JPH0714205B2 - 順次再生ベクトル量子化符号化・復号化装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、画像信号の伝送・記録等に用いる順次再生
ベクトル量子化符号化・復号化装置に関するものであ
る。

〔従来の技術〕

第４図は、例えば電子通信学会技報ITB5−61“ベクトル
量子化による画像高能率符号化”に示された従来のベク
トル量子化符号化器の構成を示すブロック図であり、図
において、38は入力ベクトル、39は入力ベクトルレジス
タ、40は歪計算回路、41は出力ベクトルアドレスカウン
タ、42は出力ベクトルコードテーブル、43は最小歪検出
回路、44はインデックスストローブ信号、45はインデッ
クスレジスタ、46はインデックスである。

第５図は従来のベクトル量子化復号化器の構成を示すブ
ロック図であり、図において、46はインデックス、47は
インデックスレジスタ、42は出力ベクトルコードテーブ
ル、48は出力ベクトルレジスタ、49は出力ベクトルであ
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ｕ
＝｛u₁,u₂……，u_K｝とする。このとき、Ｋ次元ユーク
リッド信号空間R^K（ｕ∈R^K）のＮ個の代表点（すなわ
ち、出力ベクトル）v_i ＝｛v_i1,v_i2……，v_iK｝のセット
を、Ｖ＝〔v₁ ,v₂ ，……，v_N 〕とする。

ベクトル量子化器は、出力ベクトルのセットの中から、
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v_i を以下のように定め、これを探索する。

if ｄ（ｕ，v_i ）＜ｄ（ｕ，v_i ）for all ｊ ｕ→v_i 但し、ｄ（ｕ，v_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ｕは出力ベクトルのイン
デックスｉによって伝送あるいは記録され、再生時には
出力ベクトルv_i で置換される。

出力ベクトルv_i のセットＶは、トレーニングモデルとな
る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
が最小となるまで繰り返す）によって求めることができ
る。

次に従来のベクトル量子化符号化器・復号化器の動作を
第４図、第５図について説明する。まず、第４図におい
てベクトル量子化符号化器について説明する。入力信号
系列は入力ベクトル38として入力ベクトルレジスタ39に
取り込まれる。出力ベクトルアドレスカウンタ41は出力
ベクトルコードテーブル42から順次、出力ベクトルv_i を
読み出す。入力ベクトルｕと出力ベクトルv_i は歪計算回
路40でベクトル間歪が計算される。

次に最小歪検出回路43は歪計算回路から順次読み出され
る出力ベクトルv_i と入力ベクトルｕとの歪の最小値を検
出する。最小歪検出回路43が最小歪を検出すると、イン
デックスストローブ信号44がインデックスレジスタ45に
送られる。この時、出力ベクトルのインデックス46がイ
ンデックスレジスタ45に取り込まれ、インデックス46が
出力される。

次に第５図においてベクトル量子化復号化器について説
明する。入力された復号されるインデックス46は、イン
デックスレジスタ47に取り込まれ、出力ベクトルコード
テーブル42に入力されることによって、対応する出力ベ
クトルを得て、出力ベクトルレジスタ48に取り込まれ
る。出力ベクトルレジスタ48から出力される出力ベクト
ル49は、出力信号系列に分解されて復号を完了する。

ベクトル量子化器を画像符号化に適用する場合は、近隣
画素間の相関を利用して符号化する目的で、画像をｍ×
ｎ画像（m,nは正整数）ずつにブロック化して、入力ベ
クトルとする方法が用いられる。

復号化の場合は画像の中のブロックは１つずつベクトル
量子化され、最後のブロックが量子化された時点で符号
化は終了し、その間、ブロックの数だけのインデックス
が符号化データとして出力される。

符号化する場合は、インデックスを１つずつ受け取り、
これをベクトル量子化復号化して、１つずつブロックを
復号化し、最後のブロックのインデックスが復号される
復号は終了する。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来のベクトル量子化符号化・復号化装置は以上のよう
に構成されているので、静止画像の伝送や検索等に適用
した場合、必要な情報を選別して得たい時も、１画面全
体の復号再生が完了しないと全体の内容が把握できず、
伝送あるいは記録の再生に時間がかかる場合、すぐに選
別できないという問題点があった。

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、画像再生の早い時点で画像の全体像が確認で
き、復号化が進むにつれて精細な画像に順次変化するよ
うな符号化を可能とする順次再生ベクトル量子化符号
化，復号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符号化，復号化
装置は、ベクトル量子化器を多段接続し、後段のベクト
ル量子化器は前段のベクトル量子化器の残差を量子化す
ることとし、符号化・復号化処理を前段から順に行うよ
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符号化，復号
化装置は、多段接続されたベクトル量子化器において、
符号化・復号化処理を前段ベクトル量子化器から順に行
われることにより、復号再生画像は粗量子化による量子
化歪の多い大まかな画像から順次精細度の高い画像に変
化して行き、復号再生の途中で必要な画像情報であるか
を判定することができる。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図はこの発明による画像符号化を目的としたベクトル量
子化符号化・復号化装置の符号化部の構成を示すブロッ
ク図であり、第１図において、１は画像信号をブロック
化した入力信号系列、２は入力信号系列１を符号化する
初段ベクトル量子化器、３は初段ベクトル量子化器２の
符号化出力であるインデックス、４は局部復号された初
段出力ベクトル、５は初段ベクトル量子化器２の量子化
誤差信号で、この量子化誤差信号５は入力信号系列１か
らの信号と初段出力ベクトル４とを入力する減算器50か
ら得られる。

６は上記量子化誤差信号５を量子化する第二段ベクトル
量子化器、７は第二段ベクトル量子化器６の符号化出力
であるインデックス、８は第二段出力ベクトル、９は第
二段ベクトル量子化器６の量子化誤差信号で、この量子
化誤差信号９は量子化誤差信号５と第二段出力ベクトル
８とを入力する減算器51から得られる。10は第三段ベク
トル量子化器、11は第三段ベクトル量子化器10の符号化
出力であるインデックスである。そして、上記ｎ個のベ
クトル量子化器と減算器の組合せにより、階層形多段ベ
クトル量子化器を構成する。

12は各段量子化器2,6,10のインデックス3,7,11をためる
インデックスバッファ、13は符号化出力セレクタ、14は
符号化部から符号化出力として出る符号化データであ
る。

第２図はこの発明による画像符号化を目的としたベクト
ル量子化符号化装置の復号化部の構成を示すブロック図
であり、第２図において、14は復号される符号化デー
タ、15は復号に用いる後述するベクトル量子化復号化器
16,18,20を符号化データが符号化部で量子化された時の
量子化器の段数に応じて切換える切換回路で、この切換
回路15はベクトル量子化復号化器16,18,20の入力側と出
力側とに設けられている。16は初段ベクトル量子化復号
化器、17は初段出力ベクトル、18は第二段ベクトル量子
化復号化器、19は第二段出力ベクトル、20は第三段ベク
トル量子化復号化器、21は第三段出力ベクトル、22は復
号画像フレームメモリ、23は復号画像信号、57は切換回
路15の出力と復号画像信号23とを加算して、復号画像フ
レームメモリ22に供給する加算器、24は平滑化特性が復
号段数に応じて変わる適応空間フィルタ、25は適応空間
フィルタ24を通った復号画像信号出力である。

次に動作について説明する。まず、第１図の符号化部に
ついて説明する。この符号化部はベクトル量子化器を３
段用いて多段接続を行っており、画像信号をブロック化
した入力信号系列１を入力ベクトルとして初段ベクトル
量子化器２で量子化を行う。この実施例では初段におけ
るベクトルを64（８×８）次元とする。初段の量子化結
果に基づくインデックス３はインデックスバッファ12に
蓄えられる。

初段ベクトル量子化器２では量子化結果に基づく出力ベ
クトル４を出力し、初段の入力信号系列１との差分をと
ることで初段の量子化誤差信号５を得る。初段の量子化
誤差信号５は第二段ベクトル量子化器６で量子化され、
第二段インデックス７と第二段出力ベクトル８が出力さ
れる。第二段インデックス７はインデックスバッファ12
に蓄えられる。

また、第二段の出力ベクトル８と第二段入力信号５との
差分信号９を求めて第三段ベクトル量子化器10の入力信
号とする。第二段ベクトル量子化器６におけるベクトル
の次元は初段より下げて16（４×４）とする。第三段ベ
クトル量子化器10も、初段、第二段ベクトル量子化器2,
6と同様に出力インデックス11を出力する。第三段ベク
トル量子化器10におけるベクトルの次元は４（２×２）
とする。

インデックスバッファ12は符号化出力セレクタ13によっ
て出力を選択され、初段のインデックス３を最初に、次
に第二段のインデックス７、最後に第三段のインデック
ス11を符号化データ14として出力する。

次に上記第１図の符号化部で得た符号化データを復号す
る復号化部の動作を第２図について説明する。復号化部
は符号化データ14を受け取ると、切換回路15が初段ベク
トル量子化復号化器16を選択し、初段のインデックスが
復号されて、初段出力ベクトル17が得られ、切換回路1
5、加算器57を経てフレームメモリ22に書き込まれる。

初段出力ベクトル17はフレームメモリ22の手前でフレー
ムメモリの出力23と加算器57で加算されているが、初段
の復号の時は対応する位置のフレームメモリの内容は零
であるので、フレームメモリ22の内容は初段の出力ベク
トル17によって形成された画像となる。

フレームメモリ出力の復号画像信号23は復号を行ってい
る段数によって、平滑化特性を切換える適応空間フィル
タ24で量子化歪を除去して、ディスプレイへ復号画像信
号25として出力される。

符号化データ14として初段のベクトル量子化器16のイン
デックスの入力が終わり、第二段のインデックスが来る
と、切換回路15は第二段のベクトル量子化復号化器18を
選択し、第二段のインデックスが復号される。第二段の
出力ベクトル19はフレームメモリ22にすでに書き込まれ
ている第一段の復号画像信号23と加算器57で加算され、
量子化誤差のより少ない画像がフレームメモリ22に記録
される。

第二段の復号が行われると、量子化歪が小さくなるの
で、適応空間フィルタ24の平滑化特性は初段の時より弱
める。こうして復号画像信号出力25は初段の時より良好
な画質となる。

第二段のベクトル量子化復号化が終わり、第三段のイン
デックスが来ると、切換回路15は第三段のベクトル量子
化復号化器18を選択する。第三段の出力ベクトル21は、
すでにフレームメモリ22に書き込まれている第二段まで
の符号化結果23と加算されてフレームメモリ22に書き込
まれる。適応空間フィルタ24が第二段の時よりもさらに
平滑化特性を弱めて復号化の完了した復号画像信号25が
ディスプレイに出力される。

以上は、64次元、16次元、４次元の３種のベクトル量子
化器を多段接続した例であるが、他の次元数、他の段数
でも構成できることは言うまでもない。

第３図は上記復号化部で用いた適応空間フィルタ24の例
を示す説明図である。適応空間フィルタ24のフィルタ特
性を式で表すと、第３図の画素配置に対して、Ｘの画素
位置のフィルタ出力をＸ′とした場合、 α：制御パラメータ（０＜α≦１） というような特性が例として挙げられる。

上記実施例においては、初段ベクトル量子化復号化のよ
うに、復号化出力に量子化歪が多い場合は、平滑化特性
を強めるために制御パラメータαを小さな値に定め、第
三段ベクトル量子化復号化のように、復号化出力に量子
化歪が少なく、解像度を確保したい場合は、平滑化特性
を弱めるために、αを１に近い値に定める。またその中
間の第二段ベクトル量子化復号化ではαもその中間にす
るのが良い。適応空間フィルタ24を上記のように制御す
ることで、復号化の途中で表示される画像の量子化歪が
軽減され、順次再生の過程がより自然な表示となる。

なお、上記実施例ではベクトル量子化器を量子化段数の
数だけ用意したものを示したが、一つの量子化器を繰り
返し用いて多段接続と同様の効果を奏することができ
る。

〔発明の効果〕

以上のようにこの発明によれば、ベクトル量子化器を多
段接続し、段階的に符号化・復号化するようにしたこと
により、画像復号再生の早い時点で画面全体の概要が把
握でき、時間の経過とともに順次、精細な画像に近づく
ような符号化を可能とするベクトル量子化符号化・復号
化装置が得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例によるベクトル量子化符号
化・復号化装置の符号化部の構成を示すブロック図、第
２図はその復号化部の構成を示すブロック図、第３図は
この発明の構成要素である適応空間フィルタの説明図、
第４図、第５図は従来のベクトル量子化符号化・復号化
装置の符号化部と復号化部の構成をそれぞれ示すブロッ
ク図である。 １は入力信号系列、2,6,10はそれぞれ次元の異なるベク
トル量子化器、3,7,11はベクトル量子化器の出力インデ
ックス、4,8は出力ベクトル、5,9は量子化誤差信号、12
はインデックスバッファ、13は符号化出力セレクタ、14
は符号化データ、15は切換回路、16,18,20はベクトル量
子化復号化器、17,19,21は出力ベクトル、22はフレーム
メモリ、23は復号画像信号、24は適応空間フィルタ、25
は復号画像信号出力、50,51は減算器、57は加算器であ
る。 なお、図中、同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】符号化すべき画像入力信号系列を、複数個
   毎にブロック化して入力ベクトルとし、前記入力ベクト
   ルから出力ベクトルを減算して量子化誤差を求める減算
   器を組合せ、前記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それぞれ次元の異なるｎ個のベ
   クトル量子化器と減算器の組合せを多段接続した階層形
   多段ベクトル量子化器と、前記多段接続された階層形多
   段ベクトル量子化器の出力インデックスを各段の量子化
   器毎に別々に記憶するインデックスバッファと、前記イ
   ンデックスバッファの出力を切換えて、初段ベクトル量
   子化器のインデックスから順番に読み出されるように各
   段のインデックスの読み出しを選択する符号化出力セレ
   クタを有する符号化部と、前記符号化部のｎ個のベクト
   ル量子化器と同じ次元数および量子化特性を備えたベク
   トル量子化復号化器をそれぞれ用意し、復号する符号化
   データが前記符号化部で量子化された時の量子化器の段
   数に応じて、ベクトル量子化復号化器を切換える切換回
   路と、当該復号段以前までの復号画像信号と上記ベクト
   ル量子化復号化器で復号された出力ベクトルとを加算し
   て当該復号段の復号画像信号を得る加算器と、前記加算
   器の出力を当該復号段の復号画像信号として記憶するフ
   レームメモリと、上記フレームメモリの出力に対し復号
   段数に応じて変わる平滑化特性で高域成分除去を行って
   からディスプレイに出力する適応空間フィルタとを備
   え、初段量子化器の粗量子化結果から当該復号段までの
   量子化結果が画像フレーム単位で順次再生される復号化
   部とを備えた順次再生ベクトル量子化符号化・復号化装
   置。