KR0121162B1 - 디지탈 티브이의 영상움직임 보상장치 - Google Patents

디지탈 티브이의 영상움직임 보상장치

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KR0121162B1 KR1019920008559A KR920008559A KR0121162B1 KR 0121162 B1 KR0121162 B1 KR 0121162B1 KR 1019920008559 A KR1019920008559 A KR 1019920008559A KR 920008559 A KR920008559 A KR 920008559A KR 0121162 B1 KR0121162 B1 KR 0121162B1
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Abstract

본 발명은 디지털 티브이의 영상움직임 보상장치에 관한 것으로, 종래에는 영상신호를 화면분할하여 병렬 처리할 때 각 움직임이 부화면의 경계를 초월한 경우 엔코더와 디코더가 영상 정보를 공유해야 하기 때문에 독립성이 유지되지 않고 공유역할을 제어하는 인터페이스 제어부가 복잡해져서 회로구성이 어려운 문제점이 있었다.
이러한 점을 감안하여 본 발명에서는 영상신호를 분할하여 움직임 추정 및 보상에 따른 병렬처리를 수행할 때 움직임 추정영역을 설정하고 부화면의 경계부분을 초월하는 움직임을 제한함으로서 각 엔코더와 디코더의 독립성을 보장하여 낮은 클럭에서 영상신호를 처리하여 안정된 시스템을 구현할 수 있다.

Description

디지탈 티브이의 영상움직임 보상장치
제1도는 종래 영상 움직임 보상 장치의 블록도.
제2도는 제1도에 있어서, 영상 엔코더의 블록도.
제3도는 제1도에 있어서, 영상 디코더의 블록도.
제4도는 제1도에 있어서, 화면 분할을 보인 설명도.
제5도는 제1도에 있어서, 움직임 추정 및 보상에 따른 블록도.
제6도는 본 발명의 영상 부호 장치의 블록도.
제7도는 본 발명의 영상 복호 장치의 블록도.
제8도는 제6도 또는 제7도에 있어서, 단위 블록의 움직임 영역을 보인 설명도.
제9도는 제6도 또는 제7도에 있어서, 부화면의 움직임 제한영역을 보인 설명도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
100,10A,10B : 디멀티플렉서 200,20 : 인코더부
300,30 : 디코더부 400,40A,409B : 멀티플렉서
201~20n,21~2n : 엔코더 301~30n,31~3n : 디코더
2-1,21-1 : 신호 변조부 2-2,21-2 : 가변장부호부
2-3,3-2,21-3,31-2 : 신호 복조부 2-4,5-2,21-5 : 움직임 추청 및 보상부
2-5,3-4,21-6,31-5 : 합산기 2-6,21-7 : 감산기
3-3,31-4 : 움직임 보상부 5-1,21-4,31-3 : 부화면 메모리
본 발명은 디지털 티브이의 영상움직임 보상에 관한 것으로 특히, 디지털 티브이에서 저속의 소자를 사용하여 움직임 보상용 엔코더 및 디코더를 구성하고 저속의 클럭으로 움직임 추정 및 보상을 통해 영상 신호를 병렬 처리하는 디지털 티브이의 영상 움직임 보상 장치에 관한 것이다.
일반적으로 디지털 티브이, HDTV 및 MPEG(Moving Pictures Experts Group)에서 움직임 보상 및 이산코사인 변환(DCT : Discrete Cosine Transform)을 실시간 처리하는 영상 엔코더 및 디코더를 하드웨어로 구현할 때 높은 주파수가 필요하였다.
특히, HDTV의 샘플링 속도(Sampling Rate)는 50MHz 이상이므로 엔코더 및 디코더 내부에서는 이러한 높은 클럭에 맞춰 신호를 처리하여야 시간 처리가 가능하다.
따라서, 현재 나와있는 TTL 혹은 ECL 레벨의 칩을 이용하여 디지털 티브이 또는 HDTV의 엔코더 및 디코더를 구현하기는 어려우므로 병렬처리 기법을 사용하여 낮은 클럭에서 영상신호를 처리하며, 그 대표적인 방법은 화면분할에 의한 병렬 처리기법이다.
제1도는 종래 영상움직임 보상장치의 블록도로서 이에 도시한 바와 같이, 영상신호(Vi)를 n개의 신호로 분할하는 디멀티플렉서(100)와, 이 디멀티플렉서(100)의 출력(DM1~DMn)을 부호화하여 압축하는 엔코더부(200)와, 이 엔코더부(200)의 출력(DE1~DEn)을 복호화하여 신장하는 디코더부(300)와, 이 디코더부(300)의 출력(D1~Dn)을 다중화시켜 영상신호(Vo)를 출력하는 멀티플렉서(400)로 구성된다.
상기 엔코더부(200)는 디멀티플렉서(100)의 출력(DM~DM)을 각기 부호화하는 엔코더(201~20n)로 구성되고, 상기 디코더부(300)는 엔코더부(200)의 출력(DE1~DEn)을 각기 복호화하는 디코더(301~30n)로 구성된다.
상기 엔코더(201~20n)는 분할된 영상신호(DM1)를 이산코사인변환(DCT : Discrete Cosine Transform)을 통해 유한 개수의 값으로 양자화하는 신호 변조부(2-1)와, 이 신호 변조부(2-1)의 출력(Qi)를 입력받아 각 부호의 발생빈도에 따라 부호의 길이를 가변시켜 압축된 영상신호(DEi)를 출력하는 가변장부호부(2-2)와, 상기 신호 변조부(2-1)의 출력(Qi)을 역이산 코사인변환(IDCT : Inverse Discrete Cosine Transform)을 통해 역양자화시켜 영상신호를 복조하는 신호 복조부(2-3)와, 이 신호 복조부(2-3)의 복조신호(DQi)와 움직임 보상신호(Mi)를 합산하는 합산기(2-5)와, 이 합산기(2-5)의 출력에 따라 움직임을 추정하여 보상하는 움직임 추정 및 보상부(2-4)와, 영상 신호(DMi)에서 상기 움직임 추정 및 보상부(2-4)의 출력 (Mi)을 감산하여 상기 신호 변조부(2-1)에 출력하는 감산기(2-6)로 각기 구성된다.
상기 디코더부(301~30n)는 압축 신호(DEi)를 복호하여 실계수로 출력하는 가변장부호복호부(3-1)와, 이 가변장부호복호부(3-1)의 출력을 역이산 코사인변환(IDCT)을 통해 역양자화시키는 신호 복조부(3-2)와, 이 신호 복조부(3-2)의 출력을 움직임 보상신호(MCi)와 합산하여 신장된 영상신호(Di)로 출력하는 합산기(3-4)와, 이 합산기(3-4)의 출력을 검출하여 영상움직임을 보정하기 위해 상기 합산기(3-4)에 움직임보상신호(MCi)를 출력하는 움직임보상부(3-2)로 각기 구성된다.
이와같은 종래 장치 동작과정을 제4도 화면 분할을 보인 설명도, 제5도 움직임 추정 및 보상에 따른 블록도를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 제4도에 도시된 바와 같이 한 화면을 n개의 부화면으로 어떻게 분할할 것인지 결정하면 한 화면에 대한 영상신호(Vi)를 입력받은 디멀티플렉서(100)는 n개의 부화면신호(DM1~DMn)로 분할하여 엔코더부(200)의 엔코더(201~20n)에 각기 출력한다.
이때, 영상 신호(DMi)를 입력받은 엔코더(201~20n)에서 감산기(2-6)는 상기 영상신호(DMi)에서 움직임보상신호(Mi)를 감산하여 신호 변조부(2-1)에 출력하고 이에 따라, 상기 신호 변조부(2-1)는 이산코사인 변환(DCT)을 통해 유한 개수의 값으로 양자화시켜 출력한다.
따라서, 가변장부호부(2-2)는 신호 변조부(2-1)의 신호를 입력받아 부호발생빈도에 따라 압축신호(DEi)로 부호화하여 출력하고, 신호복조부(2-3)는 상기 신호변조부(2-1)의 출력(Qi)을 역이산 코사인변환(IDCT)을 통해 역양자화된 신호(DQi)로 출력한다.
이때, 이전 프레임의 움직임 추정에 따른 움직임보상신호(Mi)와 신호 복조부(2-3)의 출력(DQi)을 합산한 합산기(2-5)의 출력(Si)를 입력받은 움직임 추정 및 보상부(2-4)는 이전 프레임의 움직임을 추정하여 움직임 벡터만큼 이동시켜 움직임 보상을 한다.
이에 따라, 움직임 추정 및 보상부(2-4)의 움직임 보상신호(Mi)는 합산기(2-5)와 감산기(2-6)에 출력하여 영상신호(DMi)를 부호화하여 압축한다.
한편, 엔코더부(200)의 출력(DE1~DEn)을 입력받은 디코더부(300)의 디코더(301~30n)는 압축영상신호(DEi)를 가변장부호복호부(3-1)에서 발생빈도에 따른 가변장(Variable Length)부호로 복호하고 신호 복조부(3-2)에서 역이산 코사인변환(IDCT)을 통해 역양자화하여 합산기(3-4)에 출력한다.
이때, 합산기(3-4)는 이전 프레임의 움직임만큼 움직임 벡터를 이동시킨 움직임보상부(3-3)의 움직임보상신홈(MCi)를 신호복조부(3-2)의 출력과 합산하여 신장된 영상신호(Di)를 멀티플렉서(400)에 출력한다.
따라서, 멀티플렉서(400)는 디코더부(300)의 출력(D1~Dn)을 순차적으로 입력받아 한 화면의 영상신호(Vo)로 출력하므로 각각의 부화면이 같은량의 신호를 갖는다면 각 부화면을 동작시키는 클럭은 1/n으로 저감된다.
즉, 이산코사인 변환(DCT)이 8*8 블록단위로 이루어지므로 병렬처리시 부화면간에 겹치지 않게끔 분할할 수 있어 각 부화면간에 독립적인 처리를 동시에 수행할 수 있다.
그러나, 이와같은 종래 장치는 움직임 추정 및 보상을 BMA(Block Matching Algorithm)을 사용할 때 제5도에 도시된 바와 같이 움직임 추정 및 보상부(5-2)가 한 부화면의 경계에서 인접하는 부화면과 공유할 필요가 있으므로 각 부화면을 저장하는 부화면 메모리(5-1)는 겹치는 영역을 포함하여야 하고 매 프레임의 처리가 끝날 때 마다 겹치는 부분에 해당하는 신호의 값들을 인접하는 부화면에서 읽어들여야 한다.
따라서, 움직임이 각 부화면의 경계를 초월하여 존재할 경우 각각의 엔코더와 디코더가 영상정보를 공유하여야 하므로 독립성이 유지되지 않고 고유 역할을 위한 인터페이스 콘트롤 로직이 복잡해질 뿐 아니라 추가 동작에 많은 시간이 소요되어 회로의 구현이 어려운 문제점이 있다.
본 발명은 이러한 종래의 문제점을 개선하기 위하여 움직임 추정 및 보상시 분할된 부화면의 경계부분에서 움직임을 제한하여 n개의 엔코더 및 디코더의 독립성을 보장하고 화면 분할에 의해 영상신호를 병렬처리하여 낮은 클럭에서 안정된 동작을 수행하는 디지털 티브이의 영상움직임 보상장치를 창안한 것으로, 이를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
제6도는 본 발명에 따른 영상 부호장치의 블록도로서 이에 도시한 바와 같이, 영상신호(Vi)를 n개로 분할하는 디멀티플렉서(10A)와, 이 디멀티플렉서(10A)의 출력(DM~DMn)을 병렬처리를 통해 부호화된 압축신호(DE1~DEn)로 출력하는 엔코더부(20)와, 이 엔코더부(20)의 출력(DE1~DEn)을 순차적으로 출력하여 한 화면의 압축영상신호(DE)를 출력하는 멀티플렉서(40A)로 구성한다.
상기 엔코더부(20)는 제2도의 종래 엔코더부와 동일하게 신호 변조부(21-1), 신호 복조부(21-3), 가변장부호부(21-2), 합산기(21-6), 감산기(21-7), 움직임추정 및 보상부(21-5)와 부화면 메모리(21-4)로 각기 구성된 엔코더(21-2n)로 구성한다.
제7도는 본 발명에 따른 영상 복호장치의 블록도로서 이에 도시한 바와 같이, 압축된 신호(DE)를 n개로 분할하는 디멀티플렉서(10B)와, 이 디멀티플렉서(10B)의 출력(DEM1~DEMn)를 병렬처리를 통해 복호화하는 디코더부(30)와, 이 디코더부(30)의 출력(D1~Dn)을 순차적으로 출력하여 한 화면의 신장된 영상신호(Vo)를 출력하는 디멀티플렉서(40B)로 구성한다.
상기 디코더부(30)는 가변장부호복호부(31-1), 신호복조부(31-2), 부화면 메모리(31-3), 움직임보상부(31-4) 및 합산기(31-5)로 각기 구성된 디코더(31-3n)로 구성된다.
이와같이 구성한 본 발명 디지털 티브이의 영상움직임 보상장치의 작용 및 효과를 제8도 단위 블록의 움직임 영역을 보인 설명도, 제9도 부화면의 움직임 제한 영역을 보인 설명도를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 이산코사인 변환(DCT) 및 양자화를 8*8 블록단위로 수행하고 움직임추정 및 보상을 16*16 블록단위로 수행하므로 한 화면의 영상신호(Vi)는 디멀티플렉서(10A)에서 제8도에 도시한 바와 같이 움직임 탐색영역(62)이 (M*N)이고 크기가 (m*n)인 기본단위 블록(61)으로 구성된 n개의 부화면(DM1~DMn)으로 분할하여 엔코더부(20)에 출력한다.
이때, 엔코더부(20)의 각각의 엔코더(21~2n)는 감산기(21-7)를 통해 분할신호(DMi)에서 이전 프레임의 움직임보상신호(Mi)를 감산하고 신호변조부(21-1)에서 이산코사인변환(DCT)를 통해 유한갯수의 값으로 양자화시키며 가변장부호부(21-2)에서 부호의 발생빈도에 따라 부호화시킨 압축신호(DEi)를 출력한다.
또한, 신호변조부(21-1)의 출력(Qi)을 점검한 신호복호부(21-3)는 역이산코산인변환(IDCT)을 통해 역양자화된 신호(DQi)를 출력하여 합산기(21-6)에서 상기 신호(DQi)와 움직임보상신호(Mi)를 합산하고, 부화면메모리(21-4)에 상기 합산기(21-6)의 출력(Si)을 저장한 후 움직임 추정 및 보상부(21-5)에 출력하여 움직임 추정 및 보상을 위해 움직임보상신호(Mi)를 감산기(21-7)와 상기 합산기(21-6)에 출력하여 정확한 영상압축신호(DEi)를 멀티플렉서(40A)에 출력한다.
이때, 움직임 추정 및 보상부(21-5)는 제9도에 도시한 바와 같이 단위 블록(61)의 추정영역(M*N)이 부화면(70)을 벗어나지 않은 경우(71)에는 추정영역의 제한없이 움직임 추정 및 보상을 수행하고, 단위 블록(61)이 부화면(70)의 경계에 걸쳐 있는 경우(72)에는 경계를 벗어난 영역으로는 움직임 추정 및 보상을 제한하며, 단위 블록(61)은 부화면(70)안에 위치하고 추정영역(M*N)이 경계를 벗어난 경우(73)에는 경계부분쪽으로의 탐색영역은 경계를 벗어나지 않은 M이나 N 보다 작은 K로 제한하게 된다.
즉, 한 화면의 영상신호를 n개의 부화면으로 분할하여 병렬처리를 통해 움직임 추정 및 보상을 할 경우 각 부화면간에 연관성이 없으므로 각 엔코더(21~2n)는 독립적으로 동작하고 상기 엔코더(21~2n)의 출력(DE1~DEn)은 멀티플렉서(40A)에서 합해져서 한 화면의 압축영상신호(DE)가 출력한다.
한편, 압축된 영상신호(DE)를 원래의 영상신호로 변환할 때 디멀티플렉서(10B)는 상기 영상신호(DE)를 n개의 부화면(DEM1~DEMn)으로 분할하여 디코더부(30)의 각 디코더(31~3n)에 출력한다.
이때, 디코더(31)는 압축된 부화면(DEMi)을 가변장 부호복호부(31-1)에서 가변장부호에 따라 복호하고 신호복조부(31-2)에서 역이산코사인변화(IDCT)을 통해 역양자화시켜 합산기(31-5)를 통해 움직임보상신호(MCi)와 합산하여 신장된 영상신호(Di)를 멀티플렉서(40B)와 부화면 메모리(31-3)에 출력한다.
이에 따라, 부화면메모리(31-3)는 움직임을 보상한 영상신호를 저장하고 움직임 보상부(31-4)는 제8도 및 제9도에 도시한 바와 같이 단위 블록(61)과 추정영역(M*N)을 이용하여 부화면(70)에서 추정영역(M*N)이 위치한 경우(71-73)에 따라 움직임 추정영역을 제한하여 각 부화면간의 연관성을 제거하고 각 디코더(31~3n)의 동작을 독립적으로 수행시킨다.
따라서, 움직임 추정 및 보상에 따른 디코더(31~3n)의 출력(D1~Dn)을 멀티플렉서(40B)에서 합쳐 정확한 원래 화면의 영상신호(Vo)를 출력한다.
상기에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명 디지털 티브이의 영상움직임 보상장치는 높은 클럭이 요구되는 움직임보상에 따른 병렬처리시 부화면의 경계부분에서 움직임 추정 및 보상의 탐색 영역을 제한함으로써 n개의 화면분할된 독립적이면서 반복적인 부화면을 엔코더와 디코더로 병렬처리할 수 있어 동작 클럭을 1/n로 줄이고 안정된 시스템을 구현할 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

  1. 영상신호(Vi)를 복수개의 부화면신호(DM1~DMn)로 분할하는 디멀티플렉서(10A)와, 상기 분할된 각각의 부화면신호(DM1~DMn)를 부화면메모리(21-4)에 저장하여 각 부화면신호(DM1~DMn)마다 움직임 추정 및 보상을 수행함에 있어 부화면(70)내에 움직임 추정영역(M*N)이 있는 경우(71)에는 제한없이 움직임 추정을 수행하고 부화면(70)의 경계에 기본단위블럭(61)이 겹쳐 있을 경우(72)에는 경계를 벗어난 영역은 움직임 추정 및 보상을 못하게 제한하며, 부화면(70)의 경계에 추정 영역이 걸쳐 있는 경우(73)에는 경계쪽의 추정 영역을 M 또는 N 보다 작은 K로 제한하는 움직임 추정 및 보상부(21-5)를 구비한 복수개의 엔코더(21~2n)를 포함하는 엔코더부(20)와, 상기 복수의 엔코더(21~2n)의 각각의 출력(DE1~DEn)을 합쳐 한 화면의 압축영상신호(DE)를 출력하는 멀티플렉서(40)로 구성한 것을 특징으로 하는 디지털 티브이의 영상움직임보상장치.
  2. 압축된 영상신호(DE)를 n개의 부화면신호(DEM1~DEMn)로 분할하는 디멀티플렉서(10B)와, 상기 분할된 부화면신호(DEM1~DEMn)를 부화면메모리(31-3)에 저장하여 가기 부화면신호(DEM1~DEMn)마다 움직임을 보상함에 있어 부화면(70)내에 움직임 추정영역(M*N)이 있는 경우(71)에는 제한없이 움직임 추정을 수행하고 부화면(70)의 경계에 기본단위블럭(61)이 겹쳐 있을 경우(72)에는 경계를 벗어난 영역은 움직임 추정 및 보상을 못하게 제한하며, 부화면(70)의 경계에 추정 영역이 걸쳐 있는 경우(73)에는 경계쪽의 추정 영역을 M 또는 N 보다 작은 K로 제한하여 각 부화면간의 연관성을 제거하는 움직임보상부(31-4)를 각기 구비한 복수개의 디코더(31-3n)으로 이루어진 디코더부(30)와, 이 디코더부(30)의 출력D1~Dn)을 합쳐 원래 화면의 영상신호(Vo)로 출력하는 멀티플렉서(40B)로 구성한 것을 특징으로 하는 디지털 티브이의 영상움직임 보상장치.
  3. 제1항에 있어서, 각 엔코더(21-2n)는 독립적으로 부화면의 영상신호를 처리하도록 구성한 것을 특징으로 하는 디지털 티브이의 영상움직임 보상장치.
KR1019920008559A 1992-05-20 1992-05-20 디지탈 티브이의 영상움직임 보상장치 KR0121162B1 (ko)

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