KR20010005451A - 디지털 영상 분할 방법 및 그 장치 - Google Patents

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Abstract

디지털 영상 분할 방법 및 그 장치가 개시된다. 본 디지털 영상 분할 방법은 영상 스트림을 복수 개의 연속 프레임 그룹들로 그루핑하는 단계와, 그룹 내에서 임의의 한 프레임을 I 프레임으로 설정하고 상기 그룹내의 나머지 프레임들은 P 프레임으로 설정하는 단계와, I 프레임을 복수 개의 영역들로 분할하는 단계, 및 I 프레임의 분할 영역을 P 프레임에 대하여 모션 예측하여 모션 벡터를 추출하고 그 모션 벡터만큼 I 프레임의 분할영역을 이동하여 P 프레임의 분할영역으로 설정함으로써 P 프레임을 분할하는 단계를 포함하여, I 프레임의 분할을 P 프레임에 적용하여 분할하게 된다. 또한, 각각의 모든 프레임에 대하여 일일이 분할을 시도하여 시간이 과도하게 소요되는 종래와 같은 분할 과정을 수행하지 않아도 되기 때문에 신속하게 분할을 수행할 수 있다.

Description

디지털 영상 분할 방법 및 그 장치{Digital image segmentation method and device thereof}
본 발명은 영상 분할 방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 디지털 영상을 객체 단위로 처리하기 위하여 상기 디지털 영상을 분할하는 디지털 영상 분할 방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 상기와 같은 방법에 의하여 분할된 영상에서 영역을 트랙킹하는 방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 상기 영상 분할방법을 구현하는 디지털 영상 분할 장치에 관한 것이다.
영상 분할은 디지털 영상을 객체(object) 단위로 처리하는데 있어 필수적인 기술이다. 하지만, 현재까지는 실시간으로 만족할 만한 결과를 제공하는 영상 분할 방법은 보고되지 않고 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 디지털 영상을 객체 단위로 처리하기 위하여 고속으로 영상을 분할하는 디지털 영상 분할 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 상기와 같은 방법에 의하여 분할된 영상에서 영역을 고속으로 트랙킹하는 방법에 관한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 상기 영상 분할방법을 구현하는 디지털 영상 분할장치를 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 디지털 영상 분할 방법의 주요 단계들을 도시한 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 디지털 영상 분할 방법에서 프레임 그루핑 단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 디지털 영상 분할 방법에서 I 프레임 설정단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 디지털 영상 분할 방법에서 분할된 I 프레임의 한 영역을 사용하여 P 프레임을 분할하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 방법에 의하여 분할된 영상 그룹들에서 영역 트랙킹하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 디지털 영상 분할 장치의 구조를 도시한 블록도이다.
상기 과제를 이루기 위하여 본 발명에 따른 디지털 영상 분할방법은 영상 스트림을 복수 개의 연속 프레임 그룹들로 그루핑하는 단계와, 그룹 내에서 임의의 한 프레임을 I 프레임으로 설정하고 상기 그룹내의 나머지 프레임들은 P 프레임으로 설정하는 단계와, I 프레임을 복수 개의 영역들로 분할하는 단계, 및 I 프레임의 분할 영역을 P 프레임에 대하여 모션 예측하여 모션 벡터를 추출하고 그 모션 벡터만큼 I 프레임의 분할영역을 이동하여 P 프레임의 분할영역으로 설정함으로써 P 프레임을 분할하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 P 프레임 분할단계는 분할된 I 프레임 영역을 P 프레임에 대하여 소정의 변위만큼 이동하여 그 차이가 가장 최소로 되는 영역을 유사 매칭(affine matching) 영역으로 설정하는 유사 매칭 방법을 수행하는 단계와, I 프레임 영역에 대한 P 프레임의 유사 매칭 영역의 변위를 나타내는 모션 벡터를 구하는 단계, 및 분할된 I 프레임 영역을 P 프레임 상에서 상기 모션벡터 만큼 이동하여 P 프레임 영역으로 설정하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 방법은 P 프레임 분할단계 다음에, 분할된 I 프레임 영역이 마지막 영역인지를 판별하는 단계, 및 상기 판별단계에서 분할된 I 프레임 영역이 마지막 영역이 아닌 것으로 결정되면 P 프레임 영역 분할단계로 분기시키는 단계를 더 포함하여 모든 분할된 I 프레임 영역에 대하여 순차적으로 P 프레임 분할을 수행하는 것이 바람직하다.
상기 다른 과제를 이루기 위하여 본 발명에 따른 분할된 디지털 영상의 영역 트랙킹 방법은 상기 디지털 영상 분할방법에 의하여 분할된 영상 내에서 영역을 트랙킹하는 방법에 있어서, 각 그룹 사이에서 분할된 하나의 I 프레임 영역을 다른 I 프레임에 대하여 소정의 변위만큼 이동하여 그 차이가 가장 최소로 되는 영역을 유사 매칭(affine matching) 영역으로 설정하는 유사 모션 보상(affine motion compensation)을 사용함으로써 I 프레임에 대한 영역 트랙킹을 수행하는 단계, 및 각 그룹 내에서 I 프레임에 대하여 모션 예측을 수행하여 분할된 P 프레임 분할 영역을 트랙킹하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 또 다른 과제를 이루기 위하여 본 발명에 따른 디지털 영상 분할장치는 영상 스트림을 복수 개의 연속 프레임 그룹들로 그루핑하고 그룹 내에서 임의의 한 프레임을 I 프레임으로 설정하고 나머지 프레임은 P 프레임으로 설정하여 출력하는 그루핑 수단과, 상기 I 프레임을 입력하여 복수 개의 영역들로 분할함으로써 분할된 I 프레임을 출력하고, 분할된 I 프레임 영역을 순차적으로 출력하는 I 프레임 분할수단과, 상기 I 프레임 영역과 P 프레임을 입력하여 유사 매칭 방법에 따라 모션 예측을 수행함으로써 모션벡터를 출력하는 유사 매칭 수단, 및 P 프레임과 모션 벡터를 입력하여 분할된 I 프레임 영역을 상기 모션벡터에 해당하게 이동함으로써 P 프레임을 분할하는 P 프레임 분할수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 영상 분할 방법과, 분할된 영상에서 영역을 트랙킹하는 방법, 및 디지털 영상 분할장치의 바람직한 실시예들을 상세히 기술하기로 한다.
도 1에는 본 발명의 실시예에 따른 디지털 영상 분할 방법의 주요 단계들을 흐름도로써 도시하였다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 디지털 영상 분할 방법은 먼저, 영상 스트림을 복수 개의 연속 프레임 그룹들로 그루핑한다(단계 102). 도 2에는 본 발명의 실시예에 따른 디지털 영상 분할 방법에서 프레임 그루핑 단계를 설명하기 위한 도면을 도시하였다. 즉, 그루핑 단계(102)에서는 다수의 프레임들을 복수 개의 연속 프레임 그룹들로 그루핑하여 제1 그룹(G0), 제2 그룹(G1), 제3 그룹(G2), 및 제4 그룹(G3)을 형성한다. MPEG 코딩의 경우에는 예를들어, "I B B P B B P B B P B B I"와 같이 13개의 프레임을 하나의 그룹으로 형성시킬 수 있다.
다음으로, 그룹 내에서 임의의 한 프레임을 I 프레임으로 설정하고 상기 그룹내의 나머지 프레임들은 P 프레임으로 설정한다(단계 104). 도 3에는 단계(104)에서 I 및 P 프레임이 설정된 일 예를 도시하였다. I 프레임은 임의의 한 프레임이 설정될 수도 있지만, MPEG-2 표준에서와 같이 디지털 영상 프레임의 관리 정보를 참조하여 결정된 인트라 프레임을 I 프레임으로 설정하는 것도 가능하다. 그룹 내에서 I 프레임으로 설정되지 않은 나머지 프레임들은 P 프레임으로 설정한다.
다음으로, I 프레임을 복수 개의 영역들로 분할한다(단계 122). 이러한 분할단계(122)에서는 당업자에게 알려져 있는 각종 분할 방법이 사용될 수 있다.
단계(124)에서는 분할된 I 프레임에서 하나의 영역이 선택된다. 분할된 I 프레임 중에서 단계(124)에서 선택된 영역을 P 프레임에 대하여 모션 예측(motion prediction)하여 모션 벡터(motion vector)를 추출하고 그 모션 벡터만큼 I 프레임의 분할영역을 이동하여 P 프레임의 분할영역으로 설정함으로써 P 프레임을 분할한다(단계 14). 이러한, P 프레임 분할단계(14)는 서브 단계들(142,144,146)을 수행한다. 단계 142에서는 분할된 I 프레임 영역을 P 프레임에 대하여 소정의 변위만큼 이동하여 분할된 I 프레임 영역과 P 프레임 영역 사이의 차이가 가장 최소로 되는 영역을 유사 매칭 영역으로 설정하는 유사 매칭 방법을 수행한다. 단계(144)에서는 I 프레임 영역에 대한 P 프레임의 유사 매칭 영역의 변위를 나타내는 모션 벡터를 구한다. 단계(146)에서는 분할된 I 프레임 영역을 P 프레임 상에서 상기 모션벡터 만큼 이동하여 P 프레임 영역으로 설정함으로써 P 프레임 분할이 이루어진다.
도 4에는 본 발명의 실시예에 따른 영상 분할 방법에서 분할된 I 프레임의 한 영역을 사용하여 P 프레임을 분할하는 과정을 설명하기 위한 도면을 도시하였다. 도 4를 참조하여 P 프레임을 분할하는 과정을 상세히 설명한다. 먼저, 분할된 I 프레임의 각 영역들 중에서 한 영역(Si)이 설정된다. 다음으로, 영역(Si)의 주변에서 일정한 변위만큼 이격되고 영역(Si)에 해당하는 다른 영역(Si')을 정의한 다음, 영역(Si)과의 차이를 계산한다. 여기서, 그 차이를 계산하는 방법은 흑백영상인지 칼라 영상인지에 따라 다르게 수행될 수 있으며 흑백영상인 경우에는 예를들어 휘도의 차이, 칼라 영상의 경우에는 예를들어 휘도 및 색도의 차이를 계산할 수 있다. 이러한 계산은 일 예로 모든 좌표에 대하여 수행되어 합산될 수도 있다. 주어진 I 프레임 영역을 일정 변위만큼 이동하여 설정된 I 프레임 영역과의 차이가 최소로 되는 P 프레임 영역을 유사 매칭 영역으로 설정한다. 이때 영역(Si)과 그 차이가 최소로 되는 영역(Si')까지의 방향 및 거리를 모션 벡터(MV)로 정의한다. 다음으로, I 프레임의 분할영역을 모션 벡터(MV) 만큼 이동하여 P 프레임의 분할영역(Si')으로 설정한다. 이러한 과정은 I 프레임의 영역들을 P 프레임에 대하여 모션 예측하는 것으로 MPEG-2의 모션 예측 방법과 유사하다고 이해될 수 있다.
또한, 본 실시예에 따르면 P 프레임 분할단계 다음에 분할된 I 프레임 영역이 마지막 영역인지를 판별(단계 182)하고, 상기 판별단계(182)에서 분할된 I 프레임 영역이 마지막 영역이 아닌 것으로 결정되면 다음 영역을 선택(단계 184)하고 P 프레임 영역 분할단계(14)를 다시 수행한다. 따라서, 모든 분할된 I 프레임 영역에 대하여 순차적으로 P 프레임 분할을 수행한다. 이로써, I 프레임의 분할을 P 프레임에 적용하여 분할하게 되고, 모든 프레임에 대하여 시간이 과도하게 소요되는 종래와 같은 분할 과정을 수행하지 않아도 된다.
상기와 같은 방법에 의하여 분할된 영상 그룹들은 본 발명에 따른 분할된 디지털 영상의 영역 트랙킹 방법에 의하여 신속하게 영역 트랙킹이 수행될 수 있다. 도 5에는 본 발명에 따른 분할된 디지털 영상의 영역 트랙킹 방법에 의하여 영역 트랙킹을 수행하는 과정을 나타내었다. 본 발명의 분할된 디지털 영상의 영역 트랙킹 방법의 실시예에 따르면, 상기 방법에 의하여 분할된 영상의 각 그룹 사이에서 분할된 하나의 I 프레임 영역을 다른 그룹의 I 프레임에 대하여 소정의 변위만큼 이동하여 그 차이가 가장 최소로 되는 영역을 유사 매칭 영역으로 설정하는 유사 모션 보상(affine motion compensation)을 사용함으로써 I 프레임에 대한 영역 트랙킹을 수행한다. 이때, 영역을 잘못 선정하는 것을 방지하기 위해서는 텍스처(texture) 및 크기 특성을 병행하여 사용하는 것이 바람직하다. 각 그룹 내에서의 영역 트랙킹은 공간 분할 과정으로 이미 이루어져 있다. 따라서, 각 그룹 내에서는 I 프레임에 대하여 모션 예측을 수행하여 분할된 P 프레임 분할 영역을 트랙킹하는 것이 가능하다. 상술한 바와 같은 본 발명에 따른 분할된 디지털 영상의 영역 트랙킹 방법은 모든 영역에 대하여 트랙킹을 수행하지 않고 객체 단위로 트랙킹을 수행하기 때문에 영역 트랙킹을 용이하고 빠르게 수행할 수 있다.
이러한 본 발명에 따른 디지털 영상 분할 방법 및 분할된 디지털 영상의 영역 트랙킹 방법은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성 가능하다. 그리고, 컴퓨터에서 사용되는 매체로부터 상기 프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다. 상기 매체는 플로피 디스크나 하드 디스크와 같은 자기기록매체, 시디롬(CD-ROM)이나 디비디(DVD)와 같은 광기록매체, 및 인터넷을 통한 전송에 사용되는 캐리어 웨이브와 같은 저장매체를 포함한다. 또한, 이러한 기능적 프로그램, 코드 및 코드 세그멘트들은 본 발명이 속하는 기술분야의 프로그래머에 의해 용이하게 추론될 수 있다.
본 발명에 따른 영상 분할 방법은 또한 장치로써 구현될 수 있다. 이 장치는 디지털 카메라나 디지털 캠코더와 같은 디지털 영상을 처리하는 장치에서 영상의 편집을 위한 영상 검색 장치로서 사용하는 것이 가능하다.
도 6에는 본 발명의 실시예에 따른 영상 분할 장치의 구조를 블록도로써 나타내었다. 도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 영상 분할 장치는 그루핑 수단(60), I 프레임 분할수단(62), 유사 매칭 수단(64), 및 P 프레임 분할수단(66)을 구비한다.
그루핑 수단(60)은 영상 스트림을 입력하여 복수 개의 연속 프레임 그룹들로 그루핑하고 그룹 내에서 임의의 한 프레임을 I 프레임으로 설정하고 나머지 프레임은 P 프레임으로 설정하여 출력한다. I 프레임 분할수단(62)은 상기 I 프레임을 입력하여 복수 개의 영역들로 분할함으로써 분할된 I 프레임을 출력하고, 분할된 I 프레임 영역(Ri)을 순차적으로 출력한다. 유사 매칭 수단(64)은 상기 I 프레임 영역(Ri)과 P 프레임을 입력하여 도 4를 참조하여 기술한 바와 같이 각 그룹 사이에서 분할된 하나의 I 프레임 영역을 다른 I 프레임에 대하여 소정의 변위만큼 이동하여 그 차이가 가장 최소로 되는 영역을 유사 매칭(affine matching) 영역으로 설정하는 유사 매칭 방법에 따라 모션 예측을 수행함으로써 모션벡터(MV)를 출력한다. P 프레임 분할수단(66)은 P 프레임과 모션 벡터를 입력하여 분할된 I 프레임 영역을 상기 모션벡터(MV)에 해당하게 이동함으로써 P 프레임을 분할한다.
상술한 바와 같은 본 발명에 따른 디지털 영상 분할 방법 및 그 장치는 I 프레임의 분할을 P 프레임에 적용하여 분할하게 되고, 각각의 모든 프레임에 대하여 분할을 시도하여 시간이 과도하게 소요되는 종래와 같은 분할 과정을 수행하지 않아도 되기 때문에 신속하게 분할을 수행할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 분할된 디지털 영상의 영역 트랙킹 방법은 모든 영역에 대하여 트랙킹을 수행하지 않고 객체 단위로 트랙킹을 수행하기 때문에 영역 트랙킹을 용이하고 빠르게 수행할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 디지털 영상 분할 방법 및 그 장치는 I 프레임의 분할을 P 프레임에 적용하여 분할하게 되고, 각각의 모든 프레임에 대하여 분할을 시도하여 시간이 과도하게 소요되는 종래와 같은 분할 과정을 수행하지 않아도 되기 때문에 신속하게 분할을 수행할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 분할된 디지털 영상의 영역 트랙킹 방법은 모든 영역에 대하여 트랙킹을 수행하지 않고 객체 단위로 트랙킹을 수행하기 때문에 영역 트랙킹을 용이하고 빠르게 수행할 수 있다.

Claims (5)

  1. 디지털 영상을 분할하는 방법에 있어서,
    영상 스트림을 복수 개의 연속 프레임 그룹들로 그루핑하는 단계;
    그룹 내에서 임의의 한 프레임을 I 프레임으로 설정하고 상기 그룹내의 나머지 프레임들은 P 프레임으로 설정하는 단계;
    I 프레임을 복수 개의 영역들로 분할하는 단계; 및
    I 프레임의 분할 영역을 P 프레임에 대하여 모션 예측하여 모션 벡터를 추출하고 그 모션 벡터만큼 I 프레임의 분할영역을 이동하여 P 프레임의 분할영역으로 설정함으로써 P 프레임을 분할하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 영상 분할방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 P 프레임 분할단계는,
    분할된 I 프레임 영역을 P 프레임에 대하여 소정의 변위만큼 이동하여 그 차이가 가장 최소로 되는 영역을 유사 매칭 영역으로 설정하는 유사 매칭 방법을 수행하는 단계;
    I 프레임 영역에 대한 P 프레임의 유사 매칭 영역의 변위를 나타내는 모션 벡터를 구하는 단계; 및
    분할된 I 프레임 영역을 P 프레임 상에서 상기 모션벡터 만큼 이동하여 P 프레임 영역으로 설정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 영상 분할방법.
  3. 제1항에 있어서, P 프레임 분할단계 다음에,
    분할된 I 프레임 영역이 마지막 영역인지를 판별하는 단계; 및
    상기 판별단계에서 분할된 I 프레임 영역이 마지막 영역이 아닌 것으로 결정되면 P 프레임 영역 분할단계로 분기시키는 단계;를 더 포함하여 모든 분할된 I 프레임 영역에 대하여 순차적으로 P 프레임 분할을 수행하는 것을 특징으로 하는 디지털 영상 분할방법.
  4. 영상 스트림을 복수 개의 연속 프레임 그룹들로 그루핑하는 단계와, 그룹 내에서 임의의 한 프레임을 I 프레임으로 설정하고 상기 그룹내의 나머지 프레임들은 P 프레임으로 설정하는 단계와, I 프레임을 복수 개의 영역들로 분할하는 단계, 및 I 프레임의 분할 영역을 P 프레임에 대하여 모션 예측하여 모션 벡터를 추출하고 그 모션 벡터만큼 I 프레임의 분할영역을 이동하여 P 프레임의 분할영역으로 설정함으로써 P 프레임을 분할하는 단계를 포함하는 방법에 의하여 분할된 영상 내에서 영역을 트랙킹하는 방법에 있어서,
    각 그룹 사이에서 분할된 하나의 I 프레임 영역을 다른 I 프레임에 대하여 소정의 변위만큼 이동하여 그 차이가 가장 최소로 되는 영역을 유사 매칭 영역으로 설정하는 유사 모션 보상을 사용함으로써 I 프레임에 대한 영역 트랙킹을 수행하는 단계; 및
    각 그룹 내에서 I 프레임에 대하여 모션 예측을 수행하여 분할된 P 프레임 분할 영역을 트랙킹하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 분할된 디지털 영상의 영역 트랙킹 방법.
  5. 디지털 영상을 분할하는 장치에 있어서,
    영상 스트림을 복수 개의 연속 프레임 그룹들로 그루핑하고 그룹 내에서 임의의 한 프레임을 I 프레임으로 설정하고 나머지 프레임은 P 프레임으로 설정하여 출력하는 그루핑 수단;
    상기 I 프레임을 입력하여 복수 개의 영역들로 분할함으로써 분할된 I 프레임을 출력하고, 분할된 I 프레임 영역을 순차적으로 출력하는 I 프레임 분할수단;
    상기 I 프레임 영역과 P 프레임을 입력하여 유사 매칭 방법에 따라 모션 예측을 수행함으로써 모션벡터를 출력하는 유사 매칭 수단; 및
    P 프레임과 모션 벡터를 입력하여 분할된 I 프레임 영역을 상기 모션벡터에 해당하게 이동함으로써 P 프레임을 분할하는 P 프레임 분할수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 영상 분할장치.
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