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KR0178197B1 - 영역 분할을 이용한 영상 신호 부호화 장치 - Google Patents

영역 분할을 이용한 영상 신호 부호화 장치 Download PDF

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KR0178197B1
KR0178197B1 KR1019950006614A KR19950006614A KR0178197B1 KR 0178197 B1 KR0178197 B1 KR 0178197B1 KR 1019950006614 A KR1019950006614 A KR 1019950006614A KR 19950006614 A KR19950006614 A KR 19950006614A KR 0178197 B1 KR0178197 B1 KR 0178197B1
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Abstract

본 발명은 소정 블록 단위의 영상 신호를 움직임 보상 DPCM(차분 펄스 부호 변조) 및 2차원 DCT(이산 코사인 변환)방식을 이용하여 압축 전송하는 하이브리드 영상 압축 장치에 관한 것으로서, 2차원 DCT 방식에 의하여 변환된 DCT 계수들을 양자화하는 양자화부와; 블록내의 상기 양자화 값을 순차적으로 스캐닝하여 0이 아닌 양자화 값을 계수하는 계수부와; 블록을 다수개의 대각선 영역으로 분할하고, DC 값을 갖는 대각선 영역으로부터 0 상태가 아닌 양자화 값의 갯수를 대각선의 순서대로 계수하여 계수값이 계수부의 계수값에 대하여 소정 비율 이하가 되는 대각선 영역을 검출하여 분할 신호로 송신하는 검출부와; 양자화부로부터 양자화 값을 인가받아 블록의 DC값으로부터 분할 신호에 대응하는 대각선 영역까지의 양자화 값을 순차적으로 제1단자를 통하여 출력하고, 분할 신호에 대응하는 대각선 영역 이후의 양자화부의 양자화 값을 제2단자로 출력하는 선택 출력부와; 선택 출력부의 제1단자로부터 인가되는 양자화 값을 부호화하여 송신하는 제1부호화부와; 선택 출력부의 제2단자로부터 인가되는 양자화부의 양자화 값을 지그 재그 스캐닝하여 줄 길이 부호화하고, 줄 길이 부호화된 값을 가변 길이 부호화하여 송신하는 제2부호화부로 구성된다.

Description

영역 분할을 이용한 영상 신호 부호화 장치
제1도는 종래의 영상 신호 부호화 장치의 블록도.
제2도는 본 발명에 따른 영역 분할을 이용한 영상 신호 부호화 장치의 블록도.
제3도는 본 발명에 따른 영역 분할을 이용한 영상 신호 부호화 장치의 영역 분할 방법을 도시한 도면.
제4도는 본 발명에 따른 영역 분할을 이용한 영상 신호 부호화 장치에서 블록내 양자화 값의 일 예를 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 감산기 20 : DCT부
30 : 양자화부 40 : 역양자화부
50 : IDCT부 60 : 가산부
70 : 프레임 메모리 80 : 움직임 추정부
90 : 움직임 보상부 100 : 부호화부
110 : 계수부 120 : 검출부
130 : 선택 출력부 140,150 : 부호화부
본 발명은 영상 신호를 부호화하는 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 양자화된 블록을 소정 영역들로 분할하고, 분할된 영역중 소정 영역들만을 선택적으로 가변 길이 부호화하여 송신하는 영역 분할을 이용한 영상 신호 부호화 장치에 관한 것이다.
일반적으로 영상 신호는 아날로그(analog)로 전송하는 것보다 디지탈(digital)로 전송하는 것이 훨씬 더 좋은 화질을 유지할 수 있으나, 향상된 화질에 대응하여 전송 데이터 량이 증가한다.
그러나, 종래의 전송 채널에 있어서 사용 가능한 주파수 영역은 제한되어 있으므로, 많은 양의 디지탈 데이터를 전송하기 위해서는 전송 데이터를 압축하여 그 양을 줄일 필요가 있으며, 다양한 압축 기법 중에서, 확률적 부호화 기법과 시간적, 공간적 압축 기법을 결합한 하이브리드 부호화 기법이 가장 효율적인 것으로 알려져 있다.
대부분의 하이브리드 부호화 기법은 움직임 보상 DPCM(차분 펄스 부호 변조), 2차원 DCT(이산 코사인 변환), DCT계수의 양자화, 줄 길이 부호화(run length coding), 가변 길이 부호화(variable length coding) 등을 이용하는데, 움직임 보상 DPCM은 현재 프레임과 이전 프레임간의 물체의 움직임을 결정하고, 물체의 움직임에 따라 현재 프레임을 예측하여 현재 프레임과 예측치간의 차이를 나타내는 차분 신호를 만들어내는 방법으로서, 이러한 움직임 보상 DPCM은 Staffan Ericsson의 Fixed and Adaptive Predictors for Hybrid Predictive/Transform Coding, IEEE Transac tions on Communication, COM-33, NO.12 (1985년, 12월), 또는 Ninomiy와 Ohtsuka의 A motion Compensated Interframe Coding Scheme for Television Pictures, IEEE Transactions on Communication, COM-30, NO.1 (1982년, 1월)에 잘 기재되어 있다.
또한, 2차원 DCT는 디지탈 영상 데이터의 한 블록, 예를 들면 8x8 화소의 블록을 일군의 변환 계수 데이터로 변환시키므로써 영상 데이터들간의 공간적 중복성(spatial redundancy)을 줄이거나 제거한다.
이러한 2차원 DCT 기법은 Chen 과 Pratt의 Scene Adaptive Coder, IEEE Transaction on Communications, COM-32, No.3 (1984년 3월)에 기재되어 있으며, 상기한 변환 계수 데이터를 양자화기, 지그재그 스캐닝(zigzag scanning), VLC등으로 처리하므로써 전송할 데이터를 효율적으로 압축할 수 있다.
또한, 움직임 보상 DPCM에서는 현재 프레임과 이전 프레임간의 움직임을 추정하여 이전 프레임으로부터 현재 프레임을 예측하므로써 수행되는데, 움직임 추정은 이전 프레임과 현재 프레임간의 변위를 나타내는 2차원 벡터로서 나타낸다.
제1도에는 상술한 방식을 이용하는 종래의 하이브리드 방식의 영상 부호화 장치의 블록도가 도시되어 있다.
도시된 바와 같이 종래 하이브리드 방식의 영상 부호화 장치는 감산기(10), DCT부(20), 양자화부(30), 역양자화부(40), IDCT부(50), 가산기(60), 프레임 메모리(70), 움직임 추정부(80), 움직임 보상부(90) 및 부호화부(100)를 포함한다.
먼저, 감산기(10)에서는 움직임 보상부(90)에서 예측된 현재 프레임 신호를 입력 측에서 입력되는 현재 프레임 신호로 감산하며, 그 결과 데이터, 즉, 차분 화소값을 나타내는 차분 신호는 DCT부(20)와 양자화부(30)를 통해 일련의 양자화된 변환 계수로 부호화된다. 그런 다음 이와 같이 양자화된 변환 계수는 부호화부(100)와 역양자화부(40)로 입력된다.
보다 상세하게, DCT부(20)는 입력되는 움직임 추정 및 예측에 의거하는 차분 신호에 대한 시간 영역의 영상 신호를 이산 코사인 함수를 이용하여 주파수 영역의 변환 계수로 변환시킨다. 또한, 양자화부(30)는 상기한 DCT부(20)의 변환 계수에 대해 비선형연산을 통해 유한한 개수의 값으로 양자화하기 위한 것으로, 부호화하고자 하는 프레임과 예측된 프레임간의 차분 신호를 양자화한다.
부호화부(100)는 양자화부(30)를 통해 양자화된 변환 계수를 줄 길이 부호화 및 가변 길이 부호화를 이용한 엔트로피(Entropy)부호화를 통하여 데이터 압축을 행한다. 즉, 부호화부(100)는 양자화부(30)에서 양자화된 영상 신호를 지그재그 스캐닝 등을 통해 런과 계수로 부호화하는 가변 길이 부호화를 행한 후에, 하나의 코드북을 이용하여 각 부호의 발생 빈도에 따라 가변적, 즉 부호의 발생 빈도가 많은 것은 짧은 길이의 부호로, 부호의 발생 빈도가 적은 것은 긴 길이의 부호로 부호화하는 가변 길이 부호화를 행한다. 이와 같이 부호화부(100)를 통해 모든 부호에 서로 다른 길이를 할당하는 이유는 실질적으로 부호 길이의 평균치를 줄이므로써 부호화 효율을 높이기 위한 것이며, 본 발명은 실질적으로 이와 같은 가변 길이 부호화의 효율을 증진시킬 수 있는 가변장 부호화 기법의 개선에 관련된다.
한편, 상기한 바와 같은 움직임 예측 차분 부호화를 수행하기 위한 수단으로서 전형적인 부호화기에 채용되는 역양자화부(40)와 IDCT부(50)는 상기한 DCT부(10)와 양자화부(30)를 통해 압축 부호화된 영상 신호를 움직임 추정, 보상을 위해 부호화되기 이전의 원래의 신호로 복원하여 가산기(60)에 제공하며, 그 이후에 가산기(60)가 IDCT부(50)로부터 제공되는 복원된 현재 프레임 신호(차분 신호)와 움직임 보상부(90)로 부터 제공되는 예측된 현재 프레임 신호를 가산하여 프레임 메모리(70)에 제공함으로서, 프레임 메모리(70)에는 복원된 현재의 프레임 신호, 즉 현재 부호화하고자 하는 프레임 신호의 바로 이전 프레임의 화상 신호가 저장된다.
따라서, 움직임 추정부(80)와 움직임 보상부(90)는 입력측으로부터의 현재 프레임과 상기한 프레임 메모리(70)로부터의 이전 프레임을 이용해 움직임 벡터를 추정하여 이전 프레임의 신호를 움직임 벡터만큼 이동시켜 주므로써 움직임 보상을 수행하여 감산기(10)에 제공한다.
한편, 상술한 바와 같은 과정을 통해 영상 신호의 압축 부호화를 수행하는 전형적인 부호화기에 있어서의 종래 방법에 따르면, 양자화된 신호를 가변 길이 부호화할 때에 한 프레임 또는 한 시스템에서, 하나의 가변 길이 코드북만을 이용하여 지그재그 스캐닝을 통해 런이 적으면 짧은 부호를 할당하고 런이 길면 긴 부호를 할당하고 있고, 이것은 통계적으로 볼 때 영상에서 보통 런이 짧은 것이 많이 발생하고 런이 긴 것은 그 발생 빈도가 적기 때문이며, 또한 이것은 단지 통계적 수치에 의존하는 것이다. 여기에서, 런은 0이 아닌 계수 앞에 있는 0의 개수이다.
그러나, 실제 적용에 있어서의 이러한 런의 길이는 여러 가지 요인, 예를 들면 화면의 종류, 영상의 부호화 형태 또는 하나의 DCT 블록내에서도 어느 위치에 있는 계수인가에 따라 실질적으로그 크기가 달라지게 되는데, 종래에는 이러한 점이 전혀 고려되어 있지 않은 관계로 불필요하게 비트 발생 량이 많아져 그 부호화 효율이 떨어진다는 문제가 있다.
본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 양자화 값의 블록을 대각선으로 분할하고, 분할된 대각선내의 양자화 값을 스캐닝하여 0 상태의 양자화 값이 소정 임계값 이하의 갯수가 될 때까지 스캐닝된 대각선 열의 양자화 값을 송신하고, 나머지 양자화 값을 가변 길이 부호화하여 송신하는 영역 분할을 이용한 영상 신호 부호화 장치를 제공하는데 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 소정 블록 단위의 영상 신호를 움직임 보상 DPCM(차분 펄스 부호 변조) 및 2차원 DCT(이산 코사인 변환)방식을 이용하여 압축 전송하는 하이브리드 영상 압축 장치에 있어서, 2차원 DCT 방식에 의하여 변환된 DCT 계수들을 양자화하는 양자화부와;
블록내의 상기 양자화 값을 순차적으로 스캐닝하여 0이 아닌 양자화 값을 계수하는 계수부와; 블록을 다수개의 대각선 영역으로 분할하고, DC 값을 갖는 대각선 영역으로부터 0 상태가 아닌 양자화 값의 갯수를 대각선의 순서대로 계수하여 계수값이 계수부의 계수값에 대하여 소정 비율 이하가 되는 양자화 값을 포함하는 대각선 영역을 검출하여 분할 신호로 송신하는 검출부와 양자화부로부터 양자화 값을 인가받아 블록의 DC값으로부터 분할 신호에 대응하는 대각선 영역까지의 양자화 값을 순차적으로 제1단자를 통하여 출력하고, 분할 신호에 대응하는 대각선 영역 이후의 양자화부의 양자화 값을 제2단자로 출력하는 선택 출력부와; 선택 출력부의 제1단자로부터 인가되는 양자화 값을 부호화하여 송신하는 제1부호화부와; 선택 출력부의 제2단자로부터 인가되는 양자화부의 양자화 값을 지그 재그 스캐닝하여 줄 길이 부호화하고, 줄 길이 부호화된 값을 가변 길이 부호화하여 송신하는 제2부호화부를 구비한다.
이하, 본 발명의 일 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
제2도는 본 발명에 따른 영역 분할을 이용한 영상 신호 부호화 장치의 블록도로서, 제1도에 도시된 종래의 부호화 장치의 부호화부(100)가 생략되고, 계수부(110), 검출부(120), 선택 출력부(130) 및 제1,2부호화부(140)(150)가 더 구성되어 있다.
이를 구체적으로 설명하면, 양자화부(30)에 연결되어 있는 계수부(110)는 양자화부(30)에서 출력되는 블록내의 양자화 값을 DC값을 시작으로하여 순차적으로 스캐닝하여 0 상태가 아닌 양자화 값을 계수하여 출력하도록 구성되어 있다.
또한, 검출부(120)는 양자화부(30)에서 출력되는 블록(B)을 제3도에 도시된 바와 같이 대각선의 영역들(R1-R15)(이하, 대각선 영역이라 함)로 분할하고, 분할된 대각선 영역(R1-R15)내의 양자화 값을 순차적으로 스캐닝하여 0 상태가 아닌 양자화 값의 갯수를 계수한다. 여기서 블록은 8*8 블록을 예로 하였으며, 점선으로 도시된 소 블록(b)내에 양자화 값이 위치한다. 그리고, 검출부(120)는 그 계수된 값이 계수부(110)에서 계수된 값에 대하여 소정 비율 이하가 되는 즉, 소정의 임계 비율 이하가 되는 갯수의 양자화 값을 포함하고 있는 대각선 영역(R1-R15중의 하나)을 검출하여 분할 신호로서 송신하게 된다.
예컨데, 양자화부(30)의 양자화 값들이 제4도와 같도, 임계 비율이 60%라고 하면 검출부(120)는 영역(R1,R2,R3)내의 양자화 값들을 스캐닝한 후에 영역(R3)을 알리는 분할 신호를 출력하게 될 것이다. 그 이유는 용이하게 알 수 있는 바와 같이 블록내 0이 아닌 전체 양자화 값의 갯수는 5개인데 이에 대하여 60%가 되는 3개째의 0이 아닌 양자화 값은 영역(R1-R3)내에 존재하기 때문이다.
이러한 분할 신호를 입력받는 선택 출력부(130)는 블록의 DC값으로부터 상기 분할 신호에 대응하는 대각선 영역까지의 양자화 값을 순차적으로 부호화부(140)에 인가하고, 상기 분할 신호에 대응하는 대각선 영역 이후의 양자화 값을 부호화부(150)에 인가한다. 즉, 제4도의 경우에 선택 출력부(130)는 영역(R1,R2,R3)을 구성하는 양자화 값(6,0,2,3,-2,0)들을 부호화부(140)에 순차적으로 인가하고, 부호화부(150)에는 영역(R4-R15)을 이루는 양자화 값을 순차적으로 출력하는 것이다.
선택 출력부(130)로부터 양자화 값들을 인가 받은 부화화부(140)는 입력된 양자화 값(제4도의 예에서는 (6,0,2,3,-2,0)들을 소정의 부호로 부호화하여 송신한다. 한편, 선택출력부(130)로부터 양자화 값들을 인가 받은 부호화부(150)는 입력된 양자화 값 (제4도의 예에서는 영역(R4-R15)을 형성하는)을 지그재그 스캐닝하여 줄 길이 부호화하고, 줄 길이 부호화된 값들을 다시 가변 길이 부호화하여 송신한다.
즉, 본 발명은 부호화하여 송신하여야 하는 양자화 값의 블록내에서 0이 아닌 양자화 값들은 DC 값을 중심으로 몰려 있게 된다는 것을 이용한 것으로 0이 아닌 양자와 값의 전체 갯수에 대하여 소정 비율 이상이 몰려있는 대각선 영역에 대한 정보와 그 대각선 영역을 구성하는 양자화 값들을 각각 부호화하여 송신하고, 나머지 영역에 대하여는 가변 길이 부호화하여 송신하므로써 가변 길이 부호화 되는 데이터 양이 상대적으로 감소시킬 수 있어 송신 데이터의 양을 대폭 감축할 수 있다는 효과가 있다.

Claims (1)

  1. 소정 블록 단위의 영상 신호를 움직임 보상 DPCM(차분 펄스 부호 변조) 및 2차원 DCT(이산 코사인 변환)방식을 이용하여 압축 전송하는 하이브리드 영상 압축 장치에 있어서, 상기 2차원 DCT 방식에 의하여 변환된 DCT 계수들을 양자화하는 양자화부와; 상기 블록내의 상기 양자화 값을 순차적으로 스캐닝하여 0이 아닌 양자화 값을 계수하는 계수부와; 상기 블록을 다수개의 대각선 영역으로 분할하고, DC 값을 갖는 대각선 영역으로부터 0 상태가 아닌 양자화 값의 갯수를 대각선의 순서대로 계수하여 상기 계수값이 상기 계수부의 계수값에 대하여 소정 비율 이하가 되는 대각선 영역을 검출하여 분할 신호로 송신하는 검출부와; 상기 양자화부로부터 양자화 값을 인가받아 상기 블록의 DC값으로부터 상기 분할 신호에 대응하는 대각선 영역까지의 양자화 값을 순차적으로 제1단자를 통하여 출력하고, 상기 분할 신호에 대응하는 대각선 영역 이후의 상기 양자화부의 양자화 값을 제2단자로 출력하는 선택 출력부와; 상기 선택 출력부의 상기 제1단자로부터 인가되는 양자화 값을 부호화하여 송신하는 제1부호화부와; 상기 선택 출력부의 상기 제2단자로부터 인가되는 양자화부의 양자화 값을 지그 재그 스캐닝하여 줄 길이 부호화하고, 줄 길이 부호화된 값을 가변 길이 부호화하여 송신하는 제2부호화부를 구비하는 영역 분할을 이용한 영상 신호 부호화 장치.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102252676B1 (ko) 2019-11-07 2021-05-18 한국에너지기술연구원 이산화탄소 제거부를 갖는 공기호흡기 및 그 공기호흡기의 사용방법

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KR102252676B1 (ko) 2019-11-07 2021-05-18 한국에너지기술연구원 이산화탄소 제거부를 갖는 공기호흡기 및 그 공기호흡기의 사용방법

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