JPH06139345A - 特異値展開符号化方式 - Google Patents

特異値展開符号化方式

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JPH06139345A
JPH06139345A JP28601192A JP28601192A JPH06139345A JP H06139345 A JPH06139345 A JP H06139345A JP 28601192 A JP28601192 A JP 28601192A JP 28601192 A JP28601192 A JP 28601192A JP H06139345 A JPH06139345 A JP H06139345A
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JP
Japan
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eigenvector
eigenvectors
average
matrix
singular
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Pending
Application number
JP28601192A
Other languages
English (en)
Inventor
Kazuo Ozeki
和夫 大関
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
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  • Compression, Expansion, Code Conversion, And Decoders (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 音声,画像等の情報を特異値展開符号として
伝送する際、固有ベクトルの冗長度を削減した上で符号
化することにより、圧縮効率を向上させる。 【構成】 伝送すべきブロック単位の信号に対し相関関
数の固有ベクトル及び対応する固有値を求め、固有値の
絶対値の大きい順に該固有ベクトルを並べる特異ベクト
ル演算部と、並べられた固有ベクトルに対し予め求めた
平均的固有ベクトルを基準とした変位を求める差分演算
部と、求められた変位を符号化する可変長符号化部とを
備える。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は音声,静止画像,動画像
等の情報を伝送する際に用いる特異値展開符号化方式に
関する。
【0002】
【従来の技術】電話,カラーファックス,電子スチルカ
メラ,監視用静止画像伝送装置,テレビ会議等において
音声,静止画像,動画像の情報源を伝送する際、様々な
符号化方式が考えられている。その1つとして特異値展
開符号化方式がある。
【0003】これは、伝送すべきブロック単位の信号
(例えば画像を分割した各領域)に対し先ず固有ベクト
ル(及び対応する固有値)を求める。次にこれらの固有
ベクトルを、その対応する固有値の絶大値の大きい順に
並べ換える。そして並べ換えた固有ベクトルの全て、又
は重要な一部のもの(並べ換え順位の若いもの)符号化
して伝送する。
【0004】この特異値展開符号化方式について画像信
号を例として詳細に説明する。図4に示す様に画像デー
タを例えば8画素分のブロックに分割する。このブロッ
ク内より2画素分を総当たり的に選択し、この2画素値
を図5に示す様に2次元座標上でプロットする。(2画
素値を(x1 ,x2 )としてx1 軸,x2 軸上にプロッ
トする)するとこれらの画素値は、x1 2 座標上で特
定の傾きを持つ直線上に集中してプロットされる。従っ
て図5に示す様にこの特定の直線の、x1 軸からの回転
角度を固有ベクトルとして求める。更に特定の直線上で
の、各(x1 ,x2 )の基準点からの距離も合わせて求
め、固有値とする。これらは図6の変換式で示される様
に、固有ベクトルφ1 …φ8 ,夫々の固有値λ1 …λ8
として変換角度行列として記述できる。
【0005】しかしながら、この従来の特異値展開符号
化方式では、固有ベクトルを特別な処理をせずにそのま
ま符号化としていたため圧縮効率が悪かった。例えば図
7に示す様に8個の固有ベクトルは様々な値をとるもの
であり、特定値に集中していない。従ってこれらの大小
様々な値を直接符号化すると、画像圧縮の観点からは極
めて効率が悪いという欠点が有った。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】以上述べた様に従来の
特異値展開符号化方式においては、求めた固有ベクトル
をそのまま符号化処理していたため、圧縮効率が極めて
悪いという欠点が有った。
【0007】そこで本発明の目的は、固有ベクトルの冗
長度を削減した上で符号化処理することにより、圧縮効
率を向上させた特異値展開符号化方式を提供することに
ある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、伝送すべきブ
ロック単位の信号に対し相関関数の固有ベクトル及び対
応する固有値を求める手段と、固有値の絶対値の大きい
順に該固有ベクトルを並べる手段と、並べられた固有ベ
クトルに対し予め求めた平均的固有ベクトルを基準とし
て変位を符号化する手段とを備えたことを特徴とするも
のである。
【0009】
【作用】本発明では、特異値展開符号化における固有ベ
クトルの統計的性質を平均的形状として計算しておき、
これを固有ベクトルから差し引くことにより、冗長度が
除かれ真に伝送すべきエッセンスのみを抽出することが
できる。
【0010】同じ原理のもとに、各種の構成が可能であ
る。すなわち1次元方式、2次元方式、3次元方式など
で、音声、画像等の信号をブロック化する際のブロック
のとり方で複数の実現の構成が存在する。
【0011】
【実施例】
〈1次元の場合〉 音声、画像等の信号を要素がN個のベクトル g=(g1 ,…,gN T (但しTは転置行列)で表
す。NxN次の離散自己相関行列を、Rn =g・gT
し、そのN個の成分ごとの平均を とする。その固有ベクトルφn を並べた固有ベクトルの
行列をΦ、対応する固有値λn を対角成分上に並べた固
有値行列をΛとすると、 RΦ=ΦΛ なる関係となっていることは古くから知られている。
【0012】ここで、Φを変換行列としてf=Φgなる
変換を行いfを符号化伝送するのが変換符号化方式であ
る。一方ΦとΛまたはその積ΦΛの全部または一部を符
号化伝送するのが特異値展開符号化方式である。ここで
両者を比較すれば、変換符号化方式は源信号を分布に偏
りのある変換面に移し、その偏りを利用して高能率に符
号化することができるのに対し、特異値展開符号化方式
では固有ベクトルに展開できたが、圧縮という観点から
はきわめて状態の悪い信号に移してしまったため、高能
率の符号化ができなかった。固有ベクトルは互いに直交
しているが、相関があり、分布に偏りがなく、広く分散
しておりこのままでは極めて取扱いが難しい。また、源
信号がNxN個であったのに比べ、特異値展開後はΦが
NxN個、ΛがN個で合計NxN+N個に増加してい
る。もちろんその自由度は最大NxNで情報量的には増
加していないが、見掛上分散して扱いにくい形になった
ことを表している。
【0013】本発明では、得られた固有ベクトル行列Φ
から平均的固有ベクトル行列Ψを成分ごとに差し引くこ
とにより、冗長度が削減できる。ここでΨの例として離
散コサイン変換DCT、アダマール変換行列H、スラン
ト変換行列S、画像の自己相関から求まるKL変換KL
などが有る。又、各固有値λ1 ,…,λn は別に符号化
して送る。
【0014】図1は本発明の一実施例の概略構成図であ
る。画像入力部1によりブロック単位の画像データがg
=(g1 ,…,gN )の形で与えられる。この画像デー
タはブロック毎に特異ベクトル演算部2へ送られる。こ
こでは上述した様に、 を計算することにより、固有ベクトルφ1 ,…,φn
対応する固有値λ1 ,…,λn を求める。ここで固有値
λ1 ,…,λn をその絶対値の大きい順に並べた行列を
Λ,この順序に従って対応する固有ベクトルφ1 ,…,
φn を並べ換えた行列をΦとする。この固有ベクトル行
列Φは差分演算部3へ与えられ、ここでは記憶部4に予
め記憶された平均的固有ベクトルΨを減算する。(この
平均的固有ベクトルについては後述する。)この減算結
果をE(=Φ−Ψ)とすると、このEと特異ベクトル演
算部からの固有値行列Λとが量子化部5へ送られる。こ
の量子化部5では特定のステップ幅で量子化を行ない、
その結果は可変長符号化部6で符号化処理される。
【0015】つまり本発明では図2に示す様に固有ベク
トル行列Φから平均的固有ベクトルΨが減算されるた
め、その差分Eは非常に小さい値(或いは0)となり、
圧縮率が大幅に向上できる。
【0016】図3に量子化と可変長符号化の主な詳細例
を示す。線形量子化とは信号を等間隔にきざみ有限個の
符号に置き換えることである。スカラー量子化とは一サ
ンプルずつ量子化することで、ベクトル量子化とは複数
サンプル一括して量子化することである。0、非0判定
は量子化後の量子化代表値が0かそうでないかを判定す
るもので、低ビットレート符号化では0が継続すること
が多く0の継続は別にその継続長としてまとめて符号化
するためのものである。また符号化中に途中からそのブ
ロックの最後まで全て0になった時は、そのブロックの
符号化を終了し、終了を示す符号EOB(END of
block)を送出するようにしても良い。
【0017】図3(a)の線形スカラー量子化部,図3
(b)の非線形スカラー量子化部,図3(c)のベクト
ル量子化部は、図1の量子化部5に対応する。図3
(a)(b)の0・非0判定部,非0符号化部,図3
(c)の可変長符号化部は図1の可変長符号化部6に対
応する。 〈2次元の場合〉画像では効率の点で2次元ブロック化
し、2次元相関を用いた高能率化がなされる。信号を要
素がNxN個の行列G=(gij)に分割する。 (1)〈1次元化する場合(非可分)〉 NxN個の2次元配列をN2 x1の1次元配列に並べ直
し以下1次元の場合と同様の処理を行う。同様なので省
略する。 (2)〈1次元化しない場合(可分)〉
【0018】Gに対し自己相関R1 =GGT とR2 =G
T Gを作りその固有ベクトルをΦ1、Φ2 とする時、G
はG=Φ1 ・Λ1/2 ・Φ2 と展開表現できる。これは
【0019】
【数1】 と記述される。或いは以下の様にも記述される。
【0020】
【数2】
【0021】但し、NR ≦Nで非0の固有値λi の数、
i ,vi はΦ1 、Φ2 の列ベクトルである。また、Λ
1/2 の自由度は最大N、Φ1 、Φ2 の自由度はそれぞれ
最大N(N−1)/2で合計N2 である。
【0022】この固有ベクトルから平均的固有ベクトル
を差し引きその残差を符号化し量子化すれば良い。平均
的固有ベクトルは上記自己相関を多数の信号に関し平均
した形で求め、そこから導出した固有ベクトルを用いれ
ば良い。
【0023】上記実施例においては、平均的ベクトルと
してあらかじめ定まった固定パターンのベクトルを用意
し差引いたが、複数用意しておき入力信号の状況に応じ
きりかえて用いても良い。また上記実施例では固有ベク
トルと平均的固有ベクトルの差の符号化について述べた
が、差に限らず平均的固有ベクトルからの変位を符号化
(変位分のパターン・マッチング符号化、変位を考慮し
たパターン符号化、変位分を符号化するベクトル量子
化)する方法は容易に類推できる。
【0024】
【発明の効果】本発明によれば特異値展開符号化方式に
おいて固有ベクトルの冗長度を効率的に取り除くことが
できる。従って音声,画像等の信号を伝送する際の圧縮
率を大幅に向上させることが可能となり、その実用的利
点は絶大である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施例の概略構成図。
【図2】 本発明の一実施例に係る固有ベクトルから平
均的固有ベクトルを減算する様子を示す図。
【図3】 本発明の一実施例に係る量子化部と可変長符
号化部の詳細を示す図。
【図4】 画像データのブロック分割の様子を示す図。
【図5】 特異値展開符号化方式を説明するための図。
【図6】 特異値展開符号化方式を用いた変換式を示す
図。
【図7】 特異値展開符号化方式による固有ベクトル値
を示す図。
【符号の説明】
1…画像入力部 2…特異ベクトル演算部 3…差分演算部 4…記憶部 5…量子化部 6…可変長符号化部

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】伝送すべきブロック単位の信号に対し相関
    関数の固有ベクトル及び対応する固有値を求める手段
    と、固有値の絶対値の大きい順に該固有ベクトルを並べ
    る手段と、並べられた固有ベクトルに対し予め求めた平
    均的固有ベクトルを基準とした変位を符号化する手段と
    を備えたことを特徴とする特異値展開符号化方式。
  2. 【請求項2】平均的固有ベクトルはブロック単位の信号
    に対して離散コサイン変換により求めたものである請求
    項1記載の特異値展開符号化方式。
  3. 【請求項3】符号化する手段は前記並べられた固有ベク
    トルと前記予め求めた平均的固有ベクトルとの差をベク
    トル量子化するものである請求項1記載の特異値展開符
    号化方式。
JP28601192A 1992-10-23 1992-10-23 特異値展開符号化方式 Pending JPH06139345A (ja)

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