KR100195095B1 - 영상신호 부호화장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 영상신호 부호화장치에 관한 것으로서, 부화하하고자 입력되는 소스화상신호를 이산여현변환하는 이산여현변환기, 이산여현변환기된 소스화상신호를 소정의 양자와 스텝사이즈로 양자화하는 양자화기, 양자화된 소스화상신호를 런렝쓰 부화하하는 런렝쓰 부호화하기, 가변장 코드워드와 코드길이를 저장하는 메모리와 런렝쓰 부화화된 심볼에 해당하는 가변장 코드워드를 상기 메모리로부터 독출하고, 해당하는 코드길이를 이용하여 고정된 길이로 연결하여 출력하는 가변장 부호화기로 구성된다. 따라서 영상신호를 일정 단위로 구획하여 압출 부호화를 수행할 경우에 발생되는 가변장 부호비트를 연결하여 고정된 코드길이로 출력하는 것을 실시간으로 구현함으로써 DVCR 등에 용이하게 적용할 수 있다.

Description

영상신호 부호화장치

제1도는 본 발명에 의한 영상신호 부호화장치의 일실시예에 따른 블럭도이다.

제2도는 제1도에 도시된 영상 부호화장치의 입력데이타 포맷 및 세그먼트 구조를 나타낸 도면이다.

제3도는 가변장 부화화된 코드워드를 기록하는 포맷을 나타낸 도면이다.

제4도는 제1도에 도시된 가변장 부화화기의 일실시예에 따른 세부 블럭도이다.

제5도는 제1도에 도시된 정렬기의 상세블럭도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

11 : 이산여현변환기 12 : 양자화기

13 : 런렝쓰 부호화기 14 : 메모리

15 : 가변장 부호화기 16 : 정렬기

41, 42, 44, 46, 48 : 래치 43, 45 : 배럴 쉬프터

47 : 제어부 49 : 멀티플렉서

본 발명은 영상신호 부호화장치에 관한 것으로서, 특히 입력되는 영상신호를 일정 단위로 구획하여 압축 부호화를 수행할 경우에 발생되는 가변장 부호비트를 연결하여 고정된 코드길이로 출력하기 위한 영상신호 부호화장치에 관한 것이다.

디지탈 비디오 카세트 레코더(Digital Video Cassette Recorder : 이하 DVCR이라 칭함)의 출현은 비디오 테이프의 기록밀도의 증가와 디지탈 압축 기법의 향상 및 디지탈 회로 기술의 발달로 이에 관련된 DVCR의 상용화가 활발히 진행되고 있다. 현재 DVCR은 여러번 반복 재생하여도 그 화질에 열화기 없이 원화상의 화질을 유지할수 있는 등 많은 장점을 갖고 있기 때문에 아날로그 VCR에서 DVCR로의 변환은 필연적이라 할 수 있다.

표준 비디오 영상의 DVCR에 대한 국제 표준안이 결정됨에 따라 향후 DVCR 많은 수요가 예상되며 그 응용분야도 다양하게 확대될 예정이다. 현재 DVCR의 대부분의 사양이 협의하에 고정되었고, 극히 일부분만이 가변적인 사양이 됨에 따라 이 일부분의 성능에 따라 전체 시스템의 성능이 좌우될 수 있게 되었다.

DVCR의 특성상, 방대한 양의 디지탈 영상정보를 일정한 양의 비디오 테이프에 기록해야 하므로 영상신호에 대한 압축기법이 요구되고, 고정된 비디오 테이프의 영역에 일정한 데이타를 기록해야 하므로 압축된 가변장 부호비트의 고정이 필수적이다.

이러한 압축 부호화 방식에서 핵심적인 가변장 부호화기는 부호화된 가변장 코드를 일련의 길이로 연결하며, 다시 일정 길이로 잘라서 비디오 테이프에 기록해야 하는 포맷으로 저장해야만 한다. 특히, 처리해야 할 데이타의 양이 많은 DVCR에 있어서, 이러한 가변장 부호화기의 효율적이고 실시간 처리가능한 하드웨어 구현이 반드시 요구된다.

그런데, 디지탈 영상신호를 비디오 테이프에 기록시, 매 프레임마다 일정수의 비디오 트랙에 기록해야 하므로 출력이 일정하지 않은 가변장 부호화 기법을 사용하여 영상신호를 압축 기록시 많은 문제점이 발생한다. 즉, 압축되어 출력되는 영상신호는 어떤 경우는 고정된 목표 길이보다 적을 수도 있고, 어떤 경우는 초과할 수도 있다. 이러한 경우 재생되는 영상의 화질 저하 및 손상을 초래하므로 가능하면 주어진 영상을 효울적으로 이용하여 고정된 목표길이에 근접하는 부호길이의 출력방법이 DVCR의 영상신호 압축기법에 있어서 필수적이다.

또한, DVCR의 부가 기능 중에서 고속 탐색이 필수적이며, 이고속 탐색 기능의 구현이 가장 난제 중의 하나이다. 아날로그 VCR의 경우 고속 탐색시에도 별도의 방법이 없이 그냥 읽혀진대로 재생하여 디스플레이하면 된다. 그러나 DVCR의 경우에는 가변장 부호화 기법을 사용하여 기록하므로 일부분이 읽혀지더라도 모든 신호가 재생되지 못한다.

현재 이러한 고속탐색 기능을 구현하기 위하여 압축되어 출력되는 부호길이를 가능하면 독립적인 것은 적은 단위로의 고정이 필요하다. 이를 위하여 일정수의 매크로블럭으로 구성된 하나의 세그먼트 단위로 가변장 부호화를 수행하고, 출력되는 가변장 부호를 비디오 세그먼트 영역에 일정한 포맷으로 강제고정하게 된다. 여기서 매크로블럭은 8×8의 크기로 이루어진 4개의 휘도성분 블럭과 2개의 색차성분 블럭으로 구성되어 있다.

독립적인 부호화 단위를 전체 프레임에서 세그먼트라는 소단위로 축소함으로서 DVCR의 고속탐색 성능을 높일 수 있다. 그러나, 이러한 세그먼트 단위의 고정은 고속탐색에는 그 성능이 좋으나, 압축 측면에서 프레임 단위에 비하여 화질측면 등에서 상대적인 손실이 있다.

따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서 영상신호를 일정 단위로 구획하여 압축 부호화를 수행할 경우에 발생되는 가변장 부호비트를 연결하여 고정된 코드길이로 출력하기 위한 영상신호 부호화장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 영상신호 부호화장치는 부호화하고자 입력되는 소스화상신호를 이산여현변환하는 이상여현변환기, 상기 이산여현변환기된 소스화상신호를 소정의 양자화 스텝사이즈로 양자화하는 양자화기, 상기 양자화된 소스화상신호를 런렝쓰 부호화하는 런렝쓰 부호화기, 가변장 코드워드와 코드길이를 저장하는 메모리, 상기 런렝쓰 부호화된 심볼에 해당하는 가변장 코드워드를 상기 메모리로부터 독출하고, 해당하는 가변장 코드길이를 이용하여 고정된 길이로 연결하여 출력하는 가변장 부호화기를 포함하는 영상신호 부호화 장치에 있어서, 상기 가변장 부호화 장치는 가변장 부호화된 코드워드를 매 클릭마다 해당 코드길이 만큼씩 쉬프트시키는 제1배럴 쉬프터 ; 상기 제1배럴 쉬프터에서 쉬프트되는 비트수를 누적하여 해당 데이타가 전송되어야 할 시점을 제어하는 제어부 ; 상기 제어부의 제어하에, 상기 제1배럴 쉬프터에서 출력되는 데이타를 일정 단위로 출력하는 제2배럴 쉬프터 ; 및 상기 제어부의 제어하에, 상기 제2배럴 쉬프터에서 출력되는 데이타 중 블럭단위로 일정 크기내에서 해당하는 데이타와 이를 초과하는 데이타를 구별하여 출력하는 멀티플렉서를 구비하는 것을 특징으로 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

제1도는 본 발명에 의한 영상 부호화기의 일실시예에 따른 블럭도로서, 이산여현변환기(DCT : 11), 양자화기(12), 렌렝쓰 부호화기(RLC :13), 메모리(14) 예컨데 PROM와 가변장 부호화기(VLC : 15)와 정렬기(16)로 구성된다.

한편 가변장 부호화기(15)는 제4도에 상세히 도시되어 있으며, 그 구성은 제1 래치 내지 제5래치(41, 42, 44, 46, 48), 제1배럴 및 제2배럴 쉬프터(43, 45), 제어부(47)와 멀티플렉서(MUX : 49)로 이루어진다.

한편, 정렬기(16)는 제5도에 상세히 도시되어 있으며, 그 구성은 고정영역 데이터 연결기(51), 잉여 데이터 연결기(52), 세그먼트 데이터 메모리(53), 정보버퍼(54), 잉여 데이타 메모리(55), 데이타 정렬기(56)로 이루어진다.

그러면 본 발명의 동작을 제1도 내지 제5도를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

제1도에 도시된 영상부호화장치에 있어서 부화화과정은 5개의 매크로블럭으로 구성된 하나의 세그먼트 단위로 진행되며, 매크로블럭 단위의 구조와 세그먼트 단위의 구조는 제2도에 도시된 바와 같다. 제2도를 참조하면, 8×8 크기의 6개 DCT 블럭으로 한개의 매크로블럭을 구성하며, 5개의 매크로블럭으로 하나의 세그먼트를 구성한다.

먼저, DCT(11)에서는 소스화상신호를 8×8 DCT 블럭으로 구획하여 압축부호화시 부호화 효율을 높이기 위해 공간영역에서 주파수영역으로 변환시키는 이산여현변환을 수행한다.

양자화기(12)에서는 4개의 휘도성분과 2개의 색차성분으로 구성된 매크로 블럭 단위마다 설정된 양자화 스텝사이즈로 DCT(11)로부터 출력되는 8×8 DCT 블럭에 대하여 양자화를 수행한다.

RLC(13)에서는 양자화된 DCT블럭에 대하여 지그재그(zig-zag)식으로 스캐닝하여 발생되는 영(zero)의 연속을 효율적으로 증가시키고 런렝쓰 부호화를 수행한다.

메모리(14)는 런렝쓰 부호화된 DCT 블럭을 입력하여 해당하는 가변장 코드워드와 코드길이를 출력한다.

VLC(15)에서는 런렝쓰 부호화된 DCT 블럭과 메모리(14)에서 출력되는 가변장 코드워드와 코드길이를 입력하여 일정길이 예컨데 직교변환 블럭 단위로 16비트 워드로 정렬하여 코드워드와 코드길이를 출력하며 이때 고정 영역의 데이타(SEG 데이타)인지 남은 데이타(MR 데이타)인지 제어하는 SEG/MR 신호도 함께 정렬기(16)로출력한다.

정렬기(16)에서는 VLC(15)의 출력신호를 제3도에 도시된 바와 같이 일정한 형태로 재정렬하여 에러정정부호화기(ECC : 미도시)로 출력한다.

여기서, VLC(15)에 대하여 제3도와 제4도를 참조하여 좀 더 상세히 설명하면 다음과 같다.

제3도는 VLC(15)에서 가변장 부화화된 코드워드를 기록하는 포맷으로서, 매크로 블럭 단위의 기록포맷이며, 각 매크로블럭에는 4개의 휘도성분의 블럭(Y0, Y1, Y2, Y3)과 2개의 색차성분의 블럭(Cr, Cb)의 코드워드가 기록된다. 여기서, 휘도성분의 블럭(Y0, Y1, Y2, Y3) 영역은 14바이트로 할당되고, 색차성분의 블럭(Cr, Cb) 영역은 10바이트로 할당된다. 각 블럭에는 DC 성분과 그외의 정보들이 포함되어 있으나, 모두 코드워드로 간주하여 처리한다.

이러한 기록포멧에 있어서, 하나의 세그먼트내의 블럭 단위의 코드워드의 합은 각각 다르고, 또한 5개의 매크로블럭의 코드길이의 합도 각가가 다르다. 따라서 고정된 영역에 가변적인 부호량을 기록하기 위하여 규정된 조건에 따라서 기록해야만 한다.

이를 위하여, 제3도에 도시된 각 DCT 블럭의 영역에는 해당하는 DCT블럭의 코드워드만 기록되고(SEG 데이타), 만일 남는 데이타가 있으면 매크로블럭 단위로 저장하여(MR 데이타) 해당 6개의 DCT 블럭의 기록이 완료된 후 매크로블럭내의 모자라는 블럭에 이어서 기록하게 된다. 즉, 매크로블럭 단위내에서 기록되고 남은 블럭의 데이타가 있으며, 모아두었다가 해당 매크로블럭의 모든 블럭의 기록이 끝난 후에 다 채워지지 않은 블럭의 영역이 있으면 그 곳을 채우는데 사용된다. 이러한 과정이 5개의 매크로블럭마다 이어지며, 각 매크로블럭에서 사용되고 남은 데이타가 있으면 매크로블럭 단위로 남은 데이타를 모아서 전체 세그먼트내에 남은 영역이 있는 블럭의 빈 공간을 채우는데 사용된다. 이때 사용되고 남은 데이타가 있으면 강제로 종료된다.

이와 같이 가변장 코드워드를 정해진 위치에 기록하기 위해서는 가변적인 코드길이를 갖는 코드워드를 일정길이 단위로 출력시키기 위한 하드웨어의 구현이 필수적이다. 이를 제4도를 참조하여 설명하기로 한다.

제1래치(41)와 제2래치(42)에는 RLC(13)에서 출력되는 심볼에 해당하는 코드워드와 코드길이가 메모리(14)로 부터 독출되어 각각 래치된다. 이때 코드워드의 최대 길이는 16비트이다. 여기서 제1래치(41)에는 가장 좌측부터 유효코드워드가 기록되어 있는 메모리(14)의 데이타가 래치되며 16비트에서 나머지 부분은 1로 채워져 있게 된다.

제3래치(44)에는 아직 출력되지 않은 연결된 코드워드가 래치되어 있으며, 제4래치(46)에는 제2배럴 쉬프터(45)의 출력데이타가 래치되며, 제5래치(48)에는 제3래치(44)에 있는 잔여 비트수와 같은 양의 숫자가 남아있게 된다.

제1배럴 쉬프터(43)에는 제1래치(41)에서 출력되는 좌측에 밀착된 코드워드(16비트)와 제3래치(44)에서 출력되는 아직 출력되지 않은 연결된 코드워드(15비트)가 입력되며, 제2래치(42)에 래치된 코드길이에 의해 제어된다. 제3래치(44)에 래치된 가장 우측이 비트가 코드워드의 마지막 부분이 되며, 따라서 제3래치(44)에 래치된 코드워드는 다음 코드워드와 연결될 수 있게 된다.

제2배럴 쉬프터(45)에는 제1래치(41)에서 출력되는 좌측에 밀착된 코드워드(16비트)가 입력되며, 제3래치(44)에 래치된 잔여비트수에 의해 제어된다. 만일 잔여비트수와 현재의 코드워드의 길이의 합이 16을 넘으면 제2배럴 쉬프러(45)의 처음 16비트는 출력가능상태가 된다.

제어부(47)에서는 4비트 코드길이의 누산기 역할을 수행하며, SEG 데이타, 매크로블럭(MB) 시작번호, 블럭 시작신호와 제2레치(42)에 래치된 코드길이를 입력으로 하여, 제2배럴 쉬프터(45)를 제어하기 위한 신호와 출력유효신호 및 고정된 블럭길이가 넘은 데이타를 표시하기 위한 신호를 발생시킨다. 여기서 출력유효신호는 제4래치(46)에 래치된 데이타가 출력가능한지를 제1도의 정렬기(16)에 알려주는 역할을 한다.

멀티플렉서(49)에서는 DCT블럭단위의 고정된 부호길이가 휘도성분의 경우 14바이트이고, 색차성분의 경우 10바이트인데, 해당 블럭의 코드길이가 이를 초과할 경우에는 제어부(47)에서 출력되는 SEG/MR 선택신호에 의해서, 제4래치(46)에서 래치된 후 출력되는 데이타는 SEG 데이타와 MR 데이타로 구별할 수 있다.

한편, 런렝쓰 부호화기(13)에서 런렝쓰 부호화과정 후의 심볼에 대한 코드길이가 최대 29비트로 구성될 수 있으나, 런렝쓰 부호화과정 후에 29비트가 발생하는 심볼인 경우, 16비트와 13비트로 부리하고, 각각 독립적인 코드워드와 코드길이로 설정하여 출력하므로써 16비트 단위의 상기 제1 및 제2배럴 쉬프터(43, 44)가 매 클럭마다 동작이 가능하도록 한다.

한편, 정렬기(16)의 동작에 대하여 제5도를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

연속장 부호화를 거친 신호는 VLC(제1도의 15)에 입력되고, VCR(15)에서는 입력된 심볼에 해당하는 코드워드와 코드길이 정보를 출력한다. 고정영역 데이타 연결기(51)에서는 이러한 정보를 가지고 각각의 직교변환블럭의 데이타를 워드 단위로 연결하여 세그먼트 데이타 메모리(53)내의 각각의 블럭에 해당하는 위치에 기록한다.(SEG 데이타) 이때, 제4도에서와 같이 제어신호인 SEG/MR 신호를 이용하여 고정영역의 데이타인지 아닌지를 판단한다. 한편, 세그먼트내의 직교변환 블럭들에 대한 데이타 정보는 정보버퍼(54)에 저장된다. 이러한 정보는 각각의 직교변환 블럭들이 해당되는 영역에 다 차있는지 아니면 얼마만큼 자신의 영역에 채워지기 않고 남아 있는 빈 공간이 있는지를 말해준다.

고정영역데이타 연결기(51)에서 직교변환 블럭 단위로 세그먼트 영역에 채우고 남는 데이타(MR 데이타)는 잉여 데이타 연결기(52)로 입력된다. 휘도성분의 블럭은 14바이트, 색성분은 10바이트가 넘게 되면 잉여 데이타 연결기(52)에 넘겨진다. 잉여 데이타 연결기(52)에서는 매크로블럭 단위로 데이타를 연결하여 잉여 데이타 메모리(54)에 기록하며, 매크로블럭 단위의 길이정보는 정보버퍼(54)에 저장된다.

데이타 정렬기(56)는 세그먼트 데이타 메모리(53)내에서 매크로블럭 단위로 각 블럭내의 빈 공간들이 있고, 잉여 데이타 메모리(55)내에서 해당하는 매크로블럭의 잉여데이타가 있을 경우에 이 데이타를 사용하여 채워지지 않은 블럭의 빈 공간을 차례로 이어서 세그먼트 데이타 메모리(53)에 기록하게 된다.

매크로블럭 단위로 이루어지는 이 과정이 끝나면 데이타 정렬기(56)는 세그먼트 데이타 메모리(53)내에서 블럭내에 다 채워지지 않은 영역이 있고, 잉여 데이타 메모리(55)내에서 남아 있는 데이타가 있을 경우에 이 데이타를 이용하여 빈 공간을 차례로 이어서 세그먼트 데이타 메모리(53)에 기록한다. 즉, 매크로블럭내의 영역에서부터 그리고, 그 이후에는 세그먼트내의 영역에서 빈 공간을 찾아 해당 데이타를 각각 채워나가는 작업을 수행한다. 이러한 과정이 세그먼트 단위로 끝나면 에러정정부호화기(ECC ; 17)에서는 세그먼트 데이타 메모리(53)의 데이타를 읽어들여 에러정정부호화를 수행하여 자기테이프에 기록하기 위한 기록영역에 보낸다.

상술한 바와 같이 본 발명은 영상신호를 일정 단위로 구획하여 압축 부호화를 수행할 경우에 발생되는 가변장 부호비트를 연결하여 고정된 코드길이로 출력하는 것을 실시간으로 구현함으로써 DVCR 등에 용이하게 적용할 수 있다.

Claims (4)

1. 부호화하고자 입력되는 소스화상신호를 이산여현변환하는 이산여현변환기, 상기 이산여현변환기된 소스화상신호를 소저으이 양자화 스텝사이즈로 양자화하는 양자화기, 상기 양자화된 소스화상신호를 런렝쓰 부호화하는 런렝쓰 부호화기, 가변장 코드워드와 코드길이를 저장하는 메모리, 상기 렁렝쓰 부호화된 심볼에 해당하는 가변장 코드워드를 상기 메모리로부터 독출하고, 해당하는 코드길이를 이용하여 고정된 길이로 연결하여 출력하는 가변장 부호화기를 포함하는 영상신호 부호화 장치에 있어서, 상기 가변장 부호화 장치는 가변장 부호화된 코드워드를 매 클럭마다 해당 코드길이 만큼씩 쉬프트시키는 제1배럴 쉬프터, 상기 제1배럴 쉬프터에서 쉬프트되는 비트수를 누적하여 해당 데이타가 전송되어야 할 시점을 제어하는 제어부 ; 상기 제어부의 제어하에, 상기 제1배럴 쉬프터에서 출력되는 데이타를 일정 단위로 출력하는 제2배럴 쉬프터 ; 및 상기 제어부의 제어하에, 상기 제2배럴 쉬프터에서 출력되는 데이타 중 블럭단위로 일정 크기내에서 해당하는 데이타와 이를 초과하는 데이타를 구별하여 출력하는 멀티플렉서를 구비하는 것을 특징으로 하는 영상신호 부호화장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1배럴 쉬프터의 입력은 최대 16비트 단위의 코드워드와 코드워드에 해당하는 코드길이이며, 상기 코드길이는 상기 제어부에서 누적되어 상기 제2배럴 쉬프터에서 출력되는 코드워드의 코드길이를 제어하는 것을 특징으로 하는 영상신호 부호화 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 런렝쓰 부호화기에서 출력되는 심볼의 코드길이가 29비트인 경우, 16비트와 13비트로 분리하고, 각각 독립적인 코드워드와 코드길이로 설정하여 출력함으로써 16비트 단위의 상기 제1 및 제2배럴 쉬프터가 매 클럭마다 동작이 가능하도록 하는 것을 특징으로 하는 영상신호 부호화장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 영상신호 부호화 장치는 상기 가변장 부호화기에서 가변장 부호화된 데이터를 소정 형태로 재정렬 하여 출력하는 정렬기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 영상신호 부호화 장치.