KR100209413B1 - 블럭-기반 비디오 신호 부호화 시스템에 이용하기 위한그리드 결정방법 - Google Patents

블럭-기반 비디오 신호 부호화 시스템에 이용하기 위한그리드 결정방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 블럭-기반 비디오 신호 부호화 시스템에 사용하기 위한 그리드 결정 방법은, 프레임내 다수개의 그리드를 형성하고, 각 그리드를 구성하는 동일 크기의 블럭중 영상신호의 에지가 포함되어 있는 블럭을 가장 적게 포함하고 있는 그리드를 선택하여, 선택된 그리드의 위치를 나타내는 그리드 정보를 출력하되, 에지를 포함하는 블럭의 최소 갯수를 포함하는 그리드가 다수개 존재하는 경우, 블럭내 포함된 픽셀들의 휘도신호를 이용하여 하나의 그리드를 선택하여, 선택된 그리드의 그리드 정보를 출력한다.

Description

블럭-기반 비디오 신호 부호화 시스템에 이용하기 위한 그리드 결정방법
제1도는 본 발명에 따른 그리드 결정 장치의 동작을 예시적으로 설명하기 위한 일예도.
제2도는 서치 그리드를 규정하기 위한 예시적인 프레임을 도시하는 도면.
제3도는 본 발명에 따른 그리드 결정 장치에 의해 결정된 그리드로 분할된 프레임을 예시적으로 도시한 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
15 : 에지 검출부
20-1 내지 20-M : 서치 그리드 형성부
40-1 내지 40-M : 에지 블럭 카운터
50 : 제1비교부 70 : 제2비교부
71 : 선택부 73 : 엑티비티 계산부
75 : 멀티 플렉서
본 발명은 블럭-기반(block-based) 비디오 신호 부호화 시스템에 사용하기 위한 그리드(GRID) 결정방법에 관한 것으로, 특히 비디오 신호의 비디오 프레임을 다수개의 동일 크기의 블럭으로 분할하기 위한 그리드 결정 방법에 관한 것이다.
비디오 전화, 원격 회의(teleconference) 및 고선명 텔레비전 시스템과 같은 디지탈 텔레비전 시스템에 있어서, 비디오 프레임 신호의 비디오 라인 신호는 픽셀값이라 불리는 디지탈 데이타의 시이퀸스(sequence)를 포함하므로, 각 비디오 프레임 신호를 규정하는데 상당한 양의 디지탈 데이타가 필요하다. 그러나, 통상의 전송채널의 이용가능한 주파수 대역폭은 제한되어 있다. 그러므로, 특히 비디오 전화와 같은 저전송 비디오 신호 부호기(low bit-rate video signal encoder)에서는 다양한 데이타 압축기법을 통해 상당한 양의 데이타를 줄여야 한다.
저전송 부호화 시스템의 비디오 신호를 부호화하기 위한 부호화 방법중의 하나는 소위 물체 중심 동영상 부호화 기법(Object-based Moving Image Coding: OBC)이다.
물체 중심 동영상 부호화에 있어서, 입력 비디오 신호는 움직임 물체(또는 객체)들로 나누어지고; 각각의 물체는 그 물체의 윤곽(모양) 및 그 물체의 화소 데이타를 규정하는 파라미터로서 기술된다.
물체 중심 동영상 부호화 기법에서는 일반적으로 입력 영상신호를 배경(Background)영역과 물체 부분으로 분할한다. 이렇게 분할된 영역중 물체 영역은 적절한 부호화 방식에 의해 부호화하여 전송한다. 실질적으로 이러한 물체영역의 데이터량은 전체 영상 데이터량에서 차지하는 비중이 크기 때문에, 물체 영역을 부호화 하기 위한 여러가지 접근 방법, 즉 부호화 기법이 제시되어 오고 있다. 그 중에서 하나가 모양 적응형 이산 코사인 변환 기법(See: Thomas Sikora et at, Shape-Adaptive DCT for Generic Coding of Video. IS0/IEC JTC/SC29/WG11 MPEG-4 Seminnar Proceedings(July,1994))이다.
모양 적응형 DCT 기법에 따르면, 영상 프레임 중에서 물체영역을 N×N 픽셀 크기를 가진 블럭들로 세분화한 다음, 이들 블럭들을 이산 변환 부호화 한다. 이 경우, 각 블럭에 전술하는 물체 영역, 즉 부호화될 데이터만이 포함되는 경우는 2차원 DCT로 부호화하며, 부호화될 데이터만으로 이루어지지 않은 블럭은 물체의 영역, 즉, 부호화될 데이터들만 X축으로 1 차원 DCT 하고, 그 결과를 Y축으로 DCT하게된다. 이렇게 함으로써 각 블럭에 포함된 부호화될 대상이 아닌 데이터의 량을 어느 정도 줄일 수 있게 된다.
그러나, 모양 적응 DCT 기법에서는, 물체의 모양 및 블럭의 배열에 따라, 부호화 해야할 실제 데이터, 즉, 물체 영역 데이타를 적게 갖는 많은 수의 블럭이 존재할 수 있으며, 그결과, 부호화 효율이 떨어지는 문제가 발생된다.
따라서, 본 발명의 목적은 물체를 분할하는 블럭의 갯수를 적게하여 영상신호의 부호화 효율을 높일 수 있는 그리드 결정 방법을 제공하는데 있다.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따르면, 블럭-기반 비디오 신호 부호화 시스템에 사용하기 위한 그리드 결정 방법은, 비디오 프레임에 포함된 물체의 윤곽을 나타내는 에지점을 검출하여, 에지점의 위치를 나타내는 에지신호를 제공하는 제1단계; 상기 프레임에 다수개의 서치 그리드를 형성하되, 각 서치 그리드는 동일한 크기의 서치 블럭으로 구성되어 있는 제2단계; 상기 각 서치 그리드에 포함되어 있는 에지 블럭을 검출하되, 상기 각 에지 블럭은 에지점이 포함되어 있는 서치 블럭을 나타내는 제3단계; 및 상기 각 서치 그리드에 포함된 총 에지 블럭의 갯수와 에지블럭에 포함된 픽셀들의 휘도레벨을 이용하여, 상기 서치그리드 중 하나를 선택하고, 상기 선택된 서치 그리드를 상기 비디오 신호 부호화 시스템에 이용하기 위한 그리드로서 결정하는 제4단계를 포함한다.
이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
제1도는 본 발명에 따른 블럭-기반 비디오 신호 시스템에 사용하기 위한 그리드 결정장치의 바람직한 실시예를 도식적으로 설명하기 위한 일예도로서, 에지 검출부(15), 서치 그리드 형성부(20-1 내지 20-M),에지 블럭 카운터(40-1내지 40-M),그리고 제1 및 제2비교부(50 및 70)로 구성된다. 여 기서, 제2비교부(70)은 선택부(71), 엑티비티(ACTIVITY: AV) 계산부(73), 그리고 멀티플렉서(MULTIPLEXER: MUX 75)를 갖는다.
입력 비디오 신호의 현재 프레임은 에지 검출부(15) 및 제2비교부(70)로 입력된다.
먼저, 에지 검출부(15)는 그레디언트 오퍼레이터, 예를들어 소벨 오퍼레이터(SOBEL OPERATOR)를 사용하여 현재 프레임에 포함된 물체의 윤곽을 나타내는 에지 포인트를 검출한다. 예를들어, 수평 및 수직 그레디언트(Gx(X,Y) 및 Gy(X,Y)) 는 통상적인 수평 및 수직 소벨 오퍼레이터에 의해 계산된다.
이어서, 비디오 프레임에서의 에지점은 비디오 프레임에 있는 각 픽셀의 그레디언트 매그니튜드와 기설정된 임계치 Te를 비교함으로서 검출된다. 즉, g(x,y)가 Te 보다 클 경우, 픽셀 위치(x,y)는 에지점이다.
에지점의 위치를 나타내는 에지신호eg(x,y)는 에지 블럭 카운터(40-1 내지 40-N)로 제공된다.
서치 그리드 형성 블럭(20-1 내지 20-M) 각각은 현재 프레임 상에 서치 그리드를 형성함으로서, 총 M개의 서치 그리드 즉, 제1 내지 제M번째 서치그리드를 형성한다. 제2도는 서치 그리드 형성 블록(20- 1 내지 20-M)에 의해 형성된 서치 그리드를 정의하기 위한 예시적인 프레임을 도시하고 있다. 서치 그리드의 각 셀은 서치 블럭으로 정의되며, 각 서치 그리드는 동일한 크기 예를들어, N ×N 픽섹의 서치 블럭들로 분할된다(여기서, N은 양의 정수임). 서치 그리드의 좌측 최상위 그리드 포인트는 픽셀단위로 이동 가능함으로, 서치 블럭이 N ×N 픽셀로 구성되어 있다면, 각 서치 그리드의 좌측 최상위 그리드 포인트는 N ×N 오프셋(offset) 각각에 대응한다. 여기서, 그리드 포인트란 그리드의 노드 즉, 그리드 라인들의 교차점에 위치한 픽셀 위치를 말하며, 오프셋이란 프레임의 좌측 최상위 코너 픽셀과 서치 그리드의 좌측 최상위 그리드 포인트 사이의 거리를 나타낸다. 이하 오프셋 #1 에 대응하는 서치 그리드는 제1번째 서치 그리드라고 칭하며, 오프셋 #K 에 대응하는 서치 그리드는 제K 번째 서치 그리드라고 칭한다.
서치 그리드 형성 블럭(20-1 내지 20-M) 각각은 각 서치 그리드의 오프셋을 서치 그리드 정보로서 대응하는 에지 블럭 카운터(40-1 내지 40-M) 및 제2비교부(70) 으로 라인 L3O-1 내지 L3O-M 각각을 통해 제공한다.
서치 그리드 형성 블럭(20-1 내지 20-M) 각각으로부터 제공되는 서치 그리드 정보에 응답하여, 에지 블럭 카운터(40-1 내지 40-M)각각은 대응하는 서치 그리드에 포함되어 있는 에지 블럭의 갯수를 카운팅하는데, 여기서 에지 블럭이란 에지점을 포함하는 서치 블럭을 가리킨다.
에지 블럭 카운터(40-1 내지 40-M)으로 부터 얻어지는 에지블럭 카운트 값은 제1비교부(50)으로 제공되며, 제1비교부(50)에서는 모든 에지 블럭 카운트 값들이 서로 비교되고, 그중 최소 에지 블럭 카운트 값이 선택되며, 이어서 최소 갯수의 에지 블럭을 포함하는 서치 그리드를 가리키는 제1선택신호가 라인 L60-1을 통해 제2비교부(70)으로 제공된다. 그러나, 동일한 최소 갯수의 에지블럭을 갖는 서치 그리드가 2개 이상 존재한다면, 최소 에지 블럭 카운트 값을 갖는 서치 그리드 각각을 나타내는 제2선택신호를 라인 L60-2 를 통해 제2비교부(70)으로 순차적으로 제공한다.
제2비교부(70)은 선택부(71), 엑티비티 계산부(73), 그리고 MUX(75)를 포함한다. 제1도에 도시된 바와 같이, 선택부(71)은 라인(L60-2)를 통해 제1선택신호를 입력 받으며, MUX(75)는 라인(L60-1)를 통해 제1선택신호를 입력 받는다. 입력 비디오 신호는 엑티비티 계산부(73)으로, 그리고 각 서치 그리드 정보는 라인(L30-1) 내지(L30-M) 각각을 통해 선택부(71) 및 MUX(75) 로 제공된다.
선택부(71)은 제2선택신호에 대응하는 서치 그리드 정보를 선택하여 엑티비티 계산부(73)으로 제공한다.
서치 그리드 정보에 응답하여, 엑티비티 계산부(73)은 대응하는 서치 그리드에 포함된 각 에지 블럭의 엑티비티(AV)를 하기의 수식에 의해 계산한다:
(여기서, M= N ×N, H(i,j)는 에지 블럭내 위치(i,j)에 있는 픽셀의 휘도 레벨을 나타내며, i 및 j 각각은 에지 블럭 내 픽셀의 수평 및 수직위치를 나타내고, m 은 대응하는 각 에지 블럭내 픽셀들의 휘도 레벨의 평균값임).
엑티비티 계산부(73)에서, 서치 그리드내 모든 에지 블럭의 평균 엑티비티 값이 계산된다. 계산된 평균 엑티비티 값은 엑티비티 계산부(73)에 저장되어 있던 평균 엑티비티값과 비교되며, 만일 새롭게 계산된 평균 엑티비티 값이 저장되어 있던 평균 엑티비티 값보다 작다면, 이미 저장되어 있는 평균 엑티비티 값을, 새롭게 계산된 평균 엑티비티 값과 서치 그리드 정보로 새롭게 갱신한다. 첫번째 평균 엑티비티 값이 엑티비티 계산부(73)에서 계산되면, 계산된 평균 엑티비티 값은 이미 저장되어 있던 값과 비교되는데, 미리 저장되어 있던 값은 계산될 수 있는 어떠한 평균 엑티비티 값보다 크기 때문에 첫 번째 평균 엑티비티 값으로 자동적으로 갱신된다. 제2선택신호에 포함된 모든 서치 그리드에 대하여 상기와 같은 갱신 과정이 완료될 때, 엑티비티 계산 블럭 73은 제3선택신호를 MUX 75로 출력하며, 제3선택신호는 에지 블럭의 최소 평균 엑티비티 값을 갖는 서치 그리드를 나타낸다.
제1 및 제3선택신호에 응답하여, MUX(75)는 최소 에지 블럭 카운트 값 및 최소 평균 엑티비티 값을 갖는 서치 그리드를 나타내는 서치 그리드 정보를 선택하고, 선택된 그리드 정보를 현재 프레임의 그리드 정보로서 제공한다.
상술한 바와 같은 과정에 의해 결정된 그리드 정보 예를들어, K번째 서치 그리드 정보는 비디오 신호의 부호화를 위한 다수개의 부호화 프로세서(도시안됨) 예를들어, DCT 및 Q 프로세서로 제공된다. 그 결과로, 부호화 프로세서에서는 비디오 신호의 부호화가 K번째 서치 그리드의 서치 블럭 단위로 수행된다.
제3도에 예시된 바와 같이, 프레임이 K번째 서치 그리드로 분할되었을 때, 바운더리 영역(빗금친 영역)의 서치 블럭 예를들어, B1내지 BN-1, R1내지 RN-1,T1내지 TN-1, 그리고 C1내지 C4은 제1번째 서치 그리드의 경우를 제외하고는 언제나 N ×N 픽셀 미만의 크기를 갖는 불완전 블럭이 된다. 따라서, 통상적인 블럭-기반 부호화에 적용하기 위해서는, 이러한 불완전 블럭의 결여된 픽셀 위치를 채워줌으로서 N ×N픽셀의 완전블럭으로 만들어야만 한다. 이를 위한 방법은 불완전한 블럭의 결여된 픽셀 위치에 임의의 픽셀 값을 채우는 것이다. 또 다른 방법으로는 프레임 하단부의 불완전 블럭 B1내지 BN-1의 결여된 픽셀 위치에, 대응하는 상단부의 불완전 블럭 T1내지 TN-1의 픽셀 각각을, 또한 우측의 불완전 블럭 R1내지 RN-1의 결여된 픽셀 위치에, 대응하는 좌측의 불완전 블럭 L1내지 LN-1의 픽셀 각각을 채워준다. 그리고 바닥 우측 코너의 불완전 블럭 C4의 결여된 픽셀 위치는 코너의 불완전 블럭 C1내지 C3의 픽셀들로 채워줌으로서, N ×N 픽셀의 완전 블럭을 만들 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 그리드 결정장치를 이용하는 경우에는, 물체를 분할하는 블럭의 갯수를 최대한 적게함으로서 영상신호의 부호화 효율을 크게 향상시킬 수 있다는 커다란 잇점이 있다.

Claims (2)

  1. 블럭-기반 비디오 신호 부호화 시스템에 사용하기 위한 그리드 결정 방법에 있어서, 비디오 프레임에 포함된 물체의 윤곽을 나타내는 에지점을 검출하여, 에지점의 위치를 나타내는 에지신호를 제공하는 제1단계; 상기 비디오 프레임에 다수개의 서치 그리드를 형성하되, 각 서치 그리드는 동일한 크기의 서치 블럭으로 구성되어 있는 제2단계; 상기 각 서치 그리드에 포함되어 있는 에지 블럭을 검출하되, 상기 각 에지 블럭은 에지점이 포함되어 있는 서치 블럭을 나타내는 제3단계; 및 상기 각 서치 그리드에 포함된 총 에지 블럭의 갯수와 에지블럭에 포함된 픽셀들의 휘도레벨을 이용하여, 상기 서치 그리드 중 하나를 선택하고, 상기 선택된 서치 그리드를 상기 비디오 신호 부호화 시스템에 이용하기 위한 그리드로서 결정하는 제4단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 비디오 신호의 비디오 프레임을 다수개의 동일 크기의 블럭으로 분할하는 그리드 결정방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제4단계가, 최소 갯수의 에지 블럭을 갖는 서치 그리드를 부호화 그리드로서 선택하는 제5단계; 2개 이상의 서치 블럭이 동일한 최소 갯수의 에지 블럭을 갖는다면, 최소 갯수의 에지블럭을 갖는 각 서치 그리드내에 포함된 에지블럭 각각의 엑티비티 값을 계산하고, 최소의 평균 엑티비티 값을 갖는 서치 그리드를 부호화 그리드로서 선택하되, 상기 에지 블럭의 엑티비티 값은 하기수식
    에 의해 계산되며, 여기서, M 은 에지블럭 내 픽셀수 즉, N ×N 이며, 상기 N 은 양의 정수이고, T(i,j)는 에지 블럭내 위치(i,j)의 픽셀의 휘도레벨을 나타내며, i 및 j 는 각각 에지 블럭내 픽셀의 수평 및 수직위치를 나타내고, m 은 에지블럭내 픽셀들의 휘도레벨의 평균값을 나타내는 제6단계; 및 상기 선택된 부호화 그리드를 상기 비디오 신호 부호화 시스템에 사용하기 위한 그리드로서 결정하는 제7단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 비디오 신호의 비디오 프레임을 다수개의 동일 크기의 블럭으로 분할하는 그리드 결정방법.
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