KR0134496B1 - 적응적 주사방식을 이용한 동영상 부호화장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 적응적 주사 방식을 이용한 동영상 부호화 장치에 관한 것으로, 본 발명은 차이영상 부호화된 변환계수를 각기 상이한 다수의 주사 방식을 통해 주사하는 다수의 주사부와, 상기 각각의 주사부에 의해 주사되어 재배열된 변환 계수를 각기 가변 길이로 부호화하는 다수의 가변 길이 부호화부와, 상기 각각의 가변길이 부호화부에서 제공되는 각각의 가변길이 부호화된 데이터의 비트를 각기 카운트하고 카운트된 값을 상호 비교하여 가장 적은 비트를 갖는 주사 및 가변 길이 부호화부의 출력을 선택하는 카운터/비교부를 포함함으로써, 보다 효율적인 영상 신호의 압축을 수행할 수 있다.

Description

적응적 주사방식을 이용한 동영상 부호화장치

제1도는 본 발명에 따른 적응적 주사방식을 이용하는 동영상 부호화 장치를 도시한 블록도.

제2a도 내지 2d도는 제1도에 도시된 각각의 주사부에서 수행되는 주사 방식을 도시한 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

100 : 현재 프레임 메모리 102 : 가산기

104 : 차이영상부호화부 108,118,128,138 : 주사부

110,120,130,140 : VCL부 112 : 비트 카운터 및 비교기

114 : 차이영상복호화부 122 : 가산기

124 : 이전 프레임 메모리 126 : 움직임 보상기

132 : 움직임 추정기

본 발명은 동영상 신호 처리를 위한 동영상 신호 부호화 장치에 관한 것으로 특히 여러가지 방식의 주사 및 가변길이 부호화를 수행하여 최적한 비트수를 갖는 영상신호로 압축 부호화할 수 있는 적응적 주사방식을 이용한 동영상 부호화 장치에 관한 것이다.

최근, 고화질 텔레비젼(HDTV), 영상 전화기(video phone)등과 같은 영상처리장치는 디지탈 방식으로 신호를 처리하고 있다. 일반적으로 디지탈 방식으로 동영상을 처리할 경우 상당히 많은 양의 데이타가 발생하는데 이를 한정된 대역폭(bandwidth)을 가진 기존의 전송 채널로 전송하기 위해서 동영상을 압축 부호화하여야 한다. 동영상을 압축 부호화할 수 있는 근거는 동영상신호의 특성상 영상신호의 프레임간 또는 하나의 프레임내에서 프레임을 구성하는 픽셀간에 매우 높은 상관성(correlation)이 있기 때문이다.

프레임간의 상관성을 이용하여 동영상을 압축하는 방식으로는 움직임 보상 부호화 방식이 있고, 프레임내 픽셀간의 상관성을 이용하는 것으로 변환 부호화 방식이 있다. 움직임 보상 부호화 방식은 현재 프레임 부호화하기 전에 이전 프레임을 기준으로 현재 프레임을 예측하고, 현재 프레임의 신호와 예측된 신호의 차이신호를 부호화 하는 것이다. 반면에, 변환 부호화 방식은 프레임내에 존재하는 상관성을 이용하여 동영상 신호를 압축하는 것으로, 대표적인 변환 부호화 방식은 이산코사인 변환(Discretc Cosine Transform)을 포함한다. 현재에는, 동영상 신호 압축 분야에서는 움직임 보상 부호화 기법과 변환 부호화 기법을 동시에 이용하고 있다.

일반적인 동영상 부호화 장치에서 변환 부호화된 신호는 다음과 같은 순서로 압축 부호화된다. 먼저 영상신호가 이산 코사인 변환되면 주파수 영역으로 표시되는 변환 계수가 발생된다. 다음으로, 이산 코사인 변환 계수는 양자화기에서 양자화된 다음 줄길이 부호화(run length coding)하기에 적합하도록 주파수 순서대로 재배열하기 위해 주사(scanning)된다. 일반적인 주사방법으로는 갈짓자 주사(zig zag scan)방식이 주로 이용되고 있다. 이 주사 방법은 양자화된 변환계수들을 주파수 순서대로 재배열하는 것으로 실제 영상의 상관도 또는 차이신호의 상관도가 수평 및 수직 방향으로 거의 동일한 경우 우수한 성능을 나타내는 주사방법중 하나이다.

이 주사된 신호는 주사된 신호의 통계적 특성에 의해 만들어진 룩업 테이블(look up table)에 따라 코드가 주어지는데, 일반적으로 많이 발생되는 주사된 신호에는 짧은 길이의 코드를, 적게 발생되는 주사된 신호에는 긴 길이의 코드를 부여함으로써 전체적인 비트 발생량을 줄일 수 있다.

종래 기술의 동영상 부호화 장치는 전술한 바와 같이 변환 계수의 주사방식으로서 지그재그 주사방식을 사용하였는데, 이러한 주사방식은 변환 계수가 수평 및 수직으로 비슷한 분포형태로 가지는 영상신호에는 유리하지만, 가로방향의 줄무늬 또는 세로방향의 줄무늬와 같이 장면(scene)이 특수한 경우에는, 즉 수직 또는 수평의 어느 한쪽으로 치우쳐질 경우에는 지그재그 주사방식을 일률적으로 적용하는 데에 한계가 있다.

따라서 본 발명은 선행하는 기술에서의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 다양한 주사방식을 이용하여 영상을 부호화하므로써 압축효율을 향상시키는 개선된 적응적 주사방식을 이용한 동영상 부호화 장치를 제공하는데 있다.

전술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 적응적 주사방식을 이용한 동영상 부호화 장치는 입력되는 영상 프레임을 예측 보상된 보상 프레임으로 감산한 차이영상 프레임을 차이영상 부호화하여 최적의 데이타량을 멀티플렉서로 전달하여 채널로 전송하는 동영상 부호화장치에 있어서, 상기 차이영상부호화한 변환 계수를 다수의 주사 방식을 갖는 주사경로를 통해 주파수 순서대로 주사하는 주사수단과, 상기 주사수단에 의해 다수의 주사방식으로 주사하여 재배열된 변환 계수에 포함된 각 부호들의 발생빈도 및 상기 다수의 주사 방식에 따라 적응적으로 부호화 하는 가변 길이 부호화 수단과, 상기 가변길이 부호화 수단에서 제공되는 다수의 할당된 출력비트를 각기 카운팅하고, 카운팅된 값을 상호 비교하여 가장 적은 비트수를 출력하는 주사 및 가변 길이 부호화 수단을 선택하는 비교수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

제1도는 본 발명에 따른 적응적 주사방식을 이용한 동영상 부호화장치를 도시한 상세 블럭도로써, 본 발명의 동영상 부호화 장치(200)는 도시된 바와 같이 현재 프레임 메모리(100), 감산기(102), 차이영상 부호화부(104), 차이영상 부호화부(114), 가산기(122), 이전프레임 메모리(124), 움직임 보상기(126), 움직임 추정기(132), 주사부(150), 가변길이 부호화(VCL)부(160) 및 비트 카운터/비교부(112)를 포함한다.

현재 프레임 메모리(100)는 디지탈 영상신호를 입력하여 기설정된 처리단위, 즉, 탐색 블록 단위로 블록화하는 것으로, 그 출력은 감산기(102) 및 움직임 추정기(132)에 각기 연결된다. 움직임 추정기(132)는 현재 프레임 메모리(100)에서 제공되는 현재의 프레임과 이전 프레임 메모리(124)에 저장되어 있는 이전 프레임을 입력하여 현재 프레임내의 탐색 블록들을 소정 탐색 영역내에서 한 화소씩 이동하여 현재 프레임의 지정된 블록과 가장 유사한 블록을 먼저 찾고, 이러한 가장 유사한 블록의 움직임 화소거리에 대응하는 움직임 벡터를 구하여 움직임 보상기(126)로 전달한다.

움직임 보상기(126)는 움직임 추정기(132)로부터 추정된 움직임 벡터를 전달 받아 이전 프레임의 신호를 움직임 벡터만큼 이동시켜 줌으로써, 현재 프레임의 화소들을 비교적 정확히 추정하여 예측 보상한다. 감산기(102)는 현재 프레임 메모리(100)에서 제공되는 현재 프레임에서 움직임 보상기(126)에서 제공되는 예측 보상된 프레임을 감산하여 감산된 데이타량을 갖는 영상 신호를 차이영상 부호화부(104)로 전달한다.

차이영상 부호화부(104)는 감산기(102)에서 제공되는 차이 영상 신호를 이산코사인 변환하고 양자화하는 것으로, 그의 출력은 차이영상 복호화부(114) 및 주사부(150)에 각기 제공된다.

차이영상 복호화부(114)는 차이영상 부호화부(104)를 통해 부호화된 영상 데이타를 원래의 영상신호로 복원하고, 이를 가산기(122)로 전달한다. 가산기(122)는 차이영상 복호화부(114)에서 제공되는 차이 영상 프레임과 움직임 보상기(126)에서 제공되는 예측 프레임을 가산하여 이전 프레임 메모리(124)로 전달하므로, 이전 프레임 메모리(124)에는 입력되는 현재 프레임의 화상 데이타들이 항상 저장하게 된다.

주사부(15) 및 VLC부(160)는 도시된 바와 같이 4개의 주사부(108,118,128,138)와 그에 대응하는 4개의 VLC부(110,120,130,140)로 구성되어 있으나, 보다 더 적응적으로 압축하여 부호화 효율을 향상시키기 위해 주사부와 VLC부를 더 많이 채용할 수도 있을 것이다. 예로, 제2도(a)에 도시된 지그재그 주사 방식은 1프레임의 변환 계수의 분포가 수직 및 수평으로 비슷한 분포를 가지는 영상에 대하여는 양호한 성능을 제공할 수 있을 것이다. 그러나, 실제로 원 영상과 움직임 보상 오차의 상관도가 수평 방향에 비해 수직 방향의 상관도가 떨어지므로 이산 코사인 변환을 통하여 변환된 계수는 수평 성분보다 수직 성분이 더 많이 존재하게 된다. 따라서 통상의 지그재그 주사방식을 그대로 적용하는 경우에는 바람직하지 못한 결과를 산출할 수 있다. 따라서, 제2도(b) 내지 (d)에 도시된 바와 같이 수직 방향으로 편중되도록 지그재그 주사를 수행하는 것이 바람직할 것이다.

차이영상 부호화된 변환 계수를 영상 프레임의 상관성에 따라 제1 내지 제4주사부(108,118.128,138)에서 제2(a) 내지 (d)도에 도시된 주사 방식으로 각기 상이하게 주사하고, 제1 내지 제4주사부(108,118,128,138)에서 수행되는 각각의 주사방식에 대응하는 방식으로 제1 내지 제4 VLC부(110,120,130,140)에서 VLC를 수행한다.

VLC부(160)내 각각의 VLC부(110,120,130,140)는 주사된 신호의 통계적 의해 각기 상이한 룩업테이블을 가지고 있으며, 상술한 바와 같이, 차이영상 부호화부(104)에서 부호화된 변환계수에 포함된 각 부호들의 발생빈도 또는 상기 제1 내지 제4 주사 방식으로 주사되는 각 부호들의 발생 빈동 따라 그 발생 빈도가 높은 것은 짧은 길이의 부호로, 빈도가 낮은 것은 긴 길이의 부호로 설정한다.

한편, 비트 카운터 및 비교기(112)는 주사부(150)에서 각각의 주사 방식에 의해 주사되고, 가변길이 부호화부(160)에서 각기 가변길이 부호화된 데이타 비트를 모두 수신하여, 각기 대응하는 카운터(도시안됨)를 통해 카운팅하고 이들 카운트된 값을 상호 비교하여 가장 적은 비트수를 발생한 주사방식 및 VLC부를 선택하며 동시에 어느 주사방식이 사용되었는가를 식별할 수 있도록 하기 위하여 2비트 정보를 생성한다. 따라서, 이렇게 생성된 2비트의 주사방식 식별 정보는 비트 카운터 및 비교기(112)에서 선택된 가변길이 부호화된 데이터에 부가되어 복호 장치로 전송됨으로써, 복호 장치는 부호화 장치에서 사용된 주사방식을 식별할 수 있게 된다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 적응적 주사방식을 이용한 동영상 부호화 장치에 의하면, 다수의 주사방식으로 주사하고 가변길이 부호화한 후, 다수의 주사방식에 의해 발생되는 각각의 출력비트를 서로 비교한 후, 가장 적은 비트를 발생하는 주사방식을 선택하여 전송함으로써, 보다 효율적으로 영상신호를 압축할 수가 있으며, 또한 화질을 향상시킬 수가 있다.

Claims (2)

1. 입력되는 영상 신호를 예측 보상된 영상신호로부터 감산한 차이 영상 신호를 이산 코사인 변환 부호화(discrtes cosine transformation)하여 전송하는 동영상 부호화 장치에 있어서, 각기 상이한 방식의 다수의 주사부(108,118,128,138)를 가지고 있으며, 상기 차이영상 신호로부터 변환된 변환계수들을 상기 각각의 상이한 주사 방식의 주사부를 통하여 출력하는 주사수단(150)과, 상기 주사수단(150)의 각각의 주사부에 대응하여 각기 다른 가변 길이 부호화 특성을 갖는 다수의 가변길이 부호화부(110,120,130,140)를 가지고 잇으며, 상기 주사 수단의 각각의 주사부에 의해 주사된 변환 계수를 상기 대응하는 각각의 가변길이 부호화부를 통하여 부호화하는 가변 길이 부호화 수단(160)과, 상기 가변길이 부호화 수단(160)의 각각의 가변 길이 부호화부(110,120,130,140)에서 출력되는 각각의 가변 길이 부호화된 데이터 비트의 수를 각기 카운팅하고, 카운팅된 값을 상호 비교하여 가장 적은 비트를 갖는 하나의 가변 길이 부호화부의 출력을 선택하여 출력하는 비트 카운트 및 비교 수단(112)을 포함하는 것을 특징으로 하는 적응적 주사 방식을 이용한 동영상 부호화 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 비트 카운터 및 비교 수단(112)은 상기 가장 적은 비트를 생성하는 주사 방식을 이용하는 주사부 및 가변 길이 부호화부를 인식하기 위한 인식 코드를 생성하여 상기 선택된 가변 길이 부호화된 데이터와 함께 출력하는 것을 특징으로 하는 적응적 주사방식을 이용한 동영상 부호화 장치.