KR100231591B1 - 디지탈 영상의 양자화 번호 결정 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 영상 신호의 특성에 따라 양자화 번호(Quantization Number : QNo)를 적응적으로 결정하여 효과적인 영상 압축을 수행하는 디지탈 영상 신호의 양자화 번호 결정 방법 및 장치에 관한 것이다.
본 발명은 16개의 양자화 번호에 대해 각각 양자화, 가변장 부호화, 및 연속장 부호화 과정을 통한 실제 비트량을 계산하지 않고 간단히 주어진 양자화 번호에 따라 양자화된 DCT 계수의 '0'이 아닌 계수의 갯수로부터 각 세그먼트의 할당 비트량을 예측하여 할당 비트량에 가장 근접한 양자화 번호를 선택하므로, 하드웨어 구성이 간단해 진다.

Description

디지탈 영상의 양자화 번호 결정 방법 및 장치
본 발명은 디지탈 기록 재생 장치에 있어서, 영상 신호의 특성에 따라 양자화 번호(Quantization Number : QNo)를 적응적으로 결정하여 효과적인 영상 압축을 수행하는 디지탈 영상 신호의 양자화 번호 결정 방법 및 장치에 관한 것이다.
프레임내 부호화(Infraframe Coding) 기법을 사용하는 디지탈 VCR 표준 규격에서의 디지탈 비디오 데이터 압축은 크게 DCT(Discrete Cosine Transform) 계수의 양자화와 양자화된 DCT 계수의 가변 길이 부호화(Variable Length Coding : VLC)에 의해 이루어진다.
즉, DVCR 표준안의 영상 압축 장치는 도1에 도시한 바와 같이 입력되는 영상 신호들을 8 x 8 화소로 이루어진 DCT 블록 단위의 DCT 계수로 변환하는 DCT부(101), 상기 DCT부(101)로부터 출력되는 DCT 계수들을 입력으로 양자화 번호를 결정하는 양자화 번호 결정부(102), 상기 양자화 번호 결정부(102)로부터 출력되는 양자화 번호에 따라 DCT부(101)로부터 출력되는 DCT 계수를 양자화하는 양자화부(103), 상기 양자화부(103)로부터 출력되는 양자화된 DCT 계수를 연속장 부호화하여 신호의 중복성을 제거하는 연속장 부호화부(104), 상기 연속장 부호화부(104)로부터 출력되는 양자화 계수를 위치 정보, 크기 정보, 및 움직임 벡터의 손실없이 가변장 부화화하여 일정한 비트율로 출력하는 가변장 부호화부(105), 및 상기 가변장 부호화부(105)로부터 출력되는 비트열을 포맷팅하여 출력하는 비트열 포맷팅부(106)로 구성된다.
8 x 8로 이루어진 DCT 블록내의 양자화 과정은 영역 번호(Area Number), 클래스 번호(Class Nomber), 및 양자화 번호(QNo)에 의해 적응적으로 수행되는데, 이를 세부적으로 설명하면 다음과 같다.
양자화부(103)에서 수행되는 양자화 과정은 다음 (식1)과 같이 나타낼 수 있다.
[식1]
F'(x,y) = F(x,y)/Q
여기서, F(x,y)는 DCT부(101)로부터 출력되는 DCT 계수이고, Q는 양자화 간격(Quantizing Step Size)이고, F'(x,y)는 양자화부(103)로부터 출력되는 양자화된 DCT 계수이며, (x,y)는 '0'이상이고 '7'이하이다.
DCT 계수의 양자화는 디지탈 데이터의 압축률과 부호화 성능에 결정적인 영상을 미치는 요소로써 양자화 간격(Quantizing Step Size)를 변화시키므로써 압축된 비디오 데이터의 비트량을 조절할 수 있다.
8 x 8 화소로 이루어진 DCT 블록내에서 양자화 간격은 도2에 도시한 바와 같이 클래스 번호, 영역 번호, 및 양자화 번호에 의해 결정된다. 이중에서 클래스 번호는 도3에 도시한 바와 같이 DCT 블록내에서 AC 계수의 크기, 즉 AC 계수의 절대값으로 쉽게 결정되고, 영역 번호는 도4에 도시한 바와 같이 DCT 블록내의 위치, 즉 DCT 블록의 계수 위치에 따라 결정된다.
또한, 양자화 번호는 6개의 DCT 블럭으로 이루어진 마크로 블럭 단위로 하나씩 설정되는데, 5개의 압축된 마크로 블록으로 구성된 하나의 비디오 세크먼트내에서 발생하는 압축된 데이터량은 DVCR 규격에서 미리 일정한 비트량, 즉 385 바이트로 제한하도록 설정되어 있으므로 이의 규격에 맞도록 양자화 번호를 설정해야 한다.
즉, DVCR 표준안에서 세그먼트당 발생 비트량은 3080 비트로 고정되므로, 이 3080 비트를 초과하여 데이터가 발생할때에는 비트열 포맷팅부(106)에서 강제로 초과된 데이터를 삭제해 버린다.
양자화 번호는 도2에 도시한 바와 같이 '0'에서 '15'까지의 16개의 값으로 표현되며 양자화 번호 값이 '0'으로부터 커질수록 DCT 계수를 양자화하기 위한 양자화 간격이 작아진다. 즉, 양자화 번호가 커질수록 DCT 계수를 양자화하기 위한 양자화 간격이 작아지므로 발생하는 비트량은 증가하고 양자화 번호가 작아지면 DCT 계수를 양자화하기 위한 양자화 간격이 커지므로 상대적으로 발생하는 비트량은 줄어든다.
그러므로 하나의 비디오 세그먼트의 일정한 비트량, 즉 385 바이트로 맞추기 위해서는 마크로 블록 단위의 양자화 번호값을 적절히 조절해야 한다. 따라서 양자화 번호는 전체 영상 압축장치의 성능을 좌우하게 된다.
이와 같은 양자화 번호를 정확하게 결정하기 위해서는 일반적으로 16개의 양자화 번호(0, 1, 2, 3, 4, …, 14, 15)에 대해서 미리 양자화와 연속장 부호화와 가변장 부호화를 병렬로 수행한후 세그먼트당 발생할 비트량을 카운팅하여 매 마크로 블록에 적당한 양자화 번호를 결정해야 한다.
즉, 일반적인 양자화 번호 결정 장치(102)는 도5에 도시한 바와 같이 입력되는 DCT 계수를 각각의 양자화 번호(QNo)에 따라 양자화하고 연속장 부호화하고 가변장 부호화하여 세그먼트당 발생할 비트량을 카운팅하는 16개의 발생 비트 처리부(200, 210, 220)와, 상기 16개의 발생 비트 처리부(200, 210, 220)로부터 출력되는 카운팅된 비트량에 따라 해당 마크로 블록에 적당한 양자화 번호를 결정하여 출력하는 양자화 번호 결정기(205)로 구성된다.
여기서, 16개의 발생 비트 처리부(200, 210, 220)는 입력되는 DCT 계수를 '0, 1, 2, …, 14, 15'로 각각 양자화하는 양자화기(201, 211, …, 221), 상기 양자화기(201, 211, 221)로부터 출력되는 양자화된 DCT계수를 각각 연속장 부호화하여 신호의 중복성을 제거하는 연속장 부호화기(202, 212, 222), 상기 연속장 부호화기(202, 212, 222)로부터 출력되는 양자화 계수를 위치 정보, 크기 정보, 및 움직임 벡터의 손실없이 가변장 부화화하여 일정한 비트율로 출력하는 가변장 부호화부(203, 213, 223), 및 상기 가변장 부호화부(203, 213, 223)로부터 출력되는 비트량을 각각 카운팅하혀 양자화 변호 결정기(205)로 출력하는 비트량 카운터(204, 214, 224)로 각각 구성된다.
이와 같은 양자화 번호 결정 장치에서는 양자화기(201, 211, 221), 연속장 부호화기(202, 212, 222), 및 가변장 부호화기(203, 213, 223)를 통해 입력되는 DCT 계수를 16개의 양자화 번호(0, 1, 2, 3, 4, …, 14, 15)에 대해서 양자화, 연속장 부호화, 및 가변장 부호화를 병렬로 수행하고, 16개의 양자화 번호에 대해서 가변장 부호화 처리되어 각각 출력되는 비트를 비트량 카운터(204, 214, 224)에서 카운팅한후, 비트량 카운터(204, 214, 224)로부터 출력되는 16개의 카운팅 값을 양자화 번호 결정기(205)에서 비교하여 해당 마크로 블록에 적당한 양자화 번호를 결정하여 출력하게 된다.
즉, 상기 양자화 번호 결정 장치는 미리 모든 양자화 번호, 즉 '0'으로부터 '15'까지의 16개의 양자화 번호에 대해 양자화와 가변장 부호화를 수행하므로 발생될 비트량을 정확하게 예측하여 양자화 번호를 결정할 수 있다.
그러나 상기 양자화 번호 결정 장치는 미리 모든 양자화 번호에 대해 양자화 및 가변 부호화를 수행하여 양자화 번호를 결정하므로 하드웨어가 복잡해지는 단점이 있다.
상기 단점을 개선하기 위한 본 발명은 주어진 양자화 번호에 따라 양자화된 DCT 계수의 '0'이 아닌 계수의 갯수로부터 각 세그먼트의 할당 비트량을 예측하여 하드웨어의 구성을 간단히 하기 위한 디지탈 영상 신호의 양자화 번호 결정 방법 및 장치를 제공함에 그 목적이 있다.
도1은 일반적인 영상 압축 장치의 구성도
도2는 양자화 간격을 설명하기 위한 도면
도3은 클래스 번호를 설명하기 위한 도면
도4는 DCT 블록내의 영역 번호를 설명하기 위한 도면
도5는 일반적인 양자화 번호 결정 장치의 구성도
도6은 클래스 번호와 AC 계수의 상관 관계를 설명하기 위한 도면
도7은 본 발명에 의한 양자화 번호 결정 장치의 일실시예시도
도8은 본 발명에 의한 양자화 번호 결정 장치의 다른 실시예시도
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
300, 500 : DCT 및 지그재그 스캔부310, 510 : 클래스 번호 결정부
320 : 초기 축척부330, 520 : 양자화부
331 내지 336, 380, 521 내지 526, 580 : 양자화기
340, 530 : 계수 누적부
341 내지 346, 531 내지 536 : 계수 누적기
350 : 세그먼트 비교 및 분할기
360 : 마크로 블록 단위의 양자화 번호 선정기
370, 570 : 지연 메모리
390, 590 : 연속장 부호화기400, 600 : 가변장 부호화기
540 : 세그먼트 비교기
550 : 마크로 블록 및 세그먼트 계산기
560 : 마크로 블록 비교기
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 디지탈 영상 신호의 양자화 번호 결정 방법은 DCT 연산을 수행하여 얻어진 DCT 계수로부터 클래스 번호를 결정하고 상기 DCT 계수의 AC 계수를 축척하는 클래스 번호 결정 및 축척 단계; 설정된 다수의 양자화 번호, 상기 클래스 번호, 및 상기 DCT 연산이 수행되는 DCT 블록내의 영역 위치로 결정되는 다수의 양자화 간격에 따라 상기 축척된 AC 계수를 각각 양자화하고 상기 양자화된 특정값의 AC 계수의 갯수를 일정 단위로 누적하여 각각의 양자화 번호에 따라 발생될 비트량을 예측하는 발생 비트량 예측 단계; 및 상기 설정된 다수의 양자화 번호에 따라 누적된 AC 계수의 갯수와 설정된 타겟 계수의 갯수를 비교하여 양자화 번호를 결정하는 양자화 번호 결정 단계에 의해 수행됨을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 의한 디지탈 영상의 양자화 번호 결정 장치의 일실시예는 DCT 연산을 수행하여 얻어진 DCT 계수로부터 클래스 번호를 결정하는 클래스 번호 결정 수단; 상기 클래스 번호 결정 수단으로부터 출력되는 상기 DCT 계수의 AC 계수를 축척하는 초기 축척 수단; 상기 초기 축척 수단으로부터 출력되는 축척된 AC 계수를 설정된 다수의 양자화 번호, 상기 클래스 번호, 및 상기 DCT 연산이 수행되는 DCT 블록내의 영역 위치로 결정되는 다수의 양자화 간격에 따라 각각 양자화하는 양자화 수단; 상기 양자화 수단으로부터 출력되는 각각 양자화된 AC 계수 중에서 '0'이 아닌 값을 갖는 AC 계수의 갯수를 마크로 블록 및 세그먼트 단위로 각각 누적하는 계수 누적 수단; 상기 계수 누적 수단으로부터 출력되는 세그먼트 단위로 누적된 갯수 중에서 설정된 세그먼트 단위의 타겟 계수의 갯수와 가장 근접한 갯수에 해당하는 세그먼트 단위의 양자화 번호를 선택하는 세그먼트 비교 및 분할 수단; 및 상기 세그먼트 비교 및 분할 수단으로부터 출력되는 세그먼트 단위의 양자화 번호를 기준으로하여 마크로 블록 단위의 양자화 번호를 결정하는 마크로 블록 단위의 양자화 번호 선정 수단을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 의한 디지탈 영상의 양자화 번호 결정 장치의 다른 실시예는 DCT 연산을 수행하여 얻어진 DCT 계수로부터 클래스 번호를 결정하는 클래스 번호 결정 수단; 상기 클래스 번호 결정 수단으로부터 출력되는 상기 DCT 계수의 AC 계수를 설정된 다수의 양자화 번호, 상기 클래스 번호, 및 상기 DCT 연산이 수행되는 DCT 블록내의 영역 위치로 결정되는 다수의 양자화 간격에 따라 각각 양자화하는 양자화 수단; 상기 양자화 수단으로부터 출력되는 각각 양자화된 AC 계수 중에서 '0'이 아닌 값을 갖는 AC 계수의 갯수를 마크로 블록 및 세그먼트 단위로 각각 누적하는 계수 누적 수단; 상기 계수 누적 수단으로부터 출력되는 세그먼트 단위로 누적된 갯수 중에서 설정된 세그먼트 단위의 타겟 계수의 갯수와 가장 근접한 갯수에 해당하는 세그먼트 단위의 양자화 번호를 선택하여 출력하는 세그먼트 비교수단; 상기 계수 누적 수단으로부터 출력되는 마크로 블록 단위로 누적된 갯수와 상기 세그먼트 비교 수단으로부터 출력되는 세그먼트 단위의 양자화 번호에 따라 마크로 블록 단위의 타겟 계수의 갯수를 계산하는 마크로 블록 및 세그먼트 계산 수단; 및 상기 마크로 블록 및 세그먼트 계산 수단으로부터 출력되는 마크로 블록 단위로 누적된 갯수 중에서 계산된 마크로 블록의 타겟 계수의 갯수에 가장 근접한 갯수에 해당하는 마크로 블록 단위의 양자화 번호를 선택하여 출력하는 마크로 블록 비교 수단을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
본 발명에 의한 디지탈 영상의 양자화 번호 결정 방법은 클래스 번호 결정 및 축척 단계, 발생 비트량 예측 단계, 및 양자화 번호 결정 단계에 의해 수행된다.
상기 클래스 번호 결정 및 축척 단계는 DCT 연산을 수행하여 얻어진 DCT 계수로부터 클래스 번호를 결정하고 상기 DCT 계수의 AC 계수를 축척하는 단계이다.
여기서, 상기 클래스 번호는 도3에 도시한 바와 같이 상기 DCT 계수의 AC 계수의 크기에 따라 상기 DCT 연산이 수행되는 DCT 블록 단위로 결정되고, 상기 축척된 AC 계수는 9비트이다.
상기 발생 비트량 예측 단계는 설정된 다수의 양자화 번호, 상기 클래스 번호, 및 상기 DCT 연산이 수행되는 DCT 블록내의 영역 위치로 결정되는 다수의 양자화 간격에 따라 상기 축척된 AC 계수를 각각 양자화하고 상기 양자화된 특정값, 즉 '0'이 아닌 값을 갖는 AC 계수의 갯수를 일정 단위로 누적하여 각각의 양자화 번호에 따라 발생될 비트량을 예측하는 단계로, 상기 설정된 6개의 양자화 번호, 상기 클래스 번호, 및 상기 DCT 연산이 수행되는 DCT 블록내의 영역 위치로 결정되는 6개의 양자화 간격에 따라 상기 축척된 AC 계수를 각각 양자화하는 양자화 단계, 및 상기 6개의 양자화 간격에 따라 양자화된 AC 계수 중에서 '0'이 아닌 AC 계수를 상기 양자화 번호에 따라 각각 세그먼트 단위로 누적하는 누적 단계에 의해 수행된다.
여기서, 상기 설정된 양자화 번호는 '3', '5', '7', '9', '11' 및 '13'이다.
또한, 상기 양자화 단계는 상기 설정된 6개의 양자화 번호, 상기 클래스 번호, 및 DCT 영상이 수행되는 DCT 블록내의 영역 위치로 결정되는 6개의 양자화 간격으로 상기 AC 계수를 설정된 문턱치(T)와 비교하여 수행되며, 상기 문턱치(T)는 양자화기가 데드-존(Dead Zone)을 갖도록 하기 위한 양자화 레벨 쉬프트 변수(Quantizing Level Shift Parameter)에 '1'을 가산한 값으로 이루어진다.
상기 양자화 번호 결정 단계는 상기 설정된 다수의 양자화 번호에 따라 누적된 AC 계수의 갯수와 설정된 타겟 계수의 갯수를 비교하여 양자화 번호를 결정하는 단계이다.
이와 같이 수행되는 본 발명에 의한 디지탈 영상의 양자화 번호 결정 방법을 세부적으로 설명하면 다음과 같다.
양자화 번호는 마크로 블록 단위로 설정되지만 가변장 부호화기에서 발생된 비트열은 비디오 세그먼트의 비트 배열 방법(Bit Arrangement Algorithm of a Video Segment)에 따라 세그먼트 단위로 이루어진다.
따라서 한 세그먼트의 비트 할당량인 385 바이트를 만족시키기면서 전체적인 화질을 균등하게 유지하기 위해서는 5개의 마크로 블록으로 구성된 세그먼트 단위로 각 마크로 블록의 양자화 번호를 설정하는 것이 바람직하다. 또한, 각 블록의 양자화 간격은 블록의 액티비티(Activity)와 할당 비트량 등을 고려하여 선택되어야 하는데 선택된 클래스 번호는 각 블록의 액티비티를 반영하기 때문에 양자화 번호는 마크로 블록과 세그먼트의 할당 비트량을 만족시키도록 설정하는 것이 바람직하다.
양자화 번호의 결정을 위해 먼저, DCT 연산을 수행하여 얻어진 DCT 계수로부터 클래스 번호를 결정하고 상기 DCT 계수의 AC 계수를 축척하는 클래스 번호 결정 및 축척 단계를 수행한다.
클래스 번호는 각 DCT 블록의 액티비티에 따라 DCT 블록 단위로 4클래스(0 - 3)로 나누어진다. DCT 블록의 액티비티는 여러 가지 방법으로 측정할 수 있지만 하드웨어 구현이 용이하도록 도3에 도시한 바와 같이 DCT 계수의 AC 계수의 크기에 따라 선택하도록 한다.
예를 들어 도6에 도시한 바와 같이 휘도 신호(Y)의 경우 DCT 블럭내의 AC 계수의 최대값이 '0'에서 '11'이면 클래스 번호가 '0'이 되고, DCT 블럭내의 AC 계수의 최대값이 '12'에서 '23'이면 클래스 번호가 '1'이 되고, DCT 블럭내의 AC 계수의 최대값이 '24'에서 '35'이면 클래스 번호가 '2'가 되고, DCT 블럭내의 AC 계수의 최대값이 '35'를 초과하면 클래스 번호가 '3'이 된다. 또한, 색차 신호(CR, CB)의 경우 DCT 블럭내의 AC 계수의 최대값이 '0'에서 '11'이면 클래스 번호가 '1'과 '2'가 되고, DCT 블럭내의 AC 계수의 최대값이 '12'에서 '23'이면 클래스 번호가 '2'와 '3'이 되고, DCT 블럭내의 AC 계수의 최대값이 '24' 이상이면 클래스 번호가 모두 '3'이 된다.
이와 같이 클래스 번호가 결정되면 DVCR의 표준에 따라 AC 계수와 클래스 번호는 세그먼트 단위의 지연 메모리로 입력되고, 양자화 번호 설정을 위해 초기 축척된후(Initial Scaling), 양자화 번호 설정기로 입력된다.
여기서 초기 축척된 각 AC 계수는 10비트에서 9비트로 줄어든다.
이와 같이 클래스 번호 결정 및 축척 단계를 수행한 후에는 설정된 6개의 양자화 번호, 즉 '3', '5', '7', '9', '11' 및 '13', 상기 클래스 번호, 및 상기 DCT 연산이 수행되는 DCT 블록내의 영역 위치로 결정되는 6개의 양자화 간격에 따라 상기 축척된 AC 계수를 각각 양자화하고 상기 양자화된 특정값, 즉 '0'이 아닌 값을 갖는 AC 계수의 갯수를 일정 단위로 누적하여 각각의 양자화 번호에 따라 발생될 비트량을 예측하는 발생 비트량 예측 단계를 수행한다.
발생 비트량을 예측하기 위해서는 먼저, 상기 설정된 6개의 양자화 번호, 상기 클래스 번호, 및 상기 DCT 연산이 수행되는 DCT 블록내의 영역 위치로 결정되는 6개의 양자화 간격에 따라 상기 축척된 AC 계수를 각각 양자화하는 양자화 단계를 수행한다.
상기 양자화 단계는 세그먼트 단위로 5개의 마크로 블록 각각에 대한 효율적인 양자화 번호를 설정하기 위한 첫번째 과정으로서, 6개의 양자화 번호, 즉 1에서 15까지의 양자화 번호 중에서 3, 5, 7, 9, 11, 13에 대한 양자화 과정을 병렬로 수행한다. 양자화를 위한 양자화 간격은 이미 결정된 각 블록의 클래스 번호와 블록내의 영역 위치, 그리고 각 양자화 번호에 의해 결정된다.
이 과정을 부호화기의 가변장 부호화기의 출력단의 비트 발생량을 예측하기 위한 양자화된 '0'이 아닌 값을 갖는 AC 계수의 갯수를 계산하기 위한 선과정으로서, 실제의 양자화 과정보다 간단한 다음의 문턱치 비교 과정이라고 할 수 있다.
if AC ＞ T, QAC ≠ 0 이고,
else if AC ≤ T, QAC = 0
여기서, AC는 초기 축척된 DCT 계수의 AC 계수값으로, 도3에 도시한 바와 같이 -255에서 255의 값을 갖는다. 또한, QAC는 양자화후의 DCT 계수의 AC 값이고, T는 '0'이 아닌 AC 계수를 가려내는 문턱치이다.
즉, 양자화 단계는 상기 설정된 6개의 양자화 번호, 상기 클래스 번호, 및 DCT 영상이 수행되는 DCT 블록내의 영역 위치로 결정되는 6개의 양자화 간격으로 상기 AC 계수를 설정된 문턱치(T)와 비교하여 수행된다.
실제 DCT 계수의 AC 값은 다음의 (식 2)와 같은 양자화 과정을 거친다.
[식 2]
QAC = (AC + m) / Q-step
위의 (식 2)에서 Q-step은 각 블록에서 주어진 클래스 번호, 영역 번호(Area Number), 양자화 번호에 따라 도2에 의해 구해진 양자화 간격이며, m은 양자화기가 데드존을 갖도록 하기 위한 양자화 레벨 쉬프트 변수이다. 또한, '/'는 소수점 이하는 삭제하라는 의미이다.
디코더의 역양자화(Inverse Quantization) 과정은 다음의 (식 3)과 같다.
[식 3]
AC' = QAC x Q-step
여기서, AC'는 역양자화수의 AC 계수값이다. 따라서 재생시의 양자화 잡음(Quantization Error)를 최소화시키기 위해서는 양자화 레벨 쉬프트 변수(m)가 'Q-step/2' 또는 (Q-step - 1)/2이어야 한다(m = Q-step/2, m = (Q-step - 1)/2). 'm'이 '0'이면 하드웨어 구현이 간단하고 데드-존이 넓어서 AC 계수값이 '0'에 가까운 값으로 될 확률이 높지만 위의 (식2)의 역양자화 과정의 양자화 잡음이 커진다.
한편, DCT 계수의 AC 계수(AC)가 다음과 같은 경우 양자화 레벨 쉬프트 변수(m)와 양자화된 DCT 계수의 AC 계수(QAC)에 대해 알아본다.
[식 4]
AC = Q-step X n + Q/2
일때 양자화 레벨 쉬프트 변수(m)가
[식 5]
m = Q/2
이면 양자화된 DCT 계수의 AC 계수(QAC)는
[식 6]
QAC = n + 1
이지만, 양자화 레벨 쉬프트 변수(m)로
[식 7]
m = (Q-step - 1)/2
을 사용한다. 여기서, 'n'은 정수이다.
따라서 '0'이 아닌 AC 계수를 구하기 위한 문턱치(T)는 양자화기가 데드-존(Dead Zone)을 갖도록 하기 위한 양자화 레벨 쉬프트 변수(Quantizing Level Shift Parameter)에 '1'을 가산한 값(m + 1)으로 이루어진다. 즉, 문턱치(T)는
[식 8]
T = m + 1 = (Q-step + 1)/2
이 된다.
이와 같이 간단한 양자화 단계를 수행한후에는 상기 6개의 양자화 간격에 따라 양자화된 AC 계수 중에서 '0'이 아닌 AC 계수를 상기 양자화 번호에 따라 각각 세그먼트 단위로 누적하는 누적 단계를 수행한다.
즉, 간단한 문턱치 비교 과정을 통해 구해진 '0'이 아닌 AC 계수의 갯수를 누적한다. 다시말해서, '3', '5', '7', '9', '11', 및 '13'의 양자화 번호에 의해 각각 양자화된 AC 계수 중에서 '0'이 아닌 값을 갖는 AC 계수의 갯수를 마크로 블록과 세그먼트 단위로 각각 병렬로 누적하고 누적한 값을 출력한다. 이 누적된 값으로부터 연속장 부호화와 가변장 부호화 과정을 거친후에 발생할 비트량을 예측하여 각 마크로 블록의 양자화 번호 값을 설정하게 된다.
이와 같이 발생 비트량 예측 단계를 수행한 후에는 상기 설정된 다수의 양자화 번호에 따라 누적된 AC 계수의 갯수와 설정된 타겟 계수의 갯수를 비교하여 양자화 번호를 결정하는 양자화 번호 결정 단계를 수행한다.
즉, 양자화 번호 결정 단계는 6개의 양자화 번호(3, 5, 7, 9, 11, 13) 각각에 대하여 누적된 '0'이 아닌 AC 계수의 갯수와 미리 설정된 세그먼트 단위의 타겟 계수의 갯수를 비교하여 상기 타겟 계수의 갯수에 가장 근접하는 양자화 번호를 선택한다.
이와 같은 양자화 번호 결정 단계의 일실시예는 특정 값, 즉 '7'로 양자화된 AC 계수 중에서 '0'이 아닌 AC 계수의 갯수를 세그먼트 단위와 마크로 블록 단위로 누적하고 세그먼트 단위로 설정된 타겟 계수의 갯수를 이용하여 마크로 블록 단위의 타겟 계수의 갯수를 결정하고, 상기 결정된 마크로 블록 단위의 타겟 계수의 갯수와 상기 설정된 6개의 양자화 번호에 따라 마크로 블록 단위로 누적된 '0'이 아닌 값을 갖는 AC 계수의 개수 중에서 상기 타겟 계수의 갯수에 가장 근접한 AC 계수의 갯수를 갖는 양자화 번호를 마크로 블록 단위의 양자화 번호로 결정하므로써 이루어진다.
즉, 상기 특정의 양자화 번호, 즉 '7'에 따라 누적된 마크로 블록 및 세그먼트 단위의 특정값, 즉 '0'이 아닌 값의 AC 계수의 갯수와 설정된 세그먼트 단위의 타겟 계수의 갯수를 이용하여 정규화하여 각 마크로 블록에 할당할 타겟 계수의 갯수를 결정하는 단계를 수행하고, 상기 결정된 각 마크로 블록의 타겟 계수의 갯수와 상기 설정된 다수의 양자화 번호에 따라 마크로 블록 단위로 누적된 특정값의 AC 계수의 갯수를 비교하여 마크로 블록 단위의 양자화 번호를 결정하는 단계를 수행하여 양자화 번호 결정 단계를 수행하게 된다.
양자화 번호 '7'을 기준 양자화 번호로 설정하고 양자화 번호 '7'에 의해 양자화된 AC 계수 중에서 '0'이 아닌 AC 계수의 갯수를 마크로 블록 및 세그먼트 단위로 누적한다. 상기 마크로 블록 및 세그먼트 단위로 누적한 갯수와 세그먼트 단위로 설정된 타겟 계수의 갯수를 이용하여 다음 (식 9)와 같은 정규화(Normalization) 과정을 수행하여 각 마크로 블록에 할당한 타겟 계수의 갯수를 결정한다.
[식 9]
TSi = (MAS7i x STS) / SAS7
여기서, i는 '1', '2', '3', '4', '5'이고, MTS는 마크로 블록 단위의 타겟 계수의 갯수이고, MAS7은 양자화 번호가 '7'인 경우 마크로 블록 단위의 누적된 '0'이 아닌 AC 계수의 갯수이고, STS는 세그먼트 단위의 타겟 계수의 갯수이고, SAS7은 양자화 번호가 '7'인 경우 세그먼트 단위의 누적된 '0'이 아닌 AC 계수의 갯수이다.
이와 같이 각 마크로 블록 단위로 타겟 계수의 갯수를 구한후에는, 각 마크로 블록의 타겟 계수의 갯수와 각 양자화 번호로 양자화된후 누적된 '0'이 아닌 AC 계수의 갯수를 비교하여 상기 마크로 블록의 타겟 계수의 갯수와 가장 근접한 AC 계수의 갯수에 해당하는 양자화 번호를 세그먼트내의 각 마크로 블록에 대한 양자화 번호로 설정한다.
또한, 양자화 번호 결정 단계의 다른 실시예는 설정된 6개의 양자화 번호에 따라 누적된 '0'이 아닌 값의 AC 계수의 갯수를 이용하여 설정된 6개 이외의 나머지 10개의 양자화 번호에 대한 AC 계수의 갯수를 구한후 위의 양자화 번호 결정 단계의 일실시예와 같이 수행한다.
즉, 양자화 번호 결정 단계의 다른 실시예는 상기 설정된 다수의 양자화 번호에 따라 마크로 블록과 세그먼트 단위로 누적된 특정값의 AC 계수의 갯수에 따라 상기 설정된 다수의 양자화 번호 이외의 다수의 양자화 번호에 따라 마크로 블록과 세그먼트 단위로 누적된 특정값의 AC 계수의 갯수를 구하는 단계, 상기 특정한 양자화 번호, 즉 양자화 번호'7'에 따라 누적된 마크로 블록 및 세그먼트 단위의 특정값, 즉 '0'이 아닌 값을 갖는 AC 계수의 갯수와 설정된 세그먼트 단위의 타겟 계수의 갯수를 이용하여 정규화하여 각 마크로 블록에 할당할 타겟 계수의 갯수를 결정하는 단계, 및 상기 마크로 블록 단위로 구해진 특정값의 AC 계수의 갯수와 누적된 특정값의 AC 계수의 갯수를 상기 결정된 각 마크로 블록의 타겟 계수의 갯수와 비교하여 마크로 블록 단위의 양자화 번호를 결정하는 단계에 의해 수행된다.
모든 양자화 번호, 즉 '0'으로 부터 '15'까지의 16개의 양자화 번호에 대해서 양자화한후 '0'이 아닌 AC 계수의 갯수를 누적하여 양자화기의 양자화 번호의 설정에 이용하지 않고, 상기 6개의 양자화 번호, '3', '5', '7', '9', '11', 및 '13'에 따라 양자화한후 마크로 블록과 세그먼트 단위로 '0'이 아닌 AC 계수의 갯수를 누적한 값을 이용하여 양자화에 이용되지 않은 양자화 번호, 즉 '0', '1', '2', '4', '6', '8', '10', '12', '14', 및 '15'에 의해 양자화된후 마크로 블록과 세그먼트 단위로 '0'이 아닌 AC 계수의 갯수를 누적한 값을 계산한다.
이때, '0', '1', '2', '4', '6', '8', '10', '12', '14', 및 '15'의 양자화 번호로 양자화된 AC 계수 중 '0'이 아닌 AC 계수의 갯수를 예측하기 위한 계산은 이산 평균(Bilinear Interpolation)에 의해 이루어지는데, 이는 하드웨어의 복잡성을 줄이기 위한 것이다.
즉, 상기 설정된 다수의 양자화 번호 이외의 다수의 양자화 번호에 의해 마크로 블록과 세그먼트 단위로 누적된 특정값의 AC 계수의 갯수는 상기 설정된 다수의 양자화 번호에 따라 마크로 블록과 세그먼트 단위로 누적된 특정값의 AC 계수의 갯수의 이산 평균으로 계산된다.
이와 같이 모든 양자화 번호에 대해 누적된 AC 계수의 갯수를 구한후에는 위의 양자화 번호 결정 단계의 일실시예와 동일하게 양자화 번호'7'을 기준으로하여 각 마크로 블록에 할당할 타겟 계수의 갯수를 결정하는 단계와, 설정된 마크로 블록 단위의 타겟 계수의 갯수에 근접한 AC 계수의 갯수에 해당하는 양자화 번호를 마크로 블록 단위의 양자화 번호로 결정한다.
또한, 상기 양자화 번호 결정 단계의 또 다른 실시예는 설정된 6개의 양자화 번호에 따라 세그먼트 단위로 누적된 특정값의 AC 계수의 갯수와 세그먼트 단위로 설정된 타겟 계수의 갯수를 비교하여 세그먼트 단위의 양자화 번호를 결정하고, 상기 결정된 세그먼트 단위의 양자화 번호를 기준으로하여 마크로 블록 단위의 양자화 번호를 결정하는 것이다.
즉, 상기 양자화 번호 결정 단계의 또 다른 실시예는 상기 설정된 다수, 즉 6개의 양자화 번호인 '3', '5', '7', '9', '11', 및 '13'에 따라 누적된 특정값인 '0'이 아닌 값을 갖는 AC 계수의 갯수와 설정된 타겟 계수의 갯수를 비교하여 세그먼트 단위의 양자화 번호를 결정하는 세그먼트 양자화 번호 결정 단계, 및 상기 결정된 세그먼트 단위의 양자화 번호를 기준으로하여 마크로 블록 단위의 양자화 번호를 결정하는 마크로 블록 양자화 번호 결정 단계에 의해 수행된다.
상기 설정된 양자화 번호, '3', '5', '7', '9', '11', 및 '13'에 따라 마크로 블록과 세그먼트 단위로 누적된 특정값, 즉 '0'이 아닌 값을 갖는 AC 계수의 갯수에 따라 상기 설정된 양자화 번호 이외의 다수의 양자화 번호, 즉 양자화 번호 '0', '1', '2', '4', '6', '8', '10', '12', '14', 및 '15'에 따라 마크로 블록과 세그먼트 단위로 누적된 '0'이 아닌 값을 갖는 AC 계수의 갯수를 구한다. 여기서 상기 설정된 양자화 번호 이외의 다수의 양자화 번호, '0', '1', '2', '4', '6', '8', '10', '12', '14', 및 '15'에 의해 세그먼트 단위로 누적된 AC 계수의 갯수는 상기 설정된 양자화 번호, '3', '5', '7', '9', '11', 및 '13' 에 따라 세그먼트 단위로 누적된 AC 계수의 갯수의 이산 평균으로 계산된다.
따라서, 모든 양자화 번호, 즉 '0'으로부터 '15'까지의 양자화 번호에 대해 양자화된 AC 계수 중에서 세그먼트 단위로 '0'이 아닌 값을 갖는 AC 계수의 갯수를 알 수 있다.
이와 같이 구해진 16가지의 세그먼트 단위의 '0'이 아닌 AC 계수의 갯수와 설정된 세그먼트 단위의 타겟 계수의 갯수를 비교한다. 비교 결과에 따라 상기 설정된 타겟 계수의 갯수와 가장 근접한 '0'이 아닌 AC 계수의 갯수에 해당하는 양자화 번호를 세그먼트 단위의 양자화 번호로 결정한다.
이와 같이 세그먼트 단위로 양자화 번호를 결정한후에는 상기 결정된 세그먼트 단위의 양자화 번호를 기준으로하여 마크로 블록 단위의 양자화 번호를 결정하는 마크로 블록 양자화 번호 결정 단계를 수행한다.
세그먼트 단위의 양자화 번호로부터 마크로 블록 단위의 양자화 번호를 결정하는 것은 주로 정규화 과정에 의해 이루어진다.
또한, 상기 양자화 번호 결정 단계의 또 다른 실시예는 상기 설정된 다수의 양자화 번호에 따라 세그먼트 단위로 누적된 특정값, 즉 '0'이 아닌 값을 갖는 AC 계수의 갯수와 설정된 타겟 계수의 갯수를 비교하는 단계, 상기 비교 결과 상기 설정된 타겟 계수의 갯수와 가장 근접한 갯수를 갖는 특정값, 즉 '0'이 아닌 값을 갖는 AC 계수의 갯수에 해당하는 세그먼트 단위의 2개의 양자화 번호를 선택하는 단계, 및 상기 선택된 세그먼트 단위의 2개의 양자화 번호로부터 세그먼트내의 각각의 마크로 블록의 양자화 번호를 설정하는 단계에 의해 수행된다.
상기 양자화 번호 결정 단계의 또 다른 실시예는 한 세그먼트 내의 5개의 마크로 블록에 대한 양자화 번호의 편차가 '1'이하가 되도록 하며, 정규화 과정을 제거하여 하드웨어의 구현이 용이하도록 한다.
양자화 번호 결정 단계의 또 다른 실시예를 수행하기 위해서는 먼저, 세그먼트 단위의 타겟 계수의 갯수와 6개의 양자화 번호, '3', '5', '7', '9', '11', 및 '13' 각각에 대하여 구한 세그먼트 단위의 누적 계수의 갯수를 비교하여 타겟 계수의 갯수에 가장 근접하여 두 양자화 번호(Qno1, Qno3 = Qno1+2)를 선택한다. 그리고 나서 선택된 2개의 양자화 번호(Qno1, Qno3)에 대한 마크로 블록 및 세그먼트 단위의 누적 계수의 갯수를 산술 평균하여 양자화 번호(Qno2 = Qno1+1)일때의 마크로 블록 및 세그먼트 단위의 누적 AC 계수의 갯수를 구한다.
그리고 나서 다시 세개의 양자화 번호(Qno1, Qno2, Qno3)에 대한 세그먼트 단위의 AC 계수의 갯수를 타겟 계수의 갯수와 비교하여 두개의 양자화 번호(Qno-L, Qno-U = Qno-L+1)를 결정한다.
이와 같이 결정된 두 양자화 번호(Qno-L, Qno-U)로부터 세그먼트내의 5개의 각각의 마크로 블록에 대한 최종 양자화 번호를 설정한다. 이때, 선택된 두개의 양자화 번호(Qno-L, Qno-U)에 대한 AC 계수의 갯수와 타겟 계수의 갯수는 다음 (식 10)과 같은 관계를 갖는다.
[식 10]
누적된 계수의 갯수(Qno-L) "d 타겟 계수의 갯수
타겟 계수의 갯수 "d 누적 계수의 갯수(Qno-U)
상기 과정에서는 위의 (식 10)을 이용하여 타겟 계수의 갯수에 모다 근접하는 '0'이 아닌 AC 계수의 갯수가 되도록 5개의 마크로 블록의 양자화 번호를 두 개의 양자화 번호(Qno-L, Qno-U) 사이에서 다음과 같이 조절한다.
먼저, 5개의 마크로 블록 모두의 양자화 번호가 양자화 번호(Qno-L)일때의 세그먼트 단위의 누적 AC 계수의 갯수와 타겟 계수의 갯수를 비교하여 누적 AC 계수의 갯수가 타겟 계수의 갯수보다 많으면 중지한다.
또한, 누적 AC 계수의 갯수가 타겟 계수의 갯수보다 많지 않으면 세그먼트 내의 첫 번째 마크로 블록에 대한 양자화 번호를 상기 양자화 번호(Qno-L)에서 양자화 번호(Qno-U)로 '1'만큼 증가시킨후 상기 타겟 계수의 갯수와 비교하는 과정으로 진행하여 반복한다.
이와 같은 과정을 5번째 마크로 블록까지 반복 수행하여 각 마크로 블록의 양자화 번호를 상기 두 개의 양자화 번호(Qno-L, Qno-U) 사이에서 최종 설정한다.
한편, 각 마크로 블록의 클래스 번호와 초기 축척된 DCT 계수는 양자화부로 먼저 보내고 세그먼트 단위의 양자화 번호 결정으로 1세그먼트 지연후에 결정된 각 마크로 블록의 양자화 번호를 양자화부로 보낸다. 양자화부로 입력된 양자화 번호는 클래스 번호와 영역 번호와 함께 양자화 간격을 결정하는데 이용되며, 결정된 양자화 간격에 따라 양자화가 수행된다.
다음으로, 본 발명에 의한 디지탈 영상의 양자화 번호 결정 장치를 설명한다.
본 발명에 의한 디지탈 영상의 양자화 번호 결정 장치의 일실시예는 도7에 도시한 바와 같이 클래스 번호 결정부(310), 초기 축척부((320), 양자화부(330), 계수 누적부(340), 세그먼트 비교기 및 분할기(350), 및 양자화 번호 선정기(350)로 구성된다.
클래스 번호 결정부(310)는 DCT 연산을 수행하여 얻어진 DCT 계수로부터 클래스 번호를 결정하고, 초기 축척부(320)는 상기 클래스 번호 결정 수단(310)으로부터 출력되는 상기 DCT 계수의 AC 계수를 축척한다.
양자화부(330)는 상기 초기 축척부(320)로부터 출력되는 축척된 AC 계수를 설정된 다수의 양자화 번호, 상기 클래스 번호, 및 상기 DCT 연산이 수행되는 DCT 블록내의 영역 위치로 결정되는 다수의 양자화 간격에 따라 각각 양자화하는 것으로, 상기 초기 축척부(320)로부터 출력되는 축척된 AC 계수를 상기 설정된 다수의 양자화 번호, 즉 '3', '5', '7', '9', '11', 및 '13' 양자화 번호, 상기 클래스 번호, 및 상기 DCT 연산이 수행되는 DCT 블록내의 영역 위치로 결정되는 다수, 즉 6개의 양자화 간격에 따라 각각 양자화하는 6개의 양자화기(331, 332, 333, 334, 335, 336)로 구성된다.
계수 누적부(340)는 상기 양자화부(330)의 각각의 양자화기(331, 332, 333, 334, 335, 336)로부터 출력되는 각각 양자화된 AC 계수 중에서 '0'이 아닌 값을 갖는 AC 계수의 갯수를 마크로 블록 및 세그먼트 단위로 각각 누적하는 것으로, 상기 6개의 양자화기(331, 332, 333, 334, 335, 336)로부터 각각 출력되는 양자화된 AC 계수 중에서 '0'이 아닌 값을 갖는 AC 계수의 갯수를 마크로 블록 및 세그먼트 단위로 각각 누적하는 6개의 계수 누적기(341, 342, 343, 344, 345, 346)로 구성된다.
세그먼트 비교기 및 분할기(350)는 상기 계수 누적부(340)의 6개의 계수 누적기(341, 342, 343, 344, 345, 346)로부터 출력되는 세그먼트 단위로 누적된 갯수 중에서 설정된 세그먼트 단위의 타겟 계수의 갯수와 가장 근접한 갯수에 해당하는 세그먼트 단위의 양자화 번호를 선택하는 것이다.
상기 마크로 블록 단위의 양자화 번호 선정기(360)는 상기 세그먼트 비교기 및 분할기(350)로부터 출력되는 세그먼트 단위의 양자화 번호를 기준으로하여 마크로 블록 단위의 양자화 번호를 결정한다.
이와 같이 구성되는 본 발명에 의한 디지탈 영상의 양자화 번호 결정 장치의 동작을 설명한다.
먼저, 입력되는 영상 데이터는 DCT 및 지그재그 스캔부(300)에서 DCT 변환되고 지그재그 스캔 방식으로 부호화되어 일열로 나열 출력된다.
클래스 번호 결정부(310)에서는 DCT 및 지그재그 스캔부(300)로부터 출력되는 DCT 계수를 입력으로 클래스 번호를 결정하고 초기 축척부(320)로 출력하여 상기 DCT 계수의 AC 계수를 축척하도록 한다.
양자화 번호의 설정에 앞서 클래스 번호를 먼저 결정하는데, 클래스 번호는 각 DCT 블록의 액티비티에 따라 DCT 블록 단위로 측정할 수 있으며, 특히 도3 및 도6에 도시한 바와 같이 DCT 계수의 AC 계수의 크기에 따라 알맞는 클래스 번호를 '0'으로부터 '3'까지 중에서 선택한다.
이와 같이 클래스 번호가 결정되면 DVCR 표준에 따라 AC 계수는 초기 축척되어 10비트에서 9비트로 줄어든다.
상기 클래스 번호 결정부(310)와 초기 축척부(320)의 동작에 의해 결정된 클래스 번호와 DCT 계수는 세그먼트 단위의 지연 메모리(370)와 양자화 설정을 위한 양자화부(330)로 입력된다.
이와 같이 초기 축척부(320)로부터 출력되는 AC 계수는 양자화부(330)의 각 양자화기(331, 332, 333, 334, 335, 336)에 입력되어 '3', '5', '7', '9', '11', 및 '13'의 양자화 번호로 각각 양자화된다
6개의 양자화기(331, 332, 333, 334, 335, 336)의 양자화는 간단하게 위의 문턱치 비교 과정이라고 할수 있으며, 위의 (식 2), (식 3)에 의해 결정된 문턱치(T)에 의한다.
이와 같이 6개의 양자화기(331, 332, 333, 334, 335, 336)에서 간단한 양자화가 수행된후에는 양자화된 AC 계수가 계수 누적부(340)의 6개의 계수 누적기(341, 342, 343, 344, 345, 346)로 입력되어 '0'이 아닌 AC 계수의 갯수가 누적 계산된다.
즉, 6개의 계수 누적기(341, 342, 343, 344, 345, 346)에서는 간단한 양자화 과정, 즉 문턱치 비교 과정을 통하여 구해진 '0'이 아닌 AC 계수의 갯수를 누적한다. 누적기1, 2, 3, 4, 5, 6은 각각 양자화 번호가 '3', '5', '7', '9', '11', 및 '13'일때의 '0'이 아닌 AC 계수의 갯수를 마크로 블록 및 세그먼트 단위로 누적한 값을 출력한다.
이 누적한 값으로 연속장 부호화와 가변장 부호화 과정을 거친후에 발생할 비트량을 예측하여 각 마크로 블록의 양자화 번호를 설정하게 된다.
상기 계수 누적기(341, 342, 343, 344, 345, 346)로부터 출력되는 6개의 누적된 값은 세그먼트 비교기 및 분할기(350)에 입력되어 세그먼트 단위의 양자화 번호를 선택하는데 이용된다.
즉, 세그먼트 비교기 및 분할기(350)에서는 상기 계수 누적부(340)의 6개의 계수 누적기(341, 342, 343, 344, 345, 346)로부터 출력되는 세그먼트 단위로 누적된 갯수 중에서 설정된 세그먼트 단위의 타겟 계수의 갯수와 가장 근접한 갯수에 해당하는 세그먼트 단위의 양자화 번호를 선택한다.
세그먼트 비교기 및 분할기(350)로부터 출력되는 세그먼트 단위의 양자화 번호는 마크로 블록 단위의 양자화 번호 선정기(360)에 입력되어 마크로 블록 단위의 양자화 번호를 선정하는데 이용된다.
즉, 양자화 번호 '7'을 기준 양자화 번호로 설정하고 '0'이 아닌 AC 계수를 누적 가산한 누적기3(343)에서 출력되는 마크로 블록과 세그먼트 단위의 계수의 갯수와 세그먼트 단위의 타겟 계수의 갯수를 이용하여 위의 (식8)에 의한 정규화 과정을 통해 각 마크로 블록에 할당할 타겟 계수의 갯수를 결정한다.
이와 같이 마크로 블록 단위의 양자화 번호 선정기(360)에서 선정되어 출력되는 양자화 번호는 양자화기(380)에 입력되어 지연 메모리(370)로부터 출력되는 클래스 번호와 AC 계수를 입력으로 양자화하게 된다. 양자화기(380)로부터 출력되는 양자화된 계수는 연속장 부호화기(390)에서 연속장 부호화되어 신호의 중복성이 제거된다. 또한, 연속장 부호화기(390)에서 세그먼트 단위로 출력되는 양자화 계수값은 가변장 부호화기(400)에 입력되어 위치 정보와 크기 정보 및 움직임 벡터의 손실없이 가변장 부호화되어 일정한 비트 스트림으로 출력된다.
또한, 본 발명에 의한 디지탈 영상의 양자화 번호 결정 장치는 도8에 도시한 바와 같이 클래스 번호 결정부(510), 양자화부(520), 계수 누적부(530), 세그먼트 비교기(540), 마크로 블록 및 세그먼트 계산기(550), 및 마크로 블록 비교기(560)로 구성된다.
상기 클래스 번호 결정부(510)는 DCT 연산을 수행하여 얻어진 DCT 계수로부터 클래스 번호를 결정한다.
상기 양자화부(520)는 상기 클래스 번호 결정부(510)로부터 출력되는 상기 DCT 계수의 AC 계수를 설정된 다수의 양자화 번호, 상기 클래스 번호, 및 상기 DCT 연산이 수행되는 DCT 블록내의 영역 위치로 결정되는 다수의 양자화 간격에 따라 각각 양자화하는 것으로, 상기 클래스 번호 결정부(510)로부터 출력되는 상기 DCT 계수의 AC 계수를 설정된 다수, 즉 6개의 양자화 번호, 즉 '3', '5', '7', '9', '11' 및 '13', 상기 클래스 번호, 및 상기 DCT 연산이 수행되는 DCT 블록내의 영역 위치로 결정되는 6개의 양자화 간격에 따라 각각 양자화하는 6개의 양자화기(521, 522, 523, 524, 525, 526)로 구성된다.
상기 계수 누적부(530)는 상기 양자화부(520)의 각 양자화기(531, 532, 533, 534, 535, 536)로부터 출력되는 각각 양자화된 AC 계수 중에서 '0'이 아닌 값을 갖는 AC 계수의 갯수를 마크로 블록 및 세그먼트 단위로 각각 누적하는 것으로, 상기 6개의 양자화기(521, 522, 523, 524, 525, 526)로부터 각각 출력되는 양자화된 AC 계수 중에서 '0'이 아닌 값을 갖는 AC 계수의 갯수를 마크로 블록 및 세그먼트 단위로 각각 누적하는 6개의 계수 누적기(531, 532, 533, 534, 535, 536)로 구성된다.
상기 세그먼트 비교기(540)는 상기 계수 누적부(530)의 각 계수 누적기(531, 532, 533, 534, 535, 536)로부터 출력되는 세그먼트 단위로 누적된 갯수 중에서 설정된 세그먼트 단위의 타겟 계수의 갯수와 가장 근접한 갯수에 해당하는 세그먼트 단위의 양자화 번호를 선택하여 출력한다.
마크로 블록 및 세그먼트 계산부(550)는 상기 계수 누적부(530)의 6개의 계수 누적기(531, 532, 533, 534, 535, 536)로부터 출력되는 마크로 블록 단위로 누적된 갯수와 상기 세그먼트 비교기(540)로부터 출력되는 세그먼트 단위의 양자화 번호에 따라 마크로 블록 단위의 타겟 계수의 갯수를 계산한다.
상기 마크로 블록 비교기(560)는 상기 마크로 블록 및 세그먼트 계산기(550)로부터 출력되는 마크로 블록 단위로 누적된 갯수 중에서 계산된 마크로 블록의 타겟 계수의 갯수에 가장 근접한 갯수에 해당하는 마크로 블록 단위의 양자화 번호를 선택하여 출력한다.
이와 같이 구성되는 본 발명에 의한 디지탈 영상의 양자화 번호 결정 장치의 다른 실시예의 동작을 설명한다.
먼저, 입력되는 영상 데이터는 DCT 및 지그재그 스캔부(500)에서 DCT 변환되고 지그재그 스캔 방식으로 부호화되어 일열로 나열 출력된다.
클래스 번호 결정부(510)에서는 DCT 및 지그재그 스캔부(500)로부터 출력되는 DCT 계수를 입력으로 클래스 번호를 결정한다.
양자화 번호의 설정에 앞서 클래스 번호를 먼저 결정하는데, 클래스 번호는 각 DCT 블록의 액티비티에 따라 DCT 블록 단위로 측정할 수 있으며, 특히 도3 및 도6에 도시한 바와 같이 DCT 계수의 AC 계수의 크기에 따라 알맞는 클래스 번호를 '0'으로부터 '3'까지 중에서 선택한다.
상기 클래스 번호 결정부(510)에 의해 결정된 클래스 번호와 DCT 계수의 AC 계수는 세그먼트 단위의 지연 메모리(570)와 양자화 설정을 위한 양자화부(520)로 입력된다.
이와 같이 클래스 번호 결정부(510)로부터 출력되는 AC 계수는 양자화부(520)의 각 양자화기(521, 522, 523, 524, 525, 526)에 입력되어 '3', '5', '7', '9', '11', 및 '13'의 양자화 번호로 각각 양자화 된다
6개의 양자화기(521, 522, 523, 524, 525, 526)의 양자화는 간단하게 위의 문턱치 비교 과정이라고 할수 있으며, 위의 (식 2), (식 3)에 의해 결정된 문턱치(T)에 의한다.
이와 같이 6개의 양자화기(521, 522, 523, 524, 525, 526)에서 간단한 양자화가 수행된후에는 양자화된 AC 계수가 계수 누적부(530)의 6개의 계수 누적기(531, 532, 533, 534, 535, 536)로 입력되어 '0'이 아닌 AC 계수의 갯수가 누적 계산된다.
즉, 6개의 계수 누적기(531, 532, 533, 534, 535, 536)에서는 간단한 양자화 과정, 즉 문턱치 비교 과정을 통하여 구해진 '0'이 아닌 AC 계수의 갯수를 누적한다. 누적기1, 2, 3, 4, 5, 6은 각각 양자화 번호가 '3', '5', '7', '9', '11', 및 '13'일때의 '0'이 아닌 AC 계수의 갯수를 마크로 블록 및 세그먼트 단위로 누적한 값을 출력한다.
이 누적한 값으로 연속장 부호화와 가변장 부호화 과정을 거친후에 발생할 비트량을 예측하여 각 마크로 블록의 양자화 번호를 설정하게 된다.
상기 계수 누적기(531, 532, 533, 534, 535, 536)로부터 출력되는 6개의 누적된 값은 세그먼트 비교기(540)에 입력되어 해당하는 세그먼트 단위의 양자화 번호를 선택하여 출력하게 된다.
즉, 세그먼트 단위로 누적된 갯수 중에서 설정된 세그먼트 단위의 타겟 계수의 갯수와 가장 근접한 갯수에 해당하는 세그먼트 단위의 양자화 번호를 선택하여 출력한다.
상기 계수 누적부(530)의 6개의 계수 누적기(531, 532, 533, 534, 535, 536)로부터 출력되는 마크로 블록 단위로 누적된 갯수와 상기 세그먼트 비교기(540)로부터 출력되는 세그먼트 단위의 양자화 번호는 마크로 블록 및 세그먼트 계산기(550)에 입력되어 마크로 블록 단위의 타겟 계수의 갯수를 계산하는데 이용된다. 그리고 나서 상기 마크로 블록 비교기(560)에서는 상기 마크로 블록 및 세그먼트 계산기(550)로부터 출력되는 마크로 블록 단위로 누적된 갯수 중에서 계산된 마크로 블록의 타겟 계수의 갯수에 가장 근접한 갯수에 해당하는 마크로 블록 단위의 양자화 번호를 선택하여 출력하게 된다.
이와 같이 세그 먼트 비교기(540)와 마크로 블록 및 세그먼트 계산기(550)와 마크로 블록 비교기(560)에서 이루어지는 양자화 번호 결정 과정은 세그먼트 단위의 비교로 이루어지는 것으로, 한 세그먼트 내의 5개의 마크로 블록에 대한 양자화 번호의 편차가 '1' 이하가 되도록 하며, 정규화 과정 등을 제거하므로써 하드웨어 구현이 용이해 진다.
즉, 세그먼트 단위로 이루어지는 양자화 번호 결정 과정은 세그먼트 단위의 타겟 계수의 갯수와 6개의 양자화 번호에 대해 각각 구한 세그먼트 단위의 누적 계수의 갯수를 비교하여 타겟 계수의 갯수에 가장 근접한 두 개의 양자화 번호를 선택하고, 선택된 두 개의 양자화 번호에 대해 마크로 블록 및 세그먼트 단위의 누적 계수의 갯수를 산술 평균하여 두 개의 양자화 번호 중간의 양자화 번호의 마크로 블록 및 세그먼트 단위의 계수의 갯수를 구한다. 그리고 나서 구해진 세 개의 양자화 번호에 대한 세그먼트 단위의 계수의 갯수와 타겟 계수의 갯수를 비교하여 최종적으로 두 개의 양자화 번호를 구한후, 이를 이용하여 타겟 계수의 갯수에 보다 근접한 '0'이 아닌 계수의 갯수가 되도록 5개의 마크로 블록의 양자화 번호를 조절하여 구한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 디지탈 영상의 양자화 번호 결정 방법 및 장치는 간단한 하드웨어로 적응적인 양자화 번호를 결정할 수 있는 효과가 있다.

Claims (25)

  1. DCT 연산을 수행하여 얻어진 DCT 계수로부터 클래스 번호를 결정하고 상기 DCT 계수의 AC 계수를 축척하는 클래스 번호 결정 및 축척 단계;
    설정된 6개의 양자화 번호, 상기 클래스 번호, 및 상기 DCT 연산이 수행되는 DCT블록내의 영역 위치로 결정되는 6개의 양자화 간격에 따라 상기 축적된 AC 계수를 각각 양자화하는 양자화 단계;
    상기 6개의 양자화 간격에 따라 양자화된 AC 계수 중에서 '0'이 아닌 AC 계수를 상기 양자화 번호에 따라 각각 세그먼트 단위로 누적하는 누적 단계;
    상기 설정된 6개의 양자화 번호에 따라 누적된 AC 계수의 갯수와 설정된 타겟 계수의 갯수를 비교하여 양자화 번호를 결정하는 양자화 번호 결정 단계에 의해 수행됨을 특징으로 하는 디지탈 영상의 양자화 번호 결정 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 설정된 양자화 번호는 '3', '5', '7', '9', '11' 및 '13'임을 특징으로 하는 디지탈 영상의 양자화 번호 결정 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 양자화된 특정 값의 AC 계수는 '0'이 아닌 값을 갖는 AC 계수임을 특징으로 하는 디지탈 영상의 양자화 번호 결정 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 클래스 번호는 상기 DCT 계수의 AC 계수의 크기에 따라 상기 DCT 연산이 수행되는 DCT 블록 단위로 결정됨을 특징으로 하는 디지탈 영상의 양자화 번호 결정 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 축척된 AC 계수는 9비트임을 특징으로 하는 디지탈 영상의 양자화 번호 결정 방법.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 발생 비트량 예측 단계는 상기 설정된 6개의 양자화 번호, 상기 클래스 번호, 및 상기 DCT 연산이 수행되는 DCT 블록내의 영역 위치로 결정되는 6개의 양자화 간격에 따라 상기 축척된 AC 계수를 각각 양자화하는 양자화 단계; 및 상기 6개의 양자화 간격에 따라 양자화된 AC 계수 중에서 '0'이 아닌 AC 계수를 상기 양자화 번호에 따라 각각 세그먼트 단위로 누적하는 누적 단계에 의해 수행됨을 특징으로 하는 디지탈 영상의 양자화 번호 결정 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 양자화 단계는 상기 설정된 6개의 양자화 번호, 상기 클래스 번호, 및 DCT 영상이 수행되는 DCT 블록내의 영역 위치로 결정되는 6개의 양자화 간격으로 상기 AC 계수를 설정된 문턱치(T)와 비교하여 수행됨을 특징으로 하는 디지탈 영상의 양자화 번호 결정 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 문턱치(T)는 양자화기가 데드-존(Dead Zone)을 갖도록 하기 위한 양자화 레벨 쉬프트 변수(Quantizing Level Shift Parameter)에 '1'을 가산한 값으로 이루어짐을 특징으로 하는 디지탈 영상의 양자화 변호 결정 방법.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 양자화 번호 결정 단계는 상기 특정의 양자화 번호에 따라 누적된 마크로 블록 및 세그먼트 단위의 특정값의 AC 계수의 갯수와 설정된 세그먼트 단위의 타겟 계수의 갯수를 이용하여 정규화하여 각 마크로 블록에 할당할 타겟 계수의 갯수를 결정하는 단계; 및 상기 결정된 각 마크로 블록의 타겟 계수의 갯수와 상기 설정된 다수의 양자화 번호에 따라 마크로 블록 단위로 누적된 특정값의 AC 계수의 갯수를 비교하여 마크로 블록 단위의 양자화 번호를 결정하는 단계에 의해 수행됨을 특징으로 하는 디지탈 영상의 양자화 번호 결정 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 특정의 양자화 번호는 '7'임을 특징으로 하는 디지탈 영상의 양자화 번호 결정 방법.
  11. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 양자화 번호 결정 단계는 상기 설정된 다수의 양자화 번호에 따라 마크로 블록과 세그먼트 단위로 누적된 특정값의 AC 계수의 갯수에 따라 상기 설정된 다수의 양자화 번호 이외의 다수의 양자화 번호에 따라 마크로 블록과 세그먼트 단위로 누적된 특정값의 AC 계수의 갯수를 구하는 단계; 상기 특정의 양자화 번호에 따라 누적된 마크로 블록 및 세그먼트 단위의 특정값의 AC 계수의 갯수와 설정된 세그먼트 단위의 타겟 계수의 갯수를 이용하여 정규화하여 각 마크로 블록에 할당할 타겟 계수의 갯수를 결정하는 단계; 및 상기 마크로 블록 단위로 구해진 특정값의 AC 계수의 갯수와 누적된 특정값의 AC 계수의 갯수를 상기 결정된 각 마크로 블록의 타겟 계수의 갯수와 비교하여 마크로 블록 단위의 양자화 번호를 결정하는 단계에 의해 수행됨을 특징으로 하는 디지탈 영상의 양자화 번호 결정 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 특정의 양자화 번호는 '7'임을 특징으로 하는 디지탈 영상의 양자화 번호 결정 방법.
  13. 제11항에 있어서, 상기 설정된 다수의 양자화 번호 이외의 다수의 양자화 번호에 의해 마크로 블록과 세그먼트 단위로 누적된 특정값의 AC 계수의 개수는 상기 설정된 다수의 양자화 번호에 따라 마크로 블록과 세그먼트 단위로 누적된 특정값의 AC 계수의 갯수의 이산 평균으로 계산됨을 특징으로 하는 디지탈 영상의 양자화 번호 결정 방법.
  14. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 양자화 번호 결정 단계는 상기 설정된 다수의 양자화 번호에 따라 누적된 특정값의 AC 계수의 갯수와 설정된 타겟 계수의 갯수를 비교하여 세그먼트 단위의 양자화 번호를 결정하는 세그먼트 양자화 번호 결정 단계; 및 상기 결정된 세그먼트 단위의 양자화 번호를 기준으로하여 마크로 블록 단위의 양자화 번호를 결정하는 마크로 블록 양자화 번호 결정 단계에 의해 수행됨을 특징으로 하는 디지탈 영상의 양자화 번호 결정 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 세그먼트 양자화 번호 결정 단계는 상기 설정된 다수의 양자화 번호에 따라 마크로 블록과 세그먼트 단위로 누적된 특정값의 AC 계수의 갯수에 따라 상기 설정된 다수의 양자화 번호 이외의 다수의 양자화 번호에 따라 마크로 블록과 세그먼트 단위로 누적된 특정값의 AC 계수의 갯수를 구하는 단계; 상기 구해진 특정값의 AC 계수의 갯수와 상기 누적된 특정값의 AC 계수의 갯수를 설정된 세크먼트 단위의 타겟 계수의 갯수와 비교하는 단계; 및 상기 비교 결과 상기 설정된 타겟 계수의 갯수와 가장 근접한 갯수를 갖는 특정값의 AC 계수의 갯수에 해당하는 양자화 번호를 세그먼트 단위의 양자화 번호로 결정하는 단계에 의해 수행됨을 특징으로 하는 디지탈 영상의 양자화 번호 결정 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 설정된 다수의 양자화 번호 이외의 다수의 양자화 번호에 의해 세그먼트 단위로 누적된 AC 계수의 개수는 상기 설정된 다수의 양자화 번호에 따라 세그먼트 단위로 누적된 AC 계수의 갯수의 이산 평균으로 계산됨을 특징으로 하는 디지탈 영상의 양자화 번호 결정 방법.
  17. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 양자화 번호 결정 단계는 상기 설정된 다수의 양자화 번호에 따라 세그먼트 단위로 누적된 특정값의 AC 계수의 갯수와 설정된 타겟 계수의 갯수를 비교하는 단계; 상기 비교 결과 상기 설정된 타겟 계수의 갯수와 가장 근접한 갯수를 갖는 특정값의 AC 계수의 갯수에 해당하는 세그먼트 단위의 2개의 양자화 번호를 선택하는 단계; 및 상기 선택된 세그먼트 단위의 2개의 양자화 번호로부터 세그먼트내의 각각의 마크로 블록의 양자화 번호를 설정하는 단계에 의해 수행됨을 특징으로 하는 디지탈 영상의 양자화 번호 결정 방법.
  18. DCT 연산을 수행하여 얻어진 DCT 계수로부터 클래스 번호를 결정하는 클래스 번호 결정 수단(310);
    상기 클래스 번호 결정 수단(310)으로부터 출력되는 상기 DCT 계수의 AC 계수를 축척하는 초기 축척 수단(320);
    상기 초기 축척 수단(320)으로부터 출력되는 축척된 AC 계수를 설정된 다수의 양자화 번호, 상기 클래스 번호, 및 상기 DCT 연산이 수행되는 DCT 블록내의 영역 위치로 결정되는 다수의 양자화 간격에 따라 각각 양자화하는 양자화 수단(330);
    상기 양자화 수단(330)으로부터 출력되는 각각 양자화된 AC 계수 중에서 '0'이 아닌 값을 갖는 AC 계수의 갯수를 마크로 블록 및 세그먼트 단위로 각각 누적하는 계수 누적 수단(340);
    상기 계수 누적 수단(340)으로부터 출력되는 세그먼트 단위로 누적된 갯수 중에서 설정된 세그먼트 단위의 타겟 계수의 갯수와 가장 근접한 갯수에 해당하는 세그먼트 단위의 양자화 번호를 선택하는 세그먼트 비교 및 분할 수단(350); 및
    상기 세그먼트 비교 및 분할 수단(350)으로부터 출력되는 세그먼트 단위의 양자화 번호를 기준으로하여 마크로 블록 단위의 양자화 번호를 결정하는 마크로 블록 단위의 양자화 번호 선정 수단(360)을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 디지탈 영상의 양자화 번호 결정 장치.
  19. 제18항에 있어서, 상기 설정된 양자화 번호는 '3', '5', '7', '9', '11' 및 '13'임을 특징으로 하는 디지탈 영상의 양자화 번호 결정 장치.
  20. 제19항에 있어서, 상기 양자화 수단(330)은 상기 초기 축척 수단(320)으로부터 출력되는 축척된 AC 계수를 상기 설정된 다수의 양자화 번호, 상기 클래스 번호, 및 상기 DCT 연산이 수행되는 DCT 블록내의 영역 위치로 결정되는 다수의 양자화 간격에 따라 각각 양자화하는 6개의 양자화기(331, 332, 333, 334, 335, 336)로 구성됨을 특징으로 하는 디지탈 영상의 양자화 번호 결정 장치.
  21. 제20항에 있어서, 상기 계수 누적 수단(340)은 상기 6개의 양자화기(331, 332, 333, 334, 335, 336)로부터 각각 출력되는 양자화된 AC 계수 중에서 '0'이 아닌 값을 갖는 AC 계수의 갯수를 마크로 블록 및 세그먼트 단위로 각각 누적하는 6개의 계수 누적기(341, 342, 343, 344, 345, 346)로 구성됨을 특징으로 하는 디지탈 영상의 양자화 번호 결정 장치.
  22. DCT 연산을 수행하여 얻어진 DCT 계수로부터 클래스 번호를 결정하는 클래스 번호 결정 수단(510);
    상기 클래스 번호 결정 수단(510)으로부터 출력되는 상기 DCT 계수의 AC 계수를 설정된 다수의 양자화 번호, 상기 클래스 번호, 및 상기 DCT 연산이 수행되는 DCT 블록내의 영역 위치로 결정되는 다수의 양자화 간격에 따라 각각 양자화하는 양자화 수단(520);
    상기 양자화 수단(520)으로부터 출력되는 각각 양자화된 AC 계수 중에서 '0'이 아닌 값을 갖는 AC 계수의 갯수를 마크로 블록 및 세그먼트 단위로 각각 누적하는 계수 누적 수단(530);
    상기 계수 누적 수단(530)으로부터 출력되는 세그먼트 단위로 누적된 갯수 중에서 설정된 세그먼트 단위의 타겟 계수의 갯수와 가장 근접한 갯수에 해당하는 세그먼트 단위의 양자화 번호를 선택하여 출력하는 세그먼트 비교수단(540);
    상기 계수 누적 수단(530)으로부터 출력되는 마크로 블록 단위로 누적된 갯수와 상기 세그먼트 비교 수단(540)으로부터 출력되는 세그먼트 단위의 양자화 번호에 따라 마크로 블록 단위의 타겟 계수의 갯수를 계산하는 마크로 블록 및 세그먼트 계산 수단(550); 및
    상기 마크로 블록 및 세그먼트 계산 수단(550)으로부터 출력되는 마크로 블록 단위로 누적된 갯수 중에서 계산된 마크로 블록의 타겟 계수의 갯수에 가장 근접한 갯수에 해당하는 마크로 블록 단위의 양자화 번호를 선택하여 출력하는 마크로 블록 비교 수단(560)을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 디지탈 영상의 양자화 번호 설정 방법.
  23. 제22항에 있어서, 상기 설정된 양자화 번호는 '3', '5', '7', '9', '11' 및 '13'임을 특징으로 하는 디지탈 영상의 양자화 번호 결정 장치.
  24. 제23항에 있어서, 상기 양자화 수단(520)은 상기 클래스 번호 결정 수단(510)으로부터 출력되는 상기 DCT 계수의 AC 계수를 설정된 다수의 양자화 번호, 상기 클래스 번호, 및 상기 DCT 연산이 수행되는 DCT 블록내의 영역 위치로 결정되는 다수의 양자화 간격에 따라 각각 양자화하는 6개의 양자화기(521, 522, 523, 524, 525, 526)로 구성됨을 특징으로 하는 디지탈 영상의 양자화 번호 결정 장치.
  25. 제24항에 있어서, 상기 계수 누적 수단(530)은 상기 6개의 양자화기(521, 522, 523, 524, 525, 526)로부터 각각 출력되는 양자화된 AC 계수 중에서 '0'이 아닌 값을 갖는 AC 계수의 갯수를 마크로 블록 및 세그먼트 단위로 각각 누적하는 6개의 계수 누적기(531, 532, 533, 534, 535, 536)로 구성됨을 특징으로 하는 디지탈 영상의 양자화 번호 결정 장치.
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