KR100820019B1 - 모스트 통신에서 화상 압축 장치 및 제어 방법 - Google Patents

모스트 통신에서 화상 압축 장치 및 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 영상 압축에 관한 것으로 특히 차량의 에이브이 시스템(Audio/video/Navigation System)에서 사용하는 모스트 통신에서 영상데이터를 2차원 DCT(Discrete Cosine Transform)를 이용하여 압축 처리하여 제한된 대역폭에서 동영상데이터를 원활히 전송하고 재생할 수 있는 모스트 통신에서 화상 압축 장치 및 제어 방법에 관한 것이다.
본 발명의 장치는, 모스트 통신을 사용하며 영상데이터를 수신하여 제공하는 영상수신부와, 영상수신부에서 상기 영상데이터를 수신하여 ITU-R B 656 변환, CIF 변환, 2차원 DCT 변환을 처리하고 동영상 데이터로 압축하여 상기 모스트 통신으로 전송하는 엔코더부와, 엔코더부에서 전송하는 상기 동영상 데이터를 상기 압축의 역순으로 복원하는 디코더부가 있으며 상기 디코더부에서 복원된 상기 동영상을 표시하는 영상표시부를 포함함을 특징으로 한다.
모스트 통신, 에이브이 시스템, 2차원 포워드 DCT, 2차원 인버스 DCT.

Description

모스트 통신에서 화상 압축 장치 및 제어 방법 {Apparatus and method of image compression in Media Oriented System Transport}
도 1은 본 발명의 모스트 통신에서 화상 압축 장치의 개념도
도 2는 본 발명의 모스트 통신에서 화상 압축 제어 방법의 순서도
도 3은 본 발명의 2차원 DCT 변환의 예를 나타낸 도면
본 발명은 영상 압축에 관한 것으로 특히 차량의 에이브이 시스템(Audio/video/Navigation System)에서 사용하는 모스트 통신에서 영상데이터를 2차원 DCT(Discrete Cosine Transform)를 이용하여 압축 처리하여 제한된 대역폭에서 동영상데이터를 원활히 전송하고 재생할 수 있는 모스트 통신에서 화상 압축 장치 및 제어 방법에 관한 것이다.
일반적으로. 자동차에는 카오디오 시스템 또는 AV 시스템 또는 AVN(Audio/Video/Navigation) 시스템(이하 "에이브이 시스템"이라 함)이 장착된다.
차량용 에이브이 시스템은 미디어 시스템에 관련된 네트워크 시스템으로 MOST(Media Oriented System Transport) 방식을 사용하고 DVD, 라디오, CDP 등 모든 멀티미디어에 관련된 시스템의 제어와 재생되는 영상 및 음향을 제어하는데 사용되며 광케이블을 이용하여 초고속의 영상 및 음성 데이터를 전송 처리한다.
차량용 에이브이 시스템에서 모스트 통신을 이용하여 영상 데이터를 전송시에 압축이 필요하며, 압축을 효율적으로 처리할 수 있다면 제한된 대역폭을 여유있게 활용할 수 있어서 모스트 채널의 운영에 많은 도움이 된다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 모스트 통신에서 영상데이터를 2차원 DCT(Discrete Cosine Transform)를 이용하여 압축처리하여 원활하게 동영상을 재생할 수 있도록 하는 모스트 통신에서 화상 압축 장치 및 제어 방법을 제공함에 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 장치는, 모스트 통신을 사용하며 영상데이터를 수신하여 제공하는 영상수신부와, 영상수신부에서 상기 영상데이터를 수신하여 ITU-R B 656 변환, CIF 변환, 2차원 DCT 변환을 처리하고 동영상 데이터로 압축하여 상기 모스트 통신으로 전송하는 엔코더부와, 엔코더부에서 전송하는 상기 동영상 데이터를 상기 압축의 역순으로 복원하는 디코더부가 있으며 상기 디코더부에서 복원된 상기 동영상을 표시하는 영상표시부를 포함함을 특징으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방법은, 수신되는 영상 데이터를 엔 코더부에서 ITU-R BT 656 포맷으로 변환하고, 상기 ITU-R BT 656 포맷으로 변환된 영상데이터를 CIF 포맷으로 변환하는 1 과정과, CIF 포맷으로 변환된 상기 영상데이터를 분할하고 2차원 포워드 DCT 변환 처리하고 다시 2차원 인버스 DCT 변환 처리하는 2 과정과, 2차원 DCT 변환 처리된 상기 영상 데이터를 모션 에스티메이션 처리하여 동영상 데이터를 생성하고 양자화하는 3 과정과, 양자화하여 출력된 상기 동영상 데이터를 부호화하여 상기 엔코더부에서 모스트 통신으로 전송하는 4 과정과, 모스트 통신으로 전송된 상기 동영상 데이터를 디코더부에서 복원하여 재생하는 5 과정을 포함함을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 상기 2 과정에서, 상기 2차원 포워드 DCT 변환은 아래의 수학식으로 변환함을 특징으로 한다.
Figure 112006085999707-pat00001
Figure 112006085999707-pat00002
k, l=0, 1,...,7.
또한, 본 발명의 상기 2 과정에서, 상기 2차원 인버스 DCT 변환은 아래의 수학식으로 변환함을 특징으로 한다.
Figure 112006085999707-pat00003
Figure 112006085999707-pat00004
k, l=0, 1,...,7이다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.
하기의 설명에서는 본 발명에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.
본 발명은 차량의 에이브이 시스템에서 사용하는 모스트 통신에서 영상데이터를 2차원 DCT를 이용하여 압축 전송하고 복원시켜서 제한된 대역폭으로 동영상 데이터를 원활히 전송 재생할 수 있는 모스트 통신에서 화상 압축 장치 및 제어 방법이다.
도 1은 본 발명의 모스트 통신에서 화상 압축 장치의 개념도이다.
도 1에는 영상수신부(30), 엔코더부(Encoder)(32), 영상표시부(34)와 디코더부(decoder)(36)를 나타낸다.
영상수신부(30)는 차량의 에이브이 시스템의 DVD, CD 플레이어, 덱크(Deck), 카메라 등과 같은 단말을 통하여 영상데이터를 수신하고, 엔코더부(32)는 2차원 DCT를 이용하여 영상데이터를 압축 처리하여 동영상 압축데이터를 생성하고, 압축 처리된 동영상 압축데이터는 모스트(MOST) 통신으로 LCD와 같은 영상표시부(34)의 디코더부(36)로 전송된다.
디코더부(36)는 수신된 동영상 데이터를 압축의 역순으로 복원하여 영상표시부(34)에서 동영상을 디스플레이한다.
이때 엔코더부(32)는 수신측에서 전송하는 모스트 데이터의 콘트롤 메시지(control message) 2 바이트에 의하여 동영상 데이터의 압축률을 적정하게 조정할 수 있다.
즉, 동영상 압축데이터를 수신하는 디코더부(36)에서 모스트 데이터의 2바이트 크기의 콘트롤 메시지를 이용하여 엔코더부(32)에서 압축시의 압축률을 적정하게 제어한다.
도 2는 본 발명의 모스트 통신에서 화상 압축 제어 방법의 순서도이다.
도 2는 도 1의 엔코더부(32)에서 영상데이터를 압축하고 디코더부(36)에서 복원 재생하는 순서도이다.
본 발명은 모스트 통신을 이용한 영상 신호 전송에서 대역폭(Bandwidth) 문제를 해결하기 위한 것으로, 동영상 신호의 압축과 전송에 관한 것이다.
영상신호를 압축하는 경우는 주로 손실 압축이고 용도는 전송과 저장을 위한 것이다. 왜냐하면 동영상 신호를 전송하거나 저장을 하려면 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환해야 하는데 그 변환한 데이터는 굉장히 크다. 따라서 이 디지털 신호를 압축해야 한다. 아날로그 입력신호는 NTSC로 하여 설명한다.
먼저 301 단계로, 영상수신부(30)는 차량의 에이브이 시스템의 DVD, CD 플레이어, 덱크(Deck), 카메라 등과 같은 단말을 통하여 영상데이터를 수신하고, 303 단계로 엔코더부(32)는 수신된 영상데이터를 ITU(International Telecommunication Union)-R(Radiocommunication Sector) BT 656 신호로 변환한다.
BT 656은 25개 라인으로 4:3 비율의 27Mhz 클럭에 샘플레이트 13. 5MHz 의 Y, Cb, Cr 인터레이스드(Interaced) 디지털 텔레비전(SDTV : standard definition television) 시스템에서 8~10 비트까지의 데이터 스트림을 처리하는 병렬 디지털 전송규약이다.
디지털 텔레비전은 기존의 NTSC(National Television Standards Committee) 방식이나 PAL(Phase Alternation Line) 방식 수준(가로세로 픽셀 수 비율이 720ㅧ480)의 해상도를 가지고, 화면의 가로 세로비가 4:3인 디지털 텔레비전을 통칭한다.
본 발명은 영상데이터를 통상 사람의 눈은 휘도 신호보다 채도신호에는 둔감한 것에 착안하여 4:2:2 포맷으로 변환한다.
원신호는 4:4:4이고 이는 Y(Luminance :휘도)와 Cb, Cr(chrominance : 채도)의 표본수 비율로서 본 발명은 사람의 눈이 채도신호에는 둔감한 것을 이용하여 4:2:2 포맷을 사용한다. 즉 채도신호(Cb, Cr)를 Y에 비하여 절반만을 사용한다.
상기한 바와 같이 4:2:2 포맷으로 ITU-R BT 656 포맷의 영상신호 크기는 720*420으로 변환한다.
305 단계로 엔코더부(32)는 상기한 ITU-R BT 656 포맷의 영상신호를 다시 NTSC와 PAL 방식의 신호 모두를 지원하는 CIF(Common Intermediate Format) 포맷으로 변환하고, 사이즈는 360*240으로 변환하며 이때에는 영상신호의 손실이 발생한다.
307 단계로, 360*240으로 변환한 CIF 포맷 데이터를 다시 8*8 크기로 화면을 분할하고, 309~311 단계로, 2차원 DCT(Discrete Cosine Transform) 변환을 한다.
본 발명의 2차원 DCT 변환은 CIF 포맷의 영상 신호를 2차원 포워드 DCT 변환을 하고, 다시 2차원 인버스 DCT 변환을 처리한다.
아래의 수학식 1은 본 발명의 2차원 포워드 DCT 변환의 관계식이고 수학식 2는 2차원 인버스 DCT 변환식을 나타내고 있다.
Figure 112006085999707-pat00005
Figure 112006085999707-pat00006
Figure 112006085999707-pat00007
상기한 수학식 1, 2에서 k, l=0, 1,...,7이다.
통상 2차원 DCT는 영상데이터의 강화나 디코딩, 엔코딩에 사용되는 것으로, 타임도메인(time domain) 신호를 주파수 도메인(frequency domain)으로 신호로 바꾸는 것이다.
본 발명의 상기한 포워드 DCT나 인버스 DCT에서 영상데이터의 손실은 없다.
도 3은 본 발명의 2차원 DCT 변환의 예를 나타낸 도면으로. 상기한 2차원 포워드 DCT나 2차원 인버스 DCT를 적용한 경우 도 3과 같이 정보량이 큰 것과 정보량이 작은 것으로 배열되고, 화소당 평균 8비트 크기의 데이터가 평균 3.2비트로 50% 이상 압축이 되었다.
313 단계로 상기한 2차원 포워드, 인버스 DCT 변환한 영상데이터를 동영상 데이터로 생성하기 위해 모션 에스티메이션(Motion Estimation)을 처리한다.
영상신호를 동영상으로 보여주기 위해서는 NTSC의 경우 1초에 27장의 정지영상을 보여주는 것으로 본 발명에서는 2차원 DCT 변환한 영상 데이터를 1초에 27장 연속으로 보여주기 위해 모션 에스티메이션을 사용한다.
모션 에스티메이션은 1장의 영상에서 다음장의 영상을 표현시에 다음 장의 영상 데이터는 이전 장의 영상데이터에서 변경된 부분만을 파악하여 데이터를 줄이는 방법이다.
또한, 본 발명은 정지영상을 동영상으로 보여주기 위한 다른 방식으로는 2차원 DCT 변환된 영상데이터를 한번 더 2차원 DCT 변환하여 3차원으로 구현하고 이것을 이용하여 동영상을 처리하는 VDM(Video Distribution over MOST)을 사용한다.
상기한 모션 에스티메이션이나 VDM 을 사용하여 동영상으로 생성 처리하는 데에 데이터의 손실은 없다.
315 단계로 상기한 동영상 데이터를 양자화(Quantization)하는 것으로, 각 픽셀을 변환계수로 나누고 그 몫만을 취하고 나머지는 버리는 방식을 사용하고 이때에는 데이터의 손실이 발생되며, 양자화중에 큰 압축이 생성된다.
양자화시에 모스트 통신에서 1 프레임 싱크에는 1 패킷의 모스트 데이터가 존재하며, 여기서 제어메시지로 사용하는 2 바이트의 일부를 사용하여 상술한 바와 같이 수신측의 디코더부(36)에서 송신측인 엔코더부(32)로 압축률을 조정하는 정보를 전송하면, 엔코더부(32)에서 압축데이터의 압축률을 조정할 수 있다.
따라서 수신측 디코더부(36)에서 디스플레이하기 적정한 압축률로 동영상데이터를 압축하도록 모스트 데이터의 제어 메시지를 이용하여 제어한다.
317 단계로 양자화된 영상데이터는 RLC(Run-length Coding)와 허프만 코딩(Huffman coding)을 이용하여 데이터를 부호화하여 영상데이터의 압축을 마친다.
319 단계로 상기한 방식으로 압축된 영상 데이터를 모스트 통신을 이용하여 LCD 등의 영상표시부(34)의 디코더부(36)로 전송한다.
321 단계로 영상표시부(34)의 디코더부(36)에서 수신된 압축 동영상 데이터를 복원하는 것은 위의 과정을 역으로 처리하면 영상 신호가 복원된다.
데이터의 손실이 크게 발생되는 곳에서 압축은 크게 생기므로 양자화에 관한 정보를 복원(decoding)하는 측에서 이를 제어하면 압축률을 조정하여 대역폭에 맞도록 영상데이터를 압축하여 전송할 수 있게 된다.
본 발명은 상기한 바와 같이 모스트 통신에서 1 프레임 싱크(Frame sync)에는 1 패킷(64바이트)의 모스트 데이터가 있으며, 모스트 데이터에서 제어 메시지로 사용하는 2 바이트의 일부를 데이터 압축률을 조정하는 정보로 사용하여 원격에서 압축률을 설정 제어할 수 있고, 그에 따른 데이터 복원(Decoding)을 할 수 있다.
323 단계로 복원된 동영상 데이터는 LCD, 터치스크린, 유기 EL 소자를 이용한 영상표시부(34)를 통하여 재생한다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 2차원 DCT를 이용하여 영상데이터를 압축 처리하여 모스트 통신에 적합하도록 동영상 데이터를 압축 처리하므로 원활하게 동영상을 재생할 수 있다.
상기한 영상수신부(30)의 엔코더부(32)와 영상표시부(34)의 디코더부(36)는 하나의 칩으로 설치되어 영상데이터를 압축하여 동영상을 제한된 대역폭에서 원활하게 전송하고 재생할 수 있도록 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 차량용 에이브이 시스템에서 영상데이터를 모스트 통신에 적합하게 2차원 DCT 변환을 이용하여 압축 처리하고 전송 복원하여 제한된 대역폭으로도 원활하게 동영상을 재생할 수 있다.
지금까지 본 발명의 실시 예의 구성 및 동작에 대해 설명하였다. 본 발명은 상술한 실시 예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 변형을 가할 수 있다. 그러므로 본 발명의 범위는 특허청구범위뿐만 아니라 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안 된다.

Claims (11)

  1. 삭제
  2. 모스트 통신을 사용하며 영상데이터를 수신하여 제공하는 영상수신부와;
    상기 영상수신부에서 상기 영상데이터를 수신하여 ITU-R B 656 변환, CIF 변환, 2차원 DCT 변환을 처리하고 상기 2차원 DCT 변환한 데이터를 모션 에스티메이션이나 VDM으로 처리하여 동영상으로 변환하고, 양자화하고 부호화하여 상기 동영상 데이터로 압축하여 상기 모스트 통신으로 전송하는 엔코더부와;
    상기 엔코더부에서 전송하는 상기 동영상 데이터를 상기 압축의 역순으로 복원하는 디코더부가 있으며 상기 디코더부에서 복원된 상기 동영상을 표시하는 영상표시부를 포함함을 특징으로 하는 모스트 통신에서 화상 압축 장치.
  3. 삭제
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 디코더부는
    상기 엔코더부에서 양자화하여 압축시에 압축률을 모스트 데이터의 제어메시지를 활용하여 상기 압축률을 제어함을 포함함을 특징으로 하는 모스트 통신에서 화상 압축 장치.
  5. 삭제
  6. 수신되는 영상 데이터를 엔코더부에서 ITU-R BT 656 포맷으로 변환하고, 상기 ITU-R BT 656 포맷으로 변환된 영상데이터를 CIF 포맷으로 변환하는 1 과정과;
    상기 CIF 포맷으로 변환된 상기 영상데이터를 분할하고 2차원 포워드 DCT 변환 처리하고 다시 2차원 인버스 DCT 변환 처리하는 2 과정과;
    상기 2차원 DCT 변환 처리된 상기 영상 데이터를 모션 에스티메이션 처리하 여 동영상 데이터를 생성하고 양자화하는 3 과정과;
    상기 양자화하여 출력된 상기 동영상 데이터를 부호화하여 상기 엔코더부에서 모스트 통신으로 전송하는 4 과정과;
    상기 모스트 통신으로 전송된 상기 동영상 데이터를 디코더부에서 복원하여 재생하는 5 과정을 포함함을 특징으로 하는 모스트 통신에서 화상 압축 제어 방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 1 과정에서,
    상기 ITU-R BT 656 포맷 변환은 사이즈는 720*480이고, 휘도 채도신호의 비율(Y:Cb:Cr)은 4:2:2로 변환함을 포함함을 특징으로 하는 모스트 통신에서 화상 압축 제어 방법.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 2 과정에서,
    상기 2차원 포워드 DCT 변환은 아래의 수학식으로 변환함을 특징으로 하는 모스트 통신에서 화상 압축 제어 방법.
    Figure 112006085999707-pat00008
    Figure 112006085999707-pat00009
    k, l=0, 1,...,7.
  9. 제 6항에 있어서,
    상기 2 과정에서,
    상기 2차원 인버스 DCT 변환은 아래의 수학식으로 변환함을 특징으로 하는 모스트 통신에서 화상 압축 제어 방법.
    Figure 112006085999707-pat00010
    Figure 112006085999707-pat00011
    k, l=0, 1,...,7이다.
  10. 제 6항에 있어서,
    상기 3과정에서,
    상기 양자화는
    상기 디코더부에서 모스트 데이터의 제어 메시지를 이용하여 상기 동영상 데이터의 압축률을 조정 가능함을 포함하는 것을 특징으로 하는 모스트 통신에서 화상 압축 제어 방법.
  11. 제 6항에 있어서,
    상기 3과정에서,
    상기 2차원 DCT 변환 처리된 상기 영상 데이터를 한번 더 상기 2차원 포워드 DCT와 상기 2차원 인버스 DCT 변환 처리하여 동영상 데이터로 생성함을 포함하는 것을 특징으로 하는 모스트 통신에서 화상 압축 제어 방법.
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