KR100192784B1 - A video encoder - Google Patents

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Abstract

본 발명은 영상 부호화기에 관한 것으로서, 제1프레임 메모리(44)의 현제 프레임과 제2프레임 메모리(46)의 이전 프레임을 영상 비교부(60)에서 비교한 후, 그 결과에 대한 정보와 버퍼 컨트롤부(58)로부터의 정보를 A/D 변환 제어부(62)에서 입력받아 A/D 변환부(40)의 표본화율을 가변시키도록 제어하여 화질을 개선시키고, 상기 영상 비교부(60)로부터 영상의 움직임 없는 부분에 대한 정보를 움직임 추정부(72)에 미리 전송하여 움직임 추정시 움직임이 없는 부분에 대해서는 움직임 벡터를 찾지 않음으로써 계산량을 감소시켜 하드웨어의 부담을 줄일 수 있다는데 그 이점이 있다.The present invention relates to an image encoder, and compares a current frame of a first frame memory (44) with a previous frame of a second frame memory (46) by the image comparator (60), and then controls information and buffer control of the result. The A / D conversion control unit 62 receives the information from the unit 58 to control the sampling rate of the A / D conversion unit 40 to improve the image quality, and the image comparison unit 60 By transmitting the information about the motion-free part of the motion estimation unit 72 in advance to find the motion vector for the motion-free part during motion estimation, the computational burden can be reduced to reduce the burden on the hardware.

Description

영상 부호화기Video encoder

제1도는 종래의 일반적인 영상 부호화기의 구성을 도시한 블록도.1 is a block diagram showing the configuration of a conventional video encoder.

제2도는 본 발명에 따른 영상 부호화기의 구성을 도시한 블록도이다.2 is a block diagram showing the configuration of an image encoder according to the present invention.

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

40 : A/D 변환부 42 : 프레임 재배열부40: A / D conversion unit 42: frame rearrangement unit

44 : 제1프레임 메모리 46 : 제2프레임 메모리44: first frame memory 46: second frame memory

48 : 감산기 50 : 이산 여현 변환부48: Subtractor 50: Discrete Cosine Converter

52 : 양자화기 54 : 가변장 부호화기52 quantizer 54 variable length encoder

56 : 버퍼 58 : 버퍼컨트롤부56: buffer 58: buffer control unit

60 : 영상 비교부 62 : A/D 변화 제어부60: image comparison unit 62: A / D change control unit

64 : 역 양자화기 66 : 역 이산 여현 변환부64: inverse quantizer 66: inverse discrete cosine transform unit

68 : 가산기 70 : 제3프레임 메모리68: adder 70: third frame memory

72 : 움직임 추정부 74 : 움직임 보상부72: motion estimation unit 74: motion compensation unit

본 발명은 영상 부호화기에 관한 것으로서, 특히 아날로그 신호에서 디지털 신호에 변환시 표본화율(Sampling rate)이 가변되도록 제어하고 영상의 움직임이 없는 부분에 대해서는 움직임 추정시 움직임 벡터를 찾지 않도록 되어진 영상 부호화기에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an image encoder, and more particularly, to an image encoder configured to control a sampling rate when a signal is converted from an analog signal to a digital signal, and to not find a motion vector when estimating a motion for a portion in which there is no motion of the image. .

일반적으로 많은 양의 영상 정보를 기존의 전송대역을 이용하여 효과적으로 처리하기 위해 영상 데이터의 압축은 필수 불가결하다.In general, compression of image data is indispensable to effectively process a large amount of image information using an existing transmission band.

특히, 디지털 영상 신호는 정보의 표현에 많은 메모리를 필요로 하기 때문에 영상 정보를 압축하므로써 정보의 저장과 검색, 전송등을 보다 효율적으로 수행할 수 있다.In particular, since a digital video signal requires a lot of memory to represent the information, the video information can be compressed, thereby efficiently storing, retrieving, and transmitting the information.

이와 같은 이유에서 영상 데이터에 대한 압축 기법들이 많이 개발되어 왔으며, 이러한 영상 데이터 압축 기법은 정보의 손실 여부에 따라 손실 부호화와 무손실 부호화 기법으로 나눌 수 있으며 정지 영상에 존재하는 공간적 중복성을 프레임내(intraframe) 부호화와 동영상에 존재하는 시간적 중복성을 이용하는 프레임간(interfrme) 부호화로 나눌 수 있다.For this reason, many compression techniques for image data have been developed, and these image data compression techniques can be classified into lossless coding and lossless coding according to whether information is lost or not. ) Coding and interfrme coding using temporal redundancy present in a video.

또한, 정보의 손실이 적으며 국제적 표준안이 완성되고 있는 제1세대 부호화 기법과 인간의 시각구조 및 영상의 특성을 이용하는 제2세대 부호화 기법으로 나눈다.In addition, it is divided into the first generation coding method which has little information loss and the international standard is completed, and the second generation coding method which uses the characteristics of human visual structure and image.

제1세대 부호화 기법은 펄스 부호 변조(PCM:Pulse Code Modulation), 차분 펄스 부호 변조(DPCM:Differential PCM), 델타 변조(Delta Modulation) 등의 공간 부호화 및 최적 직교 변환(Karhunen-Loeve), 퓨리에, 코사인, Harr, Hadamard, 사인 등의 변화부호화와, 위의 두가지를 결합한 하이브리드 부호화와, 동영상에 이용하는 움직임 보상 부호화(Motion Compensated Coding) 등이 있다.First-generation coding schemes include spatial coding and optimal orthogonal transformation (Karhunen-Loeve), Fourier, etc., such as pulse code modulation (PCM), differential pulse code modulation (DPCM), and delta modulation. Change coding of cosine, Harr, Hadamard, sine and the like, hybrid coding combining the above two, motion compensation coding used for video, and the like.

제2세대 부호화 기법은 피라미드 부호화, 비등방 비정재 예측 부호화, 윤곽-텍스쳐에 기반을 둔 기법, 방향 분해를 근간으로 하는 부호화 기법 등이 있다.The second generation coding schemes include pyramid coding, anisotropic non-predictive coding, contour-texture based coding, and orientation decomposition.

동영상의 전송은 정지 영상에 비하여 고려해야 할 사항이 많고 압축 효과가 더 두드러지기 때문에 높은 압축율을 얻을 수 있는 기법의 개발은 많은 관심의 대상이다.Since the transmission of video has many considerations and the compression effect is more prominent than still images, the development of a technique to obtain a high compression ratio is of great interest.

현재 개발중인 HDTV(고화질 텔레비젼) 방송 시스템이나 MPEG(Moving Picture Experts Group)에서는 움직임 보상 부호화를 이용한다.HDTV (High Definition Television) broadcasting systems and Moving Picture Experts Group (MPEG) currently under development use motion compensation coding.

움직임 보상 부호화에는 화소 순환 알고리즘과 블록 정합 알고리즘이 있으며, 블록 정합 알고리즘이 화소 순환 알고리즘에 비해 정확도가 떨어지지만, 실시한 처리와 하드웨어 구현이 간단하다는 점에서 동영상 시스템에 많이 쓰이고 있다.Motion compensation coding includes a pixel cyclic algorithm and a block matching algorithm. Although the block matching algorithm is less accurate than the pixel cyclic algorithm, it is widely used in video systems because of the simple processing and hardware implementation.

여기서, 블록 정합 알고리즘은 영상을 일정한 크기의 블록으로 분할한 후 각각의 블록에 대한 움직임 벡터를 구하고 이 움직임 벡터에 의해 얻어진 영상과 원영상과의 예측오차를 이산 여현 변환(DCT)한 후, 이산 여현 변환 계수를 함께 전송하는 기법이다.Here, the block matching algorithm divides an image into blocks of a predetermined size, obtains a motion vector for each block, and performs a discrete cosine transform (DCT) on the prediction error between the original image and the image obtained by the motion vector. It is a technique of transmitting cosine transform coefficients together.

일반적으로 널리 사용되는 영상 부호화기는 움직임 처리를 통하여 시간적 중복성을 제거하고, 이산 여현 변환을 통하여 공간적인 중복성을 제거함으로써 데이터 압축의 효과를 갖는다.In general, an image encoder widely used has the effect of data compression by removing temporal redundancy through motion processing and spatial redundancy through discrete cosine transform.

제1도는 일반적인 영상 부호화기의 구성을 나타낸 블록도로서, 특히 MPEG-2 방식에 따른 영상 부호화기를 도시한 것이다.FIG. 1 is a block diagram showing the structure of a general video encoder. In particular, FIG. 1 shows an image encoder according to the MPEG-2 scheme.

제1도를 참조하면, A/D 변환부(10)에서는 아날로그 영상 신호를 디지탈 영상 신호로 변환해주는데, 이때의 표본화율(Sampling rate)은 고정되어 있다.Referring to FIG. 1, the A / D converter 10 converts an analog video signal into a digital video signal, and a sampling rate at this time is fixed.

프레임 재배열부(12)는 카메라로부터 입력된 화상의 순서를 부호화하기 위한 화상의 순서로 재배열하며, 프레임 메모리(14)는 영상을 프레임 단위로 저장하기 위한 것이다.The frame rearranging unit 12 rearranges the sequence of the images input from the camera in the order of the images for encoding, and the frame memory 14 stores the images in units of frames.

감산기(16)는 프레임 단위로 입력되는 현재 프레임의 원영상과 이전 프레임의 복원 영상에 대한 움직임 보상 영상을 감산하여 프레임간 차영상을 생성한다.The subtractor 16 generates a difference image between frames by subtracting the motion compensation image of the original image of the current frame and the reconstructed image of the previous frame, which are input in units of frames.

이산 여현 변환부(DCT;18)에서는 픽셀간의 상관성을 제거하기 위하여 프레임간 차영상을 예를 들면, 8×8 픽셀의 블록으로 이산 여현 변환하여 이산 여현 변환 계수를 출력한다.The discrete cosine transforming unit (DCT) 18 outputs the discrete cosine transform coefficients by performing discrete cosine transforming of the inter-frame difference image into a block of 8x8 pixels, for example, to remove correlation between pixels.

양자화기(Q;20)에서는 이산 여현 변화부(18)에서 출력되는 프레임간 차영상의 이산 여현 변환 계수를 소정의 양자화 간격을 양자화하여 출력한다.The quantizer Q 20 quantizes the discrete cosine transform coefficients of the interframe difference image output from the discrete cosine varying unit 18 by quantizing a predetermined quantization interval.

가변장 부호화기(VLC;22)에서는 양자화기(20)에서 양자화된 프레임간 차영상을 가변장 부호화하는데, 예를 들어 8비트로 표현되는 신호들 중에서 빈도가 많은 데이터는 적은 비트로 표현하고, 빈도가 적은 데이터는 많은 비트로 표현함으로써 차영상을 표현하는 전체 비트수를 줄인다.In the variable length encoder (VLC) 22, the variable length encoding of the inter-frame difference image quantized by the quantizer 20 is performed. For example, among the signals represented by 8 bits, data with high frequency is represented by fewer bits, and the frequency is less frequent. By representing the data in many bits, the total number of bits representing the difference image is reduced.

버퍼(24)는 가변장부호화기(22)에서 출력되는 데이터의 길이가 일정하지 않으므로 데이터를 일시적으로 저장한 후 일정한 속도로 출력하게 된다.Since the length of the data output from the variable length encoder 22 is not constant, the buffer 24 temporarily stores the data and outputs the data at a constant speed.

버퍼 컨트롤부(26)에서는 버퍼(24)의 데이터의 점유량에 따라 양자화 스텝사이즈를 결정하여 양자화기(20)를 제어한다. 즉, 데이터의 점유량이 많으면 양자화 스텝사이즈를 높여 버퍼(24)에 입력되는 데이터량을 감소시키고, 데이터의 점유량이 적으면 양자화 스텝사이즈를 낮추어 버퍼(24)에 입력되는 데이터량을 증가시킨다.The buffer control unit 26 controls the quantizer 20 by determining the quantization step size according to the amount of data occupied by the buffer 24. In other words, if the data occupation amount is large, the quantization step size is increased to decrease the data amount input to the buffer 24. If the data occupation amount is small, the quantization step size is lowered to increase the data amount input to the buffer 24.

역 양자화기(IQ;28)는 양자화기(20)의 출력단에 연결되며, 양자화된 프레임간 차영상을 양자화기(20)에 입력되기 이전의 상태로 복원한다.An inverse quantizer (IQ) 28 is connected to the output terminal of the quantizer 20 and restores the quantized interframe difference image to a state before being input to the quantizer 20.

역 이산 여현 변환부(IDCT;30)는 역 양자화기(28)의 출력단에 연결되며, 역 양자화기(28)에서 역 양자화된 프레임간 차영상을 이산 여현 변환부(18)에 입력되기 이전의 상태로 복원한다.The inverse discrete cosine transforming unit (IDCT) 30 is connected to an output terminal of the inverse quantizer 28, and before the inverse quantized interframe difference image is input to the discrete cosine converting unit 18 by the inverse quantizer 28. Restore to state

가산기(32)에서는 역 이산 여현 변환부(30)에서 복원된 프레임간 차영상과 움직임 보상 영상을 가산하여 이전 프레임의 복원 영상으로 프레임 메모리(34)에 저장한다.The adder 32 adds the inter-frame difference image and the motion compensation image reconstructed by the inverse discrete cosine transform unit 30 and stores the reconstructed image of the previous frame in the frame memory 34.

움직임 추정부(ME;36)에서는 통상 블록정합 알고리즘을 사용하며, 입력되는 현재 프레임의 영상과 프레임 메모리(34)에 저장된 이전 프레임의 영상간의 유사한 부분을 추정하여 그 위치 이동의 결과를 움직임 벡터로 출력한다.The motion estimation unit (ME) 36 generally uses a block matching algorithm, estimates a similar portion between the image of the current frame input and the image of the previous frame stored in the frame memory 34 and converts the result of the position movement into a motion vector. Output

움직임 보상부(MC;38)에서는 프레임 메모리(34)에 저장되어 있는 이전 프레임에 대한 복원 영상의 움직임 위치를 움직임 벡터에 의하여 보상된 움직임 보상 영상을 감산기(16)와 가산기(32)로 각각 출력한다.The motion compensator (MC) 38 outputs the motion compensation image compensated by the motion vector to the subtractor 16 and the adder 32, respectively, with the motion position of the reconstructed image of the previous frame stored in the frame memory 34, respectively. do.

그러나, 상기와 같은 종래의 영상 부호화기에서는 카메라로부터 입력된 아날로그 영상 신호를 디지털 영상 신호로 변환해주는 A/D변환부(10)의 표본화율(Sampling rate)이 고정되어 있을 뿐만 아니라 움직임이 없는 부분에 대해서도 움직임을 추정하게 되므로 움직임 추정부(36)의 계산량이 많아져서 하드웨어에 부담을 준다는 문제점이 있었다.However, in the conventional video encoder as described above, the sampling rate of the A / D converter 10 for converting the analog video signal input from the camera into the digital video signal is not only fixed but also at a portion where there is no motion. Since the motion is also estimated, the amount of calculation of the motion estimation unit 36 increases, which causes a burden on hardware.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, A/D 변환시 표본화율을 가변시켜 화질을 개선시키고 또한, 영상의 움직임이 없는 부분을 미리 파악하여 움직임 벡터를 찾지 않도록 하므로써 계산량을 줄이도록 되어진 영상 부호화기를 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and by varying the sampling rate during A / D conversion, the image quality is improved, and the motion-free part is identified in advance so as not to find a motion vector. It is an object of the present invention to provide an image encoder that is designed to reduce the amount of computation.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 영상 부호화기는, 가변 표본화율에 따라 아날로그 영상 신호를 디지털 영상 신호로 변환해주는 A/D 변환부와 ; 상기 A/D 변환된 화상 데이터의 순서를 부호화하기 위한 화상 데이터의 순서로 재배열하도록 되어진 프레임 재배열부 ; 현재 프레임에 해당하는 상기 재배열된 화상 데이터를 프레임 단위로 저장하는 제1프레임 메모리 ; 이전 프레임에 해당하는 상기 제1프레임 메모리로부터의 화상 데이터를 프레임 단위로 저장하는 제2프레임 메모리 ; 상기 제2프레임 메모리로부터의 이전 프레임의 원영상과 전전 프레임의 복원 영상에 대한 움직임 보상 영상을 감산하여 차영상을 생성하기 위한 감산기 ; 상기 감산기에서 출력되는 차영상을 공간영역에서 주파수영역으로 변환하기 위하여 이산 여현 변환하여 이산 여현 변환 계수를 출력하는 위한 이산 여현 변환부 ; 상기 이산 여현 변환부에서 출력되는 차영상의 이산 여현 변환계수를 소정의 양자화 스텝사이즈로 양자화하여 출력하기 위한 양자화기 ; 상기 양자화기에서 양자화된 차영상을 가변장 부호화하여 출력하기 위한 가변장 부호화기 ; 상기 가변장 부호화기에서 출력되는 데이터의 길이가 일정하지 않으므로 데이터를 일시적으로 저장한 후 일정한 속도로 출력하기 위한 버퍼 ; 상기 버퍼의 충만도에 따라 양자화 구간 및 상기 양자화 구간에 대한 양자화 스텝사이즈를 가변하여 데이터의 발생량을 조절하도록 되어진 버퍼 컨트롤부 ; 상기 제1프레임 메모리로부터의 현재 프레임과 상기 제2프레임 메모리로부터의 이전 프레임을 비교하여 움직임이 있는 부분과 움직임이 없는 부분을 파악하는 영상 비교부 ; 상기 영상 비교부로부터의 정보와 상기 버퍼 컨트롤부로부터의 정보에 따라 상기 A/D 변환부에서의 표본화율을 가변시키도록 되어진 A/D 변환 제어부 ; 상기 양자화기에서 양자화된 차영상을 상기 양자화기에 입력되기 이전의 상태로 복원하기 위한 역 양자화기 ; 상기 역 양자화기에서 역 양자화된 차영상을 상기 이산 여현 변환부에 입력되기 이전의 상태로 복원하기 위한 역 이산 여현 변환부 ; 상기 역 이산 여현 변환부에서 복원된 차영상과 움직임 보상 영상을 가산하여 전전 프레임의 복원영상으로 출력하기 위한 가산기 ; 상기 가산기에서 출력되는 전전 프레임의 복원 영상을 프레임 단위로 저장하기 위한 제3프레임 메모리 ; 상기 제2프레임 메모리로부터의 이전 프레임의 원영상과 상기 제3프레임 메모리에 저장된 전전 프레임의 복원 영상간의 유사한 부분을 추정하여 그 위치 이동의 결과를 움직임 벡터로 출력하고, 상기 영상비교부로부터 움직임이 없는 부분에 대한 정보를 입력받은 경우에는 움직임 벡터를 찾지 않는 움직임 추정부 ; 및 상기 제3프레임 메모리에 저장되어 있는 전전 프레임의 복원영상의 움직임 위치를 상기 움직임 추정부에서 출력되는 움직임 벡터에 의하여 보상한 움직임 보상 영상을 상기 감산기와 가산기로 출력하기 위한 움직임 보상부를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided an image encoder including: an A / D converter for converting an analog image signal into a digital image signal according to a variable sampling rate; A frame rearrangement unit arranged to rearrange the sequence of the image data for encoding the A / D converted image data; A first frame memory for storing the rearranged image data corresponding to a current frame on a frame basis; A second frame memory for storing image data from the first frame memory corresponding to a previous frame in units of frames; A subtractor for generating a difference image by subtracting a motion compensation image from an original image of a previous frame and a reconstructed image of a previous frame from the second frame memory; A discrete cosine transform unit for outputting a discrete cosine transform coefficient by performing discrete cosine transform to transform the difference image output from the subtractor from the spatial domain to the frequency domain; A quantizer for quantizing and outputting the discrete cosine transform coefficients of the difference image output from the discrete cosine transform unit to a predetermined quantization step size; A variable length encoder for variable length encoding and outputting the quantized difference image by the quantizer; A buffer for temporarily storing data and outputting the data at a constant speed since the length of data output from the variable length encoder is not constant; A buffer control unit configured to adjust an amount of data generation by varying a quantization section and a quantization step size for the quantization section according to the fullness of the buffer; An image comparison unit comparing a current frame from the first frame memory with a previous frame from the second frame memory to identify a portion having movement and a portion having no movement; An A / D conversion control unit adapted to vary a sampling rate in the A / D conversion unit according to the information from the image comparison unit and the information from the buffer control unit; An inverse quantizer for restoring the difference image quantized by the quantizer to a state before being input to the quantizer; An inverse discrete cosine transform unit for restoring the inverse quantized difference image by the inverse quantizer to a state before being input to the discrete cosine transform unit; An adder for adding the difference image and the motion compensation image reconstructed by the inverse discrete cosine transform unit to output the reconstructed image of the previous frame; A third frame memory for storing the reconstructed image of the previous frame output from the adder in units of frames; A similar portion is estimated between the original image of the previous frame from the second frame memory and the reconstructed image of the previous frame stored in the third frame memory, and outputs the result of the position movement as a motion vector. A motion estimator that does not search for a motion vector when information about a missing part is received; And a motion compensator for outputting, to the subtractor and the adder, a motion compensation image compensated for by a motion vector output from the motion estimator to the motion position of the reconstructed image of the previous frame stored in the third frame memory. It features.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 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 영상 부호화기의 구성을 도시한 블록도로서, 본 발명의 영상 부호화기는 가변 표본화율에 따라 아날로그 영상 신호를 디지털 영상 신호로 변환해주는 A/D 변환부(40)와 ; 상기 A/D 변환된 화상 데이터의 순서를 부호화하기 위한 화상 데이터의 순서로 재배열하도록 되어진 프레임 재배열부(42) ; 현재 프레임에 해당하는 상기 재배열된 화상 데이터를 프레임 단위로 저장하는 제1프레임 메모리(44) ; 이전 프레임에 해당하는 상기 제1프레임 메모리(44)로부터의 화상 데이터를 프레임 단위로 저장하는 제2프레임 메모리(46) ; 상기 제2프레임 메모리(46)로부터의 이전 프레임의 원영상과 전전 프레임의 복원 영상에 대한 움직임 보상 영상을 감산하여 차영상을 생성하기 위한 감산기(48) ; 상기 감산기(48)에서 출력되는 차영상을 공산 영역에서 주파수 영역으로 변환하기 위하여 이산 여현 변환하여 이산 여현 변환 계수를 출력하기 위한 이산 여현 변환부(50) ; 상기 이산 여현 변환부(50)에서 출력되는 차영상의 이산 여현 변환 계수를 소정의 양자화 스텝사이즈로 양자화하여 출력하기 위한 양자화기(52) ; 상기 양자화기(52)에서 양자화된 차영상을 가변장 부호화하여 출력하기 위한 가변장 부호화기(54) ; 상기 가변장 부호화기(54)에서 출력되는 데이터의 길이가 일정하지 않으므로 데이터를 일시적으로 저장한 후 일정한 속도로 출력하기 위한 버퍼(56) ; 상기 버퍼(56)의 충만도에 따라 양자화 구간 및 상기 양자화 구간에 대한 양자화 스텝사이즈를 가변하여 데이터의 발생량을 조절하도록 되어진 버퍼 컨트롤부(58) ; 상기 제1프레임 메모리(44)로부터의 현재 프레임과 상기 제2프레임 메모리(46)로부터의 이전 프레임을 비교하여 움직임이 있는 부분과 움직임이 없는 부분을 파악하는 영상 비교부(60) ; 상기 영상 비교부(60)로부터의 정보와 상기 버퍼 컨트롤부(58)로부터의 정보에 따라 상기 A/D 변환부(40)에서의 표본화율을 가변시키도록 되어진 A/D 변환 제어부(62) ; 상기 양자화기(52)에서 양자화된 차영상을 상기 양자화기(52)에 입력되기 이전의 상태로 복원하기 위한 역 양자화기(64) ; 상기 역 양자화기(52)에서 역 양자화된 차영상을 상기 이산 여현 변환부(50)에 입력되기 이전의 상태로 복원하기 위한 역 이산여현 변환부(66) ; 상기 역 이산 여현 변환부(66)에서 복원원 차영상과 움직임 보상 영상을 가산하여 전전 프레임의 복원 영상으로 출력하기 위한 가산기(68) ; 상기 가산기(68)에서 출력되는 전전 프레임의 복원 영상을 프레임 단위로 저장하기 위한 제3프레임 메모리(70) ; 상기 제2프레임 메모리(46)로부터의 이전 프레임의 원영상과 상기 제3프레임 메모리(70)에 저장된 전전 프레임의 복원 영상간의 유사한 부분을 추정하여 그 위치 이동의 결과를 움직임 벡터로 출력하고, 상기 영상 비교부(60)로부터 움직임이 없는 부분에 대한 정보를 입력받은 경우에는 움직임 벡터를 찾지 않는 움직임 추정부(72) ; 및 상기 제3프레임 메모리(70)에 저장되어 있는 전전 프레임의 복원 영상의 움직임 위치를 상기 움직임 추정부(72)에서 출력되는 움직임 벡터에 의하여 보상한 움직임 보상 영상을 상기 감산기(48)와 가산기(68)로 출력하기 위한 움직임 보상부(74)로 구성된다.2 is a block diagram showing a configuration of an image encoder according to the present invention, wherein the image encoder includes an A / D converter 40 for converting an analog image signal into a digital image signal according to a variable sampling rate; A frame rearranging unit (42) adapted to rearrange the order of the image data for encoding the A / D converted image data; A first frame memory 44 for storing the rearranged image data corresponding to a current frame in units of frames; A second frame memory 46 for storing image data from the first frame memory 44 corresponding to a previous frame in units of frames; A subtractor 48 for generating a difference image by subtracting a motion compensation image for the original image of the previous frame and the reconstructed image of the previous frame from the second frame memory 46; A discrete cosine transforming unit (50) for outputting a discrete cosine transform coefficient by performing discrete cosine transform to convert the difference image output from the subtractor (48) into a frequency domain from a communicative region; A quantizer 52 for quantizing and outputting the discrete cosine transform coefficients of the difference image output from the discrete cosine transform unit 50 to a predetermined quantization step size; A variable length encoder (54) for variable length encoding and outputting the difference image quantized by the quantizer (52); A buffer 56 for temporarily storing data and outputting the data at a constant speed since the length of the data output from the variable length encoder 54 is not constant; A buffer control unit 58 adapted to adjust a generation amount of data by varying a quantization section and a quantization step size for the quantization section according to the fullness of the buffer 56; An image comparison unit (60) for comparing a current frame from the first frame memory (44) and a previous frame from the second frame memory (46) to identify a portion with movement and a portion without movement; An A / D conversion control unit 62 adapted to vary a sampling rate in the A / D conversion unit 40 according to the information from the image comparison unit 60 and the information from the buffer control unit 58; An inverse quantizer (64) for restoring a difference image quantized by the quantizer (52) to a state before being input to the quantizer (52); An inverse discrete cosine transform unit (66) for restoring the inverse quantized image by the inverse quantizer (52) to a state before it is input to the discrete cosine transform unit (50); An adder 68 for adding the restored source difference image and the motion compensation image by the inverse discrete cosine transform unit 66 to output the restored image of the previous frame; A third frame memory (70) for storing the reconstructed image of the previous frame output from the adder (68) in units of frames; Estimates a similar portion between the original image of the previous frame from the second frame memory 46 and the reconstructed image of the previous frame stored in the third frame memory 70, and outputs the result of the position shift as a motion vector; A motion estimator 72 that does not search for a motion vector when receiving information on a portion without motion from the image comparator 60; And a subtractor 48 and an adder to compensate for the motion position of the reconstructed image of the previous frame stored in the third frame memory 70 by the motion vector output from the motion estimator 72. And a motion compensating unit 74 for outputting the same.

이어서, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 동작 및 효과를 자세히 설명한다.Next, the operation and effects of the present invention configured as described above will be described in detail.

제2도를 참조하면, 아날로그 영상 신호가 A/D 변환부(40)로 입력되면 가변 표본화율에 따라 디지털 영상 신호로 변환해주며, 상기 A/D 변환된 화상 데이터의 순서를 부호화하기 위해 프레임 재배열부(42)에서 재배열한다.Referring to FIG. 2, when an analog video signal is input to the A / D converter 40, the analog video signal is converted into a digital video signal according to a variable sampling rate, and the frame is encoded to encode the order of the A / D converted image data. The rearrangement is performed in the rearrangement unit 42.

제1프레임 메모리(44)에는 현재 프레임에 해당하는 화상 데이터가 저장되어 있고, 제2프레임 메모리(46)에는 이전 프레임에 해당하는 상기 제1프레임 메모리(44)로부터의 화상 데이터가 프레임 단위로 저장되어 있다.Image data corresponding to the current frame is stored in the first frame memory 44, and image data from the first frame memory 44 corresponding to the previous frame is stored in the second frame memory 46 in units of frames. It is.

감산기(48)에서는 제2프레임 메모리(46)로부터의 이전 프레임의 원영상과 전전 프레임의 복원 영상에 대한 움직임 보상 영상을 감산하여 차영상을 생성한다.The subtractor 48 subtracts the motion compensation image from the original image of the previous frame and the reconstructed image of the previous frame from the second frame memory 46 to generate a difference image.

이산 여현 변환부(DCT:50)에서는 상기 감산기(48)에서 출력되는 차영상을 공간 영역에서 주파수 영역으로 변환하기 위하여 이산 여현 변환을 한 후 이산 여현 변환 계수를 출력한다.The discrete cosine transforming unit (DCT) 50 performs discrete cosine transform to convert the difference image output from the subtractor 48 from the spatial domain to the frequency domain, and then outputs the discrete cosine transform coefficients.

영상 신호가 상기 이산 여현 변환부(50)에 의해 주파수 영역으로 변환된 후, 일반적으로 실수값을 갖는 각 계수들을 한정된 길이로 표현하기 위해서는 양자화하여야 하는데 즉, 양자화기(52)에서 차영상의 이산 여현 변환 계수를 소정의 양자화 스텝 사이즈로 양자화하는 과정에서 양자화 잡음이 발생하여 손실있는 코딩이 된다.After the image signal is transformed into the frequency domain by the discrete cosine transform unit 50, in general, each coefficient having a real value must be quantized to represent a limited length, that is, the quantizer 52 divides the difference image. Quantization noise occurs in the process of quantizing the cosine transform coefficients to a predetermined quantization step size, resulting in lossy coding.

상기 양자화된 차영상의 이산 여현 변환 계수는 최종적으로 통계적 특성에 따라 가변장 부호를 사용하는 엔트로피 부호화를 통하여 가변장 부호화기(54)에서 더욱 데이터 압축이 이루어지는데, 이 과정은 양자화 과정과는 달리 손실이 없는 코딩이다.The discrete cosine transform coefficient of the quantized difference image is further compressed in the variable length encoder 54 through entropy coding using a variable length code according to a statistical characteristic, which is different from the quantization process. This is no coding.

버퍼(56)에서는 상기 가변장 부호화기(54)에서 출력되는 데이터의 길이가 일정하지 않으므로 데이터를 일시적으로 저장한 후 일정한 속도로 부호화된 비트 스크림을 출력한다.Since the length of the data output from the variable length encoder 54 is not constant, the buffer 56 temporarily stores the data and outputs the encoded bit scrim at a constant speed.

전송 채널의 대역폭은 고정되어 있는 반면, 영상 데이터들은 최종적으로 가변장 부호화 되므로 발생되는 데이터의 양은 시간에 따라 달라진다. 따라서, 주어진 전송율에 맞추어 발생하는 데이터량을 조절하는 버퍼 컨트롤이 필요하다.While the bandwidth of the transmission channel is fixed, the image data is finally variable-length encoded, so the amount of data generated varies with time. Therefore, there is a need for a buffer control that adjusts the amount of data generated for a given transfer rate.

버퍼 컨트롤부(58)에서는 주로 버퍼(56)의 충만도에 따라 상기 양자화기(52)으 스텝 사이즈를 가변함으로써 데이터의 발생량을 조절한다. 즉, 발생한 비트 수가 기준치 이상이면 버퍼(56)에 채워지는 데이터량이 증가하므로 양자화 스텝 사이즈를 증가시켜 다음에 발생할 비트수를 감소시키고, 기준치 이하로 데이터가 발생하면 그 반대로 수행하여 전체적으로 버퍼(56)의 상태가 일정치를 유지할 수 있도록 조절한다.In the buffer control unit 58, the amount of generation of data is adjusted by varying the step size by the quantizer 52 mainly in accordance with the fullness of the buffer 56. That is, if the number of bits generated is greater than or equal to the reference value, the amount of data filled in the buffer 56 is increased. Therefore, the quantization step size is increased to reduce the number of bits to be generated later. Adjust the state to maintain a constant value.

이때 양자화 스텝 사이즈에 따라서 양자화 에러가 발생하게 되고 이는 곧 화질에 직접적인 영향을 미치게 되므로 버퍼 컨트를 기법은 영상의 화질을 좌우하는 매우 중요한 요인 중의 하나라고 할 수 있다.In this case, the quantization error occurs according to the quantization step size, which directly affects the image quality. Therefore, the buffer control technique is one of the most important factors that determine the image quality.

영상 비교부(60)에서는 상기 제1프레임 메모리(44)로부터의 현재 프레임과 상기 제2프레임 메모리(46)로부터의 이전 프레임을 비교하여 움직임이 있는 부분과 움직임이 없는 부분을 파악한다.The image comparator 60 compares a current frame from the first frame memory 44 with a previous frame from the second frame memory 46 to identify a portion with movement and a portion without movement.

A/D 변환 제어부(62)에서는 상기 영상 비교부(60)로부터의 정보와 상기 버퍼 컨트롤부(58)로부터의 정보에 따라 상기 A/D 변환부(40)에서의 표본화율을 가변시킨다. 즉, 상기 버퍼(56)의 상태가 양호하다는 상기 버퍼 컨트롤부(58)로부터의 정보와 영상의 움직임 부분이 별로 없다는 상기 영상 비교부(60)로부터의 정보가 A/D 변환 제어부(62)로 입력되면 상기 A/D 변환부(40)에서 원 영상에 대하여 조밀하게 표본화할 수 있도록 표본화율을 제어하여 크게 만든다.The A / D conversion controller 62 varies the sampling rate in the A / D converter 40 according to the information from the image comparator 60 and the information from the buffer controller 58. That is, the information from the buffer control unit 58 that the state of the buffer 56 is good and the information from the image comparison unit 60 that there is not much moving part of the image are transferred to the A / D conversion control unit 62. When input, the A / D converter 40 makes the sampling rate large so that the original image can be sampled densely.

또한, 상기 A/D 변환 제어부(62)로부터의 표본화율에 대한 정보를 상기 가변장 부호화기(54)에 전송하여 부호화시 표본화율에 대한 변화를 인식할 수 있게 해준다.In addition, the information on the sampling rate from the A / D conversion control unit 62 is transmitted to the variable length encoder 54 to recognize a change in the sampling rate during encoding.

역 양자화기(64)에서는 상기 양자화기(52)에서 양자화된 차영상을 상기 양자화기(52)에 입력되기 이전의 상태로 복원하며, 역 이산 여현 변환부(66)에서는 상기 역 양자화된 차영상을 상기 이산 여현 변환부(50)에 입력되기 이전의 상태로 복원한다.The inverse quantizer 64 restores the difference image quantized by the quantizer 52 to a state before it is input to the quantizer 52, and the inverse discrete cosine transform unit 66 performs the inverse quantized difference image. Restores the state before input to the discrete cosine conversion unit 50.

가산기(68)에서는 상기 역 이산 여현 변환부(66)에서 복원된 차영상과 움직임 보상 영상을 가산하여 전전 프레임의 복원 영상으로 출력하며, 제3프레임 메모리(70)에는 상기 가산기(68)에서 출력되는 전전 프레임의 복원 영상을 프레임 단위로 저장한다.The adder 68 adds the difference image and the motion compensation image reconstructed by the inverse discrete cosine transform unit 66 to output the reconstructed image of the previous frame, and outputs the third frame memory 70 to the adder 68. The restored image of the previous previous frame is stored in units of frames.

상기 제2프레임 메모리(46)로부터의 이전 프레임의 원영상과 상기 제3프레임 메모리(70)에 저장된 전전 프레임의 복원 영상간의 유사한 부분을 움직임 추정부(72)에서 추정하여 그 위치 이동의 결과를 움직임 벡터로 출력하고, 상기 영상 비교부(60)로부터 움직임이 없는 부분에 대한 정보를 입력받은 경우에는 움직임 벡터를 찾지 않기 때문에 움직임 추정부(72)에서의 계산량이 감소하게 된다.The motion estimation unit 72 estimates a similar portion between the original image of the previous frame from the second frame memory 46 and the reconstructed image of the previous frame stored in the third frame memory 70 to obtain a result of the position shift. When outputting as a motion vector and receiving information on a portion without motion from the image comparator 60, the motion vector is not found, so the amount of calculation in the motion estimation unit 72 is reduced.

움직임 보상부(74)에서는 상기 제3프레임 메모리(70)에 저장되어 있는 전전 프레임의 복원 영상의 움직임 위치를 상기 움직임 추정부(72)에서 출력되는 움직임 벡터에 의하여 보상된 움직임 보상 영상을 상기 감산기(48)와 가산기(68)로 출력한다.The motion compensator 74 subtracts the motion compensation image compensated by the motion vector output from the motion estimator 72 to the motion position of the reconstructed image of the previous frame stored in the third frame memory 70. Output to the 48 and the adder 68.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 아날로그 영상 신호를 디지털 영상 신호로 변환시 표본화율을 가변시키도록 제어함으로써 화질을 개선시킬 수 있고, 영상의 움직임 없는 부분에 대한 정보를 미리 알려주어 움직임 추정시에 그 부분에 대해서는 움직임 벡터를 찾지 않음으로써 계산량을 감소시켜 하드웨어의 부담을 줄일 수 있다는데 그 효과가 있다.As described above, the present invention can improve image quality by controlling the sampling rate to be changed when converting an analog video signal into a digital video signal. In this case, it is possible to reduce the computational burden by finding the motion vector, thereby reducing the burden on the hardware.

Claims (1)

가변 표본화율에 따라 아날로그 영상 신호를 디지털 영상 신호로 변환해주는 A/D 변환부(40)와 ; 상기 A/D 변환된 화상 데이터의 순서를 부호화하기 위한 화상 데이터의 순서로 재배열하도록 되어진 프레임 재배열부(42) ; 현재 프레임에 해당하는 상기 재배열된 화상 데이터를 프레임 단위로 저장하는 제1프레임 메모리(44) ; 이전 프레임에 해당하는 상기 제1프레임 메모리(44)로부터의 화상 데이터를 프레임 단위로 저장하는 제2프레임 메모리(46) ; 상기 제2프레임 메모리(46)로부터의 이전 프레임의 원영상과 전전 프레임의 복원 영상에 대한 움직임 보상 영상을 감산하여 차영상을 생성하기 위한 감산기(48) ; 상기 감산기(48)에서 출력되는 차영상을 공간 영역에서 주파수 영역으로 변환하기 위하여 이산 여현 변환하여 이산 여현 변환 계수를 출력하기 위한 이산 여현 변환부(50) ; 상기 이산 여현 변환부(50)에서 출력되는 차영상의 이산 여현 변환계수를 소정의 양자화 스텝사이즈로 양자화하여 출력하기 위한 양자화기(52) ; 상기 양자화기(52)에서 양자화된 차영상을 가변장 부호화하여 출력하기 위한 가변장 부호화기(54) ; 상기 가변장 부호화기(54)에서 출력되는 데이터의 길이가 일정하지 않으므로 데이터를 일시적으로 저장한 후 일정한 속도로 출력하기 위한 버퍼(56) ; 상기 버퍼(56)의 충만도에 따라 양자화 구간 및 상기 양자화 구간에 대한 양자화 스텝사이즈를 가변하여 데이터의 발생량을 조절하도록 되어진 버퍼 컨트롤부(58) ; 상기 제1프레임 메모리로(44)부터의 현재 프레임과 상기 제2프레임 메모리로부터의 이전 프레임을 비교하여 움직임이 있는 부분과 움직임이 없는 부분을 파악하는 영상 비교부(60) ; 상기 영상 비교부(60)로부터의 정보와 상기 버퍼 컨트롤부로(58)부터의 정보에 따라 상기 A/D 변환부(40)에서의 표본화율을 가변시키도록 되어진 A/D 변환 제어부(62) ; 상기 양자화기(52)에서 양자화된 차영상을 상기 양자화기(52)에 입력되기 이전의 상태로 복원하기 위한 역 양자화기(64) ; 상기 역 양자화기(52)에서 역 양자화된 차영상을 상기 이산 여현 변환부(50)에 입력되기 이전의 상태로 복원하기 위한 역 이산 여현 변환부(66) ; 상기 역 이산 여현 변환부(66)에서 복원된 차영상과 움직임 보상 영상을 가산하여 전전 프레임의 복원영상으로 출력하기 위한 가산기(68) ; 상기 가산기(68)에서 출력되는 전전 프레임의 복원 영상을 프레임 단위로 저장하기 위한 제3프레임 메모리(70) ; 상기 제2프레임 메모리(46)로부터의 이전 프레임의 원영상과 상기 제3프레임 메모리(70)에 저장된 전전 프레임의 복원 영상간의 유사한 부분을 추정하여 그 위치 이동의 결과를 움직임 벡터로 출력하고, 상기 영상비교부(60)로부터 움직임이 없는 부분에 대한 정보를 입력받은 경우에는 움직임 벡터를 찾지 않는 움직임 추정부(72) ; 및 상기 제3프레임 메모리(70)에 저장되어 있는 전전 프레임의 복원영상의 움직임 위치를 상기 움직임 추정부(72)에서 출력되는 움직임 벡터에 의하여 보상한 움직임 보상 영상을 상기 감산기(48)와 가산기(68)로 출력하기 위한 움직임 보상부(74)로 구성된 영상부호화기.An A / D converter 40 for converting an analog video signal into a digital video signal according to a variable sampling rate; A frame rearranging unit (42) adapted to rearrange the order of the image data for encoding the A / D converted image data; A first frame memory 44 for storing the rearranged image data corresponding to a current frame in units of frames; A second frame memory 46 for storing image data from the first frame memory 44 corresponding to a previous frame in units of frames; A subtractor 48 for generating a difference image by subtracting a motion compensation image for the original image of the previous frame and the reconstructed image of the previous frame from the second frame memory 46; A discrete cosine transforming unit for outputting a discrete cosine transform coefficient by performing discrete cosine transform to transform the difference image output from the subtractor 48 from the spatial domain to the frequency domain; A quantizer 52 for quantizing and outputting the discrete cosine transform coefficients of the difference image output from the discrete cosine transform unit 50 to a predetermined quantization step size; A variable length encoder (54) for variable length encoding and outputting the difference image quantized by the quantizer (52); A buffer 56 for temporarily storing data and outputting the data at a constant speed since the length of the data output from the variable length encoder 54 is not constant; A buffer control unit 58 adapted to adjust a generation amount of data by varying a quantization section and a quantization step size for the quantization section according to the fullness of the buffer 56; An image comparison unit (60) for comparing a current frame from the first frame memory (44) and a previous frame from the second frame memory to identify a portion with movement and a portion without movement; An A / D conversion controller 62 adapted to vary the sampling rate in the A / D converter 40 according to the information from the image comparator 60 and the information from the buffer controller 58; An inverse quantizer (64) for restoring a difference image quantized by the quantizer (52) to a state before being input to the quantizer (52); An inverse discrete cosine transform unit (66) for restoring the inverse quantized difference image by the inverse quantizer (52) to a state before being input to the discrete cosine transform unit (50); An adder 68 for adding the difference image and the motion compensation image reconstructed by the inverse discrete cosine transform unit 66 to output the reconstructed image of the previous frame; A third frame memory (70) for storing the reconstructed image of the previous frame output from the adder (68) in units of frames; Estimates a similar portion between the original image of the previous frame from the second frame memory 46 and the reconstructed image of the previous frame stored in the third frame memory 70, and outputs the result of the position shift as a motion vector; A motion estimator 72 that does not search for a motion vector when receiving information on a portion without motion from the image comparator 60; And a subtractor 48 and an adder to compensate for the motion compensation image of the reconstructed image of the previous frame stored in the third frame memory 70 by the motion vector output from the motion estimation unit 72. 68. An image encoder comprising a motion compensator 74 for output to the image.
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