KR19980033806A - 적응 이산 여현 변환 부호화 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 적응 이산 여현 변환(ADCT) 부호화 방법 및 장치를 공개한다. 디지탈 영상 신호를 압축하여 부호화된 비트 스트림을 출력하는 JPEG 부호화기의 그 장치는, 디지탈 영상 신호를 입력하여 DCT하는 DCT수단과, DCT된 계수를 입력하여, 소정 인자로 정규화하는 정규화수단과, 디지탈 영상 신호를 입력하여 에너지를 계산하는 에너지 계산 수단과, 에너지 계산 수단의 출력과 부호화된 이전 비트 스트림에 상응하여 가변된 양자와 스텝으로 정규화수단으로부터 출력되는 DCT계수를 양자화하는 양자화수단과, 양자화된 DCT 계수의 직류 성분을 입력하여 DPCM하고, 변조된 신호를 출력하는 DPCM수단과, 양자화된 DCT 계수의 교류 성분을 입력하여 지그재그 스캔하여 부호화하는 스캔 수단과, DPCM수단으로부터 출력되는 신호를 입력하고, 입력한 신호를 허프만 부호화하여 출력하는 제 1 부호화 수단과, 스캔 수단에서 부호화된 신호를 입력하고, 입력된 신호를 2-D 런 부호화하여 출력하는 제 2 부호화수단 및 제 1 및 제 2 부호화 수단들의 출력을 입력하고, 불균일한 비트율을 균일하게 조정하여 일정한 속도로 부호화된 비트 스트림을 출력하는 비트율 조정수단을 구비하는 것을 특징으로 하고, 화상의 질은 변화시키지 않고 압축율을 향상시키기 위해 간단하고 효율적으로 ADCT 부호화를 수행하는 효과가 있다.

Description

적응 이산 여현 변환 부호화 방법 및 장치
본 발명은 JPEG에 관한 것으로서, 특히, JPEG 영상을 위한 적응 이산 여현 변환 부호화 방법 및 그 방법을 수행하는 장치에 관한 것이다.
JPEG(Joint Photographic Coding Expert Group)은 정지 화상을 부호화하기 위한 컬러 정지화 압축의 국제 표준이다. JPEG 압축 알고리즘의 주요 개념은, 먼저, 입력화상을 8*8블럭으로 분리하여, 분리된 블럭을 이산여현 변환(DCT:Discrete Cosine Transform)하고, 변환후, 각 계수들을 가시 대역(visible threshold)같은 양자화 스텝으로 나누어 나머지를 반올림한다. 즉, 계수를 양자화 한다. 마지막으로, 원 데이타의 발생확률의 편중을 이용하여 화상을 압축하기 위해 양자화된 계수들을 가변장 부호화(VLC:Variable-Length Coding)한다.
양자화는 영상 부호화에 있어서, 가장 중요한 단계이다. JPEG에서 선형 양자화는 인간의 시각 특성과 부호화 효율을 고려하여 8*8 단위로 양자화 한다. JPEG은 양자화 테이블들을 위한 기준 데이타를 제공하며, 1bit/pel 정도의 비트율에서 좋은 화상을 종종 만들어낼 수 있다. JPEG에서 추천되는 4가지의 8*8 양자화 매트릭스 테이블들이 있지만, 그 자체로는 비트율을 제어할 수 없는 문제점이 있다. 즉, 화상의 JPEG 부호율은 화상 그 자체에 의존한다.
종래의 적응 이산 여현 변환(ADCT:Adaptive Discrete Cosine Transform) 부호화 방법중 가장 널리 알려진 방법은 W.H.Chen 및 H.Smith에 의해 만들어졌다.
종래의 ADCT 부호화 방법은 다음과 같다. 먼저, 8*8 또는 16*16 DCT 변환을 하고, DCT 계수중 AC 계수들에 따라 각 영상 블럭의 에너지를 계산한다. 두번째로, 영상 블럭의 에너지에 따라 영상 블럭들을 몇가지 종류로 분류한다. 세번째로, 각 종류의 블럭에 비트를 적응적으로 할당한다. 예를 들면, 보다 많은 에너지를 가진 블럭들에는 많은 비트를 할당하고, 적은 에너지를 가진 블럭에는 적은 비트를 할당한다. 네번째로, DCT계수들을 비선형 양자화한다. 다섯번째로, 양자화된 DCT 계수들을 가변장 부호화 한다.
이상에서 설명한, 종래의 ADCT 방법은 양자화를 위해 매우 복잡한 과정을 거치게 되는 문제점과, 그 복잡한 과정에 비해 데이타의 압축율이 뒤떨어지는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 이산 여현 변환된 DCT계수들을 적응적으로 양자화하여 데이타의 압축율을 개선하기 위한 ADCT 부호화 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 상기 본 발명에 의한 ADCT 부호화 방법을 수행하는 ADCT 부호화 장치를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 디지탈 영상 신호를 압축하여 출력하는 JPEG 부호화기에서 수행되는 본 발명에 의한 적응 이산 여현 변환 부호화 방법은, 상기 디지탈 영상 신호를 이산 여현 변환(DCT)하는 단계와, 이산 여현 변환된 DCT계수를 인간의 시각적인 특성에 따르는 소정 인자로 정규화하는 단계와, 정규화 된 상기 DCT 계수를 현재 매크로 블럭의 에너지와 이전 매크로 블럭의 에너지에 따라 양자와 스텝을 가변하여 적응적으로 데드 존 없이 양자화하는 단계 및 상기 DCT 계수의 직류 성분은 차분 가변장 부호화하고, 교류 성분은 스캔 후, 런 부호화하여 상기 디지탈 영상 신호의 압축된 신호를 만드는 단계로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 다른 목적을 달성하기 위해, 디지탈 영상 신호를 압축하여 부호화된 비트 스트림을 출력하는 JPEG 부호화기의 본 발명에 의한 적응 이산 여현 변환 부호화 장치는, 상기 디지탈 영상 신호를 입력하여 이산 여현 변환(DCT)하는 DCT수단과, 이산 여현 변환된 DCT 계수를 입력하여, 소정 인자로 정규화하는 정규화수단과, 상기 디지탈 영상 신호를 입력하여 에너지를 계산하는 에너지 계산 수단과, 상기 에너지 계산 수단의 출력과 부호화된 이전 비트 스트림에 응답하여 가변된 양자와 스텝으로 상기 정규화수단으로부터 출력되는 상기 DCT계수를 양자화 하는 양자화수단과, 양자화된 상기 DCT 계수의 직류 성분을 입력하여 차분 펄스 부호 변조하고, 변조된 신호를 출력하는 차분 펄스 부호 변조 수단과, 양자화된 상기 DCT 계수의 교류 성분을 입력하여 지그재그 스캔하여 부호화하는 스캔 수단과, 상기 차분 펄스 부호 변조 수단으로부터 출력되는 신호를 입력하고, 입력한 신호를 허프만 부호화하여 출력하는 제 1 부호화 수단과, 상기 스캔 수단에서 부호화된 신호를 입력하고, 입력된 신호를 2-D 런 부호화하여 출력하는 제 2 부호화수단 및 상기 제 1 부호화 수단과 상기 제 2 부호화수단의 출력을 입력하고, 불균일한 비트율을 균일하게 조정하여 일정한 속도로 상기 부호화된 비트 스트림을 출력하는 비트율 조정수단으로 구성되는 것이 바람직하다.
도 1 은 본 발명에 의한 ADCT 부호화 방법을 설명하기 위한 플로우차트이다.
도 2 는 도 1에 도시된 방법을 수행하는 본 발명에 의한 ADCT 부호화 장치의 블럭도이다.
이하, 본 발명에 의한 ADCT 부호화 방법 및 그 방법을 수행하는 장치의 구성 및 동작을 첨부한 도면을 참조하여 다음과 같이 설명한다.
도 1은 본 발명에 의한 ADCT 부호화 방법을 설명하기 위한 플로우차트로서, DCT 변환하는 단계(제10 및 12단계)와, 양자화하여 부호화하는 단계(제14 및 16단계)로 이루어져 있다.
도 2는 도 1에 도시된 방법을 수행하는 본 발명에 의한 ADCT 부호화 장치의 블럭도로서, 디지탈 영상 신호(IN)를 입력하여 DCT하는 DCT부(20)와, 이산 여현 변환된 DCT 계수를 입력하여, 소정 인자로 정규화하는 정규화부(22)와, 디지탈 영상 신호를 입력하여 에너지를 계산하는 에너지 계산부(24)와, 에너지 계산부(24)의 출력과 부호화된 이전 비트 스트림에 상응하여 가변된 양자와 스텝으로 정규화부 (22)로부터 출력되는 DCT계수를 양자화하는 양자화부(26)와, 양자화된 DCT 계수의 직류 성분을 입력하여 차분 펄스 부호 변조하고, 변조된 신호를 출력하는 차분 펄스 부호 변조부(28)와, 양자화된 DCT 계수의 교류 성분을 입력하여 지그재그 스캔하여 부호화하는 스캔부(30)와, 차분 펄스 부호 변조부(28)로부터 출력되는 신호를 입력하고, 입력한 신호를 허프만 부호화하여 출력하는 제1부호화부(32)와, 스캔부(30)에서 부호화된 신호를 입력하고, 입력된 신호를 2-D 런 부호화하여 출력하는 제2부호화부(34) 및 제 1 부호화부(32) 및 제 2 부호화부(34)의 각 출력을 입력하고, 불균일한 비트율을 균일하게 조정하여 일정한 속도로 부호화된 비트 스트림(OUT)을 출력하는 비트율 조정부(36)로 구성된다.
도 2에 도시된 본 발명에 의한 ADCT 부호화장치의 DCT부(20)는 입력단자 IN을 통해 디지탈 영상 신호를 입력하여 8*8 크기로 이산 여현 변환을 수행한다(제10단계). 제10단계후, 양자화를 수행하기 전에 DCT 계수를 인간의 시각적인 특성을 고려하여 달라지는 정규화 인자에 의해 정규화한다(제12단계). 제12단계후에, 양자화부(26)는 정규화된 DCT 계수를 입력하여 데드 존(dead zone)없는 선형 양자화를 수행하는데, 이 때, 영상에 각 매크로 블럭의 양자화 스텝(q)을 조정하여 적응성있게 양자화를 수행한다(제14단계). 제14단계에서 양자화 스텝은 현재 매크로 블럭의 에너지에 따라 조정되고, 비트율 조정부(36)에 의해 제어된다. 본 발명에 의한 적응성 있는 양자화 과정에 대한 설명은 후술된다.
한편, 제14단계후에, 양자화된 DCT의 직류 및 교류 계수들은 각각 다음과 같이 부호화된다(제16단계). 먼저, 차분 펄스 부호 변조(DPCM:Differential Pulse Code Modulation)부(28)는 양자화된 DCT 계수의 직류 성분(DC 계수)을 입력하여 차분(differetial) 가변장 부호화하고, 부호화된 신호를 제 1 부호화부(32)로 출력한다. 제 1 부호화부(32)는 DPCM부(28)로부터 출력되는 신호를 입력하여 허프만(HUFFMAN) 부호화하여 비트율 조정부(36)로 출력한다. 스캔부(30)는 양자화된 DCT 계수의 교류 성분(AC 계수)을 지그 재그(ZIG ZAG) 스캔하여 부호화한 후, 제 2 부호화부(34)로 출력한다. 제 2 부호화부(34)는 스캔부(30)의 출력을 입력하여, 2-D 런 부호화 및 가변장 부호화한다.
비트율 조정부(36)는 각 영상 블럭에 의해 발생된 불균일한 비트율을 고르게 하는 역할을 수행하여, 이를 위해 입력한 비트 스트림을 입력하여 버퍼링한 다음, 일정한 율로 출력단자 OUT를 통해 출력한다.
제14단계에서 수행되는 본 발명에 의한 적응성 있는 양자화 과정을 다음과 같이 세부적으로 설명한다.
먼저, 양자화 스텝은 화상의 내용에 따라 적응성 있게 변한다. 즉, 첫번째로, 비트율 조정부(36)로부터 출력되는 이전 비트스트림에 따라 양자화 스텝을 조정하고, 두번째로, 현재 매크로 블럭의 에너지에 따라 양자화 스텝을 조정한다.
현재, 매크로 블럭의 양자화 스텝을 계산하기 위해, 버퍼로 구현될 수 있는 비트율 조정부(36)의 현 점유율(On)을 다음 식(1)과 같이 계산한다.
여기서, Bmax는 비트율 조정부(36)의 최대 용량을, Cn은 다음 식(2)에 의해서 결정되는 비트율 조정부(36)의 현재 용량을 각각 나타낸다.
여기서, Co는 비트율 조정부(36)의 초기 용량이고, Bn-1은 현재 매크로 블럭을 기록하기 전에 비트율 조정부(36)의 용량이고, Lo는 주어진 출력 비트율, 예를 들면, 목표 비트율이다.
현 점유율(On)을 계산한 후에, 다음 식(3)과 같이 기준 양자화 스텝(qref)을 결정한다.
여기서, Φ는 비트율 조정부(36)의 점유와 궤환 양자화 스텝간의 통신(correspondence)을 셋업하기 위한 함수이다.
다음으로, 현 매크로 블럭의 에너지(An)를 계산한다. 이 An은 영상 블럭들의 분산에 따라 평가될 수 있다. An에 의해 기준 양자화 스텝(qref)를 조정하고, 최종 양자화 스텝(q)은 다음 식(4)와 같게 된다.
상술한 바와 같이, 양자화 스텝을 계산할 때, 인간의 시각적인 특성이 또한 고려된다. 즉, 부드러운(smooth) 영역은 좋음(fine)으로 양자화되고, 복잡하거나 엣지(edge) 영역은 조잡함(coarse)으로 양자화된다.
DCT 계수의 선형 양자화는 다음 식(5)와 같다.
여기서,는 정규환된 F(u,v)를 나타내고, Int는 정수 연산자를 나타내고, 2*q는 실제 양자화 스텝을 각각 나타낸다.
식(5)는 데드 존없는 양자화를 나타내고 있으며, '0'으로 양자화된 레벨의 구간은 양자화 스텝보다 적다.
본 발명에 의한 장치는 몇가지 종류의 고정된 양자화 매트릭스 테이블을 사용하는 종래의 방식과는 달리 적응적으로 DCT 계수를 양자화 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의한 ADCT 부호화 방법 및 이를 수행하는 장치는 제한된 전송 대역으로 정지화상을 전송하고 및 제한된 저장용량에 정지 화상을 저장하는 응용들에 적용될 수 있고, 화상의 질은 변화시키지 않으면서도 압축율을 향상시킴으로서, 간단하고 효율적으로 ADCT 부호화를 수행하는 효과가 있다.

Claims (2)

  1. 디지탈 영상 신호를 압축하여 출력하는 JPEG 부호화기에서 수행되는 적응 이산 여현 변환 부호화 방법에 있어서, 상기 디지탈 영상 신호를 이산 여현 변환(DCT)하는 단계; 이산 여현 변환된 DCT계수를 인간의 시각적인 특성에 따르는 소정 인자로 정규화하는 단계; 정규화된 상기 DCT 계수를 현재 매크로 블럭의 에너지와 이전 매크로 블럭의 에너지에 따라 양자와 스텝을 가변하여 적응적으로 데드 존 없이 양자화하는 단계; 및 상기 DCT 계수의 직류 성분은 차분 가변장 부호화하고, 교류 성분은 스캔 후, 런 부호화하여 상기 디지탈 영상 신호의 압축된 신호를 만드는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 적응 이산 여현 변환 부호화 방법.
  2. 디지탈 영상 신호를 압축하여 부호화된 비트 스트림을 출력하는 JPEG 부호화기의 적응 이산 여현 변환 부호화 장치에 있어서, 상기 디지탈 영상 신호를 입력하여 이산 여현 변환(DCT)하는 DCT수단; 이산 여현 변환된 DCT 계수를 입력하여, 소정 인자로 정규화하는 정규화수단; 상기 디지탈 영상 신호를 입력하여 에너지를 계산하는 에너지 계산 수단; 상기 에너지 계산 수단의 출력과 부호화된 이전 비트 스트림에 상응하여 가변된 양자와 스텝으로 상기 정규화수단으로부터 출력되는 상기 DCT계수를 양자화하는 양자화수단; 양자화된 상기 DCT 계수의 직류 성분을 입력하여 차분 펄스 부호 변조하고, 변조된 신호를 출력하는 차분 펄스 부호 변조 수단; 양자화된 상기 DCT 계수의 교류 성분을 입력하여 지그재그 스캔하여 부호화하는 스캔 수단; 상기 차분 펄스 부호 변조 수단으로부터 출력되는 신호를 입력하고, 입력한 신호를 허프만 부호화하여 출력하는 제 1 부호화 수단; 상기 스캔 수단에서 부호화된 신호를 입력하고, 입력된 신호를 2-D 런 부호화하여 출력하는 제 2 부호화수단; 및 상기 제 1 부호화 수단과 상기 제 2 부호화수단의 출력을 입력하고, 불균일한 비트율을 균일하게 조정하여 일정한 속도로 상기 부호화된 비트 스트림을 출력하는 비트율 조정수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 적응 이산 여현 변환 부호화 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100922941B1 (ko) * 2002-11-04 2009-10-22 삼성전자주식회사 에너지에 기반한 적응적인 이산코사인 변환/역이산코사인변환 장치 및 방법

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