KR100234239B1 - 블록킹 효과 경감을 위한 양자화 방법과 그 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 영상신호 부호화에 관한 것으로, 특히 영상신호를 압축부호화할 때 발생하는 블록킹효과를 줄이기 위한 블록킹효과 경감방법과 장치에 관한 것이다. 이를 위해 본 발명에 의한 블럭킹효과 경감을 위한 양자화수단은 비트율제어수단에서 전송되는 현재 처리할 블럭에 상측방향과 좌측방향으로 인접한 블럭의 양자화 스텝사이즈의 평균값을 산출하고, 현대 처리할 블럭의 양자화 스텝사이즈와 산출된 평균값의 차이를 연산하여 소정의 값을 초과하는지를 검사하는 연산부와, 소정의 값을 초과하는 경우에는 입력되는 이산여현변환계수중 양자화시 양자화오차가 작게 발생하는 값에 해당하면 그대로 출력하고, 크게 발생하는 값에 해당하면 이산여현변환계수에 양자화오차가 작게 발생할 수 있게 하는 소정의 값을 더하여 출력하는 수정양자화기와, 수정양자화기에서 전송되는 이산여현변환계수를 양자화하는 양자화기를 포함한다. 본 발명은 양자화오차가 심한 이산여현변환계수를 양자화오차가 작은 값으로 변형시켜 양자화하므로써, 블럭킹효과를 완화시켜 고품위의 화질을 얻을 수 있는 효과가 있다.

Description

블록킹효과 경감을 위한 양자화방법과 그 장치

제1도는 종래에 개시된 영상신호부호화기의 일실시예를 도시한 블럭도.

제2도는 제1도에 도시된 양자화기의 동작을 나타내는 그래프.

제3도는 본 발명에 따라 구성된 영상신호부호화기의 일실시예를 도시한 블럭도.

제4a, b도를 NxM개의 블럭으로 구성된 영상신호의 프레임 구조를 도시한 도면.

제5도는 제3도에 도시된 수정양자화기의 동작순서를 도시한 흐름도.

제6a, b도는 본 발명에 따른 양자수단의 동작을 나타내는 그래프.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

14 : DCT 16 : 복잡도계산부

18 : 비트율제어기 20 : 양자화기

22 : 가변길이부호화기 24 : 버퍼

36 : 수정양자화기 38 : 연산부

40 : 양자화수단 42 : 비트율제어수단

본 발명은 영상신호 부호화에 관한 것으로, 특히 영상신호를 압축하여 부호화할 때 발생하는 블록킹효과(Blocking Effect)를 줄이기 위한 블록킹효과 경감방법과 장치에 관한 것이다.

신호의 디지탈화를 통한 저장 및 통신기술은 최근의 컴퓨터와 반도체 그리고 디지탈신호의 처리기술의 발전에 힘입어 급속히 발전하고 있다. 디지탈 영상장치 예컨데 디지탈 VCR, HDTV, 디지탈 비디오 카메라, 비디오폰 또는 텔레비젼 전화기 등에서는 영상신호를 디지탈 데이타로 처리함에 있어서 영상정보를 기록매체에 효율적으로 저장하며 재생영상의 질을 높이기 위한 기술이 요구된다. 그런데, 영상신호를 디지탈 방식으로 저장 혹은 전송하는 경우 그에 따른 정보량이 아날로그 방식에 비해 매우 방대해지므로 저장매체의 용량 및 전송채널을 효율적으로 사용하기 위해서는 영상정보의 압축이 필요하게 된다.

영상신호의 압축과 관련하여 종래에 주로 사용되어온 방식은 이산여현변환기법(Discrete Cosine Transforming Method)과 가변장부호화기법(Variable Length Coding Method) 이다. 제1도는 종래의 일반적인 영상신호 압축부호화장치의 구성을 도시한 블럭도이다.

제1도에 도시된 구성수단중 본 발명의 이해에 필요한 구성수단의 기능에 대해 간략히 설명하면 다음과 같다.

프레임메로리(10)는 입력되는 영상신호를 프레임 단위로 저장하는 임시메모리이다. 복잡도계산기(16)는 한 프레임에 블럭의 복잡도의 크기를 판별한다. 비트율제어기(18)는 전방향 예측을 하여 얻어진 복잡도와 버퍼(24)의 충만상태에 의해 결정되는 값을 이용하여 블럭의 양자화 스텝사이즈를 최종 결정한다. 이산여현변환기(Discrete Cosine Transforer)(14)는 감산기(12)를 통하여 입력되는 영상신호를 주파수 영역으로 변환시킴과 동시에 에너지 압축(energy compresssion)을 수행한다. 양자화기(20)는 상기 이산여현변환기(14)에서 에너지 압축된 영상신호를 소정의 양자화 스텝사이즈로 양자화 한다. 가변장부호화기(Variable Length Coder)(22)는 상기 양자화기(20)에서 양자화된 데이타를 허프만 코딩(Huffman Coding)을 수행한다. 즉, 8비트로 표현되는 신호들(0~256레벨)중에서 빈도가 많은 데이타는 적은 비트로 표현하고 빈도가 적은 데이타는 많은 비트로 표현하므로써 영상신호를 표현하는 전체 비트수를 줄인다. 버퍼(24)는 가변길이부호화기(22)에서 출력되는 데이타의 길이가 일정하지 않으므로 데이타를 일시적으로 저장한 후 일정한 비트율로 출력한다.

그런데, 종래에는 이산여현변환기(14)가 원 영상을 작은 부영산(8×8블럭)으로 나누어 각각 독립적으로 처리하고 양자화기(20)는 이산여현변환한 후 버퍼(24)의 상태와 현 영상의 복잡도에 의거하여 구해진 양자화 스텝사이즈로 양자화를 행하므로써, 프레임 공간상 인접해있는 마크로블럭간의 양자화 스텝사이즈가 차이가 크면 인접 마크로블럭의 경계면에서는 블럭간의 상관성이 상실되어 이른바 블럭효과가 나타난다. 특히 이산여현변환 후에 얻어지는 변환계수는 저주파 계수에 에너지가 집중되어 표현되는데, 원 영상이갖고 있는 상관성이 블럭단위로 한정됨으로 인하여 저주파 정보들이 양자화로 인하여 왜곡될 때 공간영역에 있는 블럭간의 상관성이 상실되어, 이것이 영상신호의 복원시 블럭모양의 잡음이 생기는 블럭효과의 주원인으로 작용하게 된다.

또한 종래의 선형 양자화방식은 양자화 스텝 사이즈가 크면 양자화되기 전의 변환계수와 다시 역영자화되어 나온 계수값이 큰 차이를 보이는 이른바 양자화오차가 발생하는만 문제점이 있었다. 이러한 문제가 발생하는 이유는 선형 양자화방식이 여러가지 값의 변환계수를 하나의 값으로 대표시키기 때문이다. 이를 제2도를 참조하여 설명하면 다음과 같다. 블럭단위의 변환계수를 양자화함에 있어서, 양자화기(20)의 알고리즘은 아래의 식으로 표현된다.

여기서,는 변환블럭의 DCT계수이고, y는 양자화계수이며, T는 출력이 0이 되도록 하는 문턱값이며, g는 양자화스텝사이즈이다. T와 g의 값은 가능한 전송 혹은 저장 밴드폭에 따라 정해지는 값이다. 대응되는 양자화기(20)의 함수그대프가 제2도에 도시되어 있다.

일반적인 선형양자화기는 입력데이타인 이산여현변환계수 x를 블럭단위로 구해진 양자화스텝사이즈 g로 나누는 형태를 취한다. 만약 양자화스텝사이즈 g가 10으로 구해져서 이 값으로 양자화하면 다음과 같은 양자화된 값 y를 얻는다.

y = 1 for 10 ≤≤ 19 ‥‥‥‥‥(2-1)

y = 2 for 20 ≤≤ 29 ‥‥‥‥‥(2-2)

y = 3 for 30 ≤≤ 39 ‥‥‥‥‥(2-3)

압축된 비트스트림을 만들때 이 y값을 허프만 코딩하여 동시에 데이타 저장매체에 기록하게 된다.

그런데, 종래의 이러한 양자화방식은 이산여현변환계수를 양자화하여 압축한 후 다시 복원하였을 때 발생하는 변환계수의 오차인 이른바 양자화오차를 크게 발생시키는 문제점이 있었다. 원래의 영상을 복원하기위한 디코딩을 할 때 먼저 허프만 디코딩한 후 역양자화하는데, 이때 아래 (3)식과 같이 넘겨 받은 양자화 값 y을 이용하여 x값으로 환원한다.

= y ×g ‥‥‥‥‥(3)

이 경우 1를 디코딩하면 항상 그값은 대표값 10이 되고, 2를 디코딩하면 항상 20이 얻어진다. 이러한 결과는 원래의 신호와 비교해 볼 때 제2도의 'a' 영역에서는 양자화오차가 작지만 'c' 영역으로 갈수록 양자화오차가 심하게 발생함을 할 수 있다. 예컨데 이산여현변환계수가 19인 경우 양자화된 값은 1이 되고 이를 디코딩하면 역이산여현변환계수가 10이 되므로 9라는 양자화오차가 발생하게 되는 것이다. 물론 이산여현변환계수가 10인경우에는 10으로 그대로 복원되어서 양자화오차가 생하지 않는 경우도 있다.

따라서 본 발명은 상설한 바와 같은 종래기술의 문제점을 감안하여, 양자화오차가 심한 영역을 이동시켜 양자화함으로써 양자화값의 급격한 증가로 인한 블럭킹효과를 방지할 수 있는 블럭킹효과 경감방법과 이를 위한 장치를 제공함에 그목적이 있다.

상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 블럭킹효과 경감을 위한 양자화방법은 프레임 디지탈 영상신호를 소정갯수의 픽셀로 구성되는 N x N개의 블럭으로 구분하고 상기 각 블럭마다 이산여현변환하여 얻어진 이산여현변환계수를 소정의 방법으로 구한 양자화 스텝사이즈로 나누어 양자화하는 양자화방법에 있어서, (i, j)(단, i와 는 2이상 N이하의 정수) 위치의 현재 블럭에 대응하여(i, j-1) 위치와 (i-1, j) 위치의 블럭에 대한 양자화 스텝사이즈의 평균값을 구하는 제1과정과, 상기 제1과정에서 구한 상기 평균값과 이에 대응하는 상기 현재 블럭의 양자화 스텝사이즈간의 차이가 소정의 값을 초과하는지를 검사하는 제2과정과, 상기 제2과정에서 상기 소정의 값을 초과하는 경우 상기 현재블럭이 저주파영역에 속하는 블럭인지를 검사하는 제3과정과, 상기 현재 블럭에 속하는 상기 이산여현변환계수가 양자화오차 범위에 따라 소정의 값을 더하는 제4과정을 포함함을 특징으로 한다.

아울러 본 발명에 따른 디지탈 영상신호의 부호화장치는 양자화 스텝사이즈를 생성하는 비트율제어수단과, 프레임 메로리와, 이산여현변환수단과, 양자화수단과, 가변길이부호화기와, 버퍼를 포함하는 디지탈 영상신호의 부호화장치에 있어서, 블럭킹효과를 경감하기 위한 상기 양자화수단은 상기 비트율제어수단에서 전송되는 현재 처리할 블럭에 상측방향과 좌측방향으로 인접한 블럭의 양자화 스텝사이즈의 평균값을 산출하고, 상기 현재 처리할 블럭의 양자화 스텝사이즈와 산출된 상기 평균값의 차이를 연산하여 제1소정의 값을 초과하는지를 검사하는 연산부와, 상기 제1소정의 값을 초과하는 경우에는 입력되는 상기 현재 처리할 블럭의 이산여현변환계수를 양자화시 양자화오차 값에 따라 그대로 출력하거나, 상기 이산여현변환계수에 제2소정의 값을 더하여 출력하는 수정양자화기와, 상기 수정양자화기에서 출력되는 이산여현변환계수를 양자화하는 양자화기를 포함함을 특징으로 한다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

제3도는 본 발명에 따른 디지탈 영상신호의 부호화장치의 구성을 도시한 블럭도이다. 본 발명이 개시하는 양자화수단(40)은 연산부(38), 수정양자화기(36) 및 양자화기(20)로 구성된다. 상기 연산부(38) 복잡도계산부(16)와 비트율제어기(18)로 구성되는 상기 비트율제어수단(42)의 출력단에 연결되며, 상기 수정양자화기(36)는 이산여현변환기(DCT)(14)의 출력단과 비트율제어기(18)의 출력단 및 상기 연산부(38)의 출력단에 각각 연결되며, 상기 양자화기(20)는 상기 비트율제어기(18)와 상기 수정양자화기(36)의 출력단에 연결된다.

본 발명이 적용되는 디지탈 영상신호 부호화장치의 전체적 구성은 입력되는 디지탈 영상신호를 프레임단위로 보관하는 프레임메모리(10)와, 복수개의 블럭으로 구성되는 프레임단위의 디지탈영상신호를 이산여현변환하는 이산여현변환기(14)와, 상기 양자화수단(40)에 연결되는 가변길이부호화기(22) 및 가변길이부호화기(22)의 출력단에 연결되는 버퍼(24)를 더 포함한다.

이어서 본 발명에 따른 양자화수단의 동작에 관한 설명을 본 발명에 따른 블럭킹효과 경감을 위한 양자화방법과 병행하여 설명하기로 한다.

제3도는 본 발명에 따른 양자화수단을 포함하는 영상신호부호화장치의 블럭도이고, 제4a, b도는 NxM개의 블럭으로 구성된 영상신호의 프레임 구조를 도시한 도면이며, 제5도는 제2도에 도시된 수정양자화기의 동작순서를 도시한 흐름도이며, 제6a, b도는 본 발명에 따른 양자화수단의 동작을 나내는 그래프이다.

먼저, 연산부(38)는 비트율제어기(18)에서 제공되는 양자화 스텝사이즈의 평균값을 연산한다. 즉, 제4도 a와 같이 NxM개의 블럭으로 구분된 프레임중 제4도 b와 같이 현재 처리하려는 블럭 (i, j)에 상측방향과 하측방향으로 인접한 블럭 (i, j-1)과 (i-1, j)의 양자화 스텝사이즈의 평균값을 구하여 (i, j)′로 저장한다. 여기서 i 와 j는 2 ≤ i ≤ M, 2 ≤ j ≤ N 인 정수이다. 극, 제4도 b에서 빗금친 부분의 블럭과 같이 경계위치의 블럭은 연산의 대상에서 제외하고 나머지 블럭은 인접블럭의 양자화 스텝사이즈의 산술평균값을 계산하여 연산부(38)의 메모리에 저장한다.

수정양자화기(36)는 다음과 같이 동작한다.

이산여현변환기(14)에서 전송되는 이산여현변환계수는 수정양자화기(36)를 거쳐 양자화기(20)로 인가된다. 수정양자화기(36)는 제5도에 도시된 바와 같이 먼저 현재블럭의 양자화 스텝사이즈와 상기 연산부(28)에서 산출하여 저장되어 있는 현재블럭 에 인접한 양자화 스텝사이즈의 평균값과의 차이를 계산하여 그 차이에 따라 다음 블럭에 대하여 동작하며(S21), 만약 임계값 T를 넘는 급격한 변화가 발견되면 이산여현변환계수의 값을 조정하여 양자화오차를 줄이는 작업을 수행한다(S10).

다음으로, 입력되는 이산여현변환계수가 처리하려는 현재블럭(i, j)에서 제4도(A)의 빗금친 부분과 같은 저주파영역에 속하는 것인지를 판별한다(S12). 블럭전체를 취하지 않는 이유는 해당되는 영역에서 비트 발생을 억제함과 동시에 저주파부분에 보다 충실하겠다는 의도이다.

이어서, 저주파영역에 속하는 경우에는 이산여현변환계수가 양자화오차를 크게 발생시키는 값인지를 판단한다. 이산여현변환계수의 값이 제2도의 'c' 영역 혹은 제6a도의 T_r1, T_r2, T_r3에 해당하는 경우가 이에 해당한다. 예컨데 제6a도에서 이산여현변환계수의 값이 18인 경우 양자화된 값이 1이면 양자화오차가 8이 되지만, 양자화된 값이 2이면 양자화오차가 2로 줄어들게 된다. 따라서 이 경우는 18이라는 값은 T_r1영역에 속하는 값이고, 18에 임의의 값 K를 더하여 양자화된 값을 2로 만든다(S16). 이렇게 하면 역양자화 했을 때 그 값이 20이 나오게 하여 양자화오차로를 줄인다. 이를 제6 b도에 나타내었다. 여기서 양자화오차가 크게 발생하는 범위인 T_r1, T_r2, T_r3,.....,T_rn의 길이는 입력계수가 크면 클수록 양자화오차의 문제가 심각해지므로 T_r1≤T_r2≤ T_r3≤.... ≤ T_rn으로 한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 양자화오차 경감장치는 양자화오차가 심한 이산여현변환계수에 대한 양자화오차를 경감시켜 양자화하므로써, 블럭킹효과를 완화시켜 고품위의 화질을 얻을 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 양자화 스텝사이즈를 생성하는 비트율제어수단과, 프레임 메모리와, 이산여현변환수단과, 양자화수단과, 가변길이부호화기와, 버퍼를 포함하는 디지탈 영상신호의 부호화장치에 있어서, 블럭킹효과를 경감하기 위한 상기 양자화수단은 상기 비트율제어수단에서 전송되는 현재 처리할 블럭에 상측방향과 좌측방향으로 인접한 블럭의 양자화 스텝사이즈의 평균값을 산출하고, 상기 현재 처리할 블럭의 양자화 스텝사이즈와 산출된 상기 평균값의 차이를 연산하여 제1소정의 값을 초과하는지를 검사하는 연산부와, 상기제1소정의 값을 초과하는 경우에는 입력되는 상기 현재 처리할 블럭의 이산여현변환계수를 양자화시 양자화오차 값에 따라 그대로 출력하거나, 상기 이산여현변환계수에 제2소정의 값을 더하여 출력하는 수정양자화기와, 상기 수정양자화기에서 출력되는 이산여현변환계수를 양자화하는 양자화기를 포함함을 특징으로 하는 디지탈 영상신호의 부호화장치.
2. 제1항에서 있어서, 상기 수정양자화기는 상기 현재 처리할 블럭의 저주파영역의 이산여현변환계수에 대해서만 작용함을 특징으로 하는 디지탈 영상신호의 부호화장치.
3. 프레임 디지탈영상신호를 소정갯수의 픽셀로 구성되는 N x M 개의 블럭으로 구분하고 상기 각 블럭마다 이산여현변환하여 얻어진 이산여현변환계수를 소정의 방법으로 구한 양자화 스텝사이즈로 나누어 양자화하는 양자화방법에 있어서, (i, j)(단, i와 j는 2이상 N이하의 정수) 위치의 현재 블럭에 대응하여 (i, j-1) 위치와 (i-1, j) 위치의 블럭에 대한 양자화 스텝사이즈의 평균값을 구하는 제1과정과, 상기제1과정에서 구한 상기 평균값과 이에 대응하는 상기 현재 블럭의 양자화 스텝사이즈간의 차이가 소정의 값을 초과하는지를 검사하는 제2과정과, 상기제2과정에서 상기 소정의 값을 초과하는 경우 상기 현재블럭이 저주파영역에 속하는 블럭인지를 검사하는 제3과정과, 상기 현재 블럭에 속하는 상기 이산여현변환계수가 양자화오차 범위에 따라 소정의 값을 더하는 제4과정을 포함함을 특징으로 하는 양자화방법.