KR100214578B1 - 영상정보의 실시간 가변비트레이트 코딩방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 비디오디스크플레이어(VDP)에서 고밀도로 압축된 영상신호를 기록하거나 재생할 때 가변비트 레이트 방식으로 코딩하는 기술에 관한 것으로, 일반적인 영상정보의 코딩방법에 있어서는 디스크면적으로 주어지는 저장 가능한 데이터의 총량과 디코딩하고자 하는 화상의 재생시간동안 일정한 화질을 얻기 위해 2스텝 코딩방법을 사용하게 되므로 엔코딩을 수행하기 위해서는 두 번의 코딩과정을 필요로 하게 되고, 이로인하여 실시간으로 코딩을 할 수 없게 되는 결함이 있었는 바, 본 발명은 이를 해결하기 위하여, 발생된 데이터량을 근거로 하여 향후 코딩할 화상의 양자화 스텝 크기를 결정하는 한편, 초과 또는 부족한 데이터에 대해 남은 시간동안 평균적으로 보상할 양자화스텝 크기 세밀도와 액티비티의 기울기를 결정하도록 하였다.

Description

영상정보의 실시간 가변비트레이트 코딩방법 및 장치

제1도는 일반적인 가변비트레이트 코딩장치의 블록도.

제2도는 본 발명 영상정보의 실시간 가변비트레이트 코딩장치에 대한 블록도.

제3도는 본 발명에서 액티비티와 양자화스텝과의 관계를 보인 그래프.

제4도는 본 발명에 적용된 양자화스텝 결정기를 설명하기 위한 파형도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 액티비티 검출기 4 : 디씨티부

5 : 양자화기 6 : 가변장 코딩기

8 : 로칼 디코더 9 : 화면간 예측기

13 : 양자화스텝 결정기 14 : 양자화스텝 선택기

15 : 양자화스텝 저장테이블 16 : 양자화제어기

17 : 코드량 계산기

본 발명은 비디오디스크플레이어(VDP)에서 고밀도로 압축된 영상신호를 기록하거나 재생할 때 가변비트 레이트 방식으로 코딩하는 기술에 관한 것으로, 특히 디지털로 코딩되는 영상의 정보량에 상응되게 비트량을 할당하여 코딩하는 경우, 입력되는 영상의 액티비티 레벨 및 코딩될 영상에 대한 사전 정보를 참조하여 실시간으로 엔코딩하는데 적당하도록한 영상정보의 실시간 가변비트레이트 코딩 방법 및 장치에 관한 것이다.

일반적인 고정비트레이트 코딩방법은 화상정보를 코딩하는데 있어서 처리과정이 간단하다는 장점이 있기는 하나 화상의 종류에 따라 화상의 질이 가변되는 결함이 있다. 예로써, 움직임이 심한 동화상의 경우에는 그렇지 않은 화상보다 화질이 열화된다. 이를 해결하기 위한 수단중의 하나가 제1도와 같이 가변비트레이트를 사용하는 것이다. 즉, 재현되는 화상의 질을 가능한한 일정 수준으로 유지하기 위하여 발생되는 비트량에 자유도를 부여하는 방법으로서 이를 제1도를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

제1도와 같은 시스템은 디스크의 면적으로 주어지는 디스크의 저장 가능한 총 데이터량과 가변비트로 코딩되는 화상의 총 데이터량을 같도록 하기 위하여 2스텝 코딩방법을 사용하고 있다.

첫번째 스텝에서는 매 GOP(Group Of Picture)마다 요구되는 코드량을 계산하기 위한 단계이다. 즉, 기준양자화기(3)에서 기준 양자화 스텝 사이즈를 이용하여 양자화를 수행하는 한편, 액티비티 검출기(1)에서의 화상 액티비티 즉, 화상의 복잡도를 계산하여 기준 양자화 스텝으로 양자화 하였을때의 원화상의 에러량과 액티비티값을 코드량 메모리(10)에 기억시킨다.

이와 같은 코딩은 고정비트 레이트로 코딩되는 것이며, 기준 양자화 스텝의 크기는 디스크면적으로 주어지는 기억 가능한 총 데이터량을 재생시간으로 나눈 값에 의해 결정된다.

한편, 상기와 같이 영상데이타를 코딩하였을 경우, 양자화된 화상과 원화상과의 에러량과 액티비티는 일반적으로 비례하므로 액티비티가 많은 화상에는 보다 적은 스텝크기의 양자화 레벨을, 액티비티가 적은 화상에는 보다 큰 양자화 레벨을 할당 한다면, 전체 재생시간동안 거의 동일한 화질을 얻을 수 있게 된다.

제1도에서 두 번째 코딩이 이에 해당되는데, 앞에서 구한 액티비티의 값, 기준 양자화 스텝으로 코딩된 화상과 원화상과의 에러값을 사용하여 양자화 제어부(2)에 가변적인 양자화 레벨을 인가함으로써 재생되는 전체 기간동안 동일한 화질로 엔코딩을 수행할 수 있게 된다. 즉, 컨버터(11) 및 타겟 레이트 셋터(12)가 양자화 스텝의 크기를 결정하는 부분이며, 이의 출력신호는 버퍼(7)를 통해 상기 양자화 제어부(2)에 공급된다.

참고로, 첫 번째 코딩시 기준양자화 스텝을 이용하여 양자화하고 이렇게 양자화 되어 가변길이 코딩된 데이터의 양을 메모리에 저장하여 원래의 화상에 대한 에러량 및 액티비티값을 저장해야 하기 때문에 이때, 스위치(SW1),(SW2)는 고정단자(a1),(a2)에 각기 단락되고, 두 번째 코딩시에는 저장된 에러량 및 액티비티값에 타겟 레이트를 셋팅하고 이에 따라 양자화 스텝을 설정하여 입력데이타를 양자화해야 하기 때문에 이때, 상기 스위치(SW1),(SW2)는 고정단자(b1),(b2)에 각기 단락된다.

그러나, 이와 같은 코딩 시스템에 있어서는 디스크면적으로 주어지는 저장 가능한 데이터의 총량과 디코딩하고자 하는 화상의 재생시간동안 일정한 화질을 얻기 위해 2스텝 코딩방법을 사용하게 되므로 엔코딩을 수행하기 위해서는 두 번의 코딩과정을 필요로하게 되고, 이로인하여 실시간으로 코딩을 할 수 없게 되는 결함이 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 가변비트레이트를 사용하면서 재생시간 동안 가능한한 일정한 화상을 유지할 수 있는 실시간 가변비트레이트 코딩 방법 및 장치를 제공함에 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시간 가변비트레이트 코딩방법은 발생된 데이터량을 근거로 하여 향후 코딩할 화상의 양자화 스텝 크기를 결정하는 제1과정과, 초과 또는 부족한 데이터를 남은 시간동안 평균적으로 보상할 양자화 스텝 크기 세밀도와 액티비티의 기울기를 결정하는 제2과정으로 이루어진다.

제2도는 본 발명 실시간 가변비트레이트 양자화 장치의 일실시 예시블록도로서 이에 도시한 바와 같이, 디지털변환된 영상입력(Picture input)의 액티비티를 검출하는 액티비티 검출기(1)와, 상기 영상입력(Picture input)과 화면간 예측기(9)의 출력 정보를 가산하여 출력하는 가산기(AD1)와, 제한된 대역내에서 상기 가산기(AD1)의 출력정보를 전송하기 위해 압축처리함에 있어서 입력신호에 대한 변환의 결과가 그 신호의 주파수 성분에 대한 정보로 나타나게 하는 디씨티부(DCT)(4)와, 양자화 제어기(16)의 제어를 받아 상기 디씨티부(4)의 출력정보를 유한한 갯수의 값으로 근사화시키는 양자화기(5)와, 상기 양자화기(5)의 출력정보를 대상으로, 신호의 통계적인 특성을 이용하여 각 코드마다 길이를 다르게 코딩하는 가변장 코딩기(6) 등으로 구성된 압축영상신호의 기록/재생장치에 있어서, 코드량 계산기(17)로부터 입력되는 평균비트 레이트값이 입력될 때, 마이크로프로세서로부터 디스크의 기록용량과 코딩할 기록시간을 입력받아 평균비트레이트를 결정하는 양자화스텝 결정기(13)와, 상기 양자화스텝 결정기(13)에서 출력되는 평균비트레이트에 대응되는 액티비티와 양자화스텝 크기 세밀도의 관계를 선택하는 양자화스텝 선택기(14)와, 복잡도를 표현하는 액티비티와 양자화스텝의 크기와의 관계를 여러 가지로 분류하여 저장하고 있다가 상기 양자화스텝 선택기(14)에서 선택된 액티비티에 대한 양자화스텝 크기의 기울기에 해당되는 테이블값을 출력하는 양자화스텝 저장 테이블(15)과, 상기 양자화스텝 저장테이블(15)로부터 테이블 값을 공급받고, 액티비티 검출기(1)로부터 입력되는 액티비티값에 따라 가변적으로 양자화스텝을 결정하여 가변비트레이트 코딩이 이루어지도록 양자화기(5)에 제어신호를 출력하는 양자화 제어기(16)와, 가변장 코딩기(6)에서 출력되는 코딩된 영상출력(Code Output)을 공급받아 평균비트레이트를 계산하는 코드량 계산기(17)를 포함하여 구성한 것으로, 이와 같이 구성한 본 발명의 작용 및 효과를 첨부한 제3도 및 제4도를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

디지털변환된 영상입력(Picture input)과 화면간 예측기(9)의 출력정보가 가산기(AD1)에서 가산된 후 디씨티부(4)를 통해 디씨티 변환되어 양자화기(5)에 공급되고, 그 양자화기(5)는 양자화 제어기(16)의 제어를 받아 입력정보를 유한한 갯수의 값으로 근사화시켜 출력하게 되며, 이는 가변장 코딩기(6)을 통해 가변장 코딩되어 외부로 출력된다.

한편, 기록하고자 하는 디스크의 기록용량과 코딩하고자 하는 영상정보의 기록시간이 결정되면 그 영상정보에 대한 코딩의 평균 비트레이트는 하기의 식으로 결정된다.

양자화스텝 저장테이블(15)에는 화상의 복잡도를 표현하는 액티비티와 화질을 결정하는 중요 요소인 양자화 스텝의 크기와의 관계가 여러 가지의 경우로 분류되어 저장되어 있는데, 제3도는 이의 관계를 도식적으로 보여주고 있다. 즉, 일반적으로 액티비티와 양자화 스텝 크기의 세밀도는 서로 비례관계를 갖는다. 따라서, 액티비티가 큰 화상일 경우 양자화스텝의 크기를 세밀하게 하여 코딩하게 되어 결과적으로 코딩된 데이터량이 많아지게 된다.

또한, 상기 양자화스텝 저장테이블(15)에는 제3도에 표현된 것과 같은 여러 기울기의 값을 저장하고 있다. 이와 같이 여러 가지의 기울기를 갖고 있는 이유는 코딩시 발생되는 데이터량을 조절하기 위함이며, 이의 구체적인 동작을 설명하면 하기와 같다.

코딩이 시작되면 상기 (식1)에 의해 평균 비트레이트가 결정되는데, 이는 양자화스텝 결정기(13)가 마이크로프로세서(또는 마이크로컴퓨터)로부터 디스크의 기록용량과 코딩할 기록시간을 입력받아 연산한 것이며, 이의 출력이 양자화스텝 선택기(14)로 출력된다.

상기 양자화스텝 선택기(14)는 평균비트레이트를 입력받아 이에 대응하는 액티비티와 양자화 스탭 크기 세밀도의 관계를 선택하는데, 평균비트 레이트의 값이 큰 경우에는 제3a도 방향의 기울기를, 평균비트 레이트의 값이 작은 경우에는 제3d도의 기울기를 선택하게 되며, 선택된 기울기에 해당되는 테이블값이 양자화 제어기(16)에 입력되어 그 양자화 제어기(16)는 액티비티 검축기(1)의 액티비티값에 따라 가변적으로 양자화스텝을 결정하여 가변비트레이트 코딩을 수행하게 된다.

상기의 설명과 같은 방법으로 일부 가변비트레이트 코딩을 진행한 예를 제4도에 도시하였다. 제4도에서 빗금친 부분이 입력되는 영상에 비례하여 가변비트레이트로 코딩한 영역이며, 이 면적은 실제 발생된 데이터량을 의미한다.

제4도의 예에서는 평균비트레이트로 코딩한 데이터량보다 많은 데이터가 발생한 경우를 나타내고 있는데, 이의 초과량은 (q₁×t₁)의 면적에 해당된다.

이는 상기와 같이 계속 코딩하는 경우 디스크의 총 기록용량을 초과한다는 것을 의미하므로 액티비티에 대한 양자화스텝 크기의 기울기를 조절해야 함을 의미한다. 실제 평균 비트레이트의 값은 하기의 식을 만족하는 값으로 조정하게 된다.

즉, 초과된 데이터의 량이 전 기록시간에 평균적으로 영향을 주도록 하는 것이다. 이의 실제 계산은 코드량 계산기(17)에서 행해지며, 그 코드량 계산기(17)는 현재, 발생되고 있는 데이터량의 총 누계를 계산하여 상기 (식2)의 계산에 맞는 액티비티와 양자화스텝 크기의 세밀도 크기를 선택하게 된다.

상기 q₁,t₁,q₂,t₂값을 도4를 참조하여 설명하면, t₁의 기간동안 입력된 화상(빗금친 부분)을 실시간으로 압축하였을 경우 q₁*t₁만큼 압축량이 증가하였음을 나타내는 것이며, 이는 t₂시간동안(t₁을 제외한 나머지 전체 기록시간)q₂*t₂만큼 평균 비트레이트를 낮추어 기록해야 한다는 것을 보여주고 있다. 따라서, q₁*t₁=q₂*t₂이다. 상기 q₁은 t₁의 시간동안 입력 데이터를 압축했을 때 평균 데이터량을 초과한 데이터를 의미하며, q₂는 t-t₁=t₂의 시간동안 낮추어 압축해야할 평균 데이터량을 의미하는 것이며, t는 전체 기록시간을 의미한다.

따라서, 상기 양자화스텝 결정기(13)는 상기 코드량 계산기(17)의 계산결과에 따라 새로운 평균 비트레이트를 계산하여 양자화스텝 선택기(14)로 출력하게 되므로 결국, 발생되는 데이터량이 적은 양자화스텝을 결정하여 가변레이트코딩을 수행하게 된다.

이와 같이 현재 발생된 데이터량을 근거로 하여 가변레이트 코딩에 사용하는 액티비티와 양자화스텝 크기의 관계를 결정하는 방법, 특히 초과되거나 모자라는 데이터량을 남은 기록시간동안 평균적으로 영향을 주도록하여 양자화스텝과 액티비티의 관계를 결정하는 것이 본 발명의 주요 특징이다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 발생된 데이터량을 근거로 하여 향후 코딩할 화상의 양자화스텝 크기를 결정하는 한편, 초과 또는 부족한 데이터에 대해 남은 시간동안 평균적으로 보상할 양자화스텝 크기 세밀도와 액티비티의 기울기를 결정함으로써 사람의 눈의 거슬림이 없는 실시간 가변비트레이트 코딩을 실현할 수 있게 되어 궁극적으로 가능한한 일정한 화질을 얻으면서 주어진 기록 가능용량을 모두 사용할 수 있는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 기 설정된 소정 시간동안 입력되는 데이터를 기록매체 상에 기록하는 방법에 있어서, 상기 설정된 소정 시간 중 일부 시간동안 입력되는 데이터를 기설정된 양자화스텝에 의해 양자화된 데이터로 가변길이 코딩하는 가변길이 코딩단계와 : 상기 가변길이 코드화되어 출력되는 데이터의 양을 산출하는 코드량 산출단계와 : 상기 산출된 코드량을 근거로하여 상기 소정 시간내 잔여시간에 입력될 데이터를 양자화하기 위한 양자화스텝을 가변 설정하는 양자화스텝 설정단계와 : 상기 가변 설정된 양자화스텝에 따라 소정 시간 중 잔여 시간동안 입력될 데이터를 양자화하기 위해 양자화스텝의 크기를 제어하는 양자화 제어단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 영상정보의 실시간 가변비트레이트 코딩 방법.
2. 기 설정된 소정 시간동안 입력되는 데이터를 기록매체 상에 기록하는 장치에 있어서, 상기 설정된 소정 시간 중 일부 시간동안 입력되는 데이터를 기설정된 양자화스텝에 의해 양자화된 데이터를 가변길이 코딩하는 가변길이 코딩 수단과 : 상기 가변길이 코드화되어 출력되는 데이터의 양을 산출하는 코드량 산출수단과 : 상기 산출된 코드량을 근거로하여 상기 소정 시간내 잔여 시간에 입력될 데이터를 양자화하기 위해 양자화스텝을 가변 설정하는 양자화스텝 설정수단과 : 상기 가변 설정된 양자화스텝에 따라 소정 시간 중 잔여 시간동안 입력되는 데이터를 양자화하기 위해 양자화스텝을 제어하는 양자화 제어수단을 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 영상정보의 실시간 가변비트레이트 코딩장치.
3. 제1항에 있어서, 소정 시간내 잔여내 잔여 시간에 입력될 데이터의 양자화스텝은, 상기 산출된 코드 데이터의 양 뿐만 아니라 상기 잔여 시간에 입력될 화상의 복잡도에 따라 결정하는 것을 특징으로 하는 영상정보의 실시간 가변비트레이트 코딩 방법.
4. 제2항에 있어서, 양자화스텝 설정수단은, 상기 산출된 코드량 및 입력되는 화상의 복잡도를 근거로하여 상기 소정 시간내 잔여 시간에 입력될 데이터를 양자화하기 위해 양자화스텝을 가변적으로 설정하는 수단임을 특징으로 하는 영상정보의 실시간 가변비트레이트 코딩 방법.