KR101802334B1

KR101802334B1 - 적응적 탬플릿을 이용한 이진 영상의 부호화 방법 및 장치, 그 복호화 방법 및 장치

Info

Publication number: KR101802334B1
Application number: KR1020110128531A
Authority: KR
Inventors: 박성범; 윤재원; 최대웅
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2011-12-02
Filing date: 2011-12-02
Publication date: 2017-12-29
Also published as: US8948526B2; WO2013081428A1; KR20130062108A; US20130142448A1

Abstract

적응적 탬플릿을 이용한 이진 영상의 부호화 및 복호화 방식이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 이진 영상의 부호화 방법은 소정 크기와 형태를 갖는 윈도우를 소정 개수의 이전 픽셀 및 이전 픽셀의 주변 픽셀들에 대하여 각각 적용하여, 각 이전 픽셀과 윈도우 내의 각 주변 픽셀 사이의 상관도를 획득하고, 각 이전 픽셀과 윈도우 내의 각 주변 픽셀 사이의 상관도에 기초하여 이전 픽셀들과 상관도가 높은 윈도우 내의 상대적 위치를 이용하여 탬플릿을 생성하며, 생성된 탬플릿을 이용하여 현재 픽셀을 산술 부호화하는 것을 특징으로 한다.

Description

적응적 탬플릿을 이용한 이진 영상의 부호화 방법 및 장치, 그 복호화 방법 및 장치{Method and apparatus for encoding and decoding binary image using an adaptive template}

본 발명은 이진 영상의 부호화 및 복호화에 관한 것이다.

이진 영상을 구성하는 각 심볼은 '0' 또는 '1'의 값을 갖기 때문에 이진 영상에 대하여 변환 기반 압축 방식 또는 예측 기반 압축 방식의 적용이 어렵다. 따라서, 이진 영상의 부호화시는 별도의 예측 과정없이 이진 산술 부호화(Binary Arithmetic Coding: BAC)를 이용한 무손실 압축 방식이 주로 이용된다. 이진 영상의 무손실 압축 방식으로는 MH(Modified Huffman), MR(Modified READ), MMR(Modified Modified READ), JBIG(Joint Bi-level Image experts Group) 등이 있다. MH, MMR 방식은 G3, G4 팩스 등에 응용된 부호화 알고리즘이며, JBIG은 컨텍스트에 기초한 산술 부호화 알고리즘이다.

종래 JBIG과 같은 이진 산술 부호화 알고리즘에서는 압축 성능 향상을 위해서 컨텍스트에 기반하여 부호화를 수행한다. 컨텍스트는 현재 심볼 주변의 심볼이 갖는 조건(condition)으로써, 종래 JBIG에서는 고정된 크기와 형태를 갖는 탬플릿(template)을 적용하여 현재 심볼의 컨텍스트를 생성한다. 또한, 종래 JBIG을 확장한 JBIG2에서는 탬플릿 크기를 증가시켜 컨텍스트 계산에 대한 연산 복잡도를 증가시키고 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 현재 심볼과 주변 심볼과의 상관 관계(correlation)에 따라서 이진 산술 부호화를 위한 컨텍스트를 생성시 이용되는 탬플릿을 적응적으로 생성함으로써 이진 산술 부호화의 연산 복잡도를 감소시키는 것이다.

또한, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 부호화 측 및 복호화 측에서 별도의 정보 없이 이전에 처리된 심볼들을 이용하여 적응적으로 탬플릿을 생성하는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 적응적 탬플릿(template)을 이용한 이진 영상의 부호화 방법은 소정 크기와 형태를 갖는 윈도우를 소정 개수의 이전 픽셀 및 상기 이전 픽셀의 주변 픽셀들에 대하여 각각 적용하여, 각 이전 픽셀과 상기 윈도우 내의 각 주변 픽셀 사이의 상관도를 획득하는 단계; 상기 각 이전 픽셀과 상기 윈도우 내의 각 주변 픽셀 사이의 상관도에 기초하여, 상기 이전 픽셀들과 상관도가 높은 상기 윈도우 내의 상대적 위치를 결정하는 단계; 상기 상관도가 높은 상기 윈도우 내의 상대적 위치에 기초하여, 탬플릿을 생성하는 단계; 및 상기 탬플릿을 이용하여 현재 픽셀을 산술 부호화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 적응적 탬플릿(template)을 이용한 이진 영상의 복호화 방법은 소정 크기와 형태를 갖는 윈도우를 소정 개수의 이전 픽셀 및 상기 이전 픽셀의 주변 픽셀들에 대하여 각각 적용하여, 각 이전 픽셀과 상기 윈도우 내의 각 주변 픽셀 사이의 상관도를 획득하는 단계; 상기 각 이전 픽셀과 상기 윈도우 내의 각 주변 픽셀 사이의 상관도에 기초하여, 상기 이전 픽셀들과 상관도가 높은 상기 윈도우 내의 상대적 위치를 결정하는 단계; 상기 상관도가 높은 상기 윈도우 내의 상대적 위치에 기초하여, 상기 탬플릿을 생성하는 단계; 및 상기 탬플릿을 이용하여 상기 현재 픽셀을 산술 복호화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 적응적 탬플릿을 이용한 이진 영상의 부호화 장치는 소정 크기와 형태를 갖는 윈도우를 소정 개수의 이전 픽셀 및 상기 이전 픽셀의 주변 픽셀들에 대하여 각각 적용하여, 각 이전 픽셀과 상기 윈도우 내의 각 주변 픽셀 사이의 상관도를 획득하는 상관도 획득부; 상기 각 이전 픽셀과 상기 윈도우 내의 각 주변 픽셀 사이의 상관도에 기초하여 상기 이전 픽셀들과 상관도가 높은 상기 윈도우 내의 상대적 위치를 결정하는 상관도 누적부; 상기 상관도가 높은 상기 윈도우 내의 상대적 위치에 기초하여, 상기 탬플릿을 생성하는 탬플릿 갱신부; 및 상기 2 탬플릿을 이용하여 상기 현재 픽셀을 산술 부호화하는 산술 부호화부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 적응적 탬플릿을 이용한 이진 영상의 복호화 장치는 소정 크기와 형태를 갖는 윈도우를 소정 개수의 이전 픽셀 및 상기 이전 픽셀의 주변 픽셀들에 대하여 각각 적용하여, 각 이전 픽셀과 상기 윈도우 내의 각 주변 픽셀 사이의 상관도를 획득하는 상관도 획득부; 상기 각 이전 픽셀과 상기 윈도우 내의 각 주변 픽셀 사이의 상관도에 기초하여 상기 이전 픽셀들과 상관도가 높은 상기 윈도우 내의 상대적 위치를 결정하는 누적 상관도 계산부; 상기 상관도가 높은 상기 윈도우 내의 상대적 위치에 기초하여, 상기 탬플릿을 생성하는 탬플릿 갱신부; 및 상기 탬플릿을 이용하여 상기 현재 픽셀을 산술 복호화하는 산술 복호화부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 심볼 사이의 상관 관계를 효율적으로 반영하도록 탬플릿을 생성함으로써, 이진 산술 부호화의 연산 복잡도 및 압축 효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 별도의 부가 정보 없이 부호화 측과 복호화 측에서 이전에 처리된 심볼들에 기초하여 적응적으로 탬플릿을 생성할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이진 영상 부호화 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명과 관련된 기술 분야에서 이용되는 탬플릿의 일 예를 나타낸 참조도이다.
도 3은 도 1의 탬플릿 생성부(110)의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 상관도 계산을 위해 이용되는 윈도우의 일 실시예를 나타낸 참조도이다.
도 5a 내지 도 5e는 본 발명의 일 실시예에 따른 상관도 계산 과정을 설명하기 위한 참조도이다.
도 6은 윈도우 내의 위치에 따른 상관도 누적값의 일 예를 도시한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라서 생성된 탬플릿의 일 예를 도시한다.
도 8은 도 1의 컨텍스트 생성부(120)의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 이진 산술 부호화 과정을 설명하기 위한 참조도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 적응적 탬플릿을 이용한 이진 영상의 부호화 방법을 나타낸 플로우 차트이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 적응적 탬플릿을 이용한 이진 영상의 복호화 장치를 나타낸 블록도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 적응적 탬플릿을 이용한 이진 영상 복호화 방법을 나타낸 플로우 차트이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 구체적으로 설명한다.

이진 영상을 구성하는 각 픽셀 또는 심볼은 '0' 또는 '1'의 값을 갖는다. 마르코프(Markov) 코딩 모델에 기초하여, 부호화되는 현재 픽셀 S_i(i는 정수)가 0 또는 1의 값을 가질 확률은 소정의 M개(M은 정수)의 이전 픽셀들 S_i _-1, S_i _-2,..., S_i _-M의 값을 조건으로 갖는 조건부 확률(conditional probability)일 수 있다. 여기서, 소정의 M개의 이전 픽셀들 S_i _-1, S_i _-2,..., S_i _-M이 갖는 값은 현재 픽셀 Si의 주변 환경을 나타내는 조건으로써 컨텍스트(context)로 정의된다. 이러한 컨텍스트에 기초하여, 즉 M개의 주변 픽셀이 가질 수 있는 2^M 개의 경우의 수에 따라서 현재 심볼 Si의 값이 0 또는 1일 확률값이 결정되고, 결정된 확률값에 기초하여 이진 산술 부호화가 수행된다.

이와 같은 컨텍스트 모델링을 위해서는 주변 픽셀의 선택이 중요하다. 즉, 현재 픽셀과 주변 픽셀의 상관 관계를 효율적으로 반영하기 위해서는 주변 픽셀의 개수 및 어떤 위치의 주변 픽셀을 컨텍스트로 고려할 것인지가 중요하다. 일반적으로, 현재 픽셀을 중심으로 컨텍스트를 구성하는 주변 픽셀들의 배열을 탬플릿(template)으로 정의한다.

도 2a 및 도 2b는 본 발명과 관련된 기술 분야에서 이용되는 탬플릿의 일 예를 나타낸 참조도이다. 도 2a에서는 JBIG에서 이용되는 탬플릿의 일 예이며, 도 2b에서는 JBIG2에서 이용되는 탬플릿의 일 예를 도시한다. 도 2a 및 도 2b에서 "C"로 표기된 픽셀은 부호화되는 현재 픽셀을 나타내며, "X"로 표기된 픽셀은 현재 픽셀 C의 컨텍스트로 이용되는 주변 픽셀을 나타낸다. JBIG에서 이용되는 탬플릿(210)은 10개의 주변 픽셀을 포함하는 탬플릿이며, JBIG2에서 이용되는 탬플릿(220)은 16개의 주변 픽셀을 포함하는 탬플릿이다. 이와 같이, 관련 기술 분야에서는 고정된 탬플릿을 이용하여 컨텍스트를 생성한다. 그러나, 이와 같이 항상 고정된 크기와 형태를 갖는 탬플릿을 이용하는 경우, 현재 픽셀과의 상관 관계가 작은 픽셀까지 컨텍스트 생성시 이용되므로 연산 복잡도를 증가시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에서는 픽셀 사이의 상관도에 기초하여 상관도가 높은 주변 픽셀들만을 포함하는 탬플릿을 생성하는 방식을 제공한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이진 영상 부호화 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.

도 1을 참조하면, 이진 영상 부호화 장치(100)는 탬플릿 생성부(110), 컨텍스트 생성부(120) 및 산술 부호화부(130)를 포함한다.

탬플릿 생성부(110)는 소정 크기와 형태를 갖는 윈도우를 소정 개수의 이전 픽셀 및 이전 픽셀의 주변 픽셀들에 대하여 각각 적용하여, 각 이전 픽셀과 윈도우 내의 각 주변 픽셀 사이의 상관도를 획득하고, 획득된 상관도에 기초하여 이전 픽셀들과 상관도가 높은 윈도우 내의 상대적 위치를 결정하고, 상관도가 높은 윈도우 내의 상대적 위치에 기초하여 탬플릿을 생성한다.

컨텍스트 생성부(120)는 탬플릿 내의 현재 픽셀의 주변 픽셀들에 기초하여 결정된 컨텍스트에 따라서, '0' 및 '1'의 이진 신호 중 MPS(Most Probable Symbol) 및 LPS(Least Probable Symbol)를 결정하고 결정된 MPS 및 LPS의 발생 확률을 획득한다.

산술 부호화부(130)는 MPS 및 LPS의 발생 확률에 기초하여 현재 픽셀을 이진 산술 복호화한다.

이하, 도 3 내지 도 7을 참조하여 도 1의 탬플릿 생성부(110)의 동작에 대하여 구체적으로 설명한다.

도 3은 도 1의 탬플릿 생성부(110)의 구성을 나타낸 블록도이다.

도 3을 참조하면, 탬플릿 생성부(300)는 상관도 획득부(310), 상관도 누적부(320) 및 탬플릿 갱신부(330)를 포함한다.

상관도 획득부(310)는 소정 크기와 형태를 갖는 윈도우를 소정 개수의 이전 픽셀 및 이전 픽셀의 주변 픽셀들에 대하여 각각 적용하여, 각 이전 픽셀과 윈도우 내의 각 주변 픽셀 사이의 상관도를 획득한다. 윈도우의 크기와 형태는 임의의 크기와 형태를 갖을 수 있으며, 윈도우의 크기 및 형태는 부호화측과 복호화 측에서 미리 설정될 수 있다.

상관도 누적부(320)는 각 이전 픽셀과 윈도우 내의 각 주변 픽셀 사이의 상관도에 기초하여 이전 픽셀들과 상관도가 높은 윈도우 내의 상대적 위치를 결정한다.

탬플릿 갱신부(330)는 상관도가 높은 윈도우 내의 상대적 위치에 기초하여, 탬플릿을 생성한다. 후술되는 바와 같이, 탬플릿 갱신부(330)는 윈도우를 이전 픽셀들에 적용하여 계산된 누적 상관도가 높은 상대적 위치를 결정하고, 소정 임계값 이상의 누적 상관도를 갖는 윈도우 내의 상대적 위치만으로 구성된 탬플릿을 생성할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 상관도 계산을 위해 이용되는 윈도우의 일 실시예를 나타낸 참조도이다. 설명의 편의를 위하여, 도 4에 개시된 윈도우(410)는 현재 픽셀 C(420) 주변의 3개의 주변 픽셀들 X만을 포함하는 경우를 예시하였으나, 이에 한정되지 않고 윈도우는 도 2a 및 도 2b에 도시된 탬플릿(210, 220)과 같은 형태를 이용하거나, 다양한 형태로 미리 설정될 수 있다.

도 5a 내지 도 5e는 본 발명의 일 실시예에 따른 상관도 계산 과정을 설명하기 위한 참조도이다. 이하의 설명에서, 도 4에 도시된 윈도우(410)를 이용하여 상관도를 계산하는 경우를 설명한다.

상관도 획득부(310)는 현재 픽셀 S_n에 적용되는 탬플릿을 생성하기 위하여, 소정의 M개(M은 정수)의 이전 픽셀들 S_n _-1, S_n _-2,..., S_n _-M 각각을 중심으로 소정 윈도우를 적용하여 이전 픽셀들 S_n _-1, S_n _-2,..., S_n _-M 각각에 대하여 윈도우 내의 주변 픽셀들과의 상관도를 획득한다. 이하의 설명에서 M=5인 경우를 중심으로 설명하지만, 탬플릿 생성시 고려되는 이전 픽셀들의 개수는 이에 한정되지 않고 임의로 설정될 수 있다.

도 5a를 참조하면, 상관도 획득부(310)는 이전 픽셀 S_n _-1을 중심으로 그 주변 픽셀들에 윈도우(510)를 적용한다. 상관도 획득부(310)는 윈도우 내의 주변 픽셀들 중 이전 픽셀 S_n _-1과 동일한 픽셀값을 갖는 주변 픽셀에는 1의 값을 설정하고, 이전 픽셀 S_n _-1과 다른 픽셀값을 갖는 주변 픽셀에는 0의 값을 설정함으로써 이전 픽셀 S_n _-1의 주변 픽셀과의 상관도 C(S_n _-1)(511)을 획득한다. 도 5a의 경우, 이전 픽셀 S_n _- ₁는 1의 값을 갖고, 윈도우(510) 내의 주변 픽셀들은 모두 0의 값을 가지므로 이전 픽셀 S_n _-1에 대한 주변 픽셀과의 상관도 C(S_n _-1)은 모두 0의 값을 갖는다.

다음으로, 도 5b를 참조하면, 상관도 획득부(310)는 이전 픽셀 S_n _-2을 중심으로 그 주변 픽셀들에 윈도우(510)를 적용한다. 전술한 이전 픽셀 S_n _-1의 주변 픽셀과의 상관도값 C(S_n _-1)(511)을 획득하는 과정과 유사하게, 상관도 획득부(310)는 윈도우 내의 주변 픽셀들 중 이전 픽셀 S_n _-2과 동일한 픽셀값을 갖는 주변 픽셀에는 1의 값을 설정하고, 이전 픽셀 S_n _-1과 다른 픽셀값을 갖는 주변 픽셀에는 0의 값을 설정함으로써 이전 픽셀 S_n _-2의 주변 픽셀과의 상관도 C(S_n _-2)(512)을 획득한다. 도 5b의 경우, 이전 픽셀 S_n _-2과 윈도우(510) 내의 주변 픽셀들이 모두 동일하게 0의 값을 가지므로 이전 픽셀 S_n _-2에 대한 주변 픽셀과의 상관도 C(S_n _-2)(512)은 모두 1의 값을 갖는다.

유사하게, 도 5c를 참조하면, 상관도 획득부(310)는 이전 픽셀 S_n _-3을 중심으로 그 주변 픽셀들에 윈도우(510)를 적용한다. 도 5c의 경우, 이전 픽셀 S_n _-3는 0의 값을 갖고, 윈도우(510) 내의 상측 및 좌상측 주변 픽셀만이 0의 값을 가지므로 이전 픽셀 S_n _-3에 대한 주변 픽셀과의 상관도 C(S_n _-3)(513)은 상측 및 좌상측 위치에서만 1의 값을 갖는다.

다음으로, 도 5d를 참조하면, 상관도 획득부(310)는 이전 픽셀 S_n _-4을 중심으로 그 주변 픽셀들에 윈도우(510)를 적용한다. 도 5d의 경우, 이전 픽셀 S_n _-4는 1의 값을 갖고, 윈도우(510) 내의 좌상측 및 좌측 주변 픽셀만이 1의 값을 가지므로 이전 픽셀 S_n _-4에 대한 주변 픽셀과의 상관도 C(S_n _-4)(514)은 좌측 및 좌상측 위치에서만 1의 값을 갖는다.

다음으로, 도 5e를 참조하면, 상관도 획득부(310)는 이전 픽셀 S_n _-5을 중심으로 그 주변 픽셀들에 윈도우(510)를 적용한다. 도 5e의 경우, 이전 픽셀 S_n _-5는 1의 값을 갖고, 윈도우(510) 내의 상측 및 좌상측 주변 픽셀만이 1의 값을 가지므로 이전 픽셀 S_n _-5에 대한 주변 픽셀과의 상관도 C(S_n _-5)(515)은 상측 및 좌상측 위치에서만 1의 값을 갖는다.

이와 같이 미리 설정된 M개의 이전 픽셀들 S_n _-1, S_n _-2,..., S_n _-M 각각에 대하여 윈도우 내의 주변 픽셀과의 상관도 C(S_n _-1),C(S_n _-2),..., C(S_n _-M)들이 획득되면, 상관도 누적부(320)는 윈도우 내의 상대적 위치를 기초로 C(S_n _-1),C(S_n _-2),..., C(S_n _-M)을 누적하여 윈도우 내의 상대적 위치에 따른 상관도 누적값을 획득한다. 예를 들어, 도 5a 내지 도 5e와 같이 5개의 이전 픽셀들 S_n _-1, S_n _-2,..., S_n _-5 각각에 대하여 C(S_n-1),C(S_n-2),..., C(S_n _-5)가 획득되면, 상관도 누적부(320)는 동일한 위치의 상관도값을 누적하여 도 6에 도시된 바와 같은 윈도우(600) 내의 위치에 따른 상관도 누적값을 획득한다.

탬플릿 갱신부(330)은 상관도 누적값에 기초하여 윈도우 내에서 이전 픽셀들과 상관도가 높은 윈도우 내의 상대적 위치를 결정한다. 예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같이 탬플릿 갱신부(330)는 윈도우(600) 내의 위치에 따른 상관도 누적값 중 소정의 임계값 이상의 값을 갖는 위치를 결정한다. 임계값을 3이라고 가정하면, 도 7에 도시된 바와 같이 탬플릿 갱신부(330)는 상관도 누적값이 3이상의 값을 갖는 상측 및 좌상측의 위치를 선택함으로써 탬플릿(710)을 생성하고, 윈도우에 포함되었던 좌측 주변 픽셀은 탬플릿에서 제외한다.

다시 말해서, 상관도 획득부(310)는 이전 픽셀 S_n _-i을 중심으로 미리 설정된 윈도우를 S_n _-i의 주변 픽셀들에 적용하고, 윈도우 내의 (dx, dy) 위치의 주변 픽셀을 S_n _-i(dx, dy)이라고 할 때, 다음의 수학식 1과 같이 각 픽셀 S_n _-i과 윈도우 내의 (dx, dy)에 위치한 주변 픽셀 S_n _-i(dx,dy) 사이의 상관도 b(n-i,dx,dy)를 획득한다.

상관도 누적부(320)는 소정 M개의 이전 픽셀들 각각에 대하여 수학식 1을 기초로 계산된 상관도 값을 윈도우 내의 위치인 (dx, dy)를 기준으로 누적하여 (dx,dy) 값에 따른 상관도 누적값을 획득할 수 있다. 그리고, 탬플릿 갱신부(330)는 윈도우 내의 모든 위치들 중에서 누적 상관도 값이 소정 임계값 이상인 (dx,dy)의 위치를 결정하고, 결정된 (dx,dy) 위치만으로 구성된 탬플릿을 생성하여 출력한다.

이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면 이전 픽셀들에 소정의 윈도우를 적용하여 계산된 상관도 누적값에 기초하여 윈도우 내에서 상관도가 높은 위치를 결정함으로써 탬플릿을 적응적으로 생성할 수 있다. 또한, 복호화 측에서도 동일한 과정을 통해 탬플릿을 생성할 수 있으므로 별도로 탬플릿에 관한 정보를 전송할 필요가 없다.

한편, 전술한 설명에서는 현재 픽셀 이전의 픽셀들에 윈도우를 적용하는 경우를 중심으로 설명하였으나, 상관도 누적값 계산시에 현재 픽셀 S_n을 중심으로 윈도우를 적용하여 계산된 상관도 C(S_n)을 부가적으로 이용할 수도 있다. 이 경우, 복호화 측에서 탬플릿을 생성할 수 있도록 현재 픽셀 S_n을 중심으로 계산된 상관도 C(S_n) 정보만을 비트스트림에 부가할 수 있다. 또한, 프레임의 경계 근처의 픽셀들과 같이 윈도우를 적용할 수 없는 경우에는 미리 설정된 템플릿을 이용할 수 있다.

도 8은 도 1의 컨텍스트 생성부(120)의 구성을 나타낸 블록도이다.

도 8을 참조하면, 컨텍스트 생성부(800)는 탬플릿 생성부(110)에서 생성된 탬플릿 내에 포함된 주변 픽셀들에 기초하여 컨텍스트를 생성하고, 컨텍스트에 따라서 MPS 및 LPS에 대한 정보와 MPS 및 LPS의 발생 확률에 대한 정보를 소정의 확률 테이블(810)에 기초하여 획득하고 출력한다. 확률 테이블(810)은 탬플릿으로부터 얻어지는 컨텍스트의 상태 정보에 기초하여 LPS의 발생 확률 및 MPS에 대한 정보만을 구비할 수 있다. LPS의 발생 확률과 MPS의 발생 확률의 합산값은 1이므로 LPS의 발생확률을 알면 MPS의 발생 확률도 획득할 수 있다. 갱신부(820)은 현재 픽셀의 픽셀값에 따라서 확률 테이블(810) 상에서 컨텍스트가 참조하는 확률 인덱스 정보를 갱신함으로써 컨텍스트를 갱신할 수 있다. 컨텍스트 생성부(120)의 동작은 JBIG이나 JBIG2에서 이용되는 컨텍스트 생성부의 동작과 유사하므로 구체적인 설명은 생략한다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 이진 산술 부호화 과정을 설명하기 위한 참조도이다. 도 9에서는 부호화되는 이진 영상의 픽셀값들이 "010"이며, 1의 발생확률은 0.2, 0의 발생확률은 0.8이라고 가정한다. 여기서, 1 및 0의 발생확률은 전술한 바와 같이 탬플릿 생성부(110)에서 생성된 탬플릿을 기초로 생성된 컨텍스트를 이용하여 컨텍스트 생성부(120)로부터 출력된다. 0과 1의 발생확률은 컨텍스트에 따라서 서로 다른값을 갖지만, 여기서는 설명의 편의를 위하여 각 이진 픽셀값에 대하여 1 및 0의 발생확률이 동일한 것으로 가정한다.

도 9를 참조하면, 이진값 "010" 중 처음 빈 값 "0"을 부호화하는 경우 초기 구간 [0.0~1.0] 중에서 하단 80% 부분인 [0.0~0.8]이 새로운 구간으로 갱신되고, 다음 빈 값 "1"을 부호화하는 경우 [0.0~0.8]의 상단의 20% 부분인 [0.64~0.8]이 새로운 구간으로 갱신된다. 또한, 다음 "0"을 부호화하는 경우 [0.64~0.8]의 하단의 80% 부분인 [0.64~0.768]이 새로운 구간으로 갱신된다. 최종적인 구간 [0.64~0.768] 사이에 들어가는 실수인 0.75에 대응되는 이진수 0.11에서 최초 0을 제외한 소수점 이하의 "11"이 이진값 "010"에 대응되는 비트스트림으로 출력된다.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 적응적 탬플릿을 이용한 이진 영상의 부호화 방법을 나타낸 플로우 차트이다.

도 10을 참조하면, 단계 1010에서 상관도 획득부(310)는 소정 크기와 형태를 갖는 윈도우를 소정 개수의 이전 픽셀 및 상기 이전 픽셀의 주변 픽셀들에 대하여 각각 적용하여, 각 이전 픽셀과 상기 윈도우 내의 각 주변 픽셀 사이의 상관도를 획득한다. 전술한 바와 같이 윈도우의 크기 및 형태는 임의로 설정될 수 있다.

단계 1020에서, 상관도 누적부(320)은 각 이전 픽셀에 대하여 계산된 윈도우 내의 각 주변 픽셀과의 상관도에 기초하여, 이전 픽셀들과 상관도가 높은 윈도우 내의 상대적 위치를 결정한다.

단계 1030에서, 탬플릿 갱신부(330)는 상관도가 높은 윈도우 내의 상대적 위치에 기초하여 탬플릿을 생성한다. 전술한 바와 같이, 소정 임계값 이상의 누적 상관도값을 갖는 윈도우 내의 위치를 선택함으로써 탬플릿을 생성할 수 있다.

단계 1040에서, 컨텍스트 생성부(120)은 생성된 탬플릿을 이용하여 컨텍스트에 따른 MPS 및 LPS의 발생 확률 정보를 출력하고, 산술 부호화부(130)는 이러한 MPS 및 LPS의 발생 확률 정보에 기초하여 현재 픽셀을 산술 부호화한다.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 적응적 탬플릿을 이용한 이진 영상의 복호화 장치를 나타낸 블록도이다.

도 11을 참조하면, 이진 영상 복호화 장치(1100)는 탬플릿 생성부(1120), 컨텍스트 생성부(1130) 및 산술 복호화부(1110)를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 이진 영상 복호화 장치(1100)는 도 1의 이진 영상 부호화 장치(100)와 동일하게 이전에 복호화된 이전 픽셀들로부터 탬플릿을 적응적으로 생성할 수 있다. 즉, 탬플릿 생성부(1120)는 소정 크기와 형태를 갖는 윈도우를 소정 개수의 이전 픽셀 및 이전 픽셀의 주변 픽셀들에 대하여 각각 적용하여, 각 이전 픽셀과 윈도우 내의 각 주변 픽셀 사이의 상관도를 획득하고, 획득된 상관도에 기초하여 이전 픽셀들과 상관도가 높은 윈도우 내의 상대적 위치를 결정하고, 상관도가 높은 윈도우 내의 상대적 위치에 기초하여 탬플릿을 생성한다. 전술한 바와 같이, 이진 영상 부호화 장치(100)에서 이용된 것과 동일한 윈도우를 이용함으로써 탬플릿에 대한 별도의 정보를 전송하지 않고서도 이진 영상 복호화 장치의 탬플릿 생성부(1120)는 현재 픽셀의 복호화에 이용할 탬플릿을 적응적으로 생성할 수 있다. 또한, 부호화측에서 현재 픽셀 S_n을 중심으로 윈도우를 적용하여 계산된 상관도 C(S_n)을 부가적으로 이용한 경우, 탬플릿 생성부(1120)는 비트스트림으로부터 현재 픽셀 S_n을 중심으로 계산된 상관도 C(S_n) 정보를 추출하여 복호화된 이전 픽셀을 이용하여 계산된 상관도값들과 가산함으로써 윈도우 내의 위치에 따른 누적 상관도값을 생성할 수도 있다.

컨텍스트 생성부(1130)는 탬플릿 내의 현재 픽셀의 주변 픽셀들에 기초하여 결정된 컨텍스트에 따라서, '0' 및 '1'의 이진 신호 중 MPS 및 LPS를 결정하고 결정된 MPS 및 LPS의 발생 확률을 출력한다. 컨텍스트에 따른 MPS 및 LPS에 대한 정보와 MPS 및 LPS의 발생 확률 정보는 확률 테이블 정보로써 저장될 수 있으며, 이러한 확률 테이블은 픽셀들을 복호화할 때마다 갱신될 수 있다.

도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 적응적 탬플릿을 이용한 이진 영상 복호화 방법을 나타낸 플로우 차트이다.

도 12를 참조하면, 단계 1210에서 탬플릿 생성부(1120)는 소정 크기와 형태를 갖는 윈도우를 소정 개수의 이전 픽셀 및 이전 픽셀의 주변 픽셀들에 대하여 각각 적용하여, 각 이전 픽셀과 윈도우 내의 각 주변 픽셀 사이의 상관도를 획득한다.

단계 1220에서 탬플릿 생성부(1120)는 각 이전 픽셀과 윈도우 내의 각 주변 픽셀 사이의 상관도에 기초하여, 이전 픽셀들과 상관도가 높은 윈도우의 상대적 위치를 결정한다. 또한, 단계 1230에서 탬플릿 생성부(1120)는 상관도가 높은 윈도우 내의 상대적 위치에 기초하여 탬플릿을 생성한다.

단계 1230에서, 산술 복호화부(1110)는 탬플릿을 이용하여 현재 픽셀을 산술 복호화한다. 구체적으로, 산술 복호화부(1110)는 컨텍스트 생성부(1130)에서 탬플릿에 기초하여 생성된 컨텍스트에 따라서 출력되는 MPS 및 LPS에 대한 정보와 MPS 및 LPS의 발생 확률 정보에 기초하여 입력된 비트스트림으로부터 픽셀을 복원한다.

전술한 본 발명의 실시예들에 따른 이진 영상의 부호화 방법 및 장치, 복호화 방법 및 장치는 프린터, 스캐너, 복사기 또는 복합기와 같은 전자 프린팅 시스템에 적용될 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예들에 따른 적응적 탬플릿 생성 방식은 BAC가 적용되는 모든 코덱에 적용될 수 있을 것이다.

한편, 상술한 본 발명의 실시예들은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성가능하고, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 이용하여 상기 프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다. 상기 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬, 플로피 디스크, 하드디스크 등) 및 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬, 디브이디 등)와 같은 저장매체를 포함한다.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims

적응적 탬플릿(template)을 이용한 이진 영상의 부호화 방법에 있어서,
소정 크기와 형태를 갖는 윈도우를 소정 개수의 이전 픽셀 및 상기 이전 픽셀의 주변 픽셀들에 대하여 각각 적용하여, 각 이전 픽셀과 상기 윈도우 내의 각 주변 픽셀 사이의 상관도를 획득하는 단계;
상기 각 이전 픽셀과 상기 윈도우 내의 각 주변 픽셀 사이의 상관도에 기초하여, 상기 이전 픽셀들과 상관도가 높은 상기 윈도우 내의 상대적 위치를 결정하는 단계;
상기 상관도가 높은 상기 윈도우 내의 상대적 위치에 기초하여, 탬플릿을 생성하는 단계; 및
상기 탬플릿을 이용하여 현재 픽셀을 산술 부호화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 적응적 탬플릿을 이용한 이진 영상의 부호화 방법.
제 1항에 있어서,
상기 각 이전 픽셀과 상기 윈도우 내의 각 주변 픽셀 사이의 상관도를 획득하는 단계는
상기 각 이전 픽셀과 동일한 값을 갖는 상기 윈도우 내의 주변 픽셀에 1의 값을 할당하고, 상기 각 이전 픽셀과 다른 값을 갖는 상기 윈도우 내의 주변 픽셀에 0의 값을 할당함으로써, 상기 윈도우 내의 각 주변 픽셀과 상기 이전 픽셀과의 상관도를 획득하는 것을 특징으로 하는 적응적 탬플릿을 이용한 이진 영상의 부호화 방법.
제 1항에 있어서,
상기 이전 픽셀들과 상관도가 높은 상기 윈도우 내의 상대적 위치를 결정하는 단계는
상기 각 이전 픽셀과 상기 윈도우 내의 각 주변 픽셀 사이의 상관도를 상기 윈도우 내의 상대적 위치에 기초하여 누적함으로써, 상기 이전 픽셀들과 상관도가 높은 상기 윈도우의 상대적 위치를 결정하는 것을 특징으로 하는 적응적 탬플릿을 이용한 이진 영상의 부호화 방법.
제 3항에 있어서,
상기 이전 픽셀들과 상관도가 높은 상기 윈도우 내의 상대적 위치는, 상기 누적된 상관도값이 소정 임계값 이상인 값을 갖는 위치인 것을 특징으로 하는 적응적 탬플릿을 이용한 이진 영상의 부호화 방법.
제 1항에 있어서,
상기 탬플릿을 생성하는 단계는
상기 이전 픽셀들과 상관도가 높은 상기 윈도우 내의 상대적 위치만을 선택하여 탬플릿을 생성하는 것을 특징으로 하는 적응적 탬플릿을 이용한 이진 영상의 부호화 방법.
제 1항에 있어서,
상기 탬플릿을 이용하여 상기 현재 픽셀을 산술 부호화하는 단계는
상기 탬플릿 내의 상기 현재 픽셀의 주변 픽셀들에 기초하여 결정된 컨텍스트에 따라서, '0' 및 '1'의 이진 신호 중 MPS(Most Probable Symbol) 및 LPS(Least Probable Symbol)를 결정하고 결정된 상기 MPS 및 LPS의 발생 확률을 획득하는 단계; 및
상기 MPS 및 LPS의 발생 확률에 기초하여 상기 현재 픽셀을 이진 산술 부호화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 적응적 탬플릿을 이용한 이진 영상의 부호화 방법.
적응적 탬플릿(template)을 이용한 이진 영상의 복호화 방법에 있어서,
소정 크기와 형태를 갖는 윈도우를 소정 개수의 이전 픽셀 및 상기 이전 픽셀의 주변 픽셀들에 대하여 각각 적용하여, 각 이전 픽셀과 상기 윈도우 내의 각 주변 픽셀 사이의 상관도를 획득하는 단계;
상기 각 이전 픽셀과 상기 윈도우 내의 각 주변 픽셀 사이의 상관도에 기초하여, 상기 이전 픽셀들과 상관도가 높은 상기 윈도우의 상대적 위치를 결정하는 단계;
상기 상관도가 높은 상기 윈도우 내의 상대적 위치에 기초하여, 탬플릿을 생성하는 단계; 및
상기 탬플릿을 이용하여 현재 픽셀을 산술 복호화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 적응적 탬플릿을 이용한 이진 영상의 복호화 방법.
제 7항에 있어서,
상기 각 이전 픽셀과 상기 윈도우 내의 각 주변 픽셀 사이의 상관도를 획득하는 단계는
상기 각 이전 픽셀과 동일한 값을 갖는 상기 윈도우 내의 주변 픽셀에 1의 값을 할당하고, 상기 각 이전 픽셀과 다른 값을 갖는 상기 윈도우 내의 주변 픽셀에 0의 값을 할당함으로써, 상기 윈도우 내의 각 주변 픽셀과 상기 이전 픽셀과의 상관도를 획득하는 것을 특징으로 하는 적응적 탬플릿을 이용한 이진 영상의 복호화 방법.
제 7항에 있어서,
상기 이전 픽셀들과 상관도가 높은 상기 윈도우 내의 상대적 위치를 결정하는 단계는
상기 각 이전 픽셀과 상기 윈도우 내의 각 주변 픽셀 사이의 상관도를 상기 윈도우 내의 상대적 위치에 기초하여 누적함으로써, 상기 이전 픽셀들과 상관도가 높은 상기 윈도우 내의 상대적 위치를 결정하는 것을 특징으로 하는 적응적 탬플릿을 이용한 이진 영상의 복호화 방법.
제 9항에 있어서,
상기 이전 픽셀들과 상관도가 높은 상기 윈도우 내의 상대적 위치는, 상기 누적된 상관도값이 소정 임계값 이상인 값을 갖는 위치인 것을 특징으로 하는 적응적 탬플릿을 이용한 이진 영상의 복호화 방법.
제 7항에 있어서,
상기 탬플릿을 생성하는 단계는
상기 이전 픽셀들과 상관도가 높은 상기 윈도우 내의 상대적 위치만을 선택하여 탬플릿을 생성하는 것을 특징으로 하는 적응적 탬플릿을 이용한 이진 영상의 복호화 방법.
제 7항에 있어서,
상기 탬플릿을 이용하여 상기 현재 픽셀을 산술 복호화하는 단계는
상기 탬플릿 내의 상기 현재 픽셀의 주변 픽셀들에 기초하여 결정된 컨텍스트에 따라서, '0' 및 '1'의 이진 신호 중 MPS(Most Probable Symbol) 및 LPS(Least Probable Symbol)를 결정하고 결정된 상기 MPS 및 LPS의 발생 확률을 획득하는 단계; 및
상기 MPS 및 LPS의 발생 확률에 기초하여 상기 현재 픽셀을 이진 산술 복호화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 적응적 탬플릿을 이용한 이진 영상의 복호화 방법.
적응적 탬플릿을 이용한 이진 영상의 부호화 장치에 있어서,
소정 크기와 형태를 갖는 윈도우를 소정 개수의 이전 픽셀 및 상기 이전 픽셀의 주변 픽셀들에 대하여 각각 적용하여, 각 이전 픽셀과 상기 윈도우 내의 각 주변 픽셀 사이의 상관도를 획득하는 상관도 획득부;
상기 각 이전 픽셀과 상기 윈도우 내의 각 주변 픽셀 사이의 상관도에 기초하여 상기 이전 픽셀들과 상관도가 높은 상기 윈도우 내의 상대적 위치를 결정하는 상관도 누적부;
상기 상관도가 높은 상기 윈도우의 상대적 위치에 기초하여, 탬플릿을 생성하는 탬플릿 갱신부; 및
상기 갱신된 탬플릿을 이용하여 현재 픽셀을 산술 부호화하는 산술 부호화부를 포함하는 것을 특징으로 하는 적응적 탬플릿을 이용한 이진 영상의 부호화 장치.
적응적 탬플릿을 이용한 이진 영상의 복호화 장치에 있어서,
소정 크기와 형태를 갖는 윈도우를 소정 개수의 이전 픽셀 및 상기 이전 픽셀의 주변 픽셀들에 대하여 각각 적용하여, 각 이전 픽셀과 상기 윈도우 내의 각 주변 픽셀 사이의 상관도를 획득하는 상관도 획득부;
상기 각 이전 픽셀과 상기 윈도우 내의 각 주변 픽셀 사이의 상관도에 기초하여 상기 이전 픽셀들과 상관도가 높은 상기 윈도우 내의 상대적 위치를 결정하는 누적 상관도 계산부;
상기 상관도가 높은 상기 윈도우 내의 상대적 위치에 기초하여, 탬플릿을 생성하는 탬플릿 갱신부; 및
상기 탬플릿을 이용하여 현재 픽셀을 산술 복호화하는 산술 복호화부를 포함하는 것을 특징으로 하는 적응적 탬플릿을 이용한 이진 영상의 복호화 장치.