KR100375313B1 - 차분펄스 부호변조를 이용한 계층적 영상 압축/복원 방법 - Google Patents

차분펄스 부호변조를 이용한 계층적 영상 압축/복원 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 해상도를 유지하면서 저장 공간과 전송 대역폭을 효율적으로 이용하여 영상을 계층적 압축함으로써 퀄리티 온 디멘드(Quality On Demand) 개념을 실현할 수 있도록 한 DPCM을 이용한 계층적 영상 압축/복원 방법에 관한 것으로서, 이러한 본 발명은, 계층적 영상 압축 기법을 이용한 단계적 영상 압축 방법으로 영상을 부호화 함으로써, 해상도를 유지하면서 저장 공간과 전송 대역폭을 효율적으로 이용할 수 있도록 하며, 영상 적재시 사용자가 개략적인 정보를 얻을 수 있는 저해상도 영상 정보와 사용자의 요구 시보이게 되는 완전한 고해상도 영상을 각각 앞쪽과 뒤쪽에 위치시키는 계층적 영상 적재의 파일 구조로 영상을 적재한다.

Description

차분펄스 부호변조를 이용한 계층적 영상 압축/복원 방법{Method for compression and extract layered using DPCM}
본 발명은 DPCM(Differential Pulse Code Modulation)을 이용한 계층적 영상압축(Layered Compression) 및 복원(압축 해제) 방법에 관한 것으로, 특히 해상도를 유지하면서 저장 공간과 전송 대역폭을 효율적으로 이용하여 영상을 계층적 압축함으로써 퀄리티 온 디멘드(Quality On Demand) 개념을 실현할 수 있도록 한 DPCM을 이용한 계층적 영상 압축/복원(압축 해제) 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 압축에 대한 국제 표준화 기구에서 개발된 표준에는 JPEG(Joint Photographic Experts Group), H.261(ISDN의 비디오 코덱), MPEG(Moving Picture Experts Group)이 있다.
그 중 JPEG은 칼라와 그레이스케일(Grayscale) 정지 영상의 코드화 표준으로 영상의 형태(내용, 크기, 해상도, 화면비, 색상모형)에 관계없이 적용 가능하고, 압축율과 영상의 품질을 사용자가 지정할 수 있고, 소프트웨어적으로 구현 가능하며, 하드웨어를 사용할 경우 영상의 품질을 크게 향상시킬 수 있는 특징이 있다.
첨부한 도면 도 1은 JPEG 표준에 따른 영상 압축 장치의 일 실시 예를 보인 도면이다.
먼저 예측기(10)는 이미 복호한 인접한 세 화소를 조합하여 예측치를 생성하고, 입력되는 원 영상, 즉 부호화 대상화소에서 상기 예측치를 감산한 값(예측오차)를 엔트로피(가변장) 부호화기(20)에 전달한다.
상기 엔트로피 부호화기(20)는 상기 예측 오차에 대해 허프만 부호화 또는 산출 부호화를 이용하여 엔트로피(가변장) 부호화를 수행한다.
이 방식은 DCT 방식에 비해 압축율은 낮지만 화질 열화가 발생하지 않는 특징이 있다.
여기서 예측 기법은 이전 정보로부터 다음 정보를 예측하는 것으로, 이전 정보와 차이 정보를 가지고 다음 정보를 생성시킨다.
예측 기법의 예로써는, DPCM, DM(Delta Modulation), ADPCM(Adaptive Difference PCM), ADM(Adaptive DM)이 있다.
그 중 DPCM은 이전 예측 값을 이용하여 현재 부호화 하려는 영상을 예측하고, 실제 영상 값과 예측 값 사이의 차이를 부호화된 결과로 출력하고, 데이터의 복원은 예측을 통해 이루어지며, 예측에 의한 오류는 부호화된 정보를 이용하여 보정하는 것이 특징이다.
그러나 이러한 예측 기법을 이용하여 영상을 부호화하는 종래의 영상 압축 방법은, 영상 저장 공간과 전송 대역폭이 큰 것을 필요로 하는 단점이 있었다.
또한 저장 공간과 전송에 제한이 있어, 종래의 영상 압축 방법으로는 고해상도를 유지시키면서 영상을 압축 부호화하는 것이 어려운 단점이 있었다.
이에 본 발명은 상기와 같은 종래 영상 압축 방법시 발생하는 제반 문제점을 해결하기 위해서 제안된 것으로서,
본 발명의 목적은, 해상도를 유지하면서 저장 공간과 전송 대역폭을 효율적으로 이용하여 영상을 계층적 압축함으로써 퀄리티 온 디멘드(Quality On Demand) 개념을 실현할 수 있도록 한 DPCM을 이용한 계층적 영상 압축 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은, DPCM을 이용하여 계층적 영상 압축된 영상을 원래의 영상으로 복원하는 DPCM을 이용한 계층적 영상 복원(압축 해제) 방법을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 DPCM을 이용한 계층적 영상 압축 방법은,
계층적 영상 압축 기법을 이용한 단계적 영상 압축 방법으로 영상을 부호화 함으로써, 해상도를 유지하면서 저장 공간과 전송 대역폭을 효율적으로 이용할 수 있도록 한다.
또한 영상 적재시 사용자가 개략적인 정보를 얻을 수 있는 저해상도 영상 정보와 사용자의 요구 시보이게 되는 완전한 고해상도 영상을 각각 앞쪽과 뒤쪽에 위치시키는 계층적 영상 적재의 파일 구조로 영상을 적재토록 한다.
즉, 사용자에게 유효한 영상 정보량을 먼저 전달하기 위해 저해상도 영상 정보가 먼저 배열되고, 고해상도 영상정보는 뒤쪽에 배열되는 "계층적 영상 적재" 형식의 파일 구조를 이룬다.
도 1은 JPEG 표준에 따른 영상 압축 장치의 일 실시 예를 보인 도면이고,
도 2는 본 발명에서 계층적 압축을 위한 의학영상의 도면이고,
도 3은 도 2와 같은 의학영상의 일부를 2계층 영상 적재 방법으로 적재한 경우를 보여주는 도면이고,
도 4는 도 2와 같은 의학영상의 일부를 3계층 영상 적재 방법으로 적재한 경우를 보여주는 도면이고,
도 5는 본 발명에서 부호화할 영상을 3x3블록으로 분할한 경우를 설명하기 위한 설명도이고,
도 6은 본 발명에 의한 차분펄스 부호변조를 이용한 계층적 영상 압축 방법을 보인 흐름도이고,
도 7은 본 발명에 의한 차분펄스 부호변조를 이용한 계층적 영상 복원 방법을 보인 흐름도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 ..... 예측기
20 ..... 엔트로피(가변장) 부호화기
이하 상기와 같은 기술적 사상에 따른 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.
첨부한 도면 도 2는 본 발명에서 실제 부호화 대상 영상인 의학 영상을 보인 것이다.
도 3은 도 2와 같은 의학 영상의 계층적 영상 적재 방법을 설명하기 위한 설명도로서, 도 2와 같은 의학영상중 압축할 영상 일부를 2x2 격자단위로 나눈 후 1/4 영상 정보를 먼저 저장하고, 전체 영상 정보를 저장하는 2계층 영상 적재 과정을 보인다.
도 4는 도 2와 같은 의학 영상의 계층적 영상 적재 방법을 설명하기 위한 설명도로서, 이는 도 2와 같은 의학 영상중 압축할 영상 일부를 3x3 격자 단위로 나눈 후, 1/9 영상정보, 4/9 영상 정보, 그리고 전체 영상 정보를 적재하는 3계층 영상 적재 과정을 보인다.
이러한 2계층 또는 3계층 적재 방법은 영상 정보의 크기 및 종류에 따라 달라진다.
아래의 [표1]은 3계층 영상 적재 과정시 각 계층별 크기, 데이터 량등을 보인 표이다.
계층 원본과의 크기 비율 크기 데이터량
1단계 1/3x1/3 = 1/9 586x714 817Mbytes
2단계 2/3x2/3 = 4/9 1174x1426 3270Mbytes
3단계 Full Size 1760x2140 7375Mbytes
다시 말해 상기와 같은 영상 적재 방법은, 사용자가 개략적인 정보를 얻을 수 있도록 해주는 저해상도 영상정보를 앞쪽에 위치시키고, 완전한 영상인 고해상도 영상을 뒤쪽에 위치시켜 저장함으로써, 저장 공간을 효율적으로 이용할 수 있으며, 전송 효율도 향상시킬 수 있다.
한편, 계층적 DPCM을 이용한 무손실 압축 방법이 있다.
여기서 손실 압축 방법인 JPEG이 주파수 변환할 때 저주파만 취하고 고주파 부분은 버리는데 비해서, DPCM은 화소간 평균 영상과 원 영상간의 차이 값을 취함으로써 실제로 데이터를 버리지 않는다.
따라서 손실 압축처럼 고압축율을 보일 수는 없지만 정확한 영상이 필요한 영역에 주로 사용된다.
DPCM을 간단히 설명하면, 이전 정보를 바탕으로 다음 정보를 예측하고, 예측에 의해 발생한 오류를 소량의 오류 보정 정보를 이용하여 보정 함으로써 원래 정보를 복원할 수 있도록 한 방법이다.
계층분리가 이루어진 영상을 DPCM으로 압축하는 경우 다음과 같은 두 가지 영상 압축 방법이 적용된다.
a) 화소간 DPCM(Inter Pixel DPCM) : 주변 화소간의 차이 값만을 부호화하여 저장하는 방법으로 압축한다.
b) 평균 영상과 원 영상간의 DPCM(Average to Original DPCM) : 평균 영상값을 구한 뒤에 원 영상과의 차이 값을 부호화하여 저장하는 방법으로 영상을 압축한다.
이하 상기와 같은 본 발명의 개념을 적용한 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.
첨부한 도면 도 6은 본 발명에 의한 DPCM을 이용한 계층적 영상 압축 방법을 보인 흐름도이다.
이에 도시된 바와 같이, 원영상을 블록별로 분할하는 단계(S101), 상기 분할된 블록을 소정 부분(예를 들어, 2부분)으로 분할하는 단계(S102), 상기 분할된 임의의 부분(부분1)의 화소값과 평균값으로 계층1을 구성하는 단계(S103), 상기 부분1의 각 화소값과 상기 평균값을 각각 감산하여 차이값을 산출하는 단계(S104), 상기 산출한 차이값으로 계층2를 구성하는 단계(S105), 상기 분할된 부분2의 화소값으로 계층3을 구성하는 단계(S106), 상기 구성한 계층1, 계층2, 계층3을 각각 DPCM 알고리즘으로 압축하는 단계(S107)로 이루어진다.
이와 같이 이루어지는 본 발명에 의한 DPCM을 이용한 계층적 영상 압축 방법은, 먼저 단계 S101에서 원 영상을 임의의 격자 단위로 블록 분할을 한다. 예를 들어, 원 영상을 2x2 격자 단위 블록으로 분할하거나, 원 영상을 3x3 격자 단위 블록으로 분할하게 되는 데, 본 발명에서는 도 5와 같이 원영상을 3x3 격자 단위로 분할한 경우를 설명한다.
단계 S102에서는 상기 3x3 격자 단위로 분할된 블록을 임의의 부분으로 분할한다.
예를 들어, 화소1, 화소2, 화소4, 화소5만으로 하나의 부분(부분1)을 구성하고, 화소3, 화소6, 화소7, 화소8, 화소9로 나머지 부분(부분2)을 구성한다.
그리고 단계 S103에서 상기 부분1(화소1, 화소2, 화소4, 화소5)의 화소값과 이들 각 화소(화소1, 화소2, 화소4, 화소5)의 평균값으로 계층1을 구성한다.
다음으로 단계 S104에서 상기 부분1의 각 화소값과 상기 평균값을 각각 감산하여, 그 차이값을 산출한다(차이값은 4개의 값임). 이어 단계 S105에서 상기 각각 산출한 차이값(4개의 값)으로 계층2를 구성한다.
아울러 단계 S106에서 상기 단계 S102에서 분할한 부분2의 화소값으로 계층3을 구성한다.
그런 후 단계 S107에서 상기 각각 구성한 계층1, 계층2, 계층3을 각각 DPCM 압축 방법으로 압축한다.
여기서 DPCM 압축 알고리즘은 주지한 바와 같이, 주변 화소간의 차이 값만을 부호화하여 저장하는 방법인 화소간 DPCM(Inter Pixel DPCM) 또는 평균 영상 값을 구한 뒤에 원 영상과의 차이 값을 부호화하여 저장하는 방법인 평균 영상과 원 영상간의 DPCM(Average to Original DPCM) 으로 영상을 압축한다.
첨부한 도면 도 7은 상기와 같은 계층적 영상 압축 방법으로 압축된 영상을 원래의 영상으로 복원(압축 해제)하는 DPCM을 이용한 영상 복원 방법을 보인 흐름도이다.
이에 도시된 바와 같이, 계층적(3계층)으로 압축된 영상을 입력받는 단계(S201), 상기 입력받은 영상중 계층1의 영상을 압축 해제하는 단계(S202), 상기 입력받은 영상중 계층2의 영상을 압축 해제하는 단계(S203), 상기 복원된 계층1 및 계층2를 합쳐 원영상의 분할 불록중 부분1로 설정하는 단계(S204), 상기 입력받은 영상중 계층3의 영상을 압축 해제하는 단계(S205), 상기 계층3의 복원 영상을 원영상의 분할 블록중 부분2로 설정하는 단계(S206), 상기 각각 설정한 부분1 및 부분2의 영상을 합쳐 원영상의 분할 블록(3x3격자 단위)으로 구성하는 단계(S207)로 이루어진다.
이와 같이 이루어지는 본 발명에 의한 DPCM을 이용한 계층적 영상 복원(압축 해제) 방법은, 먼저 단계 S201에서 계층적(3계층)으로 분할된 후 압축된 영상을 입력받는다.
그리고 단계 S202에서 상기 3계층중 계층1의 영상을 압축 해제한다. 여기서 영상 압축 해제시에도 DPCM 영상 압축 해제 방법을 따른다.
다음으로 단계 S203에서 상기 3계층중 계층2의 영상을 압축 해제한다.
이어 단계 S204에서 상기 압축 해제한 계층1 및 계층2의 복원된 영상을 합쳐서 원영상을 3x3 격자 단위로 블록 분할한 경우 도 5의 부분1(화소1, 화소2, 화소4, 화소5)에 해당하는 영상을 만든다.
다음으로 단계 S205에서 상기 입력받은 3계층중 계층3의 영상을 압축 해제한다.
그리고 단계 S206에서 상기 계층3의 영상을 압축 해제한 영상, 즉 원 영상을 3x3 격자 단위로 블록 분할한 경우 도 5의 부분2(화소3, 화소6, 화소7, 화소8, 화소9)에 해당하는 영상을 만든다.
이후 단계 S207에서 상기 복원된 부분1의 영상(화소1, 화소2, 화소4, 화소5)과 상기 복원된 부분2의 영상(화소3, 화소6, 화소7, 화소8, 화소9)을 합쳐서 도 5의 우측에 도시된 3x3 격자 단위의 원영상을 구성하게 된다.
이상에서 상술한 본 발명 "DPCM을 이용한 계층적 영상 압축/복원 방법"에 따르면, 저장 공간과 전송 대역폭을 효율적으로 이용할 수 있는 영상 압축 및 복원 방법을 제공해주는 이점이 있다.
또한, 이미지(Image)를 서버에 저장해두고 클라이언트에서 요청 시 보내주는 "Image on Demand"구조에서 해당 이미지 요청 시 낮은 해상도의 영상을 빠르게 미리 보여줌으로써 사용자가 대기하는 시간을 단축시킬 수 있는 이점이 있다.
또한, 낮은 해상도의 영상을 보고 원 영상을 보여줌으로써, 네트워크 부하 및 컴퓨터의 과부하도 회피할 수 있는 이점이 있다.

Claims (6)

  1. 영상 압축 방법에 있어서,
    원영상을 블록별로 분할하는 단계와;
    상기 분할된 블록을 부분1과 부분2로 분할하는 단계와;
    상기 분할된 임의의 부분(부분1)의 화소값과 평균값으로 계층1을 구성하는 단계와;
    상기 부분1의 각 화소값과 상기 평균값을 각각 감산하여 차이값을 산출하는 단계와;
    상기 산출한 차이값으로 계층2를 구성하는 단계와;
    상기 분할된 부분2의 화소값으로 계층3을 구성하는 단계와;
    상기 구성한 계층1, 계층2, 계층3을 각각 DPCM 알고리즘으로 압축하여 메모리에 저장하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 차분펄스 부호변조(DPCM)를 이용한 계층적 영상 압축 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 블록별 분할은,
    원영상을 2x2 격자 단위 또는 3x3 격자 단위 블록으로 분할하는 것을 특징으로 하는 차분펄스 부호변조를 이용한 계층적 영상 압축 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 분할된 블록을 소정 부분으로 나누는 방법은, 상기 분할 블록이 3x3 격자 단위 블록이고, 첫 번째 라인이 좌측부터 화소1, 화소2, 화소3으로 구성되고, 두 번째 라인이 화소4, 화소5, 화소6으로 구성되며, 세 번째 라인이 화소7, 화소8, 화소9로 구성된 상태에서, 상기 화소1, 화소2, 화소4, 화소5로 이루어진 부분을 부분1로 분할하고, 상기 화소3, 화소6, 화소7, 화소8, 화소9로 이루어진 부분을 부분2로 분할하는 것을 특징으로 하는 차분펄스 부호변조를 이용한 계층적 영상 압축 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 DPCM 알고리즘은,
    주변 화소간의 차이 값만을 부호화하여 저장하는 방법인 화소간 DPCM(Inter Pixel DPCM) 또는 평균 영상 값을 구한 뒤에 원 영상과의 차이 값을 부호화하여 저장하는 방법인 평균 영상과 원 영상간의 DPCM(Average to Original DPCM)인 것을 특징으로 하는 차분펄스 부호변조를 이용한 계층적 영상 압축 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 DPCM으로 압축된 영상을 메모리에 적재하는 방법은,
    사용자가 개략적인 정보를 얻을 수 있도록 해주는 저해상도 영상정보를 앞쪽에 위치시키고, 완전한 영상인 고해상도 영상을 뒤쪽에 위치시키는 방법으로 저장하는 것을 특징으로 하는 차분펄스 부호변조를 이용한 계층적 영상 압축 방법.
  6. 압축된 영상을 복원(압축 해제)하는 방법에 있어서,
    계층적(3계층)으로 압축된 영상을 입력받는 단계와;
    상기 입력받은 영상중 계층1의 영상을 압축 해제하는 단계와;
    상기 입력받은 영상중 계층2의 영상을 압축 해제하는 단계와;
    상기 복원된 계층1 및 계층2를 합쳐 원영상의 분할 불록중 부분1로 설정하는 단계와;
    상기 입력받은 영상중 계층3의 영상을 압축 해제하는 단계와;
    상기 계층3의 복원 영상을 원영상의 분할 블록중 부분2로 설정하는 단계와;
    상기 각각 설정한 부분1 및 부분2의 영상을 합쳐 원영상의 분할 블록(3x3격자 단위)으로 구성하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 차분펄스 부호변조를 이용한 계층적 영상 복원 방법.
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