KR100210399B1

KR100210399B1 - 쿼드트리 디코딩방법

Info

Publication number: KR100210399B1
Application number: KR1019960037606A
Authority: KR
Inventors: 정성학
Original assignee: 전주범; 대우전자주식회사
Priority date: 1996-08-31
Filing date: 1996-08-31
Publication date: 1999-07-15
Also published as: KR19980017789A

Abstract

본 발명은 영상신호의 쿼드트리 복호화방법에 관한 것으로, 비트 스트림을 수신한 후 수신된 트리정보와 밝기값을 분리하여 저장하는 단계(300,301); 하위분할할 영역을 중심으로 인접한 9개의 상위영역의 밝기값을 구하는단계(302); 해당 영역을 4개의 하위영역으로 분할하는 단계(303); 분할된 4개의 하위영역에 대해 소정의 식에 따라 각각 밝기값을 구하는 단계(304);및 상기 분할결과 설정된 최하위 영역까지 분할이 완료되지 않으면 상기 분할단계를 반복 수행하여 분할된 영역의 밝기값을 구하는 단계(305)로 이루어져 블록화 현상을 억제할 수 있는 효과가 있다.

Description

쿼드트리 디코딩방법

본 발명은 영상부호화 및 복호화 기술에 관한 것으로 특히, 쿼드트리(quadtree) 부호화된 비트 스트림(bit stream)을 수신하여 복호(decoding)하는 방법에 관한 것이다.

멀티미디어분야에 대한 관심의 증가와 더불어 영상신호를 부호화하는 다양한 기술들이 연구되고 있다. 이러한 영상부호화 기술의 한 종류로서, 영상처리분야에서 영역화(segmentation)의 한 기법으로 널리 이용되고 있던, 쿼드트리(quadtree)를 이용한 영상부호화의 가능성이 제기되면서 이를 구현하기 위한 다양한 알고리즘들이 제안되고 있다. 여기서 쿼드트리(Quadtree)란 널리 알려진 바와 같이, 한 화면의 영상 데이타에 균일성 검사함수를 적용한 후 소정의 기준치와 비교하여 일치하지 않으면 그 영역을 일치할 때까지 4개의 균등한 영역으로 반복 분할하는 것으로, 분할된 결과를 트리구조로 표현하면 일련의 4개의 가지를 갖는 트리들로 표현된다.

일반적으로 제안되는 쿼드트리를 이용한 부호화의 방법을 도 1a, 1b, 도 2a, 2b, 도 3을 참조하여 설명하면, 다음과 같다.

도 1a는 쿼드트리 엔코딩을 설명하기 위한 제 1 예이고, 도 1b는 제 1 예의 트리구조, 도 2a는 쿼드트리 엔코딩을 설명하기 위한 제 2 예, 도 2b는 제 2 예의 트리구조이며, 도 3은 쿼드트리 엔코딩의 흐름도이다.

임의의 영상에 쿼드트리를 적용하여 분할한 결과 그 영상이 도 1a와 같이, 분할되었다면, 이를 트리로 표시하면 도 1b와 같다. 즉, 하나의 2차원 영상은 0, 1, 2, 3영역으로 분할되고, 1 영역은 다시 10, 11, 12, 13 영역으로 분할되며, 12 영역은 다시 120, 121, 122, 123 영역으로 분할되었다. 이와 같이 분할된 결과 하나의 2차원 영상은 0, 2, 3, 10, 11, 13, 120, 121, 122, 123 사각형 영역으로 나누어지고, 이들 구분된 각 영역들은 도 1b의 트리에서 터미날 노드(terminal node, 혹은 leaf)로 표현되고, 각 터미날 노드(즉, 사각형 영역)는 평균 밝기값을 갖는다.

이때 쿼드트리에 의해 부호화하기 위해서는 도 1b와 같이 표현되는 트리의 노드들에 대해서 상위 계층( 최상위계층은 루트)에서부터 하위계층으로 순차적으로 0과 1을 부여하는데, 이때 해당 노드가 터미날 노드이면 0을, 다시 하위계층으로 분기되는 노드이면 1을 부여한다.

따라서 1b와 같이 분할된 영상의 트리정보는 1-0100-0010-0000으로 표현되고, 각 터미날 노드의 밝기값을 양자화하여 순차적으로 보내면 쿼드트리에 의한 부호화가 된다. 즉, 쿼드트리에 의한 부호화의 결과는 트리정보와, 각 터미날 노드의 양자화된 밝기값으로 나타난다. 예컨대, 도 1a에서 0 영역의 양자화된 밝기값이 36, 2 영역의 양자화된 밝기값이 40, 3영역의 양자화된 밝기값이 26, 10 영역의 양자화된 밝기값이 76이라면 트리정보와 함께 순차적으로 전송될 밝기값의 데이터는 36-40-26-76-...... 이다.

쿼드트리에 의한 양자화를 이해하기 쉽도록 쿼드트리분할된 다른 경우의 예에 적용해보면, 다음과 같다.

즉, 도 2a와 같이 쿼드트리에 의해 분할된 경우, 도 2b와 같이 트리가 형성되는데, 이때 트리정보는 1-0110-0000-1001-0000-0000 로 표현된다.

이와 같이 쿼드트리에 의한 부호화 과정을 정리하면 도 3에 도시된 흐름과 같이, 영상 데이타를 입력받아 2차원으로 표시하는 단계(100); 상기 2차원 영상 데이터에 대해 쿼드트리를 적용하여 최소 사각형으로 분할하는 단계(101); 분할된 쿼드트리로부터 트리정보를 생성하는 단계(102); 쿼드트리 분할 결과 최종적으로 얻어진 사각형 영역들의 평균 밝기값을 양자화하는 단계(103); 상기 트리정보와 양자화된 밝기값을 전송하는 단계(104) 순으로 이루어진다.

도 3을 참조하면, 2차원 영상에 대해 쿼드트리를 적용하면 도 1a 및 도 2a에 도시된 바와 같이, 분할된 영역의 균일성에 따라 다시 4 분할되고, 그 결과는 1b 및 2b의 트리와 같이 표현된다. 이때 임의의 영역을 다시 4 분할할 것인지 분할하지 않을 것인지의 여부는 분할된 영역에 균일성 검사함수를 적용한 후, 소정의 기준치와 비교하므로써 정해진다.

이와 같이 쿼드트리에 의해 부호화된 비트 스트림을 수신하여 복호화하는 종래의 방법은 도 4에 도시된 바와 같이, 비트 스트림을 수신하는 단계(200); 수신된 비트스트림에서 트리정보와 밝기값을 분리하는 단계(201); 수신된 트리정보에 따라 쿼드트리를 재생하는 단계(202); 재생된 쿼드트리의 각 영역에 수신된 밝기값을 할당하는 단계(203)로 구성되어 쿼드트리 부호화되어 전송되는 비트 스트림을 수신하여 복호화한다.

그런데 이와 같이 종래의 방식에 따라 쿼드트리 복호화할 경우에 각 사각형 영역이 구별되어 보이는 블록화현상(blocking effect)이 나타나는 문제점이 있다.

즉, 쿼드트리도 일종의 블록부호화이므로 대부분의 블록부호화에서 발생되는 블록화현상이 쿼드트리 부호화에서도 나타나 화질을 열화시키는 요인이 된다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로, 쿼드트리 부호화된 비트 스트림을 수신한 후 더욱 세분화된 영역으로 재생하므로써 블록화 현상을 억제할 수 있는 쿼드트리 복호화방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 방법은, 비트 스트림을 수신한 후 수신된 트리정보와 밝기값을 분리하여 저장하는 단계; 하위 분할할 영역을 중심으로 인접한 9개의 상위영역의 밝기값을 구하는단계; 해당 영역을 4개의 하위영역으로 분할하는 단계; 분할된 4개의 하위영역에 대해 소정의 식에 따라 각각 밝기값을 구하는 단계; 및 상기 분할결과 설정된 최하위 영역까지 분할이 완료되지 않으면 상기 분할단계를 반복 수행하여 분할된 영역의 밝기값을 구하는 것을 특징으로 한다.

이와 같이 쿼드트리 부호화된 비트 스트림을 복호화함에 있어서, 설정된 최하위 단위까지 소정의 식에 따라 밝기값을 구함으로써 블록화현상을 억제할 수 있다.

도 1a는 쿼드트리 엔코딩을 설명하기 위한 제 1 예,

도 1b는 제 1 예의 트리구조,

도 2a는 쿼드트리 엔코딩을 설명하기 위한 제 2 예,

도 2b는 제 2 예의 트리구조,

도 3은 일반적인 쿼드트리 엔코딩의 흐름도,

도 4는 쿼드트리 엔코딩된 비트 스트림을 수신하여 복호하는 종래의 흐름도,

도 5는 쿼드트리 엔코딩된 비트 스트림을 수신하여 복호하는 본 발명의 흐름도,

도 6은 본 발명에 따라 하위 영역의 밝기값을 정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 자세히 설명하기로 한다.

도 5는 쿼드트리 엔코딩된 비트 스트림을 수신하여 복호하는 본 발명의 흐름도이고, 도 6은 본 발명에 따라 하위 영역의 밝기값을 정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.

본 발명의 쿼드트리 복호화하는 방법은 도 5에 도시된 바와 같이, 비트 스트림을 수신하는 단계(300); 수신된 비트 스트림에서 트리정보와 밝기값을 분리하여 저장하는 단계(301); 하위 분할할 영역을 중심으로 인접한 9개의 상위영역의 밝기값을 구하는 단계(302); 해당 영역을 4개의 하위영역으로 분할하는 단계(303); 분할된 4개의 하위영역에 대해 소정의 식에 따라 각각 밝기값을 구하는 단계(304); 및 상기 분할결과 설정된 최하위 영역까지 분할이 완료되지 않으면 상기 분할단계를 반복 수행하는 단계(305)로 이루어진다.

본 발명이 적용되기 위해서는 앞서 설명한 바와 같이, 수신된 비트 스트림이 쿼드트리 부호화된 스트림이어야 한다. 이와 같이 쿼드트리 부호화된 비트 스트림에는 적어도 트리정보와 터미날 노드들의 밝기값이 포함되어 있다.

비트 스트림을 수신한 후 수신된 트리정보와 밝기값을 분리하여 저장하는 단계(300,301)에서는 수신된 비트 스트림에서 트리정보와 밝기값을 분리한 후, 다음의 과정에서 이용할 수 있도록 이를 메모리에 저장해 놓는다. 종래에는 수신된 쿼드트리정보를 이용하여 송신시와 동일한 쿼드트리를 재생한 후, 재생된 각 영역에 밝기값을 대응시켰으나 본 발명에서는 블록화 현상을 억제하기 위하여 송신시보다 더욱 세밀하게 영역을 분할하므로 트리정보와 밝기값은 계산을 위해 일시 저장해 놓는다.

이때 수신된 트리정보를 이용하여 어느 정도까지 세밀하게 분할할 것인지는 적용되는 시스템 및 영상신호의 특성에 따라 설정하는 것이 바람직한데, 예컨대 픽셀단위까지 분할할 경우 블록화현상을 억제하기 위해서는 가장 효과적이나 많은 계산단계를 거쳐야하는 단점이 있다.

이어서 하위분할할 영역을 중심으로 인접한 8개(자신을 포함하여 3×3 개)의 상위영역의 밝기값을 구하고, 해당 영역을 4개의 하위영역으로 분할한다(302,303). 이때 인접한 8개의 상위 영역의 밝기값은 수신된 밝기값을 이용하여 확장해서 구한다. 이와 같이 상위영역의 밝기값을 알고 있어야만 분할할 영역의 밝기값을 구할 수 있다. 이때 확장에 의해 구해진 상위영역의 값이 정의되지 않은 경우에는 인접한 영역의 값을 그대로 복사하여 사용한다.

이어서 분할된 4개의 하위영역에 대해 소정의 식에 따라 그 밝기값을 각각 구하고, 상기 분할결과 얻어진 영역들이 설정된 최하위 영역이 아니면 상기 단계를 반복 수행하여 분할된 영역의 밝기값을 구한다(304,305).

즉, 도 6에서와 같이, 현재계층(i)이 상위계층(i+1)으로부터 4분할되어 형성되었고, 이중 하나가 다시 4분할되어 하위계층(i-1)을 형성할 때, 분할된 4개 하위계층(i-1)의 영역은 m=0, n=0; m=0, n=1; m=1, n=0; m=1, n=1 으로 구분된다.

또한, 분할할 상위계층의 영역의 밝기값을 X_i(k,l)이라 하고, 인접한 8개 상위영역의 밝기값을 각각 X_i(k-1,l-1), X_i(k-1,l), X_i(k-1,l+1), X_i(k,l-1), X_i(k,l+1), X_i(k+1,l-1), X_i(k+1,l), X_i(k+1,l+1)이라 하면, 상기 분할된 4개의 영역에서 밝기값은 수학식 1과 같다.

여기서, m과 n은 도 6에서와 같이, 분할된 4개의 영역에 따라 0 또는 1의 값을 가지고,,,이다.

이어서 상기와 같은 4 분할과정을 반복적으로 적용하여 분할된 영역이 설정된 영역 이하가 되면 분할을 중지한다. 이때 앞서 설명한 바와 같이, 픽셀단위까지 분할을 반복할 수도 있으나 시스템 및 입력영상의 특성을 고려하여 적절한 레벨까지 분할하는 것이 바람직하다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따라 쿼드트리 부호화된 비트 스트림을 복호화함에 있어서, 설정된 최하위 단위까지 소정의 식에 따라 밝기값을 구함으로써 블록화현상을 억제할 수 있는 효과가 있다.

Claims

쿼드트리 엔코딩된 비트 스트림을 수신하여 트리정보와 밝기값에 의해 쿼드트리를 재생하여 영상신호를 복호하는 쿼드트리 복호방법에 있어서,

수신된 비트 스트림에서 트리정보와 밝기값을 분리하여 저장하는 단계(300,301); 상기 트리정보와 밝기값으로 쿼드 트리를 형성함에 있어 하위 분할할 영역을 중심으로 인접한 소정 수의 상위영역의 밝기값을 구하는 단계(302); 해당 영역을 소정 수의 하위영역으로 분할하는 단계(303); 분할된 소정 수의 하위영역에 대해 소정의 식에 따라 각각 밝기값을 구하는 단계(304);및 상기 분할결과 설정된 최하위 영역까지 분할이 완료되지 않으면 상기 분할단계를 반복 수행하여 분할된 영역의 밝기값을 구하는 단계(305)로 이루어진 쿼드트리 디코딩방법.
제1항에 있어서, 상기 하위영역의 밝기값을 구하는 단계는 수학식에 따라 하위영역의 밝기값을 구하는 것을 특징으로 하는 쿼드트리 디코딩방법.