KR100357089B1 - 엠펙비디오부호화기의프레임재구성장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 MPEG 비디오 부호화기에 관한 것으로, 특히 부호화시에 움직임량과 장면변화에 대응하여 GOP(Group Of Picture) 구조를 효율적으로 가변할 수 있는 MPEG 비디오 부호화기의 프레임 재구성 장치에 관한 것이다.
상기와 같은 본 발명의 MPEG 비디오 부호화기의 프레임 재구성 장치는 입력되는 영상신호를 프레임 단위로 지연 출력하는 복수개의 프레임 지연소자와, 현재화면과 이전화면의 차이를 누적한 값과 설정된 임계값을 비교하여 장면전환 발생신호를 출력하는 장면전환 검출부와, 매크로블럭 단위로 추정되는 이전화면의 누적된 예측오차 절대값과 현재화면의 누적된 예측오차 절대값을 비교하여 설정된 임계값 이상의 차이가 발생하면 예측오차 분석에 따른 가감제어 신호를 출력하는 예측오차 분석출력부와, 상기 장면 전환 검출부의 장면전환 발생신호에 의해 I화면간의 프레임 거리(GOP의 크기)를 나타내는 N값을 가변하고, 상기 예측오차 분석 출력부의 가감제어 신호에 의해 I, P화면의 프레임 거리를 나타내는 M값을 가변하는 제어수단부와, 상기 제어수단부의 가변 제어되는 N, M값에 의해 상기 프레임 지연소자의 영상신호가 재배열되도록 선택적으로 출력하는 선택출력부를 포함하여 이루어진다.

Description

엠펙(MPEG) 비디오 부호화기의 프레임 재구성장치
본 발명은 MPEG 비디오 부호기에 관한 것으로, 특히 부호화시에 움직임량과 장면변화에 대응하여 GOP(Sroup Of Picture) 구조를 효율적으로 가변할 수 있는 MPEG 비디오 부호화기의 프레임 재구성 장치에 관한 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 종래의 MPEG 부호화 시스템에 대하여 설명하면 다음과 같다.
제 1 도는 일반적인 MPEG 비디오 부호화기의 구성블럭도이고, 제 2 도는 일반적인 프레임의 재구성 블럭도이다.
먼저, MPEG 부호화 시스템은 제 1 도에서와 같이, 입력되는 프레임 단위의 영상정보를 주파수 성분으로 변환하는 DCT(3)와, 상기 DCT(3)의 출력신호를 유한한 개수의 값으로 근사화 하는 양자화 변환부(4)와, 상기 양자화 변환부(4)의 출력신호를 가변 길이 코딩하는 VLC(5)와, 상기 가변길이 코딩되어진 영상데이터를 버퍼링하여 출력하는 버퍼(6)와, 상기 양자화 변환되어진 영상데이터를 역 양자화 및 역 DCT를 행하여 이전 프레임과의 차영상에 대한 계수값을 생성하는 역 양자화 변환부(7) 및 역 DCT 변환부(8)와 상기 역 DCT 변환부(8)의 출력신호를 프레임 단위로 저장 출력하는 프레임 메모리(10)와, 상기 프레임 메모리(10)의 출력데이터에서 움직임 추정 및 보상을 수행하는 움직임 추정부(12) 및 움직임 보상부(11)를 포함하여 구성된다.
여기서 상기의 부호화기의 입력단에 프레임 재구성기(1)를 사용해야하는 이유는 다음과 같다.
일반적으로 디지털 영상시스템에서 영상의 각 프레임은 화소(pixel)단위로 표본화되는데, 상기와 같이 구성된 영상정보는 그 정보량이 매우 방대하므로 효율적인 전송 또는 저장을 위하여 영상압축(또는 부호화) 기술이 필요하다.
이는 주로 공간 및 시간영역에서의 중복정보를 제거하는 방법을 이용한다.
공간영역에서의 중복성은 한 프레임내에서 인접한 화소간에 그 변화정도가 크지 않음에 기인하며, 시간영역에서의 중복성은 인접프레임간에 물체의 움직임의 변화가 미세한 것에 기인한다.
MPEG(Moving Picture Experts Group)은 동영상 압축 및 복원에 관,한 국제표준 규격으로 시간 및 공간축상에서의 중복성을 제거하여 영상신호를 압축하게 된다.
여기서 시간영역의 중복성은 움직임 보상(motion compensation)을 통하여 제거하게 되는데, 움직임 보상의 형식에 따라 내부(intra)의 성분만 부호화하는 1화면, 전방향 예측(forward prediction)만하는 P화면, 전후의 양방향 예측(forward, backward)을 하는 B화면으로 나누어진다.
GOP는 이러한 I.P.B화면들의 모임으로 그 구조 및 특징은 M과 N이라는 값으로 나타낼 수 있다.
(M값은 I 또는 P화면의 프레임 거리(Frame distance)를 의미하며, N값은 GOP의 크기를 나타내는 값으로 1화면값의 프레임 거리를 의미한다.
예를 들어(M,N)이 (3,9)인 경우는 제 2 도에서와 같이 압축된 비트스트림상에서의 화면순서가 재배열된다(여기서, N은 M의 정수배이어야 한다).
즉, M과 N의 고정된 값을 파지고 입력되는 프레임 단위의 영상을 보다 효율적으로 부호화하기 위하여 프레임 재구성기에서 재배열하게 된다.
그러나 상기와 같은 종래의 MPEG 비디오 부호화기의 프레임 재구성 장치에 있어서는 고정된 GOP 구조를 갖기 때문에 다음과 같은 문제점이 있었다.
즉, 움직임이 큰 영상에 있어서 비교적 먼 거리에 있는 화면을 이용하여 움직임 보상을 하게 되면 부호화율이 떨어지게 되므로 비교적 작은 M값을 사용해야 하는데 GOP 구조가 고정되어 있어 어렵다.
또한, 장면전환(Scene Change)이 발생하였을 때 화면을 P 또는 B 화면으로 부호화하게 되면 그 화면에 할당된 비트량 보다 많은 비트량이 발생하게되어 화질의 저하를 가져오게 되므로 장면전환이 발생한 화면을 N값을 변경하여 I화면으로 처리하는 것이 효율적인데, GOP 구조가 고정되어 있어 어렵다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 MPEG 비디오 부호화기의 프레임 재구성 장치의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 부호화시에 움직임량과 장면변화에 대응하여 GOP(GrouP Of Picture) 구조를 효율적으로 가변할 수 있는 MPEG 비디오부호화기의 프레임 재구성 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 MPEG 비디오 부호화기의 프레임 재구성 장치는 입력되는 영상신호를 프레임 단위로 지연 출력하는 복수개의 프레임지연 소자와, 현재화면과 이전화면의 차이를 누적한 값과 설정된 임계값을 비교하여장면전환 발생신호를 출력하는 장면전환 검출부와, 매크로 블럭 단위로 추정되는 이전화면의 누적된 예측오차 절대값과 현재화면의 누적된 예측오차 절대값을 비교하여 설정된 임계값이상의 차이가 발생하면 예측오차 분석에 따른 가감제어 신호를 출력하는 예측오차 분석출력부와, 상기 장면전환 검출부의 장면전환 발생신호에 의해 I화면간의 프레임 거리(GOP의 크기)를 나타내는 N값을 가변하고, 상기 예측오차 분석출력부의 가감제어 신호에 의해 1, P화면의 프레임 거리를 나타내는 M값을 가변하는 제어수단부와, 상기 제어수단부의 가변 제어되는 N, M값에 의해 상기 프레임 지연소자의 영상신호가 재배열되도록 선택적으로 출력하는 선택출력부를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 MPEG 비디오 부호화기의 프레임 재구성 장치에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
제 3 도(a)는 본 발명의 프레임 재구성기의 상위 블럭도이고, (b)는 본 발명에 따른 예측오차 분석출력부의 상세 블럭도이고, (c)는 예측오차 분석기의 비교기의 동작 흐름도이고, (d)는 본 발명에 따른 장면전환 검출부의 상세 블럭도이다.
먼저, 본 발명의 MPEG 비디오 부호화기의 프레임 재구성 장치는 입력되는 영상신호를 프레임 단위로 지연 출력하는 복수개의 프레임 지연소자 (30a)(30b)(30c)(30d)와, 이전화면값과 현재화면값을 매크로블럭 단위로 비교하여 감산하는 감산기, 상기 감산기의 차이값을 절대값으로 하여 프레임 단위로 계속 합산하는 절대값 계산부(39) 및 축적기(accumulator)(40), 상기 축적기(40)의 어느한프레임의 누적값이 설정되어 있는 임계값(T2) 보다 크면 장면전환 발생신호를 출력하는 비교기(42)로 이루어진 장면전환 검출부(31)와, 매크로블럭 단위로 추정되는 예측오차값을 절대값으로 하여 프레임 단위로 합산하는 절대값 계산부(35)와 축적기(36), 레지스터(38)의 누적된 이전화면의 예측오차 절대값과 상기 축적기(36)의 현재화면의 누적된 예측오차 절대값을 비교하여 설정된 임계값(T1) 이상의 차이가 나면 가감제어 신호를 출력하는 비교기(37)로 이루어진 예측오차 분석출럭부(34)와, 상기 장면전환 검출부(31)의 장면전환 발생신호에 의해 I화면간의 프레임거리(GOP의 크기)를 나타내는 N값을 가변하고, 상기 예측오차 분석출력부(34)의 가감제어 신호에 의해 I,P화면의 프레임 거리(Frame Distance)를 나타내는 M값을 가변하는 제어수단부(33)와, 상기 제어수단부(33)의 가변 제어되는 N,M값에 의해 상기 프레임 지연소자(30a)(30b)(30c)(30d)(본 발명의 실시예에서는 M값이 최대 3일때를 나타낸 것이다.)의 영상신호가 재배열되도록 선택적으로 출력하는 선택출력부(32)를 포함하여 구성된다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 MPEG 비디오 부호화기의 프레임 재구성 장치에서 예측오차 분석출력부(34)의 비교기(37)에서의 상세동작은 다음과 같다.
먼저, 현재화면의 누적된 예측오차값(A)과 설정된 임계값(T1) + 이전화면의 예측오차값(B)을 비교하여(301) 예측오차값(A)이 크면 M값을 감소시킨다(302).
그리고 예측오차값(A)이 작으면 현재화면의 누적된 예측오차값(A)과 설정된 임계값(T1) - 이전화면의 예측오차값(B)를 비교하여(303) 예측오차값(A)이 크면 M값을 증가시킨다(304).
그리고 예측오차값(A)이 작으면 M값을 변화시키지 않는다(305).
이때 M값이 Mmax 보다 크면 더 이상 증가시키지 않고 또한 M값이 Mmin 보다 작으면 더 이상 감소시키지 않는다,
그리고 상기 302, 304, 305 단계를 수행한 후에는 예측오차값(A)을 레지스터(38)에 저장한다(306).
제 4 도는 본 발명의 M값의 변화에 따른 선택출력부의 출력영상 구성도로써, 제어수신부(33)의 제어동작을 나타낸 것이다.
예를 들어 Mmax = 3 인 경우에, B화면이면 X4신호를 출력하고, 1 또는 P화면이면 X4-M신호를 출력한다.
그리고 제 5 도는 본 발명에 의한 N값의 변화에 따른 선택 출력부의 출력영상 구성도로써, 장면전환 발생신호메 따라 바뀌어지는 GOP 구조를 나타내는 것으로 (a)는 M = 3, N = 6일 때에 장면전환이 없는 경우로 일반적인 배열을 나타낸다.
그러나 만약 10 번째, 11 번째 화면 사이에서 장면전환이 발생하게 되면 장면전환 검출부(31)에서 이를 검출하여 장면전환이 존재하는 서브 GOP(M프레임구간, 예를 들면 PBB, IBB등의 구간)내에 P화면이 존재하면 이 P 화면을 I화면으로 전환하고 다음 GOP에 있는 I화면을 P화면으로 전환한다.
따라서 N값은 6에서 3으로, 다시 9로 바뀌게 된다.
상기와 같은 본 발명의 MFEG 비디오 부호화기의 프레임 재구성 장치에서 장면전환 발생신호는 프레임 재구성 이전에 검출되어지므로 전방(feed forward) 제어적 신호로 사용되며, M값의 가감제어 신호는 현재 부호화하는 GOD에 대한 결과를 다음 GOD 부호화 할 때 반영하여 사용하므로, 후방(feed back) 제어적 신호로 사용된다.
상기와 같은 본 발명의 MPEG 비디오 부호화기의 프레임 재구성 장치는 부호화시에 움직임량과 장면변화에 대응하여 GOD(Group Of Picture) 구조를 효율적으로 가변할 수 있으므로 빠른 전송속도를 갖는 부호화 시스템에 적용할 수 있으므로 보다 효율적으로 부호화가 이루어지도록 하는 효과가 있다.
제 1 도는 일반적인 MPEG 비디오 부호화기의 구성블럭도
제 2 도는 일반적인 프레임의 재구성 블럭도
제 3 도 (a)는 본 발명의 프레임 재구성기의 상위블럭도
(b)는 본 발명에 따른 예측오차 분석출력부의 상세블럭도
(c)는 본 발명에 따른 장면전환 검출부의 상세블럭도
제 4 도는 본 발명의 M값의 변화에 따른 선택출력부의 출력영상 구성도
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
30a, 30b, 30c, 30d : 프레임 지연소자 31 : 장면전환 검출부
32 : 선택출력부 33 : 제어수단부
34 : 예측오차 분석출력부 35, 39 : 절대값 계산부
36, 40 : 축적기 37, 41 : 비교기
38 : 레지스터

Claims (3)

  1. 입력되는 영상신호를 프레임 단위로 지연 출력하는 복수개의 프레임 지연소자와,
    현재화면과 이전화면의 차이를 누적한 값과 설정된 임계값을 비교하여 장면전환 발생신호를 출력하는 장면전환 검출부와,
    매크로블럭 단위로 추정되는 이전화면의 누적된 예측오차 절대값과 현재 화면의 누적된 예측오차 절대값을 비교하여 설정된 임계값 이상의 차이가 발생하면 예측오차 분석에 따른 가감제어 신호를 출력하는 예측오차 분석출력부와,
    상기 장면전환 검출부의 장면전환 발생신호에 의해 I화면간의 프레임 거리(GOD의 크기)를 나타내는 N값을 가변하고, 상기 예측오차 분석출력부의 가감제어신호에 의해 I,P화면의 프레임 거리를 나타내는 M값을 가변하는 제어수단부와,
    상기 제어수단부의 가변 제어되는 N, M값에 의해 상기 프레임 지연소자의 영상신호가 재배열되도록 선택적으로 출력하는 선택출력부를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 MPEG 비디오 부호화기의 프레임 재구성장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    장면전환 검출부는 이전화면값과 현재화면값을 매크로블럭 단위로 비교하여 감산하는 감산기와,
    상기 감산기의 차이값을 절대값으로 하여 프레임 단위로 계속 합산하는 절대값 계산부 및 축적기와,
    상기 축적기의 어느 한 프레임의 누적값이 설정되어 있는 임계값보다 크면 장면전환 발생신호를 출력하는 비교기를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 MPEG 비디오 부호화기의 프레임 재구성장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    예측오차 분석출력부는 매크로블럭 단위로 추정되는 예측오차값을 절대값으로 하여 프레임 단위로 합산하는 절대값 계산부 및 축적기와.
    레지스터의 누적된 이전화면의 예측오차 절대값과 상기 축적기의 현재화면의 누적된 예측오차 절대값을 비교하여 설정된 임계값 이상의 차이가 나면 가감제어신호를 출력하는 비교기를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 MPEG 비디오 부호화기의 프레임 재구성장치.
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