KR100567754B1 - 이산 코사인 변환장치 및 방법 - Google Patents

이산 코사인 변환장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 이산 코사인 연산과정에서 비교적 중요도가 낮은 계수의 항을 제거함으로써 변환 연산과정을 현저히 줄일 수 있는 이산 코사인 변환장치 및 방법에 관한 것으로, 영상데이터를 미리 설정된 소정크기를 갖는 복수의 화소블록으로 분할하는 분할부, 분할부에 의해 생성되는 각 화소블록의 행 또는 열의 어느 한 방향에 대하여 1차원 이산 코사인 변환을 수행하는 복수의 제 1 변환모듈과, 복수의 제 1 변환모듈에 의해 변환된 결과를 입력으로 하여 화소 블록의 행 또는 열 중 제 1 변환모듈이 이산 코사인을 수행하지 않은 방향에 대한 1차원 이산 코사인 변환을 수행하는 제 2 변환모듈을 구비하는 이산 코사인 변환부를 포함하되, 복수의 제 2 변환모듈은 각 화소블록의 변환 방향 각각에 대하여 미리 설정된 순서 이후의 출력 데이터는 연산하지 않으며, 영상 데이터를 소정의 크기를 가지는 복수의 화소블록으로 구분하고, 각 화소블록을 행 또는 열로 분리하고 분리된 행 또는 열 중 어느 한 방향에 대하여 1차원 이산 코사인 변환을 1차 수행한 후, 1차 변환단계의 결과를 입력으로 하여 1차 변환단계에서 변환하지 않은 나머지 방향에 대하여 1차원 이산 코사인 변환을 수행하되, 화소블록의 변환방향 각각에 대하여 미리 설정되 순서 이후의 출력 데이터에 대해서는 1차원 이산 코사인 변환을 수행하지 않음으로써, 이산 코사인 연산과정에서 비교적 중요도가 낮은 계수의 항을 제거함으로써 변환 연산과정을 현저히 줄일 수 있어 연산 속도가 빠르며, 데이터의 수가 감소하므로 영상데이터의 전송을 빠르게 할 수 있음은 물론 저장시에도 메모리가 적게 소요되는 효과가 있다.

Description

이산 코사인 변환장치 및 방법{Apparatus and Method for Discrete Cosine Transform}
도 1은 종래의 이산 코사인 변환을 설명하기 위한 설명도,
도 2는 본 발명에 따른 이산 코사인 변환방법을 설명하기 위한 설명도,
도 3은 본 발명에 따른 영상 데이터의 화소블록을 설명하기 위한 설명도,
도 4는 본 발명에 따른 화소블록에 대한 이산 코사인 변환방법을 설명하기 위한 설명도,
도 5는 본 발명에 따른 이산 코사인 변환장치의 구성을 설명하기 위한 블록도,
도 6은 본 발명에 따른 이산 코사인 변환방법을 설명하기 위한 흐름도,
도 7은 본 발명에 따른 이산 코사인 변환부의 구성 및 변환방법을 설명하기 위한 설명도이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
110:분할부 120:DCT부
130:양자화부 140:저장부
row(0) ~ row(N-1):제 1 변환모듈
col(0) ~ col(N-1):제 2 변환모듈
본 발명은 연산의 복잡도가 낮은 이산 코사인 변환장치 및 방법에 관한 것이다.
오늘날 디지털 기술이 발달하면서 영상기술 또한 디지털로 진화하고 있다. 이에 따라 디지털 영상을 저장하거나 혹은 유선인터넷, 무선 인터넷, 모바일 폰 등을 이용하여 디지털 영상을 전송하는 기술이 요구되고 있으며, 이에 대한 기술이 개발되고 있다.
이에 따라서 디지털 영상을 부호화하여 압축하는 기술이 개발되고 있는데, 그 대표적인 것이 DCT라 불리우는 이산 코사인 변환(Discrete Cosine Transform) 방법이다. 상기한 DCT 방법은 영상데이터를 8×8 화소의 블록으로 분해하여 각 블록에 대하여 DCT연산을 수행하는 것이다.
도 1은 종래의 이산 코사인 변환을 설명하기 위한 설명도이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 종래의 이산 코사인 변환방법은 N개의 입력인 f(1) 내지 f(N)에 대하여 DCT룰 수행하여 N개의 신호 F(1) 내지 F(N)를 출력한다.
그런데 상기한 종래의 이산 코사인 변환방법은 입력되는 데이터의 수만큼 변환된 출력 데이터가 생성되기 때문에 연산속도를 증가시키는데 한계가 있으며 데이터가 크기 때문에 영상을 전송하거나 저장하는데 더 많은 수의 비트가 필요하게 되어 전송 및 저장효율이 낮은 단점이 있었다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 이산 코사인 연산과정에서 비교적 중요도가 낮은 계수의 항을 제거함으로써 변환 연산과정을 현저히 줄일 수 있는 이산 코사인 변환장치 및 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이산 코사인 변환장치는, 영상데이터를 미리 설정된 소정크기를 갖는 복수의 화소블록으로 분할하는 분할부,
상기 분할부에 의해 생성되는 상기 각 화소블록의 행 또는 열의 어느 한 방향에 대하여 1차원 이산 코사인 변환을 수행하는 복수의 제 1 변환모듈과, 상기 복수의 제 1 변환모듈에 의해 변환된 결과를 입력으로 하여 상기 화소 블록의 행 또는 열 중 상기 제 1 변환모듈이 이산 코사인을 수행하지 않은 방향에 대한 1차원 이산 코사인 변환을 수행하는 제 2 변환모듈을 구비하는 이산 코사인 변환부를 포함하되,상기 복수의 제 2 변환모듈은 각 화소블록의 변환 방향 각각에 대하여 미리 설정된 순서 이후의 출력 데이터는 연산하지 않는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 이산 코사인 변환 방법은, 영상 데이터를 소정의 크기를 가지는 복수의 화소블록으로 구분하는 단계, 상기 각 화소블록을 행 또는 열로 분리하고 분리된 행 또는 열 중 어느 한 방향에 대하여 1차원 이산 코사인 변환을 수행하는 제 1 변환단계, 상기 제 1 변환단계의 결과를 입력으로 하여 상기 제 1 변환단계에서 변환하지 않은 나머지 방향에 대하여 1차원 이산 코사인 변환을 수행하되, 상기 화소블록의 변환방향 각각에 대하여 미리 설정된 순서 이후의 출력 데이터에 대해서는 1차원 이산 코사인 변환을 수행하지 않는 제 2 변환단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명에 따른 이산 코사인 변환방법을 설명하기 위한 설명도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 이산 코사인 변환방법은 화소블록에 대한 이산 코사인 연산과정에서 비교적 중요도가 낮은 계수의 항을 제거함으로써 변환 연산과정을 현저히 줄일 수 있도록, N개(1 ~ N, 정수)의 입력인 f(1) 내지 f(N)에 대하여 N개 이하의 데이터를 출력한다. 즉, 1 내지 N이 입력되면 N'+1 내지 N에 대한 데이터는 제거하고 1 내지 N'까지를 출력(DCT(N,N'))한다(단, N'은 1≤N'≤N을 만족하는 정수).
도 3은 본 발명에 따른 영상 데이터의 화소블록을 설명하기 위한 설명도이다. 도 4는 본 발명에 따른 도 4는 본 발명에 따른 화소블록에 대한 이산 코사인 변환방법을 설명하기 위한 설명도이다.
도 3 및 도 4를 참조하여 본 발명을 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 실시예에서 영상 데이터의 화소블록은 크기를 가지는 2차원 화소블록으로서 X방향에 대하여 N개(0 ~ N-1)와 Y방향에 대하여 N개(0 ~ N-1)를 가지는 블록이다. 이러한 화소블록의 각 화소는 도 3에 도시한 바와 같이 f(a,b)로 표현할 수 있는데, a, b는 각각 0≤a≤N-1와 0≤b≤N-1을 만족하는 정수이다.
이때 상기한 NxN의 2차원 화소블록에서 각 화소 f(a,b)에 대하여 이산 코사인 변환을 수행하면 F(a,b)를 얻을 수 있는데, F(a,b)는 N×N의 출력 블록의 각 화소 f(a,b) 위치의 계수를 나타낸다.
한편, 도 4에 도시한 바와 같이 본 발명은 연산의 복잡도를 낮추기 위하여 2차원 화소블록을 행(row) 및 열(column)로 분리하고, 행 및 열에 대하여 1차원 이산 코사인 변환을 순차적으로 수행한다. 이를 위해 본 발명은 행(row)에 대하여 N개의 입력에 대하여 N개의 출력을 가지는 1차원 이산 코사인 변환인 DCT(N,N)을 수행한다. 그리고 열(column)에 대하여 N개의 입력에 대하여 N'(N'≤N인 정수)개의 출력을 가지는 감소변환으로서의 1차원 이산 코사인 변환인 DCT(N,N')을 수행한다.
본 실시예에서는 행(row)에 대한 이산 코사인 변환(DCT)을 수행한 후 열(column)에 대한 이산 코사인 변환(DCT)을 수행하나, 그 역의 방법으로도 수행할 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 이산 코사인 변환장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 이산 코사인 변환 시스템은 영상 데이터를 소정의 크기를 가지는 화소블록으로 분해하고, 상기 화소블록별로 이산 코사인 변환을 수행한다.
이를 위해 본 발명에 따른 이산 코사인 변환 시스템은, 영상데이터를 분할하여 소정크기의 화소블록을 생성하기 위한 분할부(110)와, 상기 분할부(110)에서 생 성된 영상데이터의 화소블록에 대하여 이산 코사인 변환을 수행하는 이산 코사인 변환부(이하 "DCT부"라 칭함)(120)와, 상기 DCT(120)에서 이산 코사인 변환된 데이터를 양자화하는 양자화부(130)와, 상기 양자화부(130)에서 양자화된 데이터를 저장하는 저장부(140)를 포함한다.
상기 분할부(110)는 영상 데이터를 소정크기의 화소블록을 생성하는데, 상기 화소블록은 N×N의 크기, 예를 들어 8×8의 크기를 갖는다. 상기 분할부(110)에서 생성된 화소블록은 DCT로 입력된다.
상기 DCT부(120)는 분할부(110)에서 생성된 화소블록을 N개의 행(row)으로 분리하여 각 행에 대하여 1차원 변환인 제 1 이산 코사인 변환을 수행한다. 그리고 DCT부(120)는 상기 제 1 이산 코사인 변환이 수행된 상기 화소블록의 열(column)로 분리하고, 분리된 각 열에 대하여 1차원 변환인 제 2 이산 코사인 변환을 수행한다.
이를 위해 상기 DCT부(120)는 화소블록에 대하여 제 1 및 제 2 이산코사인 변환을 수행하는 구성으로서 후술하는 도 7에 도시된 바와 같이 다수의 변환모듈을 포함한다.
상기 각 변환모듈은 1차원 이산 코사인 변환을 수행하는데, 길이가 N인 1차원 신호 f(n)에 대하여 1차원 DCT(이산 코사인 변환)에 의해 연산되는 DCT 계수 F(k)는 수학식 1과 같이 표현할 수 있다.
Figure 112003004741575-pat00001
, (단 k= 0, 1, ..., N-1)
상기 수학식 1에서, α(k)는
Figure 112003004741575-pat00002
혹은
Figure 112003004741575-pat00003
으로 정의된다.
도 6은 본 발명에 따른 이산 코사인 변환방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 도 7은 본 발명에 따른 이산 코사인 변환부의 구성 및 변환방법을 설명하기 위한 설명도이다.
도 7에 도시한 바와 같이 본 발명에 따른 이산 코사인 변환부(120)는 화소블록의 행(row)을 DCT 변환하기 위한 다수의 제 1 변환모듈인 행변환모듈(row(0) 내지 row(N-1))과, 상기 행변환모듈을 출력을 조합하여 상기 화소블록의 열(column)을 DCT 변환하기 위한 제 2 변환모듈인 다수의 열변환모듈(col(0) 내지 col(N-1))을 포함한다. 본 실시예에서 상기 제 1 변환모듈은 행(row)에 대하여 1차원 이산 코사인 변환을 수행하고 상기 제 2 변환모듈은 열(column)에 대하여 1차원 이산 코사인 변환을 수행하나 그 반대의 경우, 즉 제 1 변환모듈이 열(column)에 대하여 이산 코사인 변환을 수행하고 그 출력신호를 입력으로 하여 제 2 변환모듈이 행(row)에 대한 이산 코사인 변환을 수행할 수도 있다.
이하에서는 도 6 및 도 7을 참조하여 본 발명에 따른 이산 코사인 변환을 상세히 설명하도록 한다.
분할부(110)는 영상데이터로부터 소정 크기의 화소블록을 생성하여 DCT부(120)로 전송한다(S110). 본 실시예에서 상기 화소블록은 NxN의 크기를 가진다.
그리고 DCT부(120)는 제 1 이산코사인 변환을 수행한다(S120). 본 실시예에서 상기 제 1 이산 코사인 변환은 N×N 크기를 가지는 화소블럭의 행(row)에 대하여 전술한 수식 1에 의한 1차원 이산 코사인 변환(DCT)이다.
이를 위해 화소블럭의 N개의 행을 DCT를 위한 N개의 행변환모듈(row(0) 내지 row(N-1))에 각각 입력한다. 각 행변환모듈에는 각 행의 N개의 데이터가 입력된다. 상기 행변환모듈(row(0) 내지 row(N-1))은 N개의 입력에 대하여 N개의 신호를 출력하는 DCT(N,N)인 모듈이다.
상기 행변환모듈 중 제 1 행변환모듈(row(0))에는 화소블럭 제 1 행인 f(0,0) 내지 f(N-1,0)인 N개의 데이터가 입력되고, 제 1 행변환모듈은 f'(0,0) 내지 f'(N-1,0)인 N개의 행 DCT 결과를 출력한다. 또한 제 2 행변환모듈(row(1))에는 화소블럭의 제 2 행인 f(0,1) 내지 f(N-1,1)의 데이터가 입력되고, 제 2 행변환모듈(row(1))은 f'(0,1) 내지 f'(N-1,1)인 N개의 행 DCT 결과를 출력한다.
그리고 화소블록의 N번째 행인 마지막 행(N-1)의 f(0,N-1) 내지 f(N-1,N-1) 는 제 N-1 행변환모듈(row(N-1))로 입력되고, 제 N-1 행변환모듈(row(N-1))은 f'(0,N-1) 내지 f(N-1,N-1)인 N개의 행 DCT 결과를 출력한다.
상기와 같이 N×N 크기를 가지는 화소블록의 N개의 행(row)에 대한 DCT후에는 제 2 이산 코사인 변환을 수행한다(S130). 본 실시예에서 제 2 이산 코사인 변환은 N개의 열(column)에 대한 DCT이다.
단계 S130에서 화소블록의 첫 번째 열에 대한 DCT를 수행하기 위하여, 화소블록의 행(row)의 DCT를 수행하는 제 1 내지 N-1 행변환모듈(row(0) 내지 row(N-1))의 각 첫 번째 출력들은 열(column)의 DCT를 수행하는 제 1 열변환모듈(col(0))의 N개 입력단으로 입력된다.
이에 따라 제 1 열변환모듈(col(0))은 입력신호에 대하여 1차원 이산 코사인 변환을 수행한다. 이때 제 1 열변환모듈(col(0))은 출력신호 F(0,N0) 내지 F(0,N-1)(단, N0는 0<N0≤N-1을 만족하며 정수)는 계수를 영(zero)으로 설정하여 연산을 수행하지 않는다. 연산결과 상기 제 1 열변환모듈(col(0))은 상기 N개의 입력으로부터 F(0,0) 내지 F(0,N0-1)를 출력하고, F(0,N0) 내지 F(0,N-1)의 출력은 영(zero)을 출력한다.
또한 화소블록의 두 번째 열에 대한 DCT를 수행하기 위하여, 화소블록의 행(row)의 DCT를 수행하는 제 1 내지 N-1 행변환모듈(row(0) 내지 row(N-1))의 각 두 번째 출력들은 열의 DCT를 수행하는 제 2 열변환모듈(col(1))의 N개 입력단으로 입력된다.
이에 따라 제 2 열변환모듈(col(1))은 입력신호에 대하여 1차원 이산 코사인 변환을 수행한다. 이때 제 2 열변환모듈(col(1))은 출력신호 F(1,N1) 내지 F(1,N-1)(단, N1는 0<N1≤N-1을 만족하는 정수)는 계수를 영(zero)으로 설정하여 연산을 수행하지 않는다. 연산결과 상기 제 2 열변환모듈(col(1))은 상기 N개의 입력으로부터 F(1,0) 내지 F(1,N1-1)를 출력하고, 출력신호 F(1,N1) 내지 F(1,N-1)는 영(zero)을 출력한다.
그리고 화소블록의 N-1번째 열에 대한 DCT를 수행하기 위하여, 화소블록의 행(row)의 DCT를 수행하는 제 1 내지 N-1 행변환모듈(row(0) 내지 row(N-1))의 각 N-1번째 출력들은 열의 DCT를 수행하는 제 N-1 열변환모듈(col(N-1))의 N개 입력단으로 입력된다.
이에 따라 제 N-1 열변환모듈(col(N-1))은 입력신호에 대하여 1차원 이산 코사인 변환을 수행한다. 이때 제 N-1 열변환모듈(col(N-1))은 출력신호 F(N-1,NN-1) 내지 F(N-1,N-1)(단, NN-1는 0<NN-1≤N-1을 만족하며 정수)는 계수를 영(zero)으로 설정하여 연산을 수행하지 않는다. 연산결과 상기 제 N-1 열변환모듈(col(N-1))은 상기 N개의 입력으로부터 F(N-1,0) 내지 F(N-1,NN-1-1)를 출력하고, F(N-1,NN-1) 내지 F(N-1,N-1)의 출력은 영(zero)을 출력한다.
상기 DCT부(120)에서 이산 코사인 변환이 완료되면 그 데이터는 양자화부(130)에서 양자화 및 코딩된 후 저장부(140)에 저장된다(S140).
본 발명에 의해 이산 코사인 변환이 완료되면 도 8에 도시한 바와 같이 일부 데이터(150)의 계수는 영(zero)으로 미리 정해진다. 즉, 데이터(150)는 계수가 영(zero)으로 미리 정해져서 연산이 이루어지지 않는다.
전술한 바와 같이 상기 본 실시예에서 단계 S130은 N개(0 ~ N-1)의 입력을 가지는 각 열변환모듈(col(0) ~ col(N-1))에서 변수 Nm(0≤Nm≤N-1을 만족하는 정수) 번째 이후의 데이터는 제거하도록 미리 설정한다. 그리고 각 열변화모듈(col(0) ~ col(N-1))별로 상기 Nm을 최대정수(N-1)로부터 일정하게 감소시켜 변수 Nm의 값을 설정하고, 상기 설정된 Nm의 값에 해당하는 순서 이후의 데이터를 제거함으로써 데이터의 수를 감소시켜 연산과정을 단순하게 한다.
또한, 본 발명의 단계 S130은 N개(0 ~ N-1)의 입력에 대하여 변수 Nm(0≤Nm≤N-1을 만족하는 정수)을 미리 설정하고 모든 열변환모듈(col(0) ~ col(N-1))에서 첫 번째부터 상기 Nm-1 번째까지의 데이터만 유효하게 처리하고 상기 Nm번째 이후의 데이터를 제거함으로써 데이터의 수를 감소시켜 연산과정을 단순하게 할 수 도 있다.
또한, 본 실시예에서는 이산 코사인 변환 후 양자화, 코딩 및 저장과정을 수행하지만, 이산 코사인 변환을 마친 데이터를 양자화 혹은 양자화를 수행하지 않고 외부 장치로 출력할 수 도 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 이산 코사인 변환 장치 및 방법 에 의하면, 이산 코사인 연산과정에서 비교적 중요도가 낮은 계수의 항을 제거함으로써 변환 연산과정을 현저히 줄일 수 있어 연산 속도가 빠르며, 데이터의 수가 감소하므로 영상데이터의 전송을 빠르게 할 수 있음은 물론 저장시에도 메모리가 적게 소요되는 효과가 있다.

Claims (11)

  1. 영상데이터를 미리 설정된 소정크기를 갖는 복수의 화소블록으로 분할하는 분할부,
    상기 분할부에 의해 생성되는 상기 각 화소블록의 행 또는 열의 어느 한 방향에 대하여 1차원 이산 코사인 변환을 수행하는 복수의 제 1 변환모듈과, 상기 복수의 제 1 변환모듈에 의해 변환된 결과를 입력으로 하여 상기 화소 블록의 행 또는 열 중 상기 제 1 변환모듈이 이산 코사인을 수행하지 않은 방향에 대한 1차원 이산 코사인 변환을 수행하는 제 2 변환모듈을 구비하는 이산 코사인 변환부를 포함하되,
    상기 복수의 제 2 변환모듈은 각 화소블록의 변환 방향 각각에 대하여 미리 설정된 순서 이후의 출력 데이터는 연산하지 않는 것을 특징으로 하는 이산 코사인 변환 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 제 2 변환모듈 중 N 번째 제 2 변환모듈은, 상기 복수의 제 1 변환모듈의 각 N 번째 출력을 입력으로 하는 것을 특징으로 하는 이산 코사인 변환장치.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 제 2 변환모듈은 이산 코사인 변환을 수행하며 신호제거를 위한 변수를 각각 설정하고, 상기 변수에 해당하는 순서 이후의 출력 데이터는 연산하지 않는 것을 특징으로 하는 이산 코사인 변환장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 다수의 제 2 변환모듈의 상기 변수의 값은 순차적이며 동일 간격인 것을 특징으로 하는 이산 코사인 변환장치.
  7. 영상 데이터를 소정의 크기를 가지는 복수의 화소블록으로 구분하는 단계,
    상기 각 화소블록을 행 또는 열로 분리하고 분리된 행 또는 열 중 어느 한 방향에 대하여 1차원 이산 코사인 변환을 수행하는 제 1 변환단계,
    상기 제 1 변환단계의 결과를 입력으로 하여 상기 제 1 변환단계에서 변환하지 않은 나머지 방향에 대하여 1차원 이산 코사인 변환을 수행하되, 상기 화소블록의 변환방향 각각에 대하여 미리 설정된 순서 이후의 출력 데이터에 대해서는 1차원 이산 코사인 변환을 수행하지 않는 제 2 변환단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이산 코사인 변환방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 변환단계는 N개의 입력에 대하여 N개의 데이터를 출력하는 이산코사인 변환인 것을 특징으로 하는 이산 코사인 변환방법.
  9. 삭제
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 2 변환단계는 입력에 대하여 이산 코사인 변환을 수행하며 신호제거를 위한 변수를 설정하고 첫 번째로부터 상기 변수값에 해당하는 순서 이후의 출력데이터는 연산하지 않는 것을 특징으로 하는 이산 코사인 변환방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 2 변환단계에서 상기 변수의 값은 상기 화소블록의 변환방향 각각에 대하여 일정간격을 가지도록 순차적으로 변화시키는 것을 특징으로 하는 이산 코사인 변환방법.
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