KR100212019B1 - 영상데이타의 변환공정 및 장치 - Google Patents

영상데이타의 변환공정 및 장치 Download PDF

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Abstract

중간 라인구성에서의 영상데이타 블록이 이산코사인 변환(DCT)를 수행할때, 역동적 영상내용의 경우 비효율적이다. 그래서 예를들면 움직임에 적합하고자 8*8 DCT 및 2*(4*8) DCT 사이의 전환을 하게 되었다. 그러나 이 방법은 두 종류의 상이한 변환이 실행되야 하기 때문에 비용이 더 든다. 역동적 영상내용에서, 만약 정적 영상에 대해 DCT변환된 화소에 DCT 변환을 수행하는 대신 특수 메트릭스를 곱한다면 아주 효과적인 코딩이 유지되고 이 영상데이타 처리수행의 비용도 작아진다.

Description

[발명의 명칭]
영상데이타의 변환공정 및 장치
[발명의 상세한 설명]
[종래기술]
본 발명은 영상데이타의 변환을 위한 공정 및 장치에 관한 것이다.
많은 영상데이타 처리분야에서 데이타 감소 코딩(coding)이 요구되는데 예를 들면 디지탈 비디오 레코더 같은 것이다. 공지된 방법에서는 예를 들면 DCT(이산 코사인 변환)방식에 의하여, 일차로 8*8화소와 같은 블록을 변환시킨다. 그러한 공정은 아이이이이(IEEE) 학회지 통신업무에 관한 84년 3월에 간행된 제 COM 32권 제3호에 더블유. 에이치. 첸(W.H.Chen)과 더블유. 케이. 플라트(W.K.Pratt)의 코드화된 장면(Scene Adaptive Coder)라는 논문 같은 곳에 설명되어 있다. 데이타 감소는 그와같은 블록들내의 화소가 서로 연관되고 따라서 중요 변환계수가 각각의 변환된 블록내의 적은공간에 집중되기 때문에 가능하다. 8*8=64 화소 대신, 단지 블록당 아주 적은 계수만 코드화시킬 필요가 있다.
기존의 텔레비죤 표준을 예를들면 PAL, SECAM, MTSC 방식은 필드단위로 동작한다. 만약 두개의 연속적인 필드가 각각의 경우에 결합되며 변환되는 블록들이 이러한 프레임으로부터 얻어진다면, 이러한 블록들내의 각각의 필드로부터 도출되는 화소들은 역동적(dynamic) 영상인 경우 다른 필드에서 도출되는 화소들과 거의 서로 관련되지 않는다. 그결과 이러한 경우에는 변환코딩이 효과적으로 되지 못한다.
[발명]
본 발명은 역동적 영상에서도 효과적인 영상데이타 변환코딩을 제공하는 목적에 기초해 있다.
본 목적은 특허청구범위 제1항에 규정된 특징에 의하여 이루어질 수 있다. 본 발명의 보다 유리한 발전부면은 종속항에서 명확히 하였다.
본 변환코딩은 정적인(static) 그리고 역동적인 영상내용 모두에 적용된다.
독일연방공화국 특허원 제 P3642664에서는 블록당 하나의 대응하는 8*8 DCT와 블록당 두개의 대응하는 4*8 DCT사이를 전환하는 것이 제안되어 있다. 하나의 8*8 DCT는 정적인 영상내용을 가진 각각의 블록을 처리하는 반면 두개의 4*8 DCT 변환은 역동적 영상내용을 가진 블럭을 처리하는데 각자는 각 필드의 화소를 처리하기 위한 것이다. 그러나 이것은 이 방법을 사용하는 장치가 반드시 두가지 형태의 변환을 수행할 수 있어야 하므로 그 실행이 복잡하다는 것을 의미한다.
이러한 복잡성을 줄이기 위하여 4*8 DCT 대신 이미 변환된 8*8 DCT 계수블록의 특수한 추가변환이 수행된다. 이 추가변환은 각 블행의 8*8 DCT 변환계수에 행을 곱하고 대응하는 특수한 메트릭스를 곱하여 이루어진다. 코더(coder)는 8*8 DCT 계수를 코드화하거나 특수한 메트릭스에 의하여 곱해진 8*8 DCT 계수를 코드화하는 것이 더 효과적인지 여부를 감지하여 블록의 또다른 코딩을 실행한다(예를들면 가중, 양자화, 허프망 코딩).
이 특수한 메트릭스는 이 메트릭스에 의한 곱셈이 단순히 가산과 쉬프트 작용만으로 수행되도록 구성되었다.
[도면의 간단한 설명]
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 설명한다.
제1도는 변환계수의 블록을 도시하며,
제2도는 제 1 특수메트릭스를 도시하며,
제3도는 제 2 특수메트릭스를 도시하며,
제4도는 본 발명에 따른 공정에 대한 코더를 도시하며,
제5도는 본 발명에 따른 공정에 대한 디코더(decoder)를 도시한다.
[실시예]
제1도는 8*8 변환계수(12)를 포함하고 있는 블록(10)을 도시하는데, 그것은 8*8 화소의 대응하는 블록의 2차원의 DCT변환에 의하여 생성된다. 이 계수블록(10)내에서 여덟개로 구성된 열(11)은 예를들면 제2도 또는 제3도에 각각 도시된 바와같이 특수메트릭스에 의하여 곱해진다. 특수메트릭스는 비교적 많은 수의 0성분을 가지고 있다. 나머지 요소의 대부분은 2의 배수이다. 열(11)에 특수 메트릭스를 곱하는 것은 약간의 가산과 쉬프트 작동에 의하여 복잡하지 않게 유리하게 실행될 수 있다.
계수블록(10)의 열(11)에 특수메트릭스를 곱하는 것은, 움직이는 영상내용에 새로운 형태의 변환으로 해석되는데 새로운 형태의 변환이란 다음에 서술한 소위 특수변환이라 한다.
이 특수변환은 필드사이의 블록내에서 화소들의 상호관계에 있어서 차이점이란 생각에서 얻어지며 각각 보다 더 효과적인 코딩 그리고 그 결과 더 낮은 데이타율 혹은 보다 높은 영상질을 공급한다.
제4도는 이러한 방법을 이용하여 영상신호를 부호화하는 코더를 도시한다. 라인-블록변환기(40)는 그 입력에서 예를들면 텔레비젼 송신부에 의하여 방사되고,복조되며 그리고 휘도, 색신호로 분류되며 A/D 변환된 디지탈 영상신호를 라인별로 받는다. 이러한 신호로부터, 화소들의 블록은 공지된 방법에 따라 형성되며 그리고 이차원의 DCT 변환을 위한 회로(41)에 공급된다. 이 변환회로는 SGS 톰슨에 의하여 생산되는 STV 3208 타입의 집적회로로 구성할 수 있다. 이 변환회로(41)의 변환계수는 지연회로(49)를 경유해서 비교기(43)의 제 1입력으로 공급된다. 변환회로(41)의 계수는 또한 특수한 변환회로(42)를 통과하는데 회로(42)에는 열형성기(column formers), 가산기, 쉬프터 및 곱셈기를 구비하고 있다. 2*(4*8) 변환을 위한 비교적 복잡한 제 2 DCT변환이 필요없다. 이런 특수변환회로(42)에 있어서, 다음의 메트릭스곱셈이 실행된다. :
[Xn]은 각 경우에 DCT 변환계수(12)의 하나의 열(11)을 표시한다.
[T]는 제2도 또는 제3도에 의한 특수변환메트릭스이다.
[Yn]은 각 경우에 특수한 변환계수와 대응하는 열을 표시한다. 열요소의 값들은 나누어지는데 예를들면 쉬프트 작용에 의하여, 메트릭스[T]의 왼쪽 최상부의 양에 의하여(제2도 및 제3도에서 값32) 나눠지는데 출력(결과)열에 대한 입력열에 해당하는 수치범위를 얻기위해서이다. 그러한 여덟개의 열은 특수한 변환계수의 8*8 블록을 형성하기 위하여 각각의 경우에 다시 결합되며 비교기(43)의 제2입력으로 공급된다.
이 비교기(43)의 입력에서 계수메트릭스[X] 및 [Y]는 다음의 구조를 가지고 있다.
여기서 X11및 Y11`은 각각 왼쪽 최상부 요소이다.
정적인 영상내용의 영상에서, 필수적인 계수 즉 대응하는 디코더에서 영상을 재구성하는데 필요한 양만큼의 계수는 통계적으로 삼각형 X11...18...X81안에 거의 포함된다.
역동적인 영상내용의 상에서, 꼭 필요한 계수 역시 통계적으로 삼각형 X11...X88...X81의 추가영역내에 포함된다. 이 효과는 메트릭스[X]의열에 특수한 메트릭스[T]를 곱한 특수계수메트릭스[Y]에서 감소하다. 그러므로 비교기(43)는 예를들면 두개의 입력으로 주어지며 동일한 화소블록에서 시작되는 계수메트릭스의 줄(row) X81...X88및 Y81...Y88로부터 대응하는 계수양의 두 합계를 형성한다.
두개의 메트릭스중 합계가 작은쪽이 공지된 코딩회로(44)에서 코드화된다.
예를들면 이런 결정을 산출하기 위하여 비교기(43)내에서 메트릭스요소 X81,X82, X83및 여기에 대응하는 Y81, Y82, Y83의 양의 합을 도출하는 것이 가능하다. 코딩회로(44)는 예를들면 가중장치, 주사장치, 양자화기 및 허프만 부호기를 내부에 가지고 있다.
비교기(43)에서 얻어지는 변환형태의 선택정보는 라인(45)을 경유해서 코딩회로(44)의 출력신호에 가산되며 오디오신호 및 채널코딩과 같은 출력신호와 함께 수신기에 보내지거나 또는 저장하는 합성신호(46)를 형성한다.
제5도의 디코더는 입력으로 이런 합성신호(56)를 받는다. 변환형태 디코딩회로(57)에서 디코딩하는 동안 사용된 변환형태에 대한 정보가 복귀되며 라인(55)을 경유해서 전환스위치(58)에 보내진다.
공지된 디코딩회로(54)는 코딩회로(44)에서의 신호처리에 대응하는 역신호처리를 수행한다. 디코딩회로(54)는 따라서 허프만 디코더, 역주사장치, 역가중회로를 포함한다.
디코딩회로(54)의 출력신호는 지연회로(59)를 통해서 전환스위치(58)의 제1입력으로되고 대응하는 역특수변환을 위한 회로(52)에 전달된다. 회로(52)의 출력은 전환스위치(58)의 제2입력과 연결되어 있다.
따라서 라인(55)의 신호에 의하여, 반드시 디코딩회로(54)의 출력신호는 정적인 영상내용인 경우에 역 2차원 DCT 변환을 위한 회로(51)의 입력이 변환되지 않도록 하며 부가적이며 역으로 특수변환된 출력신호는 반드시 역동적 영상내용인 경우 디코딩회로(54)에 공급된다.
역특수변환을 위한 회로(52)에서 계수의 열들은 코더(제4도)에서와 같이 일차로 각각의 계수블록으로부터 얻어지며 이러한 열들은 이미 바뀌어진 제2도나 제3도에 의한 특수메트릭스에 의하여 곱해지는에 그 공식은 다음과 같다.
[Xn]은 각 경우에 특수변환된 계수(12)의 열(11)을 나타낸다.
[TT]는 바꿔진 특수메트릭스[T]이다.
[Yn]은 각 경우에 2차원적으로 변환된 DCT 계수블록과 대응하는 컬럼을 나타낸다. 이러한 블럭들은 코더에서와 마찬가지로 [TT]메트릭스의 왼쪽 최상부요소의 양 및 회로(51)에서 역으로 변환된 DCT 에 의하여 한열씩 한열씩 나누어진다. 역 DCT 변환을 위한 회로(51)는 또한 SGS 톰슨에서 생산되는 STV 3208 집적회로로 구성할 수 있다. 역 DCT 변환을 위한 회로(51)의 출력에서 처음의 화소들은 반드시 다시 이용된다.
이러한 화소블록들은 블록-라인 변환기(50)에서 D/A 변환될 수 있는 라인 직렬 디지탈 영상신호로 변환되고 복합색상 비디오 신호로 변환된다.
병렬코더(제4도) 및 디코더(제5도)는 휘도 및 색신호를 위해 배열될 수 있다. 비교기(43)의 결정은 휘도 및 색채를 위해 각각 만들어지거나 전송될 수 있다. 그러나 또한 휘도만을 위해서 단지 하나의 비교기만 배열이 가능하며, 그러한 결정은 색신호 처리에 대하여서도 또한 유용하다. 비교기나 비교기들(43)은 각 블록에 대하여 각각 결정될 수 있으며 각 경우에 예를들면 하나의 프레임 같이 블록의 그룹에 대한 결정을 할 수 있다.
8개의 8*8 블록크기 대신에 설명에서처럼 연관된 수적인 정보를 변경시킬 수 있는 다른 블록사이즈 예를 들면 16*16 혹은 4*4를 사용할 수 있다.

Claims (12)

  1. 영상 표시 데이타를 인코딩하는 시스템에 사용되는 장치에 있어서, 각각의 블록 내에 영상 데이타의 변환된 값을 각각 나타내는 계수의 행 및 열을 포함하도록 영상 데이타를 블록으로 변환하는 수단; 주로 0값인 행 및 열을 가진 비교 메트릭스와 각각의 계수열을 곱하는 특수 변환 수단; 상기 비교 메트릭스로 곱함으로써 발생하는 소정 계수값의 제1합(a) 및 소정의 수정된 계수값의 제 2합(b)을 비교하며, 상기 제1합 및 2합 중 작은 것과 관련된 계수를 출력에 생성하는 비교 수단; 및 코딩된 출력신호를 생성하도록 상기 비교 수단으로부터의 출력 계수를 코딩하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 비교 메트릭스는 역동적인 영상인 경우에 대응적으로 수정된 계수에 의하여 정지 영상에 가까운 계수분포를 발생하는 것을 특징으로 한는 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 비교 메트릭스는
    형태인 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 비교 메트릭스는
    형태인 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 변환 수단은 이산 코사인 변환을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제 2합은 상기 비교 메트릭스로 곱함으로써 생성되는 수정된 계수의 메트릭스의 적어도 바닥행으로부터 유도되는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제 2합은 상기 수정된 계수의 메트릭스의 바닥행으로부터 배타적으로 유도되는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 비교 수단은 상기 제 1 및 2메트릭스 계수값과 관련된 상기 제 1 및 2합중 어느 것이 작은 지를 나타내기 위하여 상기 비교 결과를 표시하는 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 표시 신호와 상기 코딩된 출력 신호를 결합하는 수단을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 영상 표시 데이타를 변환하고 인코딩하는 시스템에 사용되는 장치에 있어서, 소정수의 행 및 열로 형성된 다수의 영상 데이타 블록으로 영상 표시 라인을 변환하는 라인 대 블록 변환기 수단; 각각의 블록 내에 영상 데이타의 변환된 값을 각각 나타내는 제 1계수를 제공하는 이차원 변환수단; 주로 0값을 가지며 역동적인 영상인 경우에 대응적으로 수정된 계수에 의하여 정지 영상에 가까운 계수분포를 발생하는 비교 메트릭스를 상기 제 계수와 곱하는 특수 변환수단; 신호 지연 수단; 상기 지연 수단을 통하여 제 1입력에서 제 1계수를 수신하며 상기 특수 변환 수단으로부터 제 2입력에서 수정된 계수를 수신하며, 상기 비교 메트릭스로 곱함으로써 발생하는 소정 제 1계수값의 제 1합(a) 및 소정 수정된 계수값의 제 2합(b)을 비교하며, 상기 제 1 및 2합중 작은 것과 관련된 계수를 출력에 생성하는 비교 수단을 포함하는데, 상기 제 2합은 상기 비교 메트릭스와의 곱에 의하여 생성된 수정된 계수의 메트릭스의 적어도 바닥행으로부터 유도되며, 상기 비교 수단은 제 1합 및 제 2합중 어느 것이 작은 지에 대하여 상기 비교결과를 나타내는 신호를 생성하며, 상기 제 1 및 제 2합중 작은 것과 관련된 계수를 출력에 제공하며; 코딩된 출력 신호를 생성하도록 상기 비교 수단으로부터의 출력 계수를 코딩하는 수단; 및 상기 코딩된 출력 신호와 상기 표시 신호를 결합하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 제10항에 따른 코딩된 출력 신호에 응답하며, 비교 결과를 표시하는 신호성분을 추가로 가진 디코딩 장치에 있어서, 상기 표시 신호를 복구하는 수단; 상기 코딩된 신호를 디코딩하는 수단; 입력 및 출력을 가진 역변환 수단; 상기 역변환 수단의 입력에 신호를 전달하며, 제 1 및 2입력을 가지며 상기 표시 신호에 응답하여 상기 제 1입력 또는 제 2입력으로부터 상기 역변환 수단에 신호를 전달하는 스위치 수단; 상기 디코딩 수단에서 상기 스위치 수단의 제 1입력까지 출력신호를 연결하는 수단; 상기 디코딩 수단으로부터 출력 신호를 수신하는 입력 및 상기 스위치 수단의 제 2입력에 연결된 출력을 가지며, 주로 0값을 가진 전치 비교 메트릭스와 입력 신호를 곱하는 역 특수 변환 수단; 및 출력 신호를 제공하기 위하여 상기 역 특수 변환 수단으로부터의 출력 신호에 응답하는 블록 변환기 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 디코딩 장치.
  12. 제10항에 있어서, 상기 전치 비교 메트릭스는 이동 영상인 경우에 대응적으로 수정된 계수에 의하여 정지 영상에 가까운 계수분포를 발생하는 것을 특징으로 하는 디코딩 장치.
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