KR0183030B1 - 디지털 영상신호의 데이터 압축 방법 - Google Patents

Abstract

이산여현변환(DCT)된 디지털 영상신호의 변환 계수들의 특성을 고려하여 개선된 화질을 이룸과 동시에 이를 처리하는 버퍼의 보다 효율적인 사용을 이루는 데이터 압축 방법을 제공함에 있어, 본 발명은, 디지털 영상신호를 이산여현변환(DCT)하여 변환 계수들을 출력하는 제1과정과, 상기 제1과정에서 출력된 상기 변환 계수들로부터 소정 계산에 따라 에너지의 비를 나타내는 전방분석계수를 생성하는 제2과정과, 상기 버퍼의 여유 용량 상태를 체크하고 그에 따른 정보를 출력하는 제3과정과, 상기 생성된 전방분석계수와 상기 버퍼의 여유 용량 상태 정보를 이용하여 적절한 양자화 비트를 정하고, 정해진 결과에 따라 상기 변환 계수들을 양자화하는 제4과정과, 상기 양자화된 변환 계수들을 코딩하여 상기 버퍼로 출력하여 처리하는 제5과정으로 이루어지는 디지털 영상신호의 데이터 압축방법을 특징으로 한다.

Description

디지털 영상신호의 데이터 압축 방법

제1도는 본 발명에 따른 디지털 영상신호의 데이터 압축을 수행하는 시스템의 블록 구성도.

본 발명은 영상신호의 데이터 압축 방법에 관한 것으로, 특히, 이산여현변환(DCT)된 디지털 영상신호의 변환 계수들의 특성을 고려하여 개선된 화질을 이룸과 동시에 이를 처리하는 버퍼의 보다 효율적인 사용을 이루는 데이터 압축 방법에 관한 것이다.

전형적으로 고화질 텔레비젼 전송시스템, 예를 들어 HDTV(High Definition Television)등과 같은 시스템 등에서는 한정된 대역을 통해 보다 많은 데이터를 전송 및 저장하기 위해 데이터 압축이 필수적으로 행해진다.

상기한 바와 같은 데이터 압축 수행을 이루도록 이미 개시된 여러 선행기술들이 있는데, 이중 입력되는 영상신호를 이산여현변환(이하 DCT(Discrete Cosine Transform)라 칭함)한 후 이를 양자화(Quantization)하고, 양자화된 영상신호를 가변장코딩(Variable Length Coding ; VLC)하여 처리하는 압축 방법이 통상 사용되고 있다. 그리고, 상기한 압축 방법은 현재에 있어서 일본의 뮤즈(MUSE)방식 및 미국의 ATV(Advanced TV) 방식 그리고 유럽공동체의 MAC(Multiple analogue Component) 방식 등의 고화질 TV의 영상신호 압축 방식으로 제안되어 실시되고 있다.

종래의 압축 방식을 첨부된 제1도를 참조하여 설명하면, 종래에는 상기 제1도에 도시된 전방분석기(20)를 제외한 구성, 즉 2차원(2-D)DCT(10) 및 양자화기(30), 그리고 가변장코딩부(VLC;40), 버퍼(50)의 구성에 의한 시스템에서 영상신호의 압축을 행하는 방식이 실시된다.

이를 설명하면, 입력 디지털 영상신호가 입력단(IN)에 인가되면 상기 이차원DCT(10)에서 인가된 디지털 영상신호가 8×8로 구획된 후 블록 순으로 DCT되어 변환계수들이 출력된다. 상기 출력된 변환 계수들은 상기 양자화기(30)를 통하여 양자화(Quantization)되고, 양자화된 변환 계수는 상기 VLC(40)에 인가된다. 그러면 상기 VLC(40)는 상기 양자화된 변환 계수들을 가변장 코딩하여 상기 버퍼(50)로 출력하고, 상기 버퍼(50)는 출력단(OUT)으로 상기 양자화된 데이터를 제공하는 한편 라인(L1)을 통해 상기 양자화기(30)로 귀환 정보를 인가한다.

이때, 종래에는 상기 양자화기(30)에 인가되는 상기 귀환정보 즉 버퍼의 여유 용량을 통해 상기 양자화기(30)의 양자화 비트를 할당하여 이에 따른 양자화를 수행하도록 하고 있는데, 단순히 버퍼의 여유용량만을 고려한 양자화 비트의 할당은 하기와 같은 문제를 낳았다.

먼저, 영상신호에 있어 윤곽성분을 나타내는 블록의 경우 고주파 성분이 많은 블록으로 이의 처리를 위해 양자화 비트를 상대적으로 많이 할당하여야 함에도 불구하고, 버퍼의 여유 용량이 적을 경우 불가피하게 양자화 비트를 줄여 할당하도록 되어 있어 이러한 경우 인가된 디지털 영상신호의 화질의 열화를 초래하는 문제를 발생한다.

반면에, 양자화 비트를 적게 할당하여도 되는 블록임에도 불구하고 버퍼의 여유 용량이 많을 경우 필요 없이 많은 양자화 비트를 해당 블럭에 할당하여 처리하게 되는데, 이러한 경우에는 버퍼의 낭비를 유발하는 문제점이 있다.

따라서 본 발명에서는 이러한 문제점들을 개선할 수 있는 영상신호의 데이터 압축방법을 제공하고자 하며, 이에 본 발명의 목적은, 이산여현변환(DCT)된 디지털 영상신호의 변환 계수들의 특성을 고려하여 개선된 화질을 이룸과 동시에 이를 처리하는 버퍼의 보다 효율적인 사용을 이루는 데이터 압축 방법을 제공함에 있다.

상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 디지털 영상신호를 이산여현변환(DCT)하여 변환 계수들을 출력하는 제1과정과, 상기 제1과정에서 출력된 상기 변환 계수들로부터 소정 계산에 따라 에너지의 비를 나타내는 전방분석계수를 생성하는 제2과정과, 상기 버퍼의 여유 용량 상태를 체크하고 그에 따른 정보를 출력하는 제3과정과, 상기 생성된 전방분석계수와 상기 버퍼의 여유 용량 상태 정보를 이용하여 적절한 양자화 비트를 정하고, 정해진 결과에 따라 상기 변환 계수들을 양자화하는 제4과정과, 상기 양자화된 변환 계수들을 코딩하여 상기 버퍼로 출력하여 처리하는 제5과정으로 이루어짐을 특징으로 하는 영상신호의 데이터 압축방법을 제안한다.

상기 전방분석계수의 계산은 전체 블록에너지를 AC에너지로 나누어 로그(log)화 하는 식으로 이루어지며, 필요에 따라 적정상수(α)가 곱해진다.

이하 본 발명을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

제1도는 본 발명에 따른 데이터 압축 수행 시스템의 블록 구성도로서, 본 발명에 따른 시스템은, 종래 시스템에 있어 2차원 DCT(10)와 양자화기(30)사이에 전방분석계수(Forward analysis coefficient)를 추출하는 전방분석기(20)를 더 부가하여 연결한 구성으로 이루어진다.

본 발명의 실시에 있어서 상기 전방분석기(20)외의 구성들은 전술한 종래의 데이터 압축 수행 시스템의 구성과 동일하고 그의 동작 또한 동일하다. 따라서 하기 본 발명의 상세한 설명에 있어 상기 전방분석기(20)와 이에 따른 동작을 제외한 이미 설명된 구성요소들의 동작 설명은 생략한다.

상기 제1도의 블록 구성을 참조하여 본 발명의 동작을 설명하면, 디지탈 영상신호가 입력되면, 이 입력된 영상신호는 상기 2차원 DCT(10)를 통해 일반적인 단위인 8×8화소의 블럭단위로 2차원 이산여현변환된 변환 계수들로 출력된다. 이때 이산여현변환된 변환 계수들은 63개의 AC계수와 1개의 DC계수로 이루어진다. 참고로, 상기 2차원 DCT는 DCT를 가로와 세로로 각기 한번씩 행한 것을 의미한다.

그러면, 전방분석기(20)는 상기 DCT(10)에서 출력되는 디지털 영상신호의 AC계수 및 DC계수를 한 측으로 입력받아, 영상신호 블럭(8×8화소)의 전체 에너지(Energy)를 63개의 AC계수의 에너지로 나누어 로그를 취한 후 상기 양자화기(30)로 출력하는 동작을 수행한다. 상기 전방분석기(20)의 동작은 전체 에너지와 AC 에너지간의 비율(Busy Ratio ;BR)을 구하는 동작으로, 구해진 비율을 통해 상기 양자화기의 양자화 비트를 적절히 정할 수 있게 된다. 따라서, 상기 전방분석기(20)의 출력은 라인(L2)를 통해 양자화기(30)로 인가되며 이는 곧 상기 전방분석 계수에 대응된다.

또한, 상기 양자화기(30)에는 상기 전방분석기(20)의 출력 외에 상기 버퍼(50)의 여유 용량을 체크한 결과에 해당하는 버퍼의 여유 용량 상태 정보가 귀환되어 인가된다.

따라서 본 발명에서는 상기 양자화기(30)에서 양자화 비트를 할당함에 있어 상기 전방분석기(20)의 출력과 상기 버퍼(50)의 여유 용량 상태 정보의 귀환을 통해 이루어지며 이를 수식으로 표현한 것이 하기의 (수학식2)이다.

여기서, α : 적절한 상수

Qlevel : 버퍼 여유 용량 상태 정보

BR : 전방분석계수

상기 (수학식2)에서 보듯이 전방분석계수(BR)는 적절한 상수(α)가 포함된다.

상기한 (수학식2)에 의해 양자화기(30)의 양자화 비트가 할당되어 그에 따른 양자화가 수행되고, 양자화된 변환 계수들은 상기 VLC(40)에 인가되어 가변장 코딩되어진 후 상기 버퍼(50)에 다시 저장된다. 상기 버퍼(50)에 저장된 데이터는 외부로의 출력과 동시에 상기한 여유 용량 상태 정보를 상기 양자화기(30)로 귀환하게 된다.

따라서, 본 발명은 DCT변환직후 블럭의 복잡도(Busy Ratio)에 따른 양자화 비트 할당을 고려함으로써 상기 버퍼(50)의 저장을 효율적으로 이룰 수 있음은 물론 동시에 화질의 개선을 가져오게 되는 것이다. 이는, 상기 버퍼(50)의 오버플로우(overflow)나 언더플로우(underflow)를 방지하도록 상기 α를 압축 중에 적절히 제어하여 효율적인 버퍼의 사용을 이루는 것이다.

한편, 상기한 전방분석계수는 하기와 같은 (수학식1)을 통해 구해진다.

여기서, BR : 전방분석계수

F(U, V) : 변환 계수

β : 임의의 상수(1이상의 자연수)

상술한 바와 같이 본 발명은 2차원 DCT(10)에 있어 전체에너지와 AC에너지간의 비율(BR)과 버퍼(50)의 여유 용량을 체크한 결과의 상태 정보를 통해 양자화 비트 정해 이에 따른 양자화 비트 할당을 적절히 수행하도록 함으로서 영상신호의 데이터량을 적절히 유지시킴과 동시에 화질의 열화를 방지하는 보다 개선된 압축 방법을 제공하는 이점이 있다.

Claims (1)

1. 디지털 영상신호를 일정수의 블록으로 분할하는 이차원 이산여현변환(DCT)을 수행하고, 상기 이산여현변환을 통해 생성된 변환 계수들로 양자화를 수행하고, 양자화된 데이터를 코딩한 후 버퍼로 출력하여 처리하는 시스템어서 영상신호의 데이터 압축 방법에 있어서, 디지털 영상신호를 이산여현변환하여 변환 계수들을 출력하는 제1과정과, 상기 제1과정에서 출력된 상기 변환 계수들로부터 하기 (수학식1)에 따른 계산을 수행하여 전방 분석 계수를 생성하는 제2과정과, 상기 버퍼의 여유 용량 상태를 체크하고 그에 따른 정보를 출력하는 제3과정과, 상기 생성된 전방분석계수와 상기 버퍼의 여유 용량 상태 정보를 이용하여 하기 (수학식2)에 따른 계산을 수행하고, 이 계산 결과에 따라 상기 변환 계수들을 양자화 하는 제4과정과, 상기 양자화된 변환 계수들을 코딩하여 상기 버퍼로 출력하여 처리하는 제5과정으로 이루어짐을 특징으로 하는 영상신호의 데이터 압축방법.

   (수학식1)

   여기서, BR : 전방분석계수

   F(U, V) : 변환 계수

   β : 임의의 상수(1이상의 자연수)

   (수학식2)

   양자화 비트수 = 최대 할당가능 비트수 - Qlevel + BR×α

   여기서, α : 적절한 상수

   Qlevel : 버퍼의 여유 용량 상태 정보

   BR : 전방분석계수