JPH0581094B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は相関のある信号系列の伝送、記録等
に用いる符号化／復号化装置に関するものであ
る。 〔従来の技術〕 第４図と第５図は従来の順次再生ベクトル量子
化装置の符号化部及び復号化部の構成例を示すブ
ロツク図であり、第４図の符号化部において１は
静止画像データ等の入力信号系列をｍ×ｎサンプ
ル（ｍ、ｎは整数）毎にブロツク化した入力信号
ベクトル、３９は初段平均値分離正規化ベクトル
量子化器、４０，４１，４２は初段符号化データ
（平均値、振幅、出力ベクトルインデツクス）、４
３は初段量子化復号ベクトル４４は入力信号ベク
トル１と初段量子化復号ベクトル４３との残差を
求める減算器、４５は初段量子化残差ベクトル、
４６は第二段ベクトル量子化器、４７，４８，４
９は第二段符号化データ、５０は第二段量子化復
号ベクトル、５１は初段量子化残差ベクトルと第
二段量子化復号ベクトルとの残差を求める減算
器、５２は第二段量子化残差ベクトル、５３は第
三段ベクトル量子化器、５４，５５，５６は第三
段符号化データ、５７は各段符号化データを蓄え
る符号化データバツフア、５８は出力するデータ
を選択するセレクタ、５９は符号化出力信号であ
る。 一方、第５図の復号化部において、５９は符号
化部で得た符号化出力信号、６０は符号化データ
を選別するセレクタ、６１，６２，６３は符号化
データ（平均値、振幅、出力ベクトルインデツク
ス）、６４は平均値分離正規化ベクトル量子化復
号器、６５は各段量子化復号ベクトル、６６は各
段復号ベクトルに前段までの復号結果を加算する
加算器、６７は各段復号毎に更新される復号結果
を蓄えるフレームメモリ、６８は復号信号ベクト
ルである。 まず、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ｘ＝｛x₁、x₂、…、x_k｝とする。こ
のときＫ次元ユークリツド信号空間R^K（ｘ∈R_K）
のＮ個の代表点（すなわち出力ベクトル）y_i ＝
｛y_i1、y_i2、…、y_ik｝のセツトをＹ＝〔y₁ 、y₂ 、…、
y_N〕とする。ベクトル量子化器は、出力ベクトル
のセツトの中から、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y_i を以下
のように定め、これを探索する。 if ｄ（ｘ、y_i ）＜ｄ（ｘ、y_j ）for all ｊ ｘ→y_i ただし、ｄ（ｘ、y_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ｘ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y_i で置換される。 平均値分離正規化ベクトル量子化は、ベクトル
量子化器の入力ベクトルを平均値分離正規化して
与えることで出力ベクトルの分布を多次元信号空
間の単位超球面上に限定するものである。いま入
力信号ベクトルをＳ＝｛S₁、S₂、…、S_k｝とする
と、平均値μ、振幅σ、平均値分離入力ベクトル
ｘは次のように表わせる。 μ＝１／Ｋ_K 〓^j=1 S_j σ＝〔１／Ｋ_K 〓^j=1 （S_j−μ）²〕^1/2 x_j＝（S_j−μ）／σ ｘ＝｛x₁、x₂、…、x_k｝ ここで振幅σの近似式として σ＝１／Ｋ_K 〓^j=1 ｜S_j−μ｜ σ＝ max ｊS_j−minS_j 等を用いることもできる。 こうして得た平均値μ、振幅σをスカラー量子
化、平均値分離入力ベクトルｘをベクトル量子化
することにより、限られた数の出力ベクトルを持
つベクトル量子化器の汎用性が高まり、符号化性
能が向上する。 次に従来の順次再生ベクトル量子化装置の動作
について説明する。 第４図の符号化部において、静止画像データ等
の入力信号系列をｍ×ｎサンプル（ｍ、ｎは整
数）毎にブロツク化した入力信号ベクトル１は初
段平均値分離正規化ベクトル量子化器３９でベク
トル量子化され、初段量子化符号化データとして
平均値４０、振幅４０、出力ベクトルインデツク
ス４０が得られると共に、ベクトル量子化復号値
が初段量子化復号ベクトル４１として出力され
る。入力信号ベクトル１は減算器４２で初段量子
化復号ベクトル４１が減算され、初段量子残差ベ
クトル４３が得られる。初段量子化残差ベクトル
４３は第二段平均値分離正規化ベクトル量子化器
４６でベクトル量子化され、第二段量子化符号化
データの平均値４７、振幅４８、出力ベクトルイ
ンデツクス４９及び第二段量子化復号ベクトル５
０を得る。減算器５１では、初段量子化残差ベク
トル４５から第二段量子化復号ベクトルを減算
し、第二段量子化残差ベクトル５２を求める。こ
のようにベクトル量子化器を多段接続し、前段量
子化器における量子化残差を順次符号化して行
く。各段量子化の符号化データは量子化段別に符
号化データバツフア５７に蓄積され、入力信号ベ
クトル１の最後に達したら（静止画像なら１フレ
ーム符号化終了したら）符号化出力する信号を選
択するセレクタ５８は、初段量子化符号化データ
を出力し、それが終つたら第二段量子化符号化デ
ータというように量子化段順に符号化データを出
力し、伝送あるいは記録を行なう。 符号化部で得た符号化出力信号５９は、第５図
の復号化部において、まずセレクタ６０で平均値
６１、振幅６２、出力ベクトルインデツクス６３
に分離され、平均値分離正規化ベクトル量子化復
号器６４で振幅再生、平均値加算６５された復号
ベクトルを得る。 平均値分離正規化ベクトル量子化復号器６４で
はまず、初段量子化器で量子化された符号化デー
タが一通り復号され、加算器６６では何も加算さ
れずにフレームメモリ67に初段量子化復号結果と
して蓄積されると同時に再生系に出力される。初
段量子化符号データの次は第二段量子化符号化デ
ータの復号が行なわれ、加算器６６でフレームメ
モリ67からの初段量子化復号ベクトルと加算する
ことにより、初段量子化の残差が第二段量子化で
補償された復号ベクトルが得られる。 第二段量子化復号ベクトルで補償された復号ベ
クトルは、フレームメモリ67を更新するとともに
再生系へ出力され、段階的に量子化誤差の減少し
た信号系列が順次再生されていく。 第６図の動画像符号化装置で静止画像の順次再
生符号化装置を兼ねる例では、動画像フレーム間
符号化の系をそのまま用い、符号化ループが一巡
する毎に多段量子化が一段進む。初段量子化の時
は前段量子化結果の入るフレームメモリ８０はク
リアされた状態とし、入力信号ベクトル１はその
まま平均値分離正規化ベクトル量子化が行なわれ
る。初段量子化符号化データとして平均値７２、
振幅７３、出力ベクトルインデツクス７４が得ら
れ、初段量子化復号ベクトルはフレームメモリ８
０に書き込まれる。 第二段量子化に入ると、入力信号ベクトル１と
初段量子化復号ベクトルとの差分が減算器６９で
求められ、初段量子化残差ベクトルが平均値分離
正規化ベクトル量子化される。第二段量子化符号
化データが出力され、第二段量子化復号ベクトル
は加算器７８で前段量子化復号ベクトル８１と加
算されてフレームメモリを更新する。 この構成では、動画像符号化装置とハードウエ
アを共有できる、量子化段数を増してもハードウ
エアの規模の変化がほとんど無い等のメリツトが
ある。 〔発明が解決しようとする問題点〕 従来の順次再生ベクトル量子化装置は以上のよ
うに構成されているので、平均値分離正規化ベク
トル量子化器を用いると量子化各段で平均値、振
幅、出力ベクトルインデツクスを符号化するが、
平均値は一回のスカラー量子化でも十分に正確に
量子化できるので、多段量子化で平均値を繰り返
し符号化しても、情報量が増す割に符号化性能は
あまり向上しないという問題点があつた。 この発明は上記のような問題点を解消するため
になされたもので、平均値分離正規化ベクトルを
出力ベクトルに持つベクトル量子化器を用い、不
要な情報を符号化せず効率の良い、順次再生ベク
トル量子化装置を得ることを目的とする。 〔問題点を解決するための手段〕 この発明に係る順次再生ベクトル量子化装置
は、平均値分離回路を多段ベクトル量子化器から
独立させ、平均値分離正規化ベクトルを出力ベク
トルに持つ多段ベクトル量子化器では振幅と出力
ベクトルインデツクスのみを符号化するようにし
たものである。 〔作用〕 この発明における順次再生ベクトル量子化装置
は、最初に入力信号ベクトルの平均値を分離し、
平均値の符号化を行ない、以降の多段ベクトル量
子化では振幅と出力ベクトルインデツクスを符号
化し、平均値を各段量子化の中で何度も符号化す
るのを避け、不要な情報発生を抑える。 〔発明の実施例〕 以下、この発明の一実施例を図について説明す
る。 第１図において、１は入力信号ベクトル、２は
平均値分離回路、３は分離、符号化された平均
値、４は平均値分離入力信号ベクトル、５は初段
ベクトル量子化器、６，７は符号化された振幅と
出力ベクトルインデツクス、８は初段量子化復号
ベクトル、９は初段量子化における残差を求める
減算器、１０は初段量子残差ベクトル、１１は第
二段ベクトル量子化器、１２，１３は第二段ベク
トル量子化器で符号化された振幅と出力ベクトル
インデツクス、１４は第二段量子化復号ベクト
ル、１５は第二段量子化における残差を求める減
算器、１６は第二段量子化残差ベクトル、１７は
第三段ベクトル量子化器、１８，１９は第三段ベ
クトル量子化器で符号化された振幅と出力ベクト
ルインデツクス、２０は平均値符号化データバツ
フア、２１は各段振幅・出力ベクトルインデツク
ス符号化データバツフア、２２は符号化データセ
レクタ、２３は符号化出力信号である。 第２図は上記符号化部に対する復号化部の構成
を示すブロツク図であり、２３は符号化部で得た
符号化出力信号、２４は符号化データを平均値、
振幅、出力ベクトルインデツクスにそれぞれ分離
するセレクタ、２５は平均値符号化データ、２６
は振幅符号化データ、２７は出力ベクトルインデ
ツクス符号化データ、２８な平均値復号器、２９
はベクトル量子化復号器、３０は各段復号ベクト
ルに前段までの復号結果を加算する加算器、３１
は各段復号毎に更新される復号結果を蓄えるフメ
ールメモリ、３２は復号ベクトルである。 次に動作について説明する。 第１図の、ベクトル量子化器が多段接続され
た、この発明による順次再生ベクトル量子化装置
の符号下部において、入力信号ベクトル１は最初
に平均値分離回路２で平均値を分離、符号化し、
平均値分離入力信号ベクトル４を以降の多段ベク
トル量子化の対象とする。平均値符号化データ３
は平均値符号化データバツフア２０に格納され
る。平均値分離入力信号ベクトル４は初段ベクト
ル量子化器５で振幅６、出力ベクトルインデツク
ス７の符号化が行なわれ、初段量子化い復号ベク
トル８が出力される。初段量子化復号ベクトル８
は、減算器９で平均値分離入力信号ベクトル４と
の残差が求められ、初段量子化残差ベクトル１０
を得る。以下第二段、第三段と多段量子化が行な
われ、各段で符号化された振幅と出力ベクトルイ
ンデツクスは振幅・出力ベクトルインデツクスの
符号化データバツフア２１に量子化段数別に格納
される。符号化出力信号２３を選択する符号化デ
ータセレクタ２２は初めに平均値符号化データバ
ツフア２０の内容を、その次に初段量子化による
振幅・出力ベクトルインデツクス符号化データ、
次に第二段振幅・出力ベクトルインデツクス符号
化データの順で出力する。 第２図の復号化部では、まず符号化出力信号２
３とし平均値の符号化データを１フレーム分受け
取るので、セレクタ２４は、平均値符号化データ
２５を平均値復号器２８へ送り出す。 復号化部のフレームメモリ３１は復号開始時は
クリアされた状態としておき、復号された平均値
は平均値ベクトルとしてそのまま加算器３０を通
過し、フレームメモリ３１に平均値ベクトルのみ
の信号が記録されると共に、再生系へも復号ベク
トル３２として出力される。平均値符号化データ
の復号が終了すると、次は初段量子化による振
幅、出力ベクトルインデツクスの復号がベクトル
量子化復号器で行なわれ、初段量子化復合ベクト
ルを得、復号ベクトルを加算器３０へ送り出す。
加算器３０では、フレームメモリ３１から読み出
される平均値ベクトルと初段量子化復号ベクトル
とが加算され、初段量子化までの復号結果がフレ
ームメモリ３１を更新すると共に再生系へも送り
出される。以下、第二段量子化復号、第三段、と
続くが動作は同じである。 なお、上記実施例では、符号化部の多段ベクト
ル量子化器を各段ベクトル量子化器の直列接続で
実現しているが、多段ベクトル量子化器を、１つ
のベクトル量子化器で構成することも可能であ
る。第３図の符号化部において入力信号ベクトル
１はただちに平均値分離回路２で平均値分離、平
均値符号化が行なわれ、平均値分離入力信号ベク
トル４と、平均値符号データ３を得る。初段量子
化時は、減算器３３で減算される前段量子化復号
ベクトルは無く、そのまま正規化ベクトル量子化
器３４でベクトル量子化され、振幅、出力ベクト
ルインデツクスの符号化データ３５，３６及び初
段量子化における量子化復号ベクトル３７を得
る。 初段量子化における量子化復号ベクトルは減算
器３３までフイードバツクされ、減算結果は、初
段ベクトル量子化における量子化誤差となる。引
き続き上記量子化誤差は正規化ベクトル量子化器
３４で第二段量子化される。こうして定めた量子
化段数まで処理が終ると、次の入力信号ベクトル
が入力され、平均値分離から処理が行なわれる。
すべての入力信号ベクトルについて符号化が終る
と、セレクタ３８は符号化データバツフア３９の
中から初めにすべての平均値符号化データを選択
出力し、次に初段量子化におけるすべての振幅、
出力ベクトルインデツクスの符号化データ、次に
第二段の順に動作する。 また、動画像符号化装置のハードウエアで静止
画の順次再生符号化装置を兼ねる場合のように、
多段量子化の系の外に平均値分離回路を独立させ
ることができない場合に、平均値分離正規化ベク
トル量子化器の符号化データを選択するセレクタ
の制御に量子化段数の信号を与え、初段量子化時
は、平均値、振幅、出力ベクトルインデツクスの
符号化データを選択出力するが、第二段以降の量
子化時には平均値符号化データは選択せず、振幅
と出力ベクトルインデツクスの符号化データのみ
を選択出力することによつて同様の効果を奏す
る。この時出力される符号化データの様子を第７
図に示す。 また、上記実施例は、平均値分離正規化ベクト
ル量子化を行なうベクトル量子化器について例を
示したが、同じ平均値分離正規化ベクトルを出力
ベクトルに用い、ベクトル量子化を内積演算によ
つて行ない、振幅と出力ベクトルイデツクスを同
時に求める内積ベクトル量子化を用いても同様の
効果を奏する。 〔発明の効果〕 以上のように、この発明によれば、順次再生ベ
クトル量子化装置において平均値分離回路を多段
ベクトル量子化器から独立させ、はじめに平均値
の符号化を行ない、多段ベクトル量子化器では、
振幅と出力ベクトルインデツクスのみ符号化する
ように構成し、平均値の符号化を繰り返えさない
ようにしたので符号化性能を維持しながら高い情
報圧縮率の符号化が行なえる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による順次再生ベ
クトル量子化装置の符号化部の構成を示すブロツ
ク図、第２図は復号化部の構成を示すブロツク
図、第３図は多段ベクトル量子化器を一組のベク
トル量子化器と減算器を含むループで構成した実
施例による順次再生ベクトル量子化装置のブロツ
ク図、第４図は従来の順次再生ベクトル量子化器
の符号化部のブロツク図、第５図は復号化部の構
成を示すブロツク図、第６図は、従来の動画像符
号化装置で静止画像順次再生符号化装置を兼ねた
例を示す説明図、第７図はこの発明による動画像
符号化装置で静止画像順次再生符号化装置を兼ね
た例の出力符号化データを示す図である。 符号、１は平均値分離回路、５は初段正規化ベ
クトル量子化器、９，１５は減算器、１１は第二
段正規化ベクトル量子化器、１７は第三段正規化
ベクトル量子化器、２０は平均値符号化データバ
ツフア、２２，２４はセレクタ、２８は平均値復
号化器、２９はベクトル量子化器、３０は加算
器、３１はフレームメモリ、３３は減算器、３４
は正規化ベクトル量子化器、３８はセレクタ、３
９は符号化データバツフアである。なお図中、同
一符号は同一又は相当部分を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 符合化すべき入力信号系列を複数サンプル毎
   にブロツク化して入力信号ベクトルとし、入力信
   号ベクトルのブロツク内平均値を求め、求めた平
   均値を量子化すると共に入力信号ベクトルの各元
   から平均値を引き去り、入力信号ベクトルの直流
   分を分離する平均値分離回路と、上記平均値分離
   回路で符号化された平均値符号化データを蓄積す
   る平均値符号化データバツフアと、上記平均値分
   離回路で得た平均値分離入力信号ベクトルを入力
   ベクトルとし、入力ベクトルを正規化したベクト
   ルを含む信号空間を最適に分割する代表点である
   正規化出力ベクトル群を記憶した出力ベクトルコ
   ードテーブルの中から上記入力ベクトルを正規化
   したベクトルに対して最小歪となる出力ベクトル
   を探索し、そのアドレスを出力ベクトルインデツ
   クスとして出力すると共に、入力ベクトルの振幅
   を求めて量子化し、量子化した振幅を正規化出力
   ベクトルに掛けて量子化復号ベクトルとするベク
   トル量子化器と、上記入力ベクトルから上記量子
   化復号ベクトルを減算し初段量子化誤差信号を求
   める減算器とを組合せて、上記初段量子化誤差信
   号を次段のベクトル量子化器で量子化するように
   ｎ個（ｎは整数）のベクトル量子化器と減算器の
   組合せを多段接続した多段ベクトル量子化器と、
   上記多段ベクトル量子化器の量子化各段で求めた
   振幅及び出力ベクトルインデツクス符号化データ
   を量子化段数毎に別々に記憶する各段符号化デー
   タバツフアと、平均値符号化データバツフアと各
   段符号化データバツフアの出力を切替えて、平均
   値、初段符号化データを初めに、その後量子化段
   数順に符号化データを読み出す符号化出力セレク
   タを備えた符号化部と、符号化部で出力された符
   号化出力が入力され、平均値、振幅、出力ベクト
   ルインデツクスのいずれかによつて出力を振り分
   けるセレクタと、平均値符号化データを復号する
   平均値復号器と、出力ベクトルインデツクスと振
   幅符号化データを復号するベクトル量子化復号器
   と、当該復号段以前までの復号ベクトルと上記べ
   クトル量子化復号器で復号した復号ベクトルとを
   加算して当該複号段の復号信号を得る加算器と、
   上記加算器の出力を当該復号段の復号信号として
   記憶する復号信号メモリとを備え、ベクトルの平
   均値のみ又はそれに初段量子化結果を加えた粗量
   子化から当該復号段までの量子化結果が復号の過
   程で順次再生される復号化部を備えた順次再生ベ
   クトル量子化装置。 ２ 上記多段ベクトル量子化器が、減算器とベク
   トル量子化器を一組だけ含むループで形成されて
   いる場合において、上記多段ベクトル量子化器が
   初段量子化器として働く時のみ、平均値分離符号
   化を行なう、又は平均値符号化データを出力する
   平均値分離回路を上記多段ベクトル量子化器のル
   ープの中に備えたことを特徴とした特許請求の範
   囲第１項記載の順次再生ベクトル量子化装置。