JP3367931B2 - 共役構造ベクトル量子化方法 - Google Patents
共役構造ベクトル量子化方法Info
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Description
オや画像の高能率圧縮符号化の分野で広く利用されてい
るベクトル量子化方法に関するものである。
て、複数の入力サンプルをまとめて目標ベクトルとし、
あらかじめ用意したコードベクトル一覧であるコードブ
ックの中から、目標ベクトルにもっとも近いコードベク
トルを選び、入力サンプルをそのコードベクトル番号で
表わす符号化方法である。この方法は、入力サンプルの
分布に一定の傾向がある場合、入力サンプルの分布傾向
と同じ分布傾向をもつコードブックを用意しておけば高
い能率で符号化ができる。またベクトル量子化において
は、符号化に用いることのできる情報量が等しい場合、
ベクトル量子化の量子化ビット数を大きく、またコード
ベクトルのサンプル数(コードベクトル長)を大きくし
た方が能率が良い。
トル長に比例し、2の量子化ビット数だけのべき乗に比
例するため、量子化能率をあげようとすると、コードブ
ックを記憶しておくのに必要なメモリが大規模になりす
ぎてしまうという欠点を持つ。この問題を解決するため
に図1に示すような共役構造ベクトル量子化方法が提案
されている。この方法では、小規模な二つのコードブッ
ク10、11からの各コードベクトルを加算部12で加
え合わせ、再生信号を得る。この再生信号と目標ベクト
ルとの距離を距離計算部13で求め、その距離が最小と
なるように最適コードベクトル探索部14でコードブッ
ク10、11の各コードベクトルを選択する。このよう
にすると、あまりメモリ量を増やすことなくベクトル量
子化の能率をあげることができる。
う一つの欠点は、最適なコードベクトルを検索するのに
大きな演算量がかかるということである。共役構造ベク
トル量子化では、演算量を削減するために、図2に示す
ようにコードブック10、11をそれぞれ予備選択部1
5、16により独立に検索し、もっともらしい複数の候
補ベクトルを予備選択して小コードブック17、18を
構成し、本選択部19において、小コードブック0:1
7と小コードブック1:18の中から最適な組み合わせ
を検索し、選ばれた2つのコードベクトル番号を最適コ
ードベクトル番号として出力するという手法が用いられ
る。
れた選択方法と同様に、小コードブック0:17と小コ
ードブック1:18に含まれるコードベクトルの全ての
組み合わせについて、小コードブック0からのコードベ
クトル0と小コードブック1からのコードベクトル1を
加え合わせ、得られた再生信号と目標ベクトルとの距離
を計算し、最小の距離を与えるコードベクトル0とコー
ドベクトル1のコードベクトル番号0とコードベクトル
番号1を出力する方法が一般的である。この本選択をさ
らに高速に行なう方法が、特願平9−357159号
(特開平11−191739号公報 参照。)におい
て、出願されている。
択に適用すると、相対的に予備選択の演算量がベクトル
量子化全体の演算量に占める割合が増し、ベクトル量子
化を高速に動作させる場合に予備選択の演算量が問題と
なってくる。ベクトル量子化の予備選択は、図2中のコ
ードブック0、1:10、11、予備選択部15、1
6、小コードブック17、18を使用して、図3のフロ
ーチャートのように動作する。この処理では、全てのコ
ードベクトルについて、目標ベクトルのr倍(rは定
数)とコードベクトルの距離d2を計算し、小コードブ
ックの末尾よりも小さいものであれば、小コードブック
中で、距離が昇順に並ぶ位置を検索し、そこに新たにコ
ードベクトルを挿入する。この小コードブック更新の操
作のためには、最近傍点の検索・小コードブックのシフ
トの操作が必要であり、これらの操作が演算量に負担を
かける。予備選択数(小コードブックのサイズ)が大き
くなるほど、この負担は大きくなる。
子化において、予備選択を高速に行なう方法を提供する
ことを目的とする。
ベクトル量子化器の二つのコードブックの各々からM個
の候補ベクトルを予備選択する際、図4に示されるよう
にコードブックを予備選択数Mと同じ個数に分割し、M
個のサブコードブックを得た後、各々のサブコードブッ
クについて、目標ベクトルとの距離が最も小さいコード
ベクトルを1つだけ検索し、選ばれたM個のコードベク
トルを候補ベクトルとする。また、コードブックを分割
する際、あらかじめコードベクトルを並び替えておいて
も良い。
選択の手順の流れは図5のフローチャートに示されたよ
うになる。この処理と図3に示される従来の予備選択の
流れとを比較すると、手順S4及び手順S22における距離
計算の演算量は等しく、また、手順S5及び手順S23にお
ける条件判断の演算量も等しいが、手順S24ないし手順S
26の処理Aと、手順S6及び手順S7の処理Bとを比較する
と、1回の演算量は処理Bの方がはるかに小さい。この
ことにより、従来法よりも予備選択の演算量を少なく抑
えることができる。
の分割により能率が低下する可能性があるが、あらかじ
めコードブックを並び替えておくことにより、分割によ
る能率の低下を最小に抑えることができる。
ル量子化の構成は、図2に示す通り共役構造ベクトル量
子化器であり、コードブック0、1:10、11、予備
選択部0、1:15、16、小コードブック0、1:1
7、18、本選択部19で構成されていて、従来の予備
選択を用いた共役構造ベクトル量子化の構成と同様であ
る。この発明により新規に導入される部分は、予備選択
部0、1:15、16における予備選択の方法である。
コードブック1:11を構成するコードベクトルの数は
どちらもNである。コードブックを予備選択して小コー
ドブックに格納するコードベクトルの数、すなわち予備
選択数はMである。コードブック0、1:10、11中
のコードベクトルには格納順に番号が付与されており、
その値はそれぞれidx0、idx1で表記する。図4に示され
る予備選択部0:15は、1個のコードブック分割部2
1と、M個の最適コードベクトル探索部で構成され、コ
ードブック0:10からのコードベクトルを入力し、最
適コードベクトル候補を選択し、小コードブック0:1
7へ出力する。また、予備選択部1:16の構成は予備
選択部0:15の構成と等しい。ただし、入力はコード
ブック1:11から行なわれ、出力は小コードブック
1:18へ行なわれる。
クを大きさN/MのM個のサブコードブックに分割す
る。すなわち、コードブック中のコードベクトルをベク
トルcv[idxs]、分割されたサブコードブックの番号をis
ub、各々のサブコードブック中のコードベクトルをベク
トルcvs[isub][idxs]で表記すると、下記の規則に従っ
てコードブックを分割して行く。
て、同じisubの値をもつコードベクトルは同じisub番目
のサブコードブックに属する。また、別の分割方法とし
て、コードブックをあらかじめ定義されたマッピングテ
ーブルを用いて並び替えてから分割しても良い。この場
合、コードブックの分割規則は下記のようになる。
マッピングテーブルをコードベクトル長と同じ数だけ用
意しておき、各コードベクトルの任意の要素の値がソー
トされるようにマッピングテーブルを定義しておくと良
好な結果が得られる。このようにして分割されたコード
ブックの各々のコードベクトルは最適コードベクトル探
索部に送られる。M個ある内、isub番目の最適コードベ
クトル探索部では、isub番目のサブコードブック中から
目標ベクトルとの距離がもっとも小さいコードベクトル
を探索する。各々のコードベクトルcvs[isub][idxs]の
要素をcvs[isub][idxs][ielem]、目標ベクトルの各要素
をx[ielem]で表記すると、全てのidxsについて下記のよ
うに距離d2[isub][idxs]を計算する。
と良好な結果が得られる。len_dの値は、目標ベクトル
のベクトル長lengthでも良いし、下記の条件を満たす最
小の値でも良い。
り、0.9程度に選ぶと良好な結果が得られる。コードベ
クトルに符号情報を加える形態のベクトル量子化では、
距離計算は、(3)式のように行なう代わりに、全ての
idxsとisignの組み合わせについて次式のように行う。
クスiは、0または1の値をとる。値は、sign[0]=
1、sign[1]=−1である。このようにして計算したd
2[isub][idxs]のうち、最小の値を与えるコードベクト
ルcvs[isub][idxs]をisub番目の候補ベクトルとして選
択し、小コードブックのisub番目に格納する。コードベ
クトルに符号情報を加える形態のベクトル量子化では符
号も小コードブックに格納する。
全てのisubについて行なわれる。上記の予備選択部0:
15の手順の流れを図5のフローチャートに示す。図4
においてM個だけある最適コードベクトル探索部22
は、順次行なっても並行して行なっても良いが、ここで
は順次行なう場合の例を示す。 ・手順S1では、isubを0に設定することにより、サブコ
ードブックの番号を初期化し、手順S2に進む。 ・手順S2では、式(1)や式(2)などの例に挙げた分
割規則に従って、コードブック0をisub番目のサブコー
ドブックに分割し、手順S3に進む。 ・手順S3では、サブコードブック中のコードベクトルの
番号idxsを0に設定するとともに、最小距離d2_minの
値をとり得る最大値に設定することによりisub番目のサ
ブコードブックにおける最適コードベクトル探索を初期
化し、手順S4に進む。 ・手順S4では、サブコードブック中のidxs番目のコード
ベクトルと、目標信号のr倍との距離d2を、式(3)
や式(5)などの例に挙げた計算方法に従って求めた
後、手順S5に進む。 ・手順S5では、距離d2を最小距離d2minを比較し、小
さい場合手順S6に進み、そうでない場合、手順S8に進
む。 ・手順S6では、idxs番目のコードベクトルを小コードブ
ック0に格納し、手順S7に進む。 ・手順S7では、最小距離d2minの値としてd2の値を設
定することにより、最小距離d2minを更新し、手順S8に
進む。 ・手順S8では、コードベクトルの番号idxsに1を加え、
手順S9に進む。 ・手順S9では、idxsの値を調べ、サブコードブックの大
きさN/Mと等しければ手順S10に進み、そうでなければ手
順S4に進む。 ・手順S10では、サブコードブックの番号isubに1を加
え、手順S11に進む。 ・手順S11では、isubの値を調べ、サブコードブックの
数Mと等しければ予備選択部0:15の処理を終了し、
そうでなければ手順S2に進む。
も、上記予備選択部0:15の手順の流れと同様であ
る。ただし、コードブックと小コードブックに付く0の
番号は1となる。
量子化において、少ない演算量で予備選択を行なうこと
ができ、結果として共役構造ベクトル量子化の演算量を
低減することが出来る。
ク図。
を示すブロック図。
従来法を示すフローチャート。
ク図。
この発明の方法を示すフローチャート。
Claims (4)
- 【請求項1】N1個のコードベクトルを格納した第1コ
ードブックと、N2個のコードベクトルを格納した第2
コードブックのそれぞれから取り出した二つのコードベ
クトルの合成ベクトルと目標ベクトルに対する量子化誤
差が最小のものを選択する共役構造ベクトル量子化方法
において、 第1コードブックを分割し、N1/M1個のコードベクト
ルを格納したサブコードブックをM1個得る第1の段階
と、分割したM1個のサブコードブックのそれぞれにつ
いて、最適なコードベクトルを1個ずつ選び出し、M1
個の候補ベクトルとする第2の段階と、 第2コードブックを分割し、N2/M2個のコードベクト
ルを格納したサブコードブックをM2個得る第3の段階
と、分割したM2個のサブコードブックのそれぞれにつ
いて、最適なコードベクトルを1個ずつ選び出し、M2
個の候補ベクトルとする第4の段階と、 第1のコードブックから選び出したM1個の候補ベクト
ルと第2のコードブックから選びだしたM2個の候補ベ
クトルの組み合わせのうち、その合成ベクトルの目標ベ
クトルに対する量子化誤差が最小となるものを選択する
第5の段階からなることを特徴とする共役構造ベクトル
量子化方法。 - 【請求項2】請求項1に記載の共役構造ベクトル量子化
方法において、 上記第1の段階は、第1コードブックを構成するコード
ベクトルを並び替える第6の段階と、並び替えたコード
ブックをN1/M1個ずつ切り分けることによって分割す
る第7の段階を含み、 上記第4の段階は、第2コードブックを構成するコード
ベクトルを並び替える第8の段階と、並び替えたコード
ブックをN2/M2個ずつ切り分けることによって分割す
る第9の段階を含むことを特徴とする共役構造ベクトル
量子化方法。 - 【請求項3】請求項1または2に記載の共役構造ベクト
ル量子化方法において、 上記第2および第4の段階は、サブコードブック中の全
てのコードベクトルについて、目標ベクトルのr倍(r
は定数)との距離を計算する第10の段階と、第10の
段階で計算した距離が最小となるコードベクトルを選択
する第11の段階からなることを特徴とする共役構造ベ
クトル量子化方法。 - 【請求項4】請求項3に記載の共役構造ベクトル量子化
方法において、 上記第10の段階は、サブコードブック中のコードベク
トルと、目標ベクトルの要素のうち一部を用いて距離計
算することを特徴とする共役構造ベクトル量子化方法。
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JP2000060058A JP3367931B2 (ja) | 2000-03-06 | 2000-03-06 | 共役構造ベクトル量子化方法 |
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JP2001251192A JP2001251192A (ja) | 2001-09-14 |
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- 2000-03-06 JP JP2000060058A patent/JP3367931B2/ja not_active Expired - Lifetime
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