KR100213015B1 - 양자화 방법 및 회로 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 양자화 방법 및 회로에 관한 것이다. 그 방법은 1매크로 블럭내의 제1화소값들의 수평 방향의 기울기와 수직방향의 기울기를 계산하는 수평방향 및 수직방향 기울기 계산단계, 상기 수평방향 기울기와 수직방향 기울기들 중 최대 수평방향 기울기와 최대 수직방향 기울기값을 결정하는 최대값 결정단계, 만일 상기 최대값이 제1스레쉬홀드 값보다 큰 경우에는 복잡부 클래스, 만일 상기 최대값이 제2스레쉬홀드 값보다 크고 제3스레쉬홀드 값보다 작은 경우에는 엣지클래스로 각각 분류하는 분류단계, 1매크로 블럭의 제1화소값에 대해 상기 매크로 블럭내의 4개의 블럭의 이산 여현 변환계수의 절대값의 합을 계산하여 변화도 값을 계산하는 변화도 값 계산단계, 1매크로 블럭의 변화도 계수와 동일 종류의 전 화소의 평균 변화도 값을 이용하여 변화도 정규화 계수를 계산하는 변화도 정규화 계수 계산단계, 및 클래스 분류와 이산 여현 계수의 에너지에 따른 시각 특성 및 부호와 효율을 고려한 순방 추측을 통하여 후방 비율 제어에서 산출되는 기준 양자화 값을 계산하는 기준 양자화 값 계산단계로 이루어져 있다. 따라서, 고능률, 고화질의 동화상 압축회로를 구현할 수 있다.

Description

양자화 방법 및 회로
제1도는 종래의 동화상 압축회로의 블럭도이다.
제2도는 본 발명의 동화상 압축회로의 블럭도이다.
제3도는 제2도에 나타낸 블럭도의 클래스 분류기의 블럭도이다.
본 발명은 양자화 방법 및 회로에 관한 것으로, 특히 동화상의 고능률 부호화를 위한 양자화 방법 및 회로에 관한 것이다.
현재 광범위하게 사용되고 있는 영상정보의 저장 혹은 전송 시스템은 아날로그 방식으로서 이 아날로그 방식을 디지탈 방식으로 전환할 경우 화질, 신뢰성, 및 데이타 처리의 편리성 등에 보다 우수한 성눙을 얻을 수 있어 이에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이러한 영상 신호의 디지탈 처리 기술은 ISDN. HDTV, 영상 회의 시스템등에 적용되고 있으며 그 응용 범위가 더욱 확대될 전망이다.
그러나, 디지탈 방식의 영상 신호 처리 시스템은 아날로그 방식에 비하여 그 정보량이 방대해지기 때문에 전송 채널 및 저장매체의 효율적인 사용을 위해 정보량을 감축시키는 기술이 필요하다.
이산 여현 변환(DCT; Discrete Coslne Transform)을 이용한 영상 부호화의 장점은 변환을 통한 영상신호의 에너지가 저주파 부분에 집중되어 있으므로 이 부분을 보다 충실히 부호화함으로써 적은 정보량으로 원래의 영상신호가 갖고 있는 정보를 충실히 표현할 수 있다는 점이다. 또한, 가변장 부호화 방법은 영상 정보가 갖고 있는 확률 밀도를 참조하여 주어진 코드 워어드를 가변적으로 할당하여 그 가변 길이의 코드 워어드를 전송하는 방법으로써 처리해야 하는 영상정보들이 불균일하게 분포해 있을 때 적합한 방법이다 .
따라서 불균일한 영상 정보들이 분포되어 있는 동화상 신호를 충분히 표현하기 의한 압축 기법으로는 DCT 부호화를 통한 가변장 부호화 기법이 비교적 효과적이라 할 수 있다.
그러나, DCT 부호화 후의 정보는 일반적으로 원래의 신호에 비해 분산값은 작아지지만 동적 범위는 커진다. 따라서, 이를 표현하기 위해서는 보다 많은 정보량이 요구되기 때문에 DCT부호화된 정보들을 양자화 과정을 통하여 유한 개수의 부호들로 표현함으로써 정보량을 줄일 수 있다. 즉, 양자화 과정은 주어진 가변장 코드북(codebook)내의 부호로 DCT변환된 영상 데이타를 근사화시키는 과정이라 볼 수 있다· 따라서, 원래의 영상 정보들을 주어진 갯수의 대표값으로 표현하는 양자와 과정을 통하여 정보 왜곡이 발생하게 되며 결국 화질 열화의 원인이 된다.
일반적으로 영상 정보들을 가변장 부호화하여 압축된 영상 정보들을 저장 또는 전송해야 하는 경우, 단위 시간당 발생하는 정보량이 일정해야 하므로 버퍼를 설치하고 전방 또는 후방의 비율 제어를 통해 산출 정보량을 조절해야 하는데 이러한 비율 제어의 중요 기능은 결국 양자화 스텝 사이즈 조절을 통하여 구현되는 것이다.
즉, 종래의 전방의 비율 제어 방식은 저장 또는 전송 매체에 의한 오차가 주어진 고정장 단위에서만 전파되는 장점이 있는 반면, 발생정보량을 고정장 단위의 목표 정보량에 정확히 일치시키기 어려워 부호화 효율을 감소시키는 단점이 있으며 또한 후방의 비율 제어방식은 버퍼의 상태를 일정 주기로 확인하여 버퍼의 충만도에 따라 양자화기의 스텝 사이즈를 조절하기 때문에 저장 혹은 전송되는 발생 정보량을 목표정보량과 일치시켜 줄 수 있는 장점이 있는 반면에 양자와 스텝 사이즈가 인간의 시각 특성과 무관하게 결정되므로 시각적 화질 열화가 발생되기 쉽다.
또한, 최근에는 제1도에 나타낸 것과 같이 더욱 많은 정보량을 감축하기 위해 움직임 보상 부호화(NlCC. motion compensatlon codlng)와 이산 여현 변환(DCT) 부호와의 하이브리드 방법을 채용하고 또한 위의 비율 제어에 의해 발생안 화질 열화를 개선하기 위해 후방의 비율 제어방식을 통해 갱신되는 양자화 스텝사이즈를 기준으로하여 순방 추측이라는 국부적인 화상의 복잡도 판별에 의해 최종적으로 튜닝하는 방식을 제안하고 있으나. 공간 영역상의 시각 특성만을 복잡도 판별의 기준으로 고려하고 있기 때문에 움직인 보상 부호화에 의안 기준신호의 코딩시 실제 코딩되는 데이타 특성과 시각 특성의 미스매칭(mismatchlng)에 의해 부호화 효율이 저하되며 화질열화의 문제가 발생하게 된다.
본 발명의 목적은 이산 여현 변환된 동화상 신호를 가변장 부호화를 통하여 압축할 때 정보 왜곡 및 화질 열화의 원인이 되는 양자화 오차를 인간의 시각 특성에 맞게 분산시켜 선정하는 양자학 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 상기 방법을 구현하기 위한 양자화 회로를 제공하는데 있다.
이와같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 양자화 방법은 1매크로 블럭내의 제1화소값들의 수평 방향의 기울기와 수직방향의 기울기를 계산하는 수평방향 빚 수직방향 기울기 계산단계, 상기 수평방향 기울기와 수직방향 기울기들 중 최대 수평방향 기울기와 최대 수직방향 기울기값을 결정하는 최대값 결정단계, 만일 상기 최대값이 제1스레쉬홀드 값보다 큰 경우에는 복잡수 클래스, 만일 상기 최대값이 제2스레쉬홀드 값보다 크고 제3스레쉬홀드 값보다 작은 경우에는 엣지 클래스로 각각 분류하는분류단계, 1매크로 블럭의 제1화소값에 대해 상기 매크로 블럭내의 4개의 블럭의 이산 여현 변환계수의 절대값의 합을 계산하여 변화도 값을 계산하는 변화도 값 계산단계, 1매크로 블럭의 변화도 계수와 동일 종류의 전 화소의 평균 변화도 값을 이용하여 변화도 정규화 계수를 계산하는 변화도 정규화 계수 계산단계, 및 클래스 분류와 이산 여현 계수의 에너지에 따른 시각 특성 및 부호화 효율을 고려한 순방 추측을 통하여 후방 비율 제어에서 산출되는 기준 양자와 값을 계산하는 기준 양자화 값 계산단계로 이루어져 있다.
상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 양자화 회로는 1매크로 블럭내의 제l화소값들의 수평 방향의 기울기를 계산하고 각 기울기들의 평균값을 계산하는 수평방향 기울기 계산수단, 1매크로 블럭내의 제1화소값들의 수직 방향의 기울기를 계산하는 수직방향 기울기 계산수단.
상기 수평방향 기울기와 수직방향 기울기들 중 최대 수평방향 기울기와 최대 수직방향 기울기값을 결정하는 최대값 결정수단, 만일 상기 최대값이 제l스레쉬홀드 값보다 큰 경우에는 복잡수 클래스, 만일 상기 최대값이 제2스레쉬홀드 값보다 크고 제3스레쉬홀드 값보다 작은 경우에는 엣지 클래스로 각각 분류하기 의한 분류수단,1매크로 블럭의 제1화소값에 대해 상기 매크로 블럭내의 4개의 블럭의 이산 여현 변화계수의 절대값의 합을 계산하여 변화도 값을 계산하는 변화도 값 계산수단,l매크로 블럭의 변화도 계수와 동일 종류의 전 화소의 평균변화도 값을 이용하여 변화도 정규화 계수를 계산하는 변화도 정규화 계수 계산수단, 및 클래스 분류와 이산 여현 계수의 에너지에 따른 시각 특성 및 부호화 효율을 고려한 순방 추측을 통하여 후방 비율 제어에서 산출되는 기준 양자화 값을 계산하는 기준 양자화 값 계산수단으로 이루어져 있다.
첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명의 양자화 방법을 설명하면 다음과 같다.
제1도는 본 발명의 동화상 압축회로의 블럭도이다.
제1도에 있어서. 동화상 압축회로는 프레임 기록기(10), 필드/프레임 메모리(11), 감산기(l2), 이산 여현 변화기(13), 양자화기(14), 필드/프레임 이산 여헌 변환 선택기(15), 매크로 블럭 분류기(16), 변화도 계산기(17), 비율 제어기(18), 움직임 추측기(19), 움직임추측기(20), 적응 예측기(2l), 필드/프레임 메모리(22). 역양자화기(23), 반전 이상 여현 변환기(24), 가산기(25), 가변장 부호 선택기(26), 및 버퍼(27)로 구성되어 있다.
이산 여현 변환 부호화 방식은 원영상을 2차원 변환하여 변환계수들에 대한 통계적 성질을 구하고 그 통계적 성질에 적합한 양자화방법을 적용해 데이타를 압축하는 기법이다.
동화상 압축회로는 4 : 2 : 2 포맷의 요소(Y : 720화소 * 480라인. Cr, Cb ; 360화소 * 480라인) 의 입력신호를 색차신호에 대해 라인서브-샘플링하여 4 : 2 : 0 의 포맷으로 변환한 후 이 신호를 부호부의 입력 신호원으로 사용한다. 또한. 양자화기의 갱신 단위는 1매크로 블록(lMB)(Y:16 *16. Cr, Cb : 8*8)으로 하여 비율 제어 및 순방 추측을 시행한다 순방 추측은 인간의 시각 특성의 반영 측면에서 동화상 신호에 대한 공간 영역상의 클래스 분류를 하며 또한, 부호화 효율 측면에서 실제 부호화되는 DCT변환 계수값을 이용한 활동을 파라메타로 하여 비율 제어에서 발생한 기준 양자화 값을 최종 튜닝하는 과정으로 1MB에 대한 양자화기를 선정한다.
제2도는 제2도에 나타낸 매크로 블럭 분류기의 블럭도이다.
제2도에 있어서, 클래스 분류기는 매크로 블럭 포맷터(50), 매크로 블럭 버퍼(5l), 래치(52), 감산기(53), 매크로 블럭 버퍼(54), 라인 지연기(55), 감산기(56), 누산기(57), 래치(58), ROM(59), 비교기(60), 비교기(61)· 계수기(62), 계수기(63), 비교기(64). 및 ROM(65)로 구성되어 있다.
본 발명에서의 동화상 신호에 대한 클래스 분류는 원 화상 또는 차 화상에 관계없이 엣지부 및 복잡부의 2종류로 구성하여 공간영역에서 시행한다. 이러한 이유는 인간의 시각 특성은 변화부보다는 평탄부에 민감하며 또한 엣지 영역에서는 더욱 민감하므로 이러한 시각 특성을 이용하여 엣지 성분이 많이 분포하고 있는 매크로 블럭은 좀 더 세밀히 양자화하고 복잡 성분이 많이 분포하고 있는 매크로 블럭은 좀더 거칠게 양자화함으로써 전체 발생 정보량은 클래스 분류이전의 상태와 동일하게 하면서 시각 특성을 반영한 양자화기를 선정하고자 한 것이다.
클래스 분류의 방법은 1MB내의 Y신호(16*16)의 화소 기울기 및 밝기 특성을 이용하며 분류기준은 다음과 같다.
수평방향의 기울기는 아래의 식에 따라 구한다.
여기에서
이때, 화소 기울기의 판별 기준값은 MB의 평균 밝기에 따라 다음과 같이 차등적으로 적용하는데 이러한 이유는 MB의 평균밝기에 따라 인간의 시각이 반응하는 엣지 판별능력이 다르기 때문에 평균밝기가 매우 어둡거나 또는 매우 밝을 경우 화소 기울기의 차이를 크게하여 시각 특성에 맞는 클래스 분류를 시행하고자 한 것이다.
즉,라고 할 때
여기에서, A96, B200이며 K1 K2 K3이며 는 2비트 오른쪽으로 쉬프트하는 것을 나타내는 연산자이다.
수직 방향의 기울기는 아래의 식에 따라 구한다.
여기에서 dV(i, j)는 다음의 조건을 만족한다
따라서. 위의 매크로 블럭의 기울기의 판별값인 final det를 이용한 엣지부 및 복잡부의 클래스 분류는 다음과 같이 시행한다.
복잡부 클래스 : Q sub = 2 if (final det NO THl)
엣지 클래스 : Qsub : -2 else if (NO TH2 final det NO TH3)
그외 : Q sub = 0
여기에서, NO TH1 NO TH2 NO TH3
실제 코딩에 사용되는 원 화상 또는 차 화상의 변화도(act) 파라메타로서 1매크로 블럭의 Y신호(16*16)에 대해 4개의 블럭(8*8)의 이산 여현 변환 계수의 절대값의 합값을 이용하여 아래의 식에 따라 계산한다.
act = min (abs sum)
sblk=1.4
여기에서,
단,DCT 계수
따라서, 의와같이 산출된 1매크로 블럭의 변화도 파라메타인 액트(act)값과 동일 종류의 전 화상의 평균 변화도를 통하여 다음과 같이 변화도 정규화 파라메타인 Nact를 산출한다.
이러한 이유는 일반적인 화상의 특성상 DCT변환 영역상의 에너지가 작은 부분은 에너지가 큰 부분에 비해 시각적으로 민감하므로 에너지가 작은 부분은 좀 더 세밀한 양자화기를 선정하고 에너지가 큰 부분은 좀 더 거칠은 양자화기를 선정하는 이산 여현 변환 계수의 에너지를 고려한 양자화기의 좋은 튜닝을 하기 위한 것이다.
양자화기 파라메타 선정부는 공간 영역상 시각 특성에 따른 클래스 분류와 DCT계수의 에너지에 따른 시각 특성 및 부호화 효율을 고려한 순방 추측을 통하여 후방 비율 제어에서 산출되는 기준 양자화를 다음과 식과 같이 튜닝한다.
양자화 파라메타 =기준 양자화 * N act + Q sub
따라서, 본 발명에 의해 인간의 시각 특성 및 부호화 효율에 따른 효과적인 양자화기를 선정할 수 있어 고능률, 고화질의 동화상 압축회로를 구현할 수 있다.

Claims (2)

1매크로 블럭내의 제1화소값들의 수평방향의 기울기와 수직방향의 기울기를 계산하는 수평방향 및 수직방향 기울기 계산단계 ; 상기 수평방향 기울기와 수직방향 기울기들 중 최대 수평방향 기울기와 최대 수직방향 기울기값을 결정하는 최대값 결정단계 ; 만일 상기 최대값이 제1스레쉬홀드 값보다 큰 경우는 복잡수 클래스, 만일 상기 최대값이 제2스레쉬홀드 값보다 크고 제3스레쉬홀드 값보다 작은 경우에는 엣지 클래스로 각각 분류하는 분류단계 ; 1매크로 블럭의 제1화소값에 대해 상기 매크로 블럭내의 4개의 블럭의 이산 여현 변환계수의 절대값의 합을 계산하여 변화도 값을 계산하는 변화도 값 계산단계 ; l매크로 블럭의 변화도 계수와 동일 종류의 전 화소의 평균 변화도 값을 이용하여 변화도 정규화 계수를 계산하는 변화도 정규화 계수 계산단계; 및 클래스 분류와 이산 여현 계수의 에너지에 따른 시각 특성 및 부호화 효율을 고려한 순방 추측을 통하여 후방 비율 제어에서 산출되는 기준 양자화 값을 계산하는 기준 양자화 값 계산단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 양자화 방법.
1매크로 블럭내의 제1화소값들의 수평 방향의 기울기를 계산하고 각 기울기들의 평균값을 계산하는 수평방향 기울기 계산수단 ; 1매크로 블럭내의 제1화소값들의 수직 방향의 기울기를 계산하는 수직방향 기울기 계산수단 ; 상기 수평방향 기울기와 수직방향 기울기들 중 최대 수평방향 기울기와 최대 수직방향 기울기값을 결정하는 최대값 결정수단 ; 만일 상기 최대값이 제1스레쉬홀드 값보다 큰 경우에는 복잡수 클래스, 만일 상기 최대값이 제2스레쉬훌드 값보다 크고 제3스레쉬홀드 값보다 작은 경우에는 엣지 클래스로 각각 분류하기 위한 분류수단 ; 1매크로 블럭의 제1화소값에 대해 상기 매크로 블럭내의 4개의 블럭의 이산 여현 변환계수의 절대값의 합을 계산하여 변화도 값을 계산하는 변화도 값 계산수단. 1매크로 블럭의 변화도 계수와 동일 종류의 전 화소의 평균 변화도 값을 이용하여 변화도 정규화 계수를 계산하는 변화도 정규화 계수 계산수단:및 클래스 분류와 이산 여현 계수의 에너지에 따른 시각 특성 및 부호화 효율을 고려한 순방 추측을 통하여 후방 비율 제어에서 산출되는 기준 양자화 값을 계산하는 기준 양자화 값 계산수단을 구비한 것을 특징으로 하는 양자화 회로.
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