KR0160631B1 - Digital image data compressor - Google Patents
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Abstract
압축 정수 산출시의 연산 속도를 제고하기 위하여 신경회로망을 채용한 영상 데이터 압축 장치가 개시된다.Disclosed is a video data compression apparatus employing a neural network in order to increase the computational speed when calculating a compression constant.
본 발명에 따른 영상 데이터 압축 장치는 전송계의 데이터전송능력과 영상 데이터의 복잡도를 고려한 적절한 압축 정수를 산출하기 위하여 신경회로망을 채택함으로서 효율적이고 간단한 영상 데이터 압축장치를 구현하는 효과를 갖는다.The image data compression device according to the present invention has an effect of implementing an efficient and simple image data compression device by adopting a neural network to calculate an appropriate compression constant considering the data transmission capability of the transmission system and the complexity of the image data.
Description
제1도는 본 발명에 따른 디지털 영상 데이터 압축 장치의 일 실시 예를 보이는 블록도이다.1 is a block diagram showing an embodiment of a digital image data compression apparatus according to the present invention.
제2도는 본 발명에 따른 디지털 영상 데이터 압축 장치의 다른 실시 에를 보이는 블록도이다.2 is a block diagram showing another embodiment of the digital image data compression apparatus according to the present invention.
제3도는 제1도 및 제2도에 도시된 신경회로망의 동작을 보이는 흐름도이다.3 is a flowchart showing the operation of the neural network shown in FIGS. 1 and 2.
본 발명은 디지털 브이씨알 등과 같이 디지털 영상 데이타를 압축하는 장치에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 압축정수 산출의 정확도를 제고하기 위하여 신경회로망을 채용한 디지털 영상 데이터 압축 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a device for compressing digital image data, such as a digital VRL, and more particularly, to a digital image data compression apparatus employing a neural network in order to improve the accuracy of the compression constant calculation.
종래의 양자화기와 가변장 부호화기를 이용한 디지털 영상 데이터 압축에 있어서는 전송선로의 전소률을 고려하여 영상 데이터의 비트율을 일정하게 유지하여야 할 필요가 있다. 이를 위하여 양자화부에서의 압축정수(scale factor; SF)를 영상의 복잡도(activity)에 따라 적절하게 조절한다.In conventional digital image data compression using a quantizer and a variable length encoder, it is necessary to keep the bit rate of the image data constant in consideration of the power factor of the transmission line. To this end, the compression factor (SF) in the quantization unit is appropriately adjusted according to the complexity of the image.
영상의 복잡도는 원영상을 구성하는 DCT 변환블록들의 변화도를 합산함으로서 산출하며, DCT 변환블록의 변화도는 인접되는 화소들 사이에 존재하는 차의 평균치이다.The complexity of the image is calculated by summing the degree of change of the DCT transform blocks constituting the original image, and the degree of change of the DCT transform block is an average value of the differences between adjacent pixels.
그런데, 종래 기술에 있어서 다양하게 변화하는 화상의 복잡도 및 이에 대응하는 압축정소를 정밀하게 분석할 수 없었다는 문제점이 있었다.However, in the prior art, there was a problem in that the complexity of the image and the compression compression corresponding to the variously changing images could not be accurately analyzed.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서 영상의 복잡도 및 압축 정수를 정밀하게 산출하는 디지털 영상 데이터 압축 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a digital image data compression apparatus which is designed to solve the above problems and accurately calculates the complexity and compression constant of an image.
상기의 목적을 달성하는 본 발명에 따른 디지털 영상 데이터 압축장치는 영상 데이터를 DCT 변환블록으로 분할하고 각각의 DCT 변환블록을 순차적으로 출력하는 블록분활부; 블록분할부에서 출력되는 DCT 변환블록을 입력하여 DCT 변환을 행하는 DCT 변환부; DCT 변환부에서 출력되는 DCT 변환블록의 DCT 변환계수에 대해 주어진 양자화 스텝사이즈에 의해 양자화를 행하는 양자화부; 양자화부에서의 양자화된 DCT 변환블록의 DCT 변환계수들을 엔트로피 부호화하여 출력하는 엔트로피 부호화부; 엔트로피 부호화부에서의 부호화된 복수의 DCT 변환계수들을 저장하였다가 출력하는 버퍼; 버퍼의 충만 상태를 나타내는 상태 신호를 출력하는 버퍼 제어부; 입력영상의 특성에 따라 적절한 압축 정수를 산출할 수 있도록 학습되며, 블록분할부에서 출력되는 영상 데이터를 입력하여 영상데이터의 복잡도에 상응하는 압축정수(SF)를 출력하는 신경회로망부; 버퍼제어부에서 발생된 상태신호와 신경회로망부에서 발생된 압축정수를 혼합하여 양자화기의 양자화 스텝사이즈로서 제공하는 조정부를 포함함을 특징으로 한다. 이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성 및 동작을 상세히 설명한다.In accordance with another aspect of the present invention, there is provided a digital image data compression apparatus comprising: a block division unit for dividing image data into DCT transform blocks and sequentially outputting respective DCT transform blocks; A DCT converter configured to input a DCT transform block output from the block splitter to perform DCT conversion; A quantization unit for performing quantization with a given quantization step size on the DCT transform coefficient of the DCT transform block output from the DCT transform block; An entropy encoder for entropy encoding and outputting DCT transform coefficients of the quantized DCT transform block in the quantizer; A buffer that stores and outputs a plurality of DCT transform coefficients encoded by an entropy encoder; A buffer control unit for outputting a status signal indicating a full state of the buffer; A neural network unit which is trained to calculate an appropriate compression constant according to characteristics of an input image, and outputs a compression constant corresponding to the complexity of the image data by inputting image data output from the block splitter; And an adjusting unit for mixing the state signal generated in the buffer control unit and the compression constant generated in the neural network unit to provide the quantization step size of the quantizer. Hereinafter, the configuration and operation of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
제1도는 본 발명에 따른 디지털 영상 데이터 압축 장치의 구성을 보이는 블록도이다. 제1도에 도시된 장치는 원영상의 R,G,B색신호를 휘도신호(Y)와 색차신호(R-Y,B-Y)로 분리하여 출력하는 색분리부(10), 색분리부(10)에서 발생된 휘도신호(Y)와 색차신호(R-Y,B-Y)를 DCT 변환블록으로 분할하고 각각의 ACT 변환블록을 순차적으로 출력하는 블록분할부(12), 블록분할부(12)에서 출력되는 DCT 변환블록을 입력하여 DCT 변환을 행하는 DCT 변환부(14), DCT 변환부(14)에서 출력되는 DCT 변환블록의 DCT 변환계수에 대해 주어진 양자화 스텝사이즈에 의해 양자화를 행하는 양자화부(16), 양자화부(16)에서의 양자화된 DCT 변환블록의 DCT 변환계수를 엔트로피 부호화하여 출력하는 엔트로피 부호화부(18), 엔트로피 부호화부(18)에서의 부호화된 복수의 DCT 변환블록들을 저장하였다가 출력하는 버퍼(20), 버퍼(20)의 충만 상태를 나타내는 상태신호를 출력하는 버퍼제어부(22), 블록 분할부(12)에서의 영상 데이터를 입력하여 영상 데이터의 복잡도에 상응하는 압축정수(SF)를 산출하여 출력하는 신경회로망부(24), 버퍼제어부(22)에서 발생된 상태 신호와 신경회로망부(24)에서 발생된 압축정수(SF)를 혼합하여 양자화부(16)의 양자화 스텝사이즈로서 제공하는 조정부(26)를 포함한다.1 is a block diagram showing the configuration of a digital image data compression apparatus according to the present invention. The apparatus shown in FIG. 1 includes a color separation unit 10 and a color separation unit 10 that separate R, G, and B color signals of an original image into luminance signals Y and color difference signals RY and BY. The block divider 12 and the DCT transform output from the block divider 12 for dividing the generated luminance signal Y and the color difference signals RY and BY into DCT transform blocks and sequentially outputting respective ACT transform blocks. DCT converter 14 for inputting a block to perform DCT transform, quantizer 16 and quantizer for performing quantization with a given quantization step size for DCT transform coefficients of DCT transform block output from DCT converter 14. An entropy encoder 18 for entropy encoding and outputting the DCT transform coefficients of the quantized DCT transform block in (16), and a buffer for storing and outputting a plurality of encoded DCT transform blocks in the entropy encoder 18 ( 20, a buffer control unit 2 for outputting a status signal indicating the fullness of the buffer 20 2), the state signal generated by the neural network unit 24 and the buffer controller 22 which inputs the image data from the block divider 12 and calculates and outputs a compression constant SF corresponding to the complexity of the image data. And an adjusting unit 26 that mixes the compression constant SF generated by the neural network unit 24 and provides it as a quantization step size of the quantization unit 16.
제1도에 도시된 장치에 있어서, 신경회로망부(24)는 신경회로망을 사용하여 구축된다. 주지하는 바와 같이 신경회로망은 생명체의 신경조직에서 착안하여 모델화된 정보 처리 시스템으로서 단순한 소자들의 병렬, 분산 연결 구조를 가지고 있으며, 외부로부터의 입력에 대해 동적인 반응을 일으킴으로서 필요한 출력을 생성시키는 것이다. 이러한 신경회로망은 복잡한 수학적 모델링을 간단한 학습과정을 반복함에 의해 모사할 수 있다는 장점을 갖는다.In the apparatus shown in FIG. 1, the neural network section 24 is constructed using neural networks. As is well known, the neural network is an information processing system modeled by the neural tissues of living organisms and has a parallel, distributed connection structure of simple elements, and generates a necessary output by generating a dynamic response to an input from the outside. . Such neural networks have the advantage of being able to simulate complex mathematical modeling by repeating simple learning processes.
신경회로망부(24)는 입력 영상의 특성에 따라 적절한 압축 정수를 산출할 수 있도록 학습된다.The neural network unit 24 is trained to calculate an appropriate compression constant according to the characteristics of the input image.
이후의 적용과정에 있어서, 블록 분할부(12)에서의 영상 데이터가 입력되면, 신경회로망부(24)는 영상 데이터의 특성을 판별하고 이에 상응하는 압축정수를 출력한다.In the subsequent application process, when the image data from the block dividing unit 12 is input, the neural network unit 24 determines the characteristics of the image data and outputs a compression constant corresponding thereto.
신경회로망부(24)에서 출력되는 압축정수는 조정부(28)에 입력되어 버퍼제어부(22)에서의 상태신호와 혼합된다. 조정부(26)에서 출력되는 양자화 스텝사이즈는 양자화부(16)에 인가되어 DCT 변환 계수의 양자화 스텝사이즈를 조정하게 되며, 이에 따라 DCT 변환블록의 비트량이 제어된다.The compression constant output from the neural network unit 24 is input to the adjusting unit 28 and mixed with the state signal from the buffer control unit 22. The quantization step size output from the adjustment unit 26 is applied to the quantization unit 16 to adjust the quantization step size of the DCT transform coefficients, thereby controlling the bit amount of the DCT transform block.
제2도는 본 발명에 따른 디지털 영상 데이터 압축장치의 다른 실시예를 보이는 블록도로서, 제1도에 도시된 것과 동일한 기능을 수행하는 요소에는 동일의 참조기호를 사용하고 상세한 설명을 생략한다.FIG. 2 is a block diagram showing another embodiment of the digital image data compression apparatus according to the present invention. The same reference numerals are used for elements performing the same functions as those shown in FIG.
제2도에 도시된 신경회로망부는 디지털 신경회로망을 포함한다. 디지털 신경회로망은 복수의 곱셈기와 스텝함수 연산기의 조합으로 이루어져 있으므로 입력과 출력 사이에 상당한 시간차가 발생한다.The neural network portion shown in FIG. 2 includes a digital neural network. Digital neural networks consist of a combination of multiple multipliers and step function operators, resulting in a significant time difference between the input and the output.
이러한 시간차로 인하여 양자화부(16)를 통하는 계통과 신경회로망을 통하는 계통과의 사이에 지연 시간이 발생하므로 실시간의 영상 처리가 어렵게 된다. 제2도에서 도시된 실시 예에 있어서는 신경회로망부에 아날로그 신경회로망(31b)을 사용함으로서 동시에 조정부(26)를 아날로그화하여 압축정수 및 양자화 스텝사이즈를 산출하는 시간을 단축한다. 또, 조정부(26)는 연산증폭기(31c)를 사용하여 압축정수와 상태신호를 혼합하며, 버퍼제어부(22)에서의 상태신호를 전압제어저항기(32b)에 의해 아날로그 저항치로 변환하여 모든 회로를 아날로그화하였다.Due to this time difference, a delay time is generated between the system through the quantization unit 16 and the system through the neural network, making it difficult to process the image in real time. In the embodiment shown in FIG. 2, by using the analog neural network 31b for the neural network, the adjustment unit 26 is simultaneously analogized to shorten the time for calculating the compression constant and the quantization step size. In addition, the adjusting unit 26 mixes the compression constant and the state signal using the operational amplifier 31c, and converts the state signal from the buffer control unit 22 to the analog resistance value by the voltage control resistor 32b to convert all circuits. Analogization.
제3도는 제1도 및 제2도에 도시된 신경회로망의 동작을 보이는 흐름도이다. 제3도에 도시된 바와 같이 신경회로망은 학습 과정 및 적용과정을 통하여 적용된다.3 is a flowchart showing the operation of the neural network shown in FIGS. 1 and 2. As shown in FIG. 3, the neural network is applied through a learning process and an application process.
학습과정(300)에서 신경회로망은 여러가지의 복잡도의 영상들에 대하여 그에 상응하는 압축정수를 출력하도록 학습된다. 이러한 학습과정은 복잡도 및 압축 정수가 미리 규정된 복수의 영상 데이터들을 입력하고 그에 상응하는 압축정수를 출력하도록 합에 의해 수행된다. 이를 위한 대표적인 학습 방법으로서는 에러 역전파 방법이 있다. 이 에러 역전파 방법을 사용할 경우 신경회로망은 어떤 영상 데이터를 입력시켰을 때 그에 상응하는 압축정수와 산출된 압축정수와의 차에 의해 재조정하는 과정을 반복시킴에 의해 최적의 압축 정수를 출력하도록 학습된다.In the learning process 300, the neural network is trained to output corresponding compression constants for images of various complexity. This learning process is performed by adding a plurality of image data whose complexity and compression constant are predefined and outputting a compression constant corresponding thereto. The typical learning method for this is the error back propagation method. In this error backpropagation method, the neural network learns to output the optimal compression constant by repeating the process of re-adjusting the corresponding compression constant and the calculated compression constant when any image data is inputted. .
여기서, 복잡도는 영상을 구성하는 화소들 간의 파 및 그것들의 합의 평균치로서 정의되며, 압축 정수는 복잡도 및 규정된 비트량에 의해 결정된다.Here, the complexity is defined as the average value of the waves between the pixels constituting the image and their sum, and the compression constant is determined by the complexity and the prescribed bit amount.
적용 과정(310)는 에서는 학습과정(300)에서 학습된 신경회로망을 사용하여 압축 정수를 산출한다. 학습과정(300)에서 신경회로망은 어떤 복잡도를 가지는 영상 데이터에 대하여 그에 상응 압축 정수를 출력하도록 합습되어져 있기 때문에 압축 정수를 실시간으로 산출할 수 있다.The application process 310 calculates a compression integer using the neural network learned in the learning process 300. In the learning process 300, since the neural network is combined to output a corresponding compression constant for image data having a certain complexity, the neural network may calculate the compression constant in real time.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 디지털 영상 데이터 압축 장치는 전송계의 데이터 전송 능력과 영상 데이터의 복잡도를 고려한 적절한 압축 정수를 산출하기 위하여 신경회로망을 채택함으로서 간단한 영상 데이터 압축 장치를 구현하는 효과를 갖는다.As described above, the digital image data compression device according to the present invention has an effect of implementing a simple image data compression device by adopting a neural network to calculate an appropriate compression constant considering the data transmission capability of the transmission system and the complexity of the image data. .
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