KR20060110427A - 압축 부호화 비디오 스트림 랜덤 액세스 방법 및 장치 - Google Patents

압축 부호화 비디오 스트림 랜덤 액세스 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 압축 부호화 비디오 스트림의 랜덤 액세스에 있어서, 랜덤 액세스 지정된 프레임으로부터 가장 가까운 이전의 I-프레임(Intra-frame)을 검색하여 디코딩을 시작하며, 지정된 프레임의 디코딩이 이루어질 때부터 디코딩되는 이미지를 화면에 출력한다. 이에 따라 사용자가 원하는 정확한 위치부터 완전한 영상의 재생이 이루어지게 된다.
압축 부호화, 비디오 스트림, 랜덤 액세스

Description

압축 부호화 비디오 스트림 랜덤 액세스 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR REPRODUCING COMPRESSED ENCODING VIDEO STREAM BY RANDOM ACCESS}
도 1은 공간적 및 시간적 압축 부호화 비디오 스트림의 프레임 배열 예시도,
도 2 및 도 3은 종래의 압축 부호화 비디오 스트림 랜덤 액세스 예시도,
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 압축 부호화 비디오 스트림 랜덤 액세스 예시도,
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 압축 부호화 비디오 스트림 재생 장치의 블록구성도,
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 압축 부호화 비디오 스트림 랜덤 액세스 처리 흐름도.
본 발명은 압축 부호화된 비디오 스트림(video stream)의 재생에 관한 것으로, 특히 랜덤(random)하게 액세스(access)하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
디지털 시스템에서 많은 데이터 양을 요구하는 비디오 데이터의 저장 및 전 송을 위해서는 압축이 필수적이다. 비디오 데이터를 압축 부호화함으로써 제한된 대역 내에서 원활한 전송을 할 수 있을 뿐만 아니라 저장 매체 등에 저장 시에는 필요한 저장 공간을 줄일 수 있다.
ITU-T(International Telecommunication Union-Telecommunication Standardization Sector) 표준인 H.26x, ISO(International Organization for Standardization) 표준인 MPEG(Moving Picture Expert Group)에 따른 비디오 압축 부호화는 DCT(Discrete Cosine Transform)와 움직임 벡터(motion vector)에 각각 기반한 공간적 압축과 시간적 압축을 함으로써, 원래의 데이터 양을 획기적으로 줄이게 된다.
공간적 압축은 한 프레임 내에서 공간적 유사함을 제거하는 압축 부호화로서, 공간적 압축만으로 이루어진 프레임을 'I-프레임(Intra-frame)'이라 한다. 시간적 압축은 시간적 유사성을 이용한 압축 부호화로서, 시간적 압축에 의해 생성되는 프레임을 'P-프레임(Predictive-frame)'이라 한다. P-프레임은 바로 전 프레임 정보를 바탕으로 움직임 벡터와 잔여 데이터(residual data)로 표현된다.
이에 따른 압축 부호화 비디오 스트림의 프레임 배열은 도 1에 보인 바와 같이, 주기적인 I-프레임들과, 이 I-프레임들 사이에 위치하는 P-프레임들로 이루어진다. 도 1에서 참조부호 'I'는 I-프레임을 의미하고, 참조부호 'P'는 P-프레임을 의미하며, 이는 후술하는 도 2 내지 도 4에서도 마찬가지이다.
이러한 압축 부호화 비디오를 재생할 때는 I-프레임을 먼저 디코딩하여 복원하고, 이 후의 프레임들은 도 1에 보인 바와 같이 P-프레임을 사용하여 이전의 프 레임을 참조하여 복원한다. 이에 따라 영상의 재생을 위해서는 순차적인 프레임 데이터가 필요하다.
한편 비디오 스트림의 액세스는 사용자 인터페이스 관점에서 중요한 문제라고 할 수 있다. 사용자는 VTR(Video Tape Recorder)이나 DVD(Digital Video Disc) 플레이어와 같은 가전 제품에서 익숙해진 것처럼 멀티미디어 기기에서도 필수적으로 비디오 스트림을 빠르게 원하는 부분을 탐색하여 보는 랜덤 액세스 기능, 즉 FF(Fast Forwarding)후 재생하거나 RW(Rewind) 후 재생하는 기능의 존재를 당연하게 여긴다. 하지만 디지털 방식의 압축된 비디오 데이터를 원하는 위치에서 재생하는데는 제약이 따른다. 이는 P-프레임인 경우에는 매 영상 프레임은 이전의 프레임을 참조하여 만들어지므로, 어느 시점에서 한 프레임의 정보만을 가지고 완벽한 영상의 재생이 불가능하기 때문이다.
예를 들어 도 2에 보인 바와 같이, 비디오 스트림의 재생 중에 사용자의 FF 또는 RW 요청에 의해 랜덤 액세스 지정된 재생 위치(100)의 프레임이 P-프레임인 경우, 재생 위치(100)의 P-프레임부터 디코딩하여 재생을 시작하면, 다음의 I-프레임 위치(102)의 I-프레임이 재생되기 전까지는 불완전한 영상이 재생된다. 즉, 사용자가 원하는 위치에서 정확히 재생을 시작하게 되지만 I-프레임이 나오기 전까지는 불완전한 영상이 재생된다.
이와 달리 도 3에 보인 바와 같이, 비디오 스트림의 재생 중에 사용자에 의해 랜덤 액세스 지정된 재생 위치(100)의 프레임이 P-프레임인 경우, 재생 위치(100) 이전의 I-프레임의 위치(104)와 다음의 I-프레임의 위치(102) 중에 가장 가 까운 I-프레임의 위치(102)를 검색하여, I-프레임 위치(102)의 I-프레임부터 재생을 하면, 정상적인 영상이 재생된다.
이렇게 하면 도 2의 경우처럼 불완전한 영상이 나타나지는 않지만, 사용자가 원하는 위치에서부터 정확히 재생할 수 없다. 특히 비디오 데이터 양을 줄이기 위해 I-프레임의 주기를 늘리게 되는데, I-프레임의 주기가 긴 경우에는 사용자가 원하는 위치와 실제 재생되는 위치가 더욱 큰 차이가 날 수 있다.
따라서 본 발명은 랜덤 액세스 지정된 위치의 프레임 종류와 상관없이 항상 완전한 영상을 재생할 수 있는 방법 및 장치를 제공한다.
또한 본 발명은 랜덤 액세스 지정된 정확한 위치부터 항상 완전한 영상을 재생할 수 있는 방법 및 장치를 제공한다.
이를 위한 본 발명은 압축 부호화 비디오 스트림의 랜덤 액세스에 있어서, 랜덤 액세스 지정된 프레임으로부터 가장 가까운 이전의 I-프레임을 검색하여 디코딩을 시작하며, 지정된 프레임의 디코딩이 이루어질 때부터 디코딩되는 이미지를 화면에 출력함을 특징으로 한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
먼저 본 발명의 실시 예에 따른 압축 부호화 비디오 스트림 재생 장치의 블록구성도를 보인 도 5를 참조하면, 비디오 디코더(202)에는 비디오 데이터 콘트롤러(210)에 의해 비디오 메모리(200)로부터 압축 부호화 비디오 스트림이 인가된다. 비디오 디코더(202)는 압축 부호화 비디오 스트림을 디코딩한다. 디코딩된 이미지 데이터는 내부 이미지 버퍼(204)에 저장된다. 내부 이미지 버퍼(204)에 저장된 이미지 데이터는 비디오 데이터 콘트롤러(210)에 의해 출력 이미지 버퍼(206)에 복사됨으로써 압축 부호화 비디오 스트림으로부터 재생된 이미지가 디스플레이 장치(208)의 화면에 출력된다. 출력 이미지 버퍼(206)는 디스플레이장치(208)의 화면에 출력될 이미지의 이미지 데이터를 저장하는 버퍼이다.
상기 비디오 데이터 콘트롤러(210)는 랜덤 액세스 지정된 프레임으로부터 가장 가까운 이전의 I-프레임부터 비디오 디코더(202)에 의해 디코딩을 시작하되, 지정된 프레임의 디코딩이 이루어질 때부터 디코딩되는 이미지 데이터를 내부 이미지 버퍼(204)로부터 출력 이미지 버퍼(206)에 복사하여 디스플레이 장치(208)의 화면에 출력한다.
이러한 비디오 데이터 콘트롤러(210)의 처리 예를 본 발명의 실시 예에 따른 압축 부호화 비디오 스트림 랜덤 액세스 예시도를 보인 도 4를 참조하여 설명한다. 비디오 데이터 콘트롤러(210)는 비디오 스트림의 재생 중에 사용자의 FF 또는 RW 요청에 의해 랜덤 액세스 지정된 재생 위치(100)의 프레임으로부터 가장 가까운 이전의 I-프레임의 위치(104)에 있는 I-프레임을 검색한다. 도 4에서 랜덤 액세스 지 정된 재생 위치(100)의 프레임이 P-프레임인 경우의 예를 보였으나, 랜덤 액세스 지정된 프레임이 I-프레임일 수도 있다. 그리고 비디오 데이터 콘트롤러(210)는 검색된 I-프레임의 위치(104)에 있는 I-프레임부터 비디오 디코더(202)에 인가하여 디코딩을 시작한다.
이때 비디오 데이터 콘트롤러(210)는 랜덤 액세스 지정된 재생 위치(100)의 프레임을 디코딩하게 되기 전까지는 현재 디코딩된 이미지를 화면에 출력하지 않는 상태로 빠르게 비디오 디코더(202)에 의해 디코딩을 한다. 그리고 검색된 I-프레임부터 지정된 프레임, 즉 재생 위치(100)의 프레임의 이전에 있는 프레임까지 디코딩이 이루어지는 동안에는 랜덤 액세스 직전에 화면에 출력하고 있었던 이미지를 출력시킨다. 즉, 랜덤 액세스 직전에 재생되어 내부 이미지 버퍼(204)에 저장되어 있는 이미지 데이터를 현재 디코딩된 이미지 데이터 대신에 내부 이미지 버퍼(204)로부터 출력 이미지 버퍼(206)에 복사하여 디스플레이 장치(208)의 화면에 출력한다.
이후 비디오 데이터 콘트롤러(210)는 재생 위치(100)의 프레임, 즉 지정된 프레임의 디코딩이 이루어질 때부터 디코딩되는 이미지 데이터를 내부 이미지 버퍼(204)로부터 출력 이미지 버퍼(206)에 복사하여 디스플레이 장치(208)의 화면에 출력한다.
이에 따라 사용자가 원하는 정확한 위치부터 완전한 영상의 재생이 이루어지게 된다. 이때 사용자가 랜덤 액세스 지정한 시점부터 사용자가 원하는 정확한 위치의 영상의 재생이 시작되기까지, 즉 검색된 I-프레임부터 재생 위치(100)의 프레 임의 이전에 있는 프레임까지 디코딩이 이루어지는 동안의 지연이 발생한다.
하지만 이 동안에는 빠른 디코딩 작업을 수행함과 아울러 디코딩된 이미지들을 화면에 출력하는 동작을 하지 않기 때문에, 사용자가 크게 답답해 할만큼의 시간 지연이 발생되지는 않는다. 또한 이 동안에는 랜덤 액세스하기 바로 직전의 이미지를 계속 화면에 출력하게 되기 때문에 사용자가 답답해하는 것을 줄일 수 있다.
이제 도 6의 처리 흐름도를 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 압축 부호화 비디오 스트림 랜덤 액세스 처리를 설명한다. 비디오 스트림의 재생 중에 사용자가 FF 또는 RW 후에 원하는 위치에서 재생을 시작하면, 비디오 데이터 콘트롤러(210)는 (300)단계에서 이에 응답하여 (302)단계에서 사용자에 의해 랜덤 액세스 지정된 프레임 번호를 저장한다. 다음에 (304)∼(306)단계에서 랜덤 액세스 지정된 프레임으로부터 가장 가까운 이전의 I-프레임을 검색한다.
상기 (304)∼(306)단계에서 랜덤 액세스 지정된 프레임으로부터 가장 가까운 이전의 I-프레임이 검색되면, (308)단계에서 비디오 스트림을 디코딩하기 시작한다. 그리고 (310)단계에서 현재 디코딩하는 프레임 번호가 랜덤 액세스 지정된 프레임 번호와 일치하게 되는지를 검사한다. 만일 랜덤 액세스 지정된 프레임 번호와 일치하지 않을 경우에는 (312)단계에서 현재 프레임의 디코딩된 이미지 데이터를 내부 이미지 버퍼(204)에 저장한 후, 상기 (308)단계로 되돌아 간다.
이때 비디오 데이터 콘트롤러(210)는 랜덤 액세스 지정된 프레임을 디코딩하게 되기 전까지는, 상술한 바와 같이 현재 디코딩된 이미지를 화면에 출력하지 않 는 대신에 랜덤 액세스 이전에 재생되어 내부 이미지 버퍼(204)에 저장되어 있는 이미지 데이터를 현재 디코딩된 이미지 데이터 대신에 내부 이미지 버퍼(204)로부터 출력 이미지 버퍼(206)에 복사함으로써 랜덤 액세스 직전에 출력하고 있었던 이미지를 디스플레이 장치(208)의 화면에 계속 출력한다.
이렇게 하여 랜덤 액세스 지정된 프레임 번호와 일치할 때까지, 즉 랜덤 액세스 지정된 프레임의 디코딩이 이루어지면 상기 (310)단계에서 (314)단계로 진행한다. 상기 (314)단계에서는 현재 프레임의 디코딩된 이미지 데이터를 내부 이미지 버퍼(204)로부터 출력 이미지 버퍼(206)에 복사함으로써 디스플레이 장치(208)의 화면에 사용자에 의해 랜덤 액세스 지정된 위치의 프레임으로부터 재생된 이미지를 출력한다. 이후부터는 (316)단계로 진행하여 정상 재생을 하게 된다.
한편 상술한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위 내에서 이루어질 수 있다. 따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 한정되는 것이 아니며 특허청구범위와 특허청구범위의 균등한 것에 의하여 정하여져야 한다.
상술한 바와 같이 본 발명은 사용자에 의해 랜덤 액세스 지정된 프레임으로부터 가장 가까운 이전의 I-프레임부터 디코딩을 시작하되, 지정된 프레임의 디코딩이 이루어질 때부터 디코딩되는 이미지를 화면에 출력함으로써, 사용자가 원하는 정확한 위치부터 완전한 영상의 재생이 이루어지도록 할 수 있는 이점이 있다.

Claims (4)

  1. 주기적인 I-프레임(Intra-frame)들과 상기 I-프레임들 사이에 위치하는 P-프레임(Predictive-frame)들로 이루어지는 압축 부호화 비디오 스트림을 랜덤 액세스하는 방법에 있어서,
    랜덤 액세스 지정된 프레임으로부터 가장 가까운 이전의 I-프레임을 검색하는 단계와,
    상기 검색된 I-프레임부터 디코딩을 시작하는 단계와,
    상기 지정된 프레임의 디코딩이 이루어질 때부터 디코딩되는 이미지를 화면에 출력하는 단계를 구비함을 특징으로 하는 비디오 스트림 랜덤 액세스 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 검색된 I-프레임부터 상기 지정된 프레임 이전의 프레임까지 디코딩이 이루어지는 동안에는 상기 랜덤 액세스 직전에 재생된 이미지를 화면에 출력하는 단계를 더 구비함을 특징으로 하는 비디오 스트림 랜덤 액세스 방법.
  3. 주기적인 I-프레임(Intra-frame)들과 상기 I-프레임들 사이에 위치하는 P-프레임(Predictive-frame)들로 이루어지는 압축 부호화 비디오 스트림을 재생하는 장 치에 있어서,
    상기 압축 부호화 비디오 스트림을 디코딩하는 비디오 디코더와,
    상기 디코딩된 이미지 데이터를 저장하기 위한 내부 이미지 버퍼와,
    디스플레이장치의 화면에 출력될 이미지의 이미지 데이터를 저장하는 출력 이미지 버퍼와,
    랜덤 액세스 지정된 프레임으로부터 가장 가까운 이전의 I-프레임부터 상기 비디오 디코더에 의해 디코딩을 시작하며, 상기 지정된 프레임의 디코딩이 이루어질 때부터 디코딩되는 이미지 데이터를 상기 내부 이미지 버퍼로부터 상기 출력 이미지 버퍼에 복사하는 비디오 데이터 콘트롤러를 구비함을 특징으로 하는 비디오 스트림 랜덤 액세스 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 비디오 데이터 콘트롤러가, 상기 검색된 I-프레임부터 상기 지정된 프레임 이전의 프레임까지 디코딩이 이루어지는 동안에는 상기 랜덤 액세스 직전에 재생된 이미지 데이터를 현재 디코딩된 이미지 데이터 대신에 상기 내부 이미지 버퍼로부터 상기 출력 이미지 버퍼에 복사함을 특징으로 하는 비디오 스트림 랜덤 액세스 장치.
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