KR0183688B1 - 영상부호화방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 입력화상에 대한 영상신호 압축부호화방법 및 장치에 관한 것으로, 입력화상에 대하여 공간영역에 대한 복잡도에 따라 각 마크로블럭에 대한 복잡도정규화값을 구하는 제1단계; 입력화상에 대하여 이산여현변환을 취하고, 각 마크로블럭에 대한 이산여현변환계수가 1보다 작은 계수를 카운트하여 제로계수합을 구하는 제2단계; 상기 제로계수합에 따라 각 마크로블럭에 대한 제로계수정규화값을 구하는 제3단계; 상기 제로계수합과 압축률에 따라 각 마크로블럭에 대한 천이가중치를 구하는 제4단계; 및 상기 복잡도정규화값, 상기 제로계수정규화값 및 상기 천이가중치를 더하여 압축정수를 구하는 제5단계를 포함함을 특징으로 하며, 복잡도가 다른 영상에 대하여도 화상의 열화없이 일정한 비트율로 부호화할 수 잇점이 있다.

Description

영상부호화방법 및 장치
제1도는 종래의 영상부호화장치의 구성 블럭도.
제2도는 입력화상의 CCIR 601 4:2:2 포맷.
제3도는 마크로블럭의 구성도.
제4도는 본 발명에 의한 압축정수 결정방법의 흐름도.
제5도는 본 발명에 의한 영상부호화장치의 구성 블럭도.
제6도는 양자화테이블의 예시도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
51 : 이산여현변환부 52 : 복잡도계산부
53 : 복잡도정규화부 54 : 제로계수카운트부
55 : 제로계수정규화부 56 : 가중치계산부
57 : 가산기 58 : 양자화기
59 : 가변장부호화기
본 발명은 입력화상에 대한 영상신호 압축부호화방법 및 장치에 관한 것으로, 특히 복잡도가 다른 영상을 일정한 비트율로 부호화하기 위하여 복잡도에 따른 압축정수를 구하여 양자화하는 영상부호화방법 및 장치에 관한 것이다.
신호의 디지탈화를 통한 저장 및 통신기술은 최근의 컴퓨터와 반도체, 그리고 디지탈신호의 처리기술의 발전에 힘입어 급속히 발전하고 있다. 디지탈영상장치, 예컨데 디지탈VCR, HDTV, 디지탈비디오카메라, 비디오폰 또는 텔레비젼 전화기 등에서는 영상신호를 디지탈 데이타로 처리함에 있어서 영상정보를 기록매체에 효율적으로 저장하며 재생영상의 질을 높이기 위한 기술이 요구된다.
그러나, 영상신호를 디지탈 방식으로 저장 혹은 전송하는 경우에 그에 따른 정보량이 아날로그 방식에 비해 매우 방대해지므로 저장매체의 용량 및 전송채널을 효율적으로 사용하기 위해서는 영상정보의 압축이 필요하게 된다.
제1도는 종래의 영상신호 압축부호화장치의 구성을 도시한 블럭도로서, 영상신호압축과 관련하여 주로 사용되어온 방식은 이산여현변환기법(Discrete Cosine Transforming Method)과 가변장부호화기법(Variable Length Coding Method)이다.
이산여현변환부(11)는 시간영역의 데이타인 일정한 크기의 영상블럭, 예컨대 8×8의 영상블럭을 주파수영역의 데이타인 64개의 공간주파수성분인 이산여현변환계수로 변환하여 동시에 에너지 압축을 수행한다. 양자화부(12)는 이산여현변환부에서 에너지 압축된 영상신호를 소정의 양자화간격으로 양자화한다.
가변장부호화(13)는 정보량이 적은 데이타, 즉 정보적 가치가 낮은 데이타에는 적은 수의 비트가 할당되고, 정보량이 많은 데이타, 즉 정보적 가치가 높은 데이타에는 많은 수의 비트가 할당되도록 가변 길이의 부호화 데이타를 생성하여 전체적으로 최소한의 비트수로 부호화한다.
버퍼(14)는 가변장부호화에서 출력되는 데이타의 길이가 일정하지 않으므로 데이타를 일시적으로 저장한 후 일정한 비트율로 출력한다.
종래에는 입력화상부가 입력화상을 8×8블럭의 작은 부영상으로 나누어 각각 독립적으로 처리하고, 양자화부는 이산여현변환한 후 버퍼의 상태와 현 입력화상의 복잡도에 의하여 구해진 양자화간격으로 양자화한다. 따라서, 프레임 공간상 인접해 있는 마크로블럭간의 양자화간격이 차이가 크면 인접 마크로블럭의 경계면에서는 블럭간의 상관성이 상실되어 이른바 블럭효과가 나타난다.
각 화면은 각 마크로블럭에 대하여 복잡도가 다르기 때문에, 화면상에 불균일하게 에러가 발생하여 특정 부분의 화질이 저하되는 아티팩트(Artifact)가 나타나지 않도록 적합한 양자화 폭을 결정하여야 하며, 양자화 폭을 적합하게 가변적으로 결정하는 것이 무엇보다도 중요하다. 그러나, 버퍼를 이용하는 경우 버퍼의 충만도에 의해 후방제어를 하므로, 특정 영역에 적합한 비트 할당이 어려운 문제점이 있었다.
가변장부호화부는 발생되는 코드의 길이가 가변적이므로, 발생하는 비트량을 제어할 필요가 있다. 압축정수(Scale Factor)는 비트율을 결정하는 중요한 파라미터로서, 양자화기의 양자화간격을 결정하고, 이에 따라 압축비가 결정되며 화면의 해상도에도 영향을 미친다.
따라서, 본 발명의 목적은 복잡도가 다른 영상을 일정한 비트율로 영상데이타를 화상의 열화없이 부호화할 수 있는 압축정수를 결정하는 영상부호화방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 본 발명에 의한 압축정수를 구하여 양자화간격을 결정하기 위한 영상부호화장치를 제공하는 데 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 입력화상을 Y, Cr, Cb신호로 구성된 마크로블럭으로 나누고, 각 마크로블럭은 소정의 블럭으로 나누어져 구성된 입력화상에 대한 영상부호화방법에 있어서, 상기 입력화상에 대하여 공간영역에 대한 복잡도에 따라 각 마크로블럭에 대한 복잡도정규화값을 구하는 제1단계; 상기 입력화상에 대하여 이산여현변환을 취하고, 각 마크로블럭에 대한 이산여현변환계수가 1보다 작은 계수를 카운트하여 제로계수합을 구하는 제2단계; 상기 제로계수합에 따라 각 마크로블럭에 대한 제로계수정규화값을 구하는 제3단계; 상기 제로계수합과 압축률에 따라 각 마크로블럭에 대한 천이가중치를 구하는 제4단계; 및 상기 복잡도정규화값, 상기 제로계수정규화값 및 상기 천이가중치를 더하여 압축정수를 구하는 제5단계를 포함함을 특징으로 한다.
상기의 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명은, Y, Cr, Cb신호의 마크로블럭으로 나누어지는 입력화상에 대하여, 시간영역의 데이타인 마크로블럭을 주파수영역의 데이타인 이산여현변환계수로 변환하여 에너지 압축을 행하는 이산여현변환부, 상기 이산여현변환부에서 에너지 압축된 영상신호를 소정의 양자화간격으로 양자화하는 양자화부, 정보량에 따라 가변 길이의 부호화데이타를 생성하여 전체적으로 최소한의 비트수로 부호화하는 가변장부호화부를 구비하는 영상부호화장치에 있어서, 입력화상의 픽셀값에 따라 복잡도를 계산하는 복잡도계산부; 각 마크로블럭에 대하여 상기 복잡도를 정규화하는 복잡도정규화부; 상기 이산여현변환부에서 변환된 이산여현변환계수에서 1보다 작은 제로계수를 카운트하는 제로계수카운트부; 각 마크로블럭에 대하여 상기 제로계수를 정규화하는 제로계수정규화부; 상기 제로계수와 압축률에 따라 천이가중치를 계산하는 가중치계산부; 및 상기 복잡도정규화값, 상기 제로계수정규화값 및 상기 천이가중치를 더하여 압축정수를 발생하여 상기 양자화기로 출력하는 가산기를 포함함을 특징으로 한다.
이하에서 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
제2도는 CCIR601 권고안의 4:2:2 포맷의 화상을 도시하고, 제3도는 각 화상의 마크로블럭(Macro Block)의 구성도이다. 각 화상은 Y(2A), Cr(2B), Cb(2C) 신호로 구성되고, 각 신호(3A)는 16×16픽셀의 마크로블럭(3B)으로 나누어진다. 각 마크로블럭(3B)은 Y신호에 4개의 8×8픽셀 블럭의 신호, Cr 및 Cb신호에 2개씩의 8×8픽셀 블럭의 신호로 이루어진다.
제4도는 본 발명에 의한 압축정수 결정하기 위한 영상부호화방법에 대한 흐름도로서, 제2도와 제3도를 참조하여, 입력화상에 대한 압축정수를 결정하는 방법을 상세히 설명한다. 수식에 사용되는 기호의 정의는 다음과 같다.
첫번째 과정으로 공간영역에 대한 복잡도에 따라 각 마크로블럭에 대한 복잡도정규화값을 구하기 위하여, 입력된 4:2:2 포맷 화상(41)에 대하여 마크로블럭의 각 블럭당 화소의 평균복잡도를 구한다(421). 복잡도는 휘도신호(Y)에 대하여 행하며, 화상의 픽셀값을 이용하여 계산한다.
8×8블럭당 픽셀의 평균복잡도(Ayb[j])는,
각 마크로블럭에 대하여 블럭당 픽셀의 평균복잡도를 모두 합한 다음, 마크로블럭수로 나누어 마크로블럭당 평균복잡도(Ayt[i])을 구한다(422).
마크로블럭의 각 블럭에 대하여 각 블럭당 픽셀의 평균복잡도와 실제 픽셀값 사이의 차이에 대한 블럭당 자승평균값(O2 BT[N])을 구한다(423).
각 마크로블럭의 4개의 Y블럭(j=0∼3)에 대한 블럭당 자승평균값 중에 최소 자승평균값을 구한 후 1을 더하여, 마크로블럭당 최소 자승평균값(O2 BT_MIN[i])을 구한다(424).
각 마크로블럭에 대하여 마크로블럭당 최소 자승평균값과 마크로블럭당 평균복잡도에 따라 정규화하여, 마크로블럭당 복잡도정규화값(NorACT[i])을 구한다(425).
두번째 과정으로 각 마크로블럭에 대한 제로계수정규화값과 천이가중치를 구하기 위하여, 입력된 4:2:2 포맷 화상(41)에 대하여 이산여현변환을 취한 계수(Pix_Coeff(u,v))를 구한다(431).
각 마크로블럭에 대하여 Y, Cr, Cb의 이산여현변환계수가 1보다 작은 계수를 모두 카운트하여 마크로블럭당 제로(Zero)계수합(Z[i])을 구한다(432).
마크로블럭당 제로계수합을 모든 마크로블럭에 대하여 합하여 전체제로계수합(ZT)을 구한다(433).
전체제로계수합을 마크로블럭의 수로 나누어, 마크로블럭의 평균제로계수합(Azero)을 구한다(434).
각 마크로블럭의 평균제로계수합과 마크로블럭당 제로계수합의 차이를 자승하여 마크로블럭당 제로계수자승평균값(O2 zero[i])을 구한다(435).
마크로블럭당 제로계수자승평균값과 마크로블럭당 제로계수합에 따라 정규화하여, 마크로블럭당 제로계수정규화값(Norzero[i])을 구한다(436).
그리고, 마크로블럭의 평균제로계수합과 압축하고자 하는 압축률에 따라 각 마크로블럭에 대한 천이가중치(W)를 구한다(441).
따라서, 마크로블럭 단위의 압축정수(SF[i])는 복잡도정규화값과 제로계수정규화값과 천이가중치의 합으로 정해진다(45).
압축정수는 양자화에서 양자화행렬에 따라 입력화상된 계수에 대한 양자화간격을 결정한다.
제5도는 본 발명에 의한 영상부호화의 압축정수 결정방법에 따른 영상부호화장치의 구성블럭도이다. Y, Cr, Cb신호의 마크로블럭으로 나누어지는 입력화상에 대하여, 시간영역의 데이타인 마크로블럭을 주파수영역의 데이타인 이산여현변환계수로 변환하여 에너지 압축을 행하는 이산여현변환부(51), 이산여현변환부에서 에너지 압축된 영상신호를 소정의 양자화간격으로 양자화하는 양자화부(58), 정보량에 따라 가변 길이의 부호화데이타를 생성하여 전체적으로 최소한의 비트수로 부호화하는 가변장부호화부(59)를 구비하는 종래의 영상부호화장치에 입력화상에 대한 압축정수를 구하기 위한 장치를 더 포함한다.
복잡도계산부(52)는 입력화상의 픽셀값에 따라 복잡도를 계산하고, 복잡도정규화부(53)는 각 마크로블럭에 대하여 상기 복잡도를 정규화한다. 제로계수카운트부(54)는 이산여현변환부(51)에서 변환된 이산여현변환계수에서 1보다 작은 제로계수를 카운트하고, 제로계수정규화부(55)는 각 마크로블럭에 대하여 제로계수를 정규화한다. 가중치계산부(56)는 제로계수와 압축률에 따라 천이가중치를 계산한다. 가산기(57)는 복잡도정규화값과 제로계수정규화값과 천이가중치를 더하여 압축정수를 발생하여 양자화기(58)로 출력한다.
이산여현변환계수에 대한 양자화간겨8가변장부호화부은 압축정수와 양자화행렬에 따라 결정된다. 양자화기(58)는 결정된 양자화간격에 따라 에너지 압축된 영상신호를 양자화하고, 가변장부호화부(59)를 거쳐 원하는 비트율의 압축된 비트스트림(Bit Stream)을 얻을 수 있다.
제6도는 양자화기에 적용되는 양자화행렬의 일예로서, (6A)는 휘도성분에 대한, (6B)는 색차성분에 대한 양자화행렬이다. 양자화행렬은 모든 입력영상마다 변화도의 정도, 색성분의 특성, 해상도, 응용목적 등이 다르기 때문에 그에 알맞는 양자화행렬을 구해야 하며, 인간의 시각적 특성과 이산여현변환계수들의 특성을 결합한 여러 심리시각적 실험에 의하여 구해진다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 양자화기의 양자화간격을 입력화상의 복잡도와 이산여현변환계수의 제로계수의 발생정도에 따라 일정한 비트율로 부호화하는 압축정수를 구하여 영상신호 압축부호화에 적용하므로서, 복잡도가 다른 영상에 대하여도 화상의 열화없이 일정한 비트율로 부호화할 수 있는 잇점이 있다.

Claims (7)

  1. 입력화상을 Y, Cr, Cb신호로 구성된 마크로블럭으로 나누고, 각 마크로블럭은 소정의 블럭으로 나누어져 구성된 입력화상에 대한 영상부호화방법에 있어서, 상기 입력화상에 대하여 공간영역에 대한 복잡도에 따라 각 마크로블럭에 대한 복잡도정규화값을 구하는 제1단계; 상기 입력화상에 대하여 이산여현변환을 취하고, 각 마크로블럭에 대한 이산여현변환계수가 1보다 작은 계수를 카운트하여 제로계수합을 구하는 제2단계; 상기 제로계수합에 따라 각 마크로블럭에 대한 제로계수정규화값을 구하는 제3단계; 상기 제로계수합과 압축률에 따라 각 마크로블럭에 대한 천이가중치를 구하는 제4단계; 및 상기 복잡도정규화값, 상기 제로계수정규화값 및 상기 천이가중치를 더하여 압축정수를 구하는 제5단계를 포함함을 특징으로 하는 영상부호화방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1단계의 복잡도정규화값을 구하는 것이 휘도신호(Y)에 대하여 행하여짐을 특징으로 하는 영상부호화방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1단계는 마크로블럭의 각 블럭당 화소의 평균복잡도를 구하는 단계; 상기 화소의 평균복잡도에 따라 마크로블럭당 평균복잡도를 구하는 단계; 마크로블럭의 각 블럭에 대하여 상기 화소의 평균복잡도와 실제 화소값의 차이에 대한 블럭당 자승평균값을 구하는 단계; 마크로블럭에서 각 블럭에 대한 상기 자승평균값 중의 최소값에 1을 더하여 마크로블럭당 최소자승평균값을 구하는 단계; 및 각 마크로블럭에 대하여 상기 마크로블럭당 최소자승평균값과 상기 마크로블럭당 평균복잡도에 따라 정규화하여, 각 마크로블럭당 복잡도정규화값을 구하는 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 영상부호화방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제2단계는 상기 이산여현변환계수가 1보다 작은 계수는 Y, Cr, Cb에 대한 계수를 모두 포함함을 특징으로 하는 영상부호화방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제3단계는 상기 마크로블럭당 제로계수합을 모든 마크로블럭에 대하여 합하여 전체제로계수합을 구하는 단계; 상기 전체제로계수합에 따라 마크로블럭당 평균제로계수합을 구하는 단계; 상기 마크로블럭당 평균제로계수합과 상기 마크로블럭당 제로계수합의 차이에 따라 마크로블럭당 제로계수자승평균값을 구하는 단계; 및 상기 마크로블럭당 제로계수자승평균값과 상기 마크로블럭당 제로계수합에 따라 정규화하여, 각 마크로블럭당 제로계수정규화값을 구하는 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 영상부호화방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제4단계는 상기 마크로블럭당 제로계수합을 모든 마크로블럭에 대하여 합하여 전체제로계수합을 구하는 단계; 상기 전체제로계수합에 따라 마크로블럭당 평균제로계수합을 구하는 단계; 상기 마크로블럭당 평균제로계수합과 압축률에 따라 각 마크로블럭에 대한 천이가중치를 구하는 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 영상부호화방법.
  7. Y, Cr, Cb신호의 마크로블럭으로 나누어지는 입력화상에 대하여, 시간영역의 데이타인 마크로블럭을 주파수영역의 데이타인 이산여현변환계수로 변환하여 에너지 압축을 행하는 이산여현변환부, 상기 이산여현변환부에서 에너지 압축된 영상신호를 소정의 양자화간격으로 양자화하는 양자화부, 정보량에 따라 가변 길이의 부호화데이타를 생성하여 전체적으로 최소한의 비트수로 부호화하는 가변장부호화부를 구비하는 영상부호화장치에 있어서, 입력화상의 픽셀값에 따라 복잡도를 계산하는 복잡도계산부; 각 마크로블럭에 대하여 상기 복잡도를 정규화하는 복잡도정규화부; 상기 이산여현변환부에서 변환된 이산여현변환계수에서 1보다 작은 제로계수를 카운트하는 제로계수카운트부; 각 마크로블럭에 대하여 상기 제로계수를 정규화하는 제로계수정규화부; 상기 제로계수와 압축률에 따라 천이가중치를 계산하는 가중치계산부; 및 상기 복잡도정규화값, 상기 제로계수정규화값 및 상기 천이가중치를 더하여 압축정수를 발생하여 상기 양자화기로 출력하는 가산기를 포함함을 특징으로 하는 영상부호화장치.
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