KR0174444B1 - 초저속 전송을 위한 움직임 보상장치 - Google Patents

초저속 전송을 위한 움직임 보상장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 동영상 부호화시, 움직임이 심한 경우에, 거대구획블럭과 서브구획블럭을 선택적으로 이용하여 움직임을 보상하는 초저속 전송을 위한 움직임 보상장치에 관한 것으로, 이를 해결하기 위하여 거대구획블럭을 근거로 현 프레임과 이전 프레임간의 움직임 변위 및 신호대 잡음비를 구하는 제1움직임 예측수단과 ; 서브구획블럭을 근거로 현 프레임과 이전 프레임간의 움직임 변위 및 신호대 잡음비를 구하는 제2움직임 예측수단과 ; 제1,2움직임 예측수단의 신호대 잡음비를 근거로 보상된 움직임 변위를 제공하는 후처리수단을 구비하고, 움직임 보상하는 단위가 너무 움직임이 심한 경우에는 서브구획블럭을 이용하여 움직임 보상을 실시함으로써 보다 나은 움직임 보상을 할 수 있다.

Description

초저속 전송을 위한 움직임 보상장치
제1도는 종래의 영상신호를 압축하는 부호와 장치도.
제2도 본 발명에 따른 초저속 전송을 위한 움직임 보상장치도.
제3도는 제2도의 움직임 예측부호화부를 상세히 설명하기 위한 블럭도.
제4도는 본 발명을 설명하기 위한 거대구획블럭 및 서브구획블럭을 도시한 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
100 : 제1움직임 예측수단 120 : 움직임 추정부
140 : 움직임 보상부 160,240 : PSNR 계산부
220 : 움직임예측 부호화부 300 : 후처리수단
320 : 비교기 340 : 스위칭부
본 발명은 초저속 전송을 위한 움직임 보상장치에 관한 것으로, 특히 동영상 부호화시, 움직임이 심한 경우에, 거대구획블럭과 서브구획블럭을 선택적으로 이용하여 움직임을 보상하는 초저속 전송을 위한 움직임 보상장치에 관한 것이다.
일반적으로 영상전화기, 고화질 텔레비젼(HDTV)등과 같이 영상신호를 디지탈신호로 전송하고자 하는 경우, 이에 수반되는 방대한 데이타량을 감소시키기 위하여 고율의 데이타 압축방법을 이용하여 전송되는 디지탈 데이타를 부호화해야만 한다.
이러한 압축 부호화에 있어서, 영상신호의 부호화 장치는 실질적으로 전송하고자 하는 데이타량을 줄이게 되는데, 특히, 전송할 때 영상신호가 갖는 공간적, 시간적인 상관성을 이용하여 부호화를 실시하게 된다.
즉, 부호화장치에서는 DCT(Discrete Cosine Transform)등의 변환부호화를 이용하여 영상신호의 공간적인 중복성을 제거하고, 또한 움직임 추정, 예측등을 통한 차분부호화를 이용하여 영상신호의 시간적인 중복성을 제거함으로써, 영상신호를 효율적으로 압축하게 된다.
이와 같이 방대한 데이터를 압축하기 위한 방법으로, 다양한 압축 기법이 있는데, 특히 확률적 부호화 기법과 시간적, 공간적 압축기법을 결합한 하이브리드 부호화 기법이 가장 효율적인 것으로 알려져 있다.
하이브리드 부호화 기법이라 함은 움직임 보상 DCPM(차분펄스 부호변조), 이차원 DCT(이산코사인 변환), DCT 계수의 양자화, 가변길이 부호화등을 이용한다.
움직임 보상 DPCM(차분펄스 부호변조)에서는 현재 프레임과 이전 프레임간의 물체의 움직임에 따라 차분신호를 만드는 방법으로, 현재 프레임과 이전 프레임간에 추정된 물체의 움직임에 따라 현재 프레임을 이전 프레임으로 예측하고, 이 예측된 움직임 변위를 이차원 움직임 변위, 즉 움직임 벡터로 나타낸다.
한편, 물체의 화소의 변위를 추정하는 방법으론 블록단위 방법과 화소단위 움직임 추정이 있는데, 화소단위 움직임 추정기법은 한 세트(프레임, set)내의 인접화소들을 대표할 수 있는 화소의 대표화소에 대한 움직임 벡터를 송신기로 전송된다. 즉, 이전 프레임에 포함된 모든 화소로부터 특징점을 선택하고, 이 선택된 특징점에 대한 움직임 벡터를 결정하는데 이때, 각 움직임 벡터는 이전 프레임의 하나의 특징점과 현재 프레임의 해당 정합점간의 변위가 되는 것이다.
이를 상술하면, 각각의 특징점에 대한 정합점을 현재 프레임의 탐색영역에서 탐색하는데 이때 탐색영역은 해당 탐색점의 위치를 포함하는 기설정된 영역으로 정의된다.
이와 반대로, 블럭단위 움직임 추정에서는 현재 프레임의 블록(16×16)을 이용하여 이전 프레임의 블록들과 비교하여 최적의 정합블럭을 결정함과 동시에 현재 프레임에 대해 블럭 전체에 대한 프레임간 변위벡터를 측정하였다.
제1도는 기존의 영상을 거대구획블럭을 이용하여 압축하는 부호화장치는 감산기(10), DCT(12), 양자화기(Q,14), 역양자화기(IQ,16), 역DCT(IDCT18), 프레임 메모리(20), 움직임 추정부(22), 움직임 보상부(24), 가산기(26) 및 엔트로피 부호화기(28)로 구성된다.
이와 같이 기존의 블럭단위 움직임 추정에 있어서, 현재 프레임의 거대구획블럭(16×16)을 이용하여 이전 프레임의 블록들과 비교하여 최적의 정합블럭을 결정함과 동시에 현재 프레임에 대해 블록 전체에 대한 프레임간 변위벡터를 측정하게 된다.
이렇게 측정된 프레임간의 변위와 현 프레임간의 차분값에 의거하여 DCT, 양자화 및 엔트로피 부호화기를 통해 부호화한 다음 송신기로 출력하게 되는 것이다.
그러나, 거대구획블럭(16×16)으로 움직임을 보상할 경우, 예를들어, 보상하는 블록단위(거대구획블럭)가 너무커서 움직임이 심한 경우에는 효과적인 움직임 보상이 안되므로, 부호화시, 전송된 영상 신호는 화질이 현저하게 떨어진다.
따라서, 본 발명은 상기의 단점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 본 발명의 목적은 영상신호의 프레임을 거대구획블럭과 소구획블럭으로 구획하고 이들 블록들을 선택적으로 이용하여 움직임을 보상하는 초저속 전송을 위한 움직임 보상장치에 관한 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 영상신호의 프레임을 부호화하여 복원된 영상신호의 프레임을 제공하는 수단을 포함하는 부호화 장치에 있어서 :
거대구획블럭을 근거로 현 프레임과 상기 부호화된 이전 프레임간의 움직임 변위및 신호대 잡음비를 구하는 제1움직임 예측수단과 ; 서브구획블럭을 근거로 현 프레임과 상기 부호화된 이전 프레임간의 움직임 변위 및 신호대 잡음비를 구하는 제2움직임 예측수단과 ; 상기 제1,2움직임 예측수단의 신호대 잡음비를 근거로 상기 보상된 움직임 변위를 제공하는 후처리수단을 포함함을 특징으로 한다.
이하, 예시된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 들어 상세히 설명하면 다음과 같다.
제2는 본 발명에 대한 초저속 전송을 위한 움직임 보상장치를 도시한 블럭구성도이다.
제2도를 참조하면, 본 발명의 초저속 전송을 위한 움직임 보상장치는 제1움직임 예측수단(100)과, 제2움직임 예측수단(200), 후처리수단(300)을 포함한다.
제1움직임 예측수단(100)은 거대구획블럭을 근거로 현 프레임과 부호화된 이전 프레임간의 움직임 변위 및 신호대 잡음비를 구하는 움직임 추정부(120)와 움직임 보상부(140) 및 PSNR 계산부(160)로 구성된다.
더욱 상세히 설명하면, 움직임 추정부(120)는 입력되는 현 프레임과 프레임 메모리(제1도의 참조번호 20)의 이전 프레임간에 거대구획블럭(16×16 픽셀단위)을 근거로 이전 프레임으로부터 현 프레임의 움직임을 추정하여 후술하는 움직임 보상부(140)로 제공한다.
움직임 보상부(140)는 움직임 추정부(120)에 의해 추정된 변위와 프레임 메모리(제1도의 참조번호 20)의 이전 프레임간에 보상된 움직임 변위를 후술하는 PSNR 계산부(160)과 후처리수단(300)의 스위칭부(340)로 제공한다.
PSNR 계산부(160)는 움직임 보상부(140)에 의해 보상된 움직임 변위와 현 프레임간의 신호대 잡음비(PSNR)의 결과값을 후술하는 후처리수단(300)의 비교기(330)의 일측입력단으로 제공한다.
제2움직임 예측수단(200)은 서브구획블럭을 근거로 현 프레임과 부호화된 이전 프레임간의 움직임 변위 및 신호대 잡음비를 구하는 움직임예측 부호화부(220)와 PSNR 계산부(240)로 구성된다.
움직임예측 부호화부(220)는 블록분리단(222), 서브구획 움직임 추정부(224), 서브구획 움직임 보상부(226), 블록통합부(228)로 구성된다.
블록분리단(222)은 입력되는 현 프레임의 거대구획블럭(탐색영역)을 제 1,2,3,4 서브구획블럭(탐색영역)으로 분리하여 후술하는 서브구획 움직임 추정단(224)으로 제공한다.
서브구획 움직임 추정단(224)은 블록분리단(222)에 의해 분리된 각각의 제 1,2,3,4 서브구획블럭과 이전 프레임을 근거로 움직임을 추정하여 후술하는 서브구획 움직임 보상단(226)으로 제공한다.
서브구획 움직임 보상부(226)는 서브구획 움직임 추정단(224)에 의해 추정된 각각의 제 1,2,3,4 서브구획블럭의 움직임 변위와 이전 프레임을 근거로 움직임을 보상하여 후술하는 블록통합단(228)로 제공한다.
서브구획 움직임 추정단(224)는 제4도에 도시된 바와 같이 거대구획블럭중 제 1,2,3,4 영역에 대한 움직임을 추정하는 제 1,2,3,4 움직임 추정기(224a-224d
)로 구성된다.
서브구획 움직임 보상단(226)은 제 1,2,3,4 움직임 추정기(224a-224d)에서 추정된 움직임 변위와 이전 프레임을 근거로 움직임을 보상하여 후술하는 블록통합부(228)로 제공하는 제 1,2,3,4 움직임 보상기(224a-224d)로 구성된다.
블록통합단(228)는 서브구획 움직임 보상부(226)에 의해 보상된 각각의 제 1,2,3,4 서브구획블럭을 원래의 거대구획블럭으로 통합함과 아울러 이 움직임 변위를 PSNR 계산부(240)과 후처리수단(300) 스위칭부(340)로 제공한다.
PSNR 계산부(240)는 움직임 예측 부호화부(220)에 의해 보상된 움직임 변위와 현 프레임간의 신호대 잡음비(PSNR)의 결과값을 후술하는 후처리수단(300)의 비교기(330)의 타측입력단으로 제공한다.
후처리수단(300)는 제1,2움직임 예측수단(100)(200)에 의해 얻어진 상기 움직임 오차값들을 비교하는 비교기(320)와, 비교기(320)의 비교 결과에 따라 상기 제1,2움직임 예측수단(100)(200)로 부터의 출력되는 움직임 변위값을 선택적으로 스위칭하여 출력하는 스위칭부(340)로 구성된다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 동작을 상세히 설명하면 다음과 같다.
우선, 라인(1)을 통해 입력되는 영상신호의 현 프레임과 프레임 메모리(제1도의 20)에 저장되어 있던 이전 프레임을 제1,2움직임 예측수단(100)(200)으로 각각 제공된다.
제1움직임 예측수단(100)의 움직임 추정부(120)에서는 라인(1)을 통해 입력되는 현 프레임에 대한 움직임을 프레임 메모리(20)의 이전 프레임으로부터 추정하여 움직임 보상부(140)로 제공하게 된다.
움직임 추정과정을 보면, 현 프레임내의 16×16 화소로 이루어진 거대구획블럭(탐색블럭)을 이전 프레임의 브럭들과 비교하여 최적의 정합블럭을 구하는 것이다.
이어서, 움직임 보상부(140)에서는 추정된 움직임 변위와 프레임 메모리(20)의 이전 프레임을 근거로 하여 움직임을 보상된 움직임 변위를 PSNR 계산부(160)과 후처리수단(300)의 스위칭부(340)의 일측단에 제공한다.
PSNR 계산부(160)에서는 움직임 보상부(140)에 의해 보상된 움직임 변위와 현 프레임간에 대한 노이즈(잡음)값, PSNR(signal to noise ratio)을 다음과 같이 계산한다.
MxN 은 프레임의 블록크기이고 ; x,y 는 각 화소의 좌표데이타이고 ; I(x,y)는 원영상의 프레임 좌표이며 ; P(x,y)는 구하고자 하는 좌표이며 ; 255는 화소의 레벨값으로 규정된다.
여기서, 계산된 신호대 잡음비 제1값은 나중에, 부호화율이 좋은 부호화방식을 선택하기 위하여 비교기(320)의 일측단자로 제공된다.
또한, 제2움직임 예측수단(200)의 움직임 예측부호화부(220)에서는 라인(1)을 통해 입력되는 현 프레임에 대한 움직임을 프레임 메모리(20)의 이전 프레임으로부터 추정하고, 이 추정된 움직임을 보상하여 PSNR 계산부(240)로 제공한다.
움직임 예측부호화부(220)를 제 3도를 참조하여 보다 상세히 설명하면, 라인(1)을 통해 입력되는 현 프레임(제1움직임 예측수단(100)에 제공된 동일한 프레임)은 블록분리단(222)로 제공된다.
블록분리단(222)에서는 현 프레임의 거대구획블럭(탐색영역)을 제5도에 도시된 바와 같이 제1,2,3,4 서브구획블럭(탐색영역)으로 분리함과 동시에 이 서브구획블럭을 해당되는 서브구획 움직임 추정단(224)의 움직임 추정기(224a-224d)로 제공한다.
움직임 추정기(224a-224d)에서는 각각의 분리된 제 1,2,3,4 서브구획블럭(탐색영역)과 프레임 메모리(제1도의 20)의 이전 프레임을 근거로 움직임을 추정하고, 이 추정된 움직임 변위를 서브구획 움직임 보상부(226)의 움직임 보상기(224a-224d)로 제공하게 된다.
움직임 보상기(226a-226d)에서는 각각의 분리되고 움직임이 추정된 제 1,2,3,4 서브구획럭(탐색영역)과 프레임 메모리(제1도의 20)의 이전 프레임을 근거로 상기 제1,2,3,4 서브구획블럭에 대한 움직임을 보상한 다음 블록통합단(228)로 제공된다.
블록통합단(228)에서는 서브구획 움직임 보상부(226)의 움직임 보상기(226a-226d)로부터 제공되는 각각의 제1,2,3,4 서브구획블럭을 원래의 거대구획블럭으로 통합함과 아울러 이 움직임 변위를 PSNR 계산부(240)과 스위칭부(340)로 제공하게 된다.
PSNR 계산부(240)에서는 블록통합단(228)에 의해 통합된 프레임과 현 프레임간에 대한 신호대 잡음비를 상술된 식에 의해 구하게 된다.
이렇게, 계산된 신호대 잡음비 제2값은 비교기(320)의 타측 단자로 제공된다.
따라서, 비교기(320)에서는 제1,2움직임 예측수단(100),(200)에 의해 계산된 제1,2값 즉, 움직임 보상 오차가 적고, 높은 신호대 잡음비(PSNR)를 갖도록 움직임 예측을 하는 처리수단을 선택하게 된다.
예를 들어, 움직임이 심하지 않은 경우에는, 비교기(320)는 스위칭부(340)의 스위치를 접점(a)로 전환되도록 하는 스위칭 신호를 제공하게 된다.
이때, 스위칭부(340)의 스위치는 접점(a)로 전환됨과 동시에 제1움직임 예측수단(100)에서 제공되는 움직임 변위가 제1도의 감산기(10)로 제공되는 것이다.
이와 반대로, 움직임이 심한 경우에는, 비교기(320)는 스위칭부(340)의 스위치를 접점(b)로 전환되도록 하는 스위칭 신호를 제공하게 된다.
스위칭부(340)의 스위치는 접점(b)로 전환됨과 동시에 제2움직임 예측수단(100)에서 제공되는 움직임 변위가 제1도의 감산기(10)로 제공되는 것이다.
따라서, 제1도에 도시된 감산기(10)에서는 현 프레임과 상기 후처리수단(300)의 스위칭부(340)를 통해 인가되는 움직임 변위를 감산한 차분 신호를 DCT 및 양자화 및 엔트로피 부호기를 통해 부호화한 후 송신기로 출력하게 되는 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은, 거대구획블럭을 이용하여 움직임 보상을 하는 경우, 보상하는 단위가 너무 커서 움직임이 심한 경우에는 서브구획블럭을 이용하여 움직임 보상을 함으로써, 보다 나은 움직임 보상을 할 수 있고, 이에 따라 더 많은 데이타를 압축할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 상기의 실시예에 한정하지 않고 본원의 기술적 요지를 벗어나지 않는 범위내에서 변형 실시할 수 있다.

Claims (7)

  1. 영상신호의 프레임을 부호화 하여 부호화된 신호를 제공하는 수단과 상기 부호화된 프레임을 부호화하여 영상신호의 프레임을 제공하는 수단을 포함하는 부호화 장치에 있어서 : 거대구획블럭을 근거로 현 프레임과 상기 이전 프레임간의 움직임 변위 및 신호대 잡음비를 구하는 제1움직임 예측수단과 ; 서브구획블럭을 근거로 현 프레임과 상기 이전 프레임간의 움직임 변위 및 신호대 잡음비를 구하는 제2움직임 예측수단과 ; 상기 제1,2움직임 예측수단의 신호대 잡음비를 근거로 상기 보상된 움직임 변위를 제공하는 후처리수단을 포함함을 특징으로 하는 초저속 전송을 위한 움직임 보상장치.
  2. 상기 제1움직임 예측수단(100)은, 상기 현 프레임의 거대구획블럭과 이전 프레임에 의거하여 움직임을 추정하는 움직임 추정부(120)과, 상기 추정된 변위와 이전 프레임을 기초로 하여 움직임 변위를 보상하는 움직임 보상부(140)과, 상기 보상된 움직임변위와 현 프레임간에 신호대 잡음비 값을 구하는 PSNR 계산부(160)로 구성됨을 특징으로 하는 초저속 전송을 위한 움직임 보상장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 거대구획블럭은 16×16 화소단위로 구현됨을 특징으로 하는 초저속 전송을 위한 움직임 보상장치.
  4. 상기 제2움직임 예측수단은, 상기 서브구획블럭을 근거로 현 프레임과 이전 프레임간의 보상된 움직임 변위를 구하는 움직임 예측 부호화부(220)와, 상기 움직임 예측 부호화부(220)에 의해 보상된 움직임 변위와 현 프레임간에 신호대 잡음비 값을 구하는 PSNR 계산부(240)로 구성됨을 특징으로 하는 초저속 전송을 위한 움직임 보상장치.
  5. 상기 움직임 예측 부호화부(220)는, 현 프레임의 거대구획블럭을 제1,2,3,4 서브구획블럭으로 분리하는 블록분리단(222), 상기 분리된 1,2,3,4 서브구획블럭과 이전 프레임을 근거로 각 서브구획블럭에 대한 움직임을 보상하는 서브구획 움직임 보상단(226) 및 상기 보상된 서브구획브럭을 통합하는 블록통합부(226)로 구성됨을 특징으로 하는 초저속 전송을 위한 움직임 보상장치.
  6. 제5항에 있어서 상기 서브구획블럭은 8×8 화소단위로 구현됨을 특징으로 하는 초저속 전송을 위한 움직임 보상장치.
  7. 상기 후처리수단(300)는, 상기 제1,2움직임 예측수단(100)(200)에 의해 얻어진 신호대 잡음 값을 비교하는 비교기(320)와, 상기 비교기(320)의 비교 결과에 따라 상기 제1,2움직임 예측수단(100)(200)로 부터의 출력되는 움직임 변위값을 선택적으로 스위칭하는 스위칭부(340)로 특징으로 하는 초저속 전송을 위한 움직임 보상장치.
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