KR100413806B1 - 격주사선화소를이용한형상부호화방법및장치 - Google Patents

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Abstract

격주사선 화소를 이용한 영상 혹은 형상 부호화방법 및 장치가 개시된다. 형상 부호화방법에서는 영상 혹은 영상의 형상을 부호화함에 있어서, 영상 혹은 형상의 소정 프레임에서 현재 주사선의 각 화소들에 대한 부호화 여부를 상기 현재 주사선의 각 행에 해당하는 직전 주사선의 각 행의 화소와 직후 주사선의 각 행의 화소를 이용하여 결정하는 단계와, 결정된 각 화소들의 부호화 여부에 따라서, 현재 주사선의 해당 화소를 부호화하는 단계로 이루어진다. 따라서, 현재의 주사선에 대한 직전, 직후 주사선의 화소들에 대하여 배타논리합 연산을 수행하여, 직전, 직후 주사선의 화소값이 서로 다른 경우에만 현재 주사선의 화소를 부호화하여 전송함으로써, 그 부호화과정이 매우 단순하고 압축 효율이 뛰어나다.

Description

격주사선 화소를 이용한 형상 부호화방법 및 장치
본 발명은 형상 부호화방법 및 장치에 관한 것으로서, 특히 MPEG-4(Moving Picture Experts Group-phase 4)에서 제안되는 다기능 이진화상에서 격주사선 즉, 현재 주사선의 직전 및 직후 주사선 화소를 이용하여 그 사이에 위치한 화소에 대한 정보를 배타논리합(EX-OR)을 이용하여 보내는 영상 또는 형상 부호화방법 및 장치에 관한 것이다.
도 1은 기존의 형상 부호화장치의 구조를 나타낸 블록도이다. 도 1에 있어서, 입력되는 원영상의 형상(shape)이 형상 부호화기(11)를 거쳐 부호화된 비트스트림(13)으로 표시되며, 형상 복호화기(13)에서는 부호화된 비트스트림(13)을 해석하여 복원된 형상을 제공한다.
상기 기존의 영상 혹은 형상(shape) 부호화장치에서는, 해상도 혹은 화질 조절 등을 위하여 필요한 정보가 실제 이러한 조절이 없이 부호화하는 경우들에 비하여 부호화된 비트량이 크게 증가할 뿐 아니라 그에 따른 시스템의 복잡도 역시 증가하는 단점이 있었다. 특히, 이러한 문제는 형상 부호화시에는 큰 부담으로 작용하며, 해상도 혹은 화질 조절기능, 전송오차에 강한 부호화, 그리고 전송률 제어 등의 부가적인 다기능들이 요구되는 무선통신과 같은 통신환경의 경우에는 그 비중이 더욱 증대된다.
따라서 본 발명의 목적은 다기능 이진 형상화상에서 격주사선 화소를 이용하여 그 사이에 위치한 화소에 대한 정보를 배타논리합을 이용하여 보내는 부호화방법 및 장치를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 영상 또는 형상 부호화방법은 a) 상기 영상 혹은 형상의 소정 프레임에서 현재 주사선의 각 화소들에 대한 부호화 여부를 상기 현재 주사선의 각 행에 해당하는 직전 주사선의 각 행의 화소값과 직후 주사선의 각 행의 화소값과의 상이에 의하여 결정하는 단계; 및 b) 상기 a) 단계에서의 결정 결과, 각 화소들의 부호화 여부에 따라서, 현재 주사선의 해당 화소를 부호화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 방법에 있어서 상기 a) 단계는 a1) 상기 소정 프레임에서 현재주사선의 직전 및 직후 주사선의 각 화소에 대하여 배타논리합 연산을 수행하는 단계를 포함하고, 상기 b) 단계는 b1) 상기 현재 주사선의 직전 및 직후 주사선 정보와, 상기 현재 주사선의 각 화소에 대한 배타논리합 연산 결과에 해당하는 배타논리합정보와, 상기 직전 및 직후 주사선에서의 화소값은 서로 같으나 상기 현재 주사선의 화소값과는 다른 경우 현재 주사선의 화소값에 해당하는 예외정보를 생성하는 단계; 및 b2) 상기 생성된 현재 주사선의 직전 및 직후 주사선 정보를 부호화하여 비트스트림으로 형성하고, 상기 배타논리합정보와 예외정보는 부호화하지 않고 상기 형성된 비트스트림에 부가하여 최종적인 부호화된 비트스트림을 형성하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 영상 또는 형상 부호화장치는 입력되는 원화상의 형상을 이루는 소정 프레임에서 현재 주사선의 해당 행의 화소의 직전 및 직후 주사선의 해당 행의 화소에 대한 배타논리합 연산을 이용하여 상기 현재 주사선에 대한 분석을 수행하여, 상기 현재 주사선의 직전, 직후 주사선 정보, 상기 현재 주사선의 각 화소에 대한 배타논리합 연산 결과에 해당하는 배타 논리합정보와, 상기 직전 및 직후 주사선에서의 화소값은 서로 같으나 상기 현재 주사선의 화소값과는 다른 경우 현재 주사선의 화소값에 해당하는 예외정보를 형성하고, 해당 차수만큼 상기 현재 주사선의 직전, 직후 주사선에 대한 주사선 분석을 반복 수행하는 주사선 분석기; 상기 해당 차수만큼 수행한 후 최종적으로 발생되는 상기 현재 주사선의 직전, 직후 주사선 정보를 부호화하여 비트스트림으로 형성하고, 각 차수에 발생된 상기 배타논리합정보 및 상기 예외정보는 비트스트림으로 형성하고, 상기 배타논리합정보와 예외정보는 부호화하지 않고 상기 형성된 비트스트림에 부가하여 최종적인 부호화된 비트스트림을 형성하는 부호화기; 상기 부호화기에서 출력되는 비트스트림을 복호화하는 복호화기; 및 상기 복호화된 비트스트림에 대하여, 가장 높은 차수의 직전, 직후 주사선 정보, 배타논리합정보 및 예외정보를 이용하여 그 전 차수의 직전, 직후 주사선정보를 복원하고, 상기 이전 차수의 배타논리합정보 및 예외정보를 이용하여 그 이전 차수의 직전, 직후 주사선 정보를 복원하는 것을 반복 수행하는 주사선 합성기를 구비하는 것을 특징으로 한다.
도 1은 일반적인 형상 부호화장치의 구조도.
도 2는 본 발명에 의한 격주사선 분석/합성기를 포함한 형상 부호화장치의 구조도.
도 3은 본 발명에서 적용된 격주사선 처리의 개념을 설명하는 도면.
도 4는 본 발명에 의한 주사선 분석기의 동작을 설명하기 위한 순서도.
도 5는 본 발명에 의한 n차 격주사선 분석기의 구조도.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예에 대하여 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명에 의한 주사선 분석기 및 주사선 합성기를 포함한 부호화장치의 구조도로서, 주사선 분석기(21), 형상 부호화기(23), 형상 복호화기(27)와 주사선 합성기(29)로 구성된다. 즉, 도 1에 도시된 부호화장치에 주사선 분석기(21)및 주사선 합성기(29)를 삽입하여 부호화가 되기 전과 복호화가 끝난 후, 격주사선에 대한 처리를 하는 것이다.
도 2를 참조하면, 주사선 분석기(21)에서는 입력되는 원화상의 형상데이터로 이루어지는 소정 프레임에서 현재 주사선의 해당 행의 화소의 직전 및 직후 주사선의 해당 행의 화소에 대한 배타논리합을 이용하여 현재 주사선에 대한 분석을 수행하여, 현재 주사선의 직전, 직후 주사선 정보 즉, 격주사선 정보와, 현재 주사선의 각 화소에 대한 배타논리합 연산 결과에 해당하는 배타논리합정보와, 직전 및 직후주사선에서의 화소값은 서로 같으나 현재 주사선의 화소값과는 다른 경우 현재 주사선의 화소값에 해당하는 예외정보를 생성한다. 이때, 1차가 아닌 n차(여기서, n은 2 이상의 정수)의 주사선 분석이 수행되는 경우, 해당 차수만큼 현재 주사선의 직전, 직후 주사선에 대한 주사선 분석을 반복 수행한다. 형상데이터에 있어서 형상이 존재하는 부분은 '1'의 값이, 형상이 존재하지 않는 부분 즉, 배경부분은 '0'이 할당되어 하나의 프레임에 속하는 모든 화소들은 '1' 또는 '0'의 이진값을 갖게 된다. 이때, 각 경우에 대하여 서로 반대의 이진값이 할당될 수도 있다.
형상 부호화기(23)에서는 주사선 분석기(23)에서 해당 차수만큼 수행한 후 최종적으로 발생되는 현재 주사선의 직전, 직후 주사선 정보를 부호화하여 비트스트림으로 형성하고, 각 차수에 발생된 배타논리합 정보 및 예외정보는 부호화과정 없이 바로 비트스트림에 부가하여 최종적인 부호화된 비트스트림(25)을 형성하여 전송한다. 이때, 격주사선 정보에 사용되는 부호화방법의 예로는 일반적으로 엔트로피 부호화방법을 들 수 있다.
형상 복호화기(27)에서는 형상 부호화기(23)에서 출력되는 최종적인 부호화 된 비트스트림을 예를 들면 엔트로피 복호화하여 부호화 이전의 데이터로 복원한다.
주사선 합성기(29)에서는 형상 복호화기(27)에서 복호화된 비트스트림에 대하여, 가장 높은 차수의 직전, 직후 주사선 정보, 배타논리합정보 및 예외정보를 이용하여 그 전 차수의 직전, 직후 주사선정보를 복원하고, 상기 이전 차수의 배타논리합 정보 및 예외정보를 이용하여 그 이전 차수의 직전, 직후 주사선 정보를 복원하는 것을 반복 수행한다.
도 3은 본 발명에서 적용된 격주사선 처리의 개념을 설명하는 도면이다.
도 3을 참조하면, 현재 주사선(t)의 이진값 정보는 이전 주사선(t-1)과 이후주사선(t+1)을 배타논리합 연산을 실행하여 파악될 수 있다. 즉, 이전 표본과 이후 표본의 값이 같은 경우, 예를 들어, 흑과 흑 또는 백과 백인 경우에는 배타논리합 연산 결과가 '0'이 된다. 대개의 경우, 현재의 표본값이 이전, 이후의 표본값이 같기 때문에 이러한 경우는 아무 정보도 부호화할 필요가 없다. 한편, 그렇지 않은 경우, 즉 현재의 표본값이 이전 및 이후의 표본값과 상이한 경우에만 현재 주사선의 표본값을 보낸다. 극히 드문 경우이기는 하나, 이전 및 이후의 표본값들이 현재의 표본값과 다른 경우가 존재하는데, 이러한 정보 역시 부호화 대상이 된다. 이러한 경우 부호화되는 정보는 현재 주사선의 직전, 직후 주사선정보 즉, 격주사선 정보, 상기 현재 주사선의 각 화소에 대한 배타논리합 연산 결과에 해당하는 배타논리합정보, 상기 직전 및 직후 주사선에서의 화소값은 서로 같으나 상기 현재 주사선의 화소값과는 다른 경우 현재 주사선의 화소값에 해당하는 예외정보이다.
좀 더 구체적으로 설명하면, 격주사선 방식의 형상부호화기는 개념상 격주사선 단위로 부호화된다. 즉, 0, 2, 4,...2i, (2i+2) 번째 주사선은 1, 3, 5,... (2i+1),(2i+1)번째 주사선의 부호화를 위해 사용된다. 이와 같은 경우를 1차 격주사선 분석이라고 하며, 0, 2, 4,...2i, (2i+2) 번째 주사선 정보를 격주사선 정보 즉, 직전, 직후 주사선 정보라 칭한다. 이때, 0, 2, 4,...2i, (2i+2) 번째에 해당하는 직전, 직후 주사선 정보를 다시 0, 4, 8, 등과 2, 6, 10 등으로 구분하여 0,4, 8, 등의 주사선을 2, 6, 10 등의 주사선의 부호화를 위해 사용하게 되면 2차 격주사선 분석이라고 한다. 이는 통상 요구되는 해상도 및 복잡도에 따라서 n차(n은 2 이상의 정수)의 다차까지 확장가능하다.
도 4는 1 차(level) 주사선 분석기의 동작을 설명하는 순서도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 형상데이터가 입력되면, 제101단계에 의해 t=1 로 초기화된다. 여기서, 변수 t는 현재의 주사선이 몇 번째의 주사선인가를 나타내고, LAST는 최후의 주사선을 나타낸다.
제102단계에서는 현재의 주사선이 한 프레임에 대하여 마지막 주사선인지를 판단한다. 그 결과, 마지막 주사선일 경우에는 (t+l)번째의 주사선을 (t-1)번째의 주사선과 동일하게 설정하여(제103단계), 제104단계에서는 직전 주사선들로 배타논리합 연산이 이루어진다. 이 경우, 현재 주사선의 내용이 직전 주사선과 다른 경우 현재 주사선의 화소값들은 부호화시 추가적인 정보(additional data) 즉, 예외정보 (107)가 된다. 제104단계에서의 배타논리합 연산 결과, 직전, 직후 주사선 정보 (105), 배타논리합 정보(106), 그리고 예외정보(107)가 발생한다. 한편, 제102단계에서 현재의 주사선이 마지막이 아닌 경우에는 제104단계로 바로 이행한다.
제108단계에서는 현재의 주사선이 마지막 주사선인가를 다시 판단하여, 마지막 주사선인 경우는 본 순서도를 종료하고, 그렇지 않은 경우에는 t를 2만큼 증가시켜(제109단계) 제102단계로 복귀한다.
도 5는 도 4의 1차 격주사선 분석기를 격주사선 정보 즉, 직전, 직후 주사선 정보를 다시 입력으로 되돌려 n 차(n level)의 기능이 가능하도록 구성된 격주사선분석기를 보여준 것이다.
도 5를 참조하면, 원 형상 데이터(204)는 스위치(203)를 통해 1차 주사선 분석기(202)로 입력되어 도 4에서와 같은 주사선 분석이 이루어지고, 그 결과 격주사선 정보 즉, 직전, 직후 주사선 정보(105), 배타논리합 정보(106), 그리고 예외정보(107)가 발생한다. 한편, 필요에 따라 격주사선 정보(105)가 스위치(203)를 거쳐 다시 1차 주사선 분석기(202)로 귀환하여 입력될 수 있고, 이 경우는 전술한 바와 같은 n차의 격주사선 처리가 가능하다. 마지막으로 발생되는 격주사선 정보(105)는 도 2의 형상 부호화기(23)에 입력되고, 각 차수에서 발생된 배타논리합 정보(106), 그리고 예외정보(107)는 바로 비트스트림에 부가하여 최종적인 부호화된 비트스트림을 형성하게 된다. 격주사선 정보, 즉 직전, 직후 주사선 정보(105)는 형상 부호화기(23)로 입력되어 일반적인 부호화방법에 의해 부호화 즉, 압축이 행해지고, 배타논리합 정보(106)와 예외정보(107)는 형상부호화기(23)에서 압축이 수행되지 않고 바로 통과하여, 비트스트림에 부가되어 최종적인 부호화된 비트스트림(25)을 형성하게 된다.
한편, 격주사선 합성기(도 2의 29)에서의 주사선 합성과정은 도 4의 격주사선 분석과정의 역순으로 진행되며, 가장 높은 차수의 격주사선 정보(105), 배타논리합 정보(106), 그리고 예외정보(107)를 이용하여 직전 차수의 격주사선 정보 (105)를 복원하고, 다시 그 차수의 배타논리합 정보(106), 그리고 예외정보(107)를 이용하여 직전 차수의 격주사선 정보(105)를 복원한다. 이와 같은 과정이 원영상이 재현될 때까지 반복되어 진행된다.
다음 표 1은 본 발명에 의한 격주사선 처리방식을 사용한 경우와, 그렇지 않은 경우의 예를 나타낸 것이다. 표 1에서와 같이 격주사선 처리방식을 부가하더라도 비트량은 크게 증가하지 않으며, 격주사선 처리방식의 경우 부가정보 즉, 배타 논리합 정보(106), 그리고 예외정보(107)에 대해 엔트로피 부호화를 사용하고 있지 않으므로 엔트로피 부호화를 사용하는 베이스라인(baseline) 부호화 자체의 결과와의 차이가 크지 않다. 또한, 격주사선 처리방식의 경우 압축효율 이외 해상도 혹은 화질 조절기능, 전송오차에 강한 부호화, 그리고 전송률 제어 등의 부가적인 다기능을 제공하는 반면, 베이스라인 부호화에는 다기능이 내재되어 있지 않다.
[표 1]
따라서, 본 발명은 형상 데이터의 경우 주사선간의 상관관계가 높기 때문에, 직전, 직후의 주사선 화소들에 대하여 배타논리합 연산을 행함으로써, 현재 주사선 화소들의 부호화 비트량을 효과적으로 줄일 수 있도록 한다. 즉, 도 3에서와 같이 현재 주사선 화소 9개의 정보를 9 비트로 보내지 않고, 단지 배타논리합 연산을 이용하여 부가정보 2 비트만으로도 표현할 수 있다
상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면 영상 혹은 형상 부호화기에 있어서, 현재의 주사선에 대한 직전, 직후 주사선의 화소들에 대하여 배타논리합 연산을 수행하여, 직전, 직후 주사선의 화소값이 서로 다른 경우에만 현재 주사선의 화소를 부호화하여 전송함으로써, 그 부호화과정이 매우 단순하고 압축 효율이 뛰어난 이점이 있다. 또한, 그 부호화과정이 독립적이기 때문에 어떠한 형상 부호화기와의 결합되어 사용할 수 있으며, n차의 격주사선 분석을 이용하여 다중 해상도의 구현이 매우 적은 복잡도로 가능하다. 또한, 주 연산이 배타논리합 연산으로서 매우 단순하고 빼른 연산이 가능하여 가격, 성능, 그리고 속도면에서 매우 유리하며, 화질 조정이 용이하다. 또한, 부가정보에 대한 엔트로피 부호화를 수행하지 않더라도 효과적인 압축이 가능하고, 따라서 전송오차가 큰 통신환경에서 우수한 구조이다.

Claims (6)

  1. 영상 혹은 상기 영상의 형상을 부호화함에 있어서,
    a) 상기 영상 혹은 형상의 소정 프레임에서 현재 주사선의 각 화소들에 대한 부호화 여부를 상기 현재 주사선의 각 행에 해당하는 직전 주사선의 각 행의 화소 값과 직후 주사선의 각 행의 화소값과의 상이에 의하여 결정하는 단계; 및
    b) 상기 a) 단계에서의 결정 결과, 각 화소들의 부호화 여부에 따라서, 현재 주사선의 해당 화소를 부호화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 형상 부호화방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 a) 단계에서 상기 화소값들의 상이의 판단은 배타논리합 연산에 의해 수행되어지는 것을 특징으로 하는 형상 부호화방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 a) 단계는
    a1) 상기 소정 프레임에서 현재 주사선의 직전 및 직후 주사선의 각 화소에 대하여 배타논리합 연산을 수행하는 단계를 포함하고,
    상기 b) 단계는
    b1) 상기 현재 주사선의 직전 및 직후 주사선 정보와, 상기 현재 주사선의 각 화소에 대한 배타논리합 연산 결과에 해당하는 배타논리합정보와, 상기 직전 및 직후 주사선에서의 화소값은 서로 같으나 상기 현재 주사선의 화소값과는 다른 경우 현재 주사선의 화소값에 해당하는 예외정보를 생성하는 단계; 및
    b2) 상기 생성된 현재 주사선의 직전 및 직후 주사선 정보를 부호화하여 비트스트림으로 형성하고, 상기 배타논리합정보와 예외정보는 부호화하지 않고 상기 형성된 비트스트림에 부가하여 최종적인 부호화된 비트스트림을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 형상 부호화방법.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 현재 프레임이 상기 프레임에서 마지막 주사선에 해당하는 경우, 상기 직후 주사선을 상기 직전 주사선으로 대체하여 배타논리합 연산을 수행하는 것을 특징으로 하는 형상 부호화방법.
  5. 제 3 항에 있어서, n(여기서, n은 2 이상의 정수) 차의 격주사선 처리를 수행하는 경우, 상기 현재 주사선의 직전 주사선 및 직후 주사선 정보를 입력하고, 상기 직전 주사선 및 직후 주사선에 대하여 상기 a1) 단계 및 상기 b1) 단계를 n 회 반복 수행하는 것을 특징으로 하는 형상 부호화방법.
  6. 입력되는 원화상의 형상을 이루는 소정 프레임에서 현재 주사선의 해당 행의 화소의 직전 및 직후 주사선의 해당 행의 화소에 대한 배타논리합 연산을 이용하여 상기 현재 주사선에 대한 분석을 수행하여, 상기 현재 주사선의 직전, 직후 주사선 정보, 상기 현재 주사선의 각 화소에 대한 배타논리합 연산 결과에 해당하는 배타논리합정보와, 상기 직전 및 직후 주사선에서의 화소값은 서로 같으나 상기 현재주사선의 화소값과는 다른 경우 현재 주사선의 화소값에 해당하는 예외정보를 형성하고, 해당 차수만큼 상기 현재 주사선의 직전, 직후 주사선에 대한 주사선 분석을 반복 수행하는 주사선 분석기;
    상기 해당 차수만큼 수행한 후 최종적으로 발생되는 상기 현재 주사선의 직전, 직후 주사선 정보를 부호화하여 비트스트림으로 형성하고, 각 차수에 발생된 상기 배타논리합정보 및 상기 예외정보는 비트스트림으로 형성하고, 상기 배타논리합정보와 예외정보는 부호화하지 않고 상기 형성된 비트스트림에 부가하여 최종적인 부호화된 비트스트림을 형성하는 부호화기;
    상기 부호화기에서 출력되는 비트스트림을 복호화하는 복호화기; 및
    상기 복호화된 비트스트림에 대하여, 가장 높은 차수의 직전, 직후 주사선 정보, 배타논리합정보 및 예외정보를 이용하여 그 전 차수의 직전, 직후 주사선정보를 복원하고, 상기 이전 차수의 배타논리합정보 및 예외정보를 이용하여 그 이전차수의 직전, 직후 주사선 정보를 복원하는 것을 반복 수행하는 주사선 합성기를 구비하는 것을 특징으로 하는 형상 부호화장치.
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