JPH04225626A - 幾何学的ベクトル量子化 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の分野】本件発明は多値信号の能率の良いディジ
タル符号化に関し、特に、低ビット速度における高品質
オーディオ、映像及び他の信号のディジタル符号化に関
するものである。

【０００２】

【発明の背景】高品質で低ビツト速度のイメージ（画像
）符号化が現在の遠隔地会議やＩＤＳＮを含む将来のネ
ットワーク等の応用のために求められている。有効な低
ビット速度符号器はイメージシーケンスの知覚的に無関
係な成分と共に、空間的及び時間的な相互関係による冗
長度を取り除かなければならない。静止画像圧縮のため
の一つの非常に有効な符号器（Ｐｒｏｃ．　ＩＣＡＳＳ
Ｐ（１９８９年）に記載されるアール　　ジェー　　サ
フラネック（Ｒ．Ｊ．Ｓａｆａｎｅｋ）とジェイ　　デ
ィー　　ジョンストン（Ｊ．Ｄ．Ｊｏｈｎｓｔｏｎ）の
“ア　　パーセプチュアリ　　チューンド　　サブバン
ド　　イメージ　　コーダウィズ　　デペンデント　　
クワンティゼーション　　アンド　　ポストクワンティ
ゼーション（Ａ　Ｐｅｒｃｅｐｔｕａｌｌｙ　Ｔｕｎｅ
ｄ　Ｓｕｂ−ｂａｎｄ　Ｉｍａｇｅ　Ｃｏｄｅｒ　Ｗｉ
ｔｈＤｅｐｅｎｄｅｎｔ　Ｑｕａｎｔｉｚａｔｉｏｎ　
ａｎｄ　Ｐｏｓｔ　Ｑｕａｎｔｉｚａｔｉｏｎ）”に記
述されている。）は符号化方法へ知覚性の基準と同様統
計的基準を編入している。しかしながら、低ビット速度
（例えば３８４ｋｂｐｓ又はそれ以下）での高品質な全
動画像符号化は難解な問題を残している。

【０００３】サブバンドディジタル符号化技術が従来技
術として良く知られている。例えばエヌ　　エス　　ジ
ェイアント（Ｎ．Ｓ．Ｊａｙａｎｔ）とピー　　ノル（
Ｐ．Ｎｏｌｌ）の“ディジタル　　コーディング　　オ
ブ　　ウェーブフォーム：プリンシンプルアンド　　ア
プリケーションズ　　トゥ　　スピーチ　　アンド　　
ビディオ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｃｏｄｉｎｇ　ｏｆ　Ｗａ
ｖｅｆｏｒｍｓ　：　Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ　ａｎｄ　
Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ　ｔｏ　Ｓｐｅｅｃｈａｎｄ
　Ｖｉｄｅｏ）”（１９８４年プレンティス　　ホール
（Ｐｒｅｎｔｉｃｅ　Ｈａｌｌ）刊）を参照のこと。サ
ブバンド符号化技術はＰｒｏｃ．　ＩＥＥＥＥ　　ＩＣ
ＡＳＳＰ（１９８８年）の１１００頁から１１０３頁に
、ジー　　カールソン（Ｇ．Ｋａｒｌｓｓｏｎ）とエム
　　ベテルリ（Ｍ．Ｖｅｔｔｅｒｌｉ）の“映像の３次
元幅バンド符号化（Ｔｈｒｅｅ　Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａ
ｌ　Ｓｕｂ−ｂａｎｄ　Ｃｏｄｉｇ　ｏｆ　Ｖｉｄｅｏ
）”に記載されている様に、イメージ符号化のために用
いられている。ここに記載されている技術は多次元の濾
波を使用し、クワドレイチュア　　ミラー　　フィルタ
と呼ばれるフィルタを用いて空間−時間的サブバンドを
発生する。これら後者のフィルタは、例えばＰｖｏｃ．
　ＩＥＥＥ　　ＩＣＡＳＳＰ（（１９８０年）のジェー
ディー　　ジョンソン（Ｄ．Ｊ．Ｊｏｈｎｓｏｎ）の“
アフィルタ　　ファミリ　　デザインドフォー　　ユー
ズ　　イン　　クワドレイチュア　　ミラー　　フィル
タ　　バンズ（Ａ　Ｆｉｌｔｅｒ　Ｆａｍｉｌｙ　Ｄｅ
ｓｉｇｎｅｄ　ｆｏｒ　Ｕｓｅ　ｉｎ　Ｑｕａｎｄｒａ
ｔｕｒｅ　Ｍｉｒｒｏｒ　Ｆｉｌｔｅｒ　Ｂａｎｄｓ）
”に及び前述のジュイアントとノルの文献の第１１章に
記載されている。

【０００４】イメージを復号するための他の技術はＳＰ
ＩＥ第１１９９巻の“ビシュアル　　コミュニケーショ
ンズ　　アンド　　イメージ　　プロセシングＩＶ（Ｖ
ｉｓｕａｌ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ　ａｎｄ　
Ｉｍａｇｅ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ＩＶ）第１４６２
頁から第１４７１頁にデー．　チェン（Ｄ．Ｃｈｅｎ）
とエー　　シー　　ボビック（Ａ．Ｃ．Ｂｏｖｉｋ）の
“ファスト　　イメージ　　コーディングユージング　
　シンプル　　イメージ　　パターンズ（Ｆａｓｔ　Ｉ
ｍａｇｅ　Ｃｏｒｄｉｎｇ　Ｕｓｉｎｇ　Ｓｉｍｐｌｅ
　Ｉｍａｇｅ　Ｐａｔｔｅｒｎｓ）”に記載されている
。チェンとホビックの論文に記載されている技術は、サ
ブイメージとして少数の局所パターンを用いており、こ
の様なパターンの選択は測定された生物学的な視覚シス
テムの性質と幾何学モデルの観察に基づいている。イメ
ージを表わすためのパターン（サブ画像）の選択は、最
小二乗誤差測定のような典型的な誤差基準にもとづくも
のではない。

【０００５】要求されるビット速度に減少するために、
一般的によく用いられる技術としてはベクトル量子化が
良く知られている。例えばジェイアントとノルの上記書
籍の第　９章及びＩＥＥＥ　　Ｔｒａｎｓ．　Ｉｎｆｏ
．　Ｔｈｅｏｒｙ，ｖｏｌ．ＩＴ−２８（１９８２年　
３月）、第　１５７頁から第　１６５頁に記載されてい
るエー　　ガーショの“オン　　ザストラクチュア　　
オブ　　ベクタ　　クワンティゼーション（Ｏｎ　ｔｈ
ｅ　Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｏｆ　Ｖｅｃｔｏｒ　Ｑｕａ
ｎｔｉｚａｔｉｏｎ）”を参照のこと。この様な技術は
符号化される入力シーケンスと命令リスト又はコードブ
ックに記憶されている“ベクトル”とを比較することで
ある。（ある予め決められた基準に従った）最良マッチ
ングがコードブック中に見い出されると、このベクトル
のための指標は入力シーケンスを表わすために選択され
る。一般的には、あるトレーニング操作がコードブック
を発生せ、それを時間に渡って更新するために適用され
る。

【０００６】

【発明の概要】本発明は、音声、映像、地球物理学上の
、及びその他の信号を含む、種々の信号のための低ビッ
ト速度符号化を提供することによってベクトル量子化技
術の一般的なクラスを広げまた容易にするものである。 本技術の重要な進歩は、重要な応用のためのベクトル　
　コードブックを発生するため及び維持するためのトレ
ーニングを必要としないということである。

【０００７】コードブックは応用に適した幾何学パター
ンのセットとして都合よく選択される。閾値技術は入力
信号のサブセットの有意なものが予め定められた閾値を
下まわる時に、選択されるべき基準又は“零”ベクトル
を利用させるのに役立つ。短いコードシーケンスによっ
て表わすのに頻繁に生じるベクトルでコードベクトルを
関連する大きさ情報を表わすのに良く知られたハフマン
符号化技術を用いることは便利である。この様に可変分
解能符号化は達成され、入力シーケンスを表わすために
必要なビットの数は、特に入力が有意な部分において“
希薄”な時に有利に減少される。このような希薄な入力
の例は背景がイメージの実質的な部分に渡って一定であ
るようなイメージ情報である。

【０００８】本発明は新しいシステムと３次元サブバン
ド方式を利用する低ビット速度映像復号化の方法と関連
して非常に詳しく述べられている。実例として、イメー
ジシーケンスが異なる空間−時間的周波数バンドへ分離
される。実例として、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇ　　ＩＥＥ
Ｅ　　ＩＣＡＳＳＰ（１９８０年）に記載されるジェイ
　　デージョンストン（Ｊ．Ｄ．Ｊｏｈｎｓｔｏｎ）の
“ア　　フィルタ　　ファミリ　　デザインド　　フォ
ーム　　ユーズ　　イン　　クワドレイチュア　　ミラ
ー　　フイルタ　　バンクス（Ａ　Ｆｉｌｔｅｒ　Ｄｅ
ｓｉｇｎｅｄ　Ｆｏｒ　Ｕｓｅ　ｉｎ　Ｑｕａｄｒａｔ
ｕｒｅ　Ｍｉｒｒｏｒ　Ｆｉｌｔｅｒ　Ｂａｎｋｓ）”
に述べられている形式の１０タツプの１次元クワドレイ
チュア　　ミラー　　フィルタを用いてイメージシーケ
ンスが異なる空間・時間的周波数バンドへ分離される。 最低域空間・時間的周波数成分を含むサブバンドは、一
般的には標準ＡＤＰＣＭコードを用いて高品質に符号化
される一方、非主要サブバンドは本件発明の一つの考案
に従って新しく構成されたコードブックを合体させる低
ビット速度ベクトル量子化（ＶＱ）方法を用いて量子化
される。

【０００９】知覚的に無関係なサブバンド（ｐｅｒｃｅ
ｐｔｕａｌｌｙ　ｉｒｒｅｌｅｖａｎｔ　ｓｕｂ−ｂａ
ｎｄ）（一般的には最も高い時間的及び空間的周波数成
分からなる）は有利に符号化されない。

【００１０】他の非主要サブバンドは、比較的低エネル
ギ量を有し、しかし乍ら端の情報の形を取る知覚的に有
意なデータと他の高域周波数ディテールを含む高周波数
サブバンドである。この情報はまさに夫々のサブバンド
内に非常にきめ細かい形で表われ、各サブバンドはそれ
の空間−時間的周波数位置に関係するものと関連した構
造を有する。これらサブバンドは、本件発明のベクトル
量子化技術を用いて主要な低域周波数サブバンドより非
常に低いビッド速度で符号化される。

【００１１】

【詳細な説明】

上記したように、サブバンド符号化の技術分野は良く進
歩している。引用は多大な背景技術と従来技術としてジ
ェイアントとノルの文献、特に第１１章についてなされ
ている。同様に、ジョンストンとサフラネックによる上
記引用論文はこのことについては有益であり、従って、
引用例によって編入され、本件記述の一部であると考え
られる。

【００１２】ジェイアントとノルの引用文献の第１１．
１図を概ね基とした第１図（ａ）及び（ｂ）は画像符号
器及び復号器のための枠組（フレームワーク）全体を示
し、本件発明での利用を描写している。

【００１３】ジェイアントとノルの文献にも又、概ね論
じられているのは、クワドラチャー・ミラー　　フィル
タ・バンク技術である。これらの技術はいくつかの局面
において本件発明の用途に適合している。従って、ジェ
イアントとノルの第１１．６図はサンプルの入力シーケ
ンスを２つの等しい帯域幅のサブバンドへ分割するのに
用いられるクワドラチャ　　ミラー濾波のためのシステ
ムを示している。これ及び関連する濾波技術はジュイア
ントとノル著の書籍の第１１．４節に記述されている。 ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ　ｏｎ　Ｃｏｍｍ
ｉｎｉｃａｔｉｏｎ，ＣＯＭ２８（１９８０年１月）の
第８４頁から第９５頁に記載されているワイ・リンダ（
Ｙ．Ｌｉｎｄａ）、エー　　ブゾー（Ａ．Ｂｕｚｏ）及
びアール　　エム　　グレイ（Ｒ．Ｍ．Ｇｒａｙ）の“
アン　　アルゴリズム　　フォーベクター　　クワンテ
ィザー　　デザイン（Ａｎ　Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　Ｆｏ
ｒ　Ｖｅｃｔｏｒ　Ｑｕａｎｔｉｚｅｒ　Ｄｅｓｉｇｎ
）”をも参照のこと。

【００１４】図１は本発明の幾何学的ベクトル量子化を
有利に適用するイメージ符号器を示す。相応して、図２
はこれら同じ発明の技術をもとにしたイメージ符号器を
示す。これらシステム要素の各々を以下において個々に
記述する。

【００１５】図１は例えばビデオイメージの連続フレー
ム１００−ｉの図形イメージの表示を示す。この実例と
なるイメージ符号器応用に用いられる部分バンド濾波は
１０タップを用いることから、入力信号の１０の連続フ
レームを蓄えるのは便利となる。特定の例として、それ
ぞれのフレームは２８８×３６０ピクセル（画素）を含
み得る。本目的のために、画像は２５６の可能な強度レ
ベルを有する多値イメージであると考えられるであろう
。カラーイメージも当然に本件発明の技術を用いた符号
化をする余地がある。しかし、これら応用は後に議論す
ることとする。

【００１６】映像情報の連続フレームは第２図のサブバ
ンド分析ブロック１１０（図３と関連してより詳細に述
べられている）に入力され（一般的には１秒当たり３０
フレームの速度である）、ここで空間−時間的成分が発
生され、エネルギー測定ブロック１２０に入力される。 前に注意したように、イメージは１１の空間−時間的サ
ブバンドに分離され、これらバンドの各々のエネルギは
、図３の議論と関連してより詳細に示されるように、個
々に決定される。

【００１７】本発明の典型的な実施例において、実例と
して用いられるサブバンド枠組（フレームワーク）は、
図３に示されるように１１の時間−空間的周波数バンド
からなる。サブバンドフィルターの特定の選択を除いて
、これはＰｒｏｃ．ＺＣＡＳＳＰ（１９８８年）に記載
されるジー　　カールソンとエムベッテリルの“スリー
　　ディメンジョナル　　サブ−バンド　　コーディン
グ　　オブ　　ビデオ（Ｔｈｒｅｅ　Ｄｉｍｅｎｓｉｏ
ｎａｌ　Ｓｕｂ−ｂｕｎｄ　Ｃｏｒｄｉｎｇ　ｏｆ　Ｖ
ｉｄｅｏ）”に用いられているのと同じ基本構成である
。用語ＨＰとＬＰはそれぞれ高域通過濾波及び低域通過
濾波を指すと同時に、添字ｔ，ｈ，ｖはそれぞれ時間、
水平、及び垂直濾波をそれぞれ指す。エネルギが経験的
に引き出される閾値を下まわるサブバンドは、再構成さ
れたイメージシーケンス中に厳しい品質劣化を生じるこ
となしに放棄される。サブバンドの残りは予測符号器と
、これから詳細に説明する最適スカラー量子化器とを用
いて符号化される。

【００１８】現在検討されている画像符号化応用のよう
な多くの応用は、無視できる成分を有する信号成分を含
んでいることから、図１のブロック１２０に指定される
様な個々の成分にエネルギ閾値検査を適用することは有
益である。図１のシステムの場合、各空間−時間的サブ
バンドに対するエネルギ出力は、先に定められた閾値と
比較される。次式（数１）によって現在考察している例
のエネルギを計算することは便利である。

【００１９】

【数１】

【００２０】ここにおいて、Ｘｋ，ｉ，ｊはサブバンド
ｋの第ｉ行第ｊ列における強度を示す。サブバンドのエ
ネルギが閾値以下の場合には、現在の時間フレームにつ
いてさらなるサブバンドの符号化は行われない。

【００２１】閾値レベルは各サブバンドについて異なる
ことは可能ではあるが、多くの場合におけるすべての（
又は概ね全ての）サブバンドとともに用いるためには固
定された閾値を選択することが便利である。由に、例え
ば多値（図１の画像符号化システムのピクセル）に対す
る強度な値の範囲が（−１２８、１２８）である時、便
利な閾値としてすべての要素（サブバンド）に対して２
０が選択される。

【００２２】最低域空間−時間的サブバンドは多くの画
像の基本画像構成を含んでいることから、サブバンドに
対するエネルギレベルは一般にうまく閾値を超過する。 事実、現在考察されている応用に対して、図１の高品質
ＤＰＣＭ符号器１７０を用いてこの最低域時間−空間的
サイドバンドを符号化することは有利である。このよう
な符号器は上記ジェイアントとノルの文献の第６章に相
当詳細に述べられており、ここでは、ある点を除いて詳
細に述べない。

【００２３】つまり、図１のシステムに用いられている
濾波は空間的及び時間的分担が必要であることから、純
粋に空間的予測器か空間−時間的予測器のどちらかに切
り換え可能な別のＤＰＣＭ符号器に用いられている予測
器を有することは便利である。より詳細には、予測符号
化方法は３次元の切り換えられた予測器であり、夫々の
サブバンドのために我々は現在のデータポイントＸｉ，
ｊ，ｔを次式（数２）によって予測する。

【００２４】

【数２】

【００２５】前述のように、符号Ｘｉ，ｊ，ｔは第ｉ行
、第ｊ列及び第ｔフレームを示し、数３はＸｉ，ｊ，ｔ
の予測強度である。空間−時間的予測器の最適予測係数
ａ＝｛ａ１，ａ２，ａ３｝と空間的予測器の最適予測係
数ｂ＝｛ｂ１，ｂ２，ｂ３｝は、従来技術で教示されて
いるような通常の方法で同時に、全てのフレームにおい
て夫々のサブバンドに対して計算される。

【００２６】

【数３】

【００２７】経験的に引き出される閾値Ｔ１　は予測が
空間−時間的又は純粋に空間的であるかどうかを決定す
る。範囲（−１２８、１２８）のサブバンドピクセル強
度のためのＴ１　の適する値は１０であることが解った
。

【００２８】誤差信号は、例えば上記ジェュイアントと
ノルの書籍に述べられているラプラスの確立密度関数を
もとにした最大量子化器を用いて符号化される。

【００２９】典型的なイメージシーケンスと、記述され
たビット速度に対して、全てのサブバンドが復号を必要
としないということがしばしば生じる。例えば、バンド
１−４とバンド８のみが多くの場合符号化されることが
必要である。サブバンドの残りは極めて小さい信号エネ
ルギをもち除去され得る。低域空間−高域時間的周波数
バンドに対応するサブバンド８は動作検知器として動作
し、目的物が実物の画像シーケンス中を動くとき、目的
物の端がこのサブバンド中に現れる。低域空間−高域時
間的周波数バンド１−４とともにこのサブバンドを注意
して符号化することによって、良好な符号化結果を得る
ことができる。

【００３０】図４は、考察下の典型的なイメージシーケ
ンスのための、図３のフィルターによって達成される１
１のバンド周波数分解能の出力の便利な構成を示す。適
切にスケールされる時、サブバンドの夫々のデータは標
準のビデオシステムを用いて見ることができる。図３の
右半分、バンド１−７は低域空間的周波数バンドに対応
するのに対して、図面の左半分、バンド８−１１は高域
時間的周波数バンドに対応する。夫々の空間的バンド内
で、最右のすみはサブバンド１及びサブバンド８として
指標されている最低域空間的周波数バンドに対応し、一
方、左上のすみはサブバンド７及びサブバンド１１とし
て指標されている最高域空間的周波は数バンドに対応す
る。夫々のバンド中のデータは、種々のサブバンドのエ
ネルギレベルと比較されるため、ディスプレイ目的のた
めに便利にリスケールされることができる。サブバンド
１は通常他のサブバンドと比較して高いエネルギレベル
を有することがわかるが；これは、高域周波数サブバン
ドの多くは符号化を要しないことを立証する。動作検知
器として動作するサブバンド８は元のイメージシーケン
ス中を動いている画像の端を示す。

【００３１】バンド２−１１中のデータは高度に構造化
され、夫々空間−時間的周波数（１）はそれの周波数の
内容と関連する特徴的な構造を有する。例えば、高垂直
−低水平的空間周波数成分に対応するサブバンド２は、
大部分水平ストリップからなるのに対し、低垂直−高水
平的空間周波は数成分に対応するサブバンド３は大部分
、垂直ストリップからなる。サブバンド１中のデータは
端がどこに位置するかを、即ち、データが高域周波数バ
ンド内のどこに現れるべきかの場所を指示する。

【００３２】ベクトル量子化 図１の残りのシステムは、情報信号のベクトル量子化に
関係しており、ここではフィルタに通され、さらなる符
号化を保証するのに十分なエネルギーを有しているサブ
−バンドに存在すると見出されたビデオイメージ信号１
００−ｉのベクトル量子化に関連している。

【００３３】本発明に従ったベクトル量子化は他のこの
ような技術と共通して、図１により詳しくは図５に示さ
れるコードブック１６０を利用する。図５の例証される
コードブックにおけるコードブックベクトルはその数が
３６であり、現在のビデオ処理応用のために、イメージ
サブバンドパターンの対応する領域とマッチングをとら
れるべき２次元パターンを表わしている。

【００３４】図５で例証される特別のコードベクトルは
現在の応用では有用となるが、他の応用には種々の長さ
の線形配列パターンの使用によりもしくはその応用にふ
さわしいいずれか任意のパターンが役立ち得ることを理
解すべきである。しかして、音声情報信号が処理される
べき場合にはベクトルに対して種々の線形パターンを使
用するのが便利となり、一方ファクシミリ信号に関する
応用ではアルファベット−数字キャラクタパターンをお
そらくは含む２次元配列に関係するパターンの使用が役
に立つ。

【００３５】図５に示されるコードブックベクトルは３
×３の配列の要素として示されているが、このような限
定は本件発明にとって重要なことではない。即ち、たと
え２次元配列に対してでさえも、４×４又は他の配列が
特別の場合には有益となり得る。同様に、示されたコー
ドブックは３６個のベクトルをもち、便宜的には第１行
に対しては１乃至６と又最後の行に対しては３１乃至３
６と指標されるが使用されるベクトルの数は本件発明に
とってクリチカルなものではない。ベクトルの特別の数
は、指定される応用ごとに選択されるものである。入力
多値信号（例えば、ビデオ信号）の構造が極めてきめ細
かい場合には、ベクトルはきめ細かくされ適当なところ
ではより大きな数に限定され得る。

【００３６】しかしながら、予めトレーニングしたり使
用中に再トレーニングをする必要なしにベクトルが選択
され得ることに注意すべきである。即ち、ベクトルはそ
の信号の観察される構造に基づくかそうでないかを問わ
ずいずれのデータと使用する前に選択され得る。このこ
とは、Ｙ．リンデ、Ａ．ブゾー及びＲ．Ｍ．グレイ等の
「ベクトル量子化設計のためのアルゴリズム」ＩＥＥＥ
通信１９８０年１月に記載されているベクトル量子化技
術とは対照的である。

【００３７】動作上は、図１における幾何学的ベクトル
量子化器１５０に対する入力１６０に現れる（閾値と比
較した後の）生き残ったサブ−バンド信号は、コードブ
ック１６０に記憶されたベクトルと組織的に比較される
。（考察している応用でのビデオ振幅を表わす）各サブ
−バンドからの多値信号は同時点における１個のサブバ
ンドで表わされる。

【００３８】本発明に従った入力多値信号及び記憶され
たベクトルの処理の部分は図５のベクトルの２つの評価
された領域に対して大きさを割り当てることを含む。例
証する目的に対しては、図５のコードベクトルは２つの
大きさの要素であって、その１つが図５の指標４を伴う
典型的なベクトルにおける５１のようなハッチングされ
ない領域と関連し、もう１つがそのベクトルにおける５
２と表示されるハッチングされた領域と関係するような
２つの大きさの要素をもつものとして示されている。 （指標番号４を伴うベクトルに対する領域５１は、現在
の応用における３つの垂直に配置された画素に対応し、
一方、領域５２は各行が３つの画素をもつ２つの垂直な
画素行に対応するということに注意すべきである。）

【
００３９】これらの要素（ここでは、画素）に割り当て
られる大きさは、特定のサブバンドについてのイメージ
における対応する現在の３×３の領域における画素の大
きさにもとづくものである。より詳細には、特定のベク
トル例えば指標４をもったベクトルの領域５１と５２に
対する大きさは、１つのサブバンドに対してフレームを
一緒にカバーする３×３入力多値信号の各セットについ
て下記の数式（数４）を用いて計算することにより形成
される。

【００４０】

【数４】

【００４１】勿論、合計のための正確な範囲は特定のベ
クトルの構造によって指定される。Ｍ１の範囲は、適宜
的には図５のベクトルにおける領域５１（斜線のない領
域）と関連し、Ｍ２は図５のベクトルの斜線の領域５２
と関連している。Ｍ１及びＭ２は夫々ベクトル４に対応
する領域５１及び５２における多値信号（画素）の平均
強度であることに注意したい。これは、異なった特定の
領域５１及び５２を有する他のベクトルについてもあて
はまる。しかしながら、この平均化は、コードブックベ
クトル領域に対応する領域と関連する画素強度を表わす
大きさを単に提供するものであることに注意すべきであ
る。別の特定の表示値、例えば領域に対する最大値が適
当な場合に使用できる。

【００４２】ここで便宜上３×３の入力セットを配列ｂ
１と、及び現在のベクトルを夫々の要素に上記計算をし
た大きさとともに

【数５】 と呼ぶことにする。入力における特定の３×３の領域に
対する比較は、勿論コードブック内にある全てのベクト
ル及び各々について計算された

【数６】 配列の対応する組となされる。誤差距離、便宜的には下
記数式（数８）にもとづくの平均２乗誤差がｂ１　及び

【数７】 について計算される。

【数８】 そして、最小誤差に対応するベクトルが最良にマッチン
グしたものとして選択される。上記数式（数８）におけ
る引算は勿論行と列を識別する夫々ｉ及びｊと表示され
る値との行列上の引算である。この比較は現在例証して
いる応用においては、関連する高次サブバンド即ち上述
の例の２、３、４及び８の各々における３×３の配列の
すべてに対して遂行される。

【００４３】最良にマッチングするように選択された各
ベクトルについて、そのベクトル指標は（以下で記述さ
れるハフマン符号化のあとで）、大きさＭ１　及びＭ２
　と一緒にこの情報がＤＰＣＭ符号器１７０からのＤＰ
ＣＭ情報と結合される図１のマルチプレクサ１９０に対
して送られる。

【００４４】現在議論しているビデオ情報のような多値
信号の入力のセットを符号化するのに必要となる情報の
量を更に減少するためには、マルチプレクサ動作に先駆
けて指標及び大きさの情報を更に処理することが有益と
なる。これは、単一の大きさのみを持つ零ベクトルがか
なりの頻度で生起し得るということがしばしば起きるた
めに可能となる。この様にしてビデオ情報において、い
くつかの部分的サブバンドにおける背景及び多くの運動
内容（即ち、一時的な成分）はその時間の重要な情報に
は貢献しないであろう。この様な場合には図５の指標２
１を有するベクトルのような「零ベクトル」が高い頻度
で選択されるであろう。

【００４５】更に、大きさＭ１　及びＭ２　は多くの生
起において僅かに異なり得る。このように、大きさがい
くつかの予め選択されれた閾値よりも少しだけ変化する
場合には同じ零ベクトルを送ることは便利である。より
詳細には、｜Ｍ１　−Ｍ２　｜＞（閾値）を満足する場
合には、通常の比較によって選択されたベクトルが送ら
れ、｜Ｍ１　−Ｍ２　｜≦（上記閾値）を満足する場合
には零キャラクタのみが閾値よりも少しだけ異なる大き
さのものと一緒に送られる。（このような場合に、２つ
のほとんど等しい大きさの平均又は何か他の表示値に等
しい大きさを選択することは便利である。）

【００４６】入力多値信号に対する上記指定された大き
さに対して、ビット速度及び大きさの変動の制約条件を
満たすために他の特定の値が選択され得るが５のスレッ
ショルド値を選択することが便利である。

【００４７】零ベクトルは比較的大きな頻度で生起する
であろうから、小さい数のビットでその指標を符号化す
ることは非常に有利である。この目的のために周知のハ
フマン符号化技術が役立つことになる。この動作は図１
においてブロック１８０で示されている。ハフマン符号
化の実施の詳細については、論文例えば上記ジャイヤン
ト及びノル著の書籍に広範囲に記述されている。他の特
定の非一様符号長技術もこの分野では周知でありこの技
術は特定の場合に使用できる。

【００４８】図２は、図１の符号器の片割れとしての復
号器を示している。チャンネル１９５から受信された符
号化信号は、図１におけるマルチプレクサ１９０と互い
に相反する形式のユニット２００において先ずデマルチ
プレクサされ、ＤＰＣＭ符号化サブバンド１情報と高域
サブバンドに対するベクトル量子化情報とを分離する。 この技術分野で周知のハフマン復号器はベクトル指標の
復号を行い、ベクトル量子化復号器２３０にこれらの指
標及び対応する大きさの情報を提供する。この後者のユ
ニットは、標準の方法では図１のフィルタ１１０の動作
と逆動作する既知の形式のサブバンド合成ユニット２５
０に印加するためコードブック２２０から選択されるべ
きベクトルを識別するよう動作する。合成ユニット２５
０の出力は図１の回路に初期に供給された再構成フレー
ム情報である。

【００４９】上記説明は多値グレイスケール入力信号を
用いて進められてきたが、カラー成分信号の適当な結合
については、上述のように個別に処理するか又は従来技
術において周知のカラー成分結合技術を使って能率的に
処理するかのいずれかの方法が採用できる。

【００５０】同様に、２つの大きさのみが図５の例証と
なるコードブックとの関係において記述されたが、本件
発明の教示は、ベクトルの要素について２つ以上の大き
さを持ったコードブックにも容易に応用できることは明
らかである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に使用されるディジタルイメージ符号器
のブロックダイアグラムの全体を示す図である。

【図２】本発明に使用されるディジタルイメージ復号器
のブロックダイアグラムの全体を示す図である。

【図３】本発明の一局面に従った、典型的なサブバンド
フィルタ構成を示す図である。

【図４】図２のフィルタのためのサブバンドの便宜的な
指標づけをを示す図である。

【図５】図１から図３のシステムで用いられるサブバン
ド信号を含む、符号化情報に用いられる幾何学的ベクト
ルの典型的なコードブックを示す図である。

【符号の説明】

１１０　　　　サブバンド分析器 １６０　　　　コードブック １７０　　　　ＤＰＣＭ符号器 １８０　　　　ハフマン符号器 １９０　　　　マルチプレクサ

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　多値信号のセットを複数のベクトルの
   各々と余すとところなく比較して、異なる距離のセット
   を決定し、該異なる距離を最小化するベクトルを選択し
   、及び該選択されたベクトルの符号化された表示を発生
   する各ステップを含む該多値信号のセットを符号化する
   方法において、該ベクトルの各々が１又は２以上の要素
   からなる幾何学的配列であって該要素の各々が夫々の大
   きさを持ち、該距離が該複数の大きさの少なくとも２つ
   のものを反映し、該符号化された表示が該大きさの夫々
   の対の間の差が対応する閾値を越えるときにのみ発生さ
   れ、及び該符号化された表示が、該大きさの夫々の対の
   間の差が該閾値を越えないときにはいつでも零符号化さ
   れた表示であることを特徴とする多値信号のセットを符
   号化する方法。
2. 【請求項２】　　請求項１に記載の方法において、該幾
   何学的配列が要素の線形配列からなることを特徴とする
   多値信号のセットを符号化する方法。
3. 【請求項３】　　請求項２に記載の方法において、該多
   値信号が多次元信号の少なくとも部分を表わし、且つ該
   幾何学的配列が要素の２次元配列からなることを特徴と
   する多値信号のセットを符号化する方法。
4. 【請求項４】　　請求項３に記載の方法において、該要
   素が２つの大きさの１つをもっていることを特徴とする
   多値信号のセットを符号化する方法。
5. 【請求項５】　　請求項４に記載の方法において、該ベ
   クトルの各々について、該大きさが該多次元信号の少な
   くとも一部の夫々の部分の強度に対する表示値であるこ
   とを特徴とする多値信号のセットを符号化する方法。
6. 【請求項６】　　請求項５に記載の方法において、該多
   次元信号の該少なくとも一部分が信号要素の２次元配列
   からなり、該２つの大きさが、該要素の２つの夫々相互
   に排他的に覆うサブセットに対する強度平均値を表わす
   ことを特徴とする多値信号のセットを符号化する方法。
7. 【請求項７】　　請求項６に記載の方法において、該サ
   ブセットの１つが、第１の方向に配列された信号要素の
   実質的な線形配列を含むことを特徴とする多値信号のセ
   ットを符号化する方法。
8. 【請求項８】　　請求項６又は７に記載の方法において
   、該多次元信号が視覚イメージを表わし、該信号要素が
   ピクセルを表わすことを特徴とする多値信号のセットを
   符号化する方法。
9. 【請求項９】　　請求項１に記載の方法において、該選
   択されたベクトルの該符号化された表示が該ベクトルと
   該複数の大きさを識別する指標を含み、該零符号化表示
   が該零ベクトル及び単一の大きさを識別する指標を含む
   ことを特徴とする多値信号のセットを符号化する方法。
10. 【請求項１０】　　請求項６に記載の方法において、該
    多次元信号の該少なくとも一部分が視覚イメージの空間
    −時間的サブバンド濾波のサブバンドからなることを特
    徴とする多値信号のセットを符号化する方法。
11. 【請求項１１】　　請求項１に記載の方法において、該
    多値信号は、空間−時間的サブバンド濾波された視覚イ
    メージに対する１つ又は２つ以上のサブバンドを表わし
    、該幾何学的配列が要素の２次元配列からなることを特
    徴とする多値信号のセットを符号化する方法。
12. 【請求項１２】　　請求項１１に記載の方法において、
    更にあらかじめ選択された閾値よりも小さいエネルギ量
    を有するサブバンドに対応する任意の多値信号を符号化
    に先立ち除去することを特徴とする多値信号のセットを
    符号化する方法。
13. 【請求項１３】　　請求項１又は９に記載の方法におい
    て、符号化された表示を発生する該ステップが、頻繁に
    選択されるベクトルをより少ない頻度で選択されるベク
    トルよりも相対的に少ないビットで表わすことからなる
    ことを特徴とする多値信号のセットを符号化する方法。
14. 【請求項１４】　　請求項１又は９に記載の方法におい
    て、該符号化された表示を発生するステップが、選択さ
    れたコードベクトルを表示するのにハフマン符号化を使
    用することからなることを特徴とする多値信号のセット
    を符号化する方法。