KR100359181B1 - 이미지 압축용 메모리 기반 ｖｌｓｉ 구조 - Google Patents

Abstract

양자화된 부호를 제공하는 제1 룩-업 테이블(120), 상기 부호의 길이를 제공하는 제2 룩-업 테이블(130) 및 색인된 상기 룩-업 테이블(120,130)에 대한 주소를 발생시키는 예측 부호화 회로(10)를 포함하는 이미지 압축장치가 개시되어 있다.

Description

이미지 압축용 메모리 기반 ＶＬＳＩ 구조{A MEMORY BASED VLSI ARCHITECTURE FOR IMAGE COMPRESSION}

본 발명은 일반적으로 이미지 프로세싱과 컴퓨터 그래픽 분야에 관한 것으로, 더 상세히는, 이미지 프로세싱과 압축을 행하는 구조와 방법에 관한 것이다.

관련기술 설명

디지털 카메라와 같은 휴대용 소형 디바이스에서, 이미지 압축의 목적은 조건에 맞는 화질을 여전히 유지하면서, 데이타의 저장 및 프로세싱의 필요성을 감소시키는 데 있다. 저장 및 프로세싱의 필요성이 감소되면, 프로세싱을 수행하는 VLSI(초대규모 집적 회로)칩이 더 소형화되기 때문에, 카메라의 전체 전력 소비 또한 감소한다. 정지화상과 동영상 비디오의 저장 및 비트전송율의 감소는, 이미지를 포착하여 PC(개인용 컴퓨터)또는 다른 복잡한 데이타 프로세싱 시스템에 다운로드 하는 처리속도를 증가시킬 것이다.

이미지 압축 기술은, VLSI 등의 하드웨어나 아니면 소프트웨어에 의해 수행되든 간에, "손실" 또는 "무손실"로 분류 되어질 수 있다. 무손실 압축에서, 압축 이전의 원 이미지는, 압축 이미지가 압축 해제되었을 때, 정확히 회복될 수 있다. 결과적으로, 압축 비율이 이미지의 엔트로피에 의존하는 무손실 기술은, 높은 압축 비율을 이루지 못하고, 그들은 원 이미지 정보의 대부분을 보존하기 때문에 결과적으로 비효율적이다. 대조적으로, 손실 압축은 대략의 원 이미지 만을 제공한다. 따라서, 손실 압축에서, 무손실 기술에 비하여 이미지 화질에서 손실이 있지만, 더 큰 압축 비율을 얻을 수 있다. "예측 부호화" (기술 분야에서 잘 알려진 디지털 펄스 코드 변조(DPCM) 방식으로 또한 불려지는)로 언급된 하나의 이런 손실 기술은 이미 처리된 이웃 픽셀의 특성을 선형적으로 결합함으로써, 연속되는 픽셀의 값을 예측한다. 에러 픽셀은 원 이미지 픽셀와 이에 대응하는 예측된 픽셀의 차이로 정의된다. 에러 픽셀은 양자화되고 2진 부호화 된다. 전통적으로 양자화는, 프로세싱 회로나 소프트웨어 알고리즘을 복잡하게 하는 부호화와는 별개로 수행되었다.

그런 산술적으로 집약된 기술 도구는, 이미지 압축을 하는 휴대가능 소형 디바이스와 디지털 카메라에 적당한 것보다 더 많은 VLSI 회로를 요구한다. 따라서, 보다 간단한 구조가 전력을 절약하면서 압축 기술의 정확성을 유지하는 이러한 기술을 수행할 필요가 있다.

발명의 요약

양자화된 부호를 제공하는 제1 룩-업 테이블, 상기 부호의 길이를 제공하는 제2 룩-업 테이블, 그리고 색인된 상기 룩-업 테이블에 대한 주소를 발생시키는 예측 부호화 회로를 포함하는 이미지 압축장치가 개시되어 있다.

본 발명의 장치와 방법의 목적, 특징, 이점이 다음의 설명으로 분명해질 것이다.

도 1은 본 발명 일실시예의 블럭도이다.

도 2는 본 발명 제2 실시예의 블럭도이다.

도 3은 본 발명 제3 실시예에 따른 도면이다.

도 4는 본 발명 일실시예의 시스템도이다.

도면을 참조하여, 본 발명의 전형적인 실시예가 기술될 것이다. 전형적인 실시예는 본 발명의 관점을 예시하도록 제공되고, 본 발명의 범위를 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 전형적인 실시예는 먼저 블럭도와 흐름도와 관련하여 주요하게 기술될 것이다. 흐름도에 대해서는, 흐름도 내의 블럭은 방법단계와 방법단계를 수행하는 장치 요소 둘 다를 나타낸다. 실행에 따라, 대응하는 장치 요소는 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어 또는 이들의 조합으로 구성될 수 있다.

도 1은 본 발명 일실시예의 블럭도이다.

도 1은 테이블 룩-업을 기초로 한 이미지 압축 시스템을 나타낸다. 도 1은 여러가지 점에서 종래의 이미지 압축 시스템과 구별된다. 첫째, 특별한 예측 부호화 또는 적용가능한 디코릴레이션(decorrelation)) 회로가 이용된다. 둘째, 룩-업 테이블이 집적 방법에서의 양자화와 이진 부호화를 수행하기 위해 채택된다. 종래 시스템들은 집적 양자화나 부호화 룩-업 테이블을 사용하지 않는다. 그리고 여기에 기술될 룩-업 테이블을 기초로 한 예측 부호화를 사용하지 않는다. 도 1의 장치는 룩-업 테이블이 RAM(임의 접근 기억 장치)으로 수행될 수 있고, 따라서 회로를 채택한 종래 시스템보다 덜 비싸고, 전력을 덜 소비한다라는 점에서 이롭다. 도 1은 룩-업 테이블 압축의 하나의 실행을 보여주는 것으로서, 이것은 단지 예시적인 것이다. 당업자는 어느 이미지 또는 데이타 압축 시스템에 룩업 테이블 구조를 쉽게 적용시킬 수 있다.

도 1은 스케일링 디바이스나, 이미지 정보를 상호 통신하도록 구성된 포트 또는 이미지 포착 디바이스의 다른 구성 요소로 부터 생성된 입력 픽셀 데이타(P_i)를 보여준다. 픽셀 데이타(P_i)는 압축이 행해지는 이미지에서 픽셀을 정의하는 데 관계한 값을 나타낸다. 이것은 색체 기본 성분인 R(적색),G(녹색),B(청색)의 색채를 나타내는 단일값이 될 수 있고, 그런 값들의 조합이 될 수 있다. 전형적으로, 각각의 P_i는 픽셀 "성분" (R,G,또는B)이고, 하나의 스크린 렌더링 할 수 있는 RGB 혼합 픽셀을 형성하기 위하여 이웃 성분들과 함께 삽입된다. 픽셀 성분의 혼합은 일반적으로 이미지가 종국적으로 디스플레이나 프린터에 출력될 때 이루어진다.

8-비트 무부호(unsigned) 값으로 도시된, 각각의 P_i는 차동회로(100)에 입력된다. 차동회로(100)는 원 픽셀 성분(P_i)와 예측된 이전 픽셀 성분(P'_i-1)사이의 차이를 계산한다. 차동회로(100)는 예측 부호화와 이미지 압축 기술에서 "에러"나 델타 값으로 언급되는 9비트 유부호(signed) 값 △=P_i-P'_i-1을 출력으로 발생, 제공한다. 아래에 논의 된 것처럼, 각각의 픽셀 성분(P_i)은 예측 부호화 회로에 의해 제공된, 이미 예측된 픽셀 성분(P'_i-1)을 가진다. 이전 예측된 픽셀 성분(P'_i-1)은 다음 픽셀 성분(P_i)을 위하여 차동회로에 공급된다.

예측된 픽셀 성분(P'_i)은 이전에 입력된 이웃 픽셀 성분들을 선형 결합함으로써 발생한다. 예측 부호화에서, 어느 수의 이웃 픽셀 성분이, 픽셀 성분의 값을 예측하는 데 활용된다. 예를 들어, 1차원의 예측 부호화는 북쪽 이웃(같은 열, 이전 행)또는 서쪽 이웃(같은 행, 이전 열)중에 하나를 택한다. 2차원의 예측 부호화는, 예를 들어, 북쪽과 서쪽 이웃픽셀들을 모두 포함한다. 도 1의 전형적인 실시예는, 서쪽 이웃 픽셀에 기초하는 1차원의 예측 부호화를 보인다.

예측 부호화 회로(10)는 다음과 같이 작동한다. 차동회로(100)는 P_i와 P'_i-1사이의 차를 표현하는 9비트 유부호 값(△)을 발생한다. 이 "에러" 값(△)은 룩-업 테이블(LUT)(110)에 주소로 사용된다. LUT(110)는 역양자화된 값을 계산하는 룩업 테이블이다. LUT(110)는 주어진 △나 에러의, 양자화된 값과 역 양자화된 값 모두를 저장할 수 있다. LUT(110)은 도 1에 보이는 에러 복구 회로에 사용하기 위하여 "복구된" 에러 값(△′)을 출력한다. LUT(110)에 의해 출력된 복구된 에러값(△′)은 양자화와 역양자화의 결과이다. 예를 들어, 에러값 △=96은 12의 양자화된 값을 가질 것이다. 양자화된 값12는, 역양자화가 될 때, 예를 들어, 복구된 에러(△′) 98을 생산할 것이다. 압축을 용이하게 하는 것이 바로 이 양자화 손실이다. 룩-업 테이블을 컴파일 하는데 사용되는 양자화 공식은 96과 98같은 많은 값뿐만 아니라. 양자화된 값 12에 매핑하는 결과로 나타난다. 역양자화가 될때, 상기 예에서, 값12는 "12"가 에러값 96의 양자화로부터 획득되든, 또는 98의 양자화로부터 획득되든 간에 상관없이, 항상 역양자화된 값98을 생산할 것이다.

에러값을 더 적은 세트의 값으로 양자화하는 이 에러는 잠재적으로, 복구 매카니즘이 적용되지 않는다면, 픽셀의 전체 열을 통하여 번식할 수 있다. 에러 복구 회로(15)는, 피드백하거나 이전 예측 픽셀 성분 값을 다음 예측 픽셀 성분을 위한 다음 복구 에러 값(△′)과 합함으로써, 에러의 번식을 감소하려고 한다.

가산회로(160)는 이전에 예측된 픽셀인P'_i-1와 복구된 에러(△′)를 함께 합한다. 그 합은, 다음 △′이 합해질 준비가 될 때까지, △′+P'_i-1의 값을 저장하고 유지하는 레지스터 블럭(170)에 입력된다. 이전 예측된 픽셀 성분(P'_i-1)은 실제 픽셀 성분(P_i)으로부터 감해지기 위하여 차동회로(100)에 입력된다. 에러 복구 회로(15)는, 가산 회로(160)와 레지스트 블럭으로 구성되는데, 필수적으로 압축해제이거나 이미지 압축 과정 진행의 역이다. 그러므로, 예측 계산에서, 원 입력 픽셀 성분값을 취하는 대신에, 압축 해제된(역양자화된) 픽셀 성분이 다음에 뒤따르는 예측된 값을 계산하는 데 사용된다. 이것은 수신기에서 일어나는 예측을 (다시 말해 압축해제동안) 시뮬레이트 한다. 결과적으로, 각 성분의 양자화 에러는 특별한 픽셀을 위해 지역화되어 남는다.

상기에 언급된 것과 같이, 예측 부호화 회로(10)는 각각의 픽셀 성분(P_i)의 에러값(△)을 발생한다. 두 번째 LUT(120)는 집적 방법으로 양자화와 인코딩을 수행하도록 되어 있다. 다시, 예를 들어, △=96은 양자화된 값 12를 가질 것이다. LUT(120)는 양자화된 값과 그것의 키워드(인코드)를 색인하기 위하여 전 범위의 가능한 △값을 주소로 저장할 것이다. 정보 길이를 제공하고 8비트 픽셀 성분을 가정하는 세 번째 LUT(130)는 각각의 코드워드의 크기를 제공하기 위하여 4비트를 활용할 것이다. LUT(120)에 의해 제공된 코드워드는 특별한 에러값(△)에 대한 양자화된 값의 이진 부호화된 등가량이다. LUT(130)의 크기 정보와 LUT(120)의 이진 코드워드를 모두 사용함으로써, 패킹회로(150)는 다른 요소나 디바이스에 데이타 전송을 위한 코드워드를 배치하고 시퀀스 할 수 있다. 패킹 회로에 의해 보내진 코드워드는, 압축된 이미지를 나타내는 충분한 정보를 포함하고 나중에 완전한 이미지의 P_i값의 조합으로서, 예측 부호화 회로에 보내진 원 포착 이미지의 조금 수정된 버전으로 복구하기 위해 압축 해제될 수 있다.

도 1의 예에서, 서쪽 이웃하는 픽셀 성분을 사용하는 1차원의 예측 부호화가 활용되었다. 특별한 행 j의 첫번째 픽셀 성분(P₁)은 이전 예측된 픽셀 성분(P'₀)을 가지지 않는다. 그러므로, 모든 행의 첫번째 픽셀(P₁)은 그렇게 부호화되기 위해 패킹회로에 바로 공급되어야 한다. 이 작동을 용이하게 하기 위하여, 멀티플렉서(140)는 P₁이후 행의 모든 픽셀에 대한, LUT(120)에 의해 제공된 코드워드를 선택하고, 맨 첫번째 픽셀 성분이 부호화 될 때 P₁을 선택한다. LUT(120)으로부터의 코드워드이거나 P₁인, 멀티플렉서(140)에 의해 선택된 값은, 패킹회로(150)에 의해 팩된다. 아래의 표 1은 행 P₁,P₂,P₃,P₄의 처음 4개의 픽셀 성분의 값을 보여준다.

	i=1	i=2	i=3	i=4
Pi	96	13	9	104
△	96	-83	-3	96
△'	96	-84	-4	98
P'i	96	12	8	106

첫번째 픽셀 성분(P₁)은 96의 값을 가진다. 값0이, 새로운 픽셀 성분 행이 동작될때 비워지는 레지스터 블럭(170)으로부터 차동회로(100)에 공급된다. 따라서, 첫번째 픽셀,△,△',P'_i-1의 각각의 값은 96이다. P'는 i가 2가 될 때까지 실제적으로 출력되지 않는다. 다음 픽셀 성분(P₂)은 13의 값을 가진다. △는 P₂-P'₁=13-96=-83이다. △'는 역양자화된 값, 값-83을 예를 들어 -84에 어림한 값이다. P'₂는 △'+P'₁=-84+96=12이다. 같은 방법으로, i=3,4에 대한 값이 보여지고, 그 이후의 값도 구할 수 있다.

대안적인 예에서, 1차원의 부호화대신 2차원의 예측 부호화가 되어질 수 있다. 2차원 예측 부호화는 북쪽과 서쪽 이웃 픽셀 모두를 활용하고, 그리고 룩업 테이블 접근은 비슷할 지라도, 피드백 회로는 변할 것이다. 그런 2차원 예측 부호화 시스템이 아래 도5에서 보여진다.

상기 계산을 수행하는 예측 부호화 회로(10)는 LUT(110)룩업 테이블이 사용된다는 점에서 이롭다. 그런 룩-업 테이블은 ASICs와, 다른 특화되고 더 복잡한 회로로 기능을 조합함으로써, 예측 부호화 회로를 매우 단순화한다. LUT(110)은 아래 표 2에서 보여진 것과 같이 2개의 열로 구성될 수 있다.

△	△'
979695...0...-83-84	989898...0...-84-84

LUT(110)는 따라서 대응하는 값(△')을 룩-업하도록, 값(△)을 주소로 사용하는 RAM같은 단순한 주소지정 가능한 기억장치가 될 수 있다. 그런 램 룩업 테이블은 같은 기능을 수행하는 전통적으로 사용되는, 양자화와 역양자화 회로와 비교하여 덜 비싸다. 휴대 가능한 디지털 카메라로 정지화상 포착같은 응용에서, 양자화와 역양자화가 먼저 컴파일 되고, 포착된 모든 이미지를 위해 값들의 같은 테이블이 활용되어 질 수 있다.

부가적으로, 도 1에서 보여진 이미지 압축 장치는 이진/코드워드 부호화의 복잡한 과정이 피해진다는 점에서 더 이롭다. 이진/코드워드 부호화에서, 값은 1의 보수같은 이진 형태로 표현되고, 또한 공지된 후프만 부호화와 같은 부호화안을 사용하여 부호화된다. 그런 부호화는 비트 와이즈(bitwise) 실행되고, 상보형MOS에 장착된 논리 게이트와 래치를 활용할 것이다. 양자화의 과정은 이진/코드워드 부호화보다 더 복잡하다. 양자화는 값들의 첫번째 집합에서 값들의 더 작은 집합으로 매핑하는 것을 포함한다. 양자화는 데이타 프로세싱 시스템에 의해 쉽게 계산되어 질 수 있을지라도, 작고 휴대가능한 이미징 시스템에게는 너무 복잡한 다양한 식에 따라 이루어진다. 디지털 카메라 같은 이미징 시스템은, 시각 응답을 표현하는 수학적으로 상당히 고된 식을 계산할 수 있을 것이 필요하다. 카메라가 에러나 델타값 X와 양자화된 값 Y에 관계되는 그런 공식을 계산해야 할 뿐만 아니라, 압축을 빠르게 하기 위하여 빠르고 효율적인 방법으로 접속(on-the-fly)해야 한다. 빠른 압축은 디지털 카메라가 다음 사진을 "스냅"하도록 해준다. 다시 말해 너무 많은 지연 없이 다음 이미지를 포착할 수 있게 해준다. 다시, 컴퓨터 시스템이 프로세싱 파워나 정교한 비디오 압축 칩으로 짧은 시간에 이미지를 압축할 수 있을 것이지만, 디지털 카메라가 휴대 가능하고 경제적이라면, 디지털 카메라가 그렇게 하는 것은 어렵다. 따라서 이미지 압축 스틸 카메라의 초점은 프로세싱 단계의 수와 복잡성을 감소하는데 있다. 본 발명의 다양한 예와 수정에서, 미리 컴파일된 룩업 테이블은 이 목적을 이룰 수 있다.

도 2는 본 발명의 제 2 실시예의 블럭도이다.

도 2는 이미지 압축을 수행하는 파이프라인된 구조를 보여준다. 도 1에서 보여진 예측 부호화 회로(10)는 픽셀의 "성분" (R,G,또는 B)에 작동하도록 바람직하게 의도되었다. 이점에서, 도 2는 도 1의 예측 부호화 회로(10)에 비슷하고 픽셀의 R, 적색 기본 성분에 작동하는 제1 예측 부호화 회로(210)를 보여준다. 이와같이, G,녹색 기본 성분에 작동을 하는 제2 예측부호화 회로(220)가 보여지고, B, 청색 기본 성분에 작동을 하는 제3 예측 부호화 회로(230)가 보여진다. 이 실시예에서, 멀티플렉서(205)는 들어오는 픽셀 성분을 위치시키기 위해 3개의 출력선 중의 하나를 선택하도록 되어 있다. 2개의 선택선,택1과 택0은 성분을 발송하기 위해 2비트 택 정보를 사용하도록 활용된다. 아래에 논의된 것과 같이, 픽셀 성분의 오더링은 그들이 압축 해제 동안 적당하게 혼합되도록 해 줄 것이다. 또한 이 실시예는 예측 부호화가 각 색채 성분마다 분리되어 행해지는 것을 보장한다. 적색 에러 값은 적색 에러값으로부터 예측되고, 녹색은 녹색으로부터, 등등 그렇게 된다. 이것은 예측될 때, "색"들을 매치시킴으로써 예측 부호화의 발생을 돕는다. 멀티 플렉서는, 각기 다른 픽셀 성분을 감지하는 분리된 R,G,B 센서가 있다면 피해질 것이다. 이롭게도, 그런 시스템은 하나 이상의 성분을 동시에 프로세스 할 수 있을 것이다. 각각의 예측 부호화 회로(210,220,230)는 LUT's의 단일 집합, 제1 LUT"f"(240), 제2 LUT"길이"(250)을 액섹스 할 수 있다. 도 1에서 기술된 것과 같이, LUT(240)은 RAM램이나 예측 부호화 회로에 의해 발생한 에러값을 색인주소로 받아들이는 다른 메모리 룩-업 테이블이다. 이 주소를 사용하여, 미리 컴파일된 LUT(240)는 2단계 양자화와 부호화 프로세스를 내포적으로 포함하는 코드워드 등가물을 제공할 수 있다. LUT(250)는 예측 부호화 회로에 의해 제공된 에러값인 색인주소에, 패킹회로을 위한 각 코드워드의 비트 총수를 가리키는 길이정보를 제공할 수 있다.

각 예측 부호화 회로는, 대안적으로, 하나의 픽셀의 색채 기본 성분의 프로세싱이 파이프라인 될 필요가 없도록 하기 위하여 LUT(240)뿐만 아니라 LUT(250)을 동시에 색인하도록 구성되어질 수 있으나, 병렬 방법으로 일어나게 할 수 있다. 이것은 모든 전통적인 이미지 감지에서 R,G,B 성분이 감지될때, 짝수의 비트수로 활용되기 때문에 가능하다. 이것의 예가 아닌 시스템에서, 평행 구조는 각각의 성분을 위한 3개의 분리된 서브 테이블을 가지는 LUT를 포함하도록 수정되거나, 성분이똑같은 비트수를 가지기 위해 변환될수 있다. 그러나, 예를 들어, 8비트 R, 8비트 G, 8비트 B 요소를 생산하는 이미징 시스템에서는, 길이 2^N+1-1의 단일 테이블이 모든 가능한 에러값(-255에서+255)을 위한 코드워드를 제공하기에 충분하다. 똑같은 원리가 길이 LUT 에 유효하다.

분리된 테이블이 각각의 색채 기본 성분에 필요없다 할 지라도, 각각의 성분 에러값에 대하여 그 값이 센서 포착 또는 입력 R,G,B 성분을 나타내는 것인지를 명확히 하는 것은 매우 중요하다. 이것은 픽셀의 재구성과 포착 디바이스 자체의 저장을 위한 것 뿐만 아니라, 디스플레이, 프린터, 또는 다른 출력 디바이스에 래스터링 할때, 최종 색채 강도을 조합하기 위하여 RGB 요소를 정확하게 "혼합"하는 것을 가능하게 한다. 예를 들어, 청(B) 성분 값이 적(R)을 예측하는데 활용된다면,압축 해제시, 결과의 혼합 색채는 부정확하게 이미지의 원 색을 나타낼 것이다. 적당한 조합을 보장하기 위해, 패커는, 각각의 예측 부호화 회로에 의해 제공된 에러값과 함께 동행하는 "택"정보를 사용하여, 바람직한 순서로 RGB 코드워드를 정열 시킬 수 있다. 택 정보는 (택1과택0) R,G,B 를 나타내는 단순한 순서이고, LUTs의 출력에 변화없이 통과한다. 택 정보는 원시적으로 스트립될 수 있고, 색인 프로세스를 복잡하게 하지 않기 위하여 분리된 단일 선을 따라 이동할 수 있다.

픽셀이 이미지 센서 밖으로 향해질 때, 실시예에서 픽셀의 오더링은 이기술 분야에서 잘 알려진 베이어 패턴 같은 특별한 패턴을 따른다.

Row 0	R	G1	R	G1	R	G1
Row 1	G2	B	G2	B	G2	B
Row 2	R	G1	R	G1	R	G1
Row 3	G2	B	G2	B	G2	B

상기에 보여진 예시적인 베이어 패턴은 각각의 짝수 열은 팩커에 인식되도록 제각각 00(R)과 01(G)로 꼬리표 붙인, 교차적으로 적색 픽셀(R)과 녹색픽셀(G1-짝수열 녹색)로 구성된다. 비슷하게 홀수열은 제각각 10(G2-홀수열 녹색), 11(B)로 비슷하게 꼬리표를 붙인 교차적으로 A와 B 픽셀로 구성된다. 패커 유닛은 교차적으로 짝수열의 R과 G1픽셀 코드워드와 홀수열의 G2, B를 팩한다. 그 택은 코드워드의 색깔을 표시하기 위해 사용된다. 택은 팩된 비트 스트림(bit stream)에 실제로 포함되지 않는다. 짝수 또는 홀수열의 녹색 픽셀은 다른 것으로 취급되고, 따라서 제각각 01과10으로 꼬리표 붙인 G1과 G2로 확인될 것이다.

도 2의 병렬 구조는 LUT 에 기초한 이미지 압축의 이점을, 모든 3개의 색채 기본 성분을 프로세스하기 위하여 2개 테이블의 조합을 사용함으로써, 완전히 활용한다. 그런 예측 부호화 이미지 압축 설계의 특징은 색채 변환의 부재이다. 그 설계는 특별한 색채 공간에 의존하지 않는다. 디지털 카메라의 이미징 센스가 R,G,B 성분 원칙에 작동하기 때문에, 이미지 압축은 YUV(Y=조도,U-칼라,V-색차)나 CMYK(남색,메가탄,노랑,검정) 같은 다른 색채구성으로 변환없이 RGB로 행해질 수 있다.

도 3은 본 발명 제3의 실시예에 따른 도면이다.

도 3은 이미지 포착 디바이스의 내부 이미지 프로세싱과 압축 요소의 블럭도이다. CMOS나 CCD같은 센서(300)는 어떤 소스로부터의 색/강도 값인 픽셀 성분을 발생시킨다. 센서(300)에 의해 발생된 10비트 픽셀값은 포착 인터페이스(310)로 보내진다. 디지털 카메라에서 센서(310)는 구역이나 지역의 "센스"로부터 R,G,B 성분의 어느 하나를 감지할 것이다. 이 성분는 디스 플레이나 출력 목적으로 재구성될 때, 더 높은 차원의 (16비트,24비트,등등)의 합성 픽셀을 형성하기 위해 함께 삽입될 수 있다. 포착 인터페이스(310)는 CMOS 센서에 의해 발생된 이미지를 포착하고,개개의 픽셀에 픽셀의 색채 성분을 가리키는 택을 붙인다. 택은 예를 들어, 제각각,R,G1,G2,B 픽셀을 나타내는 00, 01,10, 그리고 11같이 각각 2비트이다.

픽셀 오더링과 G1,G2의 관련성은 도 2와 그에 따른 설명과 함께 전술되었다.어떤 CMOS나 CCD 센서에서 센서판의 몇몇 픽셀셀은 조명상태에 적절하게 응답하지 않는다는 것은 전형적이다. 결과적으로, 이 셀들로 부터 발생된 픽셀 값은 결함이 있을 수 있다. 이 픽셀은 "죽은 픽셀"이라고 불린다. "픽셀 치환" 유닛(315)은 열의 바로 이전의 유효한 픽셀로 각각의 죽은 픽셀을 교체한다.

RAM 테이블(316)은 센서에 의해 공급되는, 죽은 픽셀의 열과 행 색인으로 구성된다. RAM 테이블(316)은 포착된 이미지와 관련하여 죽은 픽셀의 장소를 확인하는데 도움을 준다. 압신과 감마 보정 모듈(325)은 예를 들어, 삽입에 의해 센서로 부터의 각각의 원 10-비트 픽셀(10b로 표시된)을 8비트 픽셀 값으로 변환하는 테이블 룩-업을 기초로 한 변환기이다. 이 구조에서, 압신과 감마 보정은 단일 테이블 룩-업 작동으로 완성된다. 감마 보정은 출력 디스플레이 디바이스에서 정확한 색 휘도와 대조를 얻는데 필요하다. RAM 테이블(326)은 압신과 감마 보정 모듈(325)과 함께 수행하고, 압신 테이블의 엔트리를 포함한다. 각각의 색판에는 8비트의 (2¹⁰=) 1024 엔트리가 있다.

다음, 공간 스케일링 유닛(327)이 원 이미지를 축소하는데 사용된다. 만약 원 이미지 크기가 M×N이면, 2:1 스케일링 작동은 이미지를 M/2×N/2로 축소하고, 4:1 스케일링 작동은 M/4×N/4로 축소한다. 이것은 바람직하지 않게 큰 이미지를 소형화하도록 한다. RAM(328)은 공간 스케일링 유닛(327)과 함께 수행하고 그리고 스켈링 작동 동안 중간 저장을 위해 사용된다. 예를 들어, 2:1 스케일링을 연속하여 두번 적용함으로써 4:1 스케일링이 이루어질 수 있다.

일단 픽셀 성분 데이타가 스케일되면, DPCM 유닛(330)과 엔트로피 부호기(335)로 옮겨진다. DPCM 유닛(330)과 엔트로피 부호기(335)는 RAM(332, 334)이 양자화와 2진 부호화를 수행하기에 충분한 4정보를 포함하기 때문에, 실제로 선행 이미징 시스템 보다 덜 복잡하다. 스케일된 픽셀 데이타는 코드워드 안으로 팩된 에러 값을 발생하기 위하여 (상세한 설명을 위해 도 1을 참조), DPCM 유닛(330)과 엔트로피 부호기(335)로 옮겨진다. 엔트로피 부호기(335)는 분리된 블럭으로 보일지라도, 실제로 DPCM 유닛(330)으로 부터 "분리"되어 있지 않고, 테이블 룩-업에 의하여 집적된다. 양자화와 코드워드 정보를 가진 RAM(332)과 코드워드 길이를 가진 RAM(334)은, 도 1의 패킹회로(150)에 비슷한 데이타 패킹 유닛(340)이 다양한 길이(3-16비트)가 될 수 있는 코드워드 데이타를 바이트 유닛으로 정확하게 배열하도록 해준다. 데이타 패킹 유닛(340)은 16-비트 코드워드 데이타를 발생하고 이것을 DMA 제어기로 보낸다. DMA 제어기는 압신 감마 보정 모듈(325)로 부터 압신된 데이타, 픽셀 치환 유닛(315)으로 부터 픽셀 치환된 데이타, 그리고 DPCM 유닛(330)으로 부터 9-비트 양자화 데이타를 통계나, 센서정열 등과 같은 여러 가지 목적으로 받을 수 있다. 이 데이타는 버스(360)가 버스 위로 연결된 다른 유닛, 모듈, 그리고 디바이스에 의해 요청된 데이타를 전송할 수 있도록, 일정한 길이가 되어야 한다. 중요하게도, 또한, DMA 제어기(350)는, 정확한 데이타가 정확한 목적지에 도달할 수 있도록 바른 내부 주소를 가지고 버스(360)로 소통되기 위하여, 데이타 패킹 유닛(340)으로 부터 팩된 코드워드 데이타를 준비해야 한다. 버스 기술, 프로토콜 주소지정, 그리고 DMA 제어기는 시스템 디자인 기술분야에서 잘 알려져 있고, 바라는 응용에 맞게 쉽게 수정/특화 될 수 있다.

각각의 RAM 테이블(316, 326, 328, 332와 334)은 그들 데이타가 로드되고, 그 후에, 바란다면, 수정되기 위해, 버스(360)와 직접 소통할 수 있다. 데이타를 이 테이블에 특히나 양자화와 부호화를 위해, 프리로딩(preloading)함으로써 수학 계산을 위한 내부 회로는 매우 감소되고, 더 낮은 가격의 메모리 유닛으로 대체된다.

도 4는 본 발명 일실시예의 시스템도이다.

카메라(430)에 결합된 PC (개인용 컴퓨터) 같은, 어떤 일반적 또는 특별한 목적의 계산이나 데이타 프로세싱 기계가 될 수 있는 컴퓨터 시스템(410)이 예시되어 있다. 카메라(430)는 디지털 카메라, 디지털 비디오 카메라, 또는 어느 이미지 포착 디바이스 또는 이미징 시스템이 될 수 있고, 그리고 대상물(440)의 이미지 센서를 포착하는데 이용된다. 필수적으로, 포착된 이미지는 이미지 메모리 유닛(434)에 효율적으로 저장될 수 있도록, 이미지 압축회로(432)에 의해 압축된다. 이미지 메모리 유닛(434)는 ROM, RAM 또는 고정 디스크 같은 다른 저장 디바이스가 될 수 있다. 대부분의 디지털 카메라에서, 이미지는 첫번째로 저장되고 그리고 그 후에 다운로드 된다. 이것은 카메라(430)가 부가적인 지연없이 다음 대상을 빠르게 포착하도록 해준다.

본 발명 실시예에서 이미지 프로세싱은 다음과 같이 작동한다. 먼저, 만약 컴파일되어 있지 않다면, 이미지 압축 테이블은 컴퓨터 시스템(410)을 사용하여 컴파일 된다. 바라는 양자화 공식이나 방법에 따라 이미지 압축 테이블을 컴파일하는 것은 펜티엄^TM(인텔사 제품)과 명령 주소와 결과 데이타를 저장/로드하는데 사용되는 RAM 같은 메모리(411)와 같은 프로세서(412)를 사용하여 이루어진다. 이미지 압축 테이블을 컴파일하는데 사용된 응용품은 C⁺⁺같은 언어로 쓰여진 소스로부터 컴파일된 실행 파일이 될 수 있다. 양자화된 에러 값을 계산하고, 등가량을 코드워드 하고, 그리고 이 값 또는 다른 값을 테이블에 색인하는데 필요한 명령에 대응하는 실행 파일의 명령은 디스크(418) 또는 메모리(411)에 저장되어 질 수 있다. 계산 기계가 이미지 압축 테이블을 컴파일하도록 프로그램 하는 것은 당업자에게는 쉽다.

컴퓨터 시스템(410)은, 정보를 프로세서와 메모리 에/로부터 전달하는 것을 용이하게 하는 시스템 버스(413)와 그리고 I/O 버스(415)에 결합된 브릿지(414)를 가진다. I/O 버스(415)는 디스플레이 어뎁터(416), 디스크(418), 그리고 직렬 포트 같은 I/O 포트(417) 같은 다양한 I/O 디바이스를 연결한다. 많은 I/O 디바이스, 버스 그리고 브릿지의 그런 조합이 본 발명에 활용될 수 있고, 상기 조합은 단지 그런 가능한 조합의 예시일 뿐이다.

테이블이 컴파일 되기만 하면, 그것은 I/O 포트(417)를 통하여 보내지고, 이미지 압축회로(432)에 의해 활용되어지는 RAM이나 메모리로서 이미지 압축회로(432)로 로드된다. 로드되기만 하면, 테이블은 이미지 압축회로(432)에 의해 활용되어 질 수 있다.대상물(440)의 이미지 같은 이미지가 센서에 의해 포착될 때, 센서는 각 픽셀에 R.G.B 성분의 하나를 포착하고, 이 픽셀 값은 이미지 압축회로(432)로 보내진다. 이미지 압축회로(432)는 ICs와 예측 부호화 같은 이미지 압축 과정을 수행하는 다른 요소로 구성된다. 이미지 압축회로(432)는 예측 부호화 공식에 따라, 처음의 에러 값을 계산하고, 그리고 대응하는 양자화된 에러값과 에러값에 대한 등가 코드워드를 룩업하고, 그것을 이미지 메모리 유닛(434)에 저장한다. 이미지 압축 테이블에서 값을 룩업시킴으로써, 양자화를 계산하고 비트-바이-비트 부호화 단계가 카메라에서 행해질 필요가 없다. 카메라의 전체 단가가, 에러값의 양자화와 부호화를 수행하기 위해 사용된 부가적인 회로를 피함으로써, 감소된다. 모든 픽셀 성분이 프로세스 되기만 하면, 카메라(430)는 다음 이미지를 포착할 수 있다. 유저나 응용품이 이미지 다운 로드를 원하거나 요구할 때, 압축 이미지는 팩된 데이타(코드워드)로 이미지 메모리 유닛에 저장되고, 그리고 이미지 유닛(434)으로 부터 I/O 포트(417)로 전달된다. I/O 포트(417)는 일시적으로 코드 워드 픽셀을 메모리(411)에 또는 임의적으로 디스크(418)에 저장하기 위하여, 보여진 버스-브릿지 체계(I/O 버스(415) 브릿지(414) 시스템 버스(413))를 사용한다.

압축 이미지는 적당한 응용 소프트웨어(또는 하드웨어)에 의해 압축해제되는데, 그 실행을 위해 프로세서(412)를 사용할 수 있다. 이미지 압축 테이블은 컴퓨터 시스템에 컴파일 된 것이기 때문에, 코드워드에 대응하는 실제 에러값을 역으로 "룩-업"하는 데 다시 사용되어 질 수 있다. 에러값은 압축해제된 이미지(450)를 생산하기 위해, 역 예측 부호화에 (다른 대응하는 이미지 압축해제) 사용된다. 압축 해제된 이미지(450)는 컴퓨터 시스템(410)이 연결될 수 있는 모니터(420)에 디스플레이 어댑터(416)를 사용하여 시각적으로 렌더링 될 것이다. 앞서 논의한 것처럼, 압축해제된 이미지는 R.G 그리고 B 값을 삽입 방법 같은 방법에 의해, 함께 조합하는 픽셀을 가질 것이고, 더 높은 비트 이미지 분해능을 생산할 수 있다.

여기에 기술된 실시예는 단지 본 발명의 원리를 예시하기 위해 제공되었고 본 발명의 관점을 제한하는 것으로 여겨져서는 안된다. 본 발명의 원리는 여기에 기술된 이점을 이루고 다른 이점 또는 다른 목적을 이루기 위하여 광범위한 범위의 시스템에 또한 적용될 수 있을 것이다.

Claims (13)

1. 이미지 압축장치에 있어서,

   단일 주소에 의해 색인될 때, 양자화된 부호를 제공하도록 구성된 제1 룩-업 테이블;

   상기 단일 주소에 의해 색인될 때, 상기 부호의 길이를 제공하도록 구성된 제2 룩-업 테이블; 및

   상기 제1 룩-업 테이블과 상기 제2 룩-업 테이블에 연결된 예측 부호화 회로를 포함하고,

   상기 예측 부호화 회로는,

   입력 픽셀 성분값과 예측된 픽셀 값과의 차이에 의해 상기 단일 주소를 발생시키도록 구성된 차동회로,

   상기 차동회로에 연결되고, 역양자화된 부호를 제공하기 위하여 상기 단일 주소에 의해 색인되는 제3 룩-업 테이블, 및

   상기 제3 룩-업 테이블에 연결되고, 상기 역양자화된 부호를 수신하여 상기 예측된 픽셀 값을 출력하도록 구성된 에러복구회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 압축장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 예측 부호화 회로는 입력 픽셀 성분값을 입력으로 수신하도록 구성되고, 상기 입력은 상기 예측 부호화 유닛이 상기 단일 주소를 발생시키도록 하는 것을 특징으로 하는 이미지 압축장치.
3. 삭제
4. 삭제
5. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 룩-업 테이블과 상기 제2 룩-업 테이블의 출력에 연결된 팩커 회로를 더 포함하고, 상기 팩커 회로는 상기 크기 정보와 상기 양자화된 부호를 단일 데이타 유닛에 정렬하도록 구성된 것을 특징으로 하는 이미지 압축장치.
6. 삭제
7. 제 1 항에 있어서, 상기 에러 복구 회로가 가산 회로를 포함하고, 상기 가산회로는 상기 역양자화된 부호를 미리 예측된 픽셀 성분값에 부가하도록 구성된 것을 특징으로 하는 이미지 압축장치.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 가산회로에 결합된 레지스터 블럭을 포함하고, 상기 레지스터 블럭은 상기 가산회로의 출력을 유지하도록 구성된 것을 특징으로 하는 이미지 압축장치.
9. 이미지 압축장치에 있어서,

   각각의 주소에 양자화된 부호를 제공하도록 구성된 제1 룩-업 테이블;

   상기 각각의 주소에 상기 양자화된 부호의 크기 정보를 제공하도록 구성된 제2 룩-업 테이블;

   상기 제1 룩-업 테이블 및 상기 제2 룩-업 테이블과 통신하고, 적색 기본 성분에서 픽셀의 에러값에 응답하는 신호인 주소를 상기 제1 룩-업 테이블과 상기 제2 룩-업 테이블에 제공하는 제1 예측 부호화 회로;

   상기 제1 룩-업 테이블 및 상기 제2 룩-업 테이블과 통신하고, 녹색 기본 성분에서 픽셀의 에러값에 응답하는 신호인 주소를 상기 제1 룩-업 테이블과 상기 제2 룩-업 테이블에 제공하는 제2 예측 부호화 회로; 및

   상기 제1 룩-업 테이블 및 상기 제2 룩-업 테이블과 통신하고, 청색 기본 성분에서 픽셀의 에러값에 응답하는 신호인 주소를 상기 제1 룩-업 테이블과 상기 제2 룩-업 테이블에 제공하는 제3 예측 부호화 회로를 포함하고,

   상기 예측 부호화 회로의 각각은, 각 어드레스에 대해 역양자화된 부호를 제공하도록 구성된 제3 룩-업 테이블을 포함하고, 상기 역양자화된 부호는 에러복구에 사용되는 것을 특징으로 하는 이미지 압축장치.
10. 제 9 항에 있어서, 주어진 입력에 대해 상기 이미지 압축장치에 활용되는 상기 예측 부호화 회로중 하나를 선택하도록 구성된 멀티플렉서를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 압축장치.
11. 포착된 이미지의 픽셀성분을 수신하도록 구성되고, 룩-업 테이블을 활용하여 부호화와 양자화를 수행하고, 에러복구에 사용되는 역양자화된 부호에 대한 룩-업 테이블을 포하마는 이미지 압축회로; 및

    압축된 이미지를 수신하도록 상기 이미지 압축회로에 연결된 이미지 메모리 유닛; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 이미징 시스템.
12. 제 11 항에 있어서, 상기 이미지 압축회로와 상기 이미지 메모리 유닛이 이미지 포착 디바이스 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 이미징 시스템.
13. 제 12 항에 있어서, 상기 이미지 포착 디바이스는 컴퓨터 시스템에 연결되고, 상기 컴퓨터 시스템은 상기 이미지를 디스플레이하도록 구성되고, 데이타를 상기 룩-업 테이블에 제공하도록 구성된 것을 특징으로 하는 이미징 시스템.