KR0181053B1 - 3차원 컬러 그래픽 병렬처리를 위한 아핀 변환 장치 - Google Patents

3차원 컬러 그래픽 병렬처리를 위한 아핀 변환 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 3차원 컬러 그래픽 병렬처리를 위한 아핀변환 장치에 관한 것으로, 전처리부에서 다수개의 부블록으로 분할된 3차원 컬러 영상데이터가 3차원 좌표 및 색신호로 전환되고, 각각의 AT 연산부에서 병렬로 AT 연산되어 각기 대응하는 버퍼에 저장된다.
카운터는 AT 연산부의 AT 연산횟수가 기설정된 횟수에 도달하면, 종료신호를 생성하며, 각각의 버퍼는 종료신호에 응답하여 각기 저장되어 있는 부블록의 3차원 컬러 영상데이터를 각기 대응하는 후처리부로 출력하며, 각각의 후처리부는 버퍼로부터 제공된 3차원 컬러 영상데이터를 2차원 컬러 이미지로 좌표변환하여 모니터에 디스플레이함므로써, 애니메이션 풍경용 3차원 컬러 그래픽 처리를 고속으로 자연스럽게 처리할 수 있도록 한 것이다.

Description

3차원 컬러 그래픽 병렬처리를 위한 아핀 변환 장치
제1도는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라서 구성된 3차원 컬러 그래픽 병렬처리를 위한 아핀변환 장치의 개략적인 블록 구성도.
제2도는 제1도에 도시된 AT 연산부의 상세 블록 구성도.
제3도는 본 발명의 일예로서 프레임별 3차원 컬러 영상신호는 4 × 4 의 부블록으로 분할한 것을 예시한 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
20 : 전처리부 300, 310, 320 : 선택부
400, 700, 800 : AT 연산부 410, 415, 420, 425, 430, 433 : 승산부
435, 440, 445, 450, 455, 460 : 가산기
500 : 카운터 600, 610, 620 : 버퍼
900 : 후처리부
본 발명은 3차원 컬러 그래픽 병렬처리를 위한 아핀변환 (Affine Transformation : 이하 AT 라 약칭함) 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 영상 신호의 3차원 컬러 그래픽을 고속으로 처리할 수 있도록 한 3차원 컬러 그래픽 병렬처리를 위한 AT 장치에 관한 것이다.
최근의 정보화 시대에 발맞추어 방대한 양의 영상데이터를 제한된 대연폭을 갖는 통신채널을 통해 전송하기 위한 디지탈 영상 압축기법이 이와 관련된 여러분야에서 계속적으로 연구되고 있다.
영상 압축기법에서의 영상신호는 크게 정지영상과 동영상으로 구분할 수가 있으며, 정지영상에서의 영상데이터 압축기법은 화소간의 공간적인 중복성을 제거함으로써 영상데이터를 압축하는 것으로, 이러한 압축기법으로 주파수 영역에서 수행되는 변환 부호화(transform coding) 기법과, 백터 양자화(vector quantization) 기법이 널리 알려져 있다.
그리고, 화상전화기나 디지탈 텔레비전 등에서 사용되는 동영상에서의 영상 데이터 압축기법은 정지영상의 기법에 연속되는 화면 사이의 시간적(temporal) 중복성을 제거하기 위한 화면간, 프레임간 부호화 기법이 주로 사용된다.
한편, 자연계에 존재하는 대부분의 물체는 강한 자기 닮은성, 즉 그들 자신 각각의 변환된 복사본에 의해 구성된다는 특성을 갖고 있으므로, 이런 물체의 영상데이터를 압축하는 경우, 영상의 중복성을 이용하여 효율적으로 영상데이터를 압축할 수 있다고 가정하는 이른바 프랙탈(fractal) 기법을 이용한 영상압축에 관한 연구가 최근들어 진행되고 있다.
이 기술분야에 잘 알려진 바와 같이, 프랙탈 기법은 1970년대 중반 Benoit Mandelbrot 에 의해 그 이름이 명명된 것으로, 자연계의 대부분의 물체가 자기유사성(self-similarity)과, 부분적인 차원(fractional dimension)을 갖고 있으므로, 해안선, 눈송이, 구름, 낙엽, 산봉우리 등을 프랙탈 기법에 의해 자연스럽게 표현할 수 있다는 것이다.
한편, 애니메이션 제작에 있어서 숲이나 나무, 도시 등의 풍경을 자연스럽게 3차원 컬러 그래픽으로 처리하고자 하는 연구가 진행되고 있으며, 상술한 바와 같은 프랙탈 기법에 관한 알고리즘 및 방법은 이미 널리 알려진 바이지만, 프랙탈 기법을 수행하기 위한 장치, 특허 AT 장치는 구체적으로 제시된 바 없다.
따라서, 본 발명은 자연스러운 풍경의 이미지생성을 위한 3차원 컬러 그래픽처리를 고속으로 처리할 수 있는 3차원 컬러 그래픽 병렬처리를 위한 AT 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 아핀변환 장치는, 상기 3차원 컬러 이미지를 갖는 영상신호를 다수의 부블록으로 분할하고, 3차원 좌표 및 RGB 색신호의 3차원 컬러 영상데이터로 변환하는 전처리수단 ; 각각의 상기 블록의 3차원 컬러 영상데이터 및 상기 각 블록의 3차원 컬러 영상데이터에 대하여 아핀변환된 3차원 컬러 영상데이터를 각기 수산하며, 외부로부터의 선택신호에 따라 상기 부블록의 3차원 컬러 영상데이터 또는 아핀변환된 부블록의 3차원 컬러 영상데이터를 선택적으로 출력하는 다수개의 선택수단 ; 각기 대응하는 각각의 상기 선택수단에 연결되어있으며, 영상데이터의 선형확대, 축소 및 형태변환을 위한 제1변환계수와 영상데이터의 선형이동 등을 위한 제2변환계수를 이용하여 상기 대응하는 선택수단에서 출력된 부블록의 3차원 컬러 영상데이터에 대하여 아핀변환을 수행하는 다수의 아핀 변환 수단 ; 상기 아핀변환수단에 의해 수행된 아핀변환의 연산횟수를 계수하여, 계수된 연산횟수가 기설정된 횟수에 도달할 때 종료신호를 발행하는 카운터 ; 각기 대응하는 상기 아핀변환수단에 의해 아핀변환된 부블록의 3차원 컬러 영상데이터를 일시 저장하며, 상기 카운터에의해 발생된 종료신호에 응답하여 상기 저장된 부블록의 3차원 컬러 영상데이터를 각기 출력하는 다수개의 메모리수단 : 각각의 상기 메모리수단으로부터 출력되는 부블록의 3차원 컬러 영상데이터를 좌표변환하여 2차원 이미지로서 모니터에 디스플레이될 수 있도록 처리하기 위한 후처리수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명한다.
제1도는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 3차원 컬러 그래픽 병렬처리를 위한 AT 장치의 개략적인 블록 구성도로서, 전처리부(200), 제1 내지 제16의 선택부(300, 310, . . . , 320), 제1 내지 제16의 AT 연산부(400, 700, . . . , 800), 카운터(500), 제1 내지 제16의 버퍼(600, 610, . . . , 620) 및 후처리부(900)를 포함한다.
전처리부(200)는 복수개의 형태, 예를 들면 GIF(Graphic Interchange Format), BMP(Bit Map), TIFF (Tagged Image File Format) 등의 형태로 입력되는 3차원 컬러 이미지를 갖는 영상신호를 좌표 (x, y, z) 및 RGB 색신호로 변환하고, 변환된 3차원 컬러 이미지를 N × N 의 기설정 개수의 블록, 예를 들면 4 × 4, 즉 16개의 부블록으로 분할한다. 분할된 각각의 부블록은 각기 제1 내지 제16 선택부(300, 310, . . . , 320)에 제공된다.
제1 내지 제16의 선택부(300, 310, . . . , 320)는 각기 외부로 부터의 클럭에 의한 선택신호(S)에 의거하여 전처리부(200)로부터 출력되는 각 부블록의 3차원 컬러 영상데이터와 제1 내지 제16 AT 연산부(400, 700, . . . , 800)에서 각기 AT 연산되어 출력되는 부블록의 3차원 컬러 영상데이터(W0,W1,W2,W3,W4,W5)를 선택적으로 출력한다.
제1 내지 제16개의 AT연산부(400, 700, 800)는, 제2도에 도시된 바와 같이, 제1 내지 제6승산부 (410, 415, 420, 425, 430, 433)는 각기 대응하는 제1 내지 제16 선택부(300, 310, . . . , 320)로부터 출력되는 부블록의 3차원 컬러 영상데이터와 6 × 6 매트릭스 형태의 제1 변환계수(A)를 승산하고, 각각의 가산기(435, 440, 445, 450, 455, 460)는 각기 대응하는 승산부(410, 415, 420, 425, 430, 433)에서 승산된 부블록의 3차원 컬러 영상데이터와 6 × 1 매트릭스 형태의 제2 변환계수(B)를 가산한다.
타운터(500)는 제1 내지 제16 AT 연산부 (400, 700, . . . , 800)에서 AT연산되는 횟수를 계수하여 계수된 횟수가 기설정된 횟수, 예를 들면, 100 회가 되면 종료신호(E)를 출력한다.
제1 내지 제16 버퍼(600, 610, . . . , 620)는 각기 대응하는 제1 내지 제16 AT 연산부(400, 700, . . . , 800)로부터 출력되는 부블록의 3차원 컬러 영상데이터를 저장하며, 카운터(500)로부터의 종료신호(E)에 의거하여 저장되어 있는 부블록의 3차원 컬러 영상데이터를 후처리부(900)로 출력한다.
후처리부(900)는 제1 내지 제16 버퍼(600, 610, . . . , 620)로부터 각각 출력되는 부블록의 3차원 컬러 영상데이터를 좌표변환하여 2차원 이미지로서 모니터에 디스플레이될 수 있도록 처리한다.
상술한 바와 같이 구성된 본 발명의 3차원 컬러 그래픽 병렬처리를 위한 AT장치의 동작과정에 대하여 제1도와 제2도를 참조하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.
먼저, 본 발명에서는 프레임 단위로 입력되는 3차원 컬러 영상신호를 N × N 블록으로 분할하여 병렬처리할 수 있으나, 일예로서 제3도에 도시된 바와 같이, 4 × 4 블록단위 16개로 분할하고, 이에 따라 AT 연산부(400, 700, . . . , 800)도 그에 대응하는 16개로 하여 설명하기로 한다.
각각의 AT 연산부(400, 700, . . . , 800)에서 수행되는 AT 연산은 하기 수학식 1으로 표현한다.
상기 수학식 1에서, W는 상기 수학식 1에 의해 AT 연산되어 출력되는 3차원 컬러 영상데이터이고, A는 3차원 컬러 영상데이터의 선형 확대 및 축소, 형태변환(deformation)등을 구현하기 위한 제1 변환계수이고, D는 입력되는 3차원 컬러 영상데이터이고, B는 3차원 컬러 영상데이터(D)의 선형 이동 등을 구현하기 위한 제2 변환계수를 나타낸다.
통상적으로, W와 A는 N × N의 매트릭스 형태이고, D와 B는 N × 1의 매트릭스 형태이나, 본 발명에서는 일예로서 W와 A는 6 × 6 매트릭스 형태, 그리고 D 와 B는 6 × 1 형태의 매트릭스 형태로 하여 설명한다.
따라서, 상기 수학식 1은 하기 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.
이때, x, y, z 는 입력되는 부블록의 3차원 컬러 영상데이터의 위치르 나타내는 좌표값이며, RGB 는 3차원 컬러 영상데이터의 좌표(x, y, z)에 대한 RGB 색산호이다.
다음에, 여러 형태의 컬러 이미지를 갖는 3차원 컬러 영상데이터가 전처리부(200)를 통해 좌표(x, y, z) 및 RGB 색신호로 전환되고, 4 × 4, 즉 16 개의 부블록으로 분할되어 16개의 선택부(300, 310, . . . , 320)로 각각 분배되어 입력되면, 외부로부터의 클럭에 의한 선택신호(S)에 의해 부블록의 초기 3차원 컬러 영상데이터(x, y, z, R, G, B)가 선택되어 대응하는 AT연산부(400, 700, . . . , 800)로 각기 제공된다.
보다 상세히 설명하면, 제3도에 도시된 바와 같이 프레임단위의 3차원 컬러 영상신호(C) 가 4 × 4, 즉 16개의 부블럭으로 분할된 다음, 블록 #1 은 제1 선택부(300)로 입력되어 외부로부터의 클럭에 의해 제1 AT 연산부(400)로 출력되고, 블록 #2 는 제2 선택부(310)로 입력되어 외부로부터의 클럭에 의해 제2 AT연산부(700)로 출력되는 방식으로, 마지막 블록 #16은 제16 선택부(320)로 입력되어 외부로부터의 클럭에 의해 제16 AT연산부(800)로 출력된다.
이하 간략한 설명을 위하여, 제1 내지 제16 AT 연산부(400, 700, 800)는 각기 동일한 기능을 수행하므로, 제1 AT연산부(400)의 동작과정에 대하여 설명하고 나머지 15개의 AT연산부(제2 AT연산부(700) 내지 제16 AT연산부(800))의 동작과정은 생략하기로 한다.
따라서, 제1 선택부(300)로부터 출력되는 부블록의 3차원 컬러 영상데이터(#1)가 제1 AT 연산부(400)의 제1 내지 제6 승산부(410, 415, 420, 425, 430, 433)에서 6 × 6 매트릭스 형태의 제1 변환계수(A)와 승산되고, 승산 결과로 얻어진 부블록의 3차원 컬러 영상데이터가 제1 내지 제6 가산기(435, 440, 445, 450, 455, 460)에서 6 × 1 매트릭스 형태 제2 변환계수(B)와 가산된다.
보다 상세히 설명하면, 제1 승산부(410)에서 제1 변환계수(A)의 제1행(a0, a1,a2, a3, a4, a5)이 선택부(300)로부터 출력되는 부블록의 3차원 컬러 영상데이터(#1)의 x와, 제2 승산부(415)에서 제1 변환계수(A)의 제2행(a6,a7, a8, a9, a10, a11)이 선택부(300)로부터 출력되는 부블록의 3차원 컬러 영사아데이터(#1)의 y와, 제3승산부(420)에서 제1 변환계수(A)의 제3행(a12, a13, a14, a15, a16, a17)이 선택부(300)로부터 출력되는 부블록의 3차원 컬러 영상데이터 (#1)의 z와, 제4 승산부(425)에서 제1 변환계수(A)의 제4행(a18, a19, a20, a21, a22, a23)이 선택부(300)로부터 출력되는 부블록의 3차원 컬러 영상데이터(#1)의 색신호 R과, 제5 승산부(430)에서 베1변환계수 (A)의 제5행(a24, a25, a26, a27, a28, a29)이 선택부(300)로부터 출력되는 부블록의 3차원 컬러 영상데이터(#1)의 색신호 G 와, 제6승산부(433)에서 제1 변환계수(A)의 제6행(a30, a31, a32, a33, a34, a35)이 선택부(300)로부터 출력되는 부블록의 3차원 컬러 영상데이터(#1)의 색신호 B와 승산된다.
그 다음, 제1 내지 제6 승산부(410, 415, 420, 425, 430, 433)는 승산 결과로 얻어진 부블록의 3차원 컬러 영상데이터를 그에 대응하는 제1 내지 제6 가산기(435, 440, 445, 450, 455, 460)로 각가 출력한다.
각각의 제1 내지 제6 가산기(435, 440, 445, 450, 455, 460)는 대응하는 승산기로부터 제공된 부블록의 3차원 컬러 영상데이터와 제2 변환계수(b0, b1,b2, b3, b4, b5)를 가산하여 가산된 결과를 버퍼(600)로 출력한다.
한편, 나머지 15 개의 선택부(310, . . . , 320)로부터 출력되는 부블록의 3차원 컬러 영상데이터(#2부터 #16)도 나머지 15 개의 AT연산부(700, . . . , 800)에서 상술한 바와 같은 AT연산이 동시적으로 처리되고, 대응하는 15 개의 버퍼(610, . . . , 620)에 각기 저장된다.
이때, AT 연산이 한번 수행된 상태이고, AT 연산횟수에 따라 제1 내지 제16 AT 연산부(400, 700, . . . , 800)에서 각기 AT연산된 부블록의 영상데이터가 제1 내지 제16선택부(300, 310, . . . , 320)로 피드백되거나, 또는 제1 내지 제16 버퍼(600, 610, . . . , 620)에 저장되어 있는 부블록의 영상데이터가 각각 출력되기도 하는데, 이에 대해 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
제1 내지 제16 AT 연산부(400, 700, . . . , 800)에서 수행되는 AT 연산 횟수가 가운터(500)에서 계수되며, 계수된 연산횟수가 기설정된 횟수, 예를 들면 100회에 도달할 때 까지 제1 내지 제16 AT 연산부(400, 700, . . . , 800)로부터 출력되는 부블록의 3차원 컬러 영상데이터가 각기 대응하는 제1 내지 제16 선택부(300, 310, . . . , 320)로 각각 피드백되고, 제1 내지 제16 선택부(300, 310, . . . , 320)에서 선택신호(S)에 따라 제1 내지 제16 AT 연산부(400, 700, . . . , 800)로 다시 출력되어 상술한 바와 같은 AT 연산이 반복적으로 수행된다.
그러나, 카운터(500)에서의 계수된 AT 연산횟수가 기설정된 횟수, 즉, 100회에 도달한면, 카운터(500)에서 AT 연산을 종료하기 위한 종료신호(E)가 발생되고, 카운터(500)로부터의 종료신호(E)에 의거하여 제1 내지 제16 버퍼(600, 610, . . . , 620)에 각기 저장되어 있는 부블록의 3차원 컬러 영상데이터가 출력된다.
그 다음, 제1 내지 제16 버퍼(600, 610, . . . , 620)로부터 각기 출력되는 부블록의 3차원 컬러 영상데이터가 후처리부(900)에서 2차원 컬러 이미지로서 좌표변환되어 모니터에 디스플레이된다.
상술한 바와 같이, 3차원 컬러 이미지를 갖는 영상데이터가 전처리부(200)에서 3차원 좌표 및 색신호로 변환되고 16개의 부블록으로 분할된 다음 순차적으로 16개의 AT연산부(400, 700, 800)에서 AT연산이 병렬처리되고, 카운터(500)에서 16개의 AT연산부(400, 700, 800)의 AT 연산횟수가 계수되어 기설정된 횟수가 되면 카운터(500)로부터 종료신호(E)가 발생되어 16개의 버퍼(600, 610, 620)에 각각 저장되어 있는 부블록의 3차원 컬러 영상데이터가 최종적으로 출력되며, 후처리부(900)에서 2차원 컬러 이미지로서 좌표변환되어 모니터에 디스플레이된다.
한편, 본 발명에서는 3차원 컬러 이미지를 갖는 영상신호를 4 × 4 블록으로 분할하여 병렬처리하는 것을 일예로서 설명하였으나, 이 기술분야의 숙련자는 N × N(4 × 4 블록단위 이상) 블록으로 분할하여 병렬처리하면 3차원 컬러 영상데이터를 보다 고속으로 처리할 수 있다는 것을 쉽게 알 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명을 이용하면, 애니메니션 풍경용 3차원 컬러 그래픽 처리를 고속으로 자연스럽게 처리할 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

  1. 3차원 컬러 이미지를 갖는 영상신호를 3차원 컬러 그래픽 병렬처리하는 아핀변환 장치에 있어서, 상기 3차원 컬러 이미지를 갖는 영상신호를 다수의 부블록(#1 내지 #16)으로 분할하고, 3차원 좌표 및 RGB 색신호의 3차원 컬러 영상데이터로 변환하는 전처리수단; 각각의 상기 부블록의 3차원 컬러 영상데이터 및 상기 각 부블록의 3차원 컬러 영상데이터에 대하여 아핀변환된 3차원 컬러 영상데이터를 각기 수신하며, 외부로부터의 선택신호(S)에 따라 상기 부블록의 3차원 컬러 영상데이터 또는 아핀변환된 부블록의 3차원 컬러 영상데이터를 선택적으로 출력하는 다수개의 선택수단; 각기 대응하는 각각의 상기 선택수단에 연결되어있으며, 영상데이터의 선형확대, 축소 및 형태변환을 위한 제1 변환계수(A)와 영상데이터의 선형이동 등을 위한 제2 변환계수(B)를 이용하여 상기 대응하는 선택수단에서 출력된 부블록의 3차원 컬러 영상데이터에 대하여 아핀변환을 수행하는 다수의 아핀 변환 수단; 상기 아핀변환수단에 의해 수행된 아핀변환의 영산횟수를 계수하여, 계수된 연산횟수가 기설정된 횟수에 도달할 때 종료신호를 발행하는 카운터 ; 각기 대응하는 상기 아핀변환수단에 의해 아핀변환된 부블록의 3차원 컬러 영상데이터를 일시 저장하며, 상기 카운터에의해 발생된 종료신호에 응답하여 상기 저장된 부블록의 3차원 컬러 영상데이터를 각기 출력하는 다수개의 메모리수단 ; 각각의 상기 메모리수단으로부터 출력되는 부블록의 3차원 컬러 영상데이터를 좌표변화하여 2차원 이미지로서 모니터에 디스플레이될 수 있도록 처리하기 위한 후처리수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 컬러 그래픽 병렬처리를 위한 아핀변화 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전처리수단은 상기 3차원 컬러 이미지를 갖는 영상신호를 N × N(여기서, N4) 의 다수의 부블록으로 분할하는 것을 특징으로 하는 3차원 컬러 그래픽 병렬처리를 위한 아핀변환 장치.
  3. 제1항에 있어서, 각각의 상기 아핀변환수단은 : 상기 대응하는 선택수단으로부터 출력되는 부블록의 3차원 컬러 영상데이터와 상기 제1 변환계수를 승산하는 복수개의 승산기 ; 각기 대응하는 상기 승산기에 의해 승산된 3차원 컬러 영상데이터와 상기 제2 변환계수를 가산하기 위한 복수개의 가산기를 구비하는 것을 특징으로 하는 3차원 컬러 그래픽 병렬처리를 위한 아핀변환 장치.
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