JPS61159869A - ベクトル量子化器 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、信号系列を複数個ま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、ベクトル量子化器
に関するものである。

〔従来の技術〕

最初にベクトル量子化の原理について簡単に説明する。

今、入力信号系列ｔ−に個まとめて入力ベクトル！　＝
：　ｔ　Ｘｌ、　Ｘ２　＋・・・＋　ＸＫ）とする。こ
のとき、Ｋ次元ユークリッド信号空間ＲＫ（五ｅＲＫ）
のＮ　（ｆｉの代表点くすなわち、出力ベクトル）　７
ｉ　＝　ｔ　７１１゜ｙ；２．”・、’ｉＫ）のセット
をＹ＝（ｙ＋、ｙ２．・・・、ム〕とする。ベクトル量
子化器は出力ベクトルのセットから入力ベクトルに対し
て最短距離におる（最小歪にある）出力ベクトルｙ、を
以下のように定め、これを探索する。

ｉｆ、　ｄ（ｘ　、ｚｉ）　（ｄ（ｘ　、ｙ、　）　ｆ
ｏｒ　ａｌｌ　ｊ五→　ｙｉ ただし、ｄ（五、：ｙ、）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五は出力ベクトルの
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２五で置換される。出力ベクトル７
ｉのセットＹ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
るまでくり返す）によって求めることができる。さらに
、ベクトル量子化の効率と出力ベクトルのセットの汎用
性とを高めるためにベクトルの平均値を分離し、振幅で
正規化した状態でベクトル量子化することも行なわれる
。

以下、従来のベクトル量子化器を具体的な回路再成例に
ついて説明する。第５図は符号化部の一例を示すブロッ
ク図である。この再成例ではｄ（五。

Ｂ）の定義例として、絶対値歪ｔ−（１）式で表わす。

第５図において、３は入力ベクトル、４は平均値分離正
規化回路、５は正規化入力ベクトル、６は入力ベクトル
３の平均値成分及び振幅成分、２１は正規化入力ベクト
ルレジスタ、２６はコードテーブルアドレスカウンタ、
３８は正規化出力ベクトルコードテーブル、２０は正規
化出力ベクトルレジスタ、２２は並列減算器、２３は並
列絶対値歪演算器、２４は絶対値歪演算器（アキュムレ
ータ）、２５は最小歪ベクトル検出器、２７はコードテ
ーブルアドレス信号、２８はアドレスラッチ、１４はベ
クトル量子化インデックス信号、３９は前記ベクトル量
子化インデックス信号１４と入力ベクトルの平均値成分
及び振幅成分６とｔ−まとめて符号化する符号化器、４
０は符号化器出力信号である。

また、第６図は復号化部の再成例を示すブロック図で、
図中、４１はベクトル量子化インデックス、平均値成分
、振幅成分等を復号する復号化器、３６は平均値分離正
規化復元回路、３７は再生された出力ベクトルである。

次に第５図ないし第６図の動作について説明する。先ず
、入力信号系列を複数個まとめてブロック化した入力ベ
クトル３、且＝（Ｓｔ、Ｓｚ、・・・、　ｓＫ　）は、
平均値分離正規化回路４によって１つは平均値成分及び
振幅成分６を分離し、他方は正規化入力ベクトル５、！
　＝（Ｘ　１＋　１２　＋　”’　＋　ＸＫ）を形成す
る。ここで、平均値成分をｍ１振幅成分をσとすると、
例えば（２）式で表せる。

（ｊ：１，２．・・・、Ｋ） 平均値分離正規化回路４の処理によって、入力ベクトル
３が信号空間内における一定の分布に近づくため、ベク
トル量子化の効率が高められる。

正規化入力ベクトル５は正規化入力ベクトルレジスタ２
１にラッチされる。次にコードテーブルアドレスカウン
タ２６は正規化出力ベクトルコードテーブル３８から順
次正規化出力ベクトル７ｉを読み出し、正規化出力ベク
トルレジスタ２０にラッチする。また、絶対値歪演算器
２４は並列減算器２２、並列絶対値歪演算器２３から五
と７ｉの歪ｄ、を（３）式のようにして求める。

ｄｒ　＝　ｄ（Ａ　＋　７１　）＝、Σ１ｘｊ−ｙｉｊ
Ｉ　　　−・−・・−（３）Ｊ　＝　１ 次に、最小歪ベクトル検出器２５は、順次読みだされる
正規化出力ベクトル７ｉと正規化出方ベクトル五との歪
ｄｉの最小値を検出する。すなわち最小歪は（４）式で
示される。

ｄ＝ｍｒｎｄ　　　　・・・・・・・・・・・・・・・
（４）１　′ 最小歪となる正規化量カベクトルｙｉｔ−検知するとス
トローブ信号がアドレスラッチ２日に転送され、ベクト
ルのコードテーブルアドレス信号２７及びベクトル量子
化インデックス１４として出力する。符号化器３９は前
記最小歪となるベクトル量子化出力インデックス信号、
及び入力ベクトルの平均値成分及び振幅成分６とをまと
めて符号化器３９で符号化し、符号化器出力信号４ｏと
して出力する。

また、第６図の復号化部では、復号化器４１がベクトル
量子化インデックス信号１４、ベクトルの平均値成分及
び振幅成分６を復号し、正規化出力ベクトルコードテー
ブルメモリ３８から正規化出力ベクトル７ｉを読み出し
て正規化出方ベクトルレジスタ２０に２ソチする。さら
Ｋ、平均値分離正規化復元回路３６によって、入力ベク
トルの平均値成分及び振幅成分６を用いて再成された出
力ベクトル３７、Ｓ’＝　（Ｓｔ’、　Ｓ２’ｌ−＋　
ＳＫ’ｌ　全復元ｆる。すなわち、 Ｓｊ′＝σ４ｙ　Ｉ　Ｊ　＋　ｍ　　　　・・・曲・・
曲・・（５）（ｊ＝Ｌ２＋・・・、Ｋ） 〔発明が解決しようとする問題点〕 従来のベクトル量子化器は以上のように再成されている
ので符号化性能がコードテーブルに記憶された出方ベク
トルのセット如何によるため、出力ベクトルに高効率と
汎用性が要求される。また、文書、図表等を中心とした
画像、微妙な階調表現を要求される画像、或いは異なる
センサー系を用いた画像等、統計的性質の大きく違う画
像信号に対しては出力ベクトル生成かよフ高度でなけれ
ばならず、コードテーブルメモリの容量も大きなものに
なる割に万能の出方ベクトルを得ることが困難である等
の問題点がｂった。この発明は、上記のような従来のも
のの問題点を解決するためになされたもので、入力信号
の性質が大きく変わった際にも新たな出力ベクトルのセ
ットを効率良く、高速で生成し、かつ出方ベクトルのセ
ット生成として汎用性のあるコードテーブルメモリの容
量増大を抑えたベクトル量子化器を得ることを目的とす
るものである。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明にかかるベクトル量子化器に、正規化入力ベク
トルを並列反転演算器で反転し、その並列反転演算器か
ら出方される反転正規化入力ベクトル及びもとの正規化
入力ベクトルとを時分割多重化した正反入力ベクトルを
多重化回路から出方する。そして、前記正反入力ベクト
ル及びベクトル量子化部よシ出力されるインデックスよ
り更新された出力ベクトルのセットをコードテーブル更
新部で生成し、コードテーブルメモリによって内容を動
的に書きかえるとともに、前記ベクトル量子化部から出
力されるインデックスから、反転されていない入力ベク
トルに対応するインデックスを抽出する抽出回路とを設
けたものである二〔作　用〕 この発明においては、平均値分離正規化されたベクトル
の外にその反転したベクトルも加えてクラスタリングを
行なうことにより、ベクトル量子化すべき信号の性質に
適合した正規化出方ベクトルのセットを高効率、かつ高
速に求めることができる。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を図について説明する。図中
、第５図及び第６図と同一の部分は同一の符号をもって
図示した第１図において、１鉱画像信号系列、２は画像
メモリ、７は並列反転演算器、８は反転正規化久方ベク
トル、９は多重化回路％　１０ｆｌ多重化入力ベクトル
、１１はベクトル量子化部、１３はコードテーブル更新
ｍ、１２ａ更新された出力ベクトルのセット、１４Ｈベ
クトル量子化インデックス信号、１５はインデックス抽
出回路、１６は抽出されたインデックス信号、１７は符
号化器、１８は符号化器出方信号である。

また、第２図は前記ベクトル量子化部１１の一再成例を
示したものである。図において、１９は第１及び第２の
コードテーブルメモリよシなるダイナミック正規化出方
ベクトルコートｆ−フルｓ　２０は正規化出力ベクトル
レジスタ、２１は正規化入力ベクトルレジスタ、２２は
並列減算器、２３は並列絶対値歪演算器、２４は絶対値
歪演算器、２５は最小歪ベクトル検出器、２６はコード
テーブルアドレスカウンタ、２７はコードテーブルアド
レス信号、２８にアドレスラッチである。また、第３図
は、前記コードテーブル更新部１３の一再成例を示した
ものである。図において、２９は入力ベクトルアキュム
レータ、３０．３２はレジスタ、３１はインデックスカ
ウンタ、３３は並列除算器、３４は出力ベクトルレジス
タである。また、第４図は復号化部の一再成例を示した
ものである。図中、３５は復号化器、３６は平均値分離
正規化復元回路、３７は再生された出力ベクトルでるる
。

次に動作について説明する。基本的には、性質の異なる
画像が入力されて出力ベクトルのセットを更新する必要
が生じた際に、入力ベクトル群をモデルとしてクラスタ
リングを行ない新たな出力ベクトルを得、そのセットを
用いて入力画像をベクトル量子化し、ベクトル量子化情
報及び更新された出力ベクトルのセットを符号化出力し
て、入力画像の性質の変化に対応しようとするものであ
る。通常、クラスタリングに大きな数のモデルを用いる
ことによってモデルに含まれる雑音成分や歪み等を除く
が、反転した入力ベクトルをモデルに加えてクラスタリ
ングすることによっても同様の効果が得られ、小さなモ
デルでも効率良く出力ベクトルのセットを得ることがで
きる。以下、第１図から第４図を参照しながら説明する
。

第１図ではまず画像信号系列１が画像メモリ２に記憶さ
れ、Ｋ個毎にブロック化された入力ベクトル３、且＝（
Ｓ＋、Ｓｚ、・・・ｙＳｘ）として読み出され、平均値
分離正規化回路４により入力ベクトルの平均値成分及び
振幅成分６を分離し、正規化入力ベクトル５五”　（”
１　＋　”２４・・・、ＸＫＩを形成する。

入力ベクトルの平均値成分及び振幅成分６は、符号化器
１７に転送される。また、正規化入力ベクトル５五はそ
のまま多重化回路９に入力される一方、並列反転演算器
７を介して符号を反転させられた反転正規化入力ベクト
ル８−王も多重化回路９に入力する。多重化回路９では
、２倍になった多重化入力ベクトル１０を時分割多重化
し、ベクトル量子化部１１及びコードテーブル更新部１
３に送出する。ベクトル量子化部１１では正規化人力ベ
クトル玉（−五）に最小歪を与える正規化出力ベクトル
７ｉをコードテーブル更新部１３の中から選び出し、そ
のベクトル量子化インデックス１４ｉを；−トチ−プル
更新部１３及びインデックス抽出回路１５に出力する。

第２図はベクトル量子化部１１の再成例を示したもので
、正規化人力ベクトルレジスタ２１にラッチされた多重
化人力ベクトル１〇五と、ダイナミック正規化比カペク
トルコードテーブル１９から読み出され正規化出力ベク
トルレジスタ２０にラッチされた出力ベクトル７ｉの歪
ａ、を、並列減算器２２、並列絶対値歪演算器２３．絶
対値歪演算器２４により（６）式の演算を行う。

ｄ；＝ｄ（”４ｉ）＝４１ｘｊ−７Ｊｌ　　　・・・・
・（６Ｊ」 最小歪ベクトル検出器２５により、最小歪を生しるコー
ドテーブルアドレス信号２７をアドレスランチ２８にラ
ッチさせ、ベクトル量子化インデックス信号１４として
出力する。コードテーブル更新部１３では、正規化入力
ベクトル１０　Ｋ（−Ｘ）及びベクトル量子化部１１よ
り出力されたインデックス１４ｉｋもとに、クラスタリ
ングにより新たな正規化出力ベクトルのセットを生成し
、ベクトル量子化部１１のダイナミック正規化出力ベク
トルコードテーブル１９及び符号化器１７に出力する。

第３図はコードテーブル更新部１３の再成例である。今
、正規化出力ベクトル７ｉが最小歪を与える入力ベクト
ル群を４”　＝　（”１’　＋　”２”・・・。

ｘＫ’Ｌ１枚の画像に含まれる該入力ベクトル群五１の
数をＩＩ　−’　ＩＩで表わすものとすると、入力ベク
トルアキュムレータ２９では前記多重化入力ベクトル１
０とベクトル量子化インデックス信号１４の両人力信号
によって同じ出力ベクトルに量子化される入力ベクトル
を加えあわせる。同時にインデックスカウンタ３１では
、前記ベクトル量子化インデックス信号１４によって各
出力ベクトルに量子化される入力ベクトル数をカウント
していく。１枚の画像がすべてベクトル量子化部１１で
処理された時点において入力ベクトルアキュムレータ２
９には、Σ五１がたくわえられ、インデックスカウンタ
３１ではＩＩ−’Ｉ＋が求まる。そしてレジスタ３０、
レジスタ３２、除算器３３では（７）式により新たな出
力ベクトルＬｉ′を求める。

出力ベクトルレジスタ３４では１以上のようにして求め
られた新たな出力ベクトルｙｉＩを取りこみ、更新され
た出力ベクトルのセット１２として出力する。抽出回路
１５では、付加的に生成された反転正規化入力ベクトル
８−五により求まるインデックスを切りすて、正規化入
力ベクトルｘＫよシ生成されたインデックスのみを抽出
し、符号化器１７に送出する。符号化器１７では、抽出
されたインデックス信号１６、更新され九出力ベクトル
のセット１２と入力ベクトルの平均値成分、及び振幅成
分６とをまとめて符号化し、符号化出力信号１８として
出力する。

第４図は復号化部の再成例で、符号化器出力信号１８を
復号化器３５により更新された出力ベクトルのセット１
２、抽出されたインデックス信号１６、入力ベクトルの
平均値成分、及び振幅成分６とに復号し、該更新された
出力ベクトルのセット１２はダイナミック正規化出力ベ
クトルコードテーブル１９に書き込まれ、抽出されたイ
ンデックス信号１８４Ｃよって出力ベクトルｙ１を読み
出し、平均値分離正規化復元回路３６によって入力ベク
トルの平均値成分ｍ及び振幅成分σ６ｔ−用いて再生さ
れた出力ベクトル３７　ｂ　　Ｓ’　＝（Ｓ　、ｉ、　
Ｓ　２’　ｌ・・・。

ＳＫ′）を復元する。すなわち。

Ｓ・′＝σ・ｙ　十ｍ　　　・・・・・・・・・・・・
・・・（８）Ｊ　　　　　　　１ｊ （Ｊ””　ｒ２＋・・・、Ｋ） 〔発明の効果〕 以上のように、この発明によれば、入力される性質の異
なる信号に適した出力ベクトルのセットを効率よく得る
ことができるため、汎用的な出力ベクトルのセットを求
める必要や、複雑な適応制御を行なう必要がなくなる。

更にこの発明は、静止画伝送装置や画像データベース入
出力などにも適用することができ、かつ白黒画像のみな
らずカラー画像にも用いることができる等の効果がある
。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す画像信号のベクトル
量子化器の符号化部のブロック再成図、第２図は符号化
部の中のベクトル量子化部の一実施例を示すブロック再
成図、第３図は符号化部の中のコードテーブル更新部の
一実施例を示すブロック再成図、第４図は復号化部の一
実施例を示すブロック再成図、第５図は従来の画像信号
のベクトル量子化符号化部のブロック再成図、第６図は
従来の画像信号のベクトル量子化復号化部のブロック再
成図である。 図において、１は画像信号系列、２は画像メモリ、３は
入力ベクトル、４は平均値分離正規化回路、５は正規化
入力ベクトル、６は入力ベクトルの平均値成分及び振幅
成分、７は並列反転演算器、８は反転正規化入力ベクト
ル、９Ｆｉ多重化回路、１０は多重化入力ベクトル、１
１はベクトル量子化部、１２は更新され之出力ベクトル
のセット、１３はコードテーブル更新部、１４はベクト
ル量子化インデックス信号、１５はインデックス抽出回
路、１６は抽出されたインデックス信号、１７は符号化
器、１８は符号化器出力信号、１９はダイナミック正規
化出力ベクトルコードテーブル第１．第２のコードテー
ブルメモ＋Ｊ）、２０は正規化出力ベクトルレジスタ、
２１は正規化入力ベクトルレジスタ、２２は並列減算器
、２３は並列絶対値歪演算器、２４は絶対値歪演算器、
２５は最小歪ベクトル検出器、２６はコードテーブルア
ドレスカラ／り、２７はコードテーブルアドレス信号、
２８はアドレス２ツテ、２９は入力ベクトルアキュムレ
ータ、３０はレジスタ、３１ｆｌインデツクスカウンタ
、３２はレジスタ、３３は並列除算器、３４は出カベク
ートルレジスタ、３５は復号化器、３６は平均値分離正
規化復元回路、３７は再生された出力ベクトル、３８は
正規化出力ベクトルコードテーブルメモリ、３９は符号
化器、４０は符号化器出力信号、４１は復号化器でるる
。 第４図 ２０・・・正刻し／ζ出Ｊト＼２トルレジス？第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 符号化すべき画像信号系列を記憶し複数個毎にブロック
   化して入力ベクトルとして読みだすことのできる画像メ
   モリと、前記入力ベクトルから平均値を分離し振幅で正
   規化する平均値分離正規化回路と、前記平均値分離正規
   化回路で処理された平均値分離正規化入力ベクトルの符
   号を反転する並列反転演算器と、前記並列反転演算器に
   より符号を反転された反転正規化入力ベクトル及び上記
   平均値分離正規化入力ベクトルとを時分割多重する多重
   化回路と、前記多重化回路の内容を動的に書きかえる第
   １のコードテーブルメモリを含み該第１のコードテーブ
   ルメモリに記憶された平均値分離正規化出力ベクトルの
   セットの中から前記平均値分離正規化入力ベクトル及び
   反転正規化入力ベクトルに対して最小歪となる平均値分
   離正規化出力ベクトルを最小歪ベクトル検出器で選択し
   、該平均値分離正規化出力ベクトルのインデックスを出
   力するベクトル量子化部と、前記ベクトル量子化部にお
   いて同一インデックスにベクトル量子化された平均値分
   離正規化入力ベクトル及び反転正規化入力ベクトルをベ
   クトル加算平均し更新された出力ベクトルのセットとし
   て前記第１のコードテーブルメモリに書き込むコードテ
   ーブル更新部と、前記手順によるコードテーブルの更新
   を規定の回数だけくり返すコードテーブルアドレスカウ
   ンタと、前記平均値分離正規化された正規化入力ベクト
   ル及び反転正規化入力ベクトルとをベクトル量子化した
   インデックスから該正規化入力ベクトルに対応するイン
   デックスのみを抽出するインデックス抽出回路と、前記
   平均値分離正規化回路により得られる入力ベクトルの平
   均値成分及び振幅成分、更に前記インデックス抽出回路
   により得られる抽出されたインデックス信号及び前記コ
   ードテーブル更新部によつて得られた更新された出力ベ
   クトルのセットとを符号化し送出する符号化器と、前記
   符号化器から送出された符号化出力信号から前記抽出さ
   れたインデックス信号及び前記入力ベクトルの平均値成
   分及び振幅成分、更に前記更新された出力ベクトルのセ
   ットとを復号する復号化器と、前記復号された正規化出
   力ベクトルのセットを書き込む第２のコードテーブルメ
   モリと、前記復号され抽出されたインデックス信号によ
   つて前記第２のコードテーブルメモリから読み出された
   正規化出力ベクトル及び前記復号された入力ベクトルの
   平均値成分及び振幅成分とを用いて出力ベクトルを再成
   する平均値分離正規化復元回路とを備えたベクトル量子
   化器。