KR0137401B1 - 직교변환부호화장치 - Google Patents

직교변환부호화장치

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KR0137401B1
KR0137401B1 KR1019920018107A KR920018107A KR0137401B1 KR 0137401 B1 KR0137401 B1 KR 0137401B1 KR 1019920018107 A KR1019920018107 A KR 1019920018107A KR 920018107 A KR920018107 A KR 920018107A KR 0137401 B1 KR0137401 B1 KR 0137401B1
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시게루 아와모토
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Abstract

본 발명은 직교변환해서 얻어진 직교변환계수에 의해 시각적 영향도를 검출한다.
그 영향도에 따라서 화질 열화가 눈에 띄기 쉬운 블록에는 보다 많은 부호량을 잘 눈에 띄지 않는 블록에는 보다 적은 부호량을 할당하도록 양자화스탭폭을 제어하는 것을 특징을 하는 직교변환부호장치이다.

Description

직교변환부호화장치
제 1도는 본 발명의 제 1실시예에 있어서의 직교변환부호장치의 구성을 표시한 블록도.
제 2도는 본 발명의 실시예에 있어서의 직교변환부호장치의 동작을 설명하기 의한 블록의 계수의 배열을 표시한 신호의 배열도
제 3도는 본 발명의 실시예에 있어서의 직교변환부호장치의 동작을 설명하기 위한 변환계수의 절대치의 분포도.
제 4도는 본 발명의 제 1실시예에 있어서의 휘도신호와 색 신호와의 블록의 관계를 표시한 개념도.
제 5도는 본 발명의 제 2실시예에 있어서의 직교변환부호장치의 구성을 표시한 블록도.
제 6도는 본 발명의 제 2실시예에 있어서의 양자회제어회로의 동작을 설명하기 위한 변환계수의 절대치 분포도.
제 7도는 본 발명의 제 2실시예에 있어서의 양자회로의 동작을 설명하기 위한 검출패턴 선택방법의 짜맞춤표.
제 8도는 본 발명의 제 3실시예에 있어서의 직교변환부호장치의 구성을 표시한 블록도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
2 : 직교변환회로도3 : 주사회로
4 : 양자화제어회로5 : 부호화회로
6 : 출력단자7 : 양자화기
8 : 양자화선택회로9 : 부호화기
20 : 양자화제어회로30 : 양자화제어회로
본 발명은 영상신호를 고능율부호화하는 경우에 압축률울 높이는데 사용되는 직교변환부호화장치에 관한 것이다.
영상 신호는 정보량이 대단히 크기 때문에 그 기록 또는 전송을 행하는데 있어서 고능률부호화가 사용된다. 고능률부호화는 화질의 열화가 시각적으로 두드러지지 않도록 정보량을 삭감하는 기술이다. 그 방법의 한가지로 직교변환부호와가 있다. 직교변환부호화는 소정 크기의 화면을 잘라내어서 블록으로 하고, 그 블록에 대해서 직교변환을 실시하여 직교변환에 의해서 얻어진 계수를 양자화한다. 이 양자화의 방법이 화질이 열화를 좌우한다.
예를들면 Adaptive Coding of Nonochrome and Color Image by Chen and Smith, IEEE Transaction on Communication Vo1. COM-25, NO.11, November 1977, pp. 1285-1292에 있어서는 직교변환계수로부터 교류성분의 에너지를 계산하고, 그 결과를 근거로 부호의 할당비트량을 제어하고 있다.
그러나, 이 방법에서는 에너지는 작으나 중요한 정보를 포함한 블록(예를 들면 지면이나 수면등)이 열화한다. 또 교류 에너지의 계산은 자승합을 필요로 하기때문에 회로규모의 접에서 최선의 방법이라고 할 수 없다.
본 발명의 목적은 간단한 방법으로 블록마다의 시각에 대한 영향도를 구하여, 시각적으로 중요한 블록에는 보다 많은 정보량을 시각적으로 열화가 잘 눈에 띄지 않는 블록에는 보다 적은 정보량을 할당하므로서 화면전체로서 균형이 잡힌 화질을 얻을 수 있는 직교부호화장치를 제공하는데 있다.
이 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 직교변환부호장치는, 블록화된 영상신호를 입력으로 해서, 상기 블록화된 영상신호를 직교변환하는 직교변환회로와 상기 직교변환회로로부터 얻어지는 변환계수를 부호화하기 위하여 바꿔 배열하는 주사화로와, 상기 주사회로와 병행하여 상기 변환계수의 시각적 영향도를 검출하고, 그 영향도를 표시한 제어신호를 출력하는 양자화제어화로와, 상기 양자화제어회로로부터 얻어지는 제어신호에 의해 상기 주사회로로부터 얻어지는 변환계수를 양자화 및 부호화 하는 부호화 회로를 구비하고 있다.
이상의 구성에 의해, 본 발명은 각 블록내에 있어서의 시각적 영향도에 의해 화질열화가 잘 눈에 띄지 않는 블록에 적은 부호량을 눈 에 띄기 쉬운 블록에는 많은 부호량을 할당하므로, 화질 전체로서의 화질을 향상시키면서 부호량의 제어가 가능하게 된다.
이하, 본 발명의 실시예에 대하여 첨부도면을 참조하면서 상세히 설명한다.
제 1도는 본 발명의 실시예에 있어서의 직교변환부호화장치의 구성을 표시한 블록도이다. 직교변환부호화 장치는 블록화된 영상신호를 입력하는 입력단자(1)와 직교변환을 실시하는 직교변환회로(2)와, 직교변환회로(2)로부터 얻어지는 변환계수를 바꿔 배열하는 주사회로(3)와, 직교변환회로(2)로부터 얻어지는 변환계수의 시각적 영향도를검출하고, 양자화제어를 출력하는 양자화회로(4)와 주사회로(3)의 출력을 양자화회로(4)의 출력에 의해 적응적으로 양자화하고 , 또한 부호화하는 부호화회로(5)와 부호화 된 데이터를 출력하는 출력단자(6)에 의해서 구성된다.
또 부호화회로(5)는 주사회로(3)의 출력의 직교변환계수를 어느 스텝폭으로 양자화하는 양자화기(7)와 상기 직교변환계수를 소망의 데이터량에 수납하는데 적합한 스텝폭을 가진 양자화기를 선택하는 양자화선택회로(8)와, 상기 양자화기(7)의 양자화데이터를 부호화하는부호화기(9)로 구성된다.
제 2도는 주사회로(3)의 동작을 설명하기 위하여, 상기 직교변환기(2)의 출력A의 계수의 배열과 주사회로(3)의 출력B의 배열을 표시하고 있다. 제 2도의 계수의 배열은 직교변환기(2)가 2차원 직교변환의 수법으로 하고, 그 블록은 수평4화소,수직4화소의 블록사이즈를 가지는 것으로 한다. 따라서 제 2도에 있어서는 수평계수, 수직계수의 16계수로 1블록을 구성한다. 동도면의 블록에 있어서, 각 계수기 나타내는 주파수성분은 좌측일수록 수평방향의 저역에 대응하고, 위쪽일수록 수직방향의 저역에 대응하는 것으로 한다. 그리고, 주사회로(3)에 있어서 2차원 직교변환에 대응하는 부호화때문에 제 2도(B)에 표시한 계수배열과 같은 지그자그 주사라고 일컫는 2차원 주파수적으로 저역에서부터 고역의 배열로 바꿔 배열한다.
이것은, 직류를 포함한 저역성분일수록 시각에 대한 영향이 크기때문이고, 저역일수록 중요한 성분으로서 취급하기 때문이다.
제 3도(a)는 양자화기(7)에서 입력되는 블록내의 직교변환계수의 분포를 표시하고 있다. 동도면은 제 2도에서 설명한 경우와 마찬가지로 블록의 사이즈를 4×4화소로 하고, 16계수로 이루어지는 분포를 표시하고 있다. 단 직류성분은 생략하고 있다. 이제, 직교변환기(2)의 출력의 직교변환계수의 직류성분 진폭치가, 소정의 한계치보다 큰 경우(새하얀 것에 가까운)또는 소정의 한계치보다 작은 경우(새까만 것에 가까운)를고려한다. 그와 같은 화상에서는 화질의 열화는 시각적으로 영향이 적다. 따라서, 이와같은 경우에는 양자화기(7)로 양자화스텍폭을 크게한다. 그때의 예가 제3도(b)에 표시한 분포이다. 이 (b)에 표시한 데이터를 복호하면 (c)에 표시한 분포가 되고, 저역부는 재현되나, 고역의 데이터는거의 없어진다, 즉, 이 블록을 부호화하는데 필료한 데이터량이 적어지는 것을 뜻한다.
한편, 직교변환계수의 직류성분이 상기 이외의 경우에는 양자화기(7)에서의 압축률은 그다지 크게 하지 않고서 양자화를 행한다. 그 결과 제 3도(d)에 표시한 바와 같은 분포가 되고, 이것을 복호하면 제 3도(e)의 분포가 된다. (e)에 있어서는. (c)의 분포와 달라 데이터량은 커지나 고역까지 재현되고 열화도 적어진다.
즉, 양자화제어회로(4)는 직교변환기(2)의 출력의 직교변환계수의 직류성분의 진폭치에 의해, 시각적 영향도를 판정한다. 그 판정결과를 양자화제어신호로서 츨력한다. 그리고 양자화선택회로(8)는 주사회로(3)의 출력의 직교변환계수를 복수블록을 하나의 단위로서, 소망도 데이터량에 의해 수납하는 양자화기를 1개 선택한다.
그때에 상기 양자화 제어신호가 시각적 영향도가 작은 것을 표시한 블록에 대해서, 상대적으로 큰 양자화시 스템폭이 부여된다. 따라서 복수블록내에서 시각적 영향도가 높은 블록에는 보다 많은 부호비트가 할당된다.
또 양자화제어회로(4)는 휘도신호의 블록의 경우에 직류성분의 진폭치에 의해서 제어신호를 출력한다. 입력된 블록이 색신호의 경우에는 화면상에서 동일위치의 휘도신호의 블록에서의 제어신호를 사용한다. 예를 들면 휘도신호의 표본화 주파수에대해서 색신호의 표본화주파수 1/2이고, 수직방향으로 선 순차된 4:2:0 신호의 경우 휘도신호의 블록과 색신호의 블록의 관계는 제 4도(a)에 표시한 바와같이, 4개의 휘도신호의 블록에 대하여 1개의 크기로 된다. 따라서, (a)에 표시한 Y1,Y2,Y3 및 Y4의 블록중 복수개의 블록이 조건을 충족시키는 경우에 색신호의 블록도 고압축률의 양자화를 행한다. 또 동도(b)는 휘도신호의 표본화 주파수에 대하여 색신호의 표본화주파를 1/4로하는 4:1:1 신호의 경우이고, (a)의 경우와마찬가지의 처리를 행하면 된다.
이상 설명한 바와같이, 본 실시예에 의하면, 양자회로제어회로(4)에 있어서 시각적 영향도가 작고, 열화가 잘 눈에 띄지 않는 휘도신호가 큰 경우(새하얀 것에 가까운경우) 및 작은 경우(새까만 것에 가까운 경우)를 직교변환계수의 직류성분으로부터 검출하고, 양자회로선택회로(8)에서의 양자화 스텝폭을 제어하므로서 화면전체로서의 화질열화를 경감하는 것이 가능하게 된다.
또한, 본 실시예에 있어서 색신호의 블록은 휘도신호의 블록에서의 제어신호를 사용하는경우에 대해서 설명하였으나, 색신호의 블록을 제어하지 않고서 휘도신호의 블록만을 제어해도 호질개선의 효과는 있다.
또, 본 실시예에 있어서, 색신호의 블록을 휘도신호의 블록에 있어서의 제어와 마찬가지로 처리를 행하는 것도 용이하다. 그 경우 색신호의 직류 성분의 진폭치는 색의 정체도를 표시한다. 따라서 빨강과 같은 열화가 잘 눈에 띄는 색의 블록의 직류성분의 진폭치에 의해, 시각적 영향도를 판정하고, 그 블록의 양자화 스탭폭을 제어하면 된다.
다음에 본 발명의 제 2 실시예에 있어서의 직교변환부호장치의 설명을 한다.
본 발명의 실시예는 상기 제 1실시예에 있어서의 양자화제어회로(4)의 동작이 다른 것이다.
본 발명의 양자회제어회로(20)는 직교변환기(2)의 출력의 직교변환계수의 분포패턴에 대해서 시각적영향도가 큰것, 및 작은것을 검출하고, 그 시각적 영향도에 따른 양자제어신호를 출력한다. 그리고 양자화제어회로(8)는 상기한 제 1실시예와 마찬가지로 상기 양자화제어신호가 표시한 시각적 영향도에 따라서 블록마다 양자화스텝폭의 증감을 행한다.
상기 양자화제어회로(20)의 동작을, 제 5도를 사용하여 설명한다. 제 5도에 표시한 직교변환계수분포도에 있어서, 어느 계수배열을 경계로 저역과 고역과의 2개의 영역으로 나눈다. 그리고 각각의 영역의 최대치를 LMAX 및 HMAX로한다.
상기 2개의 최대치 LMAX, HMAX는 그 크기에서 절대치가 작은 쪽으로부터 0,1,2,3의 4종류의 클라스로 나누어지며, 그 클라스로부터 제 6도에 표시한 선택방법의 조합의 매트릭스에 의해서 시각적 영향도가 큰 패턴인지 여부를 판정한다. 제 6도의 매트릭스에 표시한 동그라미 표시가 영향도가 큰 패턴이다. 동도면에 표시한 예는, 직교변환계수가 전체적으로 작은 것, 저역에서부터 고역까지 넓어지는 것등의 패턴이 검출되고, 저역에서 집중하고 있는것등은 검출되지 않는다. 바꿔 말하면 검출된 패턴에 대해서는 양자화스텝폼을 작게하고, 직교변환계수가 저역에 집중하고, 또한 진폭이 큰 분포패턴에 대해서는 스텝폭을 크게해서 양자화를 행할 수 있다.
또한 이 매트릭스에 의해서 검출되는 패턴의 보호의 비율, 즉 양자화스텝폭의 증감의 제어는 검출되는 패턴마다 결정할 수 있다.
이상 설명한 바와같이 본 실시예에 의하면, 양자화제어회로(20)에 있어서, 시각적으로 열화가 두드러진 직교변환계수의 분포패턴을 검출하고 양자화선택회로(8)에서 양자화스탭폭을 제어하므로서 화질열하를 경감하는 것이 가능하게 된다.
또한 본 실시예에 있어서의 양자화제어회로(4)의 패턴검출의 방법으로서 저역과 고역의 2개의영역의 계수의 총합을 구하고 그 관계로부터 검출패턴을 한정할 수도 있다.
다음에 본 발명의 제 3실시예에 있어서의 직교변환부호화장치의 설명을 한다.
본 발명은 상기 제 1실시예에 있어서의 양자화제어회로(4)가 다른 것이다. 제 7도는 본 실시예의 구성을 표시한 블록도이다.
제 7도에 있어서의 양자화제어회로(30)는, 입력되는 블록의 진촉패턴에 의해 블록내에 에지가 존재한다고 판정되었을 경우, 양자화선택회로(8)의 출력의 양자화스탭폭을 제어한다. 즉, 양자화제어회로(8)는 상기한 제 1실시예와 마찬가지로 에지가 존재한다고 판정되었을 경우에 양자화스텝폭을 작게한다. 예를 들면 1/4로 양자화하는 곳은 1/2로 양자화한다.
그 상태를 제 3도를 사용해서 설명하면, 동도(b)의 분포로되는 곳이 동도(d)에 표시한 분포가 된다. 따라서 복호되면, 제 3도(e)의 분포가 되고, 동도(c)에 표시한 분포보다 오차가 적은 직교변환계수가 얻어지고, 블록내의 변형을 경감할수 있다.
이상 설명한 바와같이 본 실시예에 의하면, 양자화 제어회로(30)에 있어서 시각적으로 열화가 눈에 띄기 쉬운 에지부를 검출하고, 양자화선택회로(8)의 양자화스탭폭을 제어하므로서 화질열화를 경감하는 것이 가능하게 된다.
또한 상기의 각 실시예에 있어서, 직교변환되는 블록을 4×4화소의 블록사이즈로 하였으나, 8×8화소나 16×16화소등의 블록사이즈라도 된다. 또 수평수직의 2차원직교환은 아니고, 3차원의 직교변환의 경우라도 된다.
또 상기 각 실시예에 있어서는 시각적 영향도 그리고 각각의 경우에 대해서설명을 하였다. 그러나, 각 실시예의 방법을 1개의 장치로서 구성하는 것은 용이하다.
그 경우 양자화 스텝폭의 상대적 증감량을 하나의 패러미터로 나타내면 된다.

Claims (8)

  1. 영상신호를 직교변환해서 부호화하는 직교변화부호화장치에 있어서, 블록화된 영상신호를 직교변환하는 직교변환수단과, 상기 직교변환수단으로부터 얻어지는 변환계수를 부호화하기 위한 계수 배열로 바꿔 배열하는 주사수단과, 상기 주사수단과 평행해서 상기 변환계수의 시각적 영향도 검출하는 양자화 제어수단과 상기 양자화제어수단으로부터 얻어지는 제어신호에 의해 상기 주사수단으로부터 얻어지는 변환계수를 양자화및 부호화하는 부호화 수단을 구비하고, 상기 양자화 제어 수단은 , 직교변환된 블록마다 상기 변환계수의 직류성분의 진폭치를 소정치보다 큰 경우 및 소정치보다 작은 경우에 시각적 영향도가 낮은 제어신호를 출력하고, 상기 부호화 수단은, 상기 양자화제어수단으로부터 얻어지는 제어신호가 시각적 영향도가 낮은 것을 표시하는 경우에, 양자화스텝폭이 커지도록 상기 변환계수를 양자화 및 부호화하는 것을 특징으로 하는 직교 변환부호화 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 양자화 제어 수단은 입력된 블록이 휘도신호의 경우에만 제어신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 직교 변환부호화 장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 양자화 제어 수단은 입력된 블록이 샌신호의 경우에 동일한 화면위치를 구성하는 휘도신호의 블록에 있어서의 제어신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 직교 변환부호화 장치.
  4. 영상신호를 직교변환해서 부호화하는 직교변화부호화장치에 있어서, 블록화된 영상신호를 직교변환하는 직교변환수단과, 상기 직교변환수단으로부터 얻어지는 변환계수를 부호화하기 위한 계수 배열로 바꿔 배열하는 주사수단과, 상기 주사수단과 평행해서 상기 변환계수의 시각적 영향도 검출하는 양자화 제어수단과 상기 양자화제어수단으로부터 얻어지는 제어신호에 의해 상기 주사수단으로부터 얻어지는 변환계수를 양자화및 부호화하는 부호화 수단을 구비하고, 상기 양자화 제어 수단은 , 직교변환된 블록마다 상기 변환계수가 저역에서부터 고역으로 넓어지는 분포패턴을 검출하였을 겨우에 시간적 영향도가 높은 제어신호를 출혁하고, 부호화수단은 상기 양자화제어수단으로부터 얻어지는 제어신호가 시각적 영향도가 높은 것을 표시하는 경우에, 양자화스텝폭이 작아지도록 상기 변환계수를 양자화 및 부호화하는 것을 특징으로 하는 직교 변환부호화 장치.
  5. 영상신호를 직교변환해서 부호화하는 직교변화부호화장치에 있어서, 블록화된 영상신호를 직교변환하는 직교변환수단과, 상기 직교변환수단으로부터 얻어지는 변환계수를 부호화하기 위한 계수 배열로 바꿔 배열하는 주사수단과, 상기 주사수단과 평행해서 상기 변환계수의 시각적 영향도 검출하는 양자화 제어수단과 상기 양자화제어수단으로부터 얻어지는 제어신호에 의해 상기 주사수단으로부터 얻어지는 변환계수를 양자화및 부호화하는 부호화 수단을 구비하고, 상기 양자화 제어 수단은 , 직교변환된 블록마다 상기 변환계수가 저역에 집중하고 또한 진폭이 큰 분포패턴을 검출한 경우에 시각적 영향도가 높은 제어신호를 출력하고, 부호화 수단은 상기 양자화제어수단으로부터 얻어지는 제어신호가 시각적 영향도가 높은 것을 표시하는 경우에, 양자화스텝폭이 커지도록 상기 변환계수를 양자화 및 부호화하는 것을 특징으로 하는 직교 변환부호화 장치.
  6. 제 1항에 있어서, 상기부호화수단은, 복수의 블록을 하나의 단위로서, 1개의 양자화스텝을 결정하고, 상기 양자화 제어수단의 출력의 제어 신호에 의해 상기 양자화 스텝폭에 대해서 상대적으로 양자화스텝폭의 증감을 행하는 것을 특징으로 하는 직교 변환부호화 장치.
  7. 제 4항에 있어서, 상기부호화수단은, 복수의 블록을 하나의 단위로서, 1개의 양자화스텝폭을 결정하고, 상기 양자화 제어수단의 출력의 제어 신호에 의해 상기 양자화 스텝폭에 대해서 상대적으로 양자화스텝폭의 증감을 행하는 것을 특징으로 하는 직교 변환부호화 장치.
  8. 제 5항에 있어서, 상기부호화수단은, 복수의 블록을 하나의 단위로서, 1개의 양자화스텝을 결정하고, 상기 양자화 제어수단의 출력의 제어 신호에 의해 상기 양자화 스텝폭에 대해서 상대적으로 양자화스텝폭의 증감을 행하는 것을 특징으로 하는 직교 변환부호화 장치.
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