KR20060084974A - 영상 압축 장치 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

영상 압축 장치 및 그 방법이 개시된다. 본 발명의 영상 압축 장치는 입력 영상의 픽셀들에 대해 픽셀 값의 차에 따른 기울기를 추정하는 기울기 추정부; 입력 픽셀의 인접 픽셀과 기울기를 이용하여 입력 픽셀에 대한 고주파 영역의 픽셀을 출력하는 예측부; 기울기 및 고주파 영역의 픽셀을 이용하여 입력 픽셀들에 대한 저주파 영역의 픽셀을 출력하는 갱신부; 및 저주파 영역의 픽셀들을 모아서 재배열하는 재배열부를 포함함을 특징으로한다.

Description

영상 압축 장치 및 그 방법{Image compressing apparatus and method thereof}
도 1은 영상에 대한 웨이블렛 필터링 결과를 도시한 것이다.
도 2는 웨이블렛 필터링에 의해 분해된 영상을 개념적으로 도시한 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 영상 압축 장치에 대한 블록도이다.
도 4는 Harr 필터가 사용된 경우 추정되는 기울기를 도시한 것이다.
도 5는 5/3 필터 또는 9/7 필터가 사용되는 경우 추정되는 기울기를 도시한 것이다.
도 6a는 영상에 대해 블록단위로 기울기를 추정한 예를 도시한 것이다.
도 6b는 각 블록에 대해 추정된 기울기의 예를 도시한 것이다.
도 7은 Harr 필터의 구조를 도시한 것이다.
도 8은 5/3 필터의 구조를 도시한 것이다.
도 9(a) 내지 도 9(d)는 본 발명에 의한 영상 압축 과정 도시한 것이다.
도 10(a) 및 10(b)는 특정 패턴만으로 구성된 영상에 대해 각각 종래 기술 및 본 발명에 의한 수평 필터링한 결과를 도시한 것이다.
도 11(a) 및 11(b)는 포맨 영상에 대해 각각 종래 기술 및 본 발명에 의한 수평 필터링한 결과를 도시한 것이다.
본 발명은 영상 압축 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 특히 방향성을 갖는 웨이블렛(wavelet) 필터를 이용하여 영상을 압축하는 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로 영상에 대한 웨이블렛 필터링은 영상을 저주파 영역과 고주파 영역으로 분리하고, 이러한 분리를 순환적으로 반복하여 이루어진다. 그 필터링 결과는 도 1에 도시된 바와 같다. 보다 상세하세, 웨이블렛 필터링 과정은 수평 필터 및 수직 필터를 직렬로 연결하여 필터링 함으로써 영상의 에너지를 한쪽으로 집중시키는 방향으로 이루어진다. 따라서 대부분의 데이터가 저주파수 영역으로 집중되고, 고주파수 영역은 에너지가 최소화되는 것이 바람직하다. 따라서 하나의 저주파수 영역과 세 개의 고주파수 영역으로 분할된다. 세 개의 고주파수 영역은 수평, 수직 및 대각선 필터링 결과에 의한 것이다.
도 2는 웨이블렛 필터링에 의해 분해(decomposition)된 영상을 개념적으로 도시한 것이다. 영상에서 LHx, HLx, HHx (여기서, x는 1,2,3...)의 값이 0에 가까울수록 바람직한 영상 압축이 된다. 여기서, L은 저주파, H는 고주파를 의미한다. 각 화살표는 수평방향, 수직방향 및 대각선 방향을 각각 나타낸다.
보다 효율적으로 고주파 및 저주파 영역으로 분해하기 위해 웨이블렛 필터링은 일반적으로 리프팅(lifting) 구조를 이용하여 구현된다. 리프팅 구조는 예측 (prediction)과 갱신(update)과정을 포함한다. 영상의 픽셀들에 대해 예측 과정을 통해 고주파 영역의 픽셀들이 생성되며, 영상에 대한 짝수 또는 홀수의 픽셀과 예측 과정에서 생성된 고주파 영역 픽셀들을 입력으로하는 갱신 과정을 통해 저주파 영역의 픽셀들이 생성된다.
바람직한 웨이블렛 필터링을 위해서는 영상의 각 픽셀들이 수직 또는 수평으로 상관 관계가 높아야 한다. 하지만 일반적인 영상의 경우 수직 또는 수평 뿐 만 아니라 대각선을 포함한 여러 방향으로 더 높은 상관관계를 갖는 경우가 많다. 따라서 이러한 경우 수직 또는 수평 필터링은 다양한 방향에 따른 상관관계를 반영할 수 없다는 문제가 있다.
본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는 픽셀값의 차에 따른 기울기를 구하고, 기울기를 반영하여 웨이블렛 필터링하여 영상을 압축하는 장치 및 그 방법을 제공하는데 있다.
상기 기술적 과제를 이루기위한, 본 발명의 영상 압축 장치는 입력 영상의 픽셀들에 대해 픽셀 값의 차에 따른 기울기를 추정하는 기울기 추정부; 입력 픽셀의 인접 픽셀과 상기 기울기를 이용하여 상기 입력 픽셀에 대한 고주파 영역의 픽셀을 출력하는 예측부; 상기 기울기 및 상기 고주파 영역의 픽셀을 이용하여 상기 입력 픽셀들에 대한 저주파 영역의 픽셀을 출력하는 갱신부; 및 상기 저주파 영역의 픽셀들을 모아서 재배열하는 재배열부포함함을 특징으로한다.
상기 기술적 과제를 이루기위한, 본 발명의 영상 압축 방법은 입력 영상의 픽셀들에 대해 픽셀 값의 차에 따른 기울기를 추정하는 단계; 입력 픽셀의 인접 픽셀과 상기 기울기를 이용하여 상기 입력 픽셀에 대한 고주파 영역의 픽셀을 출력하는 단계; 상기 기울기 및 상기 고주파 영역의 픽셀을 이용하여 상기 입력 픽셀들에 대한 저주파 영역의 픽셀을 출력하는 단계; 및 상기 저주파 영역 픽셀들을 모아서 재배열하는 단계를 포함함을 특징으로한다.
이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명하기로한다.
도 3은 본 발명에 따른 영상 압축 장치에 대한 블록도이다. 도시된 바에 따른 영상 압축 장치는 기울기 추정부(30), 예측부(31), 갱신부(32) 및 재배열부(3)를 포함한다.
기울기 추정부(30)는 영상의 픽셀들에 대해 픽셀값의 변화에 따른 다양한 방향으로의 기울기를 추정한다. 기울기 추정을 통해 필터링에 가장 유리한 방향을 선택하게 된다. 이 때 기울기의 측정기준(measure)은 예측부(31) 및 갱신부(32)에 사용되는 필터의 종류에 따라 달라진다. 예를 들어 Harr 필터가 사용되면, 현재 처리되는 픽셀과 가장 유사한 값을 갖는 픽셀이 있는 방향이 기울기 방향으로 선택된다. 도 4는 Harr 필터가 사용된 경우 추정되는 기울기를 도시한 것이다. 도시된 바에 따르면, 현재 처리되는 픽셀(40)과 가장 유사한 값을 갖는 픽셀(41)이 있는 방향을 기울기 방향으로 결정한다. 화살표 위에 표시된 숫자는 기울기값을 나타낸다.
예측부(31) 또는 갱신부(32)에 5/3 필터 또는 9/7 필터가 사용되는 경우, 기울기 방향은 현재 처리되는 픽셀의 양쪽에 있는 인접 픽셀들의 평균값이 현재의 픽 셀 값과 가장 유사한 방향이 선택된다. 도 5는 5/3 필터 또는 9/7 필터가 사용되는 경우 추정되는 기울기를 도시한 것이다. 도시된 바에 따르면, 현재 처리되는 픽셀(50)의 양쪽에 있는 인접 픽셀들(51, 52)의 평균값이 현재의 픽셀 값과 가장 유사한 방향을 기울기 방향으로 선택한다. 화살표 위에 표시된 숫자는 기울기 값을 나타낸다.
그러나 이와 같이 각 픽셀에 대해 기울기를 추정하는 것은 데이터 압축 측면에서 매우 부담이 될 수 있다. 따라서 본 실시예에서 기울기 추정부(30)는 영상을8x8 또는 16x16과 같이 소정 블록 단위로 분할하는 영상 분할부(미도시)를 더 구비하여 영상을 분할하고, 분할된 블록단위로 기울기를 추정할 수 있다. 블록단위로 기울기 정보를 추정하는 것은 영상의 기울기가 인접한 픽셀들 내에서는 비슷한 값을 갖는 것을 기반으로한다. 도 6a는 영상에 대해 블록단위로 기울기를 추정한 예를 도시한 것이고, 도 6b는 각 블록에 대해 추정된 기울기의 예를 도시한 것이다. 기울기 추정은 인접 픽셀간의 움직임 벡터(moving vector) 추정에 의해 이루어질 수도 있고, 도 6b에 도시된 바와 같은 기울기들을 각 블록에 각각 대입하여 해당 블록에 가장 적절한 기울기를 선택할 수도 있다.
예측부(31)는 현재 입력 픽셀에 대해 고역 통과 필터링하는 것으로, 현재 입력 픽셀로부터 기울기 추정부(30)에서 추정된 기울기가 반영된 인접 픽셀들을 감산하여 고주파 영역의 픽셀을 출력한다. 갱신부(32)는 현재 입력 픽셀을 저역 통과 필터링하는 것으로, 현재 입력 픽셀로부터 기울기 추정부(30)에서 추정된 기울기가 반영된 예측부(31)의 출력을 감산하여 저주파 영역 픽셀을 출력한다.
도 7은 Harr 필터의 구조를 도시한 것이다. 도시된 구조에서 참조번호 70이 예측부, 71이 갱신부로 동작한다. 고주파 영역 픽셀 hk 및 저주파 픽셀 lk는 각각 다음 식과 같이 구할 수 있다.
Figure 112005003620279-PAT00001
x2k 및 x2k+1은 각각 픽셀이다. W는 기울기 추정부(30)에서 추정된 기울기로, 예를 들어
Figure 112005003620279-PAT00002
는 x2k 픽셀로부터 x2k+1로 향하는 기울기를 나타낸다.
도 8은 5/3 필터의 구조를 도시한 것이다. 도시된 구조에서 참조번호 80은 예측부로 동작하고, 71은 갱신부로 동작한다. 도시된 바에 따르면, 예측부(80)는 현재 입력 픽셀x2k로부터 x2k에서 x2k+1로 향하는 기울기가 반영된 인접 픽셀 x2k+1 및 x2k+2들의 1/2을 각각 감산함으로써 고주파 영역의 픽셀 hk를 출력한다. 갱신부(81)는 현재 픽셀 x2k에 x2k+1에서 x2k로 향하는 기울기가 반영된 예측부(80)의 출력 hk 와 hk-1 의 1/4을 가산함으로써 저주파 영역의 픽셀 lk를 출력한다. hk 및 lk는 각각 다음 식과 같이 구할 수 있다.
Figure 112005003620279-PAT00003
여기서, W는 기울기 추정부(30)에서 추정된 기울기로, 예를 들어
Figure 112005003620279-PAT00004
는 x2k 픽셀로부터 x2k+1로 향하는 기울기를 나타낸다.
9/7필터의 경우는 도 8에 도시된 5/3필터의 출력에 대해 예측부(31)와 갱신부(32)를 각각 더 구비하여 고역 통과 필터링 및 저역 통과 필터링을 수행함으로써 결과적으로 입력 픽셀에 대해 인접한 6개의 픽셀을 이용하여 고주파 영역의 픽셀을 구하고, 8개의 픽셀을 이용하여 저주파 영역의 픽셀을 구하게 된다.
재배열부(33)는 갱신부(32)에서 출력되는 저주파 영역의 픽셀들만을 모아서 재배열함으로써 압축된 영상을 얻는다.
도 9(a) 내지 도 9(d)는 본 발명에 의한 영상 압축 과정 도시한 것이다. 도 9(a)는 영상의 일부분에 대한 픽셀 배열을 도시한 것이다. 도 9(b)는 예측부(31)를 통해 도 9(a)에 표시된 기울기를 반영하여 고주파 영역 픽셀을 구하는 과정을 도시한 것이다. 도 9(c)는 갱신부(32)를 통해 상기한 기울기를 반영하여 저주파 영역 픽셀을 구하는 과정을 도시한 것이다. 도 9(d)는 재배열부(33)를 통해 예측 및 갱신 과정을 통해 구한 고주파 영역 픽셀들 및 저주파 영역 픽셀들끼리 모아서 재배열하는 과정을 도시한 것이다. 재배열을 통해 저주파 영역의 픽셀들에 의한 압축된 영상을 얻게된다.
도 10(a) 및 10(b)는 특정 패턴만으로 구성된 영상에 대해 각각 종래 기술 및 본 발명에 의한 수평 필터링한 결과를 도시한 것이다.
도시된 바에 따르면, 종래 기술에 의한 수평 필터링 결과는 고주파 영역(91)에 압축 영상 부분(90)과 동일한 형태의 값이 남아 있음을 알 수 있다. 그러나 본 발명에 의한 수평 필터링 결과(93)는 고주파 영역의 값이 0이 되어 압축 영상 부분(92)과 같은 형태의 값이 남아 있지않음을 알 수 있다.
도 11(a) 및 11(b)는 포맨(foreman)으로 잘 알려진 일반 영상에 대해 각각 종래 기술 및 본 발명에 의한 수평 필터링한 결과를 도시한 것이다.
도시된 바에 따르면, 종래 기술에 의한 수평 필터링 결과는 고주파 영역(101)의 좌측 상단 부분(102)에, 압축 영상(100)에서 사선 부분의 값이 남아 있음을 알 수 있다. 그러나 본 발명에 의한 수평 필터링 결과(104)는 고주파 영역의 값이 0이 되어 압축 영상 부분(103)과 같은 형태의 값이 남아 있지않음을 알 수 있다.
다음 표는 영상 처리 분야에서 잘 알려진 영상인 포맨, 아키요(Akiyo), 스테판(stefan) 그리고 홀(Hall)의 영상들에 대해 각각 종래의 수평-수직 필터링 결과와 본 발명의 방향성을 고려한 필터링 결과에 따른 고주파 영역의 에너지를 비교한 것이다. 여기서 에너지는 고주파 영역에 대한 픽셀값의 제곱합으로 계산되었다. 참고로 괄호안의 값은 종래기술에 의한 에너지에 대한 본 발명에 따른 에너지의 비율이다.
종래 기술 본 발명
포맨 276624 210066(75.9%)
아키요 475062 343709(72.4%)
스테판 1090700 1089574(99.9%)
홀 968060 940694(97.2%)
표에 따르면, 고주파 영역에서의 에너지가 종래의 수평-수직 필터링 결과에 비해 작게 나오는 것을 알 수 있다. 따라서 종래기술에 의한 수평-수직 웨이블렛 필터링에 의한 영상 압축보다 본 발명에 의한 방향성을 갖는 웨이블렛 필터링에 의한 영상이 보다 높은 압축률로 압축될 수 있다.
본 발명을 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 바람직하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD_ROM, 자기 테이프, 플라피디스크, 광데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 케리어 웨이브(예를 들어, 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함된다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고 본 발명을 구현하기위한 기능적인(functional) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.
본 발명에 따르면, 영상에서 픽셀간 기울기를 반영하여 웨이블렛 필터링함으로써 보다 높은 압축률로 영상을 압축할 수 있다.
본 발명에 대해 상기 실시예를 참고하여 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명에 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해해야할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (6)

  1. 입력 영상의 픽셀들에 대해 픽셀 값의 차에 따른 기울기를 추정하는 기울기 추정부;
    입력 픽셀의 인접 픽셀과 상기 기울기를 이용하여 상기 입력 픽셀에 대한 고주파 영역의 픽셀을 출력하는 예측부;
    상기 기울기 및 상기 고주파 영역의 픽셀을 이용하여 상기 입력 픽셀들에 대한 저주파 영역의 픽셀을 출력하는 갱신부; 및
    상기 저주파 영역의 픽셀들을 모아서 재배열하는 재배열부를 포함함을 특징으로하는 영상 압축 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 기울기 추정부는
    상기 입력 영상을 소정 블록단위로 분할하는 영상 분할부를 더 포함하고, 상기 블록단위로 픽셀들에 대한 기울기를 추정하는 것을 특징으로하는 영상압축 장치.
  3. 입력 영상의 픽셀들에 대해 픽셀 값의 차에 따른 기울기를 추정하는 단계;
    입력 픽셀의 인접 픽셀과 상기 기울기를 이용하여 상기 입력 픽셀에 대한 고주파 영역의 픽셀을 출력하는 단계;
    상기 기울기 및 상기 고주파 영역의 픽셀을 이용하여 상기 입력 픽셀들에 대한 저주파 영역의 픽셀을 출력하는 단계; 및
    상기 저주파 영역 픽셀들을 모아서 재배열하는 단계를 포함함을 특징으로하는 영상 압축 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 기울기를 추정하는 단계는
    상기 입력 영상을 소정 블록단위로 분할하고, 각 블록에 대해 상기 기울기를 추정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로하는 영상 압축 방법.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 기울기의 추정은
    각 픽셀의 모션 벡터를 추정하여 기울기를 추정하는 것을 특징으로하는 영상 압축 방법.
  6. 입력 영상의 픽셀들에 대해 픽셀 값의 차에 따른 기울기를 추정하는 단계;
    입력 픽셀의 인접 픽셀과 상기 기울기를 이용하여 상기 입력 픽셀에 대한 고주파 영역의 픽셀을 출력하는 단계;
    상기 기울기 및 상기 고주파 영역의 픽셀을 이용하여 상기 입력 픽셀들에 대 한 저주파 영역의 픽셀을 출력하는 단계; 및
    상기 저주파 영역 픽셀들을 모아서 재배열하는 단계를 포함함을 특징으로하는 영상 압축 방법을 실행할 수 있는 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
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