KR100709376B1 - Searching apparatus for fast vector quantization encoding and method thereof - Google Patents
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Abstract
고속 벡터 양자 부호화를 위한 탐색 장치 및 방법이 개시된다. 전처리부는 각 계층에 대한 부호테이블의 부호어들을 L2-평균(norm)의 올림차 순으로 정렬하여 생성한다. 최소값결정부는 입력벡터와 부호테이블에 존재하는 후보벡터 각각과의 L2-평균을 계산하여 최근접한 L2-평균을 갖는 초기최적부호어를 결정하고 입력벡터와 초기최적부호어와의 거리를 초기최소값으로 결정한다. 연산부에서 수행된 부호테이블에서 일정한 검색순서에 따라 선택된 후보벡터의 L2-평균에 대한 계산을 수행한다. 제어부는 연산부의 계산결과를 초기최소값과 비교하여 수직 및 수평제외조건을 만족여부에 따라 제1 및 제2제거루프부에서 각 계층에 대한 부호테이블로부터 후보벡터를 제거하도록 하는 제어신호를 출력한다. 결정부는 최적조건에 따른 최적정합부호어를 결정한다. 전처리과정을 통해 각 계층에 대해 부호어들의 크기가 올림차 순으로 정렬된 부호테이블을 작성하고 최적정합부호어를 결정하는 과정에서 동일계층 및 하위계층에 대한 부호어의 제거를 일괄적으로 수행함으로써, 전체적인 계산량 및 최적정합부호어의 검색에 소요되는 시간을 단축할 수 있다.Disclosed are a search apparatus and a method for fast vector quantum coding. The preprocessing unit generates the code words of the code table for each layer in the order of ascending order of L 2 -norm. Minimum value determining unit input vector and L 2 of the candidate vectors present in the VLC table-by calculating the average closest L 2 - determining the initial optimal codeword having an average, and an initial minimum value of the distance eel input vector and the initial optimum code Decide on In the code table performed by the calculator, the L 2 -average of the selected candidate vectors is performed according to a predetermined search order. The control unit compares the calculation result of the operation unit with the initial minimum value and outputs a control signal for removing the candidate vector from the code table for each layer in the first and second removal loop units according to whether the vertical and horizontal exclusion conditions are satisfied. The decision unit determines the optimum matching codeword according to the optimal condition. By creating a code table in which the size of the codewords is arranged in ascending order for each layer through the preprocessing process, and eliminating the codewords for the same layer and the lower layer in the process of determining the best match codeword Therefore, the computation time and the time required for searching for the best match code can be shortened.
부호책, L2-평균, 정합, 벡터, 양자화, 전처리Code Book, L2-Means, Match, Vector, Quantization, Preprocessing
Description
도 1은 L2-norm 피라미드 데이터 구조로 표현된 2L×2L 크기의 영상벡터 을 도시한 도면,1 is an image vector of size 2 L × 2 L represented by L 2 -norm pyramid data structure. Drawing,
도 2는 본 발명에 따른 고속 벡터 양자 부호화를 위한 L2-norm 피라미드 기반의 탐색 장치에 대한 일 실시예의 구성을 나타내는 블록도,FIG. 2 is a block diagram illustrating an embodiment of an L 2 -norm pyramid based search apparatus for fast vector quantum encoding according to the present invention; FIG.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명에 따른 고속 벡터 양자 부호화를 위한 L2-norm 피라미드 기반의 탐색 방법에 대한 일 실시예의 흐름도,3A to 3C are flowcharts of an embodiment of an L 2 -norm pyramid based search method for fast vector quantum encoding according to the present invention;
도 4는 부호책 및 각 계층에 대한 테이블의 부호어들을 L2-norm 값들을 올림차 순으로 정렬한 결과를 나타내는 도면, 그리고,FIG. 4 is a diagram illustrating a result of sorting codewords of a code book and a table for each layer in ascending order of L 2 -norm values, and FIG.
도 5는 부호테이블에서 후보벡터를 효율적으로 검색하기 위한 검색순서를 나타내는 도면이다.5 is a diagram illustrating a search order for efficiently searching for candidate vectors in a code table.
본 발명은 고속 벡터 양자 부호화를 위한 탐색 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 L2-norm 피라미드를 기반으로 하여 벡터 양자 부호화시 최적 근사 부호어를 고속으로 탐색할 수 있는 고속 벡터 양자 부호화를 위한 L2-norm 피라미드 기반의 탐색 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a search apparatus and a method for fast vector quantum coding. More particularly, the present invention relates to a fast vector quantum coding capable of searching for an optimal approximation codeword at high speed in a vector quantum coding based on an L 2 -norm pyramid. It relates to a L 2 -norm pyramid based navigation apparatus and method.
벡터 양자화(Vector quantization : VQ)는 비트율-왜곡측면에서 양호한 성능을 보이기 때문에 효과적으로 신호를 압축할 수 있다. 따라서 오랫동안 음성 및 영상 부호화 등 여러 부호화 분야에 많이 적용되어 왔다 영상의 VQ 부호화는 K-차원 유클리디안 공간 RK에서 RK의 유한벡터 집합인 로의 사상 함수 Q로 정의될 수 있다. 즉, Q: RK→로 정의된다. 여기서 ={; i=1, 2, …, N}는 부호책이라 불리우는 복원 벡터들의 집합이며, N은 부호책의 크기를 의미한다.Vector quantization (VQ) shows good performance in terms of bit rate-distortion, and thus can effectively compress the signal. Therefore, it has been applied to many coding fields such as voice and image coding for a long time. VQ coding of images is a finite vector set of K -dimensional Euclidean space R K to R K. It can be defined as the mapping function Q of. That is, Q: R K → Is defined as here = { ; i = 1, 2,... , N} is a set of reconstruction vectors called a code book, and N is the size of the code book.
종래의 벡터 양자화 부호화는 부호화에 앞서 입력 영상을 여러개의 겹치지 않는 블록들(이하 "벡터")로 나눈다. 다음으로, 각 K-차원 입력 벡터 =(x1, x2, …, xk)는 부호책의 모든 부호어(codword)들과 비교된 후, Q()= =(, , …, )의 관계에 따라 가장 근사한 부호어로 양자화된다. Conventional vector quantization coding divides an input image into several non-overlapping blocks (hereinafter, "vectors") prior to encoding. Next, each K-dimensional input vector = (x 1 , x 2 ,…, x k ) is compared with all the codewords of the code book, and then Q ( ) = = ( , ,… , Is quantized as the closest codeword.
제곱 유클리디안 거리(squared Euclicean distance)를 거리 척도로 사용할 경우 와 사이의 거리는 다음 식에 의해 구한다. When using the squared Euclicean distance as the distance scale Wow The distance between them is obtained by the following equation.
또한, 사상 함수 Q는 다음 조건을 만족하는 x에서 yi로의 사상으로 정의된다.In addition, the mapping function Q is defined as the mapping from x to yi that satisfies the following condition.
따라서 상기 [수학식 1] 및 [수학식 2]에 의해 얻어진 최적 정합 부호어의 색인값을 벡터값 대신 복호기에 전송함으로써 압축이 이루어진다. 이때, 복호기는 부호기와 동일한 부호책을 가지며, 복호화는 전송된 색인값을 이용해 테이블검색 과정을 거쳐 간단하게 이루어진다. 이러한 복호화의 단순성이 VQ의 가장 큰 장점이다.Therefore, compression is performed by transmitting the index values of the optimum matching codewords obtained by the
한편, 종래의 벡터 양자화 부호화 과정에서 최적 정합 부호어를 찾기 위해, VQ 부호기들은 일반적으로 전역 탐색 기법(full search algorithm :FSA)을 사용한다. FSA는 입력 벡터와 부호책에 있는 모든 부호어들 간의 유클리디안 거리들을 일일이 계산하고 비교하는 방식이기 때문에 막대한 계산량을 요구한다. 예를 들어, 벡터당 평균 연산 수를 부호화 복잡도의 척도로 할 경우, FSA의 연산 복잡도는 KN이다. 따라서, 부호화 연산량이 벡터 차원과 부호책 크기에 따라 증가하게 되며, 이는 VQ를 실시간 응용 시스템에 적용하기 곤란하게 하는 요인으로 작용한다.Meanwhile, in order to find an optimal match codeword in the conventional vector quantization coding process, the VQ coders generally use a full search algorithm (FSA). The FSA requires a huge amount of computation because it is a method of manually calculating and comparing Euclidean distances between all the codewords in the input vector and the code book. For example, when the average number of operations per vector is used as a measure of coding complexity, the computational complexity of the FSA is KN. Therefore, the amount of coding operations increases with the vector dimension and the code book size, which makes it difficult to apply VQ to a real-time application system.
상기의 문제점을 해결하기 위해, FSA와 동일한 부호화 성능을 보장하는 몇몇 고속 탐색 기법들이 제안되었다. 그 중 하나는 IEEE 영상처리분과의 논문집(2000년 3월 발간)에 게재된 "다중 삼각형 부등식 및 웨이블렛 변환을 이용한 영상의 벡터 양자화를 위한 고속 탐색 알고리즘(Fast Search Algorithms for Vector Quantization of Images Using Multiple Triangle Inequalities and Wavelet Transform)"(선행기술 1)이다. 선행기술 1에서 제안하고 있는 다중 삼각형 부등식 기반의 탐색 기법은 여러 탐색 영역들의 교집합이 최종 탐색 영역으로 결정되므로 탐색 영역 자체가 작아져 계산량을 줄일 수 있다.In order to solve the above problem, several fast searching techniques have been proposed to ensure the same coding performance as FSA. One of them is the Fast Search Algorithms for Vector Quantization of Images Using Multiple Triangles, published in the IEEE Image Processing Division (March 2000). Inequalities and Wavelet Transform) "(prior art 1). In the multi-triangular inequality-based search method proposed in the
다른 하나는 IEEE 비디오 기술에 적용되는 회로 및 시스템분과의 논문집(2000년 2월 발간)에 게재된 "효율적인 제거 조건에 의한 고속 VQ 부호화(Fast VQ Encoding by an Efficient Kick-Out Condition)"(선행기술 2)이다. 선행기술 2에는 유클리디안 거리 척도에 비해 계산량은 적으면서 동일한 성능을 갖는 새로운 거리 척도가 제안되어 있으며, 제안된 거래 척도를 최소화하는 부호어를 찾기 위해서 코쉬-쉬바르쯔(Cauchy-Schwarz) 부등식을 기초로 유도된 식에 의해 신뢰성이 없는 후보 부호어들이 미리 제거된다.The other is "Fast VQ Encoding by an Efficient Kick-Out Condition," published in the Journal of Circuits and Systems for IEEE Video Technology (February 2000). 2). Prior art 2 proposes a new distance measure that has the same performance with less computation as compared to the Euclidean distance measure, and uses the Cauchy-Schwarz inequality to find codewords that minimize the proposed trading measure. Unreliable candidate codewords are eliminated in advance by the equation derived based on.
그러나 종래기술 1 및 종래기술 2는 모두 만족할 만한 처리속도의 개선효과를 보이지 못한다. 종래기술 1의 경우 여러 부등식을 사용하여 불필요한 연산들을 사전에 제거하나 부등식 간의 상호 연관성이 적기 때문에 속도 개선의 한계가 있다. 한편, 종래기술 2의 경우 단 한번의 비교 과정을 통해 신뢰성이 없는 연산을 제거하기 때문에 역시 속도 개선에 한계가 있다.However, both
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, VQ 부호화 속도를 향상시키기 위해 부호어들의 L2-norm 피라미드를 기반으로 하여 고속으로 최적 근사 부호어를 탐색하기 위한 장치 및 방법을 제공하는 데 있다.An object of the present invention is to provide an apparatus and method for searching for an optimal approximation codeword at high speed based on the L 2 -norm pyramid of code words in order to improve the VQ coding speed.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명에 따른 고속 벡터 양자 부호화를 위한 L2-norm 피라미드 기반의 탐색 장치는, 부호어들을 L2-평균(norm)의 올림차 순으로 정렬하여 각 계층에 대한 부호테이블을 생성하는 전처리부; 상기 전처리부에서 생성된 상기 부호테이블을 저장하는 제1저장부; 최상위계층에 대한 상기 부호테이블로부터 입력벡터 와 최근접한 L2-평균을 갖는 초기최적부호어를 결정하여 최소값으로 설정하는 최소값설정부; 상기 최소값을 저장하는 제2저장부; 일정한 검색순서에 따라 상기 부호테이블로부터 후보벡터 를 선정하여 상기 입력벡터 와 [수학식 7]에 따른 거리값을 계산하는 연산부; 상기 후보벡터 가 위치하는 계층 내지 최하위계층에 대한 각각의 상기 부호테이블로부터 일정한 제거조건에 해당하는 상기 부호어를 검색대상에서 제거하는 동작을 반복적으로 수행하는 제1제거루프부; 상기 제2저장부에 저장되어 있는 상기 최소값을 입력벡터 에 대한 최적정합부호어로 결정하여 출력하는 결정부; 및 상기 거리값이 [수학식 8]의 조건을 만족하면 상기 제1제거루프부로 제거동작을 수행하도록 하는 제어신호를 출력하고, 상기 최상위계층의 상기 부호테이블에서 모든 상기 부호어가 제거되면 상기 결정부로 최 적정합부호어의 출력동작을 수행하도록 하는 제어신호를 출력하는 제어부;를 포함한다.L 2 -norm of the pyramid based on the navigation device for the high-speed technical problem both vector according to the present invention, for achieving the coding, the codeword L 2 - for each layer to lift car ordered by the average (norm) A preprocessor for generating a code table for the apparatus; A first storage unit which stores the code table generated by the preprocessor; An input vector from the code table for the highest layer A minimum value setting unit for determining an initial optimum codeword having a nearest L 2 -average value and setting the minimum optimal value to a minimum value; A second storage unit for storing the minimum value; Candidate vectors from the code table in a predetermined search order Select the input vector And a calculation unit for calculating a distance value according to [Equation 7]; The candidate vector A first removal loop unit repeatedly performing an operation of repeatedly removing the codeword corresponding to a predetermined removal condition from the target table from each of the code tables for the hierarchical layer or the lowest hierarchical layer in which a code is located; Input the minimum value stored in the second storage unit A decision unit for determining and outputting an optimal matching coder for the output; And outputting a control signal for performing a removal operation to the first removal loop unit if the distance value satisfies the expression (8), and if all the codewords are removed from the code table of the uppermost layer. And a control unit for outputting a control signal for performing an output operation of the most suitable matching codeword.
바람직하게는, 상기 거리값을 상기 최소값으로 취하여 상기 최소값을 갱신하는 동작, 상기 후보벡터 가 존재하는 상기 부호테이블에 대한 하위계층의 부호테이블로부터 후보벡터 를 선정하여 상기 연산부에서 계산된 상기 [수학식 7]에 의한 계산값을 상기 거리값으로 대치하는 동작, 및 상기 후보벡터 를 각각의 상기 부호테이블로부터 제거하는 동작을 최하위계층에 도달할 때까지 반복적으로 수행하는 제2제거루프부;를 더 포함하며, 상기 제어부는, 상기 거리값이 [수학식 8]의 조건을 만족하지 않으면, 상기 제2제거루프부로 갱신, 대치, 및 제거동작을 수행하도록 하는 제어신호를 출력하며, 상기 제2제거루프부의 동작수행중에 상기 [수학식 8]의 조건을 만족하는 계층에 도달하면 상기 제2제거루프부로 동작수행을 중지하도록 하는 제어신호 및 상기 제1제거루프부로 제거동작을 수행하도록 하는 제어신호를 출력한다.Preferably, taking the distance value as the minimum value and updating the minimum value, the candidate vector A candidate vector from a code table of a lower layer with respect to the code table Selecting and substituting the calculated value according to [Equation 7] calculated by the calculating unit with the distance value, and the candidate vector. And a second removal loop unit which repeatedly performs an operation of removing from each of the code tables until the lowest layer is reached. The control unit further comprises: the distance value satisfies the condition of Equation (8). Otherwise, a control signal is output to the second removal loop unit to perform an update, replacement, and removal operation, and when a layer that satisfies the condition of Equation 8 is reached during the operation of the second removal loop unit. A control signal outputs a control signal for stopping the operation of the second removal loop unit and a control signal for performing the removal operation of the first removal loop unit.
바람직하게는, 본 발명에 따른 고속 벡터 양자 부호화를 위한 L2-norm 피라미드 기반의 탐색 장치는,상기 제거조건은 ∥∥≥∥∥이며, 상기 제거조건을 만족하면, 최하위계층에 도달할 때까지 각각의 계층에 대한 상기 부호테이블로부터 상기 후보벡터 보다 큰 L2-평균(norm)을 같는 부호어들을 검색대상에서 제거하고, 상기 제거조건을 만족하지 않으면, 최하위계층에 도달할 때까지 각각의 계층에 대 한 상기 부호테이블로부터 상기 후보벡터 보다 작은 L2-평균(norm)을 같는 부호어들을 검색대상에서 제거한다.Preferably, the L 2 -norm pyramid based search apparatus for fast vector quantum coding according to the present invention, wherein the removal condition is ∥≥∥ ?, If the elimination condition is satisfied, the candidate vector from the code table for each layer until the lowest layer is reached. If the codewords having a larger L 2 -norm is equal to the target to be removed, and the elimination condition is not satisfied, the candidate vector from the code table for each layer is reached until the lowest layer is reached. Codewords with the same L 2 -norm are removed from the search.
바람직하게는, 본 발명에 따른 고속 벡터 양자 부호화를 위한 L2-norm 피라미드 기반의 탐색 장치는, 상기 입력벡터 의 크기를 계산하여 상기 연산부로 제공하는 크기계산부를 갖는다.Preferably, the L 2 -norm pyramid based search apparatus for fast vector quantum coding according to the present invention includes the input vector. It has a size calculation unit for calculating the size of and provide the calculation unit.
바람직하게는, 상기 전처리부는 각 계층에 대한 상기 부호테이블에서 동일한 부호어는 동일한 위치에 기록한다. Preferably, the preprocessor records the same codeword in the same table in the code table for each layer.
바람직하게는, 상기 검색순서는 상기 초기최적부호어의 전후방을 번갈아가며 검색한다. Preferably, the search order searches alternately before and after the initial optimal code.
바람직하게는, 상기 초기최적부호어는 상기 부호테이블에 대한 이진탐색을 통해 검색된 입력벡터 와 최근접한 L2-평균을 갖는 부호어이다.Preferably, the initial optimal code is an input vector retrieved through a binary search for the code table Is the codeword with the nearest L 2 -average.
바람직하게는, 상기 입력벡터 와 상기 초기최적부호어와의 거리는 [수학식 7]에 의해 계산된다.Preferably, the input vector The distance between the initial optimal code and the equation is calculated by Equation 7.
한편, 본 발명에 따른 고속 벡터 양자 부호화를 위한 L2-norm 피라미드 기반의 탐색 방법은, (a) 부호어들을 L2-평균(norm)의 올림차 순으로 정렬하여 각 계층에 대한 부호테이블을 생성하는 단계; (b) 입력벡터 와 최근접한 L2-평균을 갖는 초기최적부호어를 결정하고 상기 입력벡터 와 상기 초기최적부호어와의 거리를 최소값으로 설정하는 단계; (c) 일정한 검색순서에 기초하여 상기 최상위계층의 상기 부호테이블에서 후보벡터 를 선택하는 단계; (d) 선택된 상기 후보벡터 에 대한 [수학식 7]에 의해 계산된 거리값이 상기 최소값에 대해 [수학식 8]을 만족하는지 여부를 판단하는 단계; (e) 상기 (d)단계에서 상기 거리값이 상기 최소값에 대해 상기 [수학식 8]을 만족하면 모든 하위계층에 대한 상기 부호테이블로부터 일정한 제거조건에 해당하는 상기 부호어를 검색대상에서 제거하는 단계; 및 (f) 상기 최하위계층에 제거되지 않은 상기 부호어가 존재하면 상기 (c)단계로 진행하고, 상기 최하위계층에 제거되지 않은 상기 부호어가 존재하지 않으면 현재의 상기 최소값을 최적정합부호어로 결정하는 단계;를 포함한다.On the other hand, L 2 -norm of the pyramid-based search method for high-speed vector encoding both according to the invention, the (a) codeword L 2 - sorted in ascending order of the average difference (norm) of the code table for each layer Generating; (b) input vector Determine an initial optimal code with L 2 -means closest to Setting a distance between the initial optimal code and a minimum value; (c) candidate vectors in the code table of the highest layer based on a predetermined search order; Selecting a; (d) the candidate vector selected Determining whether the distance value calculated by Equation 7 for Equation 7 satisfies Equation 8 with respect to the minimum value; (e) in step (d), if the distance value satisfies Equation 8 with respect to the minimum value, removing the codeword corresponding to a predetermined elimination condition from the code table for all lower layers from the search target. step; And (f) if the codeword not removed in the lowest layer exists, proceeding to step (c), and if the codeword not removed in the lowest layer does not exist, determining the current minimum value as the best match code. It includes;
상기 (d)단계에서 상기 거리값이 상기 최소값에 대해 상기 [수학식 8]을 만족하지 않는 것으로 판단되면, (d1) 상기 거리값을 상기 최소값으로 취하여 상기 최소값을 갱신하는 단계; 및 (d2) 상기 후보벡터 가 속하는 계층이 최하위계층인가를 판단하는 단계;를 포함하며, 상기 (d2)단계에서 최하위계층으로 판단되면 상기 (f)단계로 진행한다.If it is determined in step (d) that the distance value does not satisfy the expression (8) with respect to the minimum value, (d1) taking the distance value as the minimum value and updating the minimum value; And (d2) the candidate vector. And determining whether the layer to which the layer belongs is the lowest layer. If it is determined as the lowest layer in step (d2), the process proceeds to step (f).
상기 (d2)단계에서 상기 최하위계층이 아닌 것으로 판단되면, 다음 하위계층에 대한 상기 부호테이블에서 상기 후보벡터 를 선택하고 상기 (d)단계로 진행한다.If it is determined in the step (d2) that it is not the lowest layer, the candidate vector in the code table for the next lower layer Select and proceed to step (d).
바람직하게는, 상기 제거조건은 ∥∥≥∥∥이며, 상기 제거조건을 만족하면, 최하위계층에 도달할 때까지 각각의 계층에 대한 상기 부호테이블로부터 상기 후보벡터 보다 큰 L2-평균(norm)을 같는 부호어들을 검색대상에서 제거하고, 상기 제거조건을 만족하지 않으면, 상기 최하위계층에 도달할 때까지 각각의 계층에 대한 상기 부호테이블로부터 상기 후보벡터 보다 작은 L2-평균(norm)을 같는 부호어들을 검색대상에서 제거한다.Preferably, the removal condition is ∥≥∥ ?, If the elimination condition is satisfied, the candidate vector from the code table for each layer until the lowest layer is reached. If the codewords having the same L 2 -norm are larger than the search target, and the elimination condition is not satisfied, the candidate vector from the code table for each layer is reached until the lowest layer is reached. Codewords with the same L 2 -norm are removed from the search.
바람직하게는, 상기 (a)단계에서 각 계층에 대한 부호테이블에서 동일한 부호어는 동일한 위치에 기록된다.Preferably, in step (a), the same codeword is recorded at the same position in the code table for each layer.
바람직하게는, 상기 (b)단계에서 부호테이블에 대한 이진탐색을 통해 검색된 입력벡터 와 최근접한 L2-평균을 갖는 부호어를 초기최적부호어로 선택하며, 입력벡터 와 초기최적부호어와의 거리는 [수학식 7]에 의해 계산된다.Preferably, the input vector searched through the binary search for the code table in the step (b) Codeword with the nearest L 2 -average as the initial optimal code and selects the input vector. And the distance between the initial optimal code and Equation 7 are calculated by Equation 7.
바람직하게는, 상기 (c)단계에서 검색순서는 초기최적부호어의 전후방을 번갈아가며 검색한다.Preferably, in the step (c), the search order alternately searches the front and rear of the initial optimal codeword.
전처리과정을 통해 각 계층에 대해 부호어들의 크기가 올림차 순으로 정렬된 부호테이블을 작성하고 최적정합부호어를 결정하는 과정에서 동일계층 및 하위계층에 대한 검색을 동시에 수행함으로써, 전체적인 계산량 및 검색에 소요되는 시간을 단축할 수 있다.Through the preprocessing process, the code table is arranged in ascending order of codewords for each layer, and the same and lower layers are simultaneously searched in the process of determining the best match codeword. It can shorten the time required for.
L2-norm 피라미드 데이터 구조에서, 영상은 여러 계층들로 분할되며, 각 계층 영상들은 원 영상에 비해 낮은 해상도를 갖는다. 도 1은 L2-norm 피라미드 데이터 구조로 표현된 2L×2L 크기의 영상벡터 을 도시한 것이다. 도 1에서 2L×2L 크기의 영상벡터 의 피라미드는 {, …, , , , …, }의 행렬 집합으로 정 의된다. 여기서 은 2 l -1×2 l -1의 크기를 가지며 의 해상도를 1/4로 줄인 영상에 해당한다. 결국 는 한 화소에 해당한다. In the L 2 -norm pyramid data structure, an image is divided into layers, and each layer image has a lower resolution than the original image. 1 is an image vector of size 2 L × 2 L represented by L 2 -norm pyramid data structure. It is shown. 1, 2 L × 2 L size image vector The pyramid of { ,… , , , ,… , } Is defined as a set of matrices. here Has a size of 2 l -1 × 2 l -1 Corresponds to the image whose resolution is reduced to 1/4. finally Corresponds to one pixel.
피라미드 데이터 구조는 현재 계층의 각 화소가 상위 계층의 인접한 2×2 화소 블록에 연산을 취하여 얻어지는 방식으로 구성된다. 즉, 계층 l-1의 한 화소 u l -1(m,n)은 계층 l에서 대응하는 2×2 인접 화소들 u l (2m-1, 2n-1), u l (2m-1, 2n), u l (2m, 2n-1), u l (2m, 2n)로부터 얻어진다. 이 과정을 식으로 표현하면 다음의 식과 같다.The pyramid data structure is constructed in such a way that each pixel of the current layer is obtained by performing an operation on adjacent 2x2 pixel blocks of the upper layer. That is, one pixel of a layer l -1 u l -1 (m, n ) is the 2 × 2 adjacent pixels corresponding in the layer l u l (2m-1, 2n-1), u l (2m-1, 2n ), u l (2m, 2n-1), u l (2m, 2n). This process is expressed as the following equation.
상기 [수학식 3]에서 O()는 연산함수를 의미하며, 함수 O에 따라 많은 종류의 영상 피라미드들이 존재한다. 가장 간단한 피라미드 구조가 L1-norm 피라미드 구조이며, 인접한 2×2 화소들의 평균을 취함으로써 얻어진다. 이외에 L2-norm 피라미드 데이터 구조가 얻어질 수 있으며 본 발명에서는 L2-norm 피라미드를 사용하여 고속 탐색 방법을 구현한다.In Equation 3, O () denotes an operation function, and there are many kinds of image pyramids according to the function O. The simplest pyramid structure is the L 1 -norm pyramid structure, which is obtained by taking the average of adjacent 2 × 2 pixels. In addition, an L 2 -norm pyramid data structure can be obtained, and the present invention implements a fast search method using the L 2 -norm pyramid.
L2-norm 피라미드 데이터 구조에서 최하위 계층은 원 영상 자체이며, 최상위 계층은 그 영상 전체의 L2-norm에 해당한다. 계층 l-1에서의 L2-norm 화소 u k-1(m,n) 은 다음의 식에 의해 얻어진다.In the L 2 -norm pyramid data structure, the lowest layer is the original image itself, and the highest layer corresponds to the L 2 -norm of the entire image. The L 2 -norm pixel u k-1 (m, n) in the layer l -1 is obtained by the following equation.
이하에서 본 발명에 따른 고속 벡터 양자 부호화를 위한 L2-norm 피라미드 기반의 고속 탐색 방법에 대해 상세하게 설명한다. Hereinafter, an L 2 -norm pyramid based fast search method for fast vector quantum coding according to the present invention will be described in detail.
먼저, 본 발명에 따른 고속 벡터 양자 부호화를 위한 L2-norm 피라미드 기반의 고속 탐색 방법에 있어 측정자를 정의한다.First, a measurer is defined in the L 2 -norm pyramid based fast search method for fast vector quantum coding according to the present invention.
입력벡터 의 최적정합부호어 을 찾기 위해서는 부호책 내의 모든 부호어들과 입력벡터 를 비교하여야 한다. 이러한 과정은 =Q()로 표현될 수 있다. 대부분의 벡터 양자화 기반의 부호기가 제곱 유클리디안 거리를 양자화를 위한 측정자로 사용하기 때문에 본 발명에서도 제곱 유클리디안 거리 즉, L2-norm 거리를 기본적인 측정자로 한다. 이 때, 상기 [수학식 2]는 다음과 같이 재정리된다.Input vector Best Match Code To find all the codewords and input vectors in a codebook, Should be compared. This process = Q ( Can be expressed as Since most vector quantization-based coders use the square Euclidean distance as a measurer for quantization, in the present invention, the square Euclidean distance, that is, L 2 -norm distance, is used as a basic measurer. At this time, Equation 2 is rearranged as follows.
벡터 양자화의 궁극적인 목표는 상기 [수학식 5]를 최소화하는 부호어를 찾는 것이다. 그러나 이와 동일한 결과를 가지면서 시간을 절약할 수 있는 방법은 다음 조건을 만족하는 부호어를 찾는 것이다. The ultimate goal of vector quantization is to find a codeword that minimizes Equation 5 above. However, a time-saving way to achieve the same result is to find a codeword that satisfies the following conditions.
상기 식에서 d'(, )는 아래와 같다.Where d '( , ) Is shown below.
한편, 상기 [수학식 6]에서 ∥∥2는 모든 부호어들에 대해 공통항이기 때문에 제거해도 무방하다. 따라서, {∥∥| 1≤i≤N }이 전처리 과정을 통해 미리 알려져 있다면 상기 [수학식 6]을 계산하는 것이 상기 [수학식 1]을 계산하는 것보다 빠르다. 따라서 본 발명에 따른 고속 탐색 방법은 상기 [수학식 1]의 유클리디안 거리를 최소화하는 것이 아니라, 상기 [수학식 6]의 d' 거리를 최소화하는 데 초점을 맞춘다.On the other hand, ∥in Equation 6 above Since 2 is a common term for all codewords, it can be removed. Thus, {∥ ∥ | If 1≤i≤N} is known in advance through the pretreatment process, calculating [Equation 6] is faster than calculating [Equation 1]. Therefore, the fast search method according to the present invention focuses on minimizing the d 'distance of Equation 6, not minimizing the Euclidean distance of
현재까지 부호책의 부호어들 중 일부가 조사되었다고 가정할 때, 현재까지의 최소 거리를 dmin이라고 정의한다. 상기 [수학식 6]과 코쉬-쉬바르쯔 부등식에 의해 다음 식을 유도할 수 있다.Assuming that some of the codewords in the code book have been examined so far, the minimum distance to date is defined as d min . The following equation can be derived by the above Equation 6 and the Kosch-Schwartz inequality.
따라서 부호어 가 아래의 조건을 만족하면, 항상 d'(, )≥dmin 이므로 를 후보에서 제거할 수 있다. 즉, 는 현재까지의 최적근사부호어보다 입력벡터 에 더 근사할 수 없기 때문에 더 이상의 거리계산없이 제거될 수 있다. So codeword Is always satisfied by d '( , ) ≥d min Can be removed from the candidate. In other words, Is the input vector rather than the best approximation Since it is no closer to, it can be removed without further distance calculation.
또한 {∥∥| 1≤i≤N }이 전처리 과정을 통해 미리 계산되어 있으므로 입력벡터 에 대한 상기 조건의 계산은 매우 간단하다.Also {∥ ∥ | 1≤i≤N} is precomputed through preprocessing, so the input vector The calculation of the above conditions is very simple.
이제, 상기 [수학식 7]을 일반적인 경우로 확장한다. 벡터차원 K가 2L×2L이라 하고, 입력벡터 와 부호어 의 계층 l에서의 벡터들을 각각 과 로 표현하기로 한다. 이 때, =∥∥이다. 그러면 코쉬-쉬바르쯔 부등식으로부터 다음 부등식을 유도할 수 있다.Now, Equation 7 is extended to the general case. The vector dimension K is 2L × 2L, and the input vector is And codeword Each of the vectors in layer l of and It is expressed as. At this time, = ∥ It is. Then we can derive the next inequality from the Kosch-Schwartz inequality.
상기 [수학식 9]에서 은 의 k번째 원소를 가리키며, 계층 l+1의 바로 인접한 2×2 화소들의 L2-norm에 해당한다. 상기 [수학식 9]로부터 상기 [수학식 7]은 다음과 같이 일반화될 수 있다.In Equation 9 above silver Points to the k-th element of, and corresponds to L 2 -norm of immediately adjacent 2 × 2 pixels of the
상기 [수학식 10]에서, 이며, 이다.In Equation 10, Is, to be.
상기 [수학식 10]를 증명과정은 다음과 같다.The process of demonstrating [Equation 10] is as follows.
계층 l에서 두 벡터 , 의 내적은,Two vectors in layer l , Of the inner product,
이다. to be.
한편, 1차원 관점에서 이므로 계층 l-1에서 두 벡터의 내적은,On the other hand, from a one-dimensional perspective Since the dot product of the two vectors in layer l -1,
이다. 따라서 계층 l 및 계층 l-1에서 두 벡터의 내적 및 코쉬-쉬바르쯔 부등식으로부터,to be. Therefore, from the dot product and the Kosch-Schwartz inequality of the two vectors at layer l and layer l- 1,
즉, 을 의미한다. 따라서 이를 일반화하면 다음과 같다.In other words, Means. Therefore, generalizing it is as follows.
도 2는 본 발명에 따른 고속 벡터 양자 부호화를 위한 L2-norm 피라미드 기반의 고속 탐색 장치(20)에 대한 일 실시예의 구성을 나타내는 블록도이다.2 is a block diagram showing the configuration of an embodiment of the L 2 -norm pyramid based fast search apparatus 20 for fast vector quantum coding according to the present invention.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 고속 벡터 양자 부호화를 위한 L2-평균 피라미드 기반의 탐색 장치(20)는, 전처리부(21), 부호테이블저장부(22), 최소값설정 부(24), 최소값저장부(25), 연산부(23), 제1제거루프부(28), 제2제거루프부(29), 결정부(27) 및 제어부(26)를 갖는다.Referring to FIG. 2, the L 2 -average pyramid-based search apparatus 20 for fast vector quantum encoding according to the present invention includes a
전처리부(21)는 부호어들을 L2-평균(norm)의 올림차 순으로 정렬하여 각 계층에 대한 부호테이블을 생성한다. 전처리부(21)에서 생성된 각 계층에 대한 부호테이블은 부호테이블저장부(22)에 저장된다. 한편, 전처리부(21)는 각 계층에 대한 부호테이블에서 동일한 부호어는 동일한 위치에 기록한다. The
최소값설정부(24)는 최상위계층에 대한 부호테이블로부터 입력벡터 와 최근접한 L2-평균을 갖는 초기최적부호어를 결정하여 최소값으로 설정한다. 최소값설정부(24)에서 설정된 최소값은 최소값저장부(25)에 저장된다. 최소값설정부(24)에서 결정된 초기최적부호어는 부호테이블에 대한 이진탐색을 통해 검색된 부호어이며, 입력벡터 와 초기최적부호어와의 거리는 [수학식 7]에 의해 계산된다.The minimum
연산부(23)는 일정한 검색순서에 따라 부호테이블로부터 후보벡터 를 선정하여 입력벡터 와 [수학식 7]에 따른 거리값을 계산한다. 연산부(23)는 초기최적부호어의 전후방을 번갈아가며 검색하여 부호테이블로부터 후보벡터 를 선정한다.The calculating
제1제거루프부(28)는 후보벡터 가 위치하는 계층 내지 최하위계층에 대한 각각의 부호테이블로부터 일정한 제거조건에 해당하는 부호어를 검색대상에서 제거하는 동작을 반복적으로 수행한다. 제거조건은 ∥∥≥∥∥로 설정되며, 제1제거루프부(28)는 연산부(23)에서 계산한 거리값이 제거조건을 만족하면, 최하위계층에 도달할 때까지 각각의 계층에 대한 부호테이블로부터 후보벡터 보다 큰 L2-평균(norm)을 같는 부호어들을 검색대상에서 제거하고, 제거조건을 만족하지 않으면, 최하위계층에 도달할 때까지 각각의 계층에 대한 부호테이블로부터 상기 후보벡터 보다 작은 L2-평균(norm)을 같는 부호어들을 검색대상에서 제거한다.The first
제2제거루프부(29)는 거리값을 상기 최소값으로 취하여 최소값을 갱신하는 동작, 후보벡터 가 존재하는 부호테이블에 대한 하위계층의 부호테이블로부터 후보벡터 를 선정하여 연산부(23)에서 계산된 [수학식 7]에 의한 계산값을 거리값으로 대치하는 동작 및 후보벡터 를 각각의 부호테이블로부터 제거하는 동작을 최하위계층에 도달할 때까지 반복적으로 수행한다.The second
한편, 본 발명에 따른 고속 벡터 양자 부호화를 위한 L2-평균 피라미드 기반의 탐색 장치(20)가 입력벡터 의 크기를 계산하여 연산부(23)로 제공하는 크기계산부(도면에는 도시되어 있지 않음)를 구비하는 것이 바람직하다. 또한 상기 크기계산부가 후보벡터 의 크기를 계산하여 연산부(23)에 제공하도록 할 수도 있다.On the other hand, the L 2 -average pyramid based search apparatus 20 for fast vector quantum coding according to the present invention is input vector It is preferable to have a size calculation unit (not shown in the figure) for calculating the size of and providing it to the
결정부(27)는 제어부(26)의 제어신호에 따라 최소값저장부(25)에 저장되어 있는 최소값을 입력벡터 에 대한 최적정합부호어로 결정하여 출력한다.The
제어부는 연산부(23)에서 계산된 거리값이 [수학식 8]의 조건을 만족하면 제1제거루프부(28)로 제거동작을 수행하도록 하는 제어신호를 출력하고, 최상위계 층의 부호테이블에서 모든 부호어가 제거되면 결정부(27)로 최적정합부호어의 출력동작을 수행하도록 하는 제어신호를 출력한다.The control unit outputs a control signal for performing the removal operation to the first
한편, 연산부(23)에서 계산된 거리값이 [수학식 8]의 조건을 만족하지 않으면, 제어부(26)는 제2제거루프부(29)로 최소값의 갱신, 거리값의 대치 및 부호어의 제거동작을 수행하도록 하는 제어신호를 출력하며, 제2제거루프부(29)의 동작수행중에 [수학식 8]의 조건을 만족하는 계층에 도달하면 제2제거루프부(29)로 동작수행을 중지하도록 하는 제어신호 및 제1제거루프부(28)로 제거동작을 수행하도록 하는 제어신호를 출력한다.On the other hand, if the distance value calculated by the
도 3a 내지 도 3c는 본 발명에 따른 고속 벡터 양자 부호화를 위한 L2-norm 피라미드 기반의 고속 탐색 방법에 대한 일 실시예의 흐름도이다.3A to 3C are flowcharts of an embodiment of a L 2 -norm pyramid based fast search method for fast vector quantum coding according to the present invention.
도 2 및 도 3a 내지 도 3c를 참조하면, 전처리부(21)는 입력신호를 부호화하기 전에 부호책 내의 모든 부호어들의 L2-norm 값들은 올림차 순으로 정렬하여 각 계층에 대한 부호테이블을 생성한다. 전처리부(21)는 공간벡터 계층에 대한 부호어들을 L2-norm 올림차 순으로 정렬하여 최상위 계층인 계층에 대한 부호테이블을 생성한다(S200). 다음으로 에 기반하여 내지 계층에 대한 부호어들을 L2-norm 올림차 순으로 정렬하여 각 계층에 대한 부호테이블을 생성한다(S202). 상기 S200 및 S202단계에서 생성된 부호테이블들은 부호테이블저장부(22)에 저장된다.
2 and 3A to 3C, the
전처리부(21)에서 수행된 정렬과정의 결과에 따라 계층을 포함하여 각 계층의 부호어들은 ∥∥≤∥∥≤…≤∥∥ 순으로 나열된다. 이러한 전처리단계는 입력벡터 가 입력되기 전에 이루어지므로 이를 오프라인 전처리라 한다. 도 4는 부호책 및 각 계층에 대한 테이블의 부호어들을 L2-norm 값들을 올림차 순으로 정렬한 결과를 나타내는 도면이다. 도 3에서 부호책은 원 영상을 나타내는 계층에 대한 것이며, 내지 계층은 각각의 하위 계층으로부터 2×2 픽셀 값을 순차적으로 연산하여 얻어진다. According to the result of the alignment process performed in the
벡터 가 입력되면, 입력벡터 에 대해 ∥∥ 및 내지 에 대한 계산을 수행한다(S204). 입력벡터 에 대한 크기계산은 연산부(23)에서 수행되며, 별도의 연산수단(도면에는 도시되어 있지 않음)을 통해 수행되어 계산된 크기값이 연산부(23)로 공급될 수도 있다. 최소값설정부(24)는 입력벡터 에 가장 가까운 L2-norm 을 갖는 초기최적부호어 을 찾는다(S206). 최소값설정부(24)는 초기최적부호어 이 결정되면 입력벡터 와의 거리를 계산하여 초기최소값 dmin=d'(, )로 설정한다(S208). 초기최소값은 최소값저장부(25)에 저장되며 이후 초기최소값보다 작은 거리값이 존재하면 해당 거리값으로 대치된다. 초기최적부호어를 결정하는 과정에서, 계산량을 줄이기 위해 가 올림차 순으로 정렬되어 있는 점을 이용한다. 따라서 이진 탐색을 통해 초기최적부호어를 찾을 수 있으며, 이 경우 초기최적부호어를 log2N 단계만에 찾을 수 있다. vector If is input, input vector About ∥ and To Perform the calculation for (S204). Input vector The size calculation for is performed in the
검색할 계층에 대한 부호테이블의 부호어들을 벡터집합 ={ | ∈ , ≠ }이라 할 때, 제어부(26)는 벡터집합 에 하나 이상의 원소가 존재하는가를 확인한다(S210). 벡터집합 이 공집합이면 제어부(26)는 dmin에 대응하는 부호어를 최적정합부호어 으로 선택하도록 하는 제어신호를 결정부(27)로 출력하며 결정부는 최소값저장부(25)에 저장되어 있는 현재의 최소값을 최적정합부호어로 결정하여 출력한다(S212). 벡터집합 이 공집합이 아닌 경우에는 벡터집합 의 원소로 규정되는 부호테이블 내의 부호어들을 도 4에 도시된 바와 같이 에서 출발하여 전후방을 번갈아가며 탐색된다. Vector set of codewords in the code table for the layer to search = { | ∈ , ≠ }, The
연산부(23)는 탐색순서에 의해 선택된 후보벡터 이 보다 에 더 근사한지를 알기 위해, L2-norm 피라미드의 최상위 계층의 에 대해 d'0(, )을 계산한다(S214). 제어부(26)는 d'0(, )의 계산결과를 상기 S208단계에서 초기최소값으로 설정한 dmin과 비교한다(S216). The calculating
상기 S216단계에서의 비교결과가 d'0(, )≥dmin이면, 제어부(26)는 제1제거루프부(28)로 제거동작을 수행하도록 하는 제어신호를 출력한다. 제1제거루프(28)는 후보벡터의 크기 ∥∥와 입력벡터의 크기 ∥∥를 비교한다(S220). 제1제거루프부(28)는 후보벡터의 크기 ∥∥이 입력벡터의 크기 ∥∥보다 크면 최상위계층에서 보다 큰 모든 후보벡터 를 제거하고(S222), 작으면 최상위계층에서 보다 작은 모든 후보벡터 를 제거한다(S224). The comparison result in step S216 is d '0 ( , If ≥ d min , the
최상위계층에 대한 제거동작이 완료되면 A단계로 진행하여 각각의 하위계층에 대한 제거동작을 수행한다. d'0(, )≥dmin이면 아래의 [수학식 11]에 의해 d'L(, )≥dmin이며, 따라서 모든 하위계층에서 은 최적정합부호어가 될 수 없음을 알 수 있다. When the removal operation for the top layer is completed, the flow proceeds to step A to perform the removal operation for each lower layer. d '0 ( , ) If d min, then d 'L ( , ) ≥d min , so in all sublayers It can be seen that is not an optimal matching codeword.
상기 [수학식 11]에서, In [Equation 11],
이며, Is,
이다. to be.
상기 [수학식 11]에 따라, 제1제거루프부(28)는 최상위계층의 연속하는 하위계층에 대해 ∥∥와 ∥∥를 비교하여(S226). ∥∥이 ∥∥보다 크면 하위계층에서 보다 큰 모든 후보벡터 를 제거하고(S228), 작으면 하위계층에서 보다 작은 모든 후보벡터 를 제거한다(S230).
According to [Equation 11], the first
제1제거루프부(28)는 최하위계층까지 후보벡터 에 대한 제거과정이 수행되었는가를 확인하고(S232) 최하위계층에 도달하지 않은 것으로 확인되면 다음 하위계층에 대한 부호테이블로 이동하여(S233) 해당 하위계층에 대해 상기 S226단계 내지 상기 S232단계를 반복적으로 수행한다. 만약 최하위계층에 도달한 것으로 확인되면 상기 S210단계로 진행하여 도 5에 도시된 탐색순서에 따라 다음 후보벡터에 대해 상기 S212단계 내지 상기 S232단계가 반복적으로 수행된다.The first
만약, 상기 S216단계에서 d'0(, )<dmin이면, 제어부(26)는 제2제거루프부(29)로 갱신, 대치, 및 제거동작을 수행하도록 하는 제어신호를 출력한다. 제2제거루프부(29)는 최소값저장부(25)에 저장되어 있는 최소값을 d'0(, )으로 갱신한 후 다음의 하위계층에 대해 d'1(, )을 계산하여(S234) 계산결과를 최소값 dmin과 비교한다(S236). d'1(, )의 계산결과가 dmin보다 작으면 상위계층에 대한 부호테이블에서 후보벡터 을 제거한 후 최소값저장부(25)에 저장되어 있는 최소값 dmin을 d'1(, )로 변경한다(S238). 제2제거루프부(29)는 연속되는 하위계층에 대한 d'l(, )의 계산결과가 dmin보다 작은 경우에 최소값의 갱신, 거리값의 대치 및 부호어의 제거 동작을 최하위계층에 도달할 때까지 반복적으로 수행한다.
If d '0 ( , If) <d min , the
만약 최하위계층에 도달하기 전에 임의의 계층에 대한 d'l(, )의 계산결과가 dmin보다 크거나 같으면 제어부(26)는 제2제거루프부(29)의 동작을 정지하도록 하는 제어신호를 출력하는 동시에 제1제거루프부(28)로 해당 계층에 대한 제거동작을 수행하도록 하는 제어신호를 출력한다. 이러한 과정이 도 3c에 에서 A단계, 즉 상기 S226단계로 진행하는 것으로 도시되어 있다. If d 'l (for any layer before reaching the lowest layer, , If the calculated result of) is greater than or equal to d min , the
이하에서 본 발명에 따른 고속 벡터 양자 부호화를 위한 L2-norm 피라미드 기반의 탐색 방법을 종래기술과 비교한다. 비교를 위해 실험에 사용된 실험영상 및 학습영상은 모두 512×512 크기의 밝기영상이다. 각 영상은 부호화에 앞서 겹치지 않는 4×4 블록들로 나뉜다. 따라서, 각 블록은 16차원 벡터가 된다. 즉, K=16 및 L=2이다. Hereinafter, a L 2 -norm pyramid based search method for fast vector quantum coding according to the present invention is compared with the prior art. For comparison, the experimental and learning images used in the experiment are all 512 × 512 brightness images. Each image is divided into 4 × 4 blocks that do not overlap prior to encoding. Thus, each block becomes a 16-dimensional vector. That is, K = 16 and L = 2.
잘 알려진 LBG(Linde, Buzo and Gray) 벡터 양자화 기법이 부호책을 설계하기 위해 사용된다. Lena 영상이 부호책 설계를 위한 학습영상으로 사용되며, 설계된 부호책이 네 개의 실험 영상들인 Peppers, Jet, Baboon, Lena를 부호화화기 위해 사용된다. Well-known LBG (Linde, Buzo and Gray) vector quantization techniques are used to design code books. The Lena image is used as the learning image for the design of the code book, and the designed code book is used to encode the four experimental images Peppers, Jet, Baboon, and Lena.
본 발명에 따른 탐색 방법은 최근에 개발된 두 고속 기법들과 비교된다. 하나는 MTIE(Multiple Triangle Inequalities) 기법(선행기술 1)이며, 다른 하나는 IEEE 비디오 기술에 적용되는 회로 및 시스템분과의 논문집(2000년 2월 발간)에 게재된 "효율적인 제거 조건에 의한 고속 VQ 부호화(Fast VQ Encoding by an Efficient Kick-Out Condition) 기법(선행기술 2)"이다. The search method according to the present invention is compared with two recently developed fast techniques. One is the MTIE (Multiple Triangle Inequalities) technique (prior art 1), and the other is "High-Speed VQ Coding with Efficient Elimination Conditions," published in a paper published in the February 2000 issue of Circuits and Systems for IEEE video technology. Fast VQ Encoding by an Efficient Kick-Out Condition (prior art 2).
본 발명에 따른 탐색 방법 및 선행기술 1, 2 모두 전역탐색알고리즘과 동일한 부호화 성능을 가진다. [표 1]은 본 발명에 따른 탐색 방법 및 선행기술 1, 2에 대해 실시한 실험영상당 CPU 실행시간을 나타낸 것이다. [표 1]에는 부호책 크기(N)에 따른 네 개의 실험영상들에 대한 CPU 실행시간을 보인다. 256, 512, 1024 등 세 개의 N에 대해 측정이 이루어졌다. 전역탐색알고리즘에 대한 상대적인 시간 복잡도를 계산하여 본 발명에 따른 탐색 방법이 종래기술 1 및 2와 비교되며, 비교척도 Sc는 다음과 같이 정의된다.Both the searching method and the
여기서 TFSA와 TCOMP는 각각 전역탐색알고리즘과 비교되는 기법의 CPU 실행시간을 가리킨다. [표 1]에서 부호책 크기와 상관없이 본 발명에 따른 탐색 방법이 모든 실험영상들에 대해 기존의 기법들보다 빠름을 알 수 있다. 최악의 경우인 Baboon 영상에 대해서도 본 발명에 따른 탐색 방법이 다른 고속 기법들보다 2배 가량 빠르다. Where TFSA and TCOMP represent the CPU execution time of the technique compared with the global search algorithm, respectively. In Table 1, it can be seen that the searching method according to the present invention is faster than the existing techniques for all experimental images regardless of the size of the code book. Even for the worst case Baboon image, the search method according to the present invention is about twice as fast as other fast techniques.
한편, 부호책 크기가 증가함에 따라 본 발명에 따른 탐색 방법의 효율성이 다른 기법들보다 향상됨을 알 수 있다. 예를 들어 N이 1024일 때 Pepper와 Jet 영상들에서, 본 발명에 따른 탐색 방법은 종래기술 2보다 세배 이상 빠르다. 이것은 부호책의 크기가 커짐에 따라 일반적으로 연산량은 훨씬 많이 요구되기 때문에 이런 성향은 본 발명에 따른 탐색 방법의 큰 장점이 된다.On the other hand, as the codebook size increases, it can be seen that the efficiency of the search method according to the present invention is improved over other techniques. For example, in Pepper and Jet images when N is 1024, the searching method according to the present invention is three times faster than the prior art 2. This tendency is a great advantage of the search method according to the present invention because the amount of computation is generally required much as the size of the code book increases.
한편, 아래의 [표 2]는 화소당 평균 연산수의 관점에서 여러 고속 탐색 기법들의 연산량을 보여준다. 이 실험은 가장 보편적인 부호책 크기 N=256인 경우에 대해서만 수행되었다. [표 2]를 참조하면, 본 발명에 따른 탐색 방법이 종래기술 1 및 2보다 우수하다는 사실을 보여준다. 예를 들어 Jet 영상에 대해, 본 발명에 따른 탐색 방법의 연산량은 종래기술 1의 58.7%이며, 또한 종래기술 2의 56.5%에 불과하다.Meanwhile, Table 2 below shows the calculation amount of various fast search techniques in terms of the average number of operations per pixel. This experiment was performed only for the most common codebook size N = 256. Referring to Table 2, it is shown that the searching method according to the present invention is superior to the
상기 [표 1] 및 상기 [표 2]에서 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 탐색 방법은 성능저하없이 VQ 부호화의 속도를 상당히 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 기존의 탐색 기법들보다 우수한 성능을 가진다. 위 실험들에서는 거리계산시 연산량을 줄이기 위한 방식으로 널리 알려진 PDE(Partial distance elimination)를 사용하지 않았다. PDE를 사용할 경우 추가적인 성능향상을 얻을 수 있으므로 위의 실험 결과들은 상한 수행시간 혹은 상한 연산량으로 볼 수 있다. As can be seen from Table 1 and Table 2, the search method according to the present invention can not only significantly improve the speed of VQ coding without degrading performance, but also has superior performance to existing search techniques. In the above experiments, we did not use PDE (Partial distance elimination), which is a well-known method to reduce the amount of computation when calculating distance. As PDE is used, additional performance improvement can be obtained. Therefore, the above experimental results can be regarded as upper execution time or upper computation amount.
전처리과정을 통해 각 계층에 대해 부호어들의 크기가 올림차 순으로 정렬된 부호테이블을 작성함으로써, 각 계층에 대한 후보벡터 검색 및 입력벡터와의 거리계산시 검색대상 계층에 해당하는 부호테이블을 참조하여 검색시간을 단축할 수 있다. 또한, 최적정합부호어를 결정함에 있어서, 동일계층 및 하위계층에 대한 제외조건을 만족하는 후보벡터에 대한 제거과정을 일괄적으로 수행함으로써, 전체적인 계산량 및 검색에 소요되는 시간을 단축할 수 있다.By creating a code table in which the size of the codewords is arranged in ascending order for each layer through the preprocessing process, refer to the code table corresponding to the search target layer when searching for the candidate vector for each layer and calculating the distance from the input vector. Search time can be shortened. Also, in determining the optimal matching code, the process of eliminating candidate vectors satisfying the exclusion conditions for the same layer and the lower layer may be collectively performed, thereby reducing the amount of computation and searching time.
이상에서 대표적인 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다. Although the present invention has been described in detail through the representative embodiments, those skilled in the art to which the present invention pertains can make various modifications without departing from the scope of the present invention with respect to the embodiments described above. I will understand. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be defined by the claims below and equivalents thereof.
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