KR0165234B1

KR0165234B1 - 영상신호 데이타 압축방법 및 장치

Info

Publication number: KR0165234B1
Application number: KR1019920003183A
Authority: KR
Inventors: 정제창; 민병민
Original assignee: 강진구; 삼성전자주식회사
Priority date: 1992-02-28
Filing date: 1992-02-28
Publication date: 1999-03-20
Also published as: KR930019019A

Abstract

이 발명은 데이타 압축방법 및 장치에 관한 것으로서, 종래 부호화시에 영상신호의 상관도가 높은 경우에만 유용한 DCT를 사용하고 복호화시에 IDCT를 사용함으로써 영상신호 대역압축을 효율적으로 실행할 수 없던 점을 감안하여 영상신호 부호화시 한 개 이상의 다수의 변환을 사용하여 최적의 부호화 효율을 갖는 변환을 PCM 신호와 DPCM 신호와의 에너지 분포에 의해 선택하게 함으로써 데이타 압축의 효율을 향상시킨 것이다.

Description

영상신호 데이타 압축방법 및 장치

제1도는 종래의 영상신호 데이타 압축장치의 회로도.

제2도는 이 발명에 따른 영상신호 데이타 압축장치의 회로도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 이산 여현변환부 20 : 양자화부

30 : 역양자화부 40 : 역이산 여현변환부

50 : 프레임 딜레이 60 : 움직임 추정부

70 : 움직임 보상부 80 : 가변길이 부호화부

90 : 송신버퍼 100 : 에너지검출부

200 : 변환부 210 : 변환수행부

300 : 역변환부 310 : 역변환수행부

TSW1 : 변환스위치 ITSW1 : 역변환스위치

ADD1,ADD2 : 가산기

이 발명의 데이타 압축장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 영상신호이 부호화 효율을 향상시키기 위한 영상 데이타 압축방법 및 그 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 현재 사용되고 있는 텔레비젼이 갖는 여러 가지 제한을 극복하기 위하여 고화질 (High Definition : 이하 HD라 함) TV가 대두되고 있으며, 국제 무선통신자분위원회(CCIR)에서 이러한 HD TV가 갖춰야할 기본 사항으로 제시하고 있는 사항은 다음과 같다.

ⅰ)수평 및 수직해상도가 기존TV에 비해 최소한 2배이상.

ⅱ)기존 TV보다 더 넓은 화면의 종횡비(Aspect Ratio).

ⅲ)CD(Compact Disc)수준의 양질의 음성재생.

ⅳ)색해상도에 대한 개선.

즉, 상기 4가지 조건을 만족해야 한다고 정하고 있다. 그러나 상기의 조건을 만족하기 위해서는 약 20MHz의 대역폭이 필요하나 이와 같은 신호대역은 현재 TV의 6MHz채널 대역으로는 전송하기가 어렵다.

그러므로 이와 같은 문제를 극복하기 위하여 고능률 대역 압축기법이 필요하다. 따라서 HDTV 신호처리에는 기존의 TV에서와는 다른 디지털 신호처리가 필수적이고, 디지털 움직임 영상(Digital Motion Picture)을 위한 대역 압축기법들일 사용된다.

즉, 제1도는 종래의 데이타 압축장치를 나타낸 회로도로서, 역양자화(inverse Quantization)부(30), 역이산 여현변환(inverse Discrete Cosine Transform: 이하 IDCT라 함.)부(40), 프레임 딜레이부(50)를 통하여 움직임 추정부(60)에서 움직임벡터(Motion Vector)를 추정한 다음, 현재 프레임 신호와 움직임 벡터만큼 이전된 이전 프레임 신호와의 차이를 움직임 보상부(70)에서 보상한후, 부호화하여 전송한다. 즉 움직임을 보정하여 부호화하는 방식에서는 움직임 예측 및 차분 PCM은 중요한 부분을 차지한다.

한편, 펄스부호변조(Pulse Code Modulation; 이하, PCM이라 한다.)는 펄스변조방식의 일종으로서, 신호파의 진폭을 2진수로 변환하고, 그 2진수를 펄스열로 나타내는 변조방식으로서, 정지영상이 가지고 있는 공간영역에서의 중복성을 효율적으로 줄이기 위해, 전송할 신호를 필요한 만큼의 데이타까지 줄이기 위한 일환으로 이산여현변환(DCT; Discrete Cosine Transform)방식을 사용한다.

그러나, 이와 같은 변환방식은 공간영역에서의 신호보다 변환영역에서의 에너지 집중효율이 높다. 그러므로, PCM방식에서 DCT 변환방식을 이용할 경우, 영상신호의 상관도에 따라 높은 압축비를 구현할 수 있다. 그러나, DRCM 방식에서도 DCT변환방식을 이용할 경우, 프레임간 차이를 구하는 과정에서 시간방향의 중복성 뿐만 아니라, 공간영역에서의 중복성도 감소시키게 되므로 영상대역압축을 효율적으로 실행할 수 없다.

이 발명의 목적은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, PCM방식으로 변조할 제1영상신호는 이산여현변환을 시키고, DPCM 방식으로 변조할 제2영상신호는 이산정현변환을 시키고, 상기 제 1 및 제2영상신호의 에너지 분포를 검출하여, 상기 검출된 에너지 분포에 따라, 상기 변환된 영상신호 중의 하나를 선택하여 양자화시키는 영상신호 데이타 압축방법 및 장치를 제공하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 영상데이타 압축방법은

(a)입력된 제1영상신호와, 상기 제 1영상신호와 움직임벡터에 따른 프레임간 의 보상 영상신호의 차에 해당되는 제2영상신호의 에너지 분포를 검출하는 과정;

(b)상기 제1영상신호와 상기 제2영상신호를 각각 다른 방식으로 변환시키는 과정;

(c)상기 움직임벡터를 산출하기 위한 일환으로, 양자화된 이전 프레임의 영상신호를 역양자화시키고, 역양자화된 영상신호를 역변환시키는 과정; 및 (a)에서 검출된 에너지 분포에 따라, 상기 (b) 및 (c)과정에서 변환 및 역변환된 영상신호를 선택하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 데이타 압축장치는, 입력되는 제1영상신호와, 상기 제1영상신호와 움직임벡터에 따른 프레임간의 보상영상신호의 차에 해당되는 제2영상신호의 에너지 분포를 검출하는 에너지 검출부(100)와, 상기 제1영상신호 및 제2영상신호를 각각 다른 방식으로 변환시키고, 상기 에너지 검출부(100)의 출력에 의해, 상기 변환된 영상신호 중에서 1개를 선택하여 출력하는 영상신호변환부; 상기 변환된 영상신호를 양자화부; 움직임 벡터를 산출하기 위한 일환으로, 이전 프레임의 영상신호를 역양자화 시키는 역양자화부; 상기 역양자화된 영상신호를 각각 역변환시키고, 상기 에너지 검출부의 출력에 의해, 상기 역변환된 영상신호 중에서 1개를 선택하여 출력하는 영상신호역변환부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 이 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.

제2도는 이 발명에 따른 영상신호 데이타 압축장치의 회로도를 나타낸 것으로서, 입력된 제1영상신호와, 움직임벡터에 따라 프레임간의 영상신호 차이를 보상한 보상영상신호를 가산하는 가산기(ADD1)에 에너지 검출부(100) 및 영상신호 변환부(200)를 연결시킨다.

상기 에너지검출부(100)는 입력된 제1영상신호와, 움직임벡터에 따른 프레임간의 보상영상신호와 입력영상신호를 가산시킨 상기 가산기(ADD1)의 출력신호(이하 제2영상신호)의 에너지 분포를 검출한다.

상기 변환부(200)는 상기 에너지 검출부(100)의 에너지 검출출력에 따라, 부호화를 위한 다수의 변환중 최적의 효율을 얻을 수 있는 변환이 선택되어 수행되며, 이 변환부(200)는 변환수행부(210)와 변환 스위치(TSW1)로 구성된다.

상기 변환수행부(210)는 다수의 변환중 상기 에너지검출부(100)의 에너지 검출에 대응하는 변환이 수행되며, 상기 변환스위치(TSW1)는 상기 변환수행부(210)의 다수의 변환중 에너지검출부(100)의 에너지 검출출력에 대응하는 변환이 선택되도록 스위칭된다.

한편, 상기 변환스위치(TSW1)에서는 양자화부(20)가 연결되고 상기 양자화부 (20)에는 양자화된 신호를 역양자화하는 역양자화부(30) 및 역양자화된 신호를 가변길이 부호화하는 가변길이 부호화데이타를 출력하는 가변길이 부호화부(80)를 연결시킨다.

그리고, 상기 역양자화부(30)에는 상기 에너지 검출부(100)의 에너지 검출출력에 따라 복호화를 위하여, 다수의 변환중 상기 변환부(200)에서 부호화시에 선택된 변환과 연동되도록 역변환이 선택되어 수행되는 역변환부(300)를 연결시킨다.

상기 역변환부(300)는 다수의 역변환중 상기 변환수행부(210)의 변환에 연동되는 역변환이 수행되는 역변환수행부(310)와, 상기 역변환수행부(310)의 역변환이 선택되도록 상기 변환스위치(TSW1)의 스위칭에 연동되어 스위칭되어 복호신호를 출력하는 역변환스위치(ITSW1)로 구성된다.

또한, 상기 역변환스위치(ITSW1)에는 복호신호와 움직임 보상부(70)로 부터의 보상영상신호를 가산하여 복호 재생신호를 출력하는 가산기(ADD2)를 연결시킨다.

그리고 상기 가산기(ADD2)에는 프레임 딜레이(50)를 연결시켜 상기 가산기(ADD2)로부터의 복호 재생신호를 일시적으로 저장하여 프레임 딜레이시키며, 상기 프레임 딜레이(50)에는 움직임 추정부(60) 및 움직임 보상부(70)를 연결시키며 이들은 종래의 것들과 동일하다.

한편, 상기 가변길이 부호화부(80)에는 선입선출(Fritst In First out ; FIFO) 형 송신버퍼(90)를 연결시켜 속도 평활화된 엔코딩 데이타를 출력한다.

상기와 같이 구성된 이 발명의 작용 및 효과는 다음과 같다.

먼저 이 발명에서는 변환수행부(210) 및 역변환수행부(310)에서 수행되는 다수의 변환 및 역변환을 각각 X_O, X₁,........,X_n및 X_O ^-1, X₁ ^-1,....,X_n ^-1라 하며, DPCM방식에 의해 부호화할 영상은 Xo 변환 즉, 이산여현변화을 수행하고, DPCM 방식에 의해 부호화할 영상은 X₁,........,X_n변환 즉, 이산정현변환을 수행한다.

따라서 에너지 분포를 검출하여, 최적의 압축효율을 얻을 수 있는 X₁~ X_n의 변환중에 1개를 선택하여 테이타 압축을 행하도록 한다.

가산기(ADD1)에서는 움직임 보상부(70)로부터의 프레임간 보상영상신호와 제1영상신호가 가산되며, 가산기에서 출력된 제2영상신호는 변환수행부(210)로 인가하며, 이와 동시에 에너지 검출부(100)에서는 제1영상신호와 제2영상신호의 에너지 분포를 검출하여, 이에 따라 변환스위치(TSW1)를 제어한다. 예를 들어, XO변환으로는 이산여형변환방식을 사용하고, X₁변환으로는 이산정현변환방식을 사용한다고 할 경우, 에너지 검출부(100)의 에너지 검출출력이 현재 프레임 신호와 이전 프레임신호와의 차이가 크다고 검출되면, 변환수행부(210)의 X₀변환에 해당하는 DCT 방식로 변환된 영상신호가 선택되어 양자화되며, 현재 프레임 신호와 이전 프레임 신호와의 차이가 작다고 검출되면, 변환수행부(210)의 X₁변환에 해당하는 DST 변환 방식으로 변환된 영상신호가 선택되어 양자화된다.

그리고, 양자화된 영상신호는 가변길이 부호화부(80) 및 역양자화부(30)로 인가된다. 상기 역양자화부(30)로 인가된 신호는 에너지검출부(100)의 에너지 검출출력에 따라 변환수행부(210)의 변환이 선택되어 수행되는 것과 연동되어, 역변환스위치(ITSW1)가 스위칭되어 변환수행부(210)의 변환데 연동되는 역변환이 수행된다.

즉, 상기 변환수행부(210)에서 X_O변환이 선택되어 DCT 변환이 수행되었다고 하면 역변환수행부(310)에서도 X_O ^-1변환이 선택되어IDCT변환이 수행된다. 그리고 상기 역변환스위치(ITSW1)로부터의 복호신호는 가산기(ADD2)에서 프레임간 보상영상신호와 가산되어 복호 재생신호를 발생시켜 프레임 딜레이(50)에 인가되어 일시적으로 저장되어 프레임 딜레이된다.

상기 프레임 딜레이된 신호는 움직임 추정부(60)에 인가되어 입력영상신호와 의 차이 즉, 이전 프레임 신호와 현재 프레임 신호와의 차이에 따른 움직임벡터가 추정되며, 이 추정된 움직임벡터에 따라 움직임 보상부(70)에서 프레임 딜레이(50)에서 프레임 딜레이된 영상신호를 보상하여 프레임간 보상영상신호로 출력하여 가산기(ADD1)에 인가한다. 이 인가된 신호는 다음 프레임의 영상신호와 가산되어 변환부(200)에 인가되어 에너지검출부(100)의 에너지 검출출력에 따라 선택되는 변환이 계속적으로 수행되게 된다.

한편, 상기 가변길이 부호화부(80)에 인가된 양자화 신호는 가변길이 부호화되어 가변길이 부호화 데이타가 송신버퍼(90)로 출력되어 속도 평활화되어 엔코딩 데이타를 출력하게 된다.

상기에서 같이 이 발명은 에너지검출부(100)의 에너지 검출출력에 따라 부호화시 DCT 또는 DST 변환이 선택되도록 하고, 복호화시는 상기 부호화시에 연동되는 역변환 즉, IDCT 또는 IDST가 선택되게 하며 또한, 변환수행부(210)의 다수의 변환에는 DCT, DST 이외에도 경우에 따라서는 DFT(Discrete Fourier Transform)를 사용 할 수도 있게 된다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 종래에 부호화시 영상신호의 상관도에 상관없이 DCT를 사용하고 복호화시 IDCT를 사용했지만, 본 발명에서는 적어도 2개 이상의 영상신호변환을 수행하고, 입력되는 영상신호의 에너지 분포에 따라, 상기 변환된 영상신호를 선택하게 함으로써, 보다 향상된 데이타 압축효율을 얻을 수 있게한 효과가 있다.

Claims

영상데이타 압축방법에 있어서, (a)입력된 제1영상신호와, 상기 제1영상신호와 움직임 벡터에 따른 프레임간의 보상 영상신호의 차에 해당되는 제2영상신호의 에너지 분포를 검출하는 과정; (b)상기 제1영상신호와 상기 제2영상신호를 각각 다른 방식으로 변환시키는 과정; (c)상기 움직임벡터를 산출하기 위한 일환으로, 양자화된 이전 프레임의 영상신호를 역양자화시키고, 역양자화된 영상신호를 역변환시키는 과정; 및 (d)상기 (a) 에서 검출된 에너지 분포에 따라, 상기(b) 및 (c)과정에서 변환 및 역변환된 영상신호를 선택하는 과정을 포함하는 영상데이타 압축방법,
제1항에 있어서, 상기(b)과정은 상기 제1영상신호를 이산여현변환(DCT)시키고, 상기 제2영상신호를 이산정현 변환(DST)시킴을 특징으로 하는 영상데이타 압축방법.
데이타 압축장치에 있어서, 입력되는 제1영상신호와, 상기 제1영상신호와 움직임벡터에 따른 프레임간의 보상영상신호의 차에 해당되는 제2영상신호의 에너지 분포를 검출하는 에너지 검출부(100)와, 상기 제1영상신호 및 제2영상신호를 각각 다른 방식으로 변환시키고, 상기 에너지 검출부(100)의 출력에 의해, 상기 변환된 영상신호 중에서 1개를 선택하여 출력하는 영상신호변환부; 상기 변환된 영상신호를 양자화하는 양자화부; 움직임 벡터를 위한 일환으로, 이전 프레임의 영상신호를 역양자화 시키는 역양자화부; 상기 역양자화된 영상신호를 각각 역변환시키고, 상기 에너지 검출부의 출력에 의해, 상기 역변환된 영상신호 중에서 1개를 선택하여 출력하는 영상신호역변환부를 포함하는 영상데이타 압축장치.