KR100420886B1 - 화상신호처리방법및화상신호처리장치 - Google Patents

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Abstract

비디오 신호 엔코딩 방법 및 장치, 비디오 신호 전송 방법, 및 기록 매체에 있어서, 화상 데이터의 계층적 엔코딩은 계층 레벨의 수가 증가함에 따라서 압축 효율이 감소되고, 특히 저-레벨 계층 화상에서 화상 품질이 열화하는 문제점을 나타낸다. 평균치 계산에 의해서 각 계층 레벨의 데이터(D31), (D33), (D35)가 생성된 후, 인접한 상위 계층 레벨에 있는 픽셀 데이터 및 그들 자신의 계층 레벨에 있는 픽셀 데이터를 사용한 수학적 연산에 의해서 복구될 수 있는 픽셀 데이터는 세선화되고, 즉 솎아지고(thinning), 상위 계층 데이터는 더 많은 수의 양자화 비트로 압축 코딩된다. 전송될 픽셀 데이터의 양은 솎아내기에 의해서 감소될 수 있기 때문에, 계층적 구조에 기인한, 전송될 픽셀의 수의 증가를 억제할 수 있다. 또한, 상위 레벨 계층 데이터에 더 많은 수의 양자화 비트를 할당함으로써, 상위 계층 레벨에 있는 양자화 에러에 의한 화상 품질의 열화가 하위 레벨 계층 화상에서 감소될 수 있다.

Description

비디오 신호 엔코딩 방법, 비디오 신호 엔코딩 장치, 비디오 신호 전송 방법, 및 기록 매체
본 발명은 비디오 신호 엔코딩 방법, 비디오 신호 엔코딩 장치, 비디오 신호 전송 방법, 및 비디오 신호 엔코딩 방법 또는 장치에 의해서 생성된 엔코딩된 데이터가 기록되는 기록 매체에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 사전설정된 화상(image) 데이터가 각각 서로 다른 해상도를 갖는 복수개의 계층적 화상 데이터(hierarchical image data)로 나뉘어지고 상기 복수개의 계층적 화상 데이터가 엔코딩되어 엔코딩된 데이터를 생성하는 경우(즉, 화상 데이터가 계층적으로 엔코딩되는 경우)에 적용가능하다.
종래에는 상기 언급된 타입의 비디오 신호 엔코딩 장치에서, 고해상도 입력 화상 데이터는 제1 계층적 화상 데이터로 정의되고, 제1 계층 데이터의 것보다 더 낮은 해상도를 갖는 제2 계층 데이터, 제2 계층 데이터의 것보다 더 낮은 해상도를 갖는 제3 계층 데이터등으로 순차적으로 제1 계층적 화상 데이터로부터 형성된다. 다음에, 복수개의 계층 데이터들은 각각 압축 코딩된다. 따라서, 계층적으로 엔코딩된 데이터는 점차적으로 감소되는 양의 정보를 갖는 복수 레벨로 형성된다. 복수개의 계층적으로 엔코딩된 데이터는 통신 경로 또는 기록/재생 경로를 통해서 전송된다.
복수개의 계층적으로 엔코딩된 데이터를 디코딩하는 비디오 신호 디코딩 장치는 그에 대응하는 텔레비젼 모니터의 해상도 등에 따라 복수개의 계층적으로 엔코딩된 데이터를 전체적으로 디코딩할 수 있을 뿐만 아니라 계층적으로 엔코딩된 데이터 중에서 원하는 하나를 선택적으로 디코딩할 수 있다. 이러한 방법으로, 원하는 계층적 데이터만이 복수개의 계층적 데이터로부터 디코딩될 때, 최소로 요구되는 전송 데이터양으로 원하는 화상 데이터가 생성될 수 있다.
도1을 참조하면, 계층적 엔코딩으로서 4 레벨의 엔코딩을 실현하기 위한 비디오 신호 엔코딩 장치(1)는 세 단계로 세선화 필터(thinning filter, 2,3,4) 및 보간 필터(interpolation filter, 5,6,7)를 포함하고 있으며, 입력 화상 데이터(D1)는 각 단계에서 세선화 필터(2,3,4)에 의해서 처리되어 순차적으로 낮은 해상도를 갖는 감소된 화상 데이터(D2,D3,D4)를 형성하고, 보간 필터(5,6,7)는 감소되기 전에 원래 해상도를 갖도록 감소된 화상 데이터(D2,D3,D4)를 복구한다.
각 세선화 필터(2 내지 4)의 출력(D2 내지 D4)과 각 보간 필터(5 내지 7)의 출력(D5 내지 D7)은 각각 차동 필터(differential filter)(8,9,10)에 입력되어 차동 데이터(D8,D9,D10)를 생성한다. 차동 데이터(D8 내지 D10)의 주파수 분포는 0 근처로 집중되기 때문에, 비디오 신호 엔코딩 장치(1)는 각 계층 데이터의 양과 그의 신호 파워를 감소시킬 수 있다. 또한, 런 랭쓰(run length) 코딩 또는 허프만 코딩 등은 데이터의 양을 감소시키기 위해서 사용된다. 여기서, 차동 데이터(D8 내지 D10) 및 감소된 화상 데이터(D4)는, 그 차동 데이터(D9, D10) 및 감소된 화상 데이터(D4)가 각각 입력 데이터(D1) 크기와 동일, 1/4 및 1/16과 같다는 크기 관계에 있다.
차동 회로(8 내지 10)에 의해서 생성된 차동 데이터(D8 내지 D10)와 세선화 필터(2 내지 4)에 의해서 생성된 감소된 화상 데이터(D4)는 각각 엔코더(11, 12, 13, 14)에 의해서 엔코딩되거나 압축된다. 그 결과, 서로 다른 해상도를 갖는 제1, 제2, 제3 및 제4 계층 데이터(D11, D12, D13 및 D14)는 각 엔코더(11,12,13,14)로부터 사전설정된 순서로 통신 경로로 전송되거나, 그 전송경로를 통해서 기록 매체에 기록된다.
그렇게 전송된 제1 내지 제4 계층 데이터(D11 내지 D14)는 도2에 설명된 비디오 신호 디코딩 장치(20)에 의해서 디코딩된다. 특히, 입력 터미널을 경유해서 통신경로 또는 기록 매체로부터 공급된 제1 내지 제4 계층 데이터(D11 내지 D14)는 각각 디코더(21,22,23,24)에 의해서 디코딩되고, 그 결과, 디코딩된 제4 계층데이터(D24)는 디코더(24)로부터 출력된다. 디코더(23)의 출력은 제3 계층 데이터(D23)를 복구하기 위해서 가산기 회로(29)에서 보간 필터(26)에 의해서 생성된 제4 계층 데이터(D24)를 위한 보간 데이터에 가산된다. 마찬가지로, 더코더(22)의 출력은 제2 계층 데이터(D22)를 복구하기 위해서 가산기 회로(30)에서 보간 필터(27)에 의해서 생성된 제3 계층 데이터(D23)를 위한 보간 데이터에 가산된다. 또한, 디코더(21)의 출력은 제1 계층 데이터(D21)를 복구하기 위해서 가산기 회로(31)에서 보간 필터(28)에 의해서 생성된 제2 계층 데이터(D22)를 위한 보간 데이터에 가산된다.
그러나, 상기 언급된 계층 엔코딩을 실현하기 위한 비디오 신호 엔코딩 장치(1)에서, 입력 화상 데이터(D1)는 엔코딩을 위한 복수개의 계층 데이터로 나뉘어짐으로써, 전송될 데이터의 양은 계층 레벨의 수에 의해서 증가된다. 그러므로, 비디오 신호 엔코딩 장치(1)는 계층 엔코딩을 사용하지 않는 아주 효율적인 엔코딩 방식과 비교할 때 그의 압축 효율이 그에 상응하여 감소된다는 문제점을 갖고 있다.
비디오 신호 디코딩 장치(20)에서, 차례로, 계층 데이터(D24, D23, D22, D21)는 최상위 계층 데이터로부터 최하위 계층 데이터쪽으로 순서대로 복구된다. 다른 방법으로 설명하면, 하위 계층 데이터는 복구된 그 보다 상위 계층 데이터에 기초해서 복구된다. 따라서, 비디오 신호 디코딩 장치(20)는 D14 및 D13과 같은 엔코딩된 더 높은 레벨 계층 데이터가 디코딩될 때, 압축 코딩으로 인한 에러가 디코딩된 데이터에 포함되어 있으면, 그 압축 코딩 에러는 고해상도가 필수적으로 요구되는 디코딩된 하위 계층 데이터(D21, D22)로 전파되고, 압축 코딩 에러로 인한 열화된 화상 품질은 복구된 하위 계층 데이터에서 두드러지게 나타난다.
상기 내용의 견지에서, 본 발명의 목적은, 화상 데이터가 계층적으로 엔코딩될 때 압축 효율을 개선하고 화상 품질 열화를 감소시키는 압축 효율을 개선시킬 수 있는, 비디오 신호 엔코딩 방법과 장치, 비디오 신호 전송 방법, 및 상기 비디오 신호 엔코딩 방법 및 장치에 의해서 엔코딩된 데이터가 기록되는 기록 매체를 제공하는 것이다.
도1은 본 발명에 관련된 계층적 엔코딩을 실현하기 위한 비디오 신호 엔코딩 장치의 구성을 나타낸 블록도.
도2는 계층적으로 엔코딩된 데이터를 디코딩하기 위한 종래의 비디오 신호 디코딩 장치의 구성을 나타낸 블록도.
도3은 제1 실시예에 따른 비디오 신호 엔코딩 장치의 구성을 나타낸 블록도.
도4A, 도4B 및 도4C는 전송될 픽셀과 계층의 형성을 설명하는 도면.
도5는 제1 실시예에 따른 비디오 신호 디코딩 장치의 구성을 나타낸 블록도.
도6은 각 계층 레벨에서 복구된 픽셀에 영향을 주는 각 계층 레벨에서 양자화 에러의 영향을 나타낸 테이블.
도7은 제2 실시예에 따른 비디오 신호 엔코딩 장치의 구성을 나타낸 블록도.
도8은 제2 실시예에 따른 비디오 신호 디코딩 장치의 구성을 나타낸 블록도.
도9는 제3 실시예에 따른 비디오 신호 엔코딩 장치의 구성을 나타낸 블록도.
도10은 제4 실시예에 따른 비디오 신호 엔코딩 장치의 구성을 나타낸 블록도.
도11은 제4, 제5, 제6, 및 제7 실시예에 따른 양자화 특성의 제어를 설명하는 도면 .
도12는 제5 실시예에 따른 비디오 신호 엔코딩 장치의 구성을 나타낸 블록도.
도13은 제6 실시예에 따른 비디오 신호 엔코딩 장치의 구성을 나타낸 블록도.
도14는 제8 실시예에 따른 비디오 신호 엔코딩 장치의 구성을 나타낸 블록도.
도15는 제8, 제9, 및 제10 실시예에 따른 양자화 특성을 설명하는 도면.
도16은 제9 실시예에 따른 비디오 신호 엔코딩 장치의 구성을 나타낸 블록도.
도17은 제10 실시예에 따른 비디오 신호 엔코딩 장치의 구성을 나타낸 블록도.
도18은 제11 실시예에 따른 비디오 신호 엔코딩 장치의 구성을 나타낸 블록도.
도19는 제11, 제12, 제13 실시예에 따른 양자화 특성의 제어를 설명하는 도면.
도20은 제11, 제12, 제13 실시예에 따른 양자화 제어 절차를 설명하는 플로우 챠트.
도21은 제11, 제12, 제13 실시예에 따른 양자화의 구성을 나타낸 블록도.
도22는 제12 실시예에 따른 비디오 신호 엔코딩 장치의 구성을 나타낸 블록도.
도23은 13 실시예에 따른 비디오 신호 엔코딩 장치의 구성을 나타낸 블록도.
※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ※
40 : 비디오 신호 엔코딩 장치 41, 44 : 블록 형성 회로
42, 45 : 세선화 회로 43, 46 : 평균화 회로
D32 : 블록 데이터 47, 48, 49 : 양자화 회로
50 : 가변 길이 코딩 회로 53 : 전송 포맷 변환 회로
54 : 통신 경로 55 : 기록 매체
60 : 비디오 신호 디코딩 장치 61 : 데이터 분로 회로
62, 63 , 64 : 역 가변 길이 코딩 회로
65, 66, 67 : 역양자화 회로
본 발명의 상기 목적 및 그밖에 다른 목적은, 입력 화상 데이터로부터 서로 다른 해상도를 갖는 복수개의 계층적 화상 데이터를 생성하여, 각 계층적 화상 데이터를 엔코딩함으로써 달성되었다. 그 비디오 신호 엔코딩 방법 또는 장치는, 상위 계층 화상 데이터를 형성하도록 각 계층적 화상 데이터에 있는 복수개의 픽셀값을 평균하는 단계 또는 유닛과; 최하위 해상도를 갖는 최상위 계층 이외의 각 계층에 있는 픽셀 데이터로부터, 상기 평균화 조작에서 사용된 복수개의 하위 계층 픽셀들 중의 하나에 대응하는 픽셀 데이터를 배제하여, 나머지 픽셀들로 형성된 세선화된 데이터를 형성하기 위한 상위 계층의 한 픽셀을 생성하는 단계 또는 유닛; 및 복수개의 계층적으로 코딩된 데이터를 생성하기 위해서 최상위 계층을 제외한 각 계층에 있는 세선화된 데이터와 최상위 계층 화상 데이터의 각각을 압축-코딩하고, 상위 계층에 있는 데이터를 더욱 세밀하게 양자화하는 양자화 단계 또는 유닛을 포함한다.
또한, 본 발명은 서로 다른 해상도를 갖는 복수개의 계층적 화상 데이터를 입력 화상으로부터 생성시켜, 각 계층적 화상 데이터를 엔코딩하는 비디오 신호 엔코딩 방법 또는 장치를 제공한다. 그 비디오 신호 엔코딩 방법 또는 장치는, 상위 계층 화상 데이터를 형성하도록 각 계층적 화상 데이터에 있는 복수개의 픽셀값을 평균하는 단계 또는 유닛과; 최하위 해상도를 갖는 최상위 계층 이외의 각 계층적 화상 데이터와, 인접한 상위 계층에 있는 화상 데이터 사이의 차이를 계산하여 계층적 차동 데이터를 형성하는 단계 또는 유닛과; 각 계층에 있는 계층적 차동 데이터로부터, 나머지 픽셀들로 형성된 세선화된 데이터를 형성하기 위해서 한 계층과 그와 인접한 상위 계층에 있는 차동 데이터를 사용하여 수학적 연산에 의해서 복구될 수 있는 차동 픽셀 데이터를 배제하는 단계 또는 유닛; 및 최상위 계층 화상 데이터와, 그 최상위 계층을 제외한 각 계층들에서 세선화된 데이터의 각각을 압축-코딩하여, 계층적으로 코딩된 복수개의 데이터를 생성하는 양자화 단계 또는 유닛을 포함한다. 그 양자화 단계 또는 유닛은 상위 계층들에 있는 데이터를 더욱 세밀하게 양자화시킨다.
또한, 본 발명은 입력 화상 데이터로부터 서로 다른 해상도를 갖는 복수개의 계층적 화상 데이터를 생성시켜, 계층적 화상 데이터의 각각을 엔코딩하는 비디오 신호 엔코딩 방법 또는 장치를 제공한다. 비디오 신호 엔코딩 방법 또는 장치는, 상위 계층 화상 데이터를 형성하도록 각 계층적 화상 데이터에 있는 복수개의 픽셀값을 평균하는 단계 또는 유닛과; 최하위 해상도를 갖는 최상위 계층 이외의 각 계층에 있는 픽셀 데이터로부터, 상기 평균화 조작에 사용된 복수개의 하위 계층 픽셀들 중의 하나에 대응하는 픽셀 데이터를 배제하여, 나머지 픽셀들로 형성된 세선화된 데이터를 형성하기 위한 상위 계층의 한 픽셀을 생성하는 단계 또는 유닛; 및 최상위 계층 화상 데이터와 그 최상위 계층을 제외한 각 계층들의 세선화된 데이터의 각각을 압축-코딩하여 계층적으로 코딩된 복수개의 데이터를 생성하는 양자화 단계 또는 유닛을 포함한다. 최상위 계층에 있는 화상 데이터를 양자화할 때 일어나는 양자화 에러의 극성에 따라서, 양자화 단계 또는 유닛은, 양자화 에러가 최상위 계층 픽셀 데이터의 양자화에서와 동일한 극성을 갖도록 하는 방법으로 최상위 계층 픽셀에 공간적으로 대응하는 하위 계층 픽셀 데이터를 양자화하는 데에 사용된 양자화 특성을 제어한다.
또한, 본 발명은 입력 화상 데이터로부터 서로 다른 해상도를 갖는 복수개의 계층적 화상 데이터를 생성시켜 계층적 화상 데이터의 각각을 엔코딩하는 비디오 신호 엔코딩 방법 또는 장치를 제공한다. 그 비디오 신호 엔코딩 방법 또는 장치는, 상위 계층 화상 데이터를 형성하기 위해서 각 계층적 화상 데이터의 복수개의 픽셀값을 평균하는 단계와; 최하위 해상도를 갖는 최상위 계층 이외의 각 계층적 화상 데이터와, 인접한 상위 계층 화상 데이터 사이의 차이를 계산하여, 계층적 차동 데이터를 형성하는 단계 또는 유닛과; 각 계층에 있는 계층적 차동 데이터로부터, 나머지 픽셀들로 형성된 세선화된 데이터를 형성하기 위해서 한 계층과 인접한 상위 계층에 있는 차동 데이터를 사용하여 수학적 연산에 의해서 복구될 수 있는 차동 픽셀 데이터를 배제하는 단계 또는 유닛; 및 각 최상위 계층 화상 데이터와그 최상위 계층을 제외한 각 계층에 있는 세선화된 데이터의 각각을 압축-코딩하여, 계층적으로 코딩된 복수개의 데이터를 생성하는 양자화 단계 또는 유닛을 포함한다. 최상위 계층에 있는 화상 데이터를 양자화할 때 일어나는 양자화 에러의 극성에 따라서, 양자화 단계 또는 유닛은, 양자화 에러가 최상위 계층 픽셀 데이터의 양자화에서와 동일한 극성을 갖도록 하는 방법으로 최상위 계층 픽셀에 공간적으로 대응하는 하위 계층 픽셀 데이터를 양자화하는 데에 사용된 양자화 특성을 제어한다.
또한, 본 발명은 입력 화상 데이터로부터 서로 다른 해상도를 갖는 복수개의 계층적 화상 데이터를 생성시켜, 그 계층적 화상 데이터의 각각을 엔코딩하는 비디오 신호 엔코딩 방법 또는 장치를 제공한다. 그 비더오 신호 엔코딩 방법 또는 장치는, 더 높은 계층적 화상 데이터를 형성하기 위해서 각 계층적 화상 데이터의 복수개의 픽셀값을 평균하는 단계와; 최하위 해상도를 갖는 최상위 계층 이외의 각 계층에 있는 화상 데이터로부터, 나머지 픽셀들로 형성된 세선화된 데이터를 형성하기 위해서 한 계층과 그와 인접한 상위 계층에 있는 차동 데이터를 사용하여 수학적 연산에 의해서 복구될 수 있는 차동 픽셀 데이터를 배제하는 단계 또는 유닛; 및 최상위 계층 화상 데이터와 그 최상위 계층을 제외한 각 계층에 있는 세선화된 데이터의 각각을 압축-코딩하여 복수개의 계층적으로 코딩된 데이터를 생성하는 양자화 단계 또는 유닛을 포함한다. 그 양자화 단계 또는 유닛은 인접한 픽셀 데이터에서의 양자화 에러의 극성이 불규칙적으로 반전되는 방법으로 적어도 하나의 계층에서 화상 데이터를 양자화한다.
또한, 본 발명은 입력 화상 데이터로부터 서로 다른 해상도를 갖는 복수개의 계층적 화상 데이터를 생성시켜 그 계층적 화상 데이터의 각각을 엔코딩하는 비디오 신호 엔코딩 방법 또는 장치를 제공한다. 그 비디오 신호 엔코딩 방법 또는 장치는, 상위 계층 화상 데이터를 형성하기 위해서 각 계층적 화상 데이터의 복수개의 픽셀값을 평균하는 단계 또는 유닛과; 최하위 해상도를 갖는 최상위 계층 이외의 각 계층적 화상 데이터와, 인접한 상위 계층에 있는 화상 데이터 사이의 차이를 계산하여, 계층적 차동 데이터를 형성하는 단계 또는 유닛과; 각 계층에 있는 계층적 차동 데이터로부터, 나머지 픽셀들로 형성된 세선화된 데이터를 형성하기 위해서 한 계층과 그와 인접한 상위 계층에 있는 차동 데이터를 사용하여 수학적 연산에 의해서 복구될 수 있는 차동 픽셀 데이터를 배제하는 단계 또는 유닛; 및 각 상위 계층에 있는 화상 데이터와 그 최상위 계층을 제외한 각 계층에 있는 세선화된 데이터의 각각을 압축-코딩하여 계층적으로 코딩된 복수개의 데이터를 생성하는 양자화 단계 또는 유닛을 포함한다. 그 양자화 단계 또는 유닛은 인접한 픽셀 데이터에서의 양자화 에러의 극성이 불규칙적으로 반전되는 방법으로 적어도 하나의 계층에서 화상 데이터를 양자화한다.
또한, 본 발명은 입력 화상 데이터로부터 서로 다른 해상도를 갖는 복수개의 계층적 화상 데이터를 생성시켜 그 계층적 화상 데이터의 각각을 엔코딩하는 비디오 신호 엔코딩 방법 또는 장치를 제공한다. 그 비디오 신호 엔코딩 방법 또는 장치는, 상위 계층 화상 데이터를 형성하기 위해서 각 계층적 화상 데이터에 있는 복수개의 픽셀값을 평균하는 단계 또는 장치, 최하위 해상도를 갖는 최상위 계층 이외의 각 계층에 있는 픽셀 데이터로부터, 상기 평균화 조작에서 사용된 복수개의 하위 계층 픽셀들 중의 하나에 대응하는 픽셀 데이터를 배제하여, 나머지 픽셀들로 형성된 세선화된 데이터를 형성하기 위한 한 픽셀 및 그보다 높은 계층을 생성하는 단계 또는 유닛; 및 최상위 계층 화상 데이터와, 그 최상위 계층을 제외한 각 계층에 있는 세선화된 데이터의 각각을 압축-코딩하여 계층적으로 코딩된 복수개의 데이터를 생성하는 양자화 단계 또는 유닛을 포함한다. 하위 계층 픽셀 데이터의 복구중에 일어나는 양자화 에러의 전파의 효과를 고려하여, 이 양자화 단계 또는 유닛은 전파된 양자화 에러의 영향이 일반적으로 최소화되는 방법으로 각 픽셀에 사용된 양자화 특성을 제어한다.
또한, 본 발명은 입력 화상 데이터로부터 서로 다른 해상도를 갖는 복수개의 계층적 화상 데이터를 생성시켜 그 계층적 화상 데이터의 각각을 엔코딩하는 비디오 신호 엔코딩 방법 또는 장치를 제공한다. 그 비디오 신호 엔코딩 방법 또는 장치는, 더 높은 계층적 화상 데이터를 형성하기 위해서 각 계층적 화상 데이터의 복수개의 픽셀값을 평균하는 단계와; 최하위 해상도를 갖는 최상위 계층 이외의 각 계층적 화상 데이터와, 인접한 상위 계층 에 있는 화상 데이터 사이의 차이를 계산하여, 계층적 차동 데이터를 형성하는 단계 또는 유닛과; 각 계층에 있는 계층적 차동 데이터로부터, 나머지 픽셀들로 형성된 세선화된 데이터를 형성하기 위해서 한 계층과 그와 인접한 상위 계층에 있는 차동 데이터를 사용하여 수학적 연산에 의해서 복구될 수 있는 차동 픽셀 데이터를 배제하는 단계 또는 유닛; 및 최상위 계층 화상 데이터와 그 최상위 계층을 제외한 각 계층에 있는 세선화된 데이터의각각을 압축-코딩하여 계층적으로 코딩된 복수개의 데이터를 생성하는 양자화 단계 또는 유닛을 포함한다. 하위 계층 픽셀 데이터의 복구중에 일어나는 양자화 에러 전파의 효과를 고려하여, 양자화 단계 또는 유닛은 전파된 양자화 에러의 영향이 일반적으로 최소화되는 방법으로 각 픽셀에 사용된 양자화 특성을 제어한다.
또한, 본 발명은 상기 언급된 비디오 신호 엔코딩 방법들 또는 장치들에 의해서 엔코딩된 전송 화상 데이터를 전송하는 전송단계를 포함하는 비디오 신호 전송 방법들을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 언급한 비디오 신호 엔코딩 방법들 또는 장치들에 의해서 형성된 기록 신호를 갖는 기록 매체를 제공한다.
본 발명의 성질, 원리 및 용도는 첨부된 도면과 함께 읽으면, 다음의 상세한 설명으로부터 더욱 명백해질 것이며, 도면에서 동일한 부품은 동일한 참고번호 또는 문자로 표시하였다.
실시예의 상세한 설명
본 발명의 바람직한 실시예가 첨부한 도면을 참조하여 설명될 것이다.
(1) 제 1 실시예
도3은 제1 실시예에 따른 비디오 신호 엔코딩 장치(40)를 전체적으로 도시한다. 이 실시예는 계층적 데이터가 3 레벨로 형성되고, 전송을 위해서 압축 코딩된다. 비디오 신호 엔코딩 장치(40)는 예를들면 고해상도 16-비트 화상 데이터(D31)(이하, "제1 레벨 계층적 화상 데이터")를 블록 형성 회로(41)에 있는 두 픽셀에 의해서 각각 두 라인을 갖는 작은 블록으로 나뉘어서, 세선화 회로(42)와 평균회로(43)로 보내지는 제1 레벨 계층적 블록 데이터(D32)를 형성한다.
평균 회로(43)는 입력 화상 데이터(D31)의 것의 1/4로 감소되는 제2 레벨 계측적 화상 데이터(D33)를 생성하도록 블록 데이터(D32)에 있는 각 블록의 픽셀값들을 평균한다. 제2 레벨 계층적 화상 데이터(D33)는 블록 형성 회로(44)로 보내진다. 블록 형성 회로(44)는 블록 형성 회로(41)과 마찬가지로, 각각 두 픽셀당 두라인을 갖는 소형 블록으로 제2 레벨 계층적 화상 데이터(D33)로 나뉘어져서, 세선화 회로(45) 및 평균화 회로(46)로 보내지는 제2 레벨 계층적 블록 데이터(D34)를 형성한다.
평균화 회로(46)은 평균화 회로(43)와 마찬가지로, 블록 데이터의 각 블록들의 픽셀 값들을 평균하여, 제2 레벨 계층적 화상 데이터(D33)의 1/4, 즉 제1 레벨 계층적 화상 데이터(D31)의 1/16으로 감소된 제3 레벨 계층적 화상 데이터(D35)를 생성한다. 특히, 평균화 과정에 있어서, 평균화 회로(43)는 아래 수학식 1에 따라서, 도 4C의 점선으로 표시한 제1 레벨 계층적 화상 데이터(D31)의 블록에 있는 네개의 픽셀들(예를들면, X11, X12, X21, X22)의 평균값을 계산하고, 도 4B에 나타낸 바와 같이, 제2 계층적 레벨(예를들면 Y11)에서 픽셀을 생성시킨다.
[수학식 1]
마찬가지로, 픽셀 Y13, Y31, ....,는 또한 제1 레벨 계층적 화상 데이터(D31)의 연관된 블록에서 네 개의 픽셀을 평균함으로써 생성된다.
마찬가지로, 평균화 회로(46)는, 도4B에 나타낸 바와 같이, 하기 수학식 2에 따라서, 제2 레벨 계층적 화상 데이터(D33)의 블록에 있는 네 개의 픽셀(예를들면, Y11, Y12, Y21, Y22)의 평균값을 계산하고, 도 4A에 나타낸 바와 같이, 제3 계층적 레벨(예를들면 Z11)에서 픽셀을 생성시킨다.
[수학식 2]
마찬가지로, 픽셀 Z15, Z51,...는 또한 제2 레벨 계층적 화상 데이터(D33)의 연관된 블록에 있는 네 개의 픽셀들을 평균하여 생성된다.
세선화 회로(42, 45)는 블록 형성 회로(44)로부터 블록 데이터(D32)와 블록 형성 회로(44)로부터 블록 데이터(D34)를 수신하고, 각각 블록 데이터(D32, D34)에 있는 네 개의 픽셀로 형성된 블록의 각각에 있는 한 픽셀을 제거하여, 그 제거된 픽셀을 제외한 세 개의 픽셀로 각각 형성된 블록을 포함하는 세선화된 데이터(D36, D37)를 형성한다. 세선화된 데이터(D36, D37)는 각각 양자화 회로(47, 48)로 전송된다. 특히, 세선화 회로(42)는 세선화에 의해서 도4C의 점선으로 표시한 픽셀(X11, X13,...., )을 제거하는 반면, 세선화 회로(45)는 세선화에 의해서 도4B의 점선으로 표시한 픽셀(Y,11, Y15,...., )을 제거한다.
따라서, 제1 계층 레벨 양자화 회로(47)와 제2 계층 레벨 양자화 회로(48)에서 양자화된 픽셀들은 도 4B와 도4C의 실선으로 표시한 X12, X21, X22,....과 Y13, Y31, Y33이다. 제1 계층적 레벨에서 전송될 픽셀의 수는 제1 계층적 레벨에 있는 모든 픽셀이 양자화되고 전송되는 경우와 비교했을 때 3/4까지 감소된다. 또한, 제2 계층 레벨에서 전송될 픽셀의 수는 평균치 계산에 의해서 생성된 모든 픽셀들이 양자화되고 전송되는 경우와 비교했을 때, 3/4로 감소된다.
이러한 방법으로, 비디오 신호 엔코딩 장치(40)는 일반적으로 제1 레벨 계층적 화상 데이터(D31)만이 압축되고 전송될 때의 픽셀의 수와 동일한 픽셀의 수를 갖는 복수개의 계층 레벨에서 화상 데이터를 전송할 수 있다. 그 결과, 비디오 신호 엔코딩 장치(40)는 전송될 정보의 양을 증가시키지 않고 복수개의 계층 레벨에서 화상 데이터를 전송시킬 수 있다. 또한, 세선화 회로(42, 45)에 의해서 세선화된 픽셀들은 간단한 수학식을 사용하여, 나중에 설명된 디코딩측(수신기) 상에서 복구될 수 있다.
제1 계층 레벨 양자화 회로(47)는 예를들면 1비트로 그것을 재양자화시킴으로써 제1 레벨 계층 세선화된 데이터(D36)의 각 픽셀(예를들면, 16비트)을 압축하고, 재양자화된 데이터를 가변 길이 코딩 회로(VLC)(50)로 보낸다. 제2 계층 레벨 양자화 회로(48)는 예를들면 4비트를 가지고 제2 레벨 계층 세선화 데이터(D37)의 각 픽셀(예를들면, 16비트)을 재양자화하고, 가변 길이 코딩 회로(51)로 보내진 재양자화된 데이터(D39)를 생성한다. 또한, 제3 레벨 계층 양자화 회로(49)는 예를들면 16비트를 가지고 제3 레벨 계층 세선화 데이터(D35)의 각 픽셀(예를들면, 16비트)을 재양자화하고, 가변 길이 코딩 회로(52)로 보내진 재양자화된 데이터(D40)를 생성한다.
이러한 방법으로, 본 발명의 제1 실시예에 따른 비디오 신호 엔코딩 장치(40)는 재양자화를 위한 상위 계층 레벨에 있는 데이터에 더 큰 양자화 데이터 수를 할당함으로써, 재양자화중에 일어나는 양자화 에러는 상위 레벨 계층 데이터에서 더 감소된다.
가변 길이 코딩 회로(50 내지 52)는 더 큰 발생 주파수를 갖는 양자화 코드를 갖는 재양자화된 데이터(D38 내지 D40)으로 더 짧은 허프만 코드를 할당하여, 각각 가장 작은 가능한 양의 코드로 양자화된 재양자화된 데이터(D38 내지 D40)를 나타내는, 제1 레벨 계층 엔코딩된 데이터(D41), 제2 레벨 계층 엔코딩된 데이터(D42), 및 제3 레벨 계층 엔코딩된 데이터(D43)을 형성한다. 제1, 제2, 및 제 3 레벨 계층 엔코딩된 데이터(D41 내지 D43)는 전송 포맷 변환기 회로(53)로 보내진다.
전송 포맷 변환기 회로(53)는 제1 레벨 계층 엔코딩된 데이터(D41), 제2 레벨 계층 엔코딩된 데이터(D42), 및 제3 레벨 계층 엔코딩된 데이터(D43)을 미리정해진 순서로 정리하고, 각 계층 엔코딩된 데이터의 계층 레벨을 확인하기 위해서 그들에게 확인 코드를 추가하여 출력된 전송 화상 데이터(D44)를 형성한다. 그 다음에, 통신 경로(54)를 통해서 수신기측에 출력 전송 데이터(D44)를 공급하거나, 기록 전송 경로를 통해서 디스크, 테잎 또는 반도체 메모리와 같은 기록 매체(55)에서 기록된다.
그렇게 형성된 전송 화상 데이터(D44)를 디코딩하는 비디오 신호 디코딩 장치(60)는 도5에 나타낸 바와 같이 구성될 수 있다. 비디오 신호 디코딩 장치(60)는 통신 경로(54)를 통해서 공급되거나, 기록 매체로부터 재생된 전송 화상 데이터(D44)를 재생 전송 경로를 통해서 데이터 분로 회로(61)에 입력한다. 데이터 분로 회로(61)는 스위치 회로(도시하지 않음)를 가지고 있으며, 그 스위칭 회로는 전송 화상 데이터(D44)에 포함된 각 계층 레벨의 확인 코드를 참고하여, 전송 화상 데이터(D44)를 제1 레벨 계층 엔코딩된 데이터(D50), 제2 레벨 계층 엔코딩된 데이터(D51), 및 제2 레벨 계층 엔코딩된 데이터(D52)로 나뉘어진다. 나뉘어진 제1, 제2, 및 제3 레벨 계층 엔코딩된 데이터(D51 내지 D53)은 각각 역 가변 길이 코딩 회로(IVLC)(62, 63, 64)로 보내진다.
역 가변 길이 코딩 회로(IVLC)(62, 63, 64)는 각각 상기 가변 길이 코딩 회로(50, 51, 52)의 것의 역과정을 수행하여, 허프만 코드로 나타낸, 제1 레벨 계층 엔코딩된 데이터(D50), 제2 레벨 계층 엔코딩된 데이터(D51), 및 제2 레벨 계층 엔코딩된 데이터(D52)를 재양자화 코드로 나타낸 재양자화 데이터(D53, D54, D55)로 변환시킨다. 다음에, 재양자화된 데이터(D53, D54, D55)는 각각 역양자화 회로(65, 66, 67)로 보내진다.
역양자화 회로(65)는 결합기 회로(68)와 픽셀 생성 회로(69)로 보내진 디코딩된 제1 레벨 계층 세선화된 데이터(D56)를 생성시키기 위해서 16비트와 같은 데이터로 픽셀 하나당 하나의 비트를 갖도록 도3의 양자화 회로(47)에 의해서 처리된재양자화 데이터(D53)를 역으로 양자화한다. 역양자화 회로(66)는 결합기 회로(70)와 픽셀 생성 회로(71)로 보내진 디코딩된 제2 레벨 계층 세선화된 데이터(D57)를 생성시키기 위해서 16비트와 같은 데이터로 픽셀 하나당 하나의 비트를 갖도록 도3의 양자화 회로(48)에 의해서 처리된 재양자화 데이터(D54)를 역으로 양자화한다.
역양자화 회로(67)는 출력 터미널을 통해서 픽셀 생성 회로(71) 및 더 적은 수의 픽셀을 갖는 저해상도 텔레비젼 모니터로 보내진 디코딩된 제3 레벨 계층적 화상 데이터(D58)를 제공하도록 변화되지 않은 16-비트 데이터로서 픽셀 하나당 16비트를 갖도록 도3의 양자화 회로(49)에 의해서 처리된 재양자화된 데이터(D55)를 출력한다.
화상 생성 회로(71)는 도3에 있는 비디오 신호 엔코딩 장치(40)에 의해서 세선화된 제2 레벨 계층 픽셀들을 복원하기 위해서 디코딩된 제3 레벨 계층 화상 데이터(D58) 및 디코딩된 제2 레벨 계층적 세선화 데이터(D57)를 사용한다(즉, 도4B의 점선으로 표시된 픽셀), 예를들면, 세선화에 의해서 제거된 제2 레벨 계층 픽셀(Y11)은 아래 수학식 3으로 표현된 계산에 의해서 복원될 수 있다.
[수학식 3]
마찬가지로, 평균화에 의해서 생성된 상위 레벨 계층 픽셀들 및 상위 레벨 계층 픽셀들을 생성하기 위해서 사용되고 세선화되지 않은 고위레벨 계층별 픽셀들은 모두 세선화된 픽셀을 복원하기 위해서 사용된다.
결합기 회로(70)는 사전설정된 위치에서 디코딩된 제2 레벨 계층 세선화된 데이터(D57)에 복원된 제2 레벨 계층 픽셀 데이터(D59)를 삽입하고, 복원된 제2 레벨 계층 픽셀 데이터(D59)와 디코딩된 제2 레벨 계층 세선화된 데이터(D57)을 결합하여, 출력 터미널을 통해서 픽셀 발생기 회로(69) 및 보통 수의 픽셀을 갖는 텔레비젼 모니터에 보낸 디코딩된 제2 레벨 계층 화상 데이터(D60)를 형성한다.
화상 발생 회로(69)는 디코딩된 제2 레벨 계층 픽셀 데이터(D60) 및 디코딩된 제1 레벨 계층 세선화된 데이터(D56)를 사용한다(즉, 도4C의 점선으로 표시된 픽셀). 예를들면, 세선화에 의해서 제거된 제1 레벨 계층 픽셀(X11)은 아래 수학식 4로 표현된 계산에 의해서 복원될 수 있다.
[수학식 4]
마찬가지로, 평균화에 의해서 생성된 상위 레벨 계층 픽셀들 및 상위 레벨 계층 픽셀들을 생성하기 위해서 사용되고 세선화되지 않은 상위 레벨 계층별 픽셀들은 모두 세선화된 픽셀을 복원하기 위해서 사용된다.
결합기 회로(68)는 사전설정된 위치에서 디코딩된 제1 레벨 계층 세선화된 데이터(D56)에, 복원된 제1 레벨 계층 픽셀 데이터(D61)를 삽입하고, 복원된 제1 레벨 계층 픽셀 데이터(D61)와 디코딩된 제1 레벨 계층 세선화된 데이터(D56)을 결합하여, 출력 터미널을 통해서 더 많은 수의 픽셀을 갖는 텔레비젼 모니터에 보내진 디코딩된 제2 레벨 계층 화상 데이터(D60)를 형성한다.
상기 설명된 구성에서, 비디오 신호 엔코딩 장치(40)는 상위 레벨 계층 픽셀을 생성하도록 하위 계층 레벨에 있는 복수개의 픽셀들의 평균치를 계산하여 복수개의 계층 레벨에 있는 화상 데이터(D31, D33, D35)를 생성한다.
또한, 비디오 신호 엔코딩 장치(40)는 최상위 계층 레벨을 것을 제외한 계층적 화상 데이터에 대해서, 전송될 픽셀들로부터, 동일한 평균치 계산에 사용된 픽셀을 제거한다(즉, 제3 레벨 계층적 화상 데이터), 왜냐면, 그러한 픽셀들은 디코딩측에서 간단한 수학적 연산에 의해서 복구될 수 있기 때문이다. 그 결과, 비디오 신호 엔코딩 회로(40)는 계층적 데이터 구조에 의해서 발생된 전송될 픽셀의 수의 증가 없이 계층적 엔코딩 처리를 실현할 수 있다.
부수적으로, 비디오 신호 엔코딩 장치(40)는 각 계층 레벨에 있는 데이터의 양을 압축하도록 양자화 회로(47 내지 49)에 의해서 각 계층레벨의 화상 데이터를 재양자화한다. 그 결과, 각 재양자화된 데이터(D38, D39, D40)는 재양자화하는 동안 생성된 양자화 회로를 포함하는 값을 갖는다. 양자화 에러가 커질수록 디코딩된 화상 데이터(D58, D60, D62)는 실제값으로부터 더 벗어나서 열화된 화상 품질을 가져온다.
이러한 문제를 해결하기 위해서, 비디오 신호 엔코딩 장치(40) 및 화상 데이터 디코딩 장치(60)에서 각 계층 레벨에 있는 데이터의 양자화 에러의 영향을 고려하는 것이 더 좋다. 각 픽셀들(Z11, Y11, ....)의 디코딩된 값을 (Z11', Y11',....), 실제값은 (Z11, Y11,....)로 나타내고, 양자화 에러는 E(Z11), E(Y11)로 나타내면, 역양자화 회로(67)에 의해서 복구된 제3 레벨 계층 픽셀(Z11)의 디코딩된 값(Z11')은 아래 수학식 5로 표현되다.
[수학식 5]
또한, 역양자화 회로(66)에 의해서 복구된 제2 레벨 계층 픽셀(Y13, Y31, Y33)의 디코딩된 값(Y13', Y31', Y33')은 아래 수학식으로 표현된다.
[수학식 6]
그러나, 화상 발생기 회로(71)에 의해서 복구된 제2 레벨 계층 픽셀(Y11)은 수학식 3에 의해서 생성되기 때문에, 그의 디코딩된 값(Y11')은 다음 식으로 표현된다.
[수학식 7]
Z11과 관련한 양자화 에러는 4의 인수에 의한 디코딩된 값(Y11')에 영향을 준다는 것을 수학식7로부터 알 수 있다.
또한, 역양자화 회로(65)에 의해서 복구된 제1 레벨 계층 픽셀(X12, X21, X22, X14, X23, X24)의 디코딩된 값(X12', X21', X22', X14', X23', X24')은 다음과 같이 표현된다.
[수학식 8]
한편, 픽셀 발생기 회로(69)에 의해서 복구된 제1 레벨 계층 픽셀(X13, X31, X33)은 수학식 4에 의해서 생성되기 때문에, 그들의 디코딩된 값(X13', X31', X33')은 다음 식으로 표현된다.
[수학식 9]
Y13, Y31, Y33과 관련된 양자화 에러는 4의 인수에 의해서 디코딩된 값 X13', X31', X33'에 영향을 준다.
또한, 화상 생성 회로(69)에 의해서 복구된 제1 레벨 계층 픽셀(X11)의 경우, 그의 디코딩된 값(X11')은 다음 수학식10에 의해서 표현된 바와 같이, 4의 인수에 의해서 디코딩된 값(X11')에 영향을 주는 Y13, Y31, Y33에 연관된 양자화 에러 외에도, "16"의 인수에 의해서 연관된 양자화 에러에 의해서 영향을 받는다.
[수학식 10]
도6은 테이블6에서 각 디코딩된 픽셀값(Z11', Y11', Y13')에 영향을 준다. 도6으로부터 명백해지겠지만, 상위 계층 레벨에 있는 양자화 에러는 하위 계층 레벨에서 디코딩된 값에 크게 영향을 준다.
본 발명에서, 도4에 나타낸 사실을 고려하여, 상위 레벨 계층 데이터를 양자화하기 위한 양자화 회로는 상위 레벨 계층 데이터로 도입될 수 있는 양자화 에러를 감소시키기 위해서 더 세밀하게 양자화를 수행하여, 하위 계층 레벨에서 디코딩된 픽셀들에서 화상 품질의 저하가 감소될 수 있도록 한다. 특히, 위에서 설명한 바와 같이, 비디오 신호 엔코딩 장치(40)에서 양자화 회로(47, 48, 49)를 위한 양자화 비트는 각각 1비트, 4비트, 및 16비트로 선택되어 상위 레벨 계층 데이터를 위한 더 세밀한 양자화를 수행한다. 이 경우, 양자화 비트의 수는 하위 계층 데이터를 기록할 때 복원된 픽셀값에 주어진 상위 계층 레벨에서 양자화 에러의 영향을 고려하여 선택된다.
또한, 하위 계층 데이터에 대한 상위 계층 레벨에서의 양자화의 영향은 상위 계층 레벨 데이터의 발생에 사용된 픽셀의 수와 최하위 계층의 상위 계층 레벨에 관련된다. 따라서, 양자화 비트의 수는 상위 레벨 계층 데이터의 생성에 사용된 픽셀의 수와 최하위 계층의 계층의 수에 따라서 선택될 수 있다.
그 결과, 예를들면, 수학식10에서, 양자화 에러 E(Z11)의 크기는 양자화 에러 E(X12), E(X21), E(X22)의 크기의 1/16로 감소되고, 양자화 에러 E(Y13), E(Y31), E(Y33)의 크기는 양자화 에러 E(X12), E(X21), E(X22)의 크기의 1/4로 감소된다. 따라서, 디코딩 동작 동안, 양자화 에러 E(Z11)의 크기가 16의 인수에 의해서 증가하고,양자화 에러 E(X12), E(X21), E(X22)의 크기가 4의 인수에 의해서 증가되더라도, 이렇게 발생된 에러는 역양자화 회로(65)로부터 직접 발생된 양자화 에러 E(X12), E(X21), E(X22)와 기껏해야 비슷하다. 따라서, 상위 계층 레벨에서 일어나는 양자화 왜곡 때문에 하위 계층 레벨의 화상의 품질이 저하되는 것을 크게 감소시킬 수 있다.
제1 실시예에서, 양자화 비트의 수가 상위 계층 레벨에서 증가하기 때문에, 전송될 정보의 양은 그에 상응하게 증가하는 것으로 나타난다. 그러나, 실제로는 상위 계층 레벨에서 픽셀의 수는 감소되어, 더 큰 양자화의 수 때문에 정보의 양의 증가는 실질적으로 무시할 만한 정도로 한정된다.
또한, 위에서 설명한 제1 실시예는 양자화 회로(47, 48, 49)의 양자화의 수가 각각 1비트, 4비트 및 16비트에 의해서 선택되는 경우를 다루었지만, 제2 실시예는 양자화 회로(85, 86, 87)의 양자화 비트의 수가 1비트, 2비트 및 4비트에 의해서 선택되는 경우를 다룰 것이다. 그러나 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 하위 계층 데이터에 대한 상위 계층 데이터에서의 양자화의 영향을 고려하면, 양자화 회로의 계층 레벨이 높아짐에 따라, 양자화 비트의 수는 더 커져서 더 세밀하게 양자화한다(양자화 폭은 더 작아진다).
제1 실시예의 상기 구성에 따라서, 평균 계산에 의한 입력 화상 데이터(D31)로부터, 서로 상이한 해상도를 갖는, 복수개의 계층 레벨의 화상 데이터(D31, D33, D35)를 생성하고, 각 화상 데이터(D31, D33, D35)를 양자화하여 복수개의 계층 레벨에 엔코딩된 데이터 (D41, D42, D43)를 생성하는 비디오 신호 엔코딩 장치(40)에서, 인접한 상위 계층 레벨의 픽셀과 그들 자신의 계층 레벨의 픽셀들을 사용한 수학적 연산에 의해서 복원될 수 있는 픽셀들(Y11, Y15, ...., X11, X13,....)은 최상위 계층 레벨에 대한 것을 제외하고 각 계층 레벨에서 전송될 픽셀들로부터 생략된다. 또한, 더 세밀한 양자화를 수행하기 위해서 상위 레벨 계층 데이터를 양자화하기 위한 양자화 회로가 설계된다. 따라서, 압축 효율을 개선시키도록 전송될 픽셀 정보의 양이 감소될 수 있다. 또한, 하위 레벨 계층 픽셀들은 상위 레벨 계층 픽셀들의 양자화 에러에 의한 영향을 덜 받고, 화상 품질의 저하가 감소될 수 있다.
(2) 제 2 실시예
도 7은 일반적으로 제2 실시예의 비디오 신호 엔코딩 장치(80)를 나타낸다. 제1 실시예와 비교하여, 상기 비디오 신호 엔코딩 장치(80)는 도 3의 비디오 신호 엔코딩 장치와 유사한 구성을 가지나, 최상위 계층이 아닌 상위 계층들간의 데이터의 잉여(차이량)가 압축 코딩되고 그 차이는 양자화기 회로에 대한 양자화 비트 할당에 도입된다는 점이 다르다. 따라서, 도 3에 대응하는 부분들에는 동일한 참조부호가 할당될 것이다.
구체적으로, 제 1 실시예의 상기 비디오 신호 엔코딩 장치(40)가 펄스 코드 변조(PCM) 형태로 각 픽셀을 전송하는 동안에, 제 2 실시예의 상기 비디오 신호 인코더 장치(80)는 차동 펄스 코드 변조(DPCM) 형태로 픽셀을 전송한다. 이런 식으로 상기 비디오 신호 엔코딩 장치(80)는 전송되는 정보의 양을 대폭 줄일 수 있다.
구체적으로 설명하면, 상기 비디오 신호 엔코딩 장치(80)는, 세선화 회로(82)에 보내지는 제2 레벨의 계층적 차동 데이터(D70)를 형성시키기 위하여, 제 3 레벨의 계층적 화상 데이터(D35)와 제2 레벨의 계층적 블럭 데이터(D34)를, 제3 레벨의 계층적 화상 데이터(D35)와 제2 레벨의 계층적 불럭 데이터(D34) 내의 공간적으로 대응하는 픽셀들간의 차이를 계산하는 차동 회로(81)에 공급한다. 여기에서, 상기 차동 회로(81)는 하기의 식 11에서 나타내듯이, 상층 레벨의 계층적 픽셀 Z11을 이용하여 제2 레벨의 계층적 픽셀 Y13, Y31, Y33의 차동 값 △ Y13, △ Y31, △ Y33을 계산한다.
[수학식 11]
유사하게, 상기 비디오 신호 엔코딩 장치(80)는, 세선화 회로(84)에 보내지는 제1 레벨의 계층적 차동 데이터(D71)를 형성시키기 위하여, 제2 레벨의 계층적 화상 데이터(D34)와 제1 레벨의 계층적 블럭 데이터(D32)를, 제2 레벨의 계층적 화상 데이터(D34)와 제1 레벨의 계층적 블럭 데이터(D32) 내의 공간적으로 대응하는 픽셀들간의 차이를 계산하는 차동 회로(83)에 공급한다. 여기에서, 상기 차동 회로(83)는 하기의 식 12에서 나타내듯이, 상층 레벨의 계층적 픽셀 Y11을 이용하여제1 레벨의 계층적 픽셀 X12, X21, X22의 차동 값 △ X12, △ X21, △ X22을 계산한다.
[수학식 12]
상기 세선화 회로(84, 82)는 앞서 언급한 도 3의 세선화 회로(42, 45)와 유사하게, 블럭 형성 회로(41)로부터 형성된 블럭 데이터(D32)와 블럭 형성 회로(44)로부터 형성된 블럭 데이터(D34)를 수신한다. 그 다음, 상기 세선화 회로(84, 82)는, 각각 네 개의 픽셀로 구성된 블럭들을 포함하는 블럭 데이터(D32, D34)에 대응하는 제1 레벨 및 제2 레벨의 계층적 차동 데이터(D71, D70) 내의 네 개의 픽셀로 형성된 각 블럭으로부터 하나의 픽셀을 세선화하여, 각 블록에 대해 제거된 하나의 픽셀을 제외한 세 개의 픽셀로 형성된 블랙들을 포함하는 제1 레벨 및 제2 레벨의 계층적으로 세선화된 차동 데이터(D72, D73)를 형성한다. 이것은 각각 양자화 회로(85, 86)에 보내진다.
여기서, 상기 제1 계층 레벨 양자화 회로(85)와 상기 제2 계층 레벨 양자화 회로(86)와 제3 계층 레벨 양자화 회로(87)는 하나의 비트, 두 개의 비트, 네 개의 비트등으로 선택된 양자화 비트의 대응하는 수를 가진다. 양자화 비트의 수는 양자화 회로(85-87)의 각각에서 각 픽셀의 재 양자화에 따라 정해진다. 상기 비디오 신호 엔코딩 장치(80)에서 언급한 양자화 특성에 따른 각 양자화 회로(85, 86, 87)를제공함에 따라, 특히 낮은 레벨의 계층 화상에서 화상의 질이 저하되는 문제는 디코딩에서 줄일 수 있다.
더구나, 상기 양자화 회로(85, 86)는 그 값이 영에 가까와짐에 따라 양자화 스텝 폭을 작게(더 세선화하게) 하기 위하여 선택된 양자화 특성을 가진다. 그러면, 더 작은 양자화 에러를 갖는 양자화는 데이터가 거의 영인 지점에서 계층적 차동의 세선화된 데이터(D72, D73)에서 실행될 수 있다. 더 구체적으로는, 상호 관련을 가지는 비디오 신호의 계층적 레벨 사이의 픽셀로 인하여 차동 데이터가 영이 되고, 차동 데이터가 영에 가깝게 될 확률이 매우 커지게 된다.
양자화 회로(85, 86, 87)에 의해 생성된 재 양자화된 데이터(D74, D75, D76)는 가변 길이 코딩 회로(VLC)(50, 51, 52)에 의해 제1, 제2, 제3 레벨 계층적 엔코딩된 데이터(D77, D78, D79)로 출력되기 위하여 차례로 가변 길이 코드된다. 그러면, 제1, 제2, 제3 레벨 계층적 엔코딩된 데이터(D77, D78, D79)는 출력되기 위한 전송 회상 데이터(D80)를 형성하기 위하여 다음단의 전송 포맷 변환기 회로(53)의 입력이 된다. 따라서, 출력 전송 화상 데이터(D80)는 통신 수단을 통하거나 디스크, 테이프, 혹은 반도체 메모리로서 기록 전송 수단을 통해 기록 매체(89)에서 기록되도록 공급된다.
도 8은 상기 비디오 신호 엔코딩 장치(80)에 의해 압축적으로 코드된 전송된 화상 데이터(D80)를 디코딩하기 위한 비디오 신호 디코딩 장치(90)를 도시한 것이다. 상기 비디오 신호 디코딩 장치(90)에 있어서, 도 5에 대응하는 각 부분은 도 5 와 같은 도면 부호가 지정된다. 상기 비디오 디코딩 장치(90)는 통신 수단(88)을통하여 공급되거나, 데이터 분로 회로(61)에 있는 재생 전송 수단을 통한 기록 매체(89)으로부터 재생된다. 상기 데이터 분로 회로(61)는 역비례 가변 길이 코딩 회로(IVLC)(62, 63, 64)에 차례로 공급되는 제1, 제2, 제3 레벨 계층적 인코드된 데이터(D81, D82, D83)로 전송 화상 데이터(D80)를 나눈다. 상기 역비례 가변 길이 코딩 회로(IVLC)(62, 63, 64)는 역의 양자화 회로(91, 92, 93)에 차례로 보내지는 재 양자화된 데이터(D84, D85, D86)를 생성하기 위하여 상기 나뉘어진 제1, 제2, 제3 레벨 계층적 인코드된 데이터(D81, D82, D83)를 역으로 가변 길이 코드한다. 상기 역비례 가변 길이 코딩 회로(IVLC)(62, 63, 64)는 도 7에서 도시되는 바와 같이, 가변 길이 코딩 회로(VLC)(50, 51, 52)의 동작에 상응하여 그에 역으로 동작한다는 것을 특히 언급한다.
상기 역양자화 회로(91, 92, 93)는 데이터가 한 픽셀에 16비트를 가지도록 한 픽셀에 하나의 비트, 두 개의 비트, 네 개의 비트가 재 양자화되는 재 양자화된 데이터(D84, D85, D86)를 역으로 양자화하여, 제3 레벨의 계층적 화상 데이터(D89)가 디코딩되고 제1, 제2 레벨의 계층적 차동 세선화된 데이터(D87, D88)를 형성한다. 상기 역의 양자화 회로(91, 92, 93)는 도 7에 도시한 바와 같이, 양자화 회로(85, 86, 87)의 동작에 상응하여 그에 역으로 동작한다.
디코딩된 제3 레벨의 계층적 화상 데이터(D89)는 저해상도 텔레비젼 모니터나 가산기 회로(94) 픽셀 생성 회로(95)로 보내져 출력된다. 상기 가산기 회로(94)는 다음 수식으로 나타내듯이 디코딩된 제2 레벨 계층적 세선화된 데이터(D90)를 계산하기 위하여 가산을 실행한다.
[수학식 13]
상기 픽셀 생성기 회로(95)는 다음 수식에서 나타내는 바와 같이, 도 7에 도시된 세선화 회로(82)에 의해 세선화된 제2 레벨 계층적 픽셀 Y11을 저장하기 위하여 제2 레벨 계층적 차동 세선화된 데이터(D88)와 디코딩된 제3 레벨 계층적 화상 데이터(D89)를 이용한다.
[수학식 14]
앞서 언급한 수학식 3과 수학식 14를 비교하면, 제3 레벨 계층적 픽셀 Z11의 곱셈 계수가 수학식 3에서는 "4"이고, 수학식 14에서는 "1"임을 알 수 있다. 이것은 제3 레벨 계층적 픽셀의 값의 영향이 수학식 3에서 보다 수학식 14 에서 더 작음을 의미한다.
결합기 회로(96)는 텔레비젼 모니터나 가산기 회로(96)와 출력 단자를 통한 픽셀 생성기 회로(98)로 출력되는 디코딩된 제2 레벨 계층적 화상 데이터(D92)를 형성하기 위하여 저장된 제2 레벨 계층적 픽셀 데이터(D91)와 디코딩된 제2 레벨계층적 세선화된 데이터(D90)를 결합한다. 상기 가산기 회로(97)는 다음 수학식에서 나타내듯이 디코딩된 제1 레벨 계층적 세선화된 데이터(D93)를 계산하기 위하여 가산을 수행한다.
[수학식 15]
픽셀 생성기 회로(98)는 다음 수학식에 따라, 도 5에 도시되는 세선화 회로(84)에 의해 세선화된 제1 레벨 계층적 픽셀 X14, X31, X33을 얻기 위하여 디코딩 된 제2 레벨 계층적 화상 데이터(D92)와 제1 레벨 계층적 세선화된 데이터(D93)를 이용한다.
[수학식 16]
또한, 픽셀 생성기 회로(98)는 다음 수학식에 의해 세선화된 제1 레벨 계층적 픽셀 X11을 구한다.
[수학식 17]
결합기 회로(99)는 고해상도 텔레비젼 모니터나 그와 같은 출력 단자로 출력되는 디코딩된 제1 레벨 계층적 화상 데이터(D95)를 형성하기 위하여 저장된 제1레벨 계층적 픽셀 데이터(D94)와 디코딩된 제1 레벨 계층적 세선화된 데이터(D93)를 결합한다.
그 다음, 제 1 실시예에서 만들어진 것과 마찬가지로, 제 2 실시예에서의 상기 비디오 신호 엔코딩 장치(80)와 화상 데이터 디코딩 장치(90)에서 각각의 계층적 레벨에서 데이터에서의 양자화 에러의 영향을 고려해야 할 것이다. 제2 실시예에 따르면 양자화 회로(49)와, 역양자화 회로(93)와, 양자화 회로(48)와, 역양자화 회로(92)와, 양자화 회로(47)와, 역양자화 회로(91)에 실린 양자화 비트의 수는 제1 실시예의 그것과 다르고, 제1와 제 2 실시예의 양자화 에러에 대한 비슷한 설명은 적용될 수 없다는 사실을 주목해야 한다. 그러나, 다음의 설명에서, 양자화 비트의 같은 수가 같은 계층적 레벨에 배치된다는 것을 알 수 있다.
역양자화 회로(93)에 의해 저장된 제2 레벨 계층적 픽셀Z11의 디코딩된 값 Z11' 은 식 5와 동일하게 나타내어 진다. 계속해서 다음 식에서 가산기 회로(94)에 의해 저장된 제2 레벨 계층적 픽셀들 Y13, Y31, Y33의 디코딩된 값 Y13', Y31', Y33'을 구한다.
[수학식 18]
픽셀 생성기 회로(95)에 의해 저장된 제2 레벨 계층적 픽셀 Y11이 식 14에 의해 생성되므로, 그것의 디코딩된 값 Y11'은 다음의 식에 의해 나타내진다.
[수학식 19]
앞서 언급한 식 7과 식 19를 비교하면, 제3 레벨 계층적 픽셀 Z11의 양자화 에러 E(Z11)의 곱셈 계수가 식 7에서는 "4"이고, 식 19에서는 "2"임을 알 수 있다. 이것은 제2 레벨 계층적 픽셀의 디코딩에서 제3 레벨 계층적 픽셀의 영향이 거의 반으로 줄어듬을 의미한다. 더욱 구체적으로, 식 6과 7로부터 명백한 것처럼, 제1 실시예에서 제3 레벨 계층적 픽셀 Z11의 양자화 에러는 단지 제2 레벨의 계층적 디코딩된 픽셀 값 Y11' 을 반영되는 것이지, 제2 레벨 계층적 디코딩된 픽셀 값 Y13', Y31', Y33' 에 의해 반영되는 것은 아니다. 그러나, 식 18과 19에서 명백하게 보여주듯이, 제 2 실시예에서는 계층간의 차이가 계산되어, 제3 레벨 계층적 픽셀 Z11의 양자화 에러가 제2 레벨의 계층적 디코딩된 픽셀의 모든 값 Y11', Y13', Y31', Y33'을 반영할 수 있게 한다. 따라서, 제2 레벨 계층적 픽셀의 디코딩에 있어 제3 레벨의 계층적 픽셀의 양자화 에러에 의한 영향을 줄일 수 있다.
차동 회로(97)에 의해 얻어진 제1 레벨 계층적 픽셀 X12, X21, X22, X32, X41,X42의 디코딩된 값 X12', X21', X22', X32', X41', X42' 은 다음의 식에 의해 나타내진다.
[수학식 20]
화상 생성기 회로(98)에 의해 저장된 제1 레벨 계층적 픽셀 X31의 디코딩된 값 X31' 은 다음의 식에 의해 구해진다.
[수학식 21]
또한, 픽셀 생성기 회로(95)를 통한 픽셀 생성기 회로(98)에 의해 저장된 제1 레벨 계층적 픽셀 X11의 디코딩된 값 X11'은 다음의 식에 의해 구해진다.
[수학식 22]
디코딩된 값 X11' 은 인수 4에 의한 Z11과 관련된 양자화 에러에 의해, 그리고 인수 2에 의한 Y13, Y31, Y33과 관련된 양자화 에러에 의해 영향을 받는다. 그러나, 식 10과 22를 비교함으로써, 디코딩된 값 X11'에서 Z11, Y13, Y31, Y33과 관련된 양자화 에러에 의해 영향은 제1 실시예에서 보다 훨씬 줄어들었음을 명백히 알 수 있다.
더 구체적으로, 제1 실시예에서 식 9, 10으로부터 예를 들면, 제3 레벨 계층적 픽셀 Z11의 양자화 에러와, 제2 레벨 계층적 픽셀 Y13, Y31, Y33양자화 에러는 단지 디코딩된 픽셀 X11'에 의해 반영되는 것이지, 제1 계층의 디코딩된 값 X12',X21', X22'에 의해 반영되는 것은 아니다.
그러나, 수학식 20, 21에서 명백히 보여주듯이, 제2 실시예에서는, 계층간의 차이가 계산되므로 제3 레벨 계층적 픽셀 Z11의 양자화 에러와, 제2 레벨 계층적 픽셀 Y13, Y31, Y33양자화 에러는 제1 계층의 디코딩된 픽셀 X11', X12', X21', X22'에 의해 반영된다. 그러므로, 제1 레벨의 계층적 픽셀의 디코딩에서 제3 레벨 계층적 픽셀과, 제2 레벨 계층적 픽셀의 양자화 에러의 영향을 줄일 수 있다.
상기 제2 실시예의 비디오 신호 엔코딩 장치(80)에서, 제1 실시예에서 양자화 회로(85, 86, 87)에 하나의 비트, 두 개의 비트, 네 개의 비트가 차례로 배치됨에 반하여, 양자화 비트의 양자화 회로(47, 48, 49)에는 하나의 비트, 두 개의 비트, 네 개의 비트, 열 여섯개의 비트의 양자화 비트가 차례로 배치되어, 상위층에서 양자화 에러를 유발하는 하위층 레벨에서의 화상의 품질 저하를 억제하게 한다. 즉, 양자화 비트의 수는 하위층에 주어진 양자화 에러의 영향에 의해 결정된다. 또한, 양자화 비트의 수는 최상위층으로부터 계층적 레벨의 수에 따라 결정되고 픽셀의 수는 상위층 픽셀을 생성하는데 이용된다. 그 결과, 상기 비디오 신호 엔코딩 장치(80)는 아주 적은 양의 정보가 전송이 필요할때 고화질로 저장된 화상을 제공할 수 있다.
제2 실시예의 구성에 따라, 평균값 계산에 의한 입력 화상 데이터(D31)로부터 유도되고, 인접 상위층 레벨에서 계층적 데이터에 대응하는 복수 개의 계층적 레벨에서 각각의 계층적 화상 데이터 사이의 계층적 차동 데이터를 생성하고, 복수개의 계층적 차동 데이터(D72, D73)와 최상위층 레벨의 계층적 데이터(D35)의 각각의 양자화에 의한 복수 개의 계층으로 엔코딩된 데이터를 생성하기 위한 상기 비디오 신호 엔코딩 장치(80)에서, 각각의 계층적 레벨에서 인접한 하위층 레벨과 픽셀에서 픽셀을 이용한 수학적 연산에 의해 저정될 수 있는 차동 픽셀 데이터 △ Y11, △ Y15,..., △ X11, △ X13,....,는 최상위층 레벨을 제외한 각각의 계층적 레벨에서 전송되는 픽셀로부터 지워질 수 있다. 나아가서, 상위층 레벨 양자화 회로는 더 정확한 양자화를 수행하도록 설계된다. 그러므로 화상의 품질 저하를 제한하면서 전송되는 정보의 양을 대폭 줄일 수 있다.
(3) 제 3 실시예
도 9는 세 번 째 실시예에 따른 비디오 신호 엔코딩 장치(100)를 도시한다. 상기 비디오 신호 엔코딩 장치(100)는 적응성 예측 회로(101, 102)가 부가적으로 장착된 것을 제외하면, 상기 비디오 신호 엔코딩 장치(80)의 그것과 유사한 구조를 가진다. 그러므로, 도 7에 대응하는 각 부분에 대해서는 같은 도면 부호로 지정한다.
상기 적응성 예측 회로(101)는 차동 회로(81)로 보내지는 제2 레벨 계층적 화상 데이터(D34)에 대응하는 제2 레벨 계층적 예측 데이터(D100)를 생성하기 위하여 제3 레벨 계층적 화상 데이터(D35)에 근거하여 예측되는 동작을 수행한다. 유사하게, 상기 적응성 예측 회로(102)는 차동 회로(83)로 보내지는 제1 레벨 계층적 화상 데이터(D32)에 대응하는 제1 레벨 계층적 예측 데이터(D101)를 생성하기 위하여 제2 레벨 계층적 화상 데이터(D34)에 근거하여 예측되는 동작을 수행한다.
실질적으로, 상기 적응성 예측 회로(100, 101)는 상위층 레벨에서의 복수 개의 픽셀로부터 하위층 레벨에서의 하나의 픽셀을 예측하기 위하여 등급별 적응성 동작을 이용하도록 디자인된다. 구체적으로, 하위층 레벨에서 각각의 픽셀이 예측될 수 있게 하기 위한 것은 하위층 레벨에서의 픽셀과 공간적으로 인접한 상위층 레벨의 복수 개의 픽셀의 레벨별 분산에 따른 차별화에 의한다. 또한, 상기 적응성 예측 회로(100, 101)는 복수개의 예측가능한 계수나, 각 클래스에 대해 계산함으로써 앞서 얻어진 예측된 값을 저장하고, 상기 차별화에 의해 결정된 클래스에 대응하는 메모리로부터 하나의 예측된 값이나 복수 개의 예측되어질 수 있는 계수를 읽을 수 있는 메모리를 가진다. 예측되어 질 수 있는 계수가 복수 개의 픽셀과 예측되어 질 수 있는 복수 개의 계수의 일차 선형 커플링에 의해 예측된 값을 생성하는데 이용되는 반면, 예측된 값은 그 값 자체가 이용된다. 이에 대한 상세한 내용은 미국 특허 08/504,040에 나타나 있다.
제3 실시예의 도시에 의하면, 차동 회로(73, 71)에 의해 생성된 제1 레벨 계층적 차동 데이터(D71')와 제2 레벨의 계층적 차동 데이터(D70')의 잉여는 줄일 수 있고, 그에 따라 비디오 신호 엔코딩 장치가 전송되는 정보의 양을 대폭 줄일 수 있도록 한다.
상기 언급된 제1, 제2 실시예로부터 명백히 보여지듯이, 저 레벨의 계층적 데이터 위의 고 레벨의 계층적 데이터의 양자화 에러의 영향은 고 레벨의 계층적 데이터를 생성하는데 이용되는 픽셀의 수와 최하위 레벨의 계층으로부터 계층의 수에 관계가 있다. 그러므로 고 레벨 계층의 양자화 비트의 수가 결정될 때 양자화 비트의 수 또는 그 이상이 결정되어 최하위 레벨 계층에서 영향을 받는 양자화 에러는 최소로 줄어들고, 화질의 저하를 개선하는 상기 비디오 신호 엔코딩 장치가 제공될 수 있다.
더구나, 상기 제2 실시예로부터 명백하게 보여지듯이, 계층간의 차동 데이터를 얻기 위하여 고 레벨의 계층적 픽셀의 양자화 에러는 디코딩에서 세선화된 픽셀뿐만 아니라 세선화된 데이터를 디코딩하기 위하여 사용되는 전송되는 픽셀에 의해서도 영향을 받는다. 그럼으로써 상기 비디오 신호 엔코딩 장치는 더욱 더 잘 화질 저하를 개선할 수 있다.
상기에 언급한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 제1부터 제3 실시예의 비디오 신호 엔코딩 장치에서, 각각의 계층적 레벨에서 픽셀들과 인접한 상위층의 계층적 레벨에서 픽셀 데이터를 이용한 산술적 연산에 의해 저장된 픽셀들은 최하위 해상도를 가지는 가장 높은 계층적 레벨을 제외한 각각의 계층적 레벨에서 데이터를 전송시키기 위하여 픽셀로부터 빠지고, 상위층 레벨 데이터는 많은 수의 양자화 비트(좁은 양자화 폭 )를 가지는 고질의 양자화를 필요로 한다. 그럼으로써, 계층적 엔코딩 구조는 압축 효과를 높이고, 화질 저하를 방지할 수 있다.
(4) 제 4 실시예
도 10은 일반적으로 제4 실시예에 따르는 비디오 신호 엔코딩 장치를 도시한다. 상기 제4 실시예는 제1 실시예와 마찬가지로 계층적 데이터의 세 계층안에 형성되고, 전송되기 전에 각각 압축되고 엔코딩된다. 제1 실시예와 같은 구성은 제1실시예에서의 수식과 도면을 이용하여 나타내어진다. 상기 비디오 신호 엔코딩 장치(140)는 제1 계층 블럭된 데이터(D132)를 형성하고 그것을 세선화 회로(142)와 평균화 회로(143)에 보내기 위하여 고해상도 입력 데이터(D131)(이후는 제1 계층 화상 데이터로 칭함)를 2 라인 X 2 픽셀의 작은 블럭으로 나누는데 이용된다.
평균화 회로(143)는 입력 화상 데이터(D130)를 제2 계층화상 데이터(D133)로 1/4로 압축하기 위하여 블럭된 데이터(D132)의 각 블럭에서 픽셀의 값을 평균하고, 그것을 블럭킹 회로(144)로 보낸다. 상기 블럭킹 회로(141)안에서 상기 블럭킹 회로(144)는 제2 계층 블럭된 데이터(D134)를 형성하고 그것을 세선화 회로(145)와 평균화 회로(146)로 보내기 위하여 제2 계층 화상 데이터(D133)를 2라인 X 2픽셀의 작은 블럭으로 나눈다.
상기 평균화 회로(143)에서와 같이 상기 평균화 회로(146)는 제2 계층 화상 데이터(D133)를 1/4로 또는 제1 계층 화상 데이터(D131)를 1/16로 제3 계층 화상 데이터(D135)로 압축하기 위하여 블럭된 데이터(D134)의 각 블럭 안에서 픽셀 값을 평균한다. 즉, 도 4C의 점선으로 도시되는 바와 같이, 상기 평균 회로(143)는 도4B에 도시되는 바와 같이 제2 계층에 대한 하나의 픽셀(예를 들면, Y11)을 생성하기 위하여 상기에 언급한 식 1을 이용하여 평균을 계산하기 위한 제1 계층(예를 들면, X11, X12, X21, X22)안에 블럭안에서의 네 개의 픽셀을 이용한다. 픽셀 Y13, Y31,....,은 제1 계층안에서 네 개 픽셀의 평균에 의해 유사하게 생성된다.
유사하게, 상기 평균 회로(146)는 도 4C에서 도시되는 제3 계층에 대한 하나의 픽셀(예를 들면, Z11)을 생성하기 위하여 상기에 언급한 수학식 2를 이용하여 평균을 계산하기 위한 제2 계층(예를 들면, Y11, Y13, Y31, Y23)안에 블럭안에서의 네개의 픽셀을 이용한다. 픽셀 Z15, Z51,....,은 제2 계층안에서 네 개 픽셀의 평균에 의해 유사하게 생성된다.
세선화 회로(142, 145)는 블럭킹 회로(141, 144)로부터 각각 블럭된 데이터(D132, D134)를 수신하고, 세 개의 남아있는 픽셀로 구성된 세선화된 데이터(D136, D137)를 형성하기 위한 네 개의 픽셀로 구성된 블럭된 데이터(D132, D134)로부터 하나의 픽셀을 지우고, 상기 세선화된 데이터(D136, D137)를 양자화 회로(147, 148)에 각각 보낸다. 즉, 상기 세선화 회로(142)는 도 4B의 점선에서 도시된 바와 같이, 픽셀Y11, Y15, ...을 제거하기 위하여 세선화 작업을 하는 동안 도 4C의 점선에 도시된 픽셀X11, X13,...X22을 제거 위하여 세선화 작업을 한다.
그러면, 도 4C와 4B의 실선에서 보이듯이 제1 계층에서 양자화 회로(147)와 제2 계층에서 양자화 회로(148)는 픽셀 X12, X21, X22,...와 Y13, Y31, Y33, ...을 차례로 양자화한다. 제1 계층에 대하여, 전송되기 위한 픽셀의 수는 제1 계층안의 모든 픽셀의 양자화와 전송에 비교하여 1/4으로 감소된다. 제2 계층에 대하여, 전송되기 위한 픽셀의 수는 평균 계산에 의해 생성되는 제2 계층안의 모든 픽셀의 양자화와 전송에 비교하여 1/4으로 감소된다.
일반적으로, 단지 제1 계층 화상 데이터(D131)의 압축과 전송에 비교하여 상기 비디오 신호 엔코딩 장치(140)는 전송된 픽셀의 같은 수를 이용하여 복수개의 계층안에서 화상 데이터를 전송할 수 있다. 그 결과로, 상기 비디오 신호 엔코딩 장치(140)는 전송된 정보의 증가된 양 없이 복수 개의 계층안에 화상 데이터를 전송할 수 있다. 세선화 회로(142, 145)에 의해 제거된 픽셀은 간단한 수식을 이용하여 하기에 도시할 디코더(리시버)에 의해 재생된다.
양자화 회로(147, 148, 149)는 정보를 압축하기 위하여 세선화된 데이터(D136, D137)와 제3 계층 화상 데이터(D135)를 예를 들어 두 개의 비트로 만들고, 각각의 픽셀(8 비트)을 재 양자화 한다. 상기 제3 계층안의 상기 양자화 회로(149)는 양자화 에러의 극성을 나타내는 양자화 제어 회로(200) 양자화 에러 정보 신호(S1)로 보낸다.
양자화 에러 정보 신호(S1)에 근거하여, 상기 양자화 제어 회로(200)는 양자화 특성을 제어하여 양자화 회로(148, 147)에서의 양자화 에러의 극성이 양자화 회로(149)에서의 양자화 에러의 극성과 같게 하기 위하여 제1와 제2 계층안의 양자화 회로(148, 147)로 양자화 제어 신호(S2, S3)를 각각 전송한다. 이 경우에, 상기 양자화 회로(148, 147)는 양자화 회로(149)에 의해 양자화된 최상위층 픽셀에 공간적으로 대응하는 최하위 계층에서의 픽셀을 양자화한다.
이것은 구체적으로 도 11에 도시되어 있다. 도 11은 만일 입력 데이터가 픽셀당 8 비트를 포함하고, 0에서 255사이의 레벨을 가지며, 양자화 값 "0"이 0에서 63사이의 레벨 사이의 출력이고, 양자화 값 "1"이 64에서 127사이의 레벨 사이의 출력이고, 양자화 값 "2"가 128에서 191사이의 레벨 사이의 출력이고, 양자화 값"3"이 192에서 255사이의 레벨 사이의 출력안에서 2 비트 양자화를 나타낸다. 이것은 또한 일반적으로 양자화 에러를 최소화하는 "변조 최소 표준"이라 칭한다.
상기 제4 실시예에 따른 비디오 신호 엔코딩 장치(140)는 상기 양자화 회로(148, 147)안에서 그러한 변조 최소 표준을 사용하지는 않지만, 양자화 에러의 극성에 의존하는 양자화를 실행하기 위하여 최상위 계층에서 양자화 회로(149)가 수행될 수 있게 한다. 예를들어 만일, 양자화 회로(149)에 대한 픽셀 데이터 입력은 도 11과 같이, 레벨(L1)에 놓여 있고, 양자화 회로(149)변조 최소 표준에 따르는 양자화 값 "3"을 출력한다. 이 경우에, 상기 양자화 회로(149)는 양자화 에러가 +δ 1, 즉 양극을 나타내는 양자화 에러 정보 신호(S1)를 양자화 제어 회로(200)에 전송한다.
이 경우에, 양자화 회로(148, 147)는 변조 최소 표준을 따르지는 않지만 양자화 에러가 양자화 제어 신호(S2, S3)에 따라 양극이 되도록 양자화를 실행한다. 예를들어 만일, 양자화 회로(147 또는 148)에 대한 픽셀 데이터 입력은 도 11과 같이, 레벨(L2)에 놓여 있고, 변조 최소 표준에 따르는 양자화 값 "2"를 출력하지만, 제4 실시예에 따르는 상기 양자화 회로(149)는 양자화 에러 정보 신호(S1)(양극)에 의한 근거하는 양자화 값 "3"을 출력한다.
상기 양자화 회로(147, 148, 149)에 의해 얻어진 재양자화된 데이터(D138, D139, D140)는 가변 길이 코딩 회로(VLC)(150, 151, 152)에 공급된다. 상기 가변 길이 코딩 회로(150-152)는 가능한 작은 양의 코드를 이용하여 재 양자화된 데이터(D138-D140)를 각각 나타내는 제1 계층 코드된 데이터(D141), 제2 계층 코드된 데이터(D142)와, 제3 계층 코드된 데이터(D143)를 형성하고, 그러한 데이터(D141, D142, D143)를 전송 포맷 변환 회로(153)으로 보내기 위하여 재 양자화된 데이터(D138-D140)안에서 더욱 빈발적으로 생성된 양자화 코드로 더 짧은 허프만(Hoffman)코드를 배치한다.
상기 전송 포맷 변환 회로(153)는 각각의 코드된 데이터의 계층을 식별하기 위하여 식별 코드 또는 구분된 차수에서의 제1 계층 코드된 데이터(D141), 제2 계층 코드된 데이터(D142)와, 제3 계층 코드된 데이터(D143)를 배치함에 의해 전송 화상 데이터(D144)를 형성하고 데이터(D144)를 출력한다. 출력 전송 화상 데이터(D144)는 통신수단(154)을 통하여 수신기로 공급되거나, 기록 수단을 통하여 디스크, 테이프, 반도체 메모리 같은 기록 매체(155)위에 기록된다.
이러한 방법으로 형성된 전송 화상 데이터(D144)를 디코딩하기 위한 비디오 신호 디코더 장치는 상기에서 언급한 도 5와 같이 도시될 수 있다.
상기에서 언급한 바와 같이, 본 발명의 제4 실시예에 따르는 상기 비디오 신호 엔코딩 장치(140)는 복수 개의 계층에 대한 화상 데이터(D131, D133, D135)를 생성하기 위한 더 상위층 픽셀을 형성하기 위하여 복수 개의 하위층 픽셀의 평균값을 이용한다.
부가하여, 최상위층 즉 제3 계층보다 다른 계층의 화상 데이터에 대해, 상기 비디오 신호 엔코딩 장치(14)는 간단한 수학적 연산을 이용한 디코더에 의해 재생될 수 있기 때문에 같은 평균 계산에서 사용된 픽셀 중 하나를 제외한다. 계속하여, 상기 비디오 신호 에코딩 장치(140)는 계층적 구조로 인하여 전송되어질 픽셀의 수의 증가 없이 계층적 코딩 연산을 증가시킬 수 있다.
상기에 언급한 실시예에 따라, 상기 비디오 신호 엔코딩 장치(140)는 각 계층에서 데이터를 압축하기 위한 각 계층적 화상 데이터를 재 양자화하기 위하여 양자화 회로(147-149)를 이용한다. 그 결과, 상기 재 양자화된 데이터(D138, D139, D140)는 재 양자화 과정에서 유발되는 양자화 에러를 포함한다. 양자화 에러가 커짐에 따라 디코딩된 화상 데이터(D158, D160, D162)는 진 값에 큰 차이를 보이게 되고, 이에 따라 화질은 저하된다.
즉, 디코딩된 픽셀 값 Y11'은 Z11에서 양자화 에러의 네 배의 값에 의해 영향을 받는다. 덧 붙이면, 디코딩된 픽셀 값 X13', X31', X33'은 Y13, Y31, Y33에서 양자화 에러의 네 배의 값에 영향 받는다. 더우기, 디코딩된 픽셀 값 X11에서 Y13, Y31, Y33에서 양자화 에러의 네 배의 값에 영향 받고, Z11에서 양자화 에러의 열 여섯 배 값에 의해 영향을 받는다.
디코딩된 화상 값 Z11', Y11', Y13'...위의 양자화 에러 E(Z11), E(Y13), E(Y31)의 영향의 크기는 도 6에 도시되고, 이 도면에서 상위층에서 양자화 에러는 하위층에서 디코딩된 값에 크게 영향을 미침을 명백히 알 수 있다.
그러면, 본 발명의 제4 실시예에 따르면 최상위층 픽셀Z11의 양자화 도중 생기는 양자화 에러의 극성에 의하여 제어가 공급되어 픽셀 Z11에 공간적으로 대응하는 하위층 픽셀Y13, Y31, Y33, X12, X21, X22이 픽셀 Z11의 양자화와 마찬가지로픽셀Y13, Y31, Y33, X12, X21, X22에서 양자화 에러의 극성이 될 수 있도록 양자화된다.
즉, 예를들어, 식 7에서 명백히 보이듯이, 제2 계층 픽셀 Y11을 디코딩하기 위하여 역으로 평균 계산이 실행될 때, 그 결과 데이터는 상위층 픽셀 Z11에서 양자화 에러 E(Z11)을 포함하고, 같은(제2)계층 픽셀(같은 블럭내에서)Y13, Y31, Y33,에서 양자화 에러 E(Y13), E(Y31), E(Y33)를 포함한다. 그러나, 상위층 픽셀 Z11에서 양자화 에러 E(Z11)와, 제2 계층 픽셀 Y13, Y31, Y33에서 양자화 에러 E(Y13), E(Y31), E(Y33)는 서로 상쇄 관계에 있다. 그러면, 디코딩 동안의 양자화 에러는 상위층 픽셀 Z11에서 양자화 에러 E(Z11)가 제2 계층 픽셀Y13, Y31, Y33,에서 양자화 에러 E(Y13), E(Y31), E(Y33)같은 극성에서 코딩을 실행함에 따라 줄어들 수 있다. 식 7에서 명백히 보이듯이, 본 발명의 제4 실시예는 상위층의 양자화 에러가 디코딩 중 서로 상쇄됨에 따라 같은 극성에서 코딩 동안 하위층을 양자화 할 수 있다. 그럼으로써 하위층에서의 화질 저하를 개선할 수 있다.
유사하게, 식 10에서 명백히 보이듯이, 제1 계층 픽셀 X11을 디코딩하기 위하여 역으로 평균 계산이 실행될 때, 그 결과 데이터는 최상위층 픽셀 Z11에서 양자화 에러 E(Z11)을 포함하고, 상위층(제2) 픽셀 Y13, Y31, Y33에서 양자화 에러 E(Y13), E(Y31), E(Y33)를 포함하고, 같은(제1)계층 픽셀(같은 블럭내에서)X12, X21, X22에서양자화 에러 E(X12), E(X12), E(X22)를 포함한다. 그러나, 도 10에서 명백히 보이듯이 최상위층 픽셀 Z11에서 양자화 에러 E(Z11)와, 상위층 픽셀Y13, Y31, Y33에서 양자화 에러 E(Y13), E(Y31), E(Y33)와, 제1 픽셀X12, X21, X22에서 양자화 에러 E(X12), E(X12), E(X22)는 서로 상쇄 관계에 있다. 그러면, 디코딩 동안의 양자화 에러는 최상위층 픽셀 Z11에서 양자화 에러 E(Z11)가 상위층 픽셀Y13, Y31, Y33에서 양자화 에러 E(Y13), E(Y31), E(Y33)와, 제1 계층 픽셀X12, X21, X22에서 양자화 에러 E(X12), E(X12), E(X22)와 같은 극성에서 코딩을 실행함에 따라 줄어들 수 있다. 식 10에서 명백히 보이듯이, 본 발명의 제4 실시예는 상위층의 양자화 에러가 디코딩 중 서로 상쇄됨에 따라 같은 극성에서 코딩 동안 하위층을 양자화 할 수 있다. 그럼으로써 하위층에서의 화질 저하를 개선할 수 있다.
상기에서 기술한 바와 같이, 상기 비디오 신호 엔코딩 장치(140)는 하위층에서 상위층으로 양자화 에러가 전달됨을 고려하여 양자화를 실행할 수 있도록 디코딩할 수 있게 하여 에러에 의한 화질 저하를 개선한다.
상기에 기술한 제4 실시예는 상위층에 대한 하나의 픽셀을 생성하기 위하여 같은 평균 연산에서 이용된 복수 개의 하위층 픽셀중 하나에 대응하는 픽셀 데이터의 전송을 하지 못하게 하고, 최상층 픽셀이 양자화 될때 유발되는 양자화 에러의 극성에 의존하여 최상위층 픽셀에 대응하는 하위층 픽셀의 양자화에서 이용된 양자화 특성을 제어하고, 하위층 픽셀에서의 양자화 상기 에러가 최상위층의 양자화에서의 그것과 같은 극성을 가지게 하여 압축 효율을 높이고, 화질의 저하를 개선할 수 있게 한다.
(5) 제 5 실시예
도 12는 일반적으로 본 발명의 제5 실시예에 따르는 비디오 신호 엔코딩 장치(180)를 도시한 것이다. 제4 실시예와 비교하여, 본 장치는 도 10의 상기 비디오 신호 엔코딩 장치(140)와 최상위층을 제외하고 계층 사이에 압축과 코딩된 미분 데이터를 제외하면 같은 구조를 가진다. 그러므로, 도 10과 같은 구성에 대해서는 같은 도면 부호가 부여된다.
상기 제4 실시예에 따른 비디오 신호 엔코딩 장치(140)는 펄스 코드 변조(PCM)를 이용하여 각 픽셀을 전송하고, 상기 제5 실시예에 따른 비디오 신호 엔코딩 장치(180)는 미분 펄스 코드 변조(DPCM)를 이용하여 각 픽셀을 전송한다. 그러므로, 상기 비디오 신호 엔코딩 장치(180)는 전송되는 정보의 양을 더욱 감소시킬 수 있다.
구체적으로, 상기 비디오 신호 엔코딩 장치(180)는 미분 회로(181)에 제3 계층 화상 데이터(D135)와 제2 계층 화상 데이터(D134)를 공급한다. 상기 미분 회로(181)는 제2 계층 미분 데이터(D170)를 형성하기 위하여 제3 계층 화상 데이터(D135)에서의 픽셀과 제2 계층 블럭된 데이터(D134)에서 공간적으로 대응하는 픽셀사이의 미분 값을 계산하여 이 데이터(D1709)를 세선화 회로(182)로 보낸다. 이 경우에, 상기 미분 회로(181)는 식 11에 도시된 바와 같이, 각 픽셀에 대응하는 상위층 픽셀 Z11을 이용하여,제2 픽셀Y13, Y31, Y33의의 미분 값 △Y13, △Y31, △Y33를 결정한다.
상기 비디오 신호 엔코딩 장치(180)는 미분 회로(183)에 제2 계층 화상 데이터(D134)와 제1 계층 화상 데이터(D132)를 공급한다. 상기 미분 회로(183)는 제1 계층 미분 데이터(D171)를 형성하기 위하여 제2 계층 화상 데이터(D134)에서의 픽셀과 제1 계층 블럭된 데이터(D132)에서 공간적으로 대응하는 픽셀사이의 미분 값을 계산하여 이 데이터(D171)를 세선화 회로(184)로 보낸다. 이 경우에, 상기 미분 회로(183)는 식 12에 도시된 바와 같이, 각 픽셀에 대응하는 상위층 픽셀 Y11을 이용하여, 제1 픽셀X12, X21, X22의의 미분 값 △X12, △X21, △X22의을 결정한다.
상기 세선화 회로(184, 182)는 블럭킹 회로(141)로부터 블럭된 데이터(D132, D134)를 수신하고, 이 후, 도 10에서와 같이, 세선화 회로(142, 145)에서 블럭된 데이터(D144)를 수신한다.
세선화 회로(184, 182)는 네 개의 픽셀로 구성된 블럭된 데이터(D132, D134)에 상응하기 위한 각 블럭안에서 네 개의 픽셀을 포함하고 제1와 두 번째 계층의 미분 데이터(D171, D170)로부터 하나의 픽셀을 제거한다. 상기 세선화 회로(184, 185)는 세 개의 남아있는 픽셀로 구성된 계층적 미분 세선화된 데이터(D172, D173)를 형성하고, 그 계층적 미분 세선화된 데이터(D172, D173)를 양자화 회로(185, 186)로 전송한다.
제3 계층에서 양자화 회로는 평균 회로(146)로부터 제3 계층 화상 데이터를수신하고, 제4 실시예에서 기술하였듯이, 변조 최소 표준에 따르는 2 비트 안에서 각 픽셀을 양자화한다. 양자화 회로(187)는 양자화 제어 회로(210)에 양자 에러가 양극, 혹은 음극을 가짐을 나타내 주는 양자화 에러 정보 신호(S11)를 전성한다.
제1 계층에서의 양자화 회로(185)와 제2 계층에서의 양자화 회로(186)는 제4실시예에서와 마찬가지로, 제3 계층에서의 양자화 회로(187)에서의 양자화 에러의 극성에 좌우되는 양자화 제어 회로(21)로부터의 출력 된 양자화 제어 신호(S12, S13)에에 의해 제어되는 양자화 특성을 가진다. 즉, 만일 양자화 회로(187)에 의해 상위층 픽셀의 양자화에서의 에러가 양극을 가지면, 상위층 픽셀이 제어되는데 공간적으로 상응하여 하위층 픽셀의 양자화에 이용되는 양자화 회로(185, 186)의 양자화 특성은 결과적인 양자화 에러가 양극을 가지게 될 것이다. 부가하여, 만일 양자화 회로(187)에 의해 상위층 픽셀의 양자화에서의 에러가 음극을 가지면, 상위층 픽셀이 제어되는데 공간적으로 상응하여 하위층 픽셀의 양자화에 이용되는 양자화 회로(185, 186)의 양자화 특성은 결과적인 양자화 에러가 음극을 가지게 될 것이다.
양자화 회로(185, 186, 187)에 의해 얻어진 재 양자화된 데이터(D174, D175, D176)는 가변 길이 코딩 회로(VLC)(150, 151, 152)에 의해 가변 길이 코딩되고, 제1, 제2, 제3 계층 코드된 데이터(D177, D178, D179)로써 출력된다. 제1, 제2, 제3 계층 코드된 데이터(D177, D178, D179)는 전송 포맷 전환 회로(153)의 입력이 되어 화상 데이터(D180)을 형성하고 출력한다. 출력 화상 데이터(D180)는 통신수단(188)을 통하여 수신기로 공급되거나, 기록 수단을 통하여 디스크, 테이프, 반도체 메모리 같은 기록 매체(189)위에 기록된다.
이러한 방법으로 형성된 전송 화상 데이터(D144)를 디코딩하기 위한 비디오 신호 디코더 장치는 상기에서 언급한 도 8과 같이 도시될 수 있다.
상기에서 언급한 바와 같이, 본 발명의 제5 실시예에 따르는 상기 비디오 신호 엔코딩 장치(180)는 제2 실시예와 같이, 최상의 데이터를 제외한 데이터를 전송함에 따라 계층간의 미분 데이터를 전송한다.
즉, 식 19가 에러 E(Z11)에 대한 곱셈 계수 "2"를 가지는데 반하여, 식 7은 같은 양자화 에러 E(Z11)에 대해 공정 계수 "4"를 가진다. 이것은 제5의 실시예에 있어서 제2 계층 픽셀 디코딩위에 제3 계층 픽셀에서의 양자화 에러는 반으로 줄어듬을 의미한다. 즉, 식 19에서와 같이, 계층간의 미분이 계산됨에 따라, 제3 계층 픽셀Z11에서의 양자화 에러는 제2 계층의 디코딩된 모든 픽셀Y11', Y13', Y31', Y33'에 반영된다. 이러한 실시예는 제2 계층 픽셀의 디코딩위에 제3 계층 픽셀에서의 양자화 에러의 효과를 줄이는 것이다.
부가하여, 상기 식 22에서 명백히 보이듯이, 제1 계층 픽셀 X11의 디코딩된 픽셀 값 X11'은 Z11에서 양자화 에러의 네 배의 값에 의해 영향을 받고, Y13, Y31, Y33에서 양자화 에러의 두 배의 값에 영향 받는다. 그러나, 상기 식 22와 식 10의 비교에서, 디코딩된 X11'위의 Z11, Y13, Y31, Y33에서 양자화 에러의 영향은 제4 실시예에서보다 작다.
즉, 상기 식 10에서와 같이, 제4 실시예는 제3 계층 픽셀 Z11과 제2 계층 픽셀 Y13, Y31, Y33에서, 제1 계층 디코딩된 X11', 뿐 아니라 제1 계층 디코딩된 픽셀 X12', X21', X22'에서의 양자화 에러를 반영한다.
그러나, 상기 식 22에서 명백하듯이, 본 발명의 제5 실시예에 따르면 계층간의 미분이 계산됨에 따라, 제3 계층 픽셀Z11과 제2 계층의 픽셀 Y13, Y31, Y33의 양자화 에러는 제1 계층 디코딩된 픽셀 X11', X12', X21', Y22'에서 반영된다. 이러한 실시예는 제1 계층 픽셀의 디코딩위에 제3와 제2 계층 픽셀에서의 양자화 에러의 효과를 줄이는 것이다.
따라서, 제5 실시예에 따르는 비디오 신호 엔코딩 장치에 따르면, 평균 연산을 통한 입력 화상 데이터(D131)와, 인접한 상위층에서의 데이터와, 최상위층 데이터(D135)와 복수 개의 계층적 코드된 데이터를 생성하기 위한 계층 (D172, D173)사이의 복수 개의 미분 데이터의 양자화로부터 얻어진 복수 개의 계층의 각각의 화상 데이터 사이의 계층적 미분 데이터를 생성하기 위한 상기 비디오 신호 엔코더 장치(180)는 최상위층과 그에 대응하는 인접한 하위층의 픽셀로부터 다른 계층에서의 픽셀을 이용하여 수학적 연산에 의해 디코딩되는 미분 픽셀 데이터△Y11, △Y15,..., △X11, △X13,...각 계층에서 픽셀 데이터의 양자화에 있어 음극과 양극 사이의 양자화 에러의 극을 바꾸어, 압축 효율을 높이고, 화질의 저하를 개선할 수 있게 한다.
(6) 제 6 실시예
도 13는 일반적으로 본 발명의 제6 실시예에 따르는 비디오 신호 엔코딩 장치(400)를 도시한 것이다. 제5 실시예와 비교하여, 상기 비디오 신호 엔코딩 장치(400)는 적응성 예측 회로(401, 402)가 부가적으로 장착된 것을 제외하면, 상기 비디오 신호 엔코딩 장치(180)의 그것과 유사한 구조를 가진다. 그러므로, 도 7에 대응하는 각 부분에 대해서는 같은 도면 부호로 지정한다.
상기 적응성 예측 회로(401)는 제2 계층 화상 데이터(D134)에 대응하는 제2 계층 예측 데이터(D400)를 생성하기 위하여 제3 계층 화상 데이터(D135)에 근거하여 예측되는 동작을 수행한다. 상기 제2 계층 화상 데이타는 미분 회로(181)에 보내진다. 유사하게, 상기 적응성 예측 회로(402)는 제1 계층 화상 데이터(D132)에 대응하는 제1 계층 예측 데이터(D401)를 생성하기 위하여 제2 계층 화상 데이터(D134)에 근거하여 예측되는 동작을 수행한다. 상기 제1 계층 예측 데이터는 미분 회로(183)로 보내진다.
실질적으로, 상기 적응성 예측 회로(401, 402)는 복수 개의 상위층의 픽셀에서 하나의 하위층 픽셀을 예측하기 위하여 등급별 적응성 동작을 이용하도록 디자인된다. 구체적으로, 하위층 레벨에서 각각의 픽셀이 예측될 수 있게 하기 위한 것은 하위층 레벨의 픽셀과 공간적으로 인접한 상위층 레벨의 복수 개의 픽셀의 레벨별 분산에 따른 차별화에 의한다. 또한, 상기 적응성 예측 회로(401, 402)는 복수개의 예측되어 질수 있는 계수나, 각 클래스에 대해 계산함으로써 앞서 얻어진 예측된 값을 저장하고, 상기 차별화에 의해 결정된 클래스에 대응하는 메모리로부터하나의 예측된 값이나 복수 개의 예측되어질 수 있는 계수를 읽을 수 있는 메모리를 가진다. 예측되어 질 수 있는 계수가 복수 개의 픽셀과 예측되어 질 수 있는 복수 개의 계수의 일차 선형 커플링에 의해 예측된 값을 생성하는데 이용되는 반면, 예측된 값은 그 값 자체가 이용된다. 만일 상기 예측된 값이 표준화되면, 그것은 하나의 예측된 픽셀을 생성하기 위하여 미리 동작되어야 한다. 이에 대한 상세한 내용은 미국 특허 08/504,040에 나타나 있다. 비록, 차등화 적응성 동작 알고리즘이 제6 실시예에 따르는 적응성 예측 회로에 이용되지만, 본 발명은 이러한 면과 다른 현재의 예측 방법에 국한되지 않는다.
(7) 제 7 실시예
상기 기술한 제4에서 제6 실시예에 따르면, 제7 실시예는 최상위층에서 픽셀에 대응하는 하위층에서의 픽셀을 양자화하는데 이용되는 양자화 특성을 제어한다. 여기서 최상위층에서의 픽셀이 양자화될 때, 양자화 에러의 극성에 따라 하위층에서의 픽셀의 양자화 에러의 극성이 결정되고 많은 수의 양자화 비트(작은 양자화폭)를 가지고 양질의 양자화를 실행하기 위하여 상위층에서의 양자 회로가 실행되게 한다. 따라서, 제1에서 제3 실시예의 효과는 화질의 개선뿐만 아니라 디코딩의 감소에도 있다.
제7 실시예에 따르면, 제4 실시예와 대응하여, 양자화 회로(147-149)의 양자화 특성이 제어되어 양자화 회로(147)가 1 비트를 양자화하면, 양자화 회로(148)는 4비트를, 양자화 회로(149)는 16비트를 양자화하게 된다. 양자화된 비트의 수는 하위층 데이터의 디코딩 동안 디코딩된 픽셀 값에 상위층에서의 양자화 에러의 효과의 크기를 고려하여 선택된다.
그 결과로, 상기의 식10을 고려할때, 양자화 에러 E(Z11)는 양자화 에러 E(X12), E(X12), E(X22)의 1/16이 되고, 양자화 에러 E(Y13), E(Y31), E(Y33)은 양자화 에러 E(X12), E(X12), E(X22)의 1/4이 된다. 그러므로, 디코딩 동안에 제거된 픽셀을 결정하기 위하여 비록 양자화 에러 E(Z11)가 16배 곱해지거나, 양자화 에러 E(Y13), E(Y31), E(Y33)가 4배로 곱해져도 그 결과 에러는 역양자화 회로(65)에 의해 얻어진 양자화 에러 E(X12), E(X12), E(X22)와 거의 같게 될 것이다. 이것은 상위층에서 양자화 변조에 의한 하위층 픽셀의 화질 저하를 더 개선할 수 있을 것이다.
부가하여, 하위층 데이터 위에서의 상위층 데이터에서의 양자화 에러의 효과는 최상위층 데이터를 생성하기 위하여 이용되는 픽셀의 수와 최하위층으로부터 시작한 계층의 수와 관련이 있다. 따라서, 최상위층 데이터를 생성하는데 이용되는 픽셀의 수와 최하위층으로부터 존재하는 계층의 수에 의존하는 최하위층에 영향을 줄 수 있는 양자화 에러를 최소화 하기 위하여 상위층에 대한 양자화된 비트의 수를 선택함으로써, 상기 비디오 신호 엔코딩 장치는 화질 저하를 개선할 수 있다.
상위층의 양자화된 비트의 수가 이런 식으로 증가되면, 정보의 양은 감소하여 전송되는 화상이 상위층에서 감소함으로써 부작용을 유발하지는 않는다.
부가하면, 제5와 제6 실시예에 대하여, 양자화 회로(85-87)의 양자화 특성은 제어되어 양자화 회로(85)가 1 비트를 양자화하고, 양자화 회로(86)가 2 비트를,양자화 회로(87)가 4 비트를 양자화한다.
양자화된 비트의 수는 제4 실시예에 따라 양자화 회로에 배치된것이 제5나 제6 실시예에의 양자화 회로에 배치된 것 보다 작다. 왜냐하면, 계층간의 미분 데이터가 최상위층 데이터를 제외하고 전송되기 때문이다. 따라서, 식 3과 14를, 식 7과 19를, 식 10과 22를 비교함에 따라 명백해 지듯이, 더 작은 곱셈 계수는 제4 실시예에서보다 제5나 제6 실시예에서 제거된 픽셀을 재생시키는데 이용된다. 즉, 양자화된 비트의 수는 하위층의 양자화 에러의 영향의 크기에 의해 결정된다.
상기에 기술한바와 같이, 본 발명의 제4, 제5, 제6, 제7 실시예에 따르는 상위층에 대한 하나의 픽셀을 생성하기 위하여 같은 평균 연산에서 이용된 복수 개의 하위층 픽셀중 하나에 대한 픽셀 데이터를 전송하지 못하게 하고, 특정한 최상위층 픽셀에 대한 하위층의 픽셀의 양자화에 이용되는 양자화 특성을 제어하고, 하위층 픽셀에서의 양자화 에로가 상위층의 그것과 같은 극성을 갖게 하여 화질의 저하를 억제하면서 비디오 코딩을 가능하게 하고 압축의 효과를 높이게 한다.
(8) 제 8 실시예
도 14은 일반적으로 제8 실시예에 따르는 비디오 신호 엔코딩 장치 (240)를 도시한다. 상기 제8 실시예는 제1 실시예와 마찬가지로 계층적 데이터의 세 계층안에 형성되고, 전송되기 전에 각각 압축되고 엔코딩됨을 나타낸다. 제1 실시예와 같은 구성은 제1 실시예에서의 수식과 도면을 이용하여 나타내어 진다. 상기 비디오 신호 엔코딩 장치(240)는 제1 계층 블럭데이터(D232)를 형성하기 위하여 고해상도 입력 데이터(D231)(이후 "제1 계층 화상 데이터"로 칭함)를 2 라인 X 2 픽셀의 작은 블럭으로 나누기 위한 블럭킹 회로(241)를 이용하고, 그것을 세선화 회로(242)와 평균화 회로(243)에 보낸다.
평균화 회로(243)는 입력 화상 데이터(D230)를 제2 계층화상 데이터(D233)로 1/4로 압축하기 위하여 블럭된 데이터(D232)의 각 블럭에서 픽셀의 값을 평균하고, 그것을 블럭킹 회로(244)로 보낸다. 상기 블럭킹 회로(241)안에서 상기 블럭킹 회로(244)는제2 계층 블럭된 데이터(D234)를 형성하고 그것을 세선화 회로(245)와 평균화 회로(246)로 보내기 위하여 제2 계층 화상 데이터(D233)를 2라인 X 2픽셀의 작은 블럭으로 나눈다.
상기 평균화 회로(243)에서와 같이, 상기 평균화 회로(246)는 제2 계층 화상 데이터(D233)를 1/4로 또는 제1 계층 화상 데이터(D231)를 1/16로 제3 계층 화상 데이터(D235)로 압축하기 위하여 블럭된 데이터(D234)의 각 블럭 안에서 픽셀 값을 평균한다. 즉, 도 4C의 점선으로 도시되는 바와 같이, 상기 평균 회로(243)는 도4B에 도시되는 바와 같이 제2 계층에 대한 하나의 픽셀(예를 들면, Y11)을 생성하기 위하여 상기에 언급한 수학식 1을 이용하여 평균을 계산하기 위한 제1 계층(예를 들면, X11, X12, X21, X22)안에 블럭안에서의 네 개의 픽셀을 이용한다. 픽셀 Y13, Y31,....,은 제1 계층안에서 네 개 픽셀의 평균에 의해 유사하게 생성된다.
유사하게, 상기 평균 회로(246)는 도 4C에서 도시되는 제3 계층에 대한 하나의 픽셀(예를 들면, Z11)을 생성하기 위하여 상기에 언급한 수학식 2를 이용하여 평균을 계산하기 위한 제2 계층(예를 들면, Y11, Y13, Y31, Y23)안에 블럭안에서의 네 개의 픽셀을 이용한다. 픽셀 Z15, Z51,....,은 제2 계층안에서 네 개 픽셀의 평균에 의해 유사하게 생성된다.
세선화 회로(242, 245)는 블럭킹 회로(241, 244)로부터 각각 블럭된 데이터(D232, D234)를 수신하고, 세 개의 남아있는 픽셀로 구성된 세선화된 데이터(D236, D237)를 형성하기 위한 네 개의 픽셀로 구성된 블럭된 데이터(D232, D234)로부터 하나의 픽셀을 지우고, 상기 세선화된 데이터(D236, D237)를 양자화 회로(247, 248)에 각각 보낸다. 즉, 상기 세선화 회로(242)는 도 4B의 점선에서 도시된 바와 같이, 픽셀Y11, Y15, ...을 제거하기 위하여 세선화 작업을 하는 동안 도 4C의 점선에 도시된 픽셀X11, X13,...X22을 제거하기 위하여 세선화 작업을 한다.
그러면, 도 4C와 4B의 실선에서 보이듯이 제1 계층에서 양자화 회로(247)와 제2 계층에서 양자화 회로(248)는 픽셀 X12, X21, X22,...와 Y13, Y31, Y33, ...을 차례로 양자화한다. 제1 계층에 대하여, 전송되기 위한 픽셀의 수는 제1 계층안의 모든 픽셀의 양자화와 전송에 비교하여 1/4으로 감소된다. 제2 계층에 대하여, 전송되기 위한 픽셀의 수는 평균 계산에 의해 생성되는 제2 계층안의 모든 픽셀의 양자화와 전송에 비교하여 1/4으로 감소된다.
일반적으로, 단지 제1 계층 화상 데이터(D231)의 압축과 전송에 비교하여 상기 비디오 신호 엔코딩 장치(240)는 전송된 픽셀의 같은 수를 이용하여 복수개의계층안에서 화상 데이터를 전송할 수 있다. 그 결과로, 상기 비디오 신호 엔코딩 장치(240)는 전송된 정보의 증가된 양 없이 복수 개의 계층안에 화상 데이터를 전송할 수 있다. 세선화 회로(242, 245)에 의해 제거된 픽셀은 간단한 수식을 이용하여 하기에 도시할 디코더(수신기)에 의해 재생된다.
양자화 회로(247, 248, 249)는 정보를 압축하기 위하여 세선화된 데이터(D236, D237)와 제3 계층 화상 데이터(D235)를 예를 들어 두 개의 비트로 만들고, 각각의 픽셀(8 비트)을 재양자화 한다.
이러한 경우에, 양자화 회로(247, 248, 249)는 변조 최소 표준에 따르는 각 픽셀의 양자화 대신 양극 혹은 음극 어느것이라도 가질 수 있는 양자화 에러가 가능하도록 실행한다. 양자화 회로(247)는 양극의 재 양자화 된 데이터(D238A)를, 음극의 재 양자화된 데이터(D238B)를 생성하고, 양자화 회로(248)은 양극의 재 양자화된 데이터(D239A)와, 음극의 재 양자화된 데이터(D239B)를 생성하고, 양자화 회로(249)는 양극의 재 양자화된 데이터(D240A)와, 음극의 재 양자화된 데이터(D240B)를 생성한다. 상기 회로는 상기의 재양자화된 데이터(D238A, D238B, D239A, D239B, D240A, D240B)을 선택자(254, 255, 256)에 보낸다.
전 비디오 신호 엔코딩 장치를 제어하기 위한 제어기(257)로부터 출력된 화상 클럭 신호(CLK1, CLK2, CLK3)는 선택자(254, 255, 256)의 입력이 된다. 상기 선택자는 클럭 신호가 입력이 되어 시간에 의거하는 양극의 재 양자화된 데이터(D238A)와 음극의 재 양자화된 데이터(238B)중 하나와, 양극의 재 양자화된 데이터(D239A)와, 음극의 재 양자화된 데이터(D239B)중 하나와, 양극의 재 양자화된 데이터(D240A)와, 음극의 재 양자화된 데이터(D240B)중 하나를 선택하고, 그것을 가변 길이 코딩 회로(VLC)(50)로 상기 재 양자화된 데이터(D238, D237, D240)으로 재양자화된 데이터를 전송한다. 실질적으로, 제어기(257)로부터의 화상 클럭(CLK1-CLK3)은 하나의 계층으로부터 다음의 상위층까지 1/4 감소되는 화상 클럭 주기를 가진다. 따라서, 만일, 화상 클럭 주기(CLK1)가 f로 주어지면, 화상 클럭 주기(CLK2)는 f/4이고, 화상 주기 클럭(CLK3)의 주기는 f/16이 된다.
양자화 회로(247-249)는 도 15에서 도시된다. 이것은 만일 입력 데이터가 픽셀당 8 비트를 포함하고, 0에서 255사이의 레벨을 가지며, 양자화 값 "0"이 0에서 63사이의 레벨 사이의 출력이고, 양자화 값 "1"이 64에서 127사이의 레벨 사이의 출력이고, 양자화 값 "2"가 128에서 191사이의 레벨 사이의 출력이고, 양자화 값 "3"이 192에서 255사이의 레벨 사이의 출력안에서 2 비트 양자화를 나타낸다. 이것은 또한 일반적으로 양자화 에러를 최소화하는 "변조 최소 표준"이라 칭한다.
상기 변조 최소 표준을 사용하는 대신, 상기 제8 실시예에 따른 양자화 회로(247- 249)는 각 픽셀에서 양자화 에러가 양극 혹은 음극을 다 가질 수 있도록 한다. 만일, 예를들어, 양자화 회로(247-249)에 대한 화상 데이터 입력은 도 15와 같이, 레벨(L1)에 놓여 있고, 양자화 회로(247-249)는 양극의 재 양자화된 데이터(D238A, D239A, D240A)로서 양자화 값 "3"을 출력하여, 음극의 재 양자화된 데이터(D238B, D239B, D240B)로서 양자화된 값 "2"를 출력하여 음극의 양자화 에러(-δ2, 도 15)를 공급하는 반면, 양극의 양자화 에러 값(+δ1, 도 15)을 공급한다.
유사하게, 만일 입력 데이터가 도 15와 같이, 레벨(L2)에 놓여 있고, 양자화 회로(247-249)는 양극의 재 양자화된 데이터(D238A, D239A, D240A)로서 양자화 값 "2"를 출력하고, 음극의 재 양자화된 데이터(D238B, D239B, D240B)로서 양자화된 값 "1"을 출력한다.
도 4C에서 각각의 픽셀은 점선에서와 같이, 블럭안에서 차례로 세선화 회로(242)와, 양자화 회로(247)와, 선택자(254)의 입력이 된다. 픽셀은 X12, X21, X22, X14, X23, X24의 순으로 입력됨에 따라, 제어기(257)로부터 클럭 신호(CLK1)에 의거하여 선택자(254)가 각 블럭에 대해 양극을 가질 수 있도록 양자화된 데이터(D238A)사이에서 선택하고, 음극의 에러를 가지고 선택된 데이터를 출력할 수 있도록 양자화된 데이터(D238B)사이에서 선택한다. 이것은 블럭 안에서 세 개의 픽셀(X12, X21, X22,)이 같은 극의 양자화 에러를 가지는 것을 막고, 블럭안에서 모든 픽셀이 같은 극의 에러를 가질 때 블럭 변조가 일어나는 것을 방지하여 화질을 개선한다.
도 4B에서 각각의 픽셀은 점선에서와 같이, 블럭안에서 차례로 세선화 회로(245)와, 양자화 회로(248)와, 선택자(255)의 입력이 된다. 픽셀은 Y13, Y31, Y33, Y17, Y35, Y37의 순으로 입력됨에 따라, 제어기(257)로부터 클럭 신호(CLK2)에 의거하여 선택자(255)가 각 블럭에 대해 양극을 가질 수 있도록 양자화된 데이터(D239A)사이에서 선택하고, 음극의 에러를 가지고 선택된 데이터를 출력할수 있도록 양자화된 데이터(D239B)사이에서 선택한다. 이것은 블럭 안에서 세 개의 픽셀(Y13, Y31, Y33)이 같은 극의 양자화 에러를 가지는 것을 막고, 블럭안에서 모든 픽셀이 같은 극의 에러를 가질 때 블럭 변조가 일어나는 것을 방지하여 화질을 개선한다.
더 나아가, 도 4A에서 각각의 픽셀은 점선에서와 같이, 블럭안에서 차례로 세선화 회로(246)와, 양자화 회로(249)와, 선택자(256)의 입력이 된다. 픽셀은 Z15, Z51, Z55,.. 의 순으로 입력됨에 따라, 제어기(257)로부터 클럭 신호(CLK3)에 의거하여 선택자(256)가 각 블럭에 대해 양극을 가질 수 있도록 양자화된 데이터(D240A)사이에서 선택하고, 음극의 에러를 가지고 선택된 데이터를 출력할 수 있도록 양자화된 데이터(D240B)사이에서 선택한다. 이것은 블럭 안에서 세 개의 픽셀(Z15, Z51, Z55)이 같은 극의 양자화 에러를 가지는 것을 막고, 블럭안에서 모든 픽셀이 같은 극의 에러를 가질 때 블럭 변조가 일어나는 것을 방지하여 화질을 개선한다.
선택자(254, 255, 256)로부터 출력된 재 양자화된 데이터(D38, D39, D40)는 가변 길이 코딩 회로(VLC)(250-252)에 공급된다. 상기 가변 길이 코딩 회로(250-252)는 가능한 작은 양의 코드를 이용하여 재 양자화된 데이터(D238-D240)를 각각 나타내는 제1 계층 코드된 데이터(D41), 제2 계층 코드된 데이터(D42)와, 제3 계층 코드된 데이터(D43)를 형성하고, 그러한 데이터(D41, D42, D43)를 전송 포맷 변환 회로(153)으로 보내기 위하여 재 양자화된 데이터(D238-D240)안에서 더욱 빈발적으로 생성된 양자화 코드로 더 짧은 허프만(Hoffman)코드를 배치한다.
상기 전송 포맷 변환 회로(253)는 각각의 코드된 데이터의 계층을 식별하기 위하여 식별 코드 또는 구분된 차수에서의 제1 계층 코드된 데이터(D241), 제2 계층 코드된 데이터(D242)와, 제3 계층 코드된 데이터(D243)를 배치함에 의해 전송 화상 데이터(D244)를 형성하고 데이터(D244)를 출력한다. 출력 전송 화상 데이터(D244)는 통신수단(258)을 통하여 수신기로 공급되거나, 기록 수단을 통하여 디스크, 테이프, 반도체 메모리 같은 기록 매체(259)위에 기록된다.
상기에서 언급한 바와 같이, 본 발명의 제8 실시예에 따르면, 각 계층에서의 양자화 회로는 두 종류의 재 양자화된 데이터(즉, 양극의 에러를 가지기 위한 재양자화 데이터와, 음극의 에러를 가지기 위한 양자화 데이터)를 선택자에 출력하고, 이러한 데이터 사이에서 데이터를 선택하고, 그 선택된 데이터를 제어기로부터 공급된 클럭 신호에 따라 출력한다. 그러나 본 발명은 이러한 국면에 한정되지 않고, 선택자가 사용되지 않을 수도 있다. 즉, 제어기(257)로부터 클럭(CLK1, CLK2, CLK3)이 양자화 회로(247, 248, 249)에 각각 직접 공급될 수 있으며, 상기 양자화 회로(247, 248, 249)의 각각이 블럭(X12, X21, X22)내에서 픽셀을 떨게하기 위하여 클럭 신호에 의한 양, 음극의 에러를 가지는 양자를 운반한다. 계속해서, 상기의 실시예에서와 같이, 만일 블럭안에서 모든 블럭이 같은 극성의 에러를 가질때 블럭 변조가 발생하여 화질 저하를 막을 수 있다. 선택자의 부족과 마찬가지로 각 픽셀에 대한 단지 하나의 재 양자화된 데이터를 계산하기 위하여 양자화 회로가 필요하므로 이러한 가변은 회로의 크기를 크게 줄일 수 있다.
디코딩을 위한 비디오 신호 디코더는 도 5에서와 같이, 화상 데이터(D244)를 전송한다.
상기에서 기술한대로, 본 발명의 제8 실시예에 따르는 비디오 신호 엔코딩 장치는 복수 개의 계층에 대한 화상 데이터(D31, D32, D33)를 생성하기 위한 상위층의 픽셀을 생성하기 위하여 복수 개의 하위층의 픽셀의 값을 평균하는데 이용한다.
부가하여, 최상위층, 즉 제3 계층보다 다른 계층에서의 화상 데이터에 대해, 비디오 신호 엔코딩 장치(240)는 간단한 수학적 연산을 이용한 디코더에 의해 재생될 수 있으므로 같은 평균 계산에서 이용된 픽셀중 하나를 제외한다. 계속하여, 비디오 신호 엔코딩 장치(240)는 계층적 구조로 인하여 전송되어질 픽셀의 수의 증가 없이 계층적 코딩 연산을 증가시킬 수 있다.
상기 비디오 신호 엔코딩 장치(240)는 각 계층에서 데이터를 압축하기 위한 각 계층적 화상 데이터를 재 양자화하기 위하여 양자화 회로(247-249)를 이용한다. 그 결과, 상기 재 양자화된 데이터(D238, D239, D240)는 재 양자화 과정에서 유발되는 양자화 에러를 포함한다. 양자화 에러가 커짐에 따라 디코딩된 화상 데이터(D258, D260, D262)는 진 값에 큰 차이를 보이게 되고, 이에 따라 화질은 저하된다.
즉, 디코딩된 픽셀 값 Y11'은 Z11에서 양자화 에러의 네 배의 값에 의해 영향을 받는다. 덧 붙이면, 제1 계층 픽셀 X12, X21, X22, X14, X23, X24의 디코딩된 픽셀 값 X12', X21', X22', X14', X23', X24'은 식 8에서 도시된 바와 같다. 디코딩 되기 위한 제1 계층 픽셀 X13, X31, X33은 식 4에 의해 나타내진다. 디코딩된 값 X13', X31', X33'은 식 9에 나타나 있고, 그 값은 상위층 픽셀 Y13, Y31, Y33에서 양자화 에러의 네 배의 값에 영향 받는다.
제1 계층 픽셀 X11이 시 10과 같이 디코딩 되기 위하여, 디코딩 된 값 X11'은 상위층(제2)의 픽셀 Y13, Y31, Y33에서 양자화 에러의 네 배의 값에 영향 받고, 상위층(제3) 픽셀Z11에서 양자화 에러의 열 여섯 배 값에 의해 영향을 받는다.
디코딩된 픽셀 값 Z11', Y11', Y13'...위의 양자화 에러 E(Z11), E(Y13), E(Y31)의 영향의 크기는 도 6에 도시되고, 이 도면에서 상위층에서 양자화 에러는 하위층에서 디코딩된 값에 크게 영향을 미침을 명백히 알 수 있다.
만일 상위층에서의 디코딩된 값이 양극 혹은 음극의 양자화 에러를 계속 가지면, 그 에러는 상위층에서 블럭 변조로 나타날 뿐만 아니라, 하위층에도 영향을 주게 된다.
따라서, 각 계층에서 화상이 양자화를 통해 압축될때 각각에 인접한 픽셀이 반대의 양자화 극을 가지게 함으로써 양자화 변조를 유발함에 따른 전 계층에서의 화질 저하를 방지한다.
본 발명의 상기 제8 실시예에 따르면 상위층에 대한 하나의 픽셀을 생성하기위하여 같은 평균 연산에서 이용된 복수 개의 하위층 픽셀에 대응하는 화상 데이터(Y11, Y15,..., X11, X13,...의 전송을 하지 못하게 하고, 최상층 픽셀이 양자화 될때 유발되는 양자화 에러의 극성에 의존하여 최상위층 픽셀에 대응하는 하위층 픽셀의 양자화에서 이용된 양자화 특성을 제어하고, 하위층 픽셀에서의 양자화 상기 에러가 최상위층의 양자화에서의 그것과 같은 극성을 가지게 하여 압축 효율을 높이고, 화질의 저하를 개선할 수 있게 한다.
(9) 제 9 실시예
도 16은 일반적으로 제9 실시예에 따르는 비디오 신호 엔코딩 장치(280)를 도시한다. 상기 제9 실시예는 제8 실시예와 비교하여 본 장치는 도 14에서와 같이 계층 사이에 압축과 코딩된 미분 데이터를 제외하면 같은 구조를 가진다. 그러므로, 도 10과 같은 구성에 대해서는 같은 도면 부호가 부여된다.
상기 제4 실시예에 따른 비디오 신호 엔코딩 장치(240)는 펄스 코드 변조(PCM)를 이용하여 각 픽셀을 전송하고, 상기 제9 실시예에 따른 비디오 신호 엔코딩 장치(280)는 미분 펄스 코드 변조(DPCM)를 이용하여 각 픽셀을 전송한다. 그러므로, 상기 비디오 신호 엔코딩 장치(280)는 전송되는 정보의 양을 더욱 감소시킬 수 있다.
구체적으로, 상기 비디오 신호 엔코딩 장치(280)는 미분 회로(281)에 제3 계층 화상 데이터(D235)와 제2 계층 화상 데이터(D234)를 공급한다. 상기 미분 회로(281)는 제2 계층 미분 데이터(D270)를 형성하기 위하여 제3 계층 화상데이터(D235)에서의 픽셀과 제2 계층 블럭된 데이터(D234)에서 공간적으로 대응하는 픽셀사이의 미분 값을 계산하여 이 데이터(D270)를 세선화 회로(282)로 보낸다. 이 경우에, 상기 미분 회로(281)는 식 11에 도시된 바와 같이, 각 픽셀에 대응하는 상위층 픽셀 Z11을 이용하여, 제2 픽셀Y13, Y31, Y33의의 미분 값△Y13, △Y31, △Y33를 결정한다.
상기 비디오 신호 엔코딩 장치(280)는 미분 회로(283)에 제2 계층 화상 데이터(D234)와 제1 계층 화상 데이터(D232)를 공급한다. 상기 미분 회로(283)는 제1 계층 미분 데이터(D271)를 형성하기 위하여 제2 계층 화상 데이터(D234)에서의 픽셀과 제1 계층 블럭된 데이터(D232)에서 공간적으로 대응하는 픽셀사이의 미분 값을 계산하여 이 데이터(D271)를 세선화 회로(284)로 보낸다. 이 경우에, 상기 미분 회로(283)는 식 12에 도시된 바와 같이, 각 픽셀에 대응하는 상위층 픽셀 Y11을 이용하여, 제1 픽셀X12, X21, X22의의 미분 값△X12, △X21, △X22의을 결정한다.
상기 세선화 회로(284, 282)는 블럭킹 회로(241)로부터 블럭된 데이터(D232, D234)를 수신하고, 이 후, 도 14에서와 같이, 세선화 회로(242, 245)에서 블럭된 데이터(D244)를 수신한다.
세선화 회로(284, 282)는 네 개의 픽셀로 구성된 블럭된 데이터(D232, D234)에 상응하기 위한 각 블럭안에서 네 개의 픽셀을 포함하고 제1와 두 반째 계층의 미분 데이터(D271, D270)로부터 하나의 픽셀을 제거한다. 상기 세선화 회로(284, 285)는 세 개의 남아있는 픽셀로 구성된 계층적 미분 세선화된 데이터(D272, D273)를 형성하고, 그 계층적 미분 세선화된 데이터(D272, D273)를 양자화 회로(285, 286)로 전송한다.
각 계층에서 양자화 회로(285, 286, 287)는 각 픽셀의 양자화 대신 양극 혹은 음극 어느것라도 가질 수 있는 양자화 에러가 가능하도록 실행하고, 양극의 양자화 에러(D274A, D275A, D276A)과, 음극의 양자화 에러(D274B, D275B, D276B)를 가질 수 있게 한다. 만일 선택자(254, 255, 256)가 클럭 신호(CLK1, CLK2, CLK3)에 의한 특정한 위치에서 하나의 픽셀을 위한 양극의 재 양자화된 데이터(D274A, D275A, D276A)를 선택하면 음극의 재 양자화된 데이터(D274B, D275B, D276B)는 다음의 픽셀에 선택될 것이다.
선택자(254, 255, 256)로부터 출력된 재 양자화된 데이터(D274, D275, D276)는 가변 길이 코딩 회로(VLC)(250-252)에 공급된다. 제1, 제2, 제3 계층의 코드된 데이터(D277, D278, D279)를 전송 포맷 변환 회로(253)으로 보낸다. 전송 전송 화상 데이터(D288)는 통신수단(257)을 통하여 수신기로 공급되거나, 기록 수단을 통하여 디스크, 테이프, 반도체 메모리 같은 기록 매체(259)위에 기록된다.
타 실시예로, 제어기로부터 클럭 신호가 양자화 회로에 각각 직접 공급될 수 있으며, 상기 제8 실시예에서와 마찬가지로 양극, 음극 모두를 가지는 재 양자화된 데이터를 생성할 수도 있고, 선택자는 사용되지 않을 수 있다.
디코딩을 위한 비디오 신호 디코더는 도 8에서와 같이, 전송 화상 데이터(D280)를 전송한다.
상기에서 기술한대로, 본 발명의 제9 실시예에 따르는 비디오 신호 엔코딩장치(280)는 제2와 제5 실시예와 같이, 최상위층을 제외한 데이터의 전송에 있어 각 계층간의 계층적 미분을 전송한다. 즉, 제3 레벨 계층적 픽셀 Z11의 양자화 에러 E(Z11)의 곱셈 계수가 식 7에서는 "4"이고, 식 19에서는 "2"임을 알 수 있다. 이것은 제2 레벨 계층적 픽셀의 디코딩에서 제3 레벨 계층적 픽셀의 영향이 거의 반으로 줄어듬을 의미한다. 더욱 구체적으로, 식 19로부터 명백하게 보여주듯이, 계층간의 차이가 계산되어, 제3 레벨 계층적 픽셀 Z11의 양자화 에러가 제2 레벨의 계층적 디코딩된 픽셀의 모든 값 Y11', Y13', Y31', Y33' 을 반영할 수 있게 한다. 따라서, 제2 레벨 계층적 픽셀의 디코딩에 있어 제3 레벨의 계층적 픽셀의 양자화 에러에 의한 영향을 줄일 수 있다.
더우기 상기 식 22에서 명백하듯이, 제1 계층 픽셀X11두디코딩된 값 X11'은 Z11에서 양자화 에러의 네 배의 값에 의해, Y13, Y31Y33에서 양자화 에러의 두 배의 값에 의해 영향 받는다.
그러나 식 22와 10은 디코딩된 값 X11'위에 Z11, Y13, Y31, Y33에서 양자화 에러의 효과는 제8 실시예에 비해 아주 작다.
즉, 식 10에서, 제3 레벨 계층적 픽셀 Z11의 양자화 에러가 제2 레벨의 계층적 디코딩된 픽셀 값 Y13, Y31, Y33을 반영할 수 있게 한다. 또한 제1 계층 디코딩된 픽셀 X11'에서 뿐만 아니라, 제1 계층 디코딩된 픽셀의 값 X12', X21', X22' 을 반영할 수 있게 한다.
그러나, 제9 실시예에 상기 식 22에서 명백하듯이, 계층간의 미분이 계산되므로 제3 계층 픽셀 Z11위에서 양자화 에러와 제2 계층 픽셀Y13, Y31, Y33에서 양자화 에러는 제1 계층 디코딩된 픽셀X12', X21', X22' 에서 반영된다. 이러한 실시예는 제1 계층 픽셀의 디코딩에서 제2 및 제3 계층 픽셀에서 양자화 에러의 효과를 줄일 수 있다.
따라서 제9 실시 예에 따른 비디오 신호 엔코딩 장치에서 평균 연산을 통한 입력 데이터(D231)와 인접한 상위층에서의 데이터로부터 얻어진 복수 개의 계층의 각각에서의 화상 데이터 사이의 계층적 미분 데이터를 생성하고, 복수 개의 계층적 코드된 데이터를 생성하기 위한 계층(D272, D273)사이의 복수 개의 미분 데이터와 최상위층 데이터(D235)를 양자화하기 위한 비디오 신호 코딩장치(280)는 미분 픽셀 데이터△Y11, △Y15,...,△X11, △X13,...가 전송되지 못하게 함으로써, 각 계층에서 픽셀 데이터가 양자화할때 양극과 음극 사이의 양자화 에러의 극을 역으로 하고, 그에 따라 압축 효율을 개선하고, 화질 저하를 방지한다. 여기서, 상기 미분 픽셀 데이터는 최상위층과는 다르고, 인접한 하위층에 대응하는 계층의 픽셀을 이용하여 수학적 연산에 의해 디코딩 될 수 있다.
(10) 제 10 실시예
도17은 제 10 실시예에 따른 비디오 신호 엔코딩 장치를 도시한다. 제10 실시예에 비하면, 비디오 신호 엔코딩 장치(500)는 적합성 예측 회로(501 및 502)를제외한 제 10 실시예에 따른 비디오 신호 엔코딩 장치(280)의 것과 유사한 구성을 갖는다.
적합성 예측 회로(501)는 제2 계층 화상 데이터(D234)에 대응하는 제2 계층 예측된 데이터(D500)을 생성하기 위한 제3 계층 화상 데이터(D235)에 기초해서 미리 정해진 예측 과정을 수행한다. 다음에, 제 2계층 예측 데이터는 미분 회로(281)로 보내진다. 마찬가지로, 적합성 예측 회로(502)는 제2 계층 화상 데이터(D234)에 기초해서 미리 정해진 예측과정을 수행하여, 제1 계층 화상 데이터(D232)에 대응하는 제1 계층 예측된 데이터(D501)를 생성한다. 다음에, 제 1계층 예측 데이터는 미분 회로(283)로 보내진다.
그 결과, 적합성 예측 회로(501 및 502)는 복수개의 상위 계층 픽셀로부터 하나의 하위 계층 픽셀을 예측하도록 분류-적합성 처리를 이용한다. 특히, 예측될 하위 계층 픽셀은 하위 계층 픽셀에 공간적으로 가깝게 위치한 복수개의 상위 계층 픽셀들의 레벨 분포에 기초해서 분류된다. 또한, 적합성 예측 회로(501 및 502)는 배움을 통해서 얻어진 각 부류에 대해서 예측된 값 또는 복수개의 예측 계수를 저장하는 메모리를 가지며, 이 메모리로부터, 분류를 통해서 결정된 부류에 대응하는 하나의 예측된 값 또는 복수개의 예측 계수를 판독한다. 예측된 값은 예측된 픽셀로서 직접 사용되는 반면, 예측 계수는 일차적으로 예측된 값을 생성하도록 복수개의 픽셀과 선형으로 결합된다. 예측된 값이 표준화되면, 예측된 픽셀을 생성하도록 예측 처리를 수행한다. 그러한 분류-적합성 처리에 대해서는 미합중국 특허 제08/504,040호에 상세하게 설명되어 있다. 또한 그러한 분류-적합성 처리의 알고리즘은 공지되어 있다. 분류 적합성 처리 알고리즘이 제 10 실시예에 따른 적합성 예측 회로에 사용되었지만, 본 발명은 이러한 양상에 한정되지 않으며, 다른 예측 방법도 사용될 수 있다.
위에서 설명한 바와 같이, 상기 제10 실시예에 따른 비디오 신호 엔코딩 장치(500)는 제9 실시예의 효과를 생성할뿐만 아니라, 각각 미분 회로(283 및 281)로부터 얻어진 제1 계층 미분 데이터(D271') 및 제2 계층 미분 데이터(D270') 사이의 차이를 감소시킴으로써 전송된 정보의 양을 감소시킨다.
또한, 위에서 설명한 제 8 실시예 내지 제10 실시예는 인접한 픽셀 데이터의 양자화 에러의 극성이 모든 계층에서 교대로 반전되는 양자화에 관해서 설명하였지만, 본 발명은 이러한 양상에 한정되지 않으며, 그러한 양자화는 필요에 따라서 선택된 계층에서만 수행될 수도 있다.
또한, 위에서 설명한 제 8 실시예 내지 제10 실시예는 인접한 픽셀 데이터의 양자화 에러의 극성이 모든 계층에서 교대로 반전되는 양자화에 대해서 설명하였지만, 상위 계층에서 양자화 회로는 더큰 수의 양자화 비트(더 작은 양자화 폭)로 더 세밀한 양자화를 수행할 수 있다. 이것은 디코딩하는 동안 화상 품질이 저하되는 것을 감소시킬 수 있다. 이것은 위에서 설명한 바와 같이 디코딩 하는 동안 하위계층에 영향을 미칠 수 있다. 또한, 상위 계층의 양자화 에러가 하위 계층 데이터에 미치는 영향은 최하위 계층으로부터 시작하는 계층의 수와 최상위 계층 데이터를 생성하기 위해 사용된 픽셀의 수에 관련된다. 따라서, 양자화된 비트의 수 또는 양자화 폭은 상기 사항에 의존할 수 있다.
상기 제 8 실시예 내지 제10 실시예는 인접한 픽셀 데이터의 양자화의 반전이 모든 계층에서 교대로 반전되는 양자화에 관해서 설명하였지만, 본 발명은 그에 한정되지 않으며, 그 극성을 교대로 반전하는 대신에, 동일한 극성의 과도한 수의 연속 에러를 피하는 방법으로 양자화 에러의 양을 불규칙적으로 반전하여 얻어질 수 있는 것과 동일한 효과가 상기 실시예에서 얻어질 수 있다.
위에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 제8 내지 제10 실시예는 평균화 작업에 의해서 생성된 복수개의 계층의 화상 데이터를 양자화할 때 인접한 픽셀 데이터의 복수개의 양자화 에러를 불규칙적으로 반전함으로써 디코딩하는 동안 화상 품질이 저하되는 것을 감소시키는 계층적 코딩을 수행할 수 있다.
위에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 제8 실시예 내지 제10 실시예는 평균화 작업에 의해서 생성된 복수개의 계층의 화상 데이터를 양자화할 때 인접한 픽셀 데이터의 복수개의 양자화 에러를 불규칙적으로 반전함으로써 디코딩하는 동안 화상 품질이 저하되는 것을 감소시키는 계층적 코딩을 수행할 수 있다.
(11) 제 11 실시예
도18은 제11 실시예에 따른 비디오 신호 엔코딩 장치를 개략적으로 도시한다. 제 11 실시예는 제1 실시예와 같이, 계층적 데이터의 세 계층이 형성되고, 전송하기 전에 각각 압축 및 엔코딩되는 경우를 도시한다. 제1 실시예와 동일한 부품은 제1 실시예에서 사용한 식과 도면을 사용하여 설명한다. 비디오 신호 엔코딩 장치(340)는 2라인 ×2픽셀의 작은 블록으로 고해상도 입력 데이터(D331)("제1 계층 화상 데이터"로 언급함)를 분리하기 위한 블록킹 회로(341)를 사용하여, 제1 계층블록된 데이터(D332)를 형성하고, 다음에 세선화 회로(342) 및 평균화 회로(343)로 보내진다.
평균화 회로(343)는 입력 화상 데이터(D330)를 제2 계층 화상 데이터(D333)로 1/4까지 압축하고, 그것을 블록킹 회로(344)로 전송한다. 블록킹 회로(341)에서와 같이, 블록킹 회로(344)가 제2 계층 화상 데이터(D333)을 2라인×2픽셀의 작은 블록으로 나뉘어져서, 제2 계층 블록된 데이터(D334)를 형성하고, 다음에 세선화 회로(345) 및 평균화 회로(346)로 보내진다.
평균화 회로(343)에서와 같이, 평균화 회로(346)은 블록된 데이터(D334)의 각 블록에서 픽셀값을 평균하여, 제2 계층 화상 데이터(D333)을 1/4로 압축하거나, 제1 계층 화상 데이터(D331)를 1/16으로 압축하여 제3 계층 화상 데이터(D355)로 만든다. 즉, 도4C의 점선으로 나타낸 바와 같이, 평균화 회로(343)는 도4B에 나타낸 제2 계층의 단일 픽셀(예를들면 Y11)을 생성하도록 위에서 설명한 수학식1을 사용하여 평균화 작업을 수행하기 위해서 제1 계층(의 블록에 있는 네 개의 픽셀들)(예를들면, X11, X12, X21, X22)을 사용한다. 픽셀들(Y13, Y31, ...)도 마찬가지로 제1 계층의 네 픽셀들을 평균함으로써 생성된다.
마찬가지로, 평균화 회로(346)는 도4C에 나타낸 제3 계층의 단일 픽셀(예를들면 Y11)을 생성하도록 위에서 설명한 수학식2를 사용하여 평균화 작업을 수행하기 위해서 제2 계층(의 블록에 있는 네 개의 픽셀들)(예를들면, Y11, Y12, Y21, Y22)을사용한다. 픽셀들(Z15, Z51, ...)도 마찬가지로 제1 계층의 네 픽셀들을 평균함으로써 생성된다.
세선화 회로(342 및 345)는 각각 블록킹 회로(341 및 344)로부터 블록화된 데이터(D341 및 D344)를 수신하고, 네 개의 픽셀로 이루어진 데이터(D332 및 D334)로부터 나머지 세 개의 픽셀들로 이루어진 세선화된 데이터(D336, 337)을 형성하고, 그 세선화된 데이터(D336, 337)을 각각 양자화 회로(347 및 348)로 보낸다. 즉, 세선화 회로(342)는, 도4C의 점선으로 나타낸 바와 같이, 세선화 작업을 사용하여 픽셀(X11, X13, ...)을 제거하며, 세선화 회로(345)는 세선화 작업을 사용하여 도4B의 점선으로 나타낸 바와 같이 픽셀(Y11, Y15, ...)을 제거한다.
따라서, 제1 계층의 양자화 회로(347) 및 제2 계층의 양자화 회로(348)는 각각 도4C 및 4B의 실선으로 나타낸 픽셀(X12, X21, X22, ...) 및 (Y13, Y31, Y33, ...)을 양자화한다. 제1 계층의 경우, 전송될 픽셀의 수는 제1 계층의 모든 픽셀의 양자화와 전송에 비해서 3배로 감소될 수 있다. 제 2 계층의 경우, 전송될 픽셀의 수는 평균화 작업에 의해서 생성되는 제2 계층에 있는 모든 픽셀의 양자화 및 전송에 비해서 3/4배로 감소될 수 있다.
일반적으로, 제1 계층 화상 데이터(D331)만의 압축 및 전송에 비해서, 비디오 신호 엔코딩 장치(340)는 동일한 수의 전송된 픽셀을 사용하여 복수개의 계층에 있는 화상 데이터를 전송할 수 있다. 그 결과, 비디오 신호 엔코딩 장치(340)는 전송된 정보의 양을 증가시키지 않고 복수개의 계층에 있는 화상 데이터를 전송할 수있다. 세선화 회로(342 및 345)에 의해서 제거된 픽셀들은, 간단한 식을 사용하여, 아래에 설명하는 디코더(수신기)에 의해서 복구될 수 있다.
양자화 회로(347, 348 및 349)는 디스토션 최소화 표준화에 따라서 세선화된 데이터(D336) 및 제3 계층 화상 데이터(D335)의 각 픽셀(8비트)를 재양자화한다. 예를들면, 이 양자화 회로는 각 입력 픽셀을 2 비트로 재양자화하고 압축하여, 재양자화된 데이터(D338, D339 및 D340)를 형성한다. 즉, 도19에 나타낸 바와 같이, 입력 데이터가 픽셀 하나당 8개의 픽셀을 포함하고, "0"과 "63" 사이의 레벨을 가지면, 양자화 값 "0"은 "0"과 "63" 사이의 레벨로 출력되고, 양자화 값 "1"은 "64"과 "127" 사이의 레벨로 출력되고, 양자화 값 "2"는 "128"과 "191" 사이의 레벨로 출력되고, 양자화 값 "3"은 "192"와 "255" 사이의 레벨로 출력된다, 그렇게 하여, 양자화 값 "3"은 레벨 L1 입력 픽셀들로 출력되고, 양자화 값 "1"은 레벨 L2 입력 픽셀들로 출력된다.
양자화 회로(347, 348, 349)는 재양자화된 데이터(0338, D339 D340)를 각각 양자화 회로(350, 351, 352)로 보낸다. 역양자화 회로(350, 351, 352)는 역양자화를 수행하여, 재양자화된 데이터(D338, D339 D340)을 다시 원래의 8-비트 데이터로 변환시킴으로써, 디코딩된 데이터(D341, D342, D343)을 생성하고, 이들 데이터(D341, D342, D343)를 양자화 제어 회로(353)으로 전송한다. 즉, 양자화 회로(347 내지 349)에 의해서 얻어진 재양자화 데이터(D338 내지 D340)는 역양자화 회로(350, 351, 352)에 의해서 국부적으로 디코딩되고, 양자화 제어 회로에 입력된다.
제1, 제2, 제3 계층 화상 데이터(D332, D334, D335)는 또한, 양자화 제어 회로(353)으로 공급된다. 역양자화 회로(353)는 역양자화 회로(347 내지 349)로부터 얻은 디코딩된 데이터(D347 내지 D349)의 값을 계층적 화상 데이터(D332, 334 및 335)의 값에 비교하여, 예비 양자화 화상 데이터와 양자화된 화상 데이터의 디코딩된 데이터 사이의 차이, 즉, 양자화 에러값을 결정한다. 이 양자화 에러의 값에 따라서, 양자화 제어 회로(353)는 제1 및 제 계층 양자화 회로(47 및 48)의 양자화 특성을 제어하기 위한 양자화 신호(S301) 및 (S302)를 출력한다.
제11 실시예에 따라서, 양자화 제어 회로(353)는 도20에 나타낸 양자화 제어절차를 수행하여, 양자화 회로(347 및 348)을 제어한다. 이러한 양자화 제어는 각각 각 계층의 공간적으로 대응하는 블록에 제공된다. 즉, 단계(SPO)에 있는 처리절차를 시작한 후에, 양자화 제어 회로(353)는 평균화 회로(346)으로부터 얻어진 제3 계층 화상 데이터(D335)(즉, 실제값) 및 역양자화 회로(352)로부터 얻은 제3 계층 디코딩된 데이터(D343) 사이의 차이를 계산하여, 후속 단계(SP1)에서, 제3 계층의 양자화 에러를 결정한다. 도20은 제3 계층 픽셀(Z11)의 양자화 에러치를 E(Z11)로서 나타낸 것이다.
다음에, 단계 SP2에서, 양자화 제어 회로(353)는 역양자화 회로(351)로부터 얻은 제2 계층 디코딩된 데이터(D342)와 블록킹 회로(344)로부터 얻은 제2 계층 화상 데이터(D334)(즉, 실제값) 사이의 차이를 계산하여, 제2 계층의 양자화 에러값을 결정한다. 이 경우, 제3 계층 픽셀(Z11)에 공간적으로 대응하는 양자화에러치E(Y13), E(Y31), E(Y33)를 나타내었다.
단계 SP3에서, 양자화 회로(353)는 제2 계층 E(Y13), E(Y31), E(Y33)의 공간적으로 대응하는 양자화 에러치의 가장 큰 절대치와 제3 계층 E(Z11)의 양자화 에러치사이의 차이를 계산한다. 이 경우, 하위 계층은 제3 계층의 양자화 에러의 1/4값에 의해서 영향을 받는다. 그래서, E(Y13)가 가장 큰 절대치를 가지면, "A=4×E(Z11)-E(Y13)"이 계산된다. 단계 SP4에서, 차이 "A"의 크기와 극성가 결정한다. 그 결과, 단계(SP5)에서, 양자화 제어 회로 (353)는 결정의 결과에 대응하는 양자화 제어 신호(S2)를 양자화 회로(348)에 전송한다.
(12) 제 12 실시예
도22는 본 발명의 제 12 실시예에 따른 비디오 신호 엔코딩 장치를 개략적으로 나타낸 것이다. 제12 실시예에 비해서, 비디오 신호 엔코딩 장치(600)는 적합성 예측 회로(601 및 602)를 제외한 제12 실시예에 따라 비디오 신호 코딩 장치(380)의 것과 유사하다. 따라서, 도 22에서와 동일한 부품은 동일한 참고번호를 갖는다.
적합성 예측 회로(601)는 제2 계층 영상 데이터(D334)에 대응하는 제2 계층 예측된 데이터(D600)을 생성하기 위해 제3 계층 영상 데이터(D335)에 기초해서 미리 정해진 예측과정을 수행한다. 다음에 제2 계층 예측된 데이터는 미분 회로(381)로 보내진다. 마찬가지로, 적합성 예측회로(602)는 제2 계층 화상 데이터(D334)에 기초해서 미리 정해진 예측 과정을 수행하여, 제1 계층 화상 데이터(D332)에 대응하는 제1 계층 예측된 데이터(D601)을 생성한다. 다음에, 제1 계층 예측된 데이터는 차분 회로(383)으로 보내진다.
그 결과, 적합성 예측 회로(601 및 602)는 복수개의 상위 계층 픽셀로부터 하나의 하위 계층 픽셀을 예측하기 위한 분류 적합성 처리를 이용한다. 특히, 예측될 하위 계층 픽셀은 하위 계층 픽셀에 공간적으로 가까이에 있는 복수개의 상위 계층 픽셀의 레벨 분포에 기초해서 분류된다. 또한, 적합성 예측 회로(601 및 602)는 배움을 통해서 얻은 각 부류의 하나의 예측된 값 또는 복수개의 예측 계수를 저장하는 메모리를 가지며, 이 메모리로부터 분류를 통해서 결정된 부류에 대응하는 하나의 예측된 값 또는 복수개의 예측 계수를 판독한다. 예측된 값은 직접 예측된 픽셀로서 사용되며, 예측 계수는 복수개의 픽셀들과 일차적으로 선형으로 결합하여 예측된 값을 생성한다. 예측된 값이 표준화되면, 사전설정된 처리를 하여 예측된 픽셀을 생성한다. 그러한 분류-적합성 처리에 대한 설명은 미합중국 특허 제 08/504,040호에 상세하게 설명되어 있다. 또한 그러한 분류-적합성 처리의 알고리즘은 공지되어 있다. 분류 적합성 처리 알고리즘이 제 13 실시예에 따른 적합성 예측 회로에 사용되었지만, 본 발명은 이러한 양상에 한정되지 않으며, 다른 예측방법도 사용될 수 있다.
위에서 설명한 바와 같이, 상기 제13 실시예에 따른 비디오 신호 엔코딩 장치(600)는 제9 실시예의 효과를 생성할뿐만 아니라, 각각 미분 회로(383 및 381)로부터 얻어진 제1 계층 미분 데이터(D371) 및 제2 계층 미분 데이터(D370) 사이의 차이를 감소시킴으로써 전송된 정보의 양을 감소시킨다.
또한, 위에서 설명한 제 11, 제12 및 제 13 실시예는 인접한 픽셀 데이터의 양자화 에러의 극성이 모든 계층에서 교대로 반전되는 양자화에 관해서 설명하였지만, 본 발명은 이러한 양상에 한정되지 않으며, 그러한 양자화는 필요에 따라서 선택된 계층에서만 수행될 수도 있다.
또한, 위에서 설명한 제 11, 제12 및 제 13 실시예는 인접한 픽셀 데이터의 양자화 에러의 극성이 모든 계층에서 교대로 반전되는 양자화에 대해서 설명하였지만, 상위 계층에서 양자화 회로는 더큰 수의 양자화 비트(더 작은 양자화 폭)로 더 세밀한 양자화를 수행할 수 있다. 이것은 디코딩하는 동안 화상 품질이 저하되는 것을 감소시킬 수 있다. 이것은 위에서 설명한 바와 같이 디코딩 하는 동안 하위 계층에 영향을 미칠 수 있다. 또한, 상위 계층의 양자화 에러가 하위 계층 데이터에 미치는 영향은 최하위 계층으로부터 시작하는 계층의 수와 최상위 계층 데이터를 생성하기 위해 사용된 픽셀의 수에 관련된다. 따라서, 양자화된 비트의 수 또는 양자화 폭은 상기 사항에 의존할 수 있다.
상기 제 11, 제12 및 제 13 제 실시예는 인접한 픽셀 데이터의 양자화의 반전이 모든 계층에서 교대로 반전되는 양자화에 관해서 설명하였지만, 본 발명은 그에 한정되지 않으며, 그 극성을 교대로 반전하는 대신에, 동일한 극성의 과도한 수의 연속 에러를 피하는 방법으로 양자화 에러의 양을 불규칙적으로 반전하여 얻어질 수 있는 것과 동일한 효과가 상기 실시예에서 얻어질 수 있다.
위에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 제 11, 제12 및 제 13 실시예는 평균화 작업에 의해서 생성된 복수개의 계층의 화상 데이터를 양자화할 때 인접한 픽셀 데이터의 복수개의 양자화 에러를 불규칙적으로 반전함으로써 디코딩하는 동안 화상 품질이 저하되는 것을 감소시키는 계층적 코딩을 수행할 수 있다.
위에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 제 11, 제12 및 제 13 실시예는 평균화 작업에 의해서 생성된 복수개의 계층의 화상 데이터를 양자화할 때 인접한 픽셀 데이터의 복수개의 양자화 에러를 불규칙적으로 반전함으로써 디코딩하는 동안 화상 품질이 저하되는 것을 감소시키는 계층적 코딩을 수행할 수 있다.
(13) 제 13 실시예
도23은 제13 실시예에 따른 비디오 장치(600)을 도시한다. 제12 실시예에 비해서, 비디오 신호 엔코딩 장치(600)는 적합성 예측 회로(601 및 602)를 제외한 제12 실시예에 따라 비디오 신호 코딩 장치(380)의 것과 유사하다. 따라서, 도 22에서와 동일한 부품은 동일한 참고번호를 갖는다.
적합성 예측 회로(601)는 제2 계층 영상 데이터(D334)에 대응하는 제2 계층 예측된 데이터(D600)을 생성하기 위해 제3 계층 영상 데이터(D335)에 기초해서 미리 정해진 예측과정을 수행한다. 다음에 제2 계층 예측된 데이터는 미분 회로(381)로 보내진다. 마찬가지로, 적합성 예측회로(602)는 제2 계층 화상 데이터(D334)에 기초해서 미리 정해진 예측 과정을 수행하여, 제1 계층 화상 데이터(D332)에 대응하는 제1 계층 예측된 데이터(D601)을 생성한다. 다음에, 제1 계층 예측된 데이터는 차분 회로(383)으로 보내진다.
그 결과, 적합성 예측 회로(601 및 602)는 복수개의 상위 계층 픽셀로부터 하나의 하위 계층 픽셀을 예측하기 위한 분류 적합성 처리를 이용한다. 특히, 예측될 하위 계층 픽셀은 하위 계층 픽셀에 공간적으로 가까이에 있는 복수개의 상위 계층 픽셀의 레벨 분포에 기초해서 분류된다. 또한, 적합성 예측 회로(601 및 602)는 배움을 통해서 얻은 각 부류의 하나의 예측된 값 또는 복수개의 예측 계수를 저장하는 메모리를 가지며, 이 메모리로부터 분류를 통해서 결정된 부류에 대응하는 하나의 예측된 값 또는 복수개의 예측 계수를 판독한다. 예측된 값은 직접 예측된 픽셀로서 사용되며, 예측 계수는 복수개의 픽셀들과 일차적으로 선형으로 결합하여 예측된 값을 생성한다. 예측된 값이 표준화되면, 사전설정된 처리를 하여 예측된 픽셀을 생성한다. 그러한 분류-적합성 처리에 대한 설명은 미합중국 특허 제 08/504,040호에 상세하게 설명되어 있다. 또한 그러한 분류-적합성 처리의 알고리즘은 공지되어 있다. 분류 적합성 처리 알고리즘이 제 13 실시예에 따른 적합성 예측 회로에 사용되었지만, 본 발명은 이러한 양상에 한정되지 않으며, 다른 예측 방법도 사용될 수 있다.
위에서 설명한 바와 같이, 상기 제13 실시예에 따른 비디오 신호 엔코딩 장치(600)는 제9 실시예의 효과를 생성할뿐만 아니라, 각각 미분 회로(383 및 381)로부터 얻어진 제1 계층 미분 데이터(D371) 및 제2 계층 미분 데이터(D370) 사이의 차이를 감소시킴으로써 전송된 정보의 양을 감소시킨다.
또한, 위에서 설명한 제 11, 제12 및 제 13 실시예는 인접한 픽셀 데이터의 양자화 에러의 극성이 모든 계층에서 교대로 반전되는 양자화에 관해서 설명하였지만, 본 발명은 이러한 양상에 한정되지 않으며, 그러한 양자화는 필요에 따라서 선택된 계층에서만 수행될 수도 있다.
또한, 위에서 설명한 제 11, 제12 및 제 13 실시예는 인접한 픽셀 데이터의 양자화 에러의 극성이 모든 계층에서 교대로 반전되는 양자화에 대해서 설명하였지만, 상위 계층에서 양자화 회로는 더 큰 수의 양자화 비트(더 작은 양자화 폭)로 더 세밀한 양자화를 수행할 수 있다. 이것은 디코딩하는 동안 화상 품질이 저하되는 것을 감소시킬 수 있다. 이것은 위에서 설명한 바와 같이 디코딩 하는 동안 하위 계층에 영향을 미칠 수 있다. 또한, 상위 계층의 양자화 에러가 하위 계층 데이터에 미치는 영향은 최하위 계층으로부터 시작하는 계층의 수와 최상위 계층 데이터를 생성하기 위해 사용된 픽셀의 수에 관련된다. 따라서, 양자화된 비트의 수 또는 양자화 폭은 상기 사항에 의존할 수 있다.
상기 제 11, 제12 및 제 13 제 실시예는 인접한 픽셀 데이터의 양자화의 반전이 모든 계층에서 교대로 반전되는 양자화에 관해서 설명하였지만, 본 발명은 그에 한정되지 않으며, 그 극성을 교대로 반전하는 대신에, 동일한 극성의 과도한 수의 연속 에러를 피하는 방법으로 양자화 에러의 양을 불규칙적으로 반전하여 얻어질 수 있는 것과 동일한 효과가 상기 실시예에서 얻어질 수 있다.
위에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 제 11, 제12 및 제 13 실시예는 평균화 작업에 의해서 생성된 복수개의 계층의 화상 데이터를 양자화할 때 인접한 픽셀 데이터의 복수개의 양자화 에러를 불규칙적으로 반전함으로써 디코딩하는 동안 화상 품질이 저하되는 것을 감소시키는 계층적 코딩을 수행할 수 있다.
위에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 제 11, 제12 및 제 13 실시예는 평균화 작업에 의해서 생성된 복수개의 계층의 화상 데이터를 양자화할 때 인접한 픽셀 데이터의 복수개의 양자화 에러를 불규칙적으로 반전함으로써 디코딩하는 동안 화상 품질이 저하되는 것을 감소시키는 계층적 코딩을 수행할 수 있다.
(14) 다른 실시예
본 발명은 세 계층에 있는 계층적 화상 데이터(D31, D34, D35)의 생성, 압축-코딩, 전송을 가지고 설명되었지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 평균화 조작이 반복되어 4 또는 5 계층의 화상데이터를 생성하고, 그 데이터를 양자화에 의해서 압축-코딩하고 전송하는 경우에 적용할 수 있다.
또한, 상기 실시예들은 네 개의 하위 계층 픽셀들을 평균함으로써 하나의 상위 계층 픽셀을 생성하는 것으로 설명하였지만, 본 발명은 그러한 양상에만 한정되지 않고, 예를들면, 6 또는 그 이상의 계층적 픽셀로 평균화 조작을 하여, 하나의 상위 계층 픽셀을 생성한다.
또한, 상기 실시예들이 모두 선형인 양자화 회로와 관련하여 설명되었지만, 본 발명은 이것에만 한정되지 않고, 비선형 또는 적합성 양자화 또는 다이내믹 범위-호환성 적용된 양자화에 적용가능하다.
또한, 본 발명의 실시예는 블록도를 사용한 하드웨어로서 설명하였지만, 본 발명은 이러한 것에만 한정되지 않고 CPU 및 메모리를 사용한 소프트웨어로서 실행될 수 있다.
본 발명의 범위를 벗어나지 않고 다양한 변형 또는 수정이 가능하다. 따라서, 본 발명은 이들 실시예에만 한정되지 않는다.
본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였지만, 첨부된 청구범위에 의해서 한정되고, 본 발명의 정신과 범위 이내에 포함되는 변형 또는 수정이 가능하다는 것이 당 업계의 숙련자들에는 명백하다.

Claims (14)

  1. 입력 화상 데이터인 해상도가 가장 높은 최하위 계층의 계층 화상 데이터로부터 순차로 생성된 해상도가 다른 복수의 계층 화상 데이터를 처리하는 화상 신호 처리 방법에 있어서,
    상기 각 계층 화상 데이터를 양자화에 의해 압축 코딩하고, 복수의 계층 데이터를 생성하는 양자화 단계를 포함하고,
    상기 양자화 단계는 상위 계층의 데이터일수록 세밀하게 양자화하도록 되어 있는 화상 신호 처리 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 양자화 단계는 하위 계층 화상 데이터가 디코딩되는 경우에 디코딩된 픽셀값에 대한 상위 계층에서의 양자화 에러의 효과의 정도를 고려하여 상기 계층 데이터 각각을 양자화하는, 화상 신호 처리 방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 양자화 단계는 해상도가 가장 높은 계층으로부터 시작하는 단계의 수 및/또는 상위 계층을 생성하기 위해서 사용된 픽셀의 수에 따라 상기 계층 데이터 각각을 양자화하는, 화상 신호 처리 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 압축 코딩된 복수의 계층 데이터를 전송하는 단계를 더 포함하는, 화상 신호 처리 방법.
  5. 입력 화상 데이터인 해상도가 가장 높은 최하위 계층의 계층 화상 데이터로부터 순차로 생성된 해상도가 다른 복수의 계층 화상 데이터를 처리하는 화상 신호 처리 장치에 있어서,
    상기 각 계층 화상 데이터를 양자화에 의해 압축 코딩하고, 복수의 계층 데이터를 생성하는 양자화 유닛을 포함하고,
    상기 양자화 유닛은 상위 계층의 데이터일수록 세밀하게 양자화하도록 되어 있는, 화상 신호 처리 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 양자화 유닛은 하위 계층 화상 데이터가 디코딩되는 경우에 디코딩된 픽셀값에 대한 상위 계층에서의 양자화 에러의 효과의 정도를 고려하여 상기 계층 데이터 각각을 양자화하는, 화상 신호 처리 장치.
  7. 제5항에 있어서, 상기 양자화 유닛은 해상도가 가장 높은 최하위 계층으로부터 시작하는 단계의 수 및/또는 상위 계층을 생성하기 위해 사용된 픽셀의 수에 따라 상기 계층 데이터 각각을 양자화하는, 화상 신호 처리 장치.
  8. 제5항에 있어서, 상기 압축 코딩된 복수의 계층 데이터를 전송하는 전송 수단을 더 포함하는, 화상 신호 처리 장치.
  9. 입력 화상 데이터인 해상도가 가장 높은 최하위 계층의 계층 화상 데이터로부터 순차로 생성된 해상도가 다른 복수의 계층 화상 데이터를 처리하는 화상 신호 처리 방법에 있어서,
    상기 각 계층 화상 데이터를 양자화에 의해 압축 코딩하고, 복수의 계층 데이터를 생성하는 양자화 단계를 포함하고,
    상기 양자화 단계에서는, 상기 최상위 계층의 계층 화상 데이터의 픽셀 데이터를 양자화한 때의 양자화 에러의 극성에 따라서, 해당 최상위 계층의 픽셀 데이터에 공간적으로 대응하는 하위 계층의 화소 데이터를 양자화할 때의 양자화 특성을, 양자화 에러가 상기 최상위 계층의 픽셀 데이터를 양자화한 때의 양자화 에러의 극성과 동일하게 되도록 제어하는, 화상 신호 처리 방법.
  10. 입력 화상 데이터인 해상도가 가장 높은 최하위 계층의 계층 화상 데이터로부터 순차로 생성된 해상도가 다른 복수의 계층 화상 데이터를 처리하는 화상 신호 처리 장치에 있어서,
    상기 각 계층 화상 데이터를 양자화에 의해 압축 코딩하고, 복수의 계층 데이터를 생성하는 양자화 유닛을 포함하고,
    상기 양자화 유닛에서는, 상기 최상위 계층의 계층 화상 데이터의 픽셀 데이터를 양자화한 때의 양자화 에러의 극성에 따라서, 해당 최상위 계층의 픽셀 데이터에 공간적으로 대응하는 하위 계층의 화소 데이터를 양자화할 때의 양자화 특성을, 양자화 에러가 상기 최상위 계층의 픽셀 데이터를 양자화한 때의 양자화 에러의 극성과 동일하게 되도록 제어하는, 화상 신호 처리 장치.
  11. 입력 화상 데이터인 해상도가 가장 높은 최하위 계층의 계층 화상 데이터로부터 순차로 생성된 해상도가 다른 복수의 계층 화상 데이터를 처리하는 화상 신호 처리 방법에 있어서,
    상기 각 계층 화상 데이터를 양자화에 의해 압축 코딩하고, 복수의 계층 데이터를 생성하는 양자화 단계를 포함하고,
    상기 양자화 단계에서는, 적어도 1개의 계층 화상 데이터를, 인접한 픽셀 데이터에 대해서 양자화 에러의 극성이 랜덤하게 반전하도록 양자화하는, 화상 신호 처리 방법.
  12. 입력 화상 데이터인 해상도가 가장 높은 최하위 계층의 계층 화상 데이터로부터 순차로 생성된 해상도가 다른 복수의 계층 화상 데이터를 처리하는 화상 신호 처리 장치에 있어서,
    상기 각 계층 화상 데이터를 양자화에 의해 압축 코딩하고, 복수의 계층 데이터를 생성하는 양자화 유닛을 포함하고,
    상기 양자화 유닛에서는, 적어도 1개의 계층 화상 데이터를, 인접한 픽셀 데이터에 대해서 양자화 에러의 극성이 랜덤하게 반전하도록 양자화하는, 화상 신호 처리 장치.
  13. 입력 화상 데이터인 해상도가 가장 높은 최하위 계층의 계층 화상 데이터로부터 순차로 생성된 해상도가 다른 복수의 계층 화상 데이터를 처리하는 화상 신호 처리 방법에 있어서,
    상기 각 계층 화상 데이터를 양자화에 의해 압축 코딩하고, 복수의 계층 데이터를 생성하는 양자화 단계를 포함하고,
    상기 양자화 단계에서는, 하위 계층의 픽셀 데이터를 복원할 때 생기는 양자화 에러의 전파의 영향을 고려하여, 상기 전파하는 양자화 에러의 영향이 통합적으로 최소가 되도록 각 픽셀 데이터에 대한 양자화 특성을 제어하는, 화상 신호 처리 방법.
  14. 입력 화상 데이터인 해상도가 가장 높은 최하위 계층의 계층 화상 데이터로부터 순차로 생성된 해상도가 다른 복수의 계층 화상 데이터를 처리하는 화상 신호 처리 장치에 있어서,
    상기 각 계층 화상 데이터를 양자화에 의해 압축 코딩하고, 복수의 계층 데이터를 생성하는 양자화 유닛을 포함하고,
    상기 양자화 유닛에서는, 하위 계층의 픽셀 데이터를 복원할 때 생기는 양자화 에러의 전파의 영향을 고려하여, 상기 전파하는 양자화 에러의 영향이 통합적으로 최소가 되도록 각 픽셀 데이터에 대한 양자화 특성을 제어하는, 화상 신호 처리 장치.
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