KR100203628B1 - Improved image coding system having functions for controlling generated amount of coded bit stream - Google Patents

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Abstract

본 발명은, MC-DCT, 양자화를 포함하는 부호화 시스템에 있어서, 움직임 추정 및 보상을 위해 복원된 이전 프레임의 공간 복잡도에 근거하여 현재 부호화 하고자 하는 영상의 복잡도를 산출하고, 그 산출결과에 따라 2차원 이산 코사인 변환을 이용하여 입력 영상신호의 고주파 성분을 선택적으로 제거함으로써, 부호화후의 비트 발생량을 적응적으로 조절할 수 있도록 한 비트 발생량 조절기능을 갖는 영상 부호화 시스템에 관한 것으로, 이를 위하여 본 발명은, 움직임 추정, 보상을 위해 복원된 이전 프레임 각각에 대해 공간 복잡도값을 산출하고, 각각 산출된 각 이전 프레임의 공간 복잡도값들을 평균하여 기설정된 복수의 이전 프레임에 대한 평균 공간 복잡도값을 산출하는 공간 복잡도 계산 수단 ; 산출된 복수의 프레임의 평균 공간 복잡도값을 DCT, 양자화 및 엔트로피 부호화를 갖는 부호화 수단을 통해 현재 부호화 하고자 하는 프레임의 복잡도로서 참조하며, 부호화를 위해 입력되는 현재 프레임의 주파수 통과 대역폭을 적응적으로 제한하기 위한 기설정된 복수의 대역폭 결정신호들 중 산출된 평균 공간 복잡도값에 대응하는 대역폭 결정신호를 발생하는 제어수단; 입력 현재 프레임 신호에 대한 공간영역의 영상신호를 코사인함수를 이용하여 M×N 블록 단위의 주파수 영역의 2차원 DCT 변환계수들로 변환하는 이산 코사인 변환수단; M×N 단위의 2차원 DCT 변환계수 블록들에 대해 양자화 파라메터값을 이용하여 유한한 개수의 값으로 양자화하는 양자화 수단; 발생된 대역폭 결정신호에 의거하여 양자화된 DCT 변환계수 블록들에 대한 고주파 통과 대역을 결정된 대역폭으로 제한하는 주파수 선택 수단; 및 대역폭이 제한된 양자화된 각 DCT 블록들 각각에 대해 역양자화 및 역이산 코사인 변환을 수행하여 부호화전의 원신호로 복원하며, 원신호로 복원된 대역폭 제한 프레임 신호를 움직임 추정, 보상을 위한 현재 프레임 신호로써 부호화 수단에 제공하는 영상 복원 수단을 포함함으로써, 부호화 수단에서의 양자화시 과도한 스텝 사이즈의 증가 없이 부호화후 발생되는 비트량을 효과적으로 조절할 수 있는 것이다.In the coding system including MC-DCT and quantization, the present invention calculates the complexity of an image to be currently encoded based on the spatial complexity of the previous frame reconstructed for motion estimation and compensation, and according to the result of the calculation, The present invention relates to a video encoding system having a bit generation amount adjusting function for adaptively adjusting a bit generation amount after encoding by selectively removing high frequency components of an input video signal using a dimensional discrete cosine transform. A spatial complexity value is calculated for each reconstructed previous frame for motion estimation and compensation, and the average spatial complexity value for the plurality of preset previous frames is calculated by averaging the spatial complexity values of the respective previous frames. Calculation means; The calculated average spatial complexity value of the plurality of frames is referred to as the complexity of the frame to be currently encoded by encoding means having DCT, quantization, and entropy encoding, and adaptively limits the frequency passband of the current frame input for encoding. Control means for generating a bandwidth determination signal corresponding to the calculated average spatial complexity value among a plurality of preset bandwidth determination signals; Discrete cosine transform means for converting an image signal in a spatial domain with respect to an input current frame signal into two-dimensional DCT transform coefficients in a frequency domain in units of M × N blocks by using a cosine function; Quantization means for quantizing two-dimensional DCT transform coefficient blocks in M × N units using a quantization parameter value to a finite number of values; Frequency selecting means for limiting a high pass band for the quantized DCT transform coefficient blocks to the determined bandwidth based on the generated bandwidth determining signal; And performing inverse quantization and inverse discrete cosine transform on each of the bandwidth-limited quantized DCT blocks to recover the original signal before encoding, and restore the bandwidth-limited frame signal restored to the original signal for motion estimation and compensation. By including the image reconstruction means provided to the encoding means, it is possible to effectively adjust the amount of bits generated after encoding without excessively increasing the step size during quantization in the encoding means.

Description

비트 발생량 조절기능을 갖는 영상 부호화 시스템Image Coding System with Bit Rate Control

제1도는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 비트 발생량 조절기능을 갖는 영상 부호화 시스템의 블록구성도.1 is a block diagram of a video encoding system having a bit generation amount adjusting function according to a preferred embodiment of the present invention.

제2도는 제1도의 주파수 선택 블록에 대한 세부적인 블록구성도.2 is a detailed block diagram of the frequency selection block of FIG.

제3도는 본 발명에 따라 일예로서 8×8픽셀 블록에 대하여 그 복잡도에 의거하여 결정되는 고주파 성분 제한을 위한 결정 영역을 도시한 도면.3 is a view showing a crystal region for high frequency component limitation determined according to the complexity of an 8x8 pixel block as an example according to the present invention;

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

100, 170 : 프레임 메모리 110 : 감산기100, 170: frame memory 110: subtractor

120 : 영상 부호화 블록 130 : 엔트로피 부호화 블록120: image coding block 130: entropy coding block

140 : 전송 버퍼 150 : 영상 복호화 블록140: transmission buffer 150: video decoding block

160 : 가산기 180 : 현재 프레임 예측 블록160: adder 180: current frame prediction block

210 : 공간 복잡도 계산 블록 220 : 제어 블록210: space complexity calculation block 220: control block

230 : 주파수 선택 블록 2310 : DCT 블록230: frequency selection block 2310: DCT block

2320 : 양자화 블록 2330 : 주파수 선택기2320 quantization block 2330: frequency selector

2340 : 역양자화 블록 2350 : IDCT 블록2340 inverse quantization block 2350 IDCT block

본 발명은 영상신호를 압축 부호화하는 영상 부호화 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 움직임 보상 차분 펄스 부호 변조(MC-DPCM) 기법을 이용하여 영상신호를 압축 부호화할 때, 움직임 추정 및 보상을 위해 복원된 이전 프레임의 공간 복잡도에 근거하여 예측되는 입력 영상신호의 복잡도(Variance)를 참조하여 부호화후의 발생 비트량을 적응적으로 조절하는 데 적합한 비트 발생량 조절기능을 갖는 영상 부호화 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a video encoding system for compressing and encoding a video signal. More particularly, the present invention relates to a video encoding system for compressing and encoding a video signal, and more specifically, to compress and encode a video signal using motion compensation differential pulse code modulation (MC-DPCM). The present invention relates to an image encoding system having a bit generation amount adjustment function suitable for adaptively adjusting an amount of generated bits after encoding with reference to a variation of an input image signal predicted based on a spatial complexity of a previous frame.

이 기술분야에 잘 알려진 바와같이 이산된 영상신호의 전송은 아날로그 신호보다 좋은 화질을 유지할 수 있다. 일련의 이미지 프레임으로 구성된 비디오 신호가 디지털 형태로 표현될 때, 특히 고품질 텔레비젼(일명 HDTV라 함)의 경우 상당한 양의 데이터가 전송되어야 한다. 그러나 종래의 전송 채널의 사용 가능한 주파수 영역은 제한되어 있으므로, 많은 양의 디지털 데이터를 전송하기 위해서는 전송되는 데이터를 압축하여 그 양을 줄일 필요가 있다. 이와같이 데이터를 압축하는 다양한 압축 기법 중에서, 확률적 부호화 기법과 시간적, 공간적 압축기법을 결합한 하이브리드 부호화 기법이 가장 효율적인 것으로 알려져 있으며, 이러한 기법들은, 예를들면 세계 표준화 기구에 의해 그 표준안이 이미 제정된 MPEG-1 및 MPEG-2 등의 권고안에 광범위하게 개시되어 있다.As is well known in the art, the transmission of discrete video signals can maintain better image quality than analog signals. When a video signal consisting of a series of image frames is represented in digital form, a significant amount of data must be transmitted, especially in the case of high quality television (aka HDTV). However, since the usable frequency range of the conventional transmission channel is limited, in order to transmit a large amount of digital data, it is necessary to compress the transmitted data and reduce the amount thereof. Among the various compression techniques for compressing data, hybrid coding techniques combining probabilistic coding and temporal and spatial compression are known to be the most efficient, and these techniques have been proposed by the World Standards Organization for example. It is widely disclosed in the recommendations of MPEG-1 and MPEG-2.

대부분의 하이브리드 부호화 기법은 움직임 보상 DPCM(차분 펄스 부호 변조) 2차원 DCT(이산 코사인 변환), DCT계수의 양자화, VLC(가변장 부호화)등을 이용한다. 움직임 보상 DPCM은 현재 프레임과 이전 프레임간의 물체의 움직임을 결정하고, 물체의 움직임에 따라 현재 프레임을 예측하여 현재 프레임과 예측치간의 차이를 나타내는 차분신호를 만들어내는 방법이다. 이 방법은 예를 들어 Staffan Ericsson 의 Fixed and Adaptive Predictors for Hybrid Predictive/TransforM×Noding, IEEE Transactions on coM×Nnication, COM×N3, NO.12 (1985년, 12월), 또는 NinoM×N와 Ohtsuka의 A M×Nion CoM×Nnsated InterfraM×NCoding ScheM×Nfor Television Pictures, IEEE Transactions on CoM×Nnication, COM×N0, NO. 1(1982년, 1월)에 기재되어 있다.Most hybrid coding techniques use motion compensated DPCM (Differential Pulse Code Modulation) two-dimensional Discrete Cosine Transform (DCT), quantization of DCT coefficients, VLC (variable length coding), and the like. The motion compensation DPCM determines a motion of an object between a current frame and a previous frame, and predicts a current frame according to the motion of the object to generate a difference signal representing a difference between the current frame and a predicted value. This method is described, for example, by Staffan Ericsson in Fixed and Adaptive Predictors for Hybrid Predictive / TransforM × Noding, IEEE Transactions on coM × Nnication, COM × N3, NO.12 (December 1985, December), or by NinoM × N and Ohtsuka. AM × Nion CoM × Nnsated InterfraM × NCoding ScheM × Nfor Television Pictures, IEEE Transactions on CoM × Nnication, COM × N0, NO. 1 (1982, January).

일반적으로, 이차원 DCT는 영상 데이터간의 공간적 리던던시를 이용하거나 제거하는 것으로써, 디지털 영상 데이터 블록, 예를 들면 8×8 블록을 DCT 변환계수로 변환한다. 이 기법은 Chen과 Pratt의 Scene Adaptive Coder, IEEE Transactions on CoM×Nnication, COM×N2, NO.3 (1984년, 3월)에 개시되어 있다. 이러한 DCT 변환계수는 양자화기, 지그재그 주사, VLC등을 통해 처리됨으로써 전송할 데이터의 양을 효과적으로 감축(또는 압축)할 수 있다.In general, two-dimensional DCT converts digital image data blocks, such as 8x8 blocks, into DCT conversion coefficients by using or removing spatial redundancy between image data. This technique is described in Chen and Pratt's Scene Adaptive Coder, IEEE Transactions on CoM × Nnication, COM × N2, NO.3 (March 1984). The DCT conversion coefficient may be processed through a quantizer, zigzag scan, VLC, etc. to effectively reduce (or compress) the amount of data to be transmitted.

보다 상세하게, 움직임 보상 DPCM에서는 현재 프레임과 이전 프레임간에 추정된 물체의 움직임에 따라, 현재 프레임을 이전 프레임으로부터 예측한다. 이와같이 추정된 움직임은 이전 프레임과 현재 프레임간의 변위를 나타내는 2차원 움직임 벡터로 나타낼 수 있다.More specifically, the motion compensation DPCM predicts the current frame from the previous frame according to the motion of the object estimated between the current frame and the previous frame. The estimated motion may be represented by a two-dimensional motion vector representing the displacement between the previous frame and the current frame.

통상적으로, 물체의 변위를 추정하는 데에는 여러 가지 접근방법이 있다. 이들은 일반적으로 두개의 타입으로 분류되는데, 그중 하나는 블럭 매칭 알고리즘을 이용하는 화소단위 움직임 추정방법이고 다른 하나는 화소순환 알고리즘을 이용하는 화소단위 움직임 추정방법이다.Typically, there are several approaches to estimating the displacement of an object. These are generally classified into two types, one of which is a pixel-based motion estimation method using a block matching algorithm, and the other is a pixel-based motion estimation method using a pixel cycling algorithm.

상기와 같이 물체의 변위를 추정하는 움직임 추정방법중, 화소단위 움직임 추정방법을 이용하면 변위는 각각의 화소 전부에 대해 구해진다. 이러한 방법은 화소값을 더 정확히 추정할 수 있고 스케일 변화(예를 들어, 영상면에 수직한 움직임인 주밍(zooM×Ng)) 도 쉽게 다룰 수 있다는 장점을 갖는 반면에, 움직임 벡터가 모든 화소 각각에 대해 결정되기 때문에, 다량의 움직임 벡터들이 발생하는 데 실질적으로 모든 움직임 벡터를 수신기로 전송한다는 것은 불가능하다.In the motion estimation method for estimating the displacement of an object as described above, the displacement is obtained for each pixel by using the pixel-based motion estimation method. This method has the advantage of being able to estimate pixel values more accurately and easily handle scale changes (e.g., zooming (zooM × Ng), a motion perpendicular to the image plane), while the motion vectors are each It is impossible to transmit substantially all of the motion vectors to the receiver as large amounts of motion vectors occur.

또한, 블록단위 움직임 추정에서는, 현재 프레임의 소정 크기의 블록을 이전 프레임의 소정 범위의 탐색영역내에서 한 화소씩 이동하면서 대응 블록들과 비교하여 그 오차값이 최소인 최적 정합블럭을 결정하며, 이것으로부터, 전송되는 현재 프레임에 대해 블록 전체에 대한 프레임간 변위 벡터(프레임간에 블럭이 이동한 정도)가 추정된다. 여기에서, 현재 프레임과 이전 프레임간의 대응하는 두 블록간의 유사성 판단은, 이 기술분야에 잘 알려진 바와같은, 평균 절대차와 평균 제곱차 등이 주로 사용된다.In addition, in block-by-block motion estimation, a block having a predetermined size of the current frame is moved by one pixel in a search range of a previous frame and compared with the corresponding blocks to determine an optimal matching block having a minimum error value. From this, the interframe displacement vector (the extent to which the block has moved between frames) for the entire block is estimated for the current frame to be transmitted. Here, for determining the similarity between two corresponding blocks between the current frame and the previous frame, the average absolute difference, the mean square difference, etc. are mainly used, as is well known in the art.

한편 상술한 바와같은 부호화 기법, 즉 움직임 보상 DPCM, 2차원 DCT, DCT 계수의 양자화 및 VLC(또는 엔트로피 부호화)등의 부호화 기법을 통해 부호화된 영상 비트 스트림은 영상 부호화 시스템의 출력측에 구비되는 전송 버퍼에 저장된 다음 전송시점이 되면 원격지 수신측으로의 송신을 위해 전송기로 보내진다. 이때, 여기에서의 전송시점은 전송 버퍼의 크기(즉, 용량)와 전송율에 관계되며, 전송 버퍼에서의 오동작(데이터 오버플로우(overflow) 또는 데이터 언더플로우(underflow))이 발생하지 않도록 제어된다.On the other hand, the image bit stream encoded by the encoding technique as described above, that is, encoding techniques such as motion compensation DPCM, two-dimensional DCT, DCT coefficient quantization, and VLC (or entropy encoding) is transmitted to the output buffer of the image encoding system. When the next transmission point is stored at the transmitter, it is sent to the transmitter for transmission to the remote receiver. At this time, the transmission time point here is related to the size (ie, capacity) and transmission rate of the transmission buffer, and is controlled so that a malfunction (data overflow or data underflow) does not occur in the transmission buffer.

보다 상세하게, 여러 가지 요인(예를들면, 영상의 복잡도)으로 인해 부호화시에 각 프레임마다 발생되는 비트량이 달라지게 되는데, 이러한 점을 고려하여 영상 부호화 시스템에서는, 평균 전송율이 일정하게 유지될 수 있도록 출력측 전송 버퍼의 제어를 수행한다. 즉, 영상 부호화 시스템에서는 출력측 전송 버퍼의 데이터 충만상태 정보에 근거하여 현재 부호화하고 있는 프레임 이전까지의 비트 발생량을 조사하고 있다가 현재 프레임에서 할당해야 하는 비트량을 조절한다. 다시말해, 종래의 전형적인 영상 부호화 시스템에서는 출력측 전송 버퍼의 데이터 충만상태 정보에 의거하여 실질적으로 양자화 스텝 사이즈(QP)를 제어함으로써 부호화 시스템에서의 발생 비트량을 조절, 즉 이전까지 비트 발생량이 많으면 양자화 스텝 사이즈를 크게 조절하여 비트 발생량을 줄이고, 이와 반대의 경우에는 양자화 스텝 사이즈를 작게 조절하여 비트 발생량을 늘리는 등의 방법을 통해 비트 발생량을 조절하고 있다.More specifically, various factors (e.g., image complexity) may cause a different amount of bits to be generated for each frame at the time of encoding. In view of this, in an image encoding system, the average bit rate may be kept constant. Control of the output buffer. That is, the video encoding system checks the bit generation amount up to the frame currently encoded based on the data fullness state information of the output transmission buffer and adjusts the bit amount to be allocated in the current frame. In other words, in the conventional typical video encoding system, the amount of bits generated in the encoding system is adjusted by controlling the quantization step size (QP) substantially based on the data full state information of the output transmission buffer, that is, if the amount of bits generated before has been large, The bit generation amount is controlled by reducing the bit generation amount by adjusting the step size largely, and in the opposite case, by adjusting the quantization step size small to increase the bit generation amount.

그러나, 상술한 바와같이 출력측 전송 버퍼의 데이터 충만상태 정보에 의거하여 양자화 스텝 사이즈를 조절함으로써 비트 발생량을 조절하는 종래방법은, 각 프레임에 해당하는 영상 데이터를 동일한 전송율로 부호화하여 전송하고자 하는 경우에 있어서, 부호화하고자 하는 영상이 복잡한 경우(고주파 성분이 다량 발생)에는 비트 발생량이 많아지게 되는데 이로인해 양자화 스텝 사이가 커져 결과적으로 재생 영상에서의 심각한 화질열화가 야기된다는 문제를 갖는다. 여기에서 발생하는 고주파 성분은 실질적으로 인간의 시각특성에 매우 둔감한 성분(재생 영상의 화질에 거의 영향을 미치지 않는 성분)이다.However, as described above, the conventional method of adjusting the bit generation amount by adjusting the quantization step size based on the data fullness state information of the output side transmission buffer is performed when encoding and transmitting the video data corresponding to each frame at the same data rate. In the case where the image to be encoded is complex (a large amount of high frequency components are generated), a large amount of bits is generated, resulting in a large quantization step, resulting in serious image quality degradation in the reproduced image. The high frequency component generated here is a component that is substantially insensitive to human visual characteristics (a component that hardly affects the image quality of a reproduced video).

따라서, 본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, MC-DCT, 양자화를 포함하는 부호화 시스템에 있어서, 움직임 추정 및 보상을 위해 복원된 이전 프레임의 공간 복잡도에 근거하여 현재 부호화하고자 하는 영상의 복잡도를 산출하고, 그 산출결과에 따라 2차원 이산 코사인 변환을 이용하여 입력 영상신호의 고주파 성분을 선택적으로 제거함으로써, 부호화후의 비트 발생량을 적응적으로 조절할 수 있는 비트 발생량 조절기능을 갖는 영상 부호화 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention is to solve the above-described problems of the prior art, in the coding system including MC-DCT, quantization, to be currently encoded based on the spatial complexity of the previous frame reconstructed for motion estimation and compensation An image having a bit generation amount adjustment function that can adaptively adjust the bit generation amount after encoding by calculating the complexity of the image and selectively removing high frequency components of the input video signal by using two-dimensional discrete cosine transform according to the calculation result. The purpose is to provide an encoding system.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 입력되는 현재 프레임과, 이 현재 프레임 및 재구성된 이전 프레임을 이용하는 매크로 블록단위의 움직임 추정, 보상을 통해 얻어지는 예측 프레임간의 에러신호에 대해 이산 코사인 변환, 양자화 및 엔트로피 부호화를 포함하는 부호화 수단을 통해 압축부호화하여 부호화된 비트 스트림을 발생하며, 상기 양자화는 출력측 버퍼에 저장되는 상기 비트 스트림의 충만상태 정보에 의거하여 그 스텝 사이즈가 조절되는 비트 발생량 조절기능을 갖는 영상 부호화 시스템에 있어서, 상기 움직임 추정, 보상을 위해 복원된 상기 이전 프레임 각각에 대해 공간 복잡도값을 산출하고, 각각 산출된 상기 각 이전 프레임의 공간 복잡도값들을 평균하여 기설정된 복수의 이전 프레임에 대한 평균 공간 복잡도값을 산출하는 공간 복잡도 계산 수단; 및 상기 산출된 복수의 프레임의 평균 공간 복잡도값을 상기 부호화 수단을 통해 현재 부호화하고자 하는 프레임의 복잡도로서 참조하며, 부호화를 위해 입력되는 상기 현재 프레임의 주파수 통과 대역폭을 적응적으로 제한하기 위한 기설정된 복수의 대역폭 결정신호들 중 상기 산출된 평균 공간 복잡도 값에 대응하는 대역폭 결정신호를 발생하는 제어수단; 상기 입력 현재 프레임 신호에 대한 공간영역의 영상신호를 코사인 함수를 이용하여 M×N 블록 단위의 주파수 영역의 2차원 DCT 변환계수들로 변환하는 이산 코사인 변환수단; 상기 M×N 단위의 2차원 DCT 변환계수 블록들에 대해 양자화 파라메터값을 이용하여 유한한 개수의 값으로 양자화하는 양자화 수단; 상기 발생된 대역폭 결정신호에 의거하여 상기 양자화된 DCT 변환계수 블록들에 대한 고주파 통과 대역을 결정하며, 상기 양자화된 각 DCT 블록의 고주파 통과 대역을 상기 결정된 대역폭으로 제한하는 주파수 선택 수단; 및 상기 대역폭이 제한된 양자화된 각 DCT 블록들 각각에 대해 역양자화 및 역이산 코사인 변환을 수행하여 부호화전의 원신호로 복원하며, 원신호로 복원된 상기 대역폭 제한 프레임 신호를 상기 움직임 추정, 보상을 위한 현재 프레임 신호로써 상기 부호화 수단에 제공하는 영상 복원 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비트 발생량 조절기능을 갖는 영상 부호화 시스템을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a discrete cosine transform, quantization, and an error signal between an input current frame and a prediction frame obtained through motion estimation and compensation in units of macroblocks using the current frame and the reconstructed previous frame. A coded bit stream is encoded and encoded through an encoding means including entropy encoding, and the encoded bit stream is generated, and the quantization has a bit generation amount adjusting function of adjusting a step size based on the full state information of the bit stream stored in an output buffer. In the image encoding system, a spatial complexity value is calculated for each of the previous frames reconstructed for the motion estimation and compensation, and the spatial complexity values of the respective previous frames are averaged, respectively, for a plurality of preset previous frames. Calculate the mean spatial complexity value Between the complexity calculation means; And refer to the calculated average spatial complexity values of the plurality of frames as the complexity of the frame to be currently encoded by the encoding means, and predetermined to adaptively limit the frequency passband bandwidth of the current frame input for encoding. Control means for generating a bandwidth determination signal corresponding to the calculated average spatial complexity value among a plurality of bandwidth determination signals; Discrete cosine transform means for converting an image signal in a spatial domain with respect to the input current frame signal into a two-dimensional DCT transform coefficients in a frequency domain in units of M × N blocks using a cosine function; Quantization means for quantizing the two-dimensional DCT transform coefficient blocks in M × N units using a quantization parameter value to a finite number of values; Frequency selecting means for determining a high frequency pass band for the quantized DCT transform coefficient blocks based on the generated bandwidth determination signal, and limiting a high frequency pass band of each quantized DCT block to the determined bandwidth; And performing inverse quantization and inverse discrete cosine transform on each of the bandwidth-limited quantized DCT blocks to restore the original signal before encoding, and restore the bandwidth-limited frame signal restored to the original signal for the motion estimation and compensation. It provides a video encoding system having a bit generation amount adjustment function, characterized in that it further comprises a video restoring means provided to the encoding means as a current frame signal.

본 발명의 상기 및 기타 목적과 여러 가지 장점은 이 기술분야에 숙련된 사람들에 의해 첨부된 도면을 참조하여 하기에 기술되는 본 발명의 바람직한 실시예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.The above and other objects and various advantages of the present invention will become more apparent from the preferred embodiments of the present invention described below with reference to the accompanying drawings by those skilled in the art.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

제1도는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 비트 발생량 조절기능을 갖는 영상 부호화 시스템에 대한 블록구성도를 나타낸다. 동도면에 도시된 바와같이, 본 발명의 영상 부호화 시스템은 제1 프레임 메모리(100), 감산기(110), 영상 부호화 블럭(120), 엔트로피 부호화 블록(130), 전송 버퍼(140), 영상 부호화 블록(150), 가산기(160), 제2 프레임 메모리(170), 현재 프레임 예측 블록(180), 공간 복잡도 계산 블록(210), 제어 블록(220) 및 주파수 선택 블록(230)을 포함한다.1 is a block diagram of a video encoding system having a bit generation amount adjusting function according to a preferred embodiment of the present invention. As shown in the figure, the image encoding system of the present invention includes a first frame memory 100, a subtractor 110, an image encoding block 120, an entropy encoding block 130, a transmission buffer 140, and an image encoding. Block 150, adder 160, second frame memory 170, current frame prediction block 180, spatial complexity calculation block 210, control block 220, and frequency selection block 230.

제1도를 참조하면, 입력되는 현재 프레임 신호는 제1 프레임 메모리(100)에 저장된 다음 주파수 선택 블록(230)으로 입력되며, 주파수 선택 블록(230)에서는 후술되는 제어 블록(220)으로부터 제공되는 부호화를 위해 복원되어 재구성된 이전 프레임의 공간 복잡도값에 따른 영상의 복잡도에 의거해 산출되는 제어신호(주파수 영역 구분을 위한 대역폭 결정신호)에 따라 입력 프레임 신호의 주파수를 적응적으로 제한, 즉 2차원 이산 코사인 변환(DCT)을 이용하여 입력 영상의 고주파 성분(비교적 인간의 시각에 둔감한 부분임)을 제거하는 데, 이러한 주파수 선택 블록(230)에 대한 구체적인 동작과정에 대해서는 제2도를 참조하여 후에 상세하게 기술될 것이다. 그런다음, 이와같이 고주파 성분이 적응적으로 제거되는 현재 프레임 신호는 라인 L11을 통해 감산기(110) 및 현재 프레임 예측 블록(180)에 각각 제공된다.Referring to FIG. 1, the input current frame signal is input to the next frequency selection block 230 stored in the first frame memory 100, and the frequency selection block 230 is provided from a control block 220 to be described later. Adaptively limiting the frequency of the input frame signal according to a control signal (bandwidth determining signal for frequency domain classification) calculated based on the complexity of the image according to the spatial complexity value of the previous frame reconstructed and reconstructed for encoding, that is, 2 The high frequency component (which is insensitive to the comparative human vision) of the input image is removed by using the dimensional discrete cosine transform (DCT). For the detailed operation of the frequency selection block 230, see FIG. Will be described later in detail. Then, the current frame signal in which the high frequency component is adaptively removed is provided to the subtractor 110 and the current frame prediction block 180 through line L11, respectively.

먼저, 감산기(110)에서는 라인 L11을 통해 제1 프레임 메모리(100)에서 제공되는 현재 프레임 신호로부터 라인L19를 통해 후술되는 현재 프레임 예측 블록(180)으로부터 제공되는 이동 물체에 대하여 움직임 보상된 예측된 현재 프레임 신호를 감산하며, 그 결과 데이타, 즉 차분화소값을 나타내는 에러신호는 영상 부호화 블록(120)을 통해 이산 코사인 변환(DCT)과 이 기술분야에서 잘 알려진 양자화 방법들 중의 어느 하나를 이용함으로써, 일련의 양자화된 DCT 변환계수들로 부호화 된다. 이때, 영상 부호화 블록(120)에서의 에러신호에 대한 양자화는 라인 L21을 통해 후술되는 출력측 전송 버퍼(140)로부터 제공되는 데이터 충만상태 정보에 따라 결정되는 양자화 파라메터(QP)에 의거하여 그 스텝 사이즈가 조절된다.First, the subtractor 110 performs motion compensated predicted motion on the moving object provided from the current frame prediction block 180 described later through the line L19 from the current frame signal provided from the first frame memory 100 through the line L11. Subtract the current frame signal, and as a result, the data, i.e., the error signal representing the differential pixel value, is obtained by using discrete cosine transform (DCT) and one of the quantization methods well known in the art through the image coding block 120. It is then encoded into a series of quantized DCT transform coefficients. At this time, the quantization of the error signal in the image encoding block 120 is based on the step size based on the quantization parameter QP determined according to the data fullness state information provided from the output side transmission buffer 140 described later through the line L21. Is adjusted.

한편, 제1도에서의 상세한 도시는 생략되었으나 주파수 선택 블록(230)에서는 본 발명에 따라 후술되는 제어 블록(220)으로부터 제공되는 산출된 이전 프레임의 공간 복잡도값 정보에 근거한 대역폭 결정신호에 의거해 2차원 DCT를 이용하여 인간의 시각특성에 비교적 둔감한 고주파 성분을 제거(즉, 필터링)를 결정한다. 따라서, 본 발명에서는 부호화된 비트 발생량의 증가가 수반되는 복잡한 영상이라 할지라도 재생 영상에서의 화질열화를 야기시키는 영상 부호화 블록(120)에서의 양자화 단계에서 양자화 스텝 사이즈를 적절하게 조절할 수 있다. 이와같이 산출된 이전 프레임의 공간 복잡도값 정보에 근거해 설정되는 대역폭 결정신호를 이용하여 입력 프레임의 통과 대역폭을 적응적으로 제한하는 구체적인 과정에 대해서는 후에 상세하게 기술될 것이다.Meanwhile, although the detailed illustration of FIG. 1 is omitted, the frequency selection block 230 is based on the bandwidth determination signal based on the calculated spatial complexity value information of the previous frame provided from the control block 220 described later according to the present invention. Two-dimensional DCT is used to remove (ie, filter) high frequency components that are relatively insensitive to human visual characteristics. Accordingly, the present invention can appropriately adjust the quantization step size in the quantization step in the image encoding block 120 that causes deterioration of image quality in the reproduced video even in a complex image accompanied by an increase in the encoded bit generation amount. A detailed process of adaptively restricting the passband of the input frame by using the bandwidth determination signal set based on the spatial complexity value information of the previous frame thus calculated will be described in detail later.

다음에, 라인 L13상의 양자화된 DCT 변환계수들은 엔트로피 부호화 블록(130)과 영상 복호화 블록(150)으로 각각 보내진다. 여기에서, 엔트로피 부호화 블록(130)에 제공된 양자화된 DCT 변환계수들은, 예를들면 가변길이 부호화 기법등을 통해 부호화된 영상신호는 수신측으로의 전송을 위해 도시 생략된 전송기로 전달된다.Next, the quantized DCT transform coefficients on line L13 are sent to entropy coding block 130 and image decoding block 150, respectively. In this case, the quantized DCT transform coefficients provided to the entropy coding block 130 are transmitted to a transmitter, not shown, for example, for transmission to a receiver by using a variable length coding technique.

한편, 영상 부호화 블록(120)으로부터 영상 복호화 블록(150)에 제공되는 라인 L13Meanwhile, the line L13 provided from the image coding block 120 to the image decoding block 150.

상의 양자화된 DCT 변환계수들은 역양자화 및 역이산 코사인 변환을 통해 다시 복원된 프레임 신호로 변환된 다음, 가산기(160)에 제공되며, 가산기(160)에서는 영상 복호화 블록(150)으로 부터의 복원된 프레임 신호와 라인 L19를 통해 후술되는 현재 프레임 예측 블록(180)으로부터 제공되는 예측된 현재 프레임신호를 가산하여 재구성된 이전 프레임 신호를 생성하며, 이와같이 재구성된 이전 프레임 신호는 제2 프레임 메모리(170)에 저장된다. 따라서, 이러한 경로를 통해 부호화 처리되는 매 프레임에 대한 바로 이전 프레임 신호가 계속적으로 갱신되며, 이와같이 갱신되는 재구성된 이전 프레임 신호는 움직임 추정, 보상을 위해 후술되는 현재 프레임 예측 블록(180)으로 제공된다.The quantized DCT transform coefficients of the image are transformed back into a reconstructed frame signal through inverse quantization and inverse discrete cosine transform, and then provided to the adder 160, which is reconstructed from the image decoding block 150. The reconstructed previous frame signal is generated by adding the frame signal and the predicted current frame signal provided from the current frame prediction block 180 to be described later through the line L19, and the reconstructed previous frame signal is the second frame memory 170. Are stored in. Accordingly, the immediately previous frame signal for every frame encoded through this path is continuously updated, and the reconstructed previous frame signal thus updated is provided to the current frame prediction block 180 described later for motion estimation and compensation. .

또한, 제2 프레임 메모리(170)에 저장되는 복원되어 재구성된 이전 프레임 신호는 본 발명에 따른 입력 프레임의 공간 복잡도 계산을 위해 라인 L16을 통해 후술되는 공간 복잡도 계산 블록(210)으로 제공된다.In addition, the reconstructed reconstructed previous frame signal stored in the second frame memory 170 is provided to the spatial complexity calculation block 210 described below through line L16 for calculating the spatial complexity of the input frame according to the present invention.

다른한편, 현재 프레임 예측 블록(180)에서는, 전술한 제1 프레임 메모리(100)로부터 제공되는 라인 L11상의 현재 프레임 신호와 상기한 제2 프레임 메모리(170)로부터 제공되는 라인 L15상의 재구성된 이전 프레임 신호에 기초하여 블록 매칭 알고리즘을 이용해 재구성된 이전 프레임의 기설정 탐색범위(예를들면, 16*16 또는 32*32 탐색 범위)에서 소정의 블록(예를들면, 8×8 또는 16×16 DCT블록)단위로 현재 프레임을 예측한 다음 라인 L19상에 예측된 현재 프레임 신호를 발생하여 상술한 감산기(110)와 가산기(160)에 각각 제공한다. 이때, 라인 L19상의 스위치(SW)는 도시 생략된 시스템 제어기로부터의 제어신호(CS)에 따라 그 접점이 온/오프되는 것으로, 스위치(SW)가 온 일때는 현재의 부호화 모드가 인터 모드임을 의미하고 반대로 오프일때는 현재의 부호화 모드가 인트라 모드임을 의미한다. 따라서, 감산기(110)에서는 인터모드 부호화 시에 현재 프레임 신호와 예측 프레임 신호간의 에러신호를 영상 부호화 블록(120)에 제공하고, 인트라 모드 부호화 시에 현재 프레임 신호 자체를 영상 부호화 블록(120)에 제공한다.On the other hand, in the current frame prediction block 180, the current frame signal on the line L11 provided from the first frame memory 100 described above and the reconstructed previous frame on the line L15 provided from the second frame memory 170 described above. A predetermined block (eg, 8 × 8 or 16 × 16 DCT) in a predetermined search range (eg, 16 * 16 or 32 * 32 search range) of the previous frame reconstructed using a block matching algorithm based on the signal. After predicting the current frame in units of blocks), the predicted current frame signal is generated on the line L19 and provided to the subtractor 110 and the adder 160, respectively. In this case, the switch SW on the line L19 is turned on / off according to the control signal CS from the system controller (not shown), and when the switch SW is on, the current encoding mode is an inter mode. On the contrary, when off, this means that the current encoding mode is an intra mode. Accordingly, the subtractor 110 provides an error signal between the current frame signal and the predicted frame signal to the image encoding block 120 during inter-mode encoding, and transmits the current frame signal itself to the image encoding block 120 during intra-mode encoding. to provide.

또한, 현재 프레임 예측 블록(8×8 선택되는 각 블록(8×8 또는 16×16 블록)들에 대한 움직임 벡터들의 세트를 라인 L17상에 발생하여 전술한 엔트로피 부호화 블록(130)에 제공한다. 여기에서, 검출되는 움직임 벡터들의 세트들을 현재 프레임의 블록(8×8 또는 16×16 블록)과 이전 프레임내의 기설정 탐색영역(예를들면, 16×16 또는 32×32 탐색범위)에서 예측된 가장 유사한 블록간의 변위이다. 따라서, 전술한 엔트로피 부호화 블록(130)에서는 라인 L17상의 움직임 벡터들의 세트들과 더불어 라인 L13 상의 양자화된 DCT 변환계수들은, 예를들면 가변길이 부호화 기법 등을 통해 부호화하여 부호화된 비트 스트림을 발생한다.Further, a set of motion vectors for the current frame prediction block (8x8 or 16x16 block) selected on the line L17 is generated and provided to the entropy coding block 130 described above. Here, the sets of detected motion vectors are predicted in a block (8x8 or 16x16 block) of the current frame and a preset search area (eg, 16x16 or 32x32 search range) in the previous frame. Thus, in the above-described entropy coding block 130, the quantized DCT transform coefficients on the line L13 together with the sets of motion vectors on the line L17 are encoded by using, for example, a variable length coding technique. Generates an encoded bit stream.

한편, 공간 복잡도 계산 블록(210)에서는 라인 L16을 통해 제2 프레임 메모리(170)로부터 제공되는 복원된 이전 프레임에 대한 영상의 공간복잡도를 계산, 즉 영상신호의 분산값(표준편차)을 이용하여 부호화할 영상신호의 정보량에 관계되는 공간 복잡도를 계산하고, 이와같이 계산된 이전 프레임의 공간 복잡도를 현재 부호화 하고자 하는 프레임의 영상 복잡도로써 참조하며, 본 발명에서는 이와같이 계산된 이전 프레임의 공간 복잡도에 근거하여 영상 부호화 블록(120)에서의 양자화 단계에서 인간의 시각특성에 비교적 둔감한 고주파 성분을 적응적(또는 선택적)으로 제거(즉, 필터링)한다.Meanwhile, the spatial complexity calculation block 210 calculates the spatial complexity of the image of the restored previous frame provided from the second frame memory 170 through the line L16, that is, by using the dispersion value (standard deviation) of the image signal. The spatial complexity related to the information amount of the video signal to be encoded is calculated, and the spatial complexity of the previous frame thus calculated is referred to as the image complexity of the frame to be currently encoded, and in the present invention, based on the calculated spatial complexity of the previous frame. In the quantization step of the image encoding block 120, a high frequency component relatively insensitive to a human visual characteristic is adaptively (or selectively) removed (that is, filtered).

본 발명에서는 복원된 이전 프레임의 공간 복잡도 계산시에 영상신호의 분산값(표준편차)을 이용하는 데, 여기에서 이용되는 분산값의 경우 그 값이 큰 경우에는 DCT를 수행한 결과의 값이 고주파 성분(인간의 시각특성이 비교적 둔감한 성분)을 많이 포함할 것이므로 변환계수의 분포가 데이터를 압축하는 데 부적절하게 된다. 이상적인 데이터 압축에 좋은 영상은 고주파 성분이 존재하지 않고 단지 DC 성분만이 존재하는 경우로서 변환된 계수의 분포는 (0, 0)의 위치에 있는 한 값만이 있게 된다. 또한, 분산값이 큰 경우에는 움직임 보상이 제대로 수행되지 않을 수 있어, 결과적으로 움직임 보상된 영상의 구조가 부호화하기에 적절하지 않게 된다. 따라서, 이와같은 공간 복잡도는 영상신호의 정보량, 즉 실질적으로 부호화하여 전송해야 할 데이터량으로 해석할 수 있다.In the present invention, the variance value (standard deviation) of the video signal is used when calculating the spatial complexity of the reconstructed previous frame. In the case of the variance value used here, if the value is large, the result of performing the DCT is a high frequency component. The distribution of transform coefficients is inadequate for compressing the data because it will contain many (components with relatively insensitive human visual characteristics). A good image for ideal data compression is the case where there is no high frequency component but only DC component, and the distribution of transformed coefficients has only one value at the position of (0, 0). In addition, when the variance value is large, motion compensation may not be performed properly, and as a result, the structure of the motion compensated image is not suitable for encoding. Therefore, such spatial complexity can be interpreted as the amount of information of the video signal, that is, the amount of data to be encoded and transmitted.

예를 들어, 한 프레임이 M*M의 크기를 갖는다고 가정하고, 부호화 후에 복원되어 재구성된 이전 프레임의 영상을 Ip, 부호화를 위해 입력되는 현재 프레임의 영상을 Ic라 할 때, 각 프레임의 (x, y) 위치에서의 Ip 영상의 픽셀값은 Ip(x, y)이다. 이때, 현재 입력되는 Ic 영상에 대한 복잡도의 계산은 움직임 추정 및 보상을 위해 부호화 (DCT, 양자화)후에 복원된 이전 프레임의 영상신호에 대하여 다음의 (1)식과 같이 계산되는 영상의 공간 복잡도(Activity ; ACT)를 이용할 수 있다.For example, assuming that one frame has a size of M * M, Ip is a picture of a previous frame reconstructed and reconstructed after encoding, and Ic is a picture of a current frame input for encoding. The pixel value of the Ip image at the x, y) position is Ip (x, y). At this time, the complexity of the currently input Ic image is calculated for the image signal of the previous frame reconstructed after coding (DCT, quantization) for motion estimation and compensation. ACT) can be used.

상기 (1)식에서 MIp는 복원된 이전 프레임인 Ip 영상에 대한 평균값을 의미하는 데, 이러한 Ip 영상에 대한 평균값 MIp는 다음의 (2)와 같이 계산된다.In the above formula (1), MIp means an average value for the reconstructed previous frame Ip image, and the average value MIp for this Ip image is calculated as follows (2).

상기한 바와같이, 현재 부호화 하고자 하는 프레임의 복잡도로서 복원된 이전 프레임의 ACT 값을 이용하는 이유는 영상신호의 특성이 매 프레임마다 급격하게 변하지 않기 때문이다.As described above, the reason for using the ACT value of the previous frame reconstructed as the complexity of the frame to be currently encoded is that the characteristics of the video signal do not change rapidly every frame.

따라서, 이와같이 산출되는 공간 복잡도 ACT 값은 영상의 정보량(비트 발생량)에 관련된다고 볼 수 있는 데, 만일 현재 부호화된 영상이 복잡한 경우에는 산출되는 공간 복잡도 ACT 값이 상대적으로 커질 것이고, 그 반대의 경우에는 산출되는 공간 복잡도 ACT 값이 작아지게 될 것이다.Therefore, it can be said that the calculated spatial complexity ACT value is related to the information amount (bit generation amount) of the image. If the current encoded image is complex, the calculated spatial complexity ACT value will be relatively large, and vice versa. The resulting spatial complexity ACT value will be small.

이러한 관점에 비추어 볼 때, 부호화시에 산출되는 복원된 이전 프레임간의 공간 복잡도 ACT 값은 곧 전송할 정보량에 관계되는 값으로 해석할 수 있을 것이다. 그리고, 본 발명에 따른 복원된 이전 프레임의 공간 복잡도 ACT 값 산출에 있어서는, 부호화 시스템이 움직임 추정 및 보상을 수행하는 과정에서 필요로 하는 재구성된 이전 프레임 신호를 프레임 메모리에 저장하고 있으므로, 이와같은 부호화 시스템의 일부를 이용하면 원하는 복원된 이전 프레임의 공간 복잡도 ACT 값을 쉽게 얻을 수 있을 것이다. 그런다음, 상기와 같이 공간 복잡도 계산 블록(210)에서 산출된 복잡도 ACT 값은 다음단의 가중치 발생 블록(220)으로 제공된다.In view of this aspect, the spatial complexity ACT value between the restored previous frames calculated at the time of encoding may be interpreted as a value related to the amount of information to be transmitted. In the calculation of the spatial complexity ACT value of the reconstructed previous frame according to the present invention, since the reconstructed previous frame signal required in the process of performing the motion estimation and compensation by the encoding system is stored in the frame memory, such encoding is performed. Using part of the system, one can easily obtain the spatial complexity ACT value of the desired restored previous frame. Then, the complexity ACT value calculated in the spatial complexity calculation block 210 is provided to the next weight generation block 220 as described above.

한편, 제어 블록(220)은 상기한 공간 복잡도 계산 블록(210)으로부터 제공되는 공간 복잡도 ACT값에 의거하여 입력 영상의 주파수 제한을 위한 주파수 대역폭 결정신호 B를 라인 L23상에 발생하여 주파수 선택 블록(230)에 제공한다. 여기에서, 여기에서 발생되어 주파수 선택 블록(230)으로 제공되는 영역 구분을 위한 대역폭 결정신호 B는 입력 프레임 신호의 주파수 대역을 제한한다. 이때, 주파수 영역을 구분하는데 필요한 대역폭 결정 신호 B는 아래와 같은 방법으로 계산되며, 이 대역폭 결정신호 B를 이용하여 본 발명에 따라 제한하고자 하는 입력 영상의 주파수 영역을 설정하는 과정에 대해서는 첨부된 제2도를 참조하여 후에 상세하게 기술될 것이다.On the other hand, the control block 220 generates a frequency bandwidth determination signal B on the line L23 to limit the frequency of the input image based on the spatial complexity ACT value provided from the spatial complexity calculation block 210. 230). Here, the bandwidth determination signal B for the area discrimination generated here and provided to the frequency selection block 230 limits the frequency band of the input frame signal. In this case, the bandwidth determination signal B necessary for classifying the frequency domain is calculated by the following method, and the process of setting the frequency domain of the input image to be restricted according to the present invention using the bandwidth determination signal B is described in the appended second. It will be described later in detail with reference to the drawings.

보다 상세하게, 제어 블록(220)에서 공간 복잡도 계산 블록(210)으로부터 출력되는 공간 복잡도 ACT값을 이용하여 영역 구분값 B를 출력하는 과정은 다음의 (3)식과 같다.More specifically, the process of outputting the region division value B by using the spatial complexity ACT value output from the spatial complexity calculation block 210 in the control block 220 is expressed by Equation (3) below.

상기 (3)식에서 MACT와 SACT를 구하는 과정은 다음과 같다. 즉, 영상신호의 프레임 전송율이 30인 경우에는 1초동안 계산되는 ACT값 30개를 평균한 값이 MACT이고, 이 값의 표준편차가 SACT이다. 따라서, 이와같이 구한 MACT, SACT값과 매 프레임에 발생되는 ACT값을 비교함으로써 영역 구분값 B를 구할 수 있다. 즉, 제어 블록(220)에서는 이전의 30프레임 동안 발생된 ACT값의 평균과 표준편차를 이용하여 영역 구분값 B를 결정하는 것이다 그 결과, 이러한 과정을 통해 얻어지는 현재 발생된 ACT값은 다시 30개 프레임의 평균값과 표준편차를 구하는 데 이용된다. 따라서, 제어 블록(220)에서는 이전에 발생된 30개 프레임의 ACT값 중에서 처음 구해진 ACT값(시간적으로 가장 오래된 ACT값)을 버리고 움직임 오차 계산 블록(210)으로부터 새로 입력된 ACT값을 이용하여 평균과 표준편차를 구하는 것이다. 물론, 현재 발생된 ACT값도 31번째 프레임이 지나면 평균과 표준편차를 구하는 데 이용되지 않게 된다.The process of obtaining MACT and SACT in Equation (3) is as follows. That is, when the frame rate of the video signal is 30, the average of 30 ACT values calculated for 1 second is MACT, and the standard deviation of these values is SACT. Therefore, the area discriminating value B can be obtained by comparing the MACT and SACT values thus obtained with the ACT values generated in each frame. That is, the control block 220 determines the area division value B using the average and standard deviation of the ACT values generated during the previous 30 frames. As a result, the current generated ACT values obtained through this process are again 30 It is used to find the mean value and standard deviation of the frame. Accordingly, the control block 220 discards the first obtained ACT value (the oldest ACT value in time) among the ACT values of the 30 frames generated previously, and averages the newly obtained ACT value from the motion error calculation block 210. To find the standard deviation. Of course, the currently generated ACT value is not used to calculate the mean and standard deviation after the 31st frame.

상기한 (3)식으로부터 명백한 바와같이, 영역 구분값 B는 1부터 4사이의 정수값을 갖는데, 이것은 전술한 감산기(110)로부터 출력되는 에러신호(라인 L11상의 현재 프레임과 라인 L19상의 예측 프레임간의 차분신호)를 이산 코사인 변환한 DCT변환계수들에 대한 양자화 전의 2차원 저역 통과 필터링시에 ACT값에 따라 그 대역폭을 적응적으로 조절하기 위해서이다.As apparent from the above Equation (3), the area discriminating value B has an integer value between 1 and 4, which is an error signal (the current frame on the line L11 and the prediction frame on the line L19) output from the subtractor 110 described above. This is to adaptively adjust the bandwidth according to the ACT value in the two-dimensional low pass filtering before quantization of the DCT transform coefficients of the discrete cosine transform of the difference signal).

한편, 주파수 선택 불록(230)은, 상술한 제어 블록(220)으로부터 제공되는 주파수 영역 구분을 위한 대역폭 결정신호 B에 의거하여 입력 영상에서 시각에 비교적 둔감한 고주파 성분을 제한하는 데, 그 과정은 실질적으로 2차원 주파수 변환과정과 주파수 선택고정으로 구분할 수 있으며, 이때 2차원 주파수 변환과정에서는 2차원 DFT를 이용하고, 주파수 선택과정에서는 상술한 제어 블록(220)으로부터 제공된 대역폭 결정신호 B에 의거하여 2차원 변환된 영상신호의 통과 대역을 결정한다.On the other hand, the frequency selection block 230 limits the high frequency components which are relatively insensitive to time in the input image based on the bandwidth determination signal B for frequency domain division provided from the control block 220 described above. Substantially, it can be divided into two-dimensional frequency conversion process and frequency selection fixation. In this case, the two-dimensional frequency conversion process uses a two-dimensional DFT, and in the frequency selection process based on the bandwidth determination signal B provided from the control block 220 described above. The pass band of the 2D-converted video signal is determined.

다음에, 상기한 바와같은 주파수 선택 블록(230)에서 입력 영상을 2차원 DFT변환하고, 또한 주파수 영역 구분을 위한 대역폭 결정신호 B에 의거하여 2차원 DFT 변환된 영상신호의 주파수를 선택하는 과정에 대하여 첨부된 제2도를 참조하여 상세하게 설명한다.Next, in the frequency selection block 230 as described above, the input image is two-dimensional DFT transformed, and the frequency of the two-dimensional DFT-converted image signal is selected based on the bandwidth determination signal B for frequency domain classification. This will be described in detail with reference to FIG. 2.

먼저, 주파수 선택 블록(230)에서는 입력 영상에 대하여 2차원 DCT 변환을 수행하는데, 이 가술분야에 잘 알려진 바와같이, DCT 변환과정은 영상신호의 공간적인 유사성을 잘 반영한다고 알려진 것으로, 이러한 DCT 변환기법은 영상신호를 부호화하는 과정에서 많이 응용되는 것이다. 따라서 여기에서의 상세한 언급은 생략한다. 따라서, 본 발명에서는 이러한 특성(공간적인 유사성 반영)을 갖는 DCT 변환을 영상신호의 복잡도에 따른 효과적인 주파수 선택 기법으로 이용한다. 이와같은 본 발명에서의 주파수 선택과정은 단순한 주파수 변환기법에 비해 영상신호의 특성을 보다 잘 반영하여 주파수 영역으로 반환하게 되므로, 결과적으로 입력 영상에 대한 주파수 선택시에 그 효율을 높일 수 있다. 즉 동일한 개수의 DCT 변환계수는 DFT(Discrete Fourier Transform) 변환계수보다 영상신호에 대한 더 많은 정보를 갖고 있다.First, the frequency selection block 230 performs two-dimensional DCT transformation on an input image. As is well known in the art, the DCT transformation process is well known to reflect the spatial similarity of an image signal. The technique is widely applied in the process of encoding a video signal. Therefore, detailed description is omitted here. Therefore, the present invention uses DCT transform having such characteristics (reflecting spatial similarity) as an effective frequency selection technique according to the complexity of the video signal. The frequency selection process according to the present invention returns to the frequency domain reflecting the characteristics of the image signal better than the simple frequency converter method, and as a result, it is possible to increase the efficiency when selecting a frequency for the input image. That is, the same number of DCT transform coefficients has more information about the video signal than the Discrete Fourier Transform (DFT) transform coefficients.

제2도는 제1도에 도시된 본 발명에 따른 주파수 선택 블록(230)에 대한 세부적인 블록구성도를 나타낸다. 동도면에 도시된 바와같이, 본 발명의 주파수 선택 블록(230)은 dct 블록(2310), 양자화 블록(2320), 주파수 선택기(2330), 역양자화 블록(2340) 및 IDCT 블록(2350)을 포함한다.FIG. 2 shows a detailed block diagram of the frequency selection block 230 according to the present invention shown in FIG. As shown in the figure, the frequency selection block 230 of the present invention includes a dct block 2310, a quantization block 2320, a frequency selector 2330, an inverse quantization block 2340, and an IDCT block 2350. do.

제2도에 있어서, DCT 블록(2310)은 영상신호가 갖는 공간영역의 유사성을 이용하는 것으로, 아래의 (4)식에 의거하여 공간영역의 영상신호(픽셀 데이터)를 코사인함수를 이용하여 N*N 단위, 예를들면 8×8N = 8인 경우)의 주파수 영역의 2차원 DCT 변환계수들로 변환하여 다음단의 양자화 블록(2320)에 제공된다.In FIG. 2, the DCT block 2310 utilizes the similarity of the spatial domain of the video signal. N * using the cosine function for the video signal (pixel data) of the spatial domain based on Equation (4) below. 2D DCT transform coefficients in a frequency domain of N units, for example, 8 × 8N = 8, are provided to the next quantization block 2320.

상기 (4)식에서 F(u, v)는 변환된 DCT 계수를 의미하고, f(x, y)는 입력 영상신호를 의미한다. 여기에서, x, y는 픽셀 데이터의 가로 및 세로 방향의 주파수를 의미한다. 그런다음, 양자화 블록(2320)에서는 상기한 (4)식을 통해 2차원 변환된 DCT 계수들에 대해 예를들면, 비선형연산을 통해 유한한 개수의 값으로 양자화한다. 이 때, DCT 변환계수의 양자화 과정에서 QP 값을 이용하는데, 변환된 DCT 계수를 F(u, v)/(2×QP)를 수행하여 정수값을 취하는 연산이 대표적인 양자화 과정의 예라고 할 수 있다.In Equation (4), F (u, v) means the converted DCT coefficient, and f (x, y) means the input video signal. Here, x and y mean frequencies in the horizontal and vertical directions of the pixel data. Next, the quantization block 2320 quantizes the DCT coefficients which have been two-dimensionally transformed by the above Equation (4) to a finite number of values through, for example, nonlinear operations. In this case, a QP value is used in the quantization process of the DCT transform coefficient, and an operation that takes an integer value by performing F (u, v) / (2 × QP) on the transformed DCT coefficient is an example of a representative quantization process. have.

한편, 주파수 선택기(2320)에서는 상술한 바와 같은 과정을 통해 양자화된 DCT 변환계수들에 대하여, 라인 L23을 통해 제1도의 제어 블록(220)으로부터 제공되는 주파수 영역 구분을 위한 대역폭 결정신호 B에 의거하여 그 통과되는 주파수를 결정한다. 전술한 바와같이, 주파수 영역 구분을 위한 대역폭 결정신호 B는 1에서 4사이의 정수값이므로 이에 따라 선택되는 주파수는 다음과 같다.On the other hand, the frequency selector 2320 is based on the bandwidth determination signal B for frequency domain division provided from the control block 220 of FIG. To determine its frequency. As described above, since the bandwidth determination signal B for frequency domain division is an integer value between 1 and 4, the frequency selected according to this is as follows.

즉, 주파수 선택기(2330)에서는 변환된 주파수 F(k, l)에서 특정한 주파수를 선택한다. 여기에서, k, l은 0에서 N-1사이의 정수값이다. 따라서 주파수 선택기(2330)에서 출력되는 값은 특정 주파수 성분(즉, 고주파 성분)이 제거된 신호가 된다. 예를들어, N = 8인 경우에 제3도에 도시된 바와같이 그 통과 주파수가 결정될 것이다.That is, the frequency selector 2330 selects a specific frequency from the converted frequency F (k, l). Here, k and l are integer values between 0 and N-1. Therefore, the value output from the frequency selector 2330 becomes a signal from which a specific frequency component (ie, a high frequency component) is removed. For example, if N = 8, its pass frequency will be determined as shown in FIG.

제3도에 도시된 바와같이, 라인 L23을 통해 제1도의 제어 블록(220)으로부터 제2도의 주파수 선택기(2330)로 제공되는 주파수 영역 구분을 위한 대역폭 걸정신호 B값이 1이면 변환 주파수 F(k, l)는 모두 선택되고, B값이 2, 3, 4인 경우에는 제3도에서와 같이 각각에 해당하는 점선 이하의 주파수는 모두 0으로 하여 선택하지 않는다. 즉, 제3도에서 B값이 4인 경우에는 F(1, 7), F(2, 6)등과 같은 점선 이하의 주파수는 모드 0으로 매핑 처리되는 것이다.As shown in FIG. 3, when the bandwidth predetermined signal B for frequency domain division provided from the control block 220 of FIG. 1 to the frequency selector 2330 of FIG. 2 through the line L23 is 1, the conversion frequency F ( k, l) are all selected, and when the B value is 2, 3, or 4, as shown in FIG. That is, when the value of B in FIG. 3 is 4, frequencies below the dotted line such as F (1, 7), F (2, 6), etc. are mapped to mode 0. FIG.

다음에 상술한 바와같이 부호화된 이전 영상의 복잡도에 기초하여 결정되는 대역폭 결정신호 B값에 따라 특정영역의 주파수(고주파 성분)가 제거된 양자화된 DCT 변환계수들은 다음단의 역양자화 블록(2340) 및 IDCT 블록(2350)을 통해 원신호(픽셀 데이터)로 복원된다. 이때, IDCT 블록(2350)에서의 역양자화된 DCT 변환계수의 역변환과정은 아래의 (5)식에 도시된 바와같다.Next, as described above, the quantized DCT transform coefficients of which the frequency (high frequency component) of the specific region is removed according to the bandwidth determination signal B value determined based on the complexity of the previous image encoded are dequantized block 2340 of the next stage. And an original signal (pixel data) through the IDCT block 2350. At this time, the inverse transformation process of the inverse quantized DCT transformation coefficient in the IDCT block 2350 is as shown in Equation (5) below.

상기(5)식에서 f(x, y)는 역변환된 영상신호(픽셀 데이터)를 의미하고, F(u, v)는 변환된 DCT 계수를 의미한다. 여기에서, u, v는 변환된 DCT 계수에서 가로 및 세로 방향의 주파수를 의미하고, x, y는 픽셀 데이터의 가로 및 세로 방향의 위치를 의미한다.In Equation (5), f (x, y) means inversely transformed video signal (pixel data), and F (u, v) means transformed DCT coefficient. Here, u and v denote horizontal and vertical frequencies in the converted DCT coefficients, and x and y denote horizontal and vertical positions of the pixel data.

그 결과, IDCT 블록(2350)에서는 라인11을 통해 제1도의 감산기(110) 및 현재 프레임 예측 블록(180)으로 영상의 복잡도에 따라 특정영역의 주파수가 제거된 영상신호, 즉 영상의 복잡도에 근거하여 산출되는 대역폭 결정신호 B에 따라 영상의 고주파 성분이 선택적(또는 적응적)으로 제거된 영상신호(특정영역의 고주파 성분이 0값으로 대체된 영상신호)를 제공하게 된다.As a result, the IDCT block 2350 is based on the image signal from which the frequency of a specific region is removed according to the image complexity using the subtractor 110 and the current frame prediction block 180 of FIG. According to the bandwidth determination signal B is calculated to provide a video signal in which the high frequency component of the image is selectively (or adaptive) removed (an image signal in which a high frequency component of a specific region is replaced with a zero value).

따라서, 제1도의 영상 부호화 블록(120)에서는, 복잡한 영상의 경우, 상술한 바와같이 인간의 시각에 비교적 둔감한 영상의 고주파 성분을 선택적(또는 적응적)으로 제거한 상태에서 부호화(양자화)를 수행하게 되므로, 시각적으로 중요한 성분인 저주파 신호에 대해 양자화 오차가 적게 생기도록 하면서 부호화(양자화)할 수 있는 것이다. 만일, 복잡한 영상임에도 불구하고 본 발명에서와 같이 주파수의 저역 통과 대역폭을 제한하지 않게 되면, 결과적으로 부호화후에 발생되는 비트량이 많아져 양자화 스텝 사이즈가 커지게 되므로 모든 주파수 대역(고주파에서 저주파 대역)에 대하여 양자화 오차가 많이 발생되고, 그 결과 수신측의 재생 영상에서 양자화로 인한 화질열화가 야기될 것이다.Accordingly, in the image encoding block 120 of FIG. 1, in the case of a complex image, encoding (quantization) is performed in a state in which a high frequency component of an image relatively insensitive to human vision is selectively (or adaptively) removed as described above. Therefore, the low frequency signal, which is a visually important component, can be encoded (quantized) while generating less quantization error. If the low pass bandwidth of the frequency is not limited as in the present invention despite the complicated image, as a result, the amount of bits generated after encoding increases and the quantization step size becomes large. A large number of quantization errors are generated, and as a result, image quality deterioration due to quantization will be caused in the playback image of the receiver.

이상 설명한 바와같이 본 발명에 따르면, 부호화시의 움직임 추정 및 보상을 위해 부호화후에 복원되어 재구성된 이전 프레임을 이용하여 매 프레임마다 계산되는 공간 복잡도 정보를 이용하여 현재 부호화하고자 하는 입력 영상의 복잡도를 계산하고, 그 계산결과에 따라 현재 입력 영상이 복잡한 영상인 경우, 그에 상응하는 가중치를 주어 인간의 시각에 둔감한 영상의 고주파 성분을 일차적으로 제거한 다음 MC-DCT, 양자화 등의 부호화를 수행하도록 함으로써, 양자화 단계에서의 과도한 스텝 사이즈의 증가 없이 부호화후 발생되는 비트량을 효과적으로 조절할 수 있다. 따라서, 본 발명에 의하면 부호화된 영상을 복원하여 디스플레이할 때, 재생 영상에 서 필연적으로 나타나는 양자화 오차로 인한 화질열화를 효과적으로 감소시킬 수 있다.As described above, according to the present invention, the complexity of the input image to be currently encoded is calculated by using spatial complexity information calculated for each frame by using a previous frame reconstructed and reconstructed after encoding for motion estimation and compensation during encoding. If the current input image is a complex image according to the result of the calculation, by applying a weight corresponding thereto, the high frequency component of the image insensitive to the human vision is firstly removed, and then the MC-DCT, quantization, etc. are encoded. The amount of bits generated after encoding can be effectively adjusted without excessive step size increase in the quantization step. Therefore, according to the present invention, when reconstructing and displaying an encoded image, it is possible to effectively reduce image quality deterioration due to quantization error inevitably present in the reproduced image.

Claims (5)

입력되는 현재 프레임과, 이 현재 프레임 및 재구성된 이전 프레임을 이용하는 매크로 블록단위의 움직임 추정, 보상을 통해 얻어지는 예측 프레임간의 에러신호에 대해 이산 코사인 변환, 양자화 및 엔트로피 부호화를 포함하는 부호화 수단을 통해 압축 부호화하여 부호화된 비트 스트림을 발생하며, 상기 양자화는 출력측 버퍼에 저장되는 상기 비트 스트림의 충만상태 정보에 의거하여 그 스텝 사이즈가 조절되는 비트 발생량 조절기능을 갖는 영상 부호화 시스템에 있어서, 상기 움직임 추정, 보상을 위해 복원된 상기 이전 프레임 각각에 대해 공간 복잡도값을 산출하고, 각각 산출된 상기 각 이전 프레임의 공간 복잡도값들을 평균하여 기설정된 복수의 이전 프레임에 대한 평균 공간 복잡도값을 산출하는 공간 복잡도 계산 수단 ; 상기 산출된 복수의 프레임의 평균 공간 복잡도값을 상기 부호화 수단을 통해 현재 부호화화고자 하는 프레임의 복잡도로서 참조하며, 부호화를 위해 입력되는 상기 현재 프레임의 주파수 통과 대역폭을 적응적으로 제한하기 위한 기설정된 복수의 대역폭 결정신호들 중 상기 산출된 평균 공간 복잡도값에 대응하는 대역폭 결정신호를 발생하는 제어수단; 상기 입력 현재 프레임 신호에 대한 공간영역의 영상신호를 코사인함수를 이용하여 M×N 블록 단위의 주파수 영역의 2차원 DCT 변환계수들로 변환하는 이산 코사인 변환수단; 상기 M×N 단위의 2차원 DCT 변환계수 블록들에 대해 양자화 파라메터값을 이용하여 유한한 개수의 값으로 양자화하는 양자화 수단; 상기 발생된 대역폭 결정신호에 의거하여 상기 양자화된 DCT 변환계수 블록들에 대한 고주파 통과 대역을 결정하며, 상기 양자화된 각 DCT 변환계수 블록의 고주파 통과 대역을 상기 결정된 대역폭으로 제한하는 주파수 선택 수단; 상기 대역폭이 제한된 양자화된 각 DCT 블록들 각각에 대해 역양자화 및 역이산 코사인 변환을 수행하여 부호화전의 원신호로 복원하며, 원신호로 복원된 상기 대역폭 제한 프레임 신호를 상기 움직임 추정, 보상을 위한 현재 프레임 신호로써 상기 부호화 수단에 제공하는 영상 복원 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비트 발생량 조절기능을 갖는 영상 부호화 시스템.Compression means including discrete cosine transform, quantization, and entropy encoding for the error signal between the input current frame and the prediction frame obtained through motion estimation and compensation in units of macroblocks using the current frame and the reconstructed previous frame. A video encoding system having a bit generation amount adjustment function of encoding and generating a coded bit stream, wherein the quantization is adjusted based on the full state information of the bit stream stored in an output buffer. A spatial complexity calculation is performed to calculate a spatial complexity value for each of the previous frames reconstructed for compensation, and to calculate an average spatial complexity value for a plurality of preset previous frames by averaging the spatial complexity values of the respective previous frames. Way ; A predetermined average spatial complexity value of the plurality of frames is referred to as the complexity of the frame to be currently encoded by the encoding means, and a preset value for adaptively limiting the frequency passband bandwidth of the current frame input for encoding Control means for generating a bandwidth determination signal corresponding to the calculated average spatial complexity value among a plurality of bandwidth determination signals; Discrete cosine transform means for converting an image signal in a spatial domain with respect to the input current frame signal into two-dimensional DCT transform coefficients in a frequency domain in units of M × N blocks using a cosine function; Quantization means for quantizing the two-dimensional DCT transform coefficient blocks in M × N units using a quantization parameter value to a finite number of values; Frequency selecting means for determining a high frequency pass band for the quantized DCT transform coefficient blocks based on the generated bandwidth determination signal, and limiting a high frequency pass band of each quantized DCT transform coefficient block to the determined bandwidth; Inverse quantization and inverse discrete cosine transform are performed on each of the bandwidth-limited quantized DCT blocks to restore the original signal before encoding, and restore the bandwidth-limited frame signal restored to the original signal for the motion estimation and compensation. And a picture restoring means provided to said encoding means as a frame signal. 제1항에 있어서, 상기 기설정된 각 대역폭 결정신호는 상기 산출된 각 프레임의 공간 복잡도값, 상기 각 프레임의 공간 복잡도값들을 평균하여 얻은 초당 전송되는 복수의 프레임에 대한 평균 에러치 및 이 평균 에러치의 표준편차를 이용하여 결정되는 것을 특징으로 하는 비트 발생량 조절기능을 갖는 영상 부호화 시스템.The average bandwidth of the plurality of frames transmitted per second and the average error of each of the predetermined bandwidth determination signal is obtained by averaging the calculated spatial complexity of each frame, the spatial complexity of each frame. Image encoding system having a bit generation amount adjustment function, which is determined using a standard deviation of a value. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 기설정된 복수의 대역폭 결정신호는, 상기 각 DCT 변환계수 블록들의 각각 다른 필터계수 설정을 위한 정수값의 4개의 대역폭 결정신호를 포함하는 것을 특징으로 하는 비트 발생량 조절기능을 갖는 영상 부호화 시스템.3. The bit of claim 1, wherein the plurality of predetermined bandwidth determination signals comprise four bandwidth determination signals of integer values for setting different filter coefficients of the respective DCT transform coefficient blocks. Image coding system with generation amount control function. 제1항에 있어서, 상기 이산 코사인 변환수단은, 상기 현재 프레임 신호에 대한 공간영역의 영상신호를 8×8 블록단위의 2차원 DCT 변환계수들로 변환하는 것을 특징으로 하는 비트 발생량 조절기능을 갖는 영상 부호화 시스템.The method of claim 1, wherein the discrete cosine converting means has a bit generation amount adjusting function, characterized in that for converting the video signal of the spatial domain for the current frame signal to the two-dimensional DCT transform coefficients of 8 × 8 block units. Video encoding system. 제1항 또는 제4항에 있어서, 상기 주파수 선택 수단은, 상기 양자화된 각 DCT 변환계수 블록들에 대해 상기 발생된 대역폭 결정신호 이하의 고주파 성분을 제로(0)값으로 매핑하는 것을 특징으로 하는 비트 발생량 조절기능을 갖는 영상 부호화 시스템.The method of claim 1 or 4, wherein the frequency selecting means maps a high frequency component below the generated bandwidth determination signal to zero values for each of the quantized DCT transform coefficient blocks. An image encoding system having a bit generation amount adjustment function.
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