KR19980023398A - 물체 모양정보 부호화에서 교류(ac)계수 예측 부호화방법 - Google Patents

물체 모양정보 부호화에서 교류(ac)계수 예측 부호화방법 Download PDF

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Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야
물체 모양정보 부호화에서 교류(AC)계수 예측 부호화방법
2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제
종래 물체 부호화시 직류(DC)계수만을 이용하여 예측 부호화하므로서 발생하는 예측 부호화 이득의 저하현상을 해결하고자 한 것임.
3. 발명의 해결방법의 요지
블록 지향 부호화 방법에 있어서, 부호화하고자 하는 블록의 교류(AC)계수를 산출하고, 그 산출한 교류(AC)계수와 기설정된 이웃 블록의 예측값을 선택하여 상기 부호화하고자 하는 블록의 교류(AC)계수의 예측 부호화를 수행하는 것을 특징으로 한 것이다.
4. 발명의 중요한 용도
DCT를 바탕으로 하는 블록 지향 부호화 방식에서 교류(AC)계수 부호화시에 적용되는 것임.

Description

물체 모양정보 부호화에서 교류(AC)계수 계측 부호화방법
일반적으로, 블록 지향 부호화를 사용하는 MPEG-1, JPEG, H.261, H.263 등기존의 표준화 방식에서는 시간 방향 예측을 이용하지 않는 인트라-모드(Intra-mode)블록(이하, 인트라 블록이라 칭함)은 8*8DCT(Discrete Cosine Transform:이산 코사인 변환)를 이용한 텍스처 코딩(Texture Coding)을 한다.
텍스처 코딩에서 발생하는 데이터 양은 복호기에 전송해야할 전체 데이터의 상당 부분을 차지한다. 따라서 텍스처 코딩에서 발생하는 데이터를 효율적으로 부호화하는 것은 부호기의 부호화 성능에 큰 영향을 미친다. 직류(DC)의 경우, H.263에서는 시간 방향 예측을 이용하지 않은 인트라 블록의경우, 8*8DCT를 한 후 직류(DC)게수를 8비트로 양자화하고, 펄스 부호 변조(PCM; Pulse Code Modulation)하여 전송하고, MPEG2에서는 DC계수의 부호화 효율을 높이기 위해서 도2와 같이 이미 전송된 이웃하는 블록들의 DC값을 지그-재그 스켄(휘도 블록:Luminance블록)과 순차 스켄(색채 블록:Chrominance 블록) 순서에 따라 DPCM(Differential Pulse Code Modulation, (예측 부호화)하여 전송한다(MPEG2 비디오 권고안, MPEG4, VM2.X이상, DC Prediction of DC coefficients in Intra Macroblocks).
또한 교류(AC)의 경우 정의된 양자화 스탭 사이즈(Quantization Stop Size)로 양자화한 후, PCM하여 부호화한다.
아울러, 영상을 X, Y축ㅇ로 16*16화소, 즉 매크로블록(Macroblock) 크기로 분할했을 때, 부호화할 매크로블록의 X축 좌표가 0일 경우, 매크로블록내의 첫번째 휘도 성분 블록은 도 2에서와 같이 예측 부호화 값을 128로 하고, 색채블록들은 모두 예측 부호화값을 128로 한다.
전술한 바와같은 8*8DCT는 인코더에서 하기한 식(1)과 같이 수행되고, IDCT(Inverse DCT)는 디코더에서 하기한 식(2)와 같이 수행된다. DCT후 DC 및 AC계수들은 도1과 같이 배열된다.
여기서 직류(DC)는 하기한 식(1)의 F(0,0)에 해당하고, 교류(AC)는 상기한 F(0,0)을 제외한 나머지 계수(Coefficient)들에 해당한다.
상기 식에서, u, v, x, y=0, 1, 2, ..., 7, x, y=pixel domain에서 공간적 위치이고, u, v=transform domain에서 공간적 위치이며, u, x는 수평방향, v, y는 수직방향의 인덱스이다.
그리고,otherwise 1이다(참조:ITU-TRECOMMEMDATION H.263 Annex A:Inverse transform accuracy sepification, 6.2.4:Inverse transform).
또한 f(x, y)는 8*8 블록내의 밝기값이고, F(u, v)는 식(1)을 사용하여 계산된 DC 및 AC계수들이다.
아울러 식(2)의 F(u, v)는 인코더에서 부호화된 DC 및 AC계수이다. 여기서 밝기(휘도, 색채)값들의 공간적 상관도(Spatial Correlation)가 비교적 높은 인트라 프레임(I-Frame:First Frame of Image Sequence, I-VOP(Video Object Plane):First VOP of VOP Sequence와 동일 개념) 부호화의 경우, MPEG2와 같이 이웃한 하나의 블록만을 고려하여 부호화를 수행한다.
상기에서, VOP란 영상을 물체 단위로 분할하여 각기 부호화하는 단위이다. 일예로, 한 영상에 어린이와 고양이가 있다면 배경은 VOP0, 어린이는 VOP1, 고양이는 VOP2로 분할할 수 있다.
따라서 VOP별로 부호화가 가능한데, 이를 위해서는 각 물체를 서로 구별해줄 수 있는 모양 정보가 필요하며, 모양 정보는 VOP별로 각기 다른 값을 갖고, 이 값에 따라 서로 다른 VOP를 구별한다.
그러나 상기와 같은 종래의 블록 지향 부호화방법은 부호화시 각 계수들간의 상관성이 높다는 이유로 주로 직류(DC)계수만을 이용하여 부호화를 수행하기 때문에 좀더 고효율의 예측 부호화 이득을 기대하기가 어려운 단점이 있었다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래 블록 지향 부호화시 발생하는 예측 부호화 이득 저하현상을 해결하기 위해서 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 현재 블록의 임의의 교류(AC)계수를 다른 교류(AC)계수를 이용하여 예측 부호화함으로써 부호화 효율을 높이고 가변 부호화시 비트수를 줄이도록 한 물체 부호화 시스템에서 교류(AC)계수 예측 부호화 방법을 제공하는데 있다.
이러한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 방법은, 블록 지향 부호화 방법에 있어서, 부호화하고자 하는 블록의 교류(AC)계수를 산출하고, 그 산출한 교류(AC)계수와 기설정된 이웃 블록의 예측값을 선택하여 상기 부호화하고자 하는 블록의 교류(AC)계수의 예측 부호화를 수행하는 것을 특징으로 한 것이다.
이하, 본 발명을 첨부한 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 종래 이산 코사인 변환후 직류(DC) 및 교류(AC)계수들의 위치도.
도 2는 종래 직류(DC)예측 부호화 순서도.
도 3은 본 발명에서 예측값(ACP)이 5인 경우 교류 부호화 과정 설명도.
본 발명이 적용되는 시스템은 일반적인 블록 지향 부호화 시스템이며, 특징적으로 종래와 같이 영상입력수단으로 입력된 영상을 물체 단위로 분할하고, 이를 DCT한 후 양자화된 교류(AC)계수의 부호화 효율을 높이기 위해 부호화하고자하는 블록의 이웃하는 블록의 교류(AC)계수를 이용하여 예측 부호화하는 것을 특징으로 한다.
일반적으로, DCT를 기반으로 하는 블록 지향 부호화 방식에서 매크로 블록(이하 MB라 약칭함)은 수평, 수직 각각 16화소로 궝되며, L1(Block1 of Luminance), L2(Block2 of Luminance), L3(Block3 of Luminance), L4(Block4 of Luminance)로 구성되는 4개의 휘도(Luminance)성분 블록들과 Cb, Cr로 구성되는 2개의 색채(Chrominance) 성분 블록으로 대별된다.
따라서 상기와 같이 분할된 MB를 시간 방향 예측을 이용하는 블록을 인터-모드(Inter-mode)블록(이하, Inter블록이라 칭함)이라 하고, 시간 방향 예측을 이용하지 않은 블록을 인트라 블록이라 한다. DCT는 MB의 6개 8*8블록내의 밝기값들에 대해 행해지며, 이때 블록당 AC계수가 계산되어 나온다(도1 참조).
이러한 교류(AC)계수를 이용하여 실제 부호화할 블록의 부호화 과정을 이하에서 상세히 설명하면 다음과 같다.
설명의 편의를 위해, 부호화하려는 블록의 AC계수를 ACc라하고, 이것의 예측값을 ACp라 한다. 또한, 최종적으로 ACc가 부호화된 값을 ACt라한다. 이때, ACp를 어떻게 구하는지는 본 발명에서 다루는 내용이 아니라 자세히 설명은 하지 않겠으나, 일예로 ACp는 ACc의 왼쪽 블록의 같은 블록내 위치를 갖는 교류(AC)계수일 수도 있다.
AC 계수들의 분포가 근사적으로 평균이 0인 분포를 따름은 잘 알려져 있는 사실이다. 이는 곧, AC계수는 예측을 하지 않고 부호화하는 것이 일반적으로 좋음을 말해주는 것이다.
또한 블록내 또는 이웃블록의 AC계수들간에 존재하는 상관성은 DC계수의 상관성에 비해 상당히 낮다는 것도 잘 알려져 있는 사실이다. 이러한 점을 고려할 때, 어떠한 알고리즘에 의해 ACc의 예측값으로 ACp를 구하였다 하더라도 상당히 많은 경우에 ACc를 그대로 부호화하는 것이 ACp를 이용해 예측 부호화하는 경우보다 부호화 효율이 좋을 수 있다.
본 발명에서는 이러한 점을 고려하고, ACc의 예측값으로 ACp와 0 가까운 값을 이용한다. 여기서 가까운 값을 이용함으로써 ACt의 절대값을 줄일 수 있고, 이는 기존의 영상 부호화 표준 방식들의 가변 부호화시 비트수를 줄일 수 있음을 의미한다.
이때, 두개의 예측값중 어느 것을 이용했는지를 알리는 부가정보 1비트씩이 필요한 경우가 발생한다.
도 3은 본 발명의 실시예로서, ACp=5인 예이다.
이 경우에 ACc가 B영역과 C영역 범위에 있는 경우는 부가정보 1비트가 부호화되어야만 복호화를 할 수 있음을 알 수 있다. 반면, A영역과 D영역은 부가정보가 없더라도 복호화가 가능하다.
본 발명에서의 부호화기(encoder)는 주어진 ACc와 ACp를 이용해 다음과 같이 ACt를 구하고, 이를 부호화한다.
즉, 부호화할는 블록의 AC계수의 예측값인 ACp가 0이면, 부호화하려는 블록의 AC계수인 ACc를 부호화된 값 ACt로 결정하여 AC계수의 예측 부호화를 수행한다.
아울러, 부호화하려는 블록의 AC계수의 예측값인 ACp가 0이 아닐경우, 예측값 인 ACp와 AC계수인 ACc의 부호를 검색하여 같으면, 부호화하려는 블록의 계수값의 절대치(|ACc|)와 예측값 ACp의 절대치(|ACp|)를 2로 나눈후 내림한 값(|ACp/2)과 예측값의 절대치(|ACp|/2)를 가산한 결과치(|ACp|/2+|ACp|)를 비교하여, 부호화하려는 블록의 AC계수의 절대치(|ACc|)가 상기한 결과치(|ACp|/2+|ACp|)보다 크면, 부호화값(ACt)을 상기 AC계수(ACc)에서 예측값(ACp)을 감산한 결과치(ACc-ACp)로 설정하여 AC계수 예측 부호화를 수행한다(도3의 A영역).
다음으로, 상기한 부호화하려는 블록의 AC계수의 예측값인 ACp가 0이 아닐경우, 예측값이 ACp와 AC계수인 ACc의 부호를 검색하여 같으면, 예측값 ACp의 절대치(|ACp|)를 2로 나눈후 내림한 값(|ACp|/2)과 예측값의 절대치(|ACp|)를 가산한 결과치(|ACp|/2+|ACp|)와 부호화하려는 블록의 AC계수의 절대치(|ACc|)와 예측값 ACp의 절대치(|ACp|)를 2로 나눈후 내림한 값(|ACp|/2)을 상호 비교한다.
이 비교결과 상기한 부호화하려는 블록의 AC계수의 절대치(|ACc|)가 예측값 ACp의 절대치(|ACp|)를 2로 나눈후 내림한 값(|ACp|/2)보다는 크고 예측값 ACp의 절대치(|ACp|)를 2로 나눈후 내림한 값(|ACp|/2)과 예측값의 절대치(|ACp|)를 가산한 결과치(|ACp|/2+|ACp|)보다는 같거나 작을 경우, 즉 (|ACp|/2+|ACp|)≥|ACc|)|ACp|/2이면 부호화값(ACt)를 상기한 AC계수값(ACc)에서 예측값(ACp)를 감산한 결과치(ACc-ACp)로 설정하여 AC예측 부호화를 수행한다. 이때, 1비트의 부가정보를 부호화한다. 즉, ACt를 부호화한후 덧붙여 '1을 부호화한다(도 3의 B영역).
한편, 상기한 부호화하려는 블록의 AC계수의 예측값인 ACp가 0이 아닐경우, 예측값인 ACp와 AC계수인 ACc의 부호를 검색하여 서로 다르면, 부호화하려는 블록의 AC계수의 절대치(|ACc|)와 예측값 ACp의 절대치(|Acp|)에서 예측값 ACp의 절대치(|ACp|)를 2로 나눈 후 내림한 값(|ACp|/2)을 감산한 결과치(|ACp|-|ACp|/2)를 비교한다.
이 비교결과 부호화하려는 블록의 AC계수의 절대치(|ACc|)가 상기한 결과치(|ACp|-|ACp|/2)보다 크거나 같으면, 부호화값(ACt)을 상기한 AC계수인 ACc로 설정하여 AC계수의 예측 부호화를 수행한다(도 3의 D영역).
아울러 부호화하려는 블록의 AC계수의 예측값인 ACp가 0이 아닐경우, 상기한 세가지의 경우, 즉 1) |ACc||ACp|/2+|ACp|)인 경우, 2) (|ACp/2+|ACp|)≥|ACc||ACp|/2인 경우, 3) |ACc|≥(|ACp|-|ACp|/2)인 경우가 아닐 경우에는 상기한 ACt를 ACc로 설정하여 AC계수의 예측 부호화를 수행한다(도 3의 C영역). 이때, 1비트의 부가정보를 부호화한다. 즉, ACt를 부호화한 후 덧붙여 0을 부호화한다.
상기와 같은 방법에 의해 블록의 AC계수의 예측 부호화가 수행되어 수신측에 전송되면, 수신측에서는 복호화기(decoder)로 복원을 하게된다. 즉, 복호화기는 주어진 ACt와 ACp로부터 ACc를 하기한 방법에 의해 복원해낸다.
먼저, ACp가 0이면, ACc를 ACt로 설정을 하여 ACc를 복원하게 되고, ACp가 0이 아니면 주어진 주건에 의해 ACc를 복원한다.
즉, ACp가 0이 아니면 상기한 ACp와 ACt의 부호를 검색하여 같으면, 부호화값인 ACt의 절대치|ACt|와 예측값의 절대치|ACp|를 2로 나눈 후 내림한 값인 |ACp|/2를 비교하여 |ACt|가 |ACp|/2보다 크면, AC계수인 ACc를 ACt+ACp로 설정하여 복호화를 수행하게 된다(도 3의 A영역).
다음으로, ACp와 ACt의 부호가 다른 경우에는, 부호화값인 ACt의 절대치인 |ACt|와 예측값의 절대치인 |ACp|에서 |ACp|/2를 감산한 결과치인 |ACp-|ACp|/2를 비교하여 |ACt|가 (|ACp|-|ACp|/2|ACp|/2)보다 크거나 같으면 AC계수인 ACc를 ACt로 설정하여 복호화를 수행한다(도 3의 D영역).
아울러 상기한 두가지의 경우, 즉 1) |ACt||ACp|/2인 경우, 2) |ACt|≥(|ACp|-|ACp|/2|ACp|/2)인 경우가 아니고 부가정보를 복호화한 값이 1이면 ACc를 ACt+ACp로 설정하여 복호화를 수행한다(도 3의 B영역).
한편, 상기한 두가지의 경우, 즉 1) |ACt||ACp|/2인 경우, 2) |ACt|≥(|ACp|-|ACp|/2|ACp|/2)인 경우가 아니고 부가정보를 복호화한 값이 0이면 ACc를 ACt로 설정하여 복호화를 수행한다(도 3의 C영역).
이러한 방법에 의해 ACc를 복원하게 되면 용이하게 부호화된 영상 데이터를 원래의 영상 데이터로 복원이 가능하게 되는 것이다.
이상에서 상세히 설명한 바와같이 본 발명은 부호화할 블록의 교류(AC)계수와 예측값을 선택적으로 적용하여 부호화할 블록의 교류(AC)계수 예측 부호화를 수행하므로서 부호화 효율을 극대화시킬 수 있는 효과가 있으며, 더불어 가변 부호화시 비트수를 줄일 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 물체 모양정보 부호화에서 교류(AC)계수 예측 부호화에 관한 것으로, 특히 현재 블록의 임의의 교류(AC)계수를 다른 교류(AC)계수를 이용하여 예측 부호화함으로써 부호화 효율을 높이도록 한 물체 모양 정보 부호화에서 교류(AC)계수 예측 부호화 방법에 관한 것이다.

Claims (8)

  1. 블록 지향 부호화 방법에 있어서,
    부호화하고자 하는 블록의 교류(AC)계수를 산출하고, 그 산출한 교류(AC)계수와 기설정된 이웃 블록의 예측값을 선택하여 상기 부호화하고자 하는 블록의 교류(AC)계수의 예측 부호화를 수행하는 것을 특징으로 하는 물체 모양정보 부호화에서 교류(AC)계수 예측 부호화방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 부호화하려는 블록의 교류(AC)계수의 예측값인 ACp가 0이면, 부호화하려는 블록의 교류(AC)계수인 ACc를 부호화된 값 ACt로 결정하여 부호화를 수행하는 것을 특징으로 하는 물체 모양정보 부호화에서 교류(AC)계수 예측 부호화방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 부호화하려는 블록의 교류(AC)계수의 예측값인 ACp가 0이 아닐경우, 예측값인 ACp와 AC계수인 ACc의 부호를 검색하여 같으면, 부호화하려는 블록의 계수값의 절대치(|ACc|)와 예측값 ACp의 절대치(|ACp|)를 2로 나눈 후 내림한 값(|ACp|/2)과 예측값의 절대치(|ACp|)를 가산한 결과치(|ACp|/2+|ACp|)를 비교하여, |ACc||ACp|/2+|ACp|이면 상기 AC계수(ACc)에서 예측값(ACp)을 감산한 결과치(ACc-ACp)를 부호화값(ACt)으로 설정하여 교류(AC)계수 예측 부호화를 수행하는 것을 특징으로 하는 물체 모양정보 부호화에서 교류(AC)계수 예측 부호화방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 부호화하려는 블록의 교류(AC)계수의 예측값인 ACp가 0이 아닐 경우, 예측값인 ACp와 교류(AC)계수인 ACc의 부호를 검색하여 같으면, 예측값 ACp의 절대치(|ACp|)를 2로 나눈 후 내림한 값(|ACp|/2)과 예측값의 절대치(|ACp|)를 가산한 결과치(|ACp|/2+|ACp|)와 부호화하려는 블록의 교류(AC)계수의 절대치(|ACc|)와 및 예측값 ACp의 절대치(|ACp|)를 2로 나눈 후 내림한 값(|ACp/2|)를 상호 비교하여, (|ACp|/2+|ACp|)≥|ACc||ACp|/2이면 상기 AC계수값(ACc)에서 예측값(ACp)를 감산한 결과치(ACc-ACp)를 부호화한값(ACt)으로 설정하여 교류(AC)예측 부호화를 수행하는 것을 특징으로 하는 물체 모양정보 부호화에서 교류(AC)계수 예측 부호화방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 ACt를 부호화한 후 1을 부가정보로 덧붙여 부호화하는 것을 특징으로 하는 물체 부호화 시스템에서 교류(AC)계수 예측 부호화방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 부호화하려는 블록의 교류(AC)계수의 예측값인 ACp가 0이 아닐 경우, 예측값인 ACp와 AC계수인 ACc의 부호를 검색하여 서로 다르면, 부호화하려는 블록의 교류(AC)계수의 절대치(|ACc|)와 예측값 ACp의 절대치(|ACp|)에서 예측값 ACp의 절대치(|ACp|)를 2로 나눈 후 내림한 값(|ACp|/2)을 감산한 결과치(|ACp|-|ACp|/2)를 비교하여, |ACc|≥(|ACp|-|ACp|/2)이면 상기 교류(AC)계수인 ACc를 부호화값(ACt)으로 설정하여 교류(AC)계수의 예측 부호화를 수행하는 것을 특징으로 하는 물체 모양정보 부호화에서 교류(AC)계수 예측 부호화방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 부호화하려는 블록의 교류(AC)계수의 예측값인 ACp가 0이 아니고, 조건이 |ACc|(|ACp|/2+|ACp|와 (|ACp|/2+|ACp|)≥|ACc||ACp|/2 및 |ACc|≥(|ACp|-|ACp|/2)가 아닌 경우에는 상기 ACc를 ACt로 설정하여 교류(AC)계수의 예측 부호화를 수행하는 것을 특징으로 하는 물체 모양정보 부호화에서 교류(AC)계수 예측 부호화방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 ACt를 부호화한 후 0을 부가정보로 덧붙여 부호화하는 것을 특징으로 하는 물체 모양정보 부호화에서 교류(AC)계수 예측 부호화방법.
KR1019960042883A 1996-09-30 1996-09-30 물체모양정보부호화에서교류(ac)계수예측부호화방법 KR100439419B1 (ko)

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