KR0152772B1 - 영상압축에서의 버퍼 제어 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 영상 압축 방식에서 출력버퍼의 제어에 관한 것으로, 일반적으로 사용되고 있는 종래의 버퍼 콘트롤 방식은 전치-처리(Pre-Processing)기법을 이용한 방식으로 처리될 입력 테이터를 미리 처리하여 보고 알맞는 대역이나 비트수를 입력 데이터에 분배하여 원하는 전송율에 맞추어 버퍼 제어를 이루는 것으로, 이 방식은 준최적(Sub-Optimum)의 전송 대역의 사용과 콘트롤 파라미터의 사용이 가능한 반면에 처리 시간의 지연과 회로구성의 어려움을 동반하게 되며 또다른 방식은 입력되는 데이터의 매 순간마다 채널이나 버퍼의 상태를 수시로 체크하여 콘트롤 신호를 입력단으로 궤환시켜 전송율을 맞추어 나가는 채널 등화(Channel Equalization)방식으로서, 이는 입력 데이터를 매순간 특성을 잘 반영하며 궤환 루프를 이용한 관계로 빠르고 간단한 시스템의 구성이 가능하나 입력 데이터의 전반적인 특성을 무시할 가능성이 있으며, 전송 대역이나 버퍼의 효율적인 사용이 어렵고 궤환되는 콘트롤 파라미터의 급격한 변동을 일으킬 소지가 있다.

이에 따라 본 발명은 상기와 같은 종래의 영상 압축에서의 버퍼 제어 방식의 결함을 감안하여 입력 데이터를 잠시 메모리에 저장하고 이를 일정한 크기의 블록으로 세분하여 각 블록을 순차적으로 처리를 하지않고 송,수신단에서 갖고 있는 패턴에 따라서 랜덤하게 처리를 하며 이때 처리되는 블록을 몇게 묶은 집합인 세그먼트 단위로 발생되는 데이터량을 조사하여 발생 데이터 량이 많으면 그 다음 세그먼트 역시 전송률보다 큰 데이터율을 갖는다고 할 수 있으므로 콘트롤 신호를 궤환시켜 쉽게 원하는 전송율이나 데이터 량에 수렴시킬 수 있도록 창안한 것으로 본 발명을 통해 버퍼를 매우 효율적으로 제어할 수 있고 실시간 처리가 가능하게 된다.

Description

영상 압축에서의 버퍼 제어 방법 및 장치.

재1도는 종래의 영상 압축장치에서의 버퍼 제어 방식의 블록선도.

제2도는 본 발명에 따른 영상 압축장치에서의 버퍼 제어 장치의 블록선도.

제3도는 본 발명에서의 블록 스크램블링에 의한 버퍼 제어 방법의 흐름도.

본 발명은 영상 압축 방식에서 출력버퍼의 제어에 관한 것으로, 특히 블록 스크램블링을 이용하여 버퍼 또는 체널을 효율적으로 사용하는데 적당하도록 한 영상 압축장치에서의 버퍼 제어 방법 및 장치에 관한 것이다.

일반적으로 사용되고 있는 종래의 버퍼 제어기술은 크게 두가지로 분류가 되는데 첫째는, 전치-처리(Pre-Processing)기법을 이용한 방식으로 처리될 입력 데이터를 미리 처리하여 보고 알맞는 대역이나 비트수를 입력 데이터에 분배하여 원하는 전송율에 맞추어 버퍼 제어를 이루는 것으로, 이 방식은 준최적(Sub-Optimum)의 전송 대역의 사용과 콘트롤 파라미터의 사용이 가능한 반면에 처리시간의 지연과 회로구성의 어려움을 동반한다.

둘째로, 일력되는 데이터의 매 순간마다 체널이나 버퍼의 상태를 수시로 체크하여 콘트롤 신호를 입력단으로 궤환시켜 전송율을 맞추어 나가는 채널 등화(Channel Equalization) 방식으로서, 이는 입력 데이터의 매순간 특성을 잘 반영하며, 궤환 루프를 이용한 관계로 빠르고 간단한 시스템의 구성이 가능하나 입력 데이터의 전반적인 특성을 무시할 가능성이 있으며, 전송 대역이나 버퍼의 효율적인 사용이 어렵고 궤환되는 콘트롤 파라미터의 급격한 변동을 일으킬 소자가 있다.

또한 상기 버퍼의 제어기술은 그 동작에 있어서, 입력 데이터가 입력되면 먼저 입력 데이터의 특성을 조사하고 입력 데이터의 특성으로 데이터의 분산 등을 조사하여 각각에 알맞는 비트수나 대역을 할당하고 할당된 비트 수나 대역을 넘지 않는 범위에서 입력 데이터를 처리하여 전송하는 것이다.

그러므로 입력 데이터를 잠시 저장하였다가 처리할 버퍼와 전치 처리기가 필요하며 전치 처리가 끝난 후에 할당된 정보량을 이용하여 입력 데이터를 처리하는 것이다.

그리고 다른 한 방식의 동작은 매 순간 마다 입력되는 데이터를 채녈 등화(Channel Equalization)시키기 위해 레이트(Rate)버퍼를 사용하여 입력 데이터의 처리된 비트수나 대역의 변화에 따라 버퍼 콘트롤 신호를 처리단으로 궤환시기고, 궤환된 신호를 받아서 처리단에서 전송 대역이나 비트수에 맞게 콘트롤 파라미터를 변동시켜 처리를 계속한다.

즉, 제1도는 종래의 영상 압축장치에서의 버퍼 제어장치의 블록선도로서, 이에 도시된 바와같이 13.5MHz로 각기 아날로그 디지털 변환되어 입력되는 4:1:1 포맷(Format)의 영상신호(Y),(U),(V)를 프레임메모리에 기록하는 프레임 메모리부와, 상기 프레임메모리에 기록된 영상신호(Y),(U),(V)를 8*8 픽셀 크리의 블록으로 나눠 직교변환(DCT)하는 디씨티(DCT)부와, 상기 직교변환된 계수를 Zig- Zog 스캐닝(Scanning)하는 블록 스캐닝부와, 스캐닝 순서에 따라 입력되는 디씨티(DCT)계수를 양자화하는 양자화부와, 상기 양자화된 디씨티계슈를 수행길이 코딩(run-length coding)하기 위해 런(run)을 소팅(sorting)하고 계산하는 가변 길이코딩(Variable Length Coding)부 및 이렇게 압축된 비트 스트림(bit stream)을 버퍼링하는 버퍼부와, 상기 버퍼부의 오버플로우(over flow)를 방지하기위해 상기 양자화부 및 가변길이 코딩부를 제어하는 버퍼제어부로 이루어진다.

그러나 상기와 같은 방식은 많은 문제점을 가지고 있는데 첫 번째의 전치-처리 방식은 하드웨어의 구성시 그 복잡성과 리얼 타임(Real-Time)구현의 어려움이 발생한다. 그리고 전치-처리에 의한 비트수와 전송대역의 할당은 국부적으로 최적의 비트수 할당이 되지 못한다.

또한, 궤환 루푸를 이용한 국부적 버퍼 콘트롤 방식은 처리될 입력 데이터의 전체적 특성을 반영하지 못하므로 효율적인 전송대역이나 비트수의 사용이 어렵고 급격한 콘트롤이 발생할 수 있어 파라미터의 변동이 심한 문제를 가지게 된다.

이에 따라 본 별명은 입력신호를 세부블록으로 세분하고 이를 랜덤 억세스(Random Access)를 통해 몇 개의 블록으로 묶어 블록들의 일정한 모임인 세그먼트 단위로 정보량을 측정하도록 창안한 것으로, 이를 상세히 설명하면 다음과 같다.

종래의 버퍼 제어방식은 입력 데이터를 순차적으로 처리하는 것으로, 입력되는 데이터량을 조사하여 채널이나 버퍼의 평균 전송율보다 많게되면 처리단에 콘트롤 신호를 궤환시켜 발생 테이터양을 줄이거나 그 반대로 발생 데이터량이 적을 경우 콘트롤 신호를 궤환시켜 처리단에서 발생 데이터량을 많이 발생시키도록 한다.

그러나, 본 발명에 의한 블록 스크램블링을 이용한 버퍼 제어에 있어서는, 입력 데이터를 잠시 메모리에 저장하고 이를 일정한 크기의 블록으로 세분하여 각 블록을 순차적으로 처리를 하지않고 송,수신단에서 갖고 있는 패던에 따라서 랜덤하게 처리를 한다.

이때 처리되는 블록을 몇 개 묶은 집합인 세그먼트 단위로 발생되는 데이터를 메모리에 저장되어 있는 정보의 평균값을 나타낸다고 가정 할 수 있으므로, 세그먼트당 발생 데이타량을 조사하여 발생 데이타량이 많으면 그 다음 세그먼트 역시 전송률보다 큰 데이타율을 갖는다고 할 수 있고, 이에따라 콘트롤 신호를 궤환시켜 쉽게 원하는 전송율이나 데이터량에 수렴시킬 수 있다.

제2도는 본 발명에 따른 영상 압축장치에서의 버퍼제어장치의 블록선도로서, 이에 도시한 바와같이 13.5MHz, 3.375MHz로 각기 아날로그/디지탈변환되어 입력되는 영상신호를 기록하는 프레임 메모리부와, 손쉬운 버퍼제어를 하기위해 상기 프레임메모리부에 기록된 영상신호(Y,U,V)를 8×8 디씨티(DCT)블록단위로 일정한 패턴에 따라 스크램블링하여 출력하는 스크램블링부와, 상기 스크램블링부에서 출격되는 8×8 랜덤 블록을 디씨티(DCT)하는 디씨티부와, 상기 디씨티(DCT)된 계수중 일정크리이하의 계수를 제거하는 드레스홀드(Threshold)부와, 상기 디씨티(DCT)계수를 에이치브이에스(Humum Visual System)에 따라 웨이팅(weighting)하는 에이치브이에스((HVS)웨이팅부와, 상기 에이치브이에스 웨이팅부로부터 출력되어 입력되는 디씨티계수를 Zig-Zog순서에 따라 양자화하는 양자화부와 상기 양자화된 디씨티(DCT)계수를 수행길이(run length)에 따라 부호화하는 가변길이 코딩(VLC)부와, 이 가변길이 코딩부에서 압축되어 출력되는 가변레이트(rate)의 비트스트림을 버퍼링하는 버퍼부 및 그 버퍼부의 오버플로우를 방지하기 위해 드레시홀드값과 양자화 계수값을 조절하는 버퍼제어부로 구성한다.

제3도는 본 발명에서의 블록 스크램블링에 의한 버퍼제어방법의 흐름도로서, 이를 참조하여 본 발명의 버퍼제어방법을 설명한다.

먼저, 프레임 메모리의 영상신호를 8×8 픽셀크기로 잘라 일정한 패턴에 따라 스크램블링된 순서에 의해 영상프레임 여러곳에서 8×8블록을 가져온다.

이와같이 블록 스크램블링된 블록은 영상 프레임의 여러곶에서 가져온 것이므로 영상의 통계적 특성을 가지고 있게되며, 이러한 블록을 디씨티(DCT)를 통해 디씨티계수화하고 버퍼제어를 위해 드레시홀드값 이하의 계수를 제거하고 양자화 스텝사이즈를 조절한다.

이때, 블록 스크램블링시 몇 개의 다른 블록을 묶어 이를 세그먼트라 부르며, 마지막 세그먼드 즉, 영상 프레임을 다 처리할때까지의 세그먼트 단위로 버퍼상태를 체크하여 드레시홀드값과 양자화 스텝을 조절한다. 그리고 각 세그먼트는 블록 스크램블링된 몇 개의 디씨티 블곡들의 집합이므로 세그먼트간의 데이터량이 비슷하게 된다. 따라서, 세그먼트간 버퍼사이즈를 같게 하므로 세그먼트간의 화질차이을 없애며, 더불어 버퍼의 오버플로우를 없애게되며, 마지막 세그먼트를 처리하여 버퍼의 오버플로우를 확인한 후 프로세싱을 마치게된다.

상기의 설명에서와 같이 입력 디지탈 신호를 받아 잠시 메모리에 저장한 후 입력신호를 일정한 크리의 블록으로 세분화하고 구별된 각 블록들은 송수신단에서 갖고 있는 랜덤한 패던에 따라 불규칙하게 선택되며 선택된 블록들은 처리단으로 들어가서 출력된다.

이 과정에서 처리되는 랜덤 순서의 블록들은 알맞은 개수를 모아 그 합을 구하면 이 양은 전체 입력 데이터의 평균 값과 유사한 값이 되므로 이 값을 갖고 버퍼상태를 쉽게 맞출 수 있다.

이와같이 스크램블링 후 몇 개의 연속되는 블록들의 모임인 세그먼트내에서 발생되는 데이터량의 합은 순차적처리로 발생되는 것에 비해 보다 균일하고 안정되므로 버퍼 콘트롤을 용이하며 효율적으로 조절할 수 있게 한다.

이상에서와 같이 본 발명은 고정장 길이를 갖는 코딩이 아닌 가변장 길이를 갖는 코딩에서 채널단 혹은 버퍼단등과의 매칭을 위하여 블록 스크램블링을 통하여 매 블록당 콘트롤 신호를 발생하여 버퍼 콘트롤을 이루지 않고 몇 개의 블록이 모인 세그먼트 단위로 버퍼 콘트롤을 완성시킨다.

Claims (3)

1. 입력 디지탈 신호로 입력받아 메모리에 저장한 후 입력신호를 일정한 크기의 블록으로 세분화하고 구별된 각 블록들을 송수신단에서 갖고 있는 랜덤한 패턴에 따라 불규칙하게 선택한 다음 처리되는 랜덤순서의 블록들에서 알맞은 개수를 모아 그 합을 구하여 전체 입력 데이터의 평균값과 유사한 값을 산출한 후 이 값에 따라 버퍼의 상태를 제어하는 것을 특징으로 하는 영상 압축장치에서의 버퍼 제어 방법.
2. 제1항에 있어서, 버퍼상태의 제어는 8×8픽셀 블록으로 분류된 입력 영상을 블록 스크램블링하고, 문턱 값 및 양자화 스텝 사이즈를 초기화하여 선택된 변환계수를 양자한 후 전체 프레임을 처리하는데 사용된 비트의 총 수에 대한 평균으로부터 N개의 연속하는 블록으로 구성된 세그먼트에서 사용된 비트수를 구하고, 버퍼의 상태를 체크하여 그에 따른 문턱 값 및 양자화 스텝 사이즈를 조절하여 마지막 세그먼트까지 상기의 과정을 반복하는 것을 특징으로 하는 영상 압축장치에서의 버퍼 제어 방법.
3. 입력 디지탈 신호를 블록단위로 직교변환하는 디씨티(DCT)부와, 상기 디씨티된 계수값을 양자화하는 양자화부와, 상기 양자화된 디씨티계수를 가변길이 코딩하는 가변길이 코딩부와, 상기 가변길이 코딩부를 거쳐 압축된 비트 스트림을 버퍼링하는 버퍼부를 포함하여 구성된 영상압측장치에 있어서, 상기 디씨티부 앞단에서 입력디지탈신호를 블록단위로 섞어주고 이를 상기 디씨티부로 출력하여 상기 영상압축과정을 수행케하는 스크램블링부와, 상기 블록들을 일정갯수로 묶어 일 제어단위로 하여 양자화 제어값을 조절함으로써 버퍼를 최적상태로 제어하는 버퍼제어부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 영상 압축장치에서의 버퍼 제어장치.