KR20040097518A - 영상 데이터의 압축 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 관심영상의 블럭별 컬러정보 평균값에 대하여 마할라노비스 거리를 이용하여 인덱스 패턴을 검출하고, 상기 검출된 인덱스 패턴에 대한 DCT계수를 구하여 각 인덱스 패턴에 매칭되는 DCT 계수로 패턴 DCT 테이블을 구성한 후, 영상 데이터가 수신되면, 상기 패턴 DCT 테이블에서 상기 영상 데이터의 컬러 정보에 상응하는 인덱스 패턴을 추출한 후, 해당 DCT 계수를 추출하고, 상기 추출된 DCT계수를 이용하여 양자화와 부호화를 수행하는 것으로서, 단순한 테이블 매칭을 통하여 DCT 계수를 구할수 있으므로 실시간 계산이 필요한 영상 압축 분야에 폭넓게 적용할 수 있다.

Description

영상 데이터의 압축 방법 및 장치{Apparatus and Method for Compression of Image Data}

본 발명은 영상내 관심 영역에 대한 특정한 패턴 정보를 확률적 분포에 근거한 마할라노비스 거리 계산법을 이용하여 특정 패턴에 대응하는 DCT값을 미리 계산하여 테이블로 구성한 후, 실제 영상 압축시 별도의 DCT 연산과정없이 압축을 수행하는 영상 데이터의 압축 방법 및 장치에 관한 것이다.

영상 데이터를 압축하기 위하여 사용되어온 가장 대표적인 압축 방식인 MPEG 압축 방식 과정중 가장 많은 연산을 필요로하는 것은 이전 영상과의 상관도를 계산하는 모션 탐색 과정과 DCT(Discrete cosine transform, 이산여현변환)연산이다.

특히 계산 과정 중 가장 큰 부분을 차지하는 DCT 연산은 효율적인 데이터 전송의 방해요인으로 작용하여 계산 속도의 향상을 위하여 지속적인 연구가 이루어져왔다.

상기 DCT는 휘도와 색차로 표현되는 영상신호를 공간상의 주파수 영역으로 변환시키는 방법으로 MPEG, H.263등의 국제 표준 규격에서 영상 압축, 복원을 위해 채택하고 있는 방법이다.

DCT연산은 블록이라고 불리우는 64개의 픽셀(pixel)을 하나의 단위로 해서이루어진다. 즉 하나의 화면을 여러개의 블록으로 쪼개고 각각의 블록에 대해 DCT연산을 반복 수행하여 DCT계수를 얻게 된다. 디코더의 IDCT에서 엔코더로부터 수신된 DCT계수를 원래의 픽셀값으로 복원한다.

그런데, 영상시스템의 성능은 초당 처리(부호화, 복호화)할 수 있는 화면의 수와 관계되며, 초당 처리할 수 있는 화면의 수가 많을수록 더 부드럽고 자연스러운 화질을 얻을 수 있다. 따라서, 영상 압축 시스템의 성능 향상을 위해서는 처리 시간중 많은 부분을 차지하는 DCT 연산 시간의 단축이 필수적이며 소비 전력을 줄이기 위해서는 DCT단의 소모 전력을 줄이는 것이 효과적이다.

이하 도면을 참조하여 종래의 영상 시스템에서 영상 압축 장치에 대하여 설명하기로 한다.

도 1은 종래의 영상 압축 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 블럭도이다.

도 1을 참조하면, 영상 압축 장치는 DCT부(100), 양자화부(110), VLC부(120)를 포함한다.

상기 DCT부(100)는 동영상 디지털 데이터(디지털 시퀀스)를 입력받아 매크로 블럭 단위의 움직임 추정 및 보상을 수행하고 그 결과에 대하여 DCT를 수행한다. 즉, 상기 DCT부(100)는 하나의 화면을 여러개의 블럭으로 쪼개고, 각각의 블럭에 대하여 DCT연산을 수행하여 DCT계수를 구한다.

상기 양자화부(110)는 상기 DCT부(100)에서 DCT된 계수를 양자화한다.

상기 VLC부(120)는 상기 양자화된 DCT 계수에 대하여 가변 길이 코딩(Variable Length Coding ; VLC)을 수행하여 부호화한다.

이하 상기와 같이 구성된 영상 압축 장치의 동작에 대하여 설명하기로 한다.

상기 DCT부(100)는 2차원 축변환을 통해서 데이터의 상관성을 제거하는데, 이를 위해 영상을 블록 단위로 나눈 후 나누어진 각각의 블록을 DCT식에 따라 축변환시킨다. 이렇게 축변환된 데이터들은 한쪽 방향(저역 쪽)으로 몰리는 경향이 있는데 이렇게 몰려진 데이터들만을 양자화부(110)에서 소정의 양자화 간격으로 양자화한 후 가변 길이 코딩(Variable Length Coding ; VLC)부(120)로 출력한다.

상기 VLC부(120)는 자주 나오는 값은 적은 수의 비트로, 드물게 나오는 값은 많은 수의 비트로 표시하여 전체 비트 수를 줄인다.

그러나 상기와 같은 종래에는 영상 데이터의 계산 과정 중 가장 큰 부분을 차지하는 DCT연산이 효율적인 데이터 전송의 방해 요인이되는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 영상의 압축과정에 필요한 계산량을 줄여 실시간 화상 통화나 컴퓨팅 파워가 적은 모바일 기기에 적합한 영상 데이터의 압축 방법 및 장치를 제공하는데 있다.

도 1은 종래의 영상 압축 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 블럭도.

도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 영상 압축 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 블럭도.

도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 영상 압축 방법을 나타낸 흐름도.

도 4은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 영상 데이터의 압축 방법을 나타낸 흐름도.

도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 DCT계수를 추출하는 방법을 나타낸 도면.

도 6는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 패턴 DCT 테이블을 구성하는 방법을 나타낸 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 : DCT부 110, 220 : 양자화부

120, 230 : VLC부 200 : 패턴 DCT 테이블

210 : DCT 계수 추출부

상기 목적들을 달성하기 위하여 본 발명의 일 측면에 따르면, 관심영상의 블럭별 컬러정보 평균값에 대하여 마할라노비스 거리를 이용하여 인덱스 패턴을 검출하고, 상기 검출된 인덱스 패턴에 대한 DCT계수를 구하여 각 인덱스 패턴에 매칭되는 DCT 계수로 패턴 DCT 테이블을 구성한 후, 영상 데이터가 수신되면, 상기 패턴 DCT 테이블에서 상기 영상 데이터의 컬러 정보에 상응하는 인덱스 패턴을 추출한 후, 해당 DCT 계수를 추출하고, 상기 추출된 DCT계수를 이용하여 양자화와 부호화를 수행하는 것을 특징으로 하는 영상 데이터의 압축 방법이 제공된다.

관심영상의 블럭별 컬러정보 평균값에 대하여 마할라노비스 거리를 이용하여 인덱스 패턴을 검출하는 것은 관심영상의 화소 블럭별 컬러정보 평균값을 구하고, 상기 구해진 컬러 정보의 평균값에 대하여 마할라노비스 거리를 구한 후, 상기 구해진 마할라노비스 거리가 미리 정해진 임계치미만인지의 여부를 판단하여 상기 판단결과 상기 구해진 마할라노비스 거리가 미리 정해진 임계치 미만이면, 해당 컬러 정보를 인덱스 패턴으로 인정한다.

상기 마할라노비스 거리는에 의해서 구해진다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 영상 데이터가 수신되면, 상기 수신된 영상 데이터를 화소 블럭으로 분할하여 각각의 화소 블럭에 대한 컬러 정보를 추출하고, 상기 추출된 컬러 정보에 상응하는 DCT계수를 미리 저장되어 있는 패턴 DCT 테이블에서 추출한 후, 상기 추출된 DCT계수를 이용하여 양자화를 수행한 후, 상기 양자화된 DCT 계수를 가변 길이 코딩을 수행하여 부호화하는 것을 특징으로 하는 영상 데이터의 압축 방법이 제공된다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 관심 영역의 인덱스 패턴에 대한 DCT계수가 매칭되어 있는 패턴 DCT 테이블, 영상 데이터를 입력받아 매크로 블럭 단위로 쪼갠 후, 각각의 블럭에 대하여 칼라 정보를 추출하고, 상기 추출된 칼라 정보에상응하는 DCT계수를 상기 DCT계수 테이블에서 추출하는 DCT 계수 추출부, 상기 DCT계수 추출부에서 추출된 DCT계수를 양자화하는 양자화부, 상기 양자화된 DCT 계수에 대하여 가변 길이 코딩을 수행하여 부호화하는 VLC부를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 데이터의 압축 장치가 제공된다.

상기 패턴 DCT 테이블은 입력 영상에 대한 컬러 정보의 각 평균값이 입력으로 주어지고 출력값은 64개의 DCT계수로 구해진다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 영상 압축 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 블럭도이다.

도 2를 참조하면, 영상 압축 장치는 패턴 DCT 테이블(200), DCT계수 추출부(210), 양자화부(220), VLC부(230)를 포함한다.

상기 패턴 DCT 테이블(200)은 관심 영역의 패턴 인덱스에 대한 DCT계수가 매칭되어 있다. 즉, 실제 입력 영상에 대한 컬러 정보(Y, Cb, Cr)의 각 평균값은 3차원 인덱스를 가지는 패턴 DCT 테이블(200)의 입력으로 주어지고 출력값은 64개의 DCT계수로 구해진다. 상기 DCT 계수 테이블(200)에 대한 상세한 설명은 도 5를 참조한다.

상기 DCT계수 추출부(210)는 동영상 디지털 데이터(디지털 시퀀스)를 입력받아 매크로 블럭 단위로 쪼갠 후, 각각의 블럭에 대하여 컬라 정보(Y, Cb, CR)를 추출한다. 그런다음 상기 DCT계수 추출부(210)는 상기 추출된 컬라 정보에 상응하는 DCT계수를 상기 DCT계수 테이블(200)에서 추출한다.

상기 양자화부(220)는 상기 DCT계수 추출부(210)에서 추출된 DCT계수를 양자화한다.

상기 VLC부(230)는 상기 양자화된 DCT 계수에 대하여 가변 길이 코딩(Variable Length Coding ; VLC)을 수행하여 부호화한다.

도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 영상 압축 방법을 나타낸 흐름도이다.

도 3을 참조하면, 사용자는 관심영상의 블럭별 컬러 정보 평균값에 대하여 마할라노비스 거리를 이용하여 인덱스 패턴을 검출한다(S300). 상기 인덱스 패턴을 검출하는 방법에 대한 상세한 설명은 도 6을 참조한다.

단계 300의 수행후, 사용자는 상기 검출된 인덱스 패턴에 대한 DCT계수를 구하여 각 인덱스 패턴에 매칭되는 DCT 계수로 패턴 DCT 테이블을 구성한다(S302).

상기 구성된 패턴 DCT테이블은 영상 압축 장치에 저장된다.

상기 인덱스 패턴의 검출과 DCT계수를 구하는 것은 영상 압축 장치와 다른 별도의 기기에 의해서 구해질 수 있다.

상기와 같이 패턴 DCT 테이블이 구성되면, 영상 압축 장치는 수신되는 영상 데이터에 대하여 압축을 수행하게 된다.

상기 영상 압축 장치는 영상 데이터가 수신되면(S304), 상기 패턴 DCT 테이블에서 상기 영상 데이터의 컬러 정보에 상응하는 인덱스 패턴을 추출한다(S306).

즉, 상기 영상 압축 장치는 영상 데이터가 수신되면, 상기 수신된 영상 데이터를 화소 블럭으로 분할하여 각각의 화소 블럭에 대한 컬러 정보를 추출한 후, 상기 추출된 컬러 정보에 상응하는 인덱스 패턴을 패턴 DCT 테이블에서 추출한다.

단계 306의 수행후, 상기 영상 압축 장치는 상기 추출된 인덱스 패턴에 상응하는 DCT 계수를 추출한다(S308).

단계 308의 수행후, 상기 영상 압축 장치는 상기 추출된 DCT계수를 이용하여 양자화와 부호화를 수행한다(S310).

상기와 같은 과정에 의해서 영상 데이터는 압축된다.

도 4은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 영상 데이터의 압축 방법을 나타낸 흐름도, 도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 DCT계수를 추출하는 방법을 나타낸 도면이다.

도 4를 참조하면, 영상 압축 장치는 영상 데이터가 수신되면(S400), 상기 수신된 영상 데이터를 화소 블럭으로 분할하여 각각의 화소 블럭에 대한 컬러 정보를 추출한다(S402).

단계 402의 수행후, 상기 영상 압축 장치는 상기 추출된 컬러 정보에 상응하는 DCT계수를 미리 저장되어 있는 패턴 DCT 테이블에서 추출한다(S404).

상기 패턴 DCT 테이블에서 DCT계수를 추출하는 방법에 대하여 도 5를 참조하여 설명하기로 한다.

도 5를 참조하면, 입력 영상에 대한 컬러 정보가 추출되면, 상기 영상 압축 장치는 상기 추출된 컬러 정보에 상응하는 인덱스 패턴이 패턴 DCT 테이블에 존재하는지의 여부를 판단한다. 상기 판단결과 상기 추출된 컬러 정보에 상응하는 인덱스 패턴이 패턴 DCT 테이블에 존재하면, 상기 영상 압축 장치는 해당 인덱스 패턴에 상응하는 DCT계수를 추출한다.

단계 404의 수행후, 상기 영상 압축 장치는 상기 추출된 DCT계수를 이용하여 양자화를 수행한 후(S406), 상기 양자화된 DCT 계수를 가변 길이 코딩을 수행하여 부호화한다(S408).

상기와 같이 영상 데이터를 압축하는 방법은 영상내 관심 영역에 대한 일종의 전처리 과정으로서 실제 영상 분할과 같은 영역에도 적용이 가능하다.

도 6은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 패턴 DCT 테이블을 구성하는 방법을 나타낸 도면이다.

도 6을 참조하면, 관심 영역에 대한 컬러 정보의 평균값을 구한다(S600).

그런다음 상기 구해진 컬러 정보(Y, Cb, Cr)의 평균값에 대한 마할라노비스 거리(M)를 수학식 1을 이용하여 구한다(S602).

여기서, 상기는 Y, Cb, Cr의 평균값, 상기는 관심영역의 평균값,은 관심 영역의 공분산 행렬, T는 트랜스폼 매트릭스를 나타낸다.

단계 602에서 마할라노비스 거리가 구해지면, 상기 구해진 마할라노비스 거리가 미리 정해진 임계치미만인지의 여부를 판단한다(S604).

단계 604의 판단결과 상기 구해진 마할라노비스 거리가 미리 정해진 임계치 미만이면, 해당 컬러 정보를 인덱스 패턴으로 인정한다(S606).

그런다음 상기 인덱스 패턴으로 인정된 컬러 정보를 이용하여 DCT계수를 구한다(S608). 그러면, 각 패턴들의 인덱스에 매칭되는 DCT 계수들로 패턴 DCT 테이블이 구성된다.

즉, 마할라노비스 거리를 계산하기 위한 사전 계산 과정으로 영상내 관심 영역에 대한 컬러 분포를 구한다. 그런다음 실제 입력 영상의 Y, Cb, Cr의 평균값을 마할라노비스 거리 계산의 입력으로 하여 일정 마할라노비스 거리미만인 것만을 관심 영역에 대한 패턴으로 인정한다. 상기와 같이 구해진 관심 영역에 대한 패턴들에 대한 DCT계수를 구하고 각 패턴들의 인덱스에 매칭되는 DCT계수들로 패턴 DCT 테이블을 구성한다.

예를 들어 화상 전화기의 경우에는 사용자의 관심 영역은 사람의 얼굴 영역이고, 얼굴을 구성하는 컬러정보는 피부색과 머리색과 같은 색상에 의하여 구분지어 질수 있는 패턴을 가지므로 이와 같은 정보를 미리 계산하여 테이블의 인덱스로 사용하여 패턴 DCT 테이블을 구성한다. 패턴 DCT 테이블은 각각의 인덱스에 대한 DCT계수를 미리 구하여 테이블의 값으로 가지고 있으므로 실시간 압축시 DCT 연산은 별도의 연산없이 테이블 매칭을 통하여 구한다.

본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 많은 변형이 본 발명의 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 가능함은 물론이다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 단순한 테이블 매칭을 통하여 DCT 계수를 구할수 있으므로 실시간 계산이 필요한 영상 압축 분야에 폭넓게 적용할 수 있는 영상 데이터의 압축 방법 및 장치를 제공할 수 있다.

또한 본 발명에 따르면, 대량 생산을 위한 특정 모듈로서 하드웨어 칩으로 생산하기에 그 구성이 간단한 영상 데이터의 압축 방법 및 장치를 제공할 수 있다.

또한 본 발명에 따르면, 마할라노비스 거리 계산은 사람의 얼굴과 같이 정규 분포를 가지는 영상에 대하여 상당히 정확한 분류를 할 수 있는 방법으로 실시간 영상 통화 단말기와 같은 제품에 적용하기에 적합한 영상 데이터의 압축 방법 및 장치를 제공할 수 있다.

Claims (6)

1. 관심영상의 블럭별 컬러정보 평균값에 대하여 마할라노비스 거리를 이용하여 인덱스 패턴을 검출하는 단계;

   상기 검출된 인덱스 패턴에 대한 DCT계수를 구하여 각 인덱스 패턴에 매칭되는 DCT 계수로 패턴 DCT 테이블을 구성하는 단계;

   영상 데이터가 수신되면, 상기 패턴 DCT 테이블에서 상기 영상 데이터의 컬러 정보에 상응하는 인덱스 패턴을 추출한 후, 해당 DCT 계수를 추출하는 단계;및

   상기 추출된 DCT계수를 이용하여 양자화와 부호화를 수행하는 단계

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 데이터의 압축 방법.
2. 제 1항에 있어서,

   관심영상의 블럭별 컬러정보 평균값에 대하여 마할라노비스 거리를 이용하여 인덱스 패턴을 검출하는 단계는 관심영상의 화소 블럭별 컬러정보 평균값을 구하는 단계;

   상기 구해진 컬러 정보의 평균값에 대하여 마할라노비스 거리를 구하는 단계;

   상기 구해진 마할라노비스 거리가 미리 정해진 임계치미만인지의 여부를 판단하는 단계;및

   상기 판단결과 상기 구해진 마할라노비스 거리가 미리 정해진 임계치 미만이면, 해당 컬러 정보를 인덱스 패턴으로 인정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 데이터의 압축 방법.
3. 제1항에 있어서,

   상기 마할라노비스 거리는에 의해서 구해지는 것을 특징으로 하는 영상 데이터의 압축 방법.
4. 영상 데이터가 수신되면, 상기 수신된 영상 데이터를 화소 블럭으로 분할하여 각각의 화소 블럭에 대한 컬러 정보를 추출하는 단계;

   상기 추출된 컬러 정보에 상응하는 DCT계수를 미리 저장되어 있는 패턴 DCT 테이블에서 추출하는 단계;및

   상기 추출된 DCT계수를 이용하여 양자화를 수행한 후, 상기 양자화된 DCT 계수를 가변 길이 코딩을 수행하여 부호화하는 단계

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 데이터의 압축 방법.
5. 관심 영역의 인덱스 패턴에 대한 DCT계수가 매칭되어 있는 패턴 DCT 테이블;

   영상 데이터를 입력받아 매크로 블럭 단위로 쪼갠 후, 각각의 블럭에 대하여 칼라 정보를 추출하고, 상기 추출된 칼라 정보에 상응하는 DCT계수를 상기 DCT계수 테이블에서 추출하는 DCT 계수 추출부;

   상기 DCT계수 추출부에서 추출된 DCT계수를 양자화하는 양자화부;및

   상기 양자화된 DCT 계수에 대하여 가변 길이 코딩을 수행하여 부호화하는 VLC부

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 데이터의 압축 장치.
6. 제5항에 있어서,

   상기 패턴 DCT 테이블은 입력 영상에 대한 컬러 정보의 각 평균값이 입력으로 주어지고 출력값은 64개의 DCT계수로 구해지는 것을 특징으로 하는 영상 데이터의 압축 장치.