KR100323692B1 - Image encode method for rearrangement of huffman table and image encoder and decoder - Google Patents
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Abstract
본 발명은 허프만 테이블의 재배열에 의한 영상 부호화 방법 및 이 방법을 이용한 영상 부호화기 및 복호화기에 관한 것으로, 특히 부호화되는 DCT계수들의 조건부 확률을 계산하여 출현 빈도수가 높은 확률의 부호어 순서로 허프만 테이블을 재배열하여 부호화시 압축 효율을 높일 수 있도록 한 영상 부호화 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an image encoding method by rearranging the Huffman table, and to an image encoder and a decoder using the method. In particular, a conditional probability of the encoded DCT coefficients is calculated to reconstruct the Huffman table in order of codewords having a high occurrence frequency. The present invention relates to an image encoding method arranged so that compression efficiency can be increased when encoding.
종래 기술에서는 고정된 허프만 테이블을 사용하여 영상을 부호화하였기 때문에 허프만 테이블 제작시 샘플 대상으로 삼았던 DCT계수들과 다른 통계적인 특성을 가지는 DCT계수들을 부호화하게 될 경우에는 영상의 압축 효율성이 저하되는 문제점이 있었다.In the prior art, since the image is encoded using a fixed Huffman table, the compression efficiency of the image is deteriorated when the DCT coefficients having statistical characteristics different from those of the DCT coefficients used as sample targets are produced. There was this.
본 발명에서는 부호화기와 복호화기가 동일한 허프만 테이블을 갖으며 부호화기로 부호화해야 할 DCT계수가 입력되면 이를 허프만 테이블을 이용해 부호화하여 복호화기로 전송하고, 이때 부호화측 제어부와 복호화측 제어부에서는 동시에 다음에 출현되는 부호어들의 조건부 확률을 계산하여 출현 빈도수가 높은 부호어 순서로 허프만 테이블의 인덱스 구조를 적응적으로 변화시킴으로써, DCT계수들의 통계적인 특성에 적합한 허프만 부호화가 이루어질 수 있도록 하기 위한 것이다.In the present invention, when the encoder and the decoder have the same Huffman table and the DCT coefficients to be encoded with the encoder are input, the encoder and the decoder are encoded using the Huffman table and transmitted to the decoder. By calculating the conditional probabilities of the fishes and adaptively changing the index structure of the Huffman table in order of codewords with high frequency, Huffman coding suitable for the statistical characteristics of DCT coefficients can be achieved.
Description
본 발명은 허프만 테이블의 재배열에 의한 영상 부호화 방법 및 이 방법을 이용한 영상 부호화기 및 복호화기에 관한 것으로, 특히 부호화되는 DCT계수들의 조건부 확률을 계산하여 출현 빈도수가 높은 확률의 부호어 순서로 허프만 테이블을 재배열하여 부호화시 압축 효율을 높일 수 있도록 한 영상 부호화 방법 및 이 방법을 이용하여 영상을 부호화 및 복호화하는 부호화기 및 복호화기에 관한 것이다.The present invention relates to an image encoding method by rearranging the Huffman table, and to an image encoder and a decoder using the method. In particular, a conditional probability of the encoded DCT coefficients is calculated to reconstruct the Huffman table in order of codewords having a high occurrence frequency. The present invention relates to an image encoding method arranged so as to increase compression efficiency in encoding, and to an encoder and a decoder for encoding and decoding an image using the method.
H.261,H.263 또는 MPEG-2, MPEG-4등 종래의 영상 부호화기(encoder)에서는 전송하고자 하는 원영상을 블럭단위(예로서 8×8)로 분할하여 DCT(Discrete Cosine Transform)를 거쳐 DCT 주파수 변환을 수행한 후 상기 주파수 변환된 DCT계수들을 적절한 양자화 구간으로 나누어 양자화하고 허프만 테이블을 이용하여 부호화하는 구조로 되어 있다.In conventional video encoders such as H.261, H.263 or MPEG-2, MPEG-4, the original video to be transmitted is divided into block units (for example, 8 × 8) and subjected to a DCT (Discrete Cosine Transform). After performing the DCT frequency conversion, the frequency-converted DCT coefficients are divided into appropriate quantization intervals to quantize and encoded using a Huffman table.
이때, 상기와 같은 종래의 영상 부호화기에서는 고정된 하나의 허프만 테이블을 이용하여 영상을 부호화하였으며, 상기 허프만 테이블은 제조시 샘플 대상으로 삼았던 DCT계수들의 통계적인 특성에 맞게 최적화되어 있다.In this case, in the conventional image encoder, the image is encoded by using a fixed Huffman table, and the Huffman table is optimized according to statistical characteristics of DCT coefficients that were used as samples.
그러나, 이렇게 고정된 허프만 테이블을 사용할 경우에는 허프만 테이블 제작시 샘플 대상으로 삼았던 DCT계수들과 다른 통계적인 특성을 가지는 DCT계수들을 부호화하게 될 경우에는 영상의 압축 효율성이 저하되는 문제점이 있었다.However, when the fixed Huffman table is used, there is a problem in that the compression efficiency of the image is deteriorated when the DCT coefficients having statistical characteristics different from those of the DCT coefficients used as sample targets are produced.
본 발명에서는 부호화기와 복호화기가 동일한 허프만 테이블을 갖으며 부호화기로 부호화해야 할 DCT계수가 입력되면 이를 허프만 테이블을 이용해 부호화하여 복호화기로 전송하고, 이때 부호화측 제어부와 복호화측 제어부에서는 동시에 다음에 출현되는 부호어들의 조건부 확률을 계산하여 출현 빈도수가 높은 부호어 순서로 허프만 테이블의 인덱스 구조를 적응적으로 변화시킴으로써, DCT계수들의 통계적인 특성에 적합한 허프만 부호화가 이루어질 수 있도록 하였다.In the present invention, when the encoder and the decoder have the same Huffman table and the DCT coefficients to be encoded with the encoder are input, the encoder and the decoder are encoded using the Huffman table and transmitted to the decoder. By calculating the conditional probabilities of the fish, adaptively changing the index structure of the Huffman table in order of codewords with high frequency, Huffman coding suitable for statistical characteristics of DCT coefficients can be achieved.
도 1은 본 발명에 적용되는 영상 부호화기 및 복호화기의 간략한 구성도를 나타낸 도면1 is a diagram showing a brief configuration diagram of an image encoder and a decoder to which the present invention is applied.
도 2는 본 발명에서 부호어들의 출현 빈도수에 따라 허프만 테이블의 인덱스 구조를 적응적으로 재배열하는 일예를 나타낸 도면2 is a diagram illustrating an example of adaptive rearrangement of an index structure of a Huffman table according to the frequency of occurrence of codewords in the present invention.
본 발명 허프만 테이블의 재배열에 의한 영상 부호화 방법은 전송하고자 하는 영상신호를 DCT주파수 변환 및 양자화하고 이 주파수 변환 및 양자화된 DCT계수들을 허프만 테이블을 이용하여 부호화함에 있어서, 부호화된 부호어들의 조건부 확률을 계산하여 출현 확률이 높은 부호어 순서로 허프만 테이블의 인덱스 구조를 재배열하는 것을 특징으로 한다.According to an embodiment of the present invention, a video encoding method by rearranging a Huffman table includes performing a DCT frequency transform and quantization on a video signal to be transmitted and encoding the frequency transformed and quantized DCT coefficients using a Huffman table. The index structure of the Huffman table is rearranged in a codeword order having a high probability of occurrence by calculating.
상기와 같은 방법을 이용한 본 발명 영상 부호화기 및 복호화기의 구성은 도 1에 도시된 바와같이, DCT주파수 변환 및 양자화된 영상신호를 허프만 테이블을 이용하여 부호화하는 부호화기(10)와, 상기 부호화기(10)로부터 부호어들을 입력받아 조건부 확률을 계산하여 출현 빈도수가 높은 부호어 순서로 허프만 테이블의 인덱스가 재배열되도록 제어하는 부호화측 제어부(11)와, 상기 부호화기(10)에서 출력된 부호어들을 허프만 테이블을 이용하여 복호화하는 복호화기(20)와, 상기 부호화측 제어부(11)와 동시에 동작하며 복호화기(20)로부터 입력되는 부호어들의 조건부 확률을 계산하여 출현 빈도수가 높은 부호어 순서로 허프만 테이블의 인덱스가 재배열되도록 제어하는 복호화측 제어부(21)를 포함하여 구성된다.As shown in FIG. 1, the video encoder and the decoder of the present invention using the above-described method include an encoder 10 for encoding a DCT frequency transformed and quantized video signal using a Huffman table, and the encoder 10. Coding side control unit (11) which controls the indexes of the Huffman table in order of codewords having a high frequency of occurrence by receiving codewords from the codewords, and Huffman codewords output from the encoder (10). Huffman table in order of codewords having high frequency of occurrence by calculating conditional probabilities of codewords inputted from decoder 20 and operating simultaneously with decoder 20 that decodes using the table and the encoding side controller 11. And a decoding side control unit 21 for controlling the index of the rearrangement.
이하, 본 발명의 작용효과를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, the effects of the present invention will be described.
전송 영상신호는 블럭단위로 분할되어 DCT주파수 변환 및 양자화된후 부호화기(10)로 입력되고, 부호화기(10)에서는 상기 DCT주파수 변환 및 양자화된 DCT계수들을 허프만 테이블을 이용해 부호화하여 전송채널(Channel)을 통해서 복호화기(20)로 전송된다.The transmission video signal is divided into blocks and input to the encoder 10 after DCT frequency conversion and quantization, and the encoder 10 encodes the DCT frequency conversion and quantized DCT coefficients using a Huffman table to transmit a channel. It is transmitted to the decoder 20 through.
이때, DCT 주파수 변환 및 양자화된 DCT계수들은 영역의 위치에 따라서 통계적인 특성이 다르게 나타나는데, 본 발명에서는 DCT계수들의 통계적인 특성에 적합한 부호화가 이루어질수 있도록 부호화되는 DCT계수들의 조건부 확률을 계산하여출현 빈도수가 높은 부호어 순서로 허프만 테이블의 인덱스 구조를 재배열하는 방법을 제안한다.In this case, the DCT frequency transform and the quantized DCT coefficients have different statistical characteristics according to the position of the region. Proposes a method of rearranging the index structure of a Huffman table in high codeword order.
즉, 부호화측 제어부(11)와 복호화측 제어부(21)에서 부호화된 DCT계수들을 입력받아 조건부 확률(coditional probility)을 계산한 후 조건부 확률에 따라서 부호화측과 복호화측의 허프만 테이블을 동시에 갱신한다.That is, after receiving the DCT coefficients encoded by the encoding side control unit 11 and the decoding side control unit 21 and calculating the conditional probabilities, the Huffman tables of the encoding side and the decoding side are simultaneously updated according to the conditional probabilities.
허프만 테이블을 갱신하는 예로서, N의 크기를 가지는 허프만 테이블을 이용하여 DCT계수들을 부호화하는 부호화기에 부호화된 두 부호 Ci와 Cj(i,j=0,1....,N-1)가 있다고 가정하고(여기서 i<j라고 가정하여도 일반성은 잃지 않음) |(Ci)를 Ci의 부호의 길이(code length)라고 할 때 다음의 관계를 만족하도록 허프만 테이블은 구성되어 있다.As an example of updating a Huffman table, two codes C i and C j (i, j = 0,1 ...., N-1 encoded by an encoder encoding DCT coefficients using a Huffman table having a size of N) ) And (the generality is not lost even if i <j is assumed). When (C i ) is the code length of C i , the Huffman table is constructed to satisfy the following relationship. .
(Ci) < = |(Cj), (if i<j)(C i ) <= | (C j ), (if i <j)
이때, 부호화기(10)에서 n번째 부호화한 DCT계수의 부호화 결과 부호어 Cn이 출력되었다면 Cn은 전송채널(channel)을 통해서 복호화기(20)로 전송되고, 부호화측 제어부(11)와 복호화측 제어부(21)에서는 부호어 Cn에 따라서 허프만 테이블을 갱신한다.At this time, if the codeword Cn of the DCT coefficient encoded by the nth coder 10 is output, Cn is transmitted to the decoder 20 through a transport channel, and the encoding side control unit 11 and the decoding side control unit. In (21), the Huffman table is updated in accordance with codeword Cn.
즉, 계속해서 부호화되어 전송되는 부호어들의 통계적인 특성에 따라서 다음과 같이 부호어들의 인덱스를 변화시킨다.That is, the indexes of the codewords are changed as follows according to the statistical characteristics of the codewords that are continuously coded and transmitted.
Em[P(Cim+1|Ckm) < Em[P(Cjm+1|Ckm)Em [P (C i m + 1 | C k m) <Em (P (C j m + 1 | C k m)
여기서, P(x|y)는 y에 대한 x의 조건부 확률(y가 출현후 x가 나올 확률)이고, Em은 m(시간)에 대한 평균(m=0,1,2,...,n-1), Ck는 k번째 부호어(codeword)이다.Where P (x | y) is the conditional probability of x for y (the probability of y coming out after y) and Em is the mean for m (time) (m = 0,1,2, ..., n-1), C k is the k-th codeword (codeword).
한편, 조건부 확률 계산 결과 Ck가 출현후 Ci가 나올 확률보다 Ck가 출현후 Cj가 나올 확률이 높기 때문에 허프만 테이블은 |(Ci) >|(Cj) 가 되도록 갱신된다.On the other hand, the Huffman tables is high, the conditional probability calculation result C k C k is the probability that the C j out after occurrence probability than the C i out after emergence | is updated so that (C j) | (C i )>.
이와같이, 부호화되는 부호어들의 조건부 확률에 따라서 DCT계수들을 부호화하게 되면, 허프만 테이블을 재배열하기 위한 부가적인 정보 전송없이도 부호화기(10)와 복호화기(20)는 DCT계수들의 통계적인 특성에 따라서 적응적으로 최적화된 허프만 테이블을 유지하게 된다.As such, when the DCT coefficients are encoded according to the conditional probability of the codewords to be coded, the encoder 10 and the decoder 20 adapt according to the statistical characteristics of the DCT coefficients without transmitting additional information for rearranging the Huffman table. As a result, the Huffman table is optimized.
도 2는 본 발명에 적용되는 허프만 테이블의 재배열을 통한 영상 부호화기 및 복호화기의 간략한 구성도를 도시한 것이다.2 is a schematic block diagram of an image encoder and a decoder by rearranging a Huffman table according to the present invention.
부호화기(10)에 부호화해야 할 n번째 샘플 DCT계수(x)가 입력되면 부호화기(10)에서는 이를 허프만 테이블을 이용해 부호화하여 부호어(Cn)을 출력하고 Cn은 전송채널을 통해 복호화기(20)로 전송된다.When the n th sample DCT coefficient (x) to be encoded is input to the encoder 10, the encoder 10 encodes it using a Huffman table to output a codeword Cn, and Cn is a decoder 20 through a transport channel. Is sent to.
이때, 부호화측 제어부(11)와 복호화측 제어부(21)는 동시에 P(Cn|Cn-1)의 조건부 확률을 계산하고, 이렇게 계산된 조건부 확률에 따라서 부호화측 및 복호화측 허프만 테이블을 재배열한다.At this time, the encoding side control unit 11 and the decoding side control unit 21 simultaneously calculate the conditional probabilities of P (Cn | Cn-1), and rearrange the coding side and decoding side Huffman tables according to the calculated conditional probabilities. .
예로서, Cn=Ci이고, Cn-1= Ck라고 하면 새로 갱신되는 조건부 확률(P'(Ci|Ck))은 다음과 같다.For example, when Cn = C i and Cn-1 = C k , the conditional probability P '(C i | C k ) newly updated is as follows.
(P'(Ci|Ck)) = P(Ci|Ck) + 1/K(P '(C i | C k )) = P (C i | C k ) + 1 / K
여기서, P(Ci|Ck)는 갱신되기 이전의 Ck에 대한 Ci의 조건부 확률이고, K는 n번째 이벤트 이전에 Ck가 출현된 개수로서 1/K는 출현에 의해서 증가되는 확률값이다.Where P (C i | C k ) is the conditional probability of C i for C k before being updated, K is the number of occurrences of C k before the nth event, and 1 / K is the probability value increased by the appearance. to be.
이와같이, 부호어들의 조건부 확률을 계산하여 출현 확률이 높은 부호어 순서로 허프만 테이블의 인덱스를 재배열하면 도 2에 도시된 바와같이, DCT계수들의 통계적인 특성에 따라서 허프만 테이블의 인덱스 구조가 적응적으로 변화된다.As such, when the conditional probabilities of the codewords are calculated and the indexes of the Huffman table are rearranged in the order of the codewords with the highest probability of occurrence, the index structure of the Huffman table is adaptive according to the statistical characteristics of the DCT coefficients. Is changed.
상기에서 설명한 바와같이, 본 발명에서는 부호화기와 복호화기가 동일한 허프만 테이블을 갖으며 출현 확률이 높은 부호어 순서로 허프만 테이블이 재배열됨으로 허프만 테이블을 재배열하기 위한 부가적인 정보가 필요하지 않아 전송채널의 대역폭 증가없이도 DCT계수들의 통계적인 특성에 최적화된 허프만 테이블 특성을 유지할수 있으며, 고정된 허프만 테이블을 사용하는 것보다 효율적으로 영상 압축이 가능하다.As described above, in the present invention, since the encoder and the decoder have the same Huffman table and the Huffman table is rearranged in the order of codewords with high probability of occurrence, no additional information for rearranging the Huffman table is needed. Huffman table characteristics optimized for statistical characteristics of DCT coefficients can be maintained without increasing bandwidth, and image compression is more efficient than using fixed Huffman tables.
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