KR0169654B1 - 동영상 부호화기 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 의한 동영상 부호화기에서는 1프레임 이전의 움직임보상영상중의 움직임벡터와 2프레임 이전의 움직임보상영상 중의 움직임벡터를 비교하고, 비교결과에 따라서 1프레임 이전의 움직임보상영상 또는 2 프레임 이전의 움직임보상영상을 이용하여 차영상을 생성함으로써 복원화질을 높일수 있는 이점이 있다.

Description

동영상 부호화기
제1도는 일반적인 동영상 부호화기의 구성을 나타낸 블록도.
제2도는 본 발명에 의한 동영상 부호화기의 구성을 나타낸 블록도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
30 : 감산기 32 : 이산여현변환부
34 : 양자화기 36 : 가변장부호화기
38 : 역양자화기 40 : 역이산여현변환부
42 : 가산기 44, 50 : 프레임 메모리
46 : 움직임 추정부 48 : 움직임 보상부
52 : 비교기
본 발명은 동영상 부호화기에 관한 것으로서, 특히 현재 프레임의 영상에 대한 움직임 벡터와 이전 프레임의 영상에 대한 움직임벡터를 비교하여 움직임벡터의 차이가 큰 경우 이전 프레임의 영상에 대한 움직임 보상영상을 전송하기 위한 동영상 부호화기에 관한 것이다.
정보는 가장 중요한 자원중의 하나이며 현대를 일컬어 정보화사회라 하는바, 받아들이고 처리해야 하는 정보의 양이 나날이 늘어나는 추세에서 기존의 전송대역을 효과적으로 이용하기 위해 데이터 압축은 필수 불가결이다.
특히, 디지털 영상신호는 정보의 표현에 많은 메모리를 필요로 하기 때문에 영상정보 압축은 정보의 저장과 검색, 전송등을 보다 효율적으로 하는 효과를 가진다.
이와같은 이유에서 영상데이터에 대한 압축기법들이 많이 개발되어 왔으며, 이러한 영상데이터 압축기법은 정보의 손실 여부에 따라 손실 부호화의 무손실 부호화기법으로 나눌수 있으며 정지영상에 존재하는 공간적 중복성을 인트라프레임(intraframe) 부호화와 동영상에 존재하는 시간적 중복성을 이용하는 인터프레임(interframe) 부호화로 나눌 수 있다.
또한, 정보의 손실이 적으며 국제적 표준안이 완성되고 있는 제1세대 부호화 기법과 인간의 시각구조 및 영상의 특성을 이용하는 제2세대 부호화기법으로 나눈다. 제1세대 부호화기법은 PCM(Pulse Code Modulation), 차분 PCM(Differential PCM), 델타변조(Delta Modulation)등의 공간부호화 및 Karhunen-Loeve, 퓨리에, 코사인, Harr, Hadamard, 사인 등의 변환부호화와, 위의 두가지를 결합한 하이브리드 부호화와, 동영상에 이용하는 움직임보상 부호화(Motion Compensated Coding)등이 있다. 제2세대 부호화기법은 피라미드 부호화, 비등방 비정재 예측부호화, 윤곽-텍스쳐에 기반을 둔 기법, 방향분해를 근간으로 하는 부호화기법 등이 있다.
동영상의 전송은 정지영상에 비하여 고려해야 할 사항이 많고 압축효과가 더 두드러지기 때문에 높은 압축율을 얻을 수 있는 기법의 개발은 많은 관심의 대상이다. 현재 개발중인 HDTV 방송 시스템이나 MPEG에서는 움직임보상 부호화를 이용한다. 움직임보상 부호화에는 화소순환 알고리즘과 블록정합 알고리즘이 있으며, 불록정합 알고리즘이 화소순환 알고리즘에 비해 정확도가 떨어지지만 실시간처리와 하드웨어 구현이 간단하다는 점에서 동영상시스템에 많이 쓰이고 있다. 여기서, 블록정합 알고리즘은 영상을 일정한 크기의 블록으로 분할한 후 각각의 블록에 대한 움직임벡터를 구하고 이 움직임벡터에 의해 얻어진 영상과 원영상과의 예측오차를 이산여현변환한 후, 이산여현변환 계수를 함께 전송하는 기법이다.
일반적으로, 널리 사용되는 동영상 부호화기는 움직임 처리를 통하여 시간적 중복성을 제거하고, 이산여현변환을 통하여 공간적인 중복성을 제거함으로써 데이터 압축의 효과를 갖는다.
제1도는 일반적인 동영상 부호화기의 구성을 나타낸 블록도로서, H.261, MPEG-1, MPEG-2등의 많은 표준화된 부호화기에서 사용되는 것이다.
제1도를 참조하면, 감산기(10)는 프레임 단위로 입력되는 현재 프레임의 원영상과 이전 프레임의 복원영상에 대한 움직임보상영상을 감산하여 프레임간 차영상을 생성한다.
이산여현변환부(DCT : 12)에서는 픽셀간의 상관성을 제거하기 위하여 프레임간 차영상을 예를들면 8×8 픽셀의 블록으로 이산여현변환하여 이산여현변환 계수를 출력한다.
양자화기(Q : 14)에서는 이산여현변환부(12)에서 출력되는 프레임간 차영상의 이산여현변환 계수를 소정의 양자화간격으로 양자화하여 출력한다.
가변장부호화기(VLC : 16)에서는 양자화기(14)에서 양자화된 프레임간 차영상을 가변장부호화하여 버퍼(미도시)를 통해 복호기(미도시)로 전송한다.
즉, 예컨대 8비트로 표현되는 신호들 중에서 빈도가 많은 데이터는 적은 비트로 표현하고, 빈도가 적은 데이터는 많은 비트로 표현함으로써 차영상을 표현하는 전체 비트수를 줄인다.
역양자화기(IQ : 18)는 양자화기(14)의 출력단에 연결되며, 양자화된 프레임간 차영상을 양자화기(14)에 입력되기 이전의 상태로 복원한다.
역이산여현변환부(IDCT : 20)는 역양자화기(18)의 출력단에 연결되며, 역양자화기(18)에서 역양자화된 프레임간 차영상을 이산여환변환부(12)에 입력되기 이전의 상태로 복원한다.
가산기(22)에서는 역이산여현변환부(20)에서 복원된 프레임간 차영상과 움직임보상영상을 가산하여 이전 프레임의 복원영상으로 프레임 메모리(24)에 저장한다.
움직임 추정부(ME : 26)에서는 통상 블록정합 알고리즘을 사용하며, 입력되는 현재 프레임의 영상과 프레임 메모리(24)에 저장된 이전 프레임의 복원영상간의 유사한 부분을 추정하여 그 위치이동의 결과를 움직임벡터로 출력한다.
움직임보상부(MC : 28)에서는 프레임 메모리(24)에 저장되어 있는 이전 프레임의 복원영상의 움직임 위치를 움직임벡터에 의하여 보상한 움직임보상영상을 감산기(10)와 가산기(22)로 각각 출력한다.
요약하면, 상술한 종래의 동영상 부호화기에서는 이전 프레임과 현재 프레임간의 움직임벡터를 이용하여 이전 프레임의 움직임을 보상한 움직임보상 영상을 현재 프레임의 영상으로부터 감산하여 차영상을 생성하고, 이를 부호화한다. 그러나, 특정 영상데이타처리 즉, 움직임벡터 생성절차가 복잡할 때에는 생성된 움직임벡터에 오차가 발생하게 되고, 이 오차로 인하여 복원 영상의 화질이 열화되는 경우가 있었다.
따라서 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 현재 프레임의 움직임보상영상에 사용된 움직임벡터와 이전 프레임의 움직임보상영상에 대한 움직임벡터를 비교하여 움직임벡터의 차이가 큰 경우 이전 프레임의 영상에 대한 움직임보상영상을 전송하기 위한 동영상 부호화기를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 동영상 부호화기는 프레임 단위로 입력되는 현재 프레임의 원영상과 1프레임 이전의 복원영상에 대한 움직임보상영상을 감산하여 차영상을 생성하기 위한 감산기와;
상기 감산기에서 출력되는 차영상을 공간영역에서 주파수영역으로 변환하기 위하여 이산여현변환하여 이산여현변환 계수를 출력하기 위한 이산여현변환부:
상기 이산여현변환부에서 출력되는 차영상의 이산여현변환 계수를 소정의 양자화간격으로 양자화하여 출력하기 위한 양자화부:
상기 양자화기에서 양자화된 차영상을 가변장부호화하여 출력하기 위한 가변장부호화기;
상기 양자화기에서 양자화된 차영상을 상기 양자화기에 입력되기 이전의 상태로 복원하기 위한 역양자화기:
상기 역양자화기에서 역양자화된 차영상을 상기 이산여현변환부에 입력되기 이전의 상태로 복원하기 위한 역이산여현변환부: 상기 역이산여현변환부에서 복원된 차영상과 1프레임 이전의 움직임보상 영상을 가산하여 1프레임 이전의 복원영상으로 출력하기 위한 가산기: 상기 가산기에서 출력되는 1프레임 이전의 복원영상을 프레임 단위로 저장하기 위한 제1프레임 메모리: 상기 현재 프레임의 원영상과 상기 제1프레임 메모리에 저장된 1프레임이전의 복원영상간의 유사한 부분을 추정하여 그 위치이동의 결과를 움직임 벡터로 출력하기 위한 움직임 추정부: 상기 제1프레임 메모리에 저장되어 있는 1프레임 이전의 복원영상의 움직임 위치를 상기 움직임 추정부에서 출력되는 움직임벡터에 의하여 보상한 1프레임 이전의 움직임보상영상을 상기 가산기로 출력하기 위한 움직임 보상부: 상기 움직임 보상부에서 출력되는 1프레임 이전의 움직임보상영상을 저장하기 위한 제2프레임 메모리: 상기 움직임 보상부에서 출력되는 1프레임 이전의 움직임 보상영상 중의 움직임벡터와 상기 제2프레임 메모리로부터 공급되는 2프레임 이전의 움직임보상영상 중의 움직임벡터를 비교하고, 비교결과에 따른 제어신호를 출력하기 위한 비교기: 및 상기 비교기에서 출력되는 제어신호에 따라서 상기 움직임 보상부에서 출력되는 1프레임 이전의 움직임보상영상 또는 상기 제2프레임 메모리에서 출력되는 2프레임 이전의 움직임보상영상을 선택적으로 상기 감산기로 출력하기 위한 절환부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
제2도는 본 발명에 의한 동영상 부호화기의 구성을 나타낸 블록도로서, 프레임 단위로 입력되는 현재 프레임의 원영상과 1프레임 이전의 복원영상에 대한 움직임보상영상을 감산하여 차영상을 생성하기 위한 감산기(30)와: 상기 감산기(30)에서 출력되는 차영상을 공간영역에서 주파수영역으로 변환하기 위하여 이산여현변환하여 이산여현변환 계수를 출력하기 위한 이산여현변환부(32): 상기 이산여현변환부(32)에서 출력되는 차영상의 이산여현변환 계수를 소정의 양자화간격으로 양자화하여 출력하기 위한 양자화기(34): 상기 양자화기(34)에서 양자화된 차영상을 가변장부호화하여 출력하기 위한 가변장부호화기(36): 상기 양자화기(34)에서 양자화된 차영상을 상기 양자화기에 입력되기 이전의 상태로 복원하기 위한 역양자화기(38): 상기 역양자화기(38)에서 역양자화된 차영상을 상기 이산여현변환부에 입력되기 이전의 상태로 복원하기 위한 역이산여현변환부(40): 상기 역이산여현변환부(40)에서 복원된 차영상과 움직임보상영상을 가산하여 1프레임 이전의 복원영상으로 출력하기 위한 가산기(42): 상기 가산기(42)에서 출력되는 1프레임 이전의 복원영상을 프레임 단위로 저장하기 위한 제1프레임 메모리(44): 상기 현재 프레임의 원영상과 상기 제1프레임 메모리(44)에 저장된 1프레임 이전의 복원영상간의 유사한 부분을 추정하여 그 위치이동의 결과를 움직임벡터로 출력하기 위한 움직임 추정부(46): 상기 제1프레임 메모리(44)에 저장되어 있는 1프레임 이전의 복원영상의 움직임 위치를 상기 움직임 추정부(46)에서 출력되는 움직임벡터에 의하여 보상한 1프레임 이전의 움직임보상영상을 상기 가산기(42)로 출력하기 위한 움직임 보상부(48): 상기 움직임 보상부(48)에서 출력되는 1프레임 이전의 움직임보상영상을 저장하기 위한 제2프레임 메모리(50): 상기 움직임 보상부(48)에서 출력되는 1프레임 이전의 움직임보상영상 중의 움직임벡터와 상기 제2프레임 메모리(50)로부터 공급되는 2프레임 이전의 움직임보상영상 중의 움직임벡터를 비교하고, 비교결과에 따른 제어신호를 출력하기 위한 비교기(52) 및 상기 비교기(52)에서 출력되는 제어신호에 따라서 상기 움직임 보상부(48)에서 출력되는 1프레임 이전의 움직임보상영상 또는 상기 제2프레임 메모리(50)에서 출력되는 2프레임 이전의 움직임보상영상을 선택적으로 상기 감산기(30)로 출력하기 위한 절환부(54)로 구성된다.
여기서, 제2프레임 메모리(50)는 움직임 보상부(48)에서 출력되는 1프레임 이전의 움직임보상영상을 입력으로 하며, 제2프레임 메모리(50)에서 출력되는 2프레임 이전의 움직임보상영상은 비교기(52)와 절환부(54)의 b 입력단자에 연결되고, 비교기(52)는 움직임 보상부(48)에서 출력되는 1프레임 이전의 움직임보상영상과 제2프레임 메모리(50)에서 출력되는 2프레임 이전의 움직임보상영상을 입력으로 하며, 비교기(52)의 출력은 절환부(54)의 제어단자에 공급되고, 절환부(54)의 a입력단자에는 움직임 보상부(48)에서 출력되는 1프레임 이전의 움직임보상영상이 인가되고, b입력단자에는 제2프레임 메모리(50)에서 출력되는 2프레임 이전의 움직임보상영상이 인가한다.
제2도의 구성에 따른 본 발명의 동작을 살펴보면 다음과 같다.
여기서, 감산기(30), 이산여현변환기(32), 양자화기(34), 가변장부호화기(36), 역양자화기(38), 역이산여현변환기(40), 가산기(42), 제1프레임 메모리(44), 움직임 추정부(46)와 움직임 보상부(48)는 제1도에서와 같이 동일하므로 동작설명은 생략하고, 제2프레임 메모리(50), 비교기(52)와 절환부(54)의 동작을 중점적으로 설명하기로 한다.
제2프레임 메모리(50)는 움직임 보상부(48)에서 출력되는 1프레임 이전의 움직임보상영상을 저장하여 1프레임 지연시킨 다음, 2프레임 이전의 움직임 보상영상을 공급하기 위한 것이다. 여기서, 1프레임 이전의 움직임 보상영상은 움직임벡터를 포함한다.
비교기(52)에서는 움직임 보상부(48)에서 출력되는 1프레임 이전의 움직임보상영상 중의 움직임벡터와 제2프레임 메모리(50)로부터 공급되는 2프레임 이전의 움직임보상영상 중의 움직임벡터를 비교하여, 그 비교결과에 따라 절환부(54)를 절환하기 위한 제어신호로서 출력한다. 즉, 1프레임 이전의 움직임보상영상 중의 움직임벡터와 2프레임 이전의 움직임보상영상 중의 움직임벡터간의 좌표 차이가 소정의 문턱값보다 큰 경우에는 b절환신호를 출력하고, 1프레임 이전의 움직임보상영상 중의 움직임벡터와 2프레임 이전의 움직임보상영상중의 움직임벡터간의 차이가 소정의 문턱값보다 작은 경우에는 a절환신호를 출력한다. 여기서, 인접하는 프레임간에는 그 움직임 차이가 작으므로 이전 프레임과 현재 프레임간의 제1움직임 벡터와 현재 프레임과 다음 프레임간의 제2움직임 벡터에 대하여 발생할 수 있는 최대 차이값을 실험적으로 구하여 상기 문턱값으로 설정한다. 따라서, 두 개의 움직임 벡터간의 차이가 상기 문턱값보다 큰 경우에는 제2움직임 벡터에 에러가 발생한 것으로 볼 수 있다.
절환부(54)에서는 비교기(52)에서 출력되는 제어신호에 따라서 a입력단자에 인가되는 1프레임 이전의 움직임보상영상 또는 b입력단자에 인가되는 2프레임 이전의 움직임보상영상을 선택적으로 감산기(30)로 출력한다.
즉, 비교기(52)에서 출력되는 제어신호가 a절환신호인 경우에는 움직임 보상부(48)의 1프레임 이전의 움직임 보상영상을 절환하여 감산기(30)로 출력하고, b절환신호인 경우에는 제2프레임 메모리(50)의 2프레임 이전의 움직임 보상영상을 절환하여 감산기(30)로 출력한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의한 동영상 부호화기에서는 이전 프레임과 현재 프레임간의 제1움직임 벡터와 현재 프레임과 다음 프레임간의 제2움직임 벡터 사이의 차이가 최대 차이값인 문턱값보다 큰 경우 제2움직임 벡터에 에러가 발생한 것이므로, 이 경우 제2 움직임 벡터에 의한 움직임보상영상 대신 제1움직임벡터에 의한 움직임보상영상을 이용하여 차영상을 생성하도록 함으로써, 복원화질을 높일수 있는 이점이 있다.

Claims (2)

  1. 프레임 단위로 입력되는 현재 프레임의 원영상과 1프레임 이전의 복원영상에 대한 움직임 보상영상을 감산하여 차영상을 생성하기 위한 감산기(30): 상기 감산기(30)에서 출력되는 차영상을 공간영역에서 주파수영역으로 변환하기 위하여 이산여현변환하여 이산여현변환 계수를 출력하기 위한 이산여현변환부(32): 상기 이산여현변환부(32)에서 출력되는 차영상의 이산여현변환 계수를 소정의 양자화간격으로 양자화하여 출력하기 위한 양자화기(34): 상기 양자화기(34)에서 양자화된 차영상을 가변장부호화하여 출력하기 위한 가변장부호화기(36): 상기 양자화기(34)에서 양자화된 차영상을 상기 양자화기에 입력되기 이전의 상태로 복원하기 위한 역양자화기(38): 상기 역양자화기(38)에서 역양자화된 차영상을 상기 이산여현변환부에 입력되기 이전의 상태로 복원하기 위한 역이산여현변환부(40): 상기 역이산여현변환부(40)에서 복원된 차영상과 1프레임 이전의 움직임보상영상을 가산하여 1프레임 이전의 복원영상으로 출력하기 위한 가산기(42): 상기 가산기(42)에서 출력되는 1프레임 이전의 복원영상을 프레임 단위로 저장하기 위한 제1프레임 메모리(44): 상기 현재 프레임의 원영상과 상기 제1프레임 메모리(44)에 저장된 1프레임 이전의 복원영상간의 유사한 부분을 추정하여 그 위치이동의 결과를 움직임벡터로 출력하기 위한 움직임 추정부(46): 상기 제1프레임 메모리(44)에 저장되어 있는 1프레임 이전의 복원영상의 움직임 위치를 상기 움직임 추정부(46)에서 출력되는 움직임벡터에 의하여 보상한 1프레임 이전의 움직임보상영상을 상기 가산기로 출력하기 위한 움직임 보상부(48): 상기 움직임 보상부(48)에서 출력되는 1프레임 이전의 움직임보상영상을 저장하기 위한 제2프레임 메모리(50): 상기 1프레임 이전의 움직임보상영상 중의 움직임벡터와 상기 2프레임 이전의 움직임보상영상 중의 움직임벡터를 비교하고, 비교결과에 따른 제어신호를 출력하기 위한 비교기(52): 및 상기 비교기(52)에서 출력되는 제어신호에 따라서 상기 1프레임 이전의 움직임보상영상 또는 상기 2프레임 이전의 움직임보상영상을 선택적으로 상기 감산기(30)로 출력하기 위한 절환부(54)를 포함하는 것을 특징으로 하는 동영상 부호화기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 절환부(54)는 상기 비교기(52)에서 상기 움직임 보상부(48)에서 출력되는 1프레임 이전의 움직임보상영상 중의 움직임벡터와 상기 제2프레임 메모리(50)에서 출력되는 2프레임 이전의 움직임보상영상중의 움직임벡터의 차가 소정의 문턱값보다 크다고 판단되었을 경우에는 상기 2프레임 이전의 움직임보상영상을 선택하고, 그렇지 않은 경우에는 상기 1프레임 지연된 움직임보상영상을 선택하는 것을 특징으로 하는 동영상 부호화기.
KR1019940034881A 1994-12-19 1994-12-19 동영상 부호화기 KR0169654B1 (ko)

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