KR20040020734A - 동영상 디코딩 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 IMT-2000등 무선망을 통하여 전송된 영상 비트스트림의 채널 비트 에러로 인하여 매크로 블록 타입 정보 에러가 발생하는 경우, 다른 매크로 블록의 헤더 정보의 부호화 정보와 움직임 벡터 정보를 이용하여 에러를 판단하고, 보정하여 디코딩하는 동영상 디코딩 방법을 개시한다. 개시된 본 발명은 압축된 동영상 비트스트림을 디코딩하여 영상 프레임의 픽쳐 헤더 정보들을 판단하는 단계; 상기 영상 프레임의 픽쳐 헤더 정보에 포함되어 있는 매크로 블록의 헤더 정보를 디코딩하는 단계; 상기 매크로 블록의 헤더 정보의 COD 정보 값을 판단하는 단계; 및 상기 COD 정보 값에 따라 디코딩하는 매크로 블록의 타입이 인트라 모드 또는 인터 모드인지를 판단하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 디코딩하는 매크로 블록 헤더 정보의 COD 값이 "1"인 경우에는 매크로 블록 타입을 인터 모드로 판단하고, 상기 디코딩되는 매크로 블록 헤더 정보의 COD 값이 "0"인 경우에는 매크로 블록 헤더 정보에 포함되어 있는 움직임 벡터 유무를 판단하는 것을 특징으로 한다.

Description

동영상 디코딩 방법{METHODE FOR MOVING PICTURE DECODING}
본 발명은 동영상 디코딩 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 무선망을 통하여 전송되는 영상 비트스트림의 채널 에러로 인하여 영상 프레임의 매크로블록 타입 정보에 에러가 발생하는 경우에 그 에러 유무 판단 및 보정을 하여 디코딩함으로써 화질 개선을 할 수 있는 동영상 디코딩 방법에 에 관한 것이다.
현재, 그리고 미래의 통신 환경은 유선과 무선의 영역 구분이나, 지역 국가의 구분을 초월할 만큼 급변하고 있으며, 특히 IMT-2000 등으로 대별되는 미래 통신 환경은 영상과 음성은 물론 사용자가 필요로 하는 다양한 정보를 실시간으로, 또는 종합적으로 제공하는 환경으로 구축되어 가는 추세이다.
또한, 개인 휴대 통신 시스템의 발달은 현재 셀룰러폰이나 PCS등에서도 단순히 음성 통신만을 수행하던 차원에서 벗어나서 문자 정보의 전송은 물론, 개인 휴대 통신 단말기를 이용해서 무선으로 인터넷에 접속하거나, TV에서나 보던 동영상들을 송신할 수 있도록 개발되어지고 있다.
특히, 동영상을 디지털 데이터로 가공하여 실시간으로 전송하고 또 이 것을 수신하여 디스플레이 하는 디지털 텔레비전 시스템과, 실시간으로 전송되는 동영상을 IMT2000을 이용한 개인 휴대 단말기 등에서는 필수적인 요소로 자리 잡아 가고 있는 실정이다.
이것은 종래에는 휴대 단말기가 사람의 음성만을 송수신하도록 되어 있었으나, 멀티 미디어의 개발과 디지털 정보처리 기술의 발달로 인하여 음성, 영상등 다양한 정보들을 송신할 수 있게 되었다.
이와 같은 기술이 상용화될 수 있었던 것은 무엇보다도 아날로그 영상 신호를 양자화, 가변장부호화등 특수한 디지털 처리를 한 다음, 이를 디지털 정보에 포함시켜 송신하고, 수신되는 단말기에서는 이를 반대로 디코딩함으로써 빠른 전송속도와 보다 풍부한 정보량을 송수신하도록 한 동영상 압축기술의 발달이 크게 기여하였다.
최근 디지털 신호처리 기술의 발전에 힘입어 제한된 대역폭의 전송 채널을 통해 많은 양의 동영상 정보를 압축, 전송하는 방식들이 개발되어 왔으나, 전송 채널 상의 오류가 발생하면 복원 영상의 화질이 크게 저하되는 문제가 생긴다.
이때 제한된 대역폭을 최대한으로 이용하기 위해 오류 정정 부호를 사용하지 않고, 정상적으로 복원된 주변의 정보들로부터 잃어버린 정보를 보완하여 원 영상에 가깝게 복구하는 오류 은폐 기법들이 연구되고 있다.
특히 MPEG(Moving Picture Experts Group)와 같은 경우 에러(error)가 발생하면 다음 동기 신호인 슬라이스 헤더를 찾을 때까지의 모든 정보를 손실하게 된다. 또한, 움직임 보상 부호화기법을 이용하기 때문에 손상된 부분의 영향이 이후 계속된 여러 장의 프레임에 걸쳐 계속된다.
본 발명은 비디오 데이터의 빠른 인 코딩과 화질개선을 가능하게 할 수 있는 하드웨어 액셀러레이터 구조에 최적 화된 모션 판단 값과 인트라 모드(Intra mode) 압축 알고리듬을 적용한 IMT-2000 화상단말기이다. 무선화상 통신을 위하여 일반적으로 사용되어지는 엠펙(MPEG) 압축 방식의 모션 판단 값은 가장 많은 계산 량을 가지며 화질과 비트(bit)량에 직접적인 영향을 미치므로 매우 중요하다고 할 수 있다.
따라서 모션 판단 값에 관한 많은 연구가 끊임없이 이루어 졌으며, 최근에는 모션 판단 값을 다이아몬드 서치 패턴(diamond search pattern)을 이용하여 풀 서치(full search)와 거의 비슷한 화질과 비트 량을 가지며 가장 범용 적으로 쓰이는 트리 스텝 서치(three step search) 방식이 사용되고 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 동영상 인코더 시스템을 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 실제 물체를 촬영한 비디오 신호가 들어오면 이를 디지털 변환한 후, 압축하기 위하여 부호화 작업이 이루어진다. 디지털로 변환된 비디오 신호는 DCT(Discrete Cosine Transform: 1)에서 이산여현변환이 이루어지고, 주파수 형태로 변환된 영상 신호는 양자화부(3)에서 양자화된 다음 VLC(Variable Length Coding: 10)에서 엔트로피화 과정을 거쳐 외부로 송신된다.
이때, 부화화되는 영상이 인터 모드(Inter mode)인 경우에는 모션 예측기(Motion Predict: 9)로부터 이전 영상을 예측할 수 있는 모션 벡터를 생성한다. 부호화된 영상 프레임을 다시 역양자화부(5)와, 역DCT(7)에서 복원화하여 영상 메모리(8)에 저장하는데, 상기 영상 메모리에 저장되어 있는 영상은 이후 부호화하는 영상의 움직임 예측을 위한 참조 영상으로 사용한다.
다음에 입력되는 영상이 인터 모드로서 P 픽쳐라 정의할 때, 각 영상 프레임의 블록에 대하여 움직임 예측 및 보상을 한 후, 그 에러 신호를 인트라 모드의 매크로 블록은 현재 영상 값을 인트라 영상 프레임 부호화와 같은 방식으로 부호화를 진행한다.
이와 같이 인코더에서 부호화된 영상 비트스트림은 디코더에 전송되어 인코더에서 부호화된 절차와 같은 절차를 통하여 디코딩을 실시한다.
특히, 인터 모드 부호화되는 매크로 블록 타입 정보 등은 부호화된 영상 프레임의 매크로 블록들과 함께 상기 매크로 블록 헤더 정보에 삽입되어 전송된다.
상기 디코더에서는 이와 같이 영상 비트스트림에 포함되어 삽입되는 매크로 블록 타입 정보를 디코딩하여, 각각의 매크로 타입 정보에 따라 디코딩을 실시한다.
도면에서는 도시하였지만, 설명하지 않은 2a와 2b는 가산기를 나타낸다.
도 2는 본 발명에 따른 매크로 블록 레이어의 구조를 도시한 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 인코더에서 부호화된 영상 비트스트림이 디코더에서 디코딩되면 영상 프레임은 비트스트림 형태로 일련의 정보가 전송되는데, 픽쳐 헤더 정보, H.263+ 표준인 경우에는 GOB 정보, 매크로 블록 헤더 정보, 움직임 벡터 정보 및 각각의 블록들에 대한 데이터 정보들이 일련의 스트림 형식으로 차례대로 디코딩된다.
여기서, 상기 매크로 블록의 헤더 정보는 매크로 블록이 부호화되었는가, 부호화되지 않았는지를 지시하는 COD(Coded Macroblock Indication), 매크로 블록의 타입과 색차 신호에 대한 부호화된 블록 패턴 정보를 나타내는 MCBPC(Macroblock type & Coded block pattern for chrominance), B 영상 프레임에 대한 매크로 블록 모드를 나타내는 MODB(Macroblock mode for B-blocks), B 영상 프레임의 블록에 대한 부호화 블록 패턴을 나타내는 CBPB(Coded Block pattern for B-blocks), 휘도 신호에 대한 부호화 블록 패턴을 나타내는 CBPY(Coded block pattern for luminance), 양자화된 값의 차이 정보를 나타내는 DQUANT(Differential values for Quantizer Information), 움직임 벡터의 데이터를 나타내는 MVD(Motion vectordata)와 MVD2-4(Motion vector data), B 영상 프레임에 대한 움직임 벡터의 데이터를 나타내는 MVDB(Motion vector data for B-Macroblock), 매크로 블록을 구성하는 각각의 블록에 대한 데이터 정보가 있는 블록 레이어(Block Layer)로 구성되어 있다.
상기 디코더에서는 영상 프레임으로부터 매크로 블록을 디코딩할 때, 상기 매크로 블록의 헤더 정보에 삽입되어 있는 MPBPC 정보를 이용하여 매크로 블록 타입을 예측하고 디코딩을 실시한다.
그러나, 상기와 같이 전송되어온 영상 비트스트림을 이용하여 디코더에서는 영상 프레임의 매크로 블록을 디코딩할 때, 상기 매크로 블록 헤더 정보에 삽입되어 있는 MCBPC 정보가 채널 비트 에러로 인하여 에러가 발생한 경우에는 에러 유무를 판단할 수 없어 에러가 발생한 대로 디코딩을 실시하여 잘못된 매크로 블록 타입으로 재현하게 되는 문제가 있다.
따라서, 상기 매크로 블록 타입의 오류로 인하여 다른 매크로 블록 타입으로 디코딩을 실시할 경우에는 디코딩 효율 저하와 손상을 야기하는 문제가 있다.
본 발명은, IMT-2000 무선망을 통하여 영상 비트스트임이 전송될 때, 채널 비트 에러로 인하여 매크로 블록 타입 정보에 에러가 발생한 경우에, 매크로 블록 헤더 정보에 삽입되어 있는 다른 COD 정보와 움직임 벡터 정보를 이용하여 매크로 블록 타입 정보의 에러 유무를 판단하고, 보정하여 디코딩함으로써 화질 저하를 방지할 수 있는 동영상 디코딩 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 동영상 인코더 시스템을 도시한 도면.
도 2는 본 발명에 따른 매크로 블록 레이어의 구조를 도시한 도면.
도 3은 본 발명에 따른 매크로 블록 타입 정보의 에러를 보정하기 위하여 사용되는 헤더 정보를 나타낸 도면.
도 4는 본 발명에 따른 매크로 블록 타입 에러를 보정하여 디코딩하는 과정을 설명하기 위한 플로챠트.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
1: DCT3: 양자화부
5: 역양자화부7: 역DCT
8: 영상 메모리9: 모션 예측기
10: VLC
상기한 목적을 달성하기 위한, 본 발명에 따른 동영상 디코딩 방법은,
압축된 동영상 비트스트림을 디코딩하여 영상 프레임의 픽쳐 헤더 정보들을 판단하는 단계;
상기 영상 프레임의 픽쳐 헤더 정보에 포함되어 있는 매크로 블록의 헤더 정보를 디코딩하는 단계;
상기 매크로 블록의 헤더 정보의 COD 정보 값을 판단하는 단계; 및
상기 COD 정보 값에 따라 디코딩하는 매크로 블록의 타입이 인트라 모드 또는 인터 모드인지를 판단하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 디코딩하는 매크로 블록 헤더 정보의 COD 값이 "1"인 경우에는 매크로 블록 타입을 인터 모드로 판단하고, 상기 디코딩하는 매크로 블록 헤더 정보의 COD 값이 "0"인 경우에는 매크로 블록 헤더 정보에 포함되어 있는 움직임 벡터 유무를 판단하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 매크로 블록 헤더 정보에 움직임 벡터가 있는 경우에는 이전 영상 프레임이 존재하는 인터 모드로 판단하여 디코딩하고, 상기 매크로 블록 헤더 정보에 움직임 벡터가 존재하지 않은 경우에는 이전 영상 프레임이 존재하지 않는 인트라 모드로 판단하여 디코딩하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 무선망을 통하여 전송되어온 영상 비트스트림을 디코딩하고, 디코딩된 영상 프레임의 매크로 블록 헤더 정보에 포함되어 있는 MCBPC 정보 뿐 만 아니라, COD 정보와 움직임 벡터 정보를 비교하여 에러가 발생한 MCBPC 정보를 보정하고 디코딩함으로써 양질의 화질을 얻을 수 있다.
이하, 첨부한 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 자세히 설명하도록 한다.
도 3은 본 발명에 따른 매크로 블록 타입 정보의 에러를 보정하기 위하여 사용되는 헤더 정보를 나타낸 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 디코더에 수신된 영상 비트스트림을 디코딩하면, 디코딩된 영상 프레임 정보에는 일련의 픽쳐 헤더 정보들, H.263+ 표준에서는 GOB 헤더 정보, 매크로 블록 헤더 정보, 블록 데이터 정보들이 일련의 스트림 형태로 디코딩된다.
따라서, 디코딩되는 영상 프레임의 픽쳐 헤더 정보와 H.263+ 표준인 경우에는 GOB 헤더 정보 및 매크로 블록 헤더 정보를 판단하여 이후에 비트스트림으로 연결되는 영상 블록 데이터를 디코딩하고 디스플레이 하게 된다.
본 발명에서는 특히, 무선망을 통하여 전송되는 영상 비트스트림 중에서 매크로 블록 타입 정보를 가지고 있는 매크로 블록 헤더 정보에 에러가 발생한 경우, 이를 디코더에서 디코딩할 때 에러 발생 유무를 판단하고, 보정하여 디코딩할 수 있도록 하는 방법을 제시한다.
일반적으로는 영상 프레임이 디코딩되면, 영상 프레임의 픽쳐 헤더 정보를 판단하고, 차례로 GOB 헤더 정보, 매크로 블록 헤더 정보를 판단한다. 여기서 매크로 블록 헤더 정보의 MCBPC(Macroblock type & Coded block pattern for chrominance) 정보는 매크로 블록이 어떠한 타입으로 부호화되었는지 와, 매크로블록의 색차 정보 신호에 대한 부호화 블록 패턴에 관한 정보가 나타낸다.
그러므로 무선망을 통하여 전송되어 오는 영상 비트스트림에는 항상 데이터 손실이 발생하는데, 이때 MCBPC 정보를 표시하는 비트 신호에 에러가 발생하는 경우에는 디코딩이 진행되더라도 화질 손상을 가져온다.
따라서, 상기 매크로 블록의 헤더 정보 중에서 디코딩되는 영상 프레임이 인터 모드인가 인트라 모드인가를 지시하는 COD(Coded Macroblock Indication) 정보와, 인터 모드인 경우 움직임 벡터가 반드시 존재하므로, 이러한 움직임 벡터 값을 나타내는 MVD(Motion vector data)와 MVD2-4(Motion vector data)를 비교하여 상기 MCBPC 정보의 에러 유무를 판단한다.
상기 매크로 블록 헤더 정보에 COD 정보가 "1"을 나타내는 경우에는 디코딩되는 영상 프레임이 인터 모드를 나타내는 것이므로, 상기 MCBPC 정보의 에러로 인하여 매크로 블록 타입에 에러가 발생한 경우에도 인터 모드로 보정하여 디코딩을 실시한다.
또한, COD 정보가 "0"인 경우에는 디코딩되는 영상 프레임이 인터 모드이거나 인트라 모드일 수 있으므로, 이때에는 매크로 블록 내에 움직임 벡터 유무를 파악하여 움직임 벡터가 있는 경우에는 이전 영상이 존재하는 것이므로 인터 모드로 보정하고, 움직임 벡터가 없는 경우에는 인트라 모드로 보정하여 디코딩을 실시한다.
도 4는 본 발명에 따른 매크로 블록 타입 에러를 보정하여 디코딩하는 과정을 설명하기 위한 플로챠트이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 인코더에서 코딩된 영상 비트스트림이 무선망을 통하여 디코더에 전송되어 오면, 상기 디코더에서는 영상 비트스트림을 디코딩하여(S401) 영상 프레임에 포함되어 있는 픽쳐 헤더 정보, GOB 헤더 정보 및 매크로 블록의 헤더 정보를 판단한다(S402).
상기 매크로 블록의 헤더 정보에는 COD(Coded Macroblock Indication)와, MCBPC(Macroblock type & Coded block pattern for chrominance)와, MODB(Macroblock mode for B-blocks)와, CBPB(Coded Block pattern for B-blocks)와, CBPY(Coded block pattern for luminance)와, DQUANT(Differential values for Quantizer Information)와, MVD(Motion vector data)와, MVD2-4(Motion vector data)들과, MVDB(Motion vector data for B-Macroblock)로 구성되어 있고, 이후에는 상기 매크로 블록을 구성하는 블록들에 대한 데이터 정보가 따라온다.
상기 MCBPC 정보에 에러가 발생한 경우에는 그 에러 유무를 정확하게 판단할 수 없으므로 본 발명에서는 COD 정보와, 움직임 벡터 정보를 서로 비교하여 매크로 블록 타입 정보를 보정한다(S403).
즉, 매크로 블록의 헤더 정보에서 COD 정보 값이 "0"인지 "1"인지를 판단하고, "1"인 경우에는 현재 디코딩하는 영상 프레임이 인터 모드이므로, 상기 MCBPC 정보가 인트라 모드를 지시할 경우에는 채널 비트에 의한 에러가 발생한 것으로 판단하여 인터 모드로 디코딩한다(S405).
그러므로 MCBPC 정보가 인트라 모드일 때에도, COD 정보가 "1"인 경우에는 인터 모드로 판단하여 이전 영상을 가지고 온다.
또한, 매크로 블록의 헤더 정보 중 COD 정보가 "0"인 경우에는 디코딩하는 영상 프레임이 인터 모드이거나 인트라 모드를 모두 가질 수 있으므로, 이럴 경우에는 디코딩된 영상 프레임의 움직임 벡터들을 판단한다(S406).
상기 디코딩되는 영상 프레임에 움직임 벡터가 존재하는 경우에는 이전 영상 이 존재하는 인터 모드이므로 MCBPC의 정보에 구애됨이 없이 인터 모드로 판단하여 이전 영상을 가져온다.(S407)
그리고 영상 프레임의 움직임 벡터가 존재하지 않는 경우에는 이전 영상이 존재하지 않는 인트라 모드로 판단하여 디코딩을 실시한다.(S408)
따라서, 본 발명에서는 전송되는 영상 비트스트림의 채널 에러 인하여 MCBPC 정보에 에러가 발생하는 경우에 이를 디코더에서 판단할 수 없으므로 매크로 블록 헤더 정보에 존재하는 COD 정보와 움직임 벡터 정보를 이용하여 에러 유무를 판단하고 보정하여 디코딩을 실시할 수 있다.
이상에서 자세히 설명된 바와 같이, 본 발명은 디코딩되는 영상 프레임의 MCBPC 정보에 에러가 발생한 경우에도, 매크로 블록 헤더 정보에 삽입되어 전송되어온 COD 정보와 움직임 벡터 정보를 비교 판단하여 에러를 보정하여 디코딩함으로써 매크로 블록 타입 정보 오류로 인한 화질 저하를 방지할 수 있는 효과가 있다.
아울러, 에러가 많이 발생하는 상황에서도 안정적으로 디코딩할 수 있고, 무선망을 통한 정보 전송 뿐 만 아니라, 유선 망을 이용한 PC 네트워크간의 정보 전송에서도 적용하여 사용할 수 있는 이점이 있다.
본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 않고, 이하 청구 범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능할 것이다.

Claims (5)

  1. 압축된 동영상 비트스트림을 디코딩하여 영상 프레임의 픽쳐 헤더 정보들을 판단하는 단계;
    상기 영상 프레임의 픽쳐 헤더 정보에 포함되어 있는 매크로 블록의 헤더 정보를 디코딩하는 단계;
    상기 매크로 블록의 헤더 정보의 COD 정보 값을 판단하는 단계; 및
    상기 COD 정보 값에 따라 디코딩하는 매크로 블록의 타입이 인트라 모드 또는 인터 모드인지를 판단하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 동영상 디코딩 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 디코딩하는 매크로 블록 헤더 정보의 COD 값이 "1"인 경우에는 매크로 블록 타입을 인터 모드로 판단하는 것을 특징으로 하는 동영상 디코딩 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 디코딩하는 매크로 블록 헤더 정보의 COD 값이 "0"인 경우에는 매크로 블록 헤더 정보에 포함되어 있는 움직임 벡터 유무를 판단하는 것을 특징으로 하는 동영상 디코딩 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 매크로 블록 헤더 정보에 움직임 벡터가 있는 경우에는 이전 영상 프레임이 존재하는 인터 모드로 판단하여 디코딩하는 것을 특징으로 하는 동영상 디코딩 방법.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 매크로 블록 헤더 정보에 움직임 벡터가 존재하지 않은 경우에는 이전 영상 프레임이 존재하지 않는 인트라 모드로 판단하여 디코딩하는 것을 특징으로 하는 동영상 디코딩 방법.
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