KR0160657B1

KR0160657B1 - 디지탈 브이시알(d-vcr)의 영상데이타 셔플링 방법 및 장치

Info

Publication number: KR0160657B1
Application number: KR1019940009300A
Authority: KR
Inventors: 남태우
Original assignee: 김광호; 삼성전자주식회사
Priority date: 1994-04-29
Filing date: 1994-04-29
Publication date: 1999-01-15
Also published as: KR950030668A

Abstract

디지탈 브이시알의 셔플링방법에 관한 것으로, 화면 데이타를 대각선으로 분할하여 소정의 부화면을 형성하고, 형성된 부화면의 데이타를 매크로 블럭단위로 저장하는 화면분할단계와, 저장된 매크로블럭을 소정의 순서로 각각 독출하는 매크로블럭 독출단계와, 독출된 매크로블럭으로 클러스터를 형성하는 클러스터 형성단계를 구비하여 화상 데이타를 화면단위로 입력하여 소정의 부화면으로 분할하고, 부화면에서 매크로블럭을 각각 추출하여 클러스터를 형성한다.

Description

디지탈 브이시알(D-VCR)의 영상 데이타 셔플링방법 및 장치

제1도는 일반적인 디지탈VCR을 개략적으로 도시한 블럭도이고,

제2a∼2c도는 일반적인 디지탈VCR에 사용되는 데이타의 포맷을 도시한 것이고,

제3a,3b도는 종래의 방법에 의한 화면 분할의 예를 도시한 개략도이고,

제4도는 본 발명에 의한 화면분할의 예를 도시한 개략도이고,

제5도는 본 발명에 의한 화면분할의 흐름을 도시한 흐름도이고,

제6도는 본 발명에 의한 디지탈 셔플링장치를 도시한 블럭도이고,

제7도는 제6도에 도시된 클러스터 조합부의 세부 블럭도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 기록신호처리부 2 : 재생신호처리부

3 : 기록 및 재생부 11,21 : 프레임메모리

12 : 이산여현부호화기(DCT) 13 : 양자화부

14 : 가변장부호화부 15 : 에러정정부호부

17 : 채널부호기 18 : 기록증폭기

본 발명은 영상데이타를 압축하여 처리하는 디지탈 브이시알(D-VCR) 시스템에서 버스트 에러(burst error)를 분산시켜 에러로 인한 화질의 열화를 줄이고, 데이타 압축 효율을 높이기 위해 데이타 압축 이전에 데이타를 재배치하여 처리하는 셔플링방법 및 장치에 관한 것으로, 특히 버스트 에러분산과 압축효율 제고뿐 아니라 압축된 화상의 화질을 개선한 셔플링방법 및 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 디지탈 브이시알(D-VCR)에 사용되는 영상데이타 압축방법은 시간상의 용장성(redundancy)를 이용하여 압축하는 예측 부호화 기법(Motion Compensation)과, 공간상의 용장성을 이용하여 압축하는 이산여현변환(DCT) 및 부호화의 효율을 위하여 호프만계수를 이용한 가변장부호화(VLC)를 사용한다. 이산여현변환(DCT)은 영상 데이타를 각 화소단위로 분리하여 처리하지 않고, 몇개의 화소를 모은 블럭단위(통상 8×8블럭)로 처리한다. 이산여현변환(DCT)으로 처리된 데이타는 다시 허프만 코딩등의 방법으로 디지탈 부호화되어 압축이 완료된다. 디지탈 부호화과정은 블럭단위로 처리된 영상데이타를 다시 보다 큰 단위인 매크로 블럭(MB)이나 클러스터(Cluster) 또는 슬라이스(Slice) 단위에서 압축 후의 데이타량을 일정하게 유지한다.

제1도는 일반적인 디지탈 브이시알을 개략적으로 도시한 블럭도로서, 비디오 및 오디오신호를 기록하기 위하여 압축하는 기록신호 처리부(1)와, 테이프(20) 상에 디지탈 방식으로 기록 및 재생하는 기록 및 재생부(3)와, 재생된 신호를 입력하여 원래의 비디오 및 오디오신호로 복호하는 재생신호 처리부(2)를 구비한다.

제1도에 있어서, 기록신호 처리부(1)는 제1프레임 메모리(11), 이산여현부호기(DCT:12), 적응형 양자화기(13), 가변장부호화기(VLC:14), 에러정정 부호기(ECC:15), 오디오처리부(16), 채널부호기(17), 기록증폭기(RA:18)를 구비하고, 재생신호처리부(2)는 제2프레임 메모리(21), 이산여현복호기(IDCT:22), 적응형 역양자화기(23), 가변장복호기(24), 에러정정 복호기(25), 오디오 재생 처리부(26), 채널복호기(27), 재생증폭기(HA:28)를 구비하고, 기록 및 재생부(3)는 헤드(19-1,19-2)와 기록 및 재생 메카니즘(미도시)을 구비한다. 제1도에 있어서, 각각의 블럭의 기능 및 동작은 널리 알려진 바와 같다.

제2A∼2C도는 일반적인 디지탈 VCR에 사용되는 데이타의 포맷을 도시한 것으로, 제2A도는 기본이되는 블럭(BLOCK)을 도시한 것으로, 하나의 블럭은 8×8 픽셀로 이루어지며 이산여현변환(DCT)되는 기본 단위가 된다. 제2B도는 매크로 블럭(Macro Block)을 도시한 것으로, 하나의 매크로 블럭(MB)은 휘도신호(Y)에 대한 4개의 블럭(B1∼B4)과 색차신호(Cr)를 위한 1개의 블럭(B5)과 색차신호(Cb)를 위한 1개의 블럭(B6)을 포함하여 총 6개의 블럭으로 구성된다. 제2C도는 복수 개의 매크로 블럭(MB)으로 구성되는 슬라이스(Slice)의 예를 도시한 것으로, 하나의 슬라이스(Slice)는 44개의 매크로 블럭으로 구성된 것을 알 수 있다. 한편, 디지탈 브이시알에서는 기록 및 재생부의 서보가 일정 속도로 기록 및 재생하는 것이 바람직하고, 트릭플레이를 위하여 트랙단위로 데이타의 연결성이 요구되므로 기록되는 데이타의 크기가 일정할 것이 요구된다. 그런데 부호화의 효율을 위하여 가변장부호기를 사용하므로 압축전에 일정 단위로 나누어 압축하여도 압축된후에는 부호의 길이가 달라지는 문제점이 있다. 따라서 압축하기전에 부호화 후에도 대략적으로 부호의 크기가 일정하도록 화면 데이타를 재구성할 필요가 있다. 또한 디지탈 브이시알은 고밀도 저장을 하므로 에러에 취약하다. 특히, 버스트 에러가 발생하면 화면이 눈에 띄게 열화되어 화질을 떨어뜨린다. 따라서, 버스트 에러의 영향을 감소시키기 위하여 화면을 재구성할 필요가 있다.

이와 같이 화면을 매크로 블럭단위로 재구성하는 것을 클러스터링이라 하며, 버스트 에러에 의한 영향을 감소시키기 위하여 화상 데이타를 뒤섞어 클러스터를 형성하는 것을 셔플링이라 한다.

즉, 8×8화소로 이루어지는 블럭단위로 압축 후의 데이타량을 일정하게 유지하지않고 더 큰 단위(클러스터)로 처리하는 것은, 블럭단위로 부호화할 때는 각 블럭간의 정보량에 차이가 많아 어떤 블럭은 할당된 비트가 남고(하늘 배경처럼 화상에 변화가 거의 없는 경우), 어떤 블럭은 할당된 비트가 모자라는(화면이 복잡하거나 경계면인 경우) 일이 발생하게 된다. 이러한 문제점으로 해서 압축된 영상데이타의 량을 일정하게 유지하고자 할 때는 몇 개의 블럭을 모은 매크로블럭(MB)이나, 다시 몇개의 매크로블럭(MB)을 모은 클러스터나 슬라이스를 기준으로 처리한다. 데이타량을 유지하는 단위를 크게 할수록 압축의 효율이 높아지는 장점이 있으나, 이것은 에러가 발생할 때 에러의 전파범위를 크게하여 결과적으로 화질의 열화를 초래한다. 따라서 시스템의 특성에 맞게 압축 데이타량을 유지하기 위한 단위를 결정해야 하며, 주로 클러스터 또는 슬라이스 단위로 한다.

이와 같이 정보량 유지단위를 결정한 후에는 클러스터 또는 슬라이스 단위를 어떻게 구성할 것인가를 결정하여야 한다. 즉, 좋은 클러스터 구성방법은 각 클러스터의 정보량이 고르게 분포하여 에러분산 효과를 높이며, 압축효율도 높은 것이어야 한다. 가장 간단한 방법은 데이타가 입력되는 순서대로 클러스터를 구성하는 것으로써 데이타는 수평방향으로 나누어진다. 이 방법은 구현하기 쉬우나 에러분산 효과가 미약하고, 정보량도 고르게 분포되지 않는다. 이보다 좀더 나은 방법은 화면을 수직으로 면분할하는 것이다.

제3A도는 종래의 방법에 의한 화면 분할의 예를 도시한 개략도이다. 제3A도에 있어서, 하나의 화면은 A,B,C,D로 지칭되는 4개의 수직면으로 균등하게 분할되었다.

제3B도는 종래의 방법에 의한 화면 분할의 다른 예를 도시한 개략도이다. 제3B도에 있어서, 하나의 화면은 A,B,C,D로 지칭되는 4개의 수직화면으로 분할된다. 그런데 제3A도와는 달리 하나의 A화면은 더작은 분산된 A'화면의 집합으로 구성되고, B화면은 더작은 분산된 B'화면의 집합으로 구성되고, C화면은 더작은 분산된 C'화면의 집합으로 구성되고, D화면은 더작게 분할되어 분산된D'화면의 집합으로 구성된다. 이와 같이 동일한 4개의 수직화면을 구성해도 제3B도의 구성방법이 제3A도의 방법보다 분산에 의해 더 효율적이었다. 즉, 수직으로 면 분할한 각 분할면에서 매크로 블럭을 추출하여 하나의 클러스터를 구성하는데 에러분산효과나 정보량의 분포 모두 수평분할보다는 우수하다. 그러나 이러한 종래의 방법들은 각 클러스터의 정보량을 고르게 분포시키지 못하여 압축의 효율이 낮아지거나 압축된 화상의 질이 떨어질 수 있으며, 버스트에러의 분산효과도 충분하지 못한 문제점이 있었다. 또한, 클러스터를 구성할 때, 일정한 규칙에 따라 화면을 분할하고, 그 상태에서 클러스터를 구성하는 것보다는 전체 화면을 대상으로 하여 규칙성이 없는 랜덤한 형태로 클러스터를 구성하여야 한다. 그러나 이러한 방법은 고속으로 데이타를 처리해야 하는 시스템에서는 구현하기에 지나치게 복잡하며, 정상속도 기록, 재생이 아닌 변속모드에는 대응하기 어려운 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 에러분산 효과가 크고, 정보량의 분포를 균일하게 할 수 있는 디지탈 셔플링방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 상기의 목적은 같은 디지탈 셔플링을 달성하는 디지탈 셔플링장치를 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 방법은 화상데이타를 화면단위로 입력하여 소정의 부화면으로 분할하고, 상기 부화면에서 매크로블럭을 각각 추출하여 클러스터를 형성하는 디지탈 셔플링방법에 있어서, 상기 화면 데이타를 대각선으로 분할하여 소정의 부화면을 형성하고, 형성된 부화면의 데이타를 매크로 블럭단위로 저장하는 화면분할단계; 상기 저장된 매크로블럭을 소정의 순서로 각각 독출하는 매크로블럭 독출단계; 및 상기 독출된 매크로블럭으로 상기 클러스터를 형성하는 클러스터 형성단계를 구비한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기와 같은 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 장치는 화상 데이타를 화면단위로 입력하여 소정의 부화면으로 분할하고, 상기 부화면에서 매크로블럭을 각각 추출하여 클러스터를 형성하는 디지탈 셔플링장치에 있어서, 상기 화상데이타를 입력하여 소정의 채널로 분배하는 채널분배기; 상기 채널분배기로부터 해당 채널의 데이타를 입력하여 저장하는 복수개의 채널메모리; 및 상기 채널메모리의 화상데이타를 매크로블럭단위로 모아 클러스터링하는 복수개의 채널 클러스터 조합부를 구비한 것을 특징으로 한다.

이어서, 본 발명을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

제4도는 본 발명에 의한 화면분할의 예를 도시한 개략도로서, 하나의 화면은 대각선 방향으로 분할된 A화면과, B화면과 C화면과, D화면으로 구성된다. 즉, 본 발명에서는 화면을 수평 또는 수직 방향으로 일률적으로 나누지않고, 대각선 방향으로 분할하였으며 분할된 각화면의 매크로 블럭수는 동일하다. 이때 화면을 대각선으로 분할하는 것은 단순히 수직방향으로 분할하는 경우보다 정보량분산에 유리하기 때문이다.

일반적으로, 데이타를 압축하는 시스템에서 셔플링방법은 클러스터를 어떻게 구성하는가의 문제이다. 본 발명에 의한 시스템에서는 화면을 4개로 분할하였으며, 하나의 클러스터는 4의 정부배의 매크로 블럭으로 구성된다. 클러스터를 구성하는 규칙은 제4도에 도시된 화살표와 같다. 즉, 분할된 4개의 화면에서 각각 정수개로 같은 수의 매크로 블럭을 뽑아내어 하나의 클러스터를 구성하게 된다. 따라서 하나의 클러스터를 4,8,12,16개의 매크로 블럭으로 구성할 수 있다. 각 화면에서 클러스터를 추출하는 방법은 화면의 중앙부분에 중요한 정보가 집중되어 있으며, 시각에도 잘 들어오고, 화면의 외곽부분은 비교적 덜 중요한 정보이며 시각에도 잘 들어오지 않는다는 점에 착안하여 정보량이 많은 중앙부분의 매크로 블럭과 정보량이 적은 외곽부분의 매크로 블럭을 하나의 클러스터에 포함되게 하여 전체적으로 각 클러스터의 정보량을 고르게 하였다. 화면A에서는 전체화면의 중앙에서 가장 가까운 부분에서 시작하여 외곽을 통해 A화면의 중심을 향하는 순서로 클러스터를 형성하고, B화면에서는 전체화면의 중심에서 시작하여 화면을 상,하로 왕복하며 중앙에서 외곽방향으로 진행하며 클러스터를 형성하고, C화면에서는 전체화면의 우상측 모서리에서 시작하여 전체화면의 중앙을 향하여 상,하로 왕복하는 순서로 클러스터를 형성하며, D화면에서는 전체화면의 우하측 모서리에서 시작하여 외곽을 통해 D화면의 중심을 향하는 순서로 매크로 블럭을 추출하여 클러스터를 구성한다. 이와 같이 하여 클러스터를 구성할 경우, 2개의 분할 화면의 매크로 블럭(MB) 정보량이 많을 때, 다른 두개의 분할화면의 매크로블럭(MB)은 정보량이 적게 되어 각 클러스터의 정보량을 고르게 분포시킬 수 있으며, 버스트 에러가 발생한 경우에도 에러가 화면의 넓은 부분에 걸쳐 나타나므로 시각적으로 잘 들어나지 않게되어 버스트에러 분산효과 향상된다.

제5도는 본 발명이 수행되는 과정을 도시한 흐름도로서, 화면 데이타를 대각선으로 분할하여 소정의 부화면을 형성하고, 형성된 부화면의 데이타를 매크로 블럭단위로 저장하는 화면분할단계(100,110,121,122,123,124)와, 저장된 매크로블럭을 소정의 순서로 각각 독출하는 매크로블럭 독출단계(131,132,133,134)와, 독출된 매크로블럭으로 클러스터를 형성하는 클러스터 형성단계(140)를 구비한다. 즉, 제5도에 있어서, 셔플링을 사용하여 데이타를 압축하는 방법은 한 화면(프레임)분량의 데이타를 입력하는 입력단계(100)와 입력된 화면을 소정개수의 화면으로 대각선으로 분할하는 화면 분할단계(110), 분할된 화면의 데이타를 각각 저장하는 데이타 저장단계(121,122,123,124)와, 저장된 데이타에서 소정의 순서로 매크로 블럭(MB)을 추출하는 매크로블럭 추출단계(131,132,133,134)와, 추출된 매크로 블럭으로 클러스터를 형성하는 클러스터 구성단계(140)와, 구성된 클러스터를 압축하는 데이타 압축단계(150)를 구비한다. 즉, 입력된 데이타는 매크로블럭을 단위로하여 제4도와 같이 A,B,C,D 4개의 화면으로 분할되어 별도의 기억장치에 저장된다. A,B,C,D 각 화면에 해당하는 기억장치에서 제4도의 화살표로 표시된 바와 같이 소정의 순서대로 저장된 데이타를 독출하여 동일한 수의 매크로 블럭을 추출하여 하나의 클러스터를 구성하고, 구성된 클러스터를 데이타압축부로 전송하여 압축과정이 수행되도록한다. 4개의 화면에서 같은 수의 매크로 블럭을 추출하므로, 하나의 클러스터는 4의 정수배로 이루어지며, 그 수는 입력 데이타의 양, 입력속도, 데이타 압축율등 시스템 사양에 따라 조정할 수 있다. 한편 제4도에는 클러스터 구성과 데이타압축부의 경로를 하나로 표시하였으나, 이 경로를 복수로 하는 데이타 채널분할을 하면, 데이타처리에 요구되는 속도가 채널수에 반비례하여 감소하므로써 시스템의 부담을 감소시킬 수 있다.

제6도는 본 발명에 의한 디지탈 셔플링장치를 도시한 블럭도이다. 제6도에 있어서, 디지탈 셔플링장치는 화상데이타를 입력하여 소정의 채널(본 발명의 실시예에서는 4개의 채널)로 분배하는 채널분배기(601)와, 해당 채널의 데이타를 저장하는 채널메모리(611, 612, 613, 614)와, 채널메모리(611∼614)에 저장된다. 각 채널로 분배된 데이타는 채널클러스터 조합부(621∼624)에서 매크로블럭(MB) 단위로 모아진 후 제4도에 도시된 순서로 각 채널의 매트로블럭(MB)을 모아서 클러스터를 형성한 후 데이타 압축부(630)로 보내진다.

제7도는 제6도에 도시된 채널클러스터 조합부를 자세히 도시한 세부블럭도이다. 제7도에 있어서, 채널클러스터 조합부(621)는 채널메모리(611)의 화상데이타를 프레임동기신호(FRM)와 채널A 클러스터링 테이블(702)에 따라 제어하는 메모리 제어기(701)와, 채널버퍼(703)와 버퍼스위칭 제어기(704)를 구비한다. 여기서 버퍼스위칭 제어기(704)는 각 채널클러스터 조합부(621∼624)의 채널버퍼들을 스위칭하여 클러스터를 형성한다.

메모리 제어기(701)는 해당 채널의 클러스터링 테이블(702)을 참조하여 제4도에 도시된 순서로 채널 메모리(611)로부터 데이타를 읽어내어 매크로블럭을 구성한다. 매크로 블럭으로 구성된 데이타들은 채널버퍼(703)에 일시로 저장된 후 버퍼 스위칭 제어기(704)에 의해 데이타 압축부(630)로 출력된다. 버퍼 스위칭 제어기(704)는 각 채널버퍼(621∼624)에 저장된 매크로 블럭(MB)단위의 데이타를 클러스터 단위로 배열하는 기능을 수행한다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 의한 셔플링방법을 디지탈 브이시알 (D-VCR)에 적용하면, 압축데이타량을 고정하는 단위인 클러스터에 화상데이타의 정보량이 고르게 분포되어 압축 효율제고 및 화질 개선의 효과가 있으며, 버스트에러의 분산도 향상시키는 효과가 있다.

Claims

화상 데이타를 화면단위로 입력하여 소정의 부화면으로 분할하고, 상기 부화면에서 매크로블럭을 각각 추출하여 클러스터를 형성하는 디지탈 셔플링방법에 있어서, 상기 화면 데이타를 대각선으로 분할하여 소정의 부화면을 형성하고, 형성된 부화면의 데이타를 매크로 블럭단위로 저장하는 화면분할 단계 ; 상기 저장된 매크로블럭을 화면의 중앙에서 가장 가까운 부분에서 시작하여 화면의 좌상측 외곽을 통해 부화면의 중심을 향하는 순서로 매크로블럭을 독출하는 제1화면 독출단계와, 화면의 중심에서 시작하여 부화면을 상,하로 왕복하며 중앙에서 외곽방향으로 진행하며 매크로블럭을 독출하는 제2화면 독출단계와, 화면의 우상측 모서리에서 시작하여 화면의 중앙을 향하여 상,하로 왕복하는 순서로 매크로블럭을 독출하는 제3화면 독출단계와, 화면의 우하측 모서리에서 시작하여 외곽을 통해 부화면의 중심을 향하는 순서로 매크로블럭을 독출하는 제4화면 독출단계로 구성된 매크로블럭 독출단계 ; 및 상기 독출된 매크로블럭으로 상기 클러스터를 형성하는 클러스터 형성단계를 구비한 것을 특징으로 하는 디지탈 셔플링방법.
제1항에 있어서, 상기 디지탈 셔플링방법은 정보량이 많은 중앙부분의 매크로 블럭과 정보량이 적은 외곽부분의 매크로 블럭을 하나의 클러스터에 포함되게 하여 전체적으로 각 클러스터의 정보량을 고르게 하는 것을 특징으로 하는 디지탈 셔플링방법.
제1항에 있어서, 상기 화면분할단계는 상기 화면 데이타를 4개의 부화면으로 분할한 것을 특징으로 하는 디지탈 셔플링방법.
화상 데이타를 화면단위로 입력하여 소정의 부화면으로 분할하고, 상기 부화면에서 매크로블럭을 각각 추출하여 클러스터를 형성하는 디지탈 셔플링장치에 있어서, 상기 화상데이타를 입력하여 소정의 채널로 분배하는 채널분배기 ; 상기 채널분배기로부터 해당 채널의 데이타를 입력하여 저장하는 복수개의 채널메모리 ; 및 상기 채널메모리의 회상데이타를 프레임동기신호와 해당 채널의 클러스터링 테이블에 따라 매크로블럭 독출시, 화면의 중앙에서 가장 가까운 부분에서 시작하여 화면의 좌상측 외곽을 통해 부화면의 중심을 향하는 순서로 제1화면 매크로블럭을 독출하고, 화면의 중심에서 시작하여 부화면을 상, 하로 왕복하며 중앙에서 외곽방향으로 진행하며 제2화면 매크로블럭을 독출하고, 화면의 우상측 모서리에서 시작하여 화면의 중앙을 향하여 상, 하로 왕복하는 순서로 제3화면 매크로블럭을 독출하며, 화면의 우하측 모서리에서 시작하여 외곽을 통해 부화면의 중심을 향하는 순서로 제4화면 매크로블럭을 독출하여 매크로블럭을 형성하는 메모리 제어기와, 상기 매크로블럭을 저장하는 채널버퍼와, 상기 채널버퍼의 출력을 스위칭하여 클러스터를 형성하는 버퍼 스위칭 제어기를 구비하여 상기 화상데이타를 매크로 블럭단위로 모아 클러스터링하는 복수개의 채널 클러스터 조합수단을 구비한 것을 특징으로 하는 디지탈 셔플링장치.