KR100196827B1 - 영상부호기의 움직임 벡터 압축방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 부호화시, 예측오차의 증가량을 허용범위내로 제한하면서 움직임 벡터의 정보량을 감축할 수 있는 방법에 관한 것으로, 이를 해결하기 위하여 현재블록의 움직임 벡터보다 작은 수의 비트로 표현되는 제2의 움직임 벡터에 대한 예측오차를 구하는 제1단계, 현재블록의 움직임 벡터에 대한 예측오차의 상기 제2의 움직임 벡터에 대한 예측오차간의 차분값을 구하는 제2단계, 상기 두 움직임 벡터간의 예측오차와 기설정된 임계값을 비교하는 제3단계, 제3단계에 의해서 두 움직임 벡터간의 예측오차와 기설정된 임계값보다 작으면, 현재블록의 움직임 벡터를 제2의 움직임 벡터로 변경하는 제4단계, 가장 작은 비트를 가지는 예측오차로부터 제1 내지 제4단계를 반복 수행하여, 현재블록의 움직임 벡터를 대치시킬 수 있는 움직임 벡터를 찾았을 경우에는 더 이상 움직임 벡터 변경을 시도하지 않는 제5단계를 구비함으로써 비트율이 낮아질수록 움직임 벡터의 정보량을 감소시킬 수 있으므로 이 효과가 더 크게 나타난다.

Description

영상부호기의 움직임 벡터 압축방법
제1도는 일반적인 영상부호기를 개략적으로 도시한 구성도.
제2도는 제1도의 프레임간의 움직임벡터 예측방법을 설명하기 위하여 도시된 도면.
제3도 내지 제4도는 본 발명의 영상부호기의 움직임 벡터 압축방법을 설명하기 위한 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
30 : 현재블록 32 : 탐색영역
110 : 감산기 112 : DCT
114 : 양자화기 116 : VLC
118 : 역양자화기 120 : 역DCT
122 : 가산기 124 : 프레임 메모리
126 : 움직임 예측부 128 : 움직임 보상부
130 : 버퍼 140 : 움직임 변환부
본 발명은 영상부호기에 관한 것으로, 특히 블록매칭 알고리즘을 이용하여 움직임 보상부호화시, 예측오차의 증가량을 허용범위내로 제한하면서 움직임 벡터(변위정보)의 정보량을 감축할 수 있도록 된 영상부호기의 움직임 변위정보 압축방법에 관한 것이다.
일반적으로 디지털화된 영상은 아날로그화된 영상보다 좋은 화질을 유지할 수 있다. 그래서 일련의 영상 프레임을 포함하는 영상 신호가 디지털 형태로 표현될 때, 고화질 텔레비젼(High Definition Television: HD TV)의 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.
그래서, 도입된 다양한 압축 기법중에서, 확률적 부호화 기법과, 시, 공간적 압축기법을 혼합한 하이브리드 부호화기법이 가장 효율적인 것으로 알려져 있다.
대부분의 하이브리드 부호화 기법은 움직임 보상 DCPM(차분펄스 부호변조), 2차원 DCT(이산 코사인 변환), DCT계수의 양자화, 엔트로피 부호화기등이 이용된다.
움직임 보상 DPCM은 현재 프레임과 이전 프레임간의 물체의 움직임을 결정하고, 물체의 움직임에 따라서 현재 프레임을 예측하여 현재 프레임과 예측치간의 차이를 나타내는 차분신호를 만들어내는 방법이다.
즉, 움직임 보상 DPCM은 현재 프레임과 이전 프레임간에 추정된 물체의 움직임에 따라서 현재 프레임을 이전 프레임으로부터 예측함을 의미하며, 상기 예측된 움직임 변위는 이전 프레임과 현재 프레임간의 변위를 나타내는 2차원 움직임 벡터로 나타낼 수 있다.
블록 단위 움직임 추정기법은 현재 프레임의 화면블록을 이전 프레임의 화면블록들과 비교하여 결정된 최적의 정합블록 움직임 정보를 영상복호기로 제공하면, 영상 복호기에서는 영상 부호기로부터 전송된 움직임 변위정보를 기초로 하여 원래의 영상으로부터 복원하게 된다.
제1도는 영상부호기를 개략적으로 도시한 블록 구성도로서, 제1도에 도시된 바와 같이, 감산기(110)와, DCT(112), 양자화기(114), VLC(116), 역양자화기(118), 역DCT(120), 가산기(122), 프레임메모리(124), 움직임 예측부(126), 움직임 보상부(128) 및 버퍼(130)로 구성되어 있다.
이와같이 구성된 영상 부호화기에서는, 감산기(110)로 입력되는 현재 프레임과 예측된 프레임간의 차분신호를 구한후 DCT(112)에 의해서 DCT계수로 변환후 양자화기(114)로 제공된다.
양자화기(114)에서는 DCT(112)로부터 제공되는 DCT 계수를 양자화하고, 이 양자화된 계수를 VLC(116)에 의해서 가변길이 부호화한 후 버퍼(130)를 거쳐 영상복호기로 전송한다.
이어서, 영자화기(114)에 의해서 양자화된 계수를 역양자화기(118)에 의해서 역양자화한 후 역DCT(120)로 제공되면, 역DCT(120)에서는 상기 역양자화한 데이터와 상기 예측된 프레임간의 차분신호를 가산기(122)에 의해서 가산후 프레임 메모리(124)로 제공된다.
여기서, 프레임 메모리(124)는 가산기(122)로부터 제공되는 프레임을 이전 프레임으로 저장하며, 이로부터 저장되어 있던 이전 프레임은 복원되어 움직임 예측부(126)와 움직임 보상부(128)로 제공된다 .
움직임 예측부(126)에서는 현재 입력되는 프레임과 프레임 메모리(124)의 이전 프레임간의 움직임 변위정보를 움직임 보상부(128)로 제공하게 된다.
움직임 보상부(128)에서는 움직임 예측부(126)의 움직임 변위정보와 프레임 메모리(124)의 이전 프레임을 근거로 하여 현재 프레임을 보상하여 이루어진 예측 프레임을 가산기(122) 및 감산기(110)로 제공됨으로써 다음번째 영상프레임에 대한 부호화를 행할 수 있게 된다.
따라서, 영상복호기에서는 이미 프레임 메모리(미도시됨)에 저장되어 있던 프레임과 이후에 입력되는 움직임 변위정보(벡터)를 기초로 하여 영상신호를 복원하게 된다.
제 2도는 제1도의 프레임간의 움직임 벡터 추정방법을 설명하기 위한 것으로, 현재 프레임(t)내의 현재 블록(30)에 대한 움직임 변위정보(벡터)를 예측하기 위하여 프레임 메모리(124)의 이전 프레임(t-1)내에 탐색영역(32)을 설정한다.
그리고, 이전 프레임(t-1)의 탐생영역(32)내에서 현재블록(30)을 최상측의 좌측에서 우측으로, 상단에서 하단으로 한 화소단위씩 이동하면서 현재블록(30)과 최적으로 일치하는 최적의 정합블록을 이전 프레임(t-1)의 탐색영역(32)로부터 탐색하게 된다.
상기 이전 프레임(t-1)로부터 탐색블록의 위치가 결정되면, 이는 현재 블록 (30)이 이동정보를 예측할 수 있게 되는 것이다.
상술된 바와 같이 디지털 영상 부호화에서 인접 프레임(현재, 이전)간의 상관관계를 이용하는 블록매칭 알고리즘(Bock Matching Algorithm)이 보편적으로 사용되고 있다.
즉, 블록매칭 알고리즘을 사용할 경우에는 일정한 크기의 탐색영역을 정해놓고, 이 탐색영역의 전체영역내에서 예측오차를 최소화시키는 현재 블록과 가장 유사한 형태의 블록을 찾아냄으로써 움직임 벡터를 추정하게 된다.
그런데, 이와같이 얻어지는 움직임 벡터는 물체의 실제 움직임과는 관계없이 각 블록별로 독립적으로 얻어진 것으로서, 인접한 블록이 움직임 벡터간에도 상관성이 존재하지 않아 엔트로피 부호화기법을 적용하여도 정보량이 별로 줄어들지 않는 경우가 종종 발생한다.
따라서, 본 발명은 상기의 단점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 본 발명의 목적은 움직임 보상부호화시, 예측오차의 증가량을 허용범위내로 제한하면서 움직임 벡터의 정보량을 감축할 수 있는 영상부호기의 움직임 변위정보 압축방법을 제공하는데 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 블록 정합 알고리즘에 의해서 얻어지는 움직임 벡터와, 이 움직임 벡터에 대응되는 가변길이코드의 비트(코드워드길이)수가 설정된 룩업 테이블을 구비하고서 상기 움직임 벡터의 정보량이 감축될 수 있도록 상기 움직임 벡터를 다른 움직임 벡터로 변환하는 영상부호기의 움직임 벡터 압축방법에 있어서, 상기 룩업 테이블을 근거로 하여 현재 블록의 움직임 벡터보다 작은 수의 비트로 표현되는 제2의 움직임 벡터에 대한 예측오차를 구하는 제1단계와; 상기 현재 블록의 움직임 벡터에 대한 예측오차와 제1단계에 의해서 얻어지는 제2의 움직임 벡터에 대한 예측오차간의 차분값을 구하는 제2단계와; 상기 제2단계에 의해 구해진 두 움직임 벡터간의 예측오차와 기설정된 임계값을 비교하는 제3단계와; 상기 제3단계에 의해서 두 움직임 벡터간의 예측오차와 기설정된 임계값보다 작으면, 상기 현재 블록의 움직임 벡터를 비트수가 작게 발생되는 제2의 움직임 벡터로 변경하는 제4단계와; 상기 제4단계 이후에, 가장 작은 비트를 가지는 예측오차로부터 제1 내지 제4단계를 반복수행하여, 현재 블록의 움직임 벡터를 대치시킬 수 있는 움직임 벡터를 찾았을 경우에는 더 이상 움직임 벡터 변경을 시도하지 않는 제5단계로 이루어짐을 특징으로 한다.
이하, 예시된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
제3도는 본발명의 영상부호기의 움직임벡터 압축방법을 적용한 블록 구성도이다.
제3도를 참조하면, 본 발명의 움직임 벡터 압축방법을 적용한 장치는 일반적인 영상부호기에 움직임 변환부(140)를 더 포함하며, 움직임 변환부(140)는 룩업 테이블을 근거로 하여 현재 블록의 움직임 벡터보다 작은 수의 비트로 표현되는 제2의 움직임 벡터에 대한 예측오차를 구하는 제1단계와, 상기 현재블록의 움직임 벡터에 대한 예측오차와 제1단계에 의해서 얻어지는 제2의 움직임 벡터에 대한 예측오차간의 차분값을 구하는 제2단계와, 상기 제2단계에 의해 구해진 두 움직임 벡터간의 예측오차와 기설정 된 임계값을 비교하는 제3단계와, 상기 제3단계에 의해서 두 움직임 벡터간의 예측오차와 기설정된 임계값보다 작으면, 상기 현재블록의 움직임 벡터를 비트수가 작게 발생되는 제2의 움직임 벡터로 변경하는 제4단계와, 상기 제4단계 이후에, 가장 작은 비트를 가지는 예측오차로부터 제1 내지 제4단계를 번복 반복 수행하여, 현재 블록의 움직임 벡터를 대치시킬 수 있는 움직임 벡터를 찾았을 경우에는 더 이상 움직임 벡터 변경을 시도하지 않는 제5단계로 이루어진다.
상기 제3단계에 의해서 설정되는 임계값은, 두 움직임 벡터(현재 블록에 대한 움직임 벡터, 제2의 움직임 벡터)의 예측오차 차분값이 상기 현재블록에 대한 움직임 벡터의 예측오차값의 10% 내외로 한정함을 특징으로 한다.
본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세히 설명한다.
우선, 움직임 예측부(126)에서는 현재 입력되는 프레임과 프레임 메모리(124)의 이전 프레임에 의거하여 프레임내의 각 블록에 대한 움직임 벡터와 예측오차를 구하게 된다.
일예로서, 제4도를 참조하면, 움직임 벡터 MV1, MV2, MV3, MV4에 대한 각각의 예측오차값이 4,8,4,1,12라 하고, 코드위드길이를 10비트, 2비트, 3비트, 12비트로서 룩업 테이블에 설정되어 있다고 가정한다.
이에 따라, 움직임 변화부(140)에는 상술된 룩업 테이블을 근거로 하여 변경된 움직임 벡터를 VLC(116)로 제공하게 된다.
우선, 현재 블록의 움직임 벡터 (MV1, 예측오차 4, 코드위드 길이 10 비트)보다 작은 수의 비트로 표현되는 제2의 움직임 벡터(MV2)에 대한 예측오차를 구하면 움직임 벡터는 MV2, MV3 로서 한정된다.
그리고, 현재블록의 움직임 벡터(MV1)에 대한 예측오차 4와 상기 움직임 벡터(MV2)에 대한 예측오차 8간의 차분(8~4)값을 구하며(8-4=4), 이로부터 두 움직임 벡터(MV1, MV2)의 예측오차 차분값(4)과 기설정된 임계값(0,4)를 비교하게 된다.
여기서, 기설정된 임계값이라 함은 현재블록의 움직임 벡터에 대한 예측오차의 10%이내의 값을 의미하는 바, 상기 움직임 벡터(MV1)의 예측오차가 4이면, 기설정된 임계값은 0.4로 한정된다.
상기 현재블록의 움직임 벡터(MV1)와 다른 움직임 벡터(MV2)의 예측오차간의 차분값(8-4=4)이 기설정된 임계값(0.4)보다 크면, 상기 현재블록의 움직임 벡터(MV1)에서 다른 움직임 벡터(MV2)로의 변경을 행하지 않는다.
다음으로, 현재블록의 움직임 벡터(MV1, 예측오차 4, 코드워드길이 10비트)보다 작은 수의 비트로 표현된 제3의 움직임 벡터(MV3)에 대한 예측오차를 구한다.
그리고, 현재블록의 움직임 벡터(MV1)에 대한 예측오차 4와 상기 움직임 벡터(MV4)에 대한 예측오차 4.1간의 차분(4-4.1)값을 구하며 (4-4.1=0,1), 이로부터 두 움직임 벡터(MV1,MV3)의 예측오차 차분값(0,1)과 기설정된 임계값(0.4)를 비교하게 된다.
여기서, 상기 현재블록의 움직임 벡터(MV1)와 또다른 움직임 벡터(MV3)의 예측오차간의 차분값(4-4.1)이 기설정된 임계값(0.1)보다 작으면, 상기 현재블록의 움직임 벡터(MV1)에서 다른 움직임 벡터(MV3)로의 변경을 행하게 된다.
즉, 움직임 벡터(MV1)의 예측오차 4에 대한 코드워드 길이가 10비트인 경우, 상기 움직임 벡터(MV1)를 움직임 벡터(MV3)의 예측오차 4.1에 대한 코드워드 길이가 3비트인 움직임 벡터(MV1→MV3)로서 대치시켜 VLC(116)를 거쳐 복호기로 전송함으로써 상기 움직임 벡터의 정보량을 감축할 수 있게 된다.
이는 움직임 벡터를 코드워드 길이가 작게 발생되는 다른 움직임 벡터로 변경함으로써 가변길이부호화된 움직임 벡터의 정보량은 감소하나 대신 예측 오차의 엔트로피는 증가할 순 있다.
그러나 이는 비트율(bit rate)이 낮아 질수록 움직임 벡터의 정보량을 감소시킬 수 있으므로 이 효과가 더 크게 나타난다.
본 발명은 비록 특정한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 본 기술분야에 통상의 지식을 가진자라면 첨부된 청구범위의 사상과 범주를 벗어나지 않고도 다양하게 변경하여 실시할 수 있음을 이해할 수 있다.

Claims (2)

  1. 블록정합 알고리즘에 의해서 얻어지는 움직임 벡터와, 이 움직임 벡터에 대응되는 가변길이코드의 비트(코드워드길이)수가 설정된 룩업 테이블을 구비하고서 상기 움직임 벡터의 정보량이 감축될 수 있도록 상기 움직임 벡터를 다른 움직임 벡터로 변환하는 영상부호기의 움직임 벡터 압축방법에 있어서, 상기 룩업 테이블을 근거로 하여 현재블록의 움직임 벡터보다 작은 수의 비트로 표현되는 제2의 움직임 벡터에 대한 예측오차를 구하는 제1단계와; 상기 현재블록의 움직임 벡터에 대한 예측오차와 제1단계에 의해서 얻어지는 제2의 움직임 벡터에 대한 예측오차간의 차분값을 구하는 제2단계와; 상기 제2단계에 의해 구해진 두 움직임 벡터간의 예측오차와 기설정된 임계값을 비교하는 제3단계와; 상기 제3단계에 의해서 두 움직임 벡터간의 예측오차와 기설정된 임계값보다 작으면, 상기 현재블록의 움직임 벡터를 비트수가 작게 발생되는 제2의 움직임 벡터로 변경하는 제4단계와; 상기 제4단계 이후에, 가장 작은 비트를 가지는 예측오차로부터 제1내지 제4단계를 반복 수행하여, 현재블록의 움직임 벡터를 대치시킬 수 있는 움직임 벡터를 찾았을 경우에는 더 이상 벡터 변경을 시도하지 않는 제5단계로 이루어짐을 특징으로 하는 영상부호기의 움직임 벡터 압축 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제3단계에 의해서 설정되는 임계값은, 두 움직임 벡터(현재블록에 대한 움직임 벡터, 제2의 움직임 벡터)의 예측오차 차분값이 상기 현재블록에 대한 움직임 벡터의 예측오차값의 10%내외로 한정함을 특징으로 하는 영상부호기의 움직임 벡터 압축방법.
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KR101238012B1 (ko) 2010-11-30 2013-02-27 광주과학기술원 예측 움직임 벡터 부호화 방법 및 이를 수행하는 부호화 장치

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