KR0181033B1

KR0181033B1 - 에러 신호의 선택적 부호화 장치

Info

Publication number: KR0181033B1
Application number: KR1019950005866A
Authority: KR
Inventors: 정해묵
Original assignee: 배순훈; 대우전자주식회사
Priority date: 1995-03-20
Filing date: 1995-03-20
Publication date: 1999-05-01
Also published as: KR960036793A; JPH08265779A; EP0734179A2; EP0734179A3; CN1134086A

Abstract

본 발명은 영상 에러신호의 선택적 부호화 장치에 관한 것으로, 에러 신호를 수신하여 에러 프레임을 구성하는 에러 신호 메모리와, 에러 프레임내 신호중의 에러가 큰 신호에 대응하는 위치 정보를 발생하는 위치 판정기와, 위치 정보에 응답하여, 메모리 수단으로부터 그 위치에 해당되는 에러 신호와 그 에러 신호에 대한 위치 정보를 부호화하여 전송하는 부호화기를 구비한다. 또한, 선택적으로 부호화된 에러신호는 그 위치 정보에 따라 복호화되어 복원된 에러 프레임으로 형성된다.

Description

에러 신호의 선택적 부호화 장치

제1도는 본 발명에 따른 에러신호의 선택적 부호화 장치의 블록도.

제2도는 제1도에 도시된 영상신호 부호화기의 상세 블록도.

제3도는 제2도에 도시된 위치 판정기의 상세 블록도.

제4도는 제1도에 도시된 영상신호 복호화기의 상세 블록도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

105 : 영상신호 부호화기 107 : 엔트로피 부호화기

113 : 영상신호 복호화기 220 : 위치 판정기

310 : 절대치 회로 320 : 메디안 필터

330 : 블록 형성부 340 : 에러함수 발생부

530 : 제2메모리

본 발명은 영상신호의 부호화 장치에 관한 것으로, 특히 에러 프레임내 신호를 선택적으로 부호화하는 데 적합한 저전송률의 영상 에러신호의 선택적 부호화 장치에 관한 것이다.

주지된 바와같이, 디지털 영상신호의 전송은 아나로그 신호보다 좋은 화질을 유지할 수 있다. 일련의 영상 프레임으로 구성된 영상신호가 디지털 형태로 표현될 때, 특히 고품질 텔레비젼의 경우 상당한 양의 데이터가 전송되어야 한다. 그러나 종래의 전송 채널의 사용가능한 주파수 영역은 제한되어 있으므로, 많은 양의 디지털 데이터를 전송하기 위해서는 전송되는 데이터를 압축하여 그 양을 줄일 필요가 있다. 다양한 압축 기법중에서, 확률적 부호화 기법과 함께 시간적, 공간적 압축 기법을 결합한 하이브리드 부호화(hybrid coding) 기법이 가장 효율적인 것으로 알려져 있다.

대부분의 하이브리드 부호화 기법은 움직임 보상 DPCM(차분 펄스 부호 변조), 2차원 DCT (이산 코사인 변환), DCT 계수의 양자화, VLC(가변장 부호화)등을 이용한다. 움직임 보상 DPCM은 현재 프레임과 이전 프레임간의 물체의 움직임을 결정하고, 물체의 움직임에 따라 현재 프레임을 예측하여 현재 프레임과 예측된 현재 프레임간의 차이를 나타내는 차분신호를 만들어 내는 방법이다. 이 방법은 예를 들어 Staffan Ericsson 의 Fixed and Adaptive Predictors for Hybrid Predictive/Transform Coding, IEEE Transactions on Communication, COM-33, NO.12 (1985년, 12월), 또는 Ninomiya와 Ohtsuka의 A Motion Compensated Interframe Coding Scheme for Television Pictures, IEEE Transactions on Communication, COM-30, NO.1 (1982년, 1월)에 기재되어 있다.

영상 데이터간의 공간적인 리던던시를 제거하는 2차원 DCT는 디지털 영상데이타 블록, 예를 들어 8x8 블록을 한 세트의 변환 데이터로 변환한다. 이러한 기술은 Chen과 Pratt의 Scene Adaptive Coder, IEEE Transactions on Communications, Com-31, No.3(1984년 3월)에 개시되어 있다. 이러한 변환계수를 양자화기, 지그재그 스캐닝, 및 가변길이 부호화 등으로 처리함으로써, 전송될 데이터의 양을 효과적으로 압축 시킬 수 있다.

상술하면, 움직임 보상 DPCM에서는 현재 프레임과 이전 프레임간에 추정된 물체의 움직임에 따라, 현재 프레임을 이전 프레임으로부터 예측한다. 추정된 움직임은 이전 프레임과 현재 프레임간의 변위를 나타내는 2차원 움직임 벡터로 나타낼 수 있다.

하이브리드 부호화 기법을 이용하는 전형적인 영상신호 부호화 시스템에 있어서, 한 프레임의 영상신호는 다수의 블록으로 나뉘어져서 상술한 기법을 이용하여 처리됨으로써 부호화된 영상신호로 생성된다. 통상적으로, 영상신호 부호화 시스템에는 영상신호를 블록 단위로 처리하는데 상당량의 계산적인 부담이 가해진다. 따라서, 저전송률 영상신호 부호화기에서는 모든 블록의 신호를 수신기로 전송하기가 불가능하다.

따라서, 본 발명의 목적은 에러 신호를 선택적으로 부호화함으로써 과중한 계산량을 줄일 수 있는 저전송률의 에러신호의 선택적 부호화 장치를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 입력되는 영상 신호의 현재 프레임과 그의 과거 프레임간의 변위에 의해 예측된 현재 프레임과 상기 현재 입력 프레임간의 차를 나타내는 에러 신호를 이용하여 영상 신호를 부호화하는 부호화기와, 상기 부호화기에 의해 부호화된 영상 신호와 상기 예측된 현재 프레임을 복원된 에러 프레임으로 복호화하는 복호화기를 포함하는 에러신호 부호화 장치에 있어서, 상기 부호화기는; 상기 에러신호를 수신하여 에러 프레임을 구성하는 제1 메모리 수단; 상기 에어 프레임을 다수의 처리 블록을 분할하여 상기 부호화기에서 선택적으로 부호화될 처리 블록을 선택하는 위치 정보를 발생하는 위치 판정기; 상기 위치 정보에 응답하여, 상기 메모리 수단으로부터 그 위치에 해당되는 처리 블록을 선택적으로 이산코사인 변환 및 양자화하는 수단; 및 상기 부호화 수단으로부터의 양자화된 신호와 상기 위치 정보를 부호화하여 전송하는 엔트로피 부호화기를 구비하고, 상기 위치 판정기는: 상기 에러 프레임에 대하여 하나의 처리 블록을 최좌측 위치에서 시작하여 수평 방향으로 한번에 하나의 화소씩 이동시킨 다음, 그 처리 블록이 상기 에러 프레임 영역내의 하단 최우측 위치에 도달할 때까지 한번에 하나의 주사라인씩 수직 방향으로 하향 이동시킴으로써 상기 다수의 처리 블록을 형성함으로써 각각의 처리 블록에 대한 위치 정보를 발생하는 처리 블록 형성부; 상기 처리 블록 형성부에 의해 형성된 각각의 처리 블록내 픽셀들의 차분 값을 계산하여 에러 함수를 생성하는 평균 제곱 에러 계산부; 상기 각각의 에러 함수를 비교하여 큰 오차값을 갖는 처리 블록의 위치 정보를 나타내는 선택신호를 생성하는 오차 함수 검출회로; 및 상기 오차 함수 검출 회로로부터의 선택 신호에 대응하는 위치 정보를 선택하여 선택된 위치정보를 상기 부호화 수단으로 제공함으로써 상기 선택된 위치 정보에 대응하는 처리 블록을 선택적으로 부호화되게 하는 선택기를 구비하며, 상기 복호화기는: 상기 양자화된 신호를 역양자화하고 역이산 코사인 변환하여 복호화된 에러 신호를 생성하는 수단; 및 상기 복호화된 에러신호를 수신하여 상기 위치 블록 판정기로부터의 위치 정보에 따라 상기 복원된 에러 프레임을 구성하는 제2 메모리 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 에러신호의 선택적 부호화 장치를 제공한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

제1도를 참조하면, 본 발명에 따른 저전송률 에러신호의 선택적 부호화 장치의 블록도가 도시되어 있다.

제1도를 참조하면, 입력 디지털 비디오 신호는 감산기(101)와 움직임 추정기(126)로 각각 공급된다. 움직임 추정기(126)에서는, 라인 L10상의 현재 프레임 신호와 프레임 메모리(124)로부터 제공되는 라인 L12 상의 재구성된 이전 프레임 신호를 처리하여 제1세트의 움직임 벡터를 추정하는 데, 그 움직임 벡터의 각각은 현재 프레임의 탐색 블록과 과거 프레임의 대응하는 탐색 영역내에 포함된 최적 정합 블록간의 변위를 나타낸다. 또한, 움직임 추정기(126)로부터 발생하는 라인 L20상의 움직임 벡터는 움직임 예측기(122)와 엔트로피 부호화기(107)에 각각 제공된다.

다음에, 움직임 예측기(122)는 움직임 추정기(126)로부터 제공되는 움직임 벡터들과 프레임 메모리(124)로부터 제공되는 재구성된 이전 프레임 신호에 의거하여 화소 단위로 예측신호를 결정함으로써, 예측 프레임을 생성하며, 여기에서 생성되는 예측 프레임 신호는 라인 L30을 통해 감산기(101)와 가산기(115)에 각각 제공한다.

또한, 움직임 예측기(122)로부터 제공되는 예측된 현재 프레임 신호는 감산기(101)를 통해 현재 프레임 신호로부터 감산되고, 그 결과 데이터, 즉 이들간의 차분 화소값을 나타내는 에러 신호는 블록단위로 영상신호 부호화기(105)로 제공된다.

제2도를 참조하면, 영상신호 부호화기(105)는 에러 신호 메모리(210), 위치 판정기(220), 이산 코사인 변환기(230 : DCT) 및 양자화기(240)를 포함한다.

감산기(101)로부터 제공된 에러 신호들은 먼저 에러신호 메모리(210)에 저장되어 에러신호 프레임을 구성하는 데, 이러한 에러신호 메모리(210)에서 구성된 에러신호 프레임은 라인 L60을 통해 위치 판정기(220)로 제공된다. 위치 판정기(220)에서는, 제3도에서 상세히 도시된 바와같이, 에러 프레임을 다수의 처리 블록으로 분할하고, 그 처리블록중에서 영상신호 부호화기(105)에서 선택될 처리 블록의 위치를 결정해 주는 기능을 수행한다.

제3도는 제2도에 도시된 위치 판정기(220)의 상세 블록도로서, 절대치 회로(310), 메디안 필터(320), 다수의 영상 블록단(332, 334, 336, 338)을 갖는 처리 블록 형성부(330), 다수의 평균 제곱 에러(MSE: mean square error) 계산단(342, 344, 346, 348)을 갖는 에러 함수 발생부(340), 오차 함수 검출 회로(350) 및 선택기(360)를 포함한다.

제3도를 참조하면, 에러 프레임은 라인 L60을 통해 절대치 회로(310)로 제공되는 데, 절대치 회로(310)에서는 제1도에 도시된 감산기(101)의 출력으로부터 구성된 에러 프레임내 네거티브(-) 값을 갖는 신호를 제거하는 기능을 수행하며, 여기에서 얻어지는 에러 프레임의 절대치는 다음단의 메디안 필터(320)로 제공된다.

또한, 메디안 필터(320)는 절대치 회로(310)로부터 제공된 에러 프레임내 화소중의 하나와 그에 인접하는 모든 화소들의 평균을 취하여 이들 화소값들 간의 차이값을 감소시키므로써 공간 주파수의 고주파 성분을 줄여 주는 기능을 한다. 메디안 필터(320)에 의해 필터링된 에러 프레임은 처리 블록 형성부(330)내 다수의 블록 형성단(332, 334,336, 338)으로 각각 제공된다.

다음에, 처리 블록 형성부(330)에서는 에러 프레임을 동일한 크기를 갖는 다수개의 처리 블록들로 분할하는 역할을 담당한다. 각각의 처리 블록은 기설정된 H×V 화소 블록(예를들면, 8×8의 DCT 블록)을 포함한다. 특히, 여기에서 기설정된 크기의 화소 블록은 영상신호 부호화기(105)내 이산 코사인 변환기(230)에서의 처리 단위와 동일하게 선택된다.

처리 블록 형성부(330)의 블록 형성단(332, 334, 336, 338)에 각각 제공되는 에러 프레임은 마치 하나의 처리 블록을 에러 프레임에 대하여 최좌측 위치에서 시작하여 수평 방향으로 한번에 한 화소씩 이동시킨 다음, 그 처리 블록이 상기 에러 프레임 영역내의 하단 최우측 위치에 도달할 때까지, 그 에러 프레임 영역에 대하여 한번에 하나의 주사 라인씩 수직 방향으로 하향 이동시키므로써, 에러 프레임으로부터 각기 하나의 처리 블록을 형성한다. 이러한 방식으로 형성되는 각각의 블록에 대한 위치 정보는 선택기(360)로 제공된다. 또한, 각각의 블록 형성단(332, 334, 336, 338)에 의해 형성된 각각의 처리 블록은 그에 대응하는 평균 제곱 에러 계산단(342, 344, 346,348)으로 구성된 에러 함수 발생부(340)로 입력된다.

에러함수 발생부(340)내 각 MSE 계산단(342, 344, 346, 348)에서는 각기 처리 블록내 픽셀들의 루미넌스 레벨에 대한 오차 함수를 계산하고, 여기에서 계산된 함수들은 각기 오차 함수 검출 회로(350)로 제공된다.

오차 함수 검출 회로(350)는 각각의 오차 함수를 서로 비교하여 큰 오차값을 나타내는 순서대로 적어도 N개, 예를들어 다섯 개의 오차 함수를 선택하며, 선택된 오차 함수를 나타내는 선택 신호를 발생한다. 선택기(360)는 오차함수 검출 회로(350)로부터 제공되는 각각의 선택신호에 응답하여, 각 선택신호에 대응하는 위치정보를 선택하며, 그 해당 위치 정보를 제2도의 에러 신호 메모리(210)로 제공한다.

따라서, 제2도의 에러 신호 메모리(210)에서는 위치 판정기(220)로부터 제공되는 각 위치 정보에 대응하는 블록, 즉 에러 신호가 큰 블록을 출력하며, 이산 코사인 변환기(230) 및 양자화기(240)는 에러 신호 메모리(210)로부터 출력되는 선택된 처리 블록내 데이터에 대하여 일련의 양자화된 변환계수로 변환한다.

그런다음, 양자화된 변환계수는 선택된 에러신호 블록에 대한 위치를 지정하는 위치 정보와 함께 제1도의 엔트로피 부호화기(107)과 영상신호 복호화기(113)로 각각 제공된다. 엔트로피 부호화기(107)에서는 영상신호 부호화기(105)로부터의 양자화된 변환계수와, 위치 판정기(220)로부터 라인 L70을 통해 제공되는 위치 정보와, 라인 L20을 통해 입력된 움직임 벡터를, 줄길이(run-length) 부호화와 가변길이 부호화의 결합 등의 방법을 통해 부호화하여 도시 생략된 전송기로 전달한다.

한편, 부호화기(105)로부터의 양자화된 변환계수는 라인 L50을 통해 제4도에 상세히 도시된 바와같은 영상신호 복호화기(113)로 제공된다. 영상신호 복호화기(113)로 입력된 양자화된 변환계수는 역양자화기(510)와 역이산 코사인 변환기(IDCT)(520)를 거치면서 역양자화되고 역이산 코사인 변환되어 제2 에러 신호 메모리(530)로 제공된다. 제2 에러 신호 메모리(530)에서는 위치 판정기(220)로부터의 위치 정보에 따라 에러 프레임의 처리 블록에 대응하는 복원된 에러 프레임을 형성한다. 이때, 복원된 에러 프레임은 부호화기(105)에서 처리된 블록에 대응하는 신호로 복원된 프레임이다. 이렇게 복원된 에러 프레임은 순차적으로 블록 단위로 가산기(115)로 제공된다.

그 결과, 가산기(115)에서는 영상 복호화기(113)로부터 L80을 통해 제공되는 복원된 에러 신호와 움직임 예측기(126)로부터 라인 L30을 통해 제공되는 예측된 현재 프레임 신호를 가산하여 복원된 현재 프레임 신호를 생성하며, 이러한 복원 프레임 신호는 프레임 메모리(124)에 이전 프레임으로써 저장된다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 에러 신호가 큰 처리 블록을 선택적으로 부호화함으로써 저전송률의 영상신호 부호화기에서 상당량의 데이터 처리 효율의 증가를 가져올 수 있다.

Claims

입력되는 영상 신호의 현재 프레임과 그의 과거 프레임간의 변위에 의해 예측된 현재 프레임과 상기 현재 입력 프레임간의 차를 나타내는 에러 신호를 이용하여 영상신호를 부호화하는 부호화기와, 상기 부호화기에 의해 부호화된 영상신호와 상기 예측된 현재 프레임을 복원된 에러 프레임으로 복호화하는 복호화기를 포함하는 영상신호 부호화 장치에 있어서, 상기 부호화기는: 상기 에러신호를 수신하여 에러 프레임을 구성하는 제1 메모리 수단; 상기 에러 프레임을 다수의 처리 블록으로 분할하여 상기 부호화기에서 선택적으로 부호화될 처리 블록을 선택하는 위치 정보를 발생하는 위치 판정기; 상기 위치 정보에 응답하여, 상기 메모리 수단으로부터 그 위치에 해당되는 처리 블록을 선택적으로 인출하여 이산코사인 변환 및 양자화하는 수단; 및 상기 부호화 수단으로부터의 양자화된 신호와 상기 위치 정보를 부호화하여 전송하는 엔트로피 부호화기를 구비하고, 상기위치 판정기는: 상기 에러 프레임에 대하여 하나의 처리 블록을 최좌측 위치에서 시작하여 수평 방향으로 한번에 하나의 화소씩 이동시킨 다음, 그 처리 블록이 상기 에러 프레임 영역내의 하단 최우측 위치에 도달 할 때까지 한번에 하나의 주사 라인씩 수직방향으로 하향 이동시킴으로써 상기 다수의 처리 블록을 형성함으로써 각각의 처리 블록에 대한 위치 정보를 발생하는 처리 블록 형성부; 상기 처리 블록 형성부에 의해 형성된 각각의 처리 블록내 픽셀들의 차분값을 계산하여 에러 함수를 생성하는 평균 제곱 에러 계산부; 상기 각각의 에러 함수를 비교하여 큰 오차값을 갖는 처리 블록의 위치 정보를 나타내는 선택신호를 생성하는 오차 함수 검출회로; 및 상기 오차함수 검출 회로로부터의 선택 신호에 대응하는 위치 정보를 선택하여 선택된 위치 정보를 상기 부호화 수단으로 제공함으로써 상기 선택된 위치 정보에 대응하는 처리 블록을 선택적으로 부호화되게 하는 선택기를 구비하며, 상기 복호화기는: 상기 양자화된 신호를 역양자화하고 역이산 코사인 변환하여 복호화된 에러 신호를 생성하는 수단; 및 상기 복호화된 에러 신호를 수신하여 상기 위치 블록 판정기로부터의 위치 정보에 따라 상기 복원된 에러 프레임을 구성하는 제2 메모리 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 에러신호의 선택적 부호화 장치.
제1항에 있어서, 상기 위치 판정기는: 상기 제1 메모리로부터 전달되는 에러 프레임내 에러 신호를 절대화하는 절대치 회로와; 상기 절대치 회로로부터의 신호들의 차이값을 감소시킴으로써 공간 주파수의 고주파 성분을 줄여주는 필터를 더 포함하는 에러신호의 선택적 부호화 장치.