KR100204473B1 - 피오씨에스기법을 이용한 이산여현 변환기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 영상신호가 저장되는 블록 메모리부(21)와 , 이 블록 메모리부(21)로부터의 부호화될 영상영역(A영역)에 대한 평균치가 추출되어 상기 영상영역(A영역)이외의 영역(B영역)에 채워짐과 더불어 비교수단(26)으로부터의 역이산여현 변환된 영상영역(A영역)의 데이터가 복원되어 출력되는 매핑수단(22), 이 매핑수단(22)으로부터의 영상신호에 대해 이산여현 변환이 수행되는 DCT수단(23), 이 DCT수단(23)으로부터의 DCT 계수에 대해 저역통과 필터링이 수행되는 LPF수단(24), 이 LPF수단(24)으로부터의 출력신호에 대해 역이산여현 변환이 수행되는 IDCT수단(25) 및, 이 IDCT 수단(25)으로부터의 영상영역(A영역)과 이 영상영역(B영역)이외의 영역(B영역)에 대한 경계치와 문턱치가 비교됨과 더불어 상기 매핑수단(22)과 블록 메모리부(21)를 제어하는 제어신호가 출력되는 비교수단(26)을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

Description

POCS기법을 이용한 이산여현 변환기(A DCT of images by using POCS method)
제1도는 종래의 영상 부호기를 나타낸 블록도.
제2a도는 제1도에 나타낸 영상부호기의 이산여현 변환기(DCT)에 있어서 이산여현 변환기에 의해 이산여현 변환이 수행되는 영상을 나타낸 도면.
제2b도는 제2a도에 나타낸 영상신호를 평균을 채우는 기법에 의해 나타낸 단면도.
제3도는 본 발명에 따른 POCS기법을 이용한 이산여현 변환기를 나타낸 블록도.
제4도는 제3도에 나타낸 POCS기법을 이용한 이산여현 변환기가 적용된 영상부호기의 블록도.
제5도는 본 발명에 따른 POCS 기법을 이용한 이산여현 변환기의 동작흐름을 나타낸 흐름도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 프레임 메모리부 20, 120 : 감산기
21 : 블록 메모리부 22 : 매핑부
23 : DCT(Discrete Cosine Transform)부
24 : LPF부 25 : IDCT부
26 : 비교기 30 : POCS DCT부
40, 140 : 양자화기(Q) 50, 150 : 가변길이 부호기(VLC)
60, 160 : 역양자화기(IQ) 70, 170 : IDCT부
80, 180 : 가산기 90, 190 : 움직임 보상기(MC)
본 발명은 POCS기법을 이용한 이산여현 변환기에 관한 것으로, 특히 영상신호에 대한 이산여현 변환에 있어서 영상신호가 POCS (Projection Onto Convex Set)기법에 의해 확장된후 이산여현 변환이 수행됨으로써 고주파 성분이 감소됨과 더블어 이산여현 변환이 효율적으로 수행되도록 된 POCS기법을 이용한 이산여현 변환기에 관한 것이다.
일반적으로 영상을 취급하기 위해서는 커다란 양의 메모리와 방대한 통신망이 필요로 하게 된다. 따라서, 영상 데이터가 압축되어 데이터의 양이 감소되게 하는 작업이 필수적인바, 이에 영상압축에 대한 구제적인 표준이 필요하게 되고, 국제적인 기구의 표준화 노력이 진행되게 있다. 예컨대, ISO의 MPEG-1, MPEG-2 및 CCITT H.261x 등이 대표적인 예이고, 이들 모두는 DCT를 기반으로 하는 부호화기법을 이용하고 있다,
한편, DCT기반 부호화기에서는 하드웨어적인 복잡도를 감소시키기 위해 영상을 작은 블록으로 분할하여 부호화하게 된다. 따라서, 고압축율로 부호화 하는 경우에는 각 블록이 정확하게 표현되지 않게되어 각 블록의 경계에서 불연속적인 영역이 발생함으로써 주관적인 영상의 질이 저하되는바, 이를 블록화 현상(blocking effects)이라 한다.
또한 에지영역에서는 각 블록이 충분히 에지를 재현하지 못하게 되어 블럭간에 에지가 부드럽게 연결되지 않게 됨으로써 계단처럼 재현되는 경우가 있는데, 이를 계단화현상(staircase effects)이라 한다. 이러한 현상은 눈이 용이하게 발견되어 영상의 질이 저하됨으로써 복호화후 후처리를 필요로 하게 된다.
한편, 상기 이산여현 변환기에 있어서는 임의 영상에 대해 평균값을 취한후 이산여현 변환을 수행하게 되어 부호화되는 영상신호에는 상당한 고주파 성분이 포함되게 되었다.
제1도는 종래의 영상부호기를 나타낸 블록도로, 여기서 상기 영상부호기는 영상신호가 프레임 단위로 저장되는 프레임 메모리부(100)와, 이프레임 메모리부(100)로부의 현재 프레임 신호와 움직임 보상된 프레임 신호의 차가 출력되는 감산기(120), 이 감산기(120)로부터의 출력신호가 이산혀현변환되는 DCT부(130), 이 DCT부(130)로부터의 출력신호가 양자화되는 양자화기(140; Q), 이양자화기(140)로부터의 출력신호가 허프만 테이플에 의해 가변길이로 부호화되는 가변길이 부호기(150; VLC), 상기 양자화기(140)로부터의 출력신호가 역영자화되는 역양자화기(160; IQ), 이 역양자화기(160)으로부터의 출력신호가 역이산여현 변환되는 IDCT부(170), 이 IDCT부(170)에 의해 변환된 이전 프레임의 데이터와 움직임 보상된 영상이 가산되는 가산기(180)및, 이 가산기(180)로부터의 출력신호가 입력되면 이전 프레임이 저장됨과 더불어 현재 프레임의 영상과 이전프레임의 영상이 비교되어 움직임 벡터가 추정됨으로써 움직임 보상된 영상이 출력되는 움직임 보상기 (190; MC)로 구성되어 있다.
한편, 상기 프레임 메모리부(100)에서는 영상이 프레임단위로 저장되고, 상기 감산기(120)가 프레임단위로 입력되는 현재 프레임의 원영상과 이전 프레임의 복원 영상에 대한 움직임 보상영상을 감산하게 되어 프레임간의 차영상이 생성되게 한다.
또한, DCT부(130)에서는 픽셀간의 상관성이 제거되도록 프레임간의 차영상이 8x8픽셀의 블록으로 이산여현 변환되어 이산여현 변환계수가 출력되고, 상기 양자화기 양자화기(140; Q)에서는 DCT부(130)로부터 출력되는 프레임간의 차영상의 이산여현 변환계수가 소정의 양자화 간격으로 양자화되어 출력되게 된다.
또한, 가변길이 부호기(150; VLC)에서는 양자화기(140)로부터 양자화된 프레임간의 차영상기 가변길이 부호화되는 바. 이 부호화는 8비트로 표현되는 신호중 빈도가 가장 많은 데이터가 적은 비트로 표현되고, 빈도가 가장 적은 데이터가 많은 비트로 표현됨으로써 차영상을 표현하는 전체 비트수를 감소시킬 수 있게 된다.
또한, 역양자화기(160 : IQ)는 양자화기(140)의 출력단에 연결되고, 양자화된 프레임간의 차영상이 양자화기(140)로 입력되기 이전의 상태로 복원되게 된다. 그리고, 상기 IDCT부(170)는 역영자화기(160)의 출력단에 연결되고, 역양자화기(160)로부터의 역양자화된 프레임간의 차영상이 IDCT 부(130)에 입력되기 이전의 상태로 복원되게 된다.
또한, 가산기(180)에서는 IDCT부(170)로부터 복원된 프레임간의 차영상과 움직임 보상영상이 가산되어 이전 프레임의 복원영상으로 프레임 메모리부(100)에 저장되고, 상기 움직임 보상기 (190; MC)에서는 프레임 메모리부(100)에 저장되어 있는 이전 프레임에 대한 복원영상의 움직임 위치를 움직임 벡터에 의해 보상된 움직임 보상영상을 상기 감산기(120)와 가산기(180)로 각각 출력하게 된다.
또한, 상기 움직임 보상기(190; MC)에서는 프레임 메모리부(100)에 저장되어 있는 이전 프레임에 대한 복원영상의 움직임 위치를 움직임 벡터에 의해 보상된 움직임 보상영상을 상기 감산기(120)와 가산기(180)로 각각 출력하게 된다.
제2도의 (a)는 제1도에 나타낸 영상부호기의 이산여현 변환기(DCT)에 있어서 이산여현 변환기에 의해 이산여현 변환이 수행되는 영상을 나타낸 도면으로, 여기서 도면중 참조부호 A는 부호화가 수행되는 영역이고, B는 부호화 영역의 외부영역, 예컨대 배경영역이다.
제2도의 (b)는 제2도의 (a)에 나타낸 영상신호를 평균을 채우는 기법에 의해 나타낸 단면도로, 여기서 평균을 채우는 기법의 경우에 있어서 A영역과 B영역의 경계부분이 여전히 급격하게 변화되어 고주파 성분에 상당히 포함되게 된다.
이에 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 영상신호에 대한 이산여현 변환에 있어서 영상신호가 POCS(Projection Onto Convex Set)기법에 의해 확장된후 이산여현 변환이 수행됨으로써 고주파 성분이 감소됨과 더블어 이산여현 변환이 효율적으로 수행되도록 된 POCS기법을 이용한 이산여현 변환기를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 바의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 영상신호가 저장되는 블록 메모리부와, 이 블록 메모리부로부터의 부호화된 영상영역(A영역)에 대한 평균치가 추출되어 상기 영상영역(A영역)이외의 영역(B영역)에 채워짐과 더불어 비교수단으로부터의 역이산여현 변환된 영상영역(A영역)의 데이터가 복원되어 출력되는 매핑수단, 이 매핑수단으로부터의 영상신호에 대해 이산여현 변환이 수행되는 DCT수단, 이 DCT수단으로부터의 DCT 계수에 대해 저역통과 필터링이 수행되는 LPF수단, 이 LPF수단으로부터의 출력신호에 대해 역이산여현 변환이 수행되는 IDCT수단 및, 이 IDCT 수단으로부터의 영상영역(A영역)과 이 영상영역(B영역)이외의 영역(B영역)에 대한 경계치와 문턱치가 비교됨과 더불어 상기 매핑수단과 블록 메모리부를 제어하는 제어신호가 출력되는 비교수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 매핑수단은 상기 블록 메모리로부터 영상신호가 입력되는 경우 상기 영상에 대해 부호화될 영상영역(A영역)의 평균치가 상기 영상영역(A영역)이외의 영역(B영역)에 채워지고, 상기 비교수단으로부터 역이산여현 변환된 영상신호가 입력되는 경우 상기 영상영역(A영역)에는 본래의 영상영역(A영역)의 평균치가 채워짐과 더불어 상기 영상영역(A영역) 이외의 영역(B영역)에는 상기 역이산여현 변환된 영상의 값이 채워지는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 비교수단은 부호화될 영상영역(A영역)과 이 영상영역(A영역) 이외의 영역(B영역)의 경계치가 문턱치보다 큰 경우 매핑수단(22)으로 매핑 수행의 제어신호가 출력되고, 경계치가 문턱치보다 작은경우 매핑정지의 제어신호가 출력되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 구성된 본 발명은, 영상신호에 대한 이산여현 변환에 있어서 영상신호가 POCS기법에 의해 확장된 후 이상여현 변환이 수행됨으로써 고주파 성분이 감소됨과 더불어 이산여현 변환이 효율적으로 수행되게 된다.
이하, 첨부된 예시도면을 참고하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다.
제3도는 본 발명에 따른 POCS기법을 이용한 이산여현변환기를 나타낸 블로도로, 여기서 상기 변환기는 영상신호가 저장되는 블록 메모리부(21)와, 이 블록 메모리부(21)로부터의 부호화될 영상영역(A영역)에 대한 평균치가 추출되어 상기 영상영역(A영역) 이외의 영역(B영역)에 채워짐과 더불어 비교기(26)로부터의 역이산여현 변환된 영상영역(A영역)의 데이터가 복원되어 출력되는 매핑부(22), 이 매핑부(22)로 부터의 영상신호에 대해 이산여현 변환이 수행되는 DCT부(23), 이 DCT부(23)으로부터의 DCT 계수에 대해 저역통과 필터링이 수행되는 LPF부(24), 이 LPF부(24)로부터의 출력신호에 대해 역이산여현 변환이 수행되는 IDCT부(25)및 , 이 IDCT부(25)로부터의 영상영역(A영역)과 이 영상영역(A영역) 이외의 영역(B영역)에 대한 경계치와 문턱치가 비교됨과 더불어 상기 매핑부(22)와 블록 메모리부(21)를 제어하는 제어신호가 출력되는 비교기(26)를 포함하여 구성된다.
또한 상기 매핑부(22)는 상기 블록 메모리부(21)로부터 영상신호가 입력되는 경우 상기 영상에 대해 부호화될 영상영역(A영역)의 평균치가 상기 영상영역(A영역)이외의 영역(B영역)에 채워지고, 상기 비교기(26)로부터의 역이산여현 변환된 영상신호가 입력되는 경우 상기 영상영역(A영역)에는 본래의 영상영역(A영역)의 평균치가 채워짐과 더불어 상기 영상영역 (A영역) 이외의 영역(B영역)에는 상기 역이산여현 변환된 영상의 값이 채워지게 된다.
또한 상기 비교기(26)는 부호화될 영상영역(A영역)과 이 영상영역(A영역) 이외의 영역(B영역)의 경계치가 문턱치보다 큰 경우 매핑부(22)로 매핑 수행의 제어신호가 출력되고, 경계치과 문턱치보다 작은 경우 매핑 정지의 제어신호가 출력되게 된다.
한편, 영상신호가 블록 메모리부(21)에 입력되면, 상기 블록 메모리부(21)로부터의 부호화될 영상영역, 예컨대 A영역의 평균치가 매핑부(22)에 의해 부호화될 이외의 영역, 예컨대 B영역에 채워지게 된다.
이후, 상기 매핑부(22)로부터의 평균치가 DCT부(23)에 의해 이산여현 변환되는 경우 생성된 DCT계수는 영역의 경계부분의 급격한 변화에 의해 고주파성분이 상당히 많이 포함되게 된다. 이에, DCT계수 중 저주파성분만이 남게 되면서 고주파 성분이 0으로 전환되는 저역통과 필터링이 필요함에 따라 상기 DCT부(23)로부터의 데이터에 대해 LPF부(24)가 필터링을 수행하게 된다.
다음에 상기 LPF부(24)로부터 출력되는 데이터에 대해 IDCT부(25)가 8x8 블록의 A영역으로 전환하게 되면, 비교기(26)가 전환된 A영역과 B영역의 경계치와 문턱치를 비교하여 그 결과에 대한 신호를 매핑부(22)와 블록 메모리부(21)로 출력하게 된다. 이와같은 동작을 상기 경계치가 소정 문턱치 이하로 되기까지 반복 수행하게 된다.
그리고, 상기 비교기(26)가 상기 매핑부(22)로 정지신호를 출력하게 되면, 상기 매핑부(22)가 역이산여현 변환된 결과에 A영역의 데이터를 채운후 본래의 값으로 전환하여 출력함으로써 상기 블록단위의 데이터가 2차원 DCT부(27)로 입력되게 된다.
한편, 영역의 경계부분에서 발생하는 고주파 성분을 감소시키기 의해 POCS (Projection Onto Convex Set)기법이 사용되는바, 이 POCS기법의 이론적 배경은 IEEE의 1993년 11월호에 개시된 「Regularized Reconstruction to Reduce Blocking Artifacts of Block Discrete Cosing Transform conpressed language」에 나타내고 있다.
제4도는 제3도에 나타낸 POCS기법을 이용한 이산여현 변환기가 적용된 영상부호기의 블록도로, 여기서 상기 영상부호기는 영상의 프레임 단위로 저장되는 프레임 메모리부(10)와, 이 프레임 메모리부(10)로부터의 현재 프레임 신호와 움직임 보상된 프레임 신호의 차가 출력되는 감산기(20), 이 감산기(20)로부터의 출력신호에 대해 POCS기법에 의해 이산여현 변환이 수행되는 POCS DCT부(30), 이 POCS DCT부(30)로 부터의 출력신호가 양자화되는 양자화기(40; Q), 이 양자화기(40)로부터의 출력신호가 허프만 테이플에 의해 가변길이로 부호화되는 가변길이 부호기(50; VLC), 상기 양자화기(40)로부터의 출력신호가 역양자화되는 역양자화기(60; IQ), 이 역양자화기(60)으로부터의 출력신호가 역이산여현변환되는 IDCT부(70), 이 IDCT부(70)에 의해 변환된 이전 프레임의 데이터와 움직임 보상된 영상이 가산되는 가산기(80) 및, 이 가산기(80)로 부터의 출력신호가 입력되면 이 전 프레임이 저장됨과 더불어 현재 프레임의 영상과 이전 프레임의 영상이 비교되어 움직임 벡터가 추정됨으로써 움직임 보상된 영상이 출력되는 움직임 보상기 (90; MC)로 구성되어 있다.
그리고, 상기 프레임 메모리부(10)에는 영상이 프레임 단위로 저장되고, 상기 감산기(20)가 프레임 단위로 입려되는 현재 프레임의 원영상과 이전 프레임의 복원 영상에 대한 움직임 보상영상을 감산하여 프레임간의 차영상을 생성하게 된다.
또한, POCS DCT부(30)에서는 감산기(20)로부터의 출력영상신호에 대해 POCS기법에 의한 이산여현 변환이 수행됨과 더불어 픽셀간의 상관성이 제거되도록 프레임간의 차영상이 8x8 픽셀의 블록으로 이산여현 변환되어 이산여현 변환계수가 출력되고, 상기 양자화기(40; Q)에서는 상기 POCS DCT부(30)로부터 출력되는 프레임간의 차영상의 이산여현 변환계수가 소정의 양자화 간격으로 양자화되어 출력되게 된다.
또한, 가변길이 부호기(150; VLC)에서는 양자화기(140)로부터의 양자화된 프레임간의 차영상이 가변길이 부호화되는바, 이 부호화는 8비트로 표현되는 신호중 빈도가 가장 많은 데이터가 적은 비트로 표현되고, 빈도가 가장 적은 데이터가 가장 많은 비트로 표현됨으로써 차영상의 전체 비트수가 감소되게 된다.
또한 역양자화기(60; IQ)는 양자화기(40)의 출력단에 연결되고, 양자화된 프레임간의 차영상을 양자화기(40)에 입력되기 이전의 상태로 복원하게 된다. 그리고, 상기 IDCT부(70)은 역양자화기(60)의 출력단에 연결되고, 역양자화기(60)로부터의 역양자화된 프레임간의 차영상이 IDCT부(30)로 입력되기 이전의 상태로 복원되게 된다.
또한, 가산기(80)에서는 IDCT부(70)로부터의 복원된 프레임간의 차영상과 움직임 보상영상을 가산되고, 상기 움직임 보상기(90; MC)에서는 움직임 벡터에 의해 보상된 움직임 보상영상을 상기 감산기(20)와 가산기(80)로 각각 출력하게 된다.
제5도는 본 발명에 따른 POCS기법을 이용한 이산여현 변환기의 동작흐름도를 나타낸 흐름도로, 먼저 부호화될 영상이 블록 메모리부(21)로 입력되면(S1), 상기 블록 메모리부(21)로부터의 부호화될 영상영역, 예컨대 A영역의 평균치가 매핑부(22)에 의해 부호화될 이외의 영역, 예컨대 B역에 채워지게 된다 (S2).
이후, 상기 매핑부(22)로부터의 영상신호가 DCT부(23)에 의해 이산여현 변환되고(S3), 상기 DCT부(23)에 의해 이산여현 변환된 DCT계수가 LPF부(24)에 의해 저역통과 필터링이 수행되게 된다(S4).
다음에, 상기 LPF부(24)로부터 출력되는 데이터에 대해 IDCT부(25)가 8x8 블록의 A영역으로 전환하게 되면 (S5), 비교기(26)가 전환된 A영역과 B영역의 경계치과 문턱치를 비교하여 그 결과에 대한 신호를 매핑부(22)와 블록 메모리부(21)로 출력하게 된다(S6). 이와같은 동작을 상기 경계치가 소정 문턱치 이하로 되기까지 반복 수행하게 된다.
그리고, 상기 비교기(26)가 상기 매핑부(22)로 정지신호를 출력하게 되면, 상기 매핑부(22)가 역이산여현 변환된 결과에 A영역의 데이터를 채운후 본래의 값으로 전환하여 출력함으로써 상기 블록단위의 데이터가 2차원 DCT부(27)로 입력되게 된다 (S7).
한편, 본원 청구범위의 각 구성요건에 병기된 도면참조부호는 본원발명의 이해를 용이하게 하기 위한 것으로, 본원 발명의 기술적 범위를 도면에 도시한 실시예로 한정할 의도에서 병기한 것은 아니다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 영상신호에 대한 이산여현 변환에 있어서 영상신호가 POCS기법에 의해 확장된 후 이산여현 변환이 수행됨으로써 고주파성분이 감소됨과 더불어 이산여현 변환이 효율적으로 수행되게 된다.

Claims (3)

  1. 영상신호가 저장되는 블록 메모리부(21)와 , 이 블록 메모리부(21)로부터의 부호화될 영상영역(A영역)에 대한 평균치가 추출되어 상기 영상영역(A영역) 이외의 영역(B영역)에 채워짐과 더불어 비교수단(26)으로부터의 역이산여현 변환된 영상영역(A영역)의 데이터가 복원되어 출력되는 매핑수단(22), 이 매핑수단(22)으로부터의 영상신호에 대해 이산여현 변환이 수행되는 DCT수단(23), 이 DCT수단(23)으로부터의 DCT 계수에 대해 저역통과 필터링이 수행되는 LPF수단(24), 이 LPF수단(24)으로부터의 출력신호에 대해 역이산여현 변환이 수행되는 IDCT수단(25) 및, 이 IDCT 수단(25)으로부터의 영상영역(A영역)과 이 영상영역(B영역) 이외의 영역(B영역)에 대한 경계치와 문턱치가 비교됨과 더불어 상기 매핑수단(22)과 블록 메모리부(21)를 제어하는 제어신호가 출력되는 비교수단(26)을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 POCS기법을 이용한 이산여현변환기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 매핑수단(22)은 상기 블록 메모리(21)로부터 영상신호가 입력되는 경우 상기 영상에 대해 부호화될 영상영역(A영역)의 평균치가 상기 영상영역(A영역) 이외의 영역(B영역)에 채워지고, 상기 비교수단(26)으로부터 역이산여현 변환된 영상신호가 입력되는 경우 상기 영상영역(A영역)에는 본래의 영상영역(A영역)의 평균치가 채워짐과 더불어 상기 영상영역(A영역)이외의 영역(B영역)에는 상기 역이산여현 변환된 영상신호의 값이 채워지도록 된것을 특징으로하는 POCS 기법을 이용한 이산여현 변환기.
  3. 제1항에 있어서, 상기 비교수단(26)은 부호화될 영상영역(A영역)과 이 영상영역(A영역) 이외의 영역(B영역)의 경계치가 문턱치보다 큰 경우 매핑수단(22)으로 매핑 수행의 제어신호가 출력되고, 경계치가 문턱치보다 작은경우 매핑정지의 제어신호가 출력되도록 된 것을 특징으로 하는 POCS기법을 이용한 이산여현 변환기.
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