KR940008582B1 - 영상신호 처리 시스템의 엔코딩 및 디코딩회로 - Google Patents

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Description

영상신호 처리 시스템의 엔코딩 및 디코딩회로

제1도는 본 발명에 따른 엔코딩회로.

제2도는 본 발명에 따른 디코딩회로.

제3도는 제1도중 블럭 분할기(40)의 상세 블럭도.

제4도는 제3도에서 분할된 블럭 형태도.

제5도는 제1도중 지그재그 주사기(60)의 주사 형태도.

제6도는 호프만 코딩시 부호길이의 예시도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 제1로우패스필터 20 : 시압축기

30 : 가산기 40 : 블럭분할기

50 : DCT 60 : 지그재그 주사기

70 : 양자화기 80 : 베리어블 렝스 코딩부

90 : MUX

본 발명은 영상처리 시스템에 있어서 송수신장치에 관한 것으로서, 특히 영상신호를 압축하여 화질열화 없이 송수신할 수 있는 엔코딩 및 디코딩회로에 관한 것이다.

일반적으로 HDTV(HiGH Definition Television ; 이하 HDTV라 함)는 기존 TV시스템보다 가로비가 더넓은 화면구성과 수직 및 수평 해상도가 각각 두배 이상을 실현할 수 있는 새로운 TV시스템으로 정의되고 있다. 이 정의는 스튜디오 규격의 기본적 파라미터를 제공하고 있으며, HDTV 전송방식에 관한 일반적인 정의는 국제적으로 공식화된 예가 없으나 대체적으로 DBS를 사용하여 방송한다는 전제하에 화질에 크게 손상이 없는 대역압축 전송방식으로 규정해 볼 수 있다.

한편 HDTV는 그 정의에서와 같이 높은 해상도를 실현하기 위해 발생되는 신호의 주파수 대역이 기존 TV 보다 4-5배 이상 넓기 때문에 전송문제가 가장 핵심이 되고 있으며, 이것이 해결되어야 수신기의 일반화가 이루어진다.

그러므로 방송시스템은 수신기의 가격에 매우 민감하므로 HDTV에서 대역압축 방식의 전송을 위한 엔코더 및 디코더가 간단히 구성되도록 연구 개발하는 추세에 있다.

이런 추세에 따라 개발된 HDTV 전송방식은 1987년 5월에 서울대학교 공과대학 생산기술연구소에서 발표한 "HDTV신호의 대역압축 방식에 관한 연구"라는 연구보고서의 28쪽부터 34쪽까지에 HLO-PALQKDTLR, YC분리 전송방식, TCI 전송방식등 3가지 방식이 상세히 설명되어 있다.

이와 같이 신호처리 기술이 발달함에 따라 그 신호를 압축시켜 전송하는 방법이 여러 가지 제안요구 되고 있다.

따라서 본 발명의 목적은 영상신호를 압축하여 화질의 열화없이 선명한 화질을 재현할 수 있도록 엔코딩하는 엔코딩회로를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 압축된 영상신호를 수신하여 열화없이 선명한 화질을 재현할 수 있도록 디코딩하는 디코딩회로를 제공함에 있다.

이하 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 제1도는 본 발명에 따른 엔코딩 회로도로서 영상신호를 필터링하여 저역신호를 출력하는 제1로우패스필터(10)와, 상기 제1로우패스필더(10)에서 필터링된 저역신호를 시간 압축하여 출력하는 시압축기(20)와, 영상신호에서 상기 로우패스필터(10)에서 필터링된 저역신호를 감산하여 고역신호를 출력하는 감산기(30)와, 상기 감산기(30)에서 검산출력된 고역신호를 M×N 화소단위의 블럭으로 분할하는 불할기(40)와, 상기 블럭분할기(40)에서 분할된 신호를 입력하여 이산여현 변환하여 출력하는 DCT(Discrete Cosine Transform ; 이하 DCT라함)(50)와, 상기 DCT(50)에서 이산여현 변환된 신호를 지그재그 주사하여 2차원 신호를 1차원 신호로 변환하는 지그재그 주사기(60)와, 상기 지그재그 주사기(60)에서 1차원 신호로 변환된 신호를 양자화하여 출력하는 양자화기(70)와, 상기 양자화기(70)에서 양자화된 신호를 베리어블 랭쓰 코딩하여 출력하는 베리어블 랭쓰 코딩부(80)와, 사이 베리어블 랭쓰 코딩부(80)에서 엔코딩된 고역신호와 상기 시압축기(20)에서 시간압축된 저역신호를 선택 출력하는 MUX(90)로 구성된다.

상기 구성중 DCT(50)와, 양자화기(70)와, 베리어블 렝쓰 코딩부(80)는 미국 LSI LDGIC사에서 제조 판매하는 칩(chip)으로 공지의기술이다.

상기 DCT(50)는 칩넘버 L64730이고 양자화기(70)는 L64740이며, 베리어블 랭쓰 코딩부(80)는 L64750이다.

제2도는 본 발명에 따른 디코딩회로도로서, 엔코딩된 신호를 입력하여 고역신호와 저역신호를 선택분리출력하는 DEMUX(100)와, 상기 DEMUX(100)에서 선택분리된 저역신호를 시간 팽창하여 출력하는 시팽창기(110)와, 상기 시팽창기(110)에서 시팽창된 신호를 저역 필터링하여 출력하는 제2로우패스필터(120)와, 상기 DEMUX(100)에서 선택 분리된 고역신호를 베리어블 랭쓰 디코딩 출력하는 베리어블 랭쓰 디코딩부(130)와, 상기 베리어블 랭쓰 디코딩부(130)에서 디코딩된 1차원 신호를 디포맷팅하여 2차원 신호로 출력하는 디포맷부(140)와, 상기 디포맷부(140)에서 디포맷팅된 2차원 신호를 인버스 이산여현 변환 출력하는 인버스 DCT(150)와, 상기 인버스 DCT(150)에서 변환된 신호를 엔코딩시 분리되기 이전의 블럭으로 재구성하는 블럭 재구성기(160)와, 상기 블럭 재구성기(160)에서 블럭 재구성된 신호를 대역 필터링하여 출력하는 밴드패스필터(170)와, 상기 제2로우패스필터(120)에서 저역 필터링된 신호와 상기 밴드패스필터(170)에서 대역 필터링된 신호를 가산하여 재생된 영상신호를 출력하는 가산기(180)로 구성된다.

제3도는 제1도의 블럭분할기(40)의 구체 블럭구성도이고, 제4도는 제1도의 블럭분할기(40)에서 분할된 블럭 형태도이며, 제5도는 제1도의 지그재그 주사기(60)의 주사 형태도이다. 제6도는 호프만 코딩시 부호길이의 예시도이다.

상술한 구성에 의거 본 발명의 일 실시예를 제1-6도를 참조하여 상세히 설명한다.

입력단자(P1)를 통해 입력된 영상신호를 입력하는 제1로우패스필터(10)는 필터링하여 저역신호를 출력한다. 상기 제1로우패스필터(10)에서 필터링 된 저역신호를 입력하는 시압축기(20)는 시간압축하여 출력한다. 상기 저역 영상신호를 시간압축하기 위한 시압축기(20)와는 DPCM(Differential Pulse Code Modulation)방식을 사용하여 구현가능하다. 상기 DPCM방식은 실제 영상데이타의 값과 이미 부호화된 데이터로부터 예측된 값과의 차이를 전송하는 방법으로 상대적인 에너지 감소로 데이타 압축이 일어나는 것으로, 1985년 도서출판 "청암"에서 "디지탈 통신방식"의 35쪽 내지 37쪽에 개시된 바와 같이 널리 알려진 공지기술이다. 또한 감산기(30)는 입력단자(P1)를 통해 입력된 영상신호에서 상기 제1로우패스필터(10)에서 필터링된 저역신호를 감산하여 고역신호를 출력한다. 상기 감산기(30)에서 감산출력된 고역신호를 입력하는 블럭분할기(40)는 M × N 단위의 블럭으로 분할하여 출력한다.

제3도의 블럭분할기(40)의 상세블럭도에서 보면, 상기 감산기(30)에서 출력된 고역신호가 비디오 입력단자(IN)를 통해 제1스위치(SW1)에 인가되는데 이따 상기 제1스위치(SW1)는 프레임 인덱스(frame Index)신호에 의해 동작한다. 만약 프레임 인덱스신호가 짝수(even)이면 상기 제1, 제3스위치(SW1, SW3)는 접속단자 c와 a가 연결된다. 또한 제1어드레스 발생기(43)는 라인카운터(41)과 픽셀카운터(42)의 제어를 받는데 상기 라인카운터(41)와 상기 픽셀카운터(42)의 동작은 다음과 같다.

입력되는 한 프레임의 수평 픽셀을 M × N이라하고 수직라인 개수를 M × N이라하면 블럭 분할을 수평으로 n수직으로 m일 때 전체 블럭의 개수는 M × N이된다. 한 블럭의 수평 픽셀수는 N개이고 라인수도 N라인이 된다.

제4도와 같이 블럭을 분할 했을 때 블럭의 순서는 (1,1)→…→(n,1)→(1,2)→…→(n,2)→…→(1,m)→(2,m)→…→(n,m)으로 진행된다. 먼저 (1,1)의 정보를 제1-2메모리(45,46)의 O∼N × N-1번지까지 넣어주고 (2,1)의 정보는 M × N∼2 × N × N-1번지에 넣어주며 (m,n)의 정보는 (N × N - 1) × N × N∼M × N × N × N-1번지에 넣어준다.

또한 상기 라인카운터(41)는 한 프레임내에서 라인번호를 상기 픽셀카운터(42)에서는 한라인에서 픽셀번호를 준다. 그러므로 상기 라인카운터(41)와 상기 픽셀카운터(42)에서 준 번호에 의해 제1어드레스 발생기(43)는 몇번째 블럭인가 인식하여 어드레스를 제1-2메모리(45,46)에 주게된다. 이러한 방법으로 한 프레임의정보가 상기 제1메모리(45)에 입력되면 프레임 인덱스신호에 의해 상기 제1스위치(SW1)는 제2메모리(46)에 연결되고 상기 제1메모리(45)에서는 상기 제2스위치(SW2)가 연결되어 제2어드레스 발생기(44)에서 어드레스에 의해 비디오신호를 출력하게 된다.

상기 제2어드레스 발생기(44)는 샘플링클럭에 의해 어드레스가 증가만하고 한 프레임이 끝나면 리세트되어 다음 프레임시 카운트하여 어드레스를 발생하게 된다. 상기 제1메모리(45)가 제2스위치(SW2)에 연결되어 있는 동안 제1스위치(SW1)는 제2메모리(46)에 연결되고 제2메모리(44)의 어드레스는 제4스위치(SW4)에 의해 제1어드레스 발생기(43)에 연결된다. 이와같이 연결되면 전술한 동작과 동일한 동작을 하게되어 상기 제1메모리(45)와 제2메모리(46)에 연결되고 제2메모리(44)의 어드레스는 제4스위치(SW4)에 의해 제1어드레스 발생기(43)에 연결된다. 이와같이 연결되면 전술한 동작과 동일한 동작을 하게되어 상기 제1메모리(45)와 제2메모리(46)를 통해 각 프레임의 정보를 교대로 출력하게 되어 블럭화된 비디오 신호를 출력하게 된다. 상기 블럭 분할기(40)에서 블럭분할된 신호를 입력하는 DCT(50)는 각 블럭별로 이사여현 변환 출력한다. 즉 블럭 분할된 신호는 1개의 DC계수와 63개의 AC계수를 시리얼 출력한다. 상기 DCT(50)에서 이산여현 변환된 1개의 DC계수와 63개의 AC계수를 시리얼 입력하는 지그재그 주사기(60)는 제5도와 같이 저주파 성분부터 시작하여 최고주파수 성분까지 지그재그 주사하여 2차원 신호를 1차원 신호로 변환 출력한다. 상기 지그재그 주사기(60)에서 지그재그 주사된 신호를 입력하는 양자화기(70)는 양자화하여 출력하게 되는데, 지그재그 주사된 신호의 에너지가 주로 저주파쪽으로 모이면, 양자화과정을 통해 인간의 눈으로 느끼기 어려울 정도까지 변환계수들을 대표값으로 변환한다. 상기 양자화기(70)에서 양자화된 신호를 입력하는 베리어블 랭쓰 코딩부(80)는 입력신호에 대한 심볼의 확률분포를 보다 확률이 높은 심볼일수록 길이가 짧은 부호를 배정하고, 확률이 낮을수록 길이가 긴 부호를 배정하여(RUN, Level) 코딩을 한다. 각 심볼의 부호길이와 부호의 할달방법은 호프만 알고리즘에 의하는데, 특히 심볼의 종류가 많고 이중 많은 심볼이 매우 낮은 확률을 가지고 있을때는 이들 희박한 심볼 하나하나에 대해 호포만 알고리즘에 의해 긴 부포어를 각각 배정하면 부호화가 복잡해진다. 이를 해결하기 위해 희박한 심볼들은 하나로 묶어 에스케이프 시퀀스와 같은 단순한 고정길이의 부호로 처리하면 평균부호길이가 본래의 호프만 코드보다 약간 증가하여 효율은 떨어지지만 복잡도를 감소시킨다.

여기서 RUN은 0이 아닌 계수간에 나타난 0의 개수이고, Level은 0이 아닌 계수의 절대값이다. 상기 블럭분할기(40)에서 8×8 블럭으로 분할되었을 경우 RUN은 0∼63까지의 값을 가질 수 있고, Level은 양자화출력에서 나올 수 있는 값의 수에 따라서 달라지는데, 예를 들어 양자화 출력이 -255∼255의 정수로 나타나면 레벨은 1∼255의 값을 취하고, 사인비트(Sign bit)는 별도이다. 이(RUN, Level)을 한 심볼로 보았을 때 RUN이 크거나 Level이 크면 그 심볼의 발생빈도는 통계적으로 매우 낮아 제6도와 같이 에스케이프시퀀스(ESCAPE Swquence)로 처리하며, 그 이외의 영역(Reqular영역이라 한다.)에서는 정규 호프만 부호가 배당되어진다. 상기 에스케이프 시퀀스(ESCAPE Sequence)는 에스케이프 부호(6비트)와 RUN(0∼63)을 표현하기 위한 6비트, Level(1∼255)를 표현하기 위한 8비트, 사인(Sign)을 나타내는 1비트로 총 21비트로 구성되어 있다.

이와같이 상기 베리어블 랭쓰 코딩부(80)에서 코딩된 고역신호와 상기 시압축기(20)에서 시간압축된 저역신호는 MUX(90)로 입력되어 선택 출력되어 진다.

한편 제2도의 디코딩회로를 설명하면, 엔코딩회로에서 엔코딩된 신호가 입력단자(P2)를 통해 입력되면 DEMUX(100)는 고역신호와 저역신호를 선택 분리 출력한다. 상기 DEMUX(100)에서 선택분리 출력된 저역신호를 입력하는 시팽창기(110)기는 시간 팽창하여 출력한다. 또한 시팽창기(110)에서 시팽창된 신호를 입력하는 제2로우패스필터(120)는 저역필터링하여 출력한다. 또한 상기 DEMUX(100)에서 선택 분리 출력된 고역신호를 입력하여 베리어블 랭쓰 디코딩부(130)는 디코딩하여 출력한다. 상기 베리어블 랭쓰 디코딩부(130)에서 디코딩된 신호를 입력하는 디포맷부(140)는 디포맷팅하여 1차원신호로 변환출력한다.

상기 디포맷부(140)에서 디포맷팅된 신호를 입력하는 인버스 DCT(150)는 인버스 이산여현 변환하여 출력한다. 상기 인버스 DCT(150)에서 변환된 신호를 입력하는 블럭 재구성기(160)는 엔코딩시 분리된 신호를 입력하는 밴드패스필터(170)는 대역 필터링하여 출력한다. 상기 밴드패스필터(170)에서 대역 필터링 신호와 상기 제2로우패스필터(120)에서 저역 필터링된 신호는 가산기(180)에서 가산되어 원신호로 재생된 비디오 신호를 출력한다.

상술한 바와 같이 영상신호를 고역신호와 저역신호로 분리하여 고역신호는 DCT처리하고 저역신호는 시간압축하여 엔코딩하고 엔코딩된 신호를 수신하여 저역신호는 시간팽창하고 고역신호는 인버스 DCT처리하여 디코딩함으로서 양질의 화상을 재현할 수 있도록 송수신하는 이점이 있다.

Claims (2)

1. 영상처리 시스템의 엔코딩 회로에 있어서, 영상신호를 필터링하여 저역신호를 출력하는 제1로우패스필터(10)와, 상기 제1로우패스필더(10)에서 필터링된 저역신호를 시간압축하여 출력하는 시압축기(20)와, 영상신호에서 상기 로우패스필터(10)의 필터링된 저역신호를 감산하여 고역신호를 출력하는 감산기(30)와, 상기 감산기(30)에서 감산출력된 고역신호를 M×N 화소단위의 블럭으로 분할하는 블럭 불할기(40)와, 상기 블럭 분할기(40)에서 분할된 신호를 입력하여 이산여현 변환하여 출력하는 DCT(50)와, 상기 DCT(50)에서 이산여현 변환된 신호를 지그재그 주사하여 2차원 신호를 1차원 신호로 변환하는 지그재그 주사기(60)와, 상기 지그재그 주사기(60)에서 1차원 신호로 변환된 신호를 양자화하여 출력하는 양자화기(70)와, 상기 양자화기(70)에서 양자화된 신호를 베리어블 랭쓰 코딩하여 출력하는 베리어블 랭쓰 코딩부(80)와, 사이 베리어블 랭쓰 코딩부(80)에서 엔코딩된 고역신호와 상기 시압축기(20)에서 시간압축된 저역신호를 선택 출력하는 제1MUX(90)로 구성함을 특징으로 하는 회로.
2. 영상처리 시스템의 디코딩회로에 있어서, 엔코딩된 신호를 입력하여 고역신호와 저역신호를 선택분리출력하는 DEMUX(100)와, 상기 DEMUX(100)에서 선택분리된 저역신호를 시간팽창하여 출력하는 시팽창기(110)와, 상기 시팽창기(110)에서 시팽창된 신호를 저역 필터링하여 출력하는 제2로우패스필터(120)와, 상기 DEMUX(100)에서 선택 분리된 고역신호를 베리어블 랭쓰 디코딩 출력하는 베리어블 랭쓰 디코딩부(130)와, 상기 베리어블 랭쓰 디코딩부(130)에서 디코딩된 1차원 신호를 디포맷팅하여 2차원 신호로 출력하는 디포맷부(140)와, 상기 디포맷부(140)에서 디포맷팅된 2차원 신호를 인버스 이산여현 변환 출력하는 인버스 DCT(150)와, 상기 인버스 DCT(150)에서 변환된 신호를 엔코딩시 분리되기 이전의 블럭으로 재구성하는 블럭 재구성기(160)와, 상기 블럭 재구성기(160)에서 블럭 재구성된 신호를 대역 필터링하여 출력하는 밴드패스필터(170)와, 상기 제2로우패스필터(120)에서 저역 필터링된 신호와 상기 밴드패스필터(170)에서 대역 필터링된 신호를 가산하여 재생된 영상신호를 출력하는 가산기(180)로 구성함을 특징으로 하는 회로.

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