KR100290983B1 - 데이터를 혼합 및 혼합해제 하는 데이터 재형성 방법과 그 장치 - Google Patents

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Abstract

비디오나 다른 데이타를 압축하는데 사용되는 바와 같은 데이타 압축처리에 있어서, 비디오 영상을 나타내는 영상 데이타를 순차적으로 압축하거나 영상의 동일 영역에서 데이타를 취하는 것은 바람직하지 않다. 압축하기전에 데이타의 정보 함유량을 균등하게 하기위해서, 현재의 혼합/혼합해제 기술은 비디오 영상을 다수의 영상 표시 블럭으로 분할하고, 영상내의 여러 공간 위치에서 소정수의 영상 블럭들을 선택해서, 비디오 영상정보를 나타내는 연속적인 데이타 세트를 만든다. 즉, 영상 표시 블럭의 선택은 각 데이타 세트의 정보 함유량(복잡도)이 다른 각 데이타 세트의 정보 함유량과 유사하고, 또한 전체 비디오 영상의 평균 정보 함유량과도 비슷하게끔 이루어진다. 따라서, 압축 처리시 사용되는 후속 수치화 인자는 연속적인 데이타 세트 때문에 유사해지는 경향이 있고, 그 결과 압축 처리로 인해 발생되는 왜곡은 줄어들게 된다. 영상 표시 블럭은 순차적으로 주사된 비디오 영상의 블럭으로 형성되거나 또는 유사한 비디오 영상의 블럭을 나타내는 변형 계수들의 블럭으로 형성될 수도 있다. 혼합된 데이타는 역변환 처리에 의해 혼합이 해제된다.

Description

데이터를 혼합 및 혼합해제 하는 데이터 재형성 방법과 그 장치
제1도는 비디오 영상을 다수의 영상 블록으로 분할하는 방식을 설명하는 비디오 영상을 보인 도면.
제2도는 현재의 혼합기술로 영상을 혼합한 후 발생된 데이터 스트림으로 이루어진, 제1도의 비디오 영상을 보인 도면.
제3도는 영상을 표시하는 데이터 세트를 형성하기 위해 각 알고리즘을 통해 선택된 영상 블록의 분배를 나타내는, 제1도의 비디오 영상과 같은 데이터 영상의 평면도.
제4도 및 제5도는 본 발명의 혼합/혼합해제 프로세스를 수행하기 위한 예시적 회로의 블록도.
제6도 및 제7도는 영상 데이터와 변형된 영상 데이터에서 실행된 혼합 프로세스를 보여주고 그리고 적절한 수치화 인자를 선택하기 위한 실행을 예시한 블록도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
28 : 휘도 혼합회로 40 : 필드 저장 메모리
42 : 필드 저장 메모리 54 : 기록 어드레스 발생기
56 : 판독 어드레스 발생기
본 발명은 통신 채널을 통해 디지탈 데이터를 전송하거나 자기 테이프 레코더 또는 기록 매체상에서의 기록 및 재생에 적합한 디지탈 비디오 신호의 실시간 압축에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 상기 데이터를 고정된 코드 블록 길이로 압축하기 전에 그 데이터의 정보내용을 균등화해서 기록매체에 기록 또는 회복이 가능하도록 영상 데이터를 변경시키는 기술에 관한 것이다.
일반적으로, 데이터 압축의 목적은 가능한 최소의 데이터 전송을 이용해서 디지탈 정보를 전송 채널을 통해 일 지점에서 타 지점으로 이동시키는 것이다. 즉, 이러한 목적은 여분의 데이터량이 가능한 전송되지 못하도록 하는 것이다. 비디오 영상은 그 특성으로 인해서 많은 량의 여유 데이터를 포함하므로 데이터 압축의 좋은 대상이 된다. 통계학적 근거에 따르면 간단한 영상 표식은 공간 및 시간면에 있어서 여유분의 데이터를 반드시 포함해야한다는 것은 주지의 사실이다. 데이터 전송시 영상 데이터로부터 여유분을 제거하면 통신 채널을 통해 전송되거나 저장 매체에 기록되는 데이터량을 실질적으로 줄일 수 있는 것이다. 이러한 영상은 수신기에서 재구성될 수도 있고 즉, 기록되어 있다면 송신기에서 제거된 여유분을 재입력하여서 레코더 재생 전자장치에서 재구성시킬 수 있는 것이다. 부가적으로, 본 명세서에 사용된 “영상 데이터” 표현은 2차원 공간 영상으로 표시될 영상을 정의하는 데이터를 지칭하는 것으로, 이 2차원 공간 영상은 또한, 동일한 시간 간격을 갖는 다수의 프레임으로 구성된 시변 영상(time varying image)의 형태로 취할 수도 있는 것이다. “영상 데이터”의 정확한 형태 즉 구조는 공지된 다수 형태의 어느 하나를 취할 수 있으므로, 이러한 점에 있어서 본 발명의 2차원 공간을 표현하는 신호 어떠한 것에도 광범위하게 적용될 수 있는 것이다. 예를 들어, 이러한 신호는 비디오 카메라에서 나온 이동장면일 수 있는 것이다.
일반적으로, 데이터 압축 종류에는 무손실 압축형과 손실 압축형 2가지가 있다. 무손실 압축형은 말그대로 원래의 데이터가 압축된 후에 아무 손실없이 정확히 재구성될 수 있는 것이다. 반면에, 손실 압축형은 압축된데이터에 일부 왜곡 현상이 일어나는 변경 불가능한 처리이므로, 원래의 데이터가 정확하게 재생될 수 없는 것이다. 영상요소를 대폭 압축하려면, 여기에 기술된 손실 압축형 방법을 사용해야 한다. 상기 손실 압축형은 재구성된 영상에서 발생된 왜곡의 크기 및 종류가 반대할 정도가 아닌한 허용 가능한 것이다. 그러나, 일 분야에서 “반대할만한”것으로 간주되는 것이 타 분야에서 그렇지 않은 경우도 있다. 예를 들면, 신호 대 잡음비를 통상 50dB 또는 그 이상으로 요구하는 프로 비디오 업계에서는, 재구성된 영상은 원래 영상과 사실상 다르지 않아야 하며 즉, 신호 손상이 2dB 또는 3dB 이상이면 이는 비디오 시청자에게 받아들일 수 없는 수치이므로 반대할만한 것이 되는 것이다.
디지탈 비디오 테이프 레코더에서 사용되는 영상 압축은 사용된 임의의 압축방법에 또 다른 제약을 가한다. 이와 같은 특정한 제약은 비디오 테이프 레코더의 전형적인 사용 모드와, 즉시 전송된다기 보다는 나중에 사용하기 위해 데이터를 저장해야한다는 사실에 그 원인이 있는 것이다. 예를 들어, 테이프 레코더는 기록된 정보를 편집할 수 있어야 한다. 실제로, 이는 일 필드용으로 저장된 데이터는 테이프상의 모든 트랙을 점유하거나 테이프상의 예측 가능한 위치 또는 트랙에서 텔레비젼 필드와 같은 비디오 데이터의 한정된 블록을 점유한다는 것을 의미한다(특히, 편집용으로). 이는 데이터의 필드길이가 일정해야 한다는 제약을 가한다. 이와 같이 외관상 간단한 것 같은 제약은 임의적 압축 계획에 관한 까다로운 설계요건을 야기 시킨다. 대부분의 영상이 고정적이 아니기 때문에(즉, 정보 내용의 공간적 분배가 영상내의 위치에 따라 달라진다), 가변 정보 내용을 가진 디지탈 신호를 압축하기 위한 해결책은 복호화 데이터 속도를 영상의 정보 내용에 따라 일 프레임씩 또는 일 필드씩 시간성을 기초로하여 가변 할 수 있어야 한다. 그러나 편집요건 때문에 복호화된 데이터 속도는 가변 할 수 있기보다는 일정해야 한다. 편집 모드에 있어서, 기록된 정보를 새로운 정보로 대체하려면, 대체되어질 정보의 최소 단위(텔레비젼 신호인 경우 1필드)는 기록된 데이터 포맷에서 일정한 데이터 블록 길이로 분배되어야 한다. 따라서, 비디오 신호의 어떤 유닛이든 동일한 크기를 가진 임의적 비디오 신호의 유닛과 대체가 가능하게 된다.
텔레비젼 방송 기기용 비디오 테이프 레코더도 화상(셔틀 화상)을 정상의 기록/재생 테이프 이송 속도보다 빠른 속도로 재생할 수 있어야 한다. 셔틀 모드의 화상과 관련된 재생 속도가 상당히 빠를 때는 각 트랙의 데이터중 소수만이 회복된다. 이는 소규모의 완전한 데이터 블록에 저장될, 압측 기록된 데이터가 빠른 속도에서도 화상이 대부분의 위치에서 회복될 수 있음을 의미한다.
기록 효율을 최대로 그리고 기록 오버런에 대한 간격을 최소로 유지하려면, 압축되지 않은 원래 정보와 관련해서 일정한 짧은 주기를 갖는 기록 포맷을 사용하는 것이 최상이다. 이는 테이프에서 회복된 데이터 스트림을 규칙적이고 예상되는 구조로 제공함으로써 데이터 변형기의 설계를 단순하게 할 수 있다. 이러한 규칙적인 구조는 데이터의 “지능적인” 변형을 가능하게 하는데 그 이유는 어떤 패턴이 에러로서 식별되어 무시될 수도 있기 때문이다.
따라서, 여러 디지탈 비디오 압축연구가 자체 에너지 압축특성과 디지탈 회로로 실행할 수 있는 편리성 때문에 바람직한 코딩 매체로서 사용할 수 있는 2차원 불연속 코사인 변형(DCT : discrete cosine transform)에 집중되어있다(IEEE Transaction on Computers, Vol. C-23, 페이지 90-93(1974년 1월)에 기재된 “불연속 코사인 변형”을 참조). 비디오 영상을 변형하려면, 우선 영상을 화상소자로 이루어진 블록(예, 16 × 16 또는 8 × 8)으로 분할하고, 변형 계수세트로 코사인 변형시킨다. 상기 각 변형 계수세트는 2차원 코사인 변형을 함수에 대한 스칼라 웨이팅(weighting) 매개변수(즉, 계수)를 의미한다. 코사인 변형 영역에서, 진폭 계수는 여러 상(上)측 주파수값이 0 이 되면 하(下)측 주파수 주기에 집중해 있다. 만약 계수가 적분값으로 대략 수치화되고 호프만 코드(Huffman code)로 코드화되어 있다면, 영상을 묘사하는데 필요한 비트수는 상당히 줄어든다. 이러한 작업에 있어 중요한 것은 수치화 프로세스(quantizing process)이다. 수치화 프로세스가 매우 양호하면 호프만 코드에서 생성된 데이터가 채널(또는 레코더)의 데이터 속도를 넘어서게 되는 반면에, 수치화 프로세스가 조잡하면 왜곡/잡음이 허용할 수 없을 정도로 된다.
요구된 데이터 속도에 대한 적절한 수치 매개변수를 결정하는 기술중 하나는 출력 버퍼 메모리를 간단히 모니터하고 피드백 계획을 이용해서 수치 레벨을 조절하고 버퍼내에 데이터를 균일하게 유지하는 것이다. 따라서, 영상중 덜 복잡한 부분에서는 적은 데이터가 버퍼 메모리에 입력되어 그 면적을 줄이는 반면에, 좀더 복잡한 부분에서는 버퍼 입력 데이터 속도가 버퍼 면적을 늘린다. 이 방식은 IEEE Transactions on Communications, Vol. Com. 32, No. 3(1984년 3월)에 기재된 “Scene Adaptive Corder” (첸씨 외 다수)라는 명칭의 논문에 기술되어 있다. 또한 미국 특허 제4,302,775호에도 기재되어 있다. 그러나, 녹음 프로세스시에는 버퍼를 최대한 활용하는 방식은 소량 정보의 속도 제어를 정확히 하기 위해 버퍼 자체를 빌려주지 않으므로, 효과적이고 정밀한 편집작업과 셔틀 화상은 불가능하다. 과거에 사용되었던 비트 할당 방식은 데이터에 의해 정의된 비교적 광범위한 여러영상의 범위가 줄어들게 되는 경우에는 원하는 화질을 생성해내지 못했다.
방금 기술한 일 실시예와 같은 경우에 있어서, 임계 레벨이 변형된 데이터 계수에 적용된다. 즉, 어떤 임계값 아래의 모든 값은 0으로 간주한다. 이 임계값 설정작업은 가끔 수치화 작업으로 간주되기도 하며, 본 명세서에 사용된 “수치화” 또는 수치화 매개변수를 이용하는 기술은 임계값 수치 또는 다른 숫자 처리 매개변수를 이용하는 기술도 포함한다는 것을 의미한다.
통상, 압축된 비디오 영상의 가시적 왜곡을 최소로 증가시키면서 원하는 출력 데이터 속도를 계속 제공하려면 수치화 매개변수를 변경하는 것이 바람직하다. 이 매개변수는 데이터 속도 변화와 마찬가지로 최상의 평균 변화율로 변경될 수도 있으며, 상기 평균 변화율은 영상의 정보 내용에 관한 함수로 취해진다. 데이터 소오스와 등급이 다른 영상은 정보 내용이 다르므로 별도의 전략에 의해 적절히 수치화된다. 이러한 왜곡 문제는 재처리된 화질을 중요시하는 텔레비젼 응용기기인 경우에는 특히 심각하다. 이러한 응용 기기 대부분에서도 다수의 압축 생성 즉 다중 압축/확장 사이클은 눈에 뛸 정도의 손상없이 이루어져야함은 당연하다.
비디오 테이프 레코더를 통해 기록될 예를 들어 비디오 신호와 같은 데이터를 압축하고자 할 때 야기되는 문제를 피하려면, 비디오 데이터의 유닛을 할당된 기록 데이터 동기 블록 길이 이내로 맞추고, 비디오 영상 데이터를 순차적으로 취하지 말고 또는 영상의 동일 영역으로부터 연속적으로 취하지 않아야 한다. 이와같은 선택처리에서는 복잡하지 않은 영상의 일부분은 양호하게 수치화되는 반면에 복잡한 부분은 그렇지 않다. 그 결과, 화질은 복잡하지 않은 영역에서는 양호하지만 복잡한 영역에서는 떨어진다.
일 예에서, 압축될 그리고 기록되거나 전송될 화상이 바다와 푸른 하늘 배경에 보트, 사람 및 상점이 존재하는 비교적 복잡한 항구장면이라고 가정 해보자. 데이터가 순차적으로 취해지는 경우라면, 하늘 또는 바다와 같이 덜 복잡한 영역은 적은 수의 비트로 코드화되지만 보트 또는 사람으로 이루어지는 부분은 훨씬 복잡하고, 영상 왜곡을 방지하기 위해 훨씬 많은 코드와 비트를 필요로 한다. 만약 코드화 데이터가 테이프에 기록할 때와 같이 미리 예정된 일정한 동기 블록 길이로 맞추어졌지만 데이터는 순차적으로 취해지는 경우라면, 하늘영역과 바다영역은 보트 및 사람영역과 마찬가지로 하나의 동기 블록 당 똑같은 수의 비트가 할당된다. 그러나, 하늘이나 바다는 그다지 복잡하지 않기 때문에 코드화 변형 계수는 정보를 완벽하게 코드화하는데 동기 블록내의 소수 비트만을 필요로 한다. 동기 블록의 나머지 비트에는 간단히 0이 할당되어 버려진다. 또한, 항구 장면 데이터를 압축하는 프로세스에서 보트와 사람에 해당하는 훨씬 복잡한 데이터가 코드화 되면, 왜곡없이 데이터를 코드화 하는데 필요한 비트수가 불충분하게 된다. 즉, 왜곡을 최소로 줄이고 영상의 복잡한 부분을 적절히 코드화하는데 필요한 비트수가 테이프상에 할당된 간격과 일치하지 않게 된다. 따라서, 상기 정보를 일정한 동기 블록 길이와 강제로 맞추기위해 영상중 복잡한 부분(complex portions)을 개략적으로 수치화(coarsely quantized)해야 한다. 이 작업은 복잡하지 않은 하늘과 바다의 복합영상 데이터를 포함한 일정한 동기 블록 길이가 양호하게 수치화되어 각 블록 길이 내에서 넘은 간격이 버려지는 경우에도 이루어진다. 복잡도가 다른 영상 영역에 비트를 효과적으로 배분할 때에 문제는, 통상 처리하는 것처럼 영상에 대응 데이터를 순차적으로 제공하여 합성하는 것이다.
데이터 압축 기술을 프로용 비디오 레코더에 적용하고자 할 때 2가지 대립요건이 존재한다. 그중 하나는 비디오 레코더 설계면에서 볼 때 기록 매체상에 동기 블록을 일정한 세그먼트로 할당하는 것이 바람직하다는 것이다. 또 다른 하나는 데이터 압축 효율면에서 볼 때 영상 전송시 왜곡을 최소로 하기위해서는 가변성 출력 포맷을 할당하는 것이 바람직하다는 것이다. 따라서, 상기 양자간의 대립 요건을 맞추는 방법이 필요하게 된다.
본 발명은 예를 들어, 텔레비젼 신호와 같은 데이터를 압축/압축해제 하고자 할 때 전술한 문제점을, 영상내의 복잡한 영역과 복잡하지 않은 영역을 결합시키는 혼합/혼합해제(shuffling/deshuffling) 기술을 제공해서 코드화될 각 데이터 세트의 복잡성을 균일하게 하여 해결한다. 특히, 혼합 기술은 미리 선택된 영상 부분을 모아서, 모든 데이터 세트가 동일한 정보량을 갖도록 한다. 이를 위해 비디오 분야에서는 비디오 영상을 다수의 소규모 블록(여기서는 영상 블록으로 언급)으로 분할하고, 이 영상 블록은 영상내의 각 위치로부터 취해진 비디오 필드 또는 프레임의 특정 부분을 나타낸다. 영상내의 여러 공간 위치에서 취해진 미리 예정된 수의 영상 블록은 “데이터 세트”를 형성하기 위해 결합된다. 다수의 데이터 세트 각각은 동일한 개수의 영상 블록으로 형성되므로, 각각이 갖고 있는 정보의 복잡도는 전체 비디오 영상의 복잡도와 일치한다. 이들 각 데이터 세트는 기록 매체상의 할당된 공간 즉 기록된 데이터 동기 블록과 맞추어지도록 압축된다. 즉, 부호화된 각 데이터 세트의 데이터 비트수는 기록 포맷에 있어 데이터 동기 블록의 길이와 거의 같다. 압축된 데이터의 필드나 프레임은 기록 데이터 공간을 일정한 량으로 차지하는 것이 유리하고, 이로 인해서 기록된 데이터는 쉽게 회복되고 편집된다. 또한, 셔틀 처리시의 영상도 간단해지게 되는데 그 이유는 기록된 데이터 동기 블록의 기록 포맷이 보다 빠른 고속의 기록 매체 속도를 회복될 수 있는 비디오 필드 또는 프레임의 특정 부분과 관계하기 때문이다.
특히, 본 발명의 기술은 선택된 알고리즘이 지시하는 대로 화상이 여러 공간위치에서 영상 데이터를 선택할 수 있게 하고, 이로 인해 영상 블록으로 형성된 다수의 데이터 세트 각각의 통계학적 정보 함유량은 서로 비슷하고, 전체 필드 즉, 프레임의 평균정보 함유량과도 비슷하다. 그러므로, 요구된 압축율을 제공하는데 실제로 필요한 수치화 레벨은 동일한 비디오 영상에서 취해진 연속적인 데이터 세트의 레벨과 비슷해지는 경향이 있다. 이러한 사실은 압축/압축해제된 화상질을 화상 복잡도의 국부적인 변화와 무관하게 유지한다. 본 명세서에서는 바람직한 알고리즘을 일 예를 통해 기술했지만, 이하 설명되는 바와 같이 다른 종류의 알고리즘이 사용될 수도 있다.
따라서, 본 발명의 양호한 일 실시예는 데이터 영상을 예를 들어 92 × 61 배열(array)의 소규모 영상 블록으로 나누고, 예를 들어 적절한 메모리를 통해 다수의 영상 블록중 선택된 그룹과 선택된 기록/판독 어스레스 시켄스를 선택적으로 혼합하는 기술을 제공한다. 이 혼합 프로세스는 후속처리 부호화/압축 시스템(subsequent encoding and compression system)에 공급되어진 후의 데이터 스트림의 영상 복잡도를 균일화한다. 일 예에서 23개의 영상 블록이 선택된 알고리즘에 의해 결정된 바와 같이 비디오 영상내의 여러 공간 위치에서 선택되어, 23개의 영상 블록으로된 “데이터 세트”를 형성한다. 이외에 데이터 세트의 각 영상 블록은 그 데이터 세트의 어떤 다른 영상 블록이 아닌 다른 행 또는 열에서 선택되고, 모든 영상 블록은 단지 한 번만 사용된다. 이는 비디오 영상의 블록 사이에서 수직 수평 방향에 있어 가장 일반적인 장거리 상관관계를 없애는 경향이 있다. 각각이 23개의 영상 블록으로된 연속적인 데이터 세트(예를 들어 244개의 데이터 세트)는 예시화된 알고리즘과 메모리 어드레스 시켄스를 통해 모여지며, 각 데이터 세트의 복잡도는 다른 모든 데이터 세트의 복잡도와 거의 일치한다. 즉, 전술한 영상 블록의 선택방식은 비디오 영상을 적절히 통계학적으로 샘플링할 수 있다. 그리고, 데이터 스트림이 압축되었을 때, 각 데이터 세트는 반드시 동일한 수치화 매개변수를 사용하여 압축되어야 하고, 기록매체상에서 똑같은 간격을 반드시 유지하여야 한다.
압축해제처리에 있어서, 기록된 데이터 동기 블록은 회복되어 압축해제된 후, 혼합 회로의 메모리와 유사한 메모리를 내장한 혼합 회로와 유사한 혼합해제 회로에 공급된다. 메모리는 혼합된 연속 데이터 세트를 선택적으로 저장하고 원래의 영상을 나타내는 혼합해제된 영상 블록을 공급한다. 그러므로 양호한 일 실시예에서, 영상 데이터의 영상 블록은 기록 어드레스에 응답해서 연속적인 라스터 순서(raster order)로 혼합 회로의 혼합 메모리에 기입되고, 선택된 알고리즘과 일치하는 판독 어드레스가 지시하는 바와 같이 원하는 혼합 순서로 메모리를 판독한다. 혼합해제회로에 있어서, 영상 데이터의 혼합된 영상 블록은 동일한 알고리즘이 결정한 바와 같은 혼합 순서로 혼합해제회로에 기입된다. 그러나, 기록 및 판독 어드레스 발생기의 역할은 제4도의 혼합 회로의 역할과 반대이다. 즉, 혼합해제회로의 판독 어드레스 발생기가 생성한 메모리 위치는 혼합 회로의 기록 어드레스 발생기가 혼합 프로세스중에 발생한 위치와 동일하다. 혼합해제회로의 기록 어드레스 발생기가 발생한 메모리 위치는 혼합 회로의 판독 어드레스 발생기가 혼합 프로세스중에 발생한 것과 동일하다. 그러므로, 저장된 영상 데이터는 기록 어드레스가 지정한 연속적인 라스터 순서로 혼합해제회로의 메모리로부터 판독된다.
또 다른 대안의 기술에 있어서, 기록 및 판독 순서는 혼합 및 혼합해제 메모리 양쪽에서 반대로 될 수도 있고, 이로 인해서 영상 블록은 혼합 메모리에 혼합된 순서로 기록되고 일련의 순서로 판독되며, 그 다음 회복될 때는 연속적인 라스터 순서로 혼합해제 메모리에 기록되고 혼합된 순서로 판독된다.
본 발명이 영상 데이터를 영상 블록으로된 배열로 분할하는 단계를 포함하는 것처럼 기재되었지만, 영상 데이터가 먼저 변형될 수도 있고 나중에 그 변형된 데이터가 “영상 블록(image blocks)” 또는 더 정확히는 계수 블록(coefficient blocks)으로 분할 될 수도 있다. 즉, 영상 데이터를 분할하는 단계는 화상소자로 된 블록이라기 보다는 변형 계수로된 블록을 결정하는데 실행될 수 있다. 따라서, 여기서의 “영상 블록” 용어는 DCT와 같은 변형처리 발생 전후의 영상 데이터를 나타내는 데이터의 소규모 블록을 포함함을 의미한다.
한편, 영상 블록은 여기서 일 실시예로 설명한 기하학적으로 배향된 알고리즘을 통해 선택되는 것이 아닌 해당 알고리즘이 지시한 바와 같은 의사-무작위(pseudo-random)방식으로 선택될 수도 있다. 전술한 바와 같이, 단지 하나의 블록이 임의의 수평 또는 수직 방향에서 임의의 블록 라인에서 선택될 수도 있고 모든 영상 블록은 영상을 형성하는데 사용된다. 또한, 이하 예시화된 알고리즘 수는 영상 블록 선택 패턴을 수정하기 위해 변경될 수도 있다.
본 발명은 본 명세서에서 2차원이란 표현 즉, 하나의 필드, 프레임 또는 비디오 그룹의 표현으로 기술되며, 여기서 데이터 세트는 공간 위치에서 취해진 블록으로 구성된다. 그러나, 이 기술은 서로 다른 시간-공간적 위치(spatio-temporal locations)에서 즉, 시간적으로 연속 발생한 여러 필드, 프레임 또는 그룹에서 블록을 취한 데이터를 혼합하는데 이용될 수도 있다.
또한, 혼합/혼합해제 기술은 적절히 선택될 수도 있는 혼합/혼합해제 알고리즘이 후속 압축 처리에서 연속 데이터 세트에 대해 사용된 수치화 인자 값(quantizing factor value)과 거의 같은 시스템에 이용될 수도 있다. 예를 들어, 수치화 인자 값이 각 연속 데이터 세트에 대해 실질적으로 가변하는 상태는 각 데이터의 정보 내용도 가변한다는 사실을 의미한다. 그리고, 이는 선택된 혼합 순서가 특별한 영상에 대해 최적이 아닐 수도 있다는 것을 의미한다. 따라서, 연속적인 수치화 인자에 대한 비교가 이루어지는 경우 그리고, 각 데이터 세트의 연속적 수치화 인자간의 차가 선택된 임계값을 초과하면, 후속 데이터 필드에 전달될 혼합순서를 변경하기 위해 스위칭 신호가 혼합 회로에 공급된다. 또한, 선택된 혼합순서는 기록 매체상에 오버헤드 정보로서 기록되고, 이 순서는 혼합해제회로에 공급될 수도 있어서, 이 회로가 동일한 혼합 순서의 역순서를 사용할 수 있게된다.
항구 장면에 대해 설명한 바와 같이, 하늘을 묘사하는데 필요한 데이터량은 보트와 사람을 포함한 복잡한 영상 부분을 묘사하는데 필요한 데이터 량보다 적다. 만약 일정한 동기 블록 길이가 텔레비젼 라스터 주사시 순차적으로 회복되는 바와같이 연속적인 압축 영상부분으로 이루어 졌다면, 동기 블록중 일부는 데이터를 거의 갖고 있지 않지만 영상중 복잡한 부분의 동기블록은 과다한 데이터를 갖고 있을 것이다. 후자의 경우, 많은 수치화 인자를 사용해야하고, 이는 결국 영상의 복잡한 부분에서 바람직하지 않은 왜곡을 발생하게 된다. 그러나, 우선 본 발명 기술을 이용하여 혼합한 경우라면 동일한 장면이라도 훨씬 적은 수치화 인자를 필요로 하게 되고, 이는 결국 영상의 복잡한 부분에 발생하는 왜곡을 최소로 줄인다.
방송 텔레비젼에서 비디오 데이터를 압축하려면 가변속 코딩(variable rate coding)을 이용하는 것이 바람직하다. 그러나 이미 전술한바와 같이, 가변속 코딩은 고유 특성상 가변 길이를 가진 데이터 블록을 생성한다. 본 발명은 이 문제를, 균일한 비디오 데이터 세그멘트를 제공해서 압축 처리시 사용될 후속 수치화 인자를 적절히 판단함으로써 완화시키고 있다. 정보내용량의 평균화는 영상내의 서로 다른 공간위치(예, 필드 또는 프레임 내)에서 데이터 일부를 모아서 정보의 복잡성이 평균화된 전술한 데이터 세트를 제공하는 것에 의해 이루어진다. 실제로, 비디오 데이터의 영상 블록 크기는 데이터 세트를 구성하는 블록이 영상내의 정규 위치에 대해 섞이거나 또는 “혼합”되는 방식으로 선택된다. 세트를 이루는 블록은 이하 기술하는 바와 같이 알고리즘에 따라 선택된다. 수치화 인자는 압축 처리시 데이터 세트에 공급되고, 이 각 데이터 세트(양호한 실시예에서 244)는 압축될 비디오 영상의 연속적인 평균화 부분을 형성한다.
더 나은 이해를 돕기위해서, 텔레비젼 영상(11)을 나타낸 제1도를 참조하여 설명한다. 이 영상(11) 좌측 상단부는 소정수의 영상블록(13)으로 나뉘어져 있다. 전(全) 영상이 영상 블록으로 나뉘어 진 것이 보이지는 않지만 이는 전자공학적으로 실행됨을 알 수 있다. 그리고, 영상블록은 편의상 영상의 일부분에만 점선으로 표시하였다. 각 영상 블록(13)은 일 특성 즉, 각 블록의 해당 공간위치에서 영상표시의 정보 내용을 포함한다. 양호한 실시예에서, 비디오 영상은 CCIR-601 콤포넌트 컬러 텔레비젼 규격과 일치하므로(단지 일 예를 통해서만), 비디오 영상은 비디오 신호의 3성분 즉, 휘도 성분(Y)과 2개의 상보 성분(R-Y, B-Y)에 의해 정의된다. 각 영상 블록은 소정수의 화상소자즉, 영상의 대응 샘플로 구성된다. 이 실시예에 있어서, 블록(Y)은 4개의 수직 화상소자와 8개의 수평 화상소자로 이루어지므로, 제1도에 도시된 영상 블록(13)내의 데이터는 이러한 공간 위치에서 영상 블록의 4 × 8 화상소자로 된 (Y)성분 비디오 신호와 일치하는 휘도 비디오 정보만을 포함한다. 영상(11)이 컬러로 표시된 경우, 영상 블록(13)은 (Y)성분뿐만 아니라 크로미난스(chrominance) 성분(R-Y, B-Y) 형태의 컬러 정보도 포함한다. 그러나, 본 발명의 혼합/혼합해제 기술은 휘도 및/또는 크로미난스 데이터 신호를 또는 제4도 및 제5도의 회로를 통해 실시된 바와 같은 다른 종류의 관련 데이터 신호를 만족스럽게 평균화하는데 사용될 수 있는 것이다.
영상 블록의 크기는 비디오 영상을 정확하게 묘사하게 될 변환 및 코딩 구성(transformation and coding scheme)과 관련해서 선택된다. 선택된 크기는 많은 영상 블록내의 데이터가 서로 무관하지 않도록 너무 커서도 안되고 인접해 있는 블록의 많은 부분이 서로 밀접한 관계를 갖도록 너무 작아도 안된다. 그러므로, 앞으로 설명할 실시예에서는 비디오 필드가 부호화되고 압축화되며, 휘도 비디오 데이터의 영상 블록은 수직 화상소자 4개와 수평 화상소자 8개로 표시된다. 화상소자란 샘플때마다 취해지는 연속적인 시간 아날로그 비디오 파형의 휘도 샘플이다. 그러므로, (Y)샘플은 영상 블록의 제1비디오 선의 좌측 상단부에 위치한 제1화상 소자에서 취해진다. 다음 화상소자에서는, 새로운 (Y)샘플이 취해지고, 각 휘도 영상 블록의 4개의 연속 선 각각을 횡단하는 8개의 각 화상소자에 대해 계속 실행된다. 크로미난스 성분(R-Y, B-Y)이 혼합되는 경우에는, 실시예 규격(예, CCIR-601)에서 크로미난스 성분의 대역폭이 절반이기 때문에 크로미난스 성분은 휘도 샘플 속도의 절반인 속도로 샘플된다.
본 발명에 따르면, 예를 들어 제1도의 영상의 각 데이터 세트를 형성하는 영상 블록은 선택된 알고리즘(이하 설명될 것임)에 따라 제4도의 회로에서 혼합되어 데이터 세트를 평균화한다. 역변환 프로세스(reverse process)에서, 데이터 세트는 회복되고 동일한 알고리즘에 따라 제5도의 회로에서 혼합이 해제된다. 제2도는 데이터가 본 발명에 따라 혼합된후 나타난 비디오 영상을 도시한 것으로 그 혼합된 데이터 스트림이 표시되어 있다. 영상 블록(13)은 혼합 알고리즘에 따라 제1도의 비디오 영상에서 취해진 것이며, 혼합 알고리즘은 제3도에 도시된 바와같은 선택 패턴을 제공한다. 제2도에 도시된 영상이 서로 무관한 것 같지만 영상블록(13)의 화상소자는 그렇지 않다. 각 블록내의 화상소자는 혼합처리, 압축프로세스, 압축해제 프로세스 및 혼합해제 프로세스 중에 제1도의 영상에 있었던 순서와 똑같이 유지된다. 이미 언급한 바와 같이, 흑백 영상인 제1도와 제2도는 컬러 비디오를 전체 표시했다기 보다는 비디오의 휘도 성분만을 표시한 것이다.
혼합 기술에 있어서, 상기 알고리즘이 지시한 바와 같이 23개의 영상 블록은 결합되어 데이터 세트를 형성하는데 이 데이터 세트는 이것의 다른 모든 영상블록과는 달리 행 및 열에서 선택된다. 즉, 영상내의 각 데이터 세트를 위해 그 영상의 모든 행 및 열중에서 임의의 한 행과 열로부터 단지 하나의 영상 블록만이 취해진다. 또한, 영상내의 모든 영상 블록은 반드시 사용되지만 단 한 번 사용된다.
특히, 수평 화상소자 736개와 수직 화상소자 244개로 단 하나의 비디오 필드인 경우, 수평선에는 736/8 = 92 블록(폭이 화상소자 8개)과 수직선에는 244/4 = 61 블록(높이가 화상소자 4개)이 존재한다. 만약 하나의 데이터 세트 당 23개의 블록이 존재한다면, 하나의 블록 행에는 92/23 = 4 데이터 세트가 존재하며, 이 사실은 제2도의 혼합된 영상에서 알 수 있다. 즉, 수직으로 신장한 4개의 구간이 도시된 제2도에서처럼 23개의 영상 블록으로 이루어진 데이터 세트 4개가 혼합된 “영상”의 폭을 가로질러 신장해서 영상 블록의 행을 각각 한정하고 있다.
각 데이터 세트의 영상 블록(13)은 지정된 선택 패턴에 응답해서 혼합되어 혼합된 데이터 세트를 연속해서 제공하고, 혼합된 각 데이터 세트는 제4도 및 제6도에 도시된 바와 같이 그 다음의 변환 프로세스 및 압축 프로세스에서 그룹별로 처리된다. 예를 들어, 제1도의 비디오 영상의 좌측 상단부의 영상 블록에서 시작할 때 각 혼합된 영상 블록의 x 및 y 인덱스는 아래의 알고리즘으로 주어진다.
x, y= 4c +v mod 4, (17c + 25v) mod 61
여기서, x = 수평 블록 인덱스.
y = 수직 블록 인덱스
v = 데이터 세트 번호 0, 1, 2 ... 243.
c = 데이터 세트 내에서의 출력 영상 블록 번호 0, 1 ... 22.
mod 4 와 mod 61 = 모듈로 베이스 4와 모듈로 베이스 61
이 식은 데이터 세트의 멤버쉽을 정의하고, 여기서 (x, y)는 블록의 인덱스 이다. 여러 휘도 블록으로 구성된 화상소자와 블록 x, y 에 대한 혼합된 출력 데이터 시컨스는 다음과 같다.
Pixel No.Line No.= 8x4y, 8x+14y... 8x+74y, 8x4y+1, 8x+14y+1... 8x+74y+3
제3도는 영상내의 서로 다른 공간 위치에서 영상 블록(제1도 및 제2도의 13)을 선택해서 전술한 알고리즘에 따라, 혼합 영상 블록의 각 데이터 세트를 형성하는 프로세스를 나타낸 것이다. 이를 위해, 전술한 일 실시예에서 블록 열(라벨명 10)과 블록 행(라벨명 12)의 영상을 92개의 영상 블록열(Φ-91)과 61개의 영상 블록행(Φ-61)으로 나눈다. 언급한 바와 같이, 각 휘도 블록은 8개의 수평 화상소자와 4개의 수직 화상소자를 포함하므로 각 블록은 전부 32개의 휘도 성분 비디오 데이터로된 화상소자를 갖게된다. 따라서 여기 기술된 일 실시예에서, 휘도 영상은 전부 5,612개의 영상 블록으로 나뉘어지고, 데이터 세트는 전부 5,612/23개 즉 244개가 존재한다. 제3도는 244/4개의 데이터 세트를 형성하기 위해 알고리즘을 통해 선택된 바와 같은 영상 블록의 분포를 나타낸 것으로, 23개의 영상 블록으로 이루어진 데이터 세트 0, 데이터 세트 1, 데이터 세트 2, 데이터 세트 3은 제3도에서 기호(x), (0), (-) 및 (+)로 각기 표시된다. 알고리즘에 따라 결정된 바와같이, v-Φ (데이터 세트 0의 번호)이고 c=Φ (출력 영상 블록 번호)이면, 영상의 좌측 상단부 즉, 행 번호가 0이고 연 번호가 0인 블록으로부터 기호가(x)인 영상블록 0가 취해진다. 데이터 세트 0의 다음 영상 블록(x)은 행이 0이고 열이 0인 위치에서 선택된다. 그 다음 영상 블록(x)은 열이 8이고 행이 34인 위치에서 취해지고, 이 동작은 데이터 세트 0의 23번째(또는 마지막)영상 블록(x)이 열이 88이고 행이 8인 위치에서 취해질 때까지 영상 전역에서 이루어진다. 전술한 바와 같이, 데이터 세트 0의 각 영상 블록은 다른 블록이 아닌 그 블록내의 서로 다른 행열 위치에서 취해진다. 즉, 임의의 행 또는 열에서 데이터 세트의 단지 일 영상 블록만이 취해진다.
다음 데이터 세트(데이터 세트 1)는 기호(0)로 표시되고 제3도의 영상내 여러 공간 위치에서 취해진 23개의 영상 블록을 선택함으로써 알고리즘에 의해 모아진다. 데이터 세트 1의 영상 블록 0는 열번호 1이고 행번호 25인 위치에서 취해진다. 그 다음 영상 블록은 열 번호 5이고 행번호 42인 위치에 취해지고, 이 동작은 데이터 세트 1의 23번째(마지막)영상 블록은 열 번호 89이고 행번호 33인 위치에서 취해질 때까지 계속된다. 여기서도 임의의 한 행 또는 열에서 오로지 데이터 세트 1의 영상 블록 하나만이 취해진다.
그리고, 그 다음 데이터 세트 즉, 데이터 세트 2는 제3도에서(-)기호로 표시된 영상 블록에서 모여지고, 그리고, 데이터 세트 3은 (+)기호로 표시된다. 선택 프로세스는 전부 244개의 데이터 세트들이 모여져서 비디오 데이터의 필드를 형성할 때까지 전술한 알고리즘을 이용하여 계속된다. 244개의 데이터 세트가 모두 완료되면, 원래 영상의 모든 블록이 처리되고, 생략되거나 반복되는 블록이 없게된다. 데이터 세트를 이루는 개별 블록은 서로 잘 분리되어 있고 원래 영상의 큰 영역은 각 데이터 세트의 블록을 사용한다는 것을 알 수 있다.
혼합회로(제4도)의 출력측에서 혼합한 순서로 계속 이용가능한 영상 블록은, 변환 및 압축 프로세스 시에(제4도 및 제6도) 또는 압축 프로세스(제7도)를 실행하는 그 다음 회로에 공급된다. 여기에 기재된 특정 실시예에 있어서, 23개의 영상 블록은 비디오 필드를 한정하는 244개의 데이터 세트의 각 데이터 세트를 형성하기 위해 그룹별로 모여진다. 데이터 세트의 각 영상 블록은 그 세트내의 순서로 식별되고 특히, 전술한 알고리즘에서 문자 c = 0. 1 ... 22로 식별된다.
이미 전술한 바와 같이 영상의 여러 공간 위치에서 취해진 영상 블록의 데이터를 모으면, 실제로 데이터 세트는 평균화되고 그리고 데이터 세트에 대해 계산된 그 다음 수치화 인자는 작은 분포값을 틀림없이 갖게된다. 다시 말해, 혼합 프로세스에 의해 이루어진 평균화는 데이터 세트에 대한 수치화 인자를 서로 유사하게 한다. 이는 가변 속도 코딩 처리가 이용된 경우라도 보다 일정한 코드 길이를 제공하는 것을 돕는다. 또한, 평균화 처리는 실제로 데이터 세트 당 동일한 정보 함유량을 제공하므로 각 데이터 세트는 기록 매체상에서 동일한 간격으로 할당될 것을 요구한다.
제4도 및 제5도를 참조해서, 본 발명의 혼합/혼합해제 기술을 실행하는 회로의 실시예에 대해 설명한다. 콤포넌트 컬러 비디오 신호에는 3개의 신호 성분이 있지만, 제4도의 일 예에는 휘도 성분(Y)이 혼합/혼합해제 회로의 입력 신호로서 도시되어 있다. 휘도 성분은 예를 들어 연속적인 텔레비젼 라스터 주사에 의해 유도되어진 아날로그 영상신호로 이루어진다. 그러나, 휘도 또는 크로미난스 비디오 신호가 아닌 서로 상관있는 데이터 신호는 앞으로 설명하겠지만 본 발명의 기술에 의해 혼합 및 혼합해제 될 수 있다. 예를 들어, 화상소자 블록의 불연속 코사인 변형에 기인한 계수를 가진 블록은 입력 신호(제7도)를 가질 수도 있다. 그러므로, 혼합 회로에 공급된 입력신호 또는 혼합해제회로의 출력 신호를 구비한 “영상 데이터”라는 용어는 흑백 카메라, 컬러 카메라 또는 비디오 테이프 레코더가 제공한 것과 같은 순차적으로 주사된 영상 신호일 수도 있고, 또는 데이터 혼합해제 프로세스 이전에 영상에 대해 블록 방식으로 실행된 예를 들어, 불연속 코사인 변형 프로세스에서 생긴 변형 계수의 블록일 수도 있다. 이와 마찬가지로, “영상 블록”이란 용어는 영상을 형성하는 화상소자의 영상 블록 또는 영상의 해당 블록을 나타내는 변환 계수의 영상 블록을 포함하는 것을 의미한다.
제4도에서, 아날로그 영상 신호의 (Y)성분은 8비트(Y) 입력선(16)을 통해 휘도 채널(14)로 공급된다. 크로미난스 신호가 혼합된 경우이면, (R-Y) 와 (B-Y) 크로미난스 성분은 2개의 8비트 (R-Y) 및 (B-Y)선을 통해 크로미난스 채널에 공급될 수도 있다. 크로미난스 채널은 휘도 채널(14)과 유사할 수도 있지만 2개의 (R-Y), (B-Y)컬러성분 신호를 더 잘 처리하도록 되어있으며, 각각은 그 대역폭이 (Y)휘도 신호의 대역폭의 대략 절반이므로, 절반정도의 샘플링 속도와 필드 저장메모리(field store memory)를 필요로 한다.
특히, 제4도에 있어서, 도선(16)상의 (Y)영상 신호는 S/H(sample and hold) 회로(20)로 공급되며, 도선(22)상의 클럭(clock)신호를 통해 예를 들어 13.5MHz 속도로 샘플된다. 샘플된 신호는 도선(26)을 통해 A/D변환기(analog-to-digital converter)(24)에 공급된다. 실제에 있어서는 S/H 회로(20)는 A/B변환기(24)와 함께 일체로 제조된다. 합성 디지탈 (Y)영상 데이터는 버스(30)를 거쳐 (휘도)혼합 회로(28)(점선으로 표시됨)에 공급된다. 이 혼합 회로(28)를 통과한 후, 혼합된 데이터는 8비트 버스(32)를 통해 변형/압축 시스템(34)에 공급된다. 변형/압축 시스템(34)은 혼합된 데이터 세트를 적절히 부호화하고, 본 발명의 혼합 프로세스에 의해 제공되어진 통계학적 평균 데이터 세트를 기초로 한 수치화 프로세스(quantization process)를 위해 수치화 인자(quantizing factor)를 계산하는 수단을 포함한다. 부호화되고 압축된 데이터는 기록 매체(여기서는 레코더(36)로 표시 됨)에 할당된 데이터 동기 블록 내에 연속적인 데이터 세트로서 기록될 수도 있고 또는 전송 채널(38)에 공급될 수도 있다. 후자의 경우에 있어서, 데이터는 전송후 관련장치가 사용할 수 있는 적절한 비디오 신호를 제공하기 위해, 수신기에서 재구성된다.
본 발명에 의해 혼합된 데이터를 수신하여 처리하기 위한 전형적인 변형 및 압축 시스템(34)은 1990년 7월 31일자 출원된 이건 출원인의 발명의 명칭 “Data Compression Using A Feedforward Quantization Estimator”인 미국 특허출원 제07/560,606호에 설명되어 있다.
휘도 혼합회로(28)는 일 쌍의 필드 저장 메모리(40, 42)를 포함하며, 라스터 주사되고 디지탈된 비디오 영상 데이터를 8비트 디지탈 샘플 포맷으로 계속 수신하여, 혼합된 영상 데이터를 출력한다. 또한, 메모리(40, 42)도 필드속도로 교대로 절환되어 나머지 데이터 필드를 저장 및 회복시킨다. 회복된 데이터는 전술한 알고리즘에 의해 결정된 원하는 혼합형태로 변형 및 압축시스템(34)에 공급된다. 이를 위해, A/D 변환기(24)의 디지탈화된 출력은 버스(30)를 거쳐 양쪽 메모리(40, 42)에 인가된다. 양쪽 메모리(40, 42) 각각은 휘도(Y) 데이터용 필드 저장 메모리 위치와 특히 또 다른 (Y)데이터용 필드를 포함한다. 타이밍 발생기(44)는 RD/WR 도선(46, 47)상의 각 기록 및 판독신호와 OE 도선(48, 49)상의 인에이블 신호(enable signals)에 응답해서 임의의 소정시간에 어느 메모리가 활성화되는지를 제어한다. 도시한 바와 같이, RD/WR 도선(46)과 OE 도선(48)은 메모리(40)에 연결된다. RD/WR 및 OE 제어 신호는 도선(47, 49)을 통해 메모리에 각각 공급되기 전에 인버터(50)에 의해 반전된다. 따라서 한 메모리가 기입되고 있는 동안 다른 하나는 일 필드씩 판독된다. 일 필드의 데이터 처리 후, 메모리(40, 42)의 역할은 바뀐다. 타이밍 발생기(44)는 도선(52)상의 수직 블랭킹 신호(Vsync)에 응답해서 시스템 제어부(도시 않음)에서 타이밍 발생기(44)로 공급된 메모리 제어 신호를 제공한다.
본 발명에 따르면, 메모리(40, 42)는 교대로 사용되어 데이터를 시켄스 형태로 계속해서 수신 및 저장하고, 일 필드씩 혼합된 형태로 계속 공급한다. 이를 위해 기록 어드레스 발생기(54)는 라스터 주사된 즉, 연속 형태로 주사된 메모리에 데이터를 저장하는 동작을 제어하고, 판독 어드레스 발생기(56)는 원하는 형태로 현재 기입되어 있지 않은 메모리의 데이터에 대한 판독동작을 제어한다. 특히, 기록 및 판독 어드레스 발생기(54, 56)는 Vsync 와 관련된 리셋 신호를 각 도선(58, 60)을 통해 타이밍 발생기(44)로부터 받아들인다. 이에 응답해서 어드레스 발생기(54, 56)는 기록 또는 판독 어드레스 신호를 메모리(40, 42)중 하나에 교대로 공급한다. 이를 위해, 기록 어드레스 발생기의 출력은 버스(62)를 통해 메모리(40, 42)에 결합된 일 쌍의 MUX(multiplexers)(64, 66)의 A 및 B 입력부에 각기 공급된다. 기록 어드레스 발생기(54)와 MUX(64 또는 66)중 하나에 응답해서, 기록 어드레스가 메모리(40 또는 42)에 데이터를 로드하는데, 비디오 샘플 및 비디오 선이 영상에서 즉 텔레비젼 라스터 주사 연속 형태로 주사되어지는 순서로 로드한다. 발생기(44)에 의해 생성되어 판독 어드레스 발생기(56)에 의해 공급된 판독 어드레스는 버스(68)를 거쳐 MUX(64, 66)의 A 및 B 입력부에 각기 전달된다. 메모리 위치와 일치하는 판독 어드레스는 선택된 알고리즘에 의해 결정된다. MUX(64)는 임의의 소정시간에 활성화되는 판독 또는 기록 어드레스 신호를 어드레스 버스(70)를 통해 메모리(40)에 공급한다. MUX(66)는 임의의 소정시간에 활성화되는 판독 또는 기록 어드레스 신호를 어드레스 버스(72)를 통해 메모리(42)에 공급한다. 타이밍 발생기(44)는 MUX(64, 66)의 각 A/B 입력부에 결합된 버스(74, 76)를 통해 Vsync와 관련한 판독 또는 기록 어드레스를 활성화시키기 위해 MUX를 각각 제어한다.
판독 어드레스 발생기(56)는 순차적으로 저장된 영상 데이터가 필수적인 혼합 영상 블록 순서로 메모리(40, 42)에서 판독되도록 어드레스를 발생하고, 상기 혼합 영상 블록 순서는 본원의 상술된 알고리즘에 의해 결정된다. 예를 들어, CCIR 601 콤포넌트 컬러 텔레비젼 규격에서와 마찬가지로 비디오선에는 736개의 샘플이 있고, 휘도 샘플은 기록 어드레스 발생기(54)를 통해 위치 0, 1, 2, 3, 4 ...등, 등으로 시작하는 시켄스 메모리 위치에 저장된다. 만약 c = 0(제로) 데이터 세트의 (4 × 8)영상 블록이 메모리에서 판독된다면, 상기 데이터의 판독 어드레스는 제로 블록의 첫 번째 줄에 대해서는 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 이고, 제로 영상 블록의 두 번째 줄에 대해서는 736 내지 743이고, 제로 블록의 세 번째줄에 대해서는 1472...1479 이고, 네 번째줄에 대해서는 2208...2215이다. 각 영상 블록은 데이터 세트의 다음 영상 블록을 판독 처리하기 전에 메모리에서 완전히 판독되며, 판독될 데이터 세트의 다음 영상 블록(그 다음에 수반되는 영상 블록)의 순서는 혼합 알고리즘에 의해 결정된다. 메모리(40, 42)의 출력 버스(32)에 실린 데이터 스트림은 각 데이터 세트를 한정하는 혼합된 영상 블록을 23개 가지는 혼합된 간섭(coherent) 영상블록이다. 전술한 숫자는 일 필드씩 영상 데이터를 처리할 때 유효하며, 이는 각 어드레스 위치가 1바이트의 데이터를 기억하고 각 화상소자가 8비트씩이라고 가정한 경우이다. 메모리에서 판독된 다음 영상 블록(즉, c=1)은 제3도에 도시된 혼합 알고리즘에 따라 제1블록에서 선택적으로 간격을 두고 있는 영상 전역에 분포된 위치에서 나온다. 각 데이터 세트를 형성하는 영상 블록이 영상의 전역에 분포된 관련된 위치로부터 취해지므로, 23개 영상블록으로 이루어진 각 데이터 세트의 복잡도는 전체 필드의 복잡도를 나타낸다. 여기에 예시화된 본 발명의 실행에 있어서, 혼합 알고리즘과 상기 알고리즘이 나타내는 선택 패턴은 메모리 어드레스 그룹의 형태로 판독 어드레스 발생기(56)에 내장되어 있다.
따라서, 여기에 기술된 실시예에서는 데이터가 기록되어 있는 메모리 수단이 어드레스 발생기(54)에 응답해서 비디오 영상의 해당 영상 블록 위치와 일치하는 순차적인 순서로 데이터를 기억한다. 따라서, 판독 어드레스 발생기(56)는 알고리즘에 의해 결정된 판독 어드레스에 응답해서 비디오 영상의 영상 블록의 실제위치에 대해 혼합된 순서로 데이터를 회복하기 위한 수단을 구비한다. 혼합된 영상 그 자체는 무관하지만 각 영상 블록의 데이터는 혼합되지 않고 제2도와 관련하여 설명한 바와 같이 블록내에서 임의적인 관계를 유지한다. 즉, 각 영상 블록내의 화상소자는 혼합 프로세스 이전에 비디오 영상에 존재했던 위치와 동일한 위치에 있다.
영상블록이 메모리에 기록 및 판독되는 순서는 역으로 될 수 있다. 즉, 판독 어드레스가 인가되어진 혼합된 메모리 위치를 사용해서 혼합된 순서로 영상 블록을 메모리(40, 42)에 공급할 수도 있다. 그리고 데이터는 메모리 위치를 주사하기 위해 기록 어드레스를 사용해서 순차적으로 판독될 수 있다.
혼합된 영상 블록으로 된 데이터 세트를 생성하기 위해 판독 어드레스 발생기(56)가 발생한 어드레스 시켄스를 사용하여 필드 저장 메모리(40, 42)에서 화상소자를 판독한 후, 데이터 세트를 버스(32)를 거쳐 변환 및 압축 시스템(34)에 공급한다. 그리고 시스템(34)은 데이터를 기호화(encode)하고 여러 데이터 수치화 프로세스중 하나를 사용해서 데이터 세트를 수치화하기 위해 수치화 인자를 계산한다. 각 데이터 세트는 영상전체의 정보 평균값을 나타내므로, 수치화 인자값은 대체로 유사해진다. 즉, 협폭의 웨이팅 계수값의 분배(a narrow distribution of weighting coefficient value)가 된다. 이는 압축프로세스의 효율을 높인다.
제5도는 제4도의 입력 버스(16)에 공급된 바와 같은 원래의 아날로그 영상신호를 회복하기 위해 역 혼합(혼합해제)프로세스를 실행할 수 있는 회로의 일 예를 나타낸다. 혼합해제 회로는 제4도의 혼합 프로세스에 사용된 회로와 유사하다. 회복된 데이터는 레코더(36)와 같은 레코더에 의해 버스(38)(제4도)와 같은 전송 채널 또는 버스(110)를 통해 압축해제 및 역변형 시스템(decompression and inverse transform system)(108)에 공급된다. 상기 시스템(108)은 제4도의 변형 및 압축 시스템(34)의 역기능을 실행하고, 그 결과 압축해제되고 역변환된 데이터를 혼합해제회로(128)에 공급한다. 혼합된 영상 데이터는 버스(112)에 공급되고 제4도의 버스(32)에 실린 혼합된 영상 데이터와 본질적으로 동일하다.
혼합해제회로(128)는 어드레스 신호가 기록 및 판독 사이클이 변경되는 동안 유사한 필드 저장 메모리(140, 142)에 공급된다는 점에서 혼합 회로(28)와 틀리다. 예를 들어, 메모리(140, 142)는 판독 어드레스 발생기(156)가 공급한 판독 어드레스 신호를 사용해서 기록동작이 이루어지고, 판독동작은 기록 어드레스 발생기(154)가 기록한 공급 기록 어드레스 신호를 사용해서 이루어진다. 제4도에서와 같이, 기록 및 판독 어드레스는 타이밍 발생기(144)의 리셋 신호에 응답해서 공급된다. 그러므로, 버스(112)의 혼합 데이터를 가진 혼합된 영상블록은 이미 전술한 메모리내의 연속 메모리 위치에 저장된다. 그리고, 이 저장된 영상블록은 압축해제 메모리내 메모리 구역에서 순차적으로 검색된다. 그 결과 출력 버스(178)상의 출력 데이터 신호는 예를 들어 제4도의 버스(30) 상의 원래의 영상 데이터와 일치하는 혼합해제된 영상 데이터이다. 버스(178)상의 영상 데이터는 디지탈-아날로그 변환기(180)를 통해 아날로그 형태로 변환되고, 재구성(reconstruction) 필터(182)를 통해 필터된 후, 출력 버스(184)상에 원래의 아날로그 영상 신호로 회복시킨다.
이미 전술한 바와 같이, 크로미난스 영상 데이터(R-Y, B-Y)는 각 크로미난스 채널을 통해 휘도 데이터(Y)와 별도로 혼합될 수도 있는 또 다른 신호이다. 또한 혼합된 크로미난스 데이터는 제4도의 시스템과 같이 변형 및 압축 시스템에 공급될 수도 있다. 완전 성분 컬러 신호가 압축되면, 크로미난스 성분은 변형 및 압축 시스템에 공급되지만, 제4도의 버스(32)에 실린 상보 혼합 휘도 데이터(complementary shuffled luminance data)와 반드시 동기될 필요는 없다.
부가적으로, 상기 혼합/혼합해제 시스템에서도, 아날로그 크로미난스(R-Y, B-Y) 영상 데이터가 각 S/H 회로에 공급되어야 한다. 데이터의 (R-Y) 및 (B-Y)스트림은 6.75MHz 속도로 샘플되어, 아날로그 (R-Y) (B-Y) 크로미난스 신호를 아날로그 멀티플렉서(analog multiplexer)의 두 입력부에 공급한다. 아날로그 멀티플렉서는 적절한 타이밍 신호를 통해 6.75MHz 속도로 절환되어 다른 (R-Y), (B-Y) 값의 컬러 데이터 신호를 A/D 변환기에 공급한다. A/D 변환기는 구조가 휘도 채널(14)의 구조와 유사한 1쌍의 필드 저장 메모리에, 디지탈화된 (R-Y), (B-Y) 크로미난스 샘플의 데이터 스트림을 공급한다. 그러나, 메모리는 각각 예를 들어 (R-Y) 데이터가 (B-Y) 데이터와 별도로 저장되도록 절반으로 분할되어야 한다. 이것은 컬러 데이터를 메모리에 순차적으로 쉽게 기록할 수 있게 할 뿐 아니라, 메모리의 각각의 위치에서 벗어난 (R-Y)와 (B-Y) 데이터를 혼합 포맷으로 쉽게 판독할 수 있게한다. 발생기(44)와 같은 타이밍 발생기는 R/W 와 OE 신호를 메모리에 공급한다. 데이터 스트림에서 (B-Y)샘플과 교대로 존재하는 (R-Y)샘플이 메모리중의 어느 일 메모리의 (R-Y)부분에 순차적으로 기록될 수 있는 반면에, (B-Y)샘플은 후자가 인에이블 될 때 동일한 메모리의 (B-Y)부분에 순차적으로 기록되어야 한다. 즉, 색상차 신호와 같은 신호를 혼합할 때, 크로미넌스 샘플로 형성된 데이터 세트는 데이터 세트의 모든 (B-Y)블록의 제1순서로 데이터 세트의 모든 (B-Y)블록이 따를 수 있는 것이다. 제2순서는, 데이터 세트가 압축 시스템에 의해 요구되는 것과 동일한 데이터 세트의 (R-Y) 및 (B-Y)블록을 교대로 배치하여 형성시킬 수도 있다. 제3순서에는, 모든 데이터 세트용의 모든 (R-Y)블록(또는 다르게는 B-Y블록)이 함께 그룹으로 회복되고 이어서 모든 데이터 세트용 (B-Y)블록(또는 다르게는 R-Y블록)에 의해 따르게 된다. 따라서, 본 발명은 영상 데이터 또는 변환 계수가 다양한 순서로 저장 및/또는 회복될 수 있는 적용가능한 것임을 알 수 있다.
임의 실시예에서, 휘도 채널(14)에서와 같이 (R-Y)와 (B-Y) 데이터가 일 필드씩 언급한 순서로 교차 메모리에 기록될 수 있으면서, 타 메모리가 판독된다. 또한, 크로미난스 데이터에 대한 판독은 알고리즘에 의해 결정된 혼합 패턴에 따라 휘도 데이터 판독 방식으로 실행될 수도 있다. 그러나, 판독 프로세스는 데이터가 메모리의 (R-Y)와 (B-Y)부분으로부터 교대로 회복하면, 순차적으로 저장된 2개 크로미난스 성분(R-Y), (B-Y)의 혼합을 제공한다. 예를 들어, 일 데이터 세트의 (R-Y)블록이 회복되고 이어서, 일 데이터 세트의 (R-Y) 블록이, 다른 (R-Y)블록과 (B-Y)블록 등이 회복된다. 다른 판독은 일 메모리 또는 타 메모리에서 일 필드씩 교대로 실행된다. 따라서, 혼합된 (R-Y), (R-Y) 크로미난스 데이터 블록의 출력 스트림이 제4도의 시스템(34)과 같은 변형 및 압축 시스템에 공급된다.
제6도는 현존 혼합 기술의 바람직한 주위 환경을 도시한 것으로, 영상 데이터는 영상블록의 연속적인 데이터 세트형태로 제4도의 혼합 회로(28)와 채널(14)과 같은 혼합 수단에 공급한다. 혼합된 데이터는 본 명세서에서 불연속 코사인 변형 회로(discrete cosine transform circuit)(131)로 표시된 것과 같은 변형 수단에 공급된다. 그 결과 혼합된 변형 계수 블록은 전술한 미국 특허출원 07/560,606호에서 기술된 바 있는 데이터 압축 회로에 공급되며, 이 데이터 압축회로는 연속적인 데이터 세트에 대한 수치화 인자를 결정한 후 압축프로세스를 실시하여 압축된 영상 데이터를 출력시킨다. 제6도의 시스템에서 본 발명에 따른 데이터 혼합 프로세스가 영상을 순차적으로 주사함으로써 획득된 영상 데이터에 관해 실행된다.
제7도는 또 다른 시스템을 나타낸 것으로, 이 시스템에서는 우선 영상 데이터가 예를 들어 전술한 불연속 코사인 변형 회로(131)에 의해 변형되고, 본 발명에 따라 혼합된다. 이를 위해 변형 회로(131)는 변형 계수 블록을 표시하는 영상의 연속 데이터 세트를 제4도에 도시된 바와 같은 혼합 채널(14)과 회로(28)에 공급한다. 그러므로, 제7도의 시스템에서 본 발명에 따른 데이터 혼합 프로세스는 그것이 변형 계수 형태로 된 후에 영상 데이터에 대해 실시된다.
제6도 또는 제7도 중 어느 한 시스템에 있어서, 혼합해제 프로세스는 압축해제 프로세스 후에 그리고 불연속 코사인 변형 역처리 전후에 실행될 수도 있다.
본 발명이 여러 양호한 실시예에 대해 기술되었지만, 본 기술에 숙련된 자에 의해 본 발명의 범위내에서 또 다른 수정 또는 대안이 이루어질 수 있음을 주지하기 바란다. 예를 들어, 이러한 데이터가 적절한 매체상에 기록되었는지의 여부와 무관하게 비디오 데이터를 압축함에 있어 통계학적 평균화 처리를 실시하는 것이 바람직할 수도 있다. 혼합 압축된 데이터는 위성 전송 시스템에 대신 사용될 수도 있다. 게다가, 일 비디오 필드가 본 명세서에 기술된 예시예에서 혼합되었다 하더라도, 다른 량의 데이터가 그룹으로 또는 데이터 세트처럼 혼합될 수도 있다. 예를 들어, 프레임, 다수의 연속 프레임 또는 필드나 프레임이 아닌 그룹을 결정하는 비디오 정보가 통계학적 평균화 처리의 특성을 이용하기 위해 혼합될 수도 있다. 데이터의 프레임을 혼합 및 코드화 함에 있어서, 개수가 변경되는데 예를 들어, 각 영상블록이 (Y)블록용 (8 × 8)화상소자 배열로 2배의 데이터로 형성될 수도 있고 즉, 크로미난스(R-Y) 및 (B-Y)블록에 대한 화상소자 배열을 2배로 하는 것이다.
이미 언급한 바와 같이, 본 명세서에 기술된 특정 알고리즘 대신에 또 다른 알고리즘을 사용해서 영상블록의 매트릭스로부터 취해진 기하학적 블록뿐만 아니라 상기 매트릭스로부터 의사 무작위로 선택된 블록을 제공할 수도 있다. 이와 같은 의사 무작위 순서는 생략되거나 반복되는 경우 없이 영상내의 모든 블록이 한 번씩 선택되도록 배열되어야 한다. 또한, 알고리즘 수는 예를 들어 본 명세서에 예시된 바와 같이 525라인이 아닌 625라인을 사용하는 컬러 텔레비젼인 경우 다르다.
또한, 본 발명이 영상의 2차원 공간영상에서 취해진 데이터의 선택 및 혼합에 대해 기술되었지만 이는 시간-공간적(spatio-temporal)인 3차원 위치에서 취해진 데이터의 혼합 프로세스에도 적용할 수 있다. 예를 들어, 시간적 차원에서는 여유분이 있으므로, 3차원을 이용하는 압축은 예를 들어 3차원 불연속 코사인 변형(DCT) 처리에 이용될 수도 있다. 이러한 계획에 있어서, 3차원 압축 블록(입방체)은 여러개의 프레임 시켄스로 구성된 몇몇 프레임의 각 동일 위치에서 취해진 다수의 2차원 블록으로 구성될 수도 있다. 이 경우, 혼합 프로세스는 3차원 입방체 그룹으로 된 데이터 세트를 형성함으로써 실행될 수 있다.

Claims (13)

  1. 영상 정보가 복잡한 영상 영역(complex image areas)에서 단순한 영역(simple areas)으로 다양한 변화를 겪는, 비디오 영상의 적어도 일 부분을 형성하는 데이터 재형성 방법(a method for data reconfiguration)에 있어서, 상기 방법은: 비디오 영상의 일 스크린에서 상호관련된 부분에 각각의 공간적 위치(spatial position)에 대응하는 부분의 특징을 한정하는 복수 영상 블록에 의해서 비디오 영상의 일 스크린을 나타내는 디스플레이 프로세스 및, 그룹에 비디오 영상 정보의 통계적 평균(statistical average)이, 복잡한 영상 영역에서 미리 선택한 영상 블록과 단순한 영상에서의 영상 블록을 그룹으로 하여 비디오 영상의 일 스크린에 통계적 평균 정보와 실질적으로 동일한 영상 블록그룹을 형성하여, 블록 그룹을 형성하도록 최소수의 영상 블록을 재형성하는 재형성 프로세스(reconfiguration process)를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 재형성 방법.
  2. 제1항에 있어서, 비디오의 일 스크린을 분할하여 디스플레이 프로세스에서 주어진 영상 블록의 배열(the given array of image blocks)을 형성하는 단계와; 재형성 프로세스에서 비디오 영상의 일 스크린에서 불연속 공간적 위치에서 구해진 영상 블록의 그룹 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 데이터 재형성 방법.
  3. 제2항에 있어서, 연속적 블록에서, 블록이 비디오 영상의 일스크린에 공간적 분리 위치에서의 그룹 단계에서 시켄스로 선택된, 일 회 선택된 모든 영상 블록을 함유하는 영상 블록 그룹(a group of image blocks)을 선택하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 데이터 재형성 방법.
  4. 제2항에 있어서, 비디오 영상의 일 스크린에 불연속 공간적 위치(discontinuous spatil positions)에서 선택적으로 구해진 영상 블록을 형성하는 데이터 그룹에 정보의 통계적 평균이, 재형성 프로세스에 비디오 영상의 일 스크린에 정보의 통계적 평균과 실질적으로 동일하도록, 복수 영상 블록을 구비하여 동일한 크기의 데이터 그룹을 형성하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 데이터 재형성 방법.
  5. 제1항에 있어서, 데이터에 비디오 영상 데이터의 필드와 프레임을 구비하고, 분할 프로세스(dividing process)에서 영상 블록 배열을 형성하는 비디오 영상의 일 스크린을 전자적으로 분할하는 단계와 전(全) 배열에서 공간적으로 분리된 불연속성 영상 블록을 선택하여 그룹 프로세스(grouping process)에서 재형성용 필드를 형성하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 데이터 재형성 방법.
  6. 제1항에 있어서, 분할 프로세스에서 데이터 영상을 전자적으로 분할하여 영상 블록의 선택 배열(selected array)을 형성하는 단계와, 연속 블록이 데이터 영상의 일 스크린에 공간적 분리 위치로부터 그룹 프로세스에 일련의 블록에서 선택되는, 일 회만(only once)에 배열에 모든 영상 블록을 선택하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 데이터 재형성 방법.
  7. 제2항에 있어서, 비디오 영상에 영상 블록의 원래 구역에 대한 혼합순서로 영상 블록의 상기 그룹을 저장하고(storing) 그리고; 한 개씩의 라스터 주사 블록 순서(raster scan block-by-block order)로 영상 블록의 저장 및 혼합 그룹을 검색하는(retrieving) 것을 특징으로 하는 데이터 재형성 방법.
  8. 제2항에 있어서, 비디오 영상에서 선택되어 순차적으로 복수 영상 블록의 그룹을 저장하는 단계와; 상기 저장 단계에 사용되는 것과는 다른 혼합 시켄스로 저장된 복수 영상 블록의 그룹을 검색하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 데이터 재형성 방법.
  9. 제2항에 있어서, 통계적 평균 그룹에 함유된 데이터의 일정한 압축을 제공하는 상기 그룹용의 수치화 매개변수 값을 판단하는 단계와; 상기 판단 단계에 의해 정해진 수치화 매개변수 값의 불일치에 반응하는 그룹 단계를 조정하는 것을 특징으로 하는 데이터 재형성 방법.
  10. 비디오 영상의 일 스크린의 적어도 일 부분을 나타내는 데이터 재형성 장치에 있어서, 상기 장치는: 주어진 수의 연속적 영상 디스플레이 블록으로 비디오 영상의 일 스크린에 나타나는 데이터를 분할하는 수단과, 블록의 통계적 균일 그룹에 정보의 통계적 평균이 비디오 영상의 일 스크린에 정보의 통계적 평균과 실질적으로 동일하도록 주어진 블록 선택 알고리즘에 따르는 데이터 영상으로 불연속 공간적 위치에서 선택된 영상 디스플레이 블록에서 형성된 그룹을 모우는 그룹 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 재형성 장치.
  11. 제10항에 있어서, 분할 수단에 다른 공간적 위치에서 복수 영상 디스플레이 블록으로 비디오 영상의 일 스크린을 분할하는 수단과, 연속적 블록이 비디오 영상의 일 스크린에 공간적 분리 위치로부터 그룹 수단에 일련의 블록에서 선택되는, 일 회만에 배열에 모든 영상 블록을 선택하는 수단을 제공하는 것을 특징으로 하는 데이터 재형성 장치.
  12. 제10항에 있어서, 스크린에 나타내는 데이터 재형성 방법으로, 스크린에 각각의 공간적 위치를 점유하는 스크린에 나타나는 데이터를 분할하여, 고 복잡성에서 저 복잡성에 이르는 어느 정도 복잡성을 가진 연속성 영상 블록을 형성하는 분할 프로세스(the division process)와, 임의 통계적 유효 수(any statistically significant number)의 영상 블록이 함유된 정보의 통계적 평균이 스크린에 함유된 정보의 통계적 평균과 실질적으로 동일하도록, 주어진 알고리즘에 따라서 선택적으로 획득된 일련의 영상 블록을 그룹으로 하여 전체 스크린에 다양한 전(全)위치에서 획득된 다양한 고 복잡성과 저 복잡성으로 불연속성 영상 블록을 합성하는 그룹 프로세스(the grouping process)를 제공하는 것을 특징으로 하는 데이터 재형성 장치.
  13. 제4항에 있어서, 비디오 영상의 일 스크린을 분할하는 단계와, 디스플레이 프로세스에서 영상 블록으로 구성된 선 및 열(lines and rows)로 이루어진 배열을 형성하는 단계 그리고, 재형성 프로세스에서 각각의 데이터 그룹을 구성할 시에 영상 블록 배열의 임의적 일 선 또는 열로우터 일 영상 블록만을 구하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 데이터 재형성 방법.
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