KR0129557B1 - 움직임 보상을 이용한 동영상 신호처리기의 메모리 장치 - Google Patents

움직임 보상을 이용한 동영상 신호처리기의 메모리 장치

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KR0129557B1
KR0129557B1 KR1019920018396A KR920018396A KR0129557B1 KR 0129557 B1 KR0129557 B1 KR 0129557B1 KR 1019920018396 A KR1019920018396 A KR 1019920018396A KR 920018396 A KR920018396 A KR 920018396A KR 0129557 B1 KR0129557 B1 KR 0129557B1
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Abstract

본 발명은 움직임 보상 프레임간 차분 부호화 방식에 있어서 하나의 프레임 메모리로써 이전 프레임과 움직임 보상된 현재 프레임을 동시에 공유함으로써 프레임 메모리의 크기를 현저히 줄인다. 이 방식은 현재 프레임에서 움직임 보상이 끝나고 또한 다른 부분의 움직임 보상에 사용되지 않을 이전 프레임의 부분을 현재의 프레임 데이터로 갱신하기 위하여, 현재 복호화된 부분을 일단 프레임 메모리와는 독립된 버퍼에 저장한 후, 움직임 보상탐색 영역을 벗어난 이후에 임시 저장된 것을 현재 프레임 데이터로써 프레임 메모리에 기록하는 방식이다.

Description

움직임 보상을 이용한 동영상 신호처리기의 메모리 장치
제 1도는 프레임 구성의 일예를 도시하는 도면,
제 2도는 블록 정합 알고니즘을 이용한 움직임 검출을 예시하는 도면,
제 3도는 본 발명에 따른 움직임 보상을 이용한 동영상 신호처리기의 메모리 장치의 동작 상태를 나타내는 타이밍도,
제 4도는 본 발명에 따른 움직임 보상을 이용한 동영상 신호처리기의 메모리 장치의 일실시예를 도시하는 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
40 : 슬라이스 카운터 42 : 라인 카운터
44 : 블록 카운터 46 : 화소 카운터
48,50 : 가산기 52 : 지연부
54 : 오프셋 판단 56,66 : 멀티플렉서
58 : 프레임 메모리 60 : AND 게이트
62 : FIFO 버퍼 메모리 64 : NOT 게이트
68 : 시스템 클록
본 발명은 영상신호를 압축하여 송신 및 수신하기 위한 부호기 및 복호기의 메모리 장치에 관한 것으로서, 특히 움직임 보상 부호화를 행하는 경우에 필요한 이전 프레임 저장용 메모리와 현재 프레임 메모리를 공유하는 방식으로 필요한 메모리의 크기를 줄일 수 있는 효율적인 메모리 장치에 관한 것이다.
HDTV, 영상 전화기 등과 같은 영상을 디지틀로 처리하는 장치에서 영상 신호는 음성 신호에 비해 대역폭이 넓기 때문에 디지틀 방식으로 이를 처리하려고 할 때 상당히 많은 데이터가 발생하게 된다. 하지만 이를 전송하는 데 적합한 사용가능한 대역폭은 한정되어 있으므로 이를 전송하기 위해서는 데이터를 압축시켜야 한다.
종래에는 일련의 영상 신호를 전송할 때, 1장의 화면과 그 다음 화면의 대응되는 화소마다 비교하여 차분을 추출, 전송하는 프레임간 차분부호화 방식을 사용하였다. 이 경우 수신기에서는 수신된 차분 신호를 이전 프레임의 신호에 더하여 현재프레임을 만들게 된다. 현재 프레임을 처리할 때, 참고할 이전 프레임의 데이터를 메모리에 가지고 있어야 한다. 이 경우에 있어서는, 현재 프레임의 데이터를 처리해 가면서 이전 프레임의 동일한 메로리 위치에 현재 프레임의 데이터를 기록하는 방식이기 때문에 하나의 프레임 메모리를 사용하여도 데이터를 충분히 처리할 수 있었다.
현재, 디지틀 영상신호를 효과적으로 전송하기 위하여 데이터를 효과적으로 압축하는 다양한 기법이 제시되고 있다.
그 중에서 일반적으로 사용되고 있는 압축 기법으로서 이산 코사인 변환과 같은 프레임내 상관성을 줄이는 변환 부호화 방식과, 움직임 보상을 이용하여 프레임간의 시간적 상관성을 줄이는 프레임간 움직임 보상 예측 부호화 방식이 있다.
여기에서, 움직임 보상이란 영상 신호 처리에서 물체의 움직임 정도를 소정의 알고리즘으로 추정하여 이전 프레임(또는 필드)의 신호를 움직임 벡터(즉, 움직임 영상신호에서 현재 프레임의 화소(또는 화소들의 블록)들이 이전 프레임에 비해 어느 방향으로 얼마나 움직였는지를 나타내는 화소단위의 벡터량)만큼 이동시켜 주는 것이다.
프레임간 움직임 보상 예측 부호화 방식은 전술한 움직임 보상을 이용하여 부호화하는 영상 압축 방법으로서, 이전 프레임과 현재 프레임을 비교하여 현재 프레임의 영상이 이전 프레임의 영상에 비해 어느 방향으로 얼마나 움직였는지를 추정한 움직임 벡터와 이전 프레임으로써 움직임 보상을 실시하고 현재 프레임의 신호에서 움직임 보상된 신호를 감산한 차이신호를 압축 부호화하는 것이다. 수신기에선 이전 프레임 신호와 움직임 벡터로 움직임 보상을 하고 이것을 차분신호에 더하여 현재 프레임 신호를 복호화하게 된다.
즉, 이 방식은 현재 프레임의 값을 이전 프레임의 똑같은 위치의 값에서 단순히 빼는 차분 부호화 방식과는 달리 이전 프레임과 현재 프레임간의 움직임 정보를 검출하여 움직임 탐색 영역내에서 가장 작은 차분을 내는 위치에 있는 부분과의 차분을 구하는 것이다.
이 경우 상기한 차분부호화 방식과 마찬가지로 송신기와 수신기에서는 각각 이전 프레임이 기록되는 메모리가 필요하다.
하지만 이 경우에는 복호화될 위치의 이전 프레임 데이터가 인접한 부분의 움직임 보상에 사용되므로 즉, 움직임 탐색 영역에 속하게 되므로, 복호화된 데이터를 이전 프레임의 똑같은 위치에 기록하게 된다면, 이로 인하여 인접한 부분의 움직임 보상을 할 수 없게된다. 따라서 상기한 차분부호화 방식에서와 같이 프레임 메모리를 공유할 수 없고, 두 프레임분의 메모리로 처리하고 있다. 이러한 프레임 메모리의 증가는 송·수신기의 가격을 상승시키고 또한 송·수신기에서 상당한 부피를 차지한다.
따라서,본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 움직임 보상을 이용하는 송·수신기에서 필요한 프레임 메모리의 양을 줄일 수 있는 메모리 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명에 따른 움직임 보상을 이용한 동영상 신호 처리기의 메모리 장치는 움직임 영상의 신호 처리에서 물체의 움직임을 추정하여 움직임 정도를 나타내는 움직임 벡터 만큼 이전 프레임의 신호를 이동시키는 움직임 보상을 수행하며, 상기 움직임 보상을 수행하기 위한 기준으로 필요한 상기 이전 프레임을 기록한 메모리에 복호화를 수행한 현재 프레임의 영상 데이터를 기록하기 위하여, 상기 현재 프레임에서 움직임 보상이 끝나고 또한 다른 부분의 움직임 보상에 사용되지 않을 이전 프레임의 부분을 현재의 데이터로 갱신하기 위하여 다른 부분의 움직임 보상의 탐색 영역을 벗어날 때까지 상기 메모리에 기억하는 것을 소정시간 지연시키는 버퍼 메모리 수단과, 상기 메모리와 상기 버퍼 메모리 수단을 어드레싱하는 어드레싱 수단을 포함한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
제 1 도는 프레임 구성의 일 예를 도시한다.
화소(pixel)는 영상 신호를 디지틀적으로 신호처리하기 위하여 표본화를 할 때의 표본울 말하며, 공간적인 영상을 분해 또는 구성하는 최소 단위이다. 본 발명을 한정하는 것은 아니지만 여기에서 일 프레임은 수평축으로 720, 수직축으로 320 개의 화소로 구성된다.
블록(block)은 영상 신호를 처리하는 단위가 되는 몇 개의 화소들의 집합으로서, 영상 부호화, 움직임 추정 등의 처리를 위한 기본 단위로 많이 사용된다. 본 발명을 한정하는 것은 아니지만 여기에서 하나의 블록은 8×8 개의 화소로 구성된다.
슬라이스(slice)는 일 프레임의 좌단에서 우단에 이르는 일련의 블록 집합이다. 여기에서 하나의 슬라이스는 90 개의 블록으로 구성된다.
제 2도는 블록 정합 알고리즘을 이용한 움직임 검출을 예시하는 도면이다.
블록 정합 알고리즘은 움직임 벡터를 찾기 위하여 이전 프레임(fn-1)(현재 프레임은 fn이라 할 경우)의 블록들을 한 화소씩 이동하면서 현재 프레임(fn)의 지정된 블록과 가장 비슷한 블록을 찾는 방법이다. 이 방법은 물체의 움직임이 한 블록 내에서 모두 동일하다고 가정하는 것이어서 블록의 크기가 작을수록 이러한 가정의 신뢰도는 높아지나 움직임 벡터의 계산량과 전송량은 증가하게 된다. 일반적으로 두 블록의 유사성을 판단하는 기준으로는 평균 절대차와 평균 제곱 차등을 많이 사용한다.
제 2도에 도시된 바와같이, 움직임 탐색 범위가 수평, 수직으로 각각 -8에서 +8화소일 경우, 그 탐색 범위내에서 프레임(fn)의 블록(91)과 가장 유사한 블록을 탐색한다. 이때, 선택된 블록(A)은 프레임(fn)의 블록(91)이 된다. 프레임간 움직임 보상 예측 부호화를 수행할 경우, 부호기로 입력되는 현재 프레임에서 이렇게 움직임 보상된 신호를 감산하여 그 차이 신호 및 움직임 벡터(V)만을 수신기로 전송한다. 여기에서 블록(91)의 움직임 벡터(V)는 수평 움직임 벡터(Vx)와 수직 움직임 벡터(Vy)로 구성된다.
전술한 바와같이, 움직임 보상을 수행하는 영상처리기에서는 이전프레임(fn-1)과 움직임 보상된 현재 프레임을 저장하는 2개의 프레임 메모리 즉, 이전 프레임(fn-1)을 저장하는 메모리와 이전 프레임(fn-1) 및 움직임 벡터로 움직임 보상한 후 차분신호와 가산하여 얻은 현재 프레임(fn)을 지정할 메모리가 필요하였다.
본 발명은, 하나의 프레임 메모리 및 약간의 메모리 용량을 가진 버퍼 메모리로써 이전 프레임(fn-1)과 복호화된 현재 프레임(fn) 을 동시에 공유하여 프레임 메모리의 크기를 상당히 줄일 수 있다. 전술한 바와같이, 움직임 보상 부호화에 있어서는 이전 프레임(fn-1)의 데이터가 현재 프레임(fn)의 움직임 보상 기준으로 사용되므로 단순히 메모리를 공유할 수 없고 소정의 메모리 버퍼를 사용하여, 처음의 복호화된 부분을 일단 메모리 버퍼에 저장하고 움직임 보상 탐색 영역을 벗어난 이후에 그 버퍼에 저장된 데이터를 프레임 메모리에 기록한다.
예를들면, 제 2도에 도시된 프레임(fn)을 저장한 메모리 하나만을 사용하여 움직임 보상을 실시할 경우, 블록(0) 에서 블록(90)까지는 그 이후 블록들의 움직임 보상 탐색 영역에 속하므로 프레임(fn-1)의 메모리에 복호화된 블록을 기록할 수 없다. 따라서, 소정의 메모리 버퍼를 사용하여 블록(0)에서 블록(90)까지 복호화된 데이터를 일시적으로 저장한다. 그리고, 블록(91)에서 움직임 추정을 실시한 후 프레임(fn-₁)의 블록(0)은 더 이상 사용되지 않으므로 메모리 버퍼에 저장되었던 움직임 보상된 현재 프레임의 블록(0)을 프레임(fn-1)의 블록(0)에 기록한다. 메로리 버퍼는 선입선출(FIFO) 메모리로써 그 용량은 블록 91 개의 데이터를 저장할 수 있으면 된다.
본 발명에 따른 움직임 보상을 이용한 움직임 영상 신호 처리기의 메모리 장치의 동작 상태를 제 3도에 예시한다. 타이밍도에는 프레임 동기신호⒜, 블록들의 움직임 처리 구간⒝,움직임 보상되어 복호화된 블록들의 FIFO 버퍼 메모리 입력 시간(C) 및 FIFO 메모리 버퍼에서 출력되는 블록들의 출력구간⒟이 도시된다.
여기에서 FIFO 버퍼 메모리에서 지연되는 시간(Ts)는 1 슬라이스 + 1 블록의 처리 소요 시간이다.
제 4도는 본 발명에 따른 움직임 보상을 이용한 동영상 신호처리기의 메모리 장치의 일 실시예를 도시한다.
화소 카운터(46) 및 블록 카운터(44)는 현재 프레임의 움직임 처리할 화소 위치의 수평 어드레스(AH9-AH0)를 생성하고, 라인 카운터(42) 및 슬라이스 카운터(40)는 수직 어드레스(AV8-AV0)를 생성한다.
가산기(48) 및 가산기(50)는 수평어드레스(AH9-AH0)와 수평 움직임 벡터(MVH) 및 수직어드레스(AV8-AH0)와 수직 움직임 벡터(MVV)를 각각 합산하여 이전 프레임(fn-1)에서의 데이터를 읽기 위한 어드레스(RA18-RA0)를 발생한다.
멀티플렉서(56)는 현재 프레임간의 움직임 처리할 화소 위치의 어드레스가 오프셋(블록 어드레스로 볼 때 91 의 값)보다 크지 않을 경우, 소정의 제어신호에 의하여 읽기 어드레스(RA18-RA0)만을 프레임 메모리로 출력하고, 오프셋보다 크면, 시스템 클록(68)이 로우일 때 읽기 어드레스(RA18-RA0)를 선택하여 프레임 메모리(58)로 출력하고, 시스템 클록이 하이일 때 쓰기 어드레스(WA18-WA0)를 프레임 메모리(50)로 출력한다.
프레임 메모리(58)는 이전 프레임 메모리를 저장하고 있다가 입력되는 어드레스 및 시스템 클록에 따라서 해당되는 데이터를 움직임 보상기(도시되지 않음)의 입력으로 출력하거나, 복호화된 데이터를 기록한다.
FIFO 버퍼 메모리(62)는 움직임 보상된 현재 프레임 블록의 데이터를 일시 저장한 후 프레임 메모리(58)로 출력한다.
오프셋 판단부(54)는 입력되는 어드레스가 오프셋(블록91의 어드레스) 보다 작을 경우 0을 출력하고, 이상이면 1을 출력한다.
블록(52)은 현재 프레임의 움직임 처리할 화소 위치의 어드레스를 오프셋 만큼 지연시켜 움직임 보상된 후 FIFO 버퍼 메모리(62)에 저장된 데이터를 프레임 메모리(58)에 기록할 기록 어드레스(WA18-WA0)를 제공한다.
앤드 게이트(60)는 오프셋 판단부(54)의 출력 신호 및 클록 신호를 입력으로하여 멀티플렉서(56)의 선택단자(S0)에 0 또는 1 을 제공한다.
멀티플렉서(66)는 블록(54)의 출력 신호에 따라서 선택단자(S1)가 0 일 경우 접지단자 GND 를 선택하여 프레임 메모리(56)에서 읽기 동작만 수행하도록 한다.
선택단자(S1)가 1 일 경우, 클록(68)을 선택하여 클록이 로우 값으로 프레임 메모리(58)를 읽을 동안 버퍼 메모리(62)에 쓰기를 수행하고, 클록이 하이 값에서 프레임 메모리(58)쓰기할 동안 버퍼 메모리(62)의 데이터를 읽는다.
전술한 바와같이, 본 발명은 움직임 보상을 이용하는 영상기기의 메모리 장치에서 2 프레임분의 메모리를 사용하는 대신에 약간의 용량을 가진 FIFO 버퍼 메모리(62)를 사용하여 프레임 메모리(58)를 공유한다.
현재 프레임의 움직임 처리할 화소 위치의 어드레스는 입력되는 시스템 클록 수를 카운팅하여 생성할 수 있다. 즉, 화소 카운터(46) 및 블록 카운터(44)로부터 수평어드레스(AH9-AH0)를 얻고, 슬라이스 카운터(40) 및 라인 카운터(42)로부터 수직어드레스(AV8-AV0)를 얻는다.
이때, 움직임 보상을 수행하기 위하여 프레임 메모리(58)에 저장된 이전 프레임의 데이터를 읽기 위한 어드레스(RA18-RA0)는 수직 어드레스(AV8-AV0) 와 수직 움직임 벡터(MUV) 및 수평 어드레스(AH9-AH0)와 수평 움직임 벡터(MUV1)를 각각 합산하여 얻을 수 있는데, 이 어드레스는 멀티플렉서(56)로 각각 입력된다.
한편, 현재 프레임의 움직임 처리할 화소 위치의 어드레스는 오프셋(Ts)만큼 지연되어, 프레임 메로리(58)에 움직임 보상된 데이터를 기록할 쓰기 어드레스(WA18-WA0)를 만들어 멀티플렉서(56)로 입력된다.
이때, 현재 프레임의 움직임 처리할 화소 위치의 어드레스가 오프셋 보다 작을 때, 즉 처리하는 블록이 이후 사용될 탐색 범위내에 있는 경우 블록(54)은 0을 출력하여 멀티플렉서(56)가 읽기 어드레스(RA18-RA0)만을 선택하고, 또한 멀티플렉서(66)가 GND 를 선택하도록 하여 프레임 메모리(58)에서는 읽기만 수행되고 FIFO 버퍼 메모리(62)는 쓰기만 수행한다.
현재 프레임의 움직임 처리 및 화소 위치의 어드레스가 오프셋(블록 91)의 어드레스가 되면 블록(54)은 1 을 출력하여 시스템 클록(68)에 따라서 클록이 로우일 때 멀티플렉서(56)는 읽기 어드레스(RA18-RA0)를 선택하고, 프레임 메모리는 그 어드레스에 해당되는 데이터를 읽어 움직임 보상기로 출력하며, 이때 움직임 보상기(여기에서 움직임 보상기는 편의상 움직임 보상의 작용과 이를 가산기에 더하여 복호화를 수행하는 부분을 지칭한다.)에서 복호화된 데이터 값은 FIFO 버퍼 메모리(62)에 기록된다. 클록이 하이이면 멀티플렉서(56)는 쓰기 어드레스(WA18-WA0)를 선택하고, 프레임 메모리(58)는 지정된 어드레스에 FIFO 버퍼 메모리(62)로부터 입력되는 데이터를 저장한다. 따라서, 시스템이 동작하여 첫 프레임의 오프셋 시간 동안은 읽기만 수행하게 되나, 이후에는 읽기, 쓰기를 계속 번갈아 수행하게 된다.
본 발명에 따른 움직임 보상을 이용한 동영상 신호 처리기를 메모리 장치는 움직임 보상의 탐색 영역을 벗어 날 때까지 메모리에 기억될 데이터를 일시 저장하고, 이를 적절히 어드레싱함으로써 프레임 메모리양을 상당히 줄일 수 있다.
따라서, 움직임 보상을 이용한 송·수신기에서 차지하는 프레임 메모리의 용적을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 가격을 상당히 낮출수 있는 이점이 있다.

Claims (2)

  1. 움직임 영상의 신호 처리에서 물체의 움직임을 추정하여 움직임 정도를 나타내는 움직임 벡터 만큼 이전 프레임의 데이터를 이동시키는 움직임 보상을 수행하며, 상기 움직임 보상을 수행하기 위한 기준으로 필요한 상기 이전 프레임 데이터를 기록한 메모리(58)에 움직임 보상을 수행한 후 이를 차분신호와 가산하여 얻은 현재 프레임의 영상 데이터를 상기 메모리(58)에 기록하기 위한 장치에 있어서,상기 현재 프레임에서 움직임 보상이 끝나고 또한 다른 부분의 움직임 보상에 사용되지 않을 이전 프레임의 부분을 현재의 프레임 데이터로 갱신하기 위하여,다른 부분의 움직임 보상의 탐색 영역을 벗어날 때까지 상기 메모리에 기록하는 것을 소정시간 지연시키는 버퍼 메모리 수단(62)과;상기 메모리(58)와 상기 버퍼 메모리 수단(62)을 어드레싱하는 어드레싱 수단을 포함하는 동영상 신호 처리기의 메모리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,상기 어드레싱 수단은:상기 현재 프레임의 움직임 처리할 위치의 어드레스를 발생시키는 제 1 어드레스 발생 수단과;별도로 입력되는 상기 움직임 벡터와 상기 제 1 어드레스 발생 수단의 출력 데이터를 합산하여 상기 이전 프레임에서의 데이터를 읽기 위한 어드레스를 발생시키는 제 2 어드레스 발생 수단과;상기 제 1 어드레스 발생수단의 출력 어드레스를 소정 지연하여 상기 메모리의 쓰기 어드레스를 출력하는 지연 수단과; 상기 지연시간에 따라 상기 읽기 및 쓰기 어드레스를 메모리(58)로 출력하며, 상기 메모리(58) 및 상기 버퍼 메모리 수단(62)의 읽기 및 쓰기를 제어하는 수단을 포함하는 동영상 신호처리기의 메모리 장치.
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