KR0181058B1 - 3 차원 그래픽 병렬처리를 위한 아핀변환 장치 - Google Patents

3 차원 그래픽 병렬처리를 위한 아핀변환 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 3차원 그래픽 병렬처리를 위한 아핀변환 장치에 관한 것으로, 프레임 단위로 입력되는 3차원 영상데이터가 다수개의 부블록으로 분할되어 각기 대응하는 AT연산부에서 AT연산이 병렬처리되며, 카운터에서 AT연산부의 AT연산횟수를 기설정된 횟수만큼 계수하여 발생된 종료신호에 응답하여 각 AT연산부에 대응하는 버퍼에 각각 저장되어 있는 부블록의 3차원 영상데이터가 최종적으로 출력되고, 후처리부에서 2차원 이미지로서 좌표변환되어 모니터에 디스플레이 되므로써, 애니메이션 풍경을 위한 3차원그래픽을 고속으로 처리할수 있도록 한 것이다.

Description

3차원 그래픽 병렬처리를 위한 아핀 변환 장치
제1도는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 3차원 그래픽 병렬처리를위한 아핀변환 장치의 개략적인 블록 구성도.
제2도는 제1도에 도시된 각각의 AT 연산부의 상세 블록 구성도.
제3도는 본 발명의 일예로서 프레임 단위의 3차원 영상신호를 다수개의4×4의 부블록으로 분할한 것을 예시한 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
300, 310, 320 : 선택부 400, 700, 800 : AT 연산부
410, 415, 420, 425 :승산부 435, 440, 445, 450 : 가산부
500 : 카운터 600, 610, 620 : 버퍼
900 : 후처리부
본 발명은 3차원 그래픽 병렬처리를 위한 아핀변환(Affine Trasnformation : 이하 AT라 약칭함) 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 영상신호의 3차원 그래픽을 고속으로 처리할 수 있도록 한 3차원 그래픽 병렬처리를 위한 AT장치에 관한 것이다.
최근의 정보화 시대에 발맞추어 방대한 양의 영상데이터를 제한된 대역폭을
갖는 통신채널을 통해 전송하기 위한 디지털 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, 벡터 양자화(vector quantization)기법이 널리 알려져 있다.
그리고, 화상전화기나 디지털 텔레비전 등에서 사용되는 동영상에서의 영상데이터 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 그래픽으로 처리하고자 하는 연구가 진행되고 있으며, 상술한 바와 같은 프랙탈 기법에 관한 알고리즘 및 방법은 이미 널리 알려진 바이지만, 프랙탈 기법을 수행하기 위한 장치, 특히 AT 장치는 구체적으로 제시된 바 없다.
따라서, 본 발명은 자연스러운 풍경의 이미지생성을 위한 3차원 그래픽 처리를 고속으로 처리할 수 있는 3차원 그래픽 병렬처리를 위한 AT 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 아핀변환 장치는, 각각의 상기부블록의 3차원 영상데이터 및 상기 각 부블록의 3차원 영상데이터에 대하여 아핀변환된 3차원 영상데이터를 각기 수신하며, 외부로부터의 선택신호에 따라 상기 부블록의 3차원 영상테이터 도는 아핀변환된 부블록의 3차원 영상데이터를 선택적으로 출력하는 다수개의 선택수단, 각기 대응하는 각각의 상기 선택수단에 연결되어있으며, 영상데이터의 선형확대,축소 및 형태변환을 위한 제 1 변환계수와 영상데이터의 선형이동 등을 위한 제 2 변환계수를 이용하여 상기 대응하는 선택수단에서 출력된 부블록의 3차원 영상 데이터에 대하여 아핀변환을 수행하는 다수의 아핀 변환수단; 상기 아핀변환수단에 의해 수행된 아핀변환의 연산횟수를 계수하여, 계수된 연산횟수가 기설정된 횟수에 도달할 때 종료신호를 발생하는 상기 카운터; 각기 대응하는 상기 아핀변환수단에 의해 아핀변환된 부블록의 영상데이터를 일시 저장하며, 상기 카운터에 의해 발생된 종료 신호에 응답하여 상기 저장된 종료신호에 응답하여 상기 저장된 부블록의 3차원 영상데이터를 각기 출력하는 다수개의 메모리수단; 각각의 상기 메모리수단으로부터 출력되는 부블록의 3차원 영상데이터를 좌표변환하여 2차원 이미지로서 모니터에 디스플레이될 수 있도록 처리하기 위한 후처리수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명한다.
본 발명에서는 프레임 단위로 입력되는 3차원 영상데이터를 N X N 블록으로 분할하여 병렬처리하게 되며, 본 실시예에서는 프레임의 영상 데이터를 4 X 4 블록단위로 분할하여 처리하는 장치를 개시한다. 즉, 제 3도에 도시된 바와 같이, 플레임 단위로 입력되는 초기 3차원 영상데이터를 4 X 4, 즉 16개의 부블록(#1 내지 #16)으로 분할하고, 이들 부블록들에 대하여 각각 AT 연산을 행하므로써 그 연산속도를 향상시킨 것이다.
제1도는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 3차원 그래픽 병렬처리를 위한 AT 장치의 개략적인 블록 구성도로서, 제 1내지 제 16 선택부(300,310...,320), 제 1내지 제 16 AT 연산부(400,700...,800), 카운터(500), 제1내지 제16버퍼(600.610....,620) 및 후처리부(900)로 구성된다.
상술한 바와 같이, 프레임 단위의 3차원 영상데이터는 4 × 4, 즉 16 개의 부블록으로 분할되어 제1내지 제16의 선택부(300,310, . , . , 320)로 각기 분배되어 입력되며, 또한 각각의 제1내지 제16의 선택부(300,310, . , . , 320)에는 각기 대응하는 제1내지 제16의 AT 연산부(400, 700, . , . , 800)에서 각각의 아핀변환된 3차원 영상데이터(W0, W1, W2, W3)가 피드백된다.
각각의 제1내지 제16의 선택부(300, 310, . , . , 320)는 외부로 부터의 클럭에 의한 선택신호(S)에 의거하여 제1내지 제16의 AT 연산부(400, 700, . , . , 800)에서 출력되는 부블록의 3차원 영상데이터(W0, W1, W2, W3)를 선택적으로 출력한다.
제1내지 제16개의 AT연산부(400, 700, . , . , 800)는, 제2도에 상세히 도시된 바와 같이, 제1내지 제4승산부(410, 415, 420, 425) 및 제1내지 제4가산기(435, 440, 445, 450)로 구성된다.
각각의 AT 연산부(400, 700, . , . , 800)내 승산부(410, 415, 420, 425)는 각 AT 연산부에 대응하는 어느하나의 선택부 (300, 310, . , . , 320)로부터 출력되는 부블록의 3차원 영상데이터와 4 × 4 매트릭스 형태의 제1변환계수(A)를 승산하고, 각각의 가산기(435, 440, 445, 450)는 4 × 1 매트릭스 형태의 제2변화계수(B)를 입력받아 각 승산부(410, 415, 420, 425)에서 승산된 부블록의 3차원 영상데이터와 제2변환계수(B)를 가산한다.
카운터(500)는 제1내지 제16 AT 연산부(400, 700, . , . , 800)에서 AT 연산되는 횟수를 계수하여 계수된 연산 횟수가 기설정된 횟수, 예를 들면, 100 회에 도달하면 종료신호(E)를 출력한다.
제1내지 제16버퍼(600, 610, . , . , 620)는 각기 대응하는 제1내지 제16 AT 연산부(400, 700, . , . , 800)로부터 출력되는 부블록의 3차원 영상데이터를 저장하며, 카운터(500)로부터의 종료신호(E)에 의거하여 저장되어 있는 부블록의 3차원 영상데이터를 후처리부(900)로 출력한다.
후처리부(900)는 제1내지 제16 버퍼(600, 610, . , . , 620)로부터 출력되는 부블록의 3차원 영상데이터를 좌표변환하여 2차원 이미지로서 모니터에 디스플레이 될 수 있도록 처리한다.
상술한 바와 같이 구성된 본 발명의 3차원 그래픽 병렬처리를 위한 AT 장치의 동작은 제1도와 제2를 참조하여 다음과 같이 상세히 설명한다.
먼저, 본 발명에서는 프레임 단위로 입력되는 3차원 컬러 영상신호를 N × M 블록으로 분할하여 병렬처리할 수 있으나, 일예로서 제3도에 도시된 바와 같이, 4× 4 블록단위로 16개로 분할하고, 이에 따라 AT연산부(400, 700, . , . , 800)도 그에 대응하여 16개로 하여 설명하기로 한다.
각각의 AT 연산부(400, 700, . , . , 800)의 AT 연산은 하기 수학식 1에 의해 수행된다.
상기 수학식 1에서, W 는 상기 수학식 1에 의해 AT 연산되어 출력되는 부블록의 3차원 영상데이터이고, A 는 부블록의 3차원 영상데이터의 선형 확대 및 축소, 형태 변환(deformation)등을 구현하기 위한 제1변화계수이고, D 는 입력되는 부블록의 3차원 영상데이터이고, B 는 부블록의 3차원 영상데이터(D)의 선형 이동 등을 구현하기 위한 제2변환계수를 나타낸다.
통상적으로, W 와 A 는 N × N 의 매트릭스 형태이고, D 와 B 는 N × 1의 매트릭스 형태이나, 본 발명에서는 일예로서 W 와 A 는 4 × 4 매트릭스 형태, 그리고 D 와 B 는 4 × 1 형태이 매트릭스 형태로 하여 설명한다.
따라서, 상기 수학식 1은 하기 수학식 1은 하기 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.
상술한 수학식 2에서, x, y, z 는 입력되는 프레임 단위의 3차원 영상데이터의 위치를 나타내는 좌표값이며, L 은 3차원 영상데이터 좌표(x, y, z)의 휘도신호이다.
다음에, 프레임 단위로 입력되는 초기 3차원 영상데이터(x, y, z, L)가 4 × 4의 부블록으로 분할되어 제1내지 제16선택부(300, 310, . , . , 320)로 각기 분배되어 입력되면, 외부로부터의 클럭에 의한 선택신호(S)에 의거하여 초기 3차원 영상데이터가 선택되어 대응하는 제1내지 제16 AT연산부(400, 700, 800)로 제공된다.
보다 상세히 설명하면, 제3도에 도시된 바와 같이 프레임 단위의 3차원 영상신호(C) 가 4 × 4, 즉 16 개의 부블록으로 분할된 다음, 블록 #1 은 제1 선택부(300)로 입력되어 외부로부터의 클럭에 의해 제1 AT연산부(400)로 출력되고, 블록 #2 는 제2 선택부(310)로 입력되어 외부로부터의 클럭에 의해 제2 AT연산부(700)로 출력되는 방식으로, 마지막 블록 #16 은 제16 선택부(320)로 입력되어 외부로부터의 클럭에 의해 제16 AT 연산부(800)로 출력한다.
이하 간략한 설명을 위하여, 제1 내지 제16 AT 연산부(400, 700, . , . , 800)는 동일한 기능을 수행하므로, 제1 AT연산부(400)의 동작과정에 대하여 설명하고 나머지 15 개의 AT연산부(제2 AT연산부(700)부터 제16 AT연산부(800))의 동작과정은 생략하기로 한다.
따라서, 제1 선택부(300)로부터 출력되는 부블록의 3차원 영사아데이터(#1)가 제1 AT연산부(400)의 제1내지 제4 승산부(410, 415, 420, 425)에서 제1 변환계수(A)와 승산되고, 승산 결과로 얻어진 부블록의 영상데이터가 제1 내지 제4 가산기(435, 440, 445, 450)에서 제2 변환계수(B)와 가산된다.
보다 상세히 설명하면, 제1 승산부(410)에서 제1 변환계수(A)의 제1행(a0, a1, a2, a3)이 제 1 선택부(300)로부터 출력되는 부블록 3차원 영상데이터(#1)의 x 와 제2 승산부(415)에서 제1 변환계수(A)의 제2행(a4, a5, a6, a7)이 제 1 선택부 (300)로부터 출력되는 부블록 3차원 영상데이터(#1)의 y 와, 제 3 승산부(420)에서 제 1변환계수(A)의 제 3행(a8, a9, a10. a11)이 제 1 선택부(300)로부터 출력되는 부블록 3차원 영상데이터(#1)의 z 와, 제 4 승산부(425)에서 제 1 변환계수(A)의 제 4 행(a12, a13, a14. a15)이 제 1 선택부(300)로부터 출력되는 부블록 3차원 영상데이터(#1)의 휘도신호 L 과 승산된다.
그 다음, 제 1 내지 제 4승산부(410, 4150, 420,425)에서 승산된 부블로의 3차원 영상데이터가 그에 각기 대응하는 제 1 내지 제 4 가산기(435, 440, 445, 450)로 제공된다. 제 1내지 제 4 가산기(435, 440, 445, 450)는 각기 대응하는 제 1내지 제 4 승산부(410, 415, 420, 425)에서 승산된 부블록의 3차원 영상데이터와 제 2 변환계수(b0, b1, b2, b3)를 가산하여 가산된 각기 대응하는 버퍼(600)에 저장한다.
한편, 나머지 15 개의 선택부(310,...,320)로부터 출력되는 부블록의 3차원 영상데이터(#2부터 #160가 나머지 15개의 AT연산부9700,...,800)에서도 상술한 바와 같은 AT연산이 병렬처리되고, 나머지 15 개의 버퍼(610,...,620)에 저장된다.
이때,AT연산이 한번 수행된 상태이고,AT연산횟수에 따라 제 1 내지 제16 AT 연산부(400, 700,...,800)에서 각각 AT연산된 부블록의 3차원 영상데이터가 제1 내지 제16선택부(300, 310,..., 320)로 각각 피드백되거나, 또는 제1 내지 제16버퍼(600, 610,...,620)에 저장되어 있는 부블록의 3차원 영상데이터가 각각 출력되기도 하는데, 이에 대해 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
제 1 내지 제 16 AT 연산부(400,700,...,800)에서 수행되는 AT 연산 횟수가 카운터(500)에서 계수되며, 계수된 연산횟수가 기설정된 횟수, 예를 들면 부블록의 영상데이터가 대응하는 제 1 내지 제 16 선택부(300,310,...,320)로 피드백되며, 제 1 내지 제 16 선택부(300,310,...320)에서 선택신호(S)에 의해 대응하는 1 내지 제 16 AT 연산부(400,700,...800)로 다시 출력되도록함으로써 상술한 바와 같은 AT 연산이 반복적으로 수행된다.
그러나, 카운터(500)에서의 계수결과, AT 연산횟수가 기설정된 횟수, 즉 100회에 도달하면, 카운터(500)에서 AT 연산을 종료하기 위한 종료신호(E)가 발생되고,카운터(500)로부터의 종료신호(E)에 의거하여 제 1내지 제 16 버퍼(600,610,...,620)에 각각 저장되어 있는 부블록의 영상데이터가 출력된다.
그 다음, 제 1내지 제 16 버퍼(600,610,...,620)로부터 각기 출력되는 3차원영상데이터가 후처리부(900)에서 2차원 이미지로서 좌표변환되어 모니터에 디스플레이된다.
상술한 바와 같이, 프레임 단위로 입력되는 3차원 영상데이터가 4 X 4, 즉 16 개의 부블록으로 분할되어 16 개의 AT 연산부(400,700,...,800)의 AT 연산처리되며, 카운터(500)에서 16 개의 AT연산부(400,700,...,800)의 AT 연산횟수가 계수되어 기설정된 횟수에 도달하면, 카운터(500)로부터 종료신호(E)가 발생되어 16 개의 버퍼(600,610,...620)에 각각 저장되어 있는 부블록의 3차원 영상데이터가 최종적으로 출력되고, 후처리부(900)에서 2차원 이미지로서 좌표변환되어 모니터에 디스플레이된다.
비록 본 발명에서 프레임 단위로 입력되는 3차원 영상신호를 4 X 4 블록으로 분할하여 병렬처리하는 것을 일예로서 설명하였으나, 이 기술분야의 숙련자는 N X N(4 X 4 블록단위 이상) 블록으로 분할하여 병렬처리하면 보다 고속으로 3차원그래픽을 처리할 수 있다는 것을 쉽게 알 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명을 이용하면, 애니메이션 풍경용 3차원 그래픽 처리를 고속으로 처리할 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

  1. 다수의 부블록으로 분할된 3차원영상신호를 3차원 그래픽 병렬처리한 아핀변환장치에 있어서, 각각의 상기 부블록의 3차원 영상데이터 및 상기 각 부블록의 3차원 영상데이터에 대하여 아핀변환된 3차원 영상데이터를 각기 수신하며, 외부로부터의 선택신호(S)에 따라 상기 부블록의 3차원 영상데이터 또는 아핀변환된 부블록의 3차원 영상데이터를 선택적으로 출력하는 다수개의 선택수단 ; 각기 대응하는 각각의 상기 선택수단에 연결되어있으며, 영상데이터의 선형확대, 축소 및 형태변환을 위한 제 1 변환계수(A)와 영상데이터의 선형이동 등을 위한 제 2 변환계수(B)를 이용하여 상기 대응하는 선택수단에서 출력된 부블록의 3차원 영상 데이터에 대하여 아핀변환을 수행하는 다수개의 아핀 변환 수단 ; 상기 아핀변환수단에 의해 수행된 아핀변환의 연산횟수를 계수하여, 계수된 연산횟수가 기설정된 횟수에 도달할 때 종료신호를 발새하는 카운터 ; 각기 대응하는 상기 아핀변환된 부블록의 영상데이터를 일시 저장하며, 상기 카운터에의해 발생된 종료신호에 응답하여 상기 저장된 부블록의 3차원 영상데이터를 각기 출력하는 다수개의 메모리수단 ; 각각의 상기 메모리수단으로부터 출력되는 부블록의 3차원 영상데이터를 좌표변환하여 2차원 이미지로서 모니터에 디스플레이 될 수 있도록 처리하기 위한후 처리수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 그래픽 병렬처리를 위한 아핀변환 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 부블록의 3차원 영상데이터는 N × N(여기서, N4) 블록인 것을 특징으로 하는 3차원 그래픽 병렬처리를 위한 아핀변환 장치.
  3. 제1항에 있어서, 각각의 상기 아핀변환수단은 : 상기 대응하는 선택수단으로부터 출력되는 부블록의 3차원 영상데이터와 상기 제 1 변환계수를 승산하는 복수개의 승산기; 각기 대응하는 상기 승산기에 의해 승산된 3차원 영상데이터와 상기 제 2 변환계수를 가산하기 위한 복수개의 가산기를 구비하는 것을 특징으로 하는 3차원 그래픽 병철처리를 위한 아핀변환 장치.
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