KR100232098B1

KR100232098B1 - 퍼지 제어를 이용한 mpeg 영상 신호의 전송율 제어 장치

Info

Publication number: KR100232098B1
Application number: KR1019970010584A
Authority: KR
Inventors: 서유석
Original assignee: 서평원; 엘지정보통신주식회사
Priority date: 1997-03-26
Filing date: 1997-03-26
Publication date: 1999-12-01
Also published as: US6075819A; JP2948562B2; US6282241B1; GB2323737A; JPH10304365A; GB9804310D0; GB2323737B; KR19980074651A

Abstract

본 발명은 DCT 변환 후 양자화부에 의하여 양자화되고 부호화부에 의하여 압축 부호화된 후, 버퍼부에 일시 저장되었다가 전송 채널을 통하여 전송되는 MPEG 영상 신호의 전송율 제어 장치에 관한 것으로서, 상기 압축 부호화된 영상 신호의 비트 스트림이 상기 버퍼부의 용량을 차지하는 비율인 버퍼의 점유도에 대하여, 현재 매크로블럭의 버퍼의 점유도와 버퍼의 점유도의 원하는 값인 기설정된 셋 포인트 값의 차이를 에러 신호로 입력받아서 현재 매크로블럭의 에러 신호와 이전 매크로블럭의 에러 신호의 차이인 차분 에러 신호를 계산하는 차분에러 계산부; 상기 에러 신호와 상기 차분에러 계산부로부터 출력되는 차분 에러 신호의 수치 입력값을 멤버쉽 함수에 의하여 언어 변수로 변환하는 퍼지화부; 상기 에러 신호에 대한 언어 변수 및 상기 차분 에러 신호에 대한 언어 변수를 두 입력 언어 변수로 하고, 상기 양자화부의 양자화 단계 크기에 대한 언어 변수를 출력 언어 변수로 하는 퍼지 룰-셋에 의하여 상기 퍼지화부에 의하여 출력되는 두 입력 언어 변수들에 대하여 출력 언어 변수를 대응시키는 결정부; 및 상기 결정부에 의하여 대응된 출력 언어 변수를 멤버쉽 함수에 의하여 양자화 단계 크기인 수치 변수로 변환하는 역퍼지화부를 포함하는 것임을 특징으로 하는 퍼지 제어를 이용한 MPEG 영상 신호의 전송율 제어 장치를 제공한다.

Description

퍼지 제어를 이용한 MPEG 영상 신호의 전송율 제어 장치

본 발명은 퍼지 룰-기초 제어(Fuzzy Rule-based Control, 이하에서 'FRC' 라함)를 이용한 MPEG 영상 신호의 전송율 제어 장치에 관한 것이다.

영상 신호의 전송에 있어서, 영상 신호의 전송율 제어는 전송 매체의 사용을 극대화하고 입력 영상 신호의 복잡도에 관계없이, 필요로 하는 화질을 유지하는 것이 필요하다. 이와 같은 영상신호의 전송율 제어는 광범위한 동영상들을 고정된 전송율로 전송하는 고정 전송율(CBR, Constant Bit Rate) 전송의 경우 특별히 더욱 필요하다. MPEG 1과 MPEG 2는 영화, 운동경기와 같은 다양한 동영상들의 가변 전송율(VBR, Variable Bit Rate) 전송 뿐만 아니라, 고정 전송율(CBR) 전송을 위하여 설립된 것이다.

VBR MPEG 영상 신호의 전송에 있어서는 압축된 영상의 통계학적 성질들이 적절한 대역폭을 할당하기 위한 기초를 제공하므로, 압축된 영상의 모델링이 가장 중요한 것으로 보인다. 따라서, 압축된 영상의 적절한 모델을 찾기 위하여 많은 연구가 수행되고 있다.

CBR MPEG 영상 신호의 전송에 있어서, 가변 전송율을 고정 전송율 채널이 맞추기 위하여, 압축된 영상을 일정 시간동안 선입력 선출력 방식으로 저장하는 버퍼링 방식이 널리 사용되고 있다. 이와 같은 버퍼링 방식에서 영상 신호의 DCT 계수들을 양자화하는 양자화기는 영상 신호의 전송율 제어에 있어서 핵심적인 기능을 한다.

MPEG 표준은 영상 신호의 전송율 제어의 관하여 특정하지 않고 있고, MPEG 2 테스트 모델(Test Model, TM)이 영상 신호의 전송율 제어의 성능에 관한 기준으로서 제시되어 있을 뿐이다.

도1은 MPEG의 일반적인 영상 신호의 전송율 제어 장치의 블록 구성도이다. 도1에 도시된 바와 같이, 부호화부(2)는 양자화된 신호를 가변장 부호화 방식으로 부호화한다. 버퍼부(3)는 압축되고 부호화된 영상 신호의 비트 스트림을 저장한다. 버퍼부(3)의 점유도는 전송을 기다리는 압축된 영상 신호의 비트 스트림이 버퍼부(3)의 용량을 차지하는 비율로서 나타내어진다. 버퍼부(3)의 점유도 값(O)은 버퍼/양자화부 조절부(4)로 입력된다. 버퍼/양자화부 조절부(4)는 버퍼 점유도(O)에 따라서 양자화 단계 크기(Qs)를 결정한다. 버퍼 점유도가 클수록, 더 큰 값의 양자화 단계 크기가 결정된다. 버퍼 점유도 값에 의하여 양자화부(1)에서의 다음 부호화를 위한 양자화 단계 크기가 결정되는 것이다. 양자화부(1)는 상기 양자화 단계 크기(Qs)에 의하여 다음에 입력되는 DCT 영상 신호를 양자화한다.

양자화 단계 크기를 결정하기 위한 MPEG 2의 TM5의 알고리즘은 픽쳐의 복잡도를 측정하여 양자화 단계 크기를 한 단계 앞서서 추정하는 것에 기초한다. 첫 번째로, 이전 픽쳐의 복잡도 측정과 평균 양자화 단계 크기를 이용하여 다음 프레임을 위한 목표 비트수를 추정한다. 두 번째로, (현재 버퍼 점유도에 기초하여) 전체 픽쳐에 대한 양자화 단계 크기를 계산한다. 마지막으로, 프레임당 양자화 단계 크기를 적용시켜서 단일 매크로블럭을 위한 양자화 단계 크기를 구한다. 목표 비트 추정 단계에서, 비트들은 각 픽쳐 타입에 대하여 할당되고 만약 입력 영상이 안정적이라면, 즉, 입력 영상의 인접한 픽쳐의 화면 변화 특성이 유사할 때, 그 비율은 대략 I:P:B가 8:3:2이다. 버퍼 점유도는 추정된 목표 비트들로부터 이미 부호화된 실질 비트들을 감산함에 의하여 계산된다. 그러므로, TM5의 전송율 제어 방식은 영상 신호의 유사성에 직접적으로 의존한다. 그러나, 영상 신호가 안정적이지 않을 때, 목표 비트들의 수가 부호화된 실질 비트들의 수와 상당히 다르다. 마찬가지로, 픽쳐가 그 내부에 미세한 부분이 많을 때에, 매크로블럭내의 활성 변화들이 많은 변이를 가지게 된다. 이것은 버퍼 점유도와 양자화 값에 많은 변화들을 주게 된다. 그러므로, 입력 영상 신호에 신속한 화면 변화가 있는 경우, 버퍼 점유도가 높아지거나 오버플로우가 발생하게 된다. 영상 전송율이 급격하게 증가하는 경우, 한정된 길이의 버퍼가 이를 수용할 수 없으므로 버퍼링이 그 기능을 다하지 못하는 단점이 있다.

본 발명은 전송 채널의 전송율이 고정되어 있는 경우, 영상 신호의 전송율이 채널의 용량을 넘어서지 않고 최대한 고른 전송율을 유지하면서도 향상된 화질을 갖도록 제어하는 것을 목적으로 한다. 이와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는 피드백 제어에서 성능과 안정성을 널리 인정받고 있는 퍼지 제어 기술을 사용하여 영상 신호의 평균 전송율을 채널의 전송율에 맞도록 유지하면서도 영상 화질을 고르게 유지하도록 하고자 한다.

도1은 일반적인 MPEG 영상 신호의 전송율 제어 장치의 블록 구성도;

도2는 일반적인 FRC의 기본적인 구성도;

도3은 본 발명의 제 1실시예에 따른 FRC-기초 MPEG 영상 신호의 전송율 제어 장치의 블록구성도;

도4는 도3의 상세 구성도;

도5는 본 발명의 실시예들에서 사용되는 3가지의 퍼지 논리 변수들의 표;

도6은 본 발명의 실시예들에서 사용되는 멤버쉽 함수를 보여주는 도면;

도7은 본 발명의 실시예들에서 사용되는 FAM을 형성하는 과정과 그의 제어 표면을 보여주는 도면;

도8은 본 발명의 실시예들에서 사용되는 단순화된 역퍼지화 과정을 보여주는 도면;

도9는 본 발명의 제 2실시예에 따른 FRC를 이용한 영상 신호 전송율 제어 장치의 블록구성도;

도10는 본 발명의 제 3실시예에 따른 MPEG 영상 신호의 전송율 제어를 위한 화면 변화-FRC(FRC-SC)의 구성도;

도11은 도10에 도시된 FRC-SC의 상세 구성도;

도12는 본 발명의 제 4실시예에 따른 MPEG 영상 신호의 전송율 제어를 위한 화질-모니터 FRC의 블록구성도;

도13은 상기 도12의 FRC-QM의 상세구성도이다.

* 도면의 주요한 부분에 대한 부호의 설명 *

1, 31, 91, 102, 123 : 양자화부2 : 부호화부

3, 33, 94, 104, 125 : 버퍼부4 : 버퍼/양자화조절부

20, 42, 112, 130 : 퍼지화부

21, 43, 113, 131 : 결정부

22, 44, 114, 132 : 역퍼지화부30 : FRC

32, 92, 103, 124 : 가변장부호화부/멀티플렉서부

41, 111 : 차분에러계산부90 : FRC-B

93 : MB전송율균형계산부100 : 화면변화계산부

101 : FRC-SC110 : 스케일인자계산부

120 : FRC-QM121 : 왜곡계산부

122 : 역양자화/IDCT부

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 MPEG 영상신호의 전송율 제어장치는 DCT 변환 후 양자화부에 의하여 양자화되고 부호화부에 의하여 압축 부호화된 후, 버퍼부에 일시 저장되었다가 전송 채널를 통하여 전송되는 MPEG 영상 신호의 전송율 제어 장치에 있어서, 상기 압축 부호화된 영상 신호의 비트 스트림이 상기 버퍼부의 용량을 차지하는 비율인 버퍼의 점유도에 대하여, 현재 매크로블럭의 버퍼의 점유도와 버퍼의 점유도의 원하는 값인 기설정된 셋 포인트 값의 차이를 에러 신호로 입력받아서 현재 매크로블럭의 에러 신호와 이전 매크로블럭의 에러 신호의 차이인 차분 에러 신호를 계산하는 차분에러 계산부; 상기 에러 신호와 상기 차분에러 계산부로부터 출력되는 차분 에러 신호의 수치 입력값을 멤버쉽 함수에 의하여 언어 변수로 변환하는 퍼지화부;상기 에러 신호에 대한 언어 변수 및 상기 차분 에러 신호에 대한 언어 변수를 두 입력 언어 변수로 하고, 상기 양자화부의 양자화 단계 크기에 대한 언어 변수를 출력 언어 변수로 하는 퍼지 룰-셋에 의하여 상기 퍼지화부에 의하여 출력되는 두 입력 언어 변수들에 대하여 출력 언어 변수를 대응시키는 결정부; 및 상기 결정부에 의하여 대응된 출력 언어 변수를 멤버쉽 함수에 의하여 양자화 단계 크기인 수치 변수로 변환하는 역퍼지화부를 포함하는 것임을 특징으로 한다.

또한, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 MPEG 영상신호의 전송율 제어장치는 DCT 변환 후 양자화부에 의하여 양자화되고 부호화부에 의하여 압축 부호화된 후, 버퍼부에 일시 저장되었다가 전송 채널을 통하여 전송되는 MPEG 영상 신호의 전송율 제어 장치에 있어서, 상기 부호화부에 의하여 부호화된 압축 영상 비트열로부터 다음의 수학식과 같이 정의되는 매크로블럭당 전송율 균형을 계산하는 매크로블럭 전송율 균형 계산부

여기서, MBF는 프레임당 평균 비트수이고, MBN은 화면내의 매크로블럭의 총 수이도, MBB는 매크로블록 전송율 균형을 나타내는 것으로서, MBF/MBN으로 주어지고, ab(n)은 매크로블럭마다 생성되는 비트들의 축적되는 수를 나타낸다. n이 '0'일 때 ab(n)은 이전 화면에서 인코딩된 최종 매크로블럭의 남아있는 비트들의 수로 정함; 상기 매크로블럭 전송율 균형 계산부에 의하여 계산된 B(n)값과 원하는 셋 포인트 값인 BT와의 차이를 에러 신호로 입력받아서 현재 매크로블럭의 에러 신호와 이전 매크로블럭의 에러 신호의 차이인 차분 에러 신호를 계산하는 차분에러 계산부; 상기 에러 신호와 상기 차분에러 계산부로부터 출력되는 차분 에러 신호의 수치 입력값을 멤버쉽 함수에 의하여 언어 변수로 변환하는 퍼지화부; 상기 에러 신호에 대한 언어 변수 및 상기 차분 에러 신호에 대한 언어 변수를 두 입력 언어 변수로 하고, 상기 양자화부의 양자화 단계 크기에 대한 언어 변수를 출력 언어 변수로 하는 퍼지 룰-셋에 의하여 상기 퍼지화부에 의하여 출력되는 두 입력 언어 변수들에 대하여 출력 언어 변수를 대응시키는 결정부; 및 상기 결정부에 의하여 대응된 출력 언어 변수를 멤버쉽 함수에 의하여 양자화 단계 크기인 수치 변수로 변환하는 역퍼지화부를 포함하는 것임을 특징으로 한다.

또한, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 MPEG 영상신호의 전송율 제어장치는 DCT 변환 후 양자화부에 의하여 양자화되고 부호화부에 의하여 압축 부호화된 후, 버퍼부에 일시 저장되었다가 전송 채널을 통하여 전송되는 MPEG 영상 신호의 전송율 제어 장치에 있어서, 입력 영상의 프레임 단위로 화면 변화 특성값들을 계산하는 화면변화 계산부; 상기 압축 부호화된 영상 신호의 비트 스트림이 상기 버퍼부의 용량을 차지하는 비율인 버퍼의 점유도에 대하여, 현재 매크로블럭의 버퍼의 점유도와 버퍼의 점유도의 원하는 값인 기설정된 셋 포인트 값의 차이를 에러 신호로 입력받아서 현재 매크로블럭의 에러 신호와 이전 매크로블럭의 에러 신호의 차이인 차분 에러 신호를 계산하는 차분에러 계산부; 상기 화면변화 특성값들로부터 상기 에러 신호와 상기 차분 에러 신호의 스케일 인자를 계산하는 스케일 인자 계산부; 상기 에러 신호와 상기 차분 에러 신호에 상기 스케일 인자 계산부로부터 출력되는 스케일 인자들을 각각 곱하는 수단; 스케일 인자가 곱해진 상기 에러 신호와 상기 차분 에러 신호의 수치 입력값을 멤버쉽 함수에 의하여 언어 변수로 변환하는 퍼지화부; 상기 에러 신호에 대한 언어 변수 및 상기 차분 에러 신호에 대한 언어 변수를 두 입력 언어 변수로 하고, 상기 양자화부의 양자화 단계 크기에 대한 언어 변수를 출력 언어 변수로 하는 퍼지 룰-셋에 의하여 상기 퍼지화부에 의하여 출력되는 두 입력 언어 변수들에 대하여 출력 언어 변수를 대응시키는 결정부; 및 상기 결정부에 의하여 대응된 출력 언어 변수를 멤버쉽 함수에 의하여 양자화 단계 크기인 수치 변수로 변환하는 역퍼지화부를 포함하는 것임을 특징으로 한다.

또한, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 MPEG 영상신호의 전송율 제어 장치는 DCT 변환 후 양자화부에 의하여 양자화되고 부호화부에 의하여 압축 부호된 후, 버퍼부에 일시 저장되었다가 전송 채널를 통하여 전송되는 MPEG 영상 신호의 전송율 제어 장치에 있어서, 입력 영상의 프레임 단위로 화면 변화 특성값들을 계산하는 화면변화 계산부; 상기 양자화부로부터 출력되는 DCT 양자화 계수들을 역양자화하고 역DCT변환하여 매크로블럭을 재구성하는 역양자화/IDCT부; 상기 역양자화/IDCT부에 의하여 재구성된 매크로블럭, 입력 매크로블럭 및 프레임당 PSNR값의 셋포인트 값으로부터 부호화된 현재 매크로블럭의 왜곡 정도를 계산하는 왜곡 계산부; 현재 매크로블럭의 버퍼의 점유도와 버퍼의 점유도의 원하는 값인 기설정된 셋 포인트 값의 차이를 제 1에러 신호로, 상기 왜곡계산부에 의하여 계산된 값과 왜곡 정도에 대한 셋 포인트값의 차이를 제 2에러신호로 하고 상기 현재 매크로블럭의 에러 신호와 이전 매크로블럭의 에러 신호의 차이인 차분 에러 신호를 계산하는 차분에러 계산부; 상기 화면변화 계산부로부터 출력되는 화면변화 특성값들로부터 상기 제 1에러 신호의 스케일 인자를 계산하는 스케일 인자 계산부; 상기 제 1에러 신호, 상기 제 2에러신호 및 상기 스케일 인자에 의하여 다음의 수학식과 같이 정의되는 퍼지 제어의 에러 신호의 수치 입력값과 차분 에러 신호에 관한 수치 입력값을 계산하는 수단

여기서, e_o(n)은 제 1에러신호, e_q(n)는 제 2에러 신호, g_e(k)는 스케일 인자, G_e(n)는 퍼지 제어의 에러 신호의 수치입력값, G_d(n)은 퍼지 제어의 차분 에러 신호의 수치 입력값임; 상기 수치 입력값들을 멤버쉽 함수에 의하여 언어 변수로 변환하는 퍼지화부; 상기 에러 신호에 대한 언어 변수 및 상기 차분 에러 신호에 대한 언어 변수를 두 입력 언어 변수로 하고, 상기 양자화부의 양자화 단계 크기에 대한 언어 변수를 출력 언어 변수로 하는 퍼지 룰-셋에 의하여 상기 퍼지화부에 의하여 출력되는 두 입력 언어 변수들에 대하여 출력 언어 변수를 대응시키는 결정부; 및 상기 결정부에 의하여 대응된 출력 언어 변수를 멤버쉽 함수에 의하여 양자화 단계 크기인 수치 변수로 변환하는 역퍼지화부를 포함하는 것임을 특징으로 한다.

먼저, 본 발명에서 사용되는 FRC 기술에 관한 일반적인 사항을 살펴본다. 도2는 일반적인 FRC의 기본적인 구성도이다. 도시된 바와 같이, FRC는 퍼지화부(20), 결정부(21) 및 역퍼지화부(22)로 구성되어 있다. 타겟 시스템(23)의 출력은 FRC로 피드백되고, FRC에서는 타겟 시스템의 출력과 타겟 시스템의 출력의 목표값인 셋 포인트와의 차이인 에러 신호를 입력받는다. FRC의 퍼지화부(20)와 결정부(21)에 의하여 에러 신호의 수치 값이 정의된 룰 셋에 의하여 언어 변수로 변환되어 특정 언어 변수로 대응되고, 역퍼지화부(22)에 의하여 대응된 언어 변수가 타겟 시스템에 사용되는 제어 입력으로 변환된다.

퍼지 제어는 영상 처리와 컴퓨터 비젼에서도 효과적으로 사용되고 있으며, 사용되는 퍼지 제어 기술은 퍼지화 과정, 결정 과정 및 역퍼지화 과정을 공통적으로 가진다. 그러나, 각 분야에서 사용되는 퍼지 제어 기술에서 입력 변수들이 다르고, 입력 변수들을 언어 변수로 변환하기 위한 멤버쉽 함수와, 각 언어 변수들을 대응시키는 룰-셋 들이 다르다.

이하에서, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세하게 설명한다.

도3은 본 발명의 제 1실시예에 따른 FRC-기초 영상 신호의 전송율 제어 장치의 블록구성도이고, 도4는 도3의 상세 구성도이다. 도3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 1실시예에서 FRC(30)는 버퍼부(33)와 양자화부(31) 사이에서 작동하여 퍼지 제어로 버퍼링과 양자화 기능을 연관시킨다. 버퍼부(33)의 원하는 점유도인 셋 포인트 O_T로부터 버퍼부(33)로부터 출력되는 점유도 O(n)를 감산한 결과인, 에러 값 e(n)이 양자화 단계 크기를 생성하기 위한 FRC(30)의 입력 값이다. 도4에서 보이는 바와 같이, n번째 매크로블럭이 코딩되면 버퍼부(33)는 n번째 매크로블럭의 압축 비트 스트림이 입력된 후의 버퍼의 점유도 O(n)를 출력한다. 타겟 점유도인 O_T와 현재 점유도인 O(n)의 차이인 현재 에러 값 e(n)이 FRC(30)의 입력 값이 된다. FRC의 과정은 차분 에러를 계산하는 것으로부터 시작된다. 차분에러계산부(41)는 현재 에러 값 e(n)으로부터 이전의 에러 값 e(n-1)을 감산하여 차분 에러 값 d(n)과 현재 에러 값 e(n)을 출력한다. 그런 다음, 에러 값 e(n)과 차분 에러 값 d(n)은 스케일 인자들인 g_e와 g_d가 각각 곱하여져서 퍼지화부(42)의 두 입력인 G_e와 G_d가 된다. G_e와 G_d는 퍼지화부(42)에서 멤버쉽 함수에 기초하여 언어 변수들인 L_e와 L_d로 변환된다. 결정부(43)에서는 상기 두 언어 변수들인 L_e와 L_d로부터 기 설정된 룰 셋들에 기초하여 언어 결정 값 L_o을 출력한다. 역퍼지화부(44)에서는 L_o의 멤버쉽 함수와 L_e와 L_d의 멤버쉽 함수를 이용하여 인터섹션 또는 유니온 방식으로 임시적인 출력 o(n)을 계산한다. FRC의 최종적인 출력 G_o은 상기 임시적인 출력 o(n)에 스케일 인자 g_o를 곱하여 얻어진다. 영상 신호의 전송율 제어를 위한 FRC의 최종적인 출력은 양자화 단계 크기 Qs(n)이다. 상기 양자화 단계 크기 Qs(n)은 비디오 인코더부의 양자화부(31)로 입력되고 다음 매크로블럭 mb(n+1)을 인코딩하는데 사용되고, 가변장부호화부/멀티플렉서부(32)는 해당하는 압축된 비트 스트림 Cv(n+1)을 출력한다.

본 실시예에서 스케일 인자 g_e, g_d및 g_o는 상수들이고, 각각 해당하는 입력들(e(n), d(n))과 출력(o(n))의 다이나믹 영역에 따라서 조절될 수 있다. 스케일 인자의 값이 클수록, 입력 변화에 대하여 퍼지 제어의 대응이 신속해진다. 영상 신호의 전송율 제어에 있어서, 출력 스케일 인자인 g_o은 '1'로 고정한다. 그 이유는 실질적인 출력인 Qs가 MPEG2 양자화 스케일의 영역에 맞기 위하여 조절되기 때문이다. g_e와 g_d는 e(n)과 d(n)의 다이나믹 영역에 따라서 적당한 값으로 정한다. 이러한 스케일 인자들은 적응적으로 제어될 수 있다.

도5는 본 발명의 실시예들에서 사용되는 3가지의 퍼지 논리 변수들의 표이다. 도5에는 FVE, FVD 및 FVQ의 세가지 퍼지 변수들의 집합이 제시되어 있다. FVO는 버퍼의 점유도와 관련된 에러 신호를 나타내기 위한 변수로서, '절반'을 중심으로 '가득참'과 '비어있음'을 양 극으로 하여 7개의 변수들로 구성된다. FVD는 차분 에러를 나타내는 변수로서 퍼지 제어 기술에서 일반적으로 사용되는 퍼지 논리 변수이다. FVQ는 FRC의 출력인 양자화 단계 크기를 나타내는 변수이다.

G_e에 관련된 FVE는 버퍼가 50% 차 있을 때(HF, Half Full)를 중간값으로 설정한다. 점유도가 50% 이상이고, 65% 이하일 때를 HH(Higher than HH) 상태로, 만약 점유도가 65% 이상이고, 85% 이하일 때를 CF(Close to Full) 상태로, 각각 설정한다. 버퍼의 점유도가 절반보다 낮은 경우는 이와 대칭적으로 설정한다. FVQ는 각 입력 변수들(FVE, FVD)의 특정한 상태에 따라서 대응되는 출력값의 의미를 표현하고 있다.

퍼지 제어 기술에서 수치적인 값들은 기설정된 멤버쉽 함수에 의하여 언어적인 퍼지 변수들로 대응된다. 멤버쉽 함수의 모양은 삼각형, 사다리꼴 또는 가우스 함수 형태가 있다. 본 발명의 실시예들에서는 계산의 간편을 위하여 삼각형 모양의 멤버쉽 함수를 사용한다. 본 발명의 실시예들에서는, -0.5에서 +0.5로 정규화된 두 입력 수치값들(G_e, G_d) 및 출력 수치값(G_o)에 대하여 동일한 멤버쉽 함수가 사용된다.

도6은 본 발명의 실시예에서 사용되는 멤버쉽 함수를 보여준다. 일반적으로 FRC 변수들의 수치값의 양수 부분과 음수 부분의 의미가 다르기 때문에 멤버쉽 함수는 비대칭적일 수 있다. 그러나, 본 발명에서와 같은 영상 신호의 전송율 제어에서는 양 부분의 언어적인 해석이 대칭적이다. 따라서, 도6에 도시된 멤버쉽 함수 역시 중앙값인 0을 기준으로 대칭적이다. 또한, 본 발명의 실시예에서 사용되는 멤버쉽 함수의 삼각형의 폭이 중앙 부분에서 넓고, 양 끝부분에서 좁은 형태이다. 멤버쉽 함수에서 중앙 부분의 삼각형의 폭이 좁은 경우에는 폭이 넓은 경우에 비하여 수치값의 변화에 빠르게 대응하지만, 오버 슈트, 언더 슈트 및 진동 등과 같은 안정성에 문제가 있다.

멤버쉽 함수를 이용하여 수치값을 언어 변수로 변환한 후, 언어 변수들의 대응은 퍼지 룰에 의한다. 퍼지 룰의 완전한 표현은 IF.....THEN 문장이나 FAM(Fuzzy Associate Rule)이라고 불리우는 테이블 형태로 제시될 수 있다. 그 중에서 FAM 표현이 퍼지 룰들을 다루는데 더욱 효과적인 것으로 알려져 있다. 도7은 본 발명의 실시예에서 사용되는 FAM을 형성하는 과정과 그의 제어 표면을 보여준다. 도7a는 FAM내의 각 영역의 의미를 설명하기 위한 것이다. 도7a에서 MD부분은 G_e가 HF이고, G_d가 ZE인, 다시 말해서 버퍼의 점유도가 절반 정도이고, 점유도의 변화가 매우 작을 때로서, FAM의 중앙 부분에 해당되는 것이다. 이 경우는 양자화 단계 크기를 제어하기 위한 급격한 액션이 필요하지 않은 경우로서, FRC로부터 출력되는 Qs에 관한 언어 변수는 MD 된다. A, B, C 및 D 영역은 G_e또는 G_d가 안정된 경우의 입력 조건들을 나타낸다. A와 B 영역에서, G_d는 ZE이므로, 도7b에서 보이는 바와 같이, Qs에 관한 퍼지 셋들은 G_e의 퍼지 셋들에 따라서 할당된다. C와 D 영역에서는 G_e가 HF이므로, 같은 방식으로 G_d가 Qs를 위한 퍼지 셋들의 할당에 영향을 준다. 코너 부분의 영역들(1,2,3 및 4)은 G_e와 G_d의 두 입력이 모두 Qs을 위한 퍼지 셋의 할당에 영향을 주는 입력 조건들에 해당된다. 영역 1은 G_d가 NB이고, G_e가 ET이기 때문에, 버퍼의 점유도가 비어있는 상태로 급격하게 떨어지는 상태를 나타낸다. 이러한 조건에서, 필요로하는 제어는 점유도를 재빨리 회복시키는 것이다. 따라서, 도7b에 도시된 FAM의 좌측 상단 삼각형은 TN, 즉 가장 작은 양자화 단계 크기로 채워진다. 반면에 영역 2는 G_d가 PB이고, G_e가 FL이기 때문에, 버퍼의 점유도가 가득 차는 상태로 급격하게 증가하는 것을 나타낸다. 그러므로, 점유도는 더 큰 양자화 단계 크기, 즉 HG를 적용하여 버퍼의 점유도를 보통 상태(HF)로 낮추어야 한다. 그 결과로서 도7 b도에 도시된 FAM의 우측 하단의 삼각형 부분은 HG로 채워진다. 영역 3과 4는 실질적인 버퍼 점유도와 관련해서 물리적인 의미가 없다. 영역 3은 PB에 해당하는 차분에 의하여 이전 점유도가 증가하여 비어있는 상태에 이르는 것을 의미하고 있다. 그러나, 버퍼가 비어 있는 상태보다 더 낮은 점유도는 없기 때문에 실질 상황에서 이런 현상은 발생하지 않는다. 영역 4 역시 실질적으로 의미가 없는데, 이는 점유도는 더 높은 점유 상태로부터 점유도가 떨어짐에 의하여 가득 차는 상태로 되는 것은 존재하지 않기 때문이다. 따라서, FAM에서 영역 3과 영역 4에 해당하는 부분은 대각선 방향으로 동일한 퍼지 셋들을 가지도록 한다. 상기한 조건들을 모두 고려한 FAM 구조가 도7(b)와 도7(c)에 도시되어 있고, 결과적인 제어 표면은 도7(d)에 도시되어 있다.

상기한 도6의 멤버쉽 함수와 상기한 도7의 FAM을 사용한 퍼지화 및 결정 과정을 설명한다. 예를 들어, G_e가 -0.23이고, G_d가 -0.05라면, Lo는 두 입력에 대하여, 각 입력값을 해당하는 멤버쉽 함수에 대응시키는 맵핑에 의하여 얻어지는 과 4개의 멤버쉽 함수값들-μ_LH(Ge=-0.23), μ_HF(Ge=-0.23), μ_NS(Gd=-0.05) 및 μ_ZE(Gd=-0.05)에 의하여, Go 값은 SL, SM, SM 및 MD로 결정된다. 다음 단계에서, 인터섹션 또는 유니온에 의하여 두 개의 지배적인 멤버쉽 함수 값들을 선택한다. 여기서는, 인터섹션이 사용되는 경우, Ge에 대하여 μ_HF(Ge=-0.23)이 μ_LH(Ge=-0.23)보다 작으므로, μ_HF(Ge=-0.23)가 선택되고, 마찬가지로, Gd에 대하여 μ_NS(Gd=-0.05)가 μ_ZE(Gd=-0.05)보다 작으므로, μ_NS(Gd=-0.05)가 선택된다. 선택된 각 멤버쉽 함수 값은 가중치를 고려하여 결정된 출력을 역퍼지화하는데 사용된다.

도8은 본 발명의 실시예에서 사용되는 단순화된 역퍼지화 과정을 보여준다. 도8에서, μ_i와 μ_j는 선택된 멤버쉽 함수 값들이고, A_i와 A_j는 사다리꼴에 의하여 둘러싸인 삼각형들의 면적을 각각 나타낸다. Z_i와 Z_j는 정규화된 수치 출력값들이다. 이 때 결과적인 수치 출력값 Z, 즉 FRC의 잠정적인 출력값 o(n)은 다음의 수학식 1과 같이 주어진다.

[수학식 1]

FRC의 최종적인 출력인 G_o는 상기한 바와 같은 역퍼지화 과정에 의하여 얻어진 잠정적인 출력 o(n)에 스케일 인자 g₀를 승산하여 얻는다. 상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예에서는 출력 스케일 인자 g₀를 '1'로 한다. 본 발명과 같은 영상 신호의 전송율 제어에서는 FRC의 최종적인 출력 G_o는 양자화 단계 크기 Qs(n)이다. 양자화 단계 크기 Qs(n)은 비디오 인코더의 양자화부로 입력되고, 다음 매크로블럭 mb(n+1)을 코딩하는데 사용되어 해당하는 압축된 비트열 Cv(n+1)을 출력하도록 한다.

이상에서 설명한 본 발명의 제 1실시예는 도3에 도시된 바와 같이, 버퍼의 점유도만을 퍼지 변수들로서 사용한다. 이제, 압축된 비트열을 직접적으로 제어하는 본 발명의 제 2실시예에 따른 FRC를 이용한 영상 신호 전송율 제어 장치를 제시한다.

도9는 본 발명의 제 2실시예에 따른 FRC를 이용한 영상 신호 전송율 제어 장치의 블록구성도이다. 도9에서 FRC-B(90)에는 매크로블록당 전송율 균형 B(n)과 셋 포인트값인 B_T와의 차이가 에러 신호 e(n)로서 입력된다. 매크로블록당 전송율 균형 B(n)은 다음의 수학식 2과 같이 정의된다.

[수학식 2]

여기서, MBF는 프레임당 평균 비트수이고, MBN은 화면내의 매크로블럭의 총 수이도, MBB는 매크로블록 전송율 균형을 나타내는 것으로서, MBF/MBN으로 주어지고, ab(n)은 매크로블럭마다 생성되는 비트들의 축적되는 수를 나타낸다. n이 '0'일 때 ab(n)은 이전 화면에서 인코딩된 최종 매크로블럭의 남아있는 비트들의 수로 정한다.

따라서, 도9에 도시된 본 발명의 제 2실시예에서 FRC-B의 에러 신호 e(n)과 차분 에러 신호 d(n)은 다음의 수학식 3와 같이 나타낼 수 있다.

[수학식 3]

여기서, B_T는 전송율 균형의 타겟 값으로서, '1'로 정해진다.

매크로블럭 인덱스 n이 증가할수록, e(n)은 ab(n)의 축적된 결과를 다음의 매크로블럭들에 반영한다. n이 작을 때, 많은 수의 비트들이 코딩되었다면, 비트 수의 여유가 작으므로 이것이 다음의 매크로블럭에 반영되어야 한다. 이는 FRC-B(90)의 입력인 에러 신호 e(n)가 커지고 이에 따라서 양자화 단계 크기 Q_s(n)를 크게함에 의하여 달성된다. 이러한 퍼지 로직 제어는 평균 전송율을 MBF에 가깝게 유지하는데 효과적이다. 도9에 도시된 본 발명의 제 2실시예에 따른 FRC-B가 도3에 도시된 본 발명의 제 1실시예에 따른 FRC와 다른 점은 FRC-B의 경우 비트수를 직접적으로 모니터하는데 있다.

이상에서 설명된 본 발명의 제 1실시예와 본 발명의 제 2실시예는 버퍼의 점유도 또는 압축된 비트열을 모니터하므로 영상 신호의 화질은 효과적으로 고려하지 않는다. 이에 대하여 본 발명자는 더욱 발전된 단계로서, 화면 변화 특성들을 이용하는 화면변화-FRC와 영상 신호의 화질-모니터 FRC을 본 명세서에서 제시하고자 한다. 화면변화-FRC와 더욱 발전된 단계의 영상 신호의 전송율 제어를 위한 FRC에서 사용되는 멤버쉽 함수와 FAM은 상기 도6 및 도7에 도시된 것과 동일하다.

도10는 본 발명의 제 3실시예에 따른 MPEG 영상 신호의 전송율 제어를 위한 화면 변화-FRC(FRC-SC)의 구성도이고, 도11은 도10에 도시된 FRC-SC의 상세 구성도이다. 도11에서 보이는 바와 같이, 화면 변화 특성값들은 FRC의 스케일링 인자들(g_e(k), g_d(k), g_o(k))과 관련되어, 퍼지화 과정의 입력을 적응적으로 변화시킨다. 화면변화계산부(100)는 입력된 프레임 단위의 화면으로부터 세가지 화면 변화 특성값들(var_org, var_dif 및 ptype)을 출력한다. 스케일인자계산부(110)는 상기 세가지 화면 특성값들에 따른 스케일링 인자 값들(g_e(k), g_d(k) 및 g_o(k))을 출력한다.

화면변화계산부(100)는 입력 영상의 화면 변화를 추정한다. 화면변화계산부(100)는 프레임 단위로 화면 변화에 대한 세가지 특성값을 출력하고, 이 세가지 특성값은 스케일 인자 계산에 사용된다. k번째 프레임에 관한 세가지의 화면 변화 특성들은 var_org(k), var_dif(k)의 두 가지의 변이값과 ptype(k)의 픽쳐 타입 정보에 관한 값이다. 두 변이값들인 var_org(k), var_dif(k)은 입력 영상 내의 변이와 입력 영상 간의 변이를 각각 나타내고, 픽쳐 타입 정보인 ptype(k)는 입력 픽쳐(I,B,P)에 따라서 단일의 값을 가진다. 프레임내의 변이값은 프레임 전체의 화소값의 평균을 구한 후, 각 화소와의 차를 제곱하여 평균한 값이고, 프레임 간의 변이값은 프레임간의 대응하는 각 화소의 차를 제곱하여 평균한 값이고, 픽쳐타입에 관한 값은 I,P,B 픽쳐에 따라서 정수로 부여된 값이다.

스케일 인자 계산부(110)는 상기한 세가지 화면 변화 특성값들로부터 다음의 수학식 4에 의하여 스케일 인자 g_e(k)와 g_d(k)를 계산한다.

[수학식 4]

여기서, k는 프레임 인덱스이다. 로그 함수를 사용한 것은 종종 상당히 큰 값들을 포함하는 변이들의 다이나믹 영역을 스케일 다운하기 위해서이다. var_dif에 대한 var_org의 비율은 다음과 같이 해석될 수 있다; 만약 var_org가 var_dif보다 크면 이는 프레임 간의 화면 변화보다는 화면 자체내의 미세한 변화가 많은 화면을 의미하고, 그러한 화면은 많은 수의 비트들을 수반하므로, g_e(k)와 g_d(k)는 따라서 커진다. 반대의 경우에는 화면 자체내의 미세한 변화가 적으므로 적은 수의 코딩 비트를 수반하므로 g_e(k)와 g_d(k)가 작아진다. 이미 설명한 바와 같이, 영상 신호 전송율 제어의 안정성 문제 때문에, 출력 스케일 인자 g_o(k)는 '1'로 정한다. 그외에 도11에 도시된 FRC-SC의 차분에러 계산부(111), 퍼지화부(112), 결정부(113) 및 역퍼지화부(114)의 기능은 전술한 도4에 도시된 FRC의 해당하는 각 부의 기능과 동일하다.

이제, FRC를 이용한 영상 신호의 전송율 제어의 더욱 발전된 단계로서 화질-모니터 FRC를 설명한다. 본 발명에 따른 화질-모니터 FRC에서는 영상의 화질을 향상시키기 위하여 본 발명의 제 4실시예에서는 프레임당 PSNR을 도입한다. 이상에서 설명한 제 1실시예 내지 제 3실시예들이 매크로블럭마다 측정되고 매 매크로블럭이 시작될 때 제어되는 버퍼 점유도 또는 전송율을 제어하기 위한 것들이었다. 그러나, 영상 화질은 매크로블럭마다의 변수가 아니고, 프레임마다의 변수이다. 점유도는 다음 화면이 코딩될 때 이전에 버퍼에 남아있던 비트들이 현재 점유도에 기여하므로 이전 점유도가 결과적으로 현재 점유도에 영향을 미친다는 점에서 인과관게를 가진다. 이와 반대로, 영상 화질은 매크로블럭 또는 프레임의 화질이 이전의 것과 관계가 없기 때문에 인과관계를 가지지 않는다. 두 인접한 PSNR(Pixel Sigal to Noise Ratio) 값들이 프레임내의 인과관계로 서로 근접하게 보이더라도, 이전의 PSNR 값이 결코 현재의 PSNR 값의 결과를 보장하지 않는다. 그러므로, PSNR값은 프레임 방식으로 고려되지 않으면, 당 매크로블럭의 PSNR 값은 적당한 척도가 될 수 없다. 따라서 프레임당 화질을 개선하기 위한 방식이 필요하다. 본 발명에서는 이를 위하여 프레임당 PSNR 값(PSNRF)의 셋 포인트 값을 다음의 수학식 5와 같이 결정한다.

[수학식 5]

여기서, Q-set은 주어진 PSNRF에 대한 프레임당 왜곡에 대한 셋 포인트 값이다. 256이 곱해진 것은 매크로블럭내의 화소들의 수(휘도의 경우 16×6)를 나타내고, MBN은 프레임내의 매크로블럭의 전체 수를 나타낸다. TD는 프레임의 전체의 목표 왜곡의 전체값을 나타낸다. 매크로블럭 n에서 축적된 왜곡인 ad(n)은 입력 매크로블럭 mb_n과 재구성된 매크로블럭 mb_n'의 차의 제곱의 합으로서 표시되고, 다음의 수학식 6과 같다.

[수학식 6]

여기서, i와 j는 매크로블럭 인덱스들이고, l과 m은 화소 인덱스들이다. 따라서 두 입력 e_q(n)과 d_q(n)은 다음의 수학식 7과 같이 나타낼 수 있다.

[수학식 7]

상기 수학식 7에서 상대적인 영상 화질 e_q는 매크로블럭 셋 포인트 값인 Q_T에 의하여 나타내어지고, 차분 화질인 d_q는 현재의 e_q와 이전의 e_q의 차이이다.

상기 수학식 5 내지 수학식 7을 이용하여, 화질을 고려하여 전송율을 제어하는 것은 진행중인 매크로블럭 왜곡들이 다음에 오는 매크로블럭에 기여할 수 있도록 함에 의하여 달성된다. 이것은 영상 화질이 매크로블럭에 대하여 조절되는 것이 아니고 전체 화면에 대하여 조절되는 것임을 의미한다.

도12는 본 발명의 제 4실시예에 따른 화질-모니터 FRC의 블록구성도이고, 도13은 상기 도12의 FRC-QM의 상세구성도이다. 입력 영상 신호의 DCT 계수들과 양자화 단계 크기(Q(n))를 입력받는 양자화부(123)가 FRC-QM의 중앙에 위치되어 있다. 양자화부(123)는 양자화된 DCT 값들을 역양자화/IDCT부(122)에 출력한다. 양자화된 DCT 값들은 또한 가변장부호화부/멀티플렉서부(124)에 의하여 인코딩된다. 왜곡계산부(121)에서는 현재 화질 척도로서 상기 수학식 7에서의 Q(n)을 계산하여 출력한다. 스케일 인자 g_e(k)와 상대적인 영상 화질 척도인 e_q(n)가 FRC-QM(120)으로 입력된다. 상대적인 영상 화질인 e_q(n)은 상기 수학식 5,6 및 7에 의하여 정의되고, 스케일 인자 g_e(k)는 화면변화계산부(미도시)에 의하여 수학식 4와 같이 계산된다. FRC-QM의 두 수치 입력값들인 G_e(n)과 G_d(n)은 다음의 수학식 8에 의하여 주어진다.

[수학식 8]

여기서 e_q(n)+1항은 e_o(n)의 스케일 인자로서 작용하고, 영상 화질의 범위를 나타낸다. e_q(n)이 -1에서 +1의 범위이기 때문에, e_q(n)+1은 0에서 2의 범위에 있다. FRC-QM(120)의 퍼지화부(130), 결정부(131) 및 역퍼지화부(132)는 상기에서 설명한 본 발명의 제 1실시예 내지 제 3실시예에 따른 FRC에서와 동일하다.

상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 FRC를 영상 신호의 전송율 제어에 적용한다. 먼저, 버퍼의 점유도를 퍼지 논리 변수로 사용하는 기본적인 퍼지 논리 제어 모델을 제시하였다. 또한, 본 발명의 더욱 발전된 단계로서, 프레임의 화면의 변화 특성을 고려한 화면 변화-FRC가 제기되었으며, 영상 화질에 관련된 인자와 화면 변화에 관련된 인자가 모두 고려된 화질-모니터 FRC(FRC-QM)이 제시되었다.

Claims

DCT 변환 후 양자화부에 의하여 양자화되고 부호화부에 의하여 압축 부호화된 후, 버퍼부에 일시 저장되었다가 전송 채널를 통하여 전송되는 MPEG 영상 신호의 전송율 제어 장치에 있어서,

상기 압축 부호화된 영상 신호의 비트 스트림이 상기 버퍼부의 용량을 차지하는 비율인 버퍼의 점유도에 대하여, 현재 매크로블럭의 버퍼의 점유도와 버퍼의 점유도의 원하는 값인 기설정된 셋 포인트 값의 차이를 에러 신호로 입력받아서 현재 매크로블럭의 에러 신호와 이전 매크로블럭의 에러 신호의 차이인 차분 에러 신호를 계산하는 차분에러 계산부;

상기 에러 신호와 상기 차분에러 계산부로부터 출력되는 차분 에러 신호의 수치 입력값을 멤버쉽 함수에 의하여 언어 변수로 변환하는 퍼지화부;

상기 에러 신호에 대한 언어 변수 및 상기 차분 에러 신호에 대한 언어 변수를 두 입력 언어 변수로 하고, 상기 양자화부의 양자화 단계 크기에 대한 언어 변수를 출력 언어 변수로 하는 퍼지 룰-셋에 의하여 상기 퍼지화부에 의하여 출력되는 두 입력 언어 변수들에 대하여 출력 언어 변수를 대응시키는 결정부; 및

상기 결정부에 의하여 대응된 출력 언어 변수를 멤버쉽 함수에 의하여 양자화 단계 크기인 수치 변수로 변환하는 역퍼지화부를 포함하는 것임을 특징으로 하는 퍼지 제어를 이용한 MPEG 영상 신호의 전송율 제어 장치.
제 1항에 있어서, 상기 전송율 제어 장치는 상기 에러 신호와 상기 차분 에러 신호의 다이나믹 영역을 조절하기 위하여 각 신호에 각 스케일 인자를 곱하는 수단을 더 포함하는 것임을 특징으로 하는 퍼지 제어를 이용한 MPEG 영상 신호의 전송율 제어 장치.
제 2항에 있어서, 상기 에러 신호와 상기 차분 에러 신호에 곱해지는 스케일 인자는 상수인 것임을 특징으로 하는 퍼지 제어를 이용한 MPEG 영상 신호의 전송율 제어 장치.
제 1항에 있어서, 상기 전송율 제어 장치의 퍼지화부 및 역퍼지화부에서 수치값을 언어 변수에 대응시키는 멤버쉽 함수는 두 입력 언어 변수와 출력 언어 변수에 대하여 동일한 멤버쉽 함수가 적용되는 것임을 특징으로 하는 퍼지 제어를 이용한 MPEG 영상 신호의 전송율 제어 장치.
제 4항에 있어서, 상기 멤버쉽 함수의 모양은 삼각형이고, 정규화된 수치 입력값에 대하여 '0'을 기준으로 양수 부분과 음수 부분이 대칭적인 것임을 특징으로 하는 퍼지 제어를 이용한 MPEG 영상 신호의 전송율 제어 장치.
제 5항에 있어서, 상기 멥버쉽 함수의 삼각형은 수치 입력값의 중앙 부분의 삼각형의 폭이 수치 입력값의 양 끝부분의 삼각형의 폭보다 더 넓은 것임을 특징으로 하는 퍼지 제어를 이용한 MPEG 영상 신호의 전송율 제어 장치.
제 1항에 있어서, 상기 결정부의 퍼지 룰-셋은 FAM으로 표현되며, FAM내의 각 언어 변수들의 대응은 상기 에러 신호에 대한 언어 변수가 중간값이고, 상기 차분 에러 신호에 대한 언어 변수가 중간값일 때, 중간값의 출력 언어 변수를 대응시키고, 상기 에러 신호에 대한 언어 변수 및 상기 차분 에러 신호에 대한 언어 변수 중 하나가 중간값일 때, 중간값이 아닌 언어 변수에 따라서 출력 언어 변수를 대응시키고, 상기 에러 신호에 대한 언어 변수가 작은 값이고 상기 차분 에러 신호에 대한 언어 변수 역시 큰 음수값일 때, 작은 값의 출력 언어 변수를 대응시키고, 상기 에러 신호에 대한 언어 변수가 큰 값이고 상기 차분 에러 신호에 대한 언어 변수가 큰 양수 값일 때, 큰 값의 출력 언어 변수를 대응시키는 것임을 특징으로 하는 퍼지 제어를 이용한 MPEG 영상 신호의 전송율 제어 장치.
제 7항에 있어서, 상기 결정부는 상기 FAM에 의한 대응에 의하여 대응된 출력 언어 변수들중 인터섹션 또는 유니온에 의하여 두 개의 지배적인 멥버쉽 함수 값을 선택하여 출력하는 것임을 특징으로 하는 퍼지 제어를 이용한 MPEG 영상 신호의 전송율 제어 장치.
제 8항에 있어서, 상기 역퍼지화부는 상기 결정부에서 선택된 두 개의 지배적인 멤버쉽 함수 값이 μ_i와 μ_j이고, 각 멥버쉽 함수의 인터섹션에 의하여 얻어진 사다리꼴에 내접하는 삼각형의 면적을 각각 A_i와 A_j라고 할 때, 다음의 수학식과 같이 결정되는 수치 출력값 Z을 양자화 단계 크기값으로 출력하는 것임을 특징으로 하는 퍼지 제어를 이용한 MPEG 영상 신호의 전송율 제어 장치.
DCT 변환 후 양자화부에 의하여 양자화되고 부호화부에 의하여 압축 부호화된 후, 버퍼부에 일시 저장되었다가 전송 채널을 통하여 전송되는 MPEG 영상 신호의 전송율 제어 장치에 있어서,

상기 부호화부에 의하여 부호화된 압축 영상 비트열로부터 다음의 수학식과 같이 정의되는 매크로블럭당 전송율 균형을 계산하는 매크로블럭 전송율 균형 계산부

여기서, MBF는 프레임당 평균 비트수이고, MBN은 화면내의 매크로블럭의 총 수이도, MBB는 매크로블록 전송율 균형을 나타내는 것으로서, MBF/MBN으로 주어지고, ab(n)은 매크로블럭마다 생성되는 비트들의 축적되는 수를 나타낸다. n이 '0'일 때 ab(n)은 이전 화면에서 인코딩된 최종 매크로블럭의 남아있는 비트들의 수로 정함;

상기 매크로블럭 전송율 균형 계산부에 의하여 계산된 B(n)값과 원하는 셋 포인트 값인 BT와의 차이를 에러 신호로 입력받아서 현재 매크로블럭의 에러 신호와 이전 매크로블럭의 에러 신호의 차이인 차분 에러 신호를 계산하는 차분에러 계산부;

상기 에러 신호와 상기 차분에러 계산부로부터 출력되는 차분 에러 신호의 수치 입력값을 멤버쉽 함수에 의하여 언어 변수로 변환하는 퍼지화부;

상기 에러 신호에 대한 언어 변수 및 상기 차분 에러 신호에 대한 언어 변수를 두 입력 언어 변수로 하고, 상기 양자화부의 양자화 단계 크기에 대한 언어 변수를 출력 언어 변수로 하는 퍼지 룰-셋에 의하여 상기 퍼지화부에 의하여 출력되는 두 입력 언어 변수들에 대하여 출력 언어 변수를 대응시키는 결정부; 및

상기 결정부에 의하여 대응된 출력 언어 변수를 멤버쉽 함수에 의하여 양자화 단계 크기인 수치 변수로 변환하는 역퍼지화부를 포함하는 것임을 특징으로 하는 퍼지 제어를 이용한 MPEG 영상 신호의 전송율 제어 장치.
DCT 변환 후 양자화부에 의하여 양자화되고 부호화부에 의하여 압축 부호화된 후, 버퍼부에 일시 저장되었다가 전송 채널을 통하여 전송되는 MPEG 영상 신호의 전송율 제어 장치에 있어서,

입력 영상의 프레임 단위로 화면 변화 특성값들을 계산하는 화면변화 계산부;

상기 압축 부호화된 영상 신호의 비트 스트림이 상기 버퍼부의 용량을 차지하는 비율인 버퍼의 점유도에 대하여, 현재 매크로블럭의 버퍼의 점유도와 버퍼의 점유도의 원하는 값인 기설정된 셋 포인트 값의 차이를 에러 신호로 입력받아서 현재 매크로블럭의 에러 신호와 이전 매크로블럭의 에러 신호의 차이인 차분 에러 신호를 계산하는 차분에러 계산부;

상기 화면변화 특성값들로부터 상기 에러 신호와 상기 차분 에러 신호의 스케일 인자를 계산하는 스케일 인자 계산부;

상기 에러 신호와 상기 차분 에러 신호에 상기 스케일 인자 계산부로부터 출력되는 스케일 인자들을 각각 곱하는 수단;

스케일 인자가 곱해진 상기 에러 신호와 상기 차분 에러 신호의 수치 입력값을 멤버쉽 함수에 의하여 언어 변수로 변환하는 퍼지화부;

상기 에러 신호에 대한 언어 변수 및 상기 차분 에러 신호에 대한 언어 변수를 두 입력 언어 변수로 하고, 상기 양자화부의 양자화 단계 크기에 대한 언어 변수를 출력 언어 변수로 하는 퍼지 룰-셋에 의하여 상기 퍼지화부에 의하여 출력되는 두 입력 언어 변수들에 대하여 출력 언어 변수를 대응시키는 결정부; 및

상기 결정부에 의하여 대응된 출력 언어 변수를 멤버쉽 함수에 의하여 양자화 단계 크기인 수치 변수로 변환하는 역퍼지화부를 포함하는 것임을 특징으로 하는 퍼지 제어를 이용한 MPEG 영상 신호의 전송율 제어 장치.
제 11항에 있어서, 상기 화면변화 계산부는 프레임내의 변이값과 프레임간의 변이값 및 픽쳐 타입에 관한 값을 화면변화 특성값들로서 계산하는 것임을 특징으로 하는 퍼지 제어를 이용한 MPEG 영상 신호의 전송율 제어 장치.
제 12항에 있어서, 상기 화면변화 특성값 중 프레임내의 변이값은 프레임 전체의 화소값의 평균을 구한 후, 각 화소와의 차를 제곱하여 평균한 값이고, 프레임 간의 변이값은 프레임간의 대응하는 각 화소의 차를 제곱하여 평균한 값이고, 픽쳐타입에 관한 값은 I,P,B 픽쳐에 따라서 정수로 부여된 값임을 특징으로 하는 퍼지 제어를 이용한 MPEG 영상 신호의 전송율 제어 장치.
제 13항에 있어서, 상기 스케일인자 계산부는 프레임 내의 변이값이 var_org(k)이고, 프레임 간의 변이값이 var_dif(k)이고, 픽쳐 타입에 관한 값이 ptype(k)라 할 때 다음의 수학식과 같이 정의되는 스케일 인자들을 계산하는 것임을 특징으로 하는 퍼지 제어를 이용한 MPEG 영상 신호의 전송율 제어 장치.
DCT 변환 후 양자화부에 의하여 양자화되고 부호화부에 의하여 압축 부호된 후, 버퍼부에 일시 저장되었다가 전송 채널를 통하여 전송되는 MPEG 영상 신호의 전송율 제어 장치에 있어서,

입력 영상의 프레임 단위로 화면 변화 특성값들을 계산하는 화면변화 계산부;

상기 양자화부로부터 출력되는 DCT 양자화 계수들을 역양자화하고 역DCT변환하여 매크로블럭을 재구성하는 역양자화/IDCT부;

상기 역양자화/IDCT부에 의하여 재구성된 매크로블럭, 입력 매크로블럭 및 프레임당 PSNR값의 셋포인트 값으로부터 부호화된 현재 매크로블럭의 왜곡 정도를 계산하는 왜곡 계산부;

현재 매크로블럭의 버퍼의 점유도와 버퍼의 점유도의 원하는 값인 기설정된 셋 포인트 값의 차이를 제 1에러 신호로, 상기 왜곡계산부에 의하여 계산된 값과 왜곡 정도에 대한 셋 포인트값의 차이를 제 2에러신호로 하고 상기 현재 매크로블럭의 에러 신호와 이전 매크로블럭의 에러 신호의 차이인 차분 에러 신호를 계산하는 차분에러 계산부;

상기 화면변화 계산부로부터 출력되는 화면변화 특성값들로부터 상기 제 1에러 신호의 스케일 인자를 계산하는 스케일 인자 계산부;

상기 제 1에러 신호, 상기 제 2에러신호 및 상기 스케일 인자에 의하여 다음의 수학식과 같이 정의되는 퍼지 제어의 에러 신호의 수치 입력값과 차분 에러 신호에 관한 수치 입력값을 계산하는 수단

여기서, e_o(n)은 제 1에러신호, e_q(n)는 제 2에러 신호, g_e(k)는 스케일 인자, G_e(n)는 퍼지 제어의 에러 신호의 수치입력값, G_d(n)은 퍼지 제어의 차분 에러 신호의 수치 입력값임;

상기 수치 입력값들을 멤버쉽 함수에 의하여 언어 변수로 변환하는 퍼지화부;

상기 에러 신호에 대한 언어 변수 및 상기 차분 에러 신호에 대한 언어 변수를 두 입력 언어 변수로 하고, 상기 양자화부의 양자화 단계 크기에 대한 언어 변수를 출력 언어 변수로 하는 퍼지 룰-셋에 의하여 상기 퍼지화부에 의하여 출력되는 두 입력 언어 변수들에 대하여 출력 언어 변수를 대응시키는 결정부; 및

상기 결정부에 의하여 대응된 출력 언어 변수를 멤버쉽 함수에 의하여 양자화 단계 크기인 수치 변수로 변환하는 역퍼지화부를 포함하는 것임을 특징으로 하는 퍼지 제어를 이용한 MPEG 영상 신호의 전송율 제어 장치.