KR0124163B1 - Moving image encoding apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
제1도는 본 발명에 따른 동영상 부호화 장치를 도시한 블록도.1 is a block diagram showing a video encoding apparatus according to the present invention.
제2a도 및 b도는 본 발명에 따라 프레임 및 필드간의 변환 상태를 도시한 도면.2A and 2B show the transition state between a frame and a field in accordance with the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
110 : DCT 유형 결정부 112, 120 : 제1 및 제2데이터 변환부110: DCT type determination unit 112, 120: first and second data conversion unit
114 : DCT부 116 : 양자화부114: DCT unit 116: quantization unit
118 : 역양자화부 122 : IDCT부118: inverse quantization unit 122: IDCT unit
124 : 움직임 보상부 200 : 변환 부호화 장치124: motion compensation unit 200: transform encoding apparatus
300 : 데이터 변환 및 움직임 보상 장치300: data conversion and motion compensation device
본 발명은 동영상 부호화 장치에 관한 것으로, 특히 동영상 신호를 선택적으로 프레임(Frame) 또는 필드(Field) 방식에 의해 이산 코사인 변환(Discrete Cosine Transform : DCT)하여 부호화 효율을 증대시키는 동영상 부호화 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a video encoding apparatus, and more particularly, to a video encoding apparatus for increasing coding efficiency by performing discrete cosine transform (DCT) on a video signal by a frame or field method. .
많은 데이터량을 가지는 영상 신호를 제한된 채널로 전송하기 위해서는 압축 부호화 하는 것이 필수적이다. 알려진 압축 부호화 기법에는 전술한 DCT, 움직임 보상 기법(Motion Compensated Method) 및 기변길이 부호화(Variable Length Coding: VLC) 방법등이 있다. DCT는 알려진 직교 변환 방식을 이용하여 공간 영역에서의 데이터의 중복을 줄이는 방법이다. 이에 반하여 움직임 보상 기법은 입력되는 현재 프레임과 이전 프레임을 이용하여 움직임 벡터를 구하고 이를 이용하여 움직임 보상을 수행하여 시간 영역상의 데이터 중복성을 줄이는 방법이다. VLC는 전술한 DCT등을 통해 압축된 부호어를 그의 발생 빈도에 따라 짧은 길이 또는 긴길이의 부호어를 설정하여 데이터 자체의 중복을 줄이게 된다.In order to transmit a video signal having a large amount of data through a limited channel, compression coding is essential. Known compression coding techniques include the above-described DCT, Motion Compensated Method, Variable Length Coding (VLC) method, and the like. DCT is a method of reducing data redundancy in spatial domain using known orthogonal transformation. On the contrary, the motion compensation method is a method of obtaining a motion vector using the input current frame and the previous frame and performing motion compensation using the received motion frame to reduce data redundancy in the time domain. The VLC reduces the duplication of the data itself by setting a codeword compressed through the above-described DCT or the like according to the frequency of occurrence thereof.
본 발명은 전술한 기법등을 조합하여 부호화 하되, DCT를 수행하기 이전에 입력되는 동영상 신호의 수직 및 수평 방향의 상관도(Correlation)를 측정하여 DCT 유형, 즉 프레임 또는 필드 둘중 어느 방식으로 DCT를 수행할 것인가를 결정하여 가장 적합하게 즉, 데이터를 효율적으로 압축할 수 있는 방향으로 DCT를 수행하므로서 부호화 효율을 증대시키기 위한 것이다.The present invention encodes a combination of the above-described techniques, and measures the correlation between the vertical and horizontal directions of the video signal input before performing the DCT to determine the DCT in any of the DCT type, i.e., frame or field. It is to increase the coding efficiency by determining whether or not to perform the DCT in a direction that is most suitable, that is, to efficiently compress data.
즉, 종래의 동영상 부호화 장치에서는 전술한 압축 기법들을 조합하여 부호화를 행하게 되나, DCT를 수행할 때 입력 신호의 수직 및 수평 방향의 특성(즉, 데이터의 상관도)을 전혀 고려하지 않고 단지 단일의 프레임 DCT를 수행하기 때문에 부호화 효율이 낮다는 문제점을 가진다. DCT는 입력되는 영상 신호(예를 들면, 1프레임)중에서 통상 8×8 픽셀(Pixel)단위로 수행하며, 프레임 방식, 즉 격행 주사(Interlaced Scanning)방식으로 DCT를 수행하면 수직 방향의 상관도가 수평 방향의 상관도보다 낮기 때문에, 수직 방향의 변환 계수가 수평 방향의 변환 계수보다 많이 발생하여 압축률을 저하시키게 된다.That is, in the conventional video encoding apparatus, encoding is performed by combining the above-described compression techniques. However, when performing DCT, the single video encoding apparatus does not consider the characteristics of the vertical and horizontal directions (ie, the correlation of data) of the input signal at all. Since the frame DCT is performed, coding efficiency is low. The DCT is usually performed in units of 8 × 8 pixels among input image signals (for example, one frame). When DCT is performed in a frame method, that is, an interlaced scanning method, the vertical correlation is measured. Since it is lower than the correlation in the horizontal direction, more conversion coefficients in the vertical direction occur than conversion coefficients in the horizontal direction, thereby lowering the compression ratio.
따라서 본 발명의 주목적은 입력되는 동영상 신호에 대한 수직 및 수평방향의 상관도에 따라 선택적으로 프레임 또는 필드 방식에 의해 DCT하므로서 부호화 효율을 증대시키는 동영상 부호화 장치를 제공하는데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a video encoding apparatus for increasing coding efficiency by selectively DCT by a frame or field method according to a correlation between vertical and horizontal directions with respect to an input video signal.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 입력되는 프레임 단위의 영상 데이터에 대한 프레임 또는 필드 포맷의 수직 상관도의 평균값에 응답하여 프레임 또는 필드 방식이 이산 코사인 변환(DCT)을 수행하여 부호화 효율을 증대하는 동영상 부호화 장치로서, 입력되는 영상 데이터의 기설정 블록에 대해 각각 프레임 및 필드의 평균 수직 상관도(Correlation)를 측정하되, 프레임 포맷에 대한 수직 상관도의 평균값은 거대 구획 단위의 소정 입력 영상 데이터를 블록단위로 4개씩 분할하여 각각의 블록에 대해 상관도를 구하고 구한 상관도를 블록 갯수로 나누어 계산하고, 상기 필드 포맷에 대한 수직 상관도의 평균값은 입력 영상 데이터를 각 필드별로 분류하고 그 다음 블록 단위로 4개씩 분할하여 각각의 블록에 대해 상관도를 구하고 구한 상관도를 블록 갯수로 나누어 계산하여, 프레임 또는 필드를 결정하는 유형 결정 신호 및 입력 영상 데이터를 출력하는 DCT 유형 결정부와, DCT 유형 결정부에서 발생되는 유형 결정 신호에 응답하여 프레임 방식의 영상 데이터를 필드 방식의 영상 데이터로 변환하는 제1데이터 포맷 변환부와, 유형 결정 신호에 따라 DCT 유형 결정부 또는 제1데이터 포맷 변환부의 영상 데이터를 주파수 영역의 변환 계수들로 변환하고, 이 주파수 영역의 변환 계수들에 대해 각 영역별로 양자화스텝 크기를 가변적으로 할당하여 양자화하는 변환 부호화 장치와, 양자화된 주파수 영역의 변환 계수를 양자화되기 이전의 공간 영역의 영상 데이터로 변환하는 역양자화부와, 역양자화된 영상 데이터를 상기 제1데이터 포맷 변환하기 이전의 데이터 포맷으로 변환하는 제2데이터 포맷 변환부와, 역양자화된 변환 계수 또는 상기 제2데이터 포맷 변환된 변환계수를 유형 결정 신호에 따라 선택적으로 공간 영역의 영상 데이터로 역변환하며, 이 역변환된 영상 데이터와 현재 입력되는 영상 데이터를 이용하여 움직임 보상하는 데이터 변환 및 움직임 보상 장치를 포함한다.In order to achieve the above object, the present invention performs a discrete cosine transform (DCT) of a frame or field format in response to an average value of vertical correlations of frame or field formats with respect to input image data in frame units to increase coding efficiency. A video encoding apparatus comprising measuring average vertical correlations of a frame and a field with respect to a predetermined block of input image data, respectively, wherein an average value of the vertical correlation with respect to a frame format is predetermined input image data in units of a macro block. Is divided into four blocks by block to obtain a correlation for each block, and the obtained correlation is calculated by dividing the obtained block by the number of blocks.The average value of the vertical correlation for the field format is classified into input fields for each field. By dividing into four by block unit, we get the correlation for each block and calculate the correlation The DCT type determination unit outputs a type determination signal for determining a frame or a field and input image data, and calculates the frame or field data in response to the type determination signal generated by the DCT type determination unit. A first data format conversion unit for converting the data and the image data of the DCT type determination unit or the first data format conversion unit according to the type determination signal to convert the conversion coefficients of the frequency domain into the conversion coefficients of the frequency domain. A transform encoding apparatus for quantizing and quantizing a quantization step size for each region, an inverse quantizer for converting transform coefficients of a quantized frequency domain into image data of a spatial domain before quantization, and dequantized image data A second data format converter for converting the first data format to a previous data format And inversely transforming the inverse quantized transform coefficient or the second data format transformed transform coefficient into image data of a spatial domain according to a type determination signal, and performing motion compensation using the inverse transformed image data and the currently input image data. Data conversion and motion compensation device.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described an embodiment of the present invention;
제1도는 본 발명에 따른 동영상 부호화 장치의 바람직한 일실시예를 도시한 블록도로써, 도시된 바와 같이 본 발명의 동영상 부호화 장치는 DCT 유형 결정부(110), 제1 및 제2데이터 포맷 결정부(112 및 120), DCT부(114), 양자화(Quantization)부(116), 역양자화부(IQ)(118), 역이산 코사인 변환부(IDCT)(122) 및 움직임 보상부(124)를 포함한다. 여기서, DCT부(114) 및 양자화부(116)는 변환 부호화 장치(200)에 속하여 있으며, IDCT부(122) 및 움직임 보상부(124)는 데이터 변환 및 움직임 보상 장치(300)에 속하여 있음을 알 수 있다.FIG. 1 is a block diagram showing a preferred embodiment of a video encoding apparatus according to the present invention. As shown in FIG. 1, the video encoding apparatus of the present invention includes a DCT type determination unit 110, a first and second data format determination unit. 112 and 120, the DCT unit 114, the quantization unit 116, the inverse quantization unit (IQ) 118, the inverse discrete cosine transform unit (IDCT) 122 and the motion compensation unit 124 Include. Here, the DCT unit 114 and the quantization unit 116 belong to the transform encoding apparatus 200, and the IDCT unit 122 and the motion compensation unit 124 belong to the data transformation and motion compensation apparatus 300. Able to know.
DCT 유형 결정부(110)는 입력 영상 신호를 프레임 방식으로 DCT를 할 것인지 또는 필드 방식으로 DCT를 할 것인지를 결정하는 것으로, 그 선택 기준은 프레임 포맷의 수직 방향 상관도와 필드 포맷의 수직 방향 상관도의 크기로 최종 결정한다. 수직 방향 상관도는 알려진 다음식을 통해 구할 수 있다.The DCT type determination unit 110 determines whether to perform the DCT in the frame method or the DCT in the field method, and the selection criteria are the vertical correlation of the frame format and the vertical correlation of the field format. Determine the final size. The vertical correlation can be obtained from the following equation.
여기서, x(i,j)는 i번째 라인 j번째 픽셀값을 나타내고, avr은 해당 블록 상관도의 평균값을 나타내며, Var은 그의 분산값을 나타낸다.Here, x (i, j) represents the j-th pixel value of the i-th line, avr represents the average value of the corresponding block correlation, and Var represents its variance value.
프레임 포맷의 수직 방향 상관도는 제2도의 a에 도시한 바와 같이 먼저 원래 포맷대로 16×16의 거대 구획(Macro Block)을 8×8 4개의 블록으로 분할한 다음,이 분할된 4개의 블록을 전술한 상관도 수식을 이용하여 각 블록들의 상관도를 구한 후 평균을 구한다. 그 다음 필드 포맷의 수직 방향 상관도는 원래 포맷을 제2도 b에 도시한 바와 같이 첫번째 필드, 두번째 필드식으로 필드별로 모아서 8×8 4개의 블록으로 분할한 다음, 전술한 수식을 이용하여 각 블록들의 상관도를 구한 후 평균(Average)을 구한다. 전술한 방법으로 구한 프레임 및 필드의 수직 방향에 대한 상관도의 평균값을 비교하여 그 평균값이 큰 쪽을 최종 DCT 유형으로 결정하고 이를 나타내는 유형 결정 신호를영상 데이터와 같이 라인(111) 상으로 발생한다.In the vertical correlation of the frame format, as shown in a of FIG. 2, first, the macro block of 16 × 16 is divided into 8 × 8 four blocks in the original format, and then the four divided blocks are divided. The correlation between the blocks is calculated using the above correlation equation, and then the average is obtained. Next, the vertical correlation of the field format is obtained by collecting the original format into fields of the first field and the second field as shown in FIG. 2 and dividing them into 8 × 8 4 blocks. After obtaining the correlation of blocks, average is obtained. Comparing the average value of the correlation between the frame and the field obtained by the above method in the vertical direction, the larger one of the average values is determined as the final DCT type, and a type determination signal indicating the same is generated on the line 111 together with the image data. .
데이터 포맷 변환부(112)는 DCT유형 결정부(110)로부터의 유형 결정 신호가 필드 방식을 가르키는 경우에 1프레임을 두 개의 필드로 구분하여 출력하게 된다.When the type determination signal from the DCT type determination unit 110 indicates a field method, the data format conversion unit 112 outputs one frame into two fields.
DCT(114)는 라인(111) 및 (113)에 결합되어, 라인(111)으로부터 인가되는 유형 결정신호가 프레임 단위를 지정하는 경우에는 유형 결정 신호와 함께 인가되는 라인(11)의 프레임 단위의 영상 신호를 DCT하여 출력하나, 유형 결정 신호가 필드단위를 지정하는 경우에는 라인(113)으로 통하여 인가되는 필드 단위의 영상 신호를 DCT하여 라인(115)으로 인가한다. 여기서, DCT를 위한 클럭은 도시하지 않은 제어 장치로부터 제공된다.The DCT 114 is coupled to the lines 111 and 113 so that when the type determination signal applied from the line 111 designates a frame unit, the frame unit of the line 11 applied with the type determination signal is applied. DCT outputs the video signal, but when the type determination signal designates the field unit, the video signal of the field unit applied through the line 113 is DCT applied to the line 115. Here, the clock for the DCT is provided from a control device (not shown).
양자화기(116)는 라인(115)에 결합되어, 입력되는 변환 계수를 도시되지 않은 전송 버퍼로부터의 제어 신호에 응답하여 전술한 변환 계수중에서 그 계수들의 평균값을 나타내는 저주파 성분의 직류(DC)계수 및 그외 고주파 성분의 교류(AC) 계수들에 대해 알려진 방식에 의해 각각 스텝 크기(Step Size)를 결정하고 그 스텝 크기에 따라 변환 계수들을 양자화한 후 라인(117)상으로 발생한다.The quantizer 116 is coupled to the line 115, and the DC coefficient of the low frequency component representing the average value of the coefficients among the above-described transform coefficients in response to a control signal from an unshown transmission buffer. And the step size is determined by the known method for the AC coefficients of the high frequency component and quantized the transform coefficients according to the step size, respectively.
역양자화부(118)는 라인(117)에 결합되어, 입력되는 양자화된 변환 계수를 원래의 양자화되지 않은 변환계수로 역양자화하여 라인(119)상으로 발생한다. 제2데이터 포맷 변환부(120)는 라인(119)에 결합되어, 입력되는 변환 계수를 전술한 제1데이터 포맷 변환부(112)에 이용되는 방식과는 반대의 알려진 방식을 이용하여 원래의 데이터 포맷으로 역변환하여 라인(121)상으로 발생한다. IDCT(122)는 라인(119) 및 (121)에 결합되어, 도시하지 않은 제어 장치로부터의 유형 결정 신호에 따라 라인(119) 또는 (121)의 신호를 역변환하여 라인(123)상에 인가한다. 즉, IDCT(122)는 유형 결정 신호가 프레임인 경우에는 라인(119)의 신호를 입력하고, 유형 결정 신호가 필드인 경우에는 라인(121)의 신호를 입력하여 역변환시키는 것이다.Inverse quantization unit 118 is coupled to line 117 to dequantize the input quantized transform coefficients into the original unquantized transform coefficients to occur on line 119. The second data format converter 120 is coupled to the line 119 so that the input data can be converted to the original data using a known method opposite to the method used by the first data format converter 112 described above. Inverse conversion to format occurs on line 121. The IDCT 122 is coupled to the lines 119 and 121 and inversely converts the signal of the line 119 or 121 according to the type determination signal from a control device (not shown) and applies it on the line 123. . That is, the IDCT 122 inputs the signal of the line 119 when the type determination signal is a frame and inversely converts the signal of the line 121 when the type determination signal is a field.
움직임 보상부(124)는 라인(100) 및 (123)에 결합되어, 라인(100)을 통해 입력되는 현재 영상 데이터와 라인(123)을 통해 입력되는 바로 이전의 영상 데이터를 알려진 방식, 즉 블록 정합 알고리즘(BMA) 또는 화소 순환 알고리즘(PRA)등을 이용하여 움직임 보상을 수행한 후 라인(125)상으로 발생한다.The motion compensator 124 is coupled to the lines 100 and 123 so that the current image data input through the line 100 and the previous image data input through the line 123 are known, that is, blocks. The motion compensation is performed on the line 125 after the motion compensation is performed using a matching algorithm (BMA) or a pixel cyclic algorithm (PRA).
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면 입력되는 동영상 신호에 대한 기설정된 블록에 대한 수직 및 수평방향의 상관도의 평균값에 따라 선택적으로 프레임 또는 필드 방식에 의해 이산 코사인 변환하므로서 부호화 효율을 증대시키는 커다란 잇점이 있다.As described above, according to the present invention, a large advantage of increasing coding efficiency by performing discrete cosine transform by a frame or field method selectively according to an average value of vertical and horizontal correlations for a predetermined block with respect to an input video signal. There is this.
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