KR100239309B1 - 변형된 정점 부호화를 이용한 윤곽선 부호화 방법 및 그 장치 - Google Patents

변형된 정점 부호화를 이용한 윤곽선 부호화 방법 및 그 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 비디오 신호로 표시된 대상물의 윤곽선 정보를 부호화하기 위한 윤곽선 부호화 방법 및 장치에 관한 것으로서, 다수의 윤곽선화소로 표현된 물체의 윤곽선 상에 다수의 정점을 결정하고; 상기 윤곽선화소의 위치를 나타내는 윤곽선화소 정보를 부호화하여 체인 부호화 데이타를 생성하며; 상기 윤곽선 상에 결정된 상기 정점의 개수를 세고; 인접한 두 정점 사이의 수평 또는 수직 방향에 대한 거리의 합인 레인지값을 계산하여, 복수의 정점에 대응되는 복수의 레인지값에 대한 최대 레인지값을 구하며; 상기 최대 레인지값에 대응되는 인접한 두 정점을 각각 시작정점 및 끝정점으로 설정하고, 상기 시작정점 및 상기 끝정점을 기준으로 상기 다수의 정점에 대한 위치를 나타내는 정점 정보를 부호화하여 정점 부호화 데이타를 생성하며; 상기 최대 레인지값 및 상기 정점 개수를 기초로 상기 체인 부호화 데이타 및 상기 정점 부호화 데이타를 멀티플렉싱한다.

Description

변형된 정점 부호화를 이용한 윤곽선 부호화 방법 및 그 장치
본 발명은 비디오 신호로 표시된 대상물의 윤곽선 정보를 부호화하기 위한 윤곽선 부호화 방법 및 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 변형된 정점 부호화를 이용하여 전송 데이타 량을 줄일 수 있는 윤곽선 부호화 방법 및 장치에 관한 것이다.
일반적으로 비디오 전화, 원격회의(TELECONFERENCE) 및 고선명 텔레비전 시스템과 같은 디지탈 텔레비전 시스템에 있어서, 비디오 프레임 신호의 비디오 라인 신호는 화소값이라 불리는 디지탈 데이타의 시이퀀스(SEQUENCE)를 포함하므로서, 각 비디오 프레임 신호를 규정하기 위해 상당한 양의 디지탈 데이타가 필요하다.
그러나, 통상의 전송 채널에서 이용 가능한 주파수 대역폭이 제한되어 있으므로, 특히 비디오 전화와 원격회의 시스템과 같은 저전송 비디오 신호 부호화기(LOW BIT-RATE VIDEO SIGNAL ENCODER)에서는 다양한 데이타 압축기법을 통해 데이타의 양을 압축하거나 줄여야 한다.
이 기술분야에 이미 널리 알려진 바와 같이, 저전송 부호화 시스템의 비디오 신호를 부호화하기 위한 부호화 기법 중의 하나는 소위 "물체지향 해석 및 합성 부호화 기법"(OBJECT-ORIENTED ANALYSIS-SYNTHESIS CODING TECHNIQUE)인 데, 상기 기법에서 입력 비디오 신호는 복수의 물체로 분할되고, 각 물체의 움직임, 윤곽선 및 화소 데이타를 정의하기 위한 3조의 변수들이 각기 다른 부호화 채널을 통해 처리된다.
상기 물체지향 해석 및 합성 부호화 기법의 일실시예는 소위 동영상 전문가 위원회 4 (MPEG-4)로서, MPEG-4는 저전송 통신, 쌍방향 멀티미디어(interactive multimedia) 및 감시기와 같은 응용분야에서 주제 단위 쌍방향성(content-based interactivity), 개량 부호화 효율 및/또는 범용성을 만족시켜주기 위한 오디오-비디오 부호화 표준을 제시하기 위해 마련되었다.(참조: MPEG-4 Video Verification Model Version 2.0, International Organization for Standardization, ISO/IEC JTC1/SC29/WG11 N1260, March 1996)
MPEG-4에 따르면 입력 비디오 영상은 다수 개의 비디오 물체 평면(VOP: video object plane)으로 나뉘는 데, VOP는 사용자가 접근할 수 있고 다룰 수 있는 비트스트림으로된 실체에 해당한다. VOP는 물체로 지칭될 수도 있으며, 그 폭과 높이가 각 물체를 둘러싸는 16화소(마크로 블록 크기)의 최소정수배인 경계 사각형(bounding rectangle)으로 표현되므로 부호화기가 입력 비디오 영상을 VOP단위 즉 물체 단위로 처리할 수 있다. VOP는 휘도 성분(Y) 및 색 성분(Cr, Cb)으로 이루어진 색상 정보와 일예로 이진 마스크로 표현된 윤곽선 정보를 포함한다.
물체의 윤곽선을 처리할 때, 물체 형상을 합성 및 분석하기 위해 윤곽선 정보가 중요하게 된다. 윤곽선 정보를 표현하기 위한 통상의 부호화 방법이 체인 부호화 방법(chain coding method)이다. 그러나 체인 부호화 방법은 윤곽선 정보의 손실이 없다 하더라도, 윤곽선 정보를 표현하기 위해 많은 양의 비트수를 필요로 하는 단점을 가진다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 다각 근사화 기법(polygonal approximation technique)이 제안되어 있는 데, "물체의 윤곽을 표현하기 위한 윤곽선 근사화 장치(A CONTOUR APPROXIMATION APPARATUS FOR REPRESENTING A CONTOUR OF AN OBJECT)" 라는 명칭으로 본 특허출원과 함께 공동계류중인 미국 특허 제08/423,604호 명세서에 개시된 바와 같은 다각 근사화 방법과 이산적 사인 변환(discrete sine transform)에 기초한 윤곽선 근사화 기법을 이용하는 장치에서, 복수의 정점(vertex)이 결정되고, 윤곽선 세그먼트를 선분(line segment)으로 대응시키는 다각 근사화 방법을 사용하여 물체의 윤곽선 세그먼트가 근사된다. 다각 근사화 방법은 인접하는 두 정점을 연결한 라인 세그먼트와 상기 두 정점에 의해 구분된 윤곽선 세그먼트 사이의 최대 수직거리(dmax)가 일정한 문턱값(Dmax)보다 큰 경우에 최대 수직거리를 나타내는 윤곽선상의 윤곽선 화소를 새로운 정점으로 추가하는 과정을 반복하여 윤곽선 정보를 표현하는 방법으로, 필연적으로 윤곽선이 개략적으로 표현된다는 문제점을 갖는다.
상기 다각 근사화 방법에서 윤곽선이 개략적으로 표현되는 문제점을 제거하기 위한 방법으로는 소위 이산적 사인 변환(discrete sine transform: DST)에 기초한 윤곽선 근사화 방법 외에도, 상기 문턱값(Dmax)을 작게 하여 윤곽선을 표현하는 정점수를 늘리는 한편 상기 문턱값이 충분히 작게 되는 경우(예를 들어 Dmax≤ 0.5)에는 상기와 같은 체인 부호화 기법으로 윤곽선을 부호화하는 변형된 체인 부호화 기법에 기초한 윤곽선 근사화 방법이 있다.
그러나 윤곽선에 따라서는, 예를 들어 윤곽선이 다각형인 경우에는 비록 문턱값이 충분히 작더라도 체인 부호화보다 다각 근사화 기법으로 부호화하는 것이 바람직하며, 반대로 문턱값 내의 미세한 진폭 범위 내에서 공간적으로 변화하는 빈도수가 많은 윤곽선인 경우에는 문턱값이 크게 되더라도 체인 부호화 방법을 사용하여 부호화하는 것이 바람직하므로, 문턱값의 크기를 기준으로 윤곽선을 체인 부호화 또는 다각 근사화 기법에 의한 부호화하는 경우 윤곽선 세그먼트에 대한 데이타량이 줄지 않는 문제점이 있었다.
그러므로 본 발명의 주목적은 윤곽선 화소수를 다각 근사화 방법에 의해 결정된 복수의 정점을 전송하기 위한 비트수와 미리 비교하여 이에 따라 체인 부호화 및 다각 근사화 기법에 의한 부호화를 선택적으로 사용함으로써, 데이타의 전송량을 추가로 줄여줄 수 있는 개량된 윤곽선 부호화 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따르면, 다수의 윤곽선화소로 표현된 물체의 윤곽선 상에 다수의 정점을 결정하고, 상기 윤곽선을 따라 서로 인접하는 두 정점에 의해 구분된 윤곽선 세그먼트를 상기 두 정점을 연결하여 형성된 선분으로 근사화하는 방식으로 상기 윤곽선에 대한 영상 신호를 다각 근사화하여 부호화하는 윤곽선 영상 신호 부호화 방법은, 상기 윤곽선화소의 위치를 나타내는 윤곽선화소 정보를 부호화하여 체인 부호화 데이타를 생성하는 제1과정; 상기 윤곽선 상에 결정된 상기 정점의 개수를 세는 제2과정; 인접한 두 정점 사이의 수평 또는 수직 방향에 대한 거리의 합인 레인지값을 계산하고, 복수의 정점에 대응되는 복수의 레인지값에 대한 최대 레인지값을 구하는 제3과정; 상기 최대 레인지값에 대응되는 인접한 두 정점을 각각 시작정점 및 끝정점으로 설정하고, 상기 시작정점 및 상기 끝정점을 기준으로 상기 다수의 정점에 대한 위치를 나타내는 정점 정보를 부호화하여 정점 부호화 데이타를 생성하는 제4과정; 및 상기 최대 레인지값 및 상기 정점 개수를 기초로 상기 체인 부호화 데이타 및 상기 정점 부호화 데이타를 멀티플렉싱하는 제5과정을 포함한다.
도 1은 본 발명에 따른 윤곽선 부호화 장치의 블록 다이어그램,
도 2는 한 윤곽선에 대한 레인지 결정 블록의 작용을 설명하기 위한 예시도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 윤곽선 부호화 장치
110 : 정점 결정 블록 120 : 레인지 결정 블록
130 : 정점 계수기 140 : 윤곽선화소 계수기
150 : 판단 블록 160 : 정점 부호화기
170 : 체인 부호화기 180 : 선택 블록
P1, P2, P3, P4, P5: 정점 H12, H34, H51: 수평 레인지값
V34, V51: 수직 레인지값
도 1을 참조하면, 본 발명에 따라 윤곽선 영상 신호를 부호화하기 위한 장치(10)의 블록 다이어그램이 개략적으로 도시되어 있다.
상기 장치에서 물체의 윤곽선을 표현하는 윤곽선 영상 데이타가 정점 결정 블록(110), 윤곽선 화소 계수기(140) 및 체인 부호화기(170)에 공급된다. 먼저 상기 체인 부호화기(170)는 공급된 윤곽선 영상 데이타를 기초로 이웃하는 윤곽선화소의 상대적 위치를 부호화하는 통상의 체인 부호화 방식으로 윤곽선화소를 부호화하여 체인 부호화 데이타를 생성하여 선택 블록(180)에 공급한다.
한편, 상기 정점 결정 블록(110)은 통상의 다각 근사화 기법을 사용하여 상기 윤곽선 상에 다수개의 정점을 결정한다. 상기 다수개의 정점은 서로 인접한 순서대로 재배열되고, 재배열된 정점에 대한 정보는 레인지 결정 블록(120), 정점 계수기(130) 및 정점 부호화기(160)에 순차적으로 공급된다.
상기 레인지 결정 블록(120)은 순차적으로 공급된 다수개의 정점을 기초로 레인지값을 계산한다. 레인지값 Rk,k+1은 서로 인접한 두 정점 Pk와 Pk+1사이의 길이에 대한 수평방향 성분 RHk,k+1와 수직방향 성분 RVk,k+1의 합( Rk,k+1= RHk,k+1+ RVk,k+1)으로서, 정점의 상대적인 위치를 부호화할 때 필요한 비트수를 결정할 중요한 요소이다. 윤곽선상의 모든 정점에 대하여 순차적으로 계산된 레인지값중에서 가장 큰 레인지값과 그 다음으로 큰 레인지값이 각각 최대 레인지값 max R 과 버금 레인지값 second R 로 결정되어, 상기 최대 레인지값은 경로 L10을 통해 판단 블록(150)에 공급되고, 상기 버금 레인지값은 경로 L20을 통해 정점 부호화기(160)에 공급된다. 또한 상기 최대 레인지값에 해당하는 두 정점은 각각 시작정점과 끝정점으로서 선택되며, 상기 시작정점과 선택된 시작정점과 끝정점에 대한 정보는 경로 L20을 통해 정점 부호화기(160)에 공급된다.
도 2는 한 윤곽선에 대한 레인지 결정 블록의 작용을 설명하기 위한 예시도로서, 통상의 다각 근사화 기법에 의해 다수의 정점 P1내지 P5가 결정되고, P1및 P2사이의 수평 방향 레인지값 RH12가 최대 레인지값으로 결정되며(P1및 P2사이의 수직 방향 레인지값은 0임), P3및 P4사이의 수평방향 레인지값 RH34및 수직방향 레인지값 RV34의 합(= RH34+ RV34)이 버금 레인지값으로 결정된다. 최대 레인지값에 대응되는 인접한 두 정점 P1및 P2는 각각 시작정점 및 끝정점으로 정해지는 데, 다수의 정점이 시계방향으로 입력되는 경우 P2가 시작정점이 되는 반면, 반시계방향으로 입력되는 경우 P1이 시작정점이 된다.
다시 도 1을 참조하면, 정점 부호화기(160)는 레인지 결정 블록(120)에서 경로 L20을 통해 공급된 버금 레인지값과 시작정점과 끝정점에 대한 정보를 기초로 정점 결정 블록(110)에서 순차적으로 공급된 인접된 정점을 부호화한다. 즉, 최대 레인지값에 해당하는 시작정점과 끝정점의 상대적 위치를 부호화하지 않고, 최대 레인지값보다 작은 버금 레인지값을 기준으로 시작정점에서 끝정점까지 인접된 두 정점의 상대적인 위치를 순차적으로 부호화하게 되며, 이에 따라 부호화 과정에서 필요한 비트수가 줄어들게 된다. 부호화되어 생성된 정점 부호화 데이타는 선택 블록(180)에 공급된다.
한편, 정점 계수기(130)은 정점 결정 블록(110)에서 순차적으로 공급되는 정점의 개수를 세어 정점수에 관한 정보를 판단 블록(150)에 공급하고, 윤곽선 화소 계수기(140)는 입력 영상 데이타를 기초로 윤곽선을 표현하는 윤곽선 화소의 개수를 세어 윤곽선화소수에 관한 정보를 판단 블록(150)에 공급한다.
판단 블록(150)은 레인지 결정 블록(120)에서 경로 L20을 통해 공급된 최대 레인지값와 정점 계수기(130) 및 윤곽선 화소 계수기(140)에서 각각 공급된 정점수 및 윤곽선화소수를 기초로 윤곽선에 관한 정보를 정점부호화할 것인지 아니면 체인부호화할 것인지를 결정하여, 그 결정신호를 선택 블록(180)에 공급한다. 정점을 부호화하기 위해 필요한 비트수를 나타내는 최대 레인지값과 정점수의 곱을 윤곽선화소수와 비교하여, 윤곽선화소수가 최대 레인지값과 정점수의 곱보다 크면 정점 부호화 데이타를 선택하는 결정 신호를 생성하고, 그렇지 않은 경우 체인 부호화 데이타를 선택하는 결정 신호를 생성하는 데, 필요에 따라 윤곽선화소수에 가중치를 줄 수 있다. 즉, 윤곽선화소수와 가중치의 곱을 최대 레인지값과 정점수의 곱과 비교하여 결정신호를 생성한다. 가중치는 1.5가 바람직하다.
선택 블록(180)은 상기 결정 신호에 따라 정점 부호화기(160) 및 체인 부호화기(170)에서 각각 공급된 정점 부호화 데이타 및 체인 부호화 데이타중에서 하나를 윤곽선 영상 데이타에 대한 부호화 데이타로 선택하여 전송기(미도시)로 전송한다.
금회 개시된 실시예는 모든 점에서 예시로서 제한적인 것은 아닌 것으로 고려되어져야 한다. 본 발명의 특허청구의 범위에 의해서 도시되고 특허청구의 범위와 균등한 의미 및 범위내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.

Claims (8)

  1. 다수의 윤곽선화소로 표현된 물체의 윤곽선 상에 다수의 정점을 결정하고, 상기 윤곽선을 따라 서로 인접하는 두 정점에 의해 구분된 윤곽선 세그먼트를 상기 두 정점을 연결하여 형성된 선분으로 근사화하는 방식으로 상기 윤곽선에 대한 영상 신호를 다각 근사화하여 부호화하는 윤곽선 영상 신호 부호화 방법에 있어서,
    상기 윤곽선화소의 위치를 나타내는 윤곽선화소 정보를 부호화하여 체인 부호화 데이타를 생성하는 제1과정;
    상기 윤곽선 상에 결정된 상기 정점의 개수를 세는 제2과정;
    인접한 두 정점 사이의 수평 또는 수직 방향에 대한 거리의 합인 레인지값을 계산하고, 복수의 정점에 대응되는 복수의 레인지값에 대한 최대 레인지값을 구하는 제3과정;
    상기 최대 레인지값에 대응되는 인접한 두 정점을 각각 시작정점 및 끝정점으로 설정하고, 상기 시작정점 및 상기 끝정점을 기준으로 상기 다수의 정점에 대한 위치를 나타내는 정점 정보를 부호화하여 정점 부호화 데이타를 생성하는 제4과정; 및
    상기 최대 레인지값 및 상기 정점 개수를 기초로 상기 체인 부호화 데이타 및 상기 정점 부호화 데이타를 멀티플렉싱하는 제5과정
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 윤곽선 영상 신호 부호화 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제4과정은: 상기 최대 레인지값을 제외한 복수의 레인지값중에서 최대값인 버금 레인지값을 선택하는 제41과정; 상기 시작정점과 상기 끝정점을 기준으로, 인접하는 두 정점에 대한 상대적인 위치를 상기 버금 레인지값 범위 내에서 부호화하여 다수의 정점에 대한 부호화 데이타를 생성하는 제42과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 윤곽선 영상 신호 부호화 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제5과정은: 상기 윤곽선을 구성하는 윤곽선화소의 개수를 세는 제51과정; 상기 윤곽선화소와 임의의 가중치의 곱을 상기 최대 레인지값과 상기 정점수의 곱과 비교하여, 윤곽선화소와 가중치의 곱이 크면 제1선택신호를 생성하고, 그렇지 않은 경우 제2선택신호를 생성하는 제52과정; 상기 제1선택신호에 따라 상기 정점 부호화 데이타를 선택하고, 상기 제2선택신호에 따라 상기 체인 부호화 데이타를 선택하는 제53과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 윤곽선 영상 부호화 방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 제52과정의 가중치가 1.5인 것을 특징으로 하는 윤곽선 영상 부호화 방법.
  5. 다수의 윤곽선화소로 표현된 물체의 윤곽선 상에 다수의 정점을 결정하고, 상기 윤곽선을 따라 서로 인접하는 두 정점에 의해 구분된 윤곽선 세그먼트를 상기 두 정점을 연결하여 형성된 선분으로 근사화하는 방식으로 상기 윤곽선에 대한 영상 신호를 다각 근사화하여 부호화하는 윤곽선 영상 신호 부호화 장치에 있어서, 상기 윤곽선화소의 위치를 나타내는 윤곽선화소 정보를 부호화하여 체인 부호화 데이타를 생성하는 체인 부호화기; 상기 윤곽선 상에 결정된 상기 정점의 개수를 세는 정점 계수기; 인접한 두 정점 사이의 수평 또는 수직 방향에 대한 거리의 합인 레인지값을 계산하고, 복수의 정점에 대응되는 복수의 레인지값에 대한 최대 레인지값을 구하는 최대 레인지 결정 블록; 상기 최대 레인지값에 대응되는 인접한 두 정점을 각각 시작정점 및 끝정점으로 설정하고, 상기 시작정점 및 상기 끝정점을 기준으로 상기 다수의 정점에 대한 위치를 나타내는 정점 정보를 부호화하여 정점 부호화 데이타를 생성하는 정점 부호화기; 상기 최대 레인지값 및 상기 정점 개수를 기초로 상기 체인 부호화 데이타 및 상기 정점 부호화 데이타를 멀티플렉싱하는 부호화기
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 윤곽선 영상 신호 부호화 장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 정점 부호화기는: 상기 최대 레인지값을 제외한 복수의 레인지값 중에서 최대값인 버금 레인지값을 구하는 버금 레인지 결정 블록; 상기 시작정점과 상기 끝정점을 기준으로, 인접하는 두 정점에 대한 상대적인 위치를 상기 버금 레인지값 범위내에서 부호화하여 다수의 정점에 대한 부호화 데이타를 생성하는 정점 부호화 블록을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 윤곽선 영상 신호 부호화 장치.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 부호화기는: 상기 윤곽선을 구성하는 윤곽선화소의 개수를 세는 윤곽선화소계수기; 상기 윤곽선화소와 임의의 가중치의 곱을 상기 최대 레인지값과 상기 정점수의 곱과 비교하여, 윤곽선화소와 가중치의 곱이 크면 제1선택신호를 생성하고, 그렇지 않은 경우 제2선택신호를 생성하는 비교신호 발생기; 상기 제1선택신호에 따라 상기 정점 부호화 데이타를 선택하고, 상기 제2선택신호에 따라 상기 체인 부호화 데이타를 선택하는 부호화 데이타 선택기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 윤곽선 영상 부호화 장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 비교신호 발생기의 가중치가 1.5인 것을 특징으로 하는 윤곽선 영상 부호화 장치.
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