KR100208983B1 - 적응 양자화를 이용한 부호화기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 적응 양자화를 이용한 부호화기에 관한 것으로, 입력된 정지 영상을 45도 회전시키면서 홀수 필드와 짝수 필드를 각각 서브 샘플링한 다음 홀수 필드로부터 짝수 필드를 예측하여 얻어진 예측 짝수 필드와 실제 짝수 필드의 오차값과 마지막으로 샘플링된 홀수 필드를 출력하는 예측부(100)와; 상기 오차값을 적응 양자화하여 출력하는 적응 양자화기(190) 및; 상기 예측부(100)에서 출력된 홀수 필드 및 상기 적응 양자화기(190)에서 출력된 오차값을 엔트로피 코딩하여 출력하는 엔트로피 코딩부(200)를 포함하여 구성되어, 예측된 영상 데이터를 적응 양자화시킨 다음 엔트로피 코딩을 수행하여 영상 데이터를 효과적으로 압축시킬 수 있는 것이다.

Description

적용 양자화를 이용한 부호화기(An encoder using adaptive quantization)

제1도는 종래의 무손실 부호화기의 실시예1의 개략적인 구성도.

제2도는 종래의 무손실 부호화기의 실시예1에서 공간 예측에 사용되는 3개의 샘플을 나타내는 도면.

제3도는 종래의 무손실 부호화기의 실시예2의 개략적인 구성도.

제4도는 본 발명의 적응 양자화를 이용한 부호화기의 개략적인 구성도.

제5도는 본 발명에 따른 적응 양자화를 이용한 부호화기에 의해 압축되는 정지 영상을 단계적으로 도시한 것이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

100 : 예측부 120 : 홀수필드검출부

140 : 오차검출부 142 : 짝수필드검출부

144 : 짝수필드예측부 146 : 오차출력부

160 : 선택부 190 : 적응 양자화기

192 : 양자화스텝사이즈결정부 194 : 양자화기

196 : 프레임메모리 200 : 엔트로피 코딩부

본 발명은 정지 영상 데이터를 압축하는 부호화기에 관한 것으로, 특히 예측된 영상 데이터를 적응 양자화시킨 다음 엔트로피 코딩을 수행하여 영상 데이터를 효과적으로 압축시키도록 된 적응 양자화를 이용한 부호화기에 관한 것이다.

일반적으로, 영상이 디지털 신호 형태로 표현될 경우에는 데이터의 양이 매우 크므로, 이를 한정된 전송 채널을 통해 전송하기 위해서는 데이터 압축이 필수적이다.

상기와 같이 영상 데이터를 압축하는 방법으로는 크게 동영상 압축과 정지 영상 압축으로 나눌 수 있으며, 정지 영상을 압축하는 방법으로는 손실허용 부호화와 무손실 부호화 방식이 있다.

손실허용 부호화는 사람이 느끼는데 지장을 주지 않는 범위내에서 일부 정보의 손실을 허용하는 것으로서 평균 20:1, 최대 50∼60:1까지의 높은 압축율을 얻을 수 있다.

반면, 무손실 부호화는 영상 정보를 부호화할 때 원래의 정보를 잃지 않도록 부호화하는 방식으로 주로 의료 정보와 원래의 정보가 손실되면 중대한 결과를 초래할 수 있는 영상 정보를 압축하는데 사용되며 압축율은 약 2:1 정도로 그다지 높지 않다.

이러한 무손실 부호화기는 제1도에 도시된 바와 같이, 입력된 정지 영상 데이터를 인접한 3개의 화소로부터 다음 화소값을 예측하여 예측 화소값을 얻고, 이 예측 화소값과 실제 화소값의 차를 출력하는 예측기(2)와, 상기 예측 화소값과 실제 화소값의 차에 대해 허프만 부호화 또는 산술 부호화를 수행하여 압축된 영상 데이터를 출력하는 엔트로피엔코더(4)로 이루어진다.

즉, 제2도에 도시된 바와 같이, 인접 화소값 A, B, 또는 C로부터 화소값 X를 예측하는데, 예측기를 구성하는 구체적인 방법을 하기 표 1에 정리하였다.

상기 표 1에 의해 얻어진 예측 화소값 X와 실제 화소값 X의 차이가 엔트로피 엔코더(4)에서 엔트로피 코딩되어 무손실 압축이 된다.

또한, 무손실 동작 모드 입력 영상의 예측은 2∼16bits/sample 내에서 자유롭고 7가지 예측기 구성 방법 중에서 어느 것을 사용해도 좋도록 되어 있다.

그러나, 이러한 종래의 무손실 예측 부호화기는 압축율은 약 2:1 정도로 그다지 높지 않을 뿐만 아니라 한번 오차가 발생되면 그 값이 계속 누적되는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 정지 영상을 45도씩 회전시키면서 대각선 방향으로 서브 샘플링을 수행한 다음 예측하여 영상 데이터를 효과적으로 압축시킬 수 있을 뿐만 아니라 영상 데이터를 압축할 때 발생되는 오차를 감소시키도록 된 무손실 부호화기는 이미 제시된 바 있다.

즉, 제3도에 도시된 바와 같이, 무손실 부호화기는, 입력된 정지 영상을 45도 회전시키면서 홀수 필드와 짝수 필드를 각각 서브 샘플링한 다음 홀수 필드로부터 짝수 필드를 예측하여 얻어진 예측 짝수 필드와 실제 짝수 필드의 오차값 및 마지막으로 서브 샘플링된 홀수 필드를 출력하는 예측부(100) 및; 상기 오차값 및 마지막으로 서브 샘플링된 홀수 필드를 엔트로피 코딩하여 출력하는 엔트로피 코딩부(200)를 포함하여 구성된다.

상기 예측부(100)는, 입력된 정지 영상 프레임을 45도 회전시켜 서브 샘플링하여 홀수 필드를 출력하는 홀수필드검출부(120)와; 상기 홀수필드검출부(120)에서 출력된 홀수 필드의 각 화소값들로부터 짝수 필드의 각 화소값들을 예측하여 얻어진 예측 짝수 필드와 실제 짝수 필드의 오차값을 출력하는 오차검출부(140); 상기 홀수필드검출부(120)에서 서브 샘플링되어 출력된 홀수 필드의 서브 샘플링 횟수를 판단하여 일정 회수를 넘지 않았으면 상기 홀수 필드를 상기 홀수필드검출부(120)를 통해 마지막으로 서브 샘플링된 홀수 필드를 출력하는 선택부(160) 및; 상기 오차검출부(140) 및 선택부(160)을 통해 출력된 오차값 및 서브 샘플링된 홀수 필드를 저장하였다가 출력하는 프레임메모리(180)을 포함하여 구성된다.

그리고, 상기 오차검출부(140)는, 입력된 정지 영상 프레임을 45도 회전시켜 서브 샘플링하여 짝수 필드를 출력하는 짝수필드검출부(142)와; 상기 홀수필드검출부(120)에서 출력된 홀수 필드의 각 인접 화소값으로부터 짝수 필드의 각 화소값을 예측하여 예측 짝수 필드를 추력하는 짝수필드예측부(144) 및; 상기 짝수필드검출부(142)에서 서브 샘플링되어 출력된 실제 짝수 필드와 상기 짝수필드예측부(144)에서 출력된 예측 짝수 필드의 각 화소값을 비교하여 오차값을 출력하는 오차출력부(146)를 포함하여 구성된다.

상기와 같이 구성된 무손실 부호화기의 동작을 살펴보면 다음과 같다.

입력된 정지 영상 프레임이 홀수필드검출부(120)와 짝수필드검출부(142)를 통해 대각선 방향으로 서브 샘플링되어 홀수 필드 및 짝수 필드를 각각 출력한다.

그리고, 짝수필드예측수(144)는 상기 홀수필드검출부(120)에서 출력된 홀수 필드의 각 인접 화소값으로부터 짝수 필드의 각 화소값을 예측하여 예측 짝수 필드를 출력하고, 오차출력부(146)는 상기 짝수필드검출부(142)에서 서브 샘플링되어 출력된 실제 짝수 필드의 상기 짝수필드예측부(144)에서 출력된 예측 짝수 필드의 각 화소값을 비교하여 오차값을 출력한다.

한편, 선택부(160)는 상기 홀수필드검출부(120)에서 서브 샘블링되어 출력된 홀수 필드의 서브 샘플링 횟수를 판단하여 일정 회수를 넘지 않았으면 상기 홀수 필드를 상기 홀수필드검출부(120)로 다시 입력하고, 일정 횟수를 넘었으면 상기 홀수필드검출부(120)를 통해 마지막으로 서브 샘플링된 홀수 필드를 출력한다.

상기와 같이 선택부(160)를 통해 출력된 홀수 필드와, 상기 오차 출력부(146)에서 출력된 오차값은 프레임메모리(180)에 저장되었다가 프레임 단위로 출력되는 것이다.

그리고, 상기 프레임메모리(180)를 통해 출력된 홀수 필드와 오차값은 엔트로피 엔코딩부(200)에서 엔트로피 코딩되어 압축된 정지 영상의 데이터가 출력되는 것이다.

따라서, 상기와 같은 무손실 부호화기 영상 데이터를 효과적으로 압축할 수 있을 뿐만 아니라 영상 데이터를 압축할 때 발생되는 오차를 감소시킬 수 있는 것이다.

그러나, 이러한 종래의 무손실 부호화기 또한 압축율이 그다지 높지 않은 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위한 것으로, 예측된 영상 데이터를 적응 양자화시킨 다음 엔트로피 코딩을 수행하여 영상 데이터를 효과적으로 압축시키도록 된 적응 양자화를 이용한 부호화기를 제공하는데 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 적응 양자화를 이용한 부호화기는, 입력된 정지 영상을 45도 회전시키면서 홀수 필드와 짝수 필드를 각각 서브 샘플링한 다음 홀수 필드로부터 짝수 필드를 예측하여 얻어진 예측 짝수 필드와 실제 짝수 필드의 오차값 및 마지막으로 샘플링된 홀수 필드를 출력하는 예측부와; 상기 오차값을 적응 양자화하여 출력하는 적응 양자화기 및; 상기 예측부에서 출력된 홀수 필드 및 상기 적응 양자화기에서 출력된 오차값을 엔트로피 코딩하여 출력하는 엔트로피 코딩부를 포함하여 구성된다.

따라서, 예측부를 통해 출력된 오차값을 양자화함으로써 영상 데이터를 보다 효과적으로 압축할 수 있는 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

제4도는 본 발명의 적응 양자화를 이용한 부호화기의 개략적인 구성도로서, 본 발명에 따른 적응 양자화를 이용한 무손실 부호화기는, 입력된 정지 영상을 45도 회전시키면서 홀수 필드와 짝수 필드를 각각 서브 샘플링한 다음 홀수 필드로부터 짝수 필드를 예측하여 얻어진 예측 짝수 필드와 실제 짝수 필드의 오차값 및 마지막으로 샘플링된 홀수 필드를 출력하는 예측부(100)와; 상기 오차값을 적응 양자화하여 출력하는 적응 양자화기(190) 및; 상기 예측부(100)에서 출력된 홀수 필드 및 상기 적응 양자화기(190)에서 출력된 오차값을 엔트로피 코딩하여 출력하는 엔트로피 코딩부(200)를 포함하여 구성된다.

상기 예측부(100)는, 입력된 정지 영상 프레임을 45도 회전시켜 서브 샘플링하여 홀수 필드를 출력하는 홀수필드검출부(120)와; 상기 홀수필드검출부(120)에서 출력된 홀수 필드의 각 화소값들로부터 짝수 필드의 각 화소값을 예측하여 얻어진 예측 짝수 필드와 실제 짝수 필드의 오차값을 출력하는 오차검출부(140) 및; 상기 홀수필드검출부(120)에서 서브 샘플링되어 출력된 홀수 필드의 서브 샘플링 횟수를 판단하여 일정 회수를 넘지 않았으면 상기 홀수 필드를 상기 홀수필드검출부(120)로 다시 입력하고, 일정 횟수를 넘었으면 상기 홀수필드검출부(120)를 통해 마지막으로 서브 샘플링된 홀수 필드를 출력하는 선택부(160)를 포함하여 구성된다.

그리고, 상기 오차검출부(140)는, 입력된 정지 영상 프레임을 45도 회전시켜 서브 샘플링하여 짝수 필드를 출력하는 짝수필드검출부(142)와; 상기 홀수필드검출부(120)에서 출력된 홀수 필드의 각 인접 화소값으로부터 짝수 필드의 각 화소값을 예측하여 예측 짝수 필드를 출력하는 짝수필드검출부(144) 및; 상기 짝수필드검출부(142)에서 서브 샘플링되어 출력된 실제 짝수 필드와 상기 짝수필드예측부(144)에서 출력된 예측 짝수 필드의 각 화소값을 비교하여 오차값을 출력하는 오차출력부(146)를 포함하여 구성된다.

한편, 상기 적응 양자화기(190)는, 상기 오차출력부(146)에서 출력된 오차값에 따라 양자화 스텝 사이즈를 결정하여 출력하는 양자화스텝사이즈결정부(192)와; 상기 오차출력부(146)에서 출력된 오차값을 상기 양자화스텝사이즈결정부(192)에서 출력된 양자화 스텝 사이즈로 양자화하여 출력하는 양자화기(194) 및; 상기 양자화기(194)를 통해 양자화되어 출력된 오차값과 상기 선택부(160)에서 출력된 홀수 필드를 저장하였다가 출력하는 프레임메모리(196)를 포함하여 구성된다.

이때, 상기 양자화스텝결정부(192)는, 상기 오차출력부(146)에서 출력된 오차값이 클수록 양자화 스텝 사이즈의 크기를 크게 하도록 된다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 적응 양자화를 이용한 부호화기의 작용 및 효과를 상세히 설명하면 다음과 같다.

입력된 정지 영상 프레임이 홀수필드검출부(120)와 짝수필드검출부(142)를 통해 대각선 방향으로 서브 샘플링되어 홀수 필드 및 짝수 필드를 각각 출력된다.

그리고, 짝수필드예측수(144)는 상기 홀수필드검출부(120)에서 출력된 홀수 필드의 각 인접 화소값으로부터 짝수 필드의 각 화소값을 예측하여 예측 짝수 필드를 출력하고, 오차출력부(146)는 상기 짝수필드검출부(142)에서 서브 샘플링되어 출력된 실제 짝수 필드와 상기 짝수필드예측부(144)에서 출력된 예측 짝수 필드의 각 화소값을 비교하여 오차값을 출력한다.

그리고, 선택부(160)는 상기 홀수필드검출부(120)에서 서브 샘플링되어 출력된 홀수 필드의 서브 샘플링 횟수를 판단하여 일정 회수를 넘지 않았으면 상기 홀수 필드를 상기 홀수필드검출부(120)로 다시 입력하고, 일정 횟수를 넘었으면 상기 홀수필드검출부(120)를 통해 마지막으로 서브 샘플링된 홀수 필드를 출력한다.

한편, 상기 오차출력부(146)에서 출력된 오차값은 적응 양자화기(190)를 통해 양자화되어 출력된다.

즉, 양자화스텝사이즈결정부(192)는 상기 오차출력부(146)에서 출력된 오차값에 따라 양자화 스텝 사이즈를 결정하여 출력하고, 양자화기(194)는 상기 양자화스텝사이즈결정부(192)에서 결정되어 출력된 양자화 스텝 사이즈로 상기 오차출력부(146)에서 출력된 오차값을 양자화하여 출력하는 것이다.

이때, 상기 양자화스텝사이즈결정부(192)는 상기 오차출력부(146)에서 출력된 오차값이 클수록 양자화 스텝 사이즈의 크기를 결정하여 출력하는 것이다.

그리고, 상기 양자화기(194)를 통해 출력된 오차값과 상기 선택부(160)에서 출력된 홀수 필드는 프레임메모리(196)에 저장되었다가 출력된다.

상기와 같이 프레임 메모리(195)에서 출력된 홀수 필드와 오차값은 엔트로피 코딩부(200)에서 엔트로피 코딩되어 최종적으로 압축된 정지 영상 데이터가 출력되는 것이다.

한편, 제5도는 본 발명에 따른 적응 양자화를 이용한 무손실 부호화기에 의해 정지 영상을 단계적으로 도시한 것으로, 제5도를 참조하여 본 발명을 다시 설명하면 다음과 같다.

제5도 (a)에 도시된 바와 같이, 입력된 정지 영상 프레임 45도 회전시킨 다음 홀수필드검출부(120) 및 짝수필드검출부(142)에서 각각 서브 샘플링하여 제5도 (b)와 (c)와 같이 홀수 필드와 짝수 필드를 출력한다.

그리고, 짝수필드예측부(144)는 상기 홀수필드검출부(120)에서 출력된 홀수 필드(b)의 각 화소값(A, C,)으로부터 짝수 필드의 각 화소값(B,)을 예측하는 것이다.

즉, 홀수 필드의 각 화속값(A, C,)으로부터 하기 제1식을 사용하여 짝수필드의 각 화소값(B,)에 해당하는 예측된 각 화소값(B',)을 얻게 된다.

예측 화소값(B')=(A+C)/2(제1식)

그리고, 오차출력부(146)는 상기와 같이 예측된 짝수 필드의 각 화소값(B',)과 실제 짝수 필드의 각 화소값(B)로부터 하기 제2식을 사용하여 오차값(B')을 검출하는 것이다.

오차값(B)=실제 화소값(B)-예측 화소값(B')(제2식)

상기와 같이 구해진 오차값(B)는 적응 양자화기(190)를 통해 양자화되어 출력된다.

한편, 상기와 같이 서브 샘플링된 홀수 필드(A, C,)는 제5도 (d)에서 (m)에 도시된 바와 같이, 다시 홀수필드검출부(120) 및 짝수필드검출부(140)으로 입력되어 상기와 같은 과정을 되풀이하게 된다.

이때, 상기와 과정을 반복할수록 오차값이 커지게 되므로, 오차값의 크기를 비교하면 제5도 (c)와 같이 도시된 짝수 필드의 오차값이 제5도 (f)에 도시된 짝수 필드의 오차값보다 작고, 제5도 (f)에 도시된 짝수 필드의 오차값은 제5도 (i)에 도시된 짝수 필드의 오차값보다 작으며, 제5도 (i)에 도시된 짝수 필드의 오차값은 제5도 (m)에 도시된 짝수 필드의 오차값보다 작게 된다.

그러므로, 상기와 같이 특성이 다른 오차값에 대하여 동일한 양자화 스텝 사이즈를 적용하여 양자화를 수행한다면, 양자화 효율이 떨어지게 된다.

따라서, 적응 양자화기(190)를 사용하는 것이 바람직하며, 적응 양자화기(190)를 사용하여 오차값의 크기에 따라 양자화 스텝 사이즈의 크기를 달리하여 양자화함으로써 엔트로피 코딩을 효과적으로 수행할 수 있는 것이다.

즉, 적응 양자화기(190)의 목적은 엔트로피 코딩에 효과적인 데이터를 만들어 내는데 있다.

따라서, 오차값이 큰 경우에는 양자화 스텝을 크게 하여 양자화를 함으로써 양자화 효과를 증대시킬 수 있는 것이다.

그리고, 상기 프레임메모리(190)에서 출력된 데이터는 엔트로피코딩부(200)에서 엔트로피 코딩되어 최종적으로 압축된 영상 데이터가 출력되는 것이다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따르면, 예측된 영상 데이터를 적응 양자화시킨 다음 엔트로피 코딩을 수행하여 영상 데이터를 효과적으로 압축시킬 수 있는 것이다.

Claims (2)

1. 입력된 정지영상을 45도 회전시키면서 홀수 필드와 짝수 필드를 각각 서브 샘플링한 다음 필드로부터 짝수 필드를 예측하여 얻어진 예측 짝수 필드와 실제 짝수 필드의 오차값 및 마지막으로 샘플링된 홀수 필드를 출력하는 예측부(100)와; 상기 오차값을 적응 양자화하여 출력하는 적응 양자화기(190) 및; 상기 예측부(100)에서 출력된 홀수필드 및 상기 적응 양자화기(190)에서 출력된 오차값을 엔트로피 코딩하여 출력하는 엔트로피코딩부(200)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 적응 양자화를 이용한 부호화기에 있어서, 상기 적응 양자화기(190)가 상기 예측부(100)에 출력된 오차값에 따라 양자화 스텝 사이즈를 결정하여 출력하는 양자화스텝사이즈결정부(192)와; 상기 예측부(100)에서 출력된 오차값을 상기 양자화스텝사이즈결정부(192)에서 출력된 양자화 스텝 사이즈로 양자화하여 출력하는 양자화기(194) 및; 상기 양자화기(194)를 통해 양자화되어 출력된 오차값과 상기 예측부(100)에서 출력된 홀수필드를 저장하였다가 출력하는 프레임메모리(196)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 적응 양자화를 이용한 부호화기.
2. 제1항에 있어서, 상기 양자화스텝사이즈결정부(192)는, 상기 예측부(100)에서 출력된 오차값이 클수록 양자화 스텝사이즈의 크기를 크게 하도록 된 것을 특징으로 하는 적응양자화를 이용한 부호화기.