KR0124162B1 - Prediction coding method - Google Patents

Prediction coding method

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KR0124162B1 KR1019940010796A KR19940010796A KR0124162B1 KR 0124162 B1 KR0124162 B1 KR 0124162B1 KR 1019940010796 A KR1019940010796 A KR 1019940010796A KR 19940010796 A KR19940010796 A KR 19940010796A KR 0124162 B1 KR0124162 B1 KR 0124162B1
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Abstract

The prediction coding device is capable of detecting motion vector of input video signal and utilizes the detected motion vector, to thereby determine an inter/intra coding mode. The prediction coding method comprises the steps of: detecting the motion vector of the video signal in frame/field units by the blocks within the frame/field; if the motion vector between the blocks by the frame/field is random, coding the video signal in the frame/field units in an intra mode; if the value of the motion vector is '0', coding the video signal in the frame/field units in an inter mode; and if the motion vector has a predetermined value in a predetermined direction, coding the video signal in the frame/field units in the inter mode by using the pixels on a previous frame/field position corresponding to the motion vector.

Description

예측 부호화 방법Predictive coding

제1도는 일반적인 예측 부호화 장치의 블록도.1 is a block diagram of a general predictive encoding device.

제2도는 본 발명을 행하는 예측 부호화 장치의 블록도.2 is a block diagram of a predictive encoding device according to the present invention.

제3도는 본 발명에 따른 예측 부호화 방법의 흐름도.3 is a flowchart of a predictive encoding method according to the present invention.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

20 : 메모리 30 : 움직임 벡터 추출부20: memory 30: motion vector extracting unit

40 : 부호화 회로40: encoding circuit

본 발명은 동영상 부호화 방법에 관한 것으로, 특히 입력 영상 신호의 움직임 벡터를 검출하고 그 검출된 움직임 벡터를 이용하여 인터/인트라 부호화 모드를 결정하는 예측 부호화 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a video encoding method, and more particularly, to a prediction encoding method for detecting a motion vector of an input video signal and determining an inter / intra encoding mode using the detected motion vector.

동 영상 부호화 장치(Coding Device, 또는 Coder)는 고품위 텔레비젼(HDTV ; High Definition Television)이나 영상 전화기 등에서 사용되어, 디지탈 형태로 인가되는 영상 신호에 대하여 원래의 상태를 보조할 수 있을 정도로 압축전송하는 것으로, 막대한 데이터처리량으로 인한 어려움을 해결하기 위해 개발되었다. 이러한 부호화 장치에서 사용되는 압축 처리 방식은 크게 고정 길이(Fixed Length)와 가변길이(Variable Length) 부호화방식이 있으나 압축 효율이 높은 이유로 대부분 가변 길이 부호화(또는 가변장 부호화라고도 함) 방식을 이용하고 있다.Coding Device (Coder) or Coder is used in high definition television (HDTV) or video telephone to compress and transmit the video signal applied in digital form to support the original state. It was developed to address the challenges of massive data throughput. Compression processing methods used in such an encoding apparatus include fixed length and variable length coding methods, but most of them use variable length coding (or variable length coding) because of high compression efficiency. .

제1도는 가변 길이 부호화 방식에 의한 종래의 동영상 부호화 장치를 하이브리드(Hybrid)형태로 구성한 것으로서, 디지탈 형태의 입력 영상 신호가 인가되면 이동 보상 예측부(1)와 감산기(2) 및 부호화 모드 판정부(4)로 인가된다.FIG. 1 is a block diagram of a conventional video encoding apparatus using a variable length coding scheme in a hybrid form. When a digital input image signal is applied, the motion compensation predictor 1, the subtractor 2, and an encoding mode determiner are illustrated. Is applied as (4).

제어용 스위치(3)는 인가되는 영상 신호와 감산기(2)로부터 인가되는 영상 신호를 선택적으로 출력한다. 이러한 선택적인 출력은 부호화 모드 판정부(4)에서 출력되는 부호화 모드 판정 결과에 따른 부호화 모드 데이타에 의한다. 부호화 모드 판정부(4)는 인가되는 영상 신호와 예측 메모리부(11)에서 출력되는 예측 영상 신호에 의하여 압축 처리할 부호화 모드를 인트라(Intra) 모드로 할 것인지 인터(Inter) 모드로 할 것인지를 판정한 부호화 모드 데이타를 출력한다.The control switch 3 selectively outputs an applied video signal and an applied video signal from the subtractor 2. This selective output is based on the encoding mode data according to the encoding mode determination result output from the encoding mode determination unit 4. The encoding mode determination unit 4 determines whether the encoding mode to be compressed is intra mode or inter mode based on the image signal to be applied and the prediction image signal output from the prediction memory unit 11. The determined encoding mode data is output.

여기서 인트라 모드는 현재 프레임 데이타를 압축하는 것이고, 인터 모드는 감산기(2)에서 출력되는 에러값을 압축하는 것이다. 에러 값은 인가되는 영상 신호와 예측 메모리부(11)에서 출력되는 예측영상간의 차 신호이다.In this case, the intra mode is to compress the current frame data, and the inter mode is to compress the error value output from the subtractor 2. The error value is a difference signal between the applied image signal and the predicted image output from the predictive memory unit 11.

이동 보상 예측부(1)는 현재 인가되는 영상 신호와 예측 메모리부(11)에 저장되어 있는 영상 신호간의 상관도를 기준으로 이동의 정도를 추정하고 추정에 따라 얻어진 움직임 벡터를 예측 메모리부(11)로 인가하여 예측 메모리부(11)로부터 예측영상이 출력되도록 한다.The motion compensation predictor 1 estimates the degree of motion based on the correlation between the currently applied video signal and the video signal stored in the predictive memory 11, and estimates the motion vector obtained according to the estimation. ) To output the prediction image from the prediction memory unit 11.

이상 여현 변환기(5)는 제어용 스위치(3)에서 출력되는 공간 영역의 데이터를 주파수 영역으로 변환한 이산 여현 변환(Discrete Cosine Transform : 이하 DCT)계수를 출력한다. 이산 여현 변환기(5)에서 출력된 DCT 계수는 양자화부(6)에서 소정의 양자화 레벨로 선형 양자화가 된다.The abnormal cosine transformer 5 outputs a discrete cosine transform (DCT) coefficient obtained by converting data of the spatial domain output from the control switch 3 into the frequency domain. The DCT coefficients output from the discrete cosine converter 5 are linearly quantized by the quantization unit 6 to a predetermined quantization level.

양자화된 DCT 계수 데이터는 가변길이 부호화부(7)로 출력되어 부호화된다. 가변길이 부호화부(7)는 부호화 모드 판정부(4)에서 출력되는 부호화 모드와 이동 보상 예측부(1)에서 출력되는 이동 벡터는 부가 정보로 가변장 부호화하고, 양자화부(6)에서 출력되는 DCT 계수는, 빈도수가 높은 데이터에 대해서는 짧은 코드를 할당하고 빈도가 낮은 데이터에 대해서는 긴코드를 할당하여 가변적으로 부호화한다.The quantized DCT coefficient data is outputted to the variable length encoder 7 and encoded. The variable length encoder 7 variable-length encodes the encoding mode output from the encoding mode determination unit 4 and the motion vector output from the motion compensation predictor 1 with additional information, and outputs the quantization unit 6. The DCT coefficient is variably encoded by allocating a short code for high frequency data and a long code for low frequency data.

통신 버퍼(8)는 가변 길이 부호화부(7)에서 출력된 부호화 데이터가 일정한 전송 속도를 갖는 채널을 통해 출력될 수 있도록 일정한 속도로 전송한다. 이때 통신 버퍼(8)의 전송량에 따라 양자화부(6)로 양자화 파라미터가 출력된다. 여기서 양자화 파라미터는 양자화부(6)의 양자화 레벨을 제어하기 위한 것이다.The communication buffer 8 transmits the encoded data output from the variable length encoder 7 at a constant rate so that the encoded data can be output through a channel having a constant transmission rate. At this time, the quantization parameter is output to the quantization unit 6 according to the transmission amount of the communication buffer 8. Here, the quantization parameter is for controlling the quantization level of the quantization unit 6.

한편, 동영상은 인접 프레임 데이터간의 상관도가 높다는 특성에 의하여 이동 보상에 의하여 압축 효율을 높이고 있다. 이러한 압축 효율을 위한 부분은 역양자화부(7) 및 역이산 여현 변환기(10), 가산기(12), 예측 메모리부(11)와 이동 보상 예측부(1), 감산기(2) 등으로, 양자화부(6)에서 출력된 데이터는 역양자화부(7) 및 역 이산 여현 변환기(10)와 가산기(12)를 통해 압축된 데이터를 원래 상태로 복원한 뒤, 예측 메모리부(11)에 저장하여 상술한 이동 보상 예측부(1)와 부호화 모드 판정부(4)와 함께 움직임 보상 과정을 수행하게 된다.On the other hand, the moving picture is improved in compression efficiency by the motion compensation due to the high correlation between adjacent frame data. The portion for such compression efficiency is quantized by inverse quantization unit 7 and inverse discrete cosine transformer 10, adder 12, predictive memory unit 11, motion compensation predictor 1, subtractor 2, and the like. The data output from the unit 6 is restored to the original state after the data compressed through the inverse quantization unit 7, the inverse discrete cosine converter 10 and the adder 12, and stored in the prediction memory unit 11 The motion compensation process is performed together with the motion compensation predictor 1 and the encoding mode determiner 4.

상술한 바와 같은 구성에 의해 종래의 동영상 부호화 장치는 이동 보상 프레임간 예측으로 시간 방향으로 존재하는 중복성과 이산 여현 변환으로 프레임내의 공간 방향으로 존재하는 중복성을 제거하여 압축하게 된다.With the above-described configuration, the conventional video encoding apparatus compresses by eliminating redundancy existing in the temporal direction by the motion compensation interframe prediction and redundancy existing in the spatial direction in the frame by the discrete cosine transform.

그러나 이와 같이 처리되는 경우, 프레임간 신호를 이용하여 움직임 보상을 하고 있으므로 정보량이 너무 많은 문제점이 있었다. 즉, 인터/인트라 모드를 설정하기 위한 종래의 방법은 현재 프레임과 이전 프레임간의 화소 값들의 차이를 구하고, 이 차이가 소정 임계값 이상일 때에 화면의 변화가 많은 것으로 판단하여 인터 모드로, 차이가 소정 임계값 이하일 때에는 인트라 모드로 처리하는 방법이 제시되고 있으나, 이와 같이 화면값의 차이값을 계산하는 데에는 계산량이 많다는 문제가 있었다.However, in this case, since the motion compensation is performed by using the inter-frame signal, there is a problem of too much information. That is, the conventional method for setting the inter / intra mode obtains the difference between pixel values between the current frame and the previous frame, and when the difference is greater than or equal to a predetermined threshold, it is determined that there is a large change in the screen. Although a method of processing in an intra mode when a threshold is less than a threshold value has been proposed, there is a problem in that a large amount of calculation is required to calculate a difference value of a screen value.

또한, 1994년 1월 28일자로 프레임간 또는 프레임간 예측 부호화 방법이란 명칭으로 출원 공개된 일본 특개평 제6-22300호에 따르면, 상기 문제점을 개선하기 위해 화면 변화를 절대값을 취하여 평균화한 다음 사용하고 있으나 이는 화면의 쉬프트, 회전 등에 대응하지 못하는 문제점이 있었다.Further, according to Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 6-22300 filed on January 28, 1994 under the name of inter-frame or inter-frame prediction coding method, in order to improve the problem, the screen change is averaged by taking an absolute value. Although this is used, there was a problem that the screen does not correspond to the shift, rotation, etc.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 예측 부호화를 위하여 검출되는 움직임 벡터를 이용하여 부호화 모드를 선택하는 예측 부호화 방법을 제공하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide a prediction encoding method for selecting an encoding mode using a motion vector detected for prediction encoding.

본 발명에 따른 예측 부호화 방법은, 프레임/필드 단위로 입력되는 영상 신호의 움직임 벡터를 검출하여 부호화하는 방법에 있어서, 프레임/필드의 영상 신호의 움직임 벡터를 상기 프레임/필드내 블록별로 검출하는 단계와; 검출된 움직임 벡터가 이산적인 프레임/필드별 블록간의 움직임 벡터가 이산(랜덤)적이면, 프레임/필드별 영상 신호를 인트라 모드로 부호화하는 단계와; 프레임/필드별 블록간의 움직임 벡터가 0이면 프레임/필드별 영상 신호를 인터 모드로 부호화하는 단계와; 프레임/필드별 블록간의 움직임 벡터가 일정한 방향으로 일정한 값을 가지는 경우에는 움직임 벡터에 해당하는 이전 프레임/필드 위치의 화소들을 이용하여 인터 모드로 부호화하는 단계를 포함한다.The predictive encoding method according to the present invention is a method of detecting and encoding a motion vector of an image signal input on a frame / field basis, the method comprising: detecting a motion vector of a video signal of a frame / field for each block in the frame / field Wow; If the motion vector between the blocks per frame / field is discrete, the detected motion vector is discrete (random); encoding an image signal for each frame / field in an intra mode; Encoding a frame / field-specific video signal in inter mode when the motion vector between blocks per frame / field is 0; If the motion vector between blocks per frame / field has a constant value in a predetermined direction, the method may include encoding in an inter mode using pixels of a previous frame / field position corresponding to the motion vector.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail with respect to the present invention.

제2도는 본 발명에 따른 방법을 행하기 위한 영상 부호화 장치의 블록도로서, 다수 프레임/필드의 영상 신호를 저장하는 메모리부(10)와, 이 메모리부(10)에 저장된 데이터에서 프레임/필드간의 소정의 블록별로 움직임 벡터를 검출하는 움직임 벡터 추출부(20)와, 메모리부(10)에 저장된 화상 데이터와 상기 움직임 벡터 추출부에서 검출된 움직임 벡터를 이용하여 부호화하는 부호화 회로(30)를 포함한다.2 is a block diagram of a video encoding apparatus for carrying out the method according to the present invention, comprising: a memory unit 10 for storing a video signal of multiple frames / fields, and a frame / field from data stored in the memory unit 10; A motion vector extracting unit 20 for detecting a motion vector for each predetermined block of the liver, and an encoding circuit 30 for encoding using image data stored in the memory unit 10 and the motion vector detected in the motion vector extracting unit. Include.

즉, 입력되는 디지탈 화상 신호는 메모리부(10)에 저장된다. 이 저장된 신호는 다수개의 프레임/필드들로 구성되며, 저장된 데이터들은 움직임 벡터 추출부(20)에서 블록별로 움직임 벡터를 검출하여 그 결과에 따라 부호화 회로(30)에서 부호화하게 된다.That is, the input digital image signal is stored in the memory unit 10. The stored signal is composed of a plurality of frames / fields, and the stored data are detected by the motion vector extractor 20 for each block and encoded by the encoding circuit 30 according to the result.

부호화 회로에서 부호화하는 본 발명의 방법 및 과정은 제3도에 도시되어 있다.The method and process of the present invention for encoding in an encoding circuit is shown in FIG.

먼저, 움직임 벡터 추출부(20)는 메모리부(10)에 저장된 프레임/필드별 영상 신호로부터 블록간의 움직임 벡터를 검출한다(S100).First, the motion vector extractor 20 detects a motion vector between blocks from frame / field image signals stored in the memory unit 10 (S100).

프레임/필드별 블록간의 움직임 벡터가 이산(랜덤)적으로 검출되면, 블록간의 움직임이 랜덤하게 발생하여 프레임/필드간에 화면 변화가 많은 경우인 바, 부호화 회로(30)는 이 프레임/필드를 인트라 모드로 처리하게 된다(단계 S110).When the motion vector between blocks per frame / field is detected discretely (random), the motion between blocks randomly occurs and there are many screen changes between the frames / fields. The mode is processed (step S110).

그러나, 움직임 벡터 추출부(20)에서 추출되는 움직임 벡터가 0에 가까운 경우에 즉, 프레임간 상관성이 높은 경우에 부호화 회로(30)는 해당 프레임/필드를 예측 부호화하므로써 부호화 데이터의 양을 감소시킨다(단계 S120).However, when the motion vector extracted by the motion vector extractor 20 is close to zero, that is, when the interframe correlation is high, the encoding circuit 30 reduces the amount of encoded data by predictively encoding the corresponding frame / field. (Step S120).

한편, 움직임 벡터 추출부(20)에서 추출되는 블록간의 움직임 벡터가 일정한 값을 가지는 경우, 즉 블록별 움직임 벡터가 일정한 방향으로 일정한 값을 가지는 경우에는 프레임/필드의 화상이 전체적으로 이동(시프트)하거나 회전하는 경우일 것이다. 따라서, 부호화 회로(30)는 움직임 벡터 추출부(20)에서 검출된 움직임 벡터를 패닝 벡터로 사용하여 이 패닝 벡터에 해당하는 위치의 화소들을 이용하여 인터 모드로 예측 부호화하므로서 부호화 데이터량을 감소시키게 된다(단계 S130).On the other hand, when the motion vector between blocks extracted by the motion vector extractor 20 has a constant value, that is, when the motion vector for each block has a constant value in a predetermined direction, the image of the frame / field is moved (shifted) as a whole. It would be a case of rotating. Therefore, the encoding circuit 30 uses the motion vector detected by the motion vector extractor 20 as a panning vector to predictively encode in inter mode using pixels at positions corresponding to the panning vector, thereby reducing the amount of encoded data. (Step S130).

이와 같이 본 발명은 움직임 벡터를 이용하여 인터/인트라 모드의 설정 및 패닝 벡터를 이용한 예측 부호화를 수행하므로서 종래에 비하여 인터/인트라 모드의 결정을 위한 부호화 장치의 계산량을 대폭 감소시킬 수 있으며, 특히, 화면의 이동 및 회전시에 예측 부호화를 행하므로서 부호화를 위한 계산량 및 데이터량을 대폭 감소시킬 수 있다는 효과가 있다.As described above, the present invention can significantly reduce the amount of computation of the encoding apparatus for determining the inter / intra mode compared to the prior art by performing the setting of the inter / intra mode using the motion vector and the predictive encoding using the panning vector. By performing predictive encoding at the time of moving and rotating the screen, there is an effect that the amount of calculation and data for encoding can be greatly reduced.

Claims (1)

프레임/필드 단위로 입력되는 영상 신호의 움직임 벡터를 검출하여 부호화하는 방법에 있어서, 상기 프레임/필드의 영상 신호의 움직임 벡터를 상기 프레임/필드내 블록별로 검출하는 단계와; 상기 검출된 움직임 벡터가 이산적인 프레임/필드별 블록간의 움직임 벡터가 이산(랜덤)적이면, 상기 프레임/필드별 영상 신호를 인트라 모드로 부호화하는 단계와, 상기 프레임/필드별 블록간의 움직임 벡터가 0이면 상기 프레임/필드별 영상 신호를 인터 모드로 부호화하는 단계와; 상기 프레임/필드별 블록간의 움직임 벡터가 일정한 방향으로 일정한 값을 가지는 경우에는 상기 움직임 벡터에 해당하는 이전 프레임/필드 위치의 화소들을 이용하여 인터 모드로 부호화하는 단계를 구비하는 예측 부호화 방법.A method of detecting and encoding a motion vector of an image signal input on a frame / field basis, the method comprising: detecting a motion vector of the image signal of the frame / field for each block in the frame / field; When the detected motion vector is discrete, the motion vector between blocks per frame / field is discrete (random), and encoding the video signal per frame / field in an intra mode, and if the motion vector between blocks per frame / field is If 0, encoding the frame / field-specific video signal in an inter mode; And if the motion vector between blocks of each frame / field has a constant value in a predetermined direction, encoding in an inter mode using pixels of a previous frame / field position corresponding to the motion vector.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100728011B1 (en) * 2005-11-09 2007-06-14 삼성전자주식회사 Apparatus for encoding and decoding image, and method theroff, and a recording medium storing program to implement the method

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