KR0169653B1 - 동영상 부호화기 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 의한 동영상 부호화기에서는 이전 프레임의 영상과 현재 프레임의 영상으로 부터 화상의 복잡도를 분석하고, 분석된 화상의 복잡도에 따라서 움직임벡터를 선택적으로 출력하고, 이 선택출력된 움직임벡터를 이용하여 이전 프레임의 복원영상에 대하여 움직임 보상처리를 수행한다. 따라서, 본 발명에서는 매 프레임마다 움직임 추정을 수행하지 않고 프레임간 움직임 정도가 큰 경우에만 움직임 추정을 수행함으로써 움직인 추정에 소요되는 시간을 줄일 수 있으므로 전체 부호화에 소요되는 시간을 줄일 수 있다.

Description

동영상 부호화기
제1도는 일반적인 동영상 부호화기의 구성을 나타낸 블럭도.
제2도는 본 발명에 의한 동영상 부호화기의 구성을 나타낸 블럭도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
30 : 감산기 32 : 이산여현변환부
34 : 양자화기 36 : 가변장부호화기
38 : 역양자화기 40 : 역이산여현변환부
42 : 가산기 44 : 프레임 메모리
46 : 화상복잡도 분석기 48 : 예측움직임벡터 저장기
50 : 움직임 추정기 52 : 움직임 무추정기
54 : 멀티플렉서 56 : 움직임 보상부
60 : 움직임 벡터 선택부
본 발명은 동영상 부호화기에 관한 것으로서, 특히 입력되는 현재 프레임의 영상으로부터 화상의 복잡도를 분석하고, 분석된 화상의 복잡도에 따라서 움직임 벡터를 선택적으로 출력하고, 이 선택 출력된 움직임 벡터를 이용하여 이전 프레임의 복원영상에 대하여 움직임 보상처리를 수행하기 위한 동영상 부호화기에 관한 것이다.
정보는 가장 중요한 자원중의 하나이며 현대를 일컬어 정보화사회라 하는 바, 받아들이고 처리해야 하는 정보의 양이 나날이 늘어나는 추세에서 기존의 전송대역을 효과적으로 이용하기 위해 데이타 압축은 필수 불가결하다.
특히, 디지탈 영상신호는 정보의 표현에 많은 메모리를 필요로 하기 때문에 영상정보 압축은 정보의 저장과 검색, 전송 등을 보다 효율적으로 하는 효과를 가진다.
이와 같은 이유에서 영상데이타에 대한 압축기법들이 많이 개발되어 왔는데 영상데이타 압축기법은 정보의 손실 여부에 따라 손실 부호화와 무손실 부호화기법으로 나눌 수 있으며 정지영상에 존재하는 공간적 중복성을 인트라프레임(intraframe) 부호화와 동영상에 존재하는 시간적 중복성을 이용하는 인터프레임(interframe) 부호화로 나눌 수 있다.
또한, 정보의 손실이 적으며 국제적 표준안이 완성되고 있는 제1세대 부호화 기법과 인간의 시각구조 및 영상의 특성을 이용하는 제2세대 부호화기법으로 나눈다. 제1세대 부호화기법은 PCM(Pulse Code Modulation), 차분 PCM(Differential PCM), 델타변조(Delta Modulation) 등의 공간부호화 및 Karhunen-Loeve, 퓨리에, 코사인, Harr, Hadamard, 사인 등의 변환부호화와, 위의 두 가지를 결합한 하이브리드 부호화와 동영상에 이용하는 움직임보상 부호화(Motion Compensated Coding) 등이 있다. 제2세대 부호화기법은 피라미드 부호화, 비등방 비정재 예측부호화, 윤곽-텍스쳐에 기반을 둔 기법, 방향분해를 근간으로 하는 부호화기법 등이 있다.
동영상의 전송은 정지영상에 비하여 고려해야 할 사항이 많고 압축효과가 더 두드러지기 때문에 높은 압축율을 얻을 수 있는 기법의 개발은 많은 관심의 대상이다. 현재 개발중인 HDTV 방송시스템이나 MPEG에서는 움직임보상 부호화를 이용한다. 움직임보상 부호화에는 화소순환 알고리즘과 블럭정합 알고리즘이 있으며, 블럭정합 알고리즘이 화소순환 알고리즘에 비해 정확도가 떨어지지만 실시간처리와 하드웨어 구현이 간간하다는 점에서 동영상시스템에 많이 쓰이고 있다. 여기서, 블럭정합 알고리즘은 영상을 일정한 크기의 블럭으로 분할한 후 각각의 블럭에 대한 움직임벡터를 구하고 이 움직임벡터에 의해 얻어진 영상과 원영상과의 예측오차를 이산여현변환한 후, 이산여현변환 계수를 함께 전송하는 기법이다.
일반적으로 널리 사용되는 동영상 부호화기는 움직임 처리를 통하여 시간적 중복성을 제거하고, 이산여현변환을 통하여 공간적인 중복성을 제거함으로써 데이타 압축의 효과를 갖는다.
제1도는 일반적인 동영상 부호화기의 구성을 나타낸 블럭도로서, H.261, MPEG-1, MPEC-2 등의 많은 표준화된 부호화기에서 사용되는 것이다.
제1도를 참조하면 감산기(10)는 프레임 단위로 입력되는 현재 프레임의 원영상과 이전 프레임의 복원영상에 대한 움직임보상영상을 감산하여 프레임간 차영상을 생성한다.
이산여현변환부(DCT;12)에서는 픽셀간의 상관성을 제거하기 위하여 프레임간 차영상을 예를 들면, 8×8 픽셀의 블럭으로 이산여현변환하여 이산여현변환 계수를 출력한다.
양자화기 (Q;14)에서는 이산여현변환부(12)에서 출력되는 프레임간 차영상의 이산여현변환 계수를 소정의 양자화간격으로 양자화하여 출력한다. 가변장부호화기(VLC; 16)에서는 양자차기(14)에서 양자화된 프레임간 차영상을 가변장부호화하여 버퍼(미도시)를 통해 복호기(미도시)로 전송한다. 즉, 예컨데 8비트로 표현되는 신호들 중에서 빈도가 많은 데이타는 적은 비트로 표현하고, 빈도가 적은 데이타는 많은 비트로 표현함으로써 차영상을 표현하는 전체 비트수를 줄인다.
역양자화기(IQ;18)는 양자화기(14)의 출력단에 연결되며, 양자화된 프레임간 차영상을 양자화기(14)에 입력되기 이전의 상태로 복원한다.
역이산여현변환부(IDCT;20)는 역양자화기(18)의 출력단에 연결되며, 역양자화기(18)에서 역양자화된 프레임간 차영상을 이산여현변환부(12)에 입력되기 이전의 상태로 복원한다.
가산기(22)에서는 역이산여현변환부(20)에서 복원된 프레임간 차영상과 움직임보상영상을 가산하여 이전 프레임의 복원영상으로 프레임 메모리(24)에 저장한다.
움직임 추정부(ME;26)에서는 통상 블럭정합 알고리즘을 사용하며, 압력되는 현재 프레임의 영상과 프레임 메모리(24)에 저장된 이전 프레임의 복원영상간의 유사한 부분을 추정하여 그 위치이동의 결과를 움직임벡터로 출력한다.
움직임 보상부(MC;28)에서는 프레임 메모리(24)에 저장되어 있는 이전 프레임의 복원 영상의 움직임 위치를 움직임 벡터에 의하여 보상한 움직임보상영상을 감산기(10)와 가산기(22)로 각각 출력한다.
이에 본 발명의 목적은 입력되는 이전 프레임으 영상과 현재 프레임의 영상으로 부터 화상의 복잡도를 분석하고, 분석된 화상의 복잡도에 따라서 움직임 벡터를 선택적으로 출력하고, 이 선택출력된 움직임 벡터를 이용하여 이전 프레임의 복원영상에 대하여 움직임 보상처리를 수행하기 위한 동영상 부호화기를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 동영상 부호화기는, 프레임 단위로 입력되는 현재 프레임의 원영상과 이전 프레임의 복원영상에 대한 움직임보상영상을 감산하여 차영상을 생성하기 위한 감산기와; 움직임보상영상을 가산하여 이전 프레임의 복원영상으로 프레임 메모리(24)에 저장한다.
움직임 추정부(ME:26)에서는 통상 블럭정합 알고리즘을 사용하여, 입력되는 현재 프레임의 영상과 프레임 메모리(24)에 저장된 이전 프레임의 복원영상간의 유사한 부분을 추정하여 그 위치이동의 결과를 움직임벡터로 출력한다.
움직임 보상부(MC:28)에서는 프레임 메모리(24)에 저장되어 있는 이전 프레임의 복원영상의 움직임 위치를 움직임벡터에 의하여 보상한 움직임보상영상을 감산기(10)와 가산기(22)로 각각 출력한다.
그러나, 상술한 종래의 동영상 부호화기에서는 프레임간 움직임정도에 상관없이 해당 프레임의 모든 이상여현블럭에 대하여 움직임 추정을 수행함으로써 움직임 추정에 소요되는 시간이 많고 따라서 전체 부호화에 소요되는 시간이 증대되는 문제점이 있었다.
이에 본 발명의 목적은 입력되는 현재 프레임의 영상으로 부터 화상의 복잡도를 분석하고, 분석된 화상의 복잡도에 따라서 움직임벡터를 선택적으로 출력하고, 이 선택출력된 움직임벡터를 이용하여 이전 프레임의 복원영상에 대하여 움직임 보상처리를 수행하기 위한 동영상 부호화기를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 동영상 부호화기는, 프레임 단위로 입력되는 현재 프레임의 원영상과 이전 프레임의 복원영상에 대한 움직임보상영상을 감산하여 차영상을 생성하기 위한 감산기와; 상기 감산기에서 출력되는 차영상을 공간영역에서 주파수영역으로 변환하기 위하여 이산여현변환하여 이산여현변환 계수를 출력하기 위한 이산여현변환부; 상기 이산여현변환부에서 출력되는 차영상의 이산여현변환계수를 소정의 양자화간격으로 양자화하여 출력하기 위한 양자화부; 상기 양자화기에서 양자화된 차영상을 가변장부호화하여 출력하기 위한 가변장부호화기; 상기 양자화기에서 양자화된 차영상을 상기 양자화기에 입력되기 이전의 상태로 복원하기 위한 역양자화기; 상기 역양자화기에서 역양자화된 차영상을 상기 이산여현변환부에 입력되기 이전의 상태로 복원하기 위한 역이산여현변환부 ; 상기 역이산여현변환부에서 복원된 차영상과 상기 움직임보상영상을 가산하여 이전 프레임의 복원영상으로 출력하기 위한 가산기; 상기 가산기에서 출력되는 이전 프레임의 복원영상을 프레임 단위로 저장하기 위한 프레임 메모리; 이전 프레임의 영상과 현재 프레임의 영상으로 부터 소정의 블록 단위로 휘도값의 차이에 따른 화상의 복잡도를 분석하고, 분석된 화상의 복잡도로부터 인접 프레임 영상의 움직임 정도를 판단하여 판단결과에 따라 해당하는 움직임 벡터를 각 블록에 대하여 선택적으로 출력하기 위한 움직임벡터 선택부; 및 상기 프레임 메모리에 저장되어 있는 이전 프레임의 복원영상의 움직임 위치를 상기 움직임 벡터 선택부에서 출력되는 움직인 벡터에 의하여 보상한 움직임보상영상을 상기 감산기와 가산기로 출력하기 위한 움직임 보상부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
제2도는 본 발명에 의한 동영상 부호화기의 구성을 나타낸 블럭도이다.
제2도에 도시된 동영상 부호화기는, 감산기(30), 이산여현변환기(DCT:32), 양자화기(Q; 34), 가변장부호화기(VLC:36), 역양자화기 (IQ:38), 역이산여현변환기(IDCT; 40) 가산기(42), 프레임 메모리(44), 움직임벡터 선택부(60)와 움직임 보상부(56)로 구성된다.
또한, 움직임벡터 선택부(60)는 화상복잡도 분석기(46), 예측움직임벡터 저장기(PMV;48), 움직임 추정기(ME;50), 움직임 무추정기(NMV;52)와 멀티플렉서(MUX;54)로 이루어진다.
제2도의 구성에 따른 동작을 살펴보면 다음과 같다.
여기서, 감산기(30), 이산여현변환기(32), 양자화기(34), 가변장부호화기(36) 역양자화기(3R), 역이산여현변환기(40), 가산기(42), 프레임 메모리(44)와 움직임 보상부(56)는 제1도에서와 동일하므로 동작설명은 생략하고, 움직임벡터 선택부(60)와 움직임 보상부(56)의 동작을 중점적으로 설명하기로 한다.
움직임벡터 선택부(60)에 있어서, 화상복잡도 분석기(46)에서는 입력되는 영상신호로 부터 인접하는 프레임간 화상의 복잡도(activity)를 분석하고, 분석된 복잡도에 따라 소정의 절환신호를 멀티플렉서(54)의 선택단자(S)로 공급한다. 즉, 이전 프레임의 영상과 현재 프레임의 영상을 이산여현변환(DCT) 블록 단위로 비교하여, 해당 DCT블록에 있어서의 그 휘도값의 차이가 소정의 문턱값보다 작을 경우에는 즉, 두 DCT블록에 있어서 움직임이 예측 가능한 경우에는 예측 움직임 벡터를 이용하여 움직임 보상처리를 수행하기 위한 제1절환신호를 출력한다. 이때, 해당 DCT 블록에 있어서의 그 휘도값의 차이값이 속하는 범위를 N 개의 단계로 분할하여 각 단계에 따른 예측 움직임벡터를 출력하기 위한 어드레스신호를 예측 움직임벡터 저장기(48)로 출력한다.
한편, 이전 프레임의 영상과 현재 프레임의 영상을 이산여현변환(DCT) 블록 단위로 비교하여, 해당 DCT블록에 있어서의 그 휘도값의 차이가 소정의 문턱값보다 클 경우에는 즉, 두 DCT 블록에 있어서 움직임이 예측불가능한 경우에는 통상적인 움직임 추정을 통해 생성되는 움직임 벡터를 이용하여 움직임 보상처리를 수행하기 위한 제2절환신호를 출력한다.
한편, 입력되는 현재 프레임의 영상이 인트라 픽쳐인 경우에는 움직임 보상처리를 수행하지 않기 위한 제3절환신호를 출력한다 여기서, 문턱값은 복원 화질에 영향을 미치지 않는 인접 프레임의 해당 DCT블록에 있어서의 휘도값의 최대차이값으로서 실험적으로 구할 수 있다.
예측 움직임벡터 저장기(48)에서는 화상복잡도 분석기(46)에서 해당 DCT 블록에 있어서의 그 휘도값의 차이값이 속하는 범위를 N 단계로 분할한 경우, 각 단계에 대하여 미리 얻어 진 예측 움직임벡터가 룩업테이블 형태로 저장되며, 화상복잡도 분석기(46)에서 출력되는 어드레스신호에 따라 해당하는 예측 움직임 벡터가 멀티플렉서(54)로 출력된다.
움직임 추정기(50)는 제1도에 도시된 것과 마찬가지로 입력되는 현재 프레임의 영상과 프레임 메모리(44)에 저장된 이전 프레임의 복원영상간의 유사한 부분을 추정하여 그 위치이동의 결과를 움직임벡터로 출력한다.
움직임 무추전기(52)에서는 프레임 메모리(44)에 저장된 이전 프레임의 복원영상에 대하여 움직임 추정을 수행하지 않으므로 움직임벡터를 출력하지 않는다.
멀티플렉서(54)에서는 화상복잡도 분석기(52)에서 출력되는 제1 내지 제3절환신호에 따라서 예측 움직임벡터 저장기(46)에서 출력되는 예측 움직임벡터, 움직임 추정기(48)에서 출력되는 움직임벡터 혹은 움직임 무추정기(50)의 출력을 선택하여 움직임 보상부(56)로 출력한다.
움직임 보상부(56)에서는 움직임벡터 선택부(60)에서 출력되는 움직임 벡터에 의해 이 전 프레임의 복원영상에 대하여 움직임 보상처리를 수행하여 움직임보상영상을 생성한다. 한편 인트라 모드의 영상에 대하여는 움직임벡터 선택부(60)에서 출력되는 움직임벡터가 존재하지 않으므로 움직임 보상처리를 수행하지 않는다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의한 동영상 부호화기에서는 이전 프레임의 영상과 현재 프레임의 영상으로 부터 화상의 복잡도를 분석하고, 분석된 화상의 복잡도에 따라서 움직임벡터를 선택적으로 출력하고, 이 선택출력된 움직임벡터를 이용하여 이전 프레임의 복원영상에 대하여 움직임 보상처리를 수행한다. 따라서, 본 발명에서는 매 프레임마다 움직임 추정을 수행하지 않고 프레임간 움직임 정도가 큰 경우에만 움직임 추정을 수행함으로써 움직임 추정에 소요되는 시간을 줄일 수 있으므로 전체 부호화에 소요되는 시간을 줄일 수 있다.

Claims (2)

  1. 프레임 단위로 입력되는 현재 프레임의 원영상과 이전 프레임의 복원영상에 대한 움직임보상영상을 감산하여 차영상을 생성하기 위한 감산기(30)와, 상기 감산기(30)에서 출력되는 차영상을 공간영역에서 주파수영역으로 변환하기 위하여 이산여현변환하여 이산여현변환 계수를 출력하기 위한 이산여현변환부(32); 상기 이산여현변환부(32)에서 출력되는 차영상의 이산여현변환 계수를 소정의 양자화간격으로 양자화하여 출력하기 위한 양자화기(34); 상기 양자화기(34)에서 양자화된 차영상을 가변장부호화하여 출력하기 위한 가변장부호화기 (36); 상기 양자화기(34)에서 양자화된 차영상을 상기 양자화기에 입력되기 이전의 상태로 복원하기 위한 역양자화기(38); 상기 역양자화기(38)에서 역양자화된 차영상을 상기 이산여현변환부(32)에 입력되기 이전의 상태로 복원하기 위한 역이산여현변환부(40); 상기 역이산여현변환부(40)에서 복원된 차영상과 상기 움직임보상영상을 가산하여 이전 프레임의 복원영상으로 출력하기 위한 가산기(42); 상기 가산기(42)에서 출력되는 이전 프레임의 복원영상을 프레임 단위로 저장하기 위한 프레임 메모리(44); 이전 프레임의 영상과 현재 프레임의 영상으로 부터 소정의 블록 단위로 휘도값의 차이에 따른 화상의 복잡도를 분석하고, 분석된 화상의 복잡도로부터 인접 프레임 영상의 움직임 정도를 판단하여 판단결과에 따라 해당하는 움직임벡터를 각 블록에 대하여 선택적으로 출력하기 위한 움직임벡터 선택부(60); 및 상기 프레임 메모리에 저장되어 있는 이전 프레임의 복원 영상의 움직임 위치를 상기 움직임벡터 선택부에서 출력되는 움직임벡터에 의하여 보상한 움직임보상영상을 상기 감산기와 가산기로 출력하기 위한 움직임 보상부(56)를 포함하는 것을 특징으로 하는 동영상 부호화기.
  2. 제1항에 있어서 상기 움직임 벡터 선택부(60)는 인접하는 프레임에 대하여 DCT 블록 단위로 휘도차이값을 소정의 문턱값과 비교하여 비교결과에 따른 제1 및 제2절환신호, 입력되는 영상의 모드에 따른 제3절환신호 및 상기 소장의 문턱값보다 작은 휘도차이값의 크기에 따른 어드레스신호를 출력하기 위 한 화상복잡도 분석기(46); 룩업테이블 형태로 이루어지며, 상기 소정의 문턱값보다 작은 상기 휘도차이값이 속하는 범위를 N 단계로 분리한 경우, 각 단계에 해당하는 예측 움직임벡터를 미리 저장한 다음 상기 어드레스신호에 따라 출력하는 예측 움직임벡터 저장기(48); 입력되는 현재 프레임의 영상과 상기 프레임 메모리에 저장된 이전 프레임의 복원영상간의 유사한 부분을 추정하여 그 위치이동의 결과를 움직임벡터로 출력하기 위한 움직임 추정기(50); 상기 프레임 메모리에 저장된 영상이 인트라 픽쳐인 경우 움직임을 추정하지 않도록 하는 움직임 무추정기 (52); 및 상기 화상복잡도 분석기(46)에서 출력되는 제1 내지 제3절환신호에 따라서 상기 예측 움직임벡터 저장기와 움직임 추정기에서 출력되는 움직임 벡터 혹은 상기 움직임 무추정기의 출력을 선택하여 상기 움직임 보상부(56)로 출력하기 위한 멀티플렉서(54)로 구성되는 것을 특징으로 하는 동영상 부호화기.
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