KR100775422B1 - 비균일 표본화된 영상의 압축／복원 방법 - Google Patents

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Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야
본 발명은, 비균일 표본화된 영상의 압축／복원 방법 및 상기 방법을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 관한 것임.
2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제
본 발명은, 비균일하게 표본화(sampling)된 영상 내에서 소정 개수의 화소를 추출하여 순서를 지정한 후 직교벡터(orthogonal vector)에 매핑시켜 압축하고, 매핑 방식 정보 및 직교벡터 셋 정보를 이용하여 압축을 복원함으로써, 별도의 보간 처리 없이 효율적으로 압축/복원하기 위한, 비균일 표본화된 영상의 압축／복원 방법 및 상기 방법을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공하는데 그 목적이 있음.
3. 발명의 해결방법의 요지
본 발명은, 비균일 표본화된 영상의 압축/복원 방법에 있어서, 비균일하게 표본화된 영상에서 사각 블록을 이용하여 소정 개수의 화소를 추출하는 단계; 상기 추출한 소정 개수의 화소에 다수의 순서 지정 방식을 적용하여 각 화소의 순서를 지정하는 단계; 각 순서 지정 방식을 통해 순서가 지정된 화소 값에 그에 상응하는 직교벡터 값을 내적하여 결과값을 산출하는 단계; 각 순서 지정 방식에 상응하는 결과값들 중에서 에너지 집중성이 큰 결과값을 찾은 후 해당 순서 지정 방식 정보 및 직교벡터 정보를 전송 데이터에 삽입하는 단계; 및 상기 전송 데이터 상의 순서 지정 방식 정보 및 직교벡터 정보를 이용하여 압축을 복원하는 단계를 포함함.
4. 발명의 중요한 용도
본 발명은 비균일 표본화된 영상 등에 이용됨.
비균일 표본화, 화소 추출, 직교벡터, 순서 지정 방식 정보, 직교벡터 셋 정보

Description

비균일 표본화된 영상의 압축／복원 방법{Method for compressing／decompressing image sampled irregularly or sampled at bent surface}
도 1 은 본 발명에 이용되는 비균일 표본화된 영상의 일예시도,
도 2 는 본 발명에 따른 8×8 블록의 직교벡터를 임의로 표본화된 화소에 매핑시키는 과정에 대한 일실시예 설명도,
도 3 은 본 발명에 따른 2차원 직교벡터를 임의로 표본화된 화소에 매핑시키는 과정에 대한 일실시예 설명도,
도 4 는 본 발명에 따른 비균일 표본화된 영상의 압축시 생성하는 데이터의 일실시예 설명도,
도 5 는 본 발명에 따른 비균일 표본화된 영상의 압축/복원 방법에 대한 일실시예 흐름도,
도 6 은 본 발명이 적용되는 균일 표본화된 영상에 직교벡터의 매핑 방식에 대한 일예시도,
도 7 은 도6에서 남는 화소 처리 방식에 대한 일예시도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
21 : 1차원 직교벡터 22 : 사각 블록
본 발명은 비균일 표본화된 영상의 압축/복원 방법 및 상기 방법을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 표본화(sampling)된 영상 내의 비균일하게 분포된 화소를 직교벡터(orthogonal vector)에 매핑하여 압축하고, 압축에 이용된 매핑 정보에 따라 복원하기 위한 비균일 표본화된 영상의 압축/복원 방법 및 상기 방법을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 관한 것이다.
본 발명에서 영상은 동영상을 포함하는 의미로 사용한다.
일반적으로 3차원 영상, 파노라마 영상, 및 옴니-카메라(Omni-camera) 영상은 표본화(sampling) 처리되었을 때 화소가 비균일하게 배치되는 경우가 발생한다. 이렇게 화소가 비균일하게 표본화된 영상은 8×8 블록으로 구분할 수 없기 때문에, MPEG(Moving Picture Experts Group)의 주파수 변환 방식을 적용하여 압축할 수 없다.
즉, JPEG(Joint Photographic Expert Group), MPEG, H.263 등 영상코덱 표준에서는 주파수 변환을 통해서 공간적인 잉여정보를 제거하여 압축한다.
주파수 변환을 위해서는 직교벡터가 필요한데, 가장 흔히 쓰이는 직교벡터는 8×8 블록에 대한 DCT(Discrete Cosine Transform)이다. 이때, H.264에서는 4×4 블록도 사용하기도 한다.
이러한, 직교벡터들은 정사각형의 8×8 블록 또는 4×4 블록에만 적용 가능하기 때문에, MPEG-4를 통해 객체기반 압축을 하거나, 도 1에 도시된 바와 같이 옴니 영상처럼 직각좌표계가 아닌 경우에는 적용하는데 어려움이 있다.
따라서, 기존의 방식으로 압축하려면 도 1의 B와 같이 모든 화소의 배열을 생성하는 과정이 필요하다. 도 1에서 사각형 A의 8개의 화소를 처리하기 위해서 A'의 30개 화소로 변환하여야 하므로, 변환에 필요한 계산이 추가로 필요하며, 또한 처리해야 할 화소수가 증가함으로서 계산량이 5배 이상 증가한다. 또한 다시 원래의 샘플링방식으로 복원하기 위한 계산이 필요할 수도 있다.
따라서, MPEG에서는 현재 화소를 보간하여 압축하는데, 이러한 보간을 통한 압축 방법은 계산량을 증가시키고, 화소값의 정확도를 떨어뜨리는 문제점이 있다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 비균일하게 표본화(sampling)된 영상 내에서 소정 개수의 화소를 추출하여 순서를 지정한 후 직교벡터(orthogonal vector)에 매핑시켜 압축하고, 매핑 방식 정보 및 직교벡터 셋 정보를 이용하여 압축을 복원함으로써, 별도의 보간 처리 없이 효율적으로 압축/복원하기 위한, 비균일 표본화된 영상의 압축／복원 방법 및 상기 방법을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방법은, 비균일 표본화된 영상의 압축/복원 방법에 있어서, 비균일하게 표본화된 영상에서 사각 블록을 이용하여 소정 개수의 화소를 추출하는 단계; 상기 추출한 소정 개수의 화소에 다수의 순서 지정 방식을 적용하여 각 화소의 순서를 지정하는 단계; 각 순서 지정 방식을 통해 순서가 지정된 화소 값에 그에 상응하는 직교벡터 값을 내적하여 결과값을 산출하는 단계; 각 순서 지정 방식에 상응하는 결과값들 중에서 에너지 집중성이 큰 결과값을 찾은 후 해당 순서 지정 방식 정보 및 직교벡터 정보를 전송 데이터에 삽입하는 단계; 및 상기 전송 데이터 상의 순서 지정 방식 정보 및 직교벡터 정보를 이용하여 압축을 복원하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명은 비균일 표본화된 영상의 압축/복원 시스템에, 비균일하게 표본화된 영상에서 사각 블록을 이용하여 소정 개수의 화소를 추출하는 기능; 상기 추출한 소정 개수의 화소에 다수의 순서 지정 방식을 적용하여 각 화소의 순서를 지정하는 기능; 각 순서 지정 방식을 통해 순서가 지정된 화소 값에 그에 상응하는 직교벡터 값을 내적하여 결과값을 산출하는 기능; 각 순서 지정 방식에 상응하는 결과값들 중에서 에너지 집중성이 큰 결과값을 찾은 후 해당 순서 지정 방식 정보 및 직교벡터 정보를 전송 데이터에 삽입하는 기능; 및 상기 전송 데이터 상의 순서 지정 방식 정보 및 직교벡터 정보를 이용하여 압축을 복원하는 기능을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공한다.
또한, 본 발명은 임의의 형태로 표본화된 영상에 대해서 직교벡터를 제공하고, 이를 이용하여 압축 및 복원한다.
또한, 본 발명은 직각좌표계가 아니고, 정사각형 블록이 아닌 경우에도 직교벡터를 적용하는 방법을 제공한다.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 2 는 본 발명에 따른 8×8 블록의 직교벡터를 임의로 표본화된 화소에 매핑시키는 과정에 대한 일실시예 설명도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 오른쪽에 있는 8개의 점은 임의로 표본화된 화소의 집합으로서, 집합 내의 화소의 개수와 직교벡터의 개수는 같아야 한다.
또한, 8×8 블록의 직교벡터에서 2번째 행 이하 8개의 행은 서로 직교하는 8점 벡터를 나타낸다. 이때, 서로 직교하는 벡터의 종류는 여러 가지가 있으나, 본 발명에서는 도 2에 도시된 직교벡터를 예로 들어 설명한다.
물론, DCT(Discrete Cosine Transform)에서 사용하는 벡터도 이용할 수 있다. DCT와 관련하여 고속 알고리즘이 개발되어 있으므로 DCT를 이용하는 것도 상관없다.
먼저, 소정 크기의 사각 블록을 비균일하게 표본화된 영상에 순차적으로 매칭시켜 사각 블록 내에 포함되는 8개의 화소를 선택한다. 이때, 사각 블록 내에 포함되는 화소가 소정 개수(일예로 8개)보다 많거나 적으면 사각 블록의 크기를 조절하여 소정 개수의 화소를 선택한다.
여기서, 사각 블록의 매칭 순서 정보는 매핑 방식 정보에 포함된다.
이후, 상기 선택한 8개의 화소에 순서를 지정한다. 이때, 순서 지정은 임의 하나의 화소를 선택한 후 상기 화소와 가까이 위치한 순서로 지정하는 방식이 압축 효율이 좋기 때문에 가장 바람직하며, TSP(Traveling Salesman Problem)에서 사용하는 해결 방식을 이용할 수도 있다.
이렇게 함으로써, 임의로 표본화된 화소에 대해서 직교벡터(직교벡터 값)를 지정할 수 있다.
이후, 지정한 순서에 따라 해당 직교벡터(직교벡터 값)를 각각 매핑한다.
도 3 은 본 발명에 따른 2차원 직교벡터를 임의로 표본화된 화소에 매핑시키는 과정에 대한 일실시예 설명도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 2차원 직교벡터도 선형벡터와 마찬가지로 비균일하게 표본화된 영상의 각 화소에 매핑할 수 있다.
"Map 1"의 경우, 소정 크기의 사각 블록을 비균일하게 표본화된 영상에 순차적으로 매칭시켜 사각 블록 내에 포함되는 8개의 화소를 선택한 후, 하단보다는 상단에 우선권을 주고, 상단이나 하단 내에서는 좌측에 우선권을 주는 행 우선 방식으로 순서를 지정한다.
"Map 2"의 경우, 소정 크기의 사각 블록을 비균일하게 표본화된 영상에 순차적으로 매칭시켜 사각 블록 내에 포함되는 8개의 화소를 선택한 후, 상단에서 하단 그리고 하단에서 우측 다시 우측에서 상단의 방향으로 순서를 지정하는 열 우선 방식으로 순서를 지정한다.
이후, 지정한 순서에 따라 해당 직교벡터를 각각 매핑한다.
도 4 는 본 발명에 따른 비균일 표본화된 영상의 압축시 생성하는 데이터의 일실시예 설명도이다.
도 4 에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 비균일 표본화된 영상의 압축시 생성하는 데이터에서, 화소의 집합을 8점 벡터로 표시할 때, 8점의 화소값이 벡터값이 되며, 이는 직교벡터에 대한 가중치 합(weighted sum)으로 표시할 수 있다.
이러한 가중치는 일반적인 압축방식과 마찬가지로 양자화되어 디코더로 전송된다.
한편, "Map ID" 필드는 인코더와 디코더 사이에 약속된 화소 선택 및 배치 방식에 대한 정보(매핑 방식 정보)를 전달하고, "Vector ID" 필드는 사용된 직교벡 터의 종류를 결정한다(직교벡터 셋 정보). 이 두 변수는 블록별로 전송하거나 화면(프레임)마다 전송할 수 있다. 또한, "quant"와 "VLC"는 기존의 MPEG에서 양자화값과 DCT 계수를 전송하는 방식과 같은 방식으로 코딩한다.
여기서, 매핑 방식은 여러 가지 매핑 방식 중 에너지 집중성(energy compaction)이 가장 우수한 매핑 방식을 선택한다. 즉, 8개의 화소값과 그에 상응하는 직교벡터 값의 내적을 산출하면, 8개의 결과값이 산출되는데, 이 산출된 값들이 X[0](이상적으로는 0) 근처로 몰리는 정도가 큰 매핑 방식을 선택한다.
도 5 는 본 발명에 따른 비균일 표본화된 영상의 압축/복원 방법에 대한 일실시예 흐름도이다.
먼저, 비균일하게 표본화된 영상에서 사각 블록을 이용하여 8개의 화소를 추출한다(501).
이후, 상기 추출한 8개의 화소에 다수의 순서 지정 방식을 적용하여 각 화소의 순서를 지정한다(502). 이때, 순서를 지정하는 방식은 1차원 직교벡터를 이용하는 경우, 임의 하나의 화소를 선택한 후 상기 화소와 가까이 위치한 순서로 지정하는 순차적 방식과 TSP(Traveling Salesperson Problem)에서 사용하는 해결 방식을 이용하고, 2차원 직교벡터를 이용하는 경우, 행 우선 방식과 열 우선 방식을 이용한다.
이후, 각 순서 지정 방식을 통해 순서가 지정된 화소 값에 그에 상응하는 직교벡터 값을 내적하여 결과값을 산출한다(503).
이후, 각 순서 지정 방식에 상응하는 결과값들 중에서 에너지 집중성이 큰 결과값을 찾은 후 해당 순서 지정 방식 정보 및 직교벡터 정보를 전송 데이터에 삽입하여 디코더로 전송한다(504).
그러면, 디코더는 전송 데이터 상의 순서 지정 방식 정보 및 직교벡터 정보를 이용하여 압축을 복원한다(505).
이러한 압축/복원 방법은 균일하게 표본화된 영상에도 적용 가능하다.
이하, 도 6 및 도 7 을 참조하여 이를 좀 더 상세히 살펴보기로 한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 2차원 직교벡터를 벌집 모양의 균일하게 표본화된 화소에 매핑한다. 이때, 상하좌우 경계에서 남는 화소가 생기는데, 4개짜리에 대해서는 2개씩 모아 하나의 8점 집합을 만들거나, 4개의 화소를 미러링하여 8점 집합을 만든다. 물론, 4점 직교벡터를 이용하여도 무방하다. 4개의 모서리에는 남는 화소가 6점씩 있다. 임의로 2점을 미러링하여 8점으로 만들어서 8점 직교벡터를 적용한다. 도 7에서는 이러한 남는 화소를 처리하는 방식을 보여준다.
상술한 바와 같은 본 발명의 방법은 프로그램으로 구현되어 컴퓨터로 읽을 수 있는 형태로 기록매체(씨디롬, 램, 롬, 플로피 디스크, 하드 디스크, 광자기 디스크 등)에 저장될 수 있다. 이러한 과정은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있으므로 더 이상 상세히 설명하지 않기로 한다.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.
상기와 같은 본 발명은, 비균일하게 표본화(sampling)된 영상 내에서 소정 개수의 화소를 추출하여 순서를 지정한 후 직교벡터(orthogonal vector)에 매핑시켜 압축하고, 매핑 방식 정보 및 직교벡터 셋 정보를 이용하여 압축을 복원함으로써, 별도의 보간 처리 없이 효율적으로 압축/복원할 수 있는 효과가 있다.

Claims (4)

  1. 비균일 표본화된 영상의 압축/복원 방법에 있어서,
    비균일하게 표본화된 영상에서 사각 블록을 이용하여 소정 개수의 화소를 추출하는 단계;
    상기 추출한 소정 개수의 화소에 다수의 순서 지정 방식을 적용하여 각 화소의 순서를 지정하는 단계;
    각 순서 지정 방식을 통해 순서가 지정된 화소 값에 그에 상응하는 직교벡터 값을 내적하여 결과값을 산출하는 단계;
    각 순서 지정 방식에 상응하는 결과값들 중에서 에너지 집중성이 큰 결과값을 찾은 후 해당 순서 지정 방식 정보 및 직교벡터 정보를 전송 데이터에 삽입하는 단계; 및
    상기 전송 데이터 상의 순서 지정 방식 정보 및 직교벡터 정보를 이용하여 압축을 복원하는 단계
    를 포함하는 비균일 표본화된 영상의 압축/복원 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 순서 지정 방식은,
    1차원 직교벡터를 이용하는 경우, 임의 하나의 화소를 선택한 후 상기 화소 와 가까이 위치한 순서로 지정하는 순차적 방식과 TSP(traveling salesperson problem) 해결 방식을 포함하고,
    2차원 직교벡터를 이용하는 경우, 행 우선 방식과 열 우선 방식을 포함하는 것을 특징으로 하는 비균일 표본화된 영상의 압축/복원 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 소정 개수는,
    8×8 블록의 직교벡터인 경우 8이며, 4×4 블록의 직교벡터인 경우 4인 것을 특징으로 하는 비균일 표본화된 영상의 압축/복원 방법.
  4. 비균일 표본화된 영상의 압축/복원 시스템에,
    비균일하게 표본화된 영상에서 사각 블록을 이용하여 소정 개수의 화소를 추출하는 기능;
    상기 추출한 소정 개수의 화소에 다수의 순서 지정 방식을 적용하여 각 화소의 순서를 지정하는 기능;
    각 순서 지정 방식을 통해 순서가 지정된 화소 값에 그에 상응하는 직교벡터 값을 내적하여 결과값을 산출하는 기능;
    각 순서 지정 방식에 상응하는 결과값들 중에서 에너지 집중성이 큰 결과값 을 찾은 후 해당 순서 지정 방식 정보 및 직교벡터 정보를 전송 데이터에 삽입하는 기능; 및
    상기 전송 데이터 상의 순서 지정 방식 정보 및 직교벡터 정보를 이용하여 압축을 복원하는 기능
    을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
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