JP2590166B2 - ベクトル符号化回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （発明の層する技術分野） 本発明は動画像信号を高能率に伝送するための符号化
方式、特にゲインシェイプベクトル量子化方式における
高能率化を可能としたベクトル符号化回路に関する。

（従来の技術） 従来のゲインシェイプベクトル符号化方式の符号化回
路の一例を示すと第２図のごとく構成されている。図に
おいて、１は信号入力端子、２は減算回路、３は平均値
算出回路、４は分散算出回路、５は最適ベクトル決定回
路、６は有効／無効ブロック識別回路、７は有効／無効
ブロック識別しきい値入力、８は平均値量子化回路、９
は平均値量子化しきい値入力、10はゲイン量子化回路、
11はゲイン量子化しきい値入力、12は有効／無効識別情
報符号化回路、13は平均値量子化番号符号化回路、14は
ゲイン量子化番号符号化回路、15は符号多量化回路、16
はバッファメモリ、17はしきい値制御回路、18は符号化
データ出力端子、19はゲイン逆量子化回路、20は乗算回
路、21は平均値逆量子化回路、22,23は加算回路、24は
フレーム間予測回路である。

この符号化回路の動作を説明すると、信号入力端子１
より入力された信号は適当な大きさのブロックに分割さ
れているものとする。例えば画像信号を縦横４画素から
なる16画素ごとにブロック化し、ブロック内のぎ信号を
ベクトルとして扱うこととする。

すなわち入力信号は入力ベクトルとして減算回路２へ
入力される。入力ベクトルは減算回路２によりフレーム
間予測信号が減算され、予測誤差ベクトルとなる。この
予測誤差ベクトルは平均値算出回路３、分散算出回路
４、最適ベクトル決定回路５、及び有効／無効ブロック
識別回路６、にそれぞれ入力される。

平均値算出回路３では前記入力ベクトルの各成分の平
均値ａを算出し平均値量子化回路８へ出力する。また、
分散算出回路４では前記入力ベクトルから平均値ベクト
ルを減算し、各成分の自乗平均値を求める事によって分
散値を計算し、ベクトル量子化におけるの探索深さｓを
決定する。この探索深さｓは最適ベクトル決定回路５及
び符号多重化回路15へ出力する。

最適ベクトル決定回路５では内蔵するコードブックと
呼ばれるベクトル集合に中より前記入力ベクトルに最も
近似するベクトルを決定し当該ベクトルを乗算回路20へ
出力するとともにベクトルインデックスｉと呼ばれるベ
クトル番号を符号多重化回路15へ出力する。また前記入
力ベクトルと当該ベクトルの内積値をゲインｇとしてゲ
イン量子化回路10へ出力する。

次に有効／無効ブロック識別回路６では、前記入力ベ
クトルの分散値を求め、７より入力される有効／無効ブ
ロック識別しきい値と比較することによって、入力ベク
トルの分散値が有効／無効ブロック識別しきい値より大
きければ当該ブロックを有効ブロックとし、入力ベクト
ルの分散値が有効／無効ブロック識別しきい値以下であ
れば当該ブロックを無効ブロックとする。この結果得ら
れる有効／無効ブロック識別情報は有効／無効識別情報
符号化回路12へ出力される。

平均値量子化回路８では、入力された予測誤差ベクト
ルの平均値ａを９より入力される平均値量子化しきい値
によって区分し、平均値量子化番号を生成する。この平
均値量子化番号は平均値量子化番号符号化回路13、平均
値逆量子化回路21へ出力する。

ゲイン量子化回路10では入力ゲインを11より入力され
るゲイン量子化しきい値によって区分し、ゲイン量子化
番号を生成する。このゲイン量子化番号はゲイン量子化
番号符号化回路14、ゲイン逆量子化回路19へ出力する。

有効／無効識別情報符号化回路12では有効／無効識別
情報を複数個集め可変長符号又はランレングス符号によ
って符号化し、符号多量化回路15へ出力する。

平均値量子化番号符号化回路13、ゲイン量子化番号符
号化回路14ではそれぞれに入力された平均値量子化番
号、ゲイン量子化番号をそれぞれ可変長符号によって符
号化し符号多重化回路15へ出力する。

符号多重化回路15では入力された回路12からの有効／
無効識別情報符号、回路13からの平均値量子化番号符
号、回路14からのゲイン量子化番号符号、回路４からの
ベクトル量子化における探索深さｓ及び回路５からのベ
クトルインデックスｉをそれぞれ多重化しバッファメモ
リ16へ出力する。

そして、このバッファメモリの内容は伝送路の速度に
合わせて読みだされ符号化データ出力端子18より出力さ
れる。バッファメモリ内に蓄積された符号量はしきい値
制御回路17へ通知され、このしきい値制御回路17では発
生符号速度と伝送速度が平衡するように各種しきい値を
決定して端子7,9,11に出力する。すなわち発生符号速度
が伝送速度より大きい場合にはしきい値をより高い値に
設定し、発生符号速度が伝送速度より小さい場合にはし
きい値をより低い値に設定する。

次にゲイン逆量子化回路19、平均値逆量子化回路21で
はそれぞれ回路10、回路８から入力されたゲイン量子化
番号、平均値量子化番号をそれぞれゲイン量子化代表
値、平均値量子化代表値に変換する。

乗算回路20では最適ベクトルとゲイン量子化代表値を
掛け合わせ、加算回路22では平均値量子化代表値を加
え、加算回路23ではフレーム間予測信号を加えることに
よってローカルデコード信号が生成される。このローカ
ルデコード信号はフレーム間予測回路24に入力される。
フレーム間予測回路はローカルデコード信号を１フレー
ム遅延させる事により次フレームの予測信号を生成す
る。このフレーム間予測信号は減算回路２、及び加算回
路23へ出力する。

以上従来のゲインシェイプベクトル符号化回路の構成
と動作を説明したが、高能率化を達成する上で以下に示
す問題がある。

第一の問題は有効／無効識別情報とその他の符号化パ
ラメタの組み合せに無駄が発生し、符号化効率を低下さ
せている点である。すなわち、有効／無効識別情報が無
効を示す場合にはその他の符号化パラメタを無効とする
事によって損失無く符号化できるが、有効／無効識別情
報が有効を示す場合には、平均値量子化番号とゲイン量
子化番号が双方とも零となる組み合せを含んでいる事で
ある。平均値量子化番号とゲイン量子化番号の双方が零
であるとその値は伝送されても復号信号に何も寄与しな
い。

第二の問題はベクトル量子化の探索深さ、ベクトルイ
ンデックスとゲイン量子化番号の組み合せに無駄がある
ことである。すなわちゲイン量子化番号が零の場合ベク
トル量子化の探索深さ及びベクトルインデックスは伝送
されても復合信号に何も寄与しない。

第三の問題は平均値量子化番号、ゲイン量子化番号及
びベクトル量子化の探索深さの符号化が個別に行なわれ
る事により符号化効率を低下させている事である。すな
わちこれらのパラメタの出現確率は独立では無く、単独
には最適な可変長符号を構成する事ができない。例え
ば、先に示した平均値量子化番号とゲイン量子化番号の
双方が零である場合は有効ブロックでは意味を待たない
にも関わらず、通常最も短い符号が割り当てられる事に
なり符号化効率を大きく低下させる。

（発明の目的） 本発明は、上述した従来の問題点を解決し、ベクトル
量子化で発生する符号化パラメタを無駄なく符号化し、
映像信号のディジタル高能率伝送に利用しうることを目
的とするものである。

（発明の構成） （本発明の特徴と従来技術との差異） 本発明は、有効／無効識別回路を有効な符号化パラメ
タの有無によって有効／無効識別情報を発生するように
するとともに、互いに従属な複数の符号化パラメタをパ
ラメタベクトルとして一括して可変長符号化するように
したことを最も主要な特徴とするものである。

したがって従来技術とは、有効／無効識別情報とその
他の符号化パラメタの組み合せに無駄が発生せず符号化
を効率よく行なうことに差異を有する。

（実施例） 第１図は本発明の方式の一実施例のベクトル符号化回
路を示し、第２図と同一数字符号は同じものである。本
実施例は、従来例とは有効／無効ブロック識別回路10
0、可変長符号化回路200及びしきい値制御回路300を有
し、その機能が異なる。

以下、信号入力端子１に入力された信号は第２図と同
様に処理されるが、つぎの部分で異なる処理がおこなわ
れる。すなわち、有効／無効ブロック識別回路100には
平均値算出回路３からブロックの平均値ａが、最適ベク
トル決定回路５からゲインｇが入力される。また有効／
無効識別のための平均値しきい値Taが端子70より、ゲイ
ンしきい値Tgが端子71より入力される。ａ＞Ta又はｇ＞
Tgの場合当該ブロックを有効ブロックと識別し、ａ≦Ta
かつｇ≦Tgの場合当該ブロックを無効ブロックと識別す
る。Ta,Tgを量子化しきい値A,Gより大きく設定すること
によって、平均値量子化番号とゲイン量子化番号の双方
が零となる場合には必ず無効ブロックとすることができ
る。

可変長符号化回路200には回路８からの平均値量子化
番号Qa、回路10からのゲイン量子化番号Qg、回路４から
のベクトル量子化探索深さｓ及び回路５からのベクトル
インデックスｉが入力される。これらのQa,Qg,sはパラ
メタベクトルPv＝（Qa,Qg,s）として可変長符号Ｃ（P
v）に変換され符号多重化回路15に出力される。このＣ
（Pv）はPvの発生確率ｐ（Pv）の統計量によって作製さ
れたハフマン符号等を適用すれば良い。この変換はPvは
アドレスとしてＣ（Pv）のテーブルメモリにアクセスを
することによって実現することができる。

上述したQaは平均値量子化回路８で量子化しきい値Ａ
によりQa＝sign（ａ）｛|a|/A｝として求めたものであ
る。同様にQgはゲイン量子化回路10で量子化しきい値Ｇ
によりQg＝｛g/G｝として求めたものである。ここに、
｛ｘ｝の｛ ｝はｘを超えない最大の整数を示すガウス
記号である。また、sign（ａ）は値ａが正の場合１、値
ａが負の場合−１となる関数を表す。なお、Qa,Qgは上
記の線形量子化以外に非線形量子化をしても良い。

以上の方法によれば、Qa＝0,かつQg＝０のごとき有効
ブロックには出現しない組み合せや、Qg＝０の場合のベ
クトル量子化探索深さｓを指定する符号等を除外できる
とともに、Qa,Qg,sの間に含まれる相関性を最大限利用
することができる。ベクトルインデックスｉはゲイン量
子化番号が零でない場合符号多重化回路15に出力される
が零の場合には除去される。

しきい値制御回路300ではバッファメモリ16の蓄積量
に応じ、有効／無効識別平均値しきい値Ta、有効／無効
識別ゲインしきい値Tg、平均値量子化しきい値Ａ、ゲイ
ン量子化しきい値Ｇを発生する。

この方法によって視覚的に望ましい符号割り当てが可
能になる、すなわち、ブロックの平均値偏差とゲインに
代表されるブロック内パターンの偏差に対し、それを感
知する視覚感度に応じてしきい値TaとTg又はＡとＧの比
率を与えることができる。

また符号化するか否かを決定するTaとTgに対し符号化
する際の精度を決定するＡとＧを適切に配分することが
できる。更にTa≧A,Tg≧Ｇとすることによって、量子化
の結果零となるブロックを必ず無効ブロックとすること
ができる。

なお実施例ではフレーム間予測ゲインシェイプベクト
ル量子化における実施例を説明したが、動き補償予測、
フレーム間予測回路にループフィルタをふくらむ方式、
フレーム内符号化方式等に本発明を適用することは容易
である。更に、パラメタベクトルとしたPv＝（Qa,Qg,
s）を用いる例を説明したが、このうち任意の二つをパ
ラメタベクトルとする方法や、他のパラメタを一緒にベ
クトル化することも容易である。

（発明の効果） 以上説明したように本発明はベクトル量子化で発生す
る符号化パラメタを無駄なく符号化できるので映像信号
のディシタル高能率伝送方式として利用することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のベクトル符号化回路のブロ
ック構成図、第２図は従来のベクトル符号化回路のブロ
ック構成図である。 １……信号入力端子、２……減算回路、３……平均値算
出回路、４……分散算出回路、５……最適ベクトル決定
回路、８……平均値量子化回路、９……平均値量子化し
きい値入力、10……ゲイン量子化回路、11……ゲイン量
子化しきい値入力、12……有効／無効識別情報符号化回
路、15……符号多量化回路、16……バッファメモリ、18
……符号化データ出力端子、19……ゲイン逆量子化回
路、20……乗算回路、21……平均値逆量子化回路、22,2
3……加算回路、24……フレーム間予測回路、100……有
効／無効ブロック識別回路、70,71……有効／無効ブロ
ック識別しきい値入力、200……可変長符号化回路、300
……しきい値制御回路。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】入力画像信号に対するフレーム間予測誤差
   信号を複数画素から成るブロックに分割し、各分割ブロ
   ックに対しブロック内画素の平均値ａ、ベクトル量子化
   の探索深さｓ、この探索深さｓにおいて最もブロック内
   画素の形状を近似するベクトルインデックスｉ、このベ
   クトルインデックスｉによってブロック内画素を近似し
   た結果得られるゲインｇを符号化伝送するフレーム間予
   測ゲインシェイプベクトル量子化方式のベクトル符号化
   回路において、 所定のしきい値Ta、Tgを用いて、前記平均値ａがしきい
   値Taより大きいか又はゲインｇがしきい値Tgより大きい
   場合には当該ブロックを有効ブロックとし、前記平均値
   ａがしきい値Ta以下でかつゲインｇがしきい値Tg以下の
   ブロックを無効ブロックとし、前記有効ブロック及び無
   効ブロックの識別情報を伝送する手段と、 前記有効ブロックに対し、前記平均値ａを所定のしきい
   値Ａにより平均量子化番号Qa＝sign（ａ）｛|a|/A｝と
   し、前記ゲインｇを所定のしきい値Ｇによりゲイン量子
   化番号Qg＝｛g/G｝とし（ただし、上記の式における
   ｛ ｝はガウス記号、sign（ａ）は値ａが正の場合１、
   値ａが負の場合−１となる関数を表す）、以上の結果得
   られる三種のQa,Qg,sを当該ブロックのパラメタベクト
   ルPv＝（Qa,Qg,s）とし、このPvを一括して可変長符号
   化してベクトルインデックスｉと共に伝送する手段と、 を具備することを特徴とするベクトル符号化回路。