KR100798446B1

KR100798446B1 - 적응적 더블 스캔 방법

Info

Publication number: KR100798446B1
Application number: KR1020010059790A
Authority: KR
Inventors: 이상우; 김철우
Original assignee: 에스케이 텔레콤주식회사
Priority date: 2001-09-26
Filing date: 2001-09-26
Publication date: 2008-01-28
Also published as: KR20030026699A

Abstract

본 발명은 H.26L에서의 런 길이 코딩시의 압축율을 보다 향상시킬 수 있도록 한 더블 스캔 방법에 관한 것으로, 입력 영상을 소정 크기의 매트릭스 형태로 이산 여현 변환 및 양자화시킨 값을 1차원으로 배열하는 더블 스캔 방법에서,상기 입력 영상을 소정 화소 크기의 블록으로 나눈 다음 인트라/인터 블록으로 구분하고 그 인트라 블록에 대해 인트라 예측을 행하되, 현재의 인트라 블록이 인접해 있는 화소들중에서 어느 방향의 화소와 유사한지를 예측한 후 그에 따른 인트라 예측 모드를 결정하는 제 1과정; 및 상기 결정된 인트라 예측 모드에 해당하는 스캔 맵을 선택하고 그 선택된 스캔 맵의 형태로 상기 양자화시킨 값을 더블 스캔하는 제 2과정을 구비함으로써, 인트라 예측 모드에 따라 스캔 맵의 형태를 달리하여 사용함으로써 일렬로 입력되는 비트수에 대한 런 길이 코딩의 효과를 높일 수 있게 된다.

H.26L, 런 길이 코딩, 더블 스캔, 양자화, 인트라

Description

적응적 더블 스캔 방법{Adaptive double scan method in the H.26L}

도 1은 본 발명의 방법이 적용되는 시스템의 구성도,

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 적응적 더블 스캔 방법에서 예측 모드에 의해 결정되는 스캔 맵을 설명하는 테이블도,

도 3a 및 도 3b는 도 2에 도시된 모드 1∼모드 5가 만들어지는 원리를 설명하는 도면,

도 4는 도 2에 도시된 테이블도의 스캔 맵에서의 더블 스캔 방향을 설명하는 도면,

도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 실시예 설명에 채용되는 그래프들이다.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 2차원 이산 여현 변환부 12 : 양자화부

14 : 인트라 예측부 16 : 스캔부

18 : 런 길이 코딩부

본 발명은 더블 스캔 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 H.26L의 영상 압축 기술에서 런 길이 코딩(run length coding)을 효율적으로 수행할 수 있도록 향상된 적응적 더블 스캔 방법에 관한 것이다.

지리적으로 떨어진 두 지점 사이에 전기 전도 특성이 양호한 도체, 다시 말해서 전송선로(傳送線路)를 포설하여 필요한 정보를 전기신호 형태로 변환하여 전송하는 것을 유선통신 방식이라 하고, 공간을 전송 매체로 하여 정보를 전자파에 실어서 안테나를 통해 방사하고 수신측에서 공간을 통해 전송되어 온 전자파를 안테나로 수신하여 원래의 신호를 검출하는 방식을 무선통신 방식이라고 한다.

무선통신에서 정보를 실어 나르는 전파는 무선 주파수(RF : Radio Frequency) 대역이 제한되어 있다. 특히, 동영상 등의 멀티미디어 서비스를 무선통신 환경에서 제공하기 위해서는 그 멀티미디어 컨텐츠의 압축이 매우 중요하다.

H.26L은 국제 통신 연맹(ITU-T)에서 권고하는 영상 압축 방식중의 하나로서 현재 표준화가 완료된 H.263의 다음 버전이다. H.26L은 종래의 영상 압축 표준들의 단점을 획기적으로 보완하는 알고리즘을 사용하여 엠펙(MPEG)-4 대비 40% 정도의 비트율 절감을 실현하고 있다.

이와 같이 멀티미디어 컨텐츠의 영상 압축을 위해 다양한 방식의 영상 압축 기술이 제안되고 있는데, 화면의 품질을 그대로 유지하면서 비트율을 줄이기 위한 많은 기술들이 제안하고 있는 실정이다.

본 발명은 상기한 종래의 사정을 감안하여 제안된 것으로, H.26L에서의 런 길이 코딩시의 압축율을 보다 향상시킬 수 있도록 한 적응적 더블 스캔 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 적응적 더블 스캔 방법은, 입력 영상을 소정 크기의 매트릭스 형태로 이산 여현 변환 및 양자화시킨 값을 1차원으로 배열하는 더블 스캔 방법에 있어서,

상기 입력 영상을 소정 화소 크기의 블록으로 나눈 다음 인트라/인터 블록으로 구분하고 그 인트라 블록에 대해 인트라 예측을 행하되, 현재의 인트라 블록이 인접해 있는 화소들중에서 어느 방향의 화소와 유사한지를 예측한 후 그에 따른 인트라 예측 모드를 결정하는 제 1과정; 및 상기 결정된 인트라 예측 모드에 해당하는 스캔 맵을 선택하고 그 선택된 스캔 맵의 형태로 상기 양자화시킨 값을 더블 스캔하는 제 2과정을 구비하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 적응적 더블 스캔 방법에 대하여 첨부된 도 면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 방법이 적용되는 시스템의 구성도로서, 입력되는 영상을 소정 화소 크기(예컨대, 4×4 화소 크기)의 블록 단위로 2차원 이산 여현 변환(DCT : Discrete Cosine transform)하여 4×4 매트릭스 형태의 이산 여현 변환(이하, DCT라 함) 계수를 출력하는 2차원 이산 여현 변환부(10); 상기 4×4 매트릭스 형태의 DCT 계수를 양자화(quantization)하여 양자화된 값을 출력하는 양자화부(12); 입력된 영상을 4×4 화소 크기의 블록으로 나눈 다음 인트라(intra)/인터(inter) 블록으로 구분하고 그 인트라 블록에 대해 인트라 예측을 수행하여 인트라 예측 모드(모드 0∼모드 5에서 어느 한 모드)를 결정하고 그 결정된 모드에 상응하는 신호를 출력하는 인트라 예측부(14); 복수의 스캔 맵이 저장되고, 상기 결정된 인트라 예측 모드에 해당하는 스캔 맵을 선택하여 그 선택된 스캔 맵의 형태로 상기 매트릭스 형태의 양자화된 값을 더블 스캔하는 스캔부(16); 및 그 스캔부(16)로부터의 결과에 근거하여 런 길이 코딩을 수행하는 런 길이 코딩부(18)를 구비한다.

상기 양자화부(12)에서 출력되는 양자화된 값은 통상적으로 저주파 대역(예컨대, 4×4 화소 크기의 블록에서 왼쪽 상단)에서 그 값이 크고, 고주파 대역(예컨대, 4×4 화소 크기의 블록에서 오른쪽 하단)에서 그 값(거의 0)이 작다.

그에 따라, 예를 들어 "100101101000…"으로 나오는 비트열을 만들기 위해서는 그 매트릭스 형태의 양자화된 값을 1차원으로 배열해야 하는데, 이를 위해 통상적으로 사용되었던 방식이 지그재그(zig-zag) 스캔이다.

이 지그재그 스캔은 상술한 DCT 계수값의 위치적 특성(고주파 부분은 0)을 이용하는 것인데. 이를 이용하면 큰 값은 앞쪽으로 몰리고, 작은 값은 뒤쪽으로 몰리게 되어 뒷부분은 거의 0값을 갖는다. 이후, 런 길이 코딩(run length coding)을 하면 뒤쪽에 몰려 있는 0들은 적은 비트수로 표현할 수 있고, 이때 엔트로피 특성에 의한 압축이 수행되어 압축률이 높아지게 된다.

싱글 스캔은 일반적인 영상 압축 방법에 공통적으로 사용되는 방법으로서, 지그재그 스캔이라 함은 싱글 스캔을 말한다. 엠펙-4 또는 H.263에서도 싱글 스캔을 사용하는데, 엠펙-4에서는 옵션으로 적응적 수평 스캔(adaptive-horizontal scan), 적응적 수직 스캔(adaptive-vertical scan)을 사용한다. 더블 스캔은 H.26L 표준화에서 채택된 방법으로서, 현재는 QP(Quantization Parameter)의 값이 24보다 작은 경우에만 사용되도록 권고되어 있다.

본 발명의 실시예에서는, 그 QP의 값이 24보다 적은 고화질 영상에 사용되는 더블 스캔 방식에 새로운 스캔 맵(Scan map)을 제시하여 런 길이 코딩을 보다 효율적으로 수행할 수 있도록 한다.

즉, 본 발명에서는 상기 스캔부(16)에서 더블 스캔을 행할 때 상기 인트라 예측부(14)에서 제공되는 신호(즉, 스캔 맵 결정신호)에 따라 스캔 맵을 선택하고 입력된 양자화된 값을 그 선택된 스캔 맵의 형태로 더블 스캔한다.

여기서, 상기 인트라 예측부(14)에서는 스캔 맵 결정신호를 출력하기 전에 인트라 예측을 수행하여 인트라 예측 모드(모드 0∼모드 5에서 어느 한 모드)를 결정하게 되는데, 상기 인트라 예측부(14)에서 결정가능한 인트라 예측 모드는 도 2 에 예시된 바와 같이 직류 예측 모드(모드 0), 수직 예측 모드(모드 2), 수평 예측 모드(모드 4), 대각선 예측 모드(모드 3), 및 45도의 대각선은 아니고 수직 또는 수평에 근접한 각도의 예측 모드(모드 1, 모드 5)이다.

다시 말해서, 도 3a에 예시된 바와 같이 4×4 화소 크기의 블록(a∼p까지의 화소를 갖춤)이 있고, 그 블록에 인접하여 A∼I까지의 화소가 있는 경우, 상기 직류 예측 모드인 모드 0은 모든 화소(pixel)가 "(A+B+C+D+E+F+G+H)//8"에 의해 예측된다.

그리고, 상기 수직 방향에 근접한 각도의 예측 모드(도 3b 참조)인 모드 1은 화소(A, B, C, D)가 화면(picture; 다수의 블록으로 구성됨)내에 있을 때에 사용되는데, 상기 블록내의 화소 a는 "(A+B)/2"에 의해 예측되고, 화소 e는 화소 B에 의해 예측되며, 화소(b, i)는 "(B+C)/2"에 의해 예측되고, 화소(f, m)는 화소 C에 의해 예측되며, 화소(c, j)는 "(C+D)/2"에 의해 예측되고, 화소(d, g, h, k, l, n, o, p)는 화소 D에 의해 예측된다.

그리고, 상기 수직(Vertical) 방향의 예측 모드(도 3b 참조)인 모드 2는 만약 화소 A, B, C, D가 화면내에 있으면 화소(a, e, i, m)는 화소 A에 의해 예측되고, 화소(b, f, j, n)는 화소 B에 의해 예측되며, 화소(c, g, k, o)는 화소 C에 의해 예측되고, 화소(d, h, l, p)는 화소 D에 의해 예측된다.

그리고, 상기 45도 대각선(Diagonal) 방향의 예측 모드(도 3b 참조)인 모드 3은 상기 화소(A, B, C, D, E, F, G, H, I)가 모두 화면내에 있을 때에 사용되는 데, 상기 블록내의 화소 m은 "(H+2G+F)//4"에 의해 예측되고, 화소(i, n)는 "(G+2F+E)//4"에 의해 예측되며, 화소(e, j, o)는 "(F+2E+I)//4"에 의해 예측되고, 화소(a, f, k, p)는 "(E+2I+A)//4"에 의해 예측되며, 화소(b, g, l)는 "(I+2A+B)//4"에 의해 예측되고, 화소(c, h)는 "(A+2B+C)//4"에 의해 예측되며, 화소 d는 "(B+2C+D)//4"에 의해 예측된다.

그리고, 상기 수평(Horizontal) 방향의 예측 모드(도 3b 참조)인 모드 4는 만약 화소 E, F, G, H가 화면내에 있으면 화소(a, b, c, d)는 화소 E에 의해 예측되고, 화소(e, f, g, h)는 화소 F에 의해 예측되며, 화소(i, j, k, l)는 화소 G에 의해 예측되고, 화소(m, n, o, p)는 화소 H에 의해 예측된다.

마지막으로, 상기 수평 방향에 근접한 각도의 예측 모드(도 3b 참조)인 모드 5는 화소(E, F, G, H)가 화면(picture; 다수의 블록으로 구성됨)내에 있을 때에 사용되는데, 상기 블록내의 화소 a는 "(E+F)/2"에 의해 예측되고, 화소 b는 화소 F에 의해 예측되며, 화소(c, e)는 "(F+G)/2"에 의해 예측되고, 화소(f, d)는 화소 G에 의해 예측되며, 화소(i, g)는 "(G+H)/2"에 의해 예측되고, 화소(h, j, k, l, m, n, o, p)는 화소 H에 의해 예측된다.

즉, 도 3b에 도시된 모드 1 ∼ 모드 5는 현재의 블록이 해당 모드의 방향으로 유사하다는 것을 나타낸 것이다.

이와 같은 방식에 의해 결정된 인트라 예측 모드에 상응하는 신호(즉, 스캔 맵 결정신호)를 입력받은 스캔부(16)에서는 그 입력된 스캔 맵 결정신호에 근거하 여 두가지의 스캔 맵((a), (b); 도 2 참조)중에서 하나를 선택한 후 상기 양자화부(12)로부터 제공되는 양자화된 값을 상기 선택된 스캔 맵의 형태로 더블 스캔한다.

상기 선택가능한 스캔 맵은 도 4의 (a)에서와 같이 TML(Test Model Long-term) 5.91에서 정의한 더블 스캔 맵 및, 상기 정의된 더블 스캔 맵과 상이한 에너지 분포도를 갖는 도 4의 (b)에서와 같은 더블 스캔 맵으로 구성된다. 상기 도 4의 (a)에 제시된 더블 스캔 맵의 경우 위치적으로 "가"의 영역에 값이 큰 DCT 계수값들이 존재하고, 상기 도 4의 (b)에 제시된 더블 스캔 맵의 경우 위치적으로 "나"의 영역에 값이 큰 DCT 계수값들이 존재한다.

상기 스캔부(16)에서 두가지의 더블 스캔 맵중에서 적응적으로 어느 한 더블 스캔 맵을 선택하여 그 더블 스캔 맵의 형태로 더블 스캔하게 되면, 런 길이 코딩부(18)에서는 그 스캔부(16)에서 제공하는 1차원의 비트열에 대해 내부의 코드 테이블(도시 생략)에 근거하여 런 길이 코딩을 수행하게 된다. 상기 런 길이 코딩부(18)에서의 런 길이 코딩결과 예를 들어 (5, 10, 0) 또는 (5, 10, 1) 등과 같은 코드가 발생될 수 있는데, 그 (5, 10, 0) 코드는 10의 값 전단에 다섯 개의 0값이 있고 그 10의 값이후에 0의 값이 계속됨을 의미하고, 그 (5, 10, 1) 코드는 10의 값 전단에 다섯 개의 0값이 있고 그 10의 값이후에 더 이상의 값이 없다는 것을 의미한다.

물론, 상기 스캔부(16)에서 도 4의 (a)에서와 같은 더블 스캔 맵의 형태로 더블 스캔을 행하고 런 길이 코딩을 하였을 경우에는 종래와 동일한 압축율을 유지하겠지만, 만약 도 4의 (b)의 더블 스캔 맵이 필요한 경우에 그 도 4의 (b)의 더블 스캔 맵 형태로 더블 스캔을 행하고 런 길이 코딩을 하였을 경우에는 종래보다 향상된 압축율을 얻게 된다. 즉, 상황에 따라 도 4의 (a) 또는 (b)를 적절하게 선택하여 사용하게 되면 종래보다 향상된 압축율을 얻게 된다.

상기 도 4의 (a) 및 (b)의 더블 스캔 맵 사용에 따른 차이를 예를 들어 설명하면 다음과 같다. 양자화 과정 이후에 다음의 값을 갖는 블록을 런 길이 코딩을 한다고 가정한다.

7	5	3	1
2	1	0	0
0	0	0	0
0	0	0	0

상기 예로 든 블록에서 값을 확인해 보면 위쪽(도 4의 (b)에서와 같이 "나"부분의 값이 큼)으로 값이 몰려 있다.

이 경우, 도 4의 (a)의 더블 스캔을 사용하게 되면 7-5-3-0-0-1-0-0, 2-0-1-0-0-0-0-0 순서로 값이 늘어서게 되고, 도 4의 (b)의 더블 스캔을 사용하게 되면 7-2-0-0-0-0-0-0, 5-3-1-0-1-0-0-0 순서로 값이 늘어서게 된다. 즉, 0의 개수나 계수의 값은 동일하고 순서만 바뀌게 되는 것이다.

이것을 H.26L에 정의된 런 길이 코딩 테이블에 의해 비트열로 만들면 다음의 표 1과 같다.

<표 1>

Run, level	코드	비트수
EOB(End Of Block)	1	1
(0,1)-앞에 0이 없는 1	001	3
(1,1)-앞에 0이 1개	00001	5
(2,1)-앞에 0이 2개	0000001	7
(0,2)-앞에 0이 없는 2	01001	5
(0,3)-앞에 0이 없는 3	0001001	7
(0,5)-앞에 0이 없는 5	0101011	7
(0,7)-앞에 0이 없는 7	010001011	9

H.26L의 코드 테이블은 상기 <표 1>과 같이 정의되어 있다.

이에 따라 상기의 결과를 코딩할 때, 도 4의 (a)에 의한 더블 스캔을 비트열로 만들면 (0,7)-(0,5)-(0,3)-(2,1)-EOB 와 (0,2)-(1,1)-EOB 이므로 010001011-0101011-0001001-0000001-1 과 01001-00001-1 이 되어 전체적으로 사용된 비트수는 (9+7+7+7+1)+(5+5+1)=42비트가 된다.

반면에, 도 4의 (b)에 의한 더블 스캔을 비트열로 만들면 (0,7)-(0,2)-EOB 와 (0,5)-(0,3)-(0,1)-(1,1)-EOB 이므로 010001011-01001-1 과 0101011-0001001-001-00001 이 되어 전체적으로 사용된 비트수는 (9+5+1)+(7+7+3+5+1)=38비트가 되고, 도 4의 (a)의 더블 스캔을 사용하였을 때와 비교하여 볼 때 4비트가 절약되며, 10%정도의 비트율 절감이 이루어짐을 알 수 있다.

그리고, 다양한 실험 영상(예컨대, FORMAN, HALL, PARIS, MAD, AKIYO)을 대상으로 본 발명의 더블 스캔 방법에 대하여 실험하여 본 결과, 런 길이 코딩을 위한 비트의 수가 도 5a에서와 같이 절감됨을 알 수 있었고, 프레임당 평균 비트수에 관해 절감되는 비트의 퍼센트가 도 5b에서와 같음을 알 수 있었으며, 프레임당 평균 계수에 관해 절감되는 비트의 퍼센트가 도 5c에서와 같음을 알 수 있었다.

이상 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 인트라 예측 모드에 따라 스캔 맵의 형태를 달리하여 사용함으로써, 일렬로 입력되는 비트수에 대한 런 길이 코딩의 효과를 높일 수 있게 된다.

한편, 본 발명은 상술한 실시예로만 한정되는 것이 아니라 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위내에서 수정 및 변형하여 실시할 수 있고, 그러한 수정 및 변형이 가해진 기술사상 역시 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 한다.

Claims

입력 영상을 소정 크기의 매트릭스 형태로 이산 여현 변환 및 양자화시킨 값을 1차원으로 배열하는 더블 스캔 방법에 있어서,

상기 입력 영상을 소정 화소 크기의 블록으로 나눈 다음 인트라/인터 블록으로 구분하고 그 인트라 블록에 대해 인트라 예측을 행하되, 현재의 인트라 블록이 인접해 있는 화소들중에서 어느 방향의 화소와 유사한지를 예측하기 위하여 인트라 예측 모드를 결정하는 제 1과정; 및

상기 결정된 인트라 예측 모드에 해당하는 스캔 맵을 선택하고 그 선택된 스캔 맵의 형태로 상기 양자화시킨 값을 더블 스캔하는 제 2과정을 구비하는 것을 특징으로 하는 적응적 더블 스캔 방법.
제 1항에 있어서,

상기 결정가능한 인트라 예측 모드는 직류 예측 모드, 수직 예측 모드, 수평 예측 모드, 대각선 예측 모드, 및 수직 또는 수평에 근접한 예측 모드중에서 어느 하나인 것을 특징으로 하는 적응적 더블 스캔 방법.
제 2항에 있어서,

상기 선택가능한 스캔 맵은 TML 5.91에서 정의한 제 1 더블 스캔 맵 및, 상기 제 1 더블 스캔 맵과 상이한 에너지 분포도를 갖는 제 2 더블 스캔 맵으로 구성 되고,

상기 제 2 더블 스캔 맵의 형태는, 4×4인 {{a₁₁,a₁₂,a₁₃,a₁₄},{a₂₁,a₂₂,a₂₃,a₂₄},{a₃₁,a₃₂,a₃₃,a₃₄},{a₄₁,a ₄₂,a₄₃,a₄₄}}={{0,0,1,4},{1,2,3,5},{2,3,4,6},{5,6,7,7}} 매트릭스에서, a₁₁→a₂₁→a₃₁→a₃₂→a ₃₃→a₄₁→a₄₂→a₄₃ 의 순서와, a₁₂→a₁₃→a₂₂→a₂₃→a₁₄→a₂₄→a ₃₄→a₄₄ 의 순서로 이루어진 것을 특징으로 하는 적응적 더블 스캔 방법.
제 3항에 있어서,

상기 제 2 더블 스캔 맵은 상기 수직 예측 모드 또는 수평 예측 모드가 결정되는 경우에 선택되는 것을 특징으로 하는 적응적 더블 스캔 방법.