JPH0438181B2 - - Google Patents

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JPH0438181B2
JPH0438181B2 JP38085A JP38085A JPH0438181B2 JP H0438181 B2 JPH0438181 B2 JP H0438181B2 JP 38085 A JP38085 A JP 38085A JP 38085 A JP38085 A JP 38085A JP H0438181 B2 JPH0438181 B2 JP H0438181B2
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JP
Japan
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vector
normalized
cos
code table
normalized output
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JP38085A
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Japanese (ja)
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JPS61159867A (en
Inventor
Atsumichi Murakami
Kotaro Asai
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、画像信号系列を複数個まとめてブ
ロツク化し、これを多次元信号空間で量子化する
画像信号のベクトル量子化器に関するものであ
る。 〔従来の技術〕 まず、最初にベクトル量子化の原理についてご
く簡単に説明する。今、入力信号系列をK個まと
めて入力ベクトル={x1,x2,…xK}とする。
このとき、K次元ユークリツド信号空間RK
RK)のN個の代表点(すなわち出力ベクトル)
i={yi1,yi2,…,yiK}のセツトをY=〔 1
,…, N〕とする。ベクトル量子化器は、出力
ベクトルのセツトから、入力ベクトルに対して最
短距離にある(最小歪となる)出力ベクトルyi
以下のように定め、これを探索する。 if d(yi )<d(yj ) forallj i ただし、d( i)は入出力ベクトル間の距
離(歪)である。このとき、入力ベクトルは出
力ベクトルのインデツクスiによつて伝送あるい
は記録され、再生時には、出力ベクトルyi で置換
される。出力ベクトルyi のセツトYは、トレーニ
ングモデルとなる画像信号系列を用いたクラスタ
リング(代表点の選出と、トレーニングモデルの
各代表点への量子化とを、歪の総和が最小となる
までくり返す)によつて求めることができる。さ
らに、ベクトル量子化の効率と出力ベクトルのセ
ツトの汎用性とを高めるためにベクトルの平均値
を分離し、振幅で正規化した状態でベクトル量子
化することも行なわれる。 以下、従来のベクトル量子化器を具体的な構成
例を参照して以下に説明する。第5図は従来の画
像信号のベクトル量子化器の符号化部の構成例を
示すブロツク図である。この構成例ではd(
yi)の定義例として、絶対値歪を(1)式で示してい
る。 d(yi )=Kj=1 |xj−yij| ……(1) すなわち、第5図において、2は入力ベクト
ル、3は平均値分離正規化回路、4は正規化入力
ベクトル、5は入力ベクトル2の平均値成分及び
振幅成分、16は正規化入力ベクトルレジスタ、
17はコードテーブルアドレスカウンタ、18は
コードテーブルアドレス、45は正規化出力ベク
トルコードテーブルメモリ、20は正規化出力ベ
クトルレジスタ、21は並列減算器、22は並列
絶対値演算器、23は絶対値歪計算回路(アキユ
ムレーター)、24は最小歪検出回路、13はベ
クトル量子化インデツクス、25はインデツクス
ラツチ、46はインデツクス及び前記平均値成分
及び振幅成分をまとめて符号化する符号化器、4
7は符号化部出力信号である。また、第6図は従
来の画像信号のベクトル量子化器の復号化部のブ
ロツク構成例である。図中、48はベクトル量子
化インデツクス及び平均値成分及び振幅成分を復
号する復号化器、49は正規化出力ベクトル、4
3は平均値分離正規化復号回路、50は出力ベク
トルである。 次に第5図及び第6図の動作について説明す
る。先ず、入力信号系列を複数個まとめてブロツ
ク化した入力ベクトル2、{S1,S2,…SK
は、平均値分離正規化回路3によつて平均値成分
及び振幅成分5を分離し、正規化入力ベクトル、
X={x1,x2,…xK}を形成する。ここで、平均
値成分をm、振幅成分をσとすると、例えば m=K-1 Kj=1 Sj σ=K-1 Kj=1 |Sj−m| xj=(Sj−m)/σ …(2) (j=1,2,…,K) (2)式のような演算が行なわれる。そして平均値
分離正規化処理によつて、入力ベクトル2が信号
空間内における一定の分布に近づくため、ベクト
ル量子化の効率が高められる。次に正規化入力ベ
クトル4は正規化ベクトルレジスタ16にラツチ
される。次にコードテーブルアドレスカウンタ1
7は正規化出力ベクトルコードテーブルメモリ4
5から順次正規化出力ベクトルyi を読み出し、正
規化出力ベクトルレジスタ20にラツチする。そ
して絶対値歪計算回路23は並列減算器21、並
列絶対値演算器22から正規入力ベクトルと正
規化出力ベクトルyi の歪diを(3)式によつて求める。 di=d(yi )=Kj=1 |xj−yij| ……(3) 次に、最小歪検出器24では、順次読みだされ
る正規化出力ベクトルyi と正規化入力ベクトル
との歪diの最小値を検出する。すなわち最小歪は
(4)式で求められる。 d=min idi ……(4) 最小歪となる正規化出力ベクトルyi を検知する
とストローブ信号がインデツクスラツチ25に送
られ、ベクトルのアドレスであるコードテーブル
アドレス18を取り込む。符号化器46は前記最
小歪dとなる正規化出力ベクトルyi のベクトル量
子化インデツクス13、入力ベクトルの平均値成
分及び振幅成分5をまとめて符号化し、符号化部
出力信号47として出力する。 次に第6図の復号化部では、復号化器48が、
ベクトル量子化インデツクス13、平均値成分、
及び振幅成分5を復号し、正規化出力ベクトルコ
ードテーブルメモリ45から正規化出力ベクトル
yiを読み出して正規化出力ベクトルレジスタ20
にラツチする。さらに平均値分離正規化復号回路
43によつて、平均値成分及び振幅成分5を用い
て出力ベクトル50、′={S′1,S′2,…,S′K
を復号する。すなわち、 S′j=σ・yij+m ……(4) 但し(j=1,2,…,K) 〔発明が解決しようとする問題点〕 従来の画像信号のベクトル量子化器は以上の如
く構成されているので、符号化性能が正規化出力
ベクトルコードテーブルメモリに記憶された正規
化出力ベクトルのセツト如何によるため、出力ベ
クトルに高い効率と汎用性が要求される。よつ
て、文書、図表を中心とした画像や、微妙な階調
表現を要求される画像、或いは異なるセンサー系
を用いた画像等、統計的性質の大きく違う画像に
対応するためには、出力ベクトル生成がより高度
な問題になり、正規化出力ベクトルコードテーブ
ルメモリの容量も大きなものになる割に万能の出
力ベクトルを得ることが困難であるという問題点
があつた。 この発明は、このような問題点を解消するため
になされたもので、入力画像の性質が大きく変わ
つた際に、新たな出力ベクトルのセツトを効率良
く、高速で生成し、出力ベクトルのセツト生成、
汎用性、正規化出力コードテーブルメモリの容
量、等の問題点を除去した画像信号のベクトル量
子化器を得ることを目的とするものである。 〔問題点を解決するための手段〕 この発明に係る画像信号のベクトル量子化器
は、内容を動的に書きかえることのできるコード
テーブルメモリと、入力ベクトルにcos変換を施
すcos変換部と、逆cos変換を施す逆cos変換部と、
前記コードテーブルメモリに記憶されているcos
変換された出力ベクトルのセツトからやはりcos
変換された入力ベクトルに対して最小歪となるも
のを選択して当該出力ベクトルのインデツクスを
決定するベクトル量子化部と、前記ベクトル量子
化部において同一インデツクスに量子化された
cos変換済入力ベクトル群を加算平均して新しい
cos変換済出力ベクトルのセツトとして前記コー
ドテーブルメモリに書き込むコードテーブル更新
部とを設けたものである。 〔作用〕 この発明においては、入力ベクトルを量子化す
べき画像に適合した出力ベクトルとしてセツトす
るために入力ベクトルを平均値分離正規化した後
cos変換した状態でクラスタリングを行ない、逆
cos変換によつて平均値分離正規化ベクトル量子
化のための出力ベクトルのセツトを生成し、この
出力ベクトルのセツトとベクトル量子化符号化し
た結果とをまとめて符号化出力とする。 〔実施例〕 以下、この発明の一実施例を図について説明す
る。図中、第5図ないし第6図と同一の部分は同
一の符号をもつて図示した第1図ないし第4図に
おいて、第1図はこの発明による画像信号のベク
トル量子化器における符号化部の構成例である。
図において、1は量子化すべき画像が蓄わえられ
ている画像メモリ、6はベクトル量子化部、7は
cos変換部、8はcos変換された正規化入力ベクト
ル、9はコードテーブル更新部、10はcos変換
されている最新の正規化出力ベクトルセツト、1
1は逆cos変換部、12は最新の正規化出力ベク
トル、13はベクトル量子化インデツクス、14
は符号化器、15は符号化部出力信号である。ま
た、第2図は前記ベクトル量子化部6の構成例で
ある。図において、19はダイナミツク正規化出
力ベクトルコードテーブル(第1、第3のコード
テーブルメモリ)である。また、第3図は前記コ
ードテーブル更新部9の構成例である。図中、2
6はレジスタ、27はコードテーブルアドレスカ
ウンタ、28はコードテーブルアドレス、29は
ダイナミツクコードテーブル(第2のコードテー
ブルメモリ)、30はレジスタ、31は並列減算
器、32は並列絶対値演算器、33は絶対値歪計
算回路(アキユムレータ)、34は最小歪検出回
路、35はインデツクスラツチ、36はベクトル
量子化インデツクス、37は正規化されcos変換
された入力ベクトルを、ベクトル量子化されたイ
ンデツクス毎に累算していくベクトルアキユムレ
ーター、38は各々のインデツクス量子化された
ベクトルの数をカウントするインデツクスカウン
タ、39は前記ベクトルアキユムレーター37の
内容を前記インデツクスカウンタ38の内容で割
ることにより、各インデツクスに量子化されたベ
クトルの相加平均を算出する除算演算器、40は
前記除算演算器39において計算された平均ベク
トル、すなわち正規化されcos変換された領域に
おいて更新された出力ベクトルのセツトを蓄える
出力ベクトルレジスタである。また、第4図はこ
の発明による画像信号のベクトル量子化器におけ
る復号化部の構成例である。図中、41は前記符
号化部出力信号15からベクトル量子化インデツ
クス13、平均値成分及び振幅成分5、及び更新
された正規化出力ベクトルセツト12を復号する
復号化器、42は正規化出力ベクトル、43は前
記平均値分離正規化回路3の逆処理を行なう平均
値分離正規化復元回路、44は再生された出力ベ
クトルである。 次に動作について説明する。基本的には、性質
の異なる画像が入力されて出力ベクトルのセツト
を更新する必要が生じた際に、入力ベクトル群を
モデルとしてクラスタリングを行ない新たな出力
ベクトルのセツトを得、そのセツトを用いて入力
画像をベクトル量子化し、ベクトル量子化情報及
び更新された出力ベクトルのセツトを符号化出力
とすることによつて入力画像の大きな変化に対応
しようとするものである。クラスタリングに大き
なモデルを用い、くり返して収束させることによ
つて、モデルに含まれる雑音成分、歪み等が除か
れるが、比較的小さなモデルで高速に収束させる
ためcos変換を施した状態でクラスタリングを行
なう。ここでcos変換について簡単に説明する。
信号系列f(j),(j=0,1,…M−1)を考
えたときf(j)の1次元cos変換F(u)は次の
(5)式で得られる。 F(u)=2c(u)/MM-1j=0 f(j)cos〔(2j+1)u/2Mπ〕 ……(5) (u=0,1,…,M−1) ただし、c(u)=1/√2(u=0) 1(u=1,2,…,M−1) また、F(u)の逆cos変換f(j)は次の(6)式
で得られる。 f(j)=M-1 〓 〓u=0 c(u)F(u)cos〔(2j+1)u/2Mπ〕……(6
) (j=0,1,…,M−1) 〔cos変換については例えばPRATT
“DIGITAL IMAGE PROCESSING”(WILEY
INTER SCIENCE)等に詳しい〕cos変換され
た信号系列は空間軸のベクトルから時間軸のベク
トルに変換されるため、パワーこそ小さいが視覚
的に重要な要素である高域成分に重畳した雑音成
分がクラスタリングの過程で速やかに除かれる。
また、cos変換された段階で高域成分の係数をビ
ツトスライスでまるめることも有効である。クラ
スタリングによつて得られた出力ベクトルのセツ
トは、逆cos変換によつて正規化出力ベクトルの
セツトに戻して用いられる。 以上の動作を図について説明する。第1図にお
いて画像メモリ1に蓄わえられた画像信号をK次
元の入力ベクトル2、の形で読みだす。平均値
分離正規化回路3では、(7)式にて正規化入力ベク
トル4、平均値成分(m)及び振幅成分(σ)
5を形成する。 正規化入力ベクトル4はベクトル量子化部6
において正規化入力ベクトルレジスタ16にラツ
チされる。コードテーブルアドレスカウンタ17
は順次コードテーブルアドレス18によつてダイ
ナミツク正規化出力ベクトルコードテーブル19
から最新の正規化出力ベクトルyi を読みだし正規
化出力ベクトルレジスタ20にラツチする。絶対
値歪計算回路23は並列減算器21、並列絶対値
演算器22を用いて(8)式によつて絶対値歪diを算
出する。 diKj=1 |xj−yij| ……(8) 最小歪検出回路24は絶対値歪diが最小である
ときストローブ信号を発し、コードテーブルアド
レス18をインデツクスラツチ25に取り込む。
コードテーブルアドレスカウンタ17が1回りし
た時点のインデツクスラツチ25内容がベクトル
量子化インデツクス13になる。一方、正規化入
力ベクトル4はcos変換部7においてcos変換さ
れ、 c={xc 1,xc 2,…xc K}、すなわち、cos変換さ
れた正規化入力ベクトル8となる。そして前記の
ベクトル cはコードテーブル更新部9において、
第2図と第3図の相似で示されるように、cos変
換された状態でベクトル量子化され、ベクトル量
子化インデツクス36が決定される。ベクトル
はベクトル量子化インデツクス36毎にベクト
ルアキユムレーター37において累加算される。
同時にインデツクスカウンタ38では各々のイン
デツクスに写像されたベクトル cの個数をカウ
ントし、除算演算器39によつて、インデツクス
毎に写像されたベクトル cの相加平均を算出す
る。この平均ベクトルが出力ベクトルレジスタ4
0に保持され、cos変換されている最新の正規化
出力ベクトルセツト10、 c iとしてダイナミツ
クコードテーブル29に書き込まれる。ダイナミ
ツクコードテーブル29の初期内容は、cos変換
された正規化入力ベクトル8 cからピツクアツ
プする。以上の過程がクラスタリングで、(9)式で
示される。 c i=Σ( ci/‖ ci ……(9) 〔 c i〕=〔 c 1 c 2,…, c N〕(更新されたセ
ツト) ただし、( ciはインデツクスiに量子化され
たベクトル cを表わし、‖ ciはインデツクス
iに量子化されたベクトル cの個数を表わす。
Nは出力ベクトルの個数である。クラスタリング
は多くの入力ベクトル群に対して上記過程をくり
返して行なう必要があるが、cos変換されている
ことによつて比較的少ない数の入力ベクトルを用
い、何回もくり返しを行なうことなく、歪みや雑
音の少ない出力ベクトルのセツトを得ることがで
きる。〔 c i〕は逆cos変換部11において逆cos変
換され、最新の正規化出力ベクトルセツト12と
してダイナミツク正規化出力ベクトルコードテー
ブル19に書きこまれる。このとき、振幅の再正
規が行なわれる。符号化器14では、ベクトル量
子化インデツクス13、平均値成分及び振幅成分
5及びコードテーブルが更新された場合には最新
の正規化出力ベクトルセツト12もまとめて符号
化し、符号化部出力信号15として出力する。 復号化部41では、まず、復号化器41におい
て、ベクトル量子化インデツクス13、平均値成
分及び振幅成分5、さらにコードテーブルの更新
があつた場合は最新の正規化出力ベクトルセツト
12を復号する。そして、前記最新の正規化出力
ベクトルセツト、12はダイナミツク正規化出力
ベクトルコードテーブル19に書きこまれ、ベク
トル量子化インデツクス13に従つて最小歪を与
える正規化出力ベクトル i42が正規化ベクト
ル出力レジスタ20にラツチされる。平均値分離
正規化復元回路43では、(10)式のように平均値成
分m、振幅成分σを用いて出力ベクトル44S′=
{S′1,S′2,…,S′K}を再生する。 S′j=σ・yij+m ……(10) (j=1,2,…,K) 〔発明の効果〕 以上のようにこの発明によれば、統計的性質の
非常に異なる画像が入力として与えられた際に
も、cos変換を行なつて新たな出力ベクトルのセ
ツトをクラスタリングで抽出し、符号化部、復号
化部のコードテーブルを更新するように回路を構
成したので、コードテーブルのメモリ内容を大き
くすることもなく、比較的小さなクラスタリング
モデルを用いた高速のクラスタリングによつて雑
音の少ない出力ベクトルのセツトを得ることが可
能となり、様々な画像に対応できる等の効果があ
る。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] This invention relates to an image signal vector quantizer that blocks a plurality of image signal sequences and quantizes them in a multidimensional signal space. . [Prior Art] First, the principle of vector quantization will be explained very briefly. Now, K input signal sequences are put together into an input vector X = {x 1 , x 2 , . . . x K }.
At this time, the K-dimensional Euclidean signal space R K ( X
R K ) N representative points (i.e. output vector)
The set of y i = {y i1 , y i2 , ..., y iK } is expressed as Y = [ y 1 , y
2 ,..., yN ] . From the set of output vectors, the vector quantizer determines and searches for the output vector y i that is the shortest distance from the input vector (resulting in the least distortion) as follows. if d( X , yi ) < d( X , yj ) forallj Xyi where d( X , yi ) is the distance (distortion) between the input and output vectors. At this time, the input vector The set Y of output vectors yi is obtained by clustering using an image signal sequence that becomes a training model (selection of representative points and quantization of each representative point of the training model are repeated until the total sum of distortion is minimized). ). Furthermore, in order to improve the efficiency of vector quantization and the versatility of the set of output vectors, the average value of the vector is separated and vector quantized after being normalized by amplitude. Hereinafter, a conventional vector quantizer will be described below with reference to a specific configuration example. FIG. 5 is a block diagram showing an example of the configuration of a coding section of a conventional image signal vector quantizer. In this configuration example, d( X ,
As an example of the definition of y i ), the absolute value distortion is shown in equation (1). d ( _ _ _ _ input vector, 5 is the average value component and amplitude component of input vector 2, 16 is a normalized input vector register,
17 is a code table address counter, 18 is a code table address, 45 is a normalized output vector code table memory, 20 is a normalized output vector register, 21 is a parallel subtracter, 22 is a parallel absolute value calculator, 23 is an absolute value distortion a calculation circuit (accumulator); 24 is a minimum distortion detection circuit; 13 is a vector quantization index; 25 is an index latch; 46 is an encoder that collectively encodes the index and the average value component and the amplitude component;
7 is the encoder output signal. FIG. 6 shows an example of the block configuration of a decoding section of a conventional image signal vector quantizer. In the figure, 48 is a decoder that decodes a vector quantization index, an average value component, and an amplitude component, 49 is a normalized output vector, and 4
3 is a mean value separation normalization decoding circuit, and 50 is an output vector. Next, the operations shown in FIGS. 5 and 6 will be explained. First, input vector 2, S {S 1 , S 2 ,...S K }, is a block of multiple input signal sequences.
The average value component and the amplitude component 5 are separated by the average value separation and normalization circuit 3, and the normalized input vector,
Form X={x 1 , x 2 ,...x K }. Here, if the average value component is m and the amplitude component is σ, then for example, m=K -1 Kj=1 Sj σ=K -1 Kj=1 |Sj−m| x j =(Sj−m )/σ...(2) (j=1, 2,...,K) An operation such as equation (2) is performed. By means of the mean value separation and normalization processing, the input vector 2 approaches a constant distribution in the signal space, so that the efficiency of vector quantization is improved. Normalized input vector 4 is then latched into normalized vector register 16. Next, code table address counter 1
7 is normalized output vector code table memory 4
The normalized output vector y i is sequentially read from 5 and latched into the normalized output vector register 20. Then, the absolute value distortion calculating circuit 23 calculates the distortion d i of the normal input vector X and the normalized output vector y i from the parallel subtracter 21 and the parallel absolute value calculator 22 using equation (3). d i = d ( X , y i ) = Kj = 1 | Normalized input vector X
Find the minimum value of distortion d i with. In other words, the minimum strain is
It is obtained using equation (4). d=min id i (4) When the normalized output vector y i resulting in the minimum distortion is detected, a strobe signal is sent to the index latch 25, and the code table address 18, which is the address of the vector, is fetched. The encoder 46 collectively encodes the vector quantization index 13 of the normalized output vector y i resulting in the minimum distortion d, the average value component and the amplitude component 5 of the input vector, and outputs it as an encoder output signal 47. Next, in the decoding section of FIG. 6, the decoder 48
Vector quantization index 13, average value component,
and the amplitude component 5, and obtain the normalized output vector from the normalized output vector code table memory 45.
Read y i and normalize output vector register 20
latch on. Furthermore, the average value separation normalization decoding circuit 43 uses the average value component and the amplitude component 5 to generate an output vector 50, S '={S' 1 , S' 2 ,..., S' K }
decrypt. That is, S′ j =σ・y ij +m ...(4) However, (j=1, 2, ..., K) [Problem to be solved by the invention] The conventional vector quantizer for image signals is as follows. Since the encoding performance depends on the set of normalized output vectors stored in the normalized output vector code table memory, high efficiency and versatility are required for the output vector. Therefore, in order to handle images with significantly different statistical properties, such as images that mainly consist of documents and charts, images that require delicate gradation expression, or images that use different sensor systems, it is necessary to Although generation has become more sophisticated and the capacity of the normalized output vector code table memory has become larger, there has been a problem in that it is difficult to obtain a universal output vector. This invention was made to solve these problems, and it is possible to efficiently and quickly generate a new set of output vectors when the properties of an input image change significantly, and to generate a new set of output vectors. ,
The object of this invention is to obtain a vector quantizer for image signals that eliminates problems such as versatility and normalization output code table memory capacity. [Means for Solving the Problems] A vector quantizer for image signals according to the present invention includes a code table memory whose contents can be dynamically rewritten, a cos conversion section that performs cos conversion on an input vector, an inverse cos conversion unit that performs inverse cos conversion;
cos stored in the code table memory
From the set of transformed output vectors again cos
a vector quantization section that selects the one that causes the minimum distortion for the transformed input vector and determines the index of the output vector;
A new vector is created by averaging the cos-converted input vectors.
A code table updating unit is provided for writing a set of cos-converted output vectors into the code table memory. [Operation] In this invention, in order to set the input vector as an output vector suitable for the image to be quantized, the input vector is average-separated and normalized.
Perform clustering with cos transformation and reverse
A set of output vectors for mean value separation normalized vector quantization is generated by cos transformation, and this set of output vectors and the result of vector quantization encoding are collectively used as an encoded output. [Example] Hereinafter, an example of the present invention will be described with reference to the drawings. In FIGS. 1 to 4, the same parts as in FIGS. 5 to 6 are indicated by the same reference numerals. In FIGS. 1 to 4, FIG. This is a configuration example.
In the figure, 1 is an image memory in which images to be quantized are stored, 6 is a vector quantizer, and 7 is a
cos conversion unit, 8 is a normalized input vector that has been cos converted, 9 is a code table update unit, 10 is the latest set of normalized output vectors that have been cos converted, 1
1 is the inverse cos transform unit, 12 is the latest normalized output vector, 13 is the vector quantization index, 14
is an encoder, and 15 is an output signal from the encoder. Further, FIG. 2 shows an example of the configuration of the vector quantization section 6. In the figure, 19 is a dynamic normalized output vector code table (first and third code table memories). Further, FIG. 3 shows an example of the configuration of the code table updating section 9. As shown in FIG. In the figure, 2
6 is a register, 27 is a code table address counter, 28 is a code table address, 29 is a dynamic code table (second code table memory), 30 is a register, 31 is a parallel subtracter, 32 is a parallel absolute value calculator, 33 is an absolute value distortion calculation circuit (accumulator), 34 is a minimum distortion detection circuit, 35 is an index latch, 36 is a vector quantization index, and 37 is a vector quantized index for a normalized and cos-converted input vector. 38 is an index counter that counts the number of vectors that have been quantized for each index; 39 is a vector accumulator that calculates the contents of the vector accumulator 37 with the contents of the index counter 38; A division operator 40 calculates the arithmetic mean of the vectors quantized to each index by dividing, and 40 is the average vector calculated in the division operator 39, that is, the average vector updated in the normalized and cos-transformed domain. This is an output vector register that stores a set of output vectors. Further, FIG. 4 shows an example of the configuration of the decoding section in the vector quantizer for image signals according to the present invention. In the figure, 41 is a decoder that decodes the vector quantization index 13, the average value component and amplitude component 5, and the updated normalized output vector set 12 from the encoder output signal 15, and 42 is a normalized output vector. , 43 is a mean value separation and normalization restoration circuit that performs the inverse processing of the mean value separation and normalization circuit 3, and 44 is a reproduced output vector. Next, the operation will be explained. Basically, when images with different properties are input and it becomes necessary to update the set of output vectors, clustering is performed using the input vector group as a model to obtain a new set of output vectors, and that set is used to perform clustering. This method attempts to cope with large changes in the input image by vector quantizing the input image and using vector quantization information and an updated set of output vectors as the encoded output. By using a large model for clustering and repeatedly converging it, noise components and distortions contained in the model are removed, but in order to converge quickly with a relatively small model, clustering is performed after applying cos transformation. . Here I will briefly explain cos conversion.
When considering the signal sequence f(j), (j=0, 1,...M-1), the one-dimensional cos transformation F(u) of f(j) is as follows.
It can be obtained from equation (5). F(u)=2c(u)/M M-1j=0 f(j)cos[(2j+1)u/2Mπ] ...(5) (u=0,1,...,M-1) However , c(u)=1/√2(u=0) 1(u=1,2,...,M-1) In addition, the inverse cos transform f(j) of F(u) is given by the following equation (6) It can be obtained with f(j)= M-1 〓 〓 u=0 c(u)F(u)cos[(2j+1)u/2Mπ]...(6
) (j=0,1,...,M-1) [For cos conversion, for example, PRATT
“DIGITAL IMAGE PROCESSING” (WILEY
Since the cos-transformed signal sequence is converted from a vector on the spatial axis to a vector on the time axis, noise components superimposed on the high-frequency components, which have low power but are visually important, are removed. They are quickly removed during the clustering process.
It is also effective to round the coefficients of high frequency components by bit slicing at the stage of cos conversion. The set of output vectors obtained by clustering is converted back into a set of normalized output vectors by inverse cos transformation. The above operation will be explained with reference to the drawings. In FIG. 1, the image signal stored in the image memory 1 is read out in the form of a K-dimensional input vector 2, S. In the average value separation normalization circuit 3, the normalized input vector 4 X , the average value component (m), and the amplitude component (σ) are
form 5. Normalized input vector 4 X is vector quantization unit 6
is latched into the normalized input vector register 16 at . Code table address counter 17
is dynamically normalized output vector code table 19 by sequential code table address 18.
The latest normalized output vector y i is read from and latched into the normalized output vector register 20. The absolute value distortion calculation circuit 23 uses the parallel subtracter 21 and the parallel absolute value calculator 22 to calculate the absolute value distortion d i using equation (8). d i = Kj = 1 | Incorporate into.
The contents of the index latch 25 at the time when the code table address counter 17 has completed one rotation become the vector quantization index 13. On the other hand , the normalized input vector 4 The above vector X c is then processed by the code table update unit 9,
As shown by the similarity between FIGS. 2 and 3, vector quantization is performed in the cos-transformed state, and a vector quantization index 36 is determined. Vector
c is accumulated in a vector accumulator 37 for each vector quantization index 36.
At the same time, the index counter 38 counts the number of vectors X c mapped to each index, and the division calculator 39 calculates the arithmetic mean of the vectors X c mapped for each index. This average vector is output vector register 4
The latest set of normalized output vectors 10, y c i , which are held at 0 and have been cos-transformed, are written to the dynamic code table 29 . The initial contents of the dynamic code table 29 are picked up from the cos-converted normalized input vector 8Xc . The above process is clustering, and is expressed by equation (9). y c i = Σ ( X c ) i / _ _ _ _ _ _ _ _ _ ( X c ) i represents the vector X c quantized to index i, and | X c || i represents the number of vectors X c quantized to index i.
N is the number of output vectors. Clustering requires repeating the above process for many input vector groups, but because of cos transformation, a relatively small number of input vectors can be used, and distortion can be avoided without having to repeat many input vectors. and a set of output vectors with less noise. [ y c i ] is inversely cos-transformed in the inverse-cos transformer 11 and written into the dynamic normalized output vector code table 19 as the latest normalized output vector set 12. At this time, the amplitude is renormalized. In the encoder 14, when the vector quantization index 13, the average value component and the amplitude component 5, and the code table are updated, the latest normalized output vector set 12 is also encoded all together, and is outputted as the encoder output signal 15. Output. The decoder 41 first decodes the vector quantization index 13, the average value component and the amplitude component 5, and, if the code table has been updated, the latest normalized output vector set 12. Then, the latest normalized output vector set 12 is written into the dynamic normalized output vector code table 19, and the normalized output vector y i 42 giving the minimum distortion according to the vector quantization index 13 is the normalized vector output. Latched into register 20. The average value separation normalization restoration circuit 43 uses the average value component m and the amplitude component σ as shown in equation (10) to calculate the output vector 44S'=
Regenerate {S′ 1 , S′ 2 , ..., S′ K }. S' j =σ・y ij +m ...(10) (j=1, 2, ..., K) [Effect of the invention] As described above, according to this invention, images with very different statistical properties can be input. Even when given as It is possible to obtain a set of output vectors with less noise through high-speed clustering using a relatively small clustering model without increasing the memory content, and there are effects such as being able to handle various images.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図はこの発明による画像信号のベクトル量
子化器の符号化部の構成例を示すブロツク図、第
2図はそのベクトル量子化部の構成例を示すブロ
ツク図、第3図はそのコードテーブル更新部の構
成例を示すブロツク図、第4図はこの発明による
画像信号のベクトル量子化器の復号化部の構成例
を示すブロツク図、第5図は従来の画像信号のベ
クトル量子化器の符号化部の構成例を示すブロツ
ク図、第6図は従来の画像信号のベクトル量子化
器の復号化部の構成例を示すブロツク図である。 図において、1は画像メモリ、2は入力ベクト
ル、3は平均値分離正規化回路、4は正規化入力
ベクトル、5は平均値成分及び振幅成分、6はベ
クトル量子化部、7はcos変換部、8はcos変換さ
れた正規化入力ベクトル、9はコードテーブル更
新部、10はcos変換されている最新の正規化出
力ベクトルセツト、11は逆cos変換部、12は
最新の正規化出力ベクトルセツト、13はベクト
ル量子化インデツクス、14は符号化器、15は
符号化部出力信号、16は正規化入力ベクトルレ
ジスタ、17はコードテーブルアドレスカウン
タ、18はコードテーブルアドレス、19はダイ
ナミツク正規化出力ベクトルコードテーブル(第
1,3のコードテーブルメモリ)、20は正規化
出力ベクトルレジスタ、21は並列減算器、22
は並列絶対値演算器、23は絶対値歪計算回路、
24は最小歪検出回路、25はインデツクスラツ
チ、26はレジスタ、27はコードテーブルアド
レスカウンタ、28はコードテーブルアドレス、
29はダイナミツクコードテーブル(第2のコー
ドテーブルメモリ)、30はレジスタ、31は並
列減算器、32は並列絶対値演算器、33は絶対
値歪計算回路、34は最小歪検出回路、35はイ
ンデツクスラツチ、36はベクトル量子化インデ
ツクス、37はベクトルアキユムレーター、38
はインデツクスカウンター、39は除算演算器、
40は出力ベクトルレジスタ、41は復号化器、
42は正規化出力ベクトル、43は平均値分離正
規化復元回路、44は出力ベクトル、45は正規
化出力ベクトルコードテーブル、46は符号化
器、47は符号化部出力信号、48は復号化器、
49は正規化出力ベクトル、50は出力ベクトル
である。
FIG. 1 is a block diagram showing an example of the configuration of the encoding section of the vector quantizer for image signals according to the present invention, FIG. 2 is a block diagram showing an example of the configuration of the vector quantization section, and FIG. 3 is the code table thereof. FIG. 4 is a block diagram showing an example of the configuration of the updating section, FIG. 4 is a block diagram showing an example of the configuration of the decoding section of the image signal vector quantizer according to the present invention, and FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of the conventional image signal vector quantizer. FIG. 6 is a block diagram showing an example of the structure of an encoding section. FIG. 6 is a block diagram showing an example of the structure of a decoding section of a conventional image signal vector quantizer. In the figure, 1 is an image memory, 2 is an input vector, 3 is an average value separation and normalization circuit, 4 is a normalized input vector, 5 is an average value component and an amplitude component, 6 is a vector quantization unit, and 7 is a cos conversion unit , 8 is a normalized input vector that has been cos-converted, 9 is a code table update unit, 10 is the latest normalized output vector set that has been cos-converted, 11 is an inverse cos transform unit, and 12 is the latest normalized output vector set. , 13 is a vector quantization index, 14 is an encoder, 15 is an encoder output signal, 16 is a normalized input vector register, 17 is a code table address counter, 18 is a code table address, 19 is a dynamic normalized output vector code table (first and third code table memories), 20 is a normalized output vector register, 21 is a parallel subtracter, 22
is a parallel absolute value calculator, 23 is an absolute value distortion calculation circuit,
24 is a minimum distortion detection circuit, 25 is an index latch, 26 is a register, 27 is a code table address counter, 28 is a code table address,
29 is a dynamic code table (second code table memory), 30 is a register, 31 is a parallel subtracter, 32 is a parallel absolute value calculator, 33 is an absolute value distortion calculation circuit, 34 is a minimum distortion detection circuit, and 35 is a Index latch, 36 is vector quantization index, 37 is vector accumulator, 38
is an index counter, 39 is a division operator,
40 is an output vector register, 41 is a decoder,
42 is a normalized output vector, 43 is a mean value separation normalization and restoration circuit, 44 is an output vector, 45 is a normalized output vector code table, 46 is an encoder, 47 is an encoder output signal, 48 is a decoder ,
49 is a normalized output vector, and 50 is an output vector.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 符号化すべき画像信号系列を記憶し、複数個
毎にブロツク化して入力ベクトルとして読みだす
ことのできる画像メモリと、前記入力ベクトルか
ら平均値を分離するとともに振幅で正規化し、か
つ正規化入力ベクトルを形成する平均値分離正規
化回路と、平均値分離後の正規化出力ベクトルの
内容を動的に書きかえることのできる第1のコー
ドテーブルメモリを含み、該第1のコードテーブ
ルメモリに記憶した平均値分離後の正規化出力ベ
クトルのセツトの内から前記平均値分離正規化回
路で処理された該正規化入力ベクトルに対して最
小歪となる平均値分離後の正規化出力ベクトルを
選択し、該平均値分離後の正規化出力ベクトルの
ベクトル量子化インデツクスを出力するベクトル
量子化部と、前記平均値分離後の正規化入力ベク
トルをcos変換するcos変換部と、cos変換された
前記正規化入力ベクトルの内容を動的に書きかえ
ることのできる第2のコードテーブルメモリを含
み、該第2のコードテーブルメモリに記憶された
cos変換された正規化出力ベクトルのセツトの内
から前記cos変換部で処理されたcos変換された正
規化入力ベクトルに対して最小歪となるcos変換
後の平均値分離正規化出力ベクトルのインデツク
スを決定し、同一インデツクスに写像された該
cos変換された正規化入力ベクトルをベクトル加
算平均し、cos変換されている最新の正規化出力
ベクトルのセツトとして前記第2のコードテーブ
ルメモリに書きこむコードテーブル更新部と、前
記コードテーブル更新部によつて得られるcos変
換されている最新の正規化出力ベクトルセツトを
逆cos変換するとともに、得られた最新の正規化
出力ベクトルのセツトを前記ベクトル量子化部の
第1のコードテーブルメモリに供給する逆cos変
換部と、前記ベクトル量子化部から得られるベク
トル量子化インデツクス、及び前記最新の正規化
出力ベクトルのセツト及び前記平均値成分及び振
幅成分とを入力とし符号化送出する符号化器と、
前記符号化器から送出された符号化部出力信号を
復号する復号化器と、前記復号された最新の正規
化出力ベクトルセツトをベクトル量子化インデツ
クスによつて書き込むことのできる第3のコード
テーブルメモリと、前記復号されたベクトル量子
化インデツクスに従つて前記第3のコードテーブ
ルから読み出された正規化出力ベクトルと前記復
号された平均値成分及び振幅成分とを用いて出力
ベクトルを再生する平均値分離正規化復元回路と
を備えた画像信号のベクトル量子化器。
1. An image memory that can store an image signal sequence to be encoded, block it into multiple blocks and read it out as an input vector, and separate the average value from the input vector, normalize it by amplitude, and create a normalized input vector. and a first code table memory capable of dynamically rewriting the contents of the normalized output vector after the mean value separation, and the first code table memory stores the contents of the normalized output vector after the mean value separation. Selecting from a set of normalized output vectors after mean value separation, the normalized output vector after mean value separation that causes the minimum distortion with respect to the normalized input vector processed by the mean value separation and normalization circuit; a vector quantization unit that outputs a vector quantization index of the normalized output vector after the mean value separation; a cos conversion unit that performs cos conversion on the normalized input vector after the mean value separation; and a cos conversion unit that converts the normalized input vector after the mean value separation. a second code table memory capable of dynamically rewriting the contents of the input vector;
From among the set of cos-transformed normalized output vectors, the index of the average-separated normalized output vector after cos-transformation that produces the minimum distortion with respect to the cos-transformed normalized input vector processed by the cos-transformed unit is determined. determined and mapped to the same index.
a code table update unit that performs vector addition and averaging of the cos-converted normalized input vectors and writes the result to the second code table memory as a set of the latest cos-converted normalized output vectors; The latest set of normalized output vectors that have been cos-transformed thus obtained is inversely cos-transformed, and the obtained set of latest normalized output vectors is supplied to the first code table memory of the vector quantization section. an encoder that inputs an inverse cos transform unit, a vector quantization index obtained from the vector quantization unit, the latest set of normalized output vectors, and the average value component and the amplitude component, and encodes and transmits the input;
a decoder for decoding the encoder output signal sent from the encoder; and a third code table memory capable of writing the latest decoded normalized output vector set using a vector quantization index. and an average value for reproducing an output vector using the normalized output vector read from the third code table according to the decoded vector quantization index and the decoded average value component and amplitude component. A vector quantizer for image signals, comprising a separation normalization and restoration circuit.
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