KR100542445B1

KR100542445B1 - 동영상 부호화기에서의 움직임 벡터 추정 방법

Info

Publication number: KR100542445B1
Application number: KR1020050058257A
Authority: KR
Inventors: 조용석
Original assignee: 주식회사 휴맥스
Priority date: 2005-06-30
Filing date: 2005-06-30
Publication date: 2006-01-11

Abstract

본 발명은, 동영상 부호화기에서의 움직임 벡터 추정 방법에 관한 것으로, 예를 들어 MPEG-4 표준안을 따르는 동영상 부호화기에서, 움직임 벡터(Motion Vector)를 추정하는 경우, N 개의 이전 매크로 블록(Macro Block)에 대한 움직임 벡터를 수직 정보 벡터와 수평 정보 벡터로 나누어서 각각 검출한 후, 그 평균값 또는 중간값을 절대값의 차로 비교하여, 가중치(Weight)를 구하고, 현재 매크로 블록에 대한 움직임 벡터를 추정하기 위한 탐색 영역(Search Range)에, 상기 가중치를 부여하여, 상기 탐색 영역을 장방형, 수직 형태, 수평 형태 등으로 가변 조절함으로써, 움직임 벡터 추정을 위한 탐색 영역을 유연하게 가변 적용시킬 수 있게 되어, 블록 정합에 소요되는 연산 시간을 효율적으로 줄일 수 있게 되며, 또한 보다 정확하게 움직임 벡터를 추정할 수 있게 되는 매우 유용한 발명인 것이다.

동영상 부호화기, 움직임 벡터, 수직 정보 벡터, 수평 정보 벡터, 탐색 영역, 가중치

Description

동영상 부호화기에서의 움직임 벡터 추정 방법 {Method for predicting motion vector in moving picture encoder}

도 1은 본 발명이 적용되는 동영상 부호화기에 대한 실시예의 구성을 도시한 것이고,

도 2 내지 도 4는 본 발명에 따른 움직임 벡터 추정 과정에 대한 실시예를 도시한 것이고,

도 5는 본 발명에 따른 동영상 부호화기에서의 움직임 벡터 추정 방법에 의해 수직 영역에 가중치를 둔 실시예를 도시한 것이고,

도 6은 본 발명에 따른 동영상 부호화기에서의 움직임 벡터 추정 방법에 의해 수평 영역에 가중치를 둔 실시예를 도시한 것이고,

도 7은 본 발명에 따른 동영상 부호화기에서의 움직임 벡터 추정 방법에 대한 동작 흐름도를 도시한 것이다.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 프레임 캡처부 11 : 매크로 블록 분리부

12 : 탐색 영역 설정부 13 : 움직임 벡터 추정부

14 : 수평 움직임 벡터 검출부 15 : 수직 움직임 벡터 검출부

16 : 가중치 설정부

본 발명은, 동영상 부호화기에서의 움직임 벡터 추정 방법에 관한 것으로, 예를 들어 MPEG-4 표준안을 따르는 동영상 부호화기에서, 움직임 벡터를 추정하기 위한 탐색 영역(Search Range)을 유연하게 가변 적용하여, 움직임 벡터를 보다 효율적으로 정확하게 추정할 수 있도록 하기 위한 동영상 부호화기에서의 움직임 벡터 추정 방법에 관한 것이다.

일반적으로 동영상 부호화기에서는, 동영상을 압축하거나 부호화하는 데 있어 영상 정보의 중복성을 최대한 고려하여 효율적으로 제거해야 하는 데, 예를 들어, MPEG-4 표준안을 따르는 동영상 부호화기에서는, 움직임 벡터 추정 방법을 이용한다.

그리고, 움직임 벡터(Motion Vector)의 정보는, 동영상의 화질 개선 및 복원에 큰 영향을 미치는 것으로, 보다 정확한 움직임 예측을 통한 움직임 벡터 추정 방법이 요구되고 있다.

한편, 일반적인 움직임 벡터 추정 방법은, 하나의 영상 프레임(Frame)을 여러 개의 매크로 블록(Macro Block)으로 나눈 다음, 현재 매크로 블록(Current Macro Block)의 움직임 벡터를, 이전 매크로 블록의 움직임 벡터들에 대한 평균값 또는 중간값을 이용하여, 이를 현재 매크로 블록의 움직임 벡터로 추정한다.

또한, 각각의 매크로 블록에 대해 주어진 탐색 영역(Search Range) 내에서 이전 프레임의 여러 매크로 블록과 비교하여, 기준 블록과 상이도를 계산한 후, 상이도가 가장 작은 블록을 찾아내어, 기준 블록과 정합 블록의 위치 차이를 나타내는 움직임 벡터를 추정하게 된다.

그러나, 상기와 같은 방법은, 전체 탐색 기법에 비해 탐색 영역을 줄일 수 있지만, 고정된 탐색 영역을 가지고 있기 때문에, 불필요한 부분까지 정합 블록을 수행하게 되는 문제점이 있으며, 또한, 수평 정보와 수직 정보에 대한 상관성을 고려하지 않기 때문에, 예측 방향에 대한 신뢰성이 저하되는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창작된 것으로서, 예를 들어 MPEG-4 표준안을 따르는 동영상 부호화기에서, 움직임 벡터를 추정하는 경우, N 개의 이전 매크로 블록에 대한 움직임 벡터를 수직 정보 벡터와 수평 정보 벡터로 나누어서 각각 검출한 후, 그 평균값 또는 중간값을 절대값의 차로 비교하여, 가중치(Weight)를 구하고, 현재 매크로 블록에 대한 움직임 벡터를 추정하기 위한 탐색 영역(Search Range)에, 상기 가중치를 부여하여, 상기 탐색 영역을 장방형, 수직 형태, 수평 형태 등으로 가변 조절할 수 있도록 하기 위한 동영상 부호화기에서의 움직임 벡터 추정 방법을 제공하는 데, 그 목적이 있는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 동영상 부호화기에서의 움직임 벡터 추정 방법은, 동영상 움직임 벡터 추정 방법에 있어서, N 개의 이전 매크로 블록에 대한 움직임 벡터를, 수직 정보 벡터와 수평 정보 벡터로 나누어서 검출하는 1단계; 및 상기 검출된 수직 정보 벡터와 수평 정보 벡터에 근거하여, 현재 매크로 블록에 대한 움직임 벡터를 추정하기 위한 탐색 영역을 가변 조절하는 2단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 동영상 부호화기에서의 움직임 벡터 추정 방법에 대한 바람직한 실시예에 대해, 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

우선, 본 발명이 적용되는 동영상 부호화기는, 예들 들어 도 1에 도시한 바와 같이, 프레임 캡처부(10), 매크로 블록 분리부(11), 탐색 영역 설정부(12), 움직임 벡터 추정부(13), 수평 움직임 벡터 검출부(14), 수직 움직임 벡터 검출부(15), 그리고 가중치 설정부(16) 등으로 구분될 수 있다.

한편, 상기 동영상 부호화기에서, 움직임 벡터를 추정하는 경우, 인접한 N 개의 이전 매크로 블록, 예를 들어 도 2에 도시한 바와 같이, 6 개의 이전 매크로 블록(A∼F)으로부터, 수직 움직임 벡터와 수평 움직임 벡터에 대한 평균값 또는 중간값을 각각 검출하게 된다.

그리고, 상기 평균값 또는 중간값을 절대값의 차로 비교하여, 가중치 함수를 구하고, 인접한 6 개의 매크로 블록을 수직 집합 매크로 블록과 수평 집합 매크로 블록으로 나누어, 움직임 예측 벡터를 연산하게 된다.

또한, 움직임 벡터의 탐색 영역을 가중치를 부여하여, 현재 매크로 블록(G)을 추정하기 위한 탐색 영역을 유연하게 가변 조절하고, 상기 가변 조절된 탐색 영역 내에서, 이전 프레임의 매크로 블록과 현재 프레임의 매크로 블록을 비교한 후, 기준 블록과 정합 블록의 위치 차를 계산하여, 도 3에 도시한 바와 같이, 움직임 벡터를 추정하게 되는 데, 상기 탐색 영역은, 도 4 내지 도 6에 도시한 바와 같이, 장방형, 수직 형태, 수평 형태 등으로 가변 조절될 수 있다.

도 7은 본 발명에 따른 동영상 부호화기에서의 움직임벡터 추정 방법에 대한 동작 흐름도를 도시한 것으로, 본 발명에서는, 인접한 N 개의 매크로 블록, 예를 들어 6 개의 매크로 블록(A∼F)으로 구성하여, 일반적인 3 개의 매크로 블록을 이용하는 방법보다 더 정확한 움직임 예측 벡터를 구하게 되는 데, 상기 동영상 부호화기에서는 블록을 버퍼링하게 되며(S10), 확장된 인접 6 개의 매크로 블록은, (Ax,Ay)∼(Fx,Fy)의 6 개 움직임 벡터를 갖는다.

그리고, 상기 수직 움직임과 수평 움직임은, 수직 정보 벡터와 수평 정보 벡터를 이용하여, 수직 평균값과 수평 평균값을 구하게 되는 데, 이는, Vmean=mean (Ay,By,Cy,Dy,Ey,Fy)와 Hmean=mean(Ax,Bx,Cx,Dx,Ex,Fx)으로 표현된다.

또한, 상기 동영상 부호화기에서는, 이전 매크로 블록의 수직, 수평 평균 절대값의 차를 가중치로 구하게 되는 데(S11), 상기 가중치는 α=│Vmean│-│Hmean│으로 표현되고, 상기 가중치는, α>k, -k≤α≤k, α<-k (k= 상수)로 구분되며, 이에 대한 움직임 예측 벡터, MVpred 를 구하고, 정해진 수직 매크로 블록 집합은, Vb={B,F}, 수평 매크로 블록 집합은, Hb={A,B,C,E}가 된다.

한편, 상기 가중치가, -k≤α≤k 이면(S12), 도 4에 도시한 바와 같이, 장방형의 탐색 영역을 설정하여, 움직임 벡터를 추정하게 되는 데(S13), 이때 움직임 예측 벡터는, MVpred=[Vmean Hmean]이 된다(S14).

그리고, 상기 가중치가, α>k 이면(S15), 도 5에 도시한 바와 같이, 수직 움직임이 수평 움직임 보다 크다고 판별하여, 현재 매크로 블록의 수직 움직임에 더 많은 가중치를 두어, 탐색 영역을 수직 형태로 설정하여, 움직임을 추정하게 되는 데(S16), 이때 가중치는, αw=Vmean/(Vmean+Hmean)이 되고, 탐색 영역은, Search Range=±αw x Rv, ±(1-αw) x Rh, Rv는 수직 탐색 영역의 픽셀 값, Rh는 수평 탐색 영역의 픽셀 값을 나타내며, 움직임 예측 벡터는, MVpred=mean(Vb, Hmean)이 된다(S17).

또한, 상기 가중치가, α<-k 이면, 도 6에 도시한 바와 같이, 수평 움직임이 수직 움직임 보다 크다고 판별하여, 현재 매크로 블록의 수평 움직임에 더 많은 가중치를 두어, 탐색 영역을 수평 형태로 설정하여, 움직임을 추정하게 되는 데(S18), 이때 가중치는, αw=Hmean/(Vmean+Hmean)이 되고, 탐색 영역은, Search Range=±(1-αw) x Rv, ±αw x Rh, Rv는 수직 탐색 영역의 픽셀 값, Rh는 수평 탐색 영역의 픽셀 값을 나타내며, 움직임 예측 벡터는, MVpred=mean(Vmean, Hb)이 된다(S19).

즉, 본 발명에서는, 움직임 예측 벡터에 가중치를 둠으로써 예측 벡터를 더욱 신뢰할 수 있고, 도 5 및 도 6에 도시한 바와 같이, 재조정된 탐색 영역(Search Range= Active Area) 내에서 이전 프레임의 매크로 블록과 현재 프레임의 매크로 블록을 비교하여, 기준 블록과 정합 블록의 위치 차를 계산하여, 움직임 벡터를 보다 정확하게 추정하게 된다(S20).

한편, 정방형 탐색영역의 경우, 169 개의 픽셀 영역을 모두 연산해야 되지만, 도 5 및 도 6에 도시한 바와 같이 탐색영역을 조정하게 되면, 최대 169 개의 픽셀영역부터 최소 91 개의 픽셀영역을 유연하게 효율적으로 연산하게 되므로, 픽셀 연산량을 획기적으로 줄일 수 있게 된다.

이상, 전술한 본 발명의 바람직한 실시예는, 예시의 목적을 위해 개시된 것으로, 당업자라면, 이하 첨부된 특허청구범위에 개시된 본 발명의 기술적 사상과 그 기술적 범위 내에서, 또다른 다양한 실시예들을 개량, 변경, 대체 또는 부가 등이 가능할 것이다.

상기와 같이 이루어지는 본 발명에 따른 동영상 부호화기에서의 움직임 벡터 추정 방법은, 예를 들어 MPEG-4 표준안을 따르는 동영상 부호화기에서, 움직임 벡터를 추정하는 경우, N 개의 이전 매크로 블록에 대한 움직임 벡터를 수직 정보 벡터와 수평 정보 벡터로 나누어서 각각 검출한 후, 그 평균값 또는 중간값을 절대값의 차로 비교하여, 가중치를 구하고, 현재 매크로 블록에 대한 움직임 벡터를 추정하기 위한 탐색 영역에, 상기 가중치를 부여하여, 상기 탐색 영역을 장방형, 수직 형태, 수평 형태 등으로 가변 조절함으로써, 움직임 벡터 추정을 위한 탐색 영역을 유연하게 가변 적용시킬 수 있게 되어, 블록 정합에 소요되는 연산 시간을 효율적으로 줄일 수 있게 되며, 또한 보다 정확하게 움직임 벡터를 추정할 수 있게 되는 매우 유용한 발명인 것이다.

Claims

동영상 움직임 벡터 추정 방법에 있어서,

N 개의 이전 매크로 블록에 대한 움직임 벡터를, 수직 정보 벡터와 수평 정보 벡터로 나누어서 검출하는 1단계;

상기 검출된 수직 정보 벡터와 수평 정보 벡터의 평균값 또는 중간값을 절대값의 차로 비교하여 가중치를 산출하는 2단계; 및

상기 산출된 가중치를 부여하여, 현재 매크로 블록에 대한 움직임 벡터를 추정하기 위한 탐색 영역을 장방형, 수직 형태, 수평 형태 중 어느 하나로 가변 조절하는 3단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 동영상 부호화기에서의 움직임 벡터 추정 방법.
제 1항에 있어서,

상기 1단계는, 6 개의 이전 매크로 블록들에 대한 움직임 벡터를, 수직 정보 벡터와 수평 정보 벡터로 나누어서 각각 검출하는 것을 특징으로 하는 동영상 부호화기에서의 움직임 벡터 추정 방법.
삭제
제 1항에 있어서,

상기 3단계는, 상기 가중치가, 사전에 설정된 기준 범위 내의 값을 갖는 경우, 상기 탐색 영역이 장방형이 되도록 하는 것을 특징으로 하는 동영상 부호화기에서의 움직임 벡터 추정 방법.
제 1항에 있어서,

상기 3단계는, 상기 가중치가, 사전에 설정된 기준 범위 미만의 값을 갖는 경우, 상기 탐색 영역이 수평 형태가 되도록 하고, 상기 기준 범위를 초과하는 값을 갖는 경우, 상기 탐색 영역이 수직 형태가 되도록 하는 것을 특징으로 하는 동영상 부호화기에서의 움직임 벡터 추정 방법.