KR100389702B1 - 비트치환에 의한 무손실 데이터압축 및 복원방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 비트치환에 의한 무손실 데이터압축 및 복원 방법에 관한 것으로서, 일정량의 정보비트열을 일정 수의 비트단위로 구분하여 비트그룹들로 구성한 후 각 비트그룹을 1비트값(1 또는 0)으로 치환하면서 각각의 압축테이블을 구성하여 압축데이터열을 구축하고 각 압축테이블을 역치환하여 압축데이터를 원상태 그대로 복원하는 것이다.

Description

비트치환에 의한 무손실 데이터압축 및 복원 방법{The method for compressing and expanding data-stream without loss by bit-substitution}

본 발명은 무손실 데이터압축 및 복원 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 일정량의 정보비트열을 일정 수의 비트단위로 구분하여 비트그룹들로 구성한 후 각 비트그룹을 1비트값(1 또는 0)으로 치환하면서 데이터를 압축하고 이를 역치환하여 복원하는 비트치환에 의한 무손실 데이터압축 및 복원 방법에 관한 것이다.

최근 컴퓨터 및 네트워크 기술이 급속하게 발달됨에 따라, 인터넷 또는 무선통신 시스템을 이용하여 멀티미디어 전송, 실시간 방송, 화상회의, 업무처리 등 다양한 정보교환이 이뤄지고 있다. 또한, 사용자들이 고화질, 고음질의 정보를 요구함에 따라 데이터량은 갈수록 방대해지고 있는 실정이다.

따라서, 정보의 정확성과 함께 전송속도의 향상을 위해서, 컴퓨터의 처리속도 향상 및 통신케이블의 대용량화를 도모할 뿐만 아니라 다양한 데이터 압축기술이 연구 개발되고 있다.

하지만, 현재 일반적인 압축방식으로는 엠펙(MPEG) 또는 제이펙(JPEG) 등의 손실압축 방법이 사용되고 있으며, 이러한 손실압축은 데이터 복원시 모든 정보를 회복할 수 없기 때문에 사용자에게 고화질 또는 고음질의 정보를 제공하지 못할 뿐만 아니라 정보형태(동화상 또는 정지화상)에 따라 압축률이 현격하게 낮아지는 문제점이 있다.

또한, 종래의 압축방식은 일반적으로 한번 압축한 데이터를 반복하여 압축할 수 없기 때문에 압축률 향상에 한계가 있다.

특히, 무선 통신시스템을 통한 정보교환이 확대됨에 따라, 네트워크상에서의 전송부하를 효율적으로 감축하기 위한 데이터의 고압축 및 정보의 정확한 복구는 더욱 절실히 요구되고 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 데이터의 손실이 없이 고 압축률로 압축할 뿐만 아니라 데이터 형태에 무관하게 반복적으로 압축할 수 있는 비트치환에 의한 무손실 데이터압축 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기 데이터압축 방법에 따른 압축데이터를 효율적으로 압축해제하는 비트치환에 의한 무손실 데이터복원 방법을 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 무손실 데이터압축 과정을 도시한 흐름도.

도 2는 본 발명에 따른 무손실 데이터복원 과정을 도시한 흐름도.

도 3a 내지 도 3i는 본 발명에 따른 무손실 데이터압축 방법의 일실시예를 설명하기 위한 데이터 테이블도.

도 4a 내지 도 4f는 본 발명에 따른 무손실 데이터복원 방법의 일실시예를 설명하기 위한 데이터 테이블도.

이와 같은 목적을 달성하기 위해서 본 발명에 따른 일정량의 원본 데이터를 입수하여 소정의 치환을 통해 데이터를 압축 전송하는 방법에 있어서, 상기 원본 데이터열을 2 또는 그 이상의 비트 수를 갖는 비트그룹으로 구분하여 압축대상 데이터열을 구성하는 단계; 상기 비트그룹을 그 값에 따라 빈도수를 체크하는 단계; 상기 압축대상 데이터열에서 최대 빈도수의 비트그룹을 1비트값으로 치환하고 나머지 비트그룹들은 상기 치환값과 다른 1비트값으로 치환하여 최대 빈도수의 비트그룹에 대한 압축테이블을 구축하는 단계; 차순위 비트그룹에 대해서는 상기 압축대상 데이터열에서 상기 최대 빈도수의 비트그룹을 제거하여 해당 압축대상 데이터열을 구성한 후 상기 비트치환 과정을 적용하여 해당 압축테이블 구축하고, 그 다음 순위의 비트그룹에 대해서도 상기 비트그룹 제거 및 비트치환 과정을 적용하여 해당 압축테이블을 구축함으로써 가능한 모든 압축테이블을 구축하는 단계; 상기 구축된 압축테이블들을 순차적으로 연결하여 압축 데이터열을 구성하는 단계; 및 상기 압축과정의 주요정보를 갖는 압축정보 비트열과 상기 압축데이터열을 갖는 전송 비트프레임을 구성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 다른 목적을 위해서, 본 발명에 따른 비트치환에 의한 무손실 데이터복원 방법은 압축정보 및 압축 데이터열을 입수하는 단계; 상기 압축정보에 따라 상기 압축데이터열을 각각 압축테이블로 분리하는 단계; 제 1압축테이블로부터 복원 테이블의 틀을 구성하는 단계; 및 상기 압축정보의 치환정보에 따라 각압축테이블을 순차적으로 상기 복원테이블에 역치환하여 원본 데이터열을 복원하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면에 의거 상세히 설명한다.

첨부된 도면 도 1은 본 발명에 따른 무손실 데이터압축 과정을 도시한 흐름도이고, 도 2는 데이터복원 과정을 도시한 흐름도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 비트치환에 의한 데이터압축 과정은 다음과 같다.

먼저, n비트의 데이터량을 갖는 원본 데이터열을 입수한다.

그 다음, 상기 원본데이터열을 k비트단위(2≤k≪n)로 구분하여 비트그룹들로 압축대상 데이터열을 구성한다.

상기 비트그룹은 0~(2^k-1)중 하나의 값을 갖는 k개의 비트로 구성되는 것으로서, 그 값에 따라 분류한 후 각 종류별로 비트그룹의 빈도수를 체크한다.

가령, k=2일 경우, a비트그룹="10", b비트그룹="01", c비트그룹="11", d비트그룹="00"으로 분류된다.

그 다음, 상기 압축대상 데이터열에서 최대 빈도수의 비트그룹을 1비트값인 "1"로 치환하고 나머지 비트그룹들은 1비트값인 "0"으로 치환함으로써, 제 1압축 테이블을 구성한다.

또한, 차순위 빈도수의 비트그룹에 대해서는, 상기 압축대상 데이터열에서 상기 "1"로 치환된 비트그룹들을 제거하여 제 2압축대상 데이터열을 구성한 후 상기 제 2압축대상 데이터열에서 차순위 비트그룹을 "1"로 치환하고 나머지 비트그룹을 "0"으로 치환함으로써, 제 2압축 테이블을 구성한다.

상기와 같은 비트그룹 제거 및 비트치환 과정을 상기 압축대상 데이터열에 나타난 모든 비트그룹에 적용하여 최대 2^k-1개의 압축테이블을 형성한다. 이때, 마지막 순위의 2개 비트그룹에 대해서는 하나의 압축테이블로 형성할 수 있다.

그 다음, 상기 압축 테이블들을 형성순서에 따라 순차적으로 결합함으로써 최종적인 압축데이터열을 구성하게 된다.

또한, 재 압축을 할 경우, 상기 최종 압축데이터열을 원본 데이터열로하여 상기 압축과정을 반복함으로써 높은 압축률을 실현할 수 있다.

상기된 바와 같이, 본 발명에 따른 데이터의 압축은 데이터의 형태나 특정 형식에 무관하고, 단지 데이터값 또는 비트그룹의 본포율에 따라 압축실행되기 때문에 이미 압축된 데이터에 대해서도 양호하게 압축할 수 있다.

또한, 데이터값에 따라 압축률이 달라지기 때문에, 압축률 향상을 위해서 압축실행을 위한 최소조건을 충족하지 못하는 데이터열에 대해서는 데이터 변형을 가하게 된다.

또한, 압축데이터는 다음과 같은 전송 비트프레임을 구성하여 전송한다.

시작 비트열

압축정보 비트열

컨트롤 비트열

압축 데이터비트열

종료 비트열

상기 압축정보 비트열은 각 압축테이블의 크기 및 배열순서, 비트그룹의 크기 및 치환정보 등의 정보를 포함하며, 상기 컨트롤 비트열은 압축률 향상을 위한 데이터변형 정보를 포함한다.

상기 전송 비트프레임은 필요에 따라 다양한 형태로 실시할 수 있다.

한편, 상기와 같이 무손실 압축된 데이터를 복원(또는 신장)하는 과정은 다음과 같다.

도 2에 도시된 바와 같이, 먼저 상기 전송 비트프레임을 통해서 압축정보 및 압축 데이터열을 입수한다.

그 다음, 압축정보의 각 압축테이블의 크기 및 배열순서 정보에 의해, 상기 압축데이터열을 각각의 압축테이블로 분리한다.

또한, 비트그룹의 크기정보에 따라 제 1압축테이블로부터 복원 테이블의 틀을 구성한다. 즉, 상기 비트그룹이 2비트 크기일 경우(k=2), 복원테이블은 제 1압축테이블의 2배 비트수를 갖게 된다.

그 다음, 상기 배열순서(압축순서) 정보 및 치환정보에 따라 각 압축테이블을 상기 복원테이블에 역치환한다.

또한, 입수된 압축데이터열이 다수차로 압축되었을 경우는, 해당 압축정보를 이용하여 상기된 복원과정에 의거하여 압축데이터를 복원한다.

또한, 데이터의 변형이 가해졌을 경우는 상기 컨트롤정보에 따라 데이터를 원상태로 재변형한다.

본 발명에 따르면 고압축률 뿐만 아니라 데이터 손실이 없는 원본 데이터열을 효과적으로 얻을 수 있다.

이하, 상기된 압축 및 복원 방법에 대한 보다 구체적인 실시예를 2비트 단위의 비트그룹을 이용한 데이터압축 및 복원 과정을 데이터테이블도들에 의거하여 설명한다.

도 3a 내지 도 3i는 2비트그룹을 이용한 무손실 데이터압축 방법을 설명하기 위한 데이터 테이블도이다.

도 3a에 도시된 바와 같이, 먼저, 화상 또는 음성정보 비트스트림 등으로부터 일정한 데이터량(200비트)를 갖는 원본 데이터열을 취한다.

그리고, 상기 원본 데이터열을 2비트 단위로 구분하여 총 100개의 비트그룹으로 제 1압축대상 데이터열을 구성한다.(도 3b)

상기 비트그룹의 내용(데이터 값)을 인식하여 종류별로 분류한 후 각 빈도수를 산출한다.

도 3b에 도시된 바와 같이, "00" 데이터값을 갖는 a비트그룹은 50개로 분포하고, "01" 데이터값을 갖는 b비트그룹은 25개, "10" 데이터값을 갖는 c비트그룹은 20개, "11"데이터값을 갖는 d비트그룹은 5개로 각각 분포함을 알수있다.

그 다음, 상기 제 1압축대상 데이터열에서, 최대 빈도수를 갖는 a비트그룹을 1비트값인 "1"로 치환하고 나머지 비트그룹(b,c,d 비트그룹)을 "0"으로 치환함으로써, 도 3c에 도시된 바와 같은 제 1압축 테이블(j테이블)을 생성한다.

그 다음, 상기 제 1압축대상 데이터열에서 a비트그룹을 모두 제거하여, 도 3d와 같이, 제 2압축대상 데이터열을 재구성하게 된다.

그리고, 상기 제 2압축대상 데이터열에서, b비트그룹을 "1"로 치환하고 c,d비트그룹을 "0"으로 치환하여 제 2압축 테이블(k테이블)을 생성한다.(도 3e)

또한, 상기 제 2압축대상 데이터열에서 치환된 b비트그룹을 제거하고 제 3압축대상 데이터열을 구성한다.(도 3f)

상기 제 3압축대상 데이터열에서, c비트그룹을 "1"로 치환하고 d비트구룹을 "0"으로 치환하여 제 3압축 테이블(i테이블)을 생성한다.(도 3g)

그 다음, 상기 생성된 각각의 압축 테이블을 순차적으로 결합함으로써, 도 3h와 같이, 175비트 정보를 갖는 압축데이터열을 얻게 된다.

이로써, 상기 실시예에서는 12.5%로 압축된 데이터열을 1차적으로 형성하게 된다.

또한, 도 3i와 같이, 상기 압축데이터열을 다시 2비트단위로 구분하여 상기된 과정으로 압축실행할 수 있으며, 필요에 따라 다수차로 압축함으로써 고압축률의 데이터열을 얻을 수 있다.

도 4a 내지 도 4f는 2비트그룹을 이용한 무손실 데이터복원 방법을 설명하기 위한 데이터 테이블도이다.

먼저, 도 4a와 같은 압축데이터열을 전송 비트프레임으로부터 입수한 후, 도 4b에 도시된 바와 같이, 압축정보에 따라 상기 압축데이터열을 순차적으로 j테이블, k테이블, l테이블로 분리한다.

또한, 도 4c에 도시된 바와 같이, 상기 실시예가 2비트단위로 치환됨에 따라 j테이블의 2배 비트수를 확보하여 복원 테이블을 생성하고, j테이블의 "1"값을 상기 복원테이블의 해당 위치에 "00"값의 2비트로 역치환한다.

그 다음, k테이블의 "1"값을 상기 복원테이블에 순차적으로 "01"값으로 역치환한다.(도 4d)

그리고, l테이블에서 "1"값은 "10"의 2비트로, "0"값은 "11"의 2비트로 역치환함으로써, 도 4e와 같이, 복원 테이블을 완성하게 된다.

이로써, 도 4f와 같이, 상기 원본 데이터와 동일한 200비트의 데이터열을 손실없이 복원하게 된다.

본 발명은 전술한 실시예에 국한되지 않고 본 발명의 기술 사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수가 있다.

상기한 바와 같이 이루어지는 본 발명에 의하면, 정보의 손실없이 효과적으로 데이터를 압축하고 복원할 수 있을 뿐만 아니라 데이터 형태에 무관하게 반복적인 압축이 가능함으로써 높은 압축율을 실현할 수 있다.

Claims (5)

1. 일정량의 원본 데이터를 입수하여 소정의 치환을 통해 데이터를 압축 전송하는 방법에 있어서,

   상기 원본 데이터열을 2 또는 그 이상의 비트 수를 갖는 비트그룹으로 구분하여 압축대상 데이터열을 구성하는 단계;

   상기 비트그룹을 그 값에 따라 빈도수를 체크하는 단계;

   상기 압축대상 데이터열에서 최대 빈도수의 비트그룹을 1비트값으로 치환하고 나머지 비트그룹들은 상기 치환값과 다른 1비트값으로 치환하여 최대 빈도수의 비트그룹에 대한 압축테이블을 구축하는 단계;

   차순위 비트그룹에 대해서는 상기 압축대상 데이터열에서 상기 최대 빈도수의 비트그룹을 제거하여 해당 압축대상 데이터열을 구성한 후 상기 비트치환 과정을 적용하여 해당 압축테이블 구축하고, 그 다음 순위의 비트그룹에 대해서도 상기 비트그룹 제거 및 비트치환 과정을 적용하여 해당 압축테이블을 구축함으로써 가능한 모든 압축테이블을 구축하는 단계;

   상기 구축된 압축테이블들을 순차적으로 연결하여 압축 데이터열을 구성하는 단계; 및

   상기 압축과정의 주요정보를 갖는 압축정보 비트열과 상기 압축데이터열을 갖는 전송 비트프레임을 구성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 비트치환에 의한 무손실 데이터압축 방법.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서, 최소 압축조건을 만족하지 못할 경우, 데이터열을 변형한 후 압축실행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비트치환에 의한 무손실 데이터압축 방법.
4. 삭제
5. 압축정보 및 압축 데이터열을 입수하는 단계;

   상기 압축정보에 따라 상기 압축데이터열을 각각 압축테이블로 분리하는 단계;

   제 1압축테이블로부터 복원 테이블의 틀을 구성하는 단계; 및

   상기 압축정보의 치환정보에 따라 각 압축테이블을 순차적으로 상기 복원테이블에 역치환하여 원본 데이터열을 복원하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 비트치환에 의한 무손실 데이터복원 방법.