KR101672070B1

KR101672070B1 - 각각의 심벌이 세 개 이상의 가능한 심벌 값 중 하나를 가질 수 있는 심벌 시퀀스들의 인코딩 및 디코딩에 대한 방법 및 장치

Info

Publication number: KR101672070B1
Application number: KR1020117023615A
Authority: KR
Inventors: 추 칭 첸; 강 잉 카이; 지 보 첸; 준 텡
Original assignee: 톰슨 라이센싱
Priority date: 2009-04-09
Filing date: 2010-03-30
Publication date: 2016-11-02
Also published as: CN102388404B; EP2417578B1; KR20120013945A; EP2417578A1; US8514107B2; JP2012523602A; WO2010115789A1; JP5536193B2; CN102388404A; US20120019403A1

Abstract

심벌 시퀀스 압축에 대한 방법으로서, 각각의 심벌은 세 개 이상의 가능한 심벌 값 중 하나를 가질 수 있고, 상기 방법은 가장 빈번한 심벌 값의 심벌들의 제1 런과 두 번째로 가장 빈번한 심벌 값의 심벌들의 제2 런을 포함하는 각각의 런 쌍들을 세 개 이상의 가능한 심벌 값에 포함되지 않는 추가 심벌 값으로 교체함으로써 심벌 시퀀스를 수정하는 단계들을 포함하고, 교체된 런 쌍들을 포함하는 2진 시퀀스를 생성하는 단계 및 2진 시퀀스와 수정된 심벌 시퀀스를 압축 인코딩하는 단계를 포함한다.

Description

각각의 심벌이 세 개 이상의 가능한 심벌 값 중 하나를 가질 수 있는 심벌 시퀀스들의 인코딩 및 디코딩에 대한 방법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR ENCODING AND DECODING OF SYMBOL SEQUENCES WHEREIN EACH SYMBOL MAY HAVE ONE OUT OF THREE OR MORE POSSIBLE SYMBOL VALUES}

각각의 심벌(symbol)이 세 개 이상의 가능한 심벌 값 중 하나를 가질 수 있는 심벌 시퀀스(sequence)들의 인코딩 및 디코딩의 기술분야에서 본 발명이 이루어졌다.

게임, 엔지니어링 설계, 건축상의 워크스루(walkthrough), 가상 현실, 전자상거래(e-commerce), 및 과학적 시각화(scientific visualization)를 포함하여 3D 물체들을 나타내기 위한 다양한 애플리케이션들에서 삼차원 메시(three-dimensional mesh)들은 널리 이용되어 왔다. 그것들의 가공되지 않은 표현은 보통, 특히 최근에 3D 스캐너들의 빠른 발전으로, 큰 양의 데이터를 필요로 한다. 그러나, 대부분의 애플리케이션들은 저장과 전송을 위해 3D 메시들의 간결한 표현을 요구한다.

전형적으로, 3D 메시들은 데이터의 세 가지 타입들에 의해 표현된다:

꼭짓점(vertex)들 사이의 인접 관계(adjacency relationship)를 설명하는 위상 기하 데이터(topology data); 이것은 다른 용어로는 연결성 데이터(connectivity data somewhere else)라고도 불린다. 법선 벡터(normal vector), 물질 반사율, 및 텍스처 좌표(texture coordinate)들과 같은 속성들을 특정하는 특성 데이터(property data), 및 꼭짓점 위치들을 특정하는 기하 데이터(geometry data)가 있다.

위상 기하 데이터 및 기하 데이터는 공통으로 또는 개별로 압축될 수 있다. 기하 데이터의 코딩 순서(order)는 기초를 이루는 위상 기하 코딩에 의하여 결정된다. 기하 데이터는 주로 세 가지 주요 단계들인 양자화(quantization), 예측(prediction), 및 엔트로피 코딩(entropy coding)에 의하여 압축된다. 3D 메시 특성 데이터는 유사한 기하 압축 방법에 의하여 보통 압축된다.

3D 트라이앵글 메시들의 위상 기하 데이터를 인코딩하는 방법들 중에, "Edgebreaker: Connectivity compression for triangle meshes," 시각화 및 컴퓨터 그래픽(Visualization and Computer Graphics)에 대한 IEEE 트랜잭션(Transactions), Vol. 5, No. 1, pp. 47~61, 1월 - 3월 1999에서 J.Rossignac에 의해 제안된 에지브레이커(edgebreaker)가 널리 사용되고 상당히 효과적이다.

큰 메시들에 대해, 에지브레이커 및 엔트로피 코딩은 트라이앵글(triangle)당 1.5비트보다 적게 산출할 수 있다. 에지브레이커의 압축(compression) 및 압축을 푸는(decompression) 프로세스들은 하나의 트라이앵글로부터 이웃한 트라이앵글까지의 동일한 메시의 가로지름(identical traversal of mesh)들을 수행한다. 각각의 국면에서, 압축은 현재의 트라이앵글과 메시의 이미 인코딩된 부분의 경계 사이의 위상적 관계(topological relation)를 기술하기 위한 비트들을 만들어낸다. 압축을 푸는 것은 이런 비트들을 디코딩하여 전체 위상 그래프를 복원한다. 에지브레이커 알고리즘을 이용함으로써 3D 트라이앵글 메시의 모든 위상 데이터가 다섯 가지 가능한 모드(mode) 심벌의 열이 된다: "C", "R", "L", "E", 및 "S". 예를 들어, 에지브레이커 알고리즘의 최종 출력은 다음과 같다: "CCRRRSLCRSERRELCRRRCRRRE...".

에지브레이커에 의한 3D 메시의 다섯 가지 가능한 모드 심벌 중 세 개 - "L""E""S" - 는 다른 두 개의 심벌 - "C""R" - 만큼 빈번히 발생하지 않는다. 예를 들어:

CRCRCRCRCLRECCRCRCRRCRLCCRRCRCRRCCRCRCCRSRCRCRCRRCRCR...

예를 들어, 3D 메시 모델들의 몇 개에서 5 모드의 발생들은 이하와 같다:

표 1 : 서로 다른 3D 모델들에서 다섯 가지 모드 'CRLES'의 발생들의 통계적 결과

본 발명은, 예를 들어 에지브레이커 알고리즘 후에 3D 메시 모델들의 위상 데이터를 나타내는 다중 심벌 시퀀스에서의 통계적인 리던던시(redundancy)를 제거하기 위한 방법을 제안한다.

이것은 처음에 몇몇 심벌을 새로운 한 심벌로 결합시키고, 그 후 특정 문맥 모델(context model)을 이용하여 다른 심벌들과 함께 새로운 한 심벌을 인코딩한다. 새로운 심벌이 인코딩된 경우, 조합(combination)들의 세부 사항(detail)들이 다음으로 인코딩되는데, 여기서 몇 개의 문맥 모델은 각각의 심벌의 "런"(run)들에서의 다른 위치들에 대해 사용된다.

심벌 시퀀스를 압축하기 위한 방법이 제안되는데, 여기서, 각각의 심벌은 세 개 이상의 가능한 심벌 값 중 하나를 가질 수 있고, 상기 방법은 가장 빈번한 심벌 값의 심벌들의 제1 런 및 두 번째로 가장 빈번한 심벌 값의 심벌들의 제2 런을 포함하는 각각의 런 쌍(run pair)을 세 개 이상의 가능한 심벌 값에 포함되지 않는 추가 심벌 값으로 교체함으로써 심벌 시퀀스를 수정하는 단계, 전부 교체된 런 쌍들을 포함하는 2진 시퀀스를 생성하는 단계, 2진 시퀀스와 수정된 심벌 시퀀스를 압축 인코딩하는 단계를 포함한다.

또한, 심벌 시퀀스의 2진 표현이 제안되는데, 각각의 심벌은 n개(n>2)의 가능한 심벌 값 중 하나를 가질 수 있고, 상기 심벌 시퀀스는 수정된 심벌 시퀀스의 2진 표현 및 2진 시퀀스의 2진 표현에 의해 표현되고, 수정된 심벌 시퀀스의 심벌들은 (n-1)개의 가능한 심벌 값 중 하나를 가질 수 있다.

그리고 그러한 비트스트림(bit stream)을 전달하는 저장 매체가 제안된다.

실시예에서, 다음의 방법은 2진 시퀀스 압축 인코딩에 대해 적용된다:

2진 시퀀스의 비트들을 플립(flip)함으로써 다른 비트 시퀀스를 생성하는 단계 - 두 개의 가능한 비트 값의 첫 번째를 갖는 제각기의 선행 비트에 의해 2진 시퀀스에서 바로 선행되는 비트들만이 플립됨 -, 및 다른 비트 시퀀스를 인코딩하는 단계.

다른 실시예에서, 2진 시퀀스 압축 인코딩은 1들의 런들의 길이들의 1진 표현(unary representation)들의 제1 시퀀스를 생성하는 단계, 0들의 런들의 길이들의 1진 표현들의 제2 시퀀스를 생성하는 단계, 및 생성된 1진 표현들의 제1 및 제2 시퀀스를 비트 플레인 인코딩(bit plane encoding)하는 단계를 포함할 수 있다.

심벌 시퀀스 디코딩에 대해, 수정된 심벌 시퀀스가 디코딩되고 2진 시퀀스가 디코딩된다. 그러면, 수정된 심벌 시퀀스에서의 추가 심벌의 각각의 발생은 2진 시퀀스에 포함된 런 쌍에 의해 교체되는데, 2진 시퀀스에서의 런 쌍들의 순서는 수정된 심벌 시퀀스에서의 상기 추가 심벌들의 교체 후의 런 쌍들의 순서와 동일하다.

2진 시퀀스는 다른 비트 시퀀스를 디코딩함으로써 디코딩될 수 있고, 다른 비트 시퀀스의 비트들을 플립함으로써 2진 시퀀스를 생성할 수 있는데, 각각의 플립된 비트는 두 개의 가능한 비트 값의 첫 번째를 갖는 제각기 선행하는 비트에 의해 2진 시퀀스에서 바로 선행된다.

[실시예]

제1 예시적 실시예:

예시적 인코더가 두 개의 단계에서의 인코딩에 적응된다:

단계 1 - 제1 레벨:

첫째로, 워드(word)들이라고도 불리는 모든 "C...CR...R" 조합들, "R"의 런이 뒤따르는 "C"의 런으로 구성된 각각의 워드(또는 "R"의 런이 선행하는 "C"의 런으로 구성되는 각각의 워드)가 발견된다. 그러면, 각각의 워드는 특정한 워드가 구성되는 런들의 길이에 무관한 동일한 심벌(예를 들어 "A")에 의해 대체된다. 다음 차례로, 결과적 심벌 시퀀스가 인코딩된다.

예를 들어,

는

로 바뀐다.

주 : 그룹짓는 방식:

여기서 "A"만이 "C..CR..R"의 그룹을 의미하고 "C"의 개수와 "R"의 개수는 고정된 것은 아니지만 "0"보다는 크다. 분리된 "C"가 있는 경우, 예를 들어 "L" 전에 "C"가 있는 경우, "C" 값을 그대로 유지한다. 분리된 "R"이 있는 경우, 예를 들어 "E" 전에 "R"가 있고 "S" 뒤에 "R"가 있다면, 또한 그 값을 유지한다.

이 단계에서, 6 심벌을 갖는 새로운 열들:

"C""R""L""E""S""A"는 엔트로피 코딩 방법(entropy coding method)에 의하여 인코딩될 것이다.

단계 2 - 제2 레벨:

"A"가 인코딩되는 경우, "C..CR..R"의 조합들이 뒤따르며 인코딩될 것인데, 이는 다른 문맥 모델들에 의해 "C"의 런들 및 "R"의 런들을 인코딩한다.

본 단계는 단계 1과 연쇄(concatenate)될 수 있어서, 인코더는 한 번의 통과(pass)만으로 심벌 열들을 인코딩할 수 있다. 또한, 디코더는 한 번의 통과(pass)로 비트스트림(bitstream)을 디코딩할 수 있다.

인코더의 예시적 실시예의 의사 코드(psedo-code):

앞서의 두 단계들의 의사 코드는 상태 머신(state machine)으로서 나타낼 수 있다:

실험적 결과들:

표 2: 에지브레이커 위상 기하 코딩에 대한 다른 엔트로피 코딩 방법의 비교

표 2는 예들의 위상 기하 데이터의 압축 결과를 열거한다. 여기서 VLC 코딩은 허프만 코드(Huffman code)가 사용되는 것을 의미한다. 제안된 방법은 앞서의 의사 코드에 따라 전개된다.

제안된 방법은 기존의 산술 코딩(arithmetic coding)과 비교해 압축비(compression ratio)에 있어서 6.4% ~ 47.1%의 향상을 달성할 수 있다는 것을 표로부터 알 수 있다.

두 개의 레벨에서 심벌들을 인코딩하는 방법이 제안된다:

먼저, 몇몇 심벌들의 몇몇 조합(예를 들어, C..CR..R)을 새로운 심벌(예를 들어, A)로서 취급하고, 기존의 다른 심벌들(예를 들어, CRLESA)과 함께 새로운 심벌들을 특정한 문맥 모델(예를 들어, 문맥 모델 0)에 의해 인코딩한다.

제2 레벨에서, 새로운 심벌(예를 들어, A)이 나타나는 경우, 새로운 심벌에 뒤이은 그것의 상응하는 본래의 심벌 조합들(C...CR...R)은 다른 문맥 모델들(예를 들어, 문맥 모드 2*i+1, 문맥 모델 2*i+2)의 열에 의해 인코딩될 것이다.

따라서, 조합들(예를 들어, CRCRCCRCRCRCRR..)에서의 심벌들의 "런"들에 있는 리던던시는 제거될 것이다.

엔트로피 코딩 방법은 데이터 압축에서 기본적인 프로세스이다. 제안된 방법은, 실제상 예를 들어 전송 표준(transmission standards)의 정의를 위해 이용될 수 있다.

상기 설명된 예시적 실시예들은 예시적인 목적만을 위한 것이고 보호가 요청되는 본 발명의 범위와 사상을 어떤 식으로든 제한하는 것으로 해석되지 않아야 하고, 상기 범위는 오직 청구항에 의해서만 정의된다.

특히, 본 발명은 공간적 데이터에만 국한되는 것은 전혀 아니며, 예를 들어 파일 데이터(file data) 또는 측정 데이터(measurement data)를 포함하는 모든 종류의 데이터에 적용할 수 있다.

Claims

심벌 시퀀스를 압축하는 방법으로서 - 각각의 심벌은 세 개 이상의 가능한 심벌 값 중 하나를 가짐 -,
두 번째로 가장 빈번한 심벌 값의 심벌들의 제2 런(run)이 바로 뒤따라 오는 가장 빈번한 심벌 값의 심벌들의 제1 런을 포함하는 각각의 런 쌍(run pair)을 상기 세 개 이상의 가능한 심벌 값에 포함되지 않는 추가 심벌 값으로 교체함으로써 상기 심벌 시퀀스를 수정하는 단계,
모든 교체된 런 쌍들을 포함하는 2진 시퀀스를 생성하는 단계, 및
상기 2진 시퀀스 및 상기 수정된 심벌 시퀀스를 압축 인코딩하는 단계
를 포함하는 심벌 시퀀스 압축 방법.
제1항의 방법을 수행하기 위한 인코더.
압축된 심벌 시퀀스의 압축을 푸는 방법으로서 - 각각의 심벌은 세 개 이상의 가능한 심벌 값 중 하나를 가짐 -,
상기 세 개 이상의 가능한 심벌 값에 포함되지 않는 추가 심벌 값의 심벌들을 포함하는 다른 심벌 시퀀스를 디코딩하고, 또한 2진 시퀀스에 포함된 런 쌍들의 시퀀스를 디코딩하는 단계 - 상기 런 쌍들의 시퀀스에서의 런 쌍들의 개수는 상기 다른 심벌 시퀀스에서의 상기 추가 심벌 값의 심벌들의 개수와 동등함(equalling) -,
상기 다른 시퀀스에서, 상기 추가 심벌 값의 심벌들을 상기 런 쌍들로 교체하는 단계 - 상기 런 쌍들의 순서는 유지됨 -
를 포함하는 심벌 시퀀스의 압축을 푸는 방법.
제3항의 방법을 수행하기 위한 디코더.
제1항의 방법에 따라 압축 인코딩된 심벌 시퀀스가 저장된 저장 매체.