KR20000008749A

KR20000008749A - Quantization noise compensation device and a method thereof

Info

Publication number: KR20000008749A
Application number: KR1019980028701A
Authority: KR
Inventors: 이상수
Original assignee: 윤종용; 삼성전자 주식회사
Priority date: 1998-07-15
Filing date: 1998-07-15
Publication date: 2000-02-15

Abstract

PURPOSE: A device for quantization noise compensation is provided to compensate the difference of quantization by indicating the original data more efficiently as the fifth step which carries out quantization on the basis of sample ratio of the input signal. CONSTITUTION: The device comprises a first adjustment measurement which adds the quantization difference signal that is fed back from a certain circuit and the analog signal; a quantization measurement which transfers the analog input signal into discrete numerical value; a second adjustment measurement which calculates the quantization difference of adding the quantization signal and the signal before quantization; and a delay measurement which delays the quantization difference output from the first adjustment measurement signal for a certain period of time and outputs the signal by the first adjustment measurement.

Description

Quantization Noise Compensation Device and Method

본 발명은 데이터 양자화 시스템에 관한 것으로서, 특히 입력 신호를 디지털 데이터로 양자화 할 때, 데이터의 양자화 오차를 감소시킨 양자화 잡음 보상 장치 및 그 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a data quantization system, and more particularly, to a quantization noise compensation device and a method for reducing quantization error of data when quantizing an input signal into digital data.

일반적으로 디지털 디스플레이 장치에서 보다 많은 기능과 고품질의 서비스를 사용자에게 제공하거나 입력 정보의 양이 많을 때, 입력된 정보를 소정의 압축 방법에 의해 압축하여 디지털 데이터로 처리하거나 저장한다.In general, when a digital display device provides more functions and a higher quality of service to a user or a large amount of input information is input, the input information is compressed by a predetermined compression method to be processed or stored as digital data.

PCM(Pulse Code Modulation) 회로나 A/D(아날로그/디지털) 변환시에, 입력된 아날로그 신호를 소정의 주파수로 표본화(Sampling)한 후 양자화(Quantization)라는 과정을 거쳐 디지털 데이터로 부호화(Coding)하게 된다.In case of Pulse Code Modulation (PCM) circuit or A / D (Analog / Digital) conversion, the input analog signal is sampled at a predetermined frequency and then coded into digital data through a process called quantization. do.

상기 표본화 신호를 양자화하는 과정에서 원래의 아날로그 신호를 충실히 반영하는 것이 중요하며, 표본화 주파수와 표본에 대한 비트 수를 높이면 높일수록 원래의 신호에 가깝게 재현하는 것이 가능하지만, 표본화 주파수를 높이면 높일수록 양자화 데이터의 양이 증가되어 단위 데이터 당 신호처리 시간이 많이 소요되며 대용량의 데이터 저장 메모리가 필요하게 되는 부가적인 문제도 발생된다.In the process of quantizing the sampled signal, it is important to faithfully reflect the original analog signal, and the higher the sampling frequency and the number of bits for the sample, the closer it is to the original signal.However, the higher the sampling frequency, the higher the quantization. As the amount of data is increased, signal processing time per unit data is increased, and an additional problem that requires a large data storage memory is generated.

도 1은 종래의 양자화 블록을 나타낸 도면이고, 도 2는 도 1의 양자화 블록에 의한 양자화 방법을 도시한 도면이다.FIG. 1 is a diagram illustrating a conventional quantization block, and FIG. 2 is a diagram illustrating a quantization method using the quantization block of FIG. 1.

상기 양자화 블록(1)으로 입력되는 아날로그 신호를 소정의 표본화 주파수에 의해 샘플링한 후 양자화 과정을 거쳐 부호화하는 과정에서, 도면에 도시된 바와 같이 원래의 입력신호와는 다른 신호의 형태로 변환되는 양자화 오차가 발생하게 된다.In the process of encoding an analog signal input to the quantization block 1 by a predetermined sampling frequency and then encoding the same through a quantization process, the quantization is converted into a signal different from the original input signal as shown in the figure. An error will occur.

즉, 입력신호는 서서히 증가하는 반면, 출력 데이터는 임의의 임계값(A) 부근에서 데이터 레벨이 급격하게 변하는 것을 볼 수 있다.That is, it can be seen that while the input signal gradually increases, the output data suddenly changes in data level near an arbitrary threshold value (A).

상기는 임계값 이하로는 데이터 '0'으로 부호화되고, 임계값 이상으로는 데이터 '1'로 부호화되어 양자화 오차가 발생되는 것을 의미하며, 양자화 오차의 최대 값은 임계값의 ±1/2에 해당하며, 그 오차는 양자화 잡음으로 작용하게 된다.The above means that the quantization error is generated by encoding the data '0' below the threshold and the data '1' above the threshold, and the maximum value of the quantization error is ± 1/2 of the threshold. The error is caused by quantization noise.

따라서, 종래의 양자화 방법에서는, 아날로그 입력 신호를 불연속적(Discrete)인 디지털 데이터로 변환한 후 디지털 데이터를 다시 아날로그 신호로 변환하면, 양자화 오차와 잡음으로 인한 원래의 아날로그 신호와는 다른 즉, 화면상에 디스플레이 할 때 원하지 않는 경계선 등 연속적인 화상이 불연속적인 화상으로 표현될 수 있는 문제점을 지니고 있었다.Therefore, in the conventional quantization method, when converting an analog input signal into discrete digital data and then converting the digital data back into an analog signal, the screen is different from the original analog signal due to quantization error and noise. When displaying on a screen, a continuous image such as an unwanted border line has a problem that can be represented as a discontinuous image.

본 발명의 목적은, 입력 신호를 디지털 데이터로 양자화 할 때, 입력 신호의 각 표본의 양자화 오차 값을 다음 표본 데이터의 표본값에 가감산하는 방식으로 입력 신호를 변환한 후 양자화를 수행함으로써, 원래의 데이터를 보다 충실하게 표현하여 양자화 오차 정도를 보상한 양자화 잡음 보상 장치 및 그 방법을 제공하는 데 있다.An object of the present invention is to perform a quantization by converting an input signal after performing quantization by adding or subtracting a quantization error value of each sample of the input signal to a sample value of the next sample data when quantizing the input signal into digital data. The present invention provides a quantization noise compensation device and method for compensating the degree of quantization error by more faithfully expressing the data of.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 장치는, 외부로부터 입력된 아날로그 신호와 소정의 회로로부터 피드백된 양자화 오차 신호를 각각 제공받아 가산하는 제 1 가감산수단; 상기 제 1 가감산수단에서 출력된 아날로그 입력신호를 제공받아 불연속적인 수치로 변환하는 양자화수단; 상기 양자화수단을 통해 양자화된 신호와 그 이전의 신호를 각각 입력받아 가산한 후 양자화 오차 값을 산출하는 제 2 가감산수단; 및 상기 제 2 가감산수단에서 출력된 양자화 오차 신호를 일정 시간만큼 지연시킨 후 상기 제 1 가감산수단으로 출력하는 지연수단을 구비한다.In order to achieve the above object, the apparatus of the present invention comprises: first addition and subtraction means for receiving and adding an analog signal input from an external device and a quantization error signal fed back from a predetermined circuit, respectively; Quantization means for receiving an analog input signal output from said first subtracting means and converting it into discrete numerical values; Second addition and subtraction means for calculating the quantization error value after receiving and adding the quantized signal and the previous signal through the quantization means, respectively; And delay means for delaying the quantization error signal output from the second addition and subtraction means for a predetermined time and then outputting the quantization error signal to the first addition and subtraction means.

또한, 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 구현 방법은, 외부로부터 입력된 아날로그 신호를 소정의 주파수로 표본화하고, 그 표본의 각 표본값에 대한 양자화 오차 값을 다음 표본의 표본값에 가감산하는 방식으로 입력 신호를 변환시키고, 그 변환된 신호를 기준으로 양자화를 수행한다.In addition, in order to achieve the above object, the implementation method of the present invention is to sample an analog signal input from the outside at a predetermined frequency, and to add or subtract a quantization error value for each sample value of the sample to the sample value of the next sample. The input signal is converted in a manner and quantization is performed based on the converted signal.

도 1은 종래의 양자화 블록을 나타낸 도면이고,1 is a view showing a conventional quantization block,

도 2는 도 1의 양자화 블록에 의한 양자화 방법을 설명하기 위해 도시한 도면이고,FIG. 2 is a diagram illustrating a quantization method using a quantization block of FIG. 1.

도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 양자화 장치를 나타낸 블록도이고,3 is a block diagram showing a quantization apparatus according to an embodiment of the present invention,

도 4는 도 3의 개념에 따라 입력 신호를 변화시키는 방법을 설명하기 위한 도면이고,4 is a diagram for describing a method of changing an input signal according to the concept of FIG. 3.

도 5는 도 4의 결과에 따라 입력신호를 양자화하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.FIG. 5 is a diagram for describing a method of quantizing an input signal according to the result of FIG. 4.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

10 : 리미터 12 : 제 1 가감산기 14 : 양자화 수단10 limiter 12 first adder and subtractor 14 quantization means

16 : 제 2 가감산기 18 : D플립플롭16: 2nd addition subtractor 18: D flip-flop

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 살펴보고자 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.

도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 양자화 잡음 보상 장치를 나타낸 블록도로서, 리미터(10), 제 1 가감산기(12), 양자화수단(14), 제 2 가감산기(16) 및 D플립플롭(18)을 포함한다.3 is a block diagram illustrating a quantization noise compensator according to an embodiment of the present invention, wherein a limiter 10, a first adder 12, a quantization means 14, a second adder 16, and a D flip And a flop 18.

도면 부호 10은 입력된 신호의 상하를 임의의 레벨에서 크리프(clip)하여 진폭의 증폭 범위를 제한하는 로우패스필터형 리미터(Limiter)이고, 부호 12는 상기 리미터(10)에서 출력된 신호에 소정의 피드백 신호를 제공받아 가산하는 제 1 가감산기(Adder)이고, 부호 14는 상기 제 1 가감산기(12)에서 출력된 연속적인 양의 입력신호를 제공받아 불연속적인 수치로 변환하는 양자화수단이다.A reference numeral 10 denotes a low pass filter type limiter for limiting an amplitude amplification range by clipping an input signal up and down at an arbitrary level, and a reference numeral 12 denotes a signal output from the limiter 10. A first adder / subtracter (Adder) receives and adds a feedback signal, and reference numeral 14 denotes a quantization means for receiving a continuous positive input signal output from the first adder-subtractor 12 and converting the resultant into discrete values.

부호 16은 상기 양자화수단(14)을 통해 양자화된 신호와 그 이전의 신호를 각각 입력받아 가감한 후 그 차 신호를 생성하는 제 2 가감산기이고, 부호 18은 상기 제 2 가감산기(16)에서 출력된 차 신호를 일정 시간만큼 지연시킨 후 상기 제 1 가감산기(12)로 출력하는 D플립플롭이다.Numeral 16 is a second adder and subtractor for receiving the quantized signal and the previous signal through the quantization means 14, and then generating the difference signal. It is a D flip-flop which delays the output difference signal by a predetermined time and then outputs it to the first adder / subtractor 12.

즉, 연속된 아날로그 신호를 양자화할 때 원래의 신호에 대하여 오차 값을 갖게 되며, 이 오차 성분을 상기의 장치를 이용하여 주변으로 흩어지게 함으로써, 양자화 오차에 의한 경계 부분이 자연스럽게 표현되도록 할 수 있다.That is, when quantizing a continuous analog signal, an error value is obtained with respect to the original signal, and the error component is scattered to the periphery using the above apparatus, so that the boundary portion due to the quantization error can be expressed naturally. .

도 4는 입력된 신호를 본 발명의 개념에 따라 변화시킨 것을 나타냈고, 도 5는 상기 도 4의 결과를 양자화한 것을 나타낸 도면이다.4 shows that the input signal is changed according to the concept of the present invention, and FIG. 5 is a diagram showing quantization of the result of FIG. 4.

한편, 상기 도 4는 제 1 가감산기(12)와 제 2 가감산기(16) 및 D플립플롭(18)에 의해 수행되고, 도 5는 양자화수단(14)에 의해 수행된다.4 is performed by the first adder 12, the second adder 16, and the D flip-flop 18, and FIG. 5 is performed by the quantization means 14. FIG.

도 4에서 보듯이 입력 신호를 소정의 주파수로 표본화한 후, 전 표본 데이터의 양자화 오차 값을 다음 표본 데이터에 가산 또는 감산한다.As shown in FIG. 4, after the input signal is sampled at a predetermined frequency, the quantization error value of all the sample data is added or subtracted to the next sample data.

임계값보다 낮은 영역의 전 표본 데이터를 다음 표본 데이터에 누적해서 가산하다 보면, 임계값보다 높은 표본이 발생되며, 그 표본은 데이터 '1'로 처리된다.By accumulating and adding all the sample data in the area below the threshold to the next sample data, a sample above the threshold is generated and the sample is treated as data '1'.

그리고, 그 표본이 상한 레벨에 대하여 생기는 오차(진폭)를 다음 표본 데이터에서 감산하고, 그 감산한 나머지의 데이터로 데이터 '0' 또는 '1'을 판단하고, 또 거기에서 발생되는 양자화 오차 값을 다음 표본 데이터에 가산 또는 감산한다.Then, the error (amplitude) generated by the sample with respect to the upper limit level is subtracted from the next sample data, and the data '0' or '1' is judged by the remaining subtracted data, and the quantization error value generated therefrom is Add or subtract the following sample data.

상기와 같은 방식으로 신호를 처리하면, 도 2에서 데이터 '0'으로 처리되었던 임계값보다 낮은 영역의 표본 데이터 중에서도 입력 데이터가 '1'로 처리되는 경우가 발생되며, 데이터 '1'로 처리되었던 임계값보다 높은 영역의 표본 데이터 중에서도 입력 데이터가 '0'으로 처리되는 경우가 발생된다.When the signal is processed in the above manner, the input data is processed as '1' among sample data in the region lower than the threshold value which was processed as data '0' in FIG. 2, and the data was processed as '1'. The input data is processed as '0' among sample data in the region higher than the threshold value.

상기와 같이 입력신호를 변환한 후 도 5와 같이 임계값보다 높은 영역의 표본값은 데이터 '1'로 양자화 및 부호화할 수 있고, 임계값보다 낮은 영역의 표본값은 데이터 '0'으로 양자화 및 부호화할 수 있음으로써, 도 2와는 다른 형태로 양자화할 수 있는 것이다.After converting the input signal as described above, as shown in FIG. 5, the sample value of the region higher than the threshold value may be quantized and encoded by data '1', and the sample value of the region lower than the threshold value may be quantized and converted to data '0'. By being able to code, it can quantize in a form different from FIG.

이는 양자화 과정에서 발생할 수 있는 오차를 주변으로 흩어지게 하는 효과를 가져오고, 임계값 중심으로 입력 데이터가 급격하게 변하는 것을 방지할 수 있으며, 이렇게 해서 만들어진 데이터는 사람 눈의 특성 중 로우패스필터 효과에 의해 데이터가 중간 정도의 결과로 자연스럽게 표현되는 효과를 가져온다.This has the effect of scattering errors that may occur in the quantization process to the surroundings, and can prevent the input data from changing abruptly around the threshold value. This results in a natural representation of the data with moderate results.

그리고, 전 데이터를 다음 데이터에 가산한 결과 상한 레벨보다 증폭되면, 리미트에 의해 일정 레벨로 크리프(Clip)된다.When the previous data is added to the next data and amplified above the upper limit level, the data is creeped to a certain level by the limit.

위와 같은 방법으로 라인 단위로 처리하면, 화면의 수평라인 쪽으로는 효과가 있지만, 데이터가 화면의 수직, 수평 라인으로 연속될 때 역시 수직 라인 쪽으로 줄무늬가 발생될 수 있다.If the above process is performed line by line, the effect is toward the horizontal line of the screen, but stripes may also occur toward the vertical line when data is continued in the vertical and horizontal lines of the screen.

그러므로, 수평 라인이 바뀌어도 그 전에 계산된 오차를 그대로 다음 수평 라인으로 가져감으로 해서 수직 라인으로 발생되는 양자화 오차를 보상한다.Therefore, even if the horizontal line is changed, the previously calculated error is taken to the next horizontal line as it is to compensate for the quantization error generated in the vertical line.

상술한 바와 같이 본 발명에서는, 양자화 과정에서 발생되는 양자화 오차로 인해 소정의 임계값을 중심으로 입력 데이터가 급격하게 변하는 것을 방지함으로써, 화면에 표시되는 영상이 경계면을 중심으로 불연속적으로 표현되는 것을 제거하고, 원래의 영상에 충실한 자연스러운 영상을 제공한다.As described above, the present invention prevents the input data from changing abruptly around a predetermined threshold due to the quantization error generated in the quantization process, thereby preventing the image displayed on the screen from being discontinuously expressed around the boundary surface. Remove and provide a natural picture faithful to the original picture.

Claims

First addition and subtraction means for receiving and adding an analog signal input from the outside and a quantization error signal fed back from a predetermined circuit, respectively;

Quantization means for receiving an analog input signal output from said first subtracting means and converting it into discrete numerical values;

Second addition and subtraction means for calculating the quantization error value after receiving and adding the quantized signal and the previous signal through the quantization means, respectively; And

And delay means for delaying the quantization error signal output from the second addition and subtraction means for a predetermined time and then outputting the quantization error signal to the first addition and subtraction means.

The method of claim 1, wherein the first additive subtraction means,

And a limiter for limiting the amplitude of the input analog signal to an arbitrary level, wherein the analog signal is provided through the limiter.

Converts the input signal by sampling an analog signal input from the outside at a predetermined frequency, and adds or subtracts a quantization error value of each sample value of the sample to the sample value of the next sample, based on the converted signal. Quantization noise compensation method for performing quantization.

The method of claim 3, wherein converting the input signal and performing quantization;

A first step of sampling an analog signal input from the outside at a predetermined frequency;

A second step of adding a quantization error value of the sample value sampled in the first step to the sample value of the next sample;

It is determined whether the level of the sample value and the quantization error value added in the second step is higher than the threshold value. If the level is higher than the threshold value, the quantization error value generated based on the upper limit level is subtracted from the sample value of the next sample. Three steps;

A fourth step of repeating the second and third steps to convert each sample value of the input signal; And

And a fifth step of performing quantization based on the sample values of the input signals converted through the second to fourth steps.