KR101223205B1 - 양안식 비디오 송신 장치 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예에 따르면, 양안식 비디오 송신 장치는 제1 입력 영상 및 제2 입력 영상 각각을 다운 샘플링한 후, 다운 샘플링된 영상의 특성을 고려한 템플릿 매칭을 수행한다.
또한, 템플릿 매칭을 이용한 부호화시 우안 영상의 예측 블록 탐색시 좌안 영상으로 탐색 범위를 제한한다.
또한, 가로 해상도를 축소하는 'Side by Side' 포맷의 다운 샘플링을 수행한 후, 좌우 결합이 아닌 상하 방향으로 결합하여 부호화 순서를 변경한다.

Description

양안식 비디오 송신 장치 및 그 방법{DEVICE AND METHOD FOR TRANSMITTING STEREOSCOPIC VIDEO}
본 발명은 양안식 비디오 송신 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 더욱 자세하게는 양안식 영상을 부호화하여 송신하는 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
양안식 비디오 시스템은 인간의 시각 구조를 모방한 좌, 우 두 개의 2차원 영상을 이용해 3차원 영상을 입출력한다. 양안식 입체 영상의 기본 원리는 인간의 시각 시스템이 왼쪽 눈과 오른쪽 눈의 위치 차이에 의해 서로 다른 영상이 들어오고, 뇌는 그것을 입체로 받아들여 거리감을 갖게되는 과정에서 입체감을 형성하게 된다는 것이다. 이러한 양안식 비디오 시스템은 현재 3D 입체영화 및 3D 입체방송에 이용되고 있다.
그런데 양안식 비디오 시스템의 경우, 기존의 2차원 영상의 두 배에 해당하는 데이터를 입력으로 사용하기 때문에 부호화후 전송해야 하는 데이터의 양이 기존 2차원 비디오 시스템의 두 배이다. 따라서, 양안식 영상의 전송을 위해서는 기존의 2차원 비디오 시스템보다 큰 대역폭이 필요하다.
그런데 최근 미디어 처리 시스템이 사용하는 영상의 크기가 빠르게 증가하는 것과 함께 보다 많은 영상 프레임을 요구하는 것을 고려할 때, 시스템에서 요구하는 메모리의 대역폭을 줄이는 기술이 필요한 실정이다.
한편, 양안식 비디오 시스템은 송신단에서는 좌우 영상을 입력받아 부호화를 수행한 후 전송하고, 수신단에서는 전송받은 비트 스트림을 복호한 후 양안식 입체 디스플레이에서 지원하는 포맷으로 변환하여 출력한다.
여기서, 양안식 입체 디스플레이는 다음 표 1과 같은 다양한 포맷으로 제공되고 있으나 현재까지는 표준화된 규격은 존재하고 있지 않다.
구분 특징
Field Sequence 좌우 영상을 Field 단위로 번갈아가면서 입체 Frame을 형성함
Interlaced 좌우 영상을 line 단위로 번갈아가면서 입체 Frame을 형성함
Top and Bottom 좌우 영상을 위, 아래로 붙여서 하나의 Frame을 형성함
Side by Side 좌우 영상을 좌우로 붙여서 하나의 Frame을 형성함
색분리 방식 좌우 영상을 색성분(적-청)을 이용하여 합성함
위 표 1에 보인 포맷 중에서 상업적으로 가장 많이 사용되는 포맷은 'Side by Side'와 'Top and Bottom'이며, 도 1을 통해 도식화하였다.
도 1은 종래의 양안식 영상 포맷 구성을 나타낸다.
도 1을 참조하면, 가로 'W', 세로 'H'의 해상도를 가진 좌안 영상 및 우안 영상을 'Top and Bottom' 포맷으로 변환하면, 도 1의 (a)와 같다. 즉 좌안 영상 및 우안 영상 각각의 세로 해상도를 'H/2'만큼 다운 샘플링한 후 수직 방향으로 결합하여 하나의 영상으로 변환하는 것이다.
또한, 가로 'W', 세로 'H'의 해상도를 가진 좌안 영상 및 우안 영상을 'Side by Side' 포맷으로 변환하면, 도 1의 (b)와 같다. 즉 좌안 영상 및 우안 영상 각각의 가로 해상도를 'W/2'만큼 다운 샘플링한 후 좌우 방향으로 결합하여 하나의 영상으로 변환하는 것이다.
한편, 종래에 화면의 부호화 및 복호화를 위한 방법으로 템플릿 매칭(template matching)이 사용되고 있다. 템플릿 매칭은 주변의 화소값을 이용해 가장 최적의 예측 블록을 탐색하는 방식이다.
이때, 예측 블록의 탐색은 왼쪽->오른쪽으로, 그리고 위->아래로 순차적으로 이루어진다.
도 2는 종래의 양안식 영상 포맷 영상의 부호화를 위한 탐색 영역을 나타낸다. 즉 종래의 'Side by Side' 포맷의 양안식 영상에 대한 탐색 영역 방식을 적용한 예를 나타낸다.
도 2를 참조하면, 탐색 영역(10) 내에서 'Side by Side' 포맷의 우안 영상의 참조 블록(20)의 주변 화소(30)와 유사한 주변 화소(30)를 가지는 예측 블록을 탐색한다.
그런데 좌안 영상과 우안 영상은 각기 다른 카메라를 이용하여 다른 각도, 시점에서 촬영된 영상이므로, 동일한 위치에 존재하는 물체라도 그 위치가 다르게 표현될 수 있다.
예를 들어, 화면 내에서 동일한 인물의 위치가 우안 영상에서 좌안 영상보다 높은 위치에 표현될 수 있다. 이런 경우, 우안 영상의 참조 블록(20)의 주변 화소(30)와 유사한 좌안 영상의 주변 화소(30) 중에서 일부(40)는 아직 탐색 영역(10)에 포함되지 않는 문제가 발생한다.
따라서, 예측 블록을 탐색하지 못할 뿐만 아니라 이처럼 매칭하지 않는 예측 블록 탐색하는데 소요되는 불필요한 시간으로 인해 전체 탐색 시간이 증가하는 문제가 있다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 메모리 대역폭을 감소시키고, 예측 블록 탐색 시간을 감소시킨 양안식 비디오 송신 장치 및 그 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 한 특징에 따르면 양안식 비디오 송신 장치가 제공된다. 이 장치는, 제1 입력 영상 및 제2 입력 영상 각각을 다운 샘플링-여기서 다운 샘플링은 고 해상도의 영상을 저 해상도의 영상으로 변환함-한 후 하나의 영상으로 결합하여 양안식 비디오 영상을 생성하는 변환부; 상기 변환부로부터 전달받은 양안식 비디오 영상을 부호화하는 부호화부; 및 부호화된 상기 양안식 비디오 영상을 네트워크를 통해 상기 양안식 비디오 영상을 재생하는 양안식 비디오 수신 장치로 송신하는 전송부를 포함한다.
본 발명의 다른 특징에 따르면 양안식 비디오 송신 방법이 제공된다. 이 방법은, 양안식 비디오 송신 장치가 제1 입력 영상 및 제2 입력 영상 각각을 다운 샘플링-여기서 다운 샘플링은 고 해상도의 영상을 저 해상도의 영상으로 변환함-하는 단계; 다운 샘플링된 상기 제1 입력 영상 및 상기 제2 입력 영상을 양안식 비디오 영상을 생성하는 단계; 상기 양안식 비디오 영상을 부호화하는 단계; 및 부호화된 양안식 비디오 영상을 네트워크를 통해 상기 양안식 비디오 영상을 재생하는 양안식 비디오 수신 장치로 송신하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 부호화 이전에 입력 영상을 다운 샘플링하여 데이터 크기를 줄이고, 다운 샘플링된 영상의 특성을 고려한 템플릿 매칭을 수행하여 전송해야 하는 데이터량을 감소시킴으로써 메모리 대역폭을 효율적으로 줄일 수 있다.
또한, 'Side by Side' 포맷의 다운 샘플링을 수행한 후, 좌우 결합이 아닌 상하 방향으로 결합하여 부호화 순서를 변경할 수 있으므로, 코덱에 추가적인 조건문을 삽입하지 않고도 부호화 순서 변경이 용이하다. 그리고 사전에 보정되지 않은 영상이나 사전 보정에 오차가 있는 영상일지라도 템플릿 매칭시 예측 블록의 탐색이 용이하다.
또한, 템플릿 매칭을 이용한 우안 영상의 예측 블록 탐색시 좌안 영상으로 탐색 범위를 제한하여 탐색하는데 소요되는 시간을 줄일 수 있다.
도 1은 종래의 양안식 영상 포맷 구성을 나타낸다.
도 2는 종래의 양안식 영상 포맷 영상의 부호화를 위한 탐색 영역을 나타낸다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 양안식 비디오 송수신 시스템의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 양안식 영상 포맷 구성을 나타낸다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 양안식 영상 포맷 영상의 부호화를 위한 탐색 영역을 나타낸다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 양안식 비디오 송수신 방법의 과정을 나타낸 흐름도이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 양안식 비디오 송수신 시스템의 성능을 나타낸 그래프이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하, 도면을 참조로 하여 본 발명의 실시예에 따른 양안식 비디오 송신 장치 및 그 방법에 대하여 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 양안식 비디오 송수신 시스템의 구성도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 양안식 영상 포맷 구성을 나타내며, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 양안식 영상 포맷 영상의 부호화를 위한 탐색 영역을 나타낸다.
먼저, 도 3을 참조하면, 양안식 비디오 송수신 시스템은 양안식 비디오 송신 장치(100) 및 양안식 비디오 수신 장치(200)를 포함하고, 양안식 비디오 송신 장치(100)와 양안식 비디오 수신 장치(200)는 네트워크(300)을 통해 연결된다.
여기서, 양안식 비디오 송신 장치(100)는 제1 입력 영상 취득부(110), 제2 입력 영상 취득부(130), 변환부(150), 부호화부(170) 및 전송부(190)를 포함한다.
제1 입력 영상 취득부(110) 및 제2 입력 영상 취득부(130)는 양안식 입체 영상 카메라 장치(미도시)로부터 각각 제1 입력 영상 및 제2 입력 영상을 입력받는다. 이러한 제1 입력 영상 및 제2 입력 영상은 두 개의 카메라를 이용하여 좌우 시점에서 촬영된 좌안 영상 및 우안 영상이며, 다른 시점에서 촬영되므로 다른 각도로 촬영된 영상이다.
여기서, 양안식 입체 영상 카메라 장치(미도시)는 두 대의 카메라를 이용하여 고화질의 3차원 입체 영상을 획득하기 위한 장치로서, 두 대의 서로 다른 카메라의 초점과 주시각 제어를 위하여, 입체 영상 촬영시 카메라 전체가 각각 좌측과 우측으로 서로 이격되어 이동하도록 구성되어 있다.
변환부(150)는 제1 입력 영상 취득부(110) 및 제2 입력 영상 취득부(130) 각각으로부터 전달받은 제1 입력 영상(또는 좌안 영상) 및 제2 입력 영상(또는 우안 영상)을 다운 샘플링한 후, 하나의 영상으로 결합하여 양안식 포맷의 비디오 영상을 생성한다.
이때, 다운 샘플링 포맷은 상업적으로 가장 많이 사용되는 'Side by Side'와 'Top and Bottom'을 비롯하여 'Field Sequence', 'Interlaced', '색분리 방식'을 포함할 수 있다.
여기서, 변환부(150)는 도 4에 보인 것처럼, 가로 해상도를 W/2 만큼 축소하는 'Side by Side' 포맷의 다운 샘플링을 수행한 후, 좌우 결합이 아닌 상하 방향으로 결합하여 부호화 순서를 변경한다.
즉 종래에는 좌우 결합되므로, 부호화가 좌안 영상과 우안 영상이 동시에 좌->우 그리고 상->하 방향으로 이루어졌으나, 본 명세서에서는 좌안 영상과 우안 영상을 상하 결합함으로써 좌안 영상을 먼저 부호화하고 그 다음에 우안 영상의 부호화가 이루어진다.
부호화부(170)는 변환부(150)로부터 전달받은 양안식 비디오 영상을 템플릿 매칭 방법을 이용하여 도 5에 보인 것처럼 부호화를 수행한다.
여기서, 도 5의 (a)는 종래에 부호화 탐색 범위를 나타낸다. 즉 종래에 상하 방향으로 결합된 양안식 비디오 영상에서는 상->하 방향으로 차례로 부호화를 수행한다. 그리고 탐색 범위(10) 내에서 부호화 대상(target)인 참조 블록(20)의 주변 화소(30)와 유사한 예측 블록을 탐색한다.
반면, 도 5(b)에 보인 것처럼, 본 발명의 실시예에 따르면, 부호화부(170)는 양안식 비디오 영상 중 제1 입력 영상에 대해 먼저 부호화를 수행한다. 그리고 템플릿 매칭 방법을 이용하여 제2 입력 영상의 참조 블록(20)과 유사한 예측 블록을 부호화된 제1 입력 영상 중에서 탐색한다. 즉 탐색 범위(10)를 이미 부호화가 수행된 제1 입력 영상으로 제한한다.
전송부(190)는 부호화부(170)로부터 전달받은 부호화된 양안식 비디오 영상을 네트워크(300)를 통해 양안식 비디오 수신 장치(200)로 송신한다.
한편, 양안식 비디오 수신 장치(200)는 수신부(210), 복호화부(230) 및 양안식 영상 출력부(250)를 포함한다.
수신부(210)는 양안식 비디오 송신 장치(100)로부터 이미 다운 샘플링 후 부호화된 양안식 비디오 영상을 수신한다.
복호화부(230)는 수신부(210)가 수신한 양안식 비디오 영상 즉 다운 샘플링 후 결합된 각각의 제1 입력 영상 및 제2 입력 영상을 템플릿 매칭을 이용하여 복호화를 수행하여 복원한다.
양안식 영상 출력부(250)는 복호화부(230)가 복원한 제1 입력 영상 및 제2 입력 영상의 시차에 대한 정보를 생성하여 양안식 영상에서의 깊이를 조절한 후, 조절된 깊이에 따라 양안식 영상을 재생한다.
이상 설명한, 양안식 비디오 송수신 장치의 동작을 일련의 과정으로 설명하면 다음과 같다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 양안식 비디오 송수신 방법의 과정을 나타낸 흐름도이다.
도 6을 참조하면, 양안식 비디오 송신 장치(100)는 제1 입력 영상 및 제2 입력 영상을 입력(S101)받아 각 영상의 해상도를 고 해상도에서 저 해상도로 변환하는 다운 샘플링을 수행한다(S103). 그리고 다운 샘플링된 각 영상을 결합하여 하나의 영상 즉 양안식 비디오 영상을 생성한다(S105).
이후, 양안식 비디오 송신 장치(100)는 S105 단계에서 생성한 양안식 비디오 영상을 템플릿 매칭을 이용한 부호화를 수행(S107)한 후 양안식 비디오 수신 장치(200)에게 전송한다(S109).
그러면, 양안식 비디오 수신 장치(200)는 수신된 양안식 비디오 영상을 템플릿 매칭을 이용하여 복호화(S111)한 후, 화면에 출력한다(S113).
한편, 실험을 통해 본 발명의 실시예에 따른 양안식 비디오 송수신 시스템은 기존의 양안식 비디오 송수신 시스템에서 요구하는 메모리 대역폭에 비해 Side-by-side 포맷인 경우 평균 18.52%, To-down 포맷인 경우 평균 18.94%의 데이터량을 감소시킴을 확인하였다.
또한, 도 7 및 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 양안식 비디오 송수신 시스템의 성능을 나타낸 그래프이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 종래의 양안식 비디오 송수신 시스템과 본 발명의 실시예에 따른 양안식 비디오 송수신 시스템의 성능 비교를 나타낸다.
이때, 실험 영상으로는 Balloons(1024*768), Kendo(1024*768)를 100 프레임을 사용하고, 'Side-by-side' 포맷 및 'Top and Bottom' 포맷을 입력 영상으로 하였다. 그리고 부호기는 H.264/AVC를 사용하고, 템플릿 매칭을 이용하여 화면내 부호화를 수행하였다.
이때, 도 7 및 도 8은 x축은 비트율을 나타내고, y 축은 화질(PSNR)을 나타내는 비트율-왜곡 곡선 그래프이다.
도 7의 (a), (b) 및 도 8의 (a), (b) 모두 동일한 비트율일 때, 본 발명의 실시예에 따른 양안식 비디오 송수신 시스템이 종래의 양안식 비디오 송수신 시스템보다 PSNR(Peak Signal to Noise Ratio)이 더 높은 값을 가짐을 알 수 있다. 즉 화질이 더 좋다.
또한, PSNR이 동일할 때, 본 발명의 실시예에 따른 양안식 비디오 송수신 시스템이 종래의 양안식 비디오 송수신 시스템보다 비트율이 더 작다. 즉 동일한 화질의 화면을 전송하는데 기존의 시스템보다 적은 비트만 송신해도 된다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
100: 양안식 비디오 송신 장치 110: 제1 입력 영상 취득부
130: 제2 입력 영상 취득부 150: 변환부
170: 부호화부 190: 전송부
200: 양안식 비디오 수신 장치 210: 수신부
230: 복호화부 250: 양안식 영상 출력부
300: 네트워크

Claims (7)

  1. 좌안 영상 및 우안 영상의 가로 해상도를 각각 축소하는 다운 샘플링-여기서 다운 샘플링은 고 해상도의 영상을 저 해상도의 영상으로 변환함-을 수행한 후, 상하 방향으로 결합하는 변환부;
    상기 변환부로부터 전달받은 상기 좌안 영상 및 상기 우안 영상이 상하 방향으로 결합된 영상을 위에서 아래 방향으로 순차적으로 템플릿 매칭 방법을 이용한 예측 블록 탐색을 통해 부호화하는 부호화부; 및
    부호화된 영상을 네트워크를 통해 양안식 비디오 수신 장치로 송신하는 전송부
    를 포함하는 양안식 비디오 송신 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 부호화부는,
    상기 우안 영상의 예측 블록 탐색시 탐색 범위를 먼저 부호화된 상기 좌안 영상으로 제한하는 양안식 비디오 송신 장치.
  5. 양안식 비디오 송신 장치의 양안식 비디오 송신 방법으로서,
    좌안 영상 및 우안 영상의 가로 해상도를 각각 축소하는 다운 샘플링-여기서 다운 샘플링은 고 해상도의 영상을 저 해상도의 영상으로 변환함-을 하는 단계;
    다운 샘플링된 상기 좌안 영상 및 상기 우안 영상을 상하 방향으로 결합하는 단계;
    상기 좌안 영상 및 상기 우안 영상이 상하 방향으로 결합된 양안식 비디오 영상을 위에서 아래 방향으로 순차적으로 템플릿 매칭 방법을 이용한 예측 블록 탐색을 통해 부호화하는 단계; 및
    부호화된 양안식 비디오 영상을 네트워크를 통해 상기 양안식 비디오 영상을 재생하는 양안식 비디오 수신 장치로 송신하는 단계
    를 포함하는 양안식 비디오 송신 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 부호화하는 단계는,
    상기 좌안 영상에 대해 먼저 부호화를 수행하는 단계; 및
    템플릿 매칭 방법을 이용하여 상기 우안 영상의 부호화 대상인 참조 블록과 유사한 예측 블록을 부호화된 상기 좌안 영상으로 제한하여 탐색하는 단계
    를 포함하는 양안식 비디오 송신 방법.
  7. 삭제
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