KR100203293B1 - 4대역 lppu필터군을 이용하여 영상신호를 분류벡터양자화하는 장치 - Google Patents

4대역 lppu필터군을 이용하여 영상신호를 분류벡터양자화하는 장치 Download PDF

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Abstract

저전송율의 영상신호를 벡터양자화하는 장치는 입력 영상신호를 4×4주파수대역들로 표현되는 변환계수들로 변환하는 4대역LPPU(linear phase para-unitary)필터군을 구비한다. 부호변조기는 4대역LPPU필터군으로부터의 변환계수들중에서 DC성분계수를 차분펄스부호변조하며, 계수추출기는 변환계수들중에서 기설정된 갯수의 저주파 AC성분계수들을 추출한다. 분류화기는 추출된 저주파 AC성분계수들을 이용하여 기설정된 복수개 부류들중의 대응하는 하나를 결정하고, 결정된 부류를 나타내는 부류정보를 출력한다. 분류벡터양자화기는 분류화기의 부류정보에 따라 계수추출기로부터 입력하는 대응 AC성분계수들을 분류벡터양자화한다. 분류벡터양자화기는, 인가된 부류정보가 기설정된 복수개의 대표특징벡터들중의 특정 대표특징벡터를 나타내지 않는 경우, 4대역LPPU필터군에 의해 변환된 변환계수들에 부합하는 구획이 갖는 기설정된 크기의 영상구획내에서의 구획위치정보를 대응하는 분류벡터양자화된 영상데이터 및 대응하는 부류정보와 함께 출력하고, 인가된 부류정보가 상기 특정 대표특징벡터를 나타내는 경우, 분류벡터양자화된 영상데이터 및 대응하는 부류정보를 출력한다.

Description

4대역 LPPU필터군을 이용하여 영상신호를 분류벡터양자화하는 장치
본 발명은 영상신호의 분류벡터양자화를 위한 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 저전송률의 영상신호를 효율적으로 분류벡터양자화하는 장치에 관한 것이다.
낮은 부호화율로 영상신호를 부호화할 때, 부호화효율을 높이기 위해서 벡터양자화기(vector quantizer)를 사용할려는 연구가 활발히 진행되고 있다. 기존의 벡터양자화기는 벡터들간의 상관도를 이용하므로써 스칼라양자화기에 비하여 부호화 이득을 얻을 수 있다. 그러나, 벡터양자화기를 사용하면, 영상의 에지(edge) 부분에서 왜곡이 발생하는 단점이 있다.
이러한 단점을 보완하기 위하여, 분류벡터양자화기(classified vector quantizer)가 사용된다. 이를 위해, 공간영역의 영상데이터는 8×8구획단위로 수행되는 이산여현변환(DCT)을 통하여 주파수영역(frequency domain) 또는 변환영역(transform domain)의 변환계수들로 변환된다. 영상을 분할하는 각 구획들은 영상의 에지성분들에 따라서 여러 부류들로 분류된다. 분류벡터양자화기는 주파수영역의 8×8구획을 분할하는 벡터들과 여러 부류들에 적합하도록 설계된 코드북을 이용하여 영상신호를 양자화한다.
전술한 기존의 분류벡터양자화는 이산여현변환에 의해 얻어진 변환계수들을 분류벡터양자화한다. 그러므로, 저전송율의 영상신호는 구획들간의 경계부분이 디스플레이되는 구획효과(blocking effects)를 초래한다. 그리고, 8×8구획을 분할하는 벡터들의 표현에 요구되는 데이터 량을 줄이기 위하여 생성코드(product code)를 이용한다. 그러므로, 분류벡터양자화기는 그 구조가 복잡해지는 단점이 있다.
본 발명은 전술한 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 저전송율에서 영상신호를 효율적으로 벡터양자화 할 수 있는 장치를 제공함에 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 장치를 나타낸 블록도,
도 2는 양자화할 계수들의 선택을 설명하기 위한 개념도,
도 3은 2차원 특징벡터영역에서의 대표특징벡터들을 설명하기 위한 개념도,
도 4는 쿼드트리(quad-tree)기법을 이용한 구획위치정보의 발생을 설명하기 위한 개념도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 4대역LPPU(linera phase para-unitary)필터군
20 : 부호변조기 30 : 계수추출기
40 : 분류화기 50 : 분류벡터양자화기
본 발명의 목적을 달성하기 위한, 영상신호를 벡터양자화하기 위한 장치는, 입력 영상신호를 4×4주파수대역들로 표현되는 변환계수들로 변환하는 4대역LPPU(linear phase para-unitary)필터군, 상기 4대역LPPU필터군으로부터의 변환계수들중에서 DC성분계수를 차분펄스부호변조하는 부호변조수단, 상기 4대역LPPU필터군으로부터의 변환계수들중에서 기설정된 갯수의 저주파 AC성분계수들을 추출하는 계수추출수단, 상기 계수추출수단에 의해 추출된 저주파 AC성분계수들을 이용하여 기설정된 복수개 부류들중의 대응하는 하나를 결정하고, 결정된 부류를 나타내는 부류정보를 출력하는 분류화수단 및 상기 분류화수단에서 출력하는 부류정보에 따라 상기 계수추출수단으로부터 입력하는 대응 AC성분계수들을 분류벡터양자화하며, 인가된 부류정보가 기설정된 복수개의 부류들중의 특정 부류를 나타내지 않는 경우, 상기 4대역LPPU필터군에 의해 변환된 변환계수들에 부합하는 구획이 갖는 기설정된 크기의 영상구획내에서의 구획위치정보를 대응하는 분류벡터양자화된 영상데이터 및 대응하는 부류정보와 함께 출력하고, 인가된 부류정보가 상기 특정 부류를 나타내는 경우, 분류벡터양자화된 영상데이터 및 대응하는 부류정보를 출력하는 분류벡터양자화수단을 포함한다.
영상신호를 벡터양자화하기 위한 다른 장치는, 입력 영상신호를 4×4주파수대역들로 표현되는 변환계수들로 변환하는 4대역LPPU(linear phase para-unitary)필터군, 상기 4대역LPPU필터군으로부터의 변환계수들중에서 DC성분계수를 차분펄스부호변조(DPCM)하는 부호변조수단, 상기 4대역LPPU필터군으로부터의 변환계수들중에서 기설정된 갯수의 저주파 AC성분계수들을 추출하는 계수추출수단, 상기 계수추출수단에 의해 추출된 저주파 AC성분계수들을 이용하여 기설정된 복수개 부류들중의 대응하는 하나를 결정하고, 결정된 부류를 나타내는 부류정보를 출력하는 분류화수단; 상기 분류화수단에서 출력하는 부류정보에 따라 상기 계수추출수단으로부터 입력하는 대응 AC성분계수들을 분류벡터양자화하는 분류벡터양자화수단 및 상기 부호변조수단으로부터 출력하는 차분펄스부호변조된 데이터, 상기 분류벡터양자화수단으로부터 출력되는 대응하는 분류벡터양자화된 영상데이터 및 상기 분류화수단으로부터의 대응 부류정보를 다중화하여 출력하는 수단을 포함한다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명을 구현한 실시예들을 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 도 1의 장치는 저전송율의 영상신호를 수신하는 4대역LPPU(linear phase para-unitary)필터군(10)을 구비한다. 4대역LPPU필터군(10)은 32개의 탭(tap)들을 가지며, 입력 영상신호를 4×4주파수대역들로 표현되는 변환계수들로 변환시킨다. 이 변환계수들은 공간영역에서의 인접하는 4×4구획들의 영상신호를 이용하여 얻어진다. 4대역LPPU필터군(10)이 변환계수들을 생성하는 방법은 당업자에게 잘 알려진 것이므로 그 구체적인 설명은 생략한다. 4대역LPPU필터군(10)은 4×4주파수대역들로 표현되는 변환계수들중의 DC성분계수를 부호변조기(20)에 공급하며, 변환계수들중의 대응하는 AC성분계수들을 계수추출기(30)에 공급한다. 부호변조기(20)는 4대역LPPU필터군(10)으로부터의 입력되는 DC성분계수를 2차원 차분펄스부호변조(DPCM)한다.
도 2는 양자화할 계수들을 보여준다. 도 2에서 DC 및 AC0∼AC4는 각각 DC성분과 5개의 저주파 AC성분들을 나타낸다. 이 DC성분과 5개의 저주파 AC성분의 계수들은 4×4주파수대역의 변환계수들이 갖는 전체 에너지의 99.1%를 차지한다. 그러므로, 4대역LPPU필터군(10)으로부터 출력하는 AC성분계수들을 수신하는 계수추출기(30)는 잘 알려진 구역(zonal)부호화기법을 사용하여, 5개의 저주파 AC성분계수들(AC0∼AC4)만을 추출한다. 추출된 저주파 AC성분계수들(AC0∼AC4)은 분류벡터양자화기(50)로 입력한다. 계수추출기(30)는 또한 최소수평주파수를 갖는 AC성분계수(AC0) 및 최소수직주파수를 갖는 AC성분계수(AC1)를 분류화기(40)에 공급한다.
도 3은 2차원 특징벡터영역에서의 대표특징벡터들을 설명하기 위한 개념도이다. 도 3에 보여진 2차원 특징벡터영역은 최소수평주파수를 갖는 AC성분계수(AC0)를 수평성분으로 가지며 최소수직주파수를 갖는 AC성분계수(AC1)를 수직성분으로 갖는 특징벡터에 의해 표현된다. 도 3의 2차원 특징벡터영역에서 표시된 숫자들은 부류들을 나타내며 각 부류는 2차원 특징벡터영역에서 표현되는 대응하는 대표특징벡터를 갖는다. 대표특징벡터들은 2차원 특징벡터영역에서 영상의 에지정도 및 에지방향을 고려하여 결정되며, 이를 위해 공지된 LBG(Linde-Buzo Gray)알고리듬이 사용된다. 분류화기(40)는 계수추출기(30)로부터 입력하는 저주파 AC성분계수들(AC0,AC1)을 이용하여 특징벡터를 결정한다. 그런 다음, 분류화기(40)는 복수개의 대표특징벡터들중에서, 결정된 특징벡터에 가장 가까이 있는 대표특징벡터를 선택하며 선택된 대표특징벡터에 대응하는 부류정보를 분류벡터양자화기(50)로 출력한다.
분류벡터양자화기(50)는 분류화기(40)로부터 입력하는 부류정보를 이용하여 계수추출기(30)로부터 입력하는 대응하는 AC성분계수들을 분류벡터양자화한다. 분류벡터양자화를 위하여, 분류벡터양자화기(50)는 DC성분에 주파수적으로 더 가까이 있는 2개의 AC성분들에 의해 표현되는 제 1양자화벡터 및 주파수적으로 보다 멀리 있는 3개의 AC성분들에 의해 표현되는 제 2양자화벡터를 이용한다. 제 1양자화벡터는 도 2의 주파수성분들(AC0 및 AC1)로 표현되며, 제 2양자화벡터는 주파수성분들(AC2, AC3 및 AC4)로 표현된다.
도 4는 쿼드트리(quad-tree)기법을 이용한 구획위치정보의 발생을 설명하기 위한 개념도이다. 4×4구획은 분류벡터양자화된 데이터를 역양자화하는데 8×8구획에 비하여 더 많은 부류정보를 필요로한다. 그런데, 도 3에 보여진 9개 부류들의 경우, '0'으로 표기된 부류는 그 발생빈도수가 전체 부류들의 발생빈도수의 60%를 차지한다. 그러므로, 본 발명에서는 '0'으로 표기된 부류에는 부류정보를 부가하지 않고 '0'으로 표기된 부류를 제외한 부류들에는 구획위치정보 및 부류정보를 부가정보로 이용한다.
분류벡터양자화기(50)는 개별 4×4구획이 갖는 위치를 나타내는 구획위치정보를 발생한다. 잘 알려진 쿼드트리(quad-tree)기법이 부류정보를 부가할 4×4구획을 찾기 위하여 사용된다. 쿼드트리기법은 영상을 분할하는 32×32구획에서 시작한다. 32×32구획들 각각에 대하여, 64개의 4×4구획들이 모두 '0'으로 표기된 부류이면 해당 쿼드트리단에 '0'이 할당되며 하나라도 '0'으로 표기된 부류가 아니면 해당 쿼드트리단에 '1'이 할당된다. 다음으로, '1'이 할당된 32×32구획을 구성하는 4개의 16×16구획들 각각에 대하여, 32×32구획들에 관련하여 전술한 방식으로 해당 쿼드트리단에 '0' 또는 '1'이 할당된다. 이러한 찾기동작은 4×4구획까지 수행된다. 분류벡터양자화기(50)는 0'이 아닌 부류를 갖는 개별 4×4구획에 대하여 분류벡터양자화된 데이터 및 대응하는 부류정보 및 대응하는 구획위치정보를 출력한다. 그리고, '0'으로 표기된 부류를 갖는 개별 4×4구획에 대하여 분류벡터양자화된 데이터만을 출력한다.
도 1의 장치에 의해 부호화된 데이터를 더욱 효율적으로 부호화하기 위하여 가변장부호화기들이 사용된다. 한 가변장부호화기는 부호변조기(20)로부터 출력하는 2차원 차분펄스부호변조된 데이터를 가변장부호화하며, 다른 가변장부호화기는 분류벡터양자화기(50)로부터 출력하는 데이터를 가변장부호화한다.
전술한 도 1의 장치는 4×4구획에 대응하는 분류벡터양자화된 데이터를 대응하는 '0'이 아닌 부류를 나타내는 부류정보와 함께 전송하도록 변형할 수 있다. 이 경우, 추가되는 다중화기는 부호변조기(20), 분류화기(40) 및 분류벡터양자화기(50)의 출력들을 다중화시킨다. 특히, 다중화기는 분류벡터양자화된 데이터에 대응하는 부류정보가 오버헤드데이터로 부가되도록 한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 영상신호를 벡터양자화하는 장치는 저전송율의 영상신호에 대한 구획효과를 이산여현변환을 사용하는 경우에 비하여 현저히 감소시킨다. 또한, 정지영상부호화의 규격인 JPEG(joint picture experts group)에 비하여 부호화에서 이득을 가져온다.

Claims (28)

  1. 영상신호를 벡터양자화하기 위한 장치에 있어서, 입력 영상신호를 4×4주파수대역들로 표현되는 변환계수들로 변환하는 4대역LPPU(linear phase para-unitary)필터군, 상기 4대역LPPU필터군으로부터의 변환계수들중에서 DC성분계수를 차분펄스부호변조(DPCM)하는 부호변조수단, 상기 4대역LPPU필터군으로부터의 변환계수들중에서 기설정된 갯수의 저주파 AC성분계수들을 추출하는 계수추출수단, 상기 계수추출수단에 의해 추출된 저주파 AC성분계수들을 이용하여 기설정된 복수개 부류들중의 대응하는 하나를 결정하고, 결정된 부류를 나타내는 부류정보를 출력하는 분류화수단, 상기 분류화수단에서 출력하는 부류정보에 따라 상기 계수추출수단으로부터 입력하는 대응 AC성분계수들을 분류벡터양자화하는 분류벡터양자화수단 및 상기 부호변조수단으로부터 출력하는 차분펄스부호변조된 데이터, 상기 분류벡터양자화수단으로부터 출력되는 대응하는 분류벡터양자화된 영상데이터 및 상기 분류화수단으로부터의 대응 부류정보를 다중화하여 출력하는 수단을 포함하는 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 4대역LPPU필터군은 32개의 탭(tap)들을 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 4대역LPPU필터군은 DC성분계수만을 상기 부호변조수단에 공급하며, 대응하는 AC성분계수들을 상기 계수추출수단에 공급하는 장치.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 부호변조수단은 DC성분계수를 2차원 차분펄스부호변조하는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 계수추출수단은 최소수평주파수를 갖는 AC성분계수 및 최소수직주파수를 갖는 AC성분계수를 상기 분류화수단에 공급하며, 추출된 기설정된 갯수의 저주파 AC성분계수들을 상기 분류벡터양자화수단에 공급하는 장치.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 계수추출수단에 의해 추출되는 저주파 AC성분계수들은 DC성분에 주파수적으로 가까이 있는 5개 AC성분의 계수들인 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제 5항에 있어서, 상기 분류화수단은 기설정된 복수개의 대표특징벡터들중에서, 상기 계수추출수단으로부터 공급되는 AC성분계수들에 의해 표현되는 특징벡터에 가장 가까이 있는 대표특징벡터를 결정하며, 결정된 대표특징벡터에 대응하는 부류를 나타내는 부류정보를 출력하고, 여기서 상기 특징벡터는 최소수평주파수를 갖는 AC성분계수를 수평성분으로 가지며 최소수직주파수를 갖는 AC성분계수를 수직성분으로 갖는 것을 특징으로 장치.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 기설정된 복수개의 대표특징벡터들은 2차원 특징벡터영역에서 영상의 에지정도 및 에지방향을 고려하여 결정된 것임을 특징으로 하는 장치.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 복수개의 대표특징벡터들은 LBG(Linde-Buzo Gray)알고리듬을 사용하여 결정되는 것임을 특징으로 하는 장치.
  10. 제 6항에 있어서, 상기 분류벡터양자화수단은 분류벡터양자화를 위하여 DC성분에 주파수적으로 더 가까이 있는 2개의 AC성분들에 의해 표현되는 양자화벡터 및 주파수적으로 보다 멀리 있는 3개의 AC성분들에 의해 표현되는 양자화벡터를 이용하는 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 제 1항에 있어서, 상기 다중화수단은 특정 부류를 나타내는 부류정보가 출력되지 않도록 다중화하며, 상기 특정 부류는 상기 분류화수단에 의해 가장 빈번하게 발생되는 부류인 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 제 1항에 있어서, 상기 부호변조수단에서 출력하는 차분펄스부호변조된 데이터를 가변장부호화하여 상기 다중화수단에 공급하는 수단을 더 포함하는 장치.
  13. 제 1항에 있어서, 상기 분류벡터양자화기로부터 출력하는 분류벡터양자화된 영상데이터를 가변장부호화하여 상기 다중화수단에 공급하는 수단을 더 포함하는 장치.
  14. 영상신호를 벡터양자화하기 위한 장치에 있어서, 입력 영상신호를 4×4주파수대역들로 표현되는 변환계수들로 변환하는 4대역LPPU(linera phase para-unitary)필터군, 상기 4대역LPPU필터군으로부터의 변환계수들중에서 DC성분계수를 차분펄스부호변조하는 부호변조수단, 상기 4대역LPPU필터군으로부터의 변환계수들중에서 기설정된 갯수의 저주파 AC성분계수들을 추출하는 계수추출수단, 상기 계수추출수단에 의해 추출된 저주파 AC성분계수들을 이용하여 기설정된 복수개 부류들중의 대응하는 하나를 결정하고, 결정된 부류를 나타내는 부류정보를 출력하는 분류화수단, 상기 분류화수단에서 출력하는 부류정보에 따라 상기 계수추출수단으로부터 입력하는 대응 AC성분계수들을 분류벡터양자화하며, 인가된 부류정보가 기설정된 복수개의 부류들중의 특정 부류를 나타내지 않는 경우, 상기 4대역LPPU필터군에 의해 변환된 변환계수들에 부합하는 구획이 갖는 기설정된 크기의 영상구획내에서의 구획위치정보를 대응하는 분류벡터양자화된 영상데이터 및 대응하는 부류정보와 함께 출력하고, 인가된 부류정보가 상기 특정 부류를 나타내는 경우, 분류벡터양자화된 영상데이터 및 대응하는 부류정보를 출력하는 분류벡터양자화수단을 포함하는 장치.
  15. 제 14항에 있어서, 상기 4대역LPPU필터군은 32개의 탭(tap)들을 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
  16. 제 14항에 있어서, 상기 4대역LPPU필터군은 DC성분계수만을 상기 부호변조수단에 공급하며, 대응하는 AC성분계수들을 상기 계수추출수단에 공급하는 장치.
  17. 제 14항에 있어서, 상기 부호변조수단은 DC성분계수를 2차원 차분펄스부호변조하는 것을 특징으로 하는 장치.
  18. 제 14항에 있어서, 상기 계수추출수단은 최소수평주파수를 갖는 AC성분계수 및 최소수직주파수를 갖는 AC성분계수를 상기 분류화수단에 공급하며, 추출된 기설정된 갯수의 저주파 AC성분계수들을 상기 분류벡터양자화수단에 공급하는 장치.
  19. 제 18항에 있어서, 상기 계수추출수단에 의해 추출되는 저주파 AC성분계수들은 DC성분에 주파수적으로 가까이 있는 5개 AC성분의 계수들인 것을 특징으로 하는 장치.
  20. 제 18항에 있어서, 상기 분류화수단은 기설정된 복수개의 대표특징벡터들중에서, 상기 계수추출수단으로부터 공급되는 AC성분계수들에 의해 표현되는 특징벡터에 가장 가까이 있는 대표특징벡터를 결정하며, 결정된 대표특징벡터에 대응하는 부류를 나타내는 부류정보를 출력하고, 여기서 상기 특징벡터는 최소수평주파수를 갖는 AC성분계수를 수평성분으로 가지며 최소수직주파수를 갖는 AC성분계수를 수직성분으로 갖는 것을 특징으로 장치.
  21. 제 20항에 있어서, 상기 기설정된 복수개의 대표특징벡터들은 2차원 특징벡터영역에서 영상의 에지정도 및 에지방향을 고려하여 결정된 것임을 특징으로 하는 장치.
  22. 제 20항에 있어서, 상기 복수개의 대표특징벡터들은 LBG(Linde-Buzo Gray)알고리듬을 사용하여 결정되는 것임을 특징으로 하는 장치.
  23. 제 19항에 있어서, 상기 분류벡터양자화수단은 분류벡터양자화를 위하여 DC성분에 주파수적으로 더 가까이 있는 2개의 AC성분들에 의해 표현되는 양자화벡터 및 주파수적으로 보다 멀리 있는 3개의 AC성분들에 의해 표현되는 양자화벡터를 이용하는 것을 특징으로 하는 장치.
  24. 제 14항에 있어서, 상기 특정 부류는 상기 분류화수단에 의해 가장 빈번하게 발생되는 부류인 것을 특징으로 하는 장치.
  25. 제 14항에 있어서, 상기 기설정된 크기의 영상구획은 32×32화소크기를 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
  26. 제 25항에 있어서, 상기 분류벡터양자화수단은 구획위치정보를 결정하기 위하여 쿼드트리(quad-tree)기법을 사용하는 것을 특징으로 하는 장치.
  27. 제 14항에 있어서, 상기 부호변조수단에서 출력하는 차분펄스부호변조된 데이터를 가변장부호화하는 수단을 더 포함하는 장치.
  28. 제 14항에 있어서, 상기 분류벡터양자화수단은 분류벡터양자화된 영상데이터를 가변장부호화하는 수단을 더 포함하는 장치.
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