KR0132895B1 - 적응 양자화 기능을 갖는 영상압축 및 신장방법과 그 장치 - Google Patents
적응 양자화 기능을 갖는 영상압축 및 신장방법과 그 장치Info
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Abstract
적응 양자화 기능을 갖는 영상압축 및 신장방법과 그 장치는 주파수성분뿐만 아니라 영상에 따라 소정의 형태를 분류하고 각각의 형태에 적절한 다수개의 양자화행렬을 구성하여 인가되는 영상의 복잡도에 따라 양자화행렬값을 선택하기 위한 것이다. 이를 위하여 압축하고자하는 영상신호가 인가되면 복잡도를 추출하여 영상의 형태를 분류하는 영상형태분류과정; 영상형태 분류과정에서 복잡도의 정도에 따라 분류된 단계에 적합한 양자화시스텝사이즈를 결정하고 다수의 양자화 행렬 중 하나를 선택하여 양자화 행렬을 추출하는 양자화 행렬 추출과정; 양자화 행렬 추출과정에서 추출된 양자화 행렬에 따라 영상신호에 대하여 DCT변환되어 인가되는 계수를 양자화하기 위한 양자화 과정; 양자화 과정에서 양자화된 DCT변환된 계수에 대하여 가변장부호화하는 가변장부호화과정; 가변장부호화과정에서 부호화된 정보와 양자화 행렬 추출과정에서 선택된 양자화 행렬을 나타내는 정보를 함께 부호화된 정보로 출력하기 위한 부호화정보출력과정을 포함한 영상압축방법과 적응 양자화행렬에 의하여 양자화한 DCT계수를 가변장부호화하여 인가되는 부호화된 정보를 가변장복호화기 위한 가변장복호화과정; 가변장복호화과정에서 복호화된 정보를 역양자화하기 위한 역양자화과정; 가변장복호화과정에서 출력되는 부가정보중 영상압축시 선택된 양자화 행렬을 나타내는 정보에 따라 역양자화가 이루어지도록 양자화값을 출력하기 위한 양자화행렬추출과정; 역양자화과정에서 출력되는 신호를 역이산여현변환하는 역이산여현변환과정; 역이산여현변환과정에서 변환되어 출력되는 정보를 각각 휘도와 색차신호에 대하여 부호화시와 역블럭단위로 출력하기 위한 역블럭분할과정을 포함하는 영상신장방법으로 이루어진다. 따라서 선형양자화의 한계를 극복하고 화질을 개선할 수 있다.
Description
제1도는 본 발명에 따른 적응 양자화기능을 수행하기 위한 영상압축 장치의 블럭도이다.
제2도는 본 발명에 따른 적응 양자화기능을 수행하기 위한 영상신장장치의 블럭도이다.
제3(a),(b)도는 윤곽추출 연산자와 블록내의 연산자의 대상이 되는 부분영상이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 블록분할수단 20 : DCT변환수단
30 : 양자화기 40 : 영상형태분류수단
50, 50' : 양자화행렬 추출수단 60 : 가변장부호화기
70 : 가변장복호화기 80 : 역양자화기
90 : 역 DCT변환수단 100 : 역블럭분할수단
본 발명은 적응 양자화 기능을 갖는 영상압축 및 신장방법과 그 장치에 관한 것으로, 특히 영상의 복잡도에 따라 적응적으로 양자화 행렬을 설정하여 양자화를 하기 위한 영상압축 및 신장방법과 그 장치에 관한 것이다.
영상신호의 압축방식의 국제적인 추세는 이산여현변환(DCT, Discrete Cosine Transform)과 가변장 부호화방식(Variable Length Coding)을 이용하며 또한 적응 선형 양자화를 이용하는 것이다. 이러한 방식의 표준화는 영상신호 압축방식의 국제표준화 기관인 JPEG(Joint Photograph Expert Group) 및 MPEG(Motion Picture Expert Group)에서 진행하여 왔다.
디지털 영상신호는 공간 영역상에서 소정의 사이즈(주로 사용되고 있는 8*8화소)로 분할되어 DCT에 의해서 주파수영역으로 변환되는데 각각의 주파수 성분은 인간의 시각특성에 따라 화질에 미치는 영향이 다르다. 일반적으로 인간의 시각특성은 저주파성분에 민감하기 때문에 가변장 부호화방식을 이용하는 압축부호화방식의 거의 대부분 특히 JPEG 및 MPEG은 인간의 시각 특성을 고려하고, 압축의 효율을 높이기 위해서 주파수성분에 따라서 적응적인 양자화행렬에 의해 양자화를 행하고 있다. 칼라신호의 경우 밝기 차를 나타내는 휘도성분(Luminance Component)과 색을 나타내는 색차성분(Chrominance Component)의 신호로 구분된다. JPEG의 표준화방식의 경우 휘도신호 및 색차신호에 대한 각각의 양자호행렬이 있는데 인간의 시각특성이 색차신호에 비해서 휘도신호에 더 민감한 특징을 이용하여 휘도신호 양자화행렬이 색차신호 양자화행렬보다 더 조밀하게 이루어져 있다.
이러한 양자화행렬의 성분값은 인간의 시각이 주파수에 민감한 정도를 나타내는 특성을 실험적으로 얻고 또한 DCT영역에서 각각의 DCT계수의 실제 주파수를 구하여 상호관계에 의해서 수학적으로 결정된다. 따라서 각각의 부호화방식에서 제시하는 시각 특성곡선이 실험자에 따라서 조금씩 다를 수 있으므로 양자화행렬값도 다를 수 있지만 거의 같은 성질이라 볼 수 있다. 이렇게 만들어진 양자화방식은 인간의 시각특성을 잘 반영해 주고 있다.
그러나 영상에 따라 그 통계적인 특성이 다양하므로 일반적인 주파수성분만 고려한 양자화행렬을 모든 형태의 영상에 적용시킬 때 화질이 떨어지는 경우가 있다. JPEG에서 권고하는 양자화행렬의 경우 휘도신호와 색차신호로 구성되어 있는데 색차신호의 양자화행렬의 경우 윤곽이 선명한 고주파성분의 영상을 양자화하였을 때 윤곽 부분에 매우 많은 오차를 발생시켜 화질이 매우 떨어지는 현상이 발생하는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 이러한 문제점을 개선하기 위하여 주파수성분뿐만 아니라 영상에 따라 소정의 형태를 분류하고 각각의 형태에 적절한 다수개의 양자화행렬을 구성하여 인가되는 영상의 복잡도에 따라 양자화행렬값을 선택하기 위한 적응 양자화기능을 갖는 영상압축 및 신장방법과 그 장치를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 적응 양자화 기능을 갖는 영상압축방법에 있어서; 압축하고자 하는 상기 영상신호가 인가되면 복잡도를 추출하여 영상의 형태를 분류하는 영상형태분류과정; 상기 영상형태분류과정에서 복잡도의 정도에 따라 분류된 단계에 적합한 양자화스텝사이즈를 결정하고 다수의 양자화 행렬 중 하나를 선택하여 양자화 행렬을 추출하는 양자화 행렬 추출과정; 양자화 행렬 추출과정에서 추출된 양자화 행렬에 따라 상기 영상신호에 대하여 DCT변환되어 인가되는 계수를 양자화하기 위한 양자화 과정; 양자화 과정에서 양자화된 상기 DCT변환된 계수에 대하여 가변장부호화하는 가변장부호화과정; 상기 가변장부호화과정에서 부호화된 정보와 상기 양자화 행렬 추출과정에서 선택된 양자화 행렬을 나타내는 정보를 함께 부호화된 정보로 출력하기 위한 부호화정보출력과정을 포함함을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 인가되는 영상신호에 대하여 적응 양자화 기능을 갖는 영상압축시스템에 있어서; 상기 영상신호를 소정의 사이즈의 블록으로 분할하기 위한 블록분할수단; 상기 블록분할수단에서 분할되어 출력되는 블록내의 영상의 복잡도를 추출하여 영상의 형태를 분류하기 위한 영상형태분류수단; 상기 블록분할수단에서 출력되는 신호를 이산여현변환기 위한 DCT변환수단에서 출력된 DCT변환계수를 양자화하기 위한 양자화기; 다수의 양자화 행렬중 상기 영상형태분류수단에서 출력되는 영상신호의 복잡도 레벨에 적합한 양자화 행렬을 추출하여 상기 양자화기로 출력하기 위한 양자화행렬 추출수단; 상기 양자화기에서 출력되는 양자화된 DCT변환계수를 가변장부호화하고, 가변장부호화된 정보와 상기 양자화행렬 추출수단에서 선택된 양자화 행렬을 나타내는 정보를 함께 부호화된 정보로 출력하기 위한 가변장부호화기를 포함함을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 적응 양자화행렬에 의하여 양자화한 DCT계수를 가변장부호화하여 기록된 정보를 복호화하여 신장하기 위한 영상신장방법에 있어서; 인가되는 가변장부호화된 정보를 가변복호화하기 위한 가변장복호화과정; 가변장복호화과정에서 복호화된 정보를 역양자화하기 위한 역양자화과정; 가변장복호화과정에서 출력되는 부가정보중 영상압축시 선택된 양자화 행렬을 나타내는 정보에 따라 상기 역양자화가 이루어지도록 양자화값을 출력하기 위한 양자화행렬 추출과정; 상기 역양자화과정에서 출력되는 신호를 역이산여현변환하는 역이산여현변환과정; 상기 역이산여현변환과정에서 변환되어 출력되는 정보를 각각 휘도와 색차신호에 대하여 부호화시와 역 블러단위로 출력하기 위한 역블럭분할과정을 포함함을 특징으로 한다.
이어서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 상세히 기술하기로 한다.
제1도는 본 발명에 따른 적응 양자화 기능을 갖는 영상압축장치의 블록도로서, 각각 인가되는 휘도신호(Y)와, 색차신호(Cr, Cb)를 소정의 블록단위로 분할하여 출력하기 위한 블록분할수단(10)과, 블록분할수단(10)에서 출력되는 영상신호를 블록단위로 이산여현변환기 위한 DCT변환수단(20)과, DCT변환수단(20)에서 출력되는 DCT변환계수를 양자화하기 위한 양자화기(30)와, 블록분할수단(10)에서 출력되는 블록단위의 영상에 대한 복잡도를 추출하고 추출된 복잡도에 해당되는 레벨로 영상의 형태를 분류하기 위한 영상형태분류수단(40)과, 상기 영상형태분류수단(40)에서 출력되는 영상신호의 복잡도에 따른 레벨에 따라 적응적으로 양자화할 수 있는 양자화을 추출하여 양자화기(30)로 출력하기 위한 양자화행렬 추출수단(50)과, 양자화기(30)에서 출력되는 양자화된 DCT변환계수를 가변장부호화하고 가변장부호화된 값과 양자화행렬 추출수단(50)에서 출력되는 현재 선택된 양자화행렬에 대한 정보를 부호화된 정보로 출력하기 위한 가변장부호화기(60)로 구성된다.
제2도는 적응 양자화 기능에 의하여 영상압축되어 기록된 정보에 대하여 복호화하여 신장하기 위한 영상신장장치의 블록도로서, 제1도와 같이 압축되어 기록된 정보가 부호화정보가 인가되면 가변장복호화기 위한 가변장복호화기(70)와, 가변장복호화기(70)에서 출력된 신호를 역양자화하기 위한 역양자화기(80)와, 가변장복호화기(70)에서 영상신호 압축시 선택된 양자화 행렬에 대한 정보가 출력되면 저장된 다수의 양자화 행렬중 해당되는 행렬을 추출하여 출력되면 저장된 다수의 양자화 행렬중 해당되는 행렬을 추출하여 출력하기 위한 양자화행렬 추출수단(50')과, 역양자화기(30)에서 출력되는 신호를 역이산여현변환하기 위한 역이산여현 변환수단(90)과, 역이산여현 변환수단(90)에서 출력되는 신호를 압축시와 같이 휘도신호와 각각의 색차신호(Cr, Cb)에 대하여 부호화시와 반대로 소정의 블록단위로 분할하여 출력하기 위한 역블럭분할수단(100)으로 구성된다.
그러면 제1도의 작동을 설명하기로 한다.
블럭분할수단(10, DCT변환수단(20) 및 양자화기(30)는 종래의 영상신호압축장치에서 사용된 것과 동일하므로 이에 대한 상세한 기술은 생략하기로 한다.
영상형태분류수단(40)은 영상의 복잡도를 추출하여 분류하는 것으로, 영상의 복잡도를 추출하는 방식은 다양하나 여기서는 제3도와 같은 윤곽추출연산자를 이용하여 복잡도를 추출한다. 즉 윤곽추출연산자를 제3도의 (a)와 같이 2*2로 할 경우, 블럭내의 모든 화소에 대하여 다음식과 같이 연산하고 누적 합산한다.
(여기서 Sx, Sy = 0,1,2,...,7이다) (1)
여기서 Gxy는 제3도의 (b)의 x1을 임의의 (x, y)지점의 그레이레벨이라고 할때, 경사법(Gradient)으로 다음과 같이 이루어진다.
상술한 (1)식에 의하여 복잡도에 대한 값이 검출되면 영상신호의 형태를 분류한다. 예를 들어 영상의 복잡도에 따라 4가지로 분류된다면 다음 표1과 같이 분류될 수 있다.
이와 같은 영상의 분포도에 의하여 영상신호의 복잡도에 대한 레벨이 검출되면, 양자화행렬 추출수단(50)으로 출력된다.
양자화 행렬 추출수단(50)은 인가되는 휘도신호와 색차신호에 대하여 영상형태 분류수단(40)에서 분류된 레벨에 적응적인 다수의 양자화행렬표를 저장하고 있는 저장기(도시되지 않음), 검출된 복잡도에 따라 결정된 양자화스텝사이즈(Scale Factor)를 발생하는 양자화스텝사이즈출력기(도시되지 않음)와 선택된 양자화행렬표를 독출하고 양자화스텝사이즈에 맞게 조절하여 출력하기 위한 양자화행렬조절기(도시되지 않음)로 구비되어 영상형태불류수단(40)에서 출력되는 신호에 적응적인 양자화 행렬값을 추출한다. 상술한 저장기(도시되지 않음)는 영상압축장치에서 일반적으로 양자화테이블이라고 하는 것과 동일하고 양자화시스텝사이즈출력기(도시되지 않음)는 복잡도에 따라 양자화테이블에서 독출되는 양자화행렬에 가감산을 하기 위한 양자화 인자(S)를 출력하는 것과 동일하고 양자화행렬조절기(도시되지 않음)는 양자화스텝사이즈와 양자화 테이블에서 독출되는 양자화 행렬과 승산하는 승산기와 동일하다. 단 본 발명를 수행하기 위하여 저장기는 종전과 같이 하나의 양자화 행렬표를 저장하지 않고 최소한 표1에서 분류된 영상의 형태를 커버할 수 있도록 적어도 4개의 양자화 행렬표를 저장하고, 영상형태분류수단(40)에서의 분류에 의하여 영상의 복잡도의 종류가 1로 결정되어 출력되면, 그에 해당되는 양자화행렬표의 값을 출력하게 된다. 이 때 양자화 행렬의 스텝사이즈에 영향을 미치는 양자화스텝사이즈는 0인 경우로 한다. 그러나 영상형태분류수단(40)에서 영상의 복잡도에 대하여 표1보다 세분화할 경우에는 양자화스텝사이즈로 양자화행렬을 조절한다. 선형양자화기의 양자화간격 Qs는 다음과 같은 식으로 표현할 수 있다.
여기서 Qs는 양자화 간격이고, QM은 양자화 행렬이고, S는 양자화 인자(양자화스텝사이즈)이다.
상술한 4종류에 대하여 이용한 휘도신호의 양자화 행렬표는 다음의 표2와 같다.
이와 같은 영상의 복잡도에 따라 양자화 행렬이 추출되면 양자화 행렬은 양자화기(30)로 인가되어 상술한 양자화간격에 의하여 선형양자화가 이루어지도록 함과 동시에 선택된 양자화 행렬표에 대한 정보가 가변장부호화기(60)로 인가된다. 이 때 가변장부호화기(60)로 인가되는 선택된 양자화 행렬표에 대한 정보는 2진 정보의 형태로 상술한 표2에서의 양자화 행렬표에 대한 정보는 2진 정보의 형태로 상술한 표2에서의 양자화 행렬중 (B)가 선택되면 01의 값을 가변장부호화기(60)로 인가한다.
가변장부호화기(60)는 종전과 같이 양자화기(30)에서 출력되는 양자화된 DCT계수의 AC 및 DC값을 각각의 가변장 부호화하고, 그 부호화결과를 혼합하는 혼합기(도시되지 않음)를 통해 혼합하여 부호화된 정보를 출력한다. 이때 양자화 행렬 추출수단(50)에서 출력되는 상술한 혼합기(도시되지 않음)를 통해 부호화된 정보로 출력한다.
제2도의 작동을 설명하기로 한다.
제2도는 제1도와 같은 적응 양자화에 의하여 압축된 영상신호를 신장하기 위한 영상신장장치의 블록도로, 압축시와 역으로 신호처리가 행해진다.
우선 역양자화기(80), 역 DCT변환수단(90) 및 역블럭분할수단(100)은 종래의 영상신호신장장치에서 사용된 것과 동일한 것으로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
가변장 복호화기(70)는 제1도와 같은 과정을 통해 부호화된 정보가 인가되면, 우선 영상에 대한 부호화정보 이전에 인가되는 부가정보인 양자화 행렬정보에 해당되는 비트의 정보를 양자화 행렬추출수단(50')으로 출력한다. 이에 따라 양자화 행렬 추출수단(50')은 다수의 양자화행렬표중 해당되는 양자화 행렬표를 리드하여 역양자화기(80)로 출력한다. 역양자화기(80)는 인가되는 양자화 행렬값에 의하여 선형 역양자화를 하여 출력한다.
상술한 바와 같이 본 발명은 인가되는 영상신호의 복잡도에 따라 적응적으로 양자화행렬을 적용함으로써, 종전의 한가지 종류의 양자화행렬을 이용하는 것에 비해 매우 복잡하거나 매우 간단한 영상에서 화질을 개선시킬 수 있는 이점이 있다.
Claims (3)
- 적응 양자화 기능을 갖는 영상압축방법에 있어서; 압축하고자 하는 상기 영상신호가 인가되면 복잡도를 추출하여 영상의 형태를 분류하는 영상형태분류과정; 상기 영상형태분류과정에서 복잡도의 정도에 따라 분류된 단계에 적합한 양자화스텝사이즈를 결정하고 다수의 양자화 행렬 중 하나를 선택하여 양자화 행렬을 추출하는 양자화 행렬 추출과정; 양자화 행렬 추추로과정에서 추출된 양자화 행렬에 따라 상기 영상신호에 대하여 DCT변환되어 인가되는 계수를 양자화하기 위한 양자화 과정; 양자화 과정에서 양자화된 상기 DCT변환된 계수에 대하여 가변장부호화는 가변장부호화과정; 상기 가변장부호화과정에서 부호화된 정보와 상기 양자화 행렬 추출과정에서 선택된 양자화 행렬을 나타내는 정보를 함께 부호화된 정보로 출력하기 위한 부호화정보출력과정을 포함함을 특징으로 하는 적응 양자화 기능을 갖는 영상압축방법.
- 인가되는 영상신호에 대하여 적응 양자화 기능을 갖는 영상압축시스템에 있어서; 상기 영상신호를 소정의 사이즈의 블록으로 분할하기 위한 블록분할수단; 상기 블록분할수단에서 분할되어 출력되는 블록내의 영상의 복잡도를 추출하여 영상의 형태를 분류하기 위한 영상형태분류수단; 상기 블록분할수단에서 출력되는 신호를 이산여현변환기 위한 DCT변환수단; DCT변환수단에서 출력된 DCT변환계수를 양자화하기 위한 양자화기; 다수의 양자화 행렬중 상기 영상형태분류수단에서 출력되는 영상신호의 복잡도 레벨에 적합한 양자화 행렬을 추출하여 상기 양자화기로 출력하기 위한 양자화행렬 추출수단; 상기 양자화기에서 출력되는 양자화된 DCT변환계수를 가변장부호화하고, 가변장부호화된 정보와 상기 양자화행렬 추출수단에서 선택된 양자화 행렬을 나타내는 정보를 함께 부호화된 정보로 출력하기 위한 가변장부호화기를 포함함을 특징으로 하는 적응 양자화 기능을 갖는 영상압축장치.
- 적응 양자화행렬에 의하여 양자화한 DCT변환계수를 가변장부호화하여 기록된 정보를 복호화하여 신장하기 위한 영상신장방법에 있어서; 인가되는 가변장부호화된 정보를 가변장복호화기 위한 가변장복호화과정; 가변장복호화과정에서 복호화된 정보를 역양자화하기 위한 역양자화과정; 가변장복호화과정에서 출력되는 부가정보중 영상압축시 선택된 양자화 행렬을 나타내는 정보에 따라 상기 역양자화가 이루어지도록 양자화값을 출력하기 위한 양자화행렬추출과정; 상기 역양자화과정에서 출력되는 신호를 역 이산여현변환하는 역이산여현변환과정; 상기 역이산여현변환과정에서 변환되어 출력되는 정보를 각각 휘도와 색차신호에 대하여 부호화시와 역블럭단위로 출력하기 위한 블록분할과정을 포함함을 특징으로 하는 적응 양자화 기능을 갖는 영상신장방법.
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