KR0147213B1 - 에이치디티브이의 디지탈 영상복호화기 - Google Patents

에이치디티브이의 디지탈 영상복호화기

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KR0147213B1 KR1019940027943A KR19940027943A KR0147213B1 KR 0147213 B1 KR0147213 B1 KR 0147213B1 KR 1019940027943 A KR1019940027943 A KR 1019940027943A KR 19940027943 A KR19940027943 A KR 19940027943A KR 0147213 B1 KR0147213 B1 KR 0147213B1
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Abstract

본 발명은 디지탈 영상신호처리에 관한 것으로, 특히 DCT(Discrete Cosine Transf-orm)계수복원에 관계하는 계산량을 감축하여 처리할 수 있는 대역폭(Bandwidth)보다 더 큰 프로파일에 대해서도 복호처리가 가능하게한 하위양립성(Backward Compa-tibility)을 보장하는 HDTV 디지탈 영상복호화기에 관한 것이다.

Description

에이치디티브이(HDTV)의 디지탈 영상복호화기
제1도는 종래의 HDTV의 디지탈 영상복호화기의 구성블럭도.
제2도는 엠펙(MPEG)Ⅱ에서의 상위 양립성에 관한 규정테이블.
제3도 (a)는 본 발명의 HDTV의 디지탈 영상복호화기의 구성블럭도.
(b)는 제3도(a)에 따른 데이타의 흐름도.
(c)는 제3도(a)에 2D 필터의 구성블럭도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
30 : VLD부 31 : IZZ부
32 : 역양자변환부 33 : 제1IDCT부
34 : 제2IDCT부 35 : 제1 2D필터
36 : 프레임 메모리 37 : 분주기
38 : 움직임보상부 39 : 제2 2D필터
40;수평 디지탈 필터 41 : 수평 업/다운 샘플러
42 : 수직 디지탈 필터 43 : 수직 업/다운 샘플러
본 발명은 HDTV의 디지탈 영상신호처리에 관한 것으로, 특히 DCT(Discrete Cosine Transform)계수복원에 관계하는 계산량을 감축하여 처리할 수 있는 대역폭(Ban width)보다 더 큰 프로파일에 대해서도 복호처리가 가능하게한 HDTV의 디지탈 영상 복호화기에 관한 것이다.
일반적으로 디지탈 영상신호의 프레임 구성은 움직임보상을 통하지 않고 순수한 공간 변환(Spatial Transform)을 이용한 영상압축데이타를 처리하는 Ⅰ프레임, 포워드 움직임 벡터(Foward Motion Vector)를 이용한 움직임 보상을 통하여 영사압축데이타를 처리하는 P프레임, 포워드 움직임 벡터와 백워드(Backward) 움직임 벡터를 선택적으로 이용하여 더욱 효율적인 영상압축을 행하는 B프레임으로 구성된다.
최근 표준화된 디지탈 동영상 부호화 처리방법은 비디오폰, CD-Ⅰ, DBS 및 ATV등의 여러분야에 광범위하게 적용된다.
여러 디지탈 동영상 부호화 처리방법중에서 H.261과 MPEG Ⅰ은 규격이 이미 결정되어 여러범위에서 활발하게 활용되고 있고 근래에는 엠펙(Moving Picture Experts Grou:MPEG)Ⅱ기법이 확정 단계이다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 종래의 HDTV 디지탈 영상복호화기에 대하여 설명한다.
종래의 HDTV의 디지탈 영상 복호화기의 구성블럭도인 제1도에서와 같이, 입력된 영상압축데이타(bit stream)에 대하여 VLD부(Variable Length Decoder)(1)에서 VLD(Variable Length Decoding)를 수행하여 DCT(Discrete Cosine Transform)계수정보와 움직임 벡터 및 화면 부호화(I, P, B 프레임에 관한)정보를 얻게된다(원래의 코드값으로 복원된다).
이중에서 DCT계수정보는 IZZ부(Inverse Zig-Zag)(2), 역양자화 변환부(Inverse Qu-antizer(3), IDCT부(Inverse DCT)(4)를 거쳐 화소정보를 복원하게 되고, 화면 부호화 정보에 의해 Ⅰ화면의 경우에는 화소정보를 그대로 프레임메모리부(5)에 저장하고, P 또는 B 화면의 경우는 프레임메모리부(Frame Memory(5)에 저장되어 있는 이전화소정보와 상기 VLD과정에서 구한 움직임 벡터를 이용하여 움직임 보상부(Motion Compensation(6)에서 보상된 화소정보가 더해져 현재 화면(복원영상데이타)을 구성하게 된다.
이렇게 복원된 영상은 영상복원과정주에서 에러가 없는한 부호화기의 프레임 메모리의 영상과 복호화기의 프레임 메모리의 값이 같게 된다.
상기 프레임 메모리부(5)에 저장된 영상은 영상의 타입에 따라 다른 순서로 출력하기 위하여 디스플레이 메모리(Display Memory)(도면에 도시하지 않음)를 거쳐 출력되게 된다.
일반적인 동영상 부호화기법들에서의 HDTV의 디지탈 영상 복호화기는 제1도와 같은 형태를 취하고 있다.
그러나 복호화기가 처리 가능한 영상보다 크기가 작은 영상에 대한 데이타의 처리에는 큰 문제가 없으나, 복호화기가 처리할 수 있는 영상보다 크기가 큰 영상으로 부터 생성된 영상압축데이타의 처리는 복호화기의 하드웨어 능력 및 프레임 메모리 용량의 제약으로 인하여 처리가 불가능하다. 즉, 영상압축데이타와 복호화기의 양립성(Compatibility) 문제는 MPEG Ⅱ표준안에서 여러 응용분야에 광범위하게 적용될 수 있도록 여러 프로파일(Profile)과 레벨(Level)을 두어 복호화기가 복호화할 수 있는 영상 압축데이타의 구문론(syntax)적 성격과 처리할 영상의 제한조건을 규정하고 있다.
MPEGⅡ에서 활발하게 이용될 영상압축데이타의 프로파일과 레벨은 DBS와 VOD(Video On Demand)에 적용될 메인 프로파일, 메인 레벨(Main Profile, Main Level:MP@ML)과 HDTV에 적용되는 메인 프로파일, 하이 레빌(Main Profile, High Level:MP@HL)이다.
이 두가지의 영상압축데이타의 차이는 구문론적인 성격은 동일하나, 처리되는 영상에 대한 제한조건에 차이가 있고, 그중에서 부호화되는 영상의 크기의 차이가 있다.
예를 들어 HDTV에 적용되는 MP@HL의 영상의 크기는 최고 1920×1152에 60프레임/sec이고, DBS에 적용되는 MP@ML은 최고 720×576에 30프레임/ sec이다.
MPEGⅡ에서의 영상압축데이타와 복호화기의 양립성을 규정한 제2도에서와 같이 같은 프로파일내에서의 상위레벨의 영상 압축데이타를 지원하는 복호화기는 자기레벨의 영상압축데이타뿐아니라 하위레벨의 영상압축데이타 또는 복호화를 수행하여야 한다.
이와 같이 같은 프로파일에서 레벨이 다른 영상 압축 데이타를 복호화시, 상위 레벨을 지원하는 복호화기는 하위레벨의 영상압축데이타를 소화할 수 있으나 반대로 하위레벨 영상압축데이타를 지원하는 복호화기는 상위레벨 영상압축데이타를 소화할 수 없다.
즉, 상위 양립성(Forward Compatibility)은 보장할 수 있으나, 하위 양립성(Back-ward Compatibility)은 보장하지 못한다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 복호화기의 하위 양립성 문제를 해결하기 위하여 안출한 것으로써, 하위 양립성(Back-ward Compatibility)를 실현할 수 있는 HDTV의 디지탈 영상 복호화기를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 HDTV의 디지탈 영상 복호화기는 입력되는 상위 또는 하위레벨의 영상 압축데이타를 가변길이 디코딩하는 VLD부와, 상기 VLD부의 출력데이타를 지그재그 스캔 디코딩하는 IZZ부와, 상기 IZZ부의 출력데이타를 역양자화변환하는 역양자화 변환부와, 상기 역양자화변환부의 출력데이타를 역 DCT변환하여 상위 레벨일 경우의 복원 차분 영상데이타를 출력하는 제1IDCT부, 하위레벨일 경우의 복원차분영상데이타를 출력하는 제2IDCT부와, 상기 VLD부에서 출력되는 상위 레벨의 움직임 벡터값을 ½크기로 출력하는 분주기와, 상기 VLD부에서 출력되는 하위레벨의 움직임 벡터값과 이전 복원 영상데이타 또는 분주기를 통해 출력되는 상위레벨의 움직임 벡터값과 제2 2D필터에서 출력되는 이전복원 영상데이타를 입력으로 하여 화면이 바뀔때마다 움직임 보상데이타를 출력하는 움직임 보상부와, 상기 제2IDCT부에서 출력되는 복원 차분영상데이타에 움직임 보상부의 움직임 보상데이타가 더해진 복원영상데이타를 저장 출력하거나, 상기 제1IDCT부에서 출력되는 복원차분영상데이타에 움직임 보상부의 움직임 보상데이타가 더해져 제1 2D필터를 통해 출력되는 복원영상데이타를 저장 출력하는 프레임 메모리를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
상기와 같은 본 발명의 HDTV의 디지탈 영상 복호화기에 대하여 첨부된 도면을 참고하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 본 발명의 HDTV의 디지탈 영상 복호화기의 구성블럭도인 제3도(a)에서와 같이, 입력되는 상위 또는 하위레벨의 영상압축데이타를 가변길이 디코딩(Variable Length Decoding)하는 VLD(Variable Length Decoder)(30)부와, 상기 VLD부(30)의 출력데이타를 지그재그 스캔 디코딩(Zig Zag Scan Decoding)하는 IZZ(Inverse Zig Zag)부(31)와, 상기 IZZ부(31)의 출력데이타를 역양자화 변환(Inverse Quantizati-on)하는 역양자화 변환부(Inverse Quantizer)(32)와, 상기 역양자화 변환부(32)의 출력데이타를 역 DCT변환(Inverse Discrete Cosine Transform)하여 상위 레벨일 경우의 복원차분영상데이타를 출력하는 제1IDCT부(4×4)(33)와, 하위레벨일 경우의 복원차분영상데이타를 출력하는 제2IDCT부(8×8)(34)와, 상기 VLD부(30)에서 출력되는 상위레벨의 움직임 벡터(Motion Vector:MV)(Vx, Vy)값을 ½크기로 분주하여(Vx/2, Vy/2)출력하는 분주기(Divider)(37)와, 상기 VLD부(30)에서 출력되는 하위레벨의 움직임 벡터(MV)(Vx, Vy)값과 프레임 메모리(Frame Memory)(36) 출력되는 이전복원영상데이타 또는 분주기(37)를 통해 출력되는 상위레벨의 움직임 벡터값(Vx/2, Vy/2)과, 제2 2D필터(39)에서 출력되는 이전 복원영상데이타를 입력으로 하여 화면이 바뀔때마다 움직임 보상데이타(Motion Compensation Data)를 출력하는 움직임 보상부(Motion Compensation)(38)와, 상기 제2IDCT부(34)에서 출력되는 복원차분영상데이타에 움직임보상부(38)의 움직임 보상데이타가 더해진 복원영상데이타(Dx, Dy)를 저장 출력하거나 상기 제1IDCT부(33)에서 출력되는 복원차분 영상데이타에 움직임 보상부(38)의 움직임 보상데이타가 더해져 제1 2D필터(35)를 통해 출력되는 복원영상데이타(Dx, Dy)를 저장 출력하는 프레임 메모리(36)를 포함하여 구성된다.
그리고 상기 제2 2D 필터(39)는 제3도(c)에서와 같이 수평 복원영상데이타를 필터링하는 수평디지탈필터(Horizontal 1D filter)(40), 상기 수평디지탈필터(40)의 출력신호를 샘플링 비(Sampling Rate)변환하는 수평 업/다운 샘플러(Horizontal Up/Down sampler)(41), 상기 수평 업/다운 샘플러(41)의 출력신호를 입력으로 수직복원영상데이타를 필터링하는 수직디지탈필터(Vertical 1D fil-ter)(42), 상기 수직디지탈필터(42)의 출력신호를 샘플링비(Sampling Rate)변환하는 수직 업/다운 샘플러(Vertical Up/down Sampler)(43)를 포함하여 구성되어 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 HDTV의 디지탈 영상 복호화기는 각 구성 블럭에서의 상위 또는 하위레벨에 따른 동작이 입력되는 영상 압축데이타로부터 추출되는 화면 부호화정보 및 계수정보에 의해 선택되어진다.
그리고 하위 양립성(Backward Compatibility)을 보장하기 위하여 복호화부에서 처리되는 정보중에서 가장 많은 양을 포함하는 DCT계수 복원에 관계하는 계산량을 감축하기 위한 구조이다.
VLD부(30)와 IZZ부(31)의 블럭에 표시한 숫자는 4×4 IDCT를 수행하기 위하여 필요한 양자회된 DCT계수를 기존의 8×8 IDCT를 수행할때 필요한 갯수와 비교하여 표현한 것이다.
VLD부(30)와 IZZ부(31) 블럭에서의 숫자 25는 부호화기에서 양자화된 계수의 부호화 효율을 증가시키기 위하여 계수를 지그재그순으로 부호화하기때문에 4×4계수를 구성하기 위하여 필요한 갯수이다.
하위 양립성(Backward Compatibility)을 보장하기 위한(즉, 상위레벨의 영상압축 데이타의 처리과정)본 발며의 디지탈 영상복호화기의 데이타 처리동작을 본 발명의 실시예를 나타낸 제3도(a)와 제3도(a)에 따른 데이타의 흐름도인 제3도(b)를 참고하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 입력된 Nx×Ny크기의 영상에 대한 영상압축데이타에 대하여 VLD25, IZZ25, IQ4×4및 IDCT4×4(처리할 수 없는 크기의 상위레벨의 영상압축데이타일 경우)를 수행하여 (Nx/2)×(Ny/2) 복원차분 영상데이타를 구하게 된다.
상기 (Nx/2)×(Ny/2) 크기의 복원차분 영상데이타에 움직임 보상부(38)의 움직임 보상데이타가 더해져 제1 2D필터(35)로 입력되게 된다.
제1 2D필터(35)는 화면으로 복원될 Dx×Dy크기의 영상과의 X과 Y축의 상대적인 비율에 의하여 다음과 같이 독립적으로 필터링을 수행하고 샘플링 비(Sampling rate)변환을 수행한다.
상기 제1 2D필터(35)의 Dx×Dy크기의 복원영상데이타는 프레임 메모리(36)에서 저장 출력되게 된다.
그리고 상기 VLD부(30)에서 출력되는 움직임 벡터의 값이 상위레벨(Vx, Vy)의 것이면 분주기(37)에 의해 그 크기를 ½로 줄여(Vx/2, Vy/2)움직임 보상부(38)로 입력시키게 된다.
상기 움직임 보상부(38)는 제2 2D필터(39)를 거쳐 입력되는 상위레벨의 이 전복원영상데이타 또는 프레임 메모리(36)에서 직접 입력되는 하위레벨의 이전복원영상데이타와 움직임 벡터값에 의해 움직임 보상데이타를 화면이 바뀔때마다 출력하게 된다.
상기와 같은 본 발명의 하위 양립성(Backward Compatibility)을 보장하는 HDTV의 디지탈 영상 복호화기는 처리할 수 있는 대역폭(Band width)보다 더 큰 프로파일에 대해서도 복호처리가 가능하게 하여 향후 제공될 여러종류의 영상서비스를 쉽게 제공받을 수 있게한다.
예를 들어, MP@ML 영상압축데이타를 처리할 수 있는 DBS수신기(하위레벨)를 통하여 MP@ML로 부호화된 프로그램 및 MP@HL 영상압축데이타의 HDTV(상위레벨)를 수신할 수 있게 하는 효과가 있다.
그러므로, 현재와 같이 HDTV수상기으 보급이 되지않은 초기상태에서 더 광범위한 영상서비스를 제공할 수 있다.
또한, HDTV가 많이 보급된 상태에서도 저가의 HDTV수상기의 복호화 소자로도 이용할 수 있다.

Claims (4)

  1. 입력되는 상위 또는 하위레벨의 영상압축데이타를 가변길이디코딩하는 VLD부와, 상기 VLD부의 출력데이타를 지그재그 스캔 디코딩하는 IZZ부와, 상기 IZZ부의 출력데이타를 역양자화변환하는 역양자화변환부와, 상기 역양자화 변환부의 출력데이타를 역 DCT 변환하여 상위레벨일 경우의 복원 차분영상데이타를 출력하는 제1IDCT부, 하위레벨일 경우의 복원차분영상데이타를 출력하는 제2IDCT부와, 상기 VLD부에서 출력되는 상위레벨의 움직임 벡터값을 ½크기로 출력하는 분주기와, 상기 VLD부에서 출력되는 하위레벨의 움직임 벡터값과 상기 분주기를 통해 출력되는 상위레벨의 움직임 벡터값을 선택적으로 이용하여 움직임보상을 수행하는 움직임 보상부와, 상기 제2IDCT부에서 출력되는 복원차분영상데이타에 움직임 보상부의 움직임 보상데이타가 더해진 복원영상데이타를 저장 출력하거나, 상기 제1IDCT부에서 출력되는 복원차분영상데이타에 움직임 보상부의 움직임 보상데이타가 더해져 복원 영상데이타를 저장 출력하는 프레임 메모리를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 HDTV의 디지탈 영상복호화기.
  2. 제1항에 있어서, 프레임 메모리에 데이타를 저장시, 프레임 메모리로 입력되는 데이타의 크기를 디스플레이되는 화면의 크기로 필터링하는 제1 2D필터와, 프레임 메모리로부터 상기 제1 2D필터에 의해 필터링되어 저장된 데이타를 원래의 데이터 크기로 복원하여 움직임보상부로 출력하는 제2 2D필터를 더 포함한 것을 특징으로 하는 HDTV의 디지탈 영상 복호화기.
  3. 제2항에 있어서, 제1, 및 제2 2D필터는 수평복원영상데이타를 필터링하는 수평디지탈 필터와, 상기 수평디지타필터의 출력신호를 샘플링 비(比)변환하는 수평 업/다운 샘플러와, 상기 수평 업/다운 샘플러의 출력신호를 입력으로 수직복원영상데이타를 필터링하는 수직디지탈필터와, 상기 수직디지탈필터의 출력신호를 샘플링 비(比)변환하는 수직 업/다운 샘플러를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 HDTV의 디지탈 영상 복호화기.
  4. 제1항에 있어서, 각 구성블럭에서의 상위 또는 하위레벨에 따른 동작은 입력되는 영상압축데이타로 부터 추출되는 화면부호화정보 및 계수정보에 의해 선택되어지는 것을 특징으로 하는 HDTV의 디지탈 영상 복호화기.
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