JPH07120961B2 - 信号符号化装置 - Google Patents

信号符号化装置

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JPH07120961B2
JPH07120961B2 JP1006801A JP680189A JPH07120961B2 JP H07120961 B2 JPH07120961 B2 JP H07120961B2 JP 1006801 A JP1006801 A JP 1006801A JP 680189 A JP680189 A JP 680189A JP H07120961 B2 JPH07120961 B2 JP H07120961B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、信号符号化装置、特にデジタル信号を高能率
で符号化するベクトル量子化器を用いた信号符号化装置
に関する。
[従来の技術] 第6図は例えば電子情報通信学会技術報告書、IT85−61
に示される従来のベクトル量子化信号符号化装置の構成
を示すブロック図であり、図において、入力ベクトル
(8)をベクトル量子化し、当該量子化代表ベクトル
(9)のインデックスを符号化データ(11)として出力
するベクトル量子化符号化器(20)には、複数個の前記
量子化代表ベクトル(9)を記憶する固定コードブック
(2)が接続され、符号化データ(11)として与えられ
た前記インデックスに対応する前記量子化代表ベクトル
を復号ベクトル(19)として再生するベクトル量子化復
号化器(21)にも、固定コードブック(2)が接続され
ている。
次に、動作について説明する。k次元入力ベクトル
(8)=[X1,X2,…,Xk]とし、固定コードブック
(2)に記憶されている量子化代表ベクトルi=[
1, 2,…, ]のセットを[Y]=[ 1, 2,…,
](9)とする。ベクトル量子化符号化器(20)で
は、次式より定義される入力ベクトル(8)とのひず
みdiが最小となる量子化代表ベクトルiが決定され
る。なお、ここではdiを2乗ひずみとして定義すると、 となる。ここで、di<dl、l≠iである。
符号化データ(11)として、該量子化代表ベクトル
を識別するためのインデックスiが出力され、伝送され
る。
ベクトル量子化復号化器(21)では、入力される符号化
データ(11)により与えられるインデックスiに対応す
る量子化代表ベクトルiがコードブック(2)から読
み出され、復号ベクトル (19)が再生される。すなわ
ち、 i となる。
以上のように、従来のベクトル量子化信号符号化装置は
有限個の量子化代表ベクトル(9)を固定コードブック
(2)に登録したものである。
[発明が解決しようとする課題] 従来のベクトル量子化信号符号化装置は、以上のように
構成されているので、ベクトルの次元数が高い場合、予
めコードブック内に記憶されている有限個の量子化代表
ベクトルを、全ての情報源入力ベクトルに対して完全に
最適化することが困難であり、特異な入力ベクトルにお
いて生じる過度の量子化誤差を軽減する必要があるとい
う課題があった。
この発明は、かかる課題を解決するためになされたもの
で、特異な入力ベクトルに対しても量子化誤差を充分に
小さくでき、同時に情報量の発生を最小限に抑制できる
ベクトル量子化による信号符号化装置を得ることを目的
とする。
[課題を解決するための手段] この発明に係る信号符号化装置は、入力されたデジタル
信号を固定のコードブックを用いてベクトル量子化する
一方のベクトル量子化符号化器と、ひずみが許容値より
も大きかった場合に、未処理のまま伝送されたデジタル
信号を、可変のコードブックを用いてベクトル量子化す
る他方のベクトル量子化符号化器とを有し、これら2つ
のベクトル量子化符号化器を縦続接続したものである。
[作用] この発明におけるベクトル量子化器による信号符号化装
置は、最小ひずみが設定されたひずみ閾値よりも大きい
時は、入力ベクトルが前段の符号化器によって何ら符号
化されず、次段のベクトル量子化符号化器に伝送され
る。ここで更にひずみ測定が行われ、ここでも閾値より
大きい場合は入力ベクトルを原信号のまま復号器側に出
力することになるが、他方閾値よりも小さい場合には、
その最小ひずみを与える代表ベクトルのインデックス番
号を出力して情報発生量を削減しながら効率的に符号化
する。
可変コードブックは、代表ベクトルの特徴量ごとのコー
ドブック領域を有し、同一特徴を有する代表ベクトルを
出現頻度順に配列してあるので、高速かつ高精度に探索
できる。
可変コードブックの接続された他方のベクトル量子化符
号化器を前段とし、一方のベクトル量子化符号化器を後
段とすることにより、情報発生量を削減した学習型符号
化器とすることができる。
[実施例] 以下、この発明の一実施例について説明する。第1図に
おいて、一方のベクトル量子化符号化器(1)には、従
来のものと同様に構成される固定コードブック(2)が
接続され、随時書込み読出し可能な可変コードブック
(3)は、第2段目の他方のベクトル量子化符号器
(4)に接続されている。
次に動作について説明する。入力ベクトル(8)は一
方のベクトル量子化符号器(1)において、固定コード
ブック(2)を用いて従来と同様の処理を通して最小ひ
ずみを与える量子化代表ベクトルiのインデックスi
(12)に変換され、該インデックス(12)はセレクタ
(5)に入力される。
なお、第1図中、一方のベクトル量子化符号化器(1)
の量子化ブロックサイズは4×4とした。ここで、一方
のベクトル量子化符号化器(1)では、前記最小ひずみ
diと任意に設定されたひずみ閾値Tiとの大小比較が行わ
れ、比較結果に従って以下の2通りの処理に振り分けら
れる。また処理を識別するためのセレクト信号(17)は
セレクタ(5)供給され、伝送される。
以下、符号化アルゴリズムを第2図のフローチャートに
従って説明する。
処理I:di≦Tiのとき セレクト信号(17)を“0"にセットすると同時に、イン
デックスi(12)がセレクタ(5)に出力される。
処理II:di>Tiのとき セレクト信号(17)を“1"にセットすると同時に、他方
のベクトル量子化符号化器(4)に入力ベクトル
(8)を伝送する。
次に、上記の処理IIの場合は、連続して他方のベクトル
量子化符号器(4)による2通りの処理が行われるが、
それを以下に示す。但し、入力ベクトルとの最小ひずみ
をdjとし、他方のベクトル量子化符号化器(4)の量子
化ブロックサイズは2×2とした。
処理III:dj≦Tjのとき セレクト信号(16)を“0"にセットすると同時に、イン
デックスj(13)がセレクタ(5)に伝送される。
処理IV:dj>Tjのとき セレクト信号(16)を“1"にセットすると同時に、入力
ベクトル′(18)がセレクタ(5)に伝送され、該入
力ベクトル′(18)を可変コードブック(3)に書き
込む。
ここで、可変コードブック(3)に対する量子化ベクト
ルの読出し、書込み操作は第3図の通りに行う。
まず特徴量をX個に分割し、Xの中で各特徴量の値をと
る量子化ベクトル及びそのインデックス番号が出現頻度
順に登録されている。入力ベクトルは直ちにX個の特徴
量が抽出され、X個すべての特徴量の値と一致したもの
の量子化ベクトルが選ばれる。可変コードブック(3)
中の量子化ベクトルと一致するものがなかった場合は、
以下の操作に従う。
i)特徴量がX個すべてについて異なった場合。
i番目の特徴量値α(i)を持つ入力ベクトル列を 可変コードブック(3)内の量子化ベクトル列を とすれば、 の値を最小にするような量子化ベクトル を選び、これを消去し、代りに入力ベクトル を書き込む。
ii)特徴量が2個以上、一致した場合。
特徴量が一致した量子化ベクトル の集合の中から、(A)式の計算を行い、同様にして を選んで書き換える。
以上のようにして、可変コードブック中の量子化ベクト
ルの読出し、書込み、書換えが行われる。
復号器側ではセレクタ(5)に符号化器側より出力した
符号化データ(11)を入力した後、セレクト信号(1
6)、(17)に従って、一方のベクトル量子化復号器
(6)、他方のベクトル量子化復号器(7)のどちらを
使って復号化を行うかを選択する。この場合のフローチ
ャートが第4図に示されている。一方のベクトル量子化
復号器(6)が選ばれた場合は、インデックスi(12)
に従って固定コードブック(2)より復号ベクトルy
i(15)が抽出され、出力ベクトルとして出力される。
また、他方のベクトル量子化復号器(7)が選ばれた場
合は、インデックスj(13)に従って可変コードブック
(3)より復号ベクトルyi(14)が抽出されるか、もし
くは、入力ベクトル′(18)がそのまま復号ベクトル
(14)として出力されることになる。但し、後者の場合
は同時に可変コードブック(3)へ入力ベクトル
(18)を登録することになる。
ブロックサイズとしては、一方のベクトル量子化符号化
器(1)及び一方のベクトル量子化復号器(6)が、4
×4であるのに対し、他方のベクトル量子化符号化器
(4)及び他方のベクトル量子化復号器(7)が2×2
のブロック4個から構成されている。従って、一方のベ
クトル量子化符号化器(1)でひずみ計算が行われ、最
小ひずみdiが閾値Ti以上の値となった場合は、入力ベク
トル(8)の原画(4×4のブロックサイズからな
る)を4個の2×2のブロックに分割し、それぞれにつ
いて他方のベクトル量子化符号化器(4)において最小
ひずみの計算が行われる。よって、4個のブロックの
内、可変コードブック(3)とのマッチングに成功した
ものは、そのインデツクスj(13)が符号化出力となる
が、ひずみが大きく成功しなかった場合は、入力ベクト
ル(2×2サイズ)′(18)がそのまま出力される。
この時、どのブロックが符号化され、どれが符号化され
なかったかを、セレクト信号(16)のヘッダー情報とし
て書き込んでおく必要がある。
上記実施例では、2つのブロックサイズの異なるベクト
ル量子化符号化器を縦続接続し、一方のベクトル量子化
符号化器(1)及び一方のベクトル量子化復号器(6)
には固定コードブック(2)が、そして、他方のベクト
ル量子化符号化器(4)及び他方のベクトル量子化復号
器(7)には可変コードブック(3)が接続されている
が、これを逆にし、前者に対して可変コードブックを、
そして後者に対して固定コードブックを接続した場合
(第5図参照)も、第1図と同様の効果が得られる。
[発明の効果] この発明は以上説明したとおり、ベクトル量子化時の最
小ひずみに基づき抽出される入力ベクトルを伝送すると
ともに、該入力ベクトルを新しい量子化代表ベクトルと
して順次記憶する随時書込み読出し可能な可変コードブ
ックと、従来の固定コードブックを併用し、更にブロッ
クサイズの異なる2つのベクトル量子化器を縦続接続す
る構成をとったので、量子化誤差が軽減され、情報発生
量を大幅に削減することになる。
また、可変コードブックに接続した他方のベクトル量子
化符号化器を設定したことにより、固定コードブックに
接続した一方のベクトル量子化符号化器のひずみ閾値Ti
の値を小さく設定でき、これによりSN比が上がり画質改
善が期待できる。
更に、可変コードブックの構造を特徴量毎に識別できる
ように、各量子化ベクトルを配列したので、一度入力ベ
クトルの特徴量を検出すれば、マッチングの回数を従来
方式に比べて減らすことができ、探索の高速化を実現で
きる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明による信号符号化装置の一実施例を示
すブロック図、第2図はこの発明による装置のフローチ
ャート、第3図はこの発明による可変コードブックのベ
クトル読出し書込み操作の説明図、第4図は復号器動作
のフローチャート、第5図はこの発明の他の実施例を示
すブロック図、第6図は従来装置のブロック図である。 図において、(1)は一方のベクトル量子化符号化器、
(2)は固定コードブック、(3)は可変コードブツ
ク、(4)は他方のベクトル量子化符号化器、(5)は
セレクタ、(6)は一方のベクトル量子化復号器、
(7)は他方のベクトル量子化復号器、(8)は入力ベ
クトル、(9)は量子化代表ベクトルYi、(10)は量
子化代表ベクトルYj、(11)は符号化データ、(12)は
インデックスi、(13)はインデックスj、(14)は復
号ベクトル〔yj or x〕、(15)は復号ベクトルyi、
(16)はセレクト信号2、(17)はセレクト信号1、
(18)は入力ベクトル′、(19)は復号ベクトル、
(20)はベクトル量子化符号化器、(21)はベクトル量
子化復号化器である。 なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H04N 1/41 Z 7/24 (56)参考文献 特開 平1−233860(JP,A) 特開 平2−186836(JP,A) 特開 昭62−139415(JP,A) 特開 平1−205638(JP,A) 特公 平6−66948(JP,B2) 特公 平7−27400(JP,B2) 特公 平7−28407(JP,B2) 特公 平7−38720(JP,B2) 特公 平7−87582(JP,B2) 特公 平7−48855(JP,B2) 欧州特許出願公開331094(EP,A) 欧州特許出願公開615346(EP,A) 米国特許5194950(US,A) 米国特許5291286(US,A) ELECTRONICS&COMMUN ICATIONS IN JAPAN,P ART ▲I▼−COMMUNICATI ONS,Vol.69,No.3,Marc h 1986,NEW YORK US pa ges93−101 T.MURAKAMI ET AL.‘Dynamic mult istage vector quant ization of images’ GLOBECOM ‘86−IEEE G LOBAL TELECOMMUNICA TIONS CONFERENCE 1986,Vol.1/3,1 April 1986,IEEE,NEW YORK US pages261−265 K.MATSUD A ET AL.‘A study of a vector quantizer for sub−rate video codec’ ICASSP ‘87,Vol.3/4, 6 April 1987,IEEE,NEW YORK US pages1378−1381 P.H.WESTEERINK ET AL.‘sub−band coding of image using pre dictive vector quan tization’

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】複数の量子化代表ベクトルおよびこれら量
    子化代表ベクトルに対応するインデックスを有する固定
    コードブックと、 量子化代表ベクトルよりも細分化された単位で特徴量を
    表示する代表ベクトルが登録されるとともにそれら量子
    化ベクトルに対応するインデックスを有する可変コード
    ブックと、 前記固定コードブックから、入力ベクトルに対して第1
    許容ひずみ内で最小ひずみを与える量子化代表ベクトル
    を探し出してこの量子化代表ベクトルに対応するインデ
    ックスを出力する第1ベクトル量子化符号化器と、 いずれの量子化代表ベクトルに対しても前記第1許容ひ
    ずみに収まらない入力ベクトルについて、その特徴量を
    前記代表ベクトルに合わせて細分化し、前記可変コード
    ブックから第2許容ひずみ内で最小ひずみを与える代表
    ベクトルを探し出す第2ベクトル量子化符号化器とを備
    え、 前記第2ベクトル量子化符号化器は、前記最小ひずみが
    第2許容ひずみに収まる場合には対応する量子化ベクト
    ルのインデックスを出力し、前記最小ひずみが第2許容
    ひずみに収まらない場合には、入力ベクトルによって可
    変コードブック内で最小ひずみを与える量子化ベクトル
    を置き換えるとともにその量子化ベクトルのインデック
    スを出力することを特徴とする信号符号化装置。
JP1006801A 1988-02-29 1989-01-13 信号符号化装置 Expired - Lifetime JPH07120961B2 (ja)

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ICASSP‘87,Vol.3/4,6April1987,IEEE,NEWYORKUSpages1378−1381P.H.WESTEERINKETAL.‘sub−bandcodingofimageusingpredictivevectorquantization’

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