KR0166715B1 - 영상신호의 가변장부호화방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 영상신호의 프레임데이타를 길이/크기 부호화한 심볼데이타를 인트라모드와 인터모드를 구분하여 각 모드별로 가변장부호화하는 영상신호의 가변장부호화방법에 관한 것이다. 연속적으로 인가되는 영상신호의 프레임데이타를 길이/크기(Runlength/Level) 부호화한 심볼데이타의 발생빈도에 따라 전송데이타의 부호화길이를 가변하는 방법에 있어서, 인가되는 영상신호의 프레임데이타를 다수개의 영역으로 구분하여 각 영역별로 부호화하는 제1단계, 및 현프레임데이타와 이전프레임데이타와의 오차데이타를 다수개의 영역으로 구분하여 각 영역별로 부호화하는 제2단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상신호의 가변장부호화방법을 제공하여 가변장부호화 데이블설계시 하드웨어의 복잡도를 낮출 수 있으며, 데이터 전송효율면에서 뛰어난 효과를 갖는다.

Description

영상신호의 가변장부호화방법.

제1도는 가변장부호화를 위한 지그재그스캔 예시도.

제2도는 종래 가변장부호화 테이블의 예시도.

제3도는 본 발명에 따른 영상데이타 부호화시스템의 블록 구성도.

제4도는 본 발명에 따른 인트라모드시의 심볼분포도.

제5도는 본 발명에 따른 인트라모드시의 고정길이 표현.

제6도는 본 발명에 따른 인트라모드시의 가변길이 표현.

제7도는 본 발명에 따른 인터모드시의 심볼분포도.

제8도는 본 발명에 따른 인터모드시의 고정길이 표현.

제9도는 본 발명에 따른 인터모드시의 가변길이 표현.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : N×N변환기 2 : N×N역변환기

3 : 양자화기 4 : 역양자화기

5 : 가변장부호화기 6 : 버퍼

7 : 프레임메모리 8 : 동화상추정부

9 : 동화상보상부 SW1 : 리프레시스위치

본 발명은 디지탈영상신호를 그 발생빈도에 따라 데이터의 부호길이를 달리하는 가변장부호화방법에 있어서, 특히 인트라모드(Intra mode)와 인터 모드(Inter mode)를 구분하여 각 모드별로 가변장부호화하는 영상신호의 가변장부호화방법에 관한 것이다.

현재, vnf디지탈고선명텔레비젼(Full Digital HDTV)등과 같은 디지탈영상처리시스템에서 데이터를 보다 효과적으로 압축하여 전송하기 위하여 많은 방식들이 제안되고 있는데, 그 중에서도 부호화데이타의 전송길이를 그 데이터의 발생빈도에 따라 가변하는 가변장부호화기법이 Lossy압축기법과 함께 대표적으로 이용되고 있다. 특히, 가변장부호화 방식으로는 호프만코드(Huffman code), 아리스메틱코드(Arithmetic code)등이 널리 쓰이고 있는데, 이중 호프만부호방식은 입력신호의 발생빈도 확률에 따라 확률이 높은 신호는 짧은 길이의 부호데이타로 표시하고, 확률이 낮은 신호는 긴 길이의 부호데이타로 표시하는 부호화방식으로서 모든 입력데이타에 대하여 고정된 길이의 부호데이타로 표시할 경우보다 전송데이타 길이의 평균치 즉, 부호화전송 데이터량을 줄일 수 있는 효과적인 방식이다.

종래의 영상신호 부호화방법에 있어서의 가변장부호화는 입력데이타가 시간영역에서 주파수영역으로 변환된 후 양자화되면 그 양자화된 계수들의 대부분이 제로(zero)인 경우가 많이 발생하기 때문에 제1도에 도시되어 있는 바와 같이(8×8블럭단위의 영상데이타의 경우를 예로 듬) 저주파성분에서 시작하여 고주파성분까지 지그재그방식으로 화면을 스캔하면서 길이/크기(runlength/level)부호화를 한다. 상기에서 길이(runlength;이하 run이라 한다)는 0이 아닌 계수간에 나타난 0의 개수이고 크기(level)는 0이 아닌 계수의 절대값이므로 제2도에 도시되어 있는 바와같이 길이(run)는 0 ∼ 63까지의 값을 가질 수 있으며, 크기(level)는 양자화출력에서 나올 수 있는 값의 수에 따라 달라지나 양자화출력이 -255 ∼ 255의 정수로 나타난다고 가정하면 크기(level)는 1 ∼ 255의 값을 취하고 사인비트(sign bit)는 별도로 표시가능하며 상기 제2도에서와 같이 각각의 모든 발생가능한 심볼에 대하여 데이터길이를 부여하는 가변장부호화테이블은 약 16320개의 발생심볼에 대하여 설계해야 하므로 세심한 설계가 필요하다. 그러므로 제2도에서와 같은 종래 가변장부호화테이블에서는 하드웨어의 단순화를 위하여 가변장부호화테이블을 레귤러(Regular)영역과 에스케이프(Escape)영역으로 구분하는 방식을 사용하였다. 상기 영역을 자세히 살펴보면 레귤러영역은 데이터의 발생빈도 확율이 높은 영역이고 에스케이프영역은 데이터의 발생빈도 확률이 극히 미약한 영역으로 보통 5 ∼ 6%미만의 발생확률을 갖는다. 레귤러영역은 호프만알고리듬에 따른 가변장부호길이를 발생확률에 따라 할당받으며, 에스케이프영역은 부호화/복호화시 하드웨어적인 복잡도를 피하기 위하여 고정길이의 부호로 처리하여 에스케이프 시크웬스(escape sequence)를 에스케이프부호(예를 들어, 6비트)와 길이(0∼63)를 표현하기 위한 6비트, 크기(1∼255)를 나타내기 위한 8비트, 부호를 표현하기 위한 1비트 총 21비트로 구성하였다.

그러나, 제2도와 같은 가변장부호화테이블은 인트라(intra)모드와 인트라(intra)모드시 모두 적용하기 위한 것이나 실제로 인트라(intra)모드와 인터(inter)모드는 데이터 심볼의 발생확률 빈도가 지극히 상반되는 경향을 보인다. 상기 인트라모드라는 것은 하나의 화면 데이터 전체를 변환부호화하였을 경우를 말하는 것으로, 인트라모드시에 제1도에 도시한 바와 같이 블록별 지그재그스캔으로 길이/크기부호화를 하게 되면 길이(run)가 0인 경우에 크기(level)의 발생경향이 뚜렷한 성향을 보이며 이외의 경우는 극히 미약한 발생빈도를 갖는다. 또한, 상기 인터모드라는 것은 화면프레임데이타간의 오차신호만을 변환부호화하였을 경우를 말하는 것으로, 인터모드시는 상기 인트라모드시와는 달리 크기(level)가 1인 경우에 길이(run)의 발생경향이 뚜렷한 성향을 보이며 이외의 경우는 극히 미약한 발생빈도를 갖는다. 그러므로 종래 가변장부호화테이블과 같이 인트라/인터모드를 하나의 테이블로 사용하게 되면 데이터전송효율의 저하를 가져오는 문제점이 발생하였다.

상기와 같은 문제점을 해결하고자 하는 본 발명의 목적은 두 개의 부호화테이블을 사용하여 인트라/인터모드를 구분하고 각 모드에서 심볼들의 발생빈도에 따라 설정된 몇 개의 그룹으로 구분하여 데이터를 부호화하는 영상신호의 가변장부호화방법을 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 해결하기 위한 본 발명의 특징은, 연속적으로 인가되는 영상신호의 프레임데이타를 길이/크기(Runlength/Level)부호화한 심볼데이타의 발생빈도에 따라 전송데이타의 부호화길이를 가변하는 방법에 있어서, 인가되는 영상신호의 프레임데이타를 다수개의 영역으로 구분하여 각 영역별로 부호화하는 제1단계, 및 현프레임데이타와 이전프레임데이타의 오차데이타를 다수개의 영역으로 구분하여 각 영역별로 부호화하는 제2단계를 포함하는 영상신호의 가변장부호화방법에 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

제3도는 본 발명에 따른 가변장부호화테이블을 구비한 전체 부호화시스템의 개략도이다.

인가화면을 N×N블럭으로 분할하여 시간영역의 영상신호를 주파수영역의 신호로 변환시키는 N×N변환기(1)와, N×N변환기(1)에서 출력되는 변환계수들을 데이터량에 따라 적응적으로 압축하기 위한 양자화기(3) 및 가변장부호화기(5)와, 양자화된 데이터를 역양자화시킨 후 시간영역의 영상신호로 변환시키기 위한 역양자화기(4) 및 N×N역변환기(2)와, 동화상보상방식을 적용하기 위한 DPCM(Differential Pulse Code Modulation; 이하 DCPM이라 함)루프로 이루어진다.

제3도에서, N×N변환기(1)는 한 화면을 N×N개의 작은 블록들로 분할하고, 각 블록에 대해 시간영역의 영상신호를 주파수영역의 신호로 변환하여 얻어진 N×N변환계수를 출력한다. 양자화기(3)는 N×N변환계수들을 설정된 대표값들로 변환시킨다. 이때, 양자화기(3)는 피드백되는 양자화제어신호에 의해 양자화되는 데이터의 비트속도를 조절하여 N×N변환계수들을 데이터량에 따라 적응적으로 양자화시킨다. 가변장부호화기(5)는 양자화기(3)에서 공급되는 대표값들을 확률분포에 따라 부호화시켜 데이터량을 더욱 압축시킨다. 버퍼(6)는 압축된 데이터를 공급받아 저장하고, 저장되는 데이터량을 나타내는 제어신호 즉, 양자화스텝사이즈(q)를 양자화기(3)로 피드백시켜, 양자화기(3)의 양자화속도를 조절한다.

또한, 양자화된 데이터는 동화상보상방식에 의해 더욱 압축될 수 있다. 동화상보상은 프레임메모리(7), 동화상추정부(8) 및 동화상보상부(9)로 구성된 DPCM 루프에 의해 수행된다. DPCM 루프에 영상데이타를 공급하기 위해 역양자화기(4) 및 N×N역변화기(2)가 양자화기(3)와 DPCM루프사이에 연결된다. 동화상추정부(8)는 입력단자와 프레임메모리(7)에서 영상데이타를 인가받아 동화상간의 움직임을 추정하고 이에 따른 움직임벡터(motion vector)를 출력하여 복호화부로 전송한다. 동화상보상부(9)는 동화상추정부(8)에서 동화상차를 공급받고 프레임메모리(7)에서 동화상데이타를 공급받아 동화상간의 차를 보상한다. 보상된 화상은 제2혼합기(A2)를 거쳐 프레임메모리(7)로 피드백된다.

또한, DPCM 루프의 출력단에 연결된 리프레쉬스위치(SW1)는 DPCM 루프에서 반복적으로 출력되는 동화상간의 차신호가 누적되어 동화상보상에 오류가 발생하는 것을 방지하기 위해 블록 또는 프레임단위로 동보상기의 출력신호를 오프시키는 역할을 하며, 전체화면의 동보상된 영상데이타의 인버터 신호를 제1혼합기(A1)로 공급한다.

또한, 상기에서 언급한 바와같이 인트라/인터모드는 리프레쉬스위치(SW1)에 의하여 결정된다. 즉, 리프레쉬스위치(SW1)가 온상태이면 인터모드이고 오프상태이면 인트라모드인 것이다.

상기와 같이 동작되는 본 발명에 따른 전체부호화시스템에서 본 발명이 적용된 가변장부호화기(5)에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명한다.

제4도는 본 발명에 따른 인트라모드시의 가변장부호화테이블의 개략도이다. 상기에 전술한 바와 같이 인트라모드시에는 디지탈영상신호의 길이/크기 부호화시의 에스케이프영역에서 데이터발생빈도 확률이 길이(run)가 0인 경우에 크기(level)의 발생빈도가 뚜렷하므로 길이/크기 부호화전체영역중 0/1 ∼ 15/16 영역내에서 데이터 발생확률이 지극히 높은 레귤라 영역을 제1그룹(Ⅰ)으로 하고 에스케이프영역중 길이가 0일 때 발생하는 크기의 그룹(발생확률이 약 4%임) 즉, 0/17 ∼ 0/255의 영역을 제2그룹(Ⅱ)으로 설정하며, 길이/크기 부호화영역중 0/1 ∼ 15/16 영역내에서 제1그룹(Ⅰ)이 제외된 영역(발생확률이 약 1% 미만임)을 제3그룹(Ⅲ)으로 구분하고서 이외의 에스케이프영역에서의 발생되는 데이터심볼은 그 발생확률이 극히 미약하여 화면에 영향을 미치지 않을 뿐만 아니라 사용자가 이를 느끼지 못하므로 데이터로 인정하지 않는다. 또한, 인트라모드시의 레귤라 영역인 제1그룹은 발생빈도에 따라 가변장부호화(예로서 호프만코딩방식을 듬) 하였으나 에스케이프영역 제2, 제3영역은 하드웨어 설계시의 복잡도를 낮추기 위하여 고정된 데이터포맷을 갖도록 하는데 제5도의 a,b에 도시되어 있다. 제5(a)도는 제2그룹(Ⅱ)의 데이터포맷으로 에스케이프코드(escape code; ESC)ESC1은 4비트로 정하며 길이(run)는 0인 경우이기 때문에 표현이 불필요하며 크기(level)는 17 ∼ 255 까지이기 때문에 크기고정모드를 8비트를 사용하며 부호비트를 1비트로 설정한다. 제3그룹의 데이터포맷은 제5(b)도와 같은 형태로 표현된다. 제3그룹의 에스케이프코트 ESC2는 10비트로 표현하고 길이고정코드는 길이(run)의 변화가 0 ∼ 15까지이므로 4비트로 하여도 무관하나 길이(run)의 최대변화에 맞도록 6비트를 설정한다. 또한, 크기고정코드는 크기(level)의 변화가 1 ∼ 16까지이므로 5비트만으로도 충분하나 크기(level)의 최대변화에 맞도록 8비트를 설정하며 부호비트는 1비트로 설정한다. 그러므로 제2그룹의 데이터부호 고정비트수는 13비트이며 제3그룹의 데이터부호 고정비트수는 25비트이다. 제6도는 상기 인트라모드시의 레귤라영역인 제1그룹(Ⅰ)을 호프만부호화 하였을 때 길이/크기 부호화한 심볼의 데이터길이를 도시한 것이다.

상기에서 설명한 인트라모드와 달리 제7도에 도시되어 있는 인터모드시의 가변장부호화테이블에서는 상기에서 전술한 바와 같이 인터모드시에는 디지탈영상신호의 길이/크기 부호화시의 에스케이프영역에서 데이터발생빈도 확률이 크기(level)가 1인 경우에 길이의 발생빈도가 뚜렷하므로 길이/크기 부호화영역중 0/1 ∼ 15/16 영역내에서 데이터발생확률이 지극히 높은 레귤라 영역을 제1그룹(Ⅰ)으로 하고 에스케이프영역중 크기가 1일 때 발생하는 길이의 그룹(발생확률이 약 4% 임) 즉, 1/16 ∼ 1/63의 영역을 제2그룹(Ⅱ)으로 설정하며 길이/크기 부호화영역중 0/1 ∼ 15/16 영역내에서 제1그룹(Ⅰ)이 제외된 영역(발생확률이 약 1% 미만임)을 제3그룹(Ⅲ)으로 구분하고서 이외의 에스케이프영역에서의 발생되는 데이터심볼은 그 발생확률이 극히 미약하여 화면전체에 영향을 미치지 않을 뿐만 아니라 사용자가 이를 느끼지 못하므로 데이터로 인정하지 않는다. 또한, 인트라모드시의 레귤라영역인 제1그룹은 발생빈도에 따라 가변장부호화(예로서 호프만코딩방식을 듬)하였으나 에스케이프영역 제2, 제3 영역은 하드웨어 설계시의 복잡도를 낮추기 위하여 고정된 데이터포맷을 갖도록 하는데 제8도의 a,b에 도시되어 있다. 제8(a)도는 제2그룹(Ⅱ)의 데이터포맷으로 에스케이프코드 ESC1은 5비트로 정하며 크기(level)는 1인 경우이기 때문에 1비트로만 표현하며 길이(run)의 변화는 16 ∼ 63까지이기 때문에 길이고정모드(runlength fixed code)를 6비트를 사용하며 부호비트(sign bit)를 1비트로 설정한다. 제3그룹의 데이터포맷은 제8(b)도와 같은 형태로 표현된다.

제3그룹의 에스케이프코드 ESC2는 17비트로 표현하고 길이고정코드는 인트라모드시와 동일하게 최대변화에 맞도록 8비트로 하며 크기고정코드 역시 8비트로 설정하고 부호비트는 1비트로 설정한다. 그러므로 제2그룹의 데이터부호 최대비트수는 13비트이며 제3그룹의 데이터부호 최대비트수는 32비트이다. 제9도는 상기 인터모드시의 레귤라영역인 제1그룹(Ⅰ)을 호프만부호화 하였을 때 길이/크기부호화한 심볼의 데이터길이를 도시한 것이다.

이상에서 살펴보았듯이, 인트라모드시는 디지탈영상신호의 길이/크기부호화시의 에스케이프영역에서 데이터발생빈도확률이 제4도와 같이 길이가 0인 경우 크기의 발생빈도가 뚜렷하고, 인터모드시는 제7도와 같이 크기가 1인 경우 길이의 발생빈도가 뚜렷하므로 각각의 특성에 맞게 에스케이프코드가 다르게 된다. 각 모드별 에스케이프코드는 앞서 설명한 바와 같다.

그러므로 상기에서 전술한 바와 같이 종래 인트라/인터모드를 모두 적용하여 설계한 가변장부호화테이블에서는 길이의 변화가 0 ∼ 63이며 레벨의 변화가 1 ∼ 255인 경우 디지탈영상신호의 길이/레벨부호화에 의하여 생성 가능항 심볼의 총 수인 16320개를 포함할 수 있도록 설계하여야 하나, 본 발명에서는 인트라모드와 인터모드를 구분하고 데이터전송시 불필요한 심볼의 전송을 하지 않음으로써 인트라모드시 495개의 데이터심볼과 인터모드시 304개의 데이터심볼만을 사용하게 되므로 하드웨어 설계시 복잡성을 피할 수 있다. 또한, 데이터압축효율면에서 크게 뛰어난 효과를 갖는다.

Claims (5)

1. 연속적으로 인가되는 영상신호의 프레임데이타를 길이/크기(Runlength/Level)부호화한 심볼데이타의 발생빈도에 따라 전송데이타의 부호화길이를 가변하는 방법에 있어서, 인가되는 영상신호의 프레임데이타를 다수개의 영역으로 구분하여 각 영역별로 부호화하는 제1단계; 및 현 프레임데이타와 이전프레임데이타와의 오차데이타를 다수개의 영역으로 구분하여 각 영역별로 부호화하는 제2단계를 포함하는 영상신호의 가변장부호화방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1단계는 인가되는 영상신호의 프레임데이타를 전체영역중 데이터발생확률이 약 90 ∼ 96%인 제1영역과, 제1영역이외의 영역중 길이가 0인 제2영역과, 제1영역과 동일한 길이/크기영역중 제1영역이외의 제3영역으로 구분하고; 상기 제1영역은 데이터발생빈도에 따라 가변장부호화하고 상기 제2영역 및 상기 제3영역은 고정된 데이터포맷의 비트로 설정하여 부호화하는 것을 특징으로 하는 영상신호의 가변장부호화방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제2단계는 상기 오차데이타를 전체영역중 데이터발생확률이 약 90 ∼ 96%인 제1영역과, 제1영역이외의 영역중 크기가 1인 제2영역과, 제1영역과 동일한 길이/크기 영역중 제1영역이외의 제3영역으로 구분하고; 상기 제1영역은 데이터발생빈도에 따라 가변장부호화하고, 상기 제2영역 및 제3영역을 고정된 데이터포맷의 비트로 설정하여 부호화하는 것을 특징으로 하는 영상신호의 가변장부호화방법.
4. 제2항에 있어서, 상기 제1단계의 제3영역은 데이터발생확률이 1%미만인 것을 특징으로 하는 영상신호의 가변장부호화방법.
5. 제3항에 있어서, 상기 제2단계의 제3영역은 데이터발생확률이 1%미만인 것을 특징으로 하는 영상신호의 가변장부호화방법.