KR0162204B1

KR0162204B1 - 동화상부호화시스템의 영상데이타 분석장치

Info

Publication number: KR0162204B1
Application number: KR1019930014272A
Authority: KR
Inventors: 문헌희
Original assignee: 김광호; 삼성전자주식회사
Priority date: 1993-07-27
Filing date: 1993-07-27
Publication date: 1998-12-15
Also published as: KR950005042A

Abstract

본 발명은 영상신호의 동보상 부호화장치에서, 매크로블럭단위로 데이타 특성을 검출하여 그 특성에 적절한 양자화레벨을 제공하여 최적의 양자화를 구현하기 위한 영상데이타 분석장치에 관한 것으로, 부호화하고자 하는 매크로블럭의 DC평균값, 저주파영역의 평균값, 에지영역의 평균값, 고주파영역의 평균값을 산출하고, 이 산출된 데이타값에 따라 매크로블럭의 상태를 결정하며, 그 상태에서 가장 적절한 양자화레벨을 매크로블럭단위로 공급한다. 그러므로써, 영상데이타의 부호화가 보다 효과적으로 수행되며 화질도 개선된다.

Description

동화상부호화시스템의 영상데이타 분석장치

제1도는 본 발명에 의한 영상데이타 분석장치가 구비된 부호화시스템을 나타내는 블럭도.

제2도는 버퍼의 데이타 누적상태와 슬라이스단위의 양자화레벨 간의 관계를 나타내는 그래프.

제3도는 영상데이타의 프레임구성을 나타내는 개념도.

제4도는 8×8블럭데이타의 영역구분을 나타내는 개념도.

제5도는 본 발명에 의한 영상데이타 분석장치의 블럭도.

제6도는 제5도의 장치에서 사용되는 제어신호의 파형도.

제7도는 제5도의 장치에서 결정부에 대한 상세 블럭도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

20 : 영상데이타 분석장치 51, 52, 53, 54 : 누산기

55 : 결정부 56 : PROM

70 : 상태엔코더 72 : 델타디코더

본 발명은 동보상을 이용하여 영상데이타를 부호화하는 장치에 관한 것으로, 특히 부호화하고자 하는 영상데이타의 특성을 미리 분석하여 최적의 양자화레벨을 결정하기 위한 영상데이타 분석장치에 관한 것이다.

일반적으로, 영상신호의 디지탈 송수신에서 대표적인 부호화시스템은 동보상을 이용한 DCT(Discrete Cosine Transform) 부호화시스템이다. 이 부호화시스템은 영상데이타의 화면간 상관성이 매우 높은 것을 이용하여, 프레임데이타 간의 차신호를 부호화하여 높은 데이타압축률을 얻는다. 이 부호화시스템은 현재 부호화하고자 하는 영상데이타를 부호화하여 전송하거나, 이전화면으로부터의 움직임 양에 의한 동벡터를 검출하고, 이 검출된 동벡터에 의해 동보상된 영상데이타와의 차신호를 부호화하여 전송한다. 이와 같은 동보상을 이용한 부호화시스템은 디지탈 고화질텔레비젼, 원격화상회의시스템, 디지탈 VTR 등에서 널리 사용되고 있다.

그러나, 이러한 부호화시스템을 이용하여 데이타를 전송하는 경우, 영상데이타는 일정한 전송률로 전송되어야 하는데, 실제 영상데이타는 프레임간의 움직임이 시간에 따라 변화하므로 영상데이타량도 변하게 된다. 즉, 화상의 움직임이 줌(Zoom)이나 경사(Tilting) 또는 회전운동 등 복잡한 움직임을 포함하거나, 화면 전체에 움직임이 많은 경우, 이러한 움직임양에 따라 데이타량이 증가하고, 움직임이 단순한 경우, 데이타량이 줄어드는 등 영상신호의 특성에 따라 데이타 발생량이 변화한다. 그러므로, 제한된 전송 데이타량에 대해 효율적인 부호화가 가능하도록 하기 위해서는 미리 부호화하고자 하는 데이타를 분석하여 데이타 특성에 맞게 부호화하는 기능이 필요하다.

따라서, 본 발명의 목적은 DCT영역에서 영상신호의 특성을 추출하고, 그 추출된 특성에 따라 매크로블럭 단위로 양자화레벨을 조절하기 위한 영상데이타 분석장치를 제공함에 있다.

이와같은 본 발명의 목적은 DCT부와 양자화부 그리고 전송신호의 비트비를 일정하게 유지하기 위한 버퍼를 포함하는 영상데이타의 부호화시스템에 있어서, 상기 DCT부에서 공급되는 DCT계수의 매크로블럭을 구성하는 소블럭들의 DC값을 누산하여, 매크로블럭단위로 DC평균값(DC)을 산출하는 제 1누산기, 상기 매크로블럭을 구성하는 소블럭들의 저주파영역 데이타를 누산하여, 매크로블럭단위로 저주파영역 평균값(L)을 산출하는 제 2누산기, 상기 매크로블럭을 구성하는 소블럭들의 에지영역 데이타를 누산하여, 매크로블럭단위로 에지영역 평균값(E)을 산출하는 제 3누산기, 상기 매크로블럭을 구성하는 소블럭들의 고주파영역 데이타를 누산하여, 매크로블럭단위로 고주파영역 평균값(H)을 산출하는 제 4누산기, 상기 DC평균값(DC), 저주파 영역 평균값(L), 에지영역 평균값(E), 고주파영역 평균값(H), 상기 버퍼에서 공급되는 슬라이스단위의 양자화레벨(SQL) 및 동벡터(MV)를 공급받아, 매크로블럭의 상태를 결정하여 상태데이타를 발생하는 결정부, 및 상기 상태데이타와 슬라이스단위의 양자화레벨(SQL)을 어드레스로써 공급받아 매크로블럭단위의 양자화레벨(MQL)을 출력하여 양자화부로 공급하는 메모리를 포함하는 영상데이타 분석장치에 의하여 달성된다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상술하기로 한다.

제 1도는 본 발명에 의한 영상데이타 분석장치를 구비한 부호화기의 일 실시예를 나타낸다. 입력되는 디지탈 영상데이타는 일정 크기의 소블럭(예를 들면, 8×8 또는 16×16)으로 나누어져 들어온다. 그러면, 동추정부(16)는 이러한 입력 블럭데이타에 대해 프레임메모리(15)에 저장된 이전 화면의 영상데이타 중 현재 입력되는 블럭데이타에 대응되는 부분으로부터의 운동을 예측하여 동벡터(MV)를 검출하는 동추정(Motion Estimation)을 행한다. 동보상부(17)는 동추정부(16)에서 얻어지는 동벡터(MV)를 이용하여 현재 블럭과 가장 가까운 이전 화면의 블럭을 추출하는 동보상(Motion Compensation)을 행한다. 그러면, 부호화과정은 현재 입력되는 블럭만을 처리하거나(인트라모드), 현재 입력블럭과 동보상된 블럭의 차신호를 처리한다(인터모드). 이러한 부호화과정은 DCT부(11), 양자화부(12) 및 가변장부호화부(18)에서 이루어지며, 프레임메모리(15)에 이전 프레임의 영상데이타를 저장하기 위해 역양자화부(13) 및 역DCT부(14)가 있다.

또한, 부호화되어 전송되는 신호의 비트레이트를 일정하게 유지하기 위하여 버퍼(19)를 제어한다. 버퍼의 오버플로우(Overflow)나 언더플로우(Underflow)를 방지하기 위하여 버퍼의 데이타 누적상태에 따라 양자화기의 데이타 발생량을 조절하기 위한 양자화레벨을 슬라이스(Slice)단위로 발생한다. 이와같은, 버퍼(19)의 데이타 누적상태와 슬라이스단위의 양자화레벨(SQL)의 관계가 제 2도에 도시되어 있다. 이러한 슬라이스단위의 양자화레벨(SQL)이 영상데이타 분석장치(20)로 입력되고, 영상데이타 분석장치(20)는 슬라이스단위의 양자화레벨(SQL)과 동벡터(MV) 및 DCT부(11)의 출력 영상데이타를 공급받아 매크로블럭단위의 양자화레벨(MQL)을 발생하여 양자화부(12)로 공급한다.

제 3도는 영상데이타의 한 프레임에서 슬라이스와 매크로블럭의 관계를 나타낸다. 도시된 바와같이 하나의 슬라이스는 다수의 매크로블럭으로 구성되므로, 양자화레벨을 슬라이스단위로 결정하는 경우 보다 매크로블럭단위로 결정하는 경우, 영상데이타의 특성에 보다 적합한 양자화레벨이 적용될 수 있다.

영상데이타 분석장치(20)는 먼저 각 블럭데이타를 8가지 영역으로 구분한다. 첫째, 운동이 많은 영역 ; 둘째, 중간 정도의 운동영역 ; 셋째, 단순한 운동영역 ; 넷째, 어두운 영역 ; 다섯째, 단순한 영역 ; 여섯째, 에지(Edge) 영역 ; 일곱째, 복잡한 영역 ; 여덟째, 앞의 어느 영역에도 포함되지 않는 평범한 영역이다.

이러한 8개 영역을 결정하는 결정규칙을 제 4도를 참조하여 설명하기로 한다. 먼저, 8×8블럭의 각 화소에 대해 0부터 63까지 스캔방향으로 일련번호를 부여하면, 0은 DC에 해당하고, 1∼5는 저주파영역에 해당하고, 6,7,8,9,10,12,14,15,20,21,24,27은 에지영역에 해당하고, 나머지는 고주파영역에 해당한다. 이와같이 8×8블럭은 4가지 데이타로 구분하고, 8개의 8×8블럭으로 구성되는 매크로블럭에 대해 상기 4가지 데이타의 평균값을 산출한다. DC영역의 평균값을 DC, 저주파영역의 평균값을 L, 에지영역의 평균값을 E, 고주파영역의 평균값을 H라 하면, 다음의 표 1과 같이 각 영역의 결정규칙 및 그 결정규칙에 따라 매크로블럭단위의 양자화레벨(MQL)이 결정된다.

제 5도는 영상데이타 분석장치의 상세 블럭도이다. DCT부에서 공급되는 인트라모드의 DCT계수는 제 1 내지 제 4누산기(51∼54)로 각각 입력된다. 제 1누산기(51)는 8개 블럭단위로 DC값을 누산하여 매크로블럭단위의 DC평균값(DC)을 산출하고, 제 2누산기(52)는 8개 블럭단위로 저주파영역값을 누산하여 매크로블럭단위의 저주파영역평균값(L)을 산출하고, 제 3누산기(53)는 8개 블럭단위로 에지영역값을 누산하여 매크로블럭단위의 에지영역 평균값(E)을 산출하고, 제 4누산기(54)는 8개 블럭단위로 고주파영역값을 누산하여 매크로블럭단위의 고주파영역 평균값(H)을 산출한다. 이와 같이, 각 누산기에서 해당 데이타를 누산하기 위해서는 제 6(a)도에 도시된 바와같이 블럭래치신호(BLAT∼BLAT)가 해당 데이타를 래칭하여야 한다. 제 1블럭래치신호(BLAT)는 제 1누산기로 인가되는 블럭데이타 중 DC데이타를 래칭하고, 제 2블럭래치신호(BLAT)는 제 2누산기로 인가되는 블럭데이타 중 저주파영역 데이타를 래칭하고, 제 3블럭래치신호(BLAT)는 제 3누산기로 인가되는 블럭데이타 중 에지영역 데이타를 래칭하고, 제 4블럭래치신호(BLAT)는 제 4누산기로 인가되는 블럭데이타 중 고주파영역 데이타를 래칭한다. 제 1 내지 제 4누산기에서 8개 블럭데이타에 대한 누산이 되면, 각 누산기로 제 1 내지 제 4매크로블럭래치신호(MLAT∼MLAT)가 공급되어 각 누산기에서 평균값들(DC, L, E, H)을 각각 출력시킨다.

제 6(b)도는 1매크로블럭구간 동안에 대한 제 1 내지 제 4블럭래치신호(BLAT∼BLAT)를 나타내고, 매크로블럭 마다 각 누산기를 클리어시키는 클리어신호(CLR)를 나타낸다.

이와같이 제 1 내지 제 4누산기에서 각각 출력되는 DC평균값(DC), 저주파영역 평균값(L), 에지영역 평균값(E) 및 고주파영역 평균값(H)은 결정부(55)로 입력된다. 또한, 결정부(55)는 슬라이스단위의 양자화레벨(SQL)과 동벡터(MV)를 공급받는다.

제 7도는 결정부에 대한 상세 블럭도이다. 결정부의 상태엔코더(70)는 8비트 데이타를 입력받아 3비트의 상태값을 출력한다. 8비트 입력데이타는 제 7도에 도시된 바와같이 동벡터(MV)의 크기에 따른 3비트(MVL, MVM, MVS)와 DC평균값(DC)의 크기에 따른 2비트(DCL, DCS)와, 고주파영역 평균값(H), 에지영역 평균값(E), 저주파영역 평균값(L)으로 이루어진다. 동벡터에 의한 3비트 데이타(MVL, MVM, MVS)는 동벡터(MV)가 소정 기준 보다 큰 경우 MVL이 1로 되고, 중간값인 경우 MVM이 1로 되고, 소정 기준 보다 작은 경우 MVS가 1로 된다. DC평균값에 따른 2비트 데이타(DCL, DCS)도 마찬가지로 DC평균값이 상대적으로 큰 경우 DCL이 1로 되고, 작은 경우 DCS가 1로 된다. 상태엔코더(70)는 8비트 입력데이타에 따라 3비트 상태값을 출력하고, 이 상태값은 상태래치신호(STLAT)에 의해 최종 출력된다.

또한, 제 7도에서 델타디코더(72)는 DC평균값(DC)과, 고주파영역 평균값(H), 에지영역 평균값(E), 저주파영역 평균값(L)을 공급받아 양자화레벨의 델타값(ΔQ)을 출력한다. 이 양자화레벨의 델타값(ΔQ)은 델타래치신호(DLAT)에 의해 최종 출력된다.

다음의 표 2는 8비트 입력데이타에 따라 상태엔코더(70)에서 출력되는 3비트 상태데이타와 양자화레벨의 델타값(ΔQ)을 나타낸다.

결정부에서 출력되는 양자화레벨의 델타값(ΔQ)은 복호화기로 전송되어 양자화레벨의 복호화시 사용된다. 또한, 결정부에서 출력되는 3비트 상태데이타(ST)는 제 5도에 도시된 바와 같이 PROM(56)으로 공급된다. 그러면, PROM(56)은 상태데이타(ST)와 슬라이스단위의 양자화레벨(SQL)을 어드레스로 입력받아 매크로블럭단위의 양자화레벨(MQL)을 출력한다. 이와같이 출력되는 매크로블럭단위의 양자화레벨(MQL)이 양자화부로 공급된다.

상술한 바와같이, 본 발명에 의한 동화상부호화시스템의 영상데이타 분석장치는 소정 크기의 매크로블럭단위로 영상데이타의 특성을 분석하여, 그 특성에 맞도록 매크로블럭단위로 최적의 양자화레벨을 적용함으로써, 영상데이타를 보다 효과적으로 부호화하여 화상의 아티팩트를 감소한다.

Claims

DCT부와 양자화부 그리고 전송신호의 비트비를 일정하게 유지하기 위한 버퍼를 포함하는 영상데이타의 부호화시스템에 있어서, 상기 DCT부에서 공급되는 DCT계수의 매크로블럭을 구성하는 소블럭들의 DC값을 누산하여, 매크로블럭단위로 DC평균값(DC)을 산출하는 제 1누산기 ; 상기 매크로블럭을 구성하는 소블럭들의 저주파영역 데이타를 누산하여, 매크로블럭단위로 저주파영역 평균값(L)을 산출하는 제 2누산기 ; 상기 매크로블럭을 구성하는 소블럭들의 에지영역 데이타를 누산하여, 매크로블럭단위로 에지영역 평균값(ME)을 산출하는 제 3누산기 ; 상기 매크로블럭을 구성하는 소블럭들의 고주파영역 데이타를 누산하여, 매크로블럭단위로 고주파영역 평균값(H)을 산출하는 제 4누산기 ; 상기 DC평균값(DC), 저주파영역 평균값(L), 에지영역 평균값(E), 고주파영역 평균값(H), 상기 버퍼에서 공급되는 슬라이스단위의 양자화레벨(SQL) 및 동벡터(MV)를 공급받아, 매크로블럭의 상태를 결정하여 상태데이타를 발생하는 결정부 ; 및 상기 상태데이타와 슬라이스단위의 양자화레벨(SQL)을 어드레스로서 공급받아 매크로블럭단위의 양자화레벨(MQL)을 출력하여 양자화부로 공급하는 메모리를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상데이타 분석장치.
제1항에 있어서, 누산기는 각 소블럭에서 누산하고자 하는 해당 데이타를 래칭하기 위한 블럭래치신호와, 매크로블럭단위로 누산된 데이타의 평균값을 출력하기 위한 매크로블럭래치신호를 공급받는 것을 특징으로 하는 영상데이타 분석장치.
제1항에 있어서, 상기 결정부는 입력데이타에 따라 현재의 매크로블럭을 정해진 순번대로 다음의 표와 같이 결정하는 것을 특징으로 하는 영상데이타 분석장치.
제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 메모리는 상기 결정부에서 결정되는 매크로블럭의 상태에 따라 다음 표와 같은 매크로블럭단위의 양자화레벨을 출력하는 것을 특징으로 하는 영상데이타 분석장치.
제1항에 있어서, 상기 결정부는 DC평균값(DC), 고주파영역 평균값(H), 에지영역 평균값(E) 및 저주파영역 평균값(L)을 공급받아 양자화레벨의 델타값을 출력하는 수단을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 영상데이타 분석장치.