KR0134324B1 - 데이타압축을 위한 비트단위 가변장부호화방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 디지탈 영상데이타를 부호화하는 방법에 관한 것으로, 주파수영역의 계수로 양자화된 N비트단위의 영상데이타를 MSB에서 LSB까지의 각 비트플레인 단위별로 구분하고 각 비트플레인이 갖는 특성을 고려하여 가변장부호화테이블을 비트플레인 단위별로 적용함으로써 최적의 영상데이타압축을 행할 수 있는 가변장부호화방법에 관한 것이다.

Description

데이타압축을 위한 비트단위 가변장부호화방법

제1도는 종래의 영상데이타 부호화장치의 일예를 나타내는 블록도.

제2도는 종래의 가변장부호화방법을 설명하기 위한 설명도.

제3도는 본 발명의 부호화방법을 설명하기 위한 개념도.

제4도는 본 발명에 따른 가변장부호화방법의 흐름도.

제5도는 제3도의 i번째 비트플레인에 대한 예시도.

제6도는 본 발명의 스캔방법의 예들을 각각 나타낸 개략도.

본 발명은 디지탈 영상데이타를 부호화하는 방법에 관한 것으로, 특히 N비트단위의 데이타들을 받아들여 무손실데이타압축을 위해 가변장부호화하는 방법에 있어서 각 비트플랜의 특성을 고려하여 가변장부호화하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 영상 및 음향을 송수신하는 시스템에서 영상신호 및 음성신호를 디지탈신호로 부호화하여 전송하거나 저장부에 저장하고, 이를 다시 복호화하여 재생하는 방식이 주로 사용되고 있다. 이러한 영상신호의 부호화를 위해 사용되고 있는 방식에는 변환부호화방식, 차분펄스부호변조방식, 벡터양자화방식 및 가변장부호화방식등이 있다. 이 부호화방식들은 디지탈영상신호에 포함되어 있는 용장성데이타(Redundancy data)를 제거하는 전체데이타량을 압축시키기 위해 사용된다.

제1도는 일반적인 디지탈신호의 부호화장치를 나타낸 블록도로서, K×K블록에 대해 DCT(Discrete Cosine Transform)방식의 변환을 수행한 후 변환계수를 양자화시키는 수단과, 양자화된 데이타를 가변장부호화하여 데이타량을 더욱 압축시키는 수단과, 양자화된 데이타를 역양자화 및 역변환하여 동보상을 수행하는 수단으로 구성된다.

제1도에서, 입력단(10)을 통해 입력되는 영상신호는 K×K변환부(11)에서 K×K 블럭단위로 주파수 영역의 신호로 변환되고, 이 변환된 변환계수의 에너지는 주로 저주파쪽으로 모이게 된다. 각 블록에 대해 데이타변환은 DCT외의 WHT(Walsh-Hadamard Transform), DFT(Discrete Fouier Transform) 및 DST(Discrete Sine Transform) 등의 방법을 사용할 수도 있다. 양자화부(12)는 변환계수들을 일정레벨의 대표값들로 바꾸어준다. 가변장부호화부(13)는 상기 대표값들의 통계적특성을 살려 가변장부호화함으로써 데이타를 더욱 압축시킨다.

한편, 가변장부호화된 데이타가 저장되는 버퍼(14)의 상태에 따라 변환되는 양자화스텝사이즈(QSS)는 양자화부를 제어하여 전송비트를 조절하고, 수신측으로도 전송되어 부호화장치에 사용된다.

또한, 일반적으로 화면과 화면간에는 유사한 부분이 많으므로, 움직임이 있는 화면인 경우 그 움직임을 추정하여 동벡터(MV)를 산출하고, 이 동 벡터를 이용하여 데이타를 보상하여 주면 인접한 화면간의 차신호는 매우 작으므로 전송데이타를 더욱 압축시킬 수 있다. 이러한 동보상을 수행하기 위해 역양자화부(15) 및 K×K역변환부(16)는 양자화부(12)에서 출력되는 양자화데이타를 역양자화시킨 다음 역변환시켜 공간영역의 영상신호로 변환시킨다. 역변환부(16)에서 출력되는 영상신호는 프레임메모리(17)에서 프레임 단위로 저장되고, 동추정부(18)는 프레임메모리(17)에 저장된 프레임데이타에서 입력단(10)의 K×K블록데이타와 가장 유사한 패턴의 블록을 찾아 양블록간의 움직임을 나타내는 동벡터(MV)를 산출한다. 이 동벡터는 수신측으로 전송되어 복호화장치에서 사용되고 아울러 동부상부(19)로 전송된다. 동보상부(19)는 동추정부(18)에서 동벡터를 공급받고, 프레임메모리(17)에서 출력되는 이전 프레임데이타에서 상기 동벡터(MV)에 상응하는 K×K블럭을 읽어내어 입력단(10)에 연결된 가산기(A1)로 공급한다. 그러면, 가산기(A1)는 입력단으로 공급되는 K×K블록과 동보상부(19)에서 공급되는 유사패턴의 K×K블록간의 차를 산출하고, 상기 가산기(A1)의 출력데이타는 위에서 설명한 바와 같은 과정을 거쳐 부호화되고, 수신측으로 전송된다. 즉, 처음에는 전체의 영상신호를 전송하고 이후에는 움직임에 의한 차신호만을 전송하게 된다.

한편, 동보상부(19)에서 움직임이 보상된 데이타는 가산기(A2)에서 K×K역변환부(16)로부터 출력되는 영상신호와 가산된 후 프레임메모리(17)에 저장된다. 리프레쉬스위치(SW)는 타제어수단에 의해 수시로 오프(off)되어, 입력영상신호가 PCM(Pulse Code Modulation)모드로 부호화되어 전송되도록 함으로써, 차신호만을 부호화하여 전송함에 따른 부호화에러의 누적을 일정시간간격으로 리프레쉬하고 또한 채널상의 전송에러로부터 수신측이 일정시간내에 벗어나도록 한다.

이와 같이 부호화된 영상데이타는 수신측으로 전송되어 복호화장치를 거쳐 영상신호로 출력되게 된다.

이상 설명한 바와 같은 종래의 영상데이타 부호화시스템에서는 DCT, WHT, DFT, DST등의 방법으로 변환된 데이타를 일정크기의 블록단위로 가변장부호화한다. 그예를 제2도를 참조하여 설명한다.

제2도는 일정크기를 갖는 블록의 변환된 영상데이타의 일예를 나타낸 것이다. 도시된 바와 같이 영상데이타의 성분값이 서로 동일한 부분도 있고, 서로 다르게 나타나는 부분도 있다. 이 블록내의 성분값들을 화살표로 표시한 순서에 따라 지그재그스캔(Zig-Zag Scan)하여 1차원의 열로 배열하면 150,30,0,0,20,0,10,0,0,25,……와 같이 된다. 여기서 0의 런랭쓰(Run-Length)를 계산하여 런(Run)과 엠프리튜드(Amplitude)의 한쌍으로 표시하면 (0,150),(0,30),(2,20),(1,10),(2,25),……와 같이 된다. 이 (런, 엠프리튜드)쌍에 해당하는 부호를 얻을 수 있고, 이 블록전체에 대한 가변장부호화를 할 수 있게 된다. 물론 허프만테이블은 블록의 특성을 고려하여 미리 작성되어져 있어야 하고, 일반적으로 발생확률이 높은 쌍에는 짧은 길이의 부호화가 할당되고 발생확률이 낮은 쌍에는 긴 길이의 부호가 할당되어 전체적인 부호길이의 평균치를 줄일 수 있도록 되어 있다. 위와같은 방법을 사용하는 경우 변환된 영상데이타를 어느 정도 압출할 수는 있다. 하지만, 위와같은 가변장부호화방법에서는 제2도에 나타나 있는 바와같은 변환된 영상데이타의 각 성분들을 2진비트로 표시하면, 최상위비트인 MSB(Most Significant Bit)에서 최하위비트인 LSB(Least Significant Bit)에 이르기까지 동일수준의 비트들로 이루어진 각 비트플레인(Bit Plane)마다 0과 1이 나타나는 출현통계적 성질이 상이한데, 그 출현통계적 성질차를 충분하게 이용할 수 없는 결점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 압축하고자 하는 데이타의 MSB에서 LSB에 이르는 각 비트플레인단위로 가변장부호화함으로써, 각각의 비트플레인상에 상이하게 출현하는 0과 1의 출현통계적 성질을 충분히 활용하여 가장 효율적인 가변장부호화를 갖능케 하는 가변장부호화방법을 제공하는데 있다.

이와 같은 본 발명의 목적은, 소정의 블록크기를 갖는 영상데이타를 주파수영역의 변환계수로 변환시키고 양자화시킨 다음 소정방향으로 스캔하여 가변장부호화하는 방법에 있어서, 각 비트플레인의 0과 1의 출현통계적 성질을 고려하여 가변장부호화테이블을 준비하는 단계 및 상기 양자화된 데이타를 2진 비트로 표시하여 N개의 비트플레인으로 구분하는 단계 및 상기 비트플레인들을 스캔하여 0의 런과 1의 앰프리튜드의 쌍으로 표시하는 단계 및 상기 가변장부호화테이블을 이용하여 비트플레인을 가변장부호화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변장부호화방법에 의하여 달성될 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

제3도는 영상데이타의 성분값들을 3차원 공간사에 2진비트로 표시한 것이다. K개의 성분계수를 갖는 세로방향의 각 데이타열은 일정크기를 갖는 블록의 영상데이타를 지그재그스캔등의 방법으로 스캔하여 종방향으로 배열하고 각 성분들을 2진비트로 표시한 것이다. 즉 M개의 블록에 대한 영상데이타를 소정의 스캔방법으로 스캔하여 2진데이타화 한것이다. 각 데이타의 성분들은 N비트로 구성되어 있으며 전체적으로 MSB에서 LSB까지 각 비트들이 모여서 N개의 비트플레인을 구성한다.

비트의 크기 N은 가장 큰 성분값의 비트수에 의해 정해지고, N비트보다 작은 비트수로 구성되는 성분값의 나머지 비트부분은 0의 비트들로 구성된다. 예를 들어 영상데이타의 가장 큰 성분값이 150이고, 그 영상데이타중의 하나의 성분값이 30이면, N은 8이 되고, '150은 10010110으로 표시되며, 30은 11110으로 표시된다.

각각의 비트플레인은 0과 1만으로 표현되고, 0과 1이 나타나는 출현통계적 성질은 상이하다. 일반적으로 MSB측의 비트플레인은 LSB측의 비트플레인에 비해 '1보다는 0이 나타날 확률이 높으며, 0 또는 1이 나타나는 출현통계적 성질이 비슷한 비트플레인이 있을 수도 있다.

따라서, 영상데이타의 MSB에서 LSB까지의 N비트들이 각각 이루는 N개의 비트플레인에 대해 각각 독립적으로 가변장부호화데이블을 준비하고, 각 비트플레인마다 가변장부호화를 한다면 종래의 방법에서보다 더 많은 데이타압축을 할 수 있음을 알 수 있다. 각 비트플레인에 대한 가변장부호화 테이블을 각 비트플레인의 0과 1의 출현통계적 성질을 고려하여 작성한다. 즉, 각 비트플레인에 대해 선택된 하나의 스캔방법으로 스캔하여 보면, 각 비트플레인은 0과 1의 출현통계적 성질이 상이한 것이 많으므로, 0'의 런랭쓰의 통계적성질이 상이한 것도 많을 것이다. 따라서 각 비트플레인마다 0의 런랭쓰의 통계적성질을 고려하여 가변장부호화테이블을 작성한다. 물론 각 비트프레인의 처리순서에 있어서는, MSB측에서 LSB까지 차례대로 처리하던지, LSB측에서 MSB까지 차례대로 처리하던지 아니면 또 다른 임의의 순서로 하여도 된다.

각 비트플레인에 대한 가변장부호화방법의 흐름을 제4도에 도시하였다. 양자화된 데이타가 구성하는 N개의 비트플레인(단계 40)에 대하여 비트플레인을 스캔하는 순서를 결정하고(단계 41), 첫번째 가변장부호화할 비트플레인을 지정하여 준다(단계 42). 이에 따라, 각 비트플레인에 해당하는 가변장부호화테이블(46)을 이용하여 첫번째 비트플레인에 대한 가변장부호화후 그다음 가변장부호화할 비트플레인을 순차적으로 지정하여(단계 47) 첫번째 비트플레인에서부터 시작하여 마지막 비트플레인까지 순차적으로 가변장부호화를 실행한다(단계 43). 이때 해당비트플레인에 대한 가변장부호화후, 그 비트플레인이 가변장부호화할 마지막 비트플레인인가를 판단하여(단계 44) 그 비트플레인이 가변장부호화할 마지막 비트플레인이 아닐 경우 나머지 비트플레인에 대한 위의 과정을 반복하고 그 비트플레인이 가변장부호화할 마지막 비트플레인인 경우, 모든 비트플레인에 대한 가변장부호화과정을 종료한다(단계 45). 상기 흐름도의 임의의 i번째 비트플레인의 가변장부호화에 관하여 좀더 상세히 설명한다.

제5도는 i번째 비트플레인을 나타낸 것이다. 제5도에서 i번째 비트플레인은 세로로 K개 가로로 M개의 블록을 가지는 K×M의 크기를 갖는다. 이 비트플레인에 대하여 선택되어진 스캔방법으로, 1차원상의 비트열로 배열한다. 비트플레인을 스캔하는 방법의 예들이 제6도에 도시되어 있다. 제6(가)도는 비트플레인의 행단위로 스캔하는 방법을 도시한 것이고, 제6(나)도는 비트플레인의 열단위로스캔하는 방법을 도시한 것이다. 비트플레인의 스캔방법에 있어서 제6(가)도와 제6(나)도에에 도시한 방법 한하는 것이 아니고 다른 여타의 방법을 사용할 수도 있다. 이 비트열에 대하여 0의 런과 1의 엠프리튜드의 쌍으로 재배열하고, i번째 비트플레인의 0과 1의 출현통계적 특성르 고려하여 작성된 가변장부호화테이블상에서 그 쌍에 해당하는 부호를 찾으면, i번째 비트플레인에 대한 가변장부호화를 할 수 있게 된다.

물론 여기서 0과 1의 출현통계적 성질이 비슷한 비트플레인들이 여러개 존재하는 경우, 공통되는 부호화테이블을 사용하여 여러개의 비트플레인을 작은 단위로 묶어서 처리하여도 된다.

이상 설명한 바와 같이 MSB에서 LSB에 이르는 각 비트플레인을 분리하여 각 비트플레인단위로 가변장부호화함으로써 각 비트플레인에 대한 0과 1의 출현통계적 성질을 충분히 이용할 수 있으므로 최적의 가변장부호화를 할 수 있다. 뿐만아니라, 가변장부호화기가 비트플레인상에서 0과 1만을 고려하면 되므로 단순화가 가능하다는 효과도 있다.

Claims (4)

1. 소정의 블록크기를 갖는 영상데이타를 주파수영역의 변환계수로 변환시키고 양자화시킨 다음 소정방향으로 스캔하여 가변장부호화하는 방법에 있어서, 각 비트플레인상의 0과 '1의 출현통계적 성질을 고려하여 가변장부호화테이블을 준비하는 단계 및 상기 양장화된 데이타를 2진비트로 표시하여 N개의 비트플레인으로 구분하는 단계 및 상기 비트플레인을 스캔하여 0의 런과 '1의 앰프리튜드의 쌍으로 표시하는 단계 및 상기 가변장부호화테이블을 이용하여 비트플레인을 가변장부호화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변장부호화방법.
2. 제1항에 있어서, 각각의 비트플레인마다 가변장부호화하는 것을 특징으로 하는 가변장부호화방법.
3. 제1항에 있어서, 0과 1의 출현통계적 성질이 비슷한 상기 비트플레인들에 대해 공통의 가변장부호화테이블을 준비하는 것을 특징으로 하는 가변장부호화방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 공통의 부호화테이블을 이용하여 공통되는 비트플레인끼리 묶어서 가변장부호화하는 것을 특징으로 하는 가변장부호화방법.