KR0166723B1 - 영상특성이 고려된 양자화레벨 조절방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 양자화레벨 조절방법은, 현재 매크로 블록에 대한 예상 버퍼점유율과 의사 양자화레벨 및 공간적 화상복잡도의 계산은 종래의 MPEG2와 동일한 방식을 이용하고, 부호화할려는 매크로 블록의 실제 양자화레벨 결정에 이용되는 공간적 화상복잡도는 종래의 프레임 단위 평균 대신 슬라이스 단위의 평균을 이용함으로써, 현시(display)되는 영상에서 나타나는 공간적 번쩍거림을 없애는 효과가 있다. 그리고, 부호화된 이전 프레임과 부호화할려는 현재 프레임의 프레임 형태가 동일한지 아닌지에 따라 서로 다른 정규화식을 사용하여 정규화 화상복잡도 및 영상 데이타를 부호화하기 위한 실제 양자화레벨을 계산함으로써, 프레임간 부호화 방법이 달라 발생하는 영상의 시간적 번쩍거림을 보다 확실히 방지할 수 있다.

Description

영상특성이 고려된 양자화레벨 조절방법
제1도는 종래기술에 따른 양자화레벨 조절방법을 나타낸 순서도.
제2도는 본 발명의 영상특성이 고려된 양자화레벨 조절방법을 나타낸 순서도.
제3도는 프레임 길이가 12인 영상그룹의 예시도.
본 발명은 영상특성이 고려된 양자화레벨 조절방법에 관한 것으로서, 특히 주어진 대역폭에 맞추어 항등비트율로 전송해야 하는 회선교환방식의 부호화 시스템에서 공간적 및 시간적으로 발생하는 회색도(gray level)의 차이를 줄이기 위한 영상 데이타의 양자화레벨 조절방법에 관한 것이다.
움직임 화상 전문그룹(Motion Pcture Expert Group;MPEG)은 움직이는 영상의 저장 및 전송율의 표준화를 이루기 위한 조직으로서, 현재 1.3Kbps의 전송속도를 갖는 화상에 관한 MPEG1에 이어 4Mbps의 전송속도를 갖는 MPEG2의 시험모델을 권고안으로 발표하였다. MPEG2는 고품위 텔레비젼(HDTV), 디지탈 영상전송을 이용하는 직접 방송 시스템(Direct Broadcasting System), 멀티 메디아 등에서 사용할 수 있다.
MPEG은 프레임들을 내부(Intra), 양방향(Bidirectional), 예측(Predictive)의 세가지 형태로 구분하여 각 형태마다 서로 다른 부호화 방법을 적용하고, 프레임들의 배열순서를 IBBPBBP …I의 순으로 정한다. 그리고, 처음의 내부(Intra) 프레임부터 그 다음 내부 프레임 이전까지의 프레임들을 영상그룹(Group Of Picture; GOP)이라 한다.
일반적인 데이타 처리단위로는 8×8 화소(pixel)로 구성되는 블록과, 인접하는 4개의 블록들의 모임인 매크로 블록(Macro Block;MB), 매크로 블록을 일정 갯수만큼 연결해 놓은 슬라이스(Slice)가 있다. 대체로 슬라이스는 프레임내에서 가로방향길이 만큼에 해당하는 매크로 블록으로 정의한다.
현재 발표된 MPEG2의 전송율 및 양자화 제어는 목표 비트할당, 전송율 제어, 적응적 양자화로 구분된다. MPEG2에 의한 전송율 및 양자화 제어를 제1도를 참조하여 설명한다.
제1도는 종래기술에 따른 양자화레벨 조절방법을 나타낸 순서도이다.
이전 프레임에 대한 휘도 데이타가 부호화되면, 이전 프레임에 대한 전체 화상복잡도와 이전 프레임에 대한 프레임당 평균한 공간적 화상복잡도(FAVG_ACTj)및 부호화할려는 현재 프레임의 목표 비트수가 계산된다(단계 11). 목표 비트수가 구해진 현재 프레임의 소정 매크로 블록은 이전 프레임의 목표 비트수와 현재 프레임내의 이전 매크로 블록을 부호화한 후 발생한 비트수를 이용하여 다시 예상 버퍼점유율 및 의사(pseudo) 양자화레벨(Qj)이 계산된다(단계 13). 그리고, 매크로 블록내의 블록들이 갖는 분산값들의 최소값을 이용하여 현재 매크로 블록의 공간적 화상복잡도(ACTj)를 결정한다(단계 15). 공간적 화상복잡도(ACTj)가 구해진 매크로 블록은 다음의 식(1)에 의해 정규화된 공간적 화상복잡도(N_ACTj)가 계산된다. 예상 버퍼점유율 및 정규화된 공간적 화상복잡도가 고려된 실제 양자화레벨(RQj)은 다음의 식(2)에 의해 얻어진다(단계 17).
위의 식들에서 사용된 j는 프레임내의 매크로 블록들을 구분하기 위한 것이다. 실제 양자화레벨(RQj)이 현재 프레임에 들어있는 모든 매크로 블록들로부터 구해질 때까지 연산되는 매크로 블록이 현재프레임에 들어있는지 비교된다(단계 19). 현재프레임에 들어있는 모든 매크로 블록에 대한 실제 양자화레벨이 구해지면, 현재 프레임에 대한 양자화레벨 계산을 완료한다.
이와 같은 MPEG2 방식은 현재 프레임과 동일한 형태의 이전 프레임에서 생성된 목표 비트수와 바로 이전 매크로 블록에 의한 버퍼점유율 및 의사 양자화레벨 등을 현재 프레임의 실제 양자화레벨 조절을 위한 정보로 이용한다. 예를 들면, 내부 프레임의 양자화레벨 조절은 동일한 내부 프레임이며 부호화할려는 현재 프레임에 가장 가까운 선행 내부 프레임 관련정보를 이용한다. 그리고, MPEG2 방식은 프레임간 처리방법이 다름에 따라 생기는 양자화레벨의 큰 차이가 연속적인 영상에서 밝고 어두움의 반복형태로 나타나는 것을 줄이기 위해 이전 프레임의 프레임당 평균한 공간적 화상복잡도를 이용하였다. 그러나, 이 경우 이전 프레임의 프레임당 평균한 화상복잡도를 이용하기 때문에 지엽적인 번쩍임현상 즉, 매크로 블록간의 화상복잡정도의 차이에 의한 공간적 번쩍거림을 없애기 힘든 문제가 발생한다.
상기의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 이전 프레임에 대한 슬라이스당 평균한 공간적 화상복잡도를 이용하여 매크로 블록에 대한 양자화레벨을 계산함으로써 화상복잡정도의 차이에 의한 공간적 번쩍거림 현상을 없앨 수 있는 영상특성이 고려된 양자화레벨 조절방법을 제공함에 있다.
이와 같은 본 발명의 목적은, 영상데이타의 버퍼점유율에 따라 새로이 양자화되는 영상데이타의 양자화레벨을 조절하는 방법에 있어서, 이전 프레임의 전체 화상복잡도와, 상기 이전 프레임의 소정크기를 갖는 데이타 블록에 대한 공간적 화상복잡도 및 양자화될 현재 프레임의 목표 비트수를 입력하는 단계와; 현재 프레임내에서 상기 목표 비트수에 의해 결정되며, 현재 양자화할려는 상기 데이타 블록에 대한 예상 버퍼점유율에 따라 상기 데이타 블록의 의사(pseudo) 양자화레벨을 계산하는 단계와; 상기 데이타 블록보다 적은 크기를 지닌 부(sub) 데이타 블록을 이용하여 상기 데이타 블록에 대한 공간적 화상복잡도를 계산하는 단계와; 상기 데이타 블록의 공간적 화상복잡도 및 부 데이타 블록이 들어있는 데이타 블록에 대응하는 이전 프레임의 소정 데이타 블록의 공간적 화상복잡도로부터 얻어진 정규화 화상복잡도와, 상기 의사 양자화레벨을 이용하여 상기 데이타 블록의 양자화레벨을 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상특성이 고려된 양자화레벨 조절방법에 의해 달성된다.
또한, 본 발명은, 영상 프레임을 다수의 서로 다른 형태로 구분하여 프레임 형태에 따라 각기 다른 방법으로 부호화하는 경우, 상술의 양자화레벨 결정단계에서 이전 프레임과 현재 프레임의 형태가 동일할 때와 상이할 때 각각 다른 양자화레벨 방식을 이용함으로써 프레임간 처리방법이 다름에 따라 발생하는 영상의 번쩍거림을 보다 확실히 방지하는 추가적인 효과를 가져온다.
이하, 본 발명의 영상특성이 고려된 양자화레벨 조절방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
제2도는 본 발명의 영상특성이 고려된 양자화레벨 조절방법을 나타낸 순서도이다.
내부, 양방향, 예측 중의 한 형태를 갖는 소정 프레임의 휘도 데이타가 부호화되면, 그 프레임의 전체 화상복잡도(X)는 프레임의 데이타를 부호화한 후 발생된 총비트수(S)와 프레임내 모든 매크로 블록을 부호화하는 동안 사용된 실제 양자화레벨의 평균값(Q)을 이용한 다음의 식들로부터 구해진다.
위의 식(3)에서 사용된 i, p, b는 내부 프레임(I) 양방향 프레임(B) 및 예측 프레임(P)을 구분하기 위한 것이다.
하나의 영상그룹(GOP)내에서 부호화된 프레임의 바로 다음 프레임의 부호화를 위한 목표 비트수(T)는 프레임 형태에 따라 다음의 식들 중 하나를 적용하여 계산된다.
위의 식들에 사용된 Kp, Kb는 양자화레벨의 계산에 이용되는 가중매트릭스(weighting matrix)에 종속되는 계수이다. R은 영상그룹(GOP)에 할당된 비트중 부호화에 이용되고 남은 나머지 비트수를 말하며, 한 프레임의 부호화후에는 원래의 나머지(R)에서 바로 이전 프레임의 부호화에 이용된 비트수(S)를 뺀 R-S로 갱신된다. 그리고, Nb, Np는 영상그룹내에서 부호화후 남아있는 양방향 프레임 혹은 예측 프레임의 수이다.
제3도는 프레임 길이가 12인 영상그룹의 예시도이다.
영상그룹이 12개의 프레임으로 구성된 경우에 제3도에서 화살표 우측의 프레임이 부호화될 차례이면 Nb=4, Np=1이 된다.
이전 프레임의 슬라이스당 평균한 공간적 화상복잡도는 해당 슬라이스내의 모든 매크로 블록들에 대한 공간적 화상복잡도의 평균으로 표시된다.
위와 같이 정의된 이전 프레임의 전체 화상복잡도(X)와 이전 프레임의 슬라이스당 평균한 공간적 화상복잡도(SAVG_ACT) 및 현재 프레임의 목표 비트수가 입력되면(단계 21), 양자화레벨 조절 시스템은 현재 프레임의 프레임 형태와 동일한 형태의 이전 프레임에 의한 최종 버퍼점유율(BFo)과, 현재 프레임내에서 부호화할려는 현재 매크로 블록의 바로 이전 매크로 블록을 부호화한 후 발생한 비트수(Bj-1)와, 프레임내 매크로 블록 갯수(MB_CNT)를 이용하는 아래의 식들 중 현재 프레임 형태에 적합한 식을 이용하여 현재 매크로 블록을 부호화하기 위한 예상 버퍼점유율(BFj)을 계산한다.
상술의 식에서 사용된는 각각 내부, 예측, 양방향 프레임 형태의 부호화할려는 해당 매크로 블록의 목표 비트수이다.
그리고, 현재 매크로 블록의 의사 양자화레벨(Qj)은 압축된 데이타의 일정한 전송율인 비트율(bit rate)과 초당 프레임수인 영상율(picture rate)의 관계식인 다음의 식(10)으로 부터 구해진다.
여기서, r=2×비트율/영상율이다.
현재 매크로 블록에 대한 예상 버퍼점유율(BFj) 및 의사 양자화레벨(Qj)이 계산되면(단계 23), 현재 매크로 블록에 대한 공간적 화상복잡도(ACTj)는 현재 매크로 블록내에 들어있는 화소들의 데이타 및 아래의 식을 이용하여 계산된다(단계 25).
위 식에서 사용된이고, Pk는 8×8 블록내의 각 화소의 휘도 데이타이다.
프레임간의 회색도(gray level)차이에 의한 영상 번쩍거림 현상을 없애는 가장 이상적인 방법은, 각 매크로 블록 마다의 공간적 화상복잡도를 저장하여 다음 프레임의 양자화레벨을 조정하는 것이나, 이런 방법에 의하면 메모리 부담이 크고, 프레임간의 영상 번쩍거림을 해소하는 대신 공간적으로 이웃하는 매크로 블록간의 영상 번쩍거림의 문제가 제기된다. 따라서, 본 발명에서는 종래의 이전 프레임에 대한 프레임당 평균한 공간적 화상복잡도 대신 이전 프레임에 대한 슬라이스당 평균한 공간적 화상복잡도(SAVG_ACTj)를 이용한다. 즉, 부호화할려는 현재 매크로 블록의 슬라이스에 대응하며 이전 프레임에 속한 슬라이스의 평균 공간적 화상복잡도(SAVG_ACTj)를 이용한다. 그리고, 이전 프레임이 현재 프레임과 동일한 프레임 형태인 경우와 아닌 경우로 구분하여, 이전 프레임이 현재 프레임과 동일한 형태이면 종래의 식(1)에서 프레임당 평균한 공간적 화상복잡도(FAVG_ACTj)를 슬라이스당 평균한 공간적 화상복잡도(SAVG_ACTj)로 대체한 식을 이용하고, 이전 프레임과 현재 프레임이 상이한 프레임 형태이면 다음의 식(12)를 이용하여 정규화된 화상복잡도(N_ACTj)를 계산한다.
식(12)을 이용하면 내부 프레임 및 예측 프레임에 의해 발생하는 프레임 간 회색도의 차에 의한 번쩍거림을 종래의 MPEG2 방식보다 더욱 확실히 제거할 수 있다.
상술의 식(10) 및 (12)에 의해 구해진 의사 양자화레벨(Qj) 및 정규화된 화상복잡도(N_ACTj)를 이용하는 상술의 식(2)로부터 현재 매크로 블록의 실제 양자화레벨(RQj)이 결정된다(단계 27). 양자화레벨 조절 시스템은 실제 양자화레벨(RQj)에 따라 부호화되는 현재 매크로 블록을 양자화시켜 출력한다. 그리고, 실제 양자화레벨이 계산되는 매크로 블록이 현재 프레임에 속하는지를 판단하여 현재 프레임에 속하지 않는 경우 현재 프레임이 매크로 블록들에 대한 실제 양자화레벨 결정 작업을 완료한다.
상기한 본 발명의 양자화레벨 조절방법은, 현재 매크로 블록에 대한 예상 버퍼점유율과 실제 양자화레벨 및 공간적 화상복잡도의 계산은 종래의 MEPG2와 동일한 방식을 이용하고, 부호화할려는 매크로 블록의 실제 양자화레벨 결정에 이용되는 공간적 화상복잡도는 종래의 프레임 단위의 평균 대신 슬라이스 단위의 평균을 이용함으로써, 현시(display)되는 영상에서 나타나는 공간적 번쩍거림을 없애는 효과를 가져온다. 그리고, 부호화된 이전 프레임과 부호화할려는 현재 프레임의 프레임 형태가 동일한지 아닌지에 따라 서로 다른 정규화식을 사용하여 정규화 화상복잡도 및 영상데이타를 부호화하기 위한 실제 양자화레벨을 계산함으로써, 프레임간 부호화 방법이 다름에 따라 발생하는 영상의 시간적 번쩍거림 현상을 보다 확실히 방지하는 추가적인 효과를 가져온다.

Claims (4)

  1. 영상데이타의 버퍼점유율에 따라 새로이 양자화되는 영상데이타의 양자화레벨을 조절하는 방법에 있어서, 이전 프레임의 전체 화상복잡도와, 상기 이전 프레임의 소정 크기를 갖는 데이타 블록에 대한 공간적 화상복잡도 및 양자화될 현재 프레임의 목표 비트수를 입력하는 단계와; 현재 프레임내에서 상기 목표 비트수에 의해 결정되며, 현재 양자화할려는 상기 데이타 블록에 대한 예상 버퍼점유율에 따라 상기 데이타 블록의 의사(pseudo) 양자화레벨을 계산하는 단계와; 상기 데이타 블록보다 적은 크기를 지닌 부(sub)데이타 블록을 이용하여 상기 데이타 블록에 대한 공간적 화상복잡도를 계산하는 단계와; 상기 데이타 블록의 공간적 화상복잡도 및 부데이타 블록이 들어있는 데이타 블록에 대응하는 이전 프레임의 소정 데이타 블록의 공간적 화상복잡도로부터 얻어진 정규화 화상복잡도와, 상기 의사 양자화레벨을 이용하여 상기 데이타 블록의 양자화레벨을 결정하는 단계룰 포함하는 것을 특징으로 하는 영상특성이 고려된 양자화레벨 조절방법.
  2. 제1항에 있어서, 양자화레벨 결정단계는 영상 프레임을 다수의 서로 다른 형태로 구분하여 프레임 형태에 따라 각기 다른 방법으로 부호화하는 경우, 이전 프레임과 현재 프레임의 형태가 동일할 때와 상이할 때 서로 다른 양자화레벨 결정방식을 이용하는 것을 특징으로 하는 영상특성이 고려된 양자화레벨 조절방법.
  3. 제2항에 있어서, 양자화레벨 결정단계는 이전 프레임과 현재 프레임의 형태가 동일할 때 상기 의사 양자화레벨과 다음의 식에 의해 구해진 정규화 화상복잡도(N_ACT)의 곱셈으로 해당 데이타 블록의 양자화레벨을 결정하는 것을 특징으로 하는 영상특성이 고려된 양자화레벨 조절방법.
    여기서, ACT는 현재 데이타 블록의 공간적 화상복잡도이고, SAVG_ACT는 상기 이전 프레임에 대한 슬라이스당 평균한 공간적 화상복잡도이다.
  4. 제2항에 있어서, 양자화레벨 결정단계는 이전 프레임과 현재 프레임의 형태가 상이할 때 다음의 식에 의해 구해진 정규화 화상복잡도(N_ACT)와 상기 의사 양자화레벨의 곱셈으로 해당 데이타 블록의 양자화레벨을 결정하는 것을 특징으로 하는 영상특성이 고려된 양자화레벨 조절방법.
    여기서, ACT는 현재 데이타 블록의 공간적 화상복잡도이고, SAVG_ACT는 상기 이전 프레임에 대한 슬라이스당 평균한 공간적 화상복잡도이다.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US10445901B2 (en) 2016-05-31 2019-10-15 Samsung Display Co., Ltd. Image displaying method including image encoding method and image decoding method

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