KR0178198B1 - 영상 신호 부호화 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 양자화된 DCT 계수의 스캐닝 방법을 변경하므로써 송신되는 영상 신호의 비트수를 감축한 영상 신호 부호화 장치에 관한 것으로서, 2차원 DCT 방식에 의하여 변환된 DCT 계수들을 양자화하는 양자화부와; 양자화부에서 연속적으로 인가되는 양자화된 블록내 각각의 좌표에 위치하는 DCT 계수들을 각각 탐색하여 그 각각의 좌표내에 위치하는 DCT계수들중 0이 아닌 DCT 계수가 발생한 횟수를 각각 누적하는 도수 분포화부와; 도수 분포화부에 누적된 블록내 좌표들 각각에 대한 횟수들을 비교하여 그 순서를 알리는 비교부와; 양자화부의 블록내 좌표에 위치하는 양자화된 DCT값을 비교부로부터 인가된 순서에 따라 일차원으로 재 배치하는 위치 변환부와; 위치 변환부로부터 인가되는 양자화된 DCT 계수들을 부호화하는 부호화부를 구비한다.
즉, 본 발명은 양자화된 DCT 계수들을 0이 아닌 값이 나올 확율이 높은 값부터 순차적으로 부호화할 수 있게 하므로써 송신되는 영상 신호의 비트 수를 감축 할 수 있다는 효과가 있다.

Description

영상 신호 부호화 장치
제1도는 종래의 영상 신호 부호화 장치의 블록도.
제2도는 본 발명에 따른 영상 신호 부호화 장치의 블록도.
제3도는 본 발명에 따른 영상 신호 부호화 장치에서 블록의 일 상태를 도시한 도면.
제4도는 본 발명에 따른 영상 신호 부호화 장치에서 제3도의 블록내 0이 아닌 DCT계수의 발생 순서를 도시한 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 감산기 20 : DCT부
30 : 양자화부 40 : 역양자화부
50 : IDCT부 60 : 가산부
70 : 프레임 메모리 80 : 움직임 추정부
90 : 움직임 보상부 100 : 부호화부
110 : 결합화부 120 : 줄 길이 부호화부
130 : 가변 길이 부호화부
본 발명은 영상 신호를 부호화하는 장치에 관한 것으로서, 양자화된 DCT 계수의 스캐닝 방법을 변경하므로써 송신되는 영상 신호의 비트 수를 감축한 영상 신호 부호화 장치에 관한 것이다.
일반적으로 영상 신호는 아날로그(analog)로 전송하는 것보다 디지탈(digital)로 전송하는 것이 훨씬 더 좋은 화질을 유지할 수 있으나, 향상된 화질에 대응하여 전송 데이터 량이 증가한다.
그러나, 종래의 전송 채널에 있어서 사용 가능한 주파수 영역은 제한되어 있으므로, 많은 양의 디지탈 데이터를 전송하기 위해서는 전송 데이터를 압축하여 그 양을 줄일 필요가 있으며, 다양한 압축 기법 중에서, 확률적 부호화 기법과 시간적, 공간적 압축 기법을 결합한 하이브리드 부호화 기법이 가장 효율적인 것으로 알려져 있다.
대부분의 하이브리드 부호화 기법은 움직임 보상 DPCM(차분 펄스 부호 변조), 2차원 DCT(이산 코사인 변환), DCT계수의 양자화, 줄 길이 부호화(run length cod ing), 가변 길이 부호화(variable length coding) 등을 이용하는데, 움직임 보상 DPCM은 현재 프레임과 이전 프레임간의 물체의 움직임을 결정하고, 물체의 움직임에 따라 현재 프레임을 예측하여 현재 프레임과 예측치간의 차이를 나타내는 차분 신호를 만들어내는 방법으로서, 이러한 움직임 보상 DPCM은 Staffan Ericsson의 Fixed and Adap tive Predictors for Hybrid Predictive/Transform Coding, IEEE Transactions on Communication, COM-33, NO.12 (1985년, 12월), 또는 Ninomiy와 Ohtsuka의 A motion Compensated Interframe Coding Scheme for Television Pictures, IEEE Transactions on Communication, COM-30, NO.1 (1982년, 1월)에 잘 기재되어 있다.
또한, 2차원 DCT는 디지탈 영상 데이터의 한 블록, 예를 들면 8x8 화소의 블록을 일군의 변환 계수 데이터로 변환시키므로써 영상 데이터들간의 공간적 중복성(spatial redundancy)을 줄이거나 제거한다.
이러한 2차원 DCT 기법은 Chen 과 Pratt의 Scene Adaptive Coder, IEEE Transaction on Communications, COM-32, No.3 (1984년 3월)에 기재되어 있으며, 상기한 변환 계수 데이터를 양자화기, 지그재그 스캐닝(zigzag scanning), VLC등으로 처리하므로써 전송할 데이터를 효율적으로 압축할 수 있다.
또한, 움직임 보상 DPCM에서는 현재 프레임과 이전 프레임간의 움직임을 추정하여 이전 프레임으로부터 현재 프레임을 예측하므로써 수행되는데, 움직임 추정은 이전 프레임과 현재 프레임간의 변위를 나타내는 2차원 벡터로서 나타낸다.
제1도에는 상술한 방식을 이용하는 종래의 하이브리드 방식의 영상 부호화 장치의 블록도가 도시되어 있다.
도시된 바와 같이 종래 하이브리드 방식의 영상 부호화 장치는 감산기(10), DCT부(20), 양자화부(30), 역양자화부(40), IDCT부(50), 가산기(60), 프레임 메모리(70), 움직임 추정부(80), 움직임 보상부(90) 및 부호화부(100)를 포함한다.
먼저, 감산기(10)에서는 움직임 보상부(90)에서 예측된 현재 프레임 신호를 입력 측에서 입력되는 현재 프레임 신호로 감산하며, 그 결과 데이터, 즉, 차분 화소값을 나타내는 차분 신호는 DCT부(20)와 양자화부(30)를 통해 일련의 양자화된 변환 계수로 부호화된다. 그런 다음 이와 같이 양자화된 변환 계수는 부호화부(100)와 역양자화부(40)로 입력된다.
보다 상세하게, DCT부(20)는 입력되는 움직임 추정 및 예측에 의거하는 차분 신호에 대한 시간 영역의 영상 신호를 이산 코사인 함수를 이용하여 주파수 영역의 변환 계수로 변환시킨다. 또한, 양자화부(30)는 상기한 DCT부(20)의 변환 계수에 대해 비선형연산을 통해 유한한 개수의 값으로 양자화하기 위한 것으로, 부호화하고자 하는 프레임과 예측된 프레임간의 차분 신호를 양자화한다.
부호화부(100)는 양자화부(30)를 통해 양자화된 변환 계수를 줄 길이 부호화 및 가변 길이 부호화를 이용한 엔트로피(Entropy)부호화를 통하여 데이터 압축을 행한다. 즉, 부호화부(100)는 양자화부(30)에서 양자화된 영상 신호를 지그재그 스캐닝 등을 통해 런과 계수로 부호화하는 가변 길이 부호화를 행한 후에, 하나의 코드북을 이용하여 각 부호의 발생 빈도에 따라 가변적, 즉 부호의 발생 빈도가 많은 것은 짧은 길이의 부호로, 부호의 발생 빈도가 적은 것은 긴 길이의 부호로 부호화하는 가변 길이 부호화를 행한다. 이와 같이 부호화부(100)를 통해 모든 부호에 서로 다른 길이를 할당하는 이유는 실질적으로 부호 길이의 평균치를 줄이므로써 부호화 효율을 높이기 위한 것이며, 본 발명은 실질적으로 이와 같은 가변 길이 부호화의 효율을 증진시킬 수 있는 가변장 부호화 기법의 개선에 관련된다.
한편, 상기한 바와 같은 움직임 예측 차분 부호화를 수행하기 위한 수단으로서 전형적인 부호화기에 채용되는 역양자화부(40)와 IDCT부(50)는 상기한 DCT부(10)와 양자화부(30)를 통해 압축 부호화된 영상 신호를 움직임 추정, 보상을 위해 부호화되기 이전의 원래의 신호로 복원하여 가산기(60)에 제공하며, 그 이후에 가산기(60)가 IDCT부(50)로부터 제공되는 복원된 현재 프레임 신호(차분 신호)와 움직임 보상부(90)로 부터 제공되는 예측된 현재 프레임 신호를 가산하여 프레임 메모리(70)에 제공함으로서, 프레임 메모리(70)에는 복원된 현재의 프레임 신호, 즉 현재 부호화하고자 하는 프레임 신호의 바로 이전 프레임의 화상 신호가 저장된다.
따라서, 움직임 추정부(80)와 움직임 보상부(90)는 입력측으로부터의 현재 프레임과 상기한 프레임 메모리(70)로부터의 이전 프레임을 이용해 움직임 벡터를 추정하여 이전 프레임의 신호를 움직임 벡터만큼 이동시켜 주므로써 움직임 보상을 수행하여 감산기(10)에 제공한다.
한편, 상술한 바와 같은 과정을 통해 영상 신호의 압축 부호화를 수행하는 전형적인 부호화기에 있어서의 종래 방법에 따르면, 양자화된 신호를 가변 길이 부호화할 때에 한 프레임 또는 한 시스템에서, 하나의 가변 길이 코드북만을 이용하여 지그재그 스캐닝을 통해 런이 적으면 짧은 부호를 할당하고 런이 길면 긴 부호를 할당하고 있고, 이것은 통계적으로 볼 때 영상에서 보통 런이 짧은 것이 많이 발생하고 런이 긴 것은 그 발생 빈도가 적기 때문이며, 또한 이것은 단지 통계적 수치에 의존하는 것이다. 여기에서, 런은 0이 아닌 계수 앞에 있는 0의 개수이다.
그러나, 실제 적용에 있어서의 이러한 런의 길이는 여러 가지 요인, 예를 들면 화면의 종류, 영상의 부호화 형태 또는 하나의 DCT 블록내에서도 어느 위치에 있는 계수인가에 따라 실질적으로그 크기가 달라지게 되는데, 종래에는 이러한 점이 전혀 고려되어 있지 않은 관계로 불필요하게 비트 발생 량이 많아져 그 부호화 효율이 떨어진다는 문제가 있다.
본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 양자화된 DCT 계수의 스캐닝 방법을 변경하므로써 송신되는 영상 신호의 비트수를 감축한 영상 신호 부호화 장치를 제공하는데 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 소정 블록 단위의 영상 신호를 움직임 보상 DPCM(차분 펄스 부호 변조) 및 2차원 DCT(이산 코사인 변환)방식을 이용하여 압축 전송하는 하이브리드 영상 압축 장치에 있어서, 2차원 DCT 방식에 의하여 변환된 DCT 계수들을 양자화하는 양자화부와; 양자화부에서 연속적으로 인가되는 양자화된 블록내 각각의 좌표에 위치하는 DCT 계수들을 각각 탐색하여 그 각각의 좌표내에 위치하는 DCT계수들중 0이 아닌 DCT 계수가 발생한 횟수를 각각 누적하는 도수 분포화부와; 도수 분포화부에 누적된 블록내 좌표들 각각에 대한 횟수들을 비교하여 그 순서를 알리는 비교부와; 양자화부의 블록내 좌표에 위치하는 양자화된 DCT값을 비교부로부터 인가된 순서에 따라 일차원으로 재 배치하는 위치변환부와; 위치 변환부로부터 인가되는 양자화된 DCT 계수들을 부호화하는 부호화부를 구비한다.
이하, 본 발명의 일 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
제2도는 본 발명에 따른 영상 신호 부호화 장치의 블록도로서, 종래의 양자화부(30)에는 도수 분포화부(110)가 연결되어 있다.
한편, 양자화부(30)에서 양자화된 DCT 계수들은 영상 신호의 상태에 따라 그 값이 변경되나, 양자화된 블록내 DCT 계수들의 대다수는 0 상태가 된다. 즉, 양자화된 블록내 DCT 계수들은 DC값을 중심으로 저역대에는 0이 아닌 계수들이 대다수이나 고역대에는 0인 계수들이 대다수인 것이다.
도수 분포화부(110)는 제3도에 도시한 바와 같이 양자화부(30)에서 연속적으로 인가되는 양자화된 블록내 각각의 좌표에 위치하는 DCT 계수들을 각각 탐색하여 그 각각의 좌표내에 위치하는 DCT 계수들중 0이 아닌 DCT 계수가 발생한 횟수를 각각 누적하여 그 값을 도시하지 않은 수신단에 송신하는 한편 비교부(120)에 인가한다.
예컨데, 도수 분포화부(110)는 블록 좌표(0,0)내 DCT 계수들을 연속적으로 검색하여 0이 아닌 DCT 계수값이 인가될 때 마다 카운팅 값을 증가시키는 것이다. 즉, 도수 분포화부(110)는 제3도 블록 좌표(0,0),(0,1),(0,2).....(0,9)....(7,7) 각각의 양자화된 DCT 계수값을 탐색하여 0이 아닌 DCT 값이 발생할 때마다 블록 좌표 각각에 대한 카운팅 값을 증가시키게 된다.
제3도의 실시예에서는 블록 좌표(0.0)에는 0이 아닌 양자화된 DCT 계수가 총 63번 발생하였고, 좌표(0,1)에는 총 52번, 좌표 (0,2)에는 총 31번....이 발생한 경우를 도시한 것이다.
비교부(120)에는 도수 분포화부(110)에 누적된 상기 블록내 좌표들 각각에 대한 횟수들이 인가되며, 비교부(120)는 이들 횟수 값들을 비교하여 그 크기에 따른 순서를 소정 신호로서 출력하게 된다.
제3도의 경우에서와 같이 0이 아닌 양자화된 DCT 계수가 발생한 횟수를 좌표별로 도시하면 제4도와 같이 된다. 따라서, 비교부(120)는 좌표(0,0)의 경우 횟수가 가장 크다는 신호(제4도에서는 1), 좌표(0,2)의 경우는 횟수가 두번째로 크다는 신호(제4도에서는 2), 좌표(0,3)에서는 4번째로 횟수가 크다는 신호(제4도에서는 4).....를 각각 좌표별로 출력하는 것이다. 이때, 제4도의 실시예에서는 제3도와 같이 DCT 계수가 한번도 발생하지 않는 블록 좌표에 대해서는 종래의 지그 재그 스캐닝 순서로 배치하는 것으로 하였으나, 이는 필요에 따라서 변경이 가능하다는 것을 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 용이하게 알 수 있을 것이다.
이와 같이 비교부(120)로부터 블록의 좌표별로 0이 아닌 양자화된 DCT 계수가 발생한 횟수의 크기에 대한 신호(정보)를 인가받은 위치 변환부(130)는 이러한 정보에 따라 양자화부(30)의 DCT 계수들을 일차원으로 재배열한다. 즉, 위치 변환부(130)는 제3도의 좌표내의 계수들은 제4도에 도시된 횟수의 순서로 일차원으로 재 배열하는 것이다. 따라서, 좌표(0,0),(0,1)....(7,7)내의 DCT 계수들은 (0,0)→(0,1)→(2,1)→(0,2)→.....순으로 배열되는 것이다.
이와 같이 0이 아닌 양자화된 DCT 계수들을 발생 횟수의 크기 순으로 인가받는 부호화부(140)는 이러한 계수들을 줄 길이 부호 및 가변 길이 부호화하여 송신하게 된다.
이때, 0이 아닌 양자화된 DCT 계수가 많은 횟수로 발생한 블록내 좌표에는 0이 아닌 계수가 발생할 확율이 많으므로 위치 변환부(130)로부터 출력되는 DCT 계수들은 그 초기에는 0이 아닌 값이 될 것이나, 그 중반부 이후에는 0인 계수값이 출력될 가능성이 지그 재그 스캐닝 등에 의하는 경우보다 높게된다. 따라서, 본 발명에서는 부호화시에 어떤 위치에서 계속해서 끝까지 0이 발생할 때 블록의 끝을 나타내는 EOB가 종래에 비하여 일찍 나오게되므로 부호화 효율을 높일 수 있게 되는 것이다.
이와 같이 본 발명은 양자화된 DCT 계수들을 0이 아닌 값이 나올 확율이 높은 값부터 순차적으로 부호화할 수 있게 하므로써 송신되는 영상 신호의 비트 수를 감축할 수 있다는 효과가 있다.

Claims (1)

  1. 소정 블록 단위의 영상 신호를 움직임 보상 DPCM(차분 펄스 부호 변조) 및 2차원 DCT(이산 코사인 변환)방식을 이용하여 압축 전송하는 하이브리드 영상 압축 장치에 있어서, 상기 2차원 DCT 방식에 의하여 변환된 DCT 계수들을 양자화하는 양자화부와; 상기 양자화부에서 연속적으로 인가되는 양자화된 블록내 각각의 좌표에 위치하는 DCT 계수들을 각각 탐색하여 그 각각의 좌표내에 위치하는 DCT계수들중 0이 아닌 DCT 계수가 발생한 횟수를 각각 누적하는 도수 분포화부와; 상기 도수 분포화부에 누적된 블록내 좌표들 각각에 대한 횟수들을 비교하여 그 순서를 알리는 비교부와; 상기 양자화부의 블록내 좌표에 위치하는 양자화된 DCT값을 상기 비교부로부터 인가된 순서에 따라 일차원으로 재 배치하는 위치 변환부와; 상기 위치 변환부로부터 인가되는 양자화된 DCT 계수들을 부호화하는 부호화부를 구비하는 영상 신호 부호화 장치.
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