KR20040076428A - 임시적 범위성 영상 코딩 장치 및 방법 - Google Patents

임시적 범위성 영상 코딩 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 에러에 강한 임시적 범위성 영상 코딩 (Temporal scalable video coding) 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명은 입력 영상을 프레임 비율(frame rate)에 따라서 서로 다르게 나누는 범위성 전치 프로세서 (Scalability pre-processor)와; 제 1 입력 데이터로부터 하위 층(layer) 비트스트림(bitstream)을 생성하는 기저층 (base layer)와; 제 2 입력 데이터로부터 인코더 중간 프로세서 (encoder mid-processor)를 이용하여 상위 layer bitstream을 생성하는 하나이상의 enhancement layer; 를 포함하여 구성된다. 또한 본 발명은, 하위 layer bitstream에 에러가 발생시 decoder mid-processor를 이용해서 하위 bitstream으로부터 제 1 출력을 생성하는 base layer와, 상위 layer bitstream에 에러가 발생시 mid-processor를 이용해서 상위 bitstream으로부터 제 2 출력을 생성하는 하나이상의 enhancement layer와; 상기 제 1, 2출력으로 부터 출력영상을 만드는 Scalability post-processor;를 포함하여 구성된다. 따라서 본 발명에 의하면, 유/무선 영상전화, VOD 등 영상서비스에서 에러가 발생했을 때, 짧은 시간에 에러를 복원하므로 에러가 많이 발생하는 환경에서 영상의 품질을 높이는 장점이 있다.

Description

임시적 범위성 영상 코딩 장치 및 방법 {Apparatus for temporal scalable video coding and method thereof}
본 발명은 임시적 범위성 영상 코딩(temporal scalable video coding)에 관한 것으로, 특히 에러에 강한 Temporal scalable video coding 장치 및 방법에 관한 것이다.
이하 종래 및 본 발명에 대해 설명한다.
일반적으로 에러가 많이 발생하는 환경에서 영상의 품질을 높이기 위해서는 유/무선 영상전화, VOD 등 영상서비스에서 에러가 발생했을 때, 짧은 시간에 에러를 복원해야 한다.
그러나 종래에 있어서 유/무선 통신망을 이용하는 영상 서비스는 할당되는 대역폭(bandwidth)이 가변적이기 때문에 이에 대응하는 방법의 하나로 temporal scalable video coding을 한다.
그런데 유/무선 통신망에서는 전송에러가 발생하는데, 종래의 temporal scalability는 에러의 전파를 막을 수는 있지만 에러의 복원을 할 수 없었다.
따라서 본 발명에서는 상기와 같은 문제점을 해결하고자 한 것으로, 본 발명의 Temporal scalability는 base layer와 한 개 이상의 enhancement layer로 구성이 되어 모든 layer는 그 상위 또는 하위 layer에 발생한 에러를 복원할 수 있는 정보를 전달하며, 임의의 layer에서 에러가 발생하면 그 상위 및 하위 layer로부터 에러를 복원하는 것을 제안한다.
도 1은 temporal scalable video encoder의 high level 블럭도
도 2는 temporal scalable video decoder의 high level 블럭도
도 3은 상기 도 1의 temporal scalable video encoder를 상세하게 나타낸 도면
도 4는 상기 도 2의 temporal scalable video decoder를 상세하게 나타낸 도면
도 5는 temporal scalable video encoder의 high level 구조에서 N개의 EL을 가질경우를 나타낸 도면
도 6은 temporal scalable video decoder의 high level 구조에서 N개의 EL을 가질경우를 나타낸 도면
도 7은 본 발명의 Encoder에서의 Temporal scalable video coding 방법을 나타낸 흐름도
도 8은 본 발명의 Decoder에서의 Temporal scalable video coding 방법을 나타낸 흐름도
본 발명의 Temporal scalable video coding 장치는, 입력 영상을 frame rate에 따라서 서로 다르게 나누는 Scalability pre-processor와; 제 1 입력 데이터로부터 하위 layer bitstream을 생성하는 base layer와; 제 2 입력 데이터로부터 encoder mid-processor를 이용하여 상위 layer bitstream을 생성하는 하나이상의 enhancement layer; 를 포함하여 구성된다.
또한 본 발명은, 하위 layer bitstream에 에러가 발생시 decoder mid-processor를 이용해서 하위 bitstream으로부터 제 1 출력을 생성하는 base layer와, 상위 layer bitstream에 에러가 발생시 mid-processor를 이용해서 상위 bitstream으로부터 제 2 출력을 생성하는 하나이상의 enhancement layer와; 상기 제 1, 2출력으로 부터 출력영상을 만드는 Scalability post-processor ;를 포함하여 구성된다.
또한 본 발명의 Encoder에서의 Temporal scalable video coding 방법은, 하위층인 base layer와 상위층인 하나이상의 enhancement layer를 구성하는 단계; 모든 enhancement layer에 주기적으로 그 하위 layer의 프레임과 동일한 시간에 동일한 프레임인 sync 프레임을 코딩하는 단계; 상위층의 sync 프레임은 동일한 층(layer)의 이전 프레임과 하위층의 sync 프레임의 차이를 코딩하는 단계;를 포함한다.
또한 본 발명의 Decoder에서의 Temporal scalable video coding 방법은, 하위층인 base layer와 상위층인 하나이상의 enhancement layer를 구성하는 단계; 임의의 층에서 임의의 프레임에 에러가 발생시에, 에러가 없는 그 상위층의 sync 프레임 또는 에러가 없는 하위층의 프레임으로부터 에러를 복원하는 단계;를 포함한다.
본 발명의 다른 목적, 특징들은 첨부한 도면을 참조한 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 Temporal scalable video coding 장치와 방법에 대하여 설명한다.
먼저, 본 발명의 특징을 설명한다.
Temporal scalability는 한 개의 base layer와 한 개 이상의 enhancement layers로 구성된다.
1) 모든 enhancement layer에 각각 주기적으로 그 하위 layer의 frame과 동일한 시간에 동일한 frame을 coding 한다. 이때, 동일한 시간의 동일한 두 frame을 동기프레임 (sync frame)이라 부른다.
2) 한 쌍의 sync frame 중 상위 layer의 sync frame은 동일한 layer의 이전 frame과 하위 layer의 sync frame의 차이를 coding 한다.
3) 임의의 layer에서 임의의 frame에 에러가 발생하면 에러가 없는 그 상위 layer의 sync frame으로부터 에러를 복원한다.
4) 또는 임의의 layer에서 임의의 frame에 에러가 발생하면 에러가 없는 하위 layer의 frame으로부터 에러를 복원한다.
이하 도면을 인용하여 설명한다.
도 1은 temporal scalable video encoder의 high level 블럭도이다.
도면에서 보는바와 같이, 출력 bitstream(1,0)이 한 개의 base layer (BL) (104)과 한 개의 enhancement layer (EL) (102)로 이루어 질 때를 나타낸다.
영상 인코더 (Video encoder)가 N개의 EL을 가질 때는 도 1의 BL encoder가 EL n encoder를, 도 1의 EL 1 encoder가 EL n+1 encoder를 나타낸다 (n=1부터 N-1까지).
Scalability pre-processor (101)는 입력 영상을 frame rate에 따라서 입력 0과 입력 1로 나눈다.
즉, BL의 frame rate에 맞는 frame은 입력 0으로, 그렇지 않은 frame은 입력 1로 나눈다.
BL encoder는 입력 0으로부터 하위 layer bitstream (bitstream 0)를 만든다.
EL 1 encoder는 encoder mid-processor (103)를 이용해서 입력 1로부터 상위 layer bitstream (bitstream 1)을 만든다.
도 2는 temporal scalable video decoder의 high level 블럭도이다.
도면에서 보는바와 같이, 입력 bitstream(1,0)이 한 개의 BL과 한 개의 EL로 이루어질 때를 나타낸다.
Video decoder가 N개의 EL을 가질 때는 도 2의 BL decoder(203)가 EL n decoder를, 도 2의 EL 1 decoder (201)가 EL n+1 decoder를 나타낸다. (n=1부터N-1까지).
BL decoder는 하위 layer bitstream (bitstream 0)로부터 출력 0를 만든다.
Bitstream 0에 에러가 발생했으면, BL decoder는 decoder mid-processor(202)를 이용해서 하위 layer bitstream (bitstream 0)로부터 출력 0를 만든다.
한편, EL 1 decoder (201)는 decoder mid-processor를 이용해서 상위 layer bitstream (bitstream 1)으로부터 출력 1을 만든다.
Bitstream 1에 에러가 발생했으면, EL 1 decoder (201)는 decoder mid-processor (202)를 이용해서 상위 layer bitstream (bitstream 1)으로부터 출력 1을 만든다.
Scalability post-processor (204)는 출력 0과 출력 1로부터 출력 영상을 만든다.
도 3은 상기 도 1의 temporal scalable video encoder를 상세하게 나타낸 도면이다.
도면에서 보는바와 같이, BL encoder와 EL 1 encoder의 연산 블록은 기본적으로 도 1과 같다.
BL encoder (303)는 일반적인 video encoder와 같이 BL frame을 인코딩 한다. 예를 들면, BL의 frame rate에 따라서 입력 0을 I-frame 또는 P-frame으로 인코딩 한다.
EL 1 encoder (301)는 encoder mid-processor (302)를 이용해서 입력 1을 인코딩 한다.
이때, encoder reference frame selector (302a)는 EL 1 encoder의 reference frame을 BL에서 선택할지 또는 EL에서 선택할지 결정한다.
예를 들면, 입력 1의 frame을 모두 P-frame으로 인코딩 할 경우, BL에서 가장 최근에 encoding한 frame 혹은 EL에서 가장 최근에 encoding한 frame을 reference frame으로 한다.
또한 encoder sync frame selector (302b)는 상기의 EL frame을 인코딩 하도록 한다.
한편, Scalability pre-processor가 입력 영상을 BL의 frame rate에 따라서 나누기 때문에 BL의 입력 0과 EL의 입력 1은 시간적으로 동일한 (coincident) frame을 갖지 않는다.
하지만 encoder sync frame selector는 주기적으로 BL의 frame과 동일한 시간에 EL의 frame을 인코딩 하도록 한다.
이때, 동일한 시간에 존재하는 BL의 frame과 EL의 frame을sync frame이라고 정의하고 이 시간을sync time이라고 정의한다.
이 sync frame은 temporal scalable video decoder에서 에러 복원을 위해 사용한다. Sync frame을 만들기 위해 sync time의 BL frame과 가장 최근의 EL frame을 이용한다. EL sync frame의 quantized coefficient는 각 frame의 quantized coefficient로부터 계산한다.
Q_BL_sync_frame = BL sync frame의 quantized coefficient
Q_EL_latest_frame = 가장 최근의 EL frame의 quantized coefficient
Q_EL_sync_frame = EL sync frame의 quantized coefficient
Q_EL_sync_frame = Q_EL_latest_frame - Q_BL_sync_frame
도 4는 상기 도 2의 temporal scalable video decoder를 상세하게 나타낸 도면이다.
도면에서 보는바와 같이, BL decoder와 EL 1 decoder의 연산 블록은 기본적으로 도 2와 같다.
BL decoder (403)는 일반적인 video decoder와 같이 bitstream 0으로부터 BL frame을 디코딩 한다.
예를 들면, 상기 도 3에서 설명한바와 같이 인코딩한 bitstream 0로부터 I-frame과 P-frame을 디코딩 한다.
EL 1 decoder (401)는 decoder mid-processor (402)를 이용해서 bitstream 1으로부터 EL frame을 디코딩 한다.
이때, decoder reference frame selector (402a)는 bitstream 1을 해석한 후 reference frame을 BL frame에서 선택할지 또는 EL frame에서 선택할지 결정한다.
예를 들면, 현재 EL frame이 P-frame이라면 reference frame은 BL에서 가장 최근의 I-frame 혹은 P-frame, 또는 EL에서 가장 최근의 P-frame이 되는데 이것은 bitstream 1을 해석한 후 판단한다.
한편, BL bitstream 0에 에러가 발생하면 BL의 다음 I-frame부터 다시 디코딩 한다. 이는 BL (하위 layer)에서 에러가 발생했을 때, BL의 frame으로부터 에러를 극복하는 방법이다.
또는, BL bitstream 0에 에러가 발생하면 sync frame을 이용해서 이를 극복한다. 이는 BL (하위 layer)에서 에러가 발생했을 때, 그 EL (상위 layer)의 sync frame으로부터 에러를 극복하는 방법이다.
그러나 상기에서 에러가 발생한 BL frame이 sync frame이 아니면, EL의 다음 sync frame을 reference frame으로 BL을 디코딩 한다.
이때, decoder sync frame selector가 reference frame으로 쓰이는 EL sync frame을 BL decoder에 전달한다.
한편, 에러가 발생한 BL frame이 sync frame이면, EL의 현재 sync frame을 reference frame으로 BL을 디코딩 한다. 이때, decoder sync frame selector가 reference frame으로 쓰이는 EL sync frame을 BL decoder에 전달한다.
EL 1 bitstream 1에 에러가 발생하면 BL의 다음 frame부터 디코딩 한다.
이는 EL (상위 layer)에서 에러가 발생했을 때, 그 BL (하위 layer)의 다음 frame으로부터 에러를 극복하는 방법이다.
도 5는 temporal scalable video encoder의 high level 구조에서 N개의 EL을 가질경우를 나타낸 도면이다.
인코딩은 인접한 두 layer의 쌍으로 도 1과 도 3처럼 이루어진다.
예를 들면, BL과 EL 1을 쌍으로 상기 도 1과 도 3을 적용하고, EL 1과 EL 2를 쌍으로 도 1과 도 3을 적용한다.
이때, sync frame은 인접한 두개 이상의 layer에서 일치가 가능하다.
예를 들어, BL과 EL 1의 sync time과 EL 1과 EL 2의 sync time이 같을 수 있다.
도 6은 temporal scalable video decoder의 high level 구조에서 N개의 EL을 가질경우를 나타낸 도면이다.
디코딩은 인접한 두 layer의 쌍으로 상기 도 2와 도4처럼 이루어진다.
예를 들면, BL과 EL 1을 쌍으로 도 2와 도 4를 적용하고, EL 1과 EL 2를 쌍으로 도 2와 도 4를 적용한다.
임의의 layer에서 에러가 발생하면, 상기 도 4의 경우처럼 그 layer의 다음 I-frame을 이용해서 에러를 복원한다.
또는 임의의 layer에서 에러가 발생하면, 상기 도 4의 경우처럼 상위 layer의 sync frame을 이용해서 에러를 복원한다.
또한 임의의 layer에서 에러가 발생하면, 상기 도 4의 경우처럼 하위 layer의 다음 frame을 이용해서 에러를 복원한다.
도 7은 본 발명의 Encoder에서의 Temporal scalable video coding 방법을 나타낸 흐름도이다.
하위층인 base layer와 상위층인 하나이상의 enhancement layer를 구성한다. (S 701).
모든 enhancement layer에 주기적으로 그 하위 layer의 프레임과 동일한 시간에 동일한 프레임인 sync 프레임을 코딩한다. (S 702).
상위층의 sync 프레임은 동일한 층(layer)의 이전 프레임과 하위층의 sync프레임의 차이를 코딩한다. (S 703).
부연하면, 두 Layer가 쌍으로 상기 단계 S702, S703을 반복한다.
즉, Base Layer와 EL1을 쌍으로 단계 S702, S703을 하고, 다시 EL1, EL2를 쌍으로 S702, S703을 하고, 다시 EL2, EL3를 쌍으로 S702, S703을 수행한다.
도 8은 본 발명의 Decoder에서의 Temporal scalable video coding 방법을 나타낸 흐름도이다.
하위층인 base layer와 상위층인 하나이상의 enhancement layer를 구성한다. (S 801).
임의의 층에서 임의의 프레임에 에러가 발생시에, 에러가 없는 그 상위층의 sync 프레임 또는 에러가 없는 하위층의 프레임으로부터 에러를 복원한다. (S 802).
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있다. 본 발명은 상기 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다.
즉, 표준 codec과 호환을 위해서 한 쌍의 sync frame 중 상위 layer의 sync frame은 표준 코덱의 해당 profile 및 level에서 사용하지 않는 code를 이용해서 인코딩 한다.
이때, 표준 디코더는 한 쌍의 sync frame 중 상위 layer의 sync frame을 에러로 간주하고 무시할 수 있다.
따라서 상기 기재 내용은 하기 특허청구범위의 한계에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.
본 발명에 의하면, 유/무선 영상전화, VOD 등 영상서비스에서 에러가 발생했을 때, 짧은 시간에 에러를 복원하는 효과가 있다.
따라서 짧은 시간에 에러를 복원하므로 에러가 많이 발생하는 환경에서 영상의 품질을 높이는 장점이 있다.

Claims (8)

  1. 입력 영상을 frame rate에 따라서 서로 다르게 나누는 Scalability pre-processor와;
    제 1 입력 데이터로부터 하위 layer bitstream을 생성하는 base layer와;
    제 2 입력 데이터로부터 encoder mid-processor를 이용하여 상위 layer bitstream을 생성하는 하나이상의 enhancement layer; 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 Temporal scalable video coding 장치.
  2. 제 1항에 있어서, encoder reference frame selector가 EL 1 encoder의 reference frame을 BL에서 선택할지 또는 EL에서 선택할지 결정하는 것을 특징으로 하는 Temporal scalable video coding 장치.
  3. 하위층인 base layer와 상위층인 하나이상의 enhancement layer를 구성하는 단계;
    모든 enhancement layer에 주기적으로 그 하위 layer의 프레임과 동일한 시간에 동일한 프레임인 sync 프레임을 코딩하는 단계;
    상위층의 sync 프레임은 동일한 층(layer)의 이전 프레임과 하위층의 sync 프레임의 차이를 코딩하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 Temporal scalable video coding 방법.
  4. 제 3항에 있어서, Sync frame을 만들기 위해 sync time의 BL frame과 가장 최근의 EL frame을 이용하는 것을 특징으로 하는 Temporal scalable video coding 방법.
  5. 제 3항 또는 4항에 있어서, EL sync frame의 quantized coefficient는 각 frame의 quantized coefficient로부터 계산하는 것을 특징으로 하는 Temporal scalable video coding 방법.
  6. 하위 layer bitstream에 에러가 발생시 decoder mid-processor를 이용해서 하위 bitstream으로부터 제 1 출력을 생성하는 base layer와;
    상위 layer bitstream에 에러가 발생시 mid-processor를 이용해서 상위 bitstream으로부터 제 2 출력을 생성하는 하나이상의 enhancement layer와;
    상기 제 1, 2출력으로 부터 출력영상을 만드는 Scalability post-processor;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 Temporal scalable video coding 장치.
  7. 제 6항에 있어서, decoder reference frame selector가 bitstream 1을 해석한 후 reference frame을 BL frame에서 선택할지 또는 EL frame에서 선택할지 결정하는 것을 특징으로 하는 Temporal scalable video coding 장치.
  8. 하위층인 base layer와 상위층인 하나이상의 enhancement layer를 구성하는 단계;
    임의의 층에서 임의의 프레임에 에러가 발생시에, 에러가 없는 그 상위층의 sync 프레임 또는 에러가 없는 하위층의 프레임으로부터 에러를 복원하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 Temporal scalable video coding 방법.
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