KR0181075B1 - 적응 윤곽선 부호화 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 다수개의 화소에 의해 형성된 다양한 형상의 윤곽선 이미지를 갖는 비디오 프레임 내의 각 윤곽선 이미지 데이타를 그 크기와 복잡도에 따라 적절한 윤곽선 부호화 방법을 이용하여 부호화함으로써, 복호화기에서 복원되는 윤곽선의 정확도를 향상시키고 윤곽선 부호화의 효과를 개선한 것에 관한 기술이다.

Description

적응 윤곽선 부호화 방법
제1도는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 적응 윤곽선 부호화 장치의 블럭도.
제2도는 본 발명에 의한 적응 윤곽선 부호화 장치에서 평균 곡률 연산을 설명하기 위한 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
110 : 크기 검출부 120 : 제1비교부
130 : 복잡도 검출부 140 : 제2비교부
150 : 제어부 200 : 제1윤곽선 부호화부
300 : 제2윤곽선 부호화부 400 : 스위칭부
본 발명은 비디오 신호 부호화기에서 사용하기 위한 윤곽선 부호화 방법에 관한 것으로, 특히 객체의 형상에 따라 적절한 윤곽선 부호화 방법을 적용할 수 있도록 구현한 윤곽선 부호화 방법에 관한 것이다.
비디오 전화, 원격회의(teleconference) 및 고선명 텔레비젼시스템과 동일한 디지탈 텔레비젼 시스템에 있어서, 비디오 프레임 신호의 비디오 라인 신호는 화소값이라 불리는 디지탈 데이타의 시퀸스(sequence)를 포함하므로, 각 비디오 프레임 신호를 규정하는데 상당량의 디지탈 데이타가 필요하다. 그러나, 통상의 전송채널의 이용가능한 주파수 대역폭은 제한되어 있으므로, 특히 비디오 전화와 원격회의 시스템과 동일한 저전송 비디오 신호 부호화기(low bit-rate video signal encoder)에서는 다양한 데이타 압축기법을 통해 상당량의 데이타를 줄여야 한다.
이러한 저전송 부호화 시스템의 비디오 신호를 부호화하기 위한 부호화 방법 중의 하나는 소위 객체지향 해석 및 합성 부호화 기법(object -oriented analysis-synthesis coding technique)이다.
상기 객체지향 해석 및 합성 부호화 기법에 따르면, 입력 비디오 이미지는 객체들로 나누어지고, 각 객체들의 움직임, 윤곽선 그리고 화소 데이타를 정의하는 인자들은 각기 상이한 부호화 채널를 통해 처리된다.
특히, 객체의 윤곽선 이미지를 처리하는데 있어서, 윤곽선 정보는 객체의 형상을 해석하고 합성하는데 중요하게 작용한다. 윤곽선 정보를 나타내는데 사용되는 통상의 부호화 방법은 체인 부호화(chain coding) 방법인데, 상기의 방법은 비록 윤곽선 정보의 손실은 없지만 윤곽선을 부호화하는데 상당량의 비트를 필요로 한다.
이에 따라, 다각형 근사(polygonal approximation) 및 B-스플라인 근사(B-splineapproximation)등과 동일한 윤곽선 근사방법이 제안되었다. 그러나 상기의 방법들을 적용하게 되면 윤곽선 부호화 과정에서 소모되는 비트량은 크게 감소시킬 수는 있으나, 상기 다각형 근사법의 경우는 근사된 윤곽선 이미지가 정확하지 못한 단점이 있으며, B-스플라인 근사법의 경우는 상기 다각형 근사법에 비해 윤곽선을 보다 정확하게 나타낼 수는 있지만, 근사 에러를 줄이는데 높은 치수의 다항식들이 필요로하므로 비디오 부호화기에서는 전체적인 계산을 복잡하게 하는 문제가 있다.
그러므로, 상기의 문제점들을 보완하기 위하여, 다각형근사와 디스크리트 사인 변환(discrete sine transform : DST)을 이용한 윤곽선 부호화 방법이 안출되었다.
결과적으로, 객체의 윤곽선을 근사하여 부호화하는 방법중에서 체인 부호화 방법은 많은 양의 비트를 소모하기는 하지만 객체의 윤곽선을 세밀하게 근사하여 부호화할 수 있으므로, 형상이 복잡하고 크기가 작은 객체에 유용하게 적용될 수 있으며, 반면에 다각형 근사와 디스크리트 사인 변환을 이용한 부호화 방법은 객체의 윤곽선을 세밀하게 처리할 수는 없으나 부호화 과정에서 소모되는 비트량이 크게 감소하므로, 크기가 크거나 단순한 형상의 객체에 적용하는 것이 보다 유리하다.
따라서, 본 발명에서는 상기한 각 윤곽선 부호화 방법들의 장단점을 고려하여, 비디오 프레임이 포함하고 있는 객체의 형상에 따라 윤곽선 부호화 방법을 선택적으로 적용하는 적응 윤곽선 부호화(adaptive contour coding) 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의해 안출된 윤곽선 부호화 방법은, 크기와 복잡도가 다른 다수개의 윤곽선 이미지를 포함하며 소정의 화소로 구성된 블럭들로 나뉘어진 비디오 프레임 내의 윤곽선 이미지에 대해 각각의 크기를 검출하는 과정; 상기에서 검출된 각 윤곽선 이미지의 크기를 기결정된 제1물턱값과 비교하는 과정; 상기 비디오 프레임 내의 윤곽선 이미지의 복잡한; 상기에서 각각의 윤곽선 이미지에 대해 검출된 복잡도를 기결정된 제2문턱값과 비교하는 과정; 상기 비교과정들의 결과를 조합하여 제어신호를 출력하는 과정; 상기 비디오 프레임 내의 각각의 윤곽선 이미지에 대해, 부호화된 윤곽선 이미지를 출력하는 제1윤곽선 부호화 과정; 상기 비디오 프레임 내의 각각의 윤곽선 이미지에 대해, 상기 제1윤곽선 부호화 과정과는 상이한 방법으로 부호화된 윤곽선 이미지를 출력하는 제2윤곽선 부호화 과정; 및 상기 제어신호에 따라 상기 제1윤곽선 부호화 과정의 결과와 제2윤곽선 부호화 과정의 결과중에서 하나를 선택 하는 과정을 포함한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하어 본 발명에 관해 상세히 설명하기로 한다.
제1도는 본 발명에 의한 윤곽선 부호화 방법 실현하는 윤곽선 부호화 장치의 실시예를 도시한 것으로, 크기 결정부(110)와, 제1비교부(120)와, 복잡도 검출부(130)와, 제2비교부(140)와, 제어부(150)와, 제1윤곽선 부호화부(200)와, 제2윤곽선 부호화부(300)와, 스위칭부(400)를 포함하고 있다.
우선, 상기 윤곽선 부호화 장치로 인가되는 비디오 프레임은 그 내부에 다양한 크기와 복잡도를 갖는 다수개의 윤곽선 이미지를 포함하고, 소정의 화소(예를 들어, K x K)로 구성된 다수개의 블럭으로 분할되어 있으며, 상기 크기 검출부(110)와, 복잡도 검출부(130)와, 제1윤곽선 부호화부(200)와, 제2윤곽선 부호화부(300)로 각각 전달된다.
다양한 형상을 갖는 윤곽선 이미지를 포함하는 비디오 프레임이 인가되면 상기 크기 검출부(110)는 상기 비디오 프레임에 포함된 각각의 윤곽선 이미지를 형성하는 블럭과 갯수를 계산한다.
상기에서 계산된 블럭수는 제1비교부(120)에서 기결정된 문턱값(TH1)과 비교되는데, 본 발명의 실시예에 따른 비교결과, 윤곽선 이미지를 이루는 블럭수가 문턱값(TH1)보다 크거나 동일한 경우에는 비교출력(C1)을 로직하이로 발생시키고, 그렇지 않은 경우에는 로직로우로 출력한다.
상기 크기 검출부(110)에서 윤곽선 이미지를 구성하는 블럭수가 계산되는 동안에, 복잡도 검출부(130)에서는 인가된 비디오 프레임에 포함된 각각의 윤곽선 이미지를 이루는 화소들을 따라가면서 곡률을 구하고 해당 윤곽선 이미지 전체에 대한 평균 곡률 계산한다.
우선, 제2도에 도시된 바와 같이, 윤곽선 상의 매 N번째(예를 들어, 7번째) 화소들을 지정화소(예를 들어, T1, T2, T3)로 선택하고 이웃하는 지정화소들의 쌍(예를 들어, T1과 T2 또는 T2와 T3)을 연결하면 임의의 지정화소(예를 들어, T2)를 지나는 직선이 두개가 생기게 되며, 두 직선사이에는 소정의 각도차(θ)가 발생하게 되는데, 이때의 각도차(θ)가 임의의 지정화소(T2)에 대한 곡률로 정의된다. 상기와 동일한 고장으로 윤곽성 상의 각 화소에 대한 곡률이 결정되면 객체의 윤곽선 전체에 대한 평균 곡률(CM)이 아래 식1과 같이 구해진다.
여기서, M은 윤곽선 상에서 N 간격을 유지하는 화소의 갯수를 나타내며, 곡률(θ)의 제곱을 평균하는 것은 곡률에 어느 정도의 가중치를 주기 위해서이다.
상기와 같이 구해진 평균 곡률(CM)은 이어지는 제2비교부(140)로 인가되어 기결정된 제2문턱값(TH2)과 비교되는데, 본 발명의 실시예에 따른 비교결과, 평균 곡률(CM)이 문턱값(TH2)보다 크거나 동일한 경우에는 비교출력(C2)를 로직로우로 출력하고, 그렇지 않는 경우에는 로직하이로 출력한다.
상기 제1비교부(120)와 제2비교부(140)의 결과(C1, C2)는 다음단인 제어부(150)로 전달된 후에 오아(OR) 논리게이트에 의해 조합되어 제어신호(Sc)로 출력된다. 즉, 상기 제1비교부(120) 및 제2비교부(140)의 출력 중에서 어느 하나라도 로직하이로 출력되는 경우에는 로직하이의 제어신호(Sc)가 출력되고, 그 결과(C1,C2)가 모두 로직로우인 경우에는 로직로우의 제어신호(Sc)가 출력된다. 상기와 같이 출력된 제어신호(Sc)는 제1도에 도시된 스위칭부(400)로 전달된다.
상기의 과정으로 윤곽선 이미지의 크기와 복잡도에 대한 처리가 이루어지는 동시에 제1윤곽선 부호화부(200) 및 제2윤곽선 부호화부(300)에서는 상기 크기 검출부(110)와 복잡도 검출부(130)에서 처리되는 윤곽선 이미지와 동일한 윤곽선 이미에 대한 윤곽선 부호화가 이루어진다.
즉, 제1윤곽선 부호화부(200)는 다양한 윤곽선 이미지를 포함하는 비디오 프레임이 인가되면 각각의 윤곽선 이미지에 대해 윤곽선 부호화 과정을 실행하게 되는데, 여기서는 다각형 근사와 디스크리트 사인 변환을 이용한 방법에 따라 객체의 윤곽선을 처리하게 된다.
이미 언급한 바와 같이, 다각형 근사와 디스크리트 사인 변환을 이용한 방법은 윤곽선 이미지를 세밀하게 처리할 수는 없으나 부호화 과정에서 소모되는 비트량을 크게 감소시키므로, 크기가 크거나 단순한 형상을 갖는 윤곽선 이미지를 처리하는데 유리하다.
즉, 제1윤곽선 부호화부(200)의 출력이 전송로로 전달되는 경우는 제어신호(Sc)가 로직하이인 상태로서, 상기 제1비교부(120)의 출력이나 제2비교부 (140)의 출력로서 중에서 어느 하나라도 로직하이로 출력되는 경우인데, 상기 제1비교부(120)의 출력이 로직하이인 것은 크기 검출부(110)의 출력인 블럭수가 제1문턱값(TH1) 보다 크거나 동일한 경우로 블럭수가 제1문턱값(TH1) 보다작은 경우에 비해 윤곽선 이미지가 더 크다고 볼 수 있고, 상기 제2비교부(140)의 출력이 로직하이인 것은 복잡도 검출부(130)의 출력인 윤곽선 전체의 평균 곡률(CM)이 제2문턱값(TH2) 보다 작은 경우로 평균곡률(CM)이 제2문턱값(TH2) 보다 크거나 동일한 경우에 비해 윤곽선 이미지가 더 단순하다고 볼 수 있다. 따라서, 상기의 결과는 다각형 근사와 디스크리트 사인 변환을 이용한 윤곽선 부호화 방법의 특성과 잘 부합된다.
상기 제1윤곽선 부호화부(200)에서와는 달리, 제2윤곽선 부호화부(300)는 비디오 프레임이 인가되면 통상적인 윤곽선 부호화 방법인 체인 부호화 방법에 따라 비디오 프레임 내의 윤곽선 이미지를 부호화한다.
상기에 이용된 체인 부호화 방법에서는 윤곽선을 부호화하는데에 많은 양의 비트를 소모하기는 하지만 윤곽선을 세밀하게 근사하여 부호화할 수 있으므로, 형상이 복잡하고 크기가 작은 윤곽선 이미지를 부호화하는데 유리하게 작용한다.
즉, 제2윤곽선 부호화부(300)의 출력이 전송로로 전달되는 경우는 제1윤곽선 부호화부(200)의 경우와는 정반대로 제어신호(Sc)가 로직로우인 상태로서, 상기 제1비교부(120)의 출력과 제2비교부(140)의 출력 모두가 로직로우로 출력되는 경우인데, 상기 제1비교부(120)의 출력이 로직로우인 것은 크기로서 검출부(110)의 출력인 블럭수가 제1문턱값(TH1) 보다 작은 경우로 블럭수가 제 1 문턱값(TH1)보다 크거나 동일한 경우에 비해 윤곽선 이미지가 더 작다고 볼 수 있고, 상기 제 2 비교부(140)의 출력이 로직로우인 것은 복잡도 검출부(130)의 출력인 윤곽선 전체의 평균 곡률(CM)이 제2문턱값(TH2)보다 크거나 동일한 경우로 평균 곡률(CM)이 제2문턱값(TH2)보다 작은 경우에 비해 윤곽선의 형상이 더 복잡하다고 볼 수 있다. 따라서, 상기의 결과는 체인 부호화 방법의 특성과 잘 부합된다.
상기 제2윤곽선 부호화부(300)에 사용된 체인 부호화 방법은 일반저것으로 많이 사용하는 방법이므로 여기서는 상세한 설명을 생략하기로 한다.
상기와 같이 제1윤곽선 부호화부(200) 및 제2윤곽선 부호화부(300)를 통해 각각의 윤곽선 이미지에 대한 윤곽선 부호화가 이루어지면, 제1도에 도시된 스위칭부(400)에서는 제어부(150)의 출력인 제어신호(Sc)에 따라 스위칭 동작이 이루어진다.
상기에서 로직하이로 출력된 제어신호(Sc)는 스위칭부(400)를 제어하여 제1윤곽선 부호화부(200)의 출력이 전송로(도시안됨)로 전달되도록 하며, 반면에 로직로우로 출력된 제어신호(Sc)는 제2윤곽선 부호화부(300)의 출력이 전송로로 전달되도록 스위칭부(400)를 제어한다. 즉, 상기 제어신호(Sc)에 반응하여 제1윤곽선 부호화부(200)와 제2윤곽선 부호화부(300)의 출력이 선택적으로 스위칭부(400)를 통해 전송로로 전달된다.
이상에서와 같이, 인가되는 비디오 프레임 내의 각 윤곽선 이미지의 크기와 복잡도에 따라 상기 제1윤곽선 부호화부(200)와 제2윤곽선 부호화부(300)의 출력이 적절히 선택되므로 각 윤곽선의 특성에 맞는 윤곽선 부호화 방법 이용하여 비디오 프레임 내의 모든 윤곽선들을 효과적으로 부호화할 수 있게 된다.
또한, 상기의 전체 동작에서 제1윤곽선 부호화부(200)에서 처리되는 객체의 범위를 확장하거나 축소하고자 할 경우에는 제1비교부(120)에 인가되는 제1문턱값(TH1)을 조정해 줌으로써 객체의 크기에 따른 부호화 방법의 선택을 조정해줄 수 있다. 즉, 비교적 크기가 더 큰 형상의 객체를 제1윤곽선 부호화부(200)에서 처리하고자 할 경우에는 제1문턱값(TH1)의 크기를 증가시키고, 그 반대의 경우에는 제1문턱값(TH1)의 크기를 감소시키면 된다.
마찬가지로, 제2윤곽선 부호화부(300)에서 처리되는 객체의 범위를 확장하거나 축소하고자 할 경우에는 제2비교부(140)에 인가되는 제2문턱값(TH2)를 조정해줌으로써 객체의 복잡성에 따른 부호화 방법의 선택을 조정해 줄 수 있다. 즉, 비교적 더 복잡한 형상의 객체를 제2윤곽선 부호화부(300)에서 처리하고자 할 경우에는 제2문턱값(TH2)의 크기를 감소시키고, 그 반대의 경우에는 제 2 문턱값(TH2)의 크기를 증가시키면 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의한 적응 윤곽선 부호화 방법을 이용하여 윤곽선 이미지를 근사하여 부호화하게 되면, 윤곽선 이미지의 크기나 복잡도에 따라 적절한 윤곽선 부호화 방법을 선택을 할 수 있게 되므로, 단일한 윤곽선 부호화 방법을 적용하는 경우에 비해 복호화기에서 복원되는 운곽선의 정확도를 향상시키고 윤곽선 부호화의 효과를 높일 수 있다.

Claims (6)

  1. 다양한 크기와 복잡도를 갖는 윤곽선 이미지들을 구비하며 소정의 화소들로 구성되는 다수개의 블럭으로 분할된 비디오 프레임 내의 상기 윤곽선 이미지들을 두가지의 윤곽선 부호화 방법을 이용하여 선택적으로 부호화하기 위하여,
    A) 상기 두개의 윤곽선 부호화 방법 중의 하나를 이용하여 상기 비디오 프레임 내의 각각의 윤곽선 이미지를 윤곽선 부호화하는 제1윤곽선 부호화 과정;
    B) 상기 두개의 윤곽서 부호화 방법 중의 나머지 하나를 이용하여 상기 비디오 프레임 내의 각각의 윤곽선 이미지를 윤곽선 부호화하는 제2윤곽선 부호화 과정; 및 C) 상기 비디오 프레임 내의 윤곽선 이미지 각각의 크기와 복잡도를 검출하여 상기 제1윤곽선 부호화 과정의 결과 또는 상기로서 제2윤곽선 부호화 과정의 결과 중의 하나를 선택하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 적응 윤곽선 부호화 방법;
  2. 제1항에 있어서, 상기 C)과정은 C1) 상기 비디오 프레임 내의 각각의 윤곽선 이미지의 크기를 검출하여 제1비교신호를 출력하는 과정; C2) 상기 비디오 프레임 내의 각각의 윤곽선 이미지의 복잡도를 검출하여 제2비교신호를 축렬하고 과정; C3) 상기 제1비교신호와 제2비교신호를 이용하여 제어신호를 출력하는 과정; 및 C4) 상기 제어신호에 따라 상기 제1윤곽선 부호화 과정과 제2윤곽선 부호화 과정의 출력 중에서 하나를 선택하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 적응 윤곽선 부호화 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 C1)과정은, C11) 상기 비디오 프레임 내의 각각의 윤곽선 이미지를 구성하는 블럭수를 계산하는 과정; 및 C12) 상기에서 계산된 각각의 블럭수를 기결정된 제1문턱값과 비교하여 제1비교신호를 출력하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 적응 윤곽선 부호화 방법,
  4. 제2항에 있어서, 상기 C2) 과정은, C21) 상기 비디오 프레임 내의 각각의 윤곽선 이미지를 이루는 화소들을 따라가면서 곡률을 구하고 해당 객체의 윤곽선 전체에 대한평균 곡률을 구하는 과정; 및 C22) 상기에서 각각의 윤곽선 이미지에 대해 구해진 평균곡률을 기결정된 제2문턱값과 비교하여 제2비교신호를 출력하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 적응 윤곽선 부호화 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제1윤곽선 부호화 과정에서는, 다각형 근사와 디스크리트 사인 변환을 이용한 윤곽선 부호화 방법을 이용하는 것을 특징으로 하는 적응 윤곽선 부호화 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제2윤곽선 부호화 과정에서는, 체인 부호화 방법을 이용하는 것을 특징으로 하는 적응 윤곽선 부호화 방법.
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