KR960013232B1 - Fixed rate video signal compressing encoding/decoding method - Google Patents
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Abstract
Description
제1도는 본 발명에 의한 비트 고정을 위한 영상압축부호장치의 블럭도.1 is a block diagram of an image compression coding apparatus for fixing bits according to the present invention.
제2도는 본 발명에 의한 비트 고정을 위한 영상압축복호장치의 블럭도.2 is a block diagram of an image compression decoding device for fixing bits according to the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
10 : 색신호 분리부 20 : 서브 샘플링부10: color signal separation unit 20: sub-sampling unit
30 : 블럭분할부 40 : DCT 변환부30: block division 40: DCT converter
50 : 양자화 60, 160 : 양자화 매트릭스50: quantization 60, 160: quantization matrix
70, 170 : 곱셈기 80 : DCT 인코딩부70, 170: multiplier 80: DCT encoding section
90 : 배열부 100 : AC 인코딩부90: array portion 100: AC encoding portion
110 : 멀티플렉서 120 : 디멀티플렉서110: multiplexer 120: demultiplexer
130 : DC 디코딩부 140 : AC 디코딩부130: DC decoding unit 140: AC decoding unit
150 : 역양자화 180 : IDCT 변환부150: dequantization 180: IDCT conversion unit
190 : 블럭조합부 200 : 보간연산부190: block combination unit 200: interpolation operation unit
210 : 색좌표변환부210: color coordinate conversion unit
본 발명은 디지탈 영상기기에 있어서 비트 고정을 위한 영상압축부호화 및 복호화방식에 관한 것이다.The present invention relates to a video compression encoding and decoding method for fixing bits in a digital video device.
일반적으로 칼라화상을 테이프 혹은 기타 디지탈 기록매체에 기록할 때 기록효율을 높이기 위해서 다양한 압축부호화방식을 이용한다.In general, various compression encoding methods are used to increase recording efficiency when recording color images on a tape or other digital recording medium.
국제 표준화 기관이 JPEG(Joint Photogrphy Expert Group) 및 MPEG (Moving Picture Expert Group)에서 권고하고 있는 압축 표준화 방식은 DCT 가변장 부호화 방식을 이용하고 있다. 이러한 가변 부호화 방식은 화상의 복잡성에 따라 출력되는 비트량을 고정시키는 것이 중요하며, 특히 디지탈 비디오 카세트(DVCR)의 경우에 탐색(search)과 같은 트릭 플레이(trick play)시 결정적인 요소로 작용된다.The compression standardization method recommended by the Joint Photogrphy Expert Group (JPEG) and Moving Picture Expert Group (MPEG) by the international standardization organization uses DCT variable length coding. In such a variable coding scheme, it is important to fix the output bit amount according to the complexity of an image. In particular, in the case of a digital video cassette (DVCR), it is a decisive factor in trick play such as search.
본 발명의 목적은 효율적으로 출력되는 비트량을 고정하기 위해서 일정한 부호화 단위에 대해서 DCT 처리를 한 블럭의 AC 계수중 절대값이 큰 소정개의 필셀로 배열하여 선택된 픽셀의 위치정보와 데이타값을 코딩하여 전송하는 비트 고정을 위한 부호화 방식 및 복호화 방식을 제공하는데 있다.An object of the present invention is to encode the position information and the data value of the selected pixel by arranging DCT processing for a certain coding unit in a predetermined pixel having a large absolute value among the AC coefficients of a block in order to fix the output amount of bits efficiently The present invention provides an encoding scheme and a decoding scheme for fixing bits to be transmitted.
상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 비트 고정을 위한 영상압축 부호화 방식 및 복호화 방식은 디지탈 영상신호를 압축하기 위한 DCT 부호화 방식에 있어서 복수개의 블럭단위로 양자화된 DCT계수중 DC계수를 블럭순서에 따라 부호화한 후, 각 블럭의 AC계수는 소정개의 절대값이 큰 픽셀로 배열하여, 선택된 AC계수에 대하여 위치정보와 데이타값으로 부호화하고 상기와 같은 부호화 방식에 의해 부호화된 신호를 복원하기 위하여 복호함을 특징으로 하고 있다.In order to achieve the above object, the video compression encoding method and decoding method for fixing bits according to the present invention is a block order of DC coefficients among DCT coefficients quantized in a plurality of block units in a DCT encoding method for compressing a digital video signal. After coding according to the above, the AC coefficients of each block are arranged in pixels having a predetermined absolute value, and are encoded into position information and data values with respect to the selected AC coefficient, and the signals encoded by the above-described coding scheme are restored. It is characterized by decoding.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 개선된 비트 고정을 위한 영상 압축 부호화 방식 및 복호화 방식에 대하여 바람직한 실시예를 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described a preferred embodiment of the video compression coding scheme and decoding scheme for improved bit fixing according to the present invention.
제1도는 본 발명에 의한 비트 고정을 위한 영상 압축 부호화장치의 일 실시예에 따른 블럭도이다.1 is a block diagram according to an embodiment of an image compression encoding apparatus for bit fixing according to the present invention.
제1도에 의하면, 색신호 분리부(10)와, 양자화 매트릭스(60) 및 양자화(50)등의 작동은 삼성전자(주)에 의하여 국내출원된 특허출원번호 제91-12412호에 기재되어 있으므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.1, the operation of the color signal separation unit 10, the quantization matrix 60, the quantization 50, and the like are described in Korean Patent Application No. 91-12412 filed by Samsung Electronics Co., Ltd. Detailed description will be omitted.
색신호 분리부(10)에서는 R, G, B 신호로부터 휘도신호인 Y와 색차신호인 R-Y, B-Y분리한다. 이때, 색차신호는 서브샘플링부(20)를 사용하여 수평, 수직의 각 방향으로 2 : 1로 서브샘플링한다. 이와 같이 압축된 색차신호를 복원할 때에는 화소간의 값을 선형보간하여 원래대로 채운다.The color signal separator 10 separates Y, which is a luminance signal, and R-Y, B-Y, which are color signals, from the R, G, and B signals. In this case, the color difference signal is subsampled to 2: 1 in each of the horizontal and vertical directions by using the subsampling unit 20. When the compressed color difference signal is restored in this way, the values between the pixels are linearly interpolated to fill the original values.
블럭분할부(30)에서는 상기 색신호 분리부(10)로부터 출력되는 휘도신호(Y)와 상기 서브샘플링부(20)를 통해 출력되는 색차신호(R-Y, B-Y)를 입력하여 8×8화소로 블럭분할한다. 부호화순서는 Y신호에서 4개의 블럭 및 R-Y, B-Y 신호에서 각각 1개의 블럭이 하나의 단위로 하여 처리된다.The block division unit 30 inputs the luminance signal Y output from the color signal separation unit 10 and the color difference signals RY and BY output through the subsampling unit 20 to block 8 × 8 pixels. Divide. The encoding order is processed by four blocks in the Y signal and one block in each of the R-Y and B-Y signals as one unit.
DCT 변환부(40)에서는 블럭분할한 순서 즉, 최상단 좌측의 블럭을 시작하여 하여 최하단 우측의 블럭까지 순차적으로 2차 DCT 변환을 한다. 여기서 DCT는 2차원 변환하여 변환계수들에 대한 통계적 성질을 구하고 그 통계적 성질에 적합한 양자화방법을 적용해 데이타를 압축하는 변화부호화의 일종으로서, 1차 Markov 신호원에 대하여 최적 변환기법인 KLT(Karhunen-Loeve Transform)와 거의 같은 성능을 가지기 때문에 데이타 압축과 필터링 및 특징추출등에 많이 사용된다.In the DCT converter 40, the second DCT conversion is performed sequentially from the block division order, i.e., the block on the top left side to the block on the bottom right side. DCT is a type of change encoding that compresses data by applying two-dimensional transform to obtain statistical properties of transform coefficients and applying a quantization method suitable for the statistical properties. KT (Karhunen-- Since it has almost the same performance as Loeve Transform, it is widely used for data compression, filtering, and feature extraction.
양자화(50)는 양자화 매트릭스(60)의 양자화 행렬과 양자화 압축설정수단(도시되지 않음)로부터 압축정수(S)와 그에 따른 감쇠율을 승산한 승산기(70)의 출력에 의하여 양자화 스텝사이즈가 제어된다. 상술한 양자화 압축설정수단은 삼성전자(주)에 의해 국내출원된 제91-23727호에 기재되어 있으므로 사세한 설명은 생략하기로 한다. 또한 양자화 매트릭스(60)은 ISO/CCITT에서 제안한 양자화 행렬을 사용한다.The quantization 50 is obtained from the quantization matrix of the quantization matrix 60 and the quantization compression setting means (not shown). The quantization step size is controlled by the output of the multiplier 70 multiplied by. The above-described quantization compression setting means is described in Korean Patent No. 91-23727 filed by Samsung Electronics Co., Ltd., so detailed description thereof will be omitted. In addition, the quantization matrix 60 uses a quantization matrix proposed by ISO / CCITT.
즉, Q(u, v)=QM(u, v)×SThat is, Q (u, v) = QM (u, v) × S
여기서, QM(u, v) : 양자화 행렬Where QM (u, v): quantization matrix
S : 양자화 인자S: quantization factor
양자화 계수 값은 다음 수식표현에 의해 양자화된다.The quantization coefficient value is quantized by the following expression.
여기서, DCT 변환의 성질은 DC 성분 및 AC 성분으로 분류되며 DC 성분과 거리가 멀수록 고주파 성분의 계수가 나타난다. 일반적인 화상을 DCT 변환하였을 때 저주파성분의 계수가 화질을 결정하는 중요한 요소이며 값의 크기도 고주파에 비해서 월등히 크다. 양자화 행렬은 그러한 요소를 감안하여 저주파 성분이 고주파 성분에 비해 간격이 소밀하도록 되어있다. 따라서 CD 성분 근처에 저주파성분은 0이 아닌 확률이 매우 높으며 고주파로 갈수록 확률이 현격히 떨어진다.Here, the properties of the DCT conversion are classified into DC and AC components, and the farther the DC component is, the higher the frequency coefficient is. When DCT conversion of a general image, the coefficient of the low frequency component is an important factor in determining the image quality, and the magnitude of the value is much larger than the high frequency. In consideration of such factors, the quantization matrix is designed so that the low frequency components have a smaller spacing than the high frequency components. Therefore, the low frequency component near the CD component has a very high probability of being non-zero, and the probability drops significantly as the frequency goes higher.
DC 인코딩부(80)에서는 상기 DCT 변환 및 양자화를 거치고 난후 출력되는 DC 계수를 8비트의 신호로 표현한다.The DC encoder 80 expresses the DC coefficient output after the DCT conversion and quantization as an 8-bit signal.
배열부(90)에서는 상기 DC를 제외한 63개의 AC 계수중에서 절대값이 큰 m(여기서는 5)개의 AC 계수의 값인 n비트를 배열(sorting)하고, 각각의 위치정보를 6비트로서 설정한다. 8×8블럭에 대하여 64개의 픽셀의 위치는 6비트로 표현가능하다.The arranging unit 90 sorts n bits, which are the values of m AC coefficients having a large absolute value (here, 5) among 63 AC coefficients excluding the DC, and sets each position information as 6 bits. The position of 64 pixels for an 8x8 block can be represented by 6 bits.
AC 인코딩부(100)에서는 상기 배열부(90)로부터 출력되는 m개의 큰 AC값을 인코딩한다.The AC encoding unit 100 encodes m large AC values output from the array unit 90.
즉, n비트(value)+6비트(position)로 m개의 각 픽셀을 표현한다.That is, m pixels are represented by n bits + values.
이리하여 블럭당 출력되는 비트량은,Thus, the amount of bits output per block is
8비트(DC)+m(pixels)×n bit(value)이다.8 bits (DC) + m (pixels) x n bit (value).
AC계수의 인코딩 포맷은The encoding format of the AC coefficient is
6 bit(position)+n bit(value)이다.6 bit (position) + n bit (value).
AC계수가 0이 아닌 갯수가 5개 이하인 경우는 DC는 무조건 전송되므로 위치는 0로 세팅된다.If the number of non-AC coefficients is less than 5, DC is transmitted unconditionally, so the position is set to 0.
예를 들어, 임의의 한 블럭이 위의 표에 도시된 바와 같이 DCT 변환했을 때, 멀티플렉서(110)로부터 번갈아가며 출력되는 DC 및 AC 코딩결과는 다음과 같다.For example, when any one block is DCT converted as shown in the above table, the DC and AC coding results alternately output from the multiplexer 110 are as follows.
DC(8bit), 101(-5), 001001(position : 9), 100(4), 001000(position : 8), 011(3), 000001(position : 1), 001(1), 011000(position : 24), 000(0), 000000 (position : 0)로 코딩된다.DC (8bit), 101 (-5), 001001 (position: 9), 100 (4), 001000 (position: 8), 011 (3), 000001 (position: 1), 001 (1), 011000 (position 24), 000 (0), 000000 (position: 0).
이 경우(n=3, m=5), DCT 블럭당 53비트로 고정되므로 64바이트(bute)가 53비트로 압축되어 고정된다.In this case (n = 3, m = 5), since 64 bits are fixed per DCT block, 64 bytes (bute) are compressed to 53 bits and fixed.
본 발명에서 부호화된 방식에 의해 부호화된 부호는 제2도에 도시된 바와 같이 역순으로 복호될 수 있다.In the present invention, the code coded by the coded scheme may be decoded in the reverse order as shown in FIG.
즉, 디멀티플렉서(120)에서는 상기 멀트플렉서(110)로부터 출력되는 코딩된 DC값과 AC값을 DC 디코딩부(130) 및 AC 디코딩부(140)에 출력한다. 상기 AC 디코딩부(140)에서는 8×8블럭중 인코딩시 선택된 m개의 픽셀을 디코딩하고 63개의 AC계수 중 선택되어진 m개를 제외한 AC는 모두 0로 넣는다.That is, the demultiplexer 120 outputs the coded DC value and the AC value output from the multiplexer 110 to the DC decoding unit 130 and the AC decoding unit 140. The AC decoding unit 140 decodes m pixels selected at the time of encoding among 8 × 8 blocks and puts all ACs except 0 selected among 63 AC coefficients as 0.
역양자화(150)는 부호화할 때 사용한 S값과 양자화 매트릭스(160)를 가지고 역양자화한다.The inverse quantization 150 inversely quantizes the S value used in the encoding and the quantization matrix 160.
블럭조합부(190)는 IDCT변환부(Inverse DCT)(180)를 통해 출력되는 분할된 블럭을 조합시켜 원래의 화면으로 위치시킨다.The block combination unit 190 combines the divided blocks output through the IDCT conversion unit (Inverse DCT) 180 to position the original screen.
보간연산부(200)에서는 상기 블럭조합부(190)로부터 출력되는 휘도신호(Y)와 색차신호(R-Y, B-Y) 중 색차 신호를 보간시켜 원래의 신호로 복원해서 색좌표변환부(210)에서 R, G, B 신호로 변환한다.The interpolation operation unit 200 interpolates the color difference signals among the luminance signal Y and the color difference signals RY and BY output from the block combination unit 190 and restores the original signals to restore the original signals. Converts to G and B signals.
이상으로 상술한 바와 같이, 본 발명에 의한 비트 고정을 위한 영상 압축 부호화 방식 및 복호화 방식은 디지탈 영상기기에 있어서 효율적으로 출력되는 비트량을 고정하기 위해서 일정한 부호화 단위에 대해서 DCT처리를 한 블럭의 DC계수는 각 블럭 순서에 따라 부호화한 후, AC계수는 절대값이 큰 소정개의 픽셀로 배열하여 선택된 픽셀의 위치정보와 데이타값을 코딩하여 전송함으로써 데이타 압축 효율을 개선시킨다.As described above, according to the present invention, the video compression encoding method and the decoding method for fixing bits according to the present invention provide a DC of a block in which DCT processing is performed on a predetermined coding unit in order to fix the amount of bits efficiently output in a digital video apparatus. The coefficients are encoded according to each block order, and the AC coefficients are arranged in predetermined pixels having a large absolute value, thereby encoding and transmitting position information and data values of the selected pixel, thereby improving data compression efficiency.
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