JPS60134382A - 画像のベクトル量子化器 - 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】 この発明は２画像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画像信号のベク
トルｈ量子化器に関するものである。

ます、べり）　／Ｉ／　’、ｆ（、−子化の原理につい
てごく簡単に説明する。今、入力信号系列ｉＫ個まとめ
て入力ベクトル！　Ｃｘ　１＊　ｘ　２’ｐ　ｘＫ］と
する。このとき。

Ｋ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）　ｙ、＝Ｃｙ１１．　
ｙ工、。

・・・”　ｉＫ　］のセセラをＹ＝〔ヱ１．μ２．・・
・、Ｌ８〕とする。出力ベクトルｙｌを代表点（例えば
重心）とするＲＫの各分割”１．’　Ｒ２’・・・、Ｒ
Ｎとすると。

ベクトル電子化はＲ７からＹへの写像であるということ
ができる。ベクトル散子化器の符号化部では。

入力ベクトルに対して最短距離にある（最小歪となる）
出力ベクトルｙ、に以下のように定め、これを探索する
。

ｉｆ　ｄ（ｘ、ｙ、）（ｄ（ｘ、ｙ、）　ｆｏｒ　ａｌ
ｌ　ｊ＋　ｌ　−Ｊ ＸＥＲすなわち　二→ｙ１ −　ま ただし、ｄ（ｘ、ｙ、）は人出力ベクトル間の距１．ｊ
ｌｔ（歪）である。このとき、出力ベクトルのインデッ
クスコが符号化部出力となる。復号化部ではインデック
ス１に従って、予めＹを記憶したテーブルからｙを読み
出して出力する。このように、ベクトル１ 鼠子化器は前記符号化部出力１を伝送あるいは記録する
ため、極めて符号化効率が良い。出力ベクトルｙのセッ
トＹは、トレーニングモデルとなる画像信号系列を用い
たクラスタリンク（代表点の選出と信号空間の分割を、
歪の年利か最小となるまでくり返す）によつ請求めるこ
とができる。また、ｄ（ｘ、ｙ）の言」算手法は陳々あ
るが１次に例を示す。

■　ｄ（ｘ、ｙ、）＝ｍｉｎ　ｌ　ｘ、−ｙ、、ｌ　（
峻大安素歪）１　、　Ｊ　ＩＪ ■　ｄ（ｘ、、−Ｌ、）＝Σ　ｈ−ｙｔ、＋Ｉ　（絶対
値歪）−１ 以下、従来のベクトル滑子化器全具体的な構成例に沿っ
て説、明する。第１図は符号化ピ（の−１＆１ｊである
０この構成１／ｌｌでは、ｄ（Ｘ、ｙ）の定属として前
１尼■の絶対１直歪全用いている。図中、　ａｌｌは人
力ベクトル、（２）は人力ベクトルレジスタ、（３１ｉ
ｊコードテーブルアドレスカウンタ、（４）はコードテ
ーブルメモＩＪ　、　（５１はＷ１カベクトルレジスタ
、＋６１Ｕ並列減算器、（７）は並列絶対値演算器、（
８）は絶対値歪演算器（加算器）　、　＋９１は最小歪
ベクトル検出器、　（１０）はインデックス信号、０１
）はラッチ、（１ｚは符号イしｉｒ、　ａｌｌ力である
。第２図は復号化器の一例で夛）る。［￥１中（＋ａｌ
ｉｌ：ラッチ、θ４）は出力ベクトルである８次に動作
について説明する。画像信号系列１ｊはに個まとめてブ
ロック化され入力ベクトルｒＣＸ　１　＋ｘ２．・・・
、！　）となる。入力ベクトル−１ｌｔｄ：ｔ’ｌ”レ
ジに スタ（２）にラッチされる。コードテーフ゛ルアドレス
カウンタ（３）は出力ベクトルコードテー７゛ルメモリ
（４）から１１頁次出力ベクトルＬ全読みだし、レジス
タ（５）にラッチする。絶対値歪演算器（８）は３１ａ
夕１Ｊｌ威↓Ｉ暑：÷（６）、並列絶対値演算器（７）
から王とＬ工σ〕歪ｄを次のようにめる。

ｅＬ　、−ａ（ｘ　、ｙ　、　）−Σ　１ｘＪ−ｙ、１
１−−Ｊ口１ 次に、最小歪検出器（９）は順次読みださオしるｙ工と
Ｘとの歪ｄの最小値を検出する、すなわち？ｒ＃　／Ｊ
−歪は ｄ＝ｓｍｉｎｄ である。この役小歪となるベクトルかへクトルＸのベク
トル電子化出力である。１ζψ小歪ベクトルを検出する
とストｌコープ信号がラッチ（１１）に送られ。

ベクトルのアドレスであるインデックス信号（ＩＬＩＩ
　ｆｆ取り込む。ラッテ０υではインデックス金符号化
器出力信号（１２として出力する。

復号化器（ｌｆｔでは、符号化器出力信号ｆ＋２１ｉう
°ノチθ■にηｙり込み、インデックスを匂号、コード
−ｚ”　−プル（４）から出力ベクトルＹ　全Ｅ’ｌみ
出して出力ベクーーユ トルレジスタ（５）にラッチし、出力ベクトル（１４）
として出力する。

従来の画１象信号のベクトル叶子化器は以上σ〕如＜（
１４成されているので２次に述べるような欠点がめった
。すなわち、符号化性能がコードテーフ゛ルに韻１．ハ
された出力ベクトルの七′ント如何によるため、出力ベ
クトルに７・−ｊい効率と汎用性か」皮Ｊ＜さ４′ｔ　
。

従って出力ベクトル生成かより両度な問に’＋“１にな
ること、コードテーブルメモリの容＋Ｉｊ　７％大きく
なること、何らかの適応制御が必要になること、４であ
る。

この発明はこれらの欠点を除去するためになされたもの
で、出力ベクトルのセラトラ生成する機能全量子化器に
附与し、伝送或いは記録すべき画像毎に専用の出力ベク
トルを高床で生成して、この出力ベクトルのセットとそ
れを用いてベクトル縫子化符号化した結果とを抱括した
ものを符号化出力とすることによって、出力ベクトルの
セットの生成、汎用性等の問題を取り除いたベクトル量
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３
図は符号化器の一構成例を示したものである。図中、Ｇ
９は画像信号系列、（ＩＱは１Φｊ像メモリ。

ｔｌ＋は入力ベクトル、θ７）はベクトル量子化部、（
１Ｑはベクトル景子化インデックス、（１保はコードテ
ーブル更刹部、Ｑ０）は更新された出力ベクトルのセッ
ト。

Ｑυは＠記憶ンデックス（１８１と出力ベクトルのセッ
ト（イ）を取り込み、伝送路に出力するラッチ、（２乃
は符号化器出力信号である。また、第４図は前記ベクト
ル量子化部（ｌでの一構成例を示したものである。

図中、（１）は入力ベクトル、＋２１ｆｉ入力ベクトル
レジスタ（３）はコードテーブルアドレスカウンタ、　
（ｌ１３１はダイナミック出力ベクトルコードテーブル
メモリ。

（５）　ｒ、１：　出、ｌ：ｌベクトルレジスタ、（６
）は並列減算器、（７）は並列絶対値演算器、（８）は
絶対値歪演算器（加算器）、１９）は最小歪ベクトル検
出器、００）はインデックス信号、　（２４）はラッチ
である。また、第５図は前記コードテーブル更新部α９
の一構成例を示したものである。図中、（ハ）は入力ベ
クトルアキュムレ−タ−９００はインデックスカウンタ
、（２ηはレジスタ。

弼はレジスタ、いは除算演算器（例えば逆数ＲＯＭと乗
算器を用いて構成する）、（ト）妹出力ベクトルレジス
タである。また、第６図は、９号化器の一桔１成例ケ示
したものである。図中、　Ｃ（＋１は前記符号化器出力
信号ｃ’＋ｚ　’６受信し、出力ベクトルのセット（氾
とベクトル６子化インデツクス０樟を信号するラッチ、
（３２）ｕダイナミック出力ベクトルコードテーブル、
　ｃＩ漕は出力ベクトルである。

次に動作についてＬ（ａ明する。

画像信号系列（１９は画像メモ！７（Ｉｔ９に記憶され
、に個毎にブロック化され、入力ベクトル（１す「〔Ｘ
、。

Ｘ　・・・、　Ｘｘ）として読み出される。これに対し
９ 出力ベクトルｙのセットが必要になる。出力ベクトルの
数をＮとすると、　（：ｙ、）の初期設定として。

入力ベクトルからＮ個を選び出して用いる。この選出は
１例えば画像の左上からＮ個という具合に定めても、ラ
ンダムな抽出であってもかまわない。

出力ベクトルのセットはダイナミック出力ベクトルコー
ドテーブルメモリ＠に袈、き込まれる。入力ベクトル（
１）はまずレジスタ（２）にラッチされる。コードテー
フ”ルアドレスカウンタ（３）はＫＪ　Ｒ己コードテー
ブルメモリ（ハ）からｌｌＩｆＪ次出力ベク）／しｙ、
’（＜読み出し、レジスタ（５）にラッチする。絶対値
歪演算器（８１は、並列減算器（６）、並列絶対値演算
器（７）から五とｙの歪ｄを次のようにめる。

ｄ　、−ａ（ｘ　、ｙ、　）＝Σ　ｌｘ、−ｙ、、１ｌ
−−１３＝１ これは歪を絶対値歪で定嬢した例である。次に最小歪検
出器（９）は順次読み出されるｌ工と玉、との歪ｄ工の
最小値を検出する。すなわち最小歪はｄコｍｉｎ　ａ である。最小歪ベクトルを検出するとストローブ信号が
ラッチ０４１に送られ、ベクトルのアドレスであるイン
デックスイ６号ｔｌｌ’ｌｒ取り込む。ラッチ＠ではベ
クトル団子化インデックス（旧金出力する。ベクトルは
子化部Ｑ７ｉでは以上のよう（Ｃ入力ベクトルｘ　ｉｌ
ｌに対して最小歪を与える出力ベクトルｌ工のインデッ
クス１０の全出力する。コードテーブル更新部は、入力
ベクトル（１ンとベクトル滑子化インデックス１αｆｌ
−人力とする。今、ｙカＮ＆小歪を与える入力ベクトル
群’ｉ　ｘ’　（ｘｌ、　ｘ″２１　”’　Ｉ　ＸＫ　
］　ｊ　’枚の画像に含まれるＸｌの数全１１工１１１
で表わすものとする。人力ベクトルアキュムレータ（イ
）では前記入力ベクトルｔｌ＋とインデックス（田に従
い、同じ出力ベクトルに；才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ＣＩ旬で
は前記インデックス（１段に従い、各出力ベクトルに１
在子化される人力ベクトル尿ヲカウントしていく。１枚
の画像力・すっかりベクトル検子化部Ｑ７）で処理され
た時点においてアキュムレータ−（２勺にはΣ工１かた
くわえられ、カウンタ０（ｉ）でｔｔｉ　ＩＩ　ｘ’　
Ｉｔかまっている。レジスタＱη、レジスタ（ハ）、除
算演算器（ハ）では、１のシーフェンス（ｔ−１ｊ２　
、・・・、Ｎ）に従って次の式にて新たな出力ベクトル
ｙ′をめる。

１ ｙ　＝　ΣＸ　・１ｌｘｌ１ １Ｊ　Ｊ　− 出力ベクトルレジスタ（至）では以上のようにめられた
新たな出力ベクトルハ分取りこみ、新たな出力ベクトル
のセット（イ）として出力する。ベクトル原子化部ａの
では前記出力ベクトルのセット（２）によってダイナミ
ック出力ベクトルコードテーブルメモリ＆３１の内容全
書き換える。すなわち、ｙ“８が１ １□になる。新たな出力ベクトルのセットはそれ以前の
出力ベクトルのセットに較べ２人力ベクトルに対する縫
子化効率が向上している。耕たな出力ベクトルのセット
全角いて画像メモリ（ｌ［ｉ）から読み出した入力ベク
トルヲ再びベクトル縫子化する。

以上のくり返しがクラスタリングと呼ばれる過程である
。クラスタリングをくり返すことにより。

出力ベクトルのセットの効率は向上するが、やがて飽和
するので、クラスタリングの効果が大きいのは最初の数
回である。そこでこの発明による符号化器では、規定の
回数だけクラスタリングを行なうと、ラッチＱυが出力
ベクトルのセット（イ）全伝送路に出力し、そのセラト
ラ用いた画像のベクトル量子化インデックスθ秒を出力
する。これらが符号化器出力信号（２７Ｊとなる。

復号化器側では、符号化器出力信号Ｉ２ａをラッチ０υ
に取り込み、出力ベクトルのセット（イ）とベクトル量
子化インデックスｔＪＩＱｋｒｈｉ号する。ダイナミッ
ク出力ベクトルコードテーブルＣ（ａに出力ベクトルの
セット翰’を畳き込み、インデックス（１８１に従って
出力ベクトルｙ　、　ｆ読み出し、出力ベクトルレジス
タ（５１にラッテした陵、出力ベクトルＣ３３）が伯ら
れる。

以上のよ’：’　Ｖ’−＃この発明によれば汎用的な出
力ベクトルの請求める必要もなく、複雑な適応制御を行
なう必要もない。各々のｉｉ！ｉｉ像に適した出力ベク
トルのセットがその度生成されるので。

効率の良い符号化が可能である。この発明は、静止画伝
送装置や画１９データベース入出力などに適用すること
ができる。白黒画像のみならずカラー画像にも用いるこ
とのできるのはもちろんである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の画像信号のベクトル計子化符号化器の構
成図、第２図は従来の画像信号のベクトル駄子化復号化
器の構成図、第３図はこの発明による画像信号のベクト
ル教子化符号化器の一実施例を示す構成図、第４図はこ
の発明による画像信号のベクトルは子化符号化器のベク
トル縫子化部の一実施例を示す構成図、第５図はこの発
明による画像信号のベクトル斤子化符号化器のコードテ
ーブル史新部の一実施例を示す構成図、第６図はｌの発
明による画像信号のベクトル最子化復号化器の一実施例
を示す構成図である。 図中、　ｉＬＩは入力ベクトル、（２）は人力ベクトル
レジスタ、（３）はコードテーブルアドレスカウンタ。 （４）は出力ベクトルコードテーブルメモリ、（５）は
出力ベクトルレジスタ、（６）は並列減算器、（力は並
列絶対値演算器、（８）は絶対値歪演算器、（９）は最
小歪ベクトル検出器、　ａｏｌはインデックス信号、０
υはラッチ、０２は符号化器出力信号、ｎ１Ｈラツチ、
　（＋４１は出力ベクトル、　ｉｌｌは画像信号系列、
（１ｅは画像メモリ、ａｎはベクトル団子化部、θＱは
ベクトル触子化インデックス、０９はコードテーブルＦ
’ｉｒｆ＋Ｌ（イ）は更新された出力ベクトルのセラ）
、（２１＋ハラツチ。 （２りは符号化器出力信号２体９はダイナミック出力ベ
クトルコードテーブルメモリ、　Ｃ＋４１はラッチ、　
ｔ２’３は入力ベクトルアキュムレーター、（２ｅｕイ
ンデツクスカウンタ、　Ｃ２７）はレジスタ、Ｑ榎はレ
ジスタ、？！Ｄは除鈎°演算器、　Ｃ３Ｆ）は出力ベク
トルレジスタ、０１）はラッチ、Ｑ邊はダイナミック出
力ベクトルコードテーブルメモリ、（２）は出力ベクト
ルである。 なお２図中同一あるいに相当部分には同一符号ケ付して
示しである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 符号化すべき画像信号系列を記憶し、に個毎（ＫＵ？Ｎ
   １Ｑ）にブロック化して入力ベクトルとして読み出すこ
   とのできる画像メモリ、内容を動的に書き換えることの
   できる第１のコードテーブルメモリ金倉み、当該コード
   テーブルメモリに記憶された出力ベクトルのセットの内
   から前記入力ベクトルに対して最小歪となる出力ベクト
   ルを選択し。 当該出力ベクトルのインデックスを出力するベクトル刷
   子化部、前記ベクトル縫子化部において同一インテック
   スにベクトル量子化された入力ベクトル朴を加算平均し
   、新しい出力ベクトルのセットとして前記第１のコード
   テーブルメモリに招き込むコードテーブル更新部、前記
   功しい出力ベクトルのセラトラ用いてベクトル団子化全
   行ない。 前記手順によるコードテーブルのｌＪ’−肋（ｉｌ−規
   定の回数だけくり返すよう制御するコードテーブル更新
   制御部、前記コードテーブル更新制御部に従って得られ
   た最終的な出力ベクトルのセラトラ用いて前記入力ベク
   トルをベクトル量子化したインデックス及び当該出力ベ
   クトルのセラｌ送出する符号化器、前記符号化し）ｆか
   ら送出された出力ベクトルのセットヲセ）き込むことの
   できる第２のコードテーブルメモリ全含み、前記符号化
   器から出力される信号に基づいて＠ｔｌ　Ｈｅ出力ベク
   トルのセット及び前記ベクトル虐子化インデックスに’
   Ｍ号化し。 当該出力ベクトルのセラトラ当該コードテーブルメモリ
   に引き込んで、当該ベクトル縫子化インデックスに従い
   、出力ベクトルを読み出す復号化器を備えたこと葡特徴
   とする画像のベクトル量子化器。