KR100284761B1 - 영상신호 압축 및 복원방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 영상신호의 무손실 압축 및 복원방법에 관한 것으로, M×N 크기의 입력영상신호를 압축하는 방법에 있어서, 입력영상신호와 픽셀에 대하여 소정의 K레벨로 표본픽셀을 추출하는 부분표본화단계; 입력영상픽셀 중에 표본픽셀 이외의 소정의 픽셀에 대하여 미디안예측값을 구하는 미디안예측단계; 입력영상픽셀 중에 표본픽셀 또는 미디안예측된 픽셀 이외의 픽셀에 대하여 다항식보간예측값을 구하는 다항식보간예측단계; 만일 픽셀이 표본픽셀이면 입력신호의 픽셀값을, 만일 픽셀이 미디안예측된 픽셀이면 입력신호의 픽셀값과 미디안예측값과의 차이를, 그렇지 않으면 입력신호의 픽셀값과 다항식보간예측값과의 차이를 잔차신호로 발생하는 잔차추출단계; 및 잔차신호를 엔트로피 부호화하는 엔트로피코딩단계를 포함함을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면 영상신호를 고압축율로 압축하므로서, 저장장치의 저장공간 및 전송선로를 효율적으로 사용할 수 있는 잇점이 있다.

Description

영상신호 압축 및 복원방법

제1도는 종래의 미디안 예측에 의한 영상신호 압축 및 복원방법의 흐름도.

제2도는 종래의 다항식보간 예측에 의한 영상신호 압축 및 복원방법의 흐름도.

제3도는 본 발명에 의한 영상신호 압축 및 복원방법의 흐름도.

제4도는 제1도에 관계되는 영상신호를 도시한 도면.

제5도는 제3도에 관계되는 영상신호를 도시한 도면.

본 발명은 영상신호의 압축 및 복원방법에 관한 것으로, 특히 원 영상신호를 압축 후에 정확하게 다시 복원하기 위한 영상신호의 무손실 압축 및 복원방법에 관한 것이다.

의료영상이나 인공위성 사진영상을 저장 또는 전송하는데 있어서, 영상데이타의 압축은 필수적이며, 영상데이타 표현의 효율을 최적화 하여야 한다. 데이타 압축방법은 가역적(무손실)방법과 비가역적(손실) 방법으로 나눌 수 있으며, 무손실 압축방법을 이용하므로서 원 영상신호를 압축 후에 정확하게 다시 복원할 수 있다.

디지탈영상신호의 일반적인 특성은 입접하는 픽셀이 서로 높은 상관성을 가지고 있기 때문에, 데이타압축은 이러한 데이타의 상관성을 제거하여 용장도를 줄이고, 허프만코딩과 같은 가변장부호화에 의하여 코딩한다.

의료영상압축, 인공위성 사진영상 압축과 같이 영상의 데이타량이 방대하고 정확한 데이타의 복원이 필요한 경우, 데이타의 고압축이 요구되며, 또한 압축 및 복원시 무손실이 요구된다.

따라서, 본 발명의 목적은 무손실 압축방법에 의하여 영상신호의 고압축을 실현하기 위한 영상신호의 압축 및 복원방법을 제공하는 데 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 영상신호의 압축방법은, M×N 크기의 픽셀로 이루어진 입력영상신호를 압축하기 위한 영상신호압축방법에 있어서, 입력영상신호의 픽셀에 대하여 소정의 K레벨로 부분표본화한 표본픽셀을 추출하는 부분표본화단계; 입력영상신호의 픽셀 중에 상기 표본픽셀 이외의 소정의 픽셀에 대하여, 미디안예측에 의하여 미디안예측값을 구하는 미디안예측단계; 입력영상신호의 픽셀 중에 상기 표본픽셀 또는 상기 미디안예측된 픽셀 이외의 픽셀에 대하여, 다항식보간에 의한 예측에 의하여 다항식보간예측값을 구하는 다항식보간예측단계; 만일 픽셀이 상기 표본픽셀이면 입력영상신호의 픽셀값을, 만일 픽셀이 미디안예측된 픽셀이면 입력영상신호의 픽셀값과 상기 미디안예측값과의 차이를, 그렇지 않으면 입력영상신호의 픽셀값과 상기 다항식 보간예측값과의 차이를 잔차신호로 발생하는 잔차추출단계; 및 상기 잔차신호를 엔트로피 부호화하여 압축된 영상신호를 발생하는 엔트로피코딩단계를 포함함을 특징으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 영상신호의 복원방법은, 미디안예측 및 다항식보간 예측에 의하여 압축된 영상신호를 원래의 영상신호로 복원하기 위한 영상신호복원방법에 있어서, 압축영상신호를 역엔트로피 부호화하여 잔차신호를 발생하는 역엔트로피코딩단계; 압축시에 부분표본화된 표본픽셀을 상기 잔차신호에서 추출하는 부분표본화단계; 압축시에 미디안예측된 픽셀에 대하여, 상기 표본픽셀과 상기 잔차신호에 따라 미디안예측에 의하여 미디안예측값을 구하는 미디안예측단계; 압축시에 다항식보간 예측된 픽셀에 대하여, 상기 표본픽셀, 상기 미디안예측값 및 상기 잔차신호에 따라, 다항식보간에 의한 예측에 의하여 다항식보간예측값을 구하는 다항식보간예측단계; 및 만일 픽셀이 상기 표본픽셀이면 잔차신호값을, 만일 픽셀이 미디안예측된 픽셀이면 상기 잔차신호값과 상기 미디안예측값과의 합을, 그렇지 않으면 상기 잔차신호값과 상기 다항식보간예측값과의 합을 복원된 영상신호로 발생하는 영상복원단계를 포함함을 특징으로 한다.

이하에서 첨부한 도면을 참조하여, 먼저 종래의 미디안예측과 다항식보간에 의한 압축 및 복원방법을 각각 설명하고, 이어서 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

제1도는 종래의 미디안예측에 의한 영상신호의 압축 및 복원방법의 흐름도이다.

제1(a)도는 종래의 미디안예측에 의한 영상신호의 압축방법의 흐름도로서, M×N 크기의 픽셀로 이루어진 원 영상신호(P_ij)(101)에 대하여 K-레벨로 부분표본화(102)하고, 부분표본화하여 추출된 영상신호(S_ij)를 이용하여 미디안예측(103)을 행한다.

원래의 픽셀값(P_ij)과 미디안예측값(m_ij)에 따라 잔차(e_ij)를 추출(104)하고, 잔차신호(e_ij)를 엔트로피 코딩(105)에 의하여 압축하여 압축된 영상신호를 출력(106)한다.

미디안예측에 의한 압축과정을 제4도에 도시한 영상신호를 참조하여 예제를 통하여 설명한다.

레벨 K=2인 2×2로 표본추출된 영상픽셀(S_ij)은 제4도에 ㉧로 도시한 P₁₁, P₁₃, P₁₅, P₃₁, P₃₃등이다. 그리고, 제4도에 △로 도시한 픽셀들은 표본추출된 픽셀로부터 미디안예측을 행한다. 즉,

나머지 픽셀들도 마찬가지로 표본추출된 픽셀과 미디안예측된 픽셀들로부터 반복적으로 미디안예측을 행한다

표본추출된 픽셀(S_ij)과 미디안예측한 픽셀(m_ij)로부터 잔차(e_ij)를 추출한다. 잔차신호(e_ij)는 원 영상신호에 대하여 표본추출된 픽셀(S_ij)이면 표본추출된 원 픽셀값(P_ij)을, 그렇지 않으면 원 픽셀값(P_ij)과 미디안예측값(m_ij)의 차로 한다. 즉,

잔차영상신호(e_ij)는 허프만코딩(Huffman Coding)이나 산술코딩(Arithmetic Coding)등과 같은 앤트로피코딩(Entropy Coding)방식에 의하여 압축된다.

제1(b)도는 종래의 미디안예측에 의한 영상신호의 복원방법의 흐름도로서, 압축방법의 역과정을 수행한다.

압축영상신호(111)는 역엔트로피코딩(112)되어 잔차신호(e_ij)를 추출한다. 잔차신호(e_ij)에서 부분표본화된 픽셀(S_ij)을 추출(113)하고, 나머지 픽셀에 대하여 표본추출된 픽셀(S_ij)과 잔차신호(e_ij)에 따라 미디안예측값(m_ij)을 구한다(114).

복원되는 영상신호(P_ij)는 표본추출된 픽셀이면 잔차신호(e_ij)가, 그렇지 않으면 잔차신호(e_ij)와 미디안예측값(m_ij)의 합이 된다. 즉,

제2도는 종래의 다항식보간에 의한 영상신호의 압축 및 복원방법의 흐름도이다.

제2(a)도는 종래의 다항식보간에 의한 영상신호의 압축방법의 흐름도로서, M×N 크기의 픽셀로 이루어진 원 영상신호(P_ij)(201)에 대하여 K-레벨로 부분표본화(202)하고, 부분표본화하여 추출된 영상신호(S_ij)를 이용하여 다항식보간에 의한 예측(203)을 행한다.

다항식보간에 의한 예측값(n_ij)에 따라 잔차(e_ij)를 추출(204)하고, 잔차신호(e_ij)를 엔트로피 코딩(205)에 의하여 압축하여 압축된 영상신호를 출력(206)한다.

다항식보간에 의한 예측을 이용한 압축과정을 예제를 통하여 설명한다.

주어진 데이타가 P₁₁, P₁₃, P₁₅, P₁₇일 때, P₁₄에 대한 다항식보간에 의한 예측값 n₁₄는 다음과 같이 구할 수 있다.

표본추출된 픽셀(S_ij)과 다항식보간에 의한 예측값(n_ij)으로부터 잔차(e_ij)를 추출한다. 잔차신호(e_ij)는 원 영상신호에 대하여 표본추출된 픽셀이면 표본추출된 원 픽셀값(P_ij)을, 그렇지 않으면 원 픽셀값(P_ij)과 다항식보간에 의한 예측값(n_ij)의 차로 한다. 즉,

잔차영상신호(e_ij)는 앤트로피코딩(Entropy Coding)에 의하여 압축된다.

제2(b)도는 종래의 다항식보간에 의한 영상신호의 복원방법의 흐름도로서, 압축방법의 역과정을 수행한다.

압축영상신호(211)는 역엔트로피코딩(212)되어 잔차신호(e_ij)를 추출한다. 잔차신호(e_ij)에서 부분표본화된 픽셀(S_ij)을 추출(213)하고, 나머지 픽셀에 대하여 표본추출된 픽셀(S_ij)과 잔차신호(e_ij)에 따라 다항식보간에 의한 예측값(n_ij)을 구한다(114). 복원되는 영상신호(P_ij)는 표본추출된 픽셀이면 잔차신호(e_ij)가, 그렇지 않으면 잔차신호(e_ij)와 다항식보간에 의한 예측값(n_ij)의 합이 된다. 즉,

제3도는 본 발명에 의한 영상신호의 압축 및 복원방법의 흐름도로서, 종래의 미디안예측에 의한 방법과 다항식보간 예측에 의한 방법을 결합하여 영상신호를 압축하고 또한 복원한다.

제3(a)도는 본 발명에 의한 영상신호의 압축방법의 흐름도로서, M×N 크기의 픽셀로 이루어진 원 영상신호(P_ij)(301)에 대하여 K-레벨로 부분표본화(302)하고, 부분표본화하여 추출된 영상(S_ij)을 이용하여 나머지 픽셀의 일부분은 미디안예측(303)을 행하고, 그 외의 픽셀은 다항식보간에 의한 예측(304)을 행한다.

미디안예측값(m_ij) 또는 다항식보간에 의한 예측값(n_ij)에 따라 잔차(e_ij)를 추출(204)하고 잔차신호(e_ij)를 엔트로피 코딩(205)에 의하여 압축하여 압축된 영상신호를 출력(206)한다.

본 발명에 의한 압축과정을 제5도에 도시한 영상신호를 참조하여 예제를 통하여 설명한다.

레벨 K=2인 2×2로 표본추출된 픽셀(S_ij)은 제5도에 ㉧로 도시한 P₁₁P₁₃P₁₅P₃₁P₃₃등이다. 그리고, 제5도에 △로 도시한 픽셀들은 표본추출된 픽셀로부터 미디안예측을 행하고, 제5도의 □로 도시한 픽셀들은 표본추출된 픽셀과 미디안예측된 픽셀로부터 다항식보간에 의한 예측을 행한다. 즉,

본 실시예에서는 표본추출되는 픽셀과 미디안예측되는 픽셀의 수는 입력영상신호 픽셀 크기의 반(半)으로 이루어지며, 따라서 다항식보간에 의하여 예측되는 픽셀의 수도 입력영상신호 픽셀 크기의 반(半)으로 이루어진다.

표본추출된 픽셀(S_ij)과 예측한 픽셀(m_ij, n_ij)로부터 잔차(e_ij)를 추출한다. 잔차(e_ij)는 원 영상신호에 대하여 표본추출된 픽셀이면 표본추출된 원 픽셀값(P_ij)을, 그렇지 않으면 원 픽셀값(P_ij)과 예측값(m_ij, n_ij)의 차로 한다. 즉,

제3(b)도는 본 발명에 의한 영상신호의 복원방법의 흐름도로서, 압축방법의 역과정을 수행한다.

압축영상신호(311)는 역엔트로피코딩(312)되어 잔차신호(e_ij)를 추출한다. 잔차신호(e_ij)에서 부분표본화된 픽셀(S_ij)을 추출(313)하고, 미디안예측에 의하여 압축된 픽셀에 대하여 미디안예측값(m_ij)을 구하고(314), 다항식보간에 의하여 압축된 픽셀에 대하여 다항식보간에 의한 예측값(n_ij)을 구한다(315).

복원되는 영상신호(P_ij)는 표본추출된 픽셀이면 잔차신호(e_ij)가, 미디안예측에 의하여 압축된 픽셀이면 잔차신호(e_ij)와 미디안예측값(m_ij)의 합이, 그리고 다항식보간에 의하여 압축된 픽셀이면 잔차신호(e_ij)와 다항식보간에 의한 예측값(R_ij)의 합이 된다. 즉,

본 발명에 의한 압축방법과 종래의 압축방법에 의한 hdimgo 영상에 대한 실험적인 압축비는 다음과 같다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 영상신호를 고압축율로 압축하므로서, 저장장치의 저장공간을 효율적으로 사용할 수 있으며, 단위시간당 전송하는 데이타의 양을 증대시킬 수 있어 전송선로를 효율적으로 사용할 수 있는 잇점이 있다.

Claims (3)

1. M×N 크기의 픽셀로 이루어진 입력영상신호를 압축하기 위한 영상신호압축방법에 있어서, 입력영상신호의 픽셀에 대하여 소정의 K레벨로 부분표본화한 표본픽셀을 추출하는 부분표본화단계; 입력영상신호의 픽셀 중에 상기 표본픽셀 이외의 소정의 픽셀에 대하여, 미디안예측에 의하여 미디안예측값을 구하는 미디안예측단계; 입력영상신호의 픽셀 중에 상기 표본픽셀 또는 상기 미디안예측된 픽셀 이외의 픽셀에 대하여, 다항식보간에 의한 예측에 의하여 다항식보간예측값을 구하는 다항식보간예측단계; 만일 픽셀이 상기 표본픽셀이면 입력영상신호의 픽셀값을, 만일 픽셀이 미디안예측된 픽셀이면 입력영상신호의 픽셀값과 상기 미디안예측값과의 차이를, 그렇지 않으면 입력영상신호의 픽셀값과 상기 다항식보간예측값과의 차이를 잔차신호로 발생하는 잔차추출단계; 및 상기 잔차신호를 엔트로피 부호화하여 압축된 영상신호를 발생하는 앤트로피코딩단계를 포함함을 특징으로 하는 영상신호압축방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 미디안예측단계의 소정의 픽셀은 상기 표본픽셀을 포함하여, 입력영상신호 픽셀 크기의 반(半)으로 이루어짐을 특징으로 하는 영상신호압축방법.
3. 미디안예측 및 다항식보간 예측에 의하여 압축된 영상신호를 원래의 영상신호로 복원하기 위한 영상신호복원방법에 있어서, 압축영상신호를 역엔트로피 부호화하여 잔차신호를 발생하는 역엔트로피코딩단계; 압축시에 부분표본화된 표본픽셀을 상기 잔차신호에서 추출하는 부분표본화단계; 압축시에 미디안예측된 픽셀에 대하여, 상기 표본픽셀과 상기 잔차신호에 따라 미디안예측에 의하여 미디안예측값을 구하는 미디안예측단계; 압축시에 다항식보간 예측된 픽셀에 대하여, 상기 표본픽셀, 상기 미디안예측값 및 상기 잔차신호에 따라, 다항식보간에 의한 예측에 의하여 다항식보간예측값을 구하는 다항식보간예측단계; 및 만일 픽셀이 상기 표본픽셀이면 잔차신호값을, 만일 픽셀이 미디안예측된 픽셀이면 상기 잔차신호값과 상기 미디안예측값과의 합을, 그렇지 않으면 상기 잔차신호값과 상기 다항식보간예측값과의 합을 복원된 영상신호로 발생하는 영상복원단계를 포함함을 특징으로 하는 영상신호복원방법.