KR20070099911A - Method for compressing digital image, and a medium having computer readable program executing the method - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 본 발명에 따른 디지털 영상 압축 방법을 수행하기 위한 개략적인 흐름도.1 is a schematic flowchart for performing a digital image compression method according to the present invention.
도 2a 내지 2d는 DCT와 양자화를 이용해 디지털 영상을 압축하는 종래의 방법에 따라 영상 데이터가 압축되는 과정을 도시한 도면.2A to 2D illustrate a process of compressing image data according to a conventional method of compressing a digital image using DCT and quantization.
도 3a 내지 3d는 도 1의 방법에 따라 영상 데이터가 압축되는 과정을 도시한 도면.3A to 3D illustrate a process of compressing image data according to the method of FIG. 1.
본 발명은 디지털 영상 기술에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 디지털 영상을 압축하는 방법에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to digital imaging technology, and more particularly, to a method of compressing a digital image.
디지털 영상 압축은 많은 양의 데이터로 이루어진 영상의 전송 또는 저장시 전송 시간과 기억 용량의 제한을 극복하기 위해 화질을 용도에 따라 요구되는 수준으로 유지하면서 가능한 한 적은 비트 수로 영상을 표시하는 기술이다.Digital image compression is a technique for displaying an image with as few bits as possible while maintaining image quality at a required level in order to overcome limitations in transmission time and storage capacity when transmitting or storing an image with a large amount of data.
디지털 신호 처리와 이를 실제 구현할 수 있는 초대규모 집적회로(VLSI) 기술의 발달에 힘입어 디지털 영상 압축 기술은 팩시밀리, 비디오폰, 비디오 컨퍼런스, 디지털 VCR, 디지털 카메라 등 여러 분야에 응용되어 왔고 현재 세계적으로 추진중인 HDTV(고화질TV) 방식 중의 하나로 각광받기 시작했다.Thanks to the development of digital signal processing and ultra-large scale integrated circuit (VLSI) technology that can realize it, digital image compression technology has been applied to many fields such as facsimile, videophone, video conference, digital VCR, digital camera, etc. It is one of the HDTV (High Definition TV) methods underway.
최근에는 텍스트와 그래픽만을 처리하던 종래의 컴퓨터(특히, 개인용 컴퓨터)에, TV와 VCR 기능을 추가해 오디오, 정지 영상, 그리고, 동영상까지도 통합 처리함으로써 교육, 오락 등에 다양한 응용을 추구하는 멀티미디어 분야에서도 이 디지털 영상 압축 기술은 중용한 핵심기술로 자리잡고 있다.Recently, in the multimedia field that pursues various applications such as education and entertainment by adding a TV and VCR function to the conventional computer (especially a personal computer) which processed only text and graphics, and processing audio, still picture, and even video by integrating it. Digital image compression technology is becoming an important core technology.
일반적으로 디지털 영상 압축은 변환과 양자화의 과정을 포함한다. 변환은 영상이 갖고 있는 정보의 중복성을 찾아내는 과정이다. 영상 데이터의 중복성을 제거하기 위해 여러 종류의 수학적인 변환법을 사용 영상을 공간 영역으로부터 다른 영역으로 변형해 분석함으로써 압축하는 방법이다. 대표적인 방법으로는 DCT(Discrete Cosine Transform)이 있다.In general, digital image compression involves a process of transformation and quantization. Transformation is the process of finding the redundancy of the information in the image. In order to remove the redundancy of the image data, various kinds of mathematical transformations are used to compress the image by transforming and analyzing the image from the spatial domain to another domain. A representative method is a discrete cosine transform (DCT).
양자화는 DCT 등을 통해 얻어진 DCT 계수 등을 어떤 상수들로 나누어 유효자리의 비트수를 줄이는 과정이다. DCT와 양자화 과정을 포함하는 대표적인 영상 압축 방식으로 JPEG 방식이 있다.Quantization is a process of dividing a DCT coefficient obtained through DCT and the like into certain constants to reduce the number of bits of significant digits. JPEG is a representative image compression method including DCT and quantization.
DCT알고리즘을 이용한 이미지 압축 알고리즘의 경우, 이미지를 작은 단위로 블록화시킨 후, 각 블록을 DCT변환하고 양자화시킨다. 이후 그 양자화된 행렬값을 지그재그 스캐닝을 통해 정수열로 변환시킨 후 호프만 코딩 등을 통해서 정렬을 하게 된다.In the image compression algorithm using the DCT algorithm, the image is blocked in small units, and then DCT transformed and quantized each block. Then, the quantized matrix values are converted into integer strings through zigzag scanning, and then sorted by Huffman coding.
일반적으로 각각의 픽셀값은 Red에 8비트, Green에 8비트, Blue에 8비트를 할당하여, 총 24비트의 색상값을 가지게 되며, 이는 약 1678만개의 색상으로 표현되게 된다.In general, each pixel value is assigned with 8 bits for red, 8 bits for green, and 8 bits for blue, and has a total color value of 24 bits, which is represented by about 1678 million colors.
이와 같은 DCT를 이용하는 알고리즘은 일반적으로 (JPEG의 경우 8x8)의 블록을 RGB값을 분리하여, 다음과 같은 공식을 이용하여, 행렬값을 만들게 된다.Algorithms using such DCT generally separate the RGB values of blocks of (8x8 in the case of JPEG) and make matrix values using the following formula.
일반적으로 는 0부터 255까지의 정수값을 가지게 된다. Generally Has an integer value from 0 to 255.
DCT과정을 거쳐서 나오는 값 중, 값은 DC(고주파)값, 나머지 값들은 AC(저주파)값이라고 하며, 에 가까운 값들은 이미지의 전체적인 특성을 표현하는 중요한 정보를 담고 있게 된다.Through DCT process Of the values, The values are called DC (high frequency) values, and the rest are called AC (low frequency) values. Values close to contain important information representing the overall characteristics of the image.
이것을 양자화 테이블 을 이용하여, DCT와 양자화 과정을 거쳐서 새로운 행렬이 만들어지게 된다. 이렇게 하여 만들어진 결과값을 라 하고, 그 값은 다음과 같다.Quantization table By using, new matrix is created through DCT and quantization process. The resulting value The value is as follows.
이렇게 구한 를 지그재그 스캐닝해 필요 없는 부분은 없애고, 중요한 부분을 정수열만으로 이미지를 표현하게 된다.So obtained By zigzag scanning, unnecessary parts are eliminated, and important parts are represented by integer columns only.
이러한 DCT계수를 이용한 이미지 압축은 널리 사용되고 있으며, 특히 JPEG(Joint Photographic Experts Group) 포맷의 경우 DCT계수를 산출해 내어, 이를 양자화하는 과정을 거쳐서 이미지를 압축한다. Image compression using such DCT coefficients is widely used. Especially, in the case of JPEG (Joint Photographic Experts Group) format, DCT coefficients are calculated and quantized to compress the image.
본 발명은 상술한 DCT 변환과 양자화를 이용하는 종래의 디지털 영상 압축 방법을 더욱 개선시켜 압축 효율을 증가시킬 수 있는 디지털 영상 압축 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a digital image compression method that can further improve the compression efficiency by further improving the conventional digital image compression method using the above-described DCT transform and quantization.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 디지털 영상 압축 방법은 디지털 영상을 블록화하는 영상 블록화 단계, 블록화된 원본값을 소정의 수로 나누고 나머지를 제거하여 수정 블록값을 생성하는 수정 블록값 생성 단계, 수정 블록값을 DCT 변환하는 DCT 변환 단계, 및 DCT 변환값을 양자화하는 양자화 단계를 포함한다.In order to achieve the above object, a digital image compression method according to the present invention comprises a video block step of blocking a digital image, a modified block value generation step of generating a correction block value by dividing the original block value by a predetermined number and removing the remainder; A DCT transform step of DCT transforming the block value, and a quantization step of quantizing the DCT transform value.
영상 값의 크기를 일정하게 축소시키고 이를 이용하여 DCT계수를 산출해 내어 양자화 테이블을 이용하여 양자화시킴으로써 만들어진 값은 엔트로피가 줄어들 어 더욱 효율적으로 영상의 압축을 가능해진다. The value produced by uniformly reducing the size of the image value and calculating the DCT coefficient using it and quantizing it using the quantization table can reduce the entropy, which enables more efficient compression of the image.
상기 방법은 양자화 단계에 통해 압축된 영상을 복원하기 위해 상기 소정의 수를 곱한 양자화 테이블을 이용하는 복원 단계를 더 포함할 수 있다.The method may further include a reconstruction step of using the quantization table multiplied by the predetermined number to reconstruct the compressed image through the quantization step.
디코딩할 때 압축시 영상 값의 크기를 줄인 것을 보상하기 위한 새로운 양자화 테이블을 이용하여, 원본 값에 근사한 영상 값을 얻을 수 있어 원본 영상의 큰 손실이 없이 용이하게 압축률을 높일 수 있게 된다.When decoding, a new quantization table is used to compensate for the reduction in the size of the image value during compression, so that an image value close to the original value can be obtained, thereby easily increasing the compression rate without large loss of the original image.
아울러, 상기 방법을 실행시키기 위한 컴퓨터 판독 가능한 프로그램을 기록한 매체 발명이 함께 청구된다.In addition, there is also claimed a medium invention in which a computer readable program for executing the method is recorded.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 따른 디지털 영상 압축 방법을 수행하기 위한 개략적인 흐름도이다.1 is a schematic flowchart for performing a digital image compression method according to the present invention.
본 실시예에 따른 DCT알고리즘을 이용한 암호화 방법은 이미지의 값이 약간 변하는 경우 사람이 그 변한 부분을 인식하기 힘들다는 가정 하에 만들어진 알고리즘이며 그 값이 차이가 별로 나지 않을 경우에는 흡사한 또는 동일한 색상으로 규정한다.The encryption method using the DCT algorithm according to the present embodiment is an algorithm made on the assumption that it is difficult for a person to recognize the changed part when the value of the image is slightly changed, and when the value is insignificant, it is similar or the same color. Regulate.
먼저, 원본 영상(image)을 블록화하고(S1), 블록화된 이미지 값을 2로 나눈다(S2). 이 경우, 나눈 후의 블록값이 나누기 전의 블록값보다 더 많은 비트 수를 차지하지 않도록 하기 위해 나머지를 제거한다.First, the original image is blocked (S1), and the blocked image value is divided by 2 (S2). In this case, the rest is removed so that the block value after division does not take more bits than the block value before division.
DCT과정을 하기 전에 있어서, 각각의 값을 미리 정해진 수 2로 나눈 나머지를 뺀 값으로 색상을 변형시켰을 경우, 이후에 압축의 복원을 위해 2를 다시 곱할 때 복원된 값은 동일하거나 1의 차이가 나게 되어, 원본 영상의 색상과는 거의 차이가 나지 않게 된다. 예를 들어 135=>134, 214=>214, 215=>214등과 같이 변형이 되게 된다. Before the DCT process, if the color was transformed to the value obtained by subtracting each value divided by the
본 실시예에서는 소정의 수 2로 나눈 나머지를 제거하기 위해 1을 빼지만 다른 실시예에서는 1을 더함으로써 나머지를 제거할 수도 있다. 또한, 소정의 수는 2가 아닌 다른 수가 될 수도 있다.In the present embodiment, 1 is subtracted to remove the remainder divided by the
이러한 과정을 거쳐서 원본 f(i, j)를 변형한 색상 블록을 f'(i, j)라 하면 f'(i, j)는 다음과 같이 표현될 수 있다.Through this process, if the color block deformed from the original f (i, j) is called f '(i, j), f' (i, j) may be expressed as follows.
이값은 다음과 같은 식을 만족한다.This value satisfies the following equation.
다음으로, 블록화된 이미지로 DCT 행렬을 만든다(S3). 를 이용하여 DCT알고리즘으로 를 구하면 다음과 같다.Next, a DCT matrix is created from the blocked image (S3). Using DCT algorithm Is obtained as follows.
다음으로, 양자화 과정을 수행한다(S4). 양자화 테이블 을 이용하여 양자화시킨 값을 라 하고, 그 값을 구하면 다음과 같다.Next, a quantization process is performed (S4). Quantization table Quantized using If the value is obtained, it is as follows.
여기서 구한 는 를 DCT과정을 거친 것이므로, 구한 값에 2를 곱하게 되면, 원래의 값과 비슷한 값이 나오게 된다.From here Is Since DCT has been processed, multiplying the result by 2 yields a value similar to the original value.
양자화를 할 때는 를 이용하여 양자화를 시키고, 복원할 때, Q(u, v)*2를 이용한다면 원본과 큰 차이 없이 압축을 시킬 수 있게 된다.When you quantize When using Q (u, v) * 2 to quantize and reconstruct using, we can compress without significant difference from the original.
F와 F'를 비교해 보면 F'는 각각의 원소의 크기가 1/2인 것을 압축시키게 됨으로써 F에 비해서 F'의 엔트로피(entropy)가 더 적게 되며, 엔트로피가 적게 되면 압축률이 좋아질 수 있게 된다.Comparing F and F ', F' compresses the size of each
따라서, 이 방법을 JPEG알고리즘에 적용을 시키게 된다면 24비트의 컬러값을 21비트로 표현하여 이미지 압축을 한 효과를 가지게 된다.Therefore, if this method is applied to the JPEG algorithm, the image compression is performed by expressing the color value of 24 bits in 21 bits.
마지막으로, 지그재그 스캐닝과 정렬 및 압축을 수행한다(S5, S6).Finally, zigzag scanning, alignment and compression are performed (S5 and S6).
보다 구체적인 예를 들어 이미지 블록값을 정수열로 만든 결과값을 만들어 비교해 보면 다음과 같다.For more specific example, compare the result of making the image block value with integer string as follows.
도 2a 내지 2d는 DCT와 양자화를 이용해 디지털 영상을 압축하는 종래의 방법에 따라 영상 데이터가 압축되는 과정을 도시한 도면이다.2A to 2D illustrate a process of compressing image data according to a conventional method of compressing a digital image using DCT and quantization.
도 2a는 원본 이미지의 블록값이다. 이값을 DCT계수로 만들어 보면 도 2b와 같게 된다. 도면 2c에 있는 양자화 테이블의 값을 이용하여 양자화 값을 구해보면 2d와 같게 되며, 이를 정수열로 만들면 아래와 같다.2A is a block value of an original image. If this value is made DCT coefficient, it becomes like FIG. 2B. When the quantization value is obtained using the values of the quantization table shown in FIG. 2c, it is equal to 2d.
69, -1, 16, 11, 0, 0, 0, 0, 0, 6, 3, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 2, -1 0069, -1, 16, 11, 0, 0, 0, 0, 0, 6, 3, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 2, -1 00
도 3a 내지 3d는 도 1의 방법에 따라 영상 데이터가 압축되는 과정을 도시한 도면이다.3A to 3D are diagrams illustrating a process of compressing image data according to the method of FIG. 1.
도 2a에 도시된 값을 2로 나눈 값을 도면 3a가 된다. 이값을 DCT계수로 만들어보면 도면 3b와 같게 된다. 도면 3c를 이용하여 양자화 값을 구하면 3d와 같게 되며, 이를 정수열로 만들면 아래와 같다. A value obtained by dividing the value shown in FIG. 2A by 2 is 3A. If this value is made DCT coefficient, it becomes like figure 3b. If the quantization value is obtained using FIG. 3c, the value is equal to 3d.
55, 0, 8, -5, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 3, -1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0055, 0, 8, -5, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 3, -1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 00
둘의 값을 비교를 해보면, 앞의 것은 0 값이 아닌 것은 8가지 종류가 되며, 본 발명을 이용하였을 경우는 6가지의 종류가 되어, 이를 압축할 경우 용량이 줄어들 수 있게 된다.Comparing the two values, the former is not the zero value is eight kinds, if using the present invention is six kinds, when compressing it can be reduced in capacity.
본 실시예는 JPEG등과 같은 DCT알고리즘을 이용하여, 양자화 과정을 포함하는 이미지 압축방식에서, 보다 우수한 압축률이 나올 수 있도록 효과적으로 DCT변환을 할 수 있게 하는 방법을 설명한 것이다.This embodiment describes a method for effectively performing DCT conversion in an image compression method including a quantization process by using a DCT algorithm such as JPEG.
DCT알고리즘과 양자화 과정을 거친 이미지의 압축과정에 있어서, 그 값을 사전에 약간 변형시켜, 색상의 비트수를 낮추어 주고, 낮추어진 값으로 이미지 압축을 해서, DCT과정에서의 엔트로피를 낮추어 주어 더욱 효율적인 이미지 압축률을 가질 수 있게 된다. In the compression process of the image after DCT algorithm and quantization process, the value is slightly modified in advance, which lowers the number of bits of color, and compresses the image with the lower value, thereby lowering the entropy in the DCT process. It is possible to have an image compression ratio.
압축의 복원 과정에서의 양자화 테이블은 압축시의 양자화시킨 값이 아니라, 원본 영상의 값이 나올 수 있도록 양자화 테이블의 내용을 산술 변환하도록 해야 한다.The quantization table in the decompression process of compression should be subjected to arithmetic conversion of the contents of the quantization table so that the original image values are obtained, not the quantized values during compression.
본 발명은 영상 값의 크기를 일정하게 축소시키고 이를 이용하여 DCT계수를 산출해 내고 양자화 테이블을 이용하여 양자화시킴으로써, 만들어진 값의 엔트로피가 줄어들도록 하여 더욱 효율적으로 영상의 압축을 가능하도록 한다. According to the present invention, the size of an image value is uniformly reduced, a DCT coefficient is calculated using the same, and the quantization is performed using a quantization table, so that the entropy of the generated value is reduced to enable more efficient compression of the image.
또한, 디코딩할 때 압축 시 영상 값의 크기를 줄인 것을 보상하기 위한 새로운 양자화 테이블을 이용하여, 원본 값에 근사한 영상 값을 얻을 수 있어 원본 영상의 큰 손실이 없이 압축률이 높아진다.In addition, by using a new quantization table for compensating for the reduction of the size of the image value during compression when decoding, an image value close to the original value can be obtained, thereby increasing the compression rate without large loss of the original image.
본 발명이 비록 일부 바람직한 실시예에 의해 설명되었지만, 본 발명의 범위 는 이에 의해 제한되어서는 아니 되고, 특허청구범위에 의해 뒷받침되는 상기 실시예의 변형이나 개량에도 미쳐야 할 것이다. Although the present invention has been described in terms of some preferred embodiments, the scope of the present invention should not be limited thereby, but should be constrained by modifications or improvements of the embodiments supported by the claims.
Claims (3)
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100966494B1 (en) * | 2009-12-01 | 2010-06-29 | 동국대학교 산학협력단 | Method and apparatus for image data reduction using adaptive representative value, and recording medium thereof |
-
2006
- 2006-04-06 KR KR1020060031289A patent/KR20070099911A/en active IP Right Grant
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KR100966494B1 (en) * | 2009-12-01 | 2010-06-29 | 동국대학교 산학협력단 | Method and apparatus for image data reduction using adaptive representative value, and recording medium thereof |
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