KR0151922B1 - 필드 및 프레임 움직임 추정 장치 - Google Patents

필드 및 프레임 움직임 추정 장치

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KR0151922B1 KR1019950048899A KR19950048899A KR0151922B1 KR 0151922 B1 KR0151922 B1 KR 0151922B1 KR 1019950048899 A KR1019950048899 A KR 1019950048899A KR 19950048899 A KR19950048899 A KR 19950048899A KR 0151922 B1 KR0151922 B1 KR 0151922B1
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Abstract

본 발명은 필드 움직임 추정 연산과 프레임 움직임 추정을 동시에 수행하여 하드웨어의 양 또는 움직임 추정 시간을 반으로 절감시킬 수 있는 필드 및 프레임 움직임 추정 장치에 관한 것으로서, 탐색 영역 데이터를 입력받아 지연시켜 출력하는 제1지연 수단(1); 기준 블럭 데이터와 움직임 추정을 수행한 피드백된 데이터를 지연시킨 데이터를 입력받아 선택하여 출력하는 선택 수단(3); 상기 선택 수단(3)의 출력과 상기 제1지연 수단(1)의 출력을 입력받아 평균 절대 오차를 계산하여 출력하는 움직임 추정 수단(4); 상기 움직임 추정 수단(4)의 피드백된 기준 블럭 데이터를 입력받아 지연시켜 출력하는 제2지연 수단(2); 및 상기 움직임 추정 수단(4)의 출력을 입력받아 각 필드에 대한 평균 절대 오차를 이용하여, 기준 top 필드와 기준 bottom 필드 각각에 대한 최소 평균 절대 오차와 움직임 벡터, 예측 방향을 출력하고, 그리고 기준 블럭 전체에 대한 최소 평균 절대 오차와 움직임 벡터를 출력하는 비교 수단(5)을 구비하여 하나의 움직임 추정 장치를 이용하여 필드와 프레임 움직임 추정을 동시에 수행하므로써 기존의 움직임 추정 장치를 사용하는 것에 비해 2배의 향상된 성능을 갖는 효과가 있다.

Description

필드 및 프레임 움직임 추정 장치
제1도는 본 발명에 적용되는 탐색 영역 데이터 및 기준 블럭 데이터의 구성도.
제2도는 본 발명의 일실시예에 따른 움직임 추정 장치의 구성도.
제3도는 본 발명의 일실시예에 따른 움직임 추정기의 구성도.
제4도는 본 발명의 일실시예에 따른 단위 연산기의 구성도.
제5도는 본 발명의 일실시예에 따른 데이터 흐름도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 제1지연부 2 : 제2지연부
3 : 선택부 4 : 움직임 추정부
본 발명은 필드 움직임 추정 연산과 프레임 움직임 추정을 동시에 수행하여 하드웨어의 양 또는 움직임 추정 시간을 반으로 절감시킬 수 있는 필드 및 프레임 움직임 추정 장치에 관한 것이다.
종래의 움직임 추정 장치는 프레임 움직임 추정만을 고려하였다. 따라서 기존의 움직임 추정 장치를 이용하여 필드와 프레임 움직임 추정을 수행하기 위해서는 두개의 움직임 추정 장치를 이용하거나, 하나의 움직임 추정 장치를 반복적으로 사용하여 프레임 움직임 추정을 수행한 뒤에, 다시 필드 움직임 추정을 수행하여야 한다. 그러므로, 종래의 움직임 추정 장치를 이용하여 필드와 프레임 움직임 추정을 수행하는 것은 두개의 하드웨어가 사용되거나, 두배의 시간이 필요로 하는 문제점이 있었다.
상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은 하나의 움직임 추정 장치를 사용하여 프레임 움직임 추정에 필요로 하는 시간과 동일한 시간에 필드와 프레임 움직임 추정을 동시에 수행하는 필드 및 프레임 움직임 추정 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 탐색 영역 데이터를 입력받아 지연시켜 출력하는 제1지연 수단; 기준 블럭 데이터와 움직임 추정을 수행한 피드백된 데이터를 지연시킨 데이터를 입력받아 선택하여 출력하는 선택 수단; 상기 선택 수단의 출력과 상기 제1지연 수단의 출력을 입력받아 평균 절대 오차를 계산하여 출력하는 움직임 추정 수단; 상기 움직임 추정 수단의 피드백된 기준 블럭 데이터를 입력받아 지연시켜 출력하는 제2지연 수단; 및 상기 움직임 추정 수단의 출력을 입력받아 각 필드에 대한 평균 절대 오차를 이용하여, 기준 top 필드와 기준 bottom 필드 각각에 대한 최소 평균 절대 오차와 움직임 벡터, 예측 방향을 출력하고, 그리고 기준 블럭 전체에 대한 최소 평균 절대 오차와 움직임 벡터를 출력하는 비교 수단을 구비한 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예를 상세히 설명한다.
제1도는 본 발명에 적용되는 탐색 영역 데이터와 기준 블럭 데이터의 구성도로서, 도면에 도시된 바와 같이 각각 top 필드와 bottom 필드로 구성된다.
하나의 기준 블럭에 대해 프레임 단위의 움직임 추정을 할 때, 기준 블럭과 가장 유사한 탐색 영역내 임의의 후보 블럭 위치(u,v)에서 평균 절대 오차인 MAD(u,v)는 기준 블럭 top 필드에 대한 MAD0(u,v)와 기준 블럭 bottom 필드에 대한 MAD1(u,v)의 합으로 식(1)과 같이 표현될 수 있다.
따라서, 식(2)와 식(3)의 각 필드에 대한 움직임 추정을 수행하면서, 이때, 얻어지는 MAD0(u,v)와 MAD1(u,v)의 합을 이용하여 프레임 움직임 추정을 동시에 수행할 수 있다. 이때, 각 후보 블럭의 위치(u,v)에서 u값에 따라 식(2)와 (3)의 필드 움직임 추정에서 사용된 후보 필드와 기준 필드 및 예측 방향은 다음과 같다. 여기서 TB에서 T는 기준 블럭의 Top 필드 B는 후보 블럭의 Bottom 필드를 나타낸다.
제2도를 이용하여 필드 및 프레임 움직임 추정을 수행하는 과정을 설명하면 다음과 같다.
제2도는 본 발명의 일실시예에 따른 움직임 추정 장치의 구성도로서, 도면에서 1은 제1지연부, 2는 제2지연부, 3은 선택부, 4는 움직임 추정부, 5는 비교기를 각각 나타낸다.
본 발명에서 제1지연부(1)는 '0'번째부터 시작되는 탐색 영역 데이터의 홀수번째 열의 데이터를 입력받아 16클럭 지연하여 출력하는 16클럭 지연기(11)와 탐색 영역 데이터의 짝수번째 열의 데이터를 입력받아 128클럭 지연하여 출력하는 제1 128클럭 지연기(12) 및 상기 16클럭 지연기(11)의 출력을 입력받아 128클럭 지연하여 출력하는 제2 128클럭 지연기(13)로 구성된다. 선택부(3)는 기준 블럭 데이터의 입력 데이터와 움직임 추정부(4)의 8번째 움직임 추정기의 피드백된 데이터를 제2지연부(2)를 통해 128클럭 지연된 데이터를 입력받아 선택하여 출력하는 MUX로 구성된다. 움직임 추정부(4)는 다수개의 움직임 추정기로 구성되는데 본 발명에서는 8개의 움직임 추정기로 구성한다.
본 발명은 크게 수직 방향에 대한 움직임 추정기와 평균 절대 오차 비교기로 구성되는데, 이때, 8개의 수직 방향에 대한 움직임 추정기로 구성된 움직임 추정부(4)는 모든 후보 블럭 위치에서의 기준 블럭 top 필드와 기준 블럭 bottom 필드 각각에 대한 평균 절대 오차를 비교기(5)로 출력한다. 상기 비교기(5)는 각 필드에 대한 평균 절대 오차를 이용하여, 기준 top 필드와 기준 bottom 필드 각각에 대한 최소 평균 절대 오차(min{MAD0(u,v)}, min{MAD1(u,v)})와 움직임벡터(MV0(u,v), MV1(u,v)) 및 예측 방향을, 그리고 기준 블럭 전체에 대한 최소 평균 절대 오차(min{MAD0(u,v)+MAD1(u,v)})와 움직임 벡터(MV(u,v)를 출력한다. 본 발명의 동작을 보다 상세히 설명하면, SA와 SB는 탐색 영역 데이터의 모든 홀수번째 열과 모든 짝수번째 열의 입력 데이터이고, C는 기준 블럭 데이터의 입력 데이터를 나타낸다. 탐색 영역 데이터의 홀수번째 열의 데이터(SB)는 16클럭 지연기(11)에 입력되어 16클럭 지연되어 출력 SO를 움직임 추정부(4)와 제2 128클럭 지연기(13)에 입력된다.
상기 제2 128클럭 지연기(13)는 16클럭 지연된 입력 데이터 SO를 128클럭 지연시켜 출력 DSO를 상기 움직임 추정부(4)에 출력한다. 또한 탐색 영역 데이터의 짝수번째 열의 데이터(SA(=SE))는 상기 움직임 추정부(4)와 제1지연부(1)의 제1 128클럭 지연기(12)에 입력되어 상기 제1 128클럭 지연기(12)에 입력된 데이터는 128클럭 지연되어 출력 DSE를 상기 움직임 추정부(4)에 입력된다. 제2지연부(2)는 상기 움직임 추정부(4)의 마지막 출력을 피드백 받아 128클럭 지연시켜 출력 DC를 선택부(3)에 출력한다. 기준 블럭 데이터(C)는 선택부(3)에 입력되어 선택 신호에 의해 선택되어 움직임 추정부(4)의 첫 번째 수직 방향에 대한 움직임 추정기인 제1움직임 추정기에 입력된다. 상기 제1움직임 추정기는 입력된 상기 기준 블럭 데이터(C)를 이용하여 움직임 추정을 수행한 뒤, 내부적으로 지연된 기준 블럭 데이터를 제2움직임 추정기에 출력한다. 계속해서 제2움직임 추정기는 내부적으로 지연된 기준 블럭 데이터를 다음의 움직임 추정기에 출력하고, 제8움직임 추정기는 제7움직임 추정기로부터 내부적으로 지연된 기준 블럭 데이터를 입력받는다. 이때 제8움직임 추정기에서 출력되는 기준 블럭 데이터는 제2지연부(2)에 입력되어 128클럭 지연되어 선택부(3)를 통해 다시 상기 제1움직임 추정기에 입력되는 순간에 상기 제1움직임 추정기는 첫 번째 움직임 추정을 모두 마치고, 두 번째 움직임 추정을 시작한다.
상기의 과정을 통해 움직임 추정부(4)는 모든 후보 클럭 위치에서의 기준 블럭 top 필드와 기준 블럭 bottom 필드 각각에 대한 평균 절대 오차를 계산하여 비교기(5)로 출력한다. 상기 비교기(5)는 각 필드에 대한 평균 절대 오차를 이용하여, 기준 top 필드와 기준 bottom 필드 각각에 대한 최소 평균 절대 오차와 움직임 벡터, 예측 방향을 출력하고, 그리고 기준 블럭 전체에 대한 최소 평균 절대 오차와 움직임 벡터를 출력한다.
제3도는 본 발명의 일실시예에 따른 수직 방향에 대한 움직임 추정기의 구성도로서, 제1지연부(1)로부터 SE, DSE와 SO, DSO를 입력받아 선택하여 출력하는 16개의 MUX와 상기 MUX의 출력과 선택부(3)의 기준 블럭 데이터 C를 입력받아 평균 절대 오차를 누적하여 출력하는 16개의 단위 연산기(PE)로 구성된다.
제4도는 상기 단위 연산기 PE(u,v)(단, u=0,1,…,15, v=0,1,2,…7)의 구성도를 나타낸다.
단위 연산기는 기준 블럭 데이터를 입력받아 1클럭 지연시켜 출력하는 제1레지스터(100); 기준 블럭 데이터와 선택된 탐색 영역 데이터를 입력받아 이를 가산하여 출력하는 제1가산기(200); 상기 제1가산기(200)의 9비트 출력중 최상위 비트의 반전된 데이터를 나머지 8비트의 데이터 각각과 배타적 논리합하여 출력하는 배타적 논리합 게이트(300); 상기 배타적 논리합 게이트(300)의 출력과 상기 제1가산기(200)의 출력중에서 반전된 최상위 비트와 이전의 계산된 데이터를 입력받아 가산하여 출력하는 제2가산기(400); 상기 제2가산기(400)의 출력을 저장하는 제2레지스터(500); 상기 제2레지스터(500)의 출력을 1클럭 지연시켜 상기 제2가산기(400)로 출력하는 제3레지스터(600)로 구성된다.
제3도에서 SO, DSO와 SE, DSE는 외부로부터 입력되는 탐색 영역 데이터 또는 128클럭 지연된 데이터이다. C는 바로 전의 움직임 추정기에서 출력되는 기준 블럭 데이터이다. 움직임 추정시 움직임 추정기는 내부의 16개의 단위 연산기 PE를 이용하여 16×16개의 후보 위치들 중에서 v(단, v=0 내지 7)와 v+8번째 열내의 32개 행 위치에 대한 평균 절대 오차를 각각 계산한다. 이때 단위 연산기 PE(u,v)는 u번째 행에 있는 v와 v+8번째 열 내의 v와 v+8번째 열 위치에서 기준 블럭 top 필드와 기준 블럭 bottom 필드에 대한 평균 절대 오차를 계산하여 15비트 레지시터인 제2레지스터 또는 제3레지스터에 각각 저장한다.
제5도를 참조하여 움직임 추정기의 움직임 추정 과정을 보다 상세히 설명하면, 도면에 도시된 바와 같이 가장 좌측에 보이는 각 클럭 사이클에 따라 제3도에서의 C와 SO, DSO, SE, DSE를 통해 열방향으로 입력되는 기준 블럭 데이터 C(i,j)(단, I,j=0,1,…,15)와 탐색 영역 데이터인 S(k,l)(단, k,l=0,1,…,31)이 각각 있다.
단위 연산기 PE(u,0)(단 u=0,1,…,15)는 움직임 추정기내에 있는 16개의 PE에 각각 대응되며, 각 클럭 사이클에 PE(u,0)에서 수행되는 연산이 행 단위로 보여진다. 우측에는 순방향 또는 역방향의 각 후보 블럭 위치(u,0)에서 기준 블럭 top 필드와 기준 블럭 bottom 필드에 대해 계산된 MAD0(u,0)와 MAD1(u,0)의 출력이 보여진다.
움직임 추정기내의 PE(0,0)가 각 필드에 대한 평균 절대 오차를 계산하여 출력하는 과정을 단계별로 설명하면 다음과 같다.
time=0T에서 S(0,0)와 C(0,0)가 PE(0,0)에 입력되고, PE(0,0)는 절대값｜C(0,0)-S(0,0)｜를 계산한다. 이 값은 예측 방향이 TT인 MAD0(0,0)의 첫 번째 화소에 대한 절대 오차이다.
time=1T에서 PE(0,0)｜C(1,0)-S(1,0)｜를 계산한다. 이 값은 예측 방향이 BB인 MAD1(0,0)의 첫 번째 화소에 대한 절대 오차이다.
time=2T에서 PE(0,0)은 ｜C(2,0)-S(2,0)｜를 계산한다. 이 값은 예측 방향이 TT인 MAD0(0,0)의 두 번째 화소에 대한 절대 오차이므로 time=0T에서 얻어진 값에 누적된다.
상기와 같은 과정을 통해 단위 연산기 PE(0,0)는 time=0T에서부터 time=255T까지 예측 방향이 TT 또는 BB인 MAD0(0,0)와 MAD1(0,0)의 각 화소에 대한 절대 오차를 1T씩 번갈아가며 계산한다.
이때 time=(16xj+i)T(단, i,j=0 내지 15)에서 PE(0,0)는 ｜C(i,j)-S(i,j)｜를 계산하여 i가 짝수인 경우에는 예측 방향이 TT인 경우에 대한 누산을 수행하며, I가 홀수인 경우에는 예측 방향이 BB인 경우에 대한 누산을 수행한다. 결과적으로 PE(0,0)는 time=254T에서 예측 방향이 TT인 MAD0(0,0)를 출력하며, time=255T에서 예측 방향이 BB인 MAD1(0,0)를 출력한다. 계속해서 PE(0,0)는 time=256T에서부터 time=511T까지 앞에서 설명한 것과 동일한 방식으로 후보 블럭 위치에서의 두개 필드에 대한 평균 절대 오차를 계산하게 된다. 이때, 외부로부터 입력되는 탐색 영역 데이터가 내부적으로 128 지연되어 PE(0,0)에 입력된다. 그리고 움직임 추정기에서 출력되는 기준 블럭 데이터가 다시 PE(0,0)로 입력된다.
PE(0,0)에서 사용된 C(i,j)(단, i,j=0 내지 15)는 제1레지스터(100)에 의해 1클럭 지연되어 다음 단위 연산기인 PE(1,0)에 입력된다. 따라서, PE(1,0)는 time=1T에서부터 움직임 추정을 시작한다. 이때, time=(16xj+i)T(단, i,j=0,1,…,15)에서 PE(1,0)가 계산하는 ｜C(i+l,j)-S(i+l,j)｜는 i가 짝수인 경우에는 예측 방향이 TB인 경우에 대한 누산을 수행하며, i가 홀수인 경우에는 예측 방향이 BT인 경우에 대한 누산을 수행한다. 결과적으로 MAD0(1,0)은 time=255T에서 예측 방향이 TB인 MAD0(1,0)를 출력하며 time=256T에서 예측 방향이 BT인 MAD1(1,0)를 출력한다.
계속해서 PE(1,0)는 time=257T에서부터 time=512T까지 앞에서와 동일한 과정으로 후보 블럭 위치에서의 두개 필드에 대한 평균 절대 오차를 계산하게 된다. 이때 PE(0,0)에서와 같이 외부로부터 입력되는 탐색 영역 데이터가 내부적으로 128지연되어 PE(0,0)에 입력된다. 마찬가지로, 나머지 PE(u,0)(단, u=2,3,…,15)는 time=uT에서 time=(511+u)T까지 후보 블럭 위치(u,0)과 (u,8)(단, u=0,1,2,…,15)에서의 두개 필드에 대한 평균 절대 오차를 계산하게 된다. 이때, u가 짝수인 경우 PE(u,0)은 예측 방향이 TT 또는 BB인 MAD0(u,0) 또는 MAD1(u,0)을 각각 계산하며, u가 홀수인 경우 PE(u,0)은 예측 방향이 TB 또는 BT인 MAD0(u,0) 또는 MAD1(u,0)을 각각 계산한다.
8개의 움직임 추정기는 각 방향에 대한 16×16개의 후보 위치들 중에서 v와 v+8번째 열의 32개 행위치에 대한 평균 절대 오차를 계산하게 된다. 이때 움직임 추정기가 움직임 추정을 하기 위해 필요로 되는 기준 블럭 데이터는 제1움직임 추정기에서부터 제7움직임 추정기를 거치는 동안 (16×v)T가 지연되어 제8움직임 추정기에 입력되기 시작한다. 따라서 상기 제8움직임 추정기는 제1움직임 추정기와 동일한 방법으로 time(16×v)T에서부터 MAD0(u,v)와 MAD1(u,v)를 구하기 위한 움직임 추정을 시작한다. 그리고 time=(512+16xv)T에서부터는 새로운 기준 블럭에 대한 움직임 추정을 수행한다.
상기와 같이 동작하는 본 발명은 하나의 움직임 추정 장치를 이용하여 필드와 프레임 움직임 추정을 동시에 수행하므로써 기존의 움직임 추정 장치를 사용하는 것에 비해 2배의 향상된 성능을 갖는 효과가 있다.

Claims (7)

  1. 탐색 영역 데이터를 입력받아 지연시켜 출력하는 제1지연 수단(1); 기준 블럭 데이터와 움직임 추정을 수행한 피드백된 데이터를 지연시킨 데이터를 입력받아 선택하여 출력하는 선택 수단(3); 상기 선택 수단(3)의 출력과 상기 제1지연 수단(1)의 출력을 입력받아 평균 절대 오차를 계산하여 출력하는 움직임 추정 수단(4); 상기 움직임 추정 수단(4)의 피드백된 기준 블럭 데이터를 입력받아 지연시켜 출력하는 제2지연 수단(2); 및 상기 움직임 추정 수단(4)의 출력을 입력받아 각 필드에 대한 평균 절대 오차를 이용하여, 기준 top 필드와 기준 bottom 필드 각각에 대한 최소 평균 절대 오차와 움직임 벡터, 예측 방향을 출력하고, 그리고 기준 블럭 전체에 대한 최소 평균 절대 오차와 움직임 벡터를 출력하는 비교 수단(5)을 구비한 것을 특징으로 하는 필드 및 프레임 움직임 추정 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1지연 수단(1)은 탐색 영역 데이터의 홀수번째 열의 데이터를 입력받아 클럭을 지연하여 출력하는 제1클럭 지연기(11); 탐색 영역 데이터의 짝수번째 열의 데이터를 입력받아 클럭을 지연하여 출력하는 제2클럭 지연기(12); 및 상기 제1클럭 지연기(11)의 출력을 입력받아 클럭을 지연하여 출력하는 제3클럭 지연기(13)로 구성된 것을 특징으로 하는 필드 및 프레임 움직임 추정 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제2지연 수단(2)은 움직임 추정 수단(4)으로부터 피드백된 기준 블럭 데이터를 128클럭 지연하여 출력하는 128클럭 지연기로 구성된 것을 특징으로 하는 필드 및 프레임 움직임 추정 장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 제1클럭 지연기(11)는 16클럭을 지연하여 출력하고, 상기 제2 및 제3클럭 지연기(12,13)는 128클럭을 지연하여 출력하는 것을 특징으로 하는 필드 및 프레임 움직임 추정 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 움직임 추정 수단(2)은 다수개의 움직임 추정기로 구성된 것을 특징으로 하는 필드 및 프레임 움직임 추정 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 움직임 추정기는 제1지연 수단(1)으로부터 탐색 영역 데이터의 짝수번째 열의 데이터(SE)와 탐색 영역 데이터의 홀수번째 열의 데이터를 16클럭 지연시킨 데이터(SO), 탐색 영역 데이터의 짝수번째 열의 데이터를 128클럭 지연시킨 데이터(SE)와 탐색 영역 데이터의 홀수번째 열의 데이터를 16클럭 지연시킨 데이터(SO)를 128클럭 지연시킨 데이터(DSO)를 입력받아 선택하여 출력하는 다수개의 MUX; 및 상기 MUX의 출력과 기준 블럭 데이터(C)를 입력받아 평균 절대 오차를 누적하여 출력하는 다수개의 단위 연산기(PE)로 구성된 것을 특징으로 하는 필드 및 프레임 움직임 추정 장치.
  7. 제6항에 있어서, 단위 연산기는 기준 블럭 데이터를 입력받아 1클럭 지연시켜 출력하는 제1레지스터 수단(100); 기준 블럭 데이터와 선택된 탐색 영역 데이터를 입력받아 이를 가산하여 출력하는 제1가산 수단(200); 상기 제1가산 수단(200)의 9비트 출력중 최상위 비트의 반전된 데이터를 나머지 8비트의 데이터 각각과 배타적 논리합하여 출력하는 배타적 논리합 게이트 수단(300); 상기 배타적 논리합 게이트 수단(300)의 출력과 상기 제1가산 수단(200)의 출력중에서 반전된 최상위 비트와 이전의 계산된 데이터를 입력받아 가산하여 출력하는 제2가산 수단(400); 상기 제2가산 수단(400)의 출력을 저장하는 제2레지스터 수단(500); 및 상기 제2레지스터 수단(500)의 출력을 1클럭 지연시켜 상기 제2가산 수단(400)로 출력하는 제3레지스터 수단(600)을 구비한 것을 특징으로 하는 필드 및 프레임 움직임 추정 장치.
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