KR100438856B1 - 능동적인 테이블 생성에의한 양자화/역양자화 방법 및 장치 - Google Patents

능동적인 테이블 생성에의한 양자화/역양자화 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

능동적 테이블 생성에 의한 양자화/역양자화 방법 및 장치에 관하여 게시된다. 본 발명의 능동적 테이블 생성에 의한 양자화 방법은 입력되는 임의의 영상에서 복잡도를 추출하는 단계; 상기 추출된 복잡도 및 저주파성분과 고주파성분의 경계의 기울기를 통해 소정의 양자화 테이블을 생성하는 단계; 생성된 양자화 테이블과 양자화 스텝 사이즈의 값을 이용하여 이산코사인변환의 결과를 양자화 처리하는 단계를 포함한다.
본 발명의 능동적 테이블 생성에 의한 역양자화 방법은 양자화 스텝 사이즈에 따라 부호발생량 제어부로부터의 예측에러 코드를 역양자화하는 단계; 상기 역양자화된 영상 데이터를 역이산코사인 변환하여 재생에러신호를 발생시키는 단계; 상기 재생에러신호와 복잡도를 이용하여 영상을 재생하는 단계를 포함한다.
따라서, 입력되는 임의의 영상에 대하여 가장 적합한 양자화 테이블을 생성하여 적용함으로써 고주파 영역을 효과적으로 제거함으로서 비트량을 줄일 수 있으며, 주파수 영역별로 테이블을 손쉽게 구성할 수 있는 효과가 있다.

Description

능동적인 테이블 생성에 의한 양자화/역양자화 방법 및 장치{BY LIVELY TABLE QUANTUM/REQUANTUM MAKING FOR METHOD AND STATUS}
본 발명은 능동적인 테이블 생성에 의한 양자화/역양자화 방법 및 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 입력되는 영상에 가장 적합한 양자화 테이블을 생성하여 적용하는 능동적인 테이블 생성에 의한 양자화/역양자화 방법 및 장치에 관한 것이다.
최근 들어, 활자 매체에서부터 시작된 미디어(media) 산업은 인터넷의 비약적인 발전과 HDTV, 화상 전화의 급속한 발전에 따라 하이퍼텍스트와 같은 문자 중심에서 동영상, 이미지 등의 비주얼한 내용 중심으로 변화하고 있다. 이러한 비주얼 데이터의 경우, 그 데이터량이 방대하여 일반적인 방법에 의한 저장 또는 전송이 성능, 가격 등을 고려할 때 상당히 비효율적이다.
도 1은 종래의 부호화기의 블럭도를 나타내는 도면이고, 도 2는 종래의 MPEG 인트라의 양자화 테이블을 나타내는 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 동영상 압축 방법은 임의의 영상이 입력되면, 복잡도 계산부(110)에서 입력된 영상의 복잡도를 계산하여 양자화부(140)에 전송한다. 이때, 이산코사인변환 처리부(120)에서도 상기 입력된 영상 신호를 이산코사인변환하여 양자화부(140)에 전송한다.
이러한 경우, 상기 양자화부(140)에서는 상기 복잡도 계산부(110) 및 이산코사인변환 처리부(120)로부터 제공받은 소정의 인덱스 정보를 바탕으로 도 2에 도시된 바와 같이 미리 제작된 양자화 테이블에서 영상 압축율을 검출한다.
도 3은 여러 개의 양자화 테이블을 이용한 양자화기의 블럭도를 나타내는 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 국내특허출원 10-1992-013568에는 다양한 종류의 영상을 분석하여 이들을 대표할만한 몇 개의 테이블을 실험적으로 생성하고 부호화기와 복호화기 각각에서 테이블의 값을 약속한 후 부호화시에 선택된 테이블의 인덱스를 전송하는 방법이 기재되어 있다.
상기와 같은 방법은 종래의 표준적인 테이블보다 많은 수의 테이블을 이용함으로써 다양한 영상의 변화에 대처할 수 있다. 그러나, 상기와 같은 경우에는 개별적인 영상 각각을 세밀하게 표현할 수 없으며, 테이블의 수가 증가하면 전송되는 인덱스의 비트량이 늘어남으로써 부호화 효율도 떨어지는 단점이 있다.
두 번째 방법은 부호화기에서 사용한 테이블을 비트열에 포함하여 전송하는 방법으로써 서로 약속된 테이블이 아니더라도 복원할 수 있다
그러나, 테이블 자체를 전송하는 비트량이 기하급수적으로 늘어나게 됨으로써 부호화 효율이 상당히 감소하게 되는 문제점이 있다.
또한, 상기와 같은 방법들은 테이블의 구현 방법에 관한 뚜렷한 기준이 없고, 오버헤드로 인한 비트량의 증가로 화질의 개선이 저조하다. 따라서, 일반적으로 테이블은 권고한 값으로 고정하고, 이를 양자화기에 적용하는 양자화 스텝 사이즈(mquant)의 값을 개선하는데 역점을 두고 있다.
그러나, 상기와 같은 방법들은 주파수 영역에서 고주파와 저주파를 분리하여 생각함으로써 인간의 시각특성을 이용한 파라미터를 추출하였으나 테이블의 값이 고정되어 있으므로 실제 적용 시에는 저주파와 고주파에 똑같이 반영함에 따라 그특성을 반감시키는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 효과적으로 해결하기 위해, 현재 입력되는 영상에 적합한 양자화 테이블을 생성하여 적용하는 능동적 테이블 생성을 위한 양자화/역양자화 방법 및 장치를 제공함에 그 목적이 있다.
도 1은 종래의 부호화기의 블럭도를 나타내는 도면이다.
도 2는 종래의 MPEG 인트라의 양자화 테이블을 니타내는 도면이다.
도 3은 여러 개의 양자화 테이블을 이용한 양자화기의 블럭도를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 부호화기의 부분블럭도를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 복호화기의 부분블럭도를 나타내는 도면이다.
<도면에 나타나는 도면부호에 대한 설명>
400 ; 복잡도 계산수단 410 ; 이산코사인 변환 처리 수단
420 ; 양자화 수단 430 ; 부호 발생량 제어 수단
440 ; 엔트로피 부호화 수단 510 ; 역 양자화 수단
520 ; 역 엔트로피 부호화 수단 530 ; 이산 코사인 변환 처리 수단
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일면은 입력되는 임의의 영상에서 복잡도를 추출하는 단계;상기 추출된 복잡도 및 저주파성분과 고주파성분의 경계의 기울기를 통해 소정의 양자화 테이블을 생성하는 단계;생성된 양자화 테이블과 양자화 스텝 사이즈의 값을 이용하여 이산코사인변환의 결과를 양자화 처리하는 단계를 포함한다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 일면은 양자화 스텝 사이즈에 따라 부호발생량 제어부로부터의 예측에러 코드를 역양자화하는 단계;
상기 역양자화된 영상 데이터를 역이산코사인 변환하여 재생에러신호를 발생시키는 단계;
상기 재생에러신호와 복잡도를 이용하여 영상을 재생하는 단계를 포함한다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 일면은 입력되는 임의의 영상의 움직임 추정 및 보상을 위한 연산처리를 수행하는 복잡도 계산 수단;
상기 입력되는 임의의 영상 데이터를 직교변환하는 이산코사인변환 처리수단;
버퍼의 데이터 저장량이 특정량을 유지하도록 양자화 스텝 사이즈를 제어하는 부호발생량 제어 수단;상기 복잡도 계산 수단에서 계산되어진 복잡도와 저주파성분과 고주파 성분의 경계의 기울기를 이용하여 상기 입력되는 임의의 영상 특성에 적합한 양자화 테이블을 생성하고, 상기 이산코사인변환 처리수단으로부터 제공되는 소정의 영상 데이터를 임의의 스캔 방식 및 생성된 양자화 테이블을 이용하여 양자화하는 양자화 수단;
상기 양자화된 영상 데이터를 부호화하는 엔트로피 부호화 수단으로 이루어진다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 또다른 일면은 양자화 스텝 사이즈에 따라 양자화 수단으로부터 예측에러 코드를 역양자화하는 역양자화수단;
상기 역양자화수단으로부터 신호를 역이산코사인 변환하여 재생에러신호를 발생시키는 이산코사인변환 처리수단;
상기 재생에러신호와 예측신호를 이용하여 복원영상을 생성하는 역 엔트로피 부호화 수단으로 이루어진다.
이하, 첨부된 도 4 및 도 5를 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 능동적인 테이블 생성에 의한 양자화/역양자화 방법에 관하여 상세히 설명하고자 한다.
도 4는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 부호화기의 부분블럭도를 나타내는 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 능동적 테이블을 생성하기 위한 양자화 방법을 구현하기 위해 복잡도 계산 수단(400), 이산코사인변환 처리수단(410), 양자화수단(420), 부호발생량 제어수단(430), 엔트로피 부호화 수단(440)으로 이루어진다.
상기 복잡도 계산 수단(400)은 입력되는 임의의 영상에서의 특성 파라미터를 추출하기 위한 복잡도를 계산한다.
상기 이산코사인변환 처리수단(410)은 입력되는 임의의 영상 데이터 화소를 정방형 블럭으로 분할하고, 화소블럭단위의 영상데이터를 도 2에 도시된 바와 같이 좌측 상단 부분에는 저주파성분의 영상데이터, 우측 하단 부분에는 고주파성분의 영상데이터로 편중 변환한다. 이러한 경우, 우측 하단 부분에 분포된 불필요한 고주파 성분의 영상 데이터를 버림으로써 영상 데이터량을 정보손실이 거의 없이 압축할 수 있다.
상기 양자화 수단(420)은 상기 복잡도 계산 수단(400)에서 계산되어진 복잡도를 반영하여 상기 입력되는 임의의 영상 특성에 적합한 양자화 테이블을 생성하고, 상기 임의의 영상 데이터를 양자화한다.
상기 부호발생량 제어수단(430)은 버퍼(미도시)의 저장량이 특정량을 유지하도록 양자화 스텝 사이즈를 제어한다.
상기 엔트로피 부호화 수단(440)은 상기 부호발생량 제어수단(430)로부터 제공받는 양자화 스텝 사이즈에 따라 상기 이산코사인변환 처리수단(410)로부터 제공되는 신호를 양자화하여 예측에러 코드를 발생한다.
도 5는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 복호화기의 부분블럭도를 나타내는 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 능동적 테이블 생성을 위한 양자화 방법을 구현하기 위한 복호화 장치는 역엔트로피 부호화수단(510), 역양자화 수단(520) 및 이산코사인변환 처리수단(530)으로 이루어진다.
상기 역양자화 수단(520)은 양자화 스텝 사이즈에 따라 예측에러 코드를 복호화하여 복호화기에서 수행되는 영상 복원과정과 동일한 연산을 통하여 복호화기와 동일한 차영상 신호를 복원한다.
상기 역엔트로피 부호화수단(510)은 상기 역양자화기(520)로부터의 신호를 역이산코사인 변환하여 재생에러신호를 가산기(미도시)에 공급한다. 이러한 경우, 재생에러신호와 복잡도로를 이용하여 예측신호를 가산하여 다음에 입력될 영상을 예측하기 위한 새로운 복원영상을 구성한다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 능동적 테이블을 생성하기 위한 양자화 수단을 이용한 양자화 방법을 상세히 설명하고자 한다.
우선, 입력되는 임의의 영상 데이터중 임의의 한 화소블럭 즉, 하나의 코드워드가 입력되면 영상 데이터의 공간주파수 특성에 근거한 상기 이산코사인변환 처리수단(410)에 의하여 저주파성분과 고주파성분이 각각 좌측 상단부분과 우측 하단부분으로 편중 분포된다.
한편, 입력되는 임의의 영상의 복잡도를 추출하기 위해 아래와 같은 식을 이용하기로 한다.
상기 복잡도는 표준편차를 10분의 1로 스케일 다운(scale)한 값으로써 한 블럭 내에 있는 화소 값(x)과 화소 수(n)에 의해 계산되어진다. 이러한 경우, 상기 값이 클수록 변화가 심한 고주파가 많음을 나타내며, 값이 작을수록 변화가 없는 저주파를 나타낸다. 이때, 상기 복잡도는 분산 또는 일반적인 표준편차 등으로 대체될 수 있다.
또한, 입력되는 영상을 복호화기에서 복원된 영상을 이용할 수 있다. 이러한 경우에는 상기 수학식 1에서 계산된 값을 전송할 필요가 없으므로 비트량 오버헤드가 발생되지 않는다.
그런 다음, 상기 복잡도를 참조하여 소정의 양자화 테이블을 생성한다. 이러한 경우, 상기 양자화 테이블을 생성하는 식은 다음과 같다.
여기에서, center는 블럭의 중심을 나타낸다. 예를 들어, 8×8 의 경우에는 Σ24.5가 된다. 상기는 저주파 성분과 고주파 성분의 경계에서의 기울기이다. 이때, 상기에 가장 적합한 값은 0.5~1.2 정도가 적당하다.
상기 수학식 2에 의해 생성된 양자화 테이블은 다음의 수학식 3에 의하여 스케일링된 다음, 표준안에서 보는 바와 같이 양자화된다.
여기에서, F(u,v)는 변환 부호화 후의 계수값, Q(u,v)는 수학식 2를 이용하여 생성된 양자화 테이블이다. 상기 양자화 테이블의 생성을 위하여 사용된 값은 복호화기에서의 역양자화를 위하여 엔트로피 부호화한 다음 전송된다.
상기에서 사용한 수학식 2는 아래의 수학식 4와 같이 1차원으로 변형하여 사용할 수 있다.
여기서, 상기 수학식 2에 나타난는 고주파와 저주파의 경계를 결정지으며 상기의 증가는 양자화 테이블의 분포를 고주파 쪽으로 옮기는 역할을 하여 전체적으로 블럭 내의 DC를 기준으로 좁은 영역에 대해서만 부호화하게 된다. 따라서, 고주파 성분 대부분의 값이 0이 되어 부호화 효율을 높이며 비트율을 감소시킨다.
또한, 상기는 경계에서의 기울기를 나타낸다. 이러한 경우, 상기의 값이 작을수록 완만한 기울기를 가지며, 적당히 작은 값은 양자화 테이블 값의 경계 부분에서 발생할 수 있는 오차를 줄여준다. 상기 수학식 5에서이 0인 경우, 수학식 2는 1/(1+)가 되어 선형 양자화기와 같은 역할을 수행하게 된다. 기울기가 완만할수록 고주파 성분이 많이 포함되어 인간의 시각 특성이 적게 반영된다.
그런 다음, 각각 다른 영역으로 편중 분포된 영상 데이터의 고주파 성분을 제거하기 위하여 양자화 수단(420)에서 양자화 테이블을 생성하고, 상기 양자화 테이블에 의한 양자화 과정에서 저주파성분만이 존재하는 양자화된 영상 데이터로 변환 출력한다.
상기 저주파성분만이 존재하는 영상 데이터는 상기 엔트로피 부호화 수단(440)에 의해 부호화 처리된다.
본 발명은 도면에 도시된 일실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 능동적 테이블 생성에 의한 양자화/역양자화 방법 및 장치에 따르면, 입력되는 임의의 영상에 대하여 가장 적합한 양자화 테이블을 생성하여 적용함으로써 고주파 영역을 효과적으로 제거함으로서 비트량을 줄일 수 있으며, 주파수 영역별로 테이블을 손쉽게 구성할 수 있는 효과가 있다.

Claims (8)

  1. 입력되는 임의의 영상에서 복잡도를 추출하는 단계;
    상기 추출된 복잡도 및 저주파성분과 고주파성분의 경계의 기울기를 통해 소정의 양자화 테이블을 생성하는 단계;
    생성된 양자화 테이블과 양자화 스텝 사이즈의 값을 이용하여 이산코사인변환의 결과를 양자화 처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 능동적 테이블 생성에 의한 양자화 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 양자화 테이블은
    에 의하여 능동적으로 생성되는 것을 특징으로 하는 능동적 테이블 생성에 의한 양자화 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기는 0.5 ~ 1.2인 것을 특징으로 하는 능동적 테이블 생성에 의한 양자화 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 능동적 테이블을 생성하기 위한
    은 고주파와 저주파의 양자화 계수값 경계를 가변되게 설계하는 것을 특징으로 하는 능동적 테이블 생성에 의한 양자화 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 능동적 테이블을 생성하기 위한
    은 상기 고주파 및 저주파 전체의 양자화 계수 레벨 및 기울기가 조절되는 것을 특징으로 하는 능동적 테이블 생성에 의한 양자화 방법.
  6. 양자화 스텝 사이즈에 따라 부호발생량 제어부로부터의 예측에러 코드를 역양자화하는 단계;
    상기 역양자화된 영상 데이터를 역이산코사인 변환하여 재생에러신호를 발생시키는 단계;
    상기 재생에러신호와 복잡도를 이용하여 영상을 재생하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 능동적 테이블 생성에 의한 역양자화 방법.
  7. 입력되는 임의의 영상의 움직임 추정 및 보상을 위한 연산처리를 수행하는 복잡도 계산 수단;
    상기 입력되는 임의의 영상 데이터를 직교변환하는 이산코사인변환 처리수단;
    버퍼의 데이터 저장량이 특정량을 유지하도록 양자화 스텝 사이즈를 제어하는 부호발생량 제어 수단;
    상기 복잡도 계산 수단에서 계산되어진 복잡도 및 저주파성분과 고주파성분의 경계의 기울기를 이용하여 상기 입력되는 임의의 영상 특성에 적합한 양자화 테이블을 생성하고, 상기 이산코사인변환 처리수단으로부터 제공되는 소정의 영상 데이터를 임의의 스캔 방식 및 생성된 양자화 테이블을 이용하여 양자화하는 양자화 수단;
    상기 양자화된 영상 데이터를 부호화하는 엔트로피 부호화 수단으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 능동적 테이블 생성에 의한 양자화 장치.
  8. 양자화 스텝 사이즈에 따라 양자화 수단으로부터 예측에러 코드를 역양자화하는 역양자화수단;
    상기 역양자화수단으로부터 신호를 역이산코사인 변환하여 재생에러신호를 발생시키는 이산코사인변환 처리수단;
    상기 재생에러신호와 예측신호를 이용하여 복원영상을 생성하는 역 엔트로피 부호화 수단으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 능동적 테이블 생성에 의한 역양자화 장치.
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