WO2016104864A1 - 비트율-왜곡비를 이용한 블록 부호화 시스템 - Google Patents

비트율-왜곡비를 이용한 블록 부호화 시스템 Download PDF

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양창모
송재종
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    • H04N19/91—Entropy coding, e.g. variable length coding [VLC] or arithmetic coding

Definitions

  • the present invention relates to a block division coding system for video and still image compression.
  • an image is composed of blocks having a predetermined size, and then the importance of the blocks is determined using an exponentially decreasing size threshold, and the blocks are aligned and sorted according to the determined importance. It is about how to divide.
  • the size threshold value as a multiplier of 2
  • the encoding of the bit plane unit is performed, so that the entire image can be restored even if the encoding or decoding process is stopped at any bit rate.
  • this prior art method is suitable for making an embedded bitstream because the wavelet coefficients are arranged according to size, but have not been optimized in terms of bit rate-distortion.
  • An object of the present invention is to calculate a bit rate-distortion ratio expected value, to align and encode blocks according to a ratio of a reduction value of a distortion obtained by performing block division coding and an increase value of a bit rate, while maintaining embedded characteristics of a compressed bitstream. It is an object of the present invention to provide an encoding system capable of doing so.
  • a block encoding system using a bit rate-distortion ratio includes an initialization unit for setting a parameter for determining a importance of a list item and a criterion for performing encoding, and a bit rate obtained when encoding the importance of coefficients included in a list. Calculates the distortion ratio expected value, and accordingly calculates the LIP alignment unit for encoding the list coefficient, and calculates the bit rate-distortion ratio expected value when encoding the importance of the blocks belonging to the list, and thus performs the encoding of the block.
  • An adaptive arithmetic encoder is used to determine the importance of the LIB alignment unit, the LSP alignment unit, and the LIB alignment unit, the LSP refiner encoding the refinement bits for the coefficients determined to be important, and the significance, the code, the importance of the block, and the refinement bits. It characterized in that it comprises an entropy encoding unit for entropy encoding using.
  • the block coding system using the bit rate-distortion ratio according to the present invention performs the bit rate-distortion optimization of the wavelet coefficient or the block while maintaining the embedded characteristics of the compressed bitstream, and at the same time optimizes the block encoding according to the expected value of the bit rate-distortion ratio. By doing this, it is possible to improve the image compression performance.
  • FIG. 1 is an exemplary diagram illustrating a block division encoding method according to the prior art.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating a block encoding system using a bit rate-distortion ratio according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is an exemplary diagram illustrating a block division encoding method according to the prior art.
  • an image is composed of blocks having a constant size, and then the importance of the block is determined through comparison with an exponentially decreasing size threshold value T k (kth size threshold value). If it is determined that the importance of the block is important, block division as shown in FIG. 1 is performed.
  • the conventional block division coding method is suitable for making an embedded bitstream since the wavelet coefficients are arranged according to size, but have a disadvantage that they are not optimized in terms of bit rate-distortion.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating a block encoding system using a bit rate-distortion ratio according to an embodiment of the present invention.
  • a block coding system using a bit rate-distortion ratio is a distortion obtained by performing block division coding in order to perform optimized block division coding in terms of bit rate-distortion while maintaining embedded characteristics of a compressed bitstream. Arrange the blocks according to the ratio of the decrease value of and the increase value of bit rate.
  • the rate-distortion ⁇ k is used, and after determining the initial value of ⁇ k , the block decreases at a constant rate. Perform segmentation encoding.
  • a probability estimator of the entropy encoder 700 may be used. After calculating the expected value of distortion reduction and the expected increase rate of the bit rate using the statistical probability value used by the user, the expected rate-distortion slope is calculated using the expected values.
  • the block coding system using the bit rate-distortion ratio calculation uses the expected value E [ ⁇ D] of the decreasing distortion by encoding the wavelet coefficient or the block and the expected value E [ ⁇ R] of the increasing bit rate. Then, the bit rate-distortion ratio expected value ⁇ defined as in Equation 1 below is obtained, and bit rate-distortion optimization is performed to align coefficients or blocks according to ⁇ .
  • Equation 1 In order to calculate the E [ ⁇ D] and E [ ⁇ R] values of Equation 1, the probability distribution of the wavelet coefficients, the probability of importance of blocks or coefficients, the probability of the sign of the coefficients, and the probability information of the refinement bits of the coefficients Is needed.
  • the probability of importance of the block is 1/2
  • the probability of importance, sign, and refinement of the coefficient is the probability of the entropy encoder 700. Calculate using the predictor.
  • a bit rate-distortion threshold ⁇ which decreases to a certain size is used to align coefficients or blocks according to the bit rate-distortion ratio expected value ⁇ . That is, the block or coefficients are encoded only when the value of ⁇ is larger than ⁇ , and the block or coefficients are aligned according to ⁇ by repeating a series of processes of decreasing the value of ⁇ to a constant size.
  • quantization is performed to code the importance of the wavelet coefficients or the importance of refined bits or blocks.
  • the significance of the coefficient refers to a binary value determined as in Equation 2 below, and the refinement bit of the coefficient refers to a bit value of a bit plane corresponding to a magnitude threshold.
  • T k , c i, j denote coefficients located at the magnitude threshold and (i, j) coordinates, respectively, and S Tk (c i, j ) denotes the coefficient c for the current magnitude threshold. i, j importance.
  • bit rate-distortion expected value ⁇ q obtained at the time of encoding based on block division and the bit rate-distorted expected value ⁇ s obtained at the time of independently encoding the wavelet coefficients belonging to the block two values are obtained. Choose the larger value of ⁇ and compare it with ⁇ .
  • the importance of the block B in the block division encoding is expressed by using the coefficient T k located at the k th size threshold and the coordinate and the coefficient c i, j located at the (i, j) coordinate in the same manner as in Equation 3 below.
  • the corresponding block B is divided into four sub-blocks Bi, and when the importance of the block is 0, all non-critical coefficients in the block are encoded using fewer bits.
  • LIP List of Insignificant Pixels
  • LIB List of Insignificant Blocks
  • LSP List of Significant Pixels
  • LIP is a list containing coefficients classified as not important
  • LIB is a list containing blocks classified as not important
  • LSP is determined to be important. List containing coefficients.
  • the initialization unit 200 determines an initial value of a size threshold, which is a criterion for determining the importance of the list item, and a bit rate-distortion threshold, which is a criterion for determining whether to encode the list item.
  • a size threshold which is a criterion for determining the importance of the list item
  • a bit rate-distortion threshold which is a criterion for determining whether to encode the list item.
  • the initial value T 0 of the magnitude threshold value is determined using Equation 4 below using the wavelet coefficients c i and j located at the DWT transform image X and (i, j) coordinates.
  • the initial value of the magnitude threshold value is represented by a multiplier of 2 using the first bitplane n value of the largest coefficient belonging to the wavelet transform image. Since such information should be used in common for the encoder and the decoder, the information of T 0 is transmitted to the entropy encoder 700 by encoding n values into 1 byte.
  • the initial value ⁇ 0 of the bit rate-distortion threshold is determined as shown in Equation 5 below.
  • an item to enter each list is determined.
  • the LIP sorting unit 300 calculates a bit rate-distortion ratio expected value obtained when the importance of coefficients included in the list is encoded, and then encodes the list coefficients according to the calculated bit rate-distortion ratio expected value. Perform.
  • the expected value of the decreasing distortion and the expected bit rate are calculated by encoding the list coefficient.
  • the expected value of the distortion E [ ⁇ D p ] reduced by encoding the list coefficient is the probability that the list coefficient is important for the magnitude threshold value T k of each list coefficient by using the above-described Equation 2 p s , Using the decoding value 1.5T k when it is determined to be important, it is calculated as in Equation 6 below.
  • H (p) means entropy for the probability p that the binary bit is 1.
  • bit rate-distortion ratio ⁇ p of the list coefficient is calculated as shown in Equation 9 below.
  • bit rate-distortion ratio expected value of the list coefficient is determined by Equation 9
  • the LIB sorter 400 calculates a bit rate-distortion ratio expected value when the importance of a block belonging to the list is encoded, and then performs block encoding according to the calculated bit rate-distortion ratio expected value. do.
  • bit rate-distortion ratio expected value ⁇ b of the block is compared with the bit rate-distortion ratio expected value ⁇ s obtained when the coefficients belonging to the block are independently encoded, and the bit rate-distortion ratio expected value ⁇ q obtained when encoding is performed based on block division. By doing this, it is determined as shown in Equation 10 below.
  • ⁇ s is based on the sum E [ ⁇ D s ] of the expected decrease value of the distortion and the increase of the expected value of the bit rate E [ ⁇ R s ] Calculated as
  • ⁇ q is calculated using the distortion reduction that can be obtained through the block division encoding expected value E [ ⁇ D q] and the bit rate increase expected value E [ ⁇ R q].
  • the importance of a block is determined by using Equation 3 described above.
  • the corresponding block B is divided into four sub-blocks Bi, and when the importance of the block is 0,
  • the bits are used to encode all noncritical coefficients in the block.
  • the bit rate gain is generated by encoding all non-critical coefficients belonging to the block with fewer bits. The generated bit rate gain is then used to encode other blocks or coefficients.
  • Equation 12 ⁇ is calculated using Equation 13 below using a probability p s of 1 bit for encoding information that block B is not important and the importance of each coefficient belonging to the block.
  • ⁇ c is also taken into account that the expected bit rate-distortion ratio value of another block or coefficient encoded using the bit rate gain ⁇ is greater than the current bit rate-distortion threshold ⁇ k , and ⁇ k decreases at a rate of 1.25 times. , Is calculated as shown in Equation 14 below.
  • the expected rate E [ ⁇ R q ] is calculated as the sum of the bit rates for encoding the subblocks when 1 bit for encoding the importance of the block and 1 for the importance of the block, as shown in Equation 15 below.
  • bit rate-distortion ratio expected value ⁇ q obtained through block division coding is calculated as shown in Equation 16 below.
  • the LSP refiner 500 is a component that encodes refined bits for coefficients determined to be important through the LIP alignment unit 300 and the LIB alignment unit 400.
  • the encoding is performed only when the bit rate-distortion ratio is larger than the bit rate-distortion threshold.
  • Bit rate obtained by encoding the LSP list coefficient-distortion ratio expected value ⁇ r is calculated using the expected value E [ ⁇ D r] and increased expected value E [ ⁇ R r] to the bit rate of the distortion reduction over the tablet encoding.
  • bit rate-distortion ratio expected value lambda r obtained by encoding the LSP list coefficients is calculated as shown in Equation 19 below.
  • the bit rate-distortion threshold updating unit 700 updates the bit rate-distortion threshold ⁇ k, which is a criterion for encoding each list item, by using Equation 20 below, and then LIP alignment.
  • the unit 300 transmits.
  • the entropy encoder 600 uses an adaptive arithmetic encoder to entropy encode the importance of coefficients, the sign of coefficients, the importance of blocks, and refined bits.

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Abstract

본 발명은 동영상 및 정지영상 압축을 위한 블록분할 부호화 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 일면에 따른 비트율-왜곡비를 이용한 블록 부호화 시스템은 리스트 항목의 중요도 판단 및 부호화 수행 여부 기준에 대한 파라미터를 설정하는 초기화부와, 리스트에 포함된 계수의 중요도를 부호화하는 경우 획득되는 비트율-왜곡비 기댓값을 계산하고, 이에 따라 리스트 계수의 부호화를 수행하는 LIP 정렬부와, 리스트에 속하는 블록의 중요도를 부호화하는 경우의 비트율-왜곡비 기댓값을 계산하고, 이에 따라 블록의 부호화를 수행하는 LIB 정렬부와, LIP 정렬부 및 LIB 정렬부의 수행 결과, 중요하다고 판단된 계수들에 대한 정제 비트를 부호화하는 LSP 정제부 및 계수들의 중요도, 부호, 블록의 중요도 및 정제 비트를 적응적 산술 부호기를 사용하여 엔트로피 부호화하는 엔트로피 부호화부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

비트율-왜곡비를 이용한 블록 부호화 시스템
본 발명은 동영상 및 정지영상 압축을 위한 블록분할 부호화 시스템에 관한 것이다.
멀티미디어 서비스에 관한 관심이 높아짐에 따라, 영상을 보다 효율적으로 압축하거나 전송하는 방법에 관하여 활발한 연구가 이루어지고 있다.
특히, 정지 영상 압축 표준인 JPEG2000에서 기존의 H.26x 권고안, MPEG 및 JPEG 표준에서 사용하던 이산 여현 변환(DCT, Discrete Cosine Transform)을 대신하여 이산 웨이브렛 변환(DWT, Discrete Wavelet Transform)을 채택한 후, DWT를 이용한 영상 압축 기술이 주목을 받고 있다.
종래의 임베디드 영상 부호화 방법인 셋분할 부호화 방법 및 블록분할 부호화 방법은 간단한 비트정렬 방식을 사용함으로써 영상의 빠른 압축이 가능한 장점이 있으나, 비트율-왜곡의 관점에서 최적화되어 있지 않다는 문제점이 있다.
종래 기술에 따른 블록분할 부호화 방법은 영상을 일정한 크기를 가지는 블록(Block)으로 구성한 후, 지수적으로 감소하는 크기 임계값을 이용하여 블록의 중요도를 판별하고, 판별된 중요도에 따라 블록을 정렬 및 분할하는 방법에 관한 것이다.
이 때, 크기 임계값을 2의 승수의 값으로 선택함으로써, 비트평면 단위의 부호화가 수행되어, 부호화 또는 복호화 과정이 어떠한 비트율에서 중단되더라도 전체 영상을 복원할 수 있는 임베디드 특징을 가지게 된다.
그러나, 이러한 종래 기술에 따른 방법은 웨이브렛 계수들을 크기에 따라 정렬하기 때문에 임베디드 비트스트림을 만들기에는 적합한 반면, 비트율-왜곡의 관점에서는 최적화되어 있지 않은 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 비트율-왜곡비 기댓값을 계산하여, 압축 비트스트림의 임베디드 특징을 유지하면서도 블록 분할 부호화를 수행함에 따라 획득되는 왜곡의 감소값과 비트율의 증가값의 비율에 따라 블록을 정렬하고 부호화하는 것이 가능한 부호화 시스템을 제공하는 데 목적이 있다.
본 발명의 일면에 따른 비트율-왜곡비를 이용한 블록 부호화 시스템은 리스트 항목의 중요도 판단 및 부호화 수행 여부 기준에 대한 파라미터를 설정하는 초기화부와, 리스트에 포함된 계수의 중요도를 부호화하는 경우 획득되는 비트율-왜곡비 기댓값을 계산하고, 이에 따라 리스트 계수의 부호화를 수행하는 LIP 정렬부와, 리스트에 속하는 블록의 중요도를 부호화하는 경우의 비트율-왜곡비 기댓값을 계산하고, 이에 따라 블록의 부호화를 수행하는 LIB 정렬부와, LIP 정렬부 및 LIB 정렬부의 수행 결과, 중요하다고 판단된 계수들에 대한 정제 비트를 부호화하는 LSP 정제부 및 계수들의 중요도, 부호, 블록의 중요도 및 정제 비트를 적응적 산술 부호기를 사용하여 엔트로피 부호화하는 엔트로피 부호화부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 비트율-왜곡비를 이용한 블록 부호화 시스템은 압축 비트스트림의 임베디드 특징을 유지하면서도 웨이브렛 계수나 블록의 비트율-왜곡 최적화를 수행하는 동시에 비트율-왜곡비의 기댓값에 따라 최적화된 블록부호화를 수행하여, 영상 압축 성능을 향상시키는 것이 가능한 효과가 있다.
또한, 웨이브렛 계수들 간에 존재하는 다양한 상관관계를 모델링하여 엔트로피 부호화에 적용하는 것이 가능한 효과가 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급한 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 블록분할 부호화 방법을 나타내는 예시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 비트율-왜곡비를 이용한 블록 부호화 시스템을 나타내는 블록도이다.
본 발명의 전술한 목적 및 그 이외의 목적과 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.
그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 이하의 실시예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 목적, 구성 및 효과를 용이하게 알려주기 위해 제공되는 것일 뿐으로서, 본 발명의 권리범위는 청구항의 기재에 의해 정의된다.
한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자가 하나 이상의 다른 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가됨을 배제하지 않는다.
도 1은 종래 기술에 따른 블록분할 부호화 방법을 나타내는 예시도이다.
종래 기술에 따른 블록분할 부호화 방법은 영상을 일정한 크기를 가지는 블록으로 구성한 후, 지수적으로 감소하는 크기 임계값 Tk (k번째 크기 임계값)과의 비교를 통하여 블록의 중요도를 판별하고, 부호화를 수행하며, 블록의 중요도가 중요하다고 판단되는 경우 도 1과 같은 블록분할을 수행한다.
그러나, 전술한 바와 같이, 종래 기술에 따른 블록분할 부호화 방법은 웨이브렛 계수들을 크기에 따라 정렬하기 때문에, 임베디드 비트스트림을 만들기에는 적합하나, 비트율-왜곡의 관점에서 최적화되어 있지 않은 단점이 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 비트율-왜곡비를 이용한 블록 부호화 시스템을 나타내는 블록도이다.
본 발명의 실시예에 따른 비트율-왜곡비를 이용한 블록 부호화 시스템은 압축 비트스트림의 임베디드 특징을 유지하면서도 비트율-왜곡의 관점에서 최적화된 블록분할 부호화를 수행하기 위하여, 블록분할 부호화를 수행함으로서 얻어지는 왜곡의 감소값과 비트율의 증가값의 비율에 따라 블록을 정렬한다.
즉, 블록을 비트율-왜곡비 기댓값에 따라 정렬하기 위해서는 크기 임계값 Tk와는 별도로, 비트율-왜곡 Υk 가 사용되며, 이러한 Υk의 초기값을 결정한 후, 해당값을 일정한 비율로 감소하면서 블록분할 부호화를 수행한다.
이 때, 본 발명의 실시예에 따르면, 블록을 부호화함으로서 얻어지는 왜곡의 감소값 및 비트율의 증가값은 실제로 부호화를 수행하지 않고서는 알 수 없으므로, 엔트로피 부호화부(700)의 확률 예측기(Probability Estimator)가 사용하는 통계적 확률값을 이용하여 왜곡의 감소 기댓값과 비트율의 증가 기댓값을 계산한 후, 해당 기댓값들을 이용하여 비트율-왜곡비 기댓값(Expected Rate-Distortion Slope)을 계산하게 된다.
본 발명의 실시예에 따른 비트율-왜곡비 계산을 이용한 블록 부호화 시스템은 웨이브렛 계수나 블록을 부호화함으로서 감소하는 왜곡의 기댓값 E[△D]와 증가하는 비트율의 기댓값 E[△R]을 사용하여, 아래 [수식 1]과 같이 정의되는 비트율-왜곡비 기댓값 λ를 구하고, λ에 따라 계수나 블록을 정렬하는 비트율-왜곡 최적화를 수행한다.
수학식 1
Figure PCTKR2015000937-appb-M000001
[수학식 1]의 E[△D] 및 E[△R]값을 구하기 위해서는 웨이브렛 계수의 확률분포, 블록이나 계수의 중요도 확률, 계수의 부호에 대한 확률, 계수의 정제 비트에 대한 확률 정보가 필요하다.
본 발명의 실시예에 따르면, 계수의 균등 분포(Uniform distribution)을 가정하고, 블록의 중요도 확률은 1/2로, 계수의 중요도와 부호 및 정제 비트에 대한 확률은 엔트로피 부호화부(700)의 확률 예측기를 이용하여 계산한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 비트율-왜곡비 기댓값 λ에 따라 계수나 블록을 정렬하기 위해서는 일정한 크기로 감소하는 비트율-왜곡 임계값 Υ이 사용된다. 즉, λ의 값이 Υ보다 큰 경우에만 해당 블록이나 계수들을 부호화하고, Υ의 값을 일정한 크기로 감소시키는 일련의 과정을 되풀이함으로서, λ에 따라 블록이나 계수들을 정렬한다.
λ의 값이 Υ보다 큰 경우가 발생하면, 웨이브렛 계수의 중요도나 정제 비트 또는 블록의 중요도를 부호화하는 양자화를 수행한다.
계수의 중요도는 아래 [수식 2]와 같이 판단되는 이진 값을 의미하며, 계수의 정제 비트는 크기 임계값에 해당하는 비트평면의 비트 값을 의미한다.
수학식 2
Figure PCTKR2015000937-appb-M000002
[수학식 2]에서 Tk, ci,j 는 각각 크기 임계값 및 (i, j) 좌표에 위치한 계수를 의미하며, STk (ci,j )는 현재의 크기 임계값에 대한 계수 ci,j 의 중요도를 의미한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 블록분할을 기반으로 부호화시에 얻어지는 비트율-왜곡 기댓값 λq와 블록에 속한 웨이브렛 계수들을 독립적으로 부호화시에 얻어지는 비트율-왜곡 기댓값 λs를 각각 구한 후, 두 값 중 큰 값을 λ로 선택하고, 이를 Υ과 비교한다.
λ의 값이 Υ보다 크고, λs와 동일한 경우에는 블록의 중요도 부호화 및 블록 분할은 수행하지 않으며, 블록에 속한 모든 계수들은 독립적으로 부호화 된다.
즉, 아래 [수식 3]과 같은 방법으로 블록분할 부호화 시 블록 B에 대한 중요도를 k번째 크기 임계값 및 좌표에 위치한 계수 Tk 및 (i, j) 좌표에 위치한 계수 ci,j를 이용하여 결정하는데, 블록의 중요도가 1인 경우에는 해당 블록 B를 4개의 부블록 Bi으로 분할하며, 블록의 중요도가 0인 경우 적은 비트를 이용하여 블록 내의 전체 비중요 계수들을 부호화한다.
수학식 3
Figure PCTKR2015000937-appb-M000003
본 발명의 실시예에 따르면, 웨이브렛 계수나 블록을 구분하기 위하여 LIP(List of Insignificant Pixels), LIB(List of Insignificant Blocks), LSP(List of Significant Pixels)의 3가지 리스트를 사용한다.
즉, 각 웨이브렛 계수나 블록이 가지는 크기 임계값을 기준으로 LIP는 중요하지 않다고 분류된 계수들을 포함하는 리스트이고, LIB는 중요하지 않다고 분류된 블록들을 포함하는 리스트이며, LSP는 중요하다고 판단된 계수들을 포함하는 리스트이다.
이하에서는, 도 2를 참조하여 보다 상세히 본 발명의 실시예에 따른 부호화 시스템의 구조를 설명하기로 한다.
초기화부(200)는 리스트 항목의 중요도를 판단하는 기준인 크기 임계값과 리스트 항목의 부호화 수행 여부를 판단하는 기준인 비트율-왜곡 임계값의 초기값을 결정한다.
크기 임계값의 초기값 T0는 DWT 변환 영상 X 및 (i, j) 좌표에 위치한 웨이브렛 계수 ci, j를 이용하여 아래 [수학식 4]와 같이 결정된다.
수학식 4
Figure PCTKR2015000937-appb-M000004
[수학식 4]에 도시된 바와 같이, 크기 임계값의 초기값은 웨이브렛 변환 영상에 속한 가장 큰 계수의 첫 번째 비트평면 n값을 이용하여 2의 승수로 표현된다. 이러한 정보는 부호기 및 복호기에 공통적으로 사용되어야 하므로, n값을 1바이트로 부호화함으로써 T0의 정보를 엔트로피 부호화부(700)에 전달한다.
비트율-왜곡 임계값의 초기값 Υ0는 아래 [수학식 5]와 같이 결정된다.
수학식 5
Figure PCTKR2015000937-appb-M000005
크기 임계값 및 비트율-왜곡 임계값의 초기값이 결정되면, 각 리스트에 들어갈 항목이 결정된다.
본 발명의 실시예에 따른 LIP 정렬부(300)는 리스트에 포함된 계수의 중요도를 부호화했을 때 얻어지는 비트율-왜곡비 기댓값을 계산한 후, 계산된 비트율-왜곡비 기댓값에 따라 리스트 계수의 부호화를 수행한다.
리스트 계수의 비트율-왜곡비 기댓값을 구하기 위해서는 리스트 계수를 부호화함으로서 감소하는 왜곡의 기댓값과 증가하는 비트율의 기댓값을 계산한다.
리스트 계수를 부호화함으로서 감소하는 왜곡의 기댓값 E[△Dp]는 각 리스트 계수가 가지는 크기 임계값 Tk에 대해 해당 리스트 계수가 전술한 [수식 2]를 이용하여서 중요하다고 판단될 확률 ps, 중요하다고 판단된 경우의 복호값 1.5Tk를 이용하여 아래 [수식 6]과 같이 계산된다.
수학식 6
Figure PCTKR2015000937-appb-M000006
리스트 계수를 부호화함으로서 증가하는 비트율의 기댓값 E[△Rp]는 각 리스트 계수가 중요하다고 판단될 확률 ps 및 중요하다고 판단될 경우 부호화되는 부호가 +일 확률 p+를 이용하여 아래 [수식 7]과 같이 계산된다.
수학식 7
Figure PCTKR2015000937-appb-M000007
이 때, H(p)는 이진 비트가 1일 확률 p에 대한 엔트로피를 의미한다.
수학식 8
Figure PCTKR2015000937-appb-M000008
따라서, 리스트 계수의 비트율-왜곡비 λp는 아래 [수학식 9]와 같이 계산된다.
수학식 9
Figure PCTKR2015000937-appb-M000009
[수학식 9]에 의하여 리스트 계수의 비트율-왜곡비 기댓값이 결정되면, 결정된 비트율-왜곡비 기댓값 λ와 비트율-왜곡 임계값 Υ의 비교를 통해 리스트 계수의 부호화 여부를 결정한다.
λp의 값이 Υk보다 작은 경우에는 리스트 계수의 부호화 과정은 생략되며, λp의 값이 Υk보다 큰 경우에만 리스트 계수의 부호화가 수행된다.
본 발명의 실시예에 따른 LIB 정렬부(400)는 리스트에 속해있는 블록의 중요도를 부호화했을 때의 비트율-왜곡비 기댓값을 계산한 후, 계산된 비트율-왜곡비 기댓값에 따라 블록의 부호화를 수행한다.
블록의 비트율-왜곡비 기댓값 λb는 블록에 속해 있는 계수들을 독립적으로 부호화했을 때 얻어지는 비트율-왜곡비 기댓값 λs와 블록분할을 기반으로 부호화를 수행했을 때 얻어지는 비트율-왜곡비 기댓값 λq를 비교함으로써, 아래 [수식 10]과 같이 결정된다.
수학식 10
Figure PCTKR2015000937-appb-M000010
λs는 블록에 속한 계수들을 독립적으로 부호화했을 때 감소하는 왜곡의 기댓값의 합 E[△Ds]와 증가하는 비트율의 기댓값의 합 E[△Rs]를 기반으로 아래 [수학식 11]과 같이 계산된다.
수학식 11
Figure PCTKR2015000937-appb-M000011
λq는 블록분할 부호화를 통해 얻을 수 있는 왜곡 감소 기댓값 E[△Dq]와 비트율 증가 기댓값 E[△Rq]를 이용하여 계산된다.
블록분할 부호화에서는 전술한 [수학식 3]을 이용하여 블록의 중요도가 결정되는데, 블록의 중요도가 1인 경우에는 해당 블록 B를 4개의 부블록 Bi으로 분할하며, 블록의 중요도가 0인 경우 적은 비트를 이용하여 블록 내의 전체 비중요 계수들을 부호화한다.
따라서 블록의 중요도가 1인 경우에는 4개의 부블록을 반복적으로 부호화하여 왜곡의 감소가 발생하며, 블록의 중요도가 0인 경우에는 블록에 속한 전체 비중요 계수들을 적은 비트로 부호화함으로서 비트율 이득이 발생하며, 발생된 비트율 이득은 다른 블록이나 계수들을 부호화하는 데 사용된다.
블록의 중요도가 0 또는 1일 확률을 1/2로 가정하고, 블록의 중요도가 0일 경우 얻을 수 있는 비트율 이득을 Ψ로 표시하고, 비트율 이득을 이용해서 다른 블록이나 계수들을 부호화함으로서 얻어지는 평균 비트율-왜곡비를 λc로 표현하면, E[△Dq]는 아래 [수학식 12]를 통하여 계산된다.
수학식 12
Figure PCTKR2015000937-appb-M000012
[수학식 12]에서 Ψ는 블록 B가 중요하지 않다는 정보를 부호화하기 위한 1비트와 블록에 속한 각 계수들의 중요도가 1일 확률 ps를 이용하여 아래 [수학식 13]과 같이 계산된다.
수학식 13
Figure PCTKR2015000937-appb-M000013
또한, λc는 비트율 이득 Ψ를 이용하여 부호화되는 다른 블록이나 계수의 비트율-왜곡비 기댓값이 현재의 비트율-왜곡 임계값 Υk보다 크다는 것과, Υk는 1.25배의 비율로 감소한다는 것을 고려하여, 아래 [수학식 14]와 같이 계산된다.
수학식 14
Figure PCTKR2015000937-appb-M000014
비트율 증가 기댓값 E[△Rq]는 아래 [수학식 15]와 같이, 블록의 중요도를 부호화하기 위한 1비트와 블록의 중요도가 1인 경우에 부블록들을 부호화하기 위한 비트율의 합으로 계산된다.
수학식 15
Figure PCTKR2015000937-appb-M000015
따라서, 블록분할 부호화를 통해 얻어지는 비트율-왜곡비 기댓값 λq는 아래 [수학식 16]과 같이 계산된다.
수학식 16
Figure PCTKR2015000937-appb-M000016
본 발명의 실시예에 따른 LSP 정제부(500)는 LIP 정렬부(300) 및 LIB 정렬부(400)를 통해 중요하다고 판단된 계수들에 대한 정제 비트를 부호화하는 구성으로서, 정제 부호화를 통해 얻어지는 비트율-왜곡비가 비트율-왜곡 임계값보다 큰 경우에만 부호화를 수행한다.
LSP 리스트 계수들을 부호화함으로서 얻어지는 비트율-왜곡비 기댓값λr은 정제 부호화를 통해 감소하는 왜곡의 기댓값 E[△Dr]과 증가하는 비트율의 기댓값 E[△Rr]을 이용하여 계산된다.
리스트 계수에 정제 부호화가 수행되면 정제화 비트 값에 관계없이 복호화 오류는 0.5Tk만큼 줄어들게 되므로, 정제 비트가 1일 확률을 pr이라고 할 때 E[△Dr] 및 E[△Rr]은 아래 [수학식 17] 및 [수학식 18]과 같이 계산된다.
수학식 17
Figure PCTKR2015000937-appb-M000017
수학식 18
Figure PCTKR2015000937-appb-M000018
또한, LSP 리스트 계수들을 부호화함으로서 얻어지는 비트율-왜곡비 기댓값λr은 아래 [수학식 19]와 같이 계산된다.
수학식 19
Figure PCTKR2015000937-appb-M000019
[수학식 19]에 따라 λr이 결정되면, λr과 비트율-왜곡 임계값 Υk와의 비교를 통해, λr값이 Υk보다 클 경우 정제 부호화를 수행한다.
본 발명의 실시예에 따른 비트율-왜곡 임계값 갱신부(700)는 각 리스트 항목의 부호화 여부 판단 기준인 비트율-왜곡 임계값 Υk을 아래 [수학식 20]을 이용하여 갱신한 후, LIP 정렬부(300)로 전송한다.
수학식 20
Figure PCTKR2015000937-appb-M000020
본 발명의 실시예에 따른 엔트로피 부호화부(600)는 계수들의 중요도, 계수들의 부호, 블록의 중요도, 정제 비트를 엔트로피 부호화하기 위해 적응적 산술 부호기를 사용한다.
이제까지 본 발명의 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (6)

  1. 리스트 항목의 중요도 판단 및 부호화 수행 여부 기준에 대한 파라미터를 설정하는 초기화부;
    리스트에 포함된 계수의 중요도를 부호화하는 경우 획득되는 비트율-왜곡비 기댓값을 계산하고, 이에 따라 리스트 계수의 부호화를 수행하는 LIP 정렬부;
    리스트에 속하는 블록의 중요도를 부호화하는 경우의 비트율-왜곡비 기댓값을 계산하고, 이에 따라 블록의 부호화를 수행하는 LIB 정렬부;
    상기 LIP 정렬부 및 LIB 정렬부의 수행 결과, 중요하다고 판단된 계수들에 대한 정제 비트를 부호화하는 LSP 정제부; 및
    계수들의 중요도, 부호, 블록의 중요도 및 정제 비트를 적응적 산술 부호기를 사용하여 엔트로피 부호화하는 엔트로피 부호화부
    를 포함하는 비트율-왜곡비를 이용한 블록 부호화 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 초기화부는 리스트 항목의 중요도를 판단하는 기준인 크기 임계값을 결정하고, 리스트 항목의 부호화 수행 여부를 판단하는 기준인 비트율-왜곡 임계값의 초기값을 결정하는 것
    인 비트율-왜곡비를 이용한 블록 부호화 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 LIP 정렬부는 리스트 계수를 부호화함으로서 감소하는 왜곡의 기대값 및 증가하는 비트율의 기댓값을 연산하여, 결정된 비트율-왜곡비 기댓값과 비트율-왜곡 임계값을 비교하여 리스트 계수의 부호화 여부를 결정하는 것
    인 비트율-왜곡비를 이용한 블록 부호화 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 LIB 정렬부는 블록에 속해있는 계수들을 독립적으로 부호화했을 때 획득되는 비트율-왜곡비 기댓값과, 블록분할을 기반으로 부호화를 수행했을 때 얻어지는 비트율-왜곡비 기댓값을 비교하여 블록의 비트율-왜곡비 기댓값을 결정하는 것
    인 비트율-왜곡비를 이용한 블록 부호화 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 LIB 정렬부는 블록의 중요도를 결정하고, 블록의 중요도에 따라 발생되는 비트율 이득을 이용하여 다른 블록 또는 계수들을 부호화함으로서 획득되는 평균 비트율-왜곡비를 이용하여, 블록분할을 기반으로 부호화를 수행했을 때 얻어지는 비트율-왜곡비 기댓값을 계산하는 것
    인 비트율-왜곡비를 이용한 블록 부호화 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    각 리스트 항목의 부호화 여부에 대한 판단 기준인 비트율-왜곡 임계값을 갱신하여, LIB 정렬부로 전송하는 비트율-왜곡 임계값 갱신부
    를 더 포함하는 비트율-왜곡비를 이용한 블록 부호화 시스템.
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