KR970004924B1 - Improved motion vector transmission apparatus and method using layered coding - Google Patents
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Abstract
Description
제1도는 본 발명에 따른 계층적 부호화를 이용한 개선된 상위 계층의 움직임 벡터 전송 장치 및 방법을 예시하는 도면.1 is a diagram illustrating an improved upper layer motion vector transmission apparatus and method using hierarchical coding according to the present invention.
제2도는 본 발명에 따른 계층적 부호화를 이용한 움직임 벡터 전송방법을 예시하는 도면.2 is a diagram illustrating a motion vector transmission method using hierarchical coding according to the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
110 : 하위계층 움직임 벡터 추정부 120 : 상위계층 움직임 벡터 예측부110: lower layer motion vector estimator 120: upper layer motion vector estimator
130 : 상위계층 움직임 벡터 추정부 140 : 감산기130: upper layer motion vector estimator 140: subtractor
150 :VLC 부150: VLC part
본 발명은 디지탈 영상 부호화 시스템의 데이타 전송 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히, 계층적 부호화(layered coding)를 수행하는 시스템에서 하위 계층(lower layer)에서 추정한 움직임 벡터(motion vector)를 상위 계층(upper layer)의 움직임 벡터를 추정하는데 이용하여 상위 계층에 대한 움직임 벡터를 전송하는데 요구되는 데이타 비트량을 감소시키는 계층적 부호화를 이용한 개선된 상위 계층의 움직임 벡터 전송 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for transmitting data in a digital image coding system. In particular, the present invention relates to a motion vector estimated from a lower layer in a system that performs layered coding. An improved upper layer motion vector transmission apparatus and method using hierarchical coding for reducing the amount of data bits required to transmit a motion vector for an upper layer by estimating a motion vector of an upper layer).
고화질 텔레비젼(HDTV), 영상전화(vide ophone) 및 영상회의(video conference) 등과 같은 영상신호를 디지탈로 신호처리하는 전자 장치에서의 영상 신호는 음성 신호에 비해 매우 많은 데이타량을 발생시킨다. 이와 같은 디지탈 영상 신호를 제한된 대역폭을 갖는 채널로 전송하기 위해서는 데이타를 압축시켜야 한다.Video signals in electronic devices that digitally process video signals, such as high-definition television (HDTV), video telephones, and video conferences, generate much larger amounts of data than audio signals. In order to transmit such a digital video signal to a channel having a limited bandwidth, data must be compressed.
이러한 데이타를 압축시키는 일반적인 디지탈 영상 부호화 시스템은, 입력되는 현재 프레임과 시간영역에서의 상관성을 고려하여 신호의 중복을 줄이는 움직임 보상(motion compensation)을 통해 예측 부호화한 프레임을 감산하고, 감산된 차이영상 신호를 공간상의 상관성(correlation)을 고려하여 신호의 중복성을 줄이기 위해 주파수 영역으로 변환하여 변환 계수를 생성하는 이산 코사인 변환(discrete cosine transform : DCT)과, 변환계수를 인트라 및 인터 모드(intra and inter mode)에 따라, 그리고 그 각 모드의 주파수 영역에 따라 균일 및 비균일(uniform and mon-uniform)로 양자화 하는 양자기(quantizer)와, 양자화된 신호에 포함된 각 부호의 발생 빈도에 응답하여 긴 길이(long length) 또는 짧은 길이(short length)의 부호로 설정하여 부호화하는 가변깅이 부호화(variable length coding : VLC) 수단등을 포함한다.A general digital image coding system for compressing such data subtracts the predictively coded frame through motion compensation, which reduces signal duplication in consideration of the correlation between the current frame and the time domain. Discrete cosine transform (DCT), which transforms a signal into the frequency domain to generate a transform coefficient to reduce signal redundancy in consideration of spatial correlation, and transform coefficients to intra and inter modes. a quantizer that quantizes uniformly and non-uniformly according to the mode and the frequency domain of each mode, and in response to the frequency of occurrence of each code included in the quantized signal. Variable length coding, which is set by encoding a long length code or a short length code, VLC) means, and the like.
전술한 디지탈 영상 부호화 시스템에 있어서, 움직임 벡터를 추정(estimation)하여 움직임 보상을 수행하는 프레임간(interframe) 부호화시에, 선행기술의 공간 및 시간적(spatial and temporal) 예측을 이용하여 움직임 벡터를 추정하여 전송하는 계층 부호화 방법에서는 대부분의 영상 에너지가 집중되어 있는 저주파 영역(low frequency area)을 부호화하는 하위 계층 부호화와 비교적 덜 중요한 에너지가 포함되어 있는 고주파 영역(high frequency area)을 부호화하는 상위 계층 부호화를 행하는데 있어서, 하위 및 상위 상호간의 움직임 벡터의 상관성을 고려함이 없이 움직임 벡터를 추정하여 VLC 수단으로 전달하여 움직임 벡터에 대응하는 비트를 사전 설정된 VLC 수단의 VLC 테이블에 의해 할당하여 전송하였었다. 즉, 하위 및 상위 계층에 대응하는 움직임 벡터를 각기 독립적으로 추정하고 비트를 할당하여 전송하므로 데이타 전송 효율이 떨어진다는 문제점이 있었다.In the above-described digital image coding system, at the time of interframe encoding in which motion compensation is performed by estimating motion vectors, motion vectors are estimated using spatial and temporal prediction of the prior art. In the hierarchical coding method, a lower layer encoding for a low frequency area where most of image energy is concentrated and a higher layer encoding for encoding a high frequency area containing relatively less important energy are transmitted. In the following, the motion vector was estimated and transferred to the VLC means without considering the correlation of the motion vectors between the lower and upper layers, and the bits corresponding to the motion vectors were allocated and transmitted by the VLC table of the preset VLC means. That is, since the motion vectors corresponding to the lower and upper layers are separately estimated and bits are transmitted, there is a problem in that data transmission efficiency is reduced.
따라서, 본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 처음 추정한 하위 계층의 움직임 벡터를 상위 계층 움직임 벡터 추정에 이용하므로 움직임 벡터 전송 효율을 개선하는 계층적 부호화를 이용한 개선된 상위계층의 움직임 벡터 전송 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention is to solve the above-described problem, the motion vector of the improved upper layer using the hierarchical coding to improve the transmission efficiency of the motion vector because the first estimated motion vector of the lower layer is used for the higher layer motion vector estimation It is an object of the present invention to provide a transmission apparatus and method.
전술한 본 발명의 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일실시예에 따른 계층적 부호화를 이용한 개선된 상위계층의 움직임 벡터 전송 장치는 이전 프레임의 구획과 현재 프레임의 구획을 입력하여 하위 계층(lower layer)의 움직임 벡터(motion vector)를 추정하고, 상위 계층의 움직임 벡터를 추정하며, 상기 하위 계층의 움직임 벡터를 이용하여 상위 계층(upper layer)의 움직임 벡터를 추정하고, 추정된 움직임 벡터값과 실제 상위 계층의 움직임 벡터와의 차이를 가변길이 부호 테이블에 의해 전송에 필요한 비트를 할당하므로서 비트 량을 감소하기 위한 것으로, 상기 추정된 하위 계층의 움직임 벡터와 이전 프레임의 구획을 입력하여 상위 계층의 움직임 벡터를 예측하는 상위 계층 움직임 벡터 예측 수단과; 상기 추정된 상위 계층의 움직임 벡터와 하위 계층의 움직임 벡터를 이용하여 상기 상위 계층 움직임 벡터 예측 수단에서 추정된 움직임 벡터의 차이 값을 산출하는 감산 수단과; 상기 감산수단에서 제공되는 움직임 벡터값을 대응하는 코드를 상기 가변길이 부호테이블에 의거 할당하는 가변 길이 부호화 수단을 포함한다.In order to achieve the above object of the present invention, an improved higher layer motion vector transmission apparatus using hierarchical coding according to an embodiment of the present invention inputs a lower layer by inputting a partition of a previous frame and a partition of a current frame. Estimate the motion vector of the upper layer, estimate the motion vector of the upper layer, estimate the motion vector of the upper layer using the motion vector of the lower layer, It is to reduce the amount of bits by allocating the bits necessary for transmission by the variable length code table to the difference with the motion vector of the upper layer. The motion of the upper layer is input by inputting the estimated lower layer motion vector and the partition of the previous frame. Higher layer motion vector prediction means for predicting a vector; Subtraction means for calculating a difference value of the motion vector estimated by the higher layer motion vector predicting means using the estimated higher motion vector and lower motion vector; Variable length encoding means for allocating a code corresponding to the motion vector value provided by the subtraction means based on the variable length code table.
본 발명의 다른 실시예에 따른 계층적 부호화를 이용한 개선된 상위 계층의 움직임 벡터 전송 방법은 이전 프레임의 구획과 현재 프레임의 구획을 입력하여 하위 계층의 움직임 벡터를 추정하고, 상위 계층의 움직임 벡터를 추정하며, 상기 하위 계층의 움직임 벡터를 이용하여 상위 계층의 움직임 벡터를 추정하고, 추정된 움직임 벡터값을 가변길이 부호 테이블에 의해 전송에 필요한 비트를 할당하므로서 비트량을 감소하기 위한 것으로, 상기 추정된 하위 계층의 움직임 벡터와 이전 프레임의 구획을 입력하여 상위 계층의 움직임 벡터를 예측하는 단계와; 상기 추정된 상위 계층의 움직임 벡터와 하위 계층의 움직임 벡터를 이용하여 상기 상위 계층 움직임 벡터 예측 단계에서 추정된 움직임 벡터의 차이값을 산출하는 단계와; 상기 차이값을 산출하는 단계에서 제공되는 움직임 벡터값에 대응하는 코드를 상기 가변길이 부호 테이블에 의거 할당하는 단계를 포함한다.According to another embodiment of the present invention, an improved higher layer motion vector transmission method using hierarchical coding inputs a partition of a previous frame and a partition of a current frame to estimate a motion vector of a lower layer, and calculates a motion vector of a higher layer. Estimating a motion vector of a higher layer by using the motion vector of the lower layer, and reducing the amount of bits by allocating bits necessary for transmission by using the variable length code table. Predicting a motion vector of the upper layer by inputting the motion vector of the lower layer and the partition of the previous frame; Calculating a difference value of the motion vector estimated in the higher layer motion vector prediction step by using the estimated higher motion vector and lower motion vector; And assigning a code corresponding to the motion vector value provided in the step of calculating the difference value based on the variable length code table.
이와 본 발명을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
제1도는 디지탈 영상 부호화 장치에서 본 발명에 따른 하위 및 사위의 계층적 부호화를 이용한 개선된 상위계층의 움직임 벡터 전송 장치 및 방법을 예시하기 위해 움직임 벡터를 추정하여 비트를 할당하는 장치들을 개략적으로 도시한 블럭도이다. 도시된 바와 같이, 본 발명을 실현하기 위한 개선된 움직임 벡터 전송장치는 하위 계층 움직임 벡터 추정부(110), 상위 계층 움직임 벡터 예측부(120), 상위계층 움직임 벡터 추정부(130), 감산기(140) 및 VLC 부(150)를 포함한다. 하위 계층 움직임 벡터 추정부(110)는 이전 프레임 저장(prior frame memory)부 (도시안됨)에 저장되어 있는 소정의 저주파수 영역에 해당하는 이전 프레임의 구획(block)(8×8pixel)과 현재 프레임의 소정의 저주파수 영역의 구획을 입력하여 입력되는 현재 프레임의 구획이 이전 프레임의 구획에 대해 어느 방향으로 얼마만큼 이동되었는가를 나타내는 움직임 벡터를 추정하는 것으로, 그의 출력은 상위 계층 움직임 벡터 예측부(120)에 결합된다. 본 발명에서는 전술한 바와 같이 디지탈 영상 신호중 저역 통과 필터(low pass filter)(도시안됨)를 통과한 대부분의 영상은 저주파 영역에 에너지(energy)가 집중되어 있다는 특성을 이용하여 하위 계층에서의 움직임 벡터 정보가 전체 영상의 움직임 벡터 정보를 대표한다고 간주한다. 상위 계층 움직임 벡터 예측부(120)는 전술한 하위 계층 움직임 벡터 추정부(110)에서 추정된 소정의 저주파 영역에 포함되는 구획에 대한 움직임 벡터를 이용하여 입력되는 이전 프레임에 비해 한 프레임내의 소정 구획들로 이루어진 고주파 영역의 상위 계층에 대한 움직임 벡터를 예측한다.FIG. 1 schematically illustrates apparatuses for allocating bits by estimating motion vectors to illustrate an improved upper layer motion vector transmission apparatus and method using hierarchical coding of lower and fourth layers according to the present invention in a digital image encoding apparatus. It is a block diagram. As shown, an improved motion vector transmitter for realizing the present invention includes a lower layer motion vector estimator 110, a higher layer motion vector predictor 120, a higher layer motion vector estimator 130, and a subtractor ( 140 and VLC section 150. The lower layer motion vector estimator 110 includes a block (8 × 8 pixel) of a previous frame corresponding to a predetermined low frequency region stored in a previous frame memory unit (not shown) and the current frame. By inputting the partition of the predetermined low frequency region, the motion vector indicating the direction in which direction the partition of the current frame is moved relative to the partition of the previous frame is estimated, and its output is higher layer motion vector predictor 120 Is coupled to. In the present invention, as described above, most of the images passing through the low pass filter (not shown) among the digital image signals use the characteristic that energy is concentrated in the low frequency region, and thus, the motion vector in the lower layer. It is assumed that the information represents motion vector information of the entire image. The higher layer motion vector predictor 120 may use a predetermined partition within one frame compared to the previous frame input using a motion vector for a partition included in a predetermined low frequency region estimated by the lower layer motion vector estimator 110 described above. Predict the motion vector for the upper layer of the high frequency region.
상위계층 움직임 벡터 추정부(130)는 통상적인 디지탈 영상 부호화 시스템에서 이전 프레임과 현재 프레임을 통해 상위 계층의 움직임 벡터를 추정하는 방식과 동일하게 얻을 수 있다. 즉, 전술한 바와 같이 이전 프레임 저장부로부터 제공되는 이전 프레임과 현 프레임을 입력하여 이전 프레임의 소정의 구획들로 이루어진 고주파 영역의 상위계층에 비해 현 프레임의 소정의 구획들로 이루어진 상위 계층이 어느 방향으로 얼마만큼 이동하였는가를 나타내는 상위 계층에 대한 움직임 벡터를 얻을 수가 있다.The higher layer motion vector estimator 130 may obtain the same as the method of estimating the motion vector of the upper layer through the previous frame and the current frame in a conventional digital image coding system. That is, as described above, by inputting the previous frame and the current frame provided from the previous frame storage unit, the upper layer composed of predetermined sections of the current frame is higher than the upper layer of the high frequency region composed of predetermined sections of the previous frame. It is possible to obtain a motion vector for a higher layer indicating how much the direction has moved.
감산기(140)는 전술한 블럭(130)에서 제공되는 통상적으로 추정되는 상위 계층의 움직임 벡터 정보에서 블럭(120)에서 제공되는 상위 계층에서의 움직임 벡터만을 이용하여 예측한 상위 계층에 대한 움직임 벡터 정보를 감산하는 것으로, 그의 출력은 VLC 부(150)에 결합된다. VLC 부(1500는 양자화부(도시안됨)로부터 제공되는 디지탈 영상 신호에서 부호의 발생 빈도체 따라 VLC 테이블에 근거하여 부호를 할당하여 데이타를 압축하며, 또한 감산기(140)에서 제공되는 상위 계층의 움직임 벡터를 역시 VLC 테이블(도시안됨)에 근거하여 부호를 할당하여 전송한다.The subtractor 140 uses the motion vector information of the higher layer predicted using only the motion vector of the upper layer provided by the block 120 from the motion vector information of the upper layer that is typically estimated by the block 130 described above. By subtracting its output is coupled to the VLC portion 150. The VLC unit 1500 compresses data by assigning a code based on the VLC table according to the frequency of occurrence of the code in the digital image signal provided from the quantization unit (not shown), and also moves the higher layer provided by the subtractor 140. The vector is also transmitted by assigning a sign based on the VLC table (not shown).
제2도를 참조하면, 제2도에는 하위 및 상위 계층이 도시된 바와 같이 분할된 상태에서 움직임 벡터를 예측하는 방법을 예측하는 방법을 예시하는 도면이 도시된다. 예측값이 사용되는 범위는 하위 계층에서 움직임 추정을 행하는 기본 단위에 해당하는 블럭의 크기가 상위 계층의 블럭의 크기와 동일한가 또는 그의 1/4에 해당하는가에 달려있다.Referring to FIG. 2, FIG. 2 is a diagram illustrating a method of predicting a method of predicting a motion vector in a divided state as shown in the lower and upper layers. The range in which the predicted value is used depends on whether the size of the block corresponding to the basic unit for performing motion estimation in the lower layer is equal to the size of the block in the upper layer or one-fourth thereof.
먼저, 제2a도를 참조하면, 하위 계층의 블럭의 크기가 상위 계층 블럭 크기의 1/4인 경우로, 이같은 경우에는 하위 계층 한 블럭(211)의 움직임 벡터가 상위 계층의 한 블럭(212)에 대해서만 움직임 벡터 예측에 이용된다. 한편, 제2b도는 블럭의 크기가 동일한 경우로, 하위 계층의 한 블럭이 상위 계층에서는 4개의 블럭에 해당하므로 하위 계층으로부터 추정된 상위 계층의 움직임 벡터 예측 값이 상위 계층의 4개의 블럭에 동일하게 이용될 수 있음을 예시하고 있다.First, referring to FIG. 2A, when the size of the lower layer block is 1/4 of the size of the upper layer block, in this case, the motion vector of one lower layer block 211 is one block 212 of the upper layer. Is used only for motion vector prediction. On the other hand, in Figure 2b, the block size is the same. Since one block of the lower layer corresponds to four blocks in the upper layer, the motion vector prediction value of the higher layer estimated from the lower layer is equal to the four blocks of the upper layer. It illustrates that it can be used.
그러므로, 본 발명에 따른 계층적 부호화를 이용한 상위 계층의 효율적인 움직임 벡터 전송장치 및 방법에 의하면, 하위 계층에 대한 움직임 벡터 정보를 먼저 추정하고, 추정된 하위계층에 대한 움직임 벡터를 이용하여 상위 계층에 대한 움직임 벡터 정보를 예측한 후, 별도로 추정된 상위 계층에 대한 움직임 벡터 정보와의 차이 벡터에 대한 정보만을 전송하므로써 전송 효율을 향상시킬 수 있다.Therefore, according to an efficient motion vector transmission apparatus and method of a higher layer using hierarchical coding according to the present invention, motion vector information of a lower layer is first estimated, and then the motion vector of the lower layer is estimated to a higher layer. After predicting the motion vector information, the transmission efficiency can be improved by transmitting only the information on the difference vector from the motion vector information for the separately estimated higher layer.
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