KR100304877B1 - 영상부호화방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 디지털 영상신호를 압축하기 위하여 부호화하는 방법에 관한 것으로서 특히, 웨이브렛(wavelet)변환 부호화의 스캔(scan)방법으로서 웨이브렛 변환 서브밴드(subband)별로 그 서브밴드의 특성에 적합한 수평 또는 수직방향의 블럭으로 구분하여 스캔함으로써 부호화(coding)시의 압축효율을 높일 수 있도록 한 영상 부호화 방법에 관한 것이다.
영상신호를 부호화하기 위한 방법중의 하나로 웨이브렛 부호화방법에서 각서브밴드 영역을 그 서브밴드 영역의 특성에 적절한 방향으로 스캔하는 정도로는 필요충분한 압축율을 가지기 어렵다.
본 발명은 영상을 부호화함에 있어서, 영상신호를 주파수 정보로 변환하고 이 주파수 변환된 정보가 원영상신호에 대하여 의미있는 정보를 상대적으로 많이 포함하고 있는 영역과 그렇지 않은 영역으로 분할되며, 이 분할된 영역(서브밴드 영역)내에서 그 영역을 소정의 블럭크기를 가지는 복수개의 블럭(스캔블럭)으로 구분하여 각각의 스캔블럭내에서 수직 또는 수평 또는 대각 방향으로 스캔을 수행함으로써, 통계적으로 연속된 zero run이 발생될 확률을 높여 압축효율을 증대시킬 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 영상 부호화 방법을 제공한다.

Description

영상 부호화 방법{IMAGE CODING APPARATUS}
본 발명은 디지털 영상신호를 압축하기 위하여 부호화하는 방법에 관한 것으로서 특히, 웨이브렛(wavelet)변환 부호화의 스캔(scan)방법으로서 웨이브렛 변환된 서브밴드(subband)별로 그 서브밴드의 특성에 적합한 수평 또는 수직방향의 블럭으로 구분하여 스캔함으로써 부호화(coding)시의 압축효율을 높일 수 있도록 한 영상 부호화 방법에 관한 것이다.
영상신호를 부호화하기 위한 방법중의 하나로 웨이브렛 부호화가 있다.
도 1은 영상신호를 웨이브렛 변환한 경우의 서브밴드 영역의 구조를 보인다.
도 1에서 보는 바와같이 웨이브렛 변환을 수행한 결과는 영상신호에 의미있는 정보를 상대적으로 더 많이 포함하고 있는 저주파 영역이 한쪽으로 집중되고, 상대적으로 영상신호의 의미있는 정보가 더 적게 포함된 고주파 영역이 다른 한쪽으로 집중되는 형태의 서브밴드 영역 분할구조를 가짐은 이미 알려진 바와같다.
특히, 도 1의 웨이브렛 변환된 서브밴드 영역의 특성을 살펴보면 9개의 서브밴드 영역(F1∼F9)중에서 F1,F4,F7영역에서는 영상신호에 대하여 수평엣지(edge)성분이 나타나고, F2,F5,F8영역에서는 수직 엣지성분이 나타나며, F3,F6,F8에서는 대각성분이 나타나게 된다.
따라서, 이러한 특성을 이용해서 웨이브렛 변환된 각 서브밴드 영역을 다른 경로(수평,수직,대각)으로 스캔함으로써 보다 효율적인 영상압축을 수행할 수 있도록 하였다.
예를 들면, 도 2에 나타낸 바와같이 수직 방향의 엣지성분이 나타나는 F5영역(F2,F8영역)은 수직방향으로 스캔하고, 수평 방향의 엣지성분이 나타나는 F4영역(F1,F7영역)은 수직방향으로 스캔하며, 대각방향의 엣지성분이 나타나는 F6영역 (F3,F8영역)은 대각 방향으로 스캔함으로써, 엣지 부분을 연속되게 스캔할 수 있고, 이렇게 함으로써 후단의 산술코딩(Arithmetic Coding; 가변길이 부호화)을 수행할 때 통계적 특성(엣지 성분이 나타나는 방향으로서의 스캔에 의해서 연속된 zero run이 발생할 확률이 증가한다)에 의해 더 좋은 압축율을 얻을 수 있게 되는것이다.
그러나, 각 서브밴드 영역을 그 서브밴드 영역의 특성에 적절한 방향으로 스캔하는 정도로는 필요충분한 압축율을 가지기 어려울 수 있다.
즉, 도3에 나타낸 바와같이 F7영역을 보다 상세하게 살펴본다면, 비록 수평 엣지성분(F7a)이라고 하더라도 그 수평 엣지성분(F7a)은 실제로 수직방향으로도 여러개의 픽셀(pixel)을 가지게 되며, 따라서 이 서브밴드 영역(F7)을 단순히 수평방향으로 스캔할지라도 수평 엣지의 끝부분에서는 연속되지 않는 zero run이 발생하게 되기 때문에, 후단에서 산술코딩을 수행할 경우 기대했던 것보다 압축율이 떨어지게 된다.
본 발명은 영상을 부호화함에 있어서, 영상신호를 주파수 정보로 변환하고 이 주파수 변환된 정보가 원영상신호에 대하여 의미있는 정보를 상대적으로 많이 포함하고 있는 영역과 그렇지 않은 영역으로 분할되며, 이 분할된 영역(서브밴드 영역)내에서 그 영역을 소정의 블럭크기를 가지는 복수개의 블럭(스캔블럭)으로 구분하여 각각의 스캔블럭내에서 수직 또는 수평 또는 대각 방향으로 스캔을 수행함으로써, 통계적으로 연속된 zero run이 발생될 확률을 높여 압축효율을 증대시킬 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 영상 부호화 방법을 제공한다.
또한 본 발명은, 영상을 부호화함에 있어서, 영상신호를 웨이브렛 변환하여 주파수 정보로 변환하고 이 주파수 변환된 정보가 원영상신호에 대하여 의미있는 정보를 상대적으로 많이 포함하고 있는 영역과 그렇지 않은 영역의 웨이브렛 변환폼으로 분할되며, 이 웨이브렛 분할된 영역(서브밴드 영역)내에서 그 영역을 소정의 블럭크기를 가지는 복수개의 블럭(스캔블럭)으로 구분하여 각각의 스캔블럭내에서 수직 또는 수평 도는 대각 방향으로 스캔을 수행함으로써, 통계적으로 연속된 zero run이 발생될 확률을 높여 압축효율을 증대시킬 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 영상 부호화 방법을 제공한다.
또한 본 발명은, 영상을 부호화함에 있어서, 영상신호를 웨이브렛 변환 등의 적절한 주파수 정보로 변환하고 이 주파수 변환된 정보가 원영상신호에 대하여 의미있는 정보를 상대적으로 많이 포함하고 있는 영역과 그렇지 않은 영역으로 분할되며, 이 분할된 영역(서브밴드 영역)내에서 그 영역을 소정의 블럭크기를 가지는 복수개의 블럭(스캔블럭)으로 구분하고, 각각의 스캔블럭이 속하는 서브밴드 영역에서의 엣지성분이 수평방향인가 또는 수직방향인가 또는 대각방향인가에 대응하여 스캔블럭의 가로:세로 사이즈를 적응적으로 적용하여 각각의 스캔블럭내에서 수직 또는 수평 또는 대각 방향으로 스캔을 수행함으로써, 통계적으로 연속된 zero run이 발생될 확률을 높여 압축효율을 증대시킬 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 영상 부호화 방법을 제공한다.
도 1은 영상 부호화 방법으로서 웨이브렛(Wavelet)변환된 서브밴드(Subband)영역의 구조를 나타낸 도면
도 2는 영상 부호화 방법으로서 종래의 서브밴드 스캔(scan)방법을 나타낸 도면
도 3은 도 2에서 F7영역을 확대하여 나타낸 도면
도 4는 본 발명에 따른 영상 부호화 장치의 블럭도
도 5는 본 발명에 따른 영상 부호화 방법을 나타낸 도면
도 6은 본 발명에 따른 영상 부호화 방법의 다른 실시예를 나타낸 도면
도 4는 본 발명의 영상 부호화 방법에 따른 영상 부호화 장치의 블럭 구성도로서 영상신호를 주파수정보로 변환하기 위한 방법으로 웨이브렛 변환을 사용하는 경우의 일예이며 그 구성을 살펴보면, 입력 영상신호에 대한 웨이브렛 변환을 수행하는 웨이브렛 변환수단(41)과, 상기 웨이브렛 변환수단(41)의 출력신호를 양자화하는 양자화수단(42)과, 상기 양자화된 신호에 대하여 서브밴드영역을 스캔블럭으로 구분하여 각각의 스캔블럭별로 그 서브밴드 영역을 스캔하는 스캔수단(43)과, 상기 웨이브렛 변환된 영상신호정보의 서브밴드 영역에 대한 상기 스캔수단의 스캔을 제어하기 위한 스캔제어수단(44)과, 스캔수단에 의해서 스캔된 영상신호정보에 대하여 확률에 기반하여 픽셀값의 유무에 따른 통계적 부호화를 수행하는 산술코딩수단(45)과, 상기 부호화된 영상신호정보를 다중화하여 출력하는 다중화수단(46)과, 상기 양자화수단 및 다중화수단을 제어하여 영상압축율을 제어하는 압축제어수단(47)으로 구성된다.
도 5는 이와 같이 구성된 영상신호 부호화 장치에 의해서 이루어지는 본 발명의 영상 부호화 방법의 일실시예로서 수평 엣지성분이 나타나는 서브밴드 영역에 대한 스캔방법의 일예이고, 도 6은 본 발명의 영상 부호화 방법의 다른 실시예로서 수직 엣지성분이 나타나는 서브밴드 영역에 대한 스캔방법의 일예를 나타내며, 도 5도 또는 도 6에 나타낸 것과 실질적으로 동일한 방법은 보다 넓고 다양하게 응용될 수 있으므로 본 발명은 도 4 내지 도 6에서 제시한 것에 의해 제한되지 않을 것이다.
상기 도 4 및 도 5를 참조하여 본 발명의 일실시예를 설명한다.
먼저, 입력영상신호는 웨이브렛 변환수단(41)에 입력되어 주파수 정보로 변환됨으로써 도 1 내지 도 3에 나타낸 바와 같은 웨이브렛 변환된 서브밴드 영역의 폼을 가지게 된다.
이 웨이브렛 변환된 영상신호 정보는 양자화수단(42)에 입력되어 영상신호정보에 대응하는 소정의 양자화스텝으로 양자화되고, 또 스캔 제어수단(44)에도 입력되어 스캔수단(43)의 제어를 위한 정보로 사용된다.
스캔수단(43)은 양자화 수단(42)에서 출력된 영상신호정보에 대하여 도 5 또는 도 6에 나타낸 바와 실질적으로 동일한 방법으로 적절하게 스캔하게 된다.
도 5를 예로 먼저 설명한다.
임의의 서브밴드영역(Fn)이 수평방향의 엣지성분을 가지는 서브밴드 영역이라고 가정하고 이 것을 도 5에 도시하였다.
도 5의 서브밴드 영역은 수평방향의 엣지성분을 가지는 서브밴드 영역(도 1에 서 본다면 F1,F4,F7영역에 해당된다)이므로 스캔제어수단(44)은 이 서브밴드 영역을 소정 사이즈의 복수개의 스캔블럭으로 구분하고 또 스캔블럭을 가로>세로의 사이즈를 가지도록 하여 그 스캔블럭 단위로 스캔을 수행한다.
즉, 도 5의 서브밴드 영역을 n개의 스캔블럭(51)으로 구분하고, 실제 영상신호에 대하여 의미있는 정보를 가지지 않는 스캔블럭(52), 실제 영상신호에 대하여 의미있는 정보(수평 엣지성분)(53)를 가지는 스캔블럭에 대하여 스캔을 수행한다.
이때, 예를 들어 수평 DPT지성분(53)을 가지는 스캔블럭(51a)내에서 수평방향으로서의 스캔을 그 스캔블럭(51a)내의 모든 수평엣지성분에 대하여 수행하고, 그 다음 스캔블럭(51b)내에서 수평방향으로의 스캔을 그 스캔블럭(51b)내의 모든 수평옛지성분에 대하여 수행하고, 그 다음 스캔블럭(51c)내에서 수평방향으로의 스캔을 그 스캔블럭(51c)내의 모든 수평엣지성분에 대하여 수행하고, 그 다음 스캔블럭(51d)내에서 수평방향으로의 스캔을 그 스캔블럭(51d)내의 모든 수평엣지성분에 대하여수행하는 수순으로 실행한다.
이와같이 하면 종래 기술과 비교할 때, 서브밴드 영역내에서 실제로 수평엣지성분(값)을 가지는 부분과 '0'값을 가지는 부분이 통계적으로 연속하여 나올 가능성이 극대화된다.
그러므로, 이렇게 스캔된 영상신호정보에 대하여 후단의 산술코딩수단(45)에서 가변길이 부호화를 수행하고 또 이 것을 후단의 다중화수단(46)에서 다중화하여 최종적으로 출력되는 영상신호의 압축효율은 증가된다.
도 5에서 스캔블럭(51a∼51d)내의 스캔방향을 수평방향으로 설명하였으나, 그 스캔블럭의 특성에 따라 수직방향 또는 대각방향으로의 스캔도 용이하게 실시될 수 있다.
다음으로, 도 6과 같이 임의의 서브밴드영역(Fn)이 수직방향의 엣지성분을 가지는 서브밴드 영역이라고 가정하고 이 것을 도 6에 도시하였다.
도 6의 서브밴드 영역은 수직방향의 엣지성분을 가지는 서브밴드 영역(도 1에 서 본다면 F2,F5,F8영역에 해당된다)이므로 스캔제어수단(44)은 이 서브밴드 영역을 소정 사이즈의 복수개의 스캔블럭으로 구분하고 또 스캔블럭을 가로<세로의 사이즈를 가지도록 하여 그 스캔블럭 단위로 스캔을 수행한다.
즉, 도 6의 서브밴드 영역을 n개의 스캔블럭(61)으로 구분하고, 실제 영상신호에 대하여 의미있는 정보를 가지지 않는 스캔블럭(62), 실제 영상신호에 대하여 의미있는 정보(수직 엣지성분)(63)를 가지는 스캔블럭에 대하여 스캔을 수행한다.
이때, 예를 들어 수직 엣지성분(63)을 가지는 스캔블럭(61a)내에서 수직방향으로의 스캔을 그 스캔블럭(61a)내의 모든 수직엣지성분에 대하여 수행하고, 그 다음 스캔블럭(62b)내에서 수직방향으로의 스캔을 그 스캔블럭(61b)내의 모든 수직엣지성분에 대하여 수행하고, 그 다음 스캔블럭(61c)내에서 수직방향으로의 스캔을 그 스캔블럭(61c)내의 모든 수직엣지성분에 대하여 수행하고, 그 다음 스캔블럭(61d)내에서 수직방향으로의 스캔을 그 스캔블럭(61d)내의 모든 수직엣지성분에 대하여 수행하는 수순으로 실행한다.
이와같이 하면 종래 기술과 비교할 때, 서브밴드 영역내에서 실제로 수직엣시성분(값)을 가지는 부분과 '0'값을 가지는 부분이 통계적으로 연속하여 나올 가능성이 극대화된다.
그러므로, 이렇게 스캔된 영상신호정보에 대하여 후단의 산술코딩수단(45)에서 가변길이 부호화를 수행하고 또 이것을 후단의 다중화수단(46)에서 다중화하여 최종적으로 출력되는 영상신호의 압축효율은 증가된다.
도6에서 스캔블럭(61a∼61d)내의 스캔방향을 수직방향으로 설명하였으나, 그 스캔블럭의 특성에 따라 수평방향 또는 대각방향으로의 스캔도 용이하게 실시될 수 있다.
상기 도 5 또는 도 6의 영상 부호화 방법은, 영상신호를 주파수 정보로 변환하고 또 이 주파수정보로 변환된 폼이 서브밴드 영역으로 분할되는 변환방법으로서 제로트리(zero tree) 구조를 가지는 변환방법에서도 상기한 바와 실질적으로 동일하게 수행될 수 있다.
또는, 알려진 그리고 시스템 특성에 따라 효율적인 것으로 선택되는 일련의영상신호:주사푸 변환방법에도 응용되어 압축효율을 높이는데 기여할 수 있다.
본 발명의 영상신호를 압축하기 위하여 부호화하는 방법은, 예를 들어 웨이브렛(wavelet)변환 부호화의 스캔(scan)방법으로서 웨이브렛 변환된 서브밴드(subband)별로 그 서브밴드의 특성에 적합한 수평 또는 수직방향의 블럭으로 구분하여 스캔함으로써, 통계적으로 연속된 zero run이 발생된 확률을 높여 압축효율을 증대시킬 수 있게 된다.

Claims (7)

  1. 영상신호를 주파수 신호로 변환하고 이 주파수 변환된 신호가 원영상신호에 대하여 의미있는 정보를 상대적으로 많이 포함하고 있는 영역과 그렇지 않은 영역으로 분할하는 단계와, 각각의 스캔블럭이 속하는 상기 서브밴드 영역에서의 엣지성분이 수평방향인가 또는 수직방향인가 또는 대각방향인가에 대응하여 스캔블럭의 가로:세로 사이즈를 적응적으로 적용하여 소정의 블럭크기를 가지는 복수개의 블럭(스캔블럭)으로 구분하는 단계와, 상기 각각의 스캔블럭 단위로 스캔을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 부호화 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 영역을 분할하는 단계는 웨이브렛 변환을 사용하는것을 특징으로 하는 영상 부호화 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 스캔을 수행하는 단계는 각각의 스캔블럭에 따라 수직 또는 수평, 또는 대각방향으로 스캔을 수행하는 것을 특징으로 하는 영상 부호화 방법.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 주파수신호로 변환된 영상신호의 서브밴드 영역이 수평엣지성분을 가지게 되는 경우 상기 스캔블럭의 가로:세로 사이즈는 가로>세로의 사이즈를 가지는 것을 특징으로 하는 영상 부호화 방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 수평엣지성분이 나타나는 서브밴드내의 스캔블럭에서는 수평방향으로의 스캔을 수행함을 특징으로 하는 영상 부호화 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 주파수신호로 변환된 영상신호의 서브밴드 영역이 수직엣지성분을 가지게 되는 경우 상기 스캔블럭의 가로:세로 사이즈는 가로<세로의 사이즈를 가지는 것을 특징으로 하는 영상 부호화 방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 수직엣지성분이 나타나느 서브밴드내의 스캔블럭에서는 수직방향으로의 스캔을 수행함을 특징으로 하는 영상 부호화 방법.
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