KR20060099137A

KR20060099137A - Ｊｐｅｇ 2000 기반 영상 부호화 장치 및 그 방법

Info

Publication number: KR20060099137A
Application number: KR1020050020174A
Authority: KR
Inventors: 최돈호
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2005-03-10
Filing date: 2005-03-10
Publication date: 2006-09-19

Abstract

본 발명은 JPEG 2000 기반의 영상 부호화 시스템에 관한 것이다.

본 발명은 입력 영상신호 각각에 대한 DWT, 양자화, 엔트로피 코딩을 통해 개별 압축을 수행하는 수단, 상기 개별 압축된 각각의 신호를 칼라 변환하는 수단, 상기 칼라 변환된 압축 영상 데이터를 비트 스트림으로 구성하는 비트 스트림 포맷팅 수단을 포함하여 구성되며, RGB 입력 영상신호 각각에 대하여 DWT, 양자화, 엔트로피 코딩을 통해 개별 압축을 수행하고, 상기 개별 압축된 각각의 데이터를 칼라 변환하여 비트 스트림으로 구성함으로써, JPEG 2000에서 기존 코어 인코더(Core Encoder)에 대한 비효율적인 부호화 방법을 개선하여, 보다 압축률이 높으면서도 계산량이 낮은 효율적인 엔코더 시스템을 구현할 수 있도록 한 동영상 부호화 장치 및 그 방법 이다.

JPEG 2000, 영상 부호화

Description

ＪＰＥＧ 2000 기반 영상 부호화 장치 및 그 방법{VIDEO ENCODER BASED ON JPEG 2000 AND ENCODING METHOD THEREOF}

도1은 종래의 JPEG 2000 기반 영상 부호화 장치의 블록 구성도

도2는 본 발명의 JPEG 2000 기반 영상 부호화 장치의 블록 구성도

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

211,212,213: 전처리부 221,222,223: 이산 웨이브릿 변환부

231,232,233: 양자화부 241,242,243: 엔트로피 부호화부

250: 칼라 변환부 260: 비트 스트림 포맷터

본 발명은 JPEG 2000에서 기존 코어 인코더(Core Encoder)에 대한 비효율적인 부호화 방법을 개선하여, 보다 압축률이 높으면서도 계산량이 낮은 효율적인 엔코더 시스템을 구현할 수 있도록 한 동영상 부호화 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

더욱 상세하게는, 본 발명은 RGB 입력 영상신호 각각에 대한 DWT(Discrete Wavelet Transform), 양자화(Quantization), 엔트로피 코딩(Entropy Coding)을 통 해 개별 압축을 수행한 후에 칼라 변환(Color Transformation)을 수행하고 이를 비트 스트림 포맷팅(Bit Stream Formatting) 처리함으로써 신호의 이중 왜곡을 최소화 하는 것을 특징으로 하는 영상 부호화 방법 및 그 장치에 관한 것이다.

JPEG 2000은 이산 웨이브릿 변환(DWT) 기반의 정지영상 압축 부호화 국제 표준이다. JPEG 2000은 현재 인터넷, 디지털 카메라, 프린트 및 스캔 등에 널리 사용되는 정지영상 압축 부호화 방식인 JPEG에 비해서 보다 향상된 압축 성능과 기능을 포함하고 있다.

이러한 특징들을 바탕으로 시작된 JPEG 2000의 코어 인코더(Core Encoder)는 도1에 표현된 바와 같이, 전처리부에서 DC 옵셋(DC offset) 처리를 수행한 입력 RGB 신호를 칼라 변환기(Color Transformation)에서 YUV 신호로 변환하고, 변환된 YUV 신호를 각각 이산 웨이브릿 변환(DWT: Discrete Wavelet Transform), 양자화(Q: Quatization), 엔트로피 부호화(E: Entropy Coding)를 거쳐서 비트 스트림 포맷터(Bit Stream Formatter)를 통해 비트 스트림으로 구성하는 과정을 거치고 있다.

도1을 참조하여 종래의 압축 부호화 프로세스에 따른 JPEG 2000 코어 인코더의 구성과 그 동작을 살펴본다.

도1에 나타낸 바와 같이 종래의 JPEG 2000 기반 영상 부호화 장치는, 입력 RGB 신호 각각에 대한 DC 옵셋(DC offset) 처리를 수행하는 전처리부(111,112,113)와, 상기 전처리된 RGB 신호를 YUV 신호로 변환하는 칼라 변환부(Color Transformation)(120)와, 상기 YUV 신호 각각에 대하여 이산 웨이브릿 변환 (Discrete Wavelet Transform)을 수행하는 웨이브릿 변환부(DWT)(131,132,133)와, 상기 웨이브릿 변환된 각각의 YUV 신호-웨이브릿 변환 계수에 대한 양자화를 수행하는 양자화부(Q: Quantization)(141,142,143)와, 상기 양자화된 각각의 양자화 데이터에 대해서 엔트로피 부호화(Entropy Coding)를 각각 수행하는 엔트로피 부호화부(E)(151,152,153)와, 상기 엔트로피 부호화부에서 출력된 YUV 신호를 비트 스트림으로 구성하는 비트 스트림 포맷터(Bit Stream Formatter)(160)를 포함하여 구성된다.

상기 도1을 참조하여 기존의 JPEG 2000 기반 영상 부호화 장치의 동작을 살펴본다.

전처리부(111,112,113)는 입력된 RGB 각각의 영상신호에 대하여 DC 옵셋(DC offset) 처리를 수행한다. DC 옵셋 처리된 RGB 신호는 칼라 변환부(120)에서 YUV로 칼라 변환이 이루어진 후에 다음과 같은 각각의 개별 압축 부호화 프로세스를 거치게 된다.

즉, 칼라 변환부(120)에서 상기 RGB 신호를 YUV 신호로 변환하고, 이 YUV 신호 각각에 대해서 다음과 같은 개별 압축 부호화 프로세스를 거치게 된다.

제1 웨이브릿 변환부(131)는 Y신호에 대해서 이산 웨이브릿 변환(Discrete Wavelet Transform)을 수행하고, 제2 웨이브릿 변환부(132)는 U신호에 대해서 이산 웨이브릿 변환을 수행하며, 제3 웨이브릿 변환부(133)는 V신호에 대해서 이산 웨이브릿 변환을 수행한다.

이산 웨이브릿 변환의 결과로 각각의 웨이브릿 변환부(131,132,133)에서는 웨이브릿 변환 계수가 출력되며, 제1 웨이브릿 변환부(131)의 출력은 제1 양자화부(141)에 입력되고, 제2 웨이브릿 변환부(132)의 출력은 제2 양자화부(142)에 입력되며, 제3 웨이브릿 변환부(133)의 출력은 제3 양자화부(143)에 입력된다.

제1 양자화부(141)는 상기 제1 웨이브릿 변환부(131)의 출력-웨이브릿 변환 계수를 입력받아 이를 양자화하여 제1 엔트로피 부호화부(151)에 입력하고, 제1 엔트로피 부호화부(151)는 상기 제1 양자화부(141)에서 출력된 양자화 데이터를 엔트로피 부호화-무손실 부호화하여 출력하며, 부호화된 Y신호는 비트 스트림 포맷터(160)에 입력된다.

제2 양자화부(142)는 상기 제2 웨이브릿 변환부(132)의 출력-웨이브릿 변환 계수를 입력받아 이를 양자화하여 제2 엔트로피 부호화부(152)에 입력하고, 제2 엔트로피 부호화부(152)는 상기 제2 양자화부(142)에서 출력된 양자화 데이터를 엔트로피 부호화-무손실 부호화하여 출력하며, 부호화된 U신호는 비트 스트림 포맷터(160)에 입력된다.

제3 양자화부(143)는 상기 제3 웨이브릿 변환부(133)의 출력-웨이브릿 변환 계수를 입력받아 이를 양자화하여 제3 엔트로피 부호화부(153)에 입력하고, 제3 엔트로피 부호화부(153)는 상기 제3 양자화부(143)에서 출력된 양자화 데이터를 엔트로피 부호화-무손실 부호화하여 출력하며, 부호화된 V신호는 비트 스트림 포맷터(160)에 입력된다.

비트 스트림 포맷터(160)는 상기 엔트로피 부호화부(151)에서 출력된 각각의 신호를 입력받아 이를 비트 스트림으로 구성하여 출력한다.

그렇지만, 이와 같은 기존의 압축 부호화 프로세스의 문제점은 본격적인 부호화 처리 전에 칼라 변환(Color Transformation)을 한다는 것으로, 이 것은 이미 원 신호(source image)를 변환을 통하여 한번 변형시킨 상태에서 각각의 프로세스(DWT, Quantization, Entropy Coding)을 거침으로써 신호의 왜곡을 더 크게 만드는 악 영향을 초래하게 된다는 것이다.

즉, 도1에 나타낸 기존의 JPEG 2000 코어 인코더(Core Encoder)에서 보여 지고 있듯이, 압축 프로세스(DWT -> Quantization -> Entropy Coding) 이전에 이미 칼라 변환(Color Transformation)을 수행하고 있다. 따라서, 이미 변형된 신호로써 압축을 수행하게 되므로 복호화 단(Decoder 단)에서는 압축 단계에서 에러 전파(Error Propagation)된 신호를 받아 디코딩하게 되고, 이는 곧 영상의 화질 왜곡으로 전이될 수 있다는 것이다.

본 발명의 목적은 앞서 설명한 바와 같이 JPEG 2000 기반의 영상 부호화시, 칼라 변환 수단(Color Transformation)에서의 신호 왜곡 및 그에 따른 화질 왜곡의 전이를 최소화하는데 있다.

본 발명은 칼라 변환 수단(Color Transformation)을 비트 스트림 포맷터(Bit Stream Formatter) 바로 앞단에 두어 YUV 신호에 대한 개별적인 압축을 수행한 후에 칼라 변환을 수행하도록 함으로써 신호의 이중 왜곡을 최소화할 수 있도록 한 JPEG 2000 기반 영상 부호화 장치 및 그 방법을 제공하는데 목적이 있다.

본 발명은 칼라 변환 수단을 압축 부호화 과정의 종단으로 이동시킴으로써, JPEG 2000의 코어 인코더(Core Encoder)는 RGB 신호를 직접 입력받아 각각의 신호가 압축 프로세스(DWT -> Quantization -> Entropy Coding)를 거치며 개별 압축을 실행한 뒤, 칼라 변환(Color Transformation)을 거쳐 비트 스트림 포맷터(Bit Stream Formatter)에 의한 비트 스트림 구성(Bit Stream Formatting)을 수행함으로써, 신호의 왜곡을 최소화시킨다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 JPEG 2000 기반 영상 부호화 장치는, RGB 입력 영상신호 각각에 대한 DWT, 양자화, 엔트로피 코딩을 통해 개별 압축을 수행하는 수단, 상기 RGB 각각에 대하여 개별 압축된 신호를 YUV로 변환하는 칼라 변환수단, 상기 변환된 압축 영상 데이터를 비트 스트림으로 구성하는 비트 스트림 포맷팅 수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

또한 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 JPEG 2000 기반 영상 부호화 방법은, RGB 입력 영상신호 각각에 대한 DWT, 양자화, 엔트로피 코딩을 통해 개별 압축을 수행하는 단계, 상기 RGB 각각에 대하여 개별 압축된 데이터를 YUV로 변환하는 칼라 변환단계, 상기 변환된 데이터를 비트 스트림으로 구성하는 단계; 로 구성되어, 영상의 개별 압축 수행 후에 칼라 변환을 수행함으로써 신호 이중 왜곡을 최소화 하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 JPEG 2000 기반 영상 부호화 장치 및 그 방법의 실시예를 설명한다.

도2는 본 발명에 따른 JPEG 2000 코어 인코더의 블록 구성도이다. 개선된 구 성에 따르면, 영상 신호를 직접 압축시킴으로써 원신호를 처리하고 난 후, 칼라 변환(Color Transformation)을 시킴으로써 신호의 왜곡을 최소화하여 영상의 화질 악화를 줄일 수 있다.

먼저, 도2를 참조하여 본 발명에 따른 영상 부호화 장치의 구성부터 살펴본다.

도2에 나타낸 바와 같이 본 발명에 따른 영상 부호화 장치는, 입력 RGB 신호에 대한 DC 옵셋(DC offset) 처리를 수행하는 전처리부(211,212,213)와, 상기 RGB 신호 각각에 대하여 이산 웨이브릿 변환(Discrete Wavelet Transform)을 수행하는 웨이브릿 변환부(DWT)(221,222,223)와, 상기 웨이브릿 변환된 각각의 RGB 신호에 대한 웨이브릿 변환 계수의 양자화를 수행하는 양자화부(Q)(231,232,233)와, 상기 양자화부(231,232,233)에서 출력된 각각의 양자화 데이터에 대해서 엔트로피 부호화(Entropy Coding)를 각각 수행하는 엔트로피 부호화부(E)(241,242,243)와, 상기 엔트로피 부호화부(241,242,243)에서 각각 부호화된 RGB 신호를 YUV 신호로 변환하는 칼라 변환부(Color Transformation)(250)와, 상기 칼라 변환부(250)에서 출력된 YUV 신호를 비트 스트림으로 구성하는 비트 스트림 포맷터(Bit Stream Formatter)(260)를 포함하여 구성된다.

이와 같이 구성된 도2의 영상 부호화기는 JPEG 2000을 기반으로 하여 영상을 압축 부호화한다.

JPEG 2000은 하이 엔드 어플리케이션(High End Application) 및 새로운 이미징 어플리케이션에 없어서는 안될 기능을 제공하는 이미지 압축 부호화 표준으로 서, 기존의 표준 압축 부호화 기술보다 더 뛰어난 이미지 품질로 높은 압축률을 제공한다. 이러한 높은 압축률 및 품질 성능은 웨이브릿 변환(Wavelet Transform)의 이식에 의한 것이다. 웨이브릿 변환에 의해서 매우 큰 양의 이미지 데이터를 상대적으로 작은 크기의 압축 데이터로 압축하게 된다. 이러한 압축 기술은 어플리케이션이 현재 생산되고 있는 다른 소프트웨어와 비교할 때 매우 높은 압축률과 더 좋은 이미지 품질로 이미지를 압축하여 저장할 수 있도록 해준다.

또한 JPEG 2000은 복사하지 않고도 동일한 파일 내에 여러 해상도로 저장된 이미지를 포함하고 있는 계층적 포맷 내에 저장된 웨이브릿 기반의 압축에 해당한다. 이러한 이유로 인해, JPEG 2000으로 압축된 이미지는 부수적인 저장을 하지 않고도 가장 알맞은 해상도로 디바이스로 전송될 수 있는 기반이 확보된다.

JPEG 2000의 기본 틀은 JPEG 보다 압축률을 향상시키고, 보다 강건하며 향상된 PSNR을 구하는데 그 목적을 두어 다음과 같은 기존 JPEG에서 보지 못했던 특징들이 존재하며, 대표적인 몇 가지 특징을 들면 다음과 같다.

ROI(Region Of Interest): 저 비트율로 보다 향상된 화질을 도출하기 위한 일종의 편법과도 같은 부호화 방법으로서, 영상에서 사람의 주 관심은 항상 중앙(center)에 있다는 가정하에 중앙 부분에 비트율을 높이는 것을 말한다.

DWT(Discrete Wavelet Transform): 기존 JPEG에서 DCT(Discrete Cosine Transform)을 채택했던 것과는 달리 JPEG 2000에서는 DCT보다 성능이 좋은 DWT를 채택하여 보다 확실한 무손실 부호화(Lossless Coding) 기법을 실현하였고, 비트 중복성(bit redundancy) 역시 줄이는 결과를 보인다.

비트 에러에 대한 강건성(Robustness to bit errors): 에러 디펜던트(Error Dependent)한 채널 상황을 고려하여 보다 강력한 에러 은닉(Error Concealment) 및 에러에 강건한 부호화를 적용시켰다.

이미지 보안 체계(Protective Image Security): 워터마킹(Watermarking) 및 핑거프린팅(Fingerprinting) 등을 적용하여 보다 강력한 보안 체계를 갖추었다.

이외에도, 이미지 데이터의 복사 과정 없이 동일한 파일 내에 다양한 해상도 저장이 가능하기 때문에 어플리케이션에 요구되는 이미지의 크기로 복원 및 표시할 수 있는 기능을 제공하며, 무손실 압축 복원된 이미지 데이터는 압축되기 이전의 데이터와 정확히 일치하는 점 등, 여러 가지 특징을 가지고 있다.

이러한 특징과 장점을 갖는 JPEG 2000 기반의 영상 부호화기에서 기존에는 도1에 의하는 바와 같이, 칼라 변환을 수행한 후에 실질적인 압축 부호화 프로세스를 거치고, 종단에서 비트 스트림 포맷팅을 수행하는 구조였지만, 본 발명에서는 도2에 나타낸 바와 같이 각 영상 신호에 대한 개별적인 압축 부호화를 실행한 후에 이를 칼라 변환하고 비트 스트림 포맷팅을 수행하는 구조로 개선하였다.

따라서, 본 발명에 의하면 신호의 이중 왜곡을 최소화할 수 있고, 이에 따른 복호화장치(Decoder)에서의 화질의 열화 방지 및, 고품질의 영상 재현이 가능하게 한다.

이러한 본 발명의 JPEG 2000 기반 영상 부호화 장치의 동작을 살펴본다.

전처리부(211,212,213)는 입력된 RGB 신호에 대하여 DC 옵셋(DC offset) 처리를 수행한다. DC 옵셋 처리된 RGB 신호는 다음과 같은 각각의 개별 압축 부호화 프로세스를 거치게 된다.

제1 웨이브릿 변환부(221)는 R신호에 대해서 이산 웨이브릿 변환(Discrete Wavelet Transform)을 수행하고, 제2 웨이브릿 변환부(222)는 G신호에 대해서 이산 웨이브릿 변환을 수행하며, 제3 웨이브릿 변환부(223)는 B신호에 대해서 이산 웨이브릿 변환을 수행한다.

이산 웨이브릿 변환의 결과로 각각의 웨이브릿 변환부(221,222,223)에서는 웨이브릿 변환 계수가 출력되며, 제1 웨이브릿 변환부(221)의 출력은 제1 양자화부(231)에 입력되고, 제2 웨이브릿 변환부(222)의 출력은 제2 양자화부(232)에 입력되며, 제3 웨이브릿 변환부(223)의 출력은 제3 양자화부(233)에 입력된다.

제1 양자화부(231)는 상기 제1 웨이브릿 변환부(221)의 출력-웨이브릿 변환 계수를 입력받아 이를 양자화하여 제1 엔트로피 부호화부(241)에 입력하고, 제1 엔트로피 부호화부(241)는 상기 제1 양자화부(231)에서 출력된 양자화 데이터를 엔트로피 부호화-무손실 부호화하여 출력하며, 제1 엔트로피 부호화부(241)에서 부호화된 R신호는 칼라 변환부(250)에 입력된다.

제2 양자화부(232)는 상기 제2 웨이브릿 변환부(222)의 출력-웨이브릿 변환 계수를 입력받아 이를 양자화하여 제2 엔트로피 부호화부(242)에 입력하고, 제2 엔트로피 부호화부(242)는 상기 제2 양자화부(232)에서 출력된 양자화 데이터를 엔트로피 부호화-무손실 부호화하여 출력하며, 제2 엔트로피 부호화부(242)에서 부호화된 G신호는 칼라 변환부(250)에 입력된다.

제3 양자화부(233)는 상기 제3 웨이브릿 변환부(223)의 출력-웨이브릿 변환 계수를 입력받아 이를 양자화하여 제3 엔트로피 부호화부(243)에 입력하고, 제3 엔트로피 부호화부(243)는 상기 제3 양자화부(233)에서 출력된 양자화 데이터를 엔트로피 부호화-무손실 부호화하여 출력하며, 제3 엔트로피 부호화부(243)에서 부호화된 B신호는 칼라 변환부(250)에 입력된다.

칼라 변환부(250)는 위와 같이 압축 부호화된 신호들에 대해서 이를 YUV 신호로 변환하고, 변환된 YUV 신호는 비트 스트림 포맷터(260)에 입력되며, 비트 스트림 포맷터(260)는 상기 프로세스를 거쳐서 압축 부호화 및 변환된 영상 데이터를 비트 스트림으로 구성하여 출력한다.

즉, 본 발명에서는 압축 부호화의 종단에서 칼라 변환을 수행함으로써, 기존에 본격적인 부호화 이전에 칼라 변환을 수행함으로써 이미 원 신호를 변환을 통하여 한번 변형시킨 상태에서 각각의 압축 부호화 프로세스(DWT, 양자화, 엔트로피 부호화)를 거치기 때문에 발생하였던 신호의 이중 왜곡을 방지할 수 있게 되며, 이에 따른 이미지 품질 향상을 기할 수 있게 되는 것이다.

다시 말하면, 본 발명에서는 칼라 변환부(Color Transformation)를 비트 스트림 포맷터(Bit Stream Formatter) 바로 앞단, 즉 압축 부호화 프로세스(DWT, 양자화, 엔트로피 부호화) 후단에 위치시킴으로써, 본 발명에 따른 JPEG 2000 부호화기는 RGB 신호를 직접 입력받아 각각의 개별 압축을 수행한 후에 이를 칼라 변환을 거쳐 비트 스트림 포맷팅을 수행하게 되고, 따라서 신호의 왜곡을 최소화시킬 수 있게 되는 것이다.

본 발명은 JPEG 2000 기반의 영상 부호화기에서 칼라 변환기(Color Transformation)를 압축 프로세스의 맨 후단에 위치시킴으로써 신호의 이중 왜곡을 최소화하는 효과가 있다.

또한 본 발명은 JPEG 2000 뿐만 아니라 다른 압축 스펙에서도 적용하여 동일한 효과를 거둘 수 있다.

Claims

입력 영상신호 압축을 수행하는 영상 압축수단, 압축된 영상 데이터의 칼라 포맷 변환을 수행하는 칼라 변환수단, 상기 포맷 변환된 영상 데이터를 비트 스트림으로 구성하는 비트 스트림 포맷팅 수단을 포함하여, 영상의 개별 압축 수행 후에 칼라 변환을 수행함으로써 신호 이중 왜곡을 최소화하는 것을 특징으로 하는 JPEG 2000 기반 영상 부호화 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 영상 압축수단은 RGB 입력 영상 신호 각각에 대한 DWT, 양자화, 엔트로피 코딩을 통해 개별 압축을 수행하는 것을 특징으로 하는 JPEG 2000 기반 영상 부호화 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 칼라 변환수단은 상기 RGB 각각에 대하여 개별 압축된 영상 신호를 YUV로 변환하여 비트 스트림 포맷팅 수단에 공급하는 것을 특징으로 하는 JPEG 2000 기반 영상 부호화 장치.
입력 영상신호 압축을 수행하는 영상 압축단계, 상기 압축된 영상 데이터의 칼라 포맷 변환을 수행하는 칼라 변환단계, 상기 포맷 변환된 영상 데이터를 비트 스트림으로 구성하는 비트 스트림 포맷팅 단계; 로 구성되어, 영상의 개별 압축 수행 후에 칼라 변환을 수행함으로써 신호 이중 왜곡을 최소화 하는 것을 특징으로 하는 JPEG 2000 기반 영상 부호화 방법.
제 4 항에 있어서, 상기 영상 압축수단은 RGB 입력 영상 신호 각각에 대한 DWT, 양자화, 엔트로피 코딩을 통해 개별 압축을 수행하는 것을 특징으로 하는 JPEG 2000 기반 영상 부호화 방법.
제 4 항에 있어서, 상기 칼라 변환수단은 상기 RGB 각각에 대하여 개별 압축된 영상 신호를 YUV로 변환하여 비트 스트림 포맷팅 수단에 공급하는 것을 특징으로 하는 JPEG 2000 기반 영상 부호화 방법.