KR0148132B1

KR0148132B1 - 양자화제어장치

Info

Publication number: KR0148132B1
Application number: KR1019920001950A
Authority: KR
Inventors: 유필호
Original assignee: 강진구; 삼성전자주식회사
Priority date: 1992-02-11
Filing date: 1992-02-11
Publication date: 1998-09-15
Also published as: KR930019017A

Abstract

본 발명은 고선명텔레비젼이나 화상전화기등에서 영상데이타의 에너지상태나 에너지밀집도를 고려하여 양자화를 제어함으로써 화질을 개선하는 양자화제어장치이다. 이 양자화제어장치는, 버퍼상태에 따라 인가되는 양자화레벨을 양자화스텝사이즈로 제어하는 양자화제어장치에 있어서, 영상신호의 에너지상태에 따라 양자화레벨변위값을 발생하는 변위값발생수단, 및 상기 발생된 양자화레벨변위값을 상기 양자화레벨에 가산하는 수단으로 구성된다. 따라서, 본 발명은 영상데이타의 에너지상태와 에너지밀집도를 감지하여 양자화레벨을 조절함으로써 화질을 개선함과 아울러 효율적으로 데이타를 압축할 수 있게 되는 이점을 갖는다.

Description

양자화제어장치

도면은 본 발명의 일 실시예에 따른 양자화제어회로도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 가산기 100 : 제1변위값발생부

200 : 제2변위값발생부 S1, S3 : 양자화레벨

S2 : DCT변환계수

본 발명은 고선명텔레비젼(Hihg Definition Television:HDTV)과 같은 디지털텔레비젼이나 화상전화기등에서 디지털영상데이타를 압축하기 위해서 이용되는 양자화제어장치에 관한 것으로, 특히 영상데이타의 에너지상태나 에너지밀집도를 고려하여 버퍼상태에 따른 양자화레벨을 조정하는 양자화제어장치에 관한 것이다.

현재, 전세계적으로 개발중에 있는 풀디지탈고선명텔레비젼에서는 데이타를 효과적으로 압축하여 전송하기 위하여 많은 방식들이 제안되고 있는데, 그중에서도 영상신호를 이산코사인변환(Discrete Cosine Transform; 이하 DTC라 한다.)하여 N×N블록의 주파수성분으로 변환시킨다음 양자화를 수행하여 압축시키고 그 데이타를 가변부호화(Variable Length Coding; VLC)하여 빈도수가 많은 데이타

에 대하여 적은 길이를 할당하여 부호화한다음 버퍼(buffer)를 사용하여 가변장부호화를 통해 불규칙적인 비트길이를 갖는 데이타들이 일정한 비트길이를 갖고 출력할 수 있도록 완충함으로써 디지털데이타를 압축하는 방식이 가장 대표적으로 사용되고 있는 방식이다.

그 가운데 불규칙적인 비트길이를 갖는 데이타들을 일정한 비트길이를 갖는 데이타로 변환하여야 하는 버퍼는, 출력하고자 하는 일정비트간격에 비하여 너무 좁은 비트간격을 갖는 데이타들이 연속적으로 인가되거나 또는 너무 넓은 비트 간격을 갖는 데이타들이 연속적으로 인가되어 버퍼가 기억할 수 있는 용량을 넘어설 경우에 대처하기 위하여 그 기억상태에 따라 서로 다른 양자화레벨을 양자화기에 인가하여 양자화스텝사이즈(step size)의 크기를 조절함으로써 양자화를 제어하였다.

여기서, 양자화스텝사이즈(step size)란 것은, 양자화하는 비트의 간격을 뜻하는 것으로 양자화스텝사이즈가 크면 넓은 비트간격으로 양자화하게되어 특정시간대에 적은 데이타가 포함될 것이고, 양자화스텝사이즈가 작으면 좁은 비트간격으로 양자화하게 되어 특정시간대에 많은 데이타가 포함될 것이다. 따라서, 만일 버퍼로 인가되는 데이타가 매우 좁은 비트 간격을 가질 때에는 양자화레벨을 높여 양자화스텝사이즈를 크게 함으로서 양자화를 통한 데이타들의 비트간격을 넓게 하고, 반면에 버퍼로 인가되는 데이타가 매우 넓은 비트간격을 가질 때에는 양자화레벨을 낮추어 양자화스텝사이즈를 작게 함으로써 양자화를 통한 데이타의 비트간격을 좁게 하여 버퍼의 기억점유율이 항상 일정범위내에 유지될 수 있도록 하였다. 이와 같이 버퍼상태에 따라 양자화를 제어하면 데이타의 효과적인 압축과 더불어 버퍼의 기억용량도 제한할 수 있기 때문에 시스템의 크기를 줄일 수 있게 되었다. 그와 같이 압축된 영상데이타가 수상기에 출력되어 사용자가 시청하는 경우에 화면중에서도 사람이 시각적으로 민감하게 느끼는 부분이 있고, 둔감하게 느끼는 부분이 있다. 예를 들어, 바닷가에 사람이 서있는 경우에 하늘과 사람의 경계선과 같은 부분에 대해서는 사람눈은 민감하게 반응하게 되고, 모래사장같은 부분에 대해서는 사람눈은 둔감하게 반응하게 된다. 이 두가지 부분은 서로 다른 에너지분포도를 갖는다는 것으로 구별할 수 있는데, 만일 이 두 부분이 동일한 화상에너지를 갖는다고 가정하고 즉, 동일한 에너지상태에 있다는 가정하에 이 두 부분에 대하여 각각에 N×N블록을 형성시킨 후 DCT변환하게 된다면 각각의 주파수성분들은 동일한 에너지를 포함하고 있게 되지만 에너지의 분포도에서는 많은 차이가 있다. 즉, 사람눈이 민감하게 반응하는 부분은 N×N개의 주파수성분중에서 특정주파수대에 밀집되어 있으며, 사람눈이 둔감하게 반응하는 부분은 N×N개의 주파수성분에 골고루 분포되어 있다. 그러므로, 데이타를 좀더 효율적으로 압축하고 좀더 선명한 화면을 사용자가 시청할 수 있도록 하려면 사람눈이 민감하게 반응하는 부분에 대해서는 확실한 영상을 전송하여 보다 선명한 화면을 구성하고, 둔감하게 반응하는 부분에 대해서는 보다 높은 압축률로 데이타를 압축하여 압축에 따른 에러를 사용자가 느낄 수 없게 하는 장치가 필요한 실정이다.

본 발명은 이와 같은 연구의 하나로써, 영상데이타의 에너지상태나 밀집정도를 감지하고 그에 따라 양자화레벨의 크기를 조절함으로써 화질을 더욱 향상시킬 수 있는 양자화제어장치를 제공함을 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은, 버퍼상태에 따라 인가되는 양자화레벨을 DCT변환된 N×N개의 주파수성분의 양자화스텝사이즈로 제어하는 양자화제어장치에 있어서, 영상신호의 에너지상태에 따라 양자화레벨변위값을 발생하는 변위값발생수단, 및 상기 발생된 양자화레벨변위값을 상기 양자화레벨에 가산하는 수단을 포함하는데 있다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예로서, 상기 변위값발생수단은 영상신호의 에너지크기에 따라 제1양자화레벨변위값을 발생하여 상기 가산수단에 인가하는 제1변위값발생부, 및 영상신호의 에너지분포에 따라 제2양자화레벨변위값을 발생하여 상기 가산수단에 인가하는 제2변위값발생부로 구성하는데 있다.

또한, 상기 제1변위값발생부는 DCT변환된 N×N개의 주파수성분 각각의 절대치를 산출하는 수단, 상기 산출된 절대치들을 합산하는 수단, 및 상기 합산수단과 상기 가산수단사이에 연결되어, 상기 합산수단으로부터 인가되는 절대치의 합의 크기에 따라 다수의 제1변위값중 어느 하나를 선택하여 상기 가산수단에 인가하는 선택수단을 포함하는데 있다.

또한, 상기 제2변위값발생부는 DCT변환된 N×N개의 주파수성분들을 인가받아 에너지를 갖는 주파수성분의 갯수를 산출하는 산출수단, 및 상기 산출수단과 상기 가산수단사이에 연결되어 산출된 주파수성분의 갯수에 따라 다수의 제2변위값중 어느 하나를 선택하여 상기 가산수단에 인가하는 선택수단을 포함하는데 있다.

또한, 상기 산출수단은 다수의 주파수성분 각각을 0값을 갖는 기준치와 비교하는 다수의 비교기, 및 상기 다수의 비교기와 상기 선택수단사이에 연결되어 다수의 비교기의 출력을 합산하는 수단을 포함하는데 있다.

또한, 상기 제1변위값발생부의 선택수단은 합산수단으로부터 인가되는 절대치의 합을 제1기준값과 비교하는 제1비교기, 상기 합산수단으로부터 인가되는 절대치의 합을 제2기준값과 비교하는 제2비교기, 및 상기 두 비교기와 상기 가산수단사이에 연결되어, 상기 두 비교기의 출력값에 따라 다수의 제1변위값중 어느 하나를 선택하는 제1멀티플렉서를 포함하는데 있다.

또한, 상기 제2변위값발생부의 선택수단은 산출수단으로부터 에너지를 갖는 주파수성분의 갯수를 인가받아 제3기준값과 비교하는 제3비교기, 상기 산출수단으로부터 에너지를 갖는 주파수성분의 갯수를 인가받아 제4기준값과 비교하는 제4비교기, 및 상기 두 비교기와 상기 가산수단사이에 연결되어, 상기 두 비교기의 출력값에 따라 다수의 제2변위값중 어느 하나를 선택하는 제2멀티플렉서를 포함하는데 있다.

이하, 본 발명을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도면은 본 발명의 일 실시예에 따른 양자화제어장치의 회로도로써, DCT변환계수(S2)를 입력받아 변위값을 발생하는 제1변위값발생부(100)와 제2변위값발생부(200) 및 버퍼상태에 따른 양자화레벨(S1)을 입력받아 상기 제1 및 제2변위값발생부(100,200)로부터의 변위값을 가산하여 출력하는 가산기(10)로 구성된다. 제1변위값발생부(100)는 DCT변환계수(S2)를 인가받아 2차원(N×N)DCT변환된 N×N개의 주파수성분중에서 DC성분이 제외된 (N×N)-1개의 AC성분 각각의 절대치를 산출하는 다수의 절대치산출부(110)와, 다수의 절대치산출부(110)에 연결되어 산출된 절대치들을 합산하는 합산기(120)와, 합산기(120)로부터 63개의 주파수성분들에 대한 절대치합을 인가받아 제1기준값(C)과 비교하는 제 1비교기(131), 합산기(120)로부터의 절대치합을 인가받아 제2기준값(D)과 비교하는 제2비교기(132), 및 제1변위값들(+F, O, -F)을 인가받아 상기 두 비교기(131,132)의 출력값에 따라 상기 제1변위값들(+F, O, -F)들중에서 어느 하나를 선택하여 가산기(10)에 인가하는 제1멀티플렉서(MUX1)로 구성된다.

제2변위값발생부(200)는 다수의 비교기(210)를 포함하고 있는데, 각 비교기는 제1입력단을 통해 2차원(N×N)DCT변환된 N×N개의 주파수성분중에서 DC성분을 제외한 (N×N)-1개의 AC성분(S2)중 대응하는 어느 하나를 인가받고, 제2입력단을 통해 0값을 갖는 기준치를 인가받아, 다수의 주파수성분들중에 0이 인가될 경우에는 0을 출력하고 0이 아닌 값이 인가될 경우에는 1을 출력하도록 구성되어 있다. 또한, 제2변위값발생부(200)는 상기 다수의 비교기출력을 합산하는 합산기(220)와, 합산기(220)의 출력, 즉 다수의 주파수성분중에서 0이 아닌 주파수성분의 갯수를 인가받아 제3기준값(A)과 비교하는 제3비교기(231)와, 합산기(220)의 출력을 인가받아 제4기준값(B)과 비교하는 제4비교기(232) 및, 제2변위값들(+E, 0,-E)을 인가받아 상기 두 비교기(231,232)로부터의 비교결과에 따라 상기 제2변위값들(+E, 0, -E)중에서 어느 하나를 선택하여 가산기(10)에 인가하는 제2멀티플렉서(MUX2)로 구성된다.

이와 같이 구성된 본 발명의 동작을 보다 상세히 설명한다.

우선, 버퍼상태에 따른 양자화레벨(S1)이 가산기(10)에 인가하게 되면 가산기(10)는 제1변위값발생부(100) 및 제2변위값발생부(200)로부터 발생되어 인가되는 변위값을 더하여 조절된 양자화레벨(S3)을 출력한다.

여기서, 제1변위값발생부(100)와 제2변위값발생부(200)는, 양자화레벨에 의해 양자화하려고 하는 영역에 해당하는 영상신호가 양자화를 수행하기전 단계에서 2차원(N×N)DCT 변환된 N×N개의 주파수성분중에서 DC성분을 제외한 (N×N)-1개의 주파수성분(S2)을 인가받게 된다. 여기서, 본 발명의 동작으로 보다 용이하게 설명하기 위하여 영상신호를 2차원(8×8)DCT변환한 것으로 가정하기로 하고, 64개의 주파수성분중에서 DC성분을 제외한 것은 DC성분이 에너지와 무관하기 때문이며 먼저, 제1변위값발생부(100)의 동작을 설명하면 다음과 같다.

64개의 주파수성분중에서 63개의 AC성분들(S2)은 63개의 절대치산출부(110)를 통해 절대치가 계산되는데, 이 절대치는 각 AC성분이 갖는 화상에너지(제곱평균)값과 유사한 값을 갖게 되며 합산기(120)를 통해 63개의 AC성분에 대한 총 에너지의 합이 계산되어 제 1비교기(131) 및 제2비교기(132)에 각각 인가하게 된다. 이 제1비교기(131) 및 제2비교기(132)는 에너지합이 인가되는 입력단이외의 다른 입력단에 제1기준치(C) 및 제2기준치(D)가 대응되게 인가되는데, 이 기준치들은 시스템설계자에 의해 가장 적당하다고 판단되는 정수값으로 설정될 수 있으며, 본 발명이 실시예에서는 제1비교기(131)에 인가되는 제1기준치(C)를 64로 설정하였고 제2비교기(132)에 인가되는 제2기준치(D)를 256으로 설정하였다.

따라서, 두 비교기(131, 132)는 합산기(120)로부터 인가되는 AC주파수 성분에 대한 에너지의 합을 64 및 256과 비교하여 비교된 결과를 제1멀티플렉서(MUX1)에 인가하게 되는데, 만일 합산기(120)로부터 인가되는 절대치의 합이 64미만일 경우에는 제1멀티플렉서(MUX1)에 의해 +F가 제1변위값으로 선택되고, 64∼255일 경우에는 제1멀티플렉서(MUX1)에 의해 0이 제1변위값으로 선택되며, 256이상일 경우에는 -F가 제1변위값으로 선택된다. 이와 같이 선택된 제1변위값은 가산기(10)에 인가되는데, 가산기(10)를 통해 버퍼상태에 따른 양자화레벨값(S1)과 합산되며 합산된 양자화레벨(S3)이 출력되어 양자화스텝사이즈로 양자화를 제어하게 된다. 결과적으로 제1변위값발생부(100)의 제1변위값(+F, 0, -F)은 시스템설계자가 적당하다고 판단되는 정수값으로 설정될 수 있으므로, DCT변환된 주파수성분들이 많은 에너지를 포함할 경우에는 양자화레벨을 감소시켜 양자화스텝사이즈를 작게 하고, 적은 에너지를 포함할 경우에는 양자화레벨을 증가시켜 양자화스텝사이즈를 크게 한다. 즉, 영상신호의 에너지상태에 따라 양자화레벨을 조절할 수 있게 된다.

또한, 제2변위값발생부(200)는 2차원(8×8)DCT변환된 64개의 주파수성분중에서 63개의 AC성분들(S2)이 63개의 비교기(210)에 대응되도록 인가하게 되며, 0의 값을 갖지 않는 즉, 화상에너지를 갖고 있는 주파수성분이 인가되는 비교기에서 1을 출력하게 된다. 따라서 합산기(220)에서는 비교기(210)의 출력을 모두 더하여 0이 아닌 주파수성분의 갯수를 구한 다음 제3비교기(231) 및 제4비교기(232)에 인가하게 된다. 이 제3비교기(231) 및 제4비교기(232)는 합산기(220)의 출력을 인가받는 입력단 이외의 다른 입력단을 통해 제3기준치(A) 및 제4기준치(B)를 대응되도록 인가받게 되는데, 실험결과에 의거하여 제3비교기(231)에 인가되는 제3기준치(A)를 21로 설정하였고, 제4비교기(232)에 인가되는 제4기준치(B)를 42로 설정하였다. 따라서 두 비교기(231, 232)는 합산기(220)에 의하여 구하여진 에너지를 갖는 주파수성분의 갯수를 21 및 41과 비교하여 비교된 결과를 제2멀티플렉서(MUX2)에 인가하게 되는데, 제2멀티플렉서(MUX2)는 두 비교기(231, 232)의 출력에 따라 두 비교기(231, 232)에 인가되는 에너지를 갖는 주파수성분의 갯수가 21미만일 경우에는 -E를 제2변위값으로 선택하고, 21∼41일 경우에는 0을 제2변위값으로 선택하며, 42이상일 경우에는 +E를 제2변위값으로 선택하게 된다. 이와 같이 선택된 제2변위값은 가산기(10)에 인가되는데, 가산기(10)를 통해 이전에 인가되었던 제1변위값과 버퍼상태에 따른 양자화레벨값(S1)과 합산되며, 합산된 양자화레벨(S3)이 출력되어 양자화스텝사이즈로 양자화를 제어하게 된다. 결과적으로 제2변위값들(+E, 0, -E)은 제1변위값(+F, 0, -F)과 마찬가지로 시스템설계자에 의해 가장 적당하다고 판단되는 정수값으로 설정될 수 있으므로, 만일 DCT변환된 주파수성분중에서 에너지를 갖는 주파수성분의 갯수가 적을 경우에는 양자화레벨을 감소시켜 양자화스텝사이즈를 작게 하고, 많을 경우에는 양자화레벨을 증가시켜 양자화스텝사이즈를 크게 한다. 이는 다시 말해서, 양자화하려하는 블록내에서 화상에너지가 특정주파수성분대에 밀집되어 있을 경우에는 사람이 시각적으로 민감하게 반응할 수 있는 부분이므로 이 부분에 대해서는 아주 세밀하게 양자화하여 보다 선명한 화질을 전송할 수 있도록 하고, 화상에너지가 특정주파수대에 밀집되어 있지 않고 고르게 분포되어 있는 경우에는 사람이 시각적으로 둔감하게 반응할 수 있는 부분이므로 이부분에 대해서는 양자화스텝을 크게 하여 보다 높은 압축률로 압축을 행할 수 있게 된다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명은, 영상데이타의 에너지상태와 에너지밀집도를 감지하여 양자화레벨을 조절함으로써 화질을 개선함과 아울러 효율적으로 데이타를 압축할 수 있게 되는 이점을 갖는다.

Claims

버퍼상태에 따라 인가되는 양자화레벨을 DCT변환된 N×N개의 주파수성분의 양자화스텝사이즈로 제어하는 양자화제어장치에 있어서, 영상신호의 에너지상태에 따라 양자화레벨변위값을 발생하는 변위값발생수단; 및 상기 발생된 양자화레벨변위값을 상기 양자화레벨에 가산하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 양자화제어장치.
제1항에 있어서, 상기 변위값발생수단은 영상신호의 에너지크기에 따라 제1양자화레벨변위값을 발생하여 상기 가산수단에 인가하는 제1변위값발생부; 및 영상신호의 에너지분포에 따라 제2양자화레벨변위값을 발생하여 상기 가산수단에 인가하는 제2변위값발생부로 구성된 것을 특징으로 하는 양자화제어장치.
제2항에 있어서, 상기 제1변위값발생부는 DCT변환된 N×N개의 주파수성분 각각의 절대치를 산출하는 수단; 상기 산출된 절대치들을 합산하는 수단; 및 상기 합산수단과 상기 가산수단사이에 연결되어, 상기 합산수단으로부터 인가되는 절대치의 합의 크기에 따라 다수의 제1변위값중 어느 하나를 선택하여 상기 가산수단에 인가하는 선택수단을 포함하는 양자화제어장치.
제2항에 있어서, 상기 제2변위값발생부는 DCT변환된 N×N개의 주파수성분들을 인가받아 에너지를 갖는 주파수성분의 갯수를 산출하는 산출수단; 및 상기 산출수단과 상기 가산수단사이에 연결되어 산출된 주파수성분의 갯수에 따라 다수의 제2변위값중 어느 하나를 선택하여 상기 가산수단에 인가하는 선택수단을 포함하는 양자화제어장치.
제4항에 있어서, 상기 산출수단은 다수의 주파수성분 각각을 0값을 갖는 기준치와 비교하는 다수의 비교기; 및 상기 다수의 비교기와 상기 선택수단사이에 연결되어 다수의 비교기의 출력을 합산하는 수단을 포함하는 양자화제어장치.
제3항에 있어서, 상기 선택수단은 합산수단으로부터 인가되는 절대치의 합을 제1기준값과 비교하는 제1비교기; 상기 합산수단으로부터 인가되는 절대치의 합을 제2기준값과 비교하는 제2비교기; 및 상기 두 비교기와 상기 가산수단사이에 연결되어, 상기 두 비교기의 출력값에 따라 다수의 제1변위값중 어느 하나를 선택하는 제1멀티플렉서를 포함하는 양자화제어장치.
제4항에 있어서, 상기 선택수단은 산출수단으로부터 에너지를 갖는 주파수성분의 갯수를 인가받아 제3기준값과 비교하는 제3비교기; 상기 산출수단으로부터 에너지를 갖는 주파수성분의 갯수를 인가받아 제4기준값과 비교하는 제4비교기; 및 상기 두 비교기와 상기 가산수단사이에 연결되어, 상기 두 비교기의 출력값에 따라 다수의 제2변위값중 어느 하나를 선택하는 제2멀티플렉서를 포함하는 양자화제어장치.