JP3527415B2 - ベクトル量子化で用いるコードブックの作成装置および方法、ベクトル量子化方法、記録媒体 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ベクトル量子化で
用いるコードブックの作成装置および方法、ベクトル量
子化方法、更にはこれらの処理を行うためのプログラム
を記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体に関す
るものである。

【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（コード）
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
量子化を実行する上で、必ず必要となるのがコードブッ
クの作成である。そして、ベクトル量子化の特性上、再
現される再生画像の良否は、使用するコードブックの良
否と密接に関係している。したがって、例えば画像のデ
ータ圧縮を行う際に、高い圧縮率を保持したまま高画質
の再生画像を得るようにするためには、このコードブッ
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、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
て幾つかの手法が知られている。これらの手法では、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。しかしな
がら、従来の最適化技術は何れも、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。

【０００７】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。

【０００８】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、コードブックに含まれているパターン
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。

【０００９】そこで、どのような分類の画像を圧縮した
場合でも、再生画像の良好な画質を得るために、様々な
サンプル画像を用いて最適化を行い、これにより得られ
るコードブックを全て登録しておくということが考えら
れる。このようにすれば、実際にベクトル量子化を実施
する際には、人物、風景、文字といった様々な分類の画
像に合ったコードブックがあらかじめ用意されているの
で、その中から元画像に近いパターンを選び出すことが
可能となる。

【００１０】しかしながら、この場合は、あらかじめ用
意しておくべきコード数が膨大なものとなり、これを記
憶しておくためのメモリの容量が非常に大きくなってし
まうという問題があった。メモリの容量が大きくなる
と、装置全体の規模も大きくなってしまい、小型化が困
難な状況となる。また、コストもそれだけ増大する結果
となってしまうため、このような手法を採用するのは現
実的でない。

【００１１】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、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を第１
の目的とする。また、本発明は、コードブックを記憶し
ておくためのメモリ容量を増大させることなく汎用性の
高いコードブックを実現できるようにすることを第２の
目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明のベクトル量子化
で用いるコードブックの作成装置は、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
する装置において、上記ベクトルを構成するブロック内
でデータ値が徐々に変化していくベタパターンコードを
少なくとも１種類作成するベタパターン作成手段と、上
記ブロック内でデータ値が急激に変化するエッジパター
ンコードを少なくとも１種類作成するエッジパターン作
成手段とを備え、上記ベタパターン作成手段は、実画像
を用いずに、上記ブロック内の始点輝度値と、一方向へ
の輝度値増分とを用いてベタパターンのパターンコード
を作成することを特徴とする。

【００１３】本発明の他の態様では、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
する装置において、上記ベクトルを構成するブロック内
でデータ値が徐々に変化していくベタパターンコードを
少なくとも１種類作成するベタパターン作成手段と、上
記ブロック内でデータ値が急激に変化するエッジパター
ンコードを少なくとも１種類作成するエッジパターン作
成手段とを備え、上記エッジパターン作成手段は、原画
像から採用した基準パターンを元に、最小輝度値と、輝
度値増分とを用いてエッジパターンのパターンコードを
作成することを特徴とする。

【００１４】また、本発明のベクトル量子化で用いるコ
ードブックの作成方法は、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に
おいて、上記ベクトルを構成するブロック内でデータ値
が徐々に変化していく少なくとも１種類のベタパターン
コードと、上記ブロック内でデータ値が急激に変化する
少なくとも１種類のエッジパターンコードとをあらかじ
め基本パターンとして作成して記憶手段に記憶してお
き、上記ベクトル量子化の実行の際に、上記記憶手段に
記憶されている各々のパターンコードに対して演算を施
すことにより、上記基本パターンとは異なるパターンコ
ードを作成するようにしたことを特徴とするベクトル量
子化で用いるコードブックの作成方法であって、上記ブ
ロック内の始点輝度値と、一方向への輝度値増分とを用
いて、データ値が徐々に変化していくベタパターンコー
ドを上記基本パターンとして作成することを特徴とす
る。

【００１５】本発明の他の態様では、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
する方法において、上記ベクトルを構成するブロック内
でデータ値が徐々に変化していく少なくとも１種類のベ
タパターンコードと、上記ブロック内でデータ値が急激
に変化する少なくとも１種類のエッジパターンコードと
をあらかじめ基本パターンとして作成して記憶手段に記
憶しておき、上記ベクトル量子化の実行の際に、上記記
憶手段に記憶されている各々のパターンコードに対して
演算を施すことにより、上記基本パターンとは異なるパ
ターンコードを作成するようにしたことを特徴とするベ
クトル量子化で用いるコードブックの作成方法であっ
て、上記エッジパターンの基本パターンとして、原画像
から採用した基準パターンを用いるとともに、上記基準
パターンを元に、最小輝度値と、輝度値増分とを利用し
て作成したエッジパターンをも用いることを特徴とす
る。

【００１６】本発明のベクトル量子化方法は、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
ベクトルと成し、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
力するベクトル量子化方法において、上記ブロック内で
データ値が徐々に変化していくベタパターンコードを、
実画像を用いずに、上記ブロック内の始点輝度値と、一
方向への輝度値増分とを用いて作成しておくとともに、
上記ブロック内でデータ値が急激に変化するエッジパタ
ーンコードを少なくとも１種類作成しておき、上記ベタ
パターンコードおよび上記エッジパターンコードを記憶
手段に記憶しておき、コード演算手段において、上記ベ
クトル量子化の実行の際に、上記記憶手段に記憶されて
いる各々のパターンコードに対して演算を施すことによ
り、これらとは異なるパターンコードを作成し、上記記
憶手段から読み出されたパターンコードおよび上記コー
ド演算手段により作成されたパターンコードを利用して
上記ベクトル量子化を実行するベクトル量子化手段とを
備えたことを特徴とする。

【００１７】本発明のコンピュータ読み取り可能な記録
媒体は、上記記載のベクトル量子化方法の処理手順をコ
ンピュータに実行させるためのコンピュータプログラム
を記録したことを特徴とする。本発明の他の態様では、
上記何れかに記載のコードブック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コンピュータプログラ
ムを記録したことを特徴とする。

【００１８】

【００１９】

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図面
に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施形態であ
るコードブック作成装置の構成例を示す機能ブロック
図、図２は、作成されたコードブックを利用してデータ
圧縮を実行するベクトル量子化装置の構成例を示す機能
ブロック図である。また、図３および図４は、作成され
るコードベクトル（パターン画像）の例を示す図であ
る。

【００２１】一般に、顔画像は画素値が全体的に滑らか
に変化するパターンが大半を占めており、その変化は単
調で、変化量は非常に小さいものである。また、風景画
像などにおいても、部分的に見ると、顔画像と同じよう
に画素値が全体的に滑らかに変化するパターンが存在す
る。一方、文字などにおいては、画素値の変化が急激
で、変化量が非常に大きいのが一般である。また、風景
画像などの中にも、文字と同じにように画素値が急激に
変化する部分が存在する。

【００２２】このように、様々な分類に属するあらゆる
画像は、大きく分けると、画素値が全体的に滑らかに変
化するパターン（以下、これを「ベタパターン」と称す
る）の部分と、画素値が急激に変化するパターン（以
下、これを「エッジパターン」と称する）の部分とから
構成されることが分かった。そこで、本実施形態では、
この画像の性質に着目し、ベタパターン用のコードとエ
ッジパターン用のコードとを作成するようにした。これ
ら２つのパターンのコードをうまく組み合わせること
で、種々の画像に対応することが可能となる。

【００２３】ベタパターンのコードとしては、例えば図
３に示すように、８つの方向に単調に変化するパターン
を作成することとした。すなわち、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、画素値（例えば輝
度値）が徐々に変化するパターンを作成する。なお、こ
こでは一例として４×４画素単位のコードベクトルを作
成しているが、この大きさに限定されるものではない。

【００２４】図３において、（ａ）はブロックの左辺を
始点として、縦１列を１単位として輝度値が右辺に向か
ってＡ→Ｂ→Ｃ→Ｄのように徐々に大きくなっていくパ
ターン、（ｂ）はブロックの右辺を始点として、縦１列
を１単位として輝度値が左辺に向かって徐々に大きくな
っていくパターン、（ｃ）はブロックの下辺を始点とし
て、横１列を１単位として輝度値が上辺に向かって徐々
に大きくなっていくパターン、（ｄ）はブロックの上辺
を始点として、横１列を１単位として輝度値が下辺に向
かって徐々に大きくなっていくパターンである。

【００２５】また、（ｅ）はブロックの左上角を始点と
して、斜め１列を１単位として輝度値が右下角に向かっ
て徐々に大きくなっていくパターン、（ｆ）はブロック
の右上角を始点として、斜め１列を１単位として輝度値
が左下角に向かって徐々に大きくなっていくパターン、
（ｇ）はブロックの左下角を始点として、斜め１列を１
単位として輝度値が右上角に向かって徐々に大きくなっ
ていくパターン、（ｈ）はブロックの右下角を始点とし
て、斜め１列を１単位として輝度値が左上角に向かって
徐々に大きくなっていくパターンである。

【００２６】図３に示したこれら８種類のパターンのう
ち、ベクトル量子化を実際に実行するに先立ってあらか
じめ作成して登録しておくものは、図３（ａ）〜（ｄ）
の中の何れか１つと、図３（ｅ）〜（ｈ）の中の何れか
１つの合計２種類である。残りの６種類のパターンは、
後述するように、ベクトル量子化を実際に実行する際に
作成される。なお、以下では説明の都合上、図３（ａ）
と（ｅ）のパターン（以下、これを「基本パターン」と
称する）をあらかじめ作成するものとする。

【００２７】ここで、ベタの基本パターンを作成する手
順を、図１に示したコードブック作成装置および図５に
示すフローチャートを用いて説明する。図５において、
まずステップＳ１で、例えば４×４画素単位のブロック
を幾つかのグループに分ける。例えば、図３（ａ）の基
本パターンの場合は、縦１列を１つのグループとしてＡ
〜Ｄの４つのグループに分ける。

【００２８】このグループ分けを行う際には、まずユー
ザが図１の始点指定部１を用いて、ブロック内のどこを
始点にするかを指定する。図３（ａ）のパターンを基本
パターンとして登録する場合は、ブロック内の左辺４つ
の画素（グループＡ）を始点として指定する。なお、こ
の始点指定部１は、例えばキーボードやマウス等の入力
デバイスによって構成される。

【００２９】グループ化部２は、始点指定部１によって
どこが始点として指定されたかに応じて、グループ分け
を行う。例えば、図３（ａ）や（ｂ）を基本パターンと
する場合は、縦方向の１列を１つのグループとしてグル
ープ分けを行い、図３（ｃ）や（ｄ）を基本パターンと
する場合は、横方向の１列を１つのグループとしてグル
ープ分けを行う。また、図３（ｅ）〜（ｈ）を基本パタ
ーンとする場合は、斜め方向の１列を１つのグループと
してグループ分けを行う。

【００３０】なお、上述したように、図３（ａ）〜
（ｄ）のパターン、（ｅ）〜（ｈ）のパターンは、それ
ぞれの中で１つを基本パターンとして登録しておけば、
残りは全て演算によって作成される。したがって、例え
ば、基本パターンは必ず図３（ａ）および（ｅ）のパタ
ーンであると固定しても良い。この場合は、始点指定部
１は不要である。

【００３１】次に、ステップＳ２でユーザは、図１の増
分入力部３を用いて、上記ブロック内の始点から見た終
点の輝度値の増分ｈを少なくとも１つ入力する。なお、
この増分入力部３も、例えばキーボードやマウス等の入
力デバイスによって構成される。また、この増分ｈは、
ユーザが入力するのではなく、あらかじめ決められたデ
フォルト値を装置が設定するようにしても良い。

【００３２】次に、ステップＳ３では、図１の始点輝度
値設定部４により、上記ブロック内の始点の輝度値を設
定する。ここで始点の輝度値を与えるときは、例えば、
０〜（輝度値としてとり得る範囲の中間値−増分ｈ）の
間をｎ等分し、それぞれの等分値を始点の輝度値として
夫々設定する。なお、ここでは、等分値を与えている
が、上記０〜（輝度値としてとり得る範囲の中間値−増
分ｈ）の範囲内であれば、必ずしも等分値である必要は
ない。また、ここでは演算によって複数の輝度値を与え
ているが、上記の範囲内でユーザが自分の判断で始点の
輝度値を任意に入力するようにしても良い。

【００３３】このようにして増分ｈ、始点の輝度値など
の必要な情報が設定されると、次のステップＳ４で、図
１のコードブック生成部９は、これら始点の輝度値と輝
度の増分ｈとに基づいて、例えば線形補間の演算を行う
ことにより、各グループの輝度値を計算する。これによ
り、始点から終点に向かってグループ毎に徐々に輝度値
が大きくなっていくパターンのコードが生成される。

【００３４】本実施形態では、始点の輝度値を上記ステ
ップＳ３のような処理によって与えているので、ブロッ
ク内の各グループに属する輝度値は全て、輝度値として
とり得る範囲の中間値よりも小さなものとなる。つま
り、ここで生成されたベタの基本パターンのコードは、
全体としての輝度値が中間値よりも小さい暗めの画像と
なっている。

【００３５】また、上記ステップＳ２では少なくとも１
つ以上の増分ｈが与えられ、上記ステップＳ３では、そ
れぞれの増分ｈの値をもとに始点の輝度値が複数与えら
れている。よって、図３（ａ）のような基本パターンの
コードが、異なる輝度値で複数生成されていることにな
る。なお、増分ｈと始点の輝度値とをそれぞれ１つずつ
与えることにより、ただ１つの基本パターンを生成する
ようにしても良い。

【００３６】以上のようにして生成された複数のコード
（コードベクトル）は、ステップＳ５で、ベタの基本パ
ターンのコードブックとしてコードブックデータメモリ
１０に格納される。なお、この例では、ブロック内の始
点から終点に向かって輝度値が徐々に大きくなるパター
ンを生成したが、これとは逆に、輝度値が徐々に小さく
なるパターンを生成するようにしても良い。

【００３７】一方、エッジに関する基本パターンのコー
ドとしては、輝度値の変化が急激なパターンとして、例
えば図４に示すような１２種類のパターンを作成するこ
ととした。ここで作成するエッジパターンは何れも、ブ
ロック内の左辺を構成する４画素の少なくとも１つ以上
にエッジ部分がかかっている。なお、ここでは１２種類
の基本パターンを示したが、この数に限定されるもので
はない。

【００３８】ここで、エッジの基本パターンを作成する
手順を、図１に示したコードブック作成装置および図６
に示すフローチャートを用いて説明する。図６におい
て、まずステップＳ１１では、図１のパターン入力部５
を用いて、エッジパターンとして採用すべき幾つかの基
準パターンを入力する。ここでは、例えば原画像中の黒
と白との差がはっきり現れているエッジにかかるブロッ
クを参考にして、その輝度構成をエッジパターンの輝度
構成として入力する。

【００３９】以上のようにして原画像から幾つか（図４
の例では１２個）のパターンが入力されたら、次に、ス
テップＳ１２で量子化部６は、それらのパターンを構成
するブロック内の各画素の輝度値を量子化することによ
り、ブロック内の輝度値をある決まった値群のみで表現
するようにする。

【００４０】次に、ステップＳ１３で最小輝度値減算部
７は、入力され量子化された各パターン毎に、そのブロ
ック内の最小輝度値をブロック内の全画素の輝度値から
減算する。これにより、そのブロック内の各画素の輝度
値を、最小の輝度値に対する増分値（差分値）としての
み表現する。そして、ステップＳ１４で輝度値変更部８
は、登録するエッジパターンにバリエーションを持たせ
るために、ブロック内の各画素の輝度値を変更したもの
も作成する。

【００４１】例えば、最小輝度値減算部７で生成された
パターンのブロック内全画素の輝度値を夫々ｍ等分し、
それぞれの等分値を各画素の輝度値として夫々設定する
ことにより、パターンの数をｍ倍に増やす。この処理が
終了した時点で、生成された各パターンについて、その
ブロック内の最小輝度値（ここではステップＳ１３によ
り０に設定されている）と最大輝度値との差、つまり増
分ｈ′が分かる。

【００４２】次に、ステップＳ１５では、図１の始点輝
度値設定部４により、上記ブロック内の始点の輝度値
（最小輝度値）を設定する。ここで始点の輝度値を与え
るときは、例えば、０〜（輝度値としてとり得る範囲の
最大値−増分ｈ′）の間をｋ等分し、それぞれの等分値
を始点の輝度値として夫々設定する。なお、この場合
も、図５のステップＳ３と同様に必ずしも等分値である
必要はない。また、上記の範囲内でユーザが自分の判断
で任意に入力するようにしても良い。

【００４３】このようにして始点の輝度値などの必要な
情報が設定されると、次のステップＳ１６で、図１のコ
ードブック生成部９は、これら始点の輝度値と上記ステ
ップＳ１４で生成されたパターンの各画素の輝度値とに
基づいて、ブロック内の各画素の輝度値を計算する。こ
れにより、輝度値の変化が急激なエッジパターンのコー
ドが複数生成される。このようにして生成された複数の
コード（コードベクトル）は、ステップＳ１７で、エッ
ジの基本パターンのコードブックとしてコードブックデ
ータメモリ１０に格納される。

【００４４】次に、上記のようにして作成され、コード
ブックデータメモリ１０に記憶された基本パターンのコ
ードブックを用いて、実際にベクトル量子化を行うため
の構成および動作について説明する。図２は、本実施形
態に係るベクトル量子化装置の概略構成を示した機能ブ
ロック図である。また、図７は、このベクトル量子化装
置の動作を示すフローチャートである。

【００４５】まず図７のステップＳ２１において、元画
像入力部２１は、圧縮対象とする任意の画像データを入
力する。また、次のステップＳ２２で、コードブック演
算部２２は、コードブックデータメモリ１０から記憶さ
れている基本パターンのコードブックを読み込む。ここ
では、ベタパターンおよびエッジパターンの全ての基本
パターンを読み込む。

【００４６】基本パターンを読み込んだコードブック演
算部２２は、次のステップＳ２３で、読み込んだ基本パ
ターンに対して、９０°の回転処理を４回行うことによ
り、基本パターンから異なるパターンのコードを作成す
る。例えば、ベタパターンとして図３（ａ）および
（ｅ）のパターンが基本パターンとして登録されていた
とすると、この処理により、図３（ｂ）〜（ｄ）、
（ｆ）〜（ｈ）のパターンが作成される。エッジパター
ンについても同様に、図４に示した１２種類の基本パタ
ーンからこれらを回転させた異なるパターンが作成され
る。これにより、コードのパターン数は４倍に増える。

【００４７】コードブック演算部２２はまた、次のステ
ップＳ２４で、上記ステップＳ２３で得られた各パター
ンに対し、白黒を反転させる処理（輝度値を中間値で折
り返す処理）を行うことにより、更に異なるパターンの
コードを作成する。このような回転処理および白黒反転
処理を行うことにより、コードブックデータメモリ１０
に登録してあったパターン数がそれほど多くなくても、
ベクトル量子化の際に実際に使用するパターン数は非常
に多くなり、元画像と極めて類似するパターンが存在す
る可能性が非常に高くなる。

【００４８】ところで、ベタパターンの場合、図３から
明らかなように、回転処理を行った場合に得られるパタ
ーンは、互いに重複することはない。また、あらかじめ
作成されているベタの基本パターンは、全画素の輝度値
が中間値より小さい暗めのパターンなので、白黒反転処
理を行った場合に得られるパターンは、全画素の輝度値
が中間値より大きい明るめのパターンとなる。よって、
この場合も得られるパターンどうしが互いに重複するこ
とはない。

【００４９】一方、エッジパターンの場合は、最初の段
階で原画像を参照して基準のパターンを入力する際に、
回転処理や白黒反転処理をしたときに重複を生じないか
どうかを想定して入力を行う。しかし、この作業は必ず
しも容易ではない。そこで、例えば、図１のコードブッ
ク作成装置内に、回転処理や白黒反転処理を行い、その
演算結果と元のデータとを比較して重複する場合にはエ
ラーを出力するなどの演算部を設ければ、このような不
都合を回避できる。

【００５０】次に、図７のステップＳ２５では、上記ス
テップＳ２１で入力された元画像データと、上記コード
ブック演算部２２により生成された複数のコードデータ
とに基づいて、ベクトル量子化（ＶＱ）の演算を実行す
る。すなわち、まず図２の類似度演算部２３により、上
記元画像データとコードデータとを用いて、ブロック毎
に両者の類似度を算出する。

【００５１】類似度とは、元画像データから抽出される
ブロック内の各画素値から成るベクトルデータと、コー
ドベクトルのブロック内の各画素値から成るベクトルデ
ータとをある関数に入力し、どのくらい似ているかを数
値化したものである。この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。

【００５２】さらに、コード決定部２４は、各ブロック
毎に、上記コードブック演算部２２により生成された複
数のコードベクトルの中から、類似度が最も大きい（マ
ンハッタン距離あるいはユークリッド距離が最も小さ
い）コードベクトルを夫々決定する。そして、ステップ
Ｓ２６で、上記決定したコードベクトルに対応するコー
ドを当該ブロックに当てはめて、圧縮データとして出力
する。

【００５３】以上詳しく説明したように、本実施形態に
よれば、あらゆる種類の画像はベタパターンとエッジパ
ターンとの組み合わせから構成されることに着目し、ベ
タパターンのコードとエッジパターンのコードとをあら
かじめ作成するようにしている。その際、図５および図
６に示したように、入力された基準の情報をもとに、あ
らかじめ決められた処理手順によってそれぞれの基本パ
ターンを標準化して作成するようにしている。

【００５４】したがって、このようにして作成されたベ
タパターンのコードとエッジパターンのコードとを用い
ることにより、輝度値が単調に変化するデータや急激に
変化するデータを含む種々のデータに対してデータ圧縮
を実施した場合に、その圧縮データから再生される画像
の画質を向上させることができる。すなわち、本実施形
態によれば、種々の画像について、高品位の再生画像を
得ることが可能な汎用性の高いコードブックを実現する
ことができる。

【００５５】また、本実施形態では、上述のコードブッ
クを用いて実際にベクトル量子化を行う際に、回転処理
や白黒反転処理によって異なるバリエーションのコード
を生成しているので、元画像とより近いパターンのコー
ドを当てはめるようにすることができ、再生画像の品質
を更に向上させることができる。また、この場合、これ
らの生成されるコードも含めてあらかじめコードブック
データメモリ１０に記憶しておかなくても良いので、コ
ードブックデータメモリ１０の容量を小さく抑えること
ができる。

【００５６】なお、以上の実施形態では、基本パターン
のコードブックをあらかじめ作成して、これをコードブ
ックデータメモリ１０に記憶するようにしているが、こ
の基本パターンを生成するための基準となる情報（例え
ば、始点の位置、始点輝度値、始点から終点までの増分
などの情報）だけを記憶しておき、実際のベクトル量子
化の実行時に基本パターンも含めて様々なパターンのコ
ードを作成するようにしても良い。このようにした場合
は、メモリ容量を更に小さく抑えることができる。

【００５７】また、以上の実施形態では、回転処理や白
黒反転処理をベクトル量子化の実行時に行っているが、
ベクトル量子化の実行に先立ってあらかじめ行ってお
き、コードブックデータメモリ１０に記憶するようにし
ても良い。この場合は、コードブックデータメモリ１０
の容量は大きくなるが、汎用的なコードブックを提供で
きるという利点は有する。また、ベクトル量子化の実行
時における演算量を減らせるので、処理が高速になる。

【００５８】また、上述の実施形態では、利用できるコ
ードベクトルのパターン数を多くするために、図５のス
テップＳ３および図６のステップＳ１５において、始点
の輝度値として複数の等分値を採用している。これに対
し、コードブックデータメモリ１０の容量をできるだけ
小さく抑えたい場合は、上記した範囲内で１つの輝度値
のみを採用するようにしても良い。

【００５９】また、図６のステップＳ１３〜Ｓ１６の処
理も、利用できるコードベクトルのパターン数を多くす
るための処理である。よって、上記と同様にコードブッ
クデータメモリ１０の容量をできるだけ小さく抑えたい
場合は、これらのステップは省略し、ステップＳ１２で
画素値を標準化する処理を行うだけにしても良い。ただ
し、コードブックデータメモリ１０の容量を小さくする
だけでなく、再生画像の画質もできるだけ向上させるた
めには、上記した実施形態のように処理するのが望まし
い。

【００６０】また、以上の実施形態では、回転処理と白
黒反転処理の双方を行っているが、何れか一方のみ行う
ようにしても良い。さらに、以上の実施形態では、類似
度演算部２３で類似度を算出する際に、コードブック演
算部２２によってコードベクトルを回転、反転させる処
理を行っている。これとは逆に、コードベクトルはその
ままに、元画像の方を回転、反転させて類似度を算出す
るようにしても良い。

【００６１】また、以上の実施形態では、ベタの基本パ
ターンを作成する際に、全体として暗めのパターンを作
成しているが、これとは逆に、明るめのパターンを作成
するようにしても良い。

【００６２】上記図１および図２に示した各機能ブロッ
クは、例えばＣＰＵまたはＭＰＵ、ＲＯＭ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し、ハードウェ
ア的に構成してもよい。この場合、上記の例では図１と
図２を別個に図示していたが、これらの構成を合わせて
１つのベクトル量子化装置としても良い。

【００６３】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作業プログラムコー
ドを外部の記録媒体からコンピュータに供給し、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よう
にしても良い。この場合、かかるプログラムを記憶する
記録媒体としては、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−ＲＯ
Ｍ、ＣＤ−Ｉ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、ＤＶＤ、ｚｉ
ｐ、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。

【００６４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
種々の画像に対応できる汎用性の高いコードブックを、
これを記憶しておくためのメモリ容量を増大させること
なく実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係るコードブック作成装
置の構成例を示すブロック図である。

【図２】本発明の一実施形態に係るベクトル量子化装置
の構成例を示すブロック図である。

【図３】作成されるベタパターンのコードの例を示す図
である。

【図４】作成されるエッジの基本パターンのコードの例
を示す図である。

【図５】ベタの基本パターンを作成する際の手順を示す
フローチャートである。

【図６】エッジの基本パターンを作成する際の手順を示
すフローチャートである。

【図７】ベクトル量子化を実施する際の手順を示すフロ
ーチャートである。

【符号の説明】

１ 始点指定部 ２ グループ化部 ３ 増分入力部 ４ 始点輝度値設定部 ５ パターン入力部 ６ 量子化部 ７ 最小輝度値減算部 ８ 輝度値変更部 ９ コードブック生成部 １０ コードブックデータメモリ ２１ 元画像入力部 ２２ コードブック演算部 ２３ 類似度演算部 ２４ コード決定部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平９−130259（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−82779（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−225626（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−302376（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−164939（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−84052（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−317385（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−139958（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−32785（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H03M 7/30 H04N 1/41 - 1/419 H04N 7/24 - 7/68

Claims (16)

(57)【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装置において、 上記ベクトルを構成するブロック内でデータ値が徐々に
   変化していくベタパターンコードを少なくとも１種類作
   成するベタパターン作成手段と、 上記ブロック内でデータ値が急激に変化するエッジパタ
   ーンコードを少なくとも１種類作成するエッジパターン
   作成手段とを備え、 上記ベタパターン作成手段は、実画像を用いずに、上記
   ブロック内の始点輝度値と、一方向への輝度値増分とを
   用いてベタパターンのパターンコードを作成することを
   特徴とするベクトル量子化で用いるコードブックの作成
   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装置において、 上記ベクトルを構成するブロック内でデータ値が徐々に
   変化していくベタパターンコードを少なくとも１種類作
   成するベタパターン作成手段と、 上記ブロック内でデータ値が急激に変化するエッジパタ
   ーンコードを少なくとも１種類作成するエッジパターン
   作成手段とを備え、 上記エッジパターン作成手段は、原画像から採用した基
   準パターンを元に、最小輝度値と、輝度値増分とを用い
   てエッジパターンのパターンコードを作成することを特
   徴とするベクトル量子化で用いるコードブックの作成装
   置。
3. 【請求項３】 上記ベタパターン作成手段は、上記ブロ
   ック内の任意の辺および任意の角を始点として対向する
   辺および角に向かってデータ値が徐々に変化していくパ
   ターンコードを作成することを特徴とする請求項１また
   は２に記載のベクトル量子化で用いるコードブックの作
   成装置。
4. 【請求項４】 上記ベタパターン作成手段は、上記ブロ
   ック内の全てのデータ値が、とり得る範囲の中間値より
   も小さいかあるいは大きい値で構成されるパターンコー
   ドを作成することを特徴とする請求項１〜３の何れか１
   項に記載のベクトル量子化で用いるコードブックの作成
   装置。
5. 【請求項５】 上記ベタパターン作成手段は、徐々に変
   化する度合いが同じでデータ値自体が異なるパターンコ
   ードを複数作成することを特徴とする請求項１〜４の何
   れか１項に記載のベクトル量子化で用いるコードブック
   の作成装置。
6. 【請求項６】 上記エッジパターン作成手段は、基準の
   パターンを入力するパターン入力手段と、 上記入力された基準のパターンを、あらかじめ決められ
   たデータ値群のみで表すようにする量子化手段とを備え
   ることを特徴とする請求項１または２に記載のベクトル
   量子化で用いるコードブックの作成装置。
7. 【請求項７】 上記エッジパターン作成手段は、上記ブ
   ロック内のデータ値間の差が同じでデータ値自体が異な
   るパターンコードを複数作成することを特徴とする請求
   項１、２または６に記載のベクトル量子化で用いるコー
   ドブックの作成装置。
8. 【請求項８】 上記エッジパターン作成手段は、上記ブ
   ロック内のデータ値間の差が同じものに加えて、差の比
   率が同じでデータ値自体が異なるパターンコードを複数
   作成することを特徴とする請求項７に記載のベクトル量
   子化で用いるコードブックの作成装置。
9. 【請求項９】 上記ベタパターン作成手段及び上記エッ
   ジパターン作成手段により作成された各々のパターンコ
   ードを記憶する記憶手段と、 上記ベクトル量子化の実行の際に、上記記憶手段に記憶
   されている各々のパターンコードに対して演算を施すこ
   とにより、これらとは異なるパターンコードを作成する
   コード演算手段とを備え、 上記コード演算手段は、上記記憶手段に記憶されている
   各々のパターンコードに対して、ブロックの回転処理お
   よびデータ値の反転処理の少なくとも何れか一方の演算
   を施すことを特徴とする請求項１又は２に記載のベクト
   ル量子化で用いるコードブックの作成装置。
10. 【請求項１０】 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において、 上記ベクトルを構成するブロック内でデータ値が徐々に
    変化していく少なくとも１種類のベタパターンコード
    と、上記ブロック内でデータ値が急激に変化する少なく
    とも１種類のエッジパターンコードとをあらかじめ基本
    パターンとして作成して記憶手段に記憶しておき、 上記ベクトル量子化の実行の際に、上記記憶手段に記憶
    されている各々のパターンコードに対して演算を施すこ
    とにより、上記基本パターンとは異なるパターンコード
    を作成するようにしたベクトル量子化で用いるコードブ
    ックの作成方法であって、 上記ブロック内の始点輝度値と、一方向への輝度値増分
    とを用いて、データ値が徐々に変化していくベタパター
    ンコードを、上記基本パターンとして作成することを特
    徴とするベクトル量子化で用いるコードブックの作成方
    法。
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において、 上記ベクトルを構成するブロック内でデータ値が徐々に
    変化していく少なくとも１種類のベタパターンコード
    と、上記ブロック内でデータ値が急激に変化する少なく
    とも１種類のエッジパターンコードとをあらかじめ基本
    パターンとして作成して記憶手段に記憶しておき、 上記ベクトル量子化の実行の際に、上記記憶手段に記憶
    されている各々のパターンコードに対して演算を施すこ
    とにより、上記基本パターンとは異なるパターンコード
    を作成するようにしたベクトル量子化で用いるコードブ
    ックの作成方法であって、 上記エッジパターンの基本パターンとして、原画像から
    採用した基準パターンを用いるとともに、上記基準パタ
    ーンを元に、最小輝度値と、輝度値増分とを利用して作
    成したエッジパターンをも用いることを特徴とするベク
    トル量子化で用いるコードブックの作成方法。
12. 【請求項１２】 上記ベクトル量子化の実行の際に、上
    記記憶手段に記憶されている各々のパターンコードに対
    して、ブロックの回転処理およびデータ値の反転処理の
    少なくとも何れか一方の演算を施すことを特徴とする請
    求項１０又は１１に記載のベクトル量子化で用いるコー
    ドブックの作成方法。
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成し、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ベクトル量子化方法に
    おいて、 上記ブロック内でデータ値が徐々に変化していくベタパ
    ターンコードを、実画像を用いずに、上記ブロック内の
    始点輝度値と、一方向への輝度値増分とを用いて作成し
    ておくとともに、 上記ブロック内でデータ値が急激に変化するエッジパタ
    ーンコードを少なくとも１種類作成しておき、 上記ベタパターンコードおよび上記エッジパターンコー
    ドを記憶手段に記憶しておき、 コード演算手段において、上記ベクトル量子化の実行の
    際に、上記記憶手段に記憶されている各々のパターンコ
    ードに対して演算を施すことにより、これらとは異なる
    パターンコードを作成し、 上記記憶手段から読み出されたパターンコードおよび上
    記コード演算手段により作成されたパターンコードを利
    用して上記ベクトル量子化を実行することを特徴とする
    ベクトル量子化方法。
14. 【請求項１４】 上記エッジパターンコードは、原画像
    から採用した基準パターンを元に、最小輝度値と、輝度
    値増分とを用いて作成したものであることを特徴とする
    請求項１３に記載のベクトル量子化方法。
15. 【請求項１５】 上記請求項１３又は１４に記載のベク
    トル量子化方法の処理手順をコンピュータに実行させる
    ためのコンピュータ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。
16. 【請求項１６】 上記請求項１０〜１２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コンピュータ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。