JPH077460B2 - Vector quantizer - Google Patents

Vector quantizer

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JPH077460B2
JPH077460B2 JP61034590A JP3459086A JPH077460B2 JP H077460 B2 JPH077460 B2 JP H077460B2 JP 61034590 A JP61034590 A JP 61034590A JP 3459086 A JP3459086 A JP 3459086A JP H077460 B2 JPH077460 B2 JP H077460B2
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JP
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quantization
quantizing
quantized
orthogonal
vector
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達郎 重里
章 池谷
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はディジタル画像の高能率符号化におけるベクト
ル量子化装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a vector quantizer for high efficiency coding of digital images.

従来の技術 従来、画像の高能率符号化としてアダマール変換などの
直交変換がよく用いられる。一般の画像では隣接する画
素間に強い相関があるため、直交変換することによって
伝送量を減少させることが可能となる。第4図は画素の
標本値の確率密度分布と、n個の標本値をn次直交変換
した結果得られる直交成分の1つ(Hi(i=1,2,……,
n))の確率密度分布を表している。この図のように直
交成分の分布は原点に集中しているため、第5図のよう
に原点を中心に細かく量子化代表値を持つ量子化を行う
ことにより、歪の少ない高能率符号化が行なわれる。
2. Description of the Related Art Conventionally, orthogonal transformation such as Hadamard transformation is often used as high-efficiency image coding. In a general image, since there is a strong correlation between adjacent pixels, it is possible to reduce the transmission amount by performing orthogonal transformation. FIG. 4 shows the probability density distribution of sample values of pixels and one of the orthogonal components (Hi (i = 1,2, ...,
n)) represents the probability density distribution. Since the distribution of the orthogonal components is concentrated at the origin as shown in this figure, high-efficiency coding with less distortion can be achieved by performing fine quantization with the quantization representative value around the origin as shown in FIG. Done.

発明が解決しようとする問題点 しかしながら上記のように各直交成分毎に単独で量子化
する方法は、直交成分間の相関を利用していないため、
必ずしも能率的な量子化とはいえない。第6図は2つの
直交成分Hi,Hjの分布範囲を2次元的に表した図であ
る。このように直交成分間では一方の値が大きい場合に
はもう一方の値が小さいという負の相関を持つことが多
い。また第6図の〇印は第5図に示したようなHi,Hjの
量子化代表値を2次元的に表したものである。Hi,Hjは
独立に8個(3ビット)の量子化代表値を持つため、両
者で8×8=64個(6ビット)の量子化代表値を持つ。
しかし第6図では64個の量子化代表値のうちHi,Hjの存
在範囲に含まれるのは35個しかなく、非常に無だな量子
化である。また従来の方法では量子化代表値の数は常に
2のべき乗(ビット)に限定されるため、第5図のよう
に原点について対称な量子化代表値を与えることができ
ない。従って1次元量子化においても最適な量子化は困
難となる。
Problems to be Solved by the Invention However, the method of independently quantizing each orthogonal component as described above does not use the correlation between orthogonal components,
It is not always efficient quantization. FIG. 6 is a two-dimensional view of the distribution range of the two orthogonal components Hi and Hj. In this way, there is often a negative correlation between the orthogonal components, in which one value is large and the other value is small. The ◯ mark in FIG. 6 is a two-dimensional representation of the quantized representative values of Hi and Hj as shown in FIG. Since Hi and Hj independently have 8 (3 bits) quantized representative values, both have 8 × 8 = 64 (6 bits) quantized representative values.
However, in FIG. 6, only 35 of the 64 quantized representative values are included in the existence range of Hi and Hj, which is a very useless quantization. Further, in the conventional method, the number of quantized representative values is always limited to a power of 2 (bits), so that it is not possible to give quantized representative values symmetrical about the origin as shown in FIG. Therefore, even in one-dimensional quantization, optimum quantization becomes difficult.

本発明はかかる点に鑑み、能率的な量子化を可能とする
ベクトル量子化装置を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above points, and an object thereof is to provide a vector quantization device that enables efficient quantization.

問題点を解決するための手段 本発明は画像情報をn個ずつの画素のブロックに分割し
て各ブロック毎にn次直交変換を行う直交変換手段と、
前記直交変換手段によって得られるn個の直交成分を成
分毎に特定の量子化特性を有する量子化器で量子化する
第1量子化手段と、前記第1量子化手段によって得られ
るn個の量子化値をmi 個ずつのl組の集合に分割し、このl組の集合毎にmi次
元ベクトル量子化を行う第2量子化手段とを有し、前記
第2量子化手段によって得られる1ブロック当りl個の
量子化値を出力することを特徴とするベクトル量子化装
置である。
Means for Solving the Problem The present invention divides image information into blocks of n pixels each, and performs an n-th order orthogonal transformation for each block,
First quantizing means for quantizing the n orthogonal components obtained by the orthogonal transforming means by a quantizer having a specific quantizing characteristic for each component; and n quantums obtained by the first quantizing means. The converted value is mi And a second quantizing means for performing mi-dimensional vector quantization for each of the l sets, each of which is divided into l sets, and 1 block per block obtained by the second quantizing means. The vector quantizer is characterized by outputting a quantized value.

作 用 本発明は前記した構成により、第1量子化によって各直
交成分のビット数を小さくし、第2量子化によって直交
成分間でベクトル量子化するため、比較的容易にベクト
ル量子化が可能となる。またベクトル量子化を用いるこ
とにより、従来の量子化に比較して能率的な量子化が可
能となり、画質の向上や圧縮率の改善が可能となる。
Operation According to the present invention, the number of bits of each orthogonal component is reduced by the first quantization and the vector quantization is performed between the orthogonal components by the second quantization, so that the vector quantization can be performed relatively easily. Become. Further, by using vector quantization, efficient quantization can be performed as compared with conventional quantization, and image quality and compression rate can be improved.

実施例 第1図は本発明の実施例のブロック図を表している。第
1図の1は本装置の入力部分、2はn次直交変換器、3
〜8は第1量子化器、9〜11はベクトル量子化器、12は
本装置の出力部分である。
Embodiment FIG. 1 shows a block diagram of an embodiment of the present invention. 1 in FIG. 1 is an input part of the apparatus, 2 is an nth-order orthogonal transformer, 3
-8 is the first quantizer, 9-11 is the vector quantizer, and 12 is the output part of this device.

第1図の装置ではまず入力部分1から入力されるn個の
標本値がn次直交変換器2で直交変換される。n次直交
変換器2で得られるn個の直交成分は、それぞれ量子化
器3〜8へ入力されて第1量子化される。次に第1量子
化された直交成分はmi(1=1,2,……,l)個ずつまとめ
てmi次元ベクトル量子化器9〜11へ入力されて第2量子
化される。そして第2量子化器9〜11から得られるl個
の量子化値が出力部分12へ出力される。
In the apparatus of FIG. 1, first, n sample values input from the input section 1 are orthogonally transformed by the nth-order orthogonal transformer 2. The n orthogonal components obtained by the nth orthogonal transformer 2 are input to the quantizers 3 to 8 and are first quantized. Next, the first quantized orthogonal components are collected by mi (1 = 1,2, ..., L) units and input to the mi-dimensional vector quantizers 9 to 11 and second quantized. Then, l quantized values obtained from the second quantizers 9 to 11 are output to the output section 12.

以上のようにしてn個の標本値からl個のベクトル量子
化値が得られる。また各量子化器はメモリーを用いるこ
とによって簡単に装置化できる。
As described above, l vector quantized values are obtained from n sample values. Moreover, each quantizer can be easily implemented by using a memory.

ここで、本発明のより具体的なブロック図を第2図に示
す。第2図は8次アダマール変換を用いた高能率符号化
に適用した例である。
Here, a more specific block diagram of the present invention is shown in FIG. FIG. 2 is an example applied to high-efficiency coding using the 8th-order Hadamard transform.

第2図の13は本装置の入力部分、14は8次アダマール変
換器、15〜22は第1量子化を実行するためのROM、23〜2
5は第2量子化(ベクトル量子化)を実行するためのRO
M、26は本装置の出力部分である。
In FIG. 2, 13 is an input part of the apparatus, 14 is an 8th order Hadamard transformer, 15 to 22 are ROMs for executing the first quantization, and 23 to 2
RO is for performing the second quantization (vector quantization)
M and 26 are output parts of this device.

入力部分13から入力される8個の8bitsの標本値は、8
次アダマール変換器14に入力される。次に8次アダマー
ル変換器14によって得られる8個の11bitsの直交成分
は、それぞれROM15〜22に入力されて第1量子化され
る。第1量子化によって7bits〜3bitsに圧縮された各直
交成分のうちROM15の出力以外は、それぞれROM23〜25に
入力されて第2量子化(ベクトル量子化)される。以上
の2段の量子化によって合計32bitsの4個の量子化値が
得られ、出力部分26に出力される。
The 8 sampled values of 8 bits input from the input part 13 are 8
Next, it is input to the Hadamard converter 14. Next, the eight 11-bit orthogonal components obtained by the eighth-order Hadamard transformer 14 are input to the ROMs 15 to 22 and are first quantized. Of the orthogonal components compressed to 7 bits to 3 bits by the first quantization, the components other than the output of the ROM 15 are input to the ROMs 23 to 25 and secondly quantized (vector quantization). By the above two-stage quantization, a total of four quantized values of 32 bits are obtained and output to the output section 26.

第2図の装置は以上のようにしてブロック当り64bitsの
情報を32bitsに圧縮できる。また第2量子化では、比較
的相関の高い直交成分をまとめてベクトル量子化するも
ので、ROM15の出力のように他の直交成分と相関の小さ
い直交成分はそのまま出力する。
As described above, the apparatus shown in FIG. 2 can compress information of 64 bits per block into 32 bits. In the second quantization, orthogonal components having a relatively high correlation are collectively vector-quantized, and orthogonal components having a small correlation with other orthogonal components such as the output of the ROM 15 are output as they are.

次に第2量子化の具体例を第3図に示す。第3図は、従
来例の第6図と同じ2次元分布を持つ2つの直交成分の
分布範囲を表している。第3図の破線は本発明による第
1量子化の量子化代表値の位置を示している。この図で
はHi,Hj共に13個(4bits)ずつの量子化代表値を持って
おり、全部で13×13=169個(8bits)の量子化代表値を
持つ。そしてこれらの代表値のうち〇印で表される64個
(6bits)の量子化代表値が第2量子化(ベクトル量子
化)の代表値として選ばれる。これによって第3図の量
子化では、第4図の量子化と同じ6bits(64個)の出力
であるにもかかわらず、非常に細く、歪の小さい量子化
が可能となることが明らかである。以上のように本発明
の量子化によって画質の大きな改善や、圧縮率の改善が
可能となる。また第3図の第2量子化は、入力(アドレ
ス)が4+4=8bitsで出力が6bitsの28×6=1536bits
の容量のROMで装置化可能であり、非常に簡単に実現で
きる。同様に第2図に示した装置の第2量子化(ベクト
ル量子化)に必要なROMの総容量は、2(4+4)×6
+2(5+5)×9+2(4+4+3)×10=31232bit
sであり、容易に実現可能である。
Next, a concrete example of the second quantization is shown in FIG. FIG. 3 shows the distribution range of two orthogonal components having the same two-dimensional distribution as FIG. 6 of the conventional example. The broken line in FIG. 3 indicates the position of the quantization representative value of the first quantization according to the present invention. In this figure, both Hi and Hj have 13 (4 bits) quantized representative values, and 13 × 13 = 169 (8 bits) quantized representative values in total. Of these representative values, 64 (6 bits) quantized representative values represented by a circle are selected as the representative values of the second quantization (vector quantization). As a result, it is clear that the quantization of FIG. 3 enables the quantization to be very thin and have a small distortion, even though the same 6 bits (64) output as the quantization of FIG. 4 is output. . As described above, the quantization of the present invention makes it possible to greatly improve the image quality and the compression rate. The second quantization in FIG. 3 is 2 8 × 6 = 1536bits, where the input (address) is 4 + 4 = 8bits and the output is 6bits.
It can be implemented as a device with a ROM capacity of, and can be realized very easily. Similarly, the total ROM capacity required for the second quantization (vector quantization) of the device shown in FIG. 2 is 2 (4 + 4) × 6.
+2 (5 + 5) × 9 + 2 (4 + 4 + 3) × 10 = 31232bit
s, which is easily realizable.

なお、本実施例ではアダマール変換を用いて説明した
が、本発明はコサイン変換などその他全ての直交変換に
適応可能である。また本発明のベクトル量子化はメモリ
ーを用いて構成しているが、ロジック回路による実現も
可能である。更により画質を改善するために、第1量子
化を省略して直接ベクトル量子化することも可能であ
る。
Although the Hadamard transform is used in the present embodiment, the present invention can be applied to all other orthogonal transforms such as the cosine transform. Further, although the vector quantization of the present invention is configured by using a memory, it can be realized by a logic circuit. Further, in order to further improve the image quality, it is possible to omit the first quantization and directly perform vector quantization.

発明の効果 以上説明したように本発明によれば第2量子化において
ベクトル量子化を行うので、従来例では利用されていな
かった量子化代表値まで利用できるため、画質と圧縮率
の大幅な改善が可能となる。また従来の量子化では各直
交成分に対する量子化代表値の数が2のべき数に限定さ
れていたが、本発明では任意の数を割りあてられるた
め、これによっても画質の改善がなされる。
EFFECTS OF THE INVENTION As described above, according to the present invention, since vector quantization is performed in the second quantization, it is possible to use even a quantized representative value that has not been used in the conventional example, so that the image quality and compression rate are greatly improved. Is possible. Further, in the conventional quantization, the number of quantized representative values for each orthogonal component was limited to a power of 2, but in the present invention, an arbitrary number can be assigned, which also improves the image quality.

更に本発明のベクトル量子化器は第1量子化によって入
力ビット数が小さくなっているため、メモリーを用いて
簡単に実現でき、その実用的効果は大きい。
Further, since the vector quantizer of the present invention has a small number of input bits due to the first quantization, it can be easily realized by using a memory, and its practical effect is large.

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

第1図は本発明における実施例のブロック図、第2図は
本発明のより具体的な実施例のブロック図、第3図は本
発明に用いるベクトル量子化の説明図、第4図は直交変
換の説明図、第5図は従来例の量子化の説明図、第6図
は従来例の量子化代表値の2次元分布図である。 2……直交変換器、3……第1量子化器、9……ベクト
ル量子化器、14……アダマール変換器、23……ROM。
FIG. 1 is a block diagram of an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a block diagram of a more specific embodiment of the present invention, FIG. 3 is an explanatory diagram of vector quantization used in the present invention, and FIG. 4 is orthogonal. FIG. 5 is an explanatory diagram of conversion, FIG. 5 is an explanatory diagram of quantization in the conventional example, and FIG. 6 is a two-dimensional distribution diagram of quantized representative values in the conventional example. 2 ... Orthogonal transformer, 3 ... First quantizer, 9 ... Vector quantizer, 14 ... Hadamard transformer, 23 ... ROM.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】画像情報をn(nは整数)個ずつの画素の
ブロックに分割して各ブロック毎にn次直交変換を行う
直交変換手段と、前記直交変換手段によって得られるn
個の直交成分を成分毎に特定の量子化特性を有する量子
化器で量子化する第1量子化手段と、前記第1量子化手
段によって得られるn個の量子化値をmi 個ずつのl組の集合に分割し、このl組の集合毎にmi次
元ベクトル量子化を行う第2量子化手段とを有し、前記
第2量子化手段によって得られる1ブロック当りl個の
量子化値を出力することを特徴とするベクトル量子化装
置。
1. An orthogonal transformation means for dividing image information into n (n is an integer) blocks of pixels and performing an nth-order orthogonal transformation for each block, and n obtained by the orthogonal transformation means.
A first quantizing means for quantizing each of the orthogonal components by a quantizer having a specific quantizing characteristic, and n quantizing values obtained by the first quantizing means are mi. And a second quantizing means for performing mi-dimensional vector quantization for each of the l sets, each of which is divided into l sets, and 1 block per block obtained by the second quantizing means. A vector quantizer which outputs a quantized value.
【請求項2】直交変換手段としてアダマール変換手段を
有することを特徴とする特許請求の範囲第1項記載のベ
クトル量子化装置。
2. A vector quantization apparatus according to claim 1, further comprising Hadamard transform means as the orthogonal transform means.
【請求項3】第1量子化手段によって得られるmi個の量
子化値を連結して得られる値をアドレスとし、このアド
レスで示される場所に前記mi個の量子化値をmi次元ベク
トル量子化した結果の量子化値を記憶しているメモリー
を用いてmi次元ベクトル量子化することを特徴とする特
許請求の範囲第1項記載のベクトル量子化装置。
3. A value obtained by concatenating mi quantized values obtained by the first quantizing means is used as an address, and the mi quantized values are mi-dimensional vector quantized at the location indicated by this address. The vector quantization apparatus according to claim 1, wherein mi-dimensional vector quantization is performed using a memory that stores the quantization value of the result.
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