JPH11308112A - コードブック作成方法およびコードブック作成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高速にコードブックを作成するためのコード
ブック作成方法およびコードブック作成装置を提供する
ことを目的とする。 【解決手段】 学習ベクトル系列の一つのベクトルをコ
ードブック代表ベクトルの初期値（コードブック初期
値）の一つとして設定する初期設定ステップ（Ｓ２０
３）と、順次選択された学習ベクトルに対して選択以前
に決定されたコードブック初期値群との歪みの値をそれ
ぞれ計算する歪み計算ステップ（Ｓ２０６）と、選択さ
れた学習ベクトルをコードブック初期値として新たに追
加する追加ステップ（Ｓ２０８）と、しきい値を大きく
して最初から操作をやり直すやり直しステップ（Ｓ２０
９）と、繰り返す繰返しステップ（Ｓ２０４〜Ｓ２０
８）と、コードブック初期値の近傍に不足分のコードブ
ック初期値を割り当てる割当てステップ（Ｓ２１１）
と、作成ステップ（Ｓ２１２、Ｓ２１３）とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＬＢＧアルゴリズ
ムを使ってコードブックを作成するコードブック作成方
法およびコードブック作成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、画像符号化方法は情報量の多
い画像を圧縮するための手法として用いられ、特に最近
では圧縮率の高い、高速高細精な圧縮方法への要求が高
まっている。このような画像圧縮の手法のひとつとして
ベクトル量子化を用いた符号化方法が提案されている。
以下に従来のベクトル量子化による画像符号化方法につ
いて説明する。

【０００３】図６は、一般的なベクトル量子化による画
像符号化器を示すブロック図である。図６において、６
０１はコードブックと呼ばれる代表ベクトルを並べたコ
ードブックテーブル、６０２は探索処理を行うベクトル
量子化器である。ベクトル量子化器６０２は、入力され
る画像ベクトルに対して最も近似した代表ベクトルをコ
ードブックの中から探索し、そのインデックスを出力す
る。

【０００４】図７は、ベクトル量子化における代表ベク
トルの配置例を示す配置図である。図７において、Ｓは
入力ベクトルとなる画像ベクトルの分布範囲、Ｖは代表
ベクトルである。代表ベクトルＶは入力ベクトルとなる
画像ベクトルの分布範囲Ｓに均等に割り当てられる。画
像ベクトルの分布範囲Ｓのみに代表ベクトルを配置する
ことにより少ないコードで効率よく量子化できるため、
ベクトル量子化は高い圧縮率を実現している。

【０００５】従来のコードブック作成方法では、このコ
ードブックと呼ばれる代表ベクトル（コードブック代表
ベクトル）を画像圧縮の都度、作成していた。ベクトル
量子化においてコードブックを作成する場合、ＬＢＧア
ルゴリズムを使用することが知られている。このＬＢＧ
アルゴリズムによって設計されたコードブックの良否は
コードブック代表ベクトルの初期値と学習データの選定
法とに強く依存する。コードブック代表ベクトルの初期
値の選定法に関してはいくつかの手法が考案されている
が分割方式が極小値に陥りにくい決定法として知られて
いる。

【０００６】以下に、分割方式によるコードブック作成
方法について説明する。図８は分割方式によるコードブ
ック作成の流れを表す説明図である。分割方式では最初
に、入力された学習データに対して１つのコードブック
代表ベクトルの初期値（初期コードブック）を決定し、
ＬＢＧアルゴリズムを適用する。次に、出来上がったコ
ードブックの近傍に新たにコードブックを追加し、２分
割された２つのコードブックをコードブック代表ベクト
ルの初期値として再びＬＢＧアルゴリズムを適用する。
次に、出来上がった２つのコードブックの近傍にそれぞ
れ新たにコードブックを追加し、２分割された４つのコ
ードブックをコードブック代表ベクトルの初期値として
ＬＢＧアルゴリズムを適用する。このようにして必要と
するコードブック数になるまで分割とＬＢＧアルゴリズ
ムの適用を繰り返すことによりコードブックを作成す
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のコードブック作成方法では、ＬＢＧアルゴリズムの
適用回数が多いため処理時間が大きいという問題点を有
していた。

【０００８】このコードブック作成方法およびコードブ
ック作成装置では、学習データの分散に合わせてコード
ブック代表ベクトルの初期値を高速に決定してＬＢＧア
ルゴリズムを適用することにより、高速にコードブック
を作成することが要求されている。

【０００９】本発明は、高速にコードブックを作成する
ためのコードブック作成方法および高速にコードブック
を作成することができるコードブック作成装置を提供す
ることを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明のコードブック作成方法は、ＬＢＧアルゴリズ
ムを使ってベクトル量子化のためのコードブックを作成
する方法であって、学習ベクトル系列の一つのベクトル
をコードブック代表ベクトルの初期値の一つとして設定
する初期設定ステップと、学習ベクトル系列から順次選
択された学習ベクトルに対して学習ベクトル選択以前に
決定されたコードブック代表ベクトルの初期値群との歪
みの値をそれぞれ計算する歪み計算ステップと、計算さ
れた歪みのいずれの値もしきい値より大きい場合は選択
された学習ベクトルをコードブック代表ベクトルの初期
値として新たに追加する追加ステップと、コードブック
代表ベクトルの初期値数が作成したいコードブック数を
超えた場合はしきい値を大きくして最初から操作をやり
直すやり直しステップと、初期設定ステップと歪み計算
ステップと追加ステップとやり直しステップとを全ての
学習ベクトル系列に対して繰り返す繰返しステップと、
全ての学習ベクトル系列に対して操作を終了した時点で
コードブック代表ベクトルの初期値数が作成したいコー
ドブック数以下に収まった場合は、歪みがしきい値以内
に含まれる学習ベクトル系列の割合が多いコードブック
代表ベクトルの初期値から順番にその初期値の近傍に不
足分のコードブック代表ベクトルの初期値を割り当てる
割当てステップと、作成されたコードブック代表ベクト
ルの初期値を使ってＬＢＧアルゴリズムを適用すること
によりコードブックを作成する作成ステップとを有する
構成を備えている。

【００１１】これにより、高速にコードブックを作成す
るためのコードブック作成方法が得られる。

【００１２】上記課題を解決するためのコードブック作
成装置は、学習ベクトルの処理を制御する制御装置と、
学習ベクトル系列の入力と作成されたコードブックの出
力とを行なうデータ入出力装置と、学習ベクトル系列を
格納するメモリと、学習ベクトル系列をノルム順に並べ
替える並べ替え装置と、コードブックの初期値を格納す
るメモリと、学習ベクトル系列に対してコードブックと
の歪みを計算する歪み計算装置と、作成するコードブッ
ク数に対してコードブック代表ベクトルの初期値の不足
分を追加する不足分追加装置と、ＬＢＧアルゴリズムに
よりコードブックを作成するＬＢＧコードブック作成装
置とを有する構成を備えている。

【００１３】これにより、高速にコードブックを作成す
ることができるコードブック作成装置が得られる。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、ＬＢＧアルゴリズムを使ってベクトル量子化のため
のコードブックを作成する方法であって、学習ベクトル
系列の一つのベクトルをコードブック代表ベクトルの初
期値の一つとして設定する初期設定ステップと、学習ベ
クトル系列から順次選択された学習ベクトルに対して学
習ベクトル選択以前に決定されたコードブック代表ベク
トルの初期値群との歪みの値をそれぞれ計算する歪み計
算ステップと、計算された歪みのいずれの値もしきい値
より大きい場合は選択された学習ベクトルをコードブッ
ク代表ベクトルの初期値として新たに追加する追加ステ
ップと、コードブック代表ベクトルの初期値数が作成し
たいコードブック数を超えた場合はしきい値を大きくし
て最初から操作をやり直すやり直しステップと、初期設
定ステップと歪み計算ステップと追加ステップとやり直
しステップとを全ての学習ベクトル系列に対して繰り返
す繰返しステップと、全ての学習ベクトル系列に対して
操作を終了した時点でコードブック代表ベクトルの初期
値数が作成したいコードブック数以下に収まった場合
は、歪みがしきい値以内に含まれる学習ベクトル系列の
割合が多いコードブック代表ベクトルの初期値から順番
にその初期値の近傍に不足分のコードブック代表ベクト
ルの初期値を割り当てる割当てステップと、作成された
コードブック代表ベクトルの初期値を使ってＬＢＧアル
ゴリズムを適用することによりコードブックを作成する
作成ステップとを有することとしたものであり、学習デ
ータの分散に合わせてコードブックが作成されるので、
作成されたコードブックが極小値に陥りにくく、また、
ＬＢＧアルゴリズムの適用回数が１回なので、高速にコ
ードブックが作成されるという作用を有する。

【００１５】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の発明において、歪み計算ステップにおいて、学習ベク
トル系列から学習ベクトルをノルム順に順次選択し、選
択した学習ベクトルに対して選択以前に決定されたコー
ドブック代表ベクトルの初期値群との歪みの値をそれぞ
れ計算する際にノルムの大きいコードブック代表ベクト
ルの初期値から順に歪み計算を行うこととしたものであ
り、歪み計算の回数が削減され、高速にコードブックが
作成されるという作用を有する。

【００１６】請求項３に記載の発明は、請求項１に記載
の発明において、割当てステップにおいて、コードブッ
ク代表ベクトルの初期値の不足分を、歪みがしきい値以
内に含まれる学習ベクトル系列の割合が多いコードブッ
ク代表ベクトルの初期値から順番にその初期値の近傍に
割り当てる場合に、歪みがしきい値以内に含まれる学習
ベクトル系列の割合に応じて割り当てるベクトル数を決
定することとしたものであり、学習ベクトル系列の分布
頻度が多い部分に多くのコードブック代表ベクトルの初
期値を割り当てることにより、極小値に陥りにくいコー
ドブックが作成され、また、ＬＢＧアルゴリズムの収束
が速くなるため、高速にコードブックが作成されるとい
う作用を有する。

【００１７】請求項４に記載の発明は、請求項１に記載
の発明において、割当てステップにおいて、コードブッ
ク代表ベクトルの初期値の不足分に対して再度しきい値
を大きくして学習ベクトル系列の一つのベクトルをコー
ドブック代表ベクトルの初期値の不足分の一つとして設
定し、学習ベクトル系列から順次選択された学習ベクト
ルに対して学習ベクトル選択以前に決定されたコードブ
ック代表ベクトルの初期値の不足分群との歪みの値をそ
れぞれ計算し、その歪みのいずれの値もしきい値より大
きい場合は選択された学習ベクトルをコードブック代表
ベクトルの初期値の不足分として新たに追加することを
繰り返し、コードブック代表ベクトルの初期値の不足分
数が作成したい不足分数を超えた場合はしきい値を大き
くして最初から操作をやり直し、全ての学習ベクトル系
列に対して操作を終了した時点でコードブック代表ベク
トルの初期値の不足分数が作成したい不足分数以下に収
まった場合は、歪みがしきい値以内に含まれる学習ベク
トル系列の割合が多いコードブック代表ベクトルの初期
値の不足分から順番にその初期値の近傍に最終的な不足
分のコードブック代表ベクトルの初期値を割り当て、作
成されたコードブック代表ベクトルの初期値を使ってＬ
ＢＧアルゴリズムによりコードブックを作成することと
したものであり、コードブック代表ベクトルの初期値の
不足分に対して再度しきい値を大きくして同様の操作を
行うことにより、学習ベクトル系列の分布に対応したコ
ードブック代表ベクトルの初期値が設定されるので、極
小値に陥りにくいコードブックが作成され、また、ＬＢ
Ｇアルゴリズムの収束が速くなるため高速にコードブッ
クが作成されるという作用を有する。

【００１８】請求項５に記載の発明は、学習ベクトルの
処理を制御する制御装置と、学習ベクトル系列の入力と
作成されたコードブックの出力とを行なうデータ入出力
装置と、学習ベクトル系列を格納するメモリと、学習ベ
クトル系列をノルム順に並べ替える並べ替え装置と、コ
ードブックの初期値を格納するメモリと、学習ベクトル
系列に対してコードブックとの歪みを計算する歪み計算
装置と、作成するコードブック数に対してコードブック
代表ベクトルの初期値の不足分を追加する不足分追加装
置と、ＬＢＧアルゴリズムによりコードブックを作成す
るＬＢＧコードブック作成装置とを有することとしたも
のであり、上記コードブック作成方法を実現することが
できるので、学習データの分散に合わせてコードブック
代表ベクトルの初期値を作成しその初期値にＬＢＧアル
ゴリズムを適用するためコードブックが極小値に陥りに
くいようにすることができ、また、ＬＢＧアルゴリズム
の適用回数を１回として高速にコードブックを作成する
ことができるという作用を有する。

【００１９】以下、本発明の実施の形態について、図１
〜図５を用いて説明する。 （実施の形態１）図１は、本発明の実施の形態１による
コードブック作成方法を実現するためのコードブック作
成装置を示すブロック図である。また、図２は本発明の
実施の形態１によるコードブック作成方法を示すフロー
チャートであり、図３（ａ）〜（ｄ）は本発明の実施の
形態１によるコードブック作成方法におけるコードブッ
ク代表ベクトルの初期値決定法の説明図、図４は本発明
の実施の形態１によるコードブック代表ベクトルの初期
値の決定時の歪み計算の説明図、図５は本発明の実施の
形態１によるコードブック作成方法におけるコードブッ
ク代表ベクトルの初期値の不足分の追加方法の説明図で
ある。

【００２０】図１において、１０１は学習ベクトル系列
に施す処理を制御する制御装置、１０２は学習ベクトル
系列の入力と作成されたコードブックの出力とを行うデ
ータ入出力装置、１０３は学習ベクトル系列を格納する
学習ベクトル系列格納メモリ、１０４は学習ベクトル系
列をノルム順に並べ替えるノルム順並べ替え装置、１０
５はコードブック代表ベクトルの初期値を格納するコー
ドブック初期値格納メモリ、１０６は学習ベクトルとコ
ードブック代表ベクトルの初期値群との歪みを計算する
歪み計算装置、１０７はコードブック代表ベクトルの初
期値の不足分を追加する不足分追加装置、１０８は作成
されたコードブック代表ベクトルの初期値を用いてＬＢ
Ｇアルゴリズムによりコードブックを作成するＬＢＧコ
ードブック作成装置である。

【００２１】また、図３、図５において、Ｓ１は学習ベ
クトルの分布範囲、Ｃ１〜Ｃ３はコードブック代表ベク
トルの初期値、ＣＲ１、ＣＲ２はサークルであり、図４
において、１０５は図１に示したコードブック初期値格
納メモリである。

【００２２】以上のように構成されたコードブック作成
装置について、以下その動作を図２を用いて説明する。

【００２３】まず最初にデータ入出力装置１０２から学
習ベクトル系列が入力され、学習ベクトル系列格納メモ
リ１０３に格納される（Ｓ２０１）。次に、制御装置１
０１はノルム順並べ替え装置１０４を選択し、学習ベク
トル系列をノルム順に並べ替えて再び学習ベクトル系列
格納メモリ１０３に格納する（Ｓ２０２）。次に、初期
設定としてしきい値（規定された一定の値）θと作成コ
ードブック数Ｎを設定する（Ｓ２０３）。次に、ノルム
順に並べられた学習ベクトル系列の先頭の学習ベクトル
をコードブック代表ベクトルの初期値の一つとして設定
し、コードブック初期値格納メモリ１０５に格納する
（Ｓ２０４）。次に、学習ベクトル系列からノルムが次
に小さい学習ベクトルを選択する（Ｓ２０５）。選択さ
れた学習ベクトルとコードブック初期値格納メモリ１０
５に格納されているベクトルとの歪みを歪み計算装置１
０６で計算する。歪みＤの計算式の例としては、 Ｄ＝Σ（Ｘｉ−Ｃｉ）２ ここでＸｉは学習ベクトルのｉ番目の要素を表し、Ｃｉ
はコードブック代表ベクトルのｉ番目の要素を表してい
る。このときコードブック初期値格納メモリ１０５から
はノルムの大きい方から順にコードブック代表ベクトル
の初期値を選択して歪みを計算する（Ｓ２０６）。歪み
がしきい値θより小さいコードブック代表ベクトルの初
期値が見つかった時点でＳ２０９に進む。コードブック
初期値格納メモリ１０５に格納された全てのコードブッ
ク代表ベクトルの初期値とステップ２０５で選択した学
習ベクトルとの歪み計算を行った後、全ての歪みがしき
い値θより大きかった場合は学習ベクトルを新たにコー
ドブック代表ベクトルの初期値に設定し、コードブック
初期値格納メモリ１０５に追加する（Ｓ２０８）。

【００２４】次に、コードブック初期値格納メモリ１０
５に格納されているコードブック代表ベクトルの初期値
の数と作成コードブック数Ｎとを比較し、格納されてい
るコードブック代表ベクトルの初期値の数が作成コード
ブック数Ｎを越えている場合はしきい値θを大きくして
ステップ２０４に戻り、越えていない場合はステップ２
１０へ進む（Ｓ２０９）。

【００２５】次に、全ての学習ベクトル系列に対して以
上の操作が終了していない場合はステップ２０５へ戻
り、終了している場合はステップ２１１へ進む（Ｓ２１
０）。

【００２６】ここまでの操作の概略を模式的に示したの
が図３（ａ）〜（ｄ）である。図３（ａ）は、学習ベク
トル系列の先頭ベクトルを１番目のコードブック代表ベ
クトルの初期値Ｃ１にすることを示し、図３（ｂ）は、
以前に決定されたコードブック代表ベクトルの初期値か
らの一定距離θ以内に学習ベクトルがない場合はその学
習ベクトルをコードブック代表ベクトルの初期値に追加
すること、および追加されたコードブック代表ベクトル
の初期値Ｃ２を示し、図３（ｃ）は、以前に決定された
コードブック代表ベクトルの初期値からの一定距離θ以
内に学習ベクトルがない場合はその学習ベクトルをコー
ドブック代表ベクトルの初期値に追加すること、および
追加されたコードブック代表ベクトルの初期値Ｃ３を示
し、図３（ｄ）は、学習データの分布範囲Ｓ１をコード
ブック代表ベクトルの初期値が占有した状態を示してい
る。この状態でステップ２０４〜ステップ２１０の繰返
し処理を終了する。

【００２７】次に、この時点では作成コードブック数Ｎ
に対して格納されているコードブック代表ベクトルの初
期値数が不足しているので、不足分追加装置１０７によ
って格納されているコードブック代表ベクトルの初期値
群に対して学習ベクトル系列がどのコードブック代表ベ
クトルの初期値に対して歪みが最も小さいか計算し、歪
みの小さい学習ベクトル系列を多く含むコードブック代
表ベクトルの初期値の近傍にコードブック代表ベクトル
の初期値の不足分を追加する（Ｓ２１１）。次に、ＬＢ
Ｇコードブック作成装置１０８を使って、作成されたコ
ードブック代表ベクトルの初期値をＬＢＧアルゴリズム
により計算し、コードブックを作成する（Ｓ２１２）。
そして、データ入出力装置１０２から完成したコードブ
ックを出力する（Ｓ２１３）。

【００２８】次に、一部を具体的に説明する。ステップ
２０６ではメモリ１０５に格納されているコードブック
代表ベクトルの初期値群と学習ベクトルとの歪みを計算
するが、歪み計算の対象となるコードブック代表ベクト
ルの初期値はノルムの大きい方から選択して歪みの計算
を行う。図４にコードブック代表ベクトルの初期値の決
定時の歪み計算の様子を示す。図４は或る学習ベクトル
Ｘｍ（ｍ番目の学習ベクトル）に対して歪み計算を行う
場合にコードブック代表ベクトルの初期値を格納するコ
ードブック初期値格納メモリ１０５にｎ個の初期値が格
納されている場合の例である。コードブックはノルム順
に並んでいてＣｎ（ｎ番目のコードブック代表ベクトル
の初期値）が最もノルムが大きくＣ１が最もノルムが小
さい。Ｘｍに対する歪み計算はＣｎからＣ１に向けて順
に行う。ここで、歪み計算１と歪み計算２の例について
説明する。

【００２９】（１）歪み計算１ まず最初にＣｎとＸｍの歪みＤ（Ｃｎ，Ｘｍ）を計算
し、歪みがしきい値θより大きいとき（Ｄ（Ｃｎ，Ｘ
ｍ）＞θであるとき）、次にＣｎ−１とＸｍの歪みＤ
（Ｃｎ−１，Ｘｍ）を計算しＣｎ−１との歪みもしきい
値θより大きいとき（Ｄ（Ｃｎ−１，Ｘｍ）＞θである
とき）、Ｃｎ−２とＸｍの歪みを計算し、ここではじめ
て歪みがしきい値θより小さくなったならば（Ｄ（Ｃｎ
−２，Ｘｍ）＜θとなったならば）計算を終了し、次の
学習ベクトルの歪み計算に移る。

【００３０】（２）歪み計算２ ＣｎからＣ１まで順にＸｍとの歪み計算を行うが、いず
れも歪みの値がしきい値θより大きいならば（Ｄ（Ｃ
ｎ，Ｘｍ）＞θ、Ｄ（Ｃｎ−１，Ｘｍ）＞θ、・・・、
Ｄ（Ｃ１，Ｘｍ）＞θであるならば）、学習ベクトルＸ
ｍを新たにコードブック代表ベクトルの初期値として追
加し、コードブック代表ベクトルの初期値の数がｎ＋１
個になる。ここで、 Ｃｎ＋１＝Ｘｍ である。学習ベクトル系列はノルム順に並んでいるので
コードブック初期値格納メモリ１０５に追加されていく
コードブック代表ベクトルの初期値はノルム順となって
いる。また、ノルムの大きいＣｎから順に歪み計算を行
なうということは対象となる学習ベクトルＸｍとノルム
の大きさが近いコードブック代表ベクトルの初期値から
順に歪み計算を行なうということになり、従って上記
（１）歪み計算１のように歪みがしきい値以下となって
計算を打ち切る場合に打ち切るまでの計算量が少なくな
る。

【００３１】次に、ステップ２１１では、格納されてい
るコードブック代表ベクトルの初期値群に対して学習ベ
クトル系列がどのコードブック代表ベクトルの初期値に
対して歪みが最も小さいか計算し、歪みの小さい学習ベ
クトル系列を多く含むコードブック代表ベクトルの初期
値の近傍にコードブック代表ベクトルの不足分を追加す
る。図５にその様子を示す。全ての学習ベクトル系列に
対してしきい値を用いてコードブック代表ベクトルの初
期値を割り当てた状態の例が図５（ａ）である。この状
態で作成コードブック数Ｎに対して不足しているベクト
ル数だけコードブック代表ベクトルの初期値を追加する
が、学習ベクトル系列の分布に偏りがあり図５（ｂ）の
ようにｃｒ１：ｃｒ２＝４：１（ｃｒ１はサークルＣＲ
１に含まれる学習ベクトル系列の分布密度、ｃｒ２はサ
ークルＣＲ２に含まれる学習ベクトル系列の分布密度）
のような割合で学習ベクトル系列が存在しているとする
と、学習ベクトル系列の歪みがしきい値θ以下になるよ
うな範囲すなわちサークルＣＲ１を形成するコードブッ
ク代表ベクトルの初期値の近傍に４個のコードブック代
表ベクトルの初期値を追加し、サークルＣＲ２を形成す
るコードブック代表ベクトルの初期値の近傍には１個の
コードブック代表ベクトルの初期値を割り当てるような
方法が考えられる（図５（ｃ）参照）。サークル内の学
習ベクトル系列の分布密度に応じて不足分を割り当てる
場合、コードブック代表ベクトルの初期値の不足分が少
ない場合は全てのサークルにコードブックを追加するこ
とができない場合もある。

【００３２】以上のように本実施の形態によれば、学習
ベクトル系列の一つのベクトルをコードブック代表ベク
トルの初期値の一つとして設定する初期設定ステップ
（Ｓ２０３）と、学習ベクトル系列から順次選択された
学習ベクトルに対して学習ベクトル選択以前に決定され
たコードブック代表ベクトルの初期値群との歪みの値を
それぞれ計算する歪み計算ステップ（Ｓ２０６）と、計
算された歪みのいずれの値もしきい値より大きい場合は
選択された学習ベクトルをコードブック代表ベクトルの
初期値として新たに追加する追加ステップ（Ｓ２０８）
と、コードブック代表ベクトルの初期値数が作成したい
コードブック数を超えた場合はしきい値を大きくして最
初から操作をやり直すやり直しステップ（Ｓ２０９）
と、初期設定ステップと歪み計算ステップと追加ステッ
プとやり直しステップとを全ての学習ベクトル系列に対
して繰り返す繰返しステップ（Ｓ２０４〜Ｓ２０８）
と、全ての学習ベクトル系列に対して操作を終了した時
点でコードブック代表ベクトルの初期値数が作成したい
コードブック数以下に収まった場合は、歪みがしきい値
以内に含まれる学習ベクトル系列の割合が多いコードブ
ック代表ベクトルの初期値から順番にその初期値の近傍
に不足分のコードブック代表ベクトルの初期値を割り当
てる割当てステップ（Ｓ２１１）と、作成されたコード
ブック代表ベクトルの初期値を使ってＬＢＧアルゴリズ
ムを適用することによりコードブックを作成する作成ス
テップ（Ｓ２１２、Ｓ２１３）とを有するようにしたの
で、学習データの分散（学習ベクトル系列の分布密度）
に合わせてコードブックを作成することができ、作成さ
れたコードブックが極小値に陥りにくく、また、ＬＢＧ
アルゴリズムの適用回数が１回なので、高速にコードブ
ックが作成される。

【００３３】

【発明の効果】以上のように本発明の請求項１に記載の
コードブック作成方法によれば、ＬＢＧアルゴリズムを
使ってベクトル量子化のためのコードブックを作成する
方法であって、学習ベクトル系列の一つのベクトルをコ
ードブック代表ベクトルの初期値の一つとして設定する
初期設定ステップと、学習ベクトル系列から順次選択さ
れた学習ベクトルに対して学習ベクトル選択以前に決定
されたコードブック代表ベクトルの初期値群との歪みの
値をそれぞれ計算する歪み計算ステップと、計算された
歪みのいずれの値もしきい値より大きい場合は選択され
た学習ベクトルをコードブック代表ベクトルの初期値と
して新たに追加する追加ステップと、コードブック代表
ベクトルの初期値数が作成したいコードブック数を超え
た場合はしきい値を大きくして最初から操作をやり直す
やり直しステップと、初期設定ステップと歪み計算ステ
ップと追加ステップとやり直しステップとを全ての学習
ベクトル系列に対して繰り返す繰返しステップと、全て
の学習ベクトル系列に対して操作を終了した時点でコー
ドブック代表ベクトルの初期値数が作成したいコードブ
ック数以下に収まった場合は、歪みがしきい値以内に含
まれる学習ベクトル系列の割合が多いコードブック代表
ベクトルの初期値から順番にその初期値の近傍に不足分
のコードブック代表ベクトルの初期値を割り当てる割当
てステップと、作成されたコードブック代表ベクトルの
初期値を使ってＬＢＧアルゴリズムを適用することによ
りコードブックを作成する作成ステップとを有すること
により、学習データの分散に合わせてコードブックを作
成することができるので、作成されたコードブックが極
小値に陥りにくく、また、ＬＢＧアルゴリズムの適用回
数が１回なので、高速にコードブックが作成されるとい
う有利な効果が得られる。

【００３４】請求項２に記載の発明によれば、請求項１
に記載の発明において、歪み計算ステップにおいて、学
習ベクトル系列から学習ベクトルをノルム順に順次選択
し、選択した学習ベクトルに対して選択以前に決定され
たコードブック代表ベクトルの初期値群との歪みの値を
それぞれ計算する際にノルムの大きいコードブック代表
ベクトルの初期値から順に歪み計算を行うことにより、
歪み計算の回数を削減することができるので、高速にコ
ードブックを作成することができるという有利な効果が
得られる。

【００３５】請求項３に記載の発明によれば、請求項１
に記載の発明において、割当てステップにおいて、コー
ドブック代表ベクトルの初期値の不足分を、歪みがしき
い値以内に含まれる学習ベクトル系列の割合が多いコー
ドブック代表ベクトルの初期値から順番にその初期値の
近傍に割り当てる場合に、歪みがしきい値以内に含まれ
る学習ベクトル系列の割合に応じて割り当てるベクトル
数を決定することにより、学習ベクトル系列の分布頻度
が多い部分に多くのコードブック代表ベクトルの初期値
を割り当てることとすれば、極小値に陥りにくいコード
ブックを作成することができ、また、ＬＢＧアルゴリズ
ムの収束が速くなるために高速にコードブックを作成す
ることができるという有利な効果が得られる。

【００３６】請求項４に記載の発明によれば、請求項１
に記載の発明において、割当てステップにおいて、コー
ドブック代表ベクトルの初期値の不足分に対して再度し
きい値を大きくして学習ベクトル系列の一つのベクトル
をコードブック代表ベクトルの初期値の不足分の一つと
して設定し、学習ベクトル系列から順次選択された学習
ベクトルに対して学習ベクトル選択以前に決定されたコ
ードブック代表ベクトルの初期値の不足分群との歪みの
値をそれぞれ計算し、その歪みのいずれの値もしきい値
より大きい場合は選択された学習ベクトルをコードブッ
ク代表ベクトルの初期値の不足分として新たに追加する
ことを繰り返し、コードブック代表ベクトルの初期値の
不足分数が作成したい不足分数を超えた場合はしきい値
を大きくして最初から操作をやり直し、全ての学習ベク
トル系列に対して操作を終了した時点でコードブック代
表ベクトルの初期値の不足分数が作成したい不足分数以
下に収まった場合は、歪みがしきい値以内に含まれる学
習ベクトル系列の割合が多いコードブック代表ベクトル
の初期値の不足分から順番にその初期値の近傍に最終的
な不足分のコードブック代表ベクトルの初期値を割り当
て、作成されたコードブック代表ベクトルの初期値を使
ってＬＢＧアルゴリズムによりコードブックを作成する
ことにより、コードブック代表ベクトルの初期値の不足
分に対して再度しきい値を大きくして同様の操作を行う
ので、学習ベクトル系列の分布に対応したコードブック
代表ベクトルの初期値を設定することができ、極小値に
陥りにくいコードブックを作成することができ、また、
ＬＢＧアルゴリズムの収束が速くなるために高速にコー
ドブックを作成することができるという有利な効果が得
られる。

【００３７】本発明の請求項５に記載のコードブック作
成装置によれば、学習ベクトルの処理を制御する制御装
置と、学習ベクトル系列の入力と作成されたコードブッ
クの出力とを行なうデータ入出力装置と、学習ベクトル
系列を格納するメモリと、学習ベクトル系列をノルム順
に並べ替える並べ替え装置と、コードブックの初期値を
格納するメモリと、学習ベクトル系列に対してコードブ
ックとの歪みを計算する歪み計算装置と、作成するコー
ドブック数に対してコードブック代表ベクトルの初期値
の不足分を追加する不足分追加装置と、ＬＢＧアルゴリ
ズムによりコードブックを作成するＬＢＧコードブック
作成装置とを有することにより、上記コードブック作成
方法を実現することができるので、学習データの分散に
合わせてコードブック代表ベクトルの初期値を作成しそ
の初期値にＬＢＧアルゴリズムを適用するためコードブ
ックが極小値に陥りにくいようにすることができ、ま
た、ＬＢＧアルゴリズムの適用回数を１回として高速に
コードブックを作成することができるという有利な効果
が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１によるコードブック作成
方法を実現するためのコードブック作成装置を示すブロ
ック図

【図２】本発明の実施の形態１によるコードブック作成
方法を示すフローチャート

【図３】（ａ）本発明の実施の形態１によるコードブッ
ク作成方法におけるコードブック代表ベクトルの初期値
決定法の説明図 （ｂ）本発明の実施の形態１によるコードブック作成方
法におけるコードブック代表ベクトルの初期値決定法の
説明図 （ｃ）本発明の実施の形態１によるコードブック作成方
法におけるコードブック代表ベクトルの初期値決定法の
説明図 （ｄ）本発明の実施の形態１によるコードブック作成方
法におけるコードブック代表ベクトルの初期値決定法の
説明図

【図４】本発明の実施の形態１によるコードブック代表
ベクトルの初期値の決定時の歪み計算の説明図

【図５】（ａ）本発明の実施の形態１によるコードブッ
ク作成方法におけるコードブック代表ベクトルの初期値
の不足分の追加方法の説明図 （ｂ）本発明の実施の形態１によるコードブック作成方
法におけるコードブック代表ベクトルの初期値の不足分
の追加方法の説明図 （ｃ）本発明の実施の形態１によるコードブック作成方
法におけるコードブック代表ベクトルの初期値の不足分
の追加方法の説明図

【図６】一般的なベクトル量子化による画像符号化器を
示すブロック図

【図７】ベクトル量子化における代表ベクトルの配置例
を示す配置図

【図８】分割方式によるコードブック作成の流れを表す
説明図

【符号の説明】

１０１ 制御装置 １０２ データ入出力装置 １０３ 学習ベクトル系列格納メモリ １０４ ノルム順並べ替え装置 １０５ コードブック初期値格納メモリ １０６ 歪み計算装置 １０７ 不足分追加装置 １０８ ＬＢＧコードブック作成装置

フロントページの続き (72)発明者 河野 昭宏 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ＬＢＧアルゴリズムを使ってベクトル量子
   化のためのコードブックを作成する方法であって、学習
   ベクトル系列の一つのベクトルをコードブック代表ベク
   トルの初期値の一つとして設定する初期設定ステップ
   と、学習ベクトル系列から順次選択された学習ベクトル
   に対して学習ベクトル選択以前に決定されたコードブッ
   ク代表ベクトルの初期値群との歪みの値をそれぞれ計算
   する歪み計算ステップと、前記計算された歪みのいずれ
   の値もしきい値より大きい場合は前記選択された学習ベ
   クトルをコードブック代表ベクトルの初期値として新た
   に追加する追加ステップと、コードブック代表ベクトル
   の初期値数が作成したいコードブック数を超えた場合は
   しきい値を大きくして最初から操作をやり直すやり直し
   ステップと、前記初期設定ステップと前記歪み計算ステ
   ップと前記追加ステップと前記やり直しステップとを全
   ての学習ベクトル系列に対して繰り返す繰返しステップ
   と、全ての学習ベクトル系列に対して操作を終了した時
   点でコードブック代表ベクトルの初期値数が作成したい
   コードブック数以下に収まった場合は、歪みがしきい値
   以内に含まれる学習ベクトル系列の割合が多いコードブ
   ック代表ベクトルの初期値から順番にその初期値の近傍
   に不足分のコードブック代表ベクトルの初期値を割り当
   てる割当てステップと、作成されたコードブック代表ベ
   クトルの初期値を使ってＬＢＧアルゴリズムを適用する
   ことによりコードブックを作成する作成ステップとを有
   することを特徴とするコードブック作成方法。
2. 【請求項２】前記歪み計算ステップにおいて、学習ベク
   トル系列から学習ベクトルをノルム順に順次選択し、選
   択した学習ベクトルに対して選択以前に決定されたコー
   ドブック代表ベクトルの初期値群との歪みの値をそれぞ
   れ計算する際にノルムの大きいコードブック代表ベクト
   ルの初期値から順に歪み計算を行うことを特徴とする請
   求項１に記載のコードブック作成方法。
3. 【請求項３】前記割当てステップにおいて、コードブッ
   ク代表ベクトルの初期値の不足分を、歪みがしきい値以
   内に含まれる学習ベクトル系列の割合が多いコードブッ
   ク代表ベクトルの初期値から順番にその初期値の近傍に
   割り当てる場合に、歪みがしきい値以内に含まれる学習
   ベクトル系列の割合に応じて割り当てるベクトル数を決
   定することを特徴とする請求項１に記載のコードブック
   作成方法。
4. 【請求項４】前記割当てステップにおいて、コードブッ
   ク代表ベクトルの初期値の不足分に対して再度しきい値
   を大きくして学習ベクトル系列の一つのベクトルをコー
   ドブック代表ベクトルの初期値の不足分の一つとして設
   定し、学習ベクトル系列から順次選択された学習ベクト
   ルに対して学習ベクトル選択以前に決定されたコードブ
   ック代表ベクトルの初期値の不足分群との歪みの値をそ
   れぞれ計算し、その歪みのいずれの値もしきい値より大
   きい場合は選択された学習ベクトルをコードブック代表
   ベクトルの初期値の不足分として新たに追加することを
   繰り返し、コードブック代表ベクトルの初期値の不足分
   数が作成したい不足分数を超えた場合はしきい値を大き
   くして最初から操作をやり直し、全ての学習ベクトル系
   列に対して操作を終了した時点でコードブック代表ベク
   トルの初期値の不足分数が作成したい不足分数以下に収
   まった場合は、歪みがしきい値以内に含まれる学習ベク
   トル系列の割合が多いコードブック代表ベクトルの初期
   値の不足分から順番にその初期値の近傍に最終的な不足
   分のコードブック代表ベクトルの初期値を割り当て、作
   成されたコードブック代表ベクトルの初期値を使ってＬ
   ＢＧアルゴリズムによりコードブックを作成することを
   特徴とする請求項１に記載のコードブック作成方法。
5. 【請求項５】学習ベクトルの処理を制御する制御装置
   と、学習ベクトル系列の入力と作成されたコードブック
   の出力とを行なうデータ入出力装置と、学習ベクトル系
   列を格納するメモリと、学習ベクトル系列をノルム順に
   並べ替える並べ替え装置と、コードブックの初期値を格
   納するメモリと、学習ベクトル系列に対してコードブッ
   クとの歪みを計算する歪み計算装置と、作成するコード
   ブック数に対してコードブック代表ベクトルの初期値の
   不足分を追加する不足分追加装置と、ＬＢＧアルゴリズ
   ムによりコードブックを作成するＬＢＧコードブック作
   成装置とを有することを特徴とするコードブック作成装
   置。