KR100292521B1 - 영상데이터의 부호화 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 허프만 테이블을 이용하여 영상데이터를 부호화 처리하는 시스템에서 표준안을 만족시키면서 가능한 한 사용 비트량을 저감하는 기술에 관한 것으로, 이러한 본 발명의 목적은 부호기에서 양자화된 계수를 생성하고 줄길이를 스캔하는 제1단계와; 양자화된 계수가 허프만 테이블에 존재하는지 조사하여 존재하는 것으로 확인되면 그 허프만 테이블을 이용하여 계수를 부호화하는 제2단계와; 양자화된 계수가 허프만 테이블에 존재하지 않는 경우, 그 계수에 대해 특별부호를 이용하여 부호화 하는 것이 유익한 것인지, 허프만 테이블에 존재하는 유사한 계수를 이용하여 부호화 하는 것이 유익한 것인지 비교판단하여 부호화 처리하는 제3단계를 통해 달성된다.

Description

영상데이터의 부호화 방법

본 발명은 영상 데이터의 양자화 구간 비선형적 조절을 이용한 부호화 기술에 관한 것으로, 특히 허프만 테이블을 이용하여 영상신호를 부호화 처리할 때 허프만 테이블에 정의되어 있지 않은 계수에 대하여 무조건 특별 부호를 사용하여 부호화 하는 것이 아니라 가능한 한 허프만 테이블에 존재하는 다른 계수로 대신 부호화 할 수 있도록한 영상데이터의 부호화 방법에 관한 것이다.

도 1은 종래기술에 의한 표준안에서의 부호화 과정을 보인 신호처리 흐름도로서 이에 도시한 바와 같이, 부호기에서 양자화된 계수를 생성해내는 제1단계(S1)와; 양자화된 계수의 줄길이를 스캔하는 제2단계(S2)와; 허프만 테이블에 존재하는 계수는 그 테이블을 이용하여 부호화 처리하고, 존재하지 않는 계수는 특별부호를 이용하여 부호화 처리하는 제3단계(S3)로 이루어지는 것으로, 이의 작용을 설명하면 다음과 같다.

영상신호 부호화를 위한 JPEG, H.26x, MPEG 계열 등의 표준에서는 영상신호를 부호화 처리할 때 이산 여현 변환(DCT:Discrete Cosine Transform) 등을 수행한 후 이 계수들을 줄길이(Run-Length) 부호화하는 방법을 사용하고 있다.

이렇게 줄길이 부호화 하는 과정에서 줄의 길이(Run)와 계수의 크기(level)는 하나로 묶여지고, 각 줄길이에 대해 양자화된 계수의 크기를 적절히 정의된 양자화 구간으로 나누어 해당하는 구간의 값을 허프만 테이블을 이용하여 부호화 하는 방법을 사용하고 있다.

이때, 대다수의 허프만 테이블은 그 성능을 향상시키기 위해 가변길이 부호화를 도입하는 것이 일반적이다. 그런데, 각 줄길이에 대해서 양자화 테이블을 이용하여 부호화 할 수 있는 계수들의 값은 유한하다. 따라서, 통상의 영상신호 부호화 표준들에서는 허프만 테이블이 허용하는 범위를 벗어나는 계수들에 대해서는 특별부호(escape sequence)를 사용하여 부호화 하는 방법을 사용하고 있다.

이와 같이, 특별부호를 이용하여 부호화 하는 경우 부호의 길이가 현저하게 길어진다. 예를들어, H.263에서 구획의 마지막 계수가 아니고 줄길이가 2, 크기가 3인 경우 허프만 테이블을 이용하여 부호화 하면 그 부호의 길이가 11비트가 되지만, 줄길이가 똑같이 2이고, 양자화된 계수의 크기가 4가 될 경우에는 특별부호를 사용해야 하므로 이때에는 22비트의 부호가 필요하게 된다.

이와 같이 종래기술에 의한 부호화 기술에 있어서는 허프만 테이블을 이용하여 영상신호를 부호화 처리할 때 허프만 테이블에 정의되어 있지 않은 계수에 대하여 무조건 특별 부호를 사용하기 때문에 부호화에 필요한 비트수를 허프만 테이블을 이용하는 경우에 비하여 훨씬 많이 할당해야 되고, 이로 인하여 비트율-왜곡 관점에서 성능이 저하되는 결함이 있었다.

따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 허프만 테이블에 정의되어 있지 않은 계수를 부호화 처리할 때 테이블내에 이미 정의되어 있는 계수와 유사한 계수들에 대해서는 그 정의되어 있는 유사한 값을 적절이 이용하여 부호화 하고, 그렇지 않은 계수들에 대해서는 특별부호를 사용하거나 다른 방법을 이용하여 부호화 하는 영상데이터의 부호화 방법을 제공함에 있다.

도 1은 종래기술에 의한 영상데이터의 부호화 방법의 신호 흐름도.

도 2는 본 발명에 의한 영상데이터의 부호화 방법의 신호 흐름도.

도 3은 본 발명에 의한 부호화 예시도.

***도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명***

ST1-ST7 ; 제1-7단계

본 발명에 의한 영상데이터의 부호화 방법은 부호기에서 양자화된 계수를 생성하고 줄길이를 스캔하는 제1단계(ST1,ST2)와; 양자화된 계수가 허프만 테이블에 존재하는지 조사하여 존재하는 것으로 확인되면 그 허프만 테이블을 이용하여 계수를 부호화하는 제2단계(ST3,ST4)와; 양자화된 계수가 허프만 테이블에 존재하지 않는 경우, 그 계수에 대해 특별부호를 이용하여 부호화 하는 것이 유익한 것인지, 허프만 테이블에 존재하는 유사한 계수를 이용하여 부호화 하는 것이 유익한 것인지 비교판단하고, 그 판단결과에 따라 특별부호를 이용하여 부호화 하거나 허프만 테이블에 존재하는 유사한 계수를 이용하여 부호화 하는 제3단계(ST5-ST7)로 이루어지는 것으로, 이와 같이 이루어지는 본 발명의 작용을 첨부한 도 2 및 도 3을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

부호기에서 양자화된 계수를 생성하고, 그 양자화된 계수가 허프만 테이블에 존재하는지 확인하여 존재하는 것으로 판명되면 그 테이블에 이미 정의되어 있는 값을 이용하여 부호화 처리한다.(ST1-ST4)

그러나, 양자화된 계수가 허프만 테이블에 존재하지 않는 것으로 판명되면, 특별부호를 사용하여 부호화 할 것인지, 허프만 테이블에 존재하는 다른 부호로 부호화 할 것인지를 판단하게 된다.(ST5)

이때, 판단 기준의 예로써 J를 들 수 있는데, 영상부호기가 초래하는 왜곡을 D, 이 경우에 사용되는 비트의 양을 R, 그리고 이들 둘 사이의 관계를 정의하는 라그랑주 제곱수(Lagrangian Multiplier)를 λ라고 할 때, J = D + λR 로 정의된다.

최적의 λ값에 대해서 J를 최소화 하는 값을 구함으로써 성능이 우수한 부호기를 구현할 수 있게 된다. 즉, 최적의 λ값에 대해서 J의 값을 최소화 하는 R과 D를 찾아낼 경우에 가장 성능이 높은 부호기를 구현할 수 있게 된다.

다시말해서, 허프만 테이블에 정의되지 않은 "줄길이", "계수의 크기" 조합에 대해 부호화 할 때 종래와 같이 λ=0을 가정하고 부호화하는 것이 아니라, 특별부호를 사용하여 부호화하는 경우와 허프만 테이블에 정의된 값들 중 상기 J값을 최소화 하거나 혹은 실행에서 복잡도를 간단히 하기 위해서 정의된 값들 중 최대값으로 대신하는 경우의 시스템의 부담을 비교해 본다.

상기의 비교결과 특별부호를 사용하여 부호화 하는 것이 유리한 것으로 판단되면 부득이 특별부호를 사용하여 부호화 하고, 허프만 테이블내에 이미 정의되어 있는 적절한 값을 대치하여 부호화 하는 것이 유리하다고 판단되면 그 적절한 값을 이용하여 부호화 한다.(ST6,ST7)

이와 같은 방법으로 부호화할 경우에 사용되는 허프만 테이블의 인덱스의 관계를 도 3에 나타내었다. 즉, 도 3에서와 같이 허프만 인덱스에 대해서 정의된 허프만 테이블이 있을 경우에, 양자화된 계수가 원(○)과 같이 나타나게 되면 종래기술에서는 특별부호를 사용하여 부호화하였다. 하지만, 본 발명에서는 인덱스 5번을 부호화 함으로써 얻게 되는 비트의 이득이 왜곡 D보다 크게 될 경우 인덱스 5번으로 부호화 하게 된다.

결국, 부호화 할 계수가 허프만 테이블에서 정의된 값을 조금 벗어나는 경우, 어느정도 계수의 왜곡을 감수하고 이를 허프만 테이블에 존재하는 값들 중에서 양자화된 값들에 가장 가까운 값으로 부호화 함으로써 사용되는 사용비트의 양을 대폭적으로 줄일 수 있게 되고, 표준에 정의된 모든 규약을 만족시키게 되므로 본 발명에 의해 생성된 부호화 비트열은 표준을 지원하는 어떠한 복호기로도 복호가 가능하게 된다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 부호화 할 계수가 허프만 테이블에서 정의된 값을 조금 벗어나는 경우, 어느정도 계수의 왜곡을 감수하고 이를 허프만 테이블에 존재하는 값들 중에서 양자화된 값들에 가장 가까운 값으로 부호화 함으로써 사용비트의 양을 대폭적으로 줄일 수 있게 되고, 기존의 H.261, H.263, MPEG-1,MPEG-2, MPEG-4와 함께 허프만 테이블을 사용하여 양자화 하는 모든 미래의 표준에 적용하여 비트율-왜곡 관점의 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 표준안에 완벽하게 호환되어 기존의 복호기에 아무런 영향을 주지 않고도 부호기의 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 부호기에서 양자화된 계수를 생성하고 줄길이를 스캔하는 제1단계와; 양자화된 계수가 허프만 테이블에 존재하는지 조사하여 존재하는 것으로 확인되면 그 허프만 테이블을 이용하여 계수를 부호화하는 제2단계와; 양자화된 계수가 허프만 테이블에 존재하지 않는 것으로 확인되면, 그 계수에 대해 특별부호를 이용하여 부호화 하는 것이 유익한 것인지, 허프만 테이블에 존재하는 유사한 계수를 이용하여 부호화 하는 것이 유익한 것인지 비교판단하여 부호화 처리하는 제3단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 영상데이터의 부호화 방법.
2. 제1항에 있어서, 제3단계의 판단기준으로서 다음의 식으로 정의 되는 값(J)을 이용하는 것을 특징으로 하는 영상데이터의 부호화 방법.

   J = D + λR

   D : 왜곡값

   λ: 라그랑주 제곱수

   R : 사용 비트양