KR100834357B1 - 영상 데이터의 압축 장치 및 방법 - Google Patents

영상 데이터의 압축 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

영상 데이터의 압축 장치 및 방법이 개시된다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 영상 데이터 압축 장치는 영상 데이터를 휘도를 나타내는 Y성분과 색차를 나타내는 C성분으로 분리하는 성분 분리부와, 분리된 휘도 성분의 데이터를 압축하는 Y성분 처리부와, 분리된 색차 성분의 데이터를 압축하는 C성분 처리부, 및 Y성분 처리부와 C성분 처리부에서 각각 압축된 Y성분 데이터와 C성분 데이터를 결합하는 성분 결합부를 포함한다. 본 발명에 따르면, 영상 데이터를 압축하는 프로세서의 클럭 싸이클 수를 증가시키지 않고서도 영상 데이터를 압축할 수 있다.
영상, JPEG, 밝기, 색차, 허프만코딩, 병렬

Description

영상 데이터의 압축 장치 및 방법{Device and method for compressing image data}
도 1은 종래의 영상 데이터를 압축하는 과정을 나타낸 순서도.
도 2는 압축을 위한 영상 데이터의 구성과 순서를 예시한 블록도.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 영상 데이터를 압축하는 과정을 나타낸 순서도.
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 영상 데이터 압축 장치의 구성을 나타낸 블록도.
도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 성분 처리부의 구성을 나타낸 블록도.
본 발명은 영상 데이터의 처리에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 영상 데이터를 압축하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근 들어 디지털 신호 처리 분야의 급속한 기술 발전으로 디지털 영상의 응용 분야가 급속하게 확대되고 있으며, 디지털 통신의 발전과 멀티미디어 응용 분야의 확산으로 인해 디지털 영상 처리 기술의 필요성이 더욱 증대되고 있다.
특히, 영상 신호의 경우 다량의 데이터를 처리해야 하므로 디지털 영상의 효율적인 전송이나 저장을 위해서는 영상 압축 기술이 필수적이다.
이러한 영상 처리를 위한 대표적인 압축 기술로서 JPEG과 MPEG이 있다.
먼저 JPEG(Joint Photographic Experts Group)은 사진과 같은 정지 화상 정보를 통신 또는 저장하기 위하여 압축하는 기술의 표준이다.
JPEG는 풀 컬러(full-color)와 그레이 스케일(gray-scale)의 압축을 위하여 고안되었으며, 사진이나 예술분야의 작업에서 장점을 나타낸다.
GIF(Graphics Interchange Format)에 비해 데이터의 압축 효율이 우수하며, 또한 GIF는 256색을 표시할 수 있는데 반해 JPEG는 1,600만 색상을 표시할 수 있어 고해상도 표시 장치에 적합하다.
그리고 JPEG은 이미지를 만드는 사람이 이미지의 질과 파일의 크기를 조절할 수 있다는 장점이 있다.
예를 들어, 이미지가 큰 파일을 아주 작은 크기의 파일로 압축하려 하면 이미지의 질이 그만큼 떨어지게 된다. 그러나 JPEG 압축 기술을 이용하면 이를 적절히 조절하여 이미지 손상없이 이미지를 압축할 수 있는 장점이 있다.
MPEG은 시간에 따라 연속적으로 변화하는 동영상 압축과 코드 표현을 통해 정보의 전송이 이루어질 수 있는 표준 방법이다.
최근 멀티미디어용 비디오 압축 기술이 요구되어 활발한 진보가 이루어지고 있으며, 종류로는 MPEG1, MPEG2, MPEG3, MPEG4 등이 있다.
이하, 대표적인 정지 영상 압축 기술인 JPEG을 참조하여 종래의 영상 압축 기술을 살펴본다.
도 1은 종래의 영상 데이터를 압축하는 과정을 나타낸 순서도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, JPEG 압축기(encoder)는 압축되지 않은 영상 데이터를 JPEG 형식 등의 데이터로 압축 변환하기 위해서는 먼저 영상 데이터에서 각각의 화소(pixel)를 구성하는 색상을 이용한 색상 변환을 수행한다(S100).
정지 영상 압축 기술의 표준인 JPEG의 기본 원리는 하나의 화소를 기준으로 볼 때 확률적으로 그 화소와 비슷한 색상을 가진 화소가 그 화소 근처에 있을 확률이 높다는 것이다.
따라서 압축되지 않은 영상 데이터에서 비슷한 색상들의 색상 변환 과정을 수행하여 전체적으로 영상 데이터의 크기를 줄일 수 있는 것이다.
이러한 색상 변환이 수행되더라도 실제 사람의 시각이 둔감하여 미세한 색상의 변환에 대해서는 인식하기 힘들다는 점을 이용하여 영상 데이터의 압축을 수행하는 것이 JPEG 압축의 기본 원리이다.
색상 변환이 수행되면 영상 데이터의 크기를 전체적으로 감소시키는 다운 샘플링(down sampling)을 수행하며(S102), 다운 샘플링 수행 후 크기가 줄어든 영상 데이터를 일정한 단위로 분할하는 과정을 수행한다.
JPEG에서는 일반적으로 8*8행렬로 분할하는 과정이 수행되며, 8*8 행렬을 블 록이라고 하며 영상 압축의 기본 단위가 된다.
이러한 과정을 거쳐 수행된 블록단위의 데이터의 예시는 도 2에 도시된 바와 같다.
도 2에 도시된 바와 같이, 일반적으로 영상 데이터는 휘도 성분(Y : Luminance)과 색감 정보를 가지는 채도성분(CR, CB : Chrominance)으로 나뉘어 다운 샘플링 작업이 수행된다.
색감 정보를 나타내는 채도 성분은 CR은 휘도와 적색 성분의 차이를 나타내는 U성분으로 CB는 휘도와 청색 성분의 차이를 나타내는 V성분이라고도 불리운다.
한 픽셀(pixel : 화소)은 1개의 휘도 성분과 2개의 채도성분으로 이루어진다. 그리고 화소당 Y성분 1byte를 사용하고, 2*2 화소 배열당 각각 하나의 CB 바이트와 CR 바이트를 가지는 4:2:0 형태와 두개의 CB 바이트와 CR 바이트를 가지는 4:2:2 형태가 있다.
이때, 휘도 성분을 나타내는 Y 성분은 그 값의 범위가 16(Black)부터 235(White) 사이의 값을 가지고 되고, 채도성분을 나타내는 CB, CR 성분은 16부터 240 사이의 값을 가지게 된다.
하나의 CB 바이트와 CR 바이트를 가지는 4:2:0 형태와 두개의 CB 바이트와 CR 바이트를 가지는 4:2:2 형태가 있다.
4:2:2 형태에서는 이러한 다운 샘플링을 통해 수행된 Y값 64개, Y값 64개, C 값(U 성분 : 휘도와 적색 성분의 차이) 64개, C값(V 성분 : 휘도와 청색 성분의 차이) 64개의 순서를 반복하면서 영상 압축 과정을 수행한다.
영상의 압축 과정은 크게 DCT(S104), 양자화(S106) 및 허프만 코딩(S108) 과정에 의해 수행된다.
그러나 이러한 영상 압축 과정은 전술한 바와 같이 생성된 Y성분과 C성분에 대하여 순차적으로 DCT, 양자화 및 허프만 코딩 과정을 수행함으로써 영상을 처리하는 프로세서(processor)가 동일한 시간에 영상을 처리하기 위해서는 클럭 싸이클(clock cycle)의 수가 증가하는 문제점이 있다.
또한 예를 들어 'YYCCYYCC' 성분으로 구성된 데이터를 한번에 모두 처리하기 위해서는 프로세서는 동작 주파수가 8이어야 한다. 따라서 보다 큰 영상 데이터를 보다 빠른 시간 내에 압축하기 위해서는 프로세서의 동작 주파수는 점점 높아져야 하는 문제점이 있다.
따라서 이러한 클럭 싸이클의 수와 동작 주파수의 증가에 따라 전력 소모가 증가하는 문제점도 있으며 같은 동작 주파수를 이용하는 경우 영상 처리 시간이 길어지는 문제점이 있다.
상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 영상을 처리하는 프로세서의 클럭 싸이클 수를 증가시키지 않고서도 신속한 영상 처리가 가능한 영상 처리 장치 및 방법을 제안하는 것이다.
또한, 본 발명은 영상을 처리하는 프로세서의 동작 주파수를 줄일 수 있으며 영상 데이터를 압축하는 장치의 전력 소모와 영상 데이터의 압축 시간을 줄일 수 있는 영상 처리 장치 및 방법을 제안하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적들은 이하의 실시예에 대한 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 측면에 따르면 영상 데이터 압축 장치가 제공된다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 영상 데이터를 압축하는 장치에 있어서, 입력된 영상 데이터를 휘도 성분(Y성분) 데이터와 색차 성분(C성분) 데이터로 분리하는 성분 분리부; 상기 휘도 성분 데이터를 압축하는 Y성분 처리부; 상기 색차 성분 데이터를 압축하는 C성분 처리부; 및 상기 Y성분 처리부와 C성분 처리부에서 각각 압축된 휘도 성분 데이터와 색차 성분 데이터를 결합하는 성분 결합부를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 데이터 압축 장치가 제공된다.
상기 영상 데이터 압축 장치는 상기 영상 데이터를 구성하는 비슷한 색상들을 일정한 기준에 따라 특정 색상으로 변환하는 색상 변환부; 및 상기 변환된 색상에 따라 상기 영상 데이터의 크기를 줄이는 다운 샘플링부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 영상 데이터 압축 장치는 상 Y성분 처리부와 상기 C성분 처리부가 분리된 Y성분 데이터와 C성분 데이터를 각각 동시에 처리할 수 있다.
상기 Y성분 처리부와 상기 C성분 처리부는 상기 각각 분리된 Y성분 데이터와 C성분 데이터의 처리를 위한 프로세서(processor)를 별도로 포함할 수 있다.
또한, 상기 Y성분 처리부와 상기 C성분 처리부는 상기 분리된 각각의 성분 데이터를 코사인 함수의 합으로 표현하여 변환하는 DCT(Discrete Cosine Transform)부, 상기 변환된 각각의 성분 데이터를 임의의 정수 행렬로 나누는 양자화부 및 상기 각각의 성분 데이터를 구성하는 신호 중 발생 확률이 높은 신호에는 짧은 코드를 할당하고 낮은 신호에는 긴 코드를 할당하여 가변 길이 코드를 생성하는 허프만 코딩부를 각각 더 포함할 수 있다.
그리고, 상기 성분 결합부는 상기 성분 분리부에서 분리되기 전 배치된 성분 데이터의 순서대로 상기 성분 데이터들을 배치하여 상기 성분 데이터들을 결합할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 의하면, 영상 데이터 압축 방법이 제공된다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 영상 데이터 장치의 영상 데이터 압축 방법에 있어서, 입력된 영상 데이터를 휘도 성분(Y성분) 데이터와 색차 성분(C성분) 데이터로 분리하는 단계(a); 상기 휘도 성분 데이터와 색차 성분 데이터를 각각 압축하는 단계(b); 및 상기 각각 압축된 휘도 성분 데이터와 색차 성분 데이터를 결합하는 단계(c)를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 데이터 압축 방법이 제공된다.
본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 영상 데이터의 압축 방법을 기록한 기록매체가 제공된다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 영상 데이터를 압축하는 방법을 수행하기 위해 디지털 처리 장치에서 실행될 수 있는 명령어들의 프로그램이 유형적으로 구현되어 있으며, 상기 디지털 처리 장치에 의해 판독될 수 있는 프로그램을 기록한 기록매체에 있어서, 입력된 영상 데이터를 휘도 성분(Y성분) 데이터와 색차 성분(C성분) 데이터로 분리하는 단계(a); 상기 휘도 성분 데이터와 색차 성분 데이터를 각각 압축하는 단계(b); 및 상기 각각 압축된 휘도 성분 데이터와 색차 성분 데이터를 결합하는 단계(c)를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 데이터 압축 방법을 기록한 기록매체가 제공된다.
상기 영상 데이터를 휘도를 나타내는 Y성분과 색차를 나타내는 C성분으로 분리하는 단계는 상기 영상 데이터를 구성하는 비슷한 색상들을 일정한 기준에 따라 특정 색상으로 변환하고, 상기 변환된 색상에 따라 상기 영상 데이터의 크기를 줄이는 다운 샘플링 과정을 수행한 후 수행될 수 있다.
그리고, 상기 분리된 휘도 성분의 데이터와 색차 성분의 데이터를 각각 압축하는 단계는 상기 분리된 휘도 성분의 데이터를 압축하는 것과 상기 분리된 색차 성분의 데이터를 압축하는 것이 동시에 수행될 수 있다.
또한, 상기 분리된 휘도 성분의 데이터와 색차 성분의 데이터를 각각 압축하는 단계는 상기 분리된 각각의 성분 데이터를 코사인 함수의 합으로 표현하여 변환하고, 상기 변환된 각각의 성분 데이터를 임의의 정수 행렬로 나누며, 상기 각각의 성분 데이터를 구성하는 신호 중 발생 확률이 높은 신호에는 짧은 코드를 할당하고, 낮은 신호에는 긴 코드를 할당하는 가변 길이 코드를 생성하여 상기 각각의 성 분 데이터를 압축할 수 있다.
상기 상기 각각 압축된 휘도 성분의 데이터와 색차 성분의 데이터를 결합하는 단계는 상기 분리되기 전 배치된 Y성분과 C성분 데이터의 배치 순서대로 상기 각각 압축된 Y성분의 데이터와 C성분의 데이터를 배치하여 결합할 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면 번호에 상관없이 동일한 수단에 대해서는 동일한 참조 번호를 사용하기로 한다.
이하에서는 전술한 바 있는 대표적인 정지 영상 압축 기술인 JPEG 기술을 예시로서 설명하나, 동일 또는 유사한 기술적 사상이 적용되는 다른 정지 영상 압축 기술이나 동영상 압축 기술(예를 들면, MPEG 등)에도 본 발명에 의한 영상 데이터의 압축 기술이 적용될 수 있음은 자명하다.
먼저 도 3을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 영상 데이터의 압축 방법에 대해 살펴본다. 또한, 도 4 및 도 5를 참조하여 본 발명에 따른 영상 데이터 압축 방법을 수행하는 영상 처리 장치에 대해 설명하기로 한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 영상 데이터의 압축 방법에서 비슷한 색상을 가진 화소끼리의 색상 변환 과정(S300)과 색상 변환이 수행된 영상 데이터의 크기를 줄이는 다운 샘플링 과정(S302)이 수행된다.
앞서 설명한 바와 같이, 영상 데이터를 포함하는 데이터 압축의 기본 원리는 데이터를 구성하는 같은 요소 또는 비슷한 요소들을 하나의 요소로 처리하는 것이 다.
따라서 영상 데이터를 구성하는 비슷한 색상들을 일정한 기준에 따라 특정 색상으로 변환하고 변환된 색상에 따라 상기 영상 데이터의 크기를 줄이는 과정을 수행하는 것이다.
다운 샘플링 과정을 통해 크기가 줄어든 영상 데이터는 8*8 행렬의 블록 단위로 분할되는 과정이 수행되며, 블록 단위로 형성된 데이터의 예시는 도 2에 도시된 바와 같이 종래의 영상 데이터 압축 과정에서의 영상 데이터와 같다.
영상 데이터는 휘도 성분(Y : Luminance)과 색감 정보를 가지는 채도성분(CB, CR : Chrominance)으로 나뉘어 다운 샘플링 과정이 수행된다.
본 발명은 Y성분과 C성분으로 나뉘어 블록 단위로 형성된 영상 데이터를 순차적으로 배치(예를 들어, YYCCYYCC)하여 처리하던 종래 기술과 달리 각각의 성분(즉, Y성분과 C성분)으로 나누어 병렬 처리하는 특징을 가진다.
도 2에 도시된 바와 같이, Y성분과 C성분(YUV형식의 데이터에서는 U 성분(휘도와 적색 성분의 차이)과 V 성분(휘도와 청색 성분의 차이))으로 분리되어 Y성분과 C성분은 블록 단위로 함께 형성되지만 그 배열은 Y성분이 먼저 배치되고 C성분이 뒤에 배치된다.
본 발명에서는 순차적으로 배치된 Y성분과 C성분을 각각 Y성분과 C성분으로 분리(즉, YYYYY와 CCCCC)한다(S304).
Y성분과 C성분을 분리하는 것은 Y성분과 C성분으로 순차적으로 배치된 영상 데이터에서 Y성분과 C성분을 나누어 각각의 별도의 데이터 압축 과정을 수행하기 위한 것이다.
분리된 Y성분은 DCT(S306), 양자화(S308) 및 허프만 코딩(S310) 과정이 수행되며, 분리된 C성분 또한 별도로 DCT(S312), 양자화(S314) 및 허프만 코딩(S316) 과정이 수행된다.
DCT, 양자화 및 허프만 코딩 과정은 영상 데이터의 압축을 위한 JEPG과 MPEG의 기본 과정으로서, 당업자에게 자명한 사항이므로 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
분리된 Y성분과 C성분의 DCT, 양자화 및 허프만 코딩 과정은 각각 별도의 프로세서(processor)에 의해 동시에 처리되는 병렬 처리 과정에 의해 처리된다.
각각의 성분별로 병렬 처리된 Y성분과 C성분은 단계 S318에서 각각 결합되어 하나의 압축된 영상 데이터를 형성한다.
즉, 단계 S318은 Y성분과 C성분이 S304에서 분리되기 전의 배치 순서대로 각각 압축된 Y성분의 데이터와 C성분의 데이터를 배치하여 결합되도록 함으로써 하나의 압축된 영상 데이터를 형성하는 것이다.
종래의 하나의 프로세서에 의해 순차적으로 수행되던 과정을 성분별로 동시에 처리함으로써 처리 속도가 증가하는 것이다.
예를 들어 영상을 TV에 나타내는 대표적인 데이터 형식인 YUV 형식의 데이터에서 일반적으로 밝기를 나타내는 휘도 성분인 Y성분과 색차 성분인 U와 V성분은 4:2:2의 비율로 구성된다.
종래의 영상 압축 방법에 의하면 휘도 성분과 색차 성분이 순차적으로 압축 과정이 수행되었지만 휘도 성분과 색차 성분의 비율이 '4 : 4(2+2)'로 1:1이 되므로 본 발명에 의한 영상 압축 방법에 의하면 처리 시간이 절반으로 줄어들게 든다.
이 경우, 각 성분을 처리하기 위한 프로세서는 종래의 방식에 따라 순차적으로 배치된 Y성분과 C성분을 순차적으로 처리하기 위한 프로세서보다 저성능의 프로세서일지라도 무방할 것이다.
이하 각각 분리된 성분별로 수행되는 DCT, 양자화 및 허프만 코딩 과정에 대해 상세히 살펴본다.
먼저 DCT(Discrete Cosine Transform)은 이산여현변환이라는 수학 변환 공식에 기초한 압축 방식으로 휘도 성분과 색차 성분으로 분리된 성분 데이터를 코사인 함수의 합으로 표현하여 변환하는 것이다.
DCT 과정을 수행하면 행렬의 좌측 상단에 큰 숫자(즉, 저주파값)가 나타나고, 나머지 63개의 작은 숫자(즉, 고주파값)가 나타난다.
저주파값과 주변의 행렬을 구성하는 숫자들은 블록 전체의 명도를 결정하는 중요한 정보를 포함한다.
양자화는 DCT 과정을 거친 영상 입력 신호를 전체적인 데이터량을 줄이기 위해 양자화 행렬이라는 임의의 정수 행렬로 나누는 과정이다.
허프만 코딩(Huffman encoding) 과정은 허프만 코드를 구성하는 방식을 말하는 것으로, 허프만 코드란 디지털 신호 전송에서 평균 코드의 길이를 가장 짧게 할 수 있는 가변 길이 코드(variable length code)의 하나이다.
허프만 코드는 주어진 신호의 발생 확률 분포에 대하여 최소의 평균 코드 길이를 실현하는 코드이다. 예를 들면, 어두운 부분이 많은 영상에서는 신호의 레벨 분포가 낮은 쪽으로 치우쳐 있다.
이와 같이 신호의 발생 분포가 편재된 경우, 발생 확률이 높은 신호에는 짧은 코드를, 낮은 신호에는 긴 코드를 할당하는 가변 길이 코드를 사용함으로써 전체 코드량을 줄일 수 있다.
이러한 영상 데이터의 압축 방법을 참조하여 본 발명에 의한 영상 처리 장치를 도 4와 도 5를 참조하여 살펴본다.
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 영상 처리 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 영상 처리 장치(400)는 성분 분리부(410), Y성분 처리부(420), C성분 처리부(430) 및 성분 결합부(440)를 포함할 수 있다. 영상 처리 장치(400) 내의 각 구성 요소들은 하드웨어 형태로 구현될 수도 있으나, 일부 구성 요소들은 동일한 기능을 수행하도록 구현된 소프트웨어 프로그램의 형태로 구현될 수도 있음은 자명하다.
영상 처리 장치(400)는 영상 데이터를 구성하는 비슷한 색상들을 일정한 기준에 따라 특정 색상으로 변환하는 색상 변환부(미도시)와 변환된 색상에 따라 영상 데이터의 크기를 줄이는 다운 샘플링부(미도시)를 더 포함할 수 있으며 색상 변 환과 크기를 줄인 영상 데이터를 성분 분리부(410)에 전달할 수 있다.
성분 분리부(410)는 압축되기 전의 영상 데이터에서 휘도 성분인 Y성분과 색차 성분인 C성분을 분리한다. 입력된 영상 데이터 중 휘도 성분과 색차 성분을 구분할 수 있음은 자명한 것이며, 성분 분리부(410)는 휘도 성분과 색차 성분으로 구분 가능한 영상 데이터를 각 성분에 따라 분리하여 상응하는 처리부(420 또는 430)으로 입력할 수 있다.
이를 구체적으로 설명하면, 색상 변환과 데이터의 크기를 줄이는 과정을 거치면서 도 2에 예시된 바와 같이 Y성분과 C성분이 순차적으로 배치된 데이터가 구성되고, 성분 분리부(410)는 순차적으로 배치된 데이터를 각각의 성분별로 나누어 각각 Y성분 처리부(420)와 C성분 처리부(430)로 전달한다
Y성분 처리부(420)는 성분 분리부(410)에서 영상 데이터를 구성하는 성분 중 Y성분 데이터만 순차적으로 또는 일정 크기 단위로 전달받아 Y성분 데이터의 압축을 수행하고, C성분 처리부(430)는 성분 분리부(410)에서 영상 데이터를 구성하는 성분 중 C성분 데이터만 순차적으로 또는 일정 크기 단위로 전달받아 C성분 데이터의 압축을 수행한다.
Y성분 처리부(420)와 C성분 처리부(430)의 구성은 동일하지만 각각 압축하는 데이터가 나타내는 성분이 Y성분과 C성분으로 다르다.
또한 Y성분 처리부(420)에서 Y성분을 압축하는 과정을 수행하는 프로세서(processor)와 C성분 처리부(430)에서 C성분을 압축하는 과정을 수행하는 프로세서(processor)는 각각 별도의 프로세서일 수 있다.
따라서 각각의 프로세서에 의해 Y성분과 C성분의 압축이 수행되고 또한 각각의 압축 과정이 동시에 수행되는 병렬 처리 과정에 의해 수행됨으로써 영상 데이터의 압축 시간이 단축될 수 있다.
각각의 성분 데이터를 압축하는 Y성분 처리부와 C성분 처리부의 구성은 도 5에 도시된 바와 같다.
도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 성분처리부의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 영상 데이터를 구성하는 각각의 성분별로 데이터를 압축하는 성분 처리부(420 또는 430)는 DCT부(500), 양자화부(510) 및 허프만 코딩부(520)를 포함할 수 있다.
DCT부(500)는 이산여현변환이라는 수학 변환 공식에 기초한 압축 방식을 수행하는 부분으로 분리된 Y성분과 U성분 각각의 데이터를 코사인 함수의 합으로 표현하여 변환하는 과정을 수행한다.
DCT부에서 DCT 과정을 수행하는 것은 앞서 도 3을 참조하여 설명한 DCT 수행 과정과 같다.
양자화부(510)는 DCT 과정을 거친 영상 입력 신호를 전체적인 데이터량을 줄이기 위해 양자화 행렬이라는 임의의 정수 행렬로 나누는 과정을 수행하는 부분이다.
허프만 코딩부(520)는 허프만 코드의 구성을 수행하는 부분으로 전술한 바와 같이 허프만 코드란 디지털 신호 전송에서 평균 코드의 길이를 가장 짧게 할 수 있 는 가변 길이 코드(variable length code)의 하나이다.
신호의 발생 분포가 편재된 경우, 발생 확률이 높은 신호에는 짧은 코드를, 낮은 신호에는 긴 코드를 할당하는 가변 길이 코드를 사용함으로써 전체 코드량을 줄일 수 있는 원리를 이용하여 영상 데이터의 압축을 수행하는 부분이다.
상기한 성분 처리부에서 Y성분과 C성분의 데이터가 각각의 성분별로 압축되면 성분 결합부(440)에서 Y성분과 C성분으로 각각 압축된 데이터를 결합한다.
성분 결합부(440)는 Y성분 데이터와 C성분 데이터를 결합하기 위하여, Y성분과 C성분으로 분리되기 이전의 배치 순서대로 Y성분과 C성분을 재배치하여 하나의 데이터로 결합한다.
예를 들어, YUV 형식의 데이터에서 휘도 성분인 Y성분과 색차 성분인 C성분을 구성하는 U성분과 V성분은 4:2:2의 배율로 구성된다.
각각의 성분 처리부(420 및 430)에서 Y성분과 C성분(U성분과 V성분 포함)을 각각 압축하여 출력하면, 성분 결합부(440)에서 원래의 성분 비율대로 데이터를 배치하여 결합하는 것이다.
따라서 종래와 비교하여 각각의 성분별로 데이터를 압축하는 과정을 수행하므로 영상 데이터의 압축시간이 단축된다.
이상의 과정에서는 주로 정지 영상의 압축 표준인 JPEG의 압축 과정을 기준으로 설명하였으나, 동영상 데이터의 압축 기술 표준을 주도하는 MPEG에서도 정지 영상의 압축과 같이 DCT, 양자화, 허프만 코딩에 의한 압축 방법을 이용하는 점과 동영상 데이터도 휘도 성분과 색차 성분으로 구성되는 점을 고려할 때 본 발명이 적용될 수 있음은 자명하다.
이외에도 동일 또는 유사한 기술적 사상이 적용되는 다른 모든 정지 영상 압축 기술이나 다른 모든 동영상 압축 기술에도 본 발명에 의한 영상 데이터의 압축 기술이 적용될 수 있음은 자명하다
특히, 정지 영상에 비해 동영상에 중복되는 데이터의 구성요소가 더욱 많이 존재하여 일반적으로 정지 영상에 비해 동영상의 압축 비율이 더 높은 점을 고려할 때 본 발명에 의한 영상 데이터의 압축 방법은 동영상에서 보다 효과적일 수 있다.
또한 이러한 영상 데이터의 성분별 데이터 압축은 영상 데이터 압축을 수행하는 프로세서의 클럭 싸이클을 낮출 수 있다.
그리고, 예를 들어 'YYCCYYCC'로 구성된 영상 데이터를 종래의 프로세서에서 한번에 처리하기 위해서는 동작 주파수가 8이어야 하지만, 본 발명에 의하면 동작 주파수가 4이면 프로세서가 동일한 시간에 상기 영상 데이터를 처리할 수 있게 된다.
따라서 같은 동작 주파수를 가진 프로세서라면 영상 데이터의 압축 시간이 절반으로 줄어들게 된다.
따라서 클럭 싸이클과 동작 주파수가 높고 프로세서의 동작 시간이 길수록 전력 소모량이 증가하므로 본 발명에 의하면 동작 주파수가 줄어 들고 프로세서의 동작 시간이 줄어 들므로 전력 소모량이 줄어들게 된다.
상기한 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대해 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 영상 데이터의 압축 장치 및 방법에 의하면 영상 데이터를 압축하는 프로세서의 클럭 싸이클 수를 증가시키지 않고서도 영상 데이터를 압축할 수 있는 장점이 있다.
또한, 영상 데이터를 압축하는 프로세서의 동작 주파수를 줄일 수 있으며 영상 데이터 압축 장치의 전력 소모와 영상 데이터의 압축 시간을 줄일 수 있는 장점이 있다.

Claims (16)

  1. 휘도 성분(Y성분) 데이터와 색차 성분(C성분) 데이터로 구성된 영상 데이터를 압축하는 장치에 있어서,
    입력된 영상 데이터를 상기 휘도 성분 데이터와 상기 색차 성분 데이터로 분리하는 성분 분리부;
    상기 휘도 성분 데이터를 압축하는 Y성분 처리부;
    상기 색차 성분 데이터를 압축하는 C성분 처리부; 및
    상기 Y성분 처리부와 C성분 처리부에서 각각 압축된 휘도 성분 데이터와 색차 성분 데이터를 결합하는 성분 결합부를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 데이터 압축 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 영상 데이터를 구성하는 비슷한 색상들을 일정한 기준에 따라 특정 색상으로 변환하는 색상 변환부; 및
    상기 변환된 색상에 따라 상기 영상 데이터의 크기를 줄이는 다운 샘플링부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 데이터 압축 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 Y성분 처리부와 상기 C성분 처리부는 상기 분리된 휘도 성분 데이터와 상기 색차 성분 데이터를 각각 동시에 처리하는 것을 특징으로 하는 영상 데이터 압축 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 Y성분 처리부와 상기 C성분 처리부 각각은 상기 분리된 휘도 성분 데이터 또는 상기 분리된 색차 성분 데이터를 처리하기 위한 프로세서(processor)를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 데이터 압축 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 Y성분 처리부와 상기 C성분 처리부는,
    상기 분리된 각각의 성분 데이터를 코사인 함수의 합으로 표현하여 변환하는 DCT(Discrete Cosine Transform)부;
    상기 변환된 각각의 성분 데이터를 임의의 정수 행렬로 나누는 양자화부; 및
    상기 각각의 성분 데이터를 구성하는 신호 중 발생 확률이 높은 신호에는 짧은 코드를 할당하고, 낮은 신호에는 긴 코드를 할당하는 가변 길이 코드를 생성하는 허프만 코딩부를 각각 더 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 데이터 압축 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 성분 결합부는,
    상기 성분 분리부에서 분리되기 전 배치된 성분 데이터의 순서대로 상기 Y성분 처리부와 상기 C성분 처리부에 의해 각각 압축된 성분 데이터들을 재배치하여 결합하는 것을 특징으로 하는 영상 데이터 압축 장치.
  7. 영상 데이터 장치에서 휘도 성분(Y성분) 데이터와 색차 성분(C성분) 데이터로 구성된 영상 데이터를 압축하는 압축 방법에 있어서,
    입력된 영상 데이터를 상기 휘도 성분 데이터와 상기 색차 성분 데이터로 분리하는 단계(a);
    상기 휘도 성분 데이터와 색차 성분 데이터를 각각 압축하는 단계(b); 및
    상기 각각 압축된 휘도 성분 데이터와 색차 성분 데이터를 결합하는 단계(c)를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 데이터 압축 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 영상 데이터를 구성하는 비슷한 색상들을 일정한 기준에 따라 특정 색상으로 변환하는 단계; 및
    상기 변환된 색상에 따라 상기 영상 데이터의 크기를 줄이는 다운 샘플링 단 계가 상기 단계(a)에 선행하여 수행되는 것을 특징으로 하는 영상 데이터 압축 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 단계(b)에서,
    상기 분리된 휘도 성분 데이터의 압축과 상기 분리된 색차 성분 데이터의 압축은 병렬적으로 동시에 수행되는 것을 특징으로 하는 영상 데이터 압축 방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 단계(b)에서 상기 휘도 성분 데이터 및 상기 색차 성분 데이터 각각을 압축하기 위하여,
    상기 분리된 각각의 성분 데이터를 코사인 함수의 합으로 표현하여 변환하는 단계; 및
    상기 변환된 각각의 성분 데이터를 임의의 정수 행렬로 나누어, 상기 각각의 성분 데이터를 구성하는 신호 중 발생 확률이 높은 신호에는 짧은 코드를, 낮은 신호에는 긴 코드를 할당하는 가변 길이 코드를 생성하여 상기 각각의 성분 데이터를 압축하는 단계가 실행되는 것을 특징으로 하는 영상 데이터 압축 방법.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 단계(c)는,
    상기 단계(a)에서 분리되기 전 배치된 휘도 성분 데이터와 색차 성분 데이터의 배치 순서대로 상기 각각 압축된 휘도 성분 데이터와 색차 성분 데이터를 배치하여 결합하는 것을 특징으로 하는 영상 데이터 압축 방법.
  12. 휘도 성분(Y성분) 데이터와 색차 성분(C성분) 데이터로 구성된 영상 데이터를 압축하는 방법을 수행하기 위해 디지털 처리 장치에서 실행될 수 있는 명령어들의 프로그램이 유형적으로 구현되어 있으며, 상기 디지털 처리 장치에 의해 판독될 수 있는 프로그램을 기록한 기록매체에 있어서,
    입력된 영상 데이터를 상기 휘도 성분 데이터와 상기 색차 성분 데이터로 분리하는 단계(a);
    상기 휘도 성분 데이터와 색차 성분 데이터를 각각 압축하는 단계(b); 및
    상기 각각 압축된 휘도 성분 데이터와 색차 성분 데이터를 결합하는 단계(c)를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 데이터 압축 방법을 기록한 기록매체.
  13. 청구항 13은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제12항에 있어서,
    상기 영상 데이터를 구성하는 비슷한 색상들을 일정한 기준에 따라 특정 색 상으로 변환하는 단계; 및
    상기 변환된 색상에 따라 상기 영상 데이터의 크기를 줄이는 다운 샘플링 단계가 상기 단계(a)에 선행하여 수행되는 것을 특징으로 하는 영상 데이터 압축 방법을 기록한 기록매체.
  14. 청구항 14은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제12항에 있어서,
    상기 단계(b)에서,
    상기 분리된 휘도 성분 데이터의 압축과 상기 분리된 색차 성분 데이터의 압축은 병렬적으로 동시에 수행되는 것을 특징으로 하는 영상 데이터 압축 방법을 기록한 기록매체.
  15. 청구항 15은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제12항에 있어서,
    상기 단계(b)에서 상기 휘도 성분 데이터 및 상기 색차 성분 데이터 각각을 압축하기 위하여,
    상기 분리된 각각의 성분 데이터를 코사인 함수의 합으로 표현하여 변환하는 단계; 및
    상기 변환된 각각의 성분 데이터를 임의의 정수 행렬로 나누어, 상기 각각의 성분 데이터를 구성하는 신호 중 발생 확률이 높은 신호에는 짧은 코드를, 낮은 신 호에는 긴 코드를 할당하는 가변 길이 코드를 생성하여 상기 각각의 성분 데이터를 압축하는 단계가 실행되는 것을 특징으로 하는 영상 데이터 압축 방법을 기록한 기록매체.
  16. 청구항 16은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제12항에 있어서,
    상기 단계(c)는,
    상기 단계(a)에서 분리되기 전 배치된 휘도 성분 데이터와 색차 성분 데이터의 배치 순서대로 상기 각각 압축된 휘도 성분 데이터와 색차 성분 데이터를 배치하여 결합하는 것을 특징으로 하는 영상 데이터 압축 방법을 기록한 기록매체.
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