分割することによって、ベクトル量子化部が第１の部
分ブロックの画素ベクトルとコードテーブルメモリ内ベ
クトルセットの全出力ベクトルとの差歪計算を行った結
果を用いて、ベトル量子化部が第2,第３…の部分ブロッ
クの画素ベクトルを量子化する際には、コードテーブル
メモリ内ベクトルセットの全出力ベクトルとの差歪値を
計算するのではなく、比較的画素ベクトルに近いと類推
される限定数の出力ベクトルとの差歪値のみを計算、最
小差歪を得る出力ベクトルを量子化ベクトルとすること
により、全体を通しての画素ベクトルと出力ベクトルと
の差歪計算を効率良く行い、高速のベクトル量子化器の
実現を可能とするものである。

実施例 （１）本発明による画像信号のベクトル量子化器の第１
の実施例を第１図，第２図，第３図に示し説明する。第
１図（ａ）は、ベクトル量子化器・符号化部の構成図で
ある。画素メモリ10に入力された１フレーム画像信号V0
（480サンプル／ライン,480ライン）は、ブロック生成
部11により、仮想的に24（サンプル）×８（ライン）量
子化ブロックbj（ｊ＝１〜1200）に分割、更に各量子化
ブロックbjをブロック内サンプル点を一様に分散させる
様に３組の８（サンプル）×８（ライン）部分ブロック
B1j,B2j,B3j（ｊ＝１〜1200）に分割する（第３図参
照）。即ち64次元画素ベクトルｘ1j,x2j,x3j（ｊ＝１〜
1200）が各々３組生成される。画像信号は本来隣接画素
間の相関が非常に強いものであるため、ｊを同じくする
部分ブロックB1j,B2j,B3j、即ち64次元画素ベクトルｘ1
j,x2j,x3jの間の相関性も強い。第１図（ｂ）に示すベ
クトル量子化部は、第９図（ｂ）の従来例のものと同様
の手順で、ｊで指定される部分ブロックB1jからなる画
素ベクトルｘ1jに対して、切替器104によって接続され
たアドレスカウンタ102の出力ｉ＝１〜256に従って、コ
ードテーブルメモリ105に記憶したベクトルセットの256
種の全出力ベクトルｙiとの差歪計算ｄ（ｘ1j,yi）（ｉ
＝１〜256）を１ブロック当り256回行い、差歪値が最小
となるような出力ベクトルyi即ちアドレスｉを求め、こ
のアドレスｉをインデックスｉ1jとしてアドレスレジス
タ111でラッチ後、出力する。この際、ｄjソーティング
部112により部分ブロックBj毎に差歪値ｄ（ｘ1j,yi）を
ソーティングし、小さい値を取るものから順に64種の出
力ベクトルのアドレスｉをアドレスメモリ103に記憶し
ておく（この64種のアドレスをｉj64とする）。次に、
ｊで指定される部分ブロックB2jからなる画素ベクトル
ｘ2jに対しては、切替器104によりアドレスメモリ103を
接続、その情報ｉj64に従って、コードテーブルメモリ1
05のベクトルセット内出力ベクトルｙiとの差歪計算ｄ
（ｘ2j,yi）（ｉ＝ｉj64）を１ブロック当り64回行い、
差歪最小となる出力ベクトルを量子化ベクトルとして、
そのアドレスｉ64jをインデックスｉ2jとしてアドレス
レジスタ111によりラッチ後、出力する。ｊで指定され
る部分ブロックB3jからなる画素ベクトルｘ3jに対して
も、アドレスメモリ103の情報ｉj64に従って量子化が行
われ、インデックスｉ3jが出力される。以上の手順に従
い、ベクトル量子化部100において総計384（部分ブロッ
クB1j,B2j,B3jにつき各々256回,64回,64回）×1200（量
子化ブロック数）回の差歪計算の結果出力された各イン
デックスｉ1j,i2j,i3j（ｊ＝１〜1200）は、符号化部12
によって符号ｓとして出力される。

第２図のベクトル量子化器・復号部に入力された符号
ｓは、復号部20によってインデックスｉ1j,i2j,i3j（ｊ
＝１〜1200）に復号された後、ベクトル量子化器・符号
化部と同様の内容のベクトルセットを持つコードテーブ
ルメモリ22により、64次元の出力ベクトルｙ1j,y2j,y3j
（ｊ＝１〜1200）に再生、順次画素メモリ24に記憶さ
れ、１フレーム分の画像信号V0′を再生する。

（２）本発明による画像信号のベクトル量子化器の第２
の実施例を第4,5,6図に示し説明する。第４図（ａ）
は、ベクトル量子化器・符号化部の構成図で、これは第
１の実施例を並列構造にしたものである。入力された１
フレーム画像信号V0（480サンプル／ライン,480ライ
ン）は、まず３個の画像シャフリングメモリ40,41,
42に振り分けられる。即ち、第６図にも示すように、
画像信号のサンプリングデータはライン単位で２ライン
おきに同じシャフリングメモリに書き込まれ、画像信号
の強いライン相関性のため、結果として非常に相関性の
強い３つの疑似画面V1,V2,V3（480サンプル／ライン,16
0ライン）が各シャフリングメモリ上に生成される。ブ
ロック生成部43〜45はこの３つの疑似画面V1,V2,V3を各
々1200個の８（サンプル）×８（ライン）部分ブロック
B1j,B2j,B3j（ｊ＝１〜1200）に分割、即ち64次元の画
素ベクトルｘ1j,x2j,x3j（ｊ＝１〜1200）を各1200個生
成する。ここで、ｊを同じくする部分ブロックB1j,B2j,
B3jが疑似画面V1,V2,V3上において各々占める相対位置
は同じとする（第６図参照）。ベクトル量子書部I 400
は、第４図（ｂ）に示す構成で、第１の実施例における
ベクトル量子化部が量子化ブロックｂjの第１の部分ブ
ロックB1jを量子化する手順と同様に、疑似画面V1の各
部分ブロックB1jによる画素ベクトルｘ1j（ｊ＝１〜120
0）に対して、コードテーブルメモリ405のベクトルセッ
トｙi（ｉ＝１〜256）とアドレスカウンタ404出力ｉを
用いて、１ブロック当り256回の差歪計算の結果インデ
ックスｉ1j（ｊ＝１〜1200）を出力する。また、ブロッ
クBj毎に差歪値ｄ（ｘ1j,yi）が小さい値を取るものか
ら順に64個のアドレスｉをアドレスメモリ413に記憶
し、情報ｉj64として保持する。ベクトル量子化部II 40
1及びIII 402は第４図（ｃ）の構成により、第１の実施
例におけるベクトル量子化部が量子化ブロックｂjの第
2,第３の部分ブロックB2j,B3jを量子化する手順と同様
に、疑似画面V2,V3の各部分ブロックB2j,B3jからなる画
素ベクトルｘ2j,x3j（ｊ＝１〜1200）に対してコードテ
ーブルメモリ405のベクトルセットｙi（ｉ＝１〜256）
とアドレスメモリ413の情報ｉj64を用いて、１ブロック
当り64回の差歪計算の結果インデックスｉ2j,i3jを出力
する（ｊ＝１〜1200）。以上のように、ベクトル量子化
部I 400,II 401,III 402において、総計384（ブロックB
1j,B2j,B3jにつき各々256回,64回,64回）×1200（各部
分ブロック数）回の差歪計算の結果出力された各インデ
ックスｉ1j,i2j,i3j（ｊ＝１〜1200）は、符号化部46〜
48及び多重部49によって符号ｓとして出力される。

第５図のベクトル量子化器・復号部に入力された符号
ｓは、復号部50及びコードテーブルメモリ52によって、
64次元の出力ベクトルｙ1j,y2j,y3j（ｊ＝１〜1200）に
再生、分配部54によって各々３個のメモリ55,56,
57に分配、記憶させる。これにより、画素メモリ55,
56,57には、ベクトル量子化器・符号化部の画像シ
ャフリングメモリ40,41,42とほぼ同じ内容の疑似
画面V1′,V2′,V3′が生成されることになるので、合成
部58が画素メモリを，，，，‥‥の順にアク
セスし、画像信号をライン単位に読み出すと、１フレー
ム分の画像信号V0′が再生される。

（３）第３の実施例として、第７図，第８図には、第１
の実施例のベクトル量子化器・符号化部においてブロッ
ク生成部71とベクトル量子化部73の間に直交変換部72を
挿入、ベクトル量子化器・復号部において出力ベクトル
レジスタ83と画素メモリ85の間に逆直交変換部84を挿入
して、画像信号系列の周波数成分に対してベクトル量子
化を施す構成を示したが、この例においても前記実施例
１と同様の手順によってベクトル量子化を行うことがで
きる。

発明の効果 本発明によれば、画像信号のベクトル量子化の際、量
子化ブロックを相関性の非常に強い部分ブロックに分割
し、第１の部分ブロックに対するベクトル量子化の差歪
計算の結果、画素ベクトル近傍と思われる出力ベクトル
即ちインデックスを限定数記憶しておき、第2,第３…の
部分ブロックの画素ベクトルに対しては、この限定数の
出力ベクトル即ちインデックスの範囲内で差歪計算を行
いベクトル量子化することにより、全体を通しての画素
ベクトルと出力ベクトルとの差歪計算を効率良く行い、
少ない差歪計算回数で高速のベクトル量子化の実現を可
能とするものである。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は本発明の一実施例の構成図、第３図は
同実施例の動作説明図、第４図、第５図は本発明の他の
実施例の構成図、第６図は同実施例の動作説明図、第７
図、第８図は本発明のさらに他の実施例の構成図、第９
図、第10図は従来のベクトル量子化器の構成図、第11
図、第12図は同従来例の変形例の構成図である。 10……画素メモリ,11……ブロック生成部,12……符号化
部,100……ベクトル量子化部,101……入力ベクトルレジ
スタ,102……アドレスカウンタ,103……アドレスメモ
リ,104……切替器,105……コードテーブルメモリ,106…
…出力ベクトルレジスタ,107……並列減算器,108……並
列絶対値演算器,109……絶対値差歪演算器,110……最小
差歪ベクトル検出器,111……アドレスカウンタ,112……
ｄjソーティング部。

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】符号化すべき画面を記憶する画素メモリ
   と、前記画素メモリに記憶された画面を分割してなる所
   定サイズの複数個の各量子化ブロックを一様に分布する
   所定の画素で構成される所定数の部分ブロックに分割す
   るブロック生成部と、コードテーブルメモリに記憶され
   たベクトルセットの全Ｎ（Ｎは正の整数）種の出力ベク
   トルと量子化ブロックの部分ブロックからなる画素ベク
   トルとの差歪値を計算し最小差歪値をとる出力ベクトル
   を量子化ベクトルとして検索・選択し前記量子化ベクト
   ルのアドレスを出力するベクトル量子化部と、前記ベク
   トル量子化部が量子化ブロックの第１の部分ブロックに
   対して計算した差歪値が小さい値をとるものから順にｎ
   （ｎは正の整数:n＜Ｎ）種の出力ベクトルのアドレスを
   記憶するアドレスメモリと、前記ベクトル量子化部が量
   子化ブロックの第１の部分ブロックを量子化する際には
   前記ベクトル量子化部にアドレスカウンタを選択・接続
   し、前記量子化ブロックの第１の部分ブロック以外の部
   分ブロックを量子化する際には前記ベクトル量子化部に
   前記アドレスメモリを選択・接続する切替器とを具備し
   てなる画像信号ベクトル量子化器。
2. 【請求項２】特許請求の範囲第１項において、切替器を
   具備せず、所定数のベクトル量子化部と多重部を具備
   し、量子化ブロックの第１の部分ブロックを量子化する
   第１のベクトル量子化部にアドレスカウンタを接続し、
   第１のベクトル量子化部以外のベクトル量子化部にアド
   レスメモリを接続してなる画像信号ベクトル量子化器。
3. 【請求項３】特許請求の範囲第１項または第２項におい
   て、ブロック生成部とベクトル量子化部との間に直交変
   換部を挿入してなる画像信号ベクトル量子化器。