KR0147625B1

KR0147625B1 - 고속탐색을 위한 트래킹방법과 이에 적합한 고정비트율의 부호화방법 및 장치

Info

Publication number: KR0147625B1
Application number: KR1019950006219A
Authority: KR
Inventors: 김재현
Original assignee: 김광호; 삼성전자주식회사
Priority date: 1994-07-26
Filing date: 1995-03-23
Publication date: 1998-10-15
Also published as: KR960006643A

Abstract

본 발명은 고속탐색을 위한 트래킹방법 및 이에 적합한 고정비트율의 부호화방법 및 장치가 개시되어 있다.

본 발명은 유입되는 영상데이터를 변환블럭으로 분할하여 소정수의 변환블럭으로 되어 있는 유니트블럭을 구성하고, 한 화면내에 서로 다른 위치에 분산배치되어 있는 소정수의 유니트블럭을 모아서 비트량고정단위를 구성하는 셔플링단계; 셔플링단계에서 구성된 비트량고정단위의 데이터를 소정의 변환에 의해 변환부호화하는 단계; 변환 계수를 초기압축정수에 따라 양자화하여, 유니트블럭 단위로 그 양자화된 결과의 비트량을 목표비트량과 비교하여 실제압축 정수를 산출하는 선행부호화단계; 실제압축정수에 의해 계수를 유니트블럭단위로 양자화하는 후행부호화단계; 후행부호화단계의 결과를 가변장부호화하되 비트량고정단위로 고정된 비트량을 갖도록 부호화하는 단계; 및 부호화단계에서 부호화된 DC계수와 소정수의 저주파성분은 IDC 데이터영역에 기록하고, 부호화된 모든 계수들은 DDC 데이터영역에 기록하기 위한 포맷팅단계를 포함하여 비트량 고정단위를 프레임단위보다 작은 클러스터단위로 하므로서 용이하게 고정비트율을 달성하며, 프레임 영상데이터를 셔플링함으로써 양자화잡음을 분산시킨다.

또한, 본 발명은 고속탐색시 기록트랙의 선단에 기록된 대부분의 영상정보를 갖는 IDC부분만을 스캔한 후 각 배속에 해당하는 스캔위치 즉, DDC영역을 스캔함으로써 헤드가 기록트랙 전체를 스캔하지 않고도 대부분의 영상정보를 재생하는 효과와 헤드의 최대변위에 의해 탐색속도가 제한되는 것을 극복하는 효과를 갖는다.

Description

고속탐색을 위한 트래킹방법과 이에 적합한 고정비트율의 부호화방법 및 장치

제1도는 종래의 고속탐색방법에 의한 헤드의 궤적을 도시한 도면이다.

제2도는 종래의 다이나믹 트래킹방법에 의한 헤드의 궤적을 도시한 도면이다.

제3도는 제2도에 도시된 다이나믹 트래킹방법에 있어서 헤드의 변위를 도시한 도면이다.

제4a도-제4d도는 본 발명에 의한 고정비트율의 부호화방법을 적용한 부호화장치에서의 입력영상신호의 포맷을 나타내는 도면이다.

제5a도 및 제5b도는 본 발명에 의한 고정비트율의 부호화방법에 있어서의 셔플링방법을 설명하기 위한 도면이다.

제6도는 본 발명에 의한 고정비트율의 부호화방법에 적합한 부호화장치의 블럭도이다.

제7도는 제6도에 도시된 비트량 선행분석부 및 양자화부에서 이용되는 양자화테이블을 도시한 도면이다.

제8도는 제6도에 도시된 포맷팅부의 출력신호가 기록되는 테이프의 정상재생시 헤드의 궤적을 나타낸 도면이다.

제9도는 본 발명에 의한 고속탐색을 위한 트래킹방법에 따른 헤드의 궤적을 도시한 도면이다.

본 발명은 고속탐색을 위한 트래킹방법과 이에 적합한 고정비트율의 부호화방법 및 장치에 관한 것으로서, 특히 클러스터단위로 부호비트량을 고정하여 정상재생시에 고화질을 유지하면서 고속탐색의 성능을 향상시킨 고정비트율의 부호화방법 및 장치와 고속탐색을 위한 트래킹방법에 관한 것이다.

최근, 영상 및 음성신호를 송/수신하는 장치에서 영상신호 및 음성신호를 디지털신호로 부호화하여 전송하거나 저장부에 저장하고, 이를 다시 복호화하여 재생하는 방식이 보편화되고 있다.

그러나, 영상신호를 디지털데이타로 부호화하는 경우, 데이터량이 방대하므로 디지털 영상신호에 포함되어 있는 용장성 데이터(Redundancy Data)를 제거하여 전체데이터량을 감소시키기 위해, 변환부호화, DPCM(Differential Pulse Code Modulation), 양자화 및 가변장부호화(Variable Length Coding)등이 수행된다.

한편, 자기테이프에 신호를 고밀도로 기록하는 자기기록밀도기술이 개발되고 있지만 자기기록밀도기술의 한계성으로 인하여 특히 데이터량이 방대한 디지털 영상신호를 장시간 기록하는데 많은 어려움이 따른다. 따라서, 현재 디지털 비디오 카세트 레코더(이하 DVCR이라고 함)의 경우 상술한 데이터압축방법등을 이용하여 디지털 영상신호를 압축하여 시록시간을 연장함으로써 그 실용화를 도모하고 있다.

그러나, 이러한 DVCR에서는, 고속탐색시 아날로그 VCR에 비해 많은 문제점들이 발생한다. 그 이유는 헬리컬스캔 방식의 VCR에 있어서 고속탐색시 재생헤드가 복수의 기록트랙을 횡절하여 스캔하게 되므로 기록트랙에 기록된 신호가 모두 완전하게 재생되지 않고 기록트랙과 헤드가 접촉하는 부분에 포함된 데이터만이 부분적으로 재생되기 때문이다. 이에 따라 고속탐색시 재생영상의 화질이 열화되는 등의 문제점이 발생한다.

제1도는 종래의 고속탐색방법에 의한 헤드의 궤적을 도시한 도면이다. 제1도에 있어서 실선으로 도시된 화살표는 정상재생시의 헤드의 궤적을 보이고 점선으로 도시된 화살표는 3배속시의 헤드의 궤적을 보인다. 제1도에 도시된 고속탐색방법에 있어서는 각 트랙의 헤드가 스캔하는 부분만이 재생되므로 영상신호의 일부분만이 재생되는 문제점이 있었다.

제2도에 있어서, 헤드는 최초의 실선으로 도시된 화살표를 따라 첫 번째의 기록트랙을 스캔하고, 점선으로 도시된 화살표를 따라 본래의 위치로 복귀한다. 이 기간동안 3개의 기록트랙이 이동하여 다음의 4번째의 기록트랙을 스캔하게 된다. 이와 같은 동작을 반복함에 의해 3배속의 고속탐색이 수행된다.

여기서, 다이나믹 트래킹이라는 것은 고속탐색시 헤드의 위치를 트랙의 폭방향으로 변화시켜 헤드가 기록트랙으로부터 벗어나는 것을 방지하는 기술이다. 통상의 헤드는 회전드럼상에 고정되게 부착되어 있지만 다이나믹 트래킹의 경우에는 헤드가 압전소자나 리니어보이스코일(linear voice coil:LVM)을 거쳐서 드럼에 장착되어 있으므로 압전소자나 리니어보이스코일에 인가되는 전압을 변화시켜 헤드의 변위를 조절한다.

이러한 다이나믹 트래킹방법에 의한 N배속의 고속탐색동작시 헤드는 N개의 연속된 기록트랙중 하나의 트랙(여기서는 첫 번째의 기록트랙)을 스캔하도록 제어된다. 이러한 다이나믹 트래킹방법을 이용한 고속탐색방법의 성능은 헤드의 유동가능한 변위에 의해 좌우되며, 이는 기계구조에 의해 결정된다. 예를 들면, 트랙피치가 W이고, 헤드의 변위가 W*(N-1)이라고 한다면 N배속까지의 고속탐색이 가능하다.

그러나, 다이나믹 트래킹방법을 채택한 VCR에 있어서 N배속의 고속탐색을 수행하기 위해서는 헤드가 0변위로부터 W*(N-1)변위까지 제어되어야 하며, 탐색속도가 증가될수록 변위값이 증대되어야 한다. 이러한 조건은 다이나믹 트래킹의 탐색속도를 일정한 범위에서 제한하게 된다는 문제점이 있었다.

제3도는 제2도에 도시된 다이나믹 트래킹방법에 있어서 헤드의 변위를 나타내는 도면이다. 제3도에 있어서 실선 A는 다이나믹 트래킹방법에 의한 헤드의 궤적을 보이는 것이고, B는 제1도에 도시된 방법에 의한 헤드의 궤적을 도시한 것이다. 제3도에 도시된 바와 같이 다이나믹 트래킹방법에 의해 3배속의 고속탐색을 수행하기 위해서는 헤드는 0변위로부터 W*(N-1)에 의해 결정되는 2W의 최대변위까지 이동되어져야 한다. 따라서, 다이나믹 트래킹방법도 탐색속도가 증대될수록 최대변위까지 증대되어야 하며 이는 기계적인 구조에 의해 제한되는 문제점이 발생하였다.

한편, HDTV(High Definition Television)신호를 DVCR에 기록할 때 고화질, 프레임간의 편집(interfram editing), 반복복사(multiple copy), 고속탐색(quick sesrch)등의 조건등에 의해 여러 가지 제한이 따른다. 이러한, 제반조건들을 만족시키기 위해서는 매 프레임마다의 압축된 영상신호의 비트량을 고정된 값으로 유지하는 것이 중요하다.

그런데, 프레임화상의 비트량은 영상의 특성에 따라 일정하지 않으므로 매 프레임마다 일정한 비트량으로 기록해야 하는 DVCR에 있어서 효율적인 압축부호화방법이 필요하게 된다. 이러한 방법은 가변장부호화를 사용하는 경우에는 더욱 어렵게 되며 화질에 관계되는 비트량 고정단위(일명 부호량 고정단위라고 함)는 고속탐색의 성능과 서로 상반관계에 있다. 즉, 비트량 고정단위를 작게 할 경우 고속탐색에는 유리하지만 상대적으로 가변장부호화기의 효율이 저하되므로 재생되는 화질의 열화를 초래한다.

따라서, 고속탐색시 그 성능면과 일반재생시의 고화질에 적합한 효율적인 비트량 고정방법이 요구되었다.

한편, 압축된 신호를 매 프레임마다 허용치를 초과하지 못하도록 버퍼조절(buffer regulation)에 의한 후방제어(feedback control)와 같은 동영상에서 사용하는 일반적인 영상데이터의 비트량 조정방법을 프레임내 부호화를 하여 HDTV신호를 기록재생하는 DVCR에서 그대로 사용할 수 없는 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은 프레임내 부호화를 하여 HDTV신호를 기록재생하는 DVCR에 있어서 블럭셔플링과 적응적 양자화기의 전방제어에 의해 효율적으로 비트량을 고정하는 부호화방법 및 그 장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 개선된 다이나믹 트래킹방법으로 고속탐색하는 트래킹베어방법을 제공하는데 있다.

상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 고정비트율의 부호화방법은 소정의 변환에 의한 변환계수를 가변장부호화하여 부호화하는 방법에 있어서,

유입되는 영상데이터를 변환블럭으로 분할하여 소정수의 변환블럭으로 되어 있는 유니트블럭을 구성하고, 한 화면내에 서로 다른 위치에 분산배치되어 있는 소정수의 유니트블럭을 모아서 비트량고정단위를 구성하는 셔플링단계; 상기 셔플링단계에서 구성된 비트량고정단위의 데이터를 소정의 변환에 의해 변환부호화하는 단계; 상기 변환부호화 단계에서 변환된 계수를 초기압축정수에 따라 양자화하여, 유니트블럭 단위로 그 양자화된 결과의 비트량을 목표비트량과 비교하여 실제압축 정수를 산출하는 선행부호화단계; 상기 실제압축정수에 의해 상기 변환부호화단계에서 변환된 계수를 유니트블럭단위로 양자화하는 후행부호화단계; 상기 후행부호화단계에서 양자화된 계수를 가변장부호화 하되 비트량고정단위로 고정된 비트량을 갖도록 부호화하는 단계; 및 상기 부호화단계에서 부호화된 DC계수와 소정수의 저주파성분은 독립적으로 복호가능한 코드(IDC) 데이터영역에 기록하고, 상기 부호화단계에서 부호화된 모든 계수들은 의존적으로 복호가능한 코드(DDC) 데이터영역에서 기록하기 위한 포맷팅단계를 포함함을 특징으로 하고 있다.

본 발명에 의한 고정비트율의 부호화장치는 소정의 변환에 의한 변환계수를 가변장부호화하여 부호화하는 장치에 있어서;

유입되는 영상데이터를 변환블럭으로 분할하여 소정수의 변환블럭으로 되어 있는 유니트블럭을 구성하고, 한 화면내에 서로 다른 위치에 분산배치되어 있는 소정수의 유니트블럭을 모아서 비트량고정단위를 구성하는 셔플링수단; 상기 셔플링수단에 의해 구성된 비트량고정단위의 데이터를 소정의 변환에 의해 변환부호화하는 수단; 상기 변환부호화수단의 변환계수를 소정개의 초기 압축정수를 이용하여 양자화하고 유니트블럭마다 부호화된 비트량을 계산하여 누적시키는 비트량 선행분석수단; 비트량고정단위별 누적비트량을 압축률에 의한 목표비트량과 비교하고 목표비트량에 더 근접한 비트량을 출력할 수 있는 상기 소정개의 초기압축정수중 하나를 선정하여 기준압축정수로 결정하는 정규화수단; 상기 기준압축정수와 이 값과 근접한 소정개의 압축정수를 이용하여 유니트블럭의 변환계수를 양자화하는 다중양자화수단; 상기 다중양자화수단에서 양자화된 계수들의 코드길이를 추정하여 할당된 유니트블럭의 비트량에 가장 근접한 비트량을 생성시키는 실제압축정수를 산출하는 비트량평가수단; 상기 실제압축정수에 의해 상기 변환부호화수단의 변환계수를 양자화하는 수단; 상기 양자화수단의 출력을 지그재그스캔하여 가변장부호화하되 비트량고정단위로 고정된 비트량을 갖도록 부호화하는 수단; 및 상기 부호화수단에서 부호화된 CD계수와 소정수의 저주파성분은 독립적으로 IDC데이터영역에 기록하고, 상기 부호화수단에서 부호화된 모든 계수들은 DDC데이터영역에 기록하기 위한 포맷팅수단을 포함함을 특징으로 하고 있다.

본 발명에 의한 고속탐색을 위한 트래킹제어방법은 상기 고정비트율의 부호화방법에 의해 기록된 영상신호를 고속으로 탐색하는 방법에 있어서;

N배의 고속탐색시 재생헤드가 연속된 N개의 기록트랙중에서 선택된 소정번째의 기록트랙의 상기 IDC영역의 데이터만을 스캔한 후 다음 N번째트랙까지는 N배속에 대응하는 스캔영역(DDC영역)의 데이터를 스캔함을 특징으로 하고 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 고속탐색을 위한 트래킹방법과 이에 적합한 고정비트율의 부호화방법 및 장치의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

제4a도-제4d도는 본 발명에 의한 고정비트율의 부호화방법을 구현하기 위한 부호화장치에서 입력영상신호의 포맷을 나타내는 도면이다.

제4a도에 도시된 프레임 영상데이터는 휘도신호(Y)와 색차신호(Cr,Cb)의 비 Y:Cr:Cb가 4:2:2로 구성되어 있다.

HDTV신호를 기록하는 DVCR인 경우 고화질을 유지하여야 하므로 색성분을 부표본화(subsamping)하지 않고 그대로 사용하고 있다. 휘도신호와 색차신호는 각각 1040×1920와 1040×960의 해상도를 갖는다.

제4b도는 매크로블럭으로 구성되는 프레임영상데이터의 구조를 나타내고 있다.

프레임 영상데이터의 휘도신호와 색차신호의 구성비가 4:2:2이므로 블럭셔플링및 양자화스텝사이즈의 기본단위가 되는 매크로블럭(macro block:dl 일명 유니트블럭이라고 함)은 제4c도에 도시된 바와 같이 휘도성분의 4개의 DCT블럭과 색차성분의 4개의 DCT블럭으로 구성된 8개의 CDT블럭(8×8)으로 구성된다.

그리고 제4d도는 비트량 고정 및 고소탐색의 기본단위가 되는 클러스터(cluster:일명 비트량 고정단위이라고 함)의 구조를 나타내는 것으로서 클러스터는 10개의 매크로블럭으로 구성된다.

본 발명에 의한 부호화방법에서는 10개의 매크로블럭으로 구성되는 클러스터의 비트량을 고정비트율로 부호화한다. 이는 프레임단위의 고정비트율을 용이하게 달성하고, 양자화잡음을 프레임 전체로 분산시킬 수 있게 하기 위한 것이다.

또한, 본 발명에 의한 부호화방법에서는 제4b도에 도시된 구조의 프레임 영상데이터를 매크로블럭단위로 셔플링을 행한다. 이는 프레임영상내에서 위치에 따라 발생하는 비트량의 편차를 경감시키기 위한 것이다. 이러한 셔플링방법은 버스트에러에 효과적으로 대응할 수 있다.

제5a도 및 제5b도는 본 발명에 의한 고정비트율의 부호화방법에 이용되는 셔플링방법을 보이기 위한 도면이다. 제4b도에 도시된 구조의 프레임 영상데이터는 제5a도에 도시된 바와 같이 가로방향으로 10개, 세로방향으로 13개로 구획된 130개의 수퍼블럭(super block)으로 분할된다. 각각의 수퍼블럭은 제5b도에 도시된 바와 같이 세로방향으로 5개, 가로방향으로 12개의 매크로블럭을 갖는다.

하나의 클러스터는 제5a도에 도시된 10개의 수퍼블럭에서 하나씩의 매크로블럭을 추출하여 형성한다. 이것이 곧 블럭셔플링이다.

임의의 클러스터 C(i,j)라 할 때 각각을 구성하는 매크로블럭(MB)은 다음식에 의해 결정한다.

이다.

식(1)에서 mod는 변조연산을 나타낸다. 식(1)의 매크로블럭을 규정하는 항에서 처음과 두 번째의 인덱스(index)는 제5a도의 수퍼블럭의 위치를 나타내는 것이며, 세 번째의 인덱스는 제5b도에 도시된 해당 수퍼블럭내의 매크로블럭의 위치를 나타낸다. 제5a도에서 빗금친 부분은 처음 한 개의 클러스터를 구성할 경우의 매크로블럭이 추출되는 해단 수퍼블럭을 나타낸다.

제6도는 본 발명에 의한 고정비트율의 부호화방법에 적합한 부호화장치를 나타내는 블럭도이다.

제6도에 있어서, 참조부로 40은 제4도 내지 제5b도에 도시된 입력되는 영상을 DCT블럭으로 분할한 후 프레임내의 소정위치에 있는 10개의 매크로블럭을 모아서 클러스터를 구성하는 블럭킹및 셔플링부이고, 42는 블럭킹 및 셔플링부(40)에서 출력되는 클러스터단위의 영상신호를 변환부호화하여 출력하는 DCT부이다.

블럭기호 44 내지 50에 의해 구성되는 것은 실제압축정수를 구하기 위한 선행분석경로로서 참조부호 44는 DCT부(42)에서 출력되는 변환계수를 초기 압축정수를 이용하여 양자화하고 매크로블럭마다 비트량을 계산하여 누적하는 비트량 선행분석부이고, 46은 비트량 선행분석부(44)에서 클러스터별로 누적된 비트량에 따라 각 매크로블럭에 할당될 비트량과 압축률에 적합한 압축정수를 산출하는 정규화부이고, 48은 46에서 산출된 압축정수와 근접한 6개의 압축정수를 이용하여 재차양자화를 수행하는 다중양자화부이고, 50은 다중양자화부(48)의 양자화결과를 평가하여 실제의 양자화가 행해지는 주경로에 보내어지는 실제압축정수를 결정하는 비트량평가부이다.

52 내지 60에 의해 구성되는 것은 실제의 부호화가 행해지는 주경로로서, 참조부호 52는 DCT부(42)에서 출력되는 DCT변환계수를 클러스터의 주기만큼 지연시켜 주는 클러스터 지연부(52)로서, 선행분석경로와 주경로와의 타이밍을 조절하기 위한 것이고, 54는 선행분석경로의 비트량평가부(50)에서 산출된 실제압축정수에 의해 클러스터지연부(52)에서 지연된 변환계수를 양자화하는 양자화부이고, 56은 양자화된 변환계수를 지그재그스캔하는 지그재그스캔부이고, 58은 지그재그스캔된 변환계수를 가변장부호화하는 가변장부호화부이고, 60은 가변장부호화부(58)에서 출력되는 결과를 IDC(Independent Decodable Code)데이터영역과 DDC(dependent Decodable Code) 데이터영역으로 형성하여 출력하는 포맷팅부이다.

이어서, 제6도에 도시된 장치의 동작을 제7도를 결부시켜 상세히 설명한다.

블럭킹및 셔플링부(40)에서는 입력되는 프레임영상데이터를 N1×N2(여기서는 8×8)블럭으로 분할하여, 4개의 휘도신호블럭과 4개의 색차신호블럭으로 되어 있는 매크로블럭으로 구성하고, 제1b도에 도시된 바와 같이 한 프레임에 분산배치된 10개의 수퍼블럭으로부터 식(1)에 의해 하나씩의 매크로블럭을 모아서 하나의 클러스터를 구성한다.

DCT부(42)에서는 클러스터내의 8×8블럭데이터를 주파수영역의 데이터로 변환한다. 각 블럭에 대한 데이터변환은 DCT(Discrete Cosine Transform), WHT(Walsh-Hadamard Transform), DFT(Discrete Fourier Transform) 및 DST(Discrete Sine Transform)방식등에 의해 행해질 수 있다. 본 발명에서는 부호화기에 가장 널리 사용되고 있는 DCT를 이용한다.

비트량 선행분석부(44)는 DCT부(42)에서 출력되는 DCT 변환계수를 2개의 초기 압축정수(isf1, isf2)를 이용하여 양자화하고 매크로블럭마다 부호화된 비트량을 계산하여 누적시킨다. 이 기간동안 주경로의 데이터는 클러스터 지연부(52)에서 대기하게 된다.

정규화부(46)는 비트량 선행분석부(44)에서 출력되는 클러스터별로 누적비트량을 미리 정해진 소정의 압축률에 의한 목표비트량과 비교하고 목표비트량에 더 근접한 비트량을 출력할 수 있는 초기압축정수를 산출하여 기준 압축정수(rsf)로 결정한다.

기준압축정수를 산출하는 식은 아래 (3)식과 같다.

여기서, i=1,2,...,7800(MB/frame)이다.

식(4)는 0.1단위의 압축정수의 변화가 있을 때의 각 매크로블럭의 비트량의 변화량(sf step bits)을 계산하는 방법이다. CMB는 초기 압축정수로 부호화된 매크로블럭의 비트량을 나타낸다.

식(5)의 SCMB는 2개의 초기압축정수(isf1, isf2)중에서 선정된 기준압축정수로 부호화된 각 매크로블럭의 비트량이고, 식(5)는 아래식(7)에 의하여 계산되는 할당된 매크로블럭의 비트량과 기준 압축정수로 부호화된 각 매크로블럭의 비트량 사이의 차이에 대한 압축정수의 변화분(MB dsf₁)을 나타낸다.

식(6)은 다중양자화부(48)에서 사용될 압축정수(sf')로서 기준압축정수(rsf)와 압축정수의 변화분(MB dsf₁)을 합한 값을 사용한다.

정규화부(46)는 기준압축정수로 부호화된 10개의 매크로블럭으로 구성된 클러스터 단위내에서 각 매크로블럭에 부호화할 비트량을 할당한다. 클러스터내의 각각의 매크로블럭에 할당되는 비트량은 다음의 (7)식에 의해 결정된다.

여기서, 목표클러스터의 비트량은 1/4압축시 10240바이트로 주어지며, 실제 클러스터의 비트량이 초과 또는 부족할때는 비트량 선행분석부(44)의 결과를 이용하게 된다.

다중양자화부(48)에서는 식(6)에서 구한 압축정수와 이 값과 근접한 6개의 압축정수를 이용하여 각각의 압축정수에 따라 매크로블럭 단위로 양자화를 수행한다.

비트량평가부(50)에서는 다중양자화부(48)에서 양자화된 계수들의 코드길이를 추정하여 할당된 매크로블럭의 비트량과 가장 근접한 비트량을 생성시키는 실제압축정수(sf)를 선택한다. 여기서, 실제압축정수(sf)의 범위는 [2.00 - 7.00]이며, 이 실제압축정수(sf)는 매크로블럭마다 9비트로 부호화된다. 이 비트량평가부(50)에서 결정된 실제 압축정수는 실제 양자화가 수행되는 주경로의 양자화부(54)로 보내지고, 양자화부(54)에서는 클러스터 지연부(52)에서 출력되는 지연된 변환계수를 양자화한다.

제7도는 제6도에 도시된 비트량 선행분석부 및 양자화부에서 사용된 양자화테이블을 도시한 것으로서 휘도성분과 색차성분에 따라 각각 다른 양자화테이블을 사용하였다.

JPEG(Joint Picture Engineering Group) 및 MPEG(Moving Picture Engineering Group)에서의 압축부호화방식에 사용된 양자화테이블은 비트율이 보다 높은 압축방식인 HDTV용 DVCR에는 적합하지 않다. 따라서, 본 발명에서는 인간의 시각시스템(Human Visual System)을 이용하는 저압축용 DVCR에 적합한 양자화테이블을 사용한다.

비트율을 고정하는 일반적인 방법은 인간의 시각시스템 특성이 고주파성분의 양자화잡음에 대해서는 저주파성분의 그것에 비해 덜 민감하므로 고주파성분일수록 양자화스텝사이즈를 크게 하여 양자화잡음을 더 허용하는 것이다. 이를 위해 주파수영역의 변환계수들의 복잡성등에 따라 결정되는 양자화 스텝사이즈에 의하여 DCT계수들이 양자화된다.

본 발명은, 고주파성분일수록 양자화스텝사이즈를 크게하는 방법과는 달리 각 매크로블럭의 양자화잠음을 한 프레임전체에 걸쳐 균등하게 분포시키는 보다 효율적인 비트량 고정알고리즘을 실현하기 위한 것이다. 즉, 10개의 매크로블럭으로 구성된 클러스터는 주어진 비트량(1/4압축시 10240 바이트)내에서 한 프레임 전체에 걸쳐 양자화잠음을 골고루 분산시키도록 구성된다.

따라서, 본 발명에서의 부호화시 적용되는, 양자화스텝사이즈 QAC(i,j)를 산축하는 식은 다음과 같다.

여기서, i, j = 1,2,...,8

p,q는 조정파라미터(parameter)

Q(i, j)는 제7도의 양자화테이블

sf는 실제압축정수(scale factor)로서 2.0-7.0의 값을 갖는다.

지그재그스캔부(56)에서는 양자화부(54)에서 출력되는 양자화된 변환계수를 지그재그스캔한다.

가변장부호화부(58)에서는 지그재그스캔부(56)를 통해 출력되는 양자화된 계수를 DC성분과 AC성분으로 분리하여 잘 알려진 허프만코드로 부호화를 수행한다.

즉, 지그재그 스캔방법에 의한 0(DC계수), 1,2번째의 계수(AC계수)는 각각 11비트로 고정장부호화하고, 나머지 계수(3-63번째의 AC계수)들은 가변장부호화한다.

이때 DC계수는 이웃블럭의 DC값과의 차이값으로 부호화하는 DPCM(Differential Pulse Code Modulation)을 하지 않고 PCM으로 독립적으로 부호화되며, AC계수에 대해서는 JPEG에서와 같이 가변장부호화한다. 즉, AC코드는

로 나타내며, AC코드는 각각 11개의 영역(Catagory)으로 구분하였으며, 코드길이가 16비트로 제한되어 있다.

이 가변장부호화부(58)는 매크로블럭마다 출력되는 부호화된 코드길이와 할당된 비트량과의 차이를 계산하여 그 차이비트를 다음 매크로블럭에 이월시키게 되고 최종적인 비트량고정은 클러스터단위로 수행한다.

포맷팅부(60)는 가변장부호화부(58)에서 부호화된 결과를 입력하여 IDC 및 DDC데이터영역으로 형성하여 출력한다.

IDC데이터영역과 DDC데이터영역으로 기록된 테이프의 정상재생시의 헤드궤적을 도시하고 있는 제8도에 도시된 바와 같이 포맷팅부(60)의 출력신호가 기록되는 테이프는 기록트랙의 선단에 위치하는 IDC데이터영역과, IDC데이터영역에 연속되어 위치하는 DDC데이터영역을 갖는다.

본 발명에서는 클러스터단위로 DC성분 및 수개의 저주파수의 AC성분(여기서는 지그재그스캔에 의한 0, 1, 2번째 계수)들을 모아서 IDC데이터영역에 배치하고, 클러스터단위로 DC성분과 모든 AC성분을 DDC데이터영역에 배치한다.

또한, 본 발명은 종래와 같이, IDC데이터영역에는 DC성분 및 수개의 저주파수의 AC성분이 기록되고, DDC데이터영역에는 나머지 AC성분이 기록될 수도 있다.

제9도는 본 발명이 적용되는 트래킹방법에 의한 헤드의 궤적을 나타내는 도면으로서, 다이나믹 트래킹방법을 보다 개선한 트래킹방법이다.

N배속의 고속탐색시 연속되는 N로의 기록트랙중의 첫 번째 기록트랙의 IDC영역에 기록된 정보를 제2도에 도시된 다이나믹 트래킹방법처럼 헤드의 위치를 트랙폭방향으로 변환시켜 스캔한 후 제1도에 도시된 바와 같이 각 배속에 해당하는 스캔위치에 있는 DDC정보를 스캔함으로써 기록트랙의 선단에 기록된 IDC정보뿐만 아니라 DDC정보도 읽고 지나가므로 제1도에 도시된 종래 트래킹방법보다는 중요한 정보를 많이 읽을 수 있으므로 고속탐색시 재생화질의 향상을 가져오게 된다. 또한, 종래의 다이나믹 트래킹방법에서처럼 헤드의 최대변위에 의해 탐색속도가 제한되는 문제점을 극복할 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 고정비트율의 부호화방법은 비트량 고정단위를 프레임단위보다 작은 클러스터단위로 하므로서 용이하게 고정비트율을 달성하며, 프레임 영상데이터를 셔플링함으로써 양자화잡음을 분산시키는 효과를 갖는다.

또한, 본 발명은 영상신호의 DC 및 저주파성분을 기록트랙의 선단에 기록하고 모든 성분을 기록트랙의 선단에 이어서 연속하여 기록하여 고속탐색시 기록트랙의 선단에 기록된 대부분의 영상정보를 갖는 IDC부분만을 재생한 후 각 배속에 해당하는 스캔위치의 정보를 재생함으로써 헤드가 기록트랙 전체를 스캔하지 않고도 대부분의 영상정보를 재생하는 효과와 헤드의 최대변위에 의해 탐색속도가 제한되는 것을 극복하는 효과를 갖는다.

Claims

소정의 변환에 의한 변환계수를 가변장부호화하여 부호화하는 방법에 있어서; 유입되는 영상데이터를 변환블럭으로 분할하여 소정수의 변환블럭으로 되어 있는 유니트블럭을 구성하고, 한 화면내에 서로 다른 위치에 분산배치되어 있는 소정수의 유니트블럭을 모아서 비트량고정단위를 구성하는 셔플링단계; 상기 셔플링단계에서 구성된 비트량고정단위의 데이터를 소정의 변환에 의해 변환부호화하는 단계; 상기 변환부호화 단계에서 변환된 계수를 초기압축정수에 따라 양자화하여, 유니트블럭 단위로 그 양자화된 결과의 비트량을 목표비트량과 비교하여 실제압축 정수를 산출하는 선행부호화단계; 상기 실제압축정수에 의해 상기 변환부호화단계에서 변환된 계수를 유니트블럭단위로 양자화하는 후행부호화단계; 상기 후행부호화단계에서 양자화된 변환계수를 가변장부호화 하되 비트량고정단위로 고정된 비트량을 갖도록 부호화하는 단계; 및 상기 부호화단계에서 부호화된 DC계수와 소정수의 저주파성분은 독립적으로 복호가능한 코드(IDC) 데이터영역에 기록하고, 상기 부호화단계에서 부호화된 모든 계수들은 의존적으로 복호가능한 코드(DDC) 데이터영역에서 기록하기 위한 포맷팅단계를 포함함을 특징으로 하는 고정비트율의 부호화방법.
제1항에 있어서, 상기 셔플링단계는 상기 영상데이터를 이산여현변환을 위한 복수의 변환블럭으로 분할하는 블럭화단계; 상기 블럭화단계에서 분할된 변환블럭들을 인접한 변환블럭끼리 복수개로 조합시켜 유니트블럭으로 형성하는 단계; 및 상기 유니트블럭 형성단계의 결과로부터 인접되지 않은 유니트블럭끼리 복수개 조합시켜 비트량고정단위를 형성하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 고정비트율의 부호화방법.
제1항에 있어서, 상기 선행부호화단계는 상기 변환부호화단계에서 변환된 계수를 소정개의 초기 압축정수를 이용하여 양자화하고 유니트블럭마다 부호화된 비트량을 계산하여 누적시키는 비트량 선행분석단계; 비트량고정단위별 누적비트량을 압축률에 의한 목표비트량과 비교하고 목표비트량에 더 근접한 비트량을 출력할 수 있는 상기 소정개의 초기압축정수중 하나를 선정하여 기준압축정수로 결정하는 정규화단계; 상기 기준압축정수와 이 값과 근접한 소정개의 압축정수를 이용하여 유니트블럭의 변환계수를 양자화하는 다중양자화단계; 및 상기 다중양자화수단에서 양자화된 계수들의 코드길이를 추정하여 할당된 유니트블럭의 비트량에 가장 근접한 비트량을 생성시키는 실제압축정수를 산출하는 비트량평가단계를 포함함을 특징으로 하는 고정비트율의 부호화방법.
제1항에 있어서, 상기 부호화단계에서는 상기 IDC데이터영역의 계수에 대하여 고정장부호화함을 특징으로 하는 고정비트율의 부호화방법.
제1항에 있어서, 상기 포맷팅단계에서는 상기 부호화단계에서 부호화된 DC계수와 소정개의 저주파성분의 AC계수는 IDC데이터영역에 기록하고, 나머지 AC계수는 DDC데이터영역에 기록함을 특징으로 하는 고정비트율의 부호화방법.
소정의 변환에 의한 변환계수를 가변장호호화하여 부호화하는 장치에 있어서:유입되는 영상데이터를 변환블럭으로 분할하여 소정수의 변환블럭으로 되어 있는 유니트블럭을 구성하고, 한 화면내에 서로 다른 위치에 분산배치되어 있는 소정수의 유니트블럭을 모아서 비트량고정단위를 구성하는 셔플링수단; 상기 셔플링수단에 의해 구성된 비트량고정단위의 데이타를 소정의 변환에 의해 변환부호화하는 수단; 상기 변환부호화수단의 변환계수를 소정개의 초기압축정수를 이용하여 양자화하고 유니트블럭마다 부호화된 비트량을 계산하여 누적시키는 비트량 선행분석수단; 비트량고정단위별 누적비트량을 압축률에 의한 목표비트량과 비교하고 목표비트량에 더 근접한 비트량을 출력할 수 있는 상기 소정개의 초기압축정수중 하나를 선정하여 기준압축정수로 결정하는 정규화수단; 상기 기준압축정수와 이 값과 근접한 소정개의 압축정수를 이용하여 유니트블럭의 변환계수를 양자화하는 다중양자화수단; 상기 다중양자화수단에서 양자화된 계수들의 코드길이를 추정하여 할당된 유니트블럭의 비트량에 가장 근접한 비트량을 생성시키는 실제압축정수를 산출하는 비트량평가수단; 상기 실제압축정수에 의해 상기 변환부호화수단의 변환계수를 양자화하는 수단; 상기 양자화수단의 출력을 지그재그스캔하여 가변장부호화하되 비트량고정단위로 고정된 비트량을 갖도록 부호화하는 수단; 및 상기 부호화단계에서 부호화된 DC계수와 소정수의 저주파성분은 독립적으로 IDC데이터영역에 기록하고, 상기 부호화수단에서 부호화된 모든 계수들은 DDC데이터영역에 기록하기 위한 포맷팅수단을 포함함을 특징으로 하는 고정비트율의 부호화장치.
제6항에 있어서, 상기 포맷팅수단은 상기 부호화수단에서 부호화된 DC계수와 소정개의 저주파성분의 AC계수는 IDC데이터영역에 기록하고, 나머지 AC계수는 DDC데이터영역에 기록함을 특징으로 하는 고정비트율의 부호화장치.
제6항에 있어서, 상기 변환부호화수단의 비트량고정단위의 변환계수를 상기 비트량평가수단에서 실제압축정수가 산출되기까지의 시간동안 지연하여 상기 양자화수단에 출력하는 지연수단을 더 포함함을 특징으로 하는 고정비트율의 부호화장치.
제1항의 고정비트율의 부호화방법에 의해 기록된 영상신호를 고속으로 탐색하는 방법에 있어서: N배의 고속탐색시 재생헤드가 N개의 기록트랙중에서 선택된 소정번째의 기록트랙의 상기 IDC영역의 데이터만을 스캔한 후 다음 N번째트랙까지는 N배속에 대응하는 스캔영역(DDC영역)의 데이터를 스캔함을 특징으로 고속탐색을 위한 트래킹방법.