KR0159975B1 - 영상 데이타 부호화장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 부호화된 데이터를 일정한 속도로 전송하는 버퍼의 점유도와 부호화된 데이터의 발생량에 따라 적응적으로 양자화가 이루어지는 영상데이타 부호화 장치를 제공하기 위한 것이다. 본 발명에 따른 영상데이타 부호화장치는, 부호화부로부터 현재 발생되는 데이터량을 검출하는 데이터 발생량 검출기; 부호화부로부터 출력되는 데이터를 일정한 속도로 전송하는 버퍼의 점유도를 검출하는 버퍼 점유도 검출기; 및 데이터 발생량 검출기로부터 현재 전송되는 데이터 발생량(I(t))과 이전에 전송되었던 데이터 발생량(I(t-1))을 고려하여 구해진 데이터 발생량의 평균치(Xi-1) 및 평균을 구하기 위한 구간을 조절하는 상수 K의 연산에 의해 새롭게 구해진 평균치(Xi), 버퍼 점유도 검출기로부터 제공되는 버퍼 점유도(B) 및 소정의 상수 α와 β를 연산하여 구해진 값을 양자화 스텝사이즈 파라미터로 제공하는 양자화 스텝사이즈 파라미터 계산기를 포함하도록 구성된 데이터 발생량 조절부로 부호화되어 출력되는 데이터의 발생량을 조절하도록 구성된다. 따라서 기준에 비해 양자화 스텝사이즈 파라미터를 미세하게 조절할 수 있어, 보다 효율적인 부호화를 기대할 수 있다.

Description

영상 데이타 부호화장치
제1도는 본 발명에 따른 영상 데이타 부호화장치의 블럭도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
100 : 부호화부 200 : 버퍼
300 : 데이타 발생량 조절부 310 : 데이타 발생량 검출기
320 : 버퍼 점유도 검출기 330 : 양자화 스텝사이즈 파라미터 계산기
본 발명은 영상 데이타 부호화장치에 관한 것으로, 특히 영상 데이타의 복잡도와 출력 버퍼의 점유도를 고려하여 부호화된 데이터의 발생량을 적응적으로 조절하는 영상 데이타 부호화장치에 관한 것이다.
고화질 티브이(High Definition Television: HDTV), 멀티미디어 등과 같이 디지탈 데이타 전송을 기본으로 하는 고화질 영상 시스템에서는 상당히 많은 양의 데이터가 발생된다. 이와 같이 발생되는 많은 량의 데이터를 효율적으로 전송하기 위해서, 고화질 영상시스템의 송신측에는 데이타를 압축시키는 부호화수단이, 수신측에는 압축된 데이터를 복원하는 복호화수단이 각각 구비된다.
고화질 영상 시스템에 구비되는 부호화수단(Coding)은 영상 데이터를 이산코사인 변환(Discrete Cosine Transform; DCT)하고, 양자화 스텝사이즈 파라미터(Quantization Step-size Parameter:QS)에 따라서 이산 코사인 변환된 데이터를 양자화하고, 양자화된 데이타를 가변길이 부호화(Variable Length Coding: VLC)하는 방식으로 구현된다.
가변길이 부호화(VLC)는 영상 데이타의 무손실 데이타 압축을 위해 이용되는 것으로서, 데이타의 통계치에 근거하여 고정된 길이의 데이타를 가변길이 데이타로 변환한다. 즉, 가변길이 부호화는 양자화되어 전송되는 데이터가 발생빈도가 높은 부호어인 경우에는 짧은 길이의 부호(Code)로, 발생빈도가 낮은 부호어인 경우에는 긴길이의 부호로 변환하는 방식으로 이루어진다. 이러한 가변길이 부호화처리로 전송되는 부호길이의 평균치를 줄일 수 있다.
가변길이 부호화된 데이타는 수신측에 구비되어 있는 복화수단으로 전송된다. 이 때, 일정한 전송률을 유지하기 위하여 기존의 고화질 영상시스템은 부호화수단의 출력단에 버퍼(Buffer)를 구비하고 있다. 이 버퍼는 가변길이 부호화된 데이타를 일시적으로 저장한 후, 저장된 데이터를 일정 비율로 출력하도록 구성된다. 버퍼로부터 출력된 데이터는 수신측으로 전송된다.
이와 같이 부호화된 데이터를 전송하는데 있어서, 버퍼에 저장된 데이타량이 기준치 이하로 낮아지는 버퍼의 고갈(Underflow)현상, 또는 버퍼의 용량을 초과하는 데이타량이 순간적으로 유입되어 일어나는 버퍼의 범람(Overflow)현상이 발생되는 경우에, 일정한 전송률로 데이타를 전송하기 어렵다.
이를 개선하기 위하여, 기존에는 버퍼 점유도(Buffer Occupancy)를 검출하고, 검출된 버퍼 점유도에 따라서 양자화 스텝사이즈 파라미터(QS)를 조절함으로써, 버퍼로 입력되는 데이타량을 조절하여, 상술한 버퍼 고갈 또는 버퍼 범람현상을 방지하는 방법이 제안된 바 있다. 이 제안된 방법은, 버퍼 점유도가 기설정치 이상으로 검출되는 경우에는 범람현상이 발생될 가능성이 있는 것으로 판단하여 양자화 스텝사이즈 파라미터(QS)를 크게 설정하여 부호화를 수행하고, 반면에 버퍼 점유도가 기설정치 미만으로 검출되는 경우에는 고갈현상이 발생될 가능성이 있는 것으로 판다하여 양자화 스텝사이즈 파라미터(QS)를 작게 설정하여 부호화를 수행하는 방식으로 이루어진다.
이러한 제안방식으로 버퍼의 범람이나 고갈현상의 발생은 어느 정도 막을 수는 있으나 상술한 바와 같은 효과를 얻으면서 좀 더 세밀하게 양자화 스텝사이즈 파라미터(QS)를 조절하고자 하는 연구가 계속 진행되고 있다. 이는 영상 데이타 부호화과정에서 양자화 스텝사이즈 파라미터(QS)를 세밀하게 조절하면 할수록 효율적인 부호화를 기대할 수 있기 때문이다.
본 발명은 상술한 추세에 따라 안출된 것으로, 고화질 영상시스템에 있어서 부호화된 영상신호를 전송하는 버퍼의 점유도와 부호화된 영상신호의 복잡도를 고려하여 결정된 양자화 스텝사이즈 파라미터(QS)로 양자화를 수행하는 영상 데이타 부호화장치를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 영상 데이터 부호화장치는, 양자화 스텝사이즈 파라미터(QS)에 따라서 입력된 영상 데이타를 양자화하고, 양자화된 데이타를 부호화(Coding)하는 부호화부; 부호화부로 부터 출력되는 데이타를 일시적으로 저장하고, 저장된 데이터를 일정한 전송속도로 출력하는 버퍼부; 버퍼부의 버퍼 점유도(B)와 부호화부로부터 출력되는 데이터의 발생량(I)을 이용하여 계산된 값을 상기 부호화부(100)의 상기 양자화 스텝사이즈 파라미터(QS)로 제공하는 데이타 발생량 조절부를 포함하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
특히, 데이타 발생량 조절부는, 소정 주기를 갖는 클럭신호(CLK)에 동기되어 부호화부로부터 현재 출력되는 데이터의 발생량(I(t))을 검출하는 데이타 발생량 검출부; 클럭신호(CLK)에 동기되어, 버퍼부에 대한 현재의 버퍼 점유도(B(t))를 검출하는 버퍼 점유도 검출부; 데이터 발생량 검출부로부터 이전에 인가된 데이터 발생량(I(t-1))에 의해 갱신된 부호화된 데이터 발생량에 대한 이전의 평균값(Xi-1)과 데이타 발생량 검출부로부터 현재 인가된 데이터 발생량(I(t))을 이용하여 새롭게 갱신된 현재의 평균값(Xi), 상기 현재의 버퍼 점유도(B) 및 소정의 상수 α, β를 QS=αXi+βB(t)와 같이 연산하여 구해진 값을 양자화 스텝사이즈 파라미터(QS)로하여 부호화부로 출력하는 양자화 스텝사이즈 파라미터 계산기를 포함하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명하기로 한다.
제1도는 본 발명에 따라 양자화 스텝사이즈 파라미터(QS)를 조절하는 기능을 갖는 영상 데이터 부호화장치의 블록도로서, 인가되는 영상신호를 부호화하는 부호화부(100), 부호화부(100)로부터 출력되는 부호화된 데이터를 일정한 전송률로 전송하기 위한 버퍼(200), 부호화부(100)로부터 출력되는 데이터의 량과 버퍼(200)의 점유도를 고려하여 부호화부(100)로부터 데이터량을 조절하기 위한 데이타 발생량 조절부(300)로 구성된다.
특히, 데이타 발생량 조절부(300)는 부호화부(100)로부터 현재 발생되는 데이터량을 검출하기 위한 데이타 검출기(310), 버퍼(200)의 현재 점유도를 검출하기 위한 버퍼 점유도 검출기(320), 데이터 발생량 검출기(310) 및 버퍼 점유도 검출기(320)로부터 출력되는 신호를 이용하여 양자화 스텝사이즈 파라미터를 계산하는 양자화 스텝사이즈 파라미터 계산기(330)로 구성된다.
이와 같이 구성된 영상데이타 부호화장치는 다음과 같이 동작된다.
먼저, 영상 데이타는 부호화부(100)로 입력되어, 통상적인 부호화(Coding)과정을 거쳐 출력된다. 즉, 인가된 영상 데이타는 이산여현변환(DCT)처리되고, 이산여현변환된 데이터는 후술할 양자화 스텝사이즈 파라미터 계산기(330)로부터 제공되는 양자화 스텝사이즈 파라미터(Quantization Step-size Parameter: QS)에 의존하여 양자화된다. 양자화된 데이타는 줄길이 부호화(Run Length Coding) 및 가변길이 부호화(Valiable Length Coding) 처리되어 출력된다. 부호화부(100)로부터 출력된 데이타는 버퍼(200)로 전송된다.
버퍼(200)는 인가된 가변길이 부호화된 데이터를 일시적으로 저장하고, 일정한 비율로 출력시킨다. 이때, 데이타 발생량 검출기(310)는 매 클럭(CLK)마다 상기 부호화부(100)로부터 출력되는 데이타량(I)(즉, 데이타 비트수)를 검출한다. 데이터 발생량 검출기(310)에서 현재 검출된 데이터 발생량(I(t))은 부호화된 영상이 복잡한 경우에는 큰 값으로 검출되고, 부호화된 영상이 복잡하지 않은 경우에는 작은 값으로 검출된다. 이와 같이 검출된 데이터 발생량(I(t))은 양자화 스텝사이즈 파라미터 계산기(330)로 전송된다.
버퍼 점유도 검출기(320)는 상술한 데이터 발생량 검출기(310)로 인가된 클럭과 동일한 주기를 갖는 클럭(CLK)에 동기되어 버퍼(200)의 현재 점유도(B)를 기존과 같은 방법으로 검출한다. 검출된 현재의 버퍼 점유도(B(t))는 양자화 스텝사이즈 파라미터 계산기(330)로 전송된다.
양자화 스텝사이즈 파라미터 계산기(330)는 데이타 발생량 검출기(310)로부터 현재 전송되는 데이터 발생량(I(t))과 버퍼 점유도 검출기(320)로부터 제공되는 현재의 버퍼 점유도(B(t))를 이용하여 해당되는 양자화 스텝사이즈 파라미터(QS)를 계산한다. 이때, 양자화 스텝사이즈 파라미터 계산기(330)는 데이터 발생량 검출기(310)로부터 전송되는 데이터 발생량(I(t))과 버퍼 점유도 검출기(320)로부터 전송되는 버퍼 점유도(B(t))가 모두 큰 값을 갖는 경우에는 가급적 큰 값의 양자화 스텝사이즈 파라미터(QS)가 설정되도록 운영되고, 데이터 발생량(I(t))과 버퍼 점유도(B(t))가 모두 작은 경우에는 가급적 작은 값의 양자화 스텝사이즈 파라미터(QS)가 설정되도록 운영되고, 데이터 발생량(I(t))과 버퍼 점유도(B(t))중 어느 하나가 크거나 작은 값을 갖는 경우에는 상술한 큰 값의 양자화 스텝사이즈 파라미터(QS)와 작은 값의 양자화 스텝사이즈 파라미터(QS) 사이에 존재하는 양자화 스텝사이즈 파라미터(QS)중 하나가 설정되도록 운영된다. 상술한 큰 값과 작은 값은 소정의 기준치 또는 바로 이전에 검출된 값에 의해 판단된다. 이와 같이 양자화 스텝사이즈 파라미터는 데이터 발생량 검출기(310)와 버퍼 점유도 검출기(320)의 출력에 비례관계를 갖도록 계산된다.
즉, 양자화 스텝사이즈 파라미터 계산기(330)는 데이타 발생량 검출기(310)부터 제공되는 현재 데이터 발생량(I(t)) 및 버퍼 점유도 검출기(320)로부터 제공되는 현재 버퍼의 점유도(B(t))를 수학식 1에 적용하여 해당되는 양자화 스텝사이즈 파라미터(QS)를 계산한다.
QS=αXi+βB(t)
수학식 1에서, α, β는 상수이고, Xi는으로 매 클럭마다 데이터 발생량 검출기(310)에서 갱신되어 전송되는 부호화된 데이터 발생량(I(t))의 평균이고, B(t)는 매 클럭마다 버퍼 점유도 검출기(320)에서 검출되는 버퍼의 점유도이다. Xi를 구하기 위한 상술한 연산식에서 이용되는 K는 0을 포함한 양의 정수로서, 부호화된 데이터 발생량(I(t))의 평균을 구하기 위한 구간길이를 조절하기 위한 상수이다. 따라서 K값이 클수록 부호화된 데이터 발생량(I(t))의 평균을 구하는 기간이 길어짐을 의미한다. 즉, 단위시간을 1이라 하면 Xi은 상술한 연산식에 의해 (K+1)단위시간 동안 부호화부(100)로부터 버퍼(200)로 전송된 데이타량의 평균이 된다. I(t)는 매 클럭마다 부호화부(100)로부터 출력되는 데이터량으로서, 데이터 발생량 검출기(310)에서 검출된 값이다. 그리고 수학식 1과 상술한 내용에서 t는 0을 포함한 양의 정수로서 시간을 나타내는 변수를 의미한다.
수학식 1과 같은 연산식에 의해 해당되는 양자화 스텝사이즈 파라미터를 계산하기 위하여 양자화 스텝사이즈 파라미터 계산기(330)는 우선, 이전에 데이터 발생량 검출기(310)로부터 전송된 데이터 발생량(I(t-1))에 의해 갱신된 이전의 평균값(Xi-1)과, 데이터 발생량 검출기(310)로부터 현재 인가된 데이터 발생량(I(t)) 및 사전에 설정된 K값을 이용하여 새로운 평균값 Xi를 구한다. 그리고 상술한 수학식 1과 같이 구해진 Xi와 α를 승산하고, 버퍼 점유도 검출기(320)로부터 제공되는 B(t)와 β상수를 승산한다. 그리고 승산된 상술한 2값(αXi, βB(t))를 더하여 해당되는 양자화 스텝사이즈 파라미터(QS)를 구한다. 이와 같이 구해진 양자화 스텝사이즈 파라미터(QS)는 부호화부(100)로 전송되어 양자화처리를 제어한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 영상 데이타 부호화장치는 버퍼 점유도(Buffer Occupancy)와 가변길이 부호화과정까지 거친 데이터의 발생량에 따라 양자화 스텝사이즈 파라미터(QS)를 미세하게 조절함으로써, 보다 효율적인 부호화를 기대할 수 있다. 그리고 이와 같은 효율적인 부호화는 보다 향상된 화질의 제공을 가능하게 한다.

Claims (2)

  1. 양자화 스텝사이즈 파라미터(QS)에 따라서 입력된 영상 데이타를 양자화하고, 양자화된 데이타를 부호화(Coding)하는 부호화부(100); 상기 부호화부(100)로 부터 출력되는 데이타를 일시적으로 저장하고, 저장된 데이터를 일정한 전송속도로 출력하는 버퍼부(200); 상기 버퍼부(200)의 버퍼 점유도(B)와 부호화부(100)로부터 출력되는 데이터의 발생량(I)을 이용하여 계산된 값을 상기 부호화부(100)의 상기 양자화 스텝사이즈 파라미터(QS)로 제공하는 데이타 발생량 조절부를 포함하고, 상기 데이타 발생량 조절부(300)는, 소정 주기를 갖는 클럭신호(CLK)에 동기되어 부호화부(100)로부터 현재 출력되는 데이터의 발생량(I(t))을 검출하는 데이타 발생량 검출부(310); 상기 클럭신호(CLK)에 동기되어, 상기 버퍼부(200)에 대한 현재의 버퍼 점유도(B(t))를 검출하는 버퍼 점유도 검출부(320); 상기 데이터 발생량 검출부(310)로부터 이전에 인가된 데이터 발생량(I(t-1))에 의해 갱신된 부호화된 데이터 발생량에 대한 이전의 평균값(Xi-1)과 상기 데이타 발생량 검출부(310)로부터 현재 인가된 데이터 발생량(I(t))을 이용하여 새롭게 갱신된 현재의 평균값(Xi), 상기 현재의 버퍼 점유도(B) 및 소정의 상수 α, β를 하기 제1식과 같이 연산하여 구해진 값을 양자화 스텝사이즈 파라미터(QS)로하여 상기 부호화부(100)로 출력하는 양자화 스텝사이즈 파라미터 계산기(330)를 포함하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 영상데이타 부호화장치.
    QS=αXi+βB(t)
  2. 제1항에 있어서, 상기 양자화 스텝사이즈 파라미터 계산기(330)에서 새롭게 갱신되는 상기 현재의 평균값(Xi)은 0을 포함한 양의 정수로서 평균을 구하기 위한 구간길이를 조절하는 소정의 상수 K, 상기 이전의 평균값(Xi-1) 및 상기 현재 인가된 데이터 발생량(I(t))을 하기 제2식과 같이 연산하여 구하고, 상기 소정의 상수 K가 큰값으로 설정될수록 상기 평균값들(Xi, Xi+1)은 장기간 발생된 부호화된 데이터에 대한 평균값으로 구해지는 것을 특징으로 하는 영상데이타 부호화장치.
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