KR19990080690A - Fast Compression Algorithm for Video Transmission - Google Patents

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KR19990080690A
KR19990080690A KR1019980014106A KR19980014106A KR19990080690A KR 19990080690 A KR19990080690 A KR 19990080690A KR 1019980014106 A KR1019980014106 A KR 1019980014106A KR 19980014106 A KR19980014106 A KR 19980014106A KR 19990080690 A KR19990080690 A KR 19990080690A
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Abstract

본 발명은 전송용 영상의 압축 알고리즘을 최적화하여 저속의 CPU에서도 구현하게끔 할 수 있는 고속의 알고리즘을 가진 영상압축 알고리즘에 관한 것이다.The present invention relates to an image compression algorithm having a high speed algorithm that can be implemented in a low speed CPU by optimizing a compression algorithm of a transmission image.

종래에도 고속의 전송로에 멀티미디어를 전송하기 위한 많은 압축 알고리즘이 있으나 매우 복잡한 연산을 반복하도록 구성되어서 영상 압축에 장시간이 소요되고 시스템이 복잡하여 문제점이 많았다. 본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하여 연산량을 최소화하고 압축량을 최대화함으로서 종래의 알고리즘을 가지고 구현이 불가능한 영상압축을 가능하게 하었다.Conventionally, there are many compression algorithms for transmitting multimedia in a high speed transmission path, but it is configured to repeat a very complex operation, it takes a long time to compress the image and the system is complicated, there are many problems. The present invention solves this problem, thereby minimizing the amount of computation and maximizing the amount of compression, thereby enabling image compression that cannot be implemented with conventional algorithms.

본 발명의 전송용 영상의 고속 압축 알고리즘은 도2에 도시된 바와 같이 비디오에서 나오는 신호를 받는 비디오 입력부(1), 영상 데이터를 압축하는 하다마드(HADAMARD)연산기(14)와 양자화기(17), 압축된 정보의 포맷을 만드는 포맷 생성기(18), 형성된 포맷을 적은 비트(BIT)수로 표현하는 가변장 부호기(21), 전송시발생하는 오류를 정정하기 위한 오류 보정기(25)와 압축된 정보를 전송하는 압축정보 전송기(27)로 구성되어 있다.As shown in FIG. 2, the fast compression algorithm of the transmission image of the present invention includes a video input unit 1 receiving a signal from a video, a HADAMARD operator 14 and a quantizer 17 which compress image data. A format generator 18 for creating a format of compressed information, a variable length encoder 21 for representing the formed format with a small number of bits, an error corrector 25 for correcting errors in transmission, and compressed information. Compressed information transmitter 27 for transmitting a.

Description

전송용 영상의 고속 압축 알고리즘Fast Compression Algorithm for Video Transmission

본 발명은 전송용 영상의 압축 알고리즘을 최적화하여 저속의 CPU에서도 구현하게끔 할 수 있는 고속의 알고리즘을 가진 영상압축 알고리즘에 관한 것이다.The present invention relates to an image compression algorithm having a high speed algorithm that can be implemented in a low speed CPU by optimizing a compression algorithm of a transmission image.

날로 고속화되고 있는 전송로 및 컴퓨터의 빠른 발전으로 멀티미디어의 수요는 급증하고 있으며 이에 따라 고속의 전송로에 멀티미디어를 전송하기 위한 압축알고리즘에 관한 많은 연구가 진행되고 있으며 현재 전송용 영상 압축 알고리즘의 국제 표준으로는 협대역 영상전화 또는 영상회의용 국제 표준인 ITU-T H.261, VTR 3급 품질의 동영상 압축 알고리즘인 ISO MPEG-1, 고화질의 동영상 압축 알고리즘인 ISO MPEG-2, 고화질의 정지화상 압축 알고리즘인 ITU-T JPEG 등이 있다.Due to the rapid development of transmission paths and computers, the demand for multimedia is increasing rapidly. Accordingly, many researches on compression algorithms for multimedia transmission on high speed transmission paths are underway. ITU-T H.261, the international standard for narrowband video telephony or video conferencing, ISO MPEG-1, a video compression algorithm of VTR level 3, ISO MPEG-2, a video compression algorithm of high definition, and still image compression algorithm of high definition. ITU-T JPEG.

종래의 전송용 영상 압축 알고리즘은 일반적으로 도1에 도시된 바와 같이 비디오입력부(1)에서 영상을 입력 받아서 정보원부호기(2)에서 압축을 위한 연산처리를 하고, 다중화 부호기(6)에서 압축된 데이터의 포맷(FORMAT)을 만들고 나서 전송중 오류에 대응하기 위하여 부호를 삽입하고 압축된 데이터를 전송하는 알고리즘으로 구성되어 있다.In the conventional transmission image compression algorithm, as shown in FIG. 1, an image is input from a video input unit 1, and an arithmetic processing for compression is performed by an information source encoder 2, and the data compressed by the multiplex encoder 6 is shown. It consists of an algorithm that creates a format and inserts code and transmits compressed data to cope with errors during transmission.

종래의 영상용 압축 알고리즘의 구성을 도1에 의하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.The configuration of a conventional video compression algorithm is described in detail with reference to FIG. 1 as follows.

도1의 전송용 영상 압축알고리즘은 비디오 입력부(1)에서 압축될 영상을 받아서 정보원부호기(2)에서 정보량을 압축하기 위한 연산처리를 한다. 상기의 연산처리 과정에는 DCT(DISCRETE COSINE TRANSFORM : 이산여현변환) (3 ), 양자화(QUANTIZATION)(4), 움직임보상(5) 등이 있다. 또한 다중화 부호기(6)에서는 압축후의 데이터 포맷을 생성처리한다. 본 데이터 포맷에는 계층구조(7), 가변장 부호화(8)가 사용된다. 그리고 송신 데이터를 일정하게 보내기 위하여 송신버퍼(BUFFER)(9)를 두어서 부호화 제어기(10)를 통해서 압축된 데이터량을 조절하며, 전송부호기(11)에서는 전송시에 발생할 수 있는 오류를 정정하기 위해서 오류정정부호를 삽입하여 전송하는 과정으로 구성으로 되어 있다.The transmission image compression algorithm of FIG. 1 receives an image to be compressed by the video input unit 1 and performs an arithmetic process for compressing the amount of information in the information source encoder 2. The computation process includes the DCT (DISCRETE COSINE TRANSFORM) (3), quantization (4), motion compensation (5), and the like. The multiplexed encoder 6 also generates and processes the data format after compression. The hierarchical structure 7 and variable length coding 8 are used for this data format. In addition, a transmission buffer (BUFFER) 9 is provided to constantly transmit the data, and the amount of data compressed through the encoding controller 10 is adjusted. The transmission encoder 11 corrects an error that may occur during transmission. For this purpose, it consists of a process of inserting and transmitting an error correction code.

또한 종래 기술의 전송용 영상 압축처리과정을 상세하게 설명하면 다음과 같다.In addition, the transmission image compression process of the prior art will be described in detail as follows.

종래의 영상 압축 알고리즘은 비디오 입력부(1)에서 영상 데이터를 입력받아서 정보원 부호기(2)에서 데이터를 압축하기 위해서 DCT(3), 양자화(4), 움직임보상(5)등을 사용한다. DCT(DISCRETE COSINE TRANSFORM)(3)란 코사인(COSINE) 직교변환으로서 입력 영상을 DCT(3)를 통해서 영상이 가로×세로의 화소로 불규칙하게 퍼져 있는 화소들을 공간주파수 성분으로 분해할 수 있으며 공간주파수 성분으로 분해하는 DCT(3)를 통하면 불규칙한 화소들이 저주파항쪽으로 집중되는 경향이 있어서 고주파항을 버리는 작업을 통해서 정보 손실이 거의 없이 정보를 압축할 수 있다. 양자화(QUANTIZATION)(4)란 상기의 DCT(3)을 통해서 변환된 정보의 고주파 성분을 버리기 위해서 직교 변환된 각각의 주파수 성분값을 "양자화 스텝 사이즈"라고 불리는 어떤 값으로 나누어 나머지를 반올림 등의 방법으로 없애서 고주파항을 버리는 작업을 하는 것을 말한다. 움직임 보상(5)이란, 동화상은 조금씩 다른 정지영상을 차례로 디스플레이(DISPALY)하므로서 연속된 것처럼 만들어 내는데 이때 이웃하는 영상끼리는 매우 유사하므로 어떤 부분이 이전 영상에서 이동해 온 경우에는 이전 부분의 이동량을 "움직임 벡터"라는 것을 전송하므로서 이동량을 가지고 일정한 영역분의 화면을 이전 영상에서 가져오는 과정이다. 정보원 부호기(2)에서 압축한 정보를 다중화 부호기(6)에서는 데이터의 포맷을 생성하고 처리하는데 가변장 부호화(8)를 사용하여 정보를 압축한다. 가변장 부호화(8)란 전기의 방법으로 압축했을 때 발생되는 데이터의 발생 확률이 눈에 띄는 편중이 생기므로 정보원부호기(2)에서 발생되는 정보를 출현확률이 낮은 값에는 길이가 긴 부호를 할당하고 출현확률이 높은 값에는 짧은 부호를 할당해서 평균부호를 줄이는 방식을 말한다.Conventional image compression algorithms use DCT (3), quantization (4), motion compensation (5), etc. to receive the image data from the video input unit 1 and to compress the data from the information source encoder (2). DCT (DISCRETE COSINE TRANSFORM) (3) is a COSINE orthogonal transformation, which allows the input image to be resolved into spatial frequency components by dividing the pixels irregularly spread into horizontal and vertical pixels through DCT (3). Through the DCT (3) decomposing into components, irregular pixels tend to concentrate toward the low frequency term, so that information can be compressed with little information loss by discarding the high frequency term. Quantization (QUANTIZATION) (4) is to divide each orthogonal transformed frequency component value by a certain value called "quantization step size" in order to discard the high frequency component of the information transformed through the above DCT (3) It means to get rid of high frequency terms by removing them. With motion compensation (5), moving images are displayed as successive images by displaying different still images one after another. In this case, neighboring images are very similar, so when a portion is moved from the previous image, the movement amount of the previous portion is moved. It is a process of bringing a certain area of screen from the previous image with the amount of movement by transmitting the vector. The multiplexed encoder 6 compresses the information compressed by the information source encoder 2 by using the variable length encoding 8 to generate and process the format of the data. In variable length coding (8), the probability of occurrence of data generated when compressed by the foregoing method is noticeably biased, so that information generated by the information source encoder (2) is assigned a long code to a value having a low probability of occurrence. In other words, a short code is assigned to a high probability of occurrence to reduce the average code.

또한 송신용 데이터 속도를 일정하게 하기 위하여 메모리인 송신버퍼(9)를 두어서 압축한 데이터량이 송신버퍼(9)에 가득 차면 부호화 제어기(10)를 통해서 데이터의 발생량을 줄이는 방법을 사용한다. 전기와 같이 송신버퍼(9)에 데이터가 들어오면 전송 부호기(11)에서는 전송중에 발생할 수 있는 오류에 대비해서 오류를 정정할 수 있는 오류정정부호(12)를 삽입해서 데이터를 전송한다. 오류정정부호(12)는 앞서 언급한 여러 가지 종래의 국제 표준에 정의된 복잡한 오류정정부호(12)를 데이터에 실어서 전송한다.In addition, in order to make the data rate for transmission constant, a method of reducing the amount of generation of data through the encoding controller 10 is used when the amount of data compressed by the transmission buffer 9 as a memory is filled in the transmission buffer 9. When data enters the transmission buffer 9 as before, the transmission encoder 11 inserts an error correction code 12 that can correct an error in preparation for an error that may occur during transmission, and transmits the data. The error correcting code 12 carries on the data a complex error correcting code 12 defined in various conventional international standards mentioned above.

상기와 같이 종래의 영상 압축 알고리즘은 여러 가지 다양한 압축 알고리즘을 이용하여 영상을 압축한다. 도1의 정보원 부호기(2)에서 사용하는 DCT(3) 변환은 코사인(COSINE)을 이용한 직교변환으로서 코사인 함수의 값인 부동소수점 값을 가지고 입력영상을 주파수 대역으로 변환한다. 그러나 이 연산에는 부동소수점을 가지고 덧셈 연산과 곱셈 연산이 포함되어 있어 실제 연산을 수행하는데 많은 시간이 소요된다. 또한 양자화(4)에도 양자화 스텝사이즈(QUANTIZATION STEP SIZE)가 일정하지 않아 양자화를 수행하는데 여러번의 나눗셈을 수행해야 한다. 다중화 부호기(6)에서는 정보원 부호기(2)에서 압축한 정보를 발생확률에 따라서 짧은 부호를 할당하는데 허프만 테이블(HUFFMAN TABLE)을 사용하는데, 허프만 테이블은 부호의 길이가 다양하여 압축된 데이터에 적절한 길이의 부호를 할당하는데 많은 시간동안 허프만 테이블을 하나씩 찾아야만 압축데이터와 일치하는 허프만 테이블값의 할당이 가능하다. 전송부호기(11)에서는 전송시 데이터에 항상 오류가 발생할 확률이 존재하므로 이러한 오류를 막기 위해서 오류정정부호(12)인 "BCH(511, 493) : BoseChaudhuri-Hocquenghem Code"를 사용하는데 이것을 이용하여 오류정정부호(12)를 발생하는데 매우 많은 연산을 수행해야만 오류정정부호(12)를 생성할 수 있다.As described above, the conventional image compression algorithm compresses an image using various various compression algorithms. The DCT (3) transform used in the information source coder 2 of FIG. 1 is an orthogonal transform using cosine and converts an input image into a frequency band with a floating point value that is a value of a cosine function. However, since this operation has floating point and includes addition and multiplication operations, it takes much time to perform the actual operation. In addition, the quantization step size (QUANTIZATION STEP SIZE) is not constant in the quantization (4), so multiple divisions must be performed to perform quantization. In the multiplex encoder 6, HUFMAN TABLE is used to allocate the information compressed by the information source encoder 2 according to the probability of occurrence. The HUFMAN table has various lengths of codes, which is suitable for compressed data. The Huffman table values that match the compressed data can be assigned only by searching the Huffman tables one by one for many hours. Since the transmission encoder 11 always has a probability that an error occurs in data during transmission, an error correcting code 12, "BCH (511, 493): BoseChaudhuri-Hocquenghem Code", is used to prevent such an error. The error correcting code 12 can be generated only by performing a large number of operations to generate the correcting code 12.

따라서 상기에 언급한 바와 같이 종래의 방법으로 영상을 전송용으로 압축하기 위해서는 매우 많은 연산을 수행해야만 압축된 영상 데이터를 얻을 수 있다.Therefore, as mentioned above, in order to compress an image for transmission by a conventional method, very many operations must be performed to obtain compressed image data.

상기와 같은 종래의 알고리즘들을 8BIT CPU 또는 16BIT CPU 등을 사용해서 구현하면 알고리즘의 연산과정의 복잡성으로 인하여 영상을 압축하는데 매우 긴 연산이 소요된다. 예를 들어 펜티엄급 개인용 컴퓨터(PC)에서도 압축을 해도 긴 연산이 소요된다. 8BIT CPU 또는 16BIT CPU에서 구현을 하면 너무 긴 연산시간이 소요되기 때문에 전송용 영상 압축전용 DSP(DIGITAL SIGNAL PROCESSOR : 디지털 신호 처리기) 또는 ASIC(APPLICATION SPECIFIC IC : 특정용도용 반도체)을 사용하면 압축 연산 속도향상에는 많은 영향을 줄 수 있으나 실제로 응용해서 사용하기에는 DSP 와 ASIC의 가격이 CPU와 비교해서 상당히 고가이고 DSP 와 ASIC을 사용한다 하더라도 전송과 제어를 위해서는 CPU가 사용되어야 하므로 제품을 구현하였을 경우 장비의 가격이 높아져서 가격경쟁력이 저하될 수밖에 없고 전송용 영상 압축 전용 DSP 또는 ASIC 을 사용하여 장비를 만들었을 경우에도 현재 영상 압축 전용 DSP 또는 ASIC이 산업용 온도 규격에 맞는 제품이 없으므로 산업용 응용에 적용할 수 없는 문제점을 가지고 있다.If the above conventional algorithms are implemented using an 8BIT CPU or a 16BIT CPU or the like, it takes a very long operation to compress an image due to the complexity of the algorithm's calculation process. Pentium-class personal computers (PCs), for example, take a long time to compress. When implemented on an 8-bit CPU or a 16-bit CPU, it takes too long computation time, so if you use a DSP (DIGITAL SIGNAL PROCESSOR) or ASIC (APPLICATION SPECIFIC IC) It can have a lot of effect on the improvement, but the price of DSP and ASIC is quite high compared to CPU for actual application and even if DSP and ASIC are used, CPU must be used for transmission and control. As the price increases, the price competitiveness is deteriorated. Even if the equipment is made using a DSP or ASIC dedicated to transmission video compression, the DSP or ASIC dedicated to image compression cannot be applied to industrial applications. I have a problem.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 연산량을 최소화 하여 기존의 저속 CPU에서도 구현이 가능하게 하므로서 여러가지로 응용하여 사용할 수 있는 새로운 체계의 전송용 영상의 고속 압축 알고리즘을 개발하게 된 것이다.In order to solve the above problems, the present invention has been developed to minimize the amount of computation and to implement a high speed compression algorithm of a transmission system of a new system that can be used in various applications while enabling implementation in an existing low speed CPU.

본 발명은 종래의 전송용 영상압축 알고리즘이 매우 복잡한 연산을 반복하도록 구성되어 영상 압축을 수행하는데 장시간이 소요되며 시스템이 필요 이상으로복잡하게 된 문제점을 해소하고 연산량을 최소화하므로서 기존의 알고리즘에서는 가능하지 아니하였던 저속의 CPU에서도 구현을 가능하게 하므로서 여러 가지 응용에 사용할 수 있는 새로운 체계의 전송용 영상의 고속 압축 알고리즘이다.The present invention is a conventional transmission video compression algorithm is configured to repeat a very complex operation takes a long time to perform the video compression and solve the problem that the system is more complicated than necessary and minimizes the amount of computation is possible in the existing algorithm It is a high-speed compression algorithm of transmission video of a new system that can be implemented in various applications by enabling the implementation even in a low speed CPU.

본 발명은 종래의 정보원 부호기(2)에서 정보를 압축하기 위하여 DCT(3)와 양자화(4)를 수행하고 다중화 부호기(6)에서 가변장 부호화(8)를 수행하며 데이터의 발생량을 조절하기 위하여 부호화 제어기(10)를 사용하고 오류를 정정하기 위하여 오류정정부호(12)를 삽입하는 것에 비하여 하다마드(HADAMARD) 연산기(14)에서 연산량이 매우 적은 직교변환인 하다마드(HADAMARD) 변환을 사용해서 이전화면과 비교를 해서 동일한 영상 블록이면 내용을 전송하지 않는 방법으로 변환을 수행해서 발생한 직류성분인 DC와 교류성분인 AC를 따로 포맷을 생성하고 가변장 부호기(21)에서 복호기에서 빠르게 구별할 수 있게 몇가지 종류의 길이로 압축데이터를 표현하고 오류보정기(23)에서는 헤더(HEADER)들을 모아서 체크섬(CHECK SUM)을 수행하고 이렇게 생성된 데이터를 가지고 CRC계산(25)하고 전송중 오류를 정정하기 위하여 오류 정정 코드인 해밍코오드(HAMMING CODE)(26)를 삽입하고 전송하게 하였다.The present invention is to perform quantization (4) and DCT (3) in order to compress the information in the conventional information source encoder (2), to perform variable length coding (8) in the multiplex encoder (6) and to adjust the amount of data generation By using the HADAMARD transform, which is an orthogonal transform with a very small amount of computation in the HADAMARD operator 14, compared to using the coding controller 10 and inserting the error correcting code 12 to correct the error. If the same image block is compared with the previous screen, the format is generated separately from DC, which is a DC component, and AC, which is generated by performing a transformation by a method that does not transmit content, and the variable length encoder 21 can quickly distinguish the decoder. Express the compressed data in several kinds of lengths, and the error corrector 23 collects the headers and performs a checksum. The acid was 25, and inserts the error correction code is the Hamming cord (HAMMING CODE) (26) to correct an error during the transmission, and transmitted.

상기와 같이 본 발명의 전송용 영상 알고리즘의 특징은 종래의 복잡한 부동 소수점 연산의 곱셈과 덧셈으로 구성된 DCT(3)연산, 부동소수점(FLOAT POINT)의 나눗셈 연산인 양자화(4), 다양한 길이의 BIT수를 가진 가변장 부호화(8) 및 복잡한 연산과정을 반복하는 오류정정부호(12) 등 과 달리 연산량이 매우 적은 하다마드(HADAMARD)연산기(14), HADAMARD 변환 과정중에 얻는 정보로 이전화면과 비교하여 데이터량을 줄이는 STO(SAME TO OLD BLOCK)검색, 구분하기 쉬운 몇단계의 BlT수를 두어서 빠르게 계산할 수 있는 가변장 부호 계산(22) 등으로 연산량을 최소화 하여 종래의 알고리즘을 가지고 저속의 CPU에서 구현이 불가능한 영상 압축을 매우 작은 연산으로 구현이 가능하게 하였다.As described above, the transmission image algorithm of the present invention is characterized by a DCT (3) operation consisting of multiplication and addition of a conventional complex floating-point operation, quantization (4), which is a division operation of a floating point, and BIT of various lengths. Unlike the variable length coding with numbers (8) and the error correcting code (12), which repeats the complex calculation process, HADAMARD operator 14 with very small amount of information is compared with the previous screen. STO (SAME TO OLD BLOCK) to reduce the amount of data, and variable length code calculation (22) that can be quickly calculated by placing several BlT numbers that are easy to distinguish. It is possible to implement image compression that can not be implemented in a very small operation.

도 1은 종래의 전송용 영상의 고속 압축 알고리즘1 is a fast compression algorithm of a conventional transmission image

도 2는 본 발명의 전송용 영상의 고속 압축 알고리즘2 is a fast compression algorithm of a transmission video of the present invention.

도 3은 본 발명의 하다마드(HADAMARD)행렬로서3 is a HADAMARD matrix of the present invention.

도 3-1은 하다마드(HADAMARD)행렬3-1 shows the HADAMARD matrix

도 3-2는 옵셔널하다마드(OPTIONAL HADAMARD)행렬3-2 is OPTIONAL HADAMARD matrix

도 3-3은 세로행렬Figure 3-3 is a vertical matrix

도 3-4는 가로행렬3-4 shows the horizontal matrix

도 4는 본 발명의 양자화테이블(QUANTIZATlON TABLE) 로서4 is a quantization table (QUANTIZATlON TABLE) of the present invention.

도 4-1은 밝기에 관한 양자화테이블(QUANTIZATION TABLE)4-1 shows a quantization table relating to brightness

도 4-2는 색갈에 관한 양자화테이블(QUANTIZATION TABLE)4-2 shows a quantization table for color

도 5는 본 발명의 지그재그 스캔 순서도5 is a zigzag scan flow chart of the present invention.

도 6은 본 발명의 가변장 부호표6 is a variable length code table of the present invention

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

1 : 비디오 입력부 2 : 정보원 부호기1: video input unit 2: information source encoder

3 : DCT 4 : 양자화3: DCT 4: quantization

5 : 움직임 보상 6 : 다중화부호기5: motion compensation 6: multiplexing encoder

7 : 계층구조 8 : 가변장부호화7: Hierarchy 8: Variable length coding

9 : 송신 버퍼 10 : 부호화제어기9: transmission buffer 10: encoding controller

11 : 전송부호기 12 : 오류정정부호11: transmission encoder 12: error correction code

13 : 압축정보전송기 14 : 하다마드(HADAMARD)연산기13: Compressed information transmitter 14: HADAMARD operator

15 : 옵셔널하다마드(OPTIONAL HADAMARD) 16 : STO검색15: OPTIONAL HADAMARD 16: STO Search

17 : 양자화기 18 : 포맷생성기17: quantizer 18: format generator

19 : DC(DPCM) 20 : AC(RUN LENTH CODING)19: DC (DPCM) 20: AC (RUN LENTH CODING)

21 : 가변장 부호기 22 : 가변장부호계산(DC, AC)21: variable length encoder 22: variable length code calculation (DC, AC)

23 : 오류보정기 24 : 헤더의 체크섬(HEADER CHECK SUM)23: error corrector 24: header checksum (HEADER CHECK SUM)

25 : 데이터의 CCITT CRC-16계산 26 : 해밍코오드화(HAMMING CODING)25: CCITT CRC-16 calculation of data 26: Hamming coding

27 : 압축정보 전송기 28 : 하다마드(HADAMARD)행렬27: compression information transmitter 28: HADAMARD matrix

29 : OPTIONAL HADAMARD 행렬 29-1 : 세로행렬29: OPTIONAL HADAMARD matrix 29-1: vertical matrix

29-2 : 가로행렬29-2: Horizontal matrix

30 : 양자화 테이블(QUANTIZATION TABLE)30: QUANTIZATION TABLE

30-1 : 밝기에 관한 양자화 테이블30-1: Quantization Table for Brightness

30-2 : 색깔에 관한 양자화 테이블30-2: Quantization Table for Color

31 : 지그재그스캔순서 (ZIG-ZAG SCAN)31: Zigzag Scan Sequence (ZIG-ZAG SCAN)

32 : 가변장 부호표 (VATIABLE LENGTH TABLE)32: VATIABLE LENGTH TABLE

본 발명의 전송용 영상의 고속 압축 알고리즘은 도2에 도시된 바와 같이 비디오에서 나오는 신호를 받는 비디오 입력부(1), 영상 데이터를 압축하는 하다마드(HADAMARD)연산기(14)와 양자화기(17), 압축된 정보의 포맷을 만드는 포맷 생성기(18), 형성된 포맷을 적은 비트(BIT)수로 표현하는 가변장 부호기(21), 전송시 발생하는 오류를 정정하기 위한 오류 보정기(25)와 압축된 정보를 전송하는 압축정보전송기(27)로 구성되어 있다.As shown in FIG. 2, the fast compression algorithm of the transmission image of the present invention includes a video input unit 1 receiving a signal from a video, a HADAMARD operator 14 and a quantizer 17 which compress image data. A format generator 18 for creating a format of compressed information, a variable length encoder 21 for representing the formed format with a small number of bits, an error corrector 25 for correcting errors occurring in transmission, and compressed information. Compressed information transmitter 27 for transmitting a.

본 발명의 전송용 영상의 고속 압축 알고리즘의 처리과정을 도2에 의하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.The process of the fast compression algorithm of the transmission video of the present invention will be described in detail with reference to FIG.

비디오 입력부(1)에서는 입력되는 비디오 신호를 압축할 수 있도록 8×8 화소 블록단위로 하다마드(HADAMARD)연산기(14)로 보낸다.The video input unit 1 sends the input video signal to the HADAMARD operator 14 in units of 8x8 pixel blocks so as to compress the input video signal.

하다마드(HADAMARD)연산기(14)에서는 비디오 입력부(1)에서 보내진 8×8 화소를 종래의 알고리즘과 같이 복잡한 부동소수점 연산이 아닌 단순한 덧셈과 뺄셈인 도3에 도시한 하다마드(HADAMARD)행렬(28)을 가로와 세로로 곱해서 입력 영상을 주파수대역으로 변환한다. 또한 압축률을 늘리기 위하여 이전 영상과 비교를 해서 같은 데이터이면 데이터를 전송하지 않고 이전 영상과 같다는 표시만을 전송해서 복원할 수 있게 하기 위하여 하다마드(HADAMARD)연산의 변형인 옵셔널하다마드(OPTIONAL HADAMARD)행렬을 가로행렬(29-1)과 세로행렬(29-2)을 계산한 다음 값이 남아 있는 4×4를 가지고 이전 영상과 비교하여 같으면 STO (SAME TO OLD BLOCK)라는 표시만을 전송하는 STO검색(16)을 수행한 다음 이전 영상과 비교하여 다르면 나머지 하다마드(HADAMARD)연산을 수행한다.In the HADAMARD operator 14, the HADAMARD matrix shown in Fig. 3 is a simple addition and subtraction of 8 × 8 pixels sent from the video input unit 1, rather than a complicated floating-point operation as in the conventional algorithm. 28) multiply horizontally and vertically to convert the input image to a frequency band. In addition, to increase the compression rate, OPTIONAL HADAMARD, a variation of the HADAMARD operation, is made so that the same data is compared with the previous image so that the same data can be restored without transmitting the data. STO search that calculates horizontal matrix (29-1) and vertical matrix (29-2) and then sends only the indication STO (SAME TO OLD BLOCK) After performing (16), if it is different from the previous image, the remaining HADAMARD operation is performed.

양자화기(17)에서는 도4에 도시된 바와 같이 밝기와 색갈에 대한 2개의 양자화 테이블(QUANTIZATION TABLE)인 밝기에 관한 양자화 테이블(QUANTIZATION TABLE)(30-1), 색깔에 관한 양자화 테이블(QUANTIZATION TABLE)(30-2)를 가지고 영상 데이터의 고주파 성분을 없앤다.In the quantizer 17, a quantization table (QUANTIZATION TABLE) 30-1 for brightness, which is two quantization tables for brightness and color, as shown in FIG. 4, and a quantization table for color (QUANTIZATION TABLE) 30-2) to eliminate high frequency components of the image data.

포맷생성기(18)에서는 하다마드(HADAMARD)연산기에서 계산된 8×8 블록중에서 좌상단의 값은 DC로서 DPCM(DIFFERRENTIAL PULSE CODE MODULATION : 차분펄스부호변조)(19)을 사용해서 이전 8×8 블록에서 DC의 차분값을 만든 다음, 8×8블록중에서 DC를 제외한 값들은 AC로서 도5에 도시된 지그재그스캔 (ZIGZAG-SCAN) 방식을 사용해서 스캔한 데이터를 런랭스 코드화(RUN LENGTH CODING)(20)방식을 사용하여 "0" 이 몇 개가 나온후에 "0" 이외에 다른 값이 나오는지를 가지고 표현을 한다.In the format generator 18, among the 8 × 8 blocks calculated by the HADAMARD operator, the value at the top left is DC, and in the previous 8 × 8 block using DPCM (DIFFERRENTIAL PULSE CODE MODULATION) (19). After making the difference value of DC, RUN LENGTH CODING (20) of the scanned data using the ZIGZAG-SCAN method shown in FIG. Using the method, we express how many "0" s come out after "0".

가변장 부호기(21)에서는 DC와 AC를 따로 계산을 하는데 상기의 포맷 생성기(18)에서 계산된 DC의 DPCM(19)값을 가지고 4BIT 단위로 부호의 길이가 변하게하여 구분을 하기 위해서 도6에 도시한 바와 같이 부호의 앞에 "0"과 "1"을 넣어서 구분하고 ''+"와 "-"를 넣기 위한 S(SIGN)을 넣고 실제 데이터를 D(DATA)에 넣는다.In the variable length encoder 21, DC and AC are separately calculated. In order to distinguish the length of the code in 4 bit units with the DPCM 19 value of DC calculated by the format generator 18, the code length is changed to FIG. As shown in the figure, "0" and "1" are inserted in front of the code, S (SIGN) to put "+" and "-", and the actual data is put in D (DATA).

또한 AC는 전기의 포맷생성기(18)에서 계산된 런랭스 코드화(RUN LENGTH CODING)(20)값을 가지고 4BIT단위로 부호의 길이가 변하게 하여 구분자인 "O"과 "1"을 넣고 RUN값을 R(RUN)에 넣고 S와 D를 넣는다. 이와 같이 부호의 발생확률에 따라 가변적인 부호를 넣어서 데이터량을 줄인다. 또한 4BIT단위로 증가함으로써 압축을 복원할 때 4BIT씩 확인을 하면 복원이 되므로 1BIT씩 확인하는 것 보다는 훨씬 수월하다.In addition, AC has the run length coding (20) value calculated by the former format generator 18 and changes the length of the sign in 4 bit units so that the separator "O" and "1" are inserted and the RUN value is set. Put in R (RUN) and put S and D. Thus, the amount of data is reduced by inserting a variable variable according to the probability of occurrence of the code. In addition, by incrementing by 4BIT, it is much easier to check by 1BIT when verifying by 4BIT when restoring compression.

오류보정기(25)에서는 전기한 가변장 부호기(21)에서 발생한 데이터를 가지고 압축에 관한 중요한 정보를 가진 헤더(HEADER)만 따로 모아서 체크섬(CHECK SUM)(24)을 수행한다. 그리고 헤더에 관한 체크섬(CHECK SUM)(24)을 데이터에 추가하고 여기에 오류확인을 위해서 CCITT CRC-16 (CYCLIC REDUNDANCY CHECK )(25)을 수행해서 2BYTE를 추가한다. 그리고 마지막으로 전송할 데이터에 오류를 수정하기 위하여 해밍코드(HAMMING CODE)(26)를 삽입한다. 일반적인 해밍코드(HAMMING CODE)(26)는 BIT단위로 패리티비트(PARITY BIT)를 추가하므로서 오류를 정정할 수 있지만 이러한 해밍코드(HAMMING CODE)(26)를 바이트(BYTE)단위로 확장하면 바이트(BYTE) 단위로 발생하는 오류를 정정할 수 있다.The error corrector 25 performs a checksum 24 by collecting only the header HEADER having data generated by the variable length encoder 21 described above and having important information about compression. Then add CHECK SUM 24 for header to the data and add 2BYTE by performing CCITT CRC-16 (CYCLIC REDUNDANCY CHECK) 25 for error checking. Finally, a Hamming Code 26 is inserted to correct an error in the data to be transmitted. A typical Hamming Code 26 can correct errors by adding a Parity Bit in BIT units, but expanding the Hamming Code 26 in Bytes results in bytes (Byte). BYTE) errors can be corrected in units.

이와 같이 된 본 발명은 종래 기술의 전송용 영상 압축 알고리즘과는 달리 종래의 전송용 영상 압축 알고리즘이 매우 복잡한 연산을 반복하도록 구성되어 영상 압축을 수행하는데 장시간이 소요되며 시스템이 필요 이상으로 복잡하게 된 문제점을 해소하고 연산량과 압축량을 최소화하여 기존의 알고리즘에서는 가능하지아니하였던 8BIT CPU, 16BIT CPU 등 저속의 CPU에서도 구현을 가능하게 하므로서 저가의 영상전송장치를 구현할 수 있고, 산업용 등 여러 가지 응용에 사용할 수 있는 새로운 체계의 전송용 영상의 고속 압축 알고리즘이다.In the present invention, unlike the conventional transmission image compression algorithm, the conventional transmission image compression algorithm is configured to repeat a very complicated operation, it takes a long time to perform the image compression and the system becomes more complicated than necessary By solving the problem and minimizing the amount of computation and the amount of compression, it is possible to implement a low cost image transmission device such as 8bit CPU and 16bit CPU, which was not possible in the existing algorithm, and to implement a low cost image transmission device. It is a new fast compression algorithm for transmission video.

Claims (4)

전송용 영상을 고속으로 압축 처리하는 방법에 있어서, 하다마드(HADAMARD) 연산기(14)에서 연산량이 매우 적은 직교변환인 하다마드(HADAMARD)변환을 수행하고 이전 화면과 비교하여 동일한 영상블록이면 내용을 전송하지 않아 연산량과 압축량을 줄이는 과정, 양자화기(17)에서 밝기와 색깔에 관한 2개의 양자화 테이블(QUANTIZATION TABLE)(30-1),(30-2)를 가지고 영상고주파 성분을 없애는 과정, 포맷생성기(18)에서 하다마드(HADAMARD) 변환을 수행해서 발생한 직류성분인 DC와 교류성분인 AC를 따로 포맷을 형성하는 과정, 가변장 부호기(21)에서 복호기에서 빠르게 구별할 수 있게 몇 가지 종류의 길이로 압축데이터를 표현하는 과정, 오류보정기(23)에서 헤더들을 모아서 체크섬(CHECK SUM)을 수행하고 이렇게 생성된 데이터를 가지고 CRC 계산하고 전송중 오류를 정정하기 위하여 오류정정코드인 해밍코드(26)를 삽입하고 전송하는 과정을 구비함을 특징으로 하는 전송용 영상의 고속압축방법.In the method of compressing the transmission video at high speed, the HADAMARD calculator 14 performs HADAMARD transform, which is an orthogonal transformation with very small amount of calculation, and compares the content if it is the same image block compared to the previous screen. A process of reducing the amount of computation and compression by not transmitting, removing a high frequency component with two QUANTIZATION TABLEs 30-1 and 30-2 of brightness and color in the quantizer 17, Process of forming format separately from DC which is a DC component and AC component which is generated by performing HADAMARD conversion in format generator 18, and several kinds to quickly distinguish from decoder in variable length encoder 21 Expressing compressed data with the length of, and collecting the headers in the error corrector 23 to perform a check sum (Calculate the CRC with the generated data and to correct the error during transmission) And inserting and transmitting the Hamming code 26, which is an error correction code. 제1항에 있어서, 하다마드(HADAMARD) 연산기(14)에서 연산량이 매우 적은 직교변환인 하다마드(HADAMARD) 변환을 사용하여 이전 화면과 비교하여 동일한 영상블록이면 내용을 전송하지 않아 연산량과 압축량을 줄이는 과정에서, 하다마드(HADAMARD)연산의 변형인 옵셔널 하다마드(OPTIONAL HADAMARD)행렬을 가로행렬(29-1)과 세로행렬(29-2)을 계산한 다음 값이 남아 있는 4×4를 가지고 이전 영상과 비교하여 같으면 STO (SAME TO OLD BLOCK)라는 표시만을 전송하는 STO 검색(16)을 수행함을 특징으로 하는 방법.The HADAMARD operation 14 according to claim 1, wherein the content is not transmitted if the same image block is compared with the previous screen by using the HADAMARD transform, which is an orthogonal transformation with a very small amount of calculation, and thus the amount of operation and the amount of compression In the process of reducing the value, we compute the horizontal matrix (29-1) and the vertical matrix (29-2) from the OPTIONAL HADAMARD matrix, which is a variation of the HADAMARD operation, and then the 4 × 4 value. And a STO search (16) which transmits only an indication of STO (SAME TO OLD BLOCK) if compared with the previous image. 제1항에 있어서, 가변장 부호기(21)에서 복호기에서 빠르게 구별할 수 있게 몇가지 종류의 길이로 압축데이터를 표현하는 과정에서 포맷 생성기(18)에서 계산된 DC의 DPCM(19)값을 가지고 4BIT 단위로 부호의 길이가 변하게 하여 구분을 하기 위해서 도6에 도시한 바와 같이 부호의 앞에 "0"과 "1"을 넣어서 구분하고 "+"와 "-"를 넣기 위한 S(SIGN)을 넣고 실제 데이터를 D(DATA)에 넣고 AC는 포맷생성기(18)에서 계산된 런랭스 코드화(RUN LENGTH CODING)(20)값을 가지고 4BIT단위로 부호의 길이가 변하게 하여 구분자인 "0"과 "1"을 넣고 RUN값을 R(RUN)에 넣고 S와 D를 넣음을 특징으로 하는 방법.[4] The 4BIT according to claim 1, wherein the variable length encoder 21 has a DPCM 19 value of DC calculated by the format generator 18 in the course of expressing compressed data in several kinds of lengths so as to be quickly distinguished by the decoder. In order to distinguish by changing the length of the sign in units, as shown in Fig. 6, put "0" and "1" in front of the sign and put S (SIGN) to put "+" and "-". Put the data into D (DATA) and AC has the RUN LENGTH CODING (20) value calculated by the format generator 18 and changes the length of the sign in 4bit units so that the separators "0" and "1" , Put RUN value into R (RUN), and put S and D. 제1항에 있어서, 오류보정기(23)에서 헤더들을 모아서 체크섬(CHECK SUM)을 수행하고 이렇게 생성된 데이터를 가지고 CRC계산하고 전송중 오류를 정정하기 위하여 오류정정코드인 해밍코드(26)를 삽입하고 전송하는 과정에서 가변장 부호기(21)에서 발생한 데이터를 가지고 압축에 관한 중요한 정보를 가진 헤더(HEADER)만 따로 모아서 체크섬(CHECK SUM)(24)을 수행하고 헤더에 관한 체크섬(CHECK SUM)(24)을 데이터에 추가하며 여기에 오류확인을 위해서 CCITT CRC-16 (CYCLIC REDUNDANCY CHECK)(25)을 수행해서 2BYTE를 추가하고 마지막으로 전송할 데이터에 오류를 수정하기 위하여 해밍코드(HAMMING CODE)(26)를 삽입함을 특징으로 하는 방법.The method of claim 1, wherein the error corrector 23 collects headers, performs a checksum, inserts a hamming code 26, which is an error correction code, to correct CRCs and correct errors during transmission. In the process of transmitting and transmitting the data, the data generated by the variable length encoder 21 are collected separately, and a header (HEADER) having important information about compression is separately collected to perform a checksum (24). 24) to the data and CCITT CRC-16 (CYCLIC REDUNDANCY CHECK) (25) to check the error, add 2BYTE, and finally correct the error to the data to be transmitted. ) Inserting the same.
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