제1도는 종래의 무손실 부호화기의 개략적인 구성도.1 is a schematic diagram of a conventional lossless encoder.
제2도는 종래의 무손실 부호화기에서 공간 예측에 쓰이는 3개의 샘플을 나타내는 도면.2 is a diagram showing three samples used for spatial prediction in a conventional lossless encoder.
제3도는 본 발명의 무손실 부호화 방법의 흐름도.3 is a flowchart of a lossless encoding method of the present invention.
제4도는 본 발명의 무손실 부호화 장치의 개략적인 구성도.4 is a schematic structural diagram of a lossless coding apparatus of the present invention.
제5도는 본 발명에 따른 무손실 부호화 방법 및 그 장치에 의해 압축되는 정지 영상을 단계적으로 도시한 것이다.5 is a step-by-step view of a still image compressed by the lossless encoding method and apparatus according to the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
100 : 예측부 120 : 홀수필드검출부100: predictor 120: odd field detector
140 : 차이검출부 142 : 짝수필드검출부140: difference detection unit 142: even field detection unit
144 : 짝수필드예측부 146 : 차이출력부144: even field prediction unit 146: difference output unit
160 : 선택부 180 : 프레임메모리160: selection unit 180: frame memory
200 : 엔트로피코딩부200: entropy coding part
본 발명은 영상 정보를 부호화할 때 원래의 정보를 잃지 않도록 부호화하는 무손실 부호화 장치에 관한 것으로, 특히 정지 영상을 45도씩 회전시키면서 대각선 방향으로 서브 샘플링을 수행한 다음 예측하여 영상 데이타를 효과적으로 압축시킬 수 있을 뿐만 아니라 영상 데이타를 압축할 때 발생되는 오차를 감소시키도록 무손실 부호화 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a lossless encoding apparatus that encodes image information so as not to lose original information. In particular, the present invention can effectively compress image data by performing subsampling in a diagonal direction while rotating a still image by 45 degrees. In addition, the present invention relates to a lossless encoding apparatus to reduce an error generated when compressing image data.
일반적으로, 영상이 디지탈 신호 형태로 표현될 경우에는 데이타의 양이 매우 크므로, 이를 한정된 전송 채널을 통해 전송하기 위해서는 데이타 압축이 필수적이다.In general, when an image is represented in the form of a digital signal, since the amount of data is very large, data compression is essential to transmit the data through a limited transmission channel.
상기와 같이 영상 데이타를 압축하는 방법으로는 크게 동영상 압축과 정지 영상 압축으로 나눌 수 있으며, 정지 영상을 압축하는 방법으로는 손실허용 부호화와 무손실 부호화 방식이 있다.As described above, video data compression can be divided into video compression and still image compression, and there are loss tolerance coding and lossless coding.
손실허용 부호화는 사람이 느끼는데 지장을 주지 않는 범위내에서 일부 정보의 손실을 허용하는 것으로서 평균 20:1, 최대 50~60:1까지의 높은 압축율을 얻을 수 있다.Loss-tolerant coding allows loss of some information to the extent that it does not interfere with the human feeling, and can achieve a high compression ratio of 20: 1 on average and up to 50 to 60: 1.
반면, 무손실 부호화는 영상 정보를 부호화할 때 원래의 정보를 잃지 않도록 부호화하는 방식으로 주로 의료 정보와 원래의 정보가 손실되면 중대한 결과를 초래할 수 있는 영상 정보를 압축하는데 사용되며 압축율은 약 2:1정도로 그다지 높지 않다.Lossless encoding, on the other hand, is a method of encoding the image information so that the original information is not lost. The lossless coding is mainly used to compress medical information and image information which may have serious consequences when the original information is lost. The compression ratio is about 2: 1. Not so high as much.
이러한 무손실 부호화기는 제1도에 도시된 바와 같이, 입력된 정지 영상 데이타를 인접한 3개의 화소로부터 다음 화소값을 예측하여 예측 화소값을 얻고, 이 예측 화소값과 실제 화소값의 차를 출력하는 예측기(2)와, 상기 예측 화소값과 실제 화소값의 차에 대해 허프만 부호화 또는 산술 부호화를 수행하여 압축된 영상 데이타를 출력하는 엔트로피엔코더(4)로 이루어진다.As shown in FIG. 1, the lossless encoder predicts the next pixel value from three adjacent pixels to obtain a predicted pixel value, and outputs a difference between the predicted pixel value and the actual pixel value. (2) and an entropy encoder 4 for outputting compressed image data by performing Huffman coding or arithmetic coding on the difference between the predicted pixel value and the actual pixel value.
즉, 제2도에 도시된 바와 같이, 인접 화소값 A, B, 또는 C로부터 화소값 X를 예측하는데, 예측기를 구성하는 구체적인 방법을 하기 표 1에 정리하였다.That is, as shown in FIG. 2, the specific method of configuring the predictor for predicting the pixel value X from the adjacent pixel values A, B, or C is summarized in Table 1 below.
상기 표 1에 의해 얻어진 예측 화소값 X와 실제 화소값 X의 차이가 엔트로피 엔코더(4)에서 엔트로피 코딩되어 무손실 압축이 된다.The difference between the predicted pixel value X obtained from Table 1 and the actual pixel value X is entropy coded in the entropy encoder 4, resulting in lossless compression.
또한, 무손실 동작 모드 입력 영상의 예측은 2~16bits/sample 내에서 자유롭고, 7가지 예측기 구성 방법 중에 어느 것을 사용해도 좋도록 되어 있다.In addition, the prediction of the lossless operation mode input image is free within 2 to 16 bits / sample, and any one of the seven predictor configuration methods may be used.
그러나,이러한 종래의 무손실 예측 부호화기는 압축율은 약 2:1정도로 그다지 높지 않을 뿐만 아니라 한번 오차가 발생되면 그 값이 계속 누적되는 문제점이 있었다.However, such a conventional lossless predictive encoder has a problem that the compression ratio is not so high as about 2: 1, and that the value is continuously accumulated once an error occurs.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 제 문제점을 해소하기 위한 것으로, 정지 영상을 45도씩 회전시키면서 대각선 방향으로 서브 샘플링을 수행한 다음 예측하여 영상 데이타를 효과적으로 압축시킬 수 있을 뿐만 아니라 영상 데이타를 압축할 때 발생되는 오차를 감소시키도록 된 무손실 부호와 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention is to solve the above-mentioned conventional problems, and it is possible to effectively compress the image data as well as to compress the image data by performing subsampling in the diagonal direction while rotating the still image by 45 degrees. It is an object of the present invention to provide a lossless code and a device designed to reduce an error generated when
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 무손실 부호화 장치는, 정지 영상 데이타를 부호화할 때 원래의 정보를 잃지 않도록 부호화하는 무손실 부호화 장치에 있어서, 입력된 정지 영상 프레임을 45도 회전시켜 서브 샘플링하여 홀수 필드를 출력하는 홀수필드검출부와; 상기 홀수필드검출부에서 출력된 홀수 필드의 각 화소값들로부터 짝수 필드의 각 화소값들을 예측하여 얻어진 예측 짝수 필드와 실제 짝수 필드의 차이값을 출력하는 차이검출부; 상기 홀수필드검출부에서 서브 샘플링되어 출력된 홀수 필드의 서브 샘플링 횟수를 판단하여 일정 회수를 넘지 않았으면 상기 홀수 필드를 상기 홀수필드검출부로 다시 입력하고, 일정 횟수를 넘었으면 상기 홀수필드검출부를 통해 마지막으로 서브 샘플링된 홀수 필드를 출력하는 선택부: 상기 차이검출부 및 선택부를 통해 출력된 차이값 및 서브 샘플링된 홀수 필드를 저장하였다가 출력하는 프레임메모리; 및 상기 프레임 메모리로부터 상기 차이값 및 마지막으로 서브 샘플링된 홀수 필드를 입력받아 엔트로피 코딩하는 엔트로피 코딩부를 포함하는 것을 특징으로 한다.A lossless encoding apparatus according to the present invention for achieving the above object is a lossless encoding apparatus for encoding original image data so as not to lose original information, wherein the input still image frame is rotated 45 degrees and subsampled to an odd number. An odd field detector for outputting a field; A difference detector for outputting a difference value between the predicted even field and the actual even field obtained by predicting each pixel value of the even field from the pixel values of the odd field output from the odd field detector; The number of sub-samples of the odd field detected by sub-sampled by the odd-field detector is determined, and if the number of times is not exceeded, the odd-field detector is input again to the odd-field detector. A selector for outputting the subsampled odd field by: storing and outputting the difference value and the subsampled odd field outputted through the difference detector and the selector; And an entropy coding unit which entropy-codes the difference value and the last subsampled odd field from the frame memory.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described an embodiment of the present invention;
제3도는 본 발명의 무손실 부호화 방법의 흐름도로서, 본 발명에 따른 무손실 부호화 방법은, 입력된 정지 영상을 45도 회전시킨 다음 정지 영상의 홀수 필드와 짝수 필드를 각각 서브 샘플링하는 제1단계(S1)와; 홀수 필드의 각 인접 화소값을 사용하여 짝수 필드를 예측하는 제2단계(S2); 예측된 짝수 필드와 서브 샘플링된 실제 짝수 필드의 차이값을 구하는 제3단계(S3); 입력된 정지 영상을 서브 샘플링한 횟수가 일정치 이하이면 서브 샘플링된 홀수 필드를 입력으로 하여 상기 제1단계(S1)와 제2단계(S2) 및 제3단계(S3)를 반복 수행하는 제4단계(S4); 정지 영상을 서브 샘플링한 횟수가 일정치 이상이면 예측된 짝수 필드와 서브 샘플링된 실제 짝수 필드의 차이값 및 마지막으로 서브 샘플링된 홀수 필드를 출력하는 제5단계(S5) 및; 예측된 짝수 필드와 서브 샘플링된 실제 짝수 필드의 차이값 및 마지막으로 서브 샘플링된 홀수 필드에 대해 엔트로피 코딩을 수행하는 제6단계(S6)로 순차 동작한다.3 is a flowchart of a lossless coding method according to the present invention. In the lossless coding method according to the present invention, a first step of rotating the input still image by 45 degrees and subsampling the odd and even fields of the still image, respectively (S1). )Wow; A second step S2 of predicting an even field using each adjacent pixel value of the odd field; Obtaining a difference value between the predicted even field and the subsampled real even field (S3); A fourth step of repeatedly performing the first step (S1), the second step (S2), and the third step (S3) by using the subsampled odd field as an input when the number of times of subsampling the input still image is a predetermined value or less; Step S4; A fifth step (S5) of outputting a difference value between the predicted even field and the subsampled real even field and the last subsampled odd field when the number of times of subsampled still images is a predetermined value or more; In operation S6, entropy coding is performed on the difference between the predicted even field and the subsampled real even field, and finally, the subsampled odd field.
한편, 상기와 같은 본 발명에 따른 무손실 부호화 방법을 하드웨어로 구현한 무손실 부호화 장치는 제4도에 도시된 바와 같이, 입력된 정지 영상을 45도 회전시키면서 홀수 필드와 짝수 필드를 각각 서브 샘플링한 다음 홀수 필드로부터 짝수 필드를 예측하여 얻어진 예측 짝수 필드와 실제 짝수 필드의 차이값 및 마지막으로 샘플링된 홀수 필드를 출력하는 예측부(100) 및 ; 상기 차이값 및 마지막으로 서브 샘플링된 홀수 필드를 엔트로피 코딩하여 출력하는 엔트로피 코딩부(200)를 포함하여 구성된다.Meanwhile, as shown in FIG. 4, the lossless encoding apparatus, which implements the lossless encoding method according to the present invention as hardware, subsamples the odd field and the even field, respectively, by rotating the input still image by 45 degrees. A prediction unit 100 for outputting a difference value between the predicted even field and the actual even field obtained by predicting the even field from the odd field, and the last sampled odd field; And an entropy coding unit 200 for entropy coding the difference value and the last subsampled odd field.
상기 예측부(100)는, 입력된 정지 영상 프레임을 45도 회전시켜 서브 샘플링하여 홀수 필드를 출력하는 홀수필드 검출부(120)와; 상기 홀수필드 검출부(120)에서 출력된 홀수 필드의 각 화소값들로부터 짝수 필드의 각 화소값들을 예측하여 얻어진 예측 짝수 필드와 실제 짝수 필드의 차이값을 출력하는 차이검출부(140); 상기 홀수필드검출부(120)에서 서브 샘플링되어 출력된 홀수 필드의 서브 샘플링 회수를 판단하여 일정 회수를 넘지 않았으면 상기 홀수 필드를 상기 홀수필드검출부(120)로 다시 입력하고, 일정 횟수를 넘었으면 상기 홀수필드 검출부(120)를 통해 마지막으로 서브 샘플링된 홀수 필드를 출력하는 선택부(160) 및; 상기 차이검출부(140) 및 선택부(160)를 통해 출력된 차이값 및 서브 샘플링된 홀수 필드를 저장하였다가 출력하는 프레임메모리(180)를 포함하여 구성된다.The predictor 100 includes: an odd field detector 120 for subsampling an input still image frame by 45 degrees to output an odd field; A difference detector 140 for outputting a difference value between the predicted even field and the actual even field obtained by predicting each pixel value of the even field from the pixel values of the odd field output from the odd field detector 120; If the number of sub-sampling of the odd field that is subsampled and output by the odd field detection unit 120 is not exceeded a predetermined number of times, the odd field is input to the odd field detection unit 120 again. A selector 160 which outputs the last subsampled odd field through the odd field detector 120; And a frame memory 180 that stores and outputs the difference value and the sub-sampled odd field output through the difference detector 140 and the selector 160.
그리고, 상기 차이검출부(140)는, 입력된 정지 영상 프레임을 45도 회전시켜 서브 샘플링하여 짝수 필드를 출력하는 짝수필드 검출부(142)와; 상기 홀수필드검출부(120)에서 출력된 홀수 필드의 각 인접 화소값으로부터 짝수 필드의 각 화소값을 예측하여 예측 짝수 필드를 출력하는 짝수필드예측부(144) 및; 상기 짝수필드검출부(142)에서 서브 샘플링되어 출력된 실제 짝수 필드와 상기 짝수필드예측부(144)에서 출력된 예측 짝수 필드의 각 화소값을 비교하여 차이값을 출력하는 차이출력부(146)를 포함하여 구성된다.The difference detection unit 140 includes: an even field detection unit 142 for outputting an even field by subsampling the input still image frame by 45 degrees; An even field prediction unit (144) for predicting each pixel value of the even field from each adjacent pixel value of the odd field output from the odd field detector (120) and outputting a predictive even field; The difference output unit 146 compares the pixel values of the actual even field sub-sampled and output from the even field detector 142 and the predicted even field output from the even field predictor 144 and outputs a difference value. It is configured to include.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 무손실 부호화기의 작용 및 효과를 상세히 설명한다.The operation and effects of the lossless encoder according to the present invention configured as described above will be described in detail.
입력된 정지 영상 프레임이 홀수필드검출부(120)와 짝수필드검출부(142)를 통해 대각선 방향으로 서브 샘플링되어 홀수 필드 및 짝수 필드를 각각 출력된다.The input still image frame is subsampled diagonally through the odd field detector 120 and the even field detector 142 to output the odd field and the even field, respectively.
그리고, 짝수필드예측부(144)는 상기 홀수필드검출부(120)에서 출력된 홀수 필드의 각 인접 화소값으로부터 짝수 필드의 각 화소값을 예측하여 예측 짝수 필드를 출력하고, 차이출력부(146)는 상기 짝수필드검출부(142)에서 서브 샘플링되어 출력된 실제 짝수 필드와 상기 짝수필드예측부(144)에서 출력된 예측 짝수 필드의 각 화소값을 비교하여 차이값을 출력한다.The even field predictor 144 outputs a predictive even field by predicting each pixel value of the even field from each adjacent pixel value of the odd field output from the odd field detector 120, and outputs the difference evenness unit 146. A subfield is compared with the pixel values of the actual even field subsampled and output from the even field detector 142 and the predictive even field output from the even field predictor 144 to output a difference value.
한편, 선택부(160)는 상기 홀수필드검출부(120)에서 서브 샘플링되어 출력된 홀수 필드의 서브 샘플링 횟수를 판단하여 일정 회수를 넘지 않았으면 상기 홀수 필드를 상기 홀수필드검출부(120)로 다시 입력하고, 일정 횟수를 넘었으면 상기 홀수필드검출부(120)를 통해 마지막으로 서브 샘플링된 홀수 필드를 출력한다.On the other hand, the selector 160 determines the number of sub-sampling of the odd field that is subsampled by the odd field detector 120 and outputs the odd field to the odd field detector 120 again if the number of times is not exceeded. When the number of times exceeds a predetermined number of times, the odd-field finally subsampled is output through the odd-field detection unit 120.
상기에서 일정 횟수와 영상 압축율은 비례하므로 일정 회수가 크면 압축율도 비례해서 증가하게 되며, 이 회수는 사용자가 임의로 선택할 수 있는 것이다.Since the predetermined number of times and the image compression ratio are proportional to each other, if the predetermined number is large, the compression ratio also increases proportionally, and this number can be arbitrarily selected by the user.
상기와 같이 선택부(160)를 통해 출력된 홀수 필드와, 상기 차이출력부(146)에서 출력된 차이값은 프레임메모리(180)에 저장되었다가 프레임 단위로 출력되는 것이다.As described above, the odd field output through the selector 160 and the difference value output from the difference output unit 146 are stored in the frame memory 180 and output in frame units.
그리고, 상기 프레임메모리(180)를 통해 출력된 홀수 필드와 차이값은 엔트로피 엔코딩부(200)에서 엔트로피 코딩되어 압축된 정지 영상의 데이타가 출력되는 것이다.The odd field and the difference value output through the frame memory 180 are entropy coded by the entropy encoding unit 200 to output data of a still image compressed.
한편, 제5도는 본 발명에 따른 무손실 부호화 방법 및 그 장치에 의해 압축되는 정지 영상을 단계적으로 도시한 것으로, 제4도를 참조하여 본 발명을 다시 설명하면 다음과 같다.FIG. 5 is a diagram illustrating steplessly a still image compressed by the lossless coding method and the apparatus according to the present invention. Referring to FIG. 4, the present invention will be described as follows.
제5a도는 9x9의 입력영상의 예로서, 이와 같은 입력영상에 대해서 홀수필드검출부(120)와 짝수필드검출부(142)는 각각 서브 샘플링하여 제5b도와 c와 같이 홀수 필드와 짝수 필드를 출력한다.5A is an example of an input image of 9x9. The odd-field detector 120 and the even-field detector 142 subsample each of the input images and output odd-numbered fields and even-fields as shown in FIG. 5B.
그리고, 짝수필드예측부(144)는 상기 홀수필드검출부(120)에서 출력된 홀수 필드(b)의 각 화소값(A, C, …‥)으로부터 짝수 필드의 각 화소값(B, …‥)을 예측하는 것이다. 즉, 홀수 필드의 각 화소값(A, C, …‥)으로 부터 하기 제1식을 사용하여 짝수 필드의 각 하소값(B, …‥)에 해당하는 예측된 각 화소값(B', …‥)을 얻게 된다.Further, the even field prediction unit 144 performs the pixel values B, ... ... of the even fields from the pixel values A, C, ... ... of the odd field b output from the odd field detection unit 120. To predict. That is, the predicted pixel values B ',... Corresponding to the respective calcined values B, ... ... of the even field are obtained from the pixel values A, C, ... ... of the odd field using the following equation. ‥) is obtained.
예측 화소값(B')=(A+C)/2…‥(제1식)Predicted pixel value B '= (A + C) / 2... ‥ (Formula 1)
그리고, 차이출력부(146)는 상기와 같이 예측된 짝수 필드의 각 화소값(B', …‥)과 실제 짝수 필드의 각 화소값(B…‥)로부터 하기 제2식을 사용하여 차이값(B)을 검출하는 것이다.Then, the difference output unit 146 uses the second equation from the pixel values B ', ... ... of the even fields predicted as described above and the pixel values B ... ... of the actual even fields, using the following equation. (B) is detected.
차이값(B)=실제 화소값(B)-예측 화소값(B')…‥(제2식)Difference value B = actual pixel value B-predicted pixel value B '... ‥ (Formula 2)
상기와 같이 구해진 차이값(B)는 프레임 메모리(180)에 저장된다.The difference value B obtained as described above is stored in the frame memory 180.
한편, 상기와 같이 서브 샘플링된 홀수 필드(A, C, …‥)는 제5d에서 l에 도시된 바와 같이, 다시 홀수필드검출부(120) 및 짝수필드검출부(140)으로 입력되어 상기와 같은 과정을 되풀이하게 된다.On the other hand, the odd-sampled odd field (A, C, ... ...) is input to the odd field detection unit 120 and even field detection unit 140, as shown in 1 to 5d, the same process as described above Will be repeated.
그리고, 프레임메모리(180)에서 출력되는 데이타는, 상기와 같은 과정을 반복해서 얻어진 차이값과 마지막으로 서브 샘플링된 홀수 필드가 출력되는 것이다.The data output from the frame memory 180 outputs the difference value obtained by repeating the above process and the last subsampled odd field.
그리고, 프레임메모리(180)에서 출력된 데이타는 엔트로피 코딩부(200)에서 엔트로피 코딩되어 최종적으로 압축된 영상 데이타가 출력되는 것이다.The data output from the frame memory 180 is entropy coded by the entropy coding unit 200 to finally output compressed image data.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따르면, 정지 영상을 45도씩 회전시키면서 대각선 방향으로 서브 샘플링을 수행한 다음 예측하여 영상 데이타를 효과적으로 압축시킬 수 있을 뿐만 아니라 영상 데이타를 압축할 때 발생되는 오차를 감소시킬 수 있는 것이다.As described above, according to the present invention, the sub-sampling is performed in the diagonal direction while the still image is rotated by 45 degrees, and then the image data can be effectively compressed and the error generated when the image data is compressed can be reduced. It can be.
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