KR100296660B1 - 디코딩비디오신호용에러은페장치 - Google Patents

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락스 죠셉 제이.
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Abstract

이미지 재생산은 사후 처리 적응 에러 은폐 장치를 포함하는 것에 의해 MPEG와 같은 텔레비전 수상기에서 향상된다. 압축 비디오 신호는 에러를 포함하는 비디오 신호 블록을 결정하기 위해 검사(16)되고, 에러 토큰은 압축 해제된 픽셀값의 대응 블록을 식별하기 위해 생성된다. 에러를 포함하는 픽셀값의 압축 해제 블록에 인접한 픽셀값은 그러한 블록 영역 내에서 상대적 이미지 모션 및 이미지 디테일의 추정치를 생성시키기 위해서 검사된다(22, 26) 픽셀값 블록은 이미지 모선의 추정치가 이미지 디테일 추정치 보다 작거나 큰것에 따라서 픽셀값의 일시적으로 치환된 공동 위치 지정된 블록 또는 보간화 데이타로 교체된다.

Description

디코딩 비디오 신호용 에러 은폐 장치
제1도는 MPEG와 같은 신호 코딩 계층의 도식도.
제2도는 압축 비디오 데이터 수송 패킷의 포맷(format) 및 내용 도식도.
제3도는 본 발명을 구체화하는 수신 장치의 블록도.
제4a도 및 제4b도는 본 발명을 기술하는데 유용한 이미지 데이터 매크로블록
및 이미지 데이터 블록의 개략도.
제5도는 본 발명을 구체화하는 비디오 신호 압축 해제(decompression) 및 사후 압축 해제(post-decompression) 에러 은폐 장치(error concealment apparatus)의 블록도.
* 도면의 주요부분에 대한 간단한 설명
10 : 동조기/복조기 12 : FEC 디코더
14 : 비율 버퍼 16 : FCS 디코더
18 : 압축된 에러 은폐소자 20 : 압축 해제기
22 : 메모리 24 : 디스플레이 RAM
26 : 압축 해제된 에러 은폐 처리기 300 : 버퍼 메모리
302 : 압축 해제 제어기 303 : 가변길이 디코더(VLD)
304 : 모선 압축 예측기 310 : 역 이산 코사인 변환(IDCT)
312 : 가산기 316 : 버퍼 메모리(BM1)
318 : 비디오 디스플레이 RAM 342 : VAR 및 VAROR 저장 소자
340 : VAR 및 VAROR 계산기 344 : 에러 은폐 결정 및 제어 소자
346 : 보간자 348 : 모션 벡터 및 에러 메모리 맵
360 : 버퍼
본 발명은 압축형태로 전송되는 디코딩 텔레비전 신호내의 이미지 에러를 은폐하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
현재 고선명 텔레비전(high definition television:HDTV), 전화 응용장치, 대화식 비디오 응용 장치 등을 위한 비디오 신호 전송 장치를 개발하는데 많이 노력하고 있다. 한가지 매우 흥미있는 접근 방법은 모션 보상 예측 인코딩(motion compensated predictive encoding)으로 알려져 있다. 국제 표준화 기구(The International Organization for Standardization)는 현재 인코딩의 이런 유형의 변화에 기초하여, 디지털 저장 매체를 위한 영상의 코딩 표시를 지정하는 표준을 현재 개발하고 있다. 이 표준은 1.5 Mbites/sec의 연속 데이터 전송 속도를 제공하고 문서[ISO-IEC JTC1/SC2/WG11 : 동영상 및 관련된 오디오의 코딩 : MPEG 90/176 Rev.2, December 18.1990]에 개시되어 있다. 이 포맷은 MPEG로서 알려져 있다. 이 포맷에 따른 프레임 시퀀스(sequences of frames)는 그룹으로 분할되고, 각 그룹내의 각 프레임은 복수의 코딩 모드 중 한 개의 모드에 따라 인코딩된다. 전형적으로 상기 코딩 모드는 프레임내 코딩(intraframe coding)(I 프레임) 및 2가지 유형의 프레임간 예측 코딩(interframe predictive coding)(P 및 B 프레임)을 포함한다.
미합중국의 선진 텔레비전 연구협회(ATRC:The Advanced Television Research Consortium)는 고 선명 텔레비전(HDTV)신호를 디지털 형태로 전송하기 위해, MPEG 포맷을 토대로 HDTV 시스템을 개발했다. 이 HDTV 시스템은 미국 특허 제5,122,875호에서 개시되어 있다. ATRC에 의해 개발된 HDTV 시스템에서, MPEG와 같은 포맷에 따라 압축된 비디오 신호는 전송을 위한 서비스형 특정 수송 패킷내에 배열된다. 이 패킷들은 제1레벨의 에러 인코딩, 즉 FCS, 예컨대 순환 중복 검사(cyclic redundancy check)를 받고, 그 FCS 에러 검사 코드는 수송 패킷에 부가된다. 그 후, 그 부가된 에러 감사 코드를 갖는 수송 패킷들은 리이드-솔로몬(Reed-Solomon)코딩과 같은 순방향 에러 코딩(FEC)을 하여, FEC 에러 검출/정정 코드는 상기 데이터에 부가된다.
수신기에서는 전송 정보를 검출하여 FEC 디코더에 제공함으로서 상기 전송 데이터에 한정된 에러 보정 기능을 수행한다. 상기 FEC는 전송 중 발생하는 에러의 대부분을 정정하지만, 그 에러 검사 부담량은 밴드폭 한도로 제한되기 때문에 일부 에러는 검출/정정없이 FEC 디코더를 통과할 것이다. 그 FEC 디코딩 신호는 FCS 디코더에 결합된다. FCS 디코더는 데이터를 검출 할 수 있지만 데이터 정정은 할 수 없다. 수송 패킷내에서 에러가 검출되면, 그 전체 수송 패킷은 폐기된다.
그 후에 그 폐기된 수송 패킷은 합성 압축 데이터(synthesized compressed data)로 대체될 것이다. 사전 압축 해제(pre-decompression) 에러 은폐 실행 장치의 일예는 1991년 11월 7일 출원되고 발명의 명칭이 "디지털 비디오 처리 시스템내의 에러 은폐 장치"인 미국 출원번호 제07/789,245에 개시되어 있다. 이 시스템에서 FCS 디코더는 데이터가 페기되었을 때를 지시하는 에러 토큰을 발생한다. 에러 토큰에 응답하여, 상기 시스템은 미리 정해진 압축 데이터의 순서를 폐기 데이터의 순서로 대체한다. 그 후 상기 데이터는 디스플레이 또는 저장용으로 압축 해제된 다. 손실되는 데이터의 종류에 따라서, 합성 압축 데이터에 의해 대체하는 것은 만
족한 이미지를 발생시키지 않을지도 모른다.
본 발명은 합성 데이터에 의해 표시되는 이미지 영역상에 신호 대체를 더욱
수행하기 위한 사후 압축 해제 에러 은폐에 제공된다. 합성 데이터에 의해 표시되는 이미지 영역은 상기 압축 해제 비디오 데이터와 함께 반송되는 에러 토큰에 의해 식별된다. 한 이미지 영역이 폐기된 데이터로 식별될 때, 인접한 압축 해제 이미지 영역은 모션(motion) 및 세부 항목(detail)이 검사된다. 인접한 이미지 영역내 모션 또는 세부 항목의 상대적 양에 따라서, 현재의 이미지 영역은 공간적으로합성된 데이터 또는 일시적으로 함께 위치한 데이터(temporally co-1ocated data)로 각각 대체된다.
본 발명을 기술하기 전에, MPEG와 같은 압축 신호 포맷은 제1 및 제2도를 참조로 기술될 것이다. 상기 MPEG 프로토콜은 연속적으로 발생하는 프레임을 프레임시퀀스 또는 그룹(GOF)으로 분할한다. 각 GOF'S의 프레임은 3개의 프로세스 프레임내 코딩(I 프레임), 순방향 프레임간 코딩(P 프레임) 및 순방향/역방향 프레임간 코딩(B 프레임)에 따라서 압축된다. 코딩 데이터의 각 프레임은 예컨대 16 이미지라인을 표시하는 슬라이스로 분할된다. 각 슬라이스는 매크로 블록으로 분할되고 그 각각은 예컨대 16×16의 화소 행렬을 표시한다. 각 매크로 블록은 휘도 신호(luminance signal)에 관한 4개의 정보 블록과 색신호(chrominance signal)에 관한 2개의 정보 블록을 포함하는 6개의 블록으로 분할된다. 상기 휘도 및 색정보는 개별적으로 코딩된 후 전송을 위해 결합된다. 상기 휘도 블록은 각 8×8 화소 행렬에 관한 데이터를 포함한다. 각 색블록은 매크로 블록에 의해 표시되는 전체 16×16 화소 행렬에 관한 8×8 데이터 행렬을 포함한다.
프레임내 코딩에 따라 인코딩되는 데이터 블록은 이산 코사인 계수(Discrete Consine Coefficients)의 행렬로 구성된다. 즉, 각 8×8 화소 블록은 이산 코사인 변환(Discrete Consine Transform : DCT)에 의해 코딩 신호를 제공한다. 상기 계수는 적응 양자화(adaptive quantization)에 제공되고, 실행 길이(run-length) 및 인코딩 가변 길이(variab1e-length)이다. 나아가서, 전송 데이터의 각 블록은 8×8부호어(codeword) 행렬보다 적게 포함할 수 있다. 프레임내 인코딩 데이터의 매크로 블록은 DCT 계수에 부가하여 제공되는 양자화 레벨, 매크로 블록 주소 또는 위치 지시기 및 매크로 블록 타임과 같은 정보를 포함할 것이다.
P 또는 B 프레임간 코딩에 따라 인코딩 데이터 블록은 이산 코사인 계수 행렬로 구성된다. 그러나, 이 경우에 상기 계수는 예측 8×8 화소 행렬과 실제 8×8화소 행렬 사이의 차 또는 나머지를 표시한다. 또한 이러한 계수는 양자화와 실행길이 및 가변 길이 코딩에 제공된다. 프레임 시퀸스 중에서 I 및 P 프레임은 앵커프레임(anchor frame)으로 지정된다. 각 P 프레임은 가장 최근에 발생한 앵커 프레임으로부터 예측된다. 각 B 프레임은 B 프레임이 배치되는 앵커 프레임중 하나 또는 모두로부터 예측된다. 상기 예측 코딩 프로세스는 어떤 앵커 프레임의 매크로블록이 현재 코딩되는 예측 프레임의 매크로 블록과 가장 밀접하게 부합되는지 여부를 지시하는 변위 벡터(displacement vector)를 생성시키는 것을 포함한다. 상기 앵커 프레임내에서 정합되는 블록의 화소 데이터는 한 화소씩 인코딩되는 프레임 블록으로부터 삐어 나머지를 발생시킨다. 그 나머지는 이산 코사인 변환에 제공되고, 그 변환된 나머지 및 모션 벡터는 예측 프레임용 코딩 데이터를 포함한다. 프레임내 코딩 프레임에 관해서, 상기 매크로 블록은 양자화, 주소 및 타입정보를 포함한다. 비록 한 프레임이 예측 인코딩되더라도, 만약 합당한 블록 정합이 발견되지 않으면, 예측 프레임내의 특정 블록 또는 매크로블록은 프레임내 코딩될 것이다. 그 이외에 매크로 블록 중 임의의 블록들은 인코딩되지 않을 수도 있다. 매크로블록은 그 다음 부호화 매크로블록의 주소를 증가시킴으로써 스킵(skip)된다.
비디오 데이터를 부호화 한 후에, MPEG와 같은 프로토콜에 따라서 배열된다. 그 MPEG 계층적 포맷은 각각의 헤더(header)정보를 갖는 복수의 층을 포함한다. 명목상 각 헤더는 시작 코드, 각 층에 관한 데이더 및 헤더 확장부를 부가하기 위한 설비(provision)를 포함한다. 많은 헤더 정보(인용된 MPEG 문서에서 지시된)는 MPEG 시스템 환경내에서 동기 목적으로 필요하다. 압축 비디오 신호를 디지털 HDTV 동시 방송 시스템에 제공하기 위해서, 단지 상술한 헤더 정보만 필요하다. 즉, 시작 코드 및 선택적 확장부는 배제될 수 있다.
본 시스템에 의해 발생되는 MPEG와 같은 신호에 대해 언급하면, a) 비디오 신호의 연속필드/프레임은 I, P, B 코딩 시퀀스에 따라 인코딩되고, b) 픽처 레벨(picture level)의 부호화 데이터는 필드/프레임당 슬라이스 수가 다르고 슬라이스당 매크로블록 수가 다를지라도 MPEG와 같은 슬라이스 또는 그룹으로 인코딩된다. 전송 시스템의 수신단에서 메모리를 보존하기 위하여, 제1도에서 도시된 프레임 그룹은 재배열되어, B 프레임이 예측되는 앵커 프레임은 각 B 프레임에 앞서 전송된다. 예컨대, GOF내의 첫 번째 4 프레임(I, B, B, P)은 시퀀스 순서(I, P, B, B)로 전송된다. 상기 압축 신호는 미국 특허 제5, 122, 875 호에서 지시되는 대로 그 이상의 조작을 거칠 것이다. 궁극적으로 상기 압축신호는 제2도에서 도시된 바와 같이 수송 패킷내에 배열된다.
각 수송 포컷은 1개 데이터 슬라이스 이상 또는 그 이하를 포함할 것이다. 그러므로, 한 특정 이송 포켓은 한 슬라이스 단부에서 제공된 데이터 및 그 다음후속 슬라이스 시작부에서 제공된 데이터를 포함할 것이다. 비디오 데이터를 포함하는 이송 포켓은 오디오와 같은 다른 데이터를 포함하는 수송 포켓으로 인터리브(interleave)될 것이다. 각 이송 포켓은 각 수송 포켓내에 포함되는 정보의 유형을 지시하는 서어비스형 헤더(ST)를 포함한다. 이러한 예에서 ST 헤더는 상기 데이터가 오디오, 비디오 또는 보조 데이터 중 어느 데이터인지를 지시하는 8 비트 워드이다.
각 이송 포켓은 ST 헤더 바로 뒤에 오는 수송 헤더(TH)를 포함한다. 그 수송헤더는 7 비트 매크로블록 포인터, 18 비트 식별자 및 7 비트 레코드 헤더(ST) 포인터를 포함한다. 상기 매크로블록 포인터는 분할(segment)된 매크로블록 또는 레코드 헤더 구성요소 및 그 다음 디코드 가능 구성요소의 시작부에의 포인트용으로사용된다. 예컨대, 만약 특정 이송 포켓이 슬라이스(n)의 단부 및 슬라이스(n + 1)의 시작부와 관련된 매크로블록 데이터를 포함하면, 슬라이스(n)에서 제공된 데이터는 수송 헤더에 인접하게 위치되고, 상기 포인터는 그 다음 디코딩 가능 데이터가 수송 헤더에 인접해 있다는 것을 지시한다.
상기 18 비트 식별자는 현재 프레임유형, 프레임 수[모듈로(modulo)32], 현재 슬라이스 수, 및 수송 포켓내에 보유되는 첫 번째 매크로블록을 식별한다.
수송 헤더 뒤에 오는 것은 레코드 헤더(RH) 또는 데이터 중 한 개이다. 비디오 데이터용 레코드 헤더는 헤더 확장부(EXTEND)의 존재 유무를 지시하는 1비트 FLAG와 같은 정보를 포함한다. FLAG 뒤에 오는 것은 식별자(IDENTITY)이고, 그 식별자는 a) 필드/프레임형(I, B 또는 P), b) 필드/프레임수(모듈로 32)(FRAME ID), 및 c) 슬라이스 수(modulo 64)(SLICE IDENTITY)를 지시한다. 수송패캣 헤더 데이터가 각 패킷내의 데이터 식별에 관한 용장 정보(redundant information)를 포함하는 것에 주목해야 한다. 즉, 식별 표시는 수송헤더와 압축 비디오 데이터 헤더에 포함된다.
각 수송 포켓은 수송 포켓내 모든 비트에 걸쳐 계산되는 16 비트 프레임 검사 시퀀스(FCS)로 종단된다. 상기 FCS는 순회 용장 부호(cyclic redundancy code)를 사용하여 생성될 것이다.
제2도에 도시되는 수송 포켓은 그 후에 순방향 에러 인코더에 적용되고, 그 순방향 에러 인코더는 a) 예컨대 REED-SOLOMON 순방향 에러 정정 인코딩을 수행하고, b) 큰 에러 버스트(error bursts)가 재생 이미지의 큰 인접 영역을 손상시키는 것을 방지하기 위해 데이터 블록을 인터리브 하며, c) 상기 수신기에서 데이터열(data stream)을 동기시키기 위해 바아커 코드(Barker Codes)를 데이터에 부가한다. 그후 상기 압축 데이터는 모뎀과 같은 전송 소자에 제공된다.
상기 신호를 처리하기 위한 수신기의 일반 형태를 도시하는 제3도를 참조하십시오. 예컨대, 안테나(도시않됨)로부터 전송되는 신호는 동조기/복조기(tuner/demodulator)(10)에 제공되어 FEC 인코더에 의한 출력 형태로 기저대역 신호(baseband signal)를 제공한다. 이 기저대역 신호는 FEC 디코더(12)에 제공되어 그 에러 정정 능력에 따라서 전송신호를 검사하고 전송채널 내에 발생하는 에러를 정정한다. 상기 FEC(12)로부터 에러 정정된 데이터는 FEC(12)로부터 비교적 일정한 비율로 데이터를 수용하고 필요할 때 후속 처리 소자에 데이터를 출력하는 비율 버퍼(14)에 제공한다. 상기 버퍼로부터의 데이터는 FCS 디코더(16)에 결합되어, 수송패킷에 부가되는 FCS 검사 비트에 따라서 미정정 에러에 대해 에러 정정된 데이터를 검사한다.
상기 FCS 디코더(16)는 각 이송 패킷이 데이터 에러를 포함하는지 여부를 지시하는 에러 신호(ED)와 함께 소자에 이송 패킷(D)을 통과시킨다. 에러 데이터에 응답하는 소자(18)는 데이터 에러를 포함하는 이송 패킷을 폐기시킨다. 에러가 없는 수송 패킷은 비디오 데이터와 수송 헤더 데이터로 분리된다. 상기 수송 헤더 데이터 및 에러 데이터(ED)는 어떤 데이터가 손실될지를 결정한 후 합성 압축 비디오데이터를 그 손실 데이터로 대체하여 발생시키는데 이용된다. 합성 압축 비디오 데이터를 발생시키는 장치의 일예는 1991년 11월 7일에 출원되고 발명의 명칭이 "디지털 비디오 처리 시스템내의 에러 은폐용 장치"인 미국 특허 출원 제07/789,245호에 개시되어 있다. 소자(18)는 그 결합된 무에러 비디오 데이터 및 합성 데이터를 압축 해제기(decompressor)(20)로 전달한다. 또한, 소자(18)는 에러 토큰을 압축 해제기(20)에 전달하여 그 토큰에 몇가지 기능을 제공할 것이다. 예컨대, 특정 수송 패킷내에서 상실된 데이터 유형 대하여, 압축 해제기에 적용하기 위한 합성 압축 비디오 데이터를 발생하기 보다 오히려 압축 해제기(20)에 의해 상기 데이터의 일부분을 디코딩하는 것이 간단히 스킵되면, 더 좋은 이미지가 재생될 것이다. 이 경우에 에러 토큰은 압축 해제기의 동작 시퀀스에 영향을 주도록 설정된다. 대안으로, 특정 블록용 합성 압축 데이터가 수용가능 이미지를 발생시키지 않고, 그래서 압축 해제기의 디코딩 시퀀스를 변경하는 것이 합성 압축 데이터를 이용하는 것 이상으로 향상되지 않는 프라이어리(priori)로 알려진 일이 발생될 것이다. 이 경우, 특정 에러 토큰은 디코딩 또는 압축 해제된 비디오 신호상에 동작하는 그 이상의 에러 은폐 처리기(26)에 전달된다.
상기 압축 해제기(20)는 압축 해제 프로세스에서 메모리(22)의 프레임을 이용한다. 이 메모리는 모션 보상 예측 디코딩 프로세스에서 사용하기 위한 디코딩 비디오 신호의 프레임을 저장하기 위해 배열된다. 디코딩 이미지 정보는 디스플레이용 라스터 포맷(raster format)으로 액세스될 디스플레이 메모리로 차후에 전달된다.
상기 에러 은폐 소자(26)는 메모리(22)내의 압축 해제된 데이터와 상호작용하여, 에러 토큰에 의해 식별되는 이미지 데이터를 대체한다. 데이터의 대체는 고려중인 이미지 영역이 중요한 모션(significant motion) 또는 중요한 사항(significant detail)을 포함하는지 여부에 따라서 적용한다. 후자의 경우, 일시적으로 변위된 공동 위치 데이터는 디코딩 데이터로 대체되고, 전자의 경우, 공간적으로 보간되는 데이터가 대체된다.
휘도 데이터 및 색 데이터는 독립적이지만 비슷한 프로세스에 의해 압축 해제된 다음 디스플레이를 위해 재결합된다. 에러 은폐에 관한 다음의 토론은 휘도데이터 내의 에러 은폐에 관한 것이다. 색 데이터 내의 에러는 유사한 방식으로 은폐된다.
에러 은폐가 일시적 대체 또는 공간적 보간에 의해 실행되는지 여부의 결정은 제4a도에 관하여 설명된다. 제4a도는 디코딩 이미지의 일부분에 해당하는 데이터 블록을 도시한다. 큰 정사각형은 휘도 데이터의 매크로블록을 표시하고, 각 매크로블록 범위내에서 ij로 표시되는 작은 정사각형은 예를 들어 8×8 디코딩 화소값의 행렬을 표시한다. 매크로 블록(MB)이 에러 은폐를 한다고 에러 토큰이 지시한다고 가정하라. 제1 실시예에서, 이전의 디코딩 프레임내에 매크로 블록(MA) 및 공동 위치 매크로블록은 그것과 관계있는 모션 및 세부사항의 상대적인 양을 결정하기 위하여 검사된다. 2 가지 통계치가 계산된다. 그 제1 통계치(VAR)는 다음 방정식에 따라서 계산된다.
VAR = E [(X - Xa)2] (1)
제2 통계치(VAROR)는 다음 방정식에 따라서 계산된다.
VAROR = E [X2] - U2(2)
값 "X"은 매크로블록(MA)내의 각 화소 값에 대웅하고, "Xa"는 이전의 디코딩
프레임내에 공동 위치의 매크로블록내의 각 화소 값에 대응하며, 값 "U"은 값 "X"
의 평균값이다. 함수 E [ ]는 변수내에서 조건의 기대값을 표시한다. 그 기대값은 전체 매크로 블록 또는 그것의 일부에 대해 계산될 것이다. 즉, 그 계산은 매크로 블록(MA)의 모든 화소에 대해서, 또는 낮은 2 화소 블록(02,03)내의 화소에 대해서, 또는 블록(02,03)내 화소의 최저 라인에 대해서, 또는 블록(00)의 좌측 상단모서리로부터 블록(03)의 우측하단 모서리까지의 대각선 대해서 수행될 것이다.
통계치(VAR)는 매크로블록(MA)에 의해 표시되는 이미지와 이전의 프레임내의공동 위치 매크로블록 사이의 로컬 모션(local motion)을 지시하는 경향이 있다. 그 통계치(VAROR)는 매크로블록(MA)내의 로컬 공간 사항(local spatial detail)을표시하는 경향이 있다. 수직으로 인접한 이미지 영역이 용장 이미지 정보를 포함하는 경향이 있기 때문에, 매크로 블록(MA, MB)의 모션 및 세부사항 특성은 유사할 것이다. 따라서, 매크로블록(MA)의 특성은 매크로 블록(MA)에 대한 에러 은폐의 최적 유형을 결정하는데 사용될 것이다.
만약 VAR이 예정된 임계치, 예컨대 64 보다 크다면, 그 영역은 중요하지 않
은 이미지 모션(insignificant image motion)을 포함하지 않고, 매크로블록(MB)을 일시적으로 변위된 공동 위치 매크로블록으로 대체하는 것은 넓은 이미지 영역내에서 중요하지 않은 모션 인공물을 만들 것이다. 따라서, 이러한 조건하에서 공동 위치 정보보다 잠재적으로 더 적은 이미지 세부사항 이지만 MA를 보간 데이터로 대체하는 것이 적합하다. 또한, 만약 VAR이 VAROR 보다 크다면, 공간적으로 보간된 데이터는 대체 데이터로서 사용된다. 최종적으로, VAR이 임계값 보다 작거나 VAROR보다 작으면, 일시적으로 변위된 공동 위치 데이터는 대체 또는 교체 데이터로서 사용된다.
매크로블록(MB)의 상부(10,11) 및 하부(12,13) 블록에 대한 교체 데이터의 유형이 독립적으로 결정되는 경우 모든 성능보다 약간 더 좋아지는 것을 알았다. 따라서, 통계치(VARA, VARORA)는 매크로블록(MC)에 대해 발생되고, 통계치(VARC,VAROC)는 매크로블록(MC)에 대해 발생된다. 그 통계치(VARA, VARORA)는 블록(1O,11)에 대한 데이터 교체유형을 결정하는데 사용되고, 통계치(VARC, VARORC)는 블록(12,13)에 대한 데이터 교체유형을 결정하는데 사용된다.
공간적으로 보간되는 값의 발생은 다양한 방법으로 실행될 수 있다. 그러나, 인접하는 블록의 경계를 중대한 불연속성 없이 연결하는 것이 중요하다. 2가지 방법은 제4b도를 참조로 설명된다. 제4b도에서 한계를 정한 정사각형들은 8×8 화소 값의 각 블록을 표시한다. 블록(B5)의 화소 값이 보간 화소 값으로 교체된다고 가 정하라. 이러한 값을 발생하는 제1 방법은 수직(Gv) 및 수평(Gh) 경사도를 데이터의 인접한 블록들로부터 계산한 다음, 인접 블록에서 제공된 값으로부터 시작하여 상기 행렬을 계산한다. 예컨대, 수직 경사도(Gv)는 블록(B7, B9)내의 원을 그린 평균 화소 값에서 블록(B1, B3)내의 원을 그린 평균 화소 값을 빼어 계산될 것이다. 유사하게 수평 경사도(Gh)가 블록(B3, B9)내 원을 그린 평균 화소 값에서 블록(B1, B7)내 원을 그린 평균 화소 값을 빼어 계산될 것이다. 그 행렬 값은 다음 방정식에 따라서 계산된다 :
Pij = B1 + I*GH + j*Gv (3)
상기 등식에서, B1은 블록(B1)내 원안의 화소 값이고, i 및 j는 좌측 상단 모서리에 관계되는 행렬내의 화소의 수평 및 수직 좌표이다. 제2 방법은 수직으로인접한 블록내의 화소 값으로부터 화소의 각 열(column)에 대한 수직 경사도를 생성시키는 것이다. 5 열의 화소에 대한 수직 경사도(Gv)는 블록(B8)의 5 열에서 정사각형 박스(square box)내의 화소 값으로부터 블록(B2)의 5 열에서 정사각형 박스내의 화소 값을 빼어서 계산될 것이다. 블록(B5)의 5 열에서 각 화소 값은 다음 방정식에 따라서 계산된다 :
P5j= B25,8+ j*Gv(4)
그 값(B25,8)은 블록(B2)의 제8 행(row)에서 제5 화소의 값이다.
그 이상의 대안으로서, 화소 값의 블록은 비록 이 방법이 다소 계산을 더 필요로 하는 경향이 있더라도, 공지된 경사 하강법(gradient descent method)에 의한로컬 화소 값으로부터 생성될 것이다.
이미지 영역에서, 블록의 일시적 교체는 공간적으로 보간되는 데이터의 교체이전에 수행되어야 한다. 이 시퀀스는 데이터가 보간 데이터를 생성시키는데 유용하다는 것을 보증하는데 필요하다. 예컨대, 블록(B1, B9)은 일시적 공동 위치 데이터로 교체되고 블록(B5)이 방정식(3)에 따라서 생성되는 보간 데이터로 교체된다고
가정하라. 블록(B1, B9)이 먼저 교체되지 않는다면, 경사도(Gv, Gv)가 정확하게 계산되지 않음으로써, 블록 경계에서 이미지 불연속성이 발생할 것이다.
제5도는 압축 해제 장치 및 사후 압축 해제 은폐 장치를 포함하는 블록도이다. 소자(300-318)는 압축 해제기 회로에 대응한다. 이런 유형의 회로동작은 일반적으로 알려져 있다. 간단히 말하면, 압축된 비디오 데이터 및 에러 토큰은 메모리(300)에서 버퍼되고, 제어기(302)에 적용된다. 그 제어기는 비디오 데이터를 가변길이 디코더(303)로 보내는데, 가변 길이 디코더는 가변 길이 디코딩, 역 실행길이 디코딩, 역 차동 펄스 코드 변조 디코딩, 양자화 해제 등을 적절하게 수행한다. 디코딩 비디오 헤더는 그 이상의 신호 디코딩을 제어하도록 제어기(302)로 반환된다.그 제어기는 사실상 디코딩 동작의 일정한 시퀀스를 수행하는 상태 기계장치(statemachine)인데, 여기서 시퀀스는 현행 비디오 헤더 데이터 및 처리되는 데이터의 히스토리(history)에 의해 결정된다. 디코딩된 DCT 계수는 역 DCT 소자(310)로 향하여, 상기 계수에 역 이산 코사인 변환을 수행하고, 가산기(312)에 화소 값(I 프레임) 또는 나머지 값(P 또는 B 프레임)을 출력한다. 디코딩 모션 벡터는 모션 압축 예측기(304)에 적용된다. 모션 벡터에 응답하여, 예측기는 버퍼 메모리(316)로부터 화소 값의 이전에 압축 해제된 매크로 블록을 액세스하고, 이러한 화소 값을 가산기(312)(P 또는 B 프레임을 디코딩하기 위해)에 적용한다.
I 프레임의 압축 해제는 역 DCT 처리된 화소 값을 가산기(312)를 통해 전달
하여 그 화소 값을 P 또는 B 프레임을 압축 해제 하는데 사용하는 메모리(316)의 일부분에 저장하는 것을 포함한다. 상기 I 프레임 화소 값들은 메모리(316)로부터 디스플레이 메모리(318)에 결합되어, 래스터 포맷으로 판독될 것이다.
P 프레임의 압축 해제는 각 모션 벡터의 방향에 따라 이전에 디코딩된 I 프레임 매크로 블록(또는 최후의 I 프레임 후속으로 이전에 디코딩된 P 프레임)을 액세스하여 상기 매크로 블록내에 각 블록의 화소 값을 가산기(312)에 제공하는 것을포함한다. 디코딩된 나머지의 대응 블록은 IDCT(310)로부터 가산기(312)에 제공되어 현재의 P 프레임에 대하여 각각 디코딩된 화소 값에 대응하는 합을 발생시킨다. 이 화소 값은 가장 마지막에 디코딩된 I 또는 P 프레임에 의해 점유되지 않은 메모 리(316)의 일부분에 결합되어 후속 B 및 P 프레임을 디코딩 하는데 이용된다. 이 P프레임 데이터는 후속 B 프레임이 디코딩된 후(코딩 시퀀스에서 P 프레임 이전에 발생되는 B 프레임)디스플레이 메모리(318)에 걸합된다.
압축 데이터의 B 프레임은 B 프레임이 인코딩전에 최초에 배치되는 앵커 프레임 중 하나 또는 모두로부터 메모리(316)에서 데이터 매크로블록이 액세스되는것을 제외하고는 P 프레임과 유사하게 디코딩된다. 만약 데이터가 특정 매크로 블록에 대해 2개의 VCMFP임으로부터 액세스되는 경우, 이 데이터는 나머지 값에 더해지도록 가산기에 적용하기 전에 보간되거나 평균된다. B 프레임들은 메모리(316)내에 기억되지 않는데, 왜냐하면 그들은 후속 프레임을 디코딩하는데 사용되지 않기 때문이다. 그러므로 B 프레임 데이터는 메모리 장치(316)를 통하여 디스플레이 메모리 장치(318)로 전달된다.
제5도의 사후 압축 해제 에러 은폐 장치는 디코딩된 I 및 P 프레임내의 에러를 은폐하도록 배열되지만, 디코딩된 B 프레임은 에러를 은폐하지 않는다. B 프레임내의 사후 압축 해제 에러 은폐 장치는 제5도 장치에는 제공되지 않는다. 이것은 전체 디스플레이에는 크게 영향을 미치지 않는데, 그 이유는 디코딩된 B 프레임이후속 프레임을 디코딩 하는데 사용되지 않기 때문이고, 따라서, B 프레임내 에러는 지속시간(1 프레임)이 짧아서 후속 프레임내로 전파되지 않는다. 제5도의 시스템은 신호가 생성되고 신호가 교체될 저장소로서 압축 해제기 버퍼 메모리(316)가 이용 된다. 이 메모리는 B 프레임을 기억하지 않음으로써, B 프레임은 은폐 공정에 유용하지 않다. 그러나 B 프레임은 아래에 기술된 바와 같이, 단순히 B 프레임을 기억 하기 위해 부가 메모리를 간단히 포함시킴으로써 P 프레임과 유사하게 에러 은폐를
하도록 처리될 것이다.
만약 디코딩된 B 프레임을 저장할 설비가 만들어지지 않는다면, 통계치(VAR,VAROR)계산은 연속 앵커 프레임내의 공동 위치 데이터를 이용하여 수행된다. 즉, 제1도에 도시되는 프레임 시퀀스에 관하여, 임의 앵커 프레임(I 또는 P)에 대한 VAR 및 VAROR 통계치는 그 좌측에 바로 인접한 앵커 프레임(I 또는 P)으로부터 매크로 블록을 사용하여 계산된다. 또한, 각 앵커 프레임내의 대체용(일시적인 교체)으로 공동 위치 매크로 블록/블록(일시적 교체)들은 그 좌측에 바로 위치되는 앵커프레임으로부터 액세스된다. 만약 B 프레임을 저장하고 처리하기 위한 설비가 만들어진다면, 암의 프레임에 대한 통계적 계산은 시퀀스내의 바로 앞 프레임에서의 데이터를 이용해서 행해지고, 일시적 대체 데이터는 시퀀스내의 바로 앞 프레임으로 부터 액세스되는 것에 주의하라.
먼저 I 프레임내의 에러 은폐를 고찰한 후 제4a도 및 제5도를 참조하라. 제4a도에서 매크로 블록(MA)의 화소가 가산기(312)로부터 출력될 때, 값(VAR, VAROR)이 매크로 블록(MB)에 걸쳐 발생될 필요가 있는지, 즉 메모리 블록(MB)이 에러 은폐를 거치게 될지는 아직 알려져 있지 않다. 반면, 매크로 블록(MB)이 디코딩 될 때, 값(VAR, VAROR)이 매크로 블록(MA)에 걸쳐 발생될 필요가 있을 때, 매크로 블록(MA) 및 그것의 공동 위치 사본에 대한 화소 데이터는 상기 계산을 수행하기 위하여 메모리로부터 액세스되어야 한다. 이것은 메모리 액세스 경쟁을 발생시킬 수 도 있다. 그러한 경쟁을 피하기 위해, 상기 값(VAR, VAROR)은 각 매크로 블록이 디코딩됨에 따라 모든 매크로 블록에 대해 생성된다. 그 결과는 메모리 맵(342)에 기억되고, 특정 매크로 블록이 에러 은폐를 프로세스하는 것을 에러 토큰이 지시할
때마다 이용할 수 있다.
I 프레임 매크로 블록은 에정된 순서에 따라 디코딩된다. I 프레임 데이터의매크로 블록이 디코딩될 때, 최근에 디코딩된 P 프레임에서 공동 위치 매크로 블록이 에러 은폐, 결정 및 제어 요소(344)의 제어하에 메모리(316)로부터 액세스된다.상기 I 프레임 데이터 및 공동 위치 P 프레임 데이터는 계산기(340)에 제어되어 값(VAR, VAROR)을 발생시킨다. 이 값들은 미래에 사용하기 위해 메모리(342)내에 저장된다.I 프레임 매크로 블록이 디코딩될 때, 제어기(302)는 적용할 수 있다면 메모리 맵(348)내에 더욱 저장되는 해당 에러 토큰을 출력한다. 또한, 각 프레임형 정보는 메모리 맵(348)내에 저장된다. 또한, P 프레임의 디코딩동안, 해당 매크로 블록에 대한 VLD(303)로부터의 모션 벡터는 에러 토큰과 함께 저장된다.
매크로 블록의 일부 행들은 버퍼 메모리(316)내에서 몌모리 액세스 경쟁을 피하기 위하여 에러 은폐 프로세스를 개시하기 전에 디코딩/압축 해제 된다. 상기 은폐 프로세스를 개시하면, 그 제어 소자(344)는 에러 맵(348)내의 에러 토큰을 통하여 스텝(step)한다. 만약 에러 토큰이 매크로 블록내 데이터가 교체될 것을 지시하면, 적당한 매크로 블록에 걸쳐 발생된 값(VAR,VAROR)은 메모리 맵(342)으로부터 액세스되어 비교된다. 만약 매크로 블록내 화소 데이터가 일시적으로 치환된 공동 위치 데이터로 대체될 것을 상기 비교로 지시한다면, 상기 데이터는 메모리(316)(앞서 디코딩된 P 프레임을 저장하는 부분)로부터 액세스되어, 메모리(316)(현행 디코딩되고 있는 I 프레임을 저장하는 부분)내의 I 프레임 매크로 블록 데이터를 교체하는데 사용되고, 모든 것은 소자(344)의 제어하에서 수행된다.
상기 비교가 매크로 블록이 보간 데이터로 대체될 것을 지시한다면, 그 지시는 적정한 조치와 함께 상기 비교에 따른 매크로 블록의 2개 행을 대기행렬(queue)내에 위치시킨다. 이것은 보간 데이터로 대체될 모든 블록에 걸쳐서 적당한 곳에서일시적인 대체가 수행되는 것을 확인함으로써, 경계 데이터(boundary data)는 상기보간 데이터를 생성시키는데 이용될 수 있다. 택일적으로, 상기 시스템은 2개의 패스 시스템(pass system)으로 프로그램될 수 있을 것인데, 이 시스템에서 일시적 대체는 전체 프레임에 걸쳐서(적당한 곳에서) 실행되고, 그 후 보간 블록은 전체 프레임에 걸쳐서(적당한 곳에서) 대체된다. 한 데이터 블록이 보간 데이터로 대체될 때, 그 제어 소자(344)는 메모리(316)내의 I 프레임에서 이웃 블록으로부터 경계 데이터를 액세스하고, 그것을 보간자(interpolator)(346)에 제공한다. 보간자(346)는 제어 소자(344)에 의해 엑세스되어, 메모리(316)내에 저장되는 I 프레임내의 적당한 매크로 블록으로 대체되는 데이터 블록을 발생한다.
P 프레임에 대한 에러 은폐는 블록들이 일시적 치환 데이터로 대체될 때 그것이 공동 위치 데이터가 아닌 것을 제외하고는 유사하게 수행된다. 제4a도를 참조
하면, P 프레임이 프레임간에 인코딩되는 것을 기억하라. 그 압축 신호는 현재 P프레임내의 매크로 블록이 예측되는 이전의 앵커 프레임에서 최적(optimum)의 매크로 블록을 가리키는 모션 벡터를 포함한다. 예컨대, 현재 P 프레임내의 매크로 블록(MF)과 관련된 모션 벡터는 이전의 앵커 프레임 내의 매크로 블록(ME)이 현재 P프레임내의 매크로 블록(MF)을 예측하는데 지시할 것이다. 이전의 앵커 프레임내의 공동 위치 매크로 블록(MF)은 현재의 P 프레임내의 매크로 블록(MF)과 거의 유사점을 갖지 않을 것이다. 그러므로, 일시적으로 대체될 때, 적당한 모션 벡터에 의해 지시되는 데이터 블록을 사용하여 행해진다. 그러나, 무엇이 적당한 모션 벡터일까? 상기 모션 벡터는 상대적 조건으로 코딩되고, 즉, 그들은 현재의 매크로 블록위치에서 상하 좌우로 얼마나 떨어져서 예측 매크로 블록이 앞선 프레임내에서 발견될 것인지를 지시한다. 수직으로 인접한 이미지 부분들 사이에 높은 용장도가 존재한다고 가정하면, 수직으로 인접한 매크로 블록으로부터의 모션 벡터도 유사한
경향이 있을 것이라고 기대할지도 모르는데, 이것이 그러한 경우이다. 그러므로, 누군가가 그의 시스템내에 짜넣기 원하는 복잡도에 따라서 몇가지 선택권이 있다.
예컨대, 매크로 블록(MB)내의 데이터가 일시적 치환 데이터로 대체되는 것을 고려한다. 만약 특정 시스템이 전체 매크로 블록(MB)에 대하여 단지 매크로 블록(MA)에
걸친 VAR 및 VAROR를 계산하면, 매크로 블록(MB)내에서 대체될 일시적 치환 데이터를 위치시키기 위한 모션 벡터는 매크로 블록(MA)과 관계되는 모션 벡터가 될 것이
다. 만약 특정 시스템이 매크로 블록(MB)의 상부 2개 블록에 대한 매크로 블록(MC)에 걸쳐 VAR 및 VAROR를 계산하고, 매크로 블록(MB)의 하부 2개 블록에 대한 매크로 블록(MC)에 걸쳐 VAR 및 VAROR를 계산하면, 매크로 블록(MA)과 관련된 모션 벡터는 매크로 블록(MB)의 상부 2개 블록에 대해 데이터를 위치시키는데 사용될 것이고, 매크로 블록(MC)과 관련된 모션 벡터는 매크로 블록(MB)의 하부 2개 블록에 대해 대체 데이터를 위치시키는데 사용될 것이다. 대안으로, 두 가지 경우에 있어서,모든 매크로 블록(MA, MB)과 관련된 모션 벡터를 평균하여 적당한 모션 벡터를 발생시킨다.
수평으로 인접한 매크로 블록과 관련된 모션 벡터는 P 프레임에서 대체하기위하여 대체 데이터를 위치시키는데 사용될 수 없지만, MPEG와 같은 코딩기법(coding schemes)에서 에러 손실 및/또는 전파는 수평 방향으로 되는 경향이 있다. 그러므로, 확실한 모션 벡터는 수평으로 인접한 매크로 블록내에 존재하지 않을 확률이 크다.
P 프레임 에러 은폐를 위한 값(VAR,VAROR)의 계산을 고려하면, 각 프레임내의 적당한 매크로 블록은 자동으로 발생한다. P 프레임의 매크로 블록이 디코딩되고 가산기(312)로부터 출력될 때, 관련 모션 벡터에 의해 지시되는 적당한 매크로블록은 정상 디코딩 프로세스로 메모리(316)로부터 제공된다. 따라서, VAR 및 VAROR를 계산하는 장치를 변경할 필요가 없다.

Claims (10)

  1. (정정) 화소 블록과 같이 디코딩되는 비디오 신호의 에러를 은폐하는 적응 에러 은폐 장치에 있어서, 복수의 화소로 표시되는 각 이미지 영역을 나타내는 코딩 데이터의 블록내에서 발생하는 비디오 신호원과, 상기 코딩 데이터의 블록내에서 에러를 검출하는 상기 신호원에 결합되어 에러를 갖고 있는 코딩 데이터 블록을 지시하는 에러 토큰(error tokens)을 발생하고, 상기 코딩 데이터 블록을 에러와 함께 폐기시켜, 에러 없는 코딩 데이터 블록을 통과시키는 수단과, 상기 에러 없는 코딩 데이터 블록을 한 블록씩 디코딩하여, 상기 이미지 영역을 나타내는 화소 값에 해당하는 블록을 발생하는 수단과, 상기 에러 토큰 및 화소 값에 응답하여 화소 값의 폐기 블록에 인접한 화소값의 적어도 한 개의 블록에서 이미지 사항(image detail)의 양과 관련된 제1표시를 발생하는 수단과, 상기 에러 토큰 및 화소 값에 응답하여 이전에 디코딩된 프레임의 이미지에 관하여 상기 화소 값의 폐기 블록에 인접한 화소 값의 적어도 한 개의 블록내에서 이미지 움직임과 관련된 제2표시를 발생하는 수단과, 상기 제1 및 제2표시를 비교하고, 상기 이미지 사항의 양이 이미지 이동보다 크거나 작으면, 상기 화소 값에 제1 및 제2 유형의 화소 데이터를 제공하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 적응 에러 은폐 장치.
  2. (정정) 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2유형의 화소 데이터를 제공하는 수단은 상기 화소 값의 폐기 블록에 인접한 화소 값의 블록으로부터 화소 값을 선택하는 수단과, 이전에 디코딩된 비디오 신호의 프레임으로부터 화소 값의 블록을 선택하고, 그 선택된 블록이 상기 제1유형의 화소 데이터에 해당하는 선택수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 적응 에러 은폐 장치.
  3. (정정) 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2유형의 화소 데이터는 동시에 치환된 화소값의 블록 및 보간 화소 값의 블록에 각각 해당하는 것을 특징으로 하는 적응 에러 은폐장치.
  4. (정정) 제1항에 있어서, 상기 제1표시를 발생하는 수단은 상기 적어도 한 개의 블록내의 화속 값의 평균 값의 제곱과 상기 적어도 한 개의 블록내의 평방 화소 값의 기대 값사이의 차를 계산하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 적응 에러 은폐 장치.
  5. (정정) 제1항에 있어서, 상기 제2표시를 발생하는 수단은 상기 적어도 한 개의 블록에 대응하는 화소 값과 일시적으로 치환된 프레임안에 함께 위치된 블록의 화소값사이의 차를 제곱한 기대 값을 계산하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 적응 에러 은폐 장치.
  6. (신설) 코딩 데이터의 블록에 배열된 비디오 신호를 디코딩하여 각 이미지 영역을 나타내는 화소 값에 해당하는 블록을 발생하는 시스템으로써, 화소 값의 블록안에 에러를 은폐하는 장치에 있어서, 상기 코딩 데이터에 응답하여 에러를 갖고 있는 코딩 데이터의 블록을 식별하는 에러 토큰을 발생하는 수단과, 상기 에러 토큰에 응답하여 에러를 갖고 있는 코딩 데이터의 블록에 해당하는 화소 값의 블록(지정된 에러 블록)을 식별하는 수단과, 디코딩 화소 값에 응답하여 상대적인 이미지 모션의 양 및 상기 화소 값의 에러 블록내에 상대적인 이미지 사항의 양을 평가하는 수단과, 각 블록의 상대적인 모션의 평가가 상대적인 이미지 사항의 평가보다 크다면 화소 값의 각 에러 블록을 보간 데이터의 블록으로 대체하고, 상기 각 블록에 대한 상대적인 이미지 사항이 상대적인 모션의 평가보다 크다면 화소 값의 각 에러 블록을 일시적으로 치환된 화소 값의 블록으로 대체하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 에러 은폐 장치.
  7. (신설)제7항에 있어서, 상기 화소 값의 각 블록을 대체하는 수단은 상기 보간 데이터의 블록을 대체하기 전에 일시적으로 치환된 화소 값의 블록을 대체하는 것을 특징으로 하는 에러 은폐 장치.
  8. (신설)제7항에 있어서, 상기 디코딩 화소 값에 웅답하여 상대적인 이미지 모션의 양 및 상기 화소 값의 에러 블록내에 상대적인 이미지 사항의 양을 평가하는 수단은 화소 값의 폐기 블록에 인접한 화소 값의 적어도 한 개의 블록에서 이미지사항(innge detai1)의 양과 관련된 제1 표시를 발생하는 수단과, 이전에 디코딩된 프레임의 이미지에 관하여 상기 화소 값의 에러 블록에 인접한 화소 값의 적어도 한 개의 블록에서 이미지 움직임과 관련된 제2 표시를 발생하는 수단과, 상기 제1 및 제2 표시를 비교하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 에러 은폐 장치
  9. (신설)제7항에 있어서, 상기 화소 값의 각 에러 블록을 보간 데이터의 블록으로 대체하는 수단은 화소 값의 상기 에러 블록에 인접한 화소 값의 블록으로부터 화소값을 선택하여, 상기 보간 데이터를 상기 화소 값의 블록으로부터 발생하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 에러 은폐 장치.
  10. 제7항에 있어서, 상기 코딩 데이터는 각 블록과 관련된 모션 벡터를 포함하고, 상기 일시적으로 치환된 화소 값의 블록을 대체하는 수단은, 모션 벡터를 기억하는 수단과, 상기 에러 토큰에 응답하여 상기 에러 블록에 인접한 블록과 관련된 모션 벡터를 선택하는 수단과, 상기 선택된 모션 벡터에 응답하여 일시적으로 치환된 대체용 화소 값의 블록을 결정하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 에러 은폐 장치.
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