KR930006522B1 - 영상신호의 대역압축 부호화장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

영상신호의 대역 압출 부호화장치

제1a 및 b도는 종래의 서브샘플링 따른 패턴구성도.

제2도는 본 발명에 따른 영상신호의 대역압축부호화 장치구성도.

제3a 및 b도는 본 발명에 따른 서브샘플링 패턴구성도.

제4도는 본 발명에 따른 영상신호의 대역압축부호화 장치의 다른 실시예 구성도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 프레임 메모리 2 : 패턴 결정부

3 : 화소탐색부 4 : 차이계산부

5,10 : 가변길이 부호화부 6 : 서브샘플링부

7 : 멀티플랙서 8 : 변환부

9 : 양자화부

본 발명은 영상신호의 대역압축부호화 장치에 관한 것으로, 특히 압축률을 높이면서 복원된 영상의 화질 저하를 방지시켜 디지탈 브이씨알의 기록/재생에 적당하도록 한 영상신호의 대역압축부호와 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 가정용 디지탈 브이씨알 등에서는 테이프 효율을 높일수 있도록 많은 량의 정보를 기록/재생할 수 있는 요구가 커지는데, 이를 만족시켜 더욱 효율을 향상시키기 위해 데이타량을 원래 영상신호 데이타량 보다 줄이는 압축방법이 많이 연구되고 있다.

그 한 예로써, 서브샘플링(Sub-Sampling)에 의해 기록할 화소 갯수를 줄이는 방법이 알려져 있는데, 서브샘플링 부호화에서는 영상데이타 압축을 위해 서브샘플링 패턴과 보간시 사용하는 화소들의 위치를 보이는 즉, 보간되는 화소를 중심으로 한 상하좌우의 어느 화소를 사용하는가를 보이는 플래그를 기록한다.

이에따른 복원(decoding)시에는 재생을 위해 서브샘플링된 화소들을 보간하는 기술이 사용된다.

서브샘블링 부호화는 에러 전파를 강력하게 차단하는 장점이 있어서 3차원 ADRC(3 dimensional Adaptive Dynamic Range Coding)와 서브샘플링 부호화를 결합시켜 가정용 디지탈 브이씨알의 영상 데이타 압축기술로도 사용하고 있다.

반면에 서브샘플링 부호화는 해상도가 떨어지는 단점이 있고, 특히 인간의 눈에 민감한 영역인 움직임이 없는 영역에 대해서는 화질의 열화가 심하게 느껴진다.

제1a 및 b도는 종래의 서브샘플링에 따른 패턴을 보인 것으로, 여기서 "X"는 서브샘플링되는 화소이며, "0"는 기록 또는 전송하는 화소인데, 서브샘플링은 (a)와같은 제1패턴과 (b)와같은 제2패턴을 시간축상에서 번갈아가며 선택을 행한다.

두개의 프레임을 하나의 데이타 세트로 만든후, 이를 분할하여 복수개의 3차원 블록으로 만들고, 연속되는 두개의 프레임안에 존재하는 모든 블록은 동일한 패턴을 사용하여 서브샘플링한다.

즉, 현재의 데이타 세트는 제1패턴을 사용하여 서브샘플링하였다면, 다음 데이타 세트는 제2패턴을 사용하여 서브샘플링한다.

한편, 복원시에는 샘플링된 화소는 다음식(1)으로 정의된 4개의 식중 하나로 선택하여 보간된다.

여기서,

는 보간값을 나타내며, a, b,c,d는 제1b도에 도시한 바와같이 보간해야할 샘플링 화서 "x"의 동일 프레임내에 존재하는 주위화서값이고, e는 보간해야할 샘플링화소 "x"와 동일위치에 존재하는 이전 프레임의 화소값을 나타낸다.

움직임이 없는 영역에서는

1=e의 수식을 사용하여 이전 프레임의 동일위치 화소값으로 샘플링 화소를 보간하고, 수평/수직방향의 에지(edge)성분을 보간할 때는

2=(a+b/2,

3=(c+d)/2의 수식을 사용하여 샘플링 화소를 보간하며, 움직임이 있는 경우에는

4=(a+b+c+d)/4의 수식을 사용하여 보간함으로써, 샘플링 화소를 복원시킨다.

이와같이 종래의 기술에서는 복원시 화소를 보간하기 위해 식(1)로 정의된 4개의 수식 중 하나를 선택하여 샘플링된 화소를 보간해야 하는데, 이를 위해 엔코더에서 서브샘플링되는 화소가 움지임이 있는지를 혹은 없는지를 파악해야하고, 또한 수평에지 성분인지 수직에지 성분에지를 검사한 후 이에대한 정보를 복원시 디코더에 전달해야 한다.

이러한 정보를 구하기 위해 서브샘플링되는 화소마다 움지임 유무를 검사하고 수평 또는 수직에지 성분인지를 검사해야 하므로 그 하드웨어가 복잡해지며, 디커더에서 복원되는 화소값도 식(1)에 의한 4개의 수식만을 사용하여 보간되므로 원래의 값과 비교할 때 정확한 값을 얻기란 거의 불가능하였다.

본 발명은 이와같은 문제점을 감안하여 서브샘플링 화소를 디코더에서 정확히 복원시키기 위해 엔코더에서 현재 서브샘플링된 화소를 중심으로 하여 서브샘플링되지 않는 주위화소중에서 가장 차이가 적은 화소를 찾아 위치정보와 차이값을 구해 디코더로 보내 이 주위화소의 위치정보의 차이값을 사용하여 서브샘플링된 화소를 복원하도록 한 영상신호의 대역압축 부호화 장치를 창안한 것으로, 이를 첨부한 도면을 참조해 상세히 설명하면 다음과 같다.

제2도는 본 발명에 따른 영상신호의 대역압축부호화 장치 구조도로서, 이에 도시한 바와같이 디지탈 영상신호를 프레임별로 입력받아 저장하는 프레임 메모리(1)와, 입력 영상신호를 받아 2개의 서브샘플링 패턴중 하나를 선택하는 패턴 결정부(2)와, 선택된 패턴에 따라 상기 프레임 메모리(1)로 부터의 데이타를 서브 샘플링시키는 서브샘플링부(6)와 상기 패턴 결정부(2)의 패턴정보 및 프레임메모리(1)의 프레임데이타를 입력받아 서브샘플링되는 화서의 주위 화소중 서브샘플링되는 화소와 가장 근사한 화소를 찾아내는 화소탐색부(3)와, 상기 프레임 메모리(1)의 프레임데이타를 입력받아 상기 화소탐색부(3)의 근사화소 위치정보(3)에 따른 근사화소의 샘플링화소의 차이값을 구하는 차이 계산부(4)와, 그 차이 계산부(4)의 차이값을 가변길이부호(cod)로 부호화시키는 가변길이 부호화부(5)와, 상기 화소탐색부(3)의 근사화소 위치정보(pos), 상기 가변길이 부호화부(5)의 차이값에 따른 가변길이부호(cod) 및 상기 서브샘플링부(6)의 서브샘플링되지 않고 기록 또는 전송할 화소데이타(pix)를 멀티플렉싱(Multiplexing)하는 멀티플렉서(7)로 구성하였다.

이와같이 구성한 본 발명의 작용 및 효과를 상세히 설명하면 다음과 같다.

디지탈 영상신호는 프레임 단위로 프레임 메로(1)에 저장되는 프레임 메모리(1)는 현재의 프레임데이타와 바로 이전 프레임데이타를 저장하며, 패턴 결정부(2)는 입력되는 디지탈 영상신호의 수직동기신호를 검색하여 1프레임마다 즉, 홀수필드마다 제3a 및 b도에 도시한 본 발명에 따른 서브샘플링 패턴 구조도에서와 같은 두개의 서브샘플링 패턴을 번갈아 선택하여 그 패턴정보를 화소탐색부(3) 및 서브샘플링부(6)에 출력한다.

이에따라 서브샘플링부(6)는 프레임 메모리(1)로 부터 현재의 프레임데이타를 입력받아 제3a 및 b도에 도시한 바와같은 두개의 서브샘플링 패턴중 하나의 패턴으로 서브샘플링시켜 기록 또는 전송할 화소 데이타(pix)를 멀티플렉서(7)에 출력하며, 화소탐색부(3)는 패턴 결정부(2)의 패턴정보에 따라 프레임 메모리(1)에 저장된 현재 프레임데이타중 현재 샘플링되는 화소를 중심으로 그 주위에 있는 화소들[제3b도의 a,b,c,d화소]과 이전 프레임데이타중 현재 샘플링되는 화소와 동일위치의 화소[제3a도의 e화소]중에서 현재 샘플링되는 화소값과 가장 차이가 적은 화소의 위치를 찾아 이 위치 정보(pos)를 차이계산부(4) 및 멀티플렉서(7)에 출력하고, 차이계산부(4)는 화소탐색부(3)에서 검출되는 근사화소 위치정보(pos)에 따라 프레임 메모리(1)에 저장된 그 근사화소값을 읽어 그 근사화소값과 현재 샘플링되는 화소값의 차이를 구한후 그 결과를 가변길이 부호화부(5)에 출력하며, 이 가변길이 부호화부(5)는 근사값과의 차이값을 가변길이부호(예를들면, huffman부호, arithmetic부호)를 사용하여 부호화한후 이 부호(cod)를 멀티플렉서(7)에 출력한다.

이에따라 멀티플렉서(7)는 근사화소 위치정보(pos), 차이값에 따른 가변길이부호(cod) 및 서브샘플링되지 않은 화소값(pix)을 입력받아 멀티플렉싱하여 전송한다.

또한, 제4도는 본 발명에 따른 영상신호의 대역압축부호화 장치의 또다른 실시예 구성도로서, 이에 도시한 바와같이 디지탈 영상신호를 프레임단위로 프레임 메모리(1)에 저장하고, 패턴 결정부(2)에 입력 디지탈영상신호의 수직동기신호에 따라 서브샘플링 패턴을 결정하고, 그 샘플링 패턴에 따라 서브샘플링(6)부에서 서브샘플링시키며, 상기 서브샘플링 패턴 정보에 의해 프레임 메모리(1)의 데이타중 현재 샘플링되는 화소의 주위화소 및 이전프레임의 동일위치 화소값중 가장 근사한 화소값의 위치정보(pos)를 화소탐색부(3)에서 찾아내고, 이 근사화소 위치정보(pos)에 따라 차이계산부(4)에서 근사화소값과 샘플링화소의 차이값을 계산하여 가변길이 부호화부(5)에서 부호(cod)화하고, 멀티플렉서(7)에서 상기 근사화소 위치정보(pos), 가변길이 부호화수(5)의 차이값에 따른 부호(cod) 및 서브샘플링되지 않은 회소값(pix)을 멀티플렉싱하여 전송하도록 하는데 있어서, 영상 데이타량을 더욱 많이 압축하기 위해 본 발명과 변환코딩(transform-Coding)을 결합시킨 방법으로 서브샘플링부(6)에서 서브샘플링되지 않은 기록 또는 전송화소[제3도의 "0"]값(pix)이 출력되면, 이 화소값(pix)을 변환부(8)에서 변환한다.

예를들어 8화소×8라인 블록으로 변환시키면서, 변환은 DCT(Discrete Cosine Transform) 또는 hadamamrd transform 등을 사용할 수 있다.

이와같이 변환부(8)에서 DCT 변환 등으로 8화소×8라인 블록으로 변환시켜 양자회부(9)에서 변환계수(transform coefficient)를 정수값으로 양자화하고, 이를 가변길이 부호화부(10)에서 huffman code 등을 사용하여 부호화함으로써, 압축율을 더욱높여 멀티플렉서(7)에 입력시킨다.

즉, 서브샘플링부(6)에서 출력되는 서브샘플링되지 않은 기록 또는 전송 화소값(pix)을 변환부(8)를 통해 DCT 변환 등으로 블록단위(예 8×8)로 변환후 변환계수를 양자화하여 이를 부호화된 신호로 멀티플렉서(7)에 입력하도록 함으로써, 영상데이타의 압축율을 더욱 높일 수 있게 된다.

이상에서 설명한 바와같이 본 발명은 영상데이타를 서브샘플링시킬때 서브샘플링되는 화소의 주위화소 및 이전프레임의 동일위치 화소중 근사화소위치정보(pos)를 구하고, 그 근사화소의 서브샘플링화소의 차이값을 부호화시켜 서브샘플링되지 않은 화소데이타와 함께 전송시키므로, 서브샘플링의 엔코더에서 서브샘플링되는 화소가 움직임이 있는지 없는지, 수평 또는 수직방향의 에지성분인지를 조사하지 않아도 되어 하드웨어가 간단해지고, 이에따라 복원시 디코더에서 상기 근사화소 위치정보 및 차이값을 이용하여 원래의 화소값과 거의 비슷한 값으로 복원시킬수 있게 되므로 복원화상의 화질을 크게 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 디지탈 영상신호를 프레임단위로 저장하는 프레임 메모리(1)와, 상기 디지탈 영상신호의 수직동기 신호를 검색하여 프레임단위로 두개의 샘플링 패턴을 번갈아 선택하도록 샘플링 패턴정보를 발생하는 패턴결정부(2)와, 그 패턴결정부(2)의 패턴정보에 따라 상기 프레임 메모리(1)에 저장된 한 프레임데이타를 프레임단위로 서브샘플링하는 서브샘플링부(6)와, 상기 패턴결정부(2)의 패턴정보 및 프레임 메모리(1)의 프레임데이타를 입력받아 현재 서브샘플링되는 화소를 중심으로 주위에 있는 화소들(a,b,c,d) 및 이전 프레임의 동일 위치화소(e)중 현재 서브샘플링되는 화소값과 가장 차이가 적은 화소의 위치정보(pos)를 검출하는 화소탐색부(3)와, 그 화소탐색부(3)의 근사화소 위치정보(pos)에 따라 근사화소값과 서브샘플링화소값의 차이를 검출하는 차이계산부(4)와, 그 차이계산부(4)의 차이값을 일정부호화시키는 가변길이 부호화부(5)와, 상기 근사화소 위치정보(pos), 차이값에 따른 가변길이부호(cod) 및 서브샘플링되지 않은 기록 또는 전송화소값(pis)을 입력받아 멀티플렉싱하여 전송하는 멀티플렉서(7)로 구성하여 된것을 특징으로 하는 영상신호의 대역압축부호화 장치.
2. 제1항에 있어서, 서브샘플링부(6)의 서브샘플링되지 않은 기록 또는 전송화소값(pix)을 소정 블록단위로 변화시키는 변환부(8)와, 그 변환부(8)의 변환계수를 양자화시키는 양자화부(9)와, 그 양자화부(9)의 출력을 일정부호화시키는 가변길이 부호화부(10)를 포함시켜 구성한 것을 특징으로 하는 영상신호의 대역압축부호화 장치.

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