KR950009459B1 - 칼라 비디오 데이타를 압축하는 방법 및 시스템 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

[발명의 명칭]

칼라 비디오 데이타를 압축하는 방법 및 시스템

[도면의 간단한 설명]

제1도는 비디오 통신 시스템에서 칼라 비디오 데이타를 압축하는 시스템 및 방법의 개략적인 다이어그램.

제2도는 비디오 화상의 한 주사선에 걸쳐 있는 휘도 플로트.

제3도는 비디오 주사선의 특징부들의 런 렝스를 보여주는 도면.

제4도는 비디오 주사선의 경사 결정 지점에 대한 전이부분의 런 렝스를 보여주는 도면.

[발명의 상세한 설명]

[발명의 배경]

[발명의 분야]

본 발명은 전체적으로 정보 신호 처리에 관한 것이며, 특히 엔코딩 영역으로부터 디코딩 영역으로 전송될 정보의 양을 압축하도록 비디오 신호와 같은 시간 순차 정보 신호를 처리하는 분야에 관한 것이다. 본 발명의 특별한 용도는 전화라인을 통해 칼라 비디오 데이타를 통신하는데 있다.

[선행 기술]

디지탈 텔레비죤 신호들을 엔코딩하는데에는 보통 약 200Mbit/s의 전송 속도가 필요하다. 코딩 시스템의 최근의 개발로 인해 전송 속도가 2Mbit/s 미만으로 감축될 수 있었다. 비디오 화상 프레임의 블럭 배향 분석을 이용하고 통상의 하이브리드이산 코사인 변환(Discrete Cosine Transform DCT) 계수로 처리되는 코딩 시스템은 64Kbit/s와 384Kbit/s 사이의 속도로 전송할 수 있다. 그러한 시스템은 1987년 8월에 간행된 IEEE Journal on Selected Areas in Communications SAC-5권, No.7에 Gerken과 Schiller의 명의로 게재된 "A Low Bit-Rate Image Sequence Coder Combining A Progressive DPCM on Interleaved Rasters With A Hybrid DCT Techllique"에 기재되어 있다. 그러한 DCT 처리에 사용되는 적합한 코딩 기술은, 1977년 11월 9일자 IEEE Transactions on Communications, COM-25권, No.11에 Chen과 Smith 명의로 게재된 "Adative Coding of Monochrome and Color Images"에 기재되어 있는 바와 같이, 1 내지 2비트/픽셀(pixel) 정도의 낮은 속도로 비디오 데이타를 전송할 수 있었다. 그러나 그렇게 낮은 데이타 속도로 전송된 정보는, 실시간(real time)의 화상이 시청자에게 수용가능하도록 초당 충분한 수의 프레임들을 재구성하는 능력에 심각한 악영향을 준다. 1,544Mbit/s까지의 속도로 전송하는 고용량 전화라인이 사용가능하지만, 그러한 라인들은 전용 사용료로 볼때 극히 비싸고 계획된 사용료로 볼때에도 매우 비싸 다. 56Kbit/s 및 64Kbit/s까지의 속도로 전송할 수 있는 그보다 낮은 용량의 전화라인이 사용가능하다. 56,000Kbit/s로 비디오 신호를 전송하는 비교적 값비싼 비디오 디지탈 및 코딩 장치들이 상업적으로 이용 가능하므로, 이러한 성질의 장치를 고용량의 1,544Kbit/s 전화라인과 결합시켜서 약 1프레임/초 보다 더 빠른 프레임 속도를 허용할 필요가 있다. 통상적인 전화라인의 현 전송 속도 한계는 18,000비트/초에 근접 하므로, 통상적인 전화라인을 통해 비디오 화상을 실시간에 순서화하여 전송하는 것이 선행기술에서는 가능하지 않은 것으로 간주되었다.

디지탈 비디오 신호로 전송될 정보의 여유도(redundancy)를 감소시키기 위한 여러가지 장치들이 이용되었다. 한 기술은 저속 주사 카메라를 이용하는 것이며, 다른 한 기술은 각각의 프레임에 대해 매 n번째 주사선을 전송하는 것이다. 또 다른 기술은, 화상 프레임을, 통상 3×3 또는 4×4픽셀 그릅인 다수의 세그먼트 또는 블럭으로 분할하고, 그 블럭의 내용을 분석함으로써 촤상 프레임중 중요하다고 여겨지거나 유의(significant)상태로 변화되었다고 여겨지는 화상 프레임 부분들만을 전송하는 것을 포함한다. 이들 기술들도 비디오 화상의 해상도를 감소시키는 경향이 있다.

전송된 화상의 해상도를 저하시키지 않도록 전송 시간을 감소시키는 또 다른 기술은 런 렝스 엔코딩(run length encoding)이다. 런 렝스 엔코딩에 있어서, 화상 프레임의 주사선들은 일련의 픽셀들의 칼라 내용의 값으로 엔코딩되며, 순차적인 픽셀 길이는 그 값 또는 그 범위의 값을 갖는다. 그 값은 비디오 신호의 진폭, 또는 휘도(luminance)나 크로미넌스(chrominance)와 같은 비디오 신호의 다른 특성의 측정값일 수 있다. 비디오 신호의 진폭을 런 렝스 엔코딩하는 시스템의 한 예로서는 미합중국 특허 제3,609,244호(Mounts명의)가 있다. 그 시스템에서, 프레임 메모리도 프레임과 프레임간의 차이를 결정하므로, 한 프레임으로부터 다음 프레임으로의 그러한 차이들만이 전송된다. 데이타를 표시하는 필요한 비트의 수를 감소시키도록 빈도값(frequency Value)을 통계적으로 코딩하여 비디오 신호를 압축된 런 렝스 값으로부터 전송하는 방법의 또 다른 예는 미합중국 특허 제4,420,771호(pirsch명의)이다.

이상적으로는, 통상적인 전화라인을 통해 칼라 비디오 데이타를 통신하기 위하여, 15프레임/초 까지의 속도로, 그리고 11,500비트/초 정도의 낮은 비트 속도로 화상 프레임을 실시간에 순차 배열할 수 있도록 칼라 비디오 정보를 압축하는 것이 필요하다. 현재 이용가능한 것보다 더 효율적이고 더 저렴한 장비와 함께 더 높은 품질의 전화라인을 사용하는 시스템과 등가의 데이타 전송 속도를 이룰 수 있는 비디오 데이타 압축 시스템도 필요하다.

[발명의 요약]

본 발명은, 비디오 통신 시스템에서 칼라 비디오 데이타를 압축하는 방법 및 시스템을 제공하는 것으로, 화상의 주사선내의 픽셀의 휘도 차이를 결정하고 각각의 주사선의 어떤 결정 지점들에 관한 변화의 절대값을 결정하기 위하여 휘도 함수를 이용하며 칼라 값의 디지탈 단어 사이즈를 감소시킨다. 그후에, 화상의 주사선에 내재하는 픽셀은 일련의 디지탈 압축 칼라 값의 런 렝스로서 코딩된다.

전체적으로 약술하면, 본 발명에 따라 칼라 비디오 데이타를 압축하는 방법은, 제1, 제2 및 제3의 디지탈 단어 사이즈의 3가지 디지탈 칼라 성분 신호를 포함하는 칼라 비디오 신호를 발생시키는 수단을 지니는 비디오통신 시스템에서 사용하기 위한 것이며, 디지탈 칼라 신호를 기초로 각각의 픽셀에 대한 휘도 함수를 결정하는 단계, 서로로부터 주어진 거리인 상호 픽셀간의 휘도 함수의 차이를 기초로 최소한 하나의 결정 변수를 결정하는 단계, 최소한 하나의 결정 변수와 한계값과의 비교를 근거로 어떤 픽셀이 결정 지점을 표시하는지를 결정하는 단계, 제4, 제5 및 제6의 디지탈 단어 사이즈의 감소된 디지탈 칼라 신호를 제공하도록 디지탈 칼라 신호의 단어 사이즈를 감소시키는 단계 및 주사선내의 픽셀을 런 렝스와 디지탈 감소 칼라 신호의 콤비네이션(combination)으로서 코딩하는 단계를 포함한다.

또한, 본 발명은 전체적으로, 제1, 제2 및 제3의 디지탈 단어 사이즈의 3가지 디지탈 칼라 신호를 포함하는 칼라 비디오 신호를 발생시키는 수단 및 디지탈 칼라 신호를 기초로 각각의 픽셀에 대한 휘도 함수를 결정하는 수단을 지니는 비디오 통신 시스템에 사용하기 위하여 칼라 비디오 데이타를 압축하는 시스템을 제공하는 것으로, 그 데이타 압축 시스템은 서로로부터 주어진 거리인 상호 픽셀간의 휘도 함수의 차이를 기초로 최소한 하나의 결정 변수를 결정하는 수단, 결정 변수들과 하나이상의 관련 한계값과의 비교를 기초로 어떤 픽셀이 결정지점을 제공하는지를 결정하는 수단, 제4, 제5 및 제6의 디지탈 단어 사이즈의 감소된 디지탈 칼라 신호를 제공하도록 디지탈 칼라 신호의 단어 사이즈를 감소시키는 수단 및 주사선내의 픽셀들을 디지탈 감소 칼라 신호의 런 렝스의 콤비네이션으로서 코딩하는 수단을 포함한다. 또한, 본 발명은 데이타 압축 시스템을 포함하는 카메라를 제공한다.

한 바람직한 실시예에서는, 결정 변수들의 절대값을 사용하며, 바람직한 변형예에서는, 결정 변수들의 변화량을 사용한다. 현재로서의 본 발명의 바람직한 모드에서는, 디지탈 칼라 성분 신호들은 RGB이며, 칼라 성분 단어 사이즈는 동일하다. 디지탈 칼라 성분의 디지탈 단어 사이즈는 초기에 매 칼라 성분 당 6비트인 것이 바람직하며, 휘도 함수는 6비트 디지탈 칼라 값을 기초로 정확하게 결정된다. 그후에, 디지탈 칼라 성분들의 단어 사이즈는 각기 4비트로 감소되며, 런 렝스 및 칼라 성분은 모두 16비트 디지탈 단어로 이루어진 결합된 런 렝스 및 칼라 정보의 비트 스트림으로서 코딩된다.

본 발명의 다른 태양 및 장점은 본 발명의 특징을 예시하는 첨부도면 및 이하의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.

[본 발명의 상세한 설명]

예시를 목적으로 한 도면에 도시되어 있는 바와 같이, 본 발명은 다수의 화상 프레임용의 칼라 비디오 신호를 발생시키는 수단을 지니는 비디오 통신 시스템에서 칼라 비디오 데이타를 압축하는 방법 및 시스템으로 구체화되는데, 각각의 화상 프레임은 다수의 픽셀로 구성된 다수의 주사선을 포함하며, 각각의 주사선은 개시 픽셀과 종료 픽셀을 가지며, 각각의 프레임을 이루는 각각의 픽셀은 제1, 제2 및 제3의 디지탈 단어 사이즈의 3가지 디지탈 칼라 성분 신호를 포함한다. 각각의 픽셀에 대해서, 화상 프레임의 주사선에 내재하는 픽셀들중 최소한 실질적인 부분에 대한 3가지 디지탈 칼라 성분 신호중 최소한 하나를 기초로 휘도 함수가 결정되며, 주사선 상의 다른 한 픽셀로부터 최소한 하나가 미리 결정된 거리인 상호 픽셀간의 휘도 함수의 차이를 기초로한 하나 이상의 변수들이 화상 프레임의 주사선들에 내재하는 픽셀중 최소한 실질적인 부분에 대해서 결정된다. 픽셀 각각에 대한 결정 파라메타중 최소한 하나의 결정 변수의 변화에 대한 절대값이 결정되며, 변화량은 관련 한계값과 비교되어 주사선내의 어떤 픽셀들이 상호 픽셀간의 결정 변수의 유의결정 지점에 대한 궤적(軌跡)인지를 결정한다.

3가지 디지탈 칼라 성분 신호중 최소한 한 디지탈 칼라 성분 신호의 단어 사이즈는 각각의 픽셀에 대해 각기 제4, 제5 및 제6의 디지탈 단어 사이즈의 3가지의 디지탈 방식으로 감소된 디지탈 칼라 성분 신호를 제공하도록 감소되며, 이와 같이 감소된 디지탈 칼라 성분 신호들은 각각의 주사선에 대하여, 픽셀 런 렝스와 각각의 런 렝스에 대한 감소된 칼라 성분 신호의 다수의 콤비네이션으로서 코딩되는데, 상기 런 렝스는 각각의 주사선의 개시 지점, 결정 지점들 또는 결정 지점들 중간의 지점들인 중간 지점 및 종료 픽셀사이에서 결정되며, 자각의 런 렝스는 제7의 디지탈 단어 사이즈이다.

한 궤적으로부터 다음 궤적으로 변화되는 칼라 비디오 정보의 전이를 나타내는 런 렝스 칼라 비디오 정보를 변환시키는 경우에는 칼라 정보가 미세하게 변화될 수 있으며 그와 달리 점진적으로 전이될 수 있고, 그러하지 않은 경우에는, 상기 칼라 정보의 미세한 변화 및 다른 점진적 전이는 해상도가 감소되지 않도록 한 픽셀씩 코딩할 필요가 있다. 전체 디지탈 단어 사이즈로 볼때 디지탈 칼라 성분이 감소되는 코딩은, 수신된 칼라 정보가 유의감식(有意鑑識)될 정도로 감소되지는 않지만, 전송될 정보의 양을 감소시킨다. 본 발명을 구현하면, 감식될 정보의 유의 손실 없이도 칼라 비디오 데이타의 실시간 원거리 통신 및 다른 용도의 허용 수준까지 칼라 비디오 데이타가 압축될 수 있다.

그러므로, 본 발명에 의하면, 다수의 비디오 화상 프레임에 대한 칼라 비디오 신호를 발생시키는 수단을 지니는 비디오 통신 시스템에서 칼라 비디오 데이타를 압축하는 방법이 제공되어 있는데, 각각의 화상 프레임은 다수의 픽셀로 구성된 다수의 주사선믈 포함하고, 각각의 주사선은 개시 픽셀과 종료 픽셀을 가지며, 상기 화상 프레임에 내재하는 각각의 픽셀은 각기 제1, 제2 및 제3의 디지탈 단어 사이즈의 3가지 디지탈 칼라 성분 신호를 포함하며, 상기 방법은, 상기 3가지 디지탈 칼라 성분 신호중 최소한 하나의 디지탈 칼라 성분 신호를 기초로 각각의 픽셀의 휘도 함수를 결정하는 단계, 각각의 주사선상의 최소한 하나의 다른 픽셀로부터 미리 결정된 거리인 상호 픽셀간의 최소한 하나의 휘도 함수의 차이를 기초로 상기 화상 프레임의 주사선내의 픽셀중 최소한 실질적인 부분에 대한 최소한 하나의 결정 변수를 결정하는 단계, 최소한 하나의 결정 변수와 최소한 하나의 적합한 한계값을 기초로해서 어떤 픽셀이 결정 지점을 나타내는지를 결정하는 단계, 각각의 픽셀에 대해서, 각기 제4, 제5 및 제6의 디지탈 단어 사이즈의 3가지 디지탈 칼라 성분 신호를 제공하도록 상기 3가지의 감소 디지탈 칼라 성분 신호중 최소한 하나의 감소 디지탈 칼라 성분 신호의 단어 사이즈를 감소시키는 단계 및 각각의 주사선에 내재하는 다수의 픽셀들을 픽셀 런 렝스와 각각의 런 렝스에 대한 3가지의 감소된 칼라 성분 신호의 다수의 콤비네이션으로서 코딩하는 단계를 포함하며, 상기 런 렝스는 각각의 주사선에 대한 개시 픽셀, 상기 결정 지점 및 상기 결정 지점중간의 지점으로부터 선택된 중간 지점, 그리고 상기 종료 픽셀 사이에서 결정되고, 각각의 런 렝스는 제7의 디지탈 단어 사이즈이다.

또한, 본 발명은 다수의 비디오 화상 프레임에 대한 칼라 비디오 신호를 발생시키는 카메라를 가지는 비디오 통신 시스템에서 칼라 비디오 데이타를 압축하는 시스템을 제공하는 것으로, 각각의 화상 프레임은 다수의 픽셀로 구성된 다수의 주사선을 포함하며, 각각의 주사선은 개시 픽셀과 종료 픽셀을 지니고, 상기 프레임에 내재하는 각 픽셀은 각기 제1, 제2 및 제3의 디지탈 단어 사이즈의 3가지 디지탈 칼라 성분 신호를 포함하며, 상기 시스템은, 상기 3가지 디지탈 칼라 성분 신호중 최소한 하나의 디지탈 칼라 성분 신호를 기초로 각각의 픽셀의 휘도 함수를 결정하는 수단, 각각의 주사선상의 최소한 하나의 다른 픽셀로부터 미리 결정된 최소한 하나의 거리인 상호 픽셀간의 휘도 함수의 차이를 기초로 상기 화상 프레임의 주사선에 내재하는 픽셀중 최소한 실질적인 부분에 대한 최소한 하나의 결정 변수를 결정하는 수단, 어떤 픽셀이 결정 지점들을 나타내는지를 결정하도록 최소한 하나의 결정 변수 및 최소한 하나의 적합한 한계값을 기초로 어떤 픽셀이 결정 지점을 나타내는지를 결정하는 수단, 각각의 픽셀에 대해, 각기 제4, 제5 및 제6의 디지탈 단어 사이즈의 3가지 디지탈 칼라 성분 신호를 제공하도록 상기 3가지의 감소 디지탈 칼라 성분 신호중 최소한 하나의 감소 디지탈 칼라 성분 신호의 단어 라이즈를 감소시키는 수단 및 각각의 주사선에 내재하는 다수의 픽셀들을 픽셀 런 렝스와 각각의 런 렝스에 대한 3가지 각각의 감소 칼라 성분 신호의 다수의 콤비네이션으로서 코딩하는 수단을 포함하고, 상기 런 렝스는 각각의 주사선에 대한 개시 지점, 상기 결정 지점 및 상기 결정 지점 중간인 지점의 그룹으로부터 선택된 중간 지점 및 상기 종료 지점 사이에서 결정되며, 각각의 런 렝스는 제7의 디지탈 단어 사이즈이다. 그 이외에도, 본 발명은, 비디오 통신 시스템에 사용되며 데이타 압축 시스템을 포함하는 카메라를 제공한다.

도면에 도시되어 있는 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예로서, 비디오 통신 시스템은, 대개 60필드(field)/초로 아날로그 RGB 신호를 발생시키는 RGB 비디오 카메라를 사용하여 칼라 비디오 화상을 발생시킬 수 있는데, 각각의 필드는 인터레이스 모드(interlaced mode)에서 화상의 절반을 나타낸다. 카메라(10)에 의해 발생된 비디오 화상 프레임의 신호는 적, 녹 및 청색(rgb)의 아날로그 성분을 디지탈 RGB 성분으로 변환시키는 아날로그-디지탈 변환기(12)에 의해 수신되며, 상기 디지탈 RGB 성분은 18비트의 칼라 비디오 화상의 각각의 픽셀에 대해서 RGB 성분에 대한 패킷 비트(packet bit)를 형성하는 6비트 디지탈 단어로서 각기 디지탈화된다.

소스(source) 칼라 비디오 화상을 발생시키는데 사용되는 장치의 형태는, RGB 디지탈 출력으로 변환되는 표준 NTSC 복합 신호를 발생시키는 카메라가 표준 60필드/초와는 다른 필드 복도로서도 적합하기 때문에 본 발명에 결정적인 것은 아니다. 상기 카메라의 출력은 절대적으로 RGB일 필요는 없는데, 그 이유는 다른 3가지 칼라 성분 그룹이 칼라 비디오 화상을 형성 및 전송하는데 사용될 수 있기 때문이다. 예를들어, 3가지 디지탈 칼라 성분 신호는 청녹, 자홍 및 황색이거나, 색도, 채도 및 명암도 또는 심지어 2개의 별개의 칼라 및 원래의 아날로그 비디오 신호의 색도, 채도 또는 명암도와 같은 전체 비디오 신호를 기초로 한 제3의 변수일 수 있으므로, 카메라에 의해 발생된 칼라 정보가 어느정도 자동적으로 웨이팅(weighting)된다.

텔레비죤 산업에서 일정한 칼라의 범위가 인간의 눈으로 용이할 정도로 식별되지 않음이 알려져 있기 때문에 3가지 칼라 성분들이 같은 수의 비트로 표시되는 것도 반드시 필수적인 것은 아니다. 정보의 그러한 웨이팅은 RGB 성분을 이루는 적색 성분에 사용된 비트의 수를 감소시켜, 예를들어, 실제로 식별될 수 있는 보다 큰 계조(階調)의 다른 칼라 정보를 전송할 수 있다.

그 이외에도, 압축될 칼라 비디오 화상의 소스는 비디오 디스크, 컴퓨터 파일 저장 매체, 비디오 테이프 등과 같은 저장 수단일 수 있는데, 그러한 수단으로부터 칼라 비디오 정보가 본 발명의 칼라 비디오 데이타 압축 시스템에 도입하도록 처리될 수 있다.

디지탈화된 RGB 신호는 이미지(image) 포획 장치(16)의 전이(transition) 장치부(14)에 의해 수신되는데, 상기 전이장치부(14)는 집적 회로 수단 및 관련 메모리 수단을 포함하는 것이 바람직하다. 상기 이미지 포획 장치의 제1의 주요부는 시스템의 아날로그 전위(前位)부에 의해 발생된 일련의 비디오 화상 프레임에 내재하는 각각의 주사선의 각각의 화소, 즉, 픽셀에 대한 3가지 칼라 성분 비디오 신호를 기초로 휘도 함수를 결정하는 회로를 포함하는 전이 장치이다. 바람직한 모드에 있어서, 휘도 변환기(18)는 휘도(또는 강도)값을 얻기 위하여 비디오 화상 프레임의 주사선에 내재하는 각각의 픽셀에 대한 3가지 디지탈 칼라 성분들 각각으로부터 생성된 비트를 합산하여 얻어진 데이타를 부가적으로 처리한다. 본 발명의 시스템에 있어서, 각각의 주사선이 480픽셀을 포함하는 것이 바람직하며, 이는 카메라의 해상도에 정합하고 선행 기술에서 보통 사용가능한 것보다 더욱 양호한 해상도를 제공하는데, 선행기술에서는 주사선당 대개 256픽셀만이 사용된다. 3가지 칼라 성분의 휘도는, 휘도 함수를 제공하는 한가지 칼라 또는 2가지 칼라에 더 큰 비중을 제공하도록 웨이팅될 수 있으며, 또한 부분적으로 본래의 소스 아날로그 비디오 신호를 기초로할 수 있다. 그러나, 상기 휘도 함수는 최소한 부분적으로 3가지 디지탈 칼라 성분을 기초로 한다. 그러므로, 3가지의 6비트 칼라 성분의 함으로부터 유도된 휘도 함수는 8비트의 디지탈 단어 사이즈를 갖는다. 각각의 픽셀에 대한 이러한 휘도 함수는 결정 지점으로서 작용하는 그러한 픽셀들에 의해 결정되는 휘도 함수를 기초로 하나 이상의 결정 변수를 평가하도록 입력 포착 장치에 이용되는데, 그 결정 지점들에 대하여는, 하나 이상의 결정 변수들은 미리 지정된 한 세트의 한계값으로부터 변동하는 것을 기초로 한다.

휘도 함수는 화상내의 칼라 변화, 또는 화상내의 피사체의 이동을 양호하게 나타낸다 이미지 포착 장치에서, 휘도 함수를 기초로한 하나 이상의 결정 변수들이 상호 라인간의 차이를 결정하고 상호 프레임간에 이동되도록 결정될 수 있는 피사체의 에지(edge)부분을 한정하는 별개의 픽셀순서를 결정하는 기초로서도 사용될 수 있다. 일반적으로, 휘도 또는 휘도 함수를 포함하는 칼라 성분의 다른 콤비네이션은 화상의 특성이 변하는 유의 변화에 직면한다.

또한, 카메라는 칼라 샘플링 해상도의 잡음에 기인하여 비디오 화상에 아노말리(anomaly) 또는 아티팩트(artifact)를 도입시키는데 이는 아노말리 또는 아티팩트가 화상에 전혀 무익하기 때문에 전송될 데이타의 양을 감소시키기 위하여 제거되어야 이상적이다. 화상이 초당 매 60회의 새로운 필드로 디스플레이 되는 경우, 그러한 아노말리의 효과는 인간의 눈에는 평균선에 이른다. 자세하게 관찰했을때 매끈한 모양 및 작은 실제 세부를 갖는 영역들은 "기는것(crawl)"처럼 보인다. 이러한 모양은 또한 "모기효과(mosquito effect)"로서 알려져 있다. 단지 한 필드 또는 화상 프레임만이 검사되도록 화상이 고정되면, 화상은 나뭇결같고 얼룩덜룩한 모양을 갖는다. 휘도 데이타상의 잡음효과는 계산된 휘도의 작은 변화형태이다. 화상이 디지탈화될 경우, 디지탈화 프로세스는 또한. 이러한 아티팩트가 실제로 화상 세부에 나타나지 않더라도, 그러한 아티팩트 모두를 디지탈 표시로 변환시킨다. 이미지 포획 장치에서의 휘도의 처리는 그와 같이 무의미한 세부를 제거하도록 작용한다.

휘도 데이타내의 잡음으로 야기된 필수적이지 않은 세부들을 제거하는 한가지 바람직한 방법은 하나 이상의 변수들의 차이를 관련된 적합한 한계값과 비교함으로써 주사선에 내재하는 픽셀에 대한 휘도 함수를 최소한 부분적으로 기초로해서 변화 지점을 결정하는 것이다. 이를 특징부분 엔코딩(feature encoding)이라 칭한다. 결정 변수들은 상호 픽셀간의 휘도 함수의 차이로 구성되고, 주사선에서 n+1, n+2 또는 더 멀리 떨어져 있는 것(식중, n은 휘도 변화에 대해 검사되는 픽셀의 주사선상의 위치를 나타냄)에 인접한 픽셀들(Diff-1)사이 및 인접한 제1의 차이 함수(Diff-2)와 각각의 차이 함수(Diff-1, Diff-2)의 합인 누적 변수(Cum-diff)사이에서 결정되는 것이 바람직하다. 각각의 결정 변수들은 그에 해당하는 적합한 한계값을 지니며, 그 한계값은 오퍼레이터(operator)세팅에 응답하여 시스템에 의해 변경되는 디폴트(default) 값을 갖는다. 적합한 한계값은 응답하거나 해상도를 위한 프로세서 선택에 응답하여 입력 포착 장치에 의해 조정될 수 있는 디폴트 값을 갖는 것이 바람직하다. 특징 부분이나 전이 결정 지점을 결정하기 위하여 한계 변수를 선택하는 것은 매우 주관적이다. 변수들의 선택은 화상을 한정하는데 필요한 데이타 지점의 수를 결정하고 또한 화상의 전체적인 식별 능력을 결정한다.

특징부분 런 렝스를 결정함에 있어서는 대개 2개의 한계값이 사용된다. 하나는 최종 지점 이후의 휘도의 누적변화(Cumdiff)이다. Cumdiff는 이것이 6보다 크고 최종결정 지점 이후로의 픽셀들의 수가 5보다 큰 경우 결정 지점을 트리거하게 된다. 다른 결정 변수는 2개의 인접한 차이값(Diff2)(이는 떨어져 있는 2개의 픽셀인 휘도값 사이의 차이와 같다)의 합이다. Diff2 값이 통상 32보다 더 큰 것으로 계산되면, 논리는, 주 사선이 결정 지점을 식별하는 에지에 도입함을 나타내며, Diff2 값이 20미만으로 될때까지 에지 지표(edge characteristic)에 머문다. 에지 모드가 방출되면, 다음 픽셀의 칼라는 항상 개시 에지가 결정되는 픽셀로 후퇴 반송된다. 또한, Diff2가 부호 변환되면 이는 신규 결정 지점을 나타낸다. Cumdiff 한계값의 변화는 화상의 특성 및 데이타 복잡성에 상당히 영향을 준다.

결정 지점(정점)의 경사를 결정함에 있어서, 3가지의 일반 조건이 사용된다. 초기 경사는 결정 지점에서 결정되며 모든 측정값들은 그 경사를 기초로 한다. 초기 경사(INISTS)는 NDIFF2로 지칭된 이하의 함수를 계산함으로써 결정된다.

NDIFF2=(휘도_(i+2)- 휘도_(i))/2

INITS는 결정 지점 직후의 NDIFF2의 값이다.

그러한 경사의 경우 CUMDIFF는 다음 방법으로 한정된다.

CUMDIFF_(i)=CUMDIFF_(i-1)+NDIFF2_(i)

CUMDIFF의 절대값이 대개 20보다 크며 런 렝스를 이루는 픽셀의 수가 보통 10보다 큰 경우, 결정 지점이 트리거된다. 마찬가지로, NDIFF2의 절대값이 대개 4이하이고 런 렝스가 대개 5보다 더 크면, 결정 지점은, 최종 결정 지점도 이러한 방법으로 트리거 되지 않는한, 트리거 되게 한다. 제3의 결정 변수도 NDIFF2를 기초로 한다.

TRIGVAL_(i)=NDIFF2_(i)-INITS

TRIGVAL에 대한 한계값은 대개 4 내지 10으로 설정되며, 절대값이 상기 설정값에 이르거나 초과하고 런 렝스가 최소한 2픽셀일 경우는 결정 지점을 트러거하게 된다. 다른 기술이 사용될 수 있지만 이는 데이타 지점의 허용 갯수를 갖는 양질의 화상을 제공하는 것으로 여겨진다.

비디오 화상의 한 라인에 걸쳐있는 휘도의 대표적인 플로트의 그래픽 도면이 제2도에 도시되어 있다. 주사선(36)에 의해 교차되는 픽셀들의 휘도 함수는 라인(38)에 의해 그래픽으로 나타나 있다. 제3도에 도시되어 있는 바와 같이, 특징부분 엔코딩 기술의 관련된 적합한 차이 한계값과 결정 변수들중 하나와의 비교를 근거로한 결정 포인트들의 그래프에 의하면, 휘도 패턴에 걸쳐있는 일련의 수평, 수직선의 계단형 라인(40)이 나타나 있다. 각각의 수평선은 특정 칼라의 개별적인 길이를 나타낸다.

필수적이지 않은 세부를 제거하는데 사용될 수 있는 제2의 해결책은 제4도에 도시되어 있는 전이 또는 경사 엔코딩 기술이다. 이 기술에서, 상호 픽셀간의 결정 변수 차이들의 변화율이 결정되며, 이들 파이의 변화율은 결정 지점 또는 정점을 결정하기 위하여 변화 한계값의 적합하고 예비 저장된 변화율과 비교된다. 이들 변화 지점 또는 결정 지점들은 라인(39)상에 X로 도시되어 있다. 그 지점들은 다음 정점의 위치를 나타낸다. "런 렝스"는 특징부분 엔코딩 및 경사 엔코딩 기술 모두에 대해서 상호 결정 지점 사이의 픽셀 길이로서 한정된다. 전이 또는 경사 엔코딩 기술에 의하면, 휘도 데이타에 의해 라인(42)은 일련의 정점이나 경사 결정 지점들을 나타내는데, 이는 상호 결정 지점간의 칼라 세그먼트(segment)를 제어하는데 이용될 수 있다. 그림 장치는 엔코딩된 정보들이 검색될때 상호 결정 지점간의 런 렝스에 대한 칼라값들을 유연하게 전이시킬 수 있다. 이 기술에서, 각각의 주사선에 대해서 초기 칼라가 전송되고 그에 이어 화상 프레임 내용을 나타내는데 필요한 많은 순차적인 런 렝스 및 칼라값들이 전송된다.

제1도의 이미지 포착 장치에서는, 결정 지점들을 결정하는 결정 지점 검출기 (26)는, 화상을 이루는 픽셀들의 칼라로 결정 지점들을 고정하는 이러한 방법중 하나를 변형하여 사용할 수 있는데, 각각의 방법은 각각의 장단점을 갖는다. 특징부분 코딩 기술은 별개의 에지 또는 라인들을 갖는 대상물이 복잡한 화상용으로 더욱 적합한 것이 전형적이다. 반면에, 경사 엔코딩 기술은 세이딩(shading) 또는 점진적 칼라 변화에 있 어서의 점진적 전이를 엔코딩하기에는 가장 적합하지만 이미지들이 많은 에지 및 라인들을 갖는 복잡한 화상을 나타내기 위하여는 추가적인 코딩을 필요로할 수 있다. 경사 엔코딩 기술의 바람직한 실시예에 있어서, 일련의 한계값들을 결정 변수들과 비교되며, 결정 지점을 식별하기에 충분히 유의되는 누적된 휘도 변화를 초래하는 그 늦고 점진적인 휘도 변화율이 되도록 결정 지점을 결정하는데 사용된다.

3가지의 성분 칼라 코드들도 칼라 성분들에 대한 6비트 값으로부터 2개의 최하위 비트를 제거하여 바람직한 모드를 이루는 각각의 칼라 성분들을 4비트 디지탈 단어로 감소시키도록 런 렝스 프로세서(28)에서 계속 작용된다.

선택적으로는, 한 바람직한 실시예에서, 전이 장치는 또한 3-성분 칼라의 미리 결정된 칼라 맵을 표시할 수 있는데, 상기 칼라 맵은 특정의 칼라 콤비네이션에 해당하는 n-비트 코드를 갖는다. 여기에서, 이미지 칼라들은 칼라 맵내의 이미지 칼라와 가능한한 근사하게 정합된다. 또 다른 변형예로서, 칼라 코드는 또한 라운딩(rounding)될 수 있다. 이와 같이 절단되거나 감소된 디지탈 칼라 성분들은 그후에 런 렝스 프로세서(28)에서 상호 결정지점간의 런 렝스로 엔코딩된다. 그와 같이 감소된 칼라 성분에 대한 바람직한 비트 치수는 4비트이지만, 아날로그 전위부로부터의 칼라 성분에 대한 입력 디지탈 단어 사이즈가 정보 내용을 변경시키는 서로 다른 치수를 가질 수 있는 것과 마찬가지로, 감소된 디지탈 칼라 성분들도 서로 다른 치수 일 수 있다. 칼라 성분에 내한 디지탈 단어 사이즈의 특정한 콤비네이션은 적색 성분에 대해서 감소된 사이즈를 포함할 수 있는데, 그 이유는 이러한 성분의 감소된 식별성을 본 산업 분야에식 인식했기 때문이다.

이 특징부분 엔코딩 및 경사 엔코딩 기술에 의하면, 각각의 화상 프레임에 대해 최소의 비트수를 엔코딩하기 위하여, 가변 비트수가 초기 화상 프레임 다음에 계속된 화상 프레임의 변화를 나타내는데 사용될 수 있다. 이것은, 4×4 또는 3×3픽셀 블럭을 분석하여 그러한 블럭내의 정보를 압축하는 것이 전형적인 선행 기술보다 중요한 개량점인데, 그러한 개량점은 항상 세그먼트의 외부변화가 있든 없든 화상내의 정보 내용을 나타내는데 동일한 비트수라 사용된다는 점이다.

이미지 포착 장치의 제2의 주요 부분은 포착 버퍼 메모리(CBM : 29)인데, 상기 메모리는 화상 프레임으로부터 약 200데이타 라인을 나타내는 엔코딩된 런 렝스 및 감소된 칼라 성분을 수신한다. 선택적으로는, 필요한 데이타 속도가 너무 높아져서 소기의 속도로 화상을 전송할 수 없게 되면, 150 또는 100라인과 같은 더 작은 주사선의 갯수가 저장될 수 있다. 포착 버퍼 메모리내의 런 렝스 및 칼라 성분 정보는 그후에 비디오 데이타 프로세서(30)로 전송되는데, 그 프로세서(30)는 액세스 콘트롤(35)에 의해 포획 버퍼 메모리내의 런 렝스 및 칼라 데이타를 액세스하며 전화(34)에 연결된 모뎀(32)에 의한 전송에 적합한 포맷으로 비디오 정보를 변환 및 송신하는 인터페이스로서 작용을 하며, 그 프로세서는 비디오 데이타를 부가적으로 압축하는 수단(33)을 포함할 수 있다. 비디오 데이타는 또한 이전화상 메모리(31)에 저장된 선행 화상 프레임과 비교될 수 있다.

비디오 데이타 프로세서(30)의 간략화 프로세서(33)에서는, 칼라 코드들이 절단되어 감소된 칼라 성분 코드를 제공한후 픽셀들의 칼라값들 사이의 차이를 심도있게 분석하고 주어진 한계값 보다 더 작게 변동하는 그러한 감소된 칼라 성분 코드의 런 렝스들을 연결시키거나, 관련 한계값에 관한 하나 이상의 결정 변수의 변동을 근거로 상기 감소된 칼라 코드의 런 렝스들을 부가적으로 연결시키는 것이 가능하다. 런 렝스 코드 가 16비트의 런 렝스와 칼라 코드의 콤비네이션과 양립가능한 상태에서는 최대 4비트이기 때문에, 본 실시예의 16비트 콤퓨터 버스로, 각각의 런 렝스에 대한 일련의 픽셀들의 연결은 런 렝스당 16픽셀까지의 코딩을 허용하는 것으로 기대된다. 그러나, 본 실시예에서, 2 내지 17픽셀의 런 렝스를 나타내는 데에는 0 내지 15의 값이 사용되는데, 그 이유는 0과 1의 런 렝스가 무의미하기 때문이다. 선택적으로는, 4비트보다 더 큰 런 렝스 및 16비트 보다 더 큰 런 렝스 칼라 코드 콤비네이션을 허용하도록, 다른 용량의 컴퓨터 버스와 양립 가능하도록 보다 긴 런 렝스를 초기에 결정할 수 있다.

전술한 바와 같이, 원거리 통신에서 비디오 화상을 실시간내에 순서화함에 있어서 정보를 적절히 유연하게 하는데 필요한 압축 한계는 통상의 전화 라인을 통해 전송하는 경우 약 15프레임/초이다. 1200bps(비트/초)의 모뎀을 이용할 수 있지만, 이는 통신 시스템에서 가능한 초당 프레임의 수를 상당히 느리게 한다. 이상적인 것은 시스템이 절반의 이중 모드로 구성되는 것이며, 완전한 이중 모드 구성은 2태의 전화 라인을 필요로 하는 것으로 기대된다. 사용될 모뎀이 가능한한 최대의 대역폭을 이용하는 것이 바람직하며, 그 모뎀은 통상적인 2400bps 또는 9600bps 모뎀이거나 또는 더 높은 비트 속도를 제공하는 특별한 모뎀이 사용될 수 있다.

비록 본 발명이 비디오 전화 관련 시스템의 내용으로 기술됐지만, 본 발명은, 컴퓨터 시스템을 경유하여 데이타를 저장 및 통신하는데 이용될 수 있는 자기 플로피 디스크 및 이미지를 저장하거나 짧은 비디오 영화를 순차적으로 저장하는 자기 하드 디스크와 같은 자기 매체상에, 또는, 정보를 장편 영화 형태로 전송할 수 있는 비디오 디스크 플레이어용 비디오 디스크 상에 칼라 비디오 데이타를 압축하는데 사용하기에 적합할 수도 있다.

전기 설명에서, 칼라 비디오 데이타를 압축하는 방법 및 시스템은 비디오 카메라에 의해 도입된 외적인 잡음을 완전히 제거할 수 있고, 그로인해, 비디오 화상들을 실시간에 순서화함에 있어서 칼라 비디오 화상 프레임을 재구성하는데 필요한 최소량의 정보를 코딩함에 있어서 증요한 개량을 초래할 수 있음이 증명되었다.

본 발명에 따라 비디오 통신 시스템에서 칼라 비디오 데이타를 압축하는 방법 및 시스템은 엔코딩된 데이타의 디지탈 단어 사이즈를 감소시키고, 칼라 비디오 정보를 감압 및 디코딩하는 시스템에 의한 수신, 저장 및/또는 검색을 위하여 비디오 칼라 화상의 주사선에서 최초한의 필요한 결정 지점들만을 코딩한다는 것도 알 수 있을 것이다.

Claims (17)

1. 다수의 픽셀로 구성된 다수의 주사선들을 각기 포함하며, 상기 주사선 각각은 개시 픽셀과 종료 픽셀을 가지며, 각각의 픽셀은 각기 제1, 제2 및 제3디지탈 단어 사이즈의 3가지 디지탈 칼라 성분 신호를 포함하는 다수의 화상 프레임에 대한 칼라 비디오 신호를 발생시키는 수단을 구비한 비디오 통신 시스템에서 칼라 비디오 데이타를 압축하는 방법으로서, a) 상기 3가지 디지탈 칼라 성분 신호중 최소한 하나를 기초로 각각의 픽셀에 대한 휘도 함수를 결정하는 단계, b) 각각의 주사선상의 최소한 서로 다른 픽셀로부터의 최소한 하나의 미리 결정된 거리인 상호 픽셀간의 휘도 함수의 차이를 기초로 상기 화상 프레임의 주사선들에 내재하는 픽셀들의 최소한 상당 부분에 대한 최소한 하나의 결정 변수를 결정하는 단계, c) 최소한 하나의 결정 변수 및 최소한 하나의 적합한 한계값을 기초로 어떤 픽셀이 결정 지점들을 나타내는지를 결정하는 단계, 6) 각각의 상기 픽셀에 대해서 각기 제4, 제5 및 제5디지탈 단어 사이즈의 3가지 디지탈 칼라 성분을 제공하도록 상기 3가지 감소 디지탈 칼라 성분중 최소한 하나의 감소 디지탈 칼라 성분의 단어 사이즈를 감소시키는 단계 및 e) 각각의 주사선에 내재하는 다수의 픽셀들을 픽셀 런 렝스와 각각의 런 렝스에 대한 3가지 각각의 감소 칼라 성분 신호의 다수의 콤비네이션으로서 코딩하는 단계를 포함하며, 상기 런 렝스는 각각 주사선의 개시 픽셀, 상기 결정 지점들 및 상기 결정 지점 중간의 지점들로부터 선택된 중간 지점 및 종료 픽셀 사이에서 결정되며, 각각의 런 렝스는 제7의 디지탈 단어 사이즈인 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 어떤 픽셀이 결정 포인트를 나타내는지를 결정하는 단계는 최소한 하나의 상기 결정 변수의 절대값을 최소한 하나의 적합한 절대값차의 한계값과 비교하는 단계를 포함하는 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 어떤 픽셀이 결정 지점을 나타내는지를 결정하는 단계는, 상기 휘도 함수차가 결정된 각각의 픽셀에 대한 상기 최소한 하나의 결정 변수의 변화율을 결정하는 단계 및 상기 최소한 하나의 결정 변수의 변화율을 그에 상응하는 적합한 한계변화율과 비교하는 단계를 포함하는 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 결정 지점들을 결정하기 위하여 상기 변화율을 한계변화율과 비교하는 단계는 최소한 하나의 결정 변수를 적합한 누적차 한계값과 비교하는 단계를 포함하는 방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 휘도 함수를 결정하는 단계는 상기 3가지 디지탈 칼라 신호 성분 각각을 합산하는 단계를 포함하는 방법.
6. 제5항에 있어서, 상기 휘도 함수를 결정하는 단계는 상기 3가지 디지탈 칼라 성분 신호중 하나 이상에 관하여 상기 3가지 디지탈 칼라 신호 신호의 합을 웨이팅(weighting)하는 단계를 포함하는 방법.
7. 제1항에 있어서, 제1의 결정 변수는 제1픽셀과 주사선상에서 상기 픽셀로부터 1픽셀 거리로 이격된 제2의 인접 픽셀 사이의 휘도 함수의 차이로부터 결정되는 방법.
8. 제1항에 있어서, 제1의 결정 변수는 제1픽셀과 주사선에서 상기 제1픽셀로부터 2픽셀 거리로 이격된 제2픽셀 사이의 휘도 함수의 차이로부터 결정되는 방법.
9. 제7항 또는 제8항에 있어서, 누적 결정 변수는 상기 인접 픽셀 차이들의 합산으로부터 결정되는 방법.
10. 제1항에 있어서, 제2결정 변수는 상기 인접 픽셀 차이들 간의 차로부터 결정되는 방법.
11. 제1항에 있어서, 차이가 미리 결정된 칼라 차이 한계값 미만인 감소 칼라 성분과 관련되 주사선내의 런 렝스와 감소 칼라 성분의 다수의 콤비네이션의 가동길이를 연결시키든 단계를 부가적으로 포함하는 방법.
12. 다수의 픽셀들로 구성되는 다수의 주사선들을 각기 포함하고, 상기 주사선들 각각은 개시 픽셀과 종료 픽셀을 가지며, 각각의 픽셀은 각기 제1, 제2 및 제3의 디지탈 단어 사이즈의 3가지 디지탈 칼라 성분 신호를 포함하는 다수의 비디오 화상 프레임에 대한 칼라 비디오 신호를 발생시키는 카메라를 구비한 비디오 통신 시스템에서 칼라 비디오 데이타를 압축하는 시스템으로서, a) 상기 3가지 디지탈 칼라 신호 성분 중 최소한 하나를 기초로 각각의 픽셀에 대한 휘도 함수를 결정하는 수단, b) 각각의 주사선 상에서 최소한 하나의 다른 픽셀로부터 최소한 하나의 미리 결정된 거리만큼 이격된 상호 픽셀간의 최소한 하나의 휘도 함수를 기초로 상기 화상 프레임의 주사선내의 픽셀의 상당 부분에 대한 최소한 하나의 결정 변수를 결정하는 수단, c) 최소한 하나의 결정 변수와 최소한 하나의 적하한 한계값을 기초로 어떤 픽셀이 결정 지점들을 나타내는지를 결정하는 수단, d) 각각의 픽셀에 대해서, 제4, 제5 및 제6의 디지탈 단어 사이즈의 1 내지 3가지 디지탈 칼라 성분 신호중 하나의 디지탈 칼라 성분 신호를 제공하도록 상기 3가지의 감소 디지탈 칼라 성분 신호들중 최소한 하나의 감소 디지탈 칼라 성분 신호의 단어 사이즈를 감소시키는 수단 및 f) 각각의 주사선내의 다수의 픽셀들을 픽셀 런 렝스와 각각의 런 렝스에 대한 3가지 각각의 감소 칼라 성분 신호의 다수의 콤비네이션으로서 코딩하는 수단을 포함하며, 상기 런 렝스는 각각의 주사선에 대한 개시 픽셀, 상기 결정 지점들 및 상기 결정 지점들 중간의 지점의 그룹으로부터 선택된 중간 지점 및 상기 종료 픽셀 사이에서 결정되며, 각각의 런 렝스는 제7의 디지탈 단어 사이즈인 시스템.
13. 제12항에 있어서, 상기 어떤 픽셀이 결정 지점들을 나타내는지를 결정하는 수단이 상기 최소한 하나의 결정 변수의 절대값을 최소한 하나의 적합한 절대값 차이의 한계값과 비교하는 수단을 포함하는 시스템.
14. 제12항에 있어서, 상기 어떤 픽셀이 결정 지점을 나타내는지를 결정하는 수단은, a) 상기 휘도 함수 차이가 결정된 픽셀 각각에 대한 최소한 하나의 결정 변수의 변화율을 결정하는 수단, b) 상기 어떤 픽셀이 결정 지점들을 나타내는지를 결정하도록 상기 최소한 하나의 결정 변수의 변화율을 관련된 적합한 변화 한계 속도와 비교하는 수단을 포함하는 시스템.
15. 제12항에 있어서, 상기 휘도 함수를 결정하는 수단은 상기 3가지 디지탈 칼라 성분 신호를 합산하는 수단을 포함하는 시스템.
16. 제15항에 있어서, 상기 휘도 함수를 결정하는 수단은 상기 3가지 디지탈 칼라 성분 신호중 하나 이상에 대하여 3가지 디지탈 칼라 성분 신호의 합을 웨이팅하는 수단을 포함하는 시스템.
17. 제12항에 있어서, 차이가 미리 결정된 칼라 차이 한계값 미만인 감소 칼라 성분들과 관련된 주사선내의 런 렝스와 감소 칼라 성분의 다수의 콤비네이션의 런 렝스들을 연결시키는 수단을 부가적으로 포함하는 시스템.

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