JPS6340507B2 - - Google Patents
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- JPS6340507B2 JPS6340507B2 JP10051682A JP10051682A JPS6340507B2 JP S6340507 B2 JPS6340507 B2 JP S6340507B2 JP 10051682 A JP10051682 A JP 10051682A JP 10051682 A JP10051682 A JP 10051682A JP S6340507 B2 JPS6340507 B2 JP S6340507B2
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- G06T9/00—Image coding
- G06T9/008—Vector quantisation
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- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N19/00—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals
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Description
【発明の詳細な説明】
この発明は、入力信号の振幅確率密度関数に従
つて最小歪となる様に信号系列を量子化する量子
化器に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a quantizer that quantizes a signal sequence to minimize distortion according to the amplitude probability density function of an input signal.
従来のこの種量子化器は入力信号を1サンプル
毎に対応する出力信号レベルに量子化するスカラ
ー量子化によるものであつた。 Conventional quantizers of this type have been based on scalar quantization, in which the input signal is quantized sample by sample to the corresponding output signal level.
第1図に従来のスカラー量子化器を示す。図
中、1は順次入力される信号系列x1,x2,…,
xK(Kは整数)、2はスカラー量子化器、3は入
力信号系列1の1サンプル毎に対応した量子化レ
ベルに変換された出力信号系列y1,y2,…yKであ
る。 FIG. 1 shows a conventional scalar quantizer. In the figure, 1 indicates a signal sequence x 1 , x 2 ,..., which is input sequentially.
x K (K is an integer), 2 is a scalar quantizer, and 3 is an output signal sequence y 1 , y 2 , . . . y K converted into a quantization level corresponding to each sample of input signal sequence 1.
今、入力信号系列1の振幅確率密度が原点を中
心としてGauss分布をとるものとする。この場合
入力信号系列1と出力信号系列2の歪を最小とす
る従来のスカラー量子化特性は、第2図に示す如
く、原点から離れるに従つて量子化レベルが粗く
なる。しかし、入力信号系列1の各サンプル間に
相関がある場合、従来の如き、1サンプル毎に最
小歪となる量子化を施こしても出力信号系列2は
最適に量子化されたことにならない。 Now, it is assumed that the amplitude probability density of input signal sequence 1 takes a Gaussian distribution centered on the origin. In this case, in the conventional scalar quantization characteristic that minimizes the distortion of input signal sequence 1 and output signal sequence 2, as shown in FIG. 2, the quantization level becomes coarser as the distance from the origin increases. However, if there is a correlation between each sample of the input signal sequence 1, the output signal sequence 2 will not be optimally quantized even if quantization is performed to minimize distortion for each sample as in the conventional method.
この発明は従来のスカラー量子化器による量子
化損失を除去するためになされたもので、入力信
号系列を所定サンプル毎にブロツク化して、まと
めて出力信号系列のブロツクに高速に変換するベ
クトル量子化器を提供することを目的としてい
る。 This invention was made in order to eliminate the quantization loss caused by conventional scalar quantizers. Vector quantization involves dividing an input signal sequence into blocks for each predetermined sample and converting them into blocks of an output signal sequence at high speed. The purpose is to provide equipment.
次に、ベクトル量子化の原理について説明す
る。相関のある入力信号系列K個(但しKは2以
上の整数)からなるブロツク、すなわち入力ベク
トルX={x1,x2,…,xK}に対し、これに対応
する出力信号系列K個からなる1ブロツク、すな
わち出力ベクトルをyi={yi1,yi2,…,yiK}とす
る。 Next, the principle of vector quantization will be explained. For a block consisting of K correlated input signal sequences (K is an integer of 2 or more), that is, input vector X = {x 1 , x 2 , ..., x K }, K corresponding output signal sequences Let y i ={y i1 , y i2 , . . . , y iK } be one block, that is, the output vector.
今、すべての入力ベクトルXを含むK次元ユー
クリツド信号空間RKを仮定する。このとき、ベ
クトル量子化は出力ベクトルの有限個のセツトY
={y1,y2,…yN}へのRKのマツピングとして定
義される。RKのN個の分割を各R1,R2,…RNと
すると、ベクトル量子化Qは次の如く表わされ
る。 Now assume a K-dimensional Euclidean signal space R K containing all input vectors X. In this case, vector quantization is a finite set of output vectors Y
= defined as the mapping of R K to {y 1 , y 2 ,...y N }. Letting N divisions of R K be each R 1 , R 2 , . . . RN , vector quantization Q is expressed as follows.
Q:RK→Y
ここで、
Ri=Q-1(yi)={X∈RK:Q(X)=yi}
N
Ui=1
Ri=RK,Ri∩Rj=0(i≠j)
結局、ベクトル量子化Qは符号化Cと復号化D
の継続接続とみなすことができる。この時、符号
化CはRKのYのインデツクスセツトJ={1,
2,…N}へのマツピングであり、復号化DはJ
からYへのマツピングである。 Q: R K →Y Here, R i =Q -1 (y i )={X∈R K :Q(X)=y i } N U i=1 R i =R K , R i ∩R j = 0 (i≠j) In the end, vector quantization Q is equal to encoding C and decoding D
It can be considered as a continuous connection. At this time, the encoding C is the index set J={1,
2,...N}, and the decoding D is mapping to J
This is mapping from to Y.
C:RK→J D:J→Y Q=D・C
前記ベクトル量子化は、入力ベクトルXの元に
相関がある場合、効率の良い量子化が実現でき
る。第3図に2次元のベクトル量子化における信
号空間と出力ベクトルの配列を示す。入力信号x1
とx2が相関があるとき、振幅分布はx1=x2の近傍
に集中する。それ故、入力ベクトルと出力ベクト
ルの誤差ベクトルの総和が最小となる分割Riとそ
の代表点(例えば重心)yiがクラスタリングによ
り第3図の例の如く最適化される。このとき分割
Riに含まれる入力ベクトルは出力ベクトルyiにベ
クトル量子化される。第3図においてx1,x2>0
としている。 C: R K → J D: J → Y Q=D·C The vector quantization described above can achieve efficient quantization when there is a correlation between the input vectors X. FIG. 3 shows the signal space and output vector arrangement in two-dimensional vector quantization. Input signal x 1
When there is a correlation between x 2 and x 2 , the amplitude distribution concentrates near x 1 = x 2 . Therefore, the division R i and its representative point (for example, the center of gravity) y i where the sum of the error vectors of the input vector and the output vector is the minimum are optimized by clustering as in the example shown in FIG. 3. At this time, split
The input vector contained in R i is vector quantized into an output vector y i . In Figure 3, x 1 , x 2 >0
It is said that
第4図にこの発明に係るベクトル量子化器の符
号化部、第5図に復号化部の一実施例である構成
図を示す。 FIG. 4 shows a block diagram of an encoding section of a vector quantizer according to the present invention, and FIG. 5 shows a block diagram of an embodiment of a decoding section.
図中、4は入力ベクトルX、5は入力ベクトル
レジスタ、6は出力ベクトルのコードテーブルア
ドレスカウンタ、7は出力ベクトルコードテーブ
ル、8は出力ベクトルレジスタ、9は減算器、1
0は絶対値補正器、11は最大要素歪検出器、1
2は最小歪出力ベクトル検出器、13は最小歪と
なる出力ベクトルのインデツクスラツチからなる
出力回路14は最小歪となる出力ベクトルのイン
デツクス信号、15は出力ベクトルである。 In the figure, 4 is the input vector X, 5 is the input vector register, 6 is the output vector code table address counter, 7 is the output vector code table, 8 is the output vector register, 9 is the subtracter, 1
0 is the absolute value corrector, 11 is the maximum element distortion detector, 1
2 is a minimum distortion output vector detector; 13 is an output circuit 14 consisting of an index latch for an output vector resulting in minimum distortion; 15 is an output vector;
次にこの発明に係るベクトル量子化器の動作に
ついて説明する。 Next, the operation of the vector quantizer according to the present invention will be explained.
第3図に示す符号化部において、信号源から入
力する信号系列はK個毎にブロツキングされK次
元入力ベクトルX={x1,x2,…,xK}(各元は
サンプル値に対応する。)として入力ベクトルレ
ジスタ5にラツチされる。この時点において、あ
らかじめ入力信号の確率モデルあるいは標準画像
データから、例えば文献Y.Linde,A.Buzo,and
R.M.Gray“An algorithm for vector quantizer
design”IEEE Trans.Commun.,vol.COM―28,
PP.84―95.Jan.1980に示されているクラスタリン
グを用いて求められた最小歪となる出力ベクトル
yiのセツトY={y1,y2,…yN}が書き込まれた
出力ベクトルコードテーブル7から、順次出力ベ
クトルyiを読み出す。なお、クラスタリングとは
一般には、対象について類似したものをを集めて
クラスタ(群)を作り、各クラスタ内の類似性と
各クラスタ間の相違に基き対象の構造を記述する
手法における一つの操作である。出力ベクトルyi
はi=1,2,…Nの順に出力ベクトルレジスタ
8に送られ、入力ベクトルXと各元毎に減算器9
と絶対値補正器10を通して差の絶対値(以下要
素歪Dilとして定義する)を計算する。この要素
歪Dil={Di1,Di2,…DiK}の最大要素歪検出器1
1にて検出する。最大要素歪検出演算は要素歪
Dilの各元間でトーナメント方式で比較すればよ
い。次に最小歪出力ベクトル検出器12でDi=
{D1,D2,…DN}のうち最小歪Dを検出する。こ
れはコードテーブルアドレスカウンタ6がi=
1,2,…Nと順次変化するタイミングで過去の
最小歪を入れかえながら比較検出される。 In the encoding section shown in Fig. 3, the signal sequence input from the signal source is blocked every K and K-dimensional input vector X = {x 1 , x 2 , ..., x K } (each element corresponds to a sample value). ) is latched into the input vector register 5. At this point, from the probabilistic model of the input signal or the standard image data, for example, Y. Linde, A. Buzo, and
RMGray “An algorithm for vector quantizer
design”IEEE Trans.Commun., vol.COM―28,
Output vector with minimum distortion obtained using clustering shown in PP.84-95.Jan.1980
The output vectors y i are sequentially read out from the output vector code table 7 in which the set Y={y 1 , y 2 , . . . y N } of y i is written. Note that clustering is generally an operation in a method that collects similar objects to create clusters (groups) and describes the structure of the object based on the similarities within each cluster and the differences between each cluster. be. output vector y i
is sent to the output vector register 8 in the order of i=1, 2,...N, and is sent to the input vector X and the subtracter 9 for each element.
and the absolute value of the difference (hereinafter defined as element distortion D il ) is calculated through the absolute value corrector 10. Maximum element distortion detector 1 of this element distortion D il = {D i1 , D i2 ,...D iK }
Detected at 1. The maximum element distortion detection calculation is the element distortion
It is sufficient to compare each element of D il in a tournament format. Next, the minimum distortion output vector detector 12 calculates D i =
The minimum distortion D is detected among {D 1 , D 2 ,...D N }. This means that code table address counter 6 is i=
Comparative detection is performed while replacing the past minimum distortion at timings that sequentially change from 1, 2, . . . N.
すなわち入力ベクトルXと出力ベクトルyiの最
小歪Dは
D=
Mio
i〔
Max
l|yil−xl|〕
として求められる。このときのインデツクスiを
符号出力回路13にてとり込み、インデツクス信
号i14として符号化部出力とする。 That is , the minimum distortion D of the input vector The index i at this time is taken in by the code output circuit 13 and outputted from the encoding section as an index signal i14.
次に、第5図に示す復号化部では、前記インデ
ツクス信号i14をインデツクスラツチからなる
符号入力回路16にとり込み、これをアドレス信
号として出力ベクトルyiが記憶された出力ベクト
ルコードテーブル7を参照すれば、インデツクス
信号iに対応する出力ベクトルyiが出力信号15
として得られる。 Next, in the decoding section shown in FIG. 5, the index signal i14 is taken into the code input circuit 16 consisting of an index latch, and this is used as an address signal to refer to the output vector code table 7 in which the output vector y i is stored. Then, the output vector y i corresponding to the index signal i becomes the output signal 15
obtained as.
ここで、この発明によるベクトル量子化器にお
ける符号化部のインデツクス信号14を伝送ある
いはメモリへの記録に用いれば高能率符号化が実
現できる。 Here, if the index signal 14 of the encoding section in the vector quantizer according to the present invention is used for transmission or recording in memory, highly efficient encoding can be realized.
この発明によるベクトル量子化器の符号化効率
ηは入力信号系列x1,x2,…xKさらにN=2Mと
するとη=M/Kビツト/サンプルとなる。それ
故、本ベクトル量子化器は相関のあるサンプル系
列をブロツク化して符号化する画像・音声等のデ
ータの高能率符号化に利用できる。 The coding efficiency η of the vector quantizer according to the invention becomes η=M/ K bits/sample when input signal sequences x 1 , x 2 , . . . Therefore, the present vector quantizer can be used for highly efficient encoding of data such as images and audio by blocking and encoding correlated sample sequences.
更に、この発明において、最小歪の計算に出力
ベクトルコードテーブル参照方式、ベクトル演算
の並列化およびミニマツクス近似歪検出方式を採
用しているので高速ベクトル量子化器が実現でき
る。 Further, in the present invention, a high-speed vector quantizer can be realized because the output vector code table reference method, parallelization of vector operations, and minimax approximate distortion detection method are adopted for minimum distortion calculation.
更にマイクロプロセツサの導入により本ベクト
ル演算を各元毎にシーケンシヤル処理してもよい
ことは勿論である。 Furthermore, by introducing a microprocessor, it is of course possible to sequentially process this vector operation for each element.
また出力ベクトルコードテーブルを本構造とし
て入力ベクトルとのミニマツクス照合を木探索方
式としてもよい。 Alternatively, the output vector code table may have this structure and the minimax comparison with the input vector may be performed using a tree search method.
更にカラー画像信号の如く3チヤンネルの並列
信号系列があるときチヤンネル間にまたがつて信
号系列をブロツキングして入力ベクトルとしても
よいことは勿論である。 Furthermore, when there is a three-channel parallel signal sequence such as a color image signal, it is of course possible to block the signal sequence across the channels and use it as an input vector.
以上のようにこの発明によると入力信号系列を
ブロツク化してまとめてベクトル化し、ミニマツ
クス近似にて最小歪となる出力信号系列のブロツ
クへ変換するように符号化器と復号化器の継続接
続としてベクトル量子化器を構成したので、入力
信号の高能率符号化が実現できる利点がある。 As described above, according to the present invention, the input signal sequence is divided into blocks, vectorized all at once, and vectorized as a continuous connection of the encoder and decoder so that the input signal sequence is converted into a block of the output signal sequence that has the minimum distortion by minimax approximation. Since the quantizer is configured, there is an advantage that highly efficient encoding of the input signal can be realized.
第1図は従来のスカラー量子化器の説明図、第
2図は従来のスカラー量子化器の量子化特性の説
明図、第3図はこの発明によるベクトル量子化器
の量子化特性の説明図、第4図はこの発明による
ベクトル量子化器の符号化部の一実施例を示す構
成図、第5図はこの発明によるベクトル量子化器
の復号化部の一実施例を示す構成図である。
図中、2はスカラー量子化器、5は入力ベクト
ルレジスタ、6はコードテーブルアドレスカウン
タ、7は出力ベクトルコードテーブル、8は出力
ベクトルレジスタ、9は減算器、10は絶対値補
正器、11は最大要素歪検出器、12は最小歪出
力ベクトル検出器、13は符号出力回路である。
なお図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。
FIG. 1 is an explanatory diagram of a conventional scalar quantizer, FIG. 2 is an explanatory diagram of quantization characteristics of a conventional scalar quantizer, and FIG. 3 is an explanatory diagram of quantization characteristics of a vector quantizer according to the present invention. , FIG. 4 is a block diagram showing an embodiment of the encoding section of the vector quantizer according to the present invention, and FIG. 5 is a block diagram showing an embodiment of the decoding section of the vector quantizer according to the present invention. . In the figure, 2 is a scalar quantizer, 5 is an input vector register, 6 is a code table address counter, 7 is an output vector code table, 8 is an output vector register, 9 is a subtracter, 10 is an absolute value corrector, and 11 is a A maximum element distortion detector, 12 a minimum distortion output vector detector, and 13 a code output circuit.
In the figures, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.
Claims (1)
数)ブロツク化した入力ベクトルのK次元ユーク
リツド信号空間における分布に対し、最小歪とな
るように信号空間を分割してその代表点となる複
数個の出力ベクトルを記憶した出力ベクトルコー
ドテーブルと、前記出力ベクトルコードテーブル
から順次読み出される出力ベクトルと入力ベクト
ルとの各元の差を求める減算器と、前記減算器の
出力を各元毎に絶対値に変換して各元毎の歪を求
める絶対値補正器と、前記各元毎に比較された歪
の最大値を求める最大要素歪検出器と、前記入力
ベクトルと順次照合される出力ベクトルの各元毎
の歪の最大値が最小となる出力ベクトルを検出す
る最小歪出力ベクトル検出器と、前記最小歪とな
る出力ベクトルに対応する前記出力ベクトルコー
ドテーブルのアドレスを符号化して出力する符号
出力回路とからなる符号化部と、前記出力ベクト
ルコードテーブルアドレスの符号化出力を復号化
して入力ベクトルに最小歪となるように対応する
出力ベクトルを読み出す復号化部とを備えたこと
を特徴とするベクトル量子化器。1 Divide the signal space into K-dimensional Euclidean signal space distribution of input vectors obtained by dividing the input signal sequence into K blocks (where K is an integer greater than or equal to 2), and divide the signal space into multiple representative points so as to minimize distortion. an output vector code table that stores output vectors; a subtracter that calculates the difference between each element of the output vector and the input vector that are sequentially read from the output vector code table; and an output vector code table that stores output vectors; an absolute value corrector that calculates the distortion for each element by converting it into a value, a maximum element distortion detector that calculates the maximum value of the distortion compared for each element, and an output vector that is sequentially compared with the input vector. A minimum distortion output vector detector that detects the output vector with the minimum maximum distortion value for each element, and a code output that encodes and outputs the address of the output vector code table corresponding to the output vector with the minimum distortion. and a decoding unit that decodes the encoded output of the output vector code table address and reads out an output vector corresponding to the input vector so as to cause minimum distortion. Vector quantizer.
Priority Applications (8)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57100516A JPS58218244A (en) | 1982-06-11 | 1982-06-11 | Vector quantizer |
| EP83105713A EP0097858B1 (en) | 1982-06-11 | 1983-06-10 | Vector quantizer |
| EP91107886A EP0444717B1 (en) | 1982-06-11 | 1983-06-10 | Vector quantizer |
| DE3382796T DE3382796T2 (en) | 1982-06-11 | 1983-06-10 | Intermediate image coding device. |
| DE8383105713T DE3382478D1 (en) | 1982-06-11 | 1983-06-10 | VECTOR WHOLESALER. |
| EP90117175A EP0411675B1 (en) | 1982-06-11 | 1983-06-10 | Interframe coding apparatus |
| DE3382806T DE3382806T2 (en) | 1982-06-11 | 1983-06-10 | Vector quantizer |
| US06/503,474 US4560977A (en) | 1982-06-11 | 1983-06-13 | Vector quantizer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57100516A JPS58218244A (en) | 1982-06-11 | 1982-06-11 | Vector quantizer |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16210189A Division JPH0256119A (en) | 1989-06-23 | 1989-06-23 | Coding circuit for vector quantizer |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58218244A JPS58218244A (en) | 1983-12-19 |
| JPS6340507B2 true JPS6340507B2 (en) | 1988-08-11 |
Family
ID=14276110
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57100516A Granted JPS58218244A (en) | 1982-06-11 | 1982-06-11 | Vector quantizer |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58218244A (en) |
-
1982
- 1982-06-11 JP JP57100516A patent/JPS58218244A/en active Granted
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| IEEE TRANSACTIONS ON COMMUNICATIONS=1980 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58218244A (en) | 1983-12-19 |
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