JPS59201169A - ベクトル量子化符号化器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、入力信号系列を複数個壕とめてブロック化
し、これを多次元信号空間で量子化するベクトル量子化
に関するものである。

１ず、ベクトル量子化の原理について簡単に説明する。

今、情報源入力信号系列をに個まとめて入力ベクトルＸ
−Ｃ，Ｘｌ　、　Ｘ２　、・・・ｌ　ＸＫ　］とする。

このとき、に次元ユークリッド信号空間ＲＫ（ＸＥＲＫ
）のＮ個の代表点（すなわち出力ベクトル）ｙｉ＝（ｙ
４１．ｙ工２．・・・、ｙ、Ｋ〕のセットをＹ−〔ｘｌ
、為。

・−・、工、〕とする。出力ベクトルｘ１　を代表点（
例えば重心）とするＲＫの各分割をＲ１，Ｒ２，・・・
、ＲＮとすると、ベクトル量子化Ｑは次式にて定義され
る。

Ｑ：ＲＫ−＋Ｙ ここで。

上記ベクトル量子化Ｑは符号化Ｃと復号化りの縦続接続
として表わされる。符号化ＣはＲＫの出力ベクトルのセ
ットＹ−（３’１　＋　７２　＋・・・、χ、〕のイン
デックスセットエ＝［１，２，・・・、Ｎ〕へのマツピ
ングであり、復合化りは工からＹへのマツピングである
。すなわち。

Ｃ：ＲＫ→工、Ｄ：■→Ｙ　そしてＱ、＝Ｄ−０である
。

ベクトル量子化においては、前記符号化器カニが伝送あ
るいは記録されることになるため極めて符号化効率が良
い。

ベクトル量子化は入力ベクトルを最短距離にある（最小
歪となる）出力ベクトルｘ１ヘマツピングすることであ
る。具体的には、入出力ベクトル間の距離（歪）をｄ（
Ｘ、ｙｌ）とすると、以下のようになる。

１ｆｄ（Ｘ、ｙ、　）（ａ（＞、　７ｊ）　　ｆｏｒａ
ｌｊ乙ＥＲ□すなわち乙→７４ 第１図に、入力ベクトル王と出力ベクトル量□の関係を
示す。

第１図に示すような出力ベクトルｙ、のセット１ Ｙｉｌ−１：、　　トレーニングモデルとなる情報源入
力信号系列を用いたクラスクリング（代表点の選出と信
号空間の分割を、歪の総和が最小となるまでくり返す）
によって求めることができる。

ここで、歪ａ（、Ｘ、￥１）はユークリッドノルムにて
定義すると である。

以下、第２図及び第３図に従って、従来のユークリッド
ノルム演算を用いたベクトル量子化符号化器および復合
化器の構成の一実施例について説明する。

図中、（１）は入力ベクトル、（２）は入力ベクトルレ
ジスタ、（３）はアドレスカウンタ、（４）は出力ベク
トルコードプッタメモ’Ｊ、（５）は出力ベクトルラッ
チ。

（６）は並列減算器、（７）は並列２乗演算器、（８）
は総和演算器、（９）は最小歪検出器、　ｔｔｏ＋はイ
ンデックスラッチ、０Ｄは最小歪検出ストローブ、０２
は出力ベクトルインテツクス、０階は最小歪出力ベクト
ルインテックス、αをは出力ベクトルレジスタ、　０５
）　ｉｊ　ｉｋ小小出出力ベクトルある。

次に動作について説明する。

第２図に示す従来のベクトル量子化符号化器においては
、先ず、符号化器の入力信号系列ｄＫ個毎に寸とめてブ
ロック化され入力ベクトル（１）として乙−（ｘｌ、ｘ
２．・・・、ＸＫ）が、入力ベクトルレジスタ（２）に
とり適寸れる。この時点で、アドレスカウンタ（３）を
１−１，２．・・・、ＮとＪ旧次カウントアツプして順
番に出力ベクトル３’１−（７１１＋　７□２゜・・・
、ｙｉや）を出力ベクトルコードブックメモ１月４）か
ら読み出し出力ベクトルラッチ（５）にラッチする。

ここで出力ベクトルコードブックメモ１月４）にはあら
かじめ入力信号系列の長い前記クラスタリングトレーニ
ングによって最小歪となるように収束して求めた出力ベ
クトルのセットＹが書き適寸れている。次に、順次読み
出される出力ベクトル量。

と入カベクー・ル各は並列減算器（６）と並列２乗演算
器（７）を通して各要素毎に（Ｘｊ−ｙ、ｊ）２（ｊ−
１゜２、・・・＋　Ｋ）を算出され総和演算器（８）に
て入出力ベクトル間の歪ｄｉを。

ｅＬ、＝（ｄＣＸ、　−ｙ、）　）２−Σ（Ｘｊ−ｙ、
ｊ）２が求められる。

上記、入出力ベクトル間型ｄ１は最小歪検出器（９）に
送出される。最小歪検出器（９）ではｉ＝ｌ、２゜・・
・、Ｎとアドレスカウンタ（３）が順次カウントアツプ
して出力ベクトルｘ１を読み出す中で、より小さい歪ｄ
□を検出する毎に最小歪検出ストローブ００をインデッ
クスラッチ０ｅに送出し、対応する出力ベクトルＸ□の
アドレスｉをとり込む。ｉ　＝　Ｎとなった時点で、上
記処理によシ最小歪ｄすなわｄ、　＝＝＝　ｍｉｎ　ｄ
ｌ １ となる最小歪出力ベクトル（ｙ、Ｉ　ｍ±ｎ　ｄ（４＋
　ｙｉ）　１ｌ のインデックス１がインデックスラッチ（１０）に残り
。

符号化器出力として最小歪出力ベクトルインデックスＯ
Ｊを出力する。

次に第３図に示す復合化器の動作について説明する。

符号化器から送られてくる最小歪出力ベクトルインデッ
クス０３をインデックスラッチ員にとり込み、これをア
ドレス信号として符号化器と同一出力ベクトルコードブ
ックメモ１月４）から対応する最小歪出力ベクトルを読
み出し出力ベクトルレジスタαａにラッチする。これが
入力ベクトル（１）のベクトル量子化信号すなわち最小
歪出力ベクトル０Ｑとして復号される。

上記従来のユークリッドノルム演算を導入したベクトル
量子化器では、入出力間の歪ｄ（Ｘ、ｙｌ）演算部のハ
ードウェア規模が大きくなる。

この発明はこれらの欠点を軽減するだめになされたもの
で、入出力ベクトル間の歪計算を簡易化するベクトル量
子化器を提供することを目的としている。

以下、この発明の一実施例を図について説明する。

第４図は本発明に係るベクトル量子化符号化器の一実施
例を示す構成図である。

図において、（１ｅは出力ベクトル・出力ベクトル分散
コードブックメモリ、（１ηは並列乗算器、ｏｅは出力
ベクトル分散ラッチ、　（ＩＩは減算器、（社）は絶対
値演算器である。なお２図中第１図と同一符号を付しで
あるものは同−又は相当部分を示す。

次に動作について説明する。

先づ入力ベクトル（１）はＸ＝（Ｘｌ、Ｘ２・・・、鞘
）として、入出ベクトルレジスタ（２）にとり込まれる
。

この時点でアドレスカウンタ（３）、Ｑｉ＝１．２．・
・・。

Ｎと順次カウントアツプして順番に出力ベクトル乗算と
出力ベクトル分散Ｅ２（ｙｌＫ）を出力ベクトル・出力
ベクトル分散コードブックメモリ（１６１から読み出す
。ここで、前記出力ベクトル・出力ベクトル分散コード
ブックメモ）月１０には、前記入力信号系列のクラスタ
リングトレーニングによって得た最小歪出力ベクトルの
セラ）　Ｙ−Ｃ７１＋　７２．・・・、７Ｎ）と各出力
ベクトルの分散Ｅ　　（ｙｌＫ）が書き適寸れている。

ここで である。この前記出力ベクトル・出力ベクトル分散コー
ドブック０ｅから読み出されたＸｌは出力ベクトルラツ
ヂ（５）へ、出力ベクトル分散Ｅ２（ｙ：ＬＫ）は出力
ベクトル分散ランチ０樽へとり込まれる。

次に、並列乗算器（１７１は入力ベクトルＸと出力ベク
トル７１間のベクトル乗算を実施し、各要素毎１ の乗算出力の総和Ｓｉを総和演算器（８）にて求める。

ここで Ｓｉ−Σ　Ｘｊ＋ｙ、Ｌｊ ｊ＝１ となる。次に、減算器■にて、出力ベクトル分散ラッチ
０砂から送出される出力ベクトル分散Ｅ２（ｙ、Ｋ）と
８１の１ビツトシフト減算を実行し、その結果を絶対値
演算器翰にて正の値に変換し入出力ベクトル聞出ａ−１
，を求める。すなわち となる。

ここで、入出力ベクトル間のユークリッドノルムに相当
する歪ｄ□は であり、入力ベクトルと最小歪となる出力ベクトルを探
索するため、歪ｄ１をｄｌとしてもかわらない。更に入
出力ベクトルが共に分散で正規化された単位ベクトルで
あるならば。

とな９．歪ｄへ、を更に簡易化して、歪弓ｄｒ　：＝　
ｌ　　Σ　Ｘｌ　ｙｌｊｌｊ＝１ としても問題ない。この場合は、出力ベクトルの分散メ
モリ部、出力ベクトル分散ラッチα転減算器α優は必要
ない。

以上の如く、簡略化して求めた歪ｄ／ｉが最小となる出
力ベクトルのアドレスを最小歪検出器（９）とインデッ
クスラッチα〔にてと勺込み最小歪出力ベクトルインデ
ックス０′５を符号化出力として送出する。

この符号化器に対応する復号化器は第３図に示しだもの
と同一でよい。

以上のようにこの発明に係るベクトル量子化符号化器で
は、入出力ベクトル間の歪計算を符号化性能を落とすこ
となく簡易化しているため）・−ドウエア規模の縮小・
処理の高速化が実現できる効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、に次元信号空間における出力ベクトルの配列
を示す説明図、第２図は従来のユークリッドノルム演算
を導入したベクトル量子化符号化器の一実施例を示す構
成図、第３図はベクトル量子化復号化器の一実施例を示
す構成図、第４図は本発明に係る嵩速ユークリッドノル
ム演算を導入したベクトル量子化符号化器の一実施例を
示す構成図である。 図中、（２）は入力ベクトルレジスタ、（３）はアドレ
スカウンタ、（４）は出力ベクトルコードブックメモ’
Ｊ、（５）は出力ベクトルラッチ、（６）は並列減算器
。 （７）は並列２乗演算器、（８）は総和演算器、（９）
は最小歪検出器、　（ＩＩはインデックスラッチ、（Ｉ
４は出力ベクトルＶジスタ、　Ｑｆ９は出力ベクトル・
出力ベクトル分散コードブックメモ！Ｊ、（１７）は並
列乗算器、０佼は出力ベクトル分散ラッチ、　（ＩＣＪ
は減算器、（イ）は絶対値演算器である。 なお１図中同一又は相当部分は同一符号にて示しである
。 代理人大岩増雄

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）入力信号系列をに個（Ｋは複数）毎にブロック化
   して形成した入力ベクトルから、に次元信号空間におけ
   る入力ベクトルの分布に基づき、あらかじめクラスタリ
   ングトレーニングにより最小歪となる出力ベクトルのセ
   ットと各出力ベタ１−ルの分散を求め、これを記憶した
   コードブックメモリ、前記入力ベクトルと前記コードブ
   ックから読み出される前記出力ベクトル間の要素間乗算
   を実行する乗算器、前記入出力ベクトル要素間乗算結果
   の総和を求める総和演算器、前記総和演算器の出力であ
   る要素間乗算値の２倍の値を前記コードブックから読み
   出された対応する出力ベクトル分散から減じた後、絶対
   値変換して入出力ベクトル間歪を求める歪算出器、前記
   入出力ベクトル間歪が最小となる出力ベクトルの前記コ
   ードブックにおけるアドレスを検出してこれをベクトル
   量子化符号化出力とする最小歪出力ベクトル検出器、を
   備えだことを特徴とするベクトル量子化符号化器。
2. （２）ベクトル量子化符号化器において入力ベクトルお
   よび出力ベクトルが正規化された単位ベクトルである場
   合、入出力ベクトル歪として各要素間乗算値の総和の総
   対値項のみを算出する歪演算器を備えだことを特徴とす
   る特許請求の範囲第（１）項記載のベクトル量子化符号
   化器。