KR100219144B1

KR100219144B1 - 비디오데이타 복호화장치

Info

Publication number: KR100219144B1
Application number: KR1019960015946A
Authority: KR
Inventors: 김성봉
Original assignee: 김광호; 삼성전자주식회사
Priority date: 1996-05-14
Filing date: 1996-05-14
Publication date: 1999-09-01
Also published as: GB2317780B; CN1193443A; GB2317780A; CN1097398C; JP2892506B2; KR970078636A; GB9800221D0; WO1997043861A1; US5973744A; JPH10511257A; DE19780474T1; DE19780474C2

Abstract

가변장복호화에 의해 얻어진 심볼들 및 헤더데이터를 위한 복호화장치는, 심볼들을 수신하며, 두 출력단들을 통해 심볼들의 블록들을 교번적으로 출력하는 데이터분배기(10), 헤더데이터를 수신하며, 헤더데이터를 해석하여 심볼들의 복원에 관련한 파라미터들을 발생하는 해더해석기(50), 상기 데이터분배기(10)로부터 출력되는 심볼들중에서 인트라매크로블록의 DC계수에 관련한 심볼들을 검출하며, 검출된 심볼들과 상기 헤더해석기(50)로부터 공급되는 파라미터들을 이용하여 인트라매크로블록의 DC계수들을 복원하는 DC성분복호화수단(40), 및 상기 데이터분배기(10)의 두 출력단들의 하나에 개별적으로 연결되며, 상기 헤더해석기(50)에 의해 발생된 파라미터들 및 상기 DC성분복호화수단(40)에 의해 발생된 DC계수들중에서 대응하는 DC계수를 이용하여 상기 데이터부내기(10)로부터 입력하는 심볼들을 블록단위로 복원하는 제1 및 제2복원수단(20 및 30)을 포함한다. 이와 같은 본 발명은 인트라 매크로블록의 DC계수를 그외의 계수들에 대해 별도의 경로로 복호화하므로써 실시간으로 DC계수를 복원해 낼 수 있다. 따라서, MP＠HL의 비트열을 고속으로 처리할 수 있는 MPEG복호장치를 제공하는 효과를 가져온다.

Description

비데오데이타 복호화장치

제1도는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 복호화장치를 나타낸 블록도.

제2a-2l은 제1도 장치의 동작설명을 위한 타이밍도.

제3a-3l은 DC복호화부의 동작설명을 위한 타이밍도.

제4도는 매크로블록내에서 DC예측자(DC predictor)의 리셋시점을 설명하기 위한 개념도.

제5a-5e도는 복호화된 DC계수의 래칭동작을 설명하기 위한 타이밍도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 데이타분배부 20, 30 : 복원부

40 : DC 복호화부 50 : 헤더해석부

본 발명은 비데오데이터를 복호화하는 장치에 관한 것으로서, 특히 인트라(intra) 매크로블록(macroblock)들의 DC계수들(DC coefficients)을 다른 계수들과는 다른 경로를 통해 복원하므로써 실시간적으로 비데오데이터를 복호화할 수 있게 하는 비데오데이터 복호화장치에 관한 것이다.

일반적으로 MPEG표준에 관련된 복호기는 부호기에 의해 부호화되어 전송되는 비트스트림을 수신하며, 수신된 비트스트림에 들어있는 헤더정보의 해석에 근거하여 부호화되기 이전의 원래의 데이터를 복원한다. 일반적인 비데오복호기는 부호화량이 작은 메인레벨(main level)의 데이터를 시스템 클럭의 동작속력으로 복호화할 수 있다. 그러므로, 단일 경로를 통해 헤더정보 및 부호화된 데이터의 처리가 가능하다.

그러나, HDTV와 같이 MPEG표준의 메인프로파일(main profile)이면서 하이레벨(high level)에 속하는 비트스트림을 처리하는 비데오 복호기는, 처리하는 데이터의 량이 많으므로, 고속의 데이터처리를 위해 100MHz의 시스템클럭이 필요하다. 이러한 하드웨어는 구현하기가 쉽지 않으며, 구현하더라도 제조원가를 과도하게 상승시키게 되는 문제점이 있었다.

HDTV의 비데오데이터를 복호화하는 시스템에서 시스템 클럭의 부담을 줄여주기 위한 기술이 본 발명과 동일한 출원인에 의한 한국특허출원 '제95-4383호'에서 개시되었다. 이 선행기술은 4:2:0 화상포맷의 매크로블록을 구성하는 네개의 휘도(luminance)블록과 두개의 색채(chrominance) 블록을 두개의 경로를 통해 복호화하는 복호화장치를 개시한다. 이 복호화 장치는 시스템클럭의 속력을 증가시키지 않으면서도 비데오 비트스트림을 고속으로 처리할 수 있다.

본 발명의 목적은, 가변장복호기로부터 출력하는 데이터중에서 인트라매크로브록의 DC계수들을 AC계수들과는 다른 경로를 통해 복호화하므로써, 선출원에서 제시한 복수개 경로의 복호화기들의 부담을 더욱 줄여주며 실시간적으로 DC계수를 복원할 수 있도록 하는 비데오 복호화장치를 제공함에 있다.

전술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 가변장복호화에 의해 얻어진 심볼들 및 헤더데이터를 위한 복호화장치는, 심볼들을 수신하며, 두 출력단들을 통해 심볼들의 블록들을 교번적으로 출력하는 데이터분배기, 헤더데이터를 수신하며, 헤더데이터를 해석하여 심볼들의 복원에 관련한 파라미터들을 발생하는 해더해석기, 상기 데이터분배기로부터 출력되는 심볼들중에서 인트라매크로블록의 DC계수에 관련한 심볼들을 검출하며, 검출된 심볼들과 상기 헤더해석기로부터 공급되는 파라미터들을 이용하여 인트라매크로블록의 DC계수들을 복원하는 DC성분복호화수단, 및 상기 데이터분배기의 두 출력단들의 하나에 개별적으로 연결되며, 상기 헤더해석기에 의해 발생된 파라미터들 및 상기 DC성분복호화수단에 의해 발생된 DC계수들중에서 대응하는 DC계수를 이용하여 상기 데이터분배기로부터 입력하는 심볼들을 블록단위로 복원하는 제1 및 제2복원수단을 포함한다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 상세히 기술하기로 한다.

본 발명에 따른 복호화장치를 보여주는 도 1을 참조하면, 데이터분배부(10)는 미도시된 가변장복호기로부터 심볼들과 헤더데이터를 수신한다. 데이터분배부(10)는 수신된 헤더데이터에 근거하여 가변장복호화부로부터의 심볼들을 블록단위로 각각 제1복원경로 및 제2복원경로를 구성하는 제1복원부(20) 및 제2복원부(30)에 분배한다. 이러한 데이터분배부(10)는 디멀티플렉서(11)와 두개의 FIFO메모리들(12, 13)을 구비한다. 디멀티플렉서(11)는 수신되는 헤더데이터를 헤더해석부(50)로 출력하며, 심볼들을 블록단위로 각각 제1FIFO메모리(12) 및 제2FIFO메모리(13)에 번갈아 공급한다. 제1FIFO메모리(12)의 출력은 제1복원부(20)로 입력되며, 제2FIFO메모리(13)의 출력은 제2복원부(30)로 입력된다. 제1 및 제2복원부(20 및 30)는 데이터분배부(10)로부터 출력하는 데이터를 DC복호화부(40) 및 헤더해석부(50)의 출력데이터를 이용하여 복원한다. 제1복원부(20)는 순차적으로 연결된 제1런레벨복호기(21), 제1스캔변환기(22), 제1역양자화기(23) 및 제1역DCT부(24)를 구비한다. 제2FIFO메모리(13)의 출력을 수신하는 제2복원부(30)는 순차적으로 연결된 제2런레벨복호기(31), 제2스캔변환기(32), 제2역양자화기(33) 및 제2역DCT부(34)를 구비한다.

DC복호화부(40)는 헤더복호기(52)로부터 출력하는 파라미터들을 이용하여 제1 및 제2FIFO메모리들(12 및 13)의 출력데이터로부터 인트라 매크로블록의 DC계수들을 복원한다. DC복호화부(40)의 사용에 의해, 도 1의 장치는 제1 및 제2복원부들(20 및 30)의 신호처리에 대한 부담을 더욱 줄여줄 수 있게 된다. 이러한 DC복호화부(40)는 제1 및 제2FIFO메모리들(12 및 13) 및 해더해석부(50)의 출력들을 수신하며, 수신된 데이터를 이용하여 인트라 매크로블록에 속한 블록들의 DC계수들을 복원한다. 헤더해석부(50)는 디멀티플렉서(11)로부터 출력되는 헤더데이터를 저장하는 헤더FIFO메모리(51), 헤더복호기(52) 및 가중행렬(weighting matrix)복호기(53)를 구비한다. 헤더복호기(52)는 헤더FIFO메모리(51)에 저장된 데이터를 이용하여 제1 및 제2복원부들(20 및 30)의 데이터복원에 관련한 파라미터들(parameters)을 발생하고, 가중행렬복호기(53)는 제1 및 제2역양자화기(23 및 33)의 역양자화동작에 필요한 가중행렬을 발생한다. 이 가중행렬은 제1 및 제2역양자화기(23)로 공급된다.

이와 같이 구성된 도 1 장치의 동작을 MPEG2표준의 4:2:0 화상포맷에 관련하여 그리고 도 2A 내지 도 5E를 참조하여 상세히 설명한다.

4:2:0 화상포맷의 매크로블록은 Y1, Y2, Y3, Y4, Cu 및 Cv의 순서로 부호화된 6개의 블록들로 구성되며, 여기서, Y1-Y4는 휘도(luminance)블록들을 나타내며 Cu 및 Cv는 색채(色彩; chrominance)블록들을 나타낸다.

데이터분배부(10)내의 디멀티플렉서(11)는 가변장복호기(미도시)로부터 수신된 데이터중에서 헤더데이터를 검출하며, 검출된 헤더데이터를 헤더해석부(50)로 출력한다. 디멀티플렉서(11)는 또한 검출된 헤더데이터에 근거하여 가변장복호기(미도시)로부터 공급되는 심볼들의 블록들을 식별한다. 디멀티플렉서(11)는 블록들(Y1, Y3 및 Cu)을 제1FIFO메모리(12)에 공급하며, 블록들(Y2, Y4 및 Cv)을 제2FIFO메모리(13)에 공급한다. 제1 및 제2FIFO메모리들(12 및 13)은 입력하는 심볼들의 블록들을 입력순서대로 출력한다.

임의의 매크로블록을 위한 헤더데이터의 해석은 그 매크로블록의 심볼들에 대한 복원동작보다 한 매크로블록만큼 앞선 시점에 수행된다. 그러므로, 헤더FIFO메모리(51)가 m번째 매크로블록 MB(m)을 출력할 때에, 제1 및 제2복원부들(20, 30)과 DC복호화부(40)는 m-1번째 매크로블록 MB(m-1)에 대한 복호화를 수행한다. 헤더FIFO메모리(51)의 데이터출력과 제1 및 제2복원부들(20, 30)의 복호화동작의 타이밍 관계는 도 2a 및 도 2b에서 도시되었다. 헤더해석부(50)내의 헤더FIFO메모리(51)는 디멀티플렉서(11)로부터 공급되는 헤더데이터를 저장한다. 헤더복호기(52)는 FIFO메모리(51)에 저장된 헤더데이터를 읽어내며, 읽어낸 헤더데이터를 복호화하여, 도 2d에 보여진 매크로블록시작신호(mb_start_dec), 도 2e의 블록시작신호(block_start), 도 3d의 매크로블록위치정보(mb_column), 도 3F의 인트라매크로블록신호(mb_intra) 및 도 3g의 매크로블록패턴신호(mb_pattern) 등을 포함하는 파라미터들을 발생한다. 매크로블록시작신호(mb_start_dec)는 런레벨복호화 및 DC복호화가 시작되는 시점을 나타낸다. 매크로블록위치정보(mb_column)는 매크로블록들의 순서를 나타내는 것으로, 가변장복호기가 매크로블록이스케이프와 매크로블록어드레스증가분을 이용하여 계산한 데이터이다. 가중행렬복호기(53)는 헤더FIFO메모리(51)로부터 출력하는 헤더데이터로부터 가중행렬의 데이터를 복원하며, 가중행렬의 데이터는 제1 및 제2역양자화기(23 및 33)로 공급된다.

DC복호화부(40)는 헤더복호기(52)로부터 공급되는 파라미터들과 제1 및 제2FIFO메모리(12 및 13)로부터 출력하는 심볼들을 수신한다. DC복호화부(40)는 헤더복호기(52)로부터 공급되는 도 3B의 매크로블록시작신호(mb_start_dec)를 이용하여 매크로블록을 검출하며, 검출된 매크로블록들의 갯수를 카운트한 도 3C의 카운트신호(mb_count)를 발생한다. DC복호화부(40)는 두신호가 동일한 값을 갖지 않으면 스킵검출신호를 0으로 리셋하고, 두신호가 동일한 값을 가질 때 스킵검출신호(skip_dec)를 다시 1로 셋트시킨다. 즉, DC복호화부(40)는 스킵 매크로블록이라고 판단될 때 스킵검출신호(skip_dec)의 값이 0이 되게 한다. 그 결과, DC복호화부(40)는 스킵된 매크로블록이 검출됨을 나타내는 도 3e의 스킵검출신호(skip_dec)를 발생한다. 한편, DC복호화부(40)는 헤더복호기(52)로부터 공급되는 인트라매크로블록신호(mb_intra)와, 매크로블록패턴신호(mb_pattern)를 래칭한다. 도 3g에 보여진 매크로블록패턴신호(mb_pattern)는 매크로블록내의 블록들의 심볼들이 모두 0일 때 값 0을 갖는다. DC복호화부(40)는 래칭된 두 신호를 이용하여 도 3h의 인트라매크로블록검출신호(mb_intra_dec)를 발생한다. DC복호화부(40)는 인트라매크로블록신호(mb_intra)가 1이면 해당 매크로블록이 인트라 매크로블록이라고 판단한다. 반면에, 인트라정보(mb_intra)가 0일 때, 매크로블록패턴신호(mb_pattern)가 1이면 인터(inter) 매크로블록이라고 판단한다. 그 결과, DC복호화부(40)는 도 3i와 같이 매크로블록들의 타입들을 판별한다. DC복호화부(40)는 인트라 매크로블록에 대하여 DC계수들의 복원동작을 수행한다. 이것은 인트라 매크로블록의 DC계수들은 역양자화 등에서 다른 계수들과는 다르게 취급되기 때문이다. DC복호화부(40)는 인터(inter) 매크로 블록과, 스킵된(skipped) 매크로블록, 그리고 부호화불필요(not_coded) 매크로블록일 때는 복호화동작의 유휴(idle) 상태가 된다(도 3J).

제1 및 제2런레벨복호기들(21 및 31)은 각각 FIFO메모리들(12 및 13)로부터 출력하는 심볼들을 헤데해석부(50)로부터 공급되는 파라미터들에 근거하여 복호화한다. 인트라매크로블록의 경우, 제1 및 제2런레벨복호기들(21 및 31)은 헤더복호기(52)로부터 공급되는 도 2e의 블록시작신호(block_start)에 근거하여 런레벨복호화동작을 수행한다. 제1 및 제2스캔변환기들(22 및 32)은 도 2e의 블록시작신호(block_start)에 근거하여 스캔 변환동작을 수행한다. 도 2f는 제1 및 제2런레벨복호기들(21 및 31)의 런레벨복호화동작에 관련한 타이밍도를 보여주며, 도 2g는 스캔변환기들(22 및 32)의 스캔변환동작에 관련한 타이밍도를 보여준다. DC복호화부(40)는 도 2c 또는 도 3i의 매크로블록유형신호(mb_type)에 근거하여, 제1 및 제2FIFO메모리들(12 및 13)로부터 출력하는 심볼들중에서 인트라매크로블록의 블록들내의 DC계수들에 관련된 데이터를 검출한다. DC복호화부(40)는 헤더복호기(52)로부터의 블록시작신호(block_start)에 따라 DC계수의 복호화를 시작한다. DC복호화부(40)는 제1경로의 DC계수를 먼저 복원하며, 제1경로의 DC계수의 복호화가 완료된 이후에 제2경로의 DC계수를 복원한다. 도 2h는 DC계수의 복원에 관련한 타이밍도를 보여준다. DC복호화부(40)는 DC성분사이즈의 DC성분차분치를 DC예측자(DC predictor)에 가산하므로써 원래의 DC계수를 복원해 낸다. MPEG2표준에 관련한 구문법에서 DC성분 사이즈는 'dc_dct_size'로 표현되며, DC성분차분치는 'dc_dct_differential' 로 표현된다. 도 3k에 보여진 슬라이스의 첫번째 매크로블록신호(slice_st_mb)는 헤더데이터인 슬라이스시작신호(slice_start_code)가 검출될 때 셋팅되고, 다음 매크로블록시작신호(mb_start_dec)가 검출될 때 리셋된다. 따라서, 도 3l의 A가 상술한 DC예측자의 리셋값을 셋트시키는 시점이 된다. 여기서, DC예측자의 리셋값은 픽쳐부호화확장(picture_coding_extension)에 들어 있는 DC계수정밀도(intra_dc_precision)에 의해 결정된다. 현재 매크로블록의 이전 매크로블록의 인트라 매크로블록이 아니거나 현재 매크로블록이 슬라이스의 첫번째 매크로블록이면, 휘도신호블록(Y1)의 DC예측자(perdictor)는 도 4에 나타낸 바와 같이, 제1리셋값으로 세팅되며, 색차신호블록들(Cu, Cv)의 DC예측자들은 각각 제2 리셋값 및 제3리셋값으로 셋트된다. 그리고, 휘도신호블록(Y2, Y3, Y4)의 DC예측자들은 휘도신호블록(Y1)의 제1리셋값으로 셋트된다. DC복호화부(40)에 의해 발생된 인트라매크로블록의 DC계수들의 타이밍도는 도 2i에서 보여졌다.

한편, 제1 및 제2역양자화기(23 및 33)은 가중행렬복호기(53)에 의해 발생된 가중행렬의 데이터를 이용하여 제1 및 제2스캔변환기(22 및 32)로 부터 출력하는 데이터를 이용하여 제1 및 제2스캔변환기(22 및 32)로 부터 출력하는 데이터를 각각 역양자화시킨다. 제1역영자화기(23)의 출력은 제1역DCT부(24)로 출력하며, 제2역양자화기(33)의 출력은 제2역DCT부(34)로 출력한다. 역DCT부들(24, 34)에 관련한 타이밍도를 보여주는 도5a-5e를 참조하면, 역DCT부들(24, 34)은 헤더복호기(52)에 의해 발생된 매크로블록시작신호(mb_start_dec)에 근거하여 도 5d에 보여진 매크로블록시작래칭신호(mb_start_lch)를 발생한다. 그리고, 인트라매크로블록시작신호(mb_intra_lch)를 발생한다. 그러므로, 도 5c 및 5d에서 보인 것 처럼, 매크로블록시작래칭신호(mb_start_lch)는 매크로블록시작신호(mb_start_dec)보다 1블록기간 만큼 지연된 신호가 된다. 그리고, 인트라매크로블록래칭신호(mb_start_lch)는 인트라매크로블록시작신호(mb_intra_dec)보다 1블록기간만큼 지연된 신호가 된다. 그 결과, 역DCT부들(24, 34)은 DC복호화부(40)로부터 출력되는 DC계수들을 래칭하기 위하여 도 2j의 블록시작래칭신호(block_start_lch)를 발생한다. 이때, 블록시작래칭신호(block_start_lch)는 역양자화부들(23, 33)에서의 복호화지연이 고려된 신호이다. 따라서, 역DCT부들(24, 34)에 의해 복호화되는 블록들과 역양자화기들(23, 33)의 출력들간에는 도 2k 및 도 2l에 보여진 타이밍관계를 갖게된다.

상술한 도 1의 장치는 헤더데이터 및 심볼들을 블록단위로 복호화하는 일 예를 설명하였으나, 부호화된 계수들을 블록의 행(row)단위로 병렬처리하도록 구현하는 것도 가능하다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 고속의 MPEG 복호화장치를 위한 DC복호화기는, 인트라 매크로블록의 DC계수를 그외의 계수들에 대해 별도의 경로로 복호화하므로써 실시간으로 DC계수를 복원해 낼 수 있다.

상술한 본 발명은 MPEG표준의 메인프로파일 및 하이레벨의 비데오비트스트림을 고속으로 복원할 수 있으므로, HDTV 및 MPEG에 관련한 복호화장치에 이용된다.

Claims

가변장복호화에 의해 얻어진 심볼들 및 헤더데이터를 위한 복호화장치에 있어서, 심보들을 수신하며, 두 출력단들을 통해 심볼들의 블록들을 교번적으로 출력하는 데이터분배기(10); 헤더데이터를 수신하며, 헤더데이터를 해석하여 심볼들의 복원에 관련한 파라미터들을 발생하는 해더해석기(50); 상기 데이터분배기로(10)부터 출력되는 심볼들중에서 인트라매크로블록의 DC계수에 관련한 심볼들을 검출하며, 검출된 심볼들과 상기 헤더해석기(50)로부터 공급되는 파라미터들을 이용하여 인트라매크로블록의 DC계수들을 복원하는 DC성분복호화수단(40); 및 상기 데이터분배기(10)의 두 출력단들의 하나에 개별적으로 연결되며, 상기 헤더해석기(50)에 의해 발생된 파라미터들 및 상기 DC성분복호화수단(40)에 의해 발생된 DC계수들중에서 대응하는 DC계수를 이용하여 상기 데이터분배기(10)로부터 입력하는 심볼들을 블록단위로 복원하는 제1 및 제2복원수단(20 및 30)을 포함하는 복호화장치.
제1항에 있어서, 상기 DC성분복호화수단(40)은 인트라매크로블록을 구성하는 블록들 각각에 대응하는 DC계수를 복원하는 것을 특징으로 하는 복호화장치.
제1항에 있어서, 상기 헤더해석기(50)는 데이터분배기(10)로부터 출력하는 헤더데이터를 저장하는 FIFO메모리(51); 상기 FIFO메모리(51)에 저장된 헤더데이터를 복호화하여 파라미터들을 발생하는 헤더복호기(52); 및 상기 헤더FIFO메모리(51)에 저장된 헤더데이터를 이용하여 역양자화를 위한 가중행렬들의 정보를 복원하는 가중행렬복호기(53)를 포함하는 복호화장치.
제1항에 있어서, 상기 DC성분복호화수단(40)은, 상기 헤더해석기(50)로부터 출력하는 파라미터들과 상기 데이터분배기(10)로부터 출력되는 심볼들을 이용하여 수신되는 심볼들로 구성된 매크로블록이 인트라매크로블록인지를 판단하고, 인트라매크로블록에 속한 심볼들로 구성된 블록들에 개별적으로 대응하는 DC계수들을 복원하여 상기 제1 및 제2복원수단(20 및 30)에 공급하는 복호화장치.
제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2복원수단(20 및 30) 각각은 상기 DC성분복호화수단(40)에 의해 복원된 DC계수들을 인트라매크로블록내의 대응하는 블록들의 DC계수값들로 사용하는 역DCT부(24)를 포함하는 복호화장치.