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KR0171151B1 - 곡률 계산 기법을 이용한 이미지 윤곽 근사화 장치 - Google Patents

곡률 계산 기법을 이용한 이미지 윤곽 근사화 장치 Download PDF

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KR0171151B1
KR0171151B1 KR1019950005871A KR19950005871A KR0171151B1 KR 0171151 B1 KR0171151 B1 KR 0171151B1 KR 1019950005871 A KR1019950005871 A KR 1019950005871A KR 19950005871 A KR19950005871 A KR 19950005871A KR 0171151 B1 KR0171151 B1 KR 0171151B1
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Abstract

부호화 효율과 화질을 향상시킬 수 있는 개선된 장치는 입력 윤곽 이미지 데이터와 두 개의 위치 정보 데이터에 의거하여 곡률 신호들의 세트를 발생하여 최소 곡률 신호에 대응하는 엑스트라 꼭지점 위치 데이터를 발생하며, 상기 엑스트라 꼭지점 및 데이터와 상기 두개의 위치 정보 데이터를 상기 샘플 포인트 발생 수단으로 제공하는 엑스트라 꼭지점 선택기를 포함한다.

Description

곡률 계산 기법을 이용한 이미지 윤곽 근사화 장치
제1도는 본 발명에 따른 윤곽 이미지(contour image) 근사화 장치의 블록도.
제2a, 2b 및 2c 도는 물체형태의 다각형 근사 프로세스(polygonal aproximation process)를 설명하기 위한 도면.
제3a 및 3b 도는 두 개의 꼭지점들(vertices)을 연결하는 라인 세그먼트(line segment)와 물체형태간에 발생된 에러들을 나타내는 도면들.
제4도는 제1도에 도시된 모드 선택기의 상세 블록도.
제5도는 제1도에 도시된 곡률(curvature calculator) 계산기에서 두 개의 꼭지점들을 갖는 특정 영역에서 각 픽셀의 곡률을 결정하기 위한 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
100 : 다각형 근사 블록 110 : 버퍼
120 : 샘플링 회로 130 및 190 : 제 1 및 제2에러 측정기들
140 : 이산 사인 변환기(discrete sine transformer: DST)
150 : 양자기 160 : 역양자기
170 : 역이산 사인 변환기(IDST)
180 : 윤곽 재구성기 (contour reconstructor)
200 : 모드 선택기 210 : 곡률 계산기
220 : 엑스트라 꼭지점 선택기(extra vertex selector)
본 발명은 이미지 윤곽을 근사화하는 장치에 관한 것으로서, 특히, 곡률 계산 기법을 이용하여 이미지 윤곽을 근사화하는 개선된 장치에 관한 것이다.
비디오 전화, 원격 회의(teleconference) 및 고선명 텔레비전(HDTV) 시스템과 같은 전기/전자 응용에 있어서, 비디오 프레임 신호의 비디오 라인 신호는 화소값이라 불리는 디지털 데이터의 시이퀸스(sequence)를 포함하므로, 각 비디오 프레임 신호를 규정하는데 상당한 양의 디지털 데이터가 필요하다. 그러나, 통상의 전송채널의 이용가능한 주파수 대역폭은 제한되어 있다. 그러므로, 특히 비디오 전화와 같은 저전송 비디오 신호 부호기(low bit-rate video signal encoder)에서는 다양한 데이터 압축기법을 통해 상당한양의 데이터를 줄여야 한다.
저전송 부호와 시스템의 비디오 신호를 부호화하기 위한 부호화 방법중의 하나는 소위 객체지향 해석 및 합성 부호화 기법(object-oriented analysis and synthesis coding technique)이다.
객체지향 해석 및 합성 부호화 기법에 따르면, 입력 비디오 신호는 객체들로 나누어지고: 세 세트로된 각 객체의 파라미터들과, 윤곽 및 화소 데이터는 상이한 부호화 채널을 통해 처리되며, 상기 파라미터들의 각 세트는 각 객체의 움직임을 규정한다.
특히, 객체의 윤곽영상을 처리하는데 있어서, 윤곽정보는 객체모양의 해석 및 합성에 중요하다. 잘알려져 있는 바와 같이, 윤곽영상을 나타내기 위한 통상의 부호화 방법은 체인 부호화(chain coding)이다. 그러나, 체인 부호화는 비록 윤곽정보의 손실은 없지만 상당한 양의 비트가 필요하다. 다각형 근사 및 B-스플라인 근사(B-spline approximation) 등과 같은 윤곽을 근사시키기 위한 몇가지 방법이 제안되어 있다. 다각형 근사의 주된 단점은 윤곽영상이 거칠게 나타나는 것이다. B-스플라인 근사는 윤곽영상을 보다 정확하게 나타낼 수는 있지만, 근사 에러를 줄이는데 높은차수의 다항식(polynomial)들이 필요한 비디오 부호화기의 전체적인 계산을 복잡하게 한다(예를 들면, 상기 다각형근사와 B-스플라인 근사기법들은 Michael HOTTER, Object-Oriented Analysis-Synthesis Coding Based on Moving Two-Dimensional Objects, Signal Processing: Image communication 2(1990) 409-428에 개시된다.
본 발명의 주 목적은 곡률 계산 기법들을 이용하여 윤곽 이미지를 근사화함으로써 부호화 효율과 화질을 향상시킬 수 있는 개선된 장치를 제공하는데 있다.
본 발명에 따르면, 윤곽 이미지 데이터의 입력 비디오 신호를 부호화하는 비디오 신호 부호화 시스템용 장치로써, 상기 장치는: 상기 입력 윤곽 이미지 데이터에 대한 꼭지점들의 세트를 발생하는 수단과: 상기 꼭지점들의 세트에서 두 개의 인접 꼭지점들 사이에 균일하게 배열된 N개의 샘플 포인트들을 발생하며, 상기 두 개의 인접 꼭지점들에 대응하는 두 개의 위치 정보 데이터를 발생하는 샘플 포인트 발생 수단과: 상기 N개의 샘플 포인트들과 상기 각각의 샘플 포인트들에 대응하는 입력 윤곽 이미지 데이터상의 포인트들간의 거리들을 나타내는 제1에러 신호들의 세트를 발생하는 제1에러 신호 발생 수단과: 상기 에러 신호들의 세트를 변환 계수들의 세트로 변환하고 변환된 계수들을 양자화하여 양자화된 변환 계수들의 세트로 부호화하는 수단과: 상기 양자화된 변환 계수들의 세트를 역양자화 그리고 역변환하여 재구성된 윤곽 신호들의 세트와 상기 두 개의 위치 정보 데이터들에 의거하여 재구성된 윤곽 이미지 데이터를 발생하는 수단과: 상기 입력 윤곽 이미지 데이터와 상기 재구성된 윤곽 이미지 데이터간의 편차를 나타내는 제2에러 신호들의 세트를 발생하는 제2에러발생 수단과: 상기 양자화된 변환 계수들의 세트와 상기 두 개의 위치 정보 데이터, 또는 상기 두 개의 위치 정보 데이터를, 상기 제2에러 신호들의 세트와 기설정된 임계값에 의거하여 선택적으로 발생하는 선택 수단과: 상기 입력 윤곽 이미지 데이터와 상기 두 개의 위치 정보 데이터에 의거하여 곡률 신호들의 세트를 발생하여 최소곡률 신호를 나타내는 엑스트라 꼭지점 위치 정보 데이터를 발생하며, 상기 엑스트라 꼭지점 위치 정보 데이터와 상기 두 개의 위치 정보 데이터를 상기 샘플 포인트 발생 수단으로 제공하는 수단을 포함한다.
이하에서는 본 발명의 바람직한 일 실시예가 상세히 설명된다.
제1도를 참조하면, 본 발명에 따른 윤곽 이미지를 근사화하는 장치의 블록도가 도시된다. 본 발명의 윤곽 근사화 장치는 다각형 근사 블록(100), 비퍼(110), 샘플링 회로(120), 제1 및 제2에러 검출기들(130 및 190), DST(140), 양자기(150), 역양자기(160), IDST(170), 윤곽 재구성기(180), 모드 선택기(200), 곡률 계산기(210) 및 엑스트라 꼭지점 선택기(220)를 구비한다.
제1도에 도시된 바와같이, 물체의 형태를 나타내는 윤곽 이미지 데이터는 다각형 근사 블록(100), 제1에러 검출기(130) 및 라인들(L40 및 L50) 로 인가된다. 다각형 근사 블록(100)에 있어서, 물체 형태의 입력 윤곽 이미지 데이터는 다각형 표현(polygonal representation)으로 근사화된다. 물체 형태의 다각형 표현은, 이하에서 제2도를 참조하여 상세히 설명될 물체의 곡면을 라인세그먼트 단위로 계속 근사화하는 통상적인 근사화 알고리즘을 통해 나타낼 수 있다. 제2a, 2b 및 2c도를 참조하면, 물체 형태의 다각형 근사화 과정을 보여주는 전형적인 윤곽 이미지(10)가 예시된다. 물체 형태의 다각형 표현을 위항 알고리즘은 다음과 같다. 즉, 제2a도에 예시된 바와같이, 윤곽 이미지(10)상에 두 개의 꼭지점들(a 및 b)을 선택하고, 제2b 및 제2c도에 도시된 바와같이 이 두 꼭지점들(a 및 b)을 잇는 물체를 라인 세그먼트로 윤곽 이미지(10)를 근사화 하자. 만일, 가장 긴 거리의 커브 포인트, 즉, 꼭지점 c로부터 라인 세그먼트(ab) 까지의 최대 거리(Dmax)가 기설정된 임계값보다 크면, 라인들, 즉, 라인(ac)과 라인(bc)이 만들어진다. 그리고, 새로운 세그먼트들(ac 및 bc)에 대해 전술한 과정이 반복된다. 계산된 꼭지점들의 수는 형태 근사에서의 임계값, 즉, 근사화된 형태와 원래의 이미지 윤곽 형태 사이의 거리의 절대값에 의거하여 결정된다. 그 다음, 다각형 근사화 블록(100)에서 계산된 근사화된 윤곽 이미지의 모든 꼭지점들의 위치 정보 데이터들, 예를들면, 제2c도에 예시된 a, b, c, d 및 e 은 버퍼(110)로 제공된다. 근사화된 모든 꼭지점의 위치 정보 데이터들은 버퍼(110)에 저장되며, 저장된 꼭지점들의 위치 정보 데이터는 한쌍의 꼭지점들 단위로 판독되어 샘플링 회로(120)로 제공된다.
샘플링 회로(120)는 버퍼(110)로 부터의 한쌍의 꼭지점들에 대한 위치 정보 데이터의 각각을 수신하여 그 한쌍의 꼭지점들의 위치 정보 데이터 사이에 복수개의 샘플 포인들의 그룹을 발생하여 제1에러 검출기(130)로 제공하며, 상기에서 각 샘플 포인트들의 그룹은 두 개의 꼭지점들을 잇는 라인 세그먼트상에 균일하게 배열된 N개의 샘플 포인트들을 포함하며, 그리고 상기에서 N은 양의 정수이다. 본 발명의 설명을 보다 간단하고 명료하게 하기 위하여, 본 명세서에서 각 라인 세그머트상에서 N은 4로 가정된다. 원래의 입력 물체 형태의 데이터 또는 윤곽 이미지(10) 데이터와 샘플링 회로(120)로 부터의 샘플 포인트들은 제1에러 검출기(130)로 동시에 제공되는 반면에, 상기 샘플 포인트들은 라인(L20)을 통해 윤곽 재구성기(180)로 제공된다.
제1에러 검출기(130)는 입력 윤곽 이미지 데이터와 샘플링 회로(120)로 부터의 샘플 포인트들을 이용하여 라인 세그먼트들의 각각에 대한 근사화된 이미지 데이터와 윤곽 이미지 데이터간에 발생된 에러들의 세트를 검출하여 DST(140)로 제공하며, 상기에서 각각의 에러는 각각의 셈플 포인트와 그것에 대응하는 윤곽 이미지 데이터상의 포인트간의 거리를 나타낸다. 즉, 제3a 및 제3b도에 예시된 바와같이, 두 개의 꼭지점들(예로써, ad)을 잇는 라인 세그먼트의 포인트들과 그것에 대응하는 윤곽 이미지 데이터의 포인트들간의 에러들은 d1', d2', d3', d4' 또는 d1, d2, d3, d4로써 나타낸다.
제1에러 검출기(130)에서 검출된 에러의 세트는 DST(140)로 공급된다. DST(140)는 제1에러 검출기(130)로 부터의 각 꼭지점들사이의 에러들의 세트를 수신하고, 그 수신된 에러들의 세트를 본 기술 분야에 잘 알려진 이산 사인 변환 기법(DST)를 이용하여 변환 계수들의 세트로 변환하여 양자기(150)로 제공한다. 양자가(150)에서, 변환 계수들의 세트는 역시 본 기술분야에 잘 알려진 양자화 가법들중의 하나를 이용하여 양자화하여 양자화된 변환 계수의 세트를 라인(L30)을 통해 모드 선택기(200)와 역양자기(160)로 각기 제공한다. 양자기(150)로부터 제공된 양자화된 변환 계수들의 세트는 역양자기(160)와 역이산 사인 변환기(170)를 통해 재구성된 에러신호들의 세트로 역변환 된다.
윤곽 재구성기(180)는 샘플링 회로(120)로 부터의 샘플 포인트들의 세트와 역이산 사인 변환기(170)로 부터의 재구성된 에러신호들의 세트를 이용하여 새롭게 재구성된 윤곽 이미지 데이터를 발생하여 제2에러 검출기(190)로 제공한다. 제2에러 검출기(190)는 라인(L50)상의 입력 윤곽 데이터와 윤곽 재구성기(180)로 부터의 재구성된 윤곽 이미지 데이터를 이용하여 그들간에 발생된 에러함수를 계산하며, 그 계산된 에러 함수와 그 에러함수의 두 개의 꼭지점 위치 정보 데이터를 라인들(L60 및 L70)로 각기 제공한다.
모드 선택기(200)는 라인들(L60 및 L70)상의 에러함수와 두 개의 꼭지점 위치 정보 데이터를 수신하고, 수신된 에러함수와 기설정된 임계값과 비교하며, 그 비교 결과에 응답하여 두 경로중의 하나를 선택적으로 결정한다.
제4도는 제1도에 도시된 모드 선택기(200)의 상세 불록도를 나타낸다. 모드 선택기(200)는 비교기(201), 제1도 및 제2스위치들(203 및 205)을 포함한다. 비교기(201)에서, 제2에러 검출기(190)로부터 라인(L70)을 통한 에러함수와 기설정된 임계값이 비교된다. 즉, 그것은 상기 에러함수가 기설정된 임계값보다 작은지, 또는 크거나 같은지를 비교하며, 이 비교된 결과에 상응하는 스위치 선택신호(SC1)를 제 1 및 제2스위치들 (203) 및 (205)에 제공한다. 스위치 선택신호(SC1)는 1 또는 0으로 결정될 수 있다. 즉, 에러함수가 기설정된 임계값보다 작은 경우에, 비교기(201)의 출력신호로써 스위치 선택신호(SC1)은 1로, 그리고 에러함수가 기설정된 임계값보다 크거나 같을 경우, 그것은 0으로 결정된다.
제1및 제2스위치들(203 및 205)은 비교기(201)로 부터의 스위치 선택신호(SC1)에 응답하여 작동된다. 도시된 바와같이, 비교기(201)로 부터의 1의 스위치 선택신호(SC1)에 응답하여, 제1스위치(203)는 라인(L60)상의 두 개의 꼭지점 위치 정보 데이터를 라인(L90)에 결합하여 그것의 전송을 위해 전송기(도시안됨)로 전달하는 동시에 제2스위치(205)는 라인(L30)상의 양자화된 변환계수들의 세트를 제1경로의 라인 (L80)에 결합하여 전송기로 전달한다. 그리고, 만일 제1 및 제2스위치들(203 및 205)로 0의 스위치 선택신호(SC1)가 입력된다면, 제1스위치(203)는 라인(L60)상의, 두 꼭지점 위치 정보데이타를 제2경로의 라인(L100)에 결합하는 반면에, 제2스위치(205)는 개방되어, 어떠한 정보도 그것을 통해 전달되지 못한다.
다시 제1도를 참조하면, 곡률 계산기(210)에서, 라인(L100)상의 두 개의 꼭지점 위치 정보 데이터와 라인(L40)상의 입력 윤곽 이미지 데이터를 수신한다. 또한, 상기 곡률계산기(210)에서는 윤곽 재구성기(180)에서 재구성된 윤곽이미지의 에러를 최소화하기 위해 두 꼭지점 위치 정보 데이터를 입력 윤곽 이미지 데이터에의 그것에 대응하는 특정영역과 정합하며, 그 두 꼭지점들 사이에 존재하는 기설정된 샘플 픽셀들을 이용하여 특정영역에서의 곡률을 계산한다.
제5도는 본 발명에 따른 곡률계산기(210)에서 곡률계산을 설명하기 위한 도면을 나타낸다. 본 발명의 설명을 간단하고 명료하게 하기위해, 곡률계산에 이용되는 픽셀들은 기설정된 샘플률로 샘플되며, 그리고 곡률을 계산하기 위한 거리는, 4 픽셀 단위로 설정된다고 기정한다. 제5도에 도시된 바와 같이, 두 꼭지점들 (1 및 2)사이에서, 임의의 픽셀 (PK)의 곡률을 계산하기 위해 윤곽선을 따라 전방과 후방으로 4번째 픽셀들(PK+4및 PK-4)이 각기 선택된다. 그 다음 선택된 픽셀들(PK, PK+4및 PK-4)을 연결하고, 제5도에 예시된 바와 같이 PK와 PK+4및 PK와 PK-4를 연결하는 두 직선이 이루는 각(8)를 픽셀 PK의 곡률로 정의한다. 동일한 방법으로, 다를 목표 픽셀들에 대한 곡률들이 결정될 수 있다.
그 다음, 곡률계산기(210)에서 결정된 한 쌍의 꼭지점 위치 데이터와 곡률 신호들의 세트는 엑스트라 꼭지점 선택기(220)로 제공된다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 엑스트라 꼭지점 선택기(220)에서, 곡률계산기(210)로부터 제공된 곡률신호들에 의해 엑스트라 꼭지점이 결정되며, 상기에서 엑스트라 꼭지점은 다수개의 곡률신호들의 세트 중에서 최대의 곡류을 갖는 곡률신호를 나타낸다. 즉, 엑스트라 꼭지점 선택기(220)에서, 최대의 곡률을 갖는 곡률신호가 상기 계산된 다수개의 곡률신호들 중에서 입력윤곽이미지와 재구성된 이미지 간에 에러가 가장 크기 때문에, 상기 두 꼭지점들 사이에 새로운 꼭지점을 제공하기 위해 엑스트라 꼭지점 선택기(220)의 출력신호로써 엑스트라 꼭지점에 상응하는 신호를 발생한다. 이와같이, 엑스트라 꼭지점 선택기(220)에서 결정된 엑스트라 꼭지점과 상기 곡률계산기(210)로 부터의 두 개의 꼭지점 위치 정보데이타는 버퍼(110)로 인가된다. 따라서, 버퍼(110)에서, 상기 세 개의 꼭지점들, 즉, 처음의 두 꼭지점 정보 데이터(a 및 b)는 두 구간으로 분할되어 샘플링회로(120)로 제공된다. 결과적으로, 제1두 꼭지점 정보 데이터 (a, a')의 제2 두 꼭지점 정보 데이터 (a' 와 b)가 분할되며, 그 분할된 두 꼭지점들에 상응하는 꼭지점 위치 정보데이타가 버퍼(110)에서 판독되어 샘플링회로(120)로 제공된다. 상술한 윤곽이미지 근사화 과정은 반복적으로 수행된다.
본 발명은 비록 특정 실시예를 참조하여 설명되었지만, 본 기술분야에 통상의 지식을 가진 자라면 첨부된 청구범위의 사상과 범주를 벗어 남이 없어도 다양하게 변경하여 실시할 수 있음을 이해할 것이다.

Claims (1)

  1. 윤곽 이미지 데이터의 입력 비디오 신호를 부호화하는 비디오 신호부호화 시스템용 장치로써, 상기 장치는: 상기 입력 윤곽 이미지 데이터에 대한 꼭지점들의 세트를 발생하는 수단과: 상기 꼭지점들의 세트에서 두 개의 인접 꼭지점들 사이에 균일하게 배열된 N개의 샘플 포인트들을 발생하며, 상기 두 개의 인접 꼭지점들에 대응하는 두 개의 위치 정보 데이터를 발생하는 샘플 포인트 발생 수단과: 상기 N개의 샘플 포인트들과 상기 각각의 샘플 포인트들에 대응하는 입력 윤곽 이미지 데이터상의 포인트들간의 거리들을 나타내는 제1에러신호들의 세트를 발생하는 제1에러 신호 발생 수단과: 상기 에러 신호들의 세트를 변환 계수들의 세트로 변환하고 변환된 계수들을 양자화하여 양자화된 변환 계수들의 세트로 부호화하는 수단과: 상기 양자화된 변환 계수들의 세트를 역양자화 그리고 역변환하여 재구성된 윤곽 신호들의 세트와 상기 두 개의 위치 정보 데이터들에 의거하여 재구성된 윤곽 이미지 데이터를 발생하는 수단과: 상기 입력 윤곽 이미지 데이터와 상기 재구성된 윤곽 이미지 데이터간의 편차를 나타내는 제2에러 신호들의 세트를 발생하는 제2에러발생 수단과: 상기 양자화된 변환 계수들의 세트와 상기 두 개의 위치 정보 데이터, 또는 상기 두 개의 위치 정보 데이터를, 상기 제2에러 신호들의 세트와 기설정된 임계값에 의거하여 선택적으로 발생하는 선택 수단과: 상기 입력 윤곽 이미지 데이터와 상기 두 개의 위치 정보 데이터에 의거하여 곡률 신호들의 세트를 발생하여 최소 곡률 신호를 나타내는 엑스트라 꼭지점 위치 정보 데이터를 발생하며, 상기 엑스트라 꼭지점 위치 정보 데이터와 상기 두 개의 취치 정보 데이터를 상기 샘플 포인트 발생 수단으로 제공하는 수단을 포함하는 윤곽이미지 근사화 장치.
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