KR970003105B1 - Video signal coding apparatus urilizing adaptive pattern quantization and quantization pattern selecting method - Google Patents

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    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06TIMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T9/00Image coding
    • G06T9/005Statistical coding, e.g. Huffman, run length coding

Abstract

The image coding device using adaptive pattern quantization comprises a pattern quantization means for M x N difference signal between expected frames and a coder for coding the pattern quantized image. The pattern quantization means includes: a quantization pattern code book(100) having a plurality of N x N quantization patterns constituted by an one-dimensional quantizer(Qk); a quantization pattern selector(60) for selecting a quantization pattern in which an error value is lowest; and a quantizer(50) for performing pattern quantization for a delayed difference signal supplied from a delayer(90) which delays the input signal(30) for a predetermined time period, on the basis of the selected optimal quantization pattern suppled from the quantization pattern selector(60).

Description

적응적인 패턴 양자화를 이용한 영상 부호화 장치 및 양자화 패턴 선정 방법Image Coding Device Using Adaptive Pattern Quantization and Quantization Pattern Selection Method

제1도는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 적응적인 패턴 양자화를 이용한 영상 부호화 장치에 대한 블록구성도.1 is a block diagram of an image encoding apparatus using adaptive pattern quantization according to a preferred embodiment of the present invention.

제2도는 프레임 예측 블록 부호화에서 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 다수개의 양자화 패턴에서 목표로 하는 임의의 최적 양자화 패턴들을 선정하는 과정을 도시한 흐름도.2 is a flowchart illustrating a process of selecting arbitrary optimal quantization patterns targeted from a plurality of quantization patterns according to a preferred embodiment of the present invention in frame prediction block coding.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

10 : 차이영상 부호화기 20 : 움직임 보상기10: difference image encoder 20: motion compensator

30 : 움직임 추정기 40 : 프레임 기억장치30: motion estimator 40: frame memory

50 : 양자화기 60 : 양자화 패턴 선택기50: quantizer 60: quantization pattern selector

70 : 차이영상 복호화기 80 : 가변길이 부호기70: difference image decoder 80: variable length encoder

90 : 지연부 100 : 양자화 패턴 코드북90: delay unit 100: quantization pattern codebook

110 : 감산기 120 : 가산기110: subtractor 120: adder

[발명의 목적][Purpose of invention]

[발명이 속하는 기술분야 및 그 분야의 종래기술][Technical Field to which the Invention belongs and Prior Art in the Field]

본 발명은 영상 부호와 기법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 프레임 예측 블록 부호화에서 다수의 양자화기를 갖는 적응적인 패턴 양자화 기법을 이용하는데 적합한 영상 부호화 장치 및 거기에서의 양자화 패턴 선정 방법에 관한 것이다.The present invention relates to image coding and techniques, and more particularly, to an image encoding apparatus suitable for using an adaptive pattern quantization technique having a plurality of quantizers in frame prediction block encoding, and a quantization pattern selection method therein.

근래 들어, 종래의 통신 채널을 통하여 디지탈 영상신호를 효과적으로 전송하기 위하여 데이타를 효과적으로 압축하는 다양한 기법이 제시되고 있다. 그중에서 흔히 이용되고 있는 압축기법은, 예를들면, 이산 코사인 변환(Discrete Cosine Trasform : 이하 DCT라 칭함)과 같은 프레임내 상관성을 줄이는 변환 부호화 방식과, 움직임 보상(Motion Compensation)과 같은 프레임간의 시간적 상관성을 줄이는 차이영상 부호화 방식이다. 현재 개발되고 있는 고선명 텔레비젼(HDTV) 시스템에서는 전술한 DCT 및 영상 부호화 방식을 동시에 이용하고 있다.Recently, various techniques for effectively compressing data in order to effectively transmit digital video signals through conventional communication channels have been proposed. Compressor methods commonly used among them are, for example, transform coding schemes for reducing intra-frame correlation such as Discrete Cosine Trasform (hereinafter referred to as DCT) and temporal interframes such as motion compensation. It is a differential image coding method that reduces correlation. The high-definition television (HDTV) system currently being developed uses both the above-described DCT and video encoding.

여기에서, 움직임 보상이란 영상신호 처리에 물체의 움직임 정도를 소정의 알고리즘으로 추정하여 이전 프레임(또는 필드)의 신호를 움직임 벡터, 즉, 움직임 영상신호에서 현재 프레임의 화소(Pixel) 또는 화소들의 블록들이 이전 프레임에 비해 어느 방향으로 얼마나 움직였는지를 화소단위의 벡터량으로 표시하여 움직임 벡터만큼 이동시켜 주는 것이다.In this case, motion compensation refers to a signal of a previous frame (or field) in a motion vector, that is, a pixel or a block of pixels of a current frame in a motion image signal by estimating the degree of motion of an object in a video signal processing by a predetermined algorithm. The amount of movement in these directions relative to the previous frame is expressed by the vector amount of the pixel unit and moved by the motion vector.

또한, 차이영상 부호화 방식은 전술한 움직임 보상을 이용하여 부호화하는 영상 압축 방법으로서, 이전 프레임과 현재 프레임을 비교하여 현재 프레임의 영상이 이전 영상에 비해 얼마나 움직였는지를 추정하고, 추정된 움직임 벡터를 가지고 상기 전술한 바와같이 이전 프레임에서 움직임 보상을 실시한다. 움직임 보상된 이전 프레임은 움직임 벡터에 의하여 현재 프레임과 유사하게 움직임 보상되고, 현재 프레임에서 움직임 보상된 프레임을 감산하여 차이신호를 만든다. 이 차이신호는 프레임내 상관성을 줄이기 위한 방편으로 변환 부호화된다.In addition, the differential image encoding method is an image compression method for encoding by using the above-described motion compensation, and compares the previous frame and the current frame to estimate how much the image of the current frame has moved compared to the previous image, and estimates the estimated motion vector. Motion compensation is performed in the previous frame as described above. The motion-compensated previous frame is motion-compensated similarly to the current frame by the motion vector, and subtracts the motion-compensated frame from the current frame to form a difference signal. This difference signal is transform-coded as a way to reduce intraframe correlation.

통상적으로, 프레임 예측 블록 부호화에서 양자화 패턴(Quantizaion Pattern)을 이용하여 부호화하는 경우 각 양자화 패턴을 구성하는 스칼라(scalar) 양자화기의 선정방법에 따라 부호화 효율일 달라질 수 있는데, 이러한 점을 고려하여 보다 용이하고 효율이 좋은 양자화기의 선택 및 최적의 양자화 패턴을 구성하는 방법이 절실히 요구되어 왔다.In general, when encoding using a quantization pattern in frame prediction block encoding, coding efficiency may vary according to a method of selecting a scalar quantizer constituting each quantization pattern. There is an urgent need for a method of selecting an easy and efficient quantizer and configuring an optimal quantization pattern.

[발명이 이루고자 하는 기술적 과제][Technical problem to be achieved]

따라서, 본 발명의 목적은 프레임 예측 블록 부호화에 있어서, 1차 양자화기의 조합들로 구성되는 서로 다른 다수개의 양자화 패턴들을 포함하는 양자화 패턴 코드북을 이용하여 압축 부호화 효율을 증진시킬 수 있는 적응적인 패턴 양자화를 이용한 영상 부호화 장치를 제공하는데 있다.Accordingly, an object of the present invention is an adaptive pattern in frame prediction block coding, which can improve compression coding efficiency by using a quantization pattern codebook including a plurality of different quantization patterns composed of combinations of primary quantizers. An image encoding apparatus using quantization is provided.

본 발명의 다른 목적은 프레임 예측 블록 부호화에서 벡터 양자화를 수행할 때, 필요로 하는 1차원 양자화기의 조합들로 구성되는 서로 다른 다수의 양자화 패턴들로 구성되는 양자화 패턴 코드북을 구성하는데 적합한 최적의 양자화 패턴을 선정할 수 있는 방법을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide an optimal quantization pattern codebook suitable for constructing a plurality of different quantization patterns composed of combinations of necessary one-dimensional quantizers when performing vector quantization in frame prediction block coding. To provide a method for selecting a quantization pattern.

상기 목적을 달성하기 위한 일관점에 따른 본 발명은, 현재 프레임과, 이 현재 프레임 및 패턴 양자화 후에 복원되어 재구성된 이전 프레임을 이용한 움직임 추정, 보상을 통해 얻어지는 예측 프레임간의 M×N 차이신호를 패턴 양자화하는 수단, 상기 패턴 양자화된 영상을 가변길이 부호화하는 수단을 포함하는 영상부호화 장치에 있어서, 상기 패턴 양자화 수단은 : 1차원 양자화기가, {Q0}⊂{Q1}⊂{Q2}⊂…⊂{QN-1}(여기에서, Q0는 최소 대표값을 갖는 1차원 양자화기이고, QN-1는 최대 대표값을 갖는 1차원 양자화기임)로 규정되는 1차원 양자화기(Qk)의 조합들로 구성되는 서로 다른 다수의 M×N 양자화 패턴들을 포함하는 양자화 패턴 코드북; 상기 M×N 차이신호를 기설정된 소정 시간동안 지연시키는 지연부; 상기 양자화 패턴 코드북에 구비된 다수의 양자화 패턴들중 상기 M×N 차이신호를 양자화했을 때 그 오차값이 가장 작은 패턴을 양자화를 위한 최적 양자화 패턴으로 선택하고, 상기 양자화 패턴 코드북내에 최적 양자화 패턴이 없는 경우, 양자화 비트수가 다르고 양자화 잡음이 동일한 패턴을 상기 최적 양자화 패턴으로 선택하며, 선택된 최적 양자화 패턴의 지수번호를 상기 가변길이 부호화 수단에 제공하는 양자화 패턴 선택기; 및 상기 양자화 패턴 선택기로부터 제공되는 상기 선택된 최적 양자화 패턴에 의거하여 상기 지연부로부터 제공되는 지연되 차이신호를 패턴 양자화하는 양자화기를 포함하는 것을 특징으로 하는 적응적인 패턴 양자화를 이용한 영상 부호화 장치를 제공한다.In accordance with the present invention, a pattern of MxN difference signals between a current frame and a prediction frame obtained through motion estimation and compensation using a previous frame reconstructed after the current frame and the pattern quantization is obtained. A video encoding apparatus comprising means for quantizing and means for variable length encoding the pattern quantized video, wherein the pattern quantization means comprises: a QD {Q 0 } {{Q 1 }} {Q 2 }} … Q k -1 (where Q 0 is a one-dimensional quantizer with a minimum representative value and Q N-1 is a one-dimensional quantizer with a maximum representative value) (Q k A quantization pattern codebook comprising a plurality of different M × N quantization patterns composed of combinations of the following; A delay unit for delaying the M × N difference signal for a predetermined time; When the M × N difference signal is quantized among a plurality of quantization patterns included in the quantization pattern codebook, a pattern having the smallest error value is selected as an optimal quantization pattern for quantization, and an optimal quantization pattern is defined in the quantization pattern codebook. A quantization pattern selector for selecting a pattern having a different number of quantization bits and having the same quantization noise as the optimum quantization pattern and providing the variable length encoding means with an exponent number of the selected optimal quantization pattern; And a quantizer for pattern quantizing a delayed difference signal provided from the delay unit based on the selected optimal quantization pattern provided from the quantization pattern selector. .

상기 목적을 달성하기 위한 다른 관점에 따른 본 발명은, 1차원 양자화기의 조합들로 구성되는 다수의 M×N 양자화 패턴을 구비한 양자화 패턴 코드북을 이용하여 임의의 영상신호를 벡터 양자화하는 양자화 시스템에 사용되는 상기 다수의 M×N 양자화 패턴을 선정하는 방법에 있어서, 상기 1차원 양자화기가, {Q0}⊂{Q1}⊂{Q2}⊂…⊂{QN-1}(여기에서, Q0는 최소 대표값을 갖는 1차원 양자화기이고, QN-1는 최대 대표값을 갖는 1차원 양자화기임)로 규정되고, 상기 양자화 패턴 코드북내의 1차원 양자화기(Qk)의 대표값들의 집합이 다음의 수식과 같이 표시될 때, 상기 각 1차원 양자화기(Qk)을 각각 선정하는 제1단계;k=0,1…N-1(여기에서, N은 1차원 양자화기의 갯수이고, Zk는 Qk의 대표값수임.) 상기 선정된 1차원 양자화기의 대표값(yk) 각각에 대해 부호화시에 필요한 비트수(B(yk))를 각각 할당하는 제2단계; 임의의 영상을 M×N 블록으로 분할한 다수의 각 훈련벡터내의 각 원소별로 최소 잡음을 발생하는 1차원 양자화기를 각각 선택함으로써, 상기 각 훈련벡터에 각각 대응하는 다수의 M×N 양자화 패턴을 각각 생성하는 제3단계; 상기 생성된 다수의 각 양자화 패턴을 클러스터 그룹내의 각 초기 클러스터에 각각 소속시키는 제4단계; 상기 클러스터 그룹내 클러스터들 각각에 대해, 임의의 두 클러스터내에 소속된 양자화 패턴을 머지할 때 발생하는 총 양자화 비트수 증가율을 모든 가능한 두 클러스터 조합으로 각각 연산하는 제5단계(S18); 상기 각 클러스터들중 상기 연산된 총 양자화 비트수 증가율이 최소인 두 클러스터에 각각 소속된 두 양자화 패턴을 머지하여 하나의 새로운 양자화 패턴을 생성하고, 이 생성된 하나의 새로운 양자화 패턴을 하나의 새로운 클러스터에 소속시키며, 상기 두 양자화 패턴간의 머지는 상기 두 양자화 패턴내의 각각의 대응하는 두 1차원 양자화기중 대표값이 큰 1차원 양자화기로 각각 머지하는 제6단계; 상기 머지된 두 양자화 패턴의 각 클러스터를 상기 클러스터 그룹에서 제거하여 상기 하나의 새로운 클러스터에 소속시키는 제7단계; 상기 클러스터 그룹에 포함된 잔연 클러스터의 갯수가 기설정된 목표 양자화 패턴 갯수와 일치하는지의 여부를 체크하며, 상기 클러스터 그룹에 포함된 잔연 클러스터의 갯수가 상기 기설정된 목표 양자화 패턴 갯수에 도달할 때까지 상기 제5단계 내지 제7단계를 반복 수행하는 제8단계; 및 상기 제8단계에서의 체크결과, 상기 클러스터 그룹에 포함된 잔여 클러스터의 갯수가 상기 기설정된 목표 양자화 패턴 갯수와 일치하는 것으로 판단되면, 상기 양자화 패턴 코드북 구성을 위해, 상기 각 잔연 클러스터에 소속된 각 양자화 패턴들을 추출하는 제9단계로 이루어진 양자화 패턴 선정 방법을 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a quantization system for vector quantizing an arbitrary image signal using a quantization pattern codebook having a plurality of M × N quantization patterns composed of combinations of one-dimensional quantizers. In the method for selecting the plurality of M × N quantization patterns used in the above-mentioned method, the one-dimensional quantizer includes: {Q 0 } ⊂ {Q 1 } ⊂ {Q 2 } ⊂. {Q N-1 }, where Q 0 is a one-dimensional quantizer having a minimum representative value and Q N-1 is a one-dimensional quantizer having a maximum representative value, and 1 in the quantization pattern codebook. A first step of selecting each one-dimensional quantizer Q k when the set of representative values of the dimensional quantizer Q k is represented by the following equation; k = 0,1... N-1 (where N is the number of one-dimensional quantizers and Z k is the number of representative values of Q k .) Bits required for encoding for each representative value (y k ) of the selected one-dimensional quantizer. Allocating a number B (y k ), respectively; By selecting each one-dimensional quantizer that generates the minimum noise for each element in each of the plurality of training vectors obtained by dividing an arbitrary image into M × N blocks, a plurality of M × N quantization patterns respectively corresponding to the respective training vectors are selected. Generating a third step; A fourth step of assigning each of the generated plurality of quantization patterns to each initial cluster in a cluster group; A fifth step (S18), for each of the clusters in the cluster group, calculating the total quantization bit increase rate occurring when merging the quantization patterns belonging to any two clusters with all possible two cluster combinations; Merge two quantization patterns belonging to two clusters of which the calculated total quantization bit number increase rate is the minimum among each of the clusters to generate one new quantization pattern, and convert the generated one new quantization pattern into one new cluster. A sixth step of merging each of the two quantization patterns with a one-dimensional quantizer having a larger representative value among two corresponding one-dimensional quantizers in the two quantization patterns; Removing each cluster of the merged two quantization patterns from the cluster group to belong to the one new cluster; It is checked whether the number of residual clusters included in the cluster group matches the predetermined number of target quantization patterns, and until the number of residual clusters included in the cluster group reaches the predetermined target quantization pattern number. An eighth step of repeatedly performing the fifth to seventh steps; And if it is determined that the number of remaining clusters included in the cluster group matches the predetermined target quantization pattern number as a result of the check in the eighth step, for configuring the quantization pattern codebook, each of the residual clusters belonging to each of the residual clusters is included. A quantization pattern selection method comprising a ninth step of extracting respective quantization patterns is provided.

[발명의 구성 및 작용][Configuration and Function of Invention]

이하 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

제1도는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 적응적인 패턴 양자화를 이용한 영상 부호화 장치에 대한 블록구성도를 나타낸다. 동도면에 도시된 바와같이 본 발명의 영상부호화 장치는, 차이영상 부호화기(10), 차이영상 복호화기(70), 가산기(120), 프레임 기억장치(40), 움직임 추정기(30), 움직임 보상기(20), 감산기(110), 가변길이 부호기(80)를 포함한다.1 is a block diagram of an image encoding apparatus using adaptive pattern quantization according to a preferred embodiment of the present invention. As shown in the drawing, the video encoding apparatus of the present invention includes a differential image encoder 10, a differential image decoder 70, an adder 120, a frame memory device 40, a motion estimator 30, and a motion compensator. 20, a subtractor 110, and a variable length encoder 80.

또한, 본 발명에서 가장 큰 기술적인 요지부분을 이루는 차이영상 부호화기(10)는 양자화 패턴 코드북(100), 양자화 패턴 선택기(60), 지연부(90), 양자화기(50)를 포함한다.In addition, the difference image encoder 10 forming the biggest technical gist of the present invention includes a quantization pattern codebook 100, a quantization pattern selector 60, a delay unit 90, and a quantizer 50.

제1도를 참조하면, 감산기(110)에서는 입력 프레임 신호와 후술되는 움직임 보상기(20)로부터 제공되는 예측된 현재 프레임 신호를 감산하여 그 감산결과, 즉 차이영상(에러신호)를 라인 130상에 발생하며, 라인 130상에 발생된 차이영상은 양자화 패턴 선택기(60) 및 지연부(90)에 각각 제공된다.Referring to FIG. 1, the subtractor 110 subtracts an input frame signal and a predicted current frame signal provided from a motion compensator 20 to be described later, and subtracts the difference image (error signal) onto a line 130. The difference image generated on the line 130 is provided to the quantization pattern selector 60 and the delay unit 90, respectively.

한편, 양자화 패턴 선택기(60)는, 본 발명에 따라 선정되어 양자화 패턴 코드북(100)에 구비된 다수의 M×N 양자화 패턴(예를들면, 1차원 양자화기로 구성되는 4×4 양자화 패턴)중에서 라인 130상의 M×N 입력신호(차이영상)를 양자화했을 때 그 오차가 가장 적은 최적의 양자화 패턴을 선택하며, 여기에서 선택된 최적 패턴은 양자화를 위해 후술되는 양자화기(50)로 제공된다. 여기에서, 본 발명에 따라 양자화 패턴 코드북을 구성하는 양자화 패턴들을 선정하는 구체적인 방법에 대해서는 후에 상세하게 기술될 것이다.On the other hand, the quantization pattern selector 60 is selected from a plurality of M × N quantization patterns (for example, 4 × 4 quantization patterns composed of one-dimensional quantizers) selected according to the present invention and included in the quantization pattern codebook 100. When the M × N input signal (difference image) on the line 130 is quantized, an optimal quantization pattern having the least error is selected, and the selected optimal pattern is provided to the quantizer 50 described below for quantization. Here, a detailed method of selecting quantization patterns constituting the quantization pattern codebook according to the present invention will be described later in detail.

이때, 양자화 패턴 선택기(60)는, 최적의 양자화 패턴이 양자화 패턴 코드북(100)내에 없는 경우, 양자화 비트수가 다르더라도 양자화 잡음이 동일하면 해당 패턴을 최적의 양자화 패턴으로 선택한다.In this case, when the optimal quantization pattern is not in the quantization pattern codebook 100, the quantization pattern selector 60 selects the pattern as the optimal quantization pattern if the quantization noise is the same even though the number of quantization bits is different.

또한, 양자화 패턴 선택기(60)는 선택된 각각의 양자화 패턴에 대한 지수번호를 후술되는 가변길이 부호기(80)에 전달한다. 그리고, 양자화 패턴 코드북(100)에는 1차원 양자화기의 조합들로 구성된 서로 다른 다수개의 양자화 패턴들이 구비되어 있다.In addition, the quantization pattern selector 60 transmits the exponent number for each selected quantization pattern to the variable length encoder 80 described later. In addition, the quantization pattern codebook 100 includes a plurality of different quantization patterns composed of combinations of one-dimensional quantizers.

한편, 차이영상의 부호화 경로를 이루는 지연부(90)는 라인 130입력신호(차이영상)를 소정 시간 동안 지연시킨 다음, 양자화기(50)로 출력하는데, 양자화기(50)에서는 상기한 양자화 패턴 선택기(60)로부터 제공되는 선택된 양자화 패턴을 이용하여 지연부(90)로부터 제공되는 지연된 차이영상 신호를 양자화하여, 이와같이 양자화된 영상신호는 차이영상 복호화기(70) 및 가변길이 부호기(80)로 동시에 제공된다.On the other hand, the delay unit 90 forming the encoding path of the difference image delays the line 130 input signal (difference image) for a predetermined time and then outputs the result to the quantizer 50. In the quantizer 50, the quantization pattern described above. The delayed differential image signal provided from the delay unit 90 is quantized using the selected quantization pattern provided from the selector 60, and thus the quantized image signal is transferred to the differential image decoder 70 and the variable length encoder 80. Provided at the same time.

다른 한편, 차이영상 복호화기(70)는 상술한 차이영상 부호화기(10)에서 수행되는 신호처리의 역과정으로서, 프레임간의 공간적 상관성을 줄이기 위해 이용되는 움직임 추정 및 움직임 보상을 위해 수행되며, 양자화기(50)를 통해 양자화된 차이영상을 양자화되기 이전의 원신호로 복원하여 다음단의 가산기(120)로 제공한다.On the other hand, the difference image decoder 70 is a reverse process of the signal processing performed by the difference image encoder 10 described above, and is performed for motion estimation and motion compensation used to reduce spatial correlation between frames. The difference image quantized through 50 is restored to the original signal before being quantized and provided to the next adder 120.

다음에, 가산기(120)에서는 상기한 차이영상 복호화기(70)에서 제공되는 복원된 신호(차이영상)와 후술되는 움직임 보상기(20)로부터 제공되는 움직임 보상된 예측신호를 가산하여 재구성된 이전 프레임 신호를 생성하며, 이와같이 재구성된 이전 프레임 신호는 프레임 기억장치(40)에 저장된다. 따라서, 이러한 과정을 통해 부호화 처리되는 매 프레임에 대한 바로 이전 프레임 신호가 계속적으로 갱신되며, 이와같이 갱신되는 재구성된 이전 프레임 신호는 움직임 추정 및 보상을 위해 움직임 추정기(30) 및 움직임 보상기(20)로 제공 될 것이다.Next, the adder 120 adds the reconstructed signal (difference image) provided by the difference image decoder 70 and the motion compensated prediction signal provided from the motion compensator 20 to be described later to reconstruct the previous frame. A signal is generated, and the reconstructed previous frame signal is stored in the frame memory 40. Therefore, the previous frame signal for every frame to be encoded is continuously updated through this process, and the reconstructed previous frame signal is updated to the motion estimator 30 and the motion compensator 20 for motion estimation and compensation. Will be provided.

따라서, 움직임 추정기(30)에서는 입력되는 현재 프레임 신호와 프레임 기억장치(40)에서 제공되는 재구성된 이전 프레임 신호에 기초하여 화소 순환 알고리즘 또는 블록 매칭 알고리즘 등의 기법을 이용하여 움직임을 추정, 즉 현재 프레임내의 각 화소 또는 M×N 화소 블록(예를 들면, 8×9 블록)들을 재구성된 이전 프레임내에서 탐색한 다음 각 화소 또는 M×N 화소블록간의 움직임 벡터들을 추정하여 움직임 보상기(20)로 제공한다. 여기에서, 움직임 벡터는 현재 프레임의 각 화소 또는 M×N 블록과 이전 프레임의 소정의 탐색범위에서 예측된 각 화소 또는 M×N 후보 블록간의 변위이다.Therefore, the motion estimator 30 estimates the motion using a technique such as a pixel cyclic algorithm or a block matching algorithm based on the input current frame signal and the reconstructed previous frame signal provided from the frame memory 40, that is, the current frame signal. Each pixel or MxN pixel block (e.g., 8x9 blocks) in the frame is searched within the reconstructed previous frame and then estimated by motion vectors between each pixel or MxN pixelblock to the motion compensator 20. to provide. Here, the motion vector is a displacement between each pixel or M × N block of the current frame and each pixel or M × N candidate block predicted in a predetermined search range of the previous frame.

또한, 제1도에서의 상세한 도시는 생략되었으나 추정된 움직임 벡터들은 후술되는 가변길이 부호기(80)에 제공된다. 따라서, 가변길이 부호기(80)에서의 움직임 추정기(30)에서 제공되는 움직임 벡터들과 더불어 상술한 양자화기(50)에서 제공되는 양자화된 신호를 가변길이 부호화하여 다음단의 코딩부로 전송하게 될 것이다.In addition, although the detailed illustration in FIG. 1 is omitted, the estimated motion vectors are provided to the variable length encoder 80 described later. Accordingly, the quantized signal provided by the quantizer 50 as well as the motion vectors provided by the motion estimator 30 in the variable length encoder 80 will be variable length encoded and transmitted to the next coder. .

한편, 움직임 보상기(20)에서는 상기한 바와같이 추정된 움직임 벡터들과 프레임 기억장치(40)로부터 제공되는 재구성된 이전 프레임 신호에 의거하여 움직임 보상된 예측 프레임 신호를 생성, 즉 추정된 움직임 벡터만큼 재구성된 이전 프레임 신호를 이동시켜 예측 프레임 신호를 생성하며, 이와같이 생성된 예측 프레임 신호는 전술한 감산기(110) 및 가산기(120)로 각각 제공된다.Meanwhile, the motion compensator 20 generates a motion compensated prediction frame signal based on the estimated motion vectors and the reconstructed previous frame signal provided from the frame memory 40 as described above, that is, by the estimated motion vector. The reconstructed previous frame signal is moved to generate a predictive frame signal, and the generated predictive frame signal is provided to the above-described subtractor 110 and adder 120, respectively.

따라서, 상기한 바와같은 처리경로를 통해 감산기(110)로부터 연속적으로 현재 프레임과 예측 프레임간의 차이영상이 생성되며, 이러한 차이영상들은 본 발명에 따라 차이영상 부호기(10)를 통해 효율적인 패턴 양자화가 수행된다.Therefore, the difference image between the current frame and the prediction frame is continuously generated from the subtractor 110 through the processing path as described above, and the difference images are efficiently pattern quantized by the difference image encoder 10 according to the present invention. do.

다음에, 상술한 바와같은 구성을 갖는 영상 부호화 장치에서 차이영상을 벡터 양자화할 때 본 발명에 따라 최적의 양자화 패턴을 선택하는 과정에 대하여 보다 상세하게 설명한다.Next, a process of selecting an optimal quantization pattern according to the present invention when vector quantizing a difference image in the image encoding apparatus having the above-described configuration will be described in more detail.

제1도를 참조하면, 라인 130상의 입력신호(차이영상)가 일예로서 4×4 블록으로 구성된 경우라고 가정하면, 양자화 패턴 코드북(100)은 1차원 양자화기들이 4×4로 배열된 다수 형태의 양자화 패턴들로 구성된다. 즉, 1차원 양자화기의 종류가 Q0, Q1, Q2및 Q3의 4개가 있다고 가정할 경우, 양자화 패턴의 바람직한 배열을 살펴보면 다음의 표와 같다.Referring to FIG. 1, assuming that an input signal (difference image) on a line 130 is composed of 4 × 4 blocks as an example, the quantization pattern codebook 100 has a plurality of forms in which one-dimensional quantizers are arranged in 4 × 4. It consists of quantization patterns of. That is, assuming that there are four types of one-dimensional quantizers, Q 0 , Q 1 , Q 2, and Q 3, the following table shows a preferable arrangement of the quantization pattern.

[표 1] TABLE 1

상기한 바와같이 양자화 패턴 코드북(100)은 제1도의 감산기(110)로부터 제공되는 라인 130상의 입력신호(차이영상)가 N×N 블록으로 구성될 경우에 상기한 바와같이 1차원 양자화기의 조합으로 이루어진 N×N 패턴들로 이루어지며, 일반적으로 이러한 코드북은 수백 내지 수천개의 서로 다른 양자화 패턴들로 구성된다. 또한, 이와같이 양자화 패턴 코드북(100)에 준비되는 양자화 패턴들을 후술하는 본 발명에 따라 선정된 양자화 패턴들이다.As described above, the quantization pattern codebook 100 is a combination of the one-dimensional quantizer as described above when the input signal (difference image) on the line 130 provided from the subtractor 110 of FIG. In general, such a codebook is composed of hundreds to thousands of different quantization patterns. In addition, the quantization patterns prepared in the quantization pattern codebook 100 are described according to the present invention described below.

따라서, 제1도의 양자화 패턴 선택기(60)에서는 코드북(100)내의 다수의 양자화 패턴중에서 라인 130상의 입력신호를 양자화 했을 때 그 오차가 가장 최소가 되는 패턴을 선택, 즉 입력되는 차이영상 신호에 대해서 패턴 코드북(100)내의 최적의 양자화 패턴을 선택한다. 그러나, 입력되는 차이영상 신호는 코드북 구성시 사용된 훈련벡터들만 입력되는 것이 아니므로 최적의 양자화 패턴이 없는 경우에는 패턴 코드북(100)내의 패턴들중에서 가장 유사한 패턴을 최적의 패턴으로 선택할 수 밖에 없다. 이때, 다음의 수식과 같은 1차원 양자화기(Qk)의 구성요건을 만족시킬 경우에는 양자화 오차를 최소로 줄일 수 있다.Accordingly, the quantization pattern selector 60 of FIG. 1 selects the pattern having the minimum error when the input signal on the line 130 is quantized among the plurality of quantization patterns in the codebook 100, that is, with respect to the input difference image signal. An optimal quantization pattern in the pattern codebook 100 is selected. However, since the input difference image signal is not input only training vectors used in constructing the codebook, when there is no optimal quantization pattern, the most similar pattern among the patterns in the pattern codebook 100 may be selected as the optimal pattern. . In this case, when the configuration requirements of the one-dimensional quantizer Q k , such as the following equation, are satisfied, the quantization error may be minimized.

[수식 1][Equation 1]

{Q0}⊂{Q1}⊂{Q2}⊂…⊂{QN-1}{Q 0 } ⊂ {Q 1 } ⊂ {Q 2 } ⊂… Q {Q N-1 }

즉, 양자화기 지수(k)가 낮은 패턴이 요구되나 이와 같은 패턴이 존재치 않은 경우에는 양자화기 지수가 높은 것이라도 대체된다. 예를들어, 사용자가 원하는 패턴이 다음의 표에서 A와 같은 패턴이라고 했을 경우 이와 같은 패턴이 없는 경우, B와 같은 유사 패턴을 최적의 패턴으로 선택하는 것이다.In other words, if a pattern having a low quantizer index k is required, but such a pattern does not exist, the one having a high quantizer index k is replaced. For example, suppose that the pattern desired by the user is a pattern like A in the following table. If there is no such pattern, a similar pattern like B is selected as an optimal pattern.

[표 2] TABLE 2

상기한 표에서 A 패턴과 B 패턴의 양자화 잡음(nq)은 동일하다. 즉, 양자화 잡음은 두 패턴 모두 최적의 양자화 패턴이라 볼 수 있으며, 양자화 비트수는 증가하나 실제적인 양자화 비트수에 여유가 있으므로 이와 같은 경우에 효과적으로 이용할 수 있다. 그러나, 만약 상기한 바와같은 양자화기 구성요건을 만족하지 않는 경우에는 패턴 A 및 B의 양자화 잡음(nq)은 동일하지 않으므로 이때는 양자화 비트수가 여유가 있음에도 불구하고 최적의 양자화 패턴을 선택할 수 없다.In the above table, the quantization noise nq of the A pattern and the B pattern is the same. That is, the quantization noise can be regarded as an optimal quantization pattern in both patterns, and the number of quantization bits is increased but the actual number of quantization bits can be effectively used in such a case. However, if the quantizer configuration requirements as described above are not satisfied, the quantization noise (nq) of the patterns A and B is not the same, so at this time, the optimal quantization pattern cannot be selected despite the quantization bit number.

또한, 양자화 패턴 선택기(60)에서는 상기한 바와같이 선택된 양자화 패턴을 수신측의 복호화 장치에서도 인식할 수 있도록 선택된 양자화 패턴의 지수번호(index number)(몇번째 패턴인지를 나타내는 번호)를 가변길이 부호기(80)를 통해 수신측에 전달한다. 따라서, 양자화기(50)에서는 상기한 바와같이 선택된 양자화 패턴을 이용해서 라인 130을 통해 입력되어 지연부(90)에서 소정 시간동안 지연된 차이신호를 양자화한다.In addition, the quantization pattern selector 60 uses a variable length encoder to determine the index number (number indicating the number of patterns) of the selected quantization pattern so that the selected quantization pattern can be recognized by the decoding apparatus at the receiving side as described above. Forward to the receiving end via 80. Accordingly, the quantizer 50 quantizes the difference signal input through the line 130 using the selected quantization pattern as described above and delayed for a predetermined time by the delay unit 90.

또한, 1차원 양자화기를 Qk(x)=yk로 표시하면 이 수식은 입력하는 차이신호와 한개의 원소 x를 Qk양자화기로 양자화할때 Qk양자화기가 가지고 있는 다수개의 대표값중 x값과 가장 근접한 즉, 오차를 가장 최소로 해주는 대표값 yk로 대표하는 것을 의미한다. 따라서, 양자화기(50)에 입력되는 신호(130)를 양자화할 때는 이와같은 라인 130상의 입력신호의 각 원소를 패턴의 각 원소에 해당하는 양자화기로 각각 양자화한다.In addition, if the 1-dimensional quantizer is expressed as Q k (x) = y k , this equation shows the value of x among the representative values of the Q k quantizer when quantizing the difference signal and one element x into the Q k quantizer. This means that it is represented by the representative value y k which is the closest to, that is, the error is minimized. Accordingly, when quantizing the signal 130 input to the quantizer 50, each element of the input signal on the line 130 is quantized by a quantizer corresponding to each element of the pattern.

예를들어, 상기한 3가지 양자화 패턴중 첫번째 양자화 패턴에 의해 양자화하고 입력 차이신호가 다음의 표와 같이 구성된다고 하면,For example, suppose that the first quantization pattern is quantized by the first quantization pattern and the input difference signal is configured as shown in the following table.

[표 3] TABLE 3

이때, 양자화기(50)에서 선택된 양자화 패턴을 이용하여 차이신호를 양자화한 값은 다음의 표와 같다.At this time, the difference signal is quantized using the quantization pattern selected by the quantizer 50 is shown in the following table.

[표 4] TABLE 4

그런 다음, 상기와 같이 양자화된 값들은 가변길이 부호기(80)를 통해 가변길이 부호화된 다음 제1도에서 도시 생략된 코딩부에 순차적으로 전송된다.Then, the quantized values as described above are variable length coded through the variable length encoder 80 and then sequentially transmitted to a coding unit not shown in FIG. 1.

따라서, 수신측 복호화 장치에서는 양자화 패턴의 지수번호를 가지고 양자화 패턴 코드북(100)(이때, 수신측 복호화 장치에 구비된 양자화 패턴 코드북은 송신측 부호화 장치에 구비된 양자화 패턴 코드북과 동일함)에서 수신된 지수번호에 대응하는 양자화 패턴을 선택하며, 이 선택된 양자화 패턴을 이용하여 전송된 양자화된 값을 양자화 전의 원신호로 복원한다. 이때, 제1도의 차이영상 복호화기(70)에서의 복호화 과정은 상기한 바와같은 차이영상 부호화(10) 과정과 같이 수행된다.Therefore, the receiving side decoding apparatus receives the quantization pattern codebook 100 having the exponent number of the quantization pattern, where the quantization pattern codebook included in the receiving side decoding apparatus is the same as the quantization pattern codebook included in the transmitting side encoding apparatus. A quantization pattern corresponding to the index number is selected, and the quantized value transmitted using the selected quantization pattern is restored to the original signal before quantization. In this case, the decoding process of the differential image decoder 70 of FIG. 1 is performed in the same manner as the differential image encoding 10 described above.

다음에, 베터 양자화를 위해 상술한 구성을 갖는 영상 부호화 장치에 채용되는 패턴 코드북에 포함되는 양자화 패턴을 본 발명에 따라 선정하는 방법에 대하여 첨부된 제2도를 참조하여 상세하게 설명한다.Next, a method for selecting a quantization pattern included in the pattern codebook employed in the video encoding apparatus having the above-described configuration for the bettor quantization according to the present invention will be described in detail with reference to FIG.

제2도는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 다수개의 양자화 패턴에서 벡터 양자화를 위해 준비되는 임의의 최적 양자화 패턴을 선정하는 과정을 도시한 흐름도를 나타낸다.2 is a flowchart illustrating a process of selecting an arbitrary optimal quantization pattern prepared for vector quantization in a plurality of quantization patterns according to a preferred embodiment of the present invention.

제2도를 참조하면, 단계(S10)에서는 1차원 양자화(Qk)의 대표값을 선정하는데, 1차원 양자화기 Qk의 대표값들의 집합({Qk})을 다음의 수식과 같이 선정한다.2 Referring to FIG., The step (S10) in a set ({Q k}) of the representative value in the one-dimensional quantized (Q k) one-dimensional quantizer Q k, in selecting the representative values of the selected following formula do.

[수식 2][Formula 2]

여기서, k는 0,1,…,N-1이고, N은 1차원 양자화기 Qk의 갯수이며, Zk는 Qk의 대표값 갯수이다. 이때, 이 양자화기 Qk의 구성 요건은 다음의 수식과 같다.Where k is 0, 1,... Is N-1, N is the number of one-dimensional quantizers Q k , and Z k is the number of representative values of Q k . At this time, the configuration requirements of the quantizer Q k are as follows.

[수식 3][Equation 3]

{Q0}⊂{Q1}⊂{Q2}⊂…⊂{QN-1}{Q 0 } ⊂ {Q 1 } ⊂ {Q 2 } ⊂… Q {Q N-1 }

상기한 수식과 같은 구성 조건은 만족시킬 경우, 양자화 패턴 코드북(100)을 최적하게 구성할 수 있다.If the configuration conditions such as the above equation are satisfied, the quantization pattern codebook 100 can be optimally configured.

다음에, 단계(S12)에서 상기한 단계(S10)에서 선정된 각 대표값(Yk)들에 대해 부호화할 때 필요로 하는 비트수를 각각 할당한다. 이 단계(S12)에서 각 대표값에 대해 부호화시에 비트수를 할당하는 이유는, 후술하는 단계(S18)에서 양자화 패턴 머지를 결정하는데 필요한 총 양자화 비트수 증가율 연산을 위해서이다.Next, in step S12, the number of bits required for encoding the respective representative values Y k selected in step S10 described above. Assign each one. The reason for assigning the number of bits at the time of encoding to each representative value in this step S12 is for the calculation of the total quantization bit number increase rate required for determining the quantization pattern merge in step S18 described later.

한편, 단계(S14)에서는 양자화 패턴 선정을 위해 입력되는 임의의 영상을 M×N 블록으로 분할한 다수의 훈련벡터들에 대해 각 훈련벡터내의 각 원소별로 최소 잡음을 발생하는 1차원 양자화기를 각각 선택, 예를 들어 입력벡터가 4×4의 크기를 갖는 훈련벡터라 가정할 때 모두 16개의 원소별로 1차원 양자화기를 각각 선택하며, 이러한 각 원소별 1차원 양자화기 선택을 통해 다수의 각 M×N 훈련벡터에 각각 대응하는 수의 M×N 양자화 패턴을 생성한다.Meanwhile, in step S14, a plurality of training vectors obtained by dividing an arbitrary image input for selecting a quantization pattern into M × N blocks are selected. For example, assuming that the input vector is a training vector having a size of 4 × 4, one-dimensional quantizer is selected for each of 16 elements, and each M × N is selected by selecting one-dimensional quantizer for each element. A number of M × N quantization patterns respectively corresponding to the training vectors is generated.

이때, 부호화를 위해 입력되는 차이신호가 일반적인 TV 신호이고, 일반 TV 화상의 종류는 무한하므로 이러한 무한한 신호중에서 통계적으로 일부분의 샘플을 추출하여 양자화 패턴 코드북(100)을 생성하는데, 이것은 코드북 구성에 참여되지 않은 나머지 무한개의 모두 추출된 샘플들의 특성에 따른다고 가정할 경우에 한정된다. 따라서, 샘플된 신호를 이용하여 머지 알고리즘(merge algorithm)으로 구성된 양자화 패턴 코드북(100)은 훈련벡터에 대해 최적의 조건을 만족하나 모든 신호에 대해서 최적의 조건을 만족하지는 않는다. 그러나, 다른 모든 신호들이 추출된 샘플들의 특성에 준한다고 가정했기 때문에 1차원 양자화기를 선택할 때 양자화 잡음(nq)에 다음의 수식과 같이 연산된다.In this case, since the difference signal input for encoding is a general TV signal, and the type of a general TV image is infinite, a sample of a portion of the infinite signal is statistically extracted to generate a quantization pattern codebook 100, which participates in constructing the codebook. It is limited to the assumption that all of the remaining infinite values are not dependent on the characteristics of the extracted samples. Therefore, the quantization pattern codebook 100 composed of a merge algorithm using the sampled signal satisfies an optimal condition for a training vector but does not satisfy an optimal condition for all signals. However, since all other signals are assumed to conform to the characteristics of the extracted samples, the quantization noise (nq) is calculated by the following equation when selecting the one-dimensional quantizer.

[수식 4][Equation 4]

Nq=d{W1(1),Qk(W1(1)}Nq = d {W 1 (1), Q k (W 1 (1)}

즉,In other words,

과 같다.Same as

상기한 수식에서 d는 왜곡치 측정자이고, W(1)은 훈련벡터를 나타내며, Qk(W1(1)는 W1(1)을 Qk로 양자화 했을 때의 대표값을 나타내고, 왜곡치 측정자 d는 상기 W1(1) 와 Qk(W1(1) 사이의 왜곡치를 나타낸다. 또한, L은 훈련벡터의 총갯수이고, S는 한 블록의 갯수이다. 모든 훈련벡터(W(1))의 각 원소(W1(1))에 대해서 최소 양자화 잡음을 발생하는 1차원 양자화기를 선택한다. 이때, 최소 양자화 잡음을 만들어 주는 양자화기가 다수개 있을 경우에는 양자화기 지수(k)가 가장 작은 양자화기를 선택한다. 따라서, 이와같이 선택된 양자화기 지수(k)로 각 원소(W1(1))에 대응하는 초기 양자화 패턴(P1(1))을 생성한다.In the above equation, d is a distortion measurer, W (1) represents a training vector, Q k (W 1 (1) represents a representative value when W 1 (1) is quantized to Q k , and the distortion value). Measured d represents the distortion value between W 1 (1) and Q k (W 1 (1), where L is the total number of training vectors and S is the number of blocks. For each element W 1 (1), choose a one-dimensional quantizer that generates the minimum quantization noise, where the quantizer index (k) is the best if there are multiple quantizers that produce the minimum quantization noise. A small quantizer is selected, thus generating an initial quantization pattern P 1 (1) corresponding to each element W 1 (1) with the selected quantizer index k.

이때, 본 발명에서는 후술하는 양자화 패턴 머지를 통해 연속적으로 증가하는 총비트수를 계산하기 위하여 클러스터 개념을 도입하는데, 이때 각 클러스터는 그 클러스터에 머지된 모든 훈련벡터(또는 양자화 패턴)를 대표한다.In this case, the present invention introduces a cluster concept to calculate the total number of bits continuously increasing through the quantization pattern merge described below, where each cluster represents all training vectors (or quantization patterns) merged into the cluster.

따라서, 단계(S16)에서는 각 훈련벡터에 대응하여 생성된 다수의 각 양자화 패턴을 다음의 수식과 같이 클러스터 그룹내의 각 초기 클러스터(C0)에 소속시킨다. 즉, 각 훈련벡터(생성된 각 양자화 패턴)들을 클러스터 그룹내 대응하는 하나의 클러스터에 각각 소속시킨다.Therefore, in step S16, each of the plurality of quantization patterns generated corresponding to each training vector belongs to each initial cluster C 0 in the cluster group as in the following equation. That is, each training vector (each generated quantization pattern) belongs to one corresponding cluster in the cluster group, respectively.

[수식 5][Equation 5]

℃(1)=W1(1)℃ (1) = W 1 (1)

여기서, 1=0,1,2…,L-1이고, L은 훈련벡터의 총갯수이다.Where 1 = 0, 1, 2... Is L-1, and L is the total number of training vectors.

다음에, 단계(18)에서는 클러스터 그룹내 클러스터들 각각에 대해, 임의의 두 클러스터내에 소속된 양자화 패턴을 머지할 때 발생하는 총 양자화 비트수 증가율은 모든 가능한 두 클러스터 조합으로 각각 연산한다. 즉, 현재 있는 양자화 패턴중 2개의 임의의 양자화 패턴을 선택, 즉 Pt(n), Pt(m)(n≠m,n<m)의 두 양자화 패턴을 선택하여 Pt(n,m)으로 머지했을 때의 총양자화 비트수 증가율(IBt(n,m))을 모든 가능한 조합(즉, 모든 가능한 두 클러스터 조합)에 대해 다음의 수식과 같이 연산한다.Next, in step 18, for each of the clusters in the cluster group, the total quantization bit increase rate that occurs when merging the quantization pattern belonging to any two clusters is computed for each of the two possible cluster combinations, respectively. That is, two random quantization patterns are selected from the existing quantization patterns, that is, two t quantization patterns P t (n) and P t (m) (n ≠ m, n <m) are selected to be P t (n, m Calculate the total quantized bit growth rate (IB t (n, m)) when merged with) for all possible combinations (i.e., all possible cluster combinations) as shown in the following equation.

[수식 6][Equation 6]

상기한 수식에서 BCt(n,m)은 총 양자화 비트수를 나타내고,는 하나의 클러스터에 속하는 원소들을 대표하는 양자화 패턴이다.In the above formula, BC t (n, m) represents the total number of quantization bits, Is a quantization pattern representing elements belonging to one cluster.

한편, 단계(S20)에서는 클러스터 그룹내 각 클러스터들중 상기 연산된 총 양자화 비트수 증가율이 최소인 두 클러스터에 각각 소속된 두 양자화 패턴을 머지, 즉 각 양자화 패턴쌍의 모든 총 양자화 비트수 증가율 값들 중에서 각각 작은 비트수 증가율 값을 갖는 양자화 패턴쌍, 즉 (n,m)의 양자화 패턴쌍을 다음의 수식과 같이 n쪽, 즉, Pt=1(n)으로 머지시키고, (n<m의 조건이 있는 경우에) m쪽의 패턴은 소거한다.Meanwhile, in step S20, two quantization patterns belonging to two clusters of which the calculated total quantization bit increase rate is minimum among each cluster in the cluster group are merged, that is, all total quantization bit increase rate values of each quantization pattern pair are merged. A pair of quantization patterns, i.e., quantization pattern pairs of (n, m) and Is merged into the n side, that is, P t = 1 (n) as shown in the following equation, and the m side pattern is erased (if there is a condition of n &lt;

[수식 7] [Formula 7]

여기서, i=0, 1, …, S-1이고, 또한 머지하고 남은 다른 양지화 패턴들은 다음과 같이 그대로 유지한다.Where i = 0, 1,... , S-1, and the remaining merged other yangization patterns remain as follows.

[수식 8]Equation 8

또한, 단계(S20)에서는 상술한 바와같은 과정을 통해 하나의 새로운 양자화 패턴을 생성하며, 이 생성된 하나의 새로운 양자화 패턴은 하나의 새로운 클러스터에 소속된다.Further, in step S20, one new quantization pattern is generated through the above-described process, and the generated one new quantization pattern belongs to one new cluster.

이때, 두 클러스터에 속하는 두 양자화 패턴간의 머지는 상기 두 양자화 패턴내의 각각의 대응하는 두 1차원 양자화기중 대표값이 큰 1차원 양자화기로 각각 머지된다.In this case, a merge between two quantization patterns belonging to two clusters is respectively merged into a one-dimensional quantizer having a larger representative value among two corresponding one-dimensional quantizers in the two quantization patterns.

그런 다음, 단계(S22)에서는 상기한 단계(S20)에서의 양자화 패턴쌍간 머지를 통해 하나의 새로운 양자화 패턴을 생성하며, 이 생성된 하나의 새로운 양자화 패턴을 하나의 새로운 클러스터에 소속시킨다. 이때, 머지되는 두 양자화 패턴, 즉 머지된 두 양자화 패턴이 속하는 두 클러스터는 클러스터 그룹에서 제거되며, 대신에 새롭게 생성된 양자화 패턴을 소속하는 하나의 새로운 클러스터가 생성되어 클러스터 그룹에 포함된다.Then, in step S22, one new quantization pattern is generated through the merge between the quantization pattern pairs in step S20, and the generated one new quantization pattern belongs to one new cluster. In this case, two merged quantization patterns, that is, two clusters to which the merged two quantization patterns belong, are removed from the cluster group. Instead, one new cluster belonging to the newly generated quantization pattern is generated and included in the cluster group.

다음에, 단계(S24)에서는 상술한 단계(S18) 내지 단계(S22)를 통해 머지된 두 클러스터가 클러스터 그룹에서 제거되고 대신에 하나의 새로운 클러스터를 포함하는 클러스터 그룹에 현재 남아있는 잔여 클러스터, 즉 하나의 양자화 패턴(또는 적어도 1회 이상 머지된 양자화 패턴)이 속하는 잔여 클러스터의 갯수가 바람직한 양자화 패턴 코드북의 구성을 위해 목표로 하는 기설정된 양자화 패턴 갯수와 일치하는지의 여부를 체크한다.Next, in step S24, the two clusters merged through the above-described steps S18 to S22 are removed from the cluster group, and instead, the remaining clusters currently remaining in the cluster group including one new cluster, that is, It is checked whether the number of residual clusters to which one quantization pattern (or at least one merged quantization pattern) belongs corresponds to a predetermined number of predetermined quantization patterns targeted for the construction of the preferred quantization pattern codebook.

상기 단계(S24)에서의 체크결과, 현재 클러스터 그룹에 남아 있는 잔여 클러스터의 갯수(즉, 머지하고 남은 양자화 패턴 갯수)가 패턴선정을 위한 목표로 하는 기설정된 양자화 패턴 갯수와 일치하지 않은 것으로 판단, 즉 잔여 클러스터의 갯수가 기설정된 목표 양자화 패턴 갯수보다 많은 것으로 판단되면, 처리는 전술한 단계(S18)로 되돌아가 그 이후의 단계(S18-S24)를 반복수행하며, 이러한 각 단계(S18-S24)의 반복 수행은 클러스터 그룹에 최종적으로 남아 있는 잔여 클러스터의 갯수가 기설정된 목표 양자와 패턴 개수로 될때까지 계속된다.As a result of the check in the step S24, it is determined that the number of remaining clusters (ie, the number of merged and remaining quantization patterns) remaining in the current cluster group does not match the predetermined number of target quantization patterns for pattern selection. That is, if it is determined that the number of remaining clusters is larger than the predetermined number of target quantization patterns, the process returns to the above-described step S18 and repeats the subsequent steps S18-S24, and each of these steps (S18-S24). Iterative execution of) continues until the number of remaining clusters remaining in the cluster group becomes the predetermined target both and the number of patterns.

한편, 상기 단계(S24)에서의 체크결과, 현재 클러스터 그룹에 남아 있는 잔여 클러스터의 갯수(즉, 머지하고 남는 양자화 패턴 갯수)가 패턴 선정을 위해 목표로 하는 기설정된 양자화 패턴 갯수와 일치하는 것으로 판단되면, 다수의 훈련벡터들중 최적의 벡터 양자화를 위해 최종적으로 선정된 목표로 하는 수를 갖는 양자화 패턴들을 추출한다(S26).On the other hand, as a result of the check in step S24, it is determined that the number of remaining clusters (ie, the number of merged and remaining quantization patterns) remaining in the current cluster group matches the predetermined number of preset quantization patterns to be selected for the pattern selection. In operation S26, quantization patterns having a target number finally selected for optimal vector quantization among a plurality of training vectors are extracted.

따라서, 본 발명에 따른 상술한 바와같은 과정을 통해 선정된 최적의 양자화 패턴들을 벡터 양자화 기법을 갖는 영상 부호화 장치에 채용함으로써, 제1도의 양자화기(50)에서는 지연부(90)로부터 입력되는 M×N 블록 단위의 지연된 차이영상들을 효과적으로 벡터 양자화하여 양자화된 신호를 다음단의 차이영상 부호화기(70) 및 가변길이 부호기(80)로 출력하게 될 것이다.Accordingly, by adopting the optimal quantization patterns selected through the process as described above according to the present invention in the image encoding apparatus having a vector quantization technique, the M input from the delay unit 90 in the quantizer 50 of FIG. The quantized signal is output to the next difference image encoder 70 and the variable length encoder 80 by effectively vector quantizing the delayed difference images in × N block units.

[발명의 효과][Effects of the Invention]

이상 설명한 바와같이 본 발명은, 머지 알고리즘을 이용한 양자화 패턴 코드북 및 최적의 양자기 패턴 선택기법을 이용하여 보다 용이하고 효율이 높은 양자화 패턴을 선택하고 또한 최적의 양자화 패턴을 구성함으로써 프레임 예측 블록 부호화에서 그 부호화 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.As described above, the present invention uses a quantization pattern codebook using a merge algorithm and an optimal quantizer pattern selection technique to select an easier and more efficient quantization pattern and to configure an optimal quantization pattern in frame prediction block encoding. There is an effect that the coding efficiency can be improved.

Claims (3)

현재 프레임과, 이 현재 프레임 및 패턴 양자화 후에 복원되어 재구성된 이전 프레임을 이용한 움직임 추정, 보상을 통해 얻어지는 예측 프레임간의 M×N 차이신호를 패턴 양자화하는 수단, 상기 패턴 양자화된 영상을 부호화하는 수단을 포함하는 영상 부호화 장치에 있어서, 상기 패턴 양자화 수단은 : 1차원 양자화기가 {Q0}⊂{Q1}⊂{Q2}⊂…⊂{QN-1}(여기에서, Q0는 최소 대표값을 갖는 1차원 양자화기이고, QN-1는 최대 대표값을 갖는 1차원 양자화기임)로 규정되는 1차원 양자화기(Qk)의 조합들로 구성되는 서로 다른 다수의 M×N 양자화 패턴들을 포함하는 양자화 패턴 코드북(100); 상기 M×N 차이신호를 기설정된 소정 ㅅ시간 동안 지연시키는 지연부(90); 사익 양자화 패턴 코드북(100)에 구비된 다수의 양자화 패턴들중 상기 MXN 차이신호를 양자화 했을 때 그 오차값이 가장 작은 패턴을 양자화를 위한 최적 양자화 패턴으로 선택하고, 상기 양자화 패턴 코드북(100)내에 최적 양자화 패턴이 없는 경우, 양자화 비트수가 다르고 양자화 잡음이 동일한 패턴을 상기 최적 양자화 패턴으로 선택하며, 선택된 최적 양자화 패턴의 지수번호를 상기 가변길이 부호화 수단에 제공하는 양자화 패턴 선택기(60); 및 상기 양자화 패턴 선택기(60)로부터 제공되는 상기 선택된 최적 양자화 패턴에 의거하여 상기 지연부(90)로부터 제공되는 지연된 차이신호를 패턴 양자화하는 양자화기(50)를 포함하는 것을 특징으로 하는 적응적인 패턴 양자화를 이용한 영상 부호화 장치.Means for pattern quantizing a MxN difference signal between a current frame and a prediction frame obtained through motion estimation and compensation using a previous frame reconstructed and reconstructed after this current frame and pattern quantization, and means for encoding the pattern quantized image. In the video encoding apparatus comprising: the pattern quantization means: the one-dimensional quantizer is {Q 0 } ⊂ {Q 1 } ⊂ {Q 2 } Q k -1 (where Q 0 is a one-dimensional quantizer with a minimum representative value and Q N-1 is a one-dimensional quantizer with a maximum representative value) (Q k A quantization pattern codebook 100 comprising a plurality of different M × N quantization patterns composed of combinations of a plurality of quantization patterns; A delay unit 90 for delaying the M × N difference signal for a predetermined predetermined time; When the MXN difference signal is quantized among a plurality of quantization patterns included in the sound quantization pattern codebook 100, a pattern having the smallest error value is selected as an optimal quantization pattern for quantization, and is included in the quantization pattern codebook 100. A quantization pattern selector 60 for selecting a pattern having a different number of quantization bits and having the same quantization noise as the optimal quantization pattern and providing an exponent number of the selected optimal quantization pattern to the variable length encoding means; And a quantizer 50 for pattern quantizing the delayed difference signal provided from the delay unit 90 based on the selected optimal quantization pattern provided from the quantization pattern selector 60. Image coding apparatus using quantization. 1차원 양자화기의 조합들로 구성되는 다수의 M×N 양자화 패턴을 구비한 양자화 패턴 코드북을 이용하여 임의의 영상신호를 벡터 양자화하는 양자화 시스템에 사용되는 상기 다수의 M×N 양자화 패턴을 선정하는 방법에 있어서, 상기 1차원 양자화기가, {Q0}⊂{Q1}⊂{Q2}⊂…⊂{QN-1}(여기에서, Q0는 최소 대표값을 갖는 1차원 양자화기이고, QN-1는 최대 대표값을 갖는 1차원 양자화기임)로 규정되고, 상기 양자화 패턴 코드북내의 1차원 양자화기(Qk)의 대표값들의 집합이 다음의 수식과 같이 표시될 때, 상기 각 1차원 양자화기(Qk)을 각각 선정하는 단계(S10);Selecting a plurality of M × N quantization patterns used in a quantization system for vector quantizing arbitrary video signals using a quantization pattern codebook having a plurality of M × N quantization patterns composed of combinations of one-dimensional quantizers. In the method, the one-dimensional quantizer is, {Q 0 } ⊂ {Q 1 } ⊂ {Q 2 } ⊂. {Q N-1 }, where Q 0 is a one-dimensional quantizer having a minimum representative value and Q N-1 is a one-dimensional quantizer having a maximum representative value, and 1 in the quantization pattern codebook. Selecting each one-dimensional quantizer (Q k ) when the set of representative values of the dimensional quantizer (Q k ) is expressed by the following equation (S10); k=0,1…N-1 k = 0,1... N-1 (여기에서, N은 1차원 양자화기의 갯수이고, Zk는 Qk의 대표값수임.)Where N is the number of one-dimensional quantizers and Z k is the number of representatives of Q k . 상기 선정된 1차원 양자화기의 대표값(yk) 각각에 대해 부호화시에 필요한 비트수(B(yk))를 각각 할당하는 단계(S12); 임의의 영상을 M×N 블록으로 분할한 다수의 각 훈련벡터내의 각 원소별로 최소 잡음을 발생하는 1차원 양자화기를 각각 선택함으로써, 상기 각 훈련벡터에 각각 대응하는 다수의 M×N 양자화 패턴을 각각 생성하는 단계(S14); 상기 생성된 다수의 각 양자화 패턴을 클러스터 그룹내의 각 초기 클러스터에 각각 소속시키는 단계(S16); 상기 클러스터 그룹내 클러스터들 각각에 대해, 임의의 두 클러스터내에 소속된 양자화 패턴을 머지할 때 발생하는 총 양자화 비트수 증가율을 모든 두 클러스터 조합으로 각각 연산하는 단계(S18); 상기 각 클러스터들중 상기 연산된 총 양자화 비트수 증가율이 최소인 수 클러스터에 각각 소속된 두 양자화 패턴을 머지하여 하나의 새로운 양자화 패턴을 생성하고, 이 생성된 하나의 새로운 양자화 패턴을 하나의 새로운 클러스터에 소속시키며, 상기 두 양자화 패턴간의 머지는 상기 두 양자화 패턴내의 각각의 대응하는 두 1차원 양자화기중 대표값이 큰 1차원 양자화기로 각각 머지하는 단계(S20); 상기 머지된 두 양자화 패턴의 각 클러스터를 상기 클러스터 그룹에서 제거하여 상기 하나의 새로운 클러스터에 소속시키는 단계(S22); 상기 클러스터 그룹에 포함된 잔여 클러스터의 갯수가 기설정된 목표 양자화 패턴 갯수와 일치하는지의 여부를 체크하며, 상기 클러스터 그룹에 포함된 잔여 클러스터의 갯수가 상기 기설정된 목표 양자화 패턴 갯수에 도달할 때까지 상기 단계(S18) 내지 단계(S22)를 반복 수행하는 단계(S24); 및 상기 단계(S24)에서의 체크결과, 상기 클러스터 그룹에 포함된 잔여 클러스터의 갯수가 상기 기설정된 목표 양자화 패턴 갯수와 일치하는 것으로 판단되면, 상기 양자화 패턴 코드북 구성을 위해, 상기 각 잔여 클러스터에 소속된 각 양자화 패턴들을 추출하는 단계(S26)로 이루어진 양자화 패턴 선정 방법.Allocating the number of bits (B (y k )) necessary for encoding for each representative value (y k ) of the selected one-dimensional quantizer (S12); By selecting each one-dimensional quantizer that generates the minimum noise for each element in each of the plurality of training vectors obtained by dividing an arbitrary image into M × N blocks, a plurality of M × N quantization patterns respectively corresponding to the respective training vectors are selected. Generating (S14); Assigning each of the generated plurality of quantization patterns to each initial cluster in a cluster group (S16); Calculating, for each of the clusters in the cluster group, a total quantization bit increase rate that occurs when merging a quantization pattern belonging to any two clusters in all two cluster combinations (S18); Merge two quantization patterns belonging to the number clusters of which the calculated total quantization bit number increase rate is the minimum among each of the clusters to generate one new quantization pattern, and convert the generated one new quantization pattern into one new cluster. Merging each of the two quantization patterns with a one-dimensional quantizer having a larger representative value among two corresponding one-dimensional quantizers in the two quantization patterns (S20); Removing each cluster of the merged two quantization patterns from the cluster group to belong to the one new cluster (S22); It is checked whether the number of remaining clusters included in the cluster group matches the predetermined number of target quantization patterns, and until the number of remaining clusters included in the cluster group reaches the predetermined target quantization pattern number. Repeating steps S18 to S22 (S24); And if it is determined in the step S24 that the number of residual clusters included in the cluster group matches the predetermined number of target quantization patterns, it belongs to each residual cluster for constructing the quantization pattern codebook. And extracting each quantized pattern (S26). 제2항에 있어서, 상기 총 양자화 비트수 증가율 연산단계(S90)는 양자화 패턴중 두 양자화 패턴 Pt(n)과 Pt(m), (n≠m,n<m)을 Pt(n,m)으로 머지했을 때의 총양자화 비트수 증가율 IBt(n,m)을 다음의 수식과 같이 연산하는 것을 특징으로 하는 양자화 패턴 선정 방법.The method of claim 2 wherein the total of quantization bits can increase two quantization pattern of the calculation step (S90) of a quantization pattern P t (n) and P t (m), (n ≠ m, n <m) P t (n and quantizing bit increase rate IB t (n, m) when merged with &quot; m &quot; (여기에서, BCt(n,m)은 총 양자화 비트수를 나타내고,는 하나의 클러스터에 속하는 원소들을 대표하는 양자화 패턴임.)Where BC t (n, m) represents the total number of quantization bits, Is a quantization pattern representing elements belonging to one cluster.)
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