KR100771153B1 - 이산 웨이블릿 변환 장치 및 그 방법 - Google Patents

이산 웨이블릿 변환 장치 및 그 방법 Download PDF

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KR100771153B1 KR1020060042513A KR20060042513A KR100771153B1 KR 100771153 B1 KR100771153 B1 KR 100771153B1 KR 1020060042513 A KR1020060042513 A KR 1020060042513A KR 20060042513 A KR20060042513 A KR 20060042513A KR 100771153 B1 KR100771153 B1 KR 100771153B1
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Abstract

본 발명은 메모리의 효율을 최적화시킨 이산 웨이블릿 변환 장치 및 그 방법에 관한 것이다. 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 이미지 데이터를 정해진 순서대로 출력하는 입력부; 이전 픽셀 블록의 1차 고주파 계수, 제1 중간 계수 및 제2 중간 계수를 저장하는 라인 메모리; 입력받은 현재 블록 라인의 픽셀 블록들과 상기 이전 픽셀 블록들의 1차 고주파 계수, 제1 중간 계수 및 제2 중간 계수를 이용하여 제1 방향으로 이산 웨이블릿 변환을 수행하여 1차 고주파 계수를 산출하는 제1 이산 웨이블릿 변환부; 및 상기 현재 픽셀 블록의 1차 고주파 계수 및 1차 저주파 계수를 이용하여 제2 방향으로 이산 웨이블릿 변환을 수행하여 2차 고주파 계수 및 2차 저주파 계수를 산출하는 제2 이산 웨이블릿 변환부를 포함하는 이산 웨이블릿 변환 장치가 제공될 수 있다. 따라서, 본 발명에 의해, 이산 웨이블릿 변환 연산에 필요한 내부 메모리의 사이즈를 줄일 수 있다.
이산 웨이블릿 변환, DWT, 리프팅 변환

Description

이산 웨이블릿 변환 장치 및 그 방법{Discrete wavelet transform device and the same method}
도 1은 일반적인 이산 웨이블릿 변환에 따른 4가지 주파수 대역의 이미지의 예시도.
도 2는 JPEG2000에서 라인 버퍼 메모리를 이용하여 이산 웨이블릿 변환 수행에 따른 라인 버퍼 메모리의 예시도.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 이산 웨이블릿 변환 장치의 블록도.
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 픽셀 블록을 예시한 도면.
도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 픽셀 블록의 입력 순서를 예시한 도면.
도 6은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 리프팅 변환 장치의 블록도.
도 7은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 리프팅 변환 과정을 예시한 도면.
도 8은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 이산 웨이블릿 변환 장치가 이미지 데이터를 이산 웨이블릿 변환을 수행하는 방법을 나타낸 순서도.
도 9는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 이산 웨이블릿 변환 과정을 나타낸 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
310 : 입력부
320 : 제1 이산 웨이블릿 변환부
330 : 라인 메모리
340 : 제2 이산 웨이블릿 변환부
본 발명은 이산 웨이블릿 변환 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 메모리의 효율을 최적화시킨 이산 웨이블릿 변환 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로 JPEG2000(joint photographic coding experts group, 이하에서는 "제이펙"이라 칭함)에서 이산 웨이블릿 변환(DWT: discrete wavelet transform)을 이용하여 기존의 JPEG에 비해 압축 효율을 얻을 수 있었다. 이산 웨이블릿 변환은 도 1에 보여지는 바와 같이, 수평 방향의 이미지 화소 데이터에 대해 각각 로우 패스 필터링(low pass filtering)과 하이 패스 필터링(high pass filtering)을 수행한다. 이와 같이 로우 패스 필터링과 하이 패스 필터링을 수행한 후 처리된 이미지 의 1/2를 버리는 다운 샘플링을 수행한다. 이와 같이 다운 샘플링된 이미지는 메모리에 저장되고 다시 수직 방향으로 각각 로우 패스 필터링과 하이 패스 필터링을 수행하여 4가지 주파수 대역의 이미지를 얻게 된다(LL, LH, HL, HH, 도 1참조). 이와 같은 이산 웨이블릿 변환을 수행하기 위해서는 입력되는 이미지의 화소 수 만큼의 메모리를 필요로 하는 문제점이 있었다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위해, 도 2에 예시된 것과 같이, 라인 메모리를 이용하여 수직 방향으로 필터링을 수행한 후 수평 방향으로 필터링을 수행하여 이산 웨이블릿 변환을 수행하였다. 이로 인해, (9,7) 필터를 사용하는 경우, 9줄의 이미지 화소를 저장할 수 있는 라인 메모리를 이용함으로써 메모리의 사이즈를 줄였다. 그러나, 도 2와 같이 라인 메모리를 이용하는 경우에도 원본 이미지가 커질수록 회로 사이즈가 증가하게 되는 문제점이 존재하였다.
따라서, 상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 이산 웨이블릿 변환시에 이미지 화소의 입력 순서를 달리하여 이산 웨이블릿 변환 연산에 필요한 내부 메모리의 사이즈를 줄일 수 있는 이산 웨이블릿 변환 장치 및 그 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 메모리의 사이즈를 최소 1/3만큼 줄임으로써 생산 원가를 절감할 수 있는 이산 웨이블릿 변환 장치 및 그 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 일정한 수의 이미지 화소를 버퍼에 일시적으로 저 장하지 않고 입력되는 대로 연산을 수행함으로써 이산 웨이블릿 변환 연산 수행을 위해 불필요하게 연산의 중간 결과를 저장할 필요 없는 이산 웨이블릿 변환 장치 및 그 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 리프팅 기반 이산 웨이블릿 변환 방법을 적용함으로써 연산량을 줄일 수 있으며, 연산 속도를 빠르게 할 수 있는 이산 웨이블릿 변환 장치 및 그 방법을 제공하는 것이다.
이외의 본 발명의 목적들은 하기의 실시예에 대한 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 이미지 데이터를 입력받아 미리 정해진 픽셀 블록으로 구분하여 순차적으로 2차 이산 웨이블릿 변환을 수행할 수 있는 이산 웨이블릿 변환 장치가 제공된다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 이미지 데이터를 픽셀 블록으로 구분하여 정해진 순서대로 순차적으로 출력하는 입력부; 이전 픽셀 블록의 1차 고주파 계수, 제1 중간 계수 및 제2 중간 계수를 저장하는 라인 메모리; 상기 입력부로부터 입력받은 현재 블록 라인의 픽셀 블록들과 상기 이전 픽셀 블록들의 1차 고주파 계수, 제1 중간 계수 및 제2 중간 계수를 이용하여 제1 방향으로 이산 웨이블릿 변환을 수행하여 1차 고주파 계수, 제1 중간 계수, 제2 중간 계수 및 1차 저주파 계수를 산출하는 제1 이산 웨이블릿 변환부; 및 상기 현재 픽셀 블록의 1차 고주파 계수 및 1차 저주파 계수를 이용하여 제2 방향으로 이산 웨이블릿 변환을 수행하여 2차 고주파 계수 및 2차 저주파 계수를 산출하는 제2 이산 웨이블릿 변환부를 포함하는 이산 웨이블릿 변환 장치가 제공될 수 있다.
상기 제1 이산 웨이블릿 변환부는 현재 블록 라인의 픽셀 블록에 상응하여 산출된 상기 1차 고주파 계수, 상기 제1 중간 계수 및 상기 제2 중간 계수를 상기 라인 메모리에 기록할 수 있다.
상기 픽셀 블록이 최초 픽셀 블록이면 상기 픽셀 블록은 5×5 크기로 구성되며, 다른 픽셀 블록은 5×3 크기로 구성될 수 있다.
상기 픽셀 블록이 상기 최초 픽셀 블록이면, 상기 제1 이산 웨이블릿 변환부는 상기 라인 메모리 참조 없이 상기 픽셀 블록만을 이용하여 상기 제1 방향으로 이산 웨이블릿 변환을 수행할 수 있다.
상기 제1 이산 웨이블릿 변환부 및 상기 제2 이산 웨이블릿 변환부는 리프팅 기반 이산 웨이블릿 변환을 수행할 수 있다.
상기 제1 방향은 상기 픽셀 블록의 픽셀 행별 또는 픽셀 열별 중 어느 하나이며, 상기 제2 방향은 상기 픽셀 블록의 픽셀 행별 또는 픽셀 열별 중 다른 하나일 수 있다.
상기 현재 픽셀 블록의 최초 픽셀 열은 상기 이전 픽셀 블록의 최종 픽셀 열로 설정될 수 있다.
상기 제1 중간 계수 및 상기 제2 중간 계수는 상기 1차 고주파 계수를 산출하는 중간 과정에서 획득된 계수일 수 있다.
상기 라인 메모리는 5×3의 크기일 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 이산 웨이블릿 변환 장치가 이미지 데이터에 상응하여 이산 웨이블릿 변환을 수행하는 방법이 제공된다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 이산 웨이블릿 변환 장치가 이미지 데이터에 상응하여 이산 웨이블릿 변환을 수행하는 방법에 있어서, (a) 이전 픽셀 블록에 상응하여 라인 메모리에 기록된 1차 고주파 계수, 제1 중간 계수 및 제2 중간 계수를 읽어 들이는 단계; (b) 입력부로부터 현재 블록 라인의 픽셀 블록을 순차적으로 입력받는 단계; (c) 상기 이전 픽셀 블록에 상응하는 1차 고주파 계수, 제1 중간 계수 및 제2 중간 계수와 현재 픽셀 블록을 이용하여 제1 방향으로 제1 이산 웨이블릿 변환을 수행하여 1차 고주파 계수, 1차 저주파 계수, 제1 중간 계수 및 제2 중간 계수를 산출하는 단계; (d) 상기 현재 픽셀 블록의 1차 고주파 계수, 제1 중간 계수 및 제2 중간 계수를 상기 라인 메모리에 기록하는 단계; 및 (e) 상기 현재 픽셀 블록의 1차 고주파 계수 및 1차 저주파 계수를 이용하여 제2 방향으로 제2 이산 웨이블릿 변환을 수행하여 2차 고주파 계수 및 2차 저주파 계수를 산출하는 단계를 포함하는 이산 웨이블릿 변환 방법이 제공될 수 있다.
상기 픽셀 블록이 최초 픽셀 블록이면, 상기 입력부로부터 입력된 픽셀 블록만을 이용하여 상기 제1 방향으로 상기 제1 이산 웨이블릿 변환을 수행하여 1차 고주파 계수, 1차 저주파 계수, 제1 중간 계수 및 제2 중간 계수를 산출하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 이산 웨이블릿 변환 및 상기 제2 이산 웨이블릿 변환은 리프팅 기반 이산 웨이블릿 변환일 수 있다.
상기 입력부가 이미지 데이터를 픽셀 블록으로 구분하여 미리 정해진 순서대로 순차적으로 출력하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 현재 픽셀 블록의 최초 픽셀 열은 상기 이전 픽셀 블록의 최종 픽셀 열로 설정될 수 있다.
이하, 본원발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
본 명세서의 설명 과정에서 이용되는 숫자(예를 들어, 제1, 제2 등)는 동일 또는 유사한 개체를 순차적으로 구분하기 위한 식별기호에 불과하다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 이산 웨이블릿 변환 장치의 블록도이며, 도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 픽셀 블록을 예시한 도면이고, 도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 픽셀 블록의 입력 순서를 예시한 도면이며, 도 6은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 리프팅 변환 장치의 블록도이고, 도 7은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 리프팅 변환 과정을 예시한 도면이다.
본 발명에서 이미지 데이터의 이산 웨이블릿 변환 방법 및 그 장치는 각 픽셀 블록들의 처리 방향에 대해서 수평 방향으로의 이산 웨이블릿 변환을 먼저 수행 하고, 이후 산출된 고주파 계수 및 저주파 계수를 이용하여 수직 방향으로의 이산 웨이블릿 변환을 수행하는 것을 중심으로 설명한다. 하지만, 이와 달리 동일한 원리에 의해 수직 방향으로의 이산 웨이블릿 변환을 먼저 수행하고 이후 산출된 고주파 계수 및 저주파 계수를 이용하여 수평 방향으로의 이산 웨이블릿 변환을 수행하는 것도 가능함은 물론이다. 또한, 이하 본 발명에 따른 이산 웨이블릿 변환 장치(300)는 (9, 7) 필터를 갖는 것을 가정하여 이를 중점으로 설명하기로 한다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 다른 이산 웨이블릿 변환 장치(300)는 입력부(310), 제1 이산 웨이블릿 변환부(320), 제2 이산 웨이블릿 변환부(340) 및 라인 메모리(330)를 포함하여 구성된다.
입력부(310)는 이미지 데이터를 입력받아 픽셀 블록으로 구분하여 미리 정해진 순서에 의해 순차적으로 픽셀 블록들을 제1 이산 웨이블릿 변환부(320)로 전달하는 기능을 수행한다.
이하에서, 이미지 데이터는 미리 정해진 픽셀 블록들로 순차적으로 이산 웨이블릿 변환 장치(300)로 입력되는 것을 가정하여 설명하기로 한다. 여기서, 픽셀 블록은 N×M의 픽셀 데이터들로 구성되며, N,M은 자연수이고, N은 열(row)의 인덱스를 지칭하며, M은 행(column)의 인덱스를 지칭한다.
즉, 입력부(310)는 픽셀 블록 단위로 이미지 데이터를 분할하여 제1 이산 웨이블릿 변환부(320)에 하나의 블록 열에 대해 N개의 픽셀 블록들을 전송한 후 다음 블록 열에 포함되는 N개의 픽셀 블록들을 전송하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 이산 웨이블릿 변환 장치(300)는 (9, 7) 필터가 사용되므로, 픽셀 블록은 5×3의 크기로 구성된다. 여기서, 픽셀 블록이 최초 블록이면, 픽셀 블록은 5×5의 크기로 구성될 수 있다.
즉, 도 4에서 보여지는 바와 같이 하나의 픽셀 블록은 5×3의 크기로 구성될 수 있다. 본 명세서에서 블록 열은 픽셀 블록의 하나의 열을 지칭하는 것으로 5행으로 구성되는 것으로 정의하기로 한다. 또한, 블록 행은 픽셀 블록의 하나의 행을 지칭하는 것으로 3열로 구성되는 것으로 정의하기로 한다. 여기서, 픽셀 블록이 최초 블록인 경우, 입력부(310)를 통해 입력되는 픽셀 데이터만을 이용하여 수평 방향으로 이산 웨이블릿 변환을 수행하기 위해 5×5의 크기로 구성될 수 있다.
제1 이산 웨이블릿 변환부(320)는 이전 블록 열의 픽셀 블록에 상응하는 1차 고주파 계수, 제1 중간 계수, 제2 중간 계수를 라인 메모리(330)로부터 독출하고, 입력부(310)로부터 현재 블록 열의 픽셀 블록을 입력받아 블록 열별로 리프팅 기반 이산 웨이블릿 변환을 수행하여 1차 고주파 계수, 1차 저주파 계수, 제1 중간 계수 및 제2 중간 계수를 산출한다. 1차 고주파 계수를 고주파 통과 필터링(high pass filtering)을 통해 획득되며, 1차 저주파 계수를 저주파 통과 필터링(low pass filtering)을 통해 획득될 수 있다.
또한, 제1 이산 웨이블릿 변환부(320)는 다음 블록 열의 픽셀 블록들의 수평 방향으로의 이산 웨이블릿 변환을 위해 이전 블록 열의 픽셀 블록에 상응하여 산출된 1차 고주파 계수, 제1 중간 계수 및 제2 중간 계수를 라인 메모리(330)에 기록할 수 있다. 리프팅 기반 이산 웨이블릿 변환은 다음 블록 열의 픽셀 블록들의 수평 방향으로의 이산 웨이블릿 변환을 수행하기 위해 현재 블록 열의 픽셀 블록들의 수평 방향으로의 이산 웨이블릿 변환 수행에 의해 산출된 계수들이 사용되기 때문이다.
제2 이산 웨이블릿 변환부(340)는 제1 이산 웨이블릿 변환부(320)에 의해 획득된 1차 고주파 계수 및 1차 저주파 계수를 이용하여 수직 방향으로 이산 웨이블릿 변환을 수행하여 2차 고주파 계수 및 2차 저주파 계수를 산출할 수 있다.
또한, 제2 이산 웨이블릿 변환부(340)는 픽셀 블록에 상응하여 수평 방향으로 이산 웨이블릿 변환을 수행하기 위해 이전 블록 행의 1차 저주파 계수 및 2차 고주파 계수도 요구되므로 이전 블록에서 산출한 1차 고주파 계수 및 1차 저주파 계수를 임시로 저장할 수 있는 임시 레지스터를 구비할 수도 있다. 리프팅 기반 이산 웨이블릿 변환은 하기에서 도 8을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
제1 이산 웨이블릿 변환부(320) 및 제2 이산 웨이블릿 변환부(340)에서 수행되는 이산 웨이블릿 변환은 리프팅 변환(lifting transform)으로 대체될 수 있다. 왜냐하면, 우선 리프팅 변환 연산에 의해 획득되는 필터의 계수들이 이산 웨이블릿 변환에 사용되는 필터의 계수들과 정확히 일치한다. 이산 웨이블릿 변환을 리프팅 변환으로 대체하여 다음과 같은 이점을 얻을 수 있다. 첫째, 리프팅 변환이 이산 웨이블릿 변환에 비해 상대적으로 연산 수행 속도가 빠르므로 성능을 향상시킬 수 있다. 두번째, 이산 웨이블릿 변환은 예를 들어, 정지 영상과 같은 이미지 데이터의 부호화를 위해 이산 웨이블릿 변환을 수행하는 중에 임시 저장 공간을 필요로 하는 반면에 리프팅 변환은 임시 저장 공간을 필요로 하지 않는다. 이로 인해, 리프팅 변환은 이미지 데이터 부호화를 위해 별도의 메모리를 구비하지 않아도 되는 이점이 존재한다.
도 5의 (a)를 참조하면, 하나의 블록 열에 포함되는 모든 픽셀 블록에 대해서 본 발명에 따른 리프팅 기반의 이산 웨이블릿 변환을 수행한 후에 다음 블록 열에 포함되는 모든 픽셀 블록으로 진행한다. 즉, 제1 블록 열에 포함되는 픽셀 블록에 대해서 상술한 이산 웨이블릿 변환 장치(300)를 이용하여 각각 1차 고주파 계수, 1차 저주파 계수, 2차 고주파 계수, 2차 저주파 계수를 산출한 후 제2 블록 열에 포함되는 픽셀 블록에 대해서 각각 1차 고주파 계수, 1차 저주파 계수, 2차 고주파 계수, 2차 저주파 계수를 산출한다.
또는 도 5의 (b)를 참조하면, 하나의 블록 행에 포함되는 모든 픽셀 블록에 대해서 본 발명에 따른 리프팅 기반의 이산 웨이블릿 변환을 수행한 후에 다음 블록 행에 포함되는 모든 픽셀 블록으로 진행한다. 즉, 제1 블록 행에 포함되는 픽셀 블록에 대해서 상술한 이산 웨이블릿 변환 장치(300)를 이용하여 각각 1차 고주파 계수, 1차 저주파 계수, 2차 고주파 계수 및 2차 저주파 계수를 산출한 후 제2 블록 행에 포함되는 픽셀 블록에 대해서 각각 1차 고주파 계수, 1차 저주파 계수, 2차 고주파 계수 및 2차 저주파 계수를 산출한다.
우선, 이해와 설명의 편의를 위해, 도 6를 참조하여 리프팅 변환 과정에 대해 간략하게 설명하기로 한다. 리프팅 기반의 이산 웨이블릿 변환은 기존의 이산 웨이블릿 변환 과정에서 저주파 통과 필터링과 고주파 통과 필터링을 별도로 연산하던 것을 하나의 연산으로 저주파 통과 필터링, 고주파 통과 필터링 및 다운 샘플링 과정을 포함시킨 효율적인 필터링 방법이다.
도 6를 참조하면, 리프팅 변환 장치(600)는 Lazy 변환부(610), 예측부(620), 업데이트부(630) 및 출력부(640)를 포함하여 구성된다.
Lazy 변환부(610)는 리프팅 변환 장치(600)로 입력되는 이미지 데이터의 픽셀 데이터의 인덱스가 짝수(even number)인지 홀수(odd number)인지를 비교하여 짝수, 홀수를 구분하여 예측부(620)로 출력한다. 그리고, 예측부(620)는 Lazy 변환부(610)를 통해 분리되어 입력된 데이터에 미리 설정된 예측 계수들을 곱하여 출력하는 기능을 수행한다. 또한, 업데이트부(630)는 예측부(620)를 통해 예측 계수가 곱해진 후 출력된 데이터에 미리 설정된 업데이트 계수들을 곱하여 출력한다. 그리고, 출력부(640)는 계산된 값을 정규화하는 부분이다. 예를 들어, 출력부(640)는 하기 수학식 1을 이용하여 계산된 값을 정규화할 수 있다.
Figure 112006033044464-pat00001
여기서, d는 짝수로 입력되는 입력 픽셀이며, S는 홀수로 입력되는 입력 픽셀이고, 또한, P는 미리 정해진 예측 계수이며, U는 미리 정해진 업데이트 계수이고, K는 리프팅 변환 장치(600)를 통해 획득된 저주파 계수 또는 고주파 계수이다.
여기서, N이 1이면, (5, 3) 필터가 되고, N이 2일 때 (9, 7) 필터가 된다. 필터를 표현할 때 앞의 수는 저주파 필터의 탭의 개수를 표현하고, 뒤의 수는 고주파 필터의 탭의 개수를 표현한다. (5, 3) 필터의 경우 저주파 필터가 5개의 탭을 가지고 고주파 필터가 3개의 탭을 가진다. 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 이산 웨이블릿 변환 장치(300)는 (9, 7) 필터의 의해 리프팅 기반 이산 웨이블릿 변환 연산을 수행할 수 있다.
도 7은 리프팅 변환에 상응하여 하나의 저주파 계수와 하나의 고주파 계수를 획득과정을 예시한 도면으로, 도 7의 제1 점선(710)을 보면, 이미지 데이터 중 5개의 픽셀 데이터를 이용하여 하나의 저주파 계수와 고주파 계수가 획득되는 것을 알 수 있다. 그리고, 제2 점선(720)을 보면, 다음 픽셀 블록의 저주파 계수와 고주파 계수를 획득하기 위해서 5개의 픽셀 데이터와 이전 픽셀 블록의 고주파 계수와 중간 계수들(즉, 제1 중간 계수, 제2 중간 계수)이 필요함을 알 수 있다.
다시 도 3을 참조하여, 라인 메모리(330)는 적어도 5행의 블록 열을 저장할 수 있는 3개의 라인 메모리로 구성될 수 있다. 제1 이산 웨이블릿 변환부(320)가 현재 픽셀 블록에 상응하여 수평 방향으로 이산 웨이블릿 변환을 수행하여 획득한 1차 고주파 계수, 제1 중간 계수, 제2 중간 계수를 라인 메모리(330)에 기록할 수 있다.
도 8은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 이산 웨이블릿 변환 장치가 이미지 데이터를 이산 웨이블릿 변환을 수행하는 방법을 나타낸 순서도이고, 도 9는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 리프팅 기반의 이산 웨이블릿 변환 과정을 나타낸 도면이다.
여기서, 1차 고주파 계수 및 1차 저주파 계수는 수평 방향으로의 이산 웨이 블릿 변환한 값이며, 2차 고주파 계수 및 2차 저주파 계수는 수직 방향으로의 이산 웨이블릿 변환한 값일 수 있다.
단계 810에서 입력부(310)는 입력받은 이미지 데이터를 미리 정해진 사이즈(size)에 상응하여 각각의 픽셀 블록들로 구분한다. 상술한 바와 같이, 하나의 픽셀 블록은 5×3 사이즈로 구성될 수 있다. 여기서, 픽셀 블록이 최초 픽셀 블록인 경우, 픽셀 블록은 5×5 사이즈로 구성될 수 있다. (9,7) 필터는 최소 5개의 픽셀 데이터를 가지고 각각 하나의 저주파 계수와 고주파 계수를 획득할 수 있기 때문이다.
제1 이산 웨이블릿 변환부(320)는 입력부(310)로부터 현재 블록 열의 픽셀 블록을 순차적으로 입력받는다. 수직 방향으로 픽셀 블록을 입력으면, 도 5에 도시된 바와 같이 동일한 블록 열에 포함되는 픽셀 블록들에 대해서 PB11 → PB21 → … → PBM1의 순으로 입력된다. 픽셀 블록은 5×3 사이즈의 픽셀들로 구성되는 것이 바람직하다. 이는 리프팅 기반의 이산 웨이블릿 변환 과정에서 도 7에 도시된 바와 같이 5개의 픽셀 데이터를 가지고 저주파 계수와 고주파 계수를 각각 하나씩 획득할 수 있기 때문에, 수평 방향과 수직 방향으로 저주파 계수와 고주파 계수를 획득하기 위함이다.
이미지 데이터는 한 프레임의 모든 픽셀 데이터를 가지고 있으며, 본 발명의 일 실시예에 따른 이산 웨이블릿 변환 장치(30)에서는 그 픽셀 데이터의 입력 순서를 변화시킴으로써 픽셀 블록 단위로 픽셀 데이터들이 입력되도록 한다.
단계 815에서 제1 이산 웨이블릿 변환부(320)는 라인 메모리(330)로부터 이 전 블록 열의 픽셀 블록에 상응하는 1차 고주파 계수, 제1 중간 계수, 제2 중간 계수를 읽어온다. 여기서, 픽셀 블록이 첫번째 블록 열에 포함되는 경우 이전 블록 열이 존재하지 않으므로 라인 메모리(330)로부터 데이터를 읽어 들이지 않는다. 라인 메모리(330)에는 하나의 블록 열에 상응하는 1차 고주파 계수들, 제1 중간 계수들, 제2 중간 계수들이 각각 하나의 블록 열로 기록되어 있다.
여기서, 라인 메모리(330)로부터 읽어오는 1차 고주파 계수, 제1 중간 계수, 제2 중간 계수는 단계 810에서 입력받은 픽셀 블록과 블록 행은 동일하고 블록 열은 이웃하고 있는 픽셀 블록의 계수들을 의미한다. 즉, 현재 블록 열의 픽셀 블록이 PB12인 경우에, 라인 메모리(330)에 저장된 계수들(예를 들어, 1차 고주파 계수, 제1 중간 계수, 제2 중간 계수) 중에서 이전 블록 열의 픽셀 블록 중 PB11에 상응하는 계수들을 읽어 오게 된다(도 4 참조).
단계 820에서 제1 이산 웨이블릿 변환부(320)는 입력부(310)로부터 입력받은 현재 블록 라인의 픽셀 블록과 라인 메모리(330)로부터 읽은 1차 고주파 계수, 제1 중간 계수, 제2 중간 계수를 이용하여 수평 방향으로 이산 웨이블릿 변환을 수행하여 1차 저주파 계수, 1차 고주파 계수를 산출한다. 물론 이 과정에서 현재 픽셀 블록에 상응하는 제1 중간 계수 및 제2 중간 계수도 산출될 수 있음은 당연하다.
여기서, 제1 이산 웨이블릿 변환부(320)는 현재 블록 열의 픽셀 블록에 상응하여 수평 방향으로 이산 웨이블릿 변환을 수행하여 획득된 1차 고주파 계수, 제1 중간 계수 및 제2 중간 계수를 라인 메모리(330)에 기록할 수 있다. 이와 같이, 라인 메모리(330)에 획득된 데이터들을 저장하여 다음 블록 열의 픽셀 블록에 상응하 여 수평 방향으로 이산 웨이블릿 변환 수행시 이용할 수 있다.
단계 825에서 제2 이산 웨이블릿 변환부(340)는 단계 820에서 획득된 1차 고주파 계수 및 1차 저주파 계수를 이용하여 수직 방향으로 이산 웨이블릿 변환을 수행하여 2차 저주파 계수 및 2차 고주파 계수를 획득할 수 있다.
예를 들어, 제2 이산 웨이블릿 변환부(340)는 제1 이산 웨이블릿 변환부(320)에 의해 산출된 1차 저주파 계수 및 1차 고주파 계수가 5행이 되는 시점에서 수직 방향으로 이산 웨이블릿 변환을 수행할 수 있다. 모든 픽셀 블록들에 상응하여 2차 고주파 계수 및 2차 저주파 계수를 산출할 때까지 단계 810 내지 단계 825를 반복한다.
도 9를 참조하여 이산 웨이블릿 변환 방법에 대해 다시 설명한다.
제1 픽셀 블록(910)은 P(0,0)부터 P(5,5)까지 총 25개의 픽셀 데이터를 포함한다. 제1 픽셀 행(911)에 해당하는 5개의 픽셀 데이터 P(0,0), P(0,1), P(0,2), P(0,3), P(0,4)를 이용하여 수평 방향으로의 리프팅 기반의 이산 웨이블릿 변환을 수행함으로써 1차 저주파 계수인 L(0,0)과 1차 고주파 계수인 H(0,0)을 획득한다. 이 과정에서 제1 중간 계수 H'(0,0) 및 제2 중간 계수 H''(0,0)도 획득된다. 여기서, 제1 중간 계수 및 제2 중간 계수는 고주파 계수 획득 과정(high pass filtering)에서 산출되는 중간 계수들일 수 있다.
그리고 제1 이산 웨이블릿 변환부(320)는 제2 픽셀 행(912) 내지 제5 픽셀 행(915)에 대해서도 동일한 동작을 수행하여 1차 저주파 계수인 L(1,0), L(2,0), L(3,0), L(4,0)과 1차 고주파 계수인 H(1,0), H(2,0), H(3,0), H(4,0)을 획득한다. 여기서, 1차 고주파 계수와 1차 저주파 계수를 획득하는 과정에서 제1 중간 계수인 H'(0,0), H'(1,0), H'(2,0), H'(3,0), H'(4,0)(918)과 제2 중간 계수인 H''(0,0), H''(1,0), H''(2,0), H''(3,0), H''(4,0)(919)가 획득된다.
그리고, 제1 이산 웨이블릿 변환부(320)는 1차 고주파 계수와 제1 중간 계수 및 제2 중간 계수를 라인 메모리(330)에 기록한다. 이는 다음 블록 열의 픽셀 블록에서의 리프팅 기반의 이산 웨이블릿 변환 수행을 위함이다.
제2 이산 웨이블릿 변환부(340)는 5개의 1차 저주파 계수 L(0,0), L(1,0), L(2,0), L(3,0), L(4,0) (916)는 수직 방향으로 리프팅 기반 이산 웨이블릿 변환을 수행하며, 2차 고주파 계수인 LH(0,0) 및 2차 저주파 계수인 LL(0,0)를 획득한다.
5개의 1차 고주파 계수 H(0,0), H(1,0), H(2,0), H(3,0), H(4,0) (917) 역시 수직 방향으로 리프팅 기반의 이산 웨이블릿 변환이 가능하게 된다. 따라서, 이를 수직 방향으로 이산 웨이블릿 변환하면, 2차 고주파 계수인 HH(0,0) 및 2차 저주파 계수인 HL(0,0)이 획득된다.
이러한 이산 웨이블릿 변환을 픽셀 블록 단위로 계속하되, 하나의 블록 열에 포함되는 모든 픽셀 블록에 대해서 수행이 완료되면, 이후 다음 블록 열에 포함되는 픽셀 블록에 대해서 새롭게 이산 웨이블릿 변환이 수행된다.
이 경우 제2 픽셀 블록(920)은 제1 픽셀 블록(910)과 하나의 픽셀 열이 겹친다. 즉, P(0,4), P(1,4), P(2,4)로 구성되는 픽셀 열(9)은 제1 픽셀 블록(910)의 최종 열이자 제2 픽셀 블록(920)의 최초 열이 된다. 이 픽셀 열(921)을 한번 더 입력함으로써 본 발명에 따른 이산 웨이블릿 변환 장치(300)는 내부에서 저장용으로 사용되는 라인 메모리의 수를 감소시키는 효과가 있다.
그리고 제2 픽셀 블록(920)의 이산 웨이블릿 변환을 수행함에 있어서, 이전 블록 열의 1차 고주파 계수인 H(0,0), H(1,0), H(2,0), H(3,0), H(4,0) (917)와 제1 중간 계수인 H'(0,0), H'(1,0), H'(2,0), H'(3,0), H'(4,0) (918)과 제2 중간 계수인 H''(0,0), H''(1,0), H''(2,0), H''(3,0), H''(4,0) (919)을 라인 메모리(330)로부터 읽어와 사용하게 된다.
제2 픽셀 블록(920)의 제1 픽셀 행(921)에 해당하는 3개의 픽셀 데이터 P(0,4), P(0,5), P(0,6)와 1차 고주파 계수인 H(0,0), 제1 중간 계수 H'(0,0), 제2 중간 계수 H''(0,0)을 이용하여 1차 고주파 계수 H(0,1)과 1차 저주파 계수 L(0,1)을 산출한다. 그리고, 제2 픽셀 행(922)과 1차 고주파 계수인 H(1,0), 제1 중간 계수인 H'(1,0), 제2 중간 계수인 H''(1,0)을 이용하여 동일한 과정을 수행하여 1차 고주파 계수인 H(1,1)와 1차 저주파 계수 L(1,1)을 산출할 수 있다. 나머지 픽셀 행들(예를 들어, 923, 924, 925)에 대해서도 동일한 과정을 수행하여 1차 고주파 계수들 및 1차 저주파 계수들을 산출할 수 있다.
그리고, 다음 블록 열에서의 이산 웨이블릿 변환을 위해 새롭게 산출된 1차 고주파 계수인 H(0,1), H(1,1), H(2,1), H(3,1), H(4,1) (927)와 제1 중간 계수인 H'(0,1), H'(1,1), H'(2,1), H'(3,1), H'(4,1) (928) 및 제2 중간 계수 H''(0,1), H''(1,1), H''(2,1), H''(3,1), H''(4,1) (929)을 라인 메모리(330)에 저장하게 된다.
또한, 5개의 1차 저주파 계수 L(0,1), L(1,1), L(2,1), L(3,1), L(4,1) (926) 및 5개의 1차 고주파 계수 H(0,1), H(1,1), H(2,1), H(3,1), H(4,1)(927)은 수직 방향으로 리프팅 기반 이산 웨이블릿 변환이 가능하게 된다. 따라서, 이를 수직 방향으로 이산 웨이블릿 변환하면 2차 고주파 계수인 LH(0,1), HH(0,1) 및 2차 저주파 계수인 LL(0,1), HL(0,1)이 획득된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 이미지 데이터의 이산 웨이블릿 변환 방법 및 그 장치는 3개의 라인 메모리만을 사용함으로써 기존의 이산 웨이블릿 변환 과정에서 사용되던 9개의 라인 메모리 대신에 사용되는 메모리의 사이즈를 1/3로 줄이고, 경제적으로 생산 원가를 절감시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 이미지 데이터를 라인 버퍼 메모리에 모두 채운 후에 필터링 동작을 수행할 수 있었지만, 이러한 지연없이 이미지 데이터가 입력되는 즉시 2차원 이산 웨이블릿 변환을 수행할 수 있는 효과도 있다.
또한, 본 발명은 리프팅 기반의 웨이블릿 변환 방법을 적용하여 계산량과 처리 속도를 개선할 수 있는 효과도 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (14)

  1. 이미지 데이터를 픽셀 블록으로 구분하여 정해진 순서대로 순차적으로 출력하는 입력부;
    이전 픽셀 블록의 1차 고주파 계수, 제1 중간 계수 및 제2 중간 계수를 저장하는 라인 메모리;
    상기 입력부로부터 입력받은 현재 블록 라인의 픽셀 블록들과 상기 이전 픽셀 블록들의 1차 고주파 계수, 제1 중간 계수 및 제2 중간 계수를 이용하여 제1 방향으로 이산 웨이블릿 변환을 수행하여 1차 고주파 계수, 제1 중간 계수, 제2 중간 계수 및 1차 저주파 계수를 산출하는 제1 이산 웨이블릿 변환부; 및
    상기 현재 픽셀 블록의 1차 고주파 계수 및 1차 저주파 계수를 이용하여 제2 방향으로 이산 웨이블릿 변환을 수행하여 2차 고주파 계수 및 2차 저주파 계수를 산출하는 제2 이산 웨이블릿 변환부를 포함하는 이산 웨이블릿 변환 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 이산 웨이블릿 변환부는 현재 블록 라인의 픽셀 블록에 상응하여 산출된 상기 1차 고주파 계수, 상기 제1 중간 계수 및 상기 제2 중간 계수를 상기 라인 메모리에 기록하는 것을 특징으로 하는 이산 웨이블릿 변환 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 픽셀 블록이 최초 픽셀 블록이면 상기 픽셀 블록은 5×5 크기로 구성되며, 다른 픽셀 블록은 5×3 크기로 구성되는 것을 특징으로 하는 이산 웨이블릿 변환 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 픽셀 블록이 상기 최초 픽셀 블록이면, 상기 제1 이산 웨이블릿 변환부는 상기 라인 메모리 참조 없이 상기 픽셀 블록만을 이용하여 상기 제1 방향으로 이산 웨이블릿 변환을 수행하는 것을 특징으로 하는 이산 웨이블릿 변환 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 이산 웨이블릿 변환부 및 상기 제2 이산 웨이블릿 변환부는 리프팅 기반 이산 웨이블릿 변환을 수행하는 것을 특징으로 하는 이산 웨이블릿 변환 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 방향은 상기 픽셀 블록의 픽셀 행별 또는 픽셀 열별 중 어느 하나이며,
    상기 제2 방향은 상기 픽셀 블록의 픽셀 행별 또는 픽셀 열별 중 다른 하나인 것을 특징으로 하는 이산 웨이블릿 변환 장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 현재 픽셀 블록의 최초 픽셀 열은 상기 이전 픽셀 블록의 최종 픽셀 열로 설정되는 것을 특징으로 하는 이산 웨이블릿 변환 장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 중간 계수 및 상기 제2 중간 계수는 상기 1차 고주파 계수를 산출하는 중간 과정에서 획득된 계수인 것을 특징으로 하는 이산 웨이블릿 변환 장치.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 라인 메모리는 5×3의 크기인 것을 특징으로 하는 이산 웨이블릿 변환 장치.
  10. 이산 웨이블릿 변환 장치가 이미지 데이터에 상응하여 이산 웨이블릿 변환을 수행하는 방법에 있어서,
    (a) 이전 픽셀 블록에 상응하여 라인 메모리에 기록된 1차 고주파 계수, 제1 중간 계수 및 제2 중간 계수를 읽어 들이는 단계;
    (b) 입력부로부터 현재 블록 라인의 픽셀 블록을 순차적으로 입력받는 단계;
    (c) 상기 이전 픽셀 블록에 상응하는 1차 고주파 계수, 제1 중간 계수 및 제2 중간 계수와 현재 픽셀 블록을 이용하여 제1 방향으로 제1 이산 웨이블릿 변환을 수행하여 1차 고주파 계수, 1차 저주파 계수, 제1 중간 계수 및 제2 중간 계수를 산출하는 단계;
    (d) 상기 현재 픽셀 블록의 1차 고주파 계수, 제1 중간 계수 및 제2 중간 계수를 상기 라인 메모리에 기록하는 단계; 및
    (e) 상기 현재 픽셀 블록의 1차 고주파 계수 및 1차 저주파 계수를 이용하여 제2 방향으로 제2 이산 웨이블릿 변환을 수행하여 2차 고주파 계수 및 2차 저주파 계수를 산출하는 단계를 포함하는 이산 웨이블릿 변환 방법.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 픽셀 블록이 최초 픽셀 블록이면, 상기 입력부로부터 입력된 픽셀 블록만을 이용하여 상기 제1 방향으로 상기 제1 이산 웨이블릿 변환을 수행하여 1차 고 주파 계수, 1차 저주파 계수, 제1 중간 계수 및 제2 중간 계수를 산출하는 단계를 더 포함하는 이산 웨이블릿 변환 방법.
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 제1 이산 웨이블릿 변환 및 상기 제2 이산 웨이블릿 변환은 리프팅 기반 이산 웨이블릿 변환인 것을 특징으로 하는 이산 웨이블릿 변환 방법.
  13. 제 10항에 있어서,
    상기 입력부가 이미지 데이터를 픽셀 블록으로 구분하여 미리 정해진 순서대로 순차적으로 출력하는 단계를 더 포함하는 이산 웨이블릿 변환 방법.
  14. 제 10항에 있어서,
    상기 현재 픽셀 블록의 최초 픽셀 열은 상기 이전 픽셀 블록의 최종 픽셀 열로 설정되는 것을 특징으로 하는 이산 웨이블릿 변환 방법.
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