KR0180168B1 - An apparatus for reordering frames in a video coder - Google Patents
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Abstract
본 발명은 영상 부호화과정 이전에 프레임간의 데이터를 재배열하는 과정을 수행하는 영상부호화를 위한 프레임 재배열 장치에 관한 것으로서, 카메라의 영상을 입력하여 MPEG방식에 따른 영상부호화과정 전에 영상군의 재배열을 수행하는 영상부호화를 위한 프레임 재배열 장치에 있어서, 카메라의 영상을 입력하여 인에이블신호가 있을 때 데이터를 출력하기 위한 삼상태 버퍼(100); 상기 삼상태 버퍼의 출력에서 소정수의 영상군 데이터를 저장하기 위한 소정수의 프레임 메모리(200,201,202); 및 상기 프레임 메모리에 저장되는 영상을 선택하기 위하여 상기 프레임 메모리를 제어함과 아울러 상기 인에이블신호를 발생하는 재배열 제어부(300)가 구비된 것을 특징으로 하여 전체 크기에 큰 영향을 미치는 디멀티플렉서와 멀티플렉서를 사용을 배제하여 작은 크기의 영상부호화를 위한 프레임 재배열 장치를 제공하는 이점이 있다.The present invention relates to a frame rearrangement apparatus for image encoding, which performs a process of rearranging data between frames before an image encoding process. The present invention relates to rearrangement of an image group before an image encoding process according to an MPEG method by inputting a camera image. A frame rearrangement apparatus for encoding an image, comprising: a tri-state buffer 100 for inputting an image of a camera and outputting data when an enable signal is present; A predetermined number of frame memories (200, 201, 202) for storing a predetermined number of image group data at the output of the tri-state buffer; And a rearrangement control unit 300 for controlling the frame memory to select an image stored in the frame memory and generating the enable signal. The demultiplexer and the multiplexer having a large effect on the overall size are provided. There is an advantage of providing a frame rearrangement apparatus for image encoding of a small size by eliminating the use of the.
Description
제1도는 MPEG방식에서의 영상군의 구성형태를 나타낸 도면.1 is a diagram showing the configuration of an image group in an MPEG system.
제2도는 종래의 영상부호화를 위한 프레임 재배열 장치를 도시한 블록도.2 is a block diagram showing a conventional frame rearrangement apparatus for image encoding.
제3도는 본 발명에 따른 영상부호화를 위한 프레임 재배열 장치를 도시한 블록도이다.3 is a block diagram illustrating a frame rearrangement apparatus for image encoding according to the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
100 : 삼상태 버퍼 200,201,202 : 프레임 메모리100: tri-state buffer 200,201,202: frame memory
300 : 메모리 제어부300: memory controller
본 발명은 동영상신호의 압축부호화에 관한 국제 표준인 MPEG방식에 있어서 영상부호화를 위한 프레임 재배열 장치에 관한 것으로, 특히 영상 부호화과정 이전에 프레임을 재배열(re-ordering)하는 과정을 수행하는 영상부호화를 위한 프레임 재배열 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a frame rearrangement apparatus for image encoding in the MPEG method, which is an international standard for compression encoding of video signals. In particular, an image for performing a process of re-ordering a frame before an image encoding process is performed. A frame rearrangement apparatus for encoding.
일반적으로 디지털 비디오는 영상회의, 영상전화 등 통신분야 뿐만 아니라 컴퓨터 및 가전 업계에서도 널리 사용되어 그 응용분야가 확대되고 있는 바, 상기 디지털 오디오의 핵심 기술은 동영상신호를 압축부호화 및 복호화하기 위한 것으로 MPEG2 표준안으로 확정되어 있다.In general, digital video is widely used in the computer and home appliance industry as well as in the communication fields such as video conferencing and video telephony, and its application field is expanding. The core technology of the digital audio is to compress and encode and decode video signals. It is fixed in the standard.
이러한 MPEG 압축알고리즘은 프레임 내 부호화만으로는 얻을 수 없는 높은 압축률을 필요로 하기 때문에 프레임간 부호화를 요구하나, 상기 프레임간 부호화에서는 랜덤억세스기능이 없으므로 프레임 내 부호화와 프레임간 부호화를 적절히 배열하여 사용해야 한다.Since the MPEG compression algorithm requires a high compression rate that cannot be obtained only by intra-frame coding, the inter-frame coding is required. However, since the inter-frame coding does not have a random access function, the intra-frame coding and the inter-frame coding should be properly arranged.
즉, 저장된 비디오의 랜덤억세스 및 움직임 보상된 보간에 의한 상당한 비트율 감축의 중요성을 고려하여 MPEG에서는 3가지 형태의 영상을 고려하고 있는 바, 상기 3가지 형태의 영상이란 인트라(I) 화상, 예측(P)화상, 및 보간(B)화상을 말한다.That is, in consideration of the importance of significant bit rate reduction due to random access and motion compensated interpolation of stored video, MPEG considers three types of images, which are intra (I) images and prediction ( P) image and interpolation (B) image.
이와 같이 3가지 종류의 화상이 연속적으로 배열되어 화상그룹(GOP; Group Of Picture)을 이루어 부호화되는 바, MPEG의 영상시퀀스는 제1도에 도시된 바와 같이 인트라(Intra)영상(Ⅰ영상), 프리딕티드(predicted)영상(P영상), 인터포레이티드(Interpolated)영상(B영상) 등이 소정의 절차에 따라 연속적으로 배열된다. 여기서, Ⅰ영상은 랜덤억세스를 위한 억세스 점을 제공하나 압축률이 높지 않고, P영상은 이전 영상(I 또는 P)을 기준영상으로 참조하여 움직임 보상 부호화되어 미래 예측화상에 대한 기준화상으로 사용되며, B영상은 가장 높은 압축을 제공하나 예측을 위해서 이전 영상 및 다음 영상이 기준영상으로 필요하다. MPEG에서는 이와 같은 영상형태의 조합으로 랜덤억세스를 보장하는 영상군의 구조를 도입했으며, 이들의 관계는 제1도에 도시된 바와 같다.As described above, three types of pictures are sequentially arranged to be encoded by forming a group of pictures (GOP). As shown in FIG. 1, an image sequence of MPEG includes an intra picture (I picture), Predicted images (P images), interpolated images (B images), and the like are continuously arranged according to a predetermined procedure. Here, the video I provides an access point for random access, but the compression rate is not high, and the P video is motion-compensated by referring to the previous video (I or P) as a reference video and used as a reference picture for the future prediction image. The B picture provides the highest compression, but the previous picture and the next picture are required as reference pictures for prediction. In MPEG, a structure of an image group that guarantees random access is introduced by the combination of such image types, and their relationship is shown in FIG.
한편, MPEG 디지털 저장매체에 응용되는 영상신호를 부호화하기 위해서는 카메라로부터 영상신호를 입력받아 부호화하는데, 이때 카메라에서 입력되는 영상의 순서와 부호기에서 처리되는 영상의 순서에는 차이가 있다. 즉, 일반적으로 카메라로부터 입력되는 영상과 재생되어 디스플레이되기 위한 영상의 순서는 B B Ⅰ1 B11 B12 P1 B21 B22 P2 B31 B32 P3..Ⅰ2순으로 B화상이 먼저 입력되나, 앞서 설명한 바와 같이 B화상은 부호화를 위하여 I화상 및 P화상을 참조해야 하므로 부호화 과정에서는 I 화상이 먼저 입력되어야 한다. 따라서 카메라의 출력 영상순서를 부호기가 요구하는 형태로 바꾸어 주기 위한 재배열 장치가 필요하다. 다음은 서로 다른 영상군의 순서를 갖는 카메라의 출력 순서와 부호기의 입력순서의 예를 나타낸다.Meanwhile, in order to encode a video signal applied to an MPEG digital storage medium, a video signal is received from a camera and encoded. However, there is a difference in the order of the image input from the camera and the order of the image processed by the encoder. That is, in general, B images are first inputted in order of BB I1 B11 B12 P1 B21 B22 P2 B31 B32 P3..I2 in order of the images inputted from the camera and the images to be displayed and reproduced. Since the I picture and the P picture must be referred to, the I picture must be input first in the encoding process. Therefore, a rearrangement apparatus is required to change the output image order of the camera into a form required by the encoder. The following shows an example of an output order of a camera having an order of different image groups and an input order of an encoder.
카메라의 출력 순서 : B B Ⅰ1 B11 B12 P1 B21 B22 P2 B31 B32 P3..Ⅰ2Camera Output Order: B B Ⅰ1 B11 B12 P1 B21 B22 P2 B31 B32 P3..Ⅰ2
부호기의 입력 순서 : Ⅰl B B P1 B11 B12 P2 B21 B22 P3 B31 B32..Ⅰ2Input sequence of encoder: Ⅰ B B P1 B11 B12 P2 B21 B22 P3 B31 B32..Ⅰ2
즉, 카메라로부터 입력되는 화면의 순서는 B화상으로부터 입력되나 부호화 과정에서는 Ⅰ1화상부터 부호화되고, 따라서 Ⅰ1화상보다 선행하는 B화상을 저장하기 위한 프레임 메모리가 필요하며 지연이 발생된다.That is, the order of the screens input from the camera is input from the B picture, but is encoded from the I1 picture in the encoding process, and thus a frame memory for storing the B picture preceding the I1 picture is required and a delay is generated.
제2도는 종래의 영상부호화를 위한 프레임 재배열 장치를 도시한 블록도로서, 앞서 설명한 바와 같이 카메라의 출력 순서에 따른 프레임을 부호기의 입력 순서에 따른 프레임순으로 재배열하기 위한 것이다.2 is a block diagram illustrating a conventional frame rearrangement apparatus for image encoding, and as described above, rearranges a frame according to an output order of a camera in a frame order according to an input order of an encoder.
제2도에 있어서, 종래의 영상부호화를 위한 프레임 재배열 장치는 미도시된 카메라의 출력신호로부터 각각의 영상군을 선택하기 위한 디멀티플렉서(10)와, 상기 디멀티플렉서(10)에서 선택된 각각의 영상군을 저장하기 위한 다수개의 프레임 메모리(20,21,22), 상기 프레임 메모리(20,21,22)에 저장된 각각의 영상군을 미도시된 부호기의 입력 순서에 따라 출력하는 멀티플렉서(30)로 구성된다.In FIG. 2, the conventional frame rearrangement apparatus for image encoding includes a demultiplexer 10 for selecting each image group from an output signal of a camera not shown, and each image group selected by the demultiplexer 10. FIG. A plurality of frame memories 20, 21, and 22 for storing a plurality of frames, and a multiplexer 30 for outputting each group of images stored in the frame memories 20, 21, and 22 according to an input sequence of an encoder not shown. do.
상기와 같이 구성되는 프레임 재배열 장치에서 디멀티플렉서(10)의 입력은 Ⅰ1 B11 B12...B1n-2 P1 B21 B22...B2n-2 P2...Ⅰ2...순이고, 제1프레임 메모리에 저장되는 화상의 순서는 Ⅰ1 Ⅰ1 Ⅰ1...Ⅰ1 B21 B21 B21..이며, 제2프레임 메모리에 저장되는 화상의 순서는 B11 B11...B11 B11 B11 B11 B23이며, 제n프레임 메모리에 저장되는 화상의 순서는 P1 P1 B22 B22순이다. 이와 같이 저장된 화상을 재배열하여 출력하는 멀티플렉서의 출력 화상 순서는 Ⅰ1 P1 B11 B12...B1n-2 P2 B21..이다.In the frame rearrangement device configured as described above, the input of the demultiplexer 10 is I1 B11 B12 ... B1n-2 P1 B21 B22 ... B2n-2 P2 ... I2 ... in order, and the first frame memory. The order of the images stored in the image is I1 I1 I1 ... I1 B21 B21 B21 .., and the order of the images stored in the second frame memory is B11 B11 ... B11 B11 B11 B11 B11 B23 and stored in the n-th frame memory. The order of the images to be obtained is P1 P1 B22 B22. The output image sequence of the multiplexer for rearranging and outputting the stored images in this manner is I1 P1 B11 B12 ... B1n-2 P2 B21.
즉, 카메라로부터 디멀티플랙서(10)로 입력되는 화상의 순서가 B, B, Ⅰ1, B11, B12,...B1n-2, P1...과 같을 때, B화면을 부호화하기 위해서는 적어도 2개의 Ⅰ 혹은 P화상을 참조해야 하고, P 화상을 부호화하기 위해서는 적어도 하나의 Ⅰ 혹은 P화상을 참조해야 하므로, 부호화기로 출력되는 멀티플렉서(30)의 출력영상은 Ⅰ1, P1, B11, B12...가 된다.That is, when the order of the images input from the camera to the demultiplexer 10 is equal to B, B, I1, B11, B12, ... B1n-2, P1 ..., at least to encode the B screen. Since two I or P pictures must be referenced, and at least one I or P picture must be referenced to encode a P picture, the output video of the multiplexer 30 output to the encoder is I1, P1, B11, B12 .. Becomes
따라서, Ⅰ영상과 P영상 또는 P영상과 P영상 사이에 들어갈 수 있는 B영상이 최대 n-2 프레임이 가능하다고 하면, 프레임 메모리의 수는 n개가 된다. 즉, 상기와 같이 입력이 되면 P1화상이 입력되는 순간에 Ⅰ1화상의 출력이 시작된다. 차례로 프레임이 진행됨에 따라 적절한 프레임 메모리에서 프레임 데이터를 읽어와 부호기로 전송하고, 이미 부호기로 데이터를 전송하여 필요가 없어진 프레임 메모리에 입력되는 데이터를 다시 저장한다.Therefore, if the B picture that can be inserted between the I picture and the P picture or the P picture and the P picture is capable of at most n-2 frames, the number of frame memories is n. That is, when the input is performed as described above, the output of the I1 image starts at the moment when the P1 image is input. As the frame progresses, the frame data is read from the appropriate frame memory and transmitted to the encoder, and the data already transmitted to the encoder is stored again to save the data input to the frame memory which is no longer needed.
상기와 같은 방법으로 부호화된 신호를 복호화하는 복호화기에서는 기준(anchor) 프레임 사이의 B 영상의 수에 관계없이 두 개의 anchor프레임을 저장하는 프레임 메모리와 한 개의 B영상을 저장하는 프레임메모리만 있으면 재배열이 가능하다. 그러나 부호화의 경우, B영상을 전부 저장하여야 하므로, 앞에서 설명한 것과 같은 프레임 메모리의 수를 가져야 한다. 즉, 복호기의 경우 디멀티플렉서와 멀티플렉서의 크기가 3×1, 1×3이지만, 부호기의 경우 연속된 B영상의 수에 따라 디멀티플렉서와 멀티플렉서의 크기가 n×1, 1×n이 되어 영상부호화를 위한 재배열 장치의 크기가 커지는 문제점이 있었다.In the decoder which decodes a signal encoded by the above-described method, only a frame memory for storing two anchor frames and a frame memory for storing one B image are needed regardless of the number of B images between the anchor frames. Arrangement is possible. However, in the case of encoding, since all B-pictures must be stored, the number of frame memories as described above should be obtained. That is, in the case of the decoder, the size of the demultiplexer and the multiplexer is 3 × 1, 1 × 3. However, in the case of the encoder, the size of the demultiplexer and the multiplexer is n × 1, 1 × n depending on the number of consecutive B-pictures. There has been a problem that the size of the rearrangement device increases.
이에 본 발명의 목적은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 전체 크기에 큰 영향을 미치는 디멀티플렉서와 멀티플렉서를 사용을 배제하여 적절한 크기를 가지는 영상부호화를 위한 프레임 재배열 장치를 제공하는데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a frame rearrangement apparatus for image encoding having an appropriate size by eliminating the use of a demultiplexer and a multiplexer having a large influence on the overall size in order to solve the conventional problems as described above.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 영상부호화를 위한 프레임 재배열 장치는 카메라의 영상을 입력하여 MPEG방식에 따른 영상부호화과정 전에 영상군의 재배열을 수행하는 영상부호화를 위한 프레임 재배열 장치에 있어서,In order to achieve the above object, the frame rearrangement apparatus for image encoding according to the present invention inputs a camera image and rearranges the frame for image encoding before rearranging the image group before the image encoding process according to the MPEG method. In the apparatus,
상기 카메라의 영상을 입력하여 인에이블신호가 있을 때 데이터를 출력하기 위한 삼상태 버퍼;A tri-state buffer for inputting an image of the camera and outputting data when there is an enable signal;
상기 삼상태 버퍼의 출력에서 소정수의 영상군 데이터를 저장하기 위한 소정수의 프레임 메모리; 및A predetermined number of frame memories for storing a predetermined number of image group data at the output of the tri-state buffer; And
상기 프레임 메모리에 저장되는 영상을 선택하기 위하여 상기 프레임 메모리를 제어함과 아울러 상기 인에이블신호를 발생하는 재배열 제어부가 구비된 것을 특징으로 한다.In order to select an image stored in the frame memory, the rearrangement control unit for controlling the frame memory and generating the enable signal is provided.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명에 따른 영상부호화를 위한 프레임 재배열 장치는 제3도에 도시된 바와 같이 인에이블신호에 따라 카메라로부터 영상신호를 입력하는 삼상태 버퍼(100)와; 영상신호의 각각의 영상군을 저장하기 위한 다수의 프레임 메모리(200,201,202); 및 상기 프레임 메모리에 저장되는 영상을 선택하기 위하여 상기 프레임 메모리를 제어함과 아울러 상기 인에이블신호를 발생하는 재배열 제어부(300)로 구성되어 있다.Frame rearrangement apparatus for image encoding according to the present invention comprises a three-state buffer (100) for inputting an image signal from the camera according to the enable signal as shown in FIG. A plurality of frame memories 200, 201, 202 for storing respective video groups of video signals; And a rearrangement control unit 300 which controls the frame memory to select an image stored in the frame memory and generates the enable signal.
상기와 같이 구성된 본 발명의 작용 및 효과를 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.Referring to the accompanying drawings, the operation and effect of the present invention configured as described above are as follows.
삼상태 버퍼(100)의 입력은 미도시된 카메라에서 출력되는 영상신호이며, 그 출력 신호는 데이터 버스를 통하여 미도시된 부호기로 입력된다. 삼상태 버퍼(100)는 데이터의 입력시에만 인에이블(enable)되므로 영상신호의 입력단에는 영향을 미치지 않는다.The input of the tri-state buffer 100 is an image signal output from a camera not shown, and the output signal is input to an encoder not shown through a data bus. Since the tri-state buffer 100 is enabled only when data is input, it does not affect the input terminal of the video signal.
프레임 메모리(200,201,202)는 데이터버스를 양방향으로 사용함으로써 한 프레임 시간 내에 읽기 동작과 쓰기 동작을 동시에 한다. 그런데, 제2도에 도시된 종래의 영상부호화를 위한 재배열 장치에 사용된 프레임 메모리(20,21,22)는 데이터 버스를 입력과 출력으로 분리하여 사용함으로써 한 프레임의 시간 내에 읽기 또는 쓰기를 한 동작으로 처리하였으나, 본 발명에서는 하나의 버스를 공통으로 사용하므로, 본 발명에 따른 프레임 메모리(200,201,202)는 2배의 속도를 갖는 메모리가 사용되어야 한다. 만일 종래의 프레임 메모리와 동일한 속도를 갖는 메모리를 사용하게 되면 영상의 픽셀처리수를 2배로 해야한다.The frame memories 200, 201, and 202 simultaneously perform read and write operations within one frame time by using the data bus in both directions. However, the frame memories 20, 21, and 22 used in the rearrangement apparatus for the conventional image encoding shown in FIG. 2 use a data bus as an input and an output to read or write within a frame time. Although one operation is performed, the present invention uses one bus in common, so that the memory having the double speed should be used for the frame memories 200, 201, and 202 according to the present invention. If a memory having the same speed as that of the conventional frame memory is used, the pixel processing number of the image must be doubled.
재배열 제어부(300)는 상기 삼상버퍼를 인에이블 혹은 디스에이블시켜 버스를 입력단과 격리시키도록 하며, 각 프레임 메모리의 칩셀랙트를 제어하여 입력된 화상들이 저장될 해당 프레임 메모리를 선택한다.The rearrangement control unit 300 isolates the bus from the input terminal by enabling or disabling the three-phase buffer, and controls the chip selection of each frame memory to select a corresponding frame memory in which the input images are to be stored.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 영상부호화과정 이전에 프레임간의 데이터를 재배열하는 과정을 수행하는 영상부호화를 위한 프레임 재배열 장치에 관한 것으로, 전체 하드웨어의 크기에 큰 영향을 미치는 디멀티플렉서와 멀티플렉서의 사용을 배제하여 작은 크기의 영상부호화를 위한 프레임 재배열 장치를 제공할 수 있는 효과가 있다.As described above, the present invention relates to a frame rearrangement apparatus for image encoding, which performs a process of rearranging data between frames before an image encoding process, and uses a demultiplexer and a multiplexer that greatly affects the size of the entire hardware. By eliminating this, there is an effect of providing a frame rearrangement apparatus for image encoding of a small size.
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| GRNT | Written decision to grant | ||
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Payment date: 20111101 Year of fee payment: 14 |
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| FPAY | Annual fee payment |
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