KR100621004B1 - 이동통신 시스템에서의 매크로블록 추출 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 DCT (discrete cosine transform) 영역에서 움직임 벡터를 재설정하기 위한 고속 매크로블록 추출 방법에 관한 것으로서, 기 추출된 매크로블록 정보와 현재 추출할 매크로블록 정보가 겹침현상을 이용하여 매크로블록을 추출함으로써 기존의 매크로블록 추출 방법보다 계산량을 대폭적으로 줄일 수 있는 장점을 갖는다.
움직임 벡터, 메크로블록 추출, 정보겹침,오프셋 움직임 벡터
Description
도 1은 종래 DCT 영역에서 매크로블록을 추출하기 위한 기본적인 방법을 나타낸 도면.
도 2는 HVS (horizontal and vertical search) 방법에서의 고속 움직임 벡터 탐색 패턴을 나타낸 도면.
도 3은 기 추출된 매크로블록에 속하는 휘도성분 블록(B0~B3)들의 위치를 나타낸 도면.
도 4의 (A)(B)는 기 추출된 매크로블록 정보와 현재 추출할 매크로블록 정보가 겹칠 수 있는 여러가지 예를 나타낸 도면.
도 5의 (A)(B)는 기 추출된 매크로블록 정보와 현재 추출할 매크로블록 정보가 겹칠 수 있는 여러가지 예를 나타낸 도면.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 이동통신 시스템에서의 매크로 블록추출방법을 나타낸 도면.
***** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *****
B0~ B3: 기 추출된 매크로블록에 속하는 휘도성분 블록
A0 ~ A3 : 기준화면내의 블록
본 발명은 DCT (discrete cosine transform) 영역에서 비디오 콘텐츠 변형시 움직임 벡터를 재설정하기 위한 고속의 매크로블록 추출 방법에 관한 것이다.
일반적으로 비디오 콘텐츠(contents) 변형(manipulation)(축소 또는 삭제)은 콘텐츠를 다양한 네트워크로 서비스하기 전에 각 네트워크와 단말(클라이언트)의 상황에 맞도록 기 저장된 비디오 콘텐츠를 적절히 변형하는 과정이다.
상기 비디오 콘텐츠 변형 과정의 예로는 다양한 네트워크들의 다양한 대역폭에 맞도록 전송 비트율 (bit-rate)을 재설정하는 과정과 단말의 디스플레이장치가 갖는 해상도에 맞도록 비디오 콘텐츠의 해상도를 조절하는 과정등이 있다. 이 경우, 전자의 과정을 비트율 변환부호화(transcoding) 라고 부르며, 후자의 과정을 해상도 변환부호화라고 부른다.
상기와 같은 DCT (discrete cosine transform)영역에서의 콘텐츠 변형에 있어서, 변형된 콘텐츠의 화질 향상을 위해 공통적으로 필요한 과정이 움직임 벡터 재설정이다. 일반적으로 DCT 영역에서 비디오 콘텐츠를 변형할 경우 그 변형된 영상의 특성 변화로 인하여 이전에 구해진 움직임 벡터가 정확성을 잃게 되기 때문에 새로운 움직임 벡터를 재설정해 주는 작업이 필요하다.
이에 관련하여 종래에는 이미 부호화 되어 데이터베이스에 저장되어 있는 비디오 콘텐츠보다 낮은 대역폭을 갖는 네트워크로 콘텐츠를 전송하기 위해 비트율 변환부호화 또는 해상도 변환부호화를 이용하여 콘텐츠의 전송 비트율을 낮추는 과정을 채택하고 있다. 또한, 최종적으로 전송되는 영상의 화질이 열화되는 것을 해결하기 위해 상기 변환 부호화 과정과 더불어 움직임 벡터를 재설정하는 과정을 수행하고 있다.
일반적으로 DCT 영역에서 움직임 벡터를 재설정하기 위해서는 DCT 영역에서의 SAD (sum of absolute difference)를 비교해야 하는데 이를 위해 먼저 움직임 벡터에 의해 예측된 매크로블록을 DCT 영역에서 추출해야 한다.
도 1에는 종래 DCT 영역에서 매크로블록을 추출하기 위한 기본적인 방법이 도시되어 있다. 이 경우 움직임 벡터(mv)의 수평성분(mx)와 수직성분(my)은 양수이다.
도 1을 참조하면, 일반적으로 DCT 영역에서 움직임 벡터(mv)에 의해 예측된 매크로 블록(B0)은 기준화면 (reference frame) 내의 4개의 블록(A0 ~ A3)과 부분적으로 겹치게 된다. 상기 예측된 매크로 블록(B0)은 네개의 블록(A0~A3)과 겹쳐진 부분에 의해 움직임이 보상되며, 상기 예측블록(B0)은 다음 식을 이용하여 블록(A0~A3)들의 선형적 조합으로 표현된다.
이때, , , ,
이고, In은 크기가 n ×n인 단위행렬이며, mx와 my는 각각 움직임 벡터의 수평 및 수직 성분이다. 또한, (mx)8 및(my)8들은 각각 mx와 my의 모듈로 (modulo) 8인 값이다. 그리고, P0
~P3
와 Q0
~Q3
에 표현된 0은 일정 차원을 갖는 영행렬을 나타낸다.
결과적으로, 예측된 매크로 블록(B0)은 mx와 my에 의해 결정되는 Pi, Qi 행렬을 A0 ~ A3의 좌우에 곱한 결과로 얻어진 행렬들의 선형적 조합에 의해 얻어진다.
그리고, 식(1)은 DCT의 단위직교 변환특성을 이용할 경우 다음과 같이 나타낼 수 있다.
식(2)는 1개의 매크로 블록을 추출하기 위해 필요한 수학식이다. 따라서, 상기 식(2)를 4번 적용할 경우 4개의 휘도 (luminance) 성분블록으로 구성된 하나의 매크로블록을 추출할 수 있을 것이다.
도 2는 HVS (horizontal and vertical search) 방법이라고 불리는 고속 움직임 벡터 탐색 패턴이다.
도 2에 도시된 HVS의 탐색 영역의 크기는 [-2, +2] 이며, 체크 포인트는 4개이다. HVS 방법은 먼저 초기 움직임 벡터가 가리키는 픽셀에서 수평 방향으로 최적의 픽셀 위치를 찾은 다음 해당 픽셀의 상하에 위치한 픽셀들을 수직적으로 탐색하여 최 종적으로 최소의 SAD (sum of absolute difference)를 갖는 픽셀의 위치를 찾는다. 따라서, 최종적으로 구해진 픽셀을 가리키는 움직임 벡터가 최종적으로 얻어지는 재설정 움직임 벡터이다.
이후, 도 2에 도시된 HVS 방법을 예로 들어 종래의 매크로 블록 추출방법을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 초기 움직임 벡터 (initial motion vector)에 의해 지적된 매크로블록을 식(2)를 통해 추출해 낸 다음 SAD0를 구한다. 초기 움직임 벡터가 가리키는 픽셀로부터 좌측으로 1픽셀 위치만큼 떨어진 1번 픽셀에 의해 지적된 움직임 예측 매크로블록을 식(2)를 통해 추출하고 SAD1를 구한다. 이때, SAD0 > SAD1 이기 때문에 2번 픽셀을 체크한다.
2번 픽셀에 의해 지적된 움직임 예측 매크로블록을 식(2)를 통해 추출하고 SAD2를 구한다. 이 경우 SAD1 < SAD2 이기 때문에 수평 방향의 탐색을 마치고 최소의 SAD를 갖는 움직임 벡터에 의해 지적된 수평 방향 픽셀의 위치를 1번 픽셀로 결정한다.
이후, 3번 픽셀로 지적된 움직임 예측 매크로블록을 식(2)를 통해 추출한 후 SAD3를 구한다. 도 2의 경우 SAD1 > SAD3 이기 때문에 4번 픽셀을 체크한다. 4번 픽셀로 지적된 움직임 예측 매크로블록을 식(2)를 통해 추출하고 SAD4를 구한다. 이 경우 SAD3 < SAD4 이므로 수직 방향의 탐색을 마치고 최소의 SAD를 갖는 움직임 벡터에 의해 지적된 수직 방향 픽셀의 위치를 3번 픽셀로 결정한다.
따라서, 최소의 SAD를 갖는 움직임 벡터에 의해 지적된 픽셀의 위치는 3번 픽셀이 며, 3번 픽셀을 가리키는 움직임 벡터가 최종적으로 재설정 움직임 벡터로서 결정된다.
이와 같이, 종래에는 움직임 벡터에 의해 예측된 매크로 블록을 DCT영역에서 추출한 다음 DCT영역에서의 SAD를 비교하여 움직임 벡터를 재설정하였다.
그런데, 식(2)에 의한 종래의 매크로 블록 추출방법은 과도한 계산량이 요구되는 문제점이 있다. 즉, 식(2)에서는 mx와 my가 N의 배수가 아닌 경우 계산량이 가장 많은데 이 경우의 계산량을 분석하면 다음과 같다.
먼저, 식(2)는 일단 8회의 N ×N (N=8) 행렬의 곱들로부터 얻어진다. N ×N 행렬인 A와 B의 곱 AB를 구하기 위해 필요한 곱셈 회수는 N3이며 덧셈 회수는 N2(N-1)이다. 그런데, 식(2)에서는 AB형태의 행렬 곱을 8회 수행하기 때문에 총 곱셈회수는 8N3이며 덧셈 회수는 8N2(N-1)이다. 이 계산량은 각 블록 하나에 대해 필요한 계산량이므로 4개의 휘도성분으로 구성된 하나의 매크로블록의 경우에는 32N3번의 곱셈과 32N2(N-1)번의 덧셈이 필요하다.
또한, DCT 블록 하나의 크기가 8 ×8이므로 N=8로 설정하면 하나의 매크로블럭을 추출하기 위하여 총 16384회의 덧셈과 14336회의 곱셈이 필요하다. 이와 같은 과도한 계산량은 고속의 비디오 콘텐츠 서비스를 제공할 때 상당히 부담스러우며 높은 복잡도를 요구하게 된다.
물론, mx 또는 my가 N의 배수일 경우에는 계산량이 절반으로 줄게 되고, mx와 my
모두 N의 배수일 경우에는 계산량이 0이 된다. 또한, 식(2)에 사용되고 있는 블록들은 DCT 블록들이기 때문에 많은 계수들이 0임을 감안한다면 계산량은 방금 위에서 구한 곱셈 회수와 덧셈 회수보다 줄어들 수 있다. 그러나, 이러한 경우는 일반적인 경우가 아니므로 식(2)에 의한 과도한 계산량은 고속의 비디오 콘텐츠 서비스를 제공하기 위하여 개선이 되어야 한다.
본 발명의 목적은 움직임 벡터의 재설정에 필요한 고속의 매크로 블록추출방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 매크로 블록 추출시 과도한 계산량을 줄일 수 있는 매크로 블록추출방법을 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 네트워크와 단말간의 비디오 컨텐츠 서비스를 위하여 DCT (discrete cosine transform) 영역에서 움직임 벡터를 재설정하는 무선 시스템에 있어서, 본 발명에 따른 매크로블록 추출방법은 초기 움직임 벡터에 의해 지적된 매크로블록을 추출하는 단계와; 추출된 매크로블록 정보와 현재 추출할 매크로블록 정보간의 겹침정도를 이용하여, 현재의 매크로블록을 추출하는 단계를 포함한다.
상기 추출단계는 기 추출된 매크로블록 정보와 현재 추출할 매크로블록 정보간의 겹침정도를 파악하여, 오프셋 움직임 벡터값을 설정하는 단계와; 설정된 오프셋 움직임 벡터값에 따라 서로 다른 식을 사용하여 현재의 메크로블록내의 휘도성분블록들을 구하는 단계로 구성된다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 기존의 매크로블록 추출방법에서의 과도한 계산량을 개선하기 위한 새로운 매크로블록 추출방법을 고안한다. 일반적으로 재설정된 움직임벡터를 찾는 과정에서 이미 추출된 매크로블록의 데이터 정보와 현재 추출할 매크로블록의 데이터 정보사이에는 어느 정도 겹치는 부분이 존재한다. 따라서, 본 발명은 상기와 같은 정보 겹침현상을 이용하여 매크로블록을 추출하는 방법을 제시한다.
도 3은 기 추출된 매크로블록에 속하는 휘도성분 블록(B0~B3)들의 위치이다.
이때, B0와 B1은 각각 좌상 및 우상 블록을 나타내고, B2와 B3는 각각 좌하 및 우하 블록을 나타낸다.,
도 4의 (A),(B) 및 도 5의 (A),(B) 들은 기 추출된 매크로블록 정보와 현재 추출할 매크로블록 정보가 겹칠 수 있는 여러가지 예를 나타내고 있다.
먼저, 도 4의 (A)에서 는 현재 추출할 매크로블록의 좌상블록을 의미한다. 상기 는 기 추출된 매크로블록의 좌상 블록(B0)에 대응되며, 기 추출된 매크로블록의 좌상 블록(B0)에 비하여 오른쪽으로 1 픽셀 이동한 위치에 존재한다. 이때,는 바로 전에 추출된 매크로블록이 갖는 초기 움직임 벡터(initial motion vector)를 나타내고, 는 현재 추출할 매크로블록이 갖는 움직임 벡터를 나타낸다. 또한, δ는 오프셋 움직임 벡터를 나타내며, δ∈{(1,0),(-1,0),(0,1),(0,-1)}로 정의된다.
따라서, 은 B0 와 8 ×7 픽셀 만큼 겹치며 동시에 B1 과 8 ×1 픽셀 만큼 겹친다. 이러한 사실을 이용하면 을 추출해 내기 위한 식 (3)은 다음과 같이 표시할 수 있다.
그리고, 도 4의 (B)에서는 현재 추출할 매크로블록의 좌상 블록을 의미하며,기 추출된 매크로블록의 좌상 블록(B0 ) 비하여 왼쪽으로 1 픽셀 이동한 위치에 있다. 이때, 상기 는 B0 와 8 ×7 픽셀 만큼 겹치며 부분적으로 A0및 A2와 겹친다. 이러한 사실을 이용하면 을 추출해 내기 위한 식 (4)을 다음과 같이 표시할 수 있다.
따라서, 상기와 같이 정보 겹침을 이용하면 dir이 (r,l,u,d)인 경우 을 추출할 수 있다. 즉, 기 추출된 매크로블록의 데이터 정보와 현재 추출할 매크로블록의 데이터 정보가 겹치는 형태에 따라 4가지의 휘도성분 블록(B0)들을 구할 수 있다.
상술한 바와같이 현재의 각 매크로블록내의 각 휘도성분블록(B0~B3)들을 추출할 때 사용하는 식은 오프셋 움직임 벡터인 δ값에 따라 달라짐을 알 수 있다. 이때, δ는 δ∈{(1,0,),(-1,0),(0,1),(0,-1)} 로 정의된다. 따라서, 본 발명은 기 추출된 매크로블록의 데이터 정보와 현재 추출할 매크로블록의 데이터 정보사이의 겹침정도를 파악한 후 상기 식들을 적절히 사용함으로써 현재의 매크로블록내의 휘도성분 블록들을 추출할 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 DCT영역에서의 매크로블록 추출방법을 나타낸 플로우 차트이다.
도 6에 도시된 바와같이, 먼저 초기 움직임 벡터에 의해 지적된 매크로블록을 식(2)를 통해 추출한다(S10). 또한, 본 발명은 최초로 동작할 때 초기 움직임 벡터와 식(2)에 의해 추출된 매크로 블록정보가 이미 존재하는 것으로 가정할 수도 있다.
이후, 기 추출된 매크로블록 정보와 현재 추출할 매크로블록 정보간의 겹침정도를 파악하여 오프셋(offset) 움직임 벡터(δ)값을 설정한다(S11). 오프셋(offset) 움직임 벡터(δ)값이 설정되면 해당 δ값에 따라 별도의 식을 적용하여 현재의 매크로블록내의 각 휘도성분 볼록(B0~B3)들을 추출한다(S12).
즉, 오프셋 움직임 벡터(δ)값이 (1,0)인 경우에는 식(3),(7),(11) 및 (15)를 이용하여 각각 ,,및 을 추출하고, 오프셋 움직임 벡터(δ)값이 (-1,0)인 경우에는 식(4),(8),(12) 및 (16)를 이용하여 각각, ,,및 을 추출한다. 또한, 오프셋 움직임 벡터(δ)값이 (0,1)인 경우에는 식(5),(9),(13) 및 (17)를 이용하여 각각, ,,및 을 추출하고, 오프셋 움직임 벡터(δ)값이 (0,-1)인 경우에는 식(6),(10),(14) 및 (18)를 이용하여 각각, ,,및 을 추출한다.
따라서, 기 추출된 매크로블록 정보와 현재 추출할 매크로블록 정보가 겹치는 형태 에 따라 상기와 같이 적정한 식들에 사용함으로써 각 매크로블록내의 휘도성분 볼록(B0~B3)들을 추출할 수 있다.
일단 현재의 매크로 블록이 추출되면 그 추출된 매크로블록을 기 추출된 매크로블록으로 설정한다(S13). 따라서, 현재의 설정된 매크로블록을 나타내는 움직임 벡터가 재설정된 움직임벡터가 된다.
이후 움직임 벡터 재설정이 완료되었는지 체크하여(S14), 움직임 벡터 재설정이 완료된 경우는 모든 과정을 종료하고 완료되지 않은 경우는 단계(S11)로 복귀하여 이후의 과정들을 반복적으로 수행한다.
상술한 바와같이 본 발명은 기 추출된 매크로블록 정보와 현재 추출할 매크로블록 정보가 겹침현상을 이용하여 매크로블록을 추출함으로써 기존의 매크로블록 추출 방법보다 계산량을 대폭적으로 줄일 수 있다. 에 대해 i{0,1,2,3} 이고 dir{r,l,u,d}인 경우, 만약 현재 추출해야 할 블록이 기 추출된 매크로블록과 완전히 겹치게 되는 경우 식의 형태는 식(3)과 식(6)과 같다. 또한, 현재 추출해야 할 블록이 기 추출된 매크로블록과 완전히 겹치지 않고 Ai 와 부분적으로 겹치는 경우 식의 형태는 식(4)와 식(5)와 같게 된다.
따라서, 기 추출된 매크로블록과 1픽셀 쉬프트 된 위치에 있는 매크로블록을 추출할 때 16×15 또는 15×16 만큼의 겹치는 정보를 이용하게 되면 필요한 계산량은 14(=2×2 +2 ×5) N3 회의 곱셈과 14(=2×2+2×5) N2(N-1) 회의 덧셈만이 요구된다. 이는 종래의 방법이 요구하는 계산량인 32(=4×8) N3 회의 곱셈과 32(=4×8) N2(N-1) 회의 덧셈에 비해 56%의 계산량을 줄일 수 있는 효과가 있다.
그리고, 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
Claims (11)
- 네트워크와 단말간의 비디오 컨텐츠 서비스를 위하여 DCT (discrete cosine transform) 영역에서 움직임 벡터를 재설정하는 무선 시스템에 있어서,초기 움직임 벡터에 의해 지적된 매크로블록을 추출하는 단계와;추출된 매크로블록 정보와 현재 추출할 매크로블록 정보간의 겹침정도를 파악하여, 오프셋 움직임 벡터값을 설정하는 단계와;설정된 오프셋 움직임 벡터값에 따라 서로 다른 식을 적용하여 현재의 매크로블록 내의 제1-제4휘도성분블록들을 구하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 매크로블록 추출방법.
- 제1항에 있어서, 상기 오프셋 움직임 벡터는(1,0), (-1,0), (0,1) 및 (0,-1)의 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 매크로블록 추출방법.
- 삭제
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