KR100207396B1 - 영상부호기의 에러 보정방법 - Google Patents

영상부호기의 에러 보정방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 영상 신호의 전송 과정에서 손상된 움직임 변위정보를 정확하게 복원하는 영상부호기의 에러 보정방법에 관한 것으로, 이를 해결하기 위하여 영상신호의 이전 및 현재 프레임간의 움직임 예측을 근거로 하여 예측된 프레임과 움직임 벡터를 구하며, 이로부터 영상신호를 부호화하는 방법에 있어서, 현재 프레임에 포함되는 소정 블럭의 움직임 벡터와 이 움직임 벡터에 인접한 블럭들의 움직임 벡터를 각각 비교하는 단계와, 상기 비교 결과, 상기 소정 블럭의 움직임 벡터가 인접한 블럭의 움직임 벡터중에 존재하는 경우에는 상기 소정 블럭의 움직임 벡터를 그대로 유지하고, 상기 소정 블럭의 움직임 벡터가 인접한 블럭의 움직임 벡터중에 존재하지 않는 경우에는 상기 인접한 블럭의 움직임 벡터중 소정 블럭의 움직임 벡터와 가장 근접한 움직임 벡터를 탐색하는 단계와, 상기 단계에 의해서 탐색된 움직임 벡터를 소정 블럭의 움직임 벡터로서 대치시키는 단계로 이루어짐으로써, 영상 데이타 전송 과정중에 에러가 발생하더라도 이를 보다 정확하게 복원하여 화질 저하를 방지할 수 있는 효과가 있다.

Description

영상부호기의 에러 보정방법
제1도는 일반적인 영상부호기의 개략적인 블럭 구성도.
제2도는 영상 부호기의 움직임 벡터를 구하는 단계를 설명하기 위해 도시된 도면.
제3도는 본 발명에 따른 영상부호기의 에러 보정방법을 적용한 블럭 구성도.
제4도는 제3도의 영상부호기의 에러 보정방법을 설명하기 위하여 도시된 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
110 : 감산기 112 : DCT
114 : 양자화기 116 : VLC
118 : 역양자화기 120 : 역DCT
122 : 가산기 124 : 프레임 메모리
126 : 움직임 예측부 128 : 움직임 스므딩부
130 : 움직임 보상부 132 : 버퍼
본 발명은 영상 신호를 부호화하고 복호화하는 영상처리시스템에 관한 것으로, 특히 전송 과정에서 손상된 움직임 변위정보를 정확하게 복원할 수 있도록 한 영상부호기의 에러 보정방법에 관한 것이다.
일반적으로, 이산화된 영상 신호의 전송은 아나로그 신호보다 좋은 화질을 유지할 수 있다. 일련의 이미지 프레임(frame)으로 구성된 이미지 신호가 디지탈 형태로 표현될 경우, 특히 고화질 텔레비젼(High Definition Television; 이하 HDTV라함)의 경우 상당한 양의 데이타가 전송되어야 한다.
그러나 종래의 전송 채널의 사용가능한 주파수 영역은 제한되어 있으므로, 많은 양의 디지탈 데이타를 전송하기 위해서는 전송되는 데이타를 압축하여 그 양을 줄일 필요가 있다.
그래서 도입된 다양한 압출 기법중에서, 확률적으로 부호화 기법과 시간적, 공간적 압축기법을 결합한 하이브리드 부호화 기법이 가장 효율적인 것으로 알려져 있다.
대부분의 하이브리드 부호화 기법은 움직임 보상 DPCM(차분펄스 부호변조), 2차원 DCT(이산 코사인 변환), DCT계수의 양자화, 엔트로피 부호화기등을 이용한다.
움직임 보상 DPCM은 현재 프레임과 이전 프레임 간의 물체의 움직임을 결정하고, 물체의 움직임에 따라 현재 프레임을 예측하여 현재 프레임과 예측치 간의 차이를 나타내는 차분신호를 만들어내는 방법이다.
상술하면, 움직임 보상 DPCM에서는 현재 프레임과 이전 프레임간의 추정된 물체의 움직임에 따라, 현재 프레임을 이전 프레임으로부터 예측한다. 여기서, 추정된 움직임은 이전 프레임과 현재 프레임간의 변위를 나타내는 2차원 움직임 벡터로 나타낼 수 있다.
물체의 화소의 변위를 추정하는 데에는 여러가지 접근방법이 있다. 이들은 일반적으로 두개의 타입으로 분류되는데 하나는 블럭단위 방법이고 또 하나는 화소 단위 움직임 추정이다.
블럭단위 움직임 추정에서는, 현재 프레임의 블럭을 이전프레임의 블럭들과 비교하여 최적의 정합블럭을 결정한다. 이로부터, 전송되는 현재 프레임에 대해 블럭 전체에 대한 프레임간 변위벡터(프레임간에 블럭이 이동한 정도)가 추정된다.
그러나, 블럭단위 움직임 추정에서는 움직임 보상과정에서 블럭경계에 블럭킹 효과(blocking effect)가 발생할 수 있고, 또한, 블럭내의 모든화소가 한방향으로 이동하지 않는 경우에는 추정값이 올바르지 않아서 그 결과 부호화효율이 감소한다.
한편, 화소단위 방법을 이용하면 변위는 각각의 화소 전부에 대해 구하여진다. 이 방법은 화소값을 더 정확히 추정할 수 있고 스케일변화(예를 들어 영상면에 수직한 움직임인 주밍(zooming))도 용이하게 다룰 수 있다. 그러나 화소 단위 방법에서는, 움직임 벡터가 모든 화소 각각에 대해 결정되기 때문에 사실상 모든 움직임 벡터를 수신기에 전송하는 것은 불가능하다.
따라서, 선택된 소정의 한 세트(set)의 화소(즉, 특징점)에 대한 움직임벡터를 수신측에 전송하는데, 이때 특징점은 인접화소들을 대표할 수 있는 화소들로서 수신기에서 비특징점에 대한 움직임벡터는 특징점에 대한 움직임벡터로부터 복원될 수 있다.
이후, 각 선택된 특징점에 대한 움직임벡터가 결정되는데, 이때 각 움직임벡터는 이전 프레임의 하나의 특징점과 현재 프레임의 해당 정합점간의 변위이다.
상술하면, 각각의 특징점에 대한 정합점을 현재 프레임의 탐색영역에서 찾는데 이때 탐색영역은 해당 탐색점의 위치를 포함하는 기설정된 넓이의 영역으로 정의된다.
쉽게 구현할 수 있는 또 하나의 압축기법으로 프레임 데시메이션(decimation)방법이 있는데, 이 방법은 영상신호의 선택된 프레임만 부호화하여 전송하고 그 사이에 남는 프레임들은 스킵(skip) 함으로써, 즉, 데시메이션함으로써 데아타의 양을 줄인다.
영상 부호화기의 입력은 주로 30프레임/초(frame/sec)의 영상신호이다. 두개의 부호화된 프레임 사이에 하나, 둘 세개의 프레임을 스킵하면 각각 프레임 레이트는 15,10,7.5 프레임/초가 된다.
상기의 부호화기에 부호화된 신호를 복호화하는 데 있어서, 30프레임/초의 영상신호를 복원하기 위해서는 스킵된 프레임을 추정하여야 하므로, 프레임 데시메이션 기법을 이용하여 전송된 원래의 영상신호를 복원하는 개선된 시스템이 필요하다.
제1도는 일반적인 영상부호기를 개략적으로 도시한 블럭 구성도로서, 제1도를 참조하면, 영상신호의 프레임(인트라 모드시)은 감산기(10)와, DCT(12), 양자화기(14) 및 VCL(가변길이 부호기)(16)에 의해서 부호화된 다음 수신측으로 송출되며, 이 프레임은 수신측 복호기의 프레임 메모리(미도시 됨)에 기록된다.
그리고, 상기 부호화된 신호는 역양자화기(20)와 역DCT(22) 및 가산기(24)등을 거쳐 복호화후 프레임 메모리(26)에 이전프레임으로 기록된다.
이후, 다음번째로 입력되는 프레임과 프레임 메모리(26)로부터 갱신된 프레임간을 예측하며, 이로부터 예측된 움직임 벡터를 기초로 하여 이전프레임으로서 프레임 메모리(26)에 기록함과 아울러 움직임 벡터는 VCL(16) 및 버터(18)를 통해 수신측으로 송출하게 된다.
이에 따라, 수신측 복호기에서는 이미 프레임 메모리(미도시 됨)에 기록되어 있던 영상신호의 프레임과 이후에 입력되는 움직임 벡터(변위)정보를 기초로 하여 영상신호의 프레임을 복원하게 되는 것이다.
제2도는 제1도에서의 블럭단위 움직임 추정에 따른 방법을 설명하기 위하여 일예로서 도시된 도면이다.
제2도를 참조하면, 우선, 현재 프레임내 소정의 탐색블럭(30)을 이전프레임의 탐색영역(32)내에서 좌측에서 우측으로, 상단에서 하단으로 이동하면서 탐색블럭(30)에 대한 최적의 정합블럭을 탐색후, 이로부터 현재 프레임의 움직임 벡터가 산출된다.
즉, 이와 같은 동작에 의해서 얻어지는 부호화된 프레임과, 다음번째 프레임에 대한 움직임 벡터 및 예측오차를 수신측으로 송출하면, 이 수신측 복호기에서는 이 부호화된 프레임 및 움직임 벡터등을 복호화하여 부호화된 영상프레임을 복원후 디스플레이장치로 출력하게 되는 것이다.
그러나, 이와 같이 얻어진 움직임 벡터가 전송과정에서 손상될 경우에는 수신측에서 이를 정확하게 복원할 수 있는 방법이 없으며, 그 결과 복원된 영상의 화질이 저하되는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 본 발명의 목적은 전송 과정에서 움직임 벡터정보가 손상될 경우에도 이 손상된 움직임 벡터정보를 인접한 움직임 벡터정보로부터 보상받아 에러 발생에 따른 화질 저하를 방지하는 영상부호기의 에러 보정방법을 제공하는데 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 영상신호의 이전 프레임과 현재 프레임간의 움직임 예측을 근거로 하여 예측 프레임과 움직임 벡터를 구하며, 이로부터 영상신호를 부호화하는 방법에 있어서, 상기 현재 프레임에 포함되는 소정 블럭의 움직임 벡터와 이 움직임 벡터에 인접한 블럭들의 움직임 벡터를 각각 비교하는 제1단계와; 상기 비교 결과, 상기 소정 블럭의 움직임 벡터가 인접한 블럭의 움직임 벡터중에 존재하는 경우에는 상기 소정 블럭의 움직임 벡터를 그대로 유지하고, 상기 소정 블럭의 움직임 벡터가 인접한 블럭의 움직임 벡터중에 존재하지 않은 경우에는 상기 인접한 블럭의 움직임 벡터중 소정 블럭의 움직임 벡터와 가장 근접한 움직임 벡터를 탐색하는 제2단계와; 상기 제2단계에 의해서 탐색된 가장 근접한 움직임 벡터를 상기 소정의 블럭의 움직임 벡터로서 대치시키는 제3단계로 이루어짐을 특징으로 한다.
이하, 예시된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 들어 상세히 설명한다.
제3도는 본 발명에 따른 영상부호기의 에러 보정방법을 적용한 블럭 구성도이다.
제3도는 본 발명의 영상부호기의 에러 보정방법을 적용한 블럭구성도로서 감산기(110)와, DCT(112), 양자화기(114), VLC(116), 역양자화기(118), 역DCT(120), 가산기(122), 프레임 메모리(124), 움직임 예측부(126), 움직임 벡터 스므딩부(128), 움직임 보상부(130) 및 버퍼(132)로 구성된다.
감산기(110)는 입력되는 현재 프레임과 예측된 프레임간의 차분신호를 구한 다음 DCT(112)로 제공되도록 구성된다.
DCT(112)는 감산기(110)로부터 제공되는 차분신호를 DCT 계수로 변환후 양자화기(114)로 제공되도록 구성된다.
양자화기(114)는 DCT(112)로부터 제공되는 DCT 계수를 양자화후 그 결과를 VLC(116) 및 역양자화기(118)로 제공되도록 구성된다.
VLC(116)는 양자화기(114)로부터 양자화된 양자화 계수를 가변길이 부호화한 다음 버퍼(132)로 출력하도록 구성된다
버퍼(132)는 VLC(116)로부터 가변길이 부호화된 데이타를 일시 저장하였다가 출력하거나 출력데이타가 많은 경우에는 양자화스텝크기를 제어하는 제어신호가 양자화기(114)로 출력되도록 구성된다.
역양자화부(118)는 양자화기(114)에 의해서 양자화된 데이타를 역양자화하여 역DCT(120)로 제공되도록 구성된다.
역DCT(120)는 역양자화부(118)에 의해서 양자화된 데이타를 역DCT하여 가산기(122)로 제공되도록 구성된다.
프레임 메모리(124)는 역DCT된 데이타와 움직임이 보상된 움직임 벡터정보가 합쳐진후 기록되거나 또는 이전 프레임 데이타로 복원될 수 있도록 구성된다.
움직임 예측부(126)는 현재 입력되는 프레임과 프레임 메모리(124)로부터 갱신되는 이전 프레임간의 움직임을 예측한 데이타를 움직임 벡터 스므딩부(128)로 제공되도록 구성된다.
움직임 벡터 스므딩부(128)는 현재 프레임에 포함되는 소정 블럭의 움직임 벡터와 이 움직임 벡터을 중심으로 인접한 블럭들의 움직임 벡터를 각각 비교하게 된다. 그리고, 비교 결과, 상기 소정 블럭의 움직임 벡터가 인접한 블럭의 움직임 벡터중에 존재하는 경우에는 소정 블럭의 움직임 벡터를 그대로 유지시킨다.
이와 반대로, 상기 소정 블럭의 움직임 벡터가 인접한 블럭의 움직임 벡터중에 존재하지 않는 경우에는 상기 인접한 블럭의 움직임 벡터중 소정 블럭의 예측오차를 최소화시켜 주는 움직임 벡터를 탐색하게 된다.
탐색 결과, 가장 근접한 움직임 벡터가 검출되면, 상기 소정 블럭의 움직임 벡터로서 대치시키는 동작을 수행한 다음 움직임 보상부(130)로 제공하게 된다.
움직임 보상부(130)는 움직임 벡터 스므딩부(128)로부터 얻어지는 움직임 벡터를 근거로 하여 상기 프레임 메모리(124)의 이전 프레임으로부터 현재 프레임을 보상후 가산기(122)및 감산기(110)로 제공되도록 구성된다.
상기와 같이 구성된 본 발명을 실시예를 들어 상세히 설명한다.
우선, 움직임 예측부(126)에서는 입력되는 현재 프레임과 프레임 메모리(124)로부터 갱신된 이전 프레임간의 움직임을 예측하며(제2도 설명에 대응), 이로부터 움직임 벡터 및 예측오차를 구하게 된다.
일예로서, 제4도에 도시된 바와 같은 현재 프레임에 포함되는 소정 블럭의 움직임 벡터정보로 가정하고 설명한다.
즉, 현재 프레임에 포함되는 소정 블럭의 움직임 벡터(B0)와 이 움직임 벡터에 인접한 블럭들의 움직임 벡터(B1,B2,B3,B4,B5,B6)를 각각 비교한다.
상기 비교 결과, 소정 블럭의 움직임 벡터(B0)가 인접한 블럭의 움직임 벡터에(B1,B2,B3,B4,B5,B6)중에 존재하는 경우와 존재하지 않는 경우로서 구분될 것이다.
예컨데, 비교 결과, 소정 블럭의 움직임 벡터(B0)가 인접한 블럭의 움직임 벡터에(B1,B2,B3,B4,B5,B6)중에 존재하는 경우에는 현재 블럭의 움직임 벡터를 그대로 유지한다.
이와 반대로 소정 블럭의 움직임 벡터(B0)가 인접한 블럭의 움직임 벡터에(B1,B2,B3,B4,B5,B6)중에 존재하지 않는 경우, 인접한 움직임 벡터중 현재 블럭의 예측오차를 최소화시켜 주는 움직임 벡터를 선택하여 현재 블럭의 움직임 벡터로서 대치시킨다.
결과적으로, 소정 블럭의 움직임 벡터는 인접한 블럭들중 어느 한 블럭의 움직임 벡터에 존재하게 됨으로, 전송과정중 에러가 발생되더라도 에러가 발생된 움직임 벡터를 인접한 블럭들중 예측오차가 가장 적은 움직임 벡터로서 보상할 수 있게 된다.
여기서, 소정 블럭의 움직임 벡터에 대응되는 인접한 움직임 벡터는 예측오차로서 검출하게 되며, 상기 인접한 블럭의 움직임 벡터(B4,B5)는 매크로 블록 슬라이스단의 에러전파를 고려하여 제외시킬 수 있다.
이와 같이 얻어진 움직임 벡터 및 프레임 정보는 상술된 바와 같이 움직임 보상부(130)를 통해 이전프레임으로부터 보상된후 감산기(110), DCT(112), 양자화기(114) 및 VLC(116)등을 경유하여, 복호기로 출력하게 되는 것이다. 그리고 보상된 프레임정보는 이전 프레임으로서 프레임 메모리(124)에 저장되는 것이다.
또한, 본 발명은 상기의 실시예에 한정하지 않고 본원의 기술적 요지를 벗어나지 않는 범위내에서 변형하여 실시할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 영상 데이타 전송 과정중에 에러가 발생되더라도 이를 보다 정확하게 복원할 수 있도록 함으로써 화질 저하를 방지할 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

  1. 영상신호의 이전 프레임과 현재 프레임간의 움직임 예측을 근거로 하여 예측 프레임과 움직임 벡터를 구하며, 이로부터 상기 영상신호를 부호화하는 방법에 있어서:상기 현재 프레임에 포함되는 소정 블럭의 움직임 벡터와 이 움직임 벡터에 인접한 블럭들의 움직임 벡터를 각각 비교하는 제1단계와; 상기 비교 결과, 상기 소정 블럭의 움직임 벡터가 인접한 블럭의 움직임 벡터중에 존재하는 경우에는 상기 소정 블럭의 움직임 벡터를 그대로 유지하고, 상기 소정 블럭의 움직임 벡터가 인접한 블럭의 움직임 벡터중에 존재하지 않은 경우에는 상기 인접한 블럭의 움직임 벡터중 상기 소정 블럭의 움직임 벡터와 가장 근접한 움직임 벡터를 탐색하는 제2단계와; 상기 제2단계에 의해서 탐색된 가장 근접한 움직임 벡터를 상기 소정의 블럭의 움직임 벡터로서 대치시키는 제3단계로 이루어짐을 특징으로 하는 영상부호기의 에러 보정방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 소정 블럭의 움직임 벡터를 인접한 블럭의 움직임 벡터중 소정 블럭의 움직임 벡터와 가장 근접한 움직임 벡터를 탐색하는 것은 예측오차에 의해서 결정함을 특징으로 하는 영상부호기의 에러 보정방법.
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