KR20010110858A - 이동통신 환경에서의 이진 영상 부호화 및 복호화기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이동통신 환경을 포함한 모든 채널 환경에서 이진 부호로 구성된 영상(Binary Image)을 전송하는 부호화 및 복호화 방법에 관한 것이다.

현재 사용되고 있는 이진 영상 부호화로는 런랭스 부호화기(Run-Length Code)와 체인 부호화기(Chain Code) 등으로 영상 자체의 정보를 다른 형태의 정보열로 변형시킨 후에 (102), 허프만 부호화기(Huffman Coder)나 산술 부호화기(Arithmetic Coder)등의 가변장 부호화기(Variable Length Coder)를 결합한 부호화기를 사용하고 있다 (103). 이와 같은 부호화 및 복호화기는 자체적으로 가지고 있는 압축 효과로 인해 이진 영상 압축 표준으로 채택되었으며, 현행 이진 부호화 및 복호화기의 거의 모든 분야에 적용되고 있다.

그러나 이동통신과 같은 제한적인 채널 용량을 가진 환경에서 이진 영상을 전송하고자 할 때에는, 이와 같은 부호화 및 복호화기가 가진 성능으로는 그 효율이 제한적일 수 밖에 없다. 그러므로 이러한 문제점을 해결하기 위해서는 채널 용량의 증대나 전송 압축률의 증대가 요구된다. 하지만 이미 구성된 채널 용량은 한정적으로 제한되어 있는 것이기 때문에, 문제점을 해결하는 데에는 전송 압축률의 증대가 반드시 요구된다.

본 발명에 따른 이동통신 환경에서의 부호화 및 복호화기는 기존 이진 영상 부호화 표준의 개념을 그대로 따르기 때문에 기존의 이진 영상 부호화 및 복호화기와 호환성을 유지하면서도, 부호화 및 복호화기에 변형을 가함으로써 더욱더 효율적인압축률을 얻을 수 있다. 그러므로 구성되는 부호화 및 복호화기는 이진 정지영상을 SMS(Short Message Service) 채널 등과 같이 아주 작은 대역폭을 통해 전송할 수 있음은 물론, 최대 초당 10 프레임 미만의 일반적인 이진 동영상을 실시간 전송할 수 있다.

Description

이동통신 환경에서의 이진영상 부호화 및 복호화기 {Binary Image CODEC for Mobile Communication}

현재 사용되고 있는 이진 영상 부호화 및 복호화기는 대표적으로 런랭스 부호화기(Run-Length Code)와 체인 부호화기(Chain Code) 등으로 영상 자체의 정보를 다른 형태의 정보열로 변형시킨 후에 (102), 허프만 부호화기(Huffman Coder)나 산술 부호화기(Arithmetic Coder)등의 가변장 부호화기(Variable Length Coder)를 결합한 부호화기를 사용하고 있다 (103).

영상 정보 재구성 부호화기 (102)의 런랭스 부호화기는 이진 영상 데이터 열을 '0' 과 '1' 로 구분하여 각각 '0' 이 잇달아 전송되는 개수와 '1' 이 잇달아 전송되는 개수를 새로운 데이터 열로 재구성하여 영상 자체의 정보를 줄이고, 체인 부호화기는 영상 내의 물체 윤곽선을 따라 방향 정보를 가지고 새로운 데이터 열로 재구성 함으로써 정보를 줄인다.

이렇게 재구성된 정보는 엔트로피 부호화기 (103)를 거쳐 실제 전송되는 비트열로 변환하게 된다. 엔트로피 부호화기는 정보열을 확률적으로 분석하여, 발생 확률이 높은 정보에 대해 적은 부호화 비트을 할당하고, 비교적 발생 확률이 낮은 정보에 대해 많은 부호화 비트를 할당하여 영상 정보의 엔트로피에 가까운 압축률을 얻고자 하는 것이다.

이러한 영상 정보 재구성 및 엔트로피 부호화는 이진 영상 압축 표준으로 설정되어 있고, 현재 팩시밀리를 포함한 이진 영상 전송 분야에 있어 상용화 되어있다. 하지만 이러한 이진 영상 압축 표준은 그 압축 표준 자체가 고안된 시기의 적용분야에 맞추어 고안된 것이므로, 현행 이동통신 환경에 적용시키기에는 그 한계가 있다. 특히 이동통신 환경에서 전송하고자 하는 영상의 특성과 크기 등을 고려할 때, 기존의 이진영상 압축 방법은 여전히 중복된 정보들을 포함하고 있으며, 이동통신 환경에 적용되지 않는 과잉 정보를 가지고 있다.

그 예로, 런랭스 부호화기를 사용할 때에 연속되는 일정한 정보열이 무엇인지 알려주는 부호가 연속적으로 들어가게 된다거나 체인 부호화기를 사용할 때에 윤곽선의 시작점들을 매번 표시하게 되는 것들이 있으며, 허프만 부호화기를 사용할 때에 고정된 허프만 부호 테이블이 전송되고자 하는 영상정보의 대표적인 형식에 맞지 않은 것을 사용하여 압축효율을 저하시킨다거나 부호화 테이블을 발생시켜 전송한다 하더라도 발생 확률이 아주 작은 정보들에 대해서 많은 비트를 할당함으로 과잉된 비트열을 전송하게 되는 것 등이다.

또한 복호화기의 구조에서 이동통신 단말기가 가지고 있는 메모리 용량등을 고려해 볼 때, 그 구조가 단순하지 않으면 적용하기 힘든 현실적 어려움이 있다.

그러므로 이러한 이진 영상 압축 방법을 이동통신 환경에 적용할 때에는, 중복 및 과잉된 정보들을 제거하는 것이 효율적인 전송을 구현하는 데에 필수적이며, 복호화기에 있어 그 구조를 단순화 하는 것이 요구된다.

이에 본 발명은 영상 정보 재구성 부호화기 (102) 와 엔트로피 부호화기 (103)의 구성을 새롭게 함으로써, 이동통신 환경에서 최적의 효율을 가지고 전송할 수 있는 부호화 및 복호화기를 구성 하고자 한다.

먼저 영상 정보 재구성 부호화기에 이동통신 환경에서 전송하고자 하는 영상 정보의 특성을 고려함으로써 효율적인 정보 재구성이 이루어지며, 보다 적은 정보열로 재구성 할 수 있도록 한다.

이와 더불어 엔트로피 부호화기에 있어 변형된 허프만 부호화 테이블을 발생시켜 보다 효율적인 압축율을 얻을 수 있도록 한다. 변형된 허프만 부호화 테이블은, 정보열에 포함된 각 정보의 발생 확률에 의해 상대적으로 발생 확률이 작은 것들에 대해서는 기존의 부호화 테이블을 구성하는 방법을 쓰지 않고, 고정된 비트열을 할당함으로써 압축률을 높이고자 한다.

궁극적으로는, 이와 같은 압축률의 효과로 이동통신 환경 상에서 이진 정지 영상의 전송은 물론, 초당 수 프레임으로 구성된 간단한 이진 동영상에 대해서도 적용할 수 있는 부호화 및 복호화기를 구성하는데 그 목적이 있다.

도 1 - 일반적인 통신 환경에서의 이진영상 부호화 및 복호화기

도 2 - 일반적인 영상 정보 재구성 부호화기와 본 발명의 부호화기

도 3 - 본 발명의 영상 정보 재구성 부호화기

도 4 - 본 발명의 영상 정보 재구성 정보열(Information Stream) 예

도 5 - 본 발명의 엔트로피 부호화기 예

도 6 - 본 발명의 엔트로피 부호화 테이블 예

도 7 - 본 발명의 복호화기

도 1은 현재 구성되어 있는 일반적인 통신 환경 상에서의 이진영상 부호화 및 복호화기에 관한 계략도이다. 전송하고자 하는 영상 (100) 은 영상 정보 재구성 부호화기 (102) 와 엔트로피 부호화기 (103) 으로 구성되어 있는 소스 부호화기 (101) 를 통해 부호화 되고, 이것을 채널 부호화기 (104) 를 통해 에러 정정 부호화 등을 수행한 후 변조기 (105) 를 통해 채널 (106) 로 전송된다.

수신단에서는 변조기와 대응되는 복조기 (150) 를 통해 복조된 후, 부호화의 반대 과정으로 대응되는 채널 복호화기 (151), 영상 정보 재구성 복호화기 (154) 와 엔트로피 복호화기 (153) 으로 구성된 소스 복호화기 (152) 를 거쳐 송신된 영상을 복원하게 된다 (155).

도 2는 일반적인 영상 정보 재구성 부호화기 (102) 와 본 발명에서의 영상 정보 재구성 부호화기의 호환성에 관한 구성도이다. 기존의 영상 정보 재구성 부호화기는 체인 부호화기 (201)와 체인 스트림 생성 모듈 (204)를 이용하여 경로 (206)을 통해 엔트로피 부호화기로 전송 되거나, 런랭스 부호화기 (202) 와 런랭스 스트림 생성 모듈 (205)를 이용하여 경로 (207)을 통해 엔트로피 부호화기로 전송 되어 부호화 된다. 이러한 부호화기들과 호환하기 위해서 스위치 (208)을 이용하여 기존의 부호화기와 본 발명의 변형된 런랭스 부호화기 (203)를 같이 사용할 수 있으며, 부호화기 (203)에서 생성된 정보들은 기존의 런랭스 스트림 생성 모듈 (205)을 그대로 사용하여 경로 (207)을 통해 엔트로피 부호화기로 전송할 수 있다.

도 3은 본 발명에 따른 변형된 런랭스 부호화기 (203) 에 관한 구성도이다. 도 2의 스위치 (208) 에 의해 본 발명의 부호화기가 선택되면, 입력 영상 (100) 은 영상 재구성 모듈 (301)을 통해 스캔되면서 하나의 정보열로 재구성 된다. 이러한 재구성된 정보열은 영상 정보인식 모듈 (302)를 통해 값이 인식되고, 그 값이 연속적으로 이어질 때에는 계수기 (303)가 연속되어지는 정보의 개수를 기록한다. 만약영상 정보 인식 모듈 (302)에서 다른 정보를 인식하게 되면, 계수기 리셋 컨트롤러 (305)를 통해 계수기는 리셋된다. 이와 동시에 계수기에 기록되었던 정보의 개수는 스트림 버퍼 (205)로 전송되어지고, 부호화 단위의 영상 정보들이 위와 같은 과정에 의해 완전히 부호화 되면, 스트림 버퍼 (205) 는 그 저장 내용을 엔트로피 부호화기 (103) 에 전송한다.

도 4는 본 발명의 영상 정보 재구성 정보열에 관한 설명이다. 기존의 영상 정보 재구성에 있어서 중복되거나 과잉되는 정보를 분석하고 이러한 것을 제거한 재구성 정보열에 관한 내용이다. 전송하고자 하는 영상 (100) 은 도 3의 영상 재구성 모듈 (301) 에 의해 한 줄씩 스캔되면서 하나의 정보열로 재구성 된다. 스캔된 정보열의 예중 (401) 열은 정보 '1' 에 해당되는 정보만으로 구성되어 있으며, (402) 열은 정보 '1' 과 정보 '0' 에 해당되는 정보가 병존한다. 각각에 해당되는 정보열의 내용은 (403) 과 (404) 와 같다. 이러한 정보열의 내용 (403,404)를 영상 정보 재구성 부호화기 (102)를 사용하여 부호화 할 경우, 기존의 방식에 있어서는 (405) 와 같이 부호화 되며, 본 발명의 부호화기에 의해서는 (406) 과 같이 부호화 된다.

기존의 부호화기를 이용할 때, (401)에서 구성된 (403)을 부호화 할 경우 (407)과 같이 '1' 에 해당하는 정보가 N 개 있다는 식으로 표시되어 N 개의 정보열이 두 개의 정보열로 바뀌게 된다. 하지만 본 발명의 부호화기를 이용할 때에는 (401)에서 구성된 (403)을 부호화 할 경우 (408)과 같이 'N' 개가 있다는 식으로 표시되어 N 개의 정보열이 한 개의 정보열로 바뀌게 된다.

같은 방법으로 (402)에서 구성된 (404)를 부호화 할 경우, 기존의 부호화기를 사용할 때에는 (409)와 같이 N 개의 정보열이 6개의 정보열로 재구성 되지만, 본 발명의 부호화기를 이용할 때에는 (410)과 같이 N 개의 정보열이 3개의 정보열로 재구성 된다.

본 발명에서의 부호화기를 사용할 때 연속되는 정보가 무엇인지에 관한 정보는 부호화 되지 않지만, 이것은 도 7의 스트림 인식 모듈 (701)에서 자동으로 인식하여 적절한 복호화를 수행한다.

도 5는 본 발명의 엔트로피 부호화기 (103) 에 관한 구성도 이다. 기존의 엔트로피 부호화기는 영상 정보 재구성 부호화기 (102) 에 포함된 모든 정보에 대해서 가변적인 비트를 부여함으로써, 상대적으로 발생 확률이 작은 정보에 대해서도 그 규칙에 따라 많은 비트를 할당하였으나, 본 발명의 엔트로피 부호화기는 상대적으로 발생 확률이 작은 정보에 대해 고정된 비트를 할당함으로써 보다 향상된 압축률을 얻을 수 있다.

영상 정보 재구성 부호화기 (102)의 스트림 버퍼 (205)에 저장된 정보들은, 전송 영상 단위의 부호화가 다 끝난 후에, 저장된 스트림을 엔트로피 부호화기 (103)에 전송하게 된다. 첫 번째 스트림 확률 분석 모듈 (501) 에서는 각 스트림 정보들에 대한 확률을 분석하여, 상대적으로 발생 확률이 많은 정보에 대해서는 경로 (507)을 통해 스트림 재구성 모듈 (502) 로 보내며, 후에 가변장 부호화기 (503)을 통해 그 정보에 대한 부호화 비트를 부호화 테이블에 저장하게 된다 (504).

상대적으로 발생 확률이 낮은 정보는 경로 (508)을 통해 스트림 재구성 모듈 (505) 로 보내지게 되며, 후에 고정 크기의 부호화기 (506)을 통해 그 정보에 대한 부호화 비트를 부호화 테이블에 저장하게 된다 (504). 이렇게 구성된 부호화 테이블을 통해 각 정보들은 부호화 되어 비트열로 변환되며 이러한 정보는 다음단인 채널 부호화기 (104) 로 전송된다.

여기서 발생된 부호화 테이블은 각 영상에 대하여 발생된 후에 채널을 통해 각 영상 정보와 함께 전송될 수도 있고, 여러 영상에 대해 적절한 고정된 테이블을 발생시켜 송신단 및 수신단에 저장시켜 놓은 후 사용할 수도 있다.

도 6은 본 발명에 따른 부호화 테이블과 기존의 부호화 테이블을 비교한 개념도이다. 기존의 부호화 테이블 (601) 은 모든 부호화 열에 대해 가변장 부호화 함으로써 상대적으로 발생 확률이 낮은 정보에 대해서도 길이가 긴 부호를 할당하게 된다. 또한 이진 영상의 부호화에 있어서는 '0' 과 '1' 이 순차적으로 번갈아 가면서 발생되고, 이 두정보의 발생 확률은 다른 정보의 발생 확률보다 크게 되어 대부분 정보 '0' 및 '1' 에 가장 적은 부호화 비트가 할당된다.

하지만 본 발명에 따른 부호화 테이블 (602)은 상대적으로 발생 확률이 낮은 정보에 대해서 길이가 제한된 부호를 할당 (603) 함으로써 상대적으로 압축률을 높일 수 있고, 정보 '0' 과 '1' 에 대한 부호화를 생략함으로써 기존의 방법보다 효율적인 부호화 테이블을 얻을 수 있다.

도 7은 본 발명에 따른 복호화기의 구성도이다. 채널 (106)을 통해 전송된 영상 정보는 복조기 (150) 및 채널 복호화기 (151)를 통해 부호화 비트열로 재구성 되며, 이 비트열은 소스 복호화기 (152)로 입력된다. 입력된 비트열은 엔트로피 복호화기 (153) 으로 들어가고, 경로 (703)을 통해 스트림 인식 모듈 (701)을 거쳐 부호화 테이블 (702)를 참조해 영상 정보로 변환된다.

만약, 부호화 테이블을 부호화 되는 영상 정보에 맞추어 고정적으로 사용하지 않는다면, 소스 복호화기 (152)로 입력된 정보들은 우선 경로 (704)를 통해 부호화 테이블 (702)로 입력되어 먼저 부호화 테이블을 구성한 후 위와 같은 과정이 진행된다.

다시 영상 정보로 변환된 스트림은 영상 정보 재구성 복호화기 (154) 를 통해 2차원 영상 신호로 재구성 되며, 이와 같은 정보열은 단말기 등의 디스플레이 장치에 의해 영상으로 복원된다 (155).

본 발명은 이동통신 환경 등의 제한된 용량을 가진 채널에서 이진 정지 영상 및 동영상을 효율적으로 전송하는 방법으로, 새로운 프로토콜의 개발 없이 기존의 프로토콜을 사용하여, 영상 서비스를 고려하지 않은 모든 단말기에 사용될 수 있으며, 고안된 압축 방식을 사용하여 전송방식에 상관없이 정보의 전송에 효율성을 기할 수 있고, 메모리 사용 및 프로그램 메모리 측면에서 복호화기를 간단히 함으로써 이동통신 단말기가 가지고 있는 시스템적 단점을 극복하여 적용하기에 용이하다.

Claims (5)

1. 연속되는 정보 자체에 대한 부호화를 생략하는 변형된 런랭스 부호화기(203)를 포함하는 영상 정보 재구성 부호화기(102)
2. 상기 변형된 런랭스 부호화기(203) 및 호환되는 기존의 다른 부호화기(201,202,204,205)를 결합 구성한 영상 정보 재구성 부호화기(102)
3. 정보의 발생확률에 따라 가변장 부호화(503) 또는 고정 부호화(506)를 선택하여 수행하는 변형된 엔트로피 부호화기(103)
4. 전송 영상에 따라 서로 다른 부호화 테이블을 사용하거나 전송 영상에 관계없이 고정된 부호화 테이블을 선택할 수 있는 부호화 테이블 구성모듈(504)을 포함한 엔트로피 부호화기(103)
5. 전송 영상에 따라 사용된 부호화 테이블에 관계없이 고정(703) 및 가변(704) 부호화 테이블을 선택적으로 사용할 수 있는 복호화기(152)