KR930003964B1 - 화상신호의 전송 및 저장시 데이타의 감축 효율을 높이기 위한 부호화방식 - Google Patents

화상신호의 전송 및 저장시 데이타의 감축 효율을 높이기 위한 부호화방식 Download PDF

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Abstract

내용 없음.

Description

화상신호의 전송 및 저장시 데이타의 감축 효율을 높이기 위한 부호화방식
제1도는 종래의 블럭도.
제2도는 지그재그 스캐닝 설명도.
제3도는 본 발명에 따른 블럭도.
제4도는 본 발명에 따른 흐름도.
제5도는 제4도중 비제로 계수 부호화 흐름도.
제6도는 제4도중 런 필드 부호화흐름도.
본 발명은 화상신호의 전송 및 저장시 데이타의 감축 효율을 높이기 위한 부호화 방식에 관한 것으로, 특히 아나로그(Analog) 화상신호를 디지탈 데이타로 변환하고 DCT(Discrete Cosine Transform)를 이용하여 주파수 영역으로 변환한 후 DCT 계수의 주파수 특성에 따라 그 계수를 런 렝스 부호화(Run-Length Coding : 이하 "RLC"라 함) 함으로써 데이타를 감축시켜 전송 또는 저장하는 시스템에 있어서, 런 렝스가 과다하게 덧 붙은 것을 종합하여 가변길이 런 필드(Run field)의 각 비트(Bit)로 나타내고 비제로 AC 계수는 자체 정보만을 나타내도록 부호화함으로써 화상데이타의 양을 감축하여 부호화하는 방식에 관한 것이다.
화상신호를 처리하는 시스템에서 아나로그 화상신호를 디지탈로 변환하여 처리하면 인터리이브(Interleave), 에러정정 부호(Error Correction Code), 보간(Interpolation) 등을 통해 전송 또는 기록 및 재생 과정에서 발생하는 오류를 정정할 수 있으며, 테이프(Tape)나 디스크(Disk) 등의 기록 매체를 이용할 경우 여러번 복사를 한다 해도 화질열화가 없는 장점이 있다.
그러나 상기한 바와 같은 장점이 있는 반면에 아나로그/디지탈 변환(Analog-to-Digital Conversion : 이하 "A/D변환"이라 함)에 따른 데이타의 양이 증가하게 되어 전송시에는 전송속도가 떨어지며 기록시에는 많은 기록 용량이 필요하게 된다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 여러가지 화상데이타 감축 방식이 제기되었으며, 그 중의 하나로서 RLC 방식이 널리 이용되고 있다.
제1도는 종래의 RLC 방식에 따른 블럭도로서, 지그재그 스캔(Zig-Zag Scan)부(1)와 런랭스 카운트부(2)와 그룹핑(Grouping)부(3)와 허프만(Huffman) 부호기(4)로 RLC의 일반적인 구성이다.
제2도는 상기 제1도중 지그재그 스캔부(1)의 스캐닝(Scanning) 설명도이다.
상기 제1도 및 제2도를 참조하여 종래의 RLC 방식을 설명하면 다음과 같다.
화상신호를 감축하기 위해서는 우선 화상신호를 A/D변환한 후 8×8 화소(Pixel) 단위의 서브 블럭(Sub-block)으로 나누어 각 서브 블럭마다 DCT를 행한다. 그러면 DCT결과 시간 영역에서 주파수 영역으로 변환된 제2도와 같은 DCT 계수(K0-K63) 64개는 그 위치에 따라 어떤 주파수 성분의 정도를 나타낸다. 상기 DCT 계수(K0-K63)중 수평과 주식주파수가 모두 0인 계수(K0)를 DC 계수라 하고 나머지 계수(K1-K63) 63개를 AC 계수라고 한다. 이중에서 상기 DC 계수는 해당 서브 블럭의 평균값에 관련되는 중요한 계수이므로 AC 계수와 별도로 부호화한다.
일반적인 화상신호의 AC 계수는 그 값이 주파수가 높을수록 0일 확률이 높다. 특히 제2도와 같이 지그재그 스캐닝을 할 경우에는 0이 연속적으로 나타날 확율이 매우 높으므로 이러한 성질을 이용하여 제1도와 같이 RLC 방식으로 부호화함으로써 화상데이타의 감축을 꾀하는 것이다.
한편 상기한 바와 같은 하나의 서브 블럭에 대한 DCT 계수 중에서 DC 계수는 별도로 1차원 허프만(Huffman) 부호화를 하고 나머지 AC 계수 63개는 연속적으로 0이 많이 나타나서 런 렝스가 커지도록 제1도의 지그재그 스캔부(1)에서 제2도의 점선과 같이 지그재그로 스캐닝을 한다.
상기와 같이 지그재그 스캐닝한 AC 계수를 0인 계수와 0이 아닌 비제로 계수로 구분하여 연속적으로 0이 나타나는 계수들을 여러개 묶어서 그 갯수와 연속되는 0인 계수들 다음에 나타나는 비제로 계수에 대한 부호화를 한다. 즉 지그재그로 스캐닝한 AC 계수를 입력하여 런 렝스 카운트부(2)에서 비제로 계수가 나타낼때까지 0인 계수의 수를 카운트하며, 비제로 계수는 그룹핑부(3)에서 비제로 계수가 해당하는 그룹으로 분류하여 그 결과에 따라 카테고리(Category)와 로우어 비트(Lower bit)를 구한다. 이때 상기 그룹 분류의 예를들면 비제로 계수의 값에 따라 ±1,±2∼±3,±4,∼±7,…등으로 분류하는 것이며 이에 따른 카테고리는 1,2,3, …이 된다.
다음에 허프만 부호기(4)에서는 상기 런 렝스 카운트부(2)에서 카운트한 런 렝스와 상기 그룹핑부(3)에서 그룹핑한 카테고리에 대하여 허프만 코드 테이블(Huffman Code Table)을 통해서 AC 코드를 만들어 출력한다.
그러므로 상기 그룹핑부(3)의 비제로 계수에 대한 로우어 비트와 상기 허프만 부호기(4)의 AC 코드가 전송 및 기록되는 것이다.
한편 전술한 바와 같은 부호화 과정은 CCITT와 ISO에서 규정한 데이타 압축에 관한 권고안 JPEG에 규정되어 있다.
상기한 바와 같이 RLC 방식은 AC 계수 63개 중에서 비제로 계수와 비제로 계수들 사이의 0의 수를 부호화하는 것으로 각 카테고리에 대하여 0-15개의 런 렝스에 해당하는 많은 코드가 필요하게 되는 문제점이 있었다.
즉 비제로 계수 각각에 대해서 그 앞에 0이 몇개 있는가에 따라 부호화가 달라지므로 연속되는 0의 수와 비제로 계수의 각 쌍마다에 대응하는 부호어를 정의하는 테이블이 커질 수 밖에 없고 각 비제로 계수에 대한 평균 부호어 길이도 길어지게 된다.
그리고 이에 부호화 및 부호화 로직(Logic)도 복잡하게 되는 문제점이 있었다.
또한 연속적인 0의 갯수가 적게 흩어져 있을 경우, 예를들어 N00N00N…(여기서 N은 비제로 계수임)인 경우에 부호화를 하면 부호어에는 비제로 계수에 대한 자체 정보 외에도 연속되는 0의 수 즉, 런 렝스에 대한 정보가 매 계수마다 부가되므로써 전체 데이타의 양이 증가하는 단점이 있었다.
따라서 본 발명의 목적은 화상신호의 전송 및 저장시 RLC 방식으로 데이타의 양을 감축하는 부호화 방식에 있어서, 화상데이타의 DCT AC 계수에 대한 런 렝스는 별도의 가변길이 런 필드(Run field)를 채용하여 나타내며 비제로 AC 계수는 자체 정보만을 나타내도록 부호화하여 부호와 효율을 높이고 부호어의 평균길이도 줄임으로써 데이타의 양을 감축할 수 있는 부호화 방식을 제공함에 있다.
이하 본 발명을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
제3도는 본 발명에 따른 블럭도로서, 시스템을 전반적으로 제어하는 CPU(Central Processing Unit)(10)와, 상기 CPU(10)의 수행 프로그램(Program) 및 부호화를 위한 테이블을 저장하는 롬(ROM)(20)과, 화상데이타의 DCT AC 계수를 입력하여 저장하며 저장된 AC 계수를 소정 제어에 의해 상기 CPU(10)로 출력하는 램(RAM)(30)과, 상기 CPU(10)의 제어에 의해 상기 램(30)에 저장된 AC 계수가 지그재그로 스캐닝되어 상기 CPU(10)로 출력되도록 상기 램(30)을 제어하는 지그재그 스캔부(40)로 구성된다.
제4도는 본 발명에 따른 흐름도로서, 런 필드와 카운트 및 계수 수를 초기화하는 제1과정과, AC 계수를 지그재그 스캔닝하여 리드하고 런 필드를 상위 비트 쪽으로 1비트 쉬프트(Shift)시킨 후 상기 리드한 AC 계수가 0인지를 판단하는 제2과정과, 상기 제2과정에서 AC 계수가 0인 아닌 비제로 계수이면 런 필드 및 카운트를 하나씩 증가시키는 제3과정과, 상기 비제로 계수만을 그룹핑하여 부호화하는 제4과정과, 상기 제2과정에서 AC 계수가 0인 계수 일 때 및 상기 제4과정에서 비제로 AC 계수에 대한 부호화 후에 하나의 서브 블럭에 대한 AC 계수의 처리가 완료되었는가를 체크하여 완료되지 않았으면 상기 제2,제3,제4과정을 반복 수행하여 다음 비제로 계수에 대하여 부호화하는 제5과정과, 상기 제5과정에서 하나의 서브 블럭에 대한 비제로 계수의 부호화가 완료되었으면 비제로 계수의 부호화가 완료되었음을 표시하는 EONZ(End of Non-Zero) 코드를 출력하는 제6과정과, 상기 AC 계수에 대한 런 필드를 부호화하는 제7과정으로 이루어진다.
상기 제4도의 흐름도는 상기 제3도의 CPU(10)의 동작흐름도이다. 그리고 상기 제4도에서 런 필드라함은 AC 계수를 부호함에 있어서 런 렝스를 나타내기 위한 것으로서 최소 0비트에서 최대 63비트의 가변길이를 갖게 되며, 각 비트가 그 주파수에 해당하는 AC 계수의 0인지 아닌지를 나타내게 된다.
제5도는 상기 제4도중 제4과정의 비제로 계수 부호화 흐름도이다.
제6도는 상기 제4도중 제7과정의 런 필드 부호화 흐름도이다.
이하 본 발명을 첨부한 제3도 내지 제6도를 참조하여 상세히 설명한다.
지금 전원이 "온"되고 화상신호가 전술한 바와 같이 A/D변환된 후 8×8 화소의 서브 블럭 단위로 DCT 되어 DCT 계수중 하나의 DC 계수를 제외한 63개의 AC 계수가 제3도의 램(30)에 입력되어 저장되면, CPU(10)는 제4도의 (A1)단계에서 런 필드와 카운트를 0으로 하고 계수 수(N)를 1로 하여 초기화하고 (A2)단계에서 상기 램(30)에 저장되어 있는 AC 계수를 리드한다.
이때 상기 CPU(10)는 지그재그 스캔부(40)를 제어하여 상기 램(30)에 저장되어 있는 AC 계수를 지그재그로 스캐닝하여 리드한다.
그리고 상기 (A1)단계에서 초기화하는 런 필드가 각 비트가 그 주파수에 해당하는 AC 계수의 0인지 아닌지를 나타내기 위한 것이고, 카운트는 63개의 AC 계수중 비제로 계수의 수를 나타내기 위한 것이며, 계수 수(N)는 63개의 AC 계수중 몇개의 AC 계수가 부호화되는가를 나타내기 위한 것이다.
다음에 (A3)단계에서 런 필드 즉, 부호없는 63 비트수의 런 필드를 상위 비트 쪽으로 1비트 쉬프트 시키고 최하위 비트에는 0을 넣어서 상기 리드한 AC 계수가 0인가 아닌가를 기억할 준비를 한 후 (A4)단계로 진행한다.
상기 (A4)단계에서는 상기 리드한 AC 계수가 0인가를 판단하여 0이 아닐때 (A5)단계에서 상기 런 필드의 해당 비트를 "1"로 하고 런 카운트를 하나 증가시킨후 (A6)단계로 진행하여 상기 비제로 계수를 부호화하는 제5도와 같은 비제로 부호화 루틴(Routine)을 수행한다.
즉, 제5도의 (B1)단계에서 상기 비제로 계수를 롬(20)에 미리 저장되어진 부호화 테이블에 의해 그룹핑 하여 카테고리를 구한다. 이때 상기 비제로 계수의 절대값이 1,2-3,4-7,…중 어느 그룹에 속하는가를 체크하여 1,2,3,…의 카테고리를 구한다.
다음에 (B2)단계에서 상기 구해진 카테고리에 의해 상기 비제로 계수를 롬(20)에 미리 저장되어진 하기표와 같은 코드 테이블에서 코드를 찾아 부호화하여 출력하고 (B3)단계를 수행한다.
[표 1]
Figure kpo00001
상기 표(1)은 코드테이블의 일 예를 든 것이며, 만일 비제로인 AC 계수가 -9이라면 그 절대값이 9이므로 카테고리는 4가 되며 코드는 110이 되는 것이다.
상기 (B3)단계에서는 상기 비제로 계수에 대한 로우어 비트를 구하는데, 상기와 같이 비제로 계수가 절대값이 9라면 카테고리 4인 8-15중 어느 것인가를 나타내는 상기 비제로 계수의 로우어 비트를 구하여 최하위 비트부터 출력하게 된다. 이때 상기 로우어 비트의 비트수는 상기 카테고리에서 1을 뺀 수가 된다.
그리고 (B4) 단계에서 상기 비제로 계수에 대한 부호(Sign)를 출력하게 되는데, 양수이면 "1"을 출력하고 음수이면 "0"을 출력한다.
상기한 바와 같이 본 발명에서는 기존 방식과 달리 런 렝스와는 무관하게 비제로 계수 자체만의 부호화를 하는 것이므로 코딩 테이블이 작게 되고 부호화 및 복호화 과정이 간단해지며, 각 카테고리마다 코드가 하나씩이므로 부호어의 평균길이가 짧게 되며 더 많은 카테고리에 대해서도 부호화를 행할수 있다.
상기와 같이 비제로 계수에 대한 부호화가 완료되면 리턴(Return)하여 상기 제4도의 (A7)단계를 수행한다.
그리고 상기 (A4)단계에서 AC 계수가 0인지를 판단한 결과 0일 때도 (A7)단계를 수행한다.
상기 (A7)단계에서는 계수 수(N)가 63인가를 체크하는데, 이는 지금 몇개째의 AC 계수를 처리하였는가를 판단하기 위한 것으로 하나의 서브 블럭에 대한 AC 계수의 처리여부를 판단하는 것이다. 그리고 체크결과 계수 수(N)가 63이 아니면 (A8)단계로 진행하여 현재의 계수 수(N)를 하나 증가시킨 후 상기 (A2)단계로 루핑(Looping)하여 전술한 과정을 반복 수행한다. 또한 계수 수(N)가 63이면 하나의 서브 블럭에 대한 AC 계수의 처리가 완료된 것으로 판단하고 (A9)단계로 진행한다. 상기 (A9)단계에서는 비제로 계수의 부호화가 완료되었음을 표시하는 상기 표(1)과 같은 EONZ 코드를 출력한 후 (A10)단계로 진행하여 상기 런 필드를 부호화하는 제6도와 같은 런 필드 부호화 루틴을 수행한다.
즉, 제6도 (C1)단계에서 카운트가 0인가를 체크한다. 상기 (C1)단계에서는 전술한 과정에서의 비제로 계수의 수가 0인가를 체크하는 것으로 0이면 런 렝스가 없는 것이므로 리턴하고, 0이 아니면 (C2)단계에서 런 필드의 전체 63비트 중에서 유효한 하위 비트만 남기기 위해 무효한 상위 비트를 쉬프트 아웃(Shift out)시켜 제거한다.
다음에 (C3)단계에서 런 필드의 최상위 비트를 출력하고 (C4)단계로 진행하여 카운트가 1인가를 체크한다. 즉 런 필드가 전부 출력되었는가를 체크하여 카운트가 1이 아니면 런 필드가 다 출력되지 않은 것으로 판단하고 (C5)단계에서 현재 카운트값을 하나 감소시킨 후 (C6)단계를 수행한다.
상기 (C6)단계에서는 런 필드를 상위 비트 쪽으로 1비트 쉬프트시켜 다음 AC 계수에 대한 정보 비트가 최상위에 오도록 하고 상기 (C3)단계로 루핑하여 런 필드가 모두 출력될 때까지 전술한 과정을 반복한다.
그리고 상기한 바와 같은 런 필드 부호화 과정을 수행하여 런 필드를 모두 출력하면 리턴하여 종료한다.
상기한 바와 같이 하나의 서브 블럭에 대한 63개의 AC 계수중 흩어진 런 렝스를 최대 63비트의 런 필드에 종합하여 출력하는 것이며, AC 계수 63개에 대하여 AC 계수가 0이면 "0비트"를 0이 아니면 "1비트"를 출력하되 63개를 모두 출력하지 않고 마지막 1비트 까지만 출력한다.
즉 나머지 불필요한 "0비트"들은 출력하지 않음으로써 화상데이타의 양을 줄이는 것이다. 그러므로 기존 방식에서 처럼 런 렝스 정보가 과다해지지 않는다.
따라서 전술한 비제로 계수에 대한 AC코드와 로우어 비트 및 부호화 함께 런 필드를 소정의 전송로를 통하여 전송하거나 기록매체에 기록하게 되며, 데이타의 양이 크게 감소하므로 전송속도를 높일 수 있으며 한정된 용량의 기록 매체에 더 많은 데이타를 기록할 수 있게 된다.
한편 본 발명은 화상데이타를 감축 부호화하여 기록/재생하는 매체인 디지탈 VTR, CDI(Compact Disk Interactive), 디지탈 카메라, 전자 게임기 등에 이용할 수 있고, 화상데이타를 감축 전송할 수 있는 칼라팩시밀리(Facsimile), 화상전화기, 화상 회의 시스템, 전자 사서함, CTV 신호의 전송 등에 응용할 수 있으며, ID TV, ED TV, HD TV, 다기능 VTR등 화상신호의 디지탈 신호 처리를 위해서 메모리가 많이 필요한 분야에도 활용할 수 있음에 유의하여야 한다.
상술한 바와 같이 본 발명은 화상신호의 전송 및 저장시 RLC 방식의 데이타의 양을 감축하는 부호화 방식에 있어서, 화상데이타의 DCT AC 계수에 대한 런 렝스는 별도의 가변길이 런 필드를 채용하여 나타내며 비제로 AC 계수는 자체 정보만을 나타내도록 부호화하는 방식으로서, 비제로 AC 계수를 런 렝스와 무관하게 부화화 함으로써 코딩 테이블을 작게 할 수 있고 부호어의 평균 길이를 줄일 수 있으며 부호화 및 복호화를 간단하게 할 수 있는 잇점이 있다.
또한 런 렝스를 가변길이 런 필드에 종합하여 부호화 함으로써 런 렝스 정보를 크게 줄일 수 있는 잇점이 있다.

Claims (3)

  1. 시스템을 전반적으로 제어하는 CPU(10)와, 상기 CPU(10)의 수행 프로그램 및 부호화를 위한 테이블을 저장하는 롬(20)과, 화상데이타의 DCT AC 계수를 입력하여 저장하며 저장된 AC 계수를 소정 제어에 의해 상기 CPU(10)로 출력하는 램(30)과, 상기 CPU(10)의 제어에 의해 상기 램(30)에 저장된 AC 계수가 지그재그로 스캐닝되어 상기 CPU(10)로 출력되도록 상기 램(30)을 제어하는 지그재그 스캔부(40)를 구비한 화상신호의 전송 및 저장시 데이타의 감축 효율을 높이기 위한 부호화 방식에 있어서, 런 필드와 카운트 및 계수 수를 초기화하는 제1과정과, 상기 지그재그 스캔부를 제어하여 상기 램에 저장된 AC 계수를 지그재그 스캐닝하여 리드하고 런 필드를 상위 비트 쪽으로 1비트 쉬프트시킨 후 상기 리드한 AC 계수가 0인지를 판단하는 제2과정과, 상기 제2과정에서 AC 계수가 0이 아닌 비제로 계수이면 런 필드 및 카운트를 하나씩 증가시키는 제3과정과, 상기 비제로 계수만을 상기 롬에 저장되어 있는 부호화 테이블에 의해 그룹핑하여 부호화하는 제4과정과, 상기 제2과정에서 AC계수가 0인 계수 일 때와 상기 제4과정에서 비제로 AC 계수에 대한 부호화 후에 하나의 서브 블럭에 대한 AC 계수의 처리가 완료되었는가를 체크하여 완료되지 않았으면 상기 제2과정으로 진행하는 제5과정과, 상기 제5과정에서 하나의 서브 블럭에 대한 비제로 계수의 부호화가 완료되었으면 비제로 계수의 부호화가 완료되었음을 표시하는 EONZ 코드를 출력하는 제6과정과, 상기 AC 계수에 대한 런 필드를 부호화하는 제7과정으로 이루어짐을 특징으로 하는 화상신호의 전송 및 저장시 데이타의 감축 효율을 높이기 위한 부호화방식.
  2. 제1항에 있어서, 제4과정의 비제로 계수 부호화 과정에서 비제로 계수만을 그룹핑하여 카테고리를 구하는 제1단계와, 상기 제1단계에서 구해진 카테고리에 따라 코드 테이블에서 코드를 찾아 부호화하는 제2단계와, 상기 비제로 계수에 대한 로우어 비트를 구하는 제3단계와, 상기 비제로 계수에 대한 부호를 출력하는 제4단계로 이루어짐을 특징으로 하는 화상신호의 전송 및 저장시 데이타의 감축 효율을 높이기 위한 부호화방식.
  3. 제1항에 있어서, 제7과정의 런 필드 부호화 과정이 상기 카운트가 0이 아닐 시 런 필드의 무효한 상위 비트를 제거하는 제1단계와, 상기 런 필드의 최상위 비트를 출력하는 제2단계와, 상기 런 필드가 모두 출력되었는가를 체크하는 제3단계와, 상기 제3단계에서 런 필드가 모두 출력되지 않았을 시 카운트를 하나 감소시키고 런 필드를 상위 비트쪽으로 1비트 쉬프트 시킨 후, 런 필드가 모두 출력될 때까지 상기 제2,제3단계를 반복하는 제4단계로 이루어짐을 특징으로 하는 화상신호의 전송 및 저장시 데이타의 감축 효율을 높이기 위한 부호화방식.
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