KR19990026807A - 영상 압축 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 영상 압축 장치 및 방법에 관한 것으로, 영상 압축 장치는 저장되어있는 이전 영상과 현재 영상을 소정의 블럭단위로 비교하여 현재 영상에서 정지영역과 움직임 영역을 분할하는 영역 분할부; 현재 영상을 블럭 단위로 이산코사인 변환하고 양자화하며 부호화하는 손실 압축부; 손실 압축부에서 양자화된 블럭단위의 영상을 복원하여 현재 영상과의 차영상을 압축하는 잔차 압축부; 및 각 블럭단위의 영상이 영역분할부의 정지영역에 해당하면 손실 압축부의 결과를 저장하고, 각 블럭단위의 영상이 영역 분할부의 움직임 영역에 해당하면 손실 압축부의 결과와 잔차 압축부의 결과를 합하여 저장하는 부호화 데이터 합성부를 포함한다.
본 발명에 의하면 인간의 시각에 둔감한 영상의 정지영역은 손실압축하고 인간의 시각에 민감한 움직임 영역은 무손실 압축하므로써 복원시 움직임 영역을 무손실 복원할 수 있고, 손실압축의 사용으로 전체적으로 압축률을 높일 수 있다.

Description

영상 압축 장치 및 방법
본 발명은 영상 압축 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 연속되는 2차원 영상으로부터 각 영상의 정지영역과 움직임 영역을 분할하여 각각 다른 압축율로 압축하는 영상 압축 장치 및 방법에 관한 것이다.
영상은 하나 이상의 영역으로 분리할 수 있다. 가장 간단한 예는 정지화면에 운동물체가 존재할 때로 영상영역은 정지영역과 움직임영역으로 나누어진다. 더 복잡한 예로는 카메라의 움직임으로 발생하는 전체영역의 움직임과 카메라의 운동과는 독립적으로 움직이는 운동물체인데 이 경우에도 영상영역은 정지영역과 움직임영역으로 나누어진다. 운동물체를 제외한 전 영역은 정지영역이다.
이러한 움직임이 있는 영상의 압축시 종래에는 운동의 종류에 관계없이 압축을 수행한다. MPEG(Moving Picture Experts Group)에서는 블럭매칭을 통해 근사한 블럭을 선택하여 움직임 벡터를 구한다. 이 움직임 벡터를 이용하여 복원부에서 영상을 복원한다. 움직임의 양이 크거나 추출된 움직임 벡터값이 정확하지 않을 때 복원영상에서 왜곡현상이 나타난다. JPEG(Joint Photographic Coding Experts Group)의 정지영상 압축은 움직임에 관계없이 원영상을 압축하므로, 움직임에 관계없이 전 영역이 비슷한 질의 영상을 얻는다. 여기서 압축율을 높히게 되면 운동영역에서 영상질이 낮아진다.
이러한 종래 압축방법의 문제점은 영상복원후에도 움직이는 물체의 영상질이 떨어진다는 것이다. 이에 따라 원영상의 복원시 인간시각이 운동물체에 예민하기 때문에 인간시각은 피로함을 느끼게 된다.
본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는 영상 복원시 움직임 영역의 영상질을 높히기 위해 영상을 정지영역과 움직임 영역으로 분할하여 정지영역은 높은 압축율로 압축하고 움직임 영역은 무손실 또는 낮은 압축율로 압축하여 운동영역의 영상질을 높히면서 전체 압축율을 높히는 영상 압축 장치 및 방법을 제공하는데 있다.
도 1은 본 발명에 따른 영상 압축 장치에 대한 블록도이다.
도 2a는 원 영상이다.
도 2b는 본 발명에 따라 영역분할된 영상이다.
도 2c는 본 발명에 의해 압축된 영상을 복원한 영상이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명에 따른 영상 압축 장치는 저장되어있는 이전 영상과 현재 영상을 소정의 블럭단위로 비교하여 현재 영상에서 정지 영역과 움직임 영역을 분할하는 영역 분할부; 현재 영상을 상기 블럭 단위로 이산코사인 변환하고 양자화하며 부호화하는 손실 압축부; 상기 손실 압축부에서 양자화된 상기 블럭단위의 영상을 복원하여 상기 현재 영상과의 차영상을 압축하는 잔차 압축부; 및 상기 각 블럭단위의 영상이 상기 영역분할부의 정지영역에 해당하면 상기 손실 압축부의 결과를 저장하고, 상기 각 블럭단위의 영상이 상기 영역 분할부의 움직임 영역에 해당하면 상기 손실 압축부의 결과와 상기 잔차 압축부의 결과를 합하여 저장하는 부호화 데이터 합성부를 포함한다.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명에 따른 영상 압축 방법은 카메라로부터 연속적으로 입력되는 2차원 영상을 압축하는 방법에 있어서, 현재 입력된 영상을 이전 영상과 비교하여 정지영역과 움직임영역으로 분할하고, 상기 정지영역은 손실 압축하여 저장하며 상기 움직임영역은 무손실 압축하여 저장함을 포함한다.
이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예를 보다 상세히 설명하기로 한다. 도1은 본 발명에 따른 영상 압축 장치에 관한 블럭도로서, 도 1에 따른 영상 압축 장치는 이전 영상 저장부(100), 현재 영상 저장부(105), 영역 분할부(110), 손실 압축부(120), 잔차 압축부(130), 블럭 레블 판별부(140), 스위치(150) 및 부호화 데이터 합성부(160)를 포함한다.
이전 영상 저장부(100)는 이전 영상을 저장하고, 현재 영상 저장부(105)에서는 카메라로부터 입력된 현재 영상을 저장한다. 영역 분할부(110)는 소정의 NxN블럭, 예를 들어 8x8단위로 이전 영상과 현재 영상을 비교하여 정지영역과 움직임 영역을 분할한다. 손실 압축부(120)는 현재 영상을 상술한 블럭단위로 손실 압축하며, 손실 압축을 수행하기 위해 이산코사인 변환(Discrete Cosine Transform, 이하 DCT라 약함)부(122), 양자화부(124) 및 부호화부(126)를 구비한다.
잔차 압축부(130)에서는 손실 압축부(120)에서 수행된 DCT와 양자화를 역으로 수행하여 복원하기 위한 역양자화부(132)와 역DCT부(134), 복원된 영상과 현재영상을 비교하여 잔차를 계산하는 잔차 계산부(136) 및 계산된 잔차를 부호화하는 잔차 부호화부(138)를 구비한다.
블럭레블 판별부(140)는 손실압축부(120)에서 손실압축된 블럭에 대해 영역분할부(110)를 참조하여 영역 레블을 조사한다. 만일 영역 레블이 정지영역에 해당하면 스위치(150)를 오프시키고, 움직임 영역에 해당하면 스위치를 온시킨다.
부호화 데이터 합성부(160)는 스위치(150)의 온/오프에 따라 현재의 블럭이 정지영역이면 손실압축부(120)의 결과만을 저장하고, 움직임 영역이면 손실압축부(120)의 결과와 잔차 압축부(130)의 결과를 합하여 저장한다.
한편, 상술한 구성에 따른 본 발명의 동작을 설명하기로 한다. 먼저, 카메라로부터 입력되어 현재 영상 저장부(105)에 저장된 현재 영상은 영역 분할부(110)를 통해 이전 영상 저장부(100)에 저장된 이전 영상과 비교되어 정지영역 또는 움직임영역으로 분할된다. 현재 영상은 상술한 블럭단위로 DCT가 수행되는데, DCT부(122)를 통해서 i번째 블럭에 대해 다음 식과 같이 DCT가 수행된다. DCT는 각 영상블럭을 공간 도메인(domain)에서 주파수 도메인으로 변환한다.
여기서,이고, F(u, v)는 DCT 계수이며, f(m,n)는 원영상의 픽셀값이다.
DCT(122)에 의해 구해진 DCT 계수는 양자화부(124)를 통해 양자화된다. 이때 양자화 스렙은 압축율의 선택에 따라 정해진다. 양자화된 블럭영상은 부호학부(126)를 통해 부호화되는데, 허프만(Huffman) 또는 렘펠-지프(Lempel-Ziv) 코딩을 사용함이 바람직하다.
부호화된 후 각 블럭 영상은 영역분할부(110)의 분할 결과가 참조되어 블럭레벨판별부(140)를 통해 정지영역에 해당하는지 움직임영역에 해당하는지의 여부가 판별된다.
한편, 양자화부(124)를 통해 양자화된 블럭영상은 역양자화부(132)를 통해역 양자화되고, IDCT(Inverse DCT)부(134)를 통해 IDCT된다. IDCT는 상술한 수학식1의 역으로 다음과 같다.
여기서,이고, F(u, v)는 DCT 계수이며, f(m,n)는 원영상의 픽셀값이다.
이렇게 복원된 블럭영상의 픽셀값과 원영상 블럭의 픽셀값은 잔차계산부(136)를 통해 비교되어 그 잔차가 계산된다. 이 잔차는 무손실 압축의 경우 무손실 복원을 위해 복원시 사용된다. 또한 이 잔차는 잔차 부호화부(138)를 통해서 부호화된다. 부호화는 허프만 또는 렘펠-지프 코딩을 사용함이 바람직하다.
잔차 부호화부(138)의 출력은 블럭레벨판별부(140)의 판별결과에 따라 온/오프되는 스위치(150)를 통해 블럭영상이 움직임영역에 해당할 때만 부호화 데이터합성부(160)로 입력된다. 부호화 데이터합성부(160)에서는 손실압축부(120)의 출력과 스위치(150)를 통해 입력되는 잔차 부호화부(138)의 출력을 합하여 저장하거나 전송하게 된다.
다음 표는 도 2a의 영상을 종래의 압축방법과 본 발명에 따른 압축방법에 따라 압축한 결과를 비교한 것으로, 전체적인 무손실 압축의 경우보다 높은 압축률을 얻을 수 있다. 영상 크기는 352x288 이고, 움직임 영역의 비율은 전체 영역의 37%이다. 압축률은 원 영상의 데이터 량/전체 압축 데이터 량이다.
여기서 평균 픽셀값 오차는 다음 식과 같이 계산된 값이다.
도 2b는 도 2a의 영상이 정지영역과 움직임 영역으로 분할된 영상이고, 도2c는 본 발명에 의해 복원된 영상이다. 도 2b의 움직임 영역에 해당하는 A부분은 무손실 압축된 부분이고 도 2b의 정지영역에 해당하는 B부분은 손실 압축한 부분이다. 즉, 손실압축한 부분의 압축률이 높아서 복원된 영상의 질이 낮더라도 무손실 압축부분인 움직임영역의 복원된 영상의 질은 높다.
본 발명에 의하면 인간의 시각에 둔감한 영상의 정지영역은 손실압축하고 인간의 시각에 민감한 움직임 영역은 무손실 압축하므로써 복원시 움직임 영역을 무손실 복원할 수 있고, 전체적으로 압축률을 높일 수 있다. 본 발명에 따른 영상 압축 장치 및 방법을 이용하면 VCR이나 모션 비데오(motion video)에서 한 장의 비디오 클립을 압축 저장할 때 영상을 무손실로 복원가능하고, 입체영상처리시에도 움직임 영역을 분리하여 움직임 영역을 고화질로 압축 및 복원하므로써 인간의 시각에 부합한 입체영상을 생성할 수 있다. 또한, 의료분야에 본 발명을 적용하여 임상적으로 중요한 영상영역은 무손실 압축하고 다른 영역은 손실 압축하여 압축율을 높일 수 있다.

Claims (7)

  1. 연속되는 2차원 영상으로부터 각 영상을 압축하는 장치에 있어서, 저장되어있는 이전 영상과 현재 영상을 소정의 블럭단위로 비교하여 현재 영상에서 정지 영역과 움직임 영역을 분할하는 영역 분할부; 현재 영상을 상기 블럭 단위로 이산코사인 변환하고 양자화하며 부호화하는 손실 압축부; 상기 손실 압축부에서 양자화된 상기 블럭단위의 영상을 복원하여 상기 현재 영상과의 차영상을 압축하는 잔차 압축부; 및 상기 각 블럭단위의 영상이 상기 영역분할부의 정기영역에 해당하면 상기 손실 압축부의 결과를 저장하고, 상기 각 블럭단위의 영상이 상기 영역 분할부의 움직임 영역에 해당하면 상기 손실 압축부의 결과와 상기 잔차 압축부의 결과를 합하여 저장하는 부호화 데이터 합성부를 포함함을 특징으로하는 영상 압축 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 잔차 압축부는 상기 손실 압축부의 양자화된 블럭영상을 역양자화하고 역이산코사인 변환하는 복원부; 상기 복원부에서 복원된 영상과 상기 현재 영상의 차이를 계산하는 잔차 계산부; 및 상기 잔차 계산부의 결과를 부호화하는 전차 부호화부를 구비함을 특징으로하는 영상 압축 장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 부호화 데이터 합성부는 상기 블럭단위의 영상이 정지영역인지 움직임영역인지를 판별하는 블럭레블 판별부; 및 상기 블럭레블 판별부의 판별결과에 따라 상기 블럭단위의 영상이 정지영역이면 오프되고, 움직임 영역이면 온되어 상기 잔차 압측부의 결과를 상기 부호화데이터 합성부에 전달하는 스위치를 구비함을 특징으로하는 영상 압축 장치.
  4. 카메라로부터 연속적으로 입력되는 2차원 영상을 압축하는 방법에 있어서, 현재 입력된 영상을 이전 영상과 비교하여 정지영역과 움직임영역으로 분할하고, 상기 정지영역은 손실 압축하여 저장하며 상기 움직임영역은 무손실 압축하여 저장함을 특징으로하는 영상 압축 방법.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 무손실 압축은 상기 손실 압축된 영상을 복원하여 복원된 영상과 상기 현재 영상과의 차를 계산하고, 상기 차를 부호화하여 상기 손실 압축된 데이터에 더하여 이루어짐을 특징으로하는 영상 압축 방법.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 부호화는 허프만 코딩으로 이루어짐을 특징으로하는 영상 압축 방법.
  7. 제 5항에 있어서, 상기 부호화는 렘펠-지프 코딩으로 이루어짐을 특징으로하는 영상 압축 방법.
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