KR101060593B1 - Quantization and Inverse Quantization of 3D Mesh Data - Google Patents

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Abstract

본 발명은 멀티미디어 데이터의 압축과 복원에 사용되는 효율적인 양자화 방법과 그 복원 방법에 관한 것이다. 종래의 양자화 방법은, "0"을 양자화하고 복호화 했을 때 "0"으로 복호화 하지 못하고, "1"을 양자화하고 복호화 했을 때 "1"로 복호화 하지 못하는 문제가 있다. 이에 본 발명은, 양자화 에러를 줄임과 동시에 "0"을 "0"으로, "1"을 "1"로 정확히 복원하며, 양자화 진행시의 보정 파라메타 델타(delta)를 사용하지 않으므로 보다 빠르게 양자화 및 역양자화를 수행할 수 있는 방안을 제안하고자 한다. 본 발명을 통해, 양자화 오류를 줄이고, "0"과 "1"에 대한 안정적인 복원이 가능하며, 양자화 및 복호화 시간을 단축시킬 수 있다.The present invention relates to an efficient quantization method and a decompression method used for compressing and decompressing multimedia data. The conventional quantization method has a problem in that it is not possible to decode to "0" when quantizing and decoding "0", and not to "1" when quantizing and decoding "1". Accordingly, the present invention reduces the quantization error and at the same time accurately restores "0" to "0" and "1" to "1", and does not use the correction parameter delta during the quantization process. We propose a method to perform inverse quantization. Through the present invention, it is possible to reduce the quantization error, stable restoration of "0" and "1", and shorten the quantization and decoding time.

양자화, 역양자화, 3차원 메쉬 Quantization, Inverse Quantization, 3D Mesh

Description

3차원 메쉬 데이터의 양자화 및 역양자화 방법{EFFECTIVE QUANTIZATION METHOD FOR THE COMPRESSION AND DECOMPRESSION OF MULTIMEDIA DATA}Quantization and Dequantization of 3D Mesh Data {EFFECTIVE QUANTIZATION METHOD FOR THE COMPRESSION AND DECOMPRESSION OF MULTIMEDIA DATA}

본 발명은 멀티미디어 데이터의 압축과 복원에 사용되는 효율적인 양자화 방법과 그 복원 방법에 관한 것으로, 특히 플로팅(floating) 값을 갖는 3D 데이터의 정점 좌표를 양자화 및 복호화하고, 국제표준으로 제정된 ISO/IEC(International Organization for Standardization/International Electrotechnical Compression) 14496 part16 (AFX)에 사용되는 양자화기를 변경할 수 있는 3차원 메쉬 데이터의 양자화 및 역양자화 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an efficient quantization method and a decompression method used for compressing and decompressing multimedia data, and more particularly, to quantization and decoding of vertex coordinates of floating 3D data, and to ISO / IEC established as an international standard. (International Organization for Standardization / International Electrotechnical Compression) 14496 part16 (AFX) relates to a method for quantizing and inverse quantization of three-dimensional mesh data that can be changed.

본 발명은 지식경제부 및 정보통신연구진흥원의 IT신성장동력핵심기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다. [2008-F-030-01, 방통융합형 Full 3D 복원 기술 개발]The present invention is derived from a study conducted as a part of the IT new growth engine core technology development project of the Ministry of Knowledge Economy and ICT. [2008-F-030-01, Development of Fuse-proof Full 3D Restoration Technology]

현재, 컴퓨터 그래픽스 분야에서 3차원 영상을 표현하는 방법으로, 삼각형 메쉬(Triangular Mesh)가 널리 이용되고 있다.Currently, a triangular mesh is widely used as a method of representing a 3D image in the field of computer graphics.

삼각형 메쉬 영상은 불균일한 구조로 인해 삼각형을 형성하는 꼭지점들의 위 치 정보(Geometry information) 및 꼭지점들 간의 연결 정보(connectivity information)로 구성되기 때문에, 균일한 구조를 갖는 이차원 영상에 비해 데이터 량이 매우 크다. 따라서, 삼각형 메쉬 영상의 저장 및 전송과 관련된 문제점을 해소하기 위하여 많은 연구가 활발히 진행되고 있다.Since the triangle mesh image is composed of the geometry information of the vertices forming the triangle and the connectivity information between the vertices due to the uneven structure, the amount of data is much larger than the two-dimensional image having the uniform structure. . Therefore, many studies have been actively conducted to solve the problems related to the storage and transmission of the triangle mesh image.

이와 같이, 3차원 그래픽스 분야는 사용 빈도는 많아졌으나, 정보량의 방대함 때문에 그 사용 범위가 제한적이다.In this way, the field of 3D graphics has increased in frequency, but its use range is limited due to the huge amount of information.

예컨대, 32비트(bit) 부동 소수점(floating point)으로 3차원 메쉬 모델의 기하 정보가 표현된다고 가정하면, 하나의 기하 정보를 표현하기 위하여 96비트, 즉 12바이트(byte)의 메모리 공간이 필요하다. 이는, 3차원 모델이 기하 정보만을 갖는 1만 개의 정점에 의해 표현될 경우 120 킬로바이트(kilobyte)의 메모리 공간을 필요로 하고, 10만 개의 정점에 의해 3차원 모델이 표현될 경우 1.2 메가바이트(megabyte)의 메모리 공간이 필요하게 된다.For example, assuming that geometric information of a three-dimensional mesh model is represented by a 32-bit floating point, 96 bits, or 12 bytes of memory space, are required to represent one geometric information. . This requires 120 kilobytes of memory space when the 3D model is represented by 10,000 vertices with only geometric information, and 1.2 megabytes when the 3D model is represented by 100,000 vertices. Memory space is required.

따라서, 이러한 정보들의 방대함으로 인하여 3차원 영상의 압축에 있어서 부호화의 필요성이 대두되었다.Therefore, the necessity of encoding has arisen in the compression of 3D images due to the enormous amount of such information.

이를 위하여, MPEG-4(Moving Picture Expert Group-4) - 3DGC(3 Dimensional Graphics Compression) 분야에서 ISO/IEC(International Organization for Standardization/International Electrotechnical Compression)의 표준안으로 채택된 3차원 메쉬 코딩(3D Mesh Coding : 3DMC) 방식은, 가상 언어 모델링 언어(Virtual Reality Modeling Language : VRML) 파일 내에 인덱스드페이스셋(IndexedFaceSet : IFS)으로 표현되는 3차원 모델의 메쉬 정보를 부호화 및 복호 화 함으로써 3차원 메쉬 정보에 대한 데이터의 전송 효율을 높인다.To this end, MPEG-4 (Moving Picture Expert Group-4)-3D Mesh Coding has been adopted as a standard of ISO / IEC (International Organization for Standardization / International Electrotechnical Compression) in the field of 3 Dimensional Graphics Compression (3DGC). : 3DMC) method encodes and decodes mesh information of a three-dimensional model represented by an indexed faceset (IFS) file in a Virtual Reality Modeling Language (VRML) file. Improve data transmission efficiency.

이 표준기술에서는 32비트의 부동 소수점을 양자화하는데, 이러한 부동 소수점 양자화 방법은 다음 [수학식 1]로 표현될 수 있다.In this standard technique, 32-bit floating point is quantized, and this floating point quantization method can be expressed by Equation 1 below.

Figure 112008085113415-pat00001
Figure 112008085113415-pat00001

여기서, vmx는 vx 값들 중의 최소값, vmy는 vy 값들 중의 최소값, vmz는 vz 값들 중의 최소값을 의미하며, vx 값들 중의 최대값은 vMx로, vy 값들 중의 최대값은 vMy로, vz 값들 중의 최대값은 vMz로 각각 표현될 수 있다.Where v mx is the minimum of v x values, v my is the minimum of v y values, v mz is the minimum of v z values, the maximum of v x values is v Mx , and the maximum of v y values is With v My , the maximum of the v z values can be expressed as v Mz , respectively.

또한, int[]는 정수부분만 취하는 기능을 갖는 함수이고, *는 곱하기 연산을 의미한다.Also, int [] is a function that takes only an integer part, and * means a multiply operation.

이때, QP는 양자화 변수(Quantization Parameter)이며, range와 delta는 다음 [수학식 2]로 표현될 수 있다.In this case, QP is a quantization parameter, and range and delta may be expressed by Equation 2 below.

Figure 112008085113415-pat00002
Figure 112008085113415-pat00002

여기서, Max[]는 입력 값 중 최대값을 의미한다.Here, Max [] means the maximum value among the input values.

그런데, 상술한 바와 같은 양자화 방법은, "0"을 양자화하고 복호화 했을 때 "0"으로 복호화 하지 못하고, "1"을 양자화하고 복호화 했을 때 "1"로 복호화 하지 못한다는 문제가 있다. 여기서, "0"은 최소 입력값이고, "1"은 최대 입력값이다. 즉, 이 구간을 노말라이즈(normalize)하면 "0"과 "1"의 구간으로 매칭되는 것이다.However, the above-described quantization method has a problem in that it is not possible to decode to "0" when quantizing and decoding "0" and not to "1" when quantizing and decoding "1". Here, "0" is the minimum input value and "1" is the maximum input value. In other words, normalizing this section matches the sections of "0" and "1".

이에 본 발명은, 양자화 에러를 줄임과 동시에 "0"을 "0"으로, "1"을 "1"로 정확히 복원할 수 있는 양자화기 및 역양자화 기법을 제안하고자 한다.Accordingly, the present invention intends to propose a quantizer and inverse quantization technique capable of accurately restoring "0" to "0" and "1" to "1" while reducing quantization error.

또한 본 발명은, 양자화 진행시의 보정 변수 델타(delta)를 사용하지 않으므로 보다 빠르게 양자화 및 역양자화를 수행할 수 있는 방안을 제안하고자 한다.In addition, the present invention proposes a method for quantization and inverse quantization that can be performed more quickly because no correction variable delta is used during quantization.

본 발명의 과제를 해결하기 위한 일 실시예에 따르면, 3차원 메쉬 데이터의 벡터값의 x, y, z 각 축별로 양자화 범위를 상이하게 설정하는 과정과, 상기 설정되는 x, y, z 각 축별 벡터값의 최대값과 최소값을 구하여 양자화를 수행하는 과정을 포함하는 3차원 메쉬 데이터의 양자화 방법을 제공한다.According to an embodiment of the present invention, a process of differently setting a quantization range for each of x, y, and z axes of a vector value of 3D mesh data, and for each of the x, y, and z axes set above The present invention provides a quantization method of three-dimensional mesh data including obtaining a maximum value and a minimum value of a vector value and performing quantization.

본 발명의 과제를 해결하기 위한 다른 실시예에 따르면, 3차원 메쉬 데이터의 벡터값의 x, y, z 각 축별로 역양자화 범위를 상이하게 설정하는 과정과, 상기 설정되는 x, y, z 각 축별 벡터값의 최대값과 최소값을 구하여 역양자화를 수행하는 과정을 포함하는 3차원 메쉬 데이터의 역양자화 방법을 제공한다.According to another embodiment for solving the problems of the present invention, the step of setting the inverse quantization range differently for each of the x, y, z axis of the vector value of the three-dimensional mesh data, and the x, y, z angle set An inverse quantization method of three-dimensional mesh data including a process of performing inverse quantization by obtaining a maximum value and a minimum value of an axis-specific vector value is provided.

본 발명을 통해, 양자화 오류를 줄이고, "0"과 "1"에 대한 안정적인 복원이 가능하며, 양자화 및 복호화 시간을 단축시킬 수 있다. 현재 MPEG-4(Moving Picture Expert Group-4)의 AFX의 양자화 부분을 변경함으로써 향상된 결과를 얻을 수 있으며, 전체적으로 양자화 오류를 40% 정도 줄일 수 있다.Through the present invention, it is possible to reduce the quantization error, stable restoration of "0" and "1", and shorten the quantization and decoding time. Changing the quantization portion of AFX in the current Moving Picture Expert Group-4 (MPEG-4) can provide improved results and reduce quantization errors by 40% overall.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 3차원 메쉬 모델의 양자화 및 역양자화 방법을 설명하는 도면으로서, 입력 신호의 최대값과 최소값을 구하여 양자화를 실행하는 양자화기(100)와, 그 역과정을 실행하는 역양자화기(101)를 포함한다.1 is a diagram illustrating a quantization and inverse quantization method of a three-dimensional mesh model according to a preferred embodiment of the present invention. The quantizer 100 performs quantization by obtaining maximum and minimum values of an input signal, and an inverse process. It includes a dequantizer 101 for executing.

먼저, 양자화기(100)의 양자화 방법은 다음 [수학식 3]의 방법을 따른다.First, the quantization method of the quantizer 100 follows the method of Equation 3 below.

Figure 112008085113415-pat00003
Figure 112008085113415-pat00003

여기서, v는 3차원 메쉬 데이터의 벡터값, vx는 x축 벡터값, vy는 y축 벡터값, vz는 z축 벡터값, vmx는 vx 값들 중의 최소값, vmy는 vy 값들 중의 최소값, vmz는 vz 값들 중의 최소값을 의미하며, vx 값들 중의 최대값은 vMx로, vy 값들 중의 최대값은 vMy로, vz 값들 중의 최대값은 vMz로 각각 표현될 수 있다.Where v is the vector value of the three-dimensional mesh data, v x is the x-axis vector value, v y is the y-axis vector value, v z is the z-axis vector value, v mx is the minimum value among the v x values, and v my is v y The minimum value of the values, v mz, is the minimum value of the v z values, the maximum value of the v x values is represented by v Mx , the maximum value of the v y values is represented by v My , and the maximum value of the v z values is represented by v Mz , respectively. Can be.

또한, round[]는 반올림을 하는 함수, rangex는 x축 양자화 범위, rangey는 y축 양자화 범위, rangez는 z축 양자화 범위, *는 곱하기 연산을 의미하며, Q()는 각 축별 양자화 수행 결과이다.In addition, round [] is a rounding function, range x is the x-axis quantization range, range y is the y-axis quantization range, range z is the z-axis quantization range, * is the multiplication operation, and Q () is the quantization for each axis. This is the result.

이때, QP는 양자화 변수(Quantization Parameter)이며, x, y, z의 각 축 별 양자화 범위(range)는 다음 [수학식 4]로 표현될 수 있다.In this case, QP is a quantization parameter, and the quantization range for each axis of x, y, and z may be expressed by Equation 4 below.

Figure 112008085113415-pat00004
Figure 112008085113415-pat00004

즉, 본 실시예에서는, x, y, z의 각 축 별로 양자화 범위(range)를 상이하게 하여 양자화를 수행하는 것을 특징으로 한다.In other words, the present embodiment is characterized in that quantization is performed by varying a quantization range for each axis of x, y, and z.

또한, 본 실시예에서는, 종래의 보정 변수 델타(delta)를 사용하지 않고 양자화를 수행하는 것을 특징으로 한다.In addition, the present embodiment is characterized in that quantization is performed without using a conventional correction variable delta.

다음으로, 역양자화기(101)의 역양자화 방법은 다음 [수학식 5]의 방법을 따른다.Next, the dequantization method of the inverse quantizer 101 follows the method of the following [Equation 5].

Figure 112008085113415-pat00005
Figure 112008085113415-pat00005

여기서, , v는 3차원 메쉬 데이터의 벡터값, vx는 x축 벡터값, vy는 y축 벡터값, vz는 z축 벡터값, vmx는 vx 값들 중의 최소값, vmx는 vx 값들 중의 최소값, vmy는 vy 값들 중의 최소값, vmz는 vz 값들 중의 최소값을 의미하며, vx 값들 중의 최대값은 vMx로, vy 값들 중의 최대값은 vMy로, vz 값들 중의 최대값은 vMz로 각각 표현될 수 있다.Where v is the vector value of the 3D mesh data, v x is the x-axis vector value, v y is the y-axis vector value, v z is the z-axis vector value, v mx is the minimum value of the v x values, and v mx is v The minimum value of x values, v my is the minimum value of v y values, v mz is the minimum value of v z values, the maximum value of v x values is v Mx , the maximum value of v y values is v My , v z The maximum of the values can be represented by v Mz , respectively.

또한, rangex는 x축 역양자화 범위, rangey는 y축 역양자화 범위, rangez는 z축 역양자화 범위, *는 곱하기 연산을 각각 의미한다.In addition, range x is the x-axis dequantization range, y is the y-axis dequantization range, z is the z-axis dequantization range, and * is the multiplication operation.

이때, QP는 역양자화 변수이며, x, y, z의 각 축 별 역양자화 범위(range)는 상기 [수학식 4]와 동일하다.In this case, QP is an inverse quantization variable, and the inverse quantization range of each axis of x, y, and z is the same as that of [Equation 4].

양자화기(100)의 양자화 방법과 마찬가지로, 본 실시예에 따른 역양자화기(101)의 역양자화 방법에서도 x, y, z의 각 축 별로 역양자화 범위(range)를 상이하게 하여 역양자화를 수행하는 것을 특징으로 한다.As in the quantization method of the quantizer 100, the inverse quantization method of the inverse quantizer 101 according to the present embodiment performs inverse quantization by varying the inverse quantization range for each axis of x, y, and z. Characterized in that.

또한, 본 실시예에 따른 역양자화기(101)의 역양자화 방법에서는, 보정 변수 델타(delta)를 사용하지 않고 역양자화를 수행한다.In addition, in the inverse quantization method of the inverse quantizer 101 according to the present embodiment, inverse quantization is performed without using a correction variable delta.

한편, 본 발명의 실시예에 대해 상세히 기술하였으나 본 발명은 이러한 실시예에 국한되는 것은 아니며, 후술하는 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상과 범주 내에서 본 발명의 특징이 이해되어져야 할 것이며, 또한 이로부터 당업자라면 여러 가지 변형으로도 운용 가능함을 주지해야 할 것이다.Meanwhile, the embodiments of the present invention have been described in detail, but the present invention is not limited to these embodiments, and the features of the present invention should be understood within the spirit and scope of the present invention described in the claims below. In addition, it will be appreciated by those skilled in the art that the present invention can be operated in various modifications.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 멀티미디어 압축과 복원을 위한 3차원 메쉬 데이터의 양자화 및 역양자화 방법을 설명하는 도면.1 is a diagram illustrating a method of quantization and inverse quantization of 3D mesh data for multimedia compression and decompression according to a preferred embodiment of the present invention.

Claims (6)

삭제delete 3차원 메쉬 데이터의 벡터값의 x, y, z 각 축별로 양자화 범위를 상이하게 설정하는 과정과,Setting the quantization range differently for each of x, y, and z axes of the vector values of the 3D mesh data; 상기 설정되는 x, y, z 각 축별 벡터값의 최대값과 최소값을 사용하여 양자화를 수행하는 과정을 포함하며,And performing quantization using the maximum and minimum values of the vector values for each of the set x, y, and z axes, 상기 양자화를 수행하는 과정은,The process of performing the quantization, 수학식
Figure 112011016172913-pat00006
Equation
Figure 112011016172913-pat00006
 에 의해 구현되되,Implemented by 상기 v는 상기 3차원 메쉬 데이터의 벡터값, 상기 vx는 상기 3차원 메쉬 데이터의 x축 벡터값, 상기 vy는 상기 3차원 메쉬 데이터의 y축 벡터값, 상기 vz는 상기 3차원 메쉬 데이터의 z축 벡터값, vmx는 상기 vx 중의 최소값, 상기 vmy는 상기 vy 중의 최소값, 상기 vmz는 상기 vz 중의 최소값, 상기 rangex는 상기 3차원 메쉬 데이터의 x축 양자화 범위, 상기 rangey는 상기 3차원 메쉬 데이터의 y축 양자화 범위, 상기 rangez는 상기 3차원 메쉬 데이터의 z축 양자화 범위, 상기 QP는 양자화 변수, 상기 round[]는 반올림 함수, 상기 Q(vx), Q(vy), Q(vz)는 상기 x, y, z 각 축별 양자화 수행 결과인 것을 특징으로 하는 3차원 메쉬 데이터의 양자화 방법.Where v is a vector value of the three-dimensional mesh data, v x is an x-axis vector value of the three-dimensional mesh data, v y is a y-axis vector value of the three-dimensional mesh data, and v z is the three-dimensional mesh. The z-axis vector value of the data, v mx is the minimum value of the v x , the v my is the minimum value of the v y , the v mz is the minimum value of the v z , the range x is the x-axis quantization range of the three-dimensional mesh data The range y is a y-axis quantization range of the three-dimensional mesh data, the range z is a z-axis quantization range of the three-dimensional mesh data, the QP is a quantization variable, the round [] is a rounding function, the Q (vx) , Q (vy), Q (vz) are quantization results of the x, y, z axes. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 벡터값의 x, y, z의 각 축별 양자화 범위는 수학식 The quantization range of each axis of x, y, z of the vector value is
Figure 112008085113415-pat00007
Figure 112008085113415-pat00007
 로 표현되되,Expressed as 상기 vMx는 상기 vx 중의 최대값, 상기 vMy는 상기 vy 중의 최대값, vMz는 상기 vz 중의 최대값인 것을 특징으로 하는 3차원 메쉬 데이터의 양자화 방법.The v Mx is a maximum value of the v x , the v My is a maximum value of the v y , v Mz is a maximum value of the v z quantization method of the three-dimensional mesh data. 삭제delete 3차원 메쉬 데이터의 벡터값의 x, y, z 각 축별로 역양자화 범위를 상이하게 설정하는 과정과,Setting different inverse quantization ranges for each of the x, y, and z axes of the vector values of the three-dimensional mesh data; 상기 설정되는 x, y, z 각 축별 벡터값의 최대값과 최소값을 구하여 역양자화를 수행하는 과정을 포함하며,And performing inverse quantization by obtaining the maximum and minimum values of the vector values for each of the set x, y, and z axes, 상기 역양자화를 수행하는 과정은,The process of performing inverse quantization, 수학식
Figure 112011016172913-pat00008
Equation
Figure 112011016172913-pat00008
 에 의해 구현되되,Implemented by 상기 v는 상기 3차원 메쉬 데이터의 벡터값, 상기 vx는 상기 3차원 메쉬 데이터의 x축 벡터값, vy는 상기 3차원 메쉬 데이터의 y축 벡터값, vz는 상기 3차원 메쉬 데이터의 z축 벡터값, vmx는 상기 vx 중의 최소값, 상기 vmy는 상기 vy 중의 최소값, 상기 vmz는 상기 vz 중의 최소값, 상기 rangex는 상기 3차원 메쉬 데이터의 x축 역양자화 범위, 상기 rangey는 상기 3차원 메쉬 데이터의 y축 역양자화 범위, 상기 rangez는 상기 3차원 메쉬 데이터의 z축 역양자화 범위, 상기 QP는 역양자화 변수인 것을 특징으로 하는 3차원 메쉬 데이터의 역양자화 방법.V is a vector value of the 3D mesh data, v x is an x-axis vector value of the 3D mesh data, v y is a y-axis vector value of the 3D mesh data, and v z is a value of the 3D mesh data z-axis vector value, v mx is the minimum value of the v x , v my is the minimum value of the v y , v mz is the minimum value of the v z , the range x is the x-axis dequantization range of the three-dimensional mesh data, The range y is a y-axis dequantization range of the 3D mesh data, the range z is a z-axis dequantization range of the 3D mesh data, and the QP is an inverse quantization variable of the 3D mesh data Way. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, 상기 벡터값의 x, y, z의 각 축별 역양자화 범위는 수학식 The inverse quantization range of each axis of x, y, z of the vector value is
Figure 112008085113415-pat00009
Figure 112008085113415-pat00009
 로 표현되되,Expressed as 상기 vMx는 상기 vx 중의 최대값, 상기 vMy는 상기 vy 중의 최대값, vMz는 상기 vz 중의 최대값인 것을 특징으로 하는 3차원 메쉬 데이터의 역양자화 방법.And v Mx is the maximum value of the v x , v My is the maximum value of the v y , v Mz is the maximum value of the v z .
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Polygonal Mesh로 표현된 3차원 모델의 에러복원 연구, 김대용 et al., 학술대회논문집, 한국방송공학회, 2003년도 정기총회 및 학술대회, pp.23-26, 2003년 11월

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