KR0173922B1 - 프레임 그룹별 비트율 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 동영상의 부호화 결과 데이타를 일정한 비트율로 출력하기 위하여 사용되는 비트율 제어 방법에 관한 것으로, 프레임에 대하여 비트량을 할당하기 이전에 GOP내에 존재하는 프레임들에 대하여 장면 전환이 있는지를 미리 조사하여 장면 전환이 있는 경우에는 장면 전환 프레임에 대하여 화질 유지를 위한 적정한 비트량이 주어지도록 조치하고, 장면 전환 프레임 이외의 프레임들에 대해서는 할당 비트량을 줄이는 비트율 제어 방법을 제공하기 위하여, GOP 구조를 설정하는 제1단계(5); GOP내에서 장면 전환이 발생하였는가를 검사하는 제2단계(6); 상기 제2단계(6)의 검사 결과, 장면 전환이 발생하였으면 장면 전환 프레임에 대해서는 예측한 비트량을 사용하여 비트량을 할당하고, 그외의 프레임에 대해서는 GOP에 할당된 비트량에서 장면 전환 프레임들에 할당할 비트량을 제외한 나머지 비트량을 가지고 비트량을 할당하며, 장면 전환이 발생하지 않았으면 GOP에 할당된 비트량을 가지고 프레임별 비트량을 할당하는 제3단계(7,8,9); 버퍼링 수단(3)의 충만도를 고려하여 부호화 블럭별로 양자화 파라메타 값을 계산하여 부호화 수단(2)으로 전달하는 과정을 프레임내의 마지막 부호화 블럭까지 반복 수행하는 제4단계(10,11); 상기 제3단계(7,8,9)의 비트량 할당 과정과 제4단계(10,11)를 GOP내의 마지막 프레임까지 반복 수행하는 제5단계; 및 상기 제2단계(6) 내지 제5단계를 마지막 GOP까지 반복 수행하는 제6단계를 포함하여 장면 전환 이후의 화질을 안정적으로 유지시켜 줄 수 있는 효과가 있다.

Description

프레임 그룹별 비트율 제어 방법
제1도는 본 발명이 적용되는 장치의 구성도.
제2도는 본 발명에 따른 비트율 제어 방법의 흐름도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 비디오 프레임 입력부 2 : 부호화부
3 : 버퍼부 4 : 비트율 제어부
본 발명은 동영상의 부호화 결과 데이타를 일정한 비트율로 출력하기 위하여 사용되는 비트율 제어 방법에 관한 것으로, 특히 한 GOP(Group Of Pictures)안에 장면 전환이 여러번 발생할 경우에도 효과적으로 화질의 열화를 줄일 수 있는 비트율 제어 방법에 관한 것이다.
일반적으로 동영상 부호화에 있어서, 가변 길이 부호화를 사용하면 프레임의 복잡성에 따라 출력되는 비트량이 가변된다. 따라서, 제한된 전송 채널을 이용하여 동영상을 전송할 경우에는 부호화 출력 비트율을 일정하게 유지하기 위한 방법이 필요하다.
제1도는 본 발명이 적용되는 장치의 구성도로서, 제한된 전송 채널을 이용하여 동영상 부호화 출력 비트율을 일정하게 유지한다.
비디오 프레임 입력부(1)로 부터 비디오 프레임이 입력되면 부호화부(2)에서 부호화를 수행하고, 버퍼부(3)에서는 부호화 결과값을 저장하였다가 일정한 전송 비트율로 맞추어 외부로 전송하게 된다. 이때, 부호화부(2)로 부터 출력되는 비트율을 조정하기 위해서 비트율 제어부(4)는 버퍼부(3)의 충만도에 따라 버퍼넘침이나 버퍼모자람이 없도록 부호화부(2)를 조절하게 된다.
이미 공지 사항인 ISO/IEC JTC1/SC29/WG11, MPEG-2 TMS의 비트율 제어 방식에 있어서, 프레임에 대한 비트량의 할당은 임의 갯수의 비디오 프레임들(GOP : Group Of Pictures)에 대하여 전송율에 따라 일정한 비트량이 주어진 다음 다시 프레임의 특성에 따라 프레임별로 비트량이 주어지는 것인데, 이 방식에서는 미래에 발생할 수 있는 장면 전환에 대한 대책이 없이 이전 프레임을 처리한 정보만을 이용하여 프레임에 대한 비트량을 할당하기 때문에, 만약 장면 전환이 발생할 경우에는 장면 전환 프레임에 대해서 충분한 비트량이 주어지지 않는 것으로 인하여 장면 전환 발생 이후 화질 열화가 여러 프레임 동안 지속될 수 있다. 이와 같은 문제점은 특히 고화질을 요구하는 티브이(TV) 방송의 경우 심각한 문제를 야기시킬 수 있다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 여러가지 개선 방법들이 제시되고 있는데 주로 두가지의 유형으로 구분될 수 있다.
하나는 GOP 길이를 가변하는 것으로 장면 전환이 발생할 때 장면 전환 프레임을 I-프레임(프레임간 예측을 이용하지 않는 프레임)으로 처리하고, 이후 발생하는 I-프레임을 P-프레임(순방향 예측을 이용하는 프레임)으로 처리하는 것에 의하여 새롭게 GOP 구조를 설정하는 방법이다. 이 방법은 비교적 간단하면서도 장면 전환을 효과적으로 대응할 수 있는데 반해 한 GOP안에 두개 이상의 장면 전환이 발생할 경우 버퍼넘침을 발생시킬 수 있다.
다른 하나는 GOP 구조를 고정시키는 반면에 장면 전환이 발생할 때 주변의 프레임들에 대한 비트 할당을 적당히 조정함으로서 장면 전환으로 인한 화질 열화를 줄이는 것이다. 그런데, 이 방법 역시 한 GOP안에 여러 개의 장면 전환이 발생할 경우에는 동작을 제어하는 것이 어려우며 그 효과도 예상하기 어렵다.
따라서, 장면 전환이 한 GOP안에 다수 개의 장면 전환이 발생하여도 버퍼넘침을 방지하면서 화질의 열화를 줄일 수 있는 방법이 요구되었다.
상기 종래 기술들의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은, 종래의 기술과는 달리 프레임에 대하여 비트량을 할당하기 이전에 GOP내에 존재하는 프레임들에 대하여 장면 전환이 있는지를 미리 조사하여 장면 전환이 있는 경우에는 장면 전환 프레임에 대하여 화질 유지를 위한 적정한 비트량이 주어지도록 조치하고, 장면 전환 프레임 이외의 프레임들에 대해서는 할당 비트량을 줄임으로서 버퍼넘침없이 장면 전환으로 인한 화질 열화를 줄일 수 있는 비트율 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
즉, 본 발명은 장면 전환 프레임이 필요로 하는 적정한 비트량을 장면 전환 프레임에게 제공하고, 이로 인하여 너무 많은 비트량이 해당 GOP에 할당되는 것을 막기 위하여 GOP에 대한 할당 비트량 관점에서 넘치는 만큼의 비트량을 장면 전환 이외의 프레임들에 대한 할당 비트량에서 줄여주는 것이다. 이렇게 하면 종래의 방식에서는 장면 전환 이후의 프레임들만이 장면 전환으로 인한 영향을 감수하는 반면, 본 발명에서는 장면 전환의 영향을 GOP내의 전체 프레임들이 두루 분담하여 받기 때문에 종래의 방식들에 비하여 장면 전환의 영향을 훨씬 줄일 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 비디오 부호화 장치에 적용되는 비트율 제어 방법에 있어서, GOP(Group Of Pictures) 구조를 설정하는 제1단계; GOP내에서 장면 전환이 발생하였는가를 검사하는 제2단계; 상기 제2단계의 검사 결과, 장면 전환이 발생하였으면 GOP에 할당된 비트량에서 장면 전환 프레임들에 할당할 비트량을 제외한 나머지 비트량을 가지고 비트량을 할당하고, 장면 전환이 발생하지 않았으면 GOP에 할당된 비트량을 가지고 프레임별 비트량을 할당하는 제3단계; 버퍼링 수단의 충만도를 고려하여 부호화 블럭별로 양자화 파라메타 값을 계산하여 부호화 수단으로 전달하는 과정을 프레임내의 마지막 부호화 블럭까지 반복 수행하는 제4단계; 상기 제3단계의 비트량 할당 과정과 제4단계를 GOP내의 마지막 프레임까지 반복 수행하는 제5단계; 및 상기 제2단계 내지 제5단계를 마지막 GOP까지 반복 수행하는 제6단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 일실시예를 상세히 설명한다.
제2도는 본 발명에 따른 비트율 제어 방법의 흐름도이다.
먼저, 공지 사항인 ISO/IEC JTC1/SC29/WG11, MPEG-2 TM5와 같이 I-프레임, P-프레임, B-프레임(양방향 예측을 이용하는 프레임) 등이 IBBP, IBP 혹은 IP 순서로 구성되는 GOP 구조를 설정한 후에(5) GOP내의 프레임들에 대하여 비트량 할당을 하기 전에 GOP내에서 장면 전환이 있는가를 검사한다(6). GOP내에서 장면 전환이 있으면 장면 전환 프레임에 대하여 화질 열화가 없도록 하는데 필요한 비트량을 예측한 후에(7) GOP에 할당된 비트량에서 장면 전환 프레임들에 할당할 비트량을 제외한 나머지 비트량을 계산한다(8).
다음으로, 장면 전환이 있는 경우에는 장면 전환 프레임에 대해서는 상기 (7)의 과정에서 예측한 비트량을 사용하여 비트량을 할당하고, 그외의 프레임에 대해서는 GOP에 할당된 비트량에서 장면 전환 프레임들에 할당할 비트량을 제외한 나머지 비트량을 가지고 프레임별 비트량을 할당하며, 장면 전환이 없는 경우에는 GOP에 할당된 비트량을 가지고 프레임별 비트량을 할당한 후에(9) 프레임에 대한 비트량 할당값과 부호화 블럭을 처리하는 시점에서의 버퍼부(3)의 충만도를 고려하여 부호화 블럭별로 양자화 파라메타 값을 계산하고(10), 부호화부(2)로 양자화 파라메타 값을 전달한다(11).
이후, 양자화 파라메타 값을 계산하여 전달하는 과정(10,11)을 프레임내의 모든 부호화 블럭에 대해 반복 수행하고, 다음으로 프레임별로 비트량을 할당하고 양자화 파라메타 값을 계산하여 전달하는 과정(9,10,11)을 GOP내의 마지막 프레임까지 반복 수행하고, 다음으로 마지막 GOP까지 상기 장면 전환 조사 과정(6)부터 반복 수행하여 이를 전체 동영상에 대하여 반복 수행한다.
상기와 같은 본 발명의 비트율 제어 방식에서 장면 프레임에 대한 필요 비트량을 예측하는 과정(7)의 일실시예를 살펴보면 다음과 같다.
비트량을 예측하는 과정(7)은 공지 사항인 ISO/IEC JTC1/SC29/WG11, MPEG-2 TM5 방식과 같이 I-프레임에 대한 목표 비트량을 이전 I-프레임, P-프레임 및 B-프레임의 복잡도를 이용하여 구하는데, I-프레임의 복잡도는 하기의 식(12)과 같이 프레임내의 화상 데이타들의 평균 편차를 이용하여 예측하고, P-프레임 및 B-프레임의 복잡도는 P-프레임 및 B-프레임의 복잡도가 평균 편차에 대하여 I-프레임의 복잡도에 비하여 크게 변하지 않는 성질을 이용하여 바로 이전의 값을 그대로 사용하는 것에 의하여 I-프레임에 대한 목표 비트량을 구하고 이를 장면 전환 프레임에 대한 필요 비트량으로 에측함으로서 이루어진다. 하기의 식(12)은 GOP의 길이가 12인 경우에 실험적으로 구한 관계식이다.
(여기서,
ack_mean[ k] = 1+k번째 부호화 블럭의 편차)
상기와 같은 본 발명은 장면 전환 프레임들에 대해 충분한 비트량을 제공함으로서 화질의 열화를 방지하고, 대신에 전체적인 화질 측면에서 덜 중요한 나머지 프레임들에 대해서는 그만큼 비트량 할당을 줄임으로써 한 GOP내에 다수 개의 장면 전환이 발생하더라도 버퍼넘침을 유발하지 않고서 장면 전환 이후의 화질을 안정적으로 유지시켜 줄 수 있기 때문에, 비디오 편집이나 저장 매체를 이용한 비디오 억세스등 비실시간 부호화에 사용할 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

  1. 비디오 부호화 장치에 적용되는 비트율 제어 방법에 있어서, GOP(Group Of Pictures) 구조를 설정하는 제1단계(5); GOP내에서 장면 전환이 발생하였는가를 검사하는 제2단계(6); 상기 제2단계(6)의 검사 결과, 장면 전환이 발생하였으면 장면 전환 프레임에 대해서는 예측한 비트량을 사용하여 비트량을 할당하고, 그외의 프레임에 대해서는 GOP에 할당된 비트량에서 장면 전환 프레임들에 할당할 비트량을 제외한 나머지 비트량을 가지고 비트량을 할당하며, 장면 전환이 발생하지 않았으면 GOP에 할당된 비트량을 가지고 프레임별 비트량을 할당하는 제3단계(7,8,9); 버퍼링 수단(3)의 충만도를 고려하여 부호화 블럭별로 양자화 파라메타 값을 계산하여 부호화 수단(2)으로 전달하는 과정을 프레임내의 마지막 부호화 블럭까지 반복 수행하는 제4단계(10,11); 상기 제3단계(7,8,9)의 비트량 할당 과정과 제4단계(10,11)를 GOP내의 마지막 프레임까지 반복 수행하는 제5단계; 및 상기 제2단계(6) 내지 제5단계를 마지막 GOP까지 반복 수행하는 제6단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 비트율 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제3단계(7,8,9)에서 장면 전환이 발생하여 프레임별 비트량을 할당하는 과정은, 장면 전환 프레임에 대하여 화질 열화가 없도록 하는데 필요한 비트량을 예측한 후에 GOP에 할당된 비트량에서 장면 전환 프레임들에 할당할 비트량을 제외한 나머지 비트량을 계산하여 프레임별로 할당하는 것을 특징으로 하는 비트율 제어 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 장면 전환 프레임에 대한 비트량 예측은, I-프레임의 복잡도를 프레임내의 화상 데이타들의 평균 편차를 이용하여 예측하고, P-프레임 및 B-프레임의 복잡도를 각각의 초기값을 이용하여 예측하는 것을 특징으로 하는 비트율 제어 방법.
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