KR0185927B1 - 입력비트열의 프레임레이트를 변환하는 영상복호화장치 및 방법 - Google Patents

입력비트열의 프레임레이트를 변환하는 영상복호화장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 화면표시장치의 프레임레이트(Frame rate)에 따라 영상신호를 복호할 수 있도록 소정 프레임을 누락 또는 반복처리하므로서 입력비트열의 프레임레이트를 변환하는 영상복호화장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명은 입력비트열의 프레임레이트가 화면출력장치의 프레임레이트 보다 크면 복호된 B프레임을 누락시키고, 입력비트열의 프레임레이트가 화면출력장치의 프레임레이트보다 작으면 B프레임 또는 P프레임을 적기에 반복출력하므로서 프레임레이트의 차이를 해소할 수 있다. 따라서, 화면표시장치의 프레임레이트와 입력비트열의 프레임레이트가 다르더라도 이에 구애됨이 없이 복호동작 및 영상표시동작을 원활하게 수행할 수 있는 효과가 있다.

Description

입력비트열의 프레임레이트를 변환나하는 영상복호화장치 및 방법
제1도는 MPEG2의 권고안에 따른 1GOP층의 프레임배열을 설명하기 위한 설명도.
제2도(a)는 입력비트열의 프레임레이트가 화면표시장치의 프레임레이트 보다 큰 경우를 나타내는 설명도.
제2도(b)는 입력비트열의 프레임레이트가 화면표시장치의 프레임레이트보다 작은 경우를 나타내는 설명도.
제3도는 본 발명에 따른 영상복호화장치의 구성도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 버퍼 20 : 복호화부
30 : 프레임메모리 40 : 화면접속부
50 : 제1프레임레이트생성부 60 : 제2프레임레이트생성부
70 : 프레임레이트변환부 71 : 누락결정부
72 : 반복결정부 73 : 제1연산부
74 : 제1연산부
본 발명은 화면표시장치의 프레임레이트(Frame rate)에 따라 영상신호를 복호하는 영상복호화장치에 관한 것으로, 특히 소정 프레임을 누락 또는 반복처리하므로서 입력비트열의 프레임레이트와 화면표시장치의 프레임레이트가 다르더라도 원활하게 영상신호를 복호화하여 영상표시할 수 있도록 한 입력비트열의 프레임레이트를 변환하는 영상복호화장치에 관한 것이다.
또, 본 발명은 프레임레이트의 차이를 해소시키기 위해 화면표시장치의 프레임레이트에 따라 입력비트열의 프레임을 선택적으로 누락 또는 반복 처리하여 영상신호의 복호 및 영상표시가 원활하게 이루어지도록 한 입력비트열의 프레임레이트를 변환하는 영상복호화방법에 관한 것이다.
현재 NTSC방송방식과 PAL방송방식에서 적용하고 있는 프레임레이트는 상이하다. 즉, NTSC방송방식에서는 30Hz의 프레임레이트를 사용하는 반면에, PAL방송방식에서는 25Hz의 프레임레이트를 사용하고 있다. 일예로, NTSC용 TV수상기는 초당 30매의 화면을 표시하고 있으며, PAL용 TV수상기는 초당 25매의 화면을 표시하도록 하고 있다.
통상, TV수상기의 화면표시장치는 해당 지역의 방송방식에 맞는 프레임레이트로 디스플레이하도록 제품화되어 있어서, 타방송방식의 영상신호를 수신하더라도 영상으로 디스플레이할 수 없었다. 일예로, NTSC용의 TV수상기는 25Hz의 프레임레이트를 갖는 PAL방송신호를 입력받아도 이를 화면에 표시할 수 없었으며, 마찬가지로 PAL용의 TV수상기는 프레임레이트가 다른 NTSC방송신호를 영상표시할 수 없었다.
또한, 근래들어 활발하게 연구개발되고 있는 고화질TV(HDTV)등의 다지탈방식에서도 해당지역에 따라 일정한 방송방식의 프레임레이트를 고정하여 사용하므로 자국방송의 프레임레이트를 기준으로 제품화가 이루어질 수 밖에 없다. 그런데, 위성방송에 대한 관심이 활발해짐에 따라 방송방식에 구애됨이 없이 타방송방식의 방송신호도 화면표시장치의 프레임레이트에 맞추어 영상신호를 복호하고 이를 화면에 표시할 수 있는 장치가 요구되고 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 화면표시장치의 프레임레이트와 입력비트열의 프레임레이트가 다른 경우 프레임레이트를 변환하는 프레임레이트변환수단을 이용하여 영상신호의 복호동작을 원활하게 수행하므로서 궁극적으로 프레임레이트에 구애됨이 없이 화면에 표시할 수 있는 입력비트열의 프레임레이트를 변환하는 영상복호화장치를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 입력비트열을 형성하는 프레임을 적기에 누락 또는 반복처리하므로서 압축부호화된 입력비트열을 화면표시장치의 프레임레이트에 따라 복호동작을 수행할 수 있는 입력비트열의 프레임레이트를 변환하는 영상복호화방법에 제공함에 있다.
상기와 같은 본 발명의 목적은 압축부호화된 입력비트열을 복호화여 프레임별로 출력하는 복호화부와 복호된 프레임을 화면출력할 수 있도록 처리하여 화면표시장치로 공급하는 화면접속부를 구비하며, 입력비트열의 프레임레이트를 화면표시장치의 프레임레이트에 맞도록 프레임레이트를 변환하는 영상복호화장치에 있어서, 소정 기준클럭을 입력받고, 상기 입력비트열의 프레임레이트에 해당하는 제1프레임레이트를 출력하는 제1프레임레이트발생부; 상기 기준클럭을 입력받고, 상기 화면표시장치의 프레임레이트에 해당하는 제2프레임레이트를 출력하는 제2프레임레이트발생부; 및 상기 제1프레임레이트 및 제2프레임레이트를 각각 입력받고, 제1프레임레이트가 큰 경우에는 소정 프레임을 누락시키기 위한 누락지시신호를 출력하고, 제2프레임레이트가 큰 경우에는 소정 프레임을 반복시키기 위한 반복지시 신호를 출력하는 프레임레이트변환부에 의하여 달성된다.
상기와 같은 본 발명의 다른 목적은 압축부호화된 입력비트열을 복호화는 복호화부가 화면표시장치의 프레임레이트에 따라 복호된 프레임을 화면접속부로 출력할 수 있도록 입력비트열의 프레임레이트를 변환하는 영상 복호화방법에 있어서, 제1프레임레이트발생부 및 제2프레임레이트발생부가 소정 기준클럭을 입력받아 입력비트열에 대한 제1프레임레이트와 화면 표시장치에 대한 제2프레임레이트를 각각 생성하는 단계; 상기 제1프레임레이트와 제2프레임레이트의 크기를 비교하여 소정 프레임의 누락여부 또는 반복여부를 판정하는 단계; 및 상기 판정단계에 따라 해당 프레임을 누락시키기 위한 누락지시신호 또는 반복지시신호를 출력하는 단계에 의하여 달성된다.
이하,본 발명의 바람직한 일실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.
제1도는 MPEG2의 권고안에 따른 1GOP층의 프레임배열을 나타내는 설명도이다. MPEG2에서는 영상을 프레임간의 관련성을 이용하여 압축하여 부호화하도록 권고하고 있는 바, TV영상신호도 모두 부호화하는 대신 프레임들간의 유사성 즉 전, 후 프레임과의 다른점과 움직임정보를 전송하며, 이로써 데이타압축률의 향상을 기할 수 있게 되었다.
제1도에 도시한 바와 같이, 영상신호는 1GOP층 단위로 압축 및 부호화되며, I프레임과 다음 I프레임 사이에 있는 여러개의 프레임이 모여 1GOP층을 형성한다. 여기서, I프레임은 자기자신의 정보만으로 부호화된 순수한 영상데이타이다. 또, P프레임은 전방의 I프레임 또는 P프레임과의 유사정도에 따라 부호화된 차분데이타이며, B프레임은 전방 및 후방의 인접한 프레임과의 유사정도에 따라 부호화된 차분데이타이다. 이러한 B프레임은 2프레임마다 하나씩 배열되고, 화살표는 유사정도를 비교하기 위한 프레임을 나타낸다.
제2도(a)는 입력비트열의 프레임레이트가 화면표시장치의 프레임레이트보다 큰 경우를 나타내는 설명도이다. 도시한 바와 같이 (a)는 입력비트열이 30Hz의 입력프레임레이트를 가지는 경우로 해당 프레임을 1/30초마다 출력된다. 그런데, 화면표시장치의 프레임레이트가 (B)와 같이 25Hz이면 프레임레이트가 서로 달라 모니터나 TV화면에 영상표시하지 못하게 된다. 따라서, 1GOP층의 선두에 위치하는 I프레임을 출력후 다음 프레임을 1/30초마다 출력하는 것이 아니라 25Hz의 기준프레임레이트에 맞추기 위해서 점차로 지연출력하는데, 입력비트열의 프레임레이트에 따른 출력시점보다 늦은 시점에서 프레임이 출력되는 것을 화살표를 통해 알 수 있을 것이다.
즉, 선두의 I프레임을 출력후 1/30초 경과한후 소정 시간(△)만큼 늦은 시점에서 두번째 위치하는 B프레임을 출력한다. 이어서 세번째 위치하는 P프레임은 원래 출력시점보다 2△만큼 늦게 출력한다. 세번째, 네번째 위치하는 프레임도 누적된 횟수만큼 지연출력하여 화면표시장치의 프레임레이트 즉, 1/25초 마다 하나의 프레임이 출력하여 프레임레이트의 차이를 상쇄시키는 것이다. 이러한 경우, 제2도(a)에서와 같이 프레임레이트의 차이가 5Hz 이면 그에 해당하는 프레임수는 5프레임 즉, 5매의 화면에 상당하고, 점차로 프레임을 지연출력하다보면 그 지연시간도 길어질 뿐만 아니라 마지막 5프레임은 한꺼번에 출력을 보류하여야 하고 이럴 경우 화면의 연속성이 낮아지는 결과를 초래한다. 그래서, 지연간격이 1/30초에 해당하는 6번째 프레임 마다 하나의 프레임을 누락시키고 이러한 지연출력 및 누락동작을 순환적으로 처리하게 되면 화면표시장치의 프레임레이트를 만족하면서도 화면의 연속성을 유지할 수 있게 된다. 즉, 선두의 I프레임을 출력후 다음 프레임부터는 지연시간(△)이 누적되여 6번째 프레임을 출력하려는 시점에서는 입력비트열의 출력간격인 1/30에 해당하는 5△만큼 지연시켜 출력해야 하는 바, 그 프레임을 누락시키면 다시 출력시점이 맞추어 진다. 다만, 누락되는 프레임은 B프레임으로 한정하여 프레임의 누락으로 인한 화질저하를 최소화한다.
반면에, 제2도(b)와 같이 입력비트열의 프레임레이트가 (a)와 같이 25Hz이고 화면표시장치의 프레임레이트가 30Hz인 경우에는 프레임을 점차로 빨리 출력함과 아울러 모자라는 프레임은 반복시켜 출력하므로서 프레임레이트의 차이를 해소한다. 다시 말해, 1GOP층의 선두에 위치하는 I프레임을 출력후 다음 프레임을 1/25초 마다 출력하는 것이 아니라 1/30초마다 출력할 수 있도록 선행시간(△)만큼 출력시점을 앞당긴다. 이와같이 일률적으로 선행출력하는 경우 매초당 5프레임 즉, 5매의 프레임이 부족하게 된다. 따라서, 제2도(a)와 상반되게 소정 프레임을 반복출력한다. 즉, 입력비트열의 출력간격인 1/25에 해당하는 5△만큼 빨리 출력한 6번째 B프레임은 한번 더 출력하게 되면 매초 5프레임이 반복출력하게 되는 결과가 되여 5프레임의 부족을 상쇄시킬 수 있게 된다. 여기서, 반복 출력하는 프레임은 B프레임과 P프레임에 한정한다.
상술한 바와 같은 프레임레이트의 변환동작을 제3도에 따라 구체적으로 설명하기로 한다.
제3도는 본 발명에 따른 영상복호화장치의 구성도이다. 도시한 바와 같이, 본 발명은 소정 기준클럭을 입력받아 입력비트열의 프레임레이트를 출력하는 제1프레임레이트발생부(50)와 상기 기준클럭을 입력받아 화면표시장치의 프레임레이트를 출력하는 제2프레임레이트발생부(60) 및 프레임레이트의 차이를 메꾸기 위해 소정 프레임에 대한 누락 및 반복처리를 지시하는 프레임레이트변환부(70)를 구비한다.
일단, 압축부호화된 영상신호, 즉, 입력비트열은 버퍼(10)를 거쳐 복호화부(20)에 인가된다. 상기 복호화부(20)는 입력비트열에 포함된 동기신호, 프레임종류 등의 부가정보를 해석하고 이를 바탕으로 입력비트열을 역양자화, 역변환(IDCT), 움직임보상을 하여 압축부호화되기 전의 상태로 복호한 후 프레임메모리(30)에 저장시킨다. 이후, 복호화부(20)는 화면접속부(40)와의 인터페이싱을 통해 복호된 프레임들을 프레임메모리(30)에서 독출하여 상기 화면접속부(40)로 출력한다. 이때, 화면접속부(40)는 후술하는 제2프레임레이트발생부(60)에서 출력하는 화면표시장치의 프레임레이트에 따라 복호된 프레임데이타를 화면 출력가능한 상태로 처리하면 후단의 화면표시장치가 이를 공급받아 화면에 표시할 수 있게 된다. 따라서, 복호화부(20)도 화면표시장치의 프레임레이트에 의존하여 독출한 프레임을 화면접속부(40)로 출력하게 된다.
상기 버퍼(10)를 통해 복호화부(20)에 인가되는 입력비트열의 프레임레이트는 부호화측에서 정해지게 되는데, 입력프레임레이트(이하, 제1프레임레이트라 한다.)와 화면표시장치의 프레임레이트(이하, 제2프레임레이트라 한다.)가 서로 동일하면 상기 복호화부(20)가 화면접속부(40)에서 요구하는 제2프레임레이트에 따라 복호된 프레임데이타를 화면접속부(40)로 공급하게 되면 원활하게 복호동작 및 영상 표시동작이 이루어진다.
그러데, 제2프레임레이트와 다른 제1프레임레이트로 입력비트열이 부호화된 경우 즉, 제1프레임레이트가 제2프레임레이트 보다 크거나 작으면 프레임변환부(70)가 복호화부(20)로 누락지시신호 또는 반복지시신호를 적기에 출력하여 프레임레이트의 차이를 해소하는 바, 이를 구체적으로 설명한다.
제3도에서, 제1프레임레이트발생부(50)는 소정 기준클럭를 입력받아 현재 버퍼(10)에 공급되는 입력비트열의 프레임레이트에 상당하는 제1프레임레이트를 만들어 프레임레이트변환부(70)로 출력한다. 또, 제2프레임레이트발생부(60)는 상기 기준클럭의 일단을 입력받아 화면표시장치의 프레임레이트로서 사용되는 제2프레임레이트를 만들어 프레임레이트변환부(70)와 화면접속부(40)로 각각 출력한다.
먼저, 제1연산부(73)는 제1프레임레이트와 제2프레임레이트를 입력받아 임계값(Vt)을 산출하여 누락결정부(71)와 반복결정부(72)로 출력한다. 이 임계값(Vt)는 누락여부 또는 반복여부를 판단하는 기준이 되며 입력비트열의 출력간격(5△)보다 약간 적게 설정하는 것이 바람직하다. 실시예에서는 임계값(Vt) = (입력비트열의 출력간격)-(△/2)로 설정한다. 여기서, △은 규정시점과 출력시점의 단위시차이다.
한편, 제2연산부(74)는 제1프레임레이트와 제2프레임레이트를 입력받아 ±지연(선행)값(n△; 여기서 n은 정수)을 산출하여 누락결정부(71) 또는 반복결정부(72)로 출력한다. 즉, 제2연산부(74)는 제1프레임레이트가 제2프레임레이트보다 큰 경우에는 음(-)의 지연값을 누락결정부(71)로 출력하고, 제1프레임레이트가 제2프레임레이트 보다 작은 경우에는 양(+)의 선행값을 반복결정부(72)로 출력한다.
한편, 누락결정부(71)는 소정 임계값과 음(-)의 지연값을 비교하고 복호화부(20)로부터 프레임정보를 입력받아 누락여부를 결정한다. 즉, 음(-)의 지연값이 임계값을 벗어나고 출력할 프레임이 B프레임이면 누락시키라는 누락지시신호를 복호화부(20)로 출력한다. 일예로, 제2도(a)와 같이 복호화부(20)가 5번째 위치하는 P프레임을 출력한 후, 상기 누락결정부(71)는 제2연산부(74)로부터 입력받은 지연값(-5△)의 절대값이 제1연산부(73)로 부터 입력받은 임계값(4.5△)보다 크므로 누락지시신호를 복호화부(20)로 출력한다.
또, 반복결정부(72)는 제1연산부(73)의 임계값과 제2연산부(74)의 양(+)의 선행값을 입력받아 반복여부를 결정하는데, 양(+)의 선행값이 임계값을 벗어나면 반복시키라는 반복지시신호를 복호화부(20)로 출력한다. 일예로, 제2도(b)와 같이 복호화부(20)가 5번째 위치하는 P프레임을 출력한 후, 상기 반복결정부(72)는 제2연산부(74)로부터 입력받은 선행값(5△)이 제1연산부(73)로부터 입력받은 임계값(4.5△)보다 크므로 반복지시신호를 복호화부(20)로 출력한다.
이와 같이 복호화부(20)는 누락결정부(71)에서 누락지시신호가 입력되면 프레임메모리(30)에서 독출한 프레임중 B프레임을 출력하지 않고 다음 프레임을 화면접속부(40)로 출력한다. 또한, 복호화부(20)는 반복지시신호가 입력되면 프레임메모리(30)에서 독출한 프레임중 B프레임 또는 P프레임을 한번 더 화면접속부(40)로 반복 출력한다.
이상과 같은 본 발명은 입력비트열의 프레임레이트가 화면출력장치의 프레임레이트 보다 큰 경우에는 프레임메모리에 저장된 B프레임을 적절하게 누락시켜서 프레임레이트의 차이를 해소하고, 입력비트열의 프레임레이트가 화면출력장치의 프레임레이트 보다 작은 경우에는 프레임메모리에 저장된 B프레임 또는 P프레임을 적기에 반복 출력하므로서 프레임레이트의 차이를 해소한다. 따라서, 화면표시장치의 프레임레이트와 입력비트열의 프레임레이트가 다르더라도 이에 구애됨이 없이 복호동작을 수행할 수 있는 장점이 있다.

Claims (8)

  1. 압축부호화된 입력비트열을 복호화하여 프레임별로 출력하는 복호화부와 복호된 프레임을 화면출력할 수 있도록 처리하여 화면표시장치로 공급하는 화면접속부를 구비하며, 입력비트열의 프레임레이트를 화면표시장치의 프레임레이트에 맞도록 프레임레이트를 변환하는 영상복호화장치에 있어서, 소정 기준클럭을 입력받고, 상기 입력비트열의 프레임레이트에 해당하는 제1프레임레이트를 출력하는 제1프레임레이트발생부; 상기 기준크럭을 입력받고, 상기 화면표시장치의 프레임레이트에 해당하는 제2프레임레이트를 출력하는 제2프레임레이트발생부; 및 상기 제1프레임레이트 및 제2프레임레이트를 각각 입력받고, 제1프레임레이트가 큰 경우에는 소정 프레임을 누락시키기 위한 누락지시신호를 출력하고, 제2프레임레이트가 큰 경우에는 소정 프레임을 반복시키기 위한 반복지시신호를 출력하는 프레임레이트변환부를 포함하는 것을 특징으로 하는 입력비트열의 프레임레이트를 변환하는 영상복호화장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 프레임레이트변환부는 프레임을 누락시키거나 반복시킬 때 판정기준이 되는 소정 임계값을 산출하는 제1연산부; 상기 제1 및 제2프레임레이트에 따라 음의 지연값 또는 양의 선행값을 산출하는 제2연산부; 상기 제1연산부의 임계값과 제2연산부의 음의 지연값을 각각 입력받고, 상기 음의 지연값에 대한 절대값이 상기 임계값 보다 크면 누락지시신호를 출력하는 누락결정부; 및 상기 제1연산부의 임계값과 제2연산부의 양의 선행값을 입력받고, 상기 양의 선행값이 임계값 보다 크면 반복지시신호를 출력하는 반복결정부로 이루어진 것을 특징으로 하는 입력 비트열의 프레임레이트를 변환하는 영상복호화장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1연산부에 의해 산출하는 임계값은 다음과 같이 나타낼 수 있는 것을 특징으로 하는 입력비트열의 프레임레이트를 변환하는 영상복호화장치.
    임계값(Vt) = (입력비트열의 출력간격)-(△/2)
    여기서, △은 규정시점과 출력시점의 단위시차이다.
  4. 제2항에 있어서, 상기 제2연산부는 제1프레임레이트가 제2프레임레이트 보다 크면 음(-)의 지연값을 출력하고, 제1프레임레이트가 제2프레임레이트보다 작으면 양(+)의 선행값을 출력하는 것을 특징으로 하는 입력비트열의 프레임레이트를 변환하는 영상복호화장치.
  5. 제2항에 있어서, 상기 누락결정부는 복호화부로부터 프레임정보를 입력받아 상기 복호화부가 출력할 다음 프레임이 B프레임인 경우 누락지시신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 입력비트열의 프레임레이트를 변환하는 영상복호화장치.
  6. 제2항에 있어서, 상기 반복결정부는 상기 복호화부가 출력할 프레임이 B프레임 또는 P프레임인 경우에 반복지시신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 입력비트열의 프레임레이트를 변환하는 영상복호화장치.
  7. 압축부호화된 입력비트열을 복호화하는 복호화부가 화면표시장치의 프레임레이트에 따라 복호된 프레임을 화면접속부로 출력할 수 있도록 입력비트열의 프레임레이트를 변환하는 영상복호화방법에 있어서, 제1프레임레이트발생부 및 제2프레임레이트발생부가 소정 기준클럭을 입력받아 입력비트열에 대한 제1프레임레이트와 화면표시장치에 대한 제2프레임레이트를 각각 생성하는 단계; 상기 제1프레임레이트와 제2프레임레이트의 크기를 비교하여 소정 프레임의 누락여부 또는 반복여부를 판정하는 단계; 및 상기 판정단계에 따라 해당 프레임을 누락시키기 위한 누락지시신호 또는 반복지시신호를 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 입력비트열의 프레임레이트를 변환하는 영상복호화방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 판정단계는 상기 제1프레임레이트와 제2프레임레이트를 입력받는 제1연산부가 소정 임계값을 산출하는 단계와, 상기 제1프레임레이트와 제2프레임레이트를 입력받아 음의 지연값 또는 양의 선행값을 산출하는 단계와; 상기 임계값과 음의 지연값을 서로 비교하는 누락결정부가 상기 음의 지연값이 임계값을 벗어나면 누락지시신호를 출력하는 단계; 및 상기 임계값과 양의 선행값을 서로 비교하는 반복결정부가 상기 양의 선행값이 임계값을 벗어나면 반복지시신호를 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 입력비트열의 프레임레이트를 변환하는 영상복호화방법.
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