KR0170935B1

KR0170935B1 - 웨이브렛 변환 영역에서의 프랙탈 영상 부호화 방법 및 장치

Info

Publication number: KR0170935B1
Application number: KR1019940034113A
Authority: KR
Inventors: 김종락
Original assignee: 배순훈; 대우전자주식회사
Priority date: 1994-12-14
Filing date: 1994-12-14
Publication date: 1999-03-20
Also published as: KR960028441A

Abstract

본 발명은 웨이브렛 변환 영역에서의 프랙탈 영상 부호화방법 및 장치에 관한 것으로, 입력 영상을 웨이브렛 변환하여 LL, LH-I, HL-I, HH-I, LH-II, HL-II, HH-II 의 7개 대역으로 구분한 후, 각 대역의 특성에 따라 프랙탈 부호화를 수행함으로써 고압축율 부호화에 있어서 블록킹 현상을 방지할 수 있도록 한 것이다.

Description

웨이브렛 변환 영역에서의 프랙탈 영상 부호화 방법 및 장치

본 발명은 프랙탈 영상 부호화 방법 및 장치에 관한 것으로, 특히 웨이브렛 변환 영역에서 프랙탈 영상 부호화를 수행하여 블록킹 현장을 줄이는데 적합한 영상 부호화 방법 및 장치에 관한 것이다.

잘 알려진 바와 같이, 영상 압축 기법은 크게 정지 영상과 동영상으로 구분할 수가 있으며, 정지 영상에서의 영상 데이타 압축 기법은 화소간의 공간적인 중복성을 제거하여 압축하는 것으로, 이러한 방법으로는 주파수 영역에서 수행되는 변환 부호화(transform coding)기법과, 벡터 양자화(vector quantization) 기법이 널리 알려져 있다.

통상적으로, 화상 전화기나 디지탈 텔레비젼 등에서 사용되는 동영상의 경우에는 정지영상의 기법에 연속되는 화면 사이의 시간적 중복성을 제거하는 화면간, 프레임간 부호화 기법이 주로 사용된다.

여기에서, 변환 부호화의 경우, 이 기술분야에 잘 알려진 바와 같이, Karhuunen-Loeve 변환(KLT)이 이론적인 한계로 알려져 있으며, 이는 구현에 어려움이 있어 실제로는 KLT성능에 가장 근접하는 이산 여현 변환(Discrete Cosine tansform : 이하 DCT라 약칭함)방법이 널리 사용되고 있다.

또한, 벡터 양자화 기법은 화상의 일부분을 미리 정해진 부호책(code book)의 화상과 비교하여 가장 유사한 부호책의 번호를 화상 데이타 대신에 전송하는 기법으로, 이러한 부호화 방법은 압축비를 크게 하는 경우 화질의 급격한 열화를 수반하는 단점이 있다.

이와 같은 종래의 방법에 대한 한계를 극복하기 위해 사람의 시각 체계에 충실한 화상 압축에 관한 연구가 최근 들어 활발하게 진행되고 있으며, 이를 2세대 부호화 기법이라 한다.

이러한 부호화 기법은 사람의 시각 체계가 대비의 변화에 민감하고, 특히 에지(edge) 정보에 잘 반응한다는 특성을 이용하여 에지 영역은 충실하게 하고, 그 이외의 영역은 압축을 많이 함으로써 사람의 시각에 잘 반응하면서도 전체적으로 압축율을 높일 수 있는 방식이다.

그러나, 이러한 방법에 의한 복원 영상 화질의 평가는 극히 주관적이고 또한 일반적인 야외 영상이나 복잡한 영상의 경우에는 화질의 영화를 초래하거나 압축율이 급격하게 감소되는 단점이 있다. 또한, 제한된 대역폭을 갖는 통신 채널에 사용하기 위한 매우 높은 압축율을 갖는 영상 부호화 방법으로서, 이러한 종래의 연구 또는 2세대 부호화 기법은 실전에서의 적용에 한계가 있기 때문에 이를 극복하기 위한 시도의 하나로서 프랙탈(Fractal)기법을 이용한 영상 압축에 관한 연구가 최근 들어 진행되고 있다.

전형적인 프랙탈 형상은 간단하게 결정된 알고리즘에 의해 표현할 수 있는 적은 정보량을 가질지라도 대단히 복잡한 시각 특성을 갖고 있다. 따라서, 이들은 자신의 일부 또는 그들 자신 각각의 변환된 복사본에 의해 구성된다는 점에서 중복된 형상을 갖는다. 영상 압축의 관점에서 볼 때 프랙탈 형상에 존재하는 영상의 중복성을 모델링함에 의하여 영상의 중복성을 효율적으로 이용할 수 있다고 가정한다.

한편, 웨이브렛 변환(wavelet transform)이란 퓨리에(Fourier) 변환이나 가버(Gaber) 변환을 대신해서 비정상(non-stationary) 신호 해석에 이용되고 있으며, 이산신호에 적용되는 이산 웨이브렛 변환(DWT)은 다해상도 해석, 영상 압축, 경계선 검출 등에 주로 사용되고 있다.

여기에서, 웨이브렛 변환은 웨이브렛이라 불리는 기보함수들의 집합으로 분할하는 과정이다. 즉, 웨이브렛들은 하기의 (1)식에서와 같이 하나의 기본되는 웨이브렛(prototype wavelet) h(x)의 확대 (dilation), 이동(shiht), 축소(contraction)에 의해 형성되어지고, 이러한 웨이브렛들로부터 하기의 (2)식과 같은 연속 웨이브렛 변환(CWT)이 유도된다.

상기 식에서 h_ab(x)는 h(x)가 a만큼 스케일링되고 b만큼 함수이고, F(a,b)는 웨이브렛(h(x)로부터 변환된 함수이며, H(ω)는 h(x)의 퓨리에 변환된 함수이다.

일반적으로 프랙탈 영상 부호화는 공간 영역에서 행해지는 것이 통상적이며, 영상신호를 블럭단위로 부호화한다. 제1도 및 제2도에 있어서, 일례로서 r_i(또는 r_j)를 부호화하고자 하는 블럭이라고 할 경우, 프랙탈 엔코더(21)에서의 프랙탈 영상 부호화는 동일한 영상 내의 D_i(또는 D_j) 블럭을 변환(통상 affine 변환)하여 가지고 오는 것이다. 이때의 변환 τ_i(또는 τ_j)를 수신기로 전송하게 되면, 수신기에서는 이 변환 정보, 즉 프랙탈 코드만으로 복원 영상을 만들게 된다.

그러나, 상술한 바와 같은 프랙탈 영상 부호화는 블럭단위의 부호화 방법이므로 높은 압축율을 필요로 하는 부호화에서는 처리된 각 블럭 크기와 같은 크기들이 화면에 나타나는 블록킹 현상이 발생하는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 웨이브렛 변환 영역에서 프랙탈 영상 부호화를 수행하여 블록킹 현상을 줄일 수 있는 프랙탈 영상 부호화 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 상기 웨이브렛 변환 영역에서의 프랙탈 영상 부호화 방법을 실현하는데 가장 적합한 부호화 장치를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 일관점에 따른 본 발명은, 입력 영상에 대해 웨이브렛 변환 영역에서 프랙탈 영상 부호화를 수행하는 방법에 있어서, 상기 입력 영상을 웨이브렛 영역으로 변환하여 일차의 이차원 필터링을 통해 LL,LH,HL,HH 대역으로 1차 분할하는 과정; 상기 분할된 LL 대역에 대해 이차의 이차원 필터링을 수행하여 LL, LH-I, HL-I 및 HH-I 대역신호 2차 분할하는 과정; 상기 분할된 LH-1 및 HL-I 대역신호에 대해 고주파 성분을 갖는 그 주파수 특성을 고려하여 b×2b 블럭 및 2b×b 블럭을 각각 변환하는 과정; 상기 1차 분할된 LH, HL, HH 대역, 상기 2차 분할된 대역 LL 대역신호, HH-I 대역신호, 상기 변환된 LH-I 대역신호, HL-I 대역신호 각각에 대해 각 대역의 특성을 고려한 각각의 처리 경로를 통해 프랙탈 부호화하여 프랙탈 부호화된, LL, LH-I, HL-I, HH-I, LH, HL, HH 대역신호를 발생하는 과정; 및 상기 프랙탈 부호화된 LL, LH-I, HL-I, HH-I, LH, HL, HH 대역신호 각각을 가변장 부호화하는 과정으로 이루어진 웨이브렛 변환 영역에서의 프랙탈 영상 부호화 방법을 제공한다.

상기 목적을 달성하기 위한 다른 관점에 따른 본 발명은, 입력 영상에 대해 웨이브렛 변환 영역에서 프랙탈 영상 부호화를 수행하는 장치에 있어서, 상기 입력 영상을 웨이브렛 영역으로 변환하여 이차원 필터링을 통해, LL, LH, HL, HH 대역으로 1차 분할하고, 분할된 LL 대역을 이차원 필터링하여 LL, LH-I, HL-I 및 HH-I 대역신호로 2차 분할하는 웨이브렛 필터링부; 상기 1차 및 2차 분할된 LH, HL, HH 대역 및 LL, LH-I, HL-I 및 HH-I 대역신호를 그 주파수 특성에 따라 각각 프랙탈 부호화하는 복수의 제1내지 제7 프랙탈 엔코더로 구성되며, 상기 2차 분할된 LH-I 및 HL-I 대역신호를 각각 부호화하는 상기 제2 및 제3 프랙탈 엔코더는 그 프랙탈 부호화 수행전에 상기 2차 분할된 LH-I 및 HL-I 대역신호를 b×2b 블럭 및 2b×b 블럭으로 각각 변환하는 프랙탈 엔코더 그룹; 및 상기 프랙탈 부호화된 LL, LH-I, HL-I, HH-I 대역신호 및 LH, HL, HH 대역 각각을 가변장 부호화하는 복수의 가변장 부호화기로 구성되는 가변장 부호화기 그룹으로 이루어진 웨이브렛 변환 영역에서의 프랙탈 영상 부호화 장치를 제공된다.

제1도는 일반적인 프랙탈 영상 부호화 방법을 설명하기 위한 도면,

제2도는 일반적인 프랙탈 영상 부호화 장치의 개략적인 블럭구성도.

제3도는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 프랙탈 영상 부호화 방법을 설명하기 위한 도면.

제4도는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 프랙탈 영상 부호화 장치의 블럭 구성도.

제5도는 제4도에 있어서 LH 대역 신호와 HL 대역 신호의 프랙탈 엔코더로의 입력 관계를 나타낸 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

31 : 웨이브렛 필터링부 32~38 : 프랙탈 엔코더

39~45 : 가변장 부호화기(VCL)

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명한다.

제3도는 본 발명에 의한 프랙탈 영상 부호화 방법을 설명하기 위한 도면으로, 본 발명에서는 이차원 필터링을 이용하는 웨이브렛 변환을 통해 입력 영상을 그 대역(밴드)별로 구분할 때 LL, LH-I, HL-I, HH-I, LH-II, HL-II, HH-II으로된 7개의 대역으로 변환(분할)하는데, 이러한 대역 분할은 두 번의 이차원 필터링에 의해 구현할 수 있다. 여기에서, LL 대역신호는 원영상을 대역별로, 분할할 때, 최저주파 대역신호이고, LH 대역신호는 수직 방향에 대한 고주파 성분을 가지고 있으므로 수평 방향의 에지 등과 같은 특징을 갖는 대역신호이고, HH 대역신호는 수평 방향에 대한 고주파 성분을 가지고 있으므로 수직 방향의 에지 등과 같은 특징을 갖는 대역신호이고, HH 대역신호는 대각선 방향의 에지 등과 같은 특징을 갖는 최고주파 대역신호이다.

따라서, 본 발명에서는 입력 영상을 다수의 대역(예를 들면, 7개 대역)으로 분할하고, 별도의 처리 경로를 통해 각 대역별로 해당 대역의 주파수 특성에 따라 분할 된 대역을 선택적으로 변환시켜 프랙탈 부호화를 수행한다는 것으로, 본 발명은 이러한 부호화 기법을 통해 수신측의 재생 영상에서 나타나는 블록킹 현상을 최대한 억제, 즉 본 발명에서 얻고자하는 목적을 달성할 수 있다.

제4도는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 프랙탈 영상 부호화 장치를 나타낸 블럭구성도로서, 웨이브렛 필터링부(31), 다수의 프랙탈 엔코더(32, 33, 38) 및 가변장 부호화기(39, 40, 41)를 포함한다.

제4도를 참조하면, 웨이브렛 필터링부(31)에서는 입력 영상신호에 대해 다수의 이차원 필터링을 이용하는 웨이브렛 변환을 수행하여 다수의 대역으로 분할, 즉 일례로서 도3에 도시된 바와 같이, 한번의 이차원 필터링을 수행하여 입력 영상을 4개의 대역(LL, LH-II, HL-II, HH-II)으로 분할하고, 분할된 4개의 대역중 영상의 표현에 가장 중요한 정보인 LL 대역 정보에 대해 두 번째의 이차원 필터링을 수행하여 다시 4개의 부대역(LL, LH-I, HL-I, HH-I)으로 분할하므로 써, 입력 영상을 총 7개의 대역(LL, LH-I, HL-I, HH-I, LH-II, HL-II, HH-II)으로 변환하는 데, 여기에서 얻어지는 각 대역 신호들은 웨이브렛 필터링부(31)에 병렬 연결된 각 프랙탈 엔코더(32, 33, 38)내 대응하는 프랙탈 엔코더로 각각 전달된다.

보다 상세하기, 웨이브렛 필터링부(31)에서 발생하는 다수의 대역신호들(예를 들면, 7개의 대역 신호)중, LL 대역신호는 제1프랙탈 엔코더(32)로 전달되고, LH-I 대역신호는 제2프랙탈 엔코더(33)로 전달되며, 제4도에서 도시는 생략되었으나 HL-I 대역신호는 제3 프랙탈 엔코더로 전달되고, HH-II 대역신호는 제7프랙탈 엔코더(38)로 전달된다.

이때, LH-I 및 HL-I 대역신호는, 제5도에 도시된 바와 같이, 제2프랙탈 엔코더(33) 및 제2프랙탈 엔코더(34)로 동시에 인가되는 데, 이것은 아이소메트리(isometry)가 좌우 대칭으로만 존재하기 때문에 LH-I 및 HL-I 대역신호를 변환하는 데 이용하기 위해서이다. 즉, 제2 프랙탈 엔코더(33)에서는 b×b 블럭의 LH-I 대역신호를 b×2b 블럭의 대역신호로 변환하는데, 이때 아이소메트리가 좌우 대칭에만 존재하므로, LH-I 대역의 변환하는 데 HL-I 대역을 이용하기 위해서이다. 마찬가지로, 제3프랙탈 엔코더(34)에서는 b×b 블럭의 HL-I대역신호를 2b×2b 블럭의 대역신호로 변환에 LH-I 대역신호를 이용하는 데 LH-I 대역신호를 90도 회전시켜 가져온다.

여기에서, LH-I 대역신호를 b×2b 블럭의 대역신호로 변환하는 것은 LH-I 대역신호가 수직 방향에 대한 고주파 성분을 가지고 있다는 점을 고려하여 프랙탈 부호화를 수행하고자 하는 것이고, HL-I 대역신호를 2b×b 블럭의 대역신호로 변환하는 것은 HL-I 대역신호가 수평 방향에 대한 고주파 성분을 가지고 있다는 점을 고려하여 프랙탈 부호화를 수행하고자 하는 것이다.

즉, 제2 프랙탈 엔코더(32) 내지 제7 프랙탈 엔코더(38)에서는 웨이브렛 필터링부(31)에서 각각 제공되는 대역신호, 즉, LL, LH-I, HL-I, HH-I, LH-II, HL-II, HH-II 으로 된 7개의 대역신호 각각에 대해 프랙탈 부호화를 수행하는 데, 여기에서의 프랙탈 부호화는 다음의 4가지 기준에 의거하여 실행된다.

첫째, LL대역신호들은 통상의 프랙탈 영상 부호화 기법과 동일한 부호화 방법으로 프랙탈 부호화한다.(제1 프랙탈 엔코더(32)).

둘째, LH 대역신호들은 블럭의 크기를 b×2b (여기에서 웨이브렛 변환 영역의 크기는 b×4b)로 하여 세로 방향의 크기가 가로 방향의 크기의 반이 되도록 변환하여 프랙탈 부호화한다. 이때, 아이소메트리(isometry)는 좌우 대칭만이 존재하기 때문에 HL 대역의 블럭을 이용하는데 이 블럭의 크기를 2b×b 로 하고 90°회전하여 가지고 온다.

셋째, HL 대역신호들은 방향만 반대일 뿐 상기한 LH 대역과 동일한 방법으로 가로 방향의 크기가 세로 방향의 크기의 반이 되도록 변환하여 프랙탈 부호화한다.

넷째, HH 대역신호들은 LL 대역에서의 부호화와 실질적으로 동일한 방법으로 프랙탈 부호화되는데, 이러한 HH 대역신호는 에너지가 적기 때문에 Ll 대역에서 보다는 덜 정밀하게 부호화한다.

따라서, 상술한 바와 같은 4가지 기준에 따라 각각 부호화된 영상신호는 출력 측에 구비된 대응하는 각각의 가변장 부호화기로 전달, 즉 부호화된 LL 대역신호는 제1VLC(39)로, 부호화된 LH-I 대역신호는 제2VLC(40)로, 부호화된 HL-I 대역신호는 제3VLC(도시 생략)로, 부호화된 HH-I 대역신호는 제4 VLC(도시 생략)로, 부호화된 LH-II 대역신호는 제5VLC(도시 생략)로, 부호화된 HL-II 대역신호는 제6 VLC(도시 생략)로, 부호화된 HH-II 대역신호는 제7 VLC(45)로 각각 전달된다.

다른 한편, 제1 내지 제7 가변장 부호화기(39~45)에서는 상기한 제1 내지 제7 프랙탈 엔코더(32~ 38)로부터 제공되는 프랙탈 부호화된 각 대역신호들, 즉 부호화된 LL 대역신호, LH-I 대역신호, 부호화된 HL-I 대역신호, 부호화된 HH-I 대역신호, 부호화된 LH-II 대역신호, 부호화된 HL-II 대역신호 및 부호화된 HH-II 대역신호를 각각 가변장 부호화하며, 이와 같이 각 대역별로 가변장 부호화된 영상 신호는 원격지의 복원 시스템으로의 전송을 위해 최종적으로 도시 생략된 전송 채널로 전송된다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 입력 영상을 웨이브렛 변환하여 각 대역별로 분할, 즉, LL, LH-I, HL-I, HH-I, LH-II, HL-II, HH-II의 7개 대역으로 분할(구분)하고, 수직방향에 대한 고주파 성분을 갖는 LH-I 대역과 수평 방향에 대한 고주파 성분을 갖는 HL-I 대역에 대해 그 주파수 특성을 고려하여 b×2b 및 2b×b 블럭으로 각각 변환하며, 이와 같이 분할 및 변환된 각 대역신호에 대해 그 특성에 따라 별도의 프랙탈 부호화를 적응적으로 수행함으로써, 고압축율 부호화에서의 부호화로 인해 야기될 수 있는 재생 영상에서의 블록킹 현상을 효과적으로 방지할 수 있다.

Claims

입력 영상에 대해 웨이브렛 변환 영역에서 프랙탈 영상 부호화를 수행하는 방법에 있어서, 상기 입력 영상을 웨이브렛 영역으로 변환하여 일차의 이차원 필터링을 통해 LL, LH, HL, HH 대역으로 1차 분할하는 과정; 상기 분할된 LL 대역에 대해 이차의 이차원 필터링을 수행하여 LL, LH-I, HL-I, 및 HH-I 대역신호로 2차 분할하는 과정; 상기 분할된 LH-I 및 HL-I 대역신호에 대해 고주파 성분을 갖는 그 주파수 특성을 고려하여 b×2b 블럭 및 2b×b 블럭을 각각 변환하는 과정; 상기 1차 분할된 LH, HL, HH 대역 상기 2차 분할된 대역 LL 대역신호, HH-I 대역신호, 상기 변환된 LH-I 대역신호, HL-I 대역신호 각각에 대해 각 대역의 특성을 고려한 각각의 처리경로를 통해 프랙탈 부호화하여 프랙탈 부호화된 LL, LH-I, HL-I, HH-I, LH, HL, HH 대역신호를 발생하는 과정; 및 상기 프랙탈 부호화된 LL, LH-I, HL-I, HH-I, LH, HL, HH 대역신호 각각을 가변장 부호화하는 과정으로 이루어진 웨이브렛 변환 영역에서의 프랙탈 영상 부호화 방법.
입력 영상에 대해 웨이브렛 변환 영역에서 프랙탈 영상 부호화를 수행하는 장치에 있어서, 상기 입력 영상을 웨이브렛 영역으로 변환하여 이차원 필터링을 통해 LL, LH, HL, HH 대역으로 1차 분할하고, 분할된 LL 대역을 이차원 필터링 하여 LL, LH-I, HL-I 및 HH-I 대역신호로 2차 분할하는 웨이브렛 필터링부; 상기 1차 및 2차 분할된 LH, HL, HH 대역 및 LL, LH-I, HL-I 및 HH-I 대역신호를 그 주파수 특성에 따라, 각각 프랙탈 부호화하는 복수의 제1 내지 제7 프랙탈 엔코더로 구성되며, 상기 2차 분할된 LH-I 및 HL-I 대역신호를 각각 부호화하는 상기 제2 및 제3 프랙탈 엔코더는 그 프랙탈 부호화 수행 전에 상기 2차 분할된 LH-I 및 HL-I 대역신호를 b×2b 블럭 및 2b×b 블럭으로 각각 변환하는 프랙탈 엔코더 그룹; 및 상기 프랙탈 부호화된 LL, LH-I, HL-I, HH-I 대역신호 및 LH, HL, HH 대역 각각을 가변장 부호화하는 복수의 가변장 부호화기로 구성되는 가변장 부호화기 그룹으로 이루어진 웨이브렛 변환 영역에서의 프랙탈 영상 부호화 장치.
제2항에 있어서, 상기 제2 프랙탈 엔코더는 상기 2차 분할된 LH-I 대역 신호를 상기 b×2b 블럭으로 변환할 때 상기 2차 분할된 HL-I 대역신호를 이용하고, 상기 제3 프랙탈 엔코더는 상기 2차 분할된 HL-I 대역신호를 상기 2b×b 블럭으로 변환할 때 상기 2차 분할된 LH-I 대역신호를 이용하는 것을 특징으로 하는 웨이브렛 변환 영역에서의 프랙탈 영상 부호화 장치.
제2항에 있어서, 상기 2차 분할된 LH-I 대역신호는 세로 방향의 크기가 가로 방향 크기의 반이 되도록 하여 변환되고, 상기 2차 분할된 HL-I 대역신호는 가로 방향의 크기가 세로 방향의 크기의 반이 되도록 하여 변환되며, 상기 변환된 LH-I 대역신호 및 HL-I 대역신호는 동일 기법으로 프랙탈 부호화되는 것을 특징으로 하는 웨이브렛 변환 영역에서의 프랙탈 영상 부호화 장치.