KR100440953B1 - 영상 압축 비트 스트림의 트랜스코딩 방법 - Google Patents

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Abstract

영상 압축 비트 스트림의 화면 크기 및 비트율 변환 방법에 관한 것으로서 디스플레이 영역의 크기나 목표 비트율에 따라 영상의 일부 영역을 제거하여 비트율 저감을 달성하는 효율적인 트랜스코딩 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 트랜스코딩 방법은 입력 영상으로부터 제거될 절단 영역을 결정하는 과정; 결정된 절단 영역에 맞추어 입력 영상의 절단하는 과정; 추가적인 다운 샘플링에 의해 화면의 전체적인 크기를 줄일 지를 결정하는 과정; 다운샘플링이 필요하다면 절단된 영상을 다운 샘플링하는 과정; 및 상기 절단 과정에서 절단된 영상 혹은 상기 다운 샘플링 과정에서 다운 샘플링된 영상에 맞는 출력 영상 비트 스트림을 발생하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

영상 압축 비트 스트림의 트랜스코딩 방법{Method for transcoding of image compressed bit stream}
본 발명은 영상 압축 비트 스트림의 화면 크기 및 비트율 변환 방법에 관한 것으로서 디스플레이 영역의 크기나 목표 비트율에 따라 영상의 일부 영역을 제거하여 비트율 저감을 달성하는 효율적인 트랜스코딩 방법에 관한 것이다.
최근 망(network)의 급격한 진화에 따라서, 서로 다른 망간의 상호 호환성(inter-compatibility)이 매우 중요한 이슈로 대두되었다. 이러한 문제를 해결하기 위해서 게이트웨이(gateway), 다지점 제어 유닛(Multipoint Control Units; MCUs)등이 사용될 수 있다.
게이트웨이는 현재 통과 예정인 망의 상태에 따라서 전송되는 비트율 등을 적당히 조절할 필요가 있다. 특히 멀티미디어 서버 시스템에서는 사용자와 서비스 제공업자 사이에 협상에 의해 화면 크기, 비트율 등의 QoS(Quality of Service)를 결정한다.
서비스 공급자는 QoS 협상이 끝난 후 이미 저장된 압축 영상 비트 스트림이 협상된 QoS를 만족하지 않는 경우 협상된 QoS를 만족하는 수준으로 ,대부분 낮은 화질의 압축 영상 비트 스트림으로, 압축 영상 비트 스트림을 변환하여야 한다.
즉, 서비스 공급자는 Qos 협상에 따라 사용자가 사용하는 디스플레이 장치의 화면 크기 혹은 전송 장치의 처리 능력에 알맞은 비트레이트를 가지는 압축 영상 비트 스트림을 변환하여 전송하여야 한다.
한편 동시 재생 및 기록(Simultaneous PlaybackRecording)등의 PVR(Presonal Video Recoder) 기능은 최근 TV나 인터넷을 통한 영상 수신기에서 많은 사용자가 강력하게 요구하는 기능이다. PVR 기능을 구현하기 위해서 수신기는 수신된 압축 영상 비트 스트림을 일시적으로 하드 디스크 드라이브(HDD; Hard Disc Drive)에 저장하여야 한다. 이때 사용자는 가능하면 많은 프로그램을 하드 디스크 드라이브에 저장하고자 하므로 이를 위해서도 압축 영상 비트 스트림의 비트율 변환이 요구된다.
본 발명은 상기의 요구들에 부응하기 위하여 안출된 것으로서 영상 압축 비트스트림의 화면 크기 및 비트율 변환을 효율적으로 수행하는 개선된 트랜스코딩방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
도 1은 종래의 트랜스코더의 구성을 보이는 블록도이다.
도 2는 본 발명에 따른 트랜스코딩 방법을 보이는 흐름도이다.
도 3은 본 발명에 따른 트랜스코딩 방법을 수행하는 과정을 도식적으로 보이기 위한 것이다.
도 4 (a) 내지 도 4 (b)는 매크로 볼록의 DC계수 및 움직임 벡터를 초기화하는 것을 도식적으로 보이기 위해 제시된 것이다.
본 발명에 따른 영상 압축 비트 스트림의 트랜스코딩 방법은
입력 영상 비트 스트림을 다른 비트레이트를 가지는 출력 영상 비트 스트림으로 변환하는 트랜스코딩 방법에 있어서,
입력 영상으로부터 제거될 절단 영역을 결정하는 과정;
결정된 절단 영역에 맞추어 입력 영상의 절단하는 과정;
추가적인 다운 샘플링에 의해 화면의 전체적인 크기를 줄일 지를 결정하는 과정;
다운샘플링이 필요하다면 절단된 영상을 다운 샘플링하는 과정; 및
상기 절단 과정에서 절단된 영상 혹은 상기 다운 샘플링 과정에서 다운 샘플링된 영상에 맞는 출력 영상 비트 스트림을 발생하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 절단 영역 결정 과정은 디스플레이 영역의 크기 혹은 목표 비트율과 화질과의 트레이드 오프에 의해 절단 영역을 결정하는 것이 바람직하다.
이하 첨부된 도면을 통하여 본 발명의 구성 및 동작을 상세히 설명하기로 한다.
영상 압축 비트 스트림의 트랜스코더(transcoder)는 입력되는 영상 비트 스트림과 출력되는 영상 비트 스트림의 표준 규격이 같은 Homogeneous Transcoder와 서로 다른 Heterogeneous Transcoder로 구분할 수 있다. 또한, 구현 방법에 따라서 Partial Decoder가 포함된 개방형 트랜스코더(Open-loop Transcoder)와 Full Decoder가 포함된 폐쇄형 트랜스코더(Closed-loop Transcoder)로 구분할 수 있다.
본 발명은 디스플레이 영역의 크기 혹은 목표 비트율에 맞도록 출력 영상 비트스트림을 생성하는 방법이며 상기에 언급된 4가지 트랜스코더들에 모두 이용될 수 있다.
도 1은 종래의 트랜스코더의 구성을 보이는 블록도이다. 도 1에 도시된 종래의 트랜스코더는 입력되는 영상 비트 스트림을 복호하는 Full Decoder 혹은 Patial Decoder로 구현되는 복호기(102)와 복호기(102)에서 복호된 결과를 요구되는 비트율 혹은 규격으로 변환하는 부호화기(encoder, 104)를 포함한다. Full Decoder를 사용한 경우에는 복호기(102)에서 복호된 결과로부터 디스플레이할 수 있는 재생 영상을 얻을 수 있고, Patial Decoder를 사용한 경우에는 DCT-domain의 변환계수(transformed coefficients)등과 같이 바로 디스플레이할 수 없는 재생 영상이 얻어진다.
부호화기(104)는 변환 파라메터들에 의해 요구되는 요구조건을 만족하는 출력 영상 비트열을 발생한다.
여기서, 입력 영상 비트 스트림과 출력 영상 비트 스트림은 같은 표준 규격 예컨대, MPEG-1, MPEG-2, H.261, H.263을 같거나(homogeneous transcoder인 경우) 서로 다른 표준 규격(heterogeneous transcoder인 경우)을 가질 수 있다. 또한, 비트율, 화면 크기(picture size), 픽쳐 타입(picture type), 픽쳐 레이트(picture rate), 픽쳐 해상도(picture resolution)등이 서로 다를 수 있다. 여기서, 화면 크기를 변환시키기 위한 기존의 방법은 주파수 영역 또는 화소 영역에서 필터링한 후 다운 샘플링을 수행하는 방법을 사용한다.
주파수 영역 또는 화소 영역에서 필터링한 후 다운 샘플링을 하여 화면 크기를 변환하는 트랜스코딩 기법은 복잡하기도 하며, 영상 전체에 관심이 없는 사용자에게는 불필요한 정보를 보낼 수도 있다.
도 2는 본 발명에 따른 화면 크기 변환 방법을 보이는 흐름도이다.
도 2에 보여지는 본 발명에 따른 화면 크기 변환 방법은 디스플레이 영역의 크기 혹은 목표 비트율에 맞추어 입력 영상으로부터 절단될 영역을 결정하는 과정(s202), s202에서 결정된 절단 영역에 맞추어 입력 영상을 절단(cutting)하는 과정(s204), 다운 샘플링이 필요한 지를 검사하는 과정(s206), 다운 샘플링 과정(s208), 그리고 출력 영상 비트스트림 발생 과정(s210)을 포함한다.
먼저, 디스플레이 영역의 크기 혹은 목표 비트율에 맞추어 입력 영상으로부터 절단될 영역을 결정한다(s202).
이때 절단될 영역은 사용자의 선택, 디스플레이 영역의 크기, 혹은 비트레이트와 화질과의 트레이드오프에 의해 결정될 수 있다.
1) 사용자가 결정하는 경우예를 들어 PVR 사용자의 경우에 있어서는 하드디스크 드라이브의 저장 용량 혹은 주어진 용량의 하드디스크 드라이브에 저장하고자 하는 프로그램의 개수에 따라 결정될 것이다.
2) 디스플레이 영역의 크기에 따라 결정하는 경우예를 들어, 서비스 제공자의 경우 사용자가 사용하는 디스플레이 장치의 디스클레이 영역의 크기가 자신이 서비스하는 영상의 크기보다 작은 경우에는 사용자가 사용하는 디스플레이 장치의 디스플레이 영역의 크기에 맞도록 영상을 절단한다.
3) 목표 비트율과 화질의 트레이드 오프(trade-off)에 의해 결정하는 경우예를 들어, 서비스 제공자가 제공하는 영상이 HD(High Difinition) 급의 영상이고, 사용자가 사용하는 디스플레이 장치는 SD(Standard Definition)급일 경우에는 HD급의 영상을 SD급의 영상에 맞도록 절단하고, 절단된 영상의 비트레이트를 SD급에 맞도록 조정한다.
여기서, 목표 비트율은 서비스 공급자의 경우에는 QoS에 따라 결정할 수 있고, PVR 사용자의 경우는 하드디스크 드라이브의 용량을 고려하여 결정할 수 있다. 디스플레이 영역의 크기 혹은 목표 비트율이 결정되면 절단 영역(cutting area) 및 트랜스코더 출력 영역(transcoder output area)이 결정된다.
다음, 절단 영역 설정 과정(s202)에서 결정된 절단 영역만큼 입력 영상을 절단한다(s204).
이때 입출력 영상의 가능한 관계는 도 3에 도시되는 stage-0와 같다. 즉, 입력 영상의 상하의 일부를 절단하거나(stage-0의 첫 번째 경우), 입력 영상의 상하좌우의 일부를 절단하거나(stage-0의 두 번째 경우), 입력 영상의 좌우의 일부를 절단한다(stage-0의 세 번째 경우). 또한, 이때 얻어진 영상은 트랜스코더의 출력 영상의 크기와 같거나 다를 수 있다.
다음으로 절단된 영상에 대해 추가적인 다운 샘플링이 필요한 지를 검사한다.(s206)
다운 샘플링이 필요하다면 다운 샘플링을 수행한다(s208).
다운 샘플링에 의해 화면의 전체적인 크기가 줄어들게 된다. 입출력 영상의 가능한 관계는 도 3에 도시되는 stage-1과 같다. 예컨대, 다운 샘플링에 의해 절단된 영상의 수직 방향(stage-1의 첫 번째 경우), 수직 및 수평 방향(stage-1의 두 번째 경우), 혹은 수평방향(stage-1의 세 번째 경우)으로 줄어든 영상들을 얻을 수 있다.
절단 과정(s204)의 출력 혹은 다운 샘플링 과정(s208)의 출력을 대상으로 트랜스코더의 출력 영상 비트 스트림을 만든다(s210).도 1을 참조하면, 복호기(102)에 의해 입력 영상 비트 스트림이 복호되며, 부호기(104)는 도 2에 도시된 과정에 따라 입력 영상의 일부를 절단하고, 절단된 영상을 대상으로 부호화를 수행하여 출력 영상 비트스트림을 만든다.이때, 절단 영역 설정 과정(s202)에서 정한 트랜스코더 출력 영역에 있는 블록들의 움직임 벡터들은 수정되어야 한다. 또한, 트랜스코더 출력 영역에서 각 슬라이스(화면의 분할 단위의 일종)의 시작에 있는 매크로 블록의 DCT계수의 DC계수 및 움직임 벡터는 초기화되어야 한다.
도 4 (a) 내지 도 4 (b)는 본 발명에 따른 트랜스코딩 방법에 있어서 매크로 볼록의 DC계수 및 움직임 벡터를 초기화하는 것을 도식적으로 보이기 위해 제시된 것이다. 도 4 (a)에 에 도시된 바와 같이 한 프레임(400)은 복수의 슬라이스(402)로 분할되고, 또 각 슬라이스는 복수의 매크로 블록들(404)로 구성된다. 주지하는 바와 같이 매크로 볼록은 4개의 휘도 신호 DCT 블록들과 2개의 색차 신호 DCT블록들로 구성된다. 각 DCT블록은 8x8(단위는 화소)의 크기를 가진다. 또한, DCT블록을 DCT변환하여 얻어지는 DCT계수는 하나의 DC 계수와 63개의 AC 계수들로 구성된다. 이들 중에서 DC계수는 차분 부호화 방식에 의해 부호화되고, AC계수들은 런렝스 방식에 의해 부호화된다.
DC계수를 차분 부호화함에 있어서 각 슬라이스의 첫번째 휘도 신호 DCT블록의 DC계수가 기준이 되고 해당 슬라이스에 속한 나머지 DCT블록들의 DC계수는 기준이 되는 DC계수와의 차이를 부호화하게 된다. 따라서, 복호화시 각 슬라이스의 첫번째 휘도 신호 DCT블록의 DC계수를 알아야 한다.
그런데, 도 4 (b)에서 점선으로 도시된 트랜스코더 출력 영역(418)을 남기고 나머지 영역을 잘라낸다고 할 때 비트스트림에서 슬라이스의 첫번째 휘도 신호 DCT블록의 DC계수에 해당하는 부분이 잘려져 나가게 되기 때문에 DC계수들을 정상적으로 복원할 수 없는 결과를 초래하게 된다.
따라서, 영상을 절단해 낼 때 트랜스코더 출력 영역(418)에 포함되는 첫번째 매크로 블록의 휘도 신호 DCT계수의 DC계수를 기준으로 부호화하도록 초기화하여야 한다.
다음으로 도 4 (b)에 도시된 바를 참조하면 현재 프레임의 매크로 블록(412)의 움직임 벡터는 이전 프레임의 유사한 매크로 블록(414 혹은 416)를 참조하여 부호화되며, 이들 사이의 좌표 차이가 움직임 벡터에 해당한다.
그런데, 도 4 (b)의 점선으로 도시된 바와 같은 트랜스코더 출력 영역(418)을 남기고 나머지 영역을 잘라낸다고 할 때 참조되는 되는 매크로 블록(414 혹은 416)이 잘려져 나가게 되어 이후의 프레임을 정상적인 복호할 수 없게 된다. 따라서, 참조되는 매크로 블록(414 혹은 416)이 절단되는 경우 움직임 벡터를 다시 조정하여야 한다.
그 방법으로서, 트랜스코더 출력 영역(418)에서 참조 매크로 블록(414)에 가장 인접한 매크로 블록(420)을 새로운 참조 매크로 블록이 되도록 설정할 수 있다.
이러한 설정은 트랜스코더 출력 영역(418)이 원래 영상의 1/2, 1/3정도로 작게 설정되지는 않기 때문에 참조 매크로 블록(414)과 인접하는 매크로 블록(420)을 트랜스코더 출력 영역(418)에서 찾을 수 있으며, 움직임 벡터를 보정해야 되는 매크로 블록의 수도 작다는 가정이 성립하기 때문에 가능한 것이다.
또한, 출력 영상 비트스트림 발생 과정(s210_에서 발생된 출력 영상 비트 스트림의 비트레이트가 만족할 수준이 되지 못하면 s202과정부터 s210과정을 반복적으로 수행할 수 있다.구체적으로 s212과정에서는 출력 영상 비트 스트림의 비트레이트를 목표 비트레이트와 비교하여 출력 영상 비트스트림의 비트레이트가 만족할 만한 수준인지를 판단한다. 만일 출력 영상 비트스트림의 비트레이트가 만족할 만한 수준이 아니라면 s202과정으로 복귀한다. s202과정에서는 목표 비트레이트를 만족할 수 있도록 절단 영역을 다시 설정한다. 출력 영상 비트스트림의 비트레이트가 만족할 만한 수준이라면 출력 영상 비트스트림 발생 과정(s210)에서 발생된 출력 영상 비트스트림을 출력한다.
도 2에 도시된 본 발명에 따른 트랜스 코딩 방법에 있어서는 디스플레이 영역의 크기 혹은 목표 비트율에 따라 입력 영상의 일부를 절단함에 의해 비트레이트를 절감한다.
여기서, 절단에 의해 얻어지는 출력 영상 비트스트림의 비트레이트가 목표 비트레이트보다 작을 경우 그 차이만큼을 출력 영상 혹은 사용자가 특별히 관심을 가지는 관심 영역에 재할당함에 의해 관심 영역에서 좋은 화질을 가지는 효율적인 트랜스 코딩을 달성할 수도 있을 것이다. 여기서, 사용자가 특별히 관심을 가지는 관심 영역은 움직임이 많은 부분이나 복잡도가 큰 부분이 될 수 있을 것이다.
본 발명의 트랜스 코딩 방법은 입력되는 비트 스트림을 정해진 QoS 파라메터인 비트 레이트 및 디스플레이 사이즈를 고려하여 변환하여 수신자에게 제공하는 VoD(Video on Demand) 서버나, 하드디스크 드라이브에 저장된 영상압축 비트스트림을 디스플레이 장치의 특성이나 가변속 재생에 맞추어 변환하여 출력하는 PVR 등에서 적합하게 사용될 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 트랜스코딩 방법은 디스플레이 영역의 크기 및 목표 비트레이트에 따라 영상의 일부를 절단함으로써 비트율 저감을 달성하는 효과를 가진다.

Claims (6)

  1. 입력 영상으로부터 제거될 절단 영역을 결정하는 과정;
    결정된 절단 영역에 맞추어 입력 영상의 절단하는 과정;
    추가적인 다운 샘플링에 의해 화면의 전체적인 크기를 줄일 지를 결정하는 과정;
    다운샘플링이 필요하다면 절단된 영상을 다운 샘플링하는 과정; 및
    상기 절단 과정에서 절단된 영상 혹은 상기 다운 샘플링 과정에서 다운 샘플링된 영상에 맞는 출력 영상 비트 스트림을 발생하는 과정을 포함하는 트랜스 코딩 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 절단 영역 결정 과정은
    입력 영상의 부호화된 영역보다 디스플레이 영역이 작은 경우에는 디스플레이 영역의 크기에 의해서 결정하는 것을 특징으로 하는 트랜스코딩 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 절단 영역 결정 과정은
    비트율과 화질의 트레이드 오프(trade-off)에 의해 결정하는 것을 특징으로 하는 트랜스코딩 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 출력 영상 비트 스트림 발생 과정은
    상기 절단 영역 설정 과정에서 정한 트랜스코더 출력 영역에 있는 블록들의 움직임 벡터를 수정하는 것을 특징으로하는 트랜스코딩 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 출력 영상 비트 스트림 발생 과정은
    트랜스코더 출력 영역에서 각 슬라이스의 시작에 있는 매크로 블록의 DCT계수의 DC계수 및 움직임 벡터를 초기화하는 것을 특징으로 하는 트랜스코딩 방법.
  6. 삭제
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